TWI334366B - - Google Patents

Description

1334366 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於表面構裝零件之焊接所使用之焊球，特 別是關於沒有含Pb之無錯焊球。 【先前技術】 表面構裝零件，係指在印刷基板表面上所形成之焊墊 (land)上直接將電子零件焊接而進行構裝者一般而言， 有QFP、PLCC、S0P、S0J等。將該等表面構裝零件構裝在 印刷基板上時，藉由在印刷基板之焊墊上塗布焊料膏 (solder paste)，在該塗布部裝載表面構裝零件後以炼 焊爐熔融焊料膏，藉此使表面構裝零件與印刷基板焊接。 上述表面構裝零件在某種程度上為多機能化者，由於 近年來電子機器之小型化與多機能化，使表面構裝零件亦 而要更小型且高機能，而現今，BGA(球柵陣列，Ba】】 Grid Arrey)、CSP(晶片尺寸封裝，Chip Size package)、ΤΑβ(載 π 自動接合，Tape Automated Bonding)、MCM(多晶片模 組，Multi Chip Module)等多機能之表面構裝零件（以下， 以BGA為代表）廣泛地被使用著。 在將BGA構裝在印刷基板上時，係事先在β(；Α電極上 形成焊料凸塊，利用該焊料凸塊在印刷基板上進行焊接。 在此簡單說明在BGA之電極上形成焊料凸塊之方法。首先， 在BGA電極上塗布黏著性之焊劑與焊料膏，利用裝載裝置 在該塗布部裝载焊球。之後，利用熔焊爐將裝載有焊球之 BGA加熱使焊球熔融，以在BGA之電極上形成焊料凸塊。 5 1334366 由於此時之熔焊溫度至少較谭球之㈣溫度高,c以上， 敌在炫融之焊球表面易氧化。 . 將如此形成焊料凸塊之_構裝在印刷基板上時，在 .印刷基板之焊墊塗布焊料膏，使該塗布部對準BGA之烊料 凸塊而裝載。接著，再次以料爐將脱加熱，使谭料膏 與焊料凸塊熔融，以使BGA與印刷基板焊接。 以往之BGA，係在30x30nira之β(；Α基板上形成15〇〜25〇 個電極’由於相鄰電極間之間距為】H —，故在該似 中所使用之谭球可使用〇.76随之直徑較大者。然而，近 年來隨著電子機器小型化’ BGA亦變得更小型化，而該小 型化之BGA所使用之焊球亦變得更小。例如’在i〇xi〇(mm) 之BGA中形成400個電極，相鄰之電極間之間距在〇. 5咖 以下。如此狹小間距之BGA較用之焊球，則變成直徑在 〇· 3mm以下之非常微小之尺寸。 以往，在BGA中所使用之焊球為Sn_pb焊料。該sn_pb φ焊料為共晶組成（63Sn-pb)者，具良好焊接性，且缺陷亦 少，故廣為使用。然而，當使用含鉛焊球之電子機器變舊 而使用性不佳、或故障時，不會進行升級或修理而直接丟 棄。在丟棄電子機器時，會回收構成電子機器之塑膠或金 屬中可再利用者’但由於印刷基板上之焊塾與焊料間形成 金屬性附著，無法完全分離，故即使回收亦無法再利用， 不得已只好以掩埋來處理。如此以掩埋處理之含印刷 基板若與酸雨接觸，則焊料中之Pb成分會溶出而與酸雨 一起混入地下水。若人類或家畜經年累月飲用該含Pb成 6 °^366 也下K則Pb成分將囤積在體内而引起船中毒。因 此在世界各地已開始限制Pb之❹，而開始制沒有含pb 之無錄焊料》 所謂無鉛焊料，係以Sn為主成分之Sn_Ag系、Sn_ Cu 系，、sn-Ag-Cu 系、Sn-Sb 系、Sn_Bi 系、Sn_Zn 系以及在 該等物質中進一步適當地添加其他添加元素者。雖然無鉛 輝料有如上述各種合金系，但其各有優缺點，視用途而分 ^ 別運用。 在Sn-B!系無鉛焊料中，由於Sn_58Bi熔點非常低之 139°C’故具有使電子零件受熱影響少之優點，然而由於其 非常脆，故用途受限。又，Sn_Zn系，則由於Sn_9Zn之熔 點為1.990C ’與先前之63Sn_pb之共晶焊料之炫點相近， 為在溫度上容易操作之無敍焊料，但Zn離子化之傾向大， 故具有耐腐蝕性不足之問題。Sn_3· 5Ag(熔點22〇。〇、 〇.7Cu(熔點 227〇C)、Sn-3Ag-〇.5Cu(熔點 217°C)、Sn-4Sb(熔 _點240。〇等以Sn為主成分之無錯谭料，由於其溶點較共 晶焊料稍高、機械強度強，故多用於電子機器之焊接，特 別是多使用於以焊球形狀於BGA形成凸塊。 作為無鉛焊料之添加元素，為了降低熔點，可添加I η 或Bi ;為了抗氧化’可添加p、Ge、Ga ;為了提升機械 強度，可添加1卜心、以。其中，專利文獻卜6揭示 了添加Cr之無錯焊料。 專利文獻1 :日本特開平2_1 79386號公報 專利文獻2 :日本特開2〇 on 5476號公報 7 1334366 專利文獻3.日本特開200卜205476號公報 專利文獻4.日本特開2002-18589號公報 專利文獻5.日本特開2002-248596號公報 專利文獻6.日本特開2003-94195號公報 然而在使用上述以八+ Λ 如為主成分之無鉛焊球在BGA電極 上开v成：fcp料凸塊時，凸塊 塊表面會有父成黃色（黄變）之情

即’在BGA上之焊料。塊之形成，係焊球裝載在BGa 電極上後㈣焊爐巾使 在BGA 緣。 X坪坺熔融，而在熔融時發生黃 又 焊料凸塊形成後，係利用影像辨切#胃# i Μ Λ ^上 τ w用〜傢辨岭扃置確認BGA t 卞4凸塊之有無’若此時焊料凸塊發生黄變，則影像辨 認裝置會產生錯誤。 〜像辨 再者使用以Sn為主成分之m :::嚴苛之條件下，例如，在廢氣多之街道中來= 廢氣會進入電氣控制裝置中；或在靠近海邊之家 中所使用之電子機|ξ或雷哭田σ 機窃次電益用品，含海水鹽分之空氣會進 入L内部。如此之無料球中’若谭接部暴露在廢氣或含 鹽分等之腐敍環境氣氛令時，禪料會被腐鞋，且經過長4 間後會產生裂痕或剝離’而使接合強度變弱。 、· 為了提升接合強度而在以Sn4 r，係如前述之方法進行，然二 :::性:在而會產生焊接不良。本發明，係提二種 不、其在禪料凸塊形成時，凸塊表面不 不僅暴路於腐钱環境氣氛令不易腐飯，亦不會？/起谭接不 8 良。 不發明人等，針對在 凸媸t 蚀上形成焊料凸塊時焊料 = ::::之原因、以及在腐餘大氣中腐…因努力 其結果，焊料凸塊變黄，係#焊物料表 斤致。亦即，焊料在焊接時必須 軋 知鱼Ph夕ft AA 、便之広融，而在熔融時， 。Pb之氧化物會覆蓋在Sn_pb焊 Pb ^ ^ ^ D坏村表面。由於該Sn與 乳化物3 Pb，故為略白色，對 不會產生铒誤缺 ·;影像辨認裝置而言 … 然而，對於以Sn為主成分之無錯焊料， 在熔岫呤主成分之Sn氧化，而由於該 會使影像辨認裝置產生錯誤。 …育色’故 再者，關於腐蝕環境氣氛使 進行焊接部分腐餘之利，户由於/主成分之無鉛焊球 以，而使對於腐㈣環二/之由二在無錄… 差所致。 ，環—性較以往之63Sn_Pb: :此’本發明人等著眼於：只要在將 表面為不易氧化之狀態 叫卜科 +由 耳支兴，w及只要在焊桩诒， 在知料表面具有盘廣名士 麦 旦ς ★ 衣境氣氛阻隔之屏蔽，即使含有大 里如，亦不易腐敍。本發明 ^有大 屏蔽效果之元素時，提出装["知索。亥抗氧化以及具 中添加極微量t Cr，則能呈有"#為主“之無紐焊料 成本發明。 有抗軋化以及屏蔽效果，而完 根據本發明人箄$麻，日 , 在痒料㈣時，Cr之氧化/:焊料合金中存在有心則 而妨礙皮膜會覆盖切料料之表面， ^腐银環境氣氛之接觸，其結果’嫁融谭 I334366 料之表面不會氧化， 乳化亦不會弓丨起腐蝕》 本發明係一種益全L炫杜廿^ 复4… 、釔斗球’其係含有80質量％以上之Sn， 其特徵在於，在該焊球中沐 ^ 衣中添加有0. 0001〜0. 003質量％之Cr。 由於本發明之無錄焊球，在 合樂廿枓、少 在BGA上形成焊料凸塊時不 曰，文W，故以影像辨認裝置 町个 ^ a ^ 罝進仃衫像處理時，不會發生鋩 祆。再者，由於本發明之I靱相* e 赞生錯 ^ ^ . "，、、。烊球長時間暴露在腐钱環& 乳虱中亦不會腐蝕，故不會 蚀仏 揮焊料本身之接生裂痕或剝離，而可充分發 σ度，故檢驗性與可靠性佳。 【實施方式】 本發明中之無鉛焊球， Q Λ 糸在 Sn—Ag 系、Sn-Cu 系、

Sn-Ag-Cu 系、Sn-Sb 系中体 i κ 系 〇糸肀任—者均能 此，所褶「备托办 于〆'〈双果，在 曰斤。月糸」係指該合金本身，或者在該合金中六士丨 置其他元素者。例如，所祁ς… 金中添加少 -元人么 所明如-竑系，係指Sn_ —兀合金，以及在Sn_A合 身之 P、Γ… g。4中添加選自In、Bi、Sb、Ni、

Ge、Ga所構成群中一者 ^制、s ς二 之多疋合金者m

Lu系Sn-Sb系亦是如此 於無敍焊料所發生之變普银务 致。亦即，當s…广 因為添加大量％所 之添加a:超過80質晋％ 士 . 化後會變為音多 τ ’溶融％ Sn氧 明之丄 使影像辨認裳置產生錯誤。因此本發 乃 < 目的在於，味C 人& u f 黃變。、 η 3置超過8〇質量％之無錯焊料之 本"發明’係在上述以φ 士、、 〇.〇〇〇卜。.003質量kCr者，若C 2之無紐谭料中添加 質量L則盈法… 添加量少於0._ 顯現防止黃變與防止腐钱之效果，若添加 10 超過0. 003貝置％，則氧化膜過厚而損及焊接性。在本 明中，較佳之Cr添加量係0·0005~0.001質量％。 本發明之無錯焊球，針對受腐钱之影響會使接合強度 常弱#直徨〇· 〇5〜〇. 6mm者具優異之效果。

^下，於表1表示實施例與比較例。 表 明說之

汽變：將直徑0. 3mm之焊球在15〇〇c之高溫槽中放置48 後，以目視之方式觀察表面之顏色。焊球表面完全未 又汽者為”優”，稍微變黃但影像辨認裝置未出錯者為，，良”， 吏影像辨認裝置產生錯誤程度之變色者為，，不佳，，。 〇焊接性：將直徑〇.3mm之焊球裝載在BGA電極（直徑 • 25mm)上，利用熔焊爐加熱，在電極上形成焊料凸塊。 此=焊料附著在電極之全區域者為”優”，幾乎附著在電極 之全區域而端部有些許未附著者為，，良”，大部分未附著 1334366 為”不佳，’。 本發月之無鉛焊球係適合於形成BGA之凸塊者， 但當然亦適用⑪BGA以外之凸塊形成，例如在頂銷之上部 形成凸塊、或在連接器之電極上形成凸塊者。 【圖式簡單說明】 益 【主要元件符號說明】 益 〇»、

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Claims (1)

1334366 十、申請專利範圍： 1. 一種無鉛焊球，其Sn含量為80質量％以上，其特徵 . 在於，該焊球中添加有0. 000卜0. 003質量％之Cr。 I 2.如申請專利範圍第1項之無鉛焊球，其Cr之含量係 於0. 0005〜0. 001質量％之範圍。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之無鉛焊球，其係 Sn-Ag 系、Sn-Cu 系、Sn-Ag-Cu 系、Sn-Sb 系中任一者。 4. 如申請專利範圍第1或第2項之無鉛焊球，其直徑 籲為 0. 05~0.6mm 。 Η—、圖式： 無

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