JP2001077519A

JP2001077519A - 電子回路用基板とその基板への電子部品実装方法

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Publication number: JP2001077519A
Application number: JP25091199A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Abe; 寿之阿部; Osami Kumagai; 修美熊谷
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品の高密度実装化が進んでも、部品間の
半田ブリッジが発生しにくく、部品の固着強度も低下さ
せないパッド構造を有する電子回路用基板とその基板へ
の電子部品の実装方法を提供する。【解決手段】基板１上の電子部品取付用の銅パッド２面
上に、リフローによって溶融して電子部品の取付けが可
能となる接合用金属４を、湿式めっきにより、３５μｍ
以上６０μｍ以下の厚みに形成する。また、電子部品取
付用の銅パッド２面上に、リフローにより合金化可能な
複数の金属層を有する基板を得る。そして前記複数の金
属層を形成した銅パッド上に電子部品を搭載し、リフロ
ーにより前記複数の金属層を溶融させて電子部品を前記
銅パッド上に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装型電子部
品を搭載するプリント基板と該プリント基板に電子部品
を実装する方法に係り、特に電子部品を電気的に接合す
るパッド部分の構造とその基板への電子部品の実装方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子回路用基板は、基板上に圧着
した銅箔をエッチングして必要とする形状に銅パターン
層を形成し、その上にパッドの酸化防止や半田付け性を
向上させる目的で金の薄膜を施す方法が一般的に行われ
ている。

【０００３】また、特開平５−５５４０４号公報には、
銅パッドと半田中の錫との反応によってＣｕ−Ｓｎ系の
脆い合金が生成して搭載電子部品の端子が銅パッドから
剥れることを防止するため、銅上に１μｍ〜３０μｍの
半田層を電解めっきし、その電解めっきはんだ層の上下
層の少なくとも一方に、前記合金層の形成を阻むため、
０．１μｍないし１μｍ程度のＺｎ層を電解めっきによ
り形成したものが開示されている。

【０００４】そして、上述のような従来の銅パッドを有
する基板上に電子部品を実装する場合は、いずれも、半
田粒を有する半田ペーストをパッド上に１００μｍ〜１
５０μｍの厚みに塗布し、電子部品のリードをその半田
ペーストを介して搭載し、リフロー炉に通して加熱する
ことにより、分散剤を揮発させ、最終的には５０μｍ〜
７５μｍの厚みの半田層が形成されるとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、電子機器の軽薄
短小化が進み、その結果、電子機器の内部に使用される
プリント基板や電子部品の小型化が進むと同時に、電子
部品の高密度実装が行われ、それに伴い、プリント基板
の部品取付用パッドの小面積化と狭間隔化が進んでい
る。

【０００６】このように、部品取付用パッドの小面積化
と狭間隔化が進んでくると、メタルマスク等により半田
ペーストを印刷した後、電子部品をマウントする方法で
は、印刷にじみ等により半田ブリッジによる短絡が発生
しやすくなるという問題点がある。また、にじみなく印
刷できたとしても、半田ペースト上に搭載される電子部
品の重みにより、印刷された半田ペーストがパッドから
はみ出し、その結果、印刷にじみと同じ現象が生じて半
田ブリッジが発生しやすくなる。

【０００７】また、パッドの小面積化により、実装され
た電子部品の接着強度が低下するという問題があり、そ
れを防ぐには、半田量を多くして印刷する必要がある。
しかし半田量を多くすると、前記半田ペーストのはみ出
しによる半田ブリッジの発生が起こりやすくなる。

【０００８】また、接着強度が低下するという問題を解
決する手段として、半田を印刷した後、電子部品のボト
ム面を接着する目的でディスペンサ等により接着剤を塗
布する方法も考えられるが、工程が増えることと、高密
度実装では接着剤がパッドにも流れ込み、半田付けを阻
害する場合がある。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑み、電子部品の
高密度実装化が進んでも、部品間の半田ブリッジが発生
しにくく、部品の固着強度も低下させないパッド構造を
有する電子回路用基板とその基板への電子部品の実装方
法を提供することを目的とする。

【００１０】また、本発明は、合金としての半田等の接
合用金属を、最終的により正確な組成で得ることができ
るパッドの構造を有する電子回路用基板とその基板への
電子部品の実装方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の電子回路用基
板は、基板上の電子部品取付用の銅パッド面上に、リフ
ローによって溶融して電子部品の取付けが可能となる接
合用金属を、湿式めっきにより、３５μｍ以上６０μｍ
以下の厚みに形成したことを特徴とする。

【００１２】このように、湿式めっき、すなわち無電解
めっきまたはおよび電解めっきによって、半田等の接合
用金属を、接合に必要な３５μｍ〜６０μｍの厚みに設
定することにより、半田ペーストを要することなく、接
合に要する半田量が確保でき、電子部品の必要な接着強
度が得られる。ここで、電子部品の接合に必要な接合用
金属の厚みは、確実な接続を得る上で３５μｍ以上であ
ることが好ましく、また、６０μｍより大きいとパッド
間隔を狭くした場合の短絡を起こしやすくなり接合用金
属形成のために多くの時間を要することになる。

【００１３】請求項２の電子回路用基板は、請求項１に
おいて、前記接合用金属は、銅パッド面上に、ニッケル
層を介して形成されていることを特徴とする。

【００１４】このように、銅パッド上にニッケル層を介
して半田等の接合用金属を形成することにより、Ｓｎと
Ｃｕとの合金形成が防止される。

【００１５】請求項３の電子回路用基板は、請求項１ま
たは２において、前記接合用金属は、リフローにより合
金化する複数の金属層からなることを特徴とする。

【００１６】請求項３のように、複数の金属層によって
パッド上の接合用金属層を形成すれば、その層の厚みの
管理は比較的容易であり、各層の厚みを正確に設定する
ことにより、複数種類の金属混合液から合金として接合
用金属を形成する場合に比較し、電子部品を基板に実装
する際に、設定されたより正確な金属組成比となる合金
が得られる。

【００１７】請求項４の電子回路用基板は、請求項１ま
たは２において、前記接合用金属は、合金または単一の
金属からなることを特徴とする。

【００１８】請求項５の電子回路用基板は、請求項４に
おいて、前記接合用金属が、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ａｇ、
Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕもしくはＳ
ｎ−Ａｇ−Ｂｉからなる合金、またはＳｎもしくはＢｉ
の単一金属からなることを特徴とする。

【００１９】請求項４、５のように、半田等あるいはリ
フローにより溶融する他の金属、合金を用いることによ
り、電子部品の接着が可能となる。

【００２０】請求項６の電子回路用基板は、基板上の電
子部品取付用の銅パッド面上に、リフローによって溶融
して電子部品の取付けが可能となる接合用金属を、湿式
めっきにより形成してなり、前記接合用金属は、リフロ
ーにより合金化する複数の金属層からなることを特徴と
する。

【００２１】請求項７の電子回路用基板は、請求項３ま
たは６において、前記接合用金属は、ＳｎとＰｂ、Ｓｎ
とＡｇ、ＳｎとＢｉ、ＳｎとＣｕ、ＳｎとＡｇとＣｕも
しくはＳｎとＡｇとＢｉの複数金属層からなることを特
徴とする。

【００２２】請求項６、７によれば、請求項３に記載し
たように、正確な組成比の合金層がリフローにより得ら
れる。

【００２３】請求項８の電子回路用基板への電子部品実
装方法は、湿式めっき法を用いて、電子部品取付用の銅
パッド面上に、リフローにより合金化可能な複数の金属
層を有する基板を得、前記複数の金属層を形成した銅パ
ッド上に電子部品を搭載し、リフローにより前記複数の
金属層を溶融させて電子部品を前記銅パッド上に固定す
ることを特徴とする。

【００２４】このように、接合用金属層として複数層の
金属層を形成し、電子部品を基板に実装するリフロー時
に接合用金属を溶融させることにより、最初から合金層
としての接合用金属層を形成する場合に比較して、最終
的に目標とする正確な組成の接合用金属が形成される。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）は本発明による電子回
路用基板の一実施の形態を示す断面図である。図１
（Ａ）において、１はガラスエポキシ樹脂製またはセラ
ミック製の電子回路用基板、２は基板１上に形成される
銅製導体パターンの一部として形成されたパッドであ
る。

【００２６】３はパッド２上に形成されたＮｉ層であ
り、該Ｎｉ層３は無電解めっきまたは電解めっきすなわ
ち湿式めっきにより形成される。４はＮｉ層３上に湿式
めっきにより形成された接合用金属層であり、電子部品
を半田ペーストを要することなく、直接取付けるために
形成されたものである。

【００２７】接合用金属層４はリフローにより溶融可能
な金属、すなわち一般的なリフロー温度である２２０℃
以上、２９０℃以下の温度で溶融可能な金属（合金を含
む）でなる。これらの接合用金属層４は、所定の組成を
持つＳｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｃ
ｕ、Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕもしくはＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ等から
なる合金、またはＳｎもしくはＢｉの単一金属からな
る。

【００２８】前記Ｃｕ製のパッド２は、必要な導電性、
半田付けのための強度を確保するために好ましく１８μ
ｍ〜３０μｍの厚みに形成され、Ｎｉ層３はＳｎとＣｕ
との合金形成を防止するため０．５μｍ〜５μｍの厚み
に形成される。また、接合用金属層４は、必要な接続強
度を得るため、３５μｍ〜６０μｍの厚みに形成され
る。

【００２９】図２は前記パッド２、Ｎｉ層３、接合用金
属層４の形成工程の一例を示す図である。図２（Ａ）に
示すように、基板１上にＣｕ層２が形成された一般的な
電子回路用基板１上の全面にレジスト７を塗布し、パタ
ーンを形成するための露光を行う。そして、図２（Ｂ）
に示すように、Ｃｕ層２上の不要部分に対応するレジス
ト７を除去する。そして、図２（Ｃ）に示すように、Ｃ
ｕ層のレジスト７により覆われていない不要部分をエッ
チングにより除去し、その後、レジスト７を除去し、図
２（Ｄ）に示すように、Ｃｕパターンの一部にパッド２
が形成された基板１を得る。

【００３０】その後、パッド２、Ｎｉ層３および接合用
金属層４の目標とするトータルの厚みとほぼ同じ厚みの
レジスト７によって基板１の全面を覆い、パッド２の部
分のみについてレジスト７が除去されるように露光を行
った後、図２（Ｆ）に示すようにレジスト７のパッド２
上の部分を除去する。そして、図２（Ｇ）に示すよう
に、Ｃｕパッド２上にＮｉ層３を無電解めっきまたは電
解めっきにより形成し、その後、図２（Ｈ）に示すよう
に、接合用金属層４を電解めっきにより形成する。この
接合用金属層４の形成は、例えばＳｎとＰｂとの合金層
を形成する場合には、ＳｎとＰｂとを含む電解液中で電
解することにより、同時にこれらの金属をＮｉ層３上に
形成することにより行う。このように接合用金属層４を
形成した後、図２（Ｉ）に示すように、レジスト７を除
去して製品とする。

【００３１】図３は基板１のＣｕパッド２、Ｎｉ層３、
接合用金属層４の別の形成方法を説明する図である。本
例においては、図３（Ａ）に示すように、基板１上のＣ
ｕ層２の上の全面に、Ｎｉ層３を全面に無電解めっきや
電解めっきにより形成し、その上に全面に電解めっきに
より接合用金属層４を形成する。そして図３（Ｂ）に示
すように、接合用金属層４上に全面にわたりレジスト７
を塗布する。次に不要部分を除去するための露光を行
い、図３（Ｃ）に示すように、エッチングにより不要な
レジスト７の除去を行う。その後、図３（Ｄ）に示すよ
うに、レジスト７が除去された不要な金属層部分をエッ
チングによって除去し、図３（Ｅ）に示すように、不要
なパッド部分上のレジスト７を除去して製品とする。

【００３２】上述のような湿式めっきによって金属層を
形成することにより、接合用金属層４をパッド２のパタ
ーンに揃えることができる。このような製造工程によ
り、前記Ｓｎ−Ｐｂ系の合金のみならず、Ｓｎ−Ａｇ、
Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕもしくはＳ
ｎ−Ａｇ−Ｂｉからなる合金、またはＳｎもしくはＢｉ
の単一金属からなる接合用金属層４を形成することがで
きる。

【００３３】図１（Ｂ）、（Ｃ）は電子部品６を前記基
板１に搭載する工程を示す図であり、図１（Ｂ）に示す
ように、前記Ｎｉ層３および接合用金属層４上の全面に
半田付け用のフラックス５を塗布した後、電子部品６を
その端子電極６ａがパッド２上に位置するようにマウン
タにより搭載し、リフロー炉に通すことにより、図１
（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、接合用金属層４が溶融し
て端子電極６ａがパッド２上に接合用金属層４を介して
接合される。

【００３４】このように湿式めっきにより半田等の接合
用金属層４を形成して電子部品６を該接合用金属層４に
よって接合させることにより、従来の半田ペーストによ
る場合の印刷によるにじみや電子部品６の重みによるペ
ーストのパッドからのはみ出しによる半田ブリッジの発
生が回避され、パッド２の近接配置による高密度実装が
可能となる。なお、上記実施の形態においては、フラッ
クス５により電子部品６２を基板１の全面に、すなわち
電子部品６の下面にも塗布しているので、フラックス５
が電子部品６を基板１に直接固着させる役目を果たし、
電子部品６の接着強度を従来より高めることができる。

【００３５】図４（Ａ）は本発明による基板の他の例を
示す断面図である。本例のものは、Ｎｉ層３上に形成す
る接合用金属として、異なる単一金属層４Ａ、４Ｂをそ
れぞれ別々に形成したものである。これらの金属層４
Ａ、４Ｂは、それぞれ、ＳｎとＰｂ、ＳｎとＡｇ、Ｓｎ
とＢｉ、ＳｎとＣｕ等でなる。

【００３６】この実施の形態においては、前記実施の形
態と同様に、図４（Ｂ）に示すように、電子部品実装の
前に、パッド２上のみならず、基板１の全面あるいは少
なくとも電子部品６の下面に相当する箇所にフラックス
５を塗布し、電子部品６を搭載してリフロー炉に通すこ
とにより、図４（Ｃ）に示すように、前記金属層４Ａ、
４Ｂが溶融して所定の組成比となる合金層４０を形成す
る。

【００３７】このように基板１上の接合用金属を多層に
構成し、リフローによって合金化することにより、所望
の組成比の合金が確実に得られるという効果が得られ
る。すなわち、各金属層４Ａ、４Ｂは電解により形成す
る金属の種類としてそれぞれ単一の組成の電解液を用い
ることにより、正確な厚みの金属層４Ａ、４Ｂがそれぞ
れ得られるので、双方の金属イオンを含む電解液から同
時に電解により金属を析出させて合金を得る場合に比較
し、正確な組成比の接合用金属４０が得られる。

【００３８】図５は図４のパッドの製造工程の一例を示
す図であり、図５（Ａ）〜（Ｇ）の工程は、図２（Ａ）
〜（Ｇ）の工程と同じであるため、重複する説明を省
く。図５（Ｇ）に示すように、Ｎｉ層３を形成した後、
図５（Ｈ）、（Ｉ）に示すように、金属層４Ａ、４Ｂを
順に電解めっきによって形成し、図５（Ｊ）に示すよう
に、レジスト７を除去して製品としての基板を得る。

【００３９】図６は図４のパッドを有する基板の製造工
程の他の例であり、図３の例において、接合用金属層４
の代わりに金属層４Ａ、４Ｂを形成する点以外は図３の
場合と同じであるため、重複する説明を省く。

【００４０】図４のパッド構造は、合金を構成する金属
の種類を３種類にする場合、例えばＳｎとＡｇとＣｕ、
あるいはＳｎとＡｇとＢｉ系等にも適用することがで
き、この場合は３層構造となる。

【００４１】

【実施例】外形寸法が、Ｌ＝が１．０ｍｍ、Ｗ＝０．５
ｍｍ、Ｔ＝０．３ｍｍのチップコンデンサを搭載する基
板として、ガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）を用い、Ｃ
ｕパッド２の幅を５００μｍ、厚みを１８μｍ、Ｎｉ層
３の厚みを３μｍとし、接合用金属層として、図４の２
層構造を採用し、Ｓｎを下層、Ａｇを上層として、その
厚みの比Ｓｎ：Ａｇ＝９６．５：３．５と一定にし、こ
の接合用金属層４Ａ、４Ｂのトータル厚みを種々に変更
して、その層のトータル厚みと接続強度との関係を調べ
た。この接続強度の測定は、図７に示すように、基板１
上のパッド２、２に電子部品６を載せてリフロー炉に通
し、これにより基板１に電子部品６を接合用金属層４
（４Ａ、４Ｂ）を溶融させて固定し、基板１を固定した
状態で電子部品６の側方からロッド８によって押圧し、
電子部品６の剥離に至る横押し荷重を測定した。その結
果を図８に示す。

【００４２】図８から分かるように、図７（Ａ）の横押
し荷重測定試験において良好な結果を発揮できる接合金
属層４のトータル厚みは３５μｍ〜６０μｍである。こ
のように、３５μｍより接合用金属４の厚みが薄い場合
に電子部品６の固着強度が低い理由は、図７（Ｂ）のよ
うに、電子部品６は接合用金属層４の溶融時にほぼ水平
に支持され固着されるものの、接合用金属４の厚みが薄
いため、接合面のゆがみ等の影響をうけて部分的に接合
部が薄くなるためである。一方、６０μｍを超える厚み
になると、図７（Ｃ）に示すように、接合用金属層４の
厚みが大となり、接合用金属層４の中心と電子部品６の
重心Ｇとのずれにより、電子部品６が図示のように傾
き、接合面積の減少を招くからである。また、図７
（Ｃ）のように傾斜すると、実装が行われたことをチェ
ックするためにレーザを照射した際に、電子部品６の上
面すなわち反射面が傾斜しているために、電子部品６の
実装が検出できなくなるという不具合も生じる。接合用
金属層４の厚みが３５μｍ〜６０μｍであれば、電子部
品６の水平保持と一定以上の固着厚みの確保ができ、固
着強度を高く維持することができる。

【００４３】

【発明の効果】請求項１、４、５によれば、半田ペース
トを用いることなく電子部品の固定が可能となるような
所定の厚みを有する接合用金属層をパッド上に湿式めっ
きにより設けたので、電子部品の高密度実装化が進んで
も、部品間の半田ブリッジが発生しにくく、部品の固着
強度も低下させないパッド構造を有する電子回路用基板
を提供することができる。

【００４４】請求項２によれば、さらに、銅パッド上に
ニッケル層を介して半田等の接合用金属を形成すること
により、ＳｎとＣｕとの合金形成が防止され、パッド部
の接続強度低下を防止することができる。

【００４５】請求項３、６、７によれば、リフローによ
り合金化する複数の金属層により接合用金属を構成した
ので、複数の金属層によって形成すれば、その層の厚み
を適切な厚みに設定することにより、複数種類の金属混
合液から合金として接合用金属を形成する場合に比較
し、電子部品の実装の際に、正確な金属組成比となる合
金が得られ、所望の特性の接続部が得られるという効果
をさらに奏することができる。

【００４６】請求項８によれば、接合用金属層として複
数層の金属層を形成し、リフロー時に接合用金属を溶融
させることにより、電子部品を基板のパッド上に接続す
るようにしたので、最初から合金層としての接合用金属
層を形成する場合に比較して、最終的に目標とする正確
な組成の接合用金属が形成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明によるパッド構造を有する基板
の一実施の形態を示す断面図、（Ｂ）、（Ｃ）はその電
子部品搭載工程を示す断面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＥ−Ｅ
断面図である。

【図２】図１の基板の製造工程の一例図である。

【図３】図１の基板の製造工程の他の例を示す図であ
る。

【図４】（Ａ）は本発明によるパッド構造を有する基板
の他の実施の形態を示す断面図、（Ｂ）、（Ｃ）はその
電子部品搭載構造を示す断面図である。

【図５】図４の基板の製造工程の一例図である。

【図６】図４の基板の製造工程の他の例を示す図であ
る。

【図７】（Ａ）は電子部品の固着強度試験方法の説明
図、（Ｂ）は本発明において、接合用金属の厚みが好適
あるいは薄い場合の基板に対する電子部品の搭載姿勢を
示す側面図、（Ｃ）は同じく接合用金属の厚みが大きい
場合の電子部品の搭載姿勢を示す側面図である。

【図８】電子部品の固着強度試験の結果を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１：基板、２：パッド、３：Ｎｉ層、４、４Ａ、４Ｂ：
接合用金属、５：フラックス、６：電子部品、７：レジ
スト、８：ロッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の電子部品取付用の銅パッド面上
に、リフローによって溶融して電子部品の取付けが可能
となる接合用金属を、湿式めっきにより、３５μｍ以上
６０μｍ以下の厚みに形成したことを特徴とする電子回
路用基板。
【請求項２】請求項１において、前記接合用金属は、銅
パッド面上に、ニッケル層を介して形成されていること
を特徴とする電子回路用基板。
【請求項３】請求項１または２において、前記接合用金
属は、リフローにより合金化する複数の金属層からなる
ことを特徴とする電子回路用基板。
【請求項４】請求項１または２において、前記接合用金
属は、合金または単一の金属からなることを特徴とする
電子回路用基板。
【請求項５】請求項４において、前記接合用金属は、Ｓ
ｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ
−Ａｇ−ＣｕもしくはＳｎ−Ａｇ−Ｂｉからなる合金、
またはＳｎもしくはＢｉの単一金属からなることを特徴
とする電子回路用基板。
【請求項６】基板上の電子部品取付用の銅パッド面上
に、リフローによって溶融して電子部品の取付けが可能
となる接合用金属を、湿式めっきにより形成してなり、前記接合用金属は、リフローにより合金化する複数の金
属層からなることを特徴とする電子回路用基板。
【請求項７】請求項３または６において、前記接合用金
属は、ＳｎとＰｂ、ＳｎとＡｇ、ＳｎとＢｉ、ＳｎとＣ
ｕ、ＳｎとＡｇとＣｕもしくはＳｎとＡｇとＢｉの複数
金属層からなることを特徴とする電子回路用基板。
【請求項８】湿式めっき法を用いて、電子部品取付用の
銅パッド面上に、リフローにより合金化可能な複数の金
属層を有する基板を得、前記複数の金属層を形成した銅パッド上に電子部品を搭
載し、リフローにより前記複数の金属層を溶融させて電子部品
を前記銅パッド上に固定することを特徴とする電子回路
用基板への電子部品実装方法。