JP5929722B2 - 端子構造、プリント配線板、モジュール基板、電子デバイス及び端子構造の製造方法 - Google Patents
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Description
はんだ領域70の押し込み弾性率E3は、中間層50の押し込み弾性率E2よりも小さいことが好ましい。はんだ領域70が中間層50よりも落下衝撃が加えられた際に変形しやすいことから衝撃を吸収し、中間層50とはんだ領域70の界面で負荷が集中することを抑制されることから、落下強度が向上する。
まず、FR4規格の銅張積層板(厚み:0.3mm)を準備した。この銅張積層板にNCドリルを用いてスルーホールを形成し、所定形状のエッチングレジストを形成し、不要な銅配線をエッチングにより除去することによりデイジーチェーン回路パターンを形成した。その後、銅スルーホールめっきを行い、ソルダーレジストで基板の表面の一部をオーバーコートすることにより、所定のデイジーチェーン回路パターンとはんだボール接続用端子(φ0.6mm)を備える前駆基板を形成した。
上記前駆基板を、脱脂液(奥野製薬工業株式会社製、商品名:エースクリーン850)に、40℃で3分間浸漬した後、基板を取り出して、1分間水洗した。
基板を、ソフトエッチング液(過硫酸ナトリウム100g/L、10%硫酸混合液)に30℃で1分間浸漬した後、基板を取り出して1分間水洗した。
基板を、プレディップ液(奥野製薬工業株式会社製、商品名:NNPアクセラB)に、25℃で30秒間浸漬した。本工程は、次の工程で用いるめっき浴の各成分の濃度が低くなるのを抑制するために実施した。
基板を、めっき活性化処理液(奥野製薬工業株式会社製、商品名:NNPアクセラ)に、35℃で5分間浸漬した。その後、めっき活性化処理液から基板を取り出して、1分間水洗した。
基板を、ポストディップ液(奥野製薬工業株式会社製、商品名:NNPポストディップ401)に、25℃で2分間浸漬して、基板の不導体部分に付着したパラジウム成分を除去した。
無電解ニッケルめっき浴(表1に示す浴種「a」)を、水酸化ナトリウム水溶液を用いてpHを4.6に調整し、基板を、調整した無電解ニッケルめっき液に85℃で23分間浸漬して、はんだボール接続用端子上に膜厚3μmの無電解ニッケルめっき膜を形成した。その後、無電解ニッケルめっき浴から基板を取り出して1分間水洗した。なお、EDSにより無電解ニッケルめっき膜中のリン濃度を測定したところ、リン濃度は11質量%であった。
基板を、表2の浴種「A」に示す無電解パラジウムめっき浴に、60℃で3分間浸漬して、無電解ニッケルめっき膜上に膜厚0.1μmの無電解パラジウムめっき膜を形成した。その後、無電解パラジウムめっき液から基板を取り出して1分間水洗した。なお、EDSにより無電解パラジウムめっき膜中のリン濃度を測定したところ、リン濃度は0質量%であった。
基板を、表3に示す無電解金めっき浴に、85℃で10分間浸漬して、無電解パラジウムめっき膜上に膜厚0.1μmの無電解金めっき膜を形成した。その後、無電解金めっき液から基板を取り出して、1分間水洗した。
上記基板の、一方面のはんだボール接続用端子上に、千住金属工業株式会社製のスパークルフラックスを印刷し、千住金属工業社製φ0.8mmのはんだボール(商品名:M705、組成:96.5Sn−3.0Ag−0.5Cu)を付着させた。
はんだボールが付着した端子を有する基板を、リフロー炉に入れて加熱し、所定の端子構造を備えるプリント配線板を作製した。リフロー条件は、はんだ溶融時間(217℃以上の時間):30秒間、トップ温度:240℃とした。
上記基板のはんだ領域を形成した面と反対の面に、厚み0.3mmのシリコンダミーウエハを接着剤で貼り付けた。その後、樹脂封止を行って、総厚みが2mmの基板を得た。このようにして得られた、所定の端子構造を備えるモジュール基板を、10mmサイズにダイサーカットした。
上記モジュール基板とは別に、デイジーチェーン回路パターンが形成された、長さ30mm×幅120mm×厚み0.8mmのマザーボードを準備した。この基板に、以下に説明する工程を順次行って、評価用電子デバイスを作製した。
上記マザーボードの電極端子に、千住金属工業株式会社製のクリームはんだペースト(商品名:M705−GRN360−MZ、組成:96.5Sn−3.0Ag−0.5Cu)を印刷した。
上記マザーボードの電極端子と、ダイサーカットした上記モジュール基板の端子構造とが向かい合うようにして、モジュール基板をマザーボードに載置した。
モジュール基板を上記マザーボードに載置した状態で、これをリフロー炉に入れて加熱し、上記マザーボードとモジュール基板との接続部に所定の端子構造を備える評価用電子デバイスを得た。これを実施例1の電子デバイスとした。リフロー条件は、はんだ溶融時間:30秒間、トップ温度:230℃とした。
(A)基板準備工程
(B)脱脂工程
(C)ソフトエッチング工程
(D)プレディップ工程
(E)活性化工程
(F)ポストディップ工程
(G1)無電解ニッケルめっき工程
(G2)無電解パラジウムめっき工程
(G3)無電解金めっき工程
(H)はんだ領域形成工程
(I)部品搭載工程
(J)評価用基板の作製
(K)はんだ塗布工程
(L)モジュール基板搭載工程
(M)はんだリフロー工程
(A)基板準備工程
(B)脱脂工程
(C)ソフトエッチング工程
(D)プレディップ工程
(E)活性化工程
(F)ポストディップ工程
(G1)無電解ニッケルめっき工程
(G2)無電解パラジウムめっき工程
(G3)無電解金めっき工程
(H)はんだ領域形成工程
(I)部品搭載工程
(J)評価用基板の作製
(K)はんだ塗布工程
(L)モジュール基板搭載工程
(M)はんだリフロー工程
(A)基板準備工程
(B)脱脂工程
(C)ソフトエッチング工程
(D)プレディップ工程
(E)活性化工程
(F)ポストディップ工程
(G1)無電解ニッケルめっき工程
(G3)無電解金めっき工程
(H)はんだ領域形成工程
(I)部品搭載工程
(J)評価用基板の作製
(K)はんだ塗布工程
(L)モジュール基板搭載工程
(M)はんだリフロー工程
すなわち、実施例3では、実施例1における工程(G2)の無電解パラジウムめっき工程を省略したこと以外は、実施例1と同様にして評価用電子デバイスを得た。これを実施例3の電子デバイスとした。実施例3においては、ニッケルめっき層上に、金めっき層が形成される。
(A)基板準備工程
(B)脱脂工程
(C)ソフトエッチング工程
(X1)酸洗浄工程
(X2)水溶性プリフラックス処理工程
(H)はんだ領域形成工程
(I)部品搭載工程
(J)評価用基板の作製
(K)はんだ塗布工程
(L)モジュール基板搭載工程
(M)はんだリフロー工程
上記基板を、酸洗浄液(5%硫酸水溶液)に、30℃で1分間浸漬した後、基板を取り出して、1分間水洗した。
基板を、水溶性プリフラックス液(四国化成工業株式会社製、商品名:タフエースF2)に、40℃で60秒間浸漬した後、基板を取り出して1分間水洗した。
工程(H)のはんだ領域形成工程において、はんだ溶融時間を60秒間としたこと以外は、実施例6と同様にして評価用電子デバイスを得た。これを実施例7の電子デバイスとした。
実施例8では、工程(A)と工程(H)のみが実施例6と異なり、その他の工程は、実施例6と同一である。
また、実施例8では、工程(H)のはんだ領域形成工程において、はんだ溶融時間:10秒間、トップ温度:250℃、としたこと以外は、実施例6と同様にして、評価用電子デバイスを得た。これを実施例8の電子デバイスとした。なお、実施例8では、下地の導体領域が銅めっきで形成されている点が実施例6とは異なる。
実施例9では、工程(H)のみが実施例8と異なり、その他の工程は、実施例8と同一である。すなわち、実施例9では、工程(H)のはんだ領域形成工程において、はんだ溶融時間を20秒間としたこと以外は、実施例8と同様にして評価用電子デバイスを得た。これを実施例9の電子デバイスとした。
実施例10では、実施例1の工程(G1)の無電解ニッケルめっき工程を省略したことと以外は、実施例1と同様にして評価用電子デバイスを得た。これを実施例10の電子デバイスとした。
実施例11では、実施例1の工程(G1)の無電解ニッケルめっき工程において、表1の「b」に示す無電解ニッケルめっき浴に変更したこと以外は、実施例1と同様にして評価用電子デバイスを得た。なお、EDSにより無電解ニッケルめっき膜中のリン濃度を測定したところ、リン濃度は5質量%であった。これを実施例11の電子デバイスとした。
実施例11の中間層50’の構造は、図6に示すように、実施例1と同一である。
実施例12においては、実施例1の工程のうち、以下の工程と、工程(G4)が、以下の順番で実行された。
(A)基板準備工程
(B)脱脂工程
(C)ソフトエッチング工程
(G4)無電解錫めっき工程
(G1)無電解ニッケルめっき工程
(G3)無電解金めっき工程
(H)はんだ領域形成工程
(I)部品搭載工程
(J)評価用基板の作製
(K)はんだ塗布工程
(L)モジュール基板搭載工程
(M)はんだリフロー工程
厚さ0.2μmの錫(Sn)めっき膜を、はんだボール接続用端子上に形成した。ここでは、表4に示す組成を有する無電解錫めっき液(温度:30℃、pH:1.5)を調製した。上述のように得られたエッチング処理を行ったはんだボール接続用端子(導体)を、表4の無電解錫めっき液に30分間浸漬して、錫めっき膜を形成した。錫めっき処理後、導体を水洗することで、錫めっき膜が形成された導体を得た。
実施例12では、めっき形成工程(G4),(G1),(G3)が順次実行されている。したがって、図9に示すように、錫めっき層51、ニッケルめっき層52、金めっき層54が、配線導体上に順次形成された中間層50’が形成されるが、(H)はんだ領域形成工程における加熱によってニッケルめっき層52の厚みが薄いため、ニッケルが全てはんだボール内と錫めっき層内に拡散し、ニッケルめっき層52は消失する。したがって、配線導体のうち錫めっき層の下地に当たる領域が導体領域となる。そのため、加熱後の中間層50は錫、銅及びニッケルを主成分とする金属間化合物からなり、導体領域40は銅からなる。
実施例13においては、実施例12において、工程(G1)の無電解ニッケルめっき工程に代えて、実施例1の工程(G2)と同様の無電解パラジウムめっき工程を実行した点が異なる。なお、実施例13の工程(G2)の無電解パラジウムめっき工程においては、無電解パラジウムめっき液としては、表2の「B」を用い、パラジウムめっき膜の膜厚を0.1μmとし、工程(G3)の無電解金めっき工程において、金めっき膜の膜厚を0.05μmとした。これら以外の工程は、実施例12と同一である。以上のようにして、評価用電子デバイスを作製し、これを実施例13の電子デバイスとした。実施例13では、錫めっき膜上に、パラジウムめっき膜が形成され、その上に、金めっき膜が形成される。
実施例14においては、実施例12において、実施例1の工程(G2)を省略せず、これを工程(G1)と工程(G3)との間において実行した点が異なる。なお、実施例14の工程(G1)の無電解ニッケルめっき工程において、ニッケルめっき膜の膜厚を3.0μmとし、工程(G2)の無電解パラジウムめっき工程において、無電解パラジウムめっき液としては、表2の「B」を用い、パラジウムめっき膜の膜厚を0.1μmとし、工程(G3)の無電解金めっき工程において、金めっき膜の膜厚を0.05μmとした。これら以外の工程は、実施例12と同一である。以上のようにして、評価用電子デバイスを作製し、これを実施例14の電子デバイスとした。実施例14では、錫めっき膜上に、ニッケルめっき膜が形成され、ニッケルめっき膜上にパラジウムめっき膜が形成され、パラジウムめっき膜上に金めっき膜が形成される。
工程(H)のはんだ領域形成工程において、はんだ溶融時間を90秒間としたこと以外は、実施例6と同様にして評価用電子デバイスを得た。これを比較例1の電子デバイスとした。
[比較例2]
工程(G1)の無電解ニッケルめっき工程において、表1のbに示す無電解ニッケルめっき浴を用い、工程(H)のはんだ領域形成工程においてはんだ溶融時間:50秒間、トップ温度:260℃、としたこと以外は、実施例11と同様にして評価用電子デバイスを得た。これを比較例3の電子デバイスとした。
上記方法により作製した端子構造を有する電子デバイスの断面を鏡面研磨して、端子構造を構成する導体領域の構成元素、中間層の主成分元素をEDSにて確認を行った。その結果を表5に示す。
株式会社エリオニクス製の超微小押し込み硬さ試験機(商品名:ENT−1100a)を用いて、各実施例及び各比較例の端子構造14の各層における押し込み変位−荷重関係から押し込み弾性率を計測した。その結果を表4に示す。なお、押し込み弾性率の計測におけるFmax、Fmin、t1、t2、t3を以下のように設定することで、押し込み試験中の圧子が隣接層に入らないように測定を行った。
t1=5秒間、t2=1秒間、t3=5秒間
落下試験装置を用いて、各実施例及び各比較例の電子デバイスの落下試験を行った。具体的には、モジュール基板とマザーボードの接続面に落下衝撃(衝撃加速度:14700m/s2)を繰り返して加え、モジュール基板の端子とマザーボードの電極端子との間の抵抗値を落下ごとに測定した。落下試験は、各実施例及び各比較例において同様に作製された6個の電子デバイスを用いて行い、抵抗値が初期抵抗の100倍以上となるまでの落下回数の平均値を求めた。落下回数が多いほど落下強度が良好であり、6個の平均値が100回以上のものを「S」、60回以上100回未満のものを「A」、60回未満のものを「B」評価とした。その結果を表4に示す。
Claims (9)
- 配線導体上に配置されたはんだ接続用導体領域と、
前記導体領域に接する中間層と、
前記中間層に接するはんだ領域と、
を備え、
前記中間層は、錫と、銅またはニッケルのうち少なくとも一方と、を主成分とする金属間化合物からなり、
前記導体領域の押し込み弾性率をE1とし、
前記中間層の押し込み弾性率をE2としたときに、
E1及びE2が下記式(1):
0.8≦E1/E2≦1.5 ・・・(1)
を満たすことを特徴とする、端子構造。 - 前記導体領域が、銅または銅系合金であることを特徴とする、請求項1に記載の端子構造。
- 前記導体領域が、ニッケルまたはニッケル系合金であることを特徴とする、請求項1に記載の端子構造。
- 前記はんだ領域の押し込み弾性率をE3としたとき、E3がE2より小さいことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の端子構造。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の端子構造を備えるプリント配線板。
- 請求項5に記載のプリント配線板を備えるモジュール基板。
- 請求項6に記載のモジュール基板を備える電子デバイス。
- 配線導体上に配置されたはんだ接続用導体領域と、前記導体領域に接する中間層と、前記中間層に接するはんだ領域と、を備える端子構造を準備する工程と、
前記導体領域の押し込み弾性率を計測する工程と、
前記中間層の押し込み弾性率を計測する工程と、
前記導体領域の押し込み弾性率の数値及び前記中間層の押し込み弾性率の数値に基づいて、前記端子構造の耐落下衝撃性が良好であるか否かを判断する工程と、
前記判断する工程により端子構造が良好な耐落下衝撃性を示すと判断された前記端子構造の作製条件と同一の条件で端子構造を作製する工程と、
を含む端子構造の製造方法。 - 前記中間層が、錫と、銅またはニッケルのうち少なくとも一方と、を主成分とする金属間化合物からなる請求項8に記載の端子構造の製造方法。
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