CN115990726A

CN115990726A - 焊料组合物和电子部件

Info

Publication number: CN115990726A
Application number: CN202211267010.2A
Authority: CN
Inventors: 小野诚; 北岛伸夫
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2021-10-18
Filing date: 2022-10-17
Publication date: 2023-04-21
Also published as: JP2023060639A; US20230117965A1

Abstract

本发明提供一种含有Sn的焊料组合物。该组合物含有1.0～5.0质量％的Cu、0.1～0.5质量％的Ni、以及多于0.01质量％且0.5质量％以下的Ge。

Description

焊料组合物和电子部件

技术领域

本发明涉及焊料组合物和电子部件。

背景技术

作为实质上不含铅的无铅焊料的例子，已知有Sn－Cu－Ni－P－Ga系等(专利文献1)。

但是，这些无铅焊料在电子部件的制造等中在300～450℃的高温下使用的情况下，在焊接时，存在容易发生焊料***(焊料从焊料接合部朝向前端以***状突出的现象)的问题。而且，如果发生焊料***，则需要考虑焊料***而进行电子部件的设计等，存在电子部件的外部尺寸变大，不适合高密度安装的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007－75836号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明是鉴于这样的实际情况而作出的，其目的在于提供一种适合高密度安装的焊料组合物和电子部件。

用于解决技术问题的技术方案

为了实现上述目的，本发明提供一种含有Sn的焊料组合物，其特征在于，

含有1.0质量％以上且5.0质量％以下的Cu、0.1质量％以上且0.5质量％以下的Ni、多于0.01质量％且0.5质量％以下的Ge。

本发明的焊料组合物含有Sn，还含有Cu、Ni、Ge，因此，能够实现实质上不含铅的无铅焊料组合物。另外，根据本发明的焊料组合物，能够抑制在高温区域(例如300～450℃)下的焊接时发生焊料***。通过抑制焊料***的发生，能够防止因焊料***接触其它端子部(其它电路图案或其它电子部件)等而引起的短路等。

而且，通过抑制焊料***的发生，不需要将焊料***的发生估计在内而加长端子的安装部，容易缩小包括端子的安装部的电子部件的尺寸。因此，电子部件的高密度安装变得容易。例如，在发生焊料***的情况下，在端子的接线部用焊料组合物连接电线的引线时，需要将焊料***的发生估计在内而使位于该接线部的下方的端子的安装部比接线部长。

通过使用本发明的焊料组合物，能够抑制焊料***的发生，因此，能够缩短电子部件中的端子的安装部的长度，能够缩小包含端子的安装部的电子部件的尺寸。另外，端子的安装部处的安装状态的检查也变得容易，也容易应对自动安装检查，有助于检查的自动化和电子部件的低成本化。

此外，能够抑制由于将焊料加热至高温而向周围飞散的焊料球。因此，能够有效地防止例如因焊料球飞散到其它电路图案、电子部件等导致的与其它电路的短路、电子部件彼此的短路等。因此，该焊料组合物能够适用于电子部件的高密度安装。另外，该焊料组合物能够适用于高温下的安装中的使用。

此外，根据该焊料组合物，即使对电线的引线部使用，也能够有效地防止电线的铜等金属溶入焊料而电线变细的线细化现象。

优选的是，焊料组合物还含有0.001～0.5质量％的P。另外，更优选的是，含有0.001～0.5质量％的Ga。在这样的焊料组合物中，能够进一步抑制焊料球的飞散。另外，能够有效地防止焊料的氧化。

本发明的电子部件具有含有上述的焊料组合物的焊料部。另外，也可以是，该电子部件具有端子电极，上述端子电极具有供连接电线的引线部的接线部，上述引线部在上述焊料部与上述接线部电连接。另外，也可以是，在上述接线部缠绕有上述电线的引线部。

也可以是，上述端子电极还具有安装部，上述接线部配置于比上述安装部靠反安装侧的位置。在使用本发明的焊料组合物的焊料部，在300～450℃的高温区域下焊接时，能够抑制焊料***的发生。因此，即使接线部配置于安装部的上部，也能够将安装部的长度设为必要最小限度的长度，从接线部的上部通过自动安装检查用的摄像头观察安装部的接合状态(例如焊接接合)，适合自动安装检查。

附图说明

图1A是本发明一个实施方式的电子部件的概略主视图。

图1B是图1A所示的电子部件的主要部分放大图。

图2是图1A所示的电子部件的俯视图。

图3是本发明的其它实施方式的电子部件的概略立体图。

图4是焊料长度的测定的概略图。

图5A是表示本发明的实施例的线圈装置的焊料接线前后的端子电极的接线部间的距离的变化的图表。

图5B是表示本发明的比较例的线圈装置的焊料接线前后的端子电极的接线部之间的距离的变化的图表。

图6是表示本发明的实施例和比较例的焊料浸渍时间和电线线径变化的关系的曲线图。

图7A是焊料球量的评价的装置剖视图。

图7B是图7A所示的焊料球量的评价的装置俯视图。

图8是表示焊料球量的评价中的焊料球的附着的样子的概略图。

附图标记说明

1、2…线圈装置

10…焊料部

11…端子电极

12…安装部

13…引线部

14…接线部

15…罩板

16…芯部

17…端子台

18…凸缘部

19…线圈部

20…线轴部

22…电线

23…摄像头

31…线圈部

31a…中间线圈部

31b…端线圈部

32…安装部

33…芯

33a…主芯

33b…副芯

40…试验用电线

40a…电线前端

40b…焊料前端

41…焊料槽

42…焊料浴

42a…焊料面

43…基板

44…双面胶带

45…保持架

46…贯通孔

47…焊料球

具体实施方式

以下，基于附图所示的实施方式对本发明进行说明。

第一实施方式

如图1A所示，作为本发明一个实施方式的电子部件的线圈装置1具有两个线圈部19、19，作为变压器发挥作用。各线圈部19通过在线轴部20卷绕电线22而形成。另外，在各线圈部19的轴上***有芯部16的未图示的中脚部。另外，各个线圈部19、19由凸缘部18隔开。在线圈部19、19的上部安装有罩15。

作为构成线圈部19且与各端子部连接的电线，没有特别限定，例如可以使用铜、铜合金、铁、铁合金、CP线等导电性电线。作为构成包覆电线的绝缘包覆层的绝缘材料，没有特别限定，可以使用聚氨酯、聚酰胺酰亚胺、ETFE等。

作为芯部16的原材料没有特别限定，是磁性体，由铁氧体组合物、金属组合物或者它们和树脂的复合组合物等构成，通过压缩成型后的烧制或者通常的压粉成型等方法制造。

线轴部20例如通过注塑成型而成型，作为其原材料，没有特别限定，例如由PBT、PET、LCP、PA或者从耐热性等观点来说由酚醛树脂等构成。罩板15可以由与线轴同样的材质构成，但也可以由树脂以外的绝缘性构件构成。只要能成型，则线轴部20也可以由树脂以外的绝缘性构件构成。

在线轴部20的Y轴方向的两端分别一体形成有端子台17、17。如图2所示，在各个端子台17，嵌件成型有在X轴方向上并排配置的多个端子电极11。

如图1A所示，端子电极11形成具有安装部12和接线部14的U字形状。接线部14朝向Y轴方向外侧从端子台17的端面17y朝向外侧突出。安装部12从端子台17的底面向Z轴方向下方延伸，进而朝向Y轴方向外侧突出。安装部12向与接线部14相比靠Y轴方向外侧稍长地突出。接线部14在Z轴上配置于比安装部12靠反安装侧(上侧)的位置。此外，在附图中，X轴、Y轴和Z轴互相垂直。

如图1B所示，在接线部14缠绕有电线22的引线部13。另外，以覆盖引线部13和接线部14的方式形成有焊料部10。接线部14和引线部13通过焊料部10电连接。

焊料部10由焊料组合物构成，例如也可以含有助焊剂或其它成分。本实施方式的焊料组合物实质上不含铅。本实施方式的焊料组合物的液相温度低于焊接时的温度，例如为220～380℃。此外，在本实施方式中，实质上不含铅是指焊料组合物的含铅率优选为0.10质量％以下，更优选为0.05质量％以下，特别优选为0.01质量％以下。

本实施方式的焊料组合物含有Sn作为主成分。焊料组合物中的Sn的含量没有特别限定，优选为90质量％以上，更优选为93质量％以上，特别优选为94质量％以上。在这样的范围的情况下，容易实现无铅焊料组合物。

另外，本实施方式的焊料组合物中的Cu的含量为1.0质量％以上且5.0质量％以下，优选为2.0质量％以上，更优选为2.5质量％以上，优选为3.5质量％以下。通过设为这样的范围，电线的线径细化的抑制效果提高而不会出现焊接性的降低现象。

本实施方式的焊料组合物中的Ni的含量为0.1质量％以上且0.5质量％以下，优选为0.15质量％以上，更优选为0.2质量％以上，优选为0.4质量％以下，更优选为0.3质量％以下。通过设为这样的范围，电线的线径细化的抑制效果提高。

在本实施方式中，Cu和Ni的总含量优选为多于1.2质量％，更优选为2.0质量％以上，更优选为3.0质量％以上。

本实施方式的焊料组合物中的Ge的含量为多于0.01质量％且0.5质量％以下，优选为0.015质量％以上，更优选为0.02质量％以上，特别优选为0.04质量％以上，或者为0.05质量％以上，优选为0.3质量％以下，更优选为0.1质量％以下，特别优选为0.08质量％以下。通过设为这样的范围，焊料***现象的抑制效果提高。

本实施方式的焊料组合物中的P的含量也可以实质上为0，优选为多于0.001质量％且0.5质量％以下，更优选为0.01质量％以上，0.02质量％以上，优选为0.3质量％以下，更优选为0.1质量％以下。通过设为这样的范围，焊料球飞散的抑制效果提高。

在本实施方式中，焊料组合物含有Sn，还含有Cu、Ni、Ge，因此，可以实现实质上不含铅的无铅焊料组合物。另外，根据本实施方式的焊料组合物，能够抑制在高温区域(例如300～450℃)下焊接时，焊料***的发生。通过抑制焊料***的发生，能够防止因焊料***接触其它端子部(其它电路图案或其它电子部件)等而引起的短路等。

而且，通过抑制焊料***的发生，如图1B所示，无需将焊料***的发生预计在内而沿着Y轴加长端子电极11的安装部12。因此，容易缩短图1A所示的包含端子电极11的安装部12的线圈装置1沿着Y轴的全长Ly0。因此，线圈装置1的高密度安装变得容易。

例如，如图1B所示，在从端子电极11的接线部14的前端14a沿着Y轴向外侧突出的焊料部10的焊料前端52发生焊料***的情况下，焊料长度ΔL1变长。因此，在端子电极11的接线部14，在由焊料组合物构成的焊料部10连接电线22的引线部13时，需要考虑焊料***的发生而使位于该接线部14的下方的端子电极11的安装部12沿着Y轴比接线部14长。

即，需要使安装部12从端子台17的端面17y沿着Y轴的长度Ly3比在接线部14从端面17y沿着Y轴的长度Ly1上加上焊料长度ΔL1得到的长度Ly2长。这是因为不这样做的话，图1B所示的焊料前端52会成为障碍，如图1A所示，难以通过在Z轴上位于比接线部14靠上方的摄像头23等观察安装部12的安装状态。即，这是因为难以通过摄像头23等自动检查安装部12的沿着Y轴的前端是否与电路基板(省略图示)等电路图案接合。

在由本实施方式的焊料组合物构成的焊料部10时，能够抑制焊料***的发生，因此，能够缩短焊料前端Ly2从端子台的端面17y起的长度，因此，能够缩短图1B所示的端子电极11的安装部12的长度Ly3，能够缩小图1A所示的包含端子电极11的安装部12的线圈装置1的沿着Y轴的长度(特别是端子电极11间的距离)Ly0。另外，端子电极11的安装部12上的安装状态的检查也变得容易，也容易应对自动安装检查，有助于检查的自动化和线圈装置1的低成本化。

而且，在本实施方式中，能够抑制通过将构成焊料部10的焊料(焊料组合物)加热至高温而向周围飞散的焊料球。因此，能够有效地防止例如因焊料球飞散到其它电路图案、电子部件等导致的与其它电路的短路、多个线圈装置1之间的短路等。因此，本实施方式的焊料组合物可以适用于线圈装置1等的高密度安装。另外，该焊料组合物可以适用于高温下的安装中的使用。

而且，根据本实施方式的构成焊料部10的焊料组合物，即使对电线22的引线部13使用，也能够有效地防止电线22的铜等金属溶入焊料而引线部13变细的线细化现象。因此，引线部13和接线部14的机械连接及电连接的可靠性提高。

此外，优选将端子电极11的安装部12与电路基板等连接时的焊料的液相温度(或熔点)与本实施方式的焊料组合物的液相温度(或熔点)相同或其以下。

另外，在本实施方式的焊料组合物中，在不妨碍其效果的范围内，可以含有其它成分，例如Ag、Zn、Sb、Au等。另外，在本实施方式的焊料组合物中还含有不可避免的杂质。不可避免的杂质越少越好，更优选其总含量在1质量％以下。

第二实施方式

如图3所示，本实施方式的线圈装置2例如作为电源系电路的表面安装型电感器等发挥作用。线圈装置2具有芯33和线圈31，在线圈部31形成有安装部32，在安装部32的表面形成有焊料部10。焊料部10的结构与上述的实施方式相同，发挥同样的作用效果。

如图3所示，芯33具有大致长方体形状的主芯33a和配置于其Z轴方向的上方的大致长方体形状的副芯33b。

线圈31通过将板状导体冲压加工而获得。线圈31的中间线圈部31a沿Y轴方向直线状地延伸。中间线圈部31a的Y轴方向的两端分别与端线圈部31b相连。端线圈部31b向Z轴方向下方直线状地延伸。在端线圈部31b的Z轴方向下端形成有向Z轴方向下方延伸且进一步朝向Y轴方向外侧弯折的安装部32。

中间线圈部31a夹在芯33a、33b之间，配置在形成于主芯33a的Z轴方向上表面的沿Y轴方向直线状地延伸的槽内。在本实施方式中，主芯33a的Z轴方向上表面与副芯33b的Z轴方向底面通过未图示的粘接剂被固定且一体化，在它们之间夹着线圈31的中间线圈部31a。端线圈部31b配置在形成于主芯33a的Y轴方向的两端面的向Z轴方向下方直线状地延伸的槽内。

作为构成线圈31和安装部32的板状导体，没有特别限定，例如可以使用铜、铜合金、银、金等金属。在板状导体的表面上例如实施有金属镀层。作为金属镀层，例如可以例示镀镍、镀锡、镀焊料、镀银等，镀层可以是单层也可以是多层。在板状导体的表面，优选至少安装部32的安装面形成有金属镀层。

在安装部32的表面形成有焊料部10。焊料部10的形成方法没有特别限定，例如可以例示浸渍法、回流法等。此外，焊料部10可以在组装线圈装置2之后形成，也可以在组装线圈装置2之前形成，还可以在将线圈装置2与电路基板等连接时形成。

此外，本发明不限于上述的实施方式，在本发明的范围内可以进行多种改变。

例如，作为使用本发明的焊料组合物的电子部件，不限于变压器等线圈装置，也能够适用于其它用途的线圈装置、或者具有端子电极的其它电子部件、例如电容器、变阻器、电阻元件等。

实施例

以下，进一步基于详细的实施例对本发明进行说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例和比较例

配合各种元素，制备焊料组合物。制备混合了各种焊料组合物和助焊剂(千住金属工业制SR－209)的各种焊料材料。各焊料组合物的成分的含有比例在表1～表3中示出。通过如下方法进行焊料组合物的评价。

[焊料长度的测定]

如图4所示，准备由绝缘包覆后的外径1.0mm的铜线(AIEIW)制成的试验用电线40，进行研磨使该电线前端40a变得平坦。将各种焊料材料分别加热至液相温度以上且440℃以下。将电线前端40a朝向垂直轴的下方从相对于焊料设置面垂直的方向浸渍后，将其以1mm/s～15mm/s的速度向反方向提起进行冷却。

如图4所示，由此测定了从电线前端40a到焊料前端40b的焊料长度ΔL2(mm)。变更电线实施此测定共计四次，将求得的焊料长度ΔL2的最大值和最小值的值在表1中示出。

表1

如表1所示，在各成分的含量在规定范围的实施例1～7中，焊料长度ΔL2都是0.2～0.4mm。另外，如图4的双点划线所示，在实施例1～7中，焊料端部52成为平缓的r状，几乎未出现焊料***。

与之相对，在比较例1～5中，在Ni、Ge的含量在规定范围外的比较例1～5中，焊料长度ΔL2(mm)的最小值为0.5mm，最大值为0.9mm。另外，在比较例1～5中，如图4的实线所示，焊料前端40b成为圆锥状，确认到焊料***的发生。

另外，在实施例11～15中，焊料长度ΔL2为0.2～0.7mm，比实施例1～7差，但比比较例1～5好。另外，如图4的双点划线所示，在实施例11～15中，焊料端部52也形成平缓的r状，几乎未出现焊料***。

此外，使用上述的实施例1的焊料组合物，实际上形成图1A所示的线圈装置1的焊料部10，测定将焊料部10也包含在内的位于Y轴的外侧两端的接线部14之间的距离(引线长度)LyOa，调查焊接前后的长度的变化(mm)。针对20对试验用接线部14进行调查，对其频率和长度变化进行测定。将结果在图5A中示出。在图5A中，频率为横轴，长度变化为纵轴。

另外，同样，使用比较例1的焊料组合物，实际上形成图1A所示的线圈装置1的焊料部10，测定将焊料部10也包含在内的位于Y轴的外侧两端的接线部14之间的距离(引线长度)LyOa，调查焊接前后的长度的变化(mm)。针对20对试验用接线部14进行调查，对其频率和长度变化进行测定。将结果在图5B中示出。

如图5A和图5B所示，与比较例1相比，在实施例1中，可以确认到引线长度变化非常小。

[线细化度的评价]

准备外径0.16mm的两种聚氨酯铜线(2UEWΦ0.16)电线。将多条电线在将上述的实施例2、比较例6和比较例7的焊料组合物和助焊剂构成的焊料材料加热至405～415℃后的焊料材料中浸渍10秒钟。测定浸渍后的电线的线径，求取相对于浸渍前的线径的减少率，将其作为线细化度。将其结果在表2中示出。

表2

如表2所示，在实施例2中，与比较例6及7相比，可以确认到线细化被大幅抑制。为了减少线细化，认为优选在焊料组合物中至少含有规定比例以上的Ni。此外，将使用了实施例1及比较例1的焊料组合物的情况下的浸渍时间和线径的关系在图6中示出。

[焊料球量的评价]

如图7A和图7B所示，准备40×40mm见方的基板43，在其中央的下表面粘贴有20×25mm见方的双面胶带44。在基板中心部的贯通孔46中穿过捻合了1000根外径0.05mm的两种聚氨酯铜线(2UAE)而成的试验用电线40。

在其前后，准备容纳有分别含有实施例1、实施例2和比较例1的焊料组合物的图7A所示的焊料浴42的焊料槽41。接着，将电线40和基板43固定于保持架45，在温度380～390℃的焊料浴42中，焊料浸渍深度Lz1为10mm，在双面胶带44距焊料面的距离Lz2为5mm的位置浸渍5秒钟，使焊料附着于电线40的前端。助焊剂使用千住金属工业制SR－209。之后，如图8所示，计算附着于双面胶带44的表面的焊料球的数量。进行该试验共计四次，求取平均值。将其结果在表3中示出。

表3

如表3所示，相对于不含Ni和Ge的比较例1，在各成分的含量处于规定范围内的实施例1和实施例2中，能够确认到焊料球的发生被抑制。

Claims

1.一种含有Sn的焊料组合物，其中，

含有1.0质量％以上且5.0质量％以下的Cu、0.1质量％以上且0.5质量％以下的Ni、以及多于0.01质量％且0.5质量％以下的Ge。

2.根据权利要求1所述的焊料组合物，其中，

含有0.001质量％以上且0.5质量％以下的P。

3.根据权利要求1或2所述的焊料组合物，其中，

含有0.001质量％以上且0.5质量％以下的Ga。

4.一种电子部件，其具有含有权利要求1～3中任一项所述的焊料组合物的焊料部。

5.根据权利要求4所述的电子部件，其中，

具有端子电极，所述端子电极具有供连接电线的引线部的接线部，所述引线部在所述焊料部与所述接线部电连接。

6.根据权利要求5所述的电子部件，其中，

在所述接线部缠绕有所述电线的引线部。

7.根据权利要求5或6所述的电子部件，其中，

所述端子电极还具有安装部，所述接线部配置于比所述安装部靠反安装侧的位置。