JP2003126987A - 回路基板用鉛フリー半田及び回路基板 - Google Patents
回路基板用鉛フリー半田及び回路基板Info
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- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｎｉメッキ面との半田濡れ性が良好である回路
基板用鉛フリー半田と、それを用いて作製された放熱性
に優れた回路基板を提供する。 【解決手段】直径１ｍｍ、底面直径０．８ｍｍの半球状
体半田をその底面をＮｉメッキ面に接面させて置き、水
素雰囲気下、４００℃で１５分間保持した後冷却したと
きに、Ｎｉメッキ面に対する半田の濡れ角が４５°以下
となる半田であり、しかも組成が、Ｓｎ含有量６０〜９
５質量％、残部がＡｇ及び／又はＣｕと、Ｂｉ、Ｉｎ、
Ｓｂから選択された少なくとも一種の金属とを含んでい
ることを特徴とする回路基板用鉛フリー半田。セラミッ
クス基板にＮｉメッキの施された金属回路及び金属放熱
板が形成されており、その金属回路面に上記鉛フリー半
田によって半導体素子等の発熱性電子部品が半田付けさ
れてなるものであることを特徴とする回路基板。
基板用鉛フリー半田と、それを用いて作製された放熱性
に優れた回路基板を提供する。 【解決手段】直径１ｍｍ、底面直径０．８ｍｍの半球状
体半田をその底面をＮｉメッキ面に接面させて置き、水
素雰囲気下、４００℃で１５分間保持した後冷却したと
きに、Ｎｉメッキ面に対する半田の濡れ角が４５°以下
となる半田であり、しかも組成が、Ｓｎ含有量６０〜９
５質量％、残部がＡｇ及び／又はＣｕと、Ｂｉ、Ｉｎ、
Ｓｂから選択された少なくとも一種の金属とを含んでい
ることを特徴とする回路基板用鉛フリー半田。セラミッ
クス基板にＮｉメッキの施された金属回路及び金属放熱
板が形成されており、その金属回路面に上記鉛フリー半
田によって半導体素子等の発熱性電子部品が半田付けさ
れてなるものであることを特徴とする回路基板。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素子
等の電子部品を回路基板に搭載するのに用いられるＳｎ
含有量６０質量％以上の鉛フリー半田及び回路基板に関
する。
等の電子部品を回路基板に搭載するのに用いられるＳｎ
含有量６０質量％以上の鉛フリー半田及び回路基板に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子等の発熱性電子部品が、回路
基板の金属回路面に搭載（半田付け）されてなる回路基
板は、パワーモジュールとして使用されている。このパ
ワーモジュールが解決すべき今日の課題は、エレクトロ
ニクス技術の発展に伴って高出力化が進む中、回路基板
の耐久性を高めるとともに、電子部品から発生した熱を
効率よく系外に逃がすために半田ボイドをなくすること
である。
基板の金属回路面に搭載（半田付け）されてなる回路基
板は、パワーモジュールとして使用されている。このパ
ワーモジュールが解決すべき今日の課題は、エレクトロ
ニクス技術の発展に伴って高出力化が進む中、回路基板
の耐久性を高めるとともに、電子部品から発生した熱を
効率よく系外に逃がすために半田ボイドをなくすること
である。
【０００３】ここで、半田ボイドとは、セラミックス基
板の表面にＮｉメッキの施された金属回路、裏面に金属
放熱板が形成されてなる回路基板をモジュールに組み立
てる際、金属回路面に電子部品を、また金属放熱板面に
はベース板がそれぞれ半田付けされるが、その際に発生
する空隙のことである。従来、この半田として、Ｐｂ−
Ｓｎ共晶半田や、熱疲労等が少ないＰｂリッチ半田が使
用されている。しかしながら、世界的に環境問題への関
心が高まる中、Ｐｂを使用しない鉛フリー半田の開発が
進められており、その一例としてＳｎを主成分とするも
のがある（特開平２−３４２９５号公報）。しかし、こ
のものはＮｉメッキとの濡れ性が不十分であるので、そ
れを用いて発熱性電子部品を半田付けすると半田ボイド
が多くなり、熱を十分逃がすことができず、素子の誤作
動を誘発するという問題があった。
板の表面にＮｉメッキの施された金属回路、裏面に金属
放熱板が形成されてなる回路基板をモジュールに組み立
てる際、金属回路面に電子部品を、また金属放熱板面に
はベース板がそれぞれ半田付けされるが、その際に発生
する空隙のことである。従来、この半田として、Ｐｂ−
Ｓｎ共晶半田や、熱疲労等が少ないＰｂリッチ半田が使
用されている。しかしながら、世界的に環境問題への関
心が高まる中、Ｐｂを使用しない鉛フリー半田の開発が
進められており、その一例としてＳｎを主成分とするも
のがある（特開平２−３４２９５号公報）。しかし、こ
のものはＮｉメッキとの濡れ性が不十分であるので、そ
れを用いて発熱性電子部品を半田付けすると半田ボイド
が多くなり、熱を十分逃がすことができず、素子の誤作
動を誘発するという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
に鑑み、Ｎｉメッキ面との半田濡れ性が良好である回路
基板用鉛フリー半田と回路基板を提供することである。
に鑑み、Ｎｉメッキ面との半田濡れ性が良好である回路
基板用鉛フリー半田と回路基板を提供することである。
【０００５】本発明者は、上記課題を解決するにあた
り、半田付けに影響する因子として、（１）濡れ、拡散
粘度、熱伝導等の物理学的因子、（２）酸化・還元（表
面清浄化）、フラックス作用等の化学的因子、（３）合
金層、金属組織、合金等の金属学的因子があり、またＮ
ｉメッキ面に半田が濡れ広がるメカニズムは、Ｎｉと半
田成分中のＳｎとがＮｉ3Ｓｎ4等の合金層を生成しその
合金層に沿って半田が濡れ広がることであることを念頭
に置いて、Ｓｎを主成分とする鉛フリー半田のＮｉメッ
キ面への濡れ性について種々検討した。その結果、物理
的因子と化学的因子は従来の半田と変わらないとしたと
きに、半田との反応で生成した合金層を構成している合
金種によって、半田の濡れ性が著しく相違することを見
いだし、本発明を完成させた。
り、半田付けに影響する因子として、（１）濡れ、拡散
粘度、熱伝導等の物理学的因子、（２）酸化・還元（表
面清浄化）、フラックス作用等の化学的因子、（３）合
金層、金属組織、合金等の金属学的因子があり、またＮ
ｉメッキ面に半田が濡れ広がるメカニズムは、Ｎｉと半
田成分中のＳｎとがＮｉ3Ｓｎ4等の合金層を生成しその
合金層に沿って半田が濡れ広がることであることを念頭
に置いて、Ｓｎを主成分とする鉛フリー半田のＮｉメッ
キ面への濡れ性について種々検討した。その結果、物理
的因子と化学的因子は従来の半田と変わらないとしたと
きに、半田との反応で生成した合金層を構成している合
金種によって、半田の濡れ性が著しく相違することを見
いだし、本発明を完成させた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、直
径１ｍｍ、底面直径０．８ｍｍの半球状体半田をその底
面をＮｉメッキ面に接面させて置き、水素雰囲気下、４
００℃で１５分間保持した後冷却したときに、Ｎｉメッ
キ面に対する半田の濡れ角が４５°以下となる半田であ
り、しかも組成が、Ｓｎ含有量６０〜９５質量％、残部
がＡｇ及び／又はＣｕと、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂから選択さ
れた少なくとも一種の金属とを含んでいることを特徴と
する回路基板用鉛フリー半田である。また、本発明は、
セラミックス基板にＮｉメッキの施された金属回路及び
金属放熱板が形成されており、その金属回路面に上記鉛
フリー半田によって半導体素子等の発熱性電子部品が半
田付けされてなるものであることを特徴とする回路基板
である。この場合において、鉛フリー半田のＳｎ含有量
がｘ質量％、Ｎｉメッキの最小厚みをｙμｍとしたと
き、ｙ≧０．１ｘ−５、の関係を有するものであること
が好ましい。
径１ｍｍ、底面直径０．８ｍｍの半球状体半田をその底
面をＮｉメッキ面に接面させて置き、水素雰囲気下、４
００℃で１５分間保持した後冷却したときに、Ｎｉメッ
キ面に対する半田の濡れ角が４５°以下となる半田であ
り、しかも組成が、Ｓｎ含有量６０〜９５質量％、残部
がＡｇ及び／又はＣｕと、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂから選択さ
れた少なくとも一種の金属とを含んでいることを特徴と
する回路基板用鉛フリー半田である。また、本発明は、
セラミックス基板にＮｉメッキの施された金属回路及び
金属放熱板が形成されており、その金属回路面に上記鉛
フリー半田によって半導体素子等の発熱性電子部品が半
田付けされてなるものであることを特徴とする回路基板
である。この場合において、鉛フリー半田のＳｎ含有量
がｘ質量％、Ｎｉメッキの最小厚みをｙμｍとしたと
き、ｙ≧０．１ｘ−５、の関係を有するものであること
が好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明を説明す
る。
る。
【０００８】本発明の鉛フリー半田は、セラミックス基
板の表面に金属回路、裏面に金属放熱板が接合されてな
る回路基板において、その金属回路面にＮｉメッキを施
してから半導体素子等の発熱性電子部品を半田付けする
のに使用されるものである。ここで、セラミックス基板
としては、例えば窒化ケイ素基板、窒化アルミニウム基
板等が用いられ、厚みは０．３〜１ｍｍが一般的であ
る。金属回路及び金属放熱板としては、銅、アルミニウ
ム、銅合金、アルミニウム合金、それらを構成材とする
クラッド等が用いられ、厚みは０．２〜０．５ｍｍが一
般的である。セラミックス基板に金属回路と金属放熱板
を接合するには、常法による活性金属ロウ付け法等が好
適に採用され、Ｎｉメッキには無電解Ｎｉメッキ法等が
採用される。中でも、セラミックス基板が窒化アルミニ
ウム基板であり、金属回路及び金属放熱板が、表面粗さ
Ｒａ≦０．２μｍで、酸素含有量１００ｐｐｍ以下の銅
板であることが好ましい。酸素含有量が多くなると、鉛
フリー半田の濡れ性が阻害される。
板の表面に金属回路、裏面に金属放熱板が接合されてな
る回路基板において、その金属回路面にＮｉメッキを施
してから半導体素子等の発熱性電子部品を半田付けする
のに使用されるものである。ここで、セラミックス基板
としては、例えば窒化ケイ素基板、窒化アルミニウム基
板等が用いられ、厚みは０．３〜１ｍｍが一般的であ
る。金属回路及び金属放熱板としては、銅、アルミニウ
ム、銅合金、アルミニウム合金、それらを構成材とする
クラッド等が用いられ、厚みは０．２〜０．５ｍｍが一
般的である。セラミックス基板に金属回路と金属放熱板
を接合するには、常法による活性金属ロウ付け法等が好
適に採用され、Ｎｉメッキには無電解Ｎｉメッキ法等が
採用される。中でも、セラミックス基板が窒化アルミニ
ウム基板であり、金属回路及び金属放熱板が、表面粗さ
Ｒａ≦０．２μｍで、酸素含有量１００ｐｐｍ以下の銅
板であることが好ましい。酸素含有量が多くなると、鉛
フリー半田の濡れ性が阻害される。
【０００９】本発明の鉛フリー半田の組成は、Ｓｎが６
０〜９５質量％であり、残部がＡｇ及び／又はＣｕ成分
と、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂから選択された少なくとも一種の
金属成分とを含んでいる。Ｓｎが６０質量％未満では半
田の融点が上がりすぎ、また９５質量％超であると半田
自体が脆くなってしまい、実用に耐えられない。残部の
Ａｇ及び／又はＣｕ成分は、半田の強度補強剤として機
能し、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂから選ばれた少なくとも一種の
金属成分は、表面活性促進剤して機能する。Ａｇ及び／
又はＣｕ成分の含有量は３〜２０質量％、Ｂｉ、Ｉｎ、
Ｓｂから選ばれた少なくとも一種の金属成分の含有量は
０．５〜２０質量％であることが好ましい。特に好まし
い組成は、Ｓｎ９０〜９３質量％、Ａｇ２〜３．５質量
％、Ｃｕ０．５〜１質量％、Ｂｉ３〜５質量％である。
０〜９５質量％であり、残部がＡｇ及び／又はＣｕ成分
と、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂから選択された少なくとも一種の
金属成分とを含んでいる。Ｓｎが６０質量％未満では半
田の融点が上がりすぎ、また９５質量％超であると半田
自体が脆くなってしまい、実用に耐えられない。残部の
Ａｇ及び／又はＣｕ成分は、半田の強度補強剤として機
能し、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂから選ばれた少なくとも一種の
金属成分は、表面活性促進剤して機能する。Ａｇ及び／
又はＣｕ成分の含有量は３〜２０質量％、Ｂｉ、Ｉｎ、
Ｓｂから選ばれた少なくとも一種の金属成分の含有量は
０．５〜２０質量％であることが好ましい。特に好まし
い組成は、Ｓｎ９０〜９３質量％、Ａｇ２〜３．５質量
％、Ｃｕ０．５〜１質量％、Ｂｉ３〜５質量％である。
【００１０】上記組成からなる鉛フリー半田を、Ｎｉメ
ッキの施された金属回路面に半導体素子等の発熱性電子
部品を半田付けする際に、以下に説明するＮｉメッキ面
に対する濡れ角が４５°以下であるものを選択使用する
ことは本発明が初めてである。
ッキの施された金属回路面に半導体素子等の発熱性電子
部品を半田付けする際に、以下に説明するＮｉメッキ面
に対する濡れ角が４５°以下であるものを選択使用する
ことは本発明が初めてである。
【００１１】すなわち、本発明の鉛フリー半田は、上記
組成に加えてＮｉメッキ面に対する濡れ角が４５°以下
の濡れ性を有することが必要である。ここで、濡れ性と
は、直径１ｍｍ、底面直径０．８ｍｍの半球状体試験球
をその底面をＮｉメッキ面に接面させて置き、水素雰囲
気下、４００℃で１５分間保持した後冷却したときに、
Ｎｉメッキ面に対する半田の濡れ角が４５°以下となる
ことである。上記組成からなる鉛フリー半田にあって
も、Ｎｉメッキ面の表面状態によってＮｉメッキ面に対
する濡れ性が異なるので、本発明においてはこの条件が
更に必要となる。
組成に加えてＮｉメッキ面に対する濡れ角が４５°以下
の濡れ性を有することが必要である。ここで、濡れ性と
は、直径１ｍｍ、底面直径０．８ｍｍの半球状体試験球
をその底面をＮｉメッキ面に接面させて置き、水素雰囲
気下、４００℃で１５分間保持した後冷却したときに、
Ｎｉメッキ面に対する半田の濡れ角が４５°以下となる
ことである。上記組成からなる鉛フリー半田にあって
も、Ｎｉメッキ面の表面状態によってＮｉメッキ面に対
する濡れ性が異なるので、本発明においてはこの条件が
更に必要となる。
【００１２】本発明に係る濡れ性評価試験において、試
験球形状を半球状体としたのは、半田の濡れ角に差が出
やすい形状、すなわち、なだらかで流れやすい形状では
なく急峻で流れにくい形状とし、濡れ性の評価をできる
だけ正確にすることを考慮した。温度条件は、半田が十
分に溶融する条件を選択したものであり、４００℃未満
では半田組成によっては溶融しないものがあり、また４
００℃超となると、半田自体が蒸発する恐れがあり濡れ
性を正しく評価することができなくなる。また、水素雰
囲気としたのは、Ｎｉメッキ面の酸化を防ぎ、化学的因
子の影響を少なくするためである。半田濡れ角の測定
は、実体顕微鏡、走査型電子顕微鏡による断面観察によ
って行うことができる。
験球形状を半球状体としたのは、半田の濡れ角に差が出
やすい形状、すなわち、なだらかで流れやすい形状では
なく急峻で流れにくい形状とし、濡れ性の評価をできる
だけ正確にすることを考慮した。温度条件は、半田が十
分に溶融する条件を選択したものであり、４００℃未満
では半田組成によっては溶融しないものがあり、また４
００℃超となると、半田自体が蒸発する恐れがあり濡れ
性を正しく評価することができなくなる。また、水素雰
囲気としたのは、Ｎｉメッキ面の酸化を防ぎ、化学的因
子の影響を少なくするためである。半田濡れ角の測定
は、実体顕微鏡、走査型電子顕微鏡による断面観察によ
って行うことができる。
【００１３】試験球の作製は、試験半田を融点以上に溶
融させた後、球直径１ｍｍ、底面直径０．８ｍｍの半球
状体を形成するのに必要な質量分を、アルミニウム製板
面に例えば１０ｃｍ程度の高さからその高さを調整して
滴下・冷却することによって行うことができる。
融させた後、球直径１ｍｍ、底面直径０．８ｍｍの半球
状体を形成するのに必要な質量分を、アルミニウム製板
面に例えば１０ｃｍ程度の高さからその高さを調整して
滴下・冷却することによって行うことができる。
【００１４】つぎに、本発明の回路基板について説明す
る。
る。
【００１５】本発明の回路基板は、上記本発明の鉛フリ
ー半田を用いて半導体素子等の発熱性電子部品がＮｉメ
ッキの施された金属回路面に半田付けされてなるもので
ある。本発明においては、鉛フリー半田のＳｎ含有量を
ｘ質量％とし、Ｎｉメッキの最小厚みｙμｍとしたと
き、ｙ≧０．１ｘ−５（ｘ≧６０）、の関係を満たすこ
とが好ましい。これは、本発明で用いられる鉛フリー半
田のＳｎ含有量は６０〜９５質量％であるので、例えば
Ｓｎ含有量が６０質量％の鉛フリー半田の場合は、Ｎｉ
メッキの最小厚みが１μｍ以上、Ｓｎ含有量が９５質量
％の鉛フリー半田の場合は４．５μｍ以上となることを
意味する。上式を満たさないと、上述した半田濡れのメ
カニズムのうち、最初に生成されるＮｉ3Ｓｎ4等の合金
が進んだときに、Ｎｉメッキ層を食い破ってしまい、下
地のＣｕとの反応が始まってしまう恐れがある。Ｃｕと
Ｓｎが合金となる反応は、ＳｎとＮｉが合金となる速度
に比べ、格段に速く、かつ生成する合金、例えばＣｕ3
Ｓｎは通常の半田付け温度３００℃付近でも固相である
ため、半田の濡れ広がりを阻害させてしまう。
ー半田を用いて半導体素子等の発熱性電子部品がＮｉメ
ッキの施された金属回路面に半田付けされてなるもので
ある。本発明においては、鉛フリー半田のＳｎ含有量を
ｘ質量％とし、Ｎｉメッキの最小厚みｙμｍとしたと
き、ｙ≧０．１ｘ−５（ｘ≧６０）、の関係を満たすこ
とが好ましい。これは、本発明で用いられる鉛フリー半
田のＳｎ含有量は６０〜９５質量％であるので、例えば
Ｓｎ含有量が６０質量％の鉛フリー半田の場合は、Ｎｉ
メッキの最小厚みが１μｍ以上、Ｓｎ含有量が９５質量
％の鉛フリー半田の場合は４．５μｍ以上となることを
意味する。上式を満たさないと、上述した半田濡れのメ
カニズムのうち、最初に生成されるＮｉ3Ｓｎ4等の合金
が進んだときに、Ｎｉメッキ層を食い破ってしまい、下
地のＣｕとの反応が始まってしまう恐れがある。Ｃｕと
Ｓｎが合金となる反応は、ＳｎとＮｉが合金となる速度
に比べ、格段に速く、かつ生成する合金、例えばＣｕ3
Ｓｎは通常の半田付け温度３００℃付近でも固相である
ため、半田の濡れ広がりを阻害させてしまう。
【００１６】本発明では、Ｎｉメッキを施す前に、金属
回路面は酸類等によって化学研磨が行われていることが
好ましい。酸類等としては、過酸化水素３〜８質量％と
硫酸１〜３質量％とを含む水溶液であることが好まし
く、更にシュウ酸等の過酸化水素の安定化剤を含むもの
であってもよい。従来は、化学研磨を行わないか、研磨
量２〜３μｍ程度の化学研磨を行うか、又はバフ研磨等
の機械的研磨を行ってからＮｉメッキが行われていたの
で、上記関係式がｙ＜０．１ｘ−５（ｙ＞０）となって
しまい、十分な厚みのメッキ膜を形成させることができ
ずに濡れ角が６０°以上となってしまっていた。メッキ
時間を長くしてそれを補おうとすると、メッキ膜にボイ
ドが発生し解決に至らない。
回路面は酸類等によって化学研磨が行われていることが
好ましい。酸類等としては、過酸化水素３〜８質量％と
硫酸１〜３質量％とを含む水溶液であることが好まし
く、更にシュウ酸等の過酸化水素の安定化剤を含むもの
であってもよい。従来は、化学研磨を行わないか、研磨
量２〜３μｍ程度の化学研磨を行うか、又はバフ研磨等
の機械的研磨を行ってからＮｉメッキが行われていたの
で、上記関係式がｙ＜０．１ｘ−５（ｙ＞０）となって
しまい、十分な厚みのメッキ膜を形成させることができ
ずに濡れ角が６０°以上となってしまっていた。メッキ
時間を長くしてそれを補おうとすると、メッキ膜にボイ
ドが発生し解決に至らない。
【００１７】本発明では、Ｎｉメッキ前の化学研磨量を
４〜６μｍとしておくことが望ましく、これによって下
地の表面が極めて平坦化されので、ｙ≧０．１ｘ−５
（ｘ≧６０）の関係を容易に満たすことができ、濡れ角
４５度以下を十分に確保することができる。
４〜６μｍとしておくことが望ましく、これによって下
地の表面が極めて平坦化されので、ｙ≧０．１ｘ−５
（ｘ≧６０）の関係を容易に満たすことができ、濡れ角
４５度以下を十分に確保することができる。
【００１８】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。
本発明を説明する。
【００１９】実施例１〜６ 比較例１〜５
表１に示す組成を有する種々の鉛フリー半田を準備し
た。この半田の濡れ性を評価するため、半田を黒鉛るつ
ぼ中で４００℃に加熱溶融し、球直径１ｍｍ、底面直径
０．８ｍｍの半球状試験球を形成するに必要な質量分を
アルミニウム製板面に１０ｃｍの高さからその高さを調
整して滴下・冷却して試験球を作製した。この試験球の
底面（直径０．８ｍｍの部分）を無電解Ｎｉメッキの施
された銅板のＮｉメッキ面に接面させて置き、水素雰囲
気下、４００℃で１５分間保持後冷却したときのＮｉメ
ッキ面に対する半田の濡れ角を、断面の走査型顕微鏡に
よる観察により測定した。その結果を表１に示す。
た。この半田の濡れ性を評価するため、半田を黒鉛るつ
ぼ中で４００℃に加熱溶融し、球直径１ｍｍ、底面直径
０．８ｍｍの半球状試験球を形成するに必要な質量分を
アルミニウム製板面に１０ｃｍの高さからその高さを調
整して滴下・冷却して試験球を作製した。この試験球の
底面（直径０．８ｍｍの部分）を無電解Ｎｉメッキの施
された銅板のＮｉメッキ面に接面させて置き、水素雰囲
気下、４００℃で１５分間保持後冷却したときのＮｉメ
ッキ面に対する半田の濡れ角を、断面の走査型顕微鏡に
よる観察により測定した。その結果を表１に示す。
【００２０】一方、窒化アルミニウム粉末９６部（質量
部、以下同じ）、焼結助剤（イットリア）４部、表面処
理剤（オレイン酸）２部を振動ミルで予備混合した後、
有機結合材（エチルセルロース）８部、可塑剤（グリセ
リントリオレート）３部及び水１２部を配合してミキサ
ーで混合し、これを押出成型した。ついで、押出成型体
を１２０℃×５分間の乾燥を行った後、４８０℃で１０
時間空気中で脱脂を行い、１８６０℃×２時間の焼成を
行った。得られた焼結体を６０ｍｍ×３６ｍｍ×０．６
５ｍｍのサイズに加工し、表面をホーニング処理して窒
化アルミニウム基板を製造した。
部、以下同じ）、焼結助剤（イットリア）４部、表面処
理剤（オレイン酸）２部を振動ミルで予備混合した後、
有機結合材（エチルセルロース）８部、可塑剤（グリセ
リントリオレート）３部及び水１２部を配合してミキサ
ーで混合し、これを押出成型した。ついで、押出成型体
を１２０℃×５分間の乾燥を行った後、４８０℃で１０
時間空気中で脱脂を行い、１８６０℃×２時間の焼成を
行った。得られた焼結体を６０ｍｍ×３６ｍｍ×０．６
５ｍｍのサイズに加工し、表面をホーニング処理して窒
化アルミニウム基板を製造した。
【００２１】銀粉末９０部、銅粉末１０部、ジルコニウ
ム粉末３部、チタン粉末３部及びテルピネオール１５部
と有機結合剤（ポリイソブチルメタアクリレートのトル
エン溶液）を固形分で全体に対し５％加えてよく混練
し、ろう材ペーストを調製した。このろう材ペーストを
窒化アルミニウム基板の両面にスクリーン印刷によって
全面に塗布した。その際の塗布量（乾燥後）は９ｍｇ／
ｃｍ2 とした。
ム粉末３部、チタン粉末３部及びテルピネオール１５部
と有機結合剤（ポリイソブチルメタアクリレートのトル
エン溶液）を固形分で全体に対し５％加えてよく混練
し、ろう材ペーストを調製した。このろう材ペーストを
窒化アルミニウム基板の両面にスクリーン印刷によって
全面に塗布した。その際の塗布量（乾燥後）は９ｍｇ／
ｃｍ2 とした。
【００２２】このろう材ペーストの塗布された窒化アル
ミニウム基板の片面に６０ｍｍ×３６ｍｍ×０．３ｍｍ
の銅板を、また反対面には６０ｍｍ×３６ｍｍ×０．１
５ｍｍの銅板をそれぞれ接触配置して積層体を形成し
た。この積層体の２０個を横方向に配列し、その両端部
をカーボン製支持部材で支え、積層体の端部とカーボン
製支持部材との間に板バネ材を配置し、１０-3Ｐａの真
空中、８５０℃にて一時間保持することにより、窒化ア
ルミニウム基板と銅板のサンドイッチ構造からなる接合
体を製造した
ミニウム基板の片面に６０ｍｍ×３６ｍｍ×０．３ｍｍ
の銅板を、また反対面には６０ｍｍ×３６ｍｍ×０．１
５ｍｍの銅板をそれぞれ接触配置して積層体を形成し
た。この積層体の２０個を横方向に配列し、その両端部
をカーボン製支持部材で支え、積層体の端部とカーボン
製支持部材との間に板バネ材を配置し、１０-3Ｐａの真
空中、８５０℃にて一時間保持することにより、窒化ア
ルミニウム基板と銅板のサンドイッチ構造からなる接合
体を製造した
【００２３】この接合体の一組を用い、その銅板上にＵ
Ｖ硬化タイプのエッチングレジストをスクリーン印刷で
塗布後、塩化第２銅溶液を用いてエッチング処理を行っ
て銅板不要部分を溶解除去し、更にエッチングレジスト
を５％苛性ソーダ溶液で剥離した。このエッチング処理
後の接合体には、銅回路パターン間に残留不要ろう材や
活性金属成分と窒化アルミニウム板との反応物があるの
で、それを除去するため、温度６０℃、１０％フッ化ア
ンモニウム溶液に１０分間浸漬した。このようにして、
窒化アルミニウム基板１の表面に銅回路２、裏面に銅放
熱板３が形成された回路基板（図１参照）を作製した。
Ｖ硬化タイプのエッチングレジストをスクリーン印刷で
塗布後、塩化第２銅溶液を用いてエッチング処理を行っ
て銅板不要部分を溶解除去し、更にエッチングレジスト
を５％苛性ソーダ溶液で剥離した。このエッチング処理
後の接合体には、銅回路パターン間に残留不要ろう材や
活性金属成分と窒化アルミニウム板との反応物があるの
で、それを除去するため、温度６０℃、１０％フッ化ア
ンモニウム溶液に１０分間浸漬した。このようにして、
窒化アルミニウム基板１の表面に銅回路２、裏面に銅放
熱板３が形成された回路基板（図１参照）を作製した。
【００２４】ついで、実施例６を除く回路基板の銅回路
面と銅放熱板面を、過酸化水素５質量％、硫酸２質量％
を含む水溶液を用いて種々厚みに化学研磨を行った後、
Ｎｉ−Ｐ無電解メッキを行った。その際のＮｉメッキの
最小厚みｙはメッキ時間を調整して行った。
面と銅放熱板面を、過酸化水素５質量％、硫酸２質量％
を含む水溶液を用いて種々厚みに化学研磨を行った後、
Ｎｉ−Ｐ無電解メッキを行った。その際のＮｉメッキの
最小厚みｙはメッキ時間を調整して行った。
【００２５】その後、表１に示す鉛フリー半田を１５ｍ
ｍ×１５ｍｍの広さに切断して銅回路のＮｉメッキ面に
載置し、その上にシリコンチップ（１５ｍｍ×１５ｍ
ｍ）をのせてから、水素雰囲気中、３５０℃まで昇温後
室温まで冷却し、シリコンチップと銅回路のＮｉメッキ
面との間の半田層の状況を軟Ｘ線探傷装置により観察
し、半田濡れが悪く気泡の入った箇所（半田ボイド）の
面積を当該装置から出力される画像から算出し、半田ボ
イド率（半田ボイドの総面積×１００／基板面積）を測
定した。
ｍ×１５ｍｍの広さに切断して銅回路のＮｉメッキ面に
載置し、その上にシリコンチップ（１５ｍｍ×１５ｍ
ｍ）をのせてから、水素雰囲気中、３５０℃まで昇温後
室温まで冷却し、シリコンチップと銅回路のＮｉメッキ
面との間の半田層の状況を軟Ｘ線探傷装置により観察
し、半田濡れが悪く気泡の入った箇所（半田ボイド）の
面積を当該装置から出力される画像から算出し、半田ボ
イド率（半田ボイドの総面積×１００／基板面積）を測
定した。
【００２６】また、図１に示される簡易モジュールを組
み立て、シリコンチップへの電力供給量１４５Ｗ、Ａｌ
ヒートシンク温度６５℃の条件下、シリコンチップから
Ａｌ放熱板の間の熱抵抗を測定し、放熱特性を評価し
た。それらの結果を表１に示す。
み立て、シリコンチップへの電力供給量１４５Ｗ、Ａｌ
ヒートシンク温度６５℃の条件下、シリコンチップから
Ａｌ放熱板の間の熱抵抗を測定し、放熱特性を評価し
た。それらの結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】表１から、実施例は比較例に比べてモジュ
ール組み立て後の半田ボイド率、熱抵抗がいずれも優れ
ていることが分かる。また、実施例１と実施例６の対比
から、Ｎｉメッキを施す前に化学研磨が行われている
と、さらに半田ボイド率、熱抵抗が良好となることが示
された。
ール組み立て後の半田ボイド率、熱抵抗がいずれも優れ
ていることが分かる。また、実施例１と実施例６の対比
から、Ｎｉメッキを施す前に化学研磨が行われている
と、さらに半田ボイド率、熱抵抗が良好となることが示
された。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、Ｎｉメッキ面との半田
濡れ性が良好である回路基板用鉛フリー半田とそれを用
いて作製された放熱性に優れた回路基板が提供される。
濡れ性が良好である回路基板用鉛フリー半田とそれを用
いて作製された放熱性に優れた回路基板が提供される。
【図１】簡易モジュールの概略断面図
１ 窒化アルミニウム基板
２ 銅回路
３ 銅放熱板
４ シリコンチップ
５ 鉛フリー半田
６ グリース
７ Ａｌヒートシンク
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）
Ｈ０１Ｌ 23/13 Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０１Ｆ
Ｈ０５Ｋ 1/02 ５１２Ｃ
3/34 ５０１ Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｃ
５１２ Ｑ
Ｊ
(72)発明者 吉野 信行
福岡県大牟田市新開町１ 電気化学工業株
式会社大牟田工場内
Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AB05 AC04 AC16 AC17
BB01 BB05 CC22 CD26 GG03
5E338 AA02 BB75 EE02
Claims (3)
- 【請求項１】 球直径１ｍｍ、底面直径０．８ｍｍの半
球状体試験球をその底面をＮｉメッキ面に接面させて置
き、水素雰囲気下、４００℃で１５分間保持した後冷却
したときに、Ｎｉメッキ面に対する半田の濡れ角が４５
°以下となる半田であり、しかも組成が、Ｓｎ含有量６
０〜９５質量％、残部がＡｇ及び／又はＣｕと、Ｂｉ、
Ｉｎ、Ｓｂから選択された少なくとも一種の金属とを含
んでいることを特徴とする回路基板用鉛フリー半田。 - 【請求項２】 セラミックス基板にＮｉメッキの施され
た金属回路及び金属放熱板が形成されており、その金属
回路面に請求項１記載の鉛フリー半田によって半導体素
子等の発熱性電子部品が半田付けされてなるものである
ことを特徴とする回路基板。 - 【請求項３】 鉛フリー半田のＳｎ含有量がｘ質量％、
Ｎｉメッキの最小厚みをｙμｍとしたとき、ｙ≧０．１
ｘ−５、の関係を有することを特徴とする請求項２記載
の回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317980A JP2003126987A (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 回路基板用鉛フリー半田及び回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317980A JP2003126987A (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 回路基板用鉛フリー半田及び回路基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003126987A true JP2003126987A (ja) | 2003-05-08 |
Family
ID=19135765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001317980A Pending JP2003126987A (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 回路基板用鉛フリー半田及び回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003126987A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006219736A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Toyo Kohan Co Ltd | 表面処理Ａｌ板 |
| JP2006237573A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-09-07 | Sanyo Electric Co Ltd | 回路装置の製造方法 |
| JP2006237561A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-09-07 | Sanyo Electric Co Ltd | 回路装置およびその製造方法 |
| JP2008244118A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Hitachi Metals Ltd | 半導体モジュール |
| JP2010238949A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Hitachi Metals Ltd | 回路基板、及び、回路基板の製造方法 |
| JP2013052430A (ja) * | 2011-09-06 | 2013-03-21 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 鉛フリー接合材料 |
| JP2013132643A (ja) * | 2011-12-22 | 2013-07-08 | Hitachi Chemical Co Ltd | はんだ接着体 |
| WO2014057261A1 (en) * | 2012-10-09 | 2014-04-17 | Alpha Metals, Inc. | Lead-free and antimony-free tin solder reliable at high temperatures |
| JP5654716B1 (ja) * | 2014-06-24 | 2015-01-14 | ハリマ化成株式会社 | はんだ合金、ソルダペーストおよび電子回路基板 |
| KR101551614B1 (ko) | 2014-06-24 | 2015-09-08 | 하리마카세이 가부시기가이샤 | 땜납 합금, 솔더 페이스트 및 전자 회로 기판 |
| WO2024029258A1 (ja) * | 2022-08-01 | 2024-02-08 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法 |
-
2001
- 2001-10-16 JP JP2001317980A patent/JP2003126987A/ja active Pending
Cited By (15)
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| CN103889644A (zh) * | 2012-10-09 | 2014-06-25 | 阿尔法金属公司 | 高温可靠的无铅并且无锑的锡焊料 |
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| US9931716B2 (en) | 2014-06-24 | 2018-04-03 | Harima Chemicals, Incorporated | Solder alloy, solder composition, solder paste, and electronic circuit board |
| US9956649B2 (en) | 2014-06-24 | 2018-05-01 | Harima Chemicals, Incorporated | Solder alloy, solder paste, and electronic circuit board |
| WO2024029258A1 (ja) * | 2022-08-01 | 2024-02-08 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法 |
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|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
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