JP2011018787A - 部品搭載基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｓｎ系Ｐｂフリー半田材料において、多段階実装で実装される形態のプリント回路基板（特に部品内蔵基板）の一次実装に使用できる半田で、セルフアライメント性と二次実装時の再加熱時の半田再溶融抑制効果とを両立できるものがなかった。
【解決手段】本発明は、一次実装用チップ部品１０８や一次実装用半導体部品１１１と、プリント回路基板１０１に一次実装接合部１１０を介して一次実装する際に、一次実装接合部１１０を、Ｓｎ系半田からなる半田部１２６と、Ｃｕ粉１２０と、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１２５で構成し、更にこの一次実装接合部１１０にＣｕ含有濃度が５重量％未満のＣｕ低濃度層１２８を設けることで、セルフアライメント性と、部品搭載基板１１５をマザーボード基板１１６等に二次実装する際の再溶融抑制効果とを両立する部品搭載基板１１５を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半田を用いて電子部品や半導体部品を第１のプリント回路基板上に実装してなる部品搭載基板を、第２のプリント回路基板（例えばマザーボード基板）上に半田実装され、携帯電話等を作成する際に使われる、部品搭載基板及びその製造方法に関するものである。

従来より、半田を用いて電子部品や半導体部品を第１のプリント回路基板上に実装（以下、一次実装と呼ぶ）してなる部品搭載基板を、更に半田を用いてマザーボード基板等の第２のプリント回路基板上に実装（以下、二次実装と呼ぶ）することが、携帯電話等の作成において利用されている。

ここで、一次実装に使われた半田が、二次実装時の加熱時に再溶融し、隣接部分のショート（例えば、半田フラッシュ）が発生することが知られている。

半田フラッシュについて図１８を用いて説明する。図１８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ従来の半田実装において発生した半田フラッシュについて説明する断面図である。

図１８（ａ）は、マザーボード基板に実装した部品搭載基板の内部に発生した半田フラッシュについて説明する断面図である。

図１８（ｂ）は、チップ部品に発生した半田フラッシュの一例を示す断面図であり、図１８（ａ）の点線１８ａで示した外部電極９付近の拡大図に相当する。

図１８（ｃ）は、半導体部品に発生した半田フラッシュの一例を示す断面図であり、図１８（ａ）の点線１８ｂで示したＢＧＡ１３付近の拡大図に相当する。

図１８において、チップ部品８ａや半導体部品１１は、プリント回路基板１（例えば、プリント回路基板１を第１のプリント回路基板として）に一次実装接合部１０（例えば、一次実装接合部１０に半田を使う）を用いて一次実装によって形成され、部品搭載基板１５を構成する。

また部品搭載基板１５やチップ部品８ｂは、更に二次実装接合部１７（例えば、二次実装接合部１７に半田を使う）を用いて、マザーボード基板１６（例えば、マザーボード基板１６を第２のプリント回路基板として）に二次実装される。

なお部品搭載基板１５を構成するプリント回路基板１は、少なくとも、基材２ａに一次実装用の外部導体３と二次実装用の外部導体４と内部導体５とビア導体６とからなる電気回路が形成されている。そして外部導体３、４の保護コートとして、ＰＳＲ（ソルダーレジスト）７が形成されている。また前記チップ部品８ａや半導体部品１１とプリント回路基板１との電気的な信頼性向上の為に、封止樹脂１４で封止されている。

なおチップ部品８ａは、部品内に２箇所以上の外部電極９を有する。また半導体部品１１は、外部電極１２とＢＧＡ１３（ボールグリッドアレイ）を有する。

図１８において、半田からなる一次実装接合部１０を用いて、チップ部品８ａや半導体部品１１をプリント回路基板１に一次実装してなる部品搭載基板１５は、モジュール基板として、半田を用いてマザーボード基板１６（あるいはマザーボード基板を第２のプリント回路基板として）に二次実装を行う。

このように実装を繰り返す場合において、一次実装接合部１０と二次実装接合部１７に、共に同一材料の半田を使用すると、二次実装時の半田加熱工程により、一次実装に用いた、半田が再溶融して、部品（例えばチップ部品８ａや半導体部品１１）とプリント回路基板１との一次実装接合部１０の接着性が低下する。

この結果、部品（例えばチップ部品８ａや半導体部品１１）が脱落し、あるいは移動し、隣接部品との接触ショート（例えば、図１８（ｂ）に示す半田フラッシュ１９ａや図１８（ｃ）の半田フラッシュ１９ｂ）が生じる。

特に部品搭載基板１５の保護、あるいはシールド目的（なお電磁界シールド用の金属膜等は図示していない）で、封止樹脂１４にて部品搭載基板１５の一次実装接合部１０を含む表層回路を密閉すると、二次実装時に再溶融した半田が低粘度流動性を有すると同時に、加熱により前記半田自体の体積が膨張する。そして封止樹脂１４とプリント回路基板１との界面接合部へ半田（例えば、一次実装接合部１０を構成していた半田）が浸透する力が働く。そしてこれら界面の接合部の密着強度以上の半田の浸透圧が加わった場合に、前記界面接合部にて剥がれが生じると同時に、接合部界面の前記剥がれ部へ溶融した半田が浸透し、半田フラッシュ（例えば、半田フラッシュ１９ａ、１９ｂ）を発生させる。そしてこの半田フラッシュ１９ａ、１９ｂが、部品搭載基板１５内での配線間等の電気的ショートの発生源となる可能性がある。

また半田フラッシュ１９ａ、１９ｂは、図１８（ｂ）（ｃ）に示すように、ＰＳＲ７と封止樹脂１４の界面で発生しやすく、他に異種材料間の接合部や材料内部破壊を起こす場合もある。

以上のように、半田の材料選定により、二次実装時に半田再溶融が起こり、場合によっては、一次実装接合部１０で半田フラッシュ１９ａ、１９ｂが発生しやすくなる場合がある。

こうした半田フラッシュの発生を防止するためには、一次実装で使った半田が、二次実装時に再溶融しないように、溶融温度等を高めることが望まれるが、再溶融温度を高めた従来の半田は、セルフアライメント性に欠けると言う課題がある。

次に、従来の半田実装におけるセルフアライメント課題について、図１９を用いて説明する。

図１９（ａ）（ｂ）は、それぞれ従来の部品搭載基板におけるセルフアライメント課題の一例を説明する側面図と上面図である。

図１９（ａ）は、Ｐｂフリー半田にＣｕ粉を添加して、耐半田フラッシュを改善した場合におけるセルフアライメント課題について説明する側面図であり、特にリフロー加熱後に、一定寸法だけずれた状態（すなわちセルフアライメントされていない状態）で実装された様子を模式的に示すものである。

図１９（ｂ）は、Ｐｂフリー半田にＣｕ粉を添加して、耐半田フラッシュ性を改善した場合におけるセルフアライメント課題について説明する上面図であり、特にリフロー加熱後に、一定角度だけずれた状態で（すなわちセルフアライメントされていない状態）を模式的に示すものである。

なおＰｄフリー半田にＣｕ粉（すなわちＣｕ粉）を添加して、耐半田フラッシュ性を改善した結果の詳細については、後述する図１６（ａ）（ｂ）や図１７等を用いて説明する。

図１９（ａ）（ｂ）において、プリント回路基板２０の上には、外部導体２１が形成されている。またチップ部品２４の端部に設けられた外部電極１２は、半田ペースト２２によって外部導体２１に接続される。点線２６はプリント回路基板２０上のチップ実装設計位置を示す。また点線２７は実際に実装したチップ部品２４の中心を示す。

なお図１９（ａ）における矢印２８は、点線２６と点線２７との位置ずれ量を示す。また図１９（ｂ）における矢印２９は、チップ部品２４のずれ角度を示す。

従来のＣｕ粉添加半田では、図１９（ａ）（ｂ）に示すように、半田溶融時の溶融状態を抑制する効果があるが、セルフアライメント性に欠けるため、図１９（ａ）（ｂ）に示したように、一次実装で搭載する部品のマウント時の一定以上の位置ずれ量（例えば矢印２８）やずれ角度（例えば矢印２９）が発生しやすかった。

例えば、特許文献１では、Ｃｕ粉添加半田が提案されている。また特許文献２では、Ｃｕ電極上の接着性付与剤が提案されているが、半田フラッシュ１９ａ、１９ｂの解決、さらには矢印２８で示した位置ズレや矢印２９で示した角度ズレ等に対応することはできなかった。

特許第３４１４３８８号公報 特許第２６８１７３８号公報

従来のＰｂフリー半田を用いた、一次実装や二次実装からなる多段階実装を用いた部品搭載基板において、半田再溶融抑制が得られず半田フラッシュを発生させる可能性があった。また耐半田フラッシュ性を高めるため、半田の再溶融抑制を行なった場合、リフロー時におけるセルフアライメント性が低下した。

このように、従来の部品搭載基板において、耐半田フラッシュ性とセルフアライメント性とを、同時に両立させることは困難であった。

そこで本発明は、一次実装や二次実装からなる多段階実装工程において、半田再溶融抑制効果とセルフアライメント性とを両立させることができる部品搭載基板及びその製造方法を提案することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の部品搭載基板およびその製造方法は、半導体部品もしくは電子部品のどちらか一つ以上の部品と、プリント回路基板とからなる部品搭載基板であって、前記部品と前記プリント回路基板との半田接合部は、Ｓｎ系半田とＣｕ粉とＣｕ−Ｓｎ合金とで構成されており、前記接合部にＣｕ含有濃度が５重量％未満の部分を設けた部品搭載基板とする。

この構成により、一次実装や二次実装からなる多段階実装工程において、一次実装に用いる半田は、一次実装時に充分なセルフアライメント性を有すると共に、二次実装時には半田再溶融抑制効果を有するため、セルフアライメント性と半田再溶融抑制という二つの課題を解決することができ、部品搭載基板の信頼性を高めることができ、各種電子機器の小型化、高性能化に貢献する。

実施例１の部品搭載基板の断面図 実施例１の部品搭載基板を、マザーボードに実装した様子を説明する断面図 部品搭載基板１１５における一次実装接合部の拡大断面図 （ａ）〜（ｄ）は、共にプリント回路基板の上にセルフアライメント性と耐半田フラッシュ性とを兼ね備えた一次実装接合部を有する部品搭載基板を製造する様子を説明する断面図 （ａ）（ｂ）は、共に一次実装用チップ部品を半田ペーストの上にセットする様子を示す断面図 （ａ）（ｂ）は、それぞれ一次実装終了後のサンプルの一次実装部の拡大断面図と、一次実装部のＣｕ（すなわち銅）の濃度分布を示す説明図 （ａ）〜（ｄ）は、共にセルフアライメントによる位置修正について説明する側面図 （ａ）〜（ｄ）は、共にセルフアライメントによる角度修正について説明する上面図 （ａ）（ｂ）は、共にＣｕ系の外部電極を、半田ペーストの上にセットする様子を説明する断面図 （ａ）（ｂ）は、それぞれＣｕ系外部電極を用いた場合の一次実装接合部の断面図と、一次実装接合部のＣｕ濃度分布を示す模式図 実施例４における一次実装用半導体部品のＢＧＡの一次実装について説明する断面図 （ａ）（ｂ）は、それぞれ実施例４における一次実装用半導体部品のＢＧＡの一次実装接合部について説明する断面図と、一次実装接合部のＣｕ濃度分布について説明する模式図 （ａ）（ｂ）は、共に比較例１として作成したサンプルの一次実装部分の製造工程を説明する断面図 （ａ）（ｂ）は、それぞれ比較例１における半田リフロー前後の様子を説明する断面図 図１４（ｂ）のサンプルの断面におけるＣｕ濃度分布の測定結果の一例を示す模式図 （ａ）（ｂ）は、共に比較例２について説明する断面図 図１６（ｂ）のサンプル断面のＸＭＡ分析結果の一例を示す模式図 （ａ）〜（ｃ）は、従来の半田実装において発生したある半田フラッシュについて説明する断面図 （ａ）（ｂ）は、それぞれ従来の部品搭載基板におけるセルフアライメント課題の一例を説明する側面図と上面図

（実施例１）
実施例１では、本発明の部品搭載基板の構造について説明する。実施例１で説明する部品搭載基板は、一次実装されるプリント配線に鉛フリー半田によって一次実装されるチップ部品や半導体部品は、一次実装時の半田リフロー時に充分なセルフアライメント性を有すると共に、二次実装時に課題となる半田フラッシュに対して、充分な耐半田フラッシュ性を有している。

図１は、実施例１の部品搭載基板の断面図である。

図１において、１００ａ、１００ｂは点線、１０１はプリント回路基板（例えば、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させてなる、ガラスエポキシ基板と呼ばれるものが使える）、１０２は基材である。

１０３は一次実装用外部導体、１０４は二次実装用外部導体、１０５は内部電極であり、プリント回路基板１０１の、それぞれ異なる面に形成されている。例えば、プリント回路基板１０１の上面側が一次実装用外部導体１０３、裏面側が二次実装用外部導体１０４となるが、この構成に限定する必要はない。

１０６はビア導体、１０７はソルダーレジストである。プリント回路基板１０１は、複数の内部電極１０５と、この内部電極１０５間を接続するビア導体１０６と、これらを絶縁する基材１０２と、表層に設けた一次実装用外部導体１０３や二次実装用外部導体１０４から構成されている。

１０８は一次実装用チップ部品であり、例えば角チップ抵抗器や積層セラミックコンデンサ、チップコイル等の電子部品であるが、必ずしもチップ形状に限定する必要は無い。１０９は外部電極であり、外部電極１０９は、一次実装用チップ部品１０８の端部等に形成されている。１１０は一次実装接合部であり、一次接合部は、例えば後述する図６等で説明する構造であり、この構造によって一次実装時に充分なセルフアライメント性を有すると共に、二次実装時には半田再溶融抑制効果を有することができ、セルフアライメント性と半田再溶融抑制という二つの課題を解決する。

１１１は一次実装用半導体部品、１１２は外部電極であり、外部電極１１２は一次実装用半導体部品１１１の実装面等に設けられている。１１３はＢＧＡ（ボールグリッドアレイとも呼ばれる）、１１４は封止樹脂である。

一次実装用チップ部品１０８や一次実装用半導体部品１１１は、外部電極１０９やＢＧＡ１１３等に接続された一次実装接合部１１０を介して、プリント回路基板１０１の一次実装用外部導体１０３に接続される。

なお封止樹脂１１４の表面に、スパッタ等による金属薄膜（図示していない）や、印刷等による導電ペースト膜（図示していない）によるシールド膜（図示していない）を形成することで、部品搭載基板１１５のシールド特性を高められる。

なおシールド膜を形成した場合、プリント回路基板１０１の側面等（なお全側面とすることで、接続安定性を高められる）に表出させた内部導体１０５の一部をＧＮＤ電極（グランド電極）とし、ここに電気的に接続することが望ましい。

図２は、実施例１の部品搭載基板１１５を、マザーボード基板１１６に実装した様子を説明する断面図である。

実施例１の部品搭載基板１１５は、プリント回路基板１０１に、一次実装用チップ部品１０８や、一次実装用半導体部品１１１を、実装する際（例えば、一次実装する際）に、優れたセルフアライメント性を有している。またこの一次実装した後に、封止樹脂１１４で封止し、マザーボード等に、二次実装する場合においても、優れた耐半田フラッシュ性を有しているため半田フラッシュが発生しない。

図２において、１１６はマザーボード基板、１１７は二次実装接合部、１１８は二次実装部品である。二次実装部品１１８は、マザーボード基板１１６に二次実装接合部１１７を介して実装される（あるいは二次実装される）チップ部品や半導体部品である。

図２に示すように、マザーボード基板１１６は、複数の内部電極１０５と、この内部電極１０５間を接続するビア導体１０６と、これらを絶縁する基材１０２と、表層に設けた部品搭載基板１１５や、二次実装部品１１８や部品搭載基板１１５を実装するための二次実装用外部導体１０４から構成されている。

また図２に示すように、マザーボード基板１１６に部品搭載基板１１５は、二次実装接合部１１７を介して実装される（すなわち二次実装される）ことになるが、本願発明の場合、部品搭載基板１１５に内蔵される一次実装接合部１１０は、前述の図１８（ｂ）（ｃ）で説明した半田フラッシュ１９ａ、１９ｂが発生しない（詳細は、後述する実施例２で説明する）。

図２において、部品搭載基板１１５は、図１に示したものであり、プリント回路基板１０１の上に、一次実装用チップ部品１０８や一次実装用半導体部品１１１が一次実装接合部１１０を介して一次実装用外部導体１０３に接続され、封止樹脂１１４で封止されたものである。

次に、図３を用いて、部品搭載基板１１５における一次実装接合部１１０の細部について説明する。

図３は、部品搭載基板１１５における一次実装接合部１１０の拡大断面図であり、例えば図１の点線１００ａで示した部分に相当する。

図３において、一次実装用チップ部品１０８の端部には外部電極１０９が形成され、プリント回路基板１０１の表層に設けられた一次実装用外部導体１０３に、一次実装接合部１１０を介して実装されている。なお図３において、一次実装用チップ部品１０８の直下のプリント回路基板１０１上に形成された、ソルダーレジスト１０７は、無くても良い。一次実装用チップ部品１０８の両端に設けられた外部電極１０９（あるいはこの外部電極１０９に設けられた一次実装接合部１１０）の間のソルダーレジスト１０７を省くことで、一次実装用チップ部品１０８とプリント回路基板１０１（あるいは基材１０２）との間の隙間の高さを大きくできるため、封止樹脂１１４の、この隙間への充填性を高められる。

このように、実施例１で説明した部品搭載基板１１５は、二次実装部品１１８等と共に、マザーボード基板１１６上に二次実装された（あるいは二次実装接合部１１７を介して実装された）場合であっても、部品搭載基板１１５中の一次実装接合部１１０は、前述の図１８（ｂ）（ｃ）で説明した半田フラッシュ１９ａ、１９ｂの発生を防止する。

次に、実施例２を用いて、実施例１で説明した部品搭載基板１１５の製造方法の一例を説明する。

また実施例２では、前述の図１８（ｂ）（ｃ）で説明した半田フラッシュ１９ａ、１９ｂが、実施例１の部品搭載基板１１５において解決できるメカニズムについても説明する。

（実施例２）
実施例２では実施例１で説明した部品搭載基板１１５の製造方法の一例について、図４〜図６を用いて説明する。

実施例２における部品搭載基板１１５における一次実装接合部１１０は、プリント回路基板１０１上で、優れたセルフアライメント性（セルフアライメント性については、後述する図７（ｂ）（ｃ）や図８（ｃ）（ｄ）で説明する）と耐半田フラッシュ性（耐半田フラッシュ性については、後述する（表１）や（表２）で説明する）とを兼ね備えている。

図４（ａ）〜（ｄ）は、共にプリント回路基板１０１の上にセルフアライメント性と耐半田フラッシュ性とを兼ね備えた一次実装接合部１１０を有する部品搭載基板１１５を製造する様子を説明する断面図である。

図４において、１１９は接着層、１２０はＣｕ粉（あるいは銅粉）、１２１はＣｕ粉層、１２２は半田粉、１２３はフラックス等、１２４は半田ペーストを示す。

図４（ａ）は、一次実装用チップ部品１０８や一次実装用半導体部品１１１（共に図示していない）を実装するためのプリント回路基板１０１の一部を示す断面図である。図４（ａ）より部品搭載基板１１５を構成するプリント回路基板１０１は、少なくとも、基材１０２と、その上に形成された一次実装用外部導体１０３（この部分が、半田実装用のランド部も兼ねる）とからなることを示す。

図４においてプリント回路基板１０１の上には、一次実装用外部導体１０３が形成されている。なお一次実装用外部導体１０３は、例えば、Ｃｕ箔をウエットエッチングしたものである。なおＣｕ箔の厚みは、８〜２０μｍのものを使用した。

また一次実装用外部導体１０３を構成するＣｕ箔の半田接合側の平均表面粗さＲａは０．１μｍ以上３．０μｍ以下のものを使用することが望ましい。平均表面粗さＲａを０．１μｍ未満に小さくすると、ソルダーレジスト１０７は封止樹脂１１４との接合性が悪くなる場合がある。また平均表面粗さＲａが３．０μｍを超えると、Ｃｕ箔のフォトリソ工程で、パターンの寸法精度が低下する場合がある。

図４（ｂ）は、プリント回路基板１０１の一次実装用外部導体１０３の上に接着層１１９を形成する様子を示す。なお接着層１１９の形成には、印刷や塗布、スプレー、転写、インクジェット等を使うことができる。

図４（ｂ）において、接着層１１９は、Ｃｕ粉１２０を、一次実装用外部導体１０３の表面に接着するために設けられている。

またＣｕ粉１２０は、粒径５〜３５μｍのものを使用することが望ましい。Ｃｕ粉１２０として、例えばめっきや蒸着でその表面にＡｇコート膜を形成することで、半田接合時の加熱温度による流動性が向上し、ボイドや空隙（共に図示していない）を低下する効果が得られる。なおＣｕ粉１２０に形成するＡｇコートの量は、Ａｇコート済みＣｕ粉重量に対して、Ａｇは１重量％以上２０重量％以下が望ましい。

なお図４（ｃ）において、Ｃｕ粉１２０は、単層で形成する必要はなく、接着層１１９の厚みや、Ｃｕ粉１２０の粒径の違い（例えば、大小異なる粒径のＣｕ粉１２０の混合粉とする。なお図４（ｃ）においては略同じ大きさのＣｕ粉１２０の場合だけを図示している）等によって、その厚みを増減できる。例えば、Ｃｕ粉１２０の粒径を、例えば、５〜１０μｍ程度と、３０〜３５μｍ程度のように、異なる粒径のＣｕ粉１２０をブレンドすることで、有用である。

なおＡｇコートが１重量％未満では、一次実装接合部１１０中のボイド削減効果が見られない場合がある。また２０重量％以上では、Ｃｕ粉１２０と半田部１２６（例えば後述する図６)とで形成されるＣｕ−Ｓｎ合金層１２５（例えば後述する図６）による半田再溶融効果に影響を与える可能性がある。

次に接着層１１９に粘着性付与化合物を使用した場合について述べる。粘着性付与化合物とは、粘着剤付与物の溶液中にプリント回路基板１０１を浸漬した際に、化学反応によってプリント回路基板１０１の金属露出部である一次実装用外部導体１０３の表面に、粘着性を有した有機性の皮膜を形成できるものである。

粘着性付与化合物について、詳しく述べる。粘着性付与化合物は、イミダゾール系誘導体、ナフトトリアゾール系誘導体、メルカプトベンゾチアゾール系誘導体、ベンゾイミダゾール系誘導体、ベンゾトリアゾール系誘導体及びベンゾチアゾールチオ脂肪酸等の中から、１つ以上の材料を選ぶことができる。

次に、前述の図４（ｃ）に示すように、粘着性付与化合物を用いた方法により、Ｃｕ粉１２０を一次実装用外部導体１０３に形成する方法について、説明する。

まずプリント回路基板１０１において、半田実装を行う一次実装用外部導体１０３以外の金属露出部には、粘着性付与化合物の溶液に接触しないように、マスキングを行う。

次に少なくとも１種類以上の粘着性付与化合物の水溶液を作り、無機酸や有機酸を用いて、ｐＨを３〜４に調整する。なお粘着性付与化合物の水溶液の濃度は、０．５重量％〜２０重量％の範囲内が好ましい。この濃度が、０．５重量％未満の場合、粘着性が低下する場合がある。また２０重量％を超えると、接着層１１９の厚みにバラツキが発生する場合がある。

その後、この粘着性付与化合物を溶融した溶液中にプリント回路基板１０１を浸漬する。浸漬温度は、３０〜６０℃の範囲内が望ましい。また浸漬時間は、５秒〜５分間の範囲内が適当である。

なお粘着性付与化合物の水溶液のｐＨ調整用酸として、塩酸、硫酸や燐酸等の無機酸または、有機酸として、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、リンゴ酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸の中から一つ以上を選択することが望ましい。こうした部材は、プリント回路基板１０１の信頼性等に影響を与えにくい。

以上の粘着性付与化合物を用いることでＣｕ粉１２０を一次実装用外部導体１０３上に付着させることが望ましいが、この方法はフラックスを印刷塗布して、これを接着層１１９とし、あるいはＣｕ粉１２０とフラックスを混合したペーストを印刷塗布した場合に比べて、微細なパターンにも対応できるからである。

なお接着と、粘着は区別する必要は無い。粘着であっても接着であっても、実質的に一次的にＣｕ粉１２０を保持できれば良いためである。

図４（ｃ）は、一次実装用外部導体１０３の上に形成された接着層１１９を利用して、Ｃｕ粉１２０を接着し、Ｃｕ粉層１２１を形成した様子を示す断面図である。

図４（ｃ）において、半田粉１２２の組成は、Ｓｎ系Ｐｂフリー半田であるＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕを用いた。これは半田接合部のＳｎの含有量が多い場合により効果的であり、Ｓｎを主成分とする半田であれば同様な効果が期待できるためである。なお半田粉１２２には、粒径５〜３５μｍのものを使用することが、コスト的にも取り扱い的にも望ましい。

フラックス等１２３とは、例えばフラックスや溶剤等の混練物であり、半田粉１２２を、ペースト化する際に使用されるものである。なおフラックス等１２３には、樹脂成分やチクソ剤や活性剤を含むことが望ましい。

図４（ｄ）は、Ｃｕ粉層１２１の上に、半田ペースト１２４を形成した様子を示す断面図である。図４（ｄ）より、半田ペースト１２４は、少なくとも、半田粉１２２と、半田粉１２２を分散する、フラックスや溶剤等からなる流動成分であるフラックス等１２３から形成されていることが判る。

次に、図５を用いて、一次実装用チップ部品１０８（図示していない）をセットする様子を説明する。

図５（ａ）（ｂ）は、共に一次実装用チップ部品１０８を半田ペースト１２４上にセットする様子を示す断面図であり、セルフアライメントする前の状態である。なお図５（ａ）（ｂ）は、共に本発明の半田実装の半田リフロー炉等による加熱処理前の断面構造に相当する。

図５（ａ）における矢印は、一次実装用チップ部品１０８（図示していない）の一部である外部電極１０９を半田ペースト１２４にセットする様子を示す。

図５（ａ）において外部電極１０９は、Ｃｕ電極やＡｇ電極にＮｉめっきとＳｎめっきをしたものを用いることが望ましい。これは半田濡れ性を高められる。

図５（ｂ）は、一次実装用チップ部品１０８（図示していない）の一部である外部電極１０９を半田ペースト１２４の上にセットした後の様子を示す断面図である。そして図５（ｂ）のサンプルを半田リフロー等の加熱工程を用いた一次実装を行なう。この加熱工程によって、図５（ｂ）に示した半田粉１２２等は溶融し、後述する図６（ａ）に示す一次実装接合部１１０を形成する。

次に、図６を用いて、半田ペースト１２４を溶融した後の状態について説明する。なおこの半田ペースト１２４を、リフロー炉等で溶融する際に、セルフアライメント効果が得られる。なおセルフアライメント効果の詳細は、後述する（表１）や図７（ｂ）（ｃ）等で説明する。

図６（ａ）（ｂ）は、それぞれ一次実装終了後のサンプルの一次実装部の拡大断面図と、一次実装部のＣｕ（すなわち銅）の濃度分布を示す説明図である。なお図６（ａ）（ｂ）は、セルフアライメントされた後の状態であり、半田リフロー炉等による加熱処理後の断面構造に相当する。

図６において、１２５はＣｕ−Ｓｎ合金層、１２６は半田部、１２７はＣｕ高濃度層を、１２８はＣｕ低濃度層を示す。半田部１２６は、前述の図５（ｂ）の半田粉１２２が溶融してなる部分である。

そして図６（ａ）における一次実装接合部１１０は、図５（ｂ）に示した半田粉１２２が、Ｃｕ粉１２０を内在した状態で溶融し、冷えて固化した部分に相当する。

図６（ａ）は、例えば一次実装部の断面の細部を説明する断面図であり、例えば一次実装部の顕微鏡写真（あるいは電子顕微鏡写真）を模式的に示すものである。

図６（ａ）より、一次実装用チップ部品１０８（図示していない）の外部電極１０９と、プリント回路基板１０１の表層に設けられた一次実装用外部導体１０３との間には、一次実装接合部１１０が形成されていることが判る。

図６（ａ）に示すように、一次実装接合部１１０は、銅箔等からなる一次実装用外部導体１０３の表面に形成されたＣｕ−Ｓｎ合金層１２５と、Ｃｕ粉１２０の表面に形成されたＣｕ−Ｓｎ合金層１２５と、半田粉１２２が溶融、一体化してなる半田部１２６とからなる。ここで一次実装用外部導体１０３の表面に形成されたＣｕ−Ｓｎ合金層１２５とは、銅箔（すなわち一次実装用外部導体１０３）と半田部１２６との界面に発生した合金層である。

またＣｕ粉１２０の表面に形成されたＣｕ−Ｓｎ合金層１２５とは、図４（ｂ）（ｃ）や図５（ａ）（ｂ）で説明した、接着層１１９で接着したＣｕ粉１２０が、半田粉１２２の溶融と共に、半田部１２６の中に分散し、あるいは浮遊し、あるいは点在、あるいは凝集したものであり、Ｃｕ粉１２０の表面には半田部１２６との接触によって発生したＣｕ−Ｓｎ合金層１２５が形成されている。

図６（ａ）に示すように、一次実装接合部１１０を、プリント回路基板１０１側に設けたＣｕ高濃度層１２７と、一次実装用チップ部品１０８側に設けたＣｕ低濃度層１２８と、から構成することで、セルフアライメント性と耐半田フラッシュ性とを両立することができる。

これはＣｕ低濃度層１２８がセルフアライメント性を発現させ、半田部１２６の中のＣｕ粉１２０と、このＣｕ粉１２０の表面に形成されたＣｕ−Ｓｎ合金層１２５が耐半田フラッシュ性を発現させるためである（詳細は、後述する（表１）等で説明する）。

なお図６（ａ）における一次実装用外部導体１０３は、プリント回路基板１０１に設けられたＣｕ箔である。外部電極１０９は、一次実装用チップ部品１０８（図示していない）の外部電極である。図６に示す外部電極１０９は、半田部１２６の一成分であるＳｎと合金層（例えば、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１２５）を作らない材料であり、Ｃｕを含んでいない。

なお外部電極１０９が多層構造で、Ｃｕ系の材料で内部層を形成し、このＣｕ系の内部層を覆うめっき層を外部層とした場合、更にはＣｕ系の内部層と半田中のＳｎが相互拡散を防止するバリアになるめっき層（例えば、ＮｉやＰｄ）がある場合は、外部電極１０９として使用可能である。こうしためっき層としては、内部層側にＮｉめっき、外部層側にＳｎめっきとしたものが使える。また内部層側にＮｉめっき、外部層側にＡｕめっきとすることも有用である。また内部層側にＰｄめっきと内部層側にＰｄめっきと、外部層の外部電極１０９側にＡｕめっきの組合せとすることも有用である。

また図６（ａ）において、一次実装接合部１１０は、Ｓｎ系Ｐｂフリー半田であり、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系やＳｎ−Ｃｕ系半田である。前記Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系Ｐｂフリー半田としては、Ｓｎ−3.0Ａｇ−0.5Ｃｕ（融点２１７〜２２０℃）やＳｎ−3.8Ａｇ−0.7（融点２１８〜２１９℃）などを選べる。前記Ｓｎ−Ａｇ系半田として、Ｓｎ−3.5Ａｇ（融点２２１℃）を選べる。前記Ｓｎ−Ｃｕ系半田には、Ｓｎ−0.7Ｃｕ（融点２２７℃）を選べる。本発明では、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田を使用したが、Ｓｎを主成分とする半田では、同様な効果が得られることは言うまでもない。

またＣｕ粉１２０の主成分はＣｕである。なおＣｕ粉１２０の８０ｗｔ％以上、望ましくは９０ｗｔ％以上をＣｕとすることが望ましい。Ｃｕの割合が８０ｗｔ％未満の場合、電気抵抗が増加する場合がある。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１２５（Ｃｕ₃Ｓｎ、Ｃｕ₆Ｓｎ₅）である。なおＣｕ粉１２０は、粒径５〜３５μｍの範囲のものを使用した。

次に図６（ｂ）を用いて、図６（ａ）の一次実装接合部１１０のＣｕ濃度分布を説明する。図６（ｂ）は、図６（ａ）の一次実装接合部１１０の厚み方向のＣｕ濃度分布を示す模式図である。なおＣｕ分布濃度は、蛍光Ｘ線分析（ＸＭＡ：Ｘ線マイクロアナリシスと呼ばれることもある）を用いた。

なお図６（ａ）において、異なる粒径のＣｕ粉１２０をブレンドした場合、半田粉１２２の溶融に伴い、小さな粒径のＣｕ粉１２０（図６（ａ）には図示していないが）が優先的に溶融した半田層の中に、対流等で浮き上がらせることができる。そのため、Ｃｕ粉１２０の添加量、表面処理、粒径等を調整することで、Ｃｕ低濃度層１２８の厚み制御やその再現性を高められる。

なおＣｕ粉１２０は、球状が望ましいが、球状に拘る必要は無い。これは球状とすることで、半田部１２６とのＣｕ−Ｓｎ合金層１２５の形成の反応性を調整できるためである。

なおＣｕ粉１２０の表面を有機的に処理することで、同様にＣｕ−Ｓｎ合金層１２５の形成を遅らせる、あるいはその反応開始温度を調整することができる。例えば、２００℃以上、望ましくは半田付け温度前後で分解、あるいは消失するような有機成分（例えば、樹脂や有機化合物等）を、Ｃｕ粉１２０の表面に付着させておけば良い。

このようにＣｕ粉１２０の表面を処理した場合、Ｃｕ粉１２０の形状は、球状以外の、リンペン状、あるいはフレーク状、あるいは凝集体の塊等としても良い。

図６（ｂ）において、Ｘ軸はＣｕ濃度（単位は任意）、Ｙ軸は一次実装接合部１１０の厚みを示す。

図６（ｂ）において、外部電極１０９（例えば図６（ａ）に図示）の領域部分や、一次実装用外部導体１０３（例えば図６（ａ）に図示）の領域部分は、共に図示していない。

図６（ｂ）より、一次実装接合部１１０は、プリント回路基板１０１側に設けたＣｕ高濃度層１２７と、一次実装用チップ部品１０８側に設けたＣｕ低濃度層１２８と、から構成されることが判る。

なおＣｕ高濃度層１２７とは、Ｃｕ濃度が５重量％以上７０重量％以下の領域を示す。

またＣｕ低濃度層１２８とは、Ｃｕの濃度が０重量％以上５重量％未満の領域をＣｕ低濃度層１２８とした。なおこれらＣｕ濃度は、蛍光Ｘ線（例えば、ＸＭＡやＥＰＭＡ、ＥＤＡＸ等で知られる分析手法を使えば良い）を使うことが望ましい。なおＣｕ濃度は、重量％で示しているが、正確には検量線等を用いた補正が必要となるが、実質的にはＸＭＡ装置に内蔵された検量線をそのまま流用すればよい。なおＸＭＡの装置によっては、重量％と記載されていない場合（例えば％だけ）があるが、その場合は、そのＸＭＡ装置による単位（例えば％）を用いれば良い。

なおＣｕ箔部分では、Ｃｕが１００％あるいはＣｕが１００重量％となることは言うまでもない。

またＣｕ濃度は、場所によってバラツキがあるので、その平均値とすれば良い。なおＣｕ濃度はＣｕ粉１２０の有無で大きくばらつく場合は、Ｃｕ粉１２０の粒径の５倍の広さ（平面方向）を基準面積し、この基準面積に占めるＣｕ粉１２０の断面積を百分率（％）とし、これをＣｕの重量％としても良い。

なおＣｕ粉１２０の表面に形成されるＣｕ−Ｓｎ合金層１２５の厚みは、０．１μｍ以上Ｃｕ粉１２０の粒径以下が望ましい。０．１μｍ未満の場合、効果が得られない場合がある。また粒径より大きくするには時間がかかる場合がある。

以上のように、一次実装接合部１１０に、Ｃｕ低濃度層１２８を設けることで、一次実装用チップ部品１０８の一次実装に用いる半田（あるいは一次実装接合部１１０）において、半田再溶融抑制効果とセルフアライメント性とを両立させることができ、部品搭載基板１１５の信頼性を高めることができる。

特に、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１２５の融点は、二次実装における半田付け温度より、高くすることができるため、二次実装時に部品搭載基板１１５の耐半田フラッシュ性を向上させる効果が得られる。

次に、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１２５を形成する様子について説明する。

部品搭載基板１１５の一次実装接合部１１０は、半田実装時に（すなわち一次実装時に）半田の融点以上の温度で熱処理を行っている。そして半田ペースト１２４が溶融状態に達して、溶融した半田の内部には、表面張力と熱対流によって流動状態が発生する。このとき、一次実装用外部導体１０３上の接着層１１９を用いて接着したＣｕ粉１２０が溶融流動した半田部１２６中に分散する。そして半田部１２６の中に分散したＣｕ粉１２０は、一次実装用チップ部品１０８の外部電極１０９側に分散し始める。更に溶融流動した半田部１２６に浮遊するＣｕ粉１２０の表面には、前記Ｃｕ粉１２０のＣｕ成分とＳｎ系Ｐｂフリー半田中のＳｎ成分の相互拡散によって、耐熱性（更には溶融温度が上がった）Ｃｕ−Ｓｎ合金層１２５（例えば、Ｃｕ₃Ｓｎや、Ｃｕ₆Ｓｎ₅）をＣｕ粉１２０の表面に生成することとなる。

このＣｕ−Ｓｎ合金層１２５は、半田部１２６の溶融時に経時的に成長するため、このＣｕ−Ｓｎ合金層１２５が溶融状態の半田部１２６の流動を抑制し始める。

そして、このＣｕ−Ｓｎ合金層１２５が形成された一次実装接合部１１０は、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１２５の溶融温度が、二次実装接合部１１７の実装温度より高温であるため、二次実装時に一次実装接合部１１０が再溶融することがない。その結果、前述の図１８（ｂ）（ｃ）で説明した半田フラッシュ１９ａ、１９ｂが発生しない（あるいは半田フラッシュの抑制効果、あるいは耐半田フラッシュ性が得られる）。以上、実施例２で説明するように、図５（ｂ）の状態のものを、半田リフロー炉やヒーターブロックを用いて、半田粉１２２の融点以上に加熱し、セルフアライメントすると同時に図６（ａ）（ｂ）に示す状態とする。

このように、実施例１、２の部品搭載基板１１５の一次実装は、図４、図５に示すように、Ｃｕ粉１２０からなる層と、セルフアライメントを有するＳｎ系Ｐｂフリーの半田ペースト１２４との２層構造を形成することに特長がある。

すなわち実施例２における一次実装接合部１１０は、この２層構造において、半田実装時の半田粉１２２の融点以上の温度で熱処理を行うことで、半田ペースト１２４が溶融状態に達して、溶融した半田は、表面張力と熱対流によって流動状態が発生する。その結果、一次実装用外部導体１０３上の接着層１１９に付着させたＣｕ粉１２０が溶融流動した半田部１２６（例えば図６）中の、搭載部品の外部電極１０９側へ分散し始める。

そして、この溶融流動した半田部１２６に浮遊するＣｕ粉１２０の表面において、Ｃｕ粉１２０のＣｕ成分とＳｎ系Ｐｂフリー半田のＳｎ成分とが、相互拡散してなる耐熱性を有するＣｕ−Ｓｎ合金層１２５（例えば、Ｃｕ₃Ｓｎ、Ｃｕ₆Ｓｎ₅）が、このＣｕ粉１２０近傍に生成し、更に経時的に成長する。

そのため、溶融流動性を有していた半田部１２６は次第に流動性が抑制され始める。

以上の方法によって、半田部１２６の半田接合時の加熱処理において、加熱初期段階では、半田部１２６の良好な溶融流動状態を得ることができると、同時に、半田部１２６の溶融流動による、半田部１２６中に分散させたＣｕ粉１２０とその近傍から成長したＣｕ−Ｓｎ合金層１２５による耐熱性の構造を任意に作ることが可能となる。

なお半田部１２６の厚み方向のＣｕ濃度が０重量％以上５重量％以下のＣｕ低濃度層１２８の厚みを５〜２５μｍの範囲の中に抑えることにより、セルフアライメント性と半田再溶融抑制効果を両立できる半田接合部の構造が実現できる（詳細は、後述する（表１）等で説明する）。

以上のように本発明の製造方法を用いることにより、セルフアライメントによる高精度及び半田再溶融の抑制効果を有する部品搭載基板１１５を容易に製造できる。

（実施例３）
次に実施例３を用いて、実施例２におけるセルフアライメント効果について、図７、図８を用いて位置修正と角度修正の面から、説明する。

図７（ａ）〜（ｄ）は、共にセルフアライメントによる位置修正について説明する側面図である。

図７において、１２９はセンターであり、一次実装用チップ部品１０８の実装時におけるセンター位置を示す。１３０は位置ずれ量（半田溶融前）、１３１は位置ずれ量（半田溶融後）である。

図７（ａ）は、プリント回路基板１０１上に形成されたＣｕ箔である外部導体５１の断面状態である。

図７（ａ）に示すようにプリント回路基板１０１の表面には、一次実装用外部導体１０３が形成されている。なお図において、ソルダーレジスト１０７等は図示していない。

図７（ｂ）は、一次実装用外部導体１０３を覆う様に、接着層１１９を形成した状態である。接着層１１９は、Ｃｕ粉１２０を付着させることが目的であり、半田接合後に半田ペースト１２４の成分であるフラックスを溶剤で溶かした溶液を印刷やディスペンサーやインクジェットによって、形成できる。また、実施例３に示す粘着性付与化合物であるイミダゾール系誘導体などを用いて、接着層１１９を形成する。

図７（ｂ）は、一次実装用外部導体１０３の上に、半田ペースト１２４を所定パターンで印刷形成する様子を示す。

図７（ｃ）は、前記接着層１１９にＣｕ粉１２０を接着させた状態である。

Ｃｕ粉１２０の付着方法は、事前に接着層１１９を形成した上に、Ｃｕ粉１２０を噴霧し、付着させることができる。なお目的外位置に付着した部分のＣｕ粉１２０はエアーブロー装置で除去すればよい。また接着層１１９の代わりに、Ｃｕ粉１２０をフラックスと混合してペースト状にしたものを、印刷して形成してもよい。

図７（ｃ）は、半田ペースト１２４の上に、一次実装用チップ部品１０８をセットした様子を示す。図７（ｃ）の位置ずれ量（半田溶融前）１３０の矢印に示すように、センター１２９より、一定量だけ、位置ずれ量（半田溶融前）が発生する場合がある。

図７（ｄ）は、Ｃｕ粉１２０で形成したＣｕ粉層１２１上に、半田ペースト１２４により、半田印刷膜を形成した状態である。半田ペースト１２４は、メタルマスクを用いた印刷または、ディスペンサーにより形成が可能である。半田ペースト１２４の厚みは、２５〜１００μｍの厚みにした。半田ペースト１２４の厚みは、Ｃｕ粉１２０の粒径の１〜２０倍の範囲にしたが、半田再溶融抑制効果の点では、１〜５倍の範囲が好ましい。１倍未満では半田再溶融の抑制効果が得られない場合がある。また５倍を超えると、半田フラッシュが発生する可能性が考えられる。

図７（ｄ）は、半田溶融に伴うセルフアライメント効果が得られた状態を示す側面図である。図７（ｃ）に示した半田ペースト１２４は、溶融し、図７（ｄ）に示す一次実装接合部１１０と共に、セルフアライメント効果が得られる。その結果、図７（ｄ）に示すように、「位置ずれ量（半田溶融後）１３１」＜「位置ずれ量（半田溶融前）１３０」の関係を満たすことになる。

なお図７（ｃ）、図８（ｃ）は、例えば図５（ｂ）に示す、マウンター装置（図示していない）にて、一次実装用チップ部品１０８の外部電極１０９を半田ペースト１２４上に配置した状態に相当する。

次に、発明者らが行なった、半田溶融に伴うセルフアライメント効果（例えば図７）についての確認実験結果について説明する。

発明者らは、０６０３型（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ）のチップ部品（Ｎ＝３００個）について行なった。

まず市販のマウンター（自動実装機）を使い、図７（ｃ）のように、一次実装用のプリント回路基板１０１の上に、０６０３型のチップ部品をセットした。なお実装位置（半田溶融前）１３０が５０μｍ以上になるよう（実測値で６０μｍ〜８０μｍになった）、わざと実装位置をずらし、図７（ｃ）の状態とした。

その後、このサンプルを、半田リフローし、位置ずれ量（半田溶融後）１３１を測定したところ、位置ずれ量（半田溶融後）１３１は１２μｍ〜１６μｍであり、目標スペックである５０μｍ未満（望ましくは２５μｍ未満）に、全数が収まり、半田溶融に伴うセルフアライメント現象が発現したことが確認できた。

次に、図８を用いて、角度修正におけるセルフアライメントについて説明する。

図８（ａ）〜（ｄ）は、共にセルフアライメントによる角度修正について説明する上面図である。

図８において、１３２は、ずれ角度（半田溶融前）、１３３は、ずれ角度（半田溶融後）である。なお当初の実装時にずれ角度（半田溶融前）１３２であったものが、溶融した半田の表面張力によって、ずれ角度（半田溶融後）１３３で、小さくなることをセルフアライメント効果とする。

図８（ａ）に示すようにプリント回路基板１０１（あるいは基材１０２）の表面には、一次実装用外部導体１０３が形成されている。なお図において、ソルダーレジスト１０７等は図示していない。

図８（ｂ）は、一次実装用外部導体１０３の上に、半田ペースト１２４を所定パターンで印刷形成する様子を示す。図８（ｂ）において、センター１２９は、一次実装用チップ部品１０８の設計上の実装位置を示す。

図８（ｃ）は、半田ペースト１２４の上に、一次実装用チップ部品１０８をセットした様子を示す。図８（ｃ）に示すように一次実装用チップ部品１０８は、ずれ角度（半田溶融前）１３２の矢印に示すように、センター１２９より、一定量だけ、位置ずれ量（半田溶融前）が発生する場合がある。

図８（ｄ）は、半田溶融に伴うセルフアライメント効果が得られた状態を示す側面図である。図８（ｃ）に示した半田ペースト１２４は、溶融し、図８（ｄ）に示す一次実装接合部１１０と共に、セルフアライメント効果が得られる。その結果、図８（ｄ）に示すように、「ずれ角度（半田溶融後）１３３」＜「ずれ角度（半田溶融前）１３２」の関係を満たすことになる。

次に、本願発明による半田実装効果について、（表１）を用いて説明する。

（表１）は、Ｃｕ低濃度層１２８の厚みに対するセルフアライメント性と半田再溶融抑制効果を示すものである。

（表１）は、図６（ｂ）におけるＣｕ低濃度層１２８の厚みを５μｍ〜３５μｍまでの範囲で評価した結果を示す。

（表１）において、セルフアライメント性は、一次実装用チップ部品１０８実装後のずれ角度（半田溶融前）１３２（詳細は後述する図８（ｃ）で説明する）を１３〜１７°になるように調整して、半田リフロー炉の加熱処理後のずれ角度（半田溶融後）１３３（詳細は後述する図８（ｄ）で説明する）とで示す。

半田再溶融（すなわち耐半田フラッシュ性）に関しては、（表１）における吸湿リフロー試験結果で評価した。なお（表１）において、信頼性評価結果で問題無しはＯＫで表示して、課題等が発生した場合はＮＧで示している。

まず、セルフアライメント性は、Ｃｕ成分含有量が０重量％以上５重量％以下としたＣｕ低濃度層１２８の厚みが、５〜３５μｍの範囲内では、一次実装用チップ部品１０８の実装時のずれ角（半田溶融前）１３２を１３〜１５°に設定しても、セルフアライメント効果によって、ずれ角度（半田溶融後）１３３が、１〜２°程度に修正された。

以上より、一次実装接合部１１０のＣｕ低濃度層１２８の厚みは５μｍ以上２５μｍ以下の範囲が望ましいことが判る。なおＣｕ低濃度層１２８の厚みが２５μｍを超える場合（例えば、（表１）のように３５μｍの場合）は、半田再溶融による電気的ショートが発生する可能性がある。なおＣｕ低濃度層１２８の厚みは５μｍ以下でもＯＫな場合があるが、５μｍ以下の場合、Ｃｕ低濃度層１２８の厚み測定が難しい場合がある。

（表１）におけるリフロー前角度とは、例えば図８（ｃ）に示した、ずれ角度（半田溶融前）１３２であり、セルフアライメント前のずれ角度に相当する。

（表１）におけるリフロー後角度とは、例えば図８（ｄ）に示した、ずれ角度（半田溶融後）１３３であり、セルフアライメント後のずれ角度に相当する。なおセルフアライメント後のずれ角度は３度以下（望ましくは２度以下）である。

（表１）における吸湿リフロー試験結果とは、図１の部品搭載基板１１５を用いて、６０℃６０％ＲＨの高温高湿槽に４０時間放置後、窒素リフロー装置にて、ピーク温度（２４０〜２５０℃）にて加熱する環境試験を３回繰り返した後に、前述の図１８（ｂ）（ｃ）に示した半田フラッシュによる電気的ショート不良発生の有無を調べた結果であり、不良なしの場合は「ＯＫ」、不良が発生した場合は「ＮＧ」とした。

（表１）における総合評価とは、セルフアライメント性（リフロー後の角度が３度以下をＯＫ（合格）、吸湿リフロー試験結果でＯＫ（合格）とした場合、両方の試験結果が共にＯＫ（合格）の場合を、○（合格）、それ以外を×（不合格）としたものである。

ここで、ＢＧＡ１１３は、半田ボールで形成されたもので、材料として、Ｓｎ系Ｐｂフリー半田にＣｕ粉１２０を半田接合部の２０〜３０重量％の範囲になるように添加した半田を用いた。またＣｕ粉１２０はめっきや蒸着により表面にＡｇコートしたものを用いた場合、半田ボール内の空洞の少ないものが得られるために信頼性の向上が望める。またＢＧＡ１１３の半田ボールは、半田ボール中にＣｕ粉１２０およびＣｕ−Ｓｎ合金層１２５（Ｃｕ₃Ｓｎ、Ｃｕ₆Ｓｎ₅）が網目状に形成した状態のものであり、半田実装工程により、Ｓｎ系Ｐｂフリー半田から成る半田のＳｎ成分がＢＧＡ１１３へ拡散して変形することを抑制した構造とすることが望ましい。

なおＢＧＡ１１３の材料としては、半田ボール以外に、一次実装接合部１１０の半田部１２６のＳｎ成分の相互拡散によるＢＧＡ１１３に使用する材料の低融点化による変形や半田再溶融などの弊害の発生しない金属や合金又は、それらをＳｎ拡散防止効果のあるバリア層となるＮｉやＰｄめっきしたものが使用可能である。

以上（表１）より、Ｃｕ低濃度層１２８が一定の厚み範囲内（例えば、５μｍ以上２５μｍ以下）にあれば、セルフアライメント性と耐半田フラッシュ性の両方に優れた、部品搭載基板１１５が得られることが判る。

なお（表１）に示すような結果が得られたのは、図６（ｂ）において、Ｃｕ低濃度層１２８の厚みが、Ｃｕ高濃度層１２７の厚みより薄くなったためと考えられる。このように、Ｃｕ低濃度層１２８の厚みを、Ｃｕ高濃度層１２７の厚みより薄くすることで、セルフアライメント性と耐半田フラッシュ性とを両立できる。

（実施例４）
次に実施例４として、一次実装用チップ部品１０８の外部電極１０９に、半田部１２６との間でＣｕ−Ｓｎ合金層１２５を形成するＣｕ系外部電極材料を用いた場合について、図９、図１０を用いて説明する。

図９（ａ）（ｂ）は、共にＣｕ系の外部電極１０９を、半田ペースト１２４の上にセットする様子を説明する断面図である。

Ｃｕ系の外部電極１０９とは、半田部１２６とＣｕ−Ｓｎ合金層１２５を形成するものである。なおＣｕ系の外部電極１０９とすることで、接続部分の低抵抗化が可能となる場合がある。

図９（ａ）において、プリント回路基板１０１の上の一次実装用外部導体１０３の上には、接着層１１９を用いてＣｕ粉１２０を保持し、この上に半田ペースト１２４が所定厚みで形成されている。

図９（ａ）の矢印は、一次実装用チップ部品１０８（図示していない）の外部電極１０９をセットする様子を示す。

図９（ｂ）は、半田ペースト１２４の上に、一次実装用チップ部品１０８（図示していない）の外部電極１０９がセットされた様子を示す断面図である。

次に図１０を用いて、半田ペースト１２４が溶融されてなる一次実装接合部１１０について説明する。

図１０（ａ）（ｂ）は、それぞれＣｕ系外部電極を用いた場合の一次実装接合部１１０の断面図と、一次実装接合部１１０のＣｕ濃度分布を示す模式図である。

図１０（ａ）に示すように、一次実装接合部１１０の中には、Ｃｕ系の外部電極１０９の表面と、Ｃｕ系の一次実装用外部導体１０３の表面には、共にＣｕ−Ｓｎ合金層１２５が形成されている。また一次実装用外部導体１０３に接着層１１９（図示していない）を用いて接着していたＣｕ粉１２０が半田部１２６に拡散すると共に、Ｃｕ粉１２０表面にＣｕ−Ｓｎ合金層１２５を形成している。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）における一次実装接合部１１０におけるＣｕ濃度を模式的に示すものである。

このように、図１０（ａ）における外部電極１０９の半田部１２６に接する部分に形成されたＣｕ高濃度層１２７ａは、図１０（ｂ）におけるＣｕ高濃度層１２７ａに対応する。同様に図１０（ａ）の一次実装用外部導体１０３の半田部１２６に接する部分に形成されたＣｕ高濃度層１２７ｂは、図１０（ｂ）に示すＣｕ高濃度層１２７ｂに対応する。同様に図１０（ａ）のＣｕ粉１２０が殆ど分散されていない半田部１２６は、図１０（ａ）のＣｕ低濃度層１２８に相当し、このＣｕ濃度の濃度を評価した結果が図１０（ｂ）のＣｕ低濃度層１２８に相当する。

次に（表２）として、一次実装用チップ部品１０８の外部電極１０９に、半田部１２６との間でＣｕ−Ｓｎ合金層１２５を形成するＣｕ系外部電極材料を用いた場合の効果について説明する。

なお（表２）における各条件等は、前述の（表１）と同じである。（表２）より、Ｃｕ系外部電極材料を用いた場合も、（表１）で説明したように、Ｃｕ低濃度層の厚みが薄い場合（例えば、６μｍ以上２８μｍ以下）、（表２）に示したようにセルフアライメント性と耐半田フラッシュ性の両方に優れた、部品搭載基板１１５が得られることが判る。

（実施例５）
次に実施例５を用いて、一次実装用半導体部品１１１のＢＧＡ１１３の固定について、図１１、図１２を用いて説明する。

図１１は、実施例４における一次実装用半導体部品１１１のＢＧＡ１１３の一次実装について説明する断面図であり、例えば図１の点線１００ｂに相当する。

図１２（ａ）（ｂ）は、それぞれ実施例４における一次実装用半導体部品１１１のＢＧＡ１１３の一次実装接合部１１０について説明する断面図と、一次実装接合部１１０のＣｕ濃度分布について説明する模式図である。

なお図１１、図１２の構成におけるセルフアライメント効果や耐半田フラッシュ性等は、前述の図４〜図１０で説明した内容である。

（実施例６）
次に実施例６を用いて、本願発明と、従来例との比較について説明する。

実施例５を使って、試作した試作品（実施例１による実験サンプル）の評価結果について、説明する。

なお半田フラッシュ（あるいは半田再溶融抑制効果）の評価は、一次実装用チップ部品１０８の半田実装（一次実装）後に、封止樹脂１１４を形成したものを、吸湿リフロー試験した後に、その一次実装接合部１１０の状態を観察した。ここで、吸湿リフロー試験の条件は、加速試験条件である温度６０℃、湿度６０％ＲＨにて４０時間放置後に、半田リフロー炉にて、ＪＥＩＴＡのＰｂフリー半田（Ｓｎ−3.0Ａｇ−0.5Ｃｕ半田）用温度プロファイルにて、加熱処理を３回繰り返して、前述の図１８（ａ）（ｂ）に示す半田フラッシュ１９ａ、１９ｂによる電気的ショートチェックやＸ透過装置による一次実装接合部１１０の変形状態で半田再溶融を評価した。

次に比較例１について、市販のＰｂフリー半田について、半田再溶融効果とセルフアライメント性についての評価について、図１３〜図１５を用いて説明する。

図１３（ａ）（ｂ）は、共に比較例１として作成したサンプルの一次実装部分の製造工程を説明する断面図である。

ここで、比較例１とは、Ｃｕ粉１２０をまったく使っていない、Ｐｂフリー半田であり、Ｃｕ粉１２０を添加したＰｂフリー半田については、後述する図１６等で説明する。

図１３（ａ）は、基材１０２の上に、一次実装用外部導体１０３が形成された様子を示す断面図である。

図１３（ｂ）は、一次実装用外部導体１０３の上に、半田粉１２２とフラックス等１２３とからなる半田ペースト１２４が印刷された状態を示す断面図である。

図１４（ａ）（ｂ）は、それぞれ比較例１における半田リフロー前後の様子を説明する断面図である。

図１４（ａ）は、半田ペースト１２４の上に、一次実装用チップ部品１０８（図示していない）の外部電極１０９をセットした様子を示す。図１４（ａ）は、半田リフロー前（すなわち、半田溶融によるセルフアライメント現象の発生前）を示す断面図である。

図１４（ｂ）は、半田リフロー後（すなわち、半田溶融におけるセルフアライメント現象の発生後）の様子を示す断面図である。

図１４（ｂ）より、一次実装用チップ部品１０８（図示していない）の外部電極１０９は、半田粉１２２が溶融してなる半田部１２６で固定されていることが判る。なお図１４（ｂ）におけるＣｕ−Ｓｎ合金層１２５は、一次実装用外部導体１０３と、半田部１２６との界面に形成されたＣｕ−Ｓｎ合金層１２５を示す。

図１５は、図１４（ｂ）のサンプルの断面におけるＣｕ濃度分布の測定結果の一例を示す模式図である。

図１５に示すように、Ｃｕ粉１２０を使用していない比較例１の場合、Ｃｕ低濃度層１２８の厚みは、Ｃｕ高濃度層１２７の厚みより厚くなる（Ｃｕ低濃度層１２８の厚みは、Ｃｕ高濃度層１２７の厚みの２倍以上、厚くなる場合もある）ことが判る。一方、本願発明の場合、前述の図６（ｂ）や図１０（ｂ）、図１２（ｂ）等で示すように、Ｃｕ低濃度層１２８の厚みはＣｕ高濃度層１２７の厚みより薄くなる。これは本願発明の場合、添加したＣｕ粉１２０の影響によるためである。。

比較例１による評価結果を、（表３）に示す。

以上（表３）より、比較例１の場合、Ｃｕ低濃度層１２８の厚みが厚い（本願発明の２倍以上、あるいはＣｕ低濃度層１２８の厚みがＣｕ高濃度層１２７の厚みよりも大きくなる）ためにセルフアライメント性に優れた結果が得られたと考えられる。

なお（表３）において吸湿リフロー試験結果でＮＧが得られたのは、半田フラッシュ等が発生したためと考えられ、これはＣｕ低濃度層１２８の厚みがＣｕ高濃度層１２７の厚みよりも大きくなったためと考えられた。

次に比較例２について、図１６〜図１７を用いて説明する。

比較例２とは、比較例１のサンプルにＣｕ粉１２０を添加し、吸湿リフロー特性を改善しようとしたものである。

図１６（ａ）（ｂ）は、共に比較例２について説明する断面図である。

図１６（ａ）は、比較例１に用いた、鉛フリー半田にＣｕ粉１２０を添加し、均一に分散させ、Ｃｕ粉が均一に分散された鉛フリーの半田ペースト１２４を作成し、この上に、一次実装用チップ部品１０８（図示していない）の外部電極１０９をセットした状態を示す。図１６（ａ）において、半田ペースト１２４は、フラックス等１２３と、半田粉１２２とＣｕ粉１２０とが、均一に分散されていることが判る。なお図１６（ａ）は、半田リフロー前である。

図１６（ｂ）は、半田リフロー後である。図１６（ｂ）に示すように、半田リフローによって、半田ペースト１２４中に均一に分散されたＣｕ粉１２０の表面に、Ｃｕ−Ｓｎ合金層１２５が形成され、このＣｕ−Ｓｎ合金層１２５によって、プリント回路基板１０１の一次実装用外部導体１０３と、一次実装用チップ部品１０８（図示していない）の外部電極１０９とが橋渡しされていることが判る。

図１７は、図１６（ｂ）のサンプル断面のＸＭＡ分析結果の一例を示す模式図である。

また発明者らの測定から、二つのＣｕ高濃度層１２７ａ、１２７ｂは、共にＣｕ濃度が５重量％以上であることが判った。

この結果より、図１７に示す比較例２のサンプルにおいて、一次実装接合部１１０は、二つのＣｕ高濃度層１２７ａ、１２７ｂで構成され、Ｃｕ低濃度層１２８が存在していないことが判る。

次に比較例２の評価結果について、（表４）に示す。

（表４）に示すように、比較例２による試作品（特に、Ｃｕ粉含有量２０ｗｔ％、３０ｗｔ％））では、吸湿リフロー試験結果が良いことが判るが、図１６（ｂ）に示したように、リフロー前後でのセルフアライメント性がまったく得られなかった。これはＣｕ粉１２０の表面に形成されたＣｕ−Ｓｎ合金層１２５が、一次実装用チップ部品１０８（図示していない）の外部電極１０９と、一次実装用外部導体１０３との間を橋渡ししたためと思われる。

一方、（表４）の半田層中のＣｕ粉含有量が０ｗｔ％の場合には、吸湿リフロー試験結果がＮＧ（すなわち、半田フラッシュが発生した可能性が考えられる）となる反面、セルフアライメント性が発現した（例えば、リフロー前角度１３〜１７度が、リフロー後角度１〜２度）となったが、これはＣｕ粉１２０を含まないＣｕ低濃度層１２８の厚みが３５μｍ以上と厚くなりすぎたためと考えられる。

なお（表４）において、発明者らは半田層中のＣｕ粉１２０含有率を３ｗｔ％や５ｗｔ％として実験したが、半田フラッシュの防止効果が得られなかった。これは、Ｃｕ粉１２０を半田ペースト１２４中に均一に分散させた場合、Ｃｕ低濃度層１２８の厚みが厚くなる（更には、Ｃｕ高濃度層１２７の厚みより、Ｃｕ低濃度層１２８の厚みの方が厚くなる）ためである。Ｃｕ低濃度層１２８の厚みが厚くなりすぎると、半田の再溶融する半田量が増加してしまうためであり、半田実装部における半田量（あるいは半田の占める体積割合）が増加することにより、その分半田フラッシュを引き起こしやすくなるためである。

以上のように、一次実装用半導体部品１１１もしくは一次実装用チップ部品１０８等の電子部品のどちらか一つ以上の部品と、プリント回路基板１０１とからなる部品搭載基板１１５であって、前記部品と前記プリント回路基板１０１との半田接合部である一次実装接合部１１０は、Ｓｎ系半田からなる半田部１２６とＣｕ粉１２０とＣｕ−Ｓｎ合金層１２５とで構成されており、この一次実装接合部１１０に、Ｃｕ含有濃度が５重量％未満のＣｕ低濃度層１２８を設けることによって、セルフアライメント性の向上と半田フラッシュの抑制効果の両方特性に優れた部品搭載基板１１５を提供する。

図６（ｂ）、図１０（ｂ）、図１２（ｂ）等に示すように、一次実装接合部１１０の接合面に対して垂直方向のＣｕ含有濃度分布において、Ｃｕ含有濃度が０重量％以上５重量％未満からなるＣｕ低濃度層１２８を、厚み５μｍ以上２５μｍ以下で設けることで、部品搭載基板１１５のセルフアライメント性の向上と半田フラッシュの抑制効果の両方特性に優れた部品搭載基板１１５を提供する。

プリント回路基板１０１の一次実装用外部導体１０３である外部導体に接着層１１９を図４（ｂ）等で示したように形成する接着層形成工程と、図４（ｃ）等で示したように接着層１１９にＣｕ粉１２０を付着させる付着工程と、図４（ｄ）等で示したようにＣｕ粉１２０の付着面に印刷等で半田ペースト１２４を形成する形成工程と、半田ペースト１２４上に、図５（ａ）（ｂ）や図９（ａ）（ｂ）等で示したように一次実装用半導体部品１１１もしくは一次実装用チップ部品１０８のどちらか一つ以上の部品の外部電極１０９、１１２を配置する配置工程と、半田ペースト１２４を加熱して一次実装接合部１１０からなる半田接合部を形成する接合工程と、を有する部品搭載基板１１５の製造方法によって、セルフアライメント性の向上と半田フラッシュの抑制効果の両方特性に優れた部品搭載基板１１５を提供する。

プリント回路基板１０１の一次実装用外部導体１０３はＣｕであり、接着層１１９は、粘着性付与化合物がＣｕ上に化学反応によって形成されたものである部品搭載基板１１５の製造方法によって、セルフアライメント性の向上と半田フラッシュの抑制効果の両方特性に優れた部品搭載基板１１５を安定して製造できる。

なお一次実装用チップ部品１０８や一次実装用半導体部品１１１等部品を半田実装する工程において、プリント回路基板１０１の一次実装用外部導体１０３に予め、接着層１１９を形成し、この接着層１１９上に粒径５〜３５μｍのＣｕ粉１２０を付着させ。更にＣｕ粉１２０を付着させた全面に、セルフアライメント性を有するＳｎ系Ｐｂフリー半田ペーストを印刷等でパターン状に形成することで、Ｃｕ粉層１２１とＳｎ系Ｐｂ半田ペーストからなる半田ペースト１２４の２層構造を形成しても良い。

なお半田ペースト１２４の印刷膜上に、外部電極１０９、１１２が接するようにマウント（あるいは機械実装）した状態で、プリント回路基板１０１を半田の融点以上の温度で加熱して半田により接合部、一次実装接合部１１０を形成しても良い。

なお一次実装接合部１１０の構造として、前記接合部の接合面に対して垂直方向にＣｕ含有濃度分布を０重量％以上５重量％未満のＣｕ低濃度層１２８の厚みを５μｍ以上２５μｍ以下になるように前記Ｃｕ粉１２０と半田ペースト１２４の量を予め調整することで、部品搭載基板１１５に内蔵された一次実装用チップ部品１０８や一次実装用半導体部品１１１の一次実装時のセルフアライメント性の向上と、部品搭載基板１１５の二次実装時の半田フラッシュの抑制効果の両方特性に優れた部品搭載基板１１５の最適化が可能となる。

なお一次実装用チップ部品１０８や一次実装用半導体部品１１１と、プリント回路基板１０１を接合する部分として、Ｃｕ粉層１２１とセルフアライメントを有するＳｎ系Ｐｂフリー半田ペーストからなる半田ペースト１２４との２層構造にすることで、半田実装時の半田の融点以上の温度で熱処理することで、半田印刷膜のＳｎ系Ｐｂフリー半田が溶融状態に達して、溶融した半田は、表面張力と熱対流によって流動状態が発生する。

この結果、一次実装用外部導体１０３上の接着層１１９に付着させたＣｕ粉１２０が溶融流動した半田部１２６中に一次実装用チップ部品１０８の外部電極１０９や一次実装用半導体部品１１１の外部電極１１２側へ分散できる。更に加熱され溶融流動状態にある半田部１２６に浮遊するＣｕ粉１２０は、Ｃｕ粉１２０のＣｕ成分とＳｎ系Ｐｂフリー半田のＳｎ成分の相互拡散で耐熱性を有するＣｕ−Ｓｎ合金層１２５（例えばＣｕ₃Ｓｎ、Ｃｕ₆Ｓｎ₅）をＣｕ粉１２０の近傍（あるいは表面）に生成し、更に経時的に成長することで、セルフアライメント性の向上と半田フラッシュの抑制効果の両方特性に優れた部品搭載基板１１５を提供する。

以上のように、本願発明の一次実装接合部１１０において、半田接合時の加熱処理において、加熱初期段階では、前記半田の良好な溶融流動状態を得ることができると、同時に、前記半田溶融流動による半田接合部に分散させたＣｕ粉１２０とその近傍から成長したＣｕ−Ｓｎ合金層１２５による耐熱性の構造を任意に作ることが可能であり、また、この接合部の構造を、一次実装接合部１１０の厚み方向のＣｕ濃度分布が接合部の０重量％以上５重量％以下のＣｕ低濃度層１２８の厚みを調整する（例えば、５μｍ以上２５μｍ以下、更にはＣｕ高濃度層１２７の厚みより薄くする）ことにより、セルフアライメント性と半田再溶融抑制効果を両立できる。

本発明は、プリント回路基板の多段階実装において、二次実装として、比較的信頼性の高いＳｎ−Ａｇ系半田、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田、Ｓｎ−Ｃｕ系半田を必要とする場合に、一次実装時の半田材料として、セルフアライメント性と二次実装時の加熱による半田再溶融抑制効果を両立する必要とするプリント回路基板に適合する。

１００ａ、１００ｂ 点線
１０１ プリント回路基板
１０２ 基材
１０３ 一次実装用外部導体
１０４ 二次実装用外部導体
１０５ 内部電極
１０６ ビア導体
１０７ ソルダーレジスト
１０８ 一次実装用チップ部品
１０９ 外部電極
１１０ 一次実装接合部
１１１ 一次実装用半導体部品
１１２ 外部電極
１１３ ＢＧＡ
１１４ 封止樹脂
１１５ 部品搭載基板
１１６ マザーボード基板
１１７ 二次実装接合部
１１８ 二次実装部品
１１９ 接着層
１２０ Ｃｕ粉
１２１ Ｃｕ粉層
１２２ 半田粉
１２３ フラックス等
１２４ 半田ペースト
１２５ Ｃｕ−Ｓｎ合金層
１２６ 半田部
１２７ Ｃｕ高濃度層
１２８ Ｃｕ低濃度層
１２９ センター
１３０ 位置ずれ量（半田溶融前）
１３１ 位置ずれ量（半田溶融後）
１３２ ずれ角度（半田溶融前）
１３３ ずれ角度（半田溶融後）

Claims (4)

1. 半導体部品もしくは電子部品のどちらか一つ以上の部品と、プリント回路基板とからなる部品搭載基板であって、前記部品と前記プリント回路基板との半田接合部は、Ｓｎ系半田とＣｕ粉とＣｕ−Ｓｎ合金とで構成されており、前記接合部にＣｕ含有濃度が５重量％未満の部分を設けた部品搭載基板。
2. 接合面に対して垂直方向のＣｕ含有濃度分布において、Ｃｕ含有濃度が０重量％以上５重量％未満からなるＣｕ低濃度層を、厚み５μｍ以上２５μｍ以下で設けた請求項１記載の部品搭載基板。
3. プリント回路基板の外部導体に接着層を形成する接着層形成工程と、前記接着層にＣｕ粉を付着させる付着工程と、前記Ｃｕ粉の付着面に半田ペーストを形成する形成工程と、前記半田ペースト上に、半導体部品もしくは電子部品のどちらか一つ以上の部品の外部電極を配置する配置工程と、前記半田ペーストを加熱して半田接合部を形成する接合工程と、を有する部品搭載基板の製造方法。
4. プリント回路基板の外部導体はＣｕであり、接着層は前記Ｃｕ上に化学反応によって形成されたものである請求項３記載の部品搭載基板の製造方法。

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