DE60319932T2

DE60319932T2 - Bleifreie Lötkugel

Info

Publication number: DE60319932T2
Application number: DE60319932T
Authority: DE
Inventors: Rikiya Katoh; Shinichi Nomoto; Hiroshi Okada
Original assignee: Senju Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Senju Metal Industry Co Ltd
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2023-10-18
Also published as: US20050248020A1; DE60319932D1; EP1410871B1; EP1410871A1; ATE390241T1; US20040112474A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine bleifreie Lötkugel, die zur Verwendung beim Löten von elektronischen Komponenten geeignet ist.
Technischer Hintergrund
Heutzutage wird von elektronischen Produkten gefordert, dass sie multifunktionell sind und eine verringerte Größe aufweisen; elektronische Komponenten, die den Kern von elektronischen Produkten bilden, müssen ebenfalls multifunktionell sein und eine verringerte Größe aufweisen.
Bei herkömmlichen elektronischen Komponenten wird ein Halbleiter-Chip auf einem Anschlussdrahtrahmen angebracht, der aus einem Metall wie Kupfer oder Alloy 42 (42 Ni-Fe-Legierung) besteht, und der Chip wird elektrisch durch Drahtverbindung mit Golddrähten mit dem Anschlussdrahtrahmen verbunden, bevor dieser mit Keramik oder Kunststoff verschlossen wird. Jedoch gibt es bei einer elektronischen Komponente, die einen Anschlussdrahtrahmen verwendet, eine Beschränkung hinsichtlich des Ausmaßes, auf welches die Größe der elektronischen Komponente verringert werden kann, da der Anschlussdrahtrahmen seinen eigenen Platz auf einer Leiterplatte einnimmt. Die Verwendung eines Anschlussdrahtrahmens legt auch der Betriebsgeschwindigkeit eine Grenze auf, da der Anschlussdrahtrahmen die Länge elektrischer Verbindungen erhöht, von denen die Betriebsgeschwindigkeit abhängt.
Im Hinblick auf diese Probleme von elektronischen Komponenten, die einen Anschlussdrahtrahmen verwenden, wurde eine andere Art von elektronischer Komponente entwickelt, die als BGA (Kugelgitterandordnung; "ball grid array")- Gehäuse bezeichnet wird. Das BGA-Gehäuse verwendet Lötperlen, die aus Lötkugeln gebildet sind, um das Gehäuse mit einer Leiterplatte zu verbinden und daran zu befestigen. Deshalb ist die Länge der elektrischen Verbindung kürzer als bei elektronischen Komponenten, die Anschlussdrahtrahmen verwenden, wodurch es möglich wird, die Betriebsgeschwindigkeit zu erhöhen. Der Raum, der von einem Anschlussdrahtrahmen eingenommen wird, ist nicht mehr erforderlich, so dass es ein BGA-Gehäuse auch möglich macht, Raum einzusparen. Kürzlich wurden kompaktere BGA-Gehäuse, als FBGA (feine Kugelgitterandordnung; "fine ball grid array")-Gehäuse oder CSPs (Gehäuse von Chip-Größe; "chip size packages") bezeichnet, mit nahezu der gleichen Größe wie die Chips, die darin verpackt sind, und mit einem feineren Elektrodenabstand produziert. BGA-Gehäuse, einschließlich CSPs, werden nun in großem Umfang verwendet, und die Lötkugel-Anbringungstechnik wird bei der Anbringung von elektronischen Komponenten vorherrschen.
Ein BGA-Gehäuse weist ein Substrat auf, auf dem ein Halbleiter-Chip angebracht ist. Das Substrat weist Lötperlen auf seiner Rückseitenoberfläche auf, die aus Lötkugeln gebildet sind, die in einer gitterartigen Anordnung angeordnet sind. In einem typischen Verfahren zur Bildung der Lötperlen wird eine Lötkugel-Zufuhrvorrichtung verwendet, die mit einer Saugplatte ausgestattet ist. Die Saugplatte weist Löcher auf, die in der gleichen gitterartigen Anordnung wie die zu bildenden Lötperlen angeordnet ist. Die Lötkugeln werden auf einem Substrat angeordnet, indem man eine Lötkugel in jedes Loch der Zufuhrvorrichtung durch Saugen anordnet, welches durch die Löcher angewandt wird, und nach dem Anordnen der Zufuhrvorrichtung über einem Substrat mit dem das Saugen aufhört, um jede Kugel auf dem Substrat anzuordnen oder anzubringen. Die Lötkugeln werden durch die Klebrigkeit eines Lötflussmittels, das zuvor auf der Oberfläche des Substrats, auf der die Lötperlen zu bilden sind, aufgetragen wurde, vorübergehend auf dem Substrat in seiner Lage gehalten. Das Substrat, auf dem die Lötkugeln angeordnet sind, wird dann in einem Reflow-Ofen erwärmt. Die optische Überprüfung von Lötkugeln, die auf einem Substrat gebildet sind, wird durch Fokussierung durchgeführt, normalerweise auf Lötperlen, die eine glänzende Oberfläche aufweisen, oder in einigen Fällen auf Lötkugeln, die eine nicht glänzende Oberfläche aufweisen, so dass die Bildung von Lötperlen, von denen einige eine glänzende Oberfläche aufweisen und andere eine nicht glänzende Oberfläche aufweisen, es schwierig macht, den Fokus bei der optischen Überprüfung der Lötperlen einzustellen, und darin resultiert, dass einige der Perlen nicht identifiziert werden können.
Das Lötmittel, das beim Löten am meisten verwendet wird, ist eine Sn-Pb-Legierung. Sn-Pb-Lötmittel ist von Alters her verwendet worden und weist die Vorteile eines niedrigen Schmelzpunktes und einer guten Lötbarkeit auf. Zusätzlich weist eine Sn-Pb-Legierung mit einem Sn-Gehalt von 63 Gew.-% oder 75 At-%, was eine repräsentative Zusammensetzung für ein Sn-Pb-Lötmittel ist, die ausgezeichneten Eigenschaften auf, dass sie eine Lötverbindung bildet, die eine glatte Oberfläche mit gutem Glanz aufweist.
Lötkugeln, die aus einer Sn-Pb-Legierung hergestellt sind, weisen eine glatte Oberfläche auf, so dass sie unter Verwendung der oben beschriebenen Lötkugel-Zufuhrrichtung glatt auf einem Substrat angebracht werden können. Zusätzlich bilden sie nach Erwärmen in einem Reflow-Ofen Lötperlen mit einer glatten und glänzenden Oberfläche, welche die optische Überprüfung der Lötperlen nicht stört.
In letzter Zeit ist die Verwendung eines Sn-Pb-Lötmittels aufgrund der toxischen Natur von Pb nicht mehr bevorzugt worden. Wenn elektronische Abfallprodukte, wie Computer, entsorgt werden, werden sie normalerweise auseinandergebaut, um Kunststoff- und Metallteile für ein Recycling zu entfernen. Leiterplatten, auf denen elektronische Komponenten angebracht sind, sind nicht für ein Recycling angepasst, da Kunststoff- und Metallteile darin kombiniert sind, so dass Leiterplatten von elektronischen Abfallprodukten entfernt, zerkleinert und im Boden vergraben werden. Wenn Regen, der aufgrund von Luftverschmutzung angesäuert worden ist, die im Boden vergrabenen zerkleinerten Leiterplatten kontaktiert, kann das Blei (Pb) in dem Sn-Pb-Lötmittel herausgelöst werden und Grundwasser kontaminieren. Wenn ein Mensch oder ein Tier über viele Jahre fortwährend bleihaltiges Wasser trinkt, gibt es eine Wahrscheinlichkeit für eine Bleiakkumulation in dessen Körper, wodurch eine Bleivergiftung verursacht wird.
Demgemäß wird es nun beim Löten von elektronischen Komponenten aus Umweltgründen stark empfohlen, ein "bleifreies" Lötmittel zu verwenden, das vollständig bleifrei ist.
Bleifreie Lötmittel, die derzeit als vielversprechend angesehen werden, sind Sn-Ag-Lötmittel und im Hinblick auf ihre leichte Handhabung insbesondere Sn-Ag-Cu-Lötmittel. Die Dokumente EP-A-1 213 089 und US-B-6 231 691 offenbaren Beispiele für derartige Sn-Ag-Cu-Lötmittel. Jedoch ist die Benetzbarkeit dieser bleifreien Lötmittel im Allgemeinen geringer als jene von Sn-Pb-Lötmitteln. Zum Beispiel zeigt ein bleifreies Sn-Ag-Cu-Lötmittel in einem Ausbreitungstest einen Ausbreitungsfaktor, der etwa 80% von jenem eines Sn-Pb-Lötmittels entspricht.
Wenn Lötkugeln aus einem derartigen bleifreien Sn-Ag-Cu-Lötmittel hergestellt sind, weisen die Oberflächen der resultierenden Lötkugeln Schrumpfhohlräume und Falten auf, wodurch das Auftreten der oben erwähnten Probleme beim Anbringen von Lötkugeln auf einem Substrat unter Verwendung der oben beschriebenen Lötkugel-Zufuhrvorrichtung erhöht wird. Zusätzlich tendieren nach Erwärmen der Lötkugeln in einem Reflow-Ofen zur Bildung von Lötperlen die Oberflächen der resultierenden Lötperlen dazu, bei einigen Lötperlen glänzend zu sein und bei anderen Lötperlen nicht zu glänzen. Die Bildung von glänzenden Perlen, die zwischen nicht glänzenden Perlen verteilt sind, macht eine optische Überprüfung der Lötperlen schwierig und erhöht die Rate der Fehlidentifikation. Diese Nachteile waren ein Hindernis für die Verwendung von bleifreien Lötmitteln anstelle von herkömmlichen Sn-Pb-Lötmitteln als Material für Lötkugeln.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lötkugel aus einem bleifreien Lötmittel auf der Basis von Sn-Cu-Ag bereit, die eine glatte Oberfläche mit wenigen oder keinen Schrumpfhohlräumen oder Falten aufweist.
Spezieller stellt die vorliegende Erfindung in einem Aspekt eine Lötkugel, wie in Anspruch 1 definiert, bereit.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung auch ein Substrat für ein Kugelgitteranordnungs-Gehäuse (einschließlich CSP) bereit, wie in Anspruch 3 definiert.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bildung von Lötperlen, wie in Anspruch 2 definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Elektronenphotomikrographie von Lötkugeln aus einem bleifreien Sn-Cu-Ag-Co-Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Elektronenphotomikrographie von Lötkugeln aus einem bleifreien Sn-Cu-Ag-Lötmittel.
3 ist eine Elektronenphotomikrographie von Lötkugeln aus einem herkömmlichen Sn-Pb-Lötmittel.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Kugelförmige Lötkugeln können entweder durch erneutes Schmelzen von festen Lötmittelmassen einer gewissen Größe, gefolgt vom Abkühlen, oder durch Bilden von Tröpfchen einer gewissen Größe aus geschmolzenem Lötmittel, gefolgt von Abkühlen, hergestellt werden. In beiden Verfahren wird geschmolzenes Lötmittel einer gewissen Größe abgekühlt und in einen Festkörper verwandelt. Im Laufe der Verfestigung kristallisieren einige der Elemente des Lötmittels anfänglich in der flüssigen Masse aus und die resultierenden Kristalle, die als Kristallkeime für das Kristallwachstum dienen, wachsen allmählich, bis die gesamte Masse fest wird. Dieses Kristallwachstum kann manchmal unidirektional, d. h. in einer gewissen Richtung, stattfinden, wodurch Dendrite gebildet werden.
Wenn geschmolzenes Lötmittel zur Verfestigung abgekühlt wird, verfestigt sich ein herkömmliches Sn-Pb-Lötmittel und insbesondere ein eutektisches Sn-Pb- Lötmittel in kurzer Zeit vollständig. Im Gegensatz dazu benötigt ein Sn-Cu-Ag-Lötmittel eine längere Zeit bis zur vollständigen Verfestigung, wie durch seine DSK (Differentialscanning-Kalorimetrie)-Kurve nahegelegt, in welcher der Verfestigungspeak breiter ist als der eines Sn-Pb-Lötmittels. Zusätzlich weicht wegen der tatsächlichen Abkühlungsgeschwindigkeit bei der Verfestigung, die nicht langsam genug ist, um ein Gleichgewicht zu erreichen, die Legierungszusammensetzung im Endverfestigungsstadium von der eutektischen Zusammensetzung ab. Bei einem Sn-Cu-Ag-Lötmittel wird diese Abweichung größer als bei einem Sn-Pb-Lötmittel und der Grad der Unterkühlung ist ebenfalls größer. Als Ergebnis tendiert die feste Lösung beim Übergang aus einer flüssigen in eine feste Phase dazu, sich übermäßig zu bilden, wodurch die Bildung von Dendriten oder groben Kristallen bewirkt wird, welche, wenn sie wachsen, zur Bildung von Oberflächendefekten führen, wie Schrumpfhohlräumen und Falten und signifikanten Oberflächenunregelmäßigkeiten.
Während der Verfestigung des geschmolzenen Lötmittels wird es, wenn eine große Anzahl von Kristallkeimen, die anfänglich auskristallisieren, im geschmolzenen Lötmittel vorliegt, schwierig, dass sich eine feste Lösung übermäßig bildet, was es wiederum schwierig macht, Dendrite oder grobe Kristalle zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Co in einer Menge von 0,01–2 Atomprozent (At-%) zu einem Sn-Cu-Ag-Lötmittel gegeben. Jedes dieser Elemente weist einen Schmelzpunkt auf, der viel höher ist als jene von Sn, Cu und Ag. Deshalb kristallisieren bei der Verfestigung von geschmolzenem Lötmittel diese Elemente anfänglich unter Bildung einer großen Zahl von Kristallkeimen für das Kristallwachstum aus. Es wurde gefunden, dass der Zusatz von Co für die Erzeugung von Lötkugeln mit einer glatten Oberfläche wirksam ist, in der die Bildung von Schrumpfhohlräumen und Falten verhindert wird, wodurch es möglich wird, Lötkugeln zu erzeugen, die glatt unter Verwendung einer Lötkugel-Zufuhrvorrichtung vom oben beschriebenen Typ auf einem Substrat angebracht werden können. Die Lötkugeln können Lötperlen mit einer gleichmäßigen glänzenden Oberfläche bilden, was die optische Überprüfung erleichtert und das Auftreten von Fehlidentifikation minimiert.
Diese Auswirkungen sind nicht wahrnehmbar, wenn der Co-Gehalt weniger als 0,01 At-% beträgt. Wenn dieser Gehalt mehr als 2 At-% beträgt, wird das Co auf der Oberfläche der Lötkugeln abgetrennt, ohne dass es sich in denselben löst, wodurch die Benetzbarkeit der Lötkugeln verschlechtert wird, wenn sie geschmolzen werden, und die Oberflächenglätte und der Glanz derselben nachteilig beeinflusst wird. Der Co-Gehalt liegt bevorzugt im Bereich von 0,02–0,5 At-%.
Der Zusatz von mindestens einem Element der Eisengruppe zu einem bleifreien Sn-Ag-Cu-Lötmittel ist in den U.S. Patenten 6,179,935 und 6,231,691 und in der JP P11-216591A (1999) offenbart. Jedoch gibt es dort keine Offenbarung im Hinblick auf die Erzeugung oder Verwendung von Lötkugeln für die Perlenbildung oder das Oberflächenaussehen des Lötmittels. Die Kugelform, auf die in Spalte 12 des U.S. Patents 6,179,935 Bezug genommen wird, ist die Form von Lötmittelpulver zur Verwendung in einem Cremelötmittel.
Der Ag- und Cu-Gehalt der Legierungszusammensetzung in einer bleifreien Lötkugel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt 3–6 At-% bzw. 1–3 At-%.
Wenn es in einer Menge von mindestens 3 At-% vorliegt, dient Ag dazu, den Schmelzpunkt des Lötmittels zu erniedrigen und die Benetzbarkeit und Festigkeit desselben zu verbessern. Wenn jedoch der Ag-Gehalt über 6 At-% zunimmt, beeinflusst es sowohl die Schmelztemperatur als auch die Benetzbarkeit des Lötmittels nachteilig. Bevorzugt liegt der Ag-Gehalt im Bereich von 3–5 At-%. Um den Schmelzpunkt des Lötmittels zu erniedrigen, ist es auch vorzuziehen, dass der Ag-Gehalt so gewählt wird, dass das Atomverhältnis von Ag zu Sn etwa 3:70 beträgt.
Wenn es in einer Menge von mindestens 1 At-% vorliegt, dient Cu dazu, die Festigkeit des Lötmittels zu verbessern. Die Anwesenheit einer geringen Menge von Cu sorgt auch dafür, dass das Lötmittel eine verbesserte Benetzbarkeit aufweist. Jedoch verursacht die Anwesenheit einer übermäßigen Menge an Cu, die größer als 4 At-% für Cu ist, wie bei Silber eine Zunahme der Schmelztemperatur des Lötmittels und verschlechtert dessen Benetzbarkeit. Vorzugsweise liegt der Cu-Gehalt im Bereich von 1–3 At-%. Bevorzugter wird der Cu-Gehalt so ausgewählt, dass das Atomverhältnis von Cu zu Sn etwa 1:70 beträgt.
Obwohl der Zusatz von Co für die Verhütung der Bildung von Dendriten während der Verfestigung und Erzeugung von Lötkugeln mit einer glatten Oberfläche ohne Schrumpfhohlräume oder Falten wirksam ist, kann der Zusatz möglicherweise die Benetzbarkeit der Lötkugeln nachteilig beeinflussen. Um diese Möglichkeit auszuschalten, wird Phosphor (P) in einer kleinen Menge zugesetzt. So stellt der Zusatz von P sicher, dass das Lötmittel eine gute Benetzbarkeit aufweisen kann, selbst wenn es Co enthält. Der Gehalt an P liegt im Bereich von 0,04–4 At-%.
In einer Lötkugel gemäß der vorliegenden Erfindung ist Sn der Rest der Zusammensetzung. Im allgemeinen liegt der Sn-Gehalt in im Bereich von 86–96%.
Zusätzlich kann die Lötmittelzusammensetzung unvermeidbare Verunreinigungen, wie Pb, Sb und Bi, in einer Gesamtmenge von höchstens 0,2 At-% enthalten.
Es gibt keine Begrenzung des Durchmessers einer Lötkugel gemäß der vorliegenden Erfindung, solange die Lötkugel zur Verwendung bei der Bildung von Lötperlen auf einem Substrat für ein BGA-Gehäuse oder CSP geeignet ist. Im Allgemeinen liegt der Durchmesser im Bereich von 0,05 mm bis 1,0 mm.
Lötkugeln gemäß der vorliegenden Erfindung können durch ein Verfahren erzeugt werden, welches das Bilden von Massen aus geschmolzenem Lötmittel mit der oben beschriebenen Zusammensetzung mit nahezu gleichen Volumina und die Verfestigung der Massen unter Bildung von Kugeln mit nahezu gleichen Durchmessern umfasst.
Beispiele für so ein Kugelbildungsverfahren umfassen ein Ölbadverfahren, wie im U.S. Patent Nr. 5,653,783 und in der JP P07-300606A (1995) offenbart, und ein direktes Verfahren, wie im U.S. Patent Nr. 5,445,666 offenbart, obwohl andere Verfahren verwendet werden können.
Im Ölbadverfahren wird ein Draht aus einem Lötmittel mit einer vorbestimmten Zusammensetzung hergestellt und in Abschnitte mit einer gegebenen Länge geschnitten. Die Drahtabschnitte werden getrennt in ein Ölbad mit einem vertikalen Temperaturgradienten getropft, wobei die Temperatur in einem oberen Teil des Bades höher ist als in einem unteren Teil, wodurch die Abschnitte im oberen Teil schmelzen können und sich verfestigen, während sie im Ölbad nach unten fallen.
In dem direkten Verfahren wird ein geschmolzenes Lötmittel mit einer vorbestimmten Zusammensetzung hergestellt. Das geschmolzene Lötmittel wird in Tropfen einer gegebenen Größe durch eine Öffnung oder Düse getropft oder fallengelassen und dann verfestigt, während es in der Kammer fällt.
In diesen beiden Verfahren weisen die resultierenden Lötkugeln aufgrund der Wirkung der Oberflächenspannung des geschmolzenen Lötmittels eine kugelförmige Form auf. Die folgenden Beispiele werden angegeben, um die vorliegende Erfindung weiter zu erläutern. Diese Beispiele sollen in jeder Hinsicht als erläuternd und nicht als beschränkend angesehen werden.
Beispiele
Lötkugeln mit einem Durchmesser von 0,5 mm wurden durch ein herkömmliches Ölbadverfahren aus jedem der verschiedenen Lötmittel mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen erzeugt, und sie wurden verwendet, um auf einem Substrat für ein BGA-Gehäuse Lötperlen zu bilden, indem man die Lötkugeln unter Verwendung einer Lötkugel-Zufuhrrichtung mit Löchern zum Ergreifen der Lötkugeln durch Saugen anbrachte und dann das Substrat in einem Reflow-Ofen bei einer Temperatur erwärmte, die zur Bildung von Lötperlen ausreichte.
Die Zuverlässigkeit der Anbringung von Lötkugeln wurde durch den Prozentsatz an Lötkugeln bewertet, bei denen Probleme während des Anbringens der Lötkugeln auftraten, d. h., durch den Prozentsatz an Lötkugeln, der nicht von der Lötkugel-Einspeisungsvorrichtung durch Saugen erfasst wurde oder der aufgrund von einem Eingriff in die Löcher der Zufuhrvorrichtung nicht aus der Einspeisungsvorrichtung der Zufuhrvorrichtung freigesetzt wurde.
Zusätzlich wurden die auf dem Substrat gebildeten Lötperlen durch eine optische Überprüfungsmaschine überprüft, welche zum Überprüfen von Lötperlen entwickelt war, um das prozentuale Auftreten von Fehlidentifikation der Lötperlen bei dieser Überprüfung (dem Prozentsatz an Lötperlen, der nicht durch die Überprüfungsmaschine identifiziert wurde) zu bestimmen.
Die bei jedem Lötmittel erhaltenen Ergebnisse sind auch in Tabelle 1 gezeigt, zusammen mit dem Oberflächenaussehen der Lötkugeln, wenn diese unter einem Rasterelektronenmikroskop (REM) betrachtet werden, und dem Ausbreitungsfaktor, der durch einen herkömmlichen Ausbreitungstest auf einer Kupferplatte bestimmt wurde.

Elektronenphotomikrographien von Lötkugeln von Ansatz Nr. 1, Nr. 6 und Nr. 7 in Tabelle 1 sind in den 1, 2 bzw. 3 gezeigt. Tabelle 1

Ansatz Nr.	Lötmittezusammensetzung (Atom-%)	Kugeloberfläche	% Anbringungsprobleme	% Fehlidentifikation¹	Ausbreitungsfaktor (%)	Bemerkungen
1	Sn-3,8Ag-1,3Cu-0,02 Co	glatt	0,01	0,04	82	*
2	Sn-3AG-1,0Cu-0,02Co	glatt	0,01	0,04	80	*
3	Sn-5Ag-3,5Cu-0,02Co-3,4P	glatt	0,01	0,04	78	Erfind.³
4	Sn-3,8Ag-1,3Cu-0,02Co	glatt	0,01	0,04	82	*
5	Sn-3,8Ag-1,3Cu-1,0Co-3,4P	glatt	0,03	0,06	82	Erfind.
6	Sn-3,8Ag-1,3Cu	unregelmäßig²	0,08	1,2	82	Vergl.⁴
7	Sn-25Pb	glatt	0,01	0,03	92	Vergl.

(Fußnoten)

¹ % Fehlidentifikation von Lötperlen bei der optischen Überprüfung;
² Signifikante Oberflächenunregelmäßigkeiten und Schrumpfhohlräume wurden beobachtet;
³ Beispiel dieser Erfindung;
⁴ Vergleichsbeispiel.
* außerhalb der Erfindung

Wie aus 2 und Tabelle 1 ersichtlich ist, zeigten Lötkugeln, welche aus einem herkömmlichen bleifreien Sn-Cu-Ag-Lötmittel im Ansatz Nr. 6 hergestellt wurden, signifikante Oberflächenunregelmäßigkeiten und wiesen Schrumpfhohlräume auf ihrer Oberfläche auf, als sie unter einem REM betrachtet wurden, woraus sich signifikant erhöhte Prozentsätze des Auftretens von Anbringungsproblemen bei den Lötkugeln und eine Fehlidentifikation bei der optischen Überprüfung der Lötperlen ergab.
Wie aus 1 ersichtlich ist, die Lötkugeln zeigt, die aus einem bleifreien Lötmittel des Ansatzes Nr. 1 hergestellt waren, indem 0,02 At-% Co dem Lötmittel vom Ansatz Nr. 6 zugesetzt wurden, waren im Gegensatz dazu Oberflächenunregelmäßigkeiten signifikant unterdrückt und es wurden keine Schrumpfhohlräume auf den Oberflächen der Lötkugeln gefunden und die Oberflächen der Lötkugeln waren so glatt wie jene von Lötkugeln aus einem herkömmlichen Sn-Pb-Lötmittel (3). Die Prozentsatz des Auftretens von Anbringungsproblemen und Fehlidentifikation bei allen Lötkugeln gemäß der vorliegenden Erfindung (Ansätze Nr. 3 und 5) war so niedrig wie jener, der mit dem herkömmlichen Sn-Pb-Lötmittel im Ansatz Nr. 7 erhalten wurden.

Claims

Lötkugel zur Bildung einer Lötperle, wobei die Lötkugel aus einem bleifreiem Lötmittel hergestellt ist, welches, in Atomprozent, 3%–6% Ag, 1%–4% Cu, 0,01%–2% Co, 0,04%–4% P und einen Rest aus Sn umfasst, um die Bildung von Schrumpfhohlräumen und Falten in der Lötkugel zu verhindern.
Verfahren zur Bildung von Lötperlen auf einem Substrat, umfassend das Anordnen von Lötkugeln, wie in Anspruch 1 beansprucht, auf dem Substrat, gefolgt vom Erwärmen des Substrats, um die Lötkugeln zu schmelzen und sie zu Lötperlen zu formen, die an dem Substrat befestigt sind.
Substrat für ein Kugelgitteranordnungspaket, das Lötperlen aufweist, die aus den Lötkugeln, wie in Anspruch 1 beansprucht, gebildet sind.