低温焊锡的焊接结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种低温焊锡的焊接结构，由下而上至少依序包含：一印刷电路板的一线路层、一介金属化合物层、一第一焊接扩散层、一焊接金属层、一第二焊接扩散层及一电子元件的一电极层。该印刷电路板的该线路层的表面处理是使用无铅焊锡合金焊垫，使得焊接后的焊接结构拥有良好的冷热循环信赖性。本发明专利技术还提供一种焊接结构的制造方法以制作前述低温焊锡的焊接结构。结构。结构。

【技术实现步骤摘要】
低温焊锡的焊接结构及其制造方法


[0001]本专利技术有关于一种电子元件的组装焊接结构，特别是指一种利用低温锡膏进行焊接而与电子元件形成的焊接结构，以形成高信赖性的低温焊锡的焊接结构及其制造方法。

技术介绍

[0002]现有的组装焊接过程上，印刷电路板(Printed circuit board，PCB)线路保护的表面处理多为涂布有机保焊剂(Organic Solderability Preservative，OSP)层；电子元件的下表面则附着有锡或锡合金电极，例如晶片底部表面所附着的球栅阵列(ball grid array；简称BGA)。组装的次序是将锡膏印刷于OSP层上之后，再将电子元件的电极置件于锡膏层上，再通过锡炉使锡膏熔融及扩散而形成焊接结构并完成组装。
[0003]近来积体电路(integrated circuit，IC)晶片的高密度化使得其封装结构多为薄而大面积。在利用SAC(锡银铜)系锡膏焊接时因为焊接时的高温约245℃～260℃会使IC的封装结构在加热过程中产生变形而失去平整度，导致空焊、短路等焊接的不良问题发生。因此降低焊接的温度来减少IC封装体的材料变形是改善焊接不良发生的方法之一。于是使用大量含铋的低温焊锡合金，例如铋含量大于10％(重量百分比)的锡铋合金锡膏(熔点约140℃～180℃)来降低焊接温度成为解决的主要手法。
[0004]前述锡铋合金锡膏因为熔点低在组装时可低温焊接以具有减少元件变形的优势。使用一般OSP表面处理的PCB用锡铋合金锡膏焊接时，因为电极多为纯锡或锡银铜等较高熔点的合金，所以为达成较好的焊接效果，前述锡铋合金锡膏的温度(熔点小于180℃)会比原来的熔点(熔点约140℃)增加约40℃以上或是增加较长回焊的时间。此时锡铋合金锡膏的流动性会变好，有时会造成大量的铋扩散至例如BGA球的零件载板端形成金铋的介金属化合物(Inter
‑
metallic Compound，IMC)，造成球与载板间的金脆问题；因此有限制铋的扩散高度仅能达到BGA球的三分之一高度的要求。另外，以同样的锡铋合金锡膏在较低回焊温度时，虽然不会使铋大量往上扩散，会造成铜线路上部大区域的锡铋集中区。这样会使得焊接部(称为锡铋焊接层)形成一个只有低温焊接层及高脆性的区域。这区域一旦形成会使得焊接部位除了不耐机械冲击(例如摔落测试)之外，最容易造成的问题是在冷热循环下重复的高低温环境中铋容易产生扩散，造成富铋相的成长而形成空孔，再加上热胀冷缩的应力作用下，会使得锡铋区发生断裂问题，也就是所谓的热撕裂现象(hot
‑
tearing)，因而造成低温焊锡焊接部的信赖性不如传统的锡银铜合金SAC305焊锡形成的焊接层。虽然含铋的焊锡合金种类很多，在与OSP表面处理焊接时，却很难避免这个现象发生。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术的目的，即在提供一种低温焊锡的焊接结构，该低温焊锡的焊接结构是使用无铅焊锡合金焊垫的印刷电路板，这使得结合电子元件后的焊接结构拥有良好的耐冷热循环信赖性。
[0006]基于上述专利技术目的，提供一种低温焊锡的焊接结构，至少包含：一线路层；一介金
属化合物(Inter
‑
metallic Compound，IMC)层，该IMC层形成于该线路层的上面；一第一焊接扩散层，该第一焊接扩散层形成于该IMC层的上面；一焊接金属层，该焊接金属层形成于该第一焊接扩散层的上部；一第二焊接扩散层，该第二焊接扩散层形成于该焊接金属层的上部；一电子元件的一电极层，该电极层位于该第二焊接扩散层的上部。
[0007]依据上述低温焊锡的焊接结构，该线路层是一含铜的铜线路，该IMC层主要为铜与锡反应形成的金属化合物，是于低温焊接时为一焊垫结构制作时所形成。该第一焊接扩散层为一无铅焊锡合金焊垫层于焊接时因为一无铅锡铋合金锡膏中铋的扩散进入后而形成的下铋扩散层。该焊接金属层为一无铅锡铋合金层，为该无铅锡铋合金锡膏在焊接后其中的铋未扩散的部分。该第二焊接扩散层为于焊接时该无铅锡铋合金锡膏中的铋扩散进入该电极层所造成的上铋扩散层。该电极层是一含锡或锡合金电极层，或是附着于一电子元件的下表面或封装结构下输入/输出(I/O)的锡合金球(例如BGA球)。
[0008]本专利技术基于前述低温焊锡的焊接结构，又提供一种焊接结构的制造方法，依序包含以下步骤：一提供有无铅焊锡合金焊垫的印刷电路板步骤、一印刷低温锡铋合金锡膏步骤、一置件电子元件步骤及一回焊加热步骤。
附图说明
[0009]图1是本专利技术焊垫结构的结构示意图。
[0010]图2是本专利技术焊接结构的结构示意图。
[0011]图号说明：
[0012]1：焊垫结构
[0013]10：印刷电路板
[0014]11：线路层
[0015]12：IMC层
[0016]13：第一焊接扩散层
[0017]14：焊接金属层
[0018]15：第二焊接扩散层
[0019]16：电极层
[0020]17：电子元件
[0021]100：焊接结构
[0022]A：无铅焊锡合金焊垫层。
具体实施方式
[0023]首先请参阅图1，本专利技术的一种焊垫结构1由下而上至少依序包含：一印刷电路板10、一线路层11、一IMC层12及一无铅焊锡合金焊垫层A。该线路层11位于该印刷电路板10的上表面且通常是一导电线路图案，该线路层11的材料可以是铜，换言之该线路层11是铜线路。该IMC层12形成于该线路层11的上表面，该IMC层12主要为铜与锡或其他元素形成的金属化合物。该无铅焊锡合金焊垫层A位于该IMC层12的上表面，该无铅焊锡合金焊垫层A的材料包含锡，例如为含锡合金，较佳为锡银铜合金或锡铜合金或其他含1wt％以下的铋的无铅焊锡合金。于实际运用时可以是无铅焊料SAC305(Sn 96.5wt％、Ag 3.0wt％、Cu 0.5wt％)
或SAC0307(Sn99.0wt％、Ag 0.3wt％、Cu 0.7wt％)。较佳地，该无铅焊锡合金焊垫层A的材料不含故意添加的铋。又或者，该无铅焊锡合金焊垫层A为一含锡合金层或含小于1wt％铋的无铅焊锡合金层。这种无铅焊锡合金层(该无铅焊锡合金焊垫层A)可以使用电镀、喷锡或是锡膏加热法及其他方法来形成，厚度约10μm～100μm(微米)，但不包含高浓度铋(大于1wt％)的合金。需先说明的是，本专利技术所指的“无铅”是实质是符合RoHS(Restriction of Hazardous Substances，关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令)的无铅规范定义。前述实质上不包含铅是指原则上只要非蓄意在合金中添加铅(例如于制造过程中无意但不可避免的杂质或接触)，因此即可被视为实质上不包含铅或可视为无铅。“wt％”指的是重量百分比，另外，本专利技术所述的数值范围的限定总是包括端值。
[0024]请参阅图2，本专利技术的一种低温焊锡的焊接结构100由下往上依序包含该线路层11、该IMC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.种低温焊锡的焊接结构，其特征在于，至少包含：一线路层(11)；一IMC层(12)，该IMC层(12)形成于该线路层(11)的上面；一第一焊接扩散层(13)，该第一焊接扩散层(13)形成于该IMC层(12)的上面；一焊接金属层(14)，该焊接金属层(14)形成于该第一焊接扩散层(13)的上部；一第二焊接扩散层(15)，该第二焊接扩散层(15)形成于该焊接金属层(14)的上部；以及一电极层(16)，该电极层(16)位于该第二焊接扩散层(15)的上部。2.如权利要求1所述的低温焊锡的焊接结构，其特征在于，该线路层(11)是一含铜的铜线路。3.如权利要求2所述的低温焊锡的焊接结构，其特征在于，该IMC层(12)为铜与锡的金属化合物。4.如权利要求3所述的低温焊锡的焊接结构，其特征在于，该第一焊接扩散层(13)为一含有锡及铋的下铋扩散层。5.如权利要求4所述的低温焊锡的焊接结构，其特征在于，该焊接金属层(14)为一含有锡及铋的锡铋合金层，该第二焊接扩散层(15)为一含有锡及铋的上铋扩散层，该第一焊接扩散层(13)中铋的浓度小于该焊接金属层(14)中铋的浓度，该第二焊接扩散层(15)中铋的浓度小于该焊接金属层(14)中铋的浓度。6.如权利要求5所述的低温焊锡的焊接结构，其特征在于，该电极层(16)是一含锡的锡合金电极层。7.一种焊接结构的制造方法，其特征在于，依序包含以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彰盟，
申请(专利权)人：昇贸科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：