JP2003198116A - はんだ付け方法および接合構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ材料を用いて電子部品７
を基板にはんだ付けする場合に起こるはんだ付け部の劣
化を防止し、十分な耐熱疲労強度を得る。 【解決手段】 基板１に形成された電極と、電子部品の
電極との少なくとも一方において、Ｃｕを含む材料から
成る母材３ａを被覆するようにバリアメタル層９ｂを設
け、ＳｎおよびＺｎを含むはんだ材料をこれら電極間に
供給して、はんだ材料を溶融状態でバリアメタル層９ｂ
と接触させ、凝固させることにより電子部品７の電極と
基板の電極との間をはんだ付けする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ある部材を他の部
材にはんだ付けする方法に関し、より詳細には電子回路
基板の製造プロセスにおいて、基板に形成されたランド
と電子部品の電極（例えばリード）とをはんだ付けする
方法に関する。更に、本発明はこのようなはんだ付け方
法により得られる接合構造体、より詳細には電子回路基
板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器などに用いられる電子回
路基板の製造プロセスにおいて、電子部品を基板に実装
するため、より詳細には、電子部品から引き出されたリ
ードと基板に形成されたランドとを電気的および物理的
に接合するために用いられる方法の１つとしてリフロー
はんだ付け方法が知られている。

【０００３】一般的なリフローはんだ付け方法では、ま
ず、基板に形成された配線パターンの一部であるランド
上に、いわゆるクリームはんだ（図示せず）をスクリー
ン印刷法により供給する。クリームはんだは、通常、は
んだ材料から成るはんだ粉末と、ロジン、活性剤および
溶剤から成るフラックスとが混合されて構成される。そ
の後、該電子部品から引き出されたリードが、接合され
るべきランド上に配置されたクリームはんだと付着する
ようにして、電子部品を基板の所定の箇所に配置する。
このようにして電子部品がクリームはんだを介して配置
された基板を、用いるはんだ材料の融点以上の温度で熱
処理することにより、フラックスを活性化させ、クリー
ムはんだ中のはんだ粉末を構成するはんだ材料を一旦溶
融させると共に、クリームはんだ中のフラックスなどの
他の成分を蒸発（または揮発）させる。次いで、これを
冷却（または放冷）することにより、溶融したはんだ材
料を凝固させる。凝固したはんだ材料は、電子部品のリ
ードと基板のランドとの間の接合部を形成し、これらを
電気的および物理的に接合する。接合部には、はんだ材
料以外のフラックスなどの他の成分が存在し得るが、こ
のような他の成分は熱処理時においてはんだ材料と相分
離するので接合部の内部には存在せず、接合部表面にわ
ずかに残留し得る程度である。これにより、実質的には
んだ材料から成る接合部（またははんだ付け部）によっ
て電子部品が基板に実装された電子回路基板が得られ
る。

【０００４】はんだ材料としては、Ｓｎ−Ｐｂ系材料、
特に、共晶組成を有するもの（以下、単にＳｎ−Ｐｂ共
晶材料とも言う）が一般的に使用されている。Ｓｎ−Ｐ
ｂ系材料の共晶組成は、Ｓｎ−３７Ｐｂ組成（即ち、３
７重量％のＰｂおよび残部（６３重量％）のＳｎから成
る組成）であり、この共晶組成においてＳｎ−Ｐｂ系材
料は１８３℃の融点を有することが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、上記のような電
子回路基板を備える電子機器の廃棄処理法が問題視され
始め、はんだ材料に含まれる鉛（Ｐｂ）による地球環境
や人体への影響が懸念されている。このため、はんだ材
料として従来使用されて来たＳｎ−Ｐｂ系材料に代え
て、鉛を含まないはんだ材料、即ち、鉛フリーはんだ材
料を使用しようとする動きがあり、その実用化が図られ
ている。

【０００６】現在、鉛フリーはんだ材料としては種々の
組成を有する材料が提案されているが、その１つにＳｎ
−Ｚｎ系材料がある。近年の研究の結果、Ｓｎ−Ｚｎ系
材料の共晶組成は、おおよそＳｎ−９Ｚｎ組成（即ち、
９重量％のＺｎおよび残部（９１重量％）のＳｎから成
る組成）であり、この共晶組成においてＳｎ−Ｚｎ系材
料は１９９℃の融点を有することが判って来た。

【０００７】基板に実装すべき電子部品の耐熱温度およ
び既存のはんだ付け方法の適用を考慮すれば、鉛フリー
はんだ材料の融点は、電子部品を損傷しない程度に十分
に低く、従来のＳｎ−Ｐｂ系材料の融点に比較的近いこ
とが望ましい。上記のようなＳｎ−Ｚｎ系材料の融点
は、例えばＳｎ−Ａｇ系材料などの他の鉛フリーはんだ
材料の融点よりも低く、Ｓｎ−Ｐｂ系材料の融点に比較
的近いことから、Ｓｎ−Ｚｎ系材料はＳｎ−Ｐｂ系材料
の代替候補として有力視され得る。

【０００８】しかし、Ｓｎ−Ｐｂ系材料に代えてＳｎ−
Ｚｎ系材料を用いることにより、電子部品の熱損傷を回
避しつつ電子部品を基板にはんだ付けできるという利点
があるが、これにより得られた電子回路基板を高温条件
下における連続使用試験に付した結果、基板のランドと
電子部品のリードとの間の接合部が劣化し、十分な耐熱
疲労強度が得られないことが判った。

【０００９】これは、Ｓｎ−Ｚｎ系材料に含まれる亜鉛
（Ｚｎ）が、ランドおよびリードの材料として使用され
ている銅（Ｃｕ）と接触し、接合部とランドとの間およ
び接合部とリードとの間の接合界面にＣｕ−Ｚｎから成
る金属間化合物を形成することによると考えられる。

【００１０】以下、図２を参照しながら、上述の従来の
リフローはんだ付け方法において、Ｓｎ−Ｐｂ系材料に
代えてＳｎ−Ｚｎ系材料から成るはんだ粉末を含むクリ
ームはんだを用いて、電子部品を基板にはんだ付けした
電子回路基板８０について説明する。

【００１１】この電子回路基板８０においては、基板６
１に形成されたランド６３と、電子部品６７から引き出
されたリード６９とが接合部６５を介して電気的および
機械的に接合される。ランド６３は、一般的にはＣｕか
ら成り、配線パターンと一体的に形成され得る。また、
リード６９は、一般的にはＣｕから成る母材６９ａが、
Ｓｎ−Ｐｂ共晶材料から成るめっき６９ｂで被覆されて
成る。接合部６５は、クリームはんだが熱処理されて成
るものであり、上述のように、はんだ粉末に由来するは
んだ材料で実質的に構成される。

【００１２】尚、現在、電子部品のリードのめっき材料
についても鉛フリー化が進められているが、現状のよう
な過渡期においては未だＳｎ−Ｐｂ系材料が用いられて
いる場合がある。

【００１３】熱処理の際、はんだ材料とランド６３とが
直接接触しているので、ランド６３を構成するＣｕがは
んだ材料中に拡散してＺｎと結合し、この接触界面にて
Ｃｕ−Ｚｎから成る金属間化合物７３を形成する。

【００１４】また、熱処理の際には、はんだ粉末のはん
だ材料が溶融すると共に、熱処理温度よりも低い融点を
有するＳｎ−Ｐｂ共晶材料から成るめっき６９ｂもまた
溶融し、溶融状態のはんだ材料と接触するめっき６９ｂ
の部分は、はんだ材料中に溶融拡散していく。このた
め、リード６９のめっき６９ｂが部分的に剥げて、母材
６９ａが溶融状態のはんだ材料と直接に接触するように
なる。従って、上記と同様にしてリード６９の母材６９
ａを構成するＣｕがはんだ材料中に拡散してＺｎと結合
し、この接触界面にてＣｕ−Ｚｎから成る金属間化合物
７１を形成する。

【００１５】特に、以上のようにして電子部品をはんだ
付けした基板を高温条件下に長時間配置すると、より多
くのＣｕが接合部（またははんだ材料）中へ拡散してＣ
ｕ−Ｚｎから成る金属間化合物７１および７３の形成が
進む。やがて、はんだ材料中のＺｎの全てが、Ｃｕ−Ｚ
ｎから成る金属間化合物の形成に消費されると、次い
で、金属間化合物の形成に寄与せずに残っているＣｕお
よび／またはＣｕ−Ｚｎ金属間化合物を構成しているＣ
ｕがはんだ材料中へ拡散し、このＣｕの拡散により生じ
たボイドへとはんだ材料中のＳｎが拡散移動するとい
う、相互拡散が起こる。このような現象が生じることに
より、接合部の劣化を招くと考えられる。

【００１６】尚、従来のように、Ｓｎ−Ｐｂ系材料から
成るはんだ粉末を含むクリームはんだを用いる場合であ
っても、ランドおよび／またはリードの材料として使用
されている銅（Ｃｕ）が接合部中に拡散して、Ｓｎ−Ｐ
ｂ系材料に含まれるスズ（Ｓｎ）と結合することによ
り、接合部とランドおよび／またはリードとの間の接合
界面にＳｎ−Ｃｕから成る金属間化合物を形成し得る。
しかし、Ｓｎ−Ｃｕから成る金属間化合物は安定である
ので、高温条件下での連続使用にも耐え得る。よって、
Ｓｎ−Ｃｕから成る金属間化合物が形成されても、Ｃｕ
−Ｚｎから成る金属間化合物の場合のような接合部の劣
化の問題は生じなかったものと考えられる。

【００１７】また、リード６９の母材６９ａの材料に
は、Ｃｕの他にもＦｅ−４２Ｎｉ合金材料（即ち、４２
重量％のＮｉと残部（５８重量％）のＦｅから成る組成
を有する合金材料）が用いられる場合がある。この場合
には、リード６９のめっき６９ｂがはんだ材料中に溶融
拡散して母材６９ａとはんだ材料が直接接触してもリー
ド６９と接合部６５との界面にはＣｕ−Ｚｎから成る金
属間化合物７１は形成されない。しかし、Ｃｕから成る
ランド６３と接合部６５との界面には依然としてＣｕ−
Ｚｎから成る金属間化合物７３が形成されるので、得ら
れた電子回路基板を高温条件下における連続使用試験に
付した際には接合部の劣化が起こり、十分な耐熱疲労強
度が得られないという問題は避けられない。

【００１８】以上、Ｓｎ−Ｚｎ系材料の場合について詳
述したが、ＳｎおよびＺｎを少なくとも含む他のはんだ
材料についても同様の問題が起こり得る。

【００１９】本発明の目的は、はんだ材料としてＳｎ−
Ｚｎ系材料などのＳｎおよびＺｎを含むはんだ材料を用
いて電子部品を基板にはんだ付け（または接合）する場
合に特有の問題である、高温条件下での連続使用による
はんだ付け部（または接合部）の劣化を効果的に防止す
ることができ、十分な耐熱疲労強度を得ることのできる
はんだ付け方法およびこれにより得られる電子回路基板
を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの要旨によ
れば、Ｓｎ−Ｚｎ系材料などのＳｎおよびＺｎを含むは
んだ材料を用いて第１の部材と第２の部材との間をはん
だ付けする（または接合する、以下も同様）方法であっ
て、第１の部材および第２の部材の少なくとも一方が、
Ｃｕを含む材料から成る母材と母材を被覆するバリアメ
タル層とを備え、第１の部材と第２の部材との間にはん
だ材料を供給（または配置）してはんだ材料を溶融状態
でバリアメタル層と接触させ、凝固させることにより第
１の部材と第２の部材との間をはんだ付けすることを含
む方法が提供される。

【００２１】上記のようなはんだ付け方法によれば、Ｃ
ｕを含む材料から成る母材がバリアメタル層に被覆され
ており、ＳｎおよびＺｎを含むはんだ材料がバリアメタ
ル層と接触するので、はんだ材料中のＺｎが、該母材に
含まれるＣｕと直接接触することが回避される。これに
より、Ｃｕ−Ｚｎから成る金属間化合物の形成を効果的
に抑制または防止することができ、よって、高温条件下
での連続使用によるはんだ付け部（本明細書において接
合部とも言う）の劣化、ひいては耐熱疲労強度の低下を
招く原因を排除することができる。

【００２２】従って、本発明の別の要旨によれば、第１
の部材と第２の部材との間にＳｎおよびＺｎを含むはん
だ材料を供給（または配置）して、第１の部材および第
２の部材にはんだ材料を溶融状態で接触させ、凝固させ
ることにより第１の部材と第２の部材との間をはんだ付
けするときに、第１の部材および第２の部材の少なくと
も一方に設けられたＣｕを含む材料から成る部分を母材
として、該母材を被覆するバリアメタル層を設け、バリ
アメタル層にはんだ材料を溶融状態で接触させ、これに
よりはんだ付け部の耐熱疲労強度を向上させる方法もま
た提供される。

【００２３】尚、本発明において、第１の部材および第
２の部材の双方がＣｕを含む材料で出来ており、双方の
部材からはんだ材料（または接合部）中にＣｕが拡散し
得る場合には、これら双方の部材において、Ｃｕを含む
材料がはんだ材料と直接接触しないようにバリアメタル
層で覆われていることが好ましく、これによりＣｕ−Ｚ
ｎから成る金属間化合物の形成を防止することができ
る。しかし、本発明は必ずしもこれに限定されず、上記
のような場合であっても、いずれか一方のみがバリアメ
タル層を備えることにより、バリアメタル層が無い場合
に比べて耐熱疲労強度の低下を緩和することが可能であ
る。

【００２４】本発明においてバリアメタル層は、単層お
よび多層のいずれから成るものであってもよいが、Ｃｕ
を含む母材が溶融状態のはんだ材料と実質的に接触しな
いように該母材を被覆することが必要である。よって、
バリアメタル層の材料には、溶融状態のはんだ材料中に
実質的に拡散（または溶解）しないか、拡散してもその
下方に位置するＣｕを含む母材が露出してはんだ材料と
実質的に接触しない程度である材料を用いることが好ま
しい。尚、本明細書において、はんだ付けされるべき部
材の母材を基準とし、これに対してはんだ材料と接触す
る露出表面側を「上方」と言い、母材側を「下方」と言
うものとする。

【００２５】更に、バリアメタル層は、第１の部材と第
２の部材との間の導通を確保し得るように、導電性材料
から成ることが好ましい。例えば、バリアメタル層は、
金属層またはその積層体であり得る。

【００２６】本発明の好ましい態様においては、バリア
メタル層はＮｉ層（即ち、Ｎｉから成る層、後述する他
の層についても同様）またはＮｉ層を含む多層積層体で
あり得る。Ｎｉは、はんだ材料と接触しても該はんだ材
料中に殆ど拡散せず、その下方に位置する母材を露出さ
せることがない（よって、母材に含まれるＣｕがはんだ
材料中に溶出しない）ので、バリアメタル層の材料とし
て用いるのに適する。Ｎｉ層は、Ｃｕを含む母材と直接
接触してこれを被覆することが好ましいが、本発明は必
ずしもこれに限定されず、Ｎｉ層と母材との間に他の導
電性材料から成る層が配設されていてもよい。

【００２７】また、バリアメタル層としてＮｉ層を含む
多層積層体を用いる場合、Ａｕ層、Ｐｄ層、Ｓｎ−Ｐｂ
層（即ち、Ｓｎ−Ｐｂ系材料から成る層、続く他の層に
ついても同様）およびＳｎ−Ｂｉ層からなる群から選択
される少なくとも１つの層をＮｉ層の上方に設けられ得
る。Ｎｉ層は空気中で酸化されやすく、その酸化物のた
めにはんだ材料に対する濡れ性が比較的劣る。しかし、
Ａｕ層などの上記の層は、Ｎｉ層に比べて酸化され難い
ので、はんだ材料に対する濡れ性が良好である。例え
ば、バリアメタル層は、Ｎｉ層／Ａｕ層、Ｎｉ層／Ｐｄ
層、Ｎｉ層／Ｐｄ層／Ａｕ層、Ｎｉ層／Ｓｎ−Ｐｂ層お
よびＮｉ層／Ｓｎ−Ｂｉ層などから成り得る。Ｎｉ層の
上方にこのような層を設けてバリアメタル層表面を構成
することにより、バリアメタル層としてＮｉ層を単独で
用いる場合よりも、はんだ材料に対する濡れ性を向上さ
せることができ、よって、接合部の接合信頼性（主とし
て接合強度）を向上させることができる。特に、バリア
メタル層の表面（または最上層）をＡｕ層とすることが
好ましい。

【００２８】バリアメタル層を構成する層（バリアメタ
ル層が多層積層体である場合には少なくとも１つの層）
は、例えば、当該技術分野において既知の電気めっき
法、溶融めっき法、置換めっき法および蒸着法などの方
法により形成され得る。

【００２９】また、本発明の別の要旨によれば、Ｓｎお
よびＺｎを含むはんだ材料を用いて第１の部材と第２の
部材との間がはんだ付けされた接合構造体であって、第
１の部材および第２の部材の少なくとも一方が、Ｃｕを
含む材料から成る母材と母材を被覆するバリアメタル層
とを備える接合構造体が提供される。

【００３０】このような接合構造体によっても、Ｃｕを
含む材料から成る母材がバリアメタル層に被覆されてい
るので、上記の本発明のはんだ付け方法と同様に、Ｃｕ
−Ｚｎから成る金属間化合物の形成を効果的に抑制また
は防止することができる。これにより、本発明の接合構
造体を高温条件下での連続使用に付した際にも接合部の
劣化を招かず、高い耐熱疲労強を維持することができ
る。

【００３１】このような接合構造体は、上述のような本
発明のはんだ付け方法によって得ることができる。ま
た、本発明の接合構造体においても、本発明のはんだ付
け方法において上述したものと同様のバリアメタル層を
用いることができる。尚、バリアメタル層としてＮｉ層
を単独で用いる場合には、本発明のはんだ付け方法によ
って得られる接合構造体のバリアメタル層としてＮｉ層
が残存するが、例えば、バリアメタル層としてＮｉ層お
よびその上方に位置するＡｕ層などを用いた場合には、
Ａｕ層が溶融状態のはんだ材料と接触することによりＡ
ｕがはんだ材料中へ溶出（または溶融拡散）するので、
接合構造体に備えられるバリアメタル層を構成する１つ
の層としては認識されないことに留意されるべきであ
る。また、Ｐｄ層、Ｓｎ−Ｐｂ層およびＳｎ−Ｂｉ層に
ついてもＡｕ層と同様である。

【００３２】本発明のはんだ付け方法、はんだ付け部の
耐熱疲労強度向上方法および接合構造体において、第１
の部材および第２の部材のはんだ付けされるべき部分
は、少なくとも一方がＣｕを含む部分を母材とし、該母
材がバリアメタル層で被覆されていればよい。例えば、
第１の部材および第２の部材の片方がＣｕを含む部分を
有し、もう片方がＣｕを含む部分を有さない場合、該片
方のＣｕを含む部分が（母材として）バリアメタル層で
被覆される。また、例えば、第１の部材および第２の部
材の双方がＣｕを含む部分を有する場合、該部分の少な
くとも一方、好ましくは双方が（母材として）バリアメ
タル層で被覆される。

【００３３】また本発明において、第１の部材および第
２の部材は、基板および電子部品であり得、より詳細に
は、基板に設けられた電極および電子部品の電極であり
得る。

【００３４】上記のような基板には、例えば、紙フェノ
ール系材料、ガラスエポキシ系材料、ポリイミドフィル
ム系材料、セラミック系材料、および金属系材料などか
ら成るものが含まれる。このような基板に形成される電
極は、例えば配線パターンと一体的に形成されたランド
であり得、これは、例えばＣｕから成る母材をバリアメ
タル層で被覆して成り得る。

【００３５】また、上記のような電子部品には、半導体
部品（例えば、いわゆるＱＦＰ（クアッド・フラット・
パッケージ）部品、ＣＳＰ（チップ・スケール・パッケ
ージ）部品、およびＳＯＰ（シングル・アウトサイド・
パッケージ）部品など）、チップ部品（例えば、抵抗、
コンデンサ、トランジスタ、インダクタなど）、ならび
にコネクタなどが含まれる。このような電子部品の電極
は、例えば、電子部品から引き出されたリード、端子も
しくはターミナルなどであり得、これは、例えばＣｕか
ら成る母材をバリアメタル層で被覆して成り得る。

【００３６】しかし、本発明はこれに限定されず、第１
の部材および第２の部材は、互いにはんだ付けされるべ
き種々の部材であり得る。従って、本発明の更に別の要
旨によれば、ＳｎおよびＺｎを含むはんだ材料を用いて
はんだ付けされる電気部品または電子部品であって、Ｃ
ｕを含む材料から成る母材と母材を被覆するバリアメタ
ル層とを備える電極を有する電気部品または電子部品も
また提供される。

【００３７】尚、本明細書において、はんだ材料とは、
比較的低い融点を有する金属材料、例えば約１００〜２
５０℃の温度にて溶融する金属材料を言うものである。
ＳｎおよびＺｎを含むはんだ材料とは、このようなはん
だ材料のうち、ＳｎおよびＺｎを少なくとも含むもので
あり、例えばＳｎ−Ｚｎ系材料（Ｓｎ−Ｚｎ共晶材料お
よびＳｎ−Ｚｎ共晶材料にＢｉを添加したＳｎ−Ｚｎ−
Ｂｉ材料を含む）であり得る。また、「〜系材料」と
は、その金属成分で構成される系の共晶組成を中心と
し、微量の他の金属成分を更に含み得る材料を言うもの
である。例えば、Ｓｎ−Ｚｎ系材料とはＳｎ−９Ｚｎ共
晶組成を中心とし、微量の他の金属成分（意図的に添加
されるか、不可避的に混入するかを問わない）を含み得
る。Ｓｎ−Ｚｎ系材料は、例えば約１９０〜２００℃の
融点を有し得る。

【００３８】尚、本発明において、はんだ付け方法は、
例えばリフローはんだ付け方法およびフローはんだ付け
方法のいずれによっても実施され得、基板の片面のみを
はんだ付けしても、基板の両面をはんだ付けしてもよい
こと、また、本発明の接合構造体はこれらのいずれの方
法によっても得られることは、当業者には容易に理解さ
れよう。

【００３９】また、本発明におけるＣｕとＺｎとの接触
をバリアメタル層を設けることにより防止するという概
念は、ＣｕとＺｎとが共存してＣｕ−Ｚｎから成る金属
間化合物を形成することによる弊害を除去することが望
まれる場合に好適に利用され得るであろう。

【００４０】尚、本発明においてはんだ付け方法は、第
１の部材と第２の部材とがはんだ付けされた接合構造体
の製造方法としても理解され得ることに留意されたい。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の１つの実施形態に
ついて図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形
態におけるはんだ付け方法によって得られる電子回路基
板の概略部分断面図である。

【００４２】まず、基板１とこれに接合すべき電子部品
７とを準備する。基板１には、Ｃｕから成る母材３ａが
Ｎｉ単層から成るバリアメタル層３ｂで被覆されて成る
ランド３が形成されているが、このランド３は、例え
ば、次のような方法により形成することができる。

【００４３】例えば、ガラスエポキシ樹脂などから成る
基板１の上面にＣｕから成る母材３ａを、銅箔の熱圧着
（または貼付け）およびエッチングにより配線パターン
（図示せず）と一体的に形成する。配線パターンは、例
えば約５０〜１００μｍの幅を有し得る。その後、基板
１の表面の所定の領域に配線パターンを覆ってレジスト
を形成する。このとき、母材３ａはレジストに覆われず
に露出する。母材３ａの高さ（即ち、配線パターンの高
さ）は、例えば約１０〜４０μｍとされ得る。

【００４４】このようにして母材３ａが形成された基板
１をＮｉが溶解した電解液に浸し、母材３ａに適切な電
圧を印加して、母材３ａの表面にＮｉを析出させること
により、電気めっき法を用いて、母材３ａの表面にバリ
アメタル層３ｂとしてＮｉ層を形成する。Ｎｉ層の高さ
（本実施形態ではバリアメタル層３ｂの高さに等しい）
は、例えば約２〜５μｍとされ得る。これにより、基板
１の表面に、母材３ａおよびこれを被覆するバリアメタ
ル層（本実施形態においてはＮｉ層）３ｂから成るラン
ド３を形成することができる。ランド３は、例えば基板
１の上面から見て矩形の輪郭を有し得、例えば約０．５
〜２ｍｍの横幅および約０．５〜２ｍｍの縦幅であり得
るが、本実施形態はこれに限定されず、任意の適切な形
状および寸法であり得る。

【００４５】尚、上記においては、電気めっき法により
Ｎｉ層を形成する方法を例示したが、これに代えて、例
えば母材３ａが形成された基板１を、溶融状態のＮｉ材
料に浸漬する溶融めっき法や、このような基板１をめっ
き用の金属を含む液状物に浸漬して母材３ａの表面部分
をめっき金属で置換する置換めっき法や、上記母材３ａ
にＮｉを蒸着させる蒸着法により、母材３ａを被覆する
Ｎｉ層を形成することもできる。このような電気めっき
法、溶融めっき法および蒸着法は、当業者であれば適切
な条件を設定して実施することができる。

【００４６】他方、電子部品７にはリード９が設けられ
ている。リード９は、Ｃｕから成る母材９ａがＮｉ単層
から成るバリアメタル層９ｂで被覆されて成る。このリ
ード９は、上記と同様の方法によりバリアメタル層９ｂ
としてＮｉ層を母材９ａの表面に形成することにより予
め得られ、このリード９を用いて電子部品７が作製され
得る。

【００４７】以上のようにして準備した基板１のランド
３の上に、例えばスクリーン印刷法や、ディスペンスな
どによってクリームはんだを供給する。このクリームは
んだは、Ｓｎ−Ｚｎ系材料、例えばＳｎ−Ｚｎ共晶材料
から成る金属粒子（またははんだ粉末）が、フラックス
に分散されて構成される。フラックスには、ロジン、活
性剤および溶剤から成るような市販のものを使用するこ
とができる。金属粒子は、例えば約２０〜４０μｍの平
均粒径を有し得、クリームはんだ全体基準で約８５〜９
０重量％の割合で存在し得る。

【００４８】その後、電子部品７のリード９がランド３
の上に供給されたクリームはんだと接触するようにし
て、電子部品７を基板１の上に適切に配置する。ここ
で、クリームはんだはリード９のバリアメタル層９ｂお
よびランド３のバリアメタル層３ｂと接触し、母材９ａ
および３ａとは接触しない。このようにして得られた基
板１を、例えば約２０５〜２３０℃、好ましくは約２１
０〜２２０℃の加熱雰囲気に通して熱処理する。これに
より、クリームはんだに熱が供給されて、クリームはん
だ中の金属粒子を構成するＳｎ−Ｚｎ系材料が溶融する
と共に、フラックスなどの金属粒子以外の成分は蒸発
（または揮発）して除去される。

【００４９】このとき、溶融状態のＳｎ−Ｚｎ系材料
は、バリアメタル層３ｂおよび９ｂと接触するが、これ
らを構成するＮｉは溶融状態のＳｎ−Ｚｎ系材料中へ殆
ど溶融拡散しないので、溶融状態のＳｎ−Ｚｎ系材料が
母材３ａおよび９ａと直接接触することはない。従っ
て、Ｃｕ−Ｚｎから成る金属間化合物の形成が防止され
る。

【００５０】次いで、熱処理した基板１を冷却（または
放冷）して、溶融状態のＳｎ−Ｚｎ系材料を凝固させる
ことにより、実質的にＳｎ−Ｚｎ系材料から成る接合部
（またははんだ付け部）５が形成される。この接合部５
により、電子部品７のリード９と基板１のランド３とが
電気的および機械的に接合（またははんだ付け）され
る。

【００５１】以上のようにして、電子部品７が基板１に
実装された電子回路基板２０が作製される。得られた電
子回路基板２０における電子部品７のリード９と接合部
５との間の接合界面および基板１のランド３と接合部５
との間の接合界面のいずれにおいても、Ｃｕ−Ｚｎから
成る金属間化合物の形成が防止される。

【００５２】尚、本実施形態においては、Ｎｉ単層から
成るバリアメタル層を形成するものとしたが、本発明は
これに限定されず、Ｎｉ層の形成方法と同様の方法によ
り、Ｎｉ層の上方に他の金属層、例えばＡｕ層を設けて
多層積層体から成るバリアメタル層を形成してもよい。
Ｎｉ層の上方に設けられるＡｕ層などの他の層は、例え
ば、１層につき約０．０１〜０．１μｍの高さで形成さ
れ得る。

【００５３】また、本実施形態においては、ランドおよ
びリードの双方の母材がＣｕから成し、これら母材の双
方をバリアメタル層で覆うものとしたが、本発明はこれ
に限定されず、これらの少なくとも一方がＣｕを含み、
Ｃｕを含む母材がバリアメタル層で覆われていればよ
い。例えば、リードの母材がＦｅ−４２Ｎｉ合金材料か
ら成って、Ｃｕを含まない場合には、該母材をバリアメ
タル層で覆う必要は必ずしもなく、例えばＳｎ−Ｐｂ系
材料などから成るめっきで該母材が被覆されていてもよ
い。

【００５４】更に、本実施形態においては、リフローは
んだ付け方法により電子部品を基板にはんだ付け（また
は接合）するものとしたが、本発明はこれに限定され
ず、本実施形態と同様にして準備した基板と電子部品と
を、例えばフローはんだ付け方法によりはんだ付けして
もよい。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、ＳｎおよびＺｎを含む
はんだ材料を用いて第１の部材と第２の部材との間をは
んだ付けする方法において、第１の部材および第２の部
材の少なくとも一方に、Ｃｕを含む材料から成る部分を
母材として該母材を被覆するバリアメタル層を設けて、
はんだ材料を溶融状態でバリアメタル層と接触させ、凝
固させることにより第１の部材と第２の部材との間がは
んだ付け（または接合）される。

【００５６】このようなはんだ付け方法によれば、はん
だ材料中のＺｎが該母材に含まれるＣｕと直接接触せ
ず、これにより、Ｃｕ−Ｚｎから成る金属間化合物の形
成を効果的に抑制または防止することができ、よって、
高温条件下での連続使用による接合部の劣化、ひいては
耐熱疲労強度の低下を招く原因を排除することができ
る。

【００５７】更に、本発明によれば、ＳｎおよびＺｎを
含むはんだ材料を用いて第１の部材と第２の部材との間
がはんだ付けされた接合構造体であって、第１の部材お
よび第２の部材の少なくとも一方が、Ｃｕを含む材料か
ら成る母材と母材を被覆するバリアメタル層とを備える
接合構造体が提供され、上記と同様の効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１つの実施形態におけるはんだ付け
方法によって得られる電子回路基板の概略部分断面図で
ある。

【図２】 従来のはんだ付け方法によって得られる電子
回路基板の概略部分断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ３ａ ランド母材 ３ｂ バリアメタル層 ３ ランド ５ はんだ付け部（接合部） ７ 電子部品 ９ａ リード母材 ９ｂ バリアメタル層 ９ リード

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＳｎおよびＺｎを含むはんだ材料を用い
   て第１の部材と第２の部材との間をはんだ付けする方法
   であって、第１の部材および第２の部材の少なくとも一
   方が、Ｃｕを含む材料から成る母材と母材を被覆するバ
   リアメタル層とを備え、第１の部材と第２の部材との間
   にはんだ材料を供給してはんだ材料を溶融状態でバリア
   メタル層と接触させ、凝固させることにより第１の部材
   と第２の部材との間をはんだ付けすることを含む方法。
2. 【請求項２】 バリアメタル層がＮｉ層を含む、請求項
   １に記載の方法。
3. 【請求項３】 バリアメタル層が、Ａｕ層、Ｐｄ層、Ｓ
   ｎ−Ｐｂ層およびＳｎ−Ｂｉ層からなる群から選択され
   る少なくとも１つの層であって、Ｎｉ層の上方に位置す
   る層を更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 バリアメタル層の少なくとも１つの層
   が、電気めっき法、溶融めっき法、置換めっき法および
   蒸着法からなる群から選択される方法により形成されて
   いる、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】 第１の部材が基板に形成された電極であ
   り、第２の部材が電子部品の電極である、請求項１〜４
   のいずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】 はんだ付けがフローはんだ付け方法また
   はリフローはんだ付け方法により実施される、請求項１
   〜５のいずれかに記載の方法。
7. 【請求項７】 ＳｎおよびＺｎを含むはんだ材料を用い
   て第１の部材と第２の部材との間がはんだ付けされた接
   合構造体であって、第１の部材および第２の部材の少な
   くとも一方が、Ｃｕを含む材料から成る母材と母材を被
   覆するバリアメタル層とを備える、接合構造体。
8. 【請求項８】 第１の部材が基板に形成された電極であ
   り、第２の部材が電子部品の電極である、請求項７に記
   載の接合構造体。
9. 【請求項９】 ＳｎおよびＺｎを含むはんだ材料を用い
   てはんだ付けされる電気または電子部品であって、Ｃｕ
   を含む材料から成る母材と母材を被覆するバリアメタル
   層とを備える電極を有する電気または電子部品。
10. 【請求項１０】 第１の部材と第２の部材との間にＳｎ
    およびＺｎを含むはんだ材料を供給して、第１の部材お
    よび第２の部材にはんだ材料を溶融状態で接触させ、凝
    固させることにより第１の部材と第２の部材との間をは
    んだ付けするときに、第１の部材および第２の部材の少
    なくとも一方に設けられたＣｕを含む材料から成る部分
    を母材として、該母材を被覆するバリアメタル層を設
    け、バリアメタル層にはんだ材料を溶融状態で接触さ
    せ、これによりはんだ付け部の耐熱疲労強度を向上させ
    る方法。