不含铅的焊料和糊状焊料组合物制造技术

本发明专利技术提供一种不含铅的焊料，在回流焊接后使用图象检测装置进行检测的过程中，所述焊料可以可靠和准确地检测各种焊接缺陷。使用这种不含铅的焊料可以使焊线的金属光泽消去，从而使在没有焊接缺陷的区域中产生暗色部分的可能性降至最小，而增加不规则反射束产生的白色部分的区域。具体来说，本发明专利技术提供一种不含铅的焊料，它包含Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ基的不含铅的焊料，该焊料包含少量的Ｂｉ和Ｓｂ作为能产生使焊线的金属光泽降至最小的消光组分的元素。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及所谓的能形成焊线(fillet)的不含铅的焊料(solder)，所述焊线可用于改进在用自动检测装置检查线路板焊接部分的焊接缺陷时的检测准确度，所述自动检测装置设计成利用反射束能检出这种焊接缺陷。本专利技术也涉及包含不含铅的焊料粉末的焊料糊。
技术介绍
近年来，随着电子设备线路板的多功能化倾向的日益增长以及小型化(即减小电子设备的尺寸和重量)倾向的日益增长，目前表面装配技术有了快速发展，因此现在电子设备的大部分表面装配是采用焊料糊的回流焊接法(reflowsoldering method)进行的。至于在这种焊料糊中使用的焊料粉，主要采用以Sn-Pb为基的粉末。顺便提一下，当电子仪器由于该电子仪器在实际情况中不再有用的原因而要丢弃时，可以将该电子仪器拆解，以便对其某些部件加以回收。然而，目前将大部分在其上装有电子部件的基片碾碎并埋在地下，而未加以回收，或者就将它们直接丢弃，扔在野外。由于这样丢弃在野外的基片装有经焊接连接在基片上的电子部件，若在焊料中含有铅，则铅在酸雨等的作用下会变成可溶的铅化合物，这样不仅会污染自然环境，而且也会增加受地下水等污染的水或动植物食品进入人体的可能性。由于这种受污染的水和食品的毒性强，所以它会产生严重的问题。为了避免上述这些问题，曾开发了不含铅的焊料，并且现在越来越多地使用所谓的由Sn-Ag合金、Si-Ag-Cu合金等制成的不含铅的焊料粉。然而，由于上述不含铅的焊料粉的熔点较高，即约为200-220℃，所以在使用包含上述不含铅的焊料粉的焊料糊的回流焊接法中，在加热焊料糊时要求将峰温度设置为230-240℃。因此，在使用不含铅的焊料时就产生了这样一个问题，待焊接的电子部件的性能由于受焊接所致的热损害而变坏。相反，在使用包含铅基焊料粉如Sn-Pb合金粉的焊料糊进行的回流焊接法的情况下，在加热焊料糊时可以将峰温度设置为约230℃，这是因为下述这个事实，即其低共熔组合物(63Sn/37Pb)的熔点低至183℃，从而使焊接在不损害易受加热损伤的电子部件的情况下进行。为了避免上述问题，希望开发一种熔点尽可能低的不含铅的焊料。为了满足这个要求，曾提出过各种不含铅的焊料如Sn-Ag-Cu基的不含铅的焊料(日本专利No.3027441和美国专利No.5527628)；Sn-Ag-Cu-Bi基的不含铅的焊料(美国专利No.4879096)等。在日本，目前主要使用Sn-Ag-Cu基的不含铅的焊料的倾向也在增长。顺便提一下，在用回流焊接法在线路板上装配电子部件时，采取这样的步骤，首先将焊料糊涂覆在线路板的焊接面(land)上，利用涂覆糊料的粘合力将片状电子部件暂时固定到线路板上，使电子部件的电极或引线(leads)位于与焊接面对齐的位置上，然后加热焊料糊，使焊料糊涂覆膜中的焊料粉熔化，从而进行焊接。或者，首先将焊料糊涂覆在位于线路板上的通孔上，在电子部件的引线插入通孔后，按上述相同的方式加热焊料糊，从而进行焊接。要求电子部件的上述焊接在单块线路板的多处位置上进行，而且，由于要求把例如1005块各自非常小(长为1mm，宽为0.5mm)且轻质的芯片焊接到窄的焊接面上，即当装配在单块线路板上的电子部件的密度进一步增加时，在不产生焊接缺陷的情况下将会更加难以进行焊接。另外，这种焊接缺陷在表现(features)上是多方面的，它包括例如线头(pin)的翘起(未焊接到焊接面上的引线线头翘起的现象)，润湿性不合格(熔化的焊料不能在要涂覆的表面上完全铺开的现象，这样只能进行部分焊接)，焊接桥(焊接面之间的空间被焊料所桥接的现象)，焊接球(熔化的焊料在焊接面的外面渗出并在耐焊膜的表面上形成球的现象)，焊料焊线的反常成形(在焊接部位的焊料焊线变形的现象)，电子部件的错位，和Manhattan现象(由于熔化的焊料作用于电子部件的电极和作用于焊接面直到熔化焊料固化的表面张力之差，电子部件的一端会发生隆起的现象)。由于这些现象会使线路发生短路，并且由于焊料不能获得预定的粘结强度而使电子部件分离，因此当作为一种产品来运输在其上焊有电子部件的线路板时，所有的焊接部位都要进行检测，以了解是否有任何焊接缺陷。尽管可以采取目视的检测方法进行这种检测，但现在通常利用自动检测装置来进行这种检测，以便提高检测效率和检测精度。至于目前所采用的具体的检测方法，已知的例如有X-射线透射系统、超声波探伤仪、激光系统等。其中，激光系统是利用图象检测装置来运行的，在所述图象检测装置中，LED激光器(从发光二极管发出的激光)辐照在焊接部位的焊线上或其周围，以便测量反射束的反射度。由于焊线通常具有金属光泽或所谓的镜面光泽并且其纵截面通常是半圆形的，所以很可能的情况是，图象的暗部分区域(不产生不规则反射的部分)相对于图象的发白部分区域(产生不规则反射的部分)而言变得较大，若取发白部分与整个焊线之比作为焊线的反射度，则该分散度的值会变得较低。然而，由于焊接缺陷看上去也是暗的，所以看上去暗的部分(即使在那儿实际上存在焊接)也必然被认作是焊接缺陷的部分，以防止任何忽略焊接缺陷的可能性。若由于上述情况而将这种产品作为缺陷产品加以处置，则产率就会下降。若希望解决这个问题，则随后需要采取目视检测法对该产品进行再检测，这样检测效率就下降。即使在对要检测的焊线进行目视检测时，若焊线具有金属光泽，则由于反射束数量过多也会产生眼睛过度疲劳的问题。为了克服这个问题，提出使用消光焊料作为使用焊料糊进行焊接时的含铅焊料，在所述焊料糊中使用常规的以Sn-Pb为基的含铅焊料(日本专利未审查公报(Kokai)S55-509995；S62-107896；和H11-114691)。这些公报提到，消光含铅焊料能使焊线的金属光泽降至最小。然而，这些公报并没有披露或提出过使用消光、不含铅的焊料作为使用焊料糊进行焊接时的不含铅的焊料的想法，在所述焊料糊中使用不含铅的焊料。因此，非常希望开发一种不含铅的焊料，它能形成这样的焊线，该焊线能提高仅在出现上述焊接缺陷时显示出暗色，同时在上述图象检测中当在那儿实际上存在焊接时显示出白色的可能性，以便对于在大量和以微小间距形成的焊接面上的所有电子部件焊接部位来说，上述所有多方面的缺陷都能被可靠和准确地检测出来。专利技术概述因此，本专利技术的第一个目的是提供一种能形成金属光泽被降至最小或被消光的焊线的不含铅的焊料，还提供一种由上述不含铅的焊料制成的焊料糊。本专利技术的第二个目的是提供一种能形成焊接部位的不含铅的焊料，所述焊接部位在利用如使用激光系统的图象检测装置时能对焊接缺陷进行可靠和准确的检测，还提供一种由上述不含铅的焊料制成的焊料糊。本专利技术的第三个目的是提供一种能防止其焊接性(solderability)变坏的不含铅的焊料，还提供一种由上述不含铅的焊料制成的焊料糊。本专利技术的第四个目的是提供一种能形成带有高可靠电路的装有电子部件的基片的不含铅的焊料，还提供一种由上述不含铅的焊料制成的焊料糊。本专利技术人为解决上述目的进行了深入的研究，结果意想不到地发现当在Sn-Ag-Cu基的不含铅的焊料中加入例如Bi和Sb，可以获得消光的焊线，哪怕Bi和Sb的用量较小，从而在利用基于激光系统的图象检测装置对焊接进行检测时可以使暗色部分区域相对于就正常焊线而言的白色部分区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不含铅的焊料，它包含能产生使焊料的金属光泽降至最小的消光组分的元素。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大野隆生，岩渕充，藤森贤二，小屋原宏明，
申请(专利权)人：田村化研株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]