KR20010015469A

KR20010015469A - 납땜방법

Info

Publication number: KR20010015469A
Application number: KR1020000043834A
Authority: KR
Inventors: 코시마수오; 토도로키켄이치로; 나카야마히로아키; 수기모토타다히코
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2001-02-26
Also published as: CN1140373C; US6334570B1; KR100602884B1; JP2001044615A; CN1282643A; JP3514670B2

Abstract

본 발명의 납땜방법은 종래보다도 강한 접합강도를 얻을 수 있는 납땜방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 납땜방법은 Cu실장면에 성분이 Sn-Cu인 예비땜납을 시행하고, 이 예비땜납된 후의 면에 부품을 성분이 Sn-Ag-Cu-Bi인 본땜납으로 납땜하기 때문에, 예비땜납면과 본땜납과의 접합계면에 강한 접합강도가 얻어질 뿐만아니라, 실장면과 예비땜납과의 접합계면에 있어서도 강한 접합강도가 얻어진다.

Description

납땜방법{SOLDERING METHOD}

본 발명은 프린트배선판에의 부품납땜방법에 관한 것이다.

프린트배선판의 실장면에 부품을 납땜하여 실장함에 있어서는, 넌웨팅(non-wetting)의 방지를 목적으로 하여, 부품에 미리 예비땜납을 실시하고 있다. 이 예비땜납된 부품을 실장부분의 상기 실장면에 근접 또는 접촉시킨 상태에서 용융한 땜납을 이 부분에 공급하여 본땜납을 하고 있다. 이 경우의 예비땜납의 성분은 본땜납과 동일하다.

또, JP,A7-254780에는 접합강도의 향상을 목적으로 하는 기술이 기재되어 있다. 즉, 도 6A에 나타낸 것과 같이, 프린트배선판(1)의 Cu의 실장면(2)을, 공정땜납(eutectic solder)보다도 주석함유율이 작은 고온납땜(Sn-Pb)으로 예비땜납(3)을 실시하고, 다음으로 도 6B에 나타낸 것과 같이, 이 예비땜납면에 공정땜납(4)을 납땜해서, 이 공정땜납(4)에 온풍을 내뿜는 리플로(reflow)처리를 실시하고, 도 6C에 나타내듯이, 공정땜납(4)이 용융한 칩부품(5)의 전극(5a)의 주위에 굳어져 칩부품(5)을 본땜납하는 기술이 기재되어 있다.

도 6에 있어서, 예비땜납(3)을 행하면, 공정땜납(4)의 Cu의 실장면(2)으로의 웨팅에 비하여 공정땜납(4)의 예비땜납(3)으로의 웨팅이 양호하여, 예비땜납한 경우의 접합계면쪽이 예비땜납하지 않은 경우보다도 견고하게 접합될 수 있다. 도 6C에는 견고한 접합계면을 부호(J1)로 표시하고 있다.

그러나, 도 6에 나타낸 구성에서는 접합강도의 얼마만큼의 향상을 실현시킬 수 있지만, 보다 강한 접합강도가 요구되고 있는 것이 실정이다.

특히, 가전재활용의 관점에서, 가정전화(家庭電化)제품에 사용하는 때납재료로서 주목받고 있는 납프리땜납(Leed free solder)에 의한 납땜에 있어서도, 강한 접합강도가 요구되어지고 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 납땜 공정도이다.

도 2는 상기 실시예의 확대모식도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예의 납땜 공정도이다.

도 4는 상기 실시예의 확대모식도이다.

도 5는 본 발명의 실시예와의 비교예를 나타낸 확대모식도이다.

도 6은 종래의 납땜 공정도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1. 프린트배선판, 2. Cu 실장면,

5. 칩부품, 6. 예비땜납,

7. 예비땜납면, 8. 본땜납.

본 발명은, 종래보다도 강한 접합강도가 얻어지는 납땜방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 납땜부 방법은, 실장면에 예비땜납해서 부품을 납땜할 때에, 예비땜납은 부품을 납땜하는 본땜납에 비해 고융점에서, 실장면의 성분 및 본땜납성분의 적어도 일부의 성분을 함유한 것을 사용하며, 이 예비땜납된 후의 면에 부품을 본땜납으로 납땜하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 납땜방법은, 상기의 실장면이 Cu, 본땜납구성이 (Sn-Ag-Cu-Bi), (Sn-Ag계+첨가물), (Sn-Zn계+첨가물), (Sn-Bi계+첨가물), (Sn-In계+첨가물)중 어느 하나이거나, 예비땜납성분을 Sn-Cu로 한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 납땜방법은, 부품에 예비땜납해서 실장면에 납땜하는 경우에, 예비땜납은 부품을 납땜하는 본땜납성분에 비하여 고융점에서, 부품의 납땜부의 성분 및 본땜납성분의 적어도 일부의 성분을 함유한 것을 사용하며, 이 예비땜납된 부품을 본땜납으로 실장면에 납땜하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 납땜 방법은, 전기 부품의 납땜부의 성분이 Cu, 본땜납성분이 (Sn-Ag-Cu-Bi), (Sn-Ag계+첨가물), (Sn-Zn계+첨가물), (Sn-Bi계+첨가물), (Sn-In계+ 첨가물)중 어느 하나인 것으로, 예비땜납성분을 Sn-Cu로 한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 납땜방법은, 실장면에 부품을 납땜 경우에, Cu의 실장면을 성분이 Sn-Cu의 땜납으로 예비땜납하고, 부품의 Cu의 납땜부를 성분이 Sn-Cu의 땜납으로 예비땜납하고, 예비땜납된 부품을 예비땜납된 실장면에 성분이, (Sn-Ag-Cu-Bi), (Sn-Ag계+첨가물), (Sn-Zn계+첨가물), (Sn-Bi계+첨가물), (Sn-In계+첨가물)중 어느 하나인 본땜납으로 납땜하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이, 본 발명의 납땜방법에 의하면, 실장면에 예비땜납하여 부품을 납땜하는 경우에, 예비땜납으로 하면, 부품을 납땜부는 본땜납에 비하여 고융점에서, 실장면의 성분 및 본땜납성분의 적어도 일부의 성분을 함유한 것을 사용하고, 이 예비땜납된 후의 면에 부품을 본땜납으로 납땜하므로, 예비땜납과 본땜납과의 접합계면에서 견고한 접합강도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 실장면과 예비땜납과의 접합계면에 있어서도 접합강도를 얻을 수 있다.

또, 실장면이 Cu, 본땜납이 (Sn-Ag-Cu-Bi), (Sn-Ag계+첨가물), (Sn-Zn계+첨가물), (Sn-Bi계 첨가물), (Sn-In계+첨가물)의 어느 것으로, 예비땜납을 Sn-Cu로 한 경우에는, 납없는 납땜에 의한 납땜에 있어서도, 견고한 접합강도를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 납땜방법을 구체적인 실시예에 기초하여 설명한다.

(실시예1)

도 1과 도 2는 제1 실시예를 표시한다.

도 6에 표시한 종래예와 동일하게 프린트배선판(1)에 칩부품(5)을 실장하는 경우에, 도 1A의 도에서는 Cu의 실장면(2)에 Sn-Cu을 주성분으로 한 예비땜납(6)을 시행한다. 이 예비땜납의 성분비율은 Cu가 0.3 ~ 5.0중량%이며, 잔부가 Sn으로, 막두께는 3 ~ 50㎛이다.

다음에 도 1B의 도에서는, 예비땜납(6)의 예비땜납면(7)상에 용융한 Sn-Ag-Cu-Bi의 본땜납(8)을 하고, 실장해야 할 칩부품(5)을 본땜납(8)에 얹어놓는다.

이 본땜납의 성분비율은, Ag가 0.5 ~ 5.0중량%, Cu가 0.1 ~ 2.0중량%, Bi가 0 ~ 5.0중량%, 잔부가 Sn이다.

또, 예비땜납(6)의 융점은 227℃이고, 본땜납(8)의 융점은 약 217℃ 보다도 고융점이다.

도 1B의 상태에 본땜납(8)에 온풍을 내뿜는 리플로처리를 시행하고, 본땜납(8)이 식어 굳어진 상태를 도 1에 표시하고 있다. 도 2는 도 1C의 확대 모식도로서, 견고한 접합계면을 부호 J2, J3로 표시하고 있다.

Cu의 실장면(2)과 Sn-Cu의 예비땜납(6)과의 접합계면(J2)는, Cu의 실장면(2)에 예비땜납(6)의 성분의 일부인 Cu가 융합하여 Cu가 풍부한 Sn-Cu으로 형성되어 강한 접합강도를 얻을 수 있다.

또, 실장면(2)의 측면이, Cu가 풍부한 Sn-Cu의 예비땜납(6)이 되는 것에 의해, 반대로 본땜납(8) 측의 예비땜납(6)은 Sn이 풍부한 Sn-Cu로 형성되어 있다. 이 때문에, Sn-Cu의 예비땜납(6)과 Sn-Ag-Cu-Bi의 본땜납(8)의 접합계면(J3)은 본땜납(8)의 성분의 일부인 Sn이, Sn이 풍부유 Sn-Cu의 예비땜납(6)에 융합하여 강한 접합강도를 얻을 수 있었다.

더욱 상세하게는, 본땜납(8)에는 융점을 낮추기 위해서 Bi가 첨가되지만, 도 1B에서 도 1C로 응고할 때에는, 본땜납(8)의 성분의 일부인 Sn이, Sn이 풍부한 Sn-Cu의 예비땜납(6)에 신속하게 융합하여 예비땜납면(7)을 덮고, 접합계면(J3)에 상기 Bi가 집중하여 편석하는 일가 없이, 접합계면(J3)으로서 강한 접합강도를 얻을 수 있었다.

(비교예)

도 5는 비교예를 나타낸다.

이 비교예는 실시예1에 있어서의 예비땜납을 처리하지 않고 Sn-Ag-Cu-Bi의 본땜납(8)에 의한 본땜납을 실시한 경우를 나타내고 있다. 또한, 본땜납(8)의 각 성분의 개별의 융점은, Sn= 232℃, Ag= 962℃, Cu= 1084℃, Bi= 271℃이다.

Cu의 실장면(2)에 직접 Sn-Ag-Cu-Bi의 본땜납(8)으로 칩부품(5)을 리플로처리에 의해 납땜하면, 본땜납(8)이 외측부터 냉각하여 응고할 때에는 저융점의 Bi가 Cu의 실장면(2)에 집중하여 모아진 상태로 고체화한다.

이와 같이 납땜 상태에 있어서는, 입자가 커서 부서지기 쉬운 Bi가 Cu의 실장면(2)에 집중함으로써 접합계면의 접합강도가 현저히 저하된다.

(실시예2)

도 3과 도 4는 실시예(2)를 나타낸다.

상기 제1 실시예에서는 칩부품(5)의 전극(5a)에는 예비땜납되어 있지 않았지만, 이 제2 실시예에서는 칩부품(5)의 전극(5a)에도 예비땜납되어 있다. 여기서, 전극(5a)의 모재 또는 모재상에 처리되는 재료는 Cu이다.

도 3A에 나타내듯이, Cu의 실장면(2)에 Sn-Cu을 주성분으로 한 예비땜납(6)(성분비율은 Cu가 0.3 ~ 5.0중량%이고, 잔부가 Sn, 막두께 3 ~ 50㎛)을 처리하고, 예비땜납(6)의 예비땜납면(7) 상에 용융한 Sn-Ag-Cu-Bi의 본땜납(8)(성분비율은 Ag가 0.5 ~ 5.0중량%, Cu가 0.1 ~ 2.0중량%, Bi가 0 ~ 5.0중량%, 잔부가 Sn이다)을 한다. 또한, 칩부품(5)의 Cu의 전극(5a)의 표면에도 Sn-Cu로 예비땜납(9)(성분비율은 Cu가 0.3 ~ 5.0중량%이고, 잔부가 Sn)을 납땜한다.

다음으로 도 3B에서는, 실장해야할 칩부품(5)을 본땜납(8)에 재치하여 리플로처리한다.

이 경우에는, 도 4에 표시하듯이, 실장면(2)과 예비땜납(6)의 사이 및 예비땜납(6)과 본땜납(8) 사이에 강한 접합계면(J2, J3)이 실시예(1)와 마찬가지로 얻어짐과 아울러, 칩부품의 전극(5a)과 본땜납(8)과의 접합계면(J4)도 같은 이유에서 강한 것이 얻어진다.

(실시예3)

상기의 각 실시예에서는 본땜납(8)은 Sn-Ag-Cu-Bi였지만, 융점이 예비땜납(6)의 융점보다도 낮은 것이라면 본땜납성분이 (Sn-Ag계+첨가물), (Sn-Zn계+첨가물), (Sn-Bi계+첨가물), (Sn-In계+첨가물) 등을 사용할 수도 있다.

본땜납성분이 (Sn-Ag계+첨가물)의 경우에는 Ag계가 2.0 ~ 5.0중량%, 첨가물이 0 ~ 5.0중량%, 잔부가 Sn이다.

본땜납성분이 (Sn-Zn계+첨가물)의 경우에는 Zn계가 2.0 ~ 10.0중량%, 첨가물이 0 ~ 5.0중량%, 잔부가 Sn이다.

본땜납성분이 (Sn-Bi계+첨가물)의 경우에는 Bi계가 35.0 ~ 60.0중량%, 참가물이 0 ~ 5.0중량%, 잔부가 Sn이다.

본땜납성분이 (Sn-In계+첨가물)의 경우에는 In계가 40.0 ~ 60.0중량%, 첨가물이 0 ~ 5.0중량%, 잔부가 Sn이다.

첨가물은 Bi, In, P, Ge, Ga, Ni을 단독 또는 조합하여 배합한 것으로, 배합비율은 Bi(0 ~ 5.0중량%), In(0 ~ 5.0중량%), P(0 ~ 1.0중량), Ge(0 ~ 1.0중량%), Ga(0 ~ 1.0중량%), Ni(0 ~ 1.0중량%)이다. Bi는 저융점화를 촉진하기 위해 첨가하는 것이고, In은 납땜의 강도를 올리고, 저융점화를 촉진하기 위해 첨가하는 것이다. P, Ge는 산화를 방지하기 위해, Ga는 결정의 조대화를 방지하기 위해, Ni는 유동성을 개선하기 위해 첨가한다.

(실시예4)

상기 제2 실시예, 제3 실시예에서는 프린트 배선판(1)의 실장면(2)과 칩부품의 전극(5a)의 양쪽에 예비땜납(6, 9)이 처리되었으나, 칩부품의 전극(5a)에만 예비땜납(9)을 처리하여도 좋다. 이 실시예의 경우에 있어서도, 종래의 납땜방법에 비하여 접합강도의 향상을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 설명에서는 칩부품에 대한 납땜의 설명을 행하였지만, 반도체 혹은 전자부품의 각각의 리드 또는 전극의 납땜에 적용되는 것도 있다.

칩부품이나 반도체, 전자부품 등의 납땜방법을 개선한 것으로써 종래보다도 강한 접합강도를 얻을 수 있는 납땜방법을 제공한다.

Claims

실장면에 예비땜납하여 부품을 납땜하는 경우에 있어서,

예비땜납은 부품을 납땜하는 본땜납에 비하여 고융점이고, 실장면의 성분 및 본 땜납성분의 적어도 일부의 성분을 함유한 것을 사용하고,

이 예비땜납된 후의 면에 부품을 본땜납으로 납땜하는 납땜방법.
제 1항에 있어서, 실장면이 Cu, 본땜납성분이 (Sn-Ag-Cu-Bi), (Sn-Ag계+첨가물), (Sn-Zn계+첨가물), (Sn-Bi계첨가물), (Sn-In계+첨가물)중 어느 하나이고, 예비땜납성분을 Sn-Cu로 한 납땜방법.
부품에 예비땜납하여 실장면에 납땜하는 경우에 있어서,

예비땜납은, 부품을 납땜하는 본땜납에 비하여 고융점이고, 부품의 납땜부의 성분 및 본땜납성분의 적어도 일부의 성분을 함유한 것을 사용하고,

이 예비땜납된 부품을 본땜납으로 실장면에 납땜하는 납땜방법.
제 3항에 있어서, 부품의 납땜부의 성분이 Cu, 본땜납성분이 (Sn-Ag-Cu-Bi), (Sn-Ag계+첨가물), (Sn-Zn계+첨가물), (Sn-Bi계+첨가물), (Sn-In계+첨가물)중 어느 하나이고, 예비땜납성분을 Sn-Cu로 한 납땜방법.
실장면에 부품을 납땜하는 경우에 있어서,

Cu의 실장면을 성분이 Sn-Cu인 땜납으로 예비땜납하고,

부품의 Cu의 납땜부를 성분이 Sn-Cu인 땜납으로 예비땜납하고,

예비땜납된 부품을 예비땜납된 실장면에, 성분이 (Sn-Ag-Cu-Bi), (Sn-Ag계+첨가물), (Sn-Zn계+첨가물), (Sn-Bi계+첨가물), (Sn-In계+첨가물)중 어느 하나인 본땜납으로 납땜하는 납땜방법.