焊接装置及方法、以及所制造的基板及电子部件的制作方法_4

文档序号:9553625阅读:来源:国知局
制方法,可以在第三处理部130周围卷绕加热器或冷却器、或者向槽中插入加热器或冷却管、或者将槽中的含有有机脂肪酸的溶液131在温控设备(未图示)循环来进行温度控制。
[0207]附着处理;
[0208]在构成第四处理部140的空间部143中,向部件10的电极2进行熔融焊料5a的附着处理(也称为喷射处理)。即,如图3?图5所示,一边从含有有机脂肪酸的溶液131向上方的空间部143拉起部件10,一边对该部件10喷射熔融焊料5a的液流5’,使熔融焊料5a附着于电极2上。附着处理利用喷雾熔融焊料5a的液流5’的附着机构33进行,例如如图4及图5所示,优选使用喷嘴33。该喷嘴33优选配置于设有电极2的面一侧,但通常配置于部件10的两面侧。
[0209]首先,对从喷嘴33喷射的熔融焊料5a进行说明。作为熔融焊料5a,使用使焊料加热熔融而使其流动化至能够以液流5’的形式进行喷雾的程度的焊料。其加热温度可根据焊料组成任意选择,通常从150°C以上且300°C以下程度的范围内设定良好的温度。本发明中,使用的是至少含有作为主成分的锡及作为副成分的镍,并进一步任选含有作为副成分的选自银、铜、锌、铋、锑及锗中的一种或两种以上的熔融无铅焊料。
[0210]优选的焊料组成为Sn-N1-Ag-Cu-Ge合金,具体而言,使用镍0.01质量%以上且0.5质量%以下、银2质量%以上且4质量%以下、铜0.1质量%以上且1质量%以下、锗0.001质量%以上且0.02质量%以下、余量为锡的焊料合金形成能够稳定地防止电极侵蚀的CuNiSn金属间化合物4(参照图11 (B)),故优选。用于形成这样的CuNiSn金属间化合物4的特别优选的组成为镍0.01质量%以上且0.07质量%以下、银0.1质量%以上且4质量%以下、铜0.1质量%以上且1质量%以下、锗0.001质量%以上且0.01质量%以下、余量为锡的焊料合金。在利用这样的Sn-N1-Ag-Cu-Ge合金进行焊接的情况下,优选制成240°C以上且260°C以下温度的熔融焊料5a使用。
[0211]另外,含有铋的焊料可以使熔融焊料5a的加热温度进一步低温化,通过调整该成分组成,可以低温化至例如150°C附近。这样的低温化还可以降低空间部143内的蒸气温度,因此更加优选。与上述同样地,含有铋的焊料组成也优选含有0.01质量%以上且0.5质量%以下的镍,更优选含有0.01质量%以上且0.07质量%以下的镍。由此,可以制成能够容易地形成CuSn金属间化合物层4的低温型的熔融焊料5a。
[0212]另外,根据需要还可配合其它的锌或锑。在任意情况下,焊料组成均优选至少含有
0.01质量%以上且0.5质量%以下的镍,更优选含有0.01质量%以上且0.07质量%以下的镍。
[0213]上述组成的熔融焊料5a是不含铅的无铅焊料,并且必须含有上述含量的镍,因此,如图11 (B)所示,熔融焊料5a中所含的镍与电极2的铜化合,进一步与熔融焊料5a的锡化合,从而可以在电极2的表面容易地形成CuNiSn金属间化合物层4。所形成的CuNiSn金属间化合物层4作为电极2的电极侵蚀防止层发挥作用,并且发挥防止电极2的缺损或消失的作用。因此,具有CuNiSn金属间化合物层4的焊料层5在之后投入到将形成有该焊料层5的基板浸渍在焊料槽中的浸渍工序的情况那样,可以容易地耐受对电极2而言可以说是苛刻的处理。因此,即使应用低成本的焊料浸渍工序,也可以形成成品率高、可靠性高的焊料层5。此外,可以以高成品率得到能够低成本且可靠性高地进行利用该焊料层5的电子部件的安装的安装基板。
[0214]可知熔融焊料5a所含的镍含量对CuNiSn金属间化合物层4的厚度有影响。具体而言,在镍含量为0.01质量%以上且0.5质量%以下(优选为0.07质量%以下)的范围内,可生成1 ym以上且3 μ??以下的厚度基本均勾的CuNiSn金属间化合物层4。厚度为该范围内的CuNiSn金属间化合物层4可以防止电极2中的铜溶入到恪融焊料5a中或焊料层5中而被侵蚀。
[0215]镍含量为0.01质量%时,CuNiSn金属间化合物层4的厚度为大约1 μπι以上且
1.5 μπι以下,镍含量为例如0.07质量%时,CuNiSn金属间化合物层4的厚度为大约2 μπι,镍含量为0.5质量%时,CuNiSn金属间化合物层4的厚度为大约3 μπι。
[0216]镍含量低于0.01质量%时,CuNiSn金属间化合物层4的厚度低于1 μ m,产生该CuNiSn金属间化合物层4不能完全覆盖电极2的部位,有时容易从该部位引起铜的侵蚀。镍含量超过0.5质量%时,较硬的CuNiSn金属间化合物层4超过厚度3 μ m而变得更厚,有时在该CuNiSn金属间化合物层4上产生龟裂。其结果,容易从该龟裂部分引起铜的侵蚀。需要说明的是,优选的镍含量为0.01质量%以上且0.07质量%以下,具有该范围的镍含量的熔融焊料5a与镍含量超过0.07质量%且为0.5质量%以下的情况相比,不可能引起CuNiSn金属间化合物层4的龟裂,可以形成平滑的均匀层。
[0217]精制处理;
[0218]用作熔融焊料5a的焊料优选进行精制处理。具体而言,将含有5质量%以上且25质量%以下的碳原子数12?20的有机脂肪酸的溶液加热至180°C以上且350°C以下,使该加热后的溶液与熔融焊料5a接触并剧烈地进行搅拌混合。由此,可以使被氧化铜和助焊剂成分等污染的精制处理前的熔融焊料5a洁净化,从而可以得到除去了氧化铜及助焊剂成分等的熔融焊料5a。然后,将含有除去了氧化铜及助焊剂成分等的熔融焊料5a的混合液导入到含有有机脂肪酸的溶液贮槽(未图示)中,利用栗将在该含有有机脂肪酸的溶液贮槽中利用比重差分离出的洁净化后的熔融焊料5a从该含有有机脂肪酸的溶液贮槽的底部返回至无铅焊料液贮槽中。通过进行这样的精制处理,可以抑制用作液流的熔融焊料5a中的铜浓度及杂质浓度经时性上升,且不会将氧化铜及助焊剂残渣等杂质带入无铅焊料液贮槽。其结果,可以抑制无铅焊料液贮槽内的熔融焊料5a的经时性组成变化,因此,可以连续地形成稳定且接合可靠性高的使用熔融焊料5a而成的焊料层5。另外,可以连续制造具备这样的焊料层5的安装基板。
[0219]精制后的熔融焊料5a不含有影响焊料层5的接合品质的氧化铜级助焊剂残渣等杂质。另外,该熔融焊料5a的粘度也比未处理的熔融焊料的粘度下降。其结果,在微细图案的电极2上形成焊料层5的情况下,可以在该电极2上遍布地形成焊料层5,且可以使各批次间的焊料层5和电子部件的接合品质匀,有助于经时性的品质稳定性。
[0220]用于精制的含有有机脂肪酸的溶液所含有的有机脂肪酸与上述含有有机脂肪酸的溶液131所含有的有机脂肪酸相同,因此,在此省略其说明。需要说明的是,用于精制的含有有机脂肪酸的溶液的温度根据待精制的熔融焊料5a的熔点决定,含有有机脂肪酸的溶液和熔融焊料5a至少在熔融焊料5a的熔点以上的高温区域(作为一例,为240°C?260°C )剧烈地搅拌接触。另外,从发烟问题及节能的观点来看,含有有机脂肪酸的溶液的上限温度为350°C左右,优选为待精制处理的熔融焊料5a的熔点以上的温度?300°C的范围。例如,镍0.01质量%以上且0.07质量%以下、银0.1质量%以上且4质量%以下、铜0.1质量%以上且1质量%以下、锗0.001质量%以上且0.01质量%以下、余量为锡的焊料合金在240°C以上且260°C以下的温度用作熔融焊料5a,因此,含有有机脂肪酸的溶液的温度也优选为与其相同的240°C以上且260°C以下。此外,在使用低温焊料的情况下,含有有机脂肪酸的溶液131也可以根据其温度而设为低温。
[0221]如图3?图5所示,这样的由含有有机脂肪酸的溶液精制后的熔融焊料5a在将部件10从含有有机脂肪酸的溶液131向上方拉起的过程中,从附着机构33向部件10以液流5’的方式进行喷雾。来自附着机构33的熔融焊料5a的喷射压力没有特别限定,可根据熔融焊料5a的种类、温度、粘度等任意设定。通常以0.3MPa?0.8MPa左右的压力喷射。如上所述,氛围温度优选为与熔融焊料5a的液流温度相同或与其接近的温度(优选略高的温度)。这样,如图8(C)及图5所示,设置附着于电极2上而隆起的熔融焊料5a。另外,从附着机构33喷雾的熔融焊料5a的液流5’的流速和喷雾处理时间可考虑熔融焊料5a的种类等任意设定。另外,附着机构33的形状和喷雾角度等条件也可考虑熔融焊料5a的种类等任意应用或设定。
[0222]接着,对剩余的熔融焊料的除去机构34进行说明。剩余焊料的除去机构34是除去由上述附着机构33附着的熔融焊料5中剩余的熔融焊料5的机构。
[0223]堆积有熔融焊料5a的部件10可以如图4所示在空间部143内被拉起后,在空间部143内沿水平方向移动,然后向剩余的熔融焊料5a上喷雾含有有机脂肪酸的溶液131而除去。该除去工序是一边使部件10在含有有机脂肪酸的溶液131中下降、一边从配置于其中途的空间部143内的除去机构34喷雾含有有机脂肪酸的溶液131而进行的工序。通过该除去工序,如图8(C)及图10所示,可以除去在电极2上隆起的熔融焊料5a,并仅残留不能除去的恪融焊料5a。不能除去的恪融焊料5a是指,在形成于电极2上的CuNiSn金属间化合物层4上附着的熔融焊料5a,该附着的熔融焊料5a构成焊料层5。
[0224]另外,可以优选使用如下方法:如图5所示,一边将部件10向上方的构成第四处理部140的空间部143中拉起,一边从朝向基板10的两面侧安装的喷嘴33喷射熔融焊料5a的液流5’,然后再一边将部件10降低并再次向空间部143中拉起,一边除去部件10上的剩余的恪融焊料5a。
[0225]用于除去熔融焊料5a的含有有机脂肪酸的溶液是与第三处理部130所含有的含有有机脂肪酸的溶液131相同或基本相同的溶液。空间部143为含有有机脂肪酸的溶液131的蒸气氛围,因此可使用与构成含有有机脂肪酸的溶液131的含有有机脂肪酸的溶液131相同的溶液。需要说明的是,也可以部分混入氮气等非活性气体。另一方面,从焊料层5的氧化及对含有有机脂肪酸的溶液的相溶性的观点考虑,不混入含有氧的空气及水等。来自除去机构34的含有有机脂肪酸的溶液131的喷射压力没有特别限定,可根据熔融焊料5a的种类、温度、粘度等任意设定。通常以0.2MPa?0.4MPa左右的压力喷射。
[0226]用作喷射液体的含有有机脂肪酸的溶液131的温度优选为与熔融焊料5a的温度(例如250°C左右,在低温焊料情况下为150°C左右等)相同或基本相同。这样一来,在吹飞剩余的熔融焊料5a的同时,可在露出的熔融焊料5a的表面形成有机脂肪酸的涂层6 (参照图 8(D)及图 13(B)) ο
[0227]熔融焊料的再利用:
[0228]虽然未图示,但在空间部143下方的第三处理部130的底部,在比重差的作用下沉有由附着机构33喷射的熔融焊料5a及被除去机构34刮掉的熔融焊料5a。也可以设置用于回收并再利用下沉的熔融焊料5a的循环装置(未图示)。该循环装置也可以将贮存在第三处理部130底部的熔融焊料5a送至喷雾熔融焊料5a的附着机构33。
[0229]需要说明的是,含有有机脂肪酸的溶液131和熔融焊料5a由于比重差而分离,可以将下沉至第三处理部130底部的熔融焊料5a取出,而与含有有机脂肪酸的溶液131分离。这样分离得到的熔融焊料5a和含有有机脂肪酸的溶液131可以根据需要实施过滤处理等后进行再利用。
[0230](第五处理部/第五处理工序)
[0231]第五处理部150是将第四处理部140中移动至下方的处理后的部件11进行水平移动的处理部。
[0232]从第四处理部140移动至下方的处理后的部件11在第五处理部150中通过浸渍等再次与含有有机脂肪酸的溶液131接触。例如如图3所示,第五处理部150是位于与省空间型的第三处理部130相同的槽内、且虽然作为处理部不同但共有相同的含有有机脂肪酸的溶液131的区域,且处于上述第三处理部130的延长上。
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