DE60033552T2

DE60033552T2 - Lötmittel, lötpaste und lötverfahren

Info

Publication number: DE60033552T2
Application number: DE60033552T
Authority: DE
Inventors: Minoru Takaya; Hisayuki Abe
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2020-10-06
Also published as: ATE408475T1; EP1231016B1; DE60040311D1; EP1231016A4; EP1762329A1; DE60033552D1; ATE354451T1; US6915944B1; EP1231016A1; TW527253B; WO2001024968A1; EP1762329B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lötflussmittel, eine Lötpaste, eine Elektronikkomponentenvorrichtung, ein elektronisches Schaltungsmodul, eine elektronische Schaltungsvorrichtung und ein Lötverfahren.
STAND DER TECHNIK
Ein Flussmittel wird im Stand der Technik verwendet, um eine Komponente auf einer Komponentenmontageplatine zu verlöten. Die Hauptfunktion des Flussmittels ist es, die Benetzbarkeit des Lots zu verbessern, indem der Oxidfilm entfernt wird, der an einem Metallleiter gebildet wird, der sowohl an der Komponentenmontageplatine als auch der Oberfläche des Metalls besteht, welches an der Komponente verlötet werden soll. Unter den Flussmitteln, die im Stand der Technik verwendet werden, sind die am besten bekannt, die Harz als den primären Bestandteil enthalten. Harz enthält eine Karbonsäure, wie beispielsweise eine Abietinsäure oder eine Levopimarsäure (Englisch: "levopimeric acid"), wobei die Carboxylgruppe den Oxidfilm an der Oberfläche des zu lötenden Metalls entfernt.
Verschiedene Additive, wie z. B. Lösungsmittel, Weichmacher und Thixotropiermittel werden normalerweise in einem Flussmittel vermischt, um die Bedruckbarkeit zu verbessern und die Retentionsstärke zu erhöhen. Z. B. zeigt die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 1999-121915 ein Flussmittel, dessen Viskosität durch Hinzufügen von Alkohol eingestellt wird.
Andere Arten von Flussmitteln schließen die RMA-Typen ein (halogenfrei), die dem MIL-Standard entsprechen. Diese Art von Flussmitteln beseitigt die Notwendigkeit des Waschens des Flussmittels und dergleichen nach dem Aufschmelzvorgang (Englisch: "reflow process"). Da keines der oberhalb beschriebenen Flussmittel verwendet wird, um die verlöteten Komponenten nach dem Lötvorgang zu verbinden, wird die Lötverbindung durch Ver schmelzung des zu lötenden Metalls erreicht. Entsprechend wird der Grad der Festigkeit, mit dem die zu verlötenden Metalle miteinander verbunden sind, durch die Größe der Lötverbindungsfläche bestimmt.
Da Komponenten weiter verkleinert werden, um mit der Montage größerer Packungsdichte Schritt zu halten, wie sie in verschiedenen Arten elektronischer Vorrichtungen ausgeführt wird, wird die Teilung kleiner, welche den Abstand zwischen den einzelnen Komponenten darstellt. Dieses hat wiederum in einer drastisch reduzierten Lötverbindungsfläche resultiert. Somit ist es schwierig sicherzustellen, dass auch heutzutage eine ausreichende Lötfestigkeit vorhanden ist. Da erwartet wird, dass eine höhere Packungsdichte an der Montageplatine, weitere Verkleinerung der Komponenten und eine kleinere Teilung zwischen einzelnen Komponenten mit zunehmender Kraft zukünftig weiter verfolgt werden, wird es sogar noch schwieriger werden, diesen technischen Trend mit den Mitteln zu unterstützen, um die Verbindungsfestigkeit im Stand der Technik sicherzustellen, der die erforderliche Verbindungsstärke einfach dadurch erreicht, dass die Lötverbindung über eine Fläche gebildet wird, die groß genug ist.
Die geforderte Lötverbindungsfestigkeit wird normalerweise dadurch sichergestellt, dass ein Kehlnahtteil ausgebildet wird und somit die Lötverbindungsfläche dort vergrößert wird, wo ein Ende der Komponente und ein Leiter (ein Lötauge oder eine Lötperle) auf der Komponentenmontageplatine miteinander verlötet werden. Da jedoch die Verbindungsfläche des Kehlnahtteils selbst reduziert werden soll bei einer Montage hoher Packungsdichte, kann der Kehlnahtteil nicht unmittelbar zu einer Erhöhung der Verbindungsfestigkeit beitragen.
Weiterhin wird z. B. beim Herstellen verschiedener Arten elektronischer Schaltungsmodule oftmals eine Komponentenmontageplatine verwendet, die es gestattet, Komponenten auf beiden Seiten zu montieren, so dass nach dem Löten der Komponenten in einem Ofen auf eine Oberfläche der Komponentenmontageplatine mit einem Hochtemperaturlot Komponenten auf die andere Oberfläche montiert werden und die Platine einem weiteren Lötvorgang in dem Ofen unterzogen wird. Dies bedeutet, dass es beim Verlöten der Komponenten auf die andere Oberfläche der Komponentenmontageplatine erforderlich ist, ein Niedrigtemperaturlot zu verwenden, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Hochtemperaturlot besitzt, welches auf der ersten Seite verwendet wurde. Im Stand der Technik wird der Schmelzpunkt eines Lots üblicherweise in Übereinstimmung mit seinem Pb-Gehalt eingestellt.
Gleichzeitig wurden als Antwort auf die Nachfrage nach Loten, die kein Pb enthalten (im Folgenden als bleifreie Lote bezeichnet), durch Befürworter der globalen Bewahrung der Umwelt, große Anstrengungen unternommen, um in den letzten Jahren Lote mit bleifreien Zusammensetzungen zu entwickeln. Dennoch wurden bis heute keine bleifreien Lotzusammensetzungen mit einem hohen Schmelzpunkt, der mit einem Hochtemperaturlot gemäß dem Stand der Technik vergleichbar ist, einer praktischen Verwendung zugeführt. Das Haupthindernis ist es, dass der Schmelzpunkt bleifreier Lote selbst etwa 220°C ist, was um 40°C höher als der Schmelzpunkt eines eutektischen Lots ist und somit keine effektive Alternative zu Blei (Pb) entdeckt wurde. Daher ist das Thema einer unzureichenden Differenz zwischen den Schmelzpunkten der Lote, die auf den zwei Seiten einer Komponentenmontageplatine verwendet werden, die dem doppelseitigen Installationstyp entspricht, weiterhin zu behandeln. Das Problem, dass die Komponenten angehoben werden oder abfallen, wenn sie auf der Komponentenmontageplatine montiert werden, ist weiterhin aktuell.
Wenn ein elektronisches Schaltungsmodul unter Verwendung von Halbleiterchips hergestellt wird, wird weiterhin ein zusätzlicher Arbeitsschritt implementiert, nachdem die Halbleiterchips auf der Chipmontageplatine verlötet wurden. Eine Dichtungsmasse wird auf die Verbindungsgrenzfläche aufgebracht, um die Halbleiterchips fest mit der Chipmontageplatine mit der Dichtungsmasse zu verbinden.
Falls jedoch Rückstände von Flussmittel vorhanden sind, wenn die Dichtungsmasse injiziert wird, hindert das Flussmittel die Dichtungsmasse am Erreichen der Grenzfläche zwischen den Halbleiterchips und der Platine in ausreichender Menge, so dass die Dichtungsmasse die Erreichung ihrer vollen Verbindungsfestigkeit verfehlt. Entsprechend wird ein Vorgang des Wegwaschens des Flussmittels vor dem Injizieren der Dichtungsmasse hinzugefügt. Unter normalen Bedingungen wird der Waschvorgang betreffend das Flussmittel durchgeführt, indem ein flüchtiges organisches Lösungsmittel in einer Mehrzahl separater Schritte verwendet wird. Heutzutage werden jedoch striktere Regelungen in Bezug auf die Verwendung flüchtiger organischer Lebensmittel aus Gründen des Umweltschutzes angewendet, so dass der Waschvorgang betreffend das Flussmittel sowohl aus Sicht der Kosteneffektivität als auch des Umweltschutzes ein beschwerlicher Vorgang geworden ist.
Wenn weiterhin eine Kombination eines keramischen Substrats und eines organischen Harzsubstrats angewendet wird, um die Chipmontageplatine bzw. die Hauptplatine zu bilden, um eine elektronische Schaltungsvorrichtung herzustellen, indem ein elektronisches Schaltungsmodul, welches durch den oberhalb beschriebenen Vorgang erhalten wurde, auf der Hauptplatine montiert wird, neigt die Schrumpfspannung dazu, sich in der Lötverbindung zu konzentrieren. Dieses resultiert in Rissen, die bereits in der Lötverbindung auftreten, woraus sich eine Reduzierung der Haltbarkeit der Verbindungen wegen des Unterschieds zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der keramischen Platine und der Platine aus organischem Harz ergeben. Dieses wurde in thermischen Schlagversuchen und dergleichen bewiesen, die durchgeführt wurden, nachdem das elektronische Schaltungsmodul montiert wurde. Während es anstrebenswert wäre, eine Dichtungsmasse zu injizieren, um die Festigkeit der Lötverbindung aus diesem Grund zu erhöhen, würde es zu einer nennenswerten Erhöhung der Produktionskosten zum Implementieren eines Flussmittelwaschvorgangs und eines Dichtungsmasseninjektionsvorgangs auf der gesamten Hauptplatine führen. Daher wird die Dichtungsmasse in der Realität nicht injiziert.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lötflussmittel, eine Lötpaste und ein Lötverfahren bereitzustellen, die einen ausreichenden Grad an Verbindungsfestigkeit erreichen, während eine höhere Montagepackungsdichte, weitere Verkleinerungen der Komponenten und eine Reduzierung der Teilung, mit der die Komponenten gesetzt sind, ermöglicht werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lötflussmittel, eine Lötpaste und ein Lötverfahren bereitzustellen, die Komponenten mit einem höheren Verlässlichkeitsgrad davor bewahren, abgehoben zu werden oder herunterzufallen, ohne dass eine ausreichende Differenz zwischen den Schmelzpunkten der Lote sichergestellt werden muss, die an den zwei Oberflächen der Komponentenmontageplatine verwendet werden, die einem doppelseitigen Installationstyp entspricht.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektronikkomponentenvorrichtung, ein elektronisches Schaltungsmodul und eine elektronische Schaltungsvorrichtung bereitzustellen, die bei niedrigen Produktionskosten hergestellt werden können, ohne dass ein Flussmittelwaschvorgang erforderlich ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektronikkomponentenvorrichtung, ein elektronisches Schaltungsmodul und eine elektronische Schaltungsvorrichtung bereitzustellen, die einen höheren Grad an Verlässlichkeit erreichen, indem die Haltbarkeit der Lötverbindung im Vergleich zu der im Stand der Technik stark erhöht wird.
Um die oberhalb beschriebenen Aufgaben zu lösen, weist das Lötflussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung ein Klebeharz und ein Härtemittel auf, wobei: das Härtemittel mindestens zwei unterschiedliche Karbonsäuren ist, von denen jede einen unterschiedlichen Schmelzpunkt besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zwei unterschiedlichen Karbonsäuren Adipinsäure und eine andere der unterschiedlichen Karbonsäuren Pimelinsäure ist und a:b = (85:15) bis (95:5) erfüllt ist, wobei "a" den Gehalt (Masseprozent) der Adipinsäure und "b" den Gehalt (Masseprozent) der Pimelinsäure darstellt.
Da das Flussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung ein Klebeharz und ein Härtemittel enthält, kann das Klebeharz als ein Kleber verwendet werden, um eine Komponente an der Komponentenmontageplatine nach dem Lötvorgang zu sichern. Als Resultat wird die Verlässlichkeit der Lötverbindung verbessert, indem die Komponenten daran gehindert werden, wegen einer Stoßkraft oder einer thermischen Belastung abzuplatzen oder abzufallen. Dieses unterscheidet das Flussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich von dem Harzflussmittel gemäß dem Stand der Technik, das nach dem Lötvorgang nicht als Kleber fungiert.
Zusätzlich kann durch Verwendung des Flussmittels gemäß der vorliegenden Erfindung eine ausreichende Verbindungsfestigkeit sichergestellt werden, ohne einen Kehlnahtteil (Englisch: "fillet portion") ausbilden zu müssen. Da es also nicht notwendig ist, eine Fläche für die Ausbildung des Kehlnahtteils an einem Leiter für die Komponentenverbindung (Lötauge), die auf der Komponentenmontageplatine gebildet ist, bereitzustellen, wird eine Verbesserung der Montagepackungsdichte erreicht.
Das in dem Flussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltene Klebeharz kann ein hochklebendes Harz sein, welches aus zahlreichen Harzmaterialien in Übereinstimmung mit den Temperaturanforderungen ausgewählt werden kann. Die Auswahl eines solchen Harzes stellt sicher, dass die auf der ersten Oberfläche montierten Komponenten keine Verlagerungsprobleme zeigen, das so genannte Manhattan-Phänomen (das Phänomen der angehobenen Komponenten), und herunterfallen, wenn das standardmäßige eutektische Lot auf der zweiten Oberfläche der Komponentenmontageplatine des doppelseitigen Installationstyps verwendet wird und die Komponentenmontageplatine in einem Aufschmelzofen verarbeitet wird, nachdem Komponenten auf der ersten Oberfläche der Komponentenmontageplatine verlötet wurden, indem das Flussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wurde. Es versteht sich von selbst, dass das Flussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Lötvorgang sowohl auf der ersten Oberfläche als auch auf der zweiten Oberfläche verwendet werden kann.
Das Flussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung kann entweder in flüssiger Form oder in pastöser Form vorliegen. Solch ein Flussmittel kann auf die Komponentenmontageplatine oder dergleichen einfach durch ein Mittel aufgebracht werden, wie beispielsweise Drucken, Ausgeben, Sprühen oder Bürsten.
Es ist anstrebenswert, das Klebeharz in dem Flussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung mittels eines aushärtbaren Harzes auszubilden. Insbesondere kann das aushärtbare Harz aus mindestens einem der folgenden Harze ausgewählt sein: Epoxidharze, Phenolharze, Polyimidharze, Silikonharze, modifizierte Harze und Acrylharze. Eine Auswahl kann aus den oberhalb angegebenen Harzmaterialien getroffen und die ausgewählten Materialien bzw. das ausgewählte Material kann in Mengen vermischt werden, die mit dem Verbindungstemperaturbereich, der Zielfilmhärte usw. abgestimmt sind.
Das Aushärtemittel muss in der Lage sein, das Klebeharz auszuhärten. Das Aushärtemittel enthält mindestens zwei unterschiedliche Karbonsäuren. Ein Aushärtemittel, welches eine Karbonsäure enthält, kann als Flussmittel zum Entfernen des Oxidfilms verwendet werden, der an der Oberfläche des zu lötenden Materials gebildet ist, und weiterhin als ein Mittel, das das aushärtbare Harz aushärtet.
Das Flussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Lösungsmittel, einen Weichmacher, ein Thixotropiermittel und dergleichen enthalten. Das Lösungsmittel wird hinzugefügt, um eine Einstellung der Erstarrungstemperatur und der Erstarrungsgeschwindigkeit des Klebeharzes und ebenso eine Einstellung der Viskosität in Übereinstimmung mit der Anwendungsweise zu ermöglichen. Der Weichmacher und das Thixotropiermittel werden ebenfalls hinzugefügt, um eine Einstellung der Viskosität in Übereinstimmung mit der Anwendungsweise zu ermöglichen. Die Mengen des Lösungsmittels, des Weichmachers, des Thixotropiermittels und dergleichen, die hinzugefügt werden, werden in Übereinstimmung mit dem spezifischen Verwendungszweck eingestellt.
Das Flussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung kann in Form einer Mikrokapsel ausgebildet sein, in der ein Klebeharz, eine organische Säure, die einen Desoxidationseffekt erzielt, mindestens zwei verschiedene Karbonsäuren, ein Lösungsmittel und ein Aushärtemittel eingeschlossen sind.
Weiterhin kann das Flussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Lötpulver vermischt sein, um eine Lötpaste zu bilden. Das Lötpulver kann aus einer der folgenden Substanzen ausgewählt sein: Sn, Cu, Ag, Sb, Pb, In, Zn und Bi. Eine bleifreie Lötpaste kann ausgebildet werden, indem ein anderes Lötpulver als Blei verwendet wird. Die vorliegende Erfindung zeigt weiterhin eine Elektronikkomponentenvorrichtung, ein elektronisches Schaltungsmodul und eine elektronische Schaltungsvorrichtung, die unter Verwendung des oberhalb beschriebenen Flussmittels realisiert werden. Die Elektronikkomponentenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist mindestens eine elektronische Komponente, eine Komponentenmontageplatine und ein Lötflussmittel auf. Die elektronische Komponente wird auf die Komponentenmontageplatine gelötet. Das Lötflussmittel, welches ein Klebeharz und ein Aushärtemittel enthält, wobei das Aushärtemittel mindestens zwei unterschiedliche Karbonsäuren ist, von denen jede einen unterschiedlichen Schmelzpunkt besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zwei unterschiedlichen Karbonsäuren Adipinsäure und eine andere der unterschiedlichen Karbonsäuren Pimelinsäure ist und a:b = (85:15) bis (95:5) erfüllt ist, wobei "a" den Gehalt (Masseprozent) der Adipinsäure und "b" den Gehalt (Masseprozent) der Pimelinsäure darstellt, liegt zwischen der elektronischen Komponente und der Komponentenmontageplatine vor, um die elektronische Komponente und die Komponentenmontageplatine miteinander zu verbinden.
Das zwischen der elektronischen Komponente und der Komponentenmontageplatine vorliegende Lötflussmittel fungiert als ein Kleber. Dieses Lötflussmittel muss nicht weggewaschen werden und kann direkt als ein Klebe-Lötflussmittel verwendet werden.
Im Ergebnis kann eine Elektronikkomponentenvorrichtung zu niedrigen Produktionskosten und ohne die Notwendigkeit der Durchführung eines Waschvorgangs in Bezug auf das Flussmittel hergestellt werden. Da das Lötflussmittel als Kleber fungiert, wird eine hochverlässliche Elektronikkomponentenvorrichtung erreicht, bei der die Lötverbindungshaltbarkeit im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich erhöht ist.
Das elektronische Schaltungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Halbleiterchip, eine Chipmontageplatine und ein Lötflussmittel auf. Der Halbleiterchip weist mindestens ein Halbleiterelement auf und ist auf der Chipmontageplatine verlötet. Das Lötflussmittel, welches ein Klebeharz und ein Aushärtemittel enthält, wobei das Aushärtemittel mindestens zwei unterschiedliche Karbonsäuren ist, von denen jede einen unterschiedlichen Schmelzpunkt besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zwei unterschiedlichen Karbonsäuren Adipinsäure und eine andere der unterschiedlichen Karbonsäuren Pimelinsäure ist und a:b = (85:15) bis (95:5) erfüllt ist, wobei "a" den Gehalt (Masseprozent) der Adipinsäure und "b" den Gehalt (Masseprozent) der Pimelinsäure darstellt, liegt zwischen dem Halbleiterchip und der Hauptplatine vor, um diese miteinander zu verbinden. Dieses Lötflussmittel muss nicht weggewaschen werden und kann unmittelbar als ein Klebe-Lötflussmittel verwendet werden. Im Ergebnis kann eine elektronische Schaltungsvorrichtung zu niedrigen Produktionskosten und ohne die Notwendigkeit der Durchführung eines Waschvorgangs in Bezug auf das Flussmittel hergestellt werden. Da das Lötflussmittel als Kleber fungiert, wird eine hochverlässliche elektronische Schaltungsvorrichtung erreicht, bei der die Lötverbindungshaltbarkeit im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich erhöht ist.
Die vorliegende Erfindung offenbart weiterhin ein Lötverfahren, bei welchem das oberhalb beschriebene Flussmittel und die Lötpaste verwendet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines Lötverfahrens in Bezug auf eine Chipkomponente, bei dem ein Flussmittel verwendet wird;
2 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Verfahrens, welches dazu dient, einen Test in Bezug auf die Scherfestigkeit einer Komponente durchzuführen, um die Festigkeit gegen eine Scherkraft zu messen, die auf eine Chipkomponente aufgebracht wird, die auf der Komponentenmontageplatine verlötet ist;
3 zeigt das Ergebnis des Tests in Bezug auf die Scherfestigkeit der Komponente gemäß 2;
4 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht der Komponentenmontageplatine im Detail und den Lötvorgang, welcher durchgeführt wird, um eine Chipkomponente auf die Komponentenmontageplatine zu löten, indem eine Lötpaste mit einem Flussmittel verwendet wird;
5 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht der Komponentenmontageplatine im Detail und das Lötverfahren, welches durchgeführt wird, um eine Chipkomponente auf die Komponentenmontageplatine zu löten, indem eine Lötpaste mit einem Harzflussmittel gemäß dem Stand der Technik verwendet wird;
6 zeigt das Ergebnis des Tests betreffend die Scherfestigkeit der Komponente, der in Verbindung mit dem in 4 gezeigten Lötverfahren und dem im Stand der Technik gemäß 5 durchgeführten Lötverfahren ausgeführt wurde;
7 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines Lötverfahrens, welches durch die Verwendung einer Lötpaste mit einem Flussmittel realisiert wird;
8 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie 8-8 in 7;
9 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines Lötverfahrens, welches durch eine Verwendung einer Lötpaste realisiert wird, die gemäß dem Stand der Technik ein Harzflussmittel enthält;
10 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie 10-10 in 9;
11 zeigt die Beziehung zwischen der Aufschmelztemperatur und der Scherfestigkeit, die erreicht wurde, indem eine Chipkomponente mit einer Lötpaste gelötet wurde, sowie die vergleichbare Beziehung, indem eine Chipkomponente mit einer Lötpaste gelötet wurde, die ein Harzflussmittel gemäß dem Stand der Technik enthält;
12 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines elektronischen Schaltungsmoduls;
13 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Lötverfahrens, welches bei dem elektronischen Schaltungsmodul gemäß 12 angewendet wurde;
14 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines elektronischen Schaltungsmoduls;
15 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Lötverfahrens, welches bei dem elektronischen Schaltungsmodul gemäß 14 angewendet wurde;
16 ist einen Graph der Ergebnisse der RDC-Messung;
17 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht einer elektronischen Schaltungsvorrichtung;
18 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Lötverfahrens, welches bei der in 17 gezeigten elektronischen Schaltungsvorrichtung angewendet wurde;
19 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels einer elektronischen Schaltungsvorrichtung;
20 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Lötverfahrens, welches bei der in 19 gezeigten elektronischen Schaltungsvorrichtung angewendet wurde;
21 ist einen Graph der Ergebnisse der RDC-Messung;
22 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Vorgangs des Lötens eines elektronischen Schaltungsmoduls auf der Hauptplatine;
23 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Schritts, welcher dem in 22 gezeigten Schritt nachfolgt;
24 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Schritts, der dem in 23 gezeigten Schritt nachfolgt;
25 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Schritts, der dem in 24 gezeigten Schritt nachfolgt;
26 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Vorgangs des Entfernens eines elektronischen Schaltungsmoduls von der Hauptplatine.
27 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Schritts, der dem in 26 gezeigten Schritt nachfolgt;
28 zeigt die Beziehungen zwischen der Aufschmelztemperatur und der Scherfestigkeit der Komponente, die beobachtet wurde, wenn Kondensatoren unter Verwendung der Beispiele 21 und 22 der Lötpaste gelötet werden; und
29 zeigt die Beziehungen zwischen der Aufschmelztemperatur und der Scherfestigkeit der Komponente, die beobachtet wurde, wenn Kondensatoren durch die Verwendung der Beispiele 50 bis 54 der Lötpaste gelötet werden.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
1. Flussmittel, Lötpaste und deren Anwendung bei einer Elektronikkomponentenvorrichtung
Beispiel 1
Bisphenol-A wurde verwendet, um das aushärtbare Harz zu bilden und ein Anhydrid von Karbonsäure wurde als Aushärtemittel verwendet. Das Mischverhältnis des aushärtbaren Harzes und des Aushärtemittels wurde auf 1:1 nach Gewicht gesetzt. Weiterhin wurde ein erforderlicher Grad an Viskosität dadurch sichergestellt, dass kleine Mengen eines Lösungsmittels und eines Thixotropiermittels eingemischt wurden.
Ein Flussmittel 3, welches durch Anwendung der oberhalb beschriebenen Zusammensetzung zubereitet wurde (siehe 1b), wurde auf eine Komponentenmontageplatine 1 (siehe 1a) montiert, auf der Löthöcker (Englisch: "solder bumps") 21 und 22 zuvor abgelagert wurden. Als nächstes wurde, wie in 1c dargestellt, eine elektronische Komponente 4 montiert, die als Chip mit einer Länge von 1 mm und einer Breite von 0,5 mm vorlag. Die elektronische Komponente 4, die Anschlusselektroden 41 und 42 aufweist, die an den zwei Enden eines Grundkörpers 40 gegenüberliegen, wurde auf der Komponentenmontageplatine 1 so montiert, dass die Anschlusselektroden 41 und 42 auf den Löthöckern 21 bzw. 22 sitzen. Die Komponentenmontageplatine 1, auf der die elektronische Komponente 4 montiert wurde, wurde in einem Aufschmelzofen verarbeitet, um die Anschlusselektroden 41 und 42, die an den beiden Enden des Grundkörpers 40 der elektronischen Komponente 4 vorgesehen sind, mit den Löthöckern 21 und 22 durch Löten zu verbinden. Durch diesen Vorgang wurde eine Elektronikkomponentenvorrichtung erhalten. Das Flussmittel 3, welches die Lücke zwischen der Elektronikkomponente 4 und der Komponentenmontageplatine 1 ausfüllte, fungierte als ein Klebe-Lötflussmittel. Die elektronische Komponente 4 und die dadurch erhaltene Elektronikkomponentenvorrichtung wurden in eine seitliche Richtung F1 gedrückt, wie in 2 gezeigt, um die Scherfestigkeit der Komponente zu messen.
Vergleichsbeispiel 1
Für einen Vergleich wurde eine Komponente montiert und verlötet, wie dies in 1c gezeigt ist, indem ein Harzflussmittel gemäß dem Stand der Technik verwendet wurde, und dann die Scherfestigkeit der verlöteten Komponente durch mittels des in 2 gezeigten Testverfahrens gemessen wurde.
3 zeigt die Ergebnisse der Scherfestigkeitstests. Wie in 3 gezeigt ist, betrug die mittlere Scherfestigkeit des Vergleichsbeispiels 1, bei dem das Harzflussmittel gemäß dem Stand der Technik verwendet wurde, etwa 800 g, während die mittlere Scherfestigkeit bei Beispiel 1 1600 g betrug.
Das Flussmittel, welches die Lücke zwischen der elektronischen Komponente 4 und der Komponentenmontageplatine 1 füllt, enthält das Klebeharz und das Aushärtemittel und kann somit als ein Klebematerial benutzt werden. Dieses Flussmittel (Lötflussmittel) 3 muss nicht abgewaschen werden und kann unmittelbar als ein Klebe-Lötflussmittel verwendet werden. Im Ergebnis kann eine Elektronikkomponentenvorrichtung zu niedrigen Produktionskosten und ohne die Notwendigkeit des Durchführens eines Waschvorgangs in Bezug auf das Flussmittel hergestellt werden. Da das Lötflussmittel, welches aus dem Flussmittel 3 besteht, welches das Klebeharz und das Aushärtemittel enthält, als ein Klebe-Lötflussmittel fungiert, wird zusätzlich eine hochverlässliche Elektronikkomponentenvorrichtung realisiert, deren Haltbarkeit in den Lötverbindungen weitaus größer ist.
Beispiel 2
Eine Lötpaste wurde vorbereitet, indem das in Beispiel 1 vorbereitete Flussmittel mit einem Lötpulver vermischt wurde. Die Menge des vermischten Flussmittels relativ zu der Menge des Lötpulvers wurde auf 10 Gewichts-% eingestellt. Eine Chipkomponente wurde auf eine Komponentenmontageplatine gelötet, indem diese Lötpaste verwendet wurde. Die 4a bis 4c zeigen teilweise Querschnittsansichten, die die Komponentenmontageplatine im Detail und den Lötvorgang zeigen, durch den die Chipkomponente auf der Komponentenmontageplatine gelötet wurde. Die Komponentenmontageplatine 1 wies zwei Lötaugen auf, die durch aufeinander folgendes Laminieren eines Cu-Films 51 (52), eines Ni-Films 61 (62) und eines Au-Films 71 (72) ausgebildet wurden.
Die Lötpaste 81 (82) wurde auf jedes Lötauge an der Komponentenmontageplatine 1 (siehe 4a) aufgebracht. Die Lötpaste 81 (82) wurde durch einen Druckvorgang aufgebracht, bei dem eine Metallmaske mit einer Dicke von 100 μm verwendet wurde. Die Dimensionen der Öffnung in der Metallmaske wurden mit 0,5 mm × 0,3 mm eingestellt, um mit den Dimensionen der Lötaugen übereinzustimmen, auf denen eine elektronische Komponente 4 zu montieren war.
Dann wurde die elektronische Komponente 4, die eine Länge von 1 mm und eine Breite von 0,5 mm besaß, auf der Lötpaste 81 (82) montiert (siehe 4b), und die Anordnung wurde in einem Aufschmelzofen verarbeitet, um die elektronische Komponente 4 auf der Komponentenmontageplatine 1 zu verlöten (siehe 4c). Durch den oberhalb beschriebenen Vorgang wurde eine Elektronikkomponentenvorrichtung realisiert.
Im Folgenden wurde die Scherfestigkeit der Elektronikkomponentenvorrichtung durch das in 2 gezeigte Verfahren gemessen. In 4c bezeichnet das Bezugszeichen 3 das Flussmittel, welches in der Lötpaste 81 (82) enthalten war und dann Kehlnähte (Englisch: "fillets") auf den äußeren Seiten der Anschlusselektroden 41 und 42 ausbildete.
Vergleichsbeispiel 2
Zu Vergleichszwecken wurde eine Lötpaste mit einem Harzflussmittel verwendet, um eine Chipkomponente auf eine Komponentenmontageplatine zu löten, wie dies im Stand der Technik der Fall ist. Die Menge des Harzflussmittels, welches zum Ausbilden der Lötpaste vermischt wurde, relativ zu der Menge an Lötpulver wurde auf 10 Gewichts-% gesetzt.
Die 5a bis 5c zeigen teilweise Querschnittsansichten, die die Komponentenmontageplatine im Detail und den Lötvorgang zeigen, durch den die Chipkomponente auf die Komponentenmontageplatine gelötet wurde. Wie in den Figuren gezeigt ist, wies die Komponentenmontageplatine 1 zwei Lötaugen (Englisch: "lands") auf, die nacheinander durch Laminieren eines Cu-Films 51 (52), eines Ni-Films 61 (62) und eines Au-Films 71 (72) nacheinander gebildet wurden. Die das Harzflussmittel enthaltende Lötpaste 91 (92) wurde auf die Lötaugen an der Komponentenmontageplatine 1 aufgebracht (siehe 5a).
Dann wurde eine elektronische Komponente 4, die eine Länge von 1 mm und eine Breite von 0,5 mm besaß, auf der Lötpaste 91 (92) montiert, die das Harzflussmittel enthielt (siehe 5b), und der Aufbau wurde in einem Aufschmelzofen verarbeitet, um die elektronische Komponente auf der Komponentenmontageplatine 1 zu verlöten (5c). Anschließend wurde die Scherfestigkeit der Elektronikkomponentenvorrichtung durch das in 2 gezeigte Verfahren gemessen.
6 stellt die Ergebnisse des Tests der Scherfestigkeit der Komponente dar, der bezüglich des Beispiels 2 und des Vergleichsbeispiels 2 durchgeführt wurde. Wie in der Figur gezeigt ist, betrug die mittlere Scherfestigkeit beim Vergleichsbeispiel 2 etwa 600 g, während die mittlere Scherfestigkeit beim Beispiel 2 etwa 1500 g betrug.
Beispiel 3
Eine Lötpaste wurde vorbereitet, indem das in Beispiel 1 zubereitete Flussmittel mit Lötpulver vermischt wurde. Die Menge des vermischten Flussmittels relativ zu der Menge des Lötpulvers wurde auf 20 bis 45 Gewichts-% erhöht.
Eine Elektronikkomponente 4 wurde auf eine Komponentenmontageplatine 1 unter Verwendung dieser Lötpaste gelötet, wie dies in 7 gezeigt ist. Um dies unter Bezugnahme auf 7 in genaueren Worten zu beschreiben, wies die Komponentenmontageplatine 1 zwei Lötaugen auf, die durch sequentielles Laminieren eines Cu-Films 51 (52), eines Ni-Films 61 (62) und eines Au-Films 71 (72) ausgebildet wurden (siehe 7a). Die Lötpaste 81 (82) wurde auf jedes Lötauge an der Komponentenmontageplatine 1 aufgebracht (siehe 7a). Die Lötpaste 81 (82) wurde durch einen Druckvorgang aufgebracht, der durch Verwendung einer Metallmaske mit einer Dicke von 100 μm realisiert wurde. Die Abmessungen der Öffnung in der Metallmaske betrugen 0,5 mm × 0,3 mm, um mit den Dimensionen der Lötaugen übereinzustimmen, auf denen die Elektronikkomponente 4 zu montieren war.
Dann wurde die Elektronikkomponente 4, die eine Länge von 1 mm und eine Breite von 0,5 mm besaß, auf der Lötpaste 81 (82) montiert (siehe 7b), und der Aufbau wurde in einem Aufschmelzofen verarbeitet, um die Elektronikkomponente 4 auf der Komponentenmontageplatine 1 zu verlöten (siehe 7c). Durch den oberhalb beschriebenen Vorgang wurde eine Elektronikkomponentenvorrichtung geschaffen.
Die Elektronikkomponentenvorrichtung, die dem Lötvorgang unterlaufen ist, ist in 8 gezeigt. 8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 8-8 in 7c. Während die Lötpaste im Beispiel 3, die in dem Flussmittel enthalten war, dessen Gehalt absichtlich angehoben wurde, wurde die Gesamtmenge des Lots, welches tatsächlich verwendet wurde, reduziert, und die Elektronikkomponente 4 wurde in einem gewünschten Zustand gelötet, ohne umzukippen, wie dies in 8 gezeigt ist. In 7c bezeichnet das Bezugszeichen 3 das Flussmittel, welches in der Lötpaste 81 (82) enthalten war, welches Kehlnähte auf den äußeren Seiten der Anschlusselektroden 42 und 42 ausbildet.
Weiterhin resultiert die Verwendung der Lötpaste, die das Flussmittel enthält, darin, dass die Umgebung der gelöteten Elektronikkomponente 4 von dem Flussmittel bedeckt wird, wodurch die Scherfestigkeit der Komponente verbessert wird. Durch Anhebung des Flussmittelgehalts in der Lötpaste absichtlich in dieser Weise wird es möglich, die Lötdicke durch die Lötpaste zu regeln. Insbesondere war es möglich, zu verhindern, dass die Elektronikkomponente 4 in einem unausgerichteten Zustand gelötet wurde und einen Grad an Verbindungsstärke zu erreichen, der gleich oder größer als der einer Elektronikkomponente im Stand der Technik ist, wenn der Flussmittelgehalt auf 35 Gewichts-% oder höher gesetzt wurde.
Vergleichsbeispiel 3
Zu Vergleichszwecken wurde eine Elektronikkomponente 4 auf einer Komponentenmontageplatine 1 unter Verwendung einer Lötpaste montiert und verlötet, wobei die Lötpaste ein Harzflussmittel enthält, wie dies in 9 gezeigt ist und dem Stand der Technik entspricht. Genauer gesagt und unter Bezugnahme auf 9 wies die Komponentenmontageplatine 1 zwei Lötaugen auf, die durch sequentielles Laminieren eines Cu-Films 51 (52), eines Ni-Films 61 (62) und eines Au-Films 71 (72) ausgebildet wurde (siehe 9a).
Die ein Harzflussmittel enthaltende Lötpaste 91 (92) wurde auf jedes Lötauge an der Komponentenmontageplatine 1 aufgebracht (siehe 9a). Die Lötpaste 91 (92) wurde durch einen Druckvorgang aufgebracht, der unter Verwendung einer Metallmaske ausgeführt wurde, die eine Dicke von 100 μm besaß. Die Abmessungen der Öffnung der Metallmaske waren 0,5 mm × 0,3 mm, um mit den Abmessungen der Lötaugen übereinzustimmen, auf denen die Elektronikkomponente 4 zu montieren war.
Dann wurde die Elektronikkomponente 4 mit einer Länge von 1 mm und einer Breite von 0,5 mm auf der Lötpaste 91 (92) montiert (siehe 9b), und der Aufbau wurde in einem Aufschmelzofen verarbeitet, um die Elektronikkomponente auf der Komponentenmontageplatine 1 zu verlöten (siehe 9c).
Die Elektronikkomponentenvorrichtung, die dem Aufschmelzlötvorgang unterzogen wurde, ist in 10 dargestellt. 10 ist eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie 10-10 in 9c. Wie in 10 gezeigt ist, wurde eine exzessive Menge an Lot in dem Lötvorgang verwendet, der mittels der Lötpaste ausgeführt wurde, die das Harzflussmittel gemäß dem Stand der Technik enthält. Hierdurch wurde die Elektronikkomponente 4 in einer unaus gerichteten Stellung verlötet. In 9c und 10 bezeichnet das Bezugszeichen 93 das Harzflussmittel, welches in der Lötpaste 91 (92) enthalten war.
Beispiel 4
Wünschenswerte Zusammensetzungen des Flussmittels wurden untersucht. Ein flüssiges Epoxydharz wurde als das Klebeharz und Abietinsäure (Karbonsäure) wurde als das Aushärtemittel verwendet. Die Abietinsäure wurde mit den Gewichtsverhältnissen gemischt, die in TABELLE Irelativ zum Gewicht des flüssigen Epoxydharz gezeigt sind. Diese Beispiele von Flussmitteln wurden auf Platinen aufgebracht, die Platinen wurden dann in einem Aufschmelzofen verarbeitet, dessen Temperatur auf 230°C eingestellt war, und die sich ergebenden ausgehärteten Harzfilme wurden untersucht.
TABELLE I
Wie in TABELLE I gezeigt ist, wurde ein ausgehärteter Film zum Erreichen der besten Resultate ausgebildet, der einen hohen Grad an Härte besaß, wenn das Mischungsverhältnis der Abietinsäure (Gewichts-%) relativ zu dem flüssigen Epoxydharz (Gewichts-%) 1 war. Alle anderen Mischungsverhältnisse in der Tabelle resultierten in einem fehlerhaften Aushärten, einem Gelfilm oder einem elastisch ausgehärteten Film, was nicht geeignet ist. Ein gewünschter ausgehärteter Film (Verbindbarkeit) kann bei einer beliebigen Aufschmelztemperatur erreicht werden, indem das Mischungsverhältnis des Epoxydharzes eingestellt oder die Menge der Epoxydharzmoleküle und die Anzahl funktionaler Gruppen variiert wird oder indem die richtige Art eines Aushärtemittels (Karbonsäure) entsprechend ausgewählt wird.
Beispiel 5
Das in Beispiel 4 zubereitete Flussmittel und Lötpulver wurden zur Zubereitung einer Lötpaste vermischt. Das Lötpulver enthielt Sn (96,5) und Ag (3,5). Der Flussmittelgehalt lag bei 25 Gewichts-%. Diese Lötpaste bildet das Beispiel 5.
11 zeigt die Beziehung zwischen der Aufschmelztemperatur und der Scherfestigkeit der Komponente, die durch Löten einer Chipkomponente mit der Lötpaste in Beispiel 5 erreicht wurde, sowie das entsprechende Verhältnis, welches durch Löten einer Chipkomponente mit einer Harzlötpaste erreicht wurde, wie sie im Stand der Technik verwendet wird. In der Figur zeigt die Kurve L1 die Charakteristika, die erreicht werden, indem die Lötpaste gemäß Beispiel 5 verwendet wird, und die Kurve L2 stellt die Charakteristika dar, die bei Verwendung der Harzlötpaste gemäß dem Stand der Technik erreicht wurden.
Wie in 11 gezeigt ist, weist die Lötpaste mit dem Flussmittel in einem Aufschmelztemperaturbereich von 220 bis 260°C einen höheren Grad an Bindungsstärke auf als die Harzlötpaste gemäß dem Stand der Technik. Ein besonders hoher Grad an Bindungsstärke wird sichergestellt, wenn die Aufschmelztemperatur auf 230°C oder höher gesetzt wird.
Beispiel 6
Die Lötpaste in Beispiel 5 wurde verwendet, um eine Chipkomponente auf eine Komponentenmontageplatine zu löten, wodurch eine Elektronikkomponentenvorrichtung erreicht wurde. Eine Untersuchung der Verbindung zwischen der Komponentenmontageplatine und den Anschlusselektroden der Chipkomponente wurde anschließend durchgeführt und zeigte an, dass die Lötpaste mit dem Flussmittel eine Verbindung erreicht, die der Verbindung der Harzlötpaste ähnelt. Es ist festzuhalten, dass, wenn eine Abschätzung abgegeben wird, die ähnlich der Abschätzung betreffend die Flussmittel enthaltende Lötpaste ist, nun aber anhand eines leitenden Klebers und einer anisotropischen leitenden Paste abgegeben wird, wie diese im Stand der Technik verwendet werden, bestätigt wurde, dass die Komponentenmontageplatine und der Anschluss der Komponente nicht miteinander verbunden werden könnten.
Während die Elektronikkomponente 4 auf einer Oberfläche der Komponentenmontageplatine 1 in dem oberhalb beschriebenen Beispiel montiert wird, können Elektronikkomponenten 4 auf den zwei Oberflächen der Komponentenmontageplatine 1 montiert werden. In einem solchen Fall kann eine Elektronikkomponente 4, nachdem ein Lötvorgang ausgeführt wurde, der die Lötpaste an einer Oberfläche der Komponentenmontageplatine 1 verwendet, auf die andere Oberfläche der Komponentenmontageplatine 1 mit einem anderen Lot gelötet werden, z. B. einer Harzlotpaste, wie diese im Stand der Technik verwendet wird. Alternativ kann die Elektronikkomponente 4 auf beide Oberflächen der Komponentenmontageplatine 1 mit der Lötpaste gelötet werden. In beiden Fällen treten Probleme, wie ein Versetzen der Elektronikkomponente 4, das Manhattan-Phänomen (das Phänomen der angehobenen Komponente) und ein Herabfallen der Elektronikkomponente 4, nicht auf.
2. Anwendung in elektronischen Schaltungsmodulen
Ein elektronisches Schaltungsmodul besitzt keinen wesentlichen Unterschied zu der zuvor beschriebenen Elektronikkomponentenvorrichtung mit der Ausnahme, dass die Elektronikkomponente durch einen Halbleiterchip ersetzt ist und die Komponentenmontageplatine durch eine Chipmontageplatine bei dem elektronischen Schaltungsmodul ersetzt wurde. Anders gesagt ist die Grundstruktur des elektronischen Schaltermoduls im Wesentlichen gleich der Struktur, wie diese in Bezug auf die Elektronikkomponentenvorrichtung offenbart wurde. Es gibt keine besonderen Beschränkungen in Bezug auf den in dem elektronischen Schaltungsmodul verwendeten Halbleiterchip. Ein Halbleiterchip weist normalerweise ein Halbleiterelement (nicht dargestellt) oder ein passives Schaltungselement auf. Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung in einem elektronischen Schaltungsmodul angewendet werden kann, welches ebenfalls als Chip-Bauform (CSP) bezeichnet wird.
12 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des elektronischen Schaltungsmoduls. Das in der Figur gezeigte elektronische Schaltungsmodul weist einen Halbleiterchip 100, eine Chipmontageplatine 200 und ein Lötflussmittel 400 auf. An dem Halbleiterchip 100 in der Figur ist eine geeignete Anzahl von Anschlusselektroden 110 und 120 an geeigneten Stellen an der unteren Oberfläche oder dergleichen ausgebildet, und diese Anschlusselektroden 110 und 120 sind mit Lötaugen 230 und 240 auf der Chipmontageplatine 200 mit Loten 210 bzw. 220 verbunden.
Die Chipmontageplatine 200 kann aus einem keramischen Substrat, einem organischen Harzsubstrat oder einer Kombination davon ausgebildet sein. In der Chipmontageplatine 200 ist unter normalen Bedingungen eine einfache Schicht eines Leiterbilds oder eine Mehrzahl von Leiterbildschichten über Löcher ausgebildet, die entlang der Richtung der Dicke verlaufen. Ein Leiterbild kann vorgesehen sein, um einen Kondensator, einen Induktor oder dergleichen zu bilden sowie einfach die Verdrahtung der Schaltung zu vereinfachen.
Das Lötflussmittel 400, welches ein Klebeharz und ein Aushärtemittel enthält, liegt zwischen dem Halbleiterchip 100 und der Chipmontageplatine 200 vor, um diese miteinander zu verbinden. Das Lötflussmittel 400 wird als Kleber verwendet.
In der in der Figur gezeigten Anordnung füllt das Lötflussmittel 400 die Lücke zwischen dem Halbleiterchip 100 und der Chipmontageplatine 200 nahezu vollständig.
Wie zuvor erklärt wurde, muss das Lötflussmittel 400 nicht weggewaschen werden und kann unmittelbar als Kleber verwendet werden. Im Ergebnis kann ein elektronisches Schaltungsmodul zu niedrigen Produktionskosten hergestellt werden, ohne dass ein Waschvorgang in Bezug auf das Flussmittel durchgeführt werden muss. Da das Lötflussmittel, welches das Klebeharz und das Aushärtemittel enthält, als Kleber fungiert, wird ein hochverlässliches elektronisches Schaltungsmodul erreicht, welches eine weitaus größere Festigkeit der Lötverbindungen realisiert.
13 zeigt das Lötverfahren, welches bei einem elektronischen Schaltungsmodul, wie beispielsweise dem in 12 gezeigten CSP, angewendet wird. Dieses Lötverfahren wird durch Anwendung des in 1 gezeigten Lötverfahrens in Verbindung mit einem elektronischen Schaltungsmodul umgesetzt. Wie zuvor erklärt wurde, wird das Flussmittel 400, welches das Klebeharz und das Aushärtemittel enthält, auf die Chipmontageplatine 200 an den Löthöckern 210 und 220 aufgebracht, die zuvor ausgebildet wurden. Die Löthöcker 210 und 220 sind auf Lötaugen 230 und 240 ausgebildet, die an der Oberfläche der Chipmontageplatine 200 vorgesehen sind. Die Details des Lötflussmittels 400 wurden bereits erläutert.
Dann wird der Halbleiterchip 100 auf der Chipmontageplatine 200 montiert. Der Halbleiterchip 100 wird so auf die Chipmontageplatine 200 gesetzt, dass die Anschlusselektroden 110 und 120 auf den Löthöckern 210 und 220 positioniert sind. Anschließend wird die Chipmontageplatine 200, auf der der Halbleiterchip 100 montiert ist, in einem Aufschmelzofen verarbeitet, um die Anschlusselektroden 110 und 120, die an den beiden Enden eines Grundkörpers 40 des Halbleiterchips 100 vorgesehen sind, mit den Löthöckern 210 und 220 durch Löten zu verbinden. Durch diesen Vorgang wird das elektronische Schaltungsmodul erhalten, wie dies in 12 gezeigt ist.
14 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines anderen Beispiels des elektronischen Schaltungsmoduls. In der Figur sind dieselben Bezugszeichen den Teilen zugewiesen, die identisch mit den in 12 gezeigten sind. In der in 14 gezeigten Anordnung verbindet das Lötflussmittel 400, welches zwischen dem Halbleiterchip 100 und der Chipmontageplatine 200 vorliegt, diese miteinander um die Löthöcker 210 und 220.
In diesem Fall muss das Lötflussmittel 400 ebenfalls nicht weggewaschen werden und kann unmittelbar als Kleber verwendet werden. Im Ergebnis kann ein elektronisches Schaltungsmodul zu niedrigen Produktionskosten hergestellt werden, ohne dass die Notwendigkeit besteht, einen Wachvorgang in Bezug auf das Flussmittel durchzuführen. Da das Lötflussmittel, welches das Klebeharz und das Aushärtemittel enthält, weiterhin als Kleber fungiert, wird ein hochverlässliches elektronisches Schaltungsmodul erreicht, welches eine weitaus größere Haltbarkeit bezüglich der Lötverbindungen besitzt.
15 zeigt das Lötverfahren, welches bei dem in 14 gezeigten elektronischen Schaltungsmodul angewendet wird. Dieses Lötverfahren wird durch Anwendung der in den 4, 5, 7 und 8 gezeigten Lötverfahren in Verbindung mit einem elektronischen Schaltungsmodul durchgeführt. Das Flussmittel 410 und 420, welches das Lötpulver zur Erreichung der zuvor beschriebenen Zusammensetzung enthält, wird auf die Lötaugen 230 und 240 aufgebracht, die zuvor an der Oberfläche der Chipmontageplatine 200 ausgebildet wurden.
Dann wird der Halbleiterchip 100 auf der Chipmontageplatine 200 montiert. Der Halbleiterchip 100 wird so auf der Chipmontageplatine 200 positioniert, dass die Anschlusselektroden 110 und 120 auf dem Flussmittel 410 und 420 sitzen, welches das Lötpulver enthält. Die Chipmontageplatine 200, auf der der Halbleiterchip 100 montiert ist, wird in einem Aufschmelzofen verarbeitet, um die Anschlusselektroden 110 und 120, die an den beiden Enden des Halbleiterchips 100 vorgesehen sind, durch Löten zu verbinden, indem das Lötelement verwendet wird, welches in dem Flussmittel 410 und 420 enthalten ist, welches das Lötpulver enthält.
In einem verbundenen Zustand befinden sich das Klebeharz und das Aushärtemittel, die in dem Flussmittel 410 und 420 enthalten sind, welches das Lötpulver aufweist, zwischen dem Halbleiterchip 100 und der Chipmontageplatine 200, um diese miteinander um die Löthöcker 210 und 220 zu verbinden. Durch den oberhalb beschriebenen Vorgang wird das in 14 gezeigte elektronische Schaltungsmodul erreicht. Durch Erhöhung der Mengen des Flussmittels 410 und 420, welches das Lötpulver enthält, das in dem in 15 gezeigten Verfahren verwendet wird, kann das Flussmittel 400 veranlasst werden, die Lücke zwischen dem Halbleiterchip 100 und der Chipmontageplatine 200 nahezu vollständig zu füllen, wie dies in 12 gezeigt ist. Als nächstes wird eine Erklärung in Bezug auf ein spezifisches Beispiel und ein Vergleichsbeispiel gegeben.
Beispiel 7
Zunächst wurde eine Lötpaste vorbereitet, die ein aushärtbares Flussmittel enthält, welches die folgende Zusammensetzung besitzt.
Flussmittel: Dieses wurde durch Mischen eines Eisphenol-A-Harzes und eines Phthalsäureanhydrids mit einem Massenverhältnis von 1:1 und anschließender Zugabe eines Lösungsmittels mit 10 Massen-% hergestellt.
Lötpulver: Sn-3,5 Ag
Das Flussmittel wurde in das Lötpulver mit einem Anteil von 10 Massen-% hinzugefügt. Die Zusammensetzung des Lötpulvers kann in Übereinstimmung mit der Aufschmelztemperatur gewählt werden, so dass eine andere Art einer Zusammensetzung gewählt werden kann. Weiterhin kann die Menge des hinzuzufügenden Flussmittels ebenfalls frei gewählt werden.
Die Lötpaste, die das oberhalb beschriebene aushärtbare Flussmittel enthält, wurde auf eine organische Chipmontageplatine durch Siebdruck aufgebracht. Ein Sieb mit einer Metallmaske mit einer Dicke von 100 μm wurde bei dem Siebdruckvorgang verwendet.
Als nächstes wurde ein Halbleiterchip, der Löthöcker aufweist, die zuvor auf ihm angebracht wurden, auf der organischen Chipmontageplatine montiert, und die organische Chipmontageplatine wurde dann in einem Aufschmelzofen verarbeitet. Die maximale Aufschmelztemperatur während der Ofenverarbeitung wurde auf 240°C und die Zeitspanne, über die der Vorgang bei 220°C oder mehr durchgeführt wurde, wurde auf 30 Sekunden gesetzt.
Vergleichsbeispiel 7
Zu Vergleichszwecken wurden Produkte des Stands der Technik vorbereitet, indem teilweise ein Dichtungsmittel verwendet und teilweise nicht verwendet wurde.
(Tests)
Das in Beispiel 7 realisierte elektronische Schaltungsmodul und die zwei Arten elektronischer Schaltungsmodule gemäß dem Stand der Technik wurden thermischen Schocktests unterzogen. Die thermischen Schocktests wurden jeweils über 2000 Umläufe durchgeführt, wobei die Temperatur für 0,5 Stunden bei –55°C und dann für 0,5 Stunden bei +125°C während jedes Umlaufs gehalten wurde. Dann wurden die Gleichstromwiderstände (RDCs) an den gelöteten Verbindungsteilen gemessen.
16 stellt einen Graph der Ergebnisse der RDC-Messung dar. In 16 stellt die horizontale Achse die Anzahl der Durchläufe der thermischen Schocks und die vertikale Achse das RDC dar. Die Kennlinie L11 wurde beim Produkt des Stands der Technik erreicht, wenn dieses ohne Dichtmittel zubereitet wurde. Die Kennlinie L12 wurde beim Produkt des Stands der Technik dann erreicht, wenn dieses unter Verwendung eines Dichtungsmittels zubereitet wurde. Die Kennlinie L13 wurde beim Beispiel 7 erreicht.
Wie die Kennlinie L11 in 16 zeigt, stieg das RDC dramatisch beim Produkt des Stands der Technik, welches ohne Verwendung eines Dichtungsmittels zubereitet wurde, sobald die Anzahl der Umläufe des thermischen Schocktests 1500 überschritt, welches eine Verschlechterung des RDC anzeigt. Eine solche Verschlechterung des RDC wurde beim Beispiel 7 sogar nach dem Überschreiten von 2000 Durchläufen nicht beobachtet, wie dies durch die Kennlinie L13 gezeigt ist. Diese Kennlinie L13 ist äquivalent zu der Kennlinie L12, welche beim Produkt des Stands der Technik erreicht wurde, welches ein Dichtungsmittel verwendet.
3. Anwendung bei elektronischen Schaltungsvorrichtungen
Eine elektronische Schaltungsvorrichtung besitzt keinen wesentlichen Unterschied verglichen mit der Elektronikkomponentenvorrichtung, wie diese zuvor erklärt wurde, mit der Ausnahme, dass die Elektronikkomponente durch ein elektronisches Schaltungsmodul ersetzt wird und die Komponentenmontageplatine durch eine Hauptplatine in der elektronischen Schaltungsvorrichtung ersetzt wird. Anders gesagt ist die Grundstruktur der elektronischen Schaltungsvorrichtung im Wesentlichen gleich der Struktur, wie diese in Bezug auf die Elektronikkomponentenvorrichtung offenbart ist.
17 stellt eine teilweise Querschnittsansicht einer elektronischen Schaltungsvorrichtung dar. Die elektronische Schaltungsvorrichtung in der Figur weist ein elektronisches Schaltungsmodul 300, eine Hauptplatine 500 und ein Lötflussmittel 600 auf.
Während das elektronische Schaltungsmodul 300 ein elektronisches Schaltungsmodul eines existierenden Typs sein kann, ist es wünschenswert, ein elektronisches Schaltungsmodul zu verwenden, welches die in 12 oder 14 gezeigte Struktur aufweist. An dem elektronischen Schaltungsmodul 300 ist eine geeignete Anzahl von Anschlusselektroden 250 und 260 z. B. an geeigneten Stellen an der unteren Oberfläche ausgebildet und diese Anschlusselektroden 250 und 260 sind mit Lötaugen 530 und 540 auf der Hauptplatine 500 mit Löthöckern 510 bzw. 520 verbunden.
Die Hauptplatine 500 kann aus einem keramischen Substrat, einem organischen Harzsubstrat oder einer Kombination davon ausgebildet sein. In der Hauptplatine 500 kann eine einzelne Schicht eines Leiterbilds oder eine Mehrzahl von Schichten von Leiterbildern über Löcher ausgebildet sein, die entlang der Richtung der Dicke und dergleichen vorgesehen sind. Ein Leiterbild ist bereitgestellt, um einen Kondensator, einen Induktor und dergleichen zu bilden oder einfach um die Verdrahtung der Schaltung zu vereinfachen.
Das Lötflussmittel 600, welches ein Klebeharz und ein Aushärtemittel enthält, liegt zwischen dem elektronischen Schaltungsmodul 300 und der Hauptplatine 500 vor, um diese miteinander zu verbinden. Das Lötflussmittel 600 wird als Kleber verwendet. Bei der in der Figur gezeigten Anordnung füllt das Lötflussmittel 600 die Lücke zwischen dem elektronischen Schaltungsmodul 300 und der Hauptplatine 500 nahezu vollständig.
Das Lötflussmittel 600 muss nicht abgewaschen werden und kann unmittelbar als Kleber verwendet werden. Im Ergebnis kann eine elektronische Schaltungsvorrichtung zu niedrigen Produktionskosten hergestellt werden, ohne dass ein Waschvorgang in Bezug auf das Flussmittel durchgeführt werden muss. Da das Lötflussmittel, welches das Klebeharz und das Aushärtemittel aufweist, als Kleber fungiert, wird zusätzlich eine hochverlässliche elektronische Schaltungsvorrichtung erreicht, die eine weitaus größere Haltbarkeit bezüglich der Lötverbindungen aufweist.
18 zeigt das Lötverfahren, welches bei der in 17 gezeigten elektronischen Schaltungsvorrichtung angewendet wird. Dieses Lötverfahren wird durch Anwendung des in 1 gezeigten Lötverfahrens in Verbindung mit einer elektronischen Schaltungsvorrichtung ausge führt. Wie zuvor beschrieben wurde, wird das Flussmittel 600, welches das Klebeharz und das Aushärtemittel enthält, auf die Hauptplatine 500 aufgebracht, an der die Löthöcker 510 und 520 zuvor ausgebildet wurden. Das Flussmittel 600 enthält kein Lötpulver.
Die Löthöcker 510 und 520 werden auf den Lötaugen 530 und 540 an einer Oberfläche der Hauptplatine 500 ausgebildet. Dann wird das elektronische Schaltungsmodul 300 auf der Hauptplatine 500 montiert. Das elektronische Schaltungsmodul 300 wird auf die Hauptplatine 500 so gesetzt, dass die Anschlusselektroden 250 und 260 auf den Löthöckern 510 und 520 positioniert sind. Anschließend wird die Hauptplatine 500, auf der das elektronische Schaltungsmodul 300 montiert ist, in einem Aufschmelzofen verarbeitet, um die Anschlusselektroden 250 und 260, die an dem elektronischen Schaltungsmodul 300 bereitgestellt sind, mit den Löthöckern 510 und 520 durch Löten zu verbinden. Durch diesen Vorgang wird die in 17 gezeigte elektronische Schaltungsvorrichtung erhalten.
19 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels einer elektronischen Schaltungsvorrichtung. In der Figur sind dieselben Bezugszeichen den identischen Teilen zugewiesen, wie diese in 17 gezeigt sind. Bei der in 19 gezeigten Anordnung verbindet das Lötflussmittel 600, welches zwischen dem elektronischen Schaltungsmodul 300 und der Hauptplatine 500 vorliegt, diese miteinander um die Löthöcker 510 und 520.
In diesem Fall muss das Lötflussmittel 600 ebenfalls nicht weggewaschen werden und kann unmittelbar als ein Klebstoff verwendet werden. Im Ergebnis kann eine elektronische Schaltungsvorrichtung zu niedrigen Produktionskosten hergestellt werden, ohne dass es erforderlich ist, einen Waschvorgang in Bezug auf das Flussmittel durchzuführen. Da das Lötflussmittel 600, welches das Klebeharz und das Aushärtemittel zusätzlich zum Lötpulver enthält, als ein Kleber fungiert, wird zusätzlich eine hochverlässliche Schaltungsvorrichtung erhalten, die eine weitaus größere Haltbarkeit bezüglich der Lötverbindungen aufweist.
20 zeigt das Lötverfahren, welches bei der in 19 gezeigten elektronischen Schaltungsvorrichtung angewendet wird. Dieses Lötverfahren wird durch das in den 4 bis 8 gezeigte Lötverfahren in Verbindung mit einer elektronischen Schaltungsvorrichtung umgesetzt. Das Flussmittel 610 und 620, welches das Lötpulver zum Erreichen der zuvor beschriebenen Zusammensetzung enthält, wird auf die Lötaugen 530 und 540 aufgebracht, die zuvor an der Oberfläche der Hauptplatine 500 ausgebildet wurden. Dann wird das elektronische Schaltungsmodul 300 auf der Hauptplatine 500 montiert. Das elektronische Schaltungsmodul 300 wird so auf die Hauptplatine gesetzt, dass die Anschlusselektroden 250 und 260 auf dem Flussmittel 610 und 620 positioniert werden, wobei das Flussmittel 610 und 620 das Lötpulver enthält.
Als nächstes wird die Hauptplatine 500, auf der das elektronische Schaltungsmodul 300 montiert ist, in einem Aufschmelzofen verarbeitet, um die Anschlusselektroden 250 und 260 zu verbinden, die an dem elektronischen Schaltungsmodul 300 bereitgestellt sind, indem unter Verwendung des Lötelements gelötet wird, welches in dem Flussmittel 610 und 620 enthalten ist, welche das Lötpulver aufweisen. Das Klebeharz und das Aushärtemittel, die in dem Flussmittel 610 und 620 enthalten sind, welche das Lötpulver enthalten, liegen zwischen dem elektronischen Schaltungsmodul 300 und der Hauptplatine 500 vor, um diese miteinander um die Löthöcker 510 und 520 zu verbinden. Durch den oberhalb beschriebenen Vorgang wird die in 19 gezeigte elektronische Schaltungsvorrichtung erhalten. Durch Erhöhung der Mengen des Flussmittels 610 und 620, welche das Lötpulver enthalten, das in dem in 20 gezeigten Verfahren verwendet wird, kann das Lötflussmittel 600 dazu veranlasst werden, die Lücke zwischen dem elektronischen Schaltungsmodul 300 und der Hauptplatine 500 nahezu vollständig zu füllen, wie dies in 17 gezeigt ist. Als nächstes wird in Bezug auf spezifische Beispiele und Vergleichsbeispiele eine Erklärung gegeben.
Beispiel 8
Zunächst wurde eine Lötpaste vorbereitet, die ein thermisch aushärtbares Flussmittel aufweist, das die folgende Zusammensetzung aufwies.
Flussmittel: Dieses wurde durch Mischen eines Bisphenol-A-Harzes und eines Phthalsäureanhydrids mit einem Massenverhältnis von 1:1 erreicht und dann ein Lösungsmittel mit 10 Gewichts-% hinzugefügt.
Lötpulver: Sn-3,5 Ag
Das Flussmittel wurde in das Lötpulver in einer Menge von 10 Massen-% hinzugegeben. Die Zusammensetzung des Lötpulvers kann in Übereinstimmung mit der Aufschmelztemperatur gewählt und somit eine andere Art einer Zusammensetzung verwendet werden. Weiterhin kann die Menge des hinzuzufügenden Flussmittels ebenfalls frei gewählt werden.
Die Hauptplatine wurde durch Verwendung einer organischen Hauptplatine geschaffen. Das elektronische Schaltungsmodul wurde durch Montage eines Halbleiterchips auf einer organischen Chipmontageplatine geschaffen. Die Oberflächen der Anschlusselektroden, die an der unteren Oberfläche der organischen Chipmontageplatine vorgesehen sind, wurden einem Goldplattiervorgang unterzogen, so dass sie mit der organischen Hauptplatine verlötet werden können.
Die Lötpaste, die das oberhalb beschriebene thermisch aushärtbare Flussmittel enthält, wurde auf die organische Chipmontageplatine mittels Siebdruck aufgebracht. Ein Sieb mit einer Metallmaskendicke von 100 μm wurde bei dem Siebdruckvorgang verwendet.
Als nächstes wurde das elektronische Schaltungsmodul auf der organischen Hauptplatine montiert und die organische Hauptplatine wurde dann in einem Aufschmelzofen verarbeitet. Die maximale Aufschmelztemperatur während des Aufschmelzvorgangs wurde auf 240°C und die Zeitspanne, über die der Vorgang bei 220°C oder höher durchgeführt wurde, auf 30 Sekunden gesetzt.
Beispiel 9
Eine elektronische Schaltungsvorrichtung wurde durch Verwendung eines keramischen Substrats hergestellt, um die Chipmontageplatine für das elektronische Schaltungsmodul bereitzustellen, indem die in Beispiel 8 gezeigten Maßnahmen durchgeführt wurden.
Vergleichsbeispiel 8
Ein elektronisches Schaltungsmodul mit einer Chipmontageplatine, die aus organischem Material besteht, wurde mit einer organischen Hauptplatine mittels eines Flussmittels gemäß dem Stand der Technik verlötet. Die Oberflächen der Anschlusselektroden, die an der unteren Oberfläche der organischen Chipmontageplatine bereitgestellt waren, wurden einem Goldplattiervorgang unterzogen, so dass sie mit der organischen Hauptplatine verlötet werden können.
Vergleichsbeispiel 9
Ein elektronisches Schaltungsmodul mit einer Chipmontageplatine aus einem keramischen Material wurde auf eine organische Hauptplatine mit einem Flussmittel gemäß dem Stand der Technik gelötet. Die Oberflächen der Anschlusselektroden, die an der unteren Oberfläche der keramischen Hauptplatine vorgesehen sind, wurden einem Goldplattiervorgang unterzogen, so dass sie mit der organischen Hauptplatine verlötet werden können.
(Tests)
Das elektronische Schaltungsmodul, welches in den Beispielen 8 und 9 realisiert wurde, und die zwei Arten elektronischer Schaltungsmodule gemäß dem Stand der Technik, die in den Vergleichsbeispielen 8 und 9 vorbereitet wurden, wurden thermischen Schocktests unterzogen. Die thermischen Schocktests wurden über 2000 Umläufe durchgeführt, wobei die Temperatur für 0,5 Stunden bei –55°C und dann für 0,5 Stunden bei +125°C während jedes Umlaufs gehalten wurde. Dann wurden die Gleichstromwiderstände (RDCs) an den gelöteten Verbindungsteilen gemessen.
21 stellt einen Graph der Ergebnisse der RDC-Messung dar. In 21 stellt die horizontale Achse die Anzahl der Umläufe der thermischen Schocks und die vertikale Achse das RDC dar. Die Charakteristika L21 wurden beim Vergleichsbeispiel 9 und die Charakteristik L22 bei den Beispielen 8 und 9 und dem Vergleichsbeispiel 8 erzielt.
In 21 stieg das RDC, welches im Vergleichsbeispiel 9 mit einem keramischen Material gemessen wurde, welches die Chipmontageplatine des elektronischen Schaltungsmoduls bildet, und einem organischen Material, welches die Hauptplatine bildet, dramatisch an, was eine Verschlechterung des RDC zeigt, sobald die Anzahl von Testzyklen 1000 überschritt, wie dies anhand der Charakteristika L21 gezeigt ist. Dem entgegen zeigten die Beispiele 8 und 9 keine Verschlechterung des RDC, sogar dann nicht, wenn die Anzahl von Testzyklen 2000 Umläufe überschritt, wie dies durch die Charakteristika L22 gezeigt ist. Es ist ein festzuhaltender Punkt von speziellem Interesse, dass während eine deutliche Verschlechterung des RDC resultiert, wenn ein elektronisches Schaltungsmodul gemäß dem Stand der Technik mit einer Chipmontageplatine, die aus einem keramischen Substrat besteht, und einer Hauptplatine, die aus einem organischen Harzsubstrat besteht (siehe Kennlinie L21), in Kombination verwendet werden, es möglich ist, eine solche Verschlechterung des RDC sogar bei derselben Substratkombination zu verhindern, indem die vorliegende Erfindung (siehe Kennlinie L22) angewendet wird, wie der Vergleich der Kennlinie L22, welche das Beispiel 9 darstellt, und der Kennlinie L21, welche das Vergleichsbeispiel 9 darstellt, klar zeigt.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird eine elektronische Komponente auf einer Komponentenmontageplatine mittels des Klebeharzes fest verbunden, wobei der Klebeharz in dem Flussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Wenn die Elektronikkomponente mit der Komponentenmontageplatine verbunden wurde, unterläuft die Anordnung dann einem Inspektionsvorgang, wobei während des Inspektionsvorgangs der Lötzustand überprüft wird.
Falls die Lötverbindung fehlerhaft ist, ist es wünschenswert, die Elektronikkomponente von der Elektronikmontageplatine zu lösen, um die Elektronikkomponente erneut auf der Komponentenmontageplatine zu verlöten. Falls die Elektronikkomponente nicht von der Komponentenmontageplatine gelöst werden kann, müssen die Elektronikkomponente und die Komponentenmontageplatine ausrangiert werden, welches zu einer Erhöhung der Produktionskosten und einer Reduzierung des Ertrags führt. Entsprechend ist es wünschenswert, das Flussmittel und die Lötpaste gemäß der vorliegenden Erfindung so auszubilden, dass es möglich ist, die verlötete Elektronikkomponente von der Komponentenmontageplatine zu lösen.
Zusätzlich wurde die Verwendung bleifreier Loten in den letzten Jahren als Teil der Anstrengungen üblich, die gemacht wurden, um die globale Umwelt zu schützen. Lotelemente verschiedenster Zusammensetzungen werden in solchen bleifreien Loten verwendet. Da Lotelemente mit unterschiedlichen Zusammensetzungen unterschiedliche Schmelzpunkte besitzen, muss die Aufschmelztemperatur in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung des jeweils verwendeten Lotelements eingestellt werden. Aus diesem Grund ist es notwendig, eine Technologie zu entwickeln, die es ermöglicht, das Klebeharz in Übereinstimmung mit einer gegebenen Aufschmelztemperatur auszubilden.
Während oberhalb eine Erklärung in Bezug auf ein Beispiel gegeben wird, bei dem die Elektronikkomponente auf eine Komponentenmontageplatine gelötet wird, trifft dasselbe Konzept zu, wenn ein Halbleiterchip auf eine Chipmontageplatine gelötet wird und wenn ein elektronisches Schaltungsmodul auf eine Hauptplatine gelötet wird.
Als nächstes werden die Zusammensetzungen des Flussmittels und der Lötpaste offenbart, die den oberhalb geäußerten Bedenken Rechnung tragen. Namentlich muss das Aushärtemittel in dem Flussmittel mindestens zwei Arten von Karbonsäure enthalten, die voneinander unterschiedliche Schmelzpunkte besitzen. Die Karbonsäure mit dem niedrigeren Schmelzpunkt fungiert als ein Aushärtemittel bei der Aufschmelztemperatur. Die Karbonsäure mit dem höheren Schmelzpunkt wiederum senkt die Viskosität des Klebeharzes bei einer Reparaturtemperatur, die höher als die Aufschmelztemperatur gesetzt ist.
Da die Viskosität des Klebeharzes abgesenkt wird, indem die Temperatur des Flussmittels auf ein Niveau angehoben wird, welches in etwa der Reparaturtemperatur entspricht, um zu erreichen, dass die Karbonsäure mit dem höheren Schmelzpunkt schmilzt, kann die Elektronikkomponente von der Komponentenmontageplatine gelöst werden. Im Ergebnis ist es möglich, die Elektronikkomponente wie im Stand der Technik erneut zu verlöten, wobei ein Harzfluss mittel verwendet wird und die Verbindungsfunktion erhalten bleibt. Ein Klebeflussmittel, welches eine solche Zusammensetzung besitzt, ist besonders vorteilhaft, wenn große, teure Einheiten, wie beispielsweise elektronische Schaltungsmodule, verlötet werden.
Wenn weiterhin Karbonsäuren mit unterschiedlichen Schmelzpunkten vermischt werden, ist es möglich, die Temperatur der thermischen Aushärtung des Klebeharzes zu variieren. Dies ermöglicht es dem Klebeharz, bei einer gegebenen Aufschmelztemperatur auszuhärten, wodurch es möglich gemacht wird, die Aufschmelztemperatur in Übereinstimmung mit den Schmelzpunkten der verwendeten Lötelemente einzustellen.
Weiterhin kann durch eine Kombination verschiedener Karbonsäuren oder durch eine Änderung deren Mischungsverhältnisses ebenfalls die Temperatur der thermischen Aushärtung des Klebeharzes eingestellt werden, um ähnliche Effekte und Vorteile zu erreichen.
Als nächstes sollte die Lötpaste das Flussmittel, welches die oberhalb beschriebene Zusammensetzung besitzt, und Lötpulver enthalten. Im Ergebnis erreicht die Lötpaste ebenfalls Effekte und Vorteile, die denen ähnlich sind, die bei dem Flussmittel mit der oberhalb beschriebenen Zusammensetzung erzielt werden. Diese Effekte und Vorteile werden nun unter Bezugnahme auf Testdaten genauer erläutert.
Test 1: Reparierbarkeit, die durch eine Kombination einer Mehrzahl von Karbonsäuren erreicht wird
Zunächst wurde Test 1 durchgeführt, um ein Flussmittel und eine Lötpaste mit herausragender Reparierbarkeit zu erhalten. In den Tests 1 wurde Bisphenol-A als das thermisch aushärtbare Harz verwendet. Das Aushärtemittel wurde durch Verwendung zwei verschiedener Karbonsäuren, und insbesondere durch Verwendung einer Adipinsäure und einer Pimelinsäure ausgebildet. Sowohl die Adipinsäure als auch die Pimelinsäure gehören zur Gruppe der Karbonsäuren. Adipinsäure und Pimelinsäure haben unterschiedliche Schmelzpunkte. Insbesondere ist der Schmelzpunkt von Adipinsäure 153°C, während der Schmelzpunkt von Pimelinsäure 279°C ist. Bisphenol-A, Adipinsäure und Pimelinsäure wurden mit den Mischungsverhältnissen (Masse-%) gemischt, die der unterhalb angegebenen TABELLE II enthalten sind, um die Flussmittelbeispiele 1 bis 4 vorzubereiten. Das Verhältnis des Gehalts a (Masse-%) der Adipinsäure und des Gehalts b (Masse-%) der Pimelinsäure wurde innerhalb eines Bereichs variiert, der als a:b = (50:50) bis (95:5) ausgedrückt werden kann, wenn a + b = 100 bei den Flussmittelbeispielen 1 bis 4 gilt. Bisphenol-A und Adipinsäure wurden mit den Mischungsverhältnissen (Masse-%) gemischt, die in der unterhalb angegebenen TABELLE II enthalten sind, um das Flussmittelbeispiel 5 vorzubereiten.
TABELLE II
Als nächstes wurden Lötpasten vorbereitet, indem Lötpulver in Flussmittelbeispiele 1 bis 5, die wie oberhalb beschrieben zubereitet wurden, eingemischt wurden. Das Lötpulver bestand aus Sn-3,5Ag. Die Zusammensetzung des Lötpulvers kann in Übereinstimmung mit der Aufschmelztemperatur gewählt werden. Ein Lötpulver mit einer anderen Zusammensetzung als der in diesem Beispiel verwendeten kann ebenfalls umgesetzt werden. Die Menge des Flussmittels, die relativ zur Menge des Lötpulvers zur Ausbildung einer Lötpaste beim Mischen verwendet wurde, wurde auf 25 Masse-% gesetzt. Die Menge des Flussmittels, die eingemischt wurde, kann jedoch frei gewählt werden.
Ein elektronisches Schaltungsmodul wurde auf eine Hauptplatine unter Verwendung der Lötpasten gelötet, die die oberhalb beschriebenen Zusammensetzungen besitzen. Die 22 bis 25 stellen teilweise Querschnittsansichten dar, die den Vorgang zeigen, durch den das elektronische Schaltungsmodul auf die Hauptplatine gelötet wurde. In den Figuren sind dieselben Bezugszeichen identischen Teilen zugewiesen, wie diese in 19 gezeigt sind.
Wie in 22 gezeigt ist, wurden die Lötaugen 530 und 540 an der Hauptplatine 500 vorgesehen. Die Hauptplatine 500 kann aus einem keramischen Substrat, einem organischen Harzsubstrat oder einem Material bestehen, welches eine Kombination davon darstellt. Die Hauptplatine 500 in den Figuren besteht aus einem organischen Harzsubstrat.
Wie in 23 gezeigt ist, wurde eine Lötpaste 610 und 620, die Beispiel 10 entspricht, auf die Lötaugen 530 und 540 an der Hauptplatine 500 aufgebracht. Die Lötpaste 610 und 620 wurde mittels eines Druckvorgangs aufgebracht, der eine Metallmaske verwendet.
Wie in 24 gezeigt ist, wurde dann ein elektronisches Schaltungsmodul 300 auf der Hauptplatine 500 montiert. Das elektronische Schaltungsmodul 300 in der Figur besitzt einen Aufbau, der dem des elektronischen Schaltungsmoduls ähnlich ist, welches in 12 gezeigt ist. Das elektronische Schaltungsmodul 300 war ein CSP (Chip-Bauform), welches als ein LGA-strukturiertes Produkt bezeichnet wird. Die Chipmontageplatine 200 des elektronischen Schaltungsmoduls 300 ist ein keramisches Substrat. Wie in 24 dargestellt ist, wurde das elektronische Schaltungsmodul 300 auf die Hauptplatine 500 gesetzt, so dass die Anschlusselektroden 250 und 260 auf der Lötpaste 610 und 620 positioniert sind.
Als nächstes wurde die mit dem elektronischen Schaltmodul 300 versehene Hauptplatine 500 in einem Aufschmelzofen verarbeitet, um die Anschlusselektroden 250 und 260, die an dem elektronischen Schaltungsmodul 300 vorgesehen sind, mit den Lötelementen zu verbinden, die in der Lötpaste 610 und 620 enthalten sind. Das Klebeharz und das Aushärtemittel, welche in der Lötpaste 610 und 620 enthalten waren, lagen zwischen dem elektronischen Schaltungsmodul 300 und der Hauptplatine 500 vor, um diese um die Löthöcker 510 und 520 herum zu verbinden. Im Ergebnis wurde eine elektronische Schaltungsvorrichtung erhalten, wie diese in 25 gezeigt ist. In 25 bezeichnet das Bezugszeichen 600 das Flussmittel, welches in Beispiel 10 erreicht wird, das in der Lötpaste 610 (620) enthalten war und anschließend Kehlnähte auf den äußeren Oberflächen der Anschlusselektroden 250 und 260 ausbildete.
Wie zuvor beschrieben wurde, wies das Flussmittel 600 das Klebeharz und das Aushärtemittel auf. Das Aushärtemittel wies Adipinsäure und Pimelinsäure auf, die unterschiedliche Schmelzpunkte besitzen. Adipinsäure mit dem niedrigeren Schmelzpunkt fungierte als ein Aushärtemittel bei der Aufschmelztemperatur. Pimelinsäure mit dem höheren Schmelzpunkt setzte die Viskosität des Klebeharzes bei der Reparaturtemperatur herab, wobei die Reparaturtemperatur höher gesetzt war als die Aufschmelztemperatur.
Das Folgende stellt eine detaillierte Erklärung der einzelnen Flussmittelbeispiele 1 bis 5 dar. Wenn das Flussmittelbeispiel 5 verwendet wurde, schmolz die in dem Flussmittel enthaltene Adipinsäure, wodurch das Lot während der Aufschmelzofenverarbeitung schmolz. Im Ergebnis wurden die an der Hauptplatine ausgebildeten Lötaugen und die Anschlusselektroden an dem elektronischen Schaltungsmodul miteinander verbunden.
Wenn die Flussmittelbeispiele 1 und 2 verwendet wurden, schmolz das Lot nicht während der Aufschmelzofenverarbeitung aufgrund des Aushärtvorgangs der Pimelinsäure in den Flussmitteln, der sich in dem Aufschmelzofen fortsetzte. Im Ergebnis wurden die Lötaugen an der Hauptplatine und die Anschlusselektroden an dem elektronischen Schaltungsmodul nicht miteinander verbunden.
Wenn die Flussmittelbeispiele 3 und 4 verwendet wurden, schmolz die in dem Flussmittel enthaltene Adipinsäure, wodurch das Lot während der Aufschmelzofenverarbeitung schmolz. Im Ergebnis wurden die an der Hauptplatine 500 vorgesehenen Lötaugen 530 und 540 und die Anschlusselektroden 250 und 260 an dem elektronischen Schaltungsmodul 300 miteinander verbunden.
26 und 27 stellen teilweise Querschnittsansichten dar, welche den Vorgang zeigen, durch den das elektronische Schaltungsmodul von der Hauptplatine getrennt wird. Wie in 26 gezeigt ist, wird heiße Luft auf das Flussmittel 600 geblasen, um die Temperatur des Flussmittels 600 so zu erhöhen, dass sie in etwa der Reparaturtemperatur entspricht, wodurch die Pimelinsäure mit dem höheren Schmelzpunkt schmolz und somit die Viskosität des Klebeharzes herabgesetzt wurde. Daher kann das elektronische Schaltungsmodul 300 von der Hauptplatine 500 getrennt werden, wie dies in 27 gezeigt ist.
Im Ergebnis wird es möglich, das elektronische Schaltungsmodul 300 wie im Stand der Technik erneut zu verlöten, indem ein Harzflussmittel verwendet wird, während die Klebefunktion erhalten bleibt. Das Klebeflussmittel mit einer solchen Zusammensetzung ist insbesondere bei einer Anwendung vorteilhaft, bei der ein teures elektronisches Schaltungsmodul 300, wie beispielsweise eine große Einheit, verlötet wird. Zusätzlich kann der Reparaturvorgang durchgeführt werden, indem das Klebeflussmittel mit einem ähnlichen Grad an einfacher Verarbeitung verwendet wird, wie dies im Stand der Technik der Fall ist.
Der Reparaturvorgang wird nun detailliert beschrieben. Reparaturtests wurden bei den Flussmittelbeispielen 3 bis 5 durchgeführt, die eine Aufschmelzmontage unter den Beispielen 1 bis 5 gestatteten. Bei den Reparaturtests wurde heiße Luft, die eine Temperatur von etwa 300°C erreicht, in den Bereich geblasen, wo die Chipmontageplatine 200 des elektronischen Schaltungsmoduls 300 und die Hauptplatine 500 miteinander verbunden waren.
Das Flussmittelbeispiel 5, welches die Chipmontageplatine des elektronischen Schaltungsmoduls und die Hauptplatine miteinander verband, wurde als erstes aufgeweicht, erhärtete jedoch wiederum durch die heiße Luft. Im Ergebnis konnte das elektronische Schaltungsmodul nicht von der Hauptplatine abgenommen werden.
Wenn heiße Luft in den Bereich geblasen wurde, wo die Chipmontageplatine 200 des elektronischen Schaltungsmoduls 300 und die Hauptplatine 500 durch Verwendung des Flussmittels 600 in den Beispielen 3 oder 4 miteinander verbunden waren, schmolz die in dem Flussmittel 600 enthaltene Pimelinsäure, so dass es möglich war, das elektronische Schaltungsmodul 300 von der Hauptplatine 500 abzunehmen.
Dieses führt zu dem Schluss, dass zum Ermöglichen von Reparaturarbeiten an einem verlöteten elektronischen Schaltungsmodul 300 Pimelinsäure mit einem Schmelzpunkt, der nahe der Reparaturtemperatur liegt, zusätzlich zu Adipinsäure eingemischt werden sollte, die zum Härten des Klebeharzes verwendet wird. Wenn die Pimelinsäure bei der Reparaturtemperatur schmilzt, wird die Viskosität des Klebeharzes reduziert. Daher kann das elektronische Schaltungsmodul 300, welches auf der Hauptplatine 500 verlötet wurde, von der Hauptplatine 500 für eine Reparatur entfernt werden.
Die Ergebnisse des oberhalb beschriebenen Tests 1 zeigen, dass es erforderlich ist, Pimelinsäure zu Reparaturzwecken mit 15 Massen-% bis 5 Massen-% relativ zum Gehalt der Adipinsäure hinzuzufügen, wobei die Adipinsäure verwendet wird, um das Klebeharz zu härten. Namentlich muss der Gehalt a (Masse-%) der Adipinsäure und der Gehalt b (Masse-%) der Pimelinsäure ein Verhältnis von a:b = (85:15) bis (95:5) erfüllen, wenn a + b = 100 gilt.
Der Lötvorgang wurde umgesetzt, indem die Lötpasten verwendet wurden, die durch Mischen der in Test 1 zubereiteten Flussmittel mit Lötpulver erhalten wurden. Ähnliche Effekte und Vorteile können jedoch bei einem Lötvorgang erreicht werden, bei welchem die in Test 1 zubereiteten Flussmittel auf ein Substrat aufgebracht werden, welches stattdessen Löthöcker darauf aufweist.
Die elektronische Schaltungskomponente gemäß der vorliegenden Erfindung weist keine wesentlichen Unterschiede zu der oberhalb beschriebenen elektronischen Schaltungsvorrichtung mit der Ausnahme auf, dass das elektronische Schaltungsmodul durch eine elektronische Komponente und die Hauptplatine durch eine Komponentenmontageplatine in der elektronischen Schaltungsvorrichtung ersetzt wird. Anders gesagt ist der grundsätzliche Aufbau bei der Elektronikkomponentenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen gleich dem, der unter Bezugnahme auf die elektronische Schaltungsvorrichtung offenbart wurde.
Entsprechend weist das elektronische Schaltungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung keinen wesentlichen Unterschied zu der zuvor beschriebenen elektronischen Schaltungsvorrichtung mit der Ausnahme auf, dass das elektronische Schaltungsmodul durch einen Halbleiterchip und die Hauptplatine durch eine Chipmontageplatine bei dem elektronischen Schaltungsmodul ersetzt wurde. Anders gesagt ist der grundsätzliche Aufbau des elektronischen Schaltungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen gleich dem, der unter Bezugnahme auf die elektronische Schaltungsvorrichtung offenbart wurde. Als nächstes wurden die folgenden Tests 2 bis 5 durchgeführt, um eine Variation der Aufschmelztemperatur zu erreichen.
Test 2: Eigenschaften der thermischen Aushärtung von Flussmitteln, die eine einzige Karbonsäure enthalten.
Zunächst wurden die Eigenschaften der thermischen Aushärtung von Flussmitteln durch den Test 2 untersucht, wobei jedes der Flussmittel durch Einmischen einer einzigen Karbonsäure als ein Aushärtemittel untersucht wurde. Das thermisch aushärtbare Harz war als Bisphenol-A ausgebildet. Das Aushärtemittel in jedem der Flussmittel bestand aus einer der folgenden Substanzen, wie dies in der TABELLE III unterhalb gezeigt ist: Adipinsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure und Pimelinsäure. Jedes Flussmittel wurde zubereitet, indem das thermisch aushärtbare Harz und das Aushärtemittel mit einem Massenverhältnis von 1:1 vermischt wurden. 2 g jedes der Flussmittel, die so zubereitet wurden, wurden auf eine Kupferplatte aufgebracht, wobei die Kupferplatte dann in einem Aufschmelzofen bei 240°C verarbeitet wurde und das Verhalten der auf den Kupferplatten gebildeten Schichten miteinander verglichen wurden.
TABELLE III
Wie in TABELLE III gezeigt ist, sind die Flussmittelbeispiele 11 und 12, die ein Gelieren der Schicht oder ein Aushärten der Schicht bei Raumtemperatur zeigten, nicht wünschenswert. Im Gegensatz dazu erreichten die Flussmittelbeispiele 13 und 14, die es den Schichten erlaubten, während der Aufschmelzofenverarbeitung auszuhärten, wünschenswerte Ergebnisse.
Durch einen Vergleich der Ausmaße, bis zu denen der Vorgang des Aushärtens bei den Flussmittelbeispielen 11 bis 14 vorangeschritten ist, wurde bestätigt, dass der Vorgang des thermischen Aushärtens weiter unterstützt wird, wenn der Schmelzpunkt des Aushärtemittels mit dem Aushärtevorgang der Flussmittel enthaltenden Adipinsäure höher wird, während das Aushärtemittel (Beispiel 11) mit dem höchsten Grad abbremste. Falls Adipinsäure und Bernsteinsäure miteinander vermischt werden, um ein Aushärtemittel zu bilden, wird eine härtere Schicht erreicht, indem das Mischungsverhältnis der Bernsteinsäure erhöht wird.
Test 3: Veränderlichkeit der Aufschmelztemperatur, welche durch Mischen einer Mehrzahl von Karbonsäuren erreicht wird
Basierend auf den oberhalb beschriebenen Ergebnissen des Tests 2 wurde die Veränderlichkeit der Aufschmelztemperatur untersucht, die durch Mischen von Adipinsäure und Bernsteinsäure erreicht wurde. Bisphenol-A wurde als das thermisch aushärtende Harz verwendet. Das Aushärtemittel wurde durch die Verwendung von zwei Karbonsäuren, d. h. Adipinsäure und Bernsteinsäure, gebildet. Sowohl Adipinsäure als auch Bernsteinsäure gehören zur Gruppe der Karbonsäuren. Die Schmelzpunkte von Adipinsäure und Bernsteinsäure sind unterschiedlich.
Insbesondere ist der Schmelzpunkt von Adipinsäure 153°C, während der Schmelzpunkt von Bernsteinsäure 188°C ist. Bisphenol-A, Adipinsäure und Bernsteinsäure wurden mit einem Massenverhältnis von 1:0,5:0,5 gemischt, um ein Flussmittel zuzubereiten.
Als nächstes wurde das zubereitete Flussmittel mit einem Lötpulver vermischt, um eine Lötpaste zuzubereiten. Das Lötpulver bestand aus Sn-3,5Ag, und die Menge des Flussmittels, die relativ zu der Menge des Lötpulvers vermischt wurde, betrug 15 Massen-%. Im Folgenden wird diese Lötpaste als Lötpastenbeispiel 22 bezeichnet. Die Zusammensetzung des Lötpulvers kann in Übereinstimmung mit der Aufschmelztemperatur gewählt werden, so dass das Lötpulver eine Zusammensetzung besitzen kann, die anders als die oberhalb beschriebene ist. Die Menge des vermischten Flussmittels kann ebenfalls frei gewählt werden.
Zusätzlich wurden Bisphenol-A und Adipinsäure mit einem Massenverhältnis von 1:1 vermischt, um ein Flussmittel vorzubereiten. Dann wurde das in dieser Weise vorbereitete Flussmittel mit Lötpulver vermischt, um eine Lötpaste vorzubereiten. Wie im Fall des Lötpastenbeispiels 22 bestand das Lötpulver aus Sn-3,5Ag und die Menge des Flussmittels, die relativ zur Menge des Lötpulvers vermischt wurde, wurde auf 15 Massen-% gesetzt. Im Folgenden wird diese Lötpaste als Lötpastenbeispiel 21 bezeichnet.
28 zeigt die Beziehungen zwischen der Aufschmelztemperatur und der Scherfestigkeit der Komponente, die beobachtet wurden, wenn Kondensatoren unter Verwendung der Lötpastenbeispiele 21 und 22 verlötet wurden. Zwei unterschiedliche Arten von Testkondensatoren, d. h. 1005er STD-Anschlusskondensatoren und 1005er CSB-Anschlusskondensatoren, wurden in dem Test verwendet. Ein STD-Anschlusskondensator weist Anschlüsse auf, die an den beiden Seitenflächen der Kondensatorelementanordnung ausgebildet sind. Ein CSB-Anschlusskondensator weist Anschlüsse auf, die an den zwei Enden der Unterseite der Kondensatorelementanordnung ausgebildet sind.
In 28 wurde die Kennlinie L31 durch die Verwendung des Lötpastenbeispiels 21 erreicht, um STD-Anschlusskondensatoren zu verlöten. Die Kennlinie L32 wurde erreicht, indem die Lötpastenbeispiele 22 verwendet wurden, um STD-Anschlusskondensatoren zu verlöten. Die Kennlinie L41 wurde erreicht, indem das Lötpastenbeispiel 21 verwendet wurde, um CSB-Anschlusskondensatoren zu verlöten. Die Kennlinie L42 wurde erreicht, indem das Lötpastenbeispiel 22 verwendet wurde, um CSB-Anschlusskondensatoren zu verlöten. Die Scherfestigkeit der Komponente wurde durch das in 2 gezeigte Verfahren gemessen.
Wie in 28 gezeigt ist, wurde beim Löten von STD-Anschlusskondensatoren ein Grad an Scherfestigkeit durch Verwendung des Lötpastenbeispiels 22 (siehe Kennlinie L32) bei einer niedrigeren Aufschmelztemperatur erreicht, wobei dieser Grad dem entspricht, der bei der Verwendung des Lötpastenbeispiels 21 erreicht wurde.
Zusätzlich wurde beim Löten von CSB-Anschlusskondensatoren ein Grad an Scherfestigkeit der Komponente bei Verwendung des Lötpastenbeispiels 22 (siehe Kennlinie L42) bei einer niedrigeren Aufschmelztemperatur erreicht, wobei dieser Grad dem entspricht, der mit dem Lötpastenbeispiel 21 (siehe Kennlinie L41) erreicht wurde. Wenn z. B. angenommen wird, dass 0,9 kg an Scherfestigkeit der Komponente erforderlich ist, muss die Aufschmelztemperatur auf 224 bis 230°C in Verbindung mit dem Lötpastenbeispiel 21 gesetzt werden (siehe Kennlinie L41), während die Aufschmelztemperatur nur auf 217 bis 221°C gesetzt werden muss, wenn das Lötpastenbeispiel 22 (siehe Kennlinie L42) verwendet wird, um die erforderliche Scherfestigkeit der Komponente zu erreichen.
Wie oberhalb beschrieben wurde, kann durch Mischen von Karbonsäuren (Adipinsäure und Bernsteinsäure) mit unterschiedlichen Schmelzpunkten die Abweichung der thermischen Aushärttemperatur des Klebeharzes (Bisphenol-A) erreicht werden. Im Ergebnis wird es möglich, das Klebeharz (Bisphenol-A) bei einer gewünschten Aufschmelztemperatur auszuhärten. Dies bedeutet, dass die Aufschmelztemperatur in Übereinstimmung mit dem Schmelzpunkt des verwendeten Lötelements eingestellt werden kann. Somit muss die Aufschmelztemperatur nicht auf einen spezifischen Wert festgelegt werden.
Weiterhin kann die thermische Aushärttemperatur des Klebeharzes (Bisphenol-A) ebenfalls variiert werden, indem eine andere Kombination von Karbonsäuren in der Mischung (Adipinsäure und Bernsteinsäure) verwendet wird, um ähnliche Effekte und Vorteile zu erreichen. Z. B. wird die thermische Aushärttemperatur des Klebeharzes (Bisphenol-A) dadurch geändert, dass von einer Kombination von Adipinsäure und Bernsteinsäure auf eine Kombination von Adipinsäure und Pimelinsäure übergegangen wird.
Test 4: Veränderlichkeit der Aufschmelztemperatur, die durch eine Einstellung des Mischungsverhältnisses der Karbonsäure erreicht wird
Als nächstes wurde die Veränderlichkeit der Aufschmelztemperatur untersucht, die durch eine Einstellung des Mischungsverhältnisses der Karbonsäuren (Adipinsäure und Bernsteinsäure) in der Mischung erreicht wurde. Bisphenol-A wurde als das thermisch aushärtende Harz verwendet. Das Aushärtemittel wurde durch die Verwendung von Adipinsäure und Bernsteinsäure gebildet. Bisphenol-A, Adipinsäure und Bernsteinsäure wurden mit Mischungsverhältnissen (Masse-%) gemischt, die in der unterhalb angegebenen TABELLE IV enthalten sind, um Flussmittel zuzubereiten. Der Gehalt a (Masse-%) der Adipinsäure und der Gehalt c (Masse-%) der Bernsteinsäure wurden innerhalb des Bereichs a:c = (100:0) bis (0:100) variiert, wenn a + c = 100 unter diesen Flussmitteln galt.
Lötpulver wurde mit den einzeln vorbereiteten Flussmitteln vermischt, und die Lötpastenbeispiele 50 bis 55 wurden vorbereitet. Das Lötpulver wurde aus eutektischem Lot (Sn63-Pb37)-Pulver ausgebildet. Die Menge des Flussmittels, die relativ zur Menge des Lötpulvers gemischt wurde, betrug in jedem Beispiel 15 Massen-%. Die Zusammensetzung des Lötpulvers kann in Abhängigkeit der Einstellung der Aufschmelztemperatur ausgewählt werden, so dass Lötpulver mit einer anderen Zusammensetzung verwendet werden kann. Die Menge des hinzugefügten Flussmittels kann ebenfalls frei gewählt werden.
TABELLE IV
Wie in TABELLE IV gezeigt ist, wurden die Anschlüsse in einer gewünschten Weise durch Löten unter Verwendung des Lötpastenbeispiels 50 verbunden. Das Lötpastenbeispiel 50, welches nur Adipinsäure als das Härtemittel aufweist, gestattet es nicht, die thermische Aushärttemperatur des Klebeharzes (Bisphenol-A) zu variieren, so dass auch die Aufschmelztemperatur nicht variiert werden kann.
Weiterhin härtete das Flussmittel in dem Lötpastenbeispiel 55 aus, bevor das Lot schmolz, so dass im Ergebnis die Anschlüsse nicht mit dem Lötpastenbeispiel 55 verbunden werden konnten.
Im Gegensatz dazu wurden Anschlüsse in gewünschter Weise durch Löten verbunden, indem die Lötpastenbeispiele 51 bis 54 verwendet wurden.
29 zeigt die Beziehungen zwischen der Aufschmelztemperatur und der Scherfestigkeit der Komponente, die beobachtet wurden, wenn Kondensatoren mit den Lötpastenbeispielen 50 bis 54 verlötet wurden. 1005er STD-Anschlusskondensatoren wurden in dem Test verwendet. In 29 zeigen die Kennlinien L50 bis L54 die Kennlinien, die durch Verwendung der Lötpastenbeispiele 50–54 erreicht wurden.
Die erforderliche Scherfestigkeit der Komponente kann sogar bei einer niedrigen Aufschmelztemperatur sichergestellt werden, indem der Gehalt der Bernsteinsäure erhöht wird. Wenn z. B. angenommen wird, dass eine Scherfestigkeit der Komponente von 1,4 kg erforderlich ist, muss die Aufschmelztemperatur auf 230°C in Verbindung mit dem Lötpastenbeispiel 52 (siehe Kennlinie L52) gesetzt werden. Im Gegensatz dazu benötigt das Lötpastenbeispiel 53 (siehe Kennlinie L53) mit einem höheren Gehalt an Bernsteinsäure als das Beispiel 52 nur die Aufschmelztemperatur von 210°C.
Wie zuvor beschrieben wurde, kann die thermische Aushärttemperatur des Klebeharzes (Bisphenol-A) eingestellt werden, indem das Mischungsverhältnis der Karbonsäuren (Adipinsäure und Bernsteinsäure) in der Mischung geändert wird. Im Ergebnis wird es möglich, das Klebeharz (Bisphenol-A) bei jeder Aufschmelztemperatur auszuhärten. Dies bedeutet, dass die Aufschmelztemperatur in Übereinstimmung mit dem Schmelzpunkt des verwendeten Lötelements eingestellt werden kann. Somit muss die Aufschmelztemperatur nicht auf einen bestimmten Wert festgelegt werden.
Die Ergebnisse des oberhalb beschriebenen Tests 4 zeigen bei Anordnungen, die nicht Teil der Erfindung sind, dass es wünschenswert ist, den Gehalt a (Masse-%) der Adipinsäure und den Gehalt c (Masse-%) der Bernsteinsäure so einzustellen, dass a:c = (95:5) bis (25:75) mit a + c = 100 gilt, wenn Adipinsäure und Bernsteinsäure gemischt werden, um das Aushärtemittel zu bilden, welches in Verbindung mit einem eutektischen Lot (Sn63-Pb37) als das Lotelement zu verwenden.
Test 5: Variieren des Lotelements, welches mit dem Flussmittel zu kombinieren ist
Das in Test 4 verwendete Lotelement bestand aus einem eutektischen Lot (Sn63-Pb37). Der Schmelzpunkt des eutektischen Lots (Sn63-Pb37) ist 183°C. Nun wird ein Test (im Folgenden als Test 5 bezeichnet) erklärt, der durch Verwendung des Lots Sn-3,5Ag durchgeführt wurde, um ein anderes Lotelement als in Test 4 zu verwenden. der Schmelzpunkt des Lots Sn-3,5Ag ist 217°C, was erheblich höher ist als der Schmelzpunkt des eutektischen Lots (Sn63-Pb37), d. h. 183°C.
Bisphenol-A, Adipinsäure und Bernsteinsäure wurden mit einem Mischungsverhältnis (Masse-%) gemischt, wie er in TABELLE V gezeigt ist, um Flussmittel vorzubereiten. Der Gehalt a (Masse-%) der Adipinsäure und der Gehalt c (Masse-%) der Bernsteinsäure wurden innerhalb des Bereichs von a:c = 100:0 bis 0:100 (a + c = 100) innerhalb dieser Flussmittel variiert.
Das Lötpulver wurde mit den einzelnen vorbereiteten Flussmitteln vermischt und Lötpastenbeispiele 70 bis 75 vorbereitet. Das Lötpulver bestand aus Sn-3,5Ag Lötpulver. Die Menge des Flussmittels, welches relativ zu der Menge des Lötpulvers in jedem Beispiel gemischt wurde, wurde auf 15 Massen-% gesetzt.
TABELLE V
Wie in TABELLE V gezeigt ist, härteten die Flussmittel in den Lötpastenbeispielen 72 bis 75 aus, bevor das Lot schmolz, so dass im Ergebnis die Anschlüsse nicht mit den Lötpastenbeispielen 72 bis 75 verbunden werden konnten.
Weiterhin wurden die Anschlüsse in einer wünschenswerten Weise durch Löten verbunden, indem die Lötpastenbeispiele 70 und 71 verwendet wurden.
Die Ergebnisse des oberhalb beschriebenen Tests 5 zeigen, dass bei Anordnungen, die nicht Teil der Erfindung sind, es wünschenswert ist, den Gehalt a (Masse-%) der Adipinsäure und den Gehalt c (Masse-%) der Bernsteinsäure so einzustellen, dass a:c = (100:0) bis (95:5) mit a + c = 100 gilt, wenn die Adipinsäure und die Bernsteinsäure gemischt werden, um das Aushärtemittel zu bilden, welches in Verbindung mit dem Lot Sn-3,5Ag verwendet zu werden, welches das Lotelement bildet.
In den oberhalb beschriebenen Tests 3 bis 5 wurde der Lötvorgang durch Verwendung von Lötpasten umgesetzt, die durch Vermischen von Flussmitteln mit Lötpulvern erreicht wurden. Dennoch können ähnliche Effekte und Vorteile durch Umsetzung eines Lötvorgangs erreicht werden, bei dem ein Flussmittel direkt auf eine Platine aufgebracht wird, auf der Löthöcker ausgebildet sind.
Es ist offensichtlich, dass eine elektronische Schaltungsvorrichtung ähnlich der in 25 gezeigten elektronischen Schaltungsvorrichtung erreicht werden kann, indem eine beliebige der in den Tests 3 bis 5 überprüften Lötpasten verwendet wird. Zusätzlich kann eine Elektronikkomponentenvorrichtung und ein elektronisches Schaltungsmodul ebenfalls ausgebildet werden, indem eine beliebige Lötpaste verwendet wird, die in den Tests 3 bis 5 überprüft wurde.
Weiterhin kann durch Mischen von Karbonsäuren mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten der thermischen Aushärtung in dem Aushärtemittel die Geschwindigkeit variiert werden, mit der das Klebeharz thermisch aushärtet. Im Ergebnis wird es möglich, die Aufschmelzzeit oder die Aufschmelztemperatur in Übereinstimmung mit dem verwendeten Lötelement einzustellen. Wenn z. B. Adipinsäure und Bernsteinsäure in Kombination verwendet werden, ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Bernsteinsäure thermisch auszuhärten, kleiner als die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Adipinsäure thermisch auszuhärten. Somit ist die Geschwindigkeit des thermischen Aushärtens der Bernsteinsäure höher als die Geschwindigkeit des thermischen Aushärtens der Adipinsäure. Aus diesem Grund ist es möglich, die Geschwindigkeit des thermischen Aushärtens des Klebeharzes (Bisphenol-A) zu variieren, indem Adipinsäure und Bernsteinsäure vermischt werden, um das Aushärtemittel zu bilden, um die Aufschmelzzeit oder die Aufschmelztemperatur einzustellen. Ein ähnlicher Vorteil kann durch eine unterschiedliche Kombination von Karbonsäuren, wie beispielsweise Adipinsäure und Pimelinsäure, erreicht werden.
Weiterhin kann die Geschwindigkeit des thermischen Aushärtens des Klebeharzes auch variiert werden, indem unterschiedliche Karbonsäuren in der Mischung kombiniert werden oder indem das Mischungsverhältnis geändert wird, um ähnliche Effekte und Vorteile zu erreichen.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann in Verbindung mit der Lötpaste gemäß der vorliegenden Erfindung das Flussmittel gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Dichtungsmittel verwendet werden, um eine elektronische Komponente mit einer Komponentenmontageplatine, einen Halbleiterchip mit einer Chipmontageplatine oder ein elektronisches Schaltungsmodul mit einer Hauptplatine mittels des Dichtungsmittels zu verbinden.
Alternativ kann ein Standarddichtungsmittel an der oberen Schicht des Flussmittels gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein, wobei das Flussmittel auf eine Komponentenmontageplatine aufgebracht wird.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Wie zuvor beschrieben wurde, erreicht die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile.

(a) Ein Lötflussmittel, eine Lötpaste und ein Lötverfahren werden bereitgestellt, die einen ausreichenden Grad an Verbindungsfestigkeit sogar dann erreichen, wenn Komponenten mit einer höheren Packungsdichte montiert werden, Komponenten weiter verkleinert sind oder Komponenten mit einer kleineren Teilung bereitgestellt sind.
(b) Ein Lötflussmittel, eine Lötpaste und ein Lötverfahren werden bereitgestellt, die es ermöglichen, Komponenten mit einem hohen Grad an Verlässlichkeit davor zu bewahren, von einer Komponentenmontageplatine eines doppelseitigen Installationstyps abgehoben zu werden oder abzufallen.
(c) Eine Elektronikkomponentenvorrichtung, ein elektronisches Schaltungsmodul und eine elektronische Schaltungsvorrichtung werden bereitgestellt, die es nicht erfordern, dass ein Waschvorgang in Bezug auf das Flussmittel stattfindet und die daher zu niedrigen Produktionskosten hergestellt werden können.
(d) Eine Elektronikkomponentenvorrichtung, ein elektronisches Schaltungsmodul und eine elektronische Schaltungsvorrichtung werden bereitgestellt, die einen hohen Grad an Verlässlichkeit erreichen, indem die Haltbarkeit der Lötverbindungen wesentlich erhöht ist.

Claims

Lötflussmittel, mit: einem Klebeharz und einem Härtemittel, wobei: das Härtemittel mindestens zwei unterschiedliche Karbonsäuren ist, von denen jede einen unterschiedlichen Schmelzpunkt besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zwei unterschiedlichen Karbonsäuren Adipinsäure und eine andere der unterschiedlichen Karbonsäuren Pimelinsäure ist und a:b = (85:15) bis (95:5) erfüllt ist, wobei "a" den Gehalt (Masseprozent) der Adipinsäure und "b" den Gehalt (Masseprozent) der Pimelinsäure darstellt.
Lötflussmittel nach Anspruch 1, welches entweder eine flüssige Form oder eine pastöse Form besitzt.
Lötflussmittel nach Anspruch 1 oder 2, wobei: das Klebeharz ein thermisch aushärtbares Harz aufweist.
Lötflussmittel nach Anspruch 1 oder 3, wobei: das Klebeharz bei einer Aufschmelztemperatur aushärtet und die Viskosität des Klebeharzes bei einer Temperatur absinkt, die höher ist als die Aufschmelztemperatur.
Lötflussmittel nach Anspruch 3 oder 4, wobei: das thermisch aushärtbare Harz aus mindestens einem der folgenden Bestandteile besteht: Epoxyharz, Phenolharz, Polyimidharz, Silikonharz, modifiziertes Harz und Acrylharz.
Lötpaste, die Lötpulver und ein Lötflussmittel enthält, wobei das Lötflussmittel aus einem Lötflussmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 gebildet ist und das Lötpulver mit dem Lötflussmittel vermischt ist.
Lötpaste nach Anspruch 6, wobei: das Lötpulver mindestens einen der folgenden Bestandteile enthält: Sn, Cu, Ag, Sb, Pb, In, Zn und Bi.
Elektronische Komponentenvorrichtung mit mindestens einer elektronischen Komponente (4), einer Komponentenmontageplatine (1) und einem Lötflussmittel, wobei: die elektronische Komponente (4) auf der Komponentenmontageplatine (1) verlötet ist; und das Lötflussmittel aus dem Lötflussmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist und zwischen der elektronischen Komponente (4) und der Komponentenmontageplatine (1) vorliegt, um die elektronische Komponente (4) und die Komponentenmontageplatine (1) miteinander zu verbinden.
Elektronisches Schaltungsmodul (300) mit einem Halbleiterchip (100), einer Chipmontageplatine (200) und einem Lötflussmittel, wobei: der Halbleiterchip (100), der mindestens ein Halbleiterelement aufweist, auf der Chipmontageplatine (200) verlötet ist; und das Lötflussmittel aus dem Lötflussmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist und zwischen dem Halbleiterchip (100) und der Chipmontageplatine (200) vorliegt, um den Halbleiterchip (100) und die Chipmontageplatine (200) miteinander zu verbinden.
Elektronische Schaltungsvorrichtung mit einem elektronischen Schaltungsmodul (300), einer Hauptplatine (500) und einem Lötflussmittel, wobei: das elektronische Schaltungsmodul (300) auf der Hauptplatine (500) verlötet ist; und das Lötflussmittel aus dem Lötflussmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist und zwischen dem elektronischen Schaltungsmodul (300) und der Hauptplatine (500) vorliegt, um das elektronische Schaltungsmodul (300) und die Hauptplatine (500) miteinander zu verbinden.
Elektronische Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei: das elektronische Schaltungsmodul (300) das elektronische Schaltungsmodul (300) gemäß Anspruch 9 ist.
Lötverfahren, welches ausgeführt wird, indem das Lötflussmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 verwendet wird.
Lötverfahren, welches ausgeführt wird, indem die Lötpaste gemäß Anspruch 6 oder 7 verwendet wird.
Lötverfahren nach Anspruch 12 oder 13, welches ausgeführt wird, um eine der folgenden Komponenten auf einer Platine zu verlöten: eine elektronische Komponente (4), ein elektronisches Schaltungsmodul (300) und ein Halbleiterchip (100).
Lötverfahren nach Anspruch 14, mit den folgenden Schritten: Ausführen eines Lötvorgangs an einer Oberfläche der Platine, indem die Lötpaste verwendet wird, und Verlöten einer elektronischen Komponente (4) auf einer anderen Oberfläche der Platine mit einem anderen Lot als der Lötpaste.
Lötverfahren, mit den folgenden Schritten: Ausführen eines Lötvorgangs an einer Oberfläche einer Platine, indem die Lötpaste gemäß Anspruch 6 oder 7 verwendet wird, und Sichern einer Komponente auf einer Komponentenmontageplatine mit dem Klebeharz, das in der Lötpaste enthalten ist; Verlöten einer anderen Oberfläche der Komponentenmontageplatine mit einem anderen Lot als der Lötpaste.