焊接方法技术

在本发明专利技术中，测定使用期间焊料浴中氧化抑制元素的下降率，依照焊料浴中的下降合适地添加焊料合金，所述焊料合金包括与量的下降率相比相同或更大的比例的氧化抑制元素。作为一个简单的方法，在Ｓｎ－Ａｇ基或Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ基焊料合金的流动焊接中，为了补偿操作期间观察到的焊料浴的Ｐ含量的降低，供应用于补充焊料浴的在Ｓｎ－Ａｇ基或Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ基焊料合金中包含６０－１００ｐｐｍ（质量）的Ｐ的焊料合金以不仅维持Ｐ含量而且维持模塑焊料浴的表面水平。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种焊接方法和焊料合金，特别是一种在控制熔融焊料浴中氧化抑制元素的浓度的同时进行焊接的方法和一种补充浴中焊料的焊料合金。
技术介绍
在将电子零件放置在电子设备的印刷电路板上时使用焊料合金。考虑对电子零件和印刷电路板的热影响、可加工性能和连接后的可靠性能，使用具有各种组成的焊料合金。有这些焊料合金使用的焊接方法的一个代表性例子是使用熔融焊料浴的流动焊接方法。流动焊接方法是一种在印刷电路板的放置电子零件的一侧的整个表面上施用助熔剂之后进行预加热和使印刷电路板的一侧接触熔融焊料浴的方法。近年来，波动焊接(wave soldering)方法已经典型地作为成本重要的批量生产中安装印刷电路板的方法。这是一种使熔融焊料从喷嘴流出形成熔融焊料的稳定波和印刷电路板接触波的顶端的方法。在焊接操作中，可能发生各种焊料缺陷例如未焊部分、桥和空虚处。特别地对于流动焊接方法，由于焊料总在流动，从喷嘴流出的焊料落到喷嘴周围区域内的浴内的静止区域。在焊料流体落下的区域产生湍流，由于氧的夹带称为浮渣的氧化物形成。如果浮渣累积在喷嘴附近，熔融焊料波的稳定性被干扰，夹带到焊料波中的部分浮渣粘附在印刷电路板上，这可能导致焊料缺陷，因此必需周期地除去累积在焊料浴表面的浮渣。甚至当在氧化气氛中高温下进行焊接时例如进行尿烷涂布铜线的焊接时使用静态焊料浴时，也可以看到浮渣形成的类似问题。如果大量这样的浮渣产生，浮渣清除需要的时间和废弃的焊料量增加，因此运行成本增加。因此从焊料浴的维护和成本角度看，需要降低浮渣的量。对无铅焊料，材料成本更高，因此更加需要降低浮渣的量。为了减少浮渣，作为从焊料合金方面解决该问题的方法，已经使用了一种添加有具有氧化抑制作用的元素的脱氧合金。这样的氧化抑制元素的代表性例子是P。优先地和氧反应，P具有抑制焊料合金的主要成分Sn或Pb氧化的作用。P的氧化抑制作用是所谓的牺牲氧化，结果导致浮渣的抑制。P被选择性消耗，它在浮渣中的浓度增加，它和浮渣一起排放到焊接槽的外面。因此P即焊料合金中氧化抑制元素的量降低，最终它被完全消耗。如果焊料合金中氧化抑制元素被完全消耗，浮渣抑制作用消失，因此产生的浮渣的量增加。不仅废弃的焊料的量增加，而且浮渣引起的焊接缺陷发生，在流动焊接中总缺陷速率增加，运行成本增加。在这种方式中，在现有技术中，已知向焊料浴添加P。但是P对焊料浴的供应使用具有比焊料浴中焊料合金的P的预定浓度更高的P浓度(如0.05-3％P)的脱氧合金，因此即使添加少量的脱氧合金，在补充时镀浴中P含量有大波动也是不可避免的(见日本公布未审查专利申请昭54-84817)。另外，还有含有至多50ppm的P(见日本公布未审查专利申请昭55-75893)或含有0.1-1％的P(见日本公布未审查专利申请平11-333589)的焊料合金的例子，但是这些没有应用到补充焊料浴。关于氧化抑制元素P，在过去，P浓度被浓缩，当焊料浴中焊料的P浓度降低时，通过装填少量的有高P浓度的焊料合金恢复焊料浴中焊料的P浓度。在焊接槽中，进行大量的印刷电路板的焊接，因此焊料浴中焊料合金粘附到印刷电路板，其量降低。在过去，使用不含P的焊料合金进行焊料降低量的供应。即，分别地控制P浓度的降低和焊料合金的降低。结果，随着焊料浴中焊料的P降低，加入少量的有高浓度P的焊料合金，随着焊料浴中焊料的降低，供应不含任何P的焊料合金。在上述情况中，当形成焊料浴的焊料合金已经包含P，原认为相同的焊料合金可以用作补充用焊料合金。这相当于供应具有和已经装在焊接槽中的焊料合金相同的P含量的焊料合金。但是，在波动焊接的情况中，在焊料浴中存在大的P消耗。如果供应具有和焊料浴相同P浓度的焊料合金，相应于消耗的P的量的P量不可能被补充。因此在这种情况中，随着焊料浴中焊料的P降低，也倒入小量的有高浓度P的脱氧合金以恢复焊料浴中的P浓度。事实上，同样在过去，当焊料浴中氧化抑制元素被消耗时，如前述使用供应相应于消耗的氧化抑制元素的量的处理方法。例如将被调整以具有高浓度的氧化抑制元素的母体合金周期地供应给焊料浴，例如每天或每月2-4次，浴中氧化抑制元素的浓度被调节。但是，每次进行这个调节操作时，需要进行麻烦的操作例如称量加入的母体合金的量、加入到槽中和搅拌固定长度的时间，检验调节后槽中浓度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种例如在流动焊接方法中在焊料浴中焊料合金的氧化成为问题的情况中能抑制焊料浴中焊料合金氧化的焊接方法。本专利技术的另一个目的是提供一种补充焊料浴的焊料合金，它能稳定氧化抑制元素例如象上述的有效地抑制焊料浴中焊料合金氧化的P的供应。在流动焊接方法中，消耗的焊料包括焊接时粘附到印刷电路板的部分和作为浮渣排出到焊接槽的外面的部分，另外的焊料合金以大体上等于这些部分总量的量供应给焊料浴。球形焊料、棒形焊料或线形焊料用作供应手段，将其间歇地供应以控制焊料浴的液体表面水平。这时，如果仅仅通过添加一定量的焊料合金给焊料浴，槽中P的量总是维持在恒定值，那么就为了调节P的量不需要进行另外地加入含P脱氧合金。本专利技术人注意到氧化抑制元素的量的下降率例如因上述P牺牲氧化的P和焊料量的下降率相比是大的，如果P存在大的波动，会对焊接的连接的机械性质有大的影响，当焊接的操作条件是恒定的，氧化抑制元素的氧化的量即其量的降低几乎是恒定的。另外，如果象过去，氧化抑制元素以含P脱氧合金的形式以合适的次数供应，焊料浴组成波动，结果氧化抑制元素的量的下降也大大地波动。因此，使用具有除氧化抑制元素和如果需要还有铜外与焊料合金初始组成相同的组成的焊料合金作为补充焊料合金，和根据焊料合金量的下降确定另外加入的次数，焊料浴组成的波动可以最小化。本专利技术人也注意了Sn-Ag基和Sn-Ag-Cu基焊料合金，进一步研究的结果他们发现通常地当这些焊料合金用在流动焊接方法中时，约30ppm的P包含在焊料浴中作为氧化抑制元素，这时如果它以约10-20ppm包含在焊料浴中，浮渣的形成和其产生的缺陷被有效地阻止，为了这个目的，含有60-100ppm的P的补充焊料合金可以用作补充焊料合金。这样，本专利技术如下(1)一种使用焊料浴的焊接方法，在控制浴中氧化抑制元素的浓度在规定范围内时向所述焊料浴中添加氧化抑制元素以进行焊接，其特征在于使用包括氧化抑制元素和除氧化抑制元素外具有和焊料浴相同的合金组成的焊料合金作为补充焊料合金；找到焊接时焊料浴中氧化抑制元素的下降率；随着焊接进行，将包含以下降率消耗的氧化抑制元素的下降率相同或更大的比例的氧化抑制元素的补充焊料合金加入到焊料浴中。(2)一种使用焊料浴的焊接方法，在控制浴中氧化抑制元素的浓度在规定范围内时向所述焊料浴中添加氧化抑制元素以进行焊接，其特征在于补充焊料浴的焊料合金为包含铜作为合金组分的无铅焊料合金；包括氧化抑制元素和除氧化抑制元素和铜外具有和焊料浴相同合金组成的焊料合金用作补充焊料合金；找到焊接时焊料浴中氧化抑制元素的下降率；随着焊接进行，将包含以下降率消耗的氧化抑制元素的下降率相同或更大的比例的氧化抑制元素并且包含铜或不包含铜的补充焊料合金加入到焊料浴中。(3)如上述(1)中的焊接方法，其特征在于补充焊料合金中的氧化抑制元素具有焊料浴中氧化抑制元素的目标浓度的2-6倍的浓度。(4)如上述(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用焊料浴进行的焊接方法，在控制所述浴中氧化抑制元素的浓度在规定范围内的同时向所述焊料浴中加入氧化抑制元素以进行焊接，其特征在于：使用包括氧化抑制元素并且除了氧化抑制元素外具有和焊料浴相同的合金组成的焊料合金作为补充焊料合金；　 　找到焊接时焊料浴中氧化抑制元素的下降率；和随着焊接进行，将补充焊料合金加入到焊料浴中，所述补充焊料合金包含与以下降率消耗的氧化抑制元素的下降率相同或更大的比例的氧化抑制元素。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：尾嶋昌之，铃木春夫，野上弘文，江口宪久，宗形修，上岛稔，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]