钎焊接合方法和钎焊接头技术

本发明专利技术提供一种钎焊方法，可减少电子部件的热损伤且形成具有优异的连接可靠性的钎焊接头而将基板的电极与电子部件的电极进行接合。是通过形成钎焊接头而将基板的电极与电子部件的电极进行接合的钎焊接合方法，其中，在基板的电极上形成熔点低于形成在电子部件的电极的焊锡合金的Sn‑Βi系焊锡合金；进而在基板上搭载上述电子部件以使形成在基板的电极的焊锡合金与形成在电子部件的电极的焊锡合金接触；进而使峰值加热温度为150～180℃并使峰值加热温度的保持时间为超过60秒且为150秒以下而加热基板；然后使加热后的冷却速度为3℃/秒以上而冷却基板，形成钎焊接头。

Brazing method and joint

The invention provides a brazing method, which can reduce the thermal damage of electronic components and form brazing joints with excellent connection reliability to connect the electrodes of the base plate and the electrodes of the electronic components. By forming brazing joints, the electrodes of the substrate are joined with the electrodes of the electronic components, in which Sn_i solder alloys with melting points lower than those of the solder alloys formed at the electrodes of the electronic components are formed at the electrodes of the substrate, and then the above electronic components are mounted on the substrate to make the solder alloys formed at the electrodes of the substrate and the electronics formed in the electronic components. The solder alloy contacts the pole; then the peak heating temperature is 150-180 C and the holding time of the peak heating temperature is more than 60 seconds and less than 150 seconds to heat the substrate; and then the cooling speed of the heated substrate is more than 3 C/seconds and the substrate is cooled to form a brazing joint.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钎焊接合方法和钎焊接头
本专利技术涉及形成连接可靠性优异的钎焊接头而将基板与电子部件进行接合的钎焊接合方法和钎焊接头。
技术介绍
近年来，随着电子设备的小型化和轻薄化，要求搭载于电子设备的电子部件的高集成化。为了实现电子部件的高集成化，需要进行高密度安装。作为这样的高密度安装方法，例如可举出使用BGA的倒装芯片安装。倒装芯片安装是通过将电子部件搭载于印刷基板并将印刷基板上的焊锡凸块与BGA利用回流焊进行熔融接合的方法。由于在印刷基板上形成了许多焊锡凸块，所以在回流焊中为了形成无连接不良的钎焊接头而加热到使焊锡合金充分熔融的高温。因此，印刷基板和BGA暴露于高温下。而一般使用的SnAgCu焊锡合金的固相线温度为220℃左右，因此以往在回流焊中，印刷基板或BGA暴露于高于该温度的高温下。然而，在这样的条件下，有时因受热而产生基板的翘曲。另外，由于印刷基板与BGA的热膨胀系数之差，在回流焊后的冷却中应力会集中于钎焊接头，还有可能导致钎焊接头的断裂。此外，高温下的回流焊还会使制造成本变高。为了消除这样的问题，报道有关于低温接合的提案。例如在专利文献1中提出了如下的钎焊接合方法：在BGA侧形成高熔点焊锡合金层，在印刷基板侧形成低熔点合金层，使这些层接触后，在低熔点焊锡合金的熔点以上且小于高熔点焊锡合金的熔点的温度区域进行加热。根据该方法，通过在上述温度区域的加热，在保留高熔点焊锡合金的同时实现低熔点合金层与高熔点合金层的利用熔融扩散的接合，避免了对基板的热损伤。另外，在上述文献中记载了进行以190℃保持40秒的加热的实施例。此外，在上述文献中作为低熔点焊锡合金例示了Sn-58Bi。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2000-307228号公报
技术实现思路
但是，加热温度为190℃时不足以防止对电子部件的热损伤，需要进一步降低加热温度。而专利文献1所记载的专利技术的目的在于提供一种在与共晶焊锡几乎相同的加热工艺中得到良好的接合部的接合方法。而且，专利文献1所记载的接合方法中利用属于第2合金层的低熔点合金的熔融扩散而实现接合。因此，为了形成熔点为183℃的63Sn-37Pb共晶合金层而需要190℃以上的加热温度，所以如果降低加热温度，则难以利用专利文献1中记载的基于熔融扩散的接合。另外，在专利文献1中记载了为了使钎焊接头的元素分布均匀，需要进一步高的温度和长时间的加热。但是，在高的温度下进行加热则需要冷却时间，因此连接界面的金属间化合物层或构成钎焊接头的焊锡合金的晶相生长，施加应力时应力集中于金属间化合物层的界面或晶相的界面，在加热后的冷却中有可能从应力最集中的接合界面或其附近区域开始发生断裂。虽然可以考虑使焊锡合金的合金组成设为可抑制金属间化合物的生长的组成，但限定组成的基础上，利用加热温度和时间来抑制金属间化合物的生长是有限度的。尤其是专利文献1中使用Sn-58Bi作为低熔点焊锡合金，共晶部分的Bi具有硬且脆的性质，因此显著出现钎焊接头的断裂。另一方面，在专利文献1中还记载了为了在保留有高熔点合金层的情况下也得到充分的接合可靠性，将钎焊接合条件设定为较低温度且较短时间以便留下高熔点合金层。这种情况下，钎焊接头的组织难以变得均匀，会导致钎焊接头的断裂。因此，本专利技术的课题在于提供一种能够减少电子部件的热损伤，可形成具有优异的连接可靠性的钎焊接头而将基板的电极与电子部件的电极进行接合的钎焊接合方法以及钎焊接头。如同专利文献1所记载，本专利技术人等在电子部件侧形成高熔点焊锡合金并在印刷基板侧形成低熔点焊锡合金的构成中，从防止电子部件的热损伤的观点考虑，作为在基板侧的电极上使用的焊锡合金使用了Sn-Bi系低熔点焊锡合金的基础上，以降低加热温度为前提而进行了深入研究。本专利技术人等首先为了即便降低加热温度也要得到基于组织的均匀化的优异的连接可靠性，将加热时间设定为比以往更长。而长时间的加热会导致制造成本的增大，因此通常进行缩短的时间设定。而且，以往，从减小因印刷基板与电子部件的热膨胀差而引起的残留应力的观点考虑，不得不将回流焊后的冷却速度减慢到2℃/s以下。但是，如果减慢冷却速度，则有可能因焊锡合金的Bi相的粗大化而使钎焊接头的连接可靠性劣化。在此，本专利技术人等得到了以下见解：通过将回流焊温度降低至比以往低，并且，与以往不同地，进行长时间的加热的基础上，反而加快回流焊后的冷却速度，从而能够防止对电子部件的热损伤，可充分进行电子部件侧的高熔点焊锡合金与基板侧的低熔点焊锡合金的熔融扩散以及低熔点焊锡合金与电极的熔融扩散，而且还能抑制基板侧的接合界面的金属间化合物层的生长的同时Sn-Bi系低熔点焊锡合金微细化，抑制应力集中于接合界面和结晶界面，能够确保优异的连接可靠性。并且，得到了以下见解：由于降低了加热温度，因此即便在加热后进行骤冷，原来的因基板的热膨胀差所致的残留应力也减小，维持钎焊接头的优异的连接可靠性。本专利技术的第1形态的通过形成钎焊接头而将基板的电极与电子部件的电极进行接合的钎焊接合方法包含如下工序：在基板的电极上形成熔点低于形成在电子部件的电极的焊锡合金的Sn-Bi系焊锡合金，在基板上搭载电子部件以使形成在基板的电极的焊锡合金与形成在电子部件的电极的焊锡合金接触，进而，使峰值加热温度为150～180℃并使峰值加热温度的保持时间为超过60秒且为150秒以下而加热基板，使加热后的冷却速度为3℃/秒以上而冷却基板，从而形成钎焊接头。峰值加热温度可以低于形成在电子部件的电极的焊锡合金的熔点。钎焊接头的具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中，具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例平均可以为60％以上。Sn-Bi系焊锡合金可以为Sn-Bi焊锡合金、Sn-Bi-Cu焊锡合金、Sn-Bi-Ni焊锡合金、Sn-Bi-Cu-Ni焊锡合金、Sn-Bi-Ag焊锡合金和Sn-Bi-Sb焊锡合金中的至少1种。Sn-Bi系焊锡合金的Bi含量以质量％计可以为Bi：30～80％。形成在电子部件的电极的焊锡合金可以为Sn-Cu焊锡合金、Sn-Ag焊锡合金、Sn-Ag-Cu焊锡合金、Sn-Ag-Cu-Ni焊锡合金、Sn-Ag-Cu-Sb焊锡合金和Sn-Ag-Cu-Ni-Sb焊锡合金中的至少1种。形成在基板的电极的焊锡合金的熔点与形成在电子部件的电极的焊锡合金的熔点的温度差可以为30℃以上。Sn-Bi系焊锡合金以质量％计可以为Bi：58％和余量的Sn。本专利技术的第2形态的将基板的电极与电子部件的电极进行接合的钎焊接头，在基板的电极上形成有熔点低于形成在电子部件的电极的焊锡合金的Sn-Bi系焊锡合金，钎焊接头的具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中，具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例平均为60％以上。附图说明图1是表示改变加热后的温度曲线时的钎焊接头中的Bi含量与具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中的具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例的关系的图。图2表示变更形成在基板的电极的焊锡合金的合金组成和回流焊时的温度曲线而得到的钎焊接头中的各钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(a)是在比较例1的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(b)是在专利技术例1的条件下形成的钎焊接头的断裂面SEM照片，图2中的(c)是在比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钎焊接合方法，其特征在于，通过形成钎焊接头而将基板的电极与电子部件的电极进行接合，其中，在所述基板的电极上形成熔点低于形成在所述电子部件的电极的焊锡合金的Sn‑Bi系焊锡合金，在所述基板上搭载所述电子部件以使形成在所述基板的电极的焊锡合金与形成在所述电子部件的电极的焊锡合金进行接触，使峰值加热温度为150～180℃并使所述峰值加热温度的保持时间为超过60秒且为150秒以下而加热所述基板，使加热后的冷却速度为3℃/秒以上而冷却所述基板，形成所述钎焊接头。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.20 JP 2017-0090171.一种钎焊接合方法，其特征在于，通过形成钎焊接头而将基板的电极与电子部件的电极进行接合，其中，在所述基板的电极上形成熔点低于形成在所述电子部件的电极的焊锡合金的Sn-Bi系焊锡合金，在所述基板上搭载所述电子部件以使形成在所述基板的电极的焊锡合金与形成在所述电子部件的电极的焊锡合金进行接触，使峰值加热温度为150～180℃并使所述峰值加热温度的保持时间为超过60秒且为150秒以下而加热所述基板，使加热后的冷却速度为3℃/秒以上而冷却所述基板，形成所述钎焊接头。2.根据权利要求1所述的钎焊接合方法，其中，所述峰值加热温度低于形成在所述电子部件的电极的焊锡合金的熔点。3.根据权利要求1或2所述的钎焊接合方法，其中，所述钎焊接头的具有5μm2以下的面积的Bi相的个数中，具有0.5μm2以下的面积的Bi相的个数所占的比例平均为60％以上。4.根据权利要求1～3中任一项所述的钎焊接合方法，其中，所述Sn-Bi系焊锡合金为Sn-Bi焊锡合金、Sn-Bi-Cu焊锡合金、Sn-Bi-Ni焊锡合金、Sn-Bi-Cu-Ni焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：稻叶耕，竹政哲，小菅正，
申请(专利权)人：联想新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG