(57)【要約】【課題】亜鉛系の鉛フリー半田を用いながら、カーゲンダルボイドの発生を防止し、信頼性が高く、且つ半田付け実装体の寿命も長いワークの半田付け方法及び半田付け実装体を提供すること。【解決手段】フリップチップ１の半田バンプ３の成分はＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕであり、亜鉛を含まない非亜鉛系の第２の鉛フリー半田である。回路基板４の銅電極５上の半田部６の成分はＳｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉであって、亜鉛を８％含んでおり、亜鉛系の第１の鉛フリー半田である。フリップチップ１を回路基板４に搭載し、加熱して半田バンプ３と半田部６を加熱溶融させ、第３の鉛フリー半田としての半田接続部７を形成する。加熱溶融によって生成した半田接続部７中の亜鉛の重量％は、当初の８％から２％以下に低減し、亜鉛による弊害（カーゲンダルボイドの発生）を解消して長寿命化を実現できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のワークの銅電極に第２のワークの端子を半田付けする半田付け方法であって、前記銅電極と前記端子の間に亜鉛系の第１の鉛フリー半田と非亜鉛系の第２の鉛フリー半田を介在させてこれらの鉛フリー半田を溶融させることにより、亜鉛の含有比率が前記亜鉛系の第１の鉛フリー半田よりも低い第３の鉛フリー半田を生成し、この第３の鉛フリー半田により前記銅電極と前記端子を接合することを特徴とする半田付け方法。
【請求項２】
第１のワークの銅電極と第２のワークの端子を半田にて接合する半田付け実装体であって、前記銅電極と前記端子の間に亜鉛系の第１の鉛フリー半田と非亜鉛系の第２の鉛フリー半田を介在させてこれらの鉛フリー半田を溶融させることにより、亜鉛の含有比率が前記亜鉛系の第１の鉛フリー半田よりも低い第３の鉛フリー半田を生成し、この第３の鉛フリー半田により前記銅電極と前記端子を接合したことを特徴とする半田付け実装体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプつきチップ、チップコンデンサ、回路基板などのワークを他のワークに半田付けするワークの半田付け方法及び半田付け実装体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を半田付けする半田は、Ｓｎ（錫）とＰｂ（鉛）の合金であり、鉛共晶半田と称されており、その融点は１８３℃程度である。しかしながら鉛共晶半田は、廃棄物となった場合に鉛が溶出し、環境問題を生じやすいという問題点があった。
【０００３】
そこでこれを改善するものとして鉛フリー半田（鉛を成分として含まない半田）が提案された。鉛フリー半田は鉛を含まないので、環境上の問題は生じない。しかしながら鉛フリー半田はその融点が高く（一般に２１０〜２３０℃程度）、このため半田付け時（リフロー時）に加熱温度や加熱時間が長くなって半導体チップなどのワークに熱ダメージを与えやすいという問題点があった。
【０００４】
そこで更にこれを改善するものとしてＺｎ（亜鉛）を含む亜鉛系の鉛フリー半田が提案された。亜鉛系の鉛フリー半田は融点が比較的低いので（１９８℃程度）、ワークへの熱ダメージが小さく、且つ鉛を含まないのでこれに起因する環境上の問題も生じないという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回路基板やバンプ付電子部品などのワークの電極は銅電極が多いが、亜鉛系の鉛フリー半田を用いてワークの銅電極を半田付け、Ｃｕ−Ｚｎ化合物が生成し、カーゲンダルボイドと呼ばれる空隙を発生しやすい。一般に、亜鉛は拡散速度が速く、このため拡散により亜鉛がなくなった部分には空隙が生じやすい。このような空隙はカーゲンダルボイドと呼ばれている。カーゲンダルボイドは半田付け部の導通性を阻害するだけでなく、半田付け強度を低下させ、最悪の場合、半田付けしたワークが相対方のワークから剥離しやすいので、亜鉛系の鉛フリー半田を用いて製造したワークの半田付け実装体の寿命も短くなるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、亜鉛系の鉛フリー半田を用いながら、カーゲンダルボイドの発生を抑制し、信頼性が高く、且つ半田付け実装体の寿命も長いワークの半田付け方法及び半田付け実装体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、第１のワークの銅電極に第２のワークの端子を半田付けする半田付け方法であって、前記銅電極と前記端子の間に亜鉛系の第１の鉛フリー半田と非亜鉛系の第２の鉛フリー半田を介在させてこれらの鉛フリー半田を溶融させることにより、亜鉛の含有比率が前記亜鉛系の第１の鉛フリー半田よりも低い第３の鉛フリー半田を生成し、この第３の鉛フリー半田により前記銅電極と前記端子を接合する。
【０００８】
請求項２の発明は、第１のワークの銅電極と第２のワークの端子を半田にて接合する半田付け実装体であって、前記銅電極と前記端子の間に亜鉛系の第１の鉛フリー半田と非亜鉛系の第２の鉛フリー半田を介在させてこれらの鉛フリー半田を溶融させることにより、亜鉛の含有比率が前記亜鉛系の第１の鉛フリー半田よりも低い第３の鉛フリー半田を生成し、この第３の鉛フリー半田により前記銅電極と前記端子を接合した。
【０００９】
本発明は、一方は亜鉛系の第１の鉛フリー半田を用いるが、他方は亜鉛を含まない非亜鉛系の第２の鉛フリー半田を用いる。そして両者を加熱して溶融させたならば、亜鉛の含有率が大巾に低減した第３の鉛フリー半田が生成する。このように最終的に生成する第３の鉛フリー半田は亜鉛が少ないのでカーゲンダルボイドの発生を抑制し、寿命の長い半田付け実装体を製造できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１におけるフリップチップと回路基板の半田付け前の正面図、図１（ｂ）は本発明の実施の形態１におけるフリップチップと回路基板の半田付け後の正面図である。本実施の形態１では回路基板４が第１のワーク、フリップチップ１が第２のワークである。
【００１１】
フリップチップ１の下面には銅電極から成る端子２が形成されており、端子には半田バンプ３が形成されている。半田バンプ３の成分はＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃｕ、Ｓｎ−０．７Ｃｕ等であり、亜鉛を含まない非亜鉛系の第２の鉛フリー半田となっている。
【００１２】
回路基板４の上面には端子２に対応する銅電極５が形成されており、銅電極５上にクリーム半田や半田プリコートなどの半田部６が形成されている。半田部６の成分はＳｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉであって、亜鉛（Ｚｎ）をｗｔ（重量）％で８％含んでいる。すなわち半田部６は、亜鉛系の第１の鉛フリー半田となっている。上述したように、亜鉛系の鉛フリー半田は融点は比較的低く（約１９８℃程度）、且つ鉛を含まないので環境上の問題もほとんど生じないという性質を有している。
【００１３】
図１（ｂ）は、フリップチップ１を回路基板４に搭載し、リフローなどにより加熱処理して半田バンプ３と半田部６を加熱溶融させ、第３の鉛フリー半田としての半田接続部７を形成して製造したワークの半田付け実装体８を示している。
【００１４】
図２は従来例と本発明の実施の形態１のバンプのワイブル線図を示している。横軸のＬＮ（ｔ）は寿命を対数であらわしたものであり、縦軸は累積故障率（半田付けの累積不良率）である。ａは実施の形態１のワイブル線、ｂは従来例（比較例）のワイブル線である。従来例の半田バンプの成分はＳｎ−Ｚｎであり、また半田部の成分もＳｎ−Ｚｎ（すなわち、いずれも亜鉛系半田）である。また実施の形態１の半田バンプ３と半田部６の成分は上記したとおりであって、前者は非亜鉛系の第２のフリー半田であり、後者は亜鉛系の第１の鉛フリー半田である。従来例と実施の形態１は、いずれも半田バンプの直径は０．５ミリ、ピッチは０．８ミリである。
【００１５】
図２に示すように、実施の形態１のワイブル線ａは従来例のワイブル線ｂよりも大きく右に寄っており、従来例よりもはるかに半田付け実装体８の寿命が長い（累積故障率が低い）ことを示している。これは、加熱溶融によって生成した半田接続部７中の亜鉛のｗｔ％は、当初の８％から２％以下に大巾に低減したことに起因する。すなわち、本発明者は、亜鉛系の鉛フリー半田と非亜鉛系の鉛フリー半田を加熱溶融させて生成した新たな半田（第３の鉛フリー半田である半田接続部７）は、亜鉛のｗｔ％が激減し、その結果上述した亜鉛による弊害（カーゲンダルボイドの発生）を解消して長命化を実現できることを発見し、本発明をなしたものである。なお本実施の形態では、半田バンプ３を非亜鉛系の鉛フリー半田とし、半田部６を亜鉛系の鉛フリー半田としたが逆でもよい。
【００１６】
（実施の形態２）
図３（ａ）は本発明の実施の形態２におけるチップコンデンサと回路基板の半田付け前の正面図、図３（ｂ）は本発明の実施の形態２におけるチップコンデンサと回路基板の半田付け後の正面図、図４は本発明の実施の形態２におけるチップコンデンサの平面図である。本実施の形態２では、回路基板１４が第１のワーク、チップコンデンサ１１が第２のワークである。
【００１７】
チップコンデンサ１１の両側部には端子１２が形成されている。端子１２はＣｕやＡｇなどの導電体から成っている。端子１２の表面は錫（Ｓｎ）が厚めにコーティングされたコーティング部１３となっている。回路基板１４の上面には銅電極１５が形成されており、銅電極１５上には実施の形態１の半田部６と同様の成分から成る半田部１６が形成されている。
【００１８】
したがってチップコンデンサ１１を回路基板１４に搭載し、リフローなどにより加熱処理をすれば、図３（ｂ）に示すようにＳｎから成るコーティング部１３と半田部１６は加熱溶融してチップコンデンサ１１の端子１２に沿って這い上ったフィレット状の第３の半田部１７が形成され、半田付け実装体１８が完成する。この第３の半田部１７も亜鉛のｗｔ％は８％から２％以下に激減しており、したがって実施の形態１と同様の作用効果が得られる。本実施の形態では、コーティング部１３に非亜鉛系の鉛フリー半田を使用し、半田部１６に亜鉛系の鉛フリー半田を使用したが逆でもよい。
【００１９】
なお上記各実施の形態において、非亜鉛系の第２の鉛フリー半田は亜鉛をまったく含まないとして説明したが、ごく微量（例えば０．１％）であれば亜鉛を含ませてもよいものであり、したがって本発明で非亜鉛系の鉛フリー半田とは、亜鉛を実質的に含まないものをいう。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、半田付け後に最終的に生成する第３の鉛フリー半田の亜鉛の含有率は激減しているので、カーゲンダルボイドの発生が抑制され、したがって接合の信頼性が高く、寿命の長い半田付け実装体を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるフリップチップと回路基板の半田付け前の正面図
（ｂ）本発明の実施の形態１におけるフリップチップと回路基板の半田付け後の正面図
【図２】従来例と本発明の実施の形態１のバンプのワイブル線図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２におけるチップコンデンサと回路基板の半田付け前の正面図
（ｂ）本発明の実施の形態２におけるチップコンデンサと回路基板の半田付け後の正面図
【図４】
本発明の実施の形態２におけるチップコンデンサの平面図
【符号の説明】
１　フリップチップ
２，１２　端子
３　半田バンプ
４，１４　回路基板
５，１５　銅電極
６，１６　半田部
７　半田接続部
１７　第３の半田部
８，１８　ワークの実装体
【図１】
2004031724.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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