无铅焊膏制造技术

一种焊膏，其混合焊料粉末和助焊剂而成，其特征在于，将在焊料粉末表面配置有粒径为５～３００ｎｍ的从Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ中选择的纳米粒子的焊料粉末与助焊剂混合而成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于电子设备的钎焊的焊膏，特别是Sn-Zn系无铅焊膏。
技术介绍
作为电子设备的钎焊方法，有烙铁焯法、波峰焊法、回流焊法等。回流焊法是将由焊料粉和助焯剂构成的焊膏通过印刷法和吐出法仅 涂布在印刷电路板的需要处，在该涂布部位搭电子元件之后，用回流炉这 样的加热装置使焊膏烙化，从而对电子元件与印刷电路板进行钎焊的方 法。该回流焊法不仅通过一次作业就能够钎焊多处，而且针对间距狭小的 电子元件也不会发生桥连(bridge),并且可进行在不必要处不附着焊料这 样的生产性和可靠性优异的钎焊。可是，现有的用于回流法的焊膏，焊料粉是Pb-Sn合金。该Pb-Sn合 金其共晶组成(Pb-63Sn)熔点为1S3。C，因为对于不耐热的电子元件热影 响少，另外钎焊性优异，所以具有未焊满和半润湿(dewetting)等钎焊不 良很少发生的特长。用使用了这种Pb-Sn合金的焊膏钎焊的电子设备变旧 而发生故障时，不进行功能升级和处理，而是被废弃处理。废弃印刷电路 板时，进行焚烧处理再进行填埋处理，但是之所以进行填埋处理，是由于 在印刷电路板的铜箔上金属性地附着有焊料，而铜箔与焊料不能分离并再 使用。若此被填埋处理的印刷电路板与酸雨接触，则焊料中的Pb溶出， 其使地下水受到污染。而后，若含有Pb的地下水长年累月被人和家畜饮 用，则有可能引起Pb中毒。因此，从电子设备业界开始强烈要求不含Pb 的所谓"无铅焊料"。所谓无铅焊料，是以Sn为主成分，现在使用的无铅焊料，除了Sn-3.5Ag (熔点:221°C)、 Sn-0.7Cu(烙点:227°C)、 Sn-9Zn(熔点:199°C)、 Sn-58Bi (熔点139°C)等的二元合金以外，还有在其中适宜添加了 Ag、 Cu、 Zn、Bi、 In、 Sb、 Ni、 Cr、 Co、 Fe、 Mn、 P、 Ge、 Ga等第三元素的。还有本 专利技术中所说的"系"，是指合金本身或以二元合金为基础添加一种以上第 三元素的合金。例如所谓Sn-Zn系，是指Sn-Zn合金本身或在Sn-Zn中添 加了前述一种以上第三元素的合金，所谓Sn-Ag系是指Sn-Ag合金本身或 在Sn-Ag中添加了一种以上前述第三元素的合金。现在大多使用的Sn-Ag系、Sn-Cu系和Sn-Ag-Cu系无铅焊料，因为 熔点在220。C以上，所以若用于焊膏并在回流焊法中使用，则回流时的峰 值温度达250。C以上，存在使电子元件和印刷电路板受到热损伤这样的问 题。Sn-Zn系无铅焊料合金接近现有的Pb-Sn共晶焊料的熔点，例如 Sn-9Zn共晶的无铅焊料其熔点为199°C，在现有的Pb-Sn共晶焊料的回流 温度曲线(reflow profile)下可以使用。因此对于电子元件和印刷电路板 的热影响也少。然而，Sn-9Zn共晶的焊膏因为润湿性差，所以大多使用的 焊膏是使用在Sn-Zn共晶附近的合金中添加了 Bi的Sn-8Zn-3Bi无铅焊料。 这些Sn-Zn系无铅焊料，因为熔点接近现有的Sn-Pb焊料，而且使用了对 人来说是必须成分的Zn，所以与其他的无铅焊料相比对人体无害，Zn与 In、 Ag、 Bi等比较，具有在地球上的储量更多，价格也更便宜等比其他无 铅焊料更优异的特性。因此，尽管钎焊性差，但是作为焊膏用的焊料， 特别是Sn-Ag系无铅焊料，被用于元件没有耐热性就不能使用的印刷电路 板上。但是，Sn-Zn系无铅焊料，在一般所使用的FR-4这样的Cu焊盘的印 刷电路板上进行钎焊后，若放置于高温下，则存在钎焊的接合强度降低的 问题。这是由于，Zn和Cu的反应性高，因此在使用Cu焊盘的基板时， 若长期持续高温的状态，则Sn-Zn系无铅焊料中的Zn通过合金层进入到 Cu中，使被称为克氏空洞(力冬> / A '卞W卜"Kirkendall void)的金属间 化合物与焊料间发生大量的孔隙，使钎焊的接合强度降低，可靠性受损。 因此，在使用Sn-Zn系无铅焊料时，上于必须镀Au，所以会产生电子设 备的制造成本高涨的问题。另外，将Sn-Zn系无铅焊料钎焊到Cu焊盘的印刷电路板时，作为使 接合强度降低的要因是湿度。若湿度高则Zn氧化，容易变成Zn2+离子，Sn-Zn系无铅焊料中的Zn容易通过合金层进入到Cu中，使大量孔隙发生。 若湿度处于80%以上，则该现象在温度为IOO'C以下时也显著显现。另外， 孔隙在结露时也容易发生，成为使焊料的强度降低的原因。作为使这些Sn-Zn系无铅焊料的接合强度提高的技术，公开有在 Sn-Zn系无铅焊料中混合金属粉末的焊膏(特开2002-224880号公报)，该 金属粉末作为构成元素含有在助焊剂中使之分散的1B族，和在Sn-Zn系 无铅焊料中添加了 Ag的无铅焊料合金(特开平9-253882号公报)等。于是，使用了纳米粒子的焊料合金一直以来就被提出。所谓纳米粒子， 是具有nm级的粒径的粉末，进入到现有的具有级的粒径的粉末之间， 表现出各种各样的特性。关于采用纳米粒子的焊料技术，公开有使焊料的 球状粒子表面配置Ni纳米粒子，从而使耐断裂特性提高(特开2003-062687 号公报)和使Sn-Zn系无铅焊料自己组织化的纳米粒子的焊料合金(特开 2004-268065号公报)等。专利文献1:特开2002-224880号公报专利文献2:特开平9-253882号公报专利文献3:特开2003-062687号公报专利文献4:特开2004-268065号公报如前述，对Sn-Zn系无铅焊料合金与Cu接合若被曝露在高温、高温 下，则存在焊料的接合强度显著降低问题。因此一般所使用的FR4这样的 Cu焊盘的基板不能使用，而必须是昂贵的镀Au的印刷电路板，这导致制 造成本被抬升。因此就要求耐高温、耐湿性优异的Sn-Zn系无铅焊料合金。 但是，在作为现有技术的专利文献1的在Sn-Zn系无铅焊料中混合有金属 粉末的焊膏中，该金属粉末作为构成元素含有在助焊剂中使之分散的1B 族，如观看专利文献1的表3也判明，添加到Sn-Zn系无铅焊料粉末中的 1B族的金属粉末，相对于Sn-Zn系无铅焊料粉末存在1成以上，因此若 不提高回流的峰值温度，则无法使焊料熔化，没有在与现有的Sn-Pb基本 相同的温度曲线下就可以进行回流焊这样的Sn-Zn系无铅焊料的优点。此 外，若采用单体的1B族金属粉末，则在一般性的回流温度曲线下金属粉 末不熔解，在熔融后的焊料之中粉末作为粒子残留。存在于焯料中的1B 族金属粒子使常温的金属强度提高，但是在反复暴露在高温与低温的环境下，因为熔融后的Sn-Zn系无铅焊料和焊料中的IB族金属粒子的强度不 同，所以在焊料内部发生金属疲劳，成为导致焊料强度降低的原因。另外， 如专利文献2，若在Sn-Zn系无铅焊料合金q中添加Ag，则Sn-Zn系无铅 焊料合金的金属强度提高，但是为了进一步增强金属强度，必须加大Ag 的添加量。但是，若在Sn-Zn系无铅焊料合金中加大Ag的添加量，则液 相线温度上升，不能用于作为Sn-Zn系无铅焊料合金的特征的耐热性丧失 的元件。
技术实现思路
本专利技术者发现，通过使Sn-Zn系的无铅焊料粉末表面附着粒径为5 300nm，并含有Ag、 Au和Cu为1种以上的纳米粒子，能够得到使固化 后的焊料组织微细化本文档来自技高网...

【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：上岛稔，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：