JP6267427B2 - Soldering method and mounting board - Google Patents
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Description
本発明は、はんだ材料及びそのはんだ材料を用いたはんだ付け材料に関する。詳しくは、電極溶食防止層を有するはんだ層が電極上に形成されている基板又は電子部品に対して、低コストで且つ高い信頼性ではんだ付けすることができるはんだ材料及びそのはんだ材料を用いたはんだ付け方法に関する。 The present invention relates to a solder material and a soldering material using the solder material. Specifically, a solder material that can be soldered at low cost and with high reliability to a substrate or electronic component having a solder layer having an electrode corrosion prevention layer formed on the electrode, and the solder material are used. It relates to the soldering method.
近年、プリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板等の基板(以下、「実装基板」ともいう。)は、配線密度や実装密度がますます向上している。実装基板は、電子部品をはんだ付けするための電極を多数有している。その電極上に、電子部品をはんだ付けするためのはんだバンプやはんだペースト等のはんだ(以下、「接続はんだ」ともいう。)が設けられ、電子部品は、その接続はんだにはんだ付けされて実装基板に実装される。 In recent years, printed circuit boards, wafers, flexible boards, and the like (hereinafter also referred to as “mounting boards”) have been increasingly improved in wiring density and mounting density. The mounting board has many electrodes for soldering electronic components. Solder such as solder bumps and solder paste (hereinafter also referred to as “connection solder”) for soldering the electronic component is provided on the electrode, and the electronic component is soldered to the connection solder and mounted on the mounting board. To be implemented.
接続はんだは、電子部品との接合信頼性が高く、かつ高精度で耐久性に優れることが要求される。そうした接合はんだを、環境に配慮した鉛フリーのはんだ材料で形成する場合は、通常、銀が必要不可欠な成分として含有されている。銀を含むはんだ材料は、一般的に、電極に対するはんだ濡れ性が向上し、電子部品との接続信頼性が優れたはんだを形成することができるといわれている。 The connecting solder is required to have high reliability in joining with an electronic component, high accuracy, and excellent durability. When such a solder joint is formed of an environment-friendly lead-free solder material, silver is usually contained as an indispensable component. A solder material containing silver is generally said to have improved solder wettability with respect to an electrode and can form a solder having excellent connection reliability with an electronic component.
しかし、銀は亜鉛や錫等に比べて高価であるため、銀を含むはんだ材料を用いて電子部品を実装すると、コストがかかるという問題点がある。また、銀は融点が高いため、銀を含むはんだ材料は、融点を下げるためにビスマスやインジウム等の他の高価な成分をさらに含む場合があり、その場合はコストがさらに嵩むという問題点がある。そのため、鉛フリーでかつ銀を含まず、しかも上記した要求に応え得る基板又は電子部品用のはんだ材料が求められている。 However, since silver is more expensive than zinc, tin, or the like, there is a problem that it is costly to mount electronic parts using a solder material containing silver. In addition, since silver has a high melting point, the solder material containing silver may further contain other expensive components such as bismuth and indium in order to lower the melting point, in which case there is a problem that the cost is further increased. . Therefore, there is a demand for a solder material for a substrate or electronic component that is lead-free and does not contain silver and can meet the above-described requirements.
ところで、一般的な接続はんだの形成方法として、銅等からなる電極(例えば銅電極。以下同じ。)が設けられた実装基板をそのまま溶融はんだ中にディッピング(浸漬)する方法が知られている。銅電極にはんだが接触すると、銅とはんだに含まれる錫とが化合してCuSn金属間化合物が生成する。このCuSn金属間化合物の生成自体がはんだ接合の基本である。しかし、その現象は、銅電極がはんだに含まれる錫で侵食される態様で形成されることから「電極溶食」と呼ばれることがある。こうした電極溶食は、電子部品を接続する銅電極の容積を減少させて信頼性を低下させ、実装基板の信頼性を損なわせるおそれがある。そのため、溶融はんだ中への実装基板のディッピング時間を短縮して電極溶食を抑制することが必要であり、そのために、実装基板の銅電極上に予備はんだ層を形成し、その後に実装基板を溶融はんだ中にディッピングする方法(ディッピング方法)が検討されている。 By the way, as a general method for forming connection solder, there is known a method of dipping (immersing) a mounting substrate provided with an electrode made of copper or the like (for example, a copper electrode; the same shall apply hereinafter) into molten solder as it is. When the solder contacts the copper electrode, copper and tin contained in the solder combine to form a CuSn intermetallic compound. The formation of this CuSn intermetallic compound itself is the basis of solder bonding. However, this phenomenon is sometimes referred to as “electrode corrosion” because the copper electrode is formed in such a manner that it is eroded by tin contained in the solder. Such electrode corrosion reduces the volume of the copper electrode that connects the electronic components, lowers the reliability, and may impair the reliability of the mounting board. Therefore, it is necessary to reduce the dipping time of the mounting board in the molten solder and suppress electrode corrosion. For this purpose, a preliminary solder layer is formed on the copper electrode of the mounting board, and then the mounting board is mounted. A method of dipping in molten solder (dipping method) has been studied.
本発明者は、これまでに、上記特許文献1及び2の実施形態の一例として、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含む溶融はんだを用いて、銅電極上にCuNiSn金属間化合物層からなる電極溶食防止層を有するはんだ層を形成する技術を提案してきた。この技術によれば、溶融はんだがニッケルを必須に含むので、そのニッケルが銅電極の銅と化合し、さらに溶融はんだの錫とも化合してCuNiSn金属間化合物層を有するはんだ層が銅電極上に容易に形成される。CuNiSn金属間化合物層は、銅電極の銅溶食防止層として作用し、銅電極の欠損や消失を防ぐように作用する。その結果、CuNiSn金属間化合物層からなる電極溶食防止層を有するはんだ層は、その後において、そのはんだ層が実装された基板を高温で熱処理しても、銅電極がそのはんだ層中の成分に溶食されるのを抑制することができるという利点がある。 The present inventor has used a CuNiSn intermetallic compound layer on a copper electrode as an example of the embodiments of Patent Documents 1 and 2 so far, using a molten solder containing tin as a main component and at least nickel as a subcomponent. A technique for forming a solder layer having an electrode corrosion prevention layer made of has been proposed. According to this technique, since the molten solder essentially contains nickel, the nickel combines with the copper of the copper electrode, and further with the tin of the molten solder, a solder layer having a CuNiSn intermetallic compound layer is formed on the copper electrode. Easy to form. The CuNiSn intermetallic compound layer acts as a copper corrosion prevention layer for the copper electrode, and acts to prevent the copper electrode from being lost or lost. As a result, a solder layer having an electrode corrosion prevention layer made of a CuNiSn intermetallic compound layer can be used as a component in the solder layer even if the substrate on which the solder layer is mounted is heat-treated at a high temperature. There is an advantage that it is possible to suppress the corrosion.
本発明は、上記技術をさらに進めたものであって、その目的は、電極溶食防止層を有するはんだ層が電極上に形成されている基板又は電子部品に対して、低コストで且つ高い信頼性ではんだ付けすることができるはんだ材料を提供することにある。本発明の他の目的は、そうしたはんだ材料を用いたはんだ付け材料を提供することにある。 The present invention is a further advancement of the above technique, and its object is to provide a low-cost and high reliability for a substrate or electronic component having a solder layer having an electrode corrosion prevention layer formed on an electrode. It is to provide a solder material that can be soldered with the property. Another object of the present invention is to provide a soldering material using such a solder material.
(1)上記課題を解決するための本発明に係るはんだ材料は、基板又は電子部品のはんだ付けのために設けられるはんだ材料であって、前記基板又は電子部品は、該基板又は電子部品が有する電極上に、該電極に含まれる成分と、該成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分とが化合して形成された前記電極溶食防止層を有するはんだ層が形成されており、前記はんだ材料は、前記電極のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まない、ことを特徴とする。 (1) A solder material according to the present invention for solving the above problems is a solder material provided for soldering a substrate or an electronic component, and the substrate or the electronic component has the substrate or the electronic component. A solder layer having the electrode corrosion prevention layer formed by combining a component contained in the electrode and a component that combines with the component to form an electrode corrosion prevention layer is formed on the electrode. The solder material does not contain a component that improves the solder wettability of the electrode.
この発明によれば、はんだ材料が、電極のはんだ濡れ性を向上させる成分(「はんだ濡れ性向上成分」ともいう。例えば銀。)を含まないので、基板又は電子部品にはんだ付けできる低コストのはんだ材料を提供できる。また、このはんだ材料によってはんだ付けされる基板又電子部品は、その電極上にはんだ層が形成されているので、はんだ材料に銀等のはんだ濡れ性向上成分が含まれていなくても、はんだ付けの時にはんだ材料が電極上にすばやく濡れ広がる。その結果、接続信頼性が優れたはんだ付けが可能なはんだ材料にすることができる。また、その電極上のはんだ層が電極溶食防止層を有するので、はんだ付けする際にリフロー炉等により高温で熱処理しても、基板や電子部品の電極が電極溶食防止層によって保護されて溶食が起こりにくい。その結果、はんだ付け後の電極の信頼性が高いはんだ材料にすることができる。 According to the present invention, since the solder material does not contain a component that improves the solder wettability of the electrode (also referred to as “solder wettability improving component”, for example, silver), the solder material can be soldered to a substrate or an electronic component at a low cost. Solder material can be provided. In addition, since the substrate or electronic component to be soldered with this solder material has a solder layer formed on the electrode, soldering can be performed even if the solder material does not contain a solder wettability improving component such as silver. At this time, the solder material spreads quickly on the electrode. As a result, a solder material having excellent connection reliability and capable of being soldered can be obtained. In addition, since the solder layer on the electrode has an electrode corrosion prevention layer, the electrodes of the substrate and the electronic component are protected by the electrode corrosion prevention layer even when heat-treated at a high temperature by a reflow furnace or the like when soldering. Erosion hardly occurs. As a result, a solder material with high reliability of the electrode after soldering can be obtained.
本発明に係るはんだ材料において、前記電極に含まれる成分に化合して前記電極溶食防止層を形成する成分を含まないことが好ましい。 It is preferable that the solder material according to the present invention does not include a component that forms the electrode corrosion preventing layer by combining with the component included in the electrode.
この発明によれば、電極に含まれる成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分を含まないので、電極溶食防止層の成分とはんだ材料に含まれる成分とが同じ場合に起こることがある電極溶食防止層の厚さ拡大現象を抑制することができる。その結果、このはんだ材料ではんだ付けした基板又は電子部品が有する電極の信頼性をより一層向上させることができる。 According to this invention, since it does not include a component that forms an electrode corrosion prevention layer by combining with the component contained in the electrode, it occurs when the component of the electrode corrosion prevention layer and the component contained in the solder material are the same. It is possible to suppress the phenomenon of increasing the thickness of the electrode corrosion prevention layer. As a result, the reliability of the electrodes of the substrate or electronic component soldered with this solder material can be further improved.
本発明に係るはんだ材料において、前記電極のはんだ濡れ性を向上させる成分が銀であり、前記電極溶食防止層を形成する成分がニッケルであることが好ましい。 The solder material which concerns on this invention WHEREIN: It is preferable that the component which improves the solder wettability of the said electrode is silver, and the component which forms the said electrode corrosion prevention layer is nickel.
本発明に係るはんだ材料において、前記基板が、プリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板から選ばれるいずれかであり、前記電子部品が、チップ、抵抗、コンデンサ及びフィルタから選ばれるいずれかであることが好ましい。 In the solder material according to the present invention, it is preferable that the substrate is any one selected from a printed board, a wafer, and a flexible substrate, and the electronic component is any one selected from a chip, a resistor, a capacitor, and a filter.
(2)上記課題を解決するための本発明に係るはんだ付け方法は、上記したいずれかに記載のはんだ材料を用いたはんだ付け方法であって、前記基板又は電子部品が有した電極上に、該電極に含まれる成分と該成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分とが化合して形成された前記電極溶食防止層を有したはんだ層が形成された基板又は電子部品を準備する工程と、前記基板又は電子部品に、前記電極のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まないはんだ材料を付着させる工程と、その後、前記基板又は電子部品を加熱処理して前記はんだ材料をはんだ付けする工程と、を有する、ことを特徴とする。 (2) A soldering method according to the present invention for solving the above problem is a soldering method using the solder material described in any one of the above, and on the electrode of the substrate or the electronic component, A substrate or electronic component on which a solder layer having the electrode corrosion prevention layer formed by combining a component contained in the electrode and a component that combines with the component to form an electrode corrosion prevention layer is formed. A step of preparing, a step of attaching a solder material that does not contain a component that improves the solder wettability of the electrode to the substrate or electronic component, and then heat-treating the substrate or electronic component to solder the solder material And a step of attaching.
この発明によれば、はんだ材料が、電極のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まないので、基板又は電子部品を低コストではんだ付けすることができる。また、電極上にはんだ層を有した基板又は電子部品を準備するので、はんだ材料が電極上にすばやく濡れ広がる。その結果、接続信頼性が優れたはんだ付けが可能になる。また、そのはんだ層が電極溶食防止層を有しているので、加熱処理する工程でリフロー炉等により高温で熱処理しても、基板や電子部品が有する電極が電極溶食防止層によって保護され、溶食を抑制することができる。その結果、はんだ付け後の電極の信頼性を確保することができる。 According to this invention, since the solder material does not contain a component that improves the solder wettability of the electrode, the substrate or the electronic component can be soldered at a low cost. Moreover, since the board | substrate or electronic component which has a solder layer on an electrode is prepared, a solder material spreads quickly on an electrode. As a result, soldering with excellent connection reliability is possible. In addition, since the solder layer has an electrode corrosion prevention layer, even if heat treatment is performed at a high temperature in a reflow furnace or the like in the heat treatment step, the electrode of the substrate or electronic component is protected by the electrode corrosion prevention layer. , Erosion can be suppressed. As a result, the reliability of the electrode after soldering can be ensured.
本発明に係るはんだ付け方法において、前記はんだ材料が、前記電極に含まれる成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分を含まないことが好ましい。 In the soldering method according to the present invention, it is preferable that the solder material does not include a component that forms an electrode corrosion prevention layer by combining with the component included in the electrode.
この発明によれば、はんだ材料が、電極に含まれる成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分を含まないので、形成されるはんだは、電極溶食防止層を形成する成分を含まない。その結果、電極溶食防止層の成分とはんだに含まれる成分とが同じ場合に起こることがある電極溶食防止層の厚さ拡大現象を抑制することができ、はんだ付け後の電極の信頼性をより一層向上させることができるはんだ付け方法にすることができる。 According to the present invention, since the solder material does not include a component that forms an electrode corrosion prevention layer by combining with a component contained in the electrode, the formed solder includes a component that forms the electrode corrosion prevention layer. Absent. As a result, it is possible to suppress the thickness expansion phenomenon of the electrode corrosion prevention layer that may occur when the components of the electrode corrosion prevention layer and the components contained in the solder are the same, and the reliability of the electrode after soldering It can be set as the soldering method which can improve further.
本発明に係るはんだ付け方法において、前記電極のはんだ濡れ性を向上させる成分が銀であり、前記電極溶食防止層を形成する成分がニッケルであることが好ましい。 In the soldering method according to the present invention, it is preferable that the component that improves the solder wettability of the electrode is silver, and the component that forms the electrode corrosion preventing layer is nickel.
本発明に係るはんだ材料及びはんだ付け方法によれば、電極溶食防止層を有するはんだ層が電極上に形成されている基板又は電子部品に対して、低コストで且つ高い信頼性ではんだ付けすることができるはんだ材料及びそのはんだ材料を用いたはんだ付け材料を提供することができる。 According to the solder material and the soldering method of the present invention, low-cost and high-reliability soldering is performed on a substrate or an electronic component in which a solder layer having an electrode corrosion prevention layer is formed on the electrode. The solder material which can be provided, and the soldering material using the solder material can be provided.
以下、本発明に係るはんだ材料及びはんだ付け方法について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、以下に具体的に示す実施形態に限定されるものではない。また、「電極溶食防止層」とは、電極を構成する成分の一部又は全部がはんだによって溶食(電極成分が拡散して溶け出す態様のこと。)されるのを抑えるように機能する層のことである。 Hereinafter, a solder material and a soldering method according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown concretely below. Further, the “electrode corrosion prevention layer” functions so as to suppress a part or all of the components constituting the electrode from being eroded by solder (an aspect in which the electrode components are diffused and dissolved). It is a layer.
[はんだ材料]
本発明に係るはんだ材料5は、図1〜図3に示すように、基板10又は電子部品20のはんだ付けのために設けられるはんだ材料5である。基板10又は電子部品20は、図1及び図2に示すように、基板10又は電子部品20が有する電極2上に、その電極2に含まれる成分と、その成分に化合して電極溶食防止層3を形成する成分とが化合して形成された電極溶食防止層3を有するはんだ層4が形成されている。
[Solder material]
As shown in FIGS. 1 to 3, the solder material 5 according to the present invention is a solder material 5 provided for soldering the substrate 10 or the electronic component 20. As shown in FIGS. 1 and 2, the substrate 10 or the electronic component 20 is formed on the electrode 2 of the substrate 10 or the electronic component 20, and the components contained in the electrode 2 are combined with the components to prevent electrode corrosion. A solder layer 4 having an electrode corrosion preventing layer 3 formed by combining with the components forming the layer 3 is formed.
本発明に係るはんだ材料5は、電極2のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まないことに特徴がある。電極2のはんだ濡れ性を向上させる成分は、例えば銀等に代表されるように高価であるため、はんだ付けの材料コストが高くなる。本発明では、こうした電極2のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まないので、低コストで基板10や電子部品20のはんだ付けを行うことができる。 The solder material 5 according to the present invention is characterized in that it does not contain a component that improves the solder wettability of the electrode 2. Since the component which improves the solder wettability of the electrode 2 is expensive as represented by silver or the like, for example, the material cost of soldering becomes high. In this invention, since the component which improves the solder wettability of such an electrode 2 is not included, the board | substrate 10 and the electronic component 20 can be soldered at low cost.
また、基板10又は電子部品20が有する電極2上にはんだ層4(第1のはんだ層ともいう。)が形成されているので、そのはんだ層4が予備はんだとして作用し、はんだ材料5がそのはんだ層4を有する電極2上にすばやく濡れ広がる。その結果、電極2のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まずに接続信頼性が優れたはんだ付けが可能なはんだ材料5にすることができる。さらに、そのはんだ層4が、電極溶食防止層3を有するので、はんだ付けする際にリフロー炉等により高温で熱処理しても、電極2の溶食を生じさせず信頼性が高いはんだ付けが可能なはんだ材料5にすることができる。 Further, since the solder layer 4 (also referred to as a first solder layer) is formed on the electrode 2 of the substrate 10 or the electronic component 20, the solder layer 4 acts as a preliminary solder, and the solder material 5 It quickly wets and spreads on the electrode 2 having the solder layer 4. As a result, the solder material 5 that does not contain a component that improves the solder wettability of the electrode 2 and can be soldered with excellent connection reliability can be obtained. Furthermore, since the solder layer 4 has the electrode corrosion prevention layer 3, even if heat treatment is performed at a high temperature by a reflow furnace or the like when soldering, the electrode 2 does not cause corrosion and high-reliability soldering is achieved. Possible solder material 5 can be obtained.
以下、各構成について詳しく説明する。 Hereinafter, each configuration will be described in detail.
(はんだ材料)
はんだ材料5は、電極2のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まなければよく、各種のはんだ組成のものを用いることができる。電極2のはんだ濡れ性を向上させる成分は、例えば、電極2が銅電極である場合は銀であり、他の素材の電極2の場合はその電極2の濡れ性を向上させる種々の成分である。また、はんだ材料5は、電極2の表面に形成されたはんだ層が有する電極溶食防止層4の成分と同じ成分を含まないことが好ましい。こうしたはんだ材料5は、電極溶食防止層3の成分とはんだ材料5に含まれる成分とが同じ場合に起こることがある電極溶食防止層3の厚さ拡大現象を抑制することができ、はんだ付け後の電極の信頼性をより一層向上させることができる。電極溶食防止能を生じさせる成分は、例えば、ニッケルを挙げることができる。
(Solder material)
The solder material 5 does not need to include a component that improves the solder wettability of the electrode 2, and various solder compositions can be used. The component that improves the solder wettability of the electrode 2 is, for example, silver when the electrode 2 is a copper electrode, and various components that improve the wettability of the electrode 2 in the case of the electrode 2 of another material. . Moreover, it is preferable that the solder material 5 does not contain the same component as the component of the electrode corrosion prevention layer 4 which the solder layer formed in the surface of the electrode 2 has. Such a solder material 5 can suppress the phenomenon of increasing the thickness of the electrode corrosion prevention layer 3 that may occur when the components of the electrode corrosion prevention layer 3 and the components contained in the solder material 5 are the same. The reliability of the electrode after attachment can be further improved. Examples of the component that causes the electrode corrosion preventing ability include nickel.
はんだ材料5は、例えば、後述する実施例で用いたニッケルを含有しない4元系、3元系、2元系のはんだや、ニッケルを含有する5元系、4元系、3元系のはんだ、又はビスマス系の低温はんだであってもよい。はんだ材料5は、例えば、錫を主成分とし、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン及びゲルマニウムから選ばれる1種又は2種以上を副成分として任意に含む鉛フリーはんだが好ましく用いられる。こうしたはんだ材料5は、銀を含まない鉛フリーはんだ材料であるので、環境に配慮しつつ低コストで基板10又は電子部品20のはんだ付けを行うことができる。 The solder material 5 is, for example, a quaternary, ternary, or ternary solder that does not contain nickel, or a quaternary, quaternary, or ternary solder that contains nickel. Alternatively, bismuth-based low temperature solder may be used. As the solder material 5, for example, lead-free solder containing tin as a main component and optionally containing one or more selected from copper, zinc, bismuth, antimony and germanium as subcomponents is preferably used. Since the solder material 5 is a lead-free solder material that does not contain silver, the substrate 10 or the electronic component 20 can be soldered at low cost while considering the environment.
はんだ材料5は、銀もニッケルも含まないものとしては、SnCu系はんだ、SnGe系はんだ、SnP系はんだ、SnCuGe系はんだ、SnCuGeP系はんだ、SnZnAl系はんだ、SnSb系はんだ、等を用いることができる。また、銀もニッケルも含まない低融点はんだとしては、SnBi系はんだ、SnBiZn系はんだ、等を挙げることができる。また、銀を含まずニッケルを含むものとしては、SnNi系はんだ、SnCuNi系はんだ、SnGeNi系はんだ、SnPNi系はんだ、SnCuGeNi系はんだ、SnCuGePNi系はんだ、SnZnAlNi系はんだ、SnSbNi系はんだ、等を用いることができる。また、銀を含まずニッケルを含む低融点はんだとしては、SnBiNi系はんだ、SnBiZnNi系はんだ、等を挙げることができる。 As the solder material 5 that does not contain silver or nickel, SnCu solder, SnGe solder, SnP solder, SnCuGe solder, SnCuGeP solder, SnZnAl solder, SnSb solder, or the like can be used. Moreover, examples of the low melting point solder containing neither silver nor nickel include SnBi solder and SnBiZn solder. Moreover, as a thing which does not contain silver but contains nickel, it is possible to use SnNi solder, SnCuNi solder, SnGeNi solder, SnPNi solder, SnCuGeNi solder, SnCuGePNi solder, SnZnAlNi solder, SnSbNi solder, etc. it can. In addition, examples of the low melting point solder that does not contain silver and contains nickel include SnBiNi solder, SnBiZnNi solder, and the like.
はんだ材料5は、150℃以上、300℃以下の程度の範囲内で溶融するはんだ材料であれば、ペーストはんだであってもよいし、溶融可能な金属はんだであってもよい。なかでも、ペーストはんだは便利に用いられ、錫を主成分とし、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン及びゲルマニウムから選ばれる1種又は2種以上を副成分として任意に含むはんだペースト(ソルダーペーストともいう。)が好ましく用いられる。はんだペーストは、はんだ粉末とフラックスとのペースト状の複合材料であり、電子部品を表面実装にてはんだ付けする工法(SMT)のうち、接合材料として印刷工程に用いられるものである。フラックスは、特に限定されず各種のものが任意に配合されたものを用いることができる。 The solder material 5 may be a paste solder or a meltable metal solder as long as it is a solder material that melts within a range of 150 ° C. or more and 300 ° C. or less. Among them, the paste solder is conveniently used, and is a solder paste (also referred to as a solder paste) containing tin as a main component and optionally containing one or more selected from copper, zinc, bismuth, antimony and germanium as subcomponents. ) Is preferably used. The solder paste is a paste-like composite material of solder powder and flux, and is used in the printing process as a bonding material in a method (SMT) of soldering electronic components by surface mounting. The flux is not particularly limited, and a flux in which various types are arbitrarily mixed can be used.
(基板又は電子部品)
基板10又は電子部品20は、上記したはんだ材料5ではんだ付けする部品である。基板10又は電子部品20は、図1及び図2に示すように、基材1上に1又は2以上の電極2を有している。電極2の表面に、その電極2に含まれる成分とその電極2に含まれる成分に化合して電極溶食防止層3を形成する成分とが化合して形成された電極溶食防止層3を有するはんだ層4が形成されている。なお、基板10又は電子部品20のはんだ層4の上には、そのはんだ層4の酸化や汚染を防止するための有機脂肪酸のコーティング膜が形成されていてもよい。
(Board or electronic component)
The substrate 10 or the electronic component 20 is a component to be soldered with the solder material 5 described above. The board | substrate 10 or the electronic component 20 has the 1 or 2 or more electrode 2 on the base material 1, as shown in FIG.1 and FIG.2. On the surface of the electrode 2, an electrode corrosion prevention layer 3 formed by combining a component included in the electrode 2 and a component that combines with the component included in the electrode 2 to form the electrode corrosion prevention layer 3 is formed. A solder layer 4 is formed. Note that an organic fatty acid coating film for preventing oxidation and contamination of the solder layer 4 may be formed on the solder layer 4 of the substrate 10 or the electronic component 20.
基板10としては、例えば、基材1上に電極2が任意の形態及び数で設けられている、プリント基板、ウエハー、フレキシブル基板等を挙げることができる。電子部品20としては、コネクタ、QFP(Quad Flat Package)、SOP(Small Out Line Package)、BGA(Ball Grid Array)、LGA(Land Grid Array)、半導体チップ、チップ抵抗、チップコンデンサ、ジャンパー配線材等を挙げることができる。 Examples of the substrate 10 include a printed board, a wafer, and a flexible board in which the electrode 2 is provided on the base material 1 in any form and number. Electronic components 20 include connectors, QFP (Quad Flat Package), SOP (Small Out Line Package), BGA (Ball Grid Array), LGA (Land Grid Array), semiconductor chips, chip resistors, chip capacitors, jumper wiring materials, etc. Can be mentioned.
電極2は、その種類、寸法及び形態は特に限定されないが、その上に形成されるはんだ層4を形成するための溶融はんだに含まれる錫と化合して金属間化合物層を形成する金属成分を含む導電性電極が対象になる。錫と化合して金属間化合物層を形成する金属成分としては、例えば、Cu、Ag、Au、Pd、Rh、Zn、Sn、Ni、Co、Bi等を挙げることができる。電極2は、こうした金属成分から選ばれる1種又は2種以上で構成されている。具体的な電極2としては、銅電極、銅合金電極、銀電極、銀合金電極、金電極、金合金電極、パラジウム電極、パラジウム合金電極、アルミニウム電極、アルミニウム合金電極等を挙げることができる。 The type, size, and form of the electrode 2 are not particularly limited, but a metal component that forms an intermetallic compound layer by combining with tin contained in molten solder for forming the solder layer 4 formed thereon is formed. Including conductive electrodes. Examples of the metal component that forms an intermetallic compound layer by combining with tin include Cu, Ag, Au, Pd, Rh, Zn, Sn, Ni, Co, and Bi. The electrode 2 is comprised by 1 type, or 2 or more types chosen from such a metal component. Specific examples of the electrode 2 include a copper electrode, a copper alloy electrode, a silver electrode, a silver alloy electrode, a gold electrode, a gold alloy electrode, a palladium electrode, a palladium alloy electrode, an aluminum electrode, and an aluminum alloy electrode.
電極溶食防止層3は、後述するはんだ層4が有する層であり、電極2に含まれる成分と、その電極2に含まれる成分に化合して電極溶食防止層3を形成する成分とが化合して、電極2の表面に形成された層である。こうした電極溶食防止層3は、金属間化合物からなり、特に、ニッケル含有金属間化合物からなる層であることが好ましい。ニッケル含有金属間化合物としては、例えば、CuNiSn合金、AgNiSn合金、AuNiSn合金、PdNiSn合金、RhNiSn合金、ZnNiSn合金、SnNiSn合金、NiNiSn合金、CoNiSn合金、BiNiSn合金等からなる金属間化合物層を挙げることができる。こうしたニッケル含有金属間化合物からなる電極溶食防止層3は、はんだ層4を形成するための溶融はんだや、その後に用いるはんだ材料5に含まれる錫が電極2の構成成分(例えばCu)に化合して電極を欠損させたり消失させたりすることを防ぐように作用する。その結果、ニッケル含有金属間化合物からなる電極溶食防止層3を有するはんだ層4は、その後において、そのはんだ層4を有する基板を高温で熱処理しても、電極2がそのはんだ層4中の成分に溶食されるのを抑制することができる。 The electrode corrosion prevention layer 3 is a layer that the solder layer 4 described later has, and a component included in the electrode 2 and a component that combines with the component included in the electrode 2 to form the electrode corrosion prevention layer 3. It is a layer formed on the surface of the electrode 2 by combining. Such an electrode corrosion preventing layer 3 is made of an intermetallic compound, and is particularly preferably a layer made of a nickel-containing intermetallic compound. Examples of the nickel-containing intermetallic compound include an intermetallic compound layer made of CuNiSn alloy, AgNiSn alloy, AuNiSn alloy, PdNiSn alloy, RhNiSn alloy, ZnNiSn alloy, SnNiSn alloy, NiNiSn alloy, CoNiSn alloy, BiNiSn alloy, and the like. it can. The electrode corrosion prevention layer 3 made of such a nickel-containing intermetallic compound is composed of molten solder for forming the solder layer 4 and tin contained in the solder material 5 used thereafter compounded with the constituent components (for example, Cu) of the electrode 2. In this way, the electrode is prevented from being lost or lost. As a result, the solder layer 4 having the electrode corrosion prevention layer 3 made of a nickel-containing intermetallic compound can be used to cause the electrode 2 to remain in the solder layer 4 even if the substrate having the solder layer 4 is heat-treated at a high temperature. It can suppress being eroded by a component.
電極溶食防止層3の厚さは、0.5μm以上、3μm以下であることが好ましい。電極溶食防止層3の電極溶食防止能を安定化させるためには、電極溶食防止層3が欠陥等を抑えた均一な厚さで形成されていることが好ましい。電極溶食層3の厚さを上記範囲にすることにより、電極2上に設けられたはんだ層4に含まれる成分(例えばSn等)が、電極成分(例えばCu等)に化合して溶食してしまうのを抑制することができる。電極溶食防止層3の厚さが厚すぎると、電極溶食防止層3自体に割れや亀裂が生じるおそれがあるので、最も厚い部分の厚さは、3μm以下であることが好ましい。電極溶食防止層3の最も薄い部分が0.5μm以上で最も厚い部分が3μm以下であり、かつ、電極溶食防止層3の全体の平均厚さが1μm以上、2μm以下であることが特に好ましい。なお、厚さは、断面を走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡で観察した結果から、測定箇所100ポイントの結果から算出した。 The thickness of the electrode corrosion preventing layer 3 is preferably 0.5 μm or more and 3 μm or less. In order to stabilize the electrode corrosion preventing ability of the electrode corrosion preventing layer 3, it is preferable that the electrode corrosion preventing layer 3 is formed with a uniform thickness while suppressing defects and the like. By setting the thickness of the electrode erosion layer 3 within the above range, the component (for example, Sn) included in the solder layer 4 provided on the electrode 2 is combined with the electrode component (for example, Cu) and eroded. Can be suppressed. If the electrode corrosion preventing layer 3 is too thick, the electrode corrosion preventing layer 3 itself may be cracked or cracked. Therefore, the thickness of the thickest part is preferably 3 μm or less. In particular, the thinnest part of the electrode corrosion preventing layer 3 is 0.5 μm or more and the thickest part is 3 μm or less, and the total average thickness of the electrode corrosion preventing layer 3 is particularly 1 μm or more and 2 μm or less. preferable. Note that the thickness was calculated from the result of 100 points measured from the result of observing the cross section with a scanning electron microscope or a transmission electron microscope.
はんだ層4(第1のはんだ層)は、電極2上に形成されている層であり、はんだ材料5を用いてはんだ付けする際に予備はんだとして作用する。こうしたはんだ層4が形成されているので、はんだ材料5が電極2上に濡れ広がり、接続信頼性が優れたはんだ付けが可能なはんだ材料5にすることができる。 The solder layer 4 (first solder layer) is a layer formed on the electrode 2 and acts as a preliminary solder when soldering using the solder material 5. Since such a solder layer 4 is formed, the solder material 5 wets and spreads on the electrode 2, and the solder material 5 that can be soldered with excellent connection reliability can be obtained.
はんだ層4は、基板10又は電子部品20の電極2に、その電極2に含まれる成分に化合して金属間化合物からなる電極溶食防止層を形成する成分(例えばニッケル)を含む溶融はんだを接触させ、電極2上にその溶融はんだを付着させ、その後に余剰の溶融はんだを除去することで形成されている。 The solder layer 4 is a molten solder containing a component (for example, nickel) that forms an electrode corrosion prevention layer made of an intermetallic compound by combining with the component contained in the electrode 2 on the electrode 2 of the substrate 10 or the electronic component 20. It is formed by bringing the molten solder into contact with the electrode 2 and then removing excess molten solder.
具体的には、例えば、銅電極2を、錫及びニッケルを含む溶融はんだに接触させて銅電極2上にその溶融はんだを付着させる。付着させる方法は、後述の実施例のように、溶融はんだ中に基板10又は電子部品20を浸漬して付着させてもよいし、電極2のはんだ層4上に印刷し、その後に加熱溶融して溶融はんだを電極2上に付着させてもよい。付着させた溶融はんだに含まれるニッケルは、銅電極2の銅と化合し、さらに溶融はんだに含まれる錫とも化合してCuNiSn金属間化合物層が電極2の表面に容易に形成される。その後、付着した溶融はんだに向けて気流又は液流を噴射して、余剰の溶融はんだが除去される。その結果、電極2上に電極溶食防止層3が設けられ、その電極溶食防止層3上に薄いはんだ層4が設けられる。 Specifically, for example, the copper electrode 2 is brought into contact with a molten solder containing tin and nickel, and the molten solder is attached on the copper electrode 2. As for the method of attaching, the substrate 10 or the electronic component 20 may be immersed in the molten solder as in the examples described later, or printed on the solder layer 4 of the electrode 2 and then heated and melted. Then, molten solder may be deposited on the electrode 2. Nickel contained in the adhered molten solder is combined with copper of the copper electrode 2 and further combined with tin contained in the molten solder, so that a CuNiSn intermetallic compound layer is easily formed on the surface of the electrode 2. Thereafter, an excess of molten solder is removed by jetting an air flow or a liquid flow toward the adhered molten solder. As a result, the electrode corrosion preventing layer 3 is provided on the electrode 2, and the thin solder layer 4 is provided on the electrode corrosion preventing layer 3.
溶融はんだは、電極2が銅電極又は銅合金電極である場合には、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含む溶融鉛フリーはんだが好ましく用いられる。また、錫ビスマス系はんだに少なくともニッケルを副成分として含む低融点溶融はんだも好ましく用いられる。こうした溶融鉛フリーはんだには、さらに、銅、ゲルマニウム及びリンから選ばれる1種又は2種以上が副成分として任意に含まれていてもよい。また、さらに濡れ性を高めるといわれている銀が含まれていてもよい。なお、溶融はんだを接触させる前に、電極2に有機脂肪酸含有溶液を接触させて電極2の表面を清浄化してもよい。事前に電極2の表面を清浄化することで、電極2のはんだ濡れ性が高められるので、その場合は、溶融はんだは高価な銀を含む必要はない。 As the molten solder, when the electrode 2 is a copper electrode or a copper alloy electrode, a molten lead-free solder containing tin as a main component and at least nickel as a subcomponent is preferably used. A low melting point molten solder containing at least nickel as an auxiliary component in a tin bismuth solder is also preferably used. Such molten lead-free solder may further optionally contain one or more selected from copper, germanium and phosphorus as subcomponents. Moreover, the silver said to improve wettability further may be contained. Note that the surface of the electrode 2 may be cleaned by bringing the organic fatty acid-containing solution into contact with the electrode 2 before contacting the molten solder. Since the wettability of the electrode 2 is improved by cleaning the surface of the electrode 2 in advance, in that case, the molten solder does not need to contain expensive silver.
[はんだ付け方法]
本発明に係るはんだ付け方法は、上記したはんだ材料5を用いたはんだ付け方法であって、図3に示すように、基板10又は電子部品20が有した電極2上に、その電極2に含まれる成分とその成分に化合して電極溶食防止層3を形成する成分とが化合して形成された電極溶食防止層3を有したはんだ層4が形成された基板10又は電子部品20を準備する工程(図3A)と、基板10又は電子部品20に、電極2のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まないはんだ材料5を付着させる工程(図3B、C)と、その後、基板10又は電子部品20を加熱処理して前記はんだ材料5をはんだ付けして第2のはんだ層6を形成する工程(図3D)と、を有する。本発明では、はんだ材料が、電極2のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まないことを特徴とする。
[Soldering method]
The soldering method according to the present invention is a soldering method using the solder material 5 described above, and is included in the electrode 2 on the electrode 2 of the substrate 10 or the electronic component 20 as shown in FIG. The substrate 10 or the electronic component 20 on which the solder layer 4 having the electrode corrosion preventing layer 3 formed by combining the component to be combined with the component forming the electrode corrosion preventing layer 3 is combined. A step of preparing (FIG. 3A), a step of attaching a solder material 5 not containing a component that improves the solder wettability of the electrode 2 to the substrate 10 or the electronic component 20 (FIGS. 3B and C), and then the substrate 10 or The electronic component 20 is heated to solder the solder material 5 to form the second solder layer 6 (FIG. 3D). The present invention is characterized in that the solder material does not contain a component that improves the solder wettability of the electrode 2.
はんだ材料5、基板10、電子部品20、電極溶食防止層3及びはんだ層4については、上述のとおりであるので、ここではその記載を省略する。はんだ材料5をはんだ層4に付着させる方法は、特に限定されず、例えば、ペースト状のはんだ材料5を、所定のパターンが形成されたメッシュ等を用いてはんだ層4の上に任意の方法で印刷して付着させる方法、又は、金属状のはんだ材料5の溶融はんだをはんだ層4の上に設けて付着させる方法を挙げることができる。 Since the solder material 5, the substrate 10, the electronic component 20, the electrode corrosion prevention layer 3 and the solder layer 4 are as described above, description thereof is omitted here. The method for attaching the solder material 5 to the solder layer 4 is not particularly limited. For example, the paste-like solder material 5 can be applied to the solder layer 4 by any method using a mesh or the like on which a predetermined pattern is formed. A method of attaching by printing or a method of attaching a molten solder of the metallic solder material 5 on the solder layer 4 can be exemplified.
加熱処理する方法は、特に限定されず、例えば、リフロー炉等ではんだ材料の融点以上まで加熱して処理することができる。このはんだ付け方法は、基板10及び電子部品20が有する電極2上に電極溶食防止層3を有するはんだ層4が予め形成されているので、こうした熱処理によっても、電極2各部での電極溶食を抑えることができ、電極2の信頼性を保つことができる。 The method for the heat treatment is not particularly limited, and for example, the heat treatment can be performed by heating to a melting point or higher of the solder material in a reflow furnace or the like. In this soldering method, since the solder layer 4 having the electrode corrosion preventing layer 3 is formed in advance on the electrode 2 of the substrate 10 and the electronic component 20, the electrode corrosion in each part of the electrode 2 is also performed by such heat treatment. The reliability of the electrode 2 can be maintained.
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Note that the present invention is not limited thereby.
[実施例1]
実施例1は、第1のはんだ層をSnNiCuGe4元系はんだ材料で形成し、第2のはんだ層をSnCu2元系はんだ材料で形成した。
[Example 1]
In Example 1, the first solder layer was formed of a SnNiCuGe quaternary solder material, and the second solder layer was formed of a SnCu binary solder material.
(基板又は電子部品)
一例として、縦100mm×横100mmのプリント基板1に幅Wが50μmで厚さが20μmの銅配線パターンが形成された基板10を準備した(例えば図1参照)。その銅電極2に以下の組成を有する第1の有機脂肪酸含有溶液を噴射し、コーティング処理して銅電極2上に図示しない有機脂肪酸コーティング膜を設けた。この有機脂肪酸コーティング膜は、第1の有機脂肪酸含有溶液で銅表面を清浄化した結果として付着されるものである。第1の有機脂肪酸含有溶液として、ニッケル塩やコバルト塩等の金属塩や酸化防止剤等が含まれていないエステル合成油にパルミチン酸を10質量%になるように含有させた有機脂肪酸含有溶液を用いた。その第1の有機脂肪酸含有溶液の温度は150℃に制御した。
(Board or electronic component)
As an example, a substrate 10 was prepared in which a copper wiring pattern having a width W of 50 μm and a thickness of 20 μm was formed on a printed board 1 having a length of 100 mm × width of 100 mm (see, for example, FIG. 1). A first organic fatty acid-containing solution having the following composition was sprayed onto the copper electrode 2 and coated to provide an organic fatty acid coating film (not shown) on the copper electrode 2. This organic fatty acid coating film is deposited as a result of cleaning the copper surface with the first organic fatty acid-containing solution. As the first organic fatty acid-containing solution, an organic fatty acid-containing solution containing palmitic acid in an ester synthetic oil not containing a metal salt such as a nickel salt or a cobalt salt or an antioxidant so as to be 10% by mass. Using. The temperature of the first organic fatty acid-containing solution was controlled at 150 ° C.
引き続いて、以下の組成を有する溶融はんだAの液流(250℃)をコーティング処理した基板10に向けて噴射した。溶融はんだが吹き付けられた銅電極2上は、溶融はんだが付着して盛られた状態になった。用いた溶融はんだは、Ni:0.05質量%、Ge:0.005質量%、Cu:0.7質量%、残部がSnからなる4元系鉛フリーはんだ(融点:約227℃)を用い、そのはんだを上記第1の有機脂肪酸含有溶液と同じ有機脂肪酸含有溶液で250℃の条件下で強撹拌しで精製したものを用いた。この溶融はんだ5aの粘度は、250℃で0.0035Pa・sであった。 Subsequently, a liquid flow (250 ° C.) of molten solder A having the following composition was sprayed toward the coated substrate 10. On the copper electrode 2 to which the molten solder was sprayed, the molten solder adhered and was piled up. The molten solder used was a quaternary lead-free solder (melting point: about 227 ° C.) consisting of Ni: 0.05 mass%, Ge: 0.005 mass%, Cu: 0.7 mass%, and the balance being Sn. The solder was purified by vigorous stirring under the condition of 250 ° C. with the same organic fatty acid-containing solution as the first organic fatty acid-containing solution. The viscosity of the molten solder 5a was 0.0035 Pa · s at 250 ° C.
引き続いて、銅電極2上に盛られた余剰の溶融はんだを除去した。その除去手段は、噴射ノズルを用い、噴射ノズルからは、上記した第1の有機脂肪酸含有溶液と同じ組成の第2の有機脂肪酸含有溶液を250℃に加温して噴射させた。溶融はんだを銅電極2に噴射してから、第2の有機脂肪酸含有溶液で余剰はんだを除去し、その後、部品にエアー流を吹き付けて第1の溶融はんだをその融点未満である200℃に急冷するまでの時間は、合計10秒であった。その結果、図1に示す形態の基板10を得た。この基板10は、銅電極2上に、電極溶食防止層3、はんだ層4(除去後に残っているはんだ層。)、図示しないコーティング膜の順で設けられている。 Subsequently, excess molten solder accumulated on the copper electrode 2 was removed. The removing means used was an injection nozzle, from which the second organic fatty acid-containing solution having the same composition as the first organic fatty acid-containing solution was heated to 250 ° C. and injected. After the molten solder is sprayed onto the copper electrode 2, the excess solder is removed with the second organic fatty acid-containing solution, and then an air stream is sprayed onto the component to rapidly cool the first molten solder to 200 ° C., which is below its melting point. The total time to complete was 10 seconds. As a result, a substrate 10 having the form shown in FIG. 1 was obtained. The substrate 10 is provided on the copper electrode 2 in the order of an electrode corrosion prevention layer 3, a solder layer 4 (solder layer remaining after removal), and a coating film (not shown).
こうして、電極溶食防止層3を有するはんだ層4が形成された基板10を準備した。その断面を電子顕微鏡で観察したところ、基板10が有する銅電極2上には、厚さ1.5μm程度で亀裂のない電極溶食防止層3が設けられている厚さTが2.5μm程度のはんだ層4が付着しており、そのはんだ層4上にコーティング膜が薄く付着していることを確認した。このように、有機脂肪酸含有溶液で銅表面を清浄化し、かつ有機脂肪酸含有溶液で精製した溶融はんだを用いることで、銀を含まなくても濡れ性よくはんだ層4が形成された基板10を準備することができる。こうした基板10を準備することで、基板10の準備段階から銀を用いることが不要となる。その結果、こうして準備した基板10に対しては、より低コストではんだ付けが可能なはんだ材料5を適用できる。 Thus, the substrate 10 on which the solder layer 4 having the electrode corrosion preventing layer 3 was formed was prepared. When the cross section was observed with an electron microscope, an electrode corrosion prevention layer 3 having a thickness of about 1.5 μm and no cracks was provided on the copper electrode 2 of the substrate 10. The thickness T was about 2.5 μm. The solder layer 4 was attached, and it was confirmed that the coating film was thinly attached on the solder layer 4. Thus, the board | substrate 10 with which the solder layer 4 was formed with good wettability is prepared even if it does not contain silver by using the molten solder which cleaned the copper surface with the organic fatty acid containing solution, and refine | purified with the organic fatty acid containing solution. can do. By preparing such a substrate 10, it becomes unnecessary to use silver from the preparation stage of the substrate 10. As a result, the solder material 5 that can be soldered at a lower cost can be applied to the substrate 10 thus prepared.
(はんだ付け)
こうして得られた基板10の銅電極2上に、はんだ材料5をスクリーン印刷して付着させた(図3B)。実施例1に係るはんだ材料5として、Cu:3.0質量%、残部がSnからなる2元系鉛フリーはんだ(融点:約227℃)を用いた。
(Soldering)
On the copper electrode 2 of the substrate 10 thus obtained, the solder material 5 was attached by screen printing (FIG. 3B). As the solder material 5 according to Example 1, binary lead-free solder (melting point: about 227 ° C.) composed of Cu: 3.0% by mass and the balance being Sn was used.
引き続き、はんだ材料5上に電子部品20の銅電極2が接するように電子部品20を載せ(図3C)、引き続き、250℃に設定したリフロー炉で10分間加熱した。こうして、実施例1に係るはんだ材料5を用いて基板10と電子部品20とをはんだ付けした(図3D)。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、図4(B)に示すように、電極2の溶食が極力抑えられており、図4(A)に示す当初のものとあまり変化していなかった。また、電極溶食防止層3の厚さははんだ付け前の基板10とほぼ同じ厚さであった。これらの製造条件を表1に示し、評価結果を表2に示した。 Subsequently, the electronic component 20 was placed on the solder material 5 so that the copper electrode 2 of the electronic component 20 was in contact (FIG. 3C), and then heated for 10 minutes in a reflow furnace set at 250 ° C. Thus, the board | substrate 10 and the electronic component 20 were soldered using the solder material 5 which concerns on Example 1 (FIG. 3D). There were no defects or voids in the soldered part. Moreover, when the cross section was observed with the electron microscope, as shown in FIG.4 (B), the corrosion of the electrode 2 was suppressed as much as possible, and it did not change so much with the original thing shown in FIG.4 (A). . The thickness of the electrode corrosion preventing layer 3 was almost the same as that of the substrate 10 before soldering. These production conditions are shown in Table 1, and the evaluation results are shown in Table 2.
[実施例2]
実施例2は、第1のはんだ層をSnNiCuGe4元系はんだ材料で形成し、第2のはんだ層をSnNiCu3元系はんだ材料で形成した。
[Example 2]
In Example 2, the first solder layer was formed of a SnNiCuGe quaternary solder material, and the second solder layer was formed of a SnNiCu ternary solder material.
実施例1のはんだ材料5に替えて、実施例2に係るはんだ材料5として、Ni:0.5質量%、Cu:3.0質量%、残部がSnからなる3元系鉛フリーはんだ(融点:約228℃)を用いた以外は、実施例1と同様にして、基板10と電子部品20とをはんだ付けした。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、電極溶食防止層3がはんだ付け前の基板10よりもやや厚くなっていたものの、実施例1と同様に、電極2の溶食が極力抑えられており、当初のものとあまり変化していなかった。 Instead of the solder material 5 of Example 1, the solder material 5 according to Example 2 is a ternary lead-free solder (melting point: Ni: 0.5% by mass, Cu: 3.0% by mass, the balance being Sn) : About 228 ° C.), the substrate 10 and the electronic component 20 were soldered in the same manner as in Example 1. There were no defects or voids in the soldered part. Moreover, when the cross section was observed with an electron microscope, the electrode corrosion preventing layer 3 was slightly thicker than the substrate 10 before soldering, but the electrode 2 corrosion was suppressed as much as in Example 1. It was not much different from the original one.
[実施例3]
実施例3は、第1のはんだ層をSnAgNiCuGe5元系はんだ材料で形成し、第2のはんだ層をSnCu2元系はんだ材料で形成した。
[Example 3]
In Example 3, the first solder layer was formed of a SnAgNiCuGe ternary solder material, and the second solder layer was formed of a SnCu binary solder material.
実施例1の基板10に替えて、以下の基板10を用いた以外は、実施例1と同様に、基板10を準備した。すなわち、実施例1において、基板10について第1の有機脂肪酸によるコーティング処理及び溶融はんだの精製化処理は行わず、さらに、溶融はんだ5に替えて、以下の組成の溶融はんだを用いた以外は、実施例1で用いた基板10と同様にして、基板10を準備した。ここで用いた溶融はんだは、Ni:0.05質量%、Ge:0.005質量%、Ag:3質量%、Cu:0.5質量%、残部がSnからなる5元系鉛フリーはんだ(融点:約217℃)である。この基板10の断面を電子顕微鏡で観察したところ、基板10が有する銅電極2上には、厚さ1.5μm程度で亀裂のない電極溶食防止層3を有する厚さTが2.5μm程度のはんだ層4が付着しており、そのはんだ層4上にコーティング膜が薄く付着していることを確認した。 A substrate 10 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the following substrate 10 was used in place of the substrate 10 in Example 1. That is, in Example 1, the substrate 10 is not subjected to the coating treatment with the first organic fatty acid and the purification treatment of the molten solder, and in addition to using the molten solder having the following composition instead of the molten solder 5, A substrate 10 was prepared in the same manner as the substrate 10 used in Example 1. The molten solder used here is Ni: 0.05% by mass, Ge: 0.005% by mass, Ag: 3% by mass, Cu: 0.5% by mass, and the remainder being Sn-based pent system lead-free solder ( Melting point: about 217 ° C.). When the cross section of the substrate 10 was observed with an electron microscope, the thickness T of the electrode corrosion preventing layer 3 having a thickness of about 1.5 μm and no cracks was formed on the copper electrode 2 of the substrate 10 of about 2.5 μm. The solder layer 4 was attached, and it was confirmed that the coating film was thinly attached on the solder layer 4.
引き続き、実施例1と同様に、基板10と電子部品20とをはんだ付けした。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、実施例1と同様に、電極2の溶食が極力抑えられており、当初のものとあまり変化していなかった。 Subsequently, similarly to Example 1, the substrate 10 and the electronic component 20 were soldered. There were no defects or voids in the soldered part. Moreover, when the cross section was observed with the electron microscope, the corrosion of the electrode 2 was suppressed as much as possible like Example 1, and it did not change so much from the initial one.
[実施例4]
実施例4は、第1のはんだ層をSnAgNiCuGe5元系はんだ材料で形成し、第2のはんだ層をSnNiCu3元系はんだ材料で形成した。
[Example 4]
In Example 4, the first solder layer was formed of a SnAgNiCuGe ternary solder material, and the second solder layer was formed of a SnNiCu ternary solder material.
実施例1において、上記した実施例3で準備した基板10を用い、実施例2に係るはんだ材料5を用いた以外は、実施例1と同様に、基板10と電子部品20とをはんだ付けした。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、電極溶食防止層3が実施例1よりもやや厚くなっていたものの、実施例1と同様に、電極2の溶食が極力抑えられており、当初のものとあまり変化していなかった。 In Example 1, the substrate 10 prepared in Example 3 was used, and the substrate 10 and the electronic component 20 were soldered in the same manner as in Example 1 except that the solder material 5 according to Example 2 was used. . There were no defects or voids in the soldered part. Moreover, when the cross section was observed with the electron microscope, although the electrode corrosion prevention layer 3 was a little thicker than Example 1, as with Example 1, the corrosion of the electrode 2 was suppressed as much as possible. It wasn't much different from the ones.
[比較例1]
比較例1は、第1のはんだ層をSnNiCuGe4元系はんだ材料で形成し、第2のはんだ層をSnAgNiCuGe5元系はんだ材料で形成した。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, the first solder layer was formed of a SnNiCuGe quaternary solder material, and the second solder layer was formed of a SnAgNiCuGe quaternary solder material.
実施例1において、はんだ材料5に替えて、比較例1に係るはんだ材料として、Ni:0.05質量%、Ge:0.005質量%、Ag:3質量%、Cu:0.5質量%、残部がSnからなる5元系鉛フリーはんだ(融点:約217℃)を用いた以外は、実施例1と同様にして、基板10と電子部品20とをはんだ付けした。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、実施例1と同様に、電極2の溶食が極力抑えられているものの、はんだ材料が銀を含んでいることから、材料コストが高い。 In Example 1, instead of the solder material 5, the solder material according to Comparative Example 1 is Ni: 0.05 mass%, Ge: 0.005 mass%, Ag: 3 mass%, Cu: 0.5 mass%. The substrate 10 and the electronic component 20 were soldered in the same manner as in Example 1 except that a ternary lead-free solder (melting point: about 217 ° C.) consisting of Sn was used as the balance. There were no defects or voids in the soldered part. Moreover, when the cross section is observed with an electron microscope, as in Example 1, although the corrosion of the electrode 2 is suppressed as much as possible, the material cost is high because the solder material contains silver.
[比較例2]
比較例2は、第1のはんだ層をSnAgCu3元系はんだ材料で形成し、第2のはんだ層をSnCu2元系はんだ材料で形成した。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, the first solder layer was formed of a SnAgCu ternary solder material, and the second solder layer was formed of a SnCu binary solder material.
実施例1において、基板10に替えて、以下の基板10を用いた以外は、実施例1と同様に、基板10を準備した。すなわち、実施例1において、基板10について第1の有機脂肪酸によるコーティング処理及び溶融はんだの精製化処理は行わず、さらに、溶融はんだ5に替えて、以下の組成の溶融はんだを用いた以外は、実施例1で用いた基板10と同様にして、基板10を準備した。溶融はんだは、Cu:6質量%、Ag:2質量%、残部がSnからなる3元系鉛フリーはんだ(融点:約216℃)を用いた。この基板10の断面を電子顕微鏡で観察したところ、基板10が有する銅電極2上には、電極溶食防止層3は形成されておらず、厚さ1μm程度のはんだ層のみが付着していることが確認された。 In Example 1, the substrate 10 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the following substrate 10 was used instead of the substrate 10. That is, in Example 1, the substrate 10 is not subjected to the coating treatment with the first organic fatty acid and the purification treatment of the molten solder, and in addition to using the molten solder having the following composition instead of the molten solder 5, A substrate 10 was prepared in the same manner as the substrate 10 used in Example 1. As the molten solder, ternary lead-free solder (melting point: about 216 ° C.) composed of Cu: 6% by mass, Ag: 2% by mass, and the balance being Sn was used. When the cross section of the substrate 10 was observed with an electron microscope, the electrode corrosion preventing layer 3 was not formed on the copper electrode 2 of the substrate 10, and only a solder layer having a thickness of about 1 μm was adhered. It was confirmed.
引き続き、実施例1と同様にして、はんだ材料5を用いて基板10と電子部品20とをはんだ付けした。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、電極が溶食されて当初のものより痩せている様子が確認された。したがって、準備した基板が有する電極上に形成されたはんだ層が電極溶食防止層を有していない場合は、はんだ付け後の電極の信頼性を確保することが難しい。 Subsequently, in the same manner as in Example 1, the substrate 10 and the electronic component 20 were soldered using the solder material 5. There were no defects or voids in the soldered part. Moreover, when the cross section was observed with the electron microscope, it was confirmed that the electrode was eroded and thinner than the original one. Therefore, when the solder layer formed on the electrode of the prepared substrate does not have the electrode corrosion prevention layer, it is difficult to ensure the reliability of the electrode after soldering.
[比較例3]
比較例3は、第1のはんだ層は設けず、第2のはんだ層をSnAgNiCuGe5元系はんだ材料で形成した。
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, the first solder layer was not provided, and the second solder layer was formed of a SnAgNiCuGe ternary solder material.
実施例1において、基板10に替えて、基板10をそのまま(すなわち、有機脂肪酸を用いたコーティング処理をせず、かつはんだ層4を形成しない状態で)用い、かつ、はんだ材料5に替えて、上述の比較例1に係るはんだ材料を用いた以外は、実施例1と同様に、基板10と電子部品20とをはんだ付けした。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、実施例1と同様に、電極2の溶食が極力抑えられているものの、はんだ材料が銀を含んでいることから、材料コストが高い。 In Example 1, instead of the substrate 10, the substrate 10 is used as it is (that is, in a state where the coating process using the organic fatty acid is not performed and the solder layer 4 is not formed), and the solder material 5 is used. The board | substrate 10 and the electronic component 20 were soldered similarly to Example 1 except having used the solder material which concerns on the above-mentioned comparative example 1. FIG. There were no defects or voids in the soldered part. Moreover, when the cross section is observed with an electron microscope, as in Example 1, although the corrosion of the electrode 2 is suppressed as much as possible, the material cost is high because the solder material contains silver.
[比較例4]
比較例4は、第1のはんだ層は設けず、第2のはんだ層をSnAgCu3元系はんだ材料で形成した。
[Comparative Example 4]
In Comparative Example 4, the first solder layer was not provided, and the second solder layer was formed of a SnAgCu ternary solder material.
実施例1において、基板10に替えて、基板10をそのまま(すなわち、有機脂肪酸でを用いたコーティング処理をせず、かつはんだ層を形成しない状態で)用い、かつはんだ材料5に替えて、以下の組成を有するはんだ材料を用いた以外は、実施例1と同様に、基板10と電子部品20とをはんだ付けした。はんだ材料は、Cu:6質量%、Ag:2質量%、残部がSnからなる3元系鉛フリーはんだ(融点:約216℃)を用いた。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、電極が溶食されて当初のものより痩せている様子が確認された。したがって、比較例4に係るはんだ材料は、はんだ付け後の電極の信頼性を確保することが難しい。また、銀を含んでいることから、材料コストが高い。 In Example 1, in place of the substrate 10, the substrate 10 is used as it is (that is, in a state where a coating process using an organic fatty acid is not performed and a solder layer is not formed), and the solder material 5 is used. The board | substrate 10 and the electronic component 20 were soldered similarly to Example 1 except having used the solder material which has the composition of these. As the solder material, ternary lead-free solder (melting point: about 216 ° C.) composed of Cu: 6% by mass, Ag: 2% by mass, and the balance being Sn was used. There were no defects or voids in the soldered part. Moreover, when the cross section was observed with the electron microscope, it was confirmed that the electrode was eroded and thinner than the original one. Therefore, it is difficult for the solder material according to Comparative Example 4 to ensure the reliability of the electrode after soldering. Moreover, since silver is included, material cost is high.
以上、本発明に係るはんだ材料及びはんだ付け方法によれば、電極上にはんだ層を有する基板又は電子部品を低コストで信頼性高くはんだ付けできるはんだ材料及びそのはんだ材料を用いたはんだ付け方法を提供することができる。 As described above, according to the solder material and the soldering method according to the present invention, the solder material and the soldering method using the solder material that can solder the substrate or the electronic component having the solder layer on the electrode with low cost and high reliability are provided. Can be provided.
1 基材
2 電極
3 電極溶食防止層
4 はんだ層(第1のはんだ層)
5 はんだ材料
6 第2のはんだ層
10 基板
20 電子部品
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 2 Electrode 3 Electrode corrosion prevention layer 4 Solder layer (1st solder layer)
5 Solder material 6 Second solder layer 10 Substrate 20 Electronic component
Claims (6)
前記基板及び前記電子部品が有する電極表面を有機脂肪酸含有溶液により清浄化し、該電極上に該有機脂肪酸コーティング膜を設ける工程と、
該コーティング膜を設けた電極を、錫を主成分、ニッケルを副成分とし、銀を含まない溶融鉛フリーはんだであって前記と同じ有機脂肪酸含有溶液に溶融状態で撹拌して精製されたはんだに接触させることにより、該電極に含まれる成分と該成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分とが化合して形成される前記電極溶食防止層を有するはんだ層が形成された基板及び電子部品を準備する工程と、
前記はんだ層が形成された基板に、前記電極のはんだ濡れ性を向上させる成分である銀を含まないはんだ材料を付着させる工程と、
その後、前記はんだ材料を付着させた基板及び前記はんだ層が形成された電子部品を加熱処理して前記基板に前記電子部品をはんだ付けする工程と、を有する、ことを特徴とするはんだ付け方法。 A method of soldering electronic components to a board,
Cleaning the electrode surface of the substrate and the electronic component with an organic fatty acid-containing solution, and providing the organic fatty acid coating film on the electrode;
The electrode provided with the coating film is a molten lead-free solder containing tin as a main component, nickel as a subcomponent, and not containing silver, and purified by stirring in a molten state in the same organic fatty acid-containing solution as described above. A substrate on which a solder layer having the electrode corrosion prevention layer is formed by combining the component contained in the electrode and the component that combines with the component to form an electrode corrosion prevention layer by bringing them into contact with each other And a step of preparing an electronic component;
Attaching a solder material not containing silver, which is a component that improves solder wettability of the electrode, to the substrate on which the solder layer is formed;
And a step of heat-treating the electronic component on which the solder material is adhered and the electronic component on which the solder layer is formed to solder the electronic component to the substrate.
前記基板及び前記電子部品が有する電極表面は、有機脂肪酸含有溶液により清浄化され、該電極上に該有機脂肪酸コーティング膜が形成され、
該コーティング膜が設けられた電極は、錫を主成分、ニッケルを副成分とし、銀を含まない溶融鉛フリーはんだであって前記と同じ有機脂肪酸含有溶液に溶融状態で撹拌して精製されたはんだに接触させることにより、該電極に含まれる成分と該成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分とが化合して前記電極溶食防止層を有するはんだ層が形成されており、
前記はんだ層が形成された基板と前記はんだ層が形成された電子部品とが、該電極のはんだ濡れ性を向上させる成分である銀を含まないはんだ材料によりはんだ付けされていることを特徴とする実装基板。 A mounting board in which electronic components are soldered to a board,
The electrode surface of the substrate and the electronic component is cleaned with an organic fatty acid-containing solution, and the organic fatty acid coating film is formed on the electrode.
The electrode provided with the coating film is a molten lead-free solder containing tin as a main component, nickel as a subcomponent, and not containing silver, and purified by stirring in a molten state in the same organic fatty acid-containing solution as described above. The component contained in the electrode and the component that combines with the component to form the electrode corrosion prevention layer are combined to form a solder layer having the electrode corrosion prevention layer,
The substrate on which the solder layer is formed and the electronic component on which the solder layer is formed are soldered with a solder material that does not contain silver, which is a component that improves the solder wettability of the electrode. Mounting board.
The mounting substrate according to claim 4 or 5, wherein the substrate is any one selected from a printed circuit board, a wafer, and a flexible substrate, and the electronic component is any one selected from a chip, a resistor, a capacitor, and a filter.
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