專利名稱：軟釬焊結構及電子部件的軟釬焊方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種軟釬焊結構及電子部件的軟釬焊方法，該軟釬焊結構及電子部件的軟釬焊方法，適用于利用不含鉛(Pb)的焊錫材料焊接耐熱溫度不高的電子部件。
背景技術：
將各種電子部件的端子部焊接到電路板的焊錫區(qū)(ランド)上時，現有技術中廣泛采用錫鉛共晶焊錫(63Sn-37Pb)，但是，近年來，為了避免鉛造成的環(huán)境污染，更傾向于使用不含鉛的焊錫材料。已提出了各種適應這種無鉛化要求的焊錫材料，其中，尤以錫-銀-銅系列(Sn-Ag-Cu系列)焊錫材料因其耐熱疲勞特性及蠕變特性等優(yōu)良，最為引人注目(例如參照專利文獻1)。但是，與錫鉛共晶焊錫在183℃下熔化相比，錫-銀-銅系列焊錫材料的熔點高達約220℃，因此，將耐熱溫度并不高的耐熱性差的電子部件用錫-銀-銅系列焊錫材料進行焊接是不理想的。即，因為帶有引線端子的電子部件群中有很多耐熱溫度在200℃左右的，但在這種耐熱性差的電子部件的端子部上不能夠熔化接合熔點約為220℃的錫-銀-銅系列焊錫材料。
另一方面，作為可焊接耐熱性差的電子部件的無鉛焊錫材料，還有錫-鋅系列(Sn-Zn系列)焊錫材料(例如參照專利文獻2)。該錫-鋅系列焊錫材料，例如為在錫中添加8％重量的鋅和3％重量的鉍制成的焊錫合金(Sn-8Zn-3Bi)，熔點較低，約為200℃。因此，即使在耐熱性差的電子部件的端子部上熔化接合錫-鋅系列焊錫材料也沒有問題，但是，若將該焊錫材料涂敷到如銅箔圖形的含有銅的導體圖形上并進行溫度循環(huán)試驗，則可知銅和鉛的相互作用而其結合強度變弱，焊接的可靠度大幅降低。即，即使將錫-鋅系列焊錫材料直接涂敷到電路板的焊錫區(qū)(銅箔圖形)上后進行焊接，也不能確保所要求的可靠度。
因而，現有技術中，如圖7所示，采用在電路板1的銅箔圖形2上面作為底層形成鎳(Ni)鍍層3和薄的金(A)鍍層4，利用在該金鍍層4上涂敷的錫-鋅系列焊錫材料5進行低熔點焊接的方法。這里，鎳鍍層3用于抑制鋅向銅箔圖形2的擴散，金鍍層4用于覆蓋焊錫浸潤性差的鎳鍍層3以使錫-鋅系列焊錫材料5可靠接合。另外，標記6表示與電路板1的銅箔圖形2靠近形成的端子孔，在金鍍層4上涂敷錫-鋅系列焊錫材料5后，通過將耐熱性差的電子部件的引線端子31插入端子孔6，并在反射爐中在200℃下加熱，可使錫-鋅系列焊錫材料5熔化接合到該引線端子上。
根據如上所述的、在銅箔圖形2上面將鎳鍍層3及金鍍層4介于中間設置錫-鋅系列焊錫材料5的軟釬焊結構，可以抑制因銅和鋅的相互作用引起的接合強度的降低，因而可以用無鉛焊錫材料可靠焊接耐熱性差的電子部件。
專利文獻1特開2002-158438號公報(第三頁，圖2)；專利文獻2特開2002-66783號公報(第三頁，圖1)。
但是，圖7所示的現有軟釬焊結構，雖然具有避免鉛引起的環(huán)境污染的同時可以可靠進行耐熱性差的電子部件的焊接的優(yōu)點，但是，必須用金鍍層4覆蓋焊錫浸潤性差的鎳鍍層3，因而原料費用高，并且工序數多，因此有制造成本高的缺點。
鑒于這些現有技術的實際情況，本發(fā)明的目的是提供一種可以可靠并且低成本地進行耐熱性差的電子部件的焊接的無鉛軟釬焊結構。另外，本發(fā)明的第二個目的是提供一種在電路板上安裝耐熱電子部件及耐熱性差的電子部件時，可以可靠并且低成本地進行無鉛焊接的電子部件的軟釬焊方法。

發(fā)明內容
為實現所述第一目的，本發(fā)明的軟釬焊結構，在含銅的導體圖形上面設置由錫-銀-銅系列焊錫材料或錫-銀系列焊錫材料形成的焊錫底部，并且在該焊錫底部上設置由錫-鋅系列焊錫材料形成的焊錫接合部，并使該焊錫接合部熔化接合到電子部件的端子部。
而且，在這樣的軟釬焊結構中，焊錫底部由錫-銀-銅系列焊錫材料形成時，該焊錫材料可以不含有添加物，也可以含有作為添加物的銻，鎳，磷，鍺，鎵中的任何一種或者一種以上。另外，焊錫底部由錫-銀系列焊錫材料形成時，最好含有作為添加劑的銻，鎳，磷，鍺，鎵，鋁，鈷，鉻，鐵，錳，鈀，鈦中的任何一種或者一種以上。
如上所述，在銅箔圖形這樣的含銅的導體圖形上，將無鉛焊錫底部介于中間來設置無鉛焊錫接合部的軟釬焊結構，可通過焊錫底部抑制因銅和鋅的相互作用而引起的接合強度的降低，因此不需要附設高價的金鍍層也可以確?？煽慷取Ｆ浣Y果，可通過錫-鋅系列焊錫可靠并且低成本地進行耐熱性差的電子部件的焊接。
另外，為實現所述第二目的，本發(fā)明的電子部件的軟釬焊方法中，具有在同一面上形成有為含銅導體圖形的表面安裝用焊錫區(qū)和引線端子用焊錫區(qū)的電路板，在該電路板的所述各焊錫區(qū)上設置由錫-銀-銅系列焊錫材料或錫-銀系列焊錫材料形成的第一焊錫部之后，通過將晶片狀電子部件的端子部加載到所述表面安裝用焊錫區(qū)上并加熱，來使所述第一焊錫部熔化接合到該端子部上，然后，在所述引線端子用焊錫區(qū)上面的所述第一焊錫部上設置由錫-鋅系列焊錫材料形成的第二焊錫部，該引線端子用焊錫區(qū)的附近形成的端子孔中插入別的電子部件的引線端子后，通過在比所述加熱工序溫度更低的溫度下進行加熱，從而使所述第二焊錫部熔化接合到該引線端子。
而且，這樣的軟釬焊方法中，第一焊錫部由錫-銀-銅系列焊錫材料形成時，該焊錫材料可以不含有添加物，也可以含有作為添加劑的銻，鎳，磷，鍺，鎵中的任何一種或者一種以上。另外，焊錫底部由錫-銀系列焊錫材料制成時，最好含有作為添加劑的銻，鎳，磷，鍺，鎵，鋁，鈷，鉻，鐵，錳，鈀，鈦中的任何一種或者一種以上。
如上所述地、在將由錫-銀-銅系列焊錫材料或錫-銀系列焊錫材料形成的第一焊錫部，設置到表面安裝用焊錫區(qū)上后，在該焊錫區(qū)上加載耐熱性晶片狀電子部件的端子部并加熱，則可以進行可靠度高的無鉛焊接。另一方面，耐熱性差的電子部件的焊接必須在該晶片狀電子部件的焊接之后進行，但若將第一焊錫部設置在表面安裝用焊錫區(qū)上時，也設置在引線端子用焊錫區(qū)上，則可將引線端子用焊錫區(qū)上的第一焊錫部作為底部來設置低熔點的第二焊錫部，因此，可以確保在耐熱性差的電子部件的引線端子上熔化接合第二焊錫部的可靠度。即，通過作為底層的第一焊錫部抑制因銅與鋅的相互作用而引起的接合強度的降低，因此，即使不附設高價的金鍍層，也可以可靠進行利用無鉛的錫-鋅系列焊錫焊接耐熱性差的電子部件。另外，第一焊錫部預先設置在對應的焊錫區(qū)上以焊接晶片狀電子部件，因而不需要追加形成第二焊錫部的底層的獨立工序。


圖1是表示本發(fā)明實施例中在電路板上安裝了各種電子部件的狀態(tài)的說明圖；圖2是表示圖1中耐熱性差的電子部件的引線端子的軟釬焊結構的截面圖；圖3是表示該電路板的各焊錫區(qū)的說明圖；圖4是表示在該電路板的各焊錫區(qū)上印刷了錫-銀-銅系列焊錫的狀態(tài)的說明圖；圖5是表示在該電路板上安裝了晶片狀電子部件的狀態(tài)的說明圖；圖6是表示在該電路板的引線端子用焊錫區(qū)上印刷了錫-鋅系列焊錫的狀態(tài)的說明圖；圖7是表示使用錫-鋅系列焊錫的現有軟釬焊結構的截面圖。
具體實施例方式
參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明，圖1是表示本發(fā)明實施例中在電路板上安裝了各種電子部件的狀態(tài)的說明圖，圖2是表示圖1中耐熱性差的電子部件的引線端子的軟釬焊結構的截面圖，圖3是表示該電路板的各焊錫區(qū)的說明圖，圖4是表示在該電路板的各焊錫區(qū)上印刷了錫-銀-銅系列焊錫的狀態(tài)的說明圖，圖5是表示在該電路板上安裝了晶片狀電子部件的狀態(tài)的說明圖，圖6是表示在該電路板的引線端子用焊錫區(qū)上印刷了錫-鋅系列焊錫的狀態(tài)的說明圖。
如上述附圖中所示，電路板10的同一平面上形成有作為銅箔圖形的表面安裝用焊錫區(qū)11和引線端子用焊錫區(qū)12，在引線端子用焊錫區(qū)12附近貫穿設置有端子孔13。這里，表面安裝用焊錫區(qū)11是加載并焊錫接合耐熱性晶片狀電子部件20的端子部21的部位。另外，引線端子用焊接面12是焊錫接合插入到端子孔13的耐熱性差的電子部件30的引線端子31的部位。
在該電路板10上安裝晶片狀電子部件20和耐熱性差的電子部件30時，為了避免耐熱性差的電子部件30的熱損傷，首先，將耐熱性晶片狀電子部件20在較高的溫度(例如約230℃)下焊接安裝，而后，將耐熱性差的電子部件30在比其低的溫度(例如約200℃)下進行焊接安裝。另外，這些電子部件20，30的焊接中，使用避免環(huán)境污染的無鉛焊錫材料。
具體來講，首先，在圖3所示的電路板10的表面安裝用焊錫區(qū)11上及引線端子用焊錫區(qū)12上，如圖4所示，印刷形成由錫-銀-銅系列焊錫材料形成的第一焊錫部14。該焊錫材料是以錫(Sn)為主要成分并含有3％重量的銀(Ag)和0.5％重量的銅(Cu)的焊錫合金，熔點約為220℃。
然后，在表面安裝用焊錫區(qū)11上的第一焊錫部14上加載晶片狀電子部件20的端子部21后，通過在反射爐中在230℃下進行加熱，如圖5所示，將第一焊錫部14熔化接合到端子部21上，來完成晶片狀電子部件20的安裝。如前所述，錫-銀-銅系列焊錫材料具有優(yōu)良的耐熱疲勞特性等，因此，通過使第一焊錫部14熔化接合到端子部21上，可將晶片狀電子部件20可靠地焊接到面11上。
而后，如圖6所示，在引線端子用焊錫區(qū)12上面的第一焊錫部14上面，印刷形成由錫-鋅系列焊錫材料形成的第二焊錫部15。該焊錫材料是以錫(Sn)為主要系列成分并含有8％重量的鋅和3％重量的鉍的焊錫合金(Sn-8Zn-3Bi)，熔點約為200℃。這里，之所以添加鉍是因為只具有錫和鋅的合金不能在大氣中進行焊接。
然后，在引線端子用焊錫區(qū)12的附近形成的端子孔13中，插入耐熱性差的電子部件30的引線端子31之后，在反射爐中在約200℃下進行加熱，如圖2所示，來使第二焊錫部15熔化接合到引線端子31上，以完成耐熱性差的電子部件的焊接。如前所述，即使將錫-鋅系列焊錫材料直接涂敷到銅箔圖形上來進行焊接，因銅和鋅的相互作用導致接合強度降低而難以保證所要求的可靠性，但在本實施例中，通過作為底層的第一焊錫部14抑制因銅和鋅的相互作用而導致的接合強度的降低，因而即使不附設高成本的金鍍層，利用無鉛的低熔點焊錫材料(第二焊錫部15)即可將耐熱性差的電子部件30可靠焊接到焊錫區(qū)12上。
這樣，本實施例中，通過將設置在表面安裝用焊錫區(qū)11上并熔化接合到晶片狀電子部件20的端子部21上的第一焊錫部14，還設置在引線端子用焊錫區(qū)12上，由此，使該焊錫區(qū)12上的第一焊錫部14成為熔化接合到耐熱性差的電子部件30的引線端子31上的第二焊錫部15的底層。由此，抑制了錫-鋅系列焊錫材料(第二焊錫部15)中所擔心的銅和鋅相互作用引起的接合強度的降低，因而，不僅是耐熱性的晶片狀電子部件20，耐熱性差的電子部件30也可以進行高可靠度的無鉛焊接。其結果是，不需要附設確?？煽慷鹊母叱杀镜慕疱儗?，材料成本大幅度降低。另外，第一焊錫部14在各焊錫區(qū)11，12上一并形成，因此不需要追加進行為在焊錫區(qū)12上形成底層的單獨工序，因而可避免工序數的增加。
而且，所述實施例中，雖然對第一焊錫部14使用不含添加物的錫-銀-銅系列焊錫材料的情況進行了說明，但是，本發(fā)明并不僅限于此。例如，第一焊錫部14也可以使用添加微量的銻，鎳，磷，鍺，鎵中的任何一種或者一種以上的錫-銀-銅系列焊錫材料。此外，作為第一焊錫部14也可以使用添加微量的銻，鎳，磷，鍺，鎵，鋁，鈷，鉻，鐵，錳，鈀，鈦中的任何一種或者一種以上的錫-銀系列焊錫材料。
如上含有微量的添加物的錫-銀-銅系列焊錫材料和錫-銀系列焊錫材料，最好其添加物的含量在0.1％左右、熔點為220℃左右。而且，在第一焊錫部14是由添加了銻或鎳的錫-銀-銅系列焊錫材料或者由錫-銀系列焊錫材料形成的情況下，可得到其進一步提高耐熱疲勞特性的效果。另外，第一焊錫部14是由添加了磷，鍺，鎵等的錫-銀-銅系列焊錫材料或由錫-銀系列焊錫材料形成的情況下，可抑制氧化，因而可得到其進一步提高焊接可靠度的效果。
本發(fā)明以以上實施方式實施，獲得如下效果。
一種軟釬焊結構，在如銅箔圖形含銅的導體圖形上，將由錫-銀-銅系列焊錫材料或錫-銀系列焊錫材料形成的焊錫底部介于中間，來設置由錫-鋅系列焊錫材料形成的焊錫接合部；在該軟釬焊結構中，利用底部可抑制因銅和鋅的相互作用而導致的接合強度的降低，因而，即使不附設高價的金鍍層也可以確?？煽慷?，因而利用無鉛的低熔點錫-鋅系列焊錫，也可以可靠并且低成本地進行耐熱性差的電子部件的焊接。
另外，一種軟釬焊方法，在將由錫-銀-銅系列焊錫材料或錫-銀系列焊錫材料形成的第一焊錫部設置在表面安裝用焊錫區(qū)上時，也設置在引線端子用焊錫區(qū)上，在表面安裝用焊錫區(qū)上安裝晶片狀電子部件后，在引線端子用焊錫區(qū)上的第一焊錫部上，設置由低熔點的錫-鋅系列焊錫材料形成的第二焊錫部來焊接耐熱性差的電子部件的引線端子。引線端子用焊錫區(qū)上的第一焊錫部成為底層，抑制了因銅和鋅的相互作用而導致的接合強度的降低，因而，即使不附設高價的金鍍層也可確保通過第二焊錫部進行的焊接的可靠度，不需要追加形成底層的單獨工序。因而，可以大幅度降低材料費用等制造成本。
權利要求
1.一種軟釬焊結構，其特征在于，在含銅的導體圖形上設置由錫-銀-銅系列焊錫材料形成的焊錫底部，并且在該焊錫底部上設置由錫-鋅系列焊錫材料形成的焊錫接合部，并使該焊錫接合部熔化接合到電子部件的端子部。
2.根據權利要求1所述的軟釬焊結構，其特征在于，所述焊錫底部是由含有添加物的錫-銀-銅系列焊錫材料形成，該添加物為銻，鎳，磷，鍺，鎵中的任何一種或者二種以上。
3.一種軟釬焊結構，其特征在于，在含銅的導體圖形上設置由錫-銀系列焊錫材料形成的焊錫底部，該錫-銀系列焊錫材料含有作為添加物的銻，鎳，磷，鍺，鎵，鋁，鈷，鉻，鐵，錳，鈀，鈦中的任何一種或者一種以上，并且，在該焊錫底部上面設置由錫-鋅系列焊錫材料形成的焊錫接合部，并使該焊錫接合部熔化接合到電子部件的端子部。
4.一種電子部件的軟釬焊方法，其特征在于，具有在同一面上形成有作為含銅導體圖形的表面安裝用焊錫區(qū)和引線端子用焊錫區(qū)的電路板，在該電路板的所述各焊錫區(qū)上設置由錫-銀-銅系列焊錫材料，或者由含有權利要求2所述的添加物的錫-銀-銅系列焊錫材料，或者由含有權利要求3所述添加物的錫-銀系列焊錫材料中任意一種形成的第一焊錫部之后，通過將晶片狀電子部件的端子部加載到所述表面安裝用焊錫區(qū)上并加熱，來使所述第一焊錫部熔化接合到該端子部上，然后，在所述引線端子用焊錫區(qū)上面的所述第一焊錫部上面設置由錫-鋅系列焊錫材料形成的第二焊錫部，在該引線端子用焊錫區(qū)的附近形成的端子孔中插入別的電子部件的引線端子后，通過在比上述加熱工序的溫度更低的溫度下進行加熱，來使所述第二焊錫部熔化接合到該引線端子上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可靠并低成本地進行耐熱性差的電子部件的焊接的軟釬焊結構及軟釬焊方法。該無鉛軟釬焊結構和軟釬焊方法，在同一面上形成有表面安裝用焊錫區(qū)和引線端子用焊錫區(qū)的電路板(10)的各焊錫區(qū)(11，12)上面，設置由錫－銀－銅系列焊錫材料形成的第一焊錫部后，通過將晶片狀電子部件的端子部加載到表面安裝用焊錫區(qū)上并加熱，來使第一焊錫部熔化接合到該端子部上，然后，在引線端子用焊錫區(qū)上面的第一焊錫部上面設置由錫－鋅系列焊錫材料形成的第二焊錫部，在該區(qū)的附近形成的端子孔中插入耐熱性差的電子部件的引線端子后，通過在比所述加熱工序中的溫度更低的溫度下進行加熱，來使第二焊錫部熔化接合到該引線端子上。
文檔編號H05K1/09GK1498066SQ0316039
公開日2004年5月19日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權日2002年10月2日
發(fā)明者久保川輝芳, 小坂邦男, 野村隆文, 文, 男 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社