專利名稱：面安裝部件的軟釬焊方法以及面安裝部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用安裝用軟釬料將面安裝部件軟釬焊到電路板基等上的面安裝部件的軟釬焊方法以及面安裝部件，該面安裝部件是使用小片焊接(夕'' ^> 7)用軟釬料將半導(dǎo)體元件(Si晶粒/ SiC晶粒)等電路元件接合固定于芯片焊盤電極部而獲得的面安裝部件。
背景技術(shù)：
通常，半導(dǎo)體的封裝是在將電路元件小片焊接而接合(釬焊)于引線框的芯片焊盤(日文夕八、y F )電極部(島部，7 4 7 y F部)之后進(jìn)行樹脂成形而制成的。在產(chǎn)生熱量較大的半導(dǎo)體元件等電路元件的情況下，作為釬焊材料，小片焊接使用釬焊材料(以下稱為軟釬料)。作為該軟釬料，至今為止使用以(Sn — Pb)系為基礎(chǔ)的軟釬料。其中，也使用鄰近(Pb—5質(zhì)量％ Sn)(對于表示合金的表述，在下述中省略質(zhì)量％地表示)且熔點為300°C左右的溫度較高的軟釬料。其理由在于，由于將面安裝部件安裝到印刷電路板上時的軟釬料(安裝用軟釬料)的加熱條件是240°C 260°C，并且要進(jìn)行幾秒 100秒的加熱處理，因此需要使小片焊接用軟釬料不會產(chǎn)生洗提(日文溶K出SP )。由于當(dāng)電路元件動作時溫度上升，當(dāng)電路元件處于非動作狀態(tài)時為常溫，因此軟釬料的接合部承受較大的溫度變化。另一方面，由于電路元件與引線框的芯片焊盤電極部之間的熱膨脹系數(shù)不同，因此以該熱膨脹系數(shù)的差異為起因，軟釬料的接合部承受伴隨溫度變化的重復(fù)應(yīng)變，通過因重復(fù)的該應(yīng)變而造成的疲勞，有時軟釬料接合部會產(chǎn)生裂縫。因而，伴隨該裂縫的擴(kuò)展，有時使軟釬料接合部的電連接的可靠性降低。
根據(jù)這樣的理由，近年來，提出有在鄰近(Pb — 5Sn)的成分中，微量地含有Ag、In、Bi、Cu等金屬的軟釬料。但是，在即使將上述軟釬料用作小片焊接用軟釬料而接合了熱膨脹系數(shù)的差異較大的構(gòu)件的情況下，也存在如下問題施加在軟釬焊接合部上的應(yīng)變也過大，對熱循環(huán)性能無明顯的改善效果。此外，最近，(Pb — Sn)系軟釬料所含有的Pb對人體的影響備受關(guān)注，使得通過廢棄含有Pb的產(chǎn)品來降低對地球環(huán)境的污染以及對生物的影響成為了課題。為了降低環(huán)境污染等，謀求無鉛軟釬料。因此，作為在將面安裝部件面安裝到印刷電路板等電路基板上時所使用的安裝用軟釬料，近年來使用無鉛軟釬料(無Pb軟釬料)另外，直到最近為止，作為在將半導(dǎo)體元件接合在引線框的芯片焊盤電極部上時所使用的小片焊接用軟釬料，使用含鉛軟釬料(含有85質(zhì)量％以上的Pb的(Pb — Sn)系軟釬料等)，但是該小片焊接用軟釬料也要求使用無Pb軟釬料。在此，在含有85質(zhì)量％以上的Pb的含鉛軟釬料的情況下，由于該含鉛軟釬料的固相線溫度多為260°C以上，溫度比較高，因此認(rèn)為對半導(dǎo)體元件等電路元件會產(chǎn)生不良影響。其原因在于，在該情況下，回流爐中所使用的加熱溫度為固相線溫度(260°C)以上，因此會在軟釬料接合部、芯片焊盤電極部產(chǎn)生裂縫、或在引線框和模型之間的界面處產(chǎn)生剝離等的狀態(tài)下進(jìn)行軟釬焊處理。從這樣的觀點出發(fā)進(jìn)行了如下研究，即，即便是作為接合電路元件與引線框所使用的小片焊接用軟釬料，也能夠使用低熔融溫度并且無Pb的軟釬料。作為固相線溫度比含鉛軟釬料的固相線溫度低的無鉛軟釬料，公知有(Sn — Ag)系軟釬料、(Sn — Cu)系軟釬料、(Sn — Sb)系軟釬料等，其中，作為固相線溫度比回流爐內(nèi)的加熱溫度高的高熔點軟釬料，公知有(Sn — Sb)系高熔點軟釬料(專利文獻(xiàn)I)。為了使即便是在將面安裝構(gòu)件(IC封裝)安裝到印刷電路板上時的加熱溫度下也不會在小片焊接時所使用的高熔點的軟釬料接合部產(chǎn)生有空隙(void)等，而對專利文獻(xiàn)I中所公開的(Sn — Sb)系高熔點軟釬料的組成比進(jìn)行了研究。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2001— 284792號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題但是，在上述的技術(shù)文獻(xiàn)I中所公開的高熔點軟釬料中，Sb的含有量特別地多。根據(jù)各種實驗，確認(rèn)了如下內(nèi)容，即，若Sb的含有量較多，則固相線溫度具有上升的傾向，但是反而易于引起裂紋等，且存在軟釬料的機(jī)械可靠性下降的傾向。S卩，當(dāng)將面安裝部件軟釬焊于電路基板時，由于熱量作為內(nèi)部潛熱而被小片焊接用軟釬料等吸收，因此熱量無法充分地向面安裝部件、安裝用軟釬料傳遞，易于引起加熱不足這樣的現(xiàn)象。其結(jié)果，安裝用釬料的濕潤性變差，引起空隙的產(chǎn)生，也動搖了在將面安裝部件安裝于電路基板的情況下的可靠性。上述的(Sn — Sb)系軟釬料雖然其固相線溫度確實比含鉛軟釬料的固相線溫度低，但是由于該固相線溫度與回流爐中所使用的處理溫度(加熱溫度)之間的溫度差甚小，因此作為安裝用軟釬料，需要盡可能地使用其固相線溫度較低的軟釬料。與此同時，在使用(Sn一Sb)系軟釬料時,也會引起如下這樣的問題。若在(Sn — Sb)系軟釬料成分中含有Cu等雜質(zhì)，則軟釬料的固相線溫度降低10°C 20°C左右。例如，在(Sn — IOSb)系軟釬料中，其固相線溫度是243°C，與此相對，在含有Cu的(Sn-IOSb)系軟釬料中，其固相線溫度存在降低大約10°C的傾向。作為軟釬料的主要成分的Sn，即使是使用了 99. 9%純度的Sn，也會殘留有0. 1%的雜質(zhì)。因而，在含有的雜質(zhì)是Cu時，理所當(dāng)然的，有時會導(dǎo)致固相線溫度的降低。雖然表示Cu的含有量的JIS標(biāo)準(zhǔn)是0. 02%，但是公知即使含有0. 02%左右的Cu，固相線溫度也會極端地降低。同樣地，在將半導(dǎo)體元件軟釬焊到引線框的芯片焊盤電極部(軟釬焊接合部)的工序中，由于是處于Cu從引線框中洗提(日文溶出)后易于混入到接合軟釬料中的環(huán)境下，因此也會使軟釬料的固相線溫度降低。例如，當(dāng)引線框是以Cu為主要成分的構(gòu)件時，由于引線框在回流軟釬焊時被加熱，因此作為主要成分的Cu洗提(0. I質(zhì)量％ 2質(zhì)量％左右)，且該洗提的Cu混入到小片焊接用軟釬料中。當(dāng)在熔化了的小片焊接用軟釬料中洗提有Cu等時，由于與使用了含有Cu的軟釬料的結(jié)果相同，因此其固相線溫度降低。固相線溫度降低會造成如下問題，即，當(dāng)如上所述那樣將面安裝部件軟釬焊于電路基板時，小片焊接用軟釬料吸收熱量，熱量無法充分地向面安裝部件、安裝用軟釬料傳遞，從而安裝用軟釬料的濕潤性變差，引起空隙的產(chǎn)生。因此，在將面安裝部件安裝于電路基板的情況下的可靠性降低，因此從與回流爐的加熱溫度之間的關(guān)系出發(fā)，并不優(yōu)選上述使固相線溫度降低的做法。因此，本發(fā)明解決了這樣的以往的問題，將盡可能不含有使固相線溫度降低的成分的、或即使含有使固相線溫度降低的成分也將該成分在預(yù)定值以下的軟釬料用作小片焊接用軟釬料，并且使得在軟釬料接合工序中不會洗提有使固相線溫度降低的成分。
進(jìn)而，本發(fā)明通過使用小片焊接用軟釬料與安裝用軟釬料之間的固相線溫度差增大那樣的小片焊接用軟釬料與安裝用軟釬料來軟釬焊面安裝部件，從而能夠防止小片焊接用軟釬料的熔化。用于解決問題的手段為了解決上述的問題，技術(shù)方案I所述的本發(fā)明的面安裝部件的軟釬焊方法，其特征在于，將涂布于電路基板的基板端子部的(Sn —Ag一Cu一Bi)系軟釬料或(Sn —Ag一Cu — Bi — In)系軟釬料用作安裝用軟釬料來軟釬焊面安裝部件，該面安裝部件是使用Cu的含有量為規(guī)定值以下的、以Sn為主要成分的(Sn — Sb)系軟釬料、將具有電極面的電路元件軟釬焊于形成有Ni鍍層的引線框的芯片焊盤電極面而形成的面安裝部件，該電極面形成有Ni鍍層。另外，權(quán)利要求9所述的本發(fā)明的面安裝部件，其特征在于，該面安裝部件由以下構(gòu)件構(gòu)成引線框，其由用于載置電路元件的芯片焊盤電極部和接合于電路基板的引線部構(gòu)成，并在上述芯片焊盤電極部形成有Ni鍍層；電路元件，其借助Cu的含有量為規(guī)定值以下的、以Sn為主要成分的(Sn — Sb)系軟釬料接合于芯片焊盤電極部，且以Ni鍍層作為進(jìn)行該接合的接合面；電路基板，其借助(Sn一Ag一Cu一Bi )系軟釬料或(Sn一Ag一Cu一Bi一In)系軟釬料將弓I線部接合于用于構(gòu)成基板端子部的焊盤部。在本發(fā)明中，作為小片焊接用軟釬料使用(Sn — Sb)系軟釬料。將所使用的(Sn — Sb)系軟釬料的Cu含有量抑制在預(yù)定值以下。Cu的預(yù)定值設(shè)定為0. 01質(zhì)量％以下，優(yōu)選為0. 005質(zhì)量％以下。確認(rèn)到如下內(nèi)容當(dāng)Cu的含有量在預(yù)定值以下時，能夠避免固相線溫度的降低。由于引線框是以Cu為主要成分的構(gòu)件，因此成為供電路元件載置固定的電路元件固定面的芯片焊盤電極部(成為軟釬料接合面的島部)使用電鍍后的構(gòu)件。特別是芯片焊盤電極部使用進(jìn)行了鍍Ni的引線框。利用Ni鍍層來防止軟釬料接合時的Cu成分的洗提。同時，在電路元件的電極面?zhèn)纫残纬蒒i鍍層。如此一來，即使是將電路元件載置于引線框并利用軟釬料進(jìn)行接合的情況下，Cu成分也不會洗提，從而能夠避免固相線溫度的降低。作為安裝用軟釬料，使用(Sn — Ag — Cu — Bi)系軟釬料或(Sn — Ag — Cu — Bi — In)系軟釬料。為了形成規(guī)定的組成比而進(jìn)行材料的選定，從而使表示最大吸熱反應(yīng)的溫度(最大吸熱反應(yīng)溫度)在(Sn — Ag — Cu — Bi)系軟釬料的情況下為215°C以下(參照表4)，在(Sn —Ag一Cu一Bi —In)系軟釬料的情況下為21CTC以下(參照表5)。其結(jié)果，回流爐的能夠進(jìn)行軟釬焊的最小加熱溫度比以往降低。另外，作為最大吸熱反應(yīng)溫度的測量方法，進(jìn)行了 D S C (Differential Scanning Calorimetry ;差不掃描量熱法)測量。用作小片焊接用軟釬料的(Sn — Sb)系軟釬料，由于其本身的固相線溫度是245°C，因此若使用上述的安裝用軟釬料，則使小片焊接用軟釬料與安裝用軟釬料之間的固相線溫度差增大。其結(jié)果，安裝的所有面安裝部件的軟釬料接合部的軟釬焊性均良好，因此即使電路基板內(nèi)溫度分布增大，小片焊接用軟釬料也不會熔化。發(fā)明效果采用本發(fā)明，除了固相線溫度比以往降低之外，還能夠?qū)?Sn — Sb)系軟釬料本來的固相線溫度保持在原有水平，作為結(jié)果，能夠避免加熱溫度對電路元件造成的影響。 另外，作為安裝用軟釬料，使用固相線溫度較低的(Sn — Ag — Cu — Bi)系軟釬料或(Sn — Ag — Cu — Bi — In)系軟釬料，從而能夠使回流爐的能夠進(jìn)行軟釬焊的最小加熱溫度(能夠進(jìn)行回流焊的最小溫度)比以往降低，并且能夠增大安裝用軟釬料與小片焊接用軟釬料之間的固相線溫度差。其結(jié)果，安裝的所有面安裝部件的軟釬料接合部的軟釬焊性均良好，因此即使電路基板內(nèi)溫度分布增大，小片焊接用軟釬料也不會熔化，從而能夠提高面安裝部件的接合強(qiáng)度，能夠提高機(jī)械可靠性。


圖IA是表不對IC芯片進(jìn)行小片焊接時的概略工序的圖。圖IB是表不對IC芯片進(jìn)行小片焊接時的概略工序的圖。圖IC是表不對IC芯片進(jìn)行小片焊接時的概略工序的圖。圖ID是表不對IC芯片進(jìn)行小片焊接時的概略工序的圖。圖IE是表不對IC芯片進(jìn)行小片焊接時的概略工序的圖。圖2是表示軟釬料顆粒的加熱前的狀態(tài)的擴(kuò)大照片。圖3是將圖2的局部進(jìn)一步擴(kuò)大的照片。圖4是表示因加熱不足而造成軟釬料不充分熔合的狀態(tài)的擴(kuò)大照片。圖5是將圖4的局部進(jìn)一步擴(kuò)大的照片。圖6是表示在本發(fā)明中軟釬料充分熔合的狀態(tài)的擴(kuò)大照片。圖7是將圖6的局部進(jìn)一步擴(kuò)大的照片。
具體實施例方式接著，參照

用于實施本發(fā)明的方式。在以下所示的實施例中，說明將從晶圓切出的半導(dǎo)體元件(IC芯片)作為電路元件并進(jìn)行面安裝的情況。因而，使用印刷電路板作為電路基板。[實施例I]首先，參照圖IA 圖IE說明面安裝部件的軟釬焊方法，但是由于該軟釬焊工序本身是眾所周知的工序，因此僅說明其概略內(nèi)容。如圖IA所示，在本發(fā)明中，在半導(dǎo)體元件(IC芯片)10中成為小片焊接面的電極面12上形成Ni鍍層14。Ni鍍層14形成在進(jìn)行小片焊接的面的全部區(qū)域(整個電極面)。在Ni鍍層14的表層上進(jìn)一步形成Sn鍍層或Au鍍層16。Au鍍層16是根據(jù)需要而形成的。在該狀態(tài)下，上述的Sn鍍層或Au鍍層16形成在位于小片焊接用軟釬料30的軟釬焊面?zhèn)?最表面)即可，也可以例如CiuTi等除了 Ni鍍層之外的層介于I C芯片10和Ni鍍層14之間。如圖IA所示，引線框20的成為島部的芯片焊盤電極部(小片焊接接合部)22是電路元件固定部，在芯片焊盤電極部22的下表面安裝有散熱板38，芯片焊盤電極部22的上表面22a成為芯片焊盤電極面。因而，芯片焊盤電極面22a作為電路元件固定用的電極面發(fā)揮功能。
在與IC芯片10的電極面12相對的該芯片焊盤電極面22a上形成有Ni鍍層24。在Ni鍍層24的表層上進(jìn)一步形成Au鍍層26。Au鍍層26是根據(jù)需要而設(shè)置的。然后，向該芯片焊盤電極面22a的表層上供給小片焊接用軟釬料30。在本例中，由于在表層上形成有Au鍍層26，因此在該Au鍍層26的上層涂布小片焊接用軟釬料30 (焊齊lKsolder paste)處理)。作為小片焊接用軟釬料30，如后所述那樣使用高熔點軟釬料。在此，由于引線框20是以Cu為主要成分的構(gòu)件，因此在本發(fā)明中，利用Ni鍍層24來覆蓋引線框20的芯片焊盤電極面22a。若在引線框20的芯片焊盤電極面22a上覆蓋Ni鍍層24，則在IC芯片10的軟釬焊工序中，即使加熱引線框20而使得Cu要洗提，Cu也難以洗提，并且即使洗提也不會混入到小片焊接用材料30中。若洗提的Cu混入小片焊接用軟釬料30中，則會降低該小片焊接用軟釬料30本身的固相線溫度(如后上述，在本例中是245°C)。根據(jù)實驗，會降低至229°C 236°C左右為止。通過使用Ni鍍層24，能夠?qū)⑿∑附佑密涒F料30本身的固相線溫度維持在245°C。如圖IB所示，IC芯片10的電極面12以與涂布了的高熔點的小片焊接用軟釬料30的面相對的方式載置并臨時固定IC芯片10。之后，向回流焊爐(才一 "7''> I) 7 口一爐)(未圖示)內(nèi)輸送并進(jìn)行加熱處理。通過該加熱處理，如圖IC那樣，Au鍍層16和Au鍍層26熔化。通過在芯片焊盤電極面22a上使用小片焊接用軟釬料30進(jìn)行軟釬焊，形成如圖IC那樣的電路元件。實際上，在利用電極線40連接(引線接合)了 IC芯片10與構(gòu)成該電路元件的引線34中的內(nèi)部端子部(內(nèi)部電極部)34a之后，利用樹脂42模制處理被引線接合了的IC芯片10和引線框20，從而獲得有圖ID所示的眾所周知的面安裝部件50。作為面安裝部件50，如眾所周知的那樣，考慮有SOP (小外型封裝，Small OutlinePackage)、QFN (四側(cè)無引腳扁平封裝，Quad Flat Non — Lead)、QFP (四側(cè)引腳扁平封裝，Quad Flat Package)等。如圖IE所示，面安裝部件50安裝于作為電路板發(fā)揮功能的印刷電路板60。因此，利用無Pb的安裝用軟釬料70軟釬焊引線34的外部端子部34b和形成于印刷電路板60的基板端子部(焊盤)62，完成安裝處理。另外，預(yù)先對構(gòu)成引線框20的引線34的整體實施利用鍍Sn或鍍Sn—Bi、鍍Sn—Cu、鍍Sn — Ag等所進(jìn)行的電鍍加工。上述的安裝處理是在回流焊爐內(nèi)進(jìn)行的。作為安裝用軟釬料70，使用如后所述的軟釬料，該軟釬料的固相線溫度以及液相線溫度比至今為止所使用的(Sn—Ag — Cu)系軟釬料低。接著，說明本發(fā)明中所使用的小片焊接用軟釬料30和安裝用軟釬料70。在本發(fā)明中，作為小片焊接用軟釬料30，使用盡量不含有使固相線溫度降低的成分的、或即使含有使固相線溫度降低的成分也使該成分在預(yù)定值以下的軟釬料，并且該小片焊接用軟釬料30是在軟釬料接合工序中不會洗提使固相線溫度降低的成分的軟釬料。進(jìn)而，使用使小片焊接用軟釬料30與安裝用軟釬料70之間的固相線溫度差增大那樣的小片焊接用軟釬料30與安裝用軟釬料70來軟釬焊面安裝部件。參照以下內(nèi)容(表I)進(jìn)行說明。
I.(表 I)
權(quán)利要求
1.一種面安裝部件的軟釬焊方法，其特征在于， 將涂布于電路基板的基板端子部的(Sn — Ag — Cu — Bi)系軟釬料用作安裝用軟釬料來軟釬焊面安裝部件，該面安裝部件是使用Cu的含有量為規(guī)定值以下的、以Sn為主要成分的(Sn — Sb)系軟釬料、將具有電極面的電路元件軟釬焊于形成有Ni鍍層的引線框的芯片焊盤電極面而形成的面安裝部件，該電極面形成有Ni鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面安裝部件的軟釬焊方法，其特征在于， 上述(Sn — Sb)系軟釬料中的Sb是10質(zhì)量％ 13質(zhì)量％，優(yōu)選是10質(zhì)量％ 11質(zhì)量％，上述Cu是0. 01質(zhì)量％以下,優(yōu)選是0. 005質(zhì)量％以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的面安裝部件的軟釬焊方法，其特征在于， 在上述(Sn — Sb)系軟釬料中還添加有由P或/和Ni、Co、Fe中的I種以上構(gòu)成的機(jī)械強(qiáng)度改善成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面安裝部件的軟釬焊方法，其特征在于， 所添加的上述P是0. 0001質(zhì)量％ 0. 01質(zhì)量％，上述Ni、Co、Fe是0. 01質(zhì)量％ 0. I質(zhì)量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面安裝部件的軟釬焊方法，其特征在于， 上述面安裝部件所使用的引線框的引線部是由Sn鍍層或Sn — Bi鍍層覆蓋而成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面安裝部件的軟釬焊方法，其特征在于， 作為上述安裝用軟釬料，使用(Sn—Ag — Cu — Bi )系軟釬料，其中，Ag是3質(zhì)量％ 3. 5質(zhì)量Cu是0. 5質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量Bi是3質(zhì)量％ 7質(zhì)量％并優(yōu)選是3質(zhì)量％ 5質(zhì)量％，剩余部分是Sn。
7.根據(jù)權(quán)利要求I以及6所述的面安裝部件的軟釬焊方法，其特征在于， 作為上述安裝用軟釬料，還添加有In。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的面安裝部件的軟釬焊方法，其特征在于， 上述Bi是2質(zhì)量％ 5質(zhì)量％,上述In是3質(zhì)量％ 5質(zhì)量％。
9.一種面安裝部件，其特征在于，由以下構(gòu)件構(gòu)成 引線框，其由用于載置電路元件的芯片焊盤電極部和接合于電路基板的引線部構(gòu)成，并在上述島部形成有Ni鍍層； 電路元件，其借助Cu的含有量為規(guī)定值以下的、以Sn為主要成分的(Sn — Sb)系軟釬料接合于上述芯片焊盤電極部，且以Ni鍍層作為該接合面； 電路板，其借助(Sn一Ag一Cu一Bi)系軟針料或(Sn一Ag一Cu一Bi一In)系軟針料將上述引線部接合于用于構(gòu)成基板端子部的焊盤部。
全文摘要
本發(fā)明提供面安裝部件的軟釬焊方法以及面安裝部件。即使在使用安裝用軟釬料將使用小片焊接用軟釬料而形成的面安裝部件軟釬焊到印刷電路板上時，小片焊接用軟釬料也不會發(fā)生熔化。作為芯片焊盤用軟釬料(30)，使用Cu的含有量為規(guī)定值以下的、以Sn為主要成分的(Sn—Sb)系高熔點軟釬料，作為涂布在電路基板的基板端子部上的安裝用軟釬料(70)，使用(Sn—Ag—Cu—Bi)系軟釬料，使用上述安裝用軟釬料(70)來軟釬焊使用上述芯片焊盤用軟釬料(30)而形成的面安裝部件。由于小片焊接用軟釬料(30)的固相線溫度是243℃，安裝用軟釬料(70)的液相線溫度是215℃～220℃左右，因此小片焊接用軟釬料(30)也不會因回流爐的加熱溫度(240℃以下)而熔化。
文檔編號H05K3/34GK102714921SQ20108005983
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者上島稔, 豐田實 申請人:千住金屬工業(yè)株式會社