锡焊方法及焊接结构体技术

一种焊锡焊接方法，是一种使用含锡及铋的焊锡材料在第１部件与第２部件之间进行锡焊的方法，其特征在于：在第１部件及第２部件的至少一方设置有由含铜材料所构成的母材和覆盖该母材的屏障金属层，通过向第１部件和第２部件之间供给焊接材料，使焊锡材料在熔融状态下与屏障金属层接触，并使其凝固，实现第１部件与第２部件之间的焊接。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于把一些部件锡焊焊接在另外部件上的焊接方法，更详细一些讲，是关于在电子线路基板的制造工艺中，将基板上形成的焊接区与电子元件的电极(例如导线)进行焊接的方法。进而，本专利技术还涉及由这种焊接方法所得到的焊接结构体，更详细一些讲，是电子线路基板。在一般的重熔焊接法中，首先，在基板上形成的布线图形的一部分的焊接区上，由丝网印刷法供给膏状焊料(图中未表示)。膏状焊料通常是把焊锡材料的粉末和由松香、活性剂、以及溶剂所组成的助熔焊剂混合而成。其后，使由电子元件引出的导线与欲接合的焊接区上配置的膏状焊料相粘附，从而将电子元件配置到所规定的位置。对这样通过膏状焊料而配置了电子元件的基板，在所使用的膏状焊料的熔点以上的温度进行热处理，使助熔焊剂活性化，膏状焊料中构成焊料粉末的材料就会瞬时熔化，同时，膏状焊料中的助熔焊剂等其它成分就会挥发或蒸发。接下来，将其冷却(或空冷)，使熔融的焊锡材料凝固。凝固的焊锡材料形成电子元件的导线与基板的焊接区之间的接合部。在该接合部中，虽然存在有焊锡材料以外的助熔焊剂等其它成分，但由于这些其它成分在热处理时会与焊锡材料相分离，因此不会存在于结合部的内部，而最多也只是残留在结合部的表面。这样，由于由实质的焊锡材料构成了结合部(或焊锡焊接部)，就得到了在基板安装了电子元件的电子线路基板。作为焊锡材料，一般使用Sn-Pb系材料，特别是具有共晶成分的材料(以下也称Sn-Pb共晶材料)。Sn-Pb系材料的共晶成分为Sn-37Pb(即37wt％的铅与63wt％的锡)，众所周知，具有共晶成分的Sn-Pb系材料的熔点为183℃。近年来，设置有上述电子线路基板的电子机器的废弃处理的问题开始受到了重视，焊锡材料中所含有的铅对地球环境与人体都有不良的影响。因此，要使用不含铅的焊锡材料，即，开始使用无铅焊料，并使其实用化。现在，提出了具有各种成分的材料作为无铅焊料，其中之一是Sn-Bi系材料。近年来的研究结果表明，Sn-Bi系材料的共晶成分约为Sn-58Bi，即58wt％的铋与42wt％的锡，具有共晶成分的Sn-Bi系材料的熔点为139℃。如果考虑到基板应该安装的电子元件的耐热温度以及设置有电子线路基板的制品的耐热保证温度，希望无铅焊料的熔点应充分的低，以不损伤电子元件，而且，还应该高于制品的耐热保证温度。上述Sn-Bi系材料的熔点，比其它的，例如Sn-Ag系无铅焊料的熔点，进而比历来的Sn-Pb系材料的熔点都低，又比制品的耐热保证温度充分的高，所以具有在低温下能够焊接的优点，Sn-Bi系材料是取代Sn-Pb系材料的理想替代材料。同时提出的作为无铅焊料的Sn-Ag系材料的共晶成分约为Sn-3.5Ag，即3.5wt％的银与96.5wt％的锡，已表明具有共晶成分的Sn-Ag系材料的熔点为221℃。从基板应该安装的电子元件的耐热温度以及已有的焊接方法的适用等观点来看，希望无铅焊料的熔点应充分的低，以不损伤电子元件，并接近历来的Sn-Pb材料的熔点，由于上述Sn-Ag系材料的熔点比历来的Sn-Pb材料的熔点高，因此如果单纯采用已有的焊锡焊接的方法，就很难使用Sn-Ag系材料。但是，研究表明，如果在Sn-Ag系材料中添加铋而构成Sn-Ag-Bi系材料，就有可能使其熔点降低而接近历来的Sn-Pb材料的熔点。例如，Sn-3Ag-3Bi-3In成分(即3wt％的银、3wt％的铋、3wt％的铟、以及91wt％的锡)的Sn-Ag-Bi系材料的熔点为210℃。因此，Sn-Ag-Bi系材料也可以视为是取代Sn-Pb系材料的理想的替代材料。然而，使用Sn-Bi系材料或Sn-Ag-Bi系材料来取代Sn-Pb系材料，虽然有能够避免电子元件的损伤的同时将电子元件焊接到基板上的优点，但将由此得到的电子线路基板在高温条件下连续试验的结果表明，基板的焊接区与电子元件的导线之间的接合部容易发生恶化，不能得到充分的耐热疲劳强度。这被认为是由于Sn-Bi系材料或Sn-Ag-Bi系材料中所含有的锡与作为焊接区或导线的铜相接触时，在接合部与焊接区以及接合部与导线的接合面上形成了由Sn-Cu构成的金属间化合物，使接合界面上铋(bismuth)的浓度相对增高。下面参照图5，对在上述历来的采用重熔焊接法中使用含有由Sn-Bi系材料以取代Sn-Pb系材料的膏状焊料，将电子元件焊接到基板的电子线路基板80加以说明。在该电子线路基板80中，基板61上形成的焊接部63，与从电子元件67所引出的导线69，通过接合部65而实现电气及物理接合。焊接部63一般由铜构成，与布线图形形成一体。而且，导线69一般是在由铜构成的母材69a上覆盖由Sn-Pb共晶材料所构成的镀层69b所构成。结合部65是由膏状焊料经热处理而形成。由上述可知，焊料粉末实质上有历来的焊锡材料所构成。在热处理时，由于焊锡材料与焊接部63直接接触，构成焊接部63的铜就会扩散到焊锡材料中，与锡结合，在接触面上生成由Sn-Cu构成的金属间化合物73。而且，在热处理时，在焊料粉末的焊锡材料熔化的同时，由具有其熔点比一般热处理温度低的Sn-Pb共晶材料所构成镀层69b也会熔化，与熔融状态的焊锡材料相接触的镀层69b的部分，就会向焊锡材料中熔融扩散。因此，导线69的镀层69b就会发生部分剥离，使母材61a直接与熔融状态的焊锡材料相接触。因此，与上述同样，构成导线69的母材61a的铜，就会向焊锡材料中扩散，与锡结合，在接触面上生成由Sn-Cu构成的金属间化合物71。这样，在接合界面上形成由Sn-Cu构成的金属间化合物71，使接合界面上存在的金属间化合物周围的局部区域中，铋的浓度相对上升。因此，就形成铋以高浓度存在的相75(以下简称铋浓化层)。特别是，将上述焊接有电子元件的基板的高温下长时间配置时，会有更多的铜向接合部(或焊锡材料)扩散，由Sn-Cu构成的金属间化合物的形成也会加剧，与此相伴的是铋浓化层75的粗大化(或长大)，由于铋浓化层非常脆，所以被认为会引起接合部的显著恶化。现在，虽然关于电子元件的导线的镀层材料也在向无铅化的方向发展，但是现在仍处于过渡期，仍然有使用Sn-Pb系材料的情况，这些情况不可忽视。而且，在历来的方法中，即使是在使用含有由Sn-Pb系材料所构成的焊料粉末的膏状焊料的情况下，作为焊接区和/或导线材料所使用的铜会向接合部扩散，与Sn-Pb系材料中的锡结合，在接合部与焊接区和/或导线之间的接合面上形成由Sn-Cu构成的金属间化合物。但是，由Sn-Cu构成的金属间化合物很稳定，而且，在这种情况下，由于在接合部不存在铋，所以即使形成由Sn-Cu构成的金属间化合物，也不会形成铋浓化层，同时由于也不形成Sn-Bi-Pb合金，所以被认为不会产生接合部恶化的问题。而且，在构成导线69的母材69a的材料中，除了铜之外，还有使用Fe-42Ni合金(即42wt％的镍与58wt％的铁所组成的合金)的情况。在这种情况下，即使是导线69的镀层69b向焊锡材料中熔融扩散，使母材69a与焊锡材料直接接触，也不会在导线69与接合部65的界面形成由Sn-Cu构成的金属间化合物71。但是，由于在由铜构成的焊接部63与接合部65的界面，仍然会形成由Sn-Cu构成的金属间化合物73，引起铋浓化层的粗大化，以及在镀层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：山口敦史，平野正人，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：