JP3436102B2 - 半田材料並びにプリント配線板及びその製造方法 - Google Patents
半田材料並びにプリント配線板及びその製造方法Info
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Description
法,並びにこれに用いる半田材料に関し,特に接続端子
の導体パターンに対する半田接合強度の向上に関する。
すごとく,外部接続用の半田ボール91をパッド92に
接合してなるものがある。パッド92は,パターン形成
した銅層920の表面に無電解めっき法により,ニッケ
ル層922及び金層923を被覆することにより形成さ
れる。プリント配線板がめっきリードを形成し難い基板
である場合は,ニッケル層922及び金層923は特に
無電解めっきにより形成される。半田ボール91は,マ
ザーボード8に対して接合される。なお,パッド92は
絶縁基板97の表面に形成されている。
リント配線板においては,パッド92に対する半田ボー
ル91の接合強度が弱い。特に,長期間高温条件におか
れた場合には,接合強度が更に低下する。
ち,図6に示すごとく,リンを含んだニッケル層922
からなるパッド92に,半田ボール91を接合すると,
半田ボール,金層及びニッケル層の各成分が拡散する。
特に,ニッケル層922中のニッケル(Ni)が金層9
23の中にすばやく拡散するため,ニッケル層922の
上層部922aにニッケル層922の中のリンが取り残
されてしまい,この上層部922aが高濃度のリンを含
む層となる。この高濃度P層の形成によって,パッド9
2に対する半田ボール91の接合強度が低下してしま
う。
接合強度に優れた半田材料,並びにこれを用いたプリン
ト配線板及びその製造方法を提供しようとするものであ
る。
における導体パターンであって,ニッケルとリンとから
なるニッケル層,及び該ニッケル層を被覆する金層より
なるものの表面に,接続端子を半田接合するための半田
材料において,上記半田材料は,半田の中に,銅と亜鉛
とを含有してなることを特徴とする半田材料である。
亜鉛(Zn)が含まれている。そのため,半田材料によ
る接続端子と導体パターンとの接合強度が高くなる。そ
の理由は以下のように考えられる。
の表面に接続端子を半田材料により接合すると,上述し
たように,ニッケル層の上層部に,半田接合強度低下の
原因となる高濃度リン層が形成される。発明者らは鋭意
探究をした結果,本発明のように半田材料に半田成分
(Pb−Sn)に加えてCu及びZnを添加することに
より,高濃度P層の形成を抑制し導体パターンに対する
半田接合強度を向上させることができることを発明し
た。
り,ニッケル層の各成分の中のリンの拡散を抑制するこ
とができる。そのため,高濃度P層の厚みを薄くするこ
とができ,半田材料の導体パターンに対する接合強度の
低下を抑えることができる。
加することにより,薄く形成された高濃度P層中のリン
(P)を,その上方の金層内に取り込ませることができ
る。そのため,高濃度P層は殆ど形成されない。従っ
て,半田材料にCuとZnを添加することにより,半田
材料にCuだけを添加した場合よりも,更に半田接合強
度を高めることができる。
半田材料の中に,0.1〜15重量%含まれていること
が好ましい。これにより,更に高い半田接合強度が得ら
れる。その理由は,上記範囲内の銅の添加により,半田
材料内への導体パターン成分の拡散を抑制できるからで
あると考えられる。一方,銅の含有量が0.1重量%未
満の場合,又は15重量%を超える場合には,半田接合
強度が低下するおそれがある。
記半田材料の中に,0.01〜20重量%含まれている
ことが好ましい。これにより,更に高い半田接合強度が
得られる。一方,亜鉛の含有量が0.01重量%未満の
場合,又は20重量%を超える場合には,半田接合強度
が低下するおそれがある。また,更に好ましくは,上記
亜鉛は,上記半田材料の中に,2〜15重量%含まれて
いることが好ましい。これにより,特に高い半田接合強
度が得られる。
は,鉄を含有していることが好ましい。これにより,導
体パターンへの半田接合強度が更に高くなる。その理由
は,半田材料内への導体パターン成分の拡散をより効果
的に抑制できるからであると考えられる。
半田材料の中に,0.001〜3重量%含まれているこ
とが好ましい。これにより,上記の鉄の効果を効果的に
発揮させることができる。一方,0.001重量%未満
の場合,又は3重量%を超える場合には,導体パターン
への半田接合強度が低下するおそれがある。また,更に
好ましくは,上記鉄は,上記半田材料の中に,1.5〜
2.5重量%含まれている。これにより,更に半田接合
強度が高くなる。
は,半田ボールであることが好ましい。半田ボールは,
接続端子としての役割を果たすことができるとともに,
それ自身が半田材料として導体パターンに接合する。
は,例えば,半田材料の成分であるPb,Sn,Cu,
Zn,必要に応じてFeを,それぞれ微粉末状又はそれ
よりも大きいボール状として混合し,必要に応じてフラ
ックス,粘調剤を添加し,ペースト状又はボール状の半
田材料を得る。
れを以下の方法により製造することができる。即ち,半
田ボールは,例えば,銅球を,亜鉛を含む半田に浸漬す
るとともに,必要に応じて鉄を添加することにより製造
する。銅球の大きさは,上記の範囲内の含有量の銅を添
加するため,半田ボール全体の体積の30〜85体積%
であることが好ましい。また,半田ボールの導体パター
ンへの半田接合は,銅球が完全に溶融することなく,表
面で銅が半田内へ拡散する温度,例えば200℃以上で
加熱することが好ましい。また,同様の理由により,半
田ボールの加熱時間は,30秒間以上であることが好ま
しい。
及び亜鉛を含む半田材料により接合してなる導体パター
ンを有するプリント配線板において,上記導体パターン
は,リン3〜12重量%と,ニッケル残部とからなるニ
ッケル層,及び該ニッケル層を被覆する金層よりなり,
かつ,上記プリント配線板には,上記ニッケル層を電解
めっきにより形成するためのめっきリードが形成されて
いないことを特徴とするプリント配線板である。
(Cu)及び亜鉛(Zn)を含む半田材料により,接続
端子が導体パターンに半田接合されていることである。
本発明においては,半田材料の中に銅及び亜鉛が含まれ
ているため,上記のように,接続端子の導体パターンに
対する半田接合強度が高くなる。
ッケル層と金層との密着性が高くなる。また,金層を形
成している金の析出速度が速く,半田材料による接続端
子と導体パターンとの優れた接合強度が得られる。
%未満の場合には,金の析出速度が速くワイヤーボンデ
ィングが可能となるが,その一方で,半田材料による接
続端子と導体パターンとの接合強度が低くなる。その理
由は,金層が無電解めっきにより形成される置換型であ
り膜厚である場合に,リンが金層表面に移行せず,ニッ
ケル層と金層との界面に留まり,高濃度P層を形成する
ため,半田接合強度が低くなると考えられる。
量%を超える場合には,ニッケル層と金層との密着性は
高くなるが,その一方で金層を形成するための金の析出
速度が遅延する。また,常温における半田接合強度が低
くなる。その理由は,半田接合時に,ニッケル層中の上
層部に高密度P層が形成されるからであると考えられ
る。
の含有量は,5〜9重量%である。これにより,接続端
子と導体パターンとの半田接合強度が更に高くなる。
り被覆されている。これにより,導体パターン表面に接
続端子を強固に半田接合することができる。
ケル層を電解めっきにより形成するためのめっきリード
が形成されていない。そのため,高密度で微細な配線が
得られる。
により形成することもできる。これにより,導体パター
ンを非常に均一に形成できる。また,電気めっき用のリ
ードが不要であり,電気的なノイズが発生し難く,また
高密度で微細な配線が得られる。
は,半田ボール,リードピン,フリップチップ用パッ
ド,又はTCP用パッドであることである。この中,半
田ボールは,それ自身の半田により導体パターンに接合
される。リードピンは,プリント配線板のスルーホール
内に挿入され,スルーホール内壁を被覆する導体パター
ン及び半田材料により半田接合される。なお,TCP用
パッドとは,テープキャリアパッケージをいう。
面又は内部,スルーホールの内壁等に形成された,接続
端子を接合するための被膜である。導体パターンの形状
は,接続端子の形状に応じて変化する。
ドーターボード,メモリーモジュール,マルチチップモ
ジュール,プラスチックパッケージ,半導体装置,導体
回路等の相手部材に接続して,本発明のプリント配線板
と相手部材との電気の授受を行うことができる。
を配線用導体膜により被覆し,次いで,該配線用導体膜
における導体パターン非形成部分をマスクにより被覆し
た状態で,上記配線用導体膜を通じて電解めっき用の電
気を,導体パターン形成部分に電解Niめっきを施し
て,リン3〜12重量%とニッケル残部とからなるニッ
ケル層を形成し,次いで,上記マスクを除去し,次い
で,上記ニッケル層の表面をマスクにより被覆した状態
で,上記配線用導体膜をエッチングして,導体パターン
を形成するとともに,上記電気めっき用の電気を導いた
配線用導体膜を除去し,次いで,上記導体パターンの表
面に,接続端子を,銅及び亜鉛を含む半田材料により接
合することを特徴とするプリント配線板の製造方法であ
る。
板を製造する方法である。これを図3を用いて具体的に
説明する。まず,絶縁基板7の全面に配置された銅箔な
どの配線用導体膜300における導体パターン非形成部
分をマスク61により被覆し(図3(a)),導体パタ
ーン形成部分に電解Niめっきを施してニッケル層31
を形成する(図3(b))。このとき,全面に配置され
た配線用導体膜300が電解めっきリードの役目を果た
す。次いで,マスク61を除去する(図3(c))。次
いで,導体パターンの形状を有するニッケル層31の表
面を,導体パターンの形状を有するマスク62により被
覆し(図3(d)),配線用導体膜300をエッチング
して導体パターン形状を有する銅層30となす(図3
(e))。このとき,電解めっきリードは,エッチング
により除去される。その後マスク62を除去する。これ
により,図3(f)に示すごとく,ニッケル層を形成す
るためのめっきリードを残すことなく,導体パターン3
01を有するプリント配線板8が得られる。
1,図2を用いて説明する。本例のプリント配線板8
は,図1に示すごとく,外部接続用の半田ボール1を半
田接合してなるパッド3を有する。パッド3は,導体パ
ターンの一部であり,これは銅層30とニッケル層31
と金層32とからなる。半田ボール1の頂部は,マザー
ボード上のパッドに接合される(図5参照)。
ニッケル残部とからなる。半田ボール1は,銅0.1〜
15重量%と,亜鉛0.01〜2重量%と,鉄0.00
1〜1重量%と,半田残部とからなる。半田は,鉛(P
b)10〜70重量%と,錫(Sn)30〜90重量%
とからなる。パッド3の周囲における絶縁基板7は,図
示しないソルダーレジストにより被覆されている。
ては,図2に示すごとく,エポキシ系,ポリイミド系,
ビスマレイミドトリアジン系等の樹脂とガラスクロス若
しくはガラスファイバーとからなる絶縁基板7を準備
し,その表面に銅箔を貼着する。次いで,銅箔をエッチ
ングしてパッド形状の銅層30を形成する。次いで,パ
ターン化した銅層30の表面に,無電解めっきにより,
ニッケル層31と金層32とを形成して,パッド3とす
る。ニッケル層31の厚みは0.1〜30μmであり,
金層32の厚みは0.01〜10μmである。また,絶
縁基板7の表面に導体回路(図示略)を形成する。
び金を含む半田浴の中に浸漬する。これにより,銅球1
1を半田12により被覆してなる半田ボール1を得る。
銅球11は,半田ボール1全体の容積に対して,30〜
85容積%とする。半田ボール1の底部は,平面19と
する。これは,半田ボール1をパッド3に載置したとき
に位置安定化を図るためである。
置し,半田ボール1を加熱により溶融させる。加熱は,
200℃以上で30秒間以上とする。これにより,銅球
11の銅が半田12の中に拡散する。なお,ニッケル層
31の上層部に,従来の半田ボールの接合で生じた高濃
度P層(図6参照)は形成されなかった。
めっきにより形成しているが,電解めっきによっても形
成することができる(図3参照)。また,本例において
は,半田ボール1を,亜鉛を含む半田浴の中に銅球11
を浸漬することにより形成しているが(図2),半田,
銅及び亜鉛の各微粉末をフラックス,粘調剤と混合しペ
ースト状としたものをボール形状に成形することにより
形成することもできる。
及びニッケル層の成分と半田ボールの接合強度との関係
を調査した。半田ボール中のCu,Zn,Fe及びニッ
ケル層中のPの含有量を変えて,プリント配線板を実施
形態例1と同様に製造し,これらを試料1〜5(本発明
品),試料C1〜C5(比較例)とした。なお,半田ボ
ール中の半田(Pb−Sn)は,Pb37重量%と,S
n63重量%で一定とした。
00時間加熱後の接合強度,並びにSn−Ni合金層厚
みと高濃度P層厚みを測定した。その結果を表1,2に
示した。同表より知られるように,試料1〜5は,他の
試料C1〜C4に比べて高い接合強度であった。また,
リンを含むニッケル層(試料C4)の場合には,リンを
含まないニッケル層(試料C5)の場合よりも,接合強
度が低くなった。
P層厚みが小さくなる傾向が認められた。これは,ニッ
ケル層中のニッケルが,半田ボールへ移行する量が,減
少したためであると考えられる。
子としてのボンディングワイヤー2をパッド3に半田接
合している。ボンディングワイヤー2は,パッド3と,
プリント配線板8に搭載した半導体装置との間を電気的
に接続する。ボンディングワイヤー2をパッド3に半田
接合する場合には,パッド3の表面にクリーム状の半田
材料10を塗布し,半田材料10を加熱溶融する。半田
材料10の成分は,実施形態例1で用いた半田ボールと
同様である。その他は,実施形態例1と同様である。本
例においても実施形態例1と同様の効果を得ることがで
きる。
半田材料,並びにこれを用いたプリント配線板及びその
製造方法を提供することができる。
方法を示す説明図。
なく,導体パターンを有するプリント配線板を製造する
方法を示すための説明図。
Claims (9)
- 【請求項1】 プリント配線板における導体パターンで
あって,ニッケルとリンとからなるニッケル層,及び該
ニッケル層を被覆する金層よりなるものの表面に,接続
端子を半田接合するための半田材料において,上記半田
材料は,半田の中に,銅と亜鉛とを含有してなることを
特徴とする半田材料。 - 【請求項2】 請求項1において,上記銅は,上記半田
材料の中に,0.1〜15重量%含まれていることを特
徴とする半田材料。 - 【請求項3】 請求項1又は2において,上記亜鉛は,
上記半田材料の中に,0.01〜20重量%含まれてい
ることを特徴とする半田材料。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項において,
上記半田材料は,鉄を含有していることを特徴とする半
田材料。 - 【請求項5】 請求項4において,上記鉄は,上記半田
材料の中に,0.001〜3重量%含まれていることを
特徴とする半田材料。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項において,
上記半田材料は,半田ボールであることを特徴とする半
田材料。 - 【請求項7】 接続端子を,銅及び亜鉛を含む半田材料
により接合してなる導体パターンを有するプリント配線
板において,上記導体パターンは,リン3〜12重量%
と,ニッケル残部とからなるニッケル層,及び該ニッケ
ル層を被覆する金層よりなり,かつ,上記プリント配線
板には,上記ニッケル層を電解めっきにより形成するた
めのめっきリードが形成されていないことを特徴とする
プリント配線板。 - 【請求項8】 請求項7において,上記接続端子は,半
田ボール,リードピン,フリップチップ用パッド,又は
TCP用パッドであることを特徴とするプリント配線
板。 - 【請求項9】 絶縁基板の全面を配線用導体膜により被
覆し,次いで,該配線用導体膜における導体パターン非
形成部分をマスクにより被覆した状態で,上記配線用導
体膜を通じて電解めっき用の電気を,導体パターン形成
部分に電解Niめっきを施して,リン3〜12重量%と
ニッケル残部とからなるニッケル層を形成し,次いで,
上記マスクを除去し,次いで,上記ニッケル層の表面を
マスクにより被覆した状態で,上記配線用導体膜をエッ
チングして,導体パターンを形成するとともに,上記電
気めっき用の電気を導いた配線用導体膜を除去し,次い
で,上記導体パターンの表面に,接続端子を,銅及び亜
鉛を含む半田材料により接合することを特徴とするプリ
ント配線板の製造方法。
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