(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金、銀及び銅から選ばれる少なくとも一つの金属を含む導体、
前記導体の上にリン及びニッケルを含む第１の層、
該第１の層の上に前記第１の層よりもリンに対するニッケルの原子比が小さく、且つＮｉ３Ｐを含む第２の層、並びに
該第２の層の上に、前記第２の層と直接接し、（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５を含有する金属間化合物を含む第３の層、を備える端子と、
前記端子の前記第３の層上にはんだと、を備えており、
前記第２の層の厚みが０．３５μｍ以上である端子構造。
【請求項２】
前記第２の層に、前記はんだに近接するにつれてＮｉ３Ｐの濃度が増加する部分を有する、請求項１に記載の端子構造。
【請求項３】
前記第２の層の鉛の濃度が１００ｐｐｍ以下である、請求項１又は２に記載の端子構造。
【請求項４】
前記第３の層の厚みが１〜３μｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の端子構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の端子構造を有するプリント配線板。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の端子構造と、該端子構造における前記導体と電気的に接続した電子機器と、を有するモジュール基板。
【請求項７】
請求項５に記載のプリント配線板及び請求項６に記載のモジュール基板の少なくとも一方が搭載された電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子構造、プリント配線板、モジュール基板及び電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスには、種々の電子部品を搭載したモジュール基板をマザーボード等に接続することによって作製されるパッケージ基板が用いられている。通常、このようなモジュール基板は、その表面の端子をマザーボードの導体部とはんだ接合することによってマザーボードと接続されて、モジュール基板に搭載される電子部品が機能するようになっている。
【０００３】
上述のような電子デバイスの信頼性を確保する観点から、モジュール基板とマザーボードとの接続や電子部品とモジュール基板との接続は容易に破断しないことが求められている。このため、マザーボードとの接続に用いられるモジュール基板等やその接続部を形成する端子は、はんだボールプル試験によって評価されるはんだ接合強度に優れることが求められている。このような要請に応じて、端子の表面に設けられるめっき膜の組成や厚みを最適化することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７７２６１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、電子デバイスに内蔵されるモジュール基板や電子部品には、その電子デバイスの用途に応じて様々な特性を有することが求められる。このため、上述のようなモジュール基板の端子も、電子機器の用途に応じて、求められる特性が異なる。例えば、携帯電話など日常的に持ち運びされる電子デバイスや、それらに内蔵されるプリント配線板及びモジュール基板、並びにこれらに設けられる端子は、落下に伴う衝撃に対して耐久性を有することが必要である。
【０００６】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、従来の方法で形成された端子構造を用いてモジュール基板等をマザーボードにはんだ接合して搭載した場合、その端子構造がたとえ優れたはんだ接合強度を有していても、落下等に伴う衝撃に対しては、端子構造において容易に破断してしまうことが分かった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、十分に優れた落下強度を実現することが可能な端子構造、プリント配線板及びモジュール基板を提供することを目的とする。また、そのようなプリント配線板及びモジュール基板を搭載することによって、落下等の衝撃が加わっても、電気的接続が容易に破断しない電子デバイス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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明では、金、銀及び銅から選ばれる少なくとも一つの金属を含む導体、導体の上にリン及びニッケルを含む第１の層、並びに該第１の層の上に第１の層よりもリンに対するニッケルの原子比が小さく、且つＮｉ３Ｐを含む第２の層、を備える端子と、端子の第２の層上にはんだと、を備えており、第２の層の厚みが０．３５μｍ以上である端子構造を提供する。
【０００９】
本発明の端子構造、及び当該端子構造を有するプリント配線板及びモジュール基板は、十分に優れた落下強度を実現することができる。また、そのような端子構造を有するプリント配線板及びモジュール基板が搭載された電子デバイスは、落下等の衝撃が加わっても、電気的接続が容易に破断しない。このような効果が得られる理由は必ずしも明らかではないが、本発明者らは以下の通り推察する。
【００１０】
すなわち、本発明の端子構造は、リンとニッケルを含む第１の層の上に、第１の層よりもリンに対するニッケルの原子比が小さく、且つＮｉ３Ｐを含む第２の層を有しており、第２の層が特定値以上の厚みを有している。このように、本発明の端子構造は、Ｎｉ３Ｐを含む第２の層の厚みが大きいため、はんだによってプリント配線板やモジュール基板を接合する際に、第２の層のニッケルのはんだ側への拡散を抑制することができる。これによって、第２の層が腐食され難くなり、ボイドの発生を抑制することができる。したがって、十分に優れた落下強度を実現することが可能な端子構造、プリント配線板及びモジュール基板とすることができると考えられる。また、落下等の衝撃が加わっても、電気的接続が容易に破断しない電子デバイスとすることができると考えられる。
【００１１】
なお、端子上に設けられたはんだボールの接着強度を示す指標であるはんだボールプル強度は、第２の層の厚みに殆ど依存しない。一方、上述の通り、はんだを有する端子構造や当該端子構造を有するプリント配線板及びモジュール基板の落下強度は、第２の層の厚みに大きく依存する。これは、落下強度がはんだボールプル強度とは異なり、はんだと端子との接合部における微細構造の影響を受け易いことに起因しているものと考えられる。
【００１２】
すなわち、本発明は、端子構造の落下強度向上のためには、Ｎｉ３Ｐを含む第２の層の厚みを大きくすることが必要であるという本発明者らの独自の知見に基づくものである。かかる知見に基づいて、特定の層構造にすることと、Ｎｉ３Ｐを含む第２の層の厚みを特定値以上にすることによって、第１及び第２の層の腐食が抑制され、十分に優れた落下強度を有する端子とすることができる。このような落下強度の向上効果は、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだに変えて、はんだが固くなり落下等の衝撃によって破断し易いＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだを用いた場合に特に顕著に得られる。
【００１３】
また、本発明の端子構造は、端子における第２の層とはんだとの間に金属間化合物を含む第３の層を備えることが好ましい。これによって、端子とはんだとの接合強度が一層高くなり、一層優れた落下強度を実現することが可能な端子構造とすることができる。
【００１４】
また、本発明の端子構造は、第２の層に、はんだに近接するにつれてＮｉ３Ｐの濃度（含有率）が増加する部分を有することが好ましい。これによって、リフローによる接続時に、第２の層からはんだ側へニッケルが一層拡散し難くなり、ボイドの発生を一層十分に抑制することができる。これによって、一層優れた落下強度を実現することが可能な端子構造とすることができる。
【００１５】
また、本発明の端子構造は、第２の層の鉛の濃度（含有率）が１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。これによって、無電解パラジウムめっき工程及び無電解金めっき工程の際に、第２の層からめっき液中への鉛の溶出が十分に抑制され、第２の層の表面における局所的なリン濃度のばらつきの発生を抑制することができる。
【００１６】
本発明ではまた、上述の端子構造を有するプリント配線板、及び上述の端子構造と、該端子構造の導体と電気的に接続した電子機器と、を有するモジュール基板を提供する。本発明のプリント配線板及びモジュール基板は、上述の特徴を有する端子構造を備えることから、電子デバイスに搭載された場合に優れた落下強度を実現することができる。
【００１７】
本発明では、さらに、上述のプリント配線板及びモジュール基板の少なくとも一方が搭載された電子デバイスを提供する。このような電子デバイスは、上記特徴を有する端子構造を有するプリント配線板又はモジュール基板が搭載されているため、落下等の衝撃が加わっても、電気的接続の破断の発生を十分に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、十分に優れた落下強度を実現することが可能な端子構造、プリント配線板及びモジュール基板を提供することができる。また、そのようなプリント配線板及びモジュール基板を搭載することによって、落下等の衝撃が加わっても、電気的接続が容易に破断しない電子デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のモジュール基板の好適な実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の端子構造の好適な実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態であるモジュール基板を、マザーボードに接続する方法を模式的に示す工程図である。
【図４】本発明の一実施形態であるモジュール基板を、マザーボードに接続する方法を模式的に示す工程図である。
【図５】本発明の端子構造の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６】各実施例及び各比較例で行ったリフローの温度プロファイルを示すグラフである。
【図７】実施例１のパッケージ基板と基板との接続部の断面の構造を示すＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）観察写真である。
【図８】実施例１の評価用基板の落下試験前における端子構造の断面のＳＥＭ写真である。
【図９】実施例１の評価用基板の落下試験後における端子構造の断面のＳＥＭ写真である。
【図１０】比較例１の評価用基板の落下試験前における端子構造の断面のＳＥＭ写真である。
【図１１】比較例１の評価用基板の落下試験後における端子構造の断面のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、場合により図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明のモジュール基板の好適な実施形態を模式的に示す断面図である。
【００２２】
モジュール基板１００は、基板１０の一方面上にチップコンデンサ２０を備えており、当該チップコンデンサは、銅端子４２に接続されている。また、基板１０の内部には、コンデンサ２２及びＩＣチップ２４が埋め込まれており、これらの電子部品は、銅配線によって接続されている。
【００２３】
モジュール基板１００は、基板１０の他方面上に、端子構造１４を有している。端子構造１４は、基板１０に設けられた銅端子４０及び該銅端子４０上の被覆層５０からなる端子１２と、該端子１２に付着されたはんだボール７０とを有する。
【００２４】
図２は、本発明の端子構造の好適な実施形態を模式的に示す断面図である。すなわち、図２は、モジュール基板１００における端子構造１４の断面構造を示している。端子構造１４は、基板１０に設けられた銅端子４０上に、銅端子４０側からリンとニッケルを含む第１の層５２と、第１の層５２よりもリンに対するニッケルの原子比が小さく、主成分としてＮｉ３Ｐを含む第２の層５４と、主成分として金属間化合物を含む第３の層５６とが順次積層された構造を有している。
【００２５】
第１の層５２は、主成分としてニッケル及びリン並びにそれらの化合物を含有しており、第１の層５２全体におけるリン濃度は、好ましくは１０〜３０原子％、より好ましくは１５〜２５原子％である。また、第１の層全体におけるニッケル濃度は、好ましくは７０〜９０原子％、より好ましくは７５〜８５原子％である。なお、第１の層５２は、上述の主成分以外の成分（例えば、パラジウム、金及び銅）を含んでいてもよい。ただし、第１の層５２中における上記主成分の濃度は、好ましくは９０原子％以上であり、より好ましくは９５原子％以上であり、さらに好ましくは９９原子％以上である。
【００２６】
第１の層５２は、厚さ方向にリン濃度及びニッケル濃度が変化していてもよい。例えば、リン濃度が、はんだボール７０に近接するにつれて、低くなる層を有していてもよい。
【００２７】
第１の層５２の厚みは、良好な接合強度と落下強度とを両立する観点から、好ましくは１〜２０μｍ、より好ましくは２〜１０μｍ、さらに好ましくは２〜６μｍである。このような第１の層５２は、無電解ニッケルめっきによって形成することができる。
【００２８】
第２の層５４は、第１の層５２よりも、リンに対するニッケルの原子比が小さい層であり、主成分としてＮｉ３Ｐを含有する。第２の層５４全体におけるＮｉ３Ｐ濃度は、好ましくは８０質量％以上であり、より好ましくは９０質量％以上であり、さらに好ましくは９５質量％以上である。第２の層５４におけるＮｉ３Ｐ濃度が高いほど、はんだ接合時におけるはんだ７０へのニッケルの拡散を抑制することが可能となり、落下強度に優れるはんだ接合を形成することができる。第２の層５４は、はんだ７０に近接するにつれて、Ｎｉ３Ｐ濃度が高くなる部分を有していてもよい。
【００２９】
第２の層５４の厚みは、良好な接合強度と落下強度とを両立する観点から、好ましくは０．４μｍ以上であり、より好ましくは０．４５μｍ以上であり、さらに好ましくは０．５μｍ以上である。なお、第２の層５４の厚みに特に上限はないが、プリント配線板やモジュール基板のサイズ低減の観点から、好ましくは２μｍ以下であり、より好ましくは１μｍ以下である。このような第２の層５４は、無電解ニッケルめっき、無電解パラジウムめっき及び無電解金めっきを順次行ってめっき膜を形成した後、当該めっき膜とその上に載置されたはんだボールとをともに加熱することによって形成される。無電解ニッケルめっきの条件や、加熱の条件を変えることによって、第１の層５２及び第２の層５４の厚みを調整することができる。
【００３０】
第３の層５６は、製造工程中の熱履歴時、相互拡散によって形成される金属間化合物を含む層であり、好ましくは（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５を含有する。このような第３の層５６は、互いに含有元素が異なる第２の層５４とはんだボール７０と間で、落下の衝撃を緩衝する機能を有する。このような作用によって、落下強度を向上することができる。なお、第３の層は、金属間化合物以外に、ＣｕとＮｉの合金等、その他の成分を含んでいてもよい。ただし、第３の層における金属間化合物の濃度は、好ましくは８０質量％以上であり、より好ましくは９０質量％以上であり、さらに好ましくは９５質量％以上である。
【００３１】
第３の層５６の厚みは、良好な接合強度と落下強度とを両立する観点から、好ましくは１〜３μｍ、より好ましくは１．５〜２．５μｍである。このような第３の層５６は、無電解ニッケルめっき、無電解パラジウムめっき及び無電解金めっきを順次行ってめっき膜を形成した後、当該めっき膜とその上に載置されたはんだボールとをともに加熱することによって形成される。無電解ニッケルめっきの厚みや組成、及び加熱の条件を変えることによって、第３の層５６の厚みを調整することができる。
【００３２】
はんだボール７０は、例えば鉛フリーであるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだであることが好ましく、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの組成を有するはんだであることがより好ましい。これによって、環境汚染の懸念が十分に低減された端子構造とすることができる。
【００３３】
はんだボール７０の厚み、すなわち、第１〜第３の層の積層方向における長さは、良好な接合強度と落下強度とを両立する観点から、０．２〜２μｍ、より好ましくは０．４〜１μｍである。
【００３４】
銅端子４０、第１の層５２、第２の層５４、第３の層５６及びはんだボール７０の組成は、各層の断面又はボールの断面を、市販のＥＤＳ装置を用いて分析することによって測定することができる。また、各層の厚み方向における元素濃度の変化率は、X線光電子分光（ＸＰＳ）装置を用いて、厚み方向に沿って当該元素濃度を測定することによって求めることができる。
【００３５】
上述のモジュール基板１００における基板１０は、エポキシ樹脂などの樹脂性基板であってもよく、ガラスセラミックス基板であってもよい。樹脂製基板である場合は、市販のプリント配線板に、必要に応じてフィルタやコンデンサなどの電子部品を接続し、銅スルーホールめっきを施して基板１０を形成することができる。ガラスセラミックス基板の場合は、以下のようにして作製することができる。まず、ガラス粉末、結合剤、溶剤、可塑剤及び分散剤等を含む誘電体ペーストを用い、ドクターブレード法等によってグリーンシートを形成する。そして、当該グリーンシート上にＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ｃｕ、Ｎｉ等の各種導電性金属や合金からなる導電材料と有機ビヒクルを含む導体ペーストを塗布したりビアホールを形成したりして所定の形状の導体パターンを形成する。その後、必要に応じて導体パターンが形成された複数のグリーンシートを積層し、プレスして焼成することによって、多層であるガラスセラミックス基板を得ることができる。なお、単層のガラスセラミックス基板は、上述の積層を行わずに焼成することによって得ることができる。
【００３６】
基板１０に設けられる電子部品としては、フィルタ、ＩＣ及びコンデンサなどの各種電子部品が挙げられる。これらの電子部品を、基板１０の電極端子にはんだ等を用いて接続することにより、モジュール基板１００が得られる。
【００３７】
次に、モジュール基板１００の端子構造１４を形成する方法について説明する。まず、市販の基板１０又は公知の方法によって作製された基板１０を準備する。この基板１０の銅端子４０上に以下の工程によってめっき膜を形成する。すなわち、銅端子４０の表面を脱脂する脱脂工程と、プレディップ工程と、活性化工程と、ポストディップ工程と、無電解ニッケルめっき工程と、無電解パラジウムめっき工程と、無電解金めっき工程と、を順次行うことによってめっき膜を形成する。
【００３８】
脱脂工程は市販の脱脂液を用いて行うことができる。モジュール基板１００の銅端子４０を脱脂液に浸漬した後、取り出して水洗いすることが好ましい。
【００３９】
プレディップ工程は、後続の活性化工程で用いる活性化処理液と同じものを用いることができる。このプレディップ工程を行うことによって、活性化工程における活性化処理液の有効成分の濃度が変動することを抑制することができる。
【００４０】
活性化工程は、市販の活性化処理液を用いて行うことができる。ポストディップ工程も、市販のポストディップ液を用いて行うことができる。ポストディップ工程によって、前工程で不導体部に付着したパラジウム成分等を除去することができる。
【００４１】
無電解ニッケルめっき工程では、市販の無電解ニッケルめっき液に、銅端子４０を浸漬する。この際、無電解ニッケルめっき液の温度は５０〜９５℃、好ましくは６０〜９０℃にすることが好ましい。無電解ニッケルめっき液におけるリン濃度は、好ましくは１０〜１３質量％である。無電解ニッケルめっき液のｐＨは、５．０〜６．０に、例えば希硫酸やアンモニアを用いて調整することが好ましい。
【００４２】
無電解パラジウムめっき工程では、市販の無電解パラジウムめっき液を用いて、厚さ０．０１〜０．２μｍの無電解パラジウムめっきを、無電解ニッケルめっき膜の表面に形成する。このように無電解パラジウムめっきを形成することによって、置換型金めっきを行う際に、無電解ニッケルめっき膜の侵食を抑制することができる。
【００４３】
無電解金めっき工程では、市販の無電解金めっき液を用いて、金めっき膜を形成する。この際、ニッケルめっき膜におけるリン濃度が高いため、ニッケルの溶出が抑制され、ニッケルめっき膜の腐食を十分に抑制することができる。
【００４４】
以上の工程によって、銅端子４０上に、無電解ニッケルめっき膜からなるニッケルめっき層、無電解パラジウムめっき膜からなるパラジウムめっき層及び無電解金めっき膜からなる金めっき層が順次積層されためっき膜を形成することができる。
【００４５】
次に、めっき膜の銅端子４０側とは反対側の表面に、市販のフラックスを用いてはんだボールを付着させる。その後、温度２２０〜２５０℃で１〜５分間加熱することによって、図２に示すような端子構造１４を形成することができる。
【００４６】
次に、本発明の別の実施形態に係るモジュール基板を、マザーボードに接続する方法について以下に説明する。
【００４７】
図３及び図４は、本発明の一実施形態であるモジュール基板２００を、マザーボード８０に接続する方法を模式的に示す工程図である。この接続方法は、第１のはんだ塗布工程［図３（ａ）］と、基板搭載工程［図３（ｂ）］と、第１のはんだリフロー工程［図３（ｃ）］と、第２のはんだ塗布工程［図４（ｄ）］と、部品載置工程［図４（ｅ）］と、第２のはんだリフロー工程［図４（ｆ）］と、を有する。以下、図３及び図４を参照しながら、モジュール基板２００を、マザーボード８０に接続する方法について説明する。
【００４８】
図３（ａ）の第１のはんだ塗布工程では、電極端子８２を有するマザーボード８０を準備する。この電極端子８２の表面にクリームはんだＳを塗布する。このクリームはんだＳの塗布は、メタルマスクを用いた印刷により塗布してもよい。クリームはんだＳの種類は特に限定されず、Ｓｎ−Ｐｂ系やＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだを含むものを用いることができる。
【００４９】
図３（ｂ）の基板搭載工程では、端子１２とはんだボール７０とを有する端子構造１４を備えるモジュール基板２００の裏面と、マザーボード８０の表面とを向かい合わせて、端子１２と対応する電極端子８２とがはんだボール７０及びクリームはんだＳを介して接触するように位置合わせを行い、マザーボード８０上にモジュール基板２００を載置する。
【００５０】
図３（ｃ）の第１のはんだリフロー工程では、マザーボード８０と当該マザーボード８０に載置されたモジュール基板２００とをはんだリフロー炉に入れて加熱し、その後冷却する。加熱により、クリームはんだＳ及びはんだボール７０が融解し、冷却により、固形化して端子１２と電極端子８２とが接続される。これによって、モジュール基板２００とマザーボード８０とがはんだ層７５によって接続されて一体化される。
【００５１】
図５は、本実施形態の端子構造を模式的に示す断面図である。すなわち、図５は、第１のはんだリフロー工程後における、モジュール基板２００とマザーボード８０との接続部の構造を示している。第１のはんだリフロー工程では、はんだボール７０及びクレームはんだＳが溶融してはんだ層７５が形成され、モジュール基板２００の端子１２とマザーボード８０の電極端子８２とが接続される。このようにして、接続部１６が形成される。この際、端子構造１４のはんだ層７５側に備えられる、主成分としてＮｉ３Ｐを含む第２の層５４の厚さが十分に大きいことから、はんだ層７５へのニッケルの拡散を抑制することができる。これによって、第２の層５４等にボイドが生成するのを抑制することができる。
【００５２】
さらに、接続部１６は、はんだ層７５と第２の層５４との間に、金属間化合物を主成分として含む第３の層５６を有するため、はんだ層７５と端子１２との界面における割れの発生を抑制することができる。したがって、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだを含むクリームはんだＳやはんだボール７０を用いても、十分に優れた落下強度を実現することができる。なお、無電解めっきによって形成されたパラジウムめっき層や金めっき層は、通常パラジウムや金がはんだボール７０中に拡散して、はんだ層と一体化する。
【００５３】
図４（ｄ）に示す第２のはんだ塗布工程では、一体化された状態のマザーボード８０及びモジュール基板２００の端子１２の上に、クリームはんだＳを塗布する。このクリームはんだＳの塗布は、メタルマスクを用いた印刷で塗布してもよい。
【００５４】
図４（ｅ）の部品載置工程では、クリームはんだＳが塗布された端子１２の上に、端子１２と電子部品２８の端子とがそれぞれ対向するようにして、電子部品２８を載置する。
【００５５】
図４（ｆ）の第２のはんだリフロー工程では、電子部品２８が載置されたマザーボード８０及びモジュール基板２００をはんだリフロー炉に入れて加熱し、その後冷却する。加熱によりクリームはんだＳが融解し、冷却により固形化して端子１２と電子部品２８とがはんだ層７５を介してそれぞれ接続される。すなわち、端子１２と電子部品２８との間には、図５に示すような接続部１６が形成される。
【００５６】
上述の通り、本実施形態のモジュール基板をマザーボードに接続する場合、モジュール基板の端子構造が、厚みの大きい第２の層５２を有しているため、第１の層５２及び第２の層５４からはんだ層７５へのニッケルの拡散が十分に抑制される。このため、接続部１６、特にはんだ層７５と端子１２との界面付近におけるボイドの発生を十分に抑制することができる。このように、搭載されるモジュール基板は、マザーボードとの接続部において、ボイドの発生が十分に抑制されると共に、はんだ層７５と端子１２との界面付近に、主成分として金属間化合物を含む第３の層を有することから、落下等の衝撃が加わっても容易に破断しない。このため、搭載されるモジュール基板が、上述の接続構造を有する電子デバイスは、落下等の衝撃に対して優れた耐久性を有する。したがって、上述のモジュール基板は、携帯電話、携帯型パーソナルコンピュータ及び携帯ゲーム機などの電子デバイスに特に好適に搭載することができる。このような電子デバイスは、落下等の衝撃に対して優れた耐久性を有する。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、モジュール基板を用いて説明したが、本発明の端子構造は、電子機器が搭載されていない単層のプリント配線板や多層のプリント配線板に備えられてもよい。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明の内容を実施例及び比較例を用いてより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５９】
［実施例１］
パッケージ用基板である高耐熱基板（日立化成工業株式会社製、製品名：ＦＲ４、厚み：３ｍｍ）を準備した。この基板にＮＣドリルを用いてスルーホールを形成し、銅スルーホールめっきを行った。その後、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してデイジーチェーン回路パターンを形成した。その後、不要な箇所にめっきが析出しないようにするために、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して、はんだボール接続用の銅パッド（φ０．６ｍｍ）を形成した。
【００６０】
上記基板の一方面に、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１．１ｍｍの基板を得た。この基板に、以下に説明する工程を順次行って、基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。
【００６１】
（脱脂工程）
上記基板を、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。
【００６２】
（プレディップ工程）
基板を、ＮＮＰアクセラＢ（奥野製薬工業株式会社製、商品名）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。
【００６３】
（活性化工程）
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。
【００６４】
（ポストディップ工程）
基板を、ＮＮＰポストディップ４０１（奥野製薬工業株式会社製、商品名）に、２５℃で２分間浸漬して、基板の不導体部分に付着したＰｄ成分を除去した。
【００６５】
（無電解ニッケルめっき工程）
無電解ニッケルめっき液（奥野製薬工業株式会社製、商品名：ＳＯＦ浴、リン濃度：１２質量％）をアンモニア水を用いてｐＨ：５．４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２０分間浸漬して、銅パッド上に無電解ニッケルめっき膜を形成した。なお、当該無電解ニッケルめっき液におけるニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は１２質量％である。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。
【００６６】
（無電解パラジウムめっき工程）
基板を、無電解パラジウムめっき液（奥野製薬工業株式会社製、商品名：パラトップＮ浴、リン濃度：０質量％）に、６０℃で３分間浸漬した。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。
【００６７】
（無電解金めっき工程）
基板を、無電解金めっき液（奥野製薬工業株式会社製、商品名：フラッシュゴールド３３０浴）に、８５℃で２５分間浸漬し、１分間水洗した。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。
【００６８】
以上の工程によって、基板の銅パッド上に、銅パッド側からリン濃度が１２質量％であるニッケルめっき層及び金めっき層を有するめっき膜を形成した。銅パッドとめっき膜とからなる端子を有する基板を得た。
【００６９】
（めっき膜の評価）
端子のめっき膜の断面を鏡面研磨して、当該断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察した。そして、ＳＥＭに装着されているエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＳ）装置（日本電子（株）製、装置名：ＪＸＡ−８５００Ｆ）によって分析してニッケルめっき層のリン濃度と鉛濃度を測定した。結果は、表１に示すとおりであった。
【００７０】
また、同じめっき膜の断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察して、各めっき膜の厚みを測定した。各めっき膜の厚みは、ＴＥＭで観察された画像上において、異なる位置を３箇所選択して各めっき膜の厚みを測定し、その平均値を求めた。結果は、表１に示すとおりであった。
【００７１】
［実施例２］
無電解パラジウムめっき工程において、リン濃度が０質量％である無電解パラジウムめっき液に変えて、リン濃度が１質量％である無電解パラジウムめっき液を用いたこと、及びパラジウムめっき液への浸漬時間を５分間にしてパラジウム膜の厚みを増加させたこと以外は、実施例１と同様にして、基板の銅パッド上に銅パッド側からニッケルめっき層、パラジウムめっき層及び金めっき層を有するめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００７２】
［実施例３］
実施例１の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてｐＨ及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のｐＨは５．６であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は１１質量％であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製した無電解ニッケルめっき液を用いたこと以外は、実施例１と同様にして基板の銅パッド上に銅パッド側からニッケルめっき層及び金めっき層を有するめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００７３】
［実施例４］
無電解パラジウムめっき工程において、リン濃度が０質量％である無電解パラジウムめっき液に変えて、リン濃度が１質量％である無電解パラジウムめっき液を用いたこと、及び、無電解パラジウム液への浸漬時間を５分間として、無電解パラジウム膜の厚みを増加させたこと以外は、実施例３と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００７４】
［比較例１］
実施例１の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えて、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度が９質量％である無電解ニッケルめっき液を調製した。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が９質量％である無電解ニッケルめっき液を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、基板の銅パッド上に銅パッド側からニッケルめっき層、パラジウムめっき層及び金めっき層を有するめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００７５】
［比較例２］
実施例１の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてｐＨ及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のｐＨは４．５であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は７質量％であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が７質量％である無電解ニッケルめっき液を用いたこと以外は、実施例１と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００７６】
［比較例３］
無電解パラジウムめっき工程におけるリン濃度が０質量％である無電解パラジウムめっき液に変えて、リン濃度が７質量％である無電解パラジウムめっき液を用いたこと以外は、実施例１と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００７７】
［比較例４］
実施例１の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてｐＨ及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のｐＨは４．４であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は５質量％であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が５質量％である無電解ニッケルめっき液を用いたこと、及び無電解パラジウムめっき工程において、リン濃度が１質量％である無電解パラジウムめっき液を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００７８】
［比較例５］
実施例１の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてｐＨ及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のｐＨは４．４であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は５質量％であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が５質量％である無電解ニッケルめっき液を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００７９】
［比較例６］
実施例１の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてｐＨ及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のｐＨは４．４であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は５質量％であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が５質量％である無電解ニッケルめっき液を用いたこと、及び無電解パラジウム液への浸漬時間を１５分間として無電解パラジウム膜の厚みを増加させたこと以外は、実施例１と同様にして、基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００８０】
［比較例７］
無電解パラジウムめっき工程において、無電解パラジウム液への浸漬時間を１５分間として、無電解パラジウム膜の厚みを増加させたこと以外は、比較例４と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にしてめっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００８１】
［比較例８］
実施例１の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてｐＨ及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のｐＨは４．４であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は５質量％であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が５質量％である無電解ニッケルめっき液を用いたこと、及び無電解パラジウムめっき工程において、リン濃度が６質量％である無電解パラジウムめっき液を用いたこと以外は実施例１と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００８２】
［比較例９］
無電解パラジウム液への浸漬時間を１５分間として無電解パラジウム膜の厚みを増加させたこと以外は比較例８と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００８３】
［比較例１０］
無電解金めっき工程後、還元型無電解金めっき液に浸漬させ、金めっき膜の厚みを増加させたこと以外は比較例４と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００８４】
［比較例１１］
実施例１の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてｐＨ及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のｐＨは４．４であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は５質量％であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が５質量％である無電解ニッケルめっき液を用いたこと、及び無電解金めっき工程後、還元型無電解金めっき液に浸漬させ、金めっき膜の厚みを増加させたこと以外は、実施例１と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００８５】
［比較例１２］
実施例１の無電解ニッケルめっき工程で用いた無電解ニッケルめっき液にアンモニア水を加えてｐＨ及びリン濃度を調整した。調整後の無電解ニッケルめっき液のｐＨは４．４であり、ニッケルとリンの合計を基準とするリン濃度は５質量％であった。無電解ニッケルめっき工程において、上述の通り調製したリン濃度が５質量％である無電解ニッケルめっき液を用いたこと、無電解パラジウムめっき工程において、リン濃度が３質量％である無電解パラジウムめっき液を用いたこと以外は、実施例１と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００８６】
［比較例１３］
無電解パラジウム液への浸漬時間を１５分間とし、無電解パラジウム膜の厚みを増加させたこと以外は、比較例１２と同様にして基板の銅パッド上にめっき膜を形成した。そして、実施例１と同様にして、めっき膜の評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
【００８７】
【表１】
0005625510.tif 000002
【００８８】
（はんだボールの設置）
各実施例及び各比較例で形成された端子のめっき膜上に、千住金属工業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φ０．７６ｍｍのはんだボール（商品名：Ｍ７０５）を付着させた後、リフローを通炉させ、はんだボールを有する端子を備えるパッケージ基板を作製した。リフロー条件は、プリヒート時間α：１１６．５秒間、２２０℃以上の時間β：３０〜４０秒間、ピーク温度：２３０〜２５５℃とした。図６は、はんだボールをめっき膜の上に固定するためのリフローの温度プロファイルを示すグラフである。リフローにおいて、パッケージ基板を２３０℃以上に加熱した時間は２５秒間であった。このようにして得られた、端子と該端子上に固定されたはんだボールとを有する端子構造を備えるパッケージ基板を、１０ｍｍサイズにダイサーカットした。
【００８９】
（はんだボールプル強度試験）
上述の通り、パッケージ基板の端子のはんだボールプル強度を、市販のはんだバンププル強度測定装置（デイジ社製、商品名：＃４０００）を用いて行った。測定は各実施例及び各比較例において、異なる試料を用いて２０回行い、その平均値を求めた。結果を表２に示す。
【００９０】
（評価用基板の作製）
上記パッケージ基板とは別に、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の基板を準備した。この基板の電極端子に、千住金属工業社製のクリームはんだペースト（商品名：Ｍ７０５−ＧＲＮ３６０−ＭＺ）を印刷した。この基板の電極端子と、ダイサーカットした上述のパッケージ基板のめっき膜上に付着したはんだボールとが向かい合うようにしてパッケージ基板を上記基板に載せ、リフロー炉を１回又は２回通過させて（以下、それぞれ「リフロー処理１」、「リフロー処理２」という。）、基板上にパッケージ基板を実装して評価用基板を得た。
【００９１】
（各層の厚みの評価）
各実施例及び各比較例の評価用基板の端子構造のＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）観察を行った。図７は、実施例１のパッケージ基板と基板との接続部の断面の構造を示すＥＰＭＡ観察写真である。
【００９２】
リフロー処理１の後、及びリフロー処理２の後のそれぞれにおいて、評価用基板の接続部の断面構造を、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）装置（日本電子（株）製、商品名：ＪＸＡ−８５００Ｆ）を用いて観察し、図５に示すような接続部が形成されているか否かを確認した。
【００９３】
そして、ＥＰＭＡの画像（倍率：５０００倍）上において、異なる位置を３箇所選択し、主成分としてＮｉ３Ｐを含む層５４（第２の層）と、主成分として金属間化合物を含む層５６（第３の層）の厚みを測定し、それぞれの平均値を求めた。なお、主成分としてＮｉ３Ｐを含む層５４と層５４よりもリンに対するニッケルの原子比が大きい層５２の界面は、組成分析によって求めた。すなわち、リンに対するニッケルの原子比が２．８〜３．２の領域を層５４とし、当該原子比が３．２を超える領域を層５２とした。
【００９４】
［落下試験］
落下試験装置を用いて、この評価用基板の落下試験を行った。具体的には、衝撃加速度１４７００m／ｓ２として、評価用基板の落下を繰り返して行い、パッケージ基板の端子と基板の電極端子との間の抵抗値を落下毎に測定した。落下試験は、６個の評価用基板を用いて行い、抵抗値が初期抵抗の１．２倍以上となるまでの落下回数の平均値を求めた。その結果を表２に示す。
【００９５】
【表２】
0005625510.tif 000003
【００９６】
表２に示す結果から、Ｎｉ３Ｐを主成分とする層５４の厚みが０．３５μｍ以上である実施例１〜４の評価用基板は、比較例１〜１３よりも優れた落下強度を有することが確認された。なお、実施例１及び実施例２と、各比較例のはんだボールプル強度に有意差はなかった。すなわち、落下強度の向上に必要な構造とはんだボールプル強度の向上に必要な構造は異なることが確認された。
【００９７】
図８及び図９は、実施例１の評価用基板の落下試験前後における端子構造の断面のＳＥＭ写真である。図８は、落下試験前の端子構造の断面を示しており、図９は、落下試験後の破断した端子構造の断面を示している。
【００９８】
図１０及び図１１は、比較例１の評価用基板の落下試験前後における端子構造の断面のＳＥＭ写真である。図１０は、落下試験前の端子構造の断面を示しており、図１１は、落下試験後の破断した端子構造の断面を示している。
【００９９】
図８と図１０と比較すると、実施例１の端子構造では、主成分としてＮｉ３Ｐを含む層５４及び金属間化合物を含む層５６にボイドが観測されなかったのに対し、比較例１の端子構造には、層５４及び層５６にボイド９０が観測された。そして、図１１のＳＥＭ写真から明らかなように、比較例１の端子構造の場合、このボイドに沿って破断が生じていることが確認された。
【０１００】
［端子の断面の組成］
図７に示すＥＰＭＡによる番号１〜５の位置における元素分析の結果を表３に示す。
【０１０１】
【表３】
0005625510.tif 000004
【０１０２】
ＥＰＭＡ観察の結果から、基板間の端子は、銅パッドの上に主成分としてニッケルとリンを含む第１の層５２、主成分としてＮｉ３Ｐを含む第２の層５４及び主成分として金属間化合物［（Ｎｉ，Ｃｕ）６Ｓｎ５］を含む層５６が順次積層された構造を有することが確認された。また、ニッケルとリンの原子比から、点２、点３及び点４においては、Ｎｉ３Ｐを主成分とする層５４に属することが確認された。また、点１は、層５２に属していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明によれば、十分に優れた落下強度を実現することが可能な端子構造、プリント配線板及びモジュール基板を提供することができる。また、そのようなプリント配線板及びモジュール基板を搭載することによって、落下等の衝撃が加わっても、電気的接続が容易に破断しない電子デバイスを提供することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０…基板、１２…端子、１４…端子構造、１６…接続部、２０…チップコンデンサ、２２…コンデンサ、２４…ＩＣチップ、２８…電子部品、４０，４２…銅端子（導体）、５０…被覆層、５２…第１の層、５４…第２の層、５６…第３の層、７０…ハンダボール、７５…はんだ層、８０…マザーボード、８２…電極端子、１００，２００…モジュール基板。
【図１】
0005625510.tif 000005
【図２】
0005625510.tif 000006
【図３】
0005625510.tif 000007
【図４】
0005625510.tif 000008
【図５】
0005625510.tif 000009
【図６】
0005625510.tif 000010
【図７】
0005625510.tif 000011
【図８】
0005625510.tif 000012
【図９】
0005625510.tif 000013
【図１０】
0005625510.tif 000014
【図１１】
0005625510.tif 000015