JP2006216843A - メモリカードおよびプリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の端子とランドとの接合強度が高く、小型化および高容量化が可能であるメモリカードおよび電子部品との接合強度が高いプリント配線板を提供する。
【解決手段】電子部品２と、接合金属７、８、９を介して電子部品２の端子３と接合されているランド４およびランド４が設置されたプリント配線板本体１ａを有するプリント配線板１とを備えたメモリカード１１であって、ランド４における、接合金属７、８、９との接合界面は、凹凸形状である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プリント配線板に電子部品が実装された構成のメモリカードおよびプリント配線板に関する。

近年、電子機器の小型軽量化に伴い、メモリカードにおけるプリント配線板の薄型化および高密度実装化が進んでいる。具体的には、電子部品の実装形態が、挿入タイプから表面実装タイプへと変わってきている。

電子部品をプリント配線板に電子部品を実装する工程について以下に示す。プリント配線板には電子部品の端子が接合されるランドが形成されている。まず、メタルマスクを用いて、ランドにはんだペーストを印刷供給する。なお、はんだペーストとは、はんだ合金粉末とフラックスを混錬したペースト状のはんだである。さらに、電子部品をプリント配線板上の所定の実装位置にマウントし、電子部品の各端子を、はんだペーストが印刷供給されたランド上に配置する。この状態で、はんだペーストの融点以上に加熱してから冷却することで、端子とランドがはんだを介して接合される。さらに、この工程をプリント配線板の裏面にも行い、電子部品を両面に実装することで、高密度実装を実現している。

このように、はんだを溶融させる高温工程を同一のプリント配線板において複数回にわたり実施する場合、まだ電子部品が実装されていないランドの表面の酸化が高温により促進される。このように、ランド表面が酸化膜で覆われると、以下に示す問題が生じる。まず、ランド表面の酸化膜がはんだをはじき、ランドと電子部品の端子とが電気的に接続されないという問題が生じる。また、ランドと端子との接合強度が不十分であり、使用環境によるストレスで電子部品がはがれるという問題が生じる。

これらの問題を解決するために、例えば、ランドの表面に酸化しにくい金属を形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。図４は、従来のプリント配線板の構成を示す断面図である。図４を用いて、従来のプリント配線板１０１の構成について説明する。プリント配線板１０１は、プリント配線板本体１０１ａと、その上に設置されているランド１０４とを備えている。ランド１０４は、エッチング等により形成された銅製のランド基台１０４ａと、ランド基台１０４ａ上の全面に積層された、酸化しにくい金属であるニッケルめっき１０５と、ニッケルめっき１０５上の全面に積層された、酸化しにくい金属である金めっき１０６とにより構成される。はんだが形成されるランド１０４の表面には、金めっき１０６が形成されているため、酸化しにくい。そのため、はんだを溶融させる高温工程を同一のプリント配線板において複数回にわたり実施しても、まだ端子が接合されていないランド１０４の表面である金めっき１０６が酸化することはない。したがって、電子部品の端子とランド１０４とを接合した場合に、これらが電気的に接続しない、またはこれらの接合強度が低いといった問題は生じない。

この従来のプリント配線板１０１に、電子部品を実装する工程について説明する。まず、従来のプリント配線板本体１０１ａ上に形成されたランド１０４の表面にあたる金めっき１０６に、例えばＳｎＡｇＣｕ合金とフラックスを混錬したはんだペーストを印刷する。次に、プリント配線板１０１に半導体装置をマウントし、半導体装置の端子をはんだペーストを介してランド１０４上に設置して、リフロー炉により加熱はんだ付けをする。上記工程により、端子とランド１０４とが接合され、メモリカードが構成される。

図５は、従来のメモリカードの構成を示す断面図である。図５に示すように、プリント配線板本体１０１ａ上に形成されたランド基台１０４ａの上にはニッケルめっき１０５が形成されているが、その上には、ＳｎＮｉ接合合金１０７が形成されている。図４において、ニッケルめっき１０５上には金めっき１０６が形成されていたが、上記リフロー炉による過熱の際に金めっき１０６は拡散してしまう。さらに、ニッケルめっき１０５とＳｎＡｇＣｕはんだ合金１０８との接合界面には、ＳｎＮｉ接合合金１０７が形成されている。また、ＳｎＡｇＣｕはんだ合金１０８には半導体装置１０２の端子１０３が接合されている。このように、半導体装置１０２の端子１０３がプリント配線板本体１０１ａ上のランド１０４（ランド基台１０４ａおよびニッケルめっき１０５）に接合されることで、メモリカード１１１が構成されている。
特開２００３−２５８１６１号公報

しかし、従来のメモリカード１１１であっても、プリント配線板本体１０１ａの厚みが薄すぎると、プリント配線板本体１０１ａが撓み易く、使用中の落下等による曲げストレス、熱応力等により電子部品とプリント配線板本体１０１ａの接続部すなわち端子１０３とランド１０４との接合箇所にクラックが発生しやすい。クラックが発生すると、端子１０３とランド１０４とが非導通となり、メモリカード１１１が動作不良となる可能性がある。

メモリカード１１１の小型化および記録容量の向上を実現するためには、プリント配線板本体１０１ａ上に可能な限り多数の半導体装置（メモリ）を設置すればよい。そのため、個々のランド１０４はできるだけ小さく形成される。それにより、ランド１０４とＳｎＡｇＣｕはんだ合金１０８との接合領域の面積が減少し、端子１０３とランド１０４の接合強度は低下する。そのため、メモリカード１１１において小型化および記録容量の向上を実現しようとすると、ランド１０４と端子１０３との接合強度は低くなる。

また、メモリカード１１１を小型化するためにプリント配線板本体１０１ａは可能な限り薄くすることが望ましいが、それにより、プリント配線板本体１０１ａの撓みや変形が生じ易くなる。プリント配線板本体１０１ａの撓みや変形により、端子１０３とランド１０４との接合部に応力が集中する。したがって、ランド１０４とＳｎＡｇＣｕはんだ合金１０８との接合界面であるＳｎＮｉ接合合金１０７にクラックが発生しやすくなる。

したがって、従来のメモリカード１１１において、プリント配線板本体１０１ａに実装する半導体装置の数を増やす場合は、その数に応じてメモリカード１１１が大型化する。また、プリント配線板本体１０１ａの薄さにも限界がある。このように、従来のメモリカード１１１の小型化および高容量化には限界があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、電子部品の端子とランドとの接合強度が高く、小型化および高容量化が可能であるメモリカードおよび電子部品との接合強度が高いプリント配線板を提供することを目的とする。

本発明のメモリカードは、電子部品と、接合金属を介して前記電子部品の端子と接合されているランドおよび前記ランドが設置されたプリント配線板本体を有するプリント配線板とを備えたメモリカードであって、前記ランドにおける、前記接合金属との接合界面は、凹凸形状であることを特徴とする。

本発明のプリント配線板は、ランドと、前記ランドが設置されたプリント配線板本体とを有するプリント配線板であって、前記ランドは、前記プリント配線板本体に接しているランド基台と、前記ランド基台上に部分的に形成された、ニッケルめっきおよび金めっきが順次積層された構成の酸化防止層とを有していて、前記ランド表面は、前記酸化防止層が形成されている個所と、前記酸化防止層が形成されていず前記ランド基台の表面が露呈している個所とからなる凹凸形状であることを特徴とする。

本発明によれば、電子部品の端子とランドとの接合強度が高く、小型化および高容量化が可能であるメモリカードを提供することができる。

また、本発明によれば、電子部品との接合強度が高いプリント配線板を提供することができる。

本発明によれば、ランドにおいて、接合金属との接合界面は、凹凸形状であるので、接合界面は連続した単一層ではなく、段差が形成されている。それにより、接合界面にクラックが生じても、段差を有する接合界面どうしの境界までしかクラックが進行しない。つまり、クラックが全ての接合界面に進行することはないため、端子とランドとが、完全に切断されることはなく、メモリカードが動作不良になることはない。このように、電子部品の端子とランドとの接合強度が高く、小型化および高容量化が可能であるメモリカードを実現できる。

また、本発明のメモリカードにおいて、好ましくは、前記凹凸形状は凹部および凸部からなり、前記接合金属と前記凹部との接合界面に形成されている合金と、前記接合金属と前記凸部との接合界面に形成されている合金とは異なっている。異なる合金同士では接合強度に差があるため、その異なる合金間ではクラックが進行しにくい。したがって、電子部品の端子とランドとの接合強度が高く、小型化および高容量化が可能であるメモリカードを実現できる。

また、本発明によれば、酸化防止層の表面と、ランド基台の表面が露呈している個所とにより、ランドの表面に凹凸形状が形成されている。そのため、高温工程を複数回にわたり実施しても、ランドの表面全てが酸化されることがないので、ランド表面の酸化により接合強度が不十分になることはない。また、ランドの表面が凹凸形状を有していることから、電子部品の端子とランドとを接合した場合に、接合界面どうしで段差が生じるため、クラックが進行しにくい。また、段差を有する接合界面どうしは、互いに異なる合金により構成されるので、クラックが進行しにくい。したがって、電子部品との接合強度が高いプリント配線板を実現できる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面を用いて説明する。

本発明の実施の形態に係るメモリカードについて図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るメモリカードの構成を示す平面図である。図１に示すように、メモリカード１１は、プリント配線板本体１ａおよびランド（図示せず）を備えるプリント配線板に電子部品である半導体装置２が実装された構成である。プリント配線板本体１ａ上には、ニッケルめっき層５が部分的に形成されたランド（図示せず）が設置されていて、プリント配線板を構成している。接合金属であるＳｎＡｇＣｕはんだ合金８、ＳｎＣｕ接合合金（図示せず）およびＳｎＮｉ接合合金（図示せず）により、ランドには半導体装置２の端子３が接合されている。つまり、端子３はランドに固定および電気的に接続されている。なお、図１では、プリント配線板上に１つの半導体装置２が実装されているが、実際には、複数の半導体装置２がプリント配線板上に配置されている。

図２は、本発明の実施の形態に係るメモリカードのランドの断面形状を示す、図１のII−II矢視断面図である。図２を用いて、ランド４と端子３との接合部について説明する。図２に示しているように、ランド４は、プリント配線板本体１ａ上にエッチング等で形成された例えば銅製のランド基台４ａと、ランド４上に部分的に形成されたニッケルめっき５で構成されている。ニッケルめっき５は、ランド４の短手方向（図２において、紙面に対して垂直方向）に伸びている形状で、ランド４の長手方向（図２において、左右方向）に間隔を空けて複数形成されている。ランド４の表面は、凸部であるニッケルめっき５と、ニッケルめっき５が形成されていない領域である凹部１０とにより、凹凸形状となっている。

ニッケルめっき５とＳｎＡｇＣｕはんだ合金８との接合界面には、ＳｎＮｉ接合合金７が形成されている。また、ニッケルめっき５が形成されていない領域であり、ランド基台４ａが露呈されている個所である凹部１０と、ＳｎＡｇＣｕはんだ合金８との接合界面にはＳｎＣｕ接合合金９が形成されている。

ニッケルめっき５とＳｎＣｕ接合合金９とは厚さが異なり、ニッケルめっき５の方が、ＳｎＣｕ接合合金９よりも厚い。したがって、ニッケルめっき５上に形成されているＳｎＮｉ接合合金７とＳｎＣｕ接合合金９とは、連続した同一の層ではなく、ＳｎＮｉ接合合金７とＳｎＣｕ接合合金９とには段差が生じている。

ランド４は、接合界面であるＳｎＮｉ接合合金７およびＳｎＣｕ接合合金９を介して、ＳｎＡｇＣｕはんだ合金８と接合されている。さらに、ＳｎＡｇＣｕはんだ合金８は半導体装置２の端子３とも接合している。したがって、ランド４と端子３とは、接合界面であるＳｎＮｉ接合合金７およびＳｎＣｕ接合合金９と、ＳｎＡｇＣｕはんだ合金８とを介して接合されている。そのため、ランド４と端子３とは、電気的に接続されていて、お互いに固定されている。さらに、ランド４の表面は上述のように凹凸形状になっていることから、ＳｎＡｇＣｕはんだ合金８とランド４とはアンカー効果により、高い接合強度を有する。なお、アンカー効果とは、接着剤（ＳｎＡｇＣｕはんだ合金８）が、被着剤（ランド４）の表面にある空隙に浸入硬化し、釘または楔のような働きをすることにより、それらの接着が強くなることをいう。

つぎに、本実施の形態のメモリカード１１にクラックが生じる場合について説明する。なお、特にクラックが生じやすいのはＳｎＡｇＣｕはんだ合金８とランド４との接合界面であるので、接合界面に生じるクラックについて説明する。

まず、ＳｎＡｇＣｕはんだ合金８の表面からクラックが生じ、ニッケルめっき５とＳｎＡｇＣｕはんだ合金８との接合界面であるＳｎＮｉ接合合金７に沿ってクラックが進行する。接合界面であるＳｎＮｉ接合合金７は隣接する別の接合界面であるＳｎＣｕ接合合金９とは連続した同一層でなく、段差を有する。したがって、ＳｎＮｉ接合合金７で生じたクラックは、ＳｎＣｕ接合合金９には進行しない。さらに、ＳｎＮｉ接合合金７とＳｎＣｕ接合合金９とは、接合合金組成が異なるため、かりに、ＳｎＮｉ接合合金７とＳｎＣｕ接合合金９とが連続した同一層であっても、クラックはＳｎＣｕ接合合金９には進行しない。

このように、ＳｎＮｉ接合合金７にクラックが生じている状態で、さらに応力等がかかることで、クラックが生じているＳｎＮｉ接合合金７に隣接するＳｎＣｕ接合合金９にクラックが伝達される。そして、上記と同様に、ＳｎＣｕ接合合金９に進行したクラックは、隣接する接合界面であるＳｎＮｉ接合合金７とは段差があることから、クラックはＳｎＣｕ接合合金９に生じるだけである。その状態で、また、応力が加わったときに、隣接するＳｎＮｉ接合合金７にクラックが進行する。

このように、接合界面であるＳｎＮｉ接合合金７およびＳｎＣｕ接合合金９が段差を有するように形成されているうえこれらの組成も異なることから、クラックが接合界面を伝わって進行しにくく、進行するためには時間とさらなる応力が必要となる。したがって、本実施の形態のメモリカード１１は、端子３とランド４とが電気的に非導通となりにくく、メモリカードの動作不良が起こりにくい。つまり、端子３とランド４との接合強度は高い。

次に、本実施の形態のメモリカードに用いたプリント配線板の構成およびプリント配線板に電子部品を実装する工程を、図２および図３を参照して説明する。

図３は、本発明の実施の形態に係るプリント配線板の構成を示す断面図である。なお、図３の断面は、図２に示した個所と同様の個所である。図３において、図２に示したメモリカード１１の部品と同様の機能を有する部品は同一の符号を付し、説明を省略している。

図３に示すように、本実施の形態のプリント配線板１は、プリント配線板本体１ａ上にランド４が設置された構成である。ランド４は、エッチング等により形成された例えば銅製のランド基台４ａと、ランド基台４ａ上に部分的に形成されたニッケルめっき５および金めっき６が順次積層された酸化防止層４ｂとを備えた構成である。酸化防止層４ｂは、具体的には、ランドの短手方向（図３において、紙面にたいして垂直方向）に伸びる形状である。また、ランド基台４ａ上には、ランドの長手方向（図３において、左右方向）に複数の酸化防止層４ｂが、それぞれ間隔を空けて並んで形成されている。

このように、ランド４の表面は、酸化防止層４ａと、酸化防止層４ａが形成されていず、ランド基台４ａが露呈された個所である凹部１０とにより、凹凸形状とされる。なお、酸化防止層４ｂの厚さは、例えば、１〜５μｍとすればよい。

このように、ランド４表面を凹凸形状とするには、例えば、ランド基台４ａ上に、凹部１０に対応する個所にマスキングをして、ニッケルめっき５を形成し、さらにその上に金めっき６を形成すればよい。また、ランド基台４ａ上の全面にニッケルめっき５を形成し、さらにその上に金めっき６を形成した後、エッチングやショットブラスト等で部分的にニッケルめっき５および金めっき６を取り除きランド基台４ａを露呈させ、凹部１０を形成してもよい。

このようなランド４を有するプリント配線板１に電子部品である半導体装置２を実装する工程について、さらに図２も参照して説明する。まず、このランド４の表面（金めっき６およびランド基台４ａの露呈した個所）にはんだペーストを印刷する。なお、はんだペーストとは、はんだ合金粉末とフラックスを混錬したペースト状のはんだであり、はんだペーストの合金組成は、例えばＳｎＡｇＣｕとする。

次に、半導体装置２をプリント配線板１上にマウントする。つまり、半導体装置２の各端子３が、それぞれ対応するランド４上に、はんだペーストを介して設置される。

次に、半導体装置２がマウントされているこのプリント配線板１を、リフロー炉等で加熱後、冷却する。それにより、ランド基台４ａが露呈した個所である凹部１０とＳｎＡｇＣｕはんだ合金８との接合界面にＳｎＣｕ接合合金９が形成される。また、金めっき６はリフロー中の熱により拡散するので、ニッケルめっき５とＳｎＡｇＣｕはんだ合金８との接合界面には、ＳｎＮｉ接合合金７が形成される。さらに、ＳｎＡｇＣｕはんだ合金８は端子３とランド４とを接合させる。

以上の実装工程において、接合界面であるＳｎＮｉ接合合金７およびＳｎＣｕ接合合金９は、連続した同一の層ではなく段差があるように形成される。つまり、本実施の形態のメモリカード１１においては、端子３およびランド４の接合による接合界面は、２種類の合金により形成され、さらに、それら異なる合金による接合界面どうしは段差を有している。

それにより、上述のように、クラックが進行しにくいため、端子３とランド４とが電気的に非導通となりにくく、メモリカードの動作不良が起こりにくい。つまり、端子３とランド４との接合強度は高く、信頼性の高い接合が可能である。

また、プリント配線板本体１ａの板厚が薄くなると（例えば０．６ｍｍ以下）、プリント配線板本体１ａは撓み易く、使用中の落下等による曲げストレス、熱応力等が増す。そのような場合でも、本実施の形態のメモリカード１１では、接続信頼性の高い実装が可能となる。

本実施の形態のメモリカード１１では、端子３とランド４との接合強度が高い状態で、プリント配線板本体１ａとランド４との接触面積を小さくすることができる。そのため、一定の外形サイズのプリント配線板１上に、半導体装置２（半導体メモリ）を多数実装することができ、メモリカード１１の高容量化および小型化を実現することができる。また、本実施の形態のメモリカード１１では非常に薄いプリント配線板本体１ａを使用しても、プリント配線板本体１ａの曲げや熱応力による、ＳｎＡｇＣｕはんだ合金８とランド４との接合界面でのクラックは生じにくい。そのため、プリント配線板本体１ａを薄くすることができ、プリント配線板本体１の小型化が可能になる。したがって、メモリカード１１の高容量化および小型化を実現することができる。

さらに、本実施の形態のプリント配線板１において、ランド４の表面は、部分的に金めっき６が施されている。したがって、高温工程を複数回にわたり実施しても、ランド４の表面全てが酸化されることがないので、ランド４表面の酸化により接合強度が不十分になることはない。したがって、プリント配線板本体１ａの表面および裏面に半導体装置２を実装することも可能であり、さらに高容量化が可能となる。また、本実施の形態のプリント配線板１は、ランド４の表面が凹凸形状であるため、上述のように、電子部品を十分な接合強度で実装することができる。それにより、プリント配線板１は、電子部品の高密度実装が可能であり、さまざまな回路基板を作製することができる。

なお、本実施の形態では、ランド４の長手方向に接合界面どうしの段差が生じるようにしたが、これとは垂直な方向に段差が生じるようにしてもよい。具体的には、ランド４の長手方向に伸びる酸化防止層４ｂを、ランド４の短手方向に間隔を空けて並べて形成すればよい。それにより、ランド４の短手方向に段差が生じる。それにより、本実施の形態と同様の効果を奏する。また、ランド４の長手方向および短手方向の両方に段差が生じるようにしてもよい。それにより、さらに高い接合強度が実現できる。

なお、本実施の形態においては、はんだペーストとしてＳｎＡｇＣｕを使用したが、Ｓｎを含有するはんだ合金を用いればよく、それにより２種類の合金による接合界面が形成される。したがって、本実施の形態と同様の効果を奏する。さらに、プリント配線板本体１に実装する電子部品として、端子３を備えた半導体装置２を用いたが、例えば、電子部品を実装したプリント配線板や、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）等の端子を有さない半導体装置をランド４を備えたプリント配線板１に実装しても同様の効果を奏する。

なお、本実施の形態で具体的に示した構造はあくまでも一例であり、本発明はこれらの具体例のみに限定されるものではない。

本発明のメモリカードは、接合強度が高い上、小型化および高密度化が可能である。したがって、例えば、デジタルカメラやムービーといった小型化が望まれるモバイル製品等に用いることができる。

本発明の実施の形態に係るメモリカードの構成を示す平面図 本発明の実施の形態に係るメモリカードのランドの断面形状を示す、図１のII−II矢視断面図 本発明の実施の形態に係るプリント配線板の構成を示す断面図 従来のプリント配線板の構成を示す断面図 従来のメモリカードの構成を示す断面図

符号の説明

１ プリント配線板
１ａ プリント配線板本体
２ 半導体装置
３ 端子
４ ランド
４ａ ランド基台
４ｂ 酸化防止層
５ ニッケルめっき
６ 金めっき
７ ＳｎＮｉ接合合金
８ ＳｎＡｇＣｕはんだ合金
９ ＳｎＣｕ接合合金
１０ 領域
１１ メモリカード
１０１ プリント配線板
１０１ａ プリント配線板本体
１０２ 半導体装置
１０３ 端子
１０４ ランド
１０４ａ ランド基台
１０５ ニッケルめっき
１０６ 金めっき
１０７ ＳｎＮｉ接合合金
１０８ ＳｎＡｇＣｕはんだ合金
１１１ メモリカード

Claims (3)

1. 電子部品と、接合金属を介して前記電子部品の端子と接合されているランドおよび前記ランドが設置されたプリント配線板本体を有するプリント配線板とを備えたメモリカードであって、
   前記ランドにおける、前記接合金属との接合界面は、凹凸形状であることを特徴とするメモリカード。
2. 前記凹凸形状は凹部および凸部からなり、
   前記接合金属と前記凹部との接合界面に形成されている合金と、前記接合金属と前記凸部との接合界面に形成されている合金とは異なっている請求項１に記載のメモリカード。
3. ランドと、前記ランドが設置されたプリント配線板本体とを有するプリント配線板であって、
   前記ランドは、前記プリント配線板本体に接しているランド基台と、前記ランド基台上に部分的に形成された、ニッケルめっきおよび金めっきが順次積層された構成の酸化防止層とを有していて、
   前記ランド表面は、前記酸化防止層が形成されている個所と、前記酸化防止層が形成されていず前記ランド基台の表面が露呈している個所とからなる凹凸形状であることを特徴とするプリント配線板。
   
   

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