焊接方法

2023-08-04 22:34:26 1

專利名稱：焊接方法
技術領域：
本發明涉及在印刷電路板上焊接部件的方法。
在印刷電路板的安裝表面焊接部件進行實際安裝時，為了防止不潤溼(Non-wetting)，預先對部件進行預備焊接。經過預備焊接的熔融狀態的部件在接近或與前述表面連接的狀態下焊接在進行實際安裝的前述表面。這種情況下，預備焊劑的組分與焊接時所用焊劑(以下稱為本焊劑)相同。
JP，A7-254780記載了提高連接強度的技術。即記載了以下技術，如圖6A所示，用錫含量低於低共熔焊劑(eutectic solder)的高溫焊劑(Sn-Pb)作為預備焊劑3對印刷電路板1的Cu安裝表面2進行預備焊接。然後，如圖6B所示，在該預備焊劑面沾上低共熔焊劑4，用溫熱的風吹拂低共熔焊劑4進行軟熔處理。最後，如圖6C所示，使低共熔焊劑4熔融，固定在金屬部件5的電極5a的周圍，對金屬部件5進行焊接。
如圖6所示用預備焊劑3進行處理後，用低共熔焊劑4對預備焊劑3的潤溼(wetting)情況好於用低共熔焊劑4潤溼Cu安裝表面2的情況，用預備焊劑進行了處理的連接界面的連接強度大於未用預備焊劑進行處理的界面。圖6C中，牢固的連接界面用符號J1表示。
但是，圖6所示構成雖然能夠提高連接強度，但現在要求有更大的連接強度。
特別是從家電的再循環利用角度考慮，即使是用作為用於家電產品的焊接材料的正倍受矚目的無鉛焊劑(lead free solder)進行焊接，對其連接強度也有更高的要求。
本發明的目的是提供能夠獲得優於以往的連接強度的焊接方法。
本發明的焊接方法的特徵包括，對安裝表面進行預備焊接，然後再焊接部件時，所用預備焊劑的熔點高於焊接部件的本焊劑的熔點，該焊劑至少含有部分安裝表面組分和本焊劑組分，在進行過預備焊接的表面用本焊劑進行焊接。
本發明的焊接方法的特徵還包括，前述安裝表面為Cu，本焊劑組分為(Sn-Ag-Cu-Bi)、(Sn-Ag系+添加物)、(Sn-Zn系+添加物)、(Sn-Bi系+添加物)、(Sn-In系+添加物)中的任一種，預備焊劑組分為Sn-Cu。
本發明的焊接方法的特徵還包括，對部件進行預備焊接，然後再焊到安裝表面時，所用預備焊劑的熔點高於焊接部件的本焊劑的熔點，該焊劑至少含有部分部件的焊接部分組分和本焊劑組分，用本焊劑將進行過預備焊接處理的部件焊接到安裝表面。
本發明的焊接方法的特徵還包括，前述部件的焊接部分組分為Cu，本焊劑組分為(Sn-Ag-Cu-Bi)、(Sn-Ag系+添加物)、(Sn-Zn系+添加物)、(Sn-Bi系+添加物)、(Sn-In系+添加物)中的任一種，預備焊劑組分為Sn-Cu。
本發明的焊接方法的特徵還包括，在安裝表面焊接部件時，用組分為Sn-Cu的焊劑在Cu安裝表面進行預備焊接，同樣用組分為Sn-Cu的焊劑對部件的Cu焊接部分進行預備焊接，再用選自(Sn-Ag-Cu-Bi)、(Sn-Ag系+添加物)、(Sn-Zn系+添加物)、(Sn-Bi系+添加物)、(Sn-In系+添加物)中的任一種本焊劑將經過預備焊接處理的部件焊到同樣經過預備焊接處理的安裝表面。
如上所述，利用本發明的焊接方法對安裝表面進行預備焊接，再將部件焊到表面上時，所用預備焊劑的熔點高於焊接部件的本焊劑，該焊劑含有至少部分安裝表面組分和本焊劑組分，用本焊劑將部件焊到經過預備焊接的表面時，不僅能夠在預備焊劑面和本焊劑的連接界面獲得良好的連接強度，還能夠在安裝表面和預備焊劑的連接界面獲得良好的連接強度。
此外，安裝表面為Cu，本焊劑為(Sn-Ag-Cu-Bi)、(Sn-Ag系+添加物)、(Sn-Zn系+添加物)、(Sn-Bi系+添加物)、(Sn-In系+添加物)中的任一種，預備焊劑為Sn-Cu時，即使用無鉛焊劑進行焊接，也能夠獲得良好的連接強度。


圖1為本發明的實施例1的焊接工程圖。
圖2為實施例1的放大模式圖。
圖3為本發明的實施例2的焊接工程圖。
圖4為實施例2的放大模式圖。
圖5為本發明實施例的比較例的放大模式圖。
圖6為傳統的焊接工程圖。
以下，以實施例為基礎，對本發明的焊接方法進行具體說明。
實施例1圖1和圖2表示實施例1。
與圖6所示的傳統例子相同，在印刷電路板1上安裝金屬部件5時，圖1A中，在Cu安裝表面2上用以Sn-Cu為主成分的預備焊劑6進行預備焊接。該預備焊劑中，Cu為0．3～5．0重量％，其餘部分為Sn，膜厚為3～50μm。
圖1B中，在預備焊劑6的預備焊劑面7上沾上熔融的Sn-Ag-Cu-Bi本焊劑8，將需要安裝的金屬部件5放置在本焊劑8中。本焊劑中，Ag為0．5～5．0重量％，Cu為0．1～2．0重量％，Bi為0～5．0重量％，其餘部分為Sn。
預備焊劑6的熔點為227℃，本焊劑8的熔點約高於217℃。
以圖1B的狀態對本焊劑8吹拂溫熱的風進行軟熔處理，本焊劑8冷卻後的固化狀態如圖1C所示。圖2為圖1C的放大模式圖，牢固的連接表面用符號J2和J3表示。
使作為預備焊劑6組分的一部分的Cu與Cu安裝表面2融合，形成含有較多Cu的Sn-Cu，可在Cu安裝表面2和Sn-Cu預備焊劑6的連接界面J2獲得良好的連接強度。
此外，在安裝表面2側使用的是含有較多Cu的Sn-Cu預備焊劑6，在本焊劑8側的預備焊劑6是Sn含量較多的Sn-Cu焊劑。因此，使作為本焊劑8組分的一部分的Sn與Sn含量較多的Sn-Cu預備焊劑6融合，就能夠在Sn-Cu預備焊劑6和Sn-Ag-Cu-Bi本焊劑8的連接界面J3獲得良好的連接強度。
更具體來講，為使本焊劑8的熔點降低，添加了Bi。如圖1B和圖1C所示進行凝固時，作為本焊劑8組分的一部分的Sn與含有較多Sn的Sn-Cu預備焊劑6迅速融合，覆蓋在預備焊劑面7．上，前述Bi集中在連接界面J3且無偏析，在連接界面J3獲得良好的連接強度。
比較例圖5表示比較例。
該比較例是未進行實施例1的預備焊接而是用Sn-Ag-Cu-Bi本焊劑8進行焊接的情況。本焊劑8的各組分的熔點是，Sn為232℃、Ag為962℃、Cu為1084℃、Bi為271℃。
用Sn-Ag-Cu-Bi本焊劑8，通過軟熔處理直接在Cu安裝表面2焊接金屬部件5後，從外側開始使本焊劑8冷卻凝固時，低熔點的Bi集中在Cu安裝表面2，以凝集狀態固化。
該焊接狀態中，由於粒子較大且較脆的Bi集中在Cu安裝表面2，所以，顯著降低了連接界面的連接強度。
實施例2圖3和圖4表示實施例2。
上述實施例1未對金屬部件5的電極5a進行預備焊接。實施例2中，對金屬部件5的電極5a也進行了預備焊接。這裡的電極5a的母材或用於母材上的材料為Cu。
如圖3A所示，用以Sn-Cu為主成分的預備焊劑6(組分中Cu佔0．3～5．0重量％，其餘部分為Sn，膜厚為3～50μm)進行預備焊接，然後在預備焊劑6的預備焊劑面7上沾上熔融的Sn-Ag-Cu-Bi本焊劑8(組分中，Ag為0．5～5．0重量％，Cu為0．1～2．0重量％，Bi為0～5．0重量％，其餘部分為Sn)。同樣用Sn-Cu預備焊劑9(組分中Cu佔0．3～5．0重量％，其餘部分為Sn)對金屬部件5的Cu電極5a表面進行預備焊接。
接著，如圖3B所示，將需要安裝的金屬部件5放置在本焊劑8中，進行軟熔處理。
這種情況如圖4所示，不僅與實施例1同樣在安裝表面2和預備焊劑6間，以及預備焊劑6和本焊劑8間獲得了牢固的連接界面J2和J3。而且，以同樣的原理在金屬部件的電極5a和本焊劑8間形成了牢固的連接界面J4。
實施例3上述各實施例中所用的本焊劑8為Sn-Ag-Cu-Bi，也可使用熔點低於預備焊劑6的本焊劑(Sn-Ag系+添加物)、(Sn-Zn系+添加物)、(Sn-Bi系+添加物)、(Sn-In系+添加物)等。
本焊劑成分為(Sn-Ag系+添加物)時，Ag係為2．0～5．0重量％，添加物為0～5．0重量％，其餘部分為Sn。
本焊劑成分為(Sn-Zn系+添加物)時，Zn係為2．0～10．0重量％，添加物為0～5．0重量％，其餘部分為Sn。
本焊劑成分為(Sn-Bi系+添加物)時，Bi係為35．0～60．0重量％，添加物為0～5．0重量％，其餘部分為Sn。
本焊劑成分為(Sn-In系+添加物)時，In係為40．0～60．0重量％，添加物為0～5．0重量％，其餘部分為Sn。
添加物是由Bi、In、P、Ge、Ga、Ni單獨或組合而成的物質。它們的混合比例是，Bi為0～5．0重量％、In為0～5．0重量％、P為0～1．0重量％、Ge為0～1．0重量％、Ga為0～1．0重量％、Ni為0～1．0重量％。Bi是為降低熔點而添加的組分，In是為提高焊接強度及降低熔點而添加的組分，P和Ge是為抑制氧化而添加的組分，Ga是為防止結晶變得粗大而添加的組分，Ni是為改善流動性而添加的組分。
實施例4上述實施例2和實施例3中，用預備焊劑6和9分別對印刷電路板1的安裝表面2和金屬部件的電極5a進行了預備焊接。也可用預備焊劑9隻對金屬部件的電極5a進行預備焊接處理。與傳統焊接方法相比，該實施例也能夠獲得連接強度有所提高的效果。
如上所述，本發明對金屬部件的焊接進行了說明，這種技術同樣適用於半導體或電子部件的各種導電片或電極的焊接。
權利要求
1．焊接方法，其特徵在於，對安裝表面進行預備焊接，然後再焊接部件，所用預備焊劑的熔點高於焊接部件的本焊劑的熔點，並至少含有部分安裝表面組分和本焊劑組分，在進行過預備焊接的表面用本焊劑進行焊接。
2．如權利要求1所述的焊接方法，其特徵還在於，前述安裝表面為Cu，本焊劑組分為(Sn-Ag-Cu-Bi)、(Sn-Ag系+添加物)、(Sn-Zn系+添加物)、(Sn-Bi系+添加物)、(Sn-In系+添加物)中的任一種，預備焊劑組分為Sn-Cu。
3．焊接方法，其特徵在於，對部件進行預備焊接，然後再焊到安裝表面上時，所用預備焊劑的熔點高於焊接部件的本焊劑的熔點，該焊劑至少含有部分部件的焊接部分組分和本焊劑組分，用本焊劑將進行過預備焊接處理的部件焊接到安裝表面。
4．如權利要求3所述的焊接方法，其特徵還在於，前述部件的焊接部分組分為Cu，本焊劑組分為(Sn-Ag-Cu-Bi)、(Sn-Ag系+添加物)、(Sn-Zn系+添加物)、(Sn-Bi系+添加物)、(Sn-In系+添加物)中的任一種，預備焊劑組分為Sn-Cu。
5．焊接方法，其特徵在於，在安裝表面焊接部件時，用組分為Sn-Cu的焊劑在Cu安裝表面進行預備焊接，同樣用組分為Sn-Cu的焊劑對部件的Cu焊接部分進行預備焊接，再用選自(Sn-Ag-Cu-Bi)、(Sn-Ag系+添加物)、(Sn-Zn系+添加物)、(Sn-Bi系+添加物)、(Sn-In系+添加物)中的任一種本焊劑將經過預備焊接處理的部件焊到同樣經過預備焊接處理的安裝表面。
全文摘要
本發明的焊接方法的目的是提供能夠獲得優於以往的連接強度的焊接方法。本發明的焊接方法是用組分為Sn－Cu的預備焊劑對Cu安裝表面進行預備焊接,再用Sn－Ag－Cu－Bi本焊劑將部件焊到經過預備焊接處理的表面,這樣不僅能夠在預備焊劑面和本焊劑的連接界面獲得良好的連接強度,還能夠在安裝表面和預備焊劑的連接界面獲得良好的連接強度。
文檔編號B23K1/20GK1282643SQ0012228
公開日2001年2月7日 申請日期2000年7月28日 優先權日1999年7月29日
發明者古志益雄, 轟木賢一郎, 中山浩晃, 杉本忠彥 申請人:松下電器產業株式會社