CN103717340A - 具有电极熔蚀防止层的部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低成本、成品率高、可靠性高且可进行焊接的部件的制造方法。该方法具备:准备具有电极(2)的部件(10’)的工序、使第一含有机脂肪酸溶液(3a)与电极(2)接触的工序、使第一熔融焊料(5a)与电极(2)接触而使第一熔融焊料(5a)附着在电极(2)上的工序、朝向所附着的第一熔融焊料(5a)喷射气流或液流而将附着在电极(2)上的过剩的第一熔融焊料(5a)除去的工序、将除去了过剩的第一熔融焊料(5a)的电极(2)降至低于第一熔融焊料(5a)的熔点的工序。第一熔融焊料(5a)包含下述成分:该成分与电极(2)所包含的成分化合,从而在电极的表面(2)形成由金属间化合物层构成的电极熔蚀防止层(4),一边使部件移动(10’)一边使第一熔融焊料(5a)的液流与电极(2)碰撞或包裹电极(2),从而进行第一熔融焊料(5a)与电极(2)的接触。

Description

具有电极熔蚀防止层的部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有电极熔蚀防止层的部件及其制造方法。更详细而言,涉及一种在印刷基板、晶片、柔性基板等基板所具有的电极上、或在芯片、电阻、电容器、滤波器等安装部件所具有的电极上形成了电极熔蚀防止层的部件(基板或安装部件等)、及其制造方法等。
背景技术
近年来,印刷基板、晶片及柔性基板等基板(下面往往将这些称为“安装基板”)的布线密度及安装密度正逐渐提高。安装基板具有多个用于焊接电子部件的电极。在其电极上设有用于焊接电子部件的焊料凸点或焊膏等焊料(以下,也称为“连接焊料”),电子部件焊接于其连接焊料而安装于安装基板。
连接焊料要求微细,形状及尺寸等一致,并仅设置在必要的部分。作为满足这样要求的连接焊料的形成方法,在专利文献1中提出了一种使用网版、容易地形成致密且一定形状的浆料凸点的方法等,所述网版是用于由浆料形成浆料凸点的具有开口的网版,其特征在于,该网版由刚性的第一金属层、树脂类的粘接剂层、及第二金属层构成,且相对第一金属层的开口,粘接剂层及第二金属层的开口缩径。
但是,连接器、QFP(四侧引脚扁平封装,Quad Flat Package)、SOP(小外形封装,Small Outline Package)、BGA(球栅阵列封装,Ball Grid Array)、LGA(栅格阵列封装,Land Grid Array)等电子部件往往在导线端子等连接端子的尺寸上存在不均。为了使连接端子的尺寸不均的电子部件无焊接不良地进行焊接,需要通过增厚设于安装基板的“连接焊料”来减小电子部件的尺寸不均的影响。在用于安装于安装基板的电子部件上混合存在CSP(芯片尺寸封装,ChipSize Package)等小型的电子部件的情况下,这样的小型电子部件用连接焊料的大小极小且微细。
作为通常的连接焊料的形成方法,已知有将设有由铜等制成的电极(例如铜电极,下同)的安装基板直接浸渍(浸入)于熔融焊料中的方法。在铜电极与焊料接触时,铜和焊料中所含的锡化合,生成CuSn金属间化合物。该CuSn金属间化合物的生成本身为焊料接合的基础。但是,该现象由于通过铜电极被焊料中的锡侵蚀的状态形成,因此,有时被称为“电极熔蚀”。这样的电极熔蚀使连接电子部件的铜电极的容积减少而使可靠性降低,可能会有损安装基板的可靠性。因此,需要缩短安装基板在熔融焊料中的浸渍时间,抑制电极熔蚀,因此,对于在安装基板的铜电极上形成预备焊料层,然后将安装基板在熔融焊料中浸渍的方法(浸渍方法)进行了研究。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平10-286936号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述的连接焊料的形成方法中,使用网版的连接焊料的形成方法存在生产性差的难点,浸渍方法中的连接焊料的形成方法在最初浸渍(浸入)的部分、和最后浸渍的部分上,电极熔蚀的差异较大,在相同基板的各部分,在铜电极的可靠性上产生较大差异。因此,存在电极熔蚀的问题依然未能解决的问题。
本发明是为了解决上述课题而进行的,其目的在于,提供一种低成本、成品率高、可靠性高且具有能够进行焊接的“电极的熔蚀防止层”(以下称为“电极熔蚀防止层”)的部件(基板及安装部件等)及其制造方法。
解决问题的方法
(1)用于解决上述课题的本发明的部件的制造方法具备:准备具有被焊接的电极的部件的工序、使第一含有机脂肪酸溶液与所述电极接触的工序、使第一熔融焊料与所述电极接触而使该第一熔融焊料附着在该电极上的工序、朝向附着的所述第一熔融焊料喷射气流或液流以除去附着于所述电极上的第一熔融焊料中过剩的第一熔融焊料的工序、使所述除去了过剩的第一熔融焊料后的所述电极降至低于所述第一熔融焊料的熔点的工序,其特征在于,在所述第一熔融焊料的附着工序中,所述第一熔融焊料包含下述成分:该成分与所述电极所包含的成分化合,从而在该电极的表面形成由金属间化合物层构成的电极熔蚀防止层,一边使所述部件移动一边使所述第一熔融焊料的液流碰撞所述电极或包裹(回り込む、spread over)所述电极,从而进行所述第一熔融焊料与所述电极的接触。
根据该发明,(i)由于在第一熔融焊料的附着工序中,第一熔融焊料包含与电极所包含的成分化合而在其电极的表面形成由金属间化合物层构成的电极熔蚀防止层的成分(也称为电极熔蚀防止层形成成分),因此,能够在其接触时,在电极的表面形成由金属间化合物层构成的电极熔蚀防止层。由于其金属间化合物层能够作为电极熔蚀防止层抑制电极成分的溶出,因此,能够防止因电极的熔蚀引起的电极的缺损或消失。
(ii)由于在第一熔融焊料的附着工序中,由于一边使所述部件移动一边使所述第一熔融焊料的液流碰撞或包裹所述电极来进行所述第一熔融焊料与所述电极的接触,因此,任一种情况下,均可在电极上遍布地附着第一熔融焊料。其结果,由于电极熔蚀防止层遍布地形成在电极上,因此,能够通过该电极熔蚀防止层防止电极的缺损或消失。
(iii)另外,由于在电极和第一熔融焊料接触之前,具有使第一含有机脂肪酸溶液与电极接触的工序,因此,该第一含有机脂肪酸溶液发生作用,除去存在于电极表面的氧化物或杂质等。其结果,可以使第一熔融焊料在极力抑制这样的氧化物或杂质等存在于电极表面的状态与电极的表面接触。通过这样的处理,能够使电极熔蚀防止层以极力不产生孔隙或缺陷的均匀厚度形成在净化后的电极表面。由于电极熔蚀防止层以极力不产生孔隙或缺陷的状态设置,因此,还能够使设于该电极熔蚀防止层上的焊料极力不产生孔隙的生成或缺陷。
(iv)另外,由于具有喷射气流或液流来将附着在电极上的过剩的第一熔融焊料除去的工序,因此,成为设有微量附着第一熔融焊料或第一焊料层的电极熔蚀防止层的电极。设有电极熔蚀防止层的电极即使在其后浸渍于熔融焊料(第二熔融焊料)的情况下,也可抑制因该第二熔融焊料引起的电极成分的溶出。另外,可以在喷射气流或液流而除去过剩的第一熔融焊料后的电极表面形成防止电极熔蚀防止层的氧化的有机脂肪酸的涂覆膜。其结果,即使是不立即对该部件进行处理的情况,也可以进行在部件的电极上设置电极熔蚀防止层的方式的保管或流通。
(v)另外,由于具有将除去了过剩的第一熔融焊料的电极降至低于第一熔融焊料的熔点的工序,因此,能够使形成于电极表面的电极熔蚀防止层形成为没有龟裂的给定厚度范围(例如0.5μm以上且3μm以下的程度)的电极熔蚀防止层并使其稳定化。具备这样形成的电极熔蚀防止层的部件即使在其后为了在电极上设有连接焊料(用于接合电子部件的焊料层)而浸渍(浸入)于焊料槽中,也可使在最初浸渍(浸入)的部分、最后浸渍的部分的电极熔蚀的差异尽量减小。另外,通过浸渍而设有连接焊料的部件即使在其后提供给电子部件的安装工序而施加各种热处理,由于电极熔蚀防止层成为障壁,因此能够抑制电极在该热的作用下而被焊料熔蚀。其结果,能够制造可提供高品质的连接构造的部件,其相同部件的各部分的电极能够极力减小各自的可靠性的差异,并能够进一步提高电子部件的连接构造的可靠性。
(2)本发明的部件的制造方法优选在所述第一熔融焊料的附着工序中,使所述第一熔融焊料对电极的接触按照下述的第一~第三形态的任一种来进行。
第一形态为,作为所述第一熔融焊料与所述电极的接触方法,通过如下方式进行:一边使所述部件沿上下方向移动,一边使由重力加速后的所述第一熔融焊料的液流或由泵加压后的所述第一熔融焊料液流以与所述上下方向垂直或基本垂直的角度与所述部件碰撞。
根据该发明,由于一边使部件沿上下方向移动一边使由重力加速后的第一熔融焊料的液流或由泵加压后的第一熔融焊料液流以与所述上下方向垂直或基本垂直的角度与部件碰撞,因此,不会因滞留在电极上的熔融焊料本身减速,熔融焊料液流从横向与电极强烈碰撞。其结果,能够在电极上遍布地附着第一熔融焊料。
第二形态为,作为所述第一熔融焊料与所述电极的接触方法,通过如下方式进行:一边使所述部件沿横向移动,一边使所述第一熔融焊料的液流从所述部件的上方朝向该部件以给定的角度碰撞。
根据该发明,由于一边使部件沿横向移动一边使第一熔融焊料的液流从该部件的上方朝向部件以给定的角度碰撞,因此,不会因滞留在电极上的熔融焊料本身减速,熔融焊料液流从上方与电极强烈碰撞。其结果,能够在电极上遍布地附着第一熔融焊料。
第三形态为,作为所述第一熔融焊料与所述电极的接触方法,通过如下方式进行:在使所述部件沿上下方向移动并浸渍于充满所述第一熔融焊料的焊料槽中之后拉起的过程中,使该部件通过配置于所述第一熔融焊料的液面的缝隙(slit)。
根据该发明,由于通过使部件沿上下方向移动并浸渍于充满第一熔融焊料的焊料槽中之后拉起的过程中,使该部件通过配置于第一熔融焊料的液面的缝隙的方式进行,因此,通过在穿过该缝隙时的表面张力的作用,熔融焊料包裹电极的整个区域。其结果,能够在电极上遍布地附着第一熔融焊料。
(3)在本发明的部件的制造方法中,在将所述电极降至低于所述第一熔融焊料的熔点的工序之后,可以进一步具备下述工序:使与所述第一熔融焊料相同的熔融焊料或不同的熔融焊料和所述部件接触,使第二熔融焊料附着在所述电极上。
根据该发明,由于在将电极降至低于第一熔融焊料的熔点的工序之后,进一步包含使与所述第一熔融焊料相同的熔融焊料或不同的熔融焊料和部件接触,使第二熔融焊料附着在电极上的工序,因此,即使在将部件浸渍于第二熔融焊料槽中的情况下,设置在电极上的电极熔蚀防止层也能够抑制电极成分的溶出。其结果,能够防止起因于第二熔融焊料引起的电极熔蚀的电极的缺损或消失。根据这样的本发明,能够制造一种可提供高品质的连接构造的部件,其能够通过第二熔融焊料凝固而成的第二焊料层来确保焊接的电极的可靠性,在将电子部件焊接于安装基板时,能够进一步提高电子部件的连接构造的可靠性。
(4)在本发明的部件的制造方法中,优选所述第二熔融焊料不含构成所述电极熔蚀防止层的成分中产生电极熔蚀防止能力的成分。
根据该发明,由于第二熔融焊料不含构成电极熔蚀防止层的成分中产生电极熔蚀防止能力的成分,因此,在预先形成的电极熔蚀防止层上设有不含产生电极熔蚀防止能力的成分的第二焊料层。这样的第二焊料层能够抑制电极熔蚀防止层和第二焊料层的成分相同的情况下引起的电极熔蚀防止层的厚度扩大现象。其结果,能够通过第二焊料层进一步提高焊接的部件所具有的电极的可靠性。
(5)在本发明的部件的制造方法中,在所述第一熔融焊料的附着工序中,可以在含有机脂肪酸溶液的蒸气氛围中进行所述第一熔融焊料与所述电极的接触。
根据该发明,由于在含有机脂肪酸溶液的蒸气氛围中进行第一熔融焊料对电极的接触,因此,在与第一熔融焊料接触时,电极不会被氧化或被杂质污染。
(6)在本发明的部件的制造方法中,优选所述第一熔融焊料的粘度为0.002Pa·s以上且0.004Pa·s以下。
根据该发明,由于第一熔融焊料的粘度在上述范围内,能够在以微细图案形成的各电极上遍布地附着第一熔融焊料,其结果,能够在电极表面均匀地形成稳定的电极熔蚀防止层。而且,由于第一熔融焊料的粘度在上述范围内,因此,能够容易地除去该第一熔融焊料。其结果,能够得到在以微细图案形成的各电极上遍布地形成电极熔蚀防止层,并且未设置多余的熔融焊料的状态的部件。
(7)在本发明的部件的制造方法中,优选所述第二熔融焊料的粘度为0.002Pa·s以上且0.008Pa·s以下。
根据该发明,能够使显示上述的宽范围内的任意粘度的第二熔融焊料与第一熔融焊料与电极接触而形成电极熔蚀防止层的部件接触。这样的第二熔融焊料由于含有通用的熔融焊料,因此,可使用将廉价的焊料熔融后的熔融焊料进行焊接,在该情况下,也能够防止电极的熔蚀。
(8)在本发明的部件的制造方法中,可将所述第一熔融焊料及所述第二熔融焊料与含有机脂肪酸溶液混合处理后使用。
根据该发明,由于将第一熔融焊料及第二熔融焊料与含有机脂肪酸溶液混合处理后使用,因此,能够将这些熔融焊料中所包含的氧化物或杂质等除去。其结果,根据其处理条件(处理时间等)的不同,可任意地控制处理后的熔融焊料的粘度。减小粘度后的熔融焊料的润湿扩散良好,在表面张力的作用下,能够在电极熔蚀防止层上形成平衡良好的对称形的焊料层。
(9)在本发明的部件的制造方法中,在所述第二熔融焊料的附着工序之后,可进一步具备下述工序:使第三含有机脂肪酸溶液的气体或液体与所述第二熔融焊料接触。
根据该发明,由于在第二熔融焊料的附着工序之后进一步包含将第三含有机脂肪酸溶液的气体或液体与第二熔融焊料接触的工序,因此,在第二熔融焊料的表面,形成有防止氧化或污染的有机脂肪酸的涂覆膜。其结果,可以不用立即对设有第二焊料层的部件进行处理而进行保管或流通。另外,能够制造一种可提供高品质的连接构造的部件,即使其在保管或流通后供给于安装部件的安装工序,也可进一步提高电子部件的连接构造的可靠性。
(10)在本发明的部件的制造方法中,所述部件可以举出:具有微细的布线图案的印刷基板、晶片、柔性基板等基板(也称为安装基板)、或芯片、电阻、电容器、滤波器等部件(也称为安装部件)。
(11)用于解决上述课题的本发明的部件是通过上述本发明的部件的制造方法制造而成的部件,其特征在于,其具备多个设有焊料层的电极,在所述焊料层和所述电极之间形成有厚度0.5μm以上且3μm以下的电极熔蚀防止层,所述焊料层的焊接形态为以所述电极的中心位置对称的半球形状或曲面形状。
发明的效果
根据本发明的部件的制造方法,可提供一种低成本、成品率高、可靠性高、能够进行焊接的具有电极熔蚀防止层的部件。
制造出的部件即使在其后为了在电极上设置连接焊料而浸渍于焊料槽中,也可使最初浸渍的部分、和最后浸渍的部分的电极熔蚀的差异尽量减小。另外,通过浸渍而设有连接焊料的部件即使在其后供给于电子部件的安装工序而施加各种热处理,由于电极熔蚀防止层成为障壁,因此,能够抑制电极在该热的作用下被焊料熔蚀。其结果,能够制造一种可提供高品质的连接构造的部件,其相同部件的各部分的电极能够尽量减小各个可靠性的差异,且能够进一步提高电子部件的连接构造的可靠性。
附图说明
图1是示出本发明的部件的制造方法的一例的流程图。
图2是示出部件的一例的表面照片和截面照片,(A)是示出BGA侧的部件表面的光学显微镜照片,(B)是示出部件的截面的电子显微镜照片。
图3是示出一边使部件沿横向移动,一边使第一熔融焊料的液流从部件的上方以给定的角度碰撞的形态的一例的示意剖面图,其具有喷射含有机脂肪酸溶液的气体或液体的工序(E)。
图4是示出一边使部件沿横向移动,一边使第一熔融焊料的液流从部件的上方以给定的角度碰撞的形态的另一例的示意剖面图,其具有在含有机脂肪酸溶液的气体氛围中喷射非活性气体或气体的工序(E)。
图5是示出一边使部件沿上下方向移动,一边使由重力加速后的第一熔融焊料的液流从横向碰撞部件的形态的示意剖面图。
图6是示出一边使部件沿上下方向移动,一边使由泵加压后的第一熔融焊料液流从横向碰撞部件的形态的示意剖面图。
图7是示出使部件沿上下方向移动并浸渍于充满第一熔融焊料的焊料槽中后拉起,在该拉起过程中,使部件通过配置于第一熔融焊料的液面的缝隙的形态的示意剖面图。
图8是示出在电极上设有电极熔蚀防止层,在该电极熔蚀防止层上设有第一焊料层的部件的一例的示意剖面图。
图9是附着第一熔融焊料前后的部件截面的电子显微镜照片,(A)(B)是附着前的一例,(C)(D)是附着后的一例。
图10是一边使部件沿横向移动,一边使熔融焊料的液流与部件接触而获得的现有例(A,B)的光学显微镜照片。
图11是示出将在电极上设有电极熔蚀防止层的部件浸渍于第二熔融焊料槽中的第一方式的模式图。
图12是示出将在电极上设有电极熔蚀防止层的部件浸渍于将含有机脂肪酸溶液设于上层的第二熔融焊料槽中的第二方式的模式图。
图13是示出在电极熔蚀防止层上设有焊料层的部件的一例的示意剖面图。
图14是在电极熔蚀防止层上设有焊料层的截面形态的说明图,(A)是按照包裹设于基体材料上的电极的方式设置的焊料层的截面形态的一例,(B)是在埋入基体材料的电极上设置的焊料层10的截面形态的一例。
图15是设于电极熔蚀防止层上的焊料层的平面形态的说明图,(A)是设于圆形形状的电极上的焊料层的平面形态的一例,(B)是设于矩形形状的电极上的焊料层的平面形态的一例。
图16是示出设于电极熔蚀防止层上的焊料层的形态的一例的扫描隧道显微镜图像。
图17是示出设于电极熔蚀防止层上的焊料层的截面形态的一例的扫描电子显微镜照片。
图18是示出所制造的部件的一例的立体图(A)和剖面图(B)。
图19是示出所制造的部件的其它例的立体图(A)(B)。
图20是示出焊料层的深度方向的氧量的座标图。
图21是对经过焊接的铜电极部进行加热后的微孔隙的生成形态的例,(A)(B)是比较例的结果,(C)(D)是实施例的结果。
图22是示出在基板的微细的铜电极上以电极熔蚀防止层、焊料层及有机脂肪酸涂覆膜的顺序设置的截面形态的电子显微镜照片(A)及其元素映射图像(B)。
图23是示出在电极上设有焊料层的现有例的照片。
图24是示出焊料处理前的电极图案的俯视图(A)、该电极图案的剖面图(B)(C)、及电极的剖面图(D)。
图25是示出不进行二阶段的焊料处理的情况的例子的电极的剖面图,(A)是用不含镍的熔融焊料处理5秒钟后的电极的剖面图,(B)是用不含镍的熔融焊料处理60秒钟后的电极的剖面图,(C)是用0.01质量%的含有镍的熔融焊料处理5秒钟的电极的剖面图,(D)是用0.01质量%的含有镍的熔融焊料处理60秒钟的电极的剖面图。
图26是表示不进行二阶段的焊料处理的情况的例的电极的剖面图,(A)是用0.03质量%的含有镍的熔融焊料处理5秒钟的电极的剖面图;(B)是用0.03质量%的含有镍的熔融焊料处理60秒钟的电极的剖面图;(C)是用含有0.05质量%镍的熔融焊料处理5秒钟后的电极的剖面图;(D)是用含有0.05质量%镍的熔融焊料处理60秒钟后的电极的剖面图。
图27是示出不进行二阶段的焊料处理的情况的例子的电极的剖面图,(A)是用含有0.1质量%镍的熔融焊料处理5秒钟后的电极的剖面图;(B)是用含有0.1质量%镍的熔融焊料处理60秒钟后的电极的剖面图。
图28是示出进行二阶段的焊料处理的情况的例子的电极的剖面图,(A)是用不含镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.01质量%镍的熔融焊料处理5秒钟后的电极的剖面图;(B)是用不含镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.01质量%镍的熔融焊料处理60秒钟后的电极的剖面图;(C)是用不含镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.03质量%镍的熔融焊料处理5秒钟后的电极的剖面图;(D)是用不含镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.03质量%镍的熔融焊料处理60秒钟后的电极的剖面图。
图29是示出进行二阶段的焊料处理的情况的例子的电极的剖面图,(A)是用不含镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.05质量%镍的熔融焊料处理5秒钟后的电极的剖面图;(B)是用不含镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.05质量%镍的熔融焊料处理60秒钟后的电极的剖面图;(C)是用不含镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.1质量%镍的熔融焊料处理5秒钟后的电极的剖面图;(D)是用不含镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.1质量%镍的熔融焊料处理60秒钟后的电极的剖面图。
图30是示出进行二阶段的焊料处理的情况的例子的电极的剖面图,(A)是用含有0.1质量%镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.01质量%镍的熔融焊料处理5秒钟后的电极的剖面图;(B)是用含有0.1质量%镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.01质量%镍的熔融焊料处理60秒钟后的电极的剖面图;(C)是用含有0.1质量%镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.03质量%镍的熔融焊料处理5秒钟后的电极的剖面图;(D)是用含有0.1质量%镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.03质量%镍的熔融焊料处理60秒钟后的电极的剖面图。
图31是示出进行二阶段的焊料处理的情况的例子的电极的剖面图,(A)是用含有0.1质量%镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.05质量%镍的熔融焊料处理5秒钟后的电极的剖面图;(B)是用含有0.1质量%镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用含有0.05质量%镍的熔融焊料处理60秒钟后的电极的剖面图。
图32是示出进行二阶段的焊料处理的情况的例子的电极的剖面图,(A)是用含有0.1质量%镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用不含镍的熔融焊料处理5秒钟后的电极的剖面图;(B)是用含有0.1质量%镍的熔融焊料处理3秒钟之后,用不含镍的熔融焊料处理60秒钟后的电极的剖面图。
符号说明
1基体材料
2电极
3涂覆膜
3a第一含有机脂肪酸溶液(气体或液体)
4电极熔蚀防止层(CuNiSn化合物层)
5焊料层(第一焊料层)
5a第一熔融焊料
6涂覆膜
6a第二含有机脂肪酸溶液的气体或液体
6b第二含有机脂肪酸溶液的气体氛围
7CuSn化合物层
8焊料层(第二焊料层)
9涂覆膜
10、10A、10B设有电极熔蚀防止层的部件(设置焊料层之前的部件)
10’设置电极熔蚀防止层之前的部件
11、12、13喷射喷嘴
14非活性气体或空气
16第二熔融焊料
18第三含有机脂肪酸溶液
20设置焊料层之后的安装基板
21电极垫片
30、40、40A、40B设置焊料层之后的安装部件
51缝隙部件
52第一熔融焊料槽
53熔融焊料的表面
55喷嘴前端
56配管的换向部
57焊料液流的配管
58焊料液流的贮存槽
59焊料液流的配管
61、62边缘
63中心位置
80绝缘膜(抗蚀膜)
W电极宽度
T焊料层的高度
g1、g2部件与缝隙部件之间的间隙
T缝隙部件的厚度
具体实施方式
下面,参照附图对本发明的部件及其制造方法进行说明。另外,在本申请中,也可将“本发明”称为“本申请的实施方式”。需要说明的是,“电极熔蚀防止层”是指,发挥抑制构成电极的成分的一部分或全部因焊料而熔蚀(电极成分进行扩散而溶出的形态)的作用的层。
[部件的制造方法]
如图1~图7等所示,本发明的部件10的制造方法具备:准备具有被焊接的电极2的部件10’的工序、使第一含有机脂肪酸溶液3a与电极2接触的工序、使第一熔融焊料5a与电极2接触而使第一熔融焊料5a附着在电极2上的工序、向附着的第一熔融焊料5a喷射流体6a或气流14以除去附着在电极2上的第一熔融焊料5a中过剩的第一熔融焊料5a的工序、以及将除去了过剩的第一熔融焊料5a的电极2降至低于第一熔融焊料5a的熔点的工序。而且,其特征在于,在第一熔融焊料5a的附着工序中,第一熔融焊料5a包含下述成分:该成分用于与电极2所包含的成分化合而在电极2的表面形成包含金属间化合物层的电极熔蚀防止层4;以及一边使部件10’移动一边使第一熔融焊料5a的液流碰撞电极2或包裹电极2来进行第一熔融焊料5a对电极2的接触。
这样的部件10的制造方法起到以下(i)~(v)的作用效果。需要说明的是,第一熔融焊料的液流也使用符号“5a”,该情况下称为“第一熔融焊料液流5a”。
(i)在第一熔融焊料5a的附着工序中,由于第一熔融焊料5a包含与电极2所含的成分化合而在该电极2的表面形成包含金属间化合物层的电极熔蚀防止层4的成分(电极熔蚀防止层形成成分),因此,在该接触时,第一熔融焊料5a所含的成分与电极2所含的成分化合,在电极2的表面形成包含金属间化合物层的电极熔蚀防止层4。该金属间化合物层能够作为电极熔蚀防止层4抑制电极成分的溶出,因此,能够防止因电极2的熔蚀而产生电极2的缺损或消失。
(ii)另外,在第一熔融焊料5a的附着工序中,由于通过一边使部件10’移动一边使第一熔融焊料液流5a碰撞该部件10’或包裹该部件10’的方式进行,因此,任一种情况下,电极2上都会遍布地附着第一熔融焊料5a。其结果,电极熔蚀防止层4遍布地形成在电极2上,因此,能够通过该电极熔蚀防止层4防止电极2的缺损或消失。
(iii)由于在电极2和第一熔融焊料5a接触之前,具有使第一含有机脂肪酸溶液3a与电极2接触的工序,因此,该第一含有机脂肪酸溶液3a具有除去存在于电极2的表面的氧化物或杂质等的作用。其结果,能够在尽量抑制这样的氧化物或杂质等存在于电极2表面的状态下使第一熔融焊料5a与电极2的表面接触。通过这样的处理,能够在被净化的电极表面以抑制了孔隙或缺陷的产生的均匀厚度形成电极熔蚀防止层4。由于电极熔蚀防止层4是在尽量不产生孔隙或缺陷的状态下设置的,因此,还能够进一步抑制设在该电极熔蚀防止层4上的焊料层8(参照图13及图17等)上的孔隙的生成及缺陷。
(iv)由于具有喷射气流14或流体6a以除去附着在电极2上的过剩的第一熔融焊料5a的工序,因此,形成设有微量附着了第一熔融焊料5a或第一焊料层5的电极熔蚀防止层4的电极2。设有电极熔蚀防止层4的电极2即使在之后使其浸渍于其它的熔融焊料(第二熔融焊料16)的情况下,也能够抑制因该第二熔融焊料16而产生的电极成分的溶出。另外,在喷射气流14或流体6a而除去了过剩的第一熔融焊料5a后的电极表面,能够形成防止电极熔蚀防止层4的氧化的有机脂肪酸的涂覆膜6。其结果,即使在不立即对该部件进行处理的情况下,也能够进行在部件的电极上设有电极熔蚀防止层4的状态的保管或流通。
(v)由于具有将除去了过剩的第一熔融焊料5a的电极2降至低于第一熔融焊料5a的熔点的工序,因此,能够使形成在电极2表面的电极熔蚀防止层4成为没有龟裂的给定厚度范围(例如0.5μm以上且3μm以下的程度)的电极熔蚀防止层4,并使其稳定化。具备这样形成的电极熔蚀防止层4的部件10即使在其后为了在电极2上设置连接焊料(用于接合电子部件的焊料层8,参照图13及图17等)而浸渍(浸入)于焊料槽中,也能够极力减小最初浸渍(浸入)的部分、和最后浸渍的部分电极熔蚀的差异。另外,通过浸渍而设有连接焊料(与焊料层8同义,下同)的部件20即使在其后供给于电子部件的安装工序而施加各种热处理,由于电极熔蚀防止层成为障壁,因此也能够抑制电极在该热的作用下被焊料熔蚀。其结果,能够制造一种可提供高品质的连接构造的部件,其能够极力减小相同部件的各部的电极各自的可靠性的差异,能够进一步提高电子部件的连接构造的可靠性。
下面,详细地对起到上述作用效果的各工序进行说明。
<准备工序>
如图1、图2、图3(A)、图4(A)、图9(A)(B)及图24所示,准备工序是准备具有被焊接的电极2的部件10’的工序。
(部件)
部件10’只要是在基体材料1上以任意形态设有电极2的部件即可,没有特别的限定。作为部件10’,可以举出例如:印刷基板、晶片、柔性基板等基板(也称为“安装基板”)、或连接器、QFP(四侧引脚扁平封装,Quad FlatPackage)、SOP(小外形封装,Small Outline Package)、BGA(球栅阵列封装,Ball Grid Array)、LGA(栅格阵列封装,Land Grid Array)、半导体芯片、芯片电阻、芯片电容器、跳线布线材料等电子部件。另外,还包括在此示例的部件以外的公知的基板或电子部件、以及今后开发的新的基板或电子部件。
作为具体例,可以列举如图2、图9(A)(B)及图24等所示的部件。该部件10’在两面具有电极2。BGA侧的电极形态如图8(B)及图9(B)所示,在绝缘膜80上形成电极图案,电极2设于绝缘膜80的开口部内的凹陷的底部。另一方面,布线图案侧的电极形态如图8(A)及图9(A)所示,电极2以突出于基体材料1上的形态设置。在本发明中,对于这样的不同电极形态的任一种形态,均可遍布地形成电极熔蚀防止层4,还可以在该电极熔蚀防止层4上形成第二焊料层8。另外,第一焊料层5实际上以薄的厚度附着在除去了过剩的第一熔融焊料5a后的电极熔蚀防止层4上,但在本说明书中,对于该第一焊料层5,包括附图在内,根据需要省略或进行了说明。另外,绝缘膜80也可称为焊料抗蚀膜。
这些部件10’最终成为在电极2上设有电极熔蚀防止层4及第二焊料层8的部件10,该第二焊料层8与作为安装对象的部件进行电连接。部件10’为基板的情况下,如图2及图24等所示,在设在基板上的电极2上设有电极熔蚀防止层4及第二焊料层8,在该第二焊料层8上连接安装有上述的电子部件。优选在此时的电子部件上也设有本发明中形成的电极熔蚀防止层4及第二焊料层8。另一方面,在部件10’为电子部件的情况下,如图18及图19等所示,在设在电子部件上的电极2上设有电极熔蚀防止层4及第二焊料层8,将该第二焊料层8连接安装于上述基板上。优选此时的基板上也设有本发明中形成的电极熔蚀防止层4及第二焊料层8。
(电极)
电极2以各种形态设在部件10’上。对于电极2的种类,也没有特别限定,含有与第一熔融焊料5a所含的锡化合而被熔蚀的金属成分的导电性电极2成为对象。作为与锡化合而被熔蚀的金属成分,可以举出:Cu、Ag、Au、Pd、Rh、Zn、Sn、Ni、Co、Bi等。电极2由选自这样的金属成分中的1种或2种以上构成。需要说明的是,焊料润湿性和熔蚀表里一体,“焊料润湿性”是下述现象:上述金属成分中的1种或2种以上容易地与第一熔融焊料5a所含的锡化合并以锡化合物的形式润湿扩展的现象,“熔蚀”是下述现象:金属成分中的1种或2种以上与第一熔融焊料5a所含的锡化合而形成锡化合物,从而使电极2变薄的现象。后述的电极熔蚀防止层4是防止这样的熔蚀、且防止电极2的可靠性降低的层。
作为具体的电极2,可以举出:铜电极、铜合金电极、银电极、银合金电极、金电极、金合金电极、钯电极、钯合金电极、铝电极、铝合金电极等。在这些合金成分中,在包含选自上述的Cu、Ag、Au、Pd、Rh、Zn、Sn、Ni、Co、Bi等中的1种或2种以上金属成分的情况下,会引起如下现象:这样的含有成分与第一熔融焊料5a所含的锡化合而形成锡化合物,从而使电极2变薄。
例如,在电极2为铜电极或铜合金电极的情况下,其铜成分容易与第一熔融焊料中的锡形成CuSn化合物(例如参照图21)。其结果,构成电极2的铜成分减少(电极熔蚀)而使电极2变薄。同样地,作为银电极、银合金电极、金电极、金合金电极、钯电极、钯合金电极、铝电极、铝合金电极等电极2的构成成分,在包含Cu、Ag、Au、Pd、Rh、Zn、Sn、Ni、Co、Bi中的任意1种或2种以上的情况下,该1种或2种以上的成分(M)容易与第一熔融焊料中的锡(Sn)形成MSn化合物。其结果,构成电极2的成分M减少,从而使电极2变薄。
电极2的形态及尺寸没有特别限定,例如如图2、图9及图24等所示,在设于安装基板中的电极图案的情况下,例如以图案宽度或图案直径来表示,可以列举出5μm以上或10μm以上、500μm以下的宽度较窄的图案或微细圆形图案的电极。另外,例如如图18所示,在设于电子部件中的电极的情况下,根据该电子部件的种类,可列举出几百μm以上、几mm以下程度大小的尺寸的电极。
另外,电极2的厚度也没有特别限定,作为一例,例如可举出5μm以上且30μm以下的程度。设有电极2的基体材料1的大小及外形形状也没有特别限定,对于各种大小及外形形状本发明都能使用。本发明的部件10的制造方法是在这样的电极2的表面形成可抑制电极成分的溶出的电极熔蚀防止层4的方法。
<接触工序>
接触工序为设置在上述准备工序和下述附着工序之间的工序,如图1、图3(B)及图4(B)所示,其是在电极2与第一熔融焊料5a接触之前,使第一含有机脂肪酸溶液3a的气体或液体与电极2接触的工序。
(接触形态)
第一含有机脂肪酸溶液3a对电极2的接触可以以气体(也可称为蒸汽)的形态接触,也可以以液体形态接触。在以气体形态接触的情况下,可以暴露于含有机脂肪酸溶液的蒸气氛围下使其接触,也可如图3(B)及图4(B)所示,从喷嘴11喷射第一含有机脂肪酸溶液3a的气体进行接触。另外,在将第一含有机脂肪酸溶液3a以液体形态进行接触的情况下,可以在第一含有机脂肪酸溶液3a的水槽中浸渍(浸入)使其接触,也可以如图3(B)及图4(B)所示,从喷嘴11喷射第一含有机脂肪酸溶液3a的液体使其接触。
(含有机脂肪酸溶液)
第一含有机脂肪酸溶液3a优选为包含碳原子数12以上且20以下的有机脂肪酸的溶液。也可使用碳原子数11以下的有机脂肪酸,但这样的有机脂肪酸具有吸水性,不太优选。另外,碳原子数21以上的有机脂肪酸具有熔点高、渗透性差、难以处理等缺点。作为代表性的有机脂肪酸,优选碳原子数16的棕榈酸。作为有机脂肪酸,特别优选仅使用碳原子数16的棕榈酸,根据需要,也可以含有碳原子数12以上且20以下的有机脂肪酸,例如也可含有碳原子数18的硬脂酸。
第一含有机脂肪酸溶液3a优选使用包含5质量%以上且25质量%以下的有机脂肪酸,剩余部分由酯类合成油构成的溶液。通过使用这样的第一含有机脂肪酸溶液3a,该第一含有机脂肪酸溶液3a可选择性地吸入存在于电极2表面的氧化物及熔剂成分等杂质等,能够净化电极2的表面。作为对象的电极种类没有特别限定,对于通常的铜电极、镀金铜电极、镀银铜电极、金电极、银电极、上述的其它电极等各种电极种类都能够同样进行净化。作为有机脂肪酸,特别优选使用碳原子数16的棕榈酸,优选含有该棕榈酸10质量%左右(例如为5质量%以上且15质量%以下)的第一含有机脂肪酸溶液3a。另外,第一含有机脂肪酸溶液3a中不包含镍盐及钴盐等金属盐及抗氧剂等添加剂。
有机脂肪酸的浓度在5质量%以下,则选择性地吸入存在于电极2表面的氧化物及熔剂成分等杂质,进行精炼的效果稍低,低浓度下的管理有时会变得繁杂。另一方面,若有机脂肪酸的浓度超过25质量%,则存在如下问题:第一含有机脂肪酸溶液3a的粘度升高、例如在超过280℃的高温区域产生冒烟和恶臭,等等。因此,有机脂肪酸的含量优选在5质量%以上且20质量%以下,特别是在仅使用碳原子数16的棕榈酸的情况下,优选为10质量%左右(例如,5质量%以上且15质量%以下)的含量。
通过与这样的第一含有机脂肪酸溶液3a的气体或液体接触,能够除去并净化存在于部件10’所具有的电极2的表面的氧化物或杂质等。进而,在电极2的表面形成构成第一含有机脂肪酸溶液3a的有机脂肪酸的涂覆膜3(参照图3(B)及图4(B))。该涂覆膜3具有如下的优点,洁净电极2的表面,进而能够抑制电极2表面的氧化并极力抑制氧化被膜的生成或杂质的附着。其结果,能够在尽量使电极的表面不存在这样的氧化物或杂质等的状态下使第一熔融焊料5a与电极2的表面接触(参照图3(C)、图4(C)、图5~图7)。通过这样的接触工序,能够在被净化的电极2的表面以无缺损等的均匀厚度形成电极熔蚀防止层4(参照图3(D)、图4(D)、图5~图7)。由于电极熔蚀防止层4是在抑制了孔隙的生成及缺陷的生成的状态下设置的,因此,在其后的工序(参照图11及图12)中,能够进一步抑制按照接触第二熔融焊料16的方式设在电极熔蚀防止层4上的焊料层8(参照图13)的孔隙的生成及缺陷的生成。
第一含有机脂肪酸溶液3a的气体或液体的温度没有特别限定,优选在较高的温度下接触。作为这样的温度,优选例如50℃以上且280℃以下的范围。若该温度超过280℃,则有时会产生烟雾或产生恶臭。
<附着工序>
如图1、图2、图3(C)、图4(C)、图5~图7所示,附着工序是使电极2与第一熔融焊料5a接触并使第一熔融焊料5a附着在电极2上的工序。该附着工序也可以说成是使第一熔融焊料5a附着在电极2上并在电极2的表面形成电极熔蚀防止层4的电极熔蚀防止层4的形成工序。第一熔融焊料5a对电极2的接触方法没有限定,可举出各种接触方法。作为这样的接触方法,可优选举出下述的第一~第三形态中的任意一种。
下述第一~第三形态的接触方法能够对图8(A)及图9(A)所示的布线图案侧的电极形态(电极2突出在基体材料1上的形态)良好地进行焊接,进而,也能够对图8(B)及图9(B)所示的BGA侧的电极形态(在绝缘膜80上形成有电极图案,电极2设于绝缘膜80的开口部内的凹陷的底部的形态)良好地进行焊接。需要说明的是,在现有的焊接方法中,对于布线图案侧的电极形态能够以良好的成品率进行焊接,但对于BGA侧的电极形态不能以良好的成品率进行焊接。
(第一形态)
如图5及图6所示,第一形态是使第一熔融焊料液流5a与部件10’碰撞的接触方法。
在图5的例中,一边使部件10’沿上下方向移动,一边使由重力加速后的第一熔融焊料液流5a以与上下方向垂直或基本垂直的角度θ碰撞部件10’。对于该实例而言,其特征在于,通过熔融焊料液流5a从横向与电极2碰撞,熔融焊料液流5a与电极2的整个面无遗漏地进行接触,从而能够在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4。
在该实例中,部件10’沿向上方向或向下方向(也可称为垂直方向)移动。如图5所示,可以使部件10’沿向上方向移动,虽未图示,也可使部件10’沿向下方向移动。优选一边使部件10’沿向上方向移动一边碰撞第一熔融焊料液流5a,可以使第一熔融焊料液流5a有效地碰撞在下槽浸渍含有机脂肪酸溶液后的部件10’。
例如,如图5所示,对于第一熔融焊料液流5a,由泵(未图示)汲上的熔融焊料液流5a通过配管59进入设于上方的贮存槽58,从该贮存槽58自由落下,在其自重和重力的作用下,在配管57内加速下降。下降的熔融焊料液流5a上升至任意的速度,通过换向部56尽可能无减速地改变方向,从喷嘴前端55朝向部件10’猛力地喷出,与部件10’碰撞。
作为熔融焊料液流5a,可以使用后述的各种熔融焊料的液流。例如可以使用密度约7.3g/cm3的无铅焊料等。
通过任意设计所使用的熔融焊料液流5a的密度、从喷嘴前端55到贮存槽58的高度(距离)、配管形态等,能够调整熔融焊料液流5a在喷嘴前端55的速度及熔融焊料液流5碰撞电极2的压力。所谓配管形态,可以举出垂直下降的配管57的直径、换向部56的弯曲程度、喷嘴前端55的口径等。另外,根据这些要素,通过计算可以算出熔融焊料液流5a的速度及压力。例如在使用密度约7.3g/cm3的无铅焊料,并将从喷嘴前端55到贮存槽58的高度设定为例如500mm或1000mm的情况下,能够计算出从该贮存槽58垂直下降的熔融焊料液流5a的速度及压力。例如,将其高度设为例如500mm、1000mm、1500mm、或更高,则设置得越高熔融焊料液流5a的加速度越是增加,越能够使熔融焊料液流5a猛力地碰撞电极2。
第一熔融焊料液流5a以与其上下方向垂直或基本垂直的角度θ与部件10’碰撞。在此,“垂直”是指90°,“基本垂直”是指不严格地限定于90°的角度,意思是“从横向碰撞”。因此,也可将“以垂直或基本垂直于上下方向的角度碰撞”说成是“从横向碰撞”。此时的横向也可说成是水平方向。
如上所述,熔融焊料液流5a可以从横向沿水平碰撞,也可以以给定的角度θ从上方倾斜地碰撞。角度θ是将水平设为0°,从其水平线到上方所设置的角度。在图5所示的例中,由于喷嘴前端55按照从水平位置稍微偏下的方式设置,因此,熔融焊料液流5a以该角度θ朝向电极2碰撞。该角度θ可根据熔融焊料液流5a的流动、速度、碰撞压力等进行调整,没有特别限定,作为一例,可以为3°以上、60°以下、优选为30°以下。通过在该优选的范围内碰撞电极2,不会使熔融焊料液流5a的速度过度减速,从而能够以希望的碰撞压力与电极2碰撞。其结果,能够使熔融焊料液流5a与电极2的整个面无遗漏地接触,作为结果,可以使电极熔蚀防止层4遍布地形成在电极2上。
从喷嘴前端55到要碰撞的电极2的直线距离没有特别限定,通常,可以举出20mm以上且60mm以下的程度。另外,喷嘴前端55的形状也没有特别限定,优选对应要碰撞的电极形状及部件的大小而变化。通常优选使用缩小喷嘴前端55的形状。
图6的例中,一边使部件10’沿上下方向移动,一边使由泵加压后的第一熔融焊料液流5a以与上下方向垂直或基本垂直的角度θ(在图6中省略,参照图5)从横向碰撞部件10’。在该例中,其特征在于,通过熔融焊料液流5a从横向碰撞电极2,熔融焊料液流5a与电极2的整个面无遗漏地接触,从而能够在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4。这里,“一边沿上下方向移动”、“垂直”、“基本垂直”、“从横向碰撞”等与在图5中说明的内容相同。
例如,如图6所示,对于第一熔融焊料液流5a,由泵以给定压力输送的熔融焊料液流5a通过配管57从喷嘴前端55朝向部件10’猛力地喷出,碰撞部件10’。熔融焊料液流5a的从喷嘴前端55碰撞电极2的压力可通过泵压任意地调整。泵压越高,则可使熔融焊料液流5a越猛力地碰撞电极2。在该形态中,由于可通过泵压调整碰撞压力,因此,如图6所示,可以从横向沿水平碰撞。另外,如图5所示,也可以以给定的角度θ从上方倾斜地碰撞。
在如图5及图6所示的第一形态中,在使部件10’沿向上方向(垂直方向)移动的中途,从横向(水平方向)使熔融焊料液流5a碰撞。通过这样操作,由于可在其后立即实施后述的剩余焊料的除去工序,因此,较为方便。另外,根据其后的剩余焊料的除去方法,也可以使部件10’沿向下方向移动。
第一熔融焊料液流5a碰撞电极2的碰撞压力按照能够使熔融焊料液流5a与电极2的整个面无遗漏地接触,并在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4的方式任意地设定。因此,该碰撞压力没有特别限定,在例如图5的例中,优选使第一熔融焊料液流5a通过其自重和重力加速度,以0.5Pa以上且4.0Pa以下的压力与电极2碰撞。另外,例如图6的实例也相同,优选通过泵使第一熔融焊料液流5a以0.5Pa以上且4.0Pa以下的压力与电极2碰撞。
对于该第一形态的接触方法而言,无论是布线图案侧的电极形态,还是BGA侧的电极形态,熔融焊料液流5a都可与电极2的整个面无遗漏地接触,从而能够在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4。
(第二形态)
如图3(C)及图4(C)所示,第二形态为:一边使部件10’沿横向移动,一边使第一熔融焊料液流5a从部件10’的上方以给定的角度与电极2碰撞而附着。通过这样的附着方法,不会因滞留于电极2上的熔融焊料5a自身而减速,熔融焊料液流5a从上方与电极2强烈碰撞。其结果,如图3(D)及图4(D)所示,熔融焊料液流5a与电极2的整个面无遗漏地接触,从而能够在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4。
此时的碰撞通过使加热熔融的第一熔融焊料液流5a从喷嘴12的前端朝向电极2喷涂的方式进行。喷涂的第一熔融焊料堆积到电极2上。使第一熔融焊料液流5a朝向部件10’碰撞时的来自喷嘴前端的喷射压也与上述相同,按照第一熔融焊料液流5a与电极2的整个面无遗漏地接触,能够在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4的方式任意地设定。因此,该喷射压没有特别限定,与上述的碰撞压力相同,例如图3(C)及图4(C)的喷射压优选为0.5Pa以上且4.0Pa以下。
第一熔融焊料液流5a的喷射角度根据沿横向移动的部件10’的速度、喷射压、喷射量任意地设定。作为该喷射角度的一例,优选例如相对于部件10’面为20°以上且85°以下。通过以该喷射角度使第一熔融焊料液流5a朝向部件面喷射碰撞,能够使熔融焊料液流5a与电极2的整个面无遗漏地接触,作为结果,能够在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4。
喷嘴12的前端口的朝向没有特别限定,可以为与部件10’移动的方向相同的方向也可以为其相反方向,优选朝向其相反方向。所谓相反方向,在喷嘴12的前端向左的图3(C)及图4(C)的例中,是指优选部件10’沿向右方向移动的情况。通过使部件10’按照朝向喷嘴12的前端朝向的相反方向、即朝向喷嘴12的前端的方式移动,能够使熔融焊料液流5a与电极2的整个面无遗漏地接触,作为结果,能够在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4。
对于该第二形态的接触方法而言,无论布线图案侧的电极形态,还是BGA侧的电极形态,熔融焊料液流5a都可与电极2的整个面无遗漏地接触,从而能够在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4。
(第三形态)
如图7所示,第三形态为:使部件10’沿上下方向移动并在充满第一熔融焊料5a的焊料槽52中浸渍后将其拉起,在该过程中,使部件10’通过配置于第一熔融焊料5a的液面53的缝隙51并附着。通过这样的方法,由于部件10’通过配置于第一熔融焊料5a的液面53(也称为表面)的缝隙51进行,因此,在通过该缝隙51时的表面张力的作用下,熔融焊料5a包裹电极2的整个区域。其结果,能够在电极2上遍布地附着第一熔融焊料5a。
第一熔融焊料5a在后述的给定温度下发生熔融。按照载置于第一熔融焊料5a上的方式配置缝隙51。配置的缝隙51打开给定的间隔。其间隔可根据通过该缝隙51的部件10’的厚度尺寸任意地调整。具体来说,如图7(A)所示,从部件10’的表面到缝隙51的端部的间隙g1、g2优选为0.1mm以上且5mm以下的范围内。因此,在部件10’的厚度较厚的情况下,增大缝隙51的开口尺寸使得两侧的间隙g1、g2在上述范围内,在部件10’的厚度较薄的情况下,缩小缝隙51的开口尺寸使得两侧的间隙g1、g2在上述范围内。
在该第三形态中,首先,如图7(B)所示,将部件10’浸渍于焊料槽52中。此时,在电极2上未充分地附着有第一熔融焊料5a。其后,浸渍的部件10’在缝隙51间拉起时,通过部件10’和缝隙51之间的狭小间隙g1、g2,如图7(C)所示,第一熔融焊料5a在表面张力的作用下被提升。通过该表面张力的作用而提升的第一熔融焊料5a,无论以布线图案侧的电极形态,还是BGA侧的电极形态,都可与电极2的整个面无遗漏地接触,从而在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4。在间隙g1、g2超过5mm的情况下,特别是对BGA侧的电极2的焊接不充分。另一方面,在间隙g1、g2低于0.1mm时,由于相对于部件10’的宽度来说缝隙狭小,因此,需要在部件10’的拉起时过度注意,容易使制造变得困难。
(第一熔融焊料)
在上述的第一~第三形态中使用的第一熔融焊料5a是加热后熔融的液流,使用能够使其落下或喷射而碰撞或包裹部件10’的程度流动化的焊料。其加热温度可根据电极组成及焊料组成来任意选择,但通常从150℃以上且300℃以下程度的范围内设定良好的温度。
在本发明中,电极2为铜电极或铜合金电极的情况下,优选以锡作为主成分、并至少包含镍作为副成分的熔融无铅焊料。另外,在锡铋系焊料中也优选使用至少包含镍作为副成分的低熔点熔融焊料。在这样的熔融无铅焊料中,还可任意包含选自铜、锗及磷中的1种或2种以上作为副成分。另外,还可以包含银,但根据本发明,具有如下优点,如果提高润湿性,即使不含通常所说的高价的银,也可实现均匀的焊接。另外,如上所述,对于铜电极或铜合金电极以外的电极,可以任意选择对应于该电极成分的组成的熔融焊料使用。
作为构成第一熔融焊料5a的焊料,例如可以使用SnNi系焊料、SnCuNi系焊料、SnGeNi系焊料、SnPNi系焊料、SnCuGeNi系焊料、SnCuGePNi系焊料、SnAgCuNi系焊料、SnZnAlNi系焊料、SnAgCuGeNi系焊料、SnSbNi系焊料等。另外,作为低熔点焊料,可以举出SnBiNi系焊料、SnBiZnNi系焊料、SnBiAgInNi系焊料等。
通过这样的处理,可以在已经用第一含有机脂肪酸溶液净化后的电极2表面形成电极熔蚀防止层4。电极熔蚀防止层4中的缺陷等得到了极力的抑制,且形成均匀的厚度。其厚度中最薄部分的厚度至少为0.5μm以上,最厚部分的厚度为3μm以下,包含最薄部分和最厚部分的电极熔蚀防止层整体的平均厚度为1μm以上且2μm以下。
下面,对电极2为铜电极或铜合金电极的情况下的优选形态进行说明,由其它成分构成的电极也可以同样的观点任意使用。
在电极2为铜电极或铜合金电极的情况下,可以使用上述的各种焊料,任一种情况下均可以实现本发明的效果。作为特别优选的焊料,可以使用Sn-Ni-Ag-Cu-Ge的5元系焊料合金、Sn-Ni-Cu-Ge的4元系焊料合金、Sn-Ni-Cu的3元系焊料合金、Sn-Ni-Ge的3元系焊料合金等上述的各种焊料合金。Sn-Ni-Ag-Cu-Ge的5元系焊料为如下的焊料合金:例如,镍为0.01质量%以上且0.5质量%以下、银为2质量%以上且4质量%以下、铜为0.1质量%以上且1质量%以下、锗为0.001质量%以上且0.02质量%以下、余量为锡。Sn-Ni-Cu-Ge的4元系焊料为如下的焊料合金:例如,镍为0.01质量%以上且0.5质量%以下、铜为0.1质量%以上且1质量%以下、锗为0.001质量%以上且0.02质量%以下、余量为锡。Sn-Ni-Cu的3元系焊料为如下的焊料合金:例如,镍为0.01质量%以上且0.5质量%以下、铜为0.1质量%以上且1质量%以下、余量为锡。由这些焊料合金形成的熔融焊料5a由于能够使稳定地抑制铜电极的熔蚀的CuNiSn金属间化合物4(参照图21(B))形成为电极熔蚀防止层4,因而优选。用于形成这样的CuNiSn金属间化合物4的特别优选的组成为含有0.01质量%以上且0.1质量%以下的镍的焊料合金。在通过这样的焊料合金焊接的情况下,优选制成温度为240℃以上且260℃以下的第一熔融焊料5a使用。
另外,含有铋的所谓低熔点焊料能够使第一熔融焊料5a的加热温度进一步低温化,通过调整其成分组成,例如能够使焊接温度低温化到接近150℃。含有铋的焊料组成也与上述相同,优选含有0.01质量%以上且0.5质量%以下的镍,更优选含有0.01质量%以上且0.1质量%以下的镍。通过上述构成,可以形成的低温型的第一熔融焊料5a,其能够容易地使CuNiSn金属间化合物层4形成为电极熔蚀防止层。
另外,其它的锌、铜、锗、锑等也可根据需要配合。无论哪种情况,焊料组成优选至少含有0.01质量%以上且0.5质量%以下的镍,更优选含有0.01质量%以上且0.1质量%以下的镍。
由于上述组成的第一熔融焊料5a为不含铅的无铅焊料,同时必须含有上述含量的镍,因此,如图21(B)所示,第一熔融焊料5a中所含的镍与铜电极2的铜化合,进而与第一熔融焊料5a的锡化合,能够将CuNiSn金属间化合物层4容易地形成在铜电极2的表面。所形成的CuNiSn金属间化合物层以铜电极2的电极熔蚀防止层4的形式起作用,发挥防止铜电极2的缺损或消失的作用。因此,具有CuNiSn金属间化合物层4的电极2即使在其后将在该电极2上形成有CuNiSn金属间化合物层4的部件10投入浸渍于焊料槽中的浸渍工序的情况下,也能够耐受对铜电极2来说可以称为苛刻的处理。因此,即使使用低成本的焊料浸渍工序,也能够进一步抑制最初浸渍(浸入)的部分、和最后浸渍的部分上的电极熔蚀的差异,能够极力地抑制相同部件10的各部的电极2的可靠性的差异。其结果,成品率良好,能够提供可靠性高的部件10。而且,能够使对部件10的电子部件的安装等以低成本、高可靠性地进行。
另外,如图11及图12所示,通过浸渍工序设有焊料层8的部件20在其后的在该焊料层8上安装电子部件的安装工序中,实施了多个热处理(回流焊炉),在其热处理时间从长到短的任一情况下,电极熔蚀防止层4均可抑制热处理引起的电极2的熔蚀,保持焊料连接部的部件安装的可靠性。另外,如上所述,由于设于电极熔蚀防止层4上的焊料层8能够进一步抑制孔隙的生成及缺陷的生成,因此,能够保持在焊料连接部的部件安装的可靠性。
如后述的实施例所示,第一熔融焊料5a中所含的镍含量影响CuNiSn金属间化合物层4的厚度。具体而言,在镍含量为0.01质量%以上且0.5质量%以下(优选为0.1质量%以下)的范围内,能够生成1μm以上且3μm以下程度的厚度基本均匀的CuNiSn金属间化合物层4。该范围内的厚度的CuNiSn金属间化合物层4能够抑制铜电极2中的铜因溶入第一熔融焊料5a中而被熔蚀。
在镍含量为0.01质量%时,CuNiSn金属间化合物层4的厚度为约1μm以上且1.5μm以下的程度,在镍含量为例如0.1质量%时,CuNiSn金属间化合物层4的厚度为约2μm程度,在镍含量为0.5质量%时,CuNiSn金属间化合物层4的厚度为约3μm程度。
在镍含量低于0.01质量%时,CuNiSn金属间化合物层4的厚度低于1μm,往往会产生该CuNiSn金属间化合物层4未覆盖铜电极2的部位,容易从该部位引起铜的熔蚀。在镍含量超过0.5质量%时,硬的CuNiSn金属间化合物层4进一步变厚至超过厚度3μm,往往会在该CuNiSn金属间化合物层4上产生龟裂。其结果,容易从该龟裂部分引起铜的熔蚀。
优选的镍含量为0.01质量%以上且0.1质量%以下,具有该范围的镍含量的第一熔融焊料5a与镍含量超过0.1质量%且0.5质量%以下的情况相比,更能够抑制引起CuNiSn金属间化合物层4的龟裂,能够形成平均厚度为1μm以上且2μm以下的平滑且均匀的电极熔蚀防止层4。另外,在镍含量较多、超过0.1质量%时,生成的CuNiSn金属间化合物层4也具有增厚的倾向,其结果,生成的CuNiSn金属间化合物层4吸入电极2中的铜成分,结果产生电极2中的铜被熔蚀的倾向。
第一熔融焊料5a的温度只要为超过熔点的温度即可,其温度可根据所使用的第一熔融焊料5a的种类任意地设定。通常优选加热到比第一熔融焊料5a的熔点高例如20℃的温度到高100℃的温度的范围内。上述的各种焊料在上述温度范围内成为第一熔融焊料5a的液流,如上述的第一~第三形态那样,朝向电极2碰撞或包裹。
例如,在使用后述的实施例中所述的熔点217℃左右的Sn-Ni-Ag-Cu-Ge的5元系焊料、Sn-Ni-Cu-Ge的4元系焊料、Sn-Ni-Cu的3元系焊料等的情况下,优选将焊料温度设定为250℃左右。在不是焊料温度比熔点高20℃的温度以上的情况下(低于高20℃的温度的情况),通过使熔融焊料液流5a向电极2碰撞等而获得的焊料的附着有时变得不充分。另一方面,在不是焊锡温度比熔点高100℃的温度以下的情况下(超过高100℃的温度的情况),温度过高,电极熔蚀防止层4的厚度容易增厚,作为结果,电极成分有可能被熔蚀。
电极2和第一熔融焊料5a的接触时间至少需要为形成电极熔蚀防止层4的时间,优选能够进一步抑制电极成分的熔蚀、不使电极熔蚀防止层4的厚度过度增厚的程度的时间。这样的时间根据焊料的种类或焊料的温度的不同而不同,不能一概而论,通常是使电极熔蚀防止层4的厚度为0.5μm以上且3μm以下的范围内的时间。更优选的是,优选使电极熔蚀防止层4的平均厚度为1μm以上且2μm以下的范围内的时间。作为电极熔蚀防止层4的厚度为0.5μm以上且3μm以下的范围内的时间,例如为1秒钟以上且45秒钟以下,优选为1秒钟以上且20秒钟以下,更优选为1秒钟以上且10秒钟以下。通过在这样的范围内焊接,容易形成0.5μm以上且3μm以下范围内的电极熔蚀防止层4。在时间过短的情况下,有时会具有缺陷而无法形成希望厚度的电极熔蚀防止层4,在与第二熔融焊料接触时,有时会从该缺陷溶出电极成分。另一方面,在时间过长的情况下,电极熔蚀防止层4过厚而变脆,有时会产生龟裂。而且,在与第二熔融焊料接触时,有时会从该龟裂溶出电极成分。另外,在时间过长的情况下,电极熔蚀防止层4的厚度容易变厚,作为结果,有时会熔蚀电极成分。需要说明的是,第一熔融焊料液流5a由于是至少包含镍的焊料组成,因此,即使在上述范围内,通过形成于电极上的电极熔蚀防止层4的作用,也可抑制电极成分溶解而使电极2溶解。
(附着氛围)
在上述的第一~第三形态的附着方法中,对于熔融焊料液流5a和电极2的接触时的氛围没有特别限定,由于其后用各种方法将过剩的第一熔融焊料5a除去,因此,在利用“第一熔融焊料的附着工序”和“剩余焊料的除去工序”两个工序进行处理期间,氛围温度需要保持在能够保持作为第一熔融焊料5a的熔融状态的温度(在使用熔点在217℃左右的焊料的上述的实例中,为240℃以上且260℃以下的温度)。作为这样的氛围温度,具体而言,优选为与所焊接的第一熔融焊料5a的种类相对应的温度相同或与其相近的温度。
另外,在如图5及图6所示的第一形态、和如图3(C)及图4(C)所示的第二形态中,“氛围”是指,第一熔融焊料液流5a与电极2碰撞的部分的氛围、以及其后除去附着于电极2的剩余焊料的氛围这两者。另外,在如图7所示的第三形态中,“氛围”是指,从第一熔融焊料槽52拉起部件10’后的部分的氛围、以及其后除去附着于电极2的剩余焊料的氛围这两者。
氛围的温度和熔融焊料5a的温度可以为相同的温度,在实际使用上没有问题。但是,优选将氛围温度设为比第一熔融焊料5a的温度稍高。例如,优选氛围温度与第一熔融焊料5a的液流温度相比,设定为高2℃以上且10℃以下,更优选设定为高2℃以上且5℃以下的温度。通过将氛围温度设定为这样的温度范围内,能够使碰撞或包裹电极2的表面后的第一熔融焊料5a的液流遍布该电极2的表面地流动,特别是在使用由含有机脂肪酸溶液精炼后的熔融焊料5a的情况下,能够使第一熔融焊料5a扩展至电极表面、电极侧面等的各个角落。另外,能够使残留在电极熔蚀防止层4上的剩余焊料的量为最小限度。作为其结果,能够在电极上遍布地形成没有龟裂的一定厚度的电极熔蚀防止层4。在氛围温度比第一熔融焊料5a的液流温度低的情况下,第一熔融焊料5a的流动性有时会降低,另一方面,在将氛围温度设定为比第一熔融焊料5a超过10℃时,温度过高,会对基板造成热损伤。
该氛围可以为,空气氛围、氮气等非活性氛围、含有机脂肪酸溶液的蒸气氛围中的任一种氛围或上述氛围中的1或2种以上的混合氛围。其中,优选包含含有机脂肪酸溶液的蒸气的氛围。例如,优选含有机脂肪酸溶液的蒸气氛围、或在含有机脂肪酸溶液的蒸气中混合空气或非活性气体的氛围。通过设定为含有机脂肪酸溶液的蒸气氛围,在与第一熔融焊料液流5a接触时,电极2不会氧化或被杂质污染。另外,在其后的剩余焊料的除去工序中,形成有电极熔蚀防止层4的电极2也不会氧化或被杂质污染。
该氛围优选为,充满含有机脂肪酸溶液的蒸气或其混合气体等,并成为加压状态。氛围内的压力没有特别限定,优选为0.1Pa左右。特别是通过由含有机脂肪酸溶液的蒸气成为上述范围的加压状态,部件10’的电极2不会氧化或被杂质污染。含有机脂肪酸溶液的蒸气可以用任意的方法供给。例如,如图5及图6所示,可以是从位于其下的包含含有机脂肪酸溶液3a的槽蒸发而得到的含有机脂肪酸溶液的蒸气。另外,也可以为将由其它的蒸气产生装置(未图示)产生的蒸气用配管等供给。
此时的含有机脂肪酸溶液与上述的第一含有机脂肪酸溶液3a相同,优选为包含碳原子数12以上且20以下的有机脂肪酸的溶液。作为代表性的溶液,优选碳原子数16的棕榈酸。作为有机脂肪酸,特别优选仅使用碳原子数16的棕榈酸,也可以根据需要含有碳原子数12以上且20以下的有机脂肪酸、例如碳原子数18的硬脂酸。而且,含有机脂肪酸溶液优选使用含有5质量%以上且25质量%以下的棕榈酸、且剩余部分由酯类合成油构成的溶液。通过对这样的含有机脂肪酸溶液加温而作为蒸气产生源使用,所产生的蒸气能够选择性地吸入存在于电极2的表面的氧化物或熔剂成分等杂质,能够净化电极2的表面。特别优选含有10质量%左右碳原子数16的棕榈酸(例如,5质量%以上且15质量%以下)的含有机脂肪酸溶液的蒸气氛围。另外,在含有机脂肪酸溶液中,不含镍盐或钴盐等金属盐或抗氧剂等添加剂。另外,由于有机脂肪酸的浓度的上下限与在上述的第一含有机脂肪酸溶液3a中说明的相同,在此省略其说明。
(精炼处理)
第一熔融焊料5a优选被精炼处理。具体而言,将含有5质量%以上且25质量%以下碳原子数12~20的有机脂肪酸加热至180℃以上且280℃以下,使该加热后的溶液和第一熔融焊料5a接触并强烈地搅拌混合。通过这样的操作,能够净化被氧化物和熔剂成分等污染的精炼处理前的第一熔融焊料5a,从而能够得到除去了氧化物及熔剂成分等的第一熔融焊料5a。然后,将包含除去了氧化物及熔剂成分等的第一熔融焊料5a的混合液导入含有机脂肪酸溶液贮槽,在该含有机脂肪酸溶液贮槽中,将因比重差而分离的净化后的第一熔融焊料5a用泵从该含有机脂肪酸溶液贮槽的底部返回到无铅焊料液贮槽。通过进行这样的精炼处理,能够抑制作为液流使用的第一熔融焊料5a中的铜浓度及杂质浓度的经时上升,且能够不将氧化物及熔剂残渣等杂质带入无铅焊料液贮槽。其结果,能够抑制无铅焊料液贮槽内的第一熔融焊料5a的经时的组成变化,因此,能够使用稳定的接合可靠性高的第一熔融焊料5a。
精炼后的第一熔融焊料5a尽量不含影响电极2的接合品质的氧化物及熔剂残渣等杂质。其结果,能够使电极2和电子部件的接合品质的批次间不均极少,能够有助于经时的品质稳定性。
另外,利用含有机脂肪酸溶液精炼的第一熔融焊料5a与未用含有机脂肪酸溶液精炼的熔融焊料相比,得到润湿性较差的结果。具体而言,从后述的实施例和比较例获得的焊料润湿性试验(弧面状沾锡试验)的结果可知,精炼后的第一熔融焊料5a的过零时间为0.4秒钟,未精炼的熔融焊料的过零时间为5秒钟。
另外,用含有机脂肪酸溶液精炼后的第一熔融焊料5a与未用含有机脂肪酸溶液精炼的熔融焊料相比,得到粘度显著减小的结果。具体而言,从后述的实施例和比较例获得的结果可知,精炼后的第一熔融焊料5a的粘度在熔融状态下为0.002Pa·s以上且0.004Pa·s以下,与此相对,未精炼的熔融焊料的粘度在熔融状态下为0.005Pa·s以上且0.008Pa·s以下,两者间有约2倍的显著的差异。另外,后述的实施例和比较例中使用的熔融焊料的熔点均为217℃左右,上述的粘度的范围为至少在240℃以上且260℃以下的温度范围内获得的结果。粘度用振动式粘度计测定。
精炼后的第一熔融焊料5a和未精炼的熔融焊料的上述特性差是指,第一熔融焊料5a的液流以良好的焊料润湿性遍布地扩散至电极2上的各个角落。特别是在使第一熔融焊料5a碰撞到电极2上之前,精炼所使用的含有机脂肪酸溶液3a与该电极2接触(喷涂、浸渍)(参照图3(B)及图4(B)),由此,按照该含有机脂肪酸溶液3a除去存在于电极2的表面的氧化物或杂质等的方式进行净化。通过在这样净化的电极表面,相同地使用含有机脂肪酸溶液精炼且粘度在上述范围内(0.002Pa·s以上且0.004Pa·s以下)的第一熔融焊料5a碰撞而附着,能够使第一熔融焊料5a在电极表面上焊料润湿性良好、遍布且均匀地润湿扩散。其结果,第一熔融焊料5a中所含的镍成分和锡成分与电极2中所含的例如铜成分化合,能够使电极熔蚀防止层4即CuNiSn金属间化合物层生成至电极表面的各个角落。
另外,在净化的电极表面上使未精炼的熔融焊料碰撞并附着的情况下,熔融状态下的粘度高达0.005Pa·s以上且0.008Pa·s以下,不会如上述那样润湿性良好地润湿扩散,难以在电极表面上遍布地润湿扩散第一熔融焊料5a。因此,不能使电极熔蚀防止层4生成至电极表面的各个角落。这些结果显示,在由含有机脂肪酸溶液净化的电极表面上使由含有机脂肪酸溶液精炼的第一熔融焊料5a碰撞并附着时,从电极熔蚀防止层4的形成方面来看也可得到显著的效果。
精炼中使用的含有机脂肪酸溶液中所含的有机脂肪酸优选为与在上述的接触37工序中使用的第一含有机脂肪酸溶液3a中所含的脂肪酸相同。由于使用的含有机脂肪酸溶液的成分及含量等与上述的第一含有机脂肪酸溶液相同,因此,在此省略对其的说明。
精炼中使用的含有机脂肪酸溶液的温度由待精炼的第一熔融焊料5a的熔点来决定,含有机脂肪酸溶液和第一熔融焊料5a至少在第一熔融焊料5a的熔点以上的高温区域(作为一例,在熔点为217℃左右的焊料中为240℃~260℃)强烈地搅拌接触。另外,从发烟的问题及节能的观点来看,含有机脂肪酸溶液的上限温度为280℃左右,优选为精炼处理的第一熔融焊料5a的熔点以上的温度~260℃的范围。例如,镍为0.01质量%以上且0.1质量%以下、银为0.1质量%以上且4质量%以下、铜为0.1质量%以上且1质量%以下、锗为0.001质量%以上且0.01质量%以下、余量为锡的焊料合金的熔点为217℃左右,在240℃以上且260℃以下的温度下制成第一熔融焊料5a使用,因此,含有机脂肪酸溶液的温度也优选与其相同,为240℃以上且260℃以下的程度。
<除去工序>
除去工序是以上述的第一~第三形态中的任一种形态进行的工序,是将第一熔融焊料液流5a碰撞或包裹而附着的过剩的焊料除去的工序。具体而言,如图1、图2、图3(E)及图4(E)所示,为朝向附着的第一熔融焊料5a喷射气流14或流体6a而将其除去的工序。作为气流14或流体6a,可以举出:在含有第二含有机脂肪酸溶液的气体(也称为蒸气,下同)或液体的氛围下的非活性气体或空气、包含第二含有机脂肪酸溶液的气体或液体的流体、或者非活性气体或空气。另外,下面以图3及图4的第二形态的例子进行说明。
(喷射处理)
喷射处理只要能够将过剩的熔融焊料除去即可,以该除去进行的喷射流体可以为气体也可以为液体。以例如第二形态的例子对喷射进行说明时,例如,如图3(E)所示,可以通过包含含有机脂肪酸溶液的气体或液体的流体6a的喷射来进行,也可以如图4(E)所示,通过在含有含有机脂肪酸溶液的气体或液体的氛围6b下的非活性气体或空气等气体14的喷射来进行,虽未图示,在以利用含有机脂肪酸溶液进行了精炼处理的第一熔融焊料5a附着处理的情况下、以及即使是未利用含有机脂肪酸溶液进行精炼处理的第一熔融焊料5a,但将该第一熔融焊料5a进行附着处理后,在该第一熔融焊料5a上附着含有机脂肪酸溶液的气体或液体的情况下,也可以通过仅喷射非活性气体或空气等的气流来进行。
需要说明的是,由利用含有机脂肪酸溶液进行了精炼处理的第一熔融焊料5a进行附着处理的情况下,如图3(E)及图4(E)所示,可以进行下述喷射处理:包含含有机脂肪酸溶液的气体或液体的流体6a的喷射、及包含含有机脂肪酸溶液的气体或液体的氛围6b下的非活性气体或空气等气体14的喷射。另外,将未用含有机脂肪酸溶液精炼处理的第一熔融焊料5a进行附着处理后,在该第一熔融焊料5a上附着含有机脂肪酸溶液的气体或液体的情况也同样,如图3(E)及图4(E)所示,也可以进行下述喷射处理:包含含有机脂肪酸溶液的气体或液体的流体6a的喷射、及包含含有机脂肪酸溶液的气体或液体的氛围6b下的非活性气体或空气等气体14的喷射。
通过这样操作,在除去第一熔融焊料5a的同时,形成用于防止电极熔蚀防止层4及附着在该电极熔蚀防止层4上的焊料的氧化的涂覆膜6。其结果,能够没有问题地进行在电极2上设有电极熔蚀防止层4的状态下的保管或流通,在保管或流通后浸渍于其它熔融焊料(第二熔融焊料16,参照图11及图12),即使在电极2上设有希望厚度的焊料层8(参照图13)的情况下,也能够焊料润湿性良好地形成焊料层8。
具体而言,在通过包含含有机脂肪酸溶液的气体或液体的流体6a的喷射进行的情况下,如图3(E)所示,朝向堆积附着在电极2上的第一熔融焊料5a,从喷嘴13喷射含有机脂肪酸溶液的蒸气或含有机脂肪酸溶液的液体。也可以在此时的含有机脂肪酸溶液内混入一部分氮气等非活性气体或空气等。另一方面,从电极熔蚀防止层4及焊料的氧化、及对含有机脂肪酸溶液的相容性的观点考虑,不混入水或水蒸气。另外,在通过含有含有机脂肪酸溶液的气体或液体的氛围6b下的非活性气体或空气等气体14的喷射进行的情况下,如图4(E)所示,在含有机脂肪酸溶液的蒸气氛围或液体氛围(液体中)下,朝向堆积附着在电极2上的第一熔融焊料5a,从喷嘴13喷射氮气或氩气等非活性气体(包含稀有气体)或空气等气体14。另外,在通过由含有机脂肪酸溶液进行了精炼处理的第一熔融焊料5a来进行附着处理的情况下、以及即使是未利用含有机脂肪酸溶液进行精炼处理的第一熔融焊料5a,但将该第一熔融焊料5a进行附着处理后,在该第一熔融焊料5a上附着含有机脂肪酸溶液的气体或液体的情况下,也如图4(E)所示,朝向堆积附着在电极2上的第一熔融焊料5a,从喷嘴13喷射氮气或氩气等非活性气体(包含稀有气体)或空气等气体14。
作为用于除去过剩的第一熔融焊料5a而喷射的气体,没有特别限定,可以优选使用氮气、氩气、空气、含有机脂肪酸溶液的蒸气、或这些的2种以上的混合气体。另外,作为液体,优选使用含有机脂肪酸溶液。另外,对于这样的气体或液体的温度,在喷射它们时,优选以过剩的第一熔融焊料5a不会冷却凝固的温度喷射。
作为这样的温度,根据第一熔融焊料5a的熔点等不同而不同,通常优选为比第一熔融焊料5a的熔点高20℃的温度以上。在不是比第一熔融焊料5a的熔点高20℃的温度以上的温度时、也就是低于比第一熔融焊料5a的熔点高20℃的温度的情况下,应由气体或液体的喷射除去的第一熔融焊料5a凝固而无法除去。例如,在后述的实施例中使用的5元系焊料、4元系焊料或3元系焊料的情况下,由于熔点为217℃左右,喷射的气体或液体的温度优选为240℃以上。
另外,由于在喷射的气体或液体的温度过高时,会产生基体材料1因该热量而损伤的问题,因此,该温度不能无制限地升高,优选在比使用的第一熔融焊料5a的熔点高100℃的温度以下的范围内进行。例如,在后述的实施例中使用的5元系焊料、4元系焊料或3元系焊料的情况下,由于熔点为217℃左右,喷射的气体或液体的温度的上限为最大310℃左右,优选为300℃以下,更优选为260℃以下。
从喷嘴13喷涂的流体6a(图3(E))及气体14(图4(E))的流速和喷涂处理时间考虑第一熔融焊料5a的种类及涂覆膜6的厚度等而任意设定。另外,对于喷嘴13的形状和喷涂角度等条件,考虑第一熔融焊料5a的种类及涂覆膜6的厚度等而任意使用或设定。喷涂角度没有特别限定,优选将喷嘴13的中心轴和基体材料1的面的假想角度设定在例如30°~45°的范围内。由该除去工序处理期间的氛围温度保持在能够保持第一熔融焊料5a的熔融状态的温度。这样的温度根据所使用的第一熔融焊料5a的种类的不同而不同,在使用熔点为217℃左右的熔融焊料5a的上述例中,需要保持在240℃以上且260℃以下的温度。
这样一来,附着于电极2上的电极熔蚀防止层4上的第一熔融焊料5a的剩余部分被吹走而除去。其结果,如图8及图9(C)(D)所示,能够得到在电极2上设有电极熔蚀防止层4、且在该电极熔蚀防止层4上以附着的状态残留有薄的第一焊料层5的中间的部件10。所谓“中间的”是因为,在直接保存或流通后,设置第二焊料层8,形成如图13~图15所示的安装基板20等。需要说明的是,“过剩的第一熔融焊料5a”是指被吹走的第一熔融焊料5a,不包含附着残留在电极熔蚀防止层4上的第一熔融焊料5a。
如图8及图9(C)(D)所示的中间的部件10在两面具有电极2。对于BGA侧的电极形态而言,如图8(A)的下面、图8(B)的两面及图9(D)所示,例如由厚度10μm~30μm左右的绝缘膜80形成了电极图案,电极2设于绝缘膜80的开口部内的凹陷的底部。另一方面,对于布线图案侧的电极形态而言,如图8(A)的上面及图9(C)所示,电极2以突出于基体材料1上的形态设置。经过上述的各处理,对于这样的不同的电极形态中的任一种,均可遍布地形成电极熔蚀防止层4,最后,如图13~图15所示,能够在电极熔蚀防止层4上形成第二焊料层8。需要说明的是,如图8所示,第一焊料层5实际上在除去过剩的第一熔融焊料5a后的电极熔蚀防止层4上以薄的厚度附着。另外,图9(A)(B)为附着前的一例。
在此,以图10的光学显微镜照片为例对现有例进行说明。如图8(A)所示,使用在基体材料1的上表面配置有电极2突出的布线图案、并在基体材料1的下表面配置有在绝缘膜80的开口部内的凹陷(深度为例如10μm~30μm左右)的底部设有电极2的BGA用图案的部件,通过一边使该部件沿横向移动,一边从上下赋予熔融焊料的喷流的现有的喷流焊接方法进行焊接处理。图10(A)的光学显微镜照片示出的是设于基体材料1的下表面的BGA用图案电极的焊接状态。另一方面,将图8(A)的上下翻转,使用在基体材料1的上表面配置有在绝缘膜80的开口部内的凹陷的底部设有电极2的BGA用图案、并在基体材料1的下表面配置有电极2突出的布线图案的部件,通过一边使该部件沿横向移动,一边从上下赋予熔融焊料的喷流的现有的喷流焊接方法进行焊接处理。图10(B)的光学显微镜照片显示了设于基体材料1的上表面的BGA用图案电极的焊接状态。
从图10(A)(B)的结果可知,BGA用图案处于上表面时(图10(B))比较良好地被焊接,但处于下表面时(图10(A))焊接不充分,观察到了铜电极的红色。根据这样的结果,意味着对于作为熔融焊料难以进入凹陷中的构造的BGA用图案,利用来自下方的焊料喷流焊接的现有的喷流方式是不充分的。
另一方面,在本发明的方法中,在第一熔融焊料5a的附着工序中,如第一~第三形态中所说明的那样,由于通过一边使部件10’移动一边使第一熔融焊料液流5a与该部件10’碰撞或将其包裹的方式进行,任一种情况下,均可在电极2上遍布地附着第一熔融焊料5a。其结果,由于电极熔蚀防止层4遍布地形成在电极2上,因此,能够通过该电极熔蚀防止层4防止电极2的缺损或消失。
(含有机脂肪酸溶液的气体或液体)
在使用含有含有机脂肪酸溶液的气体或液体的流体6a如图3(E)所示那样除去过剩的第一熔融焊料5a的情况下,该流体6a中的含有机脂肪酸溶液的气体或液体的含量优选相对于该流体6a的总量为3体积%以上且20体积%以下。通过设在该范围内,能够在电极熔蚀防止层4上形成有机脂肪酸的涂覆膜6,或者在附着残留于电极熔蚀防止层4的第一熔融焊料5a上形成有机脂肪酸的涂覆膜6。该涂覆膜6是所谓的涂敷有油成分的膜,非常薄,其厚度难以进行评价。通过设置该涂覆膜6,具有如下优点:即使在其后搬送到下一工序中、或直接流通的情况下,也会尽量不在电极熔蚀防止层4上、或附着残留于电极熔蚀防止层4的第一熔融焊料5a上形成氧化物等。另外,在与其后的第二熔融焊料16接触时,也具有如下优点:尽量不会在该接触时的热等的作用下而在电极熔蚀防止层4上、或者在附着残留于电极熔蚀防止层4的第一熔融焊料5a上形成氧化物等。
在该含量低于3体积%时,有时会无法良好地将第二熔融焊料16焊接于电极熔蚀防止层4上、或附着残留于电极熔蚀防止层4的第一熔融焊料5a上。其理由被认为是因为涂覆膜6的厚度过薄,形成了氧化物。另外,在该含量超过20体积%时,与20体积%时的效果没有变化。
在喷射含有机脂肪酸溶液的流体6a而将过剩的第一熔融焊料5a除去的情况下,使用的含有机脂肪酸溶液优选使用与上述的接触工序(图3(B))中使用的溶液相同的含有机脂肪酸溶液。即,优选使用含有5质量%以上且25质量%以下的碳原子数12~20的有机脂肪酸的含有机脂肪酸溶液。特别优选含有5质量%以上且15质量%以下的碳原子数16的棕榈酸的含有机脂肪酸溶液,根据需要,还可以含有碳原子数12以上且20以下的有机脂肪酸,例如碳原子数18的硬脂酸。需要说明的是,在含有机脂肪酸溶液中,通常不含镍盐及钴盐等金属盐及抗氧剂等添加剂,但在不阻碍本发明的效果的范围内也可含有。
含有机脂肪酸溶液优选加温至与第一熔融焊料5a的温度相同或基本相同的温度,例如使用加温至180℃以上且280℃以下的含有机脂肪酸溶液。在与上述相同地在例如240℃~260℃的范围内喷射第一熔融焊料5a而设置的情况下,优选喷射与该第一熔融焊料5a相同的240℃~260℃的温度的含有机脂肪酸溶液,除去过剩的第一熔融焊料5a。需要说明的是,与喷雾喷射的含有机脂肪酸溶液和与该含有机脂肪酸溶液一起被除去的第一熔融焊料5a因比重差而被分离,取出沉到含有机脂肪酸溶液的底部的第一熔融焊料5a,从而能够与含有机脂肪酸溶液分离。分离出的第一熔融焊料5a和含有机脂肪酸溶液能够再利用。
与上述相同,含有机脂肪酸溶液中所含的有机脂肪酸在碳原子数11以下也可以使用,但这样的有机脂肪酸具有吸水性,在上述的180℃以上且280℃以下的高温区域内使用的情况下并不优选。另外,碳原子数21以上的有机脂肪酸存在熔点高、渗透性差、难以处理等难点,并且形成在第一熔融焊料5a表面的涂覆膜6的防锈效果也不充分。优选使用碳原子数16的棕榈酸,特别优选仅使用该棕榈酸,根据需要也可含有碳原子数12以上且20以下的有机脂肪酸、例如碳原子数18的硬脂酸。
这样的除去工序通过仅喷射非活性气体或空气等气流而进行的情况包括:通过由含有机脂肪酸溶液进行了精炼处理的第一熔融焊料5a来进行附着处理的情况、及将未由含有机脂肪酸溶液精炼处理的第一熔融焊料5a进行附着处理后,在该第一熔融焊料5a上附着含有机脂肪酸溶液的气体或液体的情况。此时,所使用的含有机脂肪酸溶液也使用与上述相同的溶液。
<冷却工序>
冷却工序是将除去了过剩的第一熔融焊料5a的电极2降至低于第一熔融焊料5a的熔点的工序。通过该冷却工序,可以使形成在电极2表面的电极熔蚀防止层4没有龟裂、且为给定的厚度范围,能够使各部分的电极熔蚀防止能力稳定化。在将电子部件焊接于安装基板时,这样形成的电极熔蚀防止层4能够防止现有的焊接时引起的电极成分的熔蚀,能够显著提高安装基板的铜焊盘等电极2的可靠性。
(冷却条件)
冷却工序中的冷却温度以所使用的第一熔融焊料5a的熔点为基准进行设定。例如,所使用的第一熔融焊料5a为在后述的实施例中使用的5元系焊料、4元系焊料或3元系焊料的情况下,由于其熔点为217℃左右,因此,优选冷却温度为低于该熔点的温度。冷却温度的下限没有特别限定,也可以为20℃以上且50℃以下程度的常温范围。通过在这样的范围内冷却,能够使电极熔蚀防止层4更加稳定化。
冷却方式优选为骤冷,不优选自然冷却这样的缓慢冷却。通过骤冷,能够抑制设于电极2上的电极熔蚀防止层4中所含的成分(例如Sn等)与电极成分(例如Cu等)化合而熔蚀。在自然冷却这样的缓慢冷却的情况下,电极熔蚀防止层4中所含的成分(例如Sn等)继续与电极成分(例如Cu等)化合,作为结果,电极成分被熔蚀。
作为骤冷,例如,从电极2与第一熔融焊料5a接触的时刻起、直到除去附着的第一熔融焊料5a并进行冷却的时刻的时间优选为30秒钟以下。通过在该范围内骤冷,能够实现上述效果。
作为骤冷方法,通过使供于冷却工序的部件与低于熔点的氛围内接触,能够容易地骤冷。特别优选在比熔点低40℃以上的温度下接触。对这样的氛围的接触可以在气体中,也可以在液体中,可以喷涂气体,也可以喷涂液体。
特别是在由含有机脂肪酸溶液进行了精炼处理的第一熔融焊料5a的情况下,由于除去了第一熔融焊料5a中的杂质及氧化物,因此,存在纯度高,容易快速冷却的优点。另外,在缓慢冷却的情况下,有时会产生枝晶。
(电极熔蚀防止层)
电极熔蚀防止层4是通过在上述条件下的冷却处理而形成的层,优选为由设于电极2上的厚度0.5μm以上且3μm以下的含镍金属间化合物构成的层。为了使电极熔蚀防止层的溶出防止能稳定化,电极熔蚀防止层4优选以抑制了缺陷等的均匀厚度形成。在该均匀化中需要冷却工序,通过冷却工序使电极熔蚀防止层4的厚度为上述范围,可以抑制设于电极2上的电极熔蚀防止层4中所含的成分(例如Sn等)与电极成分(例如Cu等)化合而熔蚀。省略上述的冷却工序时,大多无法形成抑制了至少0.5μm以上的缺陷等的电极熔蚀防止层4。
由于在电极熔蚀防止层4的厚度过厚时,可能会在电极熔蚀防止层本身产生破裂或龟裂,因此,优选最厚部分的厚度为3μm以下。电极熔蚀防止层4的最薄部分为0.5μm以上,最厚部分为3μm以下,且特别优选电极熔蚀防止层4的整体的平均厚度在1μm以上且2μm以下。需要说明的是,基于用扫描电子显微镜或透射型电子显微镜观察截面的结果,从测定部位100点的结果计算出厚度。
在本发明中,电极2由铜或铜合金形成,作为优选的方式,可以举出:第一熔融焊料5a以锡为主成分且至少包含镍作为副成分,进而包含以选自银、铜、锌、铋、锑及锗中的1种或2种以上作为任意的副成分的情况。在该情况下生成的电极熔蚀防止层4即CuNiSn的金属间化合物层优选冷却到低于第一熔融焊料5a的熔点约217℃的温度。通过这样的冷却工序,可使CuNiSn金属间化合物层的最低厚度为0.5μm以上,且使平均厚度为1μm以上且2μm以下的范围内。这样一来,能够在电极2上均匀地形成没有龟裂、不脆的CuNiSn金属间化合物层,从而能够防止因电极2的熔蚀引起的电极2的缺损或消失。
<第二熔融焊料的附着工序>
该附着工序在将电极2降至低于第一熔融焊料5a的熔点的工序之后,是使在电极2上形成有电极熔蚀防止层4的部件10和与上述第一熔融焊料5a相同的熔融焊料或不同的熔融焊料(将这些称为“第二熔融焊料16”)接触,从而在电极2上附着第二熔融焊料16而设置第二焊料层8的工序。
(第二熔融焊料)
第二熔融焊料16没有特别限定,可使用各种焊料组成的焊料。例如,可以再次使用与上述的第一熔融焊料5a相同的焊料,也可以使用除此之外的通常的焊料。例如,可以是在后述的实施例中使用的含有镍的5元系、4元系、3元系焊料、不含镍的4元系、3元系、2元系焊料、后述的比较例中使用的3元系焊料、或铋系低温焊料。
第二熔融焊料16可以与上述的“附着工序”一栏中说明的相同也可以不同。例如优选使用以锡为主成分、且任意包含选自银、铜、锌、铋、镍、锑及锗中的1种或2种以上作为副成分的熔融无铅焊料。
另外,作为第二熔融焊料16,可以是与上述的第一熔融焊料5a的情况相同的焊膏。作为焊膏,与上述相同,优选使用在150℃以上且300℃以下程度的范围内熔融的焊膏,优选使用以锡为主成分、且任意包含选自银、铜、锌、铋、镍、锑及锗中的1种或2种以上作为副成分的焊膏。熔剂也同样,只要配合有上述各成分即可,没有特别限定。在使用焊膏作为第二熔融焊料16的情况下,可以将该焊膏印刷在电极熔蚀防止层4上,然后进行加热熔融,在电极熔蚀防止层4上作为第二熔融焊料16接触。
作为构成第二熔融焊料16的焊料,且作为与上述的第一熔融焊料5a相同的包含镍的焊料,例如可使用SnNi系焊料、SnCuNi系焊料、SnGeNi系焊料、SnPNi系焊料、SnCuGeNi系焊料、SnCuGePNi系焊料、SnAgCuNi系焊料、SnZnAlNi系焊料、SnAgCuGeNi系焊料、SnSbNi系焊料等。另外,作为低熔点焊料,可举出SnBiNi系焊料、SnBiZnNi系焊料、SnBiAgInNi系焊料等。另外,作为不含镍的焊料,例如可使用SnCu系焊料、SnGe系焊料、SnP系焊料、SnCuGe系焊料、SnCuGeP系焊料、SnAgCu系焊料、SnZnAl系焊料、SnAgCuGe系焊料、SnSb系焊料等。另外,作为低熔点焊料,可举出SnBi系焊料、SnBiZn系焊料、SnBiAgIn系焊料等。
需要说明的是,上述的第一熔融焊料5a是为了形成电极熔蚀防止层4而包含镍作为必要成分,但该第二熔融焊料16由于电极熔蚀防止层4已经设在电极上,因此,也可以不必包含镍。即该第二熔融焊料16可任意地采用通常的具有通用性的焊料、或铋系的低温焊料、或廉价的焊料、或具备各种特性的焊料等作为第二熔融焊料16。
特别优选的是,第二熔融焊料16不包含构成电极熔蚀防止层4的成分中产生电极熔蚀防止能力的成分(例如镍)。通过这样构成,在预先形成的电极熔蚀防止层4上设有不包含产生电极熔蚀防止能力的成分的第二焊料层8。这样的第二焊料层8能够抑制电极熔蚀防止层4的成分和第二焊料层8的成分在相同情况下引起的电极熔蚀防止层4的厚度增大现象。其结果,能够进一步提高通过第二焊料层8焊接的部件10所具有的电极2的可靠性。
(附着处理)
附着处理可通过各种方法进行。例如,如图11及图12所示,可以采用将电极2上设有电极熔蚀防止层4的部件10浸渍于充满第二熔融焊料16的焊料槽,使第二熔融焊料16附着于该电极熔蚀防止层4上的附着处理。另外,虽未图示,也可采用如下附着处理:使用焊膏作为第二熔融焊料16,并将该焊膏印刷在电极熔蚀防止层4上,然后,进行加热熔融使第二熔融焊料16附着在电极熔蚀防止层4上。另外,还可以是除此之外的附着处理。通过这些附着处理,可形成设有第二焊料层8的部件20(参照图13)。
首先,对于将电极2上设有电极熔蚀防止层4的部件10浸渍于充满第二熔融焊料16的焊料槽的情况进行说明。
如图11及图12所示,第二熔融焊料16充满可加温及保温至给定温度的焊料槽。该温度根据所使用的焊料的种类任意设定。通常,在比使用的焊料的熔点高20℃的温度至高100℃的温度的范围内进行加热,熔融后使用。另外,如图11所示,焊料槽可以仅充满第二熔融焊料16,也可以如图12所示,除填充第二熔融焊料16之外,还填充含有机脂肪酸溶液8。
在如图11所示的焊料槽中,浸渍电极上设有电极熔蚀防止层4的部件10并使第二熔融焊料16附着在该电极熔蚀防止层4上,从而能够形成设有第二焊料层8的部件20(参照图13)。在设置该第二熔融焊料16之前,优选与含有机脂肪酸溶液接触。该接触方法没有特别限定,例如可以通过向该部件10喷射含有机脂肪酸溶液的气体或液体、或者暴露于含有机脂肪酸溶液的气体氛围中的方式进行。这里所使用的含有机脂肪酸溶液可优选使用与在附着第一熔融焊料5a之前接触的第一含有机脂肪酸溶液3a相同的溶液。另外,此处省略其说明。
在如图12所示的焊料槽中,在浸渍于第二熔融焊料16之前,浸渍于该第二熔融焊料16上所充满的含有机脂肪酸溶液18中,然后,浸渍于第二熔融焊料16中,使第二熔融焊料16附着在电极熔蚀防止层4上。进而,在之后的拉起时,能够使第二熔融焊料16附着的部件再次与含有机脂肪酸溶液18接触。通过这样的方法,例如在保管、搬送或流通的过程中,即使杂质及氧化物等附着在电极熔蚀防止层4上、或附着在电极熔蚀防止层4上的第一焊料层上的情况下,也能够将该杂质及氧化物等用含有机脂肪酸溶液18除去,从而能够以该状态与第二熔融焊料16接触。通过这样操作,能够抑制在电极熔蚀防止层4和第二熔融焊料16之间存在杂质及氧化物等,因此,能够在高连接可靠性的基础上将第二熔融焊料16设在电极熔蚀防止层4上。
另外,如图12所示,由于在拉起时再次与含有机脂肪酸溶液18接触,因此,能够使含有机脂肪酸溶液附着在第二熔融焊料16的表面。通过使这样的含有机脂肪酸溶液附着在第二熔融焊料16的表面,能够在第二焊料层8上设置有机脂肪酸的涂覆膜9。这样的涂覆膜9为涂覆有所谓的油成分的涂覆膜,非常薄,其厚度无法容易地进行评价。通过设有该涂覆膜9,存在如下的优点:在之后搬运至下一工序期间或直接使其流通的情况下,第二焊料层8上不易形成氧化物等。这里所使用的含有机脂肪酸溶液18可优选使用与在附着第一熔融焊料5a之前接触的第一含有机脂肪酸溶液3a相同的溶液。另外,在此省略其说明。
在本发明中,即使暴露在浸渍于这样的第二熔融焊料16的苛刻的条件下,由于电极上预设有稳定的电极熔蚀防止层4,也能够进一步抑制在最初浸渍(浸入)的前端部分和最后浸渍的后端部分的电极熔蚀的差异,从而能够极力抑制在相同部件20的各部分电极2的可靠性的差异。其结果,能够提供成品率高且可靠性高的部件20。进而,能够低成本且可靠性高地向设置有给定厚度的焊料层8的部件20安装电子部件等。另外,如图11及图12所示,在浸渍工序中设有焊料层8的部件20之后在将电子部件安装于该焊料层8的安装工序中实施多次热处理(回流焊炉)的情况下,电极熔蚀防止层4也能够抑制因热处理产生的电极2的熔蚀,能够保持在焊料连接部的部件安装的可靠性。另外,如上所述,由于设置在电极熔蚀防止层4上的焊料层8能够进一步抑制孔隙的生成或缺陷的产生,因此,能够保持在焊料连接部的部件安装的可靠性。
接着,对于在电极2上设有电极熔蚀防止层4的部件10印刷焊膏,使该焊膏加热熔融,从而附着第二熔融焊料16的情况进行说明。
这里所使用的焊膏(也称为焊料浆料)为焊料粉末和熔剂的浆料状的复合材料,是在通过表面安装来焊接电子部件的方法(SMT)中,作为接合材料用于印刷工序中的材料。在本发明中,可将这样的焊膏作为第二熔融焊料16使用。作为焊膏,优选使用在150℃以上且300℃以下程度的范围内熔融的焊膏,还优选使用以锡为主成分、且至少包含镍作为副成分、进而任意包含选自银、铜、锌、铋、锑及锗中的1种或2种以上作为副成分的焊膏。熔剂只要配合有上述各成分即可,没有特别限定。在使用焊膏的情况下,可以将该焊膏印刷在给定的电极2上,然后进行加热熔融,从而在电极2上作为第二熔融焊料16接触。
在本发明中,将焊膏印刷在电极上、然后在被印刷的焊膏上搭载电子部件等、然后投入回流焊炉等实施热处理的情况下,该焊膏熔融而成为第二熔融焊料16,该第二熔融焊料16附着于电极2,同时对搭载的电子部件进行焊接。由于电极上预设有稳定的电极熔蚀防止层4,因此,即使通过这样的热处理,也能够抑制在电极各部分的电极熔蚀的差异,从而能够极力抑制在相同部件20的各部分电极2的可靠性的差异。其结果,能够提供成品率高且可靠性高的部件20。
(第二焊料层)
第二焊料层8是通过上述的第二熔融焊料16的附着工序形成的层。如图13~图18所示,该第二焊料层8以圆滑的曲线堆积的形态形成在形成有电极熔蚀防止层4的电极2上。
如图14及图15所示,焊料层8以给定厚度T设置在给定厚度的电极熔蚀防止层4上。其形态为以电极宽度W的中心位置63为基准左右对称或点对称的半球形状或圆滑的曲面形状。符号61、62是与通过电极宽度W的中心位置63的直线交差的电极2的边缘,电极宽度W为该边缘61、62间的长度。而且,焊料层8在该边缘61、62间堆积,以在中心位置63左右对称或点对称的截面形态及俯视形态形成。焊料层8的厚度T是从电极熔蚀防止层4的表面至焊料层8的顶部的高度。由于该焊料层8以在中心位置63左右对称或点对称的截面形态及俯视形态设置,因此焊料层8的顶部和中心位置63一致。另外,在图14及图15中,涂覆膜9省略。
无论是在按照覆盖设置在基体材料1上的电极2的方式设置焊料层8的情况(图14(A))下,还是在焊料层8设于埋入基体材料1的电极2上的情况(图14(B))下,只要焊料组成和焊接条件相同,就会以几乎相同的形状及相同的厚度T稳定且高成品率地设置焊料层8。另外,无论是设置在俯视为圆形形状的电极2上的情况(图15(A))下,还是设置在俯视为矩形形状(长方形、正方形、菱形等)电极2上的情况(图15(B))下,焊料层8都以俯视的电极2的中心位置63对称被设置。例如,在图15(A)中,表示圆形形状的电极2的直径的直线通过中心位置63,焊料层8以该中心位置63点对称地设置。另外,在图15(B)中,长方形的电极2的对角线也通过中心位置63,焊料层8以该中心位置63点对称地设置。
图16是示出设在电极熔蚀防止层4上的焊料层8的形态的一例的扫描隧道显微镜的图像,图17是示出设在电极熔蚀防止层4上的焊料层8的截面形态的一例的扫描电子显微镜照片。如上述例子所示,焊料层8以圆滑的曲线堆积的形态形成在形成有电极熔蚀防止层4的电极2上。
这样的焊料层8的形态是作为通过上述本发明的制造方法制造的结果获得的形态,推测这是由于:(i)使精炼处理后的第一熔融焊料5a附着在用含有机脂肪酸溶液处理过的电极2上,可均匀且无龟裂地设置厚度至少在0.5μm以上且3μm以下、平均厚度为1μm以上且2μm以下的电极熔蚀防止层4;(ii)将电极2降至低于第一熔融焊料5a的熔点,使厚度至少在0.5μm以上且3μm以下,平均厚度为1μm以上且2μm以下的电极熔蚀防止层4进一步稳定化、均匀且无龟裂;(iii)使第二熔融焊料16(优选精炼处理过的焊料)附着在用含有机脂肪酸溶液处理过的电极熔蚀防止层4上。该现象被认为是,粘度低且圆滑的第二熔融焊料16容易在润湿性好的电极熔蚀防止层4上润湿扩展,且在表面张力作用下而堆积在该电极熔蚀防止层4上。而且,该堆积的焊料层8形成为均匀且可靠性高的焊料层。
第一熔融焊料5a和第二熔融焊料16的粘度可通过上述的精炼处理来控制。例如,各熔融焊料具有任意的粘度,但在本发明中,通过精炼处理,能够使第一熔融焊料5a的粘度在0.002Pa·s以上且0.004Pa·s以下的范围内,并能够使第二熔融焊料16的粘度在0.002Pa·s以上且0.008Pa·s以下的范围内。通过使第一熔融焊料5a的粘度处于上述范围内,能够在以微细图案形成的各电极2上遍布地附着第一熔融焊料5a,进而,能够容易地除去该第一熔融焊料5a。其结果,能够在以微细图案形成的各电极2上遍布地设置电极熔蚀防止层4,从而能够防止电极的熔蚀。
另外,通过将第二熔融焊料16的粘度设置在上述范围内,能够使显示上述宽范围的粘度的第二熔融焊料16与使第一熔融焊料5a同电极2接触而形成了电极熔蚀防止层4的部件10接触。这样的第二熔融焊料16由于包含通用的熔融无铅焊料,因此,能够通过熔融廉价的焊料而得到的熔融焊料进行焊接,即使在该情况下,也能够防止电极的熔蚀。
如后述的实施例中所述,根据有无精炼处理或根据其处理时间,能够进一步减少焊料中的氧化物或杂质等,进而降低熔融焊料的粘度。例如,熔点约217℃的未精炼的熔融焊料的粘度在250℃下为0.007Pa·s时,进行精炼处理,进而依次延长其处理时间,由此能够将250℃下的熔融焊料的粘度降低至0.004Pa·s→0.002Pa·s。这样的粘度降低是因为焊料中所包含的氧化物或杂质的量减少,这样的氧化物或杂质的量减少由图20的结果可明确得知。另外,如后述的实施例等中所说明,氧化物及杂质的量的降低提高了焊料润湿性。通过这样操作,即使是对微细的电极图案的焊接,也能够通过无桥的方式以上述圆滑的曲线且堆积的形态均匀且高成品率地形成给定厚度的焊料层8。
另外,图23是示出电极上设有焊料层的现有例的照片。这样,在不使用本发明的制造方法的情况下,有时焊料层的厚度不均匀,进而也会形成桥。
如后述的实施例所示,在铜电极的宽度W为60μm的情况下,能够在平均厚度约1μm的电极熔蚀防止层4上形成厚度T约为25μm的焊料层8;在铜电极的宽度W为30μm的情况下,能够在平均厚度约1μm的电极熔蚀防止层4上形成厚度T约为15μm的焊料层8;在铜电极的宽度W为15μm的情况下,能够在平均厚度约1μm的电极熔蚀防止层4上形成厚度T约为10μm的焊料层8。因此,可在[焊料层8的厚度T]/[铜电极的宽度W]=0.3以上且0.7以下的范围内形成。
<含有机脂肪酸溶液的接触工序>
该接触工序在第二熔融焊料16的附着工序之后,是使第二熔融焊料16与第三含有机脂肪酸溶液的气体或液体接触的工序。例如,如图11所示,该接触工序在浸渍于第二熔融焊料16之后直接拉起的情况下,对拉起后的部件实施喷射第三含有机脂肪酸溶液的气体或液体(未图示)。另一方面,该接触工序例如如图12所示,在浸渍于第二熔融焊料16后,在与含有机脂肪酸溶液18接触的情况下,该接触工序是这里所说的接触工序。
在第二熔融焊料16的附着工序之后,第三含有机脂肪酸溶液向部件20的接触例如如图12所示,可以将部件20浸渍在第三含有机脂肪酸溶液18中,也可以例如如图3(B)及图4(B)所示,使第三含有机脂肪酸溶液的气体或液体从喷嘴向部件20喷射使其接触。喷射的第三含有机脂肪酸溶液的气体可以为含有机脂肪酸溶液的蒸气,也可以为氮气和空气的混合气体。在混合气体的情况下,优选至少第二焊料层8上遍布地附着含有机脂肪酸溶液的蒸气的程度的混合量。
这里所使用的第三含有机脂肪酸溶液可优选使用与在附着第一熔融焊料5a之前接触的第一含有机脂肪酸溶液3a相同的溶液。另外,在此省略其说明。
通过该接触工序,在第二熔融焊料16或凝固有该第二熔融焊料16的第二焊料层8的表面形成用于防止氧化或污染的有机脂肪酸的涂覆膜9。其结果,不用对设有第二焊料层8的部件20立即进行处理,就能够进行保管或流通。另外,即使在保管或流通后供于安装部件的安装工序,也不会损害电子部件的连接构造的可靠性,从而能够制造可提供高品质的连接构造的部件20。
(其它)
与第三含有机脂肪酸溶液接触后的部件20也可以通过从喷嘴喷射的空气或非活性气体等对该第三含有机脂肪酸溶液进行排液。通过这样的排液,可除去附着在部件2上的过剩的第三含有机脂肪酸溶液。
另外,也可以除去附着的第三含有机脂肪酸溶液。第三含有机脂肪酸溶液的除去可通过在通常使用的有机系清洗剂、碱性清洗剂等无机系清洗剂中浸渍或喷淋清洗等来进行。此时,也可以是组合使用了超声波的超声波清洗。利用清洗溶剂除去第三含有机脂肪酸溶液后,可以进行如纯水清洗这样的对安装基板通常进行的各种处理。
[部件]
如图13~图19所示,本发明的部件20、30、40是通过上述本发明的部件的制造方法制造的部件。而且,具备多个设有焊料层8的电极2,在该焊料层8和电极2之间形成有电极熔蚀防止层4。此外,该焊料层8以圆滑的曲线、堆积的形态形成在形成有电极熔蚀防止层4的电极2上。另外,优选在焊料层8上设有有机脂肪酸的涂覆膜9。
作为部件的例子,包含图13所示的印刷基板等基板、图18所示的芯片电容器、图19(A)所示的LGA(Land grid array)、图19(B)所示的BGA(Ball GridArray)等电子部件。作为基板20,可举出印刷基板、晶片及柔性基板等各种基板。特别是晶片,由于其电极宽度及间距狭窄,因此,特别优选使用本发明的制造方法,并能够在狭小间距的微细电极上高精度地设置焊料层8。另外,在设置较大的电子部件的印刷基板及柔性基板的情况下,也能够保持在净化了该焊料层8的表面的状态或通过之后的工序进行处理,因此,能够制成具有可靠性的基板使用。
另外,作为电子部件30、40,可举出半导体芯片、半导体模块、IC芯片、IC模块、电介质芯片、电介质模块、电阻芯片、电阻模块等等。
根据这样的基板及电子部件,即使通过之后的回流焊炉或烧结炉等进行加热,也可阻止在电极熔蚀防止层4上电极2的熔蚀。其结果,经过各种工序进行的电子部件的安装工序中,电连接部(电极部)的可靠性不会降低,而且,能够以高成品率进行制造,因此,能够提供低成本且可靠性高的基板及电子部件。
实施例
下面,举出实施例和比较例,更具体地对本发明进行说明。
[实施例1]
作为一例,准备在长100mm×宽100mm的印刷基板1上形成有宽度W为50μm、厚度为20μm的铜布线图案的基板10’(参照例如图3(A))。该基板10’在铜布线图案中,仅作为电子部件的安装部分的宽度W为50μm的铜电极2大部分露出,其它的铜布线图案被绝缘层覆盖。
作为对铜电极2预喷射的第一含有机脂肪酸溶液3a,准备了在不含镍盐及钴盐等金属盐及抗氧剂等的酯类合成油中含有10质量%棕榈酸的含有机脂肪酸溶液。将该第一含有机脂肪酸溶液3a的温度控制在150℃。使用的第一熔融焊料5a如下进行准备,即,使用Ni:0.05质量%、Ge:0.005质量%、Ag:3质量%、Cu:0.5质量%、余量由Sn组成的5元系无铅焊料(熔点:约217℃),将该焊料与上述第一含有机脂肪酸溶液3a在相同的含有机脂肪酸溶液中于250℃的条件下剧烈搅拌来进行精炼。所准备的第一熔融焊料5a的粘度在250℃下为0.0035Pa·s。
将准备的第一含有机脂肪酸溶液3a加热至150℃后对基板10’进行喷射,在铜电极2上设置了有机脂肪酸涂覆膜3(例如参照图3(B))。该有机脂肪酸涂覆膜3是作为用第一含有机脂肪酸溶液3a对铜表面进行净化的结果而附着的。接着,将所准备的第一熔融焊料5a的液流(250℃)向经过了涂敷处理的基板10’喷射(例如参照图3(C))。喷涂有第一熔融焊料5a的铜电极2上成为了第一熔融焊料5a附着堆积的状态(例如参照图3(D))。
接着,除去了铜电极上堆积的过剩的第一熔融焊料5a(例如参照图3(E))。其除去方法为:使用喷射喷嘴13,从喷射喷嘴13将与上述的第一含有机脂肪酸溶液3a相同组成的第二含有机脂肪酸溶液6a加热至250℃后进行喷射。将第一熔融焊料5a喷射在铜电极上之后,用第二含有机脂肪酸溶液6a除去了剩余焊料,之后,对部件喷涂气流并将第一熔融焊料5a骤冷至低于其熔点的200℃的时间总共为10秒钟。其结果,得到了图3(F)所示形态的部件10A。该部件10A在铜电极2上依次设置了电极熔蚀防止层4、焊料层(在除去后残留的焊料层,未图示)、涂覆膜6。
这样,获得了形成有电极熔蚀防止层6的实施例1的部件10A。对其截面用电子显微镜进行观察时,可确认在部件10A所具有的铜电极2上以厚度1.5μm左右设有没有龟裂的电极熔蚀防止层4,并确认了在该电极熔蚀防止层4上附着了厚度1μm左右的第一焊料层5,该第一焊料层5上较薄地附着了涂覆膜6。将上述制造条件和结果示于表1,将评价结果示于表2。
[实施例2]
将实施例1获得的部件10A浸渍(浸入)于装满250℃的第二熔融焊料16的焊料槽。作为第二熔融焊料16,使用的是Ag:3质量%、Cu:0.5质量%、余量由Sn组成的3元系无铅焊料。基板浸渍于焊料槽中的时间总共为10秒钟。将上述制造条件和结果示于表1,将评价结果示于表2。
这样,获得了设有第二焊料层8的实施例2的基板(本发明的部件)。对其截面用电子显微镜观察时,在宽度W为50μm的铜电极2上设置了厚度约为1.5μm的没有龟裂的电极熔蚀防止层4,该电极熔蚀防止层4上设置了厚度T为20μm的第二焊料层8。
将获得的基板(例如参照图13)的第二焊料层8的截面的扫描电子显微镜照片形态示于图21(C)。从图21(C)所示的截面照片看,对CuNiSn金属间化合物层4的厚度用扫描电子显微镜照片进行测定可知,以约1.5μm的厚度均匀地形成了CuNiSn金属间化合物层4。另外,对基板的各部分的电极的截面进行观察可知,最先进入焊料槽的部分的电极和最后进入焊料槽的部分的电极在电极熔蚀方面没有大的差别。另外,图21(D)为在150℃下进行了240小时蚀刻后的第二焊料层8的截面的扫描电子显微镜照片形态。未产生孔隙等不良情况。另外,对其截面用X射线微量分析器(EPMA)的元素映射进行评价,示于图22。
[实施例3]
在实施例1中,将第一含有机脂肪酸溶液3a所含有的棕榈酸含量设为15质量%,且加热到250℃后向电极喷射。在堆积在铜电极上的过剩的第一熔融焊料5a的除去工序中,将基板10置于255℃的第二含有机脂肪酸溶液6b的蒸气氛围下,在该氛围下,从喷射喷嘴13喷射加热至255℃的氮气(参照图4(E))。该第二含有机脂肪酸溶液6b是将与第一含有机脂肪酸溶液3a相同的含有机脂肪酸溶液制成255℃的蒸气后使用。其结果,获得了图4(F)所示形态的基板10B。需要说明的是,该基板10B在铜电极2上依次设置了电极熔蚀防止层4、焊料层(除去后残留的焊料层,未图示)、涂覆膜6。将上述制造条件和结果示于表1,将评价结果示于表2。
这样,获得了形成有电极熔蚀防止层6的实施例3的基板10B。对其截面用电子显微镜进行观察时,确认了在基板10B所具有的铜电极2上设置了厚度约1.5μm的电极熔蚀防止层4,在该电极熔蚀防止层4上附着了厚度0.5μm左右的第一焊料层5,在该第一焊料层5上薄薄地附着了涂覆膜6。另外,由于在255℃的温度下进行了除去,因此,能够使电极熔蚀防止层4上残留的剩余焊料的量为最小限度。
[实施例4]
将实施例3中获得的基板10B浸渍(浸入)于充满250℃的第二熔融焊料16的焊料槽中。作为第二熔融焊料16,使用的是Ag:3质量%、Cu:0.5质量%、余量由Sn组成的3元系无铅焊料。基板浸渍于焊料槽中的时间总共为10秒钟。将上述制造条件和结果示于表1,将评价结果示于表2。
这样,获得了设有第二焊料层8的实施例4的基板(本发明的部件)。对其截面用电子显微镜观察可知,在宽度W为50μm的铜电极2上设置了厚度约1.5μm的电极熔蚀防止层4,在该电极熔蚀防止层4上设置了厚度T为约20μm的第二焊料层8。需要说明的是,与实施例2同样地,对所获得的基板(例如参照图13)的第二焊料层8的截面的扫描电子显微镜照片形态进行了观察。得到与实施例2相同的结果,电极熔蚀防止层4以1.5μm的厚度均匀地形成,在150℃下蚀刻240小时后的第二焊料层8的截面也未产生孔隙等不良情况。
[实施例5~10]
与上述的实施例1~4同样地,制造了实施例5~10的部件。将其制造条件和结果示于表1,将评价结果示于表2。在任一种情况下,均确认了电极熔蚀的抑制。
[比较例1]
在实施例1中,作为第一熔融焊料5a的焊料材料,使用的是Ag:3质量%、Cu:0.5质量%、余量由Sn组成的3元系无铅焊料,除此之外,与实施例1同样地得到了比较例1的基板。与实施例1同样地,从截面的扫描电子显微镜照片来看,不存在CuNiSn金属间化合物层(参照图21(A)),在铜电极2上形成CuSn金属间化合物层,确认了较大的电极熔蚀。另外,图21(B)为在150℃下进行了240小时蚀刻后的焊料层8的截面的扫描电子显微镜照片形态。产生了孔隙等不良情况。
Figure BDA00003443089300481
[表2]
Figure BDA00003443089300491
[实施例11]
在该实施例11中,探讨了第二熔融焊料16不包含构成电极熔蚀防止层4的成分中不产生电极熔蚀防止能力的成分的情况。需要说明的是,焊料处理是指熔融焊料向电极的附着处理。焊料的附着处理无论下述所使用的焊料的种类(熔点均约217℃左右)如何,都如图3所示,按照从喷嘴12喷涂加热至250℃的熔融焊料5a的液流、并堆积到电极2上的方式进行。由于在该实施例中以观察电极熔蚀防止层4的生成形态为目的,因此,附着处理后的剩余焊料的除去处理可在第一熔融焊料5a的附着处理后和第二熔融焊料16的附着处理后的任一种情况下进行。该除去处理通过对堆积在电极2上的熔融焊料5a、16喷涂空气来进行。下述的焊料处理时间是从电极2与熔融焊料5a、16接触的时刻开始到除去堆积在电极2上的剩余焊料5a、16的时刻的时间,期间对熔融焊料5a、16的温度进行保持。
图24(A)表示焊料处理前的铜电极图案的俯视图,图24(B)是该铜电极图案的剖面图,图24(C)是该剖面图的放大图,图24(D)是铜电极2的剖面图。作为铜电极2,准备图案宽度为40μm、厚度为22μm,进行纯水清洗使其干燥后,从喷嘴11喷射第一含有机脂肪酸溶液3a的液流的电极,供于之后的焊料处理。
图25是示出未对准备好的铜电极进行两阶段的焊料处理(第一熔融焊料5a的附着处理和第二熔融焊料16的附着处理)、而是在进行一次焊料处理后除去剩余焊料的情况的例子的电极的剖面图。图25(A)是用不含镍的熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu)处理5秒钟的情况,图25(B)是用相同的熔融焊料处理60秒钟的情况。另外,图25(C)是用含有0.01质量%的镍的熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.01Ni-0.006Ge)处理5秒钟的情况,图25(D)是用相同的熔融焊料处理60秒钟的情况。
由该结果可知,焊料处理时间为5秒钟的情况下,无论焊料的种类是哪一种,铜电极2的熔蚀都较少。另外,如图25(C)所示,用含有镍的焊料进行处理的情况下,电极上形成有厚度1μm左右的电极熔蚀防止层4。另一方面,焊料处理时间为60秒钟的情况下,无论焊料的种类是哪一种,都确认到铜电极2的熔蚀。用含有镍的焊料进行处理的情况下,其程度较小,而且基本保持了最初的电极形状。但是,若对截面进行观察,则发现电极熔蚀防止层4变得相当厚(约4μm左右),因该电极熔蚀防止层4基本保持了电极形状。
图26是用进一步增加镍含量的熔融焊料进行处理的例子。具体而言,与上述同样,是未对所准备的铜电极进行两阶段的焊料处理(第一熔融焊料5a的附着处理和第二熔融焊料16的附着处理)、而是在进行一次焊料处理后除去剩余焊料的情况的例子的电极的剖面图。图26(A)是用含有0.03质量%的镍的熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.03Ni-0.006Ge)处理5秒钟的情况,图26(B)是用相同的熔融焊料处理60秒钟的情况。另外,图26(C)是用含有0.05质量%的镍的熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.05Ni-0.006Ge)处理5秒钟的情况,图26(D)是用相同的熔融焊料处理60秒钟的情况。
由该结果可知,焊料处理时间为5秒钟的情况下,无论焊料的种类是哪一种,铜电极2的熔蚀都较少,电极上形成了厚度2μm左右的电极熔蚀防止层4。另一方面,焊料处理时间为60秒钟的情况下,无论焊料的种类是哪一种,都确认到铜电极2的熔蚀,但因均含有镍,因此其程度较小,而且基本保持了最初的电极形状。但是,若对截面进行观察,则发现电极熔蚀防止层4变得相当厚(约5μm左右),因该电极熔蚀防止层4基本保持了电极形状。
图27为用进一步增加镍含量的熔融焊料进行处理的例子。具体而言,与上述同样,是未对所准备的铜电极进行两阶段的焊料处理(第一熔融焊料5a的附着处理和第二熔融焊料16的附着处理)、而是在进行一次焊料处理后除去剩余焊料的情况的例子的电极的剖面图。图27(A)是用含有0.1质量%的镍的熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.1Ni-0.006Ge)处理5秒钟的情况,图27(B)是用相同的熔融焊料处理60秒钟的情况。
由该结果可知,焊料处理时间为5秒钟的情况下,铜电极2的熔蚀较少,电极上形成了厚度约3μm的电极熔蚀防止层4。另一方面,在焊料处理时间为60秒钟的情况下,确认到铜电极2较多的熔蚀。但是,基本保持了最初的电极形状。若对截面进行观察,则发现电极熔蚀防止层4变得相当厚。
由图25~图27的结果确认到,用含有镍的熔融焊料进行附着处理的情况下,铜电极2上形成了由CuNiSn金属间化合物形成的电极熔蚀防止层4,可抑制电极成分即铜的熔蚀。但是,还确认到,在该情况下,若处理时间增长,则电极熔蚀防止层4会增厚。
图28和图29是示出对所准备的铜电极2进行两阶段的焊料处理(第一熔融焊料5a的附着处理和第二熔融焊料16的附着处理)、并在进行各自的焊料处理后分别除去剩余焊料的情况的例子的电极的剖面图。图28(A)是用不含镍的第一熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu)处理3秒钟后,用含有0.01质量%的镍的第二熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.01Ni-0.006Ge)处理5秒钟的情况,图28(B)是将图28(A)中的第二熔融焊料的处理时间变更为60秒钟的情况。另外,图28(C)是用不含镍的第一熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu)处理3秒钟后,用含有0.03质量%的镍的第二熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.03Ni-0.006Ge)处理5秒钟的情况,图28(D)是将图28(C)中的第二熔融焊料的处理时间变更为60秒钟的情况。
图29(A)是用不含镍的第一熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu)处理3秒钟后,用含有0.05质量%的镍的第二熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.05Ni-0.006Ge)处理5秒钟的情况,图29(B)是将图29(A)中的第二熔融焊料的处理时间变更为60秒的情况。另外,图29(C)是用不含镍的第一熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu)处理3秒钟后,用含有0.1质量%的镍的第二熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.1Ni-0.006Ge)处理5秒钟的情况,图29(D)是将图29(C)中的第二熔融焊料的处理时间变更为60秒钟的情况。
由它们的结果可知,在焊料处理时间为5秒钟的情况下,确认到随着第二熔融焊料的镍含量的增加,形成在铜电极上的电极熔蚀防止层4的厚度不断增厚,铜电极2的熔蚀也增多。进而,在焊料处理时间为60秒钟的情况下,也确认到形成在铜电极上的电极熔蚀防止层4的厚度增厚,铜电极2的熔蚀增多。
图30和图31是对所准备的铜电极2进行两阶段的焊料处理(第一熔融焊料5a的附着处理和第二熔融焊料16的附着处理)、并在进行各自的焊料处理之后分别除去剩余焊料的情况的例子的电极的剖面图。图30(A)是用含有0.1质量%的镍的第一熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.1Ni-0.006Ge)处理3秒钟后,用0.01质量%的含有镍的第二熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.01Ni-0.006Ge)处理5秒钟的情况,图30(B)是将图30(A)中的第二熔融焊料的处理时间变更为60秒的情况。另外,图30(C)是用含有0.1质量%的镍的第一熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.1Ni-0.006Ge)处理3秒钟后,用含有0.03质量%的镍的第二熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.03Ni-0.006Ge)处理5秒钟的情况,图30(D)是将图30(C)中的第二熔融焊料的处理时间变更为60秒钟的情况。
另外,图31(A)是用含有0.1质量%的镍的第一熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.1Ni-0.006Ge)处理3秒钟后,用含有0.05质量%的镍的第二熔融焊料(Sn-3Ag-0.5Cu-0.05Ni-0.006Ge)处理5秒钟的情况,图31(B)是将图31(A)中的第二熔融焊料的处理时间变更为60秒钟的情况。
由它们的结果可知,在第一熔融焊料5a含有镍的情况下,确认到由于第二熔融焊料16中也含有镍,因此形成在铜电极上的电极熔蚀防止层4的厚度增厚,铜电极2的熔蚀增多。进而,在焊料处理时间为60秒钟的情况下,也确认到形成在铜电极上的电极熔蚀防止层4的厚度增厚,铜电极2的熔蚀增多。
图32是对所准备的铜电极2进行两阶段的焊料处理(第一熔融焊料5a的附着处理和第二熔融焊料16的附着处理)、并在进行各自的焊料处理之后分别除去剩余焊料的情况的例子的电极的剖面图。图32(A)是用含有0.1质量%的镍的熔融焊料处理3秒钟后,用不含镍的熔融焊料处理5秒钟的电极的剖面图,图32(B)是用含有0.1质量%的镍的熔融焊料处理3秒钟后,用不含镍的熔融焊料处理60秒钟的电极的剖面图。
由该结果可知,由于第一熔融焊料5a含有镍,第二熔融焊料16不含镍,因此,不论处理时间是5秒钟的情况还是60秒钟的情况,在电极上形成的电极熔蚀防止层4的厚度都为约2μm的相同程度。另外,由于还极力抑制了铜电极2的熔蚀,因此,基本上与图24(D)所示的形态未发生变化。
由图25~图27所示的结果可知,在使用含有镍的熔融焊料作为第一熔融焊料5a、且不使用第二熔融焊料16的一阶段处理的情况下,在较短的处理时间(例如5秒)的情况下,通过生成的电极熔蚀防止层4的效果可在某种程度上抑制铜电极的熔蚀,但是,在较长的处理时间(例如60秒)的情况下,可以明确得知,即使含有镍,铜电极的熔蚀也会进行。另外,由图28及图29所示的结果可以明确,在第一熔融焊料5a中不含镍的情况下,即使第二熔融焊料16中包含镍,铜电极的熔蚀也会进行。另外,由图30及图31所示的结果可以明确,第一熔融焊料5a和第二熔融焊料16均含有镍的情况下,比上述结果更有效果,但尽管如此,还会进行铜电极的熔蚀。
与此相对,可明确的是:在第一熔融焊料5a中含有镍(构成电极熔蚀防止层4的成分中产生电极熔蚀防止能力的成分)、第二熔融焊料16中不含镍的情况下,即使第二熔融焊料16中含有镍,也可抑制铜电极的熔蚀的进行。其理由为,通过使含有镍的第一熔融焊料5a附着,并立即进行剩余焊料5a的除去和冷却(低于焊料的熔点),能够防止在未冷却的情况下产生电极熔蚀而使电极熔蚀防止层4增厚,并能够阻止电极成分的熔蚀,形成给定厚度(0.5μm以上且3μm以下)的电极熔蚀防止层4。通过在电极上设置这样的厚度较薄的电极熔蚀防止层4,在进行不含镍的第二熔融焊料16的附着处理的情况下,不管其附着处理时间是缩短还是增长,都不易引起铜电极的熔蚀的进行。其理由认为可能是电极熔蚀防止层4中所含的镍(构成电极熔蚀防止层4的成分中产生电极熔蚀防止能力的成分)在该电极熔蚀防止层4中稳定化而不发生变化。可知通过这样的方法能够抑制电极熔蚀防止层4的厚度扩大现象。在该实施例使用的是熔融焊料,但确认到使用焊膏的情况也相同。
[实施例12]
在图5所示的第一形态的附着工序中,使第一熔融焊料液流5a与图9所示形态的部件10’(安装基板)碰撞。作为第一熔融焊料,使用的是密度约7.3g/cm3、且包含0.05质量%的Ni的SnCuNi系焊料。该第一熔融焊料液流5a贮存在配置于上方的贮存槽58中。使该贮存槽58内的熔融焊料液流5a通过配管57垂直下降,通过换向部56向部件侧弯曲,使熔融焊料液流5a猛力地与电极2碰撞。需要说明的是,贮存槽58设置为使垂直下降的熔融焊料液流5a的压力为约2Pa的高度。将碰撞时的喷嘴角度θ设为15°左右,将距电极的距离设为30mm,从横向与电极2碰撞。除该附着工序之外,其它与实施例1相同,获得了实施例12的部件。
通过这样的实施例,能够使熔融焊料液流5a的速度不会减慢太多地与电极2碰撞。其结果,能够使熔融焊料液流5a遍布地与电极2的整个面接触,结果能够在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4。
将电极上形成有电极熔蚀防止层4的部件浸渍(浸入)于250℃的充满第二熔融焊料16的焊料槽。作为第二熔融焊料16,使用的是Cu:0.5质量%、Ge:0.006质量%、余量由Sn组成的无铅焊料。对设置了含有镍的较薄厚度的电极熔蚀防止层4的电极进行不含镍的第二熔融焊料16的附着处理,结果,在部件的各部分上不易产生铜电极的熔蚀进行程度的差异。另外,即使使用不含银的焊料合金,也显示了充分的焊料润湿性,能够设置良好的第二焊料层。
[实施例13]
在实施例12中,除熔融焊料的种类使用了密度约7.3g/cm3、且含有0.05质量%的Ni的SnCuGeNi系焊料,其它与实施例12相同,获得了实施例13的部件。通过这样的实施例,能够使熔融焊料液流5a的速度不会减慢过多地与电极2碰撞。其结果,能够使熔融焊料液流5a遍布地与电极2的整个面接触,结果能够在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4。
对于在电极上形成有电极熔蚀防止层4的部件,与实施例12同样地,对设置了含有镍的较薄厚度的电极熔蚀防止层4的电极进行不含镍的第二熔融焊料16的附着处理,结果,在部件的各部分不易产生铜电极的熔蚀进行程度的差异。另外,即使使用不含银的焊料合金,也显示了充分的焊料润湿性,能够设置良好的第二焊料层。
[实施例14]
在图6所示的第一形态的附着工序中,使第一熔融焊料液流5a与图9所示形态的部件10’(安装基板)碰撞。作为第一熔融焊料,使用的是密度约7.3g/cm3、且含有0.05质量%的Ni的SnCuNi系焊料。对于该第一熔融焊料液流5a而言,用泵将熔融焊料液流5a从配置于下方的贮存槽58中提起,使熔融焊料液流5a猛力地与电极2碰撞。另外,将熔融焊料液流5a的压力调整为约2Pa。将碰撞时的喷嘴角度θ设为15°左右,将距电极的距离设为30mm,从横向碰撞电极2。除该附着工序之外,其它与实施例1相同,获得了实施例14的部件。
通过这样的实施例,能够使熔融焊料液流5a的速度不会过多减慢地与电极2碰撞。其结果,能够使熔融焊料液流5a遍布地与电极2的整个面接触,结果,能够在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4。接着,对于电极上形成有电极熔蚀防止层4的部件,与实施例12同样地,对设置了含有镍的较薄厚度的电极熔蚀防止层4的电极进行不含镍的第二熔融焊料16的附着处理,结果,在部件的各部分不易产生铜电极的熔蚀进行程度的差异。另外,即使使用不含银的焊料合金,也显示了充分的焊料润湿性,能够设置良好的第二焊料层。
[实施例15]
在图7所示的第三形态的附着工序中,利用表面张力现象使第一熔融焊料5a包裹于图9所示形态的部件10’(安装基板)。作为第一熔融焊料,使用的是密度约7.3g/cm3、且含有0.05质量%的Ni的SnCuNi系焊料。将该第一熔融焊料5a充满焊料槽52中,从设置于该焊料槽52上面的缝隙51之间浸渍部件,然后将其拉起,在该过程中,使部件10’通过配置在第一熔融焊料5a的液面53上的缝隙51。需要说明的是,将部件10’的表面到缝隙51的端部的间隙g1、g2设为约1mm。除该附着工序之外,其它与实施例1相同,获得了实施例15的部件。
在该过程中,在部件10’通过缝隙51时的表面张力的作用下,熔融焊料5a包裹电极2的整个区域。通过这样的实施例,能够使熔融焊料5a遍布地与电极2的全面接触,结果,能够在电极2上遍布地形成电极熔蚀防止层4。接着,对于电极上形成有电极熔蚀防止层4的部件,与实施例12同样地,对设置了含有镍的较薄厚度的电极熔蚀防止层4的电极进行不含镍的第二熔融焊料16的附着处理,结果,在部件的各部分不易产生铜电极的熔蚀进行程度的差异。另外,即使使用不含银的焊料合金,也显示了充分的焊料润湿性,能够设置良好的第二焊料层。

Claims (13)

1.一种部件的制造方法,该方法具备:
准备具有被焊接的电极的部件的工序;
使第一含有机脂肪酸溶液与所述电极接触的工序;
使第一熔融焊料与所述电极接触,在该电极上附着该第一熔融焊料的工序;
朝向所附着的所述第一熔融焊料喷射气流或液流,除去附着在所述电极上的第一熔融焊料中过剩的第一熔融焊料的工序;以及
将除去了所述过剩的第一熔融焊料的所述电极降至低于所述第一熔融焊料的熔点的工序,
其中,在所述第一熔融焊料的附着工序中,
所述第一熔融焊料包含下述成分:该成分与所述电极所包含的成分化合,从而在该电极的表面形成由金属间化合物层构成的电极熔蚀防止层,
一边使所述部件移动一边使所述第一熔融焊料的液流与所述电极碰撞或包裹所述电极,从而进行所述第一熔融焊料与所述电极的接触。
2.根据权利要求1所述的部件的制造方法,其中,所述第一熔融焊料与所述电极的接触如下进行:一边使所述部件沿上下方向移动,一边使由重力加速后的所述第一熔融焊料的液流或由泵加压后的所述第一熔融焊料液流以与所述上下方向垂直或基本垂直的角度与所述部件碰撞。
3.根据权利要求1所述的部件的制造方法,其中,所述第一熔融焊料与所述电极的接触如下进行:一边使所述部件沿横向移动,一边使所述第一熔融焊料的液流从所述部件的上方朝向该部件以给定的角度碰撞。
4.根据权利要求1所述的部件的制造方法,其中,所述第一熔融焊料与所述电极的接触如下进行:在使所述部件沿上下方向移动并浸渍于充满所述第一熔融焊料的焊料槽中之后拉起的过程中,使该部件通过配置于所述第一熔融焊料的液面的缝隙。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的部件的制造方法,其中,在将所述电极降至低于所述第一熔融焊料的熔点的工序之后,进一步具备下述工序:使与所述第一熔融焊料相同的熔融焊料或不同的熔融焊料和所述部件接触,使第二熔融焊料附着在所述电极上。
6.根据权利要求5所述的部件的制造方法,其中,所述第二熔融焊料不含构成所述电极熔蚀防止层的成分中产生电极熔蚀防止能力的成分。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的部件的制造方法,其中,在所述第一熔融焊料的附着工序中,在含有机脂肪酸溶液的蒸气氛围中进行所述第一熔融焊料与所述电极的接触。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的部件的制造方法,其中,所述第一熔融焊料的粘度为0.002Pa·s以上且0.004Pa·s以下。
9.根据权利要求6或7所述的部件的制造方法,其中,所述第二熔融焊料的粘度为0.002Pa·s以上且0.008Pa·s以下。
10.根据权利要求5~9中任一项所述的部件的制造方法,其中,将所述第一熔融焊料及所述第二熔融焊料与含有机脂肪酸溶液混合处理后使用。
11.根据权利要求5~10中任一项所述的部件的制造方法,其中,在所述第二熔融焊料的附着工序之后,还具备使第三含有机脂肪酸溶液的气体或液体与所述第二熔融焊料接触的工序。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的部件的制造方法,其中,所述部件为选自具有微细的布线图案的印刷基板、晶片及柔性基板中的任意部件,或者是选自芯片、电阻、电容器及滤波器中的任意部件。
13.一种部件,其是通过权利要求1~12中任一项所述的部件的制造方法制造而得到的,该部件具备多个设有焊料层的电极,在所述焊料层和所述电极之间形成有厚度0.5μm以上且3μm以下的电极熔蚀防止层,所述焊料层的焊接形态是以所述电极的中心位置对称的半球形状或曲面形状。
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