(57)【要約】【課題】ＳｎとＺｎを基本組成とするはんだによるはんだ付けにおいて、ＳｎとＡｇで構成されるはんだの場合より電子部品の熱損傷は軽減されるが、電子回路基板の高温高湿環境下での使用における接合部に劣化が生じる。【解決手段】回路基板と電子部品の接合する部分のＣｕ表面の接合界面に、ＣｕとＳｎの化合物または合金１２を形成させ、ＳｎとＺｎを組成に含むはんだ材料１１を用いてはんだ付けを行うことにより、Ｃｕ−Ｚｎ化合物層による接合部の劣化を防ぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合する部分のＣｕ表面の接合界面にＣｕとＳｎの化合物または合金を形成させ、ＳｎとＺｎを組成に含むはんだ材料を用いてはんだ付けを行うことを特徴とするはんだ付け方法。
【請求項２】
化合物または合金の厚みが、５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け方法。
【請求項３】
ＣｕとＳｎの化合物を形成させる方法が、Ｃｕ表面にＳｎを含む金属を被覆した後、熱処理を行うことを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載のはんだ付け方法。
【請求項４】
被覆が、Ｓｎ被覆、Ａｇ被覆、Ｓｎ−Ｂｉ被覆、Ｓｎ−Ａｇ被覆、Ｓｎ−Ｃｕ被覆、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ被覆、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ被覆のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載のはんだ付け方法。
【請求項５】
被覆する方法が、めっき法、浸漬法、蒸着法のいずれかの方法であることを特徴とする請求項３に記載のはんだ付け方法。
【請求項６】
被覆の厚みが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のはんだ付け方法。
【請求項７】
はんだ中にＺｎよりも酸化しやすい金属を予め添加しておくことを特徴とする請求項１記載のはんだ付け方法。
【請求項８】
はんだ中に添加する金属がＮｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｐであることを特徴とする請求項７記載のはんだ付け方法。
【請求項９】
はんだ中に添加する金属の量が０.１重量％以下であることを特徴とする請求項８記載のはんだ付け方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の方法により、回路基板と電子部品とをはんだ付けすることを特徴とする部品実装基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路基板へ部品実装を行うためのはんだ付け方法、及び回路基板と電子部品とをはんだ付けする部品実装基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品実装に関して、はんだ付け部の機械的強度向上や熱衝撃強度等の信頼性特性向上への要求が高まってきている。その一方、地球環境保護の関心が高まる中、電子回路基板などの産業廃棄物の処理についての法規制も進みつつある。したがって、これら両者を満足するはんだ付けに関する開発が必要となっている。
【０００３】
ところで、従来のはんだ材料の主要構成成分はＳｎとＰｂであり、６３Ｓｎ−３７Ｐｂの組成をもつものであった。
【０００４】
以下、従来のはんだ材料を用いたはんだ付け方法における電子部品と電子回路基板の接合構造について、図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図３は、従来のはんだ材料を用いた接合構造を示す概要図である。図３において、１ははんだ材料で構成成分はＳｎとＰｂからなり、２は電子部品電極、３は電子回路基板のランドで構成成分はＣｕ、４は接合界面に形成される化合物層のＣｕＳｎである。従来のはんだ材料では融点が比較的低く、また、高温高湿環境下での接合部の信頼性も実用上十分である。しかしながら、上述のように、Ｐｂを使用するはんだ材料は、地球環境保護の観点から好ましくない。
【０００６】
そこで、鉛を含まないはんだ材料である鉛フリーはんだを用いることが考えられる。鉛フリーはんだの一例である主要成分がＳｎとＡｇで構成されるはんだは、Ｓｎ−Ｐｂはんだより融点が３０〜４０℃も高く、はんだ付け温度が鉛入りはんだより高くなる。そのため、はんだ付け温度が電子部品の耐熱温度以上になることがあり、電子部品を損傷させるという問題点を有していた。さらに、濡れ性の面でも、Ｓｎ−Ｐｂはんだより劣っているという問題点を有していた。
【０００７】
また、Ｓｎ−Ｐｂはんだより、融点が１０〜２０℃高いＳｎとＺｎを基本組成とするはんだを用いることも考えられている。
【０００８】
図４は、ＳｎとＺｎを基本組成とするはんだ材料を用いた接合構造を示す概要図である。図４において、５はＳｎ−Ｚｎはんだ、６は被接合材であるランド３の接合界面に形成されるＣｕ−Ｚｎ化合物層である。
【特許文献１】特開平０９−０９４６８８号公報（第２−４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このＳｎとＺｎを基本組成とするはんだによるはんだ付けにおいては、電子部品の熱損傷は軽減されるが、電子回路基板の高温高湿環境下での使用における接合部の劣化が問題となってくる。それは、Ｃｕ−Ｚｎ化合物層６およびＳｎ−Ｚｎはんだ５表面に存在するＺｎが、高温高湿環境下で溶出することが劣化の原因と考えられている。
【００１０】
本発明は、電子回路基板の耐高温高湿性の優れた接合部の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するために本発明は、接合する部分のＣｕ表面の接合界面にＣｕとＳｎの化合物または合金を形成させ、ＳｎとＺｎを組成に含むはんだ材料を用いてはんだ付けを行うことを特徴とするものである。
【００１２】
これにより、Ｃｕ−Ｚｎ化合物層による接合部の劣化を、防ぐことが可能となる。
【００１３】
また、このはんだ付けを用いて回路基板と電子部品とを接合することにより、耐高温高湿特性に優れた接合部を有する部品実装基板を製造することも可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、接合する部分のＣｕ表面の接合界面にＣｕとＳｎの化合物または合金を形成させ、ＳｎとＺｎを組成に含むはんだ材料を用いてはんだ付けを行うことにより、Ｃｕ−Ｚｎ化合物層による接合部の劣化を防ぐという有利な効果が得られる。
【００１５】
また、このはんだ付けを用いて回路基板と電子部品とを接合することにより、耐高温高湿特性に優れた接合部を有する部品実装基板を製造することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明について説明をする。なお、各図において、同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態にかかるＳｎとＺｎを基本組成とするはんだ材料を用いた接合構造を示す概要図である。図１において、１１はＳｎ−Ｚｎはんだ、１２は接合界面に形成されるＣｕ−Ｓｎ化合物層、１３は被接合材であるランド、１４は電子部品電極である。
【００１８】
Ｓｎ−Ｚｎはんだ１１は、Ｓｎ−Ｐｂはんだより、融点が１０〜２０℃程度高い。ところで、開発を進めていくうちに、電子回路基板上のランド１３のＣｕの表面に、ＣｕとＳｎの化合物または合金を形成した状態ではんだ付けをすると、Ｃｕ母材とＳｎ−Ｚｎはんだ１１のＺｎが直接反応して、Ｃｕ−Ｚｎ化合物の形成を抑制する効果があることが判明した。そして、ＣｕとＳｎの化合物または合金の厚みについては、５μｍを超えるとＣｕとＳｎの化合物または合金が硬くてもろいという性質があるため、界面強度が低下するということも判明した。そこで、厚みが５μｍ以下のＣｕとＳｎの化合物または合金を、電子回路基板上のランド１３のＣｕの表面に形成した状態ではんだ付けをすると、Ｃｕ母材とＳｎ−Ｚｎはんだ１１のＺｎが直接反応して、Ｃｕ−Ｚｎ化合物を形成するのを抑制し、耐高温高湿特性に優れる接合部を得ることができた。
【００１９】
また、はんだ中にＺｎよりも酸化しやすい金属、例えばＮｉを、予め微量添加しておくことで、優先的に添加金属による酸化膜をはんだ表面に形成させることができる。図２は、本発明の実施の形態にかかるＳｎとＺｎを基本組成とし、Ｎｉを微量添加したはんだ材料を用いた接合構造を示す概要図である。図２において、１５はＳｎとＺｎを基本組成とし、Ｎｉを微量添加したはんだ材料、１６はＮｉ酸化膜である。このＮｉ酸化膜１６には、はんだ中のＺｎの高温高湿下での溶出を防止する働きがある。はんだへのＮｉの添加量は、０．１重量％以下、好ましくは、０．０１重量％以下が好ましい。Ｎｉ添加量が、０．１重量％を超えると、はんだのぬれ性が著しく低下し、十分なはんだ付け品質が確保できないという課題が生じるためである。この時のＺｎの含有量としては、５〜１０重量％が望ましい。さらに、はんだ材料にＢｉを０．１〜５．０重量％含有させると良い。
【００２０】
なお、Ｚｎより酸化しやすく高温高湿下で溶出をしない金属であるＡｌ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｐなどををはんだ中に微量添加しても、同様の効果が得られる。
【００２１】
ところで、ＣｕとＳｎの化合物の形成は、Ｃｕ表面にＳｎを含む金属を被覆した後、熱処理を行う方法がある。Ｃｕ表面にＳｎを含む金属の被覆は、めっきまたは、溶融金属への浸漬または蒸着においても可能である。そして、めっき及び蒸着法による被覆については、熱処理により接合界面にＣｕとＳｎの化合物層を形成させる必要がある。溶融金属への浸漬方法についても、熱処理によりＣｕとＳｎの化合物層をさらに成長させるとＣｕ−Ｚｎ化合物層の形成を抑制でき、耐高温高湿特性に優れた接合部が得られる。
【００２２】
また、被覆の種類としては、Ｓｎ被覆、Ａｇ被覆、Ｓｎ−Ｂｉ被覆、Ｓｎ−Ａｇ被覆、Ｓｎ−Ｃｕ被覆、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ被覆、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ被覆等が考えられる。そして、被覆の厚みとしては、１０μｍ以下とすることが望ましい。それは、１０μｍを超えるとはんだ付時に、被覆した金属がはんだ中に溶融したり、溶融しなくとも界面に残存し、接合部特性を劣化させるためである。
【００２３】
さらに、接合界面に形成されるものをＣｕ−Ｓｎ化合物層としたが、合金層であっても良い。
【００２４】
さらに、ＣｕとＳｎの化合物または合金を予め作製し、これを、はんだ付け部に設置することによっても、同様の効果が得られる。
【００２５】
また、電子回路基板のＣｕランドに対する被覆以外にも、電子部品の端子電極に対する被覆についても同様の効果が得られる。
【００２６】
さらに、前記方法を用いて回路基板と電子部品とをはんだ付けすることによって、耐高温高湿特性に優れた接合部を有する部品実装基板を、製造することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態にかかるＳｎとＺｎを基本組成とするはんだ材料を用いた接合構造を示す概要図
【図２】本発明の実施の形態にかかるＳｎとＺｎを基本組成とし、Ｎｉを微量添加したはんだ材料を用いた接合構造を示す概要図
【図３】従来のはんだ材料を用いた接合構造を示す概要図
【図４】ＳｎとＺｎを基本組成とするはんだ材料を用いた接合構造を示す概要図
【符号の説明】
【００２８】
１１  Ｓｎ−Ｚｎはんだ
１２  Ｃｕ−Ｓｎ化合物層
１３  ランド
１４  電子部品電極
１５  Ｎｉを微量添加したはんだ
１６  Ｎｉ酸化膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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