[发明专利]焊锡接合方法、电子零件电路板及电子装置

说明书

本申请是申请日为2002年4月25日且发明名称为“焊锡接合方法、用该方法制作的电子电路基板及电子装置”的中国专利申请No.02128333.3的分案申请。

技术领域

本发明涉及使用无铅焊锡(lead free solder)在基板一面上进行回流焊接(reflow soldering)，在基板另一面上进行流动焊接(flow soldering)的焊锡技术，尤其涉及在流动焊接时能防止回流焊接部剥离现象的焊锡接合方法，用该焊锡接合方法制作的电子电路基板及电子装置。

背景技术

以往，在用于电子另部件组装的焊锡合金中，使用含有多量铅的Sn-Pb系焊料。但是，若使用含铅焊料，铅从废弃电路基板熔出，该熔出的铅对生态带来坏影响，引起环境污染，成为社会问题，因此，强烈要求使用无铅焊锡。

为了使用无铅焊锡，进行了各种各样研究，结果，以Sn-Ag-Bi三元系为基本的合金引起人们注意，成为用以代替Sn-Pb系焊料的无铅焊锡的有希望的合金材料。

对于无铅焊锡已经对二元系构成进行了各种各样研究，二元系构成所存在问题可以列举如下：

1.Sn-3.5重量％Ag(熔点221℃)，Sn-5重量％Sb(熔点199℃)等有实际使用业绩，但是，与含铅的Sn-37重量％Pb(熔点183℃)相比，熔点过高，因此，难以使用在以往一般使用的玻璃环氧基板的锡焊焊接上。

2.Sn-9重量％Zn(熔点199℃)虽然熔点有所下降，但其表面易被氧化，相对Cu，Ni等电极的润湿性比Sn-Ag，Sn-Sb系焊锡明显低，因此，难以使用。

3.Sn-58重量％Bi(熔点138℃)材料本身硬且脆，存在可靠性问题，因此，难以使用。

4.Sn-52重量％In(熔点117℃)与Sn-37重量％Pb(熔点183℃)相比，熔点过低，存在连接部耐高温强度低等问题。

虽然二元系无铅焊锡存在以上问题，但是，若扩展到Sn-Ag-Bi三元系，那么与上述二元系场合相比，能使熔点接近183℃(Sn-37重量％Pb的熔点)。

但是，在该三元系，若探索熔点接近183℃的材料，则不能得到完全的共晶成份，成为具有比183℃低的固相线温度和比183℃高的液相线温度、即具有固液共存温度的成份。

因此，通过回流焊接连接零件后，进行流动焊接时，由于已连接的零件一般与玻璃环氧基板热容量不同，回流焊接或流动焊接后，基板自然空气冷却时，零件与基板的温度下降不同，连接部焊锡内产生很大的温度差。焊料凝固时，具有宽域固液共存温度幅的焊料场合，使得低熔点的相(含Bi多的硬脆相)在温度高侧偏析，易发生凝固结束后的回流焊接零件的连接强度低的问题。

关于含有Bi的无铅焊锡，可以如特开平11-221694号公报所记载，在有机基板的两面上，通过以Sn为主成份、Bi 0～65重量％、Ag 0.5～4.0重量％、Cu和/或In合计0～3.0重量％的无铅焊锡，进行回流焊接。

在特开2001-36233号公报中，在基板和零件本体之间设有热传导材料，以使得焊锡连接部内不产生大的温度差。

为了解决上述问题，着眼于Sn-Ag-Bi三元系的无铅焊锡，虽然其熔点高，润湿性差，但焊锡接合时的连接可靠性好。图23是无铅焊锡的种类与其性质(熔点，机械特性，润湿性，氧化性，加工性，成本及其特征)的一览表，图24是具有代表性的焊锡的种类与其熔点(固相线温度，液相线温度)的一览表。

但是，即使是可靠性高的Sn-Ag-Bi三元系焊锡，在基板一面上进行回流焊接后，在基板另一面上进行流动焊接场合，处于第一面的已焊接的零件会发生图21所示那样的包含在零件端子引线等中的Pb偏析3，如图22所示，在焊锡接合部发生剥离。

可以认为上述焊锡接合部的剥离是由于流动焊接时热传递引起回流焊锡部的温度成为焊锡连接部合金的熔点附近(固相线温度和液相线温度之间)而发生的。

发明内容

为了防止上述现象，经研究得知采取下列措施是有效的：

1.不使温度上升到能熔化合金的固相线温度，即不使其再熔化回流焊接部。

2.使用共晶成份，即使合金熔化也不发生低熔点成份的偏析。

3.给予超过高熔点合金温度的液相线温度，即使合金熔化也不会发生低熔点成份的偏析，此后，进行冷却，使其再凝固。

4.在合金熔化场合的凝固过程中，进行冷却，使得在焊锡接合部内部不发生温度差。