JP2886945B2 - 配線基板 - Google Patents

配線基板

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JP2886945B2 JP12410790A JP12410790A JP2886945B2 JP 2886945 B2 JP2886945 B2 JP 2886945B2 JP 12410790 A JP12410790 A JP 12410790A JP 12410790 A JP12410790 A JP 12410790A JP 2886945 B2 JP2886945 B2 JP 2886945B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、配線基板に関し、特に、電子部品の実装に
用いられるセラミックス配線基板などに適用して有効な
技術に関する。
〔従来の技術〕
たとえば、半田付けなどの方法によって、所望の機能
の回路素子などを収載して電子計算機システムなどを構
築する場合の実装基板として、絶縁性のセラミックス基
板上に、たとえばタングステン(W)などからなるメタ
ライズ層によって配線パターンを形成した、いわゆるセ
ラミックス配線基板が用いられる場合がある。
通常、このようなセラミックス配線基板は次のように
して製造される。
すなわち、まず、セラミックスのグリーンシート上
に、タングステンパターンを印刷などの方法によって被
着形成した後に、所望の温度に焼成して硬化させる。
その後、タングステンパターンの表面にニッケル(N
i)メッキを施し、所定の温度に加熱することによっ
て、Ni−W拡散層を形成する。
さらに、半田付け性の向上などを目的として、ニッケ
ルメッキの表面の金(Au)メッキを施して、最終的なメ
タライズパターンとする。
そして、こうして形成されたセラミックス基板上のメ
タライズパターンに、電子部品の端子を直接的に半田付
けすることによって、実装作業が行われる。
なお、セラミックス配線基板におけるメタライズ層の
形成技術に関する同様の技術としては、たとえば特開昭
59−16961号公報に開示される技術がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、上記の従来技術の場合には、タングステン
パターンの上からはみ出したニッケルメッキ層が、当該
タングステンパターンの外縁部において下地のセラミッ
クス基板から浮き上がった状態となり楔形の間隙が形成
されるため、メタライズ層の外縁部における応力集中に
よって、下地のセラミックス基板や、メタライズ層の破
壊を生じやすいという問題がある。
さらに、通常の実装工程などにおいては、不良品の交
換などのために、一旦メタライズ層に半田付けした電子
部品を、半田付け部の再加熱によって取り外し、他の電
子部品を新たに半田付けするという作業が繰り返される
場合がある。
このため、前記の従来のメタライズ層の場合には、再
加熱の間にタングステンパターン内部へのニッケルの拡
散が進行し、タングステンパターンの表面がニッケルメ
ッキ層から露出した状態となり、半田付けに際しての濡
れ性や接合強度の劣化を生じるという他の問題もある。
そこで、本発明の目的は、実装される電子部品の接合
強度を大きくすることが可能な配線基板を提供すること
にある。
本発明の他の目的は、電子部品の交換などに伴う寿命
の劣化を防止することが可能な配線基板を提供すること
にある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。
〔課題を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち、代表的なものの
概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、本発明になる配線基板は、絶縁基板上に形
成されたメタライズパターンに所望の電子部品を半田付
けして実装する配線基板であって、メタライズパターン
を、絶縁基板に、所望のタングステンパターンを形成す
る第1の工程と、このタングステンパターン上に、少な
くともニッケルメッキを施す第2の工程と、所定の温度
に加熱する第3の工程に、少なくとも錫を成分とする半
田浴中に浸漬する第4の工程とを経て形成するようにし
たものである。
〔作用〕
上記した本発明になる配線基板によれば、第2および
第3の工程を経ることによって、タングステンパターン
とニッケルメッキとの界面に、適正なNi−W拡散層が形
成され、さらに、第4の工程で、錫を成分とする半田浴
中に浸漬することによって、ニッケルメッキ層が半田浴
中に拡散して消失し、タングステンパターン外縁部にお
ける当該ニッケルメッキ層の突起がなくなり、応力集中
が回避される結果、接合強度が向上する。
さらに、第4の工程中に、Ni−W拡散層中のニッケル
が半田浴中の錫に置換されることにより、熱的に安定か
つ強固で、半田に対する濡れ性の良好なSn−W反応相が
形成されるので、たとえば、電子部品の交換作業などに
際して、繰り返し加熱されるような場合でも、半田に対
するメタライズパターンの安定な濡れ性、すなわち接合
強度が得られ、配線基板の寿命が向上する。
〔実施例〕
以下、図面を参照しながら本発明の一実施例である配
線基板の一例について詳細に説明する。
第1図は、本発明の一実施例である配線基板の一部を
拡大して示す断面図であり、第2図〜第5図は、その製
造工程の一例を工程順に示す説明図、また、第6図は、
前記第4図の工程における配線基板の要部を拡大して示
す断面図である。
第1図に示されるように本実施例の配線基板は、たと
えば炭化シリコンSiCやアルミナAl2O3などからなるセラ
ミックス基板1の上には、タングステンペースト2aを印
刷し、焼成して固化させたタングステンパターン2が形
成されている。
この場合、タングステンパターン2の表面には、後述
のような方法によって、たとえばSn−Pb系や、Sn−Ag系
などのようにSnを成分とする半田3に対する濡れ性が良
好で、しかも熱的に安定な、厚さ1μm程度のSn−W反
応相4を形成することによって、メタライズパターンM
が構成されている。
また、メタライズパターンMを構成するタングステン
パターン2の表面には、厚さ1μm程度の薄いSn−W反
応相4が存在するだけなので、当該タングステンパター
ン2の外縁部には、従来のように、たとえば数μm程度
の厚さにニッケルメッキを施す場合に生じていた、楔状
の隙間が存在せず、当該領域における応力集中が回避さ
れる結果、メタライズパターンMやその下地のセラミッ
クス基板1の強度が向上する。
そして、メタライズパターンMのSn−W反応相4の上
に、半田3を介して、たとえば、図示しない電子部品
の、鉄系や銅系の材料からなるリード5を接合すること
によって、当該電子部品の実装作業が行われるものであ
る。
なお、メタライズパターンMに接合されるものとして
は、電子部品のリード5などに限らず、たとえば他のセ
ラミックス基板上に形成され、半田3を介して当該メタ
ライズパターンMと拡散接合可能な他の配線パターンな
どでもよい。
一方、上述のようなメタライズパターンMを形成する
工程の一例を次に説明する。
まず、第2図に示されるように、セラミックス基板1
の上に、タングステンペースト2aを印刷などの方法によ
って所望の配線パターンに転写し、さらに、焼成処理に
よってタングステンパターン2を形成する(第1の工
程)。
次に、第3図に示されるように、タングステンパター
ン2の上に、たとえば電気メッキなどの方法によって、
たとえば5〜10μm程度の厚さのニッケルメッキ層6を
形成し、さらにこのニッケルメッキ層6の上に、Sn−Pb
系の半田に対する濡れ性を向上させるべく、金メッキ層
7を形成する(第2の工程)。
さらに、たとえば熱線100などの照射によって、たと
えば、750℃で10分間程度の加熱処理を施すことによ
り、タングステンパターン2と、ニッケルメッキ層6と
の界面に、Ni−W拡散層8を形成する(第3の工程)。
この状態におけるタングステンパターン2の外縁部を
拡大して模式的に示したものが第7図であり、同図に示
されるように、ニッケルメッキ層6の外縁部は下地のセ
ラミックス基板1から浮き上がった突起6aをなしてお
り、当該セラミックス基板1との間には、楔状の間隙6b
が形成されている。
なお、ここまでの処理では、たとえば、前記第2の工
程における金メッキ層7を形成する前に、前記第3の工
程における加熱処理によってNi−W拡散層8を形成して
もよい。
次に、第5図に示されるように、上述のようにして形
成されたメタライズパターンMを、ヒータ201によって
所定の温度に加熱されている、たとえばSn−Ag共晶系の
半田浴200に浸漬することにより、ニッケルメッキ層6
および金メッキ層7を、完全に当該半田浴200の中に拡
散させ、前述のようなニッケルメッキ層6の突起6aを消
失させる。この結果、メタライズパターンMの外縁部に
おける応力集中などの懸念がなくなり、当該メタライズ
パターンMや下地のセラミックス基板1などにおける強
度が確実に向上する。
さらに、この処理によって、タングステンパターン2
と、ニッケルメッキ層6との界面に形成されていたNi−
W拡散層8中のNiは、半田浴200中のSn成分によって置
換され、タングステンパターン2の表面には、前述のよ
うなSn−W反応相4が形成される。
そして、上述の一連の工程によって形成されたメタラ
イズパターンMの上に、半田3を介して、図示しない電
子部品のリード5を接合することにより、前述の第1図
に示される状態となる。
ここで、Ni−W拡散層8中のNiが、半田浴200中のSn
成分によって置換されることによって、タングステンパ
ターン2の表面にSn−W反応相4が形成されるメカニズ
ムは不明であるが、本発明者らの研究によれば、当該Sn
−W反応相4は、たとえば240℃で72時間の半田浴に対
する浸漬によっても強度が劣化しないことが判明してい
る。
すなわち、一旦、半田3を介して接続された図示しな
い電子部品などを、製品不良などのために交換する場合
などには、再度半田3を加熱溶融させて当該電子部品を
取り外し、その後、さらに加熱によって半田3を介して
他の図示しない電子部品のリード5を接合する、という
ように、メタライズパターンMは、繰り返し加熱を受け
ることになる。
このため、従来のように、タングステンパターン2の
上にニッケルメッキ層6を被着させた構造では、このよ
うな繰り返し加熱の間に、タングステンパターン2の内
部にニッケルメッキ層6のNiが拡散して消失し、半田3
に対する濡れ性の劣る当該タングステンパターン2が表
面に露出した状態となるため、所要の接合強度が得られ
なくなり、配線基板の寿命が短くなる。
ところが、本実施例の配線基板の場合には、メタライ
ズパターンMを構成するタングステンパターン2の表面
に、前述のように、半田3の融点以上の温度で熱的に安
定で、しかも当該半田3に対する濡れ性の良好なSn−W
反応相4が形成されるので、電子部品の交換などのため
の繰り返し加熱などの影響を受けることなく、半田3に
対する所定の接合強度を安定に確保することが可能とな
り、メタライズパターンM、すなわち配線基板の寿命が
向上する。
本発明者らの研究のよれば、前述のようなニッケルメ
ッキ層6の突起6aの消失による応力集中の回避による強
度向上とあいまって、たとえば従来の1.5倍〜2倍相当
の強度向上の効果が得られている。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち、代表的なものに
よって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおり
である。
すなわち、本発明になる配線基板によれば、絶縁基板
上に形成されたメタライズパターンに所望の電子部品を
半田付けして実装する配線基板であって、前記メタライ
ズパターンが、絶縁基板に、所望のタングステンパター
ンを形成する第1の工程と、このタングステンパターン
上に、少なくともニッケルメッキを施す第2の工程と、
所定の温度に加熱する第3の工程と、少なくとも錫を成
分とする半田浴中に浸漬する第4の工程とを経て形成さ
れるため、たとえば、第2および第3の工程を経ること
によって、タングステンパターンとニッケルメッキとの
界面に、適正なNi−W拡散層が形成され、さらに、第4
の工程で、錫を成分とする半田浴中に浸漬することによ
って、ニッケルメッキ層が半田浴中に拡散して消失し、
タングステンパターン外縁部における当該ニッケルメッ
キ層の突起がなくなり、応力集中が回避される結果、接
合強度が向上する。
また、第4の工程中に、Ni−W拡散層中のニッケルが
半田浴中の錫に置換されることにより、熱的に安定かつ
強固で、半田に対する濡れ性の良好なSn−W反応相が形
成されるので、たとえば、電子部品の交換作業などに際
して、繰り返し加熱されるような場合でも、半田に対す
るメタライズパターンの安定な濡れ性、すなちわ接合強
度が得られ、配線基板の寿命が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例である配線基板の一部を拡
大して示す断面図、 第2図は、その製造工程の一例を示す説明図、 第3図は同じく、その製造工程の一例を示す説明図、 第4図は同じく、その製造工程の一例を示す説明図、 第5図は同じく、その製造工程の一例を示す説明図、 第6図は、第4図の工程における配線基板の要部を拡大
して示す断面図である。 1……セラミックス基板、2……タングステンパター
ン、2a……タンズステンペースト、3……半田、4……
Sn−W反応相、5……リード、6……ニッケルメッキ
層、6a……突起、6b……間隙、7……金メッキ層、8…
…Ni−W拡散層、100……熱線、200……半田浴、201…
…ヒータ、M……メタライズパターン。
フロントページの続き (72)発明者 根津 忠利 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社 日立製作所神奈川工場内 (56)参考文献 特開 昭52−53732(JP,A) 特開 昭60−187090(JP,A) 特開 昭60−217696(JP,A) 特開 昭54−137661(JP,A) 特開 昭50−362(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05K 1/09 H05K 3/10 - 3/26 H05K 3/38

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上に形成されたメタライズパター
    ンに所望の電子部品を半田付けして実装する配線基板で
    あって、前記メタライズパターンは、タングステンパタ
    ーンと、前記タングステンパターン上に形成されたSn−
    W反応相とから構成されることを特徴とする配線基板。
JP12410790A 1990-05-16 1990-05-16 配線基板 Expired - Lifetime JP2886945B2 (ja)

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