(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅又は銅合金製の基礎構造、基礎構造の少なくとも一部に施与されている金、金合金、銀、銀合金、パラジウム及びパラジウム合金の群からの金属からなるハンダ層並びに基礎構造とハンダ層との間に設置されているニッケル又はニッケル合金からなる中間層を有し、この場合ハンダ層は、異なる金属からなる少なくとも２層から形成され、中間層及びその上に析出された層は、電気メッキにより析出される、無鉛基板の製法において、ハンダ層の最上層を銀又は銀合金から生じさせることを特徴とする、無鉛基板の製法。
【請求項２】
ハンダ層が２層の場合に、中間層の上に析出された第１の層が０．０１〜５μｍの層厚を、かつその上に析出された第２の層が０．０１〜１０μｍの層厚を有する、請求項１に記載の無鉛基板の製法。
【請求項３】
中間層の上に析出された第１の層が０．１〜１．０μｍの層厚を、かつその上に析出された第２の層が０．３〜２．５μｍの層厚を有する、請求項２に記載の無鉛基板の製法。
【請求項４】
中間層の上に析出された第１の層をパラジウム又はパラジウム合金から製造し、かつその上に析出された第２の層を銀又は銀合金から製造する、請求項２又は３に記載の無鉛基板の製法。
【請求項５】
中間層の上に析出された第１の層を金又は金合金から、かつその上に析出された第２の層を銀又は銀合金から製造する、請求項２又は３に記載の無鉛基板の製法。
【請求項６】
前記ハンダ層が３層の場合に、中間層の上に析出された第１の層並びにその上に析出された第２の層がそれぞれ０．０１〜５μｍの層厚を有し、かつさらにその上に析出された第３の層が０．０１〜１０μｍの層厚を有する、請求項１に記載の無鉛基板の製法。
【請求項７】
中間層の上に析出された第１の層が０．１〜１μｍの層厚を有し、かつその上に析出された第２の層及びさらにその上に析出された第３の層がそれぞれ０．３〜２．５μｍの層厚を有する、請求項６に記載の無鉛基板の製法。
【請求項８】
前記ハンダ層が３層の場合に、中間層の上に析出された第１の層をパラジウム又はパラジウム合金から製造し、かつその上に析出された第２の層を金又は金合金から製造し、かつさらにその上に析出された第３の層を銀又は銀合金から製造する、請求項６又は７に記載の無鉛基板の製法。
【請求項９】
銀又は銀合金からなる、中間層の上に析出された第２又は第３の層の上に、変色防止層を施与する、請求項４、５又は８に記載の無鉛基板の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の詳細な説明】
本発明は銅又は銅合金製の基礎構造、基礎構造の少なくとも一部に施与されている金、金合金、銀、銀合金、パラジウム及びパラジウム合金の群からの金属からなるハンダ層並びに基礎構造とハンダ層との間に設置されているニッケル又はニッケル合金からなる中間層を有し、この場合ハンダ層は、異なる金属からなる少なくとも２層から形成され、中間層及びその上に析出された層は、電気メッキにより析出される無鉛基板の製法に関する。
【０００２】
ハンダ技術では通常、亜鉛を含有するハンダ又はハンダ層が使用される。非常に高い毒性を有する鉛を回避するためには、例えば慣用のスズ−鉛−ハンダ層と同様に高いぬれ性を有し、かつ良好な接着性及び抗酸化性を有する無鉛のハンダ付け可能な層が必要である。
【０００３】
この種のハンダ層はＤＥ４４１４７２９Ｃ２から公知である。この場合、銅又は銅合金からなるベースストリップをニッケル又はニッケル合金からなる中間層で被覆し、かつその上に、酸化攻撃に対してベースストリップを保護する保護層を薄膜技術で施与する。この材料を半導体構造素子のための導体フレームの製法に使用し、その際、１ｎｍ〜５０ｎｍの層厚を有する保護層を使用する。この蒸着された薄膜保護層は、後で保護層と構造素子又は印刷回路板との間に製造されるべき電線接続又はハンダ接続の十分な機械的強度で、ベースストリップの良好な酸化保護を保証する。薄膜技術での保護層の製造は装置的に非常に経費がかかる。例えばスパッタ又は蒸着装置は比較的高価で、整備が面倒で、かつ一般的に、クリーンルーム雰囲気で行うべき真空プロセスの実施を予定する。
【０００４】
勿論、「保護層」の機能を果たすためには数μｍの厚さを有すべき電気メッキにより施与された金からなる保護層も、機械的強度が同様に保証されているもう１つのより高価な可能性として挙げることができる。しかし、薄膜技術で製造された保護層は信頼性に関して、電気メッキにより析出された層よりも通常はより効果的であると評価される。
【０００５】
試験により、電気メッキにより製造された保護層のＤＥ４４１４７２９Ｃ２で示された欠点が確認された（第１表参照）。製造されたままの無鉛基板と、１５５℃の温度で１６時間にわたり空気中にさらされた（ＩＥＣ６８−２−２；ＤＩＮ ＥＮ６００６８−２−２）無鉛基板のぬれ速度の測定をハンダ付け秤（solder scale)を用いて行った。ハンダ測定器は、溶融したハンダとハンダ付けされるべき試験体との界面張力を測定するために十分な感度のある力計測装置を備えている。
【０００６】
ハンダ付けされるべき試験体が液状ハンダにより同じ実験条件下にぬれる質及び速度がハンダ処理には重要である。このために、試験体を部分的に液状ハンダに浸漬し、かつ液体との反動力に基づき試験体に作用する力を測定する。一定の時間にわたり浸漬された試験体に作用する浮力鉛直力及びぬれ力からの合成力を測定変換器を介して測定し、かつ記録する。評価にはそれぞれ、ぬれ力が逆向きの浮力と等しくなる時点が重要である；そのことから、試験体に作用する合成力は０であることが判明する。この状態に達するまでの時間経過が、それぞれの試験体のぬれ速度のための直接的な尺度である。
【０００７】
第１表中の測定値を次のパラメーターでのハンダ浴中で測定した：
温度：２４０℃
浸漬速度：５ｍｍ／ｓ
浸漬深度：５ｍｍ
フラックス：ＦＳＷ−３１（イソプロピルアルコール１ｌ中精製コロホニー６００ｇ）、非活性化性
測定時間：５秒
【０００８】
【表１】
0003730120.tif 000002
【０００９】
このことから、ＤＩＮ ＥＮ６００６８−２−２による貯蔵の後にぬれ時間が１秒未満で達成される無鉛基板を製造するための経費的に有利な方法を提供する課題が生じる。
【００１０】
この課題は意外にも、ハンダ層の最上層を銀又は銀合金から生じさせることにより解決される。ハンダ層及び構造素子又は印刷回路板との間の電線接続又はハンダ接続の十分に高い機械的強度が長期にわたり安定して保証されている。
【００１１】
その場合、０．１μｍ〜１０μｍの層厚を有する中間層を製造すると、有利であると判明している。このためにスルファメートをベースとする市販のニッケル浴を、０．５〜１０Ａ／ｄｍ2の電流密度と組み合わせて使用することができる。
【００１２】
効果的なハンダ層が２層の場合に、中間層上に析出された第１の層は０．０１〜５μｍの層厚を、かつ第２の層は０．０１〜１０μｍの層厚を有するべきである。理想的にはしかし、０．１〜１．０μｍの層厚を有する第１の層を、かつ０．３〜２．５μｍの層厚を有する第２の層を製造する。しかしハンダ層を２つ以上又は３つの層から生じさせることもできる。
【００１３】
中間層上に析出された、パラジウム又はパラジウム合金からなる第１の層及びその上に析出された、銀又は銀合金からなる第２の層で製造されるハンダ層が有利である。しかし、両方の層の一方を金又は金合金から製造することも有利である。この場合、中間層上に析出された、第１の層を金又は金合金から、かつその上に析出された、第２の層を銀又は銀合金から製造するか、又は第２の層を金又は金合金から、かつ中間層上に析出された、第１の層を銀又は銀合金から製造することができる。パラジウム又はパラジウム合金からの層を製造するためには、アンモニア性浴を、金又は金合金からの層を製造するためには、シアン化物浴をそれぞれ０．１〜５Ａ／ｄｍ２の電流密度と組み合わせて使用することができる。
【００１４】
加えて、前記ハンダ層が３層の場合に、中間層上に析出された第１の層並びにその上に析出された第２の層がそれぞれ０．０１〜５μｍの層厚を有し、かつさらにその上に析出された第３の層が０．０１〜１０μｍの層厚を有すると、貯蔵後の高いぬれ速度が達成される。理想的には中間層上に析出された第１の層は０．１〜１μｍの層厚を、かつその上に析出された第２の層及びさらにその上に析出された第３の層はそれぞれ０．３〜２．５μｍの層厚を有する。
【００１５】
中間層上に析出された、パラジウム又はパラジウム合金からなる第１の層及びその上に析出された、銀又は銀合金からなる第２の層がさらにその上に析出された、金又は金合金からなる第３の層と組み合わされているのが有利である。しかし、貯蔵後のぬれ速度は、中間層上に析出された、パラジウム又はパラジウム合金からなる第１の層及びその上に析出された、金又は金合金からなる第２の層が銀又は銀合金からなる層と組み合わされている場合に更に高い。
【００１６】
全てのハンダ層上に付加的に精製スズ層が施与されてよい。銀又は銀合金からなる層が最上層である場合、この最上層を、変色、即ち銀の熱酸化を防止する変色防止層で被覆するのが有利である。殊に、硫化銀形成は望ましくなく、かつ例えばチオールにより効果的に阻止する。
【００１７】
従って全ての基板で低いぬれ時間が達成され、幾つかの基板では貯蔵の後にも未だ低減されている。貯蔵の後に、全ての無鉛基板に関して１秒未満のぬれ時間が測定される；その際それどころか、０．５秒のＳｂ／Ｐｂ−ハンダ層の比較値を下回る。第２表に、次に記載のパラメーターで達成された測定結果を示す：
温度：２４０℃
浸漬速度：５ｍｍ／ｓ
浸漬深度：５ｍｍ
フラックス：ＦＳＷ−３１（イソプロピルアルコール１ｌ中精製コロホニー６００ｇ）、非活性化性
測定時間：５秒
【００１８】
【表２】
0003730120.tif 000003
【００１９】
次の例で、無鉛基板を製造するための本発明の方法を詳述する：
例１：Ｐｄ／Ｎｉ及びＡｇからなるハンダ層を有する無鉛基板の製法。
【００２０】
例２：Ｐｄ、Ａｕ／Ｃｏ（硬質金）及びＡｇからなるハンダ層を有する無鉛基板の製法。
【００２１】
例１：
銅からなる基礎構造を洗浄し、脱脂し、かつすすぎ、
電流密度２．５Ａ／ｄｍ2で、スルファメートをベースとする市販の電気鍍金Ｎｉ−浴中で、ニッケル２．０μｍで銅を被覆し、引き続きすすぎ、
電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、アンモニア性Ｐｄ／Ｎｉ−浴中で、Ｐｄ／Ｎｉ０．２μｍでニッケル層を被覆し、かつ引き続きすすぎ、
電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、シアン化物Ａｇ−浴中で、Ａｇ２．０μｍでＰｄ／Ｎｉ層を被覆し、引き続きすすぎ、
乾燥させ、
温度１５５℃で１６時間にわたり、空気中にさらす。
【００２２】
例２：
銅からなる基礎構造を洗浄し、脱脂し、かつすすぎ、
電流密度２．５Ａ／ｄｍ2で、スルファメートをベースとする市販の電気鍍金Ｎｉ−浴中で、ニッケル２．０μｍで銅を被覆し、引き続きすすぎ、
電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、アンモニア性Ｐｄ−浴中で、Ｐｄ０．２μｍでニッケル層を被覆し、引き続きすすぎ、
電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、シアン化物Ａｕ／Ｃｏ−浴中で、Ａｕ／Ｃｏ（硬質金）０．２μｍでＰｄ層を被覆し、引き続きすすぎ、
電流密度１．０Ａ／ｄｍ2で、シアン化物Ａｇ−浴中で、Ａｇ０．５μｍでＡｕ／Ｃｏ層を被覆し、引き続きすすぎ、
乾燥させ、
温度１５５℃で１６時間にわたり空気中にさらす。