锡-锌系无铅焊锡合金及焊锡接头制造技术

本发明专利技术涉及锡－锌系无铅焊锡合金，是以锡为主要成分，必须至少含有６－１０重量％的锌，此外，一方面为了在焊锡表面生成镁氧化物的保护被膜，另一方面为了焊锡熔融时使该氧化保护被膜被破坏，而按有效的比例配合０．００１５－０．１重量％的镁而构成。而且，一方面膏状焊锡保存时利用焊锡粉末表面所生成的镁氧化保护被膜保护内部，抑制锌与活化剂的反应提高保存性，另一方面因使焊锡熔融升温时，该氧化保护被膜呈易被破坏的状态，故保护良好的润湿性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及各种焊锡材料中、尤其是环境友好型的锡-锌系无铅焊锡合金、其混合物及焊锡接头。
技术介绍
过去，锡-铅系焊锡合金因为有熔点低、在氧化性环境气氛中润湿性也好等的优点，故经常用于各种设备的焊接。但是，因为铅有毒性，故近年来着眼于防止电子设备废弃处理等造成的环境污染，在加速进行焊锡的无铅化。然而，由于在润湿性、熔点、成本等方面，无铅焊锡合金比过去的锡-铅系焊锡合金差，因此，目前尚未开发完全的替代品。在这种重视环境的趋势中，软熔焊接作为电子电路元件组装工序的一种，无铅化同样地也成为急待解决的课题。过去作为软熔焊接使用期待实用化的无铅焊锡材料，提出了含有锌9重量％(共晶点组成)左右的锡-锌系焊锡合金。此外，也提出了含有锌8重量％左右、同时含有铋1～3重量％的锡-锌系焊锡合金的方案。这些锡-锌系焊锡合金，具有锡-锌合金的共晶温度是199℃、在锡为主要成分的无铅焊锡合金中，最接近锡-铅合金的共晶点，且在原料成本方面也比其他的无铅焊锡合金低的优点。然而，一般上述软熔焊接使用的焊锡膏是焊锡粉末与焊剂混合的焊锡，该焊剂中添加有焊锡熔融时清洗焊接对象物的表面、使焊锡润湿性良好用的活化剂。因此，在润湿性方面比过去的锡-铅系焊锡合金差的锡-锌系焊锡合金，尤其是为了提高焊锡的润湿性不得不强化活化剂。而且，这种锡-锌系的焊锡合金，在所制造的焊锡粉末的表面与内部，存在锌为主要成分的相。因此，过去的锡-锌系的无铅焊锡合金，在将焊锡粉末与焊剂混合加工成膏状焊锡时，因为锌是活性的金属元素，故在保存膏状焊锡的期间，焊锡粉末表面的锌容易与焊剂中的上述活化剂反应，膏状焊锡的粘度因该反应生成物而比过去的锡-铅焊锡合金急速且大幅度地上升，使用时，例如存在不能对印刷基板印刷的问题。一方面，为了防止这种粘度上升若抑制活化剂的强度或添加量，另一方面又不能将焊锡加热熔融时产生的锌氧化物进行还原，结果出现焊锡的润湿铺展性降低的问题。这样过去极难兼顾焊锡的润湿性和长期保存性，该并存问题成为没有普及有意于环境保护的无铅膏状焊锡的原因。此外，过去作为解决该问题用的手段，公开了第三成分的添加，例如添加铝的方法(国际公开专利号WO 02/34969 A1)。然而，添加铝的方法如后述有产生未熔解焊锡的问题，目前不得不把添加量限定在窄的范围。另外，过去的无铅焊锡合金中，虽然有含如上述铋的锡-锌系焊锡合金，但这种锡-锌系焊锡合金，在凝固后的焊锡表面存在金属光泽变暗的倾向，因此，除了兼顾润湿性与保存性以外，还期望改善这种外观上的问题。因此，本专利技术的目的在于提供使焊锡的润湿性良好，并且膏状焊锡的长期保存性也好的锡-锌系无铅焊锡合金，其混合物及焊锡接头，除此之外，含铋的锡-锌系焊锡的场合，也提高凝固后的表面光泽。
技术实现思路
本专利技术人为了解决上述以往的课题，潜心反复研究的结果，发现如果在锡-锌系焊锡中只设定组成配分添加比锌氧化倾向高的极微量的镁，则抑制膏状焊锡的锌与焊剂的反应而提高保存性，另一方面焊锡熔融时保持良好的润湿性，从而完成了如以下所述构成的本专利技术。即，本专利技术的锡-锌系无铅焊锡合金，是锡为主要成分，必须至少含有6～10重量％的锌的焊锡合金，一方面使在焊锡表面生成镁氧化物的保护被膜，另一方面为了焊锡熔融时使该氧化保护被膜被破坏，因此按有效的比例配合0.0015～0.1重量％的镁。所以，采用本专利技术一方面在保存膏状焊锡时，利用焊锡粉末表面生成的镁的氧化保护被膜保护内部，抑制锌与活化剂的反应而提高保存性，另一方面，在使焊锡熔融升温时，因为该氧化保护被膜形成容易被破坏的状态，可以保持良好的润湿性。另外，本专利技术的锡-锌系无铅焊锡合金，以锡为主要成分必须至少含有6～10重量％的锌和0.5～6重量％的铋的焊锡合金，由于一方面在焊锡表面生成镁氧化物的保护被膜，另一方面焊锡熔融时为了使该氧化保护被膜被破坏，故按有效比例含有0.0015～0.1重量％的镁。因此，本专利技术，即使是合铋的锡-锌系无铅焊锡的场合，同样地可同时实现上述焊锡的良好润湿性和保存性，与此同时在凝固时还减少焊锡表面的凹凸，可进一步地使表面光泽良好。此外，本专利技术提供以锡为主要成分，至少含有0.0015～0.1重量％的镁、有不同成分组成的2种以上的焊锡合金的混合物，该混合物的平均组成在权利要求2所述范围的锡-锌系无铅焊锡合金混合物。另外，本专利技术提供以锡为主要成分，至少含有0.0015～0.1重量％镁的、有不同成分组成的2种以上焊锡合金的混合物，该混合物的平均组成在权利要求2所述的范围的锡-锌系无铅焊锡合金混合物。而且，本专利技术提供使用如上述的权利要求1、2、3或4所述的锡-锌系无铅焊锡合金或其混合物接合的焊锡接头。附图的简单说明附图说明图1是表示本专利技术的锡-锌系无铅焊锡合金实验中，焊锡粉末的化学组成与特性评价结果的图表。具体实施例方式以下，边参照附图边对本专利技术的实施方案更详细地进行说明。如众所周知，锡-锌系无铅焊锡，例如同时将预先制备的焊锡粉末与焊剂搅拌混合加工成膏状的焊锡膏。然而，这种场合，焊锡粉末中，与氧的亲合力强的锌不可避免在粉末表面形成氧化物，焊锡粉末与焊剂混合加工成膏状焊锡时，膏状焊锡的粘度因锌与焊剂中的活化剂的反应而上升，在保存性上产生问题。一方面，为了防止该粘度上升，即使抑制活化剂的强度或添加量，另一方面却不能把焊锡加热熔融时产生的锌氧化物进行还原，结果产生焊锡的润湿性降低的问题。另外，本专利技术在锡-锌系焊锡中只极微量添加氧化倾向比锌高的元素时，由于该添加元素比锌优先地进行氧化，因焊锡粉末表面生成氧化物的保护被膜故企图利用该氧化保护被膜使锌与焊剂的反应降低。因此，得到焊锡的润湿性与保存性两方面优异的膏状焊锡用的焊锡粉末。然而，由于铝等添加元素，在表面生成的氧化保护被膜牢固，不能用焊剂还原，因此，焊锡熔融时大量产生未熔解焊锡。鉴于以上情况，本专利技术在氧化倾向比锌高的元素中，优选镁作为必须添加元素。镁添加的效果在于可以得到上述焊锡的良好润湿性和保存性两方面优异的锡-锌系膏状焊锡用粉末，同时与铝等的其他添加元素不同，其特点在于未熔解焊锡的产生少。这里，如果解释本专利技术在保存膏状焊锡时抑制降低锌与焊剂的反应性，且未熔解焊锡产生少的现象，其机理是一方面焊锡粉末表面所生成的镁氧化物的保护被膜在冷藏保存膏状焊锡时保护内部，另一方面使焊锡熔融的升温时，镁的氧化保护被膜变成为了保持润湿性而容易被破坏状态的缘故。因此，本专利技术的锡-锌系无铅焊锡合金，为了一方面在保存焊锡膏时抑制锌与焊剂中的活化剂的反应提高保存性，另一方面焊锡熔融时保持良好的润湿性，是化学组成构成以锡为主要成分，必须至少含有6～10重量％锌的焊锡合金，一方面使在焊锡表面生成镁氧化物的保护被膜，另一方面焊锡熔融时为了使该氧化被膜被破坏，故按有效的比例配合0.0015～0.1重量％的镁。然而，镁作为其他的效果有如以下的效果。即，在锡-锌系焊锡合金中添加铋后，焊锡表面的金属光泽有变暗的倾向。而，在含有铋的锡-锌系焊锡合金中添加微量的镁时，确认表面光泽变好。这是因为添加铋的场合，凝固时在表面形成细的凹凸，而通过添加镁在凝固时焊锡表面的凹凸变少的缘故。结果，可以得到接近以往锡-铅系焊锡的良好光泽。另外，本专利技术的锡-锌系无铅焊锡合金，是锡为主要成分，至少必须含有6-10重量本文档来自技高网...

【技术保护点】
锡－锌系无铅焊锡合金，其特征在于，是以锡为主要成分，至少必须含有６－１０重量％锌的焊锡合金，一方面为了在焊锡表面生成镁氧化物的保护被膜，另一方面为了焊锡熔融时使该氧化保护被膜被破坏，而按有效的比例０．００１５－０．１重量％混合镁。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉川雅明，青山春男，田中博孝，
申请(专利权)人：日本金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]