CN1313993A - 电子部件、安装该电子部件的电子装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有利于地球环境的、电子部件的外部端子和印刷电路板的电路图案之间的接合可靠性提高的电子部件。还提供安装这种电子部件的电子装置及其制造方法。本发明的电子部件具有在其最外层有Sn－Cu合金层的引线或在最外层有Sn－Cu合金层的外部端子。本发明的电子装置的制造方法,是在印刷电路板的电路图案上用Sn－Cu合金层电气连接上述电子部件。

Description

电子部件、安装该电子部件的电子装置及其制造方法
本发明涉及电子部件、安装该电子部件的电子装置及其制造方法。更具体地，本发明涉及有利于地球环境的电子部件、安装该电子部件的电子装置及其制造方法。
近年来，作为改善地球环境污染的对策之一，消除电视机显像管和磁带录像机等各种电子装置中的铅等有害物质以保护环境的活动十分活跃。
在这种形势下，为了取代现在的电子装置安装等之中广泛使用的Sn-Pb系共晶焊料，对Sn-Bi、Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Cu系构成的不含铅的焊料的研究、开发与实用化正积极地进行着。在这些不含铅的焊料中，尤其是作为在流动浸渍型焊接装置中使用的焊料，Sn-Cu系共晶合金引人瞩目。Sn-Cu系共晶合金在经济性、接合部分的机械和电气特性方面可望有大的提高。
另一方面，在使用Sn-Cu系共晶合金的流动浸渍型焊接中，采用在印刷电路板上搭载的电子部件的外部端子的表层上镀有Sn-Pb或Sn。作为对应于电子部件的外部端子的无铅化，也考虑使用进行Sn-Bi镀和Sn-Ag镀的电子部件。
但是，若在熔融的Sn-Cu共晶合金中混有Pb、Bi、Ag和Zn等其它金属后，长期放置时，会在印刷电路板的电路图案与Sn-Cu合金层的界面处发生剥离，存在电子装置可靠性下降的问题。这种剥离现象也可称作脱落(Lift-off)。
另外，对于在电子部件的外部端子上不含有Sn以外的其它金属的镀Sn的电子部件，因其使用方法会出现毛刺，恐怕会有电路短路的问题。
本发明正是为了解决上述现有技术中的问题而提出的，目的在于提供一种对地球环境有利的、电子部件的外部端子和印刷电路板的电路图案之间的接合可靠性提高的电子部件。而且本发明的目的还在于提供安装该电子部件的电子装置及其制造方法。
本发明是在电子部件的外部接线端子的表面上设置Sn-Cu合金层。其特征在于上述Sn-Cu合金层中的铜浓度为0.5～3％。另外，本发明的电子装置使用本发明的电子部件，用Sn-Cu共晶合金实现电路图案的连接。
图1是本发明的一个实施方案的电子装置的剖视图。
下面，参照附图说明本发明的一个实施方案的电子装置。
图1是本发明的一个实施方案的电子装置的剖视图。
图1中，在以酚醛纸基板、环氧玻璃基板等作为基板的印刷电路板1上，形成以预定图案蚀刻铜箔所得到的电路图案2。印刷电路板1具有可插入由电阻器、电容器、线圈等构成的第一电子部件3的外部端子，即引线4的贯通孔5。
引线4是在由铁或铜构成的金属线上，夹着由镍或铜等构成的金属镀层，在表层具有Sn-Cu合金层。另外，由电阻器、电容器、线圈等构成的无引线的表面安装型第二电子部件6的外部端子7，是在银和玻璃的烧结体表面上，夹着镍等的阻挡金属层，在最外层上有Sn-Cu合金层。
这些表面上的合金层可以用多种方法形成，一般地说，用电镀法结构简单、成本低廉。用电镀法还可以容易地控制最外层的合金组成。
在本实施方案中，该引线4和外部端子7的最外层的Sn-Cu合金层含有0.5～3％的铜。
表1示出“Cu含量和毛刺出现和焊料浸润性”与Sn-Cu合金中Cu浓度的关系。表中的“毛刺出现”的判定如下进行。即，将镀有Sn-Cu合金的引线4弯曲180°，在60℃、95％RH的条件下放置1000小时，观察弯曲部分的表面。通过上述观察，将出现50μm以上的Sn的针状突起的场合判定为“X”，除此之外判定为“0”。
“焊料浸润性”的判定是，将镀有Sn-Cu合金的引线4和第二电子部件在60℃、95％RH条件下放置168小时，将其浸入溶解有Sn-Cu的焊料槽中，用接近零的计时器(zero close timer)测量，在上述浸入试验中，计时器为3秒以上为“X”，除此之外为“0”。
表1
合金中的Cu浓度(％) 0  0.3  0.5  1.0  3.0  5.0
有无毛刺出现 5/10  3/10  0/10  0/10  0/10  0/10
焊料浸润性 0  0  0  0  0  X
试验条件：
Sn-Cu焊料温度：255℃
浸渍速度：5mm/sec(1mm/sec)
浸渍深度：2mm(0.1mm)
助熔剂(flux)：松香系列活性助熔剂
测量装置：日本(株)レスカ社制SAT-5000
从表1可看出，作为引线4和第二电子部件的外部端子7的最外层的Sn-Cu合金层，Cu含量为0.5～3％的Sn-Cu合金层不发生毛刺，焊料浸润性良好。
另外，电子部件3的引线4和第二电子部件的外部端子7，在印刷电路板1的电路图案2上，通过Sn-Cu共晶合金层8电气连接。在焊接时，上述引线4或外部端子7浸在约250℃的熔融的Sn-Cu共晶合金中。
下面，说明上述构造的电子装置的制造方法。
首先，对具有贯通孔5的印刷电路板1上以预定图案蚀刻铜箔形成电路图案2。
然后，向贯通孔5插入具有第一电子部件3的Sn-Cu合金层的引线4，同时，根据需要用粘合剂等固定带有在预定位置具有Sn-Cu合金层的外部端子7的第二电子部件6。
最后，将印刷电路板1浸入熔融的不含铅的Sn-Cu共晶合金中，通过流动浸渍法把第一电子部件3的引线4和第二电子部件6的外部端子7和印刷电路板的电路图案2电气接合起来。这种接合是通过Sn-Cu共晶合金层8实现的。此时，由于第一电子部件3的引线4和第二电子部件6的外部端子7的最外层都用本实施方案的Sn-Cu合金层覆盖，连接用的Sn-Cu共晶合金层8和界面上不存在杂质金属。由此，可以获得电子部件和电路图案之间的稳定连接。
另外，在上述说明中，作为焊接方法，以用流动浸渍法制造电子装置为例进行了描述。但只要是被安装的电子部件是表面安装型部件，其外部端子表面被具有本发明的成分的Sn-Cu合金层覆盖，当然也可以采用使用Sn-Cu合金的回流焊接法。
另外，在上述说明中，以使用Sn-Cu合金为例进行了说明。但在制造电子装置时，根据条件不同，当然也可以使用非共晶成分的Sn-Cu合金。
如上所述的本发明的电子部件，由于在外部端子表面具有含一定铜浓度的Sn-Cu合金层，在通过在熔融Sn-Cu合金中用流动浸渍法进行印刷电路板的接合时，在Sn-Cu合金中不会有杂质金属溶出。由此，在接合界面不存在杂质金属，可以实现连接状态稳定、电子装置的安全性提高的效果。而且由于本发明的电子部件在其外部接线端子的表面上具有含合适铜浓度的Sn-Cu合金层，保存可靠性优良。
根据本发明，可以提供不使用对地球环境有害的铅等金属、可靠性优良的电子装置，在产业应用上有很大的价值。

Claims (8)

1．一种电子部件，其特征在于：在其外部接线端子表面上设有Sn-Cu合金层。
2．如权利要求1所述的电子部件，其特征在于：所述Sn-Cu合金层含有0.5～3％的Cu。
3．一种电子装置，其特征在于：包括印刷电路板、以及搭载在上述印刷电路板上的其外部接线端子表面具有Sn-Cu合金层的电子部件，所述电子部件的外部接线端子和所述印刷电路板的电路图案之间通过不含铅的Sn-Cu系合金电气接合。
4．如权利要求3所述的电子装置，其特征在于：所述外部接线端子表面的Sn-Cu合金层含有0.5～3％的铜。
5．如权利要求3所述的电子装置，其特征在于：连接所述电子部件的外部接线端子和所述印刷电路板的电路图案的Sn-Cu系合金是Sn-Cu共晶合金。
6．一种电子装置的制造方法，其特征在于包括：
在电子部件的外部接线端子表面通过电镀形成Sn-Cu合金层的工序；和
在印刷电路板上搭载所述电子部件，用不含铅的Sn-Cu系合金将所述电子部件的外部接线端子和所述印刷电路板的电路图案电气接合的工序。
7．如权利要求6所述的电子装置的制造方法，其特征在于：所述外部接线端子的表面的Sn-Cu合金层含有0.5～3％的铜。
8．如权利要求6所述的电子装置的制造方法，其特征在于：连接所述电子部件的外部接线端子和所述印刷电路板的电路图案的Sn-Cu系合金是Sn-Cu共晶合金。
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