无铅焊料中的铜的析出方法、(CuX)₆Sn₅系化合物的制粒方法和分离方法以及锡的回收方法

专利名称：无铅焊料中的铜的析出方法、(CuX)₆Sn₅系化合物的制粒方法和分离方法以及锡的回收方法
技术领域：
本发明涉及在具有铜箔的印刷线路板、具有铜导线的实装部件等 的无铅焊接步骤中，将溶出到无铅焊料池中的过量铜进行分离并回收 锡的方法。
背景技术：
无铅焊料以锡为主体，适量含有铜、银、镍、铋、铟、磷、锗等，通常在25(TC左右的温度域发生润湿作用。因此，焊接步骤是将印刷 线路板等部件浸到加热至该温度域的焊料池中、或者使印刷线路板等 部件与在焊料池内形成的熔解焊料的喷流接触来实施的。但是，印刷线路板、部件等的导线中使用的铜在上述焊接步骤中 被加热到上述温度域，熔出到焊料中。这就是所谓的"铜浸出"。发生 该铜浸出，则焊料池中的铜浓度急剧升高，焊料的熔点升高，因此对 焊料的表面张力、流动性产生影响。结果产生桥焊、穿孔、漏焊、有 角(、乂/)、拉尖07，，)等缺陷，引起焊料的品质不良。因此，在焊料池中的铜浓度升高时，通常是将焊料池中焊料的一 部分或全部进行更换。此时，更换下来的已用过的焊料或者直接废弃， 或者采取一些处理而回收Sn，将其作为焊料的原料重新利用。现有技术中Sn的回收方法采用利用熔点差的方法、电解精炼法等。发明内容现有的Sn回收方法中，必须要大规模的设备，因此必须增大设备的设置面积，另外，为了使未精炼物的温度保持较高，还必须有消 耗火焰或大量电力的加热器等装备。因此迫使其成为危险且效率低的 作业。本发明为解决上述问题而设，其目的在于提供将在无铅焊料池中 熔出的过量铜进行分离并回收锡的方法。 本发明人进行了深入的研究，发现(1) 向熔出了过量铜的无铅焊池中添加适量的Ni、Co、Fe等元素， 则铜有时以(CuX)6Sn5系化合物(X为Ni、 Co、 Fe等元素)的形式析出。 如果分离该(CuX)6Sns系化合物，则可以回收Sn。(2) 但是，上述(CuX)6Sn5系化合物颗粒小，浮游在焊料中，不容 易回收。如果长时间放置则发生沉淀，容易回收，但是长时间保持焊 料熔融的230-25(TC的温度，会导致能源成本上升。因此，作为容易 分离并除去(CuX)6Sn5系化合物的方法，将该化合物制粒、沉淀是有用 的。本发明人根据上述发现进《亍了反复研究，结果完成了可以分离熔 出到无铅焊料池中的过量铜并高效回收锡的本发明。本发明的主要内容在于下述(a)所示的无铅焊料中的铜的析出方 法、(b)所示的(CuX)6Sns系化合物的制粒方法、(c)所示的(CuX)6Sns系 化合物的分离方法和(d)所示的锡的回收方法。(a) 无铅焊料中的铜的析出方法，该方法是使熔出到无铅焊料中 的铜以金属间化合物的形式析出的方法，其特征在于向熔融的无铅 焊料屮添加在铜和锡之间形成(CuX)6Sn5系化合物的元素X。(b) (CuX)6Sn5系化合物的制粒方法，该方法是将锡中析出的 (CuX)6Sri5系化合物制粒的方法，其特征在于将(CuX)6Sns化合物与 锡一起通过多孔板。(c) (CuX)6Sn5系化合物的分离方法，该方法是将析出到锡中的 (CuX)6Sn5系化合物分离的方法，其特征在于向混有(CuX)6Sns系化 合物的锡提供涡流，使(CuX)6Sns系化合物沉淀并分离。(d)锡的回收方法，该方法是从熔出了铜的无铅焊料中回收锡的 方法，其特征在于通过下述(l)-(4)的步骤回收锡(1) 向熔融的无铅焊料中添加在铜和锡之间形成(CUX)6SH5系化 合物的元素X，使(CuX)6Sll5系化合物析出的步骤；(2) 通过将析出的(CuX)6Sn5系化合物与锡一起通过多孔板，进行 制粒的步骤；(3) 向混有制粒的(CuX)6Sn5系化合物的锡提供涡流，使(CuX)6Sns 系化合物沉淀并分离的步骤；(4) 取出(CuX)6Sn5系化合物，回收锡的步骤。 上述各方法中，优选元素X是选自Ni、 Co和Fe的一种以上。上述多孔板优选使用多个，同时^t选设置于上游一侧的多孔板的孔的内 径比设置于下游一侧的多孔板的孔的内径小。发明效果根据本发明，可以将无铅焊料池中熔出的过量铜进行分离，并高 效回收锡。这样回收的锡可作为焊料的原料重新利用。附图简述图1说明本发明的锡的回收方法的概要。图2示意说明(CuX)6Sns系化合物的析出方法。图3示意说明本发明的(CuX)6Sri5系化合物的制粒方法的一个例 子，(a)是总体构成图，(b)是制粒机的截面图，(c)是设置于制粒机中的 多孔板的展开图。图4示意说明本发明的(CuX)6Sri5系化合物的分离方法，(a)表示 装入时的状态，(b)表示涡流搅拌时的状态，(c)表示涡流搅拌停止后的 状态。符号说明1.析出容器2. 无铅焊料3. (CuX)6Sns系化合物4. 制粒容器5. 制粒机6. 制粒的(CuX)6Sn5系化合物7-1.第1多孔板、7-2.第2多孔板、7-3.第3多孔板8. 多孔板9. 金属板10. 孔11. 分离容器12. 锡实施发明的最佳方式以下通过


本发明的实施方案。1. 锡的回收方法图l说明本发明的锡的回收方法的概要。如图所示，在本发明的 锡的回收方法中，首先通过印刷线路板等的铜浸出，使过量熔出到无 铅焊料中的铜以规定的化合物的形式析出，然后根据情况使其制粒， 然后使该化合物与锡分离。锡作为新的焊料原料再利用，铜化合物或 废弃，或通过之后的精炼，作为铜、锡等原料再利用。2. (CuX)6Sn5系化合物的析出方法图2示意说明(CuX)6Sns系化合物的析出方法的一个例子。如图2 所示，在本发明的析出方法中，例如使熔出了过量铜的无铅焊料2流 入到析出容器1中，将其用加热器(未图示)加热至规定的温度范围， 同时适量添加规定元素X。通过添加合金X， (CuX)6Sn5系化合物3 析出。加热温度可以设定为焊料熔解的温度以上、析出的(CuX)6Sri5 系化合物不熔解的温度以下，即可以是230-25(TC。元素X的添加可 以通过添加使适量的元素X均匀溶解于Sn中得到的母合金进行。元素X只要是可以溶解到Cu中但与Sn形成析出物的元素即可， 例如有M、 Co、 Fe等。通过适量添加这些元素，熔融焊料中形成熔 点比焊料高的具有晶体结构的化合物(CuX)6Sns。使其沉淀后除去，则 可以回收高纯度的锡。然而，上述(CllX)6Sll5系化合物颗粒小，容易浮游在焊料中，因此使其沉淀需要较长时间。在该期间，必须将析出容器内在悍料熔融的 230-25(TC的温度下持续加热，因此导致能源成本升高。因此，本发明 人考虑了将浮游在焊料中的(CuX)6Sns化合物制成更容易回收的形式， 即，将其制粒，然后除去的方法。该方法如下所示。3. (CuX)6Sll5系化合物的制粒方法图3示意说明本发明的(CuX)6Sns系化合物的制粒方法的一个例 子，(a)为总体构成图，(b)是制粒机的截面图，(c)是设置于制粒机中的 多孔板的展开图。如图3(a)所示，在本发明的制粒方法中，例如使用 在内部设置了制粒机5的制粒容器4。使(CuX)6Sns系化合物3与熔融的锡12 —起通过该制粒容器4内。 (CuX)6Sn5系化合物3由图中上部中心附近向下方流动，然后由内侧向 外侧流过构成制粒机5的多孔板7-1、 7-2、 7-3的孔，直接流向设置 于更下方的出口 。(CuX)6Sns系化合物3每次通过构成制粒机5的多孔 板7-l、 7-2、 7-3的孔时互相结合，其粒径逐渐增大。制粒机5并不限于图3所示，例如可以是通过一片多孔板的构成， 但从制粒效率考虑，如图3(b)所示，例如准备多个多孔板，将多孔板 7-1、 7-2和7-3排列成同心圆状较好。如图3(b;)所示，希望设于最内 侧(即上游一侧)的第1多孔板7-l的孔的内径比第2多孔板7-2的孔的 内径小，第2多孔板7-2的孔的内径比第3多孔板7-3的孔的内径小。 孔的内径例如可以是第1多孔板7-1为2 mm、第2多孔板7-2为3 mm、 第3多孔板7-3为4mm。希望通过未图示的加热器，与析出方法中容器内的温度同样地将 制粒容器4内的温度保持在230-250°C。多孔板可以是金属网等，但从强度、内径尺寸制度的角度考虑，如图3(C)所示，希望使用在金属板9上冲压多个孔10的所谓的冲压金属。 4. (CuX)6Sns系化合物的分离方法图4示意说明本发明的(CuX)6Sns系化合物的分离方法的一个例 子，(a)表示装入时的状态，(b)表示涡流搅拌时的状态，(c)表示涡流搅 拌停止后的状态。如图4所示，在本发明的分离方法中，例如如该图 (a)所示，使混有制粒的(CuX)6Sri5系化合物6的熔融的锡12流入分离 容器ll，然后如该图(b)所示，提供涡流。这样，(CuX)6Sri5系化合物逐渐集中在分离容器11的中心部的下 部，如果停止涡流，则如该图(c)所示，在分离容器11中心部的下部 沉淀。在该状态下，如果将制粒的(CuX)6Sns系化合物6从分离容器 11下部的排出口(未图示)取出，则分离容器ll中残留高纯度的锡，可 以将其回收。希望通过未图示的加热器，与析出方法中的容器内的温度同样地 将分离容器ll内的温度保持在230-25(TC。图4中，为了使说明简化， 分别记载了装入步骤和涡流搅拌步骤，但也可以将这些步骤同时进 行。即，通过调节使混有制粒的(CuX)6Sn5系化合物6的熔融的锡12 流入的角度，也可以在分离容器11内产生涡流。产生涡流的方法例 如可采用将搅拌机从分离容器11的上部装入，使混有制粒的 (CuX)6Sn5系化合物6的锡12产生涡流的方法；在分离容器11的壁面 设置喷嘴，通过调节其喷出方向，使混有制粒的(CuX)6Sn5系化合物6 的熔融的锡12产生涡流的方法等。取出制粒的(CuX)6Sns系化合物6后回收熔融的锡12的方法可以 是用泵从分离容器11上部取出的方法，但熔融焊料的热会使泵受损。 因此，可以釆用下述方法从排出口取出制粒的(CuX)6Sn5系化合物6， 然后暂时关闭排出口 ，向与排出(CuX)6Sn5系化合物6不同的容器中排 出熔融的锡12。用于回收锡的排出口设于分离容器的上方附近，只排 出熔融的锡的上清进行回收。上述说明中，对分离制粒的(CuX)6Sns系化合物6的方法进行了说 明，即使在省略制粒步骤的情况下，也可以用需要较长时间的同样的 方法分离(CuX;)6Sn5系化合物6。以上对各步骤进行了说明，这些步骤当然可以连续进行。这种情 况下，首先从浸泡焊料池或喷流焊料池中回收使用过的焊料，在回收 工厂中按照本发明的方法回收锡；也可以无需转移到另外的场所，即 在浸泡焊料池或喷流焊料池的旁边设置可实施本发明的锡的回收方 法的装置，在进行焊接作业的同时实施该方法。后者可以连续地对过 量熔出的铜进行分离，因此也可用于焊料池内铜浓度的调节。产业实用性根据本发明，可以将溶出到无铅焊料池中的过量铜分离，高效地 回收锡。这样回收的锡可以作为焊料资源再利用。
权利要求
1.无铅焊料中的铜的析出方法，该方法是使溶出到无铅焊料中的铜以金属间化合物的形式析出的方法，其特征在于向熔融的无铅焊料中添加在铜和锡之间形成(CuX)6Sn5系化合物的元素X。
2. 权利要求1的无铅焊料中的铜的析出方法，其特征在于元素X为选自Ni、 Co和Fe的一种以上。
3. (CuX)6Sn5系化合物的制粒方法，该方法是对锡中析出的 (CuX)6Sri5系化合物进行制粒的方法，其特征在于将(CuX)6Sn5系化 合物与锡一起通过多孔板。
4. 权利要求3的(CuX)6Sn5系化合物的制粒方法，其特征在于 元素X为选自Ni、 Co和Fe的一种以上。
5. 权利要求3或4的(CuX)6Sns系化合物的制粒方法，其特征在 于使用多个多孔板，同时设置于上游一侧的多孔板的孔的内径比设 置于下游一侧的多孔板的孔的内径小。
6. (CuX)6Sn5系化合物的分离方法，该方法是将锡中析出的 (CuX)6Sns系化合物分离的方法，其特征在于向混有(CuX)6Sns系化合物的锡提供涡流，使(OlX)6Sll5系化合物沉淀、分离。
7. 权利要求6的(CuX)6Sn5系化合物的分离方法，其特征在于 元素X为选自Ni、 Co和Fe的一种以上。
8. 锡的回收方法，该方法是从溶出了铜的无铅焊料中回收锡的方法，其特征在于通过下述(l)-(4)的步骤回收锡(1) 向熔融的无铅焊料中添加在铜和锡之间形成(CuX)6Sns系化 合物的元素X，使(CuX)6Sns系化合物析出的步骤；(2) 通过将析出的(CuX)6Sri5系化合物与锡一起通过多孔板，进行 制粒的步骤；(3) 向混有制粒的(CuX)6Sns系化合物的锡提供涡流，使(CuX)6Sns 系化合物沉淀并分离的步骤；(4)取出(CuX)6Sns系化合物，回收锡的步骤。
9. 权利要求8的锡的回收方法，其特征在于元素X为选自M、 Co和Fe的一种以上。
10. 权利要求8或9的锡的回收方法，其特征在于使用多个多 孔板，同时设置于上游一侧的多孔板的孔的内径比设置于下游一侧的 多孔板的孔的内径小。
全文摘要
本发明的目的在于将溶出到无铅焊料池中的过量铜分离，高效地回收锡。通过向熔融的无铅焊料中添加在铜和锡之间形成(CuX)₆Sn₅系化合物的元素X，使(CuX)₆Sn₅系化合物析出，根据情况使其通过多孔板而制粒，再向其提供涡流，使(CuX)₆Sn₅系化合物沉淀、分离，然后取出(CuX)₆Sn₅系化合物，回收锡。
文档编号C22B25/00GK101238229SQ20068002692
公开日2008年8月6日 申请日期2006年7月25日 优先权日2005年7月26日
发明者西村哲郎 申请人:斯比瑞尔社股份有限公司