专利名称：焊接方法
技术领域：
本发明涉及在印刷电路板上焊接部件的方法。
在印刷电路板的安装表面焊接部件进行实际安装时，为了防止不润湿(Non-wetting)，预先对部件进行预备焊接。经过预备焊接的熔融状态的部件在接近或与前述表面连接的状态下焊接在进行实际安装的前述表面。这种情况下，预备焊剂的组分与焊接时所用焊剂(以下称为本焊剂)相同。
JP，A7-254780记载了提高连接强度的技术。即记载了以下技术，如图6A所示，用锡含量低于低共熔焊剂(eutectic solder)的高温焊剂(Sn-Pb)作为预备焊剂3对印刷电路板1的Cu安装表面2进行预备焊接。然后，如图6B所示，在该预备焊剂面沾上低共熔焊剂4，用温热的风吹拂低共熔焊剂4进行软熔处理。最后，如图6C所示，使低共熔焊剂4熔融，固定在金属部件5的电极5a的周围，对金属部件5进行焊接。
如图6所示用预备焊剂3进行处理后，用低共熔焊剂4对预备焊剂3的润湿(wetting)情况好于用低共熔焊剂4润湿Cu安装表面2的情况，用预备焊剂进行了处理的连接界面的连接强度大于未用预备焊剂进行处理的界面。图6C中，牢固的连接界面用符号J1表示。
但是，图6所示构成虽然能够提高连接强度，但现在要求有更大的连接强度。
特别是从家电的再循环利用角度考虑，即使是用作为用于家电产品的焊接材料的正倍受瞩目的无铅焊剂(lead free solder)进行焊接，对其连接强度也有更高的要求。
本发明的目的是提供能够获得优于以往的连接强度的焊接方法。
本发明的焊接方法的特征包括，对安装表面进行预备焊接，然后再焊接部件时，所用预备焊剂的熔点高于焊接部件的本焊剂的熔点，该焊剂至少含有部分安装表面组分和本焊剂组分，在进行过预备焊接的表面用本焊剂进行焊接。
本发明的焊接方法的特征还包括，前述安装表面为Cu，本焊剂组分为(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)中的任一种，预备焊剂组分为Sn-Cu。
本发明的焊接方法的特征还包括，对部件进行预备焊接，然后再焊到安装表面时，所用预备焊剂的熔点高于焊接部件的本焊剂的熔点，该焊剂至少含有部分部件的焊接部分组分和本焊剂组分，用本焊剂将进行过预备焊接处理的部件焊接到安装表面。
本发明的焊接方法的特征还包括，前述部件的焊接部分组分为Cu，本焊剂组分为(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)中的任一种，预备焊剂组分为Sn-Cu。
本发明的焊接方法的特征还包括，在安装表面焊接部件时，用组分为Sn-Cu的焊剂在Cu安装表面进行预备焊接，同样用组分为Sn-Cu的焊剂对部件的Cu焊接部分进行预备焊接，再用选自(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)中的任一种本焊剂将经过预备焊接处理的部件焊到同样经过预备焊接处理的安装表面。
如上所述，利用本发明的焊接方法对安装表面进行预备焊接，再将部件焊到表面上时，所用预备焊剂的熔点高于焊接部件的本焊剂，该焊剂含有至少部分安装表面组分和本焊剂组分，用本焊剂将部件焊到经过预备焊接的表面时，不仅能够在预备焊剂面和本焊剂的连接界面获得良好的连接强度，还能够在安装表面和预备焊剂的连接界面获得良好的连接强度。
此外，安装表面为Cu，本焊剂为(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)中的任一种，预备焊剂为Sn-Cu时，即使用无铅焊剂进行焊接，也能够获得良好的连接强度。
图1为本发明的实施例1的焊接工程图。
图2为实施例1的放大模式图。
图3为本发明的实施例2的焊接工程图。
图4为实施例2的放大模式图。
图5为本发明实施例的比较例的放大模式图。
图6为传统的焊接工程图。
以下，以实施例为基础，对本发明的焊接方法进行具体说明。
实施例1图1和图2表示实施例1。
与图6所示的传统例子相同，在印刷电路板1上安装金属部件5时，图1A中，在Cu安装表面2上用以Sn-Cu为主成分的预备焊剂6进行预备焊接。该预备焊剂中，Cu为0．3～5．0重量％，其余部分为Sn，膜厚为3～50μm。
图1B中，在预备焊剂6的预备焊剂面7上沾上熔融的Sn-Ag-Cu-Bi本焊剂8，将需要安装的金属部件5放置在本焊剂8中。本焊剂中，Ag为0．5～5．0重量％，Cu为0．1～2．0重量％，Bi为0～5．0重量％，其余部分为Sn。
预备焊剂6的熔点为227℃，本焊剂8的熔点约高于217℃。
以图1B的状态对本焊剂8吹拂温热的风进行软熔处理，本焊剂8冷却后的固化状态如图1C所示。图2为图1C的放大模式图，牢固的连接表面用符号J2和J3表示。
使作为预备焊剂6组分的一部分的Cu与Cu安装表面2融合，形成含有较多Cu的Sn-Cu，可在Cu安装表面2和Sn-Cu预备焊剂6的连接界面J2获得良好的连接强度。
此外，在安装表面2侧使用的是含有较多Cu的Sn-Cu预备焊剂6，在本焊剂8侧的预备焊剂6是Sn含量较多的Sn-Cu焊剂。因此，使作为本焊剂8组分的一部分的Sn与Sn含量较多的Sn-Cu预备焊剂6融合，就能够在Sn-Cu预备焊剂6和Sn-Ag-Cu-Bi本焊剂8的连接界面J3获得良好的连接强度。
更具体来讲，为使本焊剂8的熔点降低，添加了Bi。如图1B和图1C所示进行凝固时，作为本焊剂8组分的一部分的Sn与含有较多Sn的Sn-Cu预备焊剂6迅速融合，覆盖在预备焊剂面7．上，前述Bi集中在连接界面J3且无偏析，在连接界面J3获得良好的连接强度。
比较例图5表示比较例。
该比较例是未进行实施例1的预备焊接而是用Sn-Ag-Cu-Bi本焊剂8进行焊接的情况。本焊剂8的各组分的熔点是，Sn为232℃、Ag为962℃、Cu为1084℃、Bi为271℃。
用Sn-Ag-Cu-Bi本焊剂8，通过软熔处理直接在Cu安装表面2焊接金属部件5后，从外侧开始使本焊剂8冷却凝固时，低熔点的Bi集中在Cu安装表面2，以凝集状态固化。
该焊接状态中，由于粒子较大且较脆的Bi集中在Cu安装表面2，所以，显著降低了连接界面的连接强度。
实施例2图3和图4表示实施例2。
上述实施例1未对金属部件5的电极5a进行预备焊接。实施例2中，对金属部件5的电极5a也进行了预备焊接。这里的电极5a的母材或用于母材上的材料为Cu。
如图3A所示，用以Sn-Cu为主成分的预备焊剂6(组分中Cu占0．3～5．0重量％，其余部分为Sn，膜厚为3～50μm)进行预备焊接，然后在预备焊剂6的预备焊剂面7上沾上熔融的Sn-Ag-Cu-Bi本焊剂8(组分中，Ag为0．5～5．0重量％，Cu为0．1～2．0重量％，Bi为0～5．0重量％，其余部分为Sn)。同样用Sn-Cu预备焊剂9(组分中Cu占0．3～5．0重量％，其余部分为Sn)对金属部件5的Cu电极5a表面进行预备焊接。
接着，如图3B所示，将需要安装的金属部件5放置在本焊剂8中，进行软熔处理。
这种情况如图4所示，不仅与实施例1同样在安装表面2和预备焊剂6间，以及预备焊剂6和本焊剂8间获得了牢固的连接界面J2和J3。而且，以同样的原理在金属部件的电极5a和本焊剂8间形成了牢固的连接界面J4。
实施例3上述各实施例中所用的本焊剂8为Sn-Ag-Cu-Bi，也可使用熔点低于预备焊剂6的本焊剂(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。
本焊剂成分为(Sn-Ag系+添加物)时，Ag系为2．0～5．0重量％，添加物为0～5．0重量％，其余部分为Sn。
本焊剂成分为(Sn-Zn系+添加物)时，Zn系为2．0～10．0重量％，添加物为0～5．0重量％，其余部分为Sn。
本焊剂成分为(Sn-Bi系+添加物)时，Bi系为35．0～60．0重量％，添加物为0～5．0重量％，其余部分为Sn。
本焊剂成分为(Sn-In系+添加物)时，In系为40．0～60．0重量％，添加物为0～5．0重量％，其余部分为Sn。
添加物是由Bi、In、P、Ge、Ga、Ni单独或组合而成的物质。它们的混合比例是，Bi为0～5．0重量％、In为0～5．0重量％、P为0～1．0重量％、Ge为0～1．0重量％、Ga为0～1．0重量％、Ni为0～1．0重量％。Bi是为降低熔点而添加的组分，In是为提高焊接强度及降低熔点而添加的组分，P和Ge是为抑制氧化而添加的组分，Ga是为防止结晶变得粗大而添加的组分，Ni是为改善流动性而添加的组分。
实施例4上述实施例2和实施例3中，用预备焊剂6和9分别对印刷电路板1的安装表面2和金属部件的电极5a进行了预备焊接。也可用预备焊剂9只对金属部件的电极5a进行预备焊接处理。与传统焊接方法相比，该实施例也能够获得连接强度有所提高的效果。
如上所述，本发明对金属部件的焊接进行了说明，这种技术同样适用于半导体或电子部件的各种导电片或电极的焊接。
权利要求
1．焊接方法，其特征在于，对安装表面进行预备焊接，然后再焊接部件，所用预备焊剂的熔点高于焊接部件的本焊剂的熔点，并至少含有部分安装表面组分和本焊剂组分，在进行过预备焊接的表面用本焊剂进行焊接。
2．如权利要求1所述的焊接方法，其特征还在于，前述安装表面为Cu，本焊剂组分为(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)中的任一种，预备焊剂组分为Sn-Cu。
3．焊接方法，其特征在于，对部件进行预备焊接，然后再焊到安装表面上时，所用预备焊剂的熔点高于焊接部件的本焊剂的熔点，该焊剂至少含有部分部件的焊接部分组分和本焊剂组分，用本焊剂将进行过预备焊接处理的部件焊接到安装表面。
4．如权利要求3所述的焊接方法，其特征还在于，前述部件的焊接部分组分为Cu，本焊剂组分为(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)中的任一种，预备焊剂组分为Sn-Cu。
5．焊接方法，其特征在于，在安装表面焊接部件时，用组分为Sn-Cu的焊剂在Cu安装表面进行预备焊接，同样用组分为Sn-Cu的焊剂对部件的Cu焊接部分进行预备焊接，再用选自(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)中的任一种本焊剂将经过预备焊接处理的部件焊到同样经过预备焊接处理的安装表面。
全文摘要
本发明的焊接方法的目的是提供能够获得优于以往的连接强度的焊接方法。本发明的焊接方法是用组分为Sn－Cu的预备焊剂对Cu安装表面进行预备焊接,再用Sn－Ag－Cu－Bi本焊剂将部件焊到经过预备焊接处理的表面,这样不仅能够在预备焊剂面和本焊剂的连接界面获得良好的连接强度,还能够在安装表面和预备焊剂的连接界面获得良好的连接强度。
文档编号B23K1/20GK1282643SQ0012228
公开日2001年2月7日 申请日期2000年7月28日 优先权日1999年7月29日
发明者古志益雄, 轰木贤一郎, 中山浩晃, 杉本忠彦 申请人:松下电器产业株式会社