[发明专利]一种焊接电子电路器件的焊剂及其应用

说明书

本发明涉及一种焊接电子电路器件的焊剂，该焊剂提高了焊接性能的可靠性。

一种建议用来提高大规模计算机的计算速度和工作效率的电子电路器件具有下列的结构：

高集成化的半导体器件，即LSI（大规模集成电路）芯片安装在电路板上，并用微小的焊剂珠焊接在电路板的布线上。LSI芯片上复有冷却盖以避免LSI芯片因过热而损坏。然后，把该电路板在电气上和机械上连接到一外部电路用的输入/输出插脚焊接到电路板上。

这些焊接点在机械上，电气上以及化学性能上必须具有很高的可靠性，为了满足这种要求，Sn-Pb焊剂已被广泛使用。

近来，电子电路器件的复杂性和元件层数已不断地提高，在顺次连接电子电路器件的各元件时，对不同的焊接温度必须分别相应使用不同熔点的各种焊剂。具体地说，在焊接温度范围为225-250℃连接元件时，认为使用Sn-3.5Ag（一种含重量百分比为3.5%的Ag，其余为Sn的焊剂）在熔点和焊接强度方面是较为合适的。在日本金属学会的“金属数据手册”（丸善著1984年1月30日）的第308页上介绍了这种焊剂。

但这种Sn-3.5Ag包括有以下这些缺点：Sn的低温度转变，Ag的迁移以及Sn晶须的产生和生长。这种缺点有害地影响了电子电路器件上的焊接的可靠性。

与应用领域中的电子电路器件所用的焊剂不同，日本专利公开 No.58-29198和No.58-29199公开了一种含Bi或In并且能够降低在超导电线的焊接部分感生的电流的Sn-Ag焊剂。

所述Sn-3.5Ag焊剂的第一个缺点是Sn的低温度转变对该种焊剂的有害影响，金属Sn（β-Sn）在不高于13℃的温度下转变成α-Sn。实际上，由于这种转变速度低，Ag的这种转变在-40至-50℃的温度范围时成为一个显著的问题。α-Sn是非常易碎的并成为灰色的粉末。当金属Sn转变成α-Sn时，其体积增加了20%。由于Sn-3.5Ag焊剂中的Sn的含量高，Sn的低温转变就有可能造成使该焊剂的焊接破裂。

Sn-3.5Ag焊剂的第二个缺点是Ag的迁移。电子电路器件的极大部分的微小焊接点是形成在对陶瓷板的表面进行金属化处理所形成的薄膜上，且该陶瓷板的表面总是复有湿气。电子电路器件的有些微小焊接点是作为该电子电路器件的一部分，且在这种微小焊接点周围产生电场。因此，这些微小焊接点是处于迁移易于产生的环境内。众所周知，Ag是一种易于迁移的金属，当用Sn-3.5Ag在微小焊接点处焊接电子电路器件的元件时，则由于上述原因的Ag的迁移该电子电路器件有可能短路。

这种Sn-3.5Ag焊剂的第三个缺点是Sn晶须的产生和生产。Sn晶须是从Sn的表面自发产生的Sn的晶体。有些Sn晶体长成几毫米长的晶须。Sn晶须易于从这种含Sn量高的Sn-3.5Ag焊剂上产生和生长。在电子电路器件的微小焊接点上的Sn晶须的产生和生长是产生短路的一个可能原因。

这种Sn-3.5Ag焊剂的第四个缺点是腐蚀。电子电路器件的元件经常暴露于由该电子电路器件自然产生的高温的热影响下，因此连接这些元件的焊剂接点会腐蚀，从而降低该焊剂接点的焊接强度。

因此，本发明的目的是提供一种由没有上述缺点的焊剂以焊接电子元件，该焊剂具有高的机械、电和化学可靠性，并且能在225-250℃的焊接温度范围下使用。

本发明的发明者对将其他元素加到这种Sn-Ag焊剂上，以获得一种能将电子电路器件的元件高可靠性地焊接起来的焊剂的效果进行了研究，通过研究发现，将Pb加到通常的Sn-Ag焊剂上（一种Ag的含量为2.0-8.0重量%的Sn-Ag焊剂，特别是一种Ag的含量为约3.5重量%的Sn-Ag焊剂）就可以实现该本发明的目的。

为了实现上述本发明的目的，本发明提供了一种含Pb量为0.01-2.0重量%，含Ag量为2.0-8.0重量%，而其余为Sn的焊剂。

Ag改善了这种焊剂的强度，为了保证有充分足够的强度，Ag的含量至少为2.0重量%。Sn和Ag形成了一种二元共晶合金。在共晶点的这种二元共晶合金中的Ag的含量是3.5重量%，且熔点为221℃。为了使焊剂能在225至250℃的焊接温度范围下使用，根据这种Sn-Ag二元共晶合金的相图确定Ag的含量的上限是8重量%。

把Pb加到这种Sn-Ag焊剂中消除了上述的四个缺点，即加入Pb，（1）抑制了该焊剂所含的Sn的低温度转变，（2）抑制了该焊剂所含的Ag的迁移，（3）防止了Sn晶须的产生和成长，以及（4）防止了该焊剂的腐蚀。