无Pb焊料连接结构和电子装置制造方法及图纸

一种无Ｐｂ焊料连接结构和电子装置，该无Ｐｂ焊料连接结构具有足够高的连接强度，获得即使在随时间的推移的情况下仍保持稳定的界面，保持足够的浸润性和对纤维状结晶的抵抗性。特别是，无Ｐｂ焊料的特征在于：作为代表性的无Ｐｂ焊料的Ｓｎ－Ａｇ－Ｂｉ与电极连接，该电极的表面上形成有Ｓｎ－Ｂｉ层。最好，按照重量百分比计，上述Ｓｎ－Ｂｉ层中的Ｂｉ浓度在１～２０％的范围内，以便获得足够高的浸润性。当要求更加可靠的接缝时，在上述Ｓｎ－Ｂｉ层的下面形成Ｃｕ层，以便获得具有足够高的界面强度的连接部。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无Pb焊料连接结构和采用该连接结构的电子装 置，在该无Pb焊料连接结构中，电子部件通过毒性很小的无Pb焊料 与引线架等的电极连接。
技术介绍
在过去，为了在有机主板等的电路主板上，连接LSI等的电子部 件，制造电子电路主板，则采用Sn—Pb共晶焊料，接近该Sn—Pb共 晶焊料，其熔点也类似的Sn—Pb焊料，或在这些焊料中添加有少量的 Bi或Ag的焊料合金。在这些焊料中，按照重量百分比计，Pb的含量 为40%。这些焊料中的任何一种焊料合金的熔点均基本为183t:，可在 220 - 240"C的温度下进行焊接。此外，待焊接的QFP (Quad Flat Package) —LSI等电子部件的 电极一般采用下述电极，在该电极中，在作为Fe—Ni系合金的42合 金表面上，通过电镀等方式，形成按照重量百分比计，90%Sn—10%Pb (下面简称为Sn—10Pb层)。这是因为焊料浸润性良好，并且保持性 良好，不产生纤维状结晶的问题。但是，包含于上述Sn—Pb系焊料中的Pb为对人体有毒的重金属， 这样由于将包含Pb的制品废弃，会产生对地球环境造成污染，对生物 产生恶劣影响的问题。由该电子产品造成的地球环境的污染是通过下 述方式造成的，即在雨等作用下，从包含因放置而日晒漂白的Pb的电 子制品中，析出Pb，该Pb的析出因最近的酸雨而有加速倾向。于是， 为了减少环境污染，替代大量使用的上述Sn—Pb共晶系焊料的，不包 含Pb的低毒性的无Pb焊料，以及作为在部件电极上所采用的Sn—lOPb 层的替代材料的，不包含Pb的部件电极结构是必须的。作为无Pb焊 料，从低毒性，材料供给性，成本，浸润性，机械性质，连接可靠性 等的观点来看，Sn—Ag — Bi系焊料是有利的侯选者。另外，在焊接中， 通常，通过加热到220 ~ 240t:附近，在主板的电极与焊料之间产生化 合物的方式，进行连接。于是，由于所形成的界面随着焊料与部件一 侧的电极材料的组合的不同而不同，这样为了获得稳定的连接界面，必须要求适合该焊料的电极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无Pb焊料连接结构，其相对引线架等 的电极，采用毒性很小的Sn—Ag—Bi系的无Pb焊料合金，具有足够 高的连接强度，获得稳定的界面。另外，本专利技术的另一目的在于提供一种电子装置，该装置采用毒 性很小的Sn—Ag —Bi系的无Pb焊料合金，具有下述连接强度，并且 获得即使随着时间的推移仍保持稳定的界面，该强度指足以抵抗因电 子部件，主板之间的热膨胀系数之间的差别，焊接后的切割主板作业， 或检验试验时的主板的变形，搬运等而在焊料连接部产生的应力的连 接强度。此外，本专利技术的还一目的在于提供一种无Pb焊料连接结构和电子 装置，其采用毒性很小的Sn—Ag—Bi系的无Pb焊料合金，确保足够 高的浸润性，具有足够高的连接强度，此外还可确保耐纤维状结晶性 等。根据本专利技术的第一方面，本专利技术涉及一种无Pb焊料连接结构，其 特征在于通过Sn—Bi系层，将Sn—Ag—Bi系的无Pb焊料与电极连接。 以下的连接结构的实施例仅为示例。1. 另外，本专利技术的特征在于在上述无Pb焊料连接结构中，按照重 量百分比计，上述Sn—Bi系层中的Bi含量在1~20%的范围内。2. 此外，本专利技术的特征在于在上述无Pb焊料连接结构中，在上述 Sn—Bi系层与上述电极之间，具有Cu层。3. 还有，本专利技术的特征在于在上述无Pb焊料连接结构中，通过Cu 材料，形成上述电极。4. 再有，本专利技术的特征在于上述电极为Fe —Ni系合金或Cu系的 引线。5. 另外，本专利技术的特征在于在上述无Pb焊料连接结构中，上述 Sn—Ag —Bi系的无Pb焊料以Sn为主成分，按照重量百分比计，Bi的 含量在5~25%的范围内，Ag的含量在1. 5 ~ 3%的范围内，Cu的含量在 0~ 1%的范围内。根据本专利技术的第二方面，本专利技术涉及一种电子装置，其包括形成 于电子部件上的第1电极、和形成于电路主板上的第2电极，这两个电极互相连接，其特征在于在上述第1电极上形成Sn—Bi合金层，通 过Sn—Ag — Bi系的无Pb焊料，将形成有该Sn—Bi系层的第1电极与 上述第2电极连接。以下的电子装置的实施例仅为示例。1. 还有，本专利技术的特征在于在电子装置中，按照重量百分比计， 上迷Sn — Bi系层中的Bi的含量在1~20%的范围内。2. 再有，本专利技术的特征在于在电子装置中，在上述Sn—Bi系层与 上述第l电极之间，具有Cu层。3. 另外，本专利技术的特征在于通过Cu材料，形成上述第1电极。4. 此外，本专利技术的特征在于在电子装置中，上述第1电极为Fe — Ni合金或Cu系的引线。5. 还有，本专利技术的特征在于在电子装置中，上述Sn—Ag—Bi系的 无Pb焊料以Sn为主成分，按照重量百分比计，Bi的含量在5~25°/。的 范围内，Ag的含量在1.5 3y。的范围内，01的含量在0~1%的范围内。 根据本专利技术的第三方面，本专利技术涉及一种包括电极的无Pb焊料连 接结构，其特征在于作为与电极连接的无Pb焊料为Sn—Ag—Bi系焊料。如上所述，根据本专利技术，相对引线架等的电极，采用毒性很小的 Sn—Ag—Bi系的无Pb焊料合金，可具有足够高的连接强度，获得稳定 的界面。此外，按照上述结构，采用毒性很小的Sn—Ag—Bi系的无Pb 焊料合金，可具有下述连接强度，并且获得即使在随着时间的推移， 仍保持稳定的界面，该强度指足以抵抗因电子部件，主板之间的热膨 胀系数之间的差别，焊接后的切割主板作业，或检验试验时的主板的 变形，搬运等而在焊料连接部产生的应力的连接强度。还有，按照上 述结构，采用毒性^f艮小的Sn—Ag—Bi系的无Pb焊料合金，确保这样 的连接界面比如，220 ~ 240X:的温度下的足够高的浸润性，形成足 够的角焊缝，具有足够高的连接强度，此外还可确保耐纤维状结晶性 等。附图说明图1为表示本专利技术的QFP—LSI用的引线的截面结构的图。图2为 表示本专利技术的TSOP用的引线的截面结构的图。图3为连接强度评价试验方法的简要说明图。图4为表示本专利技术的各种金属化引线的角焊缝 部强度的评价结果的图。图5为表示本专利技术的各种金属化引线的浸润 时间的评价结果的图。图6为表示本专利技术的各种金属化引线的浸润荷 栽的评价结果。图7为表示本专利技术的，在金属层的下方可选地设置有 Cu层的各种金属化引线的角焊缝部强度的评价结果的图。图8为表示 本专利技术的，在金属层的下方可选地设置有Cu层的各种金属化引线的平 直部强度的评价结果的图。图9A为表示已有的焊料与形成有Sn—10Pb 镀层的Fe—Ni合金(42合金)的引线的界面的截面的显微照片(放大 倍数XXXX倍)。图9B为表示在剥离部引线的图9A的放大图的显微 照片(放大倍数YYYY倍)。图9C为表示在剥离部焊料的图9A的放 大图的显微照片(放大倍数YYYY倍)。图IOA为表示本专利技术的焊料 与形成有Sn—10Pb镀层的Fe—Ni合金(42合金)的引线的界面的截 面的显微照片(放大倍数ZZZZ倍)。图10B为表示在剥离部引线的 图IOA的放大图的显微照片(放大倍数MMMM倍)。图10C为表示在 剥离部焊料的图IOA的放大图的显微照片(放大倍数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有电极的电路板，其特征在于，上述电极由Ｃｕ制成。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：下川英惠，曾我太佐男，奥平弘明，石田寿治，中冢哲也，稻叶吉治，西村朝雄，
申请(专利权)人：株式会社瑞萨科技，
类型：发明
国别省市：JP[日本]