JP2002190664A - プリント配線板およびこれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉛フリーはんだを用いても、リフトオフ発生
が容易に防止され、生産性に優れコストが低減されたプ
リント配線板を得る。 【解決手段】 プリント配線板本体１のスルーホール３
の導電部３１に挿入部品のリード部５を挿入し、はんだ
付けして搭載する。プリント配線板１の挿入部品搭載側
表面の、スルーホール３の周縁部はソルダーレジスト２
により被覆され、ランド部４の露出は１００μｍ以下と
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、電子機器の基板実
装に使用されるプリント配線板およびこれを用いた半導
体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境保護の問題がクローズア
ップされ、世界的規模で環境に対する関心が高まってき
ている。エレクトロニクス産業の分野においては、主に
接合材料として使用されているはんだ中のＰｂの問題が
大いに注目を浴びている。

【０００３】ほとんどの電子機器は不用になると埋め立
て処分され、昨今の慢性的な酸性雨によりこれら廃家電
の実装基板から溶出したＰｂが水質汚染を起こしてい
る。ところが、廃棄される実装基板のはんだからＰｂを
除去する技術が未だ確立されていない。このことから、
Ｐｂを含まないはんだ（鉛フリーはんだ）の材料および
適用技術が必要となった。

【０００４】これに対して、Ｓｎを主成分とし、Ａｇお
よびＣｕを添加したいわゆるＳｎ―Ａｇ―Ｃｕ系鉛フリ
ーはんだが盛んに開発提案されている。また、上記鉛フ
リーはんだのはんだ付の生産性を向上させることを目的
に、第４元素としてＢｉを添加することが検討されてい
る。しかしながら、従来用いられたＰｂを含有したはん
だでは、Ｐｂが柔らかい金属であるため、これを用いて
部品を基板実装した場合に、上記はんだが被覆固化によ
るひずみを吸収（応力緩和）していたが、鉛フリーはん
だではひずみの緩和が不利になり、リフトオフと呼ばれ
るランド終端部でのはんだ剥離現象が問題となってき
た。この問題はＢｉを添加した鉛フリーはんだでより顕
著となる。

【０００５】図８は、従来の、プリント配線板に挿入部
品を鉛フリーはんだを用いて、実装した場合に生じるリ
フトオフの状態を示す説明図である。図中、５１はプリ
ント配線板本体、２はソルダーレジスト、３はスルーホ
ール、４はプリント配線板本体５１の挿入部品搭載側に
設けたランド部、５は挿入部品のリード、６ははんだ、
７はＢｉ、８はリフトオフ部である。即ち、Ｂｉを含む
はんだを用いた場合には、プリント配線板本体５１の挿
入部品搭載側のランド部４に、はんだ６が凝固する際Ｂ
ｉ７が偏析し、Ｂｉを含むはんだのかたくてもろい性質
が特に顕在化することにより、ランド４部とはんだ６界
面にリフトオフ８と呼ばれるクラックの発生が起こりや
すくなる。

【０００６】上記図８に示すリフトオフを防止する対策
が、特開平１１―３５４９１６号公報に提案されてい
る。即ち、はんだ付後の冷却過程におけるプリント配線
板と挿入部品リードの熱容量の差が、Ｂｉがランドとは
んだ界面に偏析する主要因と考えられる。即ち、熱容量
の大きなプリント配線板はリードよりも緩やかに冷却さ
れるため、はんだの最終凝固はランド部界面で起こり、
その部分に低融点のＢｉの偏析が起こると推察され、そ
の結果、リフトオフが発生すると考えられている。

【０００７】そこで、上記リフトオフを防止するために
は、はんだ付後の冷却を短時間化し、プリント配線板と
リード部の温度差を小さくすることが重要と考えられ、
上記公報では、短パルスのビーム（レーザ、赤外線、マ
イクロ波など）を用いてはんだ接合部を急峻に加熱・冷
却する手法を取り、Ｂｉの偏析を抑える工夫がなされて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、大掛かりなはんだ付装置が必要なこと
と、局所はんだ付のため生産効率が悪く、コストが高く
なるという課題があった。

【０００９】本発明はかかる課題を解消するためになさ
れたもので、鉛フリーはんだを用いても、安価な手法で
リフトオフを防止することができるプリント配線板およ
び半導体装置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１のプリ
ント配線板は、導電化されたスルーホールを有するプリ
ント配線板本体、およびこのプリント配線板本体の少な
くとも挿入部品搭載側の、上記スルーホール周縁部を被
覆するソルダーレジストを備えたものである。

【００１１】本発明に係る第２のプリント配線板は、上
記第１のプリント配線板において、プリント配線板本体
の配線回路パターンのランド部がスルーホールに接続し
ているものである。

【００１２】本発明に係る第３のプリント配線板は、上
記第２のプリント配線板において、ランド部のスルーホ
ール端部からの露出が１００μｍ以下のものである。

【００１３】本発明に係る第４のプリント配線板は、上
記第２のプリント配線板において、スルーホール周縁部
を被覆するソルダーレジストの開孔が上記スルーホール
径より小さいものである。

【００１４】本発明に係る第１の半導体装置は、上記第
１ないし第４のいずれかのプリント配線板のスルーホー
ルに、挿入部品のリード部を挿入し、はんだ付けして挿
入部品を搭載したものである。

【００１５】本発明に係る第２の半導体装置は、上記第
１の半導体装置において、はんだが鉛フリーはんだのも
のである。

【００１６】

【発明の実施の形態】図６は、本発明の実施の形態に係
わる、プリント配線板のスルーホール径に対する露出し
たランド径の比による、リフトオフの発生率の変化を示
す図で、スルーホール径と露出したランド径はそれぞれ
下記図２または図７におけるＳとＬで示される部分であ
る。また、図６において、ａ（白塗り棒グラフ）はＳｎ
―２．５Ａｇ―０．５Ｃｕ―２．０Ｂｉはんだ、ｂ（斜
線棒グラフ）はＳｎ―２．５Ａｇ―０．５Ｃｕ―１．０
Ｂｉはんだ、ｃ（黒塗り棒グラフ）はＳｎ―３．０Ａｇ
―０．５Ｃｕはんだである。図６に示されるように、Ｂ
ｉ含有の有無によらず、露出したランド径が小さいほう
がリフトオフの発生率が低下することが明らかであり、
リフトオフ発生に及ぼす因子は、プリント配線板のラン
ドとはんだの接合界面に偏析するＢｉの問題だけでな
く、プリント配線板のランド設計が重要な因子であるこ
とを見出した。

【００１７】実施の形態１．図１は本発明の第１の実施
の形態のプリント配線板の断面を示す構成図である。図
中、１はプリント配線板本体、２はソルダーレジスト、
３はスルーホール、３１はスルーホール３の導電部、４
はプリント配線板１の挿入部品搭載側の配線回路パター
ンのランド部で、スルーホールの導電部３１と接続して
いる。

【００１８】図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実
施の形態のプリント配線板の製造を工程順に示す説明図
である。図中、９は基材、１０は銅箔、１１は両面銅張
積層板、１２は貫通孔、１３はめっきである。先ず、ガ
ラスクロスにエポキシ樹脂を含浸した基材９の表裏に銅
箔１０をプレスした通常の両面銅張積層板１１の所定位
置にドリルなどにより直径が０．９ｍｍの貫通孔１２を
あける｛図２（ａ）｝。次に、上記銅箔１０と貫通孔１
２の壁面に無電解めっきおよび電気めっき１３を行いス
ルーホールに導電部３１を形成する。続いて、パターニ
ングレジストで所定位置をコートしてエッチングし、配
線回路パターンを形成してプリント配線板本体１を得
る。なお、上記配線回路パターンはスルーホールの導電
部３１に接続した直径が１．３ｍｍのランド部４を有す
る｛図２（ｂ）｝。更に、ソルダーレジスト２を、プリ
ント配線板本体１の少なくとも挿入部品搭載側のスルー
ホール周縁部を被覆するようにコーティングし、露光、
現像、熱硬化を行い本発明の実施の形態のプリント配線
板を得る｛図２（ｃ）｝。なお、この場合、スルーホー
ルの導電部３１に接続したランド部４は若干露出してい
る。

【００１９】図３は、図１に示すプリント配線板の挿入
部品搭載側の平面図であり、上記製造方法により得られ
たプリント配線板における、挿入部品搭載側ランド部４
のソルダーレジストで被覆されていない部分４１、即ち
ランド端部からスルーホール３の端部までの寸法は、図
３に示すように最大で１００μｍであった。これは、通
常のソルダーレジストの位置合わせ精度を考慮した場
合、必然的に生じてしまう値である。

【００２０】得られたプリント配線板を使用して、部品
を挿入しフローはんだ付を行い本発明の実施の形態の半
導体装置を得る。このときのはんだ組成は、Ｓｎ―２．
５Ａｇ―０．５Ｃｕ―２．０Ｂｉ（鉛フリーはんだ）で
あり、はんだ槽温度は２５０℃設定とし、コンベアース
ピードは０．９ｍ／分とした。尚、フラックスは標準的
なＲＭＡタイプのものを使用した。その結果、挿入部品
搭載側ランドとはんだの接合界面にＢｉの偏析は認めら
れたものの、試験電極総数１０００に対し、リフトオフ
発生電極数３であった。以上のように、本発明の実施の
形態のプリント配線板を用いれば、特別なはんだ付装置
を用いず、安価にリフトオフを防止できる。

【００２１】実施の形態２．図４は本発明の第２の実施
の形態のプリント配線板の断面を示す構成図であり、図
５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態のプリ
ント配線板の製造を工程順に示す説明図である。上記実
施の形態１と同様にして、図５（ｂ）に示す、スルーホ
ールの導電部３１と直径が１．３ｍｍの挿入部品搭載側
ランド部４を得る。更に、ソルダーレジスト２をその上
にコーティングし、スルーホール３よりも小さな径（直
径０．８ｍｍ）のマスクを用いて露光、現像、熱硬化し
て本発明の実施の形態のプリント配線板を得る｛図５
（ｃ）｝。上記製造方法により得られたプリント配線板
の挿入部品搭載側は、図３において、スルーホール３周
縁部を被覆するソルダーレジスト２の開孔がスルーホー
ル径より小さく、ランド部はソルダーレジスト２により
完全に被覆されている。

【００２２】得られたプリント配線板を使用して、上記
実施の形態１と同様にして部品を挿入しフローはんだ付
を行った。その結果、挿入部品搭載側ランドは露出して
いないため、試験電極総数１０００に対して、リフトオ
フは全く発生しなかった。

【００２３】上記実施の形態１および２においてプリン
ト配線板に挿入部品を搭載して得られた半導体装置に、
−４０℃（３０分）―１２５℃（３０分）のヒートサイ
クル試験を２０００サイクルまで実施し、試験後の基板
断面を観察したところ、実施の形態１で得られたリフト
オフが発生した電極３箇所では、クラックがリフトオフ
部からスルーホール内壁に向かって進行していたが、本
実施の形態で得られたプリント配線板では、リフトオフ
が全くないことから当然ながらクラックの発生はなかっ
た。また、本実施の形態のプリント配線板を用いた半導
体装置の信頼性が向上する。

【００２４】比較例１．図７は従来のプリント配線板の
製造方法を工程順に示す説明図である。上記実施の形態
と同様に、図７（ｂ）に示す、スルーホールの導電部３
１と直径が１．３ｍｍの挿入部品搭載側ランド部４を得
る。更に、ソルダーレジスト２をその上にコーティング
し、露光、現像、熱硬化を行い、挿入部品搭載側ランド
部４が完全に露出したプリント配線板を得る｛図７
（ｃ）｝。

【００２５】得られたプリント配線板を使用して、上記
実施の形態と同様にして部品を挿入しフローはんだ付を
行った。その結果、挿入部品搭載側ランドとはんだの接
合界面にＢｉの偏析は認められ、かつ、試験電極総数１
０００に対し、リフトオフ発生電極数２００であった。

【００２６】上記プリント配線板に挿入部品を搭載して
得られた半導体装置に、−４０℃（３０分）―１２５℃
（３０分）のヒートサイクル試験を２０００サイクルま
で実施し、試験後の基板断面を観察したところ、リフト
オフが発生した電極では、クラックがリフトオフ部から
スルーホール内壁に向かって進行していた。

【００２７】

【発明の効果】本発明の第１のプリント配線板は、導電
化されたスルーホールを有するプリント配線板本体、お
よびこのプリント配線板本体の少なくとも挿入部品搭載
側の、上記スルーホール周縁部を被覆するソルダーレジ
ストを備えたもので、安価な手法でリフトオフを防止す
ることができるという効果がある。

【００２８】本発明の第２のプリント配線板は、上記第
１のプリント配線板において、プリント配線板本体の配
線回路パターンのランド部がスルーホールに接続してい
るもので、安価な手法でリフトオフを防止することがで
きるという効果がある。

【００２９】本発明の第３のプリント配線板は、上記第
２のプリント配線板において、ランド部のスルーホール
端部からの露出が１００μｍ以下のもので、安価な手法
でリフトオフを防止することができるという効果があ
る。

【００３０】本発明の第４のプリント配線板は、上記第
２のプリント配線板において、スルーホール周縁部を被
覆するソルダーレジストの開孔が上記スルーホール径よ
り小さいもので、安価な手法でリフトオフを防止するこ
とができるという効果がある。

【００３１】本発明の第１の半導体装置は、上記第１な
いし第４のいずれかのプリント配線板のスルーホール
に、挿入部品のリード部を挿入し、はんだ付けして挿入
部品を搭載したもので、信頼性が向上するという効果が
ある。

【００３２】本発明に係る第２の半導体装置は、上記第
１の半導体装置において、はんだが鉛フリーはんだのも
ので、、信頼性が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態のプリント配線板
の断面を示す構成図である。

【図２】 本発明の第１の実施の形態のプリント配線板
の製造を工程順に示す説明図である。

【図３】 図１に示すプリント配線板の挿入部品搭載側
の平面図である。

【図４】 本発明の第２の実施の形態のプリント配線板
の断面を示す構成図である。

【図５】 本発明の第２の実施の形態のプリント配線板
の製造を工程順に示す説明図である。

【図６】 本発明の実施の形態に係わる、プリント配線
板のスルーホール径に対する露出したランド径の比によ
る、リフトオフの発生率の変化を示す図である。

【図７】 従来のプリント配線板の製造方法を工程順に
示す説明図である。

【図８】 従来の、プリント配線板に挿入部品を鉛フリ
ーはんだを用いて、実装した場合に生じたリフトオフの
状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ プリント配線板本体、２ ソルダーレジスト、３
スルーホール、３１導電部、４ ランド部、５ 部品リ
ード、６ はんだ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂上 幸信 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 村上 光平 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 AA02 AB01 AC01 AC11 AC13 AC16 CC22 CD04 CD26 GG15 GG20

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電化されたスルーホールを有するプリ
   ント配線板本体、およびこのプリント配線板本体の少な
   くとも挿入部品搭載側の、上記スルーホール周縁部を被
   覆するソルダーレジストを備えたプリント配線板。
2. 【請求項２】 プリント配線板本体の配線回路パターン
   のランド部がスルーホールに接続していることを特徴と
   する請求項１に記載のプリント配線板。
3. 【請求項３】 ランド部のスルーホール端部からの露出
   が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記
   載のプリント配線板。
4. 【請求項４】 スルーホール周縁部を被覆するソルダー
   レジストの開孔が上記スルーホール径より小さいことを
   特徴とする請求項２に記載のプリント配線板。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載のプリント配線板のスルーホールに挿入部品のリード
   部を挿入し、はんだ付けして挿入部品を搭載した半導体
   装置。
6. 【請求項６】 はんだが鉛フリーはんだであることを特
   徴とする請求項５に記載の半導体装置。