-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Lot, das insbesondere für Lötbereiche
geeignet ist, die durch chemisches Beschichten mit Nickel beschichtet
sind und daher eine geringe Menge an Phosphor enthalten.
-
Hintergrundtechnik
-
Zu
verlötende
Bereiche, wie zum Beispiel Elektrodenanschlussflächen, die auf der Oberfläche eines Substrats
eines elektronischen Teils, wie zum Beispiel eine BGA-(Kugelgitter)-Baugruppe,
oder auf der Oberfläche
einer Leiterplatte (PCB; engl.: printed circuit board) gebildet
sind, sind oft aus Kupfer (Cu) hergestellt, weil Cu durch geschmolzenes
Lot so einfach wie Edelmetalle, wie zum Beispiel Gold (Au) und Silber
(Ag), benetzbar und es viel weniger teuer als diese Edelmetalle
ist. Es gibt jedoch Fälle,
in denen sich der Vorteil von Cu, dass es eine gute Benetzbarkeit
durch geschmolzenes Lot hat, im Übermaß entfaltet,
so dass die Bildung einer intermetallischen Verbindung von Cu mit
Sn (das in dem Lot enthalten ist) während des Lötens mehr als erforderlich,
damit das Lot gelötete
Verbindungen ausreichender Bindungsstärke bildet, stattfindet. Die
Bildung einer solchen intermetallischen Verbindung, die inhärent spröde ist,
entwickelt sich auch bei Alterung der gelöteten Verbindungen weiter fort.
-
Wenn
Cu verwendet wird, um zu verlötende
Bereiche, wie zum Beispiel Elektrodenanschlussflächen, zu bilden, ist daher
festgestellt worden, dass gelötete
Verbindungen, die auf solchen Stellen ausgebildet sind, wegen der
Bildung einer intermetallischen Cu-Sn-Verbindung im Übermaß für spröden Bruch
anfällig
sind.
-
Dem
gegenüber
ist es Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannt, dass, wenn Nickel
(Ni) verwendet wird, um zu verlötende
Be reiche zu bilden und Löten
unter geeignet kontrollierten Bedingungen durchgeführt wird, es
möglich
ist, eine geeignete Benetzbarkeit durch geschmolzenes Lot zu erreichen,
während
die Menge an intermetallischer Verbindung, die gebildet wird, auf
ein annehmbares Niveau gesteuert wird, das erforderlich ist, um
die sich ergebenden gelöteten
Verbindungen mit ausreichender Bindungsstärke zu versehen. Aufgrund des
Kostenvorteils von Cu, das weniger kostenaufwändig als Ni ist, wird jedoch
Cu als das vielseitigste leitende Nichteisenmetall bei vielen Anwendungen
einschließlich
elektronischer Teile bevorzugt.
-
Um
die Vorteile von Cu und Ni zusammen zu nutzen, sind in letzter Zeit
in zunehmenden Maß Substrate
für elektronische
Teile verwendet worden, die zu verlötende Bereiche aufweisen, die
aus Cu hergestellt sind und durch Beschichten mit Ni beschichtet
sind. Daher weisen zu verlötende
Bereiche, wie zum Beispiel Elektrodenanschlussflächen, einen Körper aus
Cu auf und nur ihre Oberfläche,
die durch geschmolzenes Lot zu benetzen ist, ist durch Ni-Beschichten
gebildet, um so die Bildung einer intermetallischen Verbindung im Übermaß zu verhindern.
-
Ni-Beschichten
kann entweder durch elektrochemisches Beschichten oder chemisches
Beschichten durchgeführt
werden. Elektrochemisches Beschichten bildet durch eine elektrolyte
Reaktion eine Metallschicht auf der Oberfläche einer Kathode. Wenn ein
Substrat, wie zum Beispiel ein Substrat einer BGA-Baugruppe oder einer
PCB, elektrochemischem Beschichten unterworfen wird, um eine Ni-Schicht
auf zu verlötenden
Bereichen (d. h. Elektrodenanschlussflächen) auf dem Substrat zu bilden,
gibt es viele Probleme, wie zum Beispiel die Notwendigkeit einer
elektrischen Verbindung zu jeder der kleinen Elektrodenanschlussflächen, um
so diesen zu ermöglichen,
als Kathoden zu dienen, einer Begrenzung der Stromdichte zur Elektrolyse
und der Korrosion von metallischen Bereichen in einem Beschichtungsbad.
Eine lösliche
Elektrode, die, wenn sie verbraucht ist, mühsam zu entfernen ist und die
verschwenderisch ist, weil sie nicht vollständig verbraucht werden kann,
wird im Allgemeinen beim elektrochemischen Beschichten mit Ni verwendet.
Ferner ist die Ni-Abscheidungsrate
durch elektrochemisches Beschichten nicht gleichmäßig und
wird insbesondere in den Bereichen verringert, die sich weit entfernt
von der Anode befinden oder die Ausnehmungen bilden.
-
Dem
gegenüber
ist chemisches Ni-Beschichten dahingehend vorteilhaft, dass eine
Ni-Schicht mit einer gleichmäßigen Dicke
unabhängig
von dem Typ oder Form eines zu beschichtenden Materials gebildet
werden kann, indem das Material in eine Beschichtungslösung eingetaucht
wird, ohne dabei einen elektrischen Strom hindurch zu leiten. Daher
wird beim Ni-Beschichten
von Substraten überwiegend
chemisches Beschichten verwendet.
-
Eine
typische Beschichtungslösung,
die beim chemischen Ni-Beschichten
verwendet wird, ist eine als Ni-P-Lösung bezeichnete Beschichtungslösung, die
Nickelsulfat als Ni-Ionenquelle und Natriumhypophosphit als Reduktionsmittel
enthält.
Eine Ni-P-Beschichtungslösung
enthält
auch Natriumhydroxid, um den pH der Lösung auf einem vorbestimmten
Wert zu halten. Eine Nickelbeschichtung, die durch chemisches Beschichten mit
einer Ni-P-Lösung
hergestellt wird, enthält üblicherweise
Phosphor (P) in einer Menge von 2–15 Masse-%.
-
Nachdem
ein Substrat einer BGA-Baugruppe (im Folgenden als BGA-Substrat
bezeichnet) einer chemischen Ni-Beschichtung unterworfen wurde,
um eine Ni-Schicht auf den Elektrodenanschlussflächen des Substrats zu bilden,
wird in den meisten Fällen
Anschlaggalvanisieren mit Au angewendet, um die Ni-beschichtete Schicht
vor einer chemischen Reaktion, wie zum Beispiel Oxidation, zu schützen und
die Benetzbarkeit durch oder die Affinität für geschmolzenes Lot zu verbessern.
Danach werden auf den Ni-beschichteten Elektrodenanschlussflächen des
BGA-Substrats Lothöcker
gebildet. Wenn die BGA-Baugruppe
auf einer PCB (Leiterplatte; engl.: printed circuit board) befestigt
ist, lässt
man die Lothöcker
schmelzen, um das BGA-Substrat an die PCB zu löten. Die PCB weist auch Elektrodenanschlussflächen auf,
die typischerweise aus Cu hergestellt sind. Die Cu-Elektrodenanschlussflächen der
PCB können
auch mit Ni beschichtet sein, und die resultierende Ni-Schicht kann
Anschlaggalvanisieren mit Gold oder einem anderen Edelmetall unterworfen
werden.
-
Die
Bildung von Lothöckern
auf den Elektrodenanschlussflächen
des BGA-Substrats wird mittels eines Prozesses durchgeführt, der
ein Auftragen eines klebrigen Flussmittels, dann ein Anordnen einer
Lotperle auf jeder Elektrodenanschlussfläche und ein Erwärmen des
BGA-Substrats mit der Lotperle auf jeder Elektrodenanschlussfläche in einem
Schmelzofen bei einer Temperatur umfasst, die ausreichend ist, die
Lotperle zu schmelzen und sie in einen Lothöcker umzuwandeln, der mit der
Elektrodenanschlussfläche
verbunden ist.
-
Die
Lotperlen, die verwendet werden, um Lothöcker auf einem BGA-Substrat
zu bilden, sind im Allgemeinen aus einem Lot mit einer Zusammensetzung
hergestellt, die einer eutektischen Sn-Pb-Legierung nahe kommt, d. h. eine
Zusammensetzung, die im Wesentlichen von 60–64 Masse-% an Sn und einem
Rest an Pb besteht. Ein solches eutektisches oder nahezu eutektisches
Sn-Pb-Lot weist einen relativ niedrigen Schmelzpunkt von höchstens
190°C auf,
so dass es möglich
ist, die Wärmewirkung
auf das BGA-Substrat und auf die auf dem Substrat befestigte elektronische
Vorrichtung beim Erwärmen,
um die Lothöcker
zu bilden, und/oder beim nachfolgenden Erwärmen zum Verlöten des
Substrats mit einer PCB zu minimieren. Ein anderer Vorteil der Sn-Pb-Legierung
besteht darin, dass sie im Allgemeinen ein gutes Benetzbarkeitsvermögen aufweist.
-
Wenn
Lothöcker,
die aus einem eutektischen oder nahezu eutektischen Sn-Pb-Lot hergestellt
sind, mittels des oben beschriebenen Prozesses auf den Ni-beschichteten
Elektrodenanschlussflächen
gebildet werden, die mittels Anschlaggalvanisieren mit Au behandelt
wurden, wird erwartet, dass bei dem letzten Erwärmungsschritt in dem Prozess
die Lotperlen, die geschmolzen wurden, die darunter liegenden Elektrodenanschlussflächen glatt
benetzen können
und Lothöcker
bilden, die aufgrund der Ni-Beschichtung und der Au-Anschlagsgalvanisierung
und angesichts der Beschaffenheit des Lots beständig an den Elektrodenanschlussflächen gesichert
sind.
-
Tatsächlich wird
jedoch bei elektronischen Produkten, die darin zusammengebaut eine
PCB aufweisen, auf der eine BGA-Baugruppe
befestigt ist, die auf ihrem Substrat auf diese Weise gebildete
Lothöcker
aufweist, das BGA-Substrat zufällig
von der PCB gelöst.
Zum Beispiel können
elektronische Produkte, wie zum Beispiel zelluläre Telefone und Notebook-Computer,
mechanische Erschütterungen
aufnehmen, wenn ein in eine Tasche jemandens Kleidung gestecktes
zelluläres
Telefon aus der Tasche rutsch oder wenn jemand eine Tasche, die
einen Notebook-Computer enthält,
fallen lässt.
In solchen Situationen kann ein Lösen von gelöteten Verbindungen, die aus
den oben beschriebenen Lothöckern
gebildet sind, um das BGA-Substrat mit dem PCB zu verbinden, auftreten,
was zu einem Versagen der elektrischen Verbindung zwischen diesen
zwei Teilen und einer Fehlfunktion des elektronischen Produkts führt.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein Lot bereit, das in der Lage ist,
beständig
verbundene gelötete
Verbindungen auf Elektrodenanschlussflächen eines Substrats für ein elektronisches
Teil oder einer PCB, die mit Ni durch chemisches Beschichten unter
Verwendung einer Ni-P-Beschichtungslösung, d. h. einer Phosphor enthaltenden
Beschichtungslösung,
beschichtet wurde, zu bilden. Im Ergebnis werden, auch wenn mechanische
Erschütterungen
auf ein elektronisches Produkt einwirken, in dem der elektronische
Teil oder die PCB aufgenommen ist, die gelöteten Verbindungen nicht einfach
von den Ni-beschichteten
Elektrodenanschlussflächen
gelöst,
wodurch die Zuverlässigkeit
der gelöteten
Verbindungen und damit des elektronischen Produkts verbessert wird.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Lot, das zur Verwendung
beim Löten auf
einer Oberfläche
geeignet ist, die durch chemisches Beschichten mit einer Phosphor
enthaltenden Beschichtungslösung
mit Nickel beschichtet ist, 60–64
Masse-% an Sn, 0,002–0,01
Masse-% an P, 0,04–0,3
Masse-% an Cu und einen Rest an Pb.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt auch eine gelötete Verbindung, eine aus dem
Lot hergestellte Lotperle oder Lothöcker und ein BGA-Substrat bereit,
das aus dem Lot hergestellte Lothöcker aufweist.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
ein schematisches Diagramm, das die Struktur in der Nähe des Verbindungsbereichs
im Querschnitt zeigt, wenn eine gelötete Verbindung mit einem herkömmlichen
Sn-Pb-Lot auf einer Cu-Elektrodenanschlussfläche gebildet
wird, die mit Ni durch chemisches Beschichten beschichtet wurde.
-
2 ist
ein mit 1 vergleichbares, schematisches
Diagramm, wenn eine gelötete
Verbindung mit einem Lot gemäß der vorliegende
Erfindung gebildet wird.
-
3 veranschaulicht
die Weise, eine Kraft, um einen Lothöcker zu lösen, der auf einer Ni-beschichteten Cu-Elektrodenanschlussfläche eines
BGA-Substrats gebildet ist, bei einem Test zur Prüfung der
Verbindungsfestigkeit des Lothöckers
aufzubringen.
-
4 veranschaulicht
eine durch den in 3 gezeigten Test verursachten
Bruch, bei dem der Bruch in dem Lothöcker auftritt.
-
5 veranschaulicht
eine durch den in 3 gezeigten Test verursachten
Bruch, bei dem der Bruch in dem BGA-Substrat auftritt.
-
6 veranschaulicht
eine durch den in 3 gezeigten Test verursachten
Bruch, bei dem der Bruch die Form eines Lösen des Lothöckers von
der Elektrodenanschlussfläche
des BGA-Substrats annimmt.
-
Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
-
Die
vorliegenden Erfinder beobachteten die Oberflächen, die durch ein Lösen einer
Lötverbindung
in Höckerform
eines herkömmlichen
Sn-Pb-Lots von einer durch chemisches Ni-Beschichten hergestellten, Ni-beschichteten
Oberfläche
gebildet werden, und fanden heraus, dass kein Lot auf der Ni-beschichteten Oberfläche zurückblieb,
so dass die Ni-beschichteten Oberfläche äußerst flach war. Bei Beobachtungen
eines Querschnitts einer derartigen gelösten gelöteten Verbindung unter einem
Mikroskop und chemischen Analysen des Querschnittsabschnitts der
Verbindung mittels eines Röntgenstrahlenmikroanalysegeräts wurde
festgestellt, dass eine Schicht einer intermetallischen Si-Ni-Verbindung
auf der gelösten
Oberfläche
der gelöteten Verbindung
gebildet wurde, wobei P in der Schicht lokal konzentriert war, so
dass sich eine Unterschicht mit einer höheren Konzentration an P bildete
(im Folgenden wird eine solche Unterschicht als hoch-P Unterschicht bezeichnet).
-
1 ist
ein schematisches Diagramm, das die Struktur in der Nähe des Verbindungsbereichs
einer gelöteten
Verbindung eines herkömmlichen
Sn-Pb-Lots im Querschnitt zeigt, die auf einer Cu-Elektrodenanschlussfläche eines
BGA-Substrats gebildet ist, bei dem die Cu-Anschlussfläche mit
Ni durch chemisches Beschichten mit einer P enthaltenden oder Ni-P-Beschichtungslösung beschichtet
worden ist.
-
Auf
einer aus Cu hergestellten, auf einem BGA-Substrat (nicht gezeigt)
gebildeten Elektrodenanschlussfläche 1 ist
mittels chemischer Beschichtung eine Ni-Beschichtung 2 gebildet.
Die Ni-Beschichtung 2 ist mit einem Sn-Pb-Lot 3 verlötet. Beim
Erwärmen
zum Löten,
um das Lot 3 schmelzen zu lassen, tritt eine Zwischendiffusion
oder gegenseitige Diffusion zwischen dem Sn-Pb-Lot und Ni auf, um
eine Schicht 4 einer intermetallischen Sn-Ni-Verbindung
zu bilden. Die durch chemisches Beschichten gebildete Ni-Beschichtung 2 enthält P (Phosphor),
und dieser Phosphor ist in der intermetallischen Sn-Ni-Verbindungsschicht 4 konzentriert,
um eine intermetallische Si-Ni-P-Verbindung zu bilden. Im Ergebnis
wird in der intermetallischen Sn-Ni-Verbindungsschicht 4,
die inhärent
spröde
ist, eine hoch-P Unterschicht 5 der intermetallischen Si-Ni-P-Verbindung, die
eine noch größere Neigung
hin zur Sprödigkeit
aufweist, benachbart zu der Ni-Beschichtung 2 gebildet.
Die in der intermetallischen Sn-Ni-Verbindungsschicht 4 gebildete
hoch-P Unterschicht 5 schwächt die metallische Bindung
der gelöteten
Verbindung und verursacht, dass die gelötete Verbindung eines Sn-Pb-Lots
auf einfache Weise gelöst
wird, wenn eine mechanische Erschütterung einwirkt. Daher neigt eine
gelötete
Verbindung eines auf einer mittels chemischen Beschichtens mit Ni
beschichteten Oberfläche
gebildeten Sn-Pb-Lots dazu, auf einfache Weise beim Einwirken einer
Erschütterung
gelöst
zu werden.
-
Ein
Lot gemäß der vorliegenden
Erfindung beruht auf einer Lotzusammensetzung von 60–64 Masse-%
an Sn und einem Rest an Pb, wobei sie ferner 0,002–0,01 Masse-%
an P und 0,04–0,3
Masse-% an Cu enthält.
-
Das
Lot gemäß der vorliegenden
Erfindung weist ein gutes Benetzungsvermögen und einen relativ niedrigen
Schmelzpunkt von höchstens
190°C aufgrund
seiner Basiszusammensetzung von 60–64 Masse-% an Sn und einem
Rest an Pb auf, was einer eutektischen Sn-Pb-Legierung nahe kommt.
Daher ist es möglich, Wärmewirkungen
auf ein BGA-Substrat und eine in dem BGA-Substrat untergebrachte elektronische
Vorrichtung beim Erwärmen,
um Lothöcker
auf dem BGA-Substrat zu bilden, und beim nachfolgenden Erwärmen, um eine
BGA-Baugruppe an eine PCB zu löten,
zu vermeiden.
-
Die
Beigabe geringer Mengen an P und Cu zusammen zu dem Sn-Pb-Basislot ist wirksam,
die Bildung einer intermetallischen Sn-Ni-Verbindung zu unterdrücken und
das Lot mit einer verbesserten Widerstandsfähigkeit auszustatten. Es hat
auch die Wirkung, die Konzentration von P von einer durch chemisches
Beschichten gebildeten Ni-Beschichtung in eine intermetallische
Sn-Ni-Verbindungsschicht hinein zu minimieren.
-
Wenn
die Menge an in dem Lot vorhandenen P weniger als 0,002 Masse-%
beträgt,
ist es schwierig, die Wirkung, die Bildung einer intermetallischen
Sn-Ni-Verbindung und die Konzentration von P von der darunter liegenden,
durch chemisches Beschichten gebildeten Ni-Beschichtung zu unterdrücken. Wenn
P in einer Menge von mehr als 0,01 Masse-% vorhanden ist, weist
das Lot nicht nur eine verschlechterte Lötbarkeit auf, sondern bildet
auch eine gelötete
Verbindung, die viele Hohlräume
darin aufweist. Vorzugsweise beträgt die Menge an P 0,004–0,008 Masse-%.
-
Wie
P dient auch Cu dazu, die Bildung einer intermetallischen Sn-Ni-Verbindung
zu unterdrücken.
Zusätzlich
hat Cu die Wirkung, die spröde
Beschaffenheit einer intermetallischen Sn-Ni-Verbindung zu beseitigen, die an
der Grenzfläche
einer gelöteten
Verbindung durch die Wirkung von Cu gebildet wird, das in der Schicht
in geringer Menge aufgenommen wird. Diese Effekte können nicht
erwartet werden, wenn die Menge an Cu, das in dem Lot vorhanden
ist, weniger als 0,04 Masse-% beträgt. Die Beigabe von Cu in einer
Menge von mehr als 0,3 Masse-% führt
zu einer nennenswerten Erhöhung
der Liquidustemperatur des Lots, was die Bildung von Hohlräumen verursacht.
Die Beigabe von Cu in einer derartigen großen Menge ist auch unerwünscht, weil
sie die Bildung einer intermetallischen Sn-Ni-Verbindung in den
Lothöckern
verursacht. Vorzugsweise beträgt
die Menge an Cu 0,06–0,2
Masse-%.
-
2 zeigt
schematisch die Struktur einer gelöteten Verbindung, die aus einem
Lot gemäß der vorliegenden
Erfindung auf einer Cu-Elektrodenanschlussfläche eines BGA-Substrats gebildet
ist, bei dem die Cu-Elektrode durch chemisches Beschichten mit Ni
beschichtet worden ist. Die gelötete
Verbin dung ist gegenüber
einem Lösen,
wenn eine mechanische Erschütterung
einwirkt, widerstandsfähiger.
-
In 2 ist
eine auf einem BGA-Substrat (nicht gezeigt) gebildete Cu-Elektrodenanschlussfläche 1 mit einer
durch chemisches Beschichten hergestellten, P-enthaltenden Ni-Beschichtung 2 beschichtet.
Die Ni-Beschichtung 2 ist mit einem Lot 6 gemäß der vorliegenden
Erfindung verlötet.
Beim Löten
reagiert das Ni in der Ni-Beschichtung 2 mit Sn und Cu
in dem Lot 6, um eine intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsschicht 7 an der
Grenzfläche
zwischen der Ni-Beschichtung 2 und dem Lot 6 zu
bilden. Aufgrund der Zusammensetzung des Lots 6, bei dem
P und Cu hinzugefügt
sind, um die Bildung einer derartigen intermetallischen Verbindung zu
unterdrücken,
ist die intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsschicht dünner als
die intermetallische Sn-Ni-Verbindungsschicht in 4,
bei der ein herkömmliches
Sn-Pb-Lot verwendet wird. Die spröde Beschaffenheit der intermetallischen
Sn-Ni-Cu-Verbindungsschicht 7 wird
durch die Integration einer geringen Menge an Cu in die Schicht
verbessert. Diffusion von P von der P-enthaltenden Ni-Beschichtung 2 in
die intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsschicht 7 hinein
beim Löten
wird ebenfalls durch die Wirkung von P und Cu in dem Lot 6 unterdrückt. Im
Ergebnis wird eine äußerst dünne Unterschicht 8 einer
intermetallischen Sn-Ni-Verbindung mit relativ hoher P-Konzentration benachbart
zu der Ni-Beschichtung 2 gebildet, und eine dünne Unterschicht 9 einer
intermetallischen Sn-Ni-P-Verbindung
mit relativ geringer P-Konzentration wird oben auf der Unterschicht 8 gebildet.
-
Wenn
eine durch chemisches Beschichten gebildete Ni-Oberfläche mit einem Lot gemäß der vorliegenden
Erfindung verlötet
wird, wird daher die Bildung einer intermetallischen Sn-Ni-Verbindung,
die eine spröde
Schicht bildet, unterdrückt,
und die Dicke dieser spröden
intermetallischen Sn-Ni-Verbindungsschicht
wird verringert. Zusätzlich
wird auch die Bildung einer intermetallischen Sn-Ni-P-Verbindung,
die eine noch sprödere
hoch-P Unterschicht in der intermetallischen Sn-Ni-Verbindungsschicht
bildet, bedeutsam unterdrückt.
Daher werden aus dem Lot gebildete gelötete Verbindungen nicht einfach
gelöst,
auch wenn eine mechanische Erschütterung
auf ein elektronisches Produkt einwirkt, in dem die gelöteten Verbindungen
verwendet werden.
-
Wie
oben beschrieben ist ein Lot gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Löten
auf einer Oberfläche geeignet,
die eine durch chemisches Beschichten gebildete Ni-Beschichtung
aufweist (und daher eine geringe Menge an P enthält). Die Form des Lots ist
nicht auf Lotperlen begrenzt, und das Lot kann in verschiedenen Formen
auftreten, einschließlich
Lotperlen, Lotpaste, vorgeformtes Lot, Drahtlot und Drahtlot mit
Flußmittelseele.
-
Lotperlen
können
aus einem Lot gemäß der vorliegenden
Erfindung durch verschieden Verfahren hergestellt werden, die (1)
ein Verfahren, bei dem relativ große, durch das zentrifugale
Zerstäubungsverfahren oder
das Gaszerstäubungsverfahren
erhaltene Lotpartikel in Aluminiumpulver erneut geschmolzen werden, um
die Partikel sphärisch
zu machen, (2) ein Verfahren, bei dem ein dünner Lötdraht genau in kleine Stücke gleicher
Länge geschnitten
wird und die kleinen Stücke
dann durch erneutes Schmelzen in einem Ölbad sphärisch gemacht werden, und (3)
ein Verfahren umfassen, das ein Tröpfeln von Tropfen aus einer
Düse beinhaltet.
-
Beispiele
-
Verschiedene
Sn-Pb-basierte Lote von Beispielen 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele
1 bis 3 mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen vorbereitet
und Lotperlen mit einem Durchmesser von 0,76 mm wurden von jedem
Lot durch das oben beschriebene Verfahren (2) hergestellt.
-
Die
Bindungsstärke
einer gelöteten
Verbindung, die aus jedem Lot auf einer durch chemisches Beschichten
gebildeten Ni-Beschichtung
hergestellt wurde, wurde auf folgende Weise geprüft.
-
Testverfahren
-
Ein
BGR-Substrat mit aus Cu hergestellten Elektrodenanschlussflächen und
durch chemisches Beschichten mit einer Ni-P-Beschichtungslösung mit Ni beschichtet wurde
zum Testen verwendet. Nachdem ein Kolophonium basiertes Flussmittel
auf die Elektrodenanschlussflächen
des BGA-Substrats aufgebracht wurde, wurden die oben beschriebenen,
zu testenden Lotperlen eines Lots auf den Elektrodenanschlussflächen befestigt.
Das BGA-Substrat mit den darauf befestigten Lotperlen wurde in einem
Brennofen in Luft mit einer Spitzentemperatur von 210°C erwärmt, um
zu bewirken, dass die Lotperlen schmelzen und sich daher selbst zu
Lothöcker
formieren.
-
3 zeigt
einen auf diese Weise gebildeten Lothöcker. In 3 weist
ein BGA-Substrat 10 eine aus Cu hergestellte Elektrodenanschlussfläche 11 auf,
die mit einer durch chemisches Beschichten gebildeten Ni-Schicht 12 beschichtet
ist. Ein Lothöcker 13 wird
auf der Elektrodenanschlussfläche
so gebildet, dass der Lothöcker 13 die
durch chemisches Beschichten gebildete Ni-Schicht 12 berührt und
daher eine geringe Menge an P enthält.
-
Nachfolgend
wurde das BGA-Substrat durch eine geeignete Spannvorrichtung fest
gehalten. Dann, wie in 3 gezeigt, wurde eine laterale
Kraft auf den Lothöcker 12 aufgebracht,
indem der Lothöcker
mit einem geeigneten Werkzeug 14 auf eine Weise gestoßen wurde,
die bewirkte, dass sich der Lothöcker 13 löst oder
bricht. In diesem Fall wurde die Kraft fast horizontal und parallel
zu der verbundenen Oberfläche
des Lothöckers
aufgebracht. Alternativ kann die Kraft zum Lösen oder Brechen eine Lothöckers vertikal
aufgebracht werden, indem der Lothöcker mit einer geeigneten Klemme
ergriffen und dann nach oben gezogen wird.
-
Die
gebrochene, auf dem BGA-Substrat ausgebildete Oberfläche wurde
dann betrachtet, um die Bruchart zu ermitteln, die als eine der
folgenden Arten klassifiziert wurde:
| Art
1: | Bruch
trat in dem Lothöcker 13 auf,
wie in Figur 4 gezeigt. |
| Art
2: | Bruch
trat in dem Körper
des BGA-Substrats 10 auf, wobei der Lothöcker 13 von
dem Substrat 10 gelöst wurde,
während
er über
die Ni-Schicht 12 mit der Elektrodenanschlussfläche 11 verbunden
blieb, wie in Figur 5 gezeigt. |
| Art
3: | Bruch
trat in der Nähe
der Grenzfläche
zwischen dem Lothöcker 13 und
der Ni-Schicht 12 auf, wie in Figur 6 gezeigt. |
-
Ein
Bruch der Art 1 oder Art 2 gibt an, dass der Lothöcker fest
mit der Ni-Schicht mit einer Bindungsstärke verbunden war, die ausreicht,
es dem Lothöcker
schwierig zu machen, sich davon zu lösen. Andererseits gibt ein
Bruch der Art 3 an, dass die Bindungsstärke des Lothöckers nicht
ausreichend war, so dass der Lothöcker auf einfache Weise von
der Ni-Schicht gelöst
wurde. Eine gebrochene Oberfläche
der Art 3 ist flach, während
eine gebrochene Oberfläche
der Art 1 oder Art 2 unregelmäßig ist.
Daher können
Brüche
der Art 2 klar von Brüchen
der Art 1 oder 2 unterschieden werden.
-
Hundert
(100) auf jedem BGA-Substrat mit aus dem gleichen Lot hergestellten
Lothöckern
zufällig ausgewählte Lothöcker wurden
auf die oben beschriebene Weise getestet und die Bruchart jedes
Lothöckers wurde
ermittelt. Die Bindungsstärke
des Lots mit einer durch chemisches Beschichten gebildeten Ni-Oberfläche wurde
durch die Anzahl von Brüchen
der Art 1 oder 2 (ausreichende Bindungsstärke) unter den 100 Brüchen wie
folgt bewertet:
| Gut: | 80
oder mehr Brüche
waren von der Art 1 oder 2 (20 oder weniger Brüche waren von der Art 3) |
| Schlecht: | weniger
als 80 Brüche
waren der von Art 1 oder 2 (mehr als 20 Brüche waren von Art 3) |
-
Die
Testergebnisse sind unten in Tabelle 1 zusammen mit der Zusammensetzung
des Lots gezeigt.
-
-
Wie
aus Tabelle 1 zu entnehmen, legten alle Lote der Beispiele 1 bis
7 gemäß der vorliegenden
Erfindung eine gute Bindungsstärke
auf einer durch chemisches Beschichteten gebildeten P-enthaltenen Ni-Schicht
an den Tag. Daher können
sie eine zuverlässige
gelötete
Verbindung auf einer durch chemisches Beschichteten mit Ni beschichteten
Cu-Elektrodenanschlussfläche
bilden, und es wird schwierig sein, die gelöte te Verbindung zu lösen, auch
wenn eine mechanische Erschütterung
auf ein elektronisches Produkt einwirkt, in dem die gelötete Verbindung
verwendet wird.
-
Andererseits
wies keines der Lote der Vergleichsbeispiele 1 bis 3, bei denen
eines oder beide von P oder Cu nicht befügt war, eine gute Bindungsstärke auf
einer durch chemisches Beschichteten gebildeten P-enthaltenen Ni-Schicht
auf.
