JP4520665B2 - プリント配線板及びその製造方法並びに部品実装構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板及びその製造方法並びに部品の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、デジタル機器に用いられる電子素子の実装において、プリント配線板への部品実装が高密度化されている。特に、配線の微細化により、電子素子の実装面の配線ピッチが０．８mmから０．５mmと高密度化の傾向にあり、実装技術も飛躍的に進歩してきた。高密度実装に対応した実装方法として、エリア表面実装のＢＧＡ実装が増えている。
【０００３】
従来のプリント配線板の製造方法を図４に示す。まず、図４（ａ）に示されるように、絶縁基板２に写真法により配線３を形成し、液レジタイプの絶縁層４を静電塗装で塗布し、露光現像にて開口部５を設ける。
次に、図４（ｂ）に示されるように、さらにランド６の表面の酸化膜を除去するために硫酸等で１μｍ前後銅に弱いソフトエッチングを行う。次に、図４（ｃ）に示されるように、ニッケルメッキ層８が無電解により形成され、さらにこのニッケルメッキ層８の上に金メッキ層９が無電解にて形成される。
次いで、図４（ｄ）に示されるようにはんだボール１０を介して電子素子１１が実装され、携帯電話等の携帯機器が完成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、従来の携帯電話等の携帯機器には、落下衝撃試験等で電子素子がシェア的応力を受けた場合、はんだとニッケルメッキ層の界面で剥離するという問題が発生する場合がある。
【０００５】
この問題の原因を解明するため、本発明者が試験研究を行った結果、次のような事実が明らかになった。
【０００６】
すなわち、従来法によると電子素子を実装するランドのピッチが０．８mmから０．５mmに狭くなることによって絶縁層が、図５（ａ）に示されるようなクリアランスタイプから図５（ｂ）に示されるようなオーバーレジストタイプになる。そのため、ニッケルメッキを析出させる際に当該絶縁層が壁となって、中央部と壁際の部分でニッケルメッキの析出に差が生じる結果、図６に示されるように、絶縁層４の壁際にニッケルメッキ８が異常析出Ａする。この状態で落下試験を行うと、ニッケルメッキの異常析出Ａが原因で電子素子がシェア的応力を受け、ニッケルメッキ層とはんだの界面で剥離を起こすことになる。
【０００７】
前記ニッケルメッキ層とはんだの界面で剥離が発生すると強度的なバラツキが非常に大きくなり、極端な強度低下が懸念される。この為、破壊モードとしては、ニッケルメッキ層とはんだの界面での剥離がないことが望まれている。因に、前記試験は、ランド単独のシェア試験にて実施した。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ニッケルメッキ層とはんだの界面での剥離を防止して、両者の接続信頼性を向上することが可能なプリント配線板及びその製造方法並びに電子素子の実装構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、絶縁基板上に形成された導体金属からなる配線のはんだ付け部が開口してランドが形成されていると共に、非はんだ付け部が絶縁層で被覆されているオーバーレジストタイプのプリント配線板において、前記ランドがソフトエッチングにより薄層化されて前記絶縁層との間に間隙が形成されており、かつ該薄層化されたランド上にニッケルメッキ層が設けられていると共に、該ニッケルメッキ層上に金メッキ層が当該金メッキ層と絶縁層との間に間隙を残して設けられていることを特徴とするプリント配線板により上記目的を達成したものである。
【００１０】
また、本発明は、絶縁基板上に導体金属からなる配線を形成し、次いで当該配線を絶縁層で被覆し、次いで当該配線のはんだ付け部に開口部を設けてランドを形成すると共に絶縁層をオーバーレジストタイプとし、次いで当該ランドをソフトエッチングにより薄層化して前記絶縁層との間に間隙を形成し、次いで当該薄層化されたランド上にニッケルメッキ層を形成し、次いで当該ニッケルメッキ層上に金メッキ層を形成するプリント配線板の製造方法において、前記間隙を、金メッキ層形成後においても残存するように形成することを特徴とするプリント配線板の製造方法により上記目的を達成したものである。
【００１１】
また、本発明は、前記プリント配線板の間隙に、部品実装時のはんだが溶け込んだ状態で部品が実装されていることを特徴とする部品実装構造により上記目的を達成したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
【００１３】
図１は、本発明のプリント配線板及び部品実装構造の製造工程例を示す断面説明図で、以下該図１に基いて説明する。
【００１４】
（ａ）：まず絶縁基板２上に導体金属からなる配線３を写真法等により形成し、次いで当該配線を液レジタイプの絶縁層４で静電塗装法等により被覆し、次いで当該配線３のはんだ付け部に、露光現像にて開口部５を設けて絶縁基板２上に部品接続用のランド６を形成すると共に、非はんだ付け部にオーバーレジストタイプの絶縁層４を形成する。
【００１５】
（ｂ）：次に、過酸化水素と硫酸の混合液、過硫酸塩、硝酸系、アルカリ系等の何れか一種以上の薬液を用いて前記ランド６をソフトエッチング７により平坦に薄層化して、前記絶縁層４との間に間隙ａを形成する。ここに間隙ａの大きさとしては、後工程でのニッケルメッキ層８及び金メッキ層９の形成後においても絶縁層４との間に間隙ａが残存し（図１（ｃ））、部品実装時に熔解したはんだが当該残存間隙ａに流れ込み得る程度とするのが有利である。この間隙ａの具体的な寸法値としては、３〜１０μｍ、特に５〜６μｍ程度か好ましい。因に、３μｍ未満の場合には前記残存間隙ａ（図１（ｃ））の形成が困難となり、部品実装時にはんだが当該間隙ａに入り込みにくくなる結果、絶縁層４の縁によるはんだの強い固定力が得られにくくなる。他方、１０μｍを超える場合には、間隙ａが広過ぎて絶縁層４が剥離し易くなる。
【００１６】
（ｃ）：次に、薄層化されたランド６の平坦面にニッケルメッキ処理を施してニッケルメッキ層８を形成した後、更に該ニッケルメッキ層８上に金メッキ処理を施して金メッキ層９を形成し、絶縁層４との間に間隙ａが残存した本発明プリント配線板１を得る。ここにニッケルメッキ層の厚さとしては、２〜７μｍ、特に５μｍが好ましく、また金メッキ層９の厚さとしては、０．０５μｍ前後とするのが好ましい。尚、メッキ法としては、余分な配線リードの引き回しとメッキ厚バラツキを考慮すると電解メッキより無電解メッキの方が好ましい。
【００１７】
（ｄ）：次に、得られた前記プリント配線板１に、はんだボール１０を乗せ、リフローで電子素子（ＣＳＰ）１１を実装すれば、リフローの熱で熔解されたはんだが、前記残存間隙ａ、すなわち絶縁層４の下に回り込み、その状態で当該電子素子（ＣＳＰ）１１が実装された本発明部品実装構造が得られる。
【００１８】
尚、上記製造工程については、プリント配線板の最外層の製造例を挙げて説明したが、片面、両面、多層の積層数に特に制限されない。
【００１９】
図２は、多層板についての本発明部品実装構造例を示す断面説明図で、プリント配線板１が複数の電子素子（ＣＳＰ）１１を高密度に実装すべく多層に形成されている以外は、図１（ｄ）と同様な構造となっている。
【００２０】
図３は、部品を実装した本発明プリント配線板を示す模式図で、ランドを備えた本発明プリント配線板１に、接続端子として機能するはんだボール１０を介して電子素子（ＣＳＰ）１１が実装されている。
【００２１】
試験例１
ランド径φ４００μｍで絶縁層４の開口部５がφ３００μｍの後記作成試験サンプル各７０個を用い、過剰なソフトエッチング有無による、ニッケルメッキ層８とはんだボール１０の界面での剥離試験を下記シェア破壊試験方法で行なった。その結果は表１の通りであった。
【００２２】
◎試験方法
金メッキ処理を施したプリント配線板１にはんだボール１０を乗せリフロー１回ではんだボールを熔解させる。ある一定の加重をきりかき棒にかけ、絶縁層の表面から５０μｍの位置に設定し、速度１７０μｍ／secではんだが剥離するまで加重をかけ、どの部分で剥離したかを光学顕微鏡にて確認し、ニッケルメッキ層とはんだとの界面で剥離したデータを表１にまとめた。
【００２３】
◎本発明品サンプルの作成
図１の工程に従い、ランド径φ４００μｍで絶縁層４の開口部５がφ３００μｍのランドに強いソフトエッチング７として、過酸化水素と硫酸の混合液に１分間浸漬させて、絶縁層４との間に間隙ａを形成せしめた後、無電解ニッケルメッキ処理、無電解金メッキ処理を施し、はんだボールを乗せ、リフローではんだボールを熔解させ、シェア破壊試験用の本発明品サンプルを作成した。
【００２４】
◎比較品サンプルの作成
弱いエッチング７として、硫酸に１分間浸漬させて、絶縁層４との間に間隙ａを形成せしめることなく、銅表面の酸化膜除去のみを行った以外は本発明品サンプルの作成と同様にして比較品サンプルを作成した。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、ソフトエッチング処理により絶縁層との間に間隙が形成されているので、ニッケルメッキ処理を施しても従来の如く絶縁層が壁になることがないため、ニッケルメッキがランド面全体に均一に析出して強固に接合される結果、ニッケルメッキ層がはんだとの界面で剥離することはない。
【００２７】
また、特に前記間隙を金メッキ層形成後においても残存せしめれば、部品実装時に熔解したはんだが当該間隙に回り込み、はんだ接合面積が増大すると共に、絶縁層の縁で、ニッケルメッキ層が金メッキ層及び当該はんだを介して強固に押さえ付けられるので、より接合強度が向上する結果、ニッケルメッキ層がはんだとの界面で剥離することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明プリント配線板及び部品実装構造の製造工程例を示す断面説明図。
【図２】 多層板についての本発明部品実装構造例を示す断面説明図。
【図３】 部品を実装した本発明プリント配線板を示す模式図。
【図４】 従来プリント配線板及び部品実装構造の製造工程例を示す断面説明図。
【図５】 （ａ）は絶縁層がクリアランスタイプ（０．８mmピッチ）のプリント配線板の断面説明図。（ｂ）は絶縁層がオーバーレジストタイプ（０．５mmピッチ）の断面説明図。
【図６】 従来プリント配線板におけるニッケルメッキの異常析出例を示す断面説明図。
【符号の説明】
１：プリント配線板
２：絶縁基板
３：配線
４：絶縁層
５：開口部
６：ランド
７：ソフトエッチング
８：ニッケルメッキ層
９：金メッキ層
10：はんだボール
11：電子素子（ＣＳＰ）
Ａ：ニッケルメッキの異常析出部
ａ：ソフトエッチング後の絶縁層とランドとの間隙
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板及びその製造方法並びに部品の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、デジタル機器に用いられる電子素子の実装において、プリント配線板への部品実装が高密度化されている。特に、配線の微細化により、電子素子の実装面の配線ピッチが０．８mmから０．５mmと高密度化の傾向にあり、実装技術も飛躍的に進歩してきた。高密度実装に対応した実装方法として、エリア表面実装のＢＧＡ実装が増えている。
【０００３】
従来のプリント配線板の製造方法を図４に示す。まず、図４（ａ）に示されるように、絶縁基板２に写真法により配線３を形成し、液レジタイプの絶縁層４を静電塗装で塗布し、露光現像にて開口部５を設ける。
次に、図４（ｂ）に示されるように、さらにランド６の表面の酸化膜を除去するために硫酸等で１μｍ前後銅に弱いソフトエッチングを行う。次に、図４（ｃ）に示されるように、ニッケルメッキ層８が無電解により形成され、さらにこのニッケルメッキ層８の上に金メッキ層９が無電解にて形成される。
次いで、図４（ｄ）に示されるようにはんだボール１０を介して電子素子１１が実装され、携帯電話等の携帯機器が完成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、従来の携帯電話等の携帯機器には、落下衝撃試験等で電子素子がシェア的応力を受けた場合、はんだとニッケルメッキ層の界面で剥離するという問題が発生する場合がある。
【０００５】
この問題の原因を解明するため、本発明者が試験研究を行った結果、次のような事実が明らかになった。
【０００６】
すなわち、従来法によると電子素子を実装するランドのピッチが０．８mmから０．５mmに狭くなることによって絶縁層が、図５（ａ）に示されるようなクリアランスタイプから図５（ｂ）に示されるようなオーバーレジストタイプになる。そのため、ニッケルメッキを析出させる際に当該絶縁層が壁となって、中央部と壁際の部分でニッケルメッキの析出に差が生じる結果、図６に示されるように、絶縁層４の壁際にニッケルメッキ８が異常析出Ａする。この状態で落下試験を行うと、ニッケルメッキの異常析出Ａが原因で電子素子がシェア的応力を受け、ニッケルメッキ層とはんだの界面で剥離を起こすことになる。
【０００７】
前記ニッケルメッキ層とはんだの界面で剥離が発生すると強度的なバラツキが非常に大きくなり、極端な強度低下が懸念される。この為、破壊モードとしては、ニッケルメッキ層とはんだの界面での剥離がないことが望まれている。因に、前記試験は、ランド単独のシェア試験にて実施した。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ニッケルメッキ層とはんだの界面での剥離を防止して、両者の接続信頼性を向上することが可能なプリント配線板及びその製造方法並びに電子素子の実装構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、絶縁基板上に形成された導体金属からなる配線のはんだ付け部が開口してランドが形成されていると共に、非はんだ付け部が絶縁層で被覆されているオーバーレジストタイプのプリント配線板において、前記ランドがソフトエッチングにより薄層化されて前記絶縁層との間に間隙が形成されており、かつ該薄層化されたランド上にニッケルメッキ層が設けられていると共に、該ニッケルメッキ層上に金メッキ層が当該金メッキ層と絶縁層との間に間隙を残して設けられていることを特徴とするプリント配線板により上記目的を達成したものである。
【００１０】
また、本発明は、絶縁基板上に導体金属からなる配線を形成し、次いで当該配線を絶縁層で被覆し、次いで当該配線のはんだ付け部に開口部を設けてランドを形成すると共に絶縁層をオーバーレジストタイプとし、次いで当該ランドをソフトエッチングにより薄層化して前記絶縁層との間に間隙を形成し、次いで当該薄層化されたランド上にニッケルメッキ層を形成し、次いで当該ニッケルメッキ層上に金メッキ層を形成するプリント配線板の製造方法において、前記間隙を、金メッキ層形成後においても残存するように形成することを特徴とするプリント配線板の製造方法により上記目的を達成したものである。
【００１１】
また、本発明は、前記プリント配線板の間隙に、部品実装時のはんだが溶け込んだ状態で部品が実装されていることを特徴とする部品実装構造により上記目的を達成したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
【００１３】
図１は、本発明のプリント配線板及び部品実装構造の製造工程例を示す断面説明図で、以下該図１に基いて説明する。
【００１４】
（ａ）：まず絶縁基板２上に導体金属からなる配線３を写真法等により形成し、次いで当該配線を液レジタイプの絶縁層４で静電塗装法等により被覆し、次いで当該配線３のはんだ付け部に、露光現像にて開口部５を設けて絶縁基板２上に部品接続用のランド６を形成すると共に、非はんだ付け部にオーバーレジストタイプの絶縁層４を形成する。
【００１５】
（ｂ）：次に、過酸化水素と硫酸の混合液、過硫酸塩、硝酸系、アルカリ系等の何れか一種以上の薬液を用いて前記ランド６をソフトエッチング７により平坦に薄層化して、前記絶縁層４との間に間隙ａを形成する。ここに間隙ａの大きさとしては、後工程でのニッケルメッキ層８及び金メッキ層９の形成後においても絶縁層４との間に間隙ａが残存し（図１（ｃ））、部品実装時に熔解したはんだが当該残存間隙ａに流れ込み得る程度とするのが有利である。この間隙ａの具体的な寸法値としては、３〜１０μｍ、特に５〜６μｍ程度か好ましい。因に、３μｍ未満の場合には前記残存間隙ａ（図１（ｃ））の形成が困難となり、部品実装時にはんだが当該間隙ａに入り込みにくくなる結果、絶縁層４の縁によるはんだの強い固定力が得られにくくなる。他方、１０μｍを超える場合には、間隙ａが広過ぎて絶縁層４が剥離し易くなる。
【００１６】
（ｃ）：次に、薄層化されたランド６の平坦面にニッケルメッキ処理を施してニッケルメッキ層８を形成した後、更に該ニッケルメッキ層８上に金メッキ処理を施して金メッキ層９を形成し、絶縁層４との間に間隙ａが残存した本発明プリント配線板１を得る。ここにニッケルメッキ層の厚さとしては、２〜７μｍ、特に５μｍが好ましく、また金メッキ層９の厚さとしては、０．０５μｍ前後とするのが好ましい。尚、メッキ法としては、余分な配線リードの引き回しとメッキ厚バラツキを考慮すると電解メッキより無電解メッキの方が好ましい。
【００１７】
（ｄ）：次に、得られた前記プリント配線板１に、はんだボール１０を乗せ、リフローで電子素子（ＣＳＰ）１１を実装すれば、リフローの熱で熔解されたはんだが、前記残存間隙ａ、すなわち絶縁層４の下に回り込み、その状態で当該電子素子（ＣＳＰ）１１が実装された本発明部品実装構造が得られる。
【００１８】
尚、上記製造工程については、プリント配線板の最外層の製造例を挙げて説明したが、片面、両面、多層の積層数に特に制限されない。
【００１９】
図２は、多層板についての本発明部品実装構造例を示す断面説明図で、プリント配線板１が複数の電子素子（ＣＳＰ）１１を高密度に実装すべく多層に形成されている以外は、図１（ｄ）と同様な構造となっている。
【００２０】
図３は、部品を実装した本発明プリント配線板を示す模式図で、ランドを備えた本発明プリント配線板１に、接続端子として機能するはんだボール１０を介して電子素子（ＣＳＰ）１１が実装されている。
【００２１】
試験例１
ランド径φ４００μｍで絶縁層４の開口部５がφ３００μｍの後記作成試験サンプル各７０個を用い、過剰なソフトエッチング有無による、ニッケルメッキ層８とはんだボール１０の界面での剥離試験を下記シェア破壊試験方法で行なった。その結果は表１の通りであった。
【００２２】
◎試験方法
金メッキ処理を施したプリント配線板１にはんだボール１０を乗せリフロー１回ではんだボールを熔解させる。ある一定の加重をきりかき棒にかけ、絶縁層の表面から５０μｍの位置に設定し、速度１７０μｍ／secではんだが剥離するまで加重をかけ、どの部分で剥離したかを光学顕微鏡にて確認し、ニッケルメッキ層とはんだとの界面で剥離したデータを表１にまとめた。
【００２３】
◎本発明品サンプルの作成
図１の工程に従い、ランド径φ４００μｍで絶縁層４の開口部５がφ３００μｍのランドに強いソフトエッチング７として、過酸化水素と硫酸の混合液に１分間浸漬させて、絶縁層４との間に間隙ａを形成せしめた後、無電解ニッケルメッキ処理、無電解金メッキ処理を施し、はんだボールを乗せ、リフローではんだボールを熔解させ、シェア破壊試験用の本発明品サンプルを作成した。
【００２４】
◎比較品サンプルの作成
弱いエッチング７として、硫酸に１分間浸漬させて、絶縁層４との間に間隙ａを形成せしめることなく、銅表面の酸化膜除去のみを行った以外は本発明品サンプルの作成と同様にして比較品サンプルを作成した。
【００２５】
【表１】
【発明の効果】
本発明によれば、ソフトエッチング処理により絶縁層との間に間隙が形成されているので、ニッケルメッキ処理を施しても従来の如く絶縁層が壁になることがないため、ニッケルメッキがランド面全体に均一に析出して強固に接合される結果、ニッケルメッキ層がはんだとの界面で剥離することはない。
【００２７】
また、特に前記間隙を金メッキ層形成後においても残存せしめれば、部品実装時に熔解したはんだが当該間隙に回り込み、はんだ接合面積が増大すると共に、絶縁層の縁で、ニッケルメッキ層が金メッキ層及び当該はんだを介して強固に押さえ付けられるので、より接合強度が向上する結果、ニッケルメッキ層がはんだとの界面で剥離することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明プリント配線板及び部品実装構造の製造工程例を示す断面説明図。
【図２】 多層板についての本発明部品実装構造例を示す断面説明図。
【図３】 部品を実装した本発明プリント配線板を示す模式図。
【図４】 従来プリント配線板及び部品実装構造の製造工程例を示す断面説明図。
【図５】 （ａ）は絶縁層がクリアランスタイプ（０．８mmピッチ）のプリント配線板の断面説明図。（ｂ）は絶縁層がオーバーレジストタイプ（０．５mmピッチ）の断面説明図。
【図６】 従来プリント配線板におけるニッケルメッキの異常析出例を示す断面説明図。
【符号の説明】
１：プリント配線板
２：絶縁基板
３：配線
４：絶縁層
５：開口部
６：ランド
７：ソフトエッチング
８：ニッケルメッキ層
９：金メッキ層
10：はんだボール
11：電子素子（ＣＳＰ）
Ａ：ニッケルメッキの異常析出部
ａ：ソフトエッチング後の絶縁層とランドとの間隙
Claims (3)
- 絶縁基板上に形成された導体金属からなる配線のはんだ付け部が開口してランドが形成されていると共に、非はんだ付け部が絶縁層で被覆されているオーバーレジストタイプのプリント配線板において、前記ランドがソフトエッチングにより薄層化されて前記絶縁層との間に間隙が形成されており、かつ該薄層化されたランド上にニッケルメッキ層が設けられていると共に、該ニッケルメッキ層上に金メッキ層が当該金メッキ層と絶縁層との間に間隙を残して設けられていることを特徴とするプリント配線板。
- 絶縁基板上に導体金属からなる配線を形成し、次いで当該配線を絶縁層で被覆し、次いで当該配線のはんだ付け部に開口部を設けてランドを形成すると共に絶縁層をオーバーレジストタイプとし、次いで当該ランドをソフトエッチングにより薄層化して前記絶縁層との間に間隙を形成し、次いで当該薄層化されたランド上にニッケルメッキ層を形成し、次いで当該ニッケルメッキ層上に金メッキ層を形成するプリント配線板の製造方法において、前記間隙を、金メッキ層形成後においても残存するように形成することを特徴とするプリント配線板の製造方法。
- 請求項１記載のプリント配線板の間隙に、部品実装時のはんだが溶け込んだ状態で部品が実装されていることを特徴とする部品実装構造。
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| JP2002368397A JP2002368397A (ja) | 2002-12-20 |
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Citations (1)
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| JP2001284782A (ja) * | 2000-03-29 | 2001-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | はんだ接合方法、はんだ接合構造、及びその接合層の製造方法 |
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2001
- 2001-06-08 JP JP2001173602A patent/JP4520665B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
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| JP2001284782A (ja) * | 2000-03-29 | 2001-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | はんだ接合方法、はんだ接合構造、及びその接合層の製造方法 |
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| JP2002368397A (ja) | 2002-12-20 |
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