DE19750104A1 - Lötpaste für Chipkomponenten - Google Patents
Lötpaste für ChipkomponentenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lötpaste, die sich zur
Montage von Chipkomponenten auf einer gedruckten Schaltung
durch Reflow-Solder-Löten in einem Ofen eignet.
Im Hinblick auf die neuere Entwicklung, die Größe und das Ge
wicht elektronischer Geräte herabzusetzen, können elektroni
sche Vorrichtungen, die in elektronischen Geräten verwendet
werden, sehr kleine Abmessungen besitzen. So haben beispiels
weise Chipkomponenten, die als "1005" bezeichnet werden und
sich als passive Einrichtungen, wie Chipkondensatoren und
Chipwiderstände eignen, rechteckige Abmessungen von
1 mm×0,5 mm, was vor einem Jahrzehnt nicht erwartet werden konnte.
Chipkomponenten sind bekanntlich drahtlose elektronische Ein
richtungen, insbesondere passive elektronische Einrichtungen,
die sich für die Oberflächenmontagetechnologie eignen, wie
QFPs oder SOICs in aktiven Einrichtungen (IC-Baugruppen),
welche direkt auf der gedruckten Schaltung, welche metalli
sche Anschlußflächen aufweist, montiert werden, um die Elek
troden der Chipkomponenten mit den Anschlußflächen der ge
druckten Schaltung durch Lot zu verbinden.
Im allgemeinen umfassen die Lötverfahren, die bei elektroni
schen Einrichtungen angewendet werden können, das Lötkolben
löten, das Flow-Solder-Löten und das Reflow-Solder-Löten.
Das Lötkolbenlöten wird durch eine Bedienungsperson manuell
durchgeführt, welche einen Lötkolben und einen Lötdraht mit
einem Flußmittelkern in seinen Händen hält. Dieses Lötverfah
ren ist zum Löten von Chipkomponenten nicht geeignet, da eine
große Zahl von Chipkomponenten dicht auf der gedruckten
Schaltung mit winzigen Zwischenräumen zwischen den benachbar
ten Chipkomponenten montiert wird, welche zu klein sind, um
den Lötkolben zum Löten in diese Räume einzuführen. Darüber
hinaus ist die Produktivität des Lötkolbenlötens zu langsam,
da eine große Zahl von Chipkomponenten eine nach der anderen
auf der Schaltplatte montiert werden muß.
Das Flow-Solder-Löten wird ausgeführt, indem die Oberfläche
der gedruckten Schaltung mit geschmolzenem Lötmittel in Kon
takt gebracht wird. Bei diesem Lötverfahren kann eine große
Anzahl von Lötverbindungen mit einem einzigen Vorgang herge
stellt werden, woraus eine gute Produktivität resultiert.
Da die gedruckte Schaltung jedoch mit der zu lötenden Ober
fläche nach unten angeordnet ist, müssen die Chipkomponenten,
die direkt an der Schaltplatte montiert werden, daran vorher
mit einem Klebstoff fixiert werden. Das Flow-Solder-Lötverfahren
erfordert deshalb einen zusätzlichen aufwendigen
Schritt des Aufbringens des Klebstoffs an den Stellen der ge
druckten Schaltung, an denen die Chipkomponenten montiert
werden.
Falls eine große Anzahl von Chipkomponenten dicht mit kleinen
Räumen auf der Schaltplatte montiert wird, kann das Flow-
Solder-Löten darüberhinaus zu einem Lötdefekt, der als Brüc
kenbildung bezeichnet wird, führen, der aus der Adhäsion des
Lötmittels an der Schaltplatte resultiert, derart, daß be
nachbarte Chipkomponenten verbunden werden. Das Auftreten der
Brückenbildung auf gedruckten Schaltungen ist völlig unakzep
tabel, da sie zu einer Fehlfunktion des elektronischen Ge
räts, das diese Komponenten enthält, führt. Da das Flow-
Solder-Lötverfahren darüberhinaus dazu führt, daß die gesam
te untere Oberfläche der gedruckten Schaltung mit dem ge
schmolzenen Lötmittel in Kontakt gebracht wird, kann das Löt
mittel darüberhinaus an unerwünschten Stellen an der Oberflä
che haften, was zu einem Fehler aufgrund einer unerwarteten
elektrischen Verbindung führt.
Das Reflow-Solder-Löten wird typischerweise so durchgeführt,
daß eine Lötpaste verwendet wird, welche eine hochviskose
Paste ist, die durch ein gleichmäßiges Vermischen eines fei
nen Lötpulvers mit einem Flußmittel gebildet wird, welches
ein Fluid ist, das typischerweise Kolophonium oder ein ande
res organisches Harz, einen Aktivator, ein Lösungsmittel und
gegebenenfalls ein thixotropes Mittel enthält.
Die Lötpaste wird durch Siebdruck mit einer Metallmaske oder
einer Druckschablone an den Stellen auf der Oberfläche einer
gedruckten Schaltung aufgebracht, an denen die Chipkomponen
ten oder andere elektronische Einrichtungen montiert werden.
Die elektronischen Einrichtungen werden dann auf der aufge
brachten Lötpaste montiert und vorübergehend durch die Zähig
keit oder Haftung der aufgebrachten Lötpaste an Ort und Stel
le fixiert. Die gedruckte Schaltung mit den darauf montierten
elektronischen Einrichtungen wird dann erwärmt, üblicherweise
in einem Ofen, um das Lötpulver in der Paste zu schmelzen und
das Flußmittel zu entfernen, worauf gekühlt wird, um das ge
schmolzene Lötmittel zu verfestigen, wodurch Lötverbindungen
zwischen den montierten elektronischen Einrichtungen und der
Schaltplatte gebildet werden.
Da ausschließlich die Lötpaste an den gewünschten Stellen der
gedruckten Schaltung durch Drucken aufgebracht werden kann,
kann beim Reflow-Solder-Lötverfahren die Haftung des Lötmit
tels an unerwünschten Stellen der gedruckten Schaltung ver
mieden und das Auftreten einer Brückenbildung minimiert wer
den, woraus eine Verbesserung der Zuverlässigkeit des Lötens
resultiert.
Außerdem ist seine Produktivität gut, da keine Notwendigkeit
besteht, einen Klebstoff aufzubringen, bevor die elektroni
schen Einrichtungen auf der Schaltplatte montiert werden und
eine große Zahl von Lötverbindungen durch einen einzigen Vor
gang des Druckens und Erwärmens hergestellt werden kann. Im
Hinblick auf diese Vorteile werden gegenwärtig die meisten
Chipkomponenten und andere elektronische Einrichtungen durch
Reflow-Solder-Lötverfahren gelötet.
Die Pulverlötmittel, die in den herkömmlichen Lötpasten zum
Reflow-Solder-Löten verwendet werden, werden meistens aus ei
ner eutektischen Lötlegierung gebildet, die eine Legierungs-Zusammensetzung
aufweist, die der eutektischen Sn-Pb-Legierung
(61,9% Sn-39,1% Pb) entspricht oder nahekommt, bei
spielsweise eine Zusammensetzung, die aus etwa 63% Sn und et
wa 37% Pb besteht. Die eutektischen Lötlegierungen weisen ei
ne eutektische Temperatur (bei der die Solidus-Temperatur die
gleiche wie die Liquidus-Temperatur ist) von etwa 183°C auf,
die die niedrigste Schmelztemperatur von Lötlegierungen auf
Sn-Pb-Basis darstellt.
Eine Löttemperatur (Löthöchsttemperatur) von etwa 50°C über
der Liquidus-Temperatur der Lötlegierung wird im allgemeinen
als am geeignetsten angesehen. Beim Reflow-Solder-Löten wird
die gesamte gedruckte Schaltung in einem Ofen erwärmt, wo
durch die elektronischen Einrichtungen, die auf der Schal
tungsplatte montiert sind, unvermeidbar der gleichen Tempera
tur wie die Lötpaste ausgesetzt werden. Um die Wärmeeinwir
kung auf die elektronischen Einrichtungen bei dem Erwärmungs
schritt zu minimieren, ist die Verwendung einer Lötlegierung
mit einer möglichst niedrigen Liquidus-Temperatur zu empfeh
len, um die Löttemperatur herabzusetzen. Aus diesem Grunde
werden die oben beschriebenen eutektischen Lötlegierungen
nach dem Stand der Technik am häufigsten beim Reflow-Solder-Löten
verwendet.
Wenn die eutektische Lötlegierung verwendet wird, um Chipkom
ponenten durch Reflow-Solder-Löten zu löten, tritt jedoch
häufig die sogenannte "Grabstein"(tombstoning)-Bildung, die
auch als "Manhattan-Phänomen" bezeichnet wird, auf, also ein
Phänomen, bei dem eine Chipkomponente sich von der gedruckten
Schaltung an einem Ende löst, während sie an dem gegenüber
liegenden Ende mit der Schaltplatte verbunden bleibt, wodurch
sich das eine Ende hebt und die Chipkomponente eine mehr oder
weniger vertikale Orientierung einnimmt. Die "Grabstein"-Bildung
wird durch den Zeitunterschied hervorgerufen, bei dem
die Lötpaste an gegenüberliegenden Enden während der Erwär
mung in einem Ofen schmilzt. Wenn die Lötpaste, die an einer
ersten Elektrode haftet, die an einem Ende der Chipkomponente
angeordnet ist, früher schmilzt als die Lötpaste, die an der
zweiten Elektrode haftet, die an dem gegenüberliegenden Ende
der Chipkomponente angeordnet ist, bewirkt nämlich die zuerst
schmelzende Lötpaste, daß die erste Elektrode durch die
Oberflächenspannungskraft des geschmolzenen Lötmittels nach
unten gezogen wird. Dies führt dazu, daß das gegenüberlie
gende Ende der Chipkomponente, an dem die zweite Elektrode
angeordnet ist, sich von der Schaltplatte löst und sich in
Richtung einer aufrechten Position hebt, da die Lötpaste, die
an der zweiten Elektrode haftet, nicht geschmolzen worden ist
und keine Zugkraft auf die zweite Elektrode ausgeübt wird.
Die "Grabstein"-Bildung kann durch Kontrolle der Phasen ver
hindert werden, die während des Übergangs der Lötlegierung
von der flüssigen Phase in die feste Phase auftreten. In der
offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 5-212580 (1993)
wird zur Verhinderung der "Grabstein"-Bildung beim Reflow-
Solder-Löten von Chipkomponenten eine "Doppelpeak"-Lötlegierung
vorgeschlagen, die zwei Peaks in einer
DSC(differential scanning calorimeter)-Kurve aufweist. Dop
pelpeak-Lötlegierungen, die in dieser Patentanmeldung be
schrieben werden, umfassen solche Legierungen, wie Sn-3%Ag-
1%Cu-4%Pb, Sn-10%Zn-4%Pb, Sn-5%Pb-1,2%Ag und Sn-10%Pb-1,2%Ag,
wobei sich alle Prozentangaben auf das Gewicht beziehen.
Die DSC-Kurve einer eutektischen Sn-Pb-Lötlegierung (63%
Sn-Pb) ist in Fig. 2 dargestellt. Wie aus dieser Figur ersicht
lich, erscheint in der DSC-Kurve nur ein einziger Peak, und
der Bereich zwischen den Solidus- und Liquidus-Temperaturen,
d. h. der Erstarrungstemperaturbereich, ist relativ schmal.
Obgleich die vorstehend beschriebenen Doppelpeak-Lötlegierungen
einen beträchtlichen Effekt zur Verhinderung
der "Grabstein"-Bildung besitzen, haben sie eine hohe Liqui
dus-Temperatur, die 200°C überschreitet. Die Löttemperatur,
die die tatsächliche Temperatur ist, bei der das Löten durch
geführt wird, sollte daher 250°C oder mehr betragen, was je
doch zu einer thermischen Beschädigung der Chipkomponenten
oder anderer elektronischer Einrichtungen, die auf der
Schaltplatte montiert sind, führen kann. Darüberhinaus besit
zen diese Doppelpeak-Legierungen den weiteren Nachteil, daß
ihre Löteigenschaften etwas schlechter sind als die der eu
tektischen Lötlegierungen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lötpaste bereitzustellen,
die sich für das Reflow-Solder-Löten von Chipkomponenten eig
net und mit der das Problem der Grabstein-Bildung eliminiert
wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dar
in, eine Lötpaste bereitzustellen, die gute Löteigenschaften
besitzt und eine Lötpulverlegierung mit einer Liquidus-Temperatur
unter 200°C enthält, um thermische Beschädigungen
der elektronischen Einrichtungen während des Reflow-Solder-Lötens
zu minimieren.
Es ist nunmehr festgestellt worden, daß eine Doppelpeak-Lötlegierung
mit einem großen Erstarrungstemperaturbereich,
die die Grabsteinbildung verhindert, durch Zusatz geringer
Mengen an Ag und Sb zu einer Lötlegierung erhalten werden
kann, die eine Zusammensetzung nahe einer eutektischen Lötle
gierung besitzt, welche gute Löteigenschaften aufweist.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Lötpaste zur Ver
wendung beim Reflow-Solder-Löten von Chipkomponenten bereit
gestellt, welche ein Lötpulver enthält, das mit einem visko
sen Flußmittel vermischt ist, wobei das Lötpulver eine Zusam
mensetzung aufweist, die im wesentlichen, auf das Gewicht be
zogen, aus 60-65% Sn, 0,1-0,6% Ag, 0,1-2% Sb und Pb als Rest
besteht.
Wie vorstehend beschrieben, wird mit "Doppelpeak-Lötlegierung"
eine Legierung mit zwei exothermen Peaks zwi
schen den Liquidus- und Solidus-Temperaturen in deren
DSC-Erwärmungskurve bezeichnet. Bei den Peak-Temperaturen treten
einige Phasenumwandlungen auf.
Fig. 1 ist eine DSC(differential scanning calorimetry)-Kurve
einer Lötlegierung, die in einem erfindungs
gemäßen Beispiel verwendet wird; und
Fig. 2 eine DSC-Kurve einer eutektischen Lötlegierung, die
in einer herkömmlichen Lötpaste verwendet wird.
Die Lötpaste nach der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Löt
pulver dem ein viskoses Flußmittel zugemischt ist, wobei das
Lötpulver eine Legierungszusammensetzung aufweist, die im we
sentlichen, auf das Gewicht bezogen, aus 60-65% Sn, 0,1-0,6%
Ag, 0,1-2% Sb und Pb als Rest besteht.
Da die Legierungszusammensetzung des Lötmittels der einer eu
tektischen Lötlegierung nahekommt, weist sie eine niedrige
Liquidus-Temperatur von 200°C oder weniger und gute Löteigen
schaften auf; wodurch das Reflow-Solder-Löten ohne thermische
Beschädigung der elektronischen Komponenten durchgeführt wer
den kann. Die Liquidus-Temperatur der Lötlegierung liegt vor
zugsweise im Bereich von 184 bis 195°C. Durch Zugabe einer
geringen Menge von Ag und Sb in Kombination weist die Lötle
gierung einen Doppelpeak in ihrer DSC-Kurve auf, und der Er
starrungstemperaturbereich ist groß genug, um eine Grabstein-Bildung
der Chipkomponenten während des Reflow-Solder-Lötens
zu verhindern. Der Erstarrungstemperaturbereich beträgt vor
zugsweise wenigstens 5°C, und besonders bevorzugt wenigstens
8°C.
Falls der Sn-Gehalt weniger als 60% oder mehr als 65% be
trägt, weist die Lötpaste eine Liquidus-Temperatur von mehr
als 200°C auf und ihre Löteigenschaften werden nachteilig be
einflußt. Vorzugsweise beträgt der Sn-Gehalt 61-64% und be
sonders bevorzugt 61-63%.
Falls die Lötlegierung einen Ag-Gehalt von weniger als 0,1%
oder mehr als 0,6% besitzt, verschwinden die Doppelpeaks in
der DSC-Kurve, und die Wirkung der Lötpaste, den Grabstein-Effekt
zu verhindern, geht verloren. Der Ag-Gehalt beträgt
vorzugsweise 0,2-0,5% und besonders bevorzugt 0,3-0,5%.
Falls die Lötlegierung einen Sb-Gehalt von weniger als 0,1%
aufweist, ist der Erstarrungstemperaturbereich nicht groß ge
nug, um die Grabstein-Bildung zu verhindern. Falls der
Sb-Gehalt mehr als 2% beträgt, weist die Lötlegierung eine Li
quidus-Temperatur oberhalb 200°C auf, so daß ein Hochtempe
raturlöten oberhalb 250°C erforderlich ist, wodurch die elek
tronischen Einrichtungen nachteilig beeinflußt werden. Dar
überhinaus werden die Löteigenschaften der Lötpaste beein
trächtigt. Der Sb-Gehalt beträgt vorzugsweise 0,1-1% und be
sonders bevorzugt 0,1-0,5%.
Eine Lötpaste kann durch Mischen des Lötpulvers mit einem
viskosen Flußmittel in herkömmlicher Weise hergestellt wer
den. Das Lötpulver weist normalerweise eine Teilchengröße
zwischen 100 und 400 mesh auf. Ein solches Lötpulver kann
durch Verdüsen mit einem Inertgas (z. B. Argon- oder Stick
stoff-Gas) oder durch Zentrifugalsprühen hergestellt werden.
Das viskose Flußmittel, das dem Lötpulver zugemischt wird,
kann entweder ein nicht wasserlösliches Flußmittel oder ein
wasserlösliches Flußmittel sein. Ein typisches nicht wasser
lösliches Flußmittel ist ein Flußmittel auf Kolophonium-Basis,
aber andere nicht wasserlösliche Flußmittel können
ebenso verwendet werden. Das Kolophonium kann entweder poly
merisiertes oder unpolymerisiertes Kolophonium sein. Das
Flußmittel umfaßt normalerweise ein Basismaterial, wie Kolo
phonium, eine geringe Menge Aktivator und gegebenenfalls ein
Thixotropie-Mittel in dem Lösungsmittel. Beispiele für den
Aktivator für das Kolophonium umfassen Amin-Hydrohalid-Salze,
Amin-organische Säure-Salze und organische Säuren. Beispiele
für das Thixotropie-Mittel umfassen ein hydriertes Castor-Öl.
Das Lösungsmittel für nicht wasserlösliche Flußmittel kann
Glycolether, niedrige Alkohole und Terpen umfassen.
Die Anteile des Lötpulvers und des Flußmittels werden so ge
wählt, daß ein Gemisch entsteht, das eine zum Drucken geeig
nete Konsistenz besitzt. Im allgemeinen liegt das Verhältnis
des Lötpulvers zu dem Flußmittel in dem Bereich von 80 : 20 bis
95 : 5, und bevorzugt von 85 : 15 bis 92 : 8.
Die Lötpaste kann auf bestimmten Stellen der gedruckten
Schaltung durch Siebdrucken aufgebracht werden. Nachdem die
elektronischen Einrichtungen auf der aufgebrachten Lötpaste
montiert worden sind, wird die Schaltplatte in einem Reflow-Ofen
erwärmt, um die Lötlegierung zu schmelzen, wodurch die
elektronischen Einrichtungen an die Schaltplatte gebunden
werden. Die Höchsttemperatur an der Oberfläche der Schaltung
liegt beim Erwärmen vorzugsweise unter 250°C und besonders
günstig etwa 50°C über der Liquidus-Temperatur der Lötlegie
rung in der Paste.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der
Erfindung. Sie sind in jeder Hinsicht als beispielhaft und
keinesfalls als einschränkend anzusehen. In den Beispielen
sind alle Teile und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen,
falls nichts anderes angegeben ist.
Ein Lötpulver mit einer Legierungszusammensetzung von 62%
Sn-0, 4%Ag-0,2%Sb-Pb (Pb: Rest) wird durch Inertgas-Versprühen
hergestellt, und gesiebt, um die Teilchen zu sammeln, die ei
nen Durchmesser von 20 bis 40 µm besitzen.
Neunzig (90) Teile eines Lötpulvers werden mit 10 Teilen ei
nes viskosen Flußmittels vermischt, das folgende Zusammenset
zung aufweist, um eine Lötpaste mit einer hohen Viskosität zu
erhalten.
60% polymerisiertes Kolophonium
1% Diethylaminhydrochlorid (Aktivator)
5% hydriertes Castor-Öl (Thixotropie-Mittel)
34% Butylcarbitol (Lösungsmittel).
1% Diethylaminhydrochlorid (Aktivator)
5% hydriertes Castor-Öl (Thixotropie-Mittel)
34% Butylcarbitol (Lösungsmittel).
Die Lötpaste wird mit einem vorgegebenen Muster auf eine ge
druckte Schaltung durch Siebdruck mit einer Metallmaske auf
getragen, und 100 Teile von 1005-Typ-Chip-Kondensatoren wer
den auf der aufgebrachte Lötpaste montiert. Die gedruckte
Schaltung wird dann in einem Reflow-Ofen zur Durchführung des
Lötens erwärmt. Das Temperaturprofil des Reflow-Ofens besteht
aus einer Vorerwärmung für 90 Sekunden bei einer solchen Tem
peratur, daß die gedruckte Schaltung eine Oberflächentempe
ratur von 150°C aufweist, gefolgt von einer Haupterwärmung
unter solchen Bedingungen, daß die Oberflächentemperatur der
Schaltung 30 Sekunden bei 200°C oder darüber liegt, mit einer
Höchsttemperatur von 220-230°C.
Nach dem Löten werden die gelöteten Chipkondensatoren visuell
auf Grabstein-Bildung überprüft. An keinem der gelöteten
Chipkondensatoren wurde eine Grabstein-Bildung festgestellt.
Die DSC-Kurve der in diesem Beispiel verwendeten Lötlegierung
(62%Sn-0,4%Ag-0,2%Sb-Pb) ist in Fig. 1 dargestellt. Wie aus
dieser Figur ersichtlich, treten die Liquidus- und Solidus-Temperaturen
bei 177°C bzw. 185°C auf, um einen Erstar
rungstemperaturbereich von 8°C zu bilden. Es sind zwei Peaks
zwischen den Liquidus- und Solidus-Temperaturen vorhanden.
Der erste niedrigere Peak tritt bei 178°C auf, und der zweite
höhere Peak ist bei 181°C festzustellen. Ein zusätzlicher
Phasenumwandlungspunkt erscheint bei einer Temperatur knapp
unterhalb der Solidus-Temperatur, wodurch der Erstarrungstem
peraturbereich zwischen der Liquidus- und Solidus-Temperatur
weiter ausgedehnt wird.
Die Löteigenschaften der Lötpaste wurden durch Auftragen ei
ner gegebenen Menge der Lötpaste auf die Oberfläche einer 30
mm-Quadrat-Kupferplatte getestet. Die Kupferplatte wurde auf
eine Höchsttemperatur von 50°C oberhalb der Liquidustempera
tur der Lötlegierung erwärmt. Das Aussehen des Lots auf der
Kupferplatte nach der Erwärmung wurde visuell überprüft und
wie folgt bewertet:
Gut: Ausreichende Benetzung und Verlaufen des Löt mittels;
Günstig: Teilweise Benetzung und Verlaufen des Lötmit tels;
Schlecht: Geringe Benetzung und Verlaufen des Lötmit tels.
Gut: Ausreichende Benetzung und Verlaufen des Löt mittels;
Günstig: Teilweise Benetzung und Verlaufen des Lötmit tels;
Schlecht: Geringe Benetzung und Verlaufen des Lötmit tels.
Die Testergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammen mit der Le
gierungszusammensetzung des Lötpulvers und dessen verschiede
nen Behandlungstemperaturen angegeben.
Lötpasten, die Lötpulver enthalten, die die in Tabelle 1 an
gegebene Zusammensetzung aufweisen, wurden hergestellt und in
der gleichen Weise wie in Beispiel 1 getestet. Die Lötlegie
rung im Vergleichsbeispiel 1 war eine herkömmliche eutekti
sche Legierung, während die der Vergleichsbeispiele 2 bis 5
Lötlegierungen nach dem Stand der Technik waren, die in der
offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 5-212580 (1993)
beschrieben sind. Die Solidus- und Liquidus-Temperaturen und
die Peaktemperaturen zwischen den Solidus- und Liquidustempe
raturen dieser Legierungen sowie die Testergebnisse sind in
der Tabelle 1 ebenfalls angegeben.
Tabelle 1
Die eutektische Lötlegierung, die im Vergleichsbeispiel 1
verwendet wird, hat einen einzigen Peak bei 183°C und führt
zur Grabstein-Bildung beim Reflow-Solder-Löten. Die anderen
Vergleichslötlegierungen, die in den Vergleichsbeispielen 2
bis 5 verwendet werden, hatten demgegenüber Doppelpeaks zwi
schen den Solidus- und Liquidus-Temperaturen und führten
nicht zur Grabstein-Bildung. Jede dieser Legierung hatte je
doch eine Liquidus-Temperatur von mehr als 200°C, wodurch die
Löteigenschaften beeinträchtigt werden.
Im Gegensatz dazu weisen alle Lötlegierungen, die in den Bei
spielen 1 bis 6 verwendet werden, Doppelpeaks und eine Liqui
dus-Temperatur unterhalb 200°C auf. Demzufolge tritt keine
Grabstein-Bildung beim Reflow-Solder-Löten auf, wenn diese
Lötlegierungen verwendet werden, und ihre Löteigenschaften
sind gut.
Claims (5)
1. Verwendung einer Lötpaste, die ein Lötpulver enthält,
das mit einem viskosen Flußmittel vermischt ist, zum
Reflow-Solder-Löten von Chipkomponenten, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Lötpulver eine Legierungszusam
mensetzung aufweist, die, auf das Gewicht bezogen, im
wesentlichen aus 60-65% Sn; 0,1-0,6% Ag; 0,1-2% Sb und
Pb als Rest besteht.
2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Legierungszusam
mensetzung des Lötpulvers einen Sn-Gehalt von 61-64%
aufweist.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Legie
rungszusammensetzung des Lötpulvers einen Ag-Gehalt von
0,2-0,5% aufweist.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die
Legierungszusammensetzung des Lötpulvers einen
Sb-Gehalt von 0,1-1% aufweist.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das
Reflow-Solder-Löten durch Erwärmung in einem Ofen auf
eine Höchsttemperatur von weniger als 250°C durchge
führt wird.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19728014A1 (de) * | 1997-07-01 | 1999-01-07 | Zentrum Fuer Material Und Umwe | Verfahren zum Weichlöten von Metallen und Weichlot zur Ausführung dieses Verfahrens |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB9903552D0 (en) * | 1999-02-16 | 1999-04-07 | Multicore Solders Ltd | Reflow peak temperature reduction of solder alloys |
JP3753168B2 (ja) | 1999-08-20 | 2006-03-08 | 千住金属工業株式会社 | 微小チップ部品接合用ソルダペースト |
US6783057B2 (en) | 2000-10-18 | 2004-08-31 | Indium Corporation Of America | Anti-tombstoning solder alloys for surface mount applications |
DK2147740T3 (en) | 2001-03-01 | 2015-08-03 | Senju Metal Industry Co | Lead-free solder paste |
US20030221748A1 (en) * | 2002-05-30 | 2003-12-04 | Fry's Metals, Inc. | Solder paste flux system |
US20050100474A1 (en) * | 2003-11-06 | 2005-05-12 | Benlih Huang | Anti-tombstoning lead free alloys for surface mount reflow soldering |
US7070088B2 (en) * | 2004-03-09 | 2006-07-04 | Texas Instruments Incorporated | Method of semiconductor device assembly including fatigue-resistant ternary solder alloy |
US7749336B2 (en) * | 2005-08-30 | 2010-07-06 | Indium Corporation Of America | Technique for increasing the compliance of tin-indium solders |
US20070071634A1 (en) * | 2005-09-26 | 2007-03-29 | Indium Corporation Of America | Low melting temperature compliant solders |
US7780801B2 (en) | 2006-07-26 | 2010-08-24 | International Business Machines Corporation | Flux composition and process for use thereof |
KR20090032207A (ko) * | 2007-09-27 | 2009-04-01 | 삼성전기주식회사 | 질화갈륨계 발광다이오드 소자 |
CN104107989A (zh) * | 2014-06-23 | 2014-10-22 | 上海嘉浩新材料科技有限公司 | 一种高温半导体固晶焊锡膏及其制备方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56144893A (en) * | 1980-04-11 | 1981-11-11 | Senjiyu Kinzoku Kogyo Kk | Solder alloy for fitting lead on silver electrode |
GB8628916D0 (en) * | 1986-12-03 | 1987-01-07 | Multicore Solders Ltd | Solder composition |
GB2201545B (en) * | 1987-01-30 | 1991-09-11 | Tanaka Electronics Ind | Method for connecting semiconductor material |
JP2807008B2 (ja) * | 1989-12-29 | 1998-09-30 | 田中電子工業株式会社 | 熱疲労特性に優れたPb合金ろう |
US5064481A (en) * | 1990-05-17 | 1991-11-12 | Motorola, Inc. | Use or organic acids in low residue solder pastes |
JPH0734997B2 (ja) * | 1991-04-04 | 1995-04-19 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | 金属化構造体 |
EP0652072A1 (de) * | 1993-11-09 | 1995-05-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Weichlot |
-
1996
- 1996-11-14 JP JP8316883A patent/JPH10146690A/ja active Pending
-
1997
- 1997-11-12 DE DE19750104A patent/DE19750104B4/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-11-13 MY MYPI97005429A patent/MY127928A/en unknown
- 1997-11-14 US US08/970,203 patent/US6050480A/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-11-14 GB GB9724151A patent/GB2319258B/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19728014A1 (de) * | 1997-07-01 | 1999-01-07 | Zentrum Fuer Material Und Umwe | Verfahren zum Weichlöten von Metallen und Weichlot zur Ausführung dieses Verfahrens |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
MY127928A (en) | 2006-12-29 |
GB2319258A (en) | 1998-05-20 |
DE19750104B4 (de) | 2005-12-08 |
JPH10146690A (ja) | 1998-06-02 |
GB2319258B (en) | 2000-03-01 |
US6050480A (en) | 2000-04-18 |
GB9724151D0 (en) | 1998-01-14 |
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