CN103262669A - 安装结构体及安装结构体的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐热疲劳特性得到了提高的安装结构体。该安装结构体(107)包括：具有基板电极(101)的基板(100)、具有元器件电极(104)的电子元器件(103)、以及对基板电极(101)和元器件电极(104)进行接合的接合部(109)，接合部(109)具有焊料强化区域(106)、以及焊料接合区域(105)，焊料强化区域(106)是接合部(109)的侧面区域，并且是含有3wt%以上、8wt%以下的In、且含有88wt%以上的Sn的区域，焊料接合区域(105)是含有Sn-Bi类的焊料材料、并且In在0wt%以上、3wt%以下的区域。

Description

安装结构体及安装结构体的制造方法

技术领域

本发明涉及安装结构体及安装结构体的制造方法，尤其涉及利用表面安装技术(Surface Mount Technology：表面安装技术，以下简称为SMT)所制造的安装结构体及安装结构体的制造方法。

背景技术

安装结构体利用以下这样一系列的SMT工序进行制造。

首先，利用掩模印刷在设置于基板表面的基板电极上涂布由球状的固体金属焊料、以及液状的助焊剂所构成的焊料糊料。接着，将具有电子元器件电极的芯片电容器、IC等电子元器件装载到焊料糊料上。并且，将温度加热到比焊料的熔点高出20～30℃，由此使包含在焊料糊料中的焊料发生熔融。最后，通过冷却来使焊料凝固，从而使基板电极与电子元器件电极实现导通连接。

在上述SMT工序中，会对焊料进行加热，因此，电子元器件以及基板会被加热到温度比焊料的熔点高出20～30℃。因此，对于耐热性较低的电子元器件，通过使用熔点为138℃的Sn-58Bi焊料，由此能在160℃以下的低温加热的情况下对基板进行SMT安装。

然而，Sn-58Bi焊料的金属组织为Sn与Bi的共晶组织，而Bi缺乏延展性，在受到冲击、振动时，容易在Sn与Bi的界面上产生裂纹。

此外，Sn-58Bi焊料合金的金属结晶容易因热而变得粗大，使得焊料接合部的强度降低，无法获得良好的耐热疲劳特性。因此，容易因反复的热疲劳而产生裂纹。当裂纹产生并生长时，会产生电气上、机械上的问题，因此需要对裂纹的产生进行抑制。

作为现有的安装结构体，已有使用Sn-58Bi焊料、并利用树脂等来进行强化、从而提高接合可靠性的安装结构体(例如，参照专利文献1)。

图17是表示专利文献1中记载的现有的安装结构体的图。

现有的安装结构体包括：将电子元器件203的元器件电极204与基板200的基板电极201之间接合、并使用了Sn-58Bi焊料的焊料接合部205；形成在电子元器件203以及焊料接合部205的外侧、并使用了热固性树脂的第一粘接强化部206；使用了Sn-58Bi焊料的焊料部208；将电子元器件203固接于基板200、并使用了以环氧类材质为主要成分的热固性树脂的第二粘接强化部207；以及抗蚀剂202。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2006-186011号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在上述现有的结构中，虽然能抑制因冲击、振动所引起的裂纹的产生，但由于使用Sn-58Bi焊料的焊料接合部205被第一粘接强化部206及第二粘接强化部207所包围，因此，在向其加热时，由于第一粘接强化部206及第二粘接强化部207与焊料接合部205的线膨胀率的差异，会在焊料接合部205上产生应力，导致无法获得良好的耐热疲劳特性。

本发明用于解决上述现有问题，其目的在于提供一种耐热疲劳特性得到提高的安装结构体及其制造方法。

解决技术问题所采用的技术方案

为了达到上述目的，本发明的第1本发明包括：

基板，该基板具有基板电极；

电子元器件，该电子元器件具有元器件电极；以及

接合部，该接合部对所述基板电极和所述元器件电极进行接合，

所述接合部包括焊料强化区域以及焊料接合区域，

所述焊料强化区域是所述接合部的侧面区域，并且是含有3wt%以上、8wt%以下的In、且含有88wt%以上的Sn的区域，

所述焊料接合区域是含有Sn-Bi类的焊料材料、并且In在0wt%以上、3wt%以下的区域。

第2本发明是第1本发明的安装结构体，其中，

所述基板具有一对所述基板电极，

所述电子元器件具有一对所述元器件电极，

所述接合部分别形成在一对所述基板电极和与它们相对应的一对所述元器件电极之间，

所述焊料强化区域形成在与各个所述接合部相对的整个侧面上。

第3本发明是第1本发明的安装结构体，其中，

所述焊料强化区域从所述侧面起，在内侧方向上形成为10μm以上、0.27mm以下的厚度。

第4本发明是一种安装结构体的制造方法，包括：

第一焊料材料提供步骤，在该第一焊料材料提供步骤中，在基板的基板电极上方或附近提供第一焊料材料；

第二焊料材料提供步骤，在该第二焊料材料提供步骤中，在所述基板电极上提供第二焊料材料；

电子元器件装载步骤，在该电子元器件装载步骤中，将电子元器件的元器件电极配置在所述第二焊料材料上，并将所述电子元器件装载在所述基板上；

加热步骤，在该加热步骤中，以所述第二焊料材料的熔点以上、且不足所述第一焊料材料的熔点的温度，对所述第一焊料材料及所述第二焊料材料进行加热；以及

冷却步骤，该冷却步骤在所述加热步骤之后，对所述第一焊料材料及所述第二焊料材料进行冷却，

在所述第一焊料材料提供步骤或所述第二焊料材料提供步骤中，通过提供所述第一焊料材料或所述第二焊料材料，以使得所述第一焊料材料与所述第二焊料材料相互接近，

所述第二焊料材料是不包含In的Sn–Bi类焊料材料，

所述第一焊料材料是含有3wt%以上、8wt%以下的In、且含有88wt%以上的Sn的材料，

在所述加热步骤中，所述第一焊料材料的In熔出到发生了熔融的所述第二焊料材料中，然后，在所述冷却步骤中，通过进行冷却来形成对所述基板电极与所述元器件电极之间进行接合的接合部，此时，i)在所述接合部的侧面上形成In在3wt%以上、8wt%以下、且含有88wt%以上的Sn的区域来作为焊料强化区域，该焊料强化区域是所述接合部中熔出了In的区域，ii)形成含有Sn-Bi类焊料材料、且In在0wt%以上、不足3wt%的区域来作为焊料接合区域，该焊料接合区域是所述接合部中除了所述焊料强化区域以外的区域。

第5本发明是第4本发明的一种安装结构体的制造方法，其中，

所述基板具有一对所述基板电极，

所述电子元器件具有一对所述元器件电极，

所述接合部分别形成在一对所述基板电极和与它们相对应的一对所述元器件电极之间，

所述焊料强化区域形成在与各个所述接合部相对的整个侧面上。

第6本发明是第4本发明的一种安装结构体的制造方法，其中，

所述焊料强化区域从所述侧面起，在内侧方向上形成为10μm以上、0.27mm以下的厚度。

第7本发明是第4本发明的一种安装结构体的制造方法，其中，

所述第一焊料材料为Sn-Ag-Bi-In类的焊料材料。

第8本发明是一种安装结构体的制造方法，包括：

第一焊料材料提供步骤，在该第一焊料材料提供步骤中，在基板的基板电极上方或附近提供Sn-3.5Ag-0.5Bi-6In的第一焊料材料；

第二焊料材料提供步骤，在该第二焊料材料提供步骤中，在所述基板电极上提供Sn-58Bi的第二焊料材料；

电子元器件装载步骤，在该电子元器件装载步骤中，将电子元器件的元器件电极配置在所述第二焊料材料上，并将所述电子元器件装载在所述基板上；

加热步骤，在该加热步骤中，以所述第二焊料材料的熔点以上、且不足所述第一焊料材料的熔点的温度，对所述第一焊料材料及所述第二焊料材料进行加热；以及

冷却步骤，该冷却步骤在所述加热步骤之后，对所述第一焊料材料及所述第二焊料材料进行冷却，

所述第一焊料材料提供步骤或所述第二焊料材料提供步骤中，通过提供所述第一焊料材料或所述第二焊料材料，以使得所述第一焊料材料与所述第二焊料材料相互接近，

在所述加热步骤中，所述第一焊料材料的In熔出到发生了熔融的所述第二焊料材料中，然后，在所述冷却步骤中，通过进行冷却来形成对所述基板电极与所述元器件电极之间进行接合的接合部，此时，i)在所述接合部的侧面上形成In在3wt%以上、8wt%以下、且含有88wt%以上的Sn的区域来作为焊料强化区域，该焊料强化区域是所述接合部中熔出了In的区域，ii)形成含有Sn-Bi类焊料材料、且In在0wt%以上、不足3wt%的区域来作为焊料接合区域，该焊料接合区域是所述接合部中除了所述焊料强化区域以外的区域。

发明效果

根据本发明，能够提供耐热疲劳特性得到了提高的安装结构体及其制造方法。

附图说明

图1(a)是本发明的实施方式1中的安装结构体的俯视示意图，图1(b)是沿图1(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图。

图2是用于对图1(b)中的X的接合部的焊料接合区域和焊料强化区域的形成状态进行说明的放大示意图。

图3是本发明的实施方式1中的安装结构体的立体示意图。

图4(a)是用于说明本发明的实施方式1中的安装结构体的制造方法的图，图4(b)是沿图4(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图。

图5(a)是用于说明本发明的实施方式1中的安装结构体的制造方法的图，图5(b)是沿图5(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图。

图6(a)是用于说明本发明的实施方式1中的安装结构体的制造方法的图，图6(b)是沿图6(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图。

图7(a)是用于说明本发明的实施方式1中的安装结构体的制造方法的图，图7(b)是沿图7(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图。

图8(a)是用于说明本发明的实施方式1中的安装结构体的制造方法的图，图8(b)是沿图8(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图。

图9是表示本发明的实施方式1中、图1(c)的b1-b2部分的In含有量的图。

图10是本发明的实施方式1的变形例的安装结构体的立体示意图。

图11(a)是本发明的实施方式4中的安装结构体的俯视示意图，图11(b)是沿图1(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图。

图12(a)是用于说明本发明的实施方式4中的安装结构体的制造方法的俯视示意图，图12(b)是沿图12(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图。

图13(a)是用于说明本发明的实施方式4中的安装结构体的制造方法的俯视示意图，图13(b)是沿图13(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图。

图14(a)是用于说明本发明的实施方式4中的安装结构体的制造方法的俯视示意图，图14(b)是沿图14(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图，图14(c)是图14(b)的S部分放大图。

图15(a)是用于说明本发明的实施方式4中的安装结构体的制造方法的俯视示意图，图15(b)是沿图15(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图。

图16是本发明的实施方式4中的安装结构体的变形例的侧向截面示意图。

图17是现有的安装结构体的侧向截面示意图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

下面，对本发明所涉及的实施方式1中的安装结构体进行说明。

图1(a)是本实施方式1的安装结构体的俯视示意图。图1(b)是沿图1(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图。图2是用于对图1(b)中的X的接合部的焊料接合区域105和焊料强化区域106的形成状态进行说明的放大示意图。图3是示意性地表示本实施方式1的安装结构体的立体图。

如图1(a)、(b)所示，本实施方式1的安装结构体107上设置有：具有基板电极101和抗蚀剂102的基板100；安装在基板100上、且具有元器件电极104的电子元器件103；以及对基板电极101与元器件电极104之间进行接合的接合部109。

接合部109具有焊料接合区域105以及焊料强化区域106。焊料强化区域106是形成在两个接合部109的互相面对的整个面109a上的区域，焊料接合区域105是接合部109中除了焊料强化区域106以外的区域。

此外，如图2所示，本实施方式中，焊料强化区域106超出平面Q(图2中，参照单点划线)，直到接合部109的面109a为止，其中，该平面Q从面R(图2中，参照虚线)所示的部分起、将基板电极端部101a与元器件电极端部104a之间连接起来。此处，如图1(b)及图2所示，该基板电极端部101a以所装载的电子元器件103为基准，呈现基板电极101的内侧端部。此外，元器件电极端部104a以所装载的电子元器件103为基准，呈现元器件电极104的内侧端部。并且，焊料强化区域106形成在接合部109的互相面对的面一侧、即接合部109内侧的整个面109a上。此外，电子元器件103下方的抗蚀剂102与基板电极101之间设有间隙111。

接着，对本实施方式1的安装结构体107的制造方法进行说明。

图4～图8是用于对本实施方式1中的安装结构体的制造方法的各工序进行说明的图。另外，图4～图8的各图中的(a)示出了俯视示意图，(b)示出了该俯视示意图中沿AA箭头得到的纵向截面示意图。此外，图4～图8中，对与图1相同的结构要素使用相同标号，并省略其说明。

如图4(a)及图4(b)所示，在基板100的表面设置有抗蚀剂102，该抗蚀剂102设置在基板电极101的载放电子元器件103的位置的下侧，在基板电极端部101a之间设有0.3mm的间隙111。

接着，如图5(a)及图5(b)所示，使用厚度为30μm的金属掩模，并利用丝网印刷，来向间隙111提供糊料状的第一焊料材料116。另外，此处所使用的第一焊料材料116的合金成分为Sn-3.5Ag-0.5Bi-6.0In，熔点为液相线温度、即209℃，粘度约为200Pa·s。

接着，如图6(a)及图6(b)所示，使用厚度为120μm的金属掩模，以向基板电极101上提供糊料状的第二焊料材料115。这一次，在宽度方向(即与间隙的宽度方向相同的方向)上提供宽度为2.7mm的量的第二焊料材料115。此处所使用的第二焊料材料115的合金成分为Sn-58Bi，熔点为139℃，粘度约为200Pa·s。

然后，如图7(a)及图7(b)所示，在第二焊料材料115上配置电子元器件103的元器件电极104，并装载电子元器件103。所装载的电子元器件103是尺寸为3216的贴片电容器。

接着，在通常的Sn-58Bi焊料的接合条件下对第一焊料材料116及第二焊料材料115进行加热，以使最高温度在第二焊料材料115的熔点以上，且在第一焊料材料116的熔点以下。通过这样进行加热，使得第二焊料材料115发生熔融，但不会使第一焊料材料116发生熔融。然而，第一焊料材料116的In会熔出到发生了熔融的第二焊料材料115中。In的熔出将在后文进一步阐述。

此处，将第一焊料材料116熔出到发生了熔融的第二焊料材料115的区域之中的规定的区域称为焊料强化区域106，并将除此以外的区域称为焊料接合区域105。

之后通过冷却，使得基板电极101与元器件电极104之间通过焊料接合区域105和焊料强化区域106进行接合，制造出图8(a)及图8(b)中所示的安装结构体107。

另外，作为具体的加热条件，将最高温度设定为160℃，并将保持在140℃以上的时间设定为30s。详细而言，将使温度从140℃上升到160℃、再使温度从160℃下降到140℃的总时间设定为30s。

使用在上述工序中制造出的本实施方式1中的安装结构体107来进行热疲劳试验。关于热疲劳试验的条件，以30min的-40℃和30min的85℃作为一个循环，并进行500个循环。

在热疲劳试验之后，对沿图1(a)中的虚线AA部得到的截面进行观察，结果未发现有裂纹产生。

接着，作为比较，使用未设置焊料强化区域106的安装结构体来进行热疲劳试验。关于热疲劳试验的条件，同样地，以30min的-40℃和30min的85℃作为一个循环，并进行500个循环。

(表1)示出了热疲劳试验之后、对沿图1(a)中的虚线AA部得到的截面时是否有裂纹。

[表1]

有无焊料强化区域	无	有
			裂纹的产生情况	产生	无

如(表1)所示，在未设置焊料强化区域106的安装结构体中产生了裂纹。

由该结果可知，通过提供第一焊料材料116来形成焊料强化区域106，利用该焊料强化区域106来抑制因热疲劳而在接合区域105上产生的裂纹，从而能提高安装结构体107的耐热疲劳特性。

本实施方式中，认为焊料强化区域106中所包含的In会对安装结构体的耐热疲劳特性产生较大影响，因此，对焊料强化区域106的In含有量进行如下验证。

本实施方式中，第一焊料材料116中所包含的In会在加热步骤中熔出到发生了熔融的第二焊料材料115中，并在第二焊料材料115中进行扩散。因此，如图2所示，认为离提供第一焊料材料116的间隙111越近，则In含有率越大，而随着距离的增大，In含有率会稍微变小。即，在基板电极101与元器件电极104之间，离基板电极101越近，则In含有率会稍微变大，而在元器件电极104一侧则会稍微变小。另外，In含有率是利用能量分散型X射线分析(EDX)来对包含测定点的直径为20μm的范围进行元素分析后得到的结果。

此外，若与元器件电极104的正下方部分(参照图2的b1-b2部分)进行比较，则靠近间隙111的元器件电极端部104a的In含有率最高，离间隙111越远则In含有率越小。

图9是表示图2中通过焊料接合区域105及焊料强化区域106来与基板100进行接合的元器件电极104的正下方的曲线b1-b2部分的In含有率的测定结果的图。

如图9所示，接合部109的In含有率因部位不同而以不同的值进行分布。即，元器件电极104之中、离间隙111最近位置的元器件电极端部104a(b1部)的In含有率与提供给间隙111的第一焊料材料116的In含有率相同，即6wt%。并且，离间隙111越远则In含有率越低，在b2位置，In含有率不足1wt%。

另外，与间隙111的宽度(0.3mm)相比，从基板100到电子元器件103的底面之间的距离(高度)(例如0.05mm)较小，因此，In含有率在高度方向上几乎不会产生浓度变化。因此，如上所述，元器件电极端部104a(b1部)的In含有率与提供给间隙111的第一焊料材料116的In含有率大致相同。另外，在本申请的附图中，为了便于理解，相对于图2中横向的长度，对高度方向的长度进行了夸大的图示。

从该结果可以确定：对于所提供的第一焊料材料116中的In，在b1-b2部分，在离所提供的间隙111较近的元器件电极端部104a附近存在较多的In，并且越过基板电极端部101a与元器件电极端部104a之间的面Q，甚至在面109a上也形成了含有In的焊料强化区域106。

另外，在本说明书中，将焊料强化区域106定义为In在3wt%以上、8wt%以下的范围内、且含有88wt%以上的Sn的区域。此外，将焊料接合区域105定位为含有Sn-Bi类的焊料材料、且In在0wt%以上、3wt%以下的范围内的区域。

通过如上所述那样在整个面109a上形成In，使得整个面109a的强度因In的固溶强化而变高，因此，能够抑制在利用Sn-Bi类焊料使电子元器件与基板接合时会成为问题的、即因热疲劳而引起的焊料接合区域105中产生裂纹，从而能够提高安装结构体107的耐热疲劳特性。

此外，与现有的利用树脂来包围焊料接合部205的情况相比，在焊料接合区域105和焊料强化区域106中，线膨胀率之差较小，因此，与现有的结构相比，也能提高耐热疲劳特性。

此处，进一步对In熔出的情况进行说明。也就是说，在本实施方式中，通过在高于第二焊料材料115的熔点、且不到第一焊料材料116的熔点的温度下进行加热，由此使得第二焊料材料115发生熔融，而第一焊料材料116并未发生熔融，而仅其中的糊料成分发生熔融。然而，第一焊料材料116中的金属粒子已扩散到发生了熔融的第二焊料材料115中，金属离子中的In熔出到第二焊料材料115一侧。通过如上所述那样对加热温度进行设定，使得In熔出到第二焊料材料115一侧的速度变缓，能够在提供第一焊料材料116的位置附近、即包含面109a的区域中，形成含有3wt%以上的In的焊料强化区域106。若假设在第一焊料材料116的熔点以上进行加热，则由于In的熔出速度较快，导致In会扩散到较大范围，使得浓度变得过低，由此可能会发生未形成满足含有3wt%以上的In这一条件的焊料强化区域106的情况。

(实施方式2)

在本发明的实施方式2中，对使实施方式1的安装结构体中的第一焊料材料116的In含有量变化而形成的安装结构体107进行说明。其它结构及制造方法与实施方式1相同。

此处使所使用的第一焊料材料116的合金成分变化成Sn-3.5Ag-0.5Bi-xIn(0＜x≤9)，并测定与图2中的b1位置相接触的焊料的In含有率。

其结果是，无论提供的第一焊料材料116的In含有率是多少，第一焊料材料116的In都会扩散到图2的b1位置，可以确定：在接合部109的b1位置，与所提供的第一焊料材料116的In含有率相等。其原因也如上所述，是因为In含有率在高度方向上几乎不会产生浓度变化。即，当提供In含有率例如为4wt%的第一焊料材料时，所制造出的安装结构体的b1位置的In含有率也为4wt%。另外，面109a上的In含有率的水平也和b1的位置的含有率相同。

(表2)示出了本实施方式2中的、与元器件电极端部104a的b1位置相接触的焊料的In含有率、以及在热疲劳试验后是否产生了裂纹的结果。

[表2]

以下，关注与b1位置相接触的接合部109，来说明其In含有率与是否产生裂纹的关系。

如(表2)所示，当与元器件电极端部104a的b1位置相接触的焊料的In含有率为1wt%、2wt%时，产生了裂纹。

当In含有率为3～8wt%时，未发现裂纹的产生。然而，当In含有率为9wt%时，对基板电极101与元器件电极104进行接合的焊料的形状发生了变化，产生了裂纹。

认为其原因是因含有In的焊料中产生的相转变而引起了体积的变化。Sn-In类焊料合金包含β-Sn相和γ相。对于Sn-In类焊料合金，即使成分相同，也会因温度的不同而造成β-Sn相与γ相的存在比率不同，因此，温度变化会引起相转变的产生。已知：In含有量越多，产生相转变的温度则越低。

因此，当In含有率为9wt%时，认为会在热疲劳试验中产生相转变，在β-Sn相和γ相中会因体积不同而产生变形，因此产生了裂纹。

根据以上结果，将第一焊料材料116的In含有率确定为3wt%以上且8wt%以下。这是因为，通过使用In含有率在该范围内的第一焊料材料116，能够形成在b1位置也有相同的In含有率的接合部109。在该情况下，严格来说，与元器件电极端部104a的b1位置相接触的焊料的In含有量在3wt%以上、8wt%以下。

此外，根据本实施方式的结果，为了表现出强化效果，需要使第一焊料材料116含有3wt%以上、8wt%以下的In，为了进一步地抑制因含有In而产生的相转变，需要使用含有的Sn在88wt%以上(97wt%以下)的焊料材料。在该情况下，第一焊料材料116的熔点在210～220℃左右。

此外，在添加焊料的加热步骤中，需要针对加热步骤的温度偏差留有20℃左右的余量，因此，需要将加热时的最高温度设在190℃以下。

另外，为了进行良好的焊接，需要加热到比第二焊料材料115的熔点高出10～20℃的温度，因此，需要使用熔点在170℃以下的焊料材料来作为第二焊料材料115。

(实施方式3)

在本发明的实施方式3中，对在实施方式1的安装结构体中、通过改变提供第一焊料材料116的间隙111的宽度、以改变第一焊料材料116相对于第一焊料材料116与第二焊料材料115之和的比例而形成的安装结构体进行说明。

其它结构与实施方式1相同。

利用表示本实施方式1的安装结构体的制造方法的各个工序的图、即图4～图8来说明制造方法。

在本发明的实施方式3中，使间隙111的宽度从0.1mm变化到0.6mm，从而改变第一焊料材料116的提供量。此处所使用的第一焊料材料116的合金成分为Sn-3.5Ag-0.5Bi-6.0In。其它制造方法与实施方式1相同。

另外，根据实施方式1的结果，将In含有率在3wt%以上的区域作为焊料强化区域106。

(表3)示出了本实施方式3中的间隙111的宽度、与从元器件电极104正下方的部分(图2的虚线b1-b2部分)的元器件电极端部104a的位置b1起、沿电子元器件103的长边方向的焊料强化区域106的宽度δ、以及是否有裂纹的状况之间的关系。

[表3]

当间隙111的宽度为0.1mm时，图2的b1位置的焊料中所含有的In未达到3wt%以上。即，在图2的虚线b1-b2部分，没有形成焊料强化区域106，而产生了裂纹。

当间隙111的宽度为0.2～0.4mm时，形成了在虚线b1-b2方向上具有宽度的焊料强化区域106，且未发现裂纹的产生。

然而，当间隙111的宽度为0.5mm、0.6mm时，在利用加热、冷却进行接合后，第一焊料材料116未充分溶解到焊料接合区域105中，使得第一焊料材料116以糊料状残留，从而无法获得良好的接合。

(表4)示出了本实施方式中的间隙111的宽度、以及第一焊料材料116相对于第二焊料材料115的提供量与第一焊料材料116的提供量之和的比例。

[表4]

间隙宽度(mm)	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
							第一焊料材料比例(wt%)	3.5	6.7	9.7	12.6	15.3	17.8

当间隙111的宽度为0.1mm时，第一焊料材料116的提供量较少。因此，来自提供给间隙111的第一焊料材料116的In的扩散量不足，In没有充分扩散到元器件电极端部104a，因而并未在整个面109a上形成焊料强化区域106。其结果是，认为在热疲劳时，应力集中部分会存在脆弱的焊料接合区域105的Sn-Bi共晶组织，因此会产生裂纹。

当间隙111的宽度在0.2mm以上时，认为来自第一焊料材料116的In会发生扩散，使得In扩散到元器件电极端部104a，从而能在整个面109a上形成焊料强化区域106，因此，能够抑制裂纹的产生。

由本实施方式的结果可知，为了抑制裂纹的产生，优选将第一焊料材料116相对于第二焊料材料115的提供量与第一焊料材料116的提供量之和的比例设为6.7wt%以上，从而在整个面109a上形成焊料强化区域106。

此外，当间隙111的宽度为0.5mm、0.6mm时，一部分第一焊料材料116会以糊料状残留，对此进行如下考虑。

若增大间隙111的宽度，则第一焊料材料116相对于第二焊料材料115的量的比例会变大，因此，第一焊料材料116很难溶解到在加热过程中发生了熔融的第二焊料材料115中。因此，认为若间隙111的宽度为0.5mm、0.6mm，则在基板电极101与元器件电极104的接合过程中，第一焊料材料116不会完全熔出到第二焊料材料115中，因此会以糊料状残留。即，其原因在于，间隙111的宽度较大，因此发生了熔融的第二焊料材料115不会到达第一焊料材料116的内侧端部，并在第一焊料材料116中产生以糊料状残留的部分。

由本实施方式的结果可知，为了得到良好的接合，更优选将第一焊料材料116相对于第二焊料材料115的提供量与第一焊料材料116的提供量之和的比例设为12.6wt%以下，并将安装结构体的焊料强化区域106的宽度设为0.27mm以下。此外，优选将焊料强化区域106的宽度设为10μm以上。该下限值是基于Sn的一个结晶的宽度为10μm这一前提而规定的。

另外，在实施方式1中，如图2所示，形成焊料强化区域106，以使其从接合部109的面109a起、一直到超过将元器件电极端部104a与基板电极端部101a连接起来的面Q(参照图中的单点划线)，但也可以不形成到面Q。

然而，优选如图10的示意图所示那样来形成焊料强化区域106，以至少使其从整个面109a上露出。

下面说明上述优选在整个面109a上形成焊料强化区域106的情况。

在安装结构体107中，若在接合部109与元器件电极104之间、或在接合部109与基板电极101之间产生裂纹，则电连接会被破坏，从而产生问题，而该裂纹会从面109a开始生长，并延伸到接合部109与元器件电极端部104a之间、或接合部109与基板电极端部101a之间。因此，可以利用In的固溶化来强化整个面109a，从而大幅度地降低裂纹的产生。

此外，尽管抑制裂纹产生的效果会变小，但也可将焊料强化区域106形成为不从整个面109a上露出。即，面109a上可以存在未形成焊料强化区域106的部分。采用上述结构，与未形成焊料强化区域106的情况相比，也能发挥出抑制裂纹产生的效果。

(实施方式4)

接着，对本发明的实施方式4中的安装结构体进行说明。本实施方式4的安装结构体的基本结构与实施方式1相同，不同点在于没有设置用于提供第一焊料材料116的间隙，此外，制造方法中也存在不同的工序。因此，以该不同点为中心进行说明。

图11(a)是本实施方式4的安装结构体170的俯视示意图。图11(b)是沿(a)中AA箭头得到的纵向截面示意图。如图11(a)、(b)所示，本实施方式4的安装结构体170与实施方式1的安装结构体107不同，不同点在于未设置间隙111。

接下来，对本发明的实施方式4的安装结构体170的制造方法进行说明。

图12～图15是用于说明本实施方式4的安装结构体170的制造方法的示意图。另外，图12～图15的各图中的(a)示出了俯视示意图，(b)示出了该俯视示意图中沿AA箭头得到的纵向截面示意图。另外，图14中，作为图14(c)，还示出了S部分的放大图。

如图12(a)及图12(b)所示，设置在基板电极101的载放电子元器件103的位置的下侧的抗蚀剂102与基板电极端部101a之间互相邻接，并未形成实施方式1中的间隙。

并且，如图13(a)及图13(b)所示，在露出的基板电极101上提供有第二焊料材料115，且该第二焊料材料115与基板电极端部101a隔开规定间隔。提供该第二焊料材料115这一点相当于本发明的第二焊料材料提供步骤的一个示例。

接着，如图14(a)及图14(b)所示，在与基板电极端部101a隔开规定间隔的基板电极101上提供第一焊料材料116，且该第一焊料材料116与第二焊料材料115隔开间隔。

接着，对在第一焊料材料116与第二焊料材料115之间设置间隔这一点进行说明。

本发明中，若在载放电子元器件103时、第一焊料材料116与第二焊料材料115因被挤压而发生混合，则第二焊料材料115会向面109a一侧移动，在加热步骤之后，面109a的局部可能会没有露出并形成焊料强化区域106。由于焊料强化区域106更优选为露出并形成在整个面109a上，因此，需要防止第一焊料材料116与第二焊料材料115在载放电子元器件103时因被挤压而发生混合。因此，考虑到焊料的挤压宽度，优选在第一焊料材料116与第二焊料材料115之间设置0.1mm以上的间隔。

另一方面，在加热步骤中，当通过加热使第二焊料材料115熔融并在基板电极101上浸润扩散时，需要使第二焊料材料115与第一焊料材料116相互接触。由于第二焊料材料115会浸润扩散到0.3mm左右，因此，优选将第一焊料材料116与第二焊料材料115的间隔设定为0.3mm以下。

因此，将提供第一焊料材料116的位置与提供第二焊料材料115的位置之间的间隔t1(参照图14(c)的S部分放大图)设为0.1mm以上、0.3mm以下。

即，如图14(c)所示，提供第二焊料材料115的位置是指与基板电极端部101a隔开宽度t2和上述间隔t1的位置，其中，该宽度t2是指提供第一焊料材料116的区域的宽度。

接着，如图15(a)及图15(b)所示，将电子元器件103装载到基板100上，以使元器件电极104配置在第二焊料材料115上。

并且，在电子元器件103装载到基板100上的状态下，进行加热以使第二焊料材料115熔融，然后进行冷却，从而制造出安装结构体170(参照图11(b))。

如上述本实施方式4的安装结构体170那样，即使不设置间隙也能形成焊料强化区域106，并能提高耐热疲劳特性。

如上所述，在利用Sn-Bi类焊料将电子元器件与基板接合后得到的安装结构体中，由于晶格的一部分Sn原子被置换成In、即In的固溶强化，作为在承受热疲劳时所产生的裂纹的起点，电子元器件下的应力集中部分的合金强度与Sn-Bi相比较高，因而能抑制裂纹的产生。

另外，在上述实施方式中，在接合部109内侧的面109a上形成了含有3wt%以上、8wt%以下的In的焊料强化区域106，但并不限于此，也可以在例如图16所示的位置形成焊料强化区域106。图16是安装结构体180的侧面结构图。在图16所示的安装结构体180中，以电子元器件103为基准，在接合部109外侧的面109b上形成了含有In的焊料强化区域106。

虽然可以如上述那样在外侧的面109b一侧形成焊料强化区域106，但由于裂纹容易从内侧的面109a起产生，因此，虽然认为耐热疲劳特性会略差于安装结构体107及安装结构体170，但与现有结构相比，仍然能够提高耐热疲劳特性。

由此，与利用树脂来强化焊料接合区域105时不同，焊料接合区域105与焊料强化区域106的线膨胀率几乎没有差异，因此，能够提高耐热疲劳特性。

在该情况下，图16的面109b相当于本发明的接合部的侧面的一个示例。

另外，本实施方式中，虽然使用了Sn-3.5Ag-0.5Bi-XIn(3≤X≤8)来作为第一焊料材料116，但本发明并不限定于此，只能要表现出In的强化效果并能抑制向γ-Sn的相转变即可，因此，只要是含有3wt%以上、8wt%以下的In、且含有88wt%以上(97wt%以下)的Sn的焊料即可，例如可以是Sn-6In、Sn-8In那样的焊料合金。

此外，本实施方式中，虽然利用丝网印刷来提供第一焊料材料116，但本发明并不限定于此，例如也可以利用镀敷来提供。

此外，本实施方式中，虽然使用合金成分Sn-58Bi来作为第二焊料材料115，但本发明并不限定于此，只要是170℃以下的低熔点Sn-Bi类焊料，就能应用于本发明的安装结构体的制造方法中，因此，也可以是例如含有微量的Ag、Cu的、诸如Sn-57Bi-1Ag、Sn-40Bi-0.1Cu那样的焊料合金。

此外，本实施方式中，虽然使用了尺寸为3216的贴片电容器来作为电子元器件103，但本发明并不限定于此，电子元器件103的尺寸、种类可以不同，元器件电极104的形状也可以是引脚形状。

此外，上述实施方式中，虽然分别设置了一对基板电极101、元器件电极104、以及接合部109，但并不限于一对。即，也可以形成一个或三个以上的接合部109。

工业上的实用性

本发明的安装结构体及其制造方法具有提高耐热疲劳特性的效果，适用于例如利用SMT方式所制造的安装结构体及其制造方法。

标号说明

100      基板

101     基板电极

101a    基板电极端部

102     抗蚀剂

103     电子元器件

104     元器件电极

104a    元器件电极端部

105     焊料接合区域

106     焊料强化区域

107     安装结构体

111     间隙

115     第二焊料材料

116     第一焊料材料

200     基板

201     基板电极

202     抗蚀剂

203     电子元器件

204     元器件电极

205     焊料接合部

206     粘接强化部

207     粘接强化部

208     焊料部

Claims (8)

1.一种安装结构体，其特征在于，包括：

基板，该基板具有基板电极；

电子元器件，该电子元器件具有元器件电极；以及

接合部，该接合部对所述基板电极和所述元器件电极进行接合，

所述接合部包括焊料强化区域以及焊料接合区域，

所述焊料强化区域是所述接合部的侧面区域，并且是含有3wt%以上、8wt%以下的In、且含有88wt%以上的Sn的区域，

所述焊料接合区域是含有Sn-Bi类的焊料材料、并且In在0wt%以上、3wt%以下的区域。

2.如权利要求1所述的安装结构体，其特征在于，

所述基板具有一对所述基板电极，

所述电子元器件具有一对所述元器件电极，

所述接合部分别形成在一对所述基板电极与和与它们相对应的一对所述元器件电极之间，

所述焊料强化区域形成在与各个所述接合部相对的整个侧面上。

3.如权利要求1所述的安装结构体，其特征在于，

所述焊料强化区域从所述侧面起，在内侧方向上形成为10μm以上、0.27mm以下的厚度。

4.一种安装结构体的制造方法，其特征在于，包括：

第一焊料材料提供步骤，在该第一焊料材料提供步骤中，在基板的基板电极上方或附近提供第一焊料材料；

第二焊料材料提供步骤，在该第二焊料材料提供步骤中，在所述基板电极上提供第二焊料材料；

电子元器件装载步骤，在该电子元器件装载步骤中，将电子元器件的元器件电极配置在所述第二焊料材料上，并将所述电子元器件装载在所述基板上；

加热步骤，在该加热步骤中，以所述第二焊料材料的熔点以上、且不足所述第一焊料材料的熔点的温度，对所述第一焊料材料及所述第二焊料材料进行加热；以及

冷却步骤，该冷却步骤在所述加热步骤之后，对所述第一焊料材料及所述第二焊料材料进行冷却，

在所述第一焊料材料提供步骤或所述第二焊料材料提供步骤中，通过提供所述第一焊料材料或所述第二焊料材料，以使得所述第一焊料材料与所述第二焊料材料相互接近，

所述第二焊料材料是不包含In的Sn–Bi类焊料材料，

所述第一焊料材料是含有3wt%以上、8wt%以下的In、且含有88wt%以上的Sn的材料，

在所述加热步骤中，所述第一焊料材料的In熔出到发生了熔融的所述第二焊料材料中，然后，在所述冷却步骤中，通过进行冷却来形成对所述基板电极与所述元器件电极之间进行接合的接合部，此时，i)在所述接合部的侧面上形成In在3wt%以上、8wt%以下、且含有88wt%以上的Sn的区域来作为焊料强化区域，该焊料强化区域是所述接合部中熔出了In的区域，ii)形成含有Sn-Bi类焊料材料、且In在0wt%以上、不足3wt%的区域来作为焊料接合区域，该焊料接合区域是所述接合部中除了所述焊料强化区域以外的区域。

5.如权利要求4所述的安装结构体的制造方法，其特征在于，

所述基板具有一对所述基板电极，

所述电子元器件具有一对所述元器件电极，

所述接合部分别形成在一对所述基板电极和与它们相对应的一对所述元器件电极之间，

所述焊料强化区域形成在与各个所述接合部相对的整个侧面上。

6.如权利要求4所述的安装结构体，其特征在于，

所述焊料强化区域从所述侧面起，在内侧方向上形成为10μm以上、0.27mm以下的厚度。

7.如权利要求4所述的安装结构体的制造方法，其特征在于，

所述第一焊料材料为Sn-Ag-Bi-In类的焊料材料。

8.一种安装结构体的制造方法，其特征在于，包括：

第一焊料材料提供步骤，在该第一焊料材料提供步骤中，在基板的基板电极上方或附近提供Sn-3.5Ag-0.5Bi-6In的第一焊料材料；

第二焊料材料提供步骤，在该第二焊料材料提供步骤中，在所述基板电极上提供Sn-58Bi的第二焊料材料；

电子元器件装载步骤，在该电子元器件装载步骤中，将电子元器件的元器件电极配置在所述第二焊料材料上，并将所述电子元器件装载在所述基板上；

加热步骤，在该加热步骤中，以所述第二焊料材料的熔点以上、且不足所述第一焊料材料的熔点的温度，对所述第一焊料材料及所述第二焊料材料进行加热；以及

冷却步骤，该冷却步骤在所述加热步骤之后，对所述第一焊料材料及所述第二焊料材料进行冷却，

在所述第一焊料材料提供步骤或所述第二焊料材料提供步骤中，通过提供所述第一焊料材料或所述第二焊料材料，以使得所述第一焊料材料与所述第二焊料材料相互接近，

在所述加热步骤中，所述第一焊料材料的In熔出到发生了熔融的所述第二焊料材料中，然后，在所述冷却步骤中，通过进行冷却来形成对所述基板电极与所述元器件电极之间进行接合的接合部，此时，i)在所述接合部的侧面上形成In在3wt%以上、8wt%以下、且含有88wt%以上的Sn的区域来作为焊料强化区域，该焊料强化区域是所述接合部中熔出了In的区域，ii)形成含有Sn-Bi类焊料材料、且In在0wt%以上、不足3wt%的区域来作为焊料接合区域，该焊料接合区域是所述接合部中除了所述焊料强化区域以外的区域。

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