TWI592081B - 具有電極侵蝕防止層之組件及製造該組件之方法 - Google Patents
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Description
本發明關於一種具有電極侵蝕防止層的組件及製造該組件之方法。更特別地,本發明關於一種組件(諸如基材或安裝組件),其中電極侵蝕防止層形成在諸如印刷電路板、晶圓或可撓基材之基材的電極上或在諸如晶片、電阻體、電容器或濾波器之安裝組件的電極上,關於製造該組件之方法及類似者。
近年來,在諸如印刷電路板、晶圓及可撓基材(其在下文中可稱為"安裝基材")之基材上,配線密度及安裝密度已另外經改良。該安裝基材具有很多用於焊接電子組件之電極。在該電極上形成焊劑(其在下文中可稱為"連接焊劑"),諸如焊接該電子組件之焊劑凸出體,及焊劑糊料。該電子組件藉由焊接在該連接焊劑上而被安裝在該安裝基材上。
連接焊劑是微米尺寸的且在形狀、尺寸及類
似方面是均一的。該接焊劑僅需要形成在需要的部份上。作為滿足此項要求之連接焊劑的形成方法,專利文件1已建議一種藉由使用篩板以容易形成微小且均一之糊料凸出體的技術及類似者,其中該篩板具有用於以糊料形成糊料凸出體的開口且特徵在於彼包含剛性第一金屬層、以樹脂為底質之黏合劑層及第二金屬層,且該黏合劑層及該第二層之開口的直徑小於該第一金屬層之開口的直徑。
同時,在電子組件諸如連接器、QFP(四方扁平封裝)、SOP(小輪廓封裝)或BGA(球柵極陣列)中,連接端子(諸如鉛端子)的尺寸可以變更。為要在無任何焊接失敗的情況中焊接電子組件與具有多變尺寸之連接端子,需要藉由增加在安裝基材上所形成之"連接焊劑"的厚度,以減少在該電子組件中尺寸變化的影響。當小型電子組件諸如CSP(晶片尺寸封裝)是在安裝在一安裝基材上之各電子組件之間時,用於此種小型電子組件之連接焊劑的尺寸是極小且微小的。
作為形成連接焊劑的一般方法,已知有一種將配備銅電極及類似者之安裝基材直接浸漬(浸沒)在熔化之焊劑中的方法。當焊劑與銅電極接觸時,銅與該焊劑中所含之錫結合,以致產生Cu-Sn金屬間化合物。產生該Cu-Sn金屬間化合物是該焊劑接頭的基礎。然而,形成該連接焊劑的現象是以該銅電極被該焊劑中的錫所侵蝕的方式被引發,因此這有時被稱為"電極侵蝕"。此種電極侵蝕可減少銅電極作為電接頭的可靠性且藉此可破壞安裝基材
之可靠性。因此,需要縮短安裝基材在熔化焊劑中之浸漬時間以抑制電極侵蝕。因此,已考慮一種方法(浸漬方法),其中將備用焊劑層形成在安裝基材之銅電極上,然後將該安裝基材浸漬在熔化焊劑中。
專利文件1:日本公開專利申請案1998-286936
在上述之形成連接焊劑的方法中,使用篩板以形成連接焊劑之方法具有差的生產力的問題。另外,藉由浸漬方法以形成連接焊劑的方法在第一浸漬(浸沒)部份及最終浸漬部份之間引起電極侵蝕的差異,藉此在該基材的個別部份之間引起銅電極之可靠性差異。因此,該電極侵蝕之問題尚未能解決。
已完成本發明以解決以上問題。本發明之一目的是要提供一種具有"用於電極之侵蝕防止層"(下文中稱為"電極侵蝕防止層")的組件(諸如基材或安裝組件),該組件使能有低成本、高產率及高可靠之焊接,及一種製造該組件之方法。
(1)為解決以上討論之問題,製造依照本發明之組件的方法包括:製造具有待焊接之電極之組件的步驟;使含有第一有機脂肪酸之溶液與該電極接觸的步驟;藉由使第一熔化焊劑與該電極接觸以將該第一熔化焊劑黏合在該電極上的步驟;將氣流或液流射至該經黏合的第一熔化焊劑以移除在黏於該電極上之該第一熔化焊劑中過多的第一熔化焊劑的步驟;及將已移除過多的第一熔化焊劑的電極冷卻至低於第一熔化焊劑的熔點的步驟,且其中在黏合該第一熔化焊劑的步驟中,該第一熔化焊劑包括一成份,該成份藉由與在該電極中所包括之成份反應而形成由金屬間化合物層所構成之電極侵蝕防止層在該電極表面上,且該第一熔化焊劑與該電極之接觸係藉由使該第一熔化焊劑之液流碰撞或遍布電極,同時移動該組件而進行。
依照本發明,在黏合第一熔化焊劑的步驟中,該第一熔化焊劑包括一成份(下文中也稱為"電極侵蝕防止層成份),該成份藉由與在該電極中所包括之成份反應而形成由金屬間化合物層所構成之電極侵蝕防止層在該電極表面上。因此,藉由該金屬間化合物所形成之該電極侵蝕防止層係在使該電極侵蝕防止層成份與該電極接觸時被形成在該電極表面上。因為該金屬間化合物層可抑制作為電極侵蝕防止層之電極組件的洗出,基於電極之侵蝕的電極缺陷及缺失可被防止。
(ii)在黏合該第一熔化焊劑的步驟中,在移動該組件之同時,藉由使第一熔化焊劑液流碰撞或遍布該
組件,進行該第一熔化焊劑與該電極之接觸。因此,在任一情況中,第一熔化焊劑均勻地黏在該電極上。結果,因為該電極侵蝕防止層係均勻地形成在該電極上,該電極之缺陷及缺失可藉由該電極侵蝕防止層防止。
(iii)另外,在該電極與第一熔化焊劑接觸之前,進行該含第一有機脂肪酸之溶液與該電極之接觸步驟。因此,該含第一有機脂肪酸之溶液用以移除在該電極表面上所存在之氧化物、雜質或類似者。結果,在已極大地抑制在該電極表面上之此種氧化物、雜質或類似者之存在的狀態中,該第一熔化焊劑可與該電極表面接觸。若有如以上之處理,具有均勻厚度之該電極侵蝕防止層可被形成在該清潔的電極表面上,其中空隙或缺陷之發生已被抑制。因為該電極侵蝕防止層係以最大抑制空隙或缺陷的狀態,也被提供在該電極侵蝕防止層的該焊劑層上,空隙或缺陷的發生可另外被抑制。
(iv)另外,進行噴射該氣流或該流體以移除黏於該電極上之過多的第一熔化焊劑的步驟。因此,該電極係配備該電極侵蝕防止層,後者已輕微地黏合該第一熔化焊劑或該第一焊劑層。即使在浸漬於另一熔化焊劑(該第二熔化焊劑)中之時,因該第二熔化焊劑所致之該電極成份的洗出可被抑制。此外,在藉由噴射該氣流或流體以移除該過多之第一熔化焊劑之後,在該電極表面上可以形成有機脂肪酸塗覆膜以防止該電極侵蝕防止層之氧化。結果,即使沒有立即處理,該組件可在該電極侵蝕防止層已
被提供在該組件之電極上的狀態中被貯存或傳送。
(iv)進行將該電極(其中該過多之第一熔化焊劑已被移除)冷卻至低於該第一熔化焊劑之熔點的步驟。因此,可使在該電極表面上所形成之該電極侵蝕防止層成為具有預定厚度範圍而無任何裂痕(例如0.5微米至3微米之程度)之電極侵蝕防止層以供安定化。即使當如以上所見之配備電極侵蝕防止層之組件經連續地浸漬(浸沒)於焊劑浴中以在該電極上提供連接焊劑時,在第一浸漬(浸沒)部份與最後浸漬部份之間的電極侵蝕差異可被最小化。此外,即使在該藉由浸漬提供連接焊劑之組件係連續地進行安裝電子組件之步驟及曝於不同加熱處理時,該電極侵蝕防止層作為阻障物且因此可抑制因該熱所致之電極在焊劑中的侵蝕。結果,關於該組件之個別部份的電極,在各部份間可靠性之差異可被最小化。因此,可以製造一種組件,其可提供一種高品質連接結構以能進一步改良在電子組件中連接結構之可靠性。
(2)依照本發明之製造組件的方法,該第一熔化焊劑之黏合步驟較佳是藉由關於該第一熔化焊劑與該電極接觸之第一具體例至第三具體例的任一者進行。
在該第一具體例中,作為使該第一熔化焊劑與該電極接觸同時在垂直方向上移動該組件之接觸措施,藉由重力所加速之該第一熔化焊劑的液流或藉由泵所加壓之該第一熔化焊劑液流是要能以與該垂直方向正交或約略正交之角度與該組件碰撞。
依照以上發明,在該垂直方向上移動該組件的同時,藉由重力所加速之該第一熔化焊劑液流或藉由泵所加壓之該第一熔化焊劑液流是要能以與該垂直方向正交或約略正交之角度與該組件碰撞。因此,若不受保留在該電極上之該第一熔化焊劑本身所加速,該熔化焊劑液流由橫向上強烈地與該電極碰撞。結果使該第一熔化焊劑被均勻地黏在該電極上。
在第二具體例中,作為使該第一熔化焊劑與該電極接觸之接觸措施,該第一熔化焊劑液流是要能由該組件上方以預定角度與該組件碰撞,同時在橫向上移動該組件。
依照以上發明,在該橫向上移動該組件的同時,該第一熔化焊劑液流是要能由該組件上方以預定角度與該組件碰撞。因此,該熔化焊劑液流由上方強烈地與該電極碰撞,卻不受保留在該電極上之該熔化焊劑本身所減速。結果使該第一熔化焊劑能均勻地黏在該電極上。
在該第二具體例中,作為使該第一熔化焊劑與該電極接觸的接觸措施,該組件是要能通過一設置在該第一熔化焊劑之液面上的狹縫,同時在浸沒於一充滿該第一熔化焊劑的焊劑浴之後,藉由在垂直方向上移動該組件以拉升該組件。
依照以上發明,在浸沒於一充滿該第一熔化焊劑之焊劑浴後,藉由在垂直方向上移動該組件以拉升該組件的同時,該組件是要能通過一設置在該第一熔化焊劑
液面上之狹縫。因此,由於在該組件通過該狹縫時所發生之表面張力的作用,該熔化焊劑遍布該電極之整個區域。結果使該第一熔化焊劑能均勻地黏在該電極上。
(3)依照本發明之製造組件的方法可另外包括使該組件接觸與該第一熔化焊劑相同之熔化焊劑或不同之熔化焊劑的步驟,藉以在將該電極冷卻至低於該第一熔化焊劑之熔點後,使第二熔化焊劑黏在該電極上。
依照以上發明,該方法另外包括使該組件接觸與該第一熔化焊劑相同之焊劑或不同之焊劑的步驟,藉以在將該電極冷卻至低於該第一熔化焊劑之熔點後,使該第二熔化焊劑黏在該電極上。因此,即使當該組件浸漬於該第二熔化焊劑浴中之時,在該電極上所提供之電極侵蝕防止層可抑制電極成份之洗出。結果可以防止因藉由該第二熔化焊劑之電極侵蝕所致之該電極的缺陷或缺失。依照如以上之發明,可確保藉由該第二焊劑層(彼係藉由該第二熔化焊劑之固化所形成)所焊接之該電極的可靠性,以致可以製造一種組件,彼能提供高品質連接結構,而可在焊接一電子組件與一安裝基材時另外改良該電子組件之連接結構的可靠性。
(4)在依照本發明之製造組件的方法中,該第二熔化焊劑較佳不包括一種在形成該電極侵蝕防止層之各成份間引發電極侵蝕防止能力的成份。
依照以上發明,該第二熔化焊劑不包括一種在形成該電極侵蝕防止層之各成份間引發電極侵蝕防止能
力的成份。因此,在該先前所形成之電極侵蝕防止層上提供該第二焊劑層,其不包括引發電極侵蝕防止能力的成份。此種第二焊劑層可抑制在該電極侵蝕防止層之一成份與該第二焊劑層之一成份相同時所發生之該電極侵蝕防止層厚度增加的現象。結果可另外改良在藉由該第二焊劑層所焊接之組件中所包括的電極的可靠性。
(5)在依照本發明之製造組件的方法中,在黏合該第一熔化焊劑的步驟中,該第一熔化焊劑與該電極之接觸可以在該含有機脂肪酸之溶液的蒸氣環境中進行。
依照以上發明,該電極與該第一熔化焊劑在該含有機脂肪酸之溶液的蒸氣環境中接觸,以致該電極在與該第一熔化焊劑接觸時,既未被氧化也未受雜質污染。
(6)在依照本發明之製造組件的方法中,該第一熔化焊劑具有0.002Pa.s至0.004Pa.s的黏度。
依照以上發明,第一熔化焊劑之黏度是在以上範圍內,以致該第一熔化焊劑可被均勻地黏在每一以微圖型方式所形成之電極上,使均勻且穩定之電極侵蝕防止層能被形成在該電極表面上。另外,因為第一熔化焊劑所具有之黏度係在以上範圍內,可容易移除該第一熔化焊劑。結果,可以獲得一種成形的組件,以致電極侵蝕防止層被均勻地形成在每一以該微圖型方式中所形成之電極上且沒有額外之熔化焊劑。
(7)在依照本發明之製造組件的方法中,該第二熔化焊劑具有0.002Pa.s至0.008Pa.s的黏度。
依照以上發明,具有在以上廣範圍內之任意黏度的該第二熔化焊劑可接觸該具有藉由該第一熔化焊劑與該電極接觸所形成之電極侵蝕防止層的組件。因為此種第二熔化焊劑包括廣用之熔化焊劑,故可以使用藉由熔化不昂貴之焊劑所得之熔化焊劑進行焊接。即使在此情況中,電極侵蝕可被防止。
(8)在依照本發明之製造組件的方法中,該第一熔化焊劑及該第二熔化焊劑與該含有機脂肪酸之溶液混合以供使用。
依照以上之發明,該第一熔化焊劑及該第二熔化焊劑與該含有機脂肪酸之溶液混合以供使用,以致在那些熔化焊劑中所含之氧化物、雜質及類似者可被移除。結果,在處理後該熔化焊劑之黏度可依照該處理條件(諸如處理時間)隨意地控制。具有低黏度之熔化焊劑顯現出良好之濕散佈性,而使良好平衡之對稱的焊劑層能藉由表面張力形成在該電極侵蝕防止層上。
(9)依照本發明之製造組件的方法可另外包括在黏合該第二熔化焊劑之步驟後,使含第三有機脂肪酸之溶液的氣體或液體接觸該第二熔化焊劑的步驟。
依照以上方法,該方法另外包括在黏合該第二熔化焊劑之步驟後,使含第三有機脂肪酸之溶液的氣體或液體接觸該第二熔化焊劑的步驟。因此在該第二熔化焊劑表面上形成防止氧化及污染之有機脂肪酸塗覆膜。結果,具有該第二焊劑層形成於其上之組件可被貯存或分配
而無需立即處理。此外,可以製造一種能提供高品質之連接結構的組件,該連接結構可另外改良電子組件之連接結構的可靠性,即使當在貯存或分配之後進行安裝一安裝組件的步驟。
(10)在依照本發明之製造組件的方法中,該組件可以是任何選自印刷電路板、晶圓及具有微配線圖型之可撓基材者或任何選自晶片、電阻器、電容器及濾波器者。
(11)用於解決以上問題之依照本發明之組件是一種藉由依照上述之本發明的製造組件的方法所製造的組件,且包括多個電極,每一電極具有焊劑層,在該焊劑層與該電極之間形成厚度0.5微米至3微米之電極侵蝕防止層,且該焊劑層之焊接形式是半球形或相對該多個電極之每一者的中心位置呈對稱之彎曲表面形狀。
依照製造本發明之組件的方法,可以提供一種具有電極侵蝕防止層之組件,其係藉由進行低成本、高產率且高可靠之焊接而製造。
即使當所製造之組件連續浸漬於焊劑浴液中以在該電極上提供連接焊劑時,在第一浸漬(浸沒)部份與最後浸漬部份之間的電極侵蝕差異可被最小化。另外,即使當藉由浸漬以提供連接焊劑之組件係連續地進行安裝電子組件的步驟且受到多種加熱處理時,該電極侵蝕防止
層係作為阻障物且因此可抑制在焊劑中之電極因該熱所致之侵蝕。結果,關於該組件之個別部份的電極,在各部份間之可靠性差異可被最小化。因此,可以製造一種組件,其能提供高品質之連接結構且在電子組件中能在連接結構之可靠性上有另外的改良。
1‧‧‧基材
2‧‧‧電極
3‧‧‧塗覆膜
3a‧‧‧含第一有機脂肪酸之溶液(氣體或液體)
4‧‧‧電極侵蝕防止層(Cu-Ni-Sn化合物層)
5‧‧‧焊劑層(第一焊劑層)
5a‧‧‧第一熔化焊劑
6‧‧‧塗覆膜
6a‧‧‧含第二有機脂肪酸之溶液的氣體或液體
6b‧‧‧含第二有機脂肪酸之氣體環境或液體
7‧‧‧Cu-Sn化合物層
8‧‧‧焊劑層(第二焊劑層)
9‧‧‧塗覆層
10、10A、10B‧‧‧具有電極侵蝕防止層之組件(在形成該焊劑層之前的組件)
10'‧‧‧具有電極侵蝕防止層之組件
11、12、13‧‧‧噴射噴嘴
14‧‧‧惰性氣體或空氣之氣流
16‧‧‧第二熔化焊劑
18‧‧‧含第二有機脂肪酸之溶液
20‧‧‧在形成該焊劑層後之安裝基材
21‧‧‧電極墊
30、40、40A、40B‧‧‧在形成該焊劑層後之安裝基材
51‧‧‧狹縫
52‧‧‧第一熔化焊劑浴
53‧‧‧該熔化焊劑之表面
55‧‧‧噴嘴頂端
56‧‧‧用於該管之方向改變部份
57‧‧‧所用之管
58‧‧‧該熔化焊劑之液流
59‧‧‧貯存浴
61、62‧‧‧楔形體
63‧‧‧中心位置
80‧‧‧絕緣膜
W‧‧‧電極寬度
T‧‧‧該焊劑層之高度
g1、g2‧‧‧該組件與狹縫間之間隙
T‧‧‧該狹縫之厚度
圖1是說明依照本發明之製造組件的方法之實例的流程圖。
圖2(A)及(B)是說明該組件之實例的表面照片及剖面照片,(A)是說明在BGA側上之組件表面的顯微照片且(B)是說明該組件之剖面的電子顯微照片。
圖3(A)至3(F)是說明一具體例之實例的概略剖面視圖,其中在橫向上移動該組件的同時,要使第一熔化焊劑之液流能從該組件上方以預定角度碰撞該組件,且該具體例包括噴射含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體的步驟(E)。
圖4(A)至4(F)是說明具體例之另一實例的慨略剖面視圖,其中在橫向上移動該組件的同時,要使第一熔化焊劑之液流能從該組件上方以預定角度碰撞該組件,且該具體例包括噴射惰性氣體或在該含有機脂肪酸之溶液的氣體環境中之氣體的步驟(E)。
圖5是一具體例的概略剖面視圖,其中在垂直方向上
移動該組件的同時,要使藉由重力所加速之第一熔化焊劑之液流能從該橫向碰撞該組件。
圖6是一具體例的概略剖面視圖,其中在垂直方向上移動該組件的同時,要使藉由泵所加壓之第一熔化焊劑液流能從該橫向碰撞該組件。
圖7(A)至7(C)是說明一具體例之剖面視圖,其中在垂直方向上移動該組件以浸於一充滿該第一熔化焊劑之焊劑浴中,然後拉升,要使該組件能通過一設置在該第一熔化焊劑之液面上的狹縫,同時被拉升。
圖8(A)及(B)是說明一組件之實例的概略剖面視圖,其中在電極上提供電極侵蝕防止層且在該電極侵蝕防止層上提供第一焊劑層。
圖9(A)至9(D)是在該第一熔化焊劑黏合前後之組件剖面之電子顯微照片,(A)及(B)說明黏合前之實例且(C)及(D)說明黏合後之實例。
圖10(A)及(B)是藉由熔化焊劑液流接觸組件同時在橫向上移動該組件所得之一般實例(A,B)的顯微照片。
圖11是說明第一具體例之概略視圖,其中具有電極侵蝕防止層形成在電極上之組件被浸於第二熔化焊劑浴中。
圖12是說明第二具體例之概略視圖,其中具有電極侵蝕防止層形成在電極上之組件被浸於第二熔化焊劑浴中,其中含有機脂肪酸之溶液位於上層。
圖13是說明在電極侵蝕防止層上提供有焊劑層之組件的實例的概略剖面視圖。
圖14(A)及(B)是在電極侵蝕防止層上所提供之焊劑層的剖面形狀的說明性視圖,(A)是焊劑層之剖面形狀的實例,該焊劑層被提供以覆蓋在基材上所提供之電極,且(B)是在包含於基材中之電極上所提供之焊劑層的剖面形狀的實例。
圖15(A)及(B)是在電極侵蝕防止層上所提供之焊劑層的平面形狀的說明性視圖,(A)是在圓形電極上所提供之焊劑層的平面形狀的實例且(B)是在長方形電極上所提供之焊劑層的平面形狀的實例。
圖16是掃描穿透顯微照片,其說明在電極侵蝕防止層上所提供之焊劑層形狀的實例。
圖17(A)至17(C)是掃描穿透顯微照片,其說明在電極侵蝕防止層上所提供之焊劑層剖面形狀的實例。
圖18(A)是透視圖且圖18(B)是剖面視圖,其說明所製造之組件的實例。
圖19(A)及(B)是說明所製造之其他組件之實例的透視圖。
圖20是說明在焊劑層之深度方向上之氧含量的作圖。
圖21是在加熱經焊接之銅電極部份後之微孔隙的發生形式的實例,其中(A)及(B)是比較用實例之結果且(C)及(D)是實例之結果。
圖22(A)及(B)是說明剖面形狀之電子顯微照片,其中電極侵蝕防止層、焊劑層及有機脂肪酸塗覆膜以此順序被提供在基材之微銅電極上,及該剖面形狀之元件繪製影像。
圖23是說明一般實例的照片,其中焊劑層已提供在電極上。
圖24(A)至24(D)是說明在焊接處理前之電極圖形的平面視圖、該電極圖形之剖面視圖及該電極之剖面視圖。
圖25(A)至25(D)是電極剖面視圖,其說明沒有進行二階段焊接處理之情況的實例,(A)是以不包括鎳之熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,(B)是以不包括鎳之熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖,(C)是以包括0.01質量%之鎳的熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,且(D)是以包括0.01質量%之鎳的熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖。
圖26(A)至26(D)是電極剖面視圖,其說明沒有進行二階段焊接處理之情況的實例,(A)是以包括0.03質量%之鎳的熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,(B)是以包括0.03質量%之鎳的熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖,(C)是以包括0.05質量%之鎳的熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,且(D)是以包括0.05質量%之鎳的熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖。
圖27(A)至27(B)是電極剖面視圖,其說明沒有
進行二階段焊接處理之情況的實例,(A)是以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,(B)是以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖。
圖28(A)至28(D)是電極剖面視圖,其說明進行二階段焊接處理之情況的實例,(A)是以不包括鎳之熔化焊劑處理3秒然後以包括0.01質量%之鎳的熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,(B)是以不包括鎳之熔化焊劑處理3秒然後以包括0.01質量%之鎳的熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖,(C)是以不包括鎳之熔化焊劑處理3秒然後以0.03質量%之鎳的熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,且(D)是以不包括鎳之熔化焊劑處理3秒然後以包括0.03質量%之鎳的熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖。
圖29(A)至29(D)是電極剖面視圖,其說明進行二階段焊接處理之情況的實例,(A)是以不包括鎳之熔化焊劑處理3秒然後以包括0.05質量%之鎳的熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,(B)是以不包括鎳之熔化焊劑處理3秒然後以包括0.05質量%之鎳的熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖,(C)是以不包括鎳之熔化焊劑處理3秒然後以0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,且(D)是以不包括鎳之熔化焊劑處理3秒然後以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖。
圖30(A)至30(D)是電極剖面視圖,其說明進行二階段焊接處理之情況的實例,(A)是以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理3秒然後以包括0.01質量%之鎳的熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,(B)是以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理3秒然後以包括0.01質量%之鎳的熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖,(C)是以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理3秒然後以0.03質量%之鎳的熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,且(D)是以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理3秒然後以包括0.03質量%之鎳的熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖。
圖31是電極剖面視圖,其說明進行二階段焊接處理之情況的實例,其中(A)是以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理3秒然後以包括0.05質量%之鎳的熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,(B)是以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理3秒然後以包括0.05質量%之鎳的熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖。
圖32(A)及(B)是電極剖面視圖,其說明進行二階段焊接處理之情況的實例,其中(A)是以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理3秒然後不包括鎳之熔化焊劑處理5秒之電極的剖面視圖,(B)是以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理3秒然後以不包括鎳之熔化焊劑處理60秒之電極的剖面視圖。
在下文中,將引用圖示描述一種組件及製造依照本發明之組件的方法。在本申請案中,"本發明"一詞可解釋成"本申請案之具體例"。此外,"電極侵蝕防止層"是指一種用以抑制因焊劑使形成電極之一部份或所有成份受侵蝕(一種電極成份被擴散且洗出之狀態)的層。
一種製造依照本發明之組件10的方法,如圖1至7(C)所示的,包括製造具有待焊接之電極2之組件10'的步驟;使含有第一有機脂肪酸之溶液3a與電極2接觸的步驟;使第一熔化焊劑5a與電極2接觸以將第一熔化焊劑5a黏合在電極2上的步驟;將流體6a或氣流14射至經黏合的第一熔化焊劑5a以移除黏於電極2上之第一熔化焊劑5a之過多的第一熔化焊劑5a的步驟;及將已移除過多的第一熔化焊劑5a的電極2冷卻至低於第一熔化焊劑5a的熔點的步驟。此外,該方法特徵在於在黏合第一熔化焊劑5a之步驟中,第一熔化焊劑5a包括一成份,該成份藉由與在電極2中所包括之成份反應而形成由金屬間化合物層所構成之電極侵蝕防止層4在電極2表面上,且第一熔化焊劑5a與電極2之接觸係藉由使第一熔化焊劑5a之液流碰撞或遍布電極2,同時移動組件10'而進行。
所進行之製造組件10的方法提供以下有利的
效果(i)至(v)。另外,該第一熔化焊劑液流也以參考數字"5a"表示,且在此情況中,被稱為"第一熔化液流5a"。
(i)在黏合第一熔化焊劑5a之步驟中,第一熔化焊劑5a包括一種成份(電極侵蝕防止層形成用成份),其藉由與在電極2中所包括之成份反應,在該電極2之表面上形成由金屬間化合物層所構成之電極侵蝕防止層4。因此,在該接觸時,在第一熔化焊劑5a中所包括之該成份與在電極2中所包括之成份反應以在電極2表面上形成由金屬間化合物層所構成之電極侵蝕防止層4。作為電極侵蝕防止層4之該金屬間化合物層可抑制該電極成份之洗出且因此可防止因電極2之侵蝕所致之電極2的缺陷及缺失。
(ii)另外,在黏合第一熔化焊劑5a之步驟中,在移動組件10'的同時,該黏合係藉由使第一熔化焊劑液流5a碰撞或遍佈組件10'而進行。因此,在任一情況中,第一熔化焊劑5a均勻地黏在電極2上。結果,因為電極侵蝕防止層4均勻地被形成在電極2上,電極2之缺陷及缺失可藉由電極侵蝕防止層4防止。
(iii)該方法包括在電極2與第一熔化焊劑5a接觸之前,使含第一有機脂肪酸之溶液3a與電極2的步驟。因此,該含第一有機脂肪酸之溶液3a用來移除在電極2表面上之氧化物、雜質或類似物質。結果,在此種已最大地抑制在電極2表面上存在之氧化物、雜質或類似
物的情況中,第一熔化焊劑5a可接觸電極2之表面。若利用以上之處理,可在該清潔的電極表面上形成具有均勻厚度之電極侵蝕防止層4,其中空隙或缺陷之發生已被抑制。因為在最大抑制空隙或缺陷狀態中,也在經提供在電極侵蝕防止層4上之焊劑層8上(參見圖13、17(A)至(C)及類似者),提供電極侵蝕防止層4,空隙或缺陷之發生可另外被抑制。
(iv)該方法包括噴射氣流14或流體6a以移除在電極2上所黏著之過多的第一熔化焊劑5a的步驟。因此,電極2配備電極侵蝕防止層4,其上稍微黏著第一熔化焊劑5a或第一焊劑層5。在那之後,即使在浸於另一熔化焊劑(第二熔化焊劑16)中之時,配備電極侵蝕防止層4之電極2可抑制電極成份因第二熔化焊劑16所致之洗出。此外,在藉由噴射氣流14或流體6a以移除該過多之第一熔化焊劑5a後,在該電極表面上可以形成有機脂肪酸塗覆膜6,其防止電極侵蝕防止層4之氧化。結果,即使在沒有立即處理時,該組件可在電極侵蝕防止層4已被提供在該組件之電極上的狀態中被貯存或運送。
(v)該方法包括將已移除該過多之第一熔化焊劑5a的電極2冷卻至低於第一熔化焊劑5a之熔點的步驟。因此,在電極2表面上所形成之電極侵蝕防止層4可成為具有預定厚度範圍卻無任何裂痕(例如0.5至3微米之程度)之電極侵蝕防止層4以供安定化。即使在配備所形成之電極侵蝕防止層4的組件10連續地浸漬(浸沒)
於焊劑浴中以在電極2上提供連接焊劑(用於黏合電子組件之焊劑層8;參見圖13、17及類似者)時,在第一浸漬(浸沒)部份與最後浸漬部份間之電極侵蝕的差異可被最小化。此外,即使在藉由浸漬以配備連接焊劑(其定義如同焊劑層,且同理也將適用於下文中)之組件20連續地進行安裝電子組件之步驟且進行多種加熱處理時,該電極侵蝕防止層用來作為阻障物且因此可抑制電極在焊劑中因該熱所致之侵蝕。結果,關於該組件之個別部份的多個電極,各部份間之可靠性差異可被最小化。因此,可製造一種組件,其可提供高品質連接結構而能另外改良電子組件中之連接結構的可靠性。
在下文中,提供上述有利效果之個別步驟將詳細說明。
該製備步驟是具有待焊接之電極2之組件10'的製備步驟,如圖1、2(A)及(B)、3(A)、4(A)、9(A)及(B)及圖24(A)至(D)所示的。
組件10'並未特別限定,只要彼是一種在基材1上已提供隨意形狀之電極2的組件。組件10'之實例包括基材(也稱為安裝基材),諸如印刷電路板、晶圓及可撓基材、及電子組件諸如連接器、QFP(四方扁平封裝)、
SOP(小輪廓封裝)或BGA(球柵極陣列)、LGA(連接盤柵極陣列)、半導體晶片、晶片電阻器、晶片電容器、及跳接鉛線。此外,其實例也包括其他非本文中所例舉之已知的基材及電子組件,以及未來將發展之新穎的基材及電子組件。
組件10'之特定實例包括圖2(A)及(B)、圖9(A)及(B)、圖24(A)至(D)所示之組件及類似者。該組件10'在其二側上具有電極2。在BGA側上之電極構造中,如圖8(B)及圖9(B)中所示的使用絕緣膜80形成電極圖形,其中電極2被提供在絕緣膜80之開口部份中的凹處底部。另一方面,如圖8(A)及圖9(A)所示的,在接線圖形側上之電極構造中,電極2以凸出方式提供在基材1上。在本發明中,在此二種不同之電極構造中,電極侵蝕防止層4可被均勻地形成,且另外,在電極侵蝕防止層4上可以形成第二焊劑層8。第一焊劑層5事實上以薄的厚度被黏在電極侵蝕防止層4上,而過多之第一焊劑5a已被移除。在本說明書中,依照需要,該第一焊劑層5被省略,也在該圖示中,或被說明。此外,絕緣膜80可轉變成焊劑阻擋膜。
此組件10'最終成為組件10,其包括配備電極侵蝕防止層4及第二焊劑層8之電極2,該第二焊劑層8係電連通至一作為經安裝之標的之組件。當組件10'是如圖2(A)及(B)、圖24(A)至24(D)所示之基材及類似者之時,電極侵蝕防止層4及第二焊劑層8被提供在
經提供在該基材上之電極2上,且如上述之電子組件藉由連接該第二焊劑層8而被安裝。在此情況中,較佳地也在該電子組件上提供電極侵蝕防止層4及第二焊劑層8,二者在本發明皆待形成。另一方面,當組件10'是如圖18(A)及(B)、圖19(A)及(B)所示之電子組件及類似者時,電極侵蝕防止層4及第二焊劑層8被提供在經提供於該電子組件上之電極2上,且上述基材連接該用於安裝之第二焊劑層8。較佳地,在此情況中,也在該基材上提供電極侵蝕防止層4及第二焊劑層8,二者在本發明中皆待形成。
以多種方式在組件10'上提供電極2。電極2之種類也未特別限定,但一預期的是導電電極2,其包括待藉由與在第一熔化焊劑5a中所包括之錫反應而被侵蝕之金屬成份。該待藉由與錫反應而被侵蝕之金屬成份的實例包括Cu、Ag、Au、Pd、Rh、Zn、Sn、Ni、Co、Bi及類似者。電極2係由一或二或更多之選自此類金屬成份者所構成。此外,焊劑之可濕性及侵蝕性無可避免地是互有關係的。"焊劑之可濕性"一詞是指一種現象,其中一或二或多種此類金屬成份容易與在第一熔化焊劑5a中所包括之錫反應,且隨著所得之錫化合物潮濕地遍布。同時,"侵蝕"一詞是指一種現象,其中一或二或多種此類金屬成份與在第一熔化焊劑5a中所包括之錫反應,獲得一種錫化合物,
導致電極2變薄。稍後將描述之電極侵蝕防止層4是一種防止此種侵蝕之層,藉以防止電極2之可靠性下降。
電極2之特定實例包括銅電極、銅合金電極、銀電極、銀合金電極、金電極、金合金電極、鈀電極、鈀合金電極、鋁電極、鋁合金電極、及類似者。當這些合金成份包括選自上述之Cu、Ag、Au、Pd、Rh、Zn、Sn、Ni、Co、Bi及類似者之一或二或更多種金屬成份時,發生該現象,其中此一所含的成份與在第一熔化焊劑5a中所包括之錫反應,獲得錫化合物而使電極2變薄。
例如,當電極2是銅電極或銅合金電極時,銅成份與第一熔化焊劑中所包括之錫反應以容易地形成Cu-Sn化合物(例如參見圖21(A)至(D))。結果,形成電極2之銅成份減少(電極侵蝕),導致電極2變薄。同樣地,也在Cu、Ag、Au、Pd、Rh、Zn、Sn、Ni、Co及Bi之任一、二或更多者被包括以作為形成電極2之成份時(諸如銀電極、銀合金電極、金電極、金合金電極、鈀電極、鈀合金電極、鋁電極或鋁合金電極),該一或二或更多成份(M)及在第一熔化焊劑中之錫(Sn)反應以容易地形成M-Sn化合物。結果,形成電極2之成份M減少,導致電極2之變薄。
電極2之形狀及尺寸未特別限定。然而,例如,在如圖2(A)及(B)、9(A)及(B)、24(A)至(D)中所示之經提供於安裝基材上之電極圖形及類似者的情況中,例如可以有窄的寬度的圖形或具有5微米或
更大或10微米或更大及500微米或更小之圖形寬度或圖形直徑的微圓形之圖形的例示的電極2。此外,例如,如圖18(A)及(B)中所示的,在電子組件中所提供的電極的情況中,依照該電子組件之種類,例如有尺寸約數百微米至數毫米之大電極。
此外,電極2之厚度也未特別限定,但其厚度之實例可以是例如約5至30微米。配備電極2之基材1的尺寸及外形也未特別限定且本發明可適用於不同種類的基材。製造依照本發明之組件10的方法是一種形成電極侵蝕防止層4之方法,該層4可抑制此一電極2表面上之電極成份之洗出。
該接觸步驟是一種在上述製造步驟與下述之黏合步驟之間所提供之步驟。該接觸步驟係如圖1、圖3(B)及4(B)中所示的,是一種在電極2與第一熔化焊劑5a接觸之前使含第一有機脂肪酸之溶液3a的氣體或液體與電極2接觸的步驟。
在含第一有機脂肪酸之溶液3a與電極2接觸時,該溶液可以氣體(或稱為蒸氣)或液體之形式被接觸。當以氣體形式被接觸時,可藉由使電極2曝於該含有機脂肪酸之溶液之蒸氣環境,進行接觸。可選擇地,如圖3(B)
及圖4(B)所示的,可藉由從噴嘴11噴射含第一有機脂肪酸之溶液3a的氣體進行該接觸。此外,當含第一有機脂肪酸之溶液3a以液體形式被接觸時,可藉由將電極2浸漬(浸沒)於含第一有機脂肪酸之溶液3a之浴中進行該接觸或可藉由從噴嘴11噴射含第一有機脂肪酸之溶液3a的液體進行該接觸,如圖3(B)及圖4(B)中所示的。
含第一有機脂肪酸之溶液3a較佳是含有具有12至20個碳原子之有機脂肪酸的溶液。雖然即使具有11或更少碳原子的有機脂肪酸也可被使用,此種有機脂肪酸是吸水劑且並非極佳的。此外,具有21或更多碳原子之有機脂肪酸是難處理之物,諸如有高熔點、差的滲透性及處理困難性。一般較佳的是具有16個碳原子之棕櫚酸。作為待被使用的有機脂肪酸,特佳僅使用具有16個碳原子之棕櫚酸,且依照需要,也可以包括具有12至20個碳原子之有機脂肪酸,諸如具有18個碳原子之硬脂酸。
較佳地,待使用之含第一有機脂肪酸之溶液3a包括5至25質量%之有機脂肪酸及其餘之酯合成油。藉使用此一含有機脂肪酸之溶液3a,該含第一有機脂肪酸之溶液3a選擇性地吸收在電極2表面上所存在之氧化物、雜質(諸如助焊劑成份)或類似者,以使電極2表面能清潔。欲被使用之電極種類並未特別限定,且同樣地可
以清潔不同種類之電極諸如一般之銅電極、鍍金之銅電極、鍍銀之銅電極、金電極、銀電極、或其他如上述之電極。特佳使用具有16個碳原子之棕櫚酸作為該有機脂肪酸,且較佳地含第一有機脂肪酸之溶液3a包括含量約10質量%(例如5至15質量%)之棕櫚酸。此外,含第一有機脂肪酸之溶液3a不包括添加劑(諸如金屬鹽,例如鎳鹽及鈷鹽)及抗氧化劑。
當該有機脂肪酸之濃度少於5質量%時,選擇性吸收且純化在電極2表面上所存在之氧化物及雜質(諸如助焊劑成份)的效果稍低,且控制於低濃度下可能變得麻煩。另一方面,當該有機脂肪酸濃度超過25質量%時,發生多個問題諸如含第一有機脂肪酸之溶液3a之黏度增加且在例如超過280℃之溫度下發煙且發臭。因此,該有機脂肪酸含量較佳是5至20質量%,且特別地當僅使用具有16個碳原子之棕櫚酸時,該有機脂肪酸含量較佳是約10質量%(例如5至15質量%)。
藉由電極2與此種含第一有機脂肪酸之溶液3a的氣體或液體接觸,在組件10'中之電極2表面上所存在的氧化物、雜質及類似者可被移除且被清潔。另外,在電極2表面上形成該有機脂肪酸(其形成含第一有機脂肪酸之溶液3a)的塗覆膜3(參見圖3(B)及圖4(B))。該塗覆膜3所具有之優點是其可清潔電極2表面且另外可抑制電極2表面之氧化以最大地抑制氧化物塗覆膜之產生及雜質之黏著。結果,在已使此種氧化物、雜
質及類似者於該電極表面上之存在極小化的狀態中,第一熔化焊劑5a可接觸電極2表面(參見圖3(C)、圖4(C)及圖5至7(C))。經由以上之接觸步驟,可以形成具有均勻厚度且無任何缺陷或類似者之電極侵蝕防止層4在電極2之經清潔的表面上(參見圖3(D)、圖4(D)、及圖5至7(C))。在已抑制空隙之發生及缺陷之發生的狀態中提供電極侵蝕防止層4。因此,在該連續步驟中(參見圖11及12),也在藉由使第二熔化焊劑16接觸電極侵蝕防止層4所提供之焊劑層8上(參見圖13),可進一步抑制空隙之發生及缺陷之發生。
含第一有機脂肪酸之溶液3a的氣體或液體的溫度不特別受限制。然而,較加地,該溫度被設定至相對高的程度上以供該接觸。此種溫度是例如較佳在50至280℃範圍內。若該溫度超過280℃,則可發煙或發臭。
該黏合步驟是使第一熔化焊劑5a與電極2接觸以將第一熔化焊劑5a黏在電極2上之步驟,如圖1、2、3(C)、4(C)及圖5至7(C)所示的。該黏合步驟可被解釋成一種使第一熔化焊劑5a黏在電極2上以形成電極侵蝕防止層4在電極2表面上的方法。用於使第一熔化焊劑5a與電極2接觸之接觸措施不受限制且可以提及多種接觸措施。作為此種接觸措施,較佳可以提及以下第一至第三具體例之任一者。
以下第一至第三具體例之接觸措施使在如圖8(A)及圖9(A)中所示之配線圖形側上之電極構造(該構造中電極2凸出於基材1上)能有良好焊接且也使在如圖8(B)及圖9(B)中所示之BGA側上的電極構造(該構造中該電極構造藉由絕緣膜80被形成且電極2被提供在該絕緣膜80之開口部份中的凹處底部)能有良好焊接。同時,若使用一般焊接措施,在該配線圖形側上之該電極構造的焊接能在良好產率下進行,但在該BGA側電極構造之焊接卻非如此。
第一具體例是一種接觸措施,其使第一熔化焊劑液流5a與組件10'碰撞,如圖5及6所示的。
在圖5之實例中,在垂直方向移動組件10'的同時,使藉由重力所加速之第一熔化焊劑液流5a能以與該垂直方向正交或約正交之角度θ碰撞組件10'。此實例特徵在於熔化焊劑液流5a由橫向與電極2碰撞,藉此熔化焊劑液流5a完全與電極2之整個表面接觸且因此電極侵蝕防止層4可均勻地形成在電極2上。
在此實例中,組件10'在上下方向上(其也可稱為垂直方向)移動。如圖5中所示的,組件10'可在上方向移動或可以在下方向上移動,雖然此並未在圖中顯示。較佳在使組件10'於上方向上移動的同時,碰撞第一熔化焊劑液流5a,藉此在已浸漬於下方之浴內的該含有
機脂肪酸之溶液中之後,該第一熔化焊劑液流5a可有效地與組件10'碰撞。
關於第一熔化焊劑液流5a,例如在圖5中所示的,藉由泵(未顯示)往上引流之熔化焊劑液流5a經由管59通入在上方位置上所提供之貯存浴58且由貯存浴58自由地落下且在管57中因本身重量及重力加速下降。下降之熔化焊劑液流5a被加速至隨意的速度,且在方向改變部份56處,在儘可能最小減速之情況下改變其方向。然後,該熔化焊劑液流5a由噴嘴端55激烈地噴至組件10'以與組件10'碰撞。
可以使用以下將描述之不同種類之熔化焊劑液流作為熔化焊劑液流5a。例如,可以使用具有約7.3克/立方公分之密度的無鉛焊劑或類似者。
藉由任意地設計待使用之熔化焊劑液流5a之密度、噴嘴端55至貯存浴58之高度(距離)、管形狀及類似者,可調節在噴嘴端55之熔化焊劑液流5a的速度及與電極2碰撞時之熔化焊劑液流5a的壓力。關於該管形狀,可以提及能有垂直落下之管57之直徑、方向改變部份56之彎曲度、噴嘴端55之直徑及類似者。此外,基於這些要素,藉由計算也可以獲得熔化焊劑液流5a之速度及壓力。例如,在使用密度約7.3克/立方公分之無鉛焊劑且將噴嘴端55至貯存浴58之高度設定成例如500奈米或1000毫米的情況中,由該貯存浴58垂直下降之熔化焊劑液流5a的速度及壓力可被計算。例如,當該高度變為例
如500毫米、1000毫米、1500毫米或更大時,熔化焊劑液流5a之加速作用增加,因此使熔化焊劑液流5a能激烈地碰撞電極2。
第一熔化焊劑液流5a以與該垂直方向正交或約正交之角度θ碰撞組件10'。如本文中所用的,該詞"正交"意為90°。"約正交"一詞意為非嚴格限於90°,但"由橫向碰撞"。因此,"以與該垂直方向正交或約正交之角度θ碰撞"可解釋成"由橫向碰撞"。在此情況中,該橫向可解釋成水平方向。
熔化焊劑液流5a可以如上述地由該橫向水平地碰撞或可由上方偏一預定角度θ斜斜地施加。該角度θ是由設定成0°之水平線往上所形成之角度。在圖5所示之實例中,噴嘴端55以一種使噴嘴端55由水平位置稍微下降之方式來提供,以致熔化焊劑液流5a以該角度θ與電極2碰撞。該角度θ藉由熔化焊劑液流5a之流、速度、碰撞壓力及類似者調節且未特定限定。該角度θ之實例是3°或更大及60°或更小,且較佳是30°或更小。藉由以該較佳範圍之角度與電極2碰撞,在熔化焊劑液流5a之速度無過度減速的情況中,熔化焊劑液流5a可以所要之碰撞壓力與電極2碰撞。結果,熔化焊劑液流5a可與電極2之整個表面完全接觸,而使電極侵蝕防止層4能均勻地形成在電極2上。
由噴嘴端55至待碰撞之電極2的直線距離並未特別限定,但經常可以是約20至60毫米之距離。此
外,噴嘴端55之形狀也並未特定限定,但較佳依照該待碰撞之電極形狀及該組件尺寸而改變。通常,較佳地,使用已變窄之噴嘴端55。
在圖6之實例中,當在垂直方向上移動組件10'的同時,藉由泵所加壓之第一熔化焊劑液流5a由該橫向,以與該垂直方向正交或約正交之角度θ(在圖6中被省略;參見圖5),與組件10'碰撞。此實例特徵也在於熔化焊劑液流5a由橫向與電極2碰撞,藉此熔化焊劑液流5a與電極2之整個表面完全接觸,使電極侵蝕防止層4能均勻地形成在電極2上。如本文中所用的,諸如"當在垂直方向移動時"、"正交"、"約正交"及"由橫向被碰撞"等用語定義同於那些引用圖5所述者。
關於第一熔化焊劑液流5a,例如在圖6中所示的,熔化焊劑液流5a在藉由泵所致之預定壓力下傳送經管57且由噴嘴端55激烈地噴出至組件10',以與組件10'碰撞。由噴嘴端55所出之熔化焊劑液流5a與電極2碰撞時之壓力可藉由泵壓力隨意地調節。隨著該泵壓力增加,熔化焊劑液流5a可與電極2激烈地碰撞。在此具體例中,因為碰撞壓力可藉由該泵壓力調節,該液流可如圖6所示的,由該橫向水平地施加。可選擇地,如圖5所示的,該液流可以一預定角度θ由上方方向斜斜地施加。
在圖5及6所示之第一具體例中,熔化焊劑液流5a由橫向(水平方向)被碰撞,同時在上方方向(垂直方向)上移動組件10'。藉由進行此步驟,在稍後
所將描述之移除過多焊劑的步驟可在那之後立即進行,因此是便利的。依照在那之後移除過多焊劑的措施,組件10'可以在下方方向上移動。
第一熔化焊劑液流5a碰撞電極2時之碰撞壓力係隨意地設定,以致熔化焊劑液流5a與電極2之整個表面完全接觸,藉以使電極侵蝕防止層4能均勻地形成在電極2上。因此,該碰撞壓力並未特別限定。然而,例如,在圖5之實例中,第一熔化焊劑液流5a因其本身之重量及重力加速度,較佳在0.5至4.0Pa之壓力下與電極2碰撞。此外,例如也在圖6之實例中,同樣地,第一熔化焊劑液流5a係在藉由泵所施之0.5至4.0Pa的壓力下與電極2碰撞。
該第一具體例之接觸措施使熔化焊劑液流5a能與電極2之整個表面完全接觸,藉以在該配線圖形側上之該電極構造及在該BGA側上之電極構造二者中,在電極2上能均勻形成電極侵蝕防止層4。
在該第二具體例中,如圖3(C)及圖4(C)所示的,當在橫向上移動組件10'時,使第一熔化焊劑液流5a能由組件10'上方,以一預定角度與電極2碰撞以供黏合。在此黏合措施中,第一熔化焊劑液流5a由上方與電極2強烈地碰撞,卻無在電極2上所保留之熔化焊劑液流5a本身之速度的減速。結果,如圖3(D)及圖4(D)所
示的,電極侵蝕防止層4可藉由熔化焊劑液流5a與電極2之整個表面的完全接觸而被均勻地形成在電極2上。
在那時之碰撞是藉由從噴嘴12之端噴灑經加熱且熔化之第一熔化焊劑液流5a至電極2而進行。經噴灑之熔化焊劑在電極2上膨脹。當第一熔化焊劑液流5a與組件10'碰撞時,由該噴嘴端所施加之噴射壓力也隨意地如上述方式被調節,以致第一熔化焊劑液流5a與電極2之整個表面完全接觸,而使電極侵蝕防止層4能均勻地形成在電極2上。因此,該噴射壓力並未特別限定。然而,與上述碰撞壓力類似地,例如,在圖3(C)及圖4(C)中之噴射壓力較佳是0.5至4.0Pa。
第一熔化焊劑液流5a之噴射角度依照橫向移動之組件10'的速度、噴射壓力及噴射量隨意地設定。作為其噴射角度之實例,例如較佳是與組件10'表面呈20至85°。藉由以該噴射角度將第一熔化焊劑液流5a噴射至該組件表面以與其碰撞,熔化焊劑液流5a可與電極2之整個表面完全接觸,結果使電極侵蝕防止層4可均勻地形成在電極2上。
噴嘴12之頂端開口的方向並未特別限定且可與組件10'移動方向相同或相反,但較佳與其相反。關於該相反方向,在噴嘴12之頂端指向左的圖3(C)及圖4(C)之實例中,較佳地,組件10'係在右方向上移動。藉由移動組件10'以致該組件10'朝向與噴嘴12之頂端方向(噴嘴12之頂端)相反的方向,熔化焊劑液流5a可與電
極2之整個表面完全接觸,結果,電極侵蝕防止層4可均勻地被形成在電極2上。
該第二具體例之接觸措施使熔化焊劑液流5a能與電極2之整個表面完全接觸,以使在該配線圖形側上之電極構造及在BGA側上之電極構造二者中,電極侵蝕防止層4能均勻地形成在電極2上。
在第三具體例中,如圖7所示的,在已浸漬於充滿第一熔化焊劑5a之焊劑浴52中之後,在藉由於垂直方向上移動組件10'以將組件10'拉升之時,使組件10'能通過安排在用於黏合之第一熔化焊劑5a之液面53上的狹縫51。在此方法中,因為組件10'通過安排在第一熔化焊劑5a之液面53(也稱為表面)上的狹縫51,由於在該組件通過狹縫51時所發生之表面張力的作用,熔化焊劑5a遍布在電極2之整個區域上。結果,第一熔化焊劑5a可均勻地黏在電極2上。
第一熔化焊劑5a在預定溫度下是熔化的,此將於稍後描述。狹縫51被設置,以致彼位於第一熔化焊劑5a上。在所設置之狹縫51中,預定間隔是開放的。該間隔依照通過狹縫51之組件10'的厚度大小隨意地調節。特別地,如圖7(A)所示的,由該組件10'之表面至狹縫51之末端的間隙g1及g2較佳是在0.1至5毫米之範圍內。因此,當組件10'之厚度是厚的時候,狹縫51之開口
尺寸增加,以致在二側上之間隙g1及g2被設定在以上範圍內,但當組件10'之厚度是薄的時候,狹縫51之開口尺寸減小,以致在二側上之間隙g1及g2被設定在以上範圍內。
在第三具體例中,首先如圖7(B)所示的,組件10'浸漬於焊劑浴52中。在那時,第一熔化焊劑5a不充分地黏在電極2上。在那之後,當該經浸漬之組件10'通過狹縫51被拉升之時,第一熔化焊劑5a藉由在如圖7(C)所示之組件10'與狹縫51間之窄的間隙g1及g2中的表面張力被引上。在該配線圖形側上之電極構造及在該BGA側上之電極構造二者中,藉由該表面張力所引上之第一熔化焊劑5a與電極2之整個表面完全接觸,使電極侵蝕防止層4能被均勻地形成在電極2上。若間隙g1及g2超過5毫米,則特別是在該BGA側上之電極2上的焊接是不足的。另一方面,若間隙g1及g2低於0.1毫米,則該狹縫開口相對組件10'之寬度是窄的。因此,需要極小心地留意以將組件10'拉升,而這易於使組件10變得難以製造。
在上述第一至第三具體例中所用之第一熔化焊劑5a是一種經加熱且熔化之液流,彼是一種經流化至使彼能藉由滴下或噴射以碰撞或遍布該組件10'的程度的焊劑。該加熱溫度係依照該電極組成及該焊劑組成隨意地選擇,但
通常,較佳之溫度被設定在約150至300℃之範圍內。
在本發明中,當電極2是銅電極或銅合金電極時,較佳使用包括至少錫作為主成份及鎳作為附加成份之熔化的無鉛焊劑。此外,較佳使用低熔點熔化焊劑,其包括至少鎳作為附加成分於以錫-鉍為底質之焊劑中。此種熔化的無鉛焊劑可另外隨意地包括一或二或多種選自銅、鍺及磷者作為附加成分。另外,銀也可以被包括。然而,本發明提供一種能有均勻焊接卻不包括昂貴之銀的優點,此通常稱為改良可濕性。此外,如上述,在使用銅電極或銅合金電極以外之電極的情況中,具有對應於該電極組件之組成的熔化焊劑被隨意地選擇及使用。
形成第一熔化焊劑51之焊劑實例包括以Sn-Ni為底質之焊劑、以Sn-Cu-Ni為底質之焊劑、以Sn-Ge-Ni為底質之焊劑、以Sn-P-Ni為底質之焊劑、以Sn-Cu-Ge-Ni為底質之焊劑、以Sn-Cu-Ge-P-Ni為底質之焊劑、以Sn-Ag-Cu-Ni為底質之焊劑、以Sn-Zn-Al-Ni為底質之焊劑、以Sn-Ag-Cu-Ge-Ni為底質之焊劑、以Sn-Sb-Ni為底質之焊劑及類似者。此外,該低熔點焊劑包括以Sn-Bi-Ni為底質之焊劑、以Sn-Bi-Zn-Ni為底質之焊劑、以Sn-Bi-Ag-In-Ni為底質之焊劑及類似者。
利用上述處理,可以將電極侵蝕防止層4形成在已藉由該含第一有機脂肪酸之溶液清潔之電極2表面上。在電極侵蝕防止層4中,可最大地抑制缺陷或類似者,且形成具有均勻厚度之該層。關於該層之厚度,最薄
部份之厚度是至少0.5微米或更大且最厚部份的厚度是3微米或更小。包括最薄部份及最厚部份之整個電極侵蝕防止層的平均厚度是1至2微米。
在下文中,將描述較佳具體例,其中電極2是銅電極或銅合金電極,雖然鑒於該觀點也可隨意地使用由其他成份構成之電極。
不管電極2是否是銅電極或銅合金電極,可以使用上述多種不同的焊劑,且在任一情況中,可達成本發明之功效。可適用之特佳焊劑視上述之焊劑合金,諸如Sn-Ni-Ag-Cu-Ge之五元焊劑合金、Sn-Ni-Cu-Ge之四元焊劑合金、Sn-Ni-Cu之三元焊劑合金及Sn-Ni-Ge之三元焊劑合金。該Sn-Ni-Ag-Cu-Ge之五元焊劑是例如由0.01至0.5質量%之鎳、2至4質量%之銀、0.1至1質量%之銅、0.001至0.02質量%之鍺及其餘之錫所構成的焊劑合金。該Sn-Ni-Cu-Ge之四元焊劑是例如由0.01至0.5質量%之鎳、0.1至1質量%之銅、0.001至0.02質量%之鍺及其餘之錫所構成之焊劑合金。該Sn-Ni-Cu之三元焊劑是例如由0.01至0.5質量%之鎳、0.1至1質量%之銅及其餘之錫所構成之焊劑合金。由任何這些焊劑合金所製成之熔化焊劑5a較佳是要形成Cu-Ni-Sn金屬間化合物4(參見圖21(B))以作為電極侵蝕防止層4,其可穩定地抑制銅電極之侵蝕。用於形成此種Cu-Ni-Sn金屬間化合物4之特佳組成物是一種包括0.01至0.1質量%之鎳的焊劑合金。在利用此種焊劑合金來焊接的情況中,該焊劑合金較佳被
用來作為設定在240至260℃之溫度下的第一熔化焊劑5a。
此外,所謂之包括鉍的低熔點焊劑可降低第一熔化焊劑5a之加熱溫度。因此,藉由調節彼之成份組成,例如焊接溫度可降至接近150℃。與以上類似地,包括鉍之焊劑組成物較佳也可包括0.01至0.5質量%之鎳,更佳地0.01至0.1質量%之鎳。藉由進行此調節,可以使用該焊劑作為低溫型第一熔化焊劑5a,其可容易形成該Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4以作為該電極侵蝕防止層。
此外,依照需要也可以添加其他成份諸如鋅、銅、鍺及銻。在任何情況中,該焊劑組成物較佳包括0.01至0.5質量%之鎳,且更佳0.01至0.1質量%之鎳。
具有此種組成之第一熔化焊劑5a是一種不含鉛且基本上包括以上含量之鎳的無鉛焊劑。因此,如圖21(B)所示的,在第一熔化焊劑5a中所包括之鎳與銅電極2之銅結合且另外,第一熔化焊劑5a之錫也與彼等結合,藉此可容易在銅電極2之表面上形成Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4。所形成之Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4用來作為銅電極2之電極侵蝕防止層4,為要用來防止銅電極2之缺陷及缺失。因此,具有Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4之電極2可容易抵抗對銅電極2而言據說是嚴苛的處理,如在稍後程序裏之浸漬步驟中的進料情況下,其中具有電極2(其上具有所形成之Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4)之組件10被浸漬於焊劑浴中。因此,即使當應用低成本之
焊劑浸漬步驟時,可另外抑制在第一浸漬(浸沒)部份與最後浸漬部份之間的電極侵蝕差異,以致可最大地抑制在該組件10之個別部份間之電極2的可靠性差異。結果,可提供具有高產率及高可靠性之組件10。另外,在組件10上之電子組件及類似者的安裝可以在低成本下高可靠地進行。
此外,如圖11及12所示的,在將電子組件安裝在該焊劑層8之安裝步驟中,已在該浸漬步驟中提供焊劑層8之組件20連續地受到多項加熱處理(再流動爐)。不管進行該加熱處理所耗費之時間長短為何,電極侵蝕防止層4可抑制因該加熱處理所致之電極2的侵蝕且可維持安裝在經焊接之接頭上之組件的可靠性。此外,如上述,在電極侵蝕防止層4上所提供之焊劑層8可另外抑制空隙的發生及缺陷的發生,且因此可維持安裝在經焊接之接頭上之組件的可靠性。
在第一熔化焊劑5a中所包括之鎳含量影響Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4之厚度,如稍後所述之實例所顯示的。特別地,當該鎳含量是在0.01質量%或更多至0.5質量%或更少之範圍內(較佳0.1質量%或更少)時,可產生具有約1微米或更大至3微米之約均勻厚度的Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4。具有在以上範圍內之厚度的Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4可抑制在銅電極2中之銅使之不在待侵蝕之第一熔化焊劑5a中被熔化。
當該鎳含量低於0.01質量%時,Cu-Ni-Sn金
屬間化合物層4之厚度是約1至1.5微米。當該鎳含量是例如0.1質量%時,該Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4之厚度是約2微米,且當該鎳含量是0.5質量%時,該Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4之厚度是約3微米。
若該鎳含量低於0.01質量%,則該Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4之厚度為低於1微米,以致電極2之一部份不能被該Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4所覆蓋,而促使銅之侵蝕從該部份開始。若該鎳含量超過0.5質量%,則硬的Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4之厚度變更厚(超過3微米),而可在Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4中產生裂痕。結果,銅之侵蝕可容易由該裂痕部份開始。
較佳之鎳含量是0.01至0.1質量%。具有在以上範圍之鎳含量的第一熔化焊劑5a可比在0.1至0.5質量%之鎳含量情況中進一步抑制在Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4中裂痕的發生,且可形成具有1至2微米平均厚度之平滑且均勻之電極侵蝕防止層4。此外,當該鎳含量多於0.1質量%時,所製造之Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4也易於變更厚。結果,所製造之Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4吸收電極2中之銅成份,結果在電極2中所包括之銅易於被侵蝕。
第一熔化焊劑5a之溫度可以是任何者,只要該溫度是超過彼之熔點的溫度。該溫度可以依照待使用之第一熔化焊劑5a之種類被隨意地設定。通常,該焊劑較佳被加熱至比第一熔化焊劑5a之熔點高20至100℃的溫
度。任何上述之不同的焊劑被加熱至在以上範圍內之溫度以被製造作為第一熔化焊劑5a,然後碰撞或遍佈在電極2上,如在上述第一至第三具體例中者。
例如,在以下實例中將描述的,在使用Sn-Ni-Ag-Cu-Ge五元焊劑、Sn-Ni-Cu-Ge四元焊劑、Sn-Ni-Cu三元焊劑合金或類似之具有約217℃熔點者的情況中,焊劑溫度較佳設定至約250℃。若該焊劑溫度不等於或高於一個比該熔點高20℃之溫度(比高20℃之溫度還低的情況),藉由熔化焊劑液流5a碰撞電極2或類似方式所得之焊劑黏合可能不足。另一方面,若該焊劑溫度不等於或低於一個比該熔點高100℃之溫度(超過高100℃之溫度的情況),該溫度太高且因此電極侵蝕防止層4之厚度容易變厚,結果該電極成份可被侵蝕。
電極2與第一熔化焊劑5a之間的接觸時間需要是一段足以形成至少電極侵蝕防止層4之時間,且另外,較佳是一段使電極侵蝕防止層4不變得過度厚之時間長短。此段時間依照焊劑種類及焊劑溫度變化且因此彼不能肯定地講說。然而,較佳之接觸時間經常是一段使電極侵蝕防止層4之厚度在0.5至3微米範圍內之時間,且更佳地是一段使電極侵蝕防止層4之平均厚度在1至2微米範圍內之時間。使電極侵蝕防止層4之厚度在0.5至3微米範圍內之時間是例如範圍在1至45秒時間,較佳是1至20秒,且更佳是1至10秒的時間。藉由在此段時間範圍內進行焊接,容易形成0.5至3微米範圍之電極侵蝕防
止層4。若該時間太短,則不能形成具有所要厚度之電極侵蝕防止層4且所製造之層可能有缺陷,因此在與該第二熔化焊劑接觸時,該電極成份可能由該缺陷處洗出。另一方面,若該時間太長,則電極侵蝕防止層4變太厚且易脆而可能造成裂痕。然後,在與該第二熔化焊劑接觸時,該電極成份可由該裂痕洗出。此外,若該時間太長,則電極侵蝕防止層4之厚度容易是厚的,結果該電極成份可能被侵蝕。第一熔化焊劑液流5a是一種至少包括鎳之焊劑組成物。因此,即使在以上範圍內,在該電極上所形成之電極侵蝕防止層4之效果可以抑制該電極成份之溶解且藉此抑制電極2之溶解。
在上述第一至第三具體例之黏合措施中,在熔化焊劑液流5a與電極2接觸時之環境不特別限定。然而,因為在該黏合後藉由多種措施之任一者移除過多的第一熔化焊劑5a,在二步驟("黏合該第一熔化焊劑之步驟"及"移除過多焊劑之步驟")處理期間,環境溫度需要維持在一種使第一熔化焊劑5a之熔化狀態仍能保持原樣之溫度(在使用具有約217℃之熔點的焊劑的實例中是240至260℃之溫度)。此種環境溫度特別且較佳是一種與待焊接之第一熔化焊劑5a之種類對應之溫度相同或接近的溫度。
在圖5及6所示之第一具體例中及在圖3(C)及4(C)所示之第二具體例中,"環境"一詞意為當
第一熔化焊劑液流5a碰撞電極2時所用之環境及隨後移除電極2上所黏著之過多焊劑時所處之環境。此外,在圖7(A)至(C)所示之第三具體例中,"環境"一詞意為在組件10'已由第一熔化焊劑浴52拉升後所用之環境及隨後移除電極2上所黏著之過多焊劑時所處之環境。
環境溫度及熔化焊劑5a之溫度可以相同且實際上是無問題的。然而,該環境溫度較佳設定稍高於第一熔化焊劑5a之溫度。例如,該環境溫度設定至較佳比第一熔化焊劑5a之液流溫度高2至10℃,且更佳高2至5℃。藉由將環境溫度設定在以上溫度範圍內,在碰撞或遍佈在電極2表面上之後,使第一熔化焊劑5a之液流能在電極2表面上均勻地流動。特別是當使用以該含有機脂肪酸之溶液純化之熔化焊劑5a時,第一熔化焊劑5a可遍佈該電極表面之每一角落、電極側及類似者。此外,在電極侵蝕防止層4上殘留之過多的焊劑可被最少化。結果,在該電極上可以均勻地形成具有均勻厚度且無裂痕之電極侵蝕防止層4。若該環境溫度低於第一熔化焊劑5a之液流溫度,第一熔化焊劑5a之流動性可被降低。另一方面,若該環境溫度被設定至超過10℃之程度,該溫度是太高,而可能對該基材造成熱破壞。
該環境可以是空氣環境、惰性環境諸如氮氣及含有機脂肪酸之溶液的蒸氣環境之任一者或其二或更多者之混合物。其中,較佳的是包括含有機脂肪酸之溶液的蒸氣的環境。例如,較佳的是含有機脂肪酸之溶液的蒸氣
環境或空氣或惰性氣體及含有機脂肪酸之溶液的蒸氣的混合物的環境。藉由使用含有機脂肪酸之溶液的蒸氣環境,電極2在與第一熔化焊劑液流5a接觸時既不被氧化也不被任何雜質污染。此外,也在隨後之移除過多焊劑的步驟中,在具有電極侵蝕防止層4於其上之電極2上,既不發生氧化,也不發生任何雜質之污染。
較佳地,該環境充滿含有機脂肪酸之溶液的蒸氣、其混合物氣體或類似者,且是處於加壓狀態。在該環境中之壓力不特別限定,但較佳是約0.1Pa。尤其,因為該環境是處於藉由含有機脂肪酸之溶液的蒸氣加壓於以上範圍內之狀態,組件10'之電極2既不被氧化也不被任何雜質所污染。含有機脂肪酸之溶液的蒸氣可藉由任何措施所供應。例如,如圖5及6所示的,該蒸氣可以是含有機脂肪酸之溶液的蒸氣,其是由下方之包含含有機脂肪酸之溶液3a的浴所蒸發,或可以是一種藉由另一蒸氣生成器(未顯示)所產生且經由管或類似者所供應之蒸氣。
在此情況中,待使用之含有機脂肪酸之溶液較佳是一種含具有12至20個碳原子之有機脂肪酸的溶液,其與上述之含第一有機脂肪酸之溶液3a類似。一般較佳的是具有16個碳原子之棕櫚酸。特佳僅使用具有16個碳原子之棕櫚酸作為該有機脂肪酸,且依照需要,也可以包括具有12至20個碳原子之有機脂肪酸諸如具有18個碳原子之硬脂酸。然後,待使用之較佳的含有機脂肪酸之溶液是一種包括5至25質量%之棕櫚酸及其餘之酯合
成油的溶液。藉由加熱此種含有機脂肪酸之溶液以用來作為蒸氣生成源,所生成之蒸氣選擇性地吸收在電極2表面上所存在之氧化物及雜質諸如助焊劑,而使電極2表面可被清潔。尤其,較佳的是包括約10質量%(例如5至15質量%)之具有16個碳原子之棕櫚酸的含有機脂肪酸之溶液的蒸氣環境。此外,該含有機脂肪酸之溶液不包括添加劑(諸如金屬鹽,例如鎳鹽及鈷鹽)及抗氧化劑。該有機脂肪酸之濃度上下限與關於上述之含第一有機脂肪酸之溶液3a所提及者相同,且因此在此省略其描述。
較佳地,第一熔化焊劑5a受到純化處理。特別地,包括5至25質量%之具有12至20個碳原子之有機脂肪酸的溶液被加熱至180至280℃,且該經加熱的溶液與第一熔化焊劑5a接觸以強烈攪拌及混合。藉由進行此處理,在純化處理前之受氧化物、助焊劑成分或類似者所污染的第一熔化焊劑5a可被清潔,藉此可以獲得已移除該氧化物、該助焊劑成分及類似者之第一熔化焊劑5a。在那之後,包括已移除該氧化物、該助焊劑成分及類似者之第一熔化焊劑5a的混合物溶液被導入含有機脂肪酸之溶液貯存浴中。然後,利用該含有機脂肪酸之溶液貯存浴的比重差所分離之經純化的第一熔化焊劑5a藉由泵從該含有機脂肪酸之溶液貯存浴底部回到無鉛焊劑液貯存浴中。進行此一純化處理可抑制在以液流形式被使用之第一熔化
焊劑5a中與時間相關之銅濃度及雜質濃度的增加,以及可阻止氧化物及雜質諸如助焊劑殘留物進入該無鉛焊劑貯存浴中。結果,在該無鉛焊劑液體之貯存浴中與時間相關之第一熔化焊劑5a的組成變化可被抑制,以致可以使用具有高黏合可靠性之穩定的第一熔化焊劑5a。
在該經純化之第一熔化焊劑5a中,影響電極2黏合品質之氧化物及雜質諸如助焊劑殘留物的包括可最大地被抑制。結果,各批間之電極2及電子組件之黏合品質的變化可明顯地被減低,而可有助於與時間相關之品質穩定性。
此外,已獲得一結果是:利用含有機脂肪酸之溶液所純化之第一熔化焊劑5a在可濕性方面比未利用該溶液所純化之熔化焊劑更差。特別地,也如同由下述之實例及比較用實例中所得之焊劑可濕性試驗(新月圖形)的結果可見到的,經純化之第一熔化焊劑5a具有0.4秒之零跨越時間(zero cross time),但未經純化之熔化焊劑具有5秒之零跨越時間。
另外,已獲得一結果是:利用含有機脂肪酸之溶液所純化之第一熔化焊劑5a與未利用含有機脂肪酸之溶液所純化之熔化焊劑相比,具有明顯小的黏度。特別地,也如同由下述之實例及比較用實例中所得之結果可見到的,經純化之第一熔化焊劑5a在其熔化狀態中具有0.002至0.004Pa.s之黏度,但未經純化之熔化焊劑在其熔化狀態中具有0.005至0.008Pa.s之黏度,二者間約
有2倍之明顯差異。此外,在下述之實例及比較用實例中所用之熔化焊劑皆具有約217℃之熔點,且上述之黏度範圍是在至少240至260℃之溫度範圍內所得之結果。該等黏度係藉由震盪板黏度計測量。
在該經純化之第一熔化焊劑5a與該未經純化之熔化焊劑間之上述特性差異意味第一熔化焊劑5a之液流在良好焊劑可濕性之情況下均勻地遍佈在電極2之每一角落上。特別地,藉由在第一熔化焊劑5a碰撞電極2表面之前,令用於純化之含有機脂肪酸之溶液3a接觸(噴灑或浸漬)電極2(參見圖3(B)及圖4(B)),該含有機脂肪酸之溶液3a以一種移除電極2表面上所存在之氧化物、雜質及類似者的方式清潔電極2之表面。具有在以上範圍內(0.002至0.004Pa.s)之黏度且同樣地利用該含有機脂肪酸之溶液所純化之第一熔化焊劑5a是要能碰撞且黏著在所清潔之之電極表面上,藉此在良好焊劑可濕性之情況下第一熔化焊劑5a可同等均勻濕化地遍佈在該電極表面上。結果,在第一熔化焊劑5a中之鎳成份及錫成份與在電極2中所包括之成份(諸如銅成份)結合,以使作為電極侵蝕防止層4之Cu-Ni-Sn金屬間化合物能形成在該電極表面之每一角落上。
另一方面,當該未經純化之熔化焊劑碰撞且黏著在該經清潔之電極表面上時,由於在其熔化狀態時之0.005至0.008Pa.s的高黏度,彼不會在如上述之良好可濕性狀況下濕化地遍佈。因此,第一熔化焊劑5a並不均
勻而濕化地遍佈在該電極表面上,以致電極侵蝕防止層4不能形成在該電極表面之每個角落上。由電極侵蝕防止層4之形成觀點,這些結果也顯示:在利用該含有機脂肪酸之溶液所清潔之電極表面上,利用含有機脂肪酸之溶液所純化之第一熔化焊劑5a的碰撞及黏著也提供明顯有利的效果。
在用於純化之該含有機脂肪酸之溶液中所包括之有機脂肪酸較佳與在上述接觸步驟中所用之含第一有機脂肪酸溶液3a中所包括者相同。待使用之含有機脂肪酸之溶液的構成成份、含量及類似者與在上述之含第一有機脂肪酸的溶液中者相同,且因此在此省略其描述。
用於純化之該含有機脂肪酸之溶液的溫度取決於待純化之第一熔化焊劑5a之熔點。該含有機脂肪酸之溶液及第一熔化焊劑5a被劇烈地攪拌在一起以在至少不低於第一熔化焊劑5a之熔點的高溫範圍內(例如在具有約217℃之熔點的焊劑中為240至260℃)互相接觸。此外,鑒於發煙問題及節能,該含有機脂肪酸之溶液的溫度約280℃,且合意地是在不低於待純化之第一熔化焊劑5a之熔點的溫度至260℃範圍內。例如,包括0.01至0.1質量%之鎳、0.1至4質量%之銀、0.1至1質量%之銅、0.001至0.01質量%之鍺及其餘之錫的焊劑合金具有約217℃之熔點且在240至260℃之溫度下被用來作為第一熔化焊劑5a。因此,該含有機脂肪酸之溶液的溫度也較佳與該溫度相同,即約240至260℃。
該移除步驟是一種在上述第一至第三具體例中皆進行之步驟,其是一種用於移除藉由第一熔化焊劑液流5a之碰撞或遍佈所黏著之過多焊劑的步驟。特別地,如圖1、2(A)及(B)、3(E)及圖4(E)所示的,彼是一種將氣流14或流體6a噴射至所黏著之第一熔化焊劑5a以移除過多之焊劑的步驟。氣流14或流體6a是在包括含第二有機脂肪酸之溶液的氣體(或稱為蒸氣;此同樣適用於下文中)或液體之環境中的惰性氣體或空氣、包括該含第二有機脂肪酸之溶液的氣體或液體之流體、或惰性氣體或空氣。下文中,將引用圖3至4(C)之第二具體例的實例來描述。
只要可移除過多之熔化焊劑,該喷射處理即未特別限定,且用於該移除之噴射流體可以是氣體或液體。例如若藉由該第二具體例之實例所描述,噴射可以如圖3(E)所示的,藉由噴射包括含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體的流體6a而進行,或如圖4(E)所示的,藉由在包括含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體的環境6b中噴射氣體14(諸如惰性氣體或空氣)而進行。雖然沒有在圖示中顯示,在已利用經含有機脂肪酸之溶液純化的第一熔化焊劑5a進行黏合處理的情況中或在未經含有機脂肪酸之溶液
純化之第一熔化焊劑5a的黏合處理後,在該含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體已黏著至第一熔化焊劑5a的情況中,藉由噴射惰性氣體、空氣或類似者之單一氣流可以進行該噴射處理。
當已利用經含有機脂肪酸之溶液純化的第一熔化焊劑5a進行該黏合處理時,如圖3(E)及4(E)所示的,藉由噴射該含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體的流體6a或在含有該含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體之環境6b中噴射氣體14(諸如惰性氣體或空氣),可以進行噴射處理。另外,也在未經含有機脂肪酸之溶液純化的第一熔化焊劑5a已黏著,然後含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體已黏至第一熔化焊劑5a之時,藉由噴射含有該含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體的流體6a或在含有該含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體之環境6b中噴射氣體14(諸如惰性氣體或空氣),可以進行噴射處理。
這能移除第一熔化焊劑5a且同時能形成塗覆膜6,其阻止電極侵蝕防止層4及在電極侵蝕防止層4上所黏著之焊劑的氧化。結果,可以毫無問題地在電極侵蝕防止層4已提供在電極2上之狀態中進行貯存及銷售。在貯存或銷售後,即使在藉由浸漬該組件於另一熔化焊劑(第二熔化焊劑16;參見圖11及12),將具有所要厚度之焊劑層8(參見圖13)提供在電極2上時,可以形成具有良好焊接可濕性之焊劑層8。
特別地,當藉由噴射包括含有機脂肪酸之溶
液的氣體或液體的流體6a以進行該噴射處理時,該含有機脂肪酸之溶液的蒸氣或液體由噴嘴13噴至呈膨脹形式黏在電極2上之第一熔化焊劑5a,如圖3(E)所示的。在那時所用之含有機脂肪酸之溶液中,可以混合一些惰性氣體(諸如氮氣)、空氣或類似者。另一方面,鑒於電極侵蝕防止層4及焊劑之氧化及與該含有機脂肪酸之溶液的相容性,不混合水或水蒸氣。此外,當藉由在包括含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體的環境6b中噴射氣體14(諸如惰性氣體或空氣)以進行噴射處理時,如圖4(E)所示的,在含有機脂肪酸之溶液的蒸氣環境或液體環境(液態)中,氣體14(諸如包括稀有氣體之惰性氣體,例如氮氣或氬氣,或空氣)由噴嘴13噴至黏在電極2上之膨脹形式的第一熔化焊劑5a。此外,也在已利用經含有機脂肪酸之溶液純化的第一熔化焊劑5a進行黏合處理的情況中或在未經含有機脂肪酸之溶液純化之第一熔化焊劑5a的黏合處理後,於含有機脂肪酸之溶液之氣體或液體已黏至第一熔化焊劑5a的情況中,氣體14(諸如包括稀有氣體之惰性氣體,例如氮氣或氬氣,或空氣)由噴嘴13噴至黏在電極2上之膨脹形式的第一熔化焊劑5a,如圖4(E)所示的。
待噴射以移除過多第一熔化焊劑5a之氣體並未特別限定,但較佳可以使用氮、氬、空氣、含有機脂肪酸之溶液的蒸氣、或彼之二或更多者的混合物氣體。此外,待噴射之液體較佳是含有機脂肪酸之溶液。此種氣體
或液體較佳在不使過多之第一熔化焊劑5a在噴射時冷卻或固化之溫度下噴射。
該溫度依照第一熔化焊劑5a之熔點或類似者變化,但通常較佳是等於或高於比第一熔化焊劑5a之熔點高20℃之溫度。若該溫度不等於或高於比第一熔化焊劑5a之熔點高20℃之溫度(亦即低於比第一熔化焊劑5a之熔點高20℃之溫度),則待藉由氣體或液體之噴射移除之第一熔化焊劑5a可固化且不可被移除。例如,在下述之實例中所用之五元焊劑、四元焊劑或三元焊劑的情況中,彼之熔點約217℃,以致待噴射之氣體或液體之溫度較佳是240℃或更高。
在待噴射之氣體或液體之溫度太高時,發生熱破壞基材1的問題。因此,若沒有無限定地設定溫度高限,則較佳在等於或低於比待使用之第一熔化焊劑5a之熔點高100℃之溫度範圍內噴射氣體或液體。例如,在下述之實例中所用之五元焊劑、四元焊劑或三元焊劑的情況中,彼之熔點約217℃,以致待噴射之氣體或液體之溫度上限最高約310℃,較佳不高於300℃,且更佳不高於260℃。
在考慮第一熔化焊劑5a之種類、塗覆膜6之厚度或類似者時,由噴嘴13所噴灑之流體6a(圖3(E))或氣體14(圖4(E))的流速及噴灑時間係隨意地設定。此外,在考慮第一熔化焊劑5a之種類、塗覆膜6之厚度或類似者時,噴嘴13之形狀及包括噴灑角度之
條件也隨意地被應用或設定。噴灑角度不特別限定。然而,在噴嘴13之中心軸與基材1之表面間的實際角度較佳設定在例如30至45°之範圍內。在移除步驟之處理期間的環境溫度保持在一種使第一熔化焊劑5a之熔化狀態能維持原狀的溫度下。此種溫度依照待使用之第一熔化焊劑5a之種類而變化。然而,在使用具有約217℃之熔點的熔化焊劑5a的以上實例中,環境溫度需要維持在240至260℃下。
以此方式,於電極2上之電極侵蝕防止層4所黏之第一熔化焊劑5a的過多部份被吹開移除。結果,如圖8(A)及(B)及圖9(C)及(D)所示的,可以獲得中間組件10,其中電極侵蝕防止層4已提供在電極2上且薄的第一焊劑層5仍黏在電極侵蝕防止層4上。"中間"一詞之使用理由是:在該組件以原有狀態被貯存或銷售之後,提供第二焊劑層8以被形成安裝基材20或類似者,如圖13至15(D)所示的。此外,"過多之第一熔化焊劑5a"是指待吹開之第一熔化焊劑且不包括仍黏在電極侵蝕防止層4上之第一熔化焊劑5a。
圖8(A)及(B)及圖9(C)及9(D)所示之中間組件10在其兩側上具有電極2。在該BGA側上之電極構造中,例如藉由具有約10至30微米厚度之絕緣膜80形成電極圖形且電極2各自被提供在絕緣膜80之開口部份中的凹處底部,如圖8(A)之下表面、圖8(B)之二表面及圖9(D)所示的。另一方面,在該配線圖形
側上之電極構造中,電極2各自以凸出方式被提供在基材1上,如圖8(A)之上表面及圖9(C)所示的。經由上述之個別處理,可將電極侵蝕防止層4形成在如以上之二種不同電極構造中,且最後如圖13至15(B)所示的,可將第二焊劑層8形成在電極侵蝕防止層4上。具有薄的厚度之第一焊劑層5如圖8(A)及(B)所示的確實黏在電極侵蝕防止層4上,而過多之第一熔化焊劑5a已由此層移除。圖9(A)及(B)描繪在黏合前之實例。
現在,將引用圖10(A)及(B)之顯微照片的實例描述一般實例。使用如圖8(A)所示之組件,其中在基材1之上表面上設置包括凸出電極2之配線圖形,且在基材1之下表面上設置包括在絕緣膜80之開口部份中之凹處(深度是例如約10至30微米)底部上所提供之電極2的BGA側圖形。藉由一般之噴射流焊接方法(其由上方及下方之方向施加噴射流,同時橫向移動該組件),進行該組件之焊接處理。圖10(A)之顯微照片描繪在基材1之下表面上所提供之BGA側圖形電極的焊接狀態。另一方面,使用具有圖8(A)之上下顛倒之結構的組件,其中在基材1之上表面上設置包括在絕緣膜80之開口部份中之凹處底部所提供之電極2的BGA側圖形且在基材1之下表面上設置包括凸出電極2之配線圖形。藉由一般之噴射流焊接方法(其由上方及下方之方向施加噴射流,同時橫向移動該組件),進行該組件之焊接處理。圖10(B)之顯微照片描繪在基材1之上表面上所提
供之BGA側圖形電極的焊接狀態。
如圖10(A)及(B)之結果所顯示的,當該BGA側圖形是在上表面上時(圖10(B)),該焊接是相對良好的,然而,當彼是在下表面上時(圖10(A)),焊接不充分且觀察到銅電極之紅色。這些結果含示:對於具有熔化焊劑幾乎不能進入該凹處的結構的BGA側圖形而言,利用來自下方之方向的焊劑噴射流以進行焊接之一般噴射流方法是不足的。
同時,在本發明之方法中,如在第一至第三具體例中所述的,在黏合第一熔化焊劑5a的步驟中,藉由使第一熔化焊劑液流5a碰撞或遍佈在組件10'上,同時移動組件10',以進行黏合。因此,在任一情況中,可將第一熔化焊劑5a均勻地黏在電極2上。結果,使電極侵蝕防止層4均勻地形成在電極2上,以致藉由電極侵蝕防止層4可防止電極2之缺陷及缺失。
如圖3(E)所示的,當使用包括含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體的流體6a移除過多之第一熔化焊劑5a時,在該流體6a中該含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體的含量,相對於該流體6a之總量,較佳是3至20體積%。藉由設定其含量在以上範圍內,可將有機脂肪酸之塗覆膜6形成在電極侵蝕防止層4上或在仍黏在電極侵蝕防止層4上之第一熔化焊劑5a上。該塗覆膜6是所謂之油
成分塗層且太薄以致不容易評估其厚度。該塗覆膜6之提供將有下述優點:最大地防止氧化物或類似者形成在電極侵蝕防止層4或形成在仍黏在電極侵蝕防止層4上之第一熔化焊劑5a上,即使在輸送至隨後步驟的期間或即使在以原有狀態被銷售的期間。此外,在那之後,也在接觸第二熔化焊劑16時,該塗覆膜6有下述優點:最大地防止氧化物或類似者因該接觸所引起之熱或類似者而形成在電極侵蝕防止層4或形成在仍黏在電極侵蝕防止層4上之第一熔化焊劑5a上。
當其含量低於3體積%時,在電極侵蝕防止層4上或在仍黏在電極侵蝕防止層4上之第一熔化焊劑5a上有第二熔化焊劑16之差的焊接情況。該情況之理由似乎是因該塗覆膜6之厚度太薄,導致氧化物形成。另一方面,當其含量超過20體積%時,所得之效果與20體積%之膜的效果相同。
當過多之第一熔化焊劑5a係藉由噴射含有機脂肪酸之溶液的流體6a移除時,待使用之含有機脂肪酸之溶液較佳與在上述之接觸步驟中(圖3(B))所用之溶液相同。亦即,較佳使用含有5至25質量%之具有12至20個碳原子之有機脂肪酸的含有機脂肪酸之溶液。特佳的是含有5至15質量%之具有16個碳原子之棕櫚酸的含有機脂肪酸之溶液,且依照需要,也可以包括具有12至20個碳原子之有機脂肪酸,例如具有18個碳原子之硬脂酸。此外,該含有機脂肪酸之溶液通常並不包括添加劑
(諸如金屬鹽,例如鎳鹽及鈷鹽)及抗氧化劑,但可包括此種添加劑,只要不破壞本發明之功效。
該含有機脂肪酸之溶液較佳在與第一熔化焊劑5a者之相同溫度或約相同溫度下被加熱,且例如該含有機脂肪酸之溶液係加熱至180至280℃以供使用。當提供第一熔化焊劑5a時,例如與以上類似地,藉由在240至260℃範圍之噴射時,較佳噴射具有與第一熔化焊劑5a之溫度相同之240至260℃的溫度的含有機脂肪酸之溶液以移除過多之第一熔化焊劑5a。此外,該經噴灑-噴射之含有機脂肪酸之溶液及與該含有機脂肪酸之溶液一同移除之第一熔化焊劑5a係藉由比重差異而分開。沉降至該含有機脂肪酸之溶液的底部的第一熔化焊劑5a可被取出以與該含有機脂肪酸之溶液分開。所分開之第一熔化焊劑5a及該含有機脂肪酸之溶液可被再使用。
與以上類似地,可以使用具有11或更少個碳原子之有機脂肪酸作為在該含有機脂肪酸之溶液中所包括之有機脂肪酸。然而,此種有機脂肪酸是吸水的且因此當在上述之180至280℃之高溫範圍中被使用時並非極佳的。此外,具有21或更多個碳原子之有機脂肪酸具有諸如高熔點、差滲透性、及處置困難性的問題,且也降低在第一熔化焊劑5a表面上所沉積之塗覆膜6的防鏽效果。較佳地,使用具有16個碳原子之棕櫚酸,且特佳地僅使用棕櫚酸。然後,依照需要,也可以包括具有12至20個碳原子之有機脂肪酸,例如具有18個碳原子之硬脂酸。
當如以上之移除步驟係藉由僅噴射惰性氣體、空氣或類似者之氣流進行時,有使用經含有機脂肪酸之溶液純化之第一熔化焊劑5a進行之黏合處理的情況及有進行未經含有機脂肪酸之溶液純化之第一熔化焊劑的黏合處理,然後將含有機脂肪酸之溶液黏至第一熔化焊劑5a的情況。在那時所要用之含有機脂肪酸之溶液也與上述者相同。
冷卻步驟是一種將已移除其上之過多第一熔化焊劑5a之電極2冷卻至低於第一熔化焊劑5a之熔點的步驟。藉由該冷卻步驟,在電極2表面上所形成之電極侵蝕防止層4可形成有預定之厚度範圍卻無任何裂痕,使能有穩定的每一部份之電極侵蝕防止能力。當電子組件被焊接在安裝機材上時,所形成之電極侵蝕防止層4可防止在一般焊接時所發生之電極成份的侵蝕,且藉此可明顯加強在安裝基材之銅連接盤或類似者上之電極2的可靠性。
基於所用之第一熔化焊劑5a之熔點設定在冷卻步驟中之冷卻條件。例如,當所用之第一熔化焊劑5a是在下述實例中所用之五元焊劑、四元焊劑或三元焊劑時,該焊劑之熔點約217℃。因此,冷卻溫度較佳設定至低於其熔點之溫度。該冷卻溫度之下限並未特別限定且可以被設定
在約20至50℃之正常溫度範圍內。在以上範圍內之冷卻使電極侵蝕防止層4能進一步穩定化。
冷卻方式需是快速冷卻,且不想要如同令其靜置冷卻般緩慢地冷卻。快速冷卻可抑制在電極2上所提供之電極侵蝕防止層4中所包括的成份(諸如Sn)與電極成份(諸如Cu)結合而引起侵蝕。若冷卻係如同令其靜置冷卻般緩慢地冷卻,在電極侵蝕防止層4中所包括之成份(諸如Sn)持續與電極成份(諸如Cu)結合,導致該電極成份之侵蝕。
作為該快速冷卻之實例,由電極2與第一熔化焊劑5a接觸至移除所黏著之第一熔化焊劑5a後之冷卻所耗費之時間較佳是30秒或更少。藉由在此範圍內之快速冷卻,可以獲得上述有利效果。
作為快速冷卻之措施,待進行該冷卻步驟之組件與低於該熔點之環境的接觸可促進快速冷卻。特別地,較佳使該組件與具有比該熔點低40℃或更多之溫度的環境接觸。與此種環境之接觸可以在氣體或液體中進行。可選擇地,可以噴灑氣體或可以噴灑液體。
特別地,在經含有機脂肪酸之溶液純化之第一熔化焊劑5a的情況中,在第一熔化焊劑5a中之雜質及氧化物已經移除,且因此有高純度及經促進之快速冷卻的優點。但在緩慢冷卻之情況中,可發生樹枝狀結晶。
電極侵蝕防止層4是藉由在上述條件下之冷卻處理所形成之層且較佳是在電極2上所提供之具有0.5至3微米厚度之由含鎳之金屬間化合物構成之層。為穩定該電極侵蝕防止層之洗出防止能力,電極侵蝕防止層4較佳形成均勻厚度,其中缺陷或類似者已經抑制。對於此均勻化而言,冷卻步驟是需要的。藉由冷卻步驟將電極侵蝕防止層4之厚度設定在以上範圍內,可抑制在電極2上所提供之電極侵蝕防止層4中所包括之成份(諸如Sn)與電極成份(諸如Cu)結合而造成侵蝕。若省略上述冷卻步驟,在很多情況中不可能形成具有0.5微米或更大之厚度的至少一電極侵蝕防止層4,其中缺陷或類似者已經抑制。
若電極侵蝕防止層4之厚度太厚,在該電極侵蝕防止層本身可發生破裂或裂痕。因此,該層之最厚部份的厚度較佳是3微米或更小。特佳地,電極侵蝕防止層4之最薄部份是0.5微米或更大且其最厚部份是3微米,以及整個電極侵蝕防止層4之平均厚度是1至2微米。該層之厚度是基於在100個測量點上所得之結果,由使用掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡之剖面觀察結果所計算的。
在本發明中,作為較佳具體例,可以提及一種情況,其中電極2係由銅或銅合金構成且第一熔化焊劑5a包括至少錫作為主成份且鎳作為附加成分,以及包括作為隨意成份之選自銀、銅、鋅、鉍、銻及鍺之一或二或更多者。在此情況中,待製造以作為電極侵蝕防止層4之
Cu-Ni-Sn金屬間化合物層較佳冷卻至低於約217℃(第一熔化焊劑5a之熔點)之溫度。藉由如上之冷卻步驟,該Cu-Ni-Sn金屬間化合物層之最小厚度可以是0.5微米或更大且其平均厚度可以在1至2微米範圍內。以此方式,既無裂痕也不易脆之Cu-Ni-Sn金屬間化合物層可被均勻地形成在電極2上,使得因電極2之侵蝕所致之電極2的缺陷及缺失能以防止。
此黏合步驟是一種步驟,其中在冷卻電極2至低於第一熔化焊劑5a之熔點的步驟後,具有電極侵蝕防止層4形成在電極2上之組件10接觸與上述第一熔化焊劑5a相同或不同之熔化焊劑(稱為"第二熔化焊劑"),然後第二熔化焊劑16黏在電極2上以提供第二焊劑層8。
第二熔化焊劑16並未特別限定且可選自具有多種焊劑組成之焊劑。例如,可以再次使用與上述第一熔化焊劑5a相同之焊劑或可以使用上述第一熔化焊劑以外之一般焊劑。例如,第二熔化焊劑16可以是在下述實例中所用之含鎳的五元、四元或三元焊劑、不含鎳之四元、三元或二元焊劑、在下述比較用實例中所用之三元焊劑或以鉍為底質之低溫焊劑。
第二熔化焊劑16可以是與在上述"黏合步驟"
之段落中所述者相同或不同。例如,較佳使用熔化之無鉛焊劑,其包括錫作為主成份且隨意地包括選自銀、銅、鋅、鉍、鎳、銻及鍺之一或二或更多者作為附加成份。
此外,第二熔化焊劑16可以是一種如在上述第一熔化焊劑5a之情況中的焊接糊料。與以上類似的,較佳使用待於約150至300℃範圍內熔化之焊接糊料,其中較佳被使用之焊接糊料包括錫作為主成分且隨意地包括選自銀、銅、鋅、鉍、鎳、銻及鍺之一或二或更多者作為附加成份。助焊劑也未特別限定,只要多種公眾已知者被混合。當使用焊接糊料作為第二熔化焊劑16時,可將該焊接糊料印刷在電極侵蝕防止層4上,然後加熱且熔化已使其以第二熔化焊劑16之形式接觸電極侵蝕防止層4。
作為形成第二熔化焊劑16之焊劑,可以使用與上述第一熔化焊劑5a類似之含鎳焊劑,諸如以Sn-Ni為底質之焊劑、以Sn-Cu-Ni為底質之焊劑、以Sn-Ge-Ni為底質之焊劑、以Sn-P-Ni為底質之焊劑、以Sn-Cu-Ge-Ni為底質之焊劑、以Sn-Cu-Ge-P-Ni為底質之焊劑、以Sn-Ag-Cu-Ni為底質之焊劑、以Sn-Zn-Al-Ni為底質之焊劑、以Sn-Ag-Cu-Ge-Ni為底質之焊劑或以Sn-Sb-Ni為底質之焊劑。此外,低熔點焊劑之實例包括以Sn-Bi-Ni為底質之焊劑、以Sn-Bi-Zn-Ni為底質之焊劑、以Sn-Bi-Ag-In-Ni為底質之焊劑及類似者。不包括鎳之焊劑實例包括以Sn-Cu為底質之焊劑、以Sn-Ge為底質之焊劑、以Sn-P為底質之焊劑、以Sn-Cu-Ge為底質之焊劑、
以Sn-Cu-Ge-P為底質之焊劑、以Sn-Ag-Cu為底質之焊劑、以Sn-Zn-Al為底質之焊劑、以Sn-Ag-Cu-Ge為底質之焊劑、以Sn-Sb為底質之焊劑、及類似者。此外,不包括鎳之低熔點焊劑的實例包括以Sn-Bi為底質之焊劑、以Sn-Bi-Zn為底質之焊劑、以Sn-Bi-Ag-In為底質之焊劑及類似者。
上述第一熔化焊劑5a包括鎳作為用於形成電極侵蝕防止層4的必要成份。然而,第二熔化焊劑16可以不必需包括鎳,因為電極侵蝕防止層4已存在於該電極上。換言之,可以隨意地利用普通之廣用焊劑、以鉍為底質之焊劑、不昂貴之焊劑、具有不種特性之焊劑的任一者或類似者作為第二熔化焊劑16。
特佳地,第二熔化焊劑16不包括一種在形成電極侵蝕防止層4之各組成成份之間引起電極侵蝕防止能力的成份(諸如鎳)。藉由進行此舉,在先前所形成之電極侵蝕防止層4上提供第二焊劑層8,其不包括引起電極侵蝕防止能力之成份。此第二焊劑層8可抑制在電極侵蝕防止層4之一或多成份及第二焊劑層8之一或多成份相同時所發生之電極侵蝕防止層4厚度增加的現象。這因此可另外增強利用第二焊劑層8所焊接之組件10之電極2的可靠性。
可以藉由不同方法進行黏合處理。例如,如圖11及
12所示的,可以利用黏合處理,其中將具有電極侵蝕防止層4在電極2上之組件10浸漬於充滿第二熔化焊劑16之焊劑浴中,以使第二熔化焊劑16能黏在電極侵蝕防止層4上。此外,雖然未於該等圖示中顯示,可以利用一種黏合處理,其中焊劑糊料被用來作為第二熔化焊劑16,印刷在電極侵蝕防止層4上,然後被加熱且熔化以使第二熔化焊劑16黏在電極侵蝕防止層4上。可選擇地,可以使用在那些以外之任何其他黏合處理。藉由進行該等黏合處理之任一者,可以獲得具有第二焊劑層8之組件20(參見圖13)。
首先,將描述具有電極侵蝕防止層4在電極2上之組件10浸漬於充滿第二熔化焊劑16之焊劑浴中的情況。
第二熔化焊劑16如圖11及12所示的被填充於焊劑浴中,該浴可被加熱至預定溫度且可保持加熱狀態。該溫度依照待使用之焊劑的種類隨意地被設定。通常,該焊劑被加熱至比待使用之焊劑熔點高20至100℃之溫度範圍,然後熔化以供使用。該焊劑浴如圖11所示的,可以是一種僅充滿第二熔化焊劑16之浴,或如圖12所示的,可以是一種充滿第二熔化焊劑16且其上充滿含有機脂肪酸之溶液18的浴。
在圖11所示之焊劑浴中,浸漬具有電極侵蝕防止層4在電極2上的組件10以使第二熔化焊劑16能黏在電極侵蝕防止層4上,藉此可以獲得具有第二焊劑層8
之組件20(參見圖13)。在即將提供第二熔化焊劑16之前,較佳使該組件與含有機脂肪酸之溶液接觸。該接觸措施並不特別限定,但例如可將含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體噴至組件10或可將組件10曝於含有機脂肪酸之溶液的氣體或液體。在此待使用之含有機脂肪酸之溶液較佳是與在第一熔化焊劑5a之黏合前所接觸之第一有機脂肪酸之溶液3a相同。在此將省略其描述。
在圖12所示之焊劑浴中,在浸於第二熔化焊劑16之前,組件10浸於在第二熔化焊劑16上所充滿之含有機脂肪酸之溶液18中,然後浸在第二熔化焊劑16中以將第二熔化焊劑16黏在電極侵蝕防止層4上。另外,當在那之後拉升組件10時,具有所黏之第二熔化焊劑16的組件可再次與含有機脂肪酸之溶液18接觸。以此方式,例如,即使在貯存、輸送或銷售期間任何雜質、氧化物或類似者黏在電極侵蝕防止層4或電極侵蝕防止層4之第一焊劑層上,該等雜質、氧化物或類似者可藉由含有機脂肪酸之溶液18移除,且在那狀態中,該組件可與第二熔化焊劑16接觸。這可抑制在電極侵蝕防止層4與第二熔化焊劑16之間雜質、氧化物或類似者的存在。因此,第二熔化焊劑16可在高連接可靠性下被提供在電極侵蝕防止層4上。
此外,如圖12所示的,當拉升該組件時,該組件再次與含有機脂肪酸之溶液18接觸且因此該含有機脂肪酸之溶液可黏在第二熔化焊劑16表面上。該含有機
脂肪酸之溶液與第二熔化焊劑16之黏合使有機脂肪酸之塗覆膜9能被提供在第二焊劑層8上。此一塗覆膜9是所謂之油成份之塗覆物且太薄以致不能容易評估其厚度。該塗覆膜9之提供有下述優點:即使在輸送至隨後之步驟的期間或即使當以原有狀態被銷售時,在第二焊劑層8上難以形成任何氧化物或類似者。在此待使用之含有機脂肪酸之溶液18較佳與在第一熔化焊劑5a黏合前接觸該組件之含第一有機脂肪酸之溶液3a相同。在此將省略其描述。
在本發明中,即使當該組件曝於此一浸漬於第二熔化焊劑16的嚴苛條件下,在該電極上所預先提供之穩定的電極侵蝕防止層4可另外抑制在第一浸漬(浸沒)之上端部份及最後浸漬之後端部份之間電極侵蝕的差異。因此,在該組件20之個別部份間之電極2之可靠性的差異可最大地被抑制。結果,可以在良好產率及高可靠性下提供組件20。另外,在具有所形成之預定厚度之焊劑層8的組件20上之電子組件的安裝或類似者可以在低成本及高可靠性下進行。此外,如圖11及12所示的,即使當該具有在該浸漬步驟中所提供之焊劑層8的組件20,在將電子組件安裝在該焊劑層8之安裝步驟中,連續進行多項熱處理(再流動爐)時,電極侵蝕防止層4可抑制因該熱處理所致之電極2侵蝕,以維持在焊接接頭上之組件安裝的可靠性。另外,如上述,在電極侵蝕防止層4上所提供之焊劑層8另外抑制空隙的發生及缺陷的發生,以致可維持在該焊接接頭上之組件安裝的可靠性。
其次,將描述以下情況,其中焊接糊料被印刷在具有電極侵蝕防止層4在電極2上之組件10,然後被加熱且熔化以黏合該焊劑作為第二熔化焊劑16。
在此待使用之焊劑糊料(也稱為焊劑糊料)是一種焊劑粉末及助焊劑之複合糊料物質。使用焊劑糊料以在藉由表面安裝技術(SMT)焊接電子組件之方法的印刷步驟中作為黏合材料。在本發明中,此種焊劑糊料可用來作為第二熔化焊劑16。待使用之焊劑糊料較佳是在約150至300℃範圍內熔化之焊劑糊料,其中較佳被使用之焊劑糊料包括錫作為主成份且隨意包括選自銀、銅、鋅、鉍、鎳、銻及鍺之一或二或更多者作為附加成份。助焊劑不特別限定,只要多種公眾已知者被混合。當使用焊劑糊料時,該焊劑糊料可被印刷在預定之電極2上,然後被加熱且熔化以使彼接觸電極2以作為第二熔化焊劑16。
在本發明中,當在再流動爐或類似者中,於印刷該焊劑糊料於該電極上且安裝電子組件或類似者於該經印刷之焊劑糊料上時,該焊劑糊料被熔化以作為第二熔化焊劑16,其黏在電極2上且焊接所安裝之電子組件。即使經由此一熱處理,在該電極上預先形成之穩定的電極侵蝕防止層4可抑制在個別電極部份間之電極侵蝕差異,而可使該在組件20之個別部份間之電極2的可靠性差異最小化。結果,可提供具有高產率及高可靠性之組件20。
第二焊劑層8是一種藉由黏合上述第二熔化焊劑16之步驟所形成之層。該第二焊劑層8如圖13至圖18所示的,係以平滑彎曲之膨脹形狀形成在電極2上,其中電極侵蝕防止層4已被形成。
具有預定厚度T之焊劑層8如圖14(A)至15(B)所示的,被提供在具有預定厚度之電極侵蝕防止層4上。其形狀是半球形或相對電極寬度W之中心位置63為雙側對稱或點對稱之平滑彎曲的表面形狀。參考數字61及62代表與通過電極寬度W之中心部份63的直線交叉的電極2邊緣,且電極寬度W對應於該邊緣61及62間之長度。然後,在該等邊緣61與62間焊劑層8是膨脹的且形成相對中心位置63為二側對稱或點對稱之剖面形狀及平面視圖形狀。焊劑層8之厚度T對應於由電極侵蝕防止層4至焊劑層8之頂部的高度。因為所提供之焊劑層8是相對中心位置63為二側對稱或點對稱之剖面形狀及平面視圖形狀,該焊劑層8之頂部對應於中心位置63。在圖14(A)至15(B)中,省略塗覆膜9。
不管是否被形成以覆蓋於基材1上所提供之電極2(圖14(A))或被形成在包埋於基材1中的電極2上(圖14(B)),焊劑層8幾乎有相同形狀及相同厚度T與穩定性及良好產率,只要焊劑組成及焊接條件是相同的。此外,不管被形成在具有圓形之平面視圖的電極2上(圖15(A))或形成在具有長方形(諸如矩形、正方
形或菱形)之平面視圖(圖15(B))之電極2上,所提供之焊劑層8在平面視圖中相對電極2之中心部份63是對稱的。例如,在圖15(A)中,指明圓形之電極2的直徑的直線通過中心位置63且所提供之焊劑層8係點對稱地環繞中心位置63。此外,也在圖15(B)中,矩形之電極2的對角線通過中心位置63且所提供之焊劑層8係點對稱地環繞中心位置63。
圖16是掃描穿透顯微照片,其說明在電極侵蝕防止層4上所提供之焊劑層8之形狀的實例,且圖17(A)至(C)是掃描穿透顯微照片,其說明在電極侵蝕防止層4上所提供之焊劑層8的剖面形狀的實例。如在此等實例中所示的,在已形成電極侵蝕防止層4之電極2上所形成之焊劑層8是平滑彎曲之膨脹形狀。
此一焊劑層8之形狀是藉由依照上述之本發明的製造方法之製造所得的形狀。這似乎是由於(i)將經純化之第一熔化焊劑5a黏在經含有機脂肪酸之溶液處理之電極2上,以均勻且無裂痕地提供具有至少0.5至3微米厚度及1至2微米平均厚度的電極侵蝕防止層4;(ii)藉由將電極2冷卻至低於第一熔化焊劑5a之熔點,將具有至少0.5至3微米厚度及1至2微米平均厚度的電極侵蝕防止層4進一步穩定化,以致均勻地形成不具有裂痕之該層;(iii)使(較佳經純化之)第二熔化焊劑16黏在經含有機脂肪酸之溶液純化的電極侵蝕防止層4上。這現象似乎是下述現象之結果:具有低黏度之平滑的第二
熔化焊劑16已容易地濕化遍佈在高度可濕化之電極侵蝕防止層4上,以致因表面張力而在電極侵蝕防止層4上膨脹。然後,該膨脹的焊劑層8似乎被形成為均勻且高度可靠之焊劑層。
第一熔化焊劑5a及第二熔化焊劑16之黏度可受上述純化處理所控制。例如,雖然每一該熔化焊劑具有隨意之黏度,本發明藉由該純化處理分別使第一熔化焊劑5a之黏度在0.002至0.004Pa.s之範圍內且使第二熔化焊劑16之黏度在0.002至0.008Pa.s之範圍內。藉由將第一熔化焊劑5a之黏度設定在以上範圍內,可將第一熔化焊劑5a均勻地黏在每一型成為微圖形之電極2上,且另外第一熔化焊劑5a可容易被移除。結果,可將電極侵蝕防止層4均勻地形成在形成為微圖形之電極2上,使能防止電極侵蝕。
此外,藉由將第二熔化焊劑16之黏度設定在以上範圍內,可使具有上述之廣黏度範圍的第二熔化焊劑16與具有藉由使第一熔化焊劑5a與電極2接觸所形成之電極侵蝕防止層4的組件10接觸。此一第二熔化焊劑16包括廣用之熔化無鉛焊劑,以致可利用藉由使不昂貴之焊劑熔化所製備之熔化焊劑進行焊接。即使在此情況中,也可以防止電極侵蝕。
以下實例所述,依照純化處理存在與否或依照純化處理時間,在焊劑中之氧化物、雜質及類似者可進一步降低且熔化焊劑黏度可被降低。例如,當具有約217
℃之熔點之未經純化的熔化焊劑在250℃下具有0.007Pa.s之黏度時,藉由進行該純化處理,然後逐漸加長該處理之時間,可將該熔化焊劑在250℃下之黏度由0.004Pa.s降至0.002Pa.s。此種黏度降低來自在該焊劑中所含之氧化物及雜質含量的降低,且此種氧化物及雜質之含量的降低也由圖20之結果顯明。此外,如在以下實例及類似者所述的,氧化物及雜質之含量的降低改良焊劑可濕性。以此方式,及使在焊接於微電極圖形上時,具有預定厚度之焊劑層8可以不引起電橋之方式均勻地且具良好產率地被形成為如上述之平滑彎曲且膨脹之形狀。
圖23是描繪一般實例之照片,其中焊劑層已提供在電極上。如在該照片中所見的,當不應用依照本發明之製造方法時,該焊劑層之厚度不均勻且另外可形成電橋。
如以下實例中所示的,當銅電極之寬度W是60微米時,具有約25微米厚度T之焊劑層8也能被形成在具有約1微米平均厚度之電極侵蝕防止層4上。當銅電極之寬度W是30微米時,具有約15微米厚度T之焊劑層8也能被形成在具有約1微米平均厚度之電極侵蝕防止層4上。當銅電極之寬度W是15微米時,具有約10微米厚度T之焊劑層8也能被形成在具有約1微米平均厚度之電極侵蝕防止層4上。因此,可能形成在[焊劑層8之厚度T]/[銅電極之寬度W]=0.3至0.7範圍內之焊劑層8。
此接觸步驟是一種在黏合第二熔化焊劑16之後使含第三有機脂肪酸之溶液之氣體或液體與第二熔化焊劑16接觸的步驟。例如,如圖11所示的,當該組件已浸漬於第二熔化焊劑16中,然後以其原有狀態被拉升時,藉由將該含第三有機脂肪酸之溶液的氣體或液體噴射至該已經拉升後之組件(該噴射未顯示於圖中),以進行該接觸步驟。另一方面,關於此接觸步驟,例如圖12所示的,當該組件浸漬於第二熔化焊劑16中,然後與含有機脂肪酸之溶液18接觸時,該接觸步驟是在此所稱之接觸步驟。
在黏合第二熔化焊劑16之步驟後,該含第三有機脂肪酸之溶液與組件20之接觸可以如下方式進行:例如圖12顯示的,藉由浸漬組件20於含第三有機脂肪酸之溶液18中或例如圖3(B)及圖4(B)所示的,藉由將含第三有機脂肪酸之溶液18的氣體或液體由噴嘴噴射至組件20。待噴射之含第三有機脂肪酸之溶液18的氣體或液體可以是含有機脂肪酸之溶液的蒸氣或其與氮或空氣之混合物氣體。在混合物氣體的情況中,較佳至少混合該含有機脂肪酸之溶液的蒸氣,其含量是在使該蒸氣能均勻地黏在第二焊劑層8上的程度上。
在此所要用之含第三有機脂肪酸之溶液較佳與在第一熔化焊劑5a之黏合前所接觸之含第一有機脂肪酸之溶液3a相同。在此將省略其描述。
該接觸步驟將用於防止氧化及污染的有機脂
肪酸之塗覆膜9形成在第二熔化焊劑16之表面上或在藉由固化第二熔化焊劑16所形成之第二焊劑層8上。結果,具有第二焊劑層8之組件20可在無中間處理之情況下被貯存或銷售。此外,可以製造組件20,其能提供不破壞電子組件之連接結構可靠性的高品質連接結構,即使在貯存或銷售後進行經安裝之組件的安裝步驟。
在已與該含第三有機脂肪酸之溶液接觸後之組件20中,該含第三有機脂肪酸之溶液可藉由從該噴嘴所噴射之空氣、惰性氣體或類似者引出。該引出使在該組件2上所黏之過多的含第三有機脂肪酸之溶液能被移除。
此外,所黏合之含第三有機脂肪酸之溶液可被移除。該含第三有機脂肪酸之溶液的移除可以藉由浸漬於常用之有機去污劑或無機去污劑(諸如鹼性去污劑)、沖洗式清潔、或類似之使用此等去污劑者進行。在此情況中,可以進行結合超音波之超音波清潔。在藉由清潔用溶劑移除該含第三有機脂肪酸之溶液後,可以進行多種慣常對安裝基材所實施之處理諸如純水清潔。
依照本發明之組件20、30及40如圖13至19(B)所示的,是藉由依照上述之本發明的製造組件的方法所製造者。然後,該等組件配備多個電極2,在每一電極2上
提供焊劑層8,且在焊劑層8與電極2之間形成電極侵蝕防止層4。另外,焊劑層8在電極侵蝕防止層4已形成於其上的電極2上形成平滑彎曲之膨脹形狀。此外,較佳地,含有機脂肪酸之塗覆膜9被提供在焊劑層8上。
該組件之實例包括基材諸如圖13所示的印刷電路板及電子組件諸如圖18(A)及(B)所示的晶片電容器、圖19(A)所示之LGA(連接盤柵極陣列)、及圖19(B)所示之BGA(球柵極陣列)。基材20之實例包括多種基材諸如印刷電路板、晶圓及可撓基材。特別地,在晶圓中,電極之寬度及間距是窄的。因此,依照本發明之製造方法較佳被應用且可高精密地形成焊劑層8在窄間距之微電極上。另外,也在待提供大電子組件之印刷電路板或可撓電路板的情況中,焊劑層8表面可被保持在清潔狀態中或在隨後步驟中被處理,以致該基材可用來作為可靠之基材。
此外,電子組件30及40之實例包括半導體晶片、半導體模組、IC晶片、IC模組、介電晶片、介電模組、電阻晶片、電阻模組及類似者。
在此等基材及電子組件中,即使當隨後在再流動爐、燃燒爐或類似者中加熱時,電極侵蝕防止層4阻斷電極2之侵蝕。這因此防止在經由多種步驟所進行之安裝電子組件之方法中電連接部份(電極部份)之可靠性降低且使能在良好產率下製造。因此,高度可靠之基材及電子組件可在低成本下製造。
在下文中,本發明將引用實例及比較用實例以更詳細描述。
作為一實例,製造基材10',其中具有50微米寬度W及20微米厚度之銅配線圖形已形成在具有100毫米長度及100毫米寬度之印刷電路板1上(例如參見圖3(A))。在基材10'中,在該銅配線圖形之間,只將具有50微米寬度W之銅電極2(彼將是用於安裝電子組件之部份)暴露多次,且其他銅配線圖形以絕緣層覆蓋。
作為待預先噴射至銅電極2的含第一有機脂肪酸之溶液3a,藉由將10質量%之棕櫚酸包含在不含金屬鹽(諸如鎳鹽及鈷鹽)、氧化劑或類似者之酯合成油中以製備含有機脂肪酸之溶液。含第一有機脂肪酸之溶液3a之溫度控制於150℃。使用由0.05質量%之Ni、0.005質量%之Ge、3質量%之Ag、0.5質量%之Cu及其餘之Sn構成之五元無鉛焊劑(熔點約217℃)製備所用之第一熔化焊劑5a。在250℃之純化條件下該五元焊劑在與上述含第一有機脂肪酸之溶液3a相同之含有機脂肪酸之溶液中強烈攪拌。所製備之第一熔化焊劑5a在250℃下具有0.0035Pa.s之黏度。
所製備之含第一有機脂肪酸之溶液3a被加熱至150℃且被噴灑至基材10'上,以將有機脂肪酸塗覆膜3
提供在銅電極2上(例如參見圖3(B))。由於利用該含第一有機脂肪酸之溶液3a清潔銅表面,該有機脂肪酸之塗覆膜3被黏著。接著,所製備之第一熔化焊劑5a的液流(250℃)被噴灑至已進行塗覆處理之基材10'上(參見圖3(C))。在已噴灑第一熔化焊劑5a之銅電極2上,第一熔化焊劑5a被黏著且形成膨脹形狀(例如參見圖3(D))。
接著,在該銅電極上之經膨脹的過多之第一熔化焊劑5a被移除(例如參見圖3(E))。作為移除措施,使用噴射噴嘴13,由噴射噴嘴13噴射含第二有機脂肪酸之溶液6a,其具有與上述含第一有機脂肪酸之溶液3a相同組成且加熱至250℃。從第一熔化焊劑5a噴灑在該銅電極上直至利用該含第二有機脂肪酸之溶液6a移除該過多之焊劑,共耗費10秒,然後藉由噴灑空氣流至該組件以將第一熔化焊劑5a冷卻至200℃,此低於其熔點。結果,獲得具有圖3(F)所示之形狀的組件10。在該組件10A中,在銅電極2上提供依以下順序之電極侵蝕防止層4、焊劑層(在移除後所留下之焊劑層,其並未顯示)及塗覆膜6。
以此方式,獲得包括電極侵蝕防止層4之依照實例1之組件10A。使用電子顯微鏡對其剖面之觀察能確認:在組件10A之銅電極2上提供具有約1.5微米厚度且無裂痕之電極侵蝕防止層4。此外,也確認:在電極侵蝕防止層4上黏合具有約1微米厚度之第一焊劑層5且在
該第一焊劑層5上黏合薄塗覆膜6。這些製造條件及結果顯示於表1中且評估結果顯示於表2中。
在實例1中所得之組件10A被浸漬(浸沒)於設定於250℃而充滿第二熔化焊劑16之焊劑浴中。使用由3質量%之Ag、0.5質量%之Cu及其餘之Sn所構成之三元無鉛焊劑作為第二熔化焊劑16。基材浸漬於該焊劑浴中的時間共10秒。這些製造條件及結果顯示於表1中且評估結果顯示於表2中。
以此方式獲得實例2之基材(依照本發明之組件),其上提供第二焊劑層8。使用電子顯微鏡對其剖面之觀察顯示:在具有50微米寬度W之銅電極2上提供具有約1.5微米厚度且無裂痕之電極侵蝕防止層4且在電極侵蝕防止層4上提供具有20微米厚度T之第二焊劑層8。
圖21(C)描繪所得之基材(例如參見圖13)之第二焊劑層8之剖面的掃描電子顯微照片之形狀。由圖21(C)之剖面照片,Cu-Ni-Sn金屬間化合物層4之厚度藉由該掃描電子顯微照片測量且發現均勻地形成具有約1.5微米厚度之該層。此外,該基材之個別部份的電極的剖面觀察顯示:在首先浸於該焊劑浴中之部份的電極與最後浸於其中之部份的電極之間並無明顯的電極侵蝕差異。此外,圖21(D)描繪在150℃下老化240小時候所
得之第二焊劑層8的剖面的掃描電子顯微照片之形狀。並不發生缺陷諸如空隙。另外,其剖面係使用藉由X光微分析儀(EPMA)所產生之元素標記來評估且顯示於圖22(A)及(B)中。
在實例1中之含第一有機脂肪酸之溶液3a中的棕櫚酸含量改成15質量%,然後該溶液被加熱至250℃以待噴射至電極。在移除於銅電極上之經膨脹的過多第一熔化焊劑5a的步驟中,基材10被放置於設定在255℃之含第二有機脂肪酸之溶液6b的蒸氣環境中。然後,在其環境下,噴射噴嘴13噴射經加熱至255℃的氮氣(參見圖4(E))。所用之含第二有機脂肪酸之溶液6b是在255℃下具有與含第一有機脂肪酸之溶液3a相同組成之含有機脂肪酸之溶液的蒸氣。結果,獲得具有圖4(F)所示之形狀的基材10B。在基材10B中,在銅電極2上以下述順序提供電極侵蝕防止層4、焊劑層(在移除後留下之焊劑層,其並未顯示)及塗覆膜6。這些製造條件及結果顯示於表1中且評估結果顯示於表2中。
以此方式,獲得依照實例3之基材10B,其上具有電極侵蝕防止層6。使用電子顯微鏡對其剖面之觀察顯示:在基材10B之銅電極2上提供具有約1.5微米厚度之電極侵蝕防止層4,然後在電極侵蝕防止層4上提供具有約0.5微米厚度之第一焊劑層5,且在該第一焊劑層
5上黏合薄塗覆膜6。此外,在255℃下過多焊劑之移除使在電極侵蝕防止層4上所殘留之過多焊劑的量能最小化。
在實例3中所得之基材10B浸漬(浸沒)於設定在250℃下之充滿第二熔化焊劑16的焊劑浴中。使用由3質量%之Ag、0.5質量%之Cu及其餘之Sn所構成之三元無鉛焊劑作為第二熔化焊劑16。基材浸於該焊劑浴中之時間共10秒。這些製造條件及結果顯示於表1中且評估結果顯示於表2中。
以此方式,獲得實例4之基材(依照本發明之組件),其上提供第二焊劑層8。使用電子顯微鏡對其剖面的觀察顯示:在具有50微米寬度W之銅電極2上提供具有約1.5微米厚度之電極侵蝕防止層4且在電極侵蝕防止層4上提供具有約20微米厚度T之第二焊劑層8。與實例2類似的,使用所得基材(例如參見圖13)之第二焊劑層8的剖面的掃描電子顯微照片的形狀進行觀察。獲得與實例2相同之結果,其中均勻地形成具有1.5微米厚度之電極侵蝕防止層4,且在150℃下老化240小時後之第二焊劑層8的剖面並未觀察到缺陷諸如空隙。
在實例5至10中,以與上述實例1至4中之相同方
式製造組件。其製造條件及結果顯示於表1中且評估結果顯示於表2中。在所有情況中,確認電極侵蝕之抑制。
以與實例1中之相同方式獲得比較用實例1之基材,除了使用由3質量%之Ag、0.5質量%之Cu及其餘之Sn所構成之三元無鉛焊劑作為在實例1中之第一熔化焊劑5a的焊劑材料。與實例1類似地,掃描電子顯微照片之剖面觀察確認:無Cu-Ni-Sn金屬間化合物層(參見圖21(A)),但在銅電極2上形成Cu-Sn金屬間化合物層且發生大量電極侵蝕。此外,圖21(B)描繪在150℃下老化240小時後所得之第二焊劑層8之剖面的掃描電子顯微照片的形狀。觀察到缺陷諸如空隙。
本實例11查驗:第二熔化焊劑16較佳不包括在形成電極侵蝕防止層4用之成份間引起電極侵蝕防止能力的成份。焊接處理意指一種使熔化焊劑黏至電極的處理。不管以下所用之焊劑種類(皆具有約217℃之熔點)為何,如圖3所示的,藉由從噴嘴12噴灑經加熱至250℃且熔化的熔化焊劑液流進行焊劑黏合處理,以使該焊劑能在電極2上膨脹。在第一熔化焊劑5a黏合後及在第二熔化焊劑16黏合後,在該黏合處理後之過多焊劑之移除處理係在二情況中進行,因為本實例意圖觀察電極侵蝕防止層4之形成的形狀。該移除處理係藉由將空氣噴灑至在該電極2上膨脹的熔化焊劑5a或16而進行。以下之焊接處理時間對應於由該電極2與熔化焊劑5a或16之接觸至在電極2上所膨脹之過多焊劑5a或16的移除所耗費之時間。在那段時間,維持熔化焊劑5a及16之溫度。
圖24(A)是一描繪在焊接處理前銅電極圖形的平面視圖;圖24(B)是該銅電極圖形之剖面視圖;圖24(C)是該剖面視圖之放大視圖;及圖24(D)是銅電極2之剖面視圖。製備具有40微米圖形寬度及22微米厚度之銅電極作為該銅電極2,其以純水清潔、乾燥、然後由噴嘴11對彼噴射含第一有機脂肪酸之溶液3a的液流。隨後進行該銅電極2之焊接處理。
圖25(A)至(D)是描繪一實例之電極的剖
面視圖,其中若不對所製備之銅電極2進行二階段處理(第一熔化焊劑5a之黏合處理及第二熔化焊劑16之黏合處理),則對該電極進行一次性焊接處理,然後移除過多之焊劑。圖25(A)描繪以不包括鎳之熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu)處理5秒之情況,且圖25(B)描繪以該熔化焊劑處理60秒之情況。此外,圖25(C)描繪以包括0.01質量%之鎳的熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.01Ni-0.006Ge)處理5秒的情況,且圖25(D)描繪以該熔化焊劑處理60秒之情況。
如由結果所顯明的,當該焊接處理時間是5秒時,不管該焊劑種類為何,銅電極2之侵蝕是小的。如圖25(C)所示的,在以含鎳之焊劑處理的情況中,具有約1微米厚度之電極侵蝕防止層4被形成在該等電極上。另一方面,當該焊接處理時間是60秒時,不管該焊劑種類為何,皆確認有銅電極2之侵蝕。以含鎳之焊劑處理的情況顯示極小程度之侵蝕且幾乎保持起初之電極形狀。然而,由其剖面之觀察確認:電極侵蝕防止層4之極厚的(約4微米)且該電極形狀幾乎藉由電極侵蝕防止層4維持。
圖26(A)至(D)描繪以包括更多之鎳含量的熔化焊劑處理的實例。特別地,與以上類似地,圖26(A)至(D)是描繪以下情況之電極的剖面視圖,其中若不對所製備之銅電極2進行二階段處理(第一熔化焊劑5a之黏合處理及第二熔化焊劑16之黏合處理),則對該
電極進行一次性焊接處理,然後移除過多之焊劑。圖26(A)描繪以包括0.03質量%之鎳的熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.03Ni-0.006Ge)處理5秒之情況,且圖26(B)描繪以該熔化焊劑處理60秒之情況。此外,圖26(C)描繪以包括0.05質量%之鎳的熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.05Ni-0.006Ge)處理5秒的情況,且圖26(D)描繪以該熔化焊劑處理60秒之情況。
如由結果所顯明的,當該焊接處理時間是5秒時,不管該焊劑種類為何,銅電極2之侵蝕是小的。具有約2微米厚度之電極侵蝕防止層4被形成在該等電極上。另一方面,當該焊接處理時間是60秒時,不管該焊劑種類為何,皆確認有銅電極2之侵蝕,二情況皆包括鎳,以致該侵蝕之程度是極小的,再者,幾乎維持起初之電極形狀。然而,由其剖面之觀察確認:電極侵蝕防止層4之極厚的(約5微米)且該電極形狀幾乎藉由電極侵蝕防止層4維持。
圖27(A)及(B)描繪以包括更多之鎳含量的熔化焊劑處理的實例。特別地,與以上類似地,圖27(A)及(B)是描繪以下情況之電極的剖面視圖,其中若不對所製備之銅電極2進行二階段處理(第一熔化焊劑5a之黏合處理及第二熔化焊劑16之黏合處理),則對該電極進行一次性焊接處理,然後移除過多之焊劑。圖27(A)描繪以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.1Ni-0.006Ge)處理5秒之情況,且圖27(B)描
繪以該熔化焊劑處理60秒之情況。
如由結果所顯明的,當該焊接處理時間是5秒時,銅電極2之侵蝕是小的,且具有約3微米厚度之電極侵蝕防止層4被形成在該等電極上。另一方面,當該焊接處理時間是60秒時,皆確認有銅電極2之大量侵蝕,雖然幾乎維持起初之電極形狀。剖面觀察確認:電極侵蝕防止層4之極厚的。
圖25(A)至27(C)之結果確認:以包括鎳之熔化焊劑的處理使由Cu-Ni-Sn金屬間化合物構成之電極侵蝕防止層4能形成在銅電極2上,使作為電極成份之銅的侵蝕能抑制。然而,即使在那情況中,隨著處理時間變長,發現電極侵蝕防止層4變更厚。
圖28(A)至圖29(D)是描繪一實例之電極的剖面視圖,其中對所製備之銅電極2進行二階段處理(第一熔化焊劑5a之黏合處理及第二熔化焊劑16之黏合處理),且每一過多之焊劑在每一焊接處理後被移除。圖28(A)描繪在以不包括鎳之第一熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu)處理3秒後,進行以包括0.01質量%之鎳的第二熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.01Ni-0.006Ge)處理5秒的情況,且圖28(B)描繪在圖28(A)中之該第二熔化焊劑的處理時間改成60秒的情況。此外,圖28(C)描繪在以不包括鎳之第一熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu)處理3秒後,進行以包括0.03質量%之鎳的第二熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.03Ni-0.006Ge)處理5秒的情況,且圖28
(D)描繪在圖28(C)中之該第二熔化焊劑的處理時間改成60秒的情況。
圖29(A)描繪在以不包括鎳之第一熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu)處理3秒後,進行以包括0.05質量%之鎳的第二熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.05Ni-0.006Ge)處理5秒的情況,且圖29(B)描繪在圖29(A)中之該第二熔化焊劑的處理時間改成60秒的情況。此外,圖29(C)描繪在以不包括鎳之第一熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu)處理3秒後,進行以包括0.1質量%之鎳的第二熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.1Ni-0.006Ge)處理5秒的情況,且圖29(D)描繪在圖29(C)中之該第二熔化焊劑的處理時間改成60秒的情況。
這些結果明顯地證實:即使當該焊接處理是5秒時,隨著該第二熔化焊劑中之鎳含量增加,在該銅電極上所形成之電極侵蝕防止層4之厚度變更厚且銅電極2之侵蝕變更大。另外,也當該焊接處理是60秒時,在該銅電極上所形成之電極侵蝕防止層4之厚度被發現是更厚的,且有更大之銅電極2之侵蝕。
圖30(A)至圖31(B)是描繪一實例之電極的剖面視圖,其中對所製備之銅電極2進行二階段處理(第一熔化焊劑5a之黏合處理及第二熔化焊劑16之黏合處理),且每一過多之焊劑在每一焊接處理後被移除。圖30(A)描繪在以包括0.1質量%之鎳的第一熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.1Ni-0.006Ge)處理3秒後,進行以包
括0.01質量%之鎳的第二熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.01Ni-0.006Ge)處理5秒的情況,且圖30(B)描繪在圖30(A)中之該第二熔化焊劑的處理時間改成60秒的情況。此外,圖30(C)描繪在以包括0.1質量%之鎳的第一熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.1Ni-0.006Ge)處理3秒後,進行以包括0.03質量%之鎳的第二熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.03Ni-0.006Ge)處理5秒的情況,且圖30(D)描繪在圖30(C)中之該第二熔化焊劑的處理時間改成60秒的情況。
此外,圖31(A)描繪在以包括0.1質量%之鎳的第一熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.1Ni-0.006Ge)處理3秒後,進行以包括0.05質量%之鎳的第二熔化焊劑(Sn-3Ag-0.5Cu-0.05Ni-0.006Ge)處理5秒的情況,且圖31(B)描繪在圖31(A)中之該第二熔化焊劑的處理時間改成60秒的情況。
這些結果證實:即使在包括鎳之第一熔化焊劑5a的情況中,由於亦包括鎳之第二熔化焊劑16,在該銅電極上所形成之電極侵蝕防止層4的厚度變更厚且銅電極2之侵蝕變更大。另外,也當該焊接處理時間是60秒時,在該銅電極上所形成之電極侵蝕防止層4之厚度被發現變更厚,而銅電極2之侵蝕更大。
圖32(A)及(B)是描繪一實例之電極的剖面視圖,其中對所製備之銅電極2進行二階段處理(第一熔化焊劑5a之黏合處理及第二熔化焊劑16之黏合處
理),且每一過多之焊劑在每一焊接處理後被移除。圖32(A)是電極之剖面視圖,該電極以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理3秒,然後以不包括鎳的熔化焊劑處理5秒。圖32(B)是電極之剖面視圖,該電極以包括0.1質量%之鎳的熔化焊劑處理3秒,然後以不包括鎳的熔化焊劑處理60秒。
如由這些結果顯明的,由於在第一熔化焊劑5a中包括鎳且在第二熔化焊劑16中不包括鎳,不管該處理時間是5或60秒,在該銅電極上所形成之電極侵蝕防止層4的厚度約2微米,是大略相同的。此外,該銅電極2之侵蝕被最小化且與圖24(D)所示之起初電極形狀相比幾乎不見到改變。
圖25(A)至27(B)所示之結果指明:在使用含鎳之熔化焊劑作為第一熔化焊劑5a且不使用第二熔化焊劑16的單一階段處理中,若該處理時間是短的(例如5秒),則所形成之電極侵蝕防止層4之效果能有某些程度之銅電極侵蝕的抑制,但若該處理時間更長(例如60秒),則即使在含鎳之熔化焊劑中也發生同電極之侵蝕。此外,圖28(A)至29(D)所示之結果指明:在不包括鎳之第一熔化焊劑5a的情況中,即使第二熔化焊劑16包括鎳,也發生該銅電極之侵蝕。另外,圖30(A)至31(B)所示之結果指明:當第一熔化焊劑5a及第二熔化焊劑16皆包括鎳時,獲得比上述更有效的結果,然而,發生該銅電極之侵蝕。
相對地,據顯示:當第一熔化焊劑5a包括鎳(其為在形成電極侵蝕防止層4之成份中引起電極侵蝕防止能力的成份)且第二熔化焊劑16不包括鎳時,可以抑制銅電極侵蝕之進程。對此之理由是:藉由在包括鎳之第一熔化焊劑5a的黏合後立即移除過多之焊劑5a及冷卻(至低於該焊劑之熔點),可以防止無冷卻所引起之電極侵蝕及電極侵蝕防止層4變厚,以致可停止電極成份之侵蝕而使具有預定厚度(0.5至3微米)之電極侵蝕防止層4能以形成。若在電極上有此一薄的電極侵蝕防止層4存在,則在以不包括鎳之第二熔化焊劑16黏合處理的情況中,不管該黏合處理時間的長度為何,幾乎不發生該銅電極之逐漸侵蝕。這似乎是因為在電極侵蝕防止層4中所包括之鎳(其為在形成電極侵蝕防止層4之成份中引起電極侵蝕防止能力的成份)被安定化且固定在電極侵蝕防止層4中。此一措施已顯示能抑制電極侵蝕防止層4之厚度增加的現象。在此實例中,使用熔化焊劑,但也已發限焊劑糊料之情況是相同的。
在圖5所示之依照第一具體例的黏合步驟中,使第一熔化焊劑液流5a碰撞具有在圖9(A)至(D)所示之形狀的組件10'(安裝基材)。使用具有約7.3克/立方公分密度且包括0.05質量%之Ni之以Sn-Cu-Ni為底質之焊劑作為該第一熔化焊劑。該第一熔化焊劑液流5a貯存於設
置在上方位置之貯存浴58中。在貯存浴58中之該熔化焊劑液流5a經由管57垂直滴下,在方向改變部份56處轉至該組件側,然後激烈地碰撞電極2。貯存浴58設置在一個使該垂直滴下之熔化焊劑液流5a之壓力能約2Pa的高度上。在碰撞時在約15°之噴嘴角度θ且與該電極相距30毫米之狀況下,該熔化焊劑液流係能由橫向碰撞電極2。然後,除了此黏合步驟以外,以同於實例1之方式獲得實例12之組件。
此實例使熔化焊劑液流5a能在該熔化焊劑液流5a無過度減速之狀況下碰撞電極2。結果,該熔化焊劑液流5a能與電極2之整個表面完全接觸,因此使電極侵蝕防止層4能均勻地形成在電極2上。
包括電極侵蝕防止層4在電極上之組件浸漬(浸沒)一設定於250℃之填充第二熔化焊劑16之焊劑浴中。使用由0.5質量%之Cu、0.006質量%之Ge及其餘之Sn構成的無鉛焊劑作為第二熔化焊劑16。不包括鎳之第二熔化焊劑16黏在配備該包括鎳之薄電極侵蝕防止層4之電極上。結果,在該等組件之個別部份之間銅電極侵蝕進程幾乎無差異發生。此外,即使在使用不包括銀之焊劑合金的情況中,顯現出充份的焊劑可濕性且能形成較佳的第二焊劑層。
除了使用具有約7.3克/立方公分之密度且包括0.05
質量%之Ni的以Sn-Cu-Ge-Ni為底質之焊劑之外,以同於實例12之方式獲得實例13之組件。此實例使熔化焊劑液流5a能碰撞電極2,卻無該熔化焊劑液流5a之過度減速。結果,該熔化焊劑液流5a能完全接觸電極2之整個表面,因此使電極侵蝕防止層4能均勻地形成在該電極2上。
包括在電極上所形成之電極侵蝕防止層4的組件以同於實例12之方式處理,藉此不包括鎳之第二熔化焊劑16黏在配備該包括鎳之薄電極侵蝕防止層4之電極上。結果,在該等組件之個別部份之間銅電極侵蝕的進程幾乎無差異發生。此外,即使在使用不包括銀之焊劑合金的情況中,顯現出充份的焊劑可濕性且能形成較佳的第二焊劑層。
在圖6所示之依照第一具體例的黏合步驟中,使第一熔化焊劑液流5a碰撞具有在圖9(A)至(D)所示之形狀的組件10'(安裝基材)。使用具有約7.3克/立方公分密度且包括0.05質量%之Ni之以Sn-Cu-Ni為底質之焊劑作為該第一熔化焊劑。該第一熔化焊劑液流5a藉由泵從設置在下方位置之貯存浴58抽取上且激烈地碰撞電極2。進行調節以致該熔化焊劑液流5a之壓力約2Pa的高度上。在碰撞時在約15°之噴嘴角度θ且與該電極相距30毫米之狀況下,該熔化焊劑液流係能由橫向碰撞電極2。然
後,除了此黏合步驟以外,以同於實例1之方式獲得實例14之組件。
此實例使熔化焊劑液流5a能碰撞電極2,卻無該熔化焊劑液流5a之過度減速。結果,該熔化焊劑液流5a能完全接觸電極2之整個表面,因此使電極侵蝕防止層4能均勻地形成在該電極2上。其次,具有在電極上所形成之電極侵蝕防止層4的組件以同於實例12之方式處理,藉此不包括鎳之第二熔化焊劑16黏在配備該包括鎳之薄電極侵蝕防止層4之電極上。結果,在該等組件之個別部份之間銅電極侵蝕的進程幾乎無差異發生。此外,即使在使用不包括銀之焊劑合金的情況中,顯現出充份的焊劑可濕性且能形成較佳的第二焊劑層。
在圖7(A)至(C)所示之依照第三具體例的黏合步驟中,利用表面張力現象,使第一熔化焊劑5a遍布具有在圖9(A)至(D)所示之形狀的組件10'(安裝基材)。使用具有約7.3克/立方公分密度且包括0.05質量%之Ni之以Sn-Cu-Ni為底質之焊劑作為該第一熔化焊劑。第一熔化焊劑5a填充在該焊劑浴52中。該組件通過狹縫51(其提供在該焊劑浴52之上表面中)被浸漬,然後將彼拉上,使組件10'能通過設置在第一熔化焊劑5a之液面53上狹縫51。此外,由組件10'至狹縫51之末端的間隙g1及g2設定約1毫米。除了此黏合步驟以外,以同
於實例1之方式獲得實例15之組件。
經由該方法,由於在組件10'通過狹縫51時所發生之表面張力的效應,該熔化焊劑5a遍布在電極2之整個表面上。此實例使熔化焊劑5a能完全接觸電極2之整個表面,因此使電極侵蝕防止層4能均勻地形成在該電極2上。其次,包括在電極上所形成之電極侵蝕防止層4的組件以同於實例12之方式處理,藉此不包括鎳之第二熔化焊劑16黏在配備該包括鎳之薄電極侵蝕防止層4之電極上。結果,在該等組件之個別部份之間銅電極侵蝕的進程幾乎無差異發生。此外,即使在使用不包括銀之焊劑合金的情況中,顯現出充份的焊劑可濕性而能形成較佳的第二焊劑層。
Claims (8)
- 一種製造組件的方法,其包含:製造具有待焊接之電極之組件的步驟;使含有第一有機脂肪酸之溶液與該電極接觸的步驟;藉由使第一熔化焊劑與該電極接觸以將該第一熔化焊劑黏合在該電極上的步驟;將氣流或液流射出至該經黏合的第一熔化焊劑以移除黏合於該電極上之該第一熔化焊劑中過多的第一熔化焊劑的步驟;及將已移除過多的第一熔化焊劑的電極冷卻至低於該第一熔化焊劑的熔點的步驟,且其中在黏合該第一熔化焊劑的步驟中,該第一熔化焊劑包括一成份,該成份藉由與在該電極所包括之成份反應而在該電極表面上形成由金屬間化合物層所構成之電極侵蝕防止層,且進行該第一熔化焊劑與該電極之接觸係藉由使該第一熔化焊劑之液流碰撞或遍布該電極且同時移動該組件,該第一熔化焊劑與該電極之接觸係藉由下述(1)或(2)之任一種方法進行,(1)藉由使經重力加速之該第一熔化焊劑液流或經泵加壓之該第一熔化焊劑液流與垂直方向正交或約正交之角度碰撞該組件,進行該第一熔化焊劑與該電極之接觸且同時在該垂直方向上移動該組件,(2)藉由使該組件通過配置在該第一熔化焊劑液面上之狹 縫且同時在浸沒於充滿該第一熔化焊劑之焊劑浴之後藉由在垂直方向上移動該組件而拉上該組件,進行該第一熔化焊劑與該電極之接觸。
- 如申請專利範圍第1項之製造組件的方法,其另包含在將該電極冷卻至低於該第一熔化焊劑之熔點的步驟之後,使該組件與相同於或相異於該第一熔化焊劑之熔化焊劑接觸以將第二熔化焊劑黏合至該電極上的步驟。
- 如申請專利範圍第2項之製造組件的方法,其中該第二熔化焊劑不包括一種在形成該電極侵蝕防止層的成份之間引發電極侵蝕防止能力的成份。
- 如申請專利範圍第1項之製造組件的方法,其中在黏合該第一熔化焊劑的步驟中,在含有該有機脂肪酸之溶液的蒸氣環境中進行該第一熔化焊劑與該電極之接觸。
- 如申請專利範圍第1項之製造組件的方法,其中該第一熔化焊劑具有0.002Pa.s至0.004Pa.s之黏度。
- 如申請專利範圍第3項之製造組件的方法,其中該第二熔化焊劑具有0.002Pa.s至0.008Pa.s之黏度。
- 如申請專利範圍第2項之製造組件的方法,其中該第一熔化焊劑及該第二熔化焊劑與該含有有機脂肪酸之溶液混合以供使用。
- 如申請專利範圍第2項之製造組件的方法,其另包含在黏合該第二熔化焊劑的步驟之後,使含有第三有機脂肪酸之溶液的氣體或液體與該第二熔化焊劑接觸的步驟。
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