低温焊膏的焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用含有Bi的无铅焊料、尤其是被称为低温焊料的SnBi共晶附近的 低温焊膏的印刷基板的焊接方法。
【背景技术】
[0002] 家电、音响、计算机等电子产品中，使用焊接有电子部件的印刷基板作为主电路， 在以前的印刷基板的焊接中使用Sn-37质量％ (以下，％表示质量％。）Pb组成的Sn-Pb 焊料。然而，废弃的电子产品常常被埋到地下，因此Pb从废弃的印刷基板溶出，有时污染地 下水。
[0003] 从这样的环境上的问题出发，从十几年前起开始推进印刷基板所使用的焊料的无 铅化，现在几乎所有的电子产品都是利用无铅焊料制作的。
[0004] -直以来使用的Sn-Pb焊料的熔点为183°C，具有能以较低的操作温度进行焊接 的特征。若焊接的操作温度低，则无需顾虑焊接所使用的电子部件的耐热性，可以使用塑料 性的连接器等耐热性低的电子部件。
[0005] 另一方面，现在主流的无铅焊料使用Sn-3. 0%Ag-0. 5%Cu等的Sn-Ag-Cu系无铅 焊料。Sn-Ag-Cu系无铅焊料与现有的Sn-Pb焊料相比具有温度循环特性强这样的良好特 性，但熔融温度约为220°C，与现有的Sn-Pb焊料相比大约高40°C，无法使用耐热性低的电 子部件。
[0006] 在开发无铅焊料的最初，电子部件也往往不具有耐热性，因此，所开发的焊料合金 研宄了使用一直以来用作低温焊料的Sn-58%Bi焊料（熔融温度139°C)、通过在Sn-58% Bi中添加少量Ag而提高了强度和伸长率的焊料合金（日本特开平8-252688号公报，专利 文献1)等的低温焊料。
[0007] 然而，已知这些Sn-Bi系焊料合金在用于手机、笔记本电脑等小型电子设备的情 况下，在小型电子设备掉落时从焊料接合部界面发生破裂的落下冲击破裂方面不良，未曾 用于这些电子设备用的焊料。
[0008] 此外，公开了如下的方法：为了得到对疲劳具有耐性的焊料连接结构，将Sn-Pb组 成的焊膏附着于基板的接合面，以与焊膏接触的方式配置含有In的焊料球，对焊膏和预成 型体进行加热，从而缓和剪切应力的方法（日本特开平8-116169号公报，专利文献2)。
[0009] 专利文献1 :日本特开平8-252688号公报
[0010] 专利文献2 :日本特开平8-116169号公报
【发明内容】
[0011] 发明要解决的问题
[0012] 近年来，根据由核电站的停止带来的节电需求、co2排放量的削减需求，对于回流 焊炉的运行也要求以较少电力来使用。节能型的回流焊炉也有许多被实用化，但它们谋求 相同加热条件下的电量削减，削减存在限制。
[0013] 此外，无法承受利用无铅焊料的回流焊焊接的耐热性低的半导体等电子部件继续 存在，这些电子部件需要利用烙铁等的补焊来进行安装。
[0014] 如此，作为通过降低回流焊炉的加热条件来大幅降低回流焊炉的电量、即使是耐 热性低的电子部件也能够与其他电子部件同时焊接而不进行补焊的方法，研宄了使用被称 作低温焊料的熔融温度低的无铅焊料。主要是将与Sn-57%Bi组成的SnBi共晶焊料组成 接近的焊料组成用作回流焊用的焊料。
[0015] 然而，与SnBi共晶焊料组成接近的焊料组成即使如专利文献1那样改善了其强 度，也由于具有脆的特性而在用于移动设备、笔记本电脑等小型电子设备的情况下在小型 电子设备掉落时耐落下冲击性低，因此常常印刷基板与焊接面发生界面剥离而产生破裂。
[0016] 本发明是为了对应这样的问题而开发的。
[0017] 本发明要解决的问题是，即便在为了使用电量削减、耐热性低的电子部件而在小 型电子设备的印刷基板的焊接中使用与SnBi共晶焊料组成接近的焊料组成的焊膏的情况 下，也能获得具有与目前用作无铅焊料的SnAgCu焊料同样的耐落下冲击特性的焊料接头。
[0018] 用于解决问题的方案
[0019] 本发明人等在焊接中使用与SnBi共晶焊料组成接近的焊料组成的焊膏，印刷在 印刷基板的焊盘上。发现，在被印刷的焊膏上载置Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu的焊料组成的预 成型体进行回流焊焊接时，即使载置Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu的焊料组成的预成型体，也能 够在单独的焊膏的回流焊条件下进行焊接，从而完成了本发明。
[0020] 本发明为如下的焊接方法：在使用SnBi系低温焊料的焊膏的焊接时，通过同时供 给选自Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu的焊料组成中的1种以上的预成型体，从而在SnBi系低温 焊料中使选自Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu的焊料组成中的1种以上焊料组成扩散于焊膏中的 焊接方法。
[0021] 一直以来已知，如引用文献2那样，通过混合使用不同种类的焊料组成来加强焊 料的弱点。然而，此时的回流焊温度考虑具有较高熔点的焊料合金来决定，没有考虑过在与 低温焊料相同的回流焊条件下可以焊接。因此，与低温焊料相比在较高的温度条件下进行 回流焊，没有考虑过通过混合使用不同种类的焊料组成从而能够使用电量削减、耐热性低 的电子部件。
[0022] 此外，若将专利文献2所公开的In-10%Ags组成的无铅预成型体用于与Sn-Bi共 晶焊料组成接近的焊料组成的焊膏，则焊接后的焊料接头上会出现Sn-Bi-In共晶的64°C 这样的低熔点的焊料组成，因此，仅仅将电子设备放置于野外或对电子设备进行加热时，接 头就会发生再熔融而无法使用。
[0023] 本发明为基于在该方面全新的构思的焊接方法，本发明通过焊膏的焊料组成、预 成型体的焊料组成、焊膏与预成型体的比率来显现其效果。
[0024] 认为本发明的耐落下冲击性强的理由如下。
[0025] 1.焊膏与印刷基板的焊盘进行回流焊焊接时，SnBi焊料中的Bi在焊料整体中扩 散而形成富Bi层。（图1)
[0026] 仅仅单纯地将Sn-Bi焊料的焊膏焊接于印刷基板时，焊料圆角（solderfillet)中 就会大量出现富Bi层，因此，若施加力则从硬且脆的富Bi部产生裂纹，焊料圆角发生破裂。 (图2)
[0027] 2.在将焊膏与印刷基板的焊盘进行焊接时，若在焊膏中加入Sn-Ag、Sn