專利名稱：制造焊接電路板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用特定形狀和尺寸的焊料粒子制造焊接電路板的方法， 更特別涉及形成將例如球柵陣列(BGA)結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的LSI芯片連接到焊 接電路板上的連接凸點(diǎn)的方法，和形成位于LSI芯片上的連接凸點(diǎn)的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出其中在絕緣基底(如塑料基底、陶瓷基底或其上 具有由塑料形成的涂層的金屬基底等)上形成電路圖案的印刷線路板。由 這類印刷線路板形成電子電路通常釆用將電子部件(如IC元件、半導(dǎo)體 芯片、電阻器和電容器)焊接到電路圖案上的技術(shù)。
在采用這類技術(shù)時(shí)，將電子部件的引線端子與電路圖案的預(yù)定區(qū)域相 連的方法通常如下進(jìn)行在位于基底上的導(dǎo)電電路電M面上預(yù)先形成焊 料薄層；通過(guò)印刷施用焊膏或焊劑；定位并放置相關(guān)電子部件，使焊料薄 層或者焊料薄層和焊膏這二者回流。
在近來(lái)電子產(chǎn)品小型化的趨勢(shì)中，出現(xiàn)了對(duì)焊接電路板的細(xì)距圖案化 的需求。在此類焊接電路板上安裝細(xì)距部件，如0.3毫米間距QFP (四列 扁平封裝)LSI和CSP (芯片尺寸封裝)和0.15毫米間距FC (倒裝芯片)。為了在焊接電路板上安裝此類芯片，將在芯片上形成的焊料凸點(diǎn)和在焊接 電路板上形成的焊料凸點(diǎn)彼此疊加，并使這些凸點(diǎn)回流以便將芯片與焊接 電路板連接在一起。為此，要求在焊接電路板上形成突起的電極部分，即 用于電部件連接的所謂凸點(diǎn)。該電極部分被要求具有與芯片細(xì)距一致的精 細(xì)圖案。
當(dāng)通過(guò)焊接在印刷線路板上形成用于連接的凸點(diǎn)時(shí)，采用例如電鍍、
熱風(fēng)整平機(jī)(HAL)法或印刷焊粉膏與回流的組合等方法。但是，電鍍的 缺陷在于，難以形成厚的焊料層，且HAL法和焊膏印刷在提供細(xì)距圖案 方面遇到困難。
為克服前述缺陷，公開(kāi)了無(wú)需麻煩的操作(例如電路圖案的定位)來(lái) 形成焊接電路的方法(參見(jiàn)例如JP-A HEI 7-7244 )。在該方法中，使位于
具有粘性，將焊料粉沉積在由此形成的粘性區(qū)域上，并將該印刷線路板加 熱以將焊料熔融，由此形成焊接電路。
采用JP-A HEI 7-7244中公開(kāi)的方法能夠通過(guò)簡(jiǎn)單操作形成精密焊接 電路圖案，由此提供具有高可靠性的電路板。但是，由于該現(xiàn)有技術(shù)方法 中所用的焊料粉優(yōu)選具有陡峭的粒度分布，因而非常昂貴。此外，該現(xiàn)有 技術(shù)方法的問(wèn)題在于，多個(gè)焊料粉粘附到要在其上形成焊接電路板凸點(diǎn)的 粘性區(qū)域上，使得焊料凸點(diǎn)的高度不均勻，且焊料粉沒(méi)能粘附到相關(guān)位置 上，以致形成不完全的焊料凸點(diǎn)。此外，當(dāng)使用普通球形焊料粉時(shí)，由于 已具有粘性的電路板與焊料粉之間的接觸部分呈點(diǎn)狀，焊料粉有可能從電 路板上脫落。此外，由于只通過(guò)焊料粉的粒徑控制在形成的電路板上的焊 料層厚度，因此該焊料層的厚度難以控制。
為解決這些問(wèn)題，尤其是為了提供與JP-A HEI 7-7244中公開(kāi)的制造 焊接電路板的方法相當(dāng)?shù)挠眉庸こ商囟ㄐ螤畹暮噶狭Ｗ又圃旌附与娐钒宓?方法，完善了本發(fā)明。本發(fā)明涉及提供具有優(yōu)異經(jīng)濟(jì)性的制造焊接電路板 的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)富有精細(xì)度和加工精確度的電路圖案的制造焊接電路板 的方法，具有富于精細(xì)度和加工精確度的電路板、幾乎不伴有焊料層厚度
5離散性并具有優(yōu)異可靠性的焊接電路板，和帶有能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性和高封 裝密度的電子部件的電子電路部件。
本發(fā)明人進(jìn)行了大量研究以解決前述問(wèn)題，并已完成了本發(fā)明。因此， 本發(fā)明人已經(jīng)開(kāi)發(fā)出用以解決這些問(wèn)題的下述技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
作為其第一方面，本發(fā)明提供了制造焊接電路板的方法，包括下述步
驟使印刷線路板上的導(dǎo)電電路電極的表面具有粘性以形成粘性部分，使 僅僅一個(gè)焊料粒子粘附到該粘性部分上，并將該印刷線路板加熱，由此使 焊料粒子熔融，以形成與所述粘性部分相對(duì)應(yīng)且將與電子部件相連的凸點(diǎn) 部分，并形成焊接電路。
作為其第二方面，本發(fā)明進(jìn)一步提供了制造焊接電路板的方法，包括
下述步驟用抗蝕劑涂布印刷線路板上的部分導(dǎo)電電路電極以在其中形成 開(kāi)口，使該開(kāi)口具有粘性以形成粘性部分，使僅僅一個(gè)焊料粒子粘附到該 粘性部分上，并將該印刷線路板加熱，由此使焊料粒子熔融并形成焊接電 路。
在涉及第二方面方法的本發(fā)明第三方面中，所述焊料粒子為球形，所 述開(kāi)口為圓形，當(dāng)開(kāi)口直徑為D1、焊料粒子的直徑為D2且抗蝕劑厚度為 1)3時(shí)，滿足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發(fā)明第四方面中，通過(guò)將焊料片沖孔 而獲得所述焊料粒子。
在涉及第四方面方法的本發(fā)明第五方面中，焊料粒子的平均寬度為開(kāi) 口尺寸的30至卯％。
在涉及第四或第五方面方法的本發(fā)明第六方面中，焊料片的平均厚度 為將要形成的焊接電路厚度的100至300%。
在涉及第一或第二方面方法的本發(fā)明第七方面中，焊料粒子是從焊線 上切下的具有規(guī)定長(zhǎng)度的棒。
在涉及第七方面方法的本發(fā)明第八方面中，焊線厚度為開(kāi)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發(fā)明第九方面中，使焊料
粒子粘附到所述粘性部分上的步驟包括將焊料粒子^L在液體中，并將印
刷電路板浸在該液體中。
在涉及第九方面方法的本發(fā)明第十方面中，所述液體是經(jīng)脫氧的液體。 在涉及第一至第八方面的任一方面方法的本發(fā)明第十一方面中，通過(guò)
在環(huán)境空氣中振動(dòng)或通過(guò)使用吸附夾具或裝配機(jī)，使焊料粒子粘附到該粘
性部分上。
通過(guò)本發(fā)明的制造焊接電路板的方法，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的程序形成焊料 層厚度離散度小的精細(xì)焊接電路圖案，并消除焊料凸點(diǎn)的缺陷。此外，關(guān) 于迄今在制造特定尺寸的粒子方面遇到困難的合金組合物焊料，該方法能 夠方便地制造形狀和尺寸均勻的焊料粒子。特別地，在精細(xì)電路圖案中， 該方法產(chǎn)生了下述效果減少相鄰電路圖案之間焊料金屬的短路，并使電 路圖案的焊料層厚度均勻化，并顯著提高焊接電路板的可靠性。通過(guò)本發(fā) 明的制造焊接電路板的方法，可以實(shí)現(xiàn)其上裝有電子部件的電路板的小型 化并使其具有高可靠性，并因此提供具有優(yōu)異的特殊品質(zhì)的電子器件。
此外，本發(fā)明產(chǎn)生了解決下述問(wèn)題(1)至(4)的效果，在使用通過(guò) 用沖壓機(jī)沖孔而得的焊料粉時(shí)可能出現(xiàn)這些問(wèn)題。
(1 )在包括將一個(gè)較大的粒子安裝到電路上并用過(guò)熱使其熔融的方法 中，為了提高加工精度，需要通過(guò)熔融焊料來(lái)制備粒子而不利地使用非常 昂貴的粉末。
(2 )常規(guī)技術(shù)要求粒子必須具有極高球形度，因?yàn)楫?dāng)用于形成電路時(shí)， 前項(xiàng)(1)中制成的具有極高精度的粒子被吸氣夾具吸引。
(3) 由于該吸氣夾具在形狀上必須與該電路相同，每次改變電路時(shí)其 不得不重新制備。
(4) 由于使用吸氣夾具，為了防止通過(guò)進(jìn)氣口吸入外來(lái)粒子，所涉及 的操作必須在清潔度極高的房間中進(jìn)行。
本發(fā)明能夠應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)印刷技術(shù)從未達(dá)到的200微米或更低的間距精細(xì)度。因此，可以提供適合CSP、面陣型倒裝芯片和5 陣列(BGA)的焊 接電路。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式
本發(fā)明所述印刷線路板包括單面印刷線路板、雙面印刷線路板、多層 印刷線路板和柔性印刷線路板，這些線路板通過(guò)在塑料基底、塑料薄膜基 底、玻璃織物基底、紙基環(huán)氧樹(shù)脂基底、將金屬板沉積在陶瓷基底上而得 的基底、或用塑料或陶瓷涂布金屬基底而得的絕緣基底上形成導(dǎo)電物質(zhì)(例 如金屬)的電路圖案而產(chǎn)生。其可以用于例如IC基底、電容器、電阻器、 線圏、壓敏變阻器、棵芯片和晶片。
本發(fā)明的特征特別在于在印刷線路板上提供連接凸點(diǎn)，以便連接例如 BGA結(jié)構(gòu)的LSI芯片。
本發(fā)明如下形成用于電子部件的連接凸點(diǎn)使印刷線路板上的導(dǎo)電電 路電極的表面具有粘性以形成粘性部分，使焊料粒子粘附到該粘性部分上， 并將該印刷線路板加熱，由此使焊料粒子熔融并形成焊接電路。
本發(fā)明的特征在于，使僅僅一個(gè)坪料粒子粘附到預(yù)先已賦予粘性的電 子部件的連接凸點(diǎn)部分上。其特征進(jìn)一步在于，以可以在導(dǎo)電電路電極部 件的一部分中形成開(kāi)口的方式用抗蝕劑覆蓋該導(dǎo)電電路電極部件，使該開(kāi) 口具有粘性，然后使僅僅一個(gè)焊料粒子粘附到所得粘性開(kāi)口上。這里，本 發(fā)明的特征在于，預(yù)先用抗蝕劑覆蓋要求粘附焊料粒子以形成凸點(diǎn)的電路 電極部件的外圍，由此使該開(kāi)口呈圓形，該圓形使得D1、 D2和D3之間 存在下文中所示公式的關(guān)系，其中Dl是指圓形開(kāi)口的直徑，D2是指焊料 粒子的直徑，D3是指電路電極部件上的抗蝕劑的厚度。
1 > (Dl - 2 x ((D2畫D3) x D3)1/2)/D2 > 0
通過(guò)使用上述方法制造印刷電路板，可以限定用于連接電子部件的焊 料凸點(diǎn)相對(duì)于電路板的表面的高度，并確保制造用于連接電子部件的焊料 凸點(diǎn)沒(méi)有任何破裂的印刷電路板。
通過(guò)使這些項(xiàng)Dl、 D2和D3滿足下文所示y^式的關(guān)系，可以使僅僅一
8個(gè)焊料粒子粘附到連接焊料凸點(diǎn)部分上。
0.9 > (Dl - 2 x ((D2 - D3) x D3)1/2)/D2 > 0.05 此外，關(guān)于制造用于形成電子電路板的電路的焊料粒子的方法，本發(fā) 明涉及用沖壓機(jī)從焊料片合金上沖出焊料粒子并使用該焊料粒子，或者， 關(guān)于用于形成電子電路板的電路的垾料，本發(fā)明涉及通過(guò)切下一定長(zhǎng)度的 焊線合金來(lái)制造焊料粒子，將該特定長(zhǎng)度的焊料粘附到電路的粘性部分上， 并使焊料本身熔融，由此制造焊料-電路板。
作為要用于制造本發(fā)明的焊料粒子的焊料粒子金屬組合物的實(shí)例，可 以歹寸舉Sn-Pb基、Sn-Pb-Ag基、Sn-Pb-Bi基、Sn-Pb畫Bi-Ag基和Sn-Pb-Cd 基組合物。從近期從工業(yè)廢物中排除Pb的觀點(diǎn)看，優(yōu)選使用不含Pb的組 合物，如Sn-In基、Sn-Bi基、In-Ag基、In-Bi基、Sn-Zn基、Sn國(guó)Ag基、 Sn-Cu基、Sn-Sb基、Sn國(guó)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畫Bi-Cu-Zn基、Sn畫Ag畫Sb基、Sn-Ag-Sb畫Zn基、Sn畫Ag畫Cu畫Zn基和 Sn-Zn-Bi基組合物。
作為前述組合物的具體實(shí)例，可以列舉由63質(zhì)量％的Sn和37質(zhì)量。/0 的Pb(下文表示為"63Sn-37P，，)構(gòu)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畫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畫0.2Ag 、95.5Sn-3.5Ag-lZn 、95.5Sn-4Cu-0.5Ag 、 52Sn-45Bi-3Sb、 51Sn- 45Bi-3Sb-lZn、 85Sn-10Bi-5Sb、 84Sn畫10Bi-5Sb-lZn、 88.2Sn-10Bi曙0.8Cu畫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(guó)0.8Cu-6Zn 、 89Sn-8Zn-3Bi 、 86Sn-8Zn-6Bi和89.1Sn-2Ag畫0.9Cu-8Zn。通常，采用霧化法制造焊料粉。術(shù)語(yǔ)"霧化法，，是指通過(guò)以細(xì)霧形式 噴射熔融焊料合金并在惰性氣體氣氛空間中固化該細(xì)霧來(lái)制備粉末的方 法。通過(guò)該方法制成的焊料粉往往具有被固化氣氛中所含的痕量氧氧化的
表面。特別地，含Ag或Zn的無(wú)鉛焊料由于在粉末表面上形成的氧化膜的 影響而造成回流特性受損。許多合金在通過(guò)霧化法制造粉末時(shí)遇到困難。
此前，由于焊料合金通常使用霧化(噴霧)法減小粒度，其產(chǎn)生了尺 寸在寬范圍內(nèi)變化的粒子。盡管之后需要通過(guò)篩分將這些粒子分級(jí)，但篩 分難以完全除去細(xì)粒。未被篩除的細(xì)粒不時(shí)對(duì)電路板產(chǎn)生不可避免的不利 影響。
為獲得精細(xì)電路，使用由容易制造的焊料片或線的熔融產(chǎn)生的具有極 高球形度的粉末作為用于制造焊料粒子的原材料。因此，由此使用的粉末 極其昂貴。
本發(fā)明通過(guò)實(shí)施在室溫下將焊料片或線切成小粒子的方法，能夠消除 使用這種昂貴粉末的必要性。此外，由于避免使用霧化法，因而擴(kuò)大了可 用作該具有均勻球形度的焊料粉的合金的范圍。
本發(fā)明能夠通過(guò)用沖壓機(jī)從焊料片中沖出粒子來(lái)制造焊料粒子。這種 沖孔的形狀可以自由選自例如正方形、矩形、多邊形、圓形、橢圓形。與 上列其它形狀相比，與抗蝕劑開(kāi)口形狀相對(duì)應(yīng)地，圓形經(jīng)證實(shí)特別優(yōu)選。 片材厚度為將要制造的焊料粒子的厚度，并可以自由選擇該厚度以適應(yīng)預(yù) 計(jì)制造的焊料粒子的厚度。
本發(fā)明所述的焊料粒子可以通過(guò)用例如切割機(jī)以 一定長(zhǎng)度切割焊線來(lái) 制造?？梢宰杂蛇x擇預(yù)計(jì)切下的線粒子的厚度和長(zhǎng)度以適應(yīng)需要制造的焊 料粒子的尺寸(對(duì)應(yīng)于連接凸點(diǎn)部分和抗蝕劑開(kāi)口的尺寸)。
本發(fā)明涉及如下制造焊料-電路板的方法例如，用抗蝕劑涂布電子電 路基底或電路基底上的導(dǎo)電電路電極表面，通過(guò)打開(kāi)與電極對(duì)應(yīng)的部分而 暴露出導(dǎo)電電路板的電極表面，使其與賦予粘性的化合物反應(yīng)，由此使其 具有粘性，使僅僅一個(gè)焊料粒子粘附到所得粘性部分的連接焊料凸點(diǎn)部分 上，并將該電子電路板加熱，由此使焊料粒子熔融并形成焊接電路。
10本發(fā)明通過(guò)用抗蝕劑涂布預(yù)定安放焊料凸點(diǎn)的電路電極部件的外圍而 形成圓形開(kāi)口。該圓形優(yōu)選為理想的圓形，但也可以是橢圓形或正方形。
當(dāng)該開(kāi)口具有理想圓形以外的形狀時(shí)，通過(guò)假定尺寸Dl為相關(guān)形狀的內(nèi) 切圓的直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)與理想圓形所得的相類似的焊料粒子的粘附狀態(tài)。
本發(fā)明中所用的抗蝕劑是電子電路板制造中常用的絕緣抗蝕劑。其是 在性質(zhì)上避免在如下所述的使印刷線路板上的導(dǎo)電電路電極的表面具有粘 性的過(guò)程中表現(xiàn)出粘性的抗蝕劑。
本發(fā)明優(yōu)選用產(chǎn)生粘性的化合物的溶液處理用于形成焊料凸點(diǎn)的部分 之外的部分，而用抗蝕劑涂布不需要被焊料涂布的導(dǎo)電電路部分。
盡管在幾乎所有情況下都使用銅作為導(dǎo)電物質(zhì)以形成電子電路基底的 導(dǎo)電電路電極，但本發(fā)明不需要將該物質(zhì)局限于銅，而允許它是能夠通過(guò) 下述產(chǎn)生粘性的物質(zhì)在其表面上獲得粘性的導(dǎo)電物質(zhì)。用在電路中的物質(zhì) 可以含有例如Ni、 Sn、 Ni-Au或焊料合金。
本發(fā)明中優(yōu)選使用的產(chǎn)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
于巰基苯并瘞唑的衍生物和基于苯并噻唑硫代脂肪酸。盡管這些產(chǎn)生粘性 的化合物特別對(duì)銅表現(xiàn)出強(qiáng)的效果，但它們也能使其它導(dǎo)電物質(zhì)具有粘性。 在本發(fā)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獨(dú)立地表示氫原子、具有1至16個(gè)、優(yōu)選5至16個(gè)碳原 子的烷基、烷氧基、F、 Br、 Cl、 I、氰基、氨基或OH基團(tuán))。 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獨(dú)立地表示氫原子、具有1至16個(gè)、優(yōu)選5至16個(gè)碳 原子的烷基、烷氧基、F、 Br、 Cl、 I、氰基、氨基或OH基團(tuán))。 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獨(dú)立地表示氫原子、具有1至16個(gè)、優(yōu)選5至16個(gè)碳 原子的烷基、烷氧基、F、 Br、 Cl、 I、氰基、氨基或OH基團(tuán))。 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獨(dú)立地表示氫原子、具有1至16個(gè)、優(yōu)選5至16個(gè)碳 原子的烷基、烷氧基、F、 Br、 Cl、 l、氰基、氨基或OH基團(tuán))。 基于巰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獨(dú)立地表示氫原子、具有1至16個(gè)、優(yōu)逸5至16個(gè)碳 原子的烷基、烷氧基、F、 Br、 Cl、 I、氰基、氨基或OH基團(tuán)). 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獨(dú)立地表示氫原子、具有1至16個(gè)、優(yōu)選1或2個(gè)碳 原子的烷基、烷氧基、F、 Br、 Cl、 1、氰基、氨基或OH基團(tuán))。
在這些化合物中，通式(1)所示的基于苯并三唑的衍生物通常隨著 Rl至R4的碳原子數(shù)增加而粘性增加。
同樣地，通式(3)和(4)所示的基于咪唑的衍生物和基于苯并咪唑 的衍生物通常隨著Rll至R17的碳原子數(shù)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 各自的碳原子數(shù)優(yōu)選為1或2。
在本發(fā)明中，將至少一種產(chǎn)生粘性的化合物溶解在水或酸水中，并優(yōu) 選調(diào)節(jié)至pH3至5的弱酸性使用。作為用于調(diào)節(jié)pH值的物質(zhì)，在導(dǎo)電物 質(zhì)正好是金屬時(shí)，可以列舉無(wú)機(jī)酸，如鹽酸、硫酸、硝酸和磷酸。作為有 機(jī)酸，甲酸、乙酸、丙酸、蘋果酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、酒石酸等可 用。不需要僵化地限制所述產(chǎn)生粘性的化合物的濃度，但可以適當(dāng)調(diào)節(jié)以 適應(yīng)溶解度和使用條件。優(yōu)選地，0.05質(zhì)量％至20質(zhì)量％范圍內(nèi)的濃度完 全可備4吏用。如果濃度不到該范圍，由于粘性薄膜的形成不足，該短缺經(jīng) 證實(shí)在性能方面不利。
當(dāng)略微升至高于室溫時(shí)，該處理溫度經(jīng)證實(shí)在粘性薄膜的形成速度和 量方面有利。這不是確定的，因?yàn)槠淇梢噪S所述產(chǎn)生粘性的化合物的濃度、 金屬種類等而變。但是，通常，其優(yōu)選在30。C至60'C的范圍內(nèi)。盡管浸漬 時(shí)間不確定，但從工作效率的角度看，優(yōu)選調(diào)節(jié)其它條件以使浸漬時(shí)間處在5秒至60分4^的大致范圍內(nèi)。
需要i兌明，在這種情況下，以100至1000 ppm的量以離子形式存在于 溶液中的銅有利于提高粘性薄膜的形成效率，如形成速度和量。
被處理的電子電路板在下述狀況下制備例如，可以使不需要焊料的 導(dǎo)電電路板保持被抗蝕劑涂布，并且一部分電路圖案可以零星地保持暴露， 并以產(chǎn)生粘性的化合物溶液處理。
通過(guò)使將要形成焊接電路的電子電路板浸在產(chǎn)生粘性的化合物溶液 中，或?qū)a(chǎn)生粘性的化合物溶液施用到該電子電路板上，可實(shí)現(xiàn)用產(chǎn)生粘 性的化合物溶液的處理。該處理使得所述導(dǎo)電電路板的電極的暴露表面具 有粘性。
本發(fā)明優(yōu)選如下將球形焊料粒子或加工成一定形狀的焊料粒子粘附到 已經(jīng)^支賦予粘性的導(dǎo)電電路板的電極的表面上將由上述方法制成的焊料 粒子裝在焊料粒子粘附設(shè)備中，將電子電路板安裝在該設(shè)備中，傾斜焊料 粒子容器，由此使焊料粒子粘附到被預(yù)先賦予粘性的連接焊料凸點(diǎn)部分上。
當(dāng)將焊料粒子裝在焊料粒子粘附設(shè)備中時(shí)，可以防止該焊料粒子散落，且 當(dāng)焊料粒子粘附設(shè)備傾斜時(shí)，焊料粒子可以按預(yù)期粘附。焊料粒子一旦由 于添加到粘附區(qū)域上而迅速粘附時(shí)，幾乎不會(huì)脫離而是可以穩(wěn)定保持就位。
焊料金屬通常容易加工成細(xì)絲，因?yàn)槠淦教够再|(zhì)優(yōu)異。因此可以容 易地制造用于制造本發(fā)明的焊料粒子的線材。
對(duì)于旨在粘附焊料粒子的處理，此前時(shí)常使用球形焊料粒子。但是， 如本發(fā)明中那樣，通過(guò)^f吏用由沖壓機(jī)從片狀焊料箔上沖出的具有平坦形狀 的焊料粒子或從焊線上以 一定長(zhǎng)度切下的焊料粒子，可以增加粘性部分與 焊料粒子的接觸面積，并實(shí)現(xiàn)焊料粒子的穩(wěn)定粘附。由于通過(guò)本發(fā)明這樣 獲得的焊料粒子具有極尖銳的粒度分布，它們能夠比使用焊料粉的傳統(tǒng)方 法更穩(wěn)定地制造高精度焊接電路板。
通過(guò)焊料片厚度、用于沖孔的沖頭尺寸、焊線厚度或焊線切割長(zhǎng)度， 本發(fā)明能夠自由地控制焊料粒子的尺寸。當(dāng)用沖壓機(jī)沖出的焊料粒子平均 寬度設(shè)為需要賦予粘性的電極部件寬度的30至90 % 、優(yōu)選40至80 % 、更
14優(yōu)選50至75 %的范圍內(nèi)時(shí)，這種焊料粒子能夠使焊料粒子的粘結(jié)穩(wěn)定化， 并使焊料粒子熔融后電路部件中焊料層的厚度均勻化。
如果焊料粒子的平均寬度大于卯％上限，該過(guò)量會(huì)妨礙焊料粒子粘附 到粘性部分上或使其容易從粘性部分上分離。如果小于30%下限，該不足 會(huì)造成數(shù)個(gè)焊料粒子粘附到電極部件的開(kāi)口上，并使得在焊料粒子熔融后 焊料層厚度不穩(wěn)定。
本發(fā)明優(yōu)選的是，用沖壓機(jī)沖出的焊料粒子的平均厚度是預(yù)計(jì)形成的 焊接電路厚度的100至300 % 。
可以將焊料金屬加工成細(xì)線，因?yàn)槿缟纤銎渚哂袃?yōu)異的平坦化性質(zhì)。 可以將由此制成的線材切成一定長(zhǎng)度以制造焊接粒子?？梢允乖摼€材在如 此切割之前或之后穿過(guò)對(duì)置輥，以制造扁平的焊料粒子。
所述線材的厚度在電極部件寬度(抗蝕劑開(kāi)口內(nèi)徑)的50至卯％、 優(yōu)選55至80%的范圍內(nèi)，且從該線上切下的各粒子的長(zhǎng)度在電極部件寬 度(抗蝕劑開(kāi)口內(nèi)徑)的50至90%、優(yōu)選55至80%的范圍內(nèi)。當(dāng)要制造 扁平粒子時(shí)，該線材的寬度優(yōu)選在電極部件寬度的30至卯％ 、合適地40 至80%、更合適地50至70%的范圍內(nèi)。
在使用產(chǎn)生粘性的化合物溶液形成焊接電路的常規(guī)方法中，為了增加 焊接電路部件的厚度，使用了增大焊料粒子的方法或增加處理數(shù)的方法。 這些方法要求使電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，由此形成電路，然后使該電路具有粘性，使焊料粒子粘附到相關(guān)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 子的分離可能性，并使焊料層厚度缺乏穩(wěn)定性。后一方法往往降低電路基 底的生產(chǎn)率，在電路板上施加多次熱滯后，并因此使電路板缺乏可靠性。
本發(fā)明的制造焊接電路板的方法優(yōu)選將焊料粒子裝在焊料粒子粘附設(shè) 備中，然后將電子電路板安裝在該設(shè)備中，振動(dòng)其容器以使焊料粒子粘附 到已因此獲得粘性的連接焊料凸點(diǎn)部分上，由此實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。這樣可以防止 焊料粒子散落。
在本發(fā)明的制造焊接電路板的方法中，通過(guò)使用夾具使安裝在焊料粒
15子粘附設(shè)備中的電子電路基底從焊料粒子粘附設(shè)備的底部升起，甚至可以 使焊料粒子粘附到雙面印刷線路板上。
本發(fā)明制造焊接電路板的方法優(yōu)選具有封閉容器形式的焊料粒子粘附 設(shè)備。該方案可以防止焊料粒子散落。
本發(fā)明特別優(yōu)選在液體中使焊料粒子粘附到已預(yù)先獲得粘性的焊接電 路板上。通過(guò)在液體中實(shí)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，防止焊料粒子在靜電作用下聚集，并能夠使用細(xì)距電路 板和極細(xì)焊料粉。
本發(fā)明優(yōu)選通過(guò)用液流流化焊料粒子來(lái)實(shí)施焊料粒子在液體中的粘 附。在這種情況下，要供應(yīng)的焊料粒子的量有利地為要粘附的焊料粒子的
量的110%或更多。
本發(fā)明優(yōu)選使用水作為焊料粒子粘附所需的液體。為了防止焊料粒子 被液體氧化，有利地使用經(jīng)脫氧的液體或在該液體中加入防銹劑。
本發(fā)明涉及的制造焊接電路板的方法所用的焊料粒子粘附設(shè)備有利地 包含容納焊料粒子和電子電路板的容器、能使電子電路板以水平方向^ 該容器的入口 、適用于在線路板插入該容器的過(guò)程中使該容器傾斜并防止 焊料粒子接觸線路板的裝置、和適用于將處于敞開(kāi)或封閉狀態(tài)的容器傾斜 或振動(dòng)的裝置。在線路板插入該容器的過(guò)程中防止焊料粒子接觸線路板的 作用是為了在將基底放置在焊料粒子粘附設(shè)備中時(shí)避免焊料粒子夾在夾具 與基底之間，并因此能夠?qū)崿F(xiàn)基底的穩(wěn)定放置。
盡管本發(fā)明涉及的處理方法可特別有效地用于形成連接BGA和CSP 用的凸點(diǎn)，其當(dāng)然也可有效用于連接其它電子部件用的凸點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明制造的焊接電路板可有利地用于裝配電子部件的方法，該 方法包括裝配電子部件并通過(guò)將焊料回流來(lái)連接電子部件的步驟。當(dāng)通過(guò) 本發(fā)明制成的焊接電路板預(yù)計(jì)用于連接電子部件時(shí)，例如，該電子部件可 以如下連接到電路板上使用各種方法將焊劑施用到需要連接的電子部件 上，在其上裝配電子部件，然后將所得接點(diǎn)加熱，由此4吏焊料熔融并4吏熔 融的焊料固化。作為連接(裝配)焊接電路板和電子部件的方式，可以使用例如表面
安裝技術(shù)(SMT)。該技術(shù)始于將焊劑施用到焊接電路板的預(yù)計(jì)部分。其 然后在該凸點(diǎn)上安裝電子部件，如芯片部件和QFP，并借助回流熱源實(shí)現(xiàn) 整體焊接。作為回流熱源，熱風(fēng)爐、紅外爐、蒸氣冷凝焊接設(shè)備和光束焊 接設(shè)備可供使用。
回流法中的回流溫度為相對(duì)于所用合金熔點(diǎn)的+20至+50'C，優(yōu)選為相 對(duì)于合金熔點(diǎn)的+20至+30。C,預(yù)熱溫度為130。C至180"C，優(yōu)選130。C至 150°C，預(yù)熱時(shí)間為60至120秒，優(yōu)選60至90秒，且回流時(shí)間為30至 60秒，優(yōu)選30至40秒。
回流法可以在氮?dú)饣蛟诳諝庵羞M(jìn)行。在氮回流的情況下，通過(guò)將氧濃 度控制至5體積％或更少，優(yōu)選0.5體積％或更少，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定處理， 因?yàn)榕c空氣回流的情況相比，焊料對(duì)焊接電路的潤(rùn)濕性提高，且減少了焊 料球的出現(xiàn)。
此后，將焊接電路板冷卻以完成表面貼裝。在根據(jù)這種裝配方法制造 電子部件連接的方法中，可以在印刷線路板的雙面上實(shí)現(xiàn)該連接。可用于 本發(fā)明電子部件裝配方法的電子部件還包括例如LSI、電阻器、電容器、 變壓器、電感、濾波器、振蕩器和換能器以及BGA和CSP連接芯片，但 不限于此。
下面參照實(shí)施例描述本發(fā)明，但它們不是對(duì)本發(fā)明的限制。 實(shí)施例1:
作為產(chǎn)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質(zhì)量％水溶液，其中R12的烷基是CnH23且Rll是氫原子，并用乙 酸將該水溶液調(diào)節(jié)至大約pH4。將該水溶液加熱至40。C。在經(jīng)過(guò)加熱的水 溶液中，將用鹽酸水溶液預(yù)處理的印刷線路板浸漬3分鐘，以在銅電路表 面上形成粘性物質(zhì)。
然后，將該印刷線路板裝在焊料粒子粘附設(shè)備中，如圖l所示，該設(shè) 備帶有內(nèi)部尺寸為250 mmxl20 mmxl20 mm的容器，并帶有可使印刷線路板水平進(jìn)入其中的入口。在該容器中，裝有水和大約400克組成為 96，5Sn-3.5Ag且粒徑為70樣t米的焊料粒子。在該;故置過(guò)程中，將焊料粒子 粘附設(shè)備傾斜以免焊料粒子接觸線路板。該線路板帶有用抗蝕劑環(huán)形地打 開(kāi)的連接焊料凸點(diǎn)部分，抗蝕劑的厚度如下表l中所示。在將線路M入 焊料粒子粘附設(shè)備中后，將該容器雙向傾斜30。達(dá)10秒，以使焊料粒子粘 附到印刷線路板上。傾斜時(shí)間為5秒/周期。
此后，將印刷線路板從該設(shè)備中取出，用純凈水溫和漂洗并干燥。 將該印刷線路板故在240。C爐中以使焊料粒子熔融，并在銅電路的暴 露表面上形成厚度大約20微米的96.5Sn-3.5Ag焊料薄膜。結(jié)果顯示在下 表l中。
表1
1
2
3
4
開(kāi)口內(nèi)徑焊料粉抗蝕劑厚度(D1- 2 x ((D2 -D3) x D3)l/2)/D2凸點(diǎn)狀況
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出現(xiàn)未形成部分
135微米70微米20微米1.03大的高度變動(dòng)
實(shí)施例2:
從厚度為50微米并含有3.0 Q/。 Sn和0.5 % Ag的焊料Cu合金箔上沖出 邊長(zhǎng)50微米的正方形。將直徑為80微米并含有3,0 %Sn和0.5% Ag的焊 料Cu合金線切成50微米的確定長(zhǎng)度。在此使用由此制成的這兩種焊料粒子。
子線路板。銅用于該導(dǎo)電電路。
作為產(chǎn)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質(zhì)量°/。水溶液，其中R12的烷基是CuH23且Rll是氫原子，并用乙
18酸將該水溶液調(diào)節(jié)至大約pH4。將該水溶液加熱至40。C。在經(jīng)過(guò)加熱的水 溶液中，將用鹽酸水溶液預(yù)處理的電子線路板浸漬3分鐘，以在銅電路表 面上形成粘性物質(zhì)。
然后，將該印刷線路板裝在焊料粒子粘附設(shè)備中，該設(shè)備內(nèi)部尺寸為 250 mmxl20 mmxl20 mm,并帶有可使電子線路板水平iiyV其中的入口 。 在該容器中，裝有大約10,000個(gè)來(lái)自實(shí)施例1中制成的焊料箔的產(chǎn)品。在 該放置過(guò)程中，將焊料粒子粘附設(shè)備傾斜以免焊料粒子接觸線路板。在將 線路板》文入焊料粒子粘附設(shè)備中后，將該容器雙向傾斜30。達(dá)10秒，以使 焊料粒子粘附到印刷線路板上。傾斜時(shí)間為5秒/周期。
此后，將電子電路板從該設(shè)備中取出，用純凈水溫和漂洗并干燥。 用焊劑涂布該電子電路板的整個(gè)表面，然后將其》文入保持在24(TC的 爐中以將焊料粒子熔融，并用水洗滌以除去焊劑。在銅電路的暴露部分上 形成厚度大約55微米的焊料凸點(diǎn)。需要說(shuō)明，在焊接電路中絕對(duì)沒(méi)有出現(xiàn) 橋接。
實(shí)施例3:
使用部件裝配機(jī)(部件裝配設(shè)備)將由線材制成的焊料產(chǎn)品(80微米 x 50微米直徑)裝配在各種電極部件上，電極部件上具有預(yù)先形成的粘性 薄膜。在與實(shí)施例2中相同的條件下，將焊料熔融以形成70微米厚的焊料 凸點(diǎn)。需要說(shuō)明，在焊接電路中絕對(duì)沒(méi)有出現(xiàn)橋接。
工業(yè)適用性
通過(guò)包括下述步驟的制造焊接電路板的方法，可以通過(guò)簡(jiǎn)單程序形成 精細(xì)焊接電路圖案，并提供具有高可靠性益處的電路板使印刷線路板上 的導(dǎo)電電路板的表面具有粘性以形成粘性部分，將焊料粒子粘附到該粘性 部分上，并使焊料熔融，由此形成焊接電路。但是，當(dāng)通過(guò)該方法形成用 于連接電子部件的焊料凸點(diǎn)時(shí)，由于焊料粒子的粒徑的不均勻性，該方法 伴隨著多個(gè)焊料粒子粘附到預(yù)計(jì)要形成焊接電路板凸點(diǎn)的粘性部分上等問(wèn)
19題，以致焊料凸點(diǎn)的高度不均勻，阻礙了焊料粒子粘附到預(yù)期部分上并引 起焊料凸點(diǎn)的損失。相反，通過(guò)使用具有特定粒徑的焊料粒子并使僅僅一 個(gè)焊料粒子粘附到各開(kāi)口上，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)電路圖案，提供制造無(wú)焊料凸 點(diǎn)損失的焊接電路板的方法，并且也能夠提供具有高集成度和高可靠性的 電子器件。
此外，由于使用具有特定形狀和尺寸的焊料產(chǎn)品而非使用球形焊料粒 子，本發(fā)明已成功地制造了經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異的焊接電路板，能夠制造可獲得精 細(xì)且加工精度優(yōu)異的電路圖案的焊接電路板，提供具有精細(xì)且加工精度優(yōu) 異的電路圖案、幾乎沒(méi)有表現(xiàn)出焊料層厚度的離散性并具有高可靠性益處 的焊接電路板，并提供已安裝了能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性和高封裝密度的電子部 件的電子電路部件。本發(fā)明因此甚至在精細(xì)電路圖案中也可抑制相鄰電路 圖案之間焊料金屬的短路，獲得使電路圖案的厚度均勻化的效果，顯著提 高焊接電路板的可靠性，實(shí)現(xiàn)其上裝有電子部件的電路板的小型化和高可 靠性，并能夠提供具有優(yōu)異性質(zhì)益處的電子器件。
權(quán)利要求
1. 制造焊接電路板的方法，包括下述步驟使印刷線路板上的導(dǎo)電電路電極的表面具有粘性以形成粘性部分，使僅僅一個(gè)焊料粒子粘附到該粘性部分上，并將該印刷線路板加熱，由此使焊料粒子熔融，以形成與所述粘性部分相對(duì)應(yīng)并且將與電子部件相連的凸點(diǎn)部分，并形成焊接電路。
2. 制造焊接電路板的方法，包括下述步驟用抗蝕劑涂布印刷線路板 上的部分導(dǎo)電電路電極以在其中形成開(kāi)口，使該開(kāi)口具有粘性以形成粘性 部分，使僅僅一個(gè)焊料粒子粘附到該粘性部分上，然后將該印刷線路^L^口 熱，由此使焊料粒子熔融并形成焊接電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的制造焊接電路板的方法，其中所述焊料粒子為球 形，所述開(kāi)口為圓形，當(dāng)開(kāi)口直徑為D1、焊料粒子的直徑為D2且抗蝕劑 厚度為D3時(shí)，滿足1 > (Dl — 2 x ((D2 - D3) x D3)1/2)/D2 > 0。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造焊接電路板的方法，其中通過(guò)將焊料片 沖孔而獲得所述焊料粒子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的制造焊接電路板的方法，其中焊料粒子的平均寬 度為開(kāi)口尺寸的30至卯％。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5的制造焊接電路板的方法，其中焊料片的平均 厚度為將要形成的焊接電路厚度的100至300% 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造焊接電路板的方法，其中焊料粒子是從 焊線上切下的具有規(guī)定長(zhǎng)度的棒。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的制造焊接電路板的方法，其中焊線的厚度為開(kāi)口 尺寸的50至90°/0。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l至8任一項(xiàng)的制造焊接電路板的方法，其中使焊料 粒子粘附到所述粘性部分上的步驟包括將焊料粒子M在液體中，并將印 刷電路板浸在該液體中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的制造焊接電路板的方法，其中所述液體是經(jīng)脫 氧的液體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)的制造焊接電路板的方法，其中通過(guò) 在環(huán)境空氣中振動(dòng)或通過(guò)使用吸附夾具或裝配機(jī)，使焊料粒子粘附到所述 粘性部分上。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造焊接電路板的方法，包括下述步驟使印刷線路板上的導(dǎo)電電路電極的表面具有粘性以形成粘性部分，使僅僅一個(gè)焊料粒子粘附到該粘性部分上，并將該印刷線路板加熱，由此使焊料粒子熔融以形成與該粘性部分相對(duì)應(yīng)且要與電子部件相連的凸點(diǎn)部分，并形成焊接電路。
文檔編號(hào)H01L23/12GK101513141SQ20078003272
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月3日
發(fā)明者堺丈和, 莊司孝志 申請(qǐng)人:昭和電工株式會(huì)社