(57)【要約】【課題】金属間化合物に生じるクラックの進展を防ぐことができると共に、ランドとはんだの接合強度を高めることができ、はんだ実装の信頼性を向上させることができるランドを提供する。【解決手段】ランド１は、ランド表面２上に電子部品の端子を配して、電子部品をはんだ実装するための実装部である。ランド１は、ランド表面２に、マイクロメートルオーダーの微細な凹凸部３が形成されている。【選択図】図１
2020053574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランド表面上に電子部品の端子を配して、該電子部品をはんだ実装するためのランドであって、
前記ランド表面に、マイクロメートルオーダーの微細な凹凸部が形成されている、ランド。
【請求項２】
前記ランド表面の粗さ度合いが不均一である、請求項１に記載のランド。
【請求項３】
前記ランド表面の最大の粗さ度合いが３μｍ以上の粗さである、請求項２に記載のランド。
【請求項４】
前記ランド表面の粗さ度合いが均一である、請求項１に記載のランド。
【請求項５】
前記ランド表面の最大の粗さ度合いが３〜６０μｍの粗さである、請求項４に記載のランド。
【請求項６】
前記ランド表面に形成された複数の凹部の平面位置はランダムに形成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のランド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品をはんだ実装するためのランドに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を配線基板にはんだを介して実装するときには、実装信頼性が重要となる。配線基板において、ランドは、ランド表面上に電子部品の端子を配して、該電子部品をはんだ実装するための実装部として機能する。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ランドの一端側に実装部品の端子幅に合わせた狭い幅のはんだ付け部を設けることにより、実装不良の発生を防止する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９９５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、はんだ−ランド界面には、はんだの金属成分とランドの金属成分との金属間化合物が生成される。この金属間化合物層は、ランド表面に対して垂直方向に成長する柱状結晶である。この柱状結晶は、はんだに比べ硬く脆い物性を有し、六方晶構造をとる。したがって、ランド表面に沿った方向にクラックが入りやすい。クラックは、隣接した金属間化合物の結晶同士で連鎖して一気に進展する。これにより、はんだ−ランド界面の剥離が起きやすくなり、はんだ実装の信頼性が低下する要因となっていた。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の課題に鑑みて、ランド表面に微細な凹凸部を形成することにより、金属間化合物に生じるクラックの進展を防ぐことができると共に、ランドとはんだの接合強度を高めることができ、はんだ実装の信頼性を向上させることができるランドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の例示的な一態様に係るランドは、ランド表面上に電子部品の端子を配して、該電子部品をはんだ実装するためのランドであって、ランド表面に、マイクロメートルオーダーの微細な凹凸部が形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ランド表面に微細な凹凸部を形成することにより、金属間化合物に生じるクラックの進展を防ぐことができると共に、ランドとはんだの接合強度を高めることができ、はんだ実装の信頼性を向上させることができるランドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係るランドの表面状況を示す模式図である。
【図２】図２は、グリット形状の研削材を用いたブラスト処理状況の模式図である。
【図３】図３は、はんだ接合時に生成された金属間化合物層の観察図である。
【図４Ａ】図４Ａは、平滑なランド表面における金属間化合物の生成状況を示す模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、粗面化したランド表面における金属間化合物の生成状況を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
添付図面を参照して、本発明に好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
【００１１】
［ランドの構成］
まず、図１及び図２を参照して、本発明に係るランドの一実施形態の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るランドの表面状況を示す模式図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態に係るランド１は、電子部品を実装する配線基板５上に複数配置されている。即ち、ランド１は、ランド表面２上に電子部品の端子を配して、該電子部品をはんだ実装するための実装部である。ランド１は、例えば、銅（Ｃｕ）や銅合金等により形成される。ランド１のランド表面２には、マイクロメートルオーダーの微細な凹凸部３が形成されている。ランド表面２には、粗面化処理を施すことにより、微細な凹凸部３が形成される。粗面化処理としては、例えば、機械的処理や化学的処理が挙げられる。
【００１３】
まず、機械的処理によるランド表面２の粗面化について説明する。機械的処理は、ランド表面２を研削加工して粗面化する処理である。微細な凹凸部３を形成するための機械的処理としては、例えば、ブラスト（ピーニング）処理が挙げられる。ブラスト処理は、ランド表面２に研削材と呼ばれる粒体を衝突させて、ランド表面２を粗面化する処理法である。研削材としては、例えば、砂、鋳鉄、鋳鋼、鋼線、アルミナ、アルミニウム、亜鉛、銅、及びそれらの合金と樹脂、胡桃殻等が挙げられる。
【００１４】
図２は、グリット形状の研削材を用いたブラスト処理状況の模式図である。図２に示すように、グリット形状の研削材１１は角部を有し、研削材１１の形状がランド表面２に転写される。ブラスト処理では、個々の研削材がランド表面２に衝突する衝突条件の違いによって、粗さ度合いが異なる。そのため、ランド表面２の粗さ度合いが不均一となる。衝突条件とは、例えば、個々の研削材の形状または粒径や、ランド表面２に対する研削材の速度または角度などである。研削材は、例えば、球状のショット形状でも良い。
【００１５】
ランド表面２をブラスト処理するに際しては、配線基板のランド以外の部分にマスキングを施すことが好ましい。ブラスト条件としては、例えば、研削材の種類（形状、粒径、組成、密度、硬度、強度）、投射速度、投射角度、投射量などがある。本実施形態では、ランド表面２にマイクロメートルオーダーの微細な凹凸部３を形成するのに適切なブラスト条件を選定することが好ましい。具体的には、ランド表面２の最大の粗さ度合いが３μｍ以上の粗さで形成されるように、ブラスト条件を選定することが好ましい。ランド表面２の最大の粗さ度合いが３μｍ以上であると、ランド表面２に微細な凹凸部３を形成する効果がより顕著に発揮されるからである。
【００１６】
次に、化学的処理によるランド表面２の粗面化について説明する。化学的処理は、ランド表面２を薬剤により浸食加工して粗面化する処理である。微細な凹凸部３を形成するための化学的処理としては、例えば、有機酸系のマイクロエッチング剤を用いたエッチング処理（ＣＺ粗面化処理）が挙げられる。有機酸系のマイクロエッチング剤としては、例えば、メック株式会社製のＣＺ−８０００等を用いることが好ましい。
【００１７】
エッチング処理によってランド表面を粗面化すると、ランド表面の全体がほぼ均一にエッチングされるため、ランド表面の粗さ度合いが均一となる。エッチング処理の場合は、ランド表面に粗面化処理を行う領域と行わない領域を設けるパターニングも可能である。ランド表面に微細なパターニングを形成する場合は、エッチング処理が好ましい。
【００１８】
本実施形態では、ランド表面２にマイクロメートルオーダーの微細な凹凸部３を形成するのに適切なエッチング条件を選定することが好ましい。エッチング条件としては、例えば、ランド１の構成材料（銅：Ｃｕ、銅合金）に対する浸食薬剤の選定、薬剤濃度及び処理時間等が挙げられる。具体的には、ランド表面２の最大の粗さ度合いが３〜６０μｍの粗さで形成されるように、エッチング条件を選定することが好ましい。ランド表面２の最大の粗さ度合いが３μｍ以上であると、ランド表面２に微細な凹凸部３を形成する効果がより顕著に発揮されるからである。他方、ランド表面２の最大の粗さ度合いが６０μｍを超えると、粗さ度合いが大きすぎてランドとはんだとの密着性が低下する虞があるからである。
【００１９】
再び図１を参照して、ランド表面２に形成された複数の凹部３ｄの平面位置は、ランダムに形成されていることが好ましい。ブラスト処理によるランド表面２の粗面化は、個々の研削材の形状や粒径等、投射速度や投射角度、投射位置等によって研削材の形状の転写度合いや転写位置が異なるため、複数の凹部３ｄの平面位置をランダムに形成することができる。他方、エッチング処理によるランド表面２の粗面化は、ランド表面２の粗さ度合いが均一になるものの、ランド１の構成材料（銅等）の結晶粒界を浸食するため、複数の凹部３ｄの平面位置はランダムに形成される。
【００２０】
［ランドの作用］
次に、図１、図３から図４Ｂを参照して、本実施形態に係るランドの作用について説明する。ランド表面が平滑であると、はんだ−ランド界面で剥離が生じたり、金属間化合物層の成長により、クラックが進展しやすい。即ち、車載用モーターなどでは、駆動中の振動が配線基板に伝わり、はんだ接合部の剥離が発生する。そのため、はんだ接合部を樹脂で被覆するなどの対策が取られる。また、はんだを接合する際に、はんだに含まれている金属成分と、ランドの金属成分とが反応し、接合界面に金属間化合物が成長する。
【００２１】
図３は、はんだ接合時に生成された金属間化合物層の観察図である。図３の観察図において、下部の黒い部分がランド１であり、上部の白い部分がはんだである。はんだ−ランドの界面には、厚さ約３μｍの金属間化合物層が形成されている。
【００２２】
鉛フリーはんだは、その成分の９割以上が錫（Ｓｎ）で構成されている。はんだ接合部に生成する金属間化合物は、はんだの錫とランドの銅が反応した錫−銅の化合物である(Ｃｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎなど)。生成した金属間化合物は、ランド表面上に柱状の結晶として鉛直方向に成長する。柱状結晶は、はんだと比較して硬く脆い物性を有する。また、柱状結晶は六方晶構造をとるため、ランド表面に沿った方向でクラックが入りやすい。ランド表面に沿った方向で入ったクラックは、隣接した金属間化合物の結晶同士で連鎖し、クラックが一気に進展する。そのため、金属間化合物層の成長は信頼性が低下する要因となる。
【００２３】
このような不具合を解決するには、図１に示すように、ランド表面２を粗面化することが考えられる。本実施形態では、ランド表面２に、マイクロメートルオーダーの微細な凹凸部３が形成されている。ランド表面２を粗面化する方策としては、ブラスト処理のような機械的処理や、エッチング処理のような化学的処理が挙げられる。
【００２４】
図４Ａ及び図４Ｂを参照して、平滑なランド表面と粗面化したランド表面における金属間化合物の生成状況を比較する。図４Ａは、平滑なランド表面における金属間化合物の生成状況を示す模式図である。図４Ｂは、粗面化したランド表面における金属間化合物の生成状況を示す模式図である。
【００２５】
図４Ａに示すように、ランド表面２が平滑であると、金属間化合物の全ての柱状結晶Ｐがランド表面に対して垂直方向に成長するため、クラックＣの進展方向が一様となる。このようにクラックＣの進展方向が一様な場合は、連鎖的にクラックが進展する。他方、図４Ｂに示すように、ランド表面２を粗面化すると、金属間化合物の柱状結晶Ｐの成長方向が不均一になる。柱状結晶Ｐの成長方向が揃っていないため、クラックＣの進展方向もランダムになる。クラックＣの進展方向がランダムな場合は、クラックＣの進展方向が変化するたびにエネルギーが消費されるので、クラックＣが進展し難くなる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態に係るランド１は、ランド表面２に、マイクロメートルオーダーの微細な凹凸部３が形成されている。したがって、本実施形態に係るランド１によれば、ランド表面２に微細な凹凸部３を形成することにより、はんだ−ランド界面に成長する金属間化合物の成長方向が不均一となり、当該金属間化合物に生じるクラックＣの進展を防ぐことができる。また、ランド表面２に微細な凹凸部３を形成することにより、ランド表面２の密着性を高めてアンカー効果を付与することができ、ランド１とはんだの接合強度を高めることができる。よって、本実施形態に係るランド１によれば、はんだ実装の信頼性を向上させることができる。
【００２７】
また、本実施形態に係るランド１は、ランド表面２の粗さ度合いが不均一であることが好ましい。したがって、本実施形態に係るランド１によれば、ランド表面２に微細な凹凸部３を形成する処理として、例えば、機械的処理を採用することにより、ランド表面２の粗さ度合いが不均一となり、ランド表面２の凹凸加工を容易に行うことができる。
【００２８】
さらに、本実施形態に係るランド１は、機械的処理によりランド表面２を粗面化する場合に、ランド表面２の最大の粗さ度合いが３μｍを超える粗さであることが好ましい。この態様によれば、ランド表面２の最大の粗さ度合いを３μｍを超える粗さにすることにより、金属間化合物の成長方向がより不均一となり、当該金属化合物に生じるクラックの進展を確実に防ぐことができる。また、ランド表面２の最大の粗さ度合いを３μｍを超える粗さにすることにより、ランド表面２の密着性を高めてアンカー効果を付与することができ、ランドとはんだの接合強度を高めて実装信頼性を向上させることができる。
【００２９】
また、本実施形態に係るランド１は、前記ランド表面の粗さ度合いが均一であってもよい。この態様によれば、ランド表面に微細な凹凸部を形成する処理として、例えば、化学的処理を採用することにより、粗さ度合いが均一となり、処理時間の管理によってランド表面の凹凸度合いを調整することができる。
【００３０】
さらに、本実施形態に係るランド１は、化学的処理によりランド表面２を粗面化する場合に、ランド表面２の最大の粗さ度合いが３〜６０μｍの粗さであることが好ましい。この態様によれば、ランド表面の最大の粗さ度合いを３〜６０μｍの粗さにすることにより、金属間化合物の成長方向がより不均一となり、当該金属化合物に生じるクラックの進展を確実に防ぐことができる。また、ランド表面の最大の粗さ度合いを３〜６０μｍの粗さにすることにより、ランド表面の密着性を高めてアンカー効果を付与することができ、ランドとはんだの接合強度を高めて実装信頼性を向上させることができる。
【００３１】
そして、本実施形態に係るランド１は、ランド表面２に形成された複数の凹部３ｄの平面位置はランダムに形成されていることが好ましい。この態様によれば、ランド表面に形成された複数の凹部の平面位置はランダムでよいので、加工を容易に行うことができる。また、ランド表面に形成された複数の凹部の平面位置がランダムであるので、金属間化合物の成長方向がより不均一となり、当該金属化合物に生じるクラックの進展を確実に防ぐことができる。さらに、ランド表面に形成された複数の凹部の平面位置がランダムであるので、ランド表面の濡れ性を高めてアンカー効果を付与することができ、ランドとはんだの接合強度を高めて実装信頼性を向上させることができる。
【００３２】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１…ランド
２…ランド表面
３…凹凸部
３ｄ…凹部
【図１】
2020053574.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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