(57)【要約】【課題】鉛フリーはんだを用いてそのはんだが銅を侵食することがなく、また、電子部品等にダメージを与えることのない低温でリフローを行うことができる前記配線基板を提供すること。【解決手段】配線基板の銅電極２ａ上に予備はんだ層３を設け、この予備はんだ層３に、鉛を含まない本はんだ４によって電気部品又は電気回路を接合するに際して、予備はんだ層３として、錫、銅、ニッケルの少なくとも３種の金属を含むはんだを使用する。予備はんだ層３がバリアメタル層として働いて本はんだ４による銅電極の侵食を防ぎ、また、電気部品又は電気回路の接合は本はんだ４によって行われるため、高温のリフロー工程を必要とせず、電子部品等にダメージを与えることもない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に露出している銅電極を備える配線基板と、この銅電極上に設けられた予備はんだ層とを具備し、
前記予備はんだ層に、鉛を含まない本はんだによって電気部品又は電気回路を接合する予備はんだ付き配線基板において、
前記予備はんだ層が、錫、銅、ニッケルの少なくとも３種の金属を含むはんだであることを特徴とする予備はんだ付き配線基板。
【請求項２】
前記本はんだが、予備はんだ層より低い融点を有することを特徴とする請求項１記載の予備はんだ付き配線基板。
【請求項３】
前記本はんだが、錫、銀及び銅を含むことを特徴とする請求項１記載の予備はんだ付き配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛を含まない本はんだによって電気部品又は電気回路を接合する予備はんだ付き配線基板に関するものである。電気部品としては、例えば、半導体素子が例示できる。
【０００２】
また、本発明の予備はんだ付き配線基板に電気部品を搭載して、これを母基板に実装することもでき、このような母基板を前記電気回路として例示することができる。また、本発明の予備はんだ付き配線基板を前記母基板とし、電気部品を搭載した配線基板を前記電気回路として、この両者を接合することも可能である。
【背景技術】
【０００３】
配線基板に電気部品や電気回路を接合する際には、はんだ接合が広く行なわれており、このはんだとして、長い間、鉛と錫の合金が使用されてきた。
【０００４】
近年、鉛による環境汚染が問題とされており、従来の鉛入りはんだから、鉛を使わないいわゆる鉛フリーはんだへの移行が進展している。例えば、錫と銀の合金、あるいは錫と銀に更に第三成分を加えた合金から構成されるはんだなどである。第三成分としては、例えば、ニッケル等が利用されている（特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特許第３５７５３１１号公報
【特許文献２】特許第３５０１７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の鉛を含有したはんだの場合には、銅電極にはんだを搭載してリフローを行うと銅とはんだの間に銅／鉛合金層が形成され、この銅／鉛合金層がバリアメタル層となって、はんだによる銅電極の侵食を防止していた。
【０００６】
しかし、前記錫―銀系鉛フリーはんだを銅電極上に搭載してリフローを行うと、バリアメタル層が形成されず、このため、はんだが銅を侵食し、銅電極がはんだ中に拡散して溶け込むという問題があった。
【０００７】
他方、前記錫―銀―ニッケル系鉛フリーはんだを利用すると、銅電極の侵食を防ぐことができるが、錫―銀―ニッケル系鉛フリーはんだはその融点が高く、このため、リフローの際に電子部品等にダメージを与えやすいという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、その課題は、鉛フリーはんだを用いてそのはんだが銅を侵食することがなく、また、電子部品等にダメージを与えることのない低温でリフローを行うことができる前記配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、表面に露出している銅電極を備える配線基板と、この銅電極上に設けられた予備はんだ層とを具備し、
前記予備はんだ層に、鉛を含まない本はんだによって電気部品又は電気回路を接合する予備はんだ付き配線基板において、
前記予備はんだ層が、錫、銅、ニッケルの少なくとも３種の金属を含むはんだであることを特徴とする予備はんだ付き配線基板である。
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、予備はんだ層が錫、銅、ニッケルの少なくとも３種の金属を含むはんだであり、この予備はんだ層がバリア層として働くため、本はんだによる銅電極の侵食を防ぐことができる。しかも、電気部品又は電気回路の接合は本はんだによって行われるため、予備はんだのリフロー温度より高温のリフロー工程を必要とせず、電子部品等にダメージを与えることなく配線基板に接続できる。すなわち、請求項１に係る発明は、銅電極の侵食と電子部品等の損傷とを共に防止して、錫−銀−ニッケル系鉛フリーはんだによる接合を可能としたのである。
【００１１】
次に、請求項２及び３に係る発明は、この予備はんだ付き配線基板をその使用方法によって特定したものである。
【００１２】
すなわち、請求項２に係る発明は、前記本はんだが、予備はんだ層より低い融点を有することを特徴とする請求項１記載の予備はんだ付き配線基板であり、
請求項３に係る発明は、前記本はんだが、錫、銀及び銅を含むことを特徴とする請求項１記載の予備はんだ付き配線基板である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、銅電極の侵食と電子部品等の損傷とを共に防止して、錫−銀−ニッケル系鉛フリーはんだによる接合が可能となる。
【００１４】
そして、このため、従来の金めっき等による表面処理と同じように、万一電気部品等の接続に失敗した場合にも、これらはんだを剥離することで配線基板のリペアが行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、図面を参照して本発明を説明する。図１は本発明の予備はんだ付き配線基板に本はんだ４を設けてリフローした状態を示す説明図である。
【００１６】
本発明に係る予備はんだ付き配線基板は、配線基板と予備はんだ層とを必須の要件として具備するものである。配線基板は、一般に、絶縁基材層１と、配線層２とを、それぞれ一層以上積層して構成される。図示の例は、絶縁基材層１を一層とし、配線層２を一層として、これらを互いに積層したものである。また、例えば、絶縁基材層１を一層とし、配線層２を二層として、絶縁基材層１の両面に、各配線層２を積層したものであっても良い。また、絶縁基材層１と配線層２とをそれぞれ複数層として、これら絶縁基材層１と配線層２を交互に積層して構成される配線基板を適用することもできる。
【００１７】
絶縁基材層１としては、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック系絶縁基材のほか、ガラス／エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の有機系絶縁基材を使用することができる。
【００１８】
また、配線層２としては、銅箔、銅メッキ層、金属ペースト等が利用できる。銅箔又は銅メッキ層を利用する場合には、絶縁基材層１上にこれら銅箔又は銅メッキ層を形成した後、エッチングして配線パターンを形成することができる。また、金属ペーストを利用する場合には、この金属ペーストを配線パターンに印刷すれば良い。これらはいずれも周知の方法である。
【００１９】
この配線基板は、その表面の一部に、前記配線層２に導通した銅電極２ａを有する必要がある。銅電極２ａは前記配線層２の一部として設けられても良い。この理由から、前記配線層２として銅箔又は銅メッキ層を利用することが望ましい。
【００２０】
また、前記予備はんだ層３は、銅電極２ａ上に、これと電気的接触を保つように設けられる。この予備はんだ層３を位置精度良く銅電極２ａ上に設けて、前記配線層２の他の部位との短絡を防ぐため、銅電極２ａを除く前記配線層２上にソルダーレジスト５を設けて銅電極２ａを選択的に露出させた後、この銅電極２ａ上に予備はんだ層３を設けることが望ましい。ソルダーレジストとしては電気絶縁性の感光性樹脂を用いることができ、これを配線層２上に塗布した後、露光・現像して、銅電極２ａを選択的に露出させることができる。
【００２１】
予備はんだ層３は、錫、銅、ニッケルの少なくとも３種の金属を含むものである。この予備はんだ層３は、銅電極２ａと本はんだ４とを接合すると共に、銅電極２ａの侵食を防止するバリア層の役割を果たす。この予備はんだは、銅電極２ａの上に設けて、その融点以上の温度でリフローして使用する。リフローは、後述する本はんだを設ける前に行うことが望ましい。
【００２２】
そして、この予備はんだ付き配線基板は、図示のように、予備はんだ層３の上に本はんだ４を設け、リフローして使用する。本はんだのリフローは、予備はんだの融点未満の温度で、かつ、本はんだの融点以上の温度で行う必要がある。このため、本はんだの融点は予備はんだの融点より低いことを要する。なお、本はんだを設ける前に、固定材としてフラックスを塗布することが望ましい。
【００２３】
本はんだ４としては、鉛フリーはんだが好ましく、中でも、予備はんだ層３より融点の低い鉛フリーはんだが好ましく使用できる。例えば、錫、銀及び銅の３種類の金属元素から構成されるはんだである。なお、この錫−銀−銅の三元系鉛フリーはんだの融点はおよそ２２０℃である。
【００２４】
＜試験例＞
ガラス／エポキシ樹脂を絶縁基材層として両面に銅箔を積層した銅張り積層板を使用して、脱脂、酸洗、洗浄、乾燥の各工程の後、その片面に、感光性ソルダーレジスト（太陽インキ製造（株）製：ＰＳＲ−４０００）を厚さ３０μｍになるように暗室内でコーティングし、９０℃でソルダーレジストを乾燥させた。
【００２５】
次に該感光性ソルダーレジストに直径５００μｍのドットパターンが２０個×２０個の格子状に配列されるようにパターンを焼き付け、その後１％炭酸ナトリウム水溶液にて現像して前記ドットを露出させて電極とし、その後１５０℃で３０分間加熱してソルダーレジストを完全に硬化させた。
【００２６】
次にこの配線基板のドット状電極に錫-銅-ニッケルの三元系鉛フリーはんだペースト（（株）日本スペリア製：ＳＮ１００Ｃ  ＰＦ−２５ＦＭＱ，融点約２３０℃）を印刷し、その融点以上に加熱してリフローを行った。
【００２７】
次にこの配線基板のドットパターンの電極に樹脂系フラックス（千住金属（株）製：デルタラックス５２９Ｄ−１）をピンで転写しておき、該フラックスを固定材として直径７６０マイクロメートルの錫−銀−銅の三元系鉛フリーはんだボール（千住金属（株）製：エコソルダーＭ７０５，融点約２２０℃）を１個のドットに１個ずつ配置し、前記予備はんだの融点（約２３０℃）未満、本はんだの融点（約２２０℃）以上の温度に加熱してリフローを行った。
【００２８】
この結果、従来の鉛フリーはんだを使用したものに比較して、銅箔の侵食量が約５μｍも少なく、銅箔の侵食が抑えられていることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を断面で示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１・・・・絶縁基材層
２・・・・配線層
２ａ・・・銅電極
３・・・・予備はんだ層
４・・・・本はんだ
５・・・・ソルダーレジスト
【図１】
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