JP3827487B2 - はんだコーティング長尺材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだの付着しにくい材料にはんだを付着させたはんだコーティング材、該はんだコーティング材から成るはんだ接合体およびはんだコーティング材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体パッケージ用のリッド、モジュール基板のシールド、電子部品のリード等の電子部品のはんだ接合体（以下、はんだ接合体という）に使用する金属材料は銅または銅合金のようにはんだが付着しやすい金属材料が使用されていた。しかしながら、銅や銅合金は高価であり、また機械的強度が充分でないことから、銅や銅合金以外の金属材料が使用されるようになってきた。この銅や銅合金以外の金属材料とは、コバール（Ｆｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ）、４２アロイ（Ｆｅ−４２Ｎｉ）、鉄、等である。これらの金属は価格的、機械的には銅、銅合金よりも優れているが、はんだ付け性が銅、銅合金よりも劣っているためはんだ接合体に使用したときに、はんだ付けに問題のあるものであった。
【０００３】
そこで、コバール、４２アロイ、鉄等のはんだの付着しにくい金属材料（以下、難はんだ付け材料という）は、はんだ付けする部分に予め、はんだの付着しやすい金属、例えば金、銀、銅、錫、はんだ等をメッキしておくことがなされていた。これらのメッキ金属のうち金、銀は高価であるため安価な電気製品用のはんだ接合体には適さず、銅ははんだ付け時にはんだ中に拡散して脆い金属間化合物を生成し、また錫はメッキ後、時間が経過すると表面に酸化被膜が生成されてはんだ付け性を悪くしてしまうものである。そこで近時では安価で、しかも錫よりも酸化しにくいはんだメッキが多く採用されるようになってきている。
【０００４】
また近時のはんだ接合体は、はんだ付けの合理化を図るため、はんだ付け部に予め少し多めのはんだを付着させておき、はんだ付け時にはんだを供給しなくとも、この多めに付着させたはんだではんだ付けすることも行われている。従って、はんだ接合体に使用される難はんだ付け材料にも、はんだを多めに付着させることが要求されるようになってきた。
【０００５】
難はんだ付け材料に、はんだを多めに付着させたものとしては、板状のはんだと難はんだ付け材料とを圧延ロールで圧着させたもの（以下、はんだクラッド材という）、溶融はんだ中に難はんだ付け材料を浸漬させて溶融メッキによりはんだを付着させたもの（以下、はんだコーティング材という）等がある。
【０００６】
はんだクラッド材は、板状はんだと難はんだ付け材料とが完全に金属的接合がなされていないため、はんだクラッド材をプレスで所望のはんだ接合体の形状に打ち抜いたときに、板状はんだと難はんだ付け材料とが剥離してしまったり、はんだ付け時にはんだ付け部にボイド（未はんだ）が発生したりすることがあった。そこで今日では、難はんだ付け材料に多量のはんだを付着させたものとしてはんだコーティング材が多く用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで難はんだ付け材料を溶融はんだ中に浸漬してはんだコーティング材を得る場合、はんだ付け性の悪い難はんだ付け材料に対してはハロゲン成分が大量に含まれた活性の強いフラックスを使用しなければならなかった。しかしながら、活性の強いフラックスではんだ付けした場合、はんだ付け後にフラックス残渣が少しでも残っていると、はんだや難はんだ付け材料を腐食させたり、腐食生成物を発生させてはんだ付け性を悪くさせたりしてしまう。そのためフラックスを使用してのはんだコーティング材では、はんだを付着させた後、必ず完全な洗浄を行わなければならなかった。はんだコーティング材を製造するには長尺材が生産性の点で良好であり一般に長尺材を用いるが、フラックスを使用したはんだコーティング材は洗浄時に大きな洗浄用の浴槽と大量の洗浄水が必要となるため、イニシャルコストとしての洗浄設備やランニングコストとしての水の使用料に多大な費用がかかるものであった。
【０００８】
電子部品は品名やロットを表示するめに表面にマーキングを施さなければならないが、はんだコーティング材をはんだ接合体に使用する場合、はんだ接合体の両面にはんだが付着していると電子部品の表示であるマーキングができなくなる。つまり、このマーキングは印刷やレーザーで行うものであり、マーキングする面にはんだが付着していると、はんだ付け時にマーキングが消滅してしまうものである。従って、はんだ接合体に使用するはんだコーティング材は、はんだの付着が片面だけ、即ちはんだ接合面だけにはんだが付着していなければならないものである。
【０００９】
また電子部品のマーキング時にレーザーを使うと、レーザーは照射したときに高温となるため、難はんだ付け材料のように鉄を含む合金に対しては、鉄分が焼けて鮮明なマーキングができなかった。しかも電子部品の表面に難はんだ付け材料が露出していると露出した面が錆びることがあった。
【００１０】
従来より溶融はんだ中に超音波を付加させ、その中にはんだ付け部材を浸漬するとはんだが付着することは分かっていた。超音波によるはんだ付けは、超音波がはんだ付け部に付着している酸化物や汚れを強力な振動で剥がし取り、金属の清浄な表面を露出させることにより、溶融はんだとはんだ付け部とを金属的に接合させるものである。しかしながら、本発明者の実験では如何に強力な超音波を付加しても難はんだ付け材料に対しては充分なはんだメッキができなかった。本発明は、難はんだ付け材料の片面に大量のはんだを付着させてあるとともに、はんだを付着させていない面にレーザーでマーキングを施しても焼けないというはんだコーティング材、該はんだコーティング材で作ったはんだ接合体、およびはんだコーティング材の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、電気メッキは難はんだ付け材料に対して容易にメッキができること、また難はんだ付け材料に予めはんだ付け性の良好な金属で下地メッキを施しておくと、溶融メッキでのはんだの付着が容易になること、超音波を付加した溶融はんだ中ではんだメッキを行うとフラックスを用いなくて済み洗浄の必要がなくなること、そして少なくともはんだが付着していない面に防焼金属をメッキしておくと防焼金属面にレーザーでマーキングを施すときに焼きを抑えることができること、等に着目して本発明を完成させた。
【００１２】
本発明は、長尺の難はんだ付け金属材料の片面にマスキングを施してから、錫またははんだをマスキングが施されていないもう一方の面に電気メッキで行い、マスキングを除去した後、該難はんだ付け金属材料を超音波が付加された溶融はんだ中を通過させて電気メッキした面の上に１０〜５０μｍの厚さではんだの溶融メッキを行い、その後、はんだの溶融メッキ面にマスキングを施すか、或いは施さずに難はんだ付け金属材料の片面、或いは両面に電気メッキで防焼金属のメッキを行うことを特徴とする半導体パッケージのリッド打ち抜き用連続はんだコーティング長尺材の製造方法である。
【００１５】
本発明では、難はんだ付け材料に０．１〜５μｍの厚さで錫またははんだの電気メッキを下地メッキとして施しておくものである。またはんだを下地メッキにする場合、更に該はんだの下地メッキとしてニッケルの下地メッキを施しておくと、はんだの付着がより良好となる。
【００１６】
本発明において、下地用の電気メッキは、厚さが０．１μｍよりも薄いと、この上に施す溶融はんだが付着しにくくなり、しかるにこれを５μｍよりも厚くすると、電気メッキに要する時間が長くなって電気の使用料の高騰および生産性の低下となってしまう。
【００１７】
電気メッキの上に施すはんだの溶融メッキとしては、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｂｉ等の金属を適宜合金にした如何なる組成の合金でも採用できる。半導体パッケージ用リッドでは、後工程のプリント基板への実装時に溶融せず、しかもパッケージとのはんだ付け性に優れたＰｂ主成分の高温はんだ（Ｐｂ主成分にＳｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｂｉ等を少量添加した合金）が適している。また鉛フリーの問題では、Ｓｎを主成分とし、これにＰｂ以外の金属を添加したものも使用できる。
【００１８】
本発明において、電気メッキの上に付着させるはんだの厚さが１０μｍよりも薄いと、はんだ付け用としてのはんだの量が充分ではなく、はんだ付け不良となってしまう。しかるにこの厚さが５０μｍよりも多く付着させると全体の厚さが不均一になってしまう。
【００１９】
本発明では溶融はんだメッキを施していない面、或いは溶融はんだメッキを施していない面と溶融はんだメッキを施した面の両面に防焼金属をメッキ施すものである。この防焼金属のメッキは、マーキングを施す時の焼けの防止と、はんだコーティング材で作った電子部品のはんだ付け部の錆びを防止するためである。
【００２０】
本発明に使用する防焼金属とはＮｉ、Ｃｒ、Ｃｕ等の酸化しにくい金属であり、これらの防焼金属は高温時に焼けを防ぐばかりでなく、錆びの発生をも防ぐ効果を有している。防焼金属のメッキの手段としては電気メッキや化学メッキで行うが、経済性や信頼性の面では電気メッキが適している。防焼金属のメッキ厚さが０．１μｍよりも薄いと防焼や錆び止めの効果がなく、しかるに５μｍを越えても、それ以上に防焼や錆び止めの効果は向上しないばかりでなく、電気メッキの処理時間が長くなって製造コストや生産性に問題が出てくる。防焼金属のメッキの厚さが０．１〜５μｍであれば、溶融はんだメッキ面にメッキされていても、防焼金属ははんだ付け時には溶融はんだ中に拡散してしまい、はんだ付けの邪魔とはならないばかりでなく、はんだ中に少量の防焼金属が混入するとはんだの機械的強度が向上して強固なはんだ付け部が得られるようになる。
【００２１】
【実施例】
以下図面に基づいて本発明のはんだコーティング材の製造方法を説明する。図１は本発明のはんだコーティング材を製造する工程を説明する図である。
【００２２】
（１）幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの難はんだ付け材料であるコバールの長尺材１の片面にマスキング２を施し、もう一方の面に電気メッキで９０Ｓｎ−Ｐｂはんだの下地メッキ３を２μｍの厚さに付着させる。
（２）片面に９０Ｓｎ−Ｐｂの下地メッキが施された長尺材１からマスキングを除去する。その後、該長尺材を超音波が付加された噴流はんだ槽の溶融はんだ（Ｐｂ−４Ｓｎ−１Ａｇ−１Ｉｎ−８Ｂｉ）中に浸漬して通過させる。このとき、溶融はんだ槽は、全体が窒素ガスを充満させた不活性雰囲気であり、超音波が付加された噴流はんだ槽中に長尺材を５ｍ／分の速度で通過させたところ、下地メッキを施した面だけに３０μｍの厚さではんだが付着した。厚さ２μｍの９０Ｓｎ−Ｐｂの下地メッキの上に３０μｍのはんだを溶融メッキで施すと、付着量の少ない下地メッキは溶融メッキに溶融してしまい、均一な溶融メッキのはんだ組成になる。
（３）長尺材１の片面に溶融はんだメッキが施された面にマスキング５を施し、その後、該長尺材をＮｉの電解液に浸漬してマスキングを施していない面に防焼金属であるＮｉのメッキ６を０．２μｍの厚さで電気メッキした。その後、溶融はんだメッキ面からマスキングを除去する。
（４）片面にはんだの溶融メッキを施し、もう一方の面に防焼金属の電気メッキを施した長尺材からプレスで５×５（ｍｍ）に打ち抜き、はんだ接合体７を形成した。該はんだ接合体は、半導体パッケージ用のリッドである。
【００２３】
上記方法で得られたリッドの防焼金属のメッキ６の上にレーザーでマーキングを行ったところ、防焼金属のメッキ面は焼けることなくきれいなマーキングが付されていた。その後、該リッドを図１（４）に示すように半導体のパッケージ８に載置し、窒素雰囲気中フラックスなしで３１０℃に加熱したところ、リッド７とパッケージ８とは完全に接合されており、ボイドのようなはんだ付け不良は皆無であった。
【００２４】
一方、コバールと板状はんだを圧着した従来のはんだクラッド材を５×５ｍｍに打ち抜いてパッケージ型電子部品のリッドに作成し、はんだを付着させていないコバール面をレーザーでマーキングを行ったところ、コバールの面に焼きが起こってきれいなマーキングとはならなかった。このリッドを前述実施例と同様にパッケージに載置してはんだ付けを行ったところ、接合部にボイドが大量に発生していた。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明で得られたはんだコーティング長尺材は難はんだ付け金属材料にはんだが完全に、しかも接合に必要な量が付着しているため、リッドのはんだ付け時にはんだ付け不良が発生しない。また本発明で得られたはんだコーティング長尺材は、はんだが付着していない面に防焼金属メッキがされているため、マーキング時に焼きが起こらずきれいなマーキングができるものである。そして本発明のはんだコーティング長尺材の製造方法は、従来フラックスを使用せずには溶融はんだの付着が絶対に無理であると思われていた難はんだ付け金属材料に対してはんだを充分に、しかも完全に付着させることができるという信頼性に優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のはんだコーティング材を製造する工程を説明する図
【符号の説明】
１ 難はんだ付け材料
２、５ マスキング
３ 下地メッキ
４ 溶融はんだメッキ
６ 防焼金属メッキ
７ はんだ接合体
８ 半導体のパッケージ

Claims (1)

1. 長尺の難はんだ付け金属材料の片面にマスキングを施してから、錫またははんだをマスキングが施されていないもう一方の面に電気メッキで行い、マスキングを除去した後、該難はんだ付け金属材料を超音波が付加された溶融はんだ中を通過させて電気メッキした面の上に１０〜５０μｍの厚さではんだの溶融メッキを行い、その後、はんだの溶融メッキ面にマスキングを施すか、或いは施さずに難はんだ付け金属材料の片面、或いは両面に電気メッキで防焼金属のメッキを行うことを特徴とする半導体パッケージのリッド打ち抜き用連続はんだコーティング長尺材の製造方法。

Images