(57)【要約】【課題】接続信頼性に優れた、はんだ接続用端子を提供する。【解決手段】導体の端子上に、ニッケルめっき皮膜および金めっき皮膜が順次形成されているはんだ接続用端子において、はんだ接続時、前記ニッケルめっき皮膜および前記金めっき皮膜がすべてはんだに溶解することを特徴とする、はんだ接続用端子を提供する。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体の端子上に、ニッケルめっき皮膜および金めっき皮膜が順次形成されているはんだ接続用端子において、はんだ接続時、前記ニッケルめっき皮膜および前記金めっき皮膜がすべてはんだに溶解することを特徴とする、はんだ接続用端子。
【請求項２】
前記ニッケルめっき皮膜が、ニッケル、又はニッケル合金の電解めっき皮膜、又は無電解めっき皮膜であることを特徴とする、請求項１に記載のはんだ接続用端子。
【請求項３】
前記金めっき皮膜が、金、又は金合金の電解めっき皮膜、又は無電解めっき皮膜であることを特徴とする、請求項１または２に記載のはんだ接続用端子。
【請求項４】
前記金めっき皮膜が、置換型無電解金めっき皮膜であることを特徴とする、請求項１または２に記載のはんだ接続用端子。
【請求項５】
前記金めっき皮膜が、置換型無電解金めっき皮膜上に還元型無電解金めっき皮膜を形成した多層皮膜であることを特徴とする、請求項１または２に記載のはんだ接続用端子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ接続用端子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を搭載するプリント配線板や半導体を直接搭載する半導体搭載用基板は、近年高密度化が進んでおり、電子部品の実装方法においては、電子部品の端子ピンを配線板のスルーホールに挿入してはんだで固定する実装方法から、配線板の表面層のはんだ接続端子にはんだで固定する表面実装方法に変わってきている。
【０００３】
端子ピンをスルーホールに挿入してはんだで固定する方法は、端子ピンをスルーホールに差し込み、溶融した、はんだ浴に浮かべて、はんだがスルーホール内に毛管現象によって浸透することを利用している。一方、表面実装方法は、配線板上の端子にはんだペーストを印刷して、その後、表面実装用の電子部品をはんだ端子の上に乗せてリフロー炉ではんだを溶融させて電子部品のリードと端子を接合している。
【０００４】
表面実装用の電子部品には、はんだ接続用のリード端子を平行２列に形成したデュアルインラインパッケージ（以下、ＤＩＰという。）や、正方形のパッケージの４辺にリード端子を設けたクワッドフラットパッケージ（以下、ＱＦＰという。）等がある。また、パッケージの裏面に格子状に配列したはんだボールで配線板上の端子と接続するボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという。）がある。このＢＧＡを配線板に搭載する方法は、はんだボール接続用端子上にはんだペーストやフラックスを印刷し、ＢＧＡを乗せると共に、その他のはんだバンプを有する電子部品、はんだパンプを有する半導体チップ等を配置して、リフロー炉ではんだを部分的に溶融させて、はんだボールと接合する。はんだボールを接続するのに用いる半導体搭載用基板としては、上記ＢＧＡの他にも、チップサイズパッケ−ジ（以下、ＣＳＰという。）や、マルチチップモジュール（以下、ＭＣＭという。）などが挙げられる。
【０００５】
これらのはんだ接続用端子には、基板上に形成された導体端子上にニッケルめっき皮膜および金めっき皮膜を順次形成したものがある。このニッケルめっき皮膜および金めっき皮膜は、はんだ接続以前の熱処理で銅等の導体表面が熱酸化して、はんだの濡れ性が低下して、接続不良になることを防止するために形成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２２６５０号公報
【特許文献２】
特開２００２−１１８１３５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ニッケルのはんだへの溶解性は、銅や金のそれと比較して小さいため、単に、導体端子上にニッケル皮膜と金皮膜を順次形成した従来のはんだ接続用端子では、はんだ接続信頼性が低下してしまうという問題があった。つまり、はんだ接続時、金めっき皮膜がはんだに容易に溶解する一方で、ニッケルめっき皮膜のはんだへの溶解は不十分となり、その結果、はんだとニッケルめっき皮膜との間に生じる界面において接続不良が発生し易くなってしまう。なお、はんだ接続信頼性が低い、または接続性不良とは、はんだ接続部が冷熱繰り返し試験や熱衝撃試験等により破壊され、電気的に不通になるものである。
【０００８】
上記を鑑みて、本発明は、はんだ接続信頼性に優れたはんだ接続用端子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、導体の端子上に、ニッケルめっき皮膜および金めっき皮膜が順次形成されているはんだ接続用端子において、はんだ接続時、ニッケルめっき皮膜および金めっき皮膜がすべてはんだに溶解することを特徴とする、はんだ接続用端子を提供する。
【００１０】
本発明によれば、導体上のニッケルめっき皮膜および金めっき皮膜がすべてはんだに溶解するため、接続信頼性に優れた、はんだ接続用端子を提供することができる。
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のはんだ接続用端子は、配線板上に形成された導体端子上に、ニッケルめっき皮膜および金めっき皮膜が順次形成された構造であり、はんだ接続時、該ニッケルめっき皮膜および該金めっき皮膜がすべてはんだに溶解することを特徴としている。つまり、ニッケルめっき皮膜の厚さを従来と比較して薄く形成することで、はんだ接続時、はんだと接続用端子の素材が接触することにより、はんだ接続信頼性を向上することができる。ニッケルめっき皮膜の厚さを制御する因子として、めっき液中のニッケルイオン濃度、めっき液温度、浸漬時間等が挙げられるが、ニッケルめっき皮膜を薄く形成するには、浸漬時間を短くするのが最も容易である。
【００１３】
本発明のはんだ接続用端子と接続可能なはんだとしては、錫と鉛の組成比がどのようなものであっても使用でき、特に限定されないが、一般的には、６０重量％錫と４０重量％鉛の共晶はんだがよく使用される。また、鉛を含まない鉛フリーはんだや銀、銅、亜鉛、ビスマス等の一元素以上を含む錫合金でもよい。
【００１４】
はんだ接続用端子の素材としては、銅や銅合金等、一般的に導体として使用されている金属を使用することができる。また、はんだ接続用端子の下地である基材としては、セラミック、半導体、樹脂基板等でよく、特に限定されない。樹脂基板としては、フェノール、エポキシ、ポリイミド等のものが使用でき、さらに、剛性の強い板状の基材、柔軟なフレキシブル基材のいずれも用いることができる。
【００１５】
本発明のニッケルめっき皮膜は、ニッケル、又はコバルト、タングステン、銅、モリブデン、リン、ホウ素、窒素等の他の一種類以上の元素を含むニッケル合金の電解めっき皮膜、又は無電解めっき皮膜であることが好ましい。電解ニッケルめっきは直流電源を使用して、外部から陰極である導体端子に電気を供給してニッケル皮膜を形成する方法である。電解ニッケルめっき液中のニッケルイオン濃度は５０ｇ／Ｌから１５０ｇ／Ｌの間が好ましく、また、めっき時の条件として、電流密度は０．５Ａ／ｄｍ２から１０Ａ／ｄｍ２の間が好ましく、液温は３０℃から７０℃の間が好ましく、浸漬時間は０．５分から３分の間が好ましい。また、無電解ニッケルめっき皮膜はニッケルイオンとホスフィン酸塩等の還元剤の化学反応で導体端子上にニッケル皮膜を析出させる方法である。無電解ニッケルめっき液中のニッケルイオン濃度は１ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの間が好ましく、還元剤濃度は０．５ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの間が好ましく、また、めっき時の条件として、液温は６０℃から９０℃の間が好ましく、浸漬時間は０．５分から３分の間が好ましい。また、すべてのニッケルめっき皮膜がはんだに溶解するためには、ニッケルめっき皮膜厚みが０．０１μｍから０．５μｍの範囲であることが好ましく、０．０５μｍから０．３μｍの範囲であることがより好ましい。０．０１μｍ未満では、めっきの効果がなく接続の信頼性が向上せず、０．５μｍを越えると、ニッケルめっき皮膜のすべてがはんだに溶融しない場合が生じうるため、好ましくない。
【００１６】
本発明の金めっき皮膜は、金、又はコバルト、ニッケル、銀等の他の一種類以上の元素を含む金合金の電解めっき皮膜、又は無電解めっき皮膜であることが好ましい。電解金めっきは直流電源を使用して、外部から陰極である導体端子に電気を供給して金皮膜を形成する方法である。また、無電解金めっき皮膜は化学反応で導体端子上に金皮膜を析出させる方法である。また、金めっき皮膜厚みは０．０１μｍから１μｍの範囲であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の金めっき皮膜は、置換型無電解金めっき皮膜であることが好ましい。この置換型無電解金めっき皮膜は、導体上の金属がめっき液中に溶解して、代わりにめっき液中の金イオンが導体上に金として析出する、イオン化傾向の違いを利用しためっき反応により形成されるものである。置換型無電解金めっき液中の金イオン濃度は０．５ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの間が好ましく、また、めっき時の条件として、液温は６０℃から９０℃の間が好ましく、浸漬時間は３分から２０分の間が好ましい。
【００１８】
さらに、本発明の金めっき皮膜は、上記置換型無電解金めっき皮膜上に還元型無電解金めっき皮膜を形成した多層皮膜であることが好ましい。この還元型無電解金めっきは、めっき液中の金イオンが還元剤により置換型無電解金めっき皮膜上に形成されるものである。還元型無電解金めっき液中の金イオン濃度は０．５ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの間が好ましく、還元剤濃度は０．１ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの間が好ましく、また、めっき時の条件として、液温は４０℃から８０℃の間が好ましく、浸漬時間は５分から６０分の間が好ましい。
【００１９】
本発明の端子と各種電子部品とのはんだ接続の条件としては、リフロー炉を用いた方法等、従来公知の一般的な条件でよく、特に限定されないが、はんだの組成、ニッケルめっき皮膜厚さ等によって最適な条件が異なるため、実験により適宜決定することが好ましい。
【００２０】
本発明のはんだ接続用端子を形成しうる半導体搭載用基板としては、ＣＳＰ、ＢＧＡ、ＭＣＭ、配線板、および半導体チップの他、はんだバンプを有するＣＳＰ、ＢＧＡ、ＭＣＭ、配線板、および半導体チップなどが挙げられる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
厚さ１８μｍの銅箔を両面に貼り合わせた、厚さ０．５ｍｍの銅張りエポキシ積層板であるＭＣＬ−Ｅ−６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）の銅箔の不要な箇所をエッチング除去し、エッチングレジストを剥離し、はんだレジストを形成して、銅である導体パターンが露出したはんだ接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。
【００２２】
その半導体搭載用基板を、脱脂液であるＺ−２００（株式会社ワールドメタル製、商品名）に、液温５０℃で１分間浸漬し、室温で２分間水洗し、１００ｇ／リットルの過硫酸アンモニウム液に室温で１分間浸漬して、ソフトエッチングし、室温で２分間水洗し、１０重量％の硫酸に、室温で１分間浸漬して、酸洗して、室温で２分間水洗し、電解ニッケルめっき液であるレクトロニック（日本エレクトロプレイティングエンジニヤーズ株式会社製、商品名）に液温５０℃において２Ａ／ｄｍ２で１分間浸漬してニッケルめっき皮膜を形成し、室温で２分間水洗して、電解金めっき液であるオートロネクス（日本エレクトロプレイティングエンジニヤーズ株式会社製、商品名）に、液温８５℃、２Ａ／ｄｍ２で１０分間浸漬して、金めっき皮膜を形成した。ここで作成したニッケルめっき皮膜の厚みは０．１５μｍであり、金めっき皮膜は０．３５μｍであった。
【００２３】
実施例２
厚さ１８μｍの銅箔を両面に貼り合わせた、厚さ０．５ｍｍの銅張りエポキシ積層板であるＭＣＬ−Ｅ−６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）の銅箔の不要な箇所をエッチング除去し、エッチングレジストを剥離し、半田レジストを形成した、銅である導体パターンが露出したはんだ接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。
【００２４】
その半導体搭載用基板を、脱脂液であるＺ−２００（株式会社ワールドメタル製、商品名）に、液温５０℃で１分間浸漬し、室温で２分間水洗し、１００ｇ／リットルの過硫酸アンモニウム液に室温で１分間浸漬して、ソフトエッチングし、室温で２分間水洗し、１０重量％の硫酸に、室温で１分間浸漬して、酸洗して、室温で２分間水洗し、ＳＡ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）に室温で５分間浸漬して無電解めっきのための活性化処理を行い、室温で２分間水洗し、無電解ニッケルめっき液であるＮＩＰＳ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）に液温８５℃で１分間浸漬して、Ｎｉ−Ｐめっき皮膜を形成し、室温で２分間水洗し、非シアン系の置換型無電解金めっき液であるＨＧＳ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温８５℃で１０分間浸漬して、純金（純度９９．９重量％））の皮膜を形成した。ここで作成したニッケルめっき皮膜の厚みは０．１３μｍであり、金めっき皮膜は０．０５μｍであった。
【００２５】
実施例３
半導体搭載用基板をシアン系の置換型無電解金めっき液であるＩＭ−ＧＯＬＤ（日本高純度化学株式会社製、商品名）に、液温８５℃で１０分間浸漬し、純金（純度９９．９重量％））の皮膜を形成し、室温で２分間水洗し、続いて還元型無電解金めっき液であるＨＧＳ−２０００（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温６５℃で４０分間浸漬し、純金（純度９９．９重量％））の皮膜を形成した以外は、実施例２と同様にして、はんだ接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで作成したニッケルめっき皮膜の厚みは０．１４μｍであり、金めっき皮膜は０．４３μｍであった。
【００２６】
比較例１
ニッケルめっき皮膜および金めっき皮膜をまったく形成しなかった以外は、実施例１と同様にして、はんだ接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。
【００２７】
比較例２
電解ニッケルめっきの浸漬時間を２０分にしてニッケルめっき皮膜を形成した以外は、実施例１と同様にして半導体搭載用基板を作製した。ここで作成したニッケルめっき皮膜の厚みは４．２μｍであり、金めっき皮膜は０．３７μｍであった。
【００２８】
比較例３
無電解ニッケルめっきの浸漬時間を２０分にして無電解ニッケルめっき皮膜を形成した以外は、実施例２と同様にして半導体搭載用基板を作製した。ここで作成したニッケルめっき皮膜の厚みは４．１μｍであり、金めっき皮膜は０．０６μｍであった。
【００２９】
比較例４
無電解ニッケルめっきの浸漬時間を２０分にして無電解ニッケルめっき皮膜を形成した以外は、実施例３と同様にして半導体搭載用基板を作製した。ここで作成したニッケルめっき皮膜の厚みは４．４μｍであり、金めっき皮膜は０．４６μｍであった。
【００３０】
実施例１、２、３と比較例１、２、３，４で作製した半導体搭載用基板を１８０℃、２時間加熱した。その後、この基板の２５６箇所のはんだ接続用端子に、６０重量％錫と４０重量％鉛の共晶組成であるはんだボールをリフロー炉（最大温度２４０℃、３０秒）によって搭載した後、ボンドテスターＳＥＲＩＥＳ４０００（デイジー社製、商品名）を用いて、シェア速度５００μｍ／秒の条件ではんだボールのシェア（剪断）試験を行った。
【００３１】
この結果、実施例１、２、３のサンプルは、ニッケルめっき皮膜および金めっき皮膜の全てがはんだに溶解していたため、全てのはんだボールにおいて、はんだボール内での剪断による破壊であり、端子とはんだの接続は良好であった。しかし、比較例１のサンプルは、はんだ接続前の熱処理ではんだ端子の銅表面が酸化されて、はんだが濡れず、接続不良になった。また、比較例２、３、４のサンプルは、ニッケルめっき皮膜がはんだに完全に溶解していなかったため、約５０％の端子において、ニッケルめっきとはんだの界面で破壊が発生し、接続信頼性が不良であった。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明によれば、接続信頼性に優れた、はんだ接続用端子を提供することができる。