TWI221758B - Soldering method - Google Patents

Description

1221758 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種使用熔融Sn-Ag-Cu系無鉛銲錫 以實施配線基板和電子零件之錫銲的方法’且特別有關於 一種管理流動銲錫浴而使可靠度很高的錫銲方法。 【先前技術】 將電子零件搭載到配線基板以實施錫銲安裝之手段， 有使配線基板下表面接觸到收容熔融銲錫的銲錫浴，使電 子零件之導線連接到配線基板之電路端子部，亦即所謂之 流動安裝正被廣泛使用中（參照日本特開2001-308508號 公報）。 可是，過去在上述安裝中，用於實施配線圖樣和電子 零件接合之銲錫材料，有錫-鉛共晶銲錫，其因爲對於電 極材料之濕濡性、接合可靠性及錫銲溫度等很優良，所以 逐漸被廣泛採用。可是，正被電子機器廣泛使用之上述含 錯靜錫材料一旦被廢棄的話，對人體有害的鉛會溶出到環 境中’很有可能會引起重金屬污染，所以，近年來不含鉛 之所謂無鉛銲錫材料正快速地被採用中。 現在’流動安裝用無鉛銲錫材料，有S n - a g - C u系、 Sn-Cu系及Sn-Zn系等材料被廣泛知悉，而這些銲錫材料 之中，Sn-Ag-Cu系及Sn_Cu系之銲錫材料很穩定，所以 被廣泛採用。 42合 又’電子零件之端子部材料，有銅或鐵，或者 -5- (2) (2)1221758 金等Fe-Ni系合金被採用，這些端子部材料表面爲了改善 錫銲時之濕濡性，而有實施Sn-Pb等組成之電鍍。 可是，使用現在一般採用中之無給婷錫材料以實施流 動安裝的話，在銲錫固化時，針狀之金屬間化合物或析出 物會在錫銲過之端子部及接近前述端子部之其他不期望部 分之間，以架橋狀態固著，產生所謂架橋，而會引起短 路。 改善上述架橋現象之方法，有在實施流動安裝之錫銲 裝置中，在錫銲部脫離銲錫浴的瞬間，藉由加熱器等加熱 錫銲部以阻止纖維狀物之形成，而防止架橋之產生（參照 日本特開200 1 -3 08 5 0 8號公報）。可是，利用上述方法的 話，必須改造錫銲裝置本身，又，此複雜的方法有必要在 配線基板脫離銲錫浴之瞬間噴射熱風，而需要非常高精度 之控制。 【發明內容】 〔發明所欲解決的課題〕 本發明之目的，係爲改善採用無鉛銲錫的流動安裝法 中之上述問題點，而提供一種藉由簡易的方法有效地防止 架橋現象，而且接合可靠度很高的錫銲方法。 〔用於解決課題的手段〕 本發明係用於解決上述習知技術之課題而開發出之錫 銲方法，其中，其爲使用熔融Sn-Ag-Cu系無鉛銲錫以實 -6 - (3) (3)1221758 施配線基板和電子零件之錫銲的方法，其特徵在於：調整 銲錫浴之組成，以使熔融銲錫浴中之銅元素係0.5〜1 . 1 5 重量％範圍內，並且鉛元素相當於不純物之濃度。 在上述本發明之錫銲方法中，鉛元素之組成係在3 00 〜3500 ppm範圍內。 又，在上述本發明中，前述銲錫浴組成調整之實施， 係藉由在前述銲錫浴組成中，添加不含銅元素及鉛元素之 其他至少一項成分，或者，添加自初期銲錫浴組成中削減 銅元素及鉛元素之物質。 更有甚者，在上述本發明中，前述銲錫浴組成之管 理，能夠在銲錫浴經過既定使用時間後，自銲錫浴中取樣 銲錫，針對取樣出的銲錫實施元素分析，當銅元素及鉛元 素之至少一者脫離既定範圍時，藉由將構成前述銲錫浴之 至少一項元素成分添加到前述銲錫浴材料中，以使銲錫浴 組成回復到既定範圍；或者，在浸漬入銲錫浴的配線基板 數量達到既定數目後，自銲錫浴中取樣銲錫，實施元素分 析，當銅元素及鉛元素之至少一者脫離既定範圍時，藉由 將構成前述銲錫浴之至少一項元素成分添加到前述銲錫浴 材料中，以使銲錫浴組成回復到既定範圍。 上述本發明，係依據檢討採用流動銲錫浴之安裝而獲 得之下列見識所產生者。亦即，Sn_Ag-Cu系銲錫材料， 係在錫銲工序中，對於配線基板接地部或配線圖案之銅的 腐蝕量很少，而且能實施銲錫浴組成穩定之錫銲，但是， 即使在這種銲錫浴中，銅元素也會從使用於配線基板上之 (4) (4)1221758 導電材料熔出，當蓄積於銲錫浴中之銅元素達到既定濃度 以上時，銲錫浴之黏度會上升，而成爲產生架橋之原因。 在此，針對此銲錫浴定期實施組成分析，如果銅元素含量 被檢出達到一定値以上時，則添加不足或缺少的原料以調 整組成，藉此，能有效避免架橋現象。 又，如果濃度相當於存在上述銲錫浴中不純物的鉛元 素存在的話，因爲會降低銲錫浴之黏度，所以，即使在含 有更高濃度銅元素的銲錫浴中，也能抑制架橋產生，延長 調整銲錫浴組成之間隔時間，而且能減少錫銲工序之工 時，有效率地實施銲錫浴管理。本發明即得知上述關係而 完成者。 在本發明中，將銲錫浴組成之管理範圍設定於銅元素 含量爲0 · 5〜1 . 1 5重量％ ;鉛元素含量相當於不純物含量 之範圍，更具體說的話，鈴元素含量在300〜3500 ppm之 間，其理由在於：當銅元素在銲錫浴中之含量低於〇. 5 % 的話，會有濕濡性降低而減低錫銲可靠性之問題，或者， 會有對於使用在配線基板之銅材料的腐蝕量大的問題，所 以，不是很好。另外，如果銅元素在銲錫浴中之含量高於 1 · 1 5 %的話，銲錫浴黏度會上升，容易形成針狀金屬間化 合物或析出物，而成爲銲錫架橋之原因，錫銲不良修整率 會增加。 又’如果給兀素在靜錫浴中之含量低於300 ppm的 S舌’銅兀素之適當組成範圍係0.5〜1·〇重量％左右，其 非常狹窄，會增加銲錫浴調整之工序，使作業效率降低。 -8- (5) (5)1221758 另外’如果鉛元素在銲錫浴中之含量高於3 5 Ο 0 p p m的 話’除了在銲錫材料凝固中，銲錫會部分剝離，亦即經常 會產生所謂浮豎（lift-off )現象之外，也必須採取防止因 爲鉛溶出而造成環境問題之對策，非常不經濟。 在上述本發明中，前述銲錫浴組成之調整，最好藉由 在前述銲錫浴組成中，添加不含銅元素及鉛元素之其他成 分的至少一項來實施。另，在上述本發明中，前述銲錫浴 組成之調整，最好藉由在前述銲錫浴組成中，添加使銅元 鲁 素及鉛元素自初期銲錫浴組成中減量之成分組成的材料來 實施。 在上述本發明中，前述銲錫浴之組成管理，最好在銲 錫浴經過既定使用時間後，自銲錫浴中取樣銲錫，針對取 樣出的銲錫實施元素分析，當銅元素及給元素之配合比脫 離既定範圍時，藉由將構成前述銲錫浴之至少一項元素成 分添加到前述銲錫浴材料中，以使銲錫浴組成回復到既定 範圍。 ⑩ 在上述本發明中，前述銲錫浴之組成管理，最好在浸 漬入銲錫浴的配線基板數量達到既定數目後，自銲錫浴中 取樣銲錫，實施元素分析，當銅元素及鉛元素之至少一者 脫離既定範圍時，藉由將構成前述銲錫浴之至少一項元素 成分添加到前述銲錫浴材料中，以使銲錫浴組成回復到既 定範圍。 上述本發明，係本案申請人依據爲了解決上述課題而 檢討後所獲得之下述見識而得者。亦即，在無鉛銲錫中， -9- (6) (6)1221758 隨著重複錫銲工序’銲錫浴組成中構成電路圖案之銅元素 或構成電子零件導線之銅元素會熔解到銲錫浴中而蓄積。 結果，可以瞭解到：銲錫浴黏度會上升，在錫銲工序中生 成針狀金屬間化合物或析出物，其爲造成架橋之原因。 復，可以瞭解到：同樣地在無鉛銲錫中，如果導線電鍍材 料等所含有的鉛元素會熔解混入到銲錫浴組成中的話，接 合部之凝固溫度範圍會擴大。特別，當鉛元素細微偏析的 話，在錫銲接合之表層部中，銲錫雖然會凝固，但是在銲 錫內部中，會殘留未凝固之低黏度熔融銲錫區域，此區域 在逐漸凝固的過程中，因爲基板等的凝固收縮而應力會增 加’而會產生錫銲接合之剝離或變形。因此，想到藉由管 理及控制銲錫浴組成，能防止架橋或浮豎（lift-off)現象 之產生，乃至完成本發明。 【實施方式】 〔發明之最佳實施型態〕 · 以下，詳細說明本發明之實施型態。 本發明中所採用之無鉛銲錫材料，可以使用眾所周知 的S η - A g - c U系銲錫。銲錫材料雖然依各別材料而異，可 是’大體上，在氮氣環境氣體中，於250 士 2 °C之溫度範圍 I維持熔融，可使用於流動安裝之錫銲工序。 隨著配線基板錫銲工序數量之增加，銅、鉛及其他金 屬會熔解混入銲錫浴中，銲錫浴組成隨著銲錫浴使用時間 之增加’或者浸漬到銲錫浴中配線基板數目之增加，組成 -10- (7) (7)^21758 會逐漸改變。亦即，銅、鉛及鐵等，配線基板之配線圖案 材料、搭載於配線基板之電子零件導線材料或者電鍍到前 述導線表面之材料等所函知金屬元素會熔解混入銲錫浴 中，這些金屬元素之比率會上升，不使用於配線基板中之 鍚、銀等元素的比率會相對降低。 在此，經常或採取適當間隔時間自銲錫浴中取樣銲錫 材料，使用ICP分析法等元素分析法，定量分析銲錫浴之 構成元素，以調查銲錫浴之組成。而且，爲了在此組成脫 離既定範圍之階段，補充銲錫浴組成中缺乏的元素，而添 加比率正在增加中之銅、鉛元素以外的無鉛銲錫材料構成 元素到銲錫浴中。或者，將銅、鉛元素之外的成分很豐富 的銲錫材料添加到銲錫浴中。 上述補充元素之添加，可以各別添加正欠缺之各個金 屬元素，也可以添加預先將銅及鉛以外之構成金屬元素熔 融合金化而製成之顆粒。如果使用添加上述合金化顆粒之 方法的話，銲錫浴組成管理能快速實施，非常實用。又， 將這些金屬元素在添加到銲錫浴之前事先加以熔融，而以 熔融金屬添加的話，能夠更加快速地調整銲錫浴組成。 另，補充金屬也可以添加自初期階段所用之銲錫組成中， 降低銅元素及鉛元素配合比率之材料。藉此，能使組成調 整頻率變得很高之銲錫，讓組成調整結果及組成變均一之 時間縮短。 〔實施例〕 -11 - (8) (8)1221758 將含有3 5 0 ppm鉛元素而且具有811_八§-〇11組成之銲 錫60 0公斤加以熔融’然後維持25(rc而成爲銲錫浴。前 述銲錫浴中，使銅含量爲0 · 5 2 % 。使零件數量n 〇 〇件之 雙面配線基板內面浸漬到上述銲錫浴中3 . 5秒，以實施錫 銲。如上述程序，每處理約1 0000片配線基板後，在銲錫 浴材料維持熔融之狀態下，將銲錫材料取樣5 〇 〇公克，藉 由ICP元素分析法實施元素分析，與初期之銲錫浴材料組 成做比較。當重複此循環5次時，因爲鉛元素含量爲 3100 ppm，而銅元素含量達到1.15% ，所以，將日常添加 到銲錫浴中之銲錫，由Sn-Ag-Cu系改變成Sn-Ag系。 在以上述方法實施組成管理的銲錫浴中，雖然實施過 100,000張配線基板之安裝，但是，架橋發生率爲600 ppm以下，浮豎（lift-off)現象發生率爲2%以下。在 此’架橋發生率，係將架橋產生數量除以全部錫銲點數之 比率；浮豎（lift-off )現象發生率，係將浮豎（Hft_ off )現象產生數量除以全部錫銲點數之比率。 另外，完全不以上述方法實施銲錫浴管理之銲錫浴， 實施過5 0,000張配線基板之錫銲後，銲錫架橋發生率在 第40,〇〇〇張以後會增加，達到ppm又，浮豎 (lift-off)現象發生率約達到50% 。 〔發明效果〕 使用上述說明過之本發明的話，在使用不引起環境污 染之無鉛銲錫之同時，即使銲錫浴長時間使用，也不會產 -12- (9)1221758 生銲錫架橋或浮豎（lift-off)現象，而發揮能實施高可靠 性錫銲之特徵效果。

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Claims (1)

1. (1) (1)1221758 拾、申請專利範圍 1·—種錫銲方法，其爲使用熔融Sn-Ag-Cu系的無鉛 銲錫以實施配線基板和電子零件之錫銲的方法，其特徵在 於： 調整銲錫浴之組成，以使熔融銲錫浴中之銅元素係 0 · 5〜1 · 1 5重量％範圍內，並且鉛元素相當於不純物之濃 度。 2 ·依申g靑專利朝圍第1項所述之錫婷方法，其中，在 上述錫鲜方法中’鉛兀素之組成係在300〜3500 ρρπι範圍 內。 3 ·依申請專利範圍第1項所述之錫銲方法，其中，前 述驛錫浴組成§周整之貫施’係藉由在目Ij述婷錫浴組成中， 添加不含銅元素及鉛元素之其他至少一項成分，或者，添 加自初期銲錫浴組成中削減了銅元素及鉛元素之物質。 4.依申請專利範圍第1〜3項中任一項所述之錫銲方法 ，其中，關於前述銲錫浴組成之調整，係銲錫浴經過既定 使用時間後，自銲錫浴中取樣銲錫材料，針對取樣出的銲 錫材料實施元素分析，當銅元素及鉛元素之至少一者脫離 既定範圍時，藉由將構成前述銲錫浴之至少其中一項元素 成分添加到前述銲錫浴材料中，以使銲錫浴組成回復到既 定範圍。 -14-