[發明專利]使用焊接用無鉛結合材料生產的電子設備

有效

• 申請號: 200780101809.1
• 申請日: 2007-12-20
• 公開（公告）號: CN101884254A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 池田裕樹;柳本勝
• 申請（專利權）人: 山陽特殊制鋼株式會社
• 主分類號: H05K3/34
• 分類號: H05K3/34;H01L25/10;H01L25/11;H01L25/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王旭

技術領域

本發明涉及一種使用焊接用無鉛結合材料生產的電子設備。

背景技術

近年中，電子設備的尺寸變得越來越小，因此對于在其上安裝有半導體器件和電子器件的電子設備需要更高密度的電路板。為了滿足這樣的需求，已經通過例如減小焊接到其上的電線的間距來改良電路板。同時，從環境問題的觀點來看，需要有符合例如RoHS指令的無鉛焊料，并且Sn-Ag-Cu-基的共晶合金已經被實際用作回流焊接的焊料。另一方面，作為高溫焊料，Au-20Sn(熔點：280℃)是已知的，并且幾乎未被使用，因為其成本和機械性能都不如Pb-Sn-基焊料。因此，仍然沒有開發出其它可以被實際用作高溫焊料的合金體系。在目前情況下，高溫Pb焊料未被包括在EU?RoHS指令范圍內，該EU?RoHS限制了在電子設備等中使用有害物質例如Pb。

此外，近年來，電源IC(power?IC)已經得到迅速的發展并已經開始實際應用，并且電源IC的功率容量已經得到穩定地增加，且因此已發展了多種技術以滿足對于可以承受高電壓和大電流的電源IC的需求。由新技術所發展的電源IC被應用在高得多的電壓和電流以及與傳統電源IC相當的電力條件下，且因此經常被瞬間地暴露于超過它們額定電流的電流和超過它們額定電壓的電壓。這導致了生熱問題，所述生熱問題在輸出功率增加時變得愈加突出。另一方面，為了甚至在高功率輸出的條件下確保連接的可靠性，需要熔點比傳統無鉛焊料的熔點(例如，Sn-3Ag-0.5Cu，其熔點為約219℃)更高的無鉛焊料。然而，適于實際應用的高溫無鉛焊料還沒有被開發出來。此外，高溫無鉛焊料存在的問題在于由于高的焊接溫度使器件劣化并由此縮短了它們的壽命。

有效用于生產更高密度的電子設備的各種焊接技術已被開發。例如，專利文件1和2公開了通過減小電線間距和堆疊多個電路板來達到電子部件的更高密度封裝的技術。

[專利文件1]日本專利申請公開2005-251889

[專利文件2]日本專利申請公開2001-267715

發明內容

如上所述，這些傳統的技術都趨向于通過減小電線間距和堆疊多個電路板來獲得電子部件的更高密度封裝。然而，實施這樣的通過減小電線間距和堆疊多個電路板來獲得電子部件的更高密度封裝的技術，特別是用于在彼此非常接近的部分上連續地進行焊接的技術所需的焊接手段還未被公開。為了使用細間距配線技術生產如上所述這樣的多層電路板，開發一種能夠進行連續焊接而不對先前的接縫施加任何溫度影響的焊接手段是非常重要的。

為了解決上述問題，本發明的一個目標是提供這樣一種電子設備：即使在兩個以上的生產工藝中連續地進行焊接時，也可以防止所述電子設備的焊接接縫受溫度影響而劣化并保持良好的接合強度。

對本發明的目標將基于Sn-Cu-基焊料合金進行更詳細的描述，該Sn-Cu-基焊料合金作為根據本發明的高溫無鉛焊料合金的一個實例。使Sn-Cu-基合金淬火，以制備主要由將Cu強行溶解在Sn中而形成的Sn固溶相組成的合金。使Sn固溶相在約230℃熔化，并隨后通過凝固焊接后的合金將其分離成兩個穩定的相，Sn-Cu和Sn相。Sn-Cu相具有高熔點，并因此在回流焊接中起到保持先前焊接接縫的強度的作用。因此本發明的一個目標是提供一種使用高溫無鉛焊料生產的電子設備，所述高溫無鉛焊料使得能夠形成強度沒有變化的焊接接縫并且在強度和可焊性之間具有極好的平衡。

為了達到上述目標，本發明涉及使用焊接用無鉛結合材料生產的電子設備，其中無鉛結合材料是由元素A和元素B制成的合金，并且具有由穩定相AmBn和在室溫處于平衡態的元素B構成的組成，并且其中當通過淬火凝固合金時，元素A被溶解在元素B的室溫穩定相中，從而形成了過飽和固溶體，并且在使其熔化進行焊接并隨后凝固時，所述合金恢復到它的平衡態且具有由穩定相AmBn和元素B構成的組成，因此即使當再加熱至焊接溫度時也由于穩定相AmBn的存在而保持強度。應注意的是m和n是合金體系固有的數值。

應注意在本發明中，措辭“m和n是合金體系固有的數值”是指m和n是在合金體系相圖中從熔點或接近熔點的溫度至室溫的溫度范圍內保持恒定的表示元素A和元素B之間比率的數值。例如，在Cu₆Sn₅金屬間化合物為Sn-Cu-基焊料合金的室溫穩定相的情況下，元素A是Cu，元素B是Sn，m是6，以及n是5。作為“合金體系固有的數值”的m和n的值自身組合可以由合金體系的相圖確定。

在本發明中，優選元素A選自Cu、Mn和Ni中的至少一種，而元素B選自Sn、In和Bi中的至少一種。