JP2011082491A - 端子構造、プリント配線板、モジュール基板及び電子デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金、銀及び銅から選ばれる少なくとも一つの金属を含む導体40、導体40の上にリン及びニッケルを含む第1の層、並びに該第1の層の上に第1の層よりもリンに対するニッケルの原子比が小さく、且つNi3Pを含む第2の層、を備える端子12と、端子12の第2の層上にはんだボール70と、を備えており、第2の層の厚みが0.35μm以上である端子構造14、及び当該端子構造を備えるモジュール基板100を提供する。
【選択図】図1
Description
パッケージ用基板である高耐熱基板(日立化成工業株式会社製、製品名:FR4、厚み:3mm)を準備した。この基板にNCドリルを用いてスルーホールを形成し、銅スルーホールめっきを行った。その後、所定形状のエッチングレジストを形成し、不要な銅配線をエッチングにより除去してデイジーチェーン回路パターンを形成した。その後、不要な箇所にめっきが析出しないようにするために、ソルダーレジストで基板の表面の一部をオーバーコートして、はんだボール接続用の銅パッド(φ0.6mm)を形成した。
上記基板を、脱脂液(奥野製薬工業株式会社製、商品名:エースクリーン850)に、40℃で3分間浸漬した後、基板を取り出して、1分間水洗した。
基板を、NNPアクセラB(奥野製薬工業株式会社製、商品名)に、25℃で30秒間浸漬した。本工程は、次の工程で用いるめっき浴の各成分の濃度が低くなるのを抑制するために実施した。
基板を、めっき活性化処理液(奥野製薬工業株式会社製、商品名:NNPアクセラ)に、35℃で5分間浸漬した。その後、めっき活性化処理液から基板を取り出して、1分間水洗した。
基板を、NNPポストディップ401(奥野製薬工業株式会社製、商品名)に、25℃で2分間浸漬して、基板の不導体部分に付着したPd成分を除去した。
無電解ニッケルめっき液(奥野製薬工業株式会社製、商品名:SOF浴、リン濃度:12質量%)をアンモニア水を用いてpH:5.4に調整し、基板を、調整した無電解ニッケルめっき液に85℃で20分間浸漬して、銅パッド上に無電解ニッケルめっき膜を形成した。なお、当該無電解ニッケルめっき液におけるニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は12質量%である。その後、無電解ニッケルめっき浴から基板を取り出して1分間水洗した。
基板を、無電解パラジウムめっき液(奥野製薬工業株式会社製、商品名:パラトップN浴、リン濃度:0質量%)に、60℃で3分間浸漬した。その後、無電解パラジウムめっき液から基板を取り出して1分間水洗した。
基板を、無電解金めっき液(奥野製薬工業株式会社製、商品名:フラッシュゴールド330浴)に、85℃で25分間浸漬し、1分間水洗した。その後、無電解金めっき液から基板を取り出して、1分間水洗した。
端子のめっき膜の断面を鏡面研磨して、当該断面を走査型電子顕微鏡(SEM)によって観察した。そして、SEMに装着されているエネルギー分散型X線(EDS)装置(日本電子(株)製、装置名:JXA−8500F)によって分析してニッケルめっき層のリン濃度と鉛濃度を測定した。結果は、表1に示すとおりであった。
無電解パラジウムめっき工程において、リン濃度が0質量%である無電解パラジウムめっき液に変えて、リン濃度が1質量%である無電解パラジウムめっき液を用いたこと、及びパラジウムめっき液への浸漬時間を5分間にしてパラジウム膜の厚みを増加させたこと以外は、実施例1と同様にして、基板の銅パッド上に銅パッド側からニッケルめっき層、パラジウムめっき層及び金めっき層を有するめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
実施例1の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてpH及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のpHは5.6であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は11質量%であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製した無電解ニッケルめっき液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして基板の銅パッド上に銅パッド側からニッケルめっき層及び金めっき層を有するめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
無電解パラジウムめっき工程において、リン濃度が0質量%である無電解パラジウムめっき液に変えて、リン濃度が1質量%である無電解パラジウムめっき液を用いたこと、及び、無電解パラジウム液への浸漬時間を5分間として、無電解パラジウム膜の厚みを増加させたこと以外は、実施例3と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
実施例1の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えて、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度が9質量%である無電解ニッケルめっき液を調製した。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が9質量%である無電解ニッケルめっき液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、基板の銅パッド上に銅パッド側からニッケルめっき層、パラジウムめっき層及び金めっき層を有するめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
実施例1の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてpH及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のpHは4.5であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は7質量%であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が7質量%である無電解ニッケルめっき液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
無電解パラジウムめっき工程におけるリン濃度が0質量%である無電解パラジウムめっき液に変えて、リン濃度が7質量%である無電解パラジウムめっき液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
実施例1の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてpH及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のpHは4.4であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は5質量%であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が5質量%である無電解ニッケルめっき液を用いたこと、及び無電解パラジウムめっき工程において、リン濃度が1質量%である無電解パラジウムめっき液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
実施例1の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてpH及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のpHは4.4であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は5質量%であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が5質量%である無電解ニッケルめっき液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
実施例1の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてpH及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のpHは4.4であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は5質量%であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が5質量%である無電解ニッケルめっき液を用いたこと、及び無電解パラジウム液への浸漬時間を15分間として無電解パラジウム膜の厚みを増加させたこと以外は、実施例1と同様にして、基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
無電解パラジウムめっき工程において、無電解パラジウム液への浸漬時間を15分間として、無電解パラジウム膜の厚みを増加させたこと以外は、比較例4と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にしてめっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
実施例1の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてpH及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のpHは4.4であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は5質量%であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が5質量%である無電解ニッケルめっき液を用いたこと、及び無電解パラジウムめっき工程において、リン濃度が6質量%である無電解パラジウムめっき液を用いたこと以外は実施例1と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
無電解パラジウム液への浸漬時間を15分間として無電解パラジウム膜の厚みを増加させたこと以外は比較例8と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
無電解金めっき工程後、還元型無電解金めっき液に浸漬させ、金めっき膜の厚みを増加させたこと以外は比較例4と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
実施例1の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてpH及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のpHは4.4であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は5質量%であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が5質量%である無電解ニッケルめっき液を用いたこと、及び無電解金めっき工程後、還元型無電解金めっき液に浸漬させ、金めっき膜の厚みを増加させたこと以外は、実施例1と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
実施例1の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてpH及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のpHは4.4であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は5質量%であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が5質量%である無電解ニッケルめっき液を用いたこと、無電解パラジウムめっき工程において、リン濃度が3質量%である無電解パラジウムめっき液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
無電解パラジウム液への浸漬時間を15分間とし、無電解パラジウム膜の厚みを増加させたこと以外は、比較例12と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例1と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表1に示すとおりであった。
各実施例及び各比較例で形成された端子のめっき膜上に、千住金属工業社製のスパークルフラックスを印刷し、千住金属工業社製φ0.76mmのはんだボール(商品名:M705)を付着させた後、リフローを通炉させ、はんだボールを有する端子を備えるパッケージ基板を作製した。リフロー条件は、プリヒート時間α:116.5秒間、220℃以上の時間β:30〜40秒間、ピーク温度:230〜255℃とした。図6は、はんだボールをめっき膜の上に固定するためのリフローの温度プロファイルを示すグラフである。リフローにおいて、パッケージ基板を230℃以上に加熱した時間は25秒間であった。このようにして得られた、端子と該端子上に固定されたはんだボールとを有する端子構造を備えるパッケージ基板を、10mmサイズにダイサーカットした。
上述の通り、パッケージ基板の端子のはんだボールプル強度を、市販のはんだバンププル強度測定装置(デイジ社製、商品名:#4000)を用いて行った。測定は各実施例及び各比較例において、異なる試料を用いて20回行い、その平均値を求めた。結果を表2に示す。
上記パッケージ基板とは別に、デイジーチェーン回路パターンが形成された、長さ30mm×幅120mm×厚み0.8mmの基板を準備した。この基板の電極端子に、千住金属工業社製のクリームはんだペースト(商品名:M705−GRN360−MZ)を印刷した。この基板の電極端子と、ダイサーカットした上述のパッケージ基板のめっき膜上に付着したはんだボールとが向かい合うようにしてパッケージ基板を上記基板に載せ、リフロー炉を1回又は2回通過させて(以下、それぞれ「リフロー処理1」、「リフロー処理2」という。)、基板上にパッケージ基板を実装して評価用基板を得た。
各実施例及び各比較例の評価用基板の端子構造のEPMA(Electron Probe Micro Analyzer)観察を行った。図7は、実施例1のパッケージ基板と基板との接続部の断面の構造を示すEPMA観察写真である。
落下試験装置を用いて、この評価用基板の落下試験を行った。具体的には、衝撃加速度14700m/s2として、評価用基板の落下を繰り返して行い、パッケージ基板の端子と基板の電極端子との間の抵抗値を落下毎に測定した。落下試験は、6個の評価用基板を用いて行い、抵抗値が初期抵抗の1.2倍以上となるまでの落下回数の平均値を求めた。その結果を表2に示す。
図7に示すEPMAによる番号1〜5の位置における元素分析の結果を表3に示す。
Claims (7)
- 金、銀及び銅から選ばれる少なくとも一つの金属を含む導体、
前記導体の上にリン及びニッケルを含む第1の層、並びに
該第1の層の上に前記第1の層よりもリンに対するニッケルの原子比が小さく、且つNi3Pを含む第2の層、を備える端子と、
前記端子の前記第2の層上にはんだと、を備えており、
前記第2の層の厚みが0.35μm以上である端子構造。 - 前記第2の層と前記はんだとの間に金属間化合物を含む第3の層を備える、請求項1に記載の端子構造。
- 前記第2の層に、前記はんだに近接するにつれてNi3Pの濃度が増加する部分を有する、請求項1又は2に記載の端子構造。
- 前記第2の層の鉛の濃度が100ppm以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の端子構造。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の端子構造を有するプリント配線板。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の端子構造と、該端子構造における前記導体と電気的に接続した電子機器と、を有するモジュール基板。
- 請求項5に記載のプリント配線板及び請求項6に記載のモジュール基板の少なくとも一方が搭載された電子デバイス。
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