JP2005103554A - Soldering paste, manufacturing method of soldering paste and mounting structure of electronic component, and mounting method - Google Patents

Soldering paste, manufacturing method of soldering paste and mounting structure of electronic component, and mounting method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a soldering paste for internal bonding which can endure a reheat treatment and maintain a reliable bonding state though it is Pb-free. <P>SOLUTION: The soldering paste contains Sn or Sn-based alloy(a first bonding element) and a metal or an alloy(a second bonding element) having a higher melting point than the Sn or Sn-based alloy and having an oxide film formed on the surface, which are dispersed in a flux. The metal of the second bonding element is Ni or Cu. When an electronic component is mounted by using the soldering paste, a bonded part comprising a first bonded part made of the first bonding element and a second bonded part which is made of the second bonding element consisting of the metal or the alloy and covers the first bonded part is formed. The second bonded part functions as a protective layer of the first bonded part and prevents the electronic component from falling off and the solder from flowing away during the reheat treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、はんだペースト及びその製造方法に関するものであり、特に、再熱処理可能な内部接合用のはんだペーストの改良に関する。さらには、前記はんだペーストを用いた電子部品の実装構造及び実装方法に関する。   The present invention relates to a solder paste and a method for producing the same, and more particularly to an improvement in a solder paste for internal bonding that can be reheated. Furthermore, the present invention relates to a mounting structure and mounting method for an electronic component using the solder paste.

近年、地球環境保全の観点から、環境汚染物質、例えばPbの使用量の削減、さらには使用の禁止が求められている。そのため、電子部品のはんだ付けに使用するSn−Pb共晶合金はんだは、Sn−Ag系のはんだ等に移行しつつある。   In recent years, from the viewpoint of global environmental conservation, reduction of the use amount of environmental pollutants such as Pb, and further prohibition of use have been demanded. Therefore, Sn—Pb eutectic alloy solder used for soldering electronic components is shifting to Sn—Ag solder and the like.

しかしながら、電子部品を内部接合するための内部接合用はんだについては、現状では代替となるはんだが開発されていないのが実情である。例えば、電子回路モジュール等の各種電子回路基板を作製する場合、予め電子部品を接合用はんだで接合しモールドしたモールド部品をさらにプリント基板に実装し、外部接続用のはんだ付けを行う場合がある。この場合、モールド部品内に接合された電子部品は、外部接続用はんだをはんだ付けする際に、再熱処理されることになる。   However, as for the solder for internal joining for internally joining electronic parts, the actual situation is that no alternative solder has been developed at present. For example, when various electronic circuit boards such as an electronic circuit module are manufactured, a molded part obtained by previously joining and molding electronic parts with joining solder may be further mounted on a printed board and soldered for external connection. In this case, the electronic component joined in the molded component is reheated when soldering the external connection solder.

したがって、接合用はんだには外部接続用はんだよりも融点の高いはんだを用いる必要があるが、例えば、Pbを含まない接合用はんだであるSn−10Sbは、融点が245℃程度であり、前記再熱処理を考えた場合、十分とは言えない。外部接合用に前記Sn−10Sbを用い、外部接続用にSn−Ag系のはんだ(例えばSn−Ag−Cu)を用いた場合、外部接続のためのはんだ付け時にリフロー温度が260℃程度の高温雰囲気になるため、基板にはんだ付けした電子部品の接合部が溶融し、内部接合した電子部品が脱落する虞れがある。また、電子部品の接合箇所以外の部分に内部接合用のはんだが接合されていた場合、再熱処理によって接合用はんだが融けて流れ出し、他の配線と接触してショートする虞れもある。融点の高いはんだとしては、例えばSn−Au系合金も知られているが、Auを含むため製造コストの上昇を招き、汎用用途には実用的ではない。   Therefore, it is necessary to use a solder having a melting point higher than that of the external connection solder as the joining solder. For example, Sn-10Sb which is a joining solder not containing Pb has a melting point of about 245 ° C. When considering heat treatment, it is not enough. When Sn-10Sb is used for external bonding and Sn-Ag solder (for example, Sn-Ag-Cu) is used for external connection, the reflow temperature is as high as about 260 ° C during soldering for external connection. Due to the atmosphere, there is a possibility that the joint part of the electronic component soldered to the substrate melts and the electronic component that is internally joined falls off. Moreover, when the solder for internal joining is joined to parts other than the joining location of an electronic component, there exists a possibility that the solder for joining will melt and flow out by reheat processing, and may contact and short-circuit with another wiring. As a solder having a high melting point, for example, a Sn—Au-based alloy is also known. However, since it contains Au, the manufacturing cost is increased, which is not practical for general-purpose use.

このような状況から、本願出願人は、Pbフリーで高温での再熱処理に耐え得るはんだ付け用組成物を既に提案している(特許文献1を参照)。この特許文献1記載のはんだ付け用組成物は、リフローソルダリング温度で溶融する金属成分と溶融しない金属成分とからなり、リフローソルダリング時に合金化してその組成物よりも融点の上昇した合金を形成し、その結果として、はんだ付け済みの基板等に更にはんだ付けを実施する際にもほぼ同一温度条件下ではんだ付けが可能となる。
特開2002−254195号公報
Under such circumstances, the applicant of the present application has already proposed a soldering composition that is Pb-free and can withstand reheating at a high temperature (see Patent Document 1). The composition for soldering described in Patent Document 1 is composed of a metal component that melts at a reflow soldering temperature and a metal component that does not melt, and is alloyed during reflow soldering to form an alloy having a higher melting point than that of the composition. As a result, when further soldering is performed on a soldered substrate or the like, soldering can be performed under substantially the same temperature condition.
JP 2002-254195 A

しかしながら、リフローソルダリング時に例えばSn−Sb系はんだと高融点金属とを合金化させると、確かに融点が上昇して再熱処理には耐え得るが、脆くなって接合信頼性が低下するという問題があることがわかってきた。   However, for example, when Sn—Sb solder and a refractory metal are alloyed during reflow soldering, the melting point is certainly increased and it can withstand re-heat treatment, but it becomes brittle and decreases the bonding reliability. I know that there is.

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、Pbフリーでありながら再熱処理に耐えることができ、しかも信頼性の高い接合状態を維持することが可能なはんだペーストを提供することを目的とし、さらにはその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、リフロー及びリフロー工程等の高温雰囲気下においても電子部品の脱落を防止することができ、またはんだが融け出すことによるショートの危険性の少ない電子部品の実装構造、並びに実装方法を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and a solder paste that can withstand re-heat treatment while being Pb-free and that can maintain a highly reliable joining state is provided. It aims at providing, Furthermore, it aims at providing the manufacturing method. In addition, the present invention provides a mounting structure and mounting method for an electronic component that can prevent the electronic component from falling off even under a high-temperature atmosphere such as a reflow and a reflow process, or has a low risk of short-circuit due to melting. The purpose is to provide.

前述の目的を達成するために、本発明のはんだペーストは、Sn又はSn系合金と、前記Sn又はSn系合金よりも融点が高く表面に酸化膜が形成された金属又は合金を含み、これらがフラックス中に分散されていることを特徴とする。また、本発明のはんだペーストの製造方法は、Ni又はCuの少なくとも1種を酸素を含む雰囲気中で熱処理し、表面に酸化膜を形成した後、Sn又はSn系合金とともにフラックス中に分散することを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned object, the solder paste of the present invention includes Sn or a Sn-based alloy and a metal or alloy having a melting point higher than that of the Sn or Sn-based alloy and having an oxide film formed on the surface thereof. It is characterized by being dispersed in the flux. In the method for producing a solder paste according to the present invention, at least one of Ni and Cu is heat-treated in an atmosphere containing oxygen to form an oxide film on the surface and then dispersed in the flux together with Sn or an Sn-based alloy. It is characterized by.

本発明のはんだペーストを用いてはんだ付けを行うと、Sn又はSn系合金の表面を被覆してSn又はSn系合金よりも融点が高い金属又は合金の被膜が形成される。形成される金属(又は合金)の被膜は、融点が高く、再熱処理した際に溶融することはない。また、この被膜は、Sn又はSn系合金と界面において反応し、強固に接合した状態となる。したがって、再熱処理時にSn又はSn系合金が溶融したとしても、前記融点の高い被膜によって接合状態が維持される。また、内部のSn又はSn系合金は、その大部分は合金化されることがなく、したがってこの部分が脆くなることによる接合信頼性の低下が回避される。   When soldering is performed using the solder paste of the present invention, the surface of the Sn or Sn-based alloy is coated to form a metal or alloy film having a melting point higher than that of the Sn or Sn-based alloy. The formed metal (or alloy) film has a high melting point and does not melt when reheated. In addition, this film reacts with Sn or the Sn-based alloy at the interface to be in a strongly bonded state. Therefore, even if Sn or the Sn-based alloy is melted during the reheat treatment, the bonding state is maintained by the high melting point film. Further, most of the internal Sn or Sn-based alloy is not alloyed, and therefore, deterioration of the bonding reliability due to the brittleness of this portion is avoided.

一方、本発明の電子部品の実装構造は、電子部品がはんだ付けにより実装されてなる電子部品の実装構造であって、前記はんだ付けによる接合部が、Sn又はSn系合金により構成される第1の接合部と、前記Sn又はSn系合金よりも融点が高い金属又は合金により構成され、第1の接合部を被覆するように形成される第2の接合部を有することを特徴とする。また、本発明の実装方法は、電子部品を前記はんだペーストによりはんだ付けし、前記実装構造とすることを特徴とする。   On the other hand, the electronic component mounting structure of the present invention is an electronic component mounting structure in which the electronic component is mounted by soldering, and the soldered joint portion is made of Sn or Sn-based alloy. And a second joint formed by covering the first joint with a metal or alloy having a melting point higher than that of the Sn or Sn-based alloy. The mounting method of the present invention is characterized in that an electronic component is soldered with the solder paste to form the mounting structure.

前記実装構造では、Sn又はSn系合金により構成される第1の接合部により、良好な接合状態が確保される。それとともに、Sn又はSn系合金よりも融点が高い金属又は合金により構成される第2の接合部によって第1の接合部が被覆されているので、例えばリフロー及びリフロー工程等の高温雰囲気下において第1の接合部が溶融状態になっても、接合部全体が溶融して電子部品が脱落するようなことはない。また、前記第2の接合部による被覆により、当該第2の接合部が溶融するはんだの防御層として機能し、第1の接合部が再熱処理時に流れ出すこともない。   In the mounting structure, a good bonding state is ensured by the first bonding portion formed of Sn or an Sn-based alloy. At the same time, since the first joint portion is covered with the second joint portion made of a metal or alloy having a higher melting point than Sn or an Sn-based alloy, the first joint portion is formed in a high temperature atmosphere such as a reflow and reflow process. Even if one joining portion is in a molten state, the entire joining portion does not melt and the electronic component does not fall off. Further, the covering by the second joint portion functions as a protective layer of the solder that melts the second joint portion, and the first joint portion does not flow out during the reheat treatment.

本発明によれば、Pbフリーでありながら再熱処理に耐えることができ、しかも信頼性の高い接合状態を維持することが可能なはんだペースト及びその製造方法を提供することが可能である。また、本発明によれば、リフロー及びリフロー工程等の高温雰囲気下においても電子部品の脱落を防止することができ、はんだが融け出すことによるショートの危険性の少ない電子部品の実装構造及び実装方法を実現することが可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to provide the solder paste which can endure reheat processing while being Pb free, and can maintain a highly reliable joining state, and its manufacturing method. In addition, according to the present invention, an electronic component mounting structure and a mounting method that can prevent the electronic component from falling off even under a high-temperature atmosphere such as a reflow process and a reflow process, and are less likely to cause a short circuit due to melting of the solder. Can be realized.

以下、本発明を適用したはんだペースト、その製造方法、電子部品の実装構造、及び実装方法について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a solder paste to which the present invention is applied, a manufacturing method thereof, a mounting structure of an electronic component, and a mounting method will be described with reference to the drawings.

本発明のはんだペーストは、Sn又はSn系合金(以下、第1接合成分と称する。)と、Sn又はSn系合金よりも融点が高く表面に酸化膜が形成された金属又は合金(以下、第2接合成分と称する。)を含み、これらがフラックス中に分散されてなるものである。   The solder paste of the present invention includes Sn or an Sn-based alloy (hereinafter referred to as a first bonding component) and a metal or alloy (hereinafter referred to as a first alloy) having a melting point higher than that of the Sn or Sn-based alloy and having an oxide film formed on the surface. 2) and these are dispersed in the flux.

先ず、前記第1接合成分であるが、この第1接合成分としては、Sn粉又はSn系合金粉を用いる。Sn系合金は、Ag、Cu、Zn、Bi、In、Ni、Sbから選択される少なくとも1種を含み、いわゆるSn系はんだである。選択される金属の添加量に特に制限はないが、実装上、十分な濡れ性を有する組成とすることが好ましい。   First, as the first bonding component, Sn powder or Sn-based alloy powder is used as the first bonding component. The Sn-based alloy includes at least one selected from Ag, Cu, Zn, Bi, In, Ni, and Sb, and is a so-called Sn-based solder. Although there is no restriction | limiting in particular in the addition amount of the metal selected, It is preferable to set it as the composition which has sufficient wettability on mounting.

一方、第2接合成分としては、前記第1接合成分よりも融点の高い金属粉、あるいは合金粉を用いる。具体的には、Ni粉、またはCu粉等である。この第2接合成分として用いるNi粉あるいはCu粉は、表面が酸化膜で覆われていることが必要である。酸化膜が形成されていない場合、NiまたはCuが第1接合成分であるSnと反応し、例えばリフローソルダリング時に合金化してしまい、目的を達成することができない。ただし、第2接合成分として完全な酸化物を使用した場合、第2接合成分が第1接合成分と全く反応しなくなり、第1接合成分と第2接合成分の界面での接合を実現することができない。   On the other hand, as the second bonding component, metal powder or alloy powder having a melting point higher than that of the first bonding component is used. Specifically, it is Ni powder or Cu powder. The Ni powder or Cu powder used as the second bonding component is required to have a surface covered with an oxide film. When the oxide film is not formed, Ni or Cu reacts with Sn as the first bonding component and, for example, is alloyed during reflow soldering, and the object cannot be achieved. However, when a perfect oxide is used as the second bonding component, the second bonding component does not react at all with the first bonding component, and bonding at the interface between the first bonding component and the second bonding component can be realized. Can not.

前記酸化膜の厚さに制約はないが、前記のような観点から、第2接合成分における酸化膜の厚さは、0.01〜1μmとすることが好ましい。酸化膜の厚さを0.01μm未満とすると、厚みの制御が難しく、その結果、合金化が起こる可能性が生ずる。逆に、酸化膜の厚みが1μmを越えると、酸化膜がフラックスで完全に分解されず、表面に残存する虞れがある。酸化膜がNi粉やCu粉の表面に残存すると、第2接合成分と第1接合成分の反応が不十分になり、第2接合成分からなる被膜と第1接合成分との密着性を十分に確保することが難しくなる。なお、前記密着性が確保されれば、前記第2接合成分に酸化物が残留していても問題はない。   Although there is no restriction | limiting in the thickness of the said oxide film, From the above viewpoints, it is preferable that the thickness of the oxide film in a 2nd joining component shall be 0.01-1 micrometer. If the thickness of the oxide film is less than 0.01 μm, it is difficult to control the thickness, and as a result, alloying may occur. Conversely, if the thickness of the oxide film exceeds 1 μm, the oxide film may not be completely decomposed by the flux and may remain on the surface. If the oxide film remains on the surface of the Ni powder or Cu powder, the reaction between the second bonding component and the first bonding component becomes insufficient, and the adhesion between the coating film made of the second bonding component and the first bonding component is sufficient. It becomes difficult to secure. If the adhesion is ensured, there is no problem even if oxide remains in the second bonding component.

はんだペーストにおける前記第1接合成分と第2接合成分の混合比は、特に制約されないが、例えば、第1接合成分の割合を95〜60重量%程度、第2接合成分の割合を5〜40重量%程度とすることが好ましい。第1接合成分の割合が多くなり過ぎると、第2接合成分により形成される被膜の厚さが薄くなり、十分に機能を発揮しなくなる虞れがある。逆に、第2接合成分の割合が多くなりすぎると、はんだとして機能する部分のボリュームが少なくなりすぎ、良好なはんだ付け状態を維持することが難しくなる虞れがある。   The mixing ratio of the first bonding component and the second bonding component in the solder paste is not particularly limited. For example, the ratio of the first bonding component is about 95 to 60% by weight, and the ratio of the second bonding component is 5 to 40%. % Is preferable. If the ratio of the first bonding component is too large, the thickness of the coating formed by the second bonding component becomes thin, and there is a possibility that the function may not be sufficiently exhibited. Conversely, if the proportion of the second bonding component is too large, the volume of the portion that functions as solder becomes too small, and it may be difficult to maintain a good soldered state.

上述の第1接合成分及び第2接合成分は、フラックスに分散され、はんだペーストとして調製される。このとき、用いるフラックスは任意であるが、前記酸化膜に対する還元性を考慮した場合、活性剤として特定の活性剤を含むフラックスを用いることが好ましい。フラックスは、通常、ロジンと活性剤とを含む。活性剤は、塩素(Cl)系、フッ素(F)系、臭素(Br)系等があるが、前記還元性を考慮すると、塩素系あるいは臭素系であることが好ましい。具体的には、エチルアミンHCl、アミノジエチルアニリンHCl、NヘキシルHBr、イソプロピルHBr等が好ましい。   The first joining component and the second joining component described above are dispersed in the flux and prepared as a solder paste. At this time, the flux to be used is arbitrary, but it is preferable to use a flux containing a specific activator as the activator in consideration of the reducing property to the oxide film. The flux usually includes rosin and an activator. The activator includes a chlorine (Cl) system, a fluorine (F) system, a bromine (Br) system, and the like, but considering the reducibility, a chlorine system or a bromine system is preferable. Specifically, ethylamine HCl, aminodiethylaniline HCl, N hexyl HBr, isopropyl HBr and the like are preferable.

本発明のはんだペーストは、通常のはんだペーストと同様、第1接合成分及び第2接合成分をフラックス中に分散すればよい。ただし、第2接合成分については、予め酸化膜を形成しておく必要があり、例えば、Ni粉、またはCu粉を酸素を含む雰囲気中で熱処理し、表面に酸化膜を形成した後、Sn又はSn系合金とともにフラックス中に分散する。前記熱処理の際の温度、処理時間、酸素濃度等をコントロールすることにより、酸化膜の厚みを制御することが可能である。なお、酸化膜を形成する手法としては、これに限らず、酸化膜を形成し得る手法であれば特に限定されるものではない。   The solder paste of this invention should just disperse | distribute a 1st joining component and a 2nd joining component in a flux similarly to a normal solder paste. However, for the second bonding component, it is necessary to form an oxide film in advance. For example, after Ni powder or Cu powder is heat-treated in an atmosphere containing oxygen to form an oxide film on the surface, Sn or Disperses in the flux together with the Sn-based alloy. The thickness of the oxide film can be controlled by controlling the temperature, processing time, oxygen concentration, and the like during the heat treatment. Note that the method for forming the oxide film is not limited to this, and is not particularly limited as long as the method can form the oxide film.

本発明のはんだペーストを用いてはんだ付けした場合、先ずSn又はSn系合金(第1接合成分)が溶融し、Sn又はSn系合金よりも融点が高く表面に酸化膜が形成された金属又は合金(第2接合成分)はその表面に浮き上がる。浮き上がった金属又は合金においては、フラックスの還元作用によって酸化膜が還元され、金属又は合金の被膜を形成して前記Sn又はSn系合金の表面を被覆する。表面を被覆する金属又は合金の被膜は、Sn又はSn系合金の表面と反応し、反応相が形成される。これにより第1接合成分と第2接合成分とが強固に接合された状態となる。   When soldering using the solder paste of the present invention, the Sn or Sn alloy (first bonding component) is first melted, and the metal or alloy having a melting point higher than that of the Sn or Sn alloy and having an oxide film formed on the surface (Second bonding component) floats on the surface. In the floated metal or alloy, the oxide film is reduced by the reducing action of the flux, and a film of metal or alloy is formed to cover the surface of the Sn or Sn-based alloy. The metal or alloy film covering the surface reacts with the surface of the Sn or Sn-based alloy to form a reaction phase. As a result, the first bonding component and the second bonding component are firmly bonded.

図1は、本発明のはんだペーストを用いてはんだ付けした電子部品の実装構造を示すものである。本実装構造では、前述のはんだペーストを用いたはんだ付けにより基板1に電子部品(例えばセラミックコンデンサ)2が実装されている。電子部品2は、両端部に端子電極3,4を有し、これらが基板1に設けられた接続電極5,6とはんだ付けされ、電気的に接続されている。    FIG. 1 shows a mounting structure of an electronic component soldered using the solder paste of the present invention. In this mounting structure, an electronic component (for example, a ceramic capacitor) 2 is mounted on the substrate 1 by soldering using the above-described solder paste. The electronic component 2 has terminal electrodes 3 and 4 at both ends, which are soldered and electrically connected to connection electrodes 5 and 6 provided on the substrate 1.

はんだペーストによるはんだ付けにより、接合部7が構成されるが、この接合部7は、Sn又はSn系合金(第1接合成分)により形成される第1接合部7aと、その表面を被覆する第2接合部7bとからなる。第2接合部7bは、Sn又はSn系合金よりも融点が高い金属(第2接合成分)、例えばNi、Cuにより形成される。この第1接合部7aと第2接合部7bとの界面には、先に述べたように反応相が形成され、強固に結合した状態となる。なお、前記界面に反応相が形成されることは、色調の変化により容易に確認することができる。前記界面には色調の異なる層が形成され、これが前記反応相に相当する。   The joint portion 7 is formed by soldering with a solder paste. The joint portion 7 includes a first joint portion 7a formed of Sn or an Sn-based alloy (first joint component) and a first surface covering the surface. 2 joints 7b. The second bonding portion 7b is formed of a metal (second bonding component) having a higher melting point than Sn or an Sn-based alloy, for example, Ni or Cu. As described above, a reaction phase is formed at the interface between the first bonding portion 7a and the second bonding portion 7b, and the reaction phase is firmly bonded. The formation of a reaction phase at the interface can be easily confirmed by a change in color tone. Layers with different color tones are formed at the interface, which corresponds to the reaction phase.

前記電子部品2は、前記接合部7によりはんだ付けされ基板1に実装されるが、このとき第1接合部7aが主にはんだとしての機能を果たす。すなわち、第1接合部7aが電子部品2の端子電極3,4と接触しており、端子電極3,4と接続電極5,6がはんだ付けされる。   The electronic component 2 is soldered by the joint portion 7 and mounted on the substrate 1. At this time, the first joint portion 7a mainly functions as solder. That is, the 1st junction part 7a is contacting with the terminal electrodes 3 and 4 of the electronic component 2, and the terminal electrodes 3 and 4 and the connection electrodes 5 and 6 are soldered.

一方、第2接合部7bは、前記第1接合部7aの表面を被覆する形で形成されており、再熱処理時の電子部品2の脱落を防止し、第1接合部7aの流れ出しを防止する機能を有する。すなわち、再熱処理時に温度が上昇し、第1接合部7aが溶融したとしても、第2接合部7bによって第1接合部7aが端子電極3,4と接触した状態が保たれ、電子部品2の脱落が防止される。また、例えば接合部7が電子部品2の端子電極3,4以外の部分に形成されている場合、第1接合部7aが溶融したとしても第2接合部7bが防御壁として働き、第1接合部7aが流れ出してショート等を引き起こすことはない。   On the other hand, the second joint portion 7b is formed so as to cover the surface of the first joint portion 7a, and prevents the electronic component 2 from falling off during re-heat treatment, and prevents the first joint portion 7a from flowing out. It has a function. That is, even if the temperature rises during reheat treatment and the first joint 7a is melted, the second joint 7b keeps the first joint 7a in contact with the terminal electrodes 3 and 4, and the electronic component 2 Dropping is prevented. For example, when the joining part 7 is formed in parts other than the terminal electrodes 3 and 4 of the electronic component 2, even if the 1st joining part 7a melts, the 2nd joining part 7b works as a defense wall, and the 1st joining The part 7a does not flow out and cause a short circuit or the like.

以上のように、本発明のはんだペーストは、再熱処理される用途、すなわち内部接合のためのはんだ付けに使用することが有効である。以下、本発明のはんだペーストを内部接合用に用いた場合の実装方法について説明する。   As described above, it is effective to use the solder paste of the present invention for reheat treatment, that is, for soldering for internal joining. Hereinafter, a mounting method when the solder paste of the present invention is used for internal bonding will be described.

電子部品を基板に内部接合し、さらに外部接続する場合、先ず、本発明のはんだペーストを用いた電子部品の実装を行う。このはんだペーストによる電子部品の実装構造は、先の図1に示した通りである。再熱処理が必要な場合としては、前記基板に取り付けられた電子部品をモールドし、電子部品が実装された基板をモールド部品として他の基板に実装する場合や、前記電子部品を基板の片面に実装した後、基板の他面に対してはんだリフローを行う場合等が挙げられる。   When the electronic component is internally bonded to the substrate and further externally connected, the electronic component is first mounted using the solder paste of the present invention. The mounting structure of the electronic component using this solder paste is as shown in FIG. When re-heat treatment is necessary, mold the electronic component attached to the substrate and mount the electronic component mounted on another substrate as a molded component, or mount the electronic component on one side of the substrate Then, the case where solder reflow is performed with respect to the other surface of a board | substrate is mentioned.

次いで、前記モールド部品や基板に対して再熱処理である外部接続用のリフローが行われる。このとき、前記電子部品を内部接合したモールド部品や基板は、リフロー工程等において高温雰囲気下に晒されることになる。外部接続用にSn−Ag系はんだ、例えばSn−Ag−Cuを用いた場合には、前記リフロー工程において260℃程度の高温に晒される。   Next, reflow for external connection, which is re-heat treatment, is performed on the mold component and the substrate. At this time, the mold component or the substrate in which the electronic component is internally bonded is exposed to a high temperature atmosphere in a reflow process or the like. In the case where Sn—Ag solder, for example, Sn—Ag—Cu, is used for external connection, it is exposed to a high temperature of about 260 ° C. in the reflow process.

ここで電子部品の内部接合用に本発明のはんだペーストを用い、図1に示す実装構造とすれば、再熱処理である外部接続用のリフロー工程において、電子部品の脱落が起こることはなく、内部接合用のはんだの流れによりショートが起こることもない。   Here, if the solder paste of the present invention is used for internal joining of electronic parts and the mounting structure shown in FIG. 1 is used, the electronic parts will not fall off in the reflow process for external connection that is reheat treatment. No short circuit occurs due to the flow of solder for joining.

以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。   Hereinafter, specific examples to which the present invention is applied will be described based on experimental results.

(実施例1)
金属粉への酸化膜の形成
平均粒径12μmのCu粉を用意し、400℃で1時間の熱処理を行った。このとき、酸素量を変えることで、酸化膜厚を制御した。形成された酸化膜の膜厚は、0.05μm、0.1μm、0.5μm、1.0μm、2.0μmであった。なお、酸化膜の膜厚は、Cu粉を樹脂に埋めて研磨し、走査電子顕微鏡(SEM)で観察することにより求めた。
(Example 1)
Formation of oxide film on metal powder Cu powder having an average particle diameter of 12 μm was prepared and heat-treated at 400 ° C. for 1 hour. At this time, the oxide film thickness was controlled by changing the amount of oxygen. The thicknesses of the formed oxide films were 0.05 μm, 0.1 μm, 0.5 μm, 1.0 μm, and 2.0 μm. The thickness of the oxide film was determined by burying and polishing Cu powder in a resin and observing with a scanning electron microscope (SEM).

はんだペーストの作製
平均粒径12μmのSn粉と、酸化膜を形成したCu粉、さらには酸化処理を行っていないCu粉を重量比で80:20となるような割合で混合し、フラックス中に分散させて、はんだペーストを得た。
Preparation of solder paste Sn powder having an average particle size of 12 μm, Cu powder with an oxide film formed thereon, and Cu powder not subjected to oxidation treatment were mixed at a weight ratio of 80:20 and mixed in the flux. The solder paste was obtained by dispersing.

電子部品の実装及び試験
Cuからなるランドパターンが形成された紙フェノール基板に、作製したはんだペーストを塗布し、その上にC5750(縦5.7mm×横5.0mm×厚み4mm)形状のコンデンサ素子を載せ、260℃のリフロー温度で前記コンデンサ素子を紙フェノール基板に実装した。
Mounting of electronic components and test solder paste is applied to a paper phenol substrate on which a land pattern made of test Cu is formed, and a capacitor element having a C5750 (length 5.7 mm × width 5.0 mm × thickness 4 mm) shape thereon The capacitor element was mounted on a paper phenol substrate at a reflow temperature of 260 ° C.

その後、図2に示す方法で、260℃の温度環境下、荷重による落下試験を行った。なお、図2において、電子部品2に相当するコンデンサ素子の実装構造は、図1に示すものと同じであり、ここではその説明は省略する。このコンデンサ素子を実装した基板を90°傾け、電子部品2上に重り8を載せて落下試験を行った。荷重は、5g、10g、15g、20gとした。各荷重条件下で試験試料30個について試験を行った。結果を表1に示す。なお、表中の数値は、落下した個数を示す。   Then, the drop test by a load was done in the temperature environment of 260 degreeC by the method shown in FIG. In FIG. 2, the mounting structure of the capacitor element corresponding to the electronic component 2 is the same as that shown in FIG. 1, and the description thereof is omitted here. A substrate on which this capacitor element was mounted was tilted by 90 °, and a weight test was carried on the electronic component 2 to perform a drop test. The load was 5 g, 10 g, 15 g, and 20 g. 30 test samples were tested under each load condition. The results are shown in Table 1. The numbers in the table indicate the number of drops.

また、図3に示すパターンを用いて、はんだ膜を形成し、基板を横にして260°で保持し、はんだが融けてブリッジが形成されるか否かを調べた。なお、図3に示すように、基板11上にはパターン12が形成されているが、各パターン12の幅Wは2mm、間隔pは1mmとした。試験試料は30枚用意し、ブリッジの生じた枚数を調べた。結果を表1に併せて示す。   Further, using the pattern shown in FIG. 3, a solder film was formed, and the substrate was held sideways at 260 ° to examine whether the solder melted and a bridge was formed. As shown in FIG. 3, the pattern 12 is formed on the substrate 11. The width W of each pattern 12 is 2 mm and the interval p is 1 mm. 30 test samples were prepared and the number of bridges was examined. The results are also shown in Table 1.

Figure 2005103554
Figure 2005103554

この表1から明らかなように、厚さ0.05〜1μmの酸化膜を形成したCu粉を用いたはんだペーストによる実装において、コンデンサ素子の脱落が生じず、また配線パターン間にブリッジが発生することもない。これに対して、酸化膜の厚さがゼロの場合には、合金化によりはんだが脆くなり、コンデンサ素子の落下が見られた。また、酸化膜の厚さが厚くなりすぎると、第1接合部と第2接合部とが接合されず、急激に結果が悪くなっている。   As is apparent from Table 1, in mounting with solder paste using Cu powder on which an oxide film having a thickness of 0.05 to 1 μm is formed, the capacitor element does not fall off and a bridge is generated between the wiring patterns. There is nothing. On the other hand, when the thickness of the oxide film was zero, the solder became brittle due to alloying, and the capacitor element was dropped. In addition, if the thickness of the oxide film becomes too thick, the first joint portion and the second joint portion are not joined, and the result rapidly deteriorates.

(実施例2)
本実施例では、Cu粉の代わりにNi粉を用い、先の実施例1と同様の試験試料を作製し、落下試験及びブリッジ形成試験を行った。結果を表2に示す。
(Example 2)
In this example, Ni powder was used instead of Cu powder, the same test sample as in Example 1 was prepared, and a drop test and a bridge formation test were performed. The results are shown in Table 2.

Figure 2005103554
Figure 2005103554

Ni粉を用いた場合にも、Cu粉の場合と同様、厚さ0.05〜1μmの酸化膜を形成することで、コンデンサ素子の脱落が生じず、また配線パターン間にブリッジが発生することもないことが確認された。   Even when Ni powder is used, as in the case of Cu powder, by forming an oxide film with a thickness of 0.05 to 1 μm, the capacitor element does not fall off and a bridge is generated between the wiring patterns. It was confirmed that there was not.

本発明を適用した電子部品の実装構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the mounting structure of the electronic component to which this invention is applied. 落下試験の方法を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the method of a drop test. ブリッジ形成試験に用いた基板の平面図である。It is a top view of the board | substrate used for the bridge formation test.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板、2 電子部品、3,4 端子電極、5,6 接続電極、7 接合部、7a 第1接合部、7b 第2接合部、8 重り、11 基板、12 パターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate, 2 Electronic components, 3, 4 Terminal electrode, 5, 6 Connection electrode, 7 Junction part, 7a 1st junction part, 7b 2nd junction part, 8 weight, 11 Board | substrate, 12 pattern

Claims (18)

Sn又はSn系合金と、前記Sn又はSn系合金よりも融点が高く表面に酸化膜が形成された金属又は合金を含み、これらがフラックス中に分散されていることを特徴とするはんだペースト。   A solder paste comprising Sn or an Sn-based alloy and a metal or alloy having a melting point higher than that of the Sn or Sn-based alloy and having an oxide film formed on the surface thereof, which are dispersed in a flux. 前記Sn又はSn系合金よりも融点が高い金属又は合金が、Ni又はCuの少なくとも1種であることを特徴とする請求項1記載のはんだペースト。   2. The solder paste according to claim 1, wherein the metal or alloy having a melting point higher than that of the Sn or Sn-based alloy is at least one of Ni and Cu. 前記Sn系合金は、Ag、Cu、Zn、Bi、In、Ni、Sbから選択される少なくとも1種を含むはんだであることを特徴とする請求項1記載のはんだペースト。   The solder paste according to claim 1, wherein the Sn-based alloy is a solder containing at least one selected from Ag, Cu, Zn, Bi, In, Ni, and Sb. 前記酸化膜の厚さが0.05〜1μmであることを特徴とする請求項1記載のはんだペースト。   The solder paste according to claim 1, wherein the oxide film has a thickness of 0.05 to 1 μm. 前記フラックスは、ロジンと活性剤とを含み、前記活性剤が塩素系活性剤又は臭素系活性剤であることを特徴とする請求項1記載のはんだペースト。   The solder paste according to claim 1, wherein the flux includes rosin and an activator, and the activator is a chlorine activator or a bromine activator. 前記活性剤が、エチルアミンHCl、アミノジエチルアニリンHCl、NヘキシルHBr、イソプロピルHBrから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項5記載のはんだペースト。   6. The solder paste according to claim 5, wherein the activator is at least one selected from ethylamine HCl, aminodiethylaniline HCl, N-hexyl HBr, and isopropyl HBr. 再熱処理される内部接合用途に使用されることを特徴とする請求項1記載のはんだペースト。   The solder paste according to claim 1, wherein the solder paste is used for an internal bonding application to be reheat-treated. Ni又はCuの少なくとも1種を酸素を含む雰囲気中で熱処理し、表面に酸化膜を形成した後、Sn又はSn系合金とともにフラックス中に分散することを特徴とするはんだペーストの製造方法。   A method for producing a solder paste, comprising: heat-treating at least one of Ni or Cu in an atmosphere containing oxygen, forming an oxide film on the surface, and then dispersing the resultant together with Sn or an Sn-based alloy in a flux. 電子部品がはんだ付けにより実装されてなる電子部品の実装構造であって、
前記はんだ付けによる接合部が、Sn又はSn系合金により構成される第1の接合部と、前記Sn又はSn系合金よりも融点が高い金属又は合金により構成され、第1の接合部を被覆するように形成される第2の接合部を有することを特徴とする電子部品の実装構造。
An electronic component mounting structure in which the electronic component is mounted by soldering,
The joint by soldering is composed of a first joint composed of Sn or a Sn-based alloy and a metal or alloy having a melting point higher than that of the Sn or Sn-based alloy, and covers the first joint. A mounting structure for an electronic component, comprising: a second joint portion formed as described above.
前記第1の接合部と第2の接合部の界面に反応相が形成され、互いに接合されていることを特徴とする請求項9記載の電子部品の実装構造。   The mounting structure for an electronic component according to claim 9, wherein a reaction phase is formed at an interface between the first joint and the second joint and is joined to each other. 前記Sn又はSn系合金よりも融点が高い金属又は合金は、Ni又はCuの少なくとも1種であることを特徴とする請求項9記載の電子部品の実装構造。   10. The electronic component mounting structure according to claim 9, wherein the metal or alloy having a melting point higher than that of the Sn or Sn-based alloy is at least one of Ni and Cu. 前記Sn系合金は、Ag、Cu、Zn、Bi、In、Ni、Sbから選択される少なくとも1種を含むはんだであることを特徴とする請求項9記載の電子部品の実装構造。   The electronic component mounting structure according to claim 9, wherein the Sn-based alloy is a solder including at least one selected from Ag, Cu, Zn, Bi, In, Ni, and Sb. 前記電子部品は内部接合され、実装後、再熱処理されていることを特徴とする請求項9記載の電子部品の実装構造。   The electronic component mounting structure according to claim 9, wherein the electronic component is internally bonded and reheated after mounting. 電子部品を請求項1記載のはんだペーストによりはんだ付けし、請求項9記載の実装構造とすることを特徴とする電子部品の実装方法。   A method for mounting an electronic component, wherein the electronic component is soldered with the solder paste according to claim 1 to obtain a mounting structure according to claim 9. 前記はんだ付けの後、再熱処理を行うことを特徴とする請求項14記載の電子部品の実装方法。   15. The electronic component mounting method according to claim 14, wherein re-heat treatment is performed after the soldering. 前記再熱処理は、外部接続用のリフローであることを特徴とする請求項15記載の電子部品の実装方法。   16. The electronic component mounting method according to claim 15, wherein the reheat treatment is a reflow for external connection. 前記外部接続用にSn又はSn系合金を用いることを特徴とする請求項16記載の電子部品の実装方法。   17. The electronic component mounting method according to claim 16, wherein Sn or a Sn-based alloy is used for the external connection. 前記Sn系合金は、Ag、Cu、Zn、Bi、In、Ni、Sbから選択される少なくとも1種を含むはんだであることを特徴とする請求項17記載の電子部品の実装方法。   18. The electronic component mounting method according to claim 17, wherein the Sn-based alloy is a solder containing at least one selected from Ag, Cu, Zn, Bi, In, Ni, and Sb.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011062736A (en) * 2009-09-18 2011-03-31 Sanyo Special Steel Co Ltd Lead-free high-temperature solder material
CN102069315A (en) * 2011-02-21 2011-05-25 四川大学 Unleaded halogen-free soldering paste with high wettability

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