焊料处理装置的远端构件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及焊料处理装置的远端构件，该远端构件包括远端作业部，该远端作业部的材质是含有0.5％重量至5％重量的钴而其余是铁的铁-钴系合金，或者是含有0.5％重量至5％重量的钴而其余是铁和碳的铁-碳-钴系合金。由此，与以往相比能够实现对于无铅焊料实用性更高的焊料处理装置的远端构件。
【专利说明】焊料处理装置的远端构件
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊料处理装置的远端构件。
【背景技术】
[0002]一直以来，用于烙铁、焊料除去器等焊料处理装置的远端构件，其远端作业部(与焊料或导线等加热对象接触且镀焊的部位)由铜或铜合金制成。例如，在烙铁中，作为远端构件，使用铜或铜合金的烙铁头构件。这样的烙铁头构件为了防止因焊料产生的对铜的侵蚀，在烙铁头构件的远端作业部上实施了 100至500 μ m厚的镀铁。镀铁的表面还进一步被熔融锡涂覆。烙铁头构件的其余部分实施了镀铬等，以便不被焊料润湿。
[0003]但是，以往的焊料的主要成分一般是锡以及铅(Sn-Pb系焊料，Sn-37Pb共晶焊料是其代表例)。Sn-37Pb共晶焊料的流动性优良，始终覆盖烙铁头的远端作业部，防止镀铁的氧化的情况已被确认。但是近年来，为了应对环境问题，不含铅成分的所谓无铅焊料已被使用。作为无铅焊料的代表例，可列举Sn-Cu系焊料、Sn-Ag系焊料以及Sn-Ag-Cu系焊料
坐寸ο
[0004]与Sn-Pb系焊料相比，无铅焊料的处理较难。与Sn_37Pb共晶焊料相比，无铅焊料的熔点高了 20至45°C，而且焊料扩展性大幅下降。
[0005]如果焊料扩展性下降，则焊料难以顺利地附着于印刷电路板的图案面或元件的焊接部。因此，有时会使用活性力强的助焊剂(flux)或提高烙铁的烙铁头温度。这样的助焊齐U、过剩的热当然会对印刷电路板及元件产生坏影响。
[0006]并且，该焊料扩展性的下降不仅对印刷电路板，而且对远端构件的远端作业部也产生影响。远端作业部基于熔融锡及焊料始终覆盖底层的镀铁来防止高温氧化。但是，在焊料扩展性下降的情况下，远端作业部的镀铁在高温时容易露出，有可能促进高温氧化。如果远端作业部因高温氧化而失去焊料润湿性，则焊料难以附着，焊接本身便不能进行。因此，成品率变差。
[0007]无铅焊料的侵蚀金属的能力也强。在使用无铅焊料时，比Sn-Pb系焊料快3至5倍地侵蚀烙铁头素材的铁。远端作业部因焊料的侵蚀也很大程度地依随于作业温度。另外，无铅焊料的熔点比Sn-37Pb共晶焊料高20至45°C，因此往往较高地设定焊料作业时的温度的情形也对基于焊料的远端作业部的耐侵蚀性产生影响。
[0008]烙铁厂商对于该问题已采取了如下等对策:(I)增大烙铁头的镀铁厚度；(2)开发温度特性优异的烙铁，以尽可能地降低烙铁头的设定温度；(3)搭载睡眠功能、自动关闭功能，以降低烙铁头的负荷。但是，这些仍然不是根本的对策。例如，对于(I)的“增大烙铁头的镀铁厚度”，如果增大镀铁的厚度，则由于热传导变差，难以作业，故有限度。
[0009]另一方面，为了应对无铅焊料，以使烙铁的烙铁头实现长寿命化且提高耐侵蚀性，已有如下所例示的多个专利文献。
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本专利公开公报特公平2-9668号[0012]专利文献2:日本专利公开公报特开2004-17060号
[0013]专利文献3:日本专利公报特许第4546833号
[0014]专利文献4:日本专利公表公报特表2008-500184号
[0015]专利文献I公开了由“Fe-18?36% Cr_5?18% Co”构成的烙铁头用合金。该技术方案不是在铜基体上镀上耐侵蚀性金属或进行涂覆，而是将“Fe-18?36% Cr-5?18%Co”合金本身设为烙铁头。
[0016]专利文献2公开了在远端部中设置了 “铁-硅合金”的烙铁头。
[0017]专利文献3、4是先前由本发明 申请人:提出的文献。
[0018]专利文献3、4中提出了包括金属粒子体的烙铁头构件。作为该烙铁头构件的实施例，公开了 “Fe-10% Co-5.5% Cu-1.3% Ag”、“Fe_0.8% C” 等材料。
[0019]有关长寿命的烙铁头的专利申请尽管已有较多，但在本发明 申请人:所调查的范围中，已被实用化的例子极少。
[0020]例如，本发明 申请人:针对专利文献2的技术与此相关联地试验了 “Fe-3% Si”材料。“Fe-3% Si”材料的焊料扩展性极差，在400°C、5000次的试验的中途，三根中有两根失去焊料润湿性，实验不得不中止。Si是焊接性差的材料，在提高耐侵蚀性方面有效果，但作为其反作用，焊接性下降，不耐用。
[0021]专利文献I中记载的Fe-Cr-Co系材料也同样。由于加入了铬，即使耐侵蚀性优异，但焊接性下降，与专利文献2的方案同样地不耐用。
[0022]另一方面，如专利文献3、4所示，对于以铁为主要成分且含有碳或钴的合金，已确认了对于无铅焊料也在一定程度上提高了耐侵蚀性。特别是关于铁-碳系合金，在这些专利文献3、4中也公开了发挥能够耐于使用的优异性能的材料。但是，关于铁-钴系合金而言，应在铁中含有何种程度的钴尚未明确，因此还需要进一步研究。
【发明内容】
[0023]本发明鉴于上述课题而作，其目的在于提供一种对于无铅焊料实用性更高的焊料处理装置的远端构件。
[0024]本发明的发明人经过精心研究，结果发现通过将在纯铁中含有0.5%重量至5%重量的钴的铁-钴系合金用于远端作业部，能够提高对焊料的耐侵蚀性，且同时提高焊料扩展性，从而完成了本发明。
[0025]为了解决上述课题，本发明涉及一种焊料处理装置的远端构件(顶端构件)，其包括:远端作业部，与加热对象接触且由烧结件或轧制件或铸造件构成；其中，所述远端作业部的材质是含有0.5%重量至5%重量的钴而其余是铁的铁-钴系合金，或者是含有0.5%重量至5%重量的钴而其余是铁和碳的铁-碳-钴系合金。在该技术方案中，远端作业部是含有指定量(0.5%重量至5%重量)的钴的铁-钴系合金或含有指定量(0.5%重量至5%重量)的钴的铁-碳-钴系合金。通过将具有这样的远端作业部的远端构件用于焊料处理装置，能够提高该远端作业部的耐侵蚀性，并且能够提高焊料扩展性。迄今为止，已知在以金属注射成形加工(Metal Injection Molding:MIM)的烧结件制造具有铁-钴系合金制的远端作业部的远端构件的情况下，如果钴的含有量超过20%重量，则耐侵蚀性下降。但是，通过本发明的发明人的研究，发现:在钴的含有量为10%重量以上的情况下，还出现耐侵蚀性以及焊料扩展性均下降的问题，从而不能充分地应对市场的要求。与此相对，本发明通过将钴的含有量限定在0.5%重量至5%重量，实现了能够发挥高的焊料扩展性且耐侵蚀性高并且寿命长的远端构件。
[0026]在优选的远端构件中，所述远端作业部的材质是所述铁-钴系合金，该远端作业部是其材质所含有的钴量为3%重量至5%重量的轧制件或烧结件。在该技术方案中，能够显著地提高焊料扩展性，且能够提高远端作业部的耐侵蚀性。本发明的发明人发现了特别是在钴的含有量为3%重量程度的轧制件时，虽然焊料扩展性(将对镀铁的远端构件进行同一条件的试验时的值作为I时的倍率)增加至镀Fe的大约1.29倍，但耐侵蚀性(将对镀铁的远端构件进行同一条件的试验时的损伤量作为I时的倍率)提高至2.3倍。因此，在本技术方案中，能够在将价格比较高的钴的含有量抑制在需要的最小限度内的情况下，发挥高的焊料扩展性，并且耐侵蚀性变高，寿命变长。
[0027]在优选的远端构件中，所述远端作业部的材质是所述铁-碳-钴系合金，该远端作业部是其材质所含有的碳量为0.2%重量至1.2%重量的烧结件或轧制件或铸造件。在该技术方案中，远端作业部的材质是含有指定量(0.2%重量至1.2%重量)的碳以及指定量(0.5%重量至5%重量)的钴的铁-碳-钴系合金。通过将具有这样的远端作业部的远端构件用于焊料处理装置，能够飞跃性地提高该远端作业部的耐侵蚀性，并且同时提高焊料扩展性。特别是在本技术方案中，由于含有0.2%重量至1.2%重量的碳，故显著地提高耐侵蚀性，且寿命变长。在以含有0.2%重量至1.2%重量的碳的铁-碳-钴系合金烧结或铸造远端作业部的情况下，在基材中生成珠光体组织。珠光体组织是碳含有量极少(接近于纯铁)的铁素体(α铁)和较多地含有碳的渗碳体(Fe3C)以任意的方向交互地层叠的结构。铁素体尽管为软质(维氏硬度Hv大约90)，但焊料的润湿性极高。另一方面，渗碳体的焊料润湿性低，但耐侵蚀性极高。如上所述，在0.2%重量至1.2%重量的范围内含有碳的铁-碳-钴系合金中，通过珠光体组织中的铁素体提高焊料的润湿性，并且通过渗碳体提高耐侵蚀性。因此，能够维持以往的润湿性(焊料扩展面积)，且能够显著地延长制品的寿命O
[0028]在优选的远端构件中，所述远端作业部的材质含有从10%体积以下的氧化物、10 %体积以下的碳化物、10 %体积以下的氮化物、10 %体积以下的金刚石、10 %体积以下的石墨和10%体积以下的碳纳米管中选择的至少一个作为添加物。例如，所述远端作业部的材质(所述铁-钴系合金或所述铁-碳-钴系合金)还含有从10%体积以下的氧化物、10%体积以下的碳化物、10 %体积以下的氮化物、10 %体积以下的金刚石、10 %体积以下的石墨和10%体积以下的碳纳米管中选择的至少一者以作为添加物。在该技术方案中，通过添加剂的效能，能够进一步提高远端作业部的对焊料的耐侵蚀性。
[0029]在优选的远端构件中，所述氧化物是从么1203、5102和1102中选择的复合添加材料。在该技术方案中，作为氧化物，分散添加了从A1203、SiO2和TiO2中选择的复合添加材料，因此能够进一步提闻制品的对焊料的耐侵蚀性。
[0030]在优选的远端构件中，所述碳化物是从SiC、TiC和WC中选择的复合添加材料。在该技术方案中，能够进一步提闻制品的对焊料的耐侵蚀性。
[0031]在优选的远端构件中，所述氮化物是从AlN和TiN中选择的复合添加材料。在该技术方案中，作为氮化物，分散添加了从AlN和TiN中选择的复合添加材料，因此能够进一步提闻制品的对焊料的耐侵蚀性。
[0032]在优选的远端构件中，所述远端作业部形成在由所述铁-钴系合金或所述铁-碳-钴系合金构成的构件罩的远端部。在该技术方案中，制造变得容易，且由于远端侧和基端侧无连接部分，因此具有制造容易且耐久性提高的优点。
[0033]如上所述，本发明是焊料处理装置的远端构件，通过将含有指定量(0.5%重量至5%重量)的钴的铁-钴合金或含有指定量(0.5%重量至5%重量)的钴的铁-碳-钴合金作为材料而制造了远端构件中的远端作业部，因此能够提高该远端作业部的耐侵蚀性，且能够提高焊料扩展性，从而发挥对于无铅焊料能够进一步提高实用性这样的显著效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是采用本发明的一实施方式所涉及的远端构件的烙铁的剖视图。
[0035]图2是图1的要部放大图。
[0036]图3是采用本发明的别的实施方式所涉及的远端构件的烙铁的剖视图。
[0037]图4是采用本发明的再一别的实施方式所涉及的远端构件的烙铁的剖视图。
[0038]图5是采用本发明的再一别的实施方式所涉及的远端构件的烙铁的剖视图。
[0039]图6是采用本发明的再一别的实施方式所涉及的远端构件的焊料除去器的剖视图。
[0040]图7A至图7C是表示采用本发明的再一别的实施方式所涉及的远端构件的焊料除去器的制造工序的工序概略图。
[0041]图8是表不Fe-Co合金的损伤量和扩展面积的图表。
[0042]图9是表示Fe-Co-C合金的损伤量和扩展面积的图表。
[0043]图10是表示本发明所涉及的实施例以及比较例的损伤量和扩展面积的图表。
[0044]图11是表示本发明所涉及的铸造件的实施例以及镀铁(比较例)的损伤量和扩展面积的图表。
【具体实施方式】
[0045]以下，参照附图，说明本发明的较为理想的实施方式。首先，说明采用了本发明所涉及的远端构件的烙铁10。
[0046]参照图1，图示的烙铁10的主要结构部件包括:手柄基部(handle base) 11(烙铁主体部)；加热筒(heater cartridge) 12,与手柄基部11连接；以及远端构件20,能够装卸地固定于加热筒12的远端。在以下的说明中，假设以安装烙铁10的远端构件20的一侧为前方。
[0047]手柄基部11是大致圆筒形状的结构体。在手柄基部11的内部安装有电气安装件。电气安装件包括电线111。电线111的自由端连接有省略图示的连接器。上述连接器连接于烙铁10的温度控制装置(未图示)。
[0048]加热筒12包括中空管121。中空管121的基端部构成相对于手柄基部11的电气安装件电连接的连接部。在中空管121的外周上牢固地固定有手柄124。另外，在中空管121的外周上固定有连续于手柄124的远端部的螺纹部125。
[0049]也参照图2，将加热芯128同心地压入中空管121的远端部，该加热芯128与中空管121 —体化。加热芯128是圆柱状的铜或铜合金制品。另外，在加热芯128的远端部上形成有锥状的圆锥部128a。在图示的例子中，加热芯128在仅使圆锥部128a向远端侧突出的状态下被压入中空管121的远端侧，由此，中空管121与加热芯128 —体化。另外，在加热芯128的基端面上，有底的孔同心地开口。在该孔中，加热传感器122和加热器123以该顺序同心状地设置。这些传感器122和加热器123经由中空管121的连接部与加热筒12的电气安装件电连接。加热传感器122在加热芯128的长度方向上进入圆锥部128a的中途。
[0050]在螺纹部125的前方，设置有覆盖中空管121的外周的罩筒126。在该罩筒126的基端部上形成有凸缘126a。凸缘126a抵接于螺纹部125的前端面。并且，在罩筒126的外周上插通有盖形螺母127。盖形螺母127从前方螺纹接合于螺纹部125。在盖形螺母127的远端部上形成有朝内凸缘127a。通过盖形螺母127与螺纹部125螺纹接合，朝内凸缘127a在与螺纹部125的前端面之间夹压罩筒126的凸缘126a的前表面。因此，盖形螺母127将罩筒126与中空管121 —体化。另一方面，在罩筒126的远端部上形成有朝内凸缘126b。朝内凸缘126b在装配时从前方卡合于远端构件20的适宜位置(详细后述)，且在与加热芯128的远端面(圆锥部128a的锥部分)之间夹压远端构件20。由此,远端构件20与加热芯128 —体化。
[0051]在图示的实施方式中，远端构件20包括构件芯201和设置于构件芯201的外周的构件罩202。
[0052]构件芯201是铜或铜合金的实心体。在构件芯201的基端部上形成有锥状的凹部203。凹部203相对于构件芯201同心地形成，并且以与加热芯128的圆锥部128a的锥部分面接合的方式，呈凹部203的规格和圆锥部128a的规格一致的圆锥形状。在装配时，圆锥部128a面接合于凹部203。另外，在轴方向上，加热传感器122的远端侧进入凹部203内。
[0053]构件罩202的远端部是本发明的远端作业部T的一例。远端作业部T取决于焊料处理装置的种类，而在烙铁的情况下，是例如构件罩202的1/5的长度的远端侧部位。构件罩202通过金属注射成形或冲压成形法制作。在图示的例子中，构件罩202形成为大致圆锥形状。另外，在构件罩202的远端上形成有使焊料附着的扁平部。在构件罩202的基端部中形成有凸缘202a。上述罩筒126的朝内凸缘126b抵接于该凸缘202a的前表面，且在与加热芯128之间夹压构件罩202。由此，远端构件20牢固且能够交换地固定于加热筒12。
[0054]构件罩202的材质是铁-钴系合金或含有铁和碳两者的铁-碳-钴系合金。作为其一例，较为理想的是在Fe-3.0Co中含有从0%体积至10%体积的氧化物、0%体积至10 %体积的碳化物、O %体积至10 %体积的氮化物、O %体积至10 %体积的金刚石、O %体积至10%体积的石墨以及0%体积至10%体积的碳纳米管中选择的添加物。
[0055]以下，说明对于构件罩202的基材进行研究的过程。
[0056]本发明的发明人对于作为构件罩202的原材料具有实用性的铁材料进行了研究。在该过程中，发现了含有钴的铁-钴系合金即使在高温环境下，耐氧化特性也优异，且难以变色(变黑)。在使用耐氧化特性优异的材料时，构件罩202的焊料润湿性变高，焊料容易附着。因此，提高焊接的作业性。
[0057]于是，确认了铁-钴系合金的焊料扩展性。作为确认方法，在钴的含有量不同的宽度20mmX长度20mmX厚度Imm的板中设置一定量的无铅焊料，且浮于焊料槽。溶化该无铅焊料，测定其焊料扩展面积并调查焊料扩展性(表1的试料I至5)。关于损伤量，准备远端构件20(表1的试料I至5)进行调查，远端构件20具备包括钴含有量不同的材质的构件罩202。
[0058]在以下的说明中，也将对镀铁的板进行同一条件的试验时的损伤量(在本试验中为251.8 μ m)作为I时的倍率称为“耐侵蚀性”。另外，焊料扩展性是将对镀铁的构件罩202进行同一条件的试验时的焊料扩展面积(在本试验中为251.8cm2)作为I时的倍率。通过如下方式实施性能试验:在400°C的温度条件下，将(plmm的无铅焊料(商品名:EC0S0LDERNE0)每次给送5mm至远端构件20，反复进行5000次焊料给送。
[0059]表1、图8是其结果。
[0060]表1
[0061]Fe-Co合金的损伤量和扩展面积
[0062](400O、5000 次)
[0063]
【权利要求】
1.一种焊料处理装置的远端构件，其特征在于包括: 远端作业部，与加热对象接触且由烧结件或轧制件或铸造件构成；其中， 所述远端作业部的材质是含有0.5 %重量至5 %重量的钴而其余是铁的铁-钴系合金，或者是含有0.5%重量至5%重量的钴而其余是铁和碳的铁-碳-钴系合金。
2.根据权利要求1所述的焊料处理装置的远端构件，其特征在于: 所述远端作业部的材质是所述铁-钴系合金，该远端作业部是其材质所含有的钴量为3%重量至5%重量的轧制件或烧结件。
3.根据权利要求1所述的焊料处理装置的远端构件，其特征在于: 所述远端作业部的材质是所述铁-碳-钴系合金，该远端作业部是其材质所含有的碳量为0.2%重量至1.2%重量的烧结件或轧制件或铸造件。
4.根据权利要求1所述的焊料处理装置的远端构件，其特征在于: 所述远端作业部的材质含有从10 %体积以下的氧化物、10 %体积以下的碳化物、10 %体积以下的氮化物、10 %体积以下的金刚石、10 %体积以下的石墨和10 %体积以下的碳纳米管中选择的至少一者以作为添加物。
5.根据权利要求4所述的焊料处理装置的远端构件，其特征在于: 所述氧化物是从A1203、SiO2和TiO2中选择的复合添加材料。
6.根据权利要求4所述的焊料处理装置的远端构件，其特征在于: 所述碳化物是从Sic、TiC和WC中选择的复合添加材料。
7.根据权利要求4所述的焊料处理装置的远端构件，其特征在于: 所述氮化物是从AlN和TiN中选择的复合添加材料。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的焊料处理装置的远端构件，其特征在于: 所述远端作业部形成在由所述铁-钴系合金或所述铁-碳-钴系合金构成的构件罩的远端部。
【文档编号】B23K35/22GK103862126SQ201310659512
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2012年12月18日
【发明者】上谷孝司 申请人:白光株式会社