JP2008004585A

JP2008004585A - 電極端子

Info

Publication number: JP2008004585A
Application number: JP2006169657A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Yoshimura; 邦明吉村; Hideji Takahashi; 秀治高橋
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】無鉛半田をリフローで形成した電極端子で、無鉛半田の凝固から冷却時の応力
で、電気絶縁層と金属層の間に剥離、電気絶縁層や基板へのクラックが発生する。
【解決手段】電気絶縁層と金属層の間に、無鉛半田のリフロー作業温度より６０度以上
低い熱変形温度を有する樹脂を用いて樹脂層を形成し、樹脂層の柔軟性を活かすため、樹
脂層の端部は金属層の端部より少なくとも数μｍ以上より好ましくは１０μｍ以上飛び出
させることで、剥離やクラックを無くすことができる。また、樹脂層の厚みを０．５μｍ
以上３０μｍ以下とすることで、金属層と無鉛半田間に生じるボイドを減らすことができ
る。

【選択図】図１

Description

本発明は、電気絶縁性基板上に形成された機能部品に接続される金属配線と外部配線を
、無鉛半田を用いて接続する電極端子に関する。

近年の環境意識の高まりにより鉛による環境汚染が問題となり、ＲｏＨＳ指令等で電気
機器での鉛使用の規制が始まっている。配線基板への電気、電子部品の接続等に多く使わ
れている錫鉛共晶半田も無鉛化が求められている。無鉛半田は、錫を主成分として銀や銅
、亜鉛、ビスマス、インジウム、アンチモン等を加えたものが実用化されている。これら
無鉛半田の溶融温度は１９０〜２３０℃と、錫鉛共晶半田（３７Ｐｂ−６３Ｓｎ）の１８
３℃に比べ高くなっている。半田接合の作業温度は溶融温度より３０℃以上高くする必要
があり、無鉛半田では２２０〜２６０℃の作業温度となる。作業温度が上がると、配線基
板や電気、電子部品の耐熱温度を上げる必要があるだけでなく、熱応力によるクラックの
発生が問題となって来ている。無鉛半田は錫鉛共晶半田（３７Ｐｂ−６３Ｓｎ）に比べて
、金属の引張り強度やクリープ強度が強く、伸びが少ないと言う金属特性を持っているた
め、応力が掛かり易くなっている。

図６に示す様な部品で、電気絶縁性基板２上に形成された機能部品４に接続される金属
配線３と外部配線を、無鉛半田を用いて接続する電極端子１では、熱膨張係数の異なる材
料が多く使用されている。半田が溶融状態から凝固し常温に戻るまでの温度変化で発生す
る応力により、金属配線と電気絶縁性基板間でのクラック（剥離）発生や、電気絶縁性基
板にクラックが入る。電極端子部に用いられている代表的な材料の熱膨張係数（ｘ１０⁻
^７ｄｅｇ．^−１）を挙げると、電気絶縁性基板２のガラスの５〜１００、金属配線３の銅
の１７０やアルミニウムの２３９、電気絶縁層５の酸化シリコンの５．５やアルミナの６
５、無鉛半田の２１７である。この様に電極端子部では、２〜３桁も熱膨張率の異なる材
料が使用されている。これら熱膨張係数の違いにより発生するクラックを防ぐ方策が、特
許文献１および２に開示されている。

特許文献１の電極部断面構造を図７に示す。端子電極部を２層以上の多層構造とし、最
下層金属４２の周辺部は最上層金属４３の周辺部に比べ１０μｍ以上外部へ突き出させる
ことで、ガラス基板２にクラックが入る事を防いでいる。最下層金属４２は入出力電極と
同質の金属で形成し、最上層金属４３は最下層金属４２より半田４１のぬれ性が良い金属
で形成している。この様な金属材質および形状とすることで、ガラス基板２に作用する半
田収縮応力を従来の約１／２とすることができ、クラック発生に対し良好な結果が得られ
るものである。最下層金属を最上層金属より広げることで、最上層金属がガラス基板に直
接接触することがない。そのため、最上層金属に作用する半田収縮応力が最下層金属で吸
収され、ガラス基板のクラック発生を確実に防止できると言うものである。

特許文献２の電極部の斜視図を図８ａ）に、図８ａ）のｊ−ｊ’断面を図８ｂ）に示す
。基板２のスルーホール５３にランド５４が形成されており、ランド５４の内孔部にリー
ド５５を挿入し無鉛半田５２で接続するものである。無鉛半田を用いてもランド剥離や半
田フィレット剥離が生じないように、ランドの端部を覆うようにソルダーレジスト５１を
設けるものである。図８ｂ）の断面を見ると、ソルダーレジスト５１の配置と役割が良く
判る。ランド外周端部５４’に無鉛半田５２の端部が掛からないように、ソルダーレジス
ト５１で堰を作るものである。

特許文献１と特許文献２のクラック防止方法は基本的には同じと言える。基板２と接す
る金属層（特許文献１では最下層金属４２、特許文献２ではランド５４が相当する）の端
部まで半田が被らない様にするものであり、その実現方法が異なっているものである。特
許文献１では金属層を２層にして、基板と接している金属層を半田と接する金属層より１
０μｍ以上飛び出させている。特許文献２ではソルダーレジストで堰を作製して半田の流
れを規制している。いずれも、クラックの発生を防止する方法は、基板と接する金属層の
端部まで半田を形成しないことである。

特開２０００−２９５０６２号公報特開２００２−２３７６７４号公報

図６に示す電極端子１に、特許文献１および特許文献２のクラック発生防止方法を適用
した。図９に特許文献１の方法を適用した電極端子の断面図を示す。図９の電極端子の断
面図は図６のｍ−ｍ’方向の断面である。少なくとも金属配線側面が電気絶縁を有する基
板２に金属配線３を形成した。金属配線３を他の金属配線等から電気的に絶縁するため、
金属配線３上に、孔部１１を有する電気絶縁層５を形成した。孔部１１を覆うように金属
層ａ６と金属層ｂ７を形成した。特許文献１の最上層金属（金属層ｂ７に相当）と最下層
金属（金属層ａ６に相当）の端部のずれ量δは、１０μｍ以上とする必要があるため２０
μｍとした。図９の電気絶縁層５が特許文献１の基板２に相当していると見ると、特許文
献１の構成を適用していることが容易に理解できる。金属層ｂ７上に無鉛半田ペーストを
スクリーン印刷した後、２６０℃でリフローして金属層ｂ７の端部まで無鉛半田５２を形
成した。

形成した電極端子部を調査したところ、金属層ａ６と電気絶縁層５の界面が剥離するよ
うなクラック２２や、電気絶縁層５の厚み方向に入ったクラック２２’、電気絶縁層５だ
けでなく金属配線３を貫通し基板２に達するクラック２２’’が見られた。特許文献１は
金属層ａ，ｂが平らである点、無鉛半田ではなく錫鉛共晶半田を用いていた可能性がある
点等が、特許文献１と同様の効果が得られなかった理由の一つであるとも考えられる。

図１０に特許文献２の方法を適用した電極端子の断面図を示す。少なくとも金属配線側
の面が電気絶縁を有する基板２に金属配線３を形成した。金属配線３を他の金属配線等か
ら電気的に絶縁するため、金属配線３上に孔部１１を有する電気絶縁層５を形成した。孔
部１１を覆うように金属層ａ６を形成した。金属層ａ６の外周端部から孔中心方向２５μ
ｍの位置に、無鉛半田５２の堰となるソルダーレジスト５１の端部を形成した。ソルダー
レジスト５１の内側の金属層ａ６上に無鉛半田ペーストをスクリーン印刷した後、２６０
℃でリフローして無鉛半田５２を形成した。

形成した電極端子部を調査したところ、金属層ａ６と電気絶縁層５の界面が剥離するよ
うなクラック２２や、電気絶縁層５の厚み方向に入ったクラック２２’、電気絶縁層５だ
けでなく金属配線３を貫通し基板２に達するクラック２２’’が見られた。特許文献２の
様な効果が得られなかった。

本発明は、上記問題点に鑑みて為されたものであって、電気配線上にリフローで形成す
る電極端子部の半田に無鉛半田を用いても、電気絶縁層や基板にクラックを発生させない
電極端子を提供することにある。

本願発明の電極端子は、電気絶縁性基板上に機能部品が形成され、機能部品は金属配線
で接続されており、金属配線と外部配線とを半田接続する電極端子であって、金属配線は
電気的接続をおこなう孔部を除き電気絶縁層で覆われている。電気絶縁層上に電気絶縁層
の孔部中心からの内側寸法より大きな内側寸法を有する樹脂層が設けられており、電気絶
縁層の孔部中心からの内側寸法より大きく、樹脂層の外側寸法より小さい外側寸法を有す
る金属層ａが金属配線上から樹脂層上まで設けられており、金属層ａ上には金属層ａの外
側寸法と略同等の外側寸法を有するリフローで形成された無鉛半田が設けられていること
が好ましい。

金属層ａの端部が樹脂層上にあることが、クラックの発生を防ぐ上で最も重要な点であ
る。金属層ａの端部まで無鉛半田が形成されていても、樹脂層が有する柔軟性で無鉛半田
の凝固から冷却時に発生する応力を緩和させることができ、クラックの発生を防ぐことが
できるものである。樹脂層の柔軟性を活かすため、樹脂層の端部は金属層ａの端部より少
なくとも数μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上飛び出していることが望ましい。

電気的接続をおこなうために電気絶縁層と樹脂層に設けられる孔部の形状は、円形や方
形、多角形、不定形とすることができる。電気絶縁層に設けられた孔部と樹脂層に設けら
れた孔部を相似形とすることが、不均等な応力の発生を抑える点で好ましい。また、樹脂
層の外側形状も樹脂層の孔形状と相似とすることが好ましい。

無鉛半田の端部は金属層ａの端部を越えないことが、樹脂層の機能を保つうえで重要で
ある。熔けた半田は非常に活性なため、熔けた半田が樹脂と接触すると樹脂の耐熱温度内
であっても樹脂を変質させてしまうことがある。金属層ａは、無鉛半田とのぬれ性を確保
し接合強度を得るだけでなく、熔融した無鉛半田と樹脂層の接触を防ぐ役割も果すもので
ある。

本願発明の電極端子は、電気絶縁性基板上に機能部品が形成され、機能部品は金属配線
で接続されており、金属配線と外部配線とを半田接続する電極端子であって、金属配線は
電気的接続をおこなう孔部を除き電気絶縁層で覆われている。電気絶縁層上に電気絶縁層
の孔部中心からの内側寸法より大きな内側寸法を有する樹脂層が設けられており、電気絶
縁層の孔部中心からの内側寸法より大きく、樹脂層の外側寸法より小さい外側寸法を有す
る金属層ａが金属配線上から樹脂層上まで設けられ、金属層ａ上に金属層ａの外側寸法と
同等以下の外側寸法を有する金属層ｂが設けられ、金属層ｂ上には金属層ｂの外側寸法と
略同等の外側寸法を有するリフローで形成された無鉛半田が設けられていることが好まし
い。

金属層を２層とすることで、もし無鉛半田が金属層ｂの端部より溢れ出たとしても、金
属層ａの端部で無鉛半田を止めることができるので、１層の金属層に比べ作業の余裕度が
大きくなる。金属層ａと金属層ｂに異なる材質を用いることで、無鉛半田と金属層ｂとの
ぬれ性向上、金属層ｂと金属配線との接合強度向上等を得ることができる。

無鉛半田の端部は金属層ｂの端部で止まっていることが良いが、金属層ｂの端部より溢
れ出したとしても金属層ａの端部を越えなければ、樹脂層の機能を保つことができる。熔
けた半田は非常に活性なため、樹脂の耐熱温度内であっても熔けた半田が樹脂と接触する
と樹脂を変質させてしまうことがある。金属層ｂだけでなく金属層ａも、熔融した無鉛半
田と樹脂層の接触を防ぐ役割を果している。

金属層ａ及び金属層ｂは、単一金属もしくは合金の単層である必要は無く、組成の異な
った多層膜で構成することできる。また、金属層の形成方法も、スパッターや蒸着、めっ
き等を用いることができる。例えば、金属層ａは金属配線との接合強度を得るため、クロ
ムを０．１μｍ程度の厚みにスパッターし、続けて１〜１０μｍ厚で銅やニッケル系合金
をスパッターで形成することができる。金属層ｂは金属層ａや金属配線の金属が熔融した
無鉛半田に拡散するのを防ぐ必要がある。金属層ｂは１〜１０μｍ厚のＮｉＰやＮｉＢの
合金を無電解めっきで形成した後、０．０５μｍ程度の厚みで金を設けることもできる。

無鉛半田は、錫亜鉛系半田や錫銅系半田、錫銀系半田等を用いることができる。錫亜鉛
系半田は、錫亜鉛の共晶組織である（９１Ｓｎ―９Ｚｎ）を中心組成として、配合比率を
変えたり他の金属を添加したもので、代表的なものとしてビスマスを添加した（８９Ｓｎ
−８Ｚｎ−３Ｂｉ）がある。錫銅系半田は、錫銅の共晶組織である（９９．３Ｓｎ−０．
７Ｃｕ）を中心組成として、配合比率を変えたり他の金属を添加たもので、代表的なもの
として銀を添加した（９９Ｓｎ−０．７Ｃｕ−０．３Ａｇ）がある。錫銀系半田は、錫銀
の共晶組織である（９６．５Ｓｎ−３．５Ａｇ）を中心組成として、配合比率を変えたり
他の金属を添加したもので、代表的なものとして銅を添加した（９６．５Ｓｎ−３．０Ａ
ｇ−０．５Ｃｕ）や（９５．７５Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃｕ）がある。

電気絶縁層は金属配線を電気的に絶縁するだけでなく、機械的な損傷や電気化学的な腐
食から金属配線を保護するために設ける。勿論、金属配線だけでなく機能部品の保護も行
う。電気絶縁層を形成する材料として電気抵抗が高い、酸化物のＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２等
、窒化物のＳｉ_３Ｎ_４等を、スパッターやプラズマＣＶＤで形成する。

絶縁性基板は、少なくとも金属配線や機能部品を形成する面が、電気的に絶縁性を有し
ていれば良く、基板全体が絶縁性である必要はない。シリコンウェファーの表面に熱酸化
膜や絶縁性酸化膜を形成したシリコン基板やガラス基板、アルミナ等のセラミックを用い
る事ができる。

本願発明の電極端子の樹脂層は、無鉛半田のリフロー作業温度より６０度以上低い熱変
形温度を有する樹脂で形成されていることが好ましい。

樹脂層に用いる樹脂の熱変形温度は、４．６ｋｇ／ｍ^２の荷重を加え、ＪＩＳＫ７１９
１に準じて測定した値である。

無鉛半田のリフロー作業温度より６０度以上低い熱変形温度を有する樹脂を使用するこ
とで、無鉛半田が熔融状態から温度が下がり固化し更に温度が下がるとき、関係する材料
の熱膨張率の違いにより応力が発生する。発生した応力を樹脂の柔らかさで吸収すること
で、クラックの発生を防ぐことができる。用いる樹脂の熱変形温度が低いほど、樹脂は無
鉛半田冷却時に長時間柔らかさを保つことができるため、応力の蓄積を抑えることができ
る。

無鉛半田のリフロー作業温度で炭化の様な変質を起こす樹脂や、接着力が無くなり剥が
れるような樹脂は使用できないことは当然である。少なくとも、リフロー作業前後で樹脂
が大きく変質しないことが重要である。耐熱性を有する樹脂を用いることは好ましいが、
耐熱温度が高いだけでなく熱変形温度がリフロー作業温度より６０度以上低いことが必要
である。

樹脂は熱可塑性、熱硬化性のいずれも使用することができる。熱可塑性樹脂は、加熱す
ることで軟化し冷却すると硬化することを繰返す樹脂である。熱硬化性樹脂は、加熱する
ことで高分子鎖間に複雑な反応が進み、再加熱によっても不融の状態に硬化する性質を有
している。熱可塑性樹脂には樹脂の軟化を温度で表す融点やガラス転移温度があるが、熱
硬化性樹脂にはない。そのため、いずれの樹脂の軟化を表せる熱変形温度に着目し、使用
できる樹脂を選定することは非常に有効な手段となる。

樹脂層に用いることができる代表的な樹脂名と熱変形温度は次の通りである。同一の樹
脂系でも、配合組成の違いや添加物等の違いで熱変形温度は異なる。ポリエチレン系（尿
素）樹脂６０〜８０℃、フッ素系樹脂１２０℃、ナイロン系樹脂４９〜６０℃、シ
リコン系樹脂１２０〜２６０℃、フェノール系樹脂１５０〜１７５℃、ポリイミド系
樹脂１７０〜１８０℃、エポキシ系樹脂５０〜２５０℃、ポリカーボネート系樹脂
１３０〜１９０℃、ポリアセタール系樹脂１６０〜１７０℃がある。これら以外の樹脂
であっても、耐熱温度や熱変形温度がリフロー作業温度より６０度以上低いと言う条件や
、薄く塗布できると言う条件等を満たせば、使用できることは言うまでも無い。

本願発明の電極端子の樹脂層厚みは、０．５μｍ以上３０μｍ以下であることが好まし
い。

樹脂を溶剤で希釈しスピン塗布法やスクリーン印刷法で、硬化後の厚さが０．５〜３０
μｍになる様に塗布する。硬化後の樹脂の厚さを０．５μｍ以上とすることで、無鉛半田
の応力を緩和および吸収しクラックの発生を防ぐことができる。クラックの発生を防ぐと
言う点からは樹脂厚みの上限は無いと言っても良い。しかし、樹脂層が厚くなるに従い金
属層ａの形成が難しくなる。金属層ａをスパッターで形成するとき、樹脂の基板と平行な
部位は容易に膜形成ができるが、垂直な部位（壁部分）に膜を形成するのは難しい。樹脂
層が厚いと壁部分の金属膜が不連続になる可能性があるため、３０μｍ程度を上限とする
ことが好ましい。また、ペースト状の無鉛半田をスクリーン印刷するときに、樹脂層が厚
いとペースト状の無鉛半田を埋め込む穴の深さが深くなり、穴の空気を巻き込み易くなっ
てしまう。巻き込まれた空気をリフロー時に抜くことは難しく、金属層と無鉛半田間にボ
イドとして残ることになる。残るボイドが増えると、金属層と無鉛半田間の接着強度が低
下するだけでなく、電気抵抗の増大に繋がり電極端子の信頼性を大幅に低下させてしまう
。樹脂層３０μｍでは数％のボイド発生率であるが、膜厚が増えるに従いボイドの発生率
が上がり、４０μｍでは２０〜２５％の電極端子で発生する。このことからも、樹脂層の
厚みは３０μｍ以下とすることが好ましい。

電気絶縁層と金属層ａの間に、無鉛半田のリフロー作業温度より６０度以上低い熱変形
温度を有する樹脂を用いて樹脂層を形成し、樹脂層の柔軟性を活かすため、樹脂層の端部
は金属層ａの端部より少なくとも数μｍ以上より好ましくは１０μｍ以上飛び出させるこ
とで、剥離やクラックの無い電極端子を提供できる。また、樹脂層の厚みを０．５μｍ以
上３０μｍ以下とすることで、金属層と無鉛半田間のボイドが少ない電極端子を提供でき
る。

以下本願発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を判り易く
するため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。

図１に示す金属層ａとｂを有する電極端子を用いて、実施した電極端子の構成を説明す
る。図１は、図６の電極端子ｍ−ｍ’方向断面を示している。孔部１１は長方形で、１１
２０×２２０μｍである。図１の左右方向が２２０μｍで図の奥行き方向が１１２０μｍ
である。電気絶縁層５の孔形状と樹脂層１０の孔形状と外側形状、金属層ａ及びｂの外側
形状は相似とした。

０．７ｍｍ厚のガラス製基板２に機能部品４（図示せず）を形成し金属配線３で電極端
子１に繋いでいる。本実施例では機能部品４はＮｉ−Ｆｅ系の磁気抵抗効果膜をパターニ
ングしたものである。基板２上に０．５μｍ厚の金属配線３をパターニング形成した。金
属配線３は０．０２μｍ厚のＣｒと０．４８μｍ厚のＣｕの２層膜である。基板２と金属
配線３の接合強度を上げるため、基板２とＣｕ膜間にＣｒ膜を挿入している。金属配線３
上に１１２０×２２０μｍの孔部１１を有する電気絶縁層５を２μｍ厚のＳｉＯ_２で形成
した。電気絶縁層５上に１１６０×２６０μｍの孔形状を有し外側形状が１２４０×３４
０μｍの樹脂層１０を２μｍ厚で設けた。金属層ａ６は１２００×３００μｍの外側形状
で、金属層ａ６の端部から樹脂層１０の端部は２０μｍ突き出ている。金属層ａは０．０
２μｍ厚のＣｒと０．２μｍ厚のＣｕ、０．０２μｍ厚のＮｉＦｅの３層構造である。Ｃ
ｒは金属配線３および樹脂層１０と金属層ａ間の接合強度を上げるためで、ＮｉＦｅは金
属層ｂのＮｉＰ無電解めっきの下地とするためである。金属層ｂは外形状１１８０×２８
０μｍで、金属層ａの端部と金属層ｂの端部は１０μｍ離れている。金属層ｂは、３μｍ
厚のＮｉＰ無電解めっき膜と０．０５μｍ厚のＡｕめっき膜の２層とした。Ａｕめっき膜
は、ＮｉＰ無電解めっき膜の表面酸化防止と無鉛半田の濡れ性を上げるためである。無鉛
半田は外側形状は金属層ｂと同じで、厚みが３０〜４０μｍの略円弧状である。

図２に実施例１の電極端子の製造工程を示す。機能部品等の形成は省略し電極端子のみ
記載している。また、材料や寸法は前述しているので特に断りのない限り省略した。基板
２上に金属配線３をスパッターで形成した［図２ａ］］。金属配線３上にＳｉＯ_２をスパ
ッターで形成したのち、フォトレジストで孔部１１以外を覆いウエットエッチングを行っ
た。フォトレジストを有機溶剤で除去し孔部１１を有する電気絶縁層５を形成した［図２
ｂ）］。ポリイミド前駆体樹脂をスピンコートした後、フォトレジストパターンを形成し
そのフォトレジストパターンをマスクとして、ポリイミド前駆体樹脂を樹脂層１０の形状
にエッチング、熱硬化させて樹脂層１０を形成した［図２ｃ］］。金属層ａの形状が開い
たフォトレジストパターンを形成した上に、金属層ａ６の膜をスパッターで形成する。フ
ォトレジストを除去することで金属層ａ６の形状を得る、リフトオフと言う方法を用いた
［図２ｄ］］。続けて金属層ｂの形状が開いたフォトレジストパターンを形成し、無電解
めっきでＮｉＰ膜と金膜を形成した後、フォトレジストを除去し金属層ｂ７を得た［図２
ｅ）］。スクリーン印刷法を用い（９６．５Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ）組成のペースト
状無鉛半田５２’を、金属層ｂの端部から約１０μｍ離れるようにして形成した［図２ｆ
）］。２６０℃ｘ４５秒のリフロー処理を行い、ペースト状無鉛半田５２’を熔融して略
円弧状の無鉛半田５２を形成し、電極端子３０を得た［図２ｇ］］。熔融した無鉛半田は
表面張力で略円弧状になり、無鉛半田５２の端部は金属層ｂの端部で止まり、無鉛半田が
金属層ａまで溢れることはなかった。

図３に、第２の実施例を示す。実施例２は金属層ａのみで、実施例１の金属層ｂを持た
ない構造である。実施例１と金属膜ａの構成が異なるだけで、他は同じであるので金属膜
ａの構成と製造方法についてのみ説明する。

金属層ａ６は、０．０２μｍ厚のＣｒ層と０．０２μｍ厚のＮｉＦｅ層、３μｍ厚のＮ
ｉＰ層、０．０５μｍ厚のＡｕ層の４層で形成した。最下層のＣｒは金属配線３と金属層
ａ６の接合強度を上げるため、ＮｉＦｅは無電解めっきのＮｉＰの析出起点となるように
した。最上層のＡｕ膜は、ＮｉＰ無電解めっき膜の表面酸化防止と無鉛半田の濡れ性を上
げるためである。Ｃｒ膜とＮｉＦｅ膜はスパッター、ＮｉＰ膜とＡｕ膜は無電解めっきを
用いて形成した。

図４に、樹脂層の厚みとクラック発生率、金属層ｂと無鉛半田間のボイド発生率の関係
を示す。樹脂層は熱変形温度１５０℃のエポキシ系樹脂を用い、０．１５μｍから４０μ
ｍまで厚みを変えた。樹脂層以外の寸法や材質は実施例１と同じとした。図６に示す様な
４つの電極端子を持つ部品が４００個形成された基板を、各樹脂層厚みで５枚作製してク
ラック発生率を求めた。クラックは基板の表裏から実体顕微鏡で観察し、図９に示すクラ
ック２２，２２’，２２’’のいずれかが一つでもあった電極端子を、クラック発生した
端子とした。クラックの長さやクラックの形状（クラック２２，２２’，２２’’）の分
類は行っていない。各樹脂層厚みで、４電極×４００個×５枚＝８０００電極を検査して
いる。クラック発生率＝クラックの発生した電極端子数／８０００（％）で求めた。

金属層ｂと無鉛半田間のボイド発生率は、電極端子を引張り破壊し、金属層ｂと無鉛半
田の界面に直径５μｍ以上のボイドがあるか否かで判定した。５μｍ未満のボイドについ
ては無視した。ボイド発生率は、各基板の任意に電極端子２００個を選び合計１０００電
極端子を検査した。ボイド発生率＝ボイドの発生した電極端子数／１０００（％）で求め
た。

試料＃１は、樹脂層のない従来の電極構造であり比較のために作製した。樹脂層の厚み
が増えるに従いクラック発生率は減少し、試料＃５の樹脂層厚０．５μｍでクラックの発
生を無くすことができた。ボイドは試料１０から出始め試料＃１２の樹脂層厚４０μｍで
は、ボイド発生率２３．２％の高率でボイドが発生していた。このことから、樹脂層の厚
みは、０．５μｍ以上３０μｍ以下が良いことが確認できた。

図５に、樹脂層の熱変形温度とクラック発生率の関係を示す。熱変形温度が５０〜２５
０℃のエポキシ系樹脂と熱変形温度が１２０〜２６０℃のシリコン系樹脂の２種類を用い
た。供試したエポキシ樹脂の熱変形温度は５０℃，１１０℃，１９０℃，２０５℃、２５
０℃の５種類、シリコン系樹脂の熱変形温度は１２０℃，１７５℃，２３０℃，２６０℃
の４種類である。樹脂は配合組成の違いや添加物等の違いがあるためか粘度にばらつきが
あるため、樹脂層厚を一定にすることが難しい。実施例３でクラックの発生しない膜厚範
囲であれば良しとしたので、樹脂層の厚みは２μｍ〜１０μｍとした。樹脂層以外の寸法
や材質は実施例１と同じとした。熔融温度が２３０℃と２００℃の２種類の無鉛半田を用
いた。リフロー温度は熔融温度より３０℃高くしているので、２６０℃×４５秒と２３０
℃×４５秒の条件とした。

クラックは基板の表裏から実体顕微鏡で観察し、図９に示すクラック２２，２２’，２
２’’のいずれかが一つでもあった電極端子を、クラック発生した端子とした。クラック
の長さやクラックの形状（クラック２２，２２’，２２’’）の分類は行っていない。各
樹脂層厚みで、４電極×４００個×５枚＝８０００電極を検査している。クラック発生率
＝クラックの発生した電極端子数／８０００（％）で求めた。

熔融温度２３０℃の無鉛半田を用い、リフロー条件２６０℃×４５秒のとき、熱変形温
度２０５℃以下のエポキシ系樹脂、熱変形温度１７５℃以下のシリコン系樹脂では、クラ
ックの発生はなかった。熱変形温度２５０℃以上のエポキシ系樹脂、熱変形温度２３０℃
以上のシリコン系樹脂ではクラックの発生が見られ、熱変形温度とリフロー作業温度との
差が小さいほど、クラック発生率が大きくなっている。図５から、リフロー条件が２６０
℃の場合、ばらつきを含めても２００℃以下の熱変形温度の樹脂であれば、クラックの発
生を無くすことができる。

熔融温度２００℃の無鉛半田を用い、リフロー条件２３０℃×４５秒のとき、熱変形温
度１１０℃以下のエポキシ系樹脂、熱変形温度１７５℃以下のシリコン系樹脂では、クラ
ックの発生はなかった。熱変形温度１９０℃以上のエポキシ系樹脂、熱変形温度１７５℃
以上のシリコン系樹脂ではクラックの発生が見られた。図５から、リフロー条件が２３０
℃の場合、ばらつきを含めても１７０℃以下の熱変形温度の樹脂であれば、クラックの発
生を無くすことができる。これらの結果から、リフロー作業温度より６０℃以上熱変形温
度が低い樹脂を用いることで、クラックの発生が無くなることが確認できた。

本願発明を電極端子で説明してきたが電極端子に限らず、電気絶縁層上に端部を有する
金属層上にリフローで無鉛半田を形成する部位、部品にも、電気絶縁層と金属層間に樹脂
層を挿入してクラックを防止する本願発明を適用することができる。

実施例１の金属層ａと金属層ｂを有する電極端子の断面図である。実施例１の電極端子の製造工程を説明する図である。実施例２の金属層ａを有する電極端子の断面図である。実施例３の樹脂層の厚みとクラック発生率、金属層ｂと無鉛半田間のボイド発生率の関係を示す図である。実施例４の樹脂層の熱変形温度とクラック発生率の関係を示す図である。電極端子部を説明する図である。従来の電極部断面構造を示す図である。従来の他の電極部断面構造を示す図である。従来技術を適用試作した電極端子の断面図である。従来技術を適用試作した他の電極端子の断面図である。

符号の説明

１電極端子、
２基板、
３金属配線、
４機能部品、
５電気絶縁層、
６金属層ａ、
７金属層ｂ、
１０樹脂層、
１１孔部、
２２，２２’，２２’’ クラック、
４１半田、
４２最下層金属、
４３最上層金属、
５１ソルダーレジスト、
５２，５２’ 無鉛半田、
５３スルーホール、
５４ランド、
５５リード。

Claims

電気絶縁性基板上に機能部品が形成され、機能部品は金属配線で接続されており、金属
配線と外部配線とを半田接続する電極端子であって、金属配線は電気的接続をおこなう孔
部を除き電気絶縁層で覆われており、電気絶縁層上に電気絶縁層の孔部中心からの内側寸
法より大きな内側寸法を有する樹脂層が設けられており、電気絶縁層の孔部中心からの内
側寸法より大きく、樹脂層の外側寸法より小さい外側寸法を有する金属層ａが金属配線上
から樹脂層上まで設けられ、金属層ａ上には金属層ａの外側寸法と略同等の外側寸法を有
するリフローで形成された無鉛半田が設けられていることを特徴とする電極端子。
電気絶縁性基板上に機能部品が形成され、機能部品は金属配線で接続されており、金属
配線と外部配線とを半田接続する電極端子であって、金属配線は電気的接続をおこなう孔
部を除き電気絶縁層で覆われており、電気絶縁層上に電気絶縁層の孔部中心からの内側寸
法より大きな内側寸法を有する樹脂層が設けられており、電気絶縁層の孔部中心からの内
側寸法より大きく、樹脂層の外側寸法より小さい外側寸法を有する金属層ａが金属配線上
から樹脂層上まで設けられ、金属層ａ上に金属層ａの外側寸法と同等以下の外側寸法を有
する金属層ｂが設けられ、金属層ｂ上には金属層ｂの外側寸法と略同等の外側寸法を有す
るリフローで形成された無鉛半田が設けられていることを特徴とする電極端子。
樹脂層は、無鉛半田のリフロー作業温度より６０度以上低い熱変形温度を有する樹脂で
形成されていることを特徴とする請求項１および２に記載の電極端子。
樹脂層は、厚みが０．５μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１および
２に記載の電極端子。