JP2648408B2 - 半導体素子搭載用プリント基板 - Google Patents

半導体素子搭載用プリント基板

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JP2648408B2
JP2648408B2 JP3212583A JP21258391A JP2648408B2 JP 2648408 B2 JP2648408 B2 JP 2648408B2 JP 3212583 A JP3212583 A JP 3212583A JP 21258391 A JP21258391 A JP 21258391A JP 2648408 B2 JP2648408 B2 JP 2648408B2
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田 護 御
巻 孝 服
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/24Reinforcing the conductive pattern
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof

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  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、銅系リードフレームを
持つ半導体パッケージを搭載するプリント基板に関す
る。
【0002】
【従来の技術】最近、半導体装置の出力向上から放熱が
問題となり、放熱性にすぐれた銅系のリードフレームが
多用されるようになってきた。しかし、銅系は実装時の
の半田との接合でCu−Sn金属間化合物Cu3 Sn、
Cu6 Sn5 等が成長し、この脆い層の成長によりパッ
ケージが剥がれる問題が多発している。この剥離のモデ
ル図を図5、図6に示す。
【0003】剥離はリードフレーム(アウターリード
2)の銅と半田3の間でおこる。6ははがれ部を示す。
通常リードフレーム側には電気半田めっき(60Sn−
40Pb)または溶融半田めっき(60Sn−40P
b)が10〜15μm施されており、この半田めっき中
のSnとリードフレームの銅とが反応してε相(Cu3
Sn)またはη相(Cu6 Sn5 )と呼ばれる硬い合金
層が半田付け時の加熱温度の作用で加速成長される。
【0004】一方、プリント基板5側も60Sn−40
Pbの溶融半田めっき(図示せず)が5〜7μm施され
ている。さらに、半田付けを確実にするためにリードフ
レームのアウターリード当接部のみに半田ペースト印刷
(分散剤+30〜40μmφの半田粒)が100〜15
0μm施されている。この半田ペースト(半田コート
4)はタックを持っており、この上部に半導体パッケー
ジ1のアウターリード2を接着して、加熱リフロー炉に
送られる。リフロー後は、半田ペースト中の分散剤成分
が揮発するので、実質厚さは約1/2(50〜75μ
m)になる。
【0005】パッケージの実装が完了すると、実装基板
の信頼性を確認するために−50℃〜150℃の温度サ
イクル試験を、通常50〜100サイクル実施する。こ
の時プリント基板の膨張、収縮がおこり、パッケージの
アウターリードとの間に熱応力が発生する。この繰り返
し応力が加わった場合、脆い金属間化合物が存在すると
剥離を生じやすくなる。いわゆる、熱サイクル疲労破断
と解釈されている。しかし、この他に振動破壊の説もあ
る。即ち、この金属間化合物は振動で比較的簡単にクラ
ックが入るため、初期クラックが入り温度サイクル試験
での寿命も短くなる。実際この金属間化合物が10μm
以上成長すると振動試験に耐えられなくなる。
【0006】パッケージの剥離は応力が直接加わりやす
いリードフレームの銅側界面で多発するが、まれにプリ
ント基板の銅界面で起こる場合もある。
【0007】これを防ぐために発明者等はプリント基板
側の半田にZnを添加する方法を見いだした。Znは、
金属間化合物を成長しにくくする効果がある(特開平0
1−262092号公報参照)。
【0008】このZnの添加はリードフレーム側に行っ
ても良く、これによりリフロー炉での加熱溶融時、Zn
は均一に拡散するので同様の効果が得られる。ただし、
リードフレーム側にZn添加の半田めっきを施した時
は、実装前の加熱工程(パッケージモールド封止時の1
70℃×5h保持、素子取付時の200℃×5h保持)
等における金属間化合物の成長をも防止できるのでアウ
ターリードの曲げ成形時のクラックの発生、リードの折
れ等も防止することができる。また、TABテープキャ
リア等の場合にはインナーリード側のポッティング封止
剤との熱サイクルストレスによるインナーリードの熱サ
イクル疲労破断も防止できる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】リードフレーム、TA
Bテープキャリアは、多ピン化に伴いエッチングパター
ンが細かく、かつ銅板は0.15mmt→0.1mm
t、銅箔は35μmt→25μmtというように薄くな
っており、ますます前記金属間化合物の成長による危険
性が強まっている。
【0010】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、特に銅系リードフレームを有するパッケージ
の剥離を防止した半導体素子搭載用プリント基板を提供
することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によれば、導体箔を貼付したプリント基板上に
Sn−Pb合金めっき層を有し、前記Sn−Pb合金め
っき層の上面および/または下面にZnめっき層を有し
てなる半導体素子搭載用プリント基板が提供される。
【0012】以下に本発明のプリント基板をさらに詳細
に説明する。
【0013】図6はパッケージ実装部の断面図である。
プリント基板5は、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹
脂、ポリエステル樹脂、可とう性エポキシ樹脂等の樹脂
類や、紙類等の可とう性、絶縁性を有する材料で構成さ
れ、その上に所望の銅又は銅合金からなる導体箔7が接
着剤等により貼着されている。
【0014】本発明のプリント基板5に貼付される導体
箔7は、所望の配線パターンからなり、厚さは限定され
ないが、例えば18μm程度である。また、導体箔7は
純銅箔に限らず、例えばCu−Sn、Cu−Zr(錫入
り銅またはジルコニウム入り銅)等の銅系合金の箔であ
ってもよい。
【0015】本発明は、前記基板5上の導体箔7の表面
にSn−Pb合金めっき層を有し、前記Sn−Pb合金
めっき層の上面および/または下面にZnめっき層を有
してなる構造に特徴を有する。
【0016】前記Sn−Pb合金めっき層の厚さは限定
しないが、通常10〜30μmである。また、Sn−P
b合金めっき層の形成方法としては、電気めっき、溶融
めっきを挙げることができる。めっき材料としては、S
n−Pb半田(Sn60〜40%)が用いられるが、こ
れに微量のAgまたはBi等を添加した融点制御半田も
用いることができる。
【0017】前記Znめっき層8は、Sn−Pb合金
っき層4と導体箔層7との間に設けてもよく(図1参
照)、Sn−Pb合金めっき層4の上面に設けてもよい
(図2参照)。また、Sn−Pb合金めっき層4の上面
にZnめっき層8を設け、さらにその上にSn−Pb合
めっき層4を設けてもよい(図3参照)。Znめっき
層8の上にSn−Pb合金めっき層4を設け、さらにZ
めっき層8を設けたもの(図4参照)は、特に金属間
化合物の生成防止効果が顕著である。前記各例における
Znめっき層8の厚さは限定しないが、通常0.1〜
1.0μmである。また、Znめっき層8の形成方法と
しては、電気めっき法を挙げることができる。
【0018】
【0019】
【0020】本発明のプリント基板は、Cu系箔体から
なる被接合部材がSn系合金半田で半田付けされ、かつ
前記Cu系箔体と半田との界面にCu−Zn−Snの合
金相が形成されたものである。
【0021】Cu系箔体からなる被接合部材をSn系合
金半田で半田付けすると、被接合部材のCuと半田中の
Snとは親和力が強いため、Snが選択的に拡散し、被
接合部材と半田の界面にCu3 Sn等の反応相を形成
し、この反応相は高温雰囲気の下で成長する。Cu系箔
体をSn系合金半田で半田付けする限りはこの現象から
逃れることはできない。
【0022】そこで、Cuとの親和力がSnよりも強く
かつ化合物を形成し難い元素であるZnを有する本発明
のプリント基板によれば、被接合部材と半田との界面に
Cu−Zn−Snの合金相が形成され、Cu3 Sn相の
形成を抑制する作用が得られる。また、このようなCu
−Zn−Snの合金相は、CuとSn−Pb合金めっき
層との間にZnめっき層を有する場合だけでなく、Sn
−Pb合金めっき層の上にZnめっき層を有する場合
(図2および図3参照)も同様に形成され、同様の作用
が得られる。
【0023】また、上記のようにCu−Zn−Snの合
金相が形成された半田付物品は、脆いCu3 Sn相が成
長できないため、熱応力や外力等が作用しても、半田付
部に剥離が発生し難い。
【0024】
【実施例】以下に本発明を実施例に基づき具体的に説明
する。
【0025】(実施例1)銅箔厚さ25μmを有するガ
ラスエポキシプリント基板に対して、1μmの電気Zn
めっきを施し、その上部に60Sn−40Pbの電気半
田めっきを7μm施した。そのパターン上に60Sn−
40Pbの半田粒を有する半田ペーストを100μm印
刷し、その上部に、アウターリードに60Sn−40P
bの半田を7μm電気半田めっきしたFe添加Cu合金
リードフレームを有する208ピンQFPを実装した。
【0026】
【0027】
【0028】(実施例2) 電気半田めっきのさらに上層に1μmの電気Znめっき
をプリント基板側に施したほかは実施例1と同様にして
半田ペースト印刷し、同様に実装した。
【0029】(実施例3) プリント基板上に3μmの60Sn−40Pbの電気め
っきを施し、その上に2μmのZn電気めっきを施し、
さらにその上層に60Sn−40Pbの電気めっきを施
したほかは実施例1と同様にして半田ペースト印刷し、
同様に実装した。
【0030】(比較例1)Zn下地めっきを省略したほ
かは実施例1と同様にして半田ペースト印刷し、同様に
実装した。
【0031】前記実施例1〜3および比較例1について
大気中で150゜Cの加熱試験(10〜100時間)を
行ない、アウターリード部における金属間化合物の成長
厚さを断面研磨により観察した。その結果を表1に示
す。
【0032】表1から明らかなように、実施例1〜3
いずれも比較例に比べ大幅に金属間化合物の成長が抑制
され、特に10時間加熱では全く成長が抑制されてい
る。
【0033】
【表1】
【0034】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、本発明のプリント基板は実装時における金
属間化合物の成長が抑制されるため、パッケージが剥離
しないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例を示すプリント基板の断面図であ
る。
【図2】本発明の他の例を示すプリント基板の断面図で
ある。
【図3】本発明の他の例を示すプリント基板の断面図で
ある。
【図4】本発明の他の例を示すプリント基板の断面図で
ある。
【図5】パッケージ実装部の断面図である。
【図6】パッケージのアウターリードの剥がれ部を示す
断面図である。
【符号の説明】 1 半導体装置(モールドパッケージ) 2 アウターリード 3 半田 4 半田コート 5 プリント基板 6 剥がれ部 7 導体箔(銅箔) 8 Znめっき層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−262092(JP,A) 特開 平1−104796(JP,A) 特開 昭64−72590(JP,A) 特開 昭63−117494(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】銅又は銅合金からなる導体箔を貼付したプ
    リント基板上にSn−Pb合金めっき層を有し、前記S
    n−Pb合金めっき層の上面および/または下面にZn
    めっき層を有してなる半導体素子搭載用プリント基板。
JP3212583A 1991-08-26 1991-08-26 半導体素子搭載用プリント基板 Expired - Lifetime JP2648408B2 (ja)

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JPH0555404A JPH0555404A (ja) 1993-03-05
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