JP2002517327A - 無鉛基板の製法 - Google Patents
無鉛基板の製法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、銅又は銅合金製の基礎構造、基礎構造の少なくとも一部に施与されている金、金合金、銀、銀合金、パラジウム及びパラジウム合金の群からの金属からなるハンダ層並びに基礎構造とハンダ層との間に設置されているニッケル又はニッケル合金からなる中間層を有する無鉛基板の製法に関する。無鉛基板を製造するための経費的に有利な方法を提供しており、その際、異なる金属の少なくとも２つの個別層からなるハンダ層を生じさせ、かつ中間層及び個別層を電気メッキにより析出させることにより、ＤＩＮ ＥＮ６００６８−２−２による貯蔵の後に、１秒未満のぬれ時間が達成される。
Description
【０００１】 本発明は銅又は銅合金製の基礎構造、基礎構造の少なくとも一部に施与されて
いる金、金合金、銀、銀合金、パラジウム及びパラジウム合金の群からの金属か
らなるハンダ層並びに基礎構造とハンダ層との間に設置されているニッケル又は
ニッケル合金からなる中間層を有する無鉛基板の製法に関する。
いる金、金合金、銀、銀合金、パラジウム及びパラジウム合金の群からの金属か
らなるハンダ層並びに基礎構造とハンダ層との間に設置されているニッケル又は
ニッケル合金からなる中間層を有する無鉛基板の製法に関する。
【０００２】 ハンダ技術では通常、亜鉛を含有するハンダ又はハンダ層が使用される。非常
に高い毒性を有する鉛を回避するためには、例えば慣用のスズ−鉛−ハンダ層と
同様に高いぬれ性を有し、かつ良好な接着性及び抗酸化性を有する無鉛のハンダ
付け可能な層が必要である。
に高い毒性を有する鉛を回避するためには、例えば慣用のスズ−鉛−ハンダ層と
同様に高いぬれ性を有し、かつ良好な接着性及び抗酸化性を有する無鉛のハンダ
付け可能な層が必要である。
【０００３】 この種のハンダ層はＤＥ４４１４７２９Ｃ２から公知である。この場合、銅又
は銅合金からなるベースストリップをニッケル又はニッケル合金からなる中間層
で被覆し、かつその上に、酸化攻撃に対してベースストリップを保護する保護層
を薄膜技術で施与する。この材料を半導体構造素子のための導体フレームの製法
に使用し、その際、１ｎｍ〜５０ｎｍの層厚を有する保護層を使用する。この蒸
着された薄膜保護層は、後で保護層と構造素子又は印刷回路板との間に製造され
るべき電線接続又はハンダ接続の十分な機械的強度で、ベースストリップの良好
な酸化保護を保証する。薄膜技術での保護層の製造は装置的に非常に経費がかか
る。例えばスパッタ又は蒸着装置は比較的高価で、整備が面倒で、かつ一般的に
、クリーンルーム雰囲気で行うべき真空プロセスの実施を予定する。
は銅合金からなるベースストリップをニッケル又はニッケル合金からなる中間層
で被覆し、かつその上に、酸化攻撃に対してベースストリップを保護する保護層
を薄膜技術で施与する。この材料を半導体構造素子のための導体フレームの製法
に使用し、その際、１ｎｍ〜５０ｎｍの層厚を有する保護層を使用する。この蒸
着された薄膜保護層は、後で保護層と構造素子又は印刷回路板との間に製造され
るべき電線接続又はハンダ接続の十分な機械的強度で、ベースストリップの良好
な酸化保護を保証する。薄膜技術での保護層の製造は装置的に非常に経費がかか
る。例えばスパッタ又は蒸着装置は比較的高価で、整備が面倒で、かつ一般的に
、クリーンルーム雰囲気で行うべき真空プロセスの実施を予定する。
【０００４】 勿論、「保護層」の機能を果たすためには数μｍの厚さを有すべき電気メッキ
により施与された金からなる保護層も、機械的強度が同様に保証されているもう
１つのより高価な可能性として挙げることができる。しかし、薄膜技術で製造さ
れた保護層は信頼性に関して、電気メッキにより析出された層よりも通常はより
効果的であると評価される。
により施与された金からなる保護層も、機械的強度が同様に保証されているもう
１つのより高価な可能性として挙げることができる。しかし、薄膜技術で製造さ
れた保護層は信頼性に関して、電気メッキにより析出された層よりも通常はより
効果的であると評価される。
【０００５】 試験により、電気メッキにより製造された保護層のＤＥ４４１４７２９Ｃ２で
示された欠点が確認された（第１表参照）。製造されたままの無鉛基板と、１５
５℃の温度で１６時間にわたり空気中にさらされた（ＩＥＣ６８−２−２；ＤＩ
Ｎ ＥＮ６００６８−２−２）無鉛基板のぬれ速度の測定をハンダ付け秤（solde
r scale)を用いて行った。ハンダ測定器は、溶融したハンダとハンダ付けされる
べき試験体との界面張力を測定するために十分な感度のある力計測装置を備えて
いる。
示された欠点が確認された（第１表参照）。製造されたままの無鉛基板と、１５
５℃の温度で１６時間にわたり空気中にさらされた（ＩＥＣ６８−２−２；ＤＩ
Ｎ ＥＮ６００６８−２−２）無鉛基板のぬれ速度の測定をハンダ付け秤（solde
r scale)を用いて行った。ハンダ測定器は、溶融したハンダとハンダ付けされる
べき試験体との界面張力を測定するために十分な感度のある力計測装置を備えて
いる。
【０００６】 ハンダ付けされるべき試験体が液状ハンダにより同じ実験条件下にぬれる質及
び速度がハンダ処理には重要である。このために、試験体を部分的に液状ハンダ
に浸漬し、かつ液体との反動力に基づき試験体に作用する力を測定する。一定の
時間にわたり浸漬された試験体に作用する浮力鉛直力及びぬれ力からの合成力を
測定変換器を介して測定し、かつ記録する。評価にはそれぞれ、ぬれ力が逆向き
の浮力と等しくなる時点が重要である；そのことから、試験体に作用する合成力
は０であることが判明する。この状態に達するまでの時間経過が、それぞれの試
験体のぬれ速度のための直接的な尺度である。
び速度がハンダ処理には重要である。このために、試験体を部分的に液状ハンダ
に浸漬し、かつ液体との反動力に基づき試験体に作用する力を測定する。一定の
時間にわたり浸漬された試験体に作用する浮力鉛直力及びぬれ力からの合成力を
測定変換器を介して測定し、かつ記録する。評価にはそれぞれ、ぬれ力が逆向き
の浮力と等しくなる時点が重要である；そのことから、試験体に作用する合成力
は０であることが判明する。この状態に達するまでの時間経過が、それぞれの試
験体のぬれ速度のための直接的な尺度である。
【０００７】 第１表中の測定値を次のパラメーターでのハンダ浴中で測定した： 温度：２４０℃ 浸漬速度：５ｍｍ／ｓ 浸漬深度：５ｍｍ フラックス：ＦＳＷ−３１（イソプロピルアルコール１ｌ中精製コロホニー６
００ｇ）、非活性化性 測定時間：５秒
００ｇ）、非活性化性 測定時間：５秒
【０００８】
【表１】
【０００９】 このことから、ＤＩＮ ＥＮ６００６８−２−２による貯蔵の後にぬれ時間が
１秒未満で達成される無鉛基板を製造するための経費的に有利な方法を提供する
課題が生じる。
１秒未満で達成される無鉛基板を製造するための経費的に有利な方法を提供する
課題が生じる。
【００１０】 この課題は意外にも、ハンダ層を異なる金属の少なくとも２つの個別層から形
成し、かつ中間層及びハンダ層の個別層を電気メッキにより析出させることによ
り解決される。ハンダ層及び構造素子又は印刷回路板との間の電線接続又はハン
ダ接続の十分に高い機械的強度が長期にわたり安定して保証されている。
成し、かつ中間層及びハンダ層の個別層を電気メッキにより析出させることによ
り解決される。ハンダ層及び構造素子又は印刷回路板との間の電線接続又はハン
ダ接続の十分に高い機械的強度が長期にわたり安定して保証されている。
【００１１】 その場合、０．１μｍ〜１０μｍの層厚を有する中間層を製造すると、有利で
あると判明している。このためにスルファメートをベースとする市販のニッケル
浴を、０．５〜１０Ａ／ｄｍ2の電流密度と組み合わせて使用することができる
。
あると判明している。このためにスルファメートをベースとする市販のニッケル
浴を、０．５〜１０Ａ／ｄｍ2の電流密度と組み合わせて使用することができる
。
【００１２】 効果的なハンダ層を、第１及び第２個別層から製造し、その際、中間層上に析
出された第１個別層は０．０１〜５μｍの層厚を、かつ第２個別層は０．０１〜
１０μｍの層厚を有するべきである。理想的にはしかし、０．１〜１．０μｍの
層厚を有する第１個別層を、かつ０．３〜２．５μｍの層厚を有する第２個別層
を製造する。しかしハンダ層を２つ以上又は３つの個別層から生じさせることも
できる。
出された第１個別層は０．０１〜５μｍの層厚を、かつ第２個別層は０．０１〜
１０μｍの層厚を有するべきである。理想的にはしかし、０．１〜１．０μｍの
層厚を有する第１個別層を、かつ０．３〜２．５μｍの層厚を有する第２個別層
を製造する。しかしハンダ層を２つ以上又は３つの個別層から生じさせることも
できる。
【００１３】 パラジウム又はパラジウム合金からなる第１個別層及び銀又は銀合金からなる
第２個別層で製造されるハンダ層が有利である。しかし、両方の個別層の一方を
金又は金合金から製造することも有利である。この場合、第１個別層を金又は金
合金から、かつ第２個別層を銀又は銀合金から製造するか、又は第２個別層を金
又は金合金から、かつ第１個別層を銀又は銀合金から製造することができる。パ
ラジウム又はパラジウム合金から個別層を製造するためには、アンモニア性浴を
、金又は金合金から個別層を製造するためには、シアン化物浴をそれぞれ０．１
〜５Ａ／ｄｍ2の電流密度と組み合わせて使用することができる。
第２個別層で製造されるハンダ層が有利である。しかし、両方の個別層の一方を
金又は金合金から製造することも有利である。この場合、第１個別層を金又は金
合金から、かつ第２個別層を銀又は銀合金から製造するか、又は第２個別層を金
又は金合金から、かつ第１個別層を銀又は銀合金から製造することができる。パ
ラジウム又はパラジウム合金から個別層を製造するためには、アンモニア性浴を
、金又は金合金から個別層を製造するためには、シアン化物浴をそれぞれ０．１
〜５Ａ／ｄｍ2の電流密度と組み合わせて使用することができる。
【００１４】 加えて、ハンダ層を第１、第２及び第３個別層から製造し、かつ中間層上に析
出される第１個別層並びに第２個別層がそれぞれ０．０１〜５μｍの層厚を有し
、かつ第３個別層が０．０１〜１０μｍの層厚を有すると、貯蔵後の高いぬれ速
度が達成される。理想的には第１個別層は０．１〜１μｍの層厚を、かつ第２個
別層及び第３個別層はそれぞれ０．３〜２．５μｍの層厚を有する。
出される第１個別層並びに第２個別層がそれぞれ０．０１〜５μｍの層厚を有し
、かつ第３個別層が０．０１〜１０μｍの層厚を有すると、貯蔵後の高いぬれ速
度が達成される。理想的には第１個別層は０．１〜１μｍの層厚を、かつ第２個
別層及び第３個別層はそれぞれ０．３〜２．５μｍの層厚を有する。
【００１５】 パラジウム又はパラジウム合金からなる第１個別層及び銀又は銀合金からなる
第２個別層が金又は金合金からなる第３個別層と組み合わされているのが有利で
ある。しかし、貯蔵後のぬれ速度は、パラジウム又はパラジウム合金からなる第
１個別層及び金又は金合金からなる第２個別層が銀又は銀合金からなる個別層と
組み合わされている場合に更に高い。
第２個別層が金又は金合金からなる第３個別層と組み合わされているのが有利で
ある。しかし、貯蔵後のぬれ速度は、パラジウム又はパラジウム合金からなる第
１個別層及び金又は金合金からなる第２個別層が銀又は銀合金からなる個別層と
組み合わされている場合に更に高い。
【００１６】 全てのハンダ層上に付加的に精製スズ層が施与されてよい。銀又は銀合金から
なる個別層が最も上の個別層である場合、これを、変色、即ち銀の熱酸化を防止
する変色防止層で被覆するのが有利である。殊に、硫化銀形成は望ましくなく、
かつ例えばチオールにより効果的に阻止する。
なる個別層が最も上の個別層である場合、これを、変色、即ち銀の熱酸化を防止
する変色防止層で被覆するのが有利である。殊に、硫化銀形成は望ましくなく、
かつ例えばチオールにより効果的に阻止する。
【００１７】 従って全ての基板で低いぬれ時間が達成され、幾つかの基板では貯蔵の後にも
未だ低減されている。貯蔵の後に、全ての無鉛基板に関して１秒未満のぬれ時間
が測定される；その際それどころか、０．５秒のＳｂ／Ｐｂ−ハンダ層の比較値
を下回る。第２表に、次に記載のパラメーターで達成された測定結果を示す： 温度：２４０℃ 浸漬速度：５ｍｍ／ｓ 浸漬深度：５ｍｍ フラックス：ＦＳＷ−３１（イソプロピルアルコール１ｌ中精製コロホニー６
００ｇ）、非活性化性 測定時間：５秒
未だ低減されている。貯蔵の後に、全ての無鉛基板に関して１秒未満のぬれ時間
が測定される；その際それどころか、０．５秒のＳｂ／Ｐｂ−ハンダ層の比較値
を下回る。第２表に、次に記載のパラメーターで達成された測定結果を示す： 温度：２４０℃ 浸漬速度：５ｍｍ／ｓ 浸漬深度：５ｍｍ フラックス：ＦＳＷ−３１（イソプロピルアルコール１ｌ中精製コロホニー６
００ｇ）、非活性化性 測定時間：５秒
【００１８】
【表２】
【００１９】 次の例で、無鉛基板を製造するための本発明の方法を詳述する： 例１：Ｐｄ／Ｎｉ及びＡｇからなるハンダ層を有する無鉛基板の製法。
【００２０】 例２：Ｐｄ、Ａｕ／Ｃｏ（硬質金）及びＡｇからなるハンダ層を有する無鉛基
板の製法。
板の製法。
【００２１】 例１： 銅からなる基礎構造を洗浄し、脱脂し、かつすすぎ、 電流密度２．５Ａ／ｄｍ2で、スルファメートをベースとする市販の電気鍍金
Ｎｉ−浴中で、ニッケル２．０μｍで銅を被覆し、引き続きすすぎ、 電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、アンモニア性Ｐｄ／Ｎｉ−浴中で、Ｐｄ／Ｎｉ
０．２μｍでニッケル層を被覆し、かつ引き続きすすぎ、 電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、シアン化物Ａｇ−浴中で、Ａｇ２．０μｍでＰ
ｄ／Ｎｉ層を被覆し、引き続きすすぎ、 乾燥させ、 温度１５５℃で１６時間にわたり、空気中にさらす。
Ｎｉ−浴中で、ニッケル２．０μｍで銅を被覆し、引き続きすすぎ、 電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、アンモニア性Ｐｄ／Ｎｉ−浴中で、Ｐｄ／Ｎｉ
０．２μｍでニッケル層を被覆し、かつ引き続きすすぎ、 電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、シアン化物Ａｇ−浴中で、Ａｇ２．０μｍでＰ
ｄ／Ｎｉ層を被覆し、引き続きすすぎ、 乾燥させ、 温度１５５℃で１６時間にわたり、空気中にさらす。
【００２２】 例２： 銅からなる基礎構造を洗浄し、脱脂し、かつすすぎ、 電流密度２．５Ａ／ｄｍ2で、スルファメートをベースとする市販の電気鍍金
Ｎｉ−浴中で、ニッケル２．０μｍで銅を被覆し、引き続きすすぎ、 電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、アンモニア性Ｐｄ−浴中で、Ｐｄ０．２μｍで
ニッケル層を被覆し、引き続きすすぎ、 電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、シアン化物Ａｕ／Ｃｏ−浴中で、Ａｕ／Ｃｏ（
硬質金）０．２μｍでＰｄ層を被覆し、引き続きすすぎ、 電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、シアン化物Ａｇ−浴中で、Ａｇ０．５μｍでＡ
ｕ／Ｃｏ層を被覆し、引き続きすすぎ、 乾燥させ、 温度１５５℃で１６時間にわたり空気中にさらす。
Ｎｉ−浴中で、ニッケル２．０μｍで銅を被覆し、引き続きすすぎ、 電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、アンモニア性Ｐｄ−浴中で、Ｐｄ０．２μｍで
ニッケル層を被覆し、引き続きすすぎ、 電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、シアン化物Ａｕ／Ｃｏ−浴中で、Ａｕ／Ｃｏ（
硬質金）０．２μｍでＰｄ層を被覆し、引き続きすすぎ、 電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、シアン化物Ａｇ−浴中で、Ａｇ０．５μｍでＡ
ｕ／Ｃｏ層を被覆し、引き続きすすぎ、 乾燥させ、 温度１５５℃で１６時間にわたり空気中にさらす。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，Ｓ Ｇ，ＵＳ (72)発明者 トーマス フライ ドイツ連邦共和国 ハナウ カールシュト ラーセ 27 アー (72)発明者 ギュンター ヘルクロッツ ドイツ連邦共和国 ブルーフケーベル ト ーマス−マン−シュトラーセ 18 Ｆターム(参考） 4F100 AB16C AB17A AB24B AB24D AB25B AB31A AB31B AB31C AB31D BA04 BA07 BA10D EC16B EH71B EH71C EH71D GB41 JL09 JL11 YY00B YY00D 5F067 DC17 DC19 DC20 EA04
Claims (11)
- 【請求項１】 銅又は銅合金製の基礎構造、基礎構造の少なくとも一部に施
与されている金、金合金、銀、銀合金、パラジウム及びパラジウム合金の群から
の金属からなるハンダ層並びに基礎構造とハンダ層との間に設置されているニッ
ケル又はニッケル合金からなる中間層を有する無鉛基板の製法において、ハンダ
層を異なる金属からなる少なくとも２つの個別層から生じさせ、かつ中間層及び
個別層を電気メッキにより析出させる場合に、少なくとも１つの個別層を銀又は
銀合金から生じさせることを特徴とする、無鉛基板の製法。 - 【請求項２】 第１及び第２個別層からなるハンダ層を製造し、かつ中間層
の上に析出された第１個別層が０．０１〜５μｍの層厚を、かつ第２個別層が０
．０１〜１０μｍの層厚を有する、請求項１に記載の無鉛基板の製法。 - 【請求項３】 第１個別層が０．１〜１．０μｍの層厚を、かつ第２個別層
が０．３〜２．５μｍの層厚を有する、請求項２に記載の無鉛基板の製法。 - 【請求項４】 第１個別層をパラジウム又はパラジウム合金から製造し、か
つ第２個別層を銀又は銀合金から製造する、請求項２又は３に記載の無鉛基板の
製法。 - 【請求項５】 第１個別層を金又は金合金から、かつ第２個別層を銀又は銀
合金から製造する、請求項２又は３に記載の無鉛基板の製法。 - 【請求項６】 第２個別層を金又は金合金から、かつ第１個別層を銀又は銀
合金から製造する、請求項２又は３に記載の無鉛基板の製法。 - 【請求項７】 ハンダ層を第１、第２及び第３個別層から製造し、かつ中間
層の上に析出された第１個別層並びに第２個別層がそれぞれ０．０１〜５μｍの
層厚を有し、かつ第３個別層が０．０１〜１０μｍの層厚を有する、請求項１に
記載の無鉛基板の製法。 - 【請求項８】 第１個別層が０．１〜１μｍの層厚を有し、かつ第２個別層
及び第３個別層がそれぞれ０．３〜２．５μｍの層厚を有する、請求項７に記載
の無鉛基板の製法。 - 【請求項９】 第１個別層をパラジウム又はパラジウム合金から製造し、か
つ第２個別層を銀又は銀合金から製造し、かつ第３個別層を金又は金合金から製
造する、請求項７又は８に記載の無鉛基板の製法。 - 【請求項１０】 ハンダ層を第１、第２及び第３個別層から製造し、かつ第
１個別層をパラジウム又はパラジウム合金から製造し、かつ第２個別層を金又は
金合金から製造し、かつ第３個別層を銀又は銀合金から製造する、請求項７又は
８に記載の無鉛基板の製法。 - 【請求項１１】 銀又は銀合金からなる第２又は第３個別層の上に、変色防
止層を施与する、請求項４、５又は１０に記載の無鉛基板の製法。
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