无铅焊锡丝的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无铅焊锡丝，其特征在于：无铅焊锡丝包含有1.5-8%（质量）的Cu，0.01-2%（质量）的Co，0.01-1%（质量）的Ni，以及剩余量的Sn，并且其液相线温度为420℃或以下。无铅焊锡丝可进一步包括一种及以上的氧化抑制元素和/或一种及以上的润湿改善元素，其可选自P，Ge和Ga的组成物或Ag为0.05-2%（质量）的组合物，作为润湿性提高元素。该无铅焊锡丝被涂覆于一种铜线线圈的端部。本发明的有益效果是：在熔融状态下使用时，不容易受到铜浸出，且减少铅中毒的现象产生，实用方便。
【专利说明】无铅焊锡丝【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种焊锡丝，特别是一种无铅焊锡丝。
【背景技术】
[0002]在电子设备中，如计算机中可以使用各种线圈。线圈端部的焊接优选是在用焊锡丝预涂线圈端部之后，以保证形成满意的焊接接头。可以将线圈端部浸入熔融的焊锡丝中进行这种预涂。一些在电子设备中用于制造线圈的铜线细至直径为100微米或更小。当将这样细的铜线端部浸入到熔融的焊锡丝中时，可能会发生所谓的铜浸出。铜浸出是这样一种现象，即浸入熔融焊锡丝中的细铜线在熔融的焊锡丝中溶解，从而使电线变得更细或完全消失。铜浸出也可能发生在线圈端部的焊接过程中，特别是在浸焊过程。过去已采取对策来防止细铜线中的铜浸出。为了防止在熔融的焊锡丝中细铜线的铜浸出，最广泛使用的技术是添加铜到焊锡丝中。由于可以溶解在熔融的焊锡丝中的铜的量是有限的，因此当铜浸入熔融焊锡丝中时，加有铜的焊锡丝的使用使得铜线难以在熔融焊锡丝中溶解。这种焊锡丝的一个例子就是Pb-Sn-Cu合金。这种合金的一般成分是Pb-63Sn合金中再添加Cu，从而使其中具有约1.5%至2%的Cu含量。相对于铜线，Pb-Sn-Cu焊锡丝具有良好的可焊性，所以它已被广泛用于预涂线圈端部。然而，由于铅(Pb)的毒性，当含铅废料在填埋场中处理，而酸雨从废物中将铅溶解并且污染地下水时，这可能会导致铅中毒，因此需要使用一种无铅焊锡丝用于预涂和焊接线圈端。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供了一种无铅焊锡丝，用以解决上述的现有问题。
[0004]本发明的技术方案如下:一种无铅焊锡丝，其特征在于:无铅焊锡丝包含有
1.5-8% (质量)的Cu，0.01 一 2% (质量)的Co，0.01 一 1% (质量)的Ni，以及剩余量的Sn，并且其液相线温度为420°C或以下。`
[0005]无铅焊锡丝可进一步包括至少一种的氧化抑制元素和/或至少一种的润湿改善元素，其可选自P，Ge和Ga的组成物或Ag为0.05 — 2% (质量)的组合物，作为润湿性提高元素。
[0006]该无铅焊锡丝被涂覆于一种铜线线圈的端部。
[0007]本发明的有益效果是:在熔融状态下使用时，不容易受到铜浸出，且减少铅中毒的现象产生，实用方便。
【具体实施方式】
[0008]本发明一种无铅焊锡丝，其特征在于:无铅焊锡丝包含有1.5-8%(质量)的Cu，0.01一 2% (质量)的Co，0.01 一 1% (质量)的Ni，以及剩余量的Sn，并且其液相线温度为420°C或以下。无铅焊锡丝可进一步包括至少一种的氧化抑制元素和/或至少一种的润湿改善元素，其可选自P，Ge和Ga的组成物或Ag为0.05 — 2% (质量)的组合物，作为润湿性提高元素。该无铅焊锡丝被涂覆于一种铜线线圈的端部。
[0009]根据本发明的这种无铅焊锡丝特别适合与由具有绝缘涂层的线圈一起使用，以便热除去线圈端部的绝缘涂层，同时还可以通过将线圈浸入熔融焊锡丝中，用焊锡丝预涂线圈。这种无铅焊锡丝也适用于将铜线线圈的端部焊接到电气端子上。可以通过浸焊或铁焊来进行这样的焊接。优选地，待焊接的线圈端部可以用焊锡丝预涂。在这种情况下，可以仅仅通过加热炉中的焊锡丝，或用加热工具如电烙铁，就可能在某些情况下用预涂焊锡丝来进行焊接。
[0010]为了热除去线圈端部的绝缘涂层，该涂层通常包括内搪瓷涂层和外聚氨酯涂层，需要将线圈端部加热到400°c附近的温度。因此，焊锡丝应在该温度下熔化，以形成熔融焊锡丝，从而线圈端部浸入时能热除去绝缘涂层。但是，如果熔融焊锡丝的温度高于470°C，线圈上浸入的绝缘涂层会在其中立即碳化，并且得到的碳将粘附在线圈端部，从而防止焊锡丝与铜线结合。温度高于470°C也是不利的，因为铜浸出在如此高的温度下会很容易发生。
[0011]通常是在温度为20°C到50°C的范围内用熔融焊锡丝来进行浸焊的，该温度高于焊锡丝的液相线温度，并且其取决于待焊接部分的热容量。因此，为了使浸焊可以在470°C或以下的温度中进行，根据本发明的焊锡丝液相线温度应该为420°C或以下。
[0012]为了防止线圈端部浸入熔融焊锡丝中时发生铜浸出，根据本发明的Sn系无铅焊锡丝含有1.5-8% (质量)的Cu和0.01 一 2% (质量)的Co。如果Cu的含量不小于1.5% (质量)，那防止铜浸出的效果是不明显的。添加的Cu超过8% (质量)的量会导致焊锡丝的液相线温度高于420°C，从而造成严重的铜浸出，并不利地影响可焊性。
[0013]添加Co到Sn-Cu系焊锡丝中对进一步降低Sn-Cu系焊锡丝的铜浸出是非常有效的。如果Co的含量小于0.01% (质量)，这种效果是不明显的。而当Co含量增加至约2%(质量)时，铜浸出效果达到饱和。Co的添加超过2% (质量)也是不利的，因为它同时也增加了焊锡丝液相线温度。
[0014]Cu的含量优选为2-5% (质量)，并且Co的含量优选为0.05 一 0.5% (质量)，更优选为0.05 一 0.2% (质量)。
[0015]根据本发明，为了进一步提高Cu和Co的效果，以防止铜浸出，可任选地加入镍到焊锡丝中。如果Ni的含量小于0.01% (质量)时，这种效果是部明显的。另外，添加超过1% (质量)的Ni会大幅度增加焊锡丝的液相线温度，即高于420°C，如上所述这是不可取。因此，在添加Ni时，Ni的含量优选为0.01 — 1% (质量)，更优选为0.1 — 0.3% (质量)。
[0016]通过将线圈端部浸入熔融焊锡丝中，为了除去涂层铜线线圈端部的绝缘涂层，熔融焊锡丝的温度高达约400°C或以上(优选低于470°C，如上所述)。在这样高的温度下，焊锡丝的氧化变得显着，并且大量的氧化物会形成在熔融焊锡丝的表面上。另外，为了抑制焊锡丝的氧化，可以添加一种或多种能抑制熔融焊锡丝氧化的元素。这种元素可以是P，Ge,和Ga。在添加这些元素时，这些氧化抑制元素中的一种或多种在焊锡丝中的总量为0.001一 0.5% (质量)。如果这些氧化抑制元素的总量小于0.001% (质量)时,所需的效果不能明显的实现。但是，如果这些元素的总量超过0.5% (质量)，它们将会不利地影响可焊性。优选地，氧化抑制元素的总量为0.005 一 0.1% (质量)。
[0017]当将线圈端部浸入熔融焊锡丝中时，熔融焊锡丝会充分润湿浸入的铜线，并且除去其绝缘涂层。无铅Sn-Cu-Co和Sn-Cu-Co-Ni焊锡丝可能不总是具有足够的润湿性来完全湿润浸入的铜线。其结果是，浸入在熔融焊锡丝中的铜线的整个部分可能并没有预涂有焊锡丝。为了避免这种不良现象的发生，可以添加一种具有改善润湿性效果的元素到焊锡丝中。这种润湿性改善元素的一个例子是Ag。当添加Ag时，其优选的量为0.05-2% (质量)，更优选为0.1% (质量)。如果Ag的含量小于0.05% (质量),其润湿性改善效果不会明显表现。在银含量为约2% (质量)时，Ag的润湿性改善效果达到饱和。并且Ag也是昂贵的，因此添加的Ag最好不要超过2% (质量)。
[0018]根据本发明，无铅焊锡丝Sn-Cu-Co或Sn-Cu-Co-Ni焊锡丝可以是任何形式的,但通常是适用于形成熔融焊锡丝的形式，如条状焊锡丝，预制焊锡丝或类似形式。当通过供应焊锡丝到端子，使焊锡丝用于将预涂线圈焊接到电气端子时，其可以采取焊线，药芯焊丝或焊膏形式。
[0019]如上所述，在将涂层铜线的线圈端部浸入熔融焊锡丝中之前，可以运用助焊剂到线圈端部，从而在绝缘涂层从熔融焊锡丝中的铜线上除去后，焊剂可以立即发挥其在铜线上的作用。可用松香系焊剂实现这一目的，虽然也可以使用其他焊剂，只要它们在高达400°C或以上的熔融焊锡丝的温度下能够产生作用。
[0020]根据本发明的无铅焊锡丝有效地抑制了熔融状态下的铜浸出，即使其具有容易溶解Cu的Sn系组成物。因此，其特别适合于在熔融状态下使用，通过将线圈端部浸入熔融焊锡丝中，以除去绝缘涂层和预涂线圈端部，通过浸溃的线圈端部在熔融的焊锡丝中，从而最大限度地减少或消除金属丝直径的显着减小或金属丝的完全消失，即使线圈是由直径为100微米或更小的细铜线制成的。其结果是，预涂有焊锡丝的线圈可靠性大幅度得到提高。
[0021]实例 铜浸出速度
将每个焊锡丝在焊料浴中加热到400°C，以达到熔融状态。浸入作为测试材料的涂层铜线线圈，其上覆盖有内搪瓷涂层和外聚氨酯涂层。在讲松香焊剂沿预定的长度运用到线圈端部后，将线圈端部在400°C下浸入熔融焊锡丝10秒，20秒或30秒。每次浸入期之后，测量铜线的直径以确定由铜浸出导致的金属丝直径的减小速度(微米每秒)，以此作为铜浸出铜浸出速度。
[0022]润湿性
每个焊锡丝的润湿性可以通过将尺寸为10毫米X30毫米X0.3毫米的铜片材在400°C下浸入到熔融焊锡丝中，使用润湿称量试验可以测量其润湿性。可通过测试时得到的用于润湿曲线的过零时间(润湿时间)来评估润湿性。
[0023]根据本发明的这种含有Co的无铅Sn-Cu系焊锡丝表现出其能显着地抑制铜浸出，这就在于其铜浸出速度明显慢于常规或已知的Sn-Cu系焊锡丝。因此，添加少量的Co到Sn-Cu系焊锡丝中能非常有效的抑制铜浸出。润湿时间较短显示出添加的Ag具有改善润湿性的效果。
【权利要求】
1.一种无铅焊锡丝，其特征在于: 无铅焊锡丝包含有1.5-8% (质量)的Cu，0.0l 一 2% (质量)的Co，0.01 一 1% (质量)的Ni，以及剩余量的Sn，并且其液相线温度为420°C或以下。
2.根据权利要求1所述的无铅焊锡丝，其特征在于:无铅焊锡丝可进一步包括至少一种的氧化抑制元素和/或至少一种的润湿改善元素，其可选自P，Ge和Ga的组成物或Ag为0.05 一 2% (质量)的组合物，作为润湿性提高元素。
3.根据权利要求1所述的无铅焊锡丝，其特征在于:该无铅焊锡丝被涂覆于一种铜线线圈的端部。
【文档编号】B23K35/26GK103586599SQ201310559374
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】王伟德 申请人:宁波市鄞州恒迅电子材料有限公司