(57)【要約】【課題】はんだめっき膜を有する電子部品と鉛フリーはんだの接続信頼性を向上させはんだと銅パッド間で生じる剥離を防止するはんだ付け方法を提供する。【解決手段】スルーホールめっき膜形成と同時に最外層の銅箔にも銅めっき膜が形成される多層プリント配線板において、この銅めっき膜を形成した後に微細な凹凸加工を行い、プリント配線板上の銅パッドとはんだの接触面積を増大させリフローはんだ接続部の接続強度を高める。【選択図】  図１
2004153215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだめっき膜を有する電子部品を、鉛フリーはんだを用いてプリント配線板に接続する方法であって、前記プリント配線板の銅パッド表面に凹凸を形成したあとに前記プリント配線板を接続することを特徴とするはんだ付け方法。
【請求項２】
銅パッド表面の凹凸をマイクロエッチングにより形成する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３】
銅パッド表面の凹凸を溝状に形成する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４】
請求項１に記載のはんだ付け方法を用いて作られたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビ、パーソナルコンピュータ、オーディオ、ビデオ、炊飯器、冷蔵庫等の電子機器のプリント配線板に鉛フリーはんだを用いてはんだめっき膜を有する電子部品を接続するためのはんだ付け方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、廃棄されたプリント配線板から溶出する鉛が地下水を汚染し、その地下水を長年摂取すると人体に影響を及ぼすことから鉛を含有しないはんだ、所謂「鉛フリーはんだ」の開発が進められている。リフローはんだ付け工法で使用される鉛フリーはんだとしてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉなどが実用化されている。
【０００３】
しかしプリント配線板に搭載される電子部品の電極に用いられるめっき膜の鉛フリー化は進んでいない。例えばＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）のリードフレームに使用されるめっき膜は、ＳｎとＰｂから構成される、所謂「はんだめっき」である。鉛フリーはんだを用いてはんだめっき膜を有する電子部品を接続した場合、接続部が高温になるとはんだ材の伸びが著しく低下するため、熱によるプリント配線板の反り、電子部品の変形などの応力を緩和することができず接続信頼性が低下する。
【０００４】
例えばプリント配線板上に形成された銅パッド表面にソルダーペーストをスクリーン印刷等で塗布したのち電子部品の電極部をソルダーペースト上に搭載しリフロー炉で加熱してはんだ接続するリフローはんだ付けを行い、次に電気部品のリードをスルーホールに挿入し溶融したはんだに浸漬させはんだ接続をするフローはんだ付けを行うリフロー／フロー混載実装工法はフローはんだ付けを行う時に、リフローはんだ付けした接続部は高温になり、はんだと銅パッド間で剥離が発生してしまうのである。
【０００５】
このような場合はんだ接続部の強度を向上させる方法として、例えばプリント配線板用生銅箔製造工程のドラム表面に微細な凹凸を形成してドラム表面から転写を行ったり、生銅箔表面をソフトエッチングしたりすることであらかじめ微細な凹凸を形成し、銅パッド表面積を増大させ電子部品の接続強度を大きくし接続信頼性を向上させるものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２１９５１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしリフロー工法やリフロー／フロー混載実装工法等で使用される多層プリント配線板は、各層間を接続するためスルーホール部にめっき膜を施す工程があり、この工程は最外層の銅パッド表面にもめっき膜を形成するためあらかじめ生銅箔部分に微細な凹凸加工を施しても凹凸部が覆われ消失してしまう問題がある。
【０００８】
本発明は多層プリント配線板を使用し電子部品を接続する方法において、リフローはんだ付け工法で接続されるはんだめっき膜を有する電子部品の接続信頼性を向上させ、剥離を防止するはんだ付け方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は多層プリント配線板の銅パッド表面にめっき膜を形成した後に凹凸加工を施したことを特徴とするはんだ付け方法で達成することができる。これによりはんだと銅パッドの接触面積が増大しリフローはんだ接続部の信頼性が向上しフローはんだ付け時に発生するリフローはんだ接続部の剥離を防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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。
【００１１】
（実施の形態１）
図１（ａ）〜図１（ｈ）は本実施の形態の一例であるはんだ付け方法の経過を説明するための概略図である。４は絶縁層で、この絶縁層４上に銅箔３がパターン形成されている。この絶縁層４とこの両面または片面に形成された銅箔３とで内層用銅張積層板５が形成されている。また内層用銅張積層板５の片面または両面には、プリプレグ２と生銅箔１が二次積層成形され、多層プリント配線板が構成されている。図１は多層プリント配線板上に電子部品を接続する工程を示しているものである。
【００１２】
まず、このプリント配線板に穴あけ加工を施し、スルーホール６が形成される（図１（ｂ））。次にスルーホール６が設けられたプリント配線板に銅めっき膜７を形成し、各層が接続される（図１（ｃ））。このとき最外層の銅箔１も同時に銅めっき膜７が形成される。
【００１３】
次にこの銅めっき膜７にマイクロエッチング処理を施すと、銅めっき膜７上には微細な凹凸が形成され、銅パット９を形成する（図１（ｅ））。マイクロエッチング処理では、エッチングする銅めっきの量が多くなるほどマイクロエッチング処理剤の能力が低下することや、銅パッド９以外の銅箔表面にも凹凸があるとソルダーレジストの密着強度が高まることから、銅箔３にパターンを形成した後にマイクロエッチングを施すのが好ましい。またマイクロエッチング処理剤としては有機酸、硫酸、過酸化水素等が好ましい。これらのマイクロエッチング処理剤は処理時間を変えることにより表面粗さを自由に調整することができる。表面粗さはＲａ＝１．５μｍ〜１０μｍが好ましい。
【００１４】
マイクロエッチング処理した後、凹凸が形成された銅めっき膜７上またはプリプレグ２上にソルダーレジスト８を塗布し（図１（ｆ））、さらにそのあとプリフラックス処理、外形加工などが行われ多層プリント配線板となる。
【００１５】
この多層プリント配線板と電子部品１１をはんだ接続するため、多層プリント配線板上の銅パッド９に鉛フリーはんだと溶剤、ロジン、活性剤、粘度安定剤等を混合したソルダーペースト１０がスクリーン印刷等により印刷される。このソルダーペースト１０上にはんだめっき膜を有する電子部品１１の電極１２を接触させリフロー炉にて加熱することによりはんだ付けが行われる（図１（ｇ））。
【００１６】
リフロー炉内は予備加熱１５０℃約６０秒、本加熱２００℃約３０秒、最高温度は２２０℃とした。リフローはんだ付けの後、リード付電気部品１３をスルーホール６に挿入し、２５５℃に保持されたはんだ槽へリフローはんだ接続した反対の面を浸漬させフローはんだ付けが行われる（図１（ｈ））。このときリフローはんだ付けした接続部１４は１７０℃以上の高温状態になる。
【００１７】
多層プリント配線板上の銅パッド９の表面に微細な凹凸が形成されていると次のような効果が得られる。すなわち、はんだと銅パッド９の接触面積が増大するため、はんだめっき膜を有する電子部品の電極とプリント配線板上の銅パッド９との接続強度が向上し、フローはんだ付け等ではんだ接続部が高温状態になっても、はんだと銅パッド９間での剥離は発生せず、安定したはんだ接続が可能となる。
【００１８】
また銅パッド表面の凹凸によるはんだの塗れ広がり性、スルーホール部銅めっき膜表面の凹凸によるフローはんだ付け時のはんだの塗れ上がり性などが向上する効果もある。
【００１９】
（実施の形態２）
図２は本実施形態によるはんだ付け方法の概略図である。（実施の形態１）と同様にはんだ付けを行うのにあたり、  図１（ｄ）で得られた銅パッド２３上に薄い金属板２０を押しあて溝状に微細な凹凸を形成する。この後、（実施の形態１）と同様にはんだ付けを行うとフローはんだ付け等ではんだ接続部が高温状態になってもはんだと銅パッド間での剥離は発生せず安定したはんだ接続が可能となる。
【００２０】
（実施の形態３）
（実施の形態１）と同様にはんだ付けを行うのにあたり、  図１（ｄ）で得られた銅パッド９上に、金属針等を押し当てて微細なディンプル状の凹凸を形成する。この後、（実施の形態１）と同様にはんだ付けを行うとフローはんだ付け等ではんだ接続部が高温状態になってもはんだと銅パッド間での剥離は発生せず安定したはんだ接続が可能となる。
【００２１】
（実施の形態４）
（実施の形態１）と同様にはんだ付けを行うのにあたり、  図１（ｄ）で得られた銅パッド９上にサンドブラスト処理を施すことで、微細な凹凸を形成する。サンドブラスト材はスチール、アルミナ、炭化珪素、ガラス、樹脂等を使用する。サンドブラスト処理はソルダーレジストの密着強度を高める効果があるのでソルダーレジスト塗布前に行うのが好ましい。この後、実施の形態１と同様にはんだ付けを行うとフローはんだ付け等ではんだ接続部が高温状態になってもはんだと銅パッド間での剥離は発生せず安定したはんだ接続が可能となる。
【００２２】
（実施の形態５）
（実施の形態１）と同様にはんだ付けを行うのにあたり、  図１（ｄ）で得られた銅パッド上に研磨ブラシ等にて微細な凹凸を形成する。研磨ブラシ処理はソルダーレジストの密着強度を高める効果があるのでソルダーレジスト塗布前に行うのが好ましい。この後、実施の形態１と同様にはんだ付けを行うとフローはんだ付け等ではんだ接続部が高温状態になってもはんだと銅パッド間での剥離は発生せず安定したはんだ接続が可能となる。
【００２３】
【実施例】
以下本発明の実施例を示す。
【００２４】
（実施例１）
・銅パッド処理（マイクロエッチング）
Ｒａ＝２μｍ
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８９．０重量％
Ｚｎ      ８．０重量％
Ｂｉ      ３．０重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ        残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（実施例２）
・銅パッド処理（マイクロエッチング）
Ｒａ＝３μｍ
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８９．０重量％
Ｚｎ      ８．０重量％
Ｂｉ      ３．０重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ            残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（実施例３）
・銅パッド処理（マイクロエッチング）
Ｒａ＝５μｍ
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８９。０重量％
Ｚｎ      ８。０重量％
Ｂｉ      ３。０重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ            残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（実施例４）
・銅パッド処理（マイクロエッチング）
Ｒａ＝１０μｍ
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８９。０重量％
Ｚｎ      ８。０重量％
Ｂｉ      ３。０重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ            残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（実施例５）
・銅パッド処理（マイクロエッチング
Ｒａ＝２μｍ
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ９６．５重量％
Ａｇ      ３．０重量％
Ｃｕ      ０．５重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ            残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（実施例６）
・銅パッド処理（マイクロエッチング）
Ｒａ＝２μｍ
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８８．０重量％
Ａｇ      ３．５重量％
Ｉｎ      ８．０重量％
Ｂｉ      ０．５重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ            残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（実施例７）
・銅パッド処理（溝状）
幅        １００μｍ
深さ        １５μｍ
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８９．０重量％
Ｚｎ      ８．０重量％
Ｂｉ      ３．０重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ            残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（実施例８）
・銅パッド処理（ディンプル形状）
直径        ２５μｍ
深さ        １５μｍ
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８９。０重量％
Ｚｎ      ８。０重量％
Ｂｉ      ３。０重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ            残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（実施例９）
・銅パッド処理（サンドブラスト）
ブラスト材          Ａｌ０２
粒子                １０μｍ
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８９．０重量％
Ｚｎ      ８．０重量％
Ｂｉ      ３．０重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ                      残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（実施例１０）
・銅パッド処理（研磨ブラシ）
Ｒａ＝２〜５μｍ
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８９．０重量％
Ｚｎ      ８．０重量％
Ｂｉ      ３．０重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ                      残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（比較例１）
・銅パッド未処理
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８９．０重量％
Ｚｎ      ８．０重量％
Ｂｉ      ３．０重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ            残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（比較例２）
・銅パッド処理（マイクロエッチング）
Ｒａ＝１μｍ
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８９．０重量％
Ｚｎ      ８．０重量％
Ｂｉ      ３．０重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ            残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（比較例３）
・銅パッド未処理
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８９．０重量％
Ｚｎ      ８．０重量％
Ｂｉ      ３．０重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ            残部
Ｂｉ    ５〜１５重量％
（比較例４）
・銅パッド未処理
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ９６．５重量％
Ａｇ      ３．０重量％
Ｃｕ      ０．５重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ            残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
（比較例５）
・銅パッド未処理
・鉛フリーはんだ
Ｓｎ    ８８．０重量％
Ａｇ      ３．５重量％
Ｉｎ      ８．０重量％
Ｂｉ      ０．５重量％
・電子部品電極めっき膜
Ｓｎ            残部
Ｐｂ    ５〜１５重量％
上記実施例の銅パッド処理を施したプリント配線板と比較例のプリント配線板用いて試験基板を試作し信頼性評価を行う。
【００２５】
プリント配線板に使用した内層用両面銅張積層板はガラス布基材エポキシ樹脂両面銅張積層板であり、厚さは１。０ｍｍ、銅箔は３５μｍである。外層用銅箔の厚さは１８μｍである。二次積層成形した後、穴あけ加工、銅めっき膜を施す。銅めっき膜は２０〜２５μｍの厚さである。ソルダーペーストはエッチングにより開口部を有するメタルマスク（厚み１３０μｍ）を使用し金属スキージにてプリント配線板の銅パッド上に印刷する。表面実装部品は樹脂封止リードフレーム付半導体パッケージを使用した。リードはピン間隔０。５ｍｍ、ピン数は２０４でありリードフレーム材が銅合金である。この電子部品をソルダーペーストが印刷された銅パッド部にマウントし、大気熱風リフロー炉を用いてはんだ接続部の最高温度が２２０℃になるよう設定しはんだを溶融させ接続する。表面実装部品をはんだ付けした後、電気部品のリードをスルーホールに挿入し、２５５℃に保持されたはんだ槽を有するフローはんだ付け装置にてプリント配線板とリードを接続する。
【００２６】
接続信頼性はフローはんだ付け後に半導体パッケージのリードフレームを斜め４５°方向に引張りリードフレームが銅パッドから引き剥がされる時の１ピンあたりの強度およびはんだと銅パッドの接続状態を走査型電子顕微鏡にて確認し評価した。評価結果を（表１）に示す。
【００２７】
【表１】
2004153215.tif 000003
【００２８】
（比較例３）のようにリードフレームのめっき膜をＳｎ−Ｂｉにすると銅パッド表面に凹凸を形成しなくともはんだと銅パッド間での剥離は発生せず、接続強度も銅パッドに表面処理を施したものよりも高い。しかし（比較例１）、（比較例４）、（比較例５）のようにはんだめっき膜を有するリードフレームを使用すると、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉいずれの鉛フリーはんだでも銅パッド表面に凹凸を形成しないとはんだと銅パッド間で剥離が発生してしまい、接続強度も著しく低下してしまう。
【００２９】
（実施例１）から１０のように銅パッド表面に凹凸を形成した場合、接続強度はリードフレームにＳｎ−Ｂｉめっき膜を施したものよりわずかながら低下するが必要な強度は得られており、はんだと銅パッド間の剥離も発生していない。ただし、比較例２のように銅パッド表面の凹凸が小さい場合は十分な接続信頼性が確保できず剥離が発生してしまう。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によるはんだ付け方法を行うことにより、はんだめっき膜を有する電子部品を使用してはんだ付けを行っても、はんだとプリント配線板上の銅パッド間で剥離が発生せず高い接続信頼性が得られ、電子部品の電極めっき膜が鉛フリーに移行する間であっても鉛フリーはんだを使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）積層前の多層プリント配線板の断面図
（ｂ）二次積層成形、スルーホール形成工程断面図
（ｃ）銅めっき膜形成工程断面図
（ｄ）回路パターン形成工程断面図
（ｅ）マイクロエッチング処理工程断面図
（ｆ）ソルダーレジスト塗布工程断面図
（ｇ）表面実装部品はんだ付け工程断面図
（ｈ）挿入部品はんだ付け工程断面図
【図２】本発明の実施の形態２におけるはんだ付け方法の断面図
【符号の説明】
１  外層用生銅箔
２  プリプレグ（絶縁層）
３  パターン形成した銅箔
４  絶縁層
５  内層用銅張積層板
６  スルーホール
７  銅めっき膜
８  ソルダーレジスト
９  銅パッド
１０  ソルダーペースト
１１  電子部品
１２  電極
１３  電気部品
１４  はんだ接続部
２０  金属板
２１  銅めっき膜
２２  銅箔
２３  銅パッド
２４  多層プリント配線板
【図１】
2004153215.tif 000004
【図２】
2004153215.tif 000005