JP2003174254A - Connecting method of electronic component to circuit substrate employing lead-free solder - Google Patents

Connecting method of electronic component to circuit substrate employing lead-free solder

Info

Publication number
JP2003174254A
JP2003174254A JP2001369826A JP2001369826A JP2003174254A JP 2003174254 A JP2003174254 A JP 2003174254A JP 2001369826 A JP2001369826 A JP 2001369826A JP 2001369826 A JP2001369826 A JP 2001369826A JP 2003174254 A JP2003174254 A JP 2003174254A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solder
lead
ball
temperature
free solder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001369826A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Nagashima
貴志 長嶋
Masahiko Hirata
昌彦 平田
Hisahiko Yoshida
久彦 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2001369826A priority Critical patent/JP2003174254A/en
Publication of JP2003174254A publication Critical patent/JP2003174254A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a connecting method through soldering capable of obtaining connecting reliability same as or much more than conventional Sn-Pb base solder by employing lead-free solder containing Sn and Zn. <P>SOLUTION: Soldering connection is effected employing a solder ball, molten at a temperature lower than the lead-free solder alloy containing Sn and Zn, and a Cu ball as well as an Ni-Fe alloy ball, jointed to the lead-free solder without being molten. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、テレビ、パーソナ
ルコンピュータ、オーティオ、ビデオ、炊飯器、冷蔵庫
等の電子機器の回路基板に部品等を接続するために、S
nとZnを含む鉛フリーはんだを用い、従来のSn−P
b共晶はんだと同等以上の信頼性を有するはんだ付け方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to S, for connecting parts and the like to a circuit board of an electronic device such as a television, a personal computer, an audio, a video, a rice cooker and a refrigerator.
Conventional Sn-P using lead-free solder containing n and Zn
The present invention relates to a soldering method having reliability equal to or higher than that of eutectic solder.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子機器の回路基板のはんだ付けに用い
られるはんだとしては、Sn、Pbより構成されるはん
だ(以下Sn−Pb系はんだ)が一般的であり、古来よ
り長い間使用されてきた。Sn−Pb系はんだは、共晶
組成(63Sn−Pb)の融点が183摂氏度(以下単
に「度」という)という低いものであり、そのはんだ付
け温度は220〜230度という熱に弱い電子部品に対
しては熱損傷を与えることがない温度である。
2. Description of the Related Art As a solder used for soldering a circuit board of an electronic device, a solder composed of Sn and Pb (hereinafter Sn-Pb type solder) is generally used and has been used for a long time since ancient times. . The Sn-Pb solder has a low eutectic composition (63Sn-Pb) melting point of 183 degrees Celsius (hereinafter simply referred to as "degree"), and its soldering temperature is 220 to 230 degrees, which is a weak electronic component. Is a temperature that does not cause heat damage.

【0003】しかもSn−Pb系はんだは、はんだ付け
時に直ぐに凝固して、はんだ付け接合部に振動や衝撃が
加わってもヒビ割れや剥離を起こさないという優れた特
長も有している。
Moreover, the Sn-Pb type solder has an excellent feature that it solidifies immediately during soldering and does not crack or peel even if vibration or impact is applied to the soldered joint.

【0004】一般に、テレビ、パーソナルコンピュー
タ、オーティオ、ビデオ、炊飯器、冷蔵庫等の電子機器
は、故障したり、古くなって使い勝手が悪くなったりし
た場合は廃棄処分される。これらの電子機器は、外装や
プリント基板がプラスチックのような合成樹脂であり、
また導体部やフレームが金属製であるため、焼却処分で
きず、ほとんど地中に埋められている。
In general, electronic devices such as televisions, personal computers, audio, video, rice cookers, and refrigerators are discarded when they are broken down or become old and unusable. In these electronic devices, the exterior and printed circuit boards are synthetic resins such as plastic,
In addition, since the conductor and frame are made of metal, they cannot be incinerated and are almost buried underground.

【0005】ところで近年、ガソリン、重油等の石化燃
料の多用により、大気中に硫黄酸化物が大量に放出さ
れ、その結果、地上に降る雨は酸性雨となっている。酸
性雨は地中に埋められた電子機器の回路基板のはんだを
溶出させて地下に染み込み、地下水を汚染するようにな
る。このように鉛を含んだ地下水を長年飲用している
と、人体に鉛分が蓄積され、鉛中毒を起こす虞が出てく
る。
By the way, in recent years, due to heavy use of petrochemical fuels such as gasoline and heavy oil, a large amount of sulfur oxides is released into the atmosphere, and as a result, the rain on the ground is acid rain. Acid rain elutes the solder on the circuit boards of electronic devices buried in the ground, soaks underground and pollutes groundwater. When drinking groundwater containing lead in this way for many years, lead may accumulate in the human body and lead poisoning may occur.

【0006】このような機運から、電子機器業界では鉛
を含まないはんだ、所謂「鉛フリーはんだ」の出現が望
まれてきておりSn−Pbはんだの代替材料を開発する
ことが急務となっている。
Under such circumstances, it has been desired in the electronic equipment industry to develop lead-free solder, so-called “lead-free solder”, and it is urgently necessary to develop a substitute material for Sn—Pb solder. .

【0007】QFP(クワッドフラットパッケージ)や
BGA(ボールグリッドアレイ)などの電子部品の接合
にはSn−Pb系はんだが広く用いられてきた。しか
し、鉛を含有するため廃棄された場合環境に悪影響を及
ぼすため、電子部品の接合に鉛フリーはんだの使用が考
えられいる。
Sn-Pb type solder has been widely used for joining electronic parts such as QFP (quad flat package) and BGA (ball grid array). However, since it contains lead and adversely affects the environment when it is discarded, it is considered to use lead-free solder for joining electronic components.

【0008】従来、鉛フリーはんだとしてSn主成分の
Sn、Agより構成されるはんだ(以下Sn−Ag系は
んだ)やSn、Sbより構成されるはんだ(以下Sn−
Sb系はんだ)、Sn、Znより構成されるはんだ(以
下Sn−Zn系はんだ)等はあった。
Conventionally, as a lead-free solder, a solder composed of Sn and Ag having Sn as a main component (hereinafter Sn-Ag solder) or a solder composed of Sn and Sb (hereinafter Sn-).
There were Sb-based solders), solders composed of Sn and Zn (hereinafter Sn-Zn-based solders), and the like.

【0009】Sn−Ag系はんだは、最も溶融温度の低
い組成がSn−3。5Agの共晶組成であり、その溶融
温度は221度である。この組成のはんだのはんだ付け
温度は260〜270度というかなり高い温度となる。
The Sn-Ag solder has a eutectic composition of Sn-3.5Ag having the lowest melting temperature, and the melting temperature is 221 degrees. The soldering temperature of the solder having this composition is a considerably high temperature of 260 to 270 degrees.

【0010】また、Sn−Sb系はんだは、最も溶融温
度の低い組成がSn−5Sbであるが、この組成の溶融
温度は、固相線温度が235度、液相線温度が240度
という高い温度であるため、はんだ付け温度は、上述S
n−3。5Agはんだよりもさらに高い280〜300
度となる。
The Sn-Sb type solder has a composition with the lowest melting temperature of Sn-5Sb. The melting temperature of this composition is as high as 235 degrees in the solidus temperature and 240 degrees in the liquidus temperature. Since it is temperature, the soldering temperature is S
280-300, which is higher than n-3.5 Ag solder
It becomes degree.

【0011】Sn−Zn系はんだは、共晶組成がSn−
9Znでその共晶温度が199度であり、溶融温度が従
来の63Sn−Pb共晶はんだの共晶温度183度に近
いという温度的な優位性を有している。またSn−Zn
系はんだはSn−Pb系はんだよりも機械的強度に優れ
ているものである。
The Sn-Zn solder has a eutectic composition of Sn-.
With 9Zn, the eutectic temperature is 199 degrees, and the melting temperature is close to the eutectic temperature of 183 degrees of the conventional 63Sn-Pb eutectic solder, which is a temperature superiority. In addition, Sn-Zn
The system solder is superior in mechanical strength to the Sn-Pb system solder.

【0012】Sn−Zn系はんだを使用してQFPやB
GAなどの部品をはんだ付けする場合はSn−Pb系は
んだよりもわずかながら高い温度ではんだ付けする必要
がある。そのためSn−Zn系はんだにBiを添加し溶
融温度を下げたはんだ(以下Sn−Zn−Bi系はん
だ)の開発が行われている。
Using Sn-Zn type solder, QFP and B
When soldering components such as GA, it is necessary to solder at a slightly higher temperature than Sn-Pb solder. Therefore, a solder in which Bi is added to the Sn-Zn-based solder to lower the melting temperature (hereinafter, Sn-Zn-Bi-based solder) is being developed.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】BGAやQFPなどの
電子部品は樹脂部分の耐熱保証温度がおおむね220〜
230度程度と低く、部品の形状や比熱、大きさにより
生じるリフロー炉内での温度ばらつきによりはんだ接合
部は樹脂部よりも10〜20度程度低くなってしまう。
[Problems to be Solved by the Invention] In the electronic parts such as BGA and QFP, the heat resistance guaranteed temperature of the resin part is generally 220-
It is as low as about 230 degrees, and the solder joint becomes lower than the resin section by about 10 to 20 degrees due to temperature variation in the reflow furnace caused by the shape, specific heat and size of the parts.

【0014】しかしながらSn−Zn−Bi系はんだを
使用しても、Sn−Pb系はんだよりも高い温度ではん
だ付けしなければならない。そのためはんだ接合に必要
な溶融時間が短くなり電子部品の耐熱保証温度内で安定
した接合信頼性が得られない。
However, even if the Sn-Zn-Bi solder is used, it must be soldered at a higher temperature than the Sn-Pb solder. Therefore, the melting time required for soldering is shortened, and stable joining reliability cannot be obtained within the heat-resistant guaranteed temperature of electronic components.

【0015】さらにBGAに使用されているはんだボー
ルはSn−Pb系はんだであり、Sn−Zn−Bi系は
んだなどBiを含むはんだとPbは混合すると化合物を
形成し接合部の信頼性を損なうことが知られている。そ
してSn−Ag系の鉛フリーボールが提案されている
が、Sn−Zn系はんだよりも融点が高いため温度ばら
つきを考慮すると電子部品の耐熱保証温度内では安定し
た接合信頼性が得られない。
Further, the solder balls used in the BGA are Sn-Pb type solders, and when a solder containing Bi such as Sn-Zn-Bi type solder and Pb are mixed, a compound is formed and the reliability of the joint is impaired. It has been known. Although Sn-Ag-based lead-free balls have been proposed, their melting points are higher than that of Sn-Zn-based solder, so that stable bonding reliability cannot be obtained within the heat-resistant guaranteed temperature of electronic components in consideration of temperature variations.

【0016】本発明は、SnとZnを含む鉛フリーはん
だを使用して従来のSn−Pb系はんだと同等以上の接
続信頼性を得ることが可能なはんだ付け方法を提供する
ものである。
The present invention provides a soldering method using lead-free solder containing Sn and Zn and capable of obtaining connection reliability equal to or higher than that of a conventional Sn-Pb-based solder.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明はBGAに用いる鉛フリーはんだボールの溶
融温度がSnとZnを含む鉛フリーはんだの溶融温度よ
り低いことを特徴とするはんだ付け方法で達成すること
ができる。これによりBGAに使用した鉛フリーはんだ
ボールが先に溶融することで、前記鉛フリーはんだボー
ルに接触した前記鉛フリーはんだは溶融接合することが
でき、電子部品の耐熱保証温度内であっても安定した接
合信頼性を得ることができる。
In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that the melting temperature of a lead-free solder ball used for BGA is lower than the melting temperature of a lead-free solder containing Sn and Zn. Can be achieved in any way. As a result, the lead-free solder balls used in the BGA are melted first, so that the lead-free solder in contact with the lead-free solder balls can be melt-bonded and stable even within the heat-resistant guaranteed temperature of the electronic component. It is possible to obtain the joined reliability.

【0018】また、上記はんだ付け方法において、鉛フ
リーはんだボールの表面を有機物で覆うことにリフロー
炉内において前記鉛フリーはんだボールが酸化すること
を抑制し、さらに溶融性が向上し安定した接合信頼性を
得ることができる。
Further, in the above soldering method, the surface of the lead-free solder ball is covered with an organic substance to suppress the oxidation of the lead-free solder ball in the reflow furnace, and further, the meltability is improved and stable joint reliability is obtained. You can get sex.

【0019】また、上記課題を解決するため本発明はB
GAに用いる鉛フリーボールをCuボール、Ni−Fe
合金ボールなど前記鉛フリーはんだと金属間化合物を形
成することができるボールにすることを特徴とするはん
だ付け方法で達成することができる。これによりBGA
に使用するボールが溶融しなくとも前記鉛フリーはんだ
が溶融さえすれば金属間化合物層を形成するためはんだ
付け接合でき、部品の耐熱保証温度内であっても安定し
た接合信頼性を得ることができる。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is B
Lead-free balls used for GA are Cu balls, Ni-Fe
This can be achieved by a soldering method, which is a ball capable of forming an intermetallic compound with the lead-free solder such as an alloy ball. This allows BGA
Even if the ball used for melting is not melted, if the lead-free solder is melted, an intermetallic compound layer is formed, so soldering can be performed, and stable joining reliability can be obtained even within the heat-resistant guaranteed temperature of the component. it can.

【0020】また、上記はんだ付け方法において、鉛フ
リーボールの表面を前記鉛フリーはんだよりも低い温度
で溶融する合金膜で覆うことで前記鉛フリーボールに接
触した前記鉛フリーはんだは部分的に溶融を開始し、同
じ温度でリフローはんだ付けするよりも長い時間溶融す
ることができ、さらに安定した接合信頼性を得ることが
できる。
In the soldering method, the lead-free solder is partially melted by covering the surface of the lead-free ball with an alloy film that melts at a temperature lower than that of the lead-free solder. It can be melted for a longer period of time than that of reflow soldering at the same temperature, and more stable joining reliability can be obtained.

【0021】さらに上記はんだ付け方法において、鉛フ
リーボールの表面を有機物やNi膜、Pd膜、Au膜の
順に構成される金属膜、Ni膜、Au膜の順で構成され
る金属膜で覆うことにより、リフロー炉内で前記鉛フリ
ーはんだが溶融する前に前記鉛フリーボールとZnとの
反応生成物を抑制するため、さらに安定した接合信頼性
を得ることができる。
Further, in the above soldering method, the surface of the lead-free ball is covered with an organic substance, a metal film composed of an Ni film, a Pd film and an Au film in this order, a metal film composed of an Ni film and an Au film in this order. Thereby, the reaction product of the lead-free ball and Zn is suppressed before the lead-free solder is melted in the reflow furnace, so that more stable joining reliability can be obtained.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】(実施の形態1)図1は本実施形態による
はんだ付け方法の要部断面図である。半導体素子が搭載
された回路基板10とはんだボール20を接続するため
Cu膜12上にNi膜14を形成しさらにその上にAu
膜16を形成することにより電極18を形成する。電極
18とはんだボール20を接合するためには低活性のフ
ラックスを使用し、窒素雰囲気で接合することが望まし
い。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a main part of a soldering method according to this embodiment. A Ni film 14 is formed on the Cu film 12 in order to connect the solder balls 20 to the circuit board 10 on which the semiconductor element is mounted, and Au is further formed thereon.
The electrode 18 is formed by forming the film 16. In order to bond the electrode 18 and the solder ball 20, it is desirable to use a low-activity flux and to bond them in a nitrogen atmosphere.

【0024】このようにしてはんだボール20が形成さ
れた半導体パッケージ22とガラスエポキシ基板30と
をはんだ付けするため、ガラスエポキシ基板30上に形
成されたCu膜32上にSnとZnを含む鉛フリーはん
だと溶剤、ロジン、活性剤、粘度安定剤等を混合したソ
ルダーペースト34をスクリーン印刷によりCu膜32
の上の形成されたプリフラックス膜33上に形成する。
In order to solder the semiconductor package 22 on which the solder balls 20 are formed and the glass epoxy substrate 30 as described above, a lead-free solder containing Sn and Zn is formed on the Cu film 32 formed on the glass epoxy substrate 30. A Cu paste 32 is formed by screen-printing a solder paste 34 containing a mixture of solder, solvent, rosin, activator, viscosity stabilizer, and the like.
Is formed on the pre-flux film 33 formed above.

【0025】スクリーン印刷によりガラスエポキシ基板
上30上に形成されたソルダーペースト34と半導体パ
ッケージ22に形成されたはんだボール20をリフロー
炉にて加熱することによりはんだ付けする。リフロー炉
内では予備加熱150度約60秒、本加熱200度約3
0秒、最高温度は220度とした。
The solder paste 34 formed on the glass epoxy substrate 30 by screen printing and the solder balls 20 formed on the semiconductor package 22 are soldered by heating them in a reflow oven. In the reflow furnace, pre-heating 150 degrees about 60 seconds, main heating 200 degrees about 3
The temperature was 0 second and the maximum temperature was 220 degrees.

【0026】はんだボール20の溶融温度がソルダーペ
ースト34の溶融温度よりも低い温度のはんだボールを
使用すると次のような効果が得られる。すなわちはんだ
ボール20の溶融温度が低いことより、はんだボールに
接触したSnとZnを含む鉛フリーはんだはその合金の
融点よりも低い温度で溶融をはじめる。そのためリフロ
ーはんだ付け時に生じた温度ばらつきがあるにもかかわ
らず、はんだ接合に必要な溶融時間を確保できるため安
定した接合信頼性を得ることができる。
The following effects can be obtained by using a solder ball whose melting temperature is lower than that of the solder paste 34. That is, since the melting temperature of the solder ball 20 is low, the lead-free solder containing Sn and Zn in contact with the solder ball starts melting at a temperature lower than the melting point of the alloy. Therefore, even if there is a temperature variation that occurs during reflow soldering, the melting time required for solder joining can be secured, and stable joining reliability can be obtained.

【0027】また、はんだボール中に鉛を含まないため
接合信頼性を損なうことがない。さらにリフロー炉内に
おいてソルダーペーストに使用しているSnとZnを含
む鉛フリーはんだの酸化は固相線温度を超えて溶融を始
めると急激に増加する。そこでSnとZnを含む鉛フリ
ーはんだが溶融する前にはんだボール20が溶融を始め
ることにより、ソルダーペースト34中のはんだが大気
と接触する時間を少なくし、本加熱で酸化されるSnと
Znを含む鉛フリーはんだの酸化量を減少させることに
よりはんだボールの発生が抑制される効果もある。
Further, since the solder balls do not contain lead, the joint reliability is not impaired. Furthermore, the oxidation of the lead-free solder containing Sn and Zn used in the solder paste in the reflow furnace rapidly increases when the melting temperature exceeds the solidus temperature. Therefore, by starting to melt the solder balls 20 before the lead-free solder containing Sn and Zn is melted, the time during which the solder in the solder paste 34 comes into contact with the atmosphere is reduced, and Sn and Zn oxidized by the main heating are removed. By reducing the amount of oxidation of the lead-free solder containing it, there is also an effect of suppressing the generation of solder balls.

【0028】(実施の形態2)本発明で用いる有機物
は、鉛フリーはんだボール成分と結合が容易な有機物で
あり、ソルダーペーストの溶媒に不溶のものが好まし
く、特にアニオン性のものが好ましい。リフロー後のは
んだ付け部のフラックス残渣の信頼性からフラックスに
含まれている有機物が好ましく、例示すれば、フタル酸
銅、クエン酸銅、特に、ステアリン酸銅が好ましい。
(Embodiment 2) The organic material used in the present invention is an organic material that is easily bonded to the lead-free solder ball component, preferably insoluble in the solvent of the solder paste, and particularly preferably anionic. Organic substances contained in the flux are preferable from the viewpoint of the reliability of the flux residue of the soldered portion after the reflow, and by way of example, copper phthalate, copper citrate, and particularly copper stearate are preferable.

【0029】上記有機酸銅を溶かす溶媒は、可溶、不溶
等特に制限されるわけではないが、溶媒としての安全
性、有機酸銅形成時のはんだ粉末の乾燥の容易さ、コス
トからエタノール等のアルコール系の溶媒が好ましい。
実施の形態1と同様にはんだ付けを行うのにあたり、B
GAに搭載されるはんだボールの表面をBGAに搭載す
る前にあらかじめ、有機溶剤に溶融させた有機物、有機
物で被覆することにより、リフロー炉内でのはんだボー
ルの酸化を抑制することができ、安定した接合信頼性を
得ることができる。
The solvent for dissolving the above-mentioned organic acid copper is not particularly limited, such as soluble or insoluble, but it is safer as a solvent, easier to dry the solder powder at the time of forming the organic acid copper, and cost. Alcohol-based solvents are preferred.
When performing soldering as in the first embodiment, B
By coating the surface of the solder ball mounted on the GA with an organic substance or an organic substance melted in an organic solvent in advance before mounting it on the BGA, it is possible to suppress the oxidation of the solder ball in the reflow furnace and it is stable. It is possible to obtain the joined reliability.

【0030】(実施の形態3)図2は本実施形態による
はんだ付けの方法におけるはんだ付け断面図である。半
導体素子が搭載された回路基板10とCuボール21を
接続するためCu膜12上にNi膜14を形成しさらに
その上にAu膜16を形成することにより電極18を形
成する。電極18と合金膜23で覆われたCuボール2
1を接合するためにはSnとZnを含む鉛フリーはんだ
を含有したソルダーペーストを用い、窒素雰囲気で接合
することが好ましい。
(Embodiment 3) FIG. 2 is a sectional view of soldering in a soldering method according to this embodiment. An electrode 18 is formed by forming a Ni film 14 on the Cu film 12 and further forming an Au film 16 on the Ni film 14 in order to connect the circuit board 10 on which the semiconductor element is mounted and the Cu ball 21. Cu ball 2 covered with electrode 18 and alloy film 23
In order to bond No. 1, it is preferable to use a solder paste containing lead-free solder containing Sn and Zn and to bond them in a nitrogen atmosphere.

【0031】このようにしてCuボール21が形成され
た半導体パッケージ22とガラスエポキシ基板30とを
はんだ付けするため、ガラスエポキシ基板30上に形成
されたCu膜32上にSnとZnを含む鉛フリーはんだ
と溶剤、ロジン、活性剤、粘度安定剤等を混合したソル
ダーペースト34をスクリーン印刷によりCu膜32の
上の形成されたプリフラックス膜33上に形成する。
Since the semiconductor package 22 on which the Cu balls 21 are formed and the glass epoxy substrate 30 are soldered in this way, a lead-free film containing Sn and Zn is formed on the Cu film 32 formed on the glass epoxy substrate 30. A solder paste 34 in which solder, solvent, rosin, activator, viscosity stabilizer, etc. are mixed is formed on the pre-flux film 33 formed on the Cu film 32 by screen printing.

【0032】スクリーン印刷によりガラスエポキシ基板
上30上に形成されたソルダーペースト34と半導体パ
ッケージ22に形成されたCuボール21をリフロー炉
にて加熱することによりはんだ付けする。リフロー炉内
では予備加熱150度約60秒、本加熱200度約30
秒、最高温度は220度とした。
The solder paste 34 formed on the glass epoxy substrate 30 by screen printing and the Cu balls 21 formed on the semiconductor package 22 are soldered by heating in a reflow oven. In the reflow furnace, preheat 150 degrees for about 60 seconds, main heating 200 degrees for about 30
Second, the maximum temperature was 220 degrees.

【0033】Cuボール21を用いると次のような効果
が得られる。すなわちリフロー炉内においてソルダーペ
ーストに使用しているSnとZnを含む鉛フリーはんだ
とCuボールが接合するためには金属間化合物層を形成
する必要がある。金属間化合物の融点はリフロー炉内の
最高温度よりもはるかに高いが上記条件によりリフロー
炉内ではんだ付けしても金属間化合物層は形成される。
この方法ではんだ付けすれば、鉛フリーはんだボールと
して提案されているSn−Ag系ボールを使用するより
も低い温度で接合することがで、電子部品の耐熱保証温
度内で安定した接合信頼性を得ることができる。
The use of the Cu balls 21 has the following effects. That is, in order to bond the Cu-ball and the lead-free solder containing Sn and Zn used for the solder paste in the reflow furnace, it is necessary to form the intermetallic compound layer. Although the melting point of the intermetallic compound is much higher than the maximum temperature in the reflow furnace, the intermetallic compound layer is formed even by soldering in the reflow furnace under the above conditions.
By soldering in this way, it is possible to bond at a lower temperature than when using Sn-Ag based balls, which have been proposed as lead-free solder balls, and to achieve stable bonding reliability within the heat-resistant guaranteed temperature of electronic components. Obtainable.

【0034】またCuボールの表面をソルダーペースト
34に含まれるはんだよりも低い温度で溶融する合金膜
23で覆うことにより、実施の形態1と同様の効果が得
られる。そのため本加熱で酸化されるSnとZnを含む
鉛フリーはんだの酸化量を減少させることができ、はん
だボールの発生が抑制される。
By covering the surface of the Cu ball with the alloy film 23 that melts at a temperature lower than that of the solder contained in the solder paste 34, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Therefore, the amount of oxidation of the lead-free solder containing Sn and Zn that is oxidized by the main heating can be reduced, and the generation of solder balls can be suppressed.

【0035】(実施の形態4)実施の形態3と同様には
んだ付けを行うのにあたり、BGAに搭載されるボール
の表面を有機物で被覆することにより、リフロー炉内で
のCuボール21の表面を覆った合金膜23の酸化を抑
制することができ、さらにはんだボールの発生が少ない
はんだ付けが可能になり、安定した接合信頼性を得るこ
とができる。
(Embodiment 4) When soldering is carried out in the same manner as in Embodiment 3, the surface of the Cu ball 21 in the reflow furnace is covered by coating the surface of the ball mounted on the BGA with an organic substance. Oxidation of the covered alloy film 23 can be suppressed, soldering with less generation of solder balls can be performed, and stable joining reliability can be obtained.

【0036】(実施の形態5)実施の形態3と同様には
んだ付けを行うのにあたり、BGAに搭載されるボール
の表面をNi膜、Au膜、Pd膜の順で被覆することに
より、リフロー炉内でソルダーペースト34に含まれる
ZnがCuボール21と接触し加熱されることで生成す
る反応物の発生を抑制し、さらにはんだボールの発生が
少ないはんだ付けが可能になり、安定した接合信頼性を
得ることができる。
(Embodiment 5) When soldering is carried out in the same manner as in Embodiment 3, by coating the surface of the ball mounted on the BGA with a Ni film, an Au film and a Pd film in this order, a reflow furnace is formed. Zn contained in the solder paste 34 in the inside suppresses the generation of a reaction product generated by contact with the Cu balls 21 and heating, and further, soldering with less generation of solder balls becomes possible, and stable joint reliability is achieved. Can be obtained.

【0037】[0037]

【実施例】以下に実施例を説明する。実施例及び比較例
で用いたはんだとBGAはんだボールの組成およびはん
だボール被覆膜の状態は以下のようであった。
EXAMPLES Examples will be described below. The compositions of the solder and BGA solder balls used in Examples and Comparative Examples and the state of the solder ball coating film were as follows.

【0038】実施例1 ○はんだ(表1の組成1) Sn 91重量% Zn 9重量% ○BGAはんだボール(表1の組成2) Sn 89重量% Zn 8重量% Bi 3重量% ○はんだボール被覆膜 なし 実施例2 ○はんだ(表1の組成2) Sn 89重量% Zn 8重量% Bi 3重量% ○BGAはんだボール(表1の組成3) Sn 87重量% Zn 7重量% Bi 6重量% ○はんだボール被覆膜 なし 実施例3 ○はんだ(表1の組成1) Sn 91重量% Zn 9重量% ○BGAはんだボール(表1の組成2) Sn 89重量% Zn 8重量% Bi 3重量% ○はんだボール被覆膜 有機物 実施例4 ○はんだ(表1の組成2) Sn 89重量% Zn 8重量% Bi 3重量% ○BGAはんだボール(表1の組成3) Sn 87重量% Zn 7重量% Bi 6重量% ○はんだボール被覆膜 有機物 実施例5 ○はんだ(表1の組成1) Sn 91重量% Zn 9重量% ○BGAボール Cu 100重量% ○BGAボール合金膜(表1の組成2) Sn 89重量% Zn 8重量% Bi 3重量% ○BGAボール被覆膜 なし 実施例6 ○はんだ(表1の組成3) Sn 89重量% Zn 8重量% Bi 3重量% ○BGAボール Cu 100重量% ○BGAボール合金膜(表1の組成3) Sn 87重量% Zn 7重量% Bi 6重量% ○ボール被覆膜なし 実施例7 ○はんだ(表1の組成1) Sn 91重量% Zn 9重量% ○BGAボール Cu 100重量% ○BGAボール合金膜(表1の組成2) Sn 89重量% Zn 8重量% Bi 3重量% ○BGAボール被覆膜 有機物 実施例8 ○はんだ(表1の組成2) Sn 89重量% Zn 8重量% Bi 3重量% ○BGAボール Cu 100重量% ○BGAボール合金膜(表1の組成3) Sn 87重量% Zn 7重量% Bi 6重量% ○ボール被覆膜有機物 比較例1 ○はんだ(表1の組成1) Sn 91重量% Zn 9重量% ○BGAはんだボール(表1の組成1) Sn 91重量% Zn 9重量% ○はんだボール被覆膜 なし 比較例2 ○はんだ(表1の組成2) Sn 89重量% Zn 8重量% Bi 3重量% ○BGAはんだボール(表1の組成4) Sn 96.5重量% Ag 3.0重量% Cu 0.5重量% ○はんだボール被覆膜 なし 比較例3 ○はんだ(表1の組成2) Sn 89重量% Zn 8重量% Bi 3重量% ○BGAはんだボール(表1の組成5) Sn 63重量% Pb 37重量% ○はんだボール被覆膜 なし 実施例および比較例に用いたはんだ組成と融点を表1に
示す。上記実施例と比較例のはんだを用いてソルダーペ
ーストを作製し、試験基板を試作し、信頼性評価を行
う。
Example 1 Solder (composition 1 in Table 1) Sn 91% by weight Zn 9% by weight BGA solder ball (composition 2 in Table 1) Sn 89% by weight Zn 8% by weight Bi 3% by weight ○ Solder ball coating Example 2 ○ Solder (composition 2 in Table 1) Sn 89 wt% Zn 8 wt% Bi 3 wt% BGA solder ball (composition 3 in Table 1) Sn 87 wt% Zn 7 wt% Bi 6 wt% ○ Solder ball coating film None Example 3 ○ Solder (composition 1 in Table 1) Sn 91 wt% Zn 9 wt% ○ BGA solder ball (composition 2 in Table 1) Sn 89 wt% Zn 8 wt% Bi 3 wt% ○ Solder ball coating film Organic substance Example 4 ○ Solder (composition 2 in Table 1) Sn 89% by weight Zn 8% by weight Bi 3% by weight ○ BGA solder ball (composition 3 in Table 1) Sn 87% by weight Zn 7% by weight B 6 wt% ○ Solder ball coating film Organic substance Example 5 ○ Solder (composition 1 in Table 1) Sn 91 wt% Zn 9 wt% ○ BGA ball Cu 100 wt% ○ BGA ball alloy film (Composition 2 in Table 1) Sn 89% by weight Zn 8% by weight Bi 3% by weight ○ BGA ball coating film None Example 6 ○ Solder (composition 3 in Table 1) Sn 89% by weight Zn 8% by weight Bi 3% by weight ○ BGA ball Cu 100% by weight ○ BGA ball alloy film (composition 3 in Table 1) Sn 87% by weight Zn 7% by weight Bi 6% by weight ○ No ball coating film Example 7 ○ Solder (composition 1 in Table 1) Sn 91% by weight Zn 9% by weight ○ BGA ball Cu 100% by weight BGA ball alloy film (composition 2 in Table 1) Sn 89% by weight Zn 8% by weight Bi 3% by weight BGA ball coating film Organic Example 8 ○ Solder (composition 2 in Table 1) ) Sn 89 wt% Zn 8 wt% Bi 3 wt% ○ BGA ball Cu 100 wt% ○ BGA ball alloy film (composition 3 in Table 1) Sn 87 wt% Zn 7 wt% Bi 6 wt% ○ Ball coating film organic substance Comparative Example 1 ○ Solder (composition 1 in Table 1) Sn 91 wt% Zn 9 wt% ○ BGA solder ball (composition 1 in Table 1) Sn 91 wt% Zn 9 wt% ○ Solder ball coating film None Comparative Example 2 ○ Solder (composition 2 in Table 1) Sn 89% by weight Zn 8% by weight Bi 3% by weight ○ BGA solder ball (composition 4 in Table 1) Sn 96.5% by weight Ag 3.0% by weight Cu 0.5% by weight ○ Solder ball coating film None Comparative example 3 ○ Solder (composition 2 in Table 1) Sn 89 wt% Zn 8 wt% Bi 3 wt% ○ BGA solder ball (composition 5 in Table 1) Sn 63 wt% Pb 37 wt% ○ Han The solder composition and a melting point which was used without the Examples and Comparative Examples ball coated film shown in Table 1. Solder pastes are produced using the solders of the above-mentioned examples and comparative examples, trial test boards are manufactured, and reliability evaluation is performed.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】試験基板は材質がガラスエポキシではんだ
付けするランド部がCuめっきであるプリント配線板を
使用し、厚み150μmでエッチングにより開口部を有
するメタルマスクで金属スキージにてソルダーペースト
を印刷する。電子部品は、ボール直径760μm、1.
27mmピッチのBGAであり、ソルダーペーストを印
刷したランド部にマウントし、大気熱風リフロー炉を用
いて、はんだ付け部の最高温度が210度になるよう設
定しはんだを溶融させ接合する。
As the test board, a printed wiring board having a land portion Cu-plated to be soldered with glass epoxy is used, and a solder paste is printed with a metal squeegee using a metal mask having an opening by etching with a thickness of 150 μm. The electronic component has a ball diameter of 760 μm, 1.
It is a BGA with a pitch of 27 mm, and is mounted on a land portion printed with a solder paste, and the maximum temperature of the soldering portion is set to 210 ° C. using an atmospheric hot air reflow furnace to melt and join the solder.

【0041】はんだ付け接合性の評価は、BGA搭載基
板は−40度を30分、+125度を30分、これを1
サイクルとする温度サイクル試験を行い、はんだボール
と回路基板の接合部の導通により評価した。またリフロ
ーする時BGAのボールの周りに発生するボールの数を
数えて行った。評価結果を表2に示す。
The soldering bondability was evaluated as follows: -40 ° C for 30 minutes, + 125 ° C for 30 minutes for a BGA mounting board, and 1 for this.
A temperature cycle test as a cycle was performed, and the continuity between the solder ball and the joint portion of the circuit board was evaluated. In addition, the number of balls generated around the BGA balls during reflow was counted. The evaluation results are shown in Table 2.

【0042】[0042]

【表2】 [Table 2]

【0043】実施例1から8に示すようBGAのはんだ
付け接合部においてはいずれも温度サイクル試験では導
通がなくなることはなく1500サイクル経過しても問
題がなく接合されている。
As shown in Examples 1 to 8, in the soldered joints of BGA, no continuity was lost in the temperature cycle test, and there was no problem even after 1500 cycles had passed.

【0044】一方、比較例2のようにはんだの温度より
もBGA用のはんだボールの溶融温度が高ものはリフロ
ーした直後より導通がなくはんだ付け接合ができていな
いことがわかる。また比較例3のようにBGA用のはん
だボールを従来使用しているSn−Pb系で行うと温度
サイクル500サイクルで導通がなくなってしまう。
On the other hand, when the melting temperature of the BGA solder ball is higher than the temperature of the solder as in Comparative Example 2, it can be seen that there is no continuity immediately after reflow and soldering cannot be achieved. Further, when the solder balls for BGA are used in the conventionally used Sn-Pb system as in Comparative Example 3, the conduction is lost after 500 temperature cycles.

【0045】また、実施例3、4および5、6のように
BGAのボール表面に有機物を被覆すると温度サイクル
試験では有機物がないものと同等の性能であるが、リフ
ロー時に発生するボールが飛躍的に減少する。このこと
より有機物を被覆することによりボールの発生を抑制し
ていることがわかる。
When the surface of the BGA ball was coated with an organic substance as in Examples 3, 4 and 5, 6 the performance was equivalent to that without the organic substance in the temperature cycle test, but the ball generated during reflow jumped dramatically. Decrease to. From this, it is understood that the generation of balls is suppressed by coating the organic substance.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上のように、本発明によるはんだ付け
接合を行うことにより、電子部品の耐熱保証温度内では
んだ付け温度を設定することが可能となり、信頼性の高
いはんだ付けが可能となる。
As described above, by performing the soldering joining according to the present invention, it becomes possible to set the soldering temperature within the heat-resistant guaranteed temperature of the electronic component, and the soldering with high reliability becomes possible. .

【0047】また、本発明のはんだ付け方法を用いれば
はんだおよび合金膜中にPbを含まないため人や環境に
対して有害でなく安全である。
Further, if the soldering method of the present invention is used, since Pb is not contained in the solder and alloy film, it is not harmful to people and the environment and safe.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態1におけるはんだ付け方法
の要部断面図
FIG. 1 is a sectional view of an essential part of a soldering method according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態3におけるはんだ付け方法
の要部断面図
FIG. 2 is a sectional view of an essential part of a soldering method according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 回路基板 12 Cu膜 14 Ni膜 16 Au膜 18 電極 20 はんだボール 21 Cuボール 22 半導体パッケージ 23 合金膜 30 ガラスエポキシ基板 32 Cu膜 33 プリフラックス 34 ソルダーペースト 10 circuit board 12 Cu film 14 Ni film 16 Au film 18 electrodes 20 solder balls 21 Cu ball 22 Semiconductor package 23 Alloy film 30 glass epoxy substrate 32 Cu film 33 Preflux 34 Solder paste

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 久彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5E319 AA03 AB05 AC01 BB01 CC36   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hisahiko Yoshida             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. F term (reference) 5E319 AA03 AB05 AC01 BB01 CC36

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 鉛フリーはんだボールを有するBGA
(ボールグリッドアレイ)と、SnとZnを含む鉛フリ
ーはんだを用いて回路基板に接合するものであって、前
記鉛フリーはんだボールの液相線温度が前記SnとZn
を含む鉛フリーはんだの液相線温度より低いことを特徴
とするはんだ付け方法。
1. A BGA having lead-free solder balls.
(Ball grid array) and lead-free solder containing Sn and Zn are used to bond to the circuit board, and the liquidus temperature of the lead-free solder balls is Sn and Zn.
A soldering method characterized in that it is lower than the liquidus temperature of lead-free solder containing.
【請求項2】 鉛フリーはんだボールの固相線温度がS
nとZnを含む鉛フリーはんだの固相線温度より低いこ
とを特徴とする請求項1記載のはんだ付け方法。
2. The solidus temperature of a lead-free solder ball is S
The soldering method according to claim 1, wherein the temperature is lower than the solidus temperature of the lead-free solder containing n and Zn.
【請求項3】 鉛フリーはんだボールの液相線温度がS
nとZnを含む鉛フリーはんだの固相線温度より低いこ
とを特徴とする請求項1記載のはんだ付け方法。
3. The liquidus temperature of a lead-free solder ball is S
The soldering method according to claim 1, wherein the temperature is lower than the solidus temperature of the lead-free solder containing n and Zn.
【請求項4】 鉛フリーはんだボールの表面を有機物で
覆ったことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
のはんだ付け方法。
4. The soldering method according to claim 1, wherein the surface of the lead-free solder ball is covered with an organic substance.
【請求項5】 鉛フリーボールを有するBGAとSnと
Znを含む鉛フリーはんだを接合する方法におてい、前
記鉛フリーボールがCuであることを特徴とするはんだ
付け方法。
5. A method of joining a BGA having a lead-free ball and a lead-free solder containing Sn and Zn, wherein the lead-free ball is Cu.
【請求項6】 Cuボールの表面を鉛フリーはんだより
も低い温度で溶融する合金膜で覆ったことを特徴とする
請求項5記載のはんだ付け方法。
6. The soldering method according to claim 5, wherein the surface of the Cu ball is covered with an alloy film that melts at a temperature lower than that of lead-free solder.
【請求項7】 Cuボールの表面をNi膜、Pd膜、A
u膜の順に覆ったことを特徴とする請求項5記載のはん
だ付け方法。
7. The surface of the Cu ball is a Ni film, a Pd film, A
The soldering method according to claim 5, wherein the u film is covered in this order.
【請求項8】 Cuボールの表面をNi膜、Au膜の順
に覆ったことを特徴とする請求項5記載のはんだ付け方
法。
8. The soldering method according to claim 5, wherein the surface of the Cu ball is covered with a Ni film and an Au film in this order.
【請求項9】 鉛フリーボールを有するBGAとSnと
Znを含む鉛フリーはんだを接合する方法におてい、前
記鉛フリーボールがNi−Fe合金であることを特徴と
するはんだ付け方法。
9. A method for joining a BGA having a lead-free ball and a lead-free solder containing Sn and Zn, wherein the lead-free ball is a Ni—Fe alloy.
【請求項10】 Ni−Fe合金ボールの表面を前記鉛
フリーはんだよりも低い温度で溶融する合金膜で覆った
ことを特徴とする請求項9記載のはんだ付け方法。
10. The soldering method according to claim 9, wherein the surface of the Ni—Fe alloy ball is covered with an alloy film that melts at a temperature lower than that of the lead-free solder.
【請求項11】 鉛フリーボールの表面を有機物で覆っ
たことを特徴と請求項5〜10のいずれかに記載のはん
だ付け方法。
11. The soldering method according to claim 5, wherein the surface of the lead-free ball is covered with an organic substance.
JP2001369826A 2001-12-04 2001-12-04 Connecting method of electronic component to circuit substrate employing lead-free solder Pending JP2003174254A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001369826A JP2003174254A (en) 2001-12-04 2001-12-04 Connecting method of electronic component to circuit substrate employing lead-free solder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001369826A JP2003174254A (en) 2001-12-04 2001-12-04 Connecting method of electronic component to circuit substrate employing lead-free solder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003174254A true JP2003174254A (en) 2003-06-20

Family

ID=19179147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001369826A Pending JP2003174254A (en) 2001-12-04 2001-12-04 Connecting method of electronic component to circuit substrate employing lead-free solder

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003174254A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005021958A (en) * 2003-07-01 2005-01-27 Senju Metal Ind Co Ltd Lead-free solder paste
JP2011152581A (en) * 2010-01-28 2011-08-11 Tdk Corp Lead-free solder and electronic component built-in module
WO2014115858A1 (en) * 2013-01-28 2014-07-31 凸版印刷株式会社 Wiring substrate and method for manufacturing same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005021958A (en) * 2003-07-01 2005-01-27 Senju Metal Ind Co Ltd Lead-free solder paste
JP2011152581A (en) * 2010-01-28 2011-08-11 Tdk Corp Lead-free solder and electronic component built-in module
WO2014115858A1 (en) * 2013-01-28 2014-07-31 凸版印刷株式会社 Wiring substrate and method for manufacturing same
US9883586B2 (en) 2013-01-28 2018-01-30 Toppan Printing Co., Ltd. Wiring substrate for bonding using solder having a low melting point and method for manufacturing same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3476464B2 (en) Tin-bismuth solder paste and a method for forming a connection with improved high-temperature characteristics using the paste
JP4438974B2 (en) Solder paste
JP4143478B2 (en) Solder connection structure and solder connection method for electronic parts
WO2010122764A1 (en) Soldering material and electronic component assembly
KR20090007770A (en) Solder paste
WO2006041068A1 (en) Packaging method of electronic component
KR20050111750A (en) Solder paste and printed board
WO2013132942A1 (en) Bonding method, bond structure, and manufacturing method for same
JP4200325B2 (en) Solder bonding paste and solder bonding method
KR20080066552A (en) Method for soldering electronic component and soldering structure of electronic component
JP2003234433A (en) Semiconductor device, its mounting method, mounting block and its manufacturing method
JPH11347784A (en) Soldering paste and electronic circuit using the same
JP2003112285A (en) Solder paste
JP3425332B2 (en) Electronic component electrode material and electronic component electrode manufacturing method
JP4396162B2 (en) Lead-free solder paste
JP3782743B2 (en) Solder composition, soldering method and electronic component
JP4134976B2 (en) Solder bonding method
JP2005072173A (en) Electronic component and solder paste
JP2002185130A (en) Electronic circuit device and electronic part
JP4259445B2 (en) Solder paste and solder joining method
JP2003174254A (en) Connecting method of electronic component to circuit substrate employing lead-free solder
JP2005297011A (en) Solder paste and soldering article
JPH1052791A (en) Lead free solder alloy
JP2000332403A (en) Mounting structure of electronic component and method of mounting the electronic component
WO2009150759A1 (en) Solder bonding method and solder joint