JP2002368362A - プリント配線板及びその基材、並びに電子回路装置 - Google Patents
プリント配線板及びその基材、並びに電子回路装置Info
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- JP2002368362A JP2002368362A JP2001169527A JP2001169527A JP2002368362A JP 2002368362 A JP2002368362 A JP 2002368362A JP 2001169527 A JP2001169527 A JP 2001169527A JP 2001169527 A JP2001169527 A JP 2001169527A JP 2002368362 A JP2002368362 A JP 2002368362A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 無鉛はんだによる部品実装においてフィレッ
ト剥離やランド剥離等のリフトオフの発生を効果的に防
止し、はんだ付け部の品質、信頼性を向上させることが
できるプリント配線板及びその基材、並びに電子回路装
置を提供すること。 【解決手段】 基材４に導体層１が設けられ、この導体
層に電子部品５がはんだ付けされるプリント配線板であ
って、基材４の熱膨張係数が厚さ方向において２００×
１０-6／℃以下であることを特徴とするプリント配線板
３、及び基材４、並びにこのプリント配線板３の導体層
１に電子部品５がはんだ付けされてなる電子回路装置。
ト剥離やランド剥離等のリフトオフの発生を効果的に防
止し、はんだ付け部の品質、信頼性を向上させることが
できるプリント配線板及びその基材、並びに電子回路装
置を提供すること。 【解決手段】 基材４に導体層１が設けられ、この導体
層に電子部品５がはんだ付けされるプリント配線板であ
って、基材４の熱膨張係数が厚さ方向において２００×
１０-6／℃以下であることを特徴とするプリント配線板
３、及び基材４、並びにこのプリント配線板３の導体層
１に電子部品５がはんだ付けされてなる電子回路装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路装置等に
使用されるプリント配線板（以下、プリント板又はＰＷ
Ｂと称することがある。）及びその基材、並びに電子回
路装置（プリント回路板）に関し、より詳細には、無鉛
（鉛フリー）はんだを使用して、プリント板に搭載され
た電子部品の端子（これも無鉛化されている場合があ
る。）をプリント板のランドにはんだ付けする技術に関
するものである。
使用されるプリント配線板（以下、プリント板又はＰＷ
Ｂと称することがある。）及びその基材、並びに電子回
路装置（プリント回路板）に関し、より詳細には、無鉛
（鉛フリー）はんだを使用して、プリント板に搭載され
た電子部品の端子（これも無鉛化されている場合があ
る。）をプリント板のランドにはんだ付けする技術に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、プリント板を製造する際、錫（Ｓ
ｎ）−鉛（Ｐｂ）の共晶はんだ（Ｓｎ６０−Ｐｂ４０ま
たはＳｎ６３−Ｐｂ３７：融点１８３℃）を使用しては
んだ付け（フローソルダリング）を行っていた。
ｎ）−鉛（Ｐｂ）の共晶はんだ（Ｓｎ６０−Ｐｂ４０ま
たはＳｎ６３−Ｐｂ３７：融点１８３℃）を使用しては
んだ付け（フローソルダリング）を行っていた。
【０００３】Ｓｎ−Ｐｂはんだは２０００年の歴史を持
つとされる非常に優れたはんだ付け材料であって、融点
（ｍｐ）が低く、柔らかくて伸びと強度のバランスがと
れており、はんだ付けに使用される部材であるプリント
板（ＰＷＢ）と電子部品端子との間の熱膨張係数のミス
マッチによるストレスを吸収し、また自らが劣化するこ
と（粒界の粗大化）により、急激な破壊又は破断を防止
し、一種の緩衝材として作用するため、はんだ付け接合
部に高い信頼性を与えていた。
つとされる非常に優れたはんだ付け材料であって、融点
（ｍｐ）が低く、柔らかくて伸びと強度のバランスがと
れており、はんだ付けに使用される部材であるプリント
板（ＰＷＢ）と電子部品端子との間の熱膨張係数のミス
マッチによるストレスを吸収し、また自らが劣化するこ
と（粒界の粗大化）により、急激な破壊又は破断を防止
し、一種の緩衝材として作用するため、はんだ付け接合
部に高い信頼性を与えていた。
【０００４】しかしながら、鉛（Ｐｂ）は人体に有害な
金属であり、特に脳神経系に重大な障害をもたらす重金
属として、以下の理由により忌避されてきている。
金属であり、特に脳神経系に重大な障害をもたらす重金
属として、以下の理由により忌避されてきている。
【０００５】近年、地球環境の保護（エコロジー）や、
有害物質の使用を回避しようとする国際的な要求（ＩＳ
Ｏ１４０００）等の高まりにより、Ｓｎ−Ｐｂではんだ
付けされたプリント板が使用済み後に埋立て廃棄された
時、酸性雨によって鉛化合物が地下に溶出し、これが地
下水を汚染することが問題視されている。地下水は飲用
されるため、これがＰｂに汚染されていると、地下水を
飲んだ人に鉛による健康障害が発生する恐れがあるから
である。
有害物質の使用を回避しようとする国際的な要求（ＩＳ
Ｏ１４０００）等の高まりにより、Ｓｎ−Ｐｂではんだ
付けされたプリント板が使用済み後に埋立て廃棄された
時、酸性雨によって鉛化合物が地下に溶出し、これが地
下水を汚染することが問題視されている。地下水は飲用
されるため、これがＰｂに汚染されていると、地下水を
飲んだ人に鉛による健康障害が発生する恐れがあるから
である。
【０００６】こうした健康障害の発生を防止し、地球環
境の保護に調和するグリーン(green)な実装材料を供給
するため、無鉛（鉛フリー）はんだが研究、開発されて
いる。
境の保護に調和するグリーン(green)な実装材料を供給
するため、無鉛（鉛フリー）はんだが研究、開発されて
いる。
【０００７】現在、最も有望とされる無鉛はんだは、３
元（３成分）系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）
の合金である。この代表的な組成として、Ｓｎ−３．５
Ａｇ−０．７Ｃｕ、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ等が
開発され、実用化されつつある。
元（３成分）系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）
の合金である。この代表的な組成として、Ｓｎ−３．５
Ａｇ−０．７Ｃｕ、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ等が
開発され、実用化されつつある。
【０００８】これ以外にも、３元系のＳｎ−Ａｇ−Ｂ
ｉ、Ｓｎ−Ｃｕ−（Ｎｉ）（ニッケル）（（Ｎｉ）は微
量添加物）、４元系のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、５元系
のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｇｅ（ゲルマニウム）等の
無鉛はんだが発表されている。
ｉ、Ｓｎ−Ｃｕ−（Ｎｉ）（ニッケル）（（Ｎｉ）は微
量添加物）、４元系のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、５元系
のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｇｅ（ゲルマニウム）等の
無鉛はんだが発表されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの無鉛
はんだ材料を用いると、図４に示すように、はんだ接合
部にリフトオフ（フィレット剥離やランド剥離）が発生
し、はんだ接合部の品質、信頼性の低下を引き起すこと
がある。
はんだ材料を用いると、図４に示すように、はんだ接合
部にリフトオフ（フィレット剥離やランド剥離）が発生
し、はんだ接合部の品質、信頼性の低下を引き起すこと
がある。
【００１０】この現象を詳細に説明すると、次の形態に
まとめられる。 ランド１と無鉛はんだ２との界面の剥離（図４のフィ
レット剥離） ランド１とプリント板（ＰＷＢ）３の基材４との界面
の剥離（図４のランド剥離、スルーホールめっき／基材
の界面剥離）
まとめられる。 ランド１と無鉛はんだ２との界面の剥離（図４のフィ
レット剥離） ランド１とプリント板（ＰＷＢ）３の基材４との界面
の剥離（図４のランド剥離、スルーホールめっき／基材
の界面剥離）
【００１１】このうち、は、次のようなメカニズムで
発生するものと考えられる。即ち、図５及び図６に示す
ように、はんだ付け接合部が徐冷される時、はんだ２や
部品端子５に含まれるビスマス（Ｂｉ）等の低融点金属
がランド１の端面（リフトオフ発生部）に偏析、濃化
し、低温共晶（１００〜１４０℃）を形成する。この部
分が冷却されて固化、収縮する時に、はんだ２、ランド
１及びプリント板３の基材４および部品端子５の熱膨張
係数のミスマッチにより発生するストレスのため、はん
だ２とランド１との界面で剥離が発生する。これと同様
の剥離は、スルーホール６部の基材４とスルーホールめ
っき７との間でも生じ得る。また、無鉛はんだとしてＳ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉを用いる場合は勿論であるが、Ｓ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕ等を用いる場合も生じる。これは、Ｂｉ
が含まれているものに顕著である。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの
場合は、部品端子（の表面処理）にＰｂやＢｉが含まれ
ている場合に顕著に発生する。
発生するものと考えられる。即ち、図５及び図６に示す
ように、はんだ付け接合部が徐冷される時、はんだ２や
部品端子５に含まれるビスマス（Ｂｉ）等の低融点金属
がランド１の端面（リフトオフ発生部）に偏析、濃化
し、低温共晶（１００〜１４０℃）を形成する。この部
分が冷却されて固化、収縮する時に、はんだ２、ランド
１及びプリント板３の基材４および部品端子５の熱膨張
係数のミスマッチにより発生するストレスのため、はん
だ２とランド１との界面で剥離が発生する。これと同様
の剥離は、スルーホール６部の基材４とスルーホールめ
っき７との間でも生じ得る。また、無鉛はんだとしてＳ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉを用いる場合は勿論であるが、Ｓ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕ等を用いる場合も生じる。これは、Ｂｉ
が含まれているものに顕著である。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの
場合は、部品端子（の表面処理）にＰｂやＢｉが含まれ
ている場合に顕著に発生する。
【００１２】また、上記のについても発生のメカニズ
ムは概ねと同様であるが、はんだ２とランド１との接
合強度が大きければ、これよりも接着強度の小さいラン
ド１と基材４の界面の剥離、更にはスルーホールめっき
７と基材４の界面の剥離が発生する。なお、ランド１は
基材４を構成するレジンの表面に接着剤で接着されてい
るが、この接着剤はフェノール系もしくはエポキシ系の
レジンからなり、１．０〜１．４ｋｇ（幅１０ｍｍのピ
ール強度）（１０〜１４Ｎ／ｃｍ）程度の接着強度を有
しているものが使用されている。
ムは概ねと同様であるが、はんだ２とランド１との接
合強度が大きければ、これよりも接着強度の小さいラン
ド１と基材４の界面の剥離、更にはスルーホールめっき
７と基材４の界面の剥離が発生する。なお、ランド１は
基材４を構成するレジンの表面に接着剤で接着されてい
るが、この接着剤はフェノール系もしくはエポキシ系の
レジンからなり、１．０〜１．４ｋｇ（幅１０ｍｍのピ
ール強度）（１０〜１４Ｎ／ｃｍ）程度の接着強度を有
しているものが使用されている。
【００１３】例えば、図４に示したはんだ接合部を構成
する部材の熱膨張係数は、概ね以下に示すレベルであ
る。 プリント板３： ＣＥＭ−３（ガラス不織布補強のエポキシ樹脂、住友ベ
ークライト社製）：２５０〜３００×１０-6／℃ ＦＲ−４（ガラス織布補強のエポキシ樹脂、日立化成社
製）：２００〜２５０×１０-6／℃ 銅（銅箔＝ランド）１：１６．５×１０-6／℃ エポキシ樹脂（ランド１および基材４の接着用）：３０
０〜５００×１０-6／℃ 部品端子５： 銅（線材）：１６．５×１０-6／℃ 銅合金：１６〜１７×１０-6／℃ ４２合金（リードフレーム）：６〜７×１０-6／℃ Ｓｎめっき鋼板（端子材）：１２×１０-6／℃ アルミナ（部品（端子）の構体）：７×１０-6／℃ 半導体部品（Ｓｉウェーハ）：２６×１０-6／℃ 無鉛はんだ２： Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ：２０〜２２×１０-6／℃ （Ｓｎ−Ｐｂの場合は２５〜３０×１０-6／℃）
する部材の熱膨張係数は、概ね以下に示すレベルであ
る。 プリント板３： ＣＥＭ−３（ガラス不織布補強のエポキシ樹脂、住友ベ
ークライト社製）：２５０〜３００×１０-6／℃ ＦＲ−４（ガラス織布補強のエポキシ樹脂、日立化成社
製）：２００〜２５０×１０-6／℃ 銅（銅箔＝ランド）１：１６．５×１０-6／℃ エポキシ樹脂（ランド１および基材４の接着用）：３０
０〜５００×１０-6／℃ 部品端子５： 銅（線材）：１６．５×１０-6／℃ 銅合金：１６〜１７×１０-6／℃ ４２合金（リードフレーム）：６〜７×１０-6／℃ Ｓｎめっき鋼板（端子材）：１２×１０-6／℃ アルミナ（部品（端子）の構体）：７×１０-6／℃ 半導体部品（Ｓｉウェーハ）：２６×１０-6／℃ 無鉛はんだ２： Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ：２０〜２２×１０-6／℃ （Ｓｎ−Ｐｂの場合は２５〜３０×１０-6／℃）
【００１４】このことから分るように、プリント板（Ｐ
ＷＢ）の基材の熱膨張係数は、部品端子やはんだ等を構
成する材料（金属）のそれの１０倍以上であり、また、
ＰＷＢは他の部材に比較して面積が大きく、膨張によっ
て伸びる長さも大きい。そして、無鉛はんだを用いて２
４０〜２５０℃ではんだ付けされた部材の各部は空冷ま
たは徐冷（自然放置）により冷却されるが、ＰＷＢは熱
伝導率が小さく（０．３〜０．４Ｗ／ｍ・ｄｅｇ）、金
属の熱伝導率（３５〜４００Ｗ／ｍ・ｄｅｇ）の１／１
００以下であり、かつ面積、すなわち体積が大であるた
めに、熱容量が大であって熱が逃散（冷却）しずらい構
造を有している。
ＷＢ）の基材の熱膨張係数は、部品端子やはんだ等を構
成する材料（金属）のそれの１０倍以上であり、また、
ＰＷＢは他の部材に比較して面積が大きく、膨張によっ
て伸びる長さも大きい。そして、無鉛はんだを用いて２
４０〜２５０℃ではんだ付けされた部材の各部は空冷ま
たは徐冷（自然放置）により冷却されるが、ＰＷＢは熱
伝導率が小さく（０．３〜０．４Ｗ／ｍ・ｄｅｇ）、金
属の熱伝導率（３５〜４００Ｗ／ｍ・ｄｅｇ）の１／１
００以下であり、かつ面積、すなわち体積が大であるた
めに、熱容量が大であって熱が逃散（冷却）しずらい構
造を有している。
【００１５】これらのことによって、熱膨張係数（即
ち、伸び、この場合は収縮）のミスマッチによるストレ
スがプリント板の厚さ方向に集中して発生し（図５、図
６参照）、このために前述のリフトオフが発生する。
ち、伸び、この場合は収縮）のミスマッチによるストレ
スがプリント板の厚さ方向に集中して発生し（図５、図
６参照）、このために前述のリフトオフが発生する。
【００１６】本発明の目的は、特に無鉛はんだによる部
品実装において上記した如きフィレット剥離やランド剥
離等のリフトオフを効果的に防止し、はんだ付け部の品
質、信頼性を向上させることができるプリント配線板及
びその基材、並びに電子回路装置を提供することにあ
る。
品実装において上記した如きフィレット剥離やランド剥
離等のリフトオフを効果的に防止し、はんだ付け部の品
質、信頼性を向上させることができるプリント配線板及
びその基材、並びに電子回路装置を提供することにあ
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、基材に
導体層が設けられ、この導体層に電子部品がはんだ付け
されるプリント配線板であって、前記基材の熱膨張係数
が所定方向において２００×１０-6／℃以下であること
を特徴とするプリント配線板に係り、またこのプリント
配線板の前記基材、更にはこのプリント配線板の前記導
体層に電子部品がはんだ付けされてなる電子回路装置
（プリント回路板）も提供するものである。
導体層が設けられ、この導体層に電子部品がはんだ付け
されるプリント配線板であって、前記基材の熱膨張係数
が所定方向において２００×１０-6／℃以下であること
を特徴とするプリント配線板に係り、またこのプリント
配線板の前記基材、更にはこのプリント配線板の前記導
体層に電子部品がはんだ付けされてなる電子回路装置
（プリント回路板）も提供するものである。
【００１８】本発明者は、上記した従来の問題点につい
て検討を重ねたところ、リフトオフはストレスにより発
生するものであるから、無鉛はんだの構成材料に制限を
加えずに無鉛実装を実現するためには、このストレスの
集中を防止し、分散させる（ストレスリリース）か、或
いはストレスの発生そのものを低く抑えることが有効な
方策であると考えられるが、本発明者は後者を採用し、
これに効果的な工夫を加えることによって、上記した目
的を実現でき、本発明に到達したものである。
て検討を重ねたところ、リフトオフはストレスにより発
生するものであるから、無鉛はんだの構成材料に制限を
加えずに無鉛実装を実現するためには、このストレスの
集中を防止し、分散させる（ストレスリリース）か、或
いはストレスの発生そのものを低く抑えることが有効な
方策であると考えられるが、本発明者は後者を採用し、
これに効果的な工夫を加えることによって、上記した目
的を実現でき、本発明に到達したものである。
【００１９】即ち、無鉛はんだの構成材料に制限を加え
ずに無鉛実装を実現するためには、ストレスの発生を防
止すべく、プリント板（ＰＷＢ）の熱膨張係数を小にす
ることが有効であることをつき止め、プリント板の基材
の熱膨張係数を所定方向（特に厚さ方向）において２０
０×１０-6／℃以下と特定すれば、ストレスの発生を効
果的に抑制し、フィレット剥離やランド剥離等のリフト
オフの発生を防止でき、はんだ付け部の品質、信頼性が
向上することが判明した。
ずに無鉛実装を実現するためには、ストレスの発生を防
止すべく、プリント板（ＰＷＢ）の熱膨張係数を小にす
ることが有効であることをつき止め、プリント板の基材
の熱膨張係数を所定方向（特に厚さ方向）において２０
０×１０-6／℃以下と特定すれば、ストレスの発生を効
果的に抑制し、フィレット剥離やランド剥離等のリフト
オフの発生を防止でき、はんだ付け部の品質、信頼性が
向上することが判明した。
【００２０】従来、こうしたプリント板の熱膨張係数に
着目したものは存在せず、もっぱらはんだ付けのプロセ
スやはんだ付け部の構造（ランドのサイズやスルーホー
ルの径、端子径とスルーホール径との間のクリアランス
等）およびはんだ材料組成の最適化によって解決しよう
としていた。
着目したものは存在せず、もっぱらはんだ付けのプロセ
スやはんだ付け部の構造（ランドのサイズやスルーホー
ルの径、端子径とスルーホール径との間のクリアランス
等）およびはんだ材料組成の最適化によって解決しよう
としていた。
【００２１】本発明者は、プリント板の熱膨張係数に着
目し、その基材の熱膨張係数を２００×１０-6／℃以下
に特定することにより、大きな改善効果を得たことは、
従来の認識からは考え付き難いものである。
目し、その基材の熱膨張係数を２００×１０-6／℃以下
に特定することにより、大きな改善効果を得たことは、
従来の認識からは考え付き難いものである。
【００２２】なお、無鉛はんだ（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５
Ｃｕ等）は、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだと比較して、強度
（引張り・圧縮・せん断）が大きい反面、伸びが小さく
（伸びと強度は一般に相反関係にある。）、融点が高い
ため、はんだ付け作業温度が１０℃以上高く、硬度が大
きい（硬い）ため、Ｓｎ−Ｐｂはんだでは生じなかった
リフトオフ現象が発生し易いものと考えられるが、Ｓｎ
−Ｐｂ以外に有力なはんだ材料が存在しない現状では、
無鉛はんだの使用にあたっては、本発明のように、プリ
ント板の物性を改良してリフトオフの問題の解決に対応
することは極めて有力な方法である。
Ｃｕ等）は、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだと比較して、強度
（引張り・圧縮・せん断）が大きい反面、伸びが小さく
（伸びと強度は一般に相反関係にある。）、融点が高い
ため、はんだ付け作業温度が１０℃以上高く、硬度が大
きい（硬い）ため、Ｓｎ−Ｐｂはんだでは生じなかった
リフトオフ現象が発生し易いものと考えられるが、Ｓｎ
−Ｐｂ以外に有力なはんだ材料が存在しない現状では、
無鉛はんだの使用にあたっては、本発明のように、プリ
ント板の物性を改良してリフトオフの問題の解決に対応
することは極めて有力な方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明のプリント配線板及びその
基材、並びに電子回路装置において、前記基材の熱膨張
係数が室温〜ガラス転移温度の温度範囲で厚さ方向にお
いて２００×１０-6／℃以下であるのが望ましく、また
前記導体層に前記電子部品が無鉛はんだ（特に錫を主体
とするＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｃ
ｕ−（Ｎｉ）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−
Ｃｕ−Ｂｉ−Ｇｅ等）ではんだ付けされる場合に効果的
である。
基材、並びに電子回路装置において、前記基材の熱膨張
係数が室温〜ガラス転移温度の温度範囲で厚さ方向にお
いて２００×１０-6／℃以下であるのが望ましく、また
前記導体層に前記電子部品が無鉛はんだ（特に錫を主体
とするＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｃ
ｕ−（Ｎｉ）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−
Ｃｕ−Ｂｉ−Ｇｅ等）ではんだ付けされる場合に効果的
である。
【００２４】そして、前記基材の熱膨張係数は２００×
１０-6／℃を上限とすべきであるが、このプリント板の
製造上、経済的に実現可能な最も低い熱膨張係数以上と
するのがよく、例えば１００×１０-6／℃とするのが実
用的（経済的に実現可能）である。
１０-6／℃を上限とすべきであるが、このプリント板の
製造上、経済的に実現可能な最も低い熱膨張係数以上と
するのがよく、例えば１００×１０-6／℃とするのが実
用的（経済的に実現可能）である。
【００２５】前記基材の熱膨張係数は、その構成レジン
の重合度、架橋密度、又は硬化剤若しくは架橋剤の種類
若しくは量、更には前記構成レジンへのフィラーの種
類、量若しくは配合形態によって２００×１０-6／℃以
下に調整することができる。
の重合度、架橋密度、又は硬化剤若しくは架橋剤の種類
若しくは量、更には前記構成レジンへのフィラーの種
類、量若しくは配合形態によって２００×１０-6／℃以
下に調整することができる。
【００２６】また、前記電子部品のリードが、スルーホ
ールめっきされた前記基材のスルーホールに挿通されて
はんだ付けされてよい。例えば、スルーホールに挿通さ
れた部品の端子に無鉛はんだ（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕなど）
を使用してフローソルダリングを行う場合に、本発明は
効果的である。但し、本発明を表面実装に適用すること
を妨げるものではないことは勿論である。
ールめっきされた前記基材のスルーホールに挿通されて
はんだ付けされてよい。例えば、スルーホールに挿通さ
れた部品の端子に無鉛はんだ（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕなど）
を使用してフローソルダリングを行う場合に、本発明は
効果的である。但し、本発明を表面実装に適用すること
を妨げるものではないことは勿論である。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００２８】プリント板の熱膨張係数の低下 （１）プリント板の熱膨張係数（以下、αと称する。）
は主として、プリント板を構成する樹脂（レジン）のα
によって支配される。これ（膨張）を改善し、かつ強度
を向上させるために補強材が使用される。
は主として、プリント板を構成する樹脂（レジン）のα
によって支配される。これ（膨張）を改善し、かつ強度
を向上させるために補強材が使用される。
【００２９】補強材としては、主として、紙とガラス
（繊維）が使用されている。ガラス繊維には、織布と不
織布が使用されている。また、レジンは、経済性の理由
からフェノール、エポキシ等が使用される。そして、補
強材にレジンを含浸したもの（プリプレグと称され
る。）を積層して基材（絶縁基板）を構成し、これに銅
箔を貼り付けて銅張積層板を構成する。さらに、銅箔の
不要部をエッチングで除去して回路配線パターンを形成
し、プリント板（ＰＷＢ）を製造する。
（繊維）が使用されている。ガラス繊維には、織布と不
織布が使用されている。また、レジンは、経済性の理由
からフェノール、エポキシ等が使用される。そして、補
強材にレジンを含浸したもの（プリプレグと称され
る。）を積層して基材（絶縁基板）を構成し、これに銅
箔を貼り付けて銅張積層板を構成する。さらに、銅箔の
不要部をエッチングで除去して回路配線パターンを形成
し、プリント板（ＰＷＢ）を製造する。
【００３０】なお、銅張積層板は、使用する補強材とレ
ジンの組合せにより、紙フェノール（ＦＲ−１：ＡＮＳ
Ｉグレード）、ガラス不織布エポキシ樹脂（ＣＥＭ−
３）、ガラス織布エポキシ樹脂（ＦＲ−４）銅張積層板
などと呼称される。
ジンの組合せにより、紙フェノール（ＦＲ−１：ＡＮＳ
Ｉグレード）、ガラス不織布エポキシ樹脂（ＣＥＭ−
３）、ガラス織布エポキシ樹脂（ＦＲ−４）銅張積層板
などと呼称される。
【００３１】（２）次に、前記のＣＥＭ−３、ＦＲ−４
の基材を低膨張率化する方法を示す。
の基材を低膨張率化する方法を示す。
【００３２】エポキシ樹脂は様々な種類があるが、フェ
ノールノボラック系やビスフェノール系エポキシ樹脂
は、比較的αをコントロールし易いものである。
ノールノボラック系やビスフェノール系エポキシ樹脂
は、比較的αをコントロールし易いものである。
【００３３】例えば、ポリアミド、アミン等、使用する
硬化剤を調整することによって、αをコントロールする
ことができる。また、重合度によってもαを調整可能で
ある。
硬化剤を調整することによって、αをコントロールする
ことができる。また、重合度によってもαを調整可能で
ある。
【００３４】このように、エポキシ樹脂は、比較的広い
範囲に亘ってαを調整することが可能である。
範囲に亘ってαを調整することが可能である。
【００３５】また、このようにしてαをあらかじめ低く
調整したエポキシ樹脂の架橋密度を高めることによっ
て、ガラス転移点（Ｔｇ）を高くし（例えば１４０〜１
５０℃のＴｇを１８０℃〜２００℃とし）、これによっ
てαを小にする。架橋剤である共反応樹脂として、フェ
ノール、尿素、メラミン、カルボキシ末端ポリエステ
ル、ノボラック型フェノール等の樹脂を使用する。
調整したエポキシ樹脂の架橋密度を高めることによっ
て、ガラス転移点（Ｔｇ）を高くし（例えば１４０〜１
５０℃のＴｇを１８０℃〜２００℃とし）、これによっ
てαを小にする。架橋剤である共反応樹脂として、フェ
ノール、尿素、メラミン、カルボキシ末端ポリエステ
ル、ノボラック型フェノール等の樹脂を使用する。
【００３６】さらに、これに充填剤（無機フィラー）を
添加、配合して、基材のαをその厚さ方向において２０
０×１０-6／℃以下に調整する。フィラーとして、水酸
化アルミニウム等の水酸化物、シリカ、炭酸カルシウ
ム、アルミナ等の微粉末を使用する。アルミナの添加
は、熱伝導率の改善にも有効である。
添加、配合して、基材のαをその厚さ方向において２０
０×１０-6／℃以下に調整する。フィラーとして、水酸
化アルミニウム等の水酸化物、シリカ、炭酸カルシウ
ム、アルミナ等の微粉末を使用する。アルミナの添加
は、熱伝導率の改善にも有効である。
【００３７】リフトオフの改善効果 図１には、上記のようにしてα＝２００×１０-6／℃に
調整したＦＲ−４を使用した場合のリフトオフの改善効
果の例を示す。
調整したＦＲ−４を使用した場合のリフトオフの改善効
果の例を示す。
【００３８】これによれば、α＝２５０×１０-6／℃の
基材（ＣＥＭ−３）に比較してα＝２００×１０-6／℃
（又はそれ以下）の基材を使用すれば、各種の無鉛はん
だで電子部品（部品端子はＳｎ−Ｐｂめっきされたも
の）をはんだ付けしたときに、フィレット剥離やランド
剥離の発生率が部品面（Ａ面）及びはんだ面（Ｂ面）で
大きく減少し、はんだ付けの性能が大きく向上すること
が明らかである。
基材（ＣＥＭ−３）に比較してα＝２００×１０-6／℃
（又はそれ以下）の基材を使用すれば、各種の無鉛はん
だで電子部品（部品端子はＳｎ−Ｐｂめっきされたも
の）をはんだ付けしたときに、フィレット剥離やランド
剥離の発生率が部品面（Ａ面）及びはんだ面（Ｂ面）で
大きく減少し、はんだ付けの性能が大きく向上すること
が明らかである。
【００３９】これは、図５及び図６で示したようなプリ
ント板の厚さ方向でのストレスが、その基材のαを厚さ
方向において２００×１０-6／℃（又はそれ以下）に抑
えることによって、かなり緩和されるためである。
ント板の厚さ方向でのストレスが、その基材のαを厚さ
方向において２００×１０-6／℃（又はそれ以下）に抑
えることによって、かなり緩和されるためである。
【００４０】図２及び図３には、各種無鉛はんだを用い
て、プリント板の基材のαを様々に変え、各種の無鉛は
んだを用いてはんだ付けしたときのリフトオフ発生率を
示す。
て、プリント板の基材のαを様々に変え、各種の無鉛は
んだを用いてはんだ付けしたときのリフトオフ発生率を
示す。
【００４１】これによれば、いずれの場合も、基材のα
が２００×１０-6／℃又はそれ以下とすれば、フィレッ
ト剥離及びランド剥離共に、発生率が大きく減少するこ
とが分り、本発明の優位性が確認される。特に、はんだ
材料または部品端子の表面処理部（めっき等）にＢｉが
含まれていると、リフトオフ発生率が増大する傾向があ
るが、これも本発明によって著しく減少させることがで
きる。
が２００×１０-6／℃又はそれ以下とすれば、フィレッ
ト剥離及びランド剥離共に、発生率が大きく減少するこ
とが分り、本発明の優位性が確認される。特に、はんだ
材料または部品端子の表面処理部（めっき等）にＢｉが
含まれていると、リフトオフ発生率が増大する傾向があ
るが、これも本発明によって著しく減少させることがで
きる。
【００４２】また、α＝２００×１０-6／℃の基材（Ｆ
Ｒ−４）を使用した電子回路装置は、冷熱衝撃試験（−
４０℃、３０ｍｉｎ〜９０℃、３０ｍｉｎを１サイクル
とする。）を行ったところ、７００サイクルにおいても
実用上の不具合（接合部の完全破断）は発生せず、充分
な接合信頼性があることを確認した。
Ｒ−４）を使用した電子回路装置は、冷熱衝撃試験（−
４０℃、３０ｍｉｎ〜９０℃、３０ｍｉｎを１サイクル
とする。）を行ったところ、７００サイクルにおいても
実用上の不具合（接合部の完全破断）は発生せず、充分
な接合信頼性があることを確認した。
【００４３】以上に説明した実施の形態及び実施例は、
本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能であ
る。
本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能であ
る。
【００４４】例えば、上述の如き電子部品のリード端子
のはんだ付けの場合は、プリント板の厚さ方向において
αを２００×１０-6／℃以下に調整することの重要性は
図５及び図６の説明から明らかであるが、電子部品及び
そのはんだ付け部の構造によっては、基材のαを厚み方
向以外でも同様に調整することもできる。
のはんだ付けの場合は、プリント板の厚さ方向において
αを２００×１０-6／℃以下に調整することの重要性は
図５及び図６の説明から明らかであるが、電子部品及び
そのはんだ付け部の構造によっては、基材のαを厚み方
向以外でも同様に調整することもできる。
【００４５】基材のαは、上述した条件によって調整可
能であるが、特に基材作成時に添加するフィラーの種類
や充填密度、更にはその配合形態（形状、サイズ、配向
状態等）によって調整するのがよい。
能であるが、特に基材作成時に添加するフィラーの種類
や充填密度、更にはその配合形態（形状、サイズ、配向
状態等）によって調整するのがよい。
【００４６】
【発明の作用効果】本発明は上述した如く、プリント板
の基材の熱膨張係数を所定方向（特に厚さ方向）におい
て２００×１０-6／℃以下と特定しているので、ストレ
スの発生を効果的に抑制し、フィレット剥離やランド剥
離等のリフトオフを防止でき、はんだ付け部の品質、信
頼性が向上する。
の基材の熱膨張係数を所定方向（特に厚さ方向）におい
て２００×１０-6／℃以下と特定しているので、ストレ
スの発生を効果的に抑制し、フィレット剥離やランド剥
離等のリフトオフを防止でき、はんだ付け部の品質、信
頼性が向上する。
【図１】本発明の実施例において、各種プリント配線板
の基材を用いて各種はんだ材料ではんだ付けした後のリ
フトオフ発生率を比較して示すグラフである。
の基材を用いて各種はんだ材料ではんだ付けした後のリ
フトオフ発生率を比較して示すグラフである。
【図２】同、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだを用いた場合の基
材の熱膨張係数によるリフトオフ発生率の変化を示すグ
ラフである。
材の熱膨張係数によるリフトオフ発生率の変化を示すグ
ラフである。
【図３】同、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉはんだを用いた場
合の基材の熱膨張係数によるリフトオフ発生率の変化を
示すグラフである。
合の基材の熱膨張係数によるリフトオフ発生率の変化を
示すグラフである。
【図４】無鉛はんだによるはんだ付け時に生じるリフト
オフ現象を説明するための要部拡大断面図である。
オフ現象を説明するための要部拡大断面図である。
【図５】同、Ｂｉを含むはんだ材料及び部品端子を使用
したはんだ付け部の要部拡大断面図である。
したはんだ付け部の要部拡大断面図である。
【図６】同、Ｓｎ−Ｐｂめっきされたリード端子をはん
だ付けした時に生じるリフトオフ現象を説明するための
要部拡大断面図である。
だ付けした時に生じるリフトオフ現象を説明するための
要部拡大断面図である。
１…ランド、２…無鉛はんだ、３…プリント配線板（プ
リント板又はＰＷＢ）、４…基材、５…部品端子、６…
スルーホール、７…スルーホールめっき
リント板又はＰＷＢ）、４…基材、５…部品端子、６…
スルーホール、７…スルーホールめっき
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 101:42 Ｂ２３Ｋ 101:42
Claims (15)
- 【請求項１】 基材に導体層が設けられ、この導体層に
電子部品がはんだ付けされるプリント配線板であって、
前記基材の熱膨張係数が所定方向において２００×１０
-6／℃以下であることを特徴とするプリント配線板。 - 【請求項２】 前記基材の熱膨張係数が室温〜ガラス転
移点の温度範囲で厚さ方向において２００×１０-6／℃
以下であり、前記導体層に前記電子部品が無鉛はんだで
はんだ付けされる、請求項１に記載したプリント配線
板。 - 【請求項３】 前記基材の熱膨張係数が、その構成レジ
ンの重合度、架橋密度、又は硬化剤若しくは架橋剤の種
類若しくは量、更には前記構成レジンへのフィラーの種
類、量若しくは配合形態によって２００×１０-6／℃以
下に調整されている、請求項１に記載したプリント配線
板。 - 【請求項４】 前記無鉛はんだが、錫を主体とする錫−
銀−銅、錫−銀−ビスマス、錫−銅−（ニッケル）、錫
−銀−銅−ビスマス、錫−銀−銅−ビスマス−ゲルマニ
ウム等からなる、請求項２に記載したプリント配線板。 - 【請求項５】 前記電子部品のリードが、スルーホール
めっきされた前記基材のスルーホールに挿通されてはん
だ付けされる、請求項１に記載したプリント配線板。 - 【請求項６】 導体層に電子部品がはんだ付けされるプ
リント配線板用の基材であって、熱膨張係数が所定方向
において２００×１０-6／℃以下であることを特徴とす
る基材。 - 【請求項７】 熱膨張係数が室温〜ガラス転移点の温度
範囲で厚さ方向において２００×１０-6／℃以下であ
り、前記導体層に前記電子部品が無鉛はんだではんだ付
けされる、請求項６に記載した基材。 - 【請求項８】 熱膨張係数が、構成レジンの重合度、架
橋密度、又は硬化剤若しくは架橋剤の種類若しくは量、
更には前記構成レジンへのフィラーの種類、量若しくは
配合形態によって２００×１０-6／℃以下に調整されて
いる、請求項６に記載した基材。 - 【請求項９】 前記無鉛はんだが、錫を主体とする錫−
銀−銅、錫−銀−ビスマス、錫−銅−（ニッケル）、錫
−銀−銅−ビスマス、錫−銀−銅−ビスマス−ゲルマニ
ウム等からなる、請求項７に記載した基材。 - 【請求項１０】 前記電子部品のリードが、スルーホー
ルめっきされたスルーホールに挿通されてはんだ付けさ
れる、請求項６に記載した基材。 - 【請求項１１】 基材に導体層が設けられているプリン
ト配線板の前記導体層に電子部品がはんだ付けされてな
る電子回路装置であって、前記基材の熱膨張係数が所定
方向において２００×１０-6／℃以下であることを特徴
とする電子回路装置。 - 【請求項１２】 前記基材の熱膨張係数が室温〜ガラス
転移点の温度範囲で厚さ方向において２００×１０-6／
℃以下であり、前記導体層に前記電子部品が無鉛はんだ
ではんだ付けされている、請求項１１に記載した電子回
路装置。 - 【請求項１３】 前記基材の熱膨張係数が、その構成レ
ジンの重合度、架橋密度、又は硬化剤若しくは架橋剤の
種類若しくは量、更には前記構成レジンへのフィラーの
種類、量若しくは配合形態によって２００×１０-6／℃
以下に調整されている、請求項１１に記載した電子回路
装置。 - 【請求項１４】 前記無鉛はんだが、錫を主体とする錫
−銀−銅、錫−銀−銅−ビスマス、錫−銅−（ニッケ
ル）、錫−銀−銅−ビスマス、錫−銀−銅−ビスマス−
ゲルマニウム等からなる、請求項１２に記載した電子回
路装置。 - 【請求項１５】 前記電子部品のリードが、スルーホー
ルめっきされた前記基材のスルーホールに挿通されては
んだ付けされている、請求項１１に記載した電子回路装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001169527A JP2002368362A (ja) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | プリント配線板及びその基材、並びに電子回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001169527A JP2002368362A (ja) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | プリント配線板及びその基材、並びに電子回路装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002368362A true JP2002368362A (ja) | 2002-12-20 |
Family
ID=19011588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001169527A Pending JP2002368362A (ja) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | プリント配線板及びその基材、並びに電子回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002368362A (ja) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01261848A (ja) * | 1988-04-13 | 1989-10-18 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| JPH0536563A (ja) * | 1991-07-26 | 1993-02-12 | Tdk Corp | 鉛を含有する積層セラミツク部品の端子電極材料 |
| JPH09199628A (ja) * | 1996-01-17 | 1997-07-31 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Ｉｃパッケージ及びその製造方法 |
| JPH11354919A (ja) * | 1998-06-04 | 1999-12-24 | Hitachi Ltd | 電子回路基板の製造方法 |
| JP2000022063A (ja) * | 1998-07-06 | 2000-01-21 | Matsushita Electron Corp | 電子部品とその製造方法 |
| JP2000216044A (ja) * | 1999-01-19 | 2000-08-04 | Tdk Corp | 電子部品 |
| JP2001151991A (ja) * | 1999-11-25 | 2001-06-05 | Matsushita Electric Works Ltd | エポキシ樹脂組成物、プリプレグ、多層プリント配線板 |
-
2001
- 2001-06-05 JP JP2001169527A patent/JP2002368362A/ja active Pending
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