(57)【要約】      （修正有）【課題】積層プリント基板に素子を内包したプリント基板の製造方法において、Ｓｎ系合金半田を内層の実装に使用した信頼性の高い素子を内包したプリント基板の製造方法を提供。【解決手段】素子実装面側に所望の表面実装用の素子をSn系合金半田を使用して表面実装し、実装基板の半田表面および素子の電極表面のSnをSnのエッチング液で選択エッチングすることにより、半田表面に、および電極表面を構成する他の金属のリッチ層およびこの金属表面に酸化膜28を形成するとともに、半田表面表面および電極表面に凹凸を形成する。【選択図】図６
2013069725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層プリント基板に素子を内包したプリント基板の製造方法において、該方法は、
プリント基板の素子実装面側に所望の表面実装用の素子をSn系合金半田を使用して表面実装し、
該表面実装した実装基板の半田表面および前記素子の電極表面において、前記半田表面および前記電極表面のSnをSnのエッチング液で選択エッチングすることにより、前記半田表面に、および前記電極表面を構成する他の金属のリッチ層および該金属表面に酸化膜を形成するとともに、前記半田表面および前記電極表面に凹凸を形成し、
前記実装基板の実装面上に積層樹脂シートおよび第２のプリント基板を順に積層し、加熱圧着することを特徴とする素子を内包したプリント基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、該方法はさらに、Snを前記選択エッチングした後に、前記実装基板を加熱することにより、前記半田表面に、および前記電極表面を構成する前記他の金属のリッチ層および該金属表面に酸化膜を形成することを特徴とする素子を内包したプリント基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記金属の表面の酸化膜の厚さを0.01〜5μmの間に形成することを特徴とする素子を内包したプリント基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の方法において、前記半田表面および前記電極表面の凹凸を0.1〜4.0μmに形成することを特徴とする素子を内包したプリント基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の方法において、前記半田表面および前記電極表面の表面から100nm深さの範囲においてSn成分が60％以下の組成に形成されることを特徴とする素子を内包したプリント基板の製造方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法において、前記実装基板を、酸素濃度1000ppm以上のもとで200℃以上で20秒以上の加熱することを特徴とする素子を内包したプリント基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗、コンデンサ、ＬＳＩなどの素子を積層プリント基板に内包したプリント基板の製造方法に関し、特に、内層への実装接続材料の表面処理方法に関するプリント基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このようなプリント基板の製造方法は、２層プリント基板の表裏に写真法によりCu（銅）の回路形成を行い、クリーム半田印刷し、リフロー半田付け方式により電子部品（素子）を実装する。その後、実装された基板の実装面上に積層樹脂シート（プリプレグ）および別の２層プリント基板の順に積層し、加熱圧着する。以降、積層されたプリント基板の表層に、通常のプリント基板と同様の製造方法でプリント回路が作成される。
【０００３】
このような方法で製造された素子を内包したプリント基板では、表層へ電子部品を表面実装する際の加熱により、あるいは、電子部品リワーク時の加熱により、内包されている素子の接合材料も再溶融する。再溶融した接合材料は、素子とエポキシ樹脂の隙間から基板上にしみ出し、素子間のショートを引き起こす場合がある。
【０００４】
非特許文献１には、埋め込んだ部品にレーザーで穴を明けCuめっきで接続することで、接合材料として半田を使用しない方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】福岡義孝監修、「部品内蔵配線板技術の最新動向」シーエムシー出版発行、第178頁〜第180頁「太陽誘電(株)部品内蔵基板（EOMINtm）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の素子を内包したプリント基板の製造方法において、電極面積、電極形状、めっき厚さがその寸法精度、レーザー穴明け条件を満足できないため、一般的な電子部品をそのまま使用することは難しく、専用の部品を使用しなければならないという問題あった。また、部品接合に半田を使用しない方法として、電極表面に金(Au)電極を用いた超音波接合方法があるが、下地に金メッキ処理をする必要があり、工程数が増加したり、専用装置が必要となったりするため、費用がかかるという問題もあった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑み、再溶融による電極間のショートを発生させることなく、実装方法が確立され信頼性も保証されているSn(錫)系合金半田を用いた実装方法により、部品実装する装置も既存の装置が使用でき、市販の一般的な電子部品がそのまま使用でき、製造上、使用上応用範囲の広いSn系鉛フリー半田を接続に使用することが可能な素子を内包したプリント基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
積層プリント基板に素子を内包した基板の製造方法によれば、プリント基板の素子実装面側に所望の表面実装用の素子をSn系合金半田を使用して表面実装し、表面実装した実装基板の半田表面および素子の電極表面において、半田表面および電極表面のSnをSnのエッチング液で選択エッチングすることにより、半田表面に、および電極表面を構成する他の金属のリッチ層および金属表面に酸化膜を形成するとともに、半田表面および電極表面に凹凸を形成し、実装基板の実装面上に積層樹脂シートおよび第２のプリント基板を順に積層し、加熱圧着することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プリント基板の中層にSn系合金半田で素子実装後、Snエッチング液により、半田表面のSnを選択エッチングし、他の金属のリッチ層を形成するとともに、半田表面層に凹凸を形成する。さらに加熱することにより、半田表面に酸化膜を形成する。これにより、半田表面に高融点酸化膜が形成され、表層へ電子部品を表面実装する際の加熱、または電子部品リワーク時の加熱による内層接合材料の溶融を防止することが可能である。また、半田表面層に形成された凹凸により積層時に層間樹脂との密着性が保たれるため、たとえ接合材料が溶融してもしみ出すことを防ぎ素子電極間のショートを防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ないし
【図８】本発明によるプリント基板の実施例における製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明によるプリント基板の実施例における半田層の成分解析結果を示すグラフである。
【図１０】本発明によるプリント基板の実施例における半田層の成分解析結果を示すグラフである。
【図１１】本発明によるプリント基板の実施例における信頼性試験およびその結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に添付図面を参照して本発明によるプリント基板の製造方法の実施例を詳細に説明する。ここでは４層からなる部品を内包したプリント基板の製造方法について図１〜図８を参照して説明する。
【００１２】
まず、内包される電子部品を実装する内層プリント基板10を形成する（図１）。この形成方法は従来技術でよいので概略だけを述べると、従来の２層の基板、すなわち１枚の絶縁基板の両面にCuが貼付け設置された基板材料12の銅箔14を、従来技術の露光工程、エッチング工程を含む写真法によりパターニング処理を行い、所望のCuの回路パターン16を形成する（図２）。
【００１３】
次に、Cu表面粗化処理剤を用いて回路パターン16を含む銅箔14の表面に対してCuエッチングを行い、表面を粗化する（図３）。このことにより後工程の積層、熱圧着工程での密着性を図ることができる。また、Cu表面粗化工程では、同時にCuの酸化を防止するための防錆処理を行う。
【００１４】
このように形成された内層プリント基板10に、従来技術をそのまま利用して、電子部品18の実装を行う。たとえば、クリーム半田印刷工程、電子素子マウント工程、リフロー加熱工程を経て半田による実装を行い、実装基板20を形成する（図４）。クリーム半田22としてSn系合金半田を用い、また電子部品には一般仕様の電子部品(電子素子)18が使用できる。勿論、リフロー加熱の代わりにフロー加熱を用いても構わない。
【００１５】
引き続き、Sn系合金半田24の表面を、Snのみを溶解し他の金属は溶解しないか溶解速度が非常に遅い特性のSnエッチング液を用いてSnの選択エッチングを行う（図５）。このとき、Snエッチング液が強アルカリ系の場合にはエッチング液に浸して、また酸系の場合には溶解速度の差を利用して、半田表面に0.1〜4.0μmの凹凸面26を形成する。
【００１６】
CuはSnの選択エッチングでは溶解しないので、Cuの回路パターンの粗化状態は保たれる。
【００１７】
さらに、内層プリント基板10を加熱することにより、表面の酸化膜28が強固に形成されるとともに、表面層の金属間の合金化を促進させ、高融点に変質させる（図６）。ただし、加熱は実装した部品の信頼性が保てる範囲内とする。ここではリフロー炉を使用し、ピーク温度250℃かつ230℃保持時間20秒で処理した。
【００１８】
ここで、XPS（X線光電子分光）分析により、Snの選択エッチングの前後における、表層から深さに対する各元素の成分比率の分析結果を図９、図１０に示す。Sn成分の飽和域がエッチング前の約200nmからエッチング後はグラフの延長から推測して約420nmまで後退しているがAg、Cuは変化が殆どみられず、結果Ag、Cuリッチ状態に推移したことが分かる。さらに、O(酸素)成分がエッチング前の約95nmからエッチング後に約250nmと約150nmの増加が観察された。このことは、Snエッチング液に使用されている酸化剤により、および、加熱、ここではリフロー炉を使用し、ピーク温度250℃かつ230℃保持時間20秒で処理により半田表面に金属の酸化膜層が形成されたことを示している。
【００１９】
このように半田表面の処理された実装基板は、従来技術に基づき、実装面上に、積層樹脂シート30、予め片面にパターンが形成された第２の２層プリント基板32を順に積層し（図７）、加熱圧着する（図８）。
【００２０】
この結果、加熱、加圧され軟化した積層樹脂シート30と、内層の実装基板の粗化されたCu表面および凹凸化された半田表面とが確実に密着された４層からなる部品を内包したプリント基板が得られる。
【実施例】
【００２１】
ガラスエポキシ材に銅箔を貼り付けた基板材料を準備し、写真法により実装層面に所定のパターンを形成した。
【００２２】
パターン形成後Cu表面を粗化処理した。荏原ユージライト製銅表面粗化処理剤（エバケムネオブラウンプロセス）により、平均2μmのCuエッチングを行った。
【００２３】
Cu表面粗化については、BO（黒染め）処理および還元処理を行ってもよい。
【００２４】
部品実装接合用のクリーム半田として、Sn(96.5%)-Ag(3.0%)-Cu(0.5%)系の千住金属製鉛フリー半田（型番:Ｍ705−DSRシリーズ）を用いた。
【００２５】
スクリーン印刷機にてメタル版を用いて印刷した。その後、部品をマウントした。
【００２６】
リフロー条件は、240℃ピークとし、150〜180℃を40〜80秒、220℃以上を20〜30秒確保する条件で行った。
【００２７】
半田表面のエッチングは、Snを選択的にエッチングするものがよい。ここでは、メルテックス製の半田剥離液（エンストリップTL−105）を用いた。酸系のエッチング液であり、Snを優先的にエッチングするがCu、Agは微量にエッチングされる。液温25℃、60秒浸漬することにより、半田表面に約3μmの凹凸が形成される。
【００２８】
Sn剥離液は純水洗浄を行い、十分除去する。その後、すばやく水分を除去する。水中に浸漬することにより、露出したCu表面の酸化を促進してしまう。また、取り出した際、水滴でぬれた状態にムラがあると、そのまま外観ムラが発生するため、取り扱いに注意が必要である。
【００２９】
リフロー加熱処理を行う。リフロー条件は、240℃ピークとし、150〜180℃を40〜80秒、220℃以上を20〜30秒確保する条件で行った。加熱の条件は、実装部品により異なる。実施には200℃以上を20秒以上確保する条件とする。
【００３０】
その後、積層樹脂シートを用いて、層構成し、部品を内包した基板とする積層プレスを行う。以降、表層の穴あけ、表層パターン形成、レジスト形成、Cu表面処理を行い、部品を内包したプリント基板が製造される。
【００３１】
完成した素子を内包したプリント基板について図１１に示す各種の試験を実施した。次にその一部示す。
【００３２】
繰り返しリフロー試験として、吸湿(40℃、90％、196時間)後、260℃ピークのリフロー条件で、リフローを10回繰り返した。その結果、電気的に抵抗の変化は見られず部品間のショートの発生も見られなかった。また、超音波探傷機（SAT）を用いた検査で、ガラスエポキシ表面に膨れや剥離は見られなかった。
【００３３】
冷熱衝撃試験として、吸湿(40℃、90％、196時間)後、260℃ピークのリフロー条件で、リフローを2回繰り返した後、−65℃/30分から＋125℃/30分の往復操作をを1000サイクル実施した。その結果、抵抗変化率は±10％以内であり、ショートの発生は見られなかった。また、SATを用いた検査で、ガラスエポキシ表面に膨れや剥離は見られなかった。
【００３４】
その他の試験についても問題はみられなかった。
【００３５】
また、製品を製造ラインに流した結果、従来工法では、約５％のショートが発生していたが、本工法では、ショートの発生は皆無(０％)であった。この方法により、部品電極間のショートを防止することが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００３６】
10  内層プリント基板
12  基板材料
14  銅箔
16  回路パターン
18  電子部品（素子）
20  実装基板
22  クリーム半田
24  Sn系合金半田
26  凹凸面
28  酸化膜
30  積層樹脂シート
32  第２の２層プリント基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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