(57)【要約】【課題】プリント配線板の銅ランド部にＳｎＺｎＢｉはんだを用いて電子部品を実装すると、高温高湿環境下で接合強度が低下するという課題を有しており、また、銅ランド部にニッケルめっきをすればはんだ濡れ性が悪く金めっきをさらに行う必要がありコストアップという課題を有していた。【解決手段】錫とニッケルを含有する合金３をプリント配線板１の銅ランド部２に形成し、ＳｎＺｎＢｉはんだペースト４で電子部品のリード５をはんだ付けし、亜鉛ニッケル界面層で接合する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品とプリント配線板をはんだ付けする方法において、前記プリント配線板の銅ランド部に錫とニッケル、または錫と鉄、または錫とアルミニウム、または錫と銀のいずれかの組み合わせを含有する合金を設け、錫と亜鉛を主成分とするはんだペーストを用いて前記合金上に電子部品を実装することを特徴とするはんだ付け方法。
【請求項２】
錫と亜鉛を主成分とするはんだペーストを用いて電子部品をはんだ付けするランド部に、ニッケル、鉄、アルミニウム、銀のうちの少なくとも１種類の金属と錫を含む合金を前記ランド部に設けたことを特徴とするプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板上に印刷されたはんだペーストに熱を加えて、各種電子部品をプリント配線板に実装する方法およびプリント配線板のランド部の表面処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型軽量化により、機器を制御するプリント配線板も小型化が求められ、プリント配線板に実装する電子部品も挿入型から表面実装型に、そして、プリント配線板の両面に表面実装型部品を実装し、高密度実装化が進んでいる。
【０００３】
また、昨今の地球環境問題に対応するために、はんだもＳｎ−Ｐｂ合金から鉛を含まない、所謂、鉛フリーはんだ（例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金）で実装されている。その中でもＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金は比較的融点が低く（１９７℃）、電子部品が従来の耐熱性で使用可能、従来のリフロー炉が使用できる等の長所があり着目されている。
【０００４】
Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金によるはんだ付け方法は、プリント配線板の電子部品の端子部と接続するための銅ランド部の表面にニッケルめっきを行い、さらに、ニッケル表面の酸化を防止しはんだ濡れ性を確保するために金フラッシュめっきを施したプリント配線板（以下、金メッキプリント配線板と記載する）を用いて、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金のはんだペースト（以下、ＳｎＺｎＢｉはんだと記載する）を印刷塗布し、その上に電子部品をマウントして、リフロー炉ではんだ合金の融点以上に加熱し行っていた。そして、金めっきプリント配線板に対して、亜鉛ニッケル界面層を形成し接合していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のはんだ付け方法では、プリント配線板の銅ランド部にニッケルおよび金めっきを施すことはコストアップ要因となっていた。
【０００６】
また、金メッキプリント配線板ではなく銅ランドのプリント配線板を用いてＳｎＺｎＢｉはんだペーストではんだ付けを行うと、高温高湿（例えば８５℃・８５％・１０００時間）環境で放置すると強度低下が発生するという問題を有していた。
【０００７】
さらに従来のはんだ付け方法では、図２に示すように、プリント配線板１１に設けた電子部品の端子部とはんだ付けを行うための銅ランド部１２と電子部品のリード１４とはＳｎＺｎＢｉはんだ１３により、銅亜鉛界面層１５を形成し接合する。
【０００８】
しかしながら、従来のはんだ付け方法では、高温高湿下で銅亜鉛界面層１５から亜鉛が溶出し、銅亜鉛界面層１５に隙間が生じ強度低下を引き起こすという課題を有していた。この強度の低下は亜鉛を含むはんだを使用時のみ生じ、例えばＳｎＰｂはんだやＳｎＡｇＣｕはんだでは、銅錫界面層を形成し接合するので高温高湿下で界面層の劣化がなく接合強度は低下しない。
【０００９】
つまり、ＳｎＺｎＢｉはんだによるはんだ付けでは、プリント配線板のランド部にニッケルめっきさらに金めっきを施せば接合強度の低下は防止できるが表面処理に貴金属を使用するためにコストがかかり、ランド部が銅箔のままであれば、高温高湿環境下で強度低下が生じるという課題を有していた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、高温高湿環境下での強度低下の主原因は、ＳｎＺｎＢｉはんだペーストと銅ランド部は銅亜鉛界面層を形成することにより接合され、水分が存在するとこの銅亜鉛界面層から亜鉛が溶出し銅亜鉛界面層が破壊することであり、銅亜鉛界面層ではなく他の界面層（例えば、亜鉛ニッケル界面層）で接合すれば水分の存在する環境でも強度低下は起こらないことをみいだし、本発明を完成させた。
【００１１】
本発明は、電子部品とプリント配線板をはんだ付けする方法において、プリント配線板のはんだ付けをする銅ランド部に錫とニッケルを含有する合金を設けて、錫と亜鉛を主成分とするはんだペーストを用いて、前記錫とニッケルを含有する合金を設けたランド部に電子部品を実装するはんだ付け方法である。
【００１２】
本発明によれば、金という高価な金属を使用しないのでコストアップを少なくでき、また、高温高湿環境での強度低下の主原因である銅亜鉛界面層ではなく亜鉛ニッケル界面層を形成するので強度低下も生じない低コストで品質信頼性の高いプリント配線板を提供することが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、電子部品とプリント配線板をはんだ付けする方法において、プリント配線板のはんだ付けをする銅ランド部に錫とニッケルを含有する合金を設けて、錫と亜鉛を主成分とするはんだペーストを用いて、前記錫とニッケルを含有する合金を設けたランド部に電子部品を実装するはんだ付け方法であり、錫とニッケルを有する合金を銅ランド部に設けることにより、錫亜鉛はんだペーストは、亜鉛ニッケルの界面層を形成し接合するので、高温高湿環境下で界面層が破壊されることなく、強度低下のないはんだ付けを実現する効果を有している。
【００１４】
また、従来ニッケルのみを形成したときは、ニッケル表面に酸化膜が形成されるためにはんだペーストが濡れ広がらず、はんだ付けをするためには金メッキが必要であった。しかし本発明では、錫とニッケルの合金を形成することにより、前記表面処理を施したランド部の表面の酸化を防止し、はんだの濡れ性を確保できるので、２回以上の表面処理が不要であり、また金という高価な金属を使用せずはんだ付けが可能となり、低コストでのはんだ付けを実現する効果を有している。
【００１５】
また本発明は、錫と鉄を含有する合金をプリント配線板の銅ランド部に設けたことを特徴とするはんだ付け方法であり、また本発明は、錫とアルミニウムを含有する合金をプリント配線板の銅ランド部に設けたことを特徴とするはんだ付け方法である。
【００１６】
さらに本発明は、錫と銀を含有する合金をプリント配線板の銅ランド部に設けたことを特徴とするはんだ付け方法であり、錫亜鉛を主成分とするはんだペーストとは、銅亜鉛界面層以外の界面層を形成し、はんだ付けが可能となり、高温高湿環境下で界面層が破壊されることなく強度低下のないはんだ付けを実現し、また、各種合金を形成することにより、はんだの濡れ性を確保でき、金という高価な金属を使用せずはんだ付けが可能となり、低コストでのはんだ付けを実現する効果を有している。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の第一実施の形態例を示すはんだ付け部側面の断面図である。
【００１９】
図１に示すように、１はプリント配線板であり、接続する電子部品との通電するための導電物質での配線が表面に設けられている。このプリント配線板１の表面には電子部品の端子部５とはんだ付けを行うための銅ランド部２が設けられている。この銅ランド部２の表面に錫ニッケル合金３を形成し（以下、錫ニッケルランドと記載）、ＳｎＺｎＢｉはんだ４により電子部品である半導体装置のリード５と錫ニッケルランドをはんだ付けすると、亜鉛ニッケル界面層６を形成し接合する。
【００２０】
銅ランド部２の表面に錫ニッケル合金３は、錫ニッケル合金を溶融させた槽にプリント配線板を漬ける方法（所謂ディップ方式、レベラー方式）や電気めっきや無電解めっきあるいは蒸着、スパッタ等により厚み０．５μｍ以上形成する。また、錫ニッケル合金３は銅ランド部２の一部分に設けると強度低下防止の効果はあるが、全面に設けることにより、さらに効果を発揮する。
【００２１】
本発明は、ニッケルが存在する表面に対してＳｎＺｎＢｉはんだは亜鉛ニッケル界面層を形成し接合され、高温高湿下でも界面層が破壊されないことをみいだし、この界面層により信頼性の高いはんだ付け方法を提供するものである。
【００２２】
本発明のはんだ付け方法では、錫ニッケル合金を銅ランド表面に形成し、ＳｎＺｎＢｉはんだで部品をはんだ付けすることにより、亜鉛ニッケル界面層で接合される。この亜鉛ニッケル界面層は、高温高湿下でも亜鉛の溶出がなく、亜鉛ニッケル界面層に隙間等生じないので接合強度の低下を防止することが可能である。
【００２３】
図３に８５℃・８５％・１０００時間放置したときの強度測定結果の一例を示す。
【００２４】
半導体装置は０．８ｍｍピッチ８４ピンＱＦＰで端子の表面はＳｎＰｂめっきで、はんだペーストはＳｎ８％Ｚｎ３％Ｂｉで大気リフローにより実装したプリント配線板を試験片として、各放置時間後の４５°ピーリング強度を測定した結果である。銅ランドとは従来のはんだ付け方法で銅ランド部にＳｎＺｎＢｉではんだ付けをしたもの、金ランドとは、銅ランド部にニッケルめっきと金めっきを施しＳｎＺｎＢｉではんだ付けをしたもの、錫ニッケルランドとは本発明のはんだ付け方法で銅ランド部の全面に錫ニッケル合金を形成しＳｎＺｎＢｉではんだ付けをしたものである。この結果、本発明のはんだ付け方法では、金ランドと同等に高温高湿環境下でも強度低下を防止する効果を有していることがわかる。
【００２５】
また、本発明のはんだ付け方法では、錫とニッケルを含有する合金を銅ランド部表面に形成することにより、従来のニッケルめっきでははんだ濡れ性が不十分であり金めっきがさらに必要であったが、錫ニッケル合金では表面の酸化が少なくはんだ濡れ性を十分確保でき、さらに、めっき以外の方法で、例えば、錫とニッケルを溶融させた槽にプリント配線板を浸漬させることにより形成でき、形成する工法が簡単であり、金という貴金属を使用しないので、低コストではんだ付けを行う効果を有している。
【００２６】
さらに、錫とニッケルを含む合金を形成したはんだ付け方法について記載したが、他の合金、例えば、錫と鉄を含む合金、錫とアルミニウムを含む合金、錫と銀を含む合金でもＳｎＺｎＢｉはんだとは銅亜鉛界面層以外の界面層で接合されるので、高温高湿環境下で強度低下がなく、同様に、信頼性の高いはんだ付けを有するプリント配線板を提供することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明のはんだ付け方法では、プリント配線板の銅ランド部に錫ニッケルを含む合金を形成しＳｎＺｎＢｉはんだではんだ付けを行うことにより、亜鉛ニッケル界面層で部品端子と銅ランド部を接合でき、高温高湿環境下で亜鉛ニッケル界面層の劣化がなく、強度低下のないはんだ付けが可能となり、信頼性の高いプリント配線板を提供することが可能である。
【００２８】
また、本発明のはんだ付け方法では、従来ニッケルを形成するだけでははんだ濡れ性が不足するため金めっきが必要であったが、錫とニッケルの合金とすることにより、はんだ濡れ性を確保することができ、貴金属を使用しない、プリント配線板の表面処理の工程が少なくなり、コストが安いはんだ付けが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施の形態例におけるはんだ付け部側面の断面図
【図２】従来のはんだ付け部側面の断面図
【図３】本発明の第一実施の形態例における接合強度の測定結果を示す図
【符号の説明】
１　プリント配線板
２　　銅ランド部
３　　錫ニッケル合金
４　　ＳｎＺｎＢｉはんだ
５　　半導体装置のリード
６　　亜鉛ニッケル界面層
１１　　プリント配線板
１２　　銅ランド部
１３　　ＳｎＺｎＢｉはんだ
１４　　半導体装置のリード
１５　　銅亜鉛界面層
【図１】
2004055662.tif 000003
【図２】
2004055662.tif 000004
【図３】
2004055662.tif 000005