JPH02125491A - 電気的接合部およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、絶縁体上に配設された少なくとも２つの電極
をブリッジ接合して形成された電気的接合部およびその
製造方法に関し、特に低コストで、生産性および信頼性
に優れた電気的接合部およびその製造方法に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来、この種の電気的接合部、たとえばプリント回路基
板への他の回路基板の接続は、はんだで行われているが
、それら電極間において、ある程度距離の離れた場合や
、ある程度以上段差のついた場合、従来のはんだペース
トで電気的接合を行おうとすれば、リフロー時のはんだ
が表面張力により盛り上がる高さのために、たとえば第
７図のように、絶縁体３上の電極１と２との間を結ぶは
んだ７のブリッジが起こらず、画電極１と２との間を電
気的に接続することが困難であった。

このため、従来は、糸はんだを用い、電極上に盛られた
はんだをハンダゴテで何度も修正しながら接続したり、
あるいは導電性接着剤を用いて接続する手法が採られて
いた。前者は、接続工程を自動化しにくいため生産量の
低下、コストアップを引き起こし、後者は、接着剤と電
極との間の接触抵抗や信頼性の低下などのために通用で
きる範囲は一部分に限られていた。

［発明が解決しようとする課題］ このように、ある種の電気的接合形態の導通のための従
来の方法は、自動化しにくいため、生産性に劣ったり、
あるいは導電層間の接続強度の不足または接合部の高抵
抗化などの点から信頼性に欠けるなどの欠点があった。

そこで、本発明の目的は、このような従来の諸欠点を解
消し、簡単な工程で導通収率が高く、かつ生産性および
信頼性にすぐれた電気的接合部およびかかる電気的接合
部を形成する方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、絶縁体上
に配置された複数の電極の間が電気的に接合された電気
的接合部において、固相線と液相線とが異なるはんだで
電極をブリッジ接合したことを特徴とする。

本発明方法は、絶縁体上に配置された複数の電極の間が
電気的に接合された電気的接合部の製造方法において、
複数の電極上に、複数の電極にまたがって、固相線と液
相線とが異なるはんだ粒とフラックスとから成るはんだ
ペーストを被着する工程と、はんだペーストをはんだ粒
の固相線温度以上に加熱して、はんだ粒の少なくとも一
部分をリフローさせる工程とを具えたことを特徴とする
。

［作　用］ 本発明によれば、絶縁体上の少なくとも２つ以上の電極
の間がはんだによって接続されるので、接続部における
電気抵抗が小さく、接合の強度が高い。さらに、はんだ
づけ工程において、溶融したはんだ中に固体のはんだが
分散された状態を経るので、電極間のはんだのブリッジ
発生が容易になり、導通不良を生じることがなく、電極
間の導通を確実に行うことができる。従って、簡単な方
法で信頼性の高い電気的接合形態を低価格で得ることが
できる。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明によって形成した電気的接合形態の一実
施例を示す断面図である。

第１図において、１および２は互いに接続しようとする
電極である。３はそれら電極１および２を保持する絶縁
体、４および４′は電極１と２を電気的に接合して導通
させるはんだである。

第１図に示した電気的接合形態を得る本発明実施例の作
製法を第２図（八）および（Ｂ）を参照して説明する。

工程（１）：第２図（Ａ）に示すように、固相線と液相
線の異なるはんだ粒４＾およびフラックス５を混合した
はんだペーストをスクリーン印刷法その他の方法によっ
て電極１および２の上に、これら電極にまたがるように
被着、すなわち塗布または付着す る。

工程（２）：そして、はんだ粒４＾の固相線未満の温度
で、全体を予備加熱した後、はんだ粒４Ａの固相線温度
以上に加熱してリフローさせてから冷却して凝固させる
。この工程によって、はんだ粒４Ａは固相線と液相線に
沿って分解し、その少なくとも一部分が溶融する。この
ようにリフローしたはんだは冷却凝固して第２図（Ｂ）
に示すように、電極ｌと２との間を電気的に導通させる
はんだ４および４′　となる。

このようにして得られた電気的接合形態は、その製造工
程が簡単であるにもかかわらず、リフロー時に発生する
ガスやはんだ自体の表面張力による盛り上がりの高さに
よる導通不良を生ずることがなく、電極間を確実に電気
的に接合して両電極間の電気的導通をとることができる
。しかもまた、電極とはんだとの接合強度が高く、また
接合部の比抵抗を著しく低くすることができる。

以下に本発明の細部について、詳細Ｃ説明する。

電極１および２の材質は、溶融したはんだ４との濡れ性
がよいことが必要である。実際には、導電層との濡れ性
のよいはんだを選択することにより、銅、銀、金、白金
、鉛、錫、鉄、ニッケル。

インジウム、アルミニウム、ステンレスが導電層として
使用できるが、−船釣には、銅、銀、金が好ましく、経
済性の点からは特に銅が好ましい。

電極１および２はいかなる方法によって製造されたもの
であってもよく、電極の個数も２つのみに限られず、３
つ以上であってもよいこと勿論である。加えて、電極１
および２の配置形態も、第１図の例にのみ限られるもの
ではなく、たとえば第３図（Ａ）〜（Ｆ）に示すような
種々の形態にも適用可能である。第３図（Ｃ）において
、２′は第３の電極を示す。

電極１と２との間の距離については、電極の形状や塗布
はんだの量などにもよるが、それらの最短距離が、０．
０５１０１以上、さらには０．１４−以上、特に０．３
ｍｍ以上の場合において、本発明はその効果を顕著に発
揮する。場合によっては、はんだによる回路形成も可能
である。なお、接続方向に垂直な方向の電極の寸法（電
極幅と定義する）は、電極間最短距離が大きくなるにつ
れ、その最短距離の４倍以下、さらには２倍以下、特に
１倍以下で本発明の効果を顕著に発揮する。

はんだの材質としては、導電層との濡れ性が良く、かつ
固相線と液相線が異なる組成のものであれば何でも良い
が、良好な導通の再現性を得るためには、それらの温度
差は、２０℃以上、好ましくは３５℃以上、特に好まし
くは５０℃以上とする。

前者の条件を満たすものとしては、はんだの少なくとも
一部分が電極と合金組成を形成する必要があり、例えば
電極が銅の場合には、特に銅と合金を作りやすい錫を含
むはんだが好ましい。

具体例としては、鉛、ビスマス、インジウム。

銀、カドミウム、水銀、亜鉛、アンチモンのうちの少な
くとも一種を含む錫合金が挙げられる。

後者の条件については、溶融はんだ中に存在する固体状
のはんだの割合が、極端に少ない、共晶組成に近いはん
だや、逆に純金属に近い組成のはんだは、電極１と２と
の間のブリッジが起こりにくくなるので、好ましくない
。

具体的には、固相線温度における固体状のはんだの割合
が体積比ではんだ全体の０．５を以上、好ましくは３零
以上、さらに好ましくは５零以上となるような組成のは
んだとする。

以上の２条件に加え、リフロー時の絶縁体の耐熱性を考
慮してはんだ材質を決定すればよい。

なお、本発明でいうはんだとは電極と合金組織を形成可
能な金属を含む合金を意味する。

また、使用するはんだは、ペースト状、棒状または糸状
のいずれでもよいが、生産性の点では、ペースト状のも
のがより好ましい。この場合、はんだ粒の粒径は、印刷
・塗布性を考慮すると、１５０μｍ以下、さらには７５
μｍ以下が好ましい。

また、粘度偏析を避けるためには均一の粒径のものを使
用した方が好ましい、また、はんだ粒の形状も印刷・塗
布性を考慮して選定されるが、一般には、メタルマスク
を使用する場合には不定形、メツシュスクリーン・デイ
スペンサを使用する場合には球形の方が好ましい。

フラックスとしては、樹脂系フラックス、特に活性化樹
脂フラックスが好ましい。これはロジン系天然樹脂また
はその変性樹脂を主成分とし、これに活性剤・有機溶剤
・粘度調整剤・その他の添加剤が添加されたものである
。一般に、変性樹脂には重合ロジン、フェノール樹脂変
性ロジンなど、活性剤には無機系および有機系フラック
ス、その中でも特にアミン塩酸塩や有機酸系のフラック
ス、有機溶剤はカルピトール系、エーテル系のものが用
いられる。

フラックス量については、少なくとも一部がリフローし
たはんだ粒間の一体化を引き起こすのに充分な量が必要
であり、はんだ粒の５ｗｔＸ以上、さらには７ｗｔ零以
上、さらに好適には１０ｗｔ！に以上が好ましいが、印
刷・塗布性およびリフロー後の体積減少率を考慮して適
宜決定すればよい。

上述のはんだ粒４＾およびフラックス５で構成されたは
んだペーストは、スクリーン印刷法あるいはデイスペン
サなどを用いた方法により電極部に付着あるいは塗布さ
れるが、生産性の点からはスクリーン印刷法の方がより
好ましい。付着または塗布は第２図（Ａ）に示したよう
に、接続しようとする電極ｌおよび２のすべての上にま
たがるように行う必要がある。

予備加熱は、リフロー時の急激な温度上昇による基板へ
の熱応力を緩和するためと同時に、フラックス中の揮発
成分を完全に放散させてリフロー時のガス発生を抑える
効果があり、かかる予備加熱を行うことが好ましい。予
備加熱の温度は、はんだ粒の固相線温度未満であること
が必要であるが、基板の耐熱温度と合わせて決定すれば
よい。

はんだ材質が例えば、５ｎ−Ｐｂ二元合金の場合には、
１３０℃〜１６０℃付近が好ましい、これより高すぎる
と、フラックスが硬化し、はんだ付性が悪くなり、逆に
低すぎると、フラックスの揮発成分の放散が不充分でガ
スの滞留を起こし、はんだ平温れの原因となる。加熱時
間も基板の熱容量、はんだペーストの量、フラックスの
量や種類、加熱方式などにより異なるが、基板の表面が
規定の温度に達してから１〜３分間程度の間にわたって
予備加熱することが好ましい。

リフロー温度は、用いるはんだ粒の固相線温度以上であ
ることが最低限必要である。リフロー温度は基板の耐熱
性および接続の信頼性に応じて決定すればよいが、はん
だの組成によっては、設定温度が低すぎると、溶融はん
だの割合が少なく、はんだ粒間の合体が起こらない場合
がある。このため、溶融はんだの割合が体積比で元の全
部のはんだ粒の１鴎以上、さらには２０１以上となるよ
うな温度でリフローすることが好ましい。

なお、はんだブリッジによる導通は、前述の合金組成の
はんだ粒を用いる限り、リフロー工程の初期のある期間
内で一部溶融したはんだが残りの固体はんだ粒同士を合
体させることにより起こり、通常の電極の形状配置の下
では、いったん電極間のはんだブリッジが起これば、そ
の後完全にはんだを溶融させた状態にしても、また、そ
の後に冷却凝固させても、はんだブリッジは保たれる。

すなわち電極の寸法や位置関係などによる規制はあるも
のの、通常は、基本的には、上述のりフロー温度条件を
満足する限り、用いるはんだ粒の固相線一液相線間およ
び液相線以上のいずれの温度でリフローさせてもよい。

上限温度は、主に、基板の耐熱性によって決まるが、あ
まり高すぎるとフラックスが炭化して活性作用がなくな
るので、注意が必要である。時間の設定は予備加熱の場
合と同様であるが、数秒以上あればよい。

ところで、前述のように、はんだブリッジが起こるため
には、リフロー時に適正な固体はんだ粒濃度をある一定
時間以上保つ必要があるので、はんだが一部溶融し始め
てからりフローのピーク温度に到達するまでの昇温速度
は用いるはんだの固相線と液相線の温度差が小さくなる
につれ遅くすることが好ましい。

加熱方法としては、熱風加熱、赤外線加熱、ペーパーフ
ェーズソルダリング、レーザ加熱、ホットプレート、抵
抗加熱、はんだごて加熱などがあるが、より高い導通の
再現性を得るためには、はんだが溶融し始めてから、リ
フローのピーク温度に達するまでの昇温速度は遅い方が
好ましく、熱風加熱や赤外線加熱が特に好ましい。

リフロー後、たとえば第４図に示すようにはんだ４およ
び４′および基板３の表面にフラックス残留物６が生成
されるが、その除去のために、必要に応じて洗浄を行う
。洗浄剤として、トリクロロトリフルオロエタンに代表
されるフロン系溶剤や１−１−１−　トリクロルエタン
などの塩素系溶剤を用いてシャワー洗浄・超音波洗浄や
蒸気洗浄などを行えばよい。

なお、上述した工程（１）の前段階において、例えばソ
ルダーレジストのよにはんだ耐熱性をもち、かつはんだ
との濡れ性が悪い材料を接続したくない部分に塗布ある
いは貼付することにより、リフロー後のはんだが不必要
な部分に流出しないようにすることが好ましい。これに
より、電極に回路パターンが接近している場合には、電
極と回路パターンとの不所望のブリッジの発生が抑えら
れ、しかもまた、最初に塗布したはんだペーストの量が
少ない場合でも、はんだが不要な部分に流れ出ることが
ないので、第５図に示すように、電極ｌと２との間に導
通不良が発生することが抑えられる。

次に、本発明による電気的接続形態の形成方法の具体例
を示すが、本発明はかかる実施例にのみ限定されるもの
ではない。

火籐■± 通常の方法によって、第６図に示すように絶縁体３上に
電極１および２を形成した。ここで、Ｘの値としては、
０．０８ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．４ｍｌ１，０．７ｍ
ｍ。

１．５ｍｍ、６ｍｍの６通りのものを用意した。次に、
メタルマスクを用いたスクリーン印刷法によって、はん
だペーストを２つの電極１および２の上にこれら電極に
またがるように塗布した。ここではんだペーストとして
は次の２ｆ！ｉ！のものを用いた。

ペーストＮｏ、　１ 固相線温度　　　１８３℃ 、液相線温度　　　２４８℃ （千住金属工業■　５ＰＴ−５５−３５）ペーストＮＯ
１２ 固相線温度　　　１３５℃ 液相線温度　　　１６７℃ （千住金属工業＠　　５ＰＴ−５５−１６５）その後、
１２０℃の熱風オーブン中で１０分間予備加熱した後、
２１０℃の熱風オーブン中で３分間リフローさせ、つい
で１−１−１　）リクロルエタンで超音波洗浄して表面
のフラックス残留物を除去した。

リフローしたはんだが２電極間にまたがるようにブリッ
ジされているのものの収率を下表に示す。

ブリッジが形成されているものについては、いずれも、
接合強度が通常のはんだと比べて何ら遜色はなかった。

哀Ａ■ｌ 第１図に示したような配置および形状の電極１および２
を用意した。各電極の厚みは５０μｍで、電極ｌと２と
の間の最短距離が０．０６＋ａｍ、０．２５ｍｍ。

０．３５１１１１１．０．５０１１１１．０．７０１１
１１１の５通りのものを用意した。

その後、実施例１と全く同様の方法で、固相線温度１８
３℃、液相線温度２４８℃をもつはんだペースト（千住
金属工業■製、５ＰＴ−５５−３５）を塗布し、ついで
リフローさせた。

電極間の最短距離の異なるものすべてについて、９８〜
１００にの収率で、リフローしたはんだが２電極間にま
たがるようにブリッジされており、接合強度も通常のは
んだと比べて何ら遜色はなかった。

比較例１ 実施例１と同様の電極に、通常のはんだペースト（千住
金属工業■製、５ＰＴ−５５−６３）を全く同様の方法
で塗布してからリフローさせた。

異なるＸの値に対して、リフローしたはんだが２電極間
でブリッジを形成している収率を調べると次のようにな
った。

ルｉｆ（乳ス 実施例２と全く同様の電極に、通常のはんだペースト（
千住金属工業■製、５ＰＴ−５５−６３）を全く同様の
方法で塗布してからリフローした。

２電極間の最短距ＩＩＩ　（Ｘ）の異なるものに対し、
リフローしたはんだが２電極間でブリッジを形成してい
る収率を調べると、次のようになった。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、導電性接着剤と比
べ、電極との接合強度で１０倍、比抵抗で１０分の１の
値をもち、接合材自体が導電性であり、またコストが約
１０分の１という特徴を兼ね備えているはんだを用いる
ので、低コストで高信頼性、かつ生産性の高い電気的接
合形態が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電気的接合部の一実施例を示す断面図、 第２図（Ａ）および（Ｂ）は本発明電気的接合部の製造
工程の一実施例を説明する断面図、第３図（Ａ）ないし
くＦ）は本発明における電極の他の種々の形態を説明す
る断面図、 第４図はフラックス残留物を除去する本発明の他の実施
例を説明する断面図、 第５図は導通不良の説明図、 第６図は本発明実施例における電極を説明する斜視図、 第７図は従来のはんだペーストを用いて得た電気的接合
部の一例を示す断面図である。 １・・・電極、 ２．２′　・・・電極、 ３・・・絶縁体、 ４．４’−・・はんだ、 ４＾・・・はんだ粒、 ５・・・フラックス、 ６・・・フラックス残留゛物、 ７・・・はんだ。 第２図 第５図 第６凶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）絶縁体上に配置された複数の電極の間が電気的に接
   合された電気的接合部において、固相線と液相線とが異
   なるはんだで前記電極をブリッジ接合したことを特徴と
   する電気的接合部。 ２）絶縁体上に配置された複数の電極の間が電気的に接
   合された電気的接合部の製造方法において、 前記複数の電極上に、当該複数の電極にまたがって、固
   相線と液相線とが異なるはんだ粒とフラックスとから成
   るはんだペーストを被着する工程と、 前記はんだペーストを前記はんだ粒の固相線温度以上に
   加熱して、前記はんだ粒の少なくとも一部分をリフロー
   させる工程と を具えたことを特徴とする電気的接合部の製造方法。