一种使用钎焊膏的表面安装方法，其允许使用树脂组分将钎料粒子包含 以形成钎焊膏，如已知的应用于在基板上安装电子零件的方法中的焊接材 料。在该方法中，通过丝网印刷方法将钎焊膏成形在所述基板上，每次都能 够将钎料供给到粘着目标部分，并且，在将零件安装到基板上之后，通过利 用回流设备加热所述基板，每次能将多个零件钎焊到基板上。因此，一种简 单廉价的安装方法能够被具体化。
一种采用具有如下结构的钎料粒子的钎焊膏已经被建议用做电子零件 的钎焊所使用的钎焊膏(参照专利文献1-5)，其中所述作为核心的钎料粒 子的表面被一层(与核心金属)不同金属的钝化膜所覆盖。所有专利文献的 目的都是保证钎料在回流时的润湿性润，以及通过为钎料组分覆层而提高钎 料的粘着性质，所述钎料组分被熔化以形成钎焊部分，其具有一层金属如银 的覆膜(coating film)，在暴露于大气的环境中银是难于被氧化的。在专利 文献2-5中所使用的是在合金中不包含铅组分的所谓的无铅钎料粒子。
[专利文献1]日本未审专利出版物No.5-154687
[专利文献2]日本未审专利出版物No.8-164496
[专利文献3]日本未审专利出版物No.2001-321983
[专利文献4]日本未审专利出版物No.2002-120086
[专利文献5]日本来审专利出版物No.2002-331385
随着近来电子设备尺寸的减小，用于将电子零件连接到基板上的电极的 间距变得更细(fine)，这就需要零件的端子以被钎焊成形有100μm或更少 的小间距的细电极上。然而，在上述专利文献所描述的钎焊膏中，由于所包 含的钎料粒子的粒径是10μm或以上，因此，不能将钎焊膏稳定地印刷到细 的电极上。
为了增强到所述细电极上的可印刷性，需要减小包含在所述钎焊膏中的 钎料粒子的粒径。然而，在钎焊膏中的钎料粒子的粒径的减小将导致下列问 题，因而使得具有10μm或更小尺寸的细的钎焊膏不能被用于钎焊膏中。
钎料粒子的尺寸的减少大大地增加了每单位重量的钎焊膏的表面面积。 结果，存在于钎料粒子表面的氧化物的数量增加，并从而趋向于阻碍在钎焊 过程中钎料粒子的熔合。所述氧化物能够通过增加具有强力活化作用的活化 剂而消除。然而，在活化剂的比例增加时，电极和接线电路被钎焊后仍残余 的活性组分所腐蚀，从而使可靠性降低。因此，难于仅通过活化剂来解决氧 化物的问题。
已经发现，上述专利文献中的钎料粒子在小于10μm或更小时被完全氧 化(scaled down)，所述钎料粒子具有表面覆盖有覆膜的结构，润湿性反而 降低，抵制了通过使用覆膜防止氧化物产生以增强润湿性的目的。也就是说， 如上文所述，在钎料粒子的尺寸减少以及在核心粒子的覆膜中的金属组分比 率的相对增加时，每单位重量的钎料粒子的表面面积增加，结果，由于覆膜 向核心粒子的扩散所形成的合金的熔点增加，从而导致润湿性降低的现象。
换句话说，当具有的尺寸小于10μm的细钎料粒子被用于钎焊膏时，润 湿性必须仅通过形成一层防氧化薄膜来减少氧化物的影响而改善。这样，所 述的传统钎焊膏就难于通过一种简单和廉价的方法保证相对于细间距零件 的优秀的钎料粘着性能，所述细间距零件上细电极被成形为具有很小的间 距。

因此，本发明的目的是提供一种钎焊膏，其能够利用一种简单和廉价的 方法保证相对于细间距零件的优秀的钎焊粘着性能。
按照本发明的一个方面，提供一种钎焊膏，所述钎焊膏通过允许具有去 除氧化膜功能的树脂组分将钎料粒子包含而形成，其中钎料粒子的核心粒子 的表面覆盖有覆膜，其中核心粒子通过将第一金属成形为球状粒子并使该球 状粒子按照粒径分布(particle diameter distribution)来分布而获得，在所述 粒径分布中平均粒径在3μm到7μm之间，并且至少75％的粒子在1μm到9 μm之间，所述覆膜由熔点比第一金属高的第二金属所构成，该第二金属几 乎不产生自然氧化膜，并且能够与第一金属一起形成合金，所述覆膜相对于 整个钎料粒子的量被设置在这样的范围内，即，使得由第一金属和第二金属 形成的合金的熔点低于第一金属的熔点。
按照本发明的另一个方面，提供一种钎焊膏，所述钎焊膏通过允许具有 氧化物去除功能的树脂组分包含钎料粒子而形成，其中钎料粒子的核心粒子 覆盖有覆膜，核心粒子通过将锡(Sn)或者锡作为主要组分但不含铅(Pb) 的合金成形为球状粒子并使该球状粒子按照粒径分布来分布而获得，其中平 均粒径在3μm到7μm之间，并且至少有75％的粒子在1μm到9μm之间，其 中所述覆膜通过以占钎料粒子的1至4％重量比的银(Ag)膜覆盖所述核心粒 子的表面而形成。
按照本发明，通过使用具有熔点比第一金属更高的第二金属覆盖核心粒 子的表面，所述第二金属几乎不产生自然氧化膜，且能够与第一金属形成合 金，将覆膜相对于整个钎料粒子的量的范围设置为使得由第一金属和第二金 属形成的合金的熔点比所述第一金属的所述熔点低，特别是，通过使用由锡 (Sn)或者由锡作为主要组分的包含锡但是不包含铅(Pb)的合金成形为球 状粒子，并且为具有细直径的核心粒子的表面覆膜，并采用粒径分布，其中 平均粒径在3μm到7μm范围内，并且至少75％的粒子在1μm到9μm的范围 内，并且具有重量占全部钎料粒子1到4％重量比的银(Ag)膜，所述银膜 能够防止在钎料粒子表面形成氧化物，以提高钎料在钎焊时的润湿性。另外， 还能够通过使用简单廉价的方法保证印刷到细电极上的可印刷性和相对于 细间距零件的优秀的钎焊粘着性能。
附图说明
图1(a)到1(c)为基板的透视图，其中基板上的凸焊点(bump)由 按照本发明实施例的钎焊膏所形成；
图2(a)是图示了在按照本发明的实施例的钎焊膏中的钎料粒子的结 构的图示；
图2(b)在按照本发明的实施例的钎焊膏中的钎料中的粒径分布的图表；
图3是形成按照本发明的实施例的钎焊膏中的钎料粒子的Sn-Ag的相 图；
图4(a)到4(d)为的横剖面图，图解了使用按照本发明实施例的钎 焊膏形成凸焊点的加工过程；
图5(a)到5(c)为图示了使用按照本发明实施例的钎焊膏的钎焊过 程中钎料粒子的行为的图示；
图6(a)到6(c)为图示了通过使用按照本发明的实施例的钎焊膏将 电子零件安装的方法的过程的图示。

下面将参照附图描述按照本发明的一个实施例。首先，将参照图1描述 一个基板，该基板上的零件连接凸焊点部分由按照本发明的钎焊膏所形成。 在图1(a)中零件连接电极2被成形在基板1上。所述基板1为具有高安装密 度的基板，上面安装了鳍-间距(fin-pitch)零件。所述电极2具有一个狭窄 的小于100μm的内电极间距p，并且所述电极2的两维尺寸都是几十μm。
在把电子零件安装在基板1的时候，如图1(b)所示，首先，具有如下 结构的钎焊膏被供给到所述电极2上，即，所述钎焊膏的钎料粒子4被包含在 具有氧化物可移去性(oxide removability)的树脂组分3之中。随后，通过总 体上加热基板1，钎焊膏3之中的钎料粒子4被熔化并且固定到电极2上，如图 1(c)所示，以在电极2上形成钎凸焊点。在将电子零件安装到基板1上的时候， 作为安装目标的电子零件5的连接端子和电极2被钎凸焊点5相互钎焊到一 起。
一种钎焊膏3的结构被结合图2所描述出来。如图2所示，钎焊膏3具有一 种结构，即多个具有不同尺寸的钎料粒子4，如钎料粒子4A、4B、4C....被包 含于树脂组分3a之中。一种添加了活化剂以施加氧化物可移去性的热固性树 脂被用于作为所述树脂组分3a。一种添加例如松香的硬化剂和活化剂的以环 氧树脂作为主要成分的树脂被用作所述热固性树脂。因此，能够去除作为钎 焊目标的电极2由于暴露于大气之中所产生的氧化膜。通常钎焊所使用的松 香焊剂可以被用作树脂组分3a。
在钎料粒子4A、4B、4C……中，不同厚度t1、t2、t3……的覆膜7A、7B、 7C……，分别地被成形在具有不同直径D1、D2、D3……的核心粒子6A、6B、 6C……上。在下面的描述中，钎料粒子4A、4B、4C……，核心粒子6A、6B、 6C……以及覆膜7A、7B、7C……由钎料粒子4、核心粒子6和覆膜7所表示。
这里，所述核心粒子6由第一金属成形，也就是说，具有低熔点的锡(Sn) 或包含锡并以锡为主要成分的合金。优选采用在锡中添加铋(Bi)、银(Ag)和 铜(Cu)的一种过多种所形成的合金。在本实施例中，采用了含有少于0.8％重 量比的铜的合金。含有1％重量比或更多铅(Pb)和锌(Zn)的合金被排除实施 例之外。就是说，从减少自然环境负担的环保观点出发最好将铅排除，而由 于暴露与大气中的锌易被氧化所以将锌排除，以最大程度地防止在所述核心 粒子6的表面上形成氧化膜。
通过粒子分布所获得的粒子，是通过雾化法将所述合金成形为球状粒子 获得的并且具有随机的粒径分布，满足下列粒径分布的粒子被用作核心粒子 6。如图2(b)所示，核心粒子6被选中为具有下述粒径分布，即，核心粒子 6的粒径D1、D2、D3......的平均值M在3μm到7μm的范围R1内。所述核心 粒子被选中为使得75％或更多的核心粒子6处于1μm到9μm的范围R2内。 就是说，所述核心粒子6能够通过将不含铅(Pb)的第一金属成形为球状粒 子并且按照粒径分布对所述球状粒子进行分布而获得，在所述粒径分布中平 均粒径为3μm到7μm并且在所有的核心粒子之中有75％或以上(更优选为 90％或以上)的粒径在1μm到9μm之间。另外，核心粒子的最大直径设定 为小于15μm，从而印刷在电极2上的钎焊膏3的量的变化减少。
在具有小电极尺寸的电极2被钎焊时，通过使用具有微粒径的核心粒子6 作为混合入钎焊膏3之内的钎料粒子4，能够具有优秀可印刷性地将所述钎焊 膏供给到所述电极2上。就是说，如专利文献1至5所述，传统的应用于钎焊 膏内的钎料粒子具有的最小粒径大约10μm，并且大多数的钎料粒子具有比 最小粒径大得多的粒径。因此，上述专利文献不能够在本实施例所描述的具 有100μm以下的平面尺寸的细电极上获得优秀的可印刷性。
覆膜7将在下文中描述。所述覆膜7是为了防止核心粒子6表面上形成的 氧化物的目的而成形的，所述氧化物是由于暴露于大气之中或者在核心粒子 被成形为颗粒形状的时间点与钎焊时间点之间的时间内的加热所引起的。在 钎焊过程中核心粒子6被熔化的地方的状态是，覆盖了核心粒子6表面的覆膜 7，在所述核心粒子6的表面保持固相，同时扩散到所述熔化的核心粒子6的 内部以形成新的钎焊合金。
因此，一种不在钎焊的加热以及核心粒子6的熔化的加热温度熔化的金 属，即，具有的熔点高于第一金属(锡或者以锡作为主要祖坟的合金)的金 属，难于形成自然氧化物的金属，能与第一金属形成合金的金属被选择为所 述金属(第二金属)以形成所述覆膜7。在本实施例中，银(Ag)被用于作 为上述金属，并且上述覆膜7是通过无电感应镀膜方法把银覆盖到上述核心 粒子6的表面上而形成。
在这种情况下，将形成覆膜7的银的量设置在占钎焊粒子4的1至4％重量 比，覆膜7的厚度适合于上述目的。也就是说，当银的量小于1％重量比时， 就难于保证完全覆盖核心粒子6以防止粒子氧化的量。当银的量大于4wt％ 时，钎料粒子4就会由于银在锡(Sn)作为主要组分(的合金)之中的存在 而软化，从而降低连接强度。因此，已经证实，由于上述原因，最好不要超 过4％重量比。
通过将形成覆膜7的银的量设置在占具有上述粒径分布的钎料粒子的1 至4％重量比，所述具有2nm至70nm厚度的覆膜7被成形在核心粒子6的表面 上。通过使用具有上述厚度的覆膜7来覆盖核心粒子6被实验证实，能够有效 地防止由于暴露于大气环境之中以及在钎焊过程中钎料粒子4相互之间的熔 化和合并所造成的自然氧化物。
现在，参照Sn-Ag的相图图3描述将覆膜7的量设置在1到4％重量比的原 因。如图3所示，Sn-Ag的二元共晶点(eutectic point)是锡96.5％重量比 (Ag3.5％重量比)的点，上述组成所出现的最低熔点为221℃。也就是说， 通过将覆膜7之中银的量设置为接近共晶态(eutectic state)中银的量，那么 由所述覆膜7扩散到核心粒子6之中所形成的合金的熔点就能够被设置到一 个低于形成所述核心粒子6的金属(Sn100％重量比)的熔点(231.968℃)的 温度(参见图3中所示的液相线C)。
在本实施例中，当银的混合比率被设置为银的量占整个钎料粒子的1到 4％重量比(如图3所示范围)时，所述钎料粒子4所熔化和硬化所形成的钎 凸焊点的熔点就能够被设置为比所述核心粒子6的熔点低。也就是说，在本 实施例中，覆膜7相对于整个钎料粒子4的量被设置在使得包含形成核心粒子 6的第一金属和形成覆膜7的第二金属的合金的熔点比第一金属的熔点低。更 优选的是，通过将银的混合比率设置在3至3.5％重量比(图3所示的范围B内)， 所述组成非常接近于Sn-Ag合金的共晶点，就能够保证与核心粒子6的熔点具 有2℃或更多的落差温度(共晶点的差异)。
如上文所述，当向合金中作为第一金属的锡中加入了0.8％重量比或更少 的铜时，相图成为3组分系统。然而，图3中所示的上述2组分系统的相图基 本上也能够应用到这种情况下。也就是说，具上述成分范围的铜存在时，形 成核心粒子6的第一金属和形成覆膜7的第二金属的合金的熔点低于第一金 属的熔点。
下面将参照图4描述一种凸焊点成形方法，该方法将钎凸焊点5成形在细 间距的零件安装电极2上，所述电极2通过使用本实施例所描述的钎焊膏3而 成形在基板1上。首先，利用丝网印刷方法将钎焊膏3施加到基板1的顶面， 以覆盖电极2。如图4(a)所示，掩模板S设置于基板1的顶面上，模型孔8a 成形于掩模板8上，使其相应于电极2。钎焊膏3被供应到掩模板8上，通过允 许涂刷器9沿着如图4(b)所示的掩模板8的顶面滑动而将钎焊膏3施加到掩 模板8的顶面。随后，通过将掩模板8从基板1上分离，一定数量的覆盖在电 极2上的钎焊膏3就会被供给到基板1上，如图4(c)所示。
随后，通过在回流过程中加热已经印刷有钎焊膏3的基板1，钎焊膏3中 的钎料粒子4被熔化并附着于电极2上，因而所述钎凸焊点5被成形在电极2 上。在将电子零件安装到基板1上的零件安装过程中，电子零件的接线端子 通过零件和电极之间的钎凸焊点5被钎焊到电极上。
图5描述了凸焊点成形过程中钎焊膏3之中的焊料粒子4的熔化行为。图 5(a)图示了在回流过程中的加热开始时位于电极2表面附近的钎料粒子4。 在钎焊粒子4中，覆膜7被成形在核心粒子6上，其厚度为使得银的量相对于 形成核心粒子6的锡或锡合金的量在上文中所述的范围之内。
其后，通过开始加热，钎焊膏3的温度升高并且达到形成所述核心粒子6 的锡或者锡合金的熔点，从而熔化核心粒子6。由于核心粒子6被熔化，形成 覆膜7的银扩散到核心粒子6之中，上述扩散的发展减小了覆膜7的厚度。此 时，因为加热温度低于构成覆膜7的银的熔点，所以熔化的核心粒子6保持着 被覆膜6的表面所覆盖的状态，从而防止由于核心粒子6暴露于大气之中和加 热的原因而被氧化。当覆膜7向核心粒子6的扩散进一步发展时，固相的覆膜 7几乎完全消失，如图5(c)所示，钎料粒子4不能够再继续维持粒子形态并 熔化。因此，相邻的钎料粒子被熔化并相互合并，由各个粒子熔化合并形成 的熔化的钎料6*沿着电极表面2a扩散润湿。
在上述的过程中，随着银从覆膜7中向核心粒子6的进一步的扩散，熔化 的核心粒子接近Sn-Ag共晶钎料组分并从而降低熔点。也就是说，当银的量 在3到3.5％重量比(图3中所示范围B)内时，熔点降低到非常接近于共晶温 度221℃的水平。当银的量偏离范围B，但仍在1到4％重量比的范围(图3所 示范围A)内时，熔点根据银量的程度沿着图3中所示的液相线C而下降。
由于熔点的下降，由覆膜7进入核心粒子6所形成的钎料合金的熔点相对 低于通过回流过程加热所达到的周围的温度。换句话说，作为钎料粒子4的 连接目标的电极2被具体化为如下状态，即，钎料粒子4被加热到高过熔化钎 料的熔点的温度。因此，能够获得与迅速地降低熔化焊料的表面张力相同的 优势，并保证在图5(c)中所示的钎料6扩散时优秀的润湿性。
在利用具有上述结构的钎焊膏3的凸焊点成形方法中，由于凸焊点5是通 过如下步骤形成的，使用非常简单的供给方法，即丝网印刷法，将钎焊膏3 工改到基板上，随后使用回流法使钎焊膏3的钎料组分熔化并固化到电极上， 所以相对于将钎焊膏供给到具有同样细间距的基板上的传统方法来说能够 以非常低的成本形成钎凸焊点，上述传统方法例如，利用金属取代反应在电 极上形成预覆钎料的方法(例如由Harima化学公司生产的超级钎料(super soler))。
在上述钎焊膏3的结构中，主要使用通过雾化法制造的具有随机粒径的 金属粒子之中粒径在1μm到9μm范围之内的金属粒子，这些金属粒子再过 去都是被废弃而不使用的。因此，能够满足高效利用资源的要求。就是说， 由于每单位重量钎料的表面区域很大，在钎料组分中的氧化物的组分必要地 增加，同时由于钎焊过程中的氧化物阻碍了钎料粒子之间的合并，从而难于 完成正常的钎焊加工，所以细粒径的粒子被弃用。
在本实施例所描述的钎焊膏3中，通过在由于氧化物的原因而不被使用 的细核心粒子6上预成形几乎不会在钎料粒子4上形成氧化物的银的覆膜7， 钎焊膏3中所含有的氧化物的比率被降到最低。如上文所述，通过适当地设 置覆膜7相对于整个钎料粒子4的量，使得由覆膜7扩散到核心粒子6之中形成 的熔化钎料的熔点低于原始的核心粒子6的熔点。因此，在向电极2供给的钎 焊膏3的加热和熔化过程中，钎焊膏3中钎料粒子4的润湿性得到改善，钎料 粒子4被熔化和固定到电极2的表面上，上述的熔化和固定具有优秀的钎焊性 能并且没有在电极2上留下非焊接粒子。
在钎焊膏3中包含的活化剂组分，只加入在上述熔化过程中从电极2的表 面去除氧化物所需要的量。因此，能够减少由于加入大量活化剂组分所造成 的问题，也就是，在形成凸焊点或安装完零件之后由于在钎焊部分中残留的 活化剂组分所造成的腐蚀或绝缘能力的退化的问题。按照这种方式，通过使 用本实施例所描述的钎焊膏3，能够保证相对于细电极被成形为具有微小间 距的细间距零件的优秀的钎焊性能。
在上述的情况下，描述了在向待安装到基板1上的电子零件供给钎料时， 在哪里使用钎料膏3在电极2上形成钎凸焊点5。然而，如图6所示，供给到电 极2上的钎焊膏3可以被用于安装电子零件的钎焊过程。
在图6(a)中，基板1与图1和图4中所示基板1相同，通过如图4所述的 印刷方法，钎焊膏3被供给到基板1上将电极2覆盖。随后，具有成形于其底 表面上的端子11的电子零件10与基板1对齐，并且电子零件10直接地置于基 板之上，如图6(b)所示，从而使得端子11与钎焊膏3接触。随后，如图6(c) 所示，钎焊膏3中的钎料粒子4通过对对基板1和电子零件10共同的回流加工 而加热熔化，籍此，形成了钎焊部分12，该钎焊部分通过使用钎料粒子4熔 化后形成的熔化钎料将电极2连接到端子11上。
这时，通过使用与上文所述举例中相同的钎焊膏3，能够简单地向基板1 供给钎料，以在将端子11和电极2钎焊到一起的过程中提高由钎料粒子4所熔 化形成的熔化钎料的润湿性，从而保证优秀的钎焊性。
本申请基于于2006年5月30日申请的日本专利申请第2006-149200号文 献，并要求其优先权，在此将其全文并入本文作为参考。
按照本发明的钎焊膏具有如下优点：即，使用简单廉价的方法为相对细 间距的零件提供优秀的钎焊粘着性能，并且也能够被用于通过钎焊加工将具 有细间距的零件安装在基板上。