JP2000277895A - Solder bonding method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を回路基
板に実装するときに有効な半田接合方法に関し、さらに
詳しくは、無電解ニッケル−リンめっき層を有する電極
上に強固な半田接合部を形成するための半田接合方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solder bonding method effective for mounting an electronic component on a circuit board, and more particularly, to a method for forming a strong solder bonding portion on an electrode having an electroless nickel-phosphorous plating layer. The present invention relates to a solder bonding method for forming.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、例えば、プリント回路基板に電子
部品を表面実装するには、電極上に印刷方式でソルダペ
ーストを供給し、その上に部品のリードを載せた後、加
熱して、ソルダペーストを溶融させることにより半田付
けを行っている。しかし、最近、部品リードの配列ピッ
チの微細化に伴い、電極の配列ピッチも微細化してきて
おり、電極の配列ピッチが０．５ｍｍ以下になると、ソ
ルダペーストの印刷が困難になり、半田ブリッジ形成等
の半田付け不良が多発するという問題が生じている。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, to electronically mount an electronic component on a printed circuit board, a solder paste is supplied by a printing method on an electrode, a component lead is placed thereon, and the solder is heated. Soldering is performed by melting the paste. However, recently, with the miniaturization of the component lead arrangement pitch, the electrode arrangement pitch has also been miniaturized. When the electrode arrangement pitch becomes 0.5 mm or less, printing of solder paste becomes difficult, and solder bridge formation becomes difficult. And the like, there is a problem that frequent soldering failures occur.
【０００３】そこで、プリント回路基板の電極上に半田
層を形成する別の方法として、ファインピッチに対応可
能な半田形成方法が提案され、実用化されている。具体
的には、半田合金を構成する金属のうちイオン化傾向の
大きい金属の粉末（例えば錫粉）と、それ以外の金属の
有機酸塩（例えば有機酸鉛塩）との置換反応を利用する
方法で、例えば有機酸鉛塩と錫粉を主成分とするペース
ト状半田析出組成物をプリント回路基板の電極配列部に
ベタ塗り状に塗布して、半田の状態図固相線以上の温度
に加熱すると、有機酸鉛塩に由来する鉛イオンと錫粉に
由来する金属錫との置換反応により電極上に半田合金が
選択的に析出するという現象を利用したものである（特
開平１−１５７７９６号公報等）。この方法によると、
電極の配列ピッチが０．５ｍｍ以下でも、ブリッジを生
じさせることなく半田層を形成することができ、この半
田層を利用して部品の実装（半田接合）を行うことが可
能となる。Therefore, as another method of forming a solder layer on an electrode of a printed circuit board, a solder forming method capable of coping with fine pitch has been proposed and put into practical use. Specifically, a method utilizing a substitution reaction between a powder of a metal having a high ionization tendency (for example, tin powder) and an organic acid salt of another metal (for example, an organic acid lead salt) among the metals constituting the solder alloy. Then, for example, a paste-like solder deposition composition mainly composed of a lead salt of an organic acid and tin powder is applied to the electrode array portion of the printed circuit board in a solid paint shape, and heated to a temperature equal to or higher than the solidus line of the solder phase diagram. Then, a phenomenon in which a solder alloy is selectively deposited on an electrode by a substitution reaction between lead ions derived from an organic acid lead salt and metallic tin derived from tin powder is used (JP-A-1-157796). Gazette). According to this method,
Even when the arrangement pitch of the electrodes is 0.5 mm or less, a solder layer can be formed without causing a bridge, and components can be mounted (solder bonding) using the solder layer.
【０００４】一方、表面実装用のプリント回路基板等の
電極は、耐食性、半田濡れ性確保、半田量のばらつき防
止等の観点から、銅製等の金属母材の表面に無電解ニッ
ケルめっき、通常はさらにその上に無電解金めっき又は
パラジウムめっきを施す表面処理がなされることが多
い。無電解ニッケルめっきは、ニッケル塩を含む水溶液
から次亜リン酸塩、水素化ホウ素化合物などの還元剤の
作用により化学的にニッケルを析出させるものであり、
めっき皮膜には還元剤に起因するリンやホウ素が含まれ
る。そのうち、還元剤に次亜リン酸塩を用いて得られ
る、いわゆるニッケル−リンめっきは、皮膜の耐食性が
良く、生産性、経済性に優れており、プリント基板業界
でも多用されている。On the other hand, electrodes such as printed circuit boards for surface mounting are formed by electroless nickel plating on a surface of a metal base material such as copper, usually from the viewpoints of corrosion resistance, ensuring solder wettability, and preventing variations in the amount of solder. Further, a surface treatment of electroless gold plating or palladium plating is often performed thereon. Electroless nickel plating is intended to chemically precipitate nickel from an aqueous solution containing a nickel salt by the action of a reducing agent such as hypophosphite or a borohydride compound.
The plating film contains phosphorus and boron caused by the reducing agent. Among them, so-called nickel-phosphorus plating, which is obtained by using hypophosphite as a reducing agent, has good corrosion resistance of the film, is excellent in productivity and economy, and is widely used in the printed circuit board industry.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、銅製等の金
属母材の表面に無電解ニッケル（Ｎｉ）めっきが施され
た電極に対して錫−鉛系半田を用いて電子部品を接合し
た場合、半田中のＳｎとＮｉとの金属間化合物によって
半田接合が行われるが、このとき、Ｎｉが半田中のＳｎ
に対して拡散しやすく、無電解ＮｉめっきがＰ（リン）
化合物を含むニッケル−リンめっきの場合、めっき層中
のＰは殆ど動くことがないため、ＮｉがＳｎ中に拡散し
たあとに接合部界面にＰリッチ層が形成される。無電解
ニッケル−リンめっきの上にさらに無電解金（Ａｕ）め
っきが施された電極に対して錫−鉛系半田を用いて電子
部品を接合した場合でも、接合部界面では、Ａｕめっき
は通常０．０５μｍ程度と薄く、瞬時にＡｕが半田中に
拡散することから、接合部界面にＰリッチ層が形成され
ることになる。金めっきの代わりにパラジウムめっきが
施される場合でも、膜厚によってはニッケルの半田中へ
の拡散を抑制することができず、接合部界面にＰリッチ
層が形成される。However, when an electronic component is bonded to a metal base material made of copper or the like by electroless nickel (Ni) plating on a surface of the electrode using a tin-lead solder, Solder joining is performed by an intermetallic compound of Sn and Ni in the solder.
Electroless Ni plating is easy to diffuse to P (phosphorus)
In the case of nickel-phosphorus plating containing a compound, P in the plating layer hardly moves, so that a P-rich layer is formed at the junction interface after Ni diffuses into Sn. Even when an electronic component is joined using an electroless nickel-phosphorus plating and further electroless gold (Au) plated electrode using a tin-lead solder, Au plating is usually applied at the interface of the joint. Since Au is instantaneously diffused into the solder as thin as about 0.05 μm, a P-rich layer is formed at the interface of the joint. Even when palladium plating is applied instead of gold plating, diffusion of nickel into the solder cannot be suppressed depending on the film thickness, and a P-rich layer is formed at the interface of the joint.
【０００６】このＰリッチなＮｉめっき層は非常に硬く
脆いことが判っており、このＰリッチ層にて接合部破壊
が発生しやすくなるといった問題点が発生している。こ
の問題点について、各社は色々な対策を立てている。例
えば、低Ｐタイプ無電解Ｎｉめっき法の確立を目指した
り、どうしても無電解ニッケル／金めっき或いは無電解
ニッケル／パラジウムめっきが必要な電極部分のみにめ
っきを行い、その他は銅母材のままといった部分めっき
法を採用しているところもある。It has been found that the P-rich Ni plating layer is very hard and brittle, and there is a problem that the P-rich layer is liable to break at a joint. Companies have taken various measures to address this problem. For example, aiming to establish a low-P type electroless Ni plating method, plating only the electrode parts that require electroless nickel / gold plating or electroless nickel / palladium plating, and leaving the other parts as copper base material Some employ plating methods.
【０００７】本発明は、上記問題点に鑑み、銅等の金属
下地の上に無電解ニッケル−リンめっき層を設けた電極
に電子部品等を半田接合するに際して、半田接合強度の
低下を防ぎ、強固な半田接合部を確保できる半田接合方
法を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention prevents a decrease in solder joint strength when an electronic component or the like is soldered to an electrode provided with an electroless nickel-phosphorous plating layer on a metal base such as copper. An object of the present invention is to provide a solder joining method capable of securing a strong solder joint.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、（１）金属下地の上に無電解ニ
ッケル−リンめっき層を設けた電極、もしくは無電解ニ
ッケル−リンめっき層の上にさらに金めっき層またはパ
ラジウムめっき層を設けた電極に錫／鉛系共晶半田を用
いて半田付けする電子部品の半田接合方法において、前
記電極に直接接する金属層として鉛層もしくは前記共晶
半田の組成より鉛含有比率の高い半田層をプリコート
し、このプリコート金属層上に、部品接合後の接合材の
最終組成が錫／鉛系半田の共晶組成の範囲となるよう
に、さらに半田を供給して部品接合を行うことを特徴と
する半田接合方法、（２）前記電極にプリコートする金
属層が、電極上に有機酸鉛塩を塗布し、加熱して、前記
無電解ニッケル−リンめっき層のニッケルと前記有機酸
鉛との酸化還元反応により生成する鉛層であることを特
徴とする前記（１）に記載の半田接合方法、（３）前記
電極にプリコートする金属層が、電極上に無電解めっき
により形成した鉛層であることを特徴とする前記（１）
に記載の半田接合方法、（４）前記電極にプリコートす
る半田層として、鉛含有比率が４５重量％以上の錫−鉛
系半田を用いることを特徴とする前記（１）に記載の半
田接合方法、（５）プリコートする半田層が、錫粉もし
くは錫／鉛合金粉と有機酸鉛塩とを必須成分として含有
する半田析出用組成物から析出させたものであることを
特徴とする前記（１）または（４）に記載の半田接合方
法、が提供される。In order to achieve the above object, the present invention provides (1) an electrode having an electroless nickel-phosphorous plating layer provided on a metal base, or an electroless nickel-phosphorous plating layer. In a method of soldering an electronic component using a tin / lead eutectic solder on an electrode further provided with a gold plating layer or a palladium plating layer on a lead, as a metal layer directly in contact with the electrode, A solder layer having a higher lead content ratio than the composition of the crystal solder is pre-coated, and the final composition of the joining material after joining the components is in the range of the eutectic composition of the tin / lead solder on the pre-coated metal layer. (2) a metal layer for pre-coating the electrode is formed by applying a lead salt of an organic acid on the electrode and heating the electrode to form the electroless nickel alloy; Rin A lead layer formed by an oxidation-reduction reaction between nickel and the organic acid lead of the plating layer; (3) the solder bonding method according to (1), (3) a metal layer precoated on the electrode, (1) the lead layer formed by electroless plating on the electrode.
(4) A solder-joining method according to (1), wherein a tin-lead-based solder having a lead content of 45% by weight or more is used as a solder layer for pre-coating the electrode. (5) wherein the solder layer to be precoated is deposited from a solder deposition composition containing tin powder or tin / lead alloy powder and an organic acid lead salt as essential components. ) Or (4).
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】本発明の半田接合方法は、銅箔等
を金属下地材とし、この金属下地の上に無電解ニッケル
−リンめっき層を設けた電極、もしくは無電解ニッケル
−リンめっき層の上にさらに無電解の金めっき層または
パラジウムめっき層を設けた電極を有する回路基板や半
導体パッケージ等の電子部品に適用するものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The solder bonding method of the present invention relates to an electrode in which a copper foil or the like is used as a metal base material and an electroless nickel-phosphorus plating layer is provided on the metal base, or an electroless nickel-phosphorus plating layer. It is applied to an electronic component such as a circuit board or a semiconductor package having an electrode further provided with an electroless gold plating layer or a palladium plating layer.
【００１０】無電解めっき用のめっき液は、いずれも市
販されているものを使用することができ、たとえば、無
電解ニッケル−リンめっき用として上村工業社製のニム
デンＮＰＲ−４（商品名）、無電解金めっき用として上
村工業社製のオーリカルＴＫＫ（商品名）をあげること
ができる。めっき層の厚さは特に制限はないが、無電解
ニッケル−リンめっき層は３〜５μｍ程度、金めっき層
は０．０５μｍ程度のフラッシュめっき、パラジウムめ
っきは０．５μｍ程度が一般的である。Commercially available plating solutions for electroless plating can be used. For example, Nimden NPR-4 (trade name) manufactured by Uemura Kogyo Co., Ltd. for electroless nickel-phosphorus plating can be used. Acoustic TKK (trade name) manufactured by Uemura Kogyo KK for electroless gold plating. The thickness of the plating layer is not particularly limited, but generally about 3 to 5 μm for the electroless nickel-phosphorous plating layer, about 0.05 μm for the gold plating layer, and about 0.5 μm for the palladium plating.
【００１１】本発明においては、電極に直接接する金属
層として、鉛層もしくは共晶半田の組成より鉛含有比率
の高い半田層をプリコートする。鉛層をプリコートする
方法としては、電極上に有機酸鉛塩を塗布し、加熱し
て、無電解ニッケル−リンめっき層のニッケルと有機酸
鉛との酸化還元反応によって鉛層を形成させる方法、あ
るいは電極上に無電解めっきにより常法にしたがって鉛
層を形成させる方法を挙げることができる。プリコート
する鉛層の厚みは、鉛原子一層分以上、好ましくは０．
５μｍ以下とする。鉛層形成に有機酸鉛塩を用いる場合
には、有機酸鉛塩を電極上に直接塗布してもよいが、有
機酸鉛塩を溶剤に溶かして溶液状態としたり、粘度調節
剤を配合してペースト状にして用いてもよい。塗布量
は、所定厚の鉛層が形成されるよう適宜設定し、例えば
加熱温度２１０℃で９０〜１２０秒間程度加熱すること
によって鉛層を形成させることができる。なお、有機酸
鉛塩が加熱状態で液体である場合や溶液状態で用いる場
合には、これら液体を２１０℃前後に加熱し、その中に
電極を９０〜１２０秒程度浸漬することによっても鉛層
を形成させることができる。有機酸鉛塩を構成する有機
酸としては、ぎ酸、酢酸、プロピオン酸等の低級脂肪
酸、カプロン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリ
ン酸、オレイン酸、リノール酸等の動植物油脂から得ら
れる脂肪酸、ロジン酸、アピエチン酸、デヒドロアピエ
チン酸等の樹脂酸、石油から得られるナフテン酸等の各
種カルボン酸を使用することができ、特に制限はない。In the present invention, a lead layer or a solder layer having a higher lead content than the composition of the eutectic solder is precoated as a metal layer directly in contact with the electrode. As a method of pre-coating the lead layer, a method of applying a lead salt of an organic acid on an electrode, heating and forming a lead layer by a redox reaction between nickel and an organic acid lead of an electroless nickel-phosphorus plating layer, Alternatively, a method of forming a lead layer on the electrode by electroless plating according to a conventional method can be used. The thickness of the lead layer to be pre-coated is equal to or more than one lead atom, preferably 0.1 mm.
5 μm or less. When an organic acid lead salt is used for forming a lead layer, the organic acid lead salt may be applied directly on the electrode, but the organic acid lead salt may be dissolved in a solvent to form a solution, or a viscosity modifier may be added. May be used in the form of a paste. The application amount is appropriately set so that a lead layer having a predetermined thickness is formed, and for example, the lead layer can be formed by heating at a heating temperature of 210 ° C. for about 90 to 120 seconds. In addition, when the organic acid lead salt is a liquid in a heated state or used in a solution state, these liquids are heated to about 210 ° C., and the electrode is immersed in the liquid for about 90 to 120 seconds to form a lead layer. Can be formed. Examples of the organic acid constituting the organic acid lead salt include formic acid, acetic acid, lower fatty acids such as propionic acid, caproic acid, lauric acid, palmitic acid, stearic acid, oleic acid, fatty acids obtained from animal and vegetable oils such as linoleic acid, Resin acids such as rosin acid, apietic acid and dehydroapietic acid, and various carboxylic acids such as naphthenic acid obtained from petroleum can be used without any particular limitation.
【００１２】また、電極に直接接する金属層として、半
田層をプリコートする場合には、共晶半田の組成より鉛
含有比率の高い、好ましくは鉛含有率４５重量％以上の
組成のものをプリコートする。プリコートする半田層
は、薄すぎると半田中へのニッケル拡散に対するバリア
効果が低いため、１μｍ以上、好ましくは５〜２０μｍ
程度とする。電極上に半田をプリコートするには、ソル
ダペースト法や前述の半田析出組成物を用いた析出半田
法等の従来公知の半田供給方法を採用することができ
る。ソルダペーストは、所定成分比の半田粉末を粘度調
整剤、活性剤とともにペースト状にしたものであり、半
田析出用組成物は、スーパーソルダーテクノロジィズ社
製の「スーパーソルダー」（商品名）として公知となっ
ているものである。特に、錫粉もしくは錫／鉛合金粉と
有機酸鉛塩とを必須成分として含有する半田析出用組成
物から半田を析出させる後者の方法で、めっき層に直接
接するＰｂリッチな半田層をプリコートすると、半田中
へのニッケルの拡散を抑え、Ｐリッチ層の形成を効果的
に抑制することができる。When a solder layer is pre-coated as a metal layer which is in direct contact with the electrode, a pre-coat having a higher lead content than the eutectic solder, preferably a lead content of 45% by weight or more is pre-coated. . If the solder layer to be precoated is too thin, the barrier effect against nickel diffusion into the solder is low, so the thickness is 1 μm or more, preferably 5 to 20 μm.
Degree. In order to pre-coat the solder on the electrode, a conventionally known solder supply method such as a solder paste method or a deposition solder method using the above-mentioned solder deposition composition can be adopted. Solder paste is obtained by forming a solder powder having a predetermined component ratio into a paste together with a viscosity modifier and an activator. The composition for solder deposition is known as "Super Solder" (trade name) manufactured by Super Solder Technologies. It is something that has become. In particular, in the latter method of depositing solder from a solder deposition composition containing tin powder or tin / lead alloy powder and an organic acid lead salt as essential components, a Pb-rich solder layer directly in contact with a plating layer is pre-coated. In addition, the diffusion of nickel into solder can be suppressed, and the formation of a P-rich layer can be effectively suppressed.
【００１３】本発明の半田接合方法においては、上述の
ように、電極上に鉛層あるいは錫−鉛系共晶半田の組成
より鉛含有比率の高い半田層からなる金属層をプリコー
トし、その上に、部品接合後の接合材の最終組成が錫／
鉛系半田の共晶組成の範囲となるように、さらに必要量
の半田を供給して部品接合を行う。この半田の供給は、
プリコート半田層の上にソルダペースト法や半田析出法
によって行うこともできるが、例えば、半田プリコート
処理をした回路基板にボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）
タイプの部品を実装する場合のように、実装部品側の電
極上に形成された半田によって行うこともできる。電極
上に供給する全半田の最終組成は共晶組成の範囲である
鉛含有率が３２〜４２重量％の範囲になるように調整す
る。In the solder bonding method of the present invention, as described above, a metal layer made of a lead layer or a solder layer having a higher lead content than the composition of the tin-lead eutectic solder is pre-coated on the electrode, and In addition, the final composition of the joining material after joining the parts is tin /
The required amount of solder is further supplied so as to be in the range of the eutectic composition of the lead-based solder, and the components are joined. The supply of this solder
A solder paste method or a solder deposition method can be performed on the pre-coated solder layer. For example, a ball grid array (BGA)
As in the case of mounting a component of the type, it can also be performed by solder formed on the electrode on the mounted component side. The final composition of all the solder supplied on the electrode is adjusted so that the lead content in the range of the eutectic composition is in the range of 32 to 42% by weight.
【００１４】本発明の半田接合方法によれば、結果とし
て半田接合部の強度低下を抑えることができる。そのメ
カニズムの詳細は必ずしも明らかではないが、鉛が半田
中の錫へのニッケル拡散を抑制する作用を有しているこ
とに起因するものと推定される。有機酸鉛塩や無電解め
っき液を用いて鉛層を電極上に形成する方法では、有機
酸鉛塩や無電解めっき液中の鉛イオンがニッケルと置換
反応（酸化還元反応）を行い、ニッケルめっき層上に鉛
層が形成される。また、電極上に、Ｓｎ粉やＳｎ／Ｐｂ
合金粉中のＳｎと有機酸Ｐｂ塩中のＰｂイオンとの置換
反応により半田を析出させてプリコートを行う方法で
は、有機酸Ｐｂ塩溶液の中で鉛金属の析出、Ｓｎとの合
金化による半田析出が進行することから、Ｎｉの拡散が
抑制された半田コート層が得られる。また、半田の供給
方法によらず、Ｐｂリッチな半田を電極と接する面にコ
ートすることにより、Ｎｉの拡散が抑制された半田コー
トが得られる。そのように、あらかじめＮｉの拡散を抑
制して鉛層あるいは鉛リッチな半田層がプリコートされ
た電極であれば、その上に、電子部品の半田付けを通常
の方法を用いて行っても、Ｎｉ拡散が抑制された半田接
合部を得ることができ、それにより、ＰリッチなＮｉ層
の形成が抑制でき、信頼性の高い半田接合部を得ること
ができる。また、Ｐｂに対するソルダペーストの半田濡
れ性は非常に良好であることから、あらかじめ、電極上
に上記のように鉛層もしくは半田層をプリコートを行う
ことは、濡れ不良発生の減少になる。According to the solder bonding method of the present invention, as a result, a decrease in the strength of the solder bonded portion can be suppressed. Although the details of the mechanism are not necessarily clear, it is presumed to be caused by the fact that lead has an action of suppressing nickel diffusion into tin in solder. In a method of forming a lead layer on an electrode using an organic acid lead salt or an electroless plating solution, lead ions in the organic acid lead salt or the electroless plating solution undergo a substitution reaction (oxidation-reduction reaction) with nickel, and A lead layer is formed on the plating layer. In addition, Sn powder or Sn / Pb
In the method of performing pre-coating by depositing solder by a substitution reaction between Sn in alloy powder and Pb ions in an organic acid Pb salt, precipitation of lead metal in an organic acid Pb salt solution and soldering by alloying with Sn Since the precipitation proceeds, a solder coat layer in which the diffusion of Ni is suppressed can be obtained. In addition, regardless of the method of supplying the solder, by coating the surface in contact with the electrode with Pb-rich solder, a solder coat in which the diffusion of Ni is suppressed can be obtained. Thus, if the lead layer or the lead-rich solder layer is precoated with an electrode in which the diffusion of Ni is suppressed in advance, even if the electronic component is soldered thereon using a normal method, A solder joint with suppressed diffusion can be obtained, whereby the formation of a P-rich Ni layer can be suppressed, and a highly reliable solder joint can be obtained. In addition, since the solder wettability of the solder paste with respect to Pb is very good, pre-coating the lead layer or the solder layer on the electrodes in advance as described above reduces occurrence of poor wetting.
【００１５】[0015]
【実施例】本発明をさらに実施例によって具体的に説明
する。 ［実施例、比較例、参考例］ １．２７ｍｍピッチＢＧＡを搭載するパーソナルコンピ
ューター用プリント回路基板の銅電極に表１に示すよう
に所定のめっき処理のあるもの／ないもの、所定の金属
層のプリコートを施したもの／施さないものを用意し、
その上にＢＧＡの半田ボールのみを接合させ、ボール接
合強度の測定を行った。半田層のプリコートは、プリン
ト回路基板の電極に対して、「スパーソルダー」（スー
パーソルダーテクノロジーズ社製、商品名）を用いた半
田析出法（以下ＳＳ法と略す）と、ＲＭＡソルダペース
トを印刷してコートを行うソルダペースト法（以下ＳＰ
法と略す）で加熱２２０℃（ピーク温度）で行った。鉛
層のプリコートは、有機酸鉛塩を用いる方法と無電解鉛
めっきの２通りで行った。前者では、ナフテン酸鉛（Ｐ
ｂ２４ｗｔ％）に粘度保持剤を加えて調整した有機酸鉛
塩ペーストをプリント回路基板の電極上に塗布し、２１
０℃で２分間加熱して鉛層を形成した。所定の処理を行
ったパッド上にＲＭＡフラックスを塗布し、０．５ｍｍ
φの半田ボールを載置、窒素リフロー炉（予熱温度１５
０℃、ピーク温度２１５℃）にて溶融接合を行った。EXAMPLES The present invention will be described in further detail with reference to Examples. EXAMPLES, COMPARATIVE EXAMPLES, REFERENCE EXAMPLES As shown in Table 1, copper electrodes of a printed circuit board for a personal computer on which a 1.27 mm pitch BGA is mounted, with / without a predetermined plating treatment, and with a predetermined metal layer Prepare ones with / without pre-coating,
Only the BGA solder balls were bonded thereon, and the ball bonding strength was measured. The pre-coating of the solder layer is performed by printing a solder deposition method (hereinafter abbreviated as SS method) using “Spar Solder” (trade name, manufactured by Super Solder Technologies) and an RMA solder paste on the electrodes of the printed circuit board. Solder paste method (hereinafter referred to as SP
The heating was performed at 220 ° C. (peak temperature). The precoating of the lead layer was carried out in two ways: a method using an organic acid lead salt and an electroless lead plating. In the former, lead naphthenate (P
b24 wt%) and a viscosity maintaining agent added thereto to prepare a lead salt of an organic acid, which is applied to the electrodes of the printed circuit board.
The lead layer was formed by heating at 0 ° C. for 2 minutes. Apply RMA flux on the pad that has been subjected to the predetermined treatment, and apply 0.5 mm
Place the solder balls of φ, nitrogen reflow furnace (preheating temperature 15
(0 ° C., peak temperature: 215 ° C.).
【００１６】ボール接合強度の測定は下記方法により行
った。 接合強度試験：Ｄａｇｅ社製万能型ボンドテスター（シ
リーズＰＣ２４００−Ｔ／ＴＸ）を用いて、半田ボール
にプル用プローブを立て、基板面に対して垂直方向に引
張り荷重をかけて、接合点の破断強度を測定する。引張
り速度：２００μｍ／秒、測定レンジ：２．５ｋｇ（測
定精度誤差０．２％（５ｇ））。The ball bonding strength was measured by the following method. Bonding strength test: Using a universal bond tester (Series PC2400-T / TX) manufactured by Dage, a pull probe is set on the solder ball, and a tensile load is applied in a direction perpendicular to the substrate surface to break the bonding point. Measure strength. Tensile speed: 200 μm / sec, measurement range: 2.5 kg (measurement accuracy error 0.2% (5 g)).
【００１７】[0017]
【表１】 [Table 1]
【００１８】表１の結果から、電解Ｎｉ＋無電解Ａｕめ
っき電極に、従来法でＢＧＡを実装した場合に相当する
参考例１は、ばらつきの少ない高い接合強度を有してい
ることがわかる。また、銅製母材のままの電極を用いた
参考例２の場合も、銅表面を清浄に保った状態で半田接
合されれば、同様にばらつきの少ない高い接合強度が得
られることが分かる。これに対して、無電解Ｎｉ−Ｐ＋
無電解Ａｕめっき電極に従来法でＢＧＡを実装した場合
に相当する比較例１では、接合強度が低く、ばらつきも
大きいことが分かる。この接合強度が低く且つばらつく
理由は、ニッケルめっきにＰが含まれているためにＮｉ
が半田中に拡散して接合界面にＰリッチ層が形成される
ためと考えられる。From the results shown in Table 1, it is understood that Reference Example 1, which corresponds to a case where a BGA is mounted on an electrolytic Ni + electroless Au plated electrode by a conventional method, has a high bonding strength with little variation. Also, in the case of Reference Example 2 using an electrode as it is made of a copper base material, it can be seen that a high bonding strength with a small variation can be similarly obtained by soldering with the copper surface kept clean. In contrast, electroless Ni-P +
In Comparative Example 1, which corresponds to a case where a BGA is mounted on an electroless Au-plated electrode by a conventional method, it can be seen that the bonding strength is low and the variation is large. The reason why the bonding strength is low and varies is that P is contained in nickel plating,
Is considered to be diffused into the solder to form a P-rich layer at the bonding interface.
【００１９】一方、無電解Ｎｉ−Ｐ＋無電解Ａｕめっき
電極の上に予め半田をプリコートし、その上に共晶半田
のボールを接合した場合の結果を見ると、比較例２，３
のように共晶半田によるプリコートであってもプリコー
ト半田層を設けることによって、プリコート無しの比較
例１よりは接合強度及びそのばらつきが幾分改善される
が、改善効果が不十分であるのに対して、電極面に共晶
組成より鉛含有比率が高い錫−鉛系半田をプリコートし
た実施例１〜３および実施例４，５では、接合強度の低
下および接合強度のばらつきに対する改善効果がともに
顕著に向上することが分かる。プリコートの方法として
は、半田析出法を採用した方がより効果的であることも
分かる。また、電極面に５０ｎｍ厚の鉛層を形成した実
施例６、７では、接合強度の低下および接合強度のばら
つきに対する改善効果がともに顕著に向上することが分
かる。鉛層の形成方法としては、有機酸鉛塩によるもの
を採用した方がより効果的であることも分かる。On the other hand, when the solder was pre-coated on the electroless Ni—P + electroless Au plated electrode in advance and the eutectic solder balls were bonded thereon, the results are shown in Comparative Examples 2 and 3.
By providing a pre-coated solder layer even in the case of pre-coating with eutectic solder as described above, the bonding strength and its variation are somewhat improved as compared with Comparative Example 1 without pre-coating, but the improvement effect is insufficient. On the other hand, in Examples 1 to 3 and Examples 4 and 5 in which a tin-lead-based solder having a higher lead content ratio than the eutectic composition was pre-coated on the electrode surface, both the effect of reducing the bonding strength and the effect of improving the variation in the bonding strength were reduced. It turns out that it improves remarkably. It can also be seen that it is more effective to adopt a solder deposition method as a precoating method. In addition, in Examples 6 and 7 in which a lead layer having a thickness of 50 nm was formed on the electrode surface, it can be seen that the effects of reducing the bonding strength and improving the variation in the bonding strength are both significantly improved. It can also be seen that a more effective method for forming a lead layer is to employ a method using a lead salt of an organic acid.
【００２０】[0020]
【発明の効果】本発明の半田接合方法によれば、電極部
のめっき層に直接接する金属層として、鉛層もしくは鉛
含有比率の高い半田層がプリコートされているため、無
電解ニッケル−リンめっき層からの半田層へのＮｉの拡
散に起因するＰリッチ層の形成を抑制することができる
ので、半田接合強度の低下を押さえることができる。特
に、有機酸Ｐｂ塩を用いて鉛層をプリコートする場合、
或いはＳｎ粉やＳｎ／Ｐｂ合金粉中のＳｎと有機酸Ｐｂ
塩中のＰｂイオンとの置換反応により半田を析出させる
いわゆる半田析出法によってＰｂリッチな半田層をプリ
コートする場合には、Ｎｉの拡散がより効果的に抑制さ
れたプリコート層が得られるため、ばらつきが少なく、
高い接合強度を有する半田接合部を形成することができ
る。According to the solder bonding method of the present invention, since a lead layer or a solder layer having a high lead content is pre-coated as a metal layer directly in contact with a plating layer of an electrode portion, electroless nickel-phosphorus plating is performed. Since the formation of a P-rich layer due to the diffusion of Ni from the layer into the solder layer can be suppressed, a decrease in solder joint strength can be suppressed. In particular, when pre-coating the lead layer using an organic acid Pb salt,
Alternatively, Sn and organic acid Pb in Sn powder or Sn / Pb alloy powder
When a Pb-rich solder layer is pre-coated by a so-called solder deposition method in which solder is deposited by a substitution reaction with Pb ions in a salt, a pre-coat layer in which the diffusion of Ni is more effectively suppressed is obtained. Less,
A solder joint having high joining strength can be formed.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 35/34 ３１０ Ｂ２３Ｋ 35/34 ３１０ // Ｃ２３Ｃ 18/52 Ｃ２３Ｃ 18/52 Ｚ Ｂ２３Ｋ 101:42 (72)発明者 中村 良則 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 入江 久夫 兵庫県加古川市野口町水足671番地の４ ハリマ化成株式会社中央研究所内 (72)発明者 隈元 聖史 兵庫県加古川市野口町水足671番地の４ ハリマ化成株式会社中央研究所内 Ｆターム(参考） 4K022 AA02 AA42 BA03 BA14 BA16 BA17 BA18 BA21 BA36 DA01 DA06 EA01 5E319 AC17 BB01 GG03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) B23K 35/34 310 B23K 35/34 310 // C23C 18/52 C23C 18/52 Z B23K 101: 42 (72 ) Inventor Yoshinori Nakamura 2-6-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Furukawa Electric Co., Ltd. (72) Inventor Hisao Irie 671 Mizuashi, Noguchi-cho, Kakogawa City, Hyogo Prefecture Inside Harima Chemicals Co., Ltd. 72) Inventor Seiji Kumamoto 671 Mizuashi, Noguchi-cho, Kakogawa-shi, Hyogo F-term (reference) 4K022 AA02 AA42 BA03 BA14 BA16 BA17 BA18 BA21 BA36 DA01 DA06 EA01 5E319 AC17 BB01 GG03
Claims (5)
っき層を設けた電極、もしくは無電解ニッケル−リンめ
っき層の上にさらに金めっき層またはパラジウムめっき
層を設けた電極に錫／鉛系共晶半田を用いて半田付けす
る電子部品の半田接合方法において、前記電極に直接接
する金属層として鉛層もしくは前記共晶半田の組成より
鉛含有比率の高い半田層をプリコートし、このプリコー
ト金属層上に、部品接合後の接合材の最終組成が錫／鉛
系半田の共晶組成の範囲となるように、さらに半田を供
給して部品接合を行うことを特徴とする半田接合方法。1. A tin / lead system for an electrode having an electroless nickel-phosphorous plating layer provided on a metal base or an electrode having an electroless nickel-phosphorous plating layer further provided with a gold plating layer or a palladium plating layer. In a method for soldering electronic components to be soldered using eutectic solder, a lead layer or a solder layer having a higher lead content than the composition of the eutectic solder is pre-coated as a metal layer directly in contact with the electrode, and the pre-coated metal layer A solder bonding method, further comprising: supplying solder so that the final composition of the bonding material after the component bonding is in the range of the eutectic composition of the tin / lead-based solder.
極上に有機酸鉛塩を塗布し、加熱して、前記無電解ニッ
ケル−リンめっき層のニッケルと前記有機酸鉛との酸化
還元反応により生成する鉛層であることを特徴とする請
求項１記載の半田接合方法。2. A metal layer for pre-coating the electrode is formed by applying a lead salt of an organic acid on the electrode, heating the electrode, and performing a redox reaction between nickel of the electroless nickel-phosphorus plating layer and the lead organic acid. 2. The method according to claim 1, wherein the lead layer is formed.
極上に無電解めっきにより形成した鉛層であることを特
徴とする請求項１記載の半田接合方法。3. The method according to claim 1, wherein the metal layer pre-coated on the electrode is a lead layer formed on the electrode by electroless plating.
て、鉛含有比率が４５重量％以上の錫−鉛系半田を用い
ることを特徴とする請求項１記載の半田接合方法。4. The method according to claim 1, wherein a tin-lead-based solder having a lead content of 45% by weight or more is used as a solder layer for precoating the electrode.
錫／鉛合金粉と有機酸鉛塩とを必須成分として含有する
半田析出用組成物から析出させたものであることを特徴
とする請求項１または請求項４に記載の半田接合方法。5. A solder layer to be precoated is deposited from a solder deposition composition containing tin powder or tin / lead alloy powder and an organic acid lead salt as essential components. The method of claim 1 or 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11199399A JP2000277895A (en) | 1999-01-21 | 1999-04-20 | Solder bonding method |
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|---|---|---|---|
| JP11-12878 | 1999-01-21 | ||
| JP1287899 | 1999-01-21 | ||
| JP11199399A JP2000277895A (en) | 1999-01-21 | 1999-04-20 | Solder bonding method |
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ID=26348563
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| JP11199399A Pending JP2000277895A (en) | 1999-01-21 | 1999-04-20 | Solder bonding method |
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| JP (1) | JP2000277895A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003188041A (en) * | 2001-12-18 | 2003-07-04 | Sanyo Electric Co Ltd | Chip component and circuit arrangement packaging the same |
| EP1402988A1 (en) * | 2002-09-25 | 2004-03-31 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | The use of a solder on surfaces coated with nickel by electroless plating |
| JP2010040679A (en) * | 2008-08-01 | 2010-02-18 | Kyushu Hitachi Maxell Ltd | Semiconductor device and its production process |
| JP2016143731A (en) * | 2015-01-30 | 2016-08-08 | Ｓｈマテリアル株式会社 | Lead frame and method of manufacturing the same |
-
1999
- 1999-04-20 JP JP11199399A patent/JP2000277895A/en active Pending
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