CN109661726A - 钎焊接合方法和钎焊接头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钎焊方法，可减少电子部件的热损伤且形成具有优异的连接可靠性的钎焊接头而将基板的电极与电子部件的电极进行接合。是通过形成钎焊接头而将基板的电极与电子部件的电极进行接合的钎焊接合方法，其中，在基板的电极上形成熔点低于形成在电子部件的电极的焊锡合金的Sn‑Βi系焊锡合金；进而在基板上搭载上述电子部件以使形成在基板的电极的焊锡合金与形成在电子部件的电极的焊锡合金接触；进而使峰值加热温度为150～180℃并使峰值加热温度的保持时间为超过60秒且为150秒以下而加热基板；然后使加热后的冷却速度为3℃/秒以上而冷却基板，形成钎焊接头。

Description

钎焊接合方法和钎焊接头
技术领域
本发明涉及形成连接可靠性优异的钎焊接头而将基板与电子部件进行接合的钎焊接合方法和钎焊接头。
背景技术
近年来，随着电子设备的小型化和轻薄化，要求搭载于电子设备的电子部件的高集成化。为了实现电子部件的高集成化，需要进行高密度安装。作为这样的高密度安装方法，例如可举出使用BGA的倒装芯片安装。
倒装芯片安装是通过将电子部件搭载于印刷基板并将印刷基板上的焊锡凸块与BGA利用回流焊进行熔融接合的方法。由于在印刷基板上形成了许多焊锡凸块，所以在回流焊中为了形成无连接不良的钎焊接头而加热到使焊锡合金充分熔融的高温。因此，印刷基板和BGA暴露于高温下。而一般使用的SnAgCu焊锡合金的固相线温度为220℃左右，因此以往在回流焊中，印刷基板或BGA暴露于高于该温度的高温下。
然而，在这样的条件下，有时因受热而产生基板的翘曲。另外，由于印刷基板与BGA的热膨胀系数之差，在回流焊后的冷却中应力会集中于钎焊接头，还有可能导致钎焊接头的断裂。此外，高温下的回流焊还会使制造成本变高。
为了消除这样的问题，报道有关于低温接合的提案。例如在专利文献1中提出了如下的钎焊接合方法：在BGA侧形成高熔点焊锡合金层，在印刷基板侧形成低熔点合金层，使这些层接触后，在低熔点焊锡合金的熔点以上且小于高熔点焊锡合金的熔点的温度区域进行加热。根据该方法，通过在上述温度区域的加热，在保留高熔点焊锡合金的同时实现低熔点合金层与高熔点合金层的利用熔融扩散的接合，避免了对基板的热损伤。另外，在上述文献中记载了进行以190℃保持40秒的加热的实施例。此外，在上述文献中作为低熔点焊锡合金例示了Sn-58Bi。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-307228号公报
发明内容
但是，加热温度为190℃时不足以防止对电子部件的热损伤，需要进一步降低加热温度。而专利文献1所记载的发明的目的在于提供一种在与共晶焊锡几乎相同的加热工艺中得到良好的接合部的接合方法。而且，专利文献1所记载的接合方法中利用属于第2合金层的低熔点合金的熔融扩散而实现接合。因此，为了形成熔点为183℃的63Sn-37Pb共晶合金层而需要190℃以上的加热温度，所以如果降低加热温度，则难以利用专利文献1中记载的基于熔融扩散的接合。
另外，在专利文献1中记载了为了使钎焊接头的元素分布均匀，需要进一步高的温度和长时间的加热。但是，在高的温度下进行加热则需要冷却时间，因此连接界面的金属间化合物层或构成钎焊接头的焊锡合金的晶相生长，施加应力时应力集中于金属间化合物层的界面或晶相的界面，在加热后的冷却中有可能从应力最集中的接合界面或其附近区域开始发生断裂。虽然可以考虑使焊锡合金的合金组成设为可抑制金属间化合物的生长的组成，但限定组成的基础上，利用加热温度和时间来抑制金属间化合物的生长是有限度的。尤其是专利文献1中使用Sn-58Bi作为低熔点焊锡合金，共晶部分的Bi具有硬且脆的性质，因此显著出现钎焊接头的断裂。
另一方面，在专利文献1中还记载了为了在保留有高熔点合金层的情况下也得到充分的接合可靠性，将钎焊接合条件设定为较低温度且较短时间以便留下高熔点合金层。这种情况下，钎焊接头的组织难以变得均匀，会导致钎焊接头的断裂。
因此，本发明的课题在于提供一种能够减少电子部件的热损伤，可形成具有优异的连接可靠性的钎焊接头而将基板的电极与电子部件的电极进行接合的钎焊接合方法以及钎焊接头。
如同专利文献1所记载，本发明人等在电子部件侧形成高熔点焊锡合金并在印刷基板侧形成低熔点焊锡合金的构成中，从防止电子部件的热损伤的观点考虑，作为在基板侧的电极上使用的焊锡合金使用了Sn-Bi系低熔点焊锡合金的基础上，以降低加热温度为前提而进行了深入研究。
本发明人等首先为了即便降低加热温度也要得到基于组织的均匀化的优异的连接可靠性，将加热时间设定为比以往更长。而长时间的加热会导致制造成本的增大，因此通常进行缩短的时间设定。
而且，以往，从减小因印刷基板与电子部件的热膨胀差而引起的残留应力的观点考虑，不得不将回流焊后的冷却速度减慢到2℃/s以下。但是，如果减慢冷却速度，则有可能因焊锡合金的Bi相的粗大化而使钎焊接头的连接可靠性劣化。
在此，本发明人等得到了以下见解：通过将回流焊温度降低至比以往低，并且，与以往不同地，进行长时间的加热的基础上，反而加快回流焊后的冷却速度，从而能够防止对电子部件的热损伤，可充分进行电子部件侧的高熔点焊锡合金与基板侧的低熔点焊锡合金的熔融扩散以及低熔点焊锡合金与电极的熔融扩散，而且还能抑制基板侧的接合界面的金属间化合物层的生长的同时Sn-Bi系低熔点焊锡合金微细化，抑制应力集中于接合界面和结晶界面，能够确保优异的连接可靠性。并且，得到了以下见解：由于降低了加热温度，因此即便在加热后进行骤冷，原来的因基板的热膨胀差所致的残留应力也减小，维持钎焊接头的优异的连接可靠性。
本发明的第1形态的通过形成钎焊接头而将基板的电极与电子部件的电极进行接合的钎焊接合方法包含如下工序：在基板的电极上形成熔点低于形成在电子部件的电极的焊锡合金的Sn-Bi系焊锡合金，在基板上搭载电子部件以使形成在基板的电极的焊锡合金与形成在电子部件的电极的焊锡合金接触，进而，使峰值加热温度为150～180℃并使峰值加热温度的保持时间为超过60秒且为150秒以下而加热基板，使加热后的冷却速度为3℃/秒以上而冷却基板，从而形成钎焊接头。
峰值加热温度可以低于形成在电子部件的电极的焊锡合金的熔点。
钎焊接头的具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中，具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例平均可以为60％以上。
Sn-Bi系焊锡合金可以为Sn-Bi焊锡合金、Sn-Bi-Cu焊锡合金、Sn-Bi-Ni焊锡合金、Sn-Bi-Cu-Ni焊锡合金、Sn-Bi-Ag焊锡合金和Sn-Bi-Sb焊锡合金中的至少1种。
Sn-Bi系焊锡合金的Bi含量以质量％计可以为Bi：30～80％。
形成在电子部件的电极的焊锡合金可以为Sn-Cu焊锡合金、Sn-Ag焊锡合金、Sn-Ag-Cu焊锡合金、Sn-Ag-Cu-Ni焊锡合金、Sn-Ag-Cu-Sb焊锡合金和Sn-Ag-Cu-Ni-Sb焊锡合金中的至少1种。
形成在基板的电极的焊锡合金的熔点与形成在电子部件的电极的焊锡合金的熔点的温度差可以为30℃以上。
Sn-Bi系焊锡合金以质量％计可以为Bi：58％和余量的Sn。
本发明的第2形态的将基板的电极与电子部件的电极进行接合的钎焊接头，在基板的电极上形成有熔点低于形成在电子部件的电极的焊锡合金的Sn-Bi系焊锡合金，钎焊接头的具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中，具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例平均为60％以上。
附图说明
图1是表示改变加热后的温度曲线时的钎焊接头中的Bi含量与具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中的具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例的关系的图。
图2表示变更形成在基板的电极的焊锡合金的合金组成和回流焊时的温度曲线而得到的钎焊接头中的各钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(a)是在比较例1的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(b)是在发明例1的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(c)是在比较例2的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(d)是在发明例2的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(e)是在比较例3的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(f)的在发明例3的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片。
具体实施方式
用以下的实施方式对本发明进行详细说明。以下的方式仅仅是示例，不是必须限定于此。另外，在本说明书中，关于焊锡合金组成的“％”只要没有特别指定就为“质量％”。
1.钎焊接头的基本结构
本发明的实施方式的钎焊接合方法是通过形成钎焊接头而将基板的电极和电子部件的电极进行接合的钎焊接合方法。
利用本实施方式的钎焊接合方法而形成的钎焊接头具有将基板的电极与电子部件的电极进行了接合的接合结构。在本实施方式中使用的基板是所谓的印刷基板，在基板的电极上涂布有膏。在电子部件的电极上形成有使用焊锡球而得的凸块。利用本实施方式的钎焊接合方法而形成的钎焊接头是在基板上搭载电子部件时将涂布于基板的电极的膏与形成在电子部件的电极的焊锡凸块进行接合而形成的。
另外，本实施方式中使用的基板为以往的印刷基板，例如可以使用纸质酚醛树脂基板、玻璃布环氧树脂基板。电极主要使用Cu电极。可以实施有镀Ni等。
接下来，对各工序进行详述。
2.在基板的电极上形成熔点低于形成在电子部件的电极的焊锡合金的Sn-Bi系焊锡合金的工序
(1)焊锡合金的形成方法
在本实施方式的钎焊接合方法中，首先，在基板的电极和电子部件的电极上形成焊锡合金。在电子部件的电极上形成在回流焊温度下不熔融的高熔点焊锡合金，在基板的电极上形成在回流焊温度下熔融的Sn-Bi系低熔点焊锡合金。
具体而言，例如，在基板的电极上配置掩模，一边移动刮板一边将掩模上的膏从掩模的开口部涂布到基板的电极上。除此以外，也可以利用喷涂法或预涂法而将膏供给于电极。涂布厚度没有特别限定，可以为0.05～0.2mm。焊锡合金粉末以外的膏成分可以为以往使用的成分，没有特别限定。在钎焊膏中使用的助焊剂可以为水溶性助焊剂和非水溶性助焊剂中的任一种。典型的是使用属于松香基非水溶性助焊剂的松香系助焊剂。
在电子部件的电极上与电极的直径对应地搭载具有100～1000μm的直径的焊锡球而形成凸块。
(2)形成在基板的电极的焊锡合金的合金组成
在本实施方式所使用的基板的电极上形成熔点低于形成在电子部件的电极的焊锡合金的Sn-Bi系焊锡合金。这样的低熔点焊锡合金是为了抑制基板的热损伤而进行低温接合时所必需的。这样，本实施方式的基板侧所使用的焊锡合金的熔点(液相线温度)越低越好，优选为150℃以下。作为这样的Sn-Bi系焊锡合金，可举出Sn-Bi焊锡合金、Sn-Bi-Cu焊锡合金、Sn-Bi-Ni焊锡合金、Sn-Bi-Cu-Ni焊锡合金、Sn-Bi-Ag焊锡合金和Sn-Bi-Sb焊锡合金中的至少1种。
在Sn-Bi焊锡合金中添加Cu、Ni时，优选为Cu：0.1～1.0％、Ni：0.01～0.1％。另外，这些Sn-Bi-Cu焊锡合金、Sn-Bi-Ni焊锡合金和Sn-Bi-Cu-Ni焊锡合金由于能够抑制金属间化合物在钎焊接头的接合界面的生长，因此即便如本实施方式那样进行长时间的加热也能够维持优异的连接可靠性。此外，可以在焊锡合金的熔点为150℃以下的范围含有Ag、Sb。
另外，在这些合金组成中，Bi含量优选为30～80％。只要Bi含量在上述范围内，则熔点(固相线温度)就恒定在138℃。因此，通过将具有这样的Bi含量的合金用于基板的焊锡凸块，加热时形成在基板的电极的焊锡合金开始熔融，因电子部件的自重，能够在使电子部件的凸块挤压基板的凸块的同时形成钎焊接头。另外，从使液相线温度偏移到低温而降低加热温度，从而进一步减小对电子部件或基板的热损伤的观点考虑，Bi含量更优选为35～70％，进一步优选为53～61％。
作为Sn-Bi系焊锡合金，特别优选属于共晶组成的Bi：58％和余量的Sn合金。由于该合金组成为共晶组成，在138℃以上的温度变为液相，所以能够在低温下容易地形成钎焊接头。
(3)形成在电子部件的电极的焊锡合金的合金组成
形成在电子部件的电极的焊锡合金例如优选为Sn-Cu焊锡合金、Sn-Ag焊锡合金、Sn-Ag-Cu焊锡合金、Sn-Ag-Cu-Ni焊锡合金、Sn-Ag-Cu-Sb焊锡合金和Sn-Ag-Cu-Ni-Sb焊锡合金中的至少1种。
它们优选呈回流焊时不熔融的熔点，只要熔点(固相线温度)为200℃以上即可。
(4)各焊锡合金的熔点的温度差
形成在基板的电极的焊锡合金的熔点(液相线温度)与形成在电子部件的电极的焊锡合金的熔点(固相线温度)的温度差优选为30℃以上。只要为30℃以上，即使考虑温度控制的误差，形成在电子部件的电极的焊锡合金也不会熔融。熔点的温度差更优选为40℃以上，进一步优选为50℃以上。应予说明，液相线温度、固相线温度例如可以使用DSC进行测定。
3.在基板上搭载电子部件以使形成在基板的电极的焊锡合金与形成在电子部件的电极的焊锡合金接触的工序
接下来，在基板上搭载电子部件以使基板的电极与电子部件的电极接触。将形成有凸块的电子部件利用送料机构进行供给，利用部件搭载装置将电子部件搭载于基板。作为部件搭载装置的方式，例如可举出逐个进行装配的方式、线上进行装配的方式、多个进行装配的方式等。
4.使峰值加热温度为150～180℃并使上述峰值加热温度的保持时间为超过60秒且为150秒以下来加热基板的工序
(1)峰值加热温度
将搭载有电子部件的基板导入到回流焊炉中，使回流焊时的峰值加热温度为150～180℃来加热基板。该温度区域优选低于形成在电子部件的电极的焊锡合金的熔点。即，该温度区域优选为形成在基板的电极的焊锡合金熔融且形成在电子部件的电极的焊锡合金不熔融的温度区域。只要为该温度区域，就能够防止基板或电子部件的热损伤。另外，由于将加热温度抑制的较低，因此由基板、电子部件和焊锡合金的热膨胀率之差所带来的影响减小，能够抑制骤冷时的对钎焊接头的应力集中。
如果峰值加热温度小于150℃，则Bi相偏析而得不到微细组织，而且，熔融扩散不充分，因此电极与焊锡合金的接合、高熔点焊锡合金与低熔点焊锡合金的接合无法完成，有可能导致钎焊接头的断裂。另一方面，如果峰值加热温度超过180℃，则有可能导致对电子部件或基板的热损伤。因此，峰值加热温度优选为165～180℃。
(2)保持时间
峰值加热温度的保持时间为超过60秒且为150秒以下。以往，从缩短制造时间、减小成本的观点考虑，尽量将保持时间抑制为40秒左右。但是，在本实施方式中，通过利用以往尽量避免的长时间加热来确保了足够的熔融时间，因此能使组织均匀化，而且能够充分进行熔融扩散，从而提高了钎焊接头的连接可靠性。另外，在本实施方式的钎焊接合方法中，由于如前所述地将峰值加热温度抑制的较低，因此即便延长保持时间也能够在抑制接合界面的金属间化合物层生长的同时使焊锡合金的晶体粒径变微细。其结果，得到优异的连接可靠性。
保持时间为60秒以下则在凝固时Bi相偏析，而且熔融扩散不充分，因此接合无法完成。因此，如后所述地冷却速度较快时，因基板、电子部件和焊锡合金的热膨胀系数之差而使钎焊接头断裂。另一方面，保持时间超过150秒则制造时间变得过长，因而不优选。从可靠地进行熔融扩散且不损害生产率的观点考虑，峰值加热温度的保持时间更优选为90～120秒。
应予说明，为了除去膏中的溶剂，可以在将基板导入回流焊炉之前以50～100℃的范围的温度进行预热。
5.使加热后的冷却速度为3℃/秒以上来冷却基板而形成钎焊接头的工序
以加热后的冷却速度在3℃/秒以上的范围的方式将基板从加热温度冷却至室温。以往，回流焊后的冷却利用空冷进行，大致为1℃/秒左右的冷却速度。这是为了避免因基板、电子部件、焊锡合金的热膨胀系数之差所致的对钎焊接头的应力集中。但是，在本实施方式中，通过在回流焊炉中另外设置冷却机构来提高基板的冷却速度，从而能够抑制接合界面的金属间化合物层的生长，而且使Sn-Bi系低熔点焊锡合金中的Bi相变微细，抑制应力集中于接合界面和结晶界面，确保优异的连接可靠性。另外，由于降低了加热温度，因此即便在加热后骤冷，原来的因基板的热膨胀差所致的残留应力也减小，能够维持钎焊接头的优异的连接可靠性。
如果冷却速度小于3℃/秒，则到冷却为止需要时间，因此金属间化合物层会生长，而且Bi相变得粗大。另一方面，从冷却设备的观点考虑，冷却速度的上限优选为7℃/秒以下，更优选为5℃/秒以下，进一步优选为4℃/秒以下。
作为提高冷却速度的方法，没有特别限定，可以使用压缩机等以冷风对基板进行冷却，或者也可以将冷却介质按压于基板进行冷却，但从确保稳定的冷却速度的观点考虑，优选使用压缩机的冷却。
本实施方式的钎焊接合方法由于在低于以往的温度下进行接合，因此能够抑制对基板或电子部件的损伤。另外，还能够抑制回流焊炉的发热体的损伤，因此能够实现成本的减少。
6.钎焊接头
利用本实施方式的钎焊接合方法而形成的钎焊接头中，对其截面进行观察时，在基板电极侧的任意区域中，具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中的具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例平均优选为60％以上。在本实施方式中，着眼于低熔点焊锡合金的组织，通过如前所述地将加热条件和冷却条件设定在规定的范围来控制焊锡合金的组织，从而能够实现以往无法实现的优异的连接可靠性。因此，需要着眼于低熔点焊锡合金所必需的Bi相的面积。即，观察钎焊接头的截面时，相对于面积大且粗大的Bi相的数量，如果面积小且微细的Bi相的数量存在较多，则存在大量微细的Bi相，因此既实现了组织的微细化。
因此，在实现了Bi相的微细化的本实施方式中，即便施加较大应力，应力也得到分散，即便使用热膨胀率大为不同的基板和电子部件，也能够将应力缓和到不断裂的程度。
能够发挥这样的效果的钎焊接头需要为拥有大量具有0.5μm2以下的面积的Bi相的合金组织。为了更充分地发挥上述效果，具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中，具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例平均优选为60％以上，进一步优选为65％以上。
另外，本实施方式的钎焊接头可以在与电极的接合界面附近具有3～5μm的金属间化合物层。
实施例
1.钎焊接头的形成
将形成在基板的Cu电极上的焊锡合金组成与加热条件和冷却条件示于表1。本实施例中使用的基板为FR-4的玻璃布环氧树脂基板，电极直径为325μm，一边的长度为105mm，板厚为0.8mm。在其上搭载具备电极直径为450μm、一边的长度为20mm的Cu电极的电子部件(BGA)。形成在BGA(在表1中称为“器件”。)的电极的焊锡合金的合金组成如表1所示为SAC405(Sn-4Ag-0.5Cu(Ag：4％，Cu：0.5％，余量的Sn)，固相线温度：217℃)，使用直径为290μm的焊锡球而形成焊锡凸块。形成在基板的电极的焊锡合金的合金组成如表1所示。在表1的“合金组成”栏所记载的合金组成中，记载于元素前面的数字表示含量(质量％)，Bi、Cu、Ni以外的剩余部分为Sn。另外，利用DSC确认了基板侧的焊锡合金的液相线温度都低于BGA侧的固相线温度。Sn-58Bi的液相线温度为141℃，Sn-35Bi-0.5Cu-0.03Ni的液相线温度为184℃，Sn-70Bi-0.5Cu-0.03Ni的液相线温度为180℃。固相线温度和液相线温度是从利用TAInstruments Japan株式会社制的DSC(型号：Q2000)并在大气中以5℃/min升温而得到的DSC曲线求出的。
将含有该合金组成的焊锡合金粉末的钎焊膏在基板的电极上涂布100μm。然后，以表1中示出的条件对基板进行加热和冷却，形成厚度为200μm的钎焊接头。加热温度和冷却速度是通过对基板安装热电偶而测定的。
作为焊锡合金的冷却方法，在实施例和比较例5～6中是将加热后的基板的、与搭载有BGA的面相反的一侧的面按压于保冷剂进行骤冷，在比较例1～4中是将基板在大气中冷却。冷却速度是将热电偶抵接于基板而对冷却到室温为止的温度和时间进行测定求出的值。
2.钎焊接头的断裂面观察
对所形成的钎焊接头的断裂面，利用扫描式电子显微镜(日本电子株式会社制：JSM-5600LV)，在观察模式BEI下拍摄1000倍的SEM照片。从钎焊接头的接合界面附近区域任意选择128μm×96μm的3个区域，求出这3处的Bi相的面积。Bi相的面积是在SEM照片中，1个点为0.04μm2，将2个点以下作为噪声，将属于3个点的0.12μm2以上的白色部分判定为Bi相而求出的。在所求出的Bi相的面积中，具有0.5μm2以下的面积的部分为微细化的Bi相。测出在各区域中具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中的具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例，求出各自的平均值。
3.连接可靠性试验
使用像上述1.那样形成有钎焊接头的安装基板，在BGA的4角粘贴应变仪，随时监测其应变量的同时反复进行弯曲试验。为了评价弯曲试验的结果，测定BGA与基板之间的接合阻抗(Ω)，测出对该阻抗从初期值开始增加了10％以上的时刻的循环次数。
在搭载有所使用的电子部件(BGA)的安装基板中，将应变量1000μStrain下的弯曲次数为100000次循环设为最大弯曲循环次数，达到该最大弯曲循环次数时，可以判断为即便用于制品也不存在问题，因此评价为“○”。不足100000次循环时，评价为“×”。应予说明，弯曲试验是按照“IPC/JEDEC-9707Spherical Bend Test Method for board levelInterconnects，IPC/JEDEC-9707板面水平互联特性的球面弯曲测试方法”进行的。
将上述所测定的结果示于表1。
根据表1的结果可知，由实施例的回流焊曲线所形成的钎焊接头的具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中，具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例平均为60％以上。这表明通过加热后的骤冷，能够充分进行Bi相的微细化。在上述3.的反复弯曲试验中，得到了实现最大弯曲循环次数即100000次循环的结果。
另一方面，在比较例的条件下形成的钎焊接头仅得到了如下结果：具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中，具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例平均为低于60％。在上述3.的连接可靠性试验中，所有组成中，均在未达到100000次循环时阻抗提前增加10％以上而未能实现循环次数。
在比较例1～4中，由于冷却速度较慢，Bi相的微细化不充分，因此循环次数少。比较例5和比较例6中由于加热保持时间短，因此Bi相偏析，微细化度低，循环次数少。
将表1的结果的一部分抽取而示于图1。图1是表示改变加热后的温度曲线时的钎焊接头中的Bi含量与具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中的具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例的关系的图。图1的纵轴为具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中的具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例，横轴表示形成在基板的电极的焊锡合金中的Bi含量。对于具体的合金组成，“35Bi”为Sn-35Bi-0.5Cu-0.03Ni(实施例1和比较例1中使用的组成)，“58Bi”为Sn-58Bi(实施例2和比较例2中使用的组成)，“70Bi”为Sn-70Bi-0.5Cu-0.03Ni(实施例3和比较例3中使用的组成)。另外，“视野1”、“视野2”、“视野3”表示选自钎焊接头的断裂中的任意的3个区域，“Ave.”表示各合金组成中的值的平均。根据图1可知，在本实施例中，通过实现回流焊曲线的优化，从而无论焊锡合金组成如何，具有5μm2以下的面积的Bi相的个数的平均值中的具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数的平均值所占的比例，均呈较高的数值。
另外，示出如上所述而形成的钎焊接头的断裂面照片。图2表示变更形成在基板的电极的焊锡合金的合金组成和回流焊时的温度曲线而得到的钎焊接头中的各钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(a)为在比较例1的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(b)为在实施例1的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(c)为在比较例2的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(d)为在实施例2的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(e)为在比较例3的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(f)为在实施例3的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片。
图2中，白色部分为Bi相。如图2中的(b)、(d)和(f)所示，在实现了回流焊曲线的优化的实施例1～3中能够看到Bi相的微细化。另一方面，如图2中的(a)、(c)和(e)所示，在比较例1～3中，Bi相的面积较大，与实施例1～3相比整体上粗大。上述以外的实施例和比较例中也得到了同样的结果。如此，实施例1～3中，构成钎焊接头的焊锡合金的组织变微细而应力得到缓和，从而在反复弯曲试验中得到了超过100000次循环的结果。
如上所述，通过用本实施方式的钎焊接合方法来形成钎焊接头，能够减少基板或电子部件的热损伤，表现出优异的连接可靠性。

Claims (9)

1.一种钎焊接合方法，其特征在于，通过形成钎焊接头而将基板的电极与电子部件的电极进行接合，其中，
在所述基板的电极上形成熔点低于形成在所述电子部件的电极的焊锡合金的Sn-Bi系焊锡合金，
在所述基板上搭载所述电子部件以使形成在所述基板的电极的焊锡合金与形成在所述电子部件的电极的焊锡合金进行接触，
使峰值加热温度为150～180℃并使所述峰值加热温度的保持时间为超过60秒且为150秒以下而加热所述基板，
使加热后的冷却速度为3℃/秒以上而冷却所述基板，形成所述钎焊接头。
2.根据权利要求1所述的钎焊接合方法，其中，所述峰值加热温度低于形成在所述电子部件的电极的焊锡合金的熔点。
3.根据权利要求1或2所述的钎焊接合方法，其中，所述钎焊接头的具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中，具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例平均为60％以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的钎焊接合方法，其中，所述Sn-Bi系焊锡合金为Sn-Bi焊锡合金、Sn-Bi-Cu焊锡合金、Sn-Bi-Ni焊锡合金、Sn-Bi-Cu-Ni焊锡合金、Sn-Bi-Ag焊锡合金和Sn-Bi-Sb焊锡合金中的至少1种。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的钎焊接合方法，其中，所述Sn-Bi系焊锡合金的Bi含量以质量％计为Bi：30～80％。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的钎焊接合方法，其中，形成在所述电子部件的电极的焊锡合金为Sn-Cu焊锡合金、Sn-Ag焊锡合金、Sn-Ag-Cu焊锡合金、Sn-Ag-Cu-Ni焊锡合金、Sn-Ag-Cu-Sb焊锡合金和Sn-Ag-Cu-Ni-Sb焊锡合金中的至少1种。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的钎焊接合方法，其中，形成在所述基板的电极的焊锡合金的熔点与形成在所述电子部件的电极的焊锡合金的熔点的温度差为30℃以上。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的钎焊接合方法，其中，所述Sn-Bi系焊锡合金以质量％计为Bi：58％和余量的Sn。
9.一种钎焊接头，其特征在于，将基板的电极与电子部件的电极进行接合，
在所述基板的电极形成有熔点较低于形成在所述电子部件的电极的焊锡合金的Sn-Bi系焊锡合金，
所述钎焊接头的具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中，具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例平均为60％以上。
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