制造焊接电路板的方法

专利名称：制造焊接电路板的方法
技术领域：
本发明涉及使用特定形状和尺寸的焊料粒子制造焊接电路板的方法， 更特别涉及形成将例如球栅阵列(BGA)结构等结构的LSI芯片连接到焊 接电路板上的连接凸点的方法，和形成位于LSI芯片上的连接凸点的方法。
背景技术：
近年来，已经开发出其中在绝缘基底(如塑料基底、陶瓷基底或其上 具有由塑料形成的涂层的金属基底等)上形成电路图案的印刷线路板。由 这类印刷线路板形成电子电路通常釆用将电子部件(如IC元件、半导体 芯片、电阻器和电容器)焊接到电路图案上的技术。
在采用这类技术时，将电子部件的引线端子与电路图案的预定区域相 连的方法通常如下进行在位于基底上的导电电路电M面上预先形成焊 料薄层；通过印刷施用焊膏或焊剂；定位并放置相关电子部件，使焊料薄 层或者焊料薄层和焊膏这二者回流。
在近来电子产品小型化的趋势中，出现了对焊接电路板的细距图案化 的需求。在此类焊接电路板上安装细距部件，如0.3毫米间距QFP (四列 扁平封装)LSI和CSP (芯片尺寸封装)和0.15毫米间距FC (倒装芯片)。为了在焊接电路板上安装此类芯片，将在芯片上形成的焊料凸点和在焊接 电路板上形成的焊料凸点彼此叠加，并使这些凸点回流以便将芯片与焊接 电路板连接在一起。为此，要求在焊接电路板上形成突起的电极部分，即 用于电部件连接的所谓凸点。该电极部分被要求具有与芯片细距一致的精 细图案。
当通过焊接在印刷线路板上形成用于连接的凸点时，采用例如电镀、
热风整平机(HAL)法或印刷焊粉膏与回流的组合等方法。但是，电镀的 缺陷在于，难以形成厚的焊料层，且HAL法和焊膏印刷在提供细距图案 方面遇到困难。
为克服前述缺陷，公开了无需麻烦的操作(例如电路图案的定位)来 形成焊接电路的方法(参见例如JP-A HEI 7-7244 )。在该方法中，使位于
具有粘性，将焊料粉沉积在由此形成的粘性区域上，并将该印刷线路板加 热以将焊料熔融，由此形成焊接电路。
采用JP-A HEI 7-7244中公开的方法能够通过简单操作形成精密焊接 电路图案，由此提供具有高可靠性的电路板。但是，由于该现有技术方法 中所用的焊料粉优选具有陡峭的粒度分布，因而非常昂贵。此外，该现有 技术方法的问题在于，多个焊料粉粘附到要在其上形成焊接电路板凸点的 粘性区域上，使得焊料凸点的高度不均匀，且焊料粉没能粘附到相关位置 上，以致形成不完全的焊料凸点。此外，当使用普通球形焊料粉时，由于 已具有粘性的电路板与焊料粉之间的接触部分呈点状，焊料粉有可能从电 路板上脱落。此外，由于只通过焊料粉的粒径控制在形成的电路板上的焊 料层厚度，因此该焊料层的厚度难以控制。
为解决这些问题，尤其是为了提供与JP-A HEI 7-7244中公开的制造 焊接电路板的方法相当的用加工成特定形状的焊料粒子制造焊接电路板的 方法，完善了本发明。本发明涉及提供具有优异经济性的制造焊接电路板 的方法，能够实现富有精细度和加工精确度的电路图案的制造焊接电路板 的方法，具有富于精细度和加工精确度的电路板、几乎不伴有焊料层厚度
5离散性并具有优异可靠性的焊接电路板，和带有能够实现高可靠性和高封 装密度的电子部件的电子电路部件。
本发明人进行了大量研究以解决前述问题，并已完成了本发明。因此， 本发明人已经开发出用以解决这些问题的下述技术。

发明内容
作为其第一方面，本发明提供了制造焊接电路板的方法，包括下述步
骤使印刷线路板上的导电电路电极的表面具有粘性以形成粘性部分，使 仅仅一个焊料粒子粘附到该粘性部分上，并将该印刷线路板加热，由此使 焊料粒子熔融，以形成与所述粘性部分相对应且将与电子部件相连的凸点 部分，并形成焊接电路。
作为其第二方面，本发明进一步提供了制造焊接电路板的方法，包括
下述步骤用抗蚀剂涂布印刷线路板上的部分导电电路电极以在其中形成 开口，使该开口具有粘性以形成粘性部分，使仅仅一个焊料粒子粘附到该 粘性部分上，并将该印刷线路板加热，由此使焊料粒子熔融并形成焊接电 路。
在涉及第二方面方法的本发明第三方面中，所述焊料粒子为球形，所 述开口为圆形，当开口直径为D1、焊料粒子的直径为D2且抗蚀剂厚度为 1)3时，满足1 > (Dl - 2 x ((D2 - D3) x D3)1/2)/D2 > 0。
在涉及第一或第二方面方法的本发明第四方面中，通过将焊料片冲孔 而获得所述焊料粒子。
在涉及第四方面方法的本发明第五方面中，焊料粒子的平均宽度为开 口尺寸的30至卯％。
在涉及第四或第五方面方法的本发明第六方面中，焊料片的平均厚度 为将要形成的焊接电路厚度的100至300%。
在涉及第一或第二方面方法的本发明第七方面中，焊料粒子是从焊线 上切下的具有规定长度的棒。
在涉及第七方面方法的本发明第八方面中，焊线厚度为开口尺寸的50
6至90 % 。
在涉及第一至第八方面的任一方面方法的本发明第九方面中，使焊料
粒子粘附到所述粘性部分上的步骤包括将焊料粒子^L在液体中，并将印
刷电路板浸在该液体中。
在涉及第九方面方法的本发明第十方面中，所述液体是经脱氧的液体。 在涉及第一至第八方面的任一方面方法的本发明第十一方面中，通过
在环境空气中振动或通过使用吸附夹具或装配机，使焊料粒子粘附到该粘
性部分上。
通过本发明的制造焊接电路板的方法，可以通过简单的程序形成焊料 层厚度离散度小的精细焊接电路图案，并消除焊料凸点的缺陷。此外，关 于迄今在制造特定尺寸的粒子方面遇到困难的合金组合物焊料，该方法能 够方便地制造形状和尺寸均匀的焊料粒子。特别地，在精细电路图案中， 该方法产生了下述效果减少相邻电路图案之间焊料金属的短路，并使电 路图案的焊料层厚度均匀化，并显著提高焊接电路板的可靠性。通过本发 明的制造焊接电路板的方法，可以实现其上装有电子部件的电路板的小型 化并使其具有高可靠性，并因此提供具有优异的特殊品质的电子器件。
此外，本发明产生了解决下述问题(1)至(4)的效果，在使用通过 用沖压机冲孔而得的焊料粉时可能出现这些问题。
(1 )在包括将一个较大的粒子安装到电路上并用过热使其熔融的方法 中，为了提高加工精度，需要通过熔融焊料来制备粒子而不利地使用非常 昂贵的粉末。
(2 )常规技术要求粒子必须具有极高球形度，因为当用于形成电路时， 前项(1)中制成的具有极高精度的粒子被吸气夹具吸引。
(3) 由于该吸气夹具在形状上必须与该电路相同，每次改变电路时其 不得不重新制备。
(4) 由于使用吸气夹具，为了防止通过进气口吸入外来粒子，所涉及 的操作必须在清洁度极高的房间中进行。
本发明能够应对传统印刷技术从未达到的200微米或更低的间距精细度。因此，可以提供适合CSP、面阵型倒装芯片和5 阵列(BGA)的焊 接电路。
本发明的最佳实施方式
本发明所述印刷线路板包括单面印刷线路板、双面印刷线路板、多层 印刷线路板和柔性印刷线路板，这些线路板通过在塑料基底、塑料薄膜基 底、玻璃织物基底、纸基环氧树脂基底、将金属板沉积在陶瓷基底上而得 的基底、或用塑料或陶瓷涂布金属基底而得的绝缘基底上形成导电物质(例 如金属)的电路图案而产生。其可以用于例如IC基底、电容器、电阻器、 线圏、压敏变阻器、棵芯片和晶片。
本发明的特征特别在于在印刷线路板上提供连接凸点，以便连接例如 BGA结构的LSI芯片。
本发明如下形成用于电子部件的连接凸点使印刷线路板上的导电电 路电极的表面具有粘性以形成粘性部分，使焊料粒子粘附到该粘性部分上， 并将该印刷线路板加热，由此使焊料粒子熔融并形成焊接电路。
本发明的特征在于，使仅仅一个坪料粒子粘附到预先已赋予粘性的电 子部件的连接凸点部分上。其特征进一步在于，以可以在导电电路电极部 件的一部分中形成开口的方式用抗蚀剂覆盖该导电电路电极部件，使该开 口具有粘性，然后使仅仅一个焊料粒子粘附到所得粘性开口上。这里，本 发明的特征在于，预先用抗蚀剂覆盖要求粘附焊料粒子以形成凸点的电路 电极部件的外围，由此使该开口呈圆形，该圓形使得D1、 D2和D3之间 存在下文中所示公式的关系，其中Dl是指圆形开口的直径，D2是指焊料 粒子的直径，D3是指电路电极部件上的抗蚀剂的厚度。
1 > (Dl - 2 x ((D2画D3) x D3)1/2)/D2 > 0
通过使用上述方法制造印刷电路板，可以限定用于连接电子部件的焊 料凸点相对于电路板的表面的高度，并确保制造用于连接电子部件的焊料 凸点没有任何破裂的印刷电路板。
通过使这些项Dl、 D2和D3满足下文所示y^式的关系，可以使仅仅一
8个焊料粒子粘附到连接焊料凸点部分上。
0.9 > (Dl - 2 x ((D2 - D3) x D3)1/2)/D2 > 0.05 此外，关于制造用于形成电子电路板的电路的焊料粒子的方法，本发 明涉及用冲压机从焊料片合金上冲出焊料粒子并使用该焊料粒子，或者， 关于用于形成电子电路板的电路的垾料，本发明涉及通过切下一定长度的 焊线合金来制造焊料粒子，将该特定长度的焊料粘附到电路的粘性部分上， 并使焊料本身熔融，由此制造焊料-电路板。
作为要用于制造本发明的焊料粒子的焊料粒子金属组合物的实例，可 以歹寸举Sn-Pb基、Sn-Pb-Ag基、Sn-Pb-Bi基、Sn-Pb画Bi-Ag基和Sn-Pb-Cd 基组合物。从近期从工业废物中排除Pb的观点看，优选使用不含Pb的组 合物，如Sn-In基、Sn-Bi基、In-Ag基、In-Bi基、Sn-Zn基、Sn國Ag基、 Sn-Cu基、Sn-Sb基、Sn國Au基、Sn-Bi-Ag-Cu基、Sn隱Ge基、Sn-Bi-Cu 基、Sn-Cu-Sb-Ag基、Sn-Ag-Zn基、Sn-Cu-Ag基、Sn-Bi-Sb基、Sn-Bi-Sb-Zn 基、Sn画Bi-Cu-Zn基、Sn画Ag画Sb基、Sn-Ag-Sb画Zn基、Sn画Ag画Cu画Zn基和 Sn-Zn-Bi基组合物。
作为前述组合物的具体实例，可以列举由63质量％的Sn和37质量。/0 的Pb(下文表示为"63Sn-37P，，)构成并起主要作用的共晶焊料，以及 62Sn-36Pb-2Ag、 62.6Sn-37Pb-0.4Ag、 60Sn-40Pb、 50Sn-50Pb、 30Sn-70Pb、 25Sn-75Pb 、10Sn-88Pb-2Ag 、 46Sn-8Bi-46Pb 、57Sn-3Bi-40Pb 、 42Sn-42Pb-14Bi-2Ag、 45Sn-40Pb-15Bi 、 50Sn-32Pb-18Cd 、 48Sn-52In 、 43Sn-57Bi、 97In-3Ag、 58Sn画42In 、 95In-5Bi 、 60Sn-40Bi、 91Sn-9Zn、 96.5Sn-3,5Ag 、 99.3Sn-0.7Cu 、 95Sn-5Sb 、 20Sn-80Au 、卯Sn-10Ag 、 90Sn-7.5Bi-2Ag-0.5Cu 、 97Sn-3Cu 、 99Sn-lGe 、 92Sn-7.5Bi-0.5Cu 、 97Sn-2Cu-0.8Sb画0.2Ag 、95.5Sn-3.5Ag-lZn 、95.5Sn-4Cu-0.5Ag 、 52Sn-45Bi-3Sb、 51Sn- 45Bi-3Sb-lZn、 85Sn-10Bi-5Sb、 84Sn画10Bi-5Sb-lZn、 88.2Sn-10Bi曙0.8Cu画lZn 、 89Sn-4Ag-7Sb 、 88Sn-4Ag-7Sb-lZn 、 98Sn-1 Ag-l Sb 、 97Sn-1 Ag-l Sb-l Zn 、 91.2Sn-2 Ag國0.8Cu-6Zn 、 89Sn-8Zn-3Bi 、 86Sn-8Zn-6Bi和89.1Sn-2Ag画0.9Cu-8Zn。通常，采用雾化法制造焊料粉。术语"雾化法，，是指通过以细雾形式 喷射熔融焊料合金并在惰性气体气氛空间中固化该细雾来制备粉末的方 法。通过该方法制成的焊料粉往往具有被固化气氛中所含的痕量氧氧化的
表面。特别地，含Ag或Zn的无铅焊料由于在粉末表面上形成的氧化膜的 影响而造成回流特性受损。许多合金在通过雾化法制造粉末时遇到困难。
此前，由于焊料合金通常使用雾化(喷雾)法减小粒度，其产生了尺 寸在宽范围内变化的粒子。尽管之后需要通过筛分将这些粒子分级，但筛 分难以完全除去细粒。未被筛除的细粒不时对电路板产生不可避免的不利 影响。
为获得精细电路，使用由容易制造的焊料片或线的熔融产生的具有极 高球形度的粉末作为用于制造焊料粒子的原材料。因此，由此使用的粉末 极其昂贵。
本发明通过实施在室温下将焊料片或线切成小粒子的方法，能够消除 使用这种昂贵粉末的必要性。此外，由于避免使用雾化法，因而扩大了可 用作该具有均匀球形度的焊料粉的合金的范围。
本发明能够通过用沖压机从焊料片中沖出粒子来制造焊料粒子。这种 沖孔的形状可以自由选自例如正方形、矩形、多边形、圆形、椭圆形。与 上列其它形状相比，与抗蚀剂开口形状相对应地，圆形经证实特别优选。 片材厚度为将要制造的焊料粒子的厚度，并可以自由选择该厚度以适应预 计制造的焊料粒子的厚度。
本发明所述的焊料粒子可以通过用例如切割机以 一定长度切割焊线来 制造。可以自由选择预计切下的线粒子的厚度和长度以适应需要制造的焊 料粒子的尺寸(对应于连接凸点部分和抗蚀剂开口的尺寸)。
本发明涉及如下制造焊料-电路板的方法例如，用抗蚀剂涂布电子电 路基底或电路基底上的导电电路电极表面，通过打开与电极对应的部分而 暴露出导电电路板的电极表面，使其与赋予粘性的化合物反应，由此使其 具有粘性，使仅仅一个焊料粒子粘附到所得粘性部分的连接焊料凸点部分 上，并将该电子电路板加热，由此使焊料粒子熔融并形成焊接电路。
10本发明通过用抗蚀剂涂布预定安放焊料凸点的电路电极部件的外围而 形成圓形开口。该圆形优选为理想的圆形，但也可以是椭圓形或正方形。
当该开口具有理想圆形以外的形状时，通过假定尺寸Dl为相关形状的内 切圆的直径来实现与理想圓形所得的相类似的焊料粒子的粘附状态。
本发明中所用的抗蚀剂是电子电路板制造中常用的绝缘抗蚀剂。其是 在性质上避免在如下所述的使印刷线路板上的导电电路电极的表面具有粘 性的过程中表现出粘性的抗蚀剂。
本发明优选用产生粘性的化合物的溶液处理用于形成焊料凸点的部分 之外的部分，而用抗蚀剂涂布不需要被焊料涂布的导电电路部分。
尽管在几乎所有情况下都使用铜作为导电物质以形成电子电路基底的 导电电路电极，但本发明不需要将该物质局限于铜，而允许它是能够通过 下述产生粘性的物质在其表面上获得粘性的导电物质。用在电路中的物质 可以含有例如Ni、 Sn、 Ni-Au或焊料合金。
本发明中优选使用的产生粘性的化合物包括基于萘并三唑的衍生物、 基于苯并三唑的衍生物、基于咪唑的衍生物、基于苯并咪唑的衍生物、基
于巯基苯并瘗唑的衍生物和基于苯并噻唑硫代脂肪酸。尽管这些产生粘性 的化合物特别对铜表现出强的效果，但它们也能使其它导电物质具有粘性。 在本发明中，基于苯并三唑的衍生物由下述通式(1)表示
R3 R2 —
(其中Rl至R4独立地表示氢原子、具有1至16个、优选5至16个碳原 子的烷基、烷氧基、F、 Br、 Cl、 I、氰基、氨基或OH基团)。 基于萘并三唑的衍生物由通式(2)表示
K4 N
U》
11<formula>formula see original document page 12</formula>
(其中R5至R10独立地表示氢原子、具有1至16个、优选5至16个碳 原子的烷基、烷氧基、F、 Br、 Cl、 I、氰基、氨基或OH基团)。 基于咪唑的衍生物由通式(3)表示
<formula>formula see original document page 12</formula>(3>
(其中Rll和R12独立地表示氢原子、具有1至16个、优选5至16个碳 原子的烷基、烷氧基、F、 Br、 Cl、 I、氰基、氨基或OH基团)。 基于苯并咪唑的衍生物由通式(4)表示
<formula>formula see original document page 12</formula>(其中R13至R17独立地表示氢原子、具有1至16个、优选5至16个碳 原子的烷基、烷氧基、F、 Br、 Cl、 l、氰基、氨基或OH基团)。 基于巯基苯并噻唑的衍生物由通式(5)表示
<formula>formula see original document page 12</formula>(其中R18至R21独立地表示氢原子、具有1至16个、优逸5至16个碳 原子的烷基、烷氧基、F、 Br、 Cl、 I、氰基、氨基或OH基团). 基于苯并噻唑硫代脂肪酸的衍生物由通式(6)表示
(其中R22至R26独立地表示氢原子、具有1至16个、优选1或2个碳 原子的烷基、烷氧基、F、 Br、 Cl、 1、氰基、氨基或OH基团)。
在这些化合物中，通式(1)所示的基于苯并三唑的衍生物通常随着 Rl至R4的碳原子数增加而粘性增加。
同样地，通式(3)和(4)所示的基于咪唑的衍生物和基于苯并咪唑 的衍生物通常随着Rll至R17的碳原子数增加而粘性增加。
在通式(6 )所示的基于苯并噻唑硫代脂肪酸的衍生物中，R22至R26 各自的碳原子数优选为1或2。
在本发明中，将至少一种产生粘性的化合物溶解在水或酸水中，并优 选调节至pH3至5的弱酸性使用。作为用于调节pH值的物质，在导电物 质正好是金属时，可以列举无机酸，如盐酸、硫酸、硝酸和磷酸。作为有 机酸，甲酸、乙酸、丙酸、苹果酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、酒石酸等可 用。不需要僵化地限制所述产生粘性的化合物的浓度，但可以适当调节以 适应溶解度和使用条件。优选地，0.05质量％至20质量％范围内的浓度完 全可备4吏用。如果浓度不到该范围，由于粘性薄膜的形成不足，该短缺经 证实在性能方面不利。
当略微升至高于室温时，该处理温度经证实在粘性薄膜的形成速度和 量方面有利。这不是确定的，因为其可以随所述产生粘性的化合物的浓度、 金属种类等而变。但是，通常，其优选在30。C至60'C的范围内。尽管浸渍 时间不确定，但从工作效率的角度看，优选调节其它条件以使浸渍时间处在5秒至60分4^的大致范围内。
需要i兌明，在这种情况下，以100至1000 ppm的量以离子形式存在于 溶液中的铜有利于提高粘性薄膜的形成效率，如形成速度和量。
被处理的电子电路板在下述状况下制备例如，可以使不需要焊料的 导电电路板保持被抗蚀剂涂布，并且一部分电路图案可以零星地保持暴露， 并以产生粘性的化合物溶液处理。
通过使将要形成焊接电路的电子电路板浸在产生粘性的化合物溶液 中，或将产生粘性的化合物溶液施用到该电子电路板上，可实现用产生粘 性的化合物溶液的处理。该处理使得所述导电电路板的电极的暴露表面具 有粘性。
本发明优选如下将球形焊料粒子或加工成一定形状的焊料粒子粘附到 已经^支赋予粘性的导电电路板的电极的表面上将由上述方法制成的焊料 粒子装在焊料粒子粘附设备中，将电子电路板安装在该设备中，倾斜焊料 粒子容器，由此使焊料粒子粘附到被预先赋予粘性的连接焊料凸点部分上。
当将焊料粒子装在焊料粒子粘附设备中时，可以防止该焊料粒子散落，且 当焊料粒子粘附设备倾斜时，焊料粒子可以按预期粘附。焊料粒子一旦由 于添加到粘附区域上而迅速粘附时，几乎不会脱离而是可以稳定保持就位。
焊料金属通常容易加工成细丝，因为其平坦化性质优异。因此可以容 易地制造用于制造本发明的焊料粒子的线材。
对于旨在粘附焊料粒子的处理，此前时常使用球形焊料粒子。但是， 如本发明中那样，通过^f吏用由冲压机从片状焊料箔上沖出的具有平坦形状 的焊料粒子或从焊线上以 一定长度切下的焊料粒子，可以增加粘性部分与 焊料粒子的接触面积，并实现焊料粒子的稳定粘附。由于通过本发明这样 获得的焊料粒子具有极尖锐的粒度分布，它们能够比使用焊料粉的传统方 法更稳定地制造高精度焊接电路板。
通过焊料片厚度、用于冲孔的冲头尺寸、焊线厚度或焊线切割长度， 本发明能够自由地控制焊料粒子的尺寸。当用冲压机冲出的焊料粒子平均 宽度设为需要赋予粘性的电极部件宽度的30至90 % 、优选40至80 % 、更
14优选50至75 %的范围内时，这种焊料粒子能够使焊料粒子的粘结稳定化， 并使焊料粒子熔融后电路部件中焊料层的厚度均匀化。
如果焊料粒子的平均宽度大于卯％上限，该过量会妨碍焊料粒子粘附 到粘性部分上或使其容易从粘性部分上分离。如果小于30%下限，该不足 会造成数个焊料粒子粘附到电极部件的开口上，并使得在焊料粒子熔融后 焊料层厚度不稳定。
本发明优选的是，用沖压机冲出的焊料粒子的平均厚度是预计形成的 焊接电路厚度的100至300 % 。
可以将焊料金属加工成细线，因为如上所述其具有优异的平坦化性质。 可以将由此制成的线材切成一定长度以制造焊接粒子。可以使该线材在如 此切割之前或之后穿过对置辊，以制造扁平的焊料粒子。
所述线材的厚度在电极部件宽度(抗蚀剂开口内径)的50至卯％、 优选55至80%的范围内，且从该线上切下的各粒子的长度在电极部件宽 度(抗蚀剂开口内径)的50至90%、优选55至80%的范围内。当要制造 扁平粒子时，该线材的宽度优选在电极部件宽度的30至卯％ 、合适地40 至80%、更合适地50至70%的范围内。
在使用产生粘性的化合物溶液形成焊接电路的常规方法中，为了增加 焊接电路部件的厚度，使用了增大焊料粒子的方法或增加处理数的方法。 这些方法要求使电路部件具有粘性并使焊料粒子粘附在其上，使焊料粒子 熔融，由此形成电路，然后使该电路具有粘性，使焊料粒子粘附到相关部 分上，并使焊料粒子熔融。前一方法往往增加焊料粒子的量，提高焊料粒 子的分离可能性，并使焊料层厚度缺乏稳定性。后一方法往往降低电路基 底的生产率，在电路板上施加多次热滞后，并因此使电路板缺乏可靠性。
本发明的制造焊接电路板的方法优选将焊料粒子装在焊料粒子粘附设 备中，然后将电子电路板安装在该设备中，振动其容器以使焊料粒子粘附 到已因此获得粘性的连接焊料凸点部分上，由此实现生产。这样可以防止 焊料粒子散落。
在本发明的制造焊接电路板的方法中，通过使用夹具使安装在焊料粒
15子粘附设备中的电子电路基底从焊料粒子粘附设备的底部升起，甚至可以 使焊料粒子粘附到双面印刷线路板上。
本发明制造焊接电路板的方法优选具有封闭容器形式的焊料粒子粘附 设备。该方案可以防止焊料粒子散落。
本发明特别优选在液体中使焊料粒子粘附到已预先获得粘性的焊接电 路板上。通过在液体中实施焊料粒子的粘附，可以防止焊料粒子粘附到缺 乏粘性的部分上，防止焊料粒子在静电作用下聚集，并能够使用细距电路 板和极细焊料粉。
本发明优选通过用液流流化焊料粒子来实施焊料粒子在液体中的粘 附。在这种情况下，要供应的焊料粒子的量有利地为要粘附的焊料粒子的
量的110%或更多。
本发明优选使用水作为焊料粒子粘附所需的液体。为了防止焊料粒子 被液体氧化，有利地使用经脱氧的液体或在该液体中加入防锈剂。
本发明涉及的制造焊接电路板的方法所用的焊料粒子粘附设备有利地 包含容纳焊料粒子和电子电路板的容器、能使电子电路板以水平方向^ 该容器的入口 、适用于在线路板插入该容器的过程中使该容器倾斜并防止 焊料粒子接触线路板的装置、和适用于将处于敞开或封闭状态的容器倾斜 或振动的装置。在线路板插入该容器的过程中防止焊料粒子接触线路板的 作用是为了在将基底放置在焊料粒子粘附设备中时避免焊料粒子夹在夹具 与基底之间，并因此能够实现基底的稳定放置。
尽管本发明涉及的处理方法可特别有效地用于形成连接BGA和CSP 用的凸点，其当然也可有效用于连接其它电子部件用的凸点。
根据本发明制造的焊接电路板可有利地用于装配电子部件的方法，该 方法包括装配电子部件并通过将焊料回流来连接电子部件的步骤。当通过 本发明制成的焊接电路板预计用于连接电子部件时，例如，该电子部件可 以如下连接到电路板上使用各种方法将焊剂施用到需要连接的电子部件 上，在其上装配电子部件，然后将所得接点加热，由此4吏焊料熔融并4吏熔 融的焊料固化。作为连接(装配)焊接电路板和电子部件的方式，可以使用例如表面
安装技术(SMT)。该技术始于将焊剂施用到焊接电路板的预计部分。其 然后在该凸点上安装电子部件，如芯片部件和QFP，并借助回流热源实现 整体焊接。作为回流热源，热风炉、红外炉、蒸气冷凝焊接设备和光束焊 接设备可供使用。
回流法中的回流温度为相对于所用合金熔点的+20至+50'C，优选为相 对于合金熔点的+20至+30。C,预热温度为130。C至180"C，优选130。C至 150°C，预热时间为60至120秒，优选60至90秒，且回流时间为30至 60秒，优选30至40秒。
回流法可以在氮气或在空气中进行。在氮回流的情况下，通过将氧浓 度控制至5体积％或更少，优选0.5体积％或更少，可以实现稳定处理， 因为与空气回流的情况相比，焊料对焊接电路的润湿性提高，且减少了焊 料球的出现。
此后，将焊接电路板冷却以完成表面贴装。在根据这种装配方法制造 电子部件连接的方法中，可以在印刷线路板的双面上实现该连接。可用于 本发明电子部件装配方法的电子部件还包括例如LSI、电阻器、电容器、 变压器、电感、滤波器、振荡器和换能器以及BGA和CSP连接芯片，但 不限于此。
下面参照实施例描述本发明，但它们不是对本发明的限制。 实施例1:
作为产生粘性的化合物溶液，使用符合通式(3)的基于咪唑的化合物 的2质量％水溶液，其中R12的烷基是CnH23且Rll是氢原子，并用乙 酸将该水溶液调节至大约pH4。将该水溶液加热至40。C。在经过加热的水 溶液中，将用盐酸水溶液预处理的印刷线路板浸渍3分钟，以在铜电路表 面上形成粘性物质。
然后，将该印刷线路板装在焊料粒子粘附设备中，如图l所示，该设 备带有内部尺寸为250 mmxl20 mmxl20 mm的容器，并带有可使印刷线路板水平进入其中的入口。在该容器中，装有水和大约400克组成为 96，5Sn-3.5Ag且粒径为70樣t米的焊料粒子。在该;故置过程中，将焊料粒子 粘附设备倾斜以免焊料粒子接触线路板。该线路板带有用抗蚀剂环形地打 开的连接焊料凸点部分，抗蚀剂的厚度如下表l中所示。在将线路M入 焊料粒子粘附设备中后，将该容器双向倾斜30。达10秒，以使焊料粒子粘 附到印刷线路板上。倾斜时间为5秒/周期。
此后，将印刷线路板从该设备中取出，用纯净水温和漂洗并干燥。 将该印刷线路板故在240。C炉中以使焊料粒子熔融，并在铜电路的暴 露表面上形成厚度大约20微米的96.5Sn-3.5Ag焊料薄膜。结果显示在下 表l中。
表1
1
2
3
4
开口内径焊料粉抗蚀剂厚度(D1- 2 x ((D2 -D3) x D3)l/2)/D2凸点状况
70微米70微米20微米0.1良好
130微米70微米25微米0.9良好
65微米70微米25微米-0.03出现未形成部分
135微米70微米20微米1.03大的高度变动
实施例2:
从厚度为50微米并含有3.0 Q/。 Sn和0.5 % Ag的焊料Cu合金箔上冲出 边长50微米的正方形。将直径为80微米并含有3,0 %Sn和0.5% Ag的焊 料Cu合金线切成50微米的确定长度。在此使用由此制成的这两种焊料粒子。
子线路板。铜用于该导电电路。
作为产生粘性的化合物溶液，使用符合通式(3)的基于咪唑的化合物 的2质量°/。水溶液，其中R12的烷基是CuH23且Rll是氢原子，并用乙
18酸将该水溶液调节至大约pH4。将该水溶液加热至40。C。在经过加热的水 溶液中，将用盐酸水溶液预处理的电子线路板浸渍3分钟，以在铜电路表 面上形成粘性物质。
然后，将该印刷线路板装在焊料粒子粘附设备中，该设备内部尺寸为 250 mmxl20 mmxl20 mm,并带有可使电子线路板水平iiyV其中的入口 。 在该容器中，装有大约10,000个来自实施例1中制成的焊料箔的产品。在 该放置过程中，将焊料粒子粘附设备倾斜以免焊料粒子接触线路板。在将 线路板》文入焊料粒子粘附设备中后，将该容器双向倾斜30。达10秒，以使 焊料粒子粘附到印刷线路板上。倾斜时间为5秒/周期。
此后，将电子电路板从该设备中取出，用纯净水温和漂洗并干燥。 用焊剂涂布该电子电路板的整个表面，然后将其》文入保持在24(TC的 炉中以将焊料粒子熔融，并用水洗涤以除去焊剂。在铜电路的暴露部分上 形成厚度大约55微米的焊料凸点。需要说明，在焊接电路中绝对没有出现 桥接。
实施例3:
使用部件装配机(部件装配设备)将由线材制成的焊料产品(80微米 x 50微米直径)装配在各种电极部件上，电极部件上具有预先形成的粘性 薄膜。在与实施例2中相同的条件下，将焊料熔融以形成70微米厚的焊料 凸点。需要说明，在焊接电路中绝对没有出现桥接。
工业适用性
通过包括下述步骤的制造焊接电路板的方法，可以通过简单程序形成 精细焊接电路图案，并提供具有高可靠性益处的电路板使印刷线路板上 的导电电路板的表面具有粘性以形成粘性部分，将焊料粒子粘附到该粘性 部分上，并使焊料熔融，由此形成焊接电路。但是，当通过该方法形成用 于连接电子部件的焊料凸点时，由于焊料粒子的粒径的不均匀性，该方法 伴随着多个焊料粒子粘附到预计要形成焊接电路板凸点的粘性部分上等问
19题，以致焊料凸点的高度不均匀，阻碍了焊料粒子粘附到预期部分上并引 起焊料凸点的损失。相反，通过使用具有特定粒径的焊料粒子并使仅仅一 个焊料粒子粘附到各开口上，可以实现精细电路图案，提供制造无焊料凸 点损失的焊接电路板的方法，并且也能够提供具有高集成度和高可靠性的 电子器件。
此外，由于使用具有特定形状和尺寸的焊料产品而非使用球形焊料粒 子，本发明已成功地制造了经济性优异的焊接电路板，能够制造可获得精 细且加工精度优异的电路图案的焊接电路板，提供具有精细且加工精度优 异的电路图案、几乎没有表现出焊料层厚度的离散性并具有高可靠性益处 的焊接电路板，并提供已安装了能够实现高可靠性和高封装密度的电子部 件的电子电路部件。本发明因此甚至在精细电路图案中也可抑制相邻电路 图案之间焊料金属的短路，获得使电路图案的厚度均匀化的效果，显著提 高焊接电路板的可靠性，实现其上装有电子部件的电路板的小型化和高可 靠性，并能够提供具有优异性质益处的电子器件。
权利要求
1. 制造焊接电路板的方法，包括下述步骤使印刷线路板上的导电电路电极的表面具有粘性以形成粘性部分，使仅仅一个焊料粒子粘附到该粘性部分上，并将该印刷线路板加热，由此使焊料粒子熔融，以形成与所述粘性部分相对应并且将与电子部件相连的凸点部分，并形成焊接电路。
2. 制造焊接电路板的方法，包括下述步骤用抗蚀剂涂布印刷线路板 上的部分导电电路电极以在其中形成开口，使该开口具有粘性以形成粘性 部分，使仅仅一个焊料粒子粘附到该粘性部分上，然后将该印刷线路^L^口 热，由此使焊料粒子熔融并形成焊接电路。
3. 根据权利要求2的制造焊接电路板的方法，其中所述焊料粒子为球 形，所述开口为圆形，当开口直径为D1、焊料粒子的直径为D2且抗蚀剂 厚度为D3时，满足1 > (Dl — 2 x ((D2 - D3) x D3)1/2)/D2 > 0。
4. 根据权利要求1或2的制造焊接电路板的方法，其中通过将焊料片 冲孔而获得所述焊料粒子。
5. 根据权利要求4的制造焊接电路板的方法，其中焊料粒子的平均宽 度为开口尺寸的30至卯％。
6. 根据权利要求4或5的制造焊接电路板的方法，其中焊料片的平均 厚度为将要形成的焊接电路厚度的100至300% 。
7. 根据权利要求1或2的制造焊接电路板的方法，其中焊料粒子是从 焊线上切下的具有规定长度的棒。
8. 根据权利要求7的制造焊接电路板的方法，其中焊线的厚度为开口 尺寸的50至90°/0。
9. 根据权利要求l至8任一项的制造焊接电路板的方法，其中使焊料 粒子粘附到所述粘性部分上的步骤包括将焊料粒子M在液体中，并将印 刷电路板浸在该液体中。
10. 根据权利要求9的制造焊接电路板的方法，其中所述液体是经脱 氧的液体。
11.根据权利要求1至8任一项的制造焊接电路板的方法，其中通过 在环境空气中振动或通过使用吸附夹具或装配机，使焊料粒子粘附到所述 粘性部分上。
全文摘要
本发明涉及制造焊接电路板的方法，包括下述步骤使印刷线路板上的导电电路电极的表面具有粘性以形成粘性部分，使仅仅一个焊料粒子粘附到该粘性部分上，并将该印刷线路板加热，由此使焊料粒子熔融以形成与该粘性部分相对应且要与电子部件相连的凸点部分，并形成焊接电路。
文档编号H01L23/12GK101513141SQ20078003272
公开日2009年8月19日 申请日期2007年7月27日 优先权日2006年8月3日
发明者堺丈和, 庄司孝志 申请人:昭和电工株式会社