TW200819012A - Mounting structure - Google Patents

Description

200819012 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使用毒性少之無鉛銲錫合金之混載安裝 _ 方法及其銲接裝置，以及使用其之安裝構造體。此無鉛銲 錫合金，係可以適用於電子零件對有機基板等之電路基板 的連接’且係220 °C附近之銲接所使用的Sn-3 7Pb (單位 :質量％)銲錫的代替品。 【先前技術】 作爲對以往之電化製品的有機基板等之電路基板的銲 接方法，係藉由：對電路基板吹以熱風，使印刷於電極之 銲錫漿料熔融，來進行表面安裝零件的銲接之迴焊銲接工 程；及使熔融之銲錫的噴流接觸電路基板，來進行插入安 裝零件或晶片零件等之一部份的表面安裝零件的銲接之流 動銲接工程所構成。 • 而且，將此銲接方法稱爲混載安裝方法。且說此混載 安裝方法中之迴焊銲接工程所使用的銲錫漿料及流動銲接 ^ 工程中所使用的熔融銲錫之噴流，都是要求使用毒性少之 ^ 無鉛銲錫合金。 作爲關於使用此無鉛銲錫的安裝方法之以往技術，以 專利文獻1至6等爲所眾知。 於專利文獻1 (日本專利特開平1 〇 - 1 6 6 1 7 8號公報） 中，作爲無鉛銲錫，係記載·· S η - A g - B i系銲錫，或S η-Ag-Bi-Cu系銲錫合金。於專利文獻2 (日本專利特開平 -4- 200819012 1 1 - 1 795 86號公報）中，記載：將作爲無鉛銲錫有力之 Sn-Ag-Bi系銲錫與於表厭施以Sn-Bi系層之電極連接。專 利文獻3 (日本專利特開平1 1 -221694號公報）中，記載 :藉由以Sn爲主成分，含有：Bi爲〇〜65質量％、Ag爲 0.5〜4.0質量％、Cu或/及In合計爲0〜3.0質量％之無鉛 銲錫，將電子零件迴焊銲接於由有機基板的第1面及第2 面所形成之兩面之各面。專利文獻4(日本專利特開平 11_3 549 1 9號公報）中，記載：於使用含有Bi之無鉛銲錫 來連接電子零件與電路基板之方法中，以約10〜20 °C /s之 冷卻速度來冷卻銲錫。專利文獻5 (日本專利特開200 1 -1 685 1 9號公報）中，記載：於基板的A面，藉由迴焊銲 接來將電子零件進行表面連接安裝，接著，在基板的B面 藉由流動銲接，將從A面側所插入的電子零件的接腳流動 銲接於電極來進行連接安裝之方法中，以 Sn-( 1.5 〜3.5wt%) Ag- ( 0·2〜0.8wt% ) Cu- ( 0 〜4wt%) In-( 0〜2wt%) Bi的組成來構成在A面側迴焊銲接所使用的銲 錫之無鉛銲錫，以 Sn- ( 0〜3 .5wt% ) Ag- ( 0·2〜0.8wt% ) Cu的組成來構成在B面側流動銲接所使用之銲錫的無鉛 銲錫。於專利文獻6 (日本專利特開2001 _3 6233號公報） 中，記載：在使用融點比以往的Sn-3 7Pb更高的共晶組成 之無鉛銲錫來進行流動銲接時，藉由於零件本體與基板之 間設置熱傳導材料，使得銲接後之基板冷確實，有機基板 與電子零件本體之間的溫度差不會變大。 200819012 【發明內容】 但是，在前述以往技術之任何一種當中，以下之點並 未被考慮進去。 其係在無鉛銲錫中之代表性者之Sn-3Ag-0.5Cu銲錫 ，具有高的連接可靠性（-5 5 °C〜125 °C，1週期/h之條件 的溫度週期試驗中），進行凸塊連接的低耐熱性表面安裝 零件側之銲錫凸塊全部藉由該Sn-3Ag-0.5Cu銲錫形成， 迴焊連接用銲錫漿料藉由融點200°C附近的Sn-9Zn、Sn-8Zn-3Bi來形成之情形的課題。 第一課題：於迴焊連接時，發生外周部的零件翹起， 於外周部中，銲錫漿料即使是完全熔融，基於停留在熔融 的漿料與銲錫凸塊之間的助銲劑，連接有被阻礙之情形。 此被認爲係基於停留的助銲劑的表面張力，零件無法充分 沈入。另外，反之，迴焊後，基板的變形恢復時，銲錫對 凸塊側面過渡潤濕擴散，結果，一部份銲錫不足下被連接 的部分被形成於連接部中，有連接強度降低的情形。 第二課題：使用無鉛銲錫之低溫度下的迴焊銲接時， 雖考慮使用 Sn-Zn系之銲錫，但是，Zn在銲接中，係容 易因大氣中的氧氣而容易氧化的元素，對於被焊接之電極 或銲錫凸塊，潤濕性不好，此銲錫與被連接構件之界面中 的連接強度，比其他的Sn-Ag系等之銲錫的情形比較，會 降低。 本發明係解決前述課題者，爲了解決各課題，提供以 下之方法。 -6- 200819012 首先，爲了解決前述第一課題，本發明提出：基於迴 焊連接時，發生外周部的零件翹起之部分，使外周部附近 之熔融銲錫漿料的上端比中央部附近的熔融銲錫漿料的上 _ 端還高。另外，作爲對凸塊側面之過多的銲錫潤濕擴散的 防止手段，也提出於凸塊上形成潤濕擴散阻礙區域。此具 體手段，可舉以下者。 即是，（1 )在連接有零件的基板中，使外周部附近 φ 的銲域尺寸（或者形成於銲域上之抗銲劑的開口部尺寸） 比中央部附近的銲域尺寸（或者形成於銲域上之抗銲劑的 開口部尺寸）還小之手段，（2 )於低耐熱安裝零件的外 周部附近的銲錫凸塊側面塗佈抗銲劑般之阻礙銲錫潤濕的 材料之手段，（3 )使外周部附近的基板側銲域的外周長 ，成爲銲域尺寸的約3 · 7倍以上之形狀的手段，（4 )使 對與外周部附近的銲錫凸塊連接之基板側的銲錫漿料供給 量多大約1〇〜50%之手段。 # 接著，爲了解決前述第二課題，於需要連接強度之發 生比較高應力處，需要盡可能使用讓Zn含有量變低的銲 -錫。 秦 具體而言，連接前的銲錫凸塊，係以Sn-Zn系爲主體 者，其組成在中央部附近的凸塊中，Zn含有量爲7至9 質量％，剩餘部分設爲811，在外周部附近的凸塊中，211 含有量爲4至7質量％，剩餘部分設爲Sn者。 其理由，係Zn含有量爲7至9質量％之銲錫，在210 〜21 5°C之迴焊銲接爲可能，Zn含有量爲4至7質量％之 200819012 銲錫’在215〜220 °C之迴焊銲接爲可能，如將前者使用於 中央部附近，將後者使用於外周部附近來分開使用，可以 一面保護耐熱溫度爲220°C之表面安裝零件，一面進行迴 焊銲接。 接著，詳細說明解決第一課題之手段。 首先，前述（1 )之手段，係於連接有具有凸塊3之 零件1的基板2中，對於基板2的中央部（第i(a)圖） 的銲域4a的尺寸，使基板2的外周部附近（第i(b)圖 )的銲域4b之尺寸變小者。在此情形時，被供給至外周 部附近的銲域4b上之銲錫漿料，由於銲域尺寸小，熔融 後，銲錫無法停留於基板銲域表面，熔融銲錫漿料流至更 高的位置，對於在外周部附近翹起的零件之銲錫凸塊，也 可以充分地連接。在此情形時，於迴焊後，基板的變形恢 復原樣，針對銲錫漿料的連接後之狀態，係如第1 ( a )圖 所示般，藉由基板的外周部附近中之銲錫漿料所形成的銲 錫連接部5 b之對於基板的高度，比藉由中央部中之銲錫 漿料所形成的銲錫連接部5 a之對於基板的高度更高。 接著，（2 )之手段，係如第2 ( a )圖般，作爲對於 基於零件1之對銲錫凸塊3側面的銲錫之潤濕擴散，銲錫 連接部5c的一部份變細，連接強度降低之課題，係如第2 (b )圖般，於外周部附近的銲錫凸塊3的側面塗佈抗銲 劑6之阻礙銲錫潤濕的材料者。所被供給之銲錫漿料，係 只是潤濕於凸塊下部的銲錫潤濕未被阻礙之處，無法逃至 銲錫側面’可以獲得沒有形成前述課題之細處的銲錫連接 -8 - 200819012 部5d。 另外，於（3 )之外周部附近的基板側銲域的外周長 ，作成超過中央部的銲域尺寸（直徑）的約3.14倍（圓 周率）之形狀的手段之情形時，銲域形狀成爲偏離真圓之 複雜的形狀，——超過約3 · 7倍時，被供應至外周部附近的 銲域上之銲錫漿料，對銲域變成不易潤濕，與前述（1 ) 的方法相同地，熔融後無法充分停留在基板銲域表面，可 使高度比中央部還高。 因此，藉由此方法，於迴銲時，在任何場所的銲錫漿 料，於熔融後都可以接觸外周部附近翹起零件的銲錫凸塊 〇 最後，即使在（4 )之用以與外周部附近的銲錫凸塊 連接，使對基板側之銲錫漿料供給量多大約1 0〜5 0 %之手 段的情形時，也可以獲得與前述（1 )〜（3 )同樣的效果 〇 藉由所附圖面進一步說明下述本發明之合適實施例， 本發明之此等與其他實施例、特徵與優點應可以變得更清 楚。 【實施方式】 詳細說明本發明之實施形態。 [實施例1] 將低耐熱零件之全柵格BGA (耐熱溫度：220°C、零 200819012 件尺寸：23mmx23mm、凸塊間距：1.0mm、凸塊數：484 (22行x22列）、凸塊組成：Sn-9Zn )搭載於印刷有Sn- 9Zn銲錫漿料（供給厚：〇· 1 5mm、供給直徑：〇,5mm )之 電路基板，以零件中央的凸塊之峰値溫度成爲220 °C之方 式來進行迴銲焊接。 另外，連接係設爲以下之2種基板，基板B方面’將 外側5列（3 4 0凸塊）當成外周部，此部分的銲域尺寸係 φ 比中央部的該者小。 因此，將剩餘之1 2行X 1 2列（1 44凸塊）的部分稱爲 中央部。 另外，對個別之基板樣本，每一基板連接1個BGA， 各100片地製作合計200片。 (基板A ) 中央部的銲域尺寸（直徑）：〇.5mm ® 外周部的銲域尺寸（直徑）：0.5mm • (基板B ) . 中央部的銲域尺寸（直徑）：〇.5mm 角落部的銲域尺寸（直徑）：0.4mm 其結果，於基板A，1%的基板發生凸塊與漿料熔融部 之未連接，於基板B，沒有發生未連接。 另外，從各樣本選擇各10片沒有發生未連接的基板 ，合計共20片，實施溫度週期試驗（-55〜125 °C、1週期 -10- 200819012 /h)之結果，確認到基板a之10片中之2片，於約200 週期時，在角落部處，於BGA側之電極與銲錫凸塊界面 發生斷裂。 但是，基板B即使經過5 0 0週期，也沒有見到斷裂。 因此’依據本方法，確認到具有銲錫未連接的防止與連接 可靠性的提升之效果。 • [實施例2] 將低耐熱零件之全柵格BGA (耐熱溫度·· 22(TC、零 件尺寸·· 2 3 m m X 2 3 m m、凸塊間距：1 · 0 m m、凸塊數：4 8 4 (22行X22列）、凸塊組成：Sn-9Zn)搭載於印刷有Sn_ • 9Zn銲錫漿料（供給厚：〇.15111111、供給直徑：〇.5111111)之 電路基板，以零件中央的凸塊之峰値溫度成爲220 °C之方 式來進行迴銲焊接。 另外，連接係使用以下的基板、零件A、B。 (基板） * 中央部的銲域尺寸（直徑）：〇.5mm - 外周部的銲域尺寸（直徑）：〇.5mm (零件A ) 對前述BGA沒有施以任何處理者 (零件B ) -11 - 200819012 以前述BGA的外側5列（340凸塊）當成外周部，於 此部分的凸塊表面之一部份塗佈抗銲劑者 另外，此時，作爲高度，塗佈於零件封裝側約60%的 部分，當成與漿料接觸側之高度，約40%不附著。因此， 將剩餘的12行χ12列（144凸塊）的部分稱爲中央部，於 此處都不塗佈抗銲劑。 另外，對個別之基板樣本，每一基板連接1個B G A， 各1 0 0片地製作合計2 0 0片。 將連接有零件A、B之基板分別稱爲基板A、B。 其結果，於基板A中，有1%的基板發生凸塊與漿料 熔融部的未連接，於基板B並無發生未連接。 另外，從各樣本選擇各10片沒有發生未連接的基板 ’合計共20片，實施溫度週期試驗（-55〜125 °C、1週期 /h)之結果’確認到基板A之10片中之2片，於約200 週期時，在角落部處，於BGA側之電極與銲錫凸塊界面 發生斷裂。 但是，基板B即使經過5 0 0週期，也沒有見到斷裂。 因此，依據本方法，確認到具有銲錫未連接的防止與連接 可靠性的提升之效果。 [實施例3] 將低耐熱零件之全柵格BGA (耐熱溫度：220°C、零 件尺寸：23mmx23mm、凸塊間距：1.0mm、凸塊數：484 (22行χ22列）、凸塊組成：Sn-9Zn)搭載於印刷有Sn- -12- 200819012 9Zn銲錫漿料（供給厚：〇.15mm、供給直徑：〇.511111〇之 電路基板，以零件中央的凸塊之峰値溫度成爲220 °C之方 式來進行迴銲焊接。 ^ 另外，連接係設爲以下之2種基板，基板B者，係以 外側5列（ 340凸塊）爲外周部，如第3圖所示般，將此 部分的基板側銲域形狀7作成直徑〇.5mm的圓形，於4處 設置缺口部，使得外周長成爲銲域尺寸的約3.8倍。 Φ 另一方面，雖將剩餘之1 2行X 1 2列（1 44凸塊）的部 分稱爲中央部，但是此部分係維持爲直徑〇.5mm之圓形。 另外，對個別之基板樣本，每一基板連接1個BGA， 各100片地製作合計200片。 其結果，於基板A中，有1%的基板發生凸塊與漿料 熔融部的未連接，於基板B並無發生未連接。 另外，從各樣本選擇各1 0片沒有發生未連接的基板 ，合計共20片，實施溫度週期試驗（-55〜125t：、1週期 # /h)之結果，確認到基板A之10片中之2片，於約200 週期時，在角落部處，於BGA側之電極與銲錫凸塊界面 - 發生斷裂。 . 但是，基板B即使經過500週期，也沒有見到斷裂。 因此，依據本方法，確認到具有銲錫未連接的防止與連接 可靠性的提升之效果。 [實施例4] 將低耐熱零件之全柵格BGA (耐熱溫度：220。(：、零 -13· 200819012 件尺寸：23mmx23mm、凸塊間距：1.0mm、凸塊數：484 (22行χ22列）、凸塊組成：Sn-9Zn)搭載於印刷有sn-9Zn銲錫漿料（供給厚：〇.15mm、供給直徑·· 〇.5mm)之 電路基板，以零件中央的凸塊之峰値溫度成爲220。(：之方 式來進行迴銲焊接。 另外，連接上係設爲以下4種基板，基板B、C、D 係以外側5列（340凸塊）爲外周部，使此部分的銲錫漿 料供給直徑比剩餘之1 2行X 1 2列（144凸塊）的部分（稱 爲中央部）還大，多供給銲錫漿料。 另外，對個別之基板樣本，每一基板連接1個BGA， 各50片地製作合計200片。 (基板A ) 中央部的靜錫發料供給直徑：0.5 m m 外周部的婷錫黎料供給直徑：Ο . 5 m m (基板B) ^ 中央部的銲錫漿料供給直徑：0.5mm - 外周部的銲錫漿料供給直徑：0.53mm (基板C ) 中央部的銲錫漿料供給直徑·· 0.5 mm 外周部的銲錫漿料供給直徑：〇.6mm -14- 200819012 (基板D ) 中央部的銲錫漿料供給直徑：0.5mm 外周部的銲錫漿料供給直徑：0.65mm Q 其結果，於基板A中，有2%的基板發生凸塊與漿料 熔融部的未連接，於基板B、C、D並無發生未連接。 但是，於基板D，有4%的基板於鄰接連接部彼此發 生銲錫橋。 Φ 另外，在基板A、B、C、D中，外周部附近的銲錫漿 料供給量與內部附近比較，多0%、約1 2%、約44%、約 6 9% 〇 另外，從各樣本選擇各10片沒有發生未連接或銲錫 橋的基板，合計共40片，實施溫度週期試驗（-55〜125 t：、1週期/h )之結果，確認到基板.A之1 0片中之2片， 於約200週期時，在角落部處，於BGA側之電極與銲錫 凸塊界面發生斷裂。 ® 但是，基板B、C、D即使經過5 0 0週期，也沒有見 到斷裂。因此，依據本方法，確認到具有銲錫未連接的防 ^ 止與連接可靠性的提升之效果。 [實施例5] 將低耐熱零件之全柵格BGA (耐熱溫度·· 220。(：、零 件尺寸·· 23mmx23mm、凸塊間距·_ i.0inm、凸塊數·· 484 (22行x22列）、凸塊組成：Sn_9Zn)搭載於印刷有sn-9 Ζ η銲錫槳料（供給厚：〇 · 1 5 m m、供給直徑：〇 · 5 m m )之 -15- 200819012 電路基板，以零件中央的凸塊之峰値溫度成爲220°C之方 式來進行迴銲焊接。另外，連接上係使用以下的基板。 此基板係以外側5列（340凸塊）爲外周部，使此部 分的銲域尺寸比中央部的該者還小。 另外，剩餘的1 2行X12列（1 44凸塊）的部分稱爲中 央部。 然後，將於中央部設置Sn-9Zn之銲錫凸塊，且於外 • 周部也設置有Sn-9Zn的銲錫凸塊者稱爲零件A。 另外，將於中央部設置Sn-9Zn之銲錫凸塊，且於外 周部設置有Zn含有量比較少的高可靠性的Sn-4Zn銲錫者 稱爲零件B。 另外，對個別之基板樣本，每一基板連接1個BGA， 各100片地製作合計200片。 (基板規格） • 中央部的銲域尺寸（直徑）：〇.5mm 角落部的銲域尺寸（直徑）：〇.4mm • 其結果，基板A、B都於基板沒有發生凸塊與漿料熔 - 融部之未連接。 另外，從各樣本使用各10片合計共20片，實施溫度 週期試驗（-55〜125 °c、1週期/h)之結果，確認到基板 A之10片中之1片，於約700週期時，在角落部處，於 BGA側之電極與婷錫凸塊界面發生斷裂。 但是，基板B即使經過1 000週期，也沒有見到斷裂 -16 - 200819012 。因此，依據本方法，確認到具有銲錫未連接的防止與連 接可靠性的提升之效果。 以上，針對幾個實施例，以S η - Ζ η系銲錫漿料爲例來 做說明，但是並不限定於此，即使是其他的銲錫漿料，在 與前述構造組合之情形時，不用說也有效果。 在本發明中，可以提供：藉由改善供給與進行凸塊連 接的低耐熱零件之凸塊連接的漿料的形狀或組成，可以熱 能上地保護該零件，且一面確保高連接可靠性，一面進行 該零件的迴銲焊接之方法。 在不脫離其要旨之範圍內，本發明可以有其他變形實 施例。因此，前述實施例係用以說明而非限定用，本發明 之範圍係由申請專利範圍所表示，而非由前述說明，在申 請專利範圍之要旨與同等範圍內的各種變形，皆屬於本發 明。 【圖式簡單說明】 第1(a)圖係表示基板中央物中之低耐熱安裝零件與 基板的連接處圖。第1 (b)圖係表示基板外周部中之低耐 熱安裝零件與基板的連接處圖。 第2 ( a )圖係表示基板外周部中之基板的銲域與零件 的通常之凸塊的連接處圖，第2(b)圖係表示基板外周部 中之基板的銲域與零件的一部份塗佈有抗銲劑之凸塊的連 接處圖。 第3圖係表示於使連接低耐熱安裝零件之基板的外周 -17- 200819012 部附近之基板側銲域成爲直徑〇.5mm的圓形，於4處設置 缺口部，外周長成爲銲域尺寸的約3.8倍之樣子圖。 _ 【主要元件符號說明】 1 :零件 2 :基板 3 :銲錫凸塊 _ 4a :銲域 4b :銲域 5a :銲錫連接部 5b :銲錫連接部 5 c :銲錫連接部 5d :銲錫連接部 6 :抗銲劑

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Claims (1)

1. 200819012 十、申請專利範圍 1. 一種安裝構造體，係具有：分別具有複數的銲錫 凸塊之複數的零件；及具有複數的銲域（land )之基板 ，；及連接前述銲錫凸塊與前述銲域之銲錫連接部的安裝構 造體，其特徵爲： 設置於前述基板的外周部之銲域，係比前述基板的中 央部之銲域還小。 φ 2.如申請專利範圍第1項所記載之安裝構造體，其 中，於連接於設置在前述外周部之銲域的前述銲錫凸塊的 側面，係設置有抗銲劑。 3 .如申請專利範圍第1項所記載之安裝構造體’其 中，設置於前述外周部之銲域的外周長，係爲前述中央部 的圓形銲域之直徑的3.7倍以上。 4.如申請專利範圍第1項所記載之安裝構造體，其 中，前述外周部的凸塊之組成，係Zn含有量爲4至7質 Φ 量％，剩餘部分爲Sn，前述中央部的凸塊之組成，係Zn 含有量爲7至9質量％，剩餘部分爲Sn。 -19-