(57)【要約】      （修正有）【課題】プリント配線板又はシリコンウエハ回路基板又はセラミック回路基板にはんだ付けが可能な電極が凸形状に形成され該電極上面部だけにはんだ皮膜があり側壁にははんだ皮膜がない電子部品とその製造方法を提供する。【解決手段】電子部品は、凸形状のはんだ付け可能な電極５を備えた電子部品の該電極上面部にはんだ皮膜がある。皮膜は、未溶融のはんだ粉末集合体から構成され、電極上面部とはんだ粉末集合体は、金属拡散反応によって接合されている。電子部品の製造方法は、はんだ粉末と水溶性樹脂とを少なくとも含むペースト組成物３と、電極部５を有する回路基板とを接触後、はんだ融点以下の温度で熱プレス１４し、電極部５と該粉末とを金属拡散反応により接合する。その後、接合に関与しない該ペーストを水系洗浄によって除去する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸形状のはんだ付け可能な電極を備えた電子部品の該電極上面部にはんだ皮膜があり、該皮膜は未溶融のはんだ粉末集合体から構成され、該電極上面部と該はんだ粉末集合体は金属拡散反応によって接合されている電子部品。
【請求項２】
凸形状の電極を有する電子部品がプリント回路基板又はシリコンウエハ回路基板又はセラミック回路基板である請求項１記載の電子部品。
【請求項３】
はんだ粉末と水溶性樹脂とを少なくとも含むペースト組成物と、電極部を有する回路基板とを接触後、はんだ融点以下の温度で熱プレスし該電極部と該粉末とを金属拡散反応により接合し、その後接合に関与しない該ペーストを水系洗浄によって除去することを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項４】
前記ペースト組成物は、はんだ粉末100重量部に対して水溶性樹脂を5重量部から200重量部の範囲からなる組成物である請求項３記載の電子部品の製造方法。
【請求項５】
前記電極部に接する前記ペースト組成物は該ペースト組成物に使用するはんだ粉末の平均粒径の２倍以下の厚さである請求項４記載の電子部品の製造方法。
【請求項６】
支持体上に請求項４記載のペースト組成物を前記厚さで塗布し、熱プレス及び水系洗浄を行うことを特徴とする請求項５記載の電子部品の製造方法。
【請求項７】
前記支持体がプラスチックフィルム、セラミック、金属、または紙である請求項６記載の電子部品の製造方法。
【請求項８】
ゴムロール又はゴムパッド上に請求項４記載のペースト組成物を被覆して該ロール又は該パッドから直接電極部に塗布した後、平坦な金属、セラミック、プラスチックフィルム、または紙と対向して熱プレスと水系洗浄を行うことを特徴とする請求項４記載の電子部品の製造方法。
【請求項９】
請求項７記載の支持体上に直接又は前記水溶性樹脂を塗布した塗布面にはんだ粉末を前記厚さで散布した該粉末面と回路基板の電極面とを対向して熱プレス後水系洗浄を経て得られるはんだキャップを備えることを特徴とする請求項５記載の電子部品の製造方法。
【請求項１０】
はんだ粉末と水溶性樹脂とを少なくとも含み、前記水溶性樹脂は常温で液状又は固体状であって純水可溶樹脂類、アルカリ水可溶樹脂類、水と混合できる溶剤を併用する水混合溶剤可溶樹脂類であるはんだペースト組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリント配線板又はシリコンウエハ回路基板又はセラミック回路基板にはんだ付けが可能な電極が凸形状に形成され該電極上面部だけにはんだ皮膜があり側壁にははんだ皮膜がない電子部品とその製造方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハ回路基板又はセラミック回路基板は単独若しくはプリント配線板と組合されてパッケージ化され電子部品として使用されることが多い。該部品の高精細化、高機能化、高信頼性化が求められる中で該配線板又は該回路基板の凸形状電極上面部のみにはんだ皮膜を形成する要請が高まっている。以降、電極上面部へのはんだ皮膜は単に「はんだキャップ」と称する。はんだキャップが求められる理由は電極部側壁にもはんだが付くとはんだによるエレクトロマイグレーションなどによってショートの機会が増すことを嫌うからである。これは電極間ピッチが更に細かくなる技術トレンドを考慮すると接続信頼性にとり益々重要な要求である。
現在、はんだキャップ形成はレジスト皮膜の開口部にはんだを電気めっきしめっき後、該レジストを剥離して得ている。接合信頼性が特に高く求められる自動車用パッケージ電子部品分野でははんだキャップのはんだ組成は信頼性上大変重要な要素である。電気めっきによるはんだ組成は錫単独又は錫―銀など精々2元系金属に限定されている。最近の動向としては代表的な鉛フリーはんだのように錫―銀―銅など３元系金属以上のはんだ組成が求められるがめっき法での対応が難しいので新たなはんだキャップ形成法が業界から求められている。加えてエレクトロニクス業界ではコスト低減要求が常にあり新たな工法には簡便で精度も良くしかも低コストが要求される。本発明はこの要求に応えられるはんだキャップを備えた電子部品及びその製造方法を提供する。
【０００３】
現在、はんだキャップを備えた電子部品はレジスト開口部にはんだを電気メッキにより形成しその後該レジストを剥離し得ている。電気メッキでははんだ組成に制約があり錫単独又は錫と他の元素、例えば銀との２元系金属に事実上限定される。近年パッケージ化した部品の接合信頼性など性能を更に高めたいためにはんだキャップのはんだ組成には３元系金属以上のはんだ組成も求められるが、めっき法ではその対応が難しい。一方、めっき以外のソルダペーストを使用する印刷法では３元系以上のはんだ要請には応えられるが、メタルマスクを使用するスクリーン印刷技術がベースのため電極へのメタルマスクの位置合わせに限界があり、該ペーストの電極部以外への漏れが避けられないので厚さバラツキが大きい上、側壁にもつくなど要求に応えるのが難しい。転写法によるプリコート法は既に提案されておりはんだ組成への制約はなく位置合せは不要であるがはんだキャップ形成には以下の課題があり実用が困難な状況にある。
【０００４】
特許文献１ではプラスチックフィルムに粘着層を配置し該粘着層にはんだ粉末を１層配置したシートからワークに転写する。この方法ではアクリル系粘着剤を粘着層として使用する。
【０００５】
特許文献２では粘着層を有しない多層構成はんだ層と支持体から成るシートの提案である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】再表2006/067827
【０００７】
【特許文献２】特許第6042214号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の場合、粘着層の粘着力が強すぎると転写が難しくなり弱すぎると非電極部に該粉末が付く現象が起こる。凸形状電極部への転写でははんだ融点以下の熱プレスと言えども粘着層に該電極が潜り込み易く熱プレス後該シートを剥がす際、粘着層成分が該はんだ粉末と共に電極部に移行し洗浄でも除去しにくい課題を有する。
【０００９】
特許文献２では特許文献１の課題は払拭できた。しかし新たな課題は凸形状の電極へ転写すると多層はんだを支える支持体がマイクロエッチした表面のため転写工程の熱プレス時に電極に接するはんだ粉末が該支持体表面に埋没し転写が不安定なことにある。転写温度をはんだ融点以上にすると多層はんだ全体が溶融し電極形状によっては良好な転写が起こるが凸形状の場合にはブリッジの発生、側壁にも付くなど課題があり実用には程遠い。
【００１０】
本発明の目的は３元系金属以上のはんだ組成に対応できるはんだキャップを備え且つ電極部側壁にははんだが付かない電子部品およびその製造方法ならびにはんだペースト組成物を提供し電子部品の性能向上に寄与することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
3元系金属以上の多元系はんだ組成に対応でき確実に該電極部上部にはんだキャップを備える電子部品を鋭意検討した結果、はんだ粉末と該電極部とが接触後該粉末の融点以下で熱プレスし水系洗浄後にはんだ粉末集合体としてはんだキャップが形成できる実験事実を掴んだ。はんだ粉末は水溶性樹脂と共にペースト組成物として該電極部と接触する方法又は該粉末を直接該電極部と接触する方法の何れでも良好なはんだキャップが形成でき側壁及び底部にははんだ粉末が存在しないことが判った。電極部側壁及び底部にはんだが付かない理由は側壁部と接するペースト又は粉末があったとしても側壁部への横方向加圧が該電極部上部の縦方向加圧より少ないので接合までに至らず水系洗浄で落ちること又底部の場合ははんだ付けできない材質なので同洗浄で容易に除去できることがその理由である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のはんだキャップ形成ではレジスト膜形成が不要であり、或いは電極部配置位置に応じたメタルマスクも不要なので面倒な位置合せを要しない。本発明により該電極部上部にはんだキャップが精度良く確実且つ安価に形成でき、しかも側壁及び底部にははんだが付かない電子部品を得ることに成功した。めっき法では不可能な3元系金属以上の多元系金属はんだ組成に対応できるので電子部品の性能向上に寄与できる性能を具備している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】支持体上にペースト組成物が塗布された構成を示す。
【図２】熱プレス時の構成を示す。
【図３】熱プレスし水系洗浄後、はんだキャップ形成した電極構成を示す。
【図４】ロールコーティング構成の概念図を示す。
【図５】ロールコーティング後のペースト組成物塗布を示す。
【図６】平坦な面と熱プレスする構成を示す。
【図７】熱プレスし水系洗浄後、はんだキャップ形成した電極構成を示す
【図８】支持体上にはんだ粉末が散布された構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ペースト組成物３又ははんだ粉末1と電極部5とが接触後熱プレス14する実施形態は以下を包含する。
実施形態１  予め該ペースト組成物3を支持体6上に塗布したシートの該ペースト面と電極部とを対向して熱プレス１４する。    
実施形態２  該ペースト組成物３をロール８に好ましい膜厚で形成し直接もしくは別のロール７又はパッドに転写し該ロール７又はパッドから電極部５に該ペースト３を移行させる。その後平坦な面１１と合わせ該電極部５を熱プレス１４する
実施形態３  はんだ付けができない定盤１２上に該ペースト３を所望の膜厚で塗布し直接電極部と接して熱プレス１４する
実施形態４  支持体６上に該粉末１を直接又は水溶性樹脂層２を介して散布する。
実施形態１から４までの何れの形態からでも良好なはんだキャップが得られることが確認できた。  
【００１５】
使用できるはんだ粉末のはんだ組成は錫単独、錫―3.5銀、錫―3銀―0.5銅、錫―ビスマス系、インジューム系など鉛フリーはんだをはじめとして幅広く使用できる。使用する粉末は分級されたグレードが好ましい。例えば三井金属鉱業株式会社製商品名ST-7（錫―3銀―0.5銅  2.7〜10.1μm  D50 6.8μm）などはんだ組成および粒度を適宜選択して使用できる。  
【００１６】
本発明に用いる水溶性樹脂は該粉末をペースト組成物として使用するとき及び該粉末を支持体に散布するときに適宜必要な成分である。常温で液状もしくは固体状の樹脂が使用できる。水溶性の目的は熱プレス後に水系洗浄液で除去するために必要な性能であり純水可溶樹脂、アルカリ水可溶樹脂、更には一部溶剤を含む準水系可溶樹脂をも包含する。水溶性樹脂の中で高粘度の液状樹脂はペースト組成物向けにペースト化が容易で使用しやすく好都合である。例としてポリアルキレングリコールとその誘導体樹脂類は転写温度に対して耐熱性も十分あり洗浄が容易で好適である。その他の使用可能な樹脂類としてグリセリンおよび誘導体、ポリグリセリン及び誘導体、その他室温では固体状の水溶性樹脂類として例えばロジンエチレンオキサイド付加物、有機酸エチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、トリス（２?ヒドロキシエチル）イソシアヌレート、アルカリ溶液に溶解する樹脂では例えばロジンおよびロジン誘導体類も使用可能である。水アルコール混合溶剤可溶の樹脂として
はポリビニルアセタール、ポリプロピレングリコールとその誘導体などが使用できる。これ等の樹脂類は単独もしくは混合して使用できるが特に限定されず幅広く選択可能である。
【００１７】
ペースト組成物の水溶性樹脂とはんだ粉末の比率は求めるはんだキャップ厚さにより決めるが該粉末100重量部に対して該樹脂は5重量部から200重量部の範囲が好ましい。5重量部以上ではペースト組成物を塗布後、該粉末が取れにくい。200重量部以下では樹脂が邪魔をして電極上ではんだ被覆が出来ないところが少なくなり好ましい。該ペーストの厚さは該粉末の平均粒径の２倍以下が好ましい。２倍以下であると転写量が安定し好ましい。塗布には公知の塗布法が使用できる。例えばスクリーン印刷法、ロールコーティング法など各種コーティング法は使用可能である。例えば平均粒径が20μmの該粉末を使用してペーストを調製した場合は400メッシュナイロン紗を通してスクリーン印刷で約25μm厚のペースト塗膜が得られる。また平均粒径約10μmの該粉末のペーストをアニロックスロールでコーティングすると約10μmのペースト塗膜が得られる。
【００１８】
はんだ粉末を支持体に直接散布する又は水溶性樹脂を塗布した上に散布することによる構成から該粉末面と該電極面を対向し熱プレス１４を行うことによってもペースト組成物３の場合と同様に良好なはんだキャップ10が得られる。散布の手段は公知の方法、例えば定量の噴霧又は支持体と該粉末の静電引力による方法などが有効である。
【実施例】
【００１９】
実施形態１から実施形態４について具体的に実施例で説明する。支持体６はポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエーテルイミドフィルムから選択できるがこれ等に限定されない。これらフィルムより耐熱性は劣るポリプロピレンフィルムなどのポリオレフィンフィルムもビスマス系、インジューム系のような低融点はんだでは使用が可能の場合もある。
平均粒径の測定方法はマイクロトラック法による。
【００２０】
平均粒径約10μmの錫-3銀-0.5銅組成のはんだ粉末（融点217℃  三井金属鉱業株式会社製商品名DS-10）を100重量部、ポリオキシエチレンーポリオキシプロピレングリコール（三洋化成工業株式会社製商品名ニューポール75H-90000）100重量部を混錬しペースト組成物No1を調製した。
【００２１】
はんだ組成はペースト組成物No1と同様であり平均粒径約20μmのはんだ粉末（三井金属鉱業株式会社製商品名10-25）100部と水溶性ポリアルキレングリコール誘導体（日油株式会社製商品名ユニループ75DE-3800）100重量部を混錬しペースト組成物No2を調製した。
【００２２】
電極部を有するプリント回路基板はサトーセン株式会社製基板を使用した。基板厚は約1.5mm、電極高さは約30μm、電極ピッチは100μm、電極径約50μmの電極が1個片に約1万個形成されている。
【００２３】
実施例１
支持体６としてポリエステルフィルム厚さ75μmにペースト組成物No1  ３をアニロックスロール８印刷によって厚さ約10μmに塗布した。このペースト面３と前記のプリント回路基板４の電極面５とを対向し基板側４から加熱温度200℃、加圧時間20秒、加圧力2MPaで熱プレス１４しその後ポリエステルフィルムを剥がし該基板を純水中で1分間超音波洗浄した結果、該基板の該電極部上部にはんだキャップ１０が形成できた。はんだキャップの膜厚は平均8μm  標準偏差0.5であった。
【００２４】
実施例２
実施例１と同様なポリエステルフィルムにペースト組成物No2  ３をスクリーン印刷により厚さ約20μmで塗布した。このペースト面３と実施例１と同じ回路基板４を重ね合せ基板側から加熱温度200℃、加熱時間10秒、加圧力2MPで熱プレス１４しその後水系洗浄も同様に行って該電極部上部にはんだキャップ１０が形成した電極が得られた。はんだ膜厚は平均15μm  標準偏差0.7であった。
【００２５】
実施例３
実施例１と同様にペースト組成物No1  ３をアニロックスロール８を介して硬度50°のゴムロール７に転写し該ゴムロールから実施例１と同様な回路基板４の電極面５に直接接触させ塗布した。該ペーストを塗布した電極面５に75μm厚の無処理ポリエステルフィルムを重ね合せ実施例１と同様に熱プレス１４しその後は同様な水系洗浄を行いはんだキャップ１０が形成した電極を得た。はんだキャップされたはんだ膜厚は平均厚さ5μm  標準偏差0.3であった。
【００２６】
実施例４
厚さ10mmのセラミックス定盤１２上にスクリーン印刷によってペースト組成物No2  ３を厚さ約20μmで塗布し該ペースト面３に該回路基板４の電極面５とを対向し実施例２と同様に熱プレス１４した。同様な水系洗浄を経て良好なはんだキャップ１０付き電極が得られた。得られたはんだキャップ膜厚は平均14μm  標準偏差0.6であった
【００２７】
実施例５
厚さ75μmのポリエステルフィルム６上にポリアルキレングリコール樹脂２を厚さ2μmで塗布し該塗布面上にペースト組成物No1  ３に使用したはんだ粉末１を散布した。過剰な該粉末はエアーで除去した。該粉末面１と回路基板４の電極面５を対向後、実施例１と同様な条件で熱プレス１４し水系洗浄を経て良好なはんだキャップ１０が形成できた。平均膜厚は7.5μm  標準偏差0.5  であった。
【符号の説明】
【００２８】
１    はんだ粉末
２    水溶性樹脂
３    ペースト組成物
４    ワーク
５    電極部
６    支持体
７    ゴムロール
８    アニロックスロール
９    加圧ロール
１０    はんだキャップ（はんだ粉末集合体）
１１    平坦材料
１２    定盤
１３    金属拡散反応（物）
１４    熱プレス（加熱・加圧）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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