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，该无Pb焊料连接结构按照适合采用毒性很小的无Pb焊料合金的方式，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183℃，可在220～240℃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-10Pb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220～240℃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。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。为了实现上述目的，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。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。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。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。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。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。此外，本专利技术涉及一种电子装置，其使形成于电子部件上的第1电极，与形成于电路主板上的第2电极导通，其特征在于在上述第1电极上形成Sn-Bi系层，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。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，上述Sn-Bi系层中的Bi的含量在1～20％的范围内。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1电极之间，具有Cu层。另外，本专利技术的特征在于上述Sn-Bi系层中的第1电极侧为Cu材料。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。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。再有，本专利技术涉及一种无Pb焊料连接结构，其特征在于作为与电极连接的无Pb焊料为下述Sn-Ag-Bi系，其以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。如上所述，按照上述结构，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，采用毒性很小的Sn-Ag-Bi系的无Pb焊料合金，确保比如，220～240℃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。附图简述附图说明图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载的评价结果。图7为表示本专利技术的，形成Cu层的场合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，形成Cu层的场合的角焊缝部强度的评价结果的图。图9为表示在已有的Fe-Ni合金(42合金)上形成Sn-10Pb镀层的引线的界面的观察结果的图，其中图9(a)为表示截面的图，图9(b)为从引线侧和焊料侧表示剥离部的图，图10为表示本专利技术的，在Fi-Ni合金(42合金)上形成Sn-4Bi镀层的引线的界面的观察结果的图，其中图10(a)为表示截面的图，图10(b)为从引线侧和焊料侧表示剥离部的图。图11为表示本专利技术的，在Fe-Ni合金(42合金)上，形成Cu层，之后在其上再形成Sn-4Bi镀层的引线的界面的观察结果的图，其中图11(a)为表示截面的图，图11(b)为从引线侧和焊料侧表示剥离部的图。实施本专利技术的最佳方式下面对本专利技术的实施例进行描述。本专利技术的实施例指通过下述方式，形成电子装置，该方式为采用毒性很小的无Pb焊料，将第1电极，与形成于电路主板上的第2电极之间连接，该第1电极由形成于半导体装置(LSI)等的电子部件上的QFP形引线或TSOP形引线等形成。作为无Pb焊料连接结构，包括有下述结构，在该结构中，比如，对上本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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【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，中塚哲也，稻叶吉治，西村朝雄，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]