(57)【要約】    【目的】はんだ付けのような高温処理やフラックス使用を必要としないで、電子部品の電極と回路基板の電極とを確実に電気的に接続する電子機器の製造方法を提供する。    【構成】回路基板４の配線用銅膜41の電極パッド上に錫めっき膜3aを形成し、回路基板４の電極パッドに対向するＳＭＤの端子５の下側面上にも錫めっき膜3bを形成した後、両錫めっき膜3aおよび3bの表面をウィスカ成長促進処理し、錫めっき膜3aの外周部に接着剤６を所定の厚さで印刷して仮硬化し、その上にＳＭＤの端子５を搭載し、接着剤６を硬化させ、最後に、適当な温度で両錫めっき膜3aおよび3bからウィスカ31aを成長させ、ウィスカ31aで両錫めっき膜3aおよび3bを電気的に接続する。【選択図】        図１
2005109372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の電極と回路基板の電極とを電気的に接続する電子機器の製造方法であって、
両電極の表面にウィスカーを発生させる金属膜をそれぞれに形成した後、両電極の間に所定の間隔をおいて電子部品を回路基板上に固定し、両金属膜からウィスカーをそれぞれに成長させ、それぞれに成長させたウィスカー同士を接触させることによって両電極間を電気的に接続する、
ことを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項２】
前記電子部品が、電極だけで回路基板に接触する形状の表面実装型電子部品であり、
電子部品の電極および回路基板の電極の表面に前記金属膜を形成した後、電子部品の電極と回路基板の電極とを電極の一部を残して接着剤で接着して機械的に接合し、接着しなかった電極の部分に成長するウィスカーで両電極を電気的に接続する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器の製造方法。
【請求項３】
前記電子部品が、電極の表面および本体部の電極側の表面を同一平面上に有する形状の表面実装型電子部品であり、
電子部品の電極および回路基板の電極の表面に前記金属膜を形成した後、電極の表面と同じ平面上にある本体部の表面の全部または一部またはこれに電極の一部を含めた部分で、回路基板と電子部品とを接着剤で接着して機械的に接合し、接着しなかった電極の部分に成長するウィスカーで両電極を電気的に接続する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器の製造方法。
【請求項４】
前記金属膜として、錫めっき膜を用いる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器の製造方法。
【請求項５】
回路基板の電極の表面に形成された前記金属膜に、ウィスカーを成長させる前に予め５〜100ＭPaの圧力を印加する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子機器の製造において電子部品の電極と回路基板の電極とを電気的に接続する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の製造において、電子部品を回路基板に実装する場合には、電子部品の電極と回路基板の電極とをはんだによって接合（はんだ付け）する方法が最も一般的に採用されている。従来は、錫−鉛系の共晶はんだが最も一般的に用いられていたが、環境問題に関係して鉛の使用が規制され、鉛を含まないはんだ（鉛フリーはんだ）へ切り替えられつつある。このため、従来のはんだでは約70重量％であった錫の含有率が、90重量％以上となり、表面が酸化され易く、ウィスカーの発生が懸念されている。更に、鉛フリーはんだは、従来の錫−鉛系共晶はんだに比べて、濡れ性が劣ることから、十分なフィレットの形成が難しく、はんだ接合部の信頼性を確保する上の課題ともなっている。しかも、はんだによる接合には、200〜300℃の高温に加熱することが不可欠であるから、耐熱性の十分でない電子部品等には特別の注意が必要であり、更に、接合部やはんだの表面酸化膜を除去するためにフラックスを用いることから、絶縁性の信頼度を低下させる心配もある。
【０００３】
また、電子回路を構成する材料の１つとして、耐食性の良い錫めっき膜が広く採用されているが、めっき液の種類やめっき膜厚、下地金属の種類および添加元素等の影響によって、ウィスカーが成長し、電子回路を短絡させて不良を発生させる、というトラブルも発生している。このため、熱処理条件を見直し、下地金属の種類を変える等の対策によって、ウィスカーの成長を抑制している。
一方、上記のウィスカーを利用して、電極間を接続させようとする方法が、特許文献1等に開示されている。
図5は、この文献に示されている、ウィスカーを用いた電極間接続方法を説明するための断面図である。この文献に示された実施例においては、液晶パネルの平行した2枚のガラス基板1および1aの内面のそれぞれに形成されている透明電極２および2aを、接続用電極3から成長させたウィスカー31で接続している。接続用電極３は、両透明電極２および2aを接続する部分のガラス基板1a上に成膜されており、その表面にはウィスカー31を成長させる部分を除いて透明電極2aが成膜され、接続用電極３および透明電極2aの成膜条件を選定することによって、接続用電極３に応力を与え、ウィスカー31の成長を促進している。接続用電極３から成長したウィスカー31の先端が対向する透明電極２に到達することによって、両透明電極２および2aは導通状態となる。
【特許文献１】特開2003−186419号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、はんだ付けのような高温処理やフラックス使用を必要としないで、電子部品の電極と回路基板の電極とを確実に電気的に接続する電子機器の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、電子部品の電極と回路基板の電極とを電気的に接続する電子機器の製造方法であって、両電極の表面にウィスカーを発生させる金属膜をそれぞれに形成した後、両電極の間に所定の間隔をおいて電子部品を回路基板上に固定し、両金属膜からウィスカーをそれぞれに成長させ、それぞれに成長させたウィスカー同士を接触させることによって両電極間を電気的に接続する。
ウィスカーの成長には、はんだ付けほどの高温が必要ではなく、フラックスの使用も必要ではない。しかも、ウィスカーは、それを成長させている金属膜の金属の単結晶であって、電気伝導性に優れ、且つ両金属膜から成長したウィスカー同士の接触部は、成長したままの単結晶同士の接触となるので接触抵抗が低い。この結果として、この方法による接続部は優れた電気的接続部を形成する。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記電子部品が、電極だけで回路基板に接触する形状の表面実装型電子部品であり、電子部品の電極および回路基板の電極の表面に前記金属膜を形成した後、電子部品の電極と回路基板の電極とを電極の一部を残して接着剤で接着して機械的に接合し、接着しなかった電極の部分に成長するウィスカーで両電極を電気的に接続する。
上記の電子部品は、電極部での接着剤による接合で回路基板へ機械的に接合され、電極部でのウィスカー同士の接触で回路基板へ電気的に接続される。
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記電子部品が、電極の表面および本体部の電極側の表面を同一平面上に有する形状の表面実装型電子部品であり、電子部品の電極および回路基板の電極の表面に前記金属膜を形成した後、電極の表面と同じ平面上にある本体部の表面の全部または一部またはこれに電極の一部を含めた部分で、回路基板と電子部品とを接着剤で接着して機械的に接合し、接着しなかった電極の部分に成長するウィスカーで両電極を電気的に接続する。
【０００７】
上記の電子部品は、本体部等での接着剤による接合で回路基板へ機械的に接合され、電極部でのウィスカー同士の接触で回路基板へ電気的に接続される。
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記金属膜として、錫めっき膜を使用する。
錫めっき膜は、「背景技術」の項で説明したように、耐食性にも優れ、電子回路の構成材料として広く用いられており、めっき液の種類やめっき膜厚、下地金属の種類および添加元素等の選択によって、ウィスカーを成長させ易くすることができる。
請求項５の発明は、請求項１の発明において、回路基板の電極表面に形成された前記金属膜に、ウィスカーを成長させる前に予め５〜100MPaの圧力を印加する。
「実施例１」の項で後述するように、ウィスカーを成長させようとする金属膜に圧力を印加すると、ウィスカーの成長速度が加速される。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明においては、電子部品の電極および回路基板の電極の表面にウィスカーを発生させる金属膜をそれぞれに形成した後、両電極の間に所定の間隔をおいて電子部品を回路基板上に固定し、両金属膜からウィスカーをそれぞれに成長させ、それぞれに成長させたウィスカー同士を接触させることによって両電極間を電気的に接続する。ウィスカーの成長には、はんだ付けほどの高温が必要ではなく、フラックスの使用も必要ではない。しかも、ウィスカーは、それを成長させている金属膜の金属の単結晶であって、電気伝導性に優れ、且つ両金属膜から成長したウィスカー同士の接触部は接触抵抗が低いので、この方法による接続部は優れた電気的接続部を形成する。
したがって、この発明によれば、はんだ付けのような高温処理やフラックス使用を必要としないで、電子部品の電極と回路基板の電極とを確実に電気的に接続する電子機器の製造方法を提供することができる。
【０００９】
請求項２の発明においては、電子部品の電極および回路基板の電極の表面にウィスカーを発生させる金属膜をそれぞれに形成した後、電子部品の電極と回路基板の電極とを電極の一部を残して接着剤で接着して機械的に接合し、接着しなかった電極の部分に成長するウィスカーで両電極を電気的に接続するので、この発明による製造方法は、電極部のみで回路基板に接触する形状の表面実装型電子部品の実装に適している。
請求項３の発明においては、電子部品の電極および回路基板の電極の表面にウィスカーを発生させる金属膜をそれぞれに形成した後、電極の表面と同じ平面上にある本体部の表面の全部または一部またはこれに電極の一部を含めた部分で、回路基板と電子部品とを接着剤で接着して機械的に接合し、接着しなかった電極の部分に成長するウィスカーで両電極を電気的に接続するので、この発明による製造方法は、ＩＣチップのような電極面と本体部とが同一平面を有する形状の表面実装型電子部品の実装に適している。
【００１０】
請求項４の発明においては、前記金属膜として、錫めっき膜を使用する。錫めっき膜は、「背景技術」の項で説明したように、耐食性にも優れ、電子回路の構成材料として広く用いられており、めっき液の種類やめっき膜厚、下地金属の種類および添加元素等の選択によって、ウィスカーを成長させ易くすることができるので、ウィスカーを発生させる金属膜としては最適である。
請求項５の発明においては、回路基板の電極表面に形成された前記金属膜に、ウィスカーを成長させる前に予め５〜100MPaの圧力を印加する。「実施例１」の項で後述するように、ウィスカーを成長させようとする金属膜に圧力を印加すると、ウィスカーの成長速度が加速されるので、電極間を接続するのに要する時間を短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明による電子機器の製造方法は、電子部品の電極および回路基板の電極の表面にウィスカーを発生させる金属膜をそれぞれに形成し、両金属膜からウィスカーをそれぞれに成長させ、それぞれに成長させたウィスカー同士を接触させることによって両電極間を電気的に接続するので、両電極が一定の距離を保つように、電子部品が回路基板に固定されていることが必要条件となる。この条件は、表面実装型電子部品（以下ではＳＭＤと略称する）の実装において、例えば両電極間の一部を所定厚さの接着剤で接着すること等によって容易に実現される。
以下に、この発明の実施の形態について実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
この実施例は、実装対象となる電子部品が電極だけで回路基板に接触し本体部を回路基板に接触させない形状のＳＭＤである場合の表面実装方法に相当する。
図１は、この実施例を説明するための回路基板４とＳＭＤの端子５との接合・接続部を示す断面図である。
まず、回路基板４の配線用銅膜41の電極パッド部の表面およびＳＭＤの電極端子（図1では単に端子）５の先端の回路基板４に対向する部分の表面に、ウィスカーを成長させるための錫めっき膜3aおよび3bをそれぞれに形成し、その上にウィスカーの成長を促進するために、錫塩およびアルコールを主成分とする水溶液を塗布し乾燥させる。次に、回路基板4側の錫めっき膜3aに50 MPaの圧力を印加した後、錫めっき膜3aの外周部に所定の厚さ、例えば80μmの接着剤６をスクリーン印刷で印刷する。続いて、接着剤６を形状が崩れない程度まで仮硬化した後、接着剤６上へＳＭＤの電極端子５を載せ、接着剤６を硬化させて、回路基板４上にＳＭＤの電極端子５を接着して機械的に接合する。この状態においては、錫めっき膜3aと錫めっき膜3bとの間に、接着剤６で囲まれた空洞部７が存在する。最後に、所定の温度条件、例えば80℃、で熱処理して両錫めっき膜3aおよび3bからそれぞれにウィスカー31aを成長させ、接着しなかった電極の部分に成長するウィスカーで両電極を電気的に接続する。
【００１３】
この実施例によれば、はんだ付けのような高温処理やフラックス使用を必要としないので、耐熱性に劣る表面実装部品も問題なく実装することができ、フラックス使用に伴う信頼性への懸念もなくなる。
図3は、錫めっき膜からのウィスカーの成長速度と保持温度との関係を示す棒グラフであり、ウィスカーの成長速度が温度に大きく依存すること、および、樹脂コートによってウィスカーの成長速度が大幅に抑制されること、を示している。なお、図1においては、接着剤６に覆われた部分でもウィスカーは成長するが、成長速度が遅いので図示を省略している。
図４は、錫めっき膜からのウィスカーの成長速度と成膜後に加えた圧力との関係を示す相関図である。鋼板上に３μmの錫めっき膜を形成した後、膜の上面から１MPa〜500 MPaの圧力を印加して錫めっき膜に残留応力を与え、常温で約2.5ヶ月間放置してウィスカーを成長させ、成長したウィスカーの長さを測定し、その測定結果を基にして、ウィスカーの平均成長速度（μm／h）と加圧力（MPa）との相関関係を求めた。この関係を図に示したものが図４である。加圧力を増すとウィスカーの平均成長速度も増加することが分かる。したがって、回路基板4の電極パッド上に錫めっき膜3aを形成した後、回路基板の耐圧力性等を配慮して選定した圧力（例えば50 MPa）を錫めっき膜3aに印加すれば、ウィスカーの成長速度を大幅に増大させることができる。図1において、下方からのウィスカーが上方からのウィスカーより長く描かれているのは、錫めっき膜3aへの加圧効果を示したものである。
【００１４】
なお、図1には、厚さを制御した接着剤6のみが示されているが、仮硬化させた接着剤6の上にＳＭＤの電極端子５を載せて空洞部７の状態を安定させた状態で、ＳＭＤの電極端子５の先端部周辺に接着剤を塗布して、回路基板４へのＳＭＤの電極端子５の接合強度を補強することもできる。この場合には、錫めっき膜3bの側面に接着剤が塗布されるので、ここから側方へ成長しようとするウィスカーの成長を抑止する効果も得られる。
また、接着剤で接着する部分を錫めっき膜3aおよび3bの中央部とし、ウィスカーの成長部をその周辺部とすることもできる。
【実施例２】
【００１５】
この実施例は、実装対象となる電子部品が電極の表面および本体部の電極側の表面を同一平面上に有する形状の表面実装型電子部品、例えばＩＣチップ、である場合の表面実装方法に相当する。
図２は、この実施例を説明するための回路基板４とＩＣチップ８との接合・接続部を示す断面図である。
この実施例の場合には，ＩＣチップ８は、本体部で回路基板４に接着剤6aで接着されて機械的に接合され、回路基板４の配線用銅膜41の電極パット部に形成された錫めっき膜3aと、ＩＣチップ８の電極パッド82上に形成された錫めっき膜3cとは、接着剤6aの厚さに相当する間隔をおいて対向しており、両錫めっき膜3aおよび3cは、それぞれの膜から成長したウィスカ31bによって、電気的に接続されている。
【００１６】
この実施例が実施例１と異なる点は、接着剤で接合している部分が異なることであり、他のプロセスは同じである。この実施例の利点は、電気的な接続に錫めっき膜3aおよび3cの全面を利用できることである。
しかし、この実施例の対象電子部品の場合においても、接着剤の塗布領域を錫めっき膜3aおよび3cの一部まで広げることも可能であり、実施例１と同様に、錫めっき膜3aおよび3cの外周部に限ることも、錫めっき膜3aおよび3cの中央部に限ることも可能である。どの部分を機械的な接合に用い、どの部分を電気的な接続に用いるかは、必要な接合強度および導電性が得られることを必要条件として決めればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１を説明するための回路基板４とＳＭＤの端子５との接合・接続部を示す断面図
【図２】実施例２を説明するための回路基板４とＩＣチップ８との接合・接続部を示す断面図
【図３】錫めっき膜からのウィスカーの成長速度と保持温度との関係を示す棒グラフ
【図４】錫めっき膜からのウィスカーの成長速度と成膜後に加えた圧力との関係を示す相関図
【図５】従来技術によるウィスカーを用いた電極間接続方法を説明するための断面図
【符号の説明】
【００１８】
１、1a  ガラス基板
２、2a  透明電極
21  窓
３  接続用電極
31  ウィスカー
3a、3b、3c  錫めっき膜
31a、31b  ウィスカー
４  回路基板
41  配線用銅膜
５  ＳＭＤの端子
６、6a  接着剤
７  空洞部
８  ＩＣチップ
81  アルミ配線                      82  電極パッド
【図１】
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【図２】
2005109372.tif 000004
【図３】
2005109372.tif 000005
【図４】
2005109372.tif 000006
【図５】
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