JP3441220B2 - 改善されたはんだペースト混合物 - Google Patents
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は改善されたはんだペース
トに係る。
トに係る。
【０００２】
【従来の技術】はんだペーストは、電子産業で広く用い
られている。たとえば、はんだペーストの再流動化は、
回路ボード上へのパッケージされた電子部品の表面マウ
ントアセンブリ及びボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）電
子パッケージ上に、はんだボール（バンプ）を形成する
ために、用いられる。はんだペースト／再流動化技術を
用いる表面マウントの場合には、パッケージされたＩＣ
ユニット（集積回路チップ又はマルチチップモジュー
ル）のような電子部品又は個別部品（抵抗、容量、トラ
ンジスタ又はダイオード）への相互接続は、はんだづけ
の可能なＩ／Ｏ（入力−出力）接続のリード又はリード
なしアレイの形をとる。例には、はんだがぬれるバット
の周辺のアレイを有する表面にマウント可能なＩＣパッ
ケージ、Ｊ又はカモメの羽形金属リード、はんだがぬれ
る接触パッドを有する表面にマウント可能な個別部品、
それぞれがそれ自身のはんだボールを有するはんだがぬ
れるＩ／Ｏパッドの領域又はグリッドアレイを有する表
面にマウント可能なＢＧＡパッケージが含まれる。“表
面マウント”アセンブリプロセスは、主回路ボードのは
んだがぬれる接触パッドのそれぞれの上に、はんだペー
ストの各堆積物を置き、部品上のＩ／Ｏ接触（ＩＣリー
ド、個別部品接触パッド又はＢＧＡはんだボール）のア
レイを、主回路ボードの接触パッド上に置かれたはんだ
ペースト堆積物のパターンに位置合わせすることが含ま
れる。表面にマウント可能なパッケージユニットの、は
んだがぬれるＩ／Ｏ接触が、次にはんだペースト堆積物
中に、置かれる。位置合わせ及び配置のプロセスは、主
回路ボードの密度が十分になるまで、くり返される。次
に、このアセンブリは、後に冷却及び固化させた時、は
んだが接合を形成するよう、ペースト中のはんだを溶融
させるため、加熱される。これらのはんだ接合を形成す
る結果、各部品上のすべてのＩ／Ｏ接触は、主回路ボー
ド上の適当な接触パッドに、電気的かつ機械的に接続さ
れる。このプロセスは、はんだペースト“再流動化”ア
センブリとして、知られている。
られている。たとえば、はんだペーストの再流動化は、
回路ボード上へのパッケージされた電子部品の表面マウ
ントアセンブリ及びボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）電
子パッケージ上に、はんだボール（バンプ）を形成する
ために、用いられる。はんだペースト／再流動化技術を
用いる表面マウントの場合には、パッケージされたＩＣ
ユニット（集積回路チップ又はマルチチップモジュー
ル）のような電子部品又は個別部品（抵抗、容量、トラ
ンジスタ又はダイオード）への相互接続は、はんだづけ
の可能なＩ／Ｏ（入力−出力）接続のリード又はリード
なしアレイの形をとる。例には、はんだがぬれるバット
の周辺のアレイを有する表面にマウント可能なＩＣパッ
ケージ、Ｊ又はカモメの羽形金属リード、はんだがぬれ
る接触パッドを有する表面にマウント可能な個別部品、
それぞれがそれ自身のはんだボールを有するはんだがぬ
れるＩ／Ｏパッドの領域又はグリッドアレイを有する表
面にマウント可能なＢＧＡパッケージが含まれる。“表
面マウント”アセンブリプロセスは、主回路ボードのは
んだがぬれる接触パッドのそれぞれの上に、はんだペー
ストの各堆積物を置き、部品上のＩ／Ｏ接触（ＩＣリー
ド、個別部品接触パッド又はＢＧＡはんだボール）のア
レイを、主回路ボードの接触パッド上に置かれたはんだ
ペースト堆積物のパターンに位置合わせすることが含ま
れる。表面にマウント可能なパッケージユニットの、は
んだがぬれるＩ／Ｏ接触が、次にはんだペースト堆積物
中に、置かれる。位置合わせ及び配置のプロセスは、主
回路ボードの密度が十分になるまで、くり返される。次
に、このアセンブリは、後に冷却及び固化させた時、は
んだが接合を形成するよう、ペースト中のはんだを溶融
させるため、加熱される。これらのはんだ接合を形成す
る結果、各部品上のすべてのＩ／Ｏ接触は、主回路ボー
ド上の適当な接触パッドに、電気的かつ機械的に接続さ
れる。このプロセスは、はんだペースト“再流動化”ア
センブリとして、知られている。
【０００３】はんだペーストのもう１つの用途は、表面
にマウント可能なボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッ
ケージ上の、Ｉ／Ｏ接触を含むはんだがぬれる金属パッ
ドのアレイ領域上に、はんだボールを形成することであ
る。そのような用途については、ワイ・デガニ（Y. Deg
ani）、 ティー・デイー・ダデラー（T. D. Dudderar）
及びダヴリュ・エル・ウッヅ（W. L. Woods） ジュニア
により、１９９３年９月２３日に出願された米国特許出
願第08／128492号に述べられている。この特許出願は、
はんだがぬれる金属Ｉ／Ｏパッドのグリッドアレイ上
に、はんだボール（又はバンプ）を生成するための便利
なプロセスを、明らかにしている。このプロセスにおい
て、はんだペーストは、ＢＧＡの底面側にあるはんだが
ぬれる金属Ｉ／Ｏパッド上にステンシル印刷され、次に
各パッド上に、はんだボール（又はバンプ）を形成する
ために、再流動化させる。このプロセスは、印刷された
はんだ“バンピング”として知られ、得られたはんだバ
ンプ又はボールは、ＢＧＡパッケージのアセンブリの、
上述のような印刷された回路ボード上への表面マウント
再流動化といった用途のための、Ｉ／Ｏ接触を含む。
にマウント可能なボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッ
ケージ上の、Ｉ／Ｏ接触を含むはんだがぬれる金属パッ
ドのアレイ領域上に、はんだボールを形成することであ
る。そのような用途については、ワイ・デガニ（Y. Deg
ani）、 ティー・デイー・ダデラー（T. D. Dudderar）
及びダヴリュ・エル・ウッヅ（W. L. Woods） ジュニア
により、１９９３年９月２３日に出願された米国特許出
願第08／128492号に述べられている。この特許出願は、
はんだがぬれる金属Ｉ／Ｏパッドのグリッドアレイ上
に、はんだボール（又はバンプ）を生成するための便利
なプロセスを、明らかにしている。このプロセスにおい
て、はんだペーストは、ＢＧＡの底面側にあるはんだが
ぬれる金属Ｉ／Ｏパッド上にステンシル印刷され、次に
各パッド上に、はんだボール（又はバンプ）を形成する
ために、再流動化させる。このプロセスは、印刷された
はんだ“バンピング”として知られ、得られたはんだバ
ンプ又はボールは、ＢＧＡパッケージのアセンブリの、
上述のような印刷された回路ボード上への表面マウント
再流動化といった用途のための、Ｉ／Ｏ接触を含む。
【０００４】これらの両方の用途において、はんだペー
ストは、流動系と粉末状のはんだ合金を含む。得られる
はんだ接合が常に一様で、信頼性があることを確実にす
るためには、ペーストははんだ粉末のほとんどが、再流
動化プロセス中、単一のかたまりに合体するよう設計す
ることが、重要である。ここで、“ほとんどのはんだ”
というのは、少くとも９７％、好ましくは９９％、最も
好ましくは、（重量にして）全はんだ粉末の９９．５％
を、意味する。更に、表面マウントアセンブリの場合、
再流動化したはんだの、この単一のよく合体したかたま
りは、はんだにぬれる金属パッド上に形成され、ぬれる
ことも必要である。金属パッドの上には、ペーストが最
初印刷され、パッケージされたＩＣリード、個別部品接
触パッド又はＢＧＡはんだボールに、強くぬれる。それ
ぞれ６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ又は６０／４０ Ｓｎ／Ｐ
ｂのような共晶又は近共晶合金のはんだ粉末を含むはん
だペーストは、しばしばこれらの条件にあわない。たと
えば、（１）部品のアセンブリを回路ボードに表面マウ
ントする際、しばしば浮遊非融合（共晶又は近共晶合
金）はんだボールが、再流動化後、部品の下に見い出さ
れる。あるいは、（２）上述のように、共晶又は近共晶
合金はんだペーストで、ＢＧＡをバンピングする際、し
ばしばよく融合したはんだボールが、再流動化後、はん
だがぬれる金属Ｉ／Ｏパッドから完全にはずれた位置
に、見い出される。そのような位置のずれたはんだボー
ルは、回路と接触していないから、ＢＧＡパッケージ全
体が、使用できなくなる。他方、例（１）の場合、浮遊
はんだボールは、はんだ接合の体積が不十分であるか、
電気的短絡のため、信頼性を欠く可能性がある。（エイ
チ・エイチ・マンコ（H. H. Manko） プリント回路及び
表面マウントのためのはんだづけハンドブック、２９０
ないし２９４頁、ファン・ノストランド、ラインホルド
（ニューヨーク）１９８６を参照のこと）
ストは、流動系と粉末状のはんだ合金を含む。得られる
はんだ接合が常に一様で、信頼性があることを確実にす
るためには、ペーストははんだ粉末のほとんどが、再流
動化プロセス中、単一のかたまりに合体するよう設計す
ることが、重要である。ここで、“ほとんどのはんだ”
というのは、少くとも９７％、好ましくは９９％、最も
好ましくは、（重量にして）全はんだ粉末の９９．５％
を、意味する。更に、表面マウントアセンブリの場合、
再流動化したはんだの、この単一のよく合体したかたま
りは、はんだにぬれる金属パッド上に形成され、ぬれる
ことも必要である。金属パッドの上には、ペーストが最
初印刷され、パッケージされたＩＣリード、個別部品接
触パッド又はＢＧＡはんだボールに、強くぬれる。それ
ぞれ６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ又は６０／４０ Ｓｎ／Ｐ
ｂのような共晶又は近共晶合金のはんだ粉末を含むはん
だペーストは、しばしばこれらの条件にあわない。たと
えば、（１）部品のアセンブリを回路ボードに表面マウ
ントする際、しばしば浮遊非融合（共晶又は近共晶合
金）はんだボールが、再流動化後、部品の下に見い出さ
れる。あるいは、（２）上述のように、共晶又は近共晶
合金はんだペーストで、ＢＧＡをバンピングする際、し
ばしばよく融合したはんだボールが、再流動化後、はん
だがぬれる金属Ｉ／Ｏパッドから完全にはずれた位置
に、見い出される。そのような位置のずれたはんだボー
ルは、回路と接触していないから、ＢＧＡパッケージ全
体が、使用できなくなる。他方、例（１）の場合、浮遊
はんだボールは、はんだ接合の体積が不十分であるか、
電気的短絡のため、信頼性を欠く可能性がある。（エイ
チ・エイチ・マンコ（H. H. Manko） プリント回路及び
表面マウントのためのはんだづけハンドブック、２９０
ないし２９４頁、ファン・ノストランド、ラインホルド
（ニューヨーク）１９８６を参照のこと）
【０００５】明らかに、表面マウントアセンブリ又はＢ
ＧＡはんだボール形成に用いた時、はんだ接合又はボー
ルのすべてが均一で、各均一なはんだ接合又はボール
が、はんだ再流動化プロセスにより、適切な接触上に形
成され、かつぬれ、一体となった融合体と生じるプロセ
スが得られるはんだペースト組成の必要性が存在する。
ＧＡはんだボール形成に用いた時、はんだ接合又はボー
ルのすべてが均一で、各均一なはんだ接合又はボール
が、はんだ再流動化プロセスにより、適切な接触上に形
成され、かつぬれ、一体となった融合体と生じるプロセ
スが得られるはんだペースト組成の必要性が存在する。
【０００６】
【本発明の要約】本発明を用いたはんだペーストは、媒
介物（流体）系と、少くとも２つのはんだ粉末の混合物
から成る。この混合物の１つの成分は、共晶又は近共晶
Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末で、もう一方の成分は、少くとも１
つの元素金属粉末又は少くとも１つのはんだ合金粉末又
は少くとも１つの元素金属粉末及び少くとも１つのはん
だ合金粉末から選択される。前記もう一方の成分は、前
記共晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末の固相線温度より
少くとも５℃低い液相線温度か、前記共晶又は近共晶Ｓ
ｎ／Ｐｂ合金粉末の液相線温度より、少くとも５℃高い
固相線温度をそれぞれがもつ粉末又は粉末の組合せであ
る。共晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ粉末は、全粉末混合物の
５ないし９５重量パーセントをなす。あるいは、全粉末
混合物の少くとも３０重量％が、共晶又は近共晶Ｓｎ／
Ｐｂ合金粉末の最も高い液相線温度より少くとも５℃高
い固相線温度をもつ限り、第２の成分をなすすべての粉
末がこの規則に従う必要はない。
介物（流体）系と、少くとも２つのはんだ粉末の混合物
から成る。この混合物の１つの成分は、共晶又は近共晶
Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末で、もう一方の成分は、少くとも１
つの元素金属粉末又は少くとも１つのはんだ合金粉末又
は少くとも１つの元素金属粉末及び少くとも１つのはん
だ合金粉末から選択される。前記もう一方の成分は、前
記共晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末の固相線温度より
少くとも５℃低い液相線温度か、前記共晶又は近共晶Ｓ
ｎ／Ｐｂ合金粉末の液相線温度より、少くとも５℃高い
固相線温度をそれぞれがもつ粉末又は粉末の組合せであ
る。共晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ粉末は、全粉末混合物の
５ないし９５重量パーセントをなす。あるいは、全粉末
混合物の少くとも３０重量％が、共晶又は近共晶Ｓｎ／
Ｐｂ合金粉末の最も高い液相線温度より少くとも５℃高
い固相線温度をもつ限り、第２の成分をなすすべての粉
末がこの規則に従う必要はない。
【０００７】
【本発明の詳細な記述】本発明を用いたはんだペースト
は、媒介物（又は流体）系及び２つ又はそれ以上のはん
だ粉末から成る。混合物の１つの成分は、それぞれ６３
／３７ Ｓｎ／Ｐｂ合金又は６０／４０ Ｓｎ／Ｐｂ合
金のような共晶又は近共晶合金を有するＳｎ／Ｐｂ合金
粉末である。６３／３７又は６０／４０はＰｂに対する
Ｓｎの重量％を意味する。混合物の他方の成分は、粉末
又は粉末の組合せであり、そのそれぞれは共晶又は近共
晶Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末の固相線温度より、少くとも５℃
より低い液相線温度か、共晶又は近共晶合金粉末の液相
線温度をより少くとも５℃高い固相線温度をもつ。
は、媒介物（又は流体）系及び２つ又はそれ以上のはん
だ粉末から成る。混合物の１つの成分は、それぞれ６３
／３７ Ｓｎ／Ｐｂ合金又は６０／４０ Ｓｎ／Ｐｂ合
金のような共晶又は近共晶合金を有するＳｎ／Ｐｂ合金
粉末である。６３／３７又は６０／４０はＰｂに対する
Ｓｎの重量％を意味する。混合物の他方の成分は、粉末
又は粉末の組合せであり、そのそれぞれは共晶又は近共
晶Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末の固相線温度より、少くとも５℃
より低い液相線温度か、共晶又は近共晶合金粉末の液相
線温度をより少くとも５℃高い固相線温度をもつ。
【０００８】はんだペーストは、媒介物（又は流体）及
びはんだ粉末混合物を含む。媒介物はペースト中に、ス
クリーン又はステンシル印刷のような方法において、は
んだペーストが適切に分配あるいは供給されるのに十分
な量、典型的な場合、はんだペーストの７ないし１２重
量％の範囲存在し、はんだペーストの残りは、はんだ粉
末である。媒介物は上述の米国特許出願08／128492又は
米国特許第5,211,764号に述べられている媒介物あるい
は当業者が適当と認めた他の任意の媒介物（又は流体）
から、選択できる。上述の米国特許出願に述べられた媒
介物は、１−１０重量％の有機酸、１−５重量％の50,0
00以上の分子量をもつポリマを含む流動性添加物、６０
−９８重量％の溶媒系、０−２５重量％の高表面絶縁を
保つための添加物を含む。
びはんだ粉末混合物を含む。媒介物はペースト中に、ス
クリーン又はステンシル印刷のような方法において、は
んだペーストが適切に分配あるいは供給されるのに十分
な量、典型的な場合、はんだペーストの７ないし１２重
量％の範囲存在し、はんだペーストの残りは、はんだ粉
末である。媒介物は上述の米国特許出願08／128492又は
米国特許第5,211,764号に述べられている媒介物あるい
は当業者が適当と認めた他の任意の媒介物（又は流体）
から、選択できる。上述の米国特許出願に述べられた媒
介物は、１−１０重量％の有機酸、１−５重量％の50,0
00以上の分子量をもつポリマを含む流動性添加物、６０
−９８重量％の溶媒系、０−２５重量％の高表面絶縁を
保つための添加物を含む。
【０００９】本発明について、６３／３７共晶組成を有
するＳｎ／Ｐｂ合金に関して述べるが、６０／４０ Ｓ
ｎ／Ｐｂのような近共晶合金の使用も、考えられる。共
晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ粉末は、はんだ混合物中に５重
量％ないし９５重量％の範囲の量存在し、残りは混合物
の他の成分である。この他の成分は、少くとも１つの元
素金属粉末、少くとも１つのはんだ合金粉末、又は少く
とも１つの元素金属粉末と少くとも１つのはんだ合金粉
末との組合せからなる粉末である。この他の成分中の各
粉末は、その液相線温度が共晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ合
金の固相線温度より、少くとも５℃低いか、その固相線
温度が共晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ合金の液相線温度よ
り、少くとも５℃高いように、選択するのが好ましい。
他方の成分が、２ないしそれ以上の異なる粉末から成る
場合、これらの粉末のすべての液化又は固相線温度の要
件は、上の条件を満す必要がある。このことは、そのよ
うな他方の粉末のすべての液相線温度が、共晶又は近共
晶Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末の固相線温度より低いか、そのよ
うな粉末のすべての固相線温度が、共晶又は近共晶Ｓｎ
／Ｐｂ合金粉末の液相線温度より高い必要がある。この
ことにより、より低い液相線温度を有する組成の粒子
は、残りのはんだ粉末が溶融し始る前に溶融し、（もし
存在するならば）ぬれるリードの接触パッドの表面にぬ
れ、残った溶融しないはんだ粒子がより高い溶融温度を
もつことが、保証される。あるいは、全粉末混合体の少
くとも３０重量％が、共晶又は近共晶合金粉末の最も高
い液相線温度より、少くとも５℃高い固相線温度を有す
る限り、第２の成分を成すすべての粉末が、この規則に
従う必要はない。
するＳｎ／Ｐｂ合金に関して述べるが、６０／４０ Ｓ
ｎ／Ｐｂのような近共晶合金の使用も、考えられる。共
晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ粉末は、はんだ混合物中に５重
量％ないし９５重量％の範囲の量存在し、残りは混合物
の他の成分である。この他の成分は、少くとも１つの元
素金属粉末、少くとも１つのはんだ合金粉末、又は少く
とも１つの元素金属粉末と少くとも１つのはんだ合金粉
末との組合せからなる粉末である。この他の成分中の各
粉末は、その液相線温度が共晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ合
金の固相線温度より、少くとも５℃低いか、その固相線
温度が共晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ合金の液相線温度よ
り、少くとも５℃高いように、選択するのが好ましい。
他方の成分が、２ないしそれ以上の異なる粉末から成る
場合、これらの粉末のすべての液化又は固相線温度の要
件は、上の条件を満す必要がある。このことは、そのよ
うな他方の粉末のすべての液相線温度が、共晶又は近共
晶Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末の固相線温度より低いか、そのよ
うな粉末のすべての固相線温度が、共晶又は近共晶Ｓｎ
／Ｐｂ合金粉末の液相線温度より高い必要がある。この
ことにより、より低い液相線温度を有する組成の粒子
は、残りのはんだ粉末が溶融し始る前に溶融し、（もし
存在するならば）ぬれるリードの接触パッドの表面にぬ
れ、残った溶融しないはんだ粒子がより高い溶融温度を
もつことが、保証される。あるいは、全粉末混合体の少
くとも３０重量％が、共晶又は近共晶合金粉末の最も高
い液相線温度より、少くとも５℃高い固相線温度を有す
る限り、第２の成分を成すすべての粉末が、この規則に
従う必要はない。
【００１０】ある種の混合物中の共晶又は近共晶Ｓｎ／
Ｐｂ合金粉末は、低溶融温度合金の働きをし、他方の混
合物中では、高溶融温度合金の働きをする。このこと
は、はんだペーストが加熱された時、ペースト中のはん
だは加熱プロセス中は、一様には溶融せず、液相線温度
が他の粉末の最低の固相線温度より低い低溶融合金粉末
は、より高い溶融合金粉末が液化し始める前に、よく液
化し始ることを、意味する。その結果、金属パッド及び
溶融していないはんだ粉末は、すべてのはんだ質量が、
液体の形になる前に、より低い溶融はんだにより、ぬれ
る。これにより、はんだペーストは、単一のかたまりに
合体する。すべてのはんだが溶融した時、それはすでに
金属パッドと接触し、従って表面張力が溶融したはんだ
の残りを、パッドに引張るようになる。共晶又は近共晶
Ｓｎ／Ｐｂ粉末が低溶融成分として用いられる例では、
この粉末は全はんだ粉末の５重量％ないし７０重量％の
範囲で存在する。共晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ粉末が、高
融点成分として存在する例では、この粉末は全はんだ粉
末の３０重量％ないし９５重量％の範囲で存在する。
Ｐｂ合金粉末は、低溶融温度合金の働きをし、他方の混
合物中では、高溶融温度合金の働きをする。このこと
は、はんだペーストが加熱された時、ペースト中のはん
だは加熱プロセス中は、一様には溶融せず、液相線温度
が他の粉末の最低の固相線温度より低い低溶融合金粉末
は、より高い溶融合金粉末が液化し始める前に、よく液
化し始ることを、意味する。その結果、金属パッド及び
溶融していないはんだ粉末は、すべてのはんだ質量が、
液体の形になる前に、より低い溶融はんだにより、ぬれ
る。これにより、はんだペーストは、単一のかたまりに
合体する。すべてのはんだが溶融した時、それはすでに
金属パッドと接触し、従って表面張力が溶融したはんだ
の残りを、パッドに引張るようになる。共晶又は近共晶
Ｓｎ／Ｐｂ粉末が低溶融成分として用いられる例では、
この粉末は全はんだ粉末の５重量％ないし７０重量％の
範囲で存在する。共晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ粉末が、高
融点成分として存在する例では、この粉末は全はんだ粉
末の３０重量％ないし９５重量％の範囲で存在する。
【００１１】好ましい実施例において、前記粉末の１つ
は、約１８３℃の融点（液相線温度及び固相線温度の両
方）を有する共晶６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末であ
る。はんだ組成は、以下の例で示す。
は、約１８３℃の融点（液相線温度及び固相線温度の両
方）を有する共晶６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末であ
る。はんだ組成は、以下の例で示す。
【００１２】
【実施例１】実験は６３／３７粉末及びもう１つの合金
粉末を含むはんだペーストで、１０００はんだパッドの
試料上へのＢＧＡバンピングプロセスにおいて行った。
ペースト組成は、８重量％の媒介物及び２０重量％の４
３／４３／１４ Ｓｎ／Ｐｂ／Ｂｉはんだ粉末（固相線
温度１４３℃、液相線温度１６３℃）及びはんだペース
トの全重量に基き、７２重量％の６３／３７ Ｓｎ／Ｐ
ｂはんだ粉末（１８３℃の共晶点）であった。ＢＧＡを
作るために、印刷プロセスを、上で引用した米国特許出
願第08／128492号に述べられているように、用いた。す
なわち、中心間の距離が１００ミルで分離された直径３
０ミルのアレイ上で行った。はんだペーストは、ペース
トが直径７０ミル及び高さ２１ミルに堆積するように、
ステンシル印刷した。はんだペーストは、各印刷された
ペーストの堆積物が、パッドの中心ではなく、各はんだ
がぬれるパッドと、たとえば約５０％と部分的にのみ接
触するように、故意にずらして印刷した。はんだがぬれ
るパッドと印刷されたはんだペースト堆積物とのそのよ
うに大きな位置のずれは、パッドからずれて固化したは
んだボールの発生を、強調するために発生させた。印刷
された試料は、ある種の温度−時間プロフィル下で、再
流動化させた。このペースト組成で、混合合金ペースト
から形成されたすべてのはんだボールは、パッド上にあ
った。
粉末を含むはんだペーストで、１０００はんだパッドの
試料上へのＢＧＡバンピングプロセスにおいて行った。
ペースト組成は、８重量％の媒介物及び２０重量％の４
３／４３／１４ Ｓｎ／Ｐｂ／Ｂｉはんだ粉末（固相線
温度１４３℃、液相線温度１６３℃）及びはんだペース
トの全重量に基き、７２重量％の６３／３７ Ｓｎ／Ｐ
ｂはんだ粉末（１８３℃の共晶点）であった。ＢＧＡを
作るために、印刷プロセスを、上で引用した米国特許出
願第08／128492号に述べられているように、用いた。す
なわち、中心間の距離が１００ミルで分離された直径３
０ミルのアレイ上で行った。はんだペーストは、ペース
トが直径７０ミル及び高さ２１ミルに堆積するように、
ステンシル印刷した。はんだペーストは、各印刷された
ペーストの堆積物が、パッドの中心ではなく、各はんだ
がぬれるパッドと、たとえば約５０％と部分的にのみ接
触するように、故意にずらして印刷した。はんだがぬれ
るパッドと印刷されたはんだペースト堆積物とのそのよ
うに大きな位置のずれは、パッドからずれて固化したは
んだボールの発生を、強調するために発生させた。印刷
された試料は、ある種の温度−時間プロフィル下で、再
流動化させた。このペースト組成で、混合合金ペースト
から形成されたすべてのはんだボールは、パッド上にあ
った。
【００１３】
【実施例２（比較）】この実験において、ペースト堆積
物のアレイは、実施例１と同様にステンシル印刷した
が、単一の共晶６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末のみを
含んだ。ペースト堆積物アレイは、実施例１と同じ温度
−時間プロフィル下で、処理した。結果は、このペース
トから形成されたはんだボールの３０％もの多くが、パ
ッドからずれ、アレイをそれ以上使用することを、不適
切にした。
物のアレイは、実施例１と同様にステンシル印刷した
が、単一の共晶６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末のみを
含んだ。ペースト堆積物アレイは、実施例１と同じ温度
−時間プロフィル下で、処理した。結果は、このペース
トから形成されたはんだボールの３０％もの多くが、パ
ッドからずれ、アレイをそれ以上使用することを、不適
切にした。
【００１４】
【実施例３】混合合金粉末を用いる効果を、２つの共晶
はんだ合金系を用いることによって、評価した。１つの
合金は、１８３℃の融点をもつ６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ
合金であった。他方の合金は、６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ
合金の融点より高い２２１℃の融点をもつ９６．５／
３．５ Ｓｎ／Ａｇ合金であった。この実験において、
これら２つのはんだ合金の一連の異なる重量パーセント
比に、はんだペーストを形成するための流体媒介物を、
混合した。異なる比のはんだ合金粉末を有する得られた
各ペーストは、１０００はんだパッドの別々の試料で試
験した。各ペーストはそれぞれが直径３０ミルで、中心
間が１００ミル離れた１０×１０のはんだがぬれるパッ
ドの１０アレイを有するボード上に、印刷した。各はん
だペースト印刷は、直径７０ミル、高さ２１ミルで、ぬ
れるパッドから、約５０パーセントだけ位置がずれた。
実施例１と同様、そのように大きな位置のずれは、パッ
ドからずれて固化したボールの発生を、強調するために
発生させた。ボードは再流動化させ、次に、欠陥の検査
を行った。すなわち、パッド上ではなく、パッドからず
れて固化したはんだボールを、検査した。この実験の結
果は、以下のとうりである。
はんだ合金系を用いることによって、評価した。１つの
合金は、１８３℃の融点をもつ６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ
合金であった。他方の合金は、６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ
合金の融点より高い２２１℃の融点をもつ９６．５／
３．５ Ｓｎ／Ａｇ合金であった。この実験において、
これら２つのはんだ合金の一連の異なる重量パーセント
比に、はんだペーストを形成するための流体媒介物を、
混合した。異なる比のはんだ合金粉末を有する得られた
各ペーストは、１０００はんだパッドの別々の試料で試
験した。各ペーストはそれぞれが直径３０ミルで、中心
間が１００ミル離れた１０×１０のはんだがぬれるパッ
ドの１０アレイを有するボード上に、印刷した。各はん
だペースト印刷は、直径７０ミル、高さ２１ミルで、ぬ
れるパッドから、約５０パーセントだけ位置がずれた。
実施例１と同様、そのように大きな位置のずれは、パッ
ドからずれて固化したボールの発生を、強調するために
発生させた。ボードは再流動化させ、次に、欠陥の検査
を行った。すなわち、パッド上ではなく、パッドからず
れて固化したはんだボールを、検査した。この実験の結
果は、以下のとうりである。
【００１５】
【表１】
以下の表２には、６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ粉末及び他の
成分の多くの更に別の組成例が、示されている。複数の
粉末が他の成分中に存在する時、他の成分中の各粉末の
存在量の例が、組成中の全粉末量に基き、重量％で示さ
れている。
成分の多くの更に別の組成例が、示されている。複数の
粉末が他の成分中に存在する時、他の成分中の各粉末の
存在量の例が、組成中の全粉末量に基き、重量％で示さ
れている。
【００１６】
【表２】
粉末混合物のもう一方の成分は、更にｘ／（１００−
ｘ）Ｓｎ／Ｐｂ合金を含み、ここでｘはｘ／（１００−
ｘ）Ｓｎ／Ｐｂ合金の全重量に基くＳｎの割合は、１＜
ｘ＜１８である。この合金は単一の合金として用いても
よく、あるいはそれは他の成分の少くとも２つのはんだ
粉末の１つでもよい。たとえば、元素Ｓｎ及びｘ／（１
００−ｘ）Ｓｎ／Ｐｂ合金の組合せで、ｘはｘ／（１０
０−ｘ）Ｓｎ／Ｐｂ合金中のＳｎの割合で、１＜ｘ＜１
８である。Ｓｎ及びｘ／（１００−ｘ）Ｓｎ／Ｐｂ合金
の好ましい組合せは、粉末混合体の成分を溶融させた
後、溶融液体が、共晶又は近共晶の組成を有する合金
を、形成する。
ｘ）Ｓｎ／Ｐｂ合金を含み、ここでｘはｘ／（１００−
ｘ）Ｓｎ／Ｐｂ合金の全重量に基くＳｎの割合は、１＜
ｘ＜１８である。この合金は単一の合金として用いても
よく、あるいはそれは他の成分の少くとも２つのはんだ
粉末の１つでもよい。たとえば、元素Ｓｎ及びｘ／（１
００−ｘ）Ｓｎ／Ｐｂ合金の組合せで、ｘはｘ／（１０
０−ｘ）Ｓｎ／Ｐｂ合金中のＳｎの割合で、１＜ｘ＜１
８である。Ｓｎ及びｘ／（１００−ｘ）Ｓｎ／Ｐｂ合金
の好ましい組合せは、粉末混合体の成分を溶融させた
後、溶融液体が、共晶又は近共晶の組成を有する合金
を、形成する。
【００１７】上の例は、第１の組成と同様、１８３℃の
融点（液化及び固化の両方）を有する６３／３７ Ｓｎ
／Ｐｂ共晶合金粉末を用いた場合である。しかし、近共
晶６０／４０ Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末のような他の合金
も、共晶６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ合金について、上に述
べたような、他の成分の液化及び固相線温度の条件を満
す限り、第１の成分として用いてよい。このことは、た
とえば近共晶６０／４０Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末の場合、は
んだ粉末の他の成分の液相線温度が、６０／４０ Ｓｎ
／Ｐｂ合金粉末の固相線温度（１８３℃）より、少くと
も５℃低いか、他の成分の固相線温度が、６０／４０
Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末の液相線温度（１９０℃）より少く
とも５℃高いことを意味する。もちろん、選択は６０／
４０ Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末を、低融点化成分又は高融点
化成分として用いるかに依存する。
融点（液化及び固化の両方）を有する６３／３７ Ｓｎ
／Ｐｂ共晶合金粉末を用いた場合である。しかし、近共
晶６０／４０ Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末のような他の合金
も、共晶６３／３７ Ｓｎ／Ｐｂ合金について、上に述
べたような、他の成分の液化及び固相線温度の条件を満
す限り、第１の成分として用いてよい。このことは、た
とえば近共晶６０／４０Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末の場合、は
んだ粉末の他の成分の液相線温度が、６０／４０ Ｓｎ
／Ｐｂ合金粉末の固相線温度（１８３℃）より、少くと
も５℃低いか、他の成分の固相線温度が、６０／４０
Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末の液相線温度（１９０℃）より少く
とも５℃高いことを意味する。もちろん、選択は６０／
４０ Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末を、低融点化成分又は高融点
化成分として用いるかに依存する。
【００１８】つけ加えられる利点及び修正点について
は、当業者には、容易に考えられるであろう。従って、
本発明はその広い視点において、上で示し述べた具体的
な詳細やデバイス例及び実施例には、限定されない。付
随した特許請求の範囲及びそれらと等価なものによって
規定される本発明の一般的な概念の精神及び視野から離
れることなく、各種の修正が考えられる。
は、当業者には、容易に考えられるであろう。従って、
本発明はその広い視点において、上で示し述べた具体的
な詳細やデバイス例及び実施例には、限定されない。付
随した特許請求の範囲及びそれらと等価なものによって
規定される本発明の一般的な概念の精神及び視野から離
れることなく、各種の修正が考えられる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 イーノン デガニ
アメリカ合衆国 08904 ニュージャー
シィ，ハイランド パーク，クリーヴラ
ンド アヴェニュー 10
(72)発明者 トーマス デキソン ダッデラー
アメリカ合衆国 07928 ニュージャー
シィ，カザム，スクール アヴェニュー
30
(56)参考文献 特開 平１−266987（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−309390（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−22595（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−268186（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−271094（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−241395（ＪＰ，Ａ)
実開 平１−52275（ＪＰ，Ｕ)
特公 平３−13952（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 35/22 - 35/26
Claims (2)
- 【請求項１】 媒介物と少なくとも２つのはんだ粉末の
混合物とから成るはんだペーストであって、該混合物の
一方の成分は共晶又は近共晶Ｓｎ／Pｂ合金粉末であ
り、該混合物の他方の成分は元素Ｓｎ粉末とＳｎ／Ｐｂ
合金粉末とからなる粉末混合物から成り、 該粉末混合物の元素Ｓｎ粉末とＳｎ／Ｐｂ合金粉末との
各々は、該共晶又は近共晶Ｓｎ／Pｂ合金粉末の液相線
温度より少なくとも５℃高い固相線温度を有するか、ま
たは、該粉末混合物の元素Ｓｎ粉末とＳｎ／Ｐｂ合金粉
末との少なくとも一方は、該共晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ
合金粉末の液相線温度より少なくとも５℃高い固相線温
度を有し、かつ該元素Ｓｎ粉末及びＳｎ／Ｐｂ合金粉末
の粉末混合物においてより高い固相線温度を有する粉末
は全粉末混合物における粉末の少なくとも３０重量％を
占めており、 該共晶又は近共晶Ｓｎ／Pｂ合金粉末は、該元素Ｓｎ粉
末とＳｎ／Ｐｂ合金粉末とからなる粉末混合物のうちの
少なくとも１つの粉末の最も低い固相線温度より低い液
相線温度を有し、かつ全粉末の混合物の５から７０重量
％を成しており、 該元素Ｓｎ粉末とＳｎ／Ｐｂ合金粉末とからなる粉末混
合物における該Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末は組成ｘ／（１００
−ｘ）を有し、ｘは該組成ｘ／（１００−ｘ）のＳｎ／
Ｐｂ合金の総重量に基づくＳｎの割合であり、かつ１＜
ｘ＜１８であり、該元素Ｓｎ粉末と組成ｘ／（１００−
ｘ）を有するＳｎ／Ｐｂ合金粉末との比率は、前記混合
物の２つの成分を溶融した後の溶融液体が共晶又は近共
晶Ｓｎ／Pｂ組成を有する合金を形成する比率であるこ
とを特徴とするはんだペースト。 - 【請求項２】 はんだペースト混合物を形成する方法で
あって、 はんだペーストに媒介物を準備するステップと、 はんだ混合物の一方の成分の複数の粒子を準備するステ
ップと、 はんだ混合物の他方の成分の複数の粒子を準備するステ
ップとから成り、該一方の成分は共晶又は近共晶Ｓｎ／
Pｂ合金粉末であり、該他方の成分は、元素Ｓｎ粉末と
Ｓｎ／Ｐｂ合金粉末とからなる、組成ｘ／（１００−
ｘ）を有する粉末混合物から成り、ｘは該組成ｘ／（１
００−ｘ）のＳｎ／Ｐｂ合金の総重量に基づくＳｎの割
合であり、かつ１＜ｘ＜１８であり、該元素Ｓｎと組成
ｘ／（１００−ｘ）を有するＳｎ／Ｐｂ合金との比率
は、混合物の２つの成分を溶融した後の溶融液体は共晶
又は近共晶Ｓｎ／Pｂ組成を有する合金を形成する比率
であり、 該粉末混合物の元素Ｓｎ粉末とＳｎ／Ｐｂ合金粉末との
各々は、該共晶又は近共晶Ｓｎ／Pｂ合金粉末の液相線
温度より少なくとも５℃高い固相線温度を有するか、ま
たは、該粉末混合物の元素Ｓｎ粉末とＳｎ／Ｐｂ合金粉
末との少なくとも一方は、該共晶又は近共晶Ｓｎ／Ｐｂ
合金粉末の液相線温度より少なくとも５℃高い固相線温
度を有し、かつ該元素Ｓｎ粉末及びＳｎ／Ｐｂ合金粉末
の粉末混合物においてより高い固相線温度を有する粉末
は全粉末混合物における粉末の少なくとも３０重量％を
占めており、 該共晶又は近共晶Ｓｎ／Pｂ合金粉末は、該粉末混合物
の前記他方の成分の粉末の少なくとも１つの最も低い固
相線温度より低い液相線温度を有し、かつ全粉末の混合
物の５から７０重量％を成しており、前記方法は、 前記媒介物と該一方の成分と該他方の成分とを混合して
ペースト混合物を形成するステップから成ることを特徴
とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US216225 | 1994-03-22 | ||
| US08/216,225 US5382300A (en) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | Solder paste mixture |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07256480A JPH07256480A (ja) | 1995-10-09 |
| JP3441220B2 true JP3441220B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=22806258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06143495A Expired - Lifetime JP3441220B2 (ja) | 1994-03-22 | 1995-03-22 | 改善されたはんだペースト混合物 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5382300A (ja) |
| EP (1) | EP0673706B1 (ja) |
| JP (1) | JP3441220B2 (ja) |
| KR (1) | KR100317717B1 (ja) |
| CA (1) | CA2134377C (ja) |
| DE (1) | DE69519812T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US5573602A (en) * | 1994-12-19 | 1996-11-12 | Motorola, Inc. | Solder paste |
| US5803340A (en) * | 1995-09-29 | 1998-09-08 | Delco Electronics Corporation | Composite solder paste for flip chip bumping |
| TW369451B (en) * | 1996-05-10 | 1999-09-11 | Ford Motor Co | Solder composition and method of using to interconnect electronic components to circuits on thermoplastic substrates |
| US5990564A (en) * | 1997-05-30 | 1999-11-23 | Lucent Technologies Inc. | Flip chip packaging of memory chips |
| US6214131B1 (en) | 1998-10-29 | 2001-04-10 | Agilent Technologies, Inc. | Mixed solder pastes for low-temperature soldering process |
| US6054761A (en) | 1998-12-01 | 2000-04-25 | Fujitsu Limited | Multi-layer circuit substrates and electrical assemblies having conductive composition connectors |
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| US6896172B2 (en) * | 2000-08-22 | 2005-05-24 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Lead-free solder paste for reflow soldering |
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| CN1445049A (zh) * | 2002-03-19 | 2003-10-01 | 日本胜利株式会社 | 焊锡膏、焊接成品及焊接方法 |
| DE10304469A1 (de) * | 2003-02-04 | 2004-08-19 | FNE Forschungsinstitut für Nichteisen-Metalle Freiberg GmbH | Weichlotlegierungszusammensetzung, Weichlotlegierung, Verwendung einer Weichlotlegierungszusammensetzung und Verfahren zum Herstellen einer Weichlotlegierung |
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