软钎焊方法

专利名称：软钎焊方法
专利说明软钎焊方法 本发明涉及使用Sn-Ag-Cu类钎焊将电子配件软钎焊到电路板上的方法，特别涉及控制流动钎焊浴的组成进行可靠性高的软钎焊方法。作为在电路板上装配软钎焊并安装电子配件的手段，广泛进行的是使装有熔融钎焊的钎焊浴与电路板的下面接触，将电子配件的引线与电路板的电路接头部连接的所谓流动安装(参照日本专利公开2001-308508号公报)。
可是，以前，在这种安装中作为使配线图案和电子配件进行结合的钎焊材料，锡铅共结晶钎焊，由于对电极材料的湿润性、连接可靠性、软钎焊温度等优点而被广泛地应用。可是，可以在电气机器中广泛使用的这种含铅钎焊材料被废弃时，向环境中溶解出对人体有害的铅，由于引起重金属污染的危险大，近年来不含铅的所谓的无铅钎焊材料的应用急速发展。
目前作为流动安装用的无铅材料，Sn-Ag-Cu类、Sn-Cu类，Sn-Zn类等的材料是已知的，这些钎焊材料中Sn-Ag-Cu类、Sn-Cu类的钎焊材料作为稳定的钎焊材料而常用。
还有，作为电子配件的接头部材料，可使用Cu或Fe、或如42合金类的Fe-Ni类合金，在这种接头部材料的表面，为了改善软钎焊时的湿润性进行Sn-Pb等组成的电镀。
可是，如果使用目前一般使用的无铅钎焊材料进行流动安装，在钎焊固化时，针状的金属间化合物和析出物，在软钎焊接头部和与其接近的其它不希望的部分之间以交连状态粘附，产生所谓的电桥，而引起短路。
作为改善这种电桥现象的方法，在进行流动安装的软钎焊装置中，在软钎焊部分从钎焊浴中脱离的瞬间，用加热器等加热软钎焊部分阻止纤维状物的形成，防止电桥的产生是已知的(参照日本专利公开2001-308508号公报)。可是，这种方法需要改造软钎焊装置本身，而且，复杂的该方法，在电路板从钎焊浴脱离的瞬间必须喷射热风，要求非常高的精确度控制。
本发明的目的在于提供，为了改善使用无铅钎焊的流动安装法中的上述缺陷，通过简单的方法有效防止钎焊电桥现象，且连接可靠性高的焊接方法。本发明是软钎焊方法，为了解决上述现有技术的课题，在使用熔融Sn-Ag-Cu类的无铅钎焊的钎焊进行电路板和电子配件的软钎焊方法中，其特征在于调整钎焊浴的组成，使熔融钎焊浴中的铜在0.5～1.15重量％的范围内，且铅为相当于杂质的浓度。
本发明的软钎焊方法中，铅的组成优选在300～3500ppm的范围内。
还有，上述本发明中，钎焊浴组成的调整，可以通过在上述钎焊浴的组成中，添加至少一种不含铜和铅的其它成分，或者添加从最初的钎焊浴组成中减少铜和铅的材料而进行。
还有，本发明中，钎焊浴组成的控制，可以通过经过规定的钎焊浴运转时间后，从钎焊浴中提取钎焊材料，对提取的钎焊材料进行元素分析，在铜和铅中的至少一种偏离规定范围的情况下，在上述钎焊浴材料中，添加至少一种构成钎焊浴的元素成分以使钎焊浴组成在规定范围内而进行，或者，通过在上述钎焊浴中浸渍的电路板数达到规定数目后，从上述钎焊浴中提取钎焊材料，对提取的钎焊材料进行元素分析，在铜和铅中的至少一种偏离规定范围的情况下，在上述钎焊浴材料中，添加至少一种构成钎焊浴的元素成分以使钎焊浴组成在规定范围内而进行。
上述本发明，是基于研究了使用流动钎焊浴的安装的结果得到的上述发现的。即，Sn-Ag-Cu类钎焊材料在软钎焊工序中可以进行的不腐蚀电路板接合区和配线图案的铜，浴液成分稳定的钎焊，即使在这种钎焊浴中从电路板使用的导电材料中溶解出铜，如果在钎焊浴中蓄积到规定浓度以上的浓度时，钎焊浴的粘度上升，判断是产生电桥的原因。因此，对这种钎焊浴定期进行组成分析，在铜的量显示为规定以上的值时，通过添加不足或缺少的原料调整组成，证明可以有效地避免电桥现象。
还有，在这种钎焊浴中存在相当于杂质浓度的铅存在时，由于钎焊浴的粘度降低，既使在含更高浓度铜的钎焊浴中，也可以抑制电桥产生，可以延长钎焊浴组成调整的周期，减少钎焊工序的用工数，可以进行有效的钎焊浴控制从而完成钎焊。
本发明中将钎焊浴组成的控制范围设定为铜0.5～1.15重量％，铅的范围相当于杂质的范围，更详细的，为300～3500ppm的范围内，其理由为，铜的钎焊浴的含量如果低于0.5％，存在湿润性降低，钎焊连接的可靠性降低的问题，和电路板中使用的铜材料的腐蚀大的问题而不好。另一方面，铜含量如果高于1.15重量％，钎焊浴的粘性上升，或是容易形成针状的金属间化合物和析出物，或是成为钎焊电桥的原因，钎焊次品率(不良校正率)增加。
还有，如果铅的钎焊浴的含量低于300ppm，铜的适当组成范围变窄为0.5～1.0重量％左右，增加钎焊浴调整的工序，操作效率降低。另一方面，铅的含有量如果高于3500ppm，不仅钎焊材料的凝固中钎焊的一部分剥离，多发生所谓的脱离现象，而且为了避免铅溶出的环境问题需要采用其它对策而不经济。
上述本发明中，上述钎焊浴组成的调整，在上述钎焊浴组成中，优选通过添加至少一种不含铜和铅的其它成分而进行。而且，上述本发明中，上述钎焊浴组成的调整，在上述钎焊浴组成中，优选通过添加从最初的钎焊浴组成中减少铜和铅的成分组成的材料而进行。
上述本发明中，上述钎焊浴的组成控制为，经过规定的钎焊浴运转时间后，从钎焊浴中提取钎焊材料，进行元素分析，在铜和铅的配合比偏离规定范围的情况下，优选通过添加至少一种钎焊浴成分使钎焊浴组成在规定的范围内而进行。
还有，上述本发明中，上述钎焊浴的组成控制，将规定数目的电路板在钎焊浴中浸渍后，从钎焊浴中提取钎焊材料，进行元素分析，在铜和铅偏离规定范围的情况下，优选通过添加至少一种钎焊浴成分使钎焊浴组成在规定范围内而进行。
上述本发明中，是本发明人们为了解决上述课题研究的结果，获得了以下述的发现为基础的见解。即，在无铅的钎焊中，随着软钎焊工序的重复，将钎焊浴组成中构成电路图案的铜，和构成电子元件的引线的铜溶解、蓄积在钎焊浴中。结果，钎焊浴的粘度上升，在软钎焊工序中，生成针状的金属间化合物和析出物，这些可以判断是成为电桥的原因。而且，同样在无铅钎焊中，如果在浴组成中溶解混入引线电镀材料等中含有的铅，扩大了连接部的凝固温度范围。特别是，如果铅少量地偏析，在钎焊连接的表层部分钎焊凝固，钎焊内部未凝固的在低粘度溶融钎焊区域残留，它们再一次凝固的过程中，由于基板等的凝固收缩应力增加，产生钎焊连接的剥离·变形是显然的。因此，想到可以通过调整·控制钎焊浴组成，防止这种电桥和剥离现象，由此完成了本发明。下面对于本发明，以下详细说明实施方式。
本发明中使用的无铅钎焊材料，作为Sn-Ag-Cu类钎焊材料可以使用已知的材料。钎焊材料，由于各种材料不同，大致在氮气氛下于250±2℃的温度范围下保持溶融，用于流动安装的软钎焊。
随着电路板的软钎焊工序数目的增加，在钎焊浴中溶解混入的铜和铅、其它金属，钎焊浴组成，随着钎焊浴运转时间，或在钎焊浴中浸渍电路板数目的增加，组成也随之变化。即，铜、铅、以及铁等，电路板的配线图案材料、装配在电路板上的电子元件的引线材料、或该引线表面电镀的材料等含有的金属元素在钎焊浴中溶解混入，这些金属元素的比例上升，电路板中不使用的锡、银等元素的比例相对降低。
由此，经常或以适当的间隔从这种钎焊浴提取钎焊材料，使用ICP分析法等的元素分析法，定量分析钎焊浴的组成元素，检查钎焊浴的组成。然后，在这种组成偏离规定范围阶段，为了补充钎焊浴组成中缺乏的元素，向钎焊浴中添加比率增加的铜和铅除以外的无铅材料构成元素。或，向钎焊浴中添加铜和铅之外的成分丰富的钎焊浴材料。
这种补充元素的添加，可以分别添加缺乏的各种金属元素，也可以添加事先将铜和铅之外的构成金属元素溶融合金化颗粒化的材料。根据这种添加合金化颗粒的方法，可以快速地进行钎焊浴组成调整，是实用的。还有，如果将这些的金属元素在添加到钎焊浴中之前溶融，作为溶融金属添加，可以进一步地进行钎焊浴组成的快速调整。还有，作为补充金属，可以作为在初期阶段使用钎焊浴组成中降低铜和铅的配合比的材料添加。如果这样，虽然组成调整的频率高，组成调整的结果，但可以缩短组成达到均一的时间。将含有350ppm铅的具有Sn-Ag-Cu组成的钎焊600kg溶融保持在250℃作为钎焊浴。这种钎焊浴中含有0.52％的Cu。在其中浸渍元件点数1100点的两面电路板的背面3.5秒钟，进行软钎焊。如此每次处理这种电路板10,000片，从钎焊浴材料保持溶融的状态，提取约500g钎焊材料，用ICP元素分析法进行元素分析，与初期的钎焊浴材料组成比较。重复这种循环操作5次，铅的量达到3100ppm，铜的量达到1.15％，将由常规的钎焊浴中添加的钎焊从Sn-Ag-Cu类改变为Sn-Ag类。
在这种进行组成调整的钎焊浴中，进行100,000片的电路板的安装，电桥发生率在600ppm以下，剥离的发生率为2％。在此，电桥发生率为电桥发生数除以软钎焊的总点数的比例，剥离发生率为剥离发生数除以软钎焊的总点数的比例。
另一方面，完全不进行这种钎焊浴组成调整的钎焊浴中，进行50,000片的电路板的软钎焊的结果，钎焊电桥发生率，从第40,000片以后增加，达到1000～1200ppm。还有，剥离发生率达到大约50％。根据以上说明的本发明，由于使用不引起环境污染的无铅钎焊，既使长时间使用钎焊浴不会产生钎焊电桥和剥离现象，发挥了特征在于可以进行可靠性高的软钎焊的效果。
权利要求
1.软钎焊方法，在使用熔融无铅的Sn-Ag-Cu类焊料进行电路板和电子配件的软钎焊的方法中，其特征在于调整钎焊浴的组成使铜在0.5～1.15重量％的范围内，且铅为相当于杂质的浓度。
2.权利要求1所记载的软钎焊方法，其特征在于在上述软钎焊方法中，铅的组成在300～3500ppm的范围内。
3.权利要求1所记载的软钎焊方法，其特征在于上述钎焊浴组成的调整，通过在上述钎焊浴的组成中，添加至少一种不含铜和铅的其它成分，或者添加从最初的钎焊浴组成中减少铜和铅的材料而进行。
4.权利要求1至权利要求3任意一项所记载的软钎焊方法，其特征在于对于上述钎焊浴的组成，经过规定的钎焊浴运转时间后，从钎焊浴中提取钎焊材料，对提取的钎焊材料进行元素分析，在铜和铅中的至少一种偏离规定范围的情况下，为了使钎焊浴组成在规定的范围内，通过在上述钎焊浴材料中，添加至少一种构成钎焊浴的元素成分而进行。
全文摘要
本发明的目的在于提供使用无铅钎焊的流动安装法中，有效防止钎焊电桥现象、连接可靠性高的钎焊连接方法。使用熔融无铅钎焊进行电路板和电子元件的软钎焊方法中，调整熔融钎焊浴中的钎焊浴组成，使铜在0.5～0.05重量％、铅300～3500ppm的范围内。上述钎焊浴的组成的调整，通过经过规定的运转时间后，或者钎焊浴中浸渍的电路板数达到规定的数目后，从钎焊浴中提取钎焊，进行元素分析，在铜和铅中的至少一种偏离规定范围的情况下，进行调整钎焊浴成分使钎焊浴组成在规定的范围内。
文档编号B23K1/08GK1486813SQ0315564
公开日2004年4月7日 申请日期2003年7月24日 优先权日2002年7月24日
发明者大家央, 森郁夫, 馆山和树, 伊藤寿, 津田达也, 也, 树 申请人:株式会社东芝