TW202134444A - 焊料製品之製造方法、焊料、焊接部件、焊料製品、印刷線路板、印刷電路板、線材、焊接製品、可撓印刷電路板、電子部件、錫成品之製造方法、錫半成品之製造方法、錫成品、錫半成品及導電構件 - Google Patents

焊料製品之製造方法、焊料、焊接部件、焊料製品、印刷線路板、印刷電路板、線材、焊接製品、可撓印刷電路板、電子部件、錫成品之製造方法、錫半成品之製造方法、錫成品、錫半成品及導電構件 Download PDF

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Abstract

焊料製品(20),係包含以錫為主成分且作為副成分由鉛以外的金屬元素所構成的無鉛焊料部(21),以及主要分布於表面側構成表面層(22),碳數為10以上20以下之羧酸。羧酸,以碳數12以上16以下之脂肪酸為佳、棕櫚酸又更佳。

Description

焊料製品之製造方法、焊料、焊接部件、焊料製品、印刷線路板、印刷電路板、線材、焊接製品、可撓印刷電路板、電子部件、錫成品之製造方法、錫半成品之製造方法、錫成品、錫半成品及導電構件
本發明係關於焊料製品之製造方法、焊料、焊接部件、焊料製品、印刷線路板、印刷電路板、線材、焊接製品、可撓印刷電路板、電子部件、錫成品之製造方法、錫半成品之製造方法、錫成品、錫半成品,導電構件。
專利文獻1,記載著製造由Sn、Ag、Cu、Ni、Sn-P合金所構成的各原料在電爐中熔解調整,製造含有銀(Ag)1.0~4.0重量%、銅(Cu)2.0重量%以下、鎳(Ni)0.5重量%以下、磷(P)0.2重量%以下,餘部為錫(Sn)及無法避免的不純物所構成的(無鉛)焊錫合金。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特許3296289號公報
[發明所欲解決之課題]
從前,進行焊接後的焊料,會有產生凸起或瘤狀等外觀不良的情形。此外,還會發生附著於特定部位的焊料與附著於其他部位的其他焊料一體化之被稱為「焊料橋接(錫橋)」的現象,在此場合,一體化的焊料彼此之間會產生短路。 此外,近年來,伴隨著電子電路零件的精細化,要求可以焊接微小零件的技術。作為具體例,有希望作為次世代顯示器的零件等的微發光二極體(LED:light emitting diode)的寬幅為150μm程度。因此,為了製作微LED顯示器,必須要把寬幅為50μm程度深度為10μm~15μm程度的多數焊料袋形成於基板,在形成於基板的焊料袋填充焊料而焊接多數的微LED。在此場合,熔融的焊料含有固形物的話,固形物會由焊料袋突出,使微LED以傾斜的狀態安裝於基板。 進而,藉由從前的焊料製品進行焊接的場合,流動性容易不足,因此,有焊料使用量變多的情形。在此場合,例如變得發生更多CO2 ,環境負荷容易變大。 接著,在製造錫成品時的熔融金屬,會有金屬氧化物等氧化物所構成的固形物混入的情形。在此場合,製作錫成品時,例如在進行彎曲加工時變得難彎曲,此外進行切削加工時容易產生切削痕的切痕(kerf)。結果,會有損及錫成品美觀的場合。此外,固形物混入的話,變得難彎曲,也容易產生龜裂。 本發明的目的在於提供適於更細微的焊接之焊料製品的製造方法。此外,本發明的目的在於提供可以製造在進行焊接時,焊料的流動性更佳的焊料製品之焊料製品之製造方法。 此外,本發明的目的在於可高品質地進行更細微的焊接。 進而,本發明的目的在於提供可以達成抑制以傾斜的狀態接合的瑕疵之焊接部件。 此外,本發明的目的在於提供在進行焊接時,焊料的流動性更佳的焊料製品。 進而,本發明的目的在於提供使印刷電路板與電子部件之接合部的密接度提高,容易提高接合強度的印刷線路板。 進而,本發明的目的在於提供不需要鍍鎳或鍍金的印刷電路板。 接著,本發明的目的在於提供不容易產生經時變化的導電構件、線材、焊接製品。 此外,本發明的目的在於提供不需要對端子鍍上金箔的可撓性印刷電路板。 進而,本發明的目的在於提供可以抑制零件浮起或龜裂發生之電子部件。 進而,本發明的目的在於提供使氧化物等所構成的固形物的混入更少發生,不易損及錫成品的美觀,同時容易彎曲、難產生龜裂的錫成品之製造方法及錫半成品之製造方法。 此外,本發明的目的在於提供美觀上優異的錫成品。 進而,本發明的目的在於提供容易彎曲,不容易產生龜裂的錫半成品。 [供解決課題之手段]
本發明之焊料製品之製造方法,包含:把以錫為主成分且副成分含鉛以外的金屬元素之原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟,使前述熔融金屬以篩目設定為10μm以下的過濾器過濾的過濾步驟,以及使過濾後的前述熔融金屬冷卻凝固的冷卻步驟。 於這樣的焊料製品之製造方法,可以在前述過濾步驟,加熱前述過濾器。 此外,可以在前述過濾步驟,使用不銹鋼製的金屬網作為前述過濾器。 進而,可以在前述加熱步驟,前述原材料,作為前述副成分之前述金屬元素含有銅。 此外,由其他觀點來看,本發明之焊料製品之製造方法,包含:把以錫為主成分且副成分含鉛以外的金屬元素之原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟,由被設定為230℃~260℃的前述熔融金屬,取出具有超過10μm的直徑且存在於該熔融金屬的固形物的取出步驟,以及使取出前述固形物的前述熔融金屬冷卻凝固的冷卻步驟。 於這樣的焊料製品之製造方法,可以在前述取出步驟,將前述熔融金屬設定於235℃~250℃。 此外,可以在前述取出步驟,由前述熔融金屬,取出超過5μm的前述固形物。
相關於本發明的實施型態之焊料,由混合複數金屬元素之合金所構成,使前述合金融化的場合,殘留於前述合金的熔融金屬中之來自前述合金的固形物之中粒徑超過5μm的固形物,相對於前述融化前的前述合金之含量為0.03重量%以下。 此外,相關於本發明的實施型態之焊接部件,係以前述之焊料接合的。 此外,相關於本發明的實施型態之焊料之製造方法,具有使混合複數金屬元素的合金融化為熔融金屬的步驟,把粒徑超過10μm的來自前述合金的固形物由前述熔融金屬除去的步驟,藉由使除去前述固形物後的前述熔融金屬凝固而製造焊料的步驟。
本發明之焊料製品,係以錫為主成分且作為副成分包含鉛以外的金屬元素,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。 在此,羧酸,可以是碳數12以上16以下之脂肪酸。 此外,羧酸,可以是棕櫚酸。 此外,作為副成分可以含有銅。
此外,本發明之焊料製品之製造方法,包含:把以錫為主成分且副成分含鉛以外的金屬元素,與碳數10以上20以下的羧酸之原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟,以及使熔融金屬藉冷卻而凝固,同時使羧酸於表面側析出之冷卻步驟。 在此,進而包含使熔融金屬,以篩目設定為10μm以下的過濾器過濾的過濾步驟為佳。
進而,本發明之印刷線路板,具備:基板,及於基板藉由焊料焊接的電子部件;焊料,以錫為主成分且副成分包含鉛以外的金屬元素,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。
此外,本發明之印刷電路板,具備:基板,於基板上於被形成為薄膜狀,構成配線圖案的配線圖案層,與薄膜狀形成於配線圖案層上,包含焊料之層的焊料層;焊料層的焊料,以錫為主成分且副成分包含鉛以外的金屬元素,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。 此處,可以進而具備接合於焊料層的電子部件。 此外,電子部件,可以於前述焊料層藉由焊接接合,進行焊接的焊料,以錫為主成分且副成分包含鉛以外的金屬元素,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。 此外,配線圖案層可以含有銅。
此外,本發明之線材,至少一部分含有前述焊料製品。 進而,於線狀的導體,前述焊料製品可以被塗覆。 接著,本發明之焊接製品,透過前述焊料製品被接續構件彼此被焊接。 此外,本發明之可撓性印刷電路板係具有端子的可撓性印刷電路板,端子的表面,覆蓋前述焊料製品。 進而,本發明之電子部件,係具有端子之電子部件,於端子的表面,覆蓋前述焊料製品。
本發明之錫成品之製造方法,包含:把含主成分之錫的原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟,使熔融金屬以篩目設定為10μm以下的過濾器過濾的過濾步驟,使熔融金屬冷卻凝固的冷卻步驟,以及做成錫成品的形狀之成形步驟。 在此,原材料,除了主成分之錫以外,副成分可以進而含有鉛及鎘以外的金屬元素。 此外,副成分可以為銀、銅、銻、鉍之至少一種。 進而,於成形步驟後,可以進而含有形成供於表面側著色錫成品之著色層的著色步驟。 此外,著色層可以為金箔。 接著,錫成品可以為餐具。 此外,原材料,可以進而含有碳數10以上20以下的羧酸。 進而,羧酸,可以是棕櫚酸。
此外,本發明之錫成品之製造方法,包含:把包含主成分的錫及碳數10以上20以下的羧酸之原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟,使熔融金屬藉冷卻而凝固,同時使羧酸於表面側析出之冷卻步驟,以及使成為錫成品的形狀之成形步驟。 此處,羧酸,可以為碳數12以上16以下之脂肪酸。 此外,羧酸,可以是棕櫚酸。
進而,本發明之錫半成品之製造方法,包含:把含主成分之錫的原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟,使熔融金屬以篩目設定為10μm以下的過濾器過濾的過濾步驟,以及使熔融金屬冷卻凝固的冷卻步驟。
此外,進而本發明之錫半成品之製造方法,包含:把含主成分之錫,及碳數10以上20以下的羧酸之原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟,以及使熔融金屬藉冷卻而凝固,同時使羧酸於表面側析出之冷卻步驟。
接著,本發明之錫成品,包含主成分之錫,及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。 在此,於表面側可以進而含有供著色錫成品之著色層。 此外,除了主成分之錫以外,副成分可以進而含鉛及鎘以外的金屬元素。
此外,本發明之錫半成品,包含主成分之錫,及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。 進而,本發明之導電構件,包含主成分之錫,及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。 此外,進而本發明之線材,具有覆蓋層,其係包含:線狀的導體,及被線狀導體包覆,主成分之錫,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。 此外,本發明之可撓印刷電路板,係具有端子之可撓性印刷電路板,於端子的表面,覆蓋主成分之錫,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。 進而,本發明之電子部件,係具有端子之電子部件,於端子的表面,覆蓋主成分之錫,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。 [發明之效果]
根據本發明,可以提供適於更細微的焊接之焊料製品的製造方法。此外,本發明可以提供可以製造在進行焊接時,焊料的流動性更佳的焊料製品之焊料製品之製造方法。 此外,本發明可以高品質地進行更細微的焊接。 進而,本發明可以提供可以達成抑制以傾斜的狀態接合的瑕疵之焊接部件。 此外,本發明可以提供在進行焊接時,焊料的流動性更佳的焊料製品等。 進而,本發明可以提供使印刷電路板與電子部件之接合部的密接度提高,容易提高接合強度的印刷線路板。 此外進而,本發明可以提供不需要鍍鎳或鍍金的印刷電路板。 接著,本發明可以提供不容易產生經時變化的導電構件、線材、焊接製品。 此外,本發明可以提供不需要對端子鍍上金箔的可撓性印刷電路板。 進而,本發明可以提供可抑制零件浮起或龜裂發生之電子部件。 進而,本發明可以提供使氧化物膜等所構成的固形物的混入更少發生,不易損及錫成品的美觀,同時容易彎曲、難產生龜裂的錫成品之製造方法及錫半成品之製造方法。 此外,本發明可以提供美觀上優異的錫成品。 進而,本發明可以提供容易彎曲,不容易產生龜裂的錫半成品。
以下,參照附圖詳細說明本發明之實施型態。又,以下的說明所參照的圖式之各部份的大小或厚度等,有不同於實際的尺寸之場合。 [用語的定義] 首先,針對在本實施型態所使用的一些用語的定義進行說明。
(無鉛焊料) 本實施型態之「無鉛焊料」,係稱以錫(Sn)為主成分,而且含有鉛(Pb)以外的金屬元素作為副成分之、複數金屬元素的混合物。 在此,副成分之金屬元素,可以是除了鉛以外的任何金屬元素,可以列舉例如銅(Cu)、銀(Ag)、鉍(Bi)、鋅(Zn)等。接著,其中,以使用價格便宜的銅為佳。 此外,副成分的金屬元素,不僅可包含1種類,還可以包含2種類以上(例如銀及銅等)。 又,本實施型態的「無鉛焊料」,儘管稱為「無鉛」,但實際上可能包含無可避免的不純物之鉛。
(焊料製品) 本實施型態之「焊料製品」,係稱藉由前述的「無鉛焊料」來接合對象的金屬材料之、被用於焊接之製品。 在此,「焊料製品」,可以列舉板狀或棒狀的製品(錠、板、棒)、線狀的製品(電線)、球狀的製品(球)等。此外,焊料製品,亦可包含助焊劑。因而,例如,將細微的焊料粉末以助焊劑混練之糊狀的膏狀焊料、內包助焊劑成芯狀之絲狀的絲焊料等也被包含於焊料製品。
(焊料原料) 本實施型態之「焊料原料」,係稱在製造前述的「焊料製品」時,被用作其原材料之物。 在此,「焊料原料」,可以列舉構成前述的主成分及副成分的金屬元素單體、或這些的合金等。再者,「焊料原料」,可以列舉前述的碳數10以上20以下的羧酸。此外,在本實施型態,「焊料原料」,也有使用伴隨用前述的「焊料製品」進行焊接而產生的焊料屑。接著,於這些「焊料原料」(特別是焊料屑),可能會混入各種金屬的氧化物或各種不純物。
(焊料) 本實施型態之「焊料」,係稱前述的「焊料製品」伴隨利用焊接的接合,而轉移•附著於接合對象的金屬材料側之物。又,於本實施型態,為了與焊接前的金屬混合物之「焊料製品」加以區別,而將焊接後的金屬混合物稱為「焊料」,但實際的「焊料」係意味供接合物體用之合金,而不管是焊接前的合金、或是焊接後的合金。
(線材) 本實施型態之「線材」,係至少一部分含有前述的「焊料製品」的電線。線材,可以全部是由前述的「焊料製品」所構成,亦可一部分使用前述的「焊料製品」。一部分使用之例,可列舉於線狀的導體、被前述的「焊料製品」包覆之電線。線狀的導體,例如銅線。亦即,此場合,線材,係於銅線的外表面被塗覆前述的「焊料製品」之物。此外,作為線材,被覆蓋「焊料製品」的外表面,也可以進而藉由絕緣性的被膜覆蓋。絕緣性的被膜,例如由樹脂等所構成。換言之,亦可作成絕緣電線。
(焊接製品) 本實施型態之「焊接製品」,係包含透過前述之「焊料製品」使被接續構件彼此被焊接之製品。在此,被接續構件,係藉由焊接被接續的複數的構件,只要是可以焊接的,並沒有特別限制。被接續構件,例如由金屬所構成的構件、由陶瓷器或玻璃等的陶瓷所構成的構件等。被接續構件彼此焊接的,例如,可列舉印刷基板、使用該印刷基板的電氣製品、垂飾或胸針等的裝飾品、彩色玻璃、焊接金屬板彼此的框體等。
(「無鉛焊料」、「焊料製品」、「焊料原料」及「焊料」之關係) 從而,本實施型態,係使用「焊料原料」,製造由「無鉛焊料」構成的「焊料製品」,再者,使用該「焊料製品」,藉由對對象的金屬材料進行焊接,使「焊料」轉移•附著於金屬材料。接著,使用該「焊料製品」、被焊接而製造出的製品,成為「焊接製品」。
(可撓印刷電路板) 本實施型態之「可撓印刷電路板(FPC(Flexible Printed Circuits))」,係具有可撓性的、印刷電路板。「可撓印刷電路板」,例如,為薄膜狀,作成於絕緣體的基膜上形成接著層,進而於其上貼合導體箔之構造。該「可撓印刷電路板」,係具備與連接器等接續的端子。該端子,也可稱為電極。接著,從前,該端子一般是於導電箔被金箔等包覆之型態。另一方面,本實施型態之「可撓印刷電路板」的端子,係於導電箔的表面被覆蓋前述的「焊料製品」。導電箔,例如,係由銅所構成的銅箔。亦即,此場合,「可撓印刷電路板」的端子,係於銅箔的表面被塗覆前述的「焊料製品」。從前,為了鍍金箔,必須洗淨鍍層植入部分,有洗淨時所使用的洗淨劑在洗淨後殘留之場合。接著,殘留的洗淨劑,成為接觸不良、龜裂、接合部劣化等的瑕疵之原因。在本實施型態,可以覆蓋「焊料製品」而不需要預先洗淨端子。因此,沒有洗淨劑殘留的問題。因而,不易發生那樣的瑕疵,再者也可以期待CO2 削減效果。接著,詳細敘述於後,使用本實施型態的「焊料製品」的焊料之場合,可以形成狹窄縫隙的圖案。因而,同樣地,「可撓印刷電路板」的複數端子間的縫隙,也可以更為狹窄。
(電子部件) 本實施型態之「電子部件」,係電子電路的零件,具有與基板或其他電子部件等電氣接續的端子。「電子部件」並沒有特別限制,例如,為電容器、電阻、感測器、半導體、積體電路、連接器、微LED(Micro LED Display)面板等。該端子,也可稱為電極。接著,該端子,於端子的表面被前述的「焊料製品」包覆著。導電,係由銅所構成的銅線。亦即,此場合,「電子部件」的端子,係於銅線的表面被塗覆前述的「焊料製品」之端子。接著,詳細敘述於後,使用本實施型態的「焊料製品」的焊料之場合,可以抑制零件浮起或龜裂發生。此外,可以實現流動性或濕潤性的提高或均質的塗布量。因而,同樣地,於「電子部件」的端子覆蓋本實施型態的「焊料製品」之場合,也有效實現零件浮起或龜裂發生的抑制、流動性或濕潤性的提高、均質的塗布量。
(熔融金屬) 本實施型態之「熔融金屬」,意指將「焊料製品」之原材料的「焊料原料」、藉由加熱使之融化。
(焊料融液) 本實施型態之「焊料融液」,意指將「焊料」之原材料的「焊料製品」、藉由加熱使之融化。
[焊料製品] 其次,說明本實施型態之焊料製品。 圖1(a)~(b)係圖示本實施型態之焊料製品。 其中,圖1(a)係顯示焊料製品20,圖1(b)係顯示圖1(a)所示的焊料製品20表面部的剖面放大圖。 如圖1(b)所圖示,本實施型態的焊料製品20,係包含無鉛焊料部21、與表面層22。
無鉛焊料部21,主要由前述的無鉛焊料所構成。亦即,以錫(Sn)為主成分,而且含有鉛(Pb)以外的金屬元素作為副成分。此外,於本實施型態的無鉛焊料部21,氧化物等固形物或針狀結晶的含量比從前要少。
表面層22,主要由前述的羧酸所構成。換言之,羧酸,主要分布於焊料製品20的表面側並形成表面層22。表面層22,係覆蓋焊料製品20的表面全體。羧酸,例如,藉由偏在焊料製品20的表面側,而形成表面層22。
接著,藉此,表面層22,擔負無鉛焊料部21的保護層之作用。換言之,表面層22,係抑制空氣中的氧或水分到達無鉛焊料部21。因而,表面層22,也可稱為耐氧化膜或耐水膜。因而,焊料製品20,例如,膏狀焊料之場合,可以常溫下保存。從前,膏狀焊料容易發生氧化或吸濕,所以一般上是利用冷藏庫的低溫保存。另一方面,本實施型態的膏狀焊料,於其中所含的焊料粉末存在表面層22,所以不易發生氧化或吸濕。因此,可以常溫保存。此外,可保存期間也較長、且不易發生損耗,所以環境性能優異,也可期待CO2 削減效果。
此外,羧酸,如前所述,碳數為10以上20以下。碳數未滿10的話,羧酸變得難以形成表面層22。此外,碳數超過20的話,在熔融金屬中變得不容易分散。在此場合,羧酸也變得難以形成表面層22。
但是,羧酸,為碳數12以上16以下之脂肪酸為更佳。其中,碳數12以上16以下之1價脂肪酸進而更佳。進而,碳數12以上16以下之1價飽和脂肪酸為特佳。
作為1價飽和脂肪酸,可以舉出碳數12的月桂酸(CH3 -(CH2 )10 -COOH),碳數14之肉豆蔻酸(CH3 -(CH2 )12 -COOH),碳數15之十五酸(CH3 -(CH2 )13 -COOH),碳數16之棕櫚酸(CH3 -(CH2 )14 -COOH)等。 接著,1價脂肪酸中,以碳數16的棕櫚酸為特佳。棕櫚酸,融點62.9℃,沸點351℃~352℃,於焊接溫度範圍之200℃~300℃,以融化液狀存在,焊料固形化之後容易固著於表面。在此場合,棕櫚酸,可說是與無鉛焊料的配合性佳。此外,進行焊接時的焊料的流動性提高。碳數超過16的場合,以及焊料未滿16的場合,在焊接溫度範圍會有不成為融化液狀的情形。此外,進行焊接時的焊料的流動性,與棕櫚酸相比容易變低。 棕櫚酸,例如包含於椰子油或椰子由廢棄物中,可以由這些進行抽出。因此,在此觀點,棕櫚酸為植物製材料,可說是可再生的原料。此外,棕櫚酸,對人體皮膚的影響很少,安全性優異。又,棕櫚酸不從椰子油等來抽出,而由其他原料抽出亦可,藉由化學合成來製作亦可。
又,作為不是1價飽和脂肪酸的1價脂肪酸,可列舉1價的不飽和脂肪酸。這例如碳數為18之、油酸(CH3 -(CH2 )7 -CH=CH-(CH2 )7 -COOH)、亞油酸(CH3 -(CH2 )4 -CH=CH-CH2 -CH=CH-(CH2 )7 -COOH)、次亞麻油酸(CH3 -CH2 -CH=CH-CH2 -CH=CH-CH2 -CH=CH-(CH2 )7 -COOH)等。 再者,作為不是1價脂肪酸的脂肪酸,可列舉二羧酸之2價脂肪酸。這例如碳數為10之癸二酸(HOOC-(CH2 )8 -COOH)、碳數為13之十三碳烷二酸(HOOC-(CH2 )11 -COOH)等。 進而,不是碳數12以上16以下、而是碳數10以上20以下之羧酸,可列舉碳數為10之癸二酸(CH3 -(CH2 )8 -COOH)、碳數為18之硬脂酸(CH3 -(CH2 )16 -COOH)、碳數為20之花生酸(CH3 -(CH2 )18 -COOH)等。
表面層22的厚度,例如為1nm以上1μm以下。又,表面層22,例如,為羧酸的單分子膜。表面層22為羧酸的單分子膜之場合,表面層22的厚度,例如為1nm以上4nm以下。但是,不是單分子膜,結果,比此還要厚亦可。又,表面層22為棕櫚酸的單分子膜時,表面層22的厚度約為2.5nm。
[焊料] 其次,說明本實施型態之焊料。在此,說明使用本實施型態的焊料之印刷電路板。 又,後面說明之從前的焊料,係具有銅為0.7wt.%、餘部為錫的組成之無鉛焊料。接著,本實施之焊料,在此為含有前述羧酸的無鉛焊料。
圖2(a)係顯示從前的焊料狀態之第1例。此外,圖2(b)係顯示本實施型態的焊料狀態之第1例。 在此,顯示在印刷線路板上,藉由焊料以特定的電極幅F及特定的縫隙G,形成複數的圖案P之場合。此場合,電極幅F係10μm。此外,特定的縫隙G,為5μm、10μm、20μm、40μm、80μm、160μm、320μm。接著,圖2(a)係顯示藉由從前的焊料20a,形成各圖案P之場合,圖2(b)係顯示藉由使用本實施型態的焊料製品20之焊料20b,形成各圖案P之場合。
圖2(a)及圖2(b)相比較之下,圖2(a)的焊料20a,縫隙G為20μm以下,鄰接的圖案P彼此為短路。換言之,發生所謂的焊料橋接Br。相對地,圖2(b)的焊料20b,可以形成所有的圖案P。亦即,例如,焊接電子部件的電極之場合等,意味即使電極彼此的間隔狹窄,也可以焊接而不會發生短路。這是由於從前的焊料20a含有氧化物等的固形物或針狀結晶,而在本實施型態的焊料20b,該固形物或針狀結晶為少量之緣故。亦即,由於從前的焊料20a,含有較多固形物或針狀結晶,使形成狹窄縫隙G的圖案P是困難的。另一方面,由於本實施型態的焊料20b,固形物或針狀結晶為少量,使形成狹窄縫隙G的圖案P變得比較容易。 此外,本實施型態的焊料製品20的特徵點之1,可舉出使用焊料製品20之焊料,其流動性佳,且印刷線路的濕潤性比從前要好。因此,不易發生焊料自圖案P鼓起之情形。
圖3(a)係顯示從前的焊料狀態之第2例。此外,圖3(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第2例。 在此,顯示於基板111的墊(pad)111a,焊接電子部件112的電極112a之場合。接著,圖3(a)係顯示藉由從前的焊料20a進行焊接之場合,圖3(b)係顯示藉由使用本實施型態的焊料製品20之焊料20b進行焊接之場合。又,形成用以防止焊料20a、20b附著之抗焊劑250。抗焊劑250以外之處有焊料20a、20b附著。又,針對抗焊劑250之作用,以後說明之例也是相同的。
此外,本實施型態的焊料製品20,與圖2之場合同樣地,流動性佳,且墊111a或電極112a的濕潤性比從前要好。因而,圖3(a)及圖3(b)相比較之下,圖3(a)之焊料20a,流動性差,且墊111a或電極112a的濕潤性差,所以除非焊料20a的附著量很多,否則這些不會接合。相對地,圖3(b)之焊料20b,流動性佳,且墊111a或電極112a的濕潤性佳,所以即使焊料20b的附著量少,這些也會接合。因而,焊接時的焊料20b的使用量可減低。因此,也可期待CO2 削減效果。
圖4(a)係顯示從前的焊料狀態之第3例。此外,圖4(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第3例。 在此,顯示於基板111的墊111a上,塗覆焊料之場合。圖4(a)及圖4(b)相比較之下,圖4(a)係顯示藉由從前的焊料20a進行塗覆之場合,圖4(b)係顯示藉由使用本實施型態的焊料製品20之焊料20b進行塗覆之場合。
圖4(a)及圖4(b)相比較之下,圖4(b)的焊料20b的表面,會比圖4(a)的焊料20a的表面還要光滑。這是由於焊料20b相較於焊料20a,流動性較佳、且墊111a的濕潤性較佳,此外,氧化物等的固形物或針狀結晶較少量之緣故。
圖5(a)係顯示從前的焊料狀態之第4例。此外,圖5(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第4例。 在此,顯示於基板111的墊111a,焊接電子部件112的電極112a,同時以焊料塗覆墊111a及電極112a之場合。接著,圖5(a)係顯示藉由從前的焊料20a進行焊接之場合,圖5(b)係顯示藉由使用本實施型態的焊料製品20之焊料20b進行焊接之場合。
圖5(a)及圖5(b)相比較之下,圖5(a)之焊料20a,流動性差,且墊111a或電極112a的濕潤性差,所以除非焊料20a的附著量增加,否則這些會接合,並且無法塗覆。相對地,圖5(b)之焊料20b,流動性佳,且墊111a或電極112a的濕潤性佳,所以即使焊料20b的附著量少,這些也會接合並且被塗覆。
圖6(a)係顯示從前的焊料狀態之第5例。此外,圖6(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第5例。 在此,顯示於基板111的墊111a,焊接了電子部件112的電極112a之狀態。接著,圖6(a)係顯示藉由從前的焊料20a進行焊接之場合,圖6(b)係顯示藉由使用本實施型態的焊料製品20之焊料20b進行焊接之場合。
圖6(a)及圖6(b)相比較之下,圖6(a)的焊料20a,彼之量較多,所以容易含有氧化物等的固形物、針狀結晶、空孔Df。相對地,圖6(b)的焊料20b,彼之量比圖6(a)的場合要少,所以不易含有氧化物等的固形物、針狀結晶、空孔Df。 此外,由於不易含有氧化物等的固形物、針狀結晶、空孔Df,針對接合強度,焊料20b也比焊料20a還要高。
圖7(a)係顯示從前的焊料狀態之第6例。此外,圖7(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第6例。 在此,顯示於基板111的墊111a,焊接了電子部件112的電極112a之狀態。此場合,圖示焊接後的經時變化。接著,圖7(a)係顯示藉由從前的焊料20a進行焊接之場合,圖7(b)係顯示藉由使用本實施型態的焊料製品20之焊料20b進行焊接之場合。
圖7(a)及圖7(b)相比較之下,圖7(a)的焊料20a,容易發生龜裂Kr。這是由於施加振動、或因溫度變化導致產生膨脹、收縮時,焊料20a含有氧化物等的固形物、針狀結晶、空孔Df的話,就容易發生龜裂Kr之緣故。亦即,於印刷電路板等發生交變載荷、長期地發生劣化之結果,有焊料的導體環境已破壞、導通機能消失之疑慮。接著,藉由發生龜裂Kr,焊料20a容易氧化。相對地,圖7(b)的焊料20b不易含有氧化物等的固形物、針狀結晶、空孔Df。因而,不易發生龜裂Kr,結果,不易發生經時變化。接著,不易發生龜裂Kr,所以焊料20b不易氧化。此外,在焊料20b的表面,與圖1(b)已說明之場合同樣地,羧酸形成表面層22。因而,表面層22為耐氧化膜,焊料20b的氧化會被抑制,進而焊料20b不易發生經時變化。
從前,於焊接時,有藉由在排除氧的氮環境下進行的氮回焊裝置而進行之場合。此方法,於焊接時,可以抑制焊料的氧化物之浮渣之發生。因而,在如圖2已說明那樣狹窄的間距P進行焊接之場合,改善可以期待。然而,要改善到本實施型態的焊料20b的水準是困難的。此外,於從前的焊料含有固形物或針狀結晶,所以對於前述龜裂Kr的抑制沒有效果。此外,沒有表面層22,所以對於因氧化導致的經時變化之抑制也沒有效果。 又,並沒有排除以氮回焊裝置來形成本實施型態之焊料20b,與不使用該裝置之場合相比,可以期待更進一步抑制浮渣的發生。
圖8(a)係顯示從前的焊料狀態之第7例。此外,圖8(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第7例。 在此,顯示於基板111的墊111a,焊接了電子部件112的電極112a之狀態。接著,圖8(a)係顯示藉由從前的焊料20a進行焊接之場合,圖8(b)係顯示藉由使用本實施型態的焊料製品20之焊料20b進行焊接之場合。
圖8(a)及圖8(b)相比較之下,圖8(a)的焊料20a含有氧化物等的固形物、針狀結晶、空孔Df,因而,由於這個,電子部件112容易發生自基板111浮起的零件浮起。相對地,圖8(b)的焊料20b不易含有氧化物等的固形物、針狀結晶、空孔Df。因而,不易發生零件浮起。
此外,圖9(a)~(b)顯示在基板111進行焊接前的電子部件112。 在此,電子部件112係顯示於電極112a預先塗覆焊料之場合。接著,由此狀態開始,有將電子部件112、以圖8所示之方式進而焊接,且使與基板111接合之場合。 其中,圖9(a)係顯示藉由從前的焊料20a進行塗覆之場合,圖9(b)係顯示藉由使用本實施型態的焊料製品20之焊料20b進行塗覆之場合。
圖9(a)及圖9(b)相比較之下,圖9(b)的焊料20b的表面,會比圖9(a)的焊料20a的表面還要光滑。這是由於焊料20b相較於焊料20a,流動性較佳、且墊111a的濕潤性較佳。 接著,圖9(b)的焊料20b相較於圖9(a)的焊料20a,前者更均質地塗覆焊料20b,所以不易發生零件浮起,且不易產生空孔Df或龜裂Kr。
圖10(a)係顯示從前的焊料狀態之第8例。此外,圖9(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第8例。 在此,顯示實裝電子部件之前的印刷電路板。該印刷電路板也可稱為印刷基板。接著,圖10(a)係顯示從前的印刷電路板200,圖10(b)係顯示使用本實施型態的焊料製品20之印刷電路板200。
圖10(a)所示的從前的印刷電路板200,係於基板210上,施以銅圖案220作為配線圖案。該銅圖案220,於基板210上薄膜狀地被形成,為作成配線圖案的配線圖案層之一例。接著,於銅圖案220上,層積鍍鎳層230、與鍍金層240。此外,形成用以防止焊料20a附著之抗焊劑250。鍍鎳層230及鍍金層240,係為了提升印刷電路板200的耐久性而形成。
圖10(b)所示的本實施型態的印刷電路板200,係於基板210上,施以銅圖案220作為電路圖案,在形成抗焊劑250之點,係與圖10(a)相同。相對地,本實施型態的印刷電路板200之不同,係於銅圖案220上,被塗覆焊料塗層260之點。焊料塗層260,係由焊料20b所構成。焊料塗層260,於銅圖案220上薄膜狀地被形成,為含有焊料的層之焊料層之一例。
換言之,本實施型態之印刷電路板200,不需要鍍鎳層230及鍍金層240,而能以比該等價格便宜的焊料塗層260來代用。本實施型態的焊料塗層260,係由焊料20b所構成,所以不易含有氧化物等的固形物、針狀結晶、空孔Df。此外,於焊料塗層260,表面層22作為保護層而被形成,所以不易發生經時變化,且不易發生印刷電路板200的經時變化。因而,不需要鍍鎳層230及鍍金層240。
此外,本實施型態之印刷電路板200,亦可進而實裝電子部件112。該印刷電路板也可稱為印刷配線板。 圖11係顯示實裝電子部件112的印刷電路板200之圖。 此場合,電子部件112,係顯示於焊料塗層260藉由焊接而接合之場合。具體而言,電子部件112的電極112a,藉由焊料20b而被焊接,且接合於焊料塗層260。又,此場合,在藉由焊料20b的焊接之際,焊料20b與焊料塗層260,雙方一旦熔融之後,就一體化並固形化。因而,如圖示般,不附上這些的區別。此外,該場合,構成焊料塗層260的焊料20b與焊接的焊料20b,可以是相同組成,只要是在前述的範圍內,也可以是不同的組成。但是,不管組成如何,不含粗大化的固形物或針狀結晶之焊料塗層260或焊料20b,是比較容易提高接合強度。 此外,對於圖10(a)所示的從前的印刷電路板200,作成藉由焊料20b來接合電子部件112亦可。該場合,安裝電子部件112之前的印刷電路板200係與從前相同,但藉由在焊接時使用本實施型態的焊料20b,而使接合強度提高,且變得不易發生經時變化。換言之,焊料20b,相對於從前的焊料20a,不易含有氧化物等的固形物、針狀結晶、空孔Df等。因此,印刷電路板200與電子部件112之接合部的密接度提高,容易提高接合強度。於是,結果,不易發生經時變化。
[焊料製品20之製造方法] 其次,說明本實施型態之焊料製品20之製造方法。 圖12係顯示本實施型態的焊料製品20的製造程序之流程圖。
在此,首先,實行準備步驟,準備成為焊料製品20的原材料之、焊料原料(步驟10)。 在步驟10,作為焊料原料,準備以錫為主成分、含有鉛以外的金屬元素之焊料原料。此時,各金屬元素的組成比,基本上最好是與目標的焊料製品20之組成比相同。又,在步驟10準備的焊料原料,實際上,可能包含無可避免的不純物之鉛。此外,在步驟10,作為焊料原料,準備碳數10以上20以下的羧酸。
其次,實行將步驟10準備了的焊料原料加熱,使焊料原料融化形成熔融金屬之,加熱步驟(步驟20)。 在步驟20,如果要前述的焊料原料融化,可以適當設定其溫度,但在製造由所謂的無鉛焊料所構成的焊料製品20之場合,最好是設在300℃~400℃程度。
接著,棕櫚酸等的前述羧酸,具有在熔融金屬中吸收氧的效果。因此,於焊料製品中混入氧化物等的固形物或針狀結晶會被抑制。此外,焊料製品20中的氧會減低。此外,在焊接的過程,焊料20b變得更不易氧化。結果,於本實施型態使用焊料20b之場合,不易產生空孔Df。 此外,作為羧酸,使用棕櫚酸之場合,其吸收氧能力特優。
然後,實行過濾步驟,將在步驟20得到的熔融金屬、藉由過濾器(詳細敘述於後)予以過濾(步驟30)。於以下的說明,有將藉由實行步驟20而得到的熔融金屬、稱為「過濾前的熔融金屬」,將藉由實行步驟30而得到熔融金屬、稱為「過濾後的熔融金屬」。又,步驟30的詳細內容敘述於後。
接著,實行冷卻步驟,藉由將在步驟30得到的過濾後的熔融金屬予以冷卻,且使過濾後的熔融金屬凝固而作成焊料製品20(步驟40)。此外,此時,前述羧酸會於焊料製品20的表面側析出,形成表面層22。 在步驟40,可因應要得到的焊料製品20的形狀(錠狀、線狀、球狀等),而選擇適當冷卻方法。在例如要得到錠狀的焊料製品20之場合,將前述的過濾後的熔融金屬、倒入由氧化鐵等構成的模具並使之固化即可。
[過濾步驟的詳細內容] 圖13係供說明步驟30的過濾步驟概要之圖。 在此,圖13(a)係供說明過濾步驟所使用的過濾裝置10概要之圖。此外,圖13(b)係供說明被設置於過濾裝置10的過濾器12(詳細說明於後)的構成例之圖。再者,圖13(c)係供說明過濾器12的其他構成例之圖。
(過濾裝置之構成) 過濾裝置10,係具備:供給過濾前的熔融金屬1而且收容過濾前的熔融金屬1之容器11,被安裝於容器11且藉由過濾過濾前的熔融金屬1而排出過濾後的熔融金屬2之過濾器12,與加熱過濾器12之加熱器13。在此,圖13(a)之示例中,過濾前熔融金屬1的溫度為過濾前溫度T1,過濾後熔融金屬2的溫度為過濾後溫度T2。
[容器] 容器11,呈例如筒狀(圓筒狀),被設置於容器11的2個開口部,以朝向鉛直方向(上下方向)的方式配置。該容器11,可以由任何材料構成,如果由抑制氧化物等混入過濾前的熔融金屬1的之觀點而言,則使用金屬材料比陶瓷材料要佳。此外,各種金屬材料之中,如果由減少熔入過濾前熔融金屬1之觀點而言,則使用不銹鋼材料、特別是SUS316L為佳。
[過濾器] 過濾器12係呈例如板狀(圓板狀),且以堵塞前述的容器11底部之方式被安裝。接著,本實施型態的過濾器12的篩目s被設定在10μm以下為佳,5μm以下更佳,3μm以下又更佳。此外,被設定在1μm以下特佳。該過濾器12,可以由任何材料(例如無機材料、金屬材料、有機材料)構成,如果由抑制氧化物等混入過濾前的熔融金屬1的之觀點而言,則使用金屬材料比陶瓷材料要佳。此外,各種金屬材料之中,如果由減少熔入過濾前熔融金屬1之觀點而言,則使用不銹鋼材料、特別是SUS316L為佳。再者,採用由金屬材料構成的過濾器12之場合,只要可以得到前述的篩目s,採用編入金屬線而成的金網或者於金屬板實施開孔而成的沖壓金屬之任一種都沒關係。但是,作為過濾器12,最好是使用可以容易得到較小篩目s的金網。接著,作為過濾器12而採用金網之場合,由抑制篩目s差異之觀點而言的話,最好是使用實施燒結處理的金網。又,作為可以使用為過濾器12的有機材料,可以列舉各種芳香族聚醯胺樹脂或碳纖維(Carbon fiber)等。
此外,作為過濾器12而使用金網之場合,針對其編法,可以採用平織、稜織、平疊織或稜疊織等各種手法。在此,分別例示圖13(b)為採用平織之過濾器12,此外,圖13(c)為採用稜織之過濾器12。如這些所示,在以每個使用的金屬線(wire)的直徑(寬幅)作為線寬幅w時,相鄰接的2根線之間的縫隙,就成為篩目s。又,在圖13(b)、(c)的示例,篩目s是比線寬幅w還大,但並非以此為限,也可能是篩目s與線寬幅w相等的場合、或篩目s是比線寬幅w還小的場合。
[加熱器] 加熱器13,係使用過濾前熔融金屬1以外的加熱源,加熱過濾器12。從而,加熱器13,可以是藉由通電等而直接加熱過濾器12,抑或透過容器11或未圖示的其他構件,藉由熱傳導而間接地加熱過濾器12。
[過濾前溫度與過濾後溫度之關係] 在此,說明過濾前熔融金屬1的過濾前溫度T1、與過濾後熔融金屬2的過濾後溫度T2之關係。 如前述,在步驟20的加熱步驟,焊料原料藉由被加熱到300℃~400℃程度而融化。但是,過濾前熔融金屬1的過濾前溫度T1為230℃~260℃,在235℃~250℃程度更佳,最高溫度若干低於融化時的溫度。 另一方面,過濾後熔融金屬2的過濾後溫度T2,最好是在230℃~260℃程度。在此,過濾後溫度T2太低的話,會造成過濾步驟實行中或者過濾步驟實行後立刻使過濾後的熔融金屬2開始凝固,且造成焊料製品20的生產效率顯著降低。
(過濾裝置之動作) 然後,更具體地說明步驟30的過濾步驟之過濾裝置10的動作。 首先,在步驟20的加熱步驟,把藉由將焊料原料加熱到300℃~400℃而得到的過濾前熔融金屬1、調整溫度成過濾前溫度T1(230℃~260℃)。此外,於事前,使用加熱器13將過濾器12加熱。
其次,將被調整溫度到過濾前溫度T1的過濾前熔融金屬1、自上方投入被安裝了過濾器12的容器11內。於是,被投入容器11內的過濾前熔融金屬1,藉由重力的作用,其大部分會通過過濾器12並落到下方,成為過濾後的熔融金屬2。又,此時,對於存在容器11內且過濾器12上的過濾前熔融金屬1,因應需要,也可以施加壓力。接著,施加壓力之場合,最好是使用氮等的氣體(對於過濾前熔融金屬1惰性的氣體),使過濾前熔融金屬1不易氧化,並且可以對過濾前熔融金屬1向同性地施加壓力。
此外,過濾器12,過濾過濾前熔融金屬1之間,利用加熱器13而被加熱,抑制熔融金屬在過濾器12內凝固。又,加熱器13,只是發揮供輔助熔融金屬通過過濾器12內用的機能,最好不要進行使容器11內的過濾前熔融金屬1的過濾前溫度T1超過設定溫度(230℃~260℃)那樣的過度加熱。又,過濾不僅可以進行1次,也可以進行複數次。
接著,藉由通過過濾器12而得到的過濾後熔融金屬2,藉由前述的冷卻步驟而成為焊料製品20。另一方面,未能通過過濾器12的殘渣(未圖示),則殘留於過濾器12上。接著,實行了過濾步驟之後,利用加熱器13的加熱結束時,殘渣附著的過濾器12會自容器11被卸下、廢棄。又,其後,於容器11安裝新的過濾器12。
在以上詳述的型態,焊料製品20係包含碳數10以上20以下的羧酸。藉此,於焊料製品20的製造步驟,吸收氧,且抑制氧化物等的固形物或針狀結晶的發生。藉此,如圖2所示,可以細微化焊料的圖案。再者,如圖3等所示,流動性佳,而且對電極或基板的濕潤性佳,可以減低附著量。接著,如圖6等所示,固形物、針狀結晶、空孔Df變少,且可抑制龜裂Kr發生。因而,不易發生經時變化,耐久性優異。
此外,成為焊料製品20之後,羧酸係作為表面層22而存在於焊料製品20的表面,擔負作為保護層之作用。藉此,焊料20b,不易發生因氧化或吸濕造成的經時變化且耐久性優異。
接著,如圖10所示,於印刷電路板200使用焊料20b之場合,並不需要鍍鎳230及鍍金240。此外,藉此,也可期待CO2 削減效果。 又,藉由含有碳數10以上20以下的羧酸,可以抑制氧化物等的固形物或針狀結晶的發生,所以因應焊料製品20所要求的性能,有不需要進行前述的步驟30的過濾步驟之場合。 此外,藉由前述的步驟30的過濾步驟,可以除去氧化物等的固形物或針狀結晶,所以有不需要添加碳數10以上20以下的羧酸之場合。換言之,藉由具有過濾步驟,於焊料製品20不含有、或幾乎不含有氧化物等的固形物或針狀結晶,所以會產生與前述的效果同樣的效果。因而,作為焊料製品20,添加碳數10以上20以下的羧酸、或進行步驟30的過濾步驟,是有只要進行任何一方即可之場合。
[錫成品之製造方法] 其次,說明本實施型態之錫成品之製造方法。在此,首先說明錫成品之製造方法之第1實施型態。 {第1實施型態} 圖14(a)係顯示第1實施型態的錫成品的製造程序之流程圖。 在此,首先,實行準備步驟,準備錫成品的原材料(步驟110)。 在步驟110,準備主成分之錫作為原材料。此外,因應錫成品所要求的特性,除了主成分之錫以外,副成分可以進而含有鉛及鎘以外的金屬元素。副成分可以為銀、銅、銻、鉍之至少一種。錫成品所追求的特性,可以舉出加工的容易性,錫成品之剛性、錫成品之光澤等的美觀。此時,各金屬元素的組成比,基本上最好是與目標的錫成品之組成比相同。又,在步驟110準備的原材料,實際上,可能包含無可避免的不純物之鉛。
其次,實行將步驟110準備了的原材料加熱,使原材料融化形成熔融金屬之,加熱步驟(步驟120)。 在步驟120,如果要前述的原材料融化,可以適當設定其溫度,例如,最好是設在300℃~400℃程度。
然後,實行過濾步驟,將在步驟120得到的熔融金屬、藉由過濾器(詳細敘述於後)予以過濾(步驟130)。於以下的說明,有將藉由實行步驟120而得到的熔融金屬、稱為「過濾前的熔融金屬」,將藉由實行步驟130而得到熔融金屬、稱為「過濾後的熔融金屬」。又,步驟130的詳細內容敘述於後。
接著,實行成形步驟,將在步驟130得到的過濾後的熔融金屬、倒入錫成品形狀之模具內,作成錫成品的形狀(步驟140)。模具係由氧化鐵等構成。 接著,實行冷卻步驟,藉由將在步驟130得到的形狀的熔融金屬予以冷卻,且使過濾後的熔融金屬凝固而作成錫成品(步驟150)。
其次,說明錫成品之製造方法之第2實施型態。 {第2實施型態} 圖14(b)係顯示第2實施型態的錫成品的製造程序之流程圖。 在圖14(b),步驟210~步驟230,係與圖14(a)的步驟110~步驟130相同,所以省略說明。 步驟240之後,實行冷卻步驟,藉由將在步驟230得到的過濾後的熔融金屬予以冷卻,且使過濾後的熔融金屬凝固而作成錫半成品(步驟240)。此場合,錫半成品,係成為作成錫成品實的材料之製品。錫半成品,在作成錫成品上,可以作成需要的形狀,作為形狀,例如,可列舉錠狀、板狀、棒狀、電線狀、球狀等。 在步驟240,可因應要得到的錫半成品的形狀,而選擇適當冷卻方法。在例如要得到錠狀的錫半成品之場合,將前述的過濾後的熔融金屬、倒入由氧化鐵等構成的模具並使之固化即可。此外,在例如要得到板狀的錫半成品之場合,將前述的過濾後的熔融金屬、挾在輥等之間且壓緊同時使之固化即可。又,步驟210~步驟240之步驟,亦可視為錫半成品之製造方法。
接著,實行成形步驟,將在步驟240得到的錫半成品、加工且作成錫成品的形狀(步驟250)。錫半成品的加工,只要是對金屬材料的加工即可,並沒有特別限制,例如,可列舉衝壓加工、叩敲加工、彎曲加工、扭曲加工、切斷加工、切削加工、研磨加工、蝕刻加工、表面處理加工、噴砂加工等。
又,於步驟150的冷卻步驟、步驟250的成形步驟之後,也可以包含其他步驟。例如,可以於表面塗金箔等,或著色。該場合,於錫成品的表面側會形成著色層。這可以視為著色步驟,形成供於表面側著色錫成品用之著色層。
藉由圖14(a)~(b)製造的錫成品,只要是藉由成形而被形成的即可,沒有特別限制。作為錫成品,例如,可列舉玻璃杯、杯子、茶杯、盤子、碗、大碗、湯匙、筷子架等餐具。此外,作為錫成品,例如,可列舉垂飾或胸針等的裝飾品。再者,作為錫成品,例如,也可以是花瓶、植木鉢、水桶、洗臉盆等的日用品。
又,於過濾步驟所使用的裝置,係與焊料製品20之場合相同,可以使用過濾裝置10。過濾裝置10的動作也是相同。
[關於原材料] 此外,原材料,前述金屬元素以外,還可以含有碳數10以上20以下的羧酸。
圖15(a)~(b)係顯示包含碳數10以上20以下的羧酸之錫成品之圖。 其中,圖15(a)係顯示錫成品30,圖15(b)係顯示圖15(a)所示的錫成品30表面部的剖面放大圖。 如圖15(b)所圖示,本實施型態的錫成品30,係包含錫基體部31、與表面層32。因而,該錫成品30,可以包含由主成分之錫構成的錫基體部31,及主要分布於表面側構成表面層32、碳數為10以上20以下之羧酸。
錫基體部31,主要由前述的錫成品所構成。亦即,錫(Sn)為主成分。此外,因應錫成品所要求的特性,除了主成分之錫以外,副成分可以進而含有鉛及鎘以外的金屬元素。
表面層32,主要由前述的羧酸所構成。換言之,羧酸,主要分布於錫成品30的表面側並形成表面層32。表面層32,係覆蓋錫成品30的表面全體。羧酸,例如,藉由偏在錫成品30的表面側,而形成表面層32。
接著,藉此,表面層32,係擔負錫基體部31的保護層之作用。換言之,表面層32,係抑制空氣中的氧或水分到達錫基體部31。因而,表面層32,也可稱為耐氧化膜或耐水膜。
羧酸,與前述的焊料製品20相同的為佳。換言之,羧酸,為碳數12以上16以下之脂肪酸更佳。其中,碳數12以上16以下之1價脂肪酸進而更佳。進而,碳數12以上16以下之1價飽和脂肪酸為特佳。接著,1價脂肪酸中,以碳數16的棕櫚酸為特佳。
其次,說明前述之錫成品的變形例之導電構件。 {導電構件} 本實施型態之「導電構件」,係至少一部分含有前述的錫基體部31與表面層32之構件。作為導電構件,可以列舉線材、基板、端子等。導電構件,可以全部是由前述的錫基體部31與表面層32構成,亦可一部分使用前述的錫基體部31與表面層32。一部分使用之例,可列舉於板狀的導體、被前述的錫基體部31與表面層32覆蓋之板狀的電子部件。板狀的導體,例如銅板。
其中,「線材」,係至少一部分含有前述的錫基體部31與表面層32之電線。線材,可以全部是由前述的錫基體部31與表面層32構成,亦可一部分使用前述的錫基體部31與表面層32。一部分使用之例,可列舉於線狀的導體、被前述的錫基體部31與表面層32覆蓋之電線。線狀的導體,例如銅線。亦即,此場合,線材,係於銅線的外表面被塗覆前述的錫基體部31與表面層32。此外,作為線材,包覆的錫基體部31與表面層32的外表面,也可以進而藉由絕緣性的被膜覆蓋。絕緣性的被膜,例如由樹脂等所構成。換言之,亦可作成絕緣電線。
再者,說明前述之錫成品的變形例之可撓印刷電路板。 {可撓印刷電路板} 本實施型態之「可撓印刷電路板(FPC(Flexible Printed Circuits))」,係具有可撓性的、印刷電路板。「可撓印刷電路板」,例如,為薄膜狀,作成於絕緣體的基膜上形成接著層,進而於其上貼合導體箔之構造。該「可撓印刷電路板」,係具備與連接器等接續的端子。該端子,也可稱為電極。接著,從前,該端子一般是於導電箔被金箔等包覆之型態。另一方面,本實施型態之「可撓印刷電路板」的端子,係於導電箔的表面被覆蓋前述的錫基體部31與表面層32。導電箔,例如,係由銅所構成的銅箔。亦即,此場合,「可撓印刷電路板」的端子,係於銅箔的表面被塗覆前述的錫基體部31與表面層32。從前,為了鍍金箔,必須洗淨鍍層植入部分,有洗淨時所使用的洗淨劑在洗淨後殘留之場合。接著,殘留的洗淨劑,成為接觸不良、龜裂、接合部劣化等的瑕疵之原因。在本實施型態,可以覆蓋錫基體部31與表面層32而不需要預先洗淨端子。因此,沒有洗淨劑殘留的問題。因而,不易發生那樣的瑕疵,再者也可以期待CO2 削減效果。接著,使用本實施型態的錫基體部31與表面層32的場合,可以形成狹窄縫隙的圖案。因而,「可撓印刷電路板」的複數端子間的縫隙,也可以更為狹窄。
此外,說明前述之錫成品的變形例之電子部件。 {電子部件} 本實施型態之「電子部件」,係電子電路的零件,具有與基板或其他電子部件等電氣接續的端子。「電子部件」並沒有特別限制,例如,為電容器、電阻、感測器、半導體、積體電路、連接器、微LED(Micro LED Display)面板等。該端子,也可稱為電極。接著,該端子,於端子的表面被前述的錫基體部31與表面層32包覆著。導線,係由銅所構成的銅線。亦即,此場合,「電子部件」的端子,係於銅線的表面被塗覆前述的錫基體部31與表面層32。接著,於本實施型態的「電子部件」的端子被本實施型態的錫基體部31與表面層32包覆之場合,有效實現零件浮起或龜裂發生的抑制、流動性或濕潤性的提高、均質的塗布量。 [實施例]
以下,根據實施例更詳細說明本發明之焊料製品。但是,本發明只要在不超出其要旨的情況下,並不以後述的實施例為限。 本發明人,在過濾步驟之有無以及過濾步驟所使用的過濾器12的篩目s為不同之製造條件下,製造複數種類的焊料製品,且進行有關於得到的各焊料製品的性能之評估。
[各實施例及各比較例之說明] 在此,表1,係顯示實施例1~3及比較例1~3的焊料製品製造之、步驟30的過濾步驟的設定條件。
Figure 02_image001
在此,於各個實施例1~3及比較例1~3,作為焊料原料,使用銅為0.7wt.%、餘部為錫之、錫塊與銅塊之混合物,進行一般上稱為『Sn0.7Cu』的焊料製品之製造。從而,於各個實施例1~3及比較例1~3,焊料原料並不含有浮渣等的焊料屑。
(實施例1) 實施例1,係藉由實行利用過濾器12的過濾步驟,進行焊料製品之製造(過濾器:有)。更具體的說明,實施例1中,藉由將加熱前述焊料原料而得到的過濾前熔融金屬1、以篩目s被設定於3μm的過濾器12過濾,且將得到的過濾後熔融金屬2冷卻,而得到焊料製品。
(實施例2) 實施例2,係藉由實行利用過濾器12的過濾步驟,進行焊料製品之製造(過濾器:有)。更具體的說明,實施例2中,藉由將加熱前述焊料原料而得到的過濾前熔融金屬1、以篩目s被設定於5μm的過濾器12過濾,且將得到的過濾後熔融金屬2冷卻,而得到焊料製品。
(實施例3) 實施例3,係藉由實行利用過濾器12的過濾步驟,進行焊料製品之製造(過濾器:有)。更具體的說明,實施例3中,藉由將加熱前述焊料原料而得到的過濾前熔融金屬1、以篩目s被設定於10μm的過濾器12過濾,且將得到的過濾後熔融金屬2冷卻,而得到焊料製品。
(比較例1) 比較例1,係藉由實行利用過濾器12的過濾步驟,進行焊料製品之製造(過濾器:有)。更具體的說明,比較例1中,藉由將加熱前述焊料原料而得到的過濾前熔融金屬1、以篩目s被設定於20μm的過濾器12過濾,且將得到的過濾後熔融金屬2冷卻,而得到焊料製品。
(比較例2) 比較例2,係藉由實行利用過濾器12的過濾步驟,進行焊料製品之製造(過濾器:有)。更具體的說明,比較例2中,藉由將加熱前述焊料原料而得到的過濾前熔融金屬1、以篩目s被設定於100μm的過濾器12過濾,且將得到的過濾後熔融金屬2冷卻,而得到焊料製品。
(比較例3) 比較例3,係不實行利用過濾器12的過濾步驟,進行焊料製品之製造(過濾器:無)。更具體的說明,比較例3中,藉由直接冷卻過濾前熔融金屬1,而得到焊料製品。
[焊料製品之評估] 在此,作為用以評估各實施例及各比較例的焊料製品之標準,採用將各種焊料製品使用於焊接而得到的焊料之發生橋接(錫橋)狀況、使各種焊料製品融化而得到之焊料融液的黏度、將各種焊料製品使用於焊接而得到的焊料之氧濃度。
(錫橋) 首先,說明錫橋的評估。又,在此,對於實施例1~3及比較例1~3之所有焊料製品,進行有關於錫橋之評估。
[評估基板] 圖16係供說明使用於錫橋的評估之評估基板100的構成之圖。在此,圖16(a)係由第1圖案群101~第3圖案群103(詳細說明於後)的形成面側來看評估基板100之俯視圖。此外,圖16(b)係供說明構成第1圖案群101的第1電極群A~第5電極群E(詳細說明於後)的構成之圖。再者,圖16(c)係用以說明各個第1電極群A~第5電極群E之、模擬電極110(詳細說明於後)的電極幅F及電極高度I、與相鄰接的2個模擬電極110間的縫隙G及間距H之圖。
評估基板100,係具有矩形狀的玻璃環氧(FR-4)製的板(玻璃環氧板:厚度約1.5mm),與以各個由銅層構成的複數模擬電極(厚度18μm)所構成、被形成於玻璃環氧板的一方的面之圖案群。接著,評估基板100,係藉由將具有玻璃環氧板與銅箔的基板材料之銅箔的一部分、以蝕刻處理除去而得到。又,於以下的說明,於圖16(a)所示的評估基板100,其短邊方向(圖中上下方向)稱為「縱方向」,其長邊方向(圖中左右方向)稱為「橫方向」。
於評估基板100,作為前述圖案群,被形成於縱方向的上段沿著橫方向排列配置的第1圖案群101,於縱方向的中段沿著橫方向配置的第2圖案群102,於縱方向的下段沿著橫方向排列配置的第3圖案群103。接著,這些第1圖案群101~第3圖案群103係具有共通的構成,所以在後面以第1圖案群101為例並說明。
第1圖案群101,係具有:配置於評估基板100之中圖中最左側之第1電極群A,配置鄰接於第1電極群A的右側之第2電極群B,配置鄰接於第2電極群B的右側之第3電極群C,配置鄰接於第3電極群C的右側之第4電極群D,與鄰接於第4電極群D的右側且配置於評估基板100的圖中最右側之第5電極群E。此外,第1電極群A、第2電極群B、第3電極群C、第4電極群D及第5電極群E,係每個、以於橫方向排列31個沿著縱方向伸長的長方形狀的模擬電極110而構成。
在此,第1電極群A,分別設定電極幅F為0.2mm、縫隙G為0.5mm、間距H為0.7mm、電極高度I為15mm。此外,第2電極群B,分別設定電極幅F為0.2mm、縫隙G為0.4mm、間距H為0.6mm、電極高度I為15mm。再者,第3電極群C,分別設定電極幅F為0.2mm、縫隙G為0.3mm、間距H為0.5mm、電極高度I為15mm。再又,第4電極群D,分別設定電極幅F為0.2mm、縫隙G為0.2mm、間距H為0.4mm、電極高度I為15mm。然後,第5電極群E,分別設定電極幅F為0.15mm、縫隙G為0.15mm、間距H為0.3mm、電極高度I為15mm。
藉此,第1電極群A的尺寸成為橫21mm×縱15mm。此外,第2電極群B的尺寸成為橫18mm×縱15mm。再者,第3電極群C的尺寸成為橫15mm×縱15mm。再又,第4電極群D的尺寸成為橫12mm×縱15mm。然後,第5電極群E的尺寸成為橫9mm×縱15mm。
又,在此,對於前述的評估基板100,準備了2種類,已實施及不實施預定的表面處理。於後面的說明,將前述不實施表面處理的評估基板100稱為「未處理基板」,將前述已實施表面處理的評估基板100稱為「處理過基板」。在此,「未處理基板」,係對於藉由實施蝕刻處理而形成圖案群的玻璃環氧板,僅實施水洗。此外,「處理過基板」,係對於藉由實施蝕刻處理而形成圖案群的玻璃環氧板,係於實施水洗之後,實施除去存在於表面的氧化物之處理。
[試驗方法] 其次,說明使用前述的評估基板100之、錫橋的試驗方法。又,在此,於模仿以所謂流焊方式的焊接之狀況下,進行對評估基板100的焊接。
首先,藉由於SUS316L所構成的焊料槽(未圖示),投入對象的焊料製品(在此,為實施例1~3、比較例1~3之任一的焊料製品)並加熱,得到焊料製品融化而成的焊料融液。其次,進行調整以使焊料槽中的焊料融液溫度成為250℃。然後,對於焊料槽中的焊料融液,由焊料槽的上方,在第1圖案群101為上側且第3圖案群103為下側之狀態下,使評估基板100(未處理基板或處理過基板)往鉛直下方移動,且使評估基板100浸漬於焊料融液中。此時的評估基板100的移動速度,為60mm/s。然後,在評估基板100全體浸漬於焊料融液中之狀態下,停止評估基板100的移動、保持(浸漬)僅僅3s。其後,藉由使評估基板100朝向焊料槽的鉛直上方、並移動,而將浸漬於焊料融液中的評估基板100由焊料融液中取出。此時的評估基板100的移動速度,為60mm/s。
在以此作法而由焊料融液中取出的評估基板100,於設置在評估基板100的各模擬電極110,由焊料融液轉移且伴隨冷卻而凝固的焊料會附著。但是,此時,根據原始的焊料融液之不同狀態,已附著於評估基板100上每個相鄰接的2個模擬電極110之焊料彼此,有可能成為一體化的狀態。又,在此,將已附著於相鄰接的2個模擬電極110之焊料彼此一體化,稱作「發生錫橋」。
[評價方法] 然後,說明對於如此做法使焊料附著的評估基板100之、錫橋的評估方法。 以目視觀察依前述的程序得到的、焊料附著的評估基板100(未處理基板或處理過基板),檢查各個錫橋的發生狀態。 如前述,於各評估基板100,每個設置3個圖案群(第1圖案群101~第3圖案群103),並且於各圖案群,分別設置5個電極群(第1電極群A~第5電極群E)。接著,各電極群,每個由31根模擬電極110構成,所以各電極群之錫橋的發生個數,最大為30個。又,在此,1個電極群中,於相鄰接的2個模擬電極110之間即使2處以上形成錫橋,該部位之錫橋的發生個數仍設為1。此外,以評估基板100全體來看,具有相同構成的3個電極群(例如3個第1電極群A)中每個錫橋的發生個數,最大為90個。
[評價結果] 然後,說明錫橋的評估結果。 表2,係顯示使用實施例1的焊料製品並進行焊接之、處理過基板(評估基板100)中錫橋的發生狀態。表3,係顯示使用比較例3的焊料製品並進行焊接之、處理過基板(評估基板100)中錫橋的發生狀態。表4,係顯示使用實施例1的焊料製品並進行焊接之、未處理基板(評估基板100)中錫橋的發生狀態。表5,係顯示使用比較例3的焊料製品並進行焊接之、未處理基板(評估基板100)中錫橋的發生狀態。
在此,表2~表5,係顯示在構成被形成於評估基板100的第1圖案群101~第3圖案群103之第1電極群A~第5電極群E之、每個發生的錫橋數,與在構成相同的3個電極群(第1電極群A~第5電極群E之5個)發生的錫橋總數(個)及發生率(%)之關係。
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Figure 02_image005
Figure 02_image007
Figure 02_image009
{實施例1(處理過基板)} 首先,參照表2,同時針對使用實施例1的焊料製品並進行焊接之、處理過基板(評估基板100)中錫橋的發生狀態進行說明。又,以下,將其標記為「實施例1(處理過基板)」(以下也同樣)。
實施例1(處理過基板)之場合,全第1電極群A中錫橋的總數為0個(發生率:0%),全第2電極群B中錫橋的總數為2個(發生率:2%),全第3電極群C中錫橋的總數為11個(發生率:12%)。此外,實施例1(處理過基板)之場合,全第4電極群D中錫橋的總數為30個(發生率:33%),全第5電極群E中錫橋的總數為44個(發生率:49%)。從而,實施例1(處理過基板)之場合,錫橋的發生率,最低為0%,最高為50%以下(49%)。
{比較例3(處理過基板)} 其次,參照表3,同時說明比較例3(處理過基板)之場合。 比較例3(處理過基板)之場合,全第1電極群A中錫橋的總數為1個(發生率:1%),全第2電極群B中錫橋的總數為10個(發生率:11%),全第3電極群C中錫橋的總數為22個(發生率:24%)。此外,比較例3(處理過基板)之場合,全第4電極群D中錫橋的總數為48個(發生率:53%),全第5電極群E中錫橋的總數為81個(發生率:90%)。從而,比較例3(處理過基板)之場合,錫橋的發生率,最低為1%,最高為大大超過50%(90%)。
{實施例1(未處理基板)} 再者,參照表4,同時說明實施例1(未處理基板)之場合。 實施例1(未處理基板)之場合,全第1電極群A中錫橋的總數為0個(發生率:0%),全第2電極群B中錫橋的總數為0個(發生率:0%),全第3電極群C中錫橋的總數為6個(發生率:6.7%)。此外,實施例1(未處理基板)之場合,全第4電極群D中錫橋的總數為24個(發生率:27%),全第5電極群E中錫橋的總數為25個(發生率:28%)。從而,實施例1(未處理基板)之場合,錫橋的發生率,最低為0%,最高為30%以下(28%)。
{比較例3(未處理基板)} 這次,參照表5,同時說明比較例3(未處理基板)之場合。 比較例3(未處理基板)之場合,全第1電極群A中錫橋的總數為76個(發生率:84%),全第2電極群B中錫橋的總數為76個(發生率:84%),全第3電極群C中錫橋的總數為75個(發生率:83%)。此外,比較例3(未處理基板)之場合,全第4電極群D中錫橋的總數為81個(發生率:90%),全第5電極群E中錫橋的總數為90個(發生率:100%)。從而,比較例3(未處理基板)之場合,錫橋的發生率,最低為83%,最高為100%(全部)。
{各實施例與各比較例之對比} 又,在此,不詳細說明,但針對實施例2、實施例3、比較例1及比較例2,也進行與實施例1及比較例3同樣的試驗及評估。 表6,係作成一覽表來顯示使用實施例1~3及比較例1~3的焊料製品、於評估基板100(處理過基板或未處理基板)進行焊接後的評估結果。又,在表6,分別對處理過基板的評估結果,以錫橋發生率的最高值在50%以下顯示為「○」,超過50%顯示為「×」。此外,在表6,分別對未處理基板的評估結果,以錫橋發生率的最高值在30%以下顯示為「○」,超過30%顯示為「×」。
Figure 02_image011
由表6可知,使用篩目s為10μm以下的過濾器12來進行過濾的實施例1~3之焊料製品之場合,比起使用篩目s為20μm以上的過濾器來進行過濾的比較例1、2之焊料製品之場合,錫橋的發生率更為降低。此外,可知,使用篩目s為10μm以下的過濾器12來進行過濾的實施例1~3之焊料製品之場合,比起不進行使用過濾器12的過濾之比較例3的焊料製品之場合,錫橋的發生率更為降低。 (黏度) 其次,說明黏度的評估。又,在此,對於實施例1及比較例3的焊料製品,進行有關於黏度之評估。
[測定方法] 然後,說明這次實行之、黏度的測定方法。 首先,藉由於氧化鋁製的坩鍋(未圖示)中,投入對象的焊料製品(在此,為實施例1或比較例3之焊料製品)、且在氬氛圍下予以加熱,得到焊料製品融化而成的焊料融液。其次,進行調整以使坩鍋中的焊料融液溫度成為300℃。接著,使用公知的振動式黏度計,使焊料融液的溫度從300℃逐漸降低,同時每5℃進行黏度的測定直到降到220℃。
[測定結果] 圖17係顯示使實施例1及比較例3的焊料製品融化而得的焊料融液之溫度與黏度的關係之圖。於圖17,橫軸為溫度(℃),縱軸為黏度(Pa•s)。 可知,實施例1及比較例3之兩者,都是隨溫度的降低而黏度緩緩地增加。但是,可知在溫度為220℃~300℃之範圍內,相對於實施例1的黏度為0.0035Pa•s~0.004Pa•s程度,比較例3的黏度為0.005Pa•s~0.006Pa•s程度,總是比實施例1還要高。接著,於相同溫度下黏度較低,係意味與使用比較例3的焊料製品而得到的焊料融液相比,認為使用實施例1的焊料製品而得到的焊料融液,其「焊料濕潤性」及「焊料成形性」之兩者都可以是良好的。特別是,後者的「焊料成形性」良好的話,可以說前述的「錫橋」就不易發生。
(氧濃度) 然後,說明氧濃度的評估。又,在此,對於實施例1及比較例3的焊料製品,進行有關於氧濃度之評估。
[測定方法] 然後,說明這次實行之、氧濃度的測定方法。 首先,依前述的程序製作出前述之錫橋評估所使用的,作成焊接的評估基板100。此時,焊料融液的原材料,使用實施例1或比較例3的焊料製品。 接著,對於轉移•附著到被設在評估基板100的模擬電極110之焊料,使用TOF-SIMS(Time of Flight-SIMS:飛行時間式二次離子質譜分析法)裝置,求出焊料中深度方向的氧濃度、與焊料中的平均氧濃度。又,在此,對於每個實施例1及比較例3,各準備3個試樣(實施例1-1~實施例1-3、及比較例3-1~比較例3-3)。
[測定結果] 圖18(a)係顯示將實施例1及比較例3之焊料製品進行焊接而得的焊料之深度方向的氧濃度分布之圖。於圖18(a),橫軸為距焊料表面的深度(depth(μm)),縱軸為氧濃度(O content[a.u.])。此外,圖18(b)係顯示各焊料內之平均氧濃度之圖。於圖18(b),橫軸為各實施例及各比較例之名稱,縱軸為平均氧濃度(integral O content[a.u.])。
{深度方向之氧濃度分布} 首先,參照圖18(a),同時說明焊料的深度方向之氧濃度分布。 如圖18(a)所示,焊接實施例1的焊料製品而得到的焊料(實施例1-1~實施例1-3)之場合,焊料表面附近之氧濃度係相對地高,但距表面1μm以上的深度的部位之氧濃度,則比前者還要低。相對地,焊接比較例3的焊料製品而得到的焊料(比較例3-1~比較例3-3)之場合,焊料的氧濃度,與深度不太相關,且通常較高。尤其,著眼於距表面1μm以上的深度的部位之氧濃度時可以理解,與比較例3-1~比較例3-3相比,實施例1-1~實施例1-3為1位數乃至2位數的水準,且氧濃度較低。
{平均氧濃度} 然後,參照圖18(b),同時說明焊料中的平均氧濃度。 如圖18(b)所示可以理解,與焊接比較例3的焊料製品而得到的焊料(比較例3-1~比較例3-3)相比,在焊接實施例1的焊料製品而得到的焊料(實施例1-1~實施例1-3),平均氧濃度為2位數的水準且較低。
{關於焊料內的氧} 由前述的結果被認為表明,與使用比較例3的焊料製品而得到的焊料相比,使用實施例1的焊料製品而得到的焊料,焊料中所含有的金屬氧化物可以較少。在此,焊料中所含的金屬氧化物少,係意味焊料融液中未熔融而殘留的異物(固形物)減少。於是,焊料融液中的異物減少,被認為表明「焊料濕潤性」及「焊料成形性」之兩者可以變得良好。
[伴隨過濾而產生的殘渣] 圖19係於實施例1的焊料製品的製造,在步驟30過濾步驟後的過濾器12上殘留的殘渣之光學照片。 此外,圖20係圖19所示的殘渣之SEM(Scanning Electron Microscope)照片。 再者,圖21係於圖20所示的殘渣存在的針狀體之SEM照片。
首先,如圖19所示,固形物之一例之殘渣,係全體呈現淺灰色,同時具有砂狀的粒子塊化而成的構造。因此,圖19所示的殘渣,由外觀而言,表明是含有金屬氧化物。
此外,如圖20所示,殘渣的表面看起來像仙人掌,呈針狀的針狀體則從殘渣的表面突出。但是,被認為那樣的針狀體,不僅於殘渣的表面,實際上也存在殘渣的內部。
再者,如圖21所示,殘渣中存在的針狀體,其長度為100μm~200μm程度,其直徑為12μm~20μm程度。接著,由圖21也可清楚看出,針狀體的剖面為多角形狀。這被認為是表明該針狀體是由某些單晶體所構成。
接著,對圖21所示的針狀體,用EPMA (Electron Probe Micro Analyzer)進行元素分析之後,查明於該針狀體含有錫及銅之兩者。由該結果表明,該針狀體係由錫及銅的合金,或者錫及銅的氧化物等所構成。又,進行將該殘渣加熱直到500℃的實驗之後,殘渣中存在的針狀體並未在500℃融化,而維持其原來狀態。從而,認為該針狀體,並不是錫及銅的合金之一種之Cu6 Sn5 (融點:約435℃)。
此外,由圖21也可清楚看出,殘渣所含的針狀體的直徑超過10μm,所以該針狀體無法通過篩目s被設定於10μm以下的過濾器12。從而,認為實施例1~3的焊料製品,並未含有那樣的針狀體之異物。
另一方面,該針狀體能夠通過篩目s被設定於20μm以上的過濾器12。此外,如果沒有過濾器12的話,該針狀體可以維持原來的狀態。從而,認為比較例1~比較例3的焊料製品含有那樣的針狀體之異物。
因此認為,於使用實施例1~3的焊料製品之場合,錫橋的評估結果為「○」,此外,於使用比較例1~3的焊料製品之場合,錫橋的評估結果為「×」。
在此,殘渣中存在的針狀體的直徑,係如圖21所示成為12μm~20μm程度。但是,認為該針狀體的徑長,從最初開始並未超過10μm,而是隨著成長而逐漸徑長增加,就是長到某種程度後徑長增加會鈍化。
[焊料製品] 其次,說明可以藉由前述的焊料製品之製造方法來製造的焊料製品之特徵。
焊料製品,作為焊料原料是由混合複數金屬元素之合金而成。例如,如果使用焊料原料的主成分為錫、並且使用鉛以外的金屬元素作為副成分,則包含錫為主成分、且除了鉛以外的金屬元素作為副成分之合金會成為焊料製品。此外,作為焊料原料的副成分,例如,如果使用銅,則焊料製品係一種含有銅作為副成分之合金。
焊料製品,係藉由使混合複數金屬元素的合金融化為熔融金屬,把來自合金的固形物由熔融金屬除去後,使熔融金屬凝固而製造。從而,焊料製品,係具有於使之融化了之場合,被除去的來自合金的固形物不殘留之特徵。例如,如果是藉由以前述之方式以篩目s被設定成10μm的過濾器12過濾熔融金屬,將粒徑超過10μm的固形物由熔融金屬除去而製造出的焊料製品,於使構成焊料製品的合金融化之場合,合金的熔融金屬中會成為不殘留來自粒徑超過10μm的合金的固形物之合金。同樣地,如果是藉由以篩目s分別被設定成5μm及3μm的過濾器12過濾熔融金屬,將粒徑超過5μm及3μm的固形物由熔融金屬除去而製造出的焊料製品,於使構成焊料製品的合金融化之場合,合金的熔融金屬中會成為不殘留來自粒徑分別超過5μm及3μm的合金的固形物之合金。
表7係顯示檢查從前市售的Sn-Cu系焊料製品融化後之場合殘留的固形物之含量之結果。
Figure 02_image013
如表7所示,使A公司、B公司、C公司及D公司的棒狀的焊料製品融化,且以篩目s被設定成3μm的過濾器12過濾熔融金屬。結果,每30kg的焊料製品,於過濾器12殘留11g到297g的固形物。從而可知,在從前市售的焊料製品融化後之場合,即使是高品質,也有至少超過0.03重量%的固形物殘留,至於低品質者,則有高達0.99重量%的固形物殘留。從前的焊料製品,在過濾步驟不過濾就製造,所以認為即使過濾器12的篩目設為10μm也會是同樣的結果。
相對地,在藉由包含由熔融金屬中除去固形物的步驟之前述之焊料製品之製造方法而製造出的焊料製品之場合,則是即使融化也沒有超過一定粒徑的固形物殘留之高品質的合金。因此,與從前的焊料製品相比,可以進行更為細微的焊接。
但是,為了有效活用低品質的焊料製品,也可以將不含超過一定粒徑的固形物之焊料製品、與從前的焊料製品與以混合來製造新的焊料製品。亦即,要求品質比從前的焊料製品還要提高之場合的話,可以藉由將從前的焊料製品、與藉由包含由熔融金屬中除去固形物的步驟之前述之焊料製品之製造方法而製造出的焊料製品予以混合,來製造新的焊料製品。
具體而言,可以製造:於合金融化之場合,合金的熔融金屬中殘留的來自合金的固形物中粒徑超過10μm的固形物之、對融化前的合金之含量在0.03重量%以下之焊料製品;於合金融化之場合,合金的熔融金屬中殘留的來自合金的固形物中粒徑超過5μm的固形物之、對融化前的合金之含量在0.03重量%以下之焊料製品;於合金融化之場合,合金的熔融金屬中殘留的來自合金的固形物中粒徑超過3μm的固形物之、對融化前的合金之含量在0.03重量%以下之焊料製品等。
混合從前的焊料製品之場合,並不限於市售對象的焊料製品,也可以是在從前的焊料製品的原料階段予以混合。此外,於藉由過濾等而除去固形物後的合金、混合其他金屬元素之時間,可在合金的凝固之前或之後。亦即,可以藉由於利用過濾等而除去固形物的熔融金屬混合其他金屬元素,使熔融金屬凝固而製造焊料製品,亦或使利用過濾等而除去固形物的熔融金屬暫時凝固之後,再使之融化而與其他金屬元素混合。
相反地,如果是要求不含超過一定粒徑的固形物之高品質的焊料製品之場合,則使藉由過濾等而除去固形物後的合金不混合其他金屬元素來製造焊料製品即可。
[焊接部件] 其次,說明以藉由前述的焊料製品之製造方法來製造的焊料製品接合的焊接部件之例。
圖21係顯示以焊料製品接合的焊接部件之例之圖。
可以如圖21所示藉由以焊料製品20將LED41接合於基板42而製造焊接部件43。焊料製品20在融化了的狀態下,被充填於LED41的安裝位置所形成的焊料袋。從而,在融化了焊料製品20的場合所殘留的固形物的粒徑必須至少比焊料袋的寬幅及深度還要小,固形物會由焊料袋突出,LED41才能以正確的方向固定於基板42。
特別是,發光部分的尺寸為100μm以下之LED41,被稱作微LED,LED41的最大幅為150μm程度。以焊料製品20將微LED與基板42接合的場合之焊料袋的寬幅為50μm程度,深度為10μm到15μm程度。
從而,為了將微LED焊接於基板42,焊料製品20融化了的場合所殘留的固形物的粒徑在10μm以下為必要條件。但是,即使固形物的粒徑在10μm以下,於複數固形物要放入相同焊料袋的場合,會發生熔融的焊料製品20隆起,微LED在傾斜的狀態下被接合之瑕疵。因此,將焊料製品20融化了的場合所殘留的固形物的粒徑設在5μm以下關係到瑕疵問題的防止。根據實際進行的試驗,如果於焊料製品20熔融後的場合所殘留的固形物的粒徑為3μm以下,確認可飛躍性地減低瑕疵問題的發生並可以安定地將微LED焊接於基板42。
作為焊接部件之例,以焊料製品20將前述的LED41接合於基板42之焊接部件43之外,還可列舉印刷線路板。例如,近年,特別是在智慧型手機等領域,進行著焊接對象的印刷線路板之線路圖案的細微化(細線化)。印刷線路板之所謂L/S(線徑/間距)的數值,數年來低於100μm,最近則檢討10μm/10μm。
對L/S被設定在10μm/10μm的印刷線路板進行焊接之場合,焊料製品的熔融金屬中存在著粒徑超過10μm的固形物時,有發生前述的錫橋之疑慮。因此,最好是將焊料製品熔融了的場合所殘留的固形物的粒徑設在5μm以下。
對L/S被設定在10μm/10μm的印刷線路板進行焊接之場合,於焊料來源的焊料製品中,存在著直徑小於10μm的針狀體時,有發生前述的錫橋之疑慮。因此,在考慮這樣的情形之場合,最好是以前述的實施例1及實施例2之方式,於步驟30的過濾步驟,使用篩目s被設定於5μm以下的過濾器12。
[其他] 以上,記載了特定的實施型態,但是被記載的實施型態僅是一例示,並非限定發明的範圍。於此處被記載的新的方法及裝置,係能以種種其它樣式予以具現化。此外,於此處被記載的方法及裝置之樣式,在不逸脫發明的要旨之範圍下,可以進行種種的省略、置換或變更。所附的申請範圍及其均等物,係被包含於發明的範圍及要旨,並包含這類的種種樣式及變形例。
例如,在前述之實施型態,以包含錫(主成分)與銅(副成分)的被稱為Sn-Cu系的2元系焊料製品為例進行說明。但是,在此雖不進行詳細說明,但以錫為主成分的其他焊料製品,也可得到同樣的結果。 在此,作為Sn-Cu系以外之2元系的焊料製品,例如可以舉出Sn-Ag系、Sn-Bi系及Sn-Zn系。此外,作為3元系的焊料製品,可以舉出Sn-Ag-Cu系、Sn-Ag-Bi系、Sn-Ag-In系、Sn-Zn-Bi系及Sn-Zn-Al系。進而,作為4元系的焊料製品,可以舉出Sn-Ag-Cu-Bi系及Sn-Ag-In-Bi系。進而,作為5元系的焊料製品,可以舉出Sn-Ag-Cu-Ni-Ge系。接著,針對6元系以上的焊料製品,也可能得到同樣的結果。
此外,在此,把融化焊料原料的熔融金屬,使用過濾器12進行過濾的手法為例進行了說明,但是不限於此。例如亦可使用離心分離或固液分離等手法,由熔融金屬去除具有超過10μm的直徑(更佳為超過5μm的直徑)且存在於熔融金屬中的固形物。
1:過濾前熔融金屬 2:過濾後熔融金屬 10:過濾裝置 11:容器 12:過濾器 13:加熱器 20:焊料製品 20a,20b:焊料 21:無鉛焊料部 22:表面層 30:錫成品 31:錫基體部 32:表面層 41:LED 42:基板 43:焊接部件 100:評估基板 101:第1圖案群 102:第2圖案群 103:第3圖案群 110:模擬電極 111:基板 111a:墊(pad) 112:電子部件 112a:電極 200:印刷電路板 210:基板 220:銅圖案 230:鍍鎳 240:鍍金 250:抗焊劑 260:焊料塗層 Kr:龜裂
[圖1](a)~(b)係顯示本實施形態的焊料製品之圖。 [圖2](a)係顯示從前的焊料狀態之第1例。(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第1例。 [圖3](a)係顯示從前的焊料狀態之第2例。(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第2例。 [圖4](a)係顯示從前的焊料狀態之第3例。(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第3例。 [圖5](a)係顯示從前的焊料狀態之第4例。(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第4例。 [圖6](a)係顯示從前的焊料狀態之第5例。(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第5例。 [圖7](a)係顯示從前的焊料狀態之第6例。(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第6例。 [圖8](a)係顯示從前的焊料狀態之第7例。(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第7例。 [圖9](a)~(b)顯示在基板進行焊接前的電子零件。 [圖10](a)係顯示從前的焊料狀態之第8例。(b)係顯示本實施形態的焊料狀態之第8例。 [圖11]係顯示實裝電子零件的印刷電路板之圖。 [圖12]係顯示本實施形態的焊料製品的製造程序之流程圖。 [圖13]係說明步驟30的過濾步驟的概要之圖。 [圖14](a)係顯示第1實施型態之錫成品的製造程序之流程圖。(b)係顯示第2實施型態之錫成品的製造程序之流程圖。 [圖15](a)~(b)係顯示碳數10以上20以下之含羧酸的錫成品之圖。 [圖16](a)~(c)係供說明使用於錫橋的評估之評估基板的構成之圖。 [圖17]係顯示使實施例1及比較例3的焊料製品融化而得的焊料融液之溫度與黏度的關係之圖。 [圖18](a)係顯示將實施例1及比較例3之焊料製品進行焊接而得的焊料之深度方向的氧濃度分布之圖,(b)係顯示各焊料內之平均氧濃度之圖。 [圖19]係於實施例1的焊料製品的製造,在過濾步驟後的過濾器上殘留的殘渣之光學照片。 [圖20]係圖19所示的殘渣的SEM照片。 [圖21]係存在於圖20所示的殘渣之針狀體的SEM照片。 [圖22]係顯示以焊料製品接合的焊接部件之例之圖。
20:焊料製品
21:無鉛焊料部
22:表面層

Claims (56)

  1. 一種焊料製品之製造方法,包含 : 把以錫為主成分且副成分含鉛以外的金屬元素之原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟, 使前述熔融金屬以篩目設定為10μm以下的過濾器過濾的過濾步驟,以及 使過濾後的前述熔融金屬冷卻凝固的冷卻步驟。
  2. 如請求項1之焊料製品之製造方法,其中在前述過濾步驟,加熱前述過濾器。
  3. 如請求項1或2之焊料製品之製造方法,其中在前述過濾步驟,使用不銹鋼製的金屬網作為前述過濾器。
  4. 如請求項1至3之任一之焊料製品之製造方法,其中在前述加熱步驟,前述原材料,作為前述副成分之前述金屬元素含有銅。
  5. 一種焊料製品之製造方法,包含: 把以錫為主成分且副成分含鉛以外的金屬元素之原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟, 由被設定為230℃~260℃的前述熔融金屬,取出具有超過10μm的直徑且存在於該熔融金屬的固形物的取出步驟,以及 使取出前述固形物的前述熔融金屬冷卻凝固的冷卻步驟。
  6. 如請求項5之焊料製品之製造方法,其中在前述取出步驟,將前述熔融金屬設定於235℃~250℃。
  7. 如請求項5或6之焊料製品之製造方法,其中在前述取出步驟,由前述熔融金屬,取出超過5μm的前述固形物。
  8. 一種焊料,由混合複數金屬元素之合金所構成,使前述合金融化的場合,殘留於前述合金的熔融金屬中之來自前述合金的固形物之中粒徑超過5μm的固形物,相對於前述融化前的前述合金之含量為0.03重量%以下。
  9. 如請求項8之焊料,其中使前述合金融化的場合,殘留於前述合金的熔融金屬中之來自前述合金的固形物之中粒徑超過3μm的固形物,相對於前述融化前的前述合金之含量為0.03重量%以下。
  10. 如請求項8或9之焊料,其中使前述合金融化的場合,前述合金的熔融金屬中,粒徑超過5μm的來自前述合金的固形物不殘留。
  11. 如請求項8或9之焊料,其中使前述合金融化的場合,前述合金的熔融金屬中,粒徑超過3μm的來自前述合金的固形物不殘留。
  12. 如請求項8至11之任一之焊料,其中前述合金,係以錫為主成分,且副成分含鉛以外的金屬元素之合金。
  13. 如請求項12之焊料,其中前述副成分含有銅。
  14. 一種焊接部件,係以請求項8至13之任一之焊料接合的。
  15. 如請求項14之焊接部件,其中係以前述焊料將發光二極體接合於基板而成。
  16. 如請求項15之焊接部件,其中係將發光的部分之尺寸為100μm以下之微型發光二極體以前述焊料接合於基板而成。
  17. 一種焊料製品之製造方法,具有 使混合複數金屬元素的合金融化為熔融金屬的步驟, 把粒徑超過10μm的來自前述合金的固形物由前述熔融金屬除去的步驟, 藉由使除去前述固形物後的前述熔融金屬凝固而製造焊料的步驟。
  18. 如請求項17之焊料製品之製造方法,其中除去前述固形物後不混合其他金屬元素地製造前述焊料。
  19. 如請求項17之焊料製品之製造方法,其中除去前述固形物後藉由混合其他金屬元素而製造前述焊料。
  20. 一種焊料製品,係包含以錫為主成分且將鉛以外的金屬元素作為副成分,以及 主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。
  21. 如請求項20之焊料製品,其中前述羧酸為碳數12以上16以下的脂肪酸。
  22. 如請求項21之焊料製品,其中前述羧酸為棕櫚酸。
  23. 如請求項20至22之任一之焊料製品,其中作為前述副成分含有銅。
  24. 一種焊料製品之製造方法,包含: 把含有主成分錫及副成分鉛以外的金屬元素,與碳數10以上20以下的羧酸之原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟,以及 使前述熔融金屬藉冷卻而凝固,同時使前述羧酸於表面側析出之冷卻步驟。
  25. 如請求項24之焊料製品之製造方法,其中進而包含使前述熔融金屬,以篩目設定為10μm以下的過濾器過濾的過濾步驟。
  26. 一種印刷線路板,具備: 基板,及 於前述基板藉由焊料焊接的電子部件; 前述焊料,以錫為主成分且副成分包含鉛以外的金屬元素,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。
  27. 一種印刷電路板,具備: 基板,及 於前述基板上被形成為薄膜狀,構成配線圖案的配線圖案層,與薄膜狀形成於前述配線圖案層上,包含焊料之層的焊料層; 前述焊料層的焊料,以錫為主成分且副成分包含鉛以外的金屬元素,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。
  28. 如請求項27之印刷電路板,其中進而具備接合於前述焊料層的電子部件。
  29. 如請求項28之印刷電路板,其中前述電子部件,於前述焊料層藉由焊接接合,而進行焊接的焊料,以錫為主成分且副成分包含鉛以外的金屬元素,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。
  30. 如請求項27至29之任一之印刷電路板,其中前述配線圖案層,含有銅。
  31. 一種線材,至少一部分包含請求項20至23之任一之焊料製品。
  32. 如請求項31之線材,其中於線狀的導體,前述焊料製品被塗覆。
  33. 一種焊接製品,係透過請求項20至23之任一之焊料製品使被連接構件彼此被焊接。
  34. 一種可撓印刷電路板,係具有端子,於前述端子的表面,覆蓋請求項20至23之任一之焊料製品。
  35. 一種電子部件,係具有端子,於前述端子的表面,覆蓋請求項20至23之任一之焊料製品。
  36. 一種錫成品之製造方法,包含: 把含主成分之錫的原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟, 使前述熔融金屬以篩目設定為10μm以下的過濾器過濾的過濾步驟, 使前述熔融金屬冷卻凝固的冷卻步驟,以及做成錫成品的形狀之成形步驟。
  37. 如請求項36之錫成品之製造方法,其中前述原材料,除了主成分之錫以外,進而含有鉛及鎘以外的金屬元素之副成分。
  38. 如請求項37之錫成品之製造方法,其中前述副成分為銀、銅、銻、鉍之至少一種。
  39. 如請求項36之錫成品之製造方法,其中於前述成形步驟後,進而含有形成供於表面側著色錫成品之著色層的著色步驟。
  40. 如請求項39之錫成品之製造方法,其中前述著色層,為金箔。
  41. 如請求項36至40之任一之錫成品之製造方法,其中錫成品為餐具。
  42. 如請求項36至41之任一之錫成品之製造方法,其中前述原材料,進而含有碳數10以上20以下的羧酸。
  43. 如請求項42之錫成品之製造方法,其中前述羧酸為棕櫚酸。
  44. 一種錫成品之製造方法,包含: 把包含主成分的錫及碳數10以上20以下的羧酸之原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟, 使前述熔融金屬藉冷卻而凝固,同時使前述羧酸於表面側析出之冷卻步驟,以及 使成為錫成品的形狀之成形步驟。
  45. 如請求項44之錫成品之製造方法,其中前述羧酸,為碳數12以上16以下的脂肪酸。
  46. 如請求項45之錫成品之製造方法,其中前述羧酸為棕櫚酸。
  47. 一種錫半成品之製造方法,包含: 把含主成分之錫的原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟, 使前述熔融金屬以篩目設定為10μm以下的過濾器過濾的過濾步驟,以及 使前述熔融金屬冷卻凝固的冷卻步驟。
  48. 一種錫半成品之製造方法,包含: 把含主成分之錫,及碳數10以上20以下的羧酸之原材料,藉加熱融化成熔融金屬的加熱步驟,以及 使前述熔融金屬藉冷卻而凝固,同時使前述羧酸於表面側析出之冷卻步驟。
  49. 一種錫成品,包含:主成分之錫,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。
  50. 如請求項49之錫成品,其中於表面側進而含有供著色錫成品之著色層。
  51. 如請求項49或50之錫成品,其中除了主成分之錫以外,進而含鉛及鎘以外的金屬元素之副成分。
  52. 一種錫半成品,包含主成分之錫,及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。
  53. 一種導電構件,包含主成分之錫,及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。
  54. 一種線材,具有覆蓋層,其係包含:線狀的導體,及被前述線狀導體包覆,主成分之錫,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。
  55. 一種可撓印刷電路板,係具有端子,於前述端子的表面,覆蓋主成分之錫,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。
  56. 一種電子部件,係具有端子,於前述端子的表面,覆蓋主成分之錫,以及主要分布於表面側構成表面層,碳數為10以上20以下之羧酸。
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