JP2004034134A

JP2004034134A - Line-solder and process of producing electronic equipment

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Publication number: JP2004034134A
Application number: JP2002198096A
Authority: JP
Inventors: Hideyoshi Hata; 秦　英恵; Masahide Okamoto; 岡本　正英; Tasao Soga; 曽我　太佐男; Koji Serizawa; 芹沢　弘二; Takanori Sato; 佐藤　隆則
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide line-solder having a low melting point which has excellent wettability, and can correct the soldered section of a low heat resistant part, and to provide a process of producing electronic equipment using the same. <P>SOLUTION: The line-solder comprises Bi, and has a solder part consisting of a lead-free solder material and a flux part formed on the surface of the solder part. The process has a stage wherein an electronic part is mounted on a substrate by using lead-free solder; a stage wherein the substrate mounted with the semiconductor device is inspected; and a stage wherein, when the defect in the connection of the solder is confirmed in the inspection stage, the defected part in the connection of the solder is corrected. In the correction stage, the defected part in the connection of the solder is corrected by using the line-solder comprising Bi, and having a solder part consisting of a lead-free solder material and a flux part formed on the surface of the solder part. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線はんだ、電子機器およびそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品のプリント回路基板へのはんだ付けは、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだが主に用いられていた。Ｓｎ−Ｐｂ系はんだの中では、融点が１８３℃の６３ｗｔ％Ｓｎ−３７ｗｔ％Ｐｂの共晶はんだ（以下、Ｓｎ−３７Ｐｂのように、元素の割合をｗｔ％を除いて示し、組成比の記述のない元素は残りとする）が最も広く用いられている。これ以外には、ＳｎとＰｂの配合比を変えたＳｎ−４０Ｐｂ、Ｓｎ−５０Ｐｂや、Ａｇを少量添加したＳｎ−４０Ｐｂ−２Ａｇ等が用いられている。Ａｇ入りのはんだは、基板電極にＡｇが含まれる場合の電極の食われ防止に効果的とされている。
【０００３】
また、このはんだ付け工程を有する電子機器製造プロセスにおいては、外観等の検査工程の後、はんだ不足及びブリッジ等のはんだ付け欠陥を修正するプロセスや、必要に応じて、はんだを継ぎ足すプロセス（もりはんだ、ということもある）を有している。
【０００４】
これらのプロセスにおいては、線状のはんだをはんだごてを用いて溶融させて、必要個所にはんだを供給しながら、上記のはんだ付け部の修正等を行う。
【０００５】
この線状のはんだ（線はんだと言うこともある）は、はんだ付けに使用されるはんだ材料とほぼ同じであるため、従来の線はんだは鉛を有するものであった。
【０００６】
従来の線状のはんだの直径は、狭ピッチ接続部の多い高密度実装用基板の修正の場合には、約０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度の線はんだが広く使用され、狭ピッチ接続部でない基板に対しては１ｍｍ〜２ｍｍ程度のものが使われている。また、これらの線状のはんだは「ヤニ入りはんだ」と言われるように、内部に、ＲＭＡ（Ｒｏｓｉｎ　Ｍｉｌｄｌｙ　Ａｃｔｉｖａｔｅｄ）、ＲＡ（Ｒｏｓｉｎ　Ａｃｔｉｖａｔｅｄ）等のロジンをベースとしたフラックス成分を含んでいる。フラックス成分を有することにより、はんだ付け時に、はんだ表面、及び、はんだ付けしたい材料表面の酸化膜を除去し、良好なはんだ接続を得ることが可能であった。
【０００７】
従来の鉛を有する線状のはんだの製造方法は、「電子材料のはんだ付け技術」（工業調査会　大澤直著）に記載されているように、線引加工、冷間或いは熱間押出法によって製造されている。即ち、３^ｒｄ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　“Ｍｉｃｒｏｊｏｉｎｉｎｇ　ａｎｄＡｓｓｅｍｂｌｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”　ｐ９５に記載のように、はんだ材料を円柱状に鋳込み、その鋳塊を油圧押出機を用いて線はんだの原型となる形状に押出加工を行い、その後、さらにダイスを用いた引き抜き等による細線化加工を行っている。
【０００８】
一方、複数の電子部品を高密度に実装するプロセスや、両面基板等に実装するプロセスにおいては、従来は階層接続といわれているように、第１段階として融点の高いはんだで接続し、第２段階としてその接続部を溶融させないように、融点の低いはんだで接続するプロセスが用いられてきた。第１段階で用いられるはんだは、例えば、融点２３２〜２４０℃のＳｎ−５Ｓｂ、融点が２２１℃のＳｎ−３．５Ａｇであり、それぞれ約２６０℃、約２４０℃ではんだ付けを行っていた。この場合、第２段階では、融点が１８３℃のＳｎ−３７Ｐｂが主に使用され、約２１０℃ではんだ付けを行えば、第１段階で接続した接続部が溶融せず、階層接続が可能であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現在、環境を懸念して、はんだ中に鉛を積極的に含まない（はんだ中から鉛を積極的に排除した）鉛フリーはんだ材料、及びそれを用いたはんだ付け方法の開発が進められており、この新しい材料系での階層接続が必要になっている。
【００１０】
Ｓｎ−３７Ｐｂはんだを代替するための鉛フリーはんだ材料としては、Ｓｎ−Ａｇ共晶系、Ｓｎ−Ｃｕ共晶系、Ｓｎ−Ｚｎ共晶系、及び、これらにＢｉや、Ｉｎを添加したはんだ材料、或いはＳｎ−Ｂｉ共晶系にＡｇ等の元素を少量添加した組成が提案されている。
【００１１】
最も広く実用化されようとしている鉛フリーはんだは、リフローはんだ付け、フローはんだ付けの両方に対して、融点２１７℃のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕであり、耐疲労性の高いことが特徴である。フローはんだ付けでは、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５ＣｕよりＡｇ量が少なく低コスト化が図れるＳｎ−０．７５Ｃｕ、或いは、これに少量のＮｉ等を添加したものも広く使用されると考えられる。しかし、このＳｎ−Ａｇ共晶系、Ｓｎ−Ｃｕ共晶系の鉛フリーはんだを用いた場合には、はんだ付け温度が約２３５℃〜２６０℃付近となり、耐熱性の低い電子部品の接続においては、部品への熱損傷の影響が懸念される。
【００１２】
一方、Ｓｎ−Ｚｎ系は融点が１９９℃付近であり、従来使用されてきた融点が１８３℃のＳｎ−３７Ｐｂとはんだ付け温度が近い。しかし、Ｚｎの反応性が高いため、使用時の腐食、接続界面の経時変化が大きい点、及びはんだペースト中のフラックス成分との反応による印刷性劣化等の問題がある。
【００１３】
ところで、上記Ｓｎ−Ａｇ共晶、Ｓｎ−Ｃｕ共晶、Ｓｎ−Ｚｎ共晶系にＢｉやＩｎを添加したはんだは低融点化が可能であり、鉛フリーはんだ材料として期待される
しかし、Ｂｉが添加されるとＢｉがＳｎ中に固溶してはんだが硬くなり、接続部の信頼性の低下が懸念されるが、Ｂｉの添加量によってははんだ組織が微細で変形性能が優れるようになり、通常の電子機器中のはんだ接続部の熱疲労特性には問題がなく、実用化が可能である。例えば、Ｂｉを多量に含むＳｎ−Ｂｉ共晶系で、これにＡｇを少量添加したＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇはんだでは、伸び特性も良く、様々な製品への適用が期待される。且つ、このＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇは融点が約１３８℃であるため、Ｓｎ−５Ｓｂ、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ等との階層接続、或いは、耐熱性の低い電子部品の接続にも適している。
【００１４】
一方、Ｉｎが多く添加されるとはんだペーストの粘度やぬれ性などの経時変化が大きく、印刷性が低下することが問題となる。この場合は、Ｉｎ量に比例して特性が劣化するため、Ｉｎを多量に添加することができない。
【００１５】
そこで、我々は低融点接続または温度階層の低温接続のはんだとして、まず、Ｂｉを含有した鉛フリーはんだの製造プロセスおよびそれを用いた電子機器の製造プロセスをさらに検討し、次の課題があることが分かった。
（１）Ｂｉを４ｗｔ％以上含む鉛フリーのはんだは、従来の製造方法では加工性が悪く、ダイスを通すような線状のはんだへの加工、および圧延ロール工程を経るようなはんだ箔への加工は困難である。
（２）このため、電子機器のはんだ接続の修正プロセス等で、Ｂｉを４ｗｔ％以上含む鉛フリーの線状はんだが得られず、はんだ接続部の修正が困難である。
（３）また、上記組成では、はんだの内部にフラックス成分を含むようなヤニ入りはんだの製作は不可能である。
（４）Ｓｎ−５７Ｂｉ−１ＡｇはんだのようなＳｎ−Ｂｉ共晶系はんだによる電子機器のはんだ接続部を、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系のように上記のＳｎ−Ｂｉ共晶系はんだと異なる組成による線はんだで修正を行うと、修正後の接続部の組成は機械的特性の悪いはんだ組成となり、最終的な接続部の耐熱疲労特性が問題となる場合がある。従って、はんだ接続部は、基本的には同様な組成のはんだを用いた修正が望ましい。このことから、Ｂｉを含有するはんだ接続部では同様なＢｉ量を含有する組成の線状のはんだへの加工方法の開発が必要である。
【００１６】
Ｉｎに関しては、Ｉｎ量の線はんだ加工に及ぼす影響は見られず、ほぼどの組成でも加工が可能であった。
【００１７】
以上から、本発明の目的は、鉛フリーはんだであって、かつＢｉを含有する低融点の線はんだを提供することである。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、必要に応じて電子機器の鉛フリーはんだ接続部を修正、或いは、鉛フリーはんだにより電子部品を後付けし、信頼性の高い電子機器を提供することである。
【００１９】
また、本発明の他の目的は、Ｓｎ−Ｂｉ系鉛フリーはんだを用いた温度階層接続工程を有する電子機器の製造方法を提供することである。
【００２０】
特に、Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇ等のＳｎ−Ｂｉ共晶系はんだの、修正プロセス、後付け工程で使用可能な線はんだを供給し、これを用いた電子機器の製造プロセスを提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的の少なくとも１つを達成するために、本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
【００２２】
Ｂｉを有し、かつ鉛フリーはんだ材料からなるはんだ部と、該はんだ部の表面に形成されたフラックス部を有する線はんだである。
また上記記載の線はんだであって、前記Ｂｉ量は４ｗｔ％以上７０ｗｔ％以下であるものである。
【００２３】
電子機器の製造方法であって、鉛フリーはんだを用いて電子部品を基板に実装する工程と、該半導体装置が実装された基板を検査する工程と、該検査工程ではんだ接続不良が確認されたときに該はんだ接続不良部を修正する工程を有し、該修正工程では、Ｂｉを有しかつ鉛フリーはんだ材料からなるはんだ部と、該はんだ部の表面に形成されたフラックス部を有する線はんだを用いて該はんだ接続不良部を修正する電子機器の製造方法である。
【００２４】
また、電子機器の製造方法であって、鉛フリーはんだを用いて第一の電子部品を基板に実装する第一の工程と、該第一の鉛フリーはんだより融点の低い第二の鉛フリーはんだを用いて、第二の電子部品を該基板に実装する第二の工程と、該半導体装置が実装された基板を検査する第三の工程を有し、該第二の工程において、該第二の鉛フリーはんだは、Ｂｉを有しかつ鉛フリーはんだ材料からなるはんだ部と、該はんだ部の表面に形成されたフラックス部を有する線はんだである電子機器の製造方法である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＢｉを含有する線はんだ、及び、これを用いた修正プロセス、後付けプロセスを有する電子機器の製造方法を図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本実施例にかかる線状はんだ１を示す。この線状はんだ１ははんだ部２とそのはんだ部２の表面に塗布されたフラックス３を有し、はんだ部２の内部にフラックスは含まれていない。なお、フラックス３ははんだの濡れ性を考慮して形成されているものであり必ずしも必要ない。
【００２６】
線状はんだ１のはんだ部２には、Ｓｎ−Ｂｉ共晶系としてＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇを用いた。フラックス３は、ロジンをベースに活性剤を少量添加したＲＭＡタイプのものを使用した。
【００２７】
本実施例にかかる線はんだ１は、水中紡糸法と言われる方法により製造することができる。これは、ドラムを回転させ、遠心力により冷却水層を形成した中にノズルからはんだの溶湯を噴射して、線状の金属を得る方法である。本方法は急冷によりはんだを凝固させるので、線状のはんだは組織が微細であり、柔らかい。
【００２８】
従来の方法では、通常の鋳込み速度により鋳塊を作成しているため、Ｓｎ相とＢｉ相の組織が粗大に析出している。Ｂｉは壁開面を有しているため、大きなＢｉ粒が多量に含まれていると塑性加工に際し割れやすく容易に破断してしまう。このため、その後の細線化加工に耐えることができなかった。３^ｒｄ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　“Ｍｉｃｒｏｊｏｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”　ｐ９５〜９８に記載されているように、１００μｍ程度の厚みへの圧延加工時のＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ中のＢｉ量の限界は４％であり、線引き加工においては３％のＢｉ量で線切れを起こしたとの報告がある。従って、通常の方法では、Ｂｉ含有量が多いと加工性に問題があるとされ、線状のはんだへの加工は不可能とされてきた。
【００２９】
本方法であれば、線状のはんだは組織が微細であるため、はんだ中のＢｉ量にかかわらず、直径が約２ｍｍ以下の線はんだを得ることが可能である。また、直径が約０．３ｍｍ以下の細線の形成も可能であり、それらを何本か束ねて線はんだとして使用することも可能である。従って、本方法では線はんだ形成後にダイスによる細線化工程は不要である。
【００３０】
従って、本方法によれば、Ｂｉ量にかかわらず、鉛フリーはんだで線はんだの作成が可能である。
【００３１】
さらに線はんだの組成は、Ｓｎ−（０〜４ｗｔ％）Ａｇ−（４〜７０ｗｔ％）Ｂｉ、または、Ｓｎ−（０〜４ｗｔ％）Ａｇ−（４〜７０ｗｔ％）Ｂｉ−（０〜３ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜５ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜５ｗｔ％）Ｓｂであることが望ましい。
【００３２】
Ｂｉは、通常、約３０ｗｔ％以下ではＢｉがＳｎ相に固溶して固溶強化されたＳｎ相の初晶が大きく析出し、はんだが硬くなり、接続部の耐熱疲労特性が低下しやすい。また約５８ｗｔ％を超えると、Ｂｉの初晶が析出するが、Ｂｉが７０ｗｔ％以上となるとＢｉの初晶の影響が大きくなり、はんだ全体の強度が減少しかつ伸び特性も悪くなり、接続部の耐熱疲労特性に問題が起こる。従って、Ｂｉは３０〜７０ｗｔ％が望ましい。しかし、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５ＣｕのようなＳｎ−Ａｇ系、或いは、Ｓｎ−Ｃｕ系はんだ等によるはんだ接続部の修正については、周囲への熱影響を小さくするため、これらのはんだ材料より少しでも低融点の線はんだで修正することが効果的である。このため、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系より融点が低下でき、且つ、ぬれ性も向上できるＢｉを４ｗｔ％以上添加したはんだ組成であれば線はんだとして有効活用できる。以上から、Ｂｉ量を４〜７０ｗｔ％とした。
【００３３】
このＢｉの範囲内では、Ａｇはほぼ１〜３ｗｔ％以上になると、ＳｎとＡｇの金属間化合物であるＡｇ_３Ｓｎが初晶として析出するが、Ａｇが４ｗｔ％以上になるとＡｇ_３Ｓｎの初晶が大きく針状に析出して、はんだが硬くなり加工性を低下させる。また、融点も上昇し、低温接続には適さないようになる。このため、Ａｇ量は４ｗｔ％以内とした。
【００３４】
このはんだに融点、はんだ特性への変化が小さい３ｗｔ％以内のＣｕ、５ｗｔ％以内のＩｎ、５ｗｔ％以内のＳｂを添加してもよい。Ｃｕは基板の電極材料に使われることが多く、線はんだにＣｕをあらかじめ添加しておけば、はんだ中へのＣｕ電極の溶け込みが抑制でき、Ｃｕ電極食われを防止できる。また、Ｉｎは機械的性質を損ねずに融点を調整できるため、必要に応じて添加は効果的である。Ｓｂは耐疲労性向上に効果がある。
【００３５】
この他には、Ｇｅ、Ｐ、Ｓｅ、Ｐｄ、Ｎｉ等を加えるとはんだ組織が更に微細化でき、加工性が増す。このときの添加量は１ｗｔ％以下でなければならない。
（実施の形態２）
図１に示した線はんだ１を修正プロセスに用いたことを特徴とする、電子機器の製造プロセスを次に示す。この例では、低耐熱性部品をＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇはんだではんだ付けする工程を示す。
【００３６】
図２に電子機器製造プロセスのフローチャートを示した。また、図３には、具体的な製造方法を模式図で示した。
【００３７】
まず第１工程において、Ｓｉなどからなるウェハ５に、薄膜形成プロセス等を利用して電子回路を形成し、必要があれば裏面研削によりウェハを所望の厚さに加工する。
【００３８】
次の第２工程のダイシングプロセスにおいて、各チップ６に切り出す。
【００３９】
第３工程のパッケージングプロセスにおいて、切り出したチップ６を４２アロイ材料やＣｕ合金からなるリードフレーム７にダイボンディング８を行う。このときのダイボンディング８の材料は、Ａｇ紛をエポキシ樹脂などの有機材料に混練したＡｇペースト、或いは、高融点のはんだ材料を用いる。この後、チップ６の電極９とリードフレーム７とをＡｕ線などでワイヤボンディング１０し、チップ６、ワイヤボンディング１０周辺を樹脂でモールド１１して水分の進入を遮断し、内部の回路を保護する。この後、モールド１１外部のリードフレームに外装めっき１２を施す。外装めっきの材料は、従来はＳｎ−Ｐｂ系であるが、環境への影響を考慮して、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ系のめっきが望ましい。この他、ワイヤボンディング１０の接続に必要な表面処理と共通の材料として、リードフレームにＰｄめっき、またはこれに薄いＡｕめっきを予め施しても良い。この後、各パッケージ外部のリードフレーム部を切り出し、ガルウィング形状のリード１８を成形する。このようにして半導体パッケージ１３を製作する。
【００４０】
この半導体パッケージ１３を、第４工程において、プリント回路基板１４の電極１５にＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇ　はんだ１６ではんだ付けし、はんだ接続部１７を得る。これには、初めにプリント回路基板１４の電極１５上に、はんだ粉末とフラックス成分を混練したはんだペーストを印刷し、リフロー炉等により加熱を行い、はんだ粉末を溶かしてプリント回路基板１４の電極１５と半導体パッケージ１３のリード１８を電気的に接続させる。リフロー炉内の雰囲気は、大気でも窒素でも良い。
【００４１】
この後、検査を行うが、内容は、外観検査或いは電気的な検査である。ここで、欠陥が無ければ図２に示したように製品として出荷が可能である。
【００４２】
しかし、例えば、図４に示したように、はんだ接続部１７のはんだ量が少ない未はんだ１９や、図５に示したように、隣のリードとはんだがつながるはんだブリッジ２０が生じた場合、或いは、半導体パッケージ１３自体に問題があるとわかった場合には、修正を行う必要がある。例えば、図４に示した未はんだ１９の場合には、図６に示したようにはんだごて２１と、本発明の線はんだ１を利用してはんだの補充を行う。
【００４３】
このときの線はんだ１のはんだ組成は、はんだ接続部１７と同じＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇであることが望ましいが、電極１５のＣｕの溶解を押さえるためには少量のＣｕを添加しておいても良い。また、少量のＢｉ、Ａｇ量の違いは問題ない。
【００４４】
また、はんだブリッジ２０の場合には、はんだごてではんだブリッジ２０を切断するが、はんだ量が足りなくなる場合には、本発明の線はんだ１を利用し、はんだを補充する。
【００４５】
半導体パッケージ１３自体に不具合があるときには、はんだごて、或いは、リペアツールを用いて、図７の第５工程に示したように半導体パッケージ１３を取り除き、残ったはんだ部２２に、第６工程に示したように、新たな半導体パッケージ２３を搭載し、本発明の線はんだ１とはんだごて２１を利用してはんだ付けし、新たな接続部２４を得る。
【００４６】
はんだ接続部とはんだ線１の組成の関係について説明する。
（１）はんだ接続部とはんだ線１の組成が同じ場合は、はんだ接続部の組成が変化することがないので、修正された接続部の信頼性は高い。
（２）はんだ接続部とはんだ線１の組成が異なる場合は次の場合がある。
【００４７】
▲１▼はんだ線の融点がはんだ接続部の融点よりも低い場合には、先に基板に接続され固定されている電子部品の位置を変更することなく、修正が必要な接続部のみを修正できる。また、狭ピッチの端子を有する電子部品、例えば狭ピッチＱＦＰの接続を修正する場合に、はんだ接続部と線はんだの組成が同じ場合は、はんだ接続部の融点よりも高い温度で線はんだを一度溶かして修正する必要がある。従って、はんだ接続部と同じ組成の線はんだを用いると、ＱＦＰの他の端子を溶かし、新たなブリッジ等を発生させる可能性が有る。従ってはんだ接続部のはんだより融点が低い線はんだを用いると所望のはんだ接続部の修正のみを行うことができる。
【００４８】
▲２▼基板の電極は通常Ｃｕで形成されていることが多く、それらを鉛フリーはんだで接続している場合、基板電極のＣｕがはんだ接続部に拡散する。このようなはんだ接続部を修正する場合、Ｃｕ入りの線はんだを用いると基板電極のＣｕの更なる溶解を防止でき、接続信頼性が向上する。このように、基板の電極、電子部品の端子材料の溶けこみ等を防止するために、上記のＣｕ以外にも、例えばＡｇやＮｉ量を調整することができる。
【００４９】
上記▲１▼▲２▼のように、はんだ接続部と線はんだの組成を異ならせることにより、接続信頼性を向上できる場合も有る。また、温度階層接続のため、異なる組成のはんだ接続部を有する電子部品を修正する場合、異なる組成の線はんだを用意する必要はない。
【００５０】
以上のようにして、本発明の線はんだ１を利用すれば、低温での修正が可能であり、耐熱性の低い部品の高信頼な接続が可能である。また、従来、ヤニ入りはんだが修正に不可欠とされてきたが、線状のはんだ周囲にフラックスを塗布したことではんだ付け性も問題がなく、短時間で作業可能である。
【００５１】
なお、線状のはんだ部２へのフラックス３の塗布は、はんだごてを使用する直前にフラックス中に線状のはんだ部２を浸漬する方法をとる。この他には、吹き付け、刷毛塗りによる方法でも良い。また、プリフラックスとして予め線状のはんだ部２の全体に塗布して乾燥させておいても良い。
【００５２】
本実施例では、リード付き部品の修正方法を示したが、この形態の部品に限らず、チップ部品の修正、コネクタ部品、ＢＧＡ、ＣＳＰのようなはんだボールを有する部品の修正にも適用可能である。またアルミ電解コンデンサのような特に耐熱性の低い部品の修正にはＢｉを含有する低融点の線はんだの使用は有効である。また、基板の耐熱性が低い場合にも適用可能である。
【００５３】
本実施例では、表面実装型の基板に適用した例を示したが、挿入実装型の基板の接続部の修正に用いても良い。
【００５４】
はんだを供給する場合に、はんだ量がばらつかないように、一定の送り速度で線はんだを供給できるはんだごてを使用すると、はんだ付け精度の向上が可能である。また、フラックス残さが問題になる製品では、フラックスを薄くするか、或いは少量にする。或いは、はんだ付け後に不活性化するフラックスを用いる。または超音波はんだごてを使用してフラックスの役割である表面酸化膜を除去させ、フラックスレス接続としてもよい。また、はんだ付け時間の短縮、或いはコスト削減が可能である自動はんだ付けロボット等を用いてもよい。
（実施の形態３）
本発明の線はんだ１を用いれば、図８に示したように、プリント回路基板の裏面２５にＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだのような高融点の接続部２６がある場合などの両面接続、階層接続にも実施可能である。即ち、基板の裏面２５はＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだで接続され、その後に、反対側の面であるおもて面２７をＳｎ−Ｂｉ共晶系はんだであるＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇで接続した基板において、Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇはんだ接続部２８に欠陥がある場合、Ｂｉを含有する線はんだ、特に、Ｓｎ−Ｂｉ共晶組成付近の線はんだを用いると、プリント回路基板の裏面２５の高融点の接続部２６に熱損傷を与えることはない。また、混載実装のように、挿入実装型部品が実装されている場合にも適用可能である。
（実施の形態４）
リフロー炉を用いたはんだ付けでは、プリント回路基板１４内のはんだ接続部をはんだ付け可能な温度に十分加熱するために、リフロー炉のヒーター設定温度、コンベア速度を最も熱容量の大きい部品に合わせる必要がある。このため、部品によっては、耐熱性の問題からリフロー炉を用いたはんだ付けに耐えられないものもある。そこで、このような部品を、本発明の線はんだ１を用いて、後付け工程で接続した例を次に示す。図９に示すように、プリント回路基板１４上には先付け接続部２９として既に各種の電子部品がはんだ付けされている。その次に、リフロー炉での熱履歴に耐えられない耐熱性の低い部品３０などを、はんだごて２１を用い、本発明のフラックス付き線はんだを使用してはんだ付けする。線はんだの組成はＳｎ−Ｂｉ共晶付近のもので、ここではＳｎ−５７Ｂｉ−１Ｃｕ３１を用いた。先付け接続部２９のはんだ組成は、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５ＣｕのようなＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ、或いは、これに少量のＢｉ、Ｉｎが添加されているはんだ、或いは、Ｓｎ−９Ｚｎ、Ｓｎ−８Ｚｎ−３ＢｉのようなＳｎ−Ｚｎ系はんだである。また、この他にＳｎ−５７Ｂｉ−１ＡｇのようなＳｎ−Ｂｉ共晶系はんだであっても良い。
【００５５】
以上のように、耐熱性に問題のない部品を先付けしておき、これらの部品と同時に実装できない部品を、本発明のＢｉを含有する低融点のフラックス付き線はんだを利用して後付けではんだ付けが可能である。
【００５６】
また、後付け部品の例としては、耐熱性の低い部品の他に、特殊な形状のもの、基板部が特殊な材料、形状の場合などでも良い。
【００５７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５８】
上記実施例において開示した観点の代表的なものは次の通りである。
１．Ｂｉを有し、かつ鉛フリーはんだ材料からなるはんだ部と、該はんだ部の表面に形成されたフラックス部を有することを特徴とする線はんだ。
２．上記１に記載の線はんだであって、前記Ｂｉ量は４ｗｔ％以上７０ｗｔ％以下であることを特徴とする線はんだ。
３．上記１に記載の線はんだであって、前記はんだ部の組成はＳｎ−（０〜４ｗｔ％）Ａｇ−（４〜７０ｗｔ％）Ｂｉであることを特徴とする線はんだ。
４．上記３に記載の線はんだであって、前記はんだ部はさらに３ｗｔ％以下のＣｕを有することを特徴とする線はんだ。
５．上記３に記載の線はんだであって、前記はんだ部はさらに５ｗｔ％以下のＩｎを有することを特徴とする線はんだ。
６．上記３に記載の線はんだであって、前記はんだ部はさらに５ｗｔ％以下のＳｂを有することを特徴とする線はんだ。
７．電子機器の製造方法であって、鉛フリーはんだを用いて電子部品を基板に実装する工程と、該半導体装置が実装された基板を検査する工程と、該検査工程ではんだ接続不良が確認されたときに該はんだ接続不良部を修正する工程を有し、該修正工程では、Ｂｉを有しかつ鉛フリーはんだ材料からなるはんだ部と、該はんだ部の表面に形成されたフラックス部を有する線はんだを用いて該はんだ接続不良部を修正することを特徴とする電子機器の製造方法。
８．電子機器の製造方法であって、鉛フリーはんだを用いて第一の電子部品を基板に実装する第一の工程と、該第一の鉛フリーはんだより融点の低い第二の鉛フリーはんだを用いて、第二の電子部品を該基板に実装する第二の工程と、該半導体装置が実装された基板を検査する第三の工程を有し、該第二の工程において、該第二の鉛フリーはんだは、Ｂｉを有しかつ鉛フリーはんだ材料からなるはんだ部と、該はんだ部の表面に形成されたフラックス部を有する線はんだであることを特徴とする電子機器の製造方法。
【００５９】
なお、Ｂｉを含有するはんだによる修正プロセス、後付けプロセスは、はんだ付け性を向上させるフラックスを周囲に塗布した、Ｂｉを含有するはんだ組成の線はんだを用いて行うことができる。この線はんだの直径は、２ｍｍ以下である。
【００６０】
このＢｉを含有する線状のはんだは、例えば、水中紡糸法と言われる方法、或いは、加熱鋳型式連続鋳造法ＯＣＣプロセスと言われる方法を採用する。
【００６１】
上記のような方法で製作された所望の直径の線状のはんだをフラックス液中に浸漬させて周囲にフラックスを塗布し、はんだごてを用いて、必要な個所にはんだを供給し、はんだ付け欠陥の修正を行う。或いは、後付け部品のはんだ付けを行う。
【００６２】
上記のＳｎ−Ｂｉ共晶系はんだの組成は、Ｓｎ−（０〜４ｗｔ％）Ａｇ−（４〜７０ｗｔ％）Ｂｉ、である。または、Ｓｎ−（０〜４ｗｔ％）Ａｇ−（４〜７０ｗｔ％）Ｂｉ−（０〜３ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜５ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜５ｗｔ％）Ｓｂである。この組成の線はんだを用いれば、階層接続、または、低耐熱性部品のはんだ付けに使用することが可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）鉛フリーはんだであって、かつＢｉを含有する低融点の線はんだを提供することができる。
（２）必要に応じて電子機器の鉛フリーはんだ接続部を修正し、信頼性の高い電子機器を提供することができる。
（３）Ｓｎ−Ｂｉ系鉛フリーはんだを用いた温度階層接続工程を有する電子機器の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフラックス付きの線はんだを示す図
【図２】本発明の修正プロセスを利用した電子機器製造のフローチャート
【図３】本発明の修正プロセスを利用した電子機器製造方法
【図４】未はんだのはんだ付け欠陥が生じた例
【図５】はんだブリッジのはんだ付け欠陥が生じた例
【図６】本発明による未はんだの場合の修正方法
【図７】半導体パッケージに不具合がある場合の本発明による修正方法
【図８】階層接続による電子機器製造に利用した例
【図９】本発明のフラックス付き線はんだを後付け工程に利用した例
【符号の説明】
１…フラックス付き線はんだ部、２…はんだ、３…フラックス、５…ウェハ、６…チップ、７…リードフレーム、８…ダイボンディング、９…電極、１０…ワイヤボンディング、１１…モールド、１２…外装めっき、１３…半導体パッケージ、１４…プリント回路基板、１５…電極、１６…Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇはんだ、１７…はんだ接続部、１８…リード、１９…未はんだ部、２０…はんだブリッジ、２１…はんだごて、２２…残ったはんだ部、２３…新たな半導体パッケージ、２４…新たな接続部、２５…プリント回路基板の裏面、２６…高融点の接続部、２７…プリント回路基板のおもて面、２８…Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇはんだ接続部、２９…先付け接続部、３０…耐熱性の低い部品、３１…Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ｃｕはんだ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wire solder, an electronic device, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, Sn-Pb-based solder has been mainly used for soldering electronic components to a printed circuit board. Among the Sn-Pb-based solders, the eutectic solder having a melting point of 183 ° C. and having a melting point of 63 wt% Sn-37 wt% Pb (hereinafter referred to as Sn-37 Pb, excluding the wt% and the composition ratio, and describing the composition ratio) Are used most widely). Other than this, Sn-40Pb and Sn-50Pb in which the mixing ratio of Sn and Pb is changed, and Sn-40Pb-2Ag to which a small amount of Ag is added are used. Ag-containing solder is said to be effective in preventing electrode erosion when the substrate electrode contains Ag.
[0003]
In the electronic device manufacturing process including the soldering process, after the inspection process for the appearance and the like, a process for correcting a soldering defect such as insufficient soldering and a bridge, and a process for adding the solder as necessary (for example, Solder).
[0004]
In these processes, the linear solder is melted by using a soldering iron, and the above-mentioned soldered portion is repaired while supplying the solder to a necessary portion.
[0005]
This linear solder (sometimes referred to as wire solder) is almost the same as the solder material used for soldering, and therefore, conventional wire solder has lead.
[0006]
In the case of a conventional high-density mounting board with a large number of narrow-pitch connection parts, a wire solder of about 0.3 mm to 1 mm is widely used. On the other hand, about 1 mm to 2 mm is used. Further, these linear solders contain a flux component based on a rosin such as RMA (Rosin Mild Activated) and RA (Rosin Activated), as it is called “solder containing solder”. By having a flux component, it was possible to remove the oxide film on the surface of the solder and the surface of the material to be soldered at the time of soldering, and to obtain a good solder connection.
[0007]
As described in "Soldering Technology for Electronic Materials" (National Industrial Research Institute, Nao Osawa), a conventional method for producing a linear solder having lead is wire drawing, cold or hot extrusion. Being manufactured. That is, 3 ^rd As described in Symposium on “Microjoining and Assembly in Technology in Electronics” p95, the solder material is cast into a columnar shape, and the ingot is extruded using a hydraulic extruder into a shape that becomes the original form of the wire solder. Thinning is performed by drawing using a die.
[0008]
On the other hand, in a process of mounting a plurality of electronic components at a high density or a process of mounting on a double-sided board or the like, as is conventionally referred to as hierarchical connection, as a first step, connection is performed with a high melting point solder, and As a step, a process of connecting with solder having a low melting point has been used so as not to melt the connection portion. The solder used in the first stage is, for example, Sn-5Sb having a melting point of 232 to 240 ° C. and Sn-3.5Ag having a melting point of 221 ° C. Soldering was performed at about 260 ° C. and about 240 ° C., respectively. In this case, in the second stage, Sn-37Pb having a melting point of 183 ° C. is mainly used, and if soldering is performed at approximately 210 ° C., the connection portion connected in the first stage does not melt, and hierarchical connection is possible. there were.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, due to environmental concerns, the development of lead-free solder materials that do not actively contain lead (solderly removes lead from the solder) and soldering methods using them are being promoted. And the need for hierarchical connections in this new material system.
[0010]
As a lead-free solder material to substitute for the Sn-37Pb solder, there are Sn-Ag eutectic, Sn-Cu eutectic, Sn-Zn eutectic, and a solder material obtained by adding Bi or In to them. Alternatively, a composition in which a small amount of an element such as Ag is added to a Sn-Bi eutectic system has been proposed.
[0011]
The most widely used lead-free solder is Sn-3Ag-0.5Cu having a melting point of 217 ° C. for both reflow soldering and flow soldering, and is characterized by high fatigue resistance. . In the flow soldering, it is considered that Sn-0.75Cu, which has a smaller amount of Ag than Sn-3Ag-0.5Cu and can reduce the cost, or a material in which a small amount of Ni or the like is added thereto is widely used. However, when the Sn-Ag eutectic or Sn-Cu eutectic lead-free solder is used, the soldering temperature is about 235 ° C. to 260 ° C., and the connection of electronic parts having low heat resistance is difficult. However, there is a concern about the effects of heat damage to parts.
[0012]
On the other hand, the melting point of the Sn-Zn-based alloy is around 199 ° C, and the soldering temperature is close to that of Sn-37Pb, which is conventionally used and has a melting point of 183 ° C. However, since the reactivity of Zn is high, there are problems such as corrosion during use, a large change with time of the connection interface, and deterioration of printability due to reaction with a flux component in the solder paste.
[0013]
By the way, the solder obtained by adding Bi or In to the Sn-Ag eutectic, Sn-Cu eutectic, or Sn-Zn eutectic system can lower the melting point and is expected as a lead-free solder material.
However, when Bi is added, Bi becomes a solid solution in Sn and the solder becomes hard, and there is a concern that the reliability of the connection portion is reduced. However, depending on the amount of Bi added, the solder structure is fine and the deformation performance is excellent. As a result, there is no problem in the thermal fatigue characteristics of the solder connection part in the ordinary electronic device, and practical use is possible. For example, a Sn-57Bi-1Ag solder which is a Sn-Bi eutectic system containing a large amount of Bi and containing a small amount of Ag added thereto has good elongation characteristics, and is expected to be applied to various products. In addition, since Sn-57Bi-1Ag has a melting point of about 138 ° C., it is also suitable for hierarchical connection with Sn-5Sb, Sn-3Ag-0.5Cu solder, or connection of electronic components having low heat resistance. I have.
[0014]
On the other hand, when a large amount of In is added, a change with time such as viscosity and wettability of the solder paste is large, and there is a problem that printability is reduced. In this case, since the characteristics deteriorate in proportion to the In amount, a large amount of In cannot be added.
[0015]
Therefore, as solder for low-melting point connection or low-temperature connection soldering of the temperature hierarchy, we first further studied the manufacturing process of lead-free solder containing Bi and the manufacturing process of electronic equipment using it, and the following issues were encountered. I understood.
(1) A lead-free solder containing 4 wt% or more of Bi has poor workability in a conventional manufacturing method, and is processed into a linear solder through a die and into a solder foil through a rolling roll process. Processing is difficult.
(2) For this reason, a lead-free linear solder containing 4 wt% or more of Bi cannot be obtained by a solder connection repair process of an electronic device or the like, and it is difficult to repair a solder connection portion.
(3) Further, with the above composition, it is impossible to produce a solder containing a flux containing a flux component inside the solder.
(4) The solder connection portion of an electronic device made of Sn-Bi eutectic solder such as Sn-57Bi-1Ag solder is formed of the above Sn-Bi eutectic such as Sn-Ag-Cu or Sn-Cu. If correction is performed using wire solder having a composition different from that of the system solder, the composition of the connection portion after the correction will be a solder composition having poor mechanical properties, and the heat resistance fatigue characteristics of the final connection portion may become a problem. Therefore, it is desirable to modify the solder connection basically using a solder having a similar composition. For this reason, it is necessary to develop a method of processing a linear solder having a composition containing a similar amount of Bi in a solder connection portion containing Bi.
[0016]
Regarding In, the effect of the In amount on the wire soldering was not observed, and processing was possible with almost any composition.
[0017]
In view of the above, an object of the present invention is to provide a low-melting wire solder which is a lead-free solder and contains Bi.
[0018]
It is another object of the present invention to provide a highly reliable electronic device by modifying a lead-free solder connection portion of the electronic device as necessary or attaching an electronic component later by using a lead-free solder.
[0019]
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing an electronic device having a temperature hierarchical connection step using a Sn-Bi-based lead-free solder.
[0020]
In particular, an object of the present invention is to provide a wire solder that can be used in a repair process and a post-installation process of a Sn-Bi eutectic solder such as Sn-57Bi-1Ag, and to provide an electronic device manufacturing process using the same.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve at least one of the above objects, an outline of a representative one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0022]
A wire solder having Bi and a solder portion made of a lead-free solder material and a flux portion formed on the surface of the solder portion.
Further, in the wire solder described above, the Bi amount is 4 wt% or more and 70 wt% or less.
[0023]
A method for manufacturing an electronic device, wherein a step of mounting an electronic component on a substrate using lead-free solder, a step of inspecting the substrate on which the semiconductor device is mounted, and a defective solder connection are confirmed in the inspection process. A step of repairing the defective solder connection part, in which the wire solder having a solder part having Bi and made of a lead-free solder material and a flux part formed on the surface of the solder part This is a method for manufacturing an electronic device for correcting the defective solder connection using the method.
[0024]
A method of manufacturing an electronic device, comprising: a first step of mounting a first electronic component on a substrate using lead-free solder; and a second lead-free solder having a lower melting point than the first lead-free solder. A second step of mounting a second electronic component on the substrate, and a third step of inspecting the substrate on which the semiconductor device is mounted, wherein in the second step, the second step Is a method of manufacturing an electronic device which is a wire solder having a solder portion containing Bi and made of a lead-free solder material and a flux portion formed on the surface of the solder portion.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A method for manufacturing an electronic device having a Bi-containing wire solder according to the present invention and a repair process and a post-installation process using the same will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a linear solder 1 according to the present embodiment. This linear solder 1 has a solder portion 2 and a flux 3 applied to the surface of the solder portion 2, and no flux is contained inside the solder portion 2. The flux 3 is formed in consideration of the wettability of the solder, and is not always necessary.
[0026]
For the solder portion 2 of the linear solder 1, Sn-57Bi-1Ag was used as a Sn-Bi eutectic system. The flux 3 used was an RMA type flux containing a small amount of an activator based on rosin.
[0027]
The wire solder 1 according to the present embodiment can be manufactured by a method called an underwater spinning method. In this method, a molten metal of solder is sprayed from a nozzle while a drum is rotated and a cooling water layer is formed by centrifugal force to obtain a linear metal. Since the method solidifies the solder by rapid cooling, the linear solder has a fine structure and is soft.
[0028]
In the conventional method, since the ingot is formed at a normal pouring speed, the structures of the Sn phase and the Bi phase are coarsely precipitated. Since Bi has an open wall, if a large amount of large Bi particles is contained, it is easily cracked and easily broken during plastic working. For this reason, it was not possible to withstand subsequent thinning processing. 3 ^rd As described in Symposium on “Microjoining and Assembly in Technology in Electronics”, pp. 95-98, the limit of the amount of Bi in the Sn—Ag—Bi solder during rolling to a thickness of about 100 μm is 4%. It has been reported that in wire drawing, wire breakage occurred at a Bi content of 3%. Therefore, in the usual method, if the Bi content is large, it is considered that there is a problem in workability, and it has been impossible to process into a linear solder.
[0029]
According to this method, since the linear solder has a fine structure, it is possible to obtain a wire solder having a diameter of about 2 mm or less regardless of the amount of Bi in the solder. Also, it is possible to form a thin wire having a diameter of about 0.3 mm or less, and it is also possible to bundle several wires and use them as wire solder. Therefore, in the present method, a thinning step using a die after the formation of the wire solder is unnecessary.
[0030]
Therefore, according to the present method, it is possible to prepare wire solder with lead-free solder regardless of the amount of Bi.
[0031]
Further, the composition of the wire solder is Sn- (0 to 4 wt%) Ag- (4 to 70 wt%) Bi or Sn- (0 to 4 wt%) Ag- (4 to 70 wt%) Bi- (0 to 3 wt%) ) Cu- (0-5 wt%) In- (0-5 wt%) Sb is desirable.
[0032]
When Bi is usually about 30 wt% or less, Bi forms a solid solution in the Sn phase and primary crystals of the solid solution strengthened Sn phase largely precipitate, the solder becomes hard, and the heat fatigue property of the connection portion tends to be deteriorated. When the content exceeds about 58 wt%, a primary crystal of Bi precipitates. However, when the content of Bi is 70 wt% or more, the influence of the primary crystal of Bi increases, the strength of the entire solder decreases, the elongation characteristics deteriorate, and the connection part is deteriorated. This causes a problem in the thermal fatigue characteristics of the steel. Therefore, Bi is desirably 30 to 70 wt%. However, regarding the modification of the solder connection portion by Sn-Ag-based such as Sn-3Ag-0.5Cu, or Sn-Cu-based solder, etc. However, it is effective to correct with a low melting point wire solder. For this reason, a solder composition containing 4 wt% or more of Bi, which can lower the melting point and improve the wettability as compared with the Sn-Ag-based and Sn-Cu-based, can be effectively used as wire solder. From the above, the amount of Bi was set to 4 to 70 wt%.
[0033]
Within the range of Bi, when Ag becomes almost 1 to 3 wt% or more, Ag which is an intermetallic compound of Sn and Ag is used. ₃ Although Sn precipitates as a primary crystal, when Ag becomes 4 wt% or more, Ag is precipitated. ₃ The primary crystals of Sn precipitate in large needle-like shapes, and the solder becomes hard and the workability is reduced. In addition, the melting point is also increased, which makes it unsuitable for low-temperature connection. Therefore, the amount of Ag was set to within 4 wt%.
[0034]
To this solder, Cu having a small change in melting point and solder characteristics within 3 wt%, In within 5 wt%, and Sb within 5 wt% may be added. Cu is often used as an electrode material of a substrate. If Cu is added to wire solder in advance, it is possible to suppress the dissolution of the Cu electrode into the solder and prevent the Cu electrode from being eroded. Further, since In can adjust the melting point without impairing the mechanical properties, the addition is effective as necessary. Sb is effective in improving fatigue resistance.
[0035]
In addition, when Ge, P, Se, Pd, Ni, or the like is added, the solder structure can be further refined, and workability is increased. The amount added at this time must be 1 wt% or less.
(Embodiment 2)
A manufacturing process of an electronic device, in which the wire solder 1 shown in FIG. In this example, a step of soldering a low heat resistant component with Sn-57Bi-1Ag solder is shown.
[0036]
FIG. 2 shows a flowchart of the electronic device manufacturing process. FIG. 3 is a schematic diagram showing a specific manufacturing method.
[0037]
First, in a first step, an electronic circuit is formed on a wafer 5 made of Si or the like by using a thin film forming process or the like, and if necessary, the wafer is processed to a desired thickness by grinding the back surface.
[0038]
In the next dicing process of the second step, each chip 6 is cut out.
[0039]
In the packaging process of the third step, the cut chip 6 is die-bonded 8 to a lead frame 7 made of a 42 alloy material or a Cu alloy. The material of the die bonding 8 at this time is an Ag paste obtained by kneading Ag powder into an organic material such as an epoxy resin, or a high melting point solder material. Thereafter, the electrode 9 of the chip 6 and the lead frame 7 are wire-bonded 10 with an Au wire or the like, and the periphery of the chip 6 and the wire bonding 10 is molded with resin 11 to block the ingress of moisture and protect the internal circuit. . Thereafter, exterior plating 12 is applied to the lead frame outside the mold 11. Conventionally, the material of the exterior plating is Sn-Pb-based, but in consideration of the influence on the environment, Sn, Sn-Bi, Sn-Ag, and Sn-Cu-based plating are preferable. In addition, as a material common to the surface treatment necessary for the connection of the wire bonding 10, Pd plating or a thin Au plating may be applied to the lead frame in advance. Thereafter, a lead frame portion outside each package is cut out, and a gull-wing-shaped lead 18 is formed. Thus, the semiconductor package 13 is manufactured.
[0040]
In a fourth step, the semiconductor package 13 is soldered to the electrodes 15 of the printed circuit board 14 with Sn-57Bi-1Ag solder 16 to obtain solder connection portions 17. For this, first, a solder paste in which a solder powder and a flux component are kneaded is printed on the electrode 15 of the printed circuit board 14, and the solder paste is heated by a reflow furnace or the like to melt the solder powder and melt the solder powder. And the leads 18 of the semiconductor package 13 are electrically connected. The atmosphere in the reflow furnace may be air or nitrogen.
[0041]
Thereafter, an inspection is performed, and the contents are an appearance inspection or an electrical inspection. Here, if there is no defect, the product can be shipped as shown in FIG.
[0042]
However, for example, as shown in FIG. 4, unsolder 19 having a small amount of solder in the solder connection portion 17, or as shown in FIG. If it is found that there is a problem in the semiconductor package 13 itself, it is necessary to correct it. For example, in the case of the non-solder 19 shown in FIG. 4, the solder is replenished using the soldering iron 21 and the wire solder 1 of the present invention as shown in FIG.
[0043]
At this time, the solder composition of the wire solder 1 is desirably Sn-57Bi-1Ag, which is the same as that of the solder connection portion 17. However, in order to suppress the dissolution of Cu in the electrode 15, a small amount of Cu may be added. good. Also, there is no problem with a small difference in the amounts of Bi and Ag.
[0044]
In the case of the solder bridge 20, the solder bridge 20 is cut with a soldering iron. If the amount of solder is insufficient, the wire solder 1 of the present invention is used to replenish the solder.
[0045]
When there is a defect in the semiconductor package 13 itself, the semiconductor package 13 is removed using a soldering iron or a repair tool as shown in the fifth step of FIG. As shown, a new semiconductor package 23 is mounted and soldered using the wire solder 1 and the soldering iron 21 of the present invention to obtain a new connection portion 24.
[0046]
The relationship between the composition of the solder connection portion and the composition of the solder wire 1 will be described.
(1) When the composition of the solder connection part and the solder wire 1 are the same, the composition of the solder connection part does not change, and the reliability of the corrected connection part is high.
(2) When the composition of the solder connection part and the composition of the solder wire 1 are different, there are the following cases.
[0047]
{Circle around (1)} When the melting point of the solder wire is lower than the melting point of the solder connection, only the connection that needs to be corrected can be corrected without changing the position of the electronic component connected and fixed to the substrate first. . Also, when correcting the connection of an electronic component having a narrow pitch terminal, for example, a narrow pitch QFP, if the composition of the solder connection and the wire solder is the same, the wire solder is once heated at a temperature higher than the melting point of the solder connection. It needs to be melted and corrected. Therefore, if a wire solder having the same composition as that of the solder connection portion is used, there is a possibility that the other terminals of the QFP are melted and a new bridge or the like is generated. Therefore, if a wire solder having a lower melting point than the solder of the solder connection portion is used, only a desired solder connection portion can be corrected.
[0048]
(2) The electrodes of the substrate are usually formed of Cu, and when they are connected by lead-free solder, Cu of the substrate electrode diffuses into the solder connection portion. In the case of repairing such a solder connection portion, if Cu-containing wire solder is used, further melting of Cu of the substrate electrode can be prevented, and connection reliability is improved. As described above, in order to prevent the electrodes of the substrate and the terminal material of the electronic component from melting into each other, for example, the amount of Ag or Ni can be adjusted in addition to the above-described Cu.
[0049]
As described in (1) and (2) above, there are cases where the connection reliability can be improved by making the compositions of the solder connection portion and the wire solder different. Further, when repairing an electronic component having a solder connection portion having a different composition due to the temperature hierarchical connection, it is not necessary to prepare wire solder having a different composition.
[0050]
As described above, if the wire solder 1 of the present invention is used, correction at a low temperature is possible, and highly reliable connection of components having low heat resistance is possible. Conventionally, solder containing tin has been indispensable for repair. However, since flux is applied around the linear solder, there is no problem in solderability, and work can be performed in a short time.
[0051]
The application of the flux 3 to the linear solder portion 2 is performed by immersing the linear solder portion 2 in the flux immediately before using a soldering iron. Alternatively, a method of spraying or brushing may be used. Alternatively, the pre-flux may be applied to the entire linear solder portion 2 in advance and dried.
[0052]
In this embodiment, the method of repairing a component with a lead has been described. However, the present invention is not limited to this type of component, but can be applied to repair of a chip component, a connector component, a component having a solder ball such as a BGA or a CSP. is there. For repairing particularly low heat resistant components such as aluminum electrolytic capacitors, the use of Bi-containing low melting point wire solder is effective. Also, the present invention can be applied to a case where the heat resistance of the substrate is low.
[0053]
In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a surface mount type substrate is shown, but the present invention may be used for correcting a connection portion of an insertion mount type substrate.
[0054]
When supplying solder, if a soldering iron capable of supplying wire solder at a constant feed rate is used so that the amount of solder does not vary, soldering accuracy can be improved. Further, in a product in which residual flux is a problem, the flux is thinned or reduced. Alternatively, a flux that is inactivated after soldering is used. Alternatively, an ultrasonic soldering iron may be used to remove the surface oxide film, which plays a role of the flux, to achieve a fluxless connection. In addition, an automatic soldering robot or the like that can reduce the soldering time or the cost may be used.
(Embodiment 3)
Using the wire solder 1 of the present invention, as shown in FIG. 8, double-sided connection such as when there is a high melting point connection portion 26 such as Sn-3Ag-0.5Cu solder on the back surface 25 of the printed circuit board, It can also be implemented in a hierarchical connection. That is, the back surface 25 of the substrate is connected with Sn-3Ag-0.5Cu solder, and then the front surface 27 on the opposite side is connected with Sn-57Bi-1Ag which is Sn-Bi eutectic solder. In the case where the Sn-57Bi-1Ag solder connection portion 28 has a defect in the substrate, if a wire solder containing Bi, particularly a wire solder near the Sn-Bi eutectic composition is used, the height of the back surface 25 of the printed circuit board is increased. There is no thermal damage to the connection part 26 of the melting point. Further, the present invention can be applied to a case where an insertion mounting type component is mounted as in the case of mixed mounting.
(Embodiment 4)
In soldering using a reflow furnace, it is necessary to adjust the heater setting temperature and the conveyor speed of the reflow furnace to the component having the largest heat capacity in order to sufficiently heat the solder connection portion in the printed circuit board 14 to a solderable temperature. is there. For this reason, some parts cannot withstand soldering using a reflow furnace due to the problem of heat resistance. Therefore, an example in which such components are connected in a post-attachment step using the wire solder 1 of the present invention will be described below. As shown in FIG. 9, various electronic components are already soldered on the printed circuit board 14 as the pre-connecting portions 29. Then, the parts 30 having low heat resistance that cannot withstand the heat history in the reflow furnace are soldered by using the soldering iron 21 and the wire solder with flux of the present invention. The composition of the wire solder was in the vicinity of the Sn-Bi eutectic, and here, Sn-57Bi-1Cu31 was used. The solder composition of the pre-attached connection portion 29 is a Sn-Ag-Cu based solder such as Sn-3Ag-0.5Cu, or a solder to which a small amount of Bi or In is added, or Sn-9Zn, It is a Sn-Zn-based solder such as Sn-8Zn-3Bi. In addition, Sn-Bi eutectic solder such as Sn-57Bi-1Ag may be used.
[0055]
As described above, components having no problem with heat resistance are pre-attached, and components that cannot be mounted at the same time as these components are soldered later by using the low-melting flux-containing wire solder containing Bi of the present invention. Is possible.
[0056]
Further, examples of post-installed components may include components having a special shape, a substrate having a special material and shape, and the like, in addition to components having low heat resistance.
[0057]
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the above embodiment, and it can be variously modified without departing from the gist of the invention. Not even.
[0058]
Representative aspects disclosed in the above embodiment are as follows.
1. What is claimed is: 1. A wire solder comprising Bi and a solder portion made of a lead-free solder material, and a flux portion formed on a surface of the solder portion.
2. 2. The wire solder according to 1 above, wherein the Bi amount is 4 wt% or more and 70 wt% or less.
3. 2. The wire solder according to 1 above, wherein the composition of the solder portion is Sn- (0 to 4 wt%) Ag- (4 to 70 wt%) Bi.
4. 4. The wire solder according to the above item 3, wherein the solder portion further has Cu of 3 wt% or less.
5. 4. The wire solder according to the above item 3, wherein the solder portion further contains 5 wt% or less of In.
6. 4. The wire solder according to the item 3, wherein the solder portion further contains Sb of 5 wt% or less.
7. A method for manufacturing an electronic device, wherein a step of mounting an electronic component on a substrate using lead-free solder, a step of inspecting the substrate on which the semiconductor device is mounted, and a defective solder connection are confirmed in the inspection process. A step of repairing the defective solder connection part, in which the wire solder having a solder part having Bi and made of a lead-free solder material and a flux part formed on the surface of the solder part A method for manufacturing an electronic device, wherein the defective solder connection is corrected by using the method.
8. A method for manufacturing an electronic device, wherein a first step of mounting a first electronic component on a substrate using lead-free solder, and using a second lead-free solder having a lower melting point than the first lead-free solder A second step of mounting a second electronic component on the substrate; and a third step of inspecting the substrate on which the semiconductor device is mounted. In the second step, the second lead A method of manufacturing an electronic device, wherein the free solder is a wire solder having a solder portion having Bi and a lead-free solder material and a flux portion formed on the surface of the solder portion.
[0059]
The repair process and the post-installation process using the Bi-containing solder can be performed by using a wire solder having a Bi-containing solder composition in which a flux for improving solderability is applied to the periphery. The diameter of this wire solder is 2 mm or less.
[0060]
For the linear solder containing Bi, for example, a method referred to as an underwater spinning method or a method referred to as a heating mold type continuous casting method OCC process is employed.
[0061]
A linear solder having a desired diameter manufactured by the above method is immersed in a flux solution, a flux is applied to the surroundings, and a soldering iron is used to supply solder to a necessary portion and solder. Correct defects. Alternatively, soldering of a retrofit component is performed.
[0062]
The composition of the above-mentioned Sn-Bi eutectic solder is Sn- (0-4 wt%) Ag- (4-70 wt%) Bi. Alternatively, it is Sn- (0 to 4 wt%) Ag- (4 to 70 wt%) Bi- (0 to 3 wt%) Cu- (0 to 5 wt%) In- (0 to 5 wt%) Sb. If wire solder having this composition is used, it can be used for hierarchical connection or soldering of low heat resistant components.
[0063]
【The invention's effect】
The effects obtained by the typical inventions among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
(1) It is possible to provide a low melting point wire solder which is a lead-free solder and contains Bi.
(2) The lead-free solder connection portion of the electronic device can be modified as required, and a highly reliable electronic device can be provided.
(3) It is possible to provide a method for manufacturing an electronic device having a temperature hierarchical connection step using a Sn-Bi-based lead-free solder.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a wire solder with a flux of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of electronic device manufacturing using the correction process of the present invention.
FIG. 3 is an electronic device manufacturing method using the correction process of the present invention.
FIG. 4 shows an example of unsoldered soldering defects
FIG. 5 shows an example of a solder bridge having a soldering defect.
FIG. 6 shows a method of correcting a solderless case according to the present invention.
FIG. 7 is a correction method according to the present invention when there is a defect in a semiconductor package.
FIG. 8 shows an example in which electronic devices are manufactured by hierarchical connection.
FIG. 9 shows an example in which the flux-coated wire solder of the present invention is used in a post-installation process.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solder part with flux, 2 ... Solder, 3 ... Flux, 5 ... Wafer, 6 ... Chip, 7 ... Lead frame, 8 ... Die bonding, 9 ... Electrode, 10 ... Wire bonding, 11 ... Mold, 12 ... Exterior Plating, 13: Semiconductor package, 14: Printed circuit board, 15: Electrode, 16: Sn-57Bi-1Ag solder, 17: Solder connection part, 18: Lead, 19: Unsoldered part, 20: Solder bridge, 21: Solder Iron 22: remaining solder portion 23: new semiconductor package 24: new connection portion 25: back surface of printed circuit board 26: high melting point connection portion 27: front surface of printed circuit board , 28: Sn-57Bi-1Ag solder connection, 29: pre-installed connection, 30: low heat-resistant component, 31: Sn-57Bi-1Cu solder

Claims

A wire solder comprising Bi and a solder portion made of a lead-free solder material, and a flux portion formed on a surface of the solder portion.

2. The wire solder according to claim 1, wherein the Bi content is 4 wt% or more and 70 wt% or less.

2. The wire solder according to claim 1, wherein the composition of the solder portion is Sn- (0 to 4 wt%) Ag- (4 to 70 wt%) Bi. 3.

4. The wire solder according to claim 3, wherein the solder portion further contains Cu of 3 wt% or less.

The wire solder according to claim 3, wherein the solder portion further contains 5 wt% or less of In.

4. The wire solder according to claim 3, wherein the solder portion further contains Sb of 5 wt% or less.

A method of manufacturing an electronic device,
Mounting the electronic component on the board using lead-free solder;
Inspecting a substrate on which the semiconductor device is mounted;
A step of correcting the defective solder connection when a defective solder connection is confirmed in the inspection step,
In the repairing step, the defective solder connection portion is repaired by using a wire portion having a solder portion having Bi and a lead-free solder material and a flux portion formed on the surface of the solder portion. Manufacturing method of electronic equipment.

A method of manufacturing an electronic device,
A first step of mounting the first electronic component on the board using lead-free solder,
A second step of mounting a second electronic component on the board using a second lead-free solder having a lower melting point than the first lead-free solder,
Having a third step of inspecting the substrate on which the semiconductor device is mounted,
In the second step, the second lead-free solder is a wire solder having Bi and a solder part made of a lead-free solder material, and a flux part formed on a surface of the solder part. Characteristic electronic device manufacturing method.