电子部件用无铅焊膏、钎焊方法以及电子部件技术

一种由焊料合金粉末和助焊剂组成的焊膏，焊料合金熔融时的体积膨胀率为０．５％以下，助焊剂含有双酚Ａ型环氧树脂和从羧酸酐及二元羧酸中选择的硬化剂，该焊膏可以用于高温焊料的用途。以质量％计，焊料合金具有如下的合金组成：７０～９８质量％的Ｂｉ；合计０～０．５％的从Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｐ、Ｇｅ以及Ｇａ中选出的１种以上的元素；余量由Ｓｎ组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适用于电子部件钎焊的无铅焊膏。尽管使用的焊料合金自 身的熔点低，本专利技术的焊膏也可以用于现有的高温焊料所适用的用途。另 外，本专利技术还涉及采用该焊膏的电子部件及电子部件的钎焊方法。
技术介绍
一直以来，电子部件的钎焊主要采用Pb-63Sn合金(在本说明书中， 表示合金组成的数字的含义为质量％)，即共晶焊料。共晶焊料的熔点(因 为是共晶焊料，所以固相线温度和液相线温度相同)较低，为1S3'C。 一 般情况下，焊料的液相线温度+20 5(TC被认为是合理的钎焊温度，因此 共晶焊料的钎焊温度达到约200~230°C。当钎焊温度位于该温度范围时， 进行钎焊时不会对电子部件和印刷基板造成热影响。另外，因为共晶焊料 的钎焊性优良，因此还具有很少出现未接合和气泡的优点。在电子部件的钎焊中，有时会采用高熔点的高温焊料。例如，在组装 像功率晶体管和变流器等通电时会产生大量热量的电子部件时进行的钎 焊中， 一般使用高温焊料。使用共晶焊料的话，钎焊部变为高温时，会出 现焊料熔融，或者虽然没有熔融，但温度升高至接近共晶焊料的熔点，使 接合强度急剧下降，稍许的震动和撞击都会导致钎焊部的剥离。高温焊料也可以用于在钎焊部的近旁进行再钎焊时(以下将这种钎焊 称为"分级钎焊")的最初的钎焊(以下称为"一次钎焊")。例如，将电 子部件钎焊到主板即印刷基板上的情况，该电子部件是将电子元件钎焊到 基板上而成的。这种情况下，通过使用共晶焊料的一次钎焊组装电子部件 后，将组装好的电子部件钎焊(以下将这种2次钎焊称为"二次钎焊") 到印刷基板上，使用相同的共晶焊料时，在进行二次钎焊时，电子部件暴 露在比共晶焊料的熔点更高的钎焊温度中，导致电子部件内部的一次钎悍 部发生熔融，使电子部件不能发挥应有的功能。因此，组装电子部件时进行的钎焊，更一般地使用高温焊料，因为使用高温焊料的话，通过分级钎 焊中的一次钎焊形成的钎焊部，不会在二次钎焊温度，即共晶焊料的钎焊 温度下产生熔融。因此，为了不使分级钎焊中使用的高温焊料在共晶焊料的钎焊温度下产生熔融，要求高温焊料的固相线温度高于25(TC。迄今为止使用的高温 焊料，主要是Pb-5Sn合金(固相线温度300°C;液相线温度314°C)、 Pb-10Sn合金(固相线温度:268°C;液相线温度30rC)、 Pb-5Ag合金 (固相线温度304°C;液相线温度365°C)等以Pb为主成分的合金。废旧电子设备内的印刷基板的分类回收是困难的，大多以填埋的方式 进行处置。近年来，在酸化雨水的作用下，Pb从填埋处置的印刷基板等的钎焊部件上溶出，导致地下水受到Pb污染的问题日益受到重视。因此， 含Pb焊料的使用受到限制，作为替代品开始使用根本不含Pb的无铅焊料。一般的无铅焊料是以Sn为主成分，再向其中添加Ag、 Cu、 Sb、 Zn、 Bi、 In、 Ni、 Cr、 Fe、 Mo、 P、 Ge、 Ga等1种或2种以上的元素而成的合 金。现在使用的无铅焊料，多为Sn-3Ag-0.5Cu (固相线温度217°C;液 相线温度220。C)、Sn-3.5Ag(固相线温度、液相线温度220°C )、 Sn-0.75Cu (固相线温度、液相线温度227'C)等中温焊料。为了避免对电子部件 和印刷基板造成热影响，建议这些中温焊料的钎焊温度以液相线温度+ 20 40。C为宜，最高也应在26(TC以下的温度进行钎焊。替代共晶焊料，使用中温的无铅焊料进行无铅分级钎焊时，为了使中 温焊料在使用中温焊料的二次钎焊温度下不产生熔解，需要在一次钎焊 时，使用固相线温度高于260'C的无铅高温焊料。但是，在以Sn为主成分 的无铅焊料中，即使含有大量的Ag、 Cu、 Sb、 In、 Ni、 Cr、 Fe、 Mo等高 熔点金属，只要焊料的液相线温度上升，也不能将固相线温度升高到260 "C以上。也就是说，在以Sn为主成分的无铅焊料中，不存在适用于分级 钎焊的高温焊料。因此，欧洲通过RoHS指令规定仅对于高温焊料，可以例外地使用以 Pb为主成分的焊料。日本虽然没有法律限制，但在使用焊料的各用户的自 主规制下，采用完全不使用含Pb焊料的方针。因为在无铅焊料中不存在 高温焊料，所以在使用无铅焊料的分级钎焊中，进行二次钎焊时， 一次钎焊部的焊料再次熔融，难以避免钎焊部的发生剥离和电子部件出现位偏。将电子元件配置在基板上而构成电子部件时进行的钎焊，多采用使用 焊膏的回流钎焊法。焊膏是将焊料粉末和助焊剂混合而成的膏状体，可以 通过丝网印刷等方法容易地涂敷在指定位置上。在回流钎焊法中，即使配 置在基板上的电子元件存在位偏，也可以在焊料回流时，通过熔融焊料的 表面张力，将其排列到适当位置上，即可以获得自对准的效果。本专利技术的专利技术者的一员，在特开2001-219294号公报(特许文献l) 中，提出了一种由含有热硬化性树脂的助焊剂和焊料粉末组成的焊膏。在 该焊膏中，钎焊后的包含树脂的助焊剂残渣残存下来覆盖钎焊部，焊料的 接合力在热硬化性树脂的粘接力的作用下得到加强，因此向钎焊部付与非 常强的接合强度。如此，无需向钎焊部周围填充被称为"底部填充胶"的 树脂，以强化钎焊部的接合程度。作为焊膏的焊料粉末，可以例举出 63Sn-Pb (熔点183°C)、 Sn-3.5Ag-0.75Cu (固相线温度217°C;液相线 温度220°C)、 Sn-2.5Ag-lBi (固相线温度214。C、液相线温度220°C)。本专利技术的专利技术者们，在特开2005-72173号公报(特许文献2)中，提 出了一种电子部件，用固相线温度为26(TC以上，液相线温度360'C以下 的以Bi为主成分的合金，或者由Bi组成的高温焊料，对构成部件的至少 一部分进行钎焊，且用含有热硬化性树脂的助焊剂残渣对该钎焊部进行强 化。在特开2001-170797号公报(特许文献3)中，公开了含有粘接性树 脂和硬化剂的钎焊用助焊剂，以及含有该助焊剂的焊膏。在特开2004-207494号公报(特许文献4)中，公开了在将电子元件 一次钎焊到基板上，向钎焊部的周围填充树脂材料(底部填充胶)后，将 形成的电子部件二次钎焊到实装基板(印刷布线板)上制成电子设备，在 进行一次钎焊时，使用固体时的体积和熔融时的体积之差为5%以下的焊 料合金。作为这种焊料合金，可以例举出15 80Bi-Sn合金以及 15~80Bi-0.5~3Ag-Sn合金，但在实施例中得到验证的仅为Sn-30Bi、 Sn-40Bi、 Sn-57Bi、 Sn-57Bi-0.5~2.5Ag合金，没有用Bi含量超过57°/。的 高Bi-Sn合金进行试验。Sn-57Bi合金具有接近Bi-Sn类共晶的组成，固相 线温度为138°C，液相线温度为139°C。对于用于底部填充胶的热硬化性树脂则毫无记载。特许文献4的目的在于，使釆用无铅焊料的分级钎焊成为可能。通过 在一次钎焊时采用固体时体积与熔融时体积之差为5%以下的焊料合金， 在一次钎焊后用底部填充胶包围钎焊部，即使在二次钎焊时的加热作用下 使一次钎焊部熔融，在一次钎焊部上也不会产生任何空隙或裂纹，可以防 止因熔融焊料的流入导致电极间发生短路。但是，特许文献4所述的技术存在以下的问题。首先，需要用另外的工序，将底部填充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅焊膏，是由焊料合金粉末和助焊剂组成的焊膏，其特征在于，所述焊料合金以质量％计含有７０～９８％的Ｂｉ；合计为０～０．５％的从Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｐ、Ｇｅ以及Ｇａ中选出的１种以上的元素，余量由Ｓｎ构成，所述助焊剂含有双酚Ａ型环氧树脂、和从二元羧酸及羧酸酐中选出的硬化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边静晴，高冈英清，中野公介，清野雅文，稻叶耕，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]