专利名称：使用无Pb焊料的回流焊接方法以及混载实装方法和结构体的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用毒性小的无Pb焊料合金的回流焊接方法和混载实装方法及混载实装结构体。
背景技术：
在向有机基板等的电路基板上焊接电子元件的实际操作时，产生了使用毒性小的无Pb焊料合金的要求。
关于使用该无Pb焊料的实装方法，作为现有技术已知有特平开10-166178号公报(现有技术1)、特平开11-179586号公报(现有技术2)、特平开11-221694号公报(现有技术3)、特平开11-354919号公报(现有技术4)、特开2001-168519号公报(现有技术5)及特开2003-46229号公报(现有技术6)等。
现有技术1中记载了作为无Pb焊料有Sn-Ag-Bi系焊料、或Sn-Ag-Bi-Cu系焊料合金。现有技术2中记载了将作为无Pb焊料的突出的Sn-Ag-Bi系焊料与表面施加了Sn-Bi系层的电极进行的连接。现有技术3中记载了在由有机基板的第1面及第2面组成的两面的各个面上，进行以Sn为主成分并含有0～65质量％Bi、0.5～4.0质量％Ag、Cu或/及In合计0～3.0质量％的无Pb焊料的回流焊接。现有技术4中记载了使用含Bi的无Pb焊料将电子元件与电路基板连接的方法中，将焊料以约10～20℃/s的冷却速度冷却的技术。现有技术5中记载了在基板的A面上通过回流焊接将电子元件作表面连接实装，然后在基板的B面通过回流焊接将从A面插入的电子元件的引线与电极回流焊接实装的方法，其中A面一侧使用的回流焊接所用的焊料是由组成为Sn-(1.5～3.5wt％)Ag-(0.2～0.8wt％)Cu-(0～4wt％)In-(0～2wt％)Bi构成的无Pb焊料，B面一侧使用的回流焊接所用的焊料是由组成为Sn-(0～3.5wt％)Ag-(0.2～0.8wt％)Cu构成的无Pb焊料。现有技术6中记载了，在使用无Pb焊料的混载实装方法中，对线路基板的顶面进行冷却，通过施加无Pb焊料进行表面实装部件连接的焊料的再熔融，来防止表面实装部件的脱落。而且，现有技术6中还记载了作为回流焊膏的焊料合金，使用Sn-(1～4)Ag-(0～8)Bi-(0～1)Cu(单位质量％)，及作为回流焊料使用与共晶成分接近的Sn-3Ag-0.5Cu或Sn-0.8Ag-57Bi(单位质量％)。
发明内容
但是，最近在使用无Pb焊料的混载实装方法中，有必要将元件主体的耐热温度为220℃的FPGA(Field Programable Gate Array，现场可编程门阵列)等的低耐热性电子元件回流焊接到电路基板的表面一侧。
另外，在混载实装方法中，有必要将上述低耐热性电子元件回流焊接到电路基板的表面一侧，然后将从电路基板的表面一侧插入的电子元件的引线用无Pb焊料进行回流焊接。进行该回流焊接时，有必要在防止回流焊料再熔融而导致上述低耐热性电子元件脱落的同时，不使焊接后的可信度降低。
但是，上述现有技术1～6中，对于使用无Pb焊料并满足这些必要的课题的混载方法没有作充分的考虑。
本发明的目的是解决上述课题，提供使用无Pb焊料合金实现FPGA等的低耐热性电子元件的回流焊接的回流焊接方法。
另外，本发明的其他目的在于，实现FPGA等的低耐热性电子元件的回流焊接，并且在进行该回流焊接时，提供可以维持回流焊接部的连接强度的可信度的使用无Pb焊料合金的混载实装方法及系统及混载实装结构体。
为了达到上述目的，本发明是以在电路基板的顶面或底面使用由Sn-(1～4)Ag-(0～1)Cu-(7～10)In(单位质量％)为基体合金组成的无Pb焊膏进行表面实装元件的焊接为特征的使用无Pb焊料合金的回流焊接方法。
另外，本发明的特征还在于，在上述表面实装元件的引线上施加无Pb镀层。还有，本发明的特征还在于，上述无Pb镀层为Sn镀层或Sn-Bi镀层。
另外，本发明是使用无Pb焊料的混载实装方法，其特征在于，其包括将含有FPGA等的低耐热性电子元件(耐热温度为220℃左右以下)的表面实装元件至少在电路基板的顶面使用添加In的低熔点无Pb焊膏进行焊接的低温回流焊接工序；将插入实装元件的引线或端子从顶面一侧插入上述电路基板上穿设的穿透孔的插入工序；在该插入工序向穿透孔插入实装元件的引线或端子后，向上述电路基板涂刷助熔剂的涂助熔剂工序；在该涂助熔剂工序向电路基板涂助熔剂后，预热该电路基板底面的预热工序；在该预热工序中预热了电路基板的底面，对其顶面一边冷却一边使下边与具有高可信度的Sn-Cu系或Sn-Ag系等的高熔点无Pb焊料的喷流接触，插入实装在电路基板上对插入实装元件的引线或端子进行回流焊接的回流焊接工序。
特别是本发明中，在上述低温回流焊接的工序中所使用的添加In的低熔点无Pb焊膏，是在Sn-Cu系、Sn-Ag系、Sn-Ag-Cu系或Sn-Ag-Bi系中添加In所形成的系，优选是以Sn-(1～4)Ag-(0～1)Cu-(4～10)In(单位质量％)为基的合金。
在合金中加入4～10质量％In的理由是，In与Bi不同，对于成为焊料的基体合金Sn的固溶度高，即使从焊接时的熔融状态冷却到室温也难于在焊料内析出。另外，即使析出，也会微细分散到焊料中，会像Bi那样，焊料冷却时焊料不均匀地冷却而具有温度梯度，具有不易发生向高温一侧的偏析的性质。如果发生该偏析，使连接部的连接强度显著降低，因此有必要完全抑制偏析的发生。
还有，将包括上述低耐热性电子元件(耐热温度为220℃左右)在内的表面实装元件用回流炉进行回流焊接时，因为热容量的大小、红外线的反射率等因元件不同而不同，在搭载元件的电路基板内发生温度偏差。另外，已知该温度偏差根据电路基板的不同最大甚至可以达到15℃。还有，上述低耐热性电子元件(耐热温度为220℃)多为热容量较小的小型元件，多数情况下在回流焊接时，在基板内达到最高温度。另一方面，电路基板上供给焊膏的位置中如BGA(Ball Grid Array，球栅阵列)等那样，元件主体与电路基板之间有回流炉的热风不易流入的位置，这种情况下回流焊接时，在基板内达到最低温度。
也就是说，将上述低耐热性电子元件在电路基板上回流焊接时，需要使回流焊膏在最低205℃(＝220-15)左右熔融，这有必要在Sn-(1～4)Ag-(0～1)Cu系的焊料中添加7～10质量％的In。
因为上所述理由，为了实现上述低耐热性电子元件的回流焊接，完全抑制偏析的发生，防止使连接部的连接强度显著降低，回流焊膏是以Sn-(1～4)Ag-(0～1)Cu-(7～10)In(单位质量％)为基的合金。
另外，本发明，在上述低温回流焊接的工序中的无Pb焊膏，是Sn-Cu系、Sn-Ag系、Sn-Ag-Cu系、Sn-Ag-Bi系或在这些当中添加In所成系等共晶组成或与该共晶组成接近的组成。特别的，Sn-3Ag-0.5Cu-xIn(0≤x≤9，单位质量％)是Sn-Ag-Cu系共晶组成或与该共晶组成接近的组成，并且其熔点比已有的Sn-37Pb的熔点183℃还高，即使在极限条件下也可以具有高连接可信度地使用。另外，Sn-0.8Ag-57Bi为共晶组成或与该共晶组成接近的组成，在使用温度限定的情况下可以具有高连接可信度地使用。
其次，在上述回流焊接的工序中，电路基板的底面所接触的无Pb焊料的喷流温度需要在170℃～260℃的范围内。因为这是焊料对基板电极的充分浸润温度。
另外，表面实装元件的电极中现有技术的镀层所含的Pb，大量含在从回流焊接后的连接部的焊料组成(共晶组成)析出的另外的低温共晶组成成分中，由于回流焊接时的熔融焊料(170℃～260℃)的热影响，回流连接部的焊料在再熔融时，该低温共晶组织优先熔融，因为该组成在高温部分容易浓缩，促进上述偏析的发生。
也就是说，表面实装元件的电极镀层也希望是无Pb组成，最好是纯Sn(熔点232℃)等的用于表面实装的焊料合金的构成元素。另外，对于发生晶须显著的元件，最好使用在Sn中添加微量的Bi的组成。
另外，在上述回流焊接的工序中，为了防止上述添加In的低熔点回流焊料再熔融而导致上述低耐热性电子元件脱落，最好对电路基板的顶面吹送最高50℃(20℃～50℃的范围)的氮等的流体进行冷却，其流量大约为0.3～1.2m3/分(优选为0.5～1.2m3/分)，这样可以扩大回流焊料的容许熔融温度范围的上限。但是，为了在电路基板上进行焊接时抑制直径小的穿透孔或大热容量的插入实装元件插入的穿透孔所造成的焊料的堆积，以及焊料凝固后有时没有得到充分的连接强度，所以最好不要以大幅超过上述流量(1.2m3/分)来使用。
另外，在上述回流焊接的工序中，一边对电路基板的顶面吹送最高50℃(20℃～50℃的范围)的氮等的流体进行冷却，一边通过使放热用的卡具与表面实装电子元件的引线接触，可以扩大回流焊料的容许熔融温度范围的上限。
如以上说明，根据本发明，可以达到使用无Pb焊料合金实现将FPGA等的低耐热性电子元件回流焊接到电路基板上的效果。
另外，根据本发明，可以达到防止使用无Pb焊料合金将包括FPGA等的低耐热性电子元件在内的表面实装元件向电路基板上进行回流焊接和使用无Pb焊料合金将插入实装元件向电路基板上进行回流焊接时伴随无Pb化所发生的焊料附着缺陷，并且可以实现维持高可信度的混载实装的效果。
另外，根据本发明，在使用无Pb焊料合金将包括FPGA等的低耐热性电子元件在内的表面实装元件及插入实装元件等混载实装中，回流焊接时因为熔融焊料的喷流温度的容许范围可以向高温侧扩张，所以可以达到容易控制温度的效果。
图1是本发明所涉及的使用无Pb焊料的混载实装方法的第1实施例的说明图。
图2是本发明所涉及的使用无Pb焊料的混载实装方法的第2及第3实施例的说明图。
图3是本发明所涉及的第4实施例的在QFP上安装放热卡具(搭载)状态的表示图。
图4是本发明所涉及的第1实施例的QFP-LSI连接部开裂条件的表示图。
图5是本发明所涉及的第2实施例的QFP-LSI连接部开裂条件的表示图。
图6是本发明所涉及的第3实施例的QFP-LSI连接部开裂条件的表示图。
图7是本发明所涉及的第4实施例的QFP-LSI连接部开裂条件的表示图。
图8是本发明所涉及的第5实施例的QFP-LSI连接部开裂条件的表示图。
图9是本发明所涉及的第6实施例的QFP-LSI连接部开裂条件的表示图。
图10是本发明所涉及的第7实施例的QFP-LSI连接部开裂条件的表示图。
图11是比较例的QFP-LSI连接部开裂条件的表示图。
具体实施例方式
用图示来详细说明本发明的实施方式。
本发明如图1所示，将包括FPGA(Field Programable Gate Array，现场可编程门阵列)等的低耐热性电子元件(耐热温度为220℃左右以下)的表面实装元件2、4a在有机基板等的电路基板1的顶面101上用添加In的低熔点无Pb焊膏11进行焊接，其后将插入实装元件5的引线12从电路基板1的顶面一侧插入穿透孔等，然后给电路基板1涂助熔剂，接着从该电路基板1的底面102通过无Pb焊料喷流3进行回流焊接，实现混载实装。在进行回流焊接时，为了缩短向电路基板1的焊接时间，首先在对电路基板1的底面102用护套加热器等的预加热装置22进行预热。接着从电路基板1的底面102通过无Pb焊料喷流3进行回流焊接，焊接后立即对电路基板1的两面进行冷却。
这样，电路基板1的顶面101上所安装的FPGA等的低耐热性电子元件2与普通其他表面实装元件相比热容量较小，多数情况下温度容易上升。
因此，使用一般的回流炉进行回流焊接时，上述低耐热性电子元件2的元件主体成为基板内最高温度部的情况居多。另外，回流焊接时，在元件主体具有容易控制焊膏供给部与热风接触结构的BGA(Ball Grid Array，球栅阵列)等的情况下，上述焊膏供给部成为基板内最低温度部的情况居多。无论怎样，作为FPGA等的低耐热性电子元件2，用QFP-LSI构成的情况较多，也有用BGA-LSI构成的情况。
也就是说，上述低耐热性电子元件2的元件主体与焊膏供给部11之间的温度差在电路基板内1温度不均匀，在一般的回流炉最大可达15℃左右。因此，若使上述低耐热性电子元件2的元件主体温度在220℃以下的话，焊膏供给部11的温度必然在205℃以下，即使在205℃也需要熔融无Pb回流焊膏。
这里，作为添加In的低熔点无Pb焊膏11，即使在205℃，亦有采用熔融Sn-(1～4)Ag-(0～1)Cu-(7～10)In(单位质量％)为基的合金材料的情况。
并且，上述低耐热性电子元件2由BGA构成时，除了回流焊膏以外，焊球也最好为相同组成。
另外，回流焊料喷流3的无Pb材料，是Sn-Cu系、Sn-Ag系、Sn-Ag-Cu系、Sn-Ag-Bi系或在这些当中添加In所成系等的共晶组成或与该共晶组成接近的组成。特别的，Sn-3Ag-0.5Cu-xIn(0≤x≤9，单位质量％)是Sn-Ag-Cu系共晶组成或与该共晶组成接近的组成，并且其熔点比已有的Sn-37Pb的熔点183℃还高，即使在极限条件下也可以具有高连接可信度地使用。另外，Sn-0.8Ag-57Bi为共晶组成或与该共晶组成接近的组成，在使用温度限定的情况下可以具有高连接可信度地使用。
其次，在上述回流焊接的工序中，电路基板的底面上所接触的无Pb焊料的喷流温度需要在170℃～260℃的范围内。因为这是焊料对基板电极的充分浸润温度。
另外，上述涂助熔剂工序中，也可以根据需要在电路基板1上安装Al等的金属制的防止弯曲的卡具。另外，在电路基板1的底面上用焊接安装表面实装元件时，也可以在该部分安装盖子(未图示)而不作焊接。
另外，回流焊接时，如图2所示，对电路基板1的顶面102用基板冷却装置6吹送最高50℃(20℃～50℃的范围)的氮等的流体进行冷却，其流量大约为0.3～1.2m3/分(优选为0.5～1.2m3/分)，这样可以扩大回流焊料的容许熔融温度范围的上限。另外，如果如图3所示使Al等金属制的放热卡具与表面实装电子元件2的引线等接触，则可以进一步扩大回流焊料的容许熔融温度范围的上限。
这样，在用基板冷却装置6对电路基板1的顶面101进行冷却的状态下，利用焊接，即使扩大回流焊料的容许熔融温度范围的上限，也可以防止在表面实装元件2、4的连接部因添加In的低熔点无Pb回流焊膏11的再熔融而导致的脱落。
第1实施例第1实施例，对于电路基板1采用一般被广泛使用的厚度为1.6mm左右、宽350mm左右、长350mm左右、基板铜箔厚度为18μm左右、由具有内径1mm左右、1.6mm左右的Cu垫圈直径、0.7个/cm2左右的密度所形成的穿透孔的玻璃环氧基板1a。
对于表面实装元件2，使用引线芯片0.5mm左右、引线宽度0.2mm、具有施加了Sn-10mass％Pb镀层的208根42合金制的引线的32mm的方形QFP-LSI2a。
另外，在玻璃环氧基板1a的顶面，用10种Sn-3Ag-0.5Cu-xIn(0≤x≤9，单位质量％)的含In焊膏(具体如表1所示)11来进行32mm的方形QFP-LSI2a焊接。
表1
该表1表明，当In达到7质量％时固相线温度为198℃，液相线温度为211℃，在205℃附近熔融。也就是说，当In含量达到7质量％或以上时，可以将FPGA等的低耐热性电子元件(耐热温度220℃左右以下)2回流焊接到电路基板1的表面一侧上。
但是，当In含量超过10质量％时，焊料冷却时引起偏析，使连接部的连接强度显著降低，因此In含量有必要限制在小于等于10质量％。
然后，从4个相连的该基板样品QFP-LSI2a的电路基板1的顶面一侧向基板的穿透孔(未图示)插入6个施加了Sn-10mass％Pb镀层的具有0.5mm方形端子(引线)11a的2.54mm芯片6的端子节点5a。
对电路基板1的底面102使用最高输出9kW的护套加热器进行预热，用1分钟将25℃(常温)的电路基板1a的底面102的温度加热到最高部118℃，最低部100℃。然后，在不用基板冷却装置6对电路基板1的顶面101进行冷却的状态下，使用与共晶组成接近的Sn-3Ag-0.5Cu(单位质量％)或Sn-0.8Ag-57Bi(单位质量％)的焊料的喷流3a接触电路基板1a的底面102，如图1所示不用冷却装置6进行冷却，对6个端子节点5a进行焊接来制作基板样品。但是，这时回流焊料槽(未图示)的熔融焊料为Sn-0.8Ag-57Bi、Sn-0.7Cu或Sn-3Ag-0.5Cu，为了使其温度处于170℃～260℃，固定回流焊料槽的温度满足几个条件。
对于以上所说明的样品，观察QFP-LSI2a的连接部是否发生开裂。
图4表示回流焊接材料组成为本发明所涉及的Sn-3Ag-0.5Cu-xIn(0≤x≤9，单位质量％)的10种含In焊膏时的实验结果。图11表示回流焊接材料组成为比较例的Sn-3Ag-0.5Cu-xBi(0≤x≤8，单位质量％)的9种含Bi焊膏时的实验结果。
各图中，横轴都表示回流焊料槽的熔融焊料的温度，纵轴表示用于连接QFP-LSI的焊料的Bi、In的含量，未发生开裂的条件用○符号表示，发生开裂的条件用x符号表示。
另外，各图中的实线可以认为是发生开裂条件与未发生开裂条件的边界。另外，为了将图4的实验结果与图11比较例的实验结果作比较，在图4中用虚线表示图11的边界。
如图4所示，即使是对基板1a的顶面101不进行冷却的实验结果，因为将用于连接QFP-LSI2a的焊料焊膏11定为本发明所涉及的Sn-3Ag-0.5Cu-xIn，与定为Sn-3Ag-0.5Cu-xBi的比较例相比，回流焊接时不易发生连接部开裂，可以扩大熔融焊料的容许温度范围。
即，通过实验可以发现，作为用于表面实装的回流焊料的组成，如像本发明那样通过在Sn-Ag-Cu系中添加In，可以抑制回流焊接时表面实装元件的偏析脱落。
另外，根据图4所示的实验结果，可以发现In含量为7质量％时回流熔融焊料的温度可以达到235℃，In含量为8～9质量％时回流熔融焊料的温度可以达到230℃。
第2实施例第2实施例与第1实施例的不同点在于，在焊接时，如图2所示对电路基板1的顶面101用基板冷却装置6吹送20℃～50℃左右的氮等的流体进行冷却，其流量大约为0.5m3/分。图5中，横轴表示回流焊料槽的熔融焊料的温度，纵轴表示用于连接QFP-LSI的焊料的In的含量，未发生开裂条件用○符号表示，发生开裂条件用x符号表示。另外，图5中的实线可以认为是发生开裂条件与未发生开裂条件的边界。
根据第2实施例的实验结果可以发现，如图5所示，可以使回流熔融焊料的温度上限与图4所示的第1的实施例相比上升不到10℃。另外，根据图5所示的实验结果，可以证实In含量为7质量％时回流熔融焊料的温度可以达到245℃，In含量为8质量％时回流熔融焊料的温度可以达到240℃，In含量为9质量％时回流熔融焊料的温度可以达到235℃。
第3实施例第3实施例，是在第2实施例中，如图2所示对电路基板1的顶面101用基板冷却装置6吹送20℃～50℃左右的氮等的流体进行冷却，其流量大约为1.2m3/分。图6中，横轴表示回流焊料槽的熔融焊料的温度，纵轴表示用于连接QFP-LSI的焊料的In的含量，未发生开裂条件用○符号表示，发生开裂条件用×符号表示。另外，图6中的实线可以认为是发生开裂条件与未发生开裂条件的边界。
根据第3实施例的实验结果可以发现，如图6所示，也可以使回流熔融焊料的容许温度上限与图4所示的第1的实施例相比上升15℃左右。另外，根据图6所示的实验结果，可以发现In含量为7质量％时回流熔融焊料的温度可以达到250℃，In含量为8质量％时回流熔融焊料的温度可以达到245℃，In含量为9质量％时回流熔融焊料的温度可以达到240℃。
根据以上结果，如果使吹送氮等的流体流量上升到1.2m3/分，即使将用于表面实装元件的回流焊接料的In含量添加7～9％，也可以使用240℃～250℃的Sn-Ag-Cu熔融焊料进行回流焊接。
第4实施例第4实施例，与第2及第3实施例相同，进行焊接时，在使基板冷却装置6动作的状态下，进一步在回流焊接接的表面实装元件(32mm角形QFP-LSI)2的连接部搭载铝等的金属制的正方形框的放热卡具7，使放热卡具7与表面实装元件2的引线接触，由此使电路基板1的顶面101冷却，提高回流焊接时抑制表面实装元件的偏析脱落的效果。还有，这时回流熔融焊料为Sn-0.7Cu或Sn-3Ag-0.5Cu，为了使其温度处于250℃～280℃，固定回流焊料槽的温度满足几个条件。
图7中，横轴表示回流焊料槽的熔融焊料的温度，纵轴表示用于连接QFP-LSI的焊料的In的含量，未发生开裂条件用○符号表示，发生开裂条件用x符号表示。另外，图6中的实线可以认为是发生开裂条件与未发生开裂条件的边界。
根据第4实施例的实验结果可以发现，如图7所示，也可以使回流熔融焊料的容许温度上限与图4所示的第1的实施例相比提高20℃左右。另外，根据图7所示的实验结果，可以发现In含量为7质量％时回流熔融焊料的温度可以达到260℃，In含量为8～9质量％时回流熔融焊料的温度可以达到250℃。
根据以上结果，以1.2m3/分左右的吹氮量来冷却基板顶面，如果使用放热卡具，即使在用于表面实装元件的回流焊料中添加的In含量为9质量％左右，也可以使用250℃的Sn-Ag-Cu熔融焊料等进行回流焊接。也就是说，根据第4实施例，使用250℃的Sn-Ag-Cu熔融焊料等进行回流焊接时，可以在用于表面实装元件的回流焊料中将可添加的In含量增加至9质量％左右，容易使其充分对应低耐热性电子元件。
第5实施例第5实施例，在第1实施例中，通过使回流焊接的表面实装元件的引线镀层无Pb化，可以提高回流焊接时的抑制表面实装元件的偏析脱落效果。
但是，这时使用的回流焊料槽(未图示)的熔融焊料为接近共晶组成的Sn-0.8Ag-57Bi、Sn-0.7Cu或Sn-3Ag-0.5Cu(单位质量％)，为了使其温度处于235℃～280℃，固定回流焊料槽的温度满足几个条件。
对于以上所说明的样品，观察QFP-LSI2a的连接部是否发生开裂。
图8、图9分别表示第5实施例的Sn-3质量％Bi镀层、Sn镀层时的实验结果。图8、图9的横轴表示回流焊接槽的熔融焊料的温度，纵轴表示用于连接QFP-LSI的焊料的In的含量，未发生开裂条件用○符号表示，发生开裂条件用x符号表示。另外，各图中的实线可以认为是发生开裂条件与未发生开裂条件的边界。
另外，为了与图4(使用Sn-10Pb镀层)的实验结果作比较，在图8中用虚线表示图4的边界。另外，为了与图8(使用Sn-3Bi镀层)的实验结果作比较，在图9中用虚线表示图8的边界。
根据以上结果可知，使用Sn-3Bi镀层时(图8)，用250℃的Sn-Ag-Cu熔融焊料等进行回流焊接的情况下，在用于表面实装元件的焊料中将可添加的In含量为质量8％左右。另外可知，使用Sn镀层时(图9)用250℃的Sn-Ag-Cu熔融焊料等进行回流焊接的情况下，在用于表面实装元件的焊料中将可添加的In含量为质量9％左右。但是，可知，260℃的Sn-Ag-Cu熔融焊料等进行回流焊接的情况下，在用于表面实装元件的焊料中将可添加的In含量为质量5％左右。
如上所述，根据将表面实装元件的引线镀层无Pb化的第5实施例，与第1实施例相同，不用基板冷却装置6进行冷却，回流焊接料中可添加的In含量可为8～9％左右，容易使其充分对应低耐热性电子元件。
第6实施例第6实施例，在第4实施例中，通过使回流焊接的表面实装元件的引线镀层无Pb化，可以提高回流焊接时的抑制表面实装元件的偏析脱落效果。
但是，这时使用的回流焊料槽(未图示)的熔融焊料为接近共晶组成的Sn-0.7Cu或Sn-3Ag-0.5Cu(单位质量％)，为了使其温度处于250℃～280℃，固定回流焊接料槽的温度满足几个条件。
对于以上所说明的样品，观察QFP-LSI2a的连接部是否发生开裂。
图10表示第6实施例的实验结果。该图10的横轴表示回流焊接料槽的熔融焊料的温度，纵轴表示用于连接QFP-LSI的焊料的In的含量，未发生开裂条件用○符号表示，发生开裂条件用x符号表示。另外，图10中的实线可以认为是发生开裂条件与未发生开裂条件的边界。另外，为了与图9(使用Sn镀层，不冷却基板顶面也不使用放热卡具)的实验结果作比较，在图10中用虚线表示图9的边界。
如图10所示，根据第6实施例，用250℃、260℃两个温度的Sn-Ag-Cu熔融焊料等进行回流焊接的情况下，用于表面实装元件的焊料中可添加的In含量均可为质量9％左右，其结果，容易使其充分对应低耐热性电子元件。
工业上利用的可能性本发明可以实现使用无Pb焊料合金将FPGA等的低耐热性电子元件向电路基板上焊接。
权利要求
1.一种使用无Pb焊料合金的回流焊接方法，其特征在于在电路基板的顶面或底面使用由Sn-(1～4)-Ag-(0～1)Cu-(7～10)(单位质量％)为基体合金组成的无Pb焊膏对表面实装元件进行焊接。
2.如权利要求1所述的使用无Pb焊料合金的回流焊接方法，其特征在于在所述表面实装元件的引线上施加无Pb镀层。
3.如权利要求2所述的使用无Pb焊料合金的回流焊接方法，其特征在于所述无Pb镀层为Sn镀层或Sn-Bi镀层。
4.一种使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于其包括将表面实装元件至少在电路基板的顶面，用由Sn-(1～4)Ag-(0～1)Cu-(7～10)In(单位质量％)为基体合金组成的无Pb焊膏进行焊接的低温回流焊接工序；将插入实装元件的引线或端子从顶面一侧插入所述电路基板上穿设的穿透孔的插入工序；在该插入工序中将插入实装元件的引线或端子插入穿透孔后，向所述电路基板涂刷助熔剂的涂助熔剂工序；在该涂助熔剂工序中向电路基板涂助熔剂后，预热该电路基板底面的预热工序；使该预热工序中预热了的电路基板的底面，与无Pb焊料的喷流接触，将插入实装元件的引线或端子向电路基板上进行回流焊接的回流焊接工序。
5.如权利要求4所述的使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于在所述回流焊接工序中，在所述表面实装元件的引线上施加无Pb镀层。
6.如权利要求5所述的使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于所述无Pb镀层为Sn镀层或Sn-Bi镀层。
7.如权利要求4所述的使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于在所述回流焊接工序中，所述无Pb焊料是Sn-Cu系、Sn-Ag系、Sn-Ag-Cu系、Sn-Ag-Bi系或在这些当中添加In所成系的共晶组成或与该共晶组成接近的组成。
8.如权利要求5所述的使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于在所述回流焊接工序中，所述无Pb焊料是Sn-Cu系、Sn-Ag系、Sn-Ag-Cu系、Sn-Ag-Bi系或在这些当中添加In所成系的共晶组成或与该共晶组成接近的组成。
9.如权利要求7所述的使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于所述无Pb焊料的喷流温度在170℃～260℃的范围内。
10.如权利要求8所述的使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于所述无Pb焊料的喷流温度在170℃～260℃的范围内。
11.如权利要求7所述的使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于在所述回流焊接的工序中，对所述电路基板的顶面吹送50℃或以下的流体进行冷却。
12.如权利要求8所述的使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于在所述回流焊接的工序中，对所述电路基板的顶面吹送50℃或以下的流体进行冷却。
13.如权利要求11所述的使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于在所述回流焊接的工序中，所述流体的流量为0.3～1.2m3/分。
14.如权利要求12所述的使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于在所述回流焊接的工序中，所述流体的流量为0.3～1.2m3/分。
15.如权利要求11所述的使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于在所述回流焊接的工序中，使用放热卡具与表面实装元件的连接部接触安装。
16.如权利要求12所述的使用无Pb焊料合金的混载实装方法，其特征在于在所述回流焊接的工序中，使用放热卡具与表面实装元件的连接部接触安装。
17.如权利要求4或5或7或8所述的采用使用无Pb焊料合金的混载实装方法混载实装的混载实装结构体。
全文摘要
本发明涉及一种使用无Pb焊料的混载实装方法，其特征在于，其包括将表面实装元件(2)至少在电路基板(1)的顶面，用由Sn－(1～4)Ag－(0～1)Cu－(7～10)In(单位质量％)为基体的合金组成的无Pb焊膏进行焊接的回流焊接工序；将插入实装元件(5)的引线或端子从顶面一侧插入所述电路基板(1)上穿设的穿透孔的插入工序；涂助焊剂工序；预热工序；使该预热工序中预热了的电路基板(1)的底面，与无Pb焊料的喷流(3)接触，将插入实装元件的引线或端子向电路基板上进行回流焊接的回流焊接工序。
文档编号H01L21/60GK1817071SQ20048001867
公开日2006年8月9日 申请日期2004年7月1日 优先权日2003年7月1日
发明者中塚哲也, 高野信英, 菅原贞幸, 大村智之, 佐伯敏男, 芹泽弘二, 石原昌作 申请人:株式会社日立制作所, 日立通讯技术株式会社