焊膏制造技术

使用了Ｓｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｃｕ系等的合金粉末的焊膏因为熔点高，所以会使电子元件热损伤。对熔点温度低的Ｓｎ－Ａｇ－Ｉｎ系无铅焊锡合金进行了研究，但其在回流时发生的芯片直立多而难以使用。本发明专利技术的焊膏构成如下：以差示热分析而测定Ｓｎ－Ａｇ－Ｉｎ系无铅焊锡合金的峰值温度的差为１０℃以上，分割成第一、第二焊锡合金粉末，将该混合粉末与助焊剂混和。（*该技术在2024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】
本专利技术涉及用于印刷基板和电子元件的软钎焊的焊膏，特别是含有Sn-Ag-In系的无铅焊锡合金。
技术介绍
电阻和电容器等单一功能的电子元件，成为在自身的两端形成有电极的片式(chip)元件，当把这样的表面组装元件(Surface Mornted DeviceSMD)软钎焊于印刷基板时，要通过回流法(reflow)进行。所谓该回流法，是指在印刷基板的锡焊部，即与SMD的电极一致的地方，通过印刷和喷吐涂敷由焊锡合金粉末和膏状助焊剂组成的焊膏，此后，由回流炉加热该印刷基板而使焊锡合金粉末熔化，由此进行印刷基板和表面组装电子元件的软钎焊。在该回流法中，为了防止加热时膏状助焊剂的崩沸，同时减少对电子元件和印刷基板的热影响，而以100～150℃进行预备加热，之后，进行使焊膏中的焊锡合金粉末熔化而附着于锡焊部的正式加热。在正式加热中尽可能降低作为最高温度的峰值温度，尽量缩短在此温度下的加热时间，以减少对电子元件的热影响。该正式加热温度，根据印刷基板的大小、厚度、电子元件的组装密度等而适当调整，不过，为了使用于焊膏的焊锡合金粉末完全熔化，当然要使其成为焊锡合金粉末的液相线温度以上。因此，用于焊膏的焊锡合金粉末，其液相线温度尽量低正式加热温度也会变低，能够进一步减少对于电子元件的热影响。一般正式加热温度，被认为是用于焊膏的焊锡合金的液相线温度+20～40℃。这里，最近推荐使用不完全不含铅的无铅焊锡，焊膏中也能够使用无铅焊锡合金。无铅焊锡是以Sn为主成分，根据用途而在其中适当添加了Ag、Cu、Bi、Sb、Zn等的焊锡合金。Sn-Cu系无铅焊锡合金，因Sn-0.7Cu的共晶组成的熔点是227℃，所以正式加热温度变高会在回流时使电子元件热损伤。而且还有软钎焊性不良这样的问题。Sn-Bi系无铅焊锡合金，因为Sn-57Bi的共晶组成的熔点处在139℃这样低的温度，正式加热温度是比起现有的Sn-Pb共晶焊锡还低的温度，所以完全没回流时对电子元件的热损伤的担心。然而，这种组成的无铅焊锡，因为大量含有Bi，所以具有非常脆的性质，存在软钎焊后只要对锡焊部施加一点冲击就容易剥离这样的问题。Sn-Zn系无铅焊锡合金，因为Sn-9Zn的共晶组成的熔点是199℃，正式加热温度为230℃以下，所以回流时的热损伤很少。但是Zn有容易氧化、润湿性极差这样的缺点，需要在非氧化气氛中进行回流或使用特殊的助焊剂。Sn-Ag系无铅焊锡合金，因为润湿性良好，所以曾被大量使用。特别是因为在Sn-Ag焊锡合金中添加了1％以下的Cu的Sn-Ag-Cu无铅焊锡合金，比Sn-Ag焊锡合金润湿性更好，焊锡合金的强度也强，所以现在也被最多地使用。但是，Sn-Ag系无铅焊锡合金，因为Sn-3.5Ag的共晶组成的熔点为220℃，所以正式加热温度成为250℃以上，会给怕热的电子元件带来热损伤。另一方面，Sn-Ag-Cu无铅焊锡合金的熔化温度约为218℃，回流炉的正式加热设定温度多为240℃左右的情况很多。一般的SMD元件的情况，即使在240℃左右的正式加热温度的使用下，也很少受到热导致的破坏，但是半导体和连接器、电解电容器等怕热的元件，存在受到热导致的损伤而变得运转不良的可能性。因此，提出了将焊锡合金的熔化温度降低的无沿焊锡合金，其是在Sn-Ag焊锡合金及Sn-Ag-Cu焊锡合金中添加Bi和In等的元素作为降低熔化温度的合金。因为Bi的添加使焊锡合金的强度降低，所以添加了In的Sn-Ag-In系焊锡合金被广泛用于无需热耐性的电子元件的软钎焊。这里，所谓Sn-Ag-In系无铅焊锡合金，是由Sn、Ag、In组成的无铅焊锡合金，或是在此焊锡合金中再添加Bi、Cu等的添加元素的焊锡合金。那么，随着电子设备的小型化，电子元件也小型化为所说的1608规格(16mm×8mm)和105规格(10mm×5mm)等。若采用焊膏对这些小型的电子元件进行软钎焊，因为电子元件轻，所以在回流后容易发生芯片直立或芯片的倾斜。这些回流后的芯片直立和芯片的倾斜也被称为墓碑(tombstone)现象和曼哈顿(manhattan)现象。芯片直立现象，是印刷了焊膏的基板在回流炉加热时，由于置于片式元件的两端的焊膏发生加热的时间差，从而在两端焊膏的熔解发生时间差，产生片式元件被拉伸向单侧的力矩(moment)而使片式元件翘起的现象。若发生的力矩变大，则芯片会完全倒立。芯片直立现象，因为片式元件被拉伸向单侧的力矩越大显现得越为显著，所以像Sn-37Pb焊锡和Sn-3.5Ag等这种被称为共晶焊锡的、固相线温度和液相线温度越是不存在差的焊锡合金的组成就越容易发生。相对于此，在Sn-2Ag-36Pb(固相线温度178℃-液相线温度210℃)、Sn-8Bi-46Pb(同样159℃-193℃)和Sn-1Ag-0.5Cu(同样217℃-227℃)等固相线温度和液相线温度分开的焊锡合金中，因为焊锡合金的熔化缓缓进行，所以片式元件被拉伸向单侧的力矩缓和，而难以发生芯片直立现象。现在最广泛采用的无铅焊锡合金的Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊锡合金的熔化温度，是固相线温度217℃，液相线温度220℃而有少量的温度差。因此与Sn-37Pb组成的锡-铅共晶焊锡合金的情况相比较，回流时的芯片直立现象变少。然而，在前述的Sn-Ag-In系无铅焊锡合金中芯片直立现象表现得特别显著，没有充分地利用对电子元件的热损伤少这样的优点。以前，作为防止回流后的芯片直立的方法，也提出有使用显现为双峰(twin peak)的焊锡合金组成(特开2001-58286号公报)。另一方面，将合金组成不同的2种以上的焊锡合金粉末混合，一直以来都被实施。在无铅焊锡中，还分别公知有混合Sn-Zn系粉末和Sn-Zn-Bi系粉末以改善润湿性的(特开平9-277082号公报)，混合Sn-Bi系粉末和Sn-Zn系粉末而不让空洞(void)和缩锡(dewetting)发生的(特开2002-113590号公报)。本专利技术提供一种Sn-Ag-In系无铅焊锡合金的焊膏，即使使用回流后容易发生芯片直立的Sn-Ag-In系无铅焊锡合金，也难以有芯片的直立产生。若在Sn-3.5Ag无铅焊锡合金和Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊锡合金中，添加作为降低熔化温度的元素的In和Bi，则焊锡的熔化温度下降。这时不是固相线温度和液相线温度单纯地下降，而是固相线温度下降，但液相线温度不必下降，处于固相线温度和液相线温度的差扩大的倾向。因此添加了In和Bi等的焊锡合金，回流时的芯片直立现象应该变少。然而，虽然添加Bi的情况是回流时的芯片直立现象变少，但是若添加In，则反而大量引起回流时的芯片直立现象。例如，Sn-3.5Ag-8In(固相线温度197℃-液相线温度214℃)的无铅焊锡合金，与Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊锡合金比较，会有多达20倍以上的回流时的芯片直立现象发生。相对于此，Sn-3.5Ag-8Bi(固相线温度186℃-液相线温度207℃)无铅焊锡合金，与Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊锡合金比较则减半。若添加In则焊锡合金的表面张力下降而润湿性变得良好，相反由于其也是易于氧化的元素，所以也有阻碍焊锡的熔化的一面。因此，润湿性产生偏差，芯片直立发生。即，由此可知，为了防止芯片直立，仅仅通过充分地扩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊膏，由第一焊锡合金粉末、和第二焊锡合金粉末和助焊剂构成，其特征在于，第一焊锡合金粉末和第二焊锡合金粉末，由差示热分析测定的主峰值温度的差在１０℃以上，且所述第一和第二焊锡合金粉末的混合粉末的熔化后的组成，以质量％计为Ａｇ：３～４％、Ｉｎ：３～１０％、余量为Ｓｎ。

【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：高浦邦仁，鹤田加一，川中子宏，高桥宏，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]