CN101080142A - 焊接电子零件在基板上的方法 - Google Patents

Abstract

一种焊接一电子零件于一基板的方法，包括形成一金属层在基板上；提供一焊料于金属层上；执行一加热程序，使焊料转变为焊点以连接基板与电子零件，其中，金属层有一部分材料是在此加热程序中引入焊点，而使焊点的固相线温度提高。本发明亦提供利用此方法所制成的电子组件。

Description

焊接电子零件在基板上的方法

技术领域

本发明是关于一种软钎焊方法，尤其关于可提高焊点的固相线温度的方法，及此方法所制成的电子组件。

背景技术

软钎焊是电子工业中重要的连结技术。软钎焊材料一般是选择熔点低且延展性良好的金属，其中以锡合金为最普遍的焊料。在软钎焊制作工艺中，焊料与待连接基材接触，通常会有一部份的基材熔入焊汤中，并易于焊汤与待连接基材的界面上生成介金属相(intermetallic phase)。

合金的熔化通常有一开始熔化温度及完全熔化温度，其定义一温度区间，开始熔化温度称为固相线温度，完全熔化温度称为液相线温度。以传统的软钎焊技术进行焊接时，基材中的某些成份可能会熔入焊汤，而使所形成的焊点的固相线温度或液相线温度下降。例如固相线温度(即共晶温度)为227℃的Sn-Cu共晶焊料，当基材中的Ag成份熔入此焊料时，所形成焊点的固相线温度会下降至217℃。又如含银量小于3.5wt％的Sn-Ag次共晶焊料，当基材中的Ag成份熔入此焊料，所形成焊点的液相线温度会下降。再如常见的高温Sn-5wt％Sb焊料，其与基材Ag接触并使Ag熔入此焊料，也会使所形成焊点的固相线温度下降。

焊点的固相线温度下降对阶段式焊接程序有不良影响。例如，在两阶段焊接程序中，为避免第一阶段的焊点熔化，第二阶段的操作温度不能高于第一阶段的焊点的固化线温度。然而，如前述的传统技术，其基材会熔入焊汤而使焊点的固化线温度下降。此即导致第二阶段焊接的操作温度不易控制，而间接影响产品的质量。因此，有必要提供一种创新的焊接方法来解决传统技术所产生的问题。

发明内容

本发明即针对此问题，提供一种形成一焊点于一基板的方法，包括在基板上形成一金属层，并于一加热程序中将此金属层部分地或全部地引入焊汤中以形成焊点。此加热程序使基板与一电子零件连结，且因此提升焊点的固相线温度。

在一实施例，本发明提供一种焊接一电子零件于一基板的方法，电子零件具有一引脚，此方法包括：形成一金属层在基板上；提供一焊料于金属层上；执行一第一加热程序，使焊料转变为一焊点，并将金属层的一部份材料引入于焊点中，使焊点的固相线温度大于焊料的固相线温度；及连结引脚与焊点。

本发明的另一方面是提供一种利用上述方法所形成的电子组件。在一实施例，本发明提供一种具有一焊点的电子组件，包括一基板，此焊点位于此基板上方；一金属层，位于基板与焊点之间，金属层与焊点接触；其中，焊点包括于一加热过程中所引入的金属层的一部分材料，致使焊点的固相线温度高于没有引入此部分材料时的焊点的固相线温度。

附图说明

图1至图4是依据本发明，例示一电路板，其基板与其电子零件进行加热及焊接程序的各步骤的示意图。

主要组件符号说明

100  电路板        110  基板

111  表面处理层    120  电子零件

121  引脚          210  金属层

220  焊料          320  焊点

具体实施方式

以下将参考附图示范本发明的优选实施例。应注意为清楚呈现本发明，附图中的各层及各组件并非按照实物的比例绘制，且为避免模糊本发明的内容，以下说明亦省略传统的组件、相关材料、及其处理技术。

图1至图4是依据本发明示范将一电子零件焊接至基板以形成一电子组件的方法。此范例是以电路板作为电子组件的优选实施例。如图1所示，提供一电路板100，包括一基板110及将连接至基板110的一电子零件120。基板110一般具有由金属材质所构成的图案或线路(未图示)。基板110上可视需要包括一表面处理层111，其是作为防止焊料与基板110表面过度反应的阻障层，或作为增加焊料与基板110间的湿润性的湿润层。常见的表面处理层材料如Au、Cu、Ni、Pd等。电子零件120可为一电阻器、电容器或IC芯片，其包括一引脚121，优选是以金属制成。同样地，引脚121的表面上也可视需要加上表面处理层111。

接着，如图2所示，形成一金属层210在基板110上，形成的方法以电镀为佳。然后，再施加一焊料220在基板110上，并使其与金属层210接触。应注意，为提高之后要形成的焊点的固相线温度，金属层210的成份应与焊料220配合。例如当焊料220包括Sn及Sb时，优选可以Sn作为金属层210；又如焊料220包括Se时，优选可以Sn作为金属层210。此外，业内人士也应明了焊料220中可视需要添加助焊剂或界面活性剂等其它成份。

接着，如图3及图4所示，进行第一加热程序及第一焊接程序，使该焊料220转变为连结引脚111与基板110的焊点320，并将金属层210的一部份材料或全部引入焊点320中，以使焊点320的固相线温度大于焊料220的固相线温度，并借由焊点320连结引脚111与基板110，以使基板110上的金属图案或线路与引脚111电相连。图3显示基板110上还有一残留的金属层210，其代表仅将金属层210的一部份材料引入焊点320中。图4显示基板110上已没有金属层210，其代表金属层210的材料已全部引入焊点320中。此外，应注意本发明所提出的方法并不会在焊料220与基板110的界面上形成介金属相，金属层210熔入焊汤(即融熔焊料220)后仍保持固溶相(soild solution phase)。

上述第一加热程序及第一焊接程序结束后，可视需要进行第二加热程序及第二焊接程序。如前述，应注意控制第二加热程序的操作温度，以避免将第一加热程序所形成的焊点320熔化。由于本发明已将第一加热程序所形成的焊点320的固化线温度提升为高于焊料220的固化线温度，不会有传统的向下偏移的情形，故第二加热程序的操作温度便可明确定地控制在焊料220的固化线温度以下。换句话说，本发明的一优点即在于使第二加热程序的操作温度容易控制。

此外，焊点320的固化线温度也可借由调整金属层210的成份而提升至高于焊料220的液相线温度，如此将有助于使第二加热程序有较宽广的操作温度范围，此为本发明的另一优点。

以下提供本发明的固相线温度提升的非限制实例。

实例一

将200mg的Sn-5wt％ Sb焊料置放在纯Sb片上，然后在将其整体密封在内外径分别为3mm×4mm的石英管中。以扫描式热分析仪(DTA)加热至265℃，持温5分钟后降至室温，并观察及量测其熔化温度区间。然后，再将其升温至265℃，同样地持温5分钟后降至室温，并观察及量测其熔化温度区间。此两次所测得的温度区间分别为240℃、244℃，及250℃、257℃。因此，可看出固相线温度已从240℃提升至250℃；液相线温度则从244℃提升至257℃。

实例二

在500μm的Ag基板上电镀厚约50μm的Sb层。取Sn-5wt％ Sb焊料置于此基板的Sb层上，并进行260℃回焊，以形成焊点。然后，将有此焊点的基板置放在244℃下，观察此焊点1小时，结果是未有熔化现象产生。

实例三

在Si基板上电镀厚约100μm的Ag层，然后再在此Ag层上电镀约50μm的Sb层。取Sn-5wt％ Sb焊料置于此基板的Sb层上，并进行260℃回焊，以形成焊点。然后，将有此焊点的基板置放在244℃下，观察此焊点1小时，结果是未有熔化现象产生。

实例四

将500mg的Se金属粒置放在纯Te片上，然后将其整体密封在内外径分别为3mm×4mm的石英管中。以扫描式热分析仪(DTA)加热至225℃，持温5分钟后降至室温，并观察及量测其熔点(Se金属粒不为合金，所以没有温度区间)。再将其升温至265℃，同样地持温5分钟后降至室温。此两次所测得的熔点/温度区间分别为221℃(即为Se金属的熔点)及225℃、232℃。第二次测得的温度区间225℃-232℃代表Te有一部分熔入Se中，且固相线温度从221℃提升至225℃。

实例五

将200mg的Se金属粒放置在纯Te基板上并进行260℃回焊，以形成焊点。然后，将有此焊点的基板置放在221℃下，观察1小时，结果是未有熔化现象产生。

本发明的方法适用于需要软钎焊来完成其各种零组件与基板相互连结的任何电子组件。图1至图4是借由电路板作为电子组件来示范本发明的方法，然应明白本发明所指电子组件不应以电路板为限。

应注意本发明的方法有别于直接采用含有本发明的金属层材料的合金焊料，因为如果直接采用这种合金焊料，势必造成制作工艺温度的提高。换句话说，依据本发明，第一加热程序所适合的制作工艺温度是取决于焊料原有成份，与之后将被提升的温度无关。如图3所示，金属层220熔入焊汤是发生在润湿基板110之后，此时焊料220与基板110的界面已形成，焊汤熔点的提高并不会影响此加热程序。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的范围；凡其它未脱离本发明所公开的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包括在本发明范围内。

Claims (42)

1.一种形成焊点于基板的方法，包括：

形成金属层于该基板上；

提供焊料于该金属层上；及

执行第一加热程序，使该焊料转变为该焊点，并将该金属层的一部份材料引入于该焊点中，以使该焊点的固相线温度大于该焊料的固相线温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该基板与该金属层之间还包括一表面处理层。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该表面处理层是选自Au、Cu、Ni、Pd、及其各种组合所组成的群组。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该焊点的固相线温度大于该焊料的液相线温度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该焊点的液相线温度大于该焊料的液相线温度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该焊料包括Sn与Sb，该金属层包括Sb。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该焊料的Sb的含量为Sn与Sb的总含量的5wt％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该焊料包括Se，该金属层包括Te。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将该基板置于该焊料的固相线温度，执行第二加热程序，而不熔化该焊点。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将该基板置于该焊料的液相线温度，执行第二加热程序，而不熔化该焊点。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该金属层是借由一电镀方式形成于该基板上。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一加热程序是在高于该焊料的固相线温度之下执行。

13.一种焊接电子零件于基板的方法，该电子零件具有引脚，该方法包括：

形成金属层于该基板上；

提供焊料于该金属层上；

执行第一加热程序，使该焊料转变为一焊点，并将该金属层的一部份材料引入于该焊点中，以使该焊点的固相线温度大于该焊料的固相线温度；及

连结该引脚与该焊点。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该基板与该金属层之间还包括一表面处理层。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，该表面处理层是选自Au、Cu、Ni、Pd、及其各种组合所组成的群组。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该焊点的固相线温度大于该焊料的液相线温度。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该焊点的液相线温度大于该焊料的液相线温度。

18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该焊料包括Sn与Sb，该金属层包括Sb。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，该焊料的Sb的含量为Sn与Sb的总含量的5wt％。

20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该焊料包括Se，该金属层包括Te。

21.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括将该基板置于该焊料的固相线温度，执行第二加热程序，而不熔化该焊点。

22.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括将该基板置于该焊料的液相线温度，执行第二加热程序，而不熔化该焊点。

23.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该金属层是借由电镀方式形成于该基板上。

24.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该第一加热程序是在高于该焊料的固相线温度之下执行。

25.一种具有一焊点的电子组件，包括：

基板，该焊点位于该基板上方；

金属层，位于该基板与该焊点之间，该金属层与该焊点接触；

其中，该焊点包括于加热过程中所引入的该金属层的一部分材料，以使该焊点的固相线温度高于没有引入该部分材料时的焊点的固相线温度。

26.根据权利要求25所述的电子组件，其特征在于，该焊点的液相线温度高于没有引入该部分材料时的焊点的液相线温度。

27.根据权利要求25所述的电子组件，其特征在于，该焊点包括Sn与Sb，该金属层包括Sb。

28.根据权利要求25所述的电子组件，其特征在于，该焊点包括Se，该金属层包括Te。

29.根据权利要求25所述的电子组件，其特征在于，该基板与该金属层之间还包括表面处理层。

30.根据权利要求29所述的电子组件，其特征在于，该表面处理层是选自Au、Cu、Ni、Pd、及其各种组合所组成的群组。

31.一种具有焊点的电子组件，包括：

基板，该焊点位于该基板上方，

其中该焊点包括于加热程序中所引入的金属材料，致使该焊点的固相线温度高于没有引入该金属材料时的焊点的固相线温度。

32.根据权利要求31所述的电子组件，其特征在于，该焊点的液相线温度高于没有引入该金属材料时的焊点的液相线温度。

33.根据权利要求31所述的电子组件，其特征在于，该焊点包括Sn与Sb，该金属材料包括Sb。

34.根据权利要求31所述的电子组件，其特征在于，该焊点包括Se，该金属材料包括Te。

35.根据权利要求31所述的电子组件，其特征在于，还包括表面处理层位于该焊点与该基板之间。

36.根据权利要求35所述的电子组件，其特征在于，该表面处理层是选自Au、Cu、Ni、Pd、及其各种组合所组成的群组。

37.一种电路板，包括：

基板；

电子零件，具有引脚；

焊点，位于该基板上，该引脚借由该焊点与该基板连结，其中该焊点包括于加热程序中所引入的金属材料，致使该焊点的固相线温度高于没有引入该金属材料时的焊点的固相线温度。

38.根据权利要求37所述的电路板，其中该焊点的液相线温度高于没有引入该金属材料时的焊点的液相线温度。

39.根据权利要求37所述的电路板，其特征在于，该焊点包括Sn与Sb，该金属材料包括Sb。

40.根据权利要求37所述的电路板，其特征在于，该焊点包括Se，该金属材料包括Te。

41.根据权利要求37所述的电路板，其特征在于，还包括表面处理层位于该焊点与该基板之间。

42.根据权利要求41所述的电路板，其特征在于，该表面处理层是选自Au、Cu、Ni、Pd、及其各种组合所组成的群组。

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