JP2001168513A - 非鉛系はんだ材料被覆基板の製造方法 - Google Patents
非鉛系はんだ材料被覆基板の製造方法Info
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Abstract
を錫・亜鉛系合金を用いて大気中で行うため、汎用性が
高く、基板の熱損傷を抑制することができる。さらに、
表面実装型基板だけでなくディスクリート型の部品の実
装にもはんだ付けのぬれ性を十分確保することができ
る。 【解決手段】絶縁性材料としての樹脂あるいはセラミッ
クスを基体とした第1の層の上に、電極用の回路を構成
する導電性の実質的に鉛を含まない第2の層を有する基
板において、溶融した合金にこの基板を接触させるとき
に、第2の層の表層部の欠損量が、断面積で50%以内
に留まる基板を提供する。
Description
覆基板の製造方法に関する。
る部品の接合に不可欠であり、近年パーソナルコンピュ
ーター、携帯電話などに代表される携帯製品の高密度実
装化・軽量化を進めるためにますますその重要性が増し
ている。これまでのはんだは、錫と鉛の共晶合金を主と
したもので、接合材料としての融点が低いことから扱い
やすく、さらに銅板上でのぬれ性が優れていることから
長い間用いられてきた。しかし、環境の観点から鉛を含
まない製品開発が提唱され、はんだそのものの組成につ
いても見直しの気運が高まり、鉛を含まない「鉛フリー
はんだ」が求められている。現在までに多数の鉛フリー
はんだの研究・開発が続けられてきたが、それぞれその
融点・機械的特性・コストの面で長所と短所を持ち合わ
せており、未だ広く実用化されたものはない。
183℃であり、金属単体の融点よりも低いばかりでな
く、多くの熱硬化性樹脂がガス化をはじめる温度よりも
低いという特徴を有している。また、この共晶はんだ
は、錫成分が銅板の界面で特有の金属化合物層を形成
し、はんだと銅の接着力をより強固にすることも知られ
ているが、この化合物層が厚く成長すると接合の信頼性
が損なわれることも指摘されている。
性を向上させるために、基板そのものにはんだをコーテ
ィングさせ、その上に部品をはんだ付けする方式も採用
されており、はんだ浴にディップした基板に加熱した空
気を吹き付けてレベリングを行うHAL処理が挙げられ
る。このHAL処理した基板において、高密度化した回
路パターンでディップを行った場合、金属間化合物層の
成長が速く、加熱空気を吹き付けても回路パターン上に
残留するはんだが少なくなる現象が、微細なパターンほ
ど顕在化してくる。この銅と錫による金属間化合物層
は、銅片を溶融した錫の中に浸すことによっても確認さ
れており、銅片の上にε相(Cu3Sn)、η相(Cu
5Sn6)などが形成され、錫の中に浸す時間が長くな
るほど、また、溶融した錫の温度が高くなるほどその厚
みが増大すると言われている。通常ε相、η相等の金属
間化合物層の厚みは5μmにも達する場合があり、HA
L処理をした場合にはんだが表面から飛散してこの金属
間化合物が露出する状況が発生する。そして、この金属
間化合物は、電極としての銅の性質も変え、その抵抗値
も悪化させる。勿論この金属間化合物が配線表面に露出
した場合にははんだ材料との接合強度を低下させる大き
な原因となる。この様な基板に電子部品を搭載した場
合、電子部品と銅配線間の接合強度が低下してしまい、
信頼性の良好な回路基板を提供できない。
によるHAL処理基板においては、基板表面の銅とはん
だ材料との金属間化合物が厚く形成されるためHAL処
理を実施した場合、銅の表面にこの金属間化合物が露出
するため、電子部品との接合部分の強度を低下させ、信
頼性を向上できないという問題があった。
の接合及び実装において、鉛を含有しないはんだ材料を
使用してHAL処理を実施した場合、銅の表面でのこの
金属間化合物の露出を回避して、銅配線と部品との接合
部分の接合強度の悪化の心配が少ない非鉛系接合材料被
覆基板の製造方法を提供することを課題とする。
に、請求項1は表面に金属配線が形成された基板を準備
する工程と、錫と亜鉛を主成分とする溶融した非鉛系は
んだ材を形成する工程と、この溶解した非鉛系はんだ材
に前記基板を接触させると共に高温ガスを前記基板表面
に吹き付けて不要な前記はんだ材を溶融して除去し前記
金属配線表面にはんだ材層を形成する工程とを具備する
ことを特徴とする非鉛系はんだ材料被覆基板の製造方
法。
するのに十分な高温例えばはんだ材料の溶融温度以上の
温度のガスである。そして、ガスとしては、空気、或い
はヘリウム、アルゴン等の不活性ガス、さらにはんだ材
料を変質させ難いガス例えば窒素ガスなどを使用するこ
とができる。また、溶解した非鉛系はんだ材に基板を接
触させる工程と、高温ガスを基板表面に吹き付けて不要
なはんだ材を溶融して除去する工程はこの順番に順次行
っても良いし、同時に行っても良い。同時に行う場合
は、高温ガスに溶融したはんだ材を含ませておき、きり
吹き状態ではんだ材を基板表面に付着させる工程にて行
う。
造方法は、請求項1において、前記金属配線は、銅、
銀、アルミニウム、白金、金、ニッケルからなる群から
選ばれる金属を使用することを特徴とする。
造方法は、請求項1において、前記非鉛系はんだ材が、
錫と亜鉛を主とし、銀、銅、アルミからなる群から選ば
れる金属を添加することを特徴とする。
導体分野で用いられるICパッケージやCPUの導電部
の接合、パーソナルコンピューターに内蔵されるハード
ディスク、液晶パネルの電気回路の接合、ICカード、
パーソナルコンピュータやプリンタの接続などに多用さ
れているケーブルコネクタ、通信用ケーブルに多用され
ている光コネクタ、さらには自動車のラジエータの接合
などが挙げられる。一方基板への実装形態としては、片
面表面実装、両面表面実装、両面表面実装リード付き部
品搭載、片面表面実装リード付き部品搭載、リードスル
ー実装などがある。また、実装部品としては、受動部品
としてのコンデンサ、インダクタ、ジャンパ、トランジ
スタ、ダイオード、アルミ電解(コンデンサ)、タンタ
ル半固定抵抗、トリマー、コイルが代表例として挙げら
れ、能動部品としては、IC、SIが代表例であり、そ
のパッケージ外形・形状としてはSOIC、SOP、Q
IP、QFP、PLCC、LCC、SOJ、MSP、さ
らには、BGA、FC−BGA、CSP、PLC、MC
M、OE−MCM、チップを重ねた高密度実装などがあ
る。
特に限定されるものではなく、スーパーソルダー法、ス
ーパージャフィット法、電気めっき法、無電解めっき
法、電気泳動法、化学蒸着法、スパッタリング法、物理
蒸着法、イオン注入法、レーザー照射法、プラズマスプ
レー法、拡散ボンディング法、ディップ法、超音波印加
法、溶融メッキ法、圧着法などの各種コーティング方法
から適宜選択して使用すれば良い。このコーティングさ
れた基板にさらに溶融したはんだをコーティングする方
法としてはHAL処理が代表例として挙げられる。一般
に、エッチングレジスト剥離やドライフィルム剥離を経
て得られる銅スルーホール基板を、防錆処理、機械ある
いは化学研磨の後マスク処理を行い、さらにソフトエッ
チング等の処理を施し、フラックスを塗布してその直後
に溶融はんだにディップさせ加熱空気でレベリングを行
うものである。
要はんだを除去し金属配線表面にはんだ材層を形成する
処理は、金属間化合物が形成されることなく表面にはん
だ層が確実に形成されるためには、非鉛系はんだ材が、
錫と亜鉛を主とし、銀、銅、アルミからなる群から選ば
れる金属を添加した材料であることが望ましい。さらに
引っ張り強度を向上できる長所を有するためには主とな
る錫・亜鉛は錫が88wt%〜95wt%。亜鉛が5wt%
〜12wt%であることが望ましく、これに銀、銅、アル
ミの何れかが合計で0.05wt%〜3.0wt%入ることが
望ましい。
に説明する。 (実施例1)図1は基板のHAL処理の様子を説明して
いる。先ず、はんだ溶融槽4内に低酸素状態で作製した
組成が重量比で錫90.9%以上、亜鉛9%、他の金属
元素含有量が0.1%以内の合金棒を合計300kg投
入して溶解させた。その後溶融槽内の温度を所定のディ
ップ温度に変化させるまで230℃に保ちはんだ材料3
を製造した。
ソフトエッチング剤で、表面に銅配線を形成(例えば銅
スルーホールを形成)した基板1の銅配線表面の表層部
をエッチングし、その後水洗・乾燥させた基板1を30
枚用意し、次の条件ではんだ材3中にディップさせ、H
AL処理しながら基板1を引き上げた。場合によっては
溶融したはんだ材料の表面にはフラックスを溶融した状
態で浮かせ、はんだ材料と雰囲気とを分離する方がはん
だ材料中に不要な酸素が溶ける心配がないので望まし
い。HAL処理は、同時に高温の空気を噴出し口2から
基板1の表面に吹き付けて行った。こうして配線表面に
付着したはんだ材料を溶融して不要な分を除去し配線表
面に薄くはんだ層が形成されることになる。
た。基板1表面には予めパターン形成しておいた銅配線2
0表面には金属間化合物21が形成され、さらにこの金属
間化合物表面にははんだ層22が形成されている。この金
属間化合物21表面にははんだ層22断面の中心で平均25μ
mの厚みで形成されており、いずれの基板についても金
属間化合物21が露出することはなかった。
詳細を挙げる。 [基板仕様](30枚全て共通) ガラスエポキシ基材 大 き さ: 180mm(W)×200mm(L)×1.6mm(T) 電 極 部: 銅めっき 厚さ 35μm パターン : QFP 80pins×4&QFP 100pins×4 [溶融はんだへの浸漬条件] 垂直ディップ方式 ディップ温度: 210℃、 230℃、 250℃ ディップ時間: 8sec 吹き付け空気圧: 3kgf/cm2 [フラックス] ディップ直前に塗布 品番 : メック社製 2704 [HAL処理試験結果]
を用いた場合と同等のレベル(測定断面は計20ヶ所)
に達していた。また、銅喰われの進み具合を調べるため
電極部の底から残存している銅の頂点までの高さを測定
したところ従来の錫・鉛共晶はんだの場合よりも、21
0℃、230℃及び 250℃の温度でディップした場
合に欠損した部分が少ない(測定断面は計20ヶ所)こ
とが分かった。
観察したところ、銅とはんだとの界面に厚さ1μmから
2μmの亜鉛を多く含む層が見出された。この層は25
0℃の温度でディップした場合にもその厚みが大きく変
化していなかったため、銅喰われを抑制する作用を有し
ている。
ーンに、錫・亜鉛共晶ソルダーペーストをステンレス製
のスクリーンを用いて厚さ150μmで印刷した後、Q
FPをマウントし従来並のピーク温度230℃でリフロ
ーしたところ、ブリッジやはんだボールもなくはんだ付
けすることができた。また、はんだ付け後のQFPのピ
ンの接合強度を測定したところ、錫・鉛共晶はんだでH
AL処理した基板と錫・鉛共晶ソルダーペーストとの組
み合わせで実装した場合の接合強度の1.1倍から1.
4倍の値(測定数:10)を有していた。
んだボールを介して接合した。図3はこの状況を説明し
たもので、24は集積回路30の接続端子であり、23がはん
だボールと表面のはんだ材22が融合して鼓型のはんだ層
として形成された。また、21は金属間化合物層(銅と亜
鉛の合金)である。
鉛共晶はんだを用いてコーティングした場合と同レベル
に通電でき問題は無かった。また、錫・銀を主成分とす
るはんだを使用して同様の基板を作成した場合と比べ接
合の抵抗値を低減できることが判明した。
いたHAL処理基板は、従来の錫・鉛共晶はんだを用い
たものよりも高温ディップにおける銅喰われを少なくで
きるばかりでなく、錫・亜鉛共晶ソルダーペーストと組
み合わせた電子部品のはんだ付けを従来並のピーク温度
で達成できることから、鉛を含まないはんだによる信頼
性の高い接合技術を提供することが可能となる。 (実施例2)図1は基板のHAL処理の様子を説明して
いる。先ず、はんだ溶融槽4内に低酸素状態で作製した
組成が重量比で錫90.9%以上、亜鉛9%、他の金属
元素含有量が0.1%以内の合金棒を合計300kg投
入して溶解させた。その後溶融槽内の温度を所定のディ
ップ温度に変化させるまで230℃に保ち、はんだ材料
3を製造した。
ソフトエッチング剤で、銅スルーホール基板1の銅面の
表層部をエッチングし、その後水洗・乾燥させた基板1
を30枚用意し、次の条件ではんだ材3中にディップさ
せ、HAL処理しながら基板1を引き上げた。HAL処
理は、同時に高温の空気を噴出し口2から基板1の表面に
吹き付けて行った。
詳細を挙げる。 [基板仕様](30枚全て共通) ガラスエポキシ基材 大 き さ: 180mm(W)×150mm(L)×1.6mm(T) 電 極 部: 銅めっき 厚さ 43μm パターン : スルーホール 0.5mmφ × 40 1.0mmφ × 40 2.0mmφ × 20 [溶融はんだへの浸漬条件] 垂直ディップ方式 ディップ温度: 210℃、 230℃、 250℃ ディップ時間: 5sec 吹き付け空気圧: 3kgf/cm2 [フラックス] ディップ直前に塗布 品番 : メック社製 2704 以上のようにして形成した30枚の基板についてのHAL
処理試験結果を次の表2に示した。
の錫・鉛共晶はんだを用いた場合と同等のレベル(測定
断面は計20ヶ所)に達していた。また、銅喰われの進
み具合を調べるため電極部の底から残存している銅の頂
点までの高さを測定したところ従来の錫・鉛共晶はんだ
の場合よりも、210℃、230℃及び250℃の温度
でディップした場合に欠損した部分が少ない(測定断面
は計20ヶ所)ことが分かった。
観察したところ、銅とはんだとの界面に厚さ1μmから
2μmの亜鉛を多く含む金属間化合物層21が見出され
た。この層は 250℃の高温でディップした場合にも
その厚みが大きく変化していなかった。この金属間化合
物21表面にははんだ層22断面の中心で平均20μmの厚み
で形成されており、いずれの基板についても金属間化合
物21が露出することはなかった。
板1上の所定の銅配線20に、ディスクリート部品30を計
20個を搭載し、その後、市販のフラックス(メック社
製 2704)を吹き付けた。このマウントした基板1
を従来並のフローはんだのディップ温度240℃で錫・
亜鉛共晶はんだが循環しているはんだ浴内でフローはん
だ付けしたしたところ、ブリッジやはんだボールもなく
はんだ付けすることができた。また、はんだ付け後の部
品のリード部分の断面を観察したところ、リフトオフは
見られなかった。(実施例3)はんだ溶融槽内に低酸素
状態で作製した組成が重量比で錫90.9%以上、亜鉛
9%、他の金属元素含有量が0.1%以内の合金棒を合
計300kg投入して溶解させた。その後溶融槽内の温
度を所定のディップ温度に変化させるまで235℃に保
った。
ソフトエッチング剤で、表面実装型基板の銅面の表層部
をエッチングし、その後水洗・乾燥させた基板を30枚
用意し、次の条件でディップさせた。
を用いた場合と同等のレベル(測定断面は計20ヶ所)
に達していた。また、銅喰われの進み具合を調べるため
電極部の底から残存している銅の頂点までの高さを測定
したところ従来の錫・鉛共晶はんだの場合よりも、25
0℃の高温でディップした場合に欠損した部分が少ない
(測定断面は計20ヶ所)ことが分かった。
観察したところ、銅とはんだとの界面に厚さ1μmから
2μmの亜鉛を多く含む層21が見出された。この層21は
250℃の高温でディップした場合にもその厚みが大き
く変化していなかったため、銅喰われを抑制する作用を
有している。その他の構成については実施例1と同様で
ある。
ターンに、錫・亜鉛共晶ソルダーペーストをステンレス
製のスクリーンを用いて厚さ150μmで印刷した後、
QFPをマウントし従来並のピーク温度230℃でリフ
ローしたところ、ブリッジやはんだボールもなくはんだ
付けすることができた。また、はんだ付け後のQFPの
ピンの接合強度を測定したところ、錫・鉛共晶はんだで
HAL処理した基板1と錫・鉛共晶ソルダーペーストと
の組み合わせで実装した場合の接合強度の1.2倍から
1.4倍の値(測定数:10)を有していた。その他の
効果については実施例1と同様であった。
部分の接合強度の悪化の心配が少ない非鉛系接合材料被
覆基板の製造方法を提供することができる。
る図
Claims (3)
- 【請求項1】表面に金属配線が形成された基板を準備す
る工程と、錫と亜鉛を主成分とする溶融した非鉛系はん
だ材を形成する工程と、この溶解した非鉛系はんだ材に
前記基板を接触させると共に高温ガスを前記基板表面に
吹き付けて不要な前記はんだ材を溶融して除去し前記金
属配線表面にはんだ材層を形成する工程とを具備するこ
とを特徴とする非鉛系はんだ材料被覆基板の製造方法。 - 【請求項2】前記金属配線は、銅、銀、アルミニウム、
白金、金、ニッケルからなる群から選ばれる金属を使用
することを特徴とする請求項1に記載の非鉛系はんだ材
料被覆基板の製造方法。 - 【請求項3】前記非鉛系はんだ材は、錫と亜鉛を主と
し、銀、銅、アルミからなる群から選ばれる金属を添加
することを特徴とする請求項1に記載の非鉛系はんだ材
料被覆基板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35033899A JP2001168513A (ja) | 1999-12-09 | 1999-12-09 | 非鉛系はんだ材料被覆基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35033899A JP2001168513A (ja) | 1999-12-09 | 1999-12-09 | 非鉛系はんだ材料被覆基板の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001168513A true JP2001168513A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=18409815
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35033899A Pending JP2001168513A (ja) | 1999-12-09 | 1999-12-09 | 非鉛系はんだ材料被覆基板の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001168513A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005142209A (ja) * | 2003-11-04 | 2005-06-02 | Nec Infrontia Corp | 電子回路装置 |
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US7829199B2 (en) | 2004-04-21 | 2010-11-09 | Nec Corporation | Solder, and mounted components using the same |
-
1999
- 1999-12-09 JP JP35033899A patent/JP2001168513A/ja active Pending
Cited By (7)
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