JP3444245B2 - 無電解ニッケル／金メッキへのはんだ付け方法、配線構造体、回路装置及びその製造方法 - Google Patents
無電解ニッケル／金メッキへのはんだ付け方法、配線構造体、回路装置及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、無電解ニッケル
／金メッキへのはんだ付け方法、さらには、配線構造
体、回路装置及びこれらの製造方法に関する。
／金メッキへのはんだ付け方法、さらには、配線構造
体、回路装置及びこれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子部品をプリント基板に実装する際の
電子部品とプリント基板配線との電気的な接続は、はん
だ付けによってなされることが多い。このはんだ付け
は、単に電気的な接続のみならず、電子部品をプリント
基板へ機械的に固定する役割も負っていることが多い。
このため、はんだ付けの強度を確保することが、実装技
術上の重要な要素の一つとなっている。しかしながら、
比較的大型の電子部品でははんだ付けの対象となる電極
の面積（すなわち、はんだ付けによる接合面積）が大き
いため、このはんだ付けの強度が設計上のネックとなる
ことは少なかった。このため、機械的性質が特に優れて
いるわけではないが必要十分な機械的強度が得られ、さ
らに、融点が低く扱いやすいという利点から、これまで
は、ＳｎとＰｂとの共晶はんだ（Ｓｎ−Ｐｂ共晶はん
だ）が多用されてきた。
電子部品とプリント基板配線との電気的な接続は、はん
だ付けによってなされることが多い。このはんだ付け
は、単に電気的な接続のみならず、電子部品をプリント
基板へ機械的に固定する役割も負っていることが多い。
このため、はんだ付けの強度を確保することが、実装技
術上の重要な要素の一つとなっている。しかしながら、
比較的大型の電子部品でははんだ付けの対象となる電極
の面積（すなわち、はんだ付けによる接合面積）が大き
いため、このはんだ付けの強度が設計上のネックとなる
ことは少なかった。このため、機械的性質が特に優れて
いるわけではないが必要十分な機械的強度が得られ、さ
らに、融点が低く扱いやすいという利点から、これまで
は、ＳｎとＰｂとの共晶はんだ（Ｓｎ−Ｐｂ共晶はん
だ）が多用されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、昨今の電子
部品の小型化はとどまることを知らず、ＣＳＰ（Ｃｈｉ
ｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれるＬＳＩのパッ
ケージに至っては、ベアチップとほとんど同サイズのパ
ッケージを実現するに至っている。そして、このような
超小型のパッケージにおいては当然ながら、はんだ付け
の対象となる電極面積（すなわち、はんだ付けによる接
合面積）も極めて小さくなっている。そして、このよう
なＣＳＰで構成された電子部品をプリント基板に搭載す
る場合には、当然ながら、電子部品の外部電極と直接接
合されることになるプリント基板のパッドも従来よりも
大幅に小さくせざるを得ない。
部品の小型化はとどまることを知らず、ＣＳＰ（Ｃｈｉ
ｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれるＬＳＩのパッ
ケージに至っては、ベアチップとほとんど同サイズのパ
ッケージを実現するに至っている。そして、このような
超小型のパッケージにおいては当然ながら、はんだ付け
の対象となる電極面積（すなわち、はんだ付けによる接
合面積）も極めて小さくなっている。そして、このよう
なＣＳＰで構成された電子部品をプリント基板に搭載す
る場合には、当然ながら、電子部品の外部電極と直接接
合されることになるプリント基板のパッドも従来よりも
大幅に小さくせざるを得ない。
【０００４】例えば、プリント基板のパッドとの接合に
供される外部電極が、直径約０．５ｍｍのはんだボール
を、０．８ｍｍピッチで配列することで構成されている
場合もある。そして、このようなサイズの電子部品に対
応するためには、プリント基板のパッドを直径０．４ｍ
ｍ程度にまで小さくせざるを得ない。この直径０．４ｍ
ｍのパッドとは、従来の０．５ｍｍピッチＱＦＰ（Ｑｕ
ａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）の電子部品を搭載する
際に使用されているパッドと較べて、その大きさ（面
積）が数分の一である。このように電子部品の小型化の
進展に伴って、はんだ付けによる接合面積が小さくなっ
ており、これまであまり問題とはなっていなかったはん
だ付け部分の機械的強度の確保が大きな問題となりつつ
ある。
供される外部電極が、直径約０．５ｍｍのはんだボール
を、０．８ｍｍピッチで配列することで構成されている
場合もある。そして、このようなサイズの電子部品に対
応するためには、プリント基板のパッドを直径０．４ｍ
ｍ程度にまで小さくせざるを得ない。この直径０．４ｍ
ｍのパッドとは、従来の０．５ｍｍピッチＱＦＰ（Ｑｕ
ａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）の電子部品を搭載する
際に使用されているパッドと較べて、その大きさ（面
積）が数分の一である。このように電子部品の小型化の
進展に伴って、はんだ付けによる接合面積が小さくなっ
ており、これまであまり問題とはなっていなかったはん
だ付け部分の機械的強度の確保が大きな問題となりつつ
ある。
【０００５】ところで、通常、配線はアルミ、銅で構成
されていることが多いが、これらはそのままでははんだ
付けに対する適性が低い。また、はんだ付けが行われる
までに錆びてしまうこともある。このため、はんだ付け
の対象となる配線部分（電極、パッド等）には、その表
面をはんだ付けに適した状態にするため、さらには、錆
を防止するために、表面処理が施されているのが通常で
ある。この表面処理としては、かつては、はんだメッキ
が行われていたが、近年では、ニッケル／金メッキも数
多くなってきている。
されていることが多いが、これらはそのままでははんだ
付けに対する適性が低い。また、はんだ付けが行われる
までに錆びてしまうこともある。このため、はんだ付け
の対象となる配線部分（電極、パッド等）には、その表
面をはんだ付けに適した状態にするため、さらには、錆
を防止するために、表面処理が施されているのが通常で
ある。この表面処理としては、かつては、はんだメッキ
が行われていたが、近年では、ニッケル／金メッキも数
多くなってきている。
【０００６】このメッキには、周知の通り、電気を流し
て行う電気メッキ法と、化学的な酸化還元反応を利用し
て行う無電解メッキ法とがある。電気メッキ法は安価で
はあるものの、原理上、パッケージ、プリント基板等に
通電のための配線を設ける必要がある。高密度化が進む
につれて、このメッキ用の配線が設計上の障害となるこ
とも増えており、最近では、無電解メッキ法への移行が
徐々に進みつつある。なお、ニッケルをメッキするため
の無電解メッキ法としては、ニッケル−リンメッキ法が
一般的である。
て行う電気メッキ法と、化学的な酸化還元反応を利用し
て行う無電解メッキ法とがある。電気メッキ法は安価で
はあるものの、原理上、パッケージ、プリント基板等に
通電のための配線を設ける必要がある。高密度化が進む
につれて、このメッキ用の配線が設計上の障害となるこ
とも増えており、最近では、無電解メッキ法への移行が
徐々に進みつつある。なお、ニッケルをメッキするため
の無電解メッキ法としては、ニッケル−リンメッキ法が
一般的である。
【０００７】ところが、ニッケルメッキ層をこの無電解
ニッケル−リンメッキ法によって形成したニッケル／金
メッキ（以下、「無電解ニッケル／金メッキ」と呼ぶ）
は、はんだ接合部の機械的強度が劣ることが明らかとな
った。例えば、パッド表面に無電解ニッケル／金メッキ
が形成されたプリント基板へＣＳＰ（外部電極（はんだ
ボール）：直径０．５ｍｍ、０．８ｍｍピッチ）をＳｎ
−Ｐｂの共晶はんだを用いてはんだ付けした場合には、
はんだ接合部においてニッケル層の界面からはんだが剥
離する剥離破壊が観察される。
ニッケル−リンメッキ法によって形成したニッケル／金
メッキ（以下、「無電解ニッケル／金メッキ」と呼ぶ）
は、はんだ接合部の機械的強度が劣ることが明らかとな
った。例えば、パッド表面に無電解ニッケル／金メッキ
が形成されたプリント基板へＣＳＰ（外部電極（はんだ
ボール）：直径０．５ｍｍ、０．８ｍｍピッチ）をＳｎ
−Ｐｂの共晶はんだを用いてはんだ付けした場合には、
はんだ接合部においてニッケル層の界面からはんだが剥
離する剥離破壊が観察される。
【０００８】無電解ニッケル／金メッキへのはんだ付け
において生じるこのような剥離破壊に対する保護対策と
して、はんだ付け後にはんだ付け部分の周辺に接着剤を
充填して固化させること等が行われている。例えば、Ｃ
ＳＰをプリント基板に実装する場合には、ＣＳＰとプリ
ント基板の間に接着剤を充填している。しかし、このよ
うな保護対策は、コストが高いという問題があった。
において生じるこのような剥離破壊に対する保護対策と
して、はんだ付け後にはんだ付け部分の周辺に接着剤を
充填して固化させること等が行われている。例えば、Ｃ
ＳＰをプリント基板に実装する場合には、ＣＳＰとプリ
ント基板の間に接着剤を充填している。しかし、このよ
うな保護対策は、コストが高いという問題があった。
【０００９】これ以外にも、はんだ付け面積を意図的に
大きくすることではんだ付け部分の強度を高める手法が
試みられている。つまり、電気的動作に本来は不要な大
型の補強電極を設け、これをはんだ付けすることで、全
体としてのはんだ付け強度を高め破壊を防止している。
しかしこの手法は、大型の補強電極を設けることが必要
であり、小型軽量というＣＳＰの最大の特徴を損なうも
のであった。
大きくすることではんだ付け部分の強度を高める手法が
試みられている。つまり、電気的動作に本来は不要な大
型の補強電極を設け、これをはんだ付けすることで、全
体としてのはんだ付け強度を高め破壊を防止している。
しかしこの手法は、大型の補強電極を設けることが必要
であり、小型軽量というＣＳＰの最大の特徴を損なうも
のであった。
【００１０】配線表面へ施す表面処理を変更することも
考えられる。例えば、無電解ニッケル／金メッキに代え
て、以前に行われていたはんだメッキを行うことも考え
られる。しかし、はんだメッキは、はんだメッキ後の平
滑性に劣るため、実装時に部品が安定せずに製造不良が
多発する可能性がある。特に、部品の小型化に伴っては
んだ付けの対象となる電極もより微細化しているため、
この問題は従来よりも大きい。この他にも有機被膜を用
いることも考えられる。しかし、有機被膜は防錆能力の
保持時間が短い等の問題があった。このように、無電解
ニッケル／金メッキに代わる実用的な表面処理技術がな
いのが現状であった。
考えられる。例えば、無電解ニッケル／金メッキに代え
て、以前に行われていたはんだメッキを行うことも考え
られる。しかし、はんだメッキは、はんだメッキ後の平
滑性に劣るため、実装時に部品が安定せずに製造不良が
多発する可能性がある。特に、部品の小型化に伴っては
んだ付けの対象となる電極もより微細化しているため、
この問題は従来よりも大きい。この他にも有機被膜を用
いることも考えられる。しかし、有機被膜は防錆能力の
保持時間が短い等の問題があった。このように、無電解
ニッケル／金メッキに代わる実用的な表面処理技術がな
いのが現状であった。
【００１１】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、無電解ニッケル／金メッキへの信頼性の高いは
んだ付け方法、さらには、これを適用した配線構造体、
回路装置及びこれらの製造方法を提供することを目的と
している。
もので、無電解ニッケル／金メッキへの信頼性の高いは
んだ付け方法、さらには、これを適用した配線構造体、
回路装置及びこれらの製造方法を提供することを目的と
している。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、無電解ニッケル−リンメッ
キ法によって形成されたニッケル層と、この上に形成さ
れた金層とから構成された無電解ニッケル／金メッキへ
のはんだ付け方法に係り、前記ニッケル層との接合界面
において、カリフラワー状の金属間化合物を形成するは
んだを用いることを特徴としている。。
に、請求項１記載の発明は、無電解ニッケル−リンメッ
キ法によって形成されたニッケル層と、この上に形成さ
れた金層とから構成された無電解ニッケル／金メッキへ
のはんだ付け方法に係り、前記ニッケル層との接合界面
において、カリフラワー状の金属間化合物を形成するは
んだを用いることを特徴としている。。
【００１３】また、請求項２記載の発明は、無電解ニッ
ケル−リンメッキ法によって形成されたニッケル層と、
この上に形成された金層とから構成された無電解ニッケ
ル／金メッキへのはんだ付け方法に係り、前記ニッケル
層との接合界面において、スズと銅とを主成分とし、さ
らにニッケルを含んだ金属間化合物を形成するはんだを
用いることを特徴としている。
ケル−リンメッキ法によって形成されたニッケル層と、
この上に形成された金層とから構成された無電解ニッケ
ル／金メッキへのはんだ付け方法に係り、前記ニッケル
層との接合界面において、スズと銅とを主成分とし、さ
らにニッケルを含んだ金属間化合物を形成するはんだを
用いることを特徴としている。
【００１４】また、請求項３記載の発明は、無電解ニッ
ケル−リンメッキ法によって形成されたニッケル層と、
この上に形成された金層とから構成された無電解ニッケ
ル／金メッキへのはんだ付け方法に係り、前記ニッケル
層との接合界面において、スズと銅とを主成分とし、さ
らにニッケルを含んだ、カリフラワー状の金属間化合物
を形成するはんだを用いることを特徴としている。
ケル−リンメッキ法によって形成されたニッケル層と、
この上に形成された金層とから構成された無電解ニッケ
ル／金メッキへのはんだ付け方法に係り、前記ニッケル
層との接合界面において、スズと銅とを主成分とし、さ
らにニッケルを含んだ、カリフラワー状の金属間化合物
を形成するはんだを用いることを特徴としている。
【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１、２又は
３記載の無電解ニッケル／金メッキへのはんだ付け方法
に係り、前記金層が、置換メッキ法によって、形成され
たものであることを特徴としている。
３記載の無電解ニッケル／金メッキへのはんだ付け方法
に係り、前記金層が、置換メッキ法によって、形成され
たものであることを特徴としている。
【００１６】請求項５記載の発明は、はんだ付けが施さ
れた配線を有する配線構造体に係り、電気信号及び／又
は前記電流が入出力される配線を構成する導体配線材
と、前記導体配線材を、他の前記導体配線材及び／又は
他のいずれかの部分に接合するはんだ付け部とを備え、
前記はんだ付け部は、無電解ニッケル−リンメッキ法に
よって作られたニッケル／金属間化合物／はんだ、とい
う略層構造を有したものであり、前記金属間化合物は、
前記はんだと接した側の表面形状がカリフラワー状であ
ることを特徴としている。
れた配線を有する配線構造体に係り、電気信号及び／又
は前記電流が入出力される配線を構成する導体配線材
と、前記導体配線材を、他の前記導体配線材及び／又は
他のいずれかの部分に接合するはんだ付け部とを備え、
前記はんだ付け部は、無電解ニッケル−リンメッキ法に
よって作られたニッケル／金属間化合物／はんだ、とい
う略層構造を有したものであり、前記金属間化合物は、
前記はんだと接した側の表面形状がカリフラワー状であ
ることを特徴としている。
【００１７】請求項６記載の発明は、はんだ付けが施さ
れた配線を有する配線構造体に係り、電気信号及び／又
は前記電流が入出力される配線を構成する導体配線材
と、前記導体配線材を、他の前記導体配線材及び／又は
他のいずれかの部分に接合するはんだ付け部とを備え、
前記はんだ付け部は、無電解ニッケル−リンメッキ法に
よって作られたニッケル／金属間化合物／はんだ、とい
う略層構造を有したものであり、前記金属間化合物は、
スズと銅とを主成分とし、さらにニッケルを含んだもの
であることを特徴としている。
れた配線を有する配線構造体に係り、電気信号及び／又
は前記電流が入出力される配線を構成する導体配線材
と、前記導体配線材を、他の前記導体配線材及び／又は
他のいずれかの部分に接合するはんだ付け部とを備え、
前記はんだ付け部は、無電解ニッケル−リンメッキ法に
よって作られたニッケル／金属間化合物／はんだ、とい
う略層構造を有したものであり、前記金属間化合物は、
スズと銅とを主成分とし、さらにニッケルを含んだもの
であることを特徴としている。
【００１８】請求項７記載の発明は、はんだ付けが施さ
れた配線を有する配線構造体に係り、電気信号及び／又
は前記電流が入出力される配線を構成する導体配線材
と、前記導体配線材を、他の前記導体配線材及び／又は
他のいずれかの部分に接合するはんだ付け部とを備え、
前記はんだ付け部は、無電解ニッケル−リンメッキ法に
よって作られたニッケル／金属間化合物／はんだ、とい
う略層構造を有したものであり、前記金属間化合物は、
スズと銅とを主成分とし、さらにニッケルを含んでなる
と共に、前記はんだと接した側の表面形状がカリフラワ
ー状であることを特徴としている。
れた配線を有する配線構造体に係り、電気信号及び／又
は前記電流が入出力される配線を構成する導体配線材
と、前記導体配線材を、他の前記導体配線材及び／又は
他のいずれかの部分に接合するはんだ付け部とを備え、
前記はんだ付け部は、無電解ニッケル−リンメッキ法に
よって作られたニッケル／金属間化合物／はんだ、とい
う略層構造を有したものであり、前記金属間化合物は、
スズと銅とを主成分とし、さらにニッケルを含んでなる
と共に、前記はんだと接した側の表面形状がカリフラワ
ー状であることを特徴としている。
【００１９】請求項８記載の発明は、請求項５、６又は
７記載の配線構造体に係り、前記導体配線材は、銅を主
成分として構成されたものであることを特徴としてい
る。
７記載の配線構造体に係り、前記導体配線材は、銅を主
成分として構成されたものであることを特徴としてい
る。
【００２０】請求項９記載の発明は、はんだ付けが施さ
れた配線を有する回路装置に係り、請求項５、６又は７
記載の配線構造体と、前記配線構造体の有する導体配線
及び／又ははんだ付け部を通じて、電気信号及び／又は
電流を入出することで所望の機能を発揮する機能部とを
有することを特徴としている。
れた配線を有する回路装置に係り、請求項５、６又は７
記載の配線構造体と、前記配線構造体の有する導体配線
及び／又ははんだ付け部を通じて、電気信号及び／又は
電流を入出することで所望の機能を発揮する機能部とを
有することを特徴としている。
【００２１】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
回路装置に係り、前記機能部が、半導体チップであるこ
とを特徴としている。
回路装置に係り、前記機能部が、半導体チップであるこ
とを特徴としている。
【００２２】請求項１１記載の発明は、はんだ付け部分
を有して構成された配線構造体の製造方法に係り、無電
解ニッケル−リンメッキ法によって形成されたニッケル
層と、このニッケル層の上に形成された金層とから構成
された無電解ニッケル／金メッキが形成された配線への
はんだ付けを、前記ニッケル層との接合界面において、
カリフラワー状の金属間化合物を形成するはんだを用い
て行うことを特徴としている。
を有して構成された配線構造体の製造方法に係り、無電
解ニッケル−リンメッキ法によって形成されたニッケル
層と、このニッケル層の上に形成された金層とから構成
された無電解ニッケル／金メッキが形成された配線への
はんだ付けを、前記ニッケル層との接合界面において、
カリフラワー状の金属間化合物を形成するはんだを用い
て行うことを特徴としている。
【００２３】請求項１２記載の発明は、はんだ付け部分
を有して構成された配線構造体の製造方法に係り、無電
解ニッケル−リンメッキ法によって形成されたニッケル
層と、このニッケル層の上に形成された金層とから構成
された無電解ニッケル／金メッキが形成された配線への
はんだ付けを、前記ニッケル層との接合界面において、
スズと銅とを主成分とし、さらにニッケルを含んだ金属
間化合物を形成するはんだを用いて行うことを特徴とし
ている。
を有して構成された配線構造体の製造方法に係り、無電
解ニッケル−リンメッキ法によって形成されたニッケル
層と、このニッケル層の上に形成された金層とから構成
された無電解ニッケル／金メッキが形成された配線への
はんだ付けを、前記ニッケル層との接合界面において、
スズと銅とを主成分とし、さらにニッケルを含んだ金属
間化合物を形成するはんだを用いて行うことを特徴とし
ている。
【００２４】請求項１３記載の発明は、はんだ付け部分
を有して構成された配線構造体の製造方法に係り、無電
解ニッケル−リンメッキ法によって形成されたニッケル
層と、このニッケル層の上に形成された金層とから構成
された無電解ニッケル／金メッキが形成された配線への
はんだ付けを、前記ニッケル層との接合界面において、
スズと銅とを主成分とし、さらにニッケルを含んだカリ
フラワー状の金属間化合物を形成するはんだを用いて行
うことを特徴としている。
を有して構成された配線構造体の製造方法に係り、無電
解ニッケル−リンメッキ法によって形成されたニッケル
層と、このニッケル層の上に形成された金層とから構成
された無電解ニッケル／金メッキが形成された配線への
はんだ付けを、前記ニッケル層との接合界面において、
スズと銅とを主成分とし、さらにニッケルを含んだカリ
フラワー状の金属間化合物を形成するはんだを用いて行
うことを特徴としている。
【００２５】また、請求項１４記載の発明は、はんだ付
けが施された配線を有する配線構造体と、前記配線構造
体の有する導体配線及び／又ははんだ付け部を通じて、
電気信号及び／又は電流を入出することで所望の機能を
発揮する機能部とを備えてなる回路装置の製造方法に係
り、前記配線構造体を、請求項１１、１２又は１３記載
の配線構造体の製造方法を用いて製造することを特徴と
している。
けが施された配線を有する配線構造体と、前記配線構造
体の有する導体配線及び／又ははんだ付け部を通じて、
電気信号及び／又は電流を入出することで所望の機能を
発揮する機能部とを備えてなる回路装置の製造方法に係
り、前記配線構造体を、請求項１１、１２又は１３記載
の配線構造体の製造方法を用いて製造することを特徴と
している。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。図１は、この発明の実
施の形態におけるはんだ接合部の構造を模式的に示す
図、図２は、同実施の形態を適用した回路装置の一例を
示す図、図３は、この実施の形態を適用した配線構造体
の一例を示す図、図４は、Ｃｕ片とＳｎ−Ｐｂ共晶はん
だの金属間化合物の外観図、図５は、電解ニッケル／金
メッキとＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの金属間化合物の外観
図、図６は、無電解ニッケル／金メッキとＳｎ−Ｐｂ共
晶はんだとによって形成される針状の金属間化合物の外
観図、また、図７は、無電解ニッケル／金メッキと、ス
ズと銀と銅とを含んだはんだとによって形成される、カ
リフラワー状の外観を呈する金属間化合物の外観図であ
る。
の実施の形態について説明する。図１は、この発明の実
施の形態におけるはんだ接合部の構造を模式的に示す
図、図２は、同実施の形態を適用した回路装置の一例を
示す図、図３は、この実施の形態を適用した配線構造体
の一例を示す図、図４は、Ｃｕ片とＳｎ−Ｐｂ共晶はん
だの金属間化合物の外観図、図５は、電解ニッケル／金
メッキとＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの金属間化合物の外観
図、図６は、無電解ニッケル／金メッキとＳｎ−Ｐｂ共
晶はんだとによって形成される針状の金属間化合物の外
観図、また、図７は、無電解ニッケル／金メッキと、ス
ズと銀と銅とを含んだはんだとによって形成される、カ
リフラワー状の外観を呈する金属間化合物の外観図であ
る。
【００３２】この実施の形態は、スズ（Ｓｎ）と銀（Ａ
ｇ）と銅（Ｃｕ）とを含んだはんだを用いることで、無
電解ニッケル／金メッキに対するはんだ付けにおいて、
高い接合強度を実現したものである。なお、この明細書
において「無電解ニッケル／金メッキ」とは、ニッケル
メッキ層が無電解ニッケル−リンメッキ法によって形成
されたニッケル／金メッキを意味する。回路基板等にお
ける配線は銅等によって構成されている。そして、はん
だ付けの対象となる端子等には、防錆等のために無電解
ニッケル／金メッキが施されている。従って、はんだ付
けは、直接的には、この無電解ニッケル／金メッキに対
して行われることになる。この実施の形態では、この無
電解ニッケル／金メッキに対するはんだ付けを、スズと
銀と銅とを含んだはんだを用いて行う。このはんだの具
体的な成分組成は、特に限定されるものではないが、例
えば、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃｕのものを用いる
ことができる。
ｇ）と銅（Ｃｕ）とを含んだはんだを用いることで、無
電解ニッケル／金メッキに対するはんだ付けにおいて、
高い接合強度を実現したものである。なお、この明細書
において「無電解ニッケル／金メッキ」とは、ニッケル
メッキ層が無電解ニッケル−リンメッキ法によって形成
されたニッケル／金メッキを意味する。回路基板等にお
ける配線は銅等によって構成されている。そして、はん
だ付けの対象となる端子等には、防錆等のために無電解
ニッケル／金メッキが施されている。従って、はんだ付
けは、直接的には、この無電解ニッケル／金メッキに対
して行われることになる。この実施の形態では、この無
電解ニッケル／金メッキに対するはんだ付けを、スズと
銀と銅とを含んだはんだを用いて行う。このはんだの具
体的な成分組成は、特に限定されるものではないが、例
えば、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃｕのものを用いる
ことができる。
【００３３】このはんだを用いてはんだ付けを行った場
合における、はんだ接合部の構造は、図１に示すよう
に、下地層１（ここでは、銅配線）／ニッケル層２／金
属間化合物層３／はんだ層４、という略層構造なってい
る。また、この場合に形成されている金属間化合物（金
属化合物層３）は、スズと銅を主体としさらにニッケル
を含んだものである。なお、この金属間化合物の詳細等
については後ほど詳細に述べることにする。
合における、はんだ接合部の構造は、図１に示すよう
に、下地層１（ここでは、銅配線）／ニッケル層２／金
属間化合物層３／はんだ層４、という略層構造なってい
る。また、この場合に形成されている金属間化合物（金
属化合物層３）は、スズと銅を主体としさらにニッケル
を含んだものである。なお、この金属間化合物の詳細等
については後ほど詳細に述べることにする。
【００３４】この実施の形態のはんだを用いて無電解ニ
ッケル／金メッキ面へはんだ付けを行った場合のはんだ
接合部の強度等を破壊寿命試験によって確認した結果、
強度が高く、金属間化合物とはんだとの界面における剥
離破壊等は容易には生じないことが確認された。この破
壊寿命試験の詳細については後ほど実施例として説明す
る。
ッケル／金メッキ面へはんだ付けを行った場合のはんだ
接合部の強度等を破壊寿命試験によって確認した結果、
強度が高く、金属間化合物とはんだとの界面における剥
離破壊等は容易には生じないことが確認された。この破
壊寿命試験の詳細については後ほど実施例として説明す
る。
【００３５】このように、この形態では、無電解ニッケ
ル／金メッキの施された接合面へのはんだ付けにおい
て、はんだ付けの強度を高め、はんだとニッケルとの界
面での剥離破壊を防止する事ができる。すなわち、接合
強度が高く信頼性の高いはんだ接合を実現できる。例え
ば、図２，図３に示しすように、はんだ接合部の信頼性
の高い配線構造体及び回路装置を実現できる。
ル／金メッキの施された接合面へのはんだ付けにおい
て、はんだ付けの強度を高め、はんだとニッケルとの界
面での剥離破壊を防止する事ができる。すなわち、接合
強度が高く信頼性の高いはんだ接合を実現できる。例え
ば、図２，図３に示しすように、はんだ接合部の信頼性
の高い配線構造体及び回路装置を実現できる。
【００３６】図２に示す半導体装置１０は、同図に示す
ように、ＢＧＡタイプのパッケージ基板１１に半導体チ
ップ１４を搭載してなり、パッケージ基板１１の内部等
には配線１２が形成されている。また、その表面には、
この配線１２と繋がった基板端子１３が設けられてい
る。そして、この基板端子１３の上には、スズと銀と銅
とを含んだはんだボール１５が取り付けられている。こ
のはんだボール１５を取り付ける前の段階においては基
板端子１３の表面には、無電解ニッケル／金メッキが施
されていた。はんだボール１５をはんだ付けした状態で
の、この基板端子１３とはんだボール１５との接合部
（はんだ接合部１６）の構造は、図１に示すとおりとな
っている。この半導体装置１０は、他のプリント基板等
に実装して用いられるが、はんだボール１５と接合され
るこのプリント基板における端子部分にも無電解ニッケ
ル／金メッキが施されていてもよい。なお、このはんだ
ボール１５が設けられたパッケージ基板１１も、この後
述べる図３の例と同様に、配線構造体の一例である。
ように、ＢＧＡタイプのパッケージ基板１１に半導体チ
ップ１４を搭載してなり、パッケージ基板１１の内部等
には配線１２が形成されている。また、その表面には、
この配線１２と繋がった基板端子１３が設けられてい
る。そして、この基板端子１３の上には、スズと銀と銅
とを含んだはんだボール１５が取り付けられている。こ
のはんだボール１５を取り付ける前の段階においては基
板端子１３の表面には、無電解ニッケル／金メッキが施
されていた。はんだボール１５をはんだ付けした状態で
の、この基板端子１３とはんだボール１５との接合部
（はんだ接合部１６）の構造は、図１に示すとおりとな
っている。この半導体装置１０は、他のプリント基板等
に実装して用いられるが、はんだボール１５と接合され
るこのプリント基板における端子部分にも無電解ニッケ
ル／金メッキが施されていてもよい。なお、このはんだ
ボール１５が設けられたパッケージ基板１１も、この後
述べる図３の例と同様に、配線構造体の一例である。
【００３７】図３は、プリント基板２０上にコネクタ２
３を取り付けた配線構造体を示し、プリント基板２０の
表面及び内部には配線２１が形成されている。そして、
その表面には、この配線２１と繋がった基板端子２２が
設けられている。そして、この基板端子２２は、コネク
タ２３の端子２４とはんだ接合部２５において接続され
ている。なお、はんだ付けを行う前の段階においては、
この基板端子２２及び端子２４の表面には、無電解ニッ
ケル／金メッキが施されていた。はんだ接合部２５の構
造は、図１に示すとおりである。但し、この基板端子２
２及び端子２４の両側に無電解ニッケル／金メッキが施
されていたことに起因して、この場合には、図１のはん
だ層４の両側に金属間化合物層３、ニッケルメッキ層２
がある。このはんだは、スズと銀と銅とを含んだもので
ある。このプリント基板２０は、コネクタ２３に所定の
機能を備えた回路装置等が接続されて使用されることに
なる。
３を取り付けた配線構造体を示し、プリント基板２０の
表面及び内部には配線２１が形成されている。そして、
その表面には、この配線２１と繋がった基板端子２２が
設けられている。そして、この基板端子２２は、コネク
タ２３の端子２４とはんだ接合部２５において接続され
ている。なお、はんだ付けを行う前の段階においては、
この基板端子２２及び端子２４の表面には、無電解ニッ
ケル／金メッキが施されていた。はんだ接合部２５の構
造は、図１に示すとおりである。但し、この基板端子２
２及び端子２４の両側に無電解ニッケル／金メッキが施
されていたことに起因して、この場合には、図１のはん
だ層４の両側に金属間化合物層３、ニッケルメッキ層２
がある。このはんだは、スズと銀と銅とを含んだもので
ある。このプリント基板２０は、コネクタ２３に所定の
機能を備えた回路装置等が接続されて使用されることに
なる。
【００３８】上述したように、この出願に係る発明者等
は無電解ニッケル／金メッキ面に対し高い接合強度の得
られるはんだ付け方法並びにこのはんだ付け方法を適用
することではんだ接合部の信頼性の高めた回路装置等を
完成するに至った。この発明者等はこの発明を完成する
にあたり、接合強度の高いはんだ接合部が実現されるメ
カニズムを探求するべく様々な検討を行ってきた。以下
においてはその検討結果の一部を述べることにする。
は無電解ニッケル／金メッキ面に対し高い接合強度の得
られるはんだ付け方法並びにこのはんだ付け方法を適用
することではんだ接合部の信頼性の高めた回路装置等を
完成するに至った。この発明者等はこの発明を完成する
にあたり、接合強度の高いはんだ接合部が実現されるメ
カニズムを探求するべく様々な検討を行ってきた。以下
においてはその検討結果の一部を述べることにする。
【００３９】はんだ接合部に高い強度が得られる組み合
わせ（はんだの種類、接合面）としては、従来から下記
（１）（２）（３）の組み合わせが知られている。な
お、ここでいう銅箔とは、具体的にはプリント基板上に
銅で形成された配線である。
わせ（はんだの種類、接合面）としては、従来から下記
（１）（２）（３）の組み合わせが知られている。な
お、ここでいう銅箔とは、具体的にはプリント基板上に
銅で形成された配線である。
【００４０】（１） Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだと、銅箔
（２） Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだと、はんだメッキされ
た銅箔 （３） Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだと、電解ニッケル／金
メッキされた銅箔 この（１）,（２）の場合には、はんだと銅箔との接合
界面付近において銅とスズとの金属間化合物が形成され
ている。また、（３）の場合には、ニッケル（Ｎｉ）と
スズとの金属間化合物が形成されている。本願発明者は
はんだ接合部の強度の違いがどのような要因で決定づけ
られるかを調べる検討の一環として上記（１）,（２）,
（３）の場合に形成される金属間化合物の外観状態を観
察した。当然ながら、これら金属間化合物は、はんだ接
合部内において形成されている。そのため、この観察
は、はんだ接合部におけるはんだを薬品によって溶解さ
せることで、金属間化合物を露出させて行った。その結
果、上記（１）（２）（３）のいずれの場合について
も、はんだ接合部において形成された金属間化合物は、
その外観がカリフラワー状になっていることが明らかと
なった。図４に上記（１）の場合に形成される金属間化
合物、つまり、Ｃｕ片とＳｎ−Ｐｂ共晶はんだとの金属
間化合物の外観図を示す。また、図５に上記（３）の場
合に形成される金属間化合物、つまり、電解ニッケル／
金メッキとＳｎ−Ｐｂ共晶はんだとの金属間化合物の外
観図を示す。
た銅箔 （３） Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだと、電解ニッケル／金
メッキされた銅箔 この（１）,（２）の場合には、はんだと銅箔との接合
界面付近において銅とスズとの金属間化合物が形成され
ている。また、（３）の場合には、ニッケル（Ｎｉ）と
スズとの金属間化合物が形成されている。本願発明者は
はんだ接合部の強度の違いがどのような要因で決定づけ
られるかを調べる検討の一環として上記（１）,（２）,
（３）の場合に形成される金属間化合物の外観状態を観
察した。当然ながら、これら金属間化合物は、はんだ接
合部内において形成されている。そのため、この観察
は、はんだ接合部におけるはんだを薬品によって溶解さ
せることで、金属間化合物を露出させて行った。その結
果、上記（１）（２）（３）のいずれの場合について
も、はんだ接合部において形成された金属間化合物は、
その外観がカリフラワー状になっていることが明らかと
なった。図４に上記（１）の場合に形成される金属間化
合物、つまり、Ｃｕ片とＳｎ−Ｐｂ共晶はんだとの金属
間化合物の外観図を示す。また、図５に上記（３）の場
合に形成される金属間化合物、つまり、電解ニッケル／
金メッキとＳｎ−Ｐｂ共晶はんだとの金属間化合物の外
観図を示す。
【００４１】ところで、この発明が対象としている無電
解ニッケル／金メッキにはんだ付けを行った場合の界面
反応は、過去の研究並びに本願発明者の検討結果から以
下のようなものであることがわかっている。すなわち、
はんだ付けを行うと、まず、金がはんだ中に拡散する
（「ソルダリングイン・エレクトロニクス」日刊工業新
聞社ｐ201参照）。その後にはんだのスズとニッケルが
反応して、スズとニッケルとの金属間化合物が形成され
る（「ソルダリングイン・エレクトロニクス」日刊工業
新聞社ｐ98参照）。
解ニッケル／金メッキにはんだ付けを行った場合の界面
反応は、過去の研究並びに本願発明者の検討結果から以
下のようなものであることがわかっている。すなわち、
はんだ付けを行うと、まず、金がはんだ中に拡散する
（「ソルダリングイン・エレクトロニクス」日刊工業新
聞社ｐ201参照）。その後にはんだのスズとニッケルが
反応して、スズとニッケルとの金属間化合物が形成され
る（「ソルダリングイン・エレクトロニクス」日刊工業
新聞社ｐ98参照）。
【００４２】本願発明者は、より深い知見を得るべく、
はんだの種類によってこの場合に形成される金属間化合
物等にどのような違いがあるかを検討した。その結果、
はんだとして、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだを用いている場合
には、スズとニッケルとの金属間化合物はその外観（形
状）が針状となっており、これがニッケル面（ニッケル
層）からはんだ中に向かって成長していることを見いだ
した。また、図６は、この針状の金属間化合物を示し、
このような針状の金属間化合物は、ニッケル面（ニッケ
ル層）から非常に剥離しやすいことを確認した。
はんだの種類によってこの場合に形成される金属間化合
物等にどのような違いがあるかを検討した。その結果、
はんだとして、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだを用いている場合
には、スズとニッケルとの金属間化合物はその外観（形
状）が針状となっており、これがニッケル面（ニッケル
層）からはんだ中に向かって成長していることを見いだ
した。また、図６は、この針状の金属間化合物を示し、
このような針状の金属間化合物は、ニッケル面（ニッケ
ル層）から非常に剥離しやすいことを確認した。
【００４３】一方、はんだとして、この発明のスズと銀
と銅とを含んだはんだを用いた場合、はんだとニッケル
メッキとの界面には、スズと銅を主体としさらにニッケ
ルを含んだ金属間化合物が形成されていることを見いだ
した。また、この金属間化合物の外観は、図７に示すよ
うに、カリフラワー状であることを見いだした。
と銅とを含んだはんだを用いた場合、はんだとニッケル
メッキとの界面には、スズと銅を主体としさらにニッケ
ルを含んだ金属間化合物が形成されていることを見いだ
した。また、この金属間化合物の外観は、図７に示すよ
うに、カリフラワー状であることを見いだした。
【００４４】このように高い接合強度が得られているの
は、いずれも接合界面付近に形成された金属間化合物の
外観がカリフラワー状となっている場合であることが、
本願発明者の検討結果から明らかとなった。以上のこと
から、接合界面付近に形成された金属間化合物の外観
（あるいは、形状）が、接合強度と関係があることがわ
かった。特に、その外観（形状）がカリフラワー状とな
っている金属間化合物を形成することが、高い接合強度
を実現する上で重要であることがわかった。無電解ニッ
ケル／金メッキへのはんだ付けにスズと銀と銅とを含ん
だはんだを用いることは、本願発明者が得たこのような
知見を指針として探索を行った結果としてなされたもの
である。
は、いずれも接合界面付近に形成された金属間化合物の
外観がカリフラワー状となっている場合であることが、
本願発明者の検討結果から明らかとなった。以上のこと
から、接合界面付近に形成された金属間化合物の外観
（あるいは、形状）が、接合強度と関係があることがわ
かった。特に、その外観（形状）がカリフラワー状とな
っている金属間化合物を形成することが、高い接合強度
を実現する上で重要であることがわかった。無電解ニッ
ケル／金メッキへのはんだ付けにスズと銀と銅とを含ん
だはんだを用いることは、本願発明者が得たこのような
知見を指針として探索を行った結果としてなされたもの
である。
【００４５】
【実施例】図８は、この発明の一実施例におけるサンプ
ルの詳細を示す図である。図９は、評価基板のパターン
を示す図である。この実施例の効果を確認するべく破壊
寿命の試験を行った。
ルの詳細を示す図である。図９は、評価基板のパターン
を示す図である。この実施例の効果を確認するべく破壊
寿命の試験を行った。
【００４６】１．評価基板
プリント基板（１００×４０ｍｍ）に電子部品をはんだ
付けし、これを評価基板とした。ここでは、図８に示す
とおり、はんだの組成及び電子部品のタイプが異なる４
種類の評価基板（サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を用意し
た。評価基板の作成に用いた、はんだ、プリント基板の
詳細については下記の通りである。
付けし、これを評価基板とした。ここでは、図８に示す
とおり、はんだの組成及び電子部品のタイプが異なる４
種類の評価基板（サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を用意し
た。評価基板の作成に用いた、はんだ、プリント基板の
詳細については下記の通りである。
【００４７】１．１ はんだ
この実施例のはんだ、すなわち、スズと銀と銅とを含ん
だ合金からなるはんだ（Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃ
ｕ）を用いた（サンプルＡ，Ｂ）。また、比較例とし
て、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだを用いた（サンプルＣ，
Ｄ）。なお、はんだ付けは、リフロー温度（ピーク時温
度）が２３５℃で行った。
だ合金からなるはんだ（Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃ
ｕ）を用いた（サンプルＡ，Ｂ）。また、比較例とし
て、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだを用いた（サンプルＣ，
Ｄ）。なお、はんだ付けは、リフロー温度（ピーク時温
度）が２３５℃で行った。
【００４８】１．２ 電子部品
ＢＧＡ（Ball Grid Alley）、ＬＧＡ（Land Grid Arra
y）のパッケージが施された電子部品を用いた。はんだ
付けの対象となる端子の配列については、図９の端子Ｔ
の通りである。
y）のパッケージが施された電子部品を用いた。はんだ
付けの対象となる端子の配列については、図９の端子Ｔ
の通りである。
【００４９】１．３ プリント基板
プリント基板には、図９に示すものを採用した。このプ
リント基板の配線は銅で構成されている。そして、はん
だ付けされる端子ｔ（図中、小さい円として描いた）
は、プリント基板の中央に略格子状に配列されている。
各端子ｔ間には、各端子ｔをデイジーチェーン状に繋ぐ
ように抵抗ｒが設けられている。なお、各抵抗ｒの抵抗
値は、１．１〜１．４Ωである。また、この各所の端子
ｔは、引き出し線によって、プリント基板の各所に設け
られた測定パッド（ＴＰ1、ＴＰ2、ａ1，ａ2，・・・，
ａ13、ｂ1，ｂ2，・・・，ｂ32）に繋がれている。この
測定パッドを利用して、所望の端子間における導通状態
を確認できるようになっている。
リント基板の配線は銅で構成されている。そして、はん
だ付けされる端子ｔ（図中、小さい円として描いた）
は、プリント基板の中央に略格子状に配列されている。
各端子ｔ間には、各端子ｔをデイジーチェーン状に繋ぐ
ように抵抗ｒが設けられている。なお、各抵抗ｒの抵抗
値は、１．１〜１．４Ωである。また、この各所の端子
ｔは、引き出し線によって、プリント基板の各所に設け
られた測定パッド（ＴＰ1、ＴＰ2、ａ1，ａ2，・・・，
ａ13、ｂ1，ｂ2，・・・，ｂ32）に繋がれている。この
測定パッドを利用して、所望の端子間における導通状態
を確認できるようになっている。
【００５０】はんだ付けされる端子ｔには、あらかじめ
無電解ニッケル／金メッキが施されている。この無電解
ニッケル／金メッキは、ニッケルメッキの厚さが３〜５
ミクロン、金メッキの厚さが０．０５ミクロン程度のも
のを用いた。なお、このような仕様（厚さ）は、その機
能（ニッケルの防錆）上の要求と、製造コストとの観点
から決められたものであり、一般的に用いられているも
のである。なお、この無電解ニッケル／金メッキは、以
下の工程１〜工程４によって形成されたものである。
無電解ニッケル／金メッキが施されている。この無電解
ニッケル／金メッキは、ニッケルメッキの厚さが３〜５
ミクロン、金メッキの厚さが０．０５ミクロン程度のも
のを用いた。なお、このような仕様（厚さ）は、その機
能（ニッケルの防錆）上の要求と、製造コストとの観点
から決められたものであり、一般的に用いられているも
のである。なお、この無電解ニッケル／金メッキは、以
下の工程１〜工程４によって形成されたものである。
【００５１】工程１ 前処理
前処理は、（１）アルカリ脱脂、（２）酸性脱脂、
（３）ソフトエッチング、（４）脱スマット、（５）プ
リディップ、（６）触媒付与、（７）ポストディップの
順に行った。各処理の詳細は下記の通りである。
（３）ソフトエッチング、（４）脱スマット、（５）プ
リディップ、（６）触媒付与、（７）ポストディップの
順に行った。各処理の詳細は下記の通りである。
【００５２】アルカリ脱脂は、アルカリ洗浄液を用い、
６５℃でプリント基板をブラッシングすることで行っ
た。このアルカリ脱脂の後は、２回、水洗した。酸性脱
脂は、酸洗浄液を用い、４５℃で５分間行った。ソフト
エッチングのエッチング液には、過硫酸ナトリウムが１
００ｇ／Ｌ、９８％硫酸が１０ｍｌ／Ｌ含まれるものを
用いた。エッチングは、２５℃で１分間行った。エッチ
ング後は、２回、水洗した。脱スマットは、９８％硫酸
が１００ｍｌ／Ｌ含まれる処理液を用いて、２５℃で１
分間行った。プリディップは、プリント基板を、３５％
塩酸が１００ｍｌ／Ｌ含まれる処理液に、２５℃、１分
間浸すことで行った。触媒付与は、プリント基板を触媒
付与のための処理液に２５℃で１分間浸すことで行っ
た。
６５℃でプリント基板をブラッシングすることで行っ
た。このアルカリ脱脂の後は、２回、水洗した。酸性脱
脂は、酸洗浄液を用い、４５℃で５分間行った。ソフト
エッチングのエッチング液には、過硫酸ナトリウムが１
００ｇ／Ｌ、９８％硫酸が１０ｍｌ／Ｌ含まれるものを
用いた。エッチングは、２５℃で１分間行った。エッチ
ング後は、２回、水洗した。脱スマットは、９８％硫酸
が１００ｍｌ／Ｌ含まれる処理液を用いて、２５℃で１
分間行った。プリディップは、プリント基板を、３５％
塩酸が１００ｍｌ／Ｌ含まれる処理液に、２５℃、１分
間浸すことで行った。触媒付与は、プリント基板を触媒
付与のための処理液に２５℃で１分間浸すことで行っ
た。
【００５３】工程２ ニッケルメッキ
無電解ニッケル−リンメッキ法によって８５℃で２２分
間処理することで、プリント基板の端子ｔにニッケルメ
ッキを形成した。この後、２回水洗し、さらに、その
後、純水によって水洗した。なお、無電解ニッケル−リ
ンメッキ法については、既に周知であるため説明を省略
する。
間処理することで、プリント基板の端子ｔにニッケルメ
ッキを形成した。この後、２回水洗し、さらに、その
後、純水によって水洗した。なお、無電解ニッケル−リ
ンメッキ法については、既に周知であるため説明を省略
する。
【００５４】工程３ 金メッキ
置換メッキ法によって８５℃で７分間処理することで、
工程７で形成したニッケルメッキの上に金メッキを形成
した。この後、プリント基板を２回水洗した。置換メッ
キ法については既に周知であるため、説明を省略する。
工程７で形成したニッケルメッキの上に金メッキを形成
した。この後、プリント基板を２回水洗した。置換メッ
キ法については既に周知であるため、説明を省略する。
【００５５】工程４ 後処理
純水を用いて、２５℃で１分間、プリント基板を水洗し
た。その後、ドライヤーを用い、プリント基板を乾燥さ
せた。
た。その後、ドライヤーを用い、プリント基板を乾燥さ
せた。
【００５６】２．試験
２．１ 試験方法
評価基板に対して曲げ試験器を用いて繰り返し曲げ試験
を行った。 ２．２ 曲げ試験器 （株）敬和の曲げ試験器（製品番号 ＭＳＢ７６−１２
４１３）を用いて、評価基板に対して曲げ試験を行っ
た。 ２．３ 曲げ試験の条件 曲げ試験に際しては、支持スパンの長さを８０ｍｍ、押
し込み量を３ｍｍに設定した。またコントローラでの設
定値は、押し込み速度が３０ｍｍ／ｓｅｃ、加速度が
０．３Ｇ、上下点それぞれでのウエイトが０．２ｓｅ
ｃ、動作周波数が０．７２ｓｅｃ／回とした。
を行った。 ２．２ 曲げ試験器 （株）敬和の曲げ試験器（製品番号 ＭＳＢ７６−１２
４１３）を用いて、評価基板に対して曲げ試験を行っ
た。 ２．３ 曲げ試験の条件 曲げ試験に際しては、支持スパンの長さを８０ｍｍ、押
し込み量を３ｍｍに設定した。またコントローラでの設
定値は、押し込み速度が３０ｍｍ／ｓｅｃ、加速度が
０．３Ｇ、上下点それぞれでのウエイトが０．２ｓｅ
ｃ、動作周波数が０．７２ｓｅｃ／回とした。
【００５７】３．評価方法
曲げ試験中、プリント基板（図９）上、デイジーチェー
ンされた端子ｔ間の抵抗値を監視し、抵抗値が１００％
（約１Ω）上昇した時点で破壊されたものと見なした。
評価は、この破壊が生じるまでの曲げ回数に基づいて行
った。
ンされた端子ｔ間の抵抗値を監視し、抵抗値が１００％
（約１Ω）上昇した時点で破壊されたものと見なした。
評価は、この破壊が生じるまでの曲げ回数に基づいて行
った。
【００５８】４．評価結果
通常のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだを用いてはんだ付けを行っ
た評価基板（サンプルＣ，Ｄ）では、早い時期にはんだ
付け界面における剥離破壊が生じていた。具体的には、
サンプルＤでは３５１８回の折り曲げで剥離破壊が生じ
た。さらに、サンプルＣに至ってはわずか２０７回折り
曲げただけで剥離破壊が生じた。サンプルＣでのこの剥
離破壊の様子を図１０，図１１に示す。図１０は、無電
解ニッケル／金メッキの施された電極に、Ｓｎ−Ｐｂ共
晶はんだによるはんだ付けを行った場合における、はん
だの剥離の様子を示す図である。また、図１１は、図１
０における剥離部分の拡大図である。図１０，図１１に
示されているように、はんだ接合部においてニッケル層
の界面からはんだが剥離している。なお、図１１におい
ては上側のまだら状の灰白色部分がはんだであり、その
下端面（図の略中央）において剥離が生じている。
た評価基板（サンプルＣ，Ｄ）では、早い時期にはんだ
付け界面における剥離破壊が生じていた。具体的には、
サンプルＤでは３５１８回の折り曲げで剥離破壊が生じ
た。さらに、サンプルＣに至ってはわずか２０７回折り
曲げただけで剥離破壊が生じた。サンプルＣでのこの剥
離破壊の様子を図１０，図１１に示す。図１０は、無電
解ニッケル／金メッキの施された電極に、Ｓｎ−Ｐｂ共
晶はんだによるはんだ付けを行った場合における、はん
だの剥離の様子を示す図である。また、図１１は、図１
０における剥離部分の拡大図である。図１０，図１１に
示されているように、はんだ接合部においてニッケル層
の界面からはんだが剥離している。なお、図１１におい
ては上側のまだら状の灰白色部分がはんだであり、その
下端面（図の略中央）において剥離が生じている。
【００５９】これに対しこの発明のはんだを用いてはん
だ付けを行った評価基板（サンプルＡ，Ｂ）について
は、実験を行った範囲ではこのような剥離破壊は生じな
かった。具体的には、サンプルＡについては絶縁層が破
壊されるまで（２万回）試験を行ったが、はんだ接合面
の剥離破壊は生じなかった。サンプルＢについてもはん
だクラックが生じる６３４１回まで試験を行ったが、剥
離破壊は生じなかった。このようにスズと銀と銅とを含
んだはんだを用いた場合、無電解ニッケル／金メッキへ
のはんだ付けにおいて高い信頼性が得られること、特
に、はんだ接合面での剥離破壊が防止されることが確認
された。
だ付けを行った評価基板（サンプルＡ，Ｂ）について
は、実験を行った範囲ではこのような剥離破壊は生じな
かった。具体的には、サンプルＡについては絶縁層が破
壊されるまで（２万回）試験を行ったが、はんだ接合面
の剥離破壊は生じなかった。サンプルＢについてもはん
だクラックが生じる６３４１回まで試験を行ったが、剥
離破壊は生じなかった。このようにスズと銀と銅とを含
んだはんだを用いた場合、無電解ニッケル／金メッキへ
のはんだ付けにおいて高い信頼性が得られること、特
に、はんだ接合面での剥離破壊が防止されることが確認
された。
【００６０】以上、この発明の実施の形態及び実施例を
図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の
形態、実施例に限られるものではなく、この発明の要旨
を逸脱しない範囲の設計変更などがあってもこの発明に
含まれる。例えば、はんだの具体的な組成は上述した実
施例に限定されるものではない。スズ、銀、銅を含んだ
はんだは、広い組成範囲で上述した効果を発揮する。
図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の
形態、実施例に限られるものではなく、この発明の要旨
を逸脱しない範囲の設計変更などがあってもこの発明に
含まれる。例えば、はんだの具体的な組成は上述した実
施例に限定されるものではない。スズ、銀、銅を含んだ
はんだは、広い組成範囲で上述した効果を発揮する。
【００６１】また、上述の実施の形態は、無電解ニッケ
ル／金メッキの施された銅箔（特に、プリント基板の銅
配線）にはんだ付けを行うようにした例であるが、これ
に限らず、無電解ニッケル／金メッキが施される層（下
地層）は、必ずしも銅（銅箔）である必要はない。はん
だ接合部での構造（図１）から明らかなとおり、金属、
非金属を含むどのような材料（下地）の上に形成された
無電解ニッケル／金メッキに対するはんだ付けに対して
もこの発明は有効である。
ル／金メッキの施された銅箔（特に、プリント基板の銅
配線）にはんだ付けを行うようにした例であるが、これ
に限らず、無電解ニッケル／金メッキが施される層（下
地層）は、必ずしも銅（銅箔）である必要はない。はん
だ接合部での構造（図１）から明らかなとおり、金属、
非金属を含むどのような材料（下地）の上に形成された
無電解ニッケル／金メッキに対するはんだ付けに対して
もこの発明は有効である。
【００６２】上記したように、おり金メッキは、はんだ
付けの早い時期にはんだ中に拡散してしまう。また、金
は、化学的にも安定している。このため、拡散後のはん
だ中での金の状態は金メッキの製法によらず同様のもの
と思われる。その製法によって金メッキの形態に違いが
あったとしても、この違いが接合強度に影響を与えるこ
とはないと考えられる。従って、金メッキを例えば、電
気メッキ法で作成した場合についてもこの発明は同様に
有効であると考えられる。
付けの早い時期にはんだ中に拡散してしまう。また、金
は、化学的にも安定している。このため、拡散後のはん
だ中での金の状態は金メッキの製法によらず同様のもの
と思われる。その製法によって金メッキの形態に違いが
あったとしても、この違いが接合強度に影響を与えるこ
とはないと考えられる。従って、金メッキを例えば、電
気メッキ法で作成した場合についてもこの発明は同様に
有効であると考えられる。
【００６３】この発明は、あらゆる場面での無電解ニッ
ケル／金メッキに対するはんだ付けに適用可能である。
例えば、ＣＳＰによって構成された電子部品（半導体装
置）をプリント基板に表面実装する場合に適用可能であ
る。さらには、ＬＳＩの実装技術としてフリップチップ
ボンディング（ＦＣＢ：Flip Chip Bonding）技術が研
究開発されているが、このＦＣＢ技術においてもバンプ
の表面に無電解ニッケル／金メッキを形成した上ではん
だを用いて接合することが提案されている。この場合に
は、無電解ニッケル／金メッキによってバンプを形成
し、このバンプをはんだ付けによって接合することが考
えられる。さらには、無電解ニッケル／金メッキによっ
て拡散のバリア層を形成し、このバリア層の上にはんだ
ボールを配置して接合に供することが考えられる。この
発明はこのような場合にも有効である。
ケル／金メッキに対するはんだ付けに適用可能である。
例えば、ＣＳＰによって構成された電子部品（半導体装
置）をプリント基板に表面実装する場合に適用可能であ
る。さらには、ＬＳＩの実装技術としてフリップチップ
ボンディング（ＦＣＢ：Flip Chip Bonding）技術が研
究開発されているが、このＦＣＢ技術においてもバンプ
の表面に無電解ニッケル／金メッキを形成した上ではん
だを用いて接合することが提案されている。この場合に
は、無電解ニッケル／金メッキによってバンプを形成
し、このバンプをはんだ付けによって接合することが考
えられる。さらには、無電解ニッケル／金メッキによっ
て拡散のバリア層を形成し、このバリア層の上にはんだ
ボールを配置して接合に供することが考えられる。この
発明はこのような場合にも有効である。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、無電解ニッケル／金メッキに対するはんだ付け
において高い強度が実現できる。また、はんだ接合部の
信頼性が高い配線構造体、回路装置が実現できる。
よれば、無電解ニッケル／金メッキに対するはんだ付け
において高い強度が実現できる。また、はんだ接合部の
信頼性が高い配線構造体、回路装置が実現できる。
【図１】この発明の実施の形態におけるはんだ接合部の
構造を模式的に示す図である。
構造を模式的に示す図である。
【図２】この実施の形態を適用した回路装置の一例を示
す図である。
す図である。
【図３】この実施の形態を適用した配線構造体の一例を
示す図である。
示す図である。
【図４】Ｃｕ片とＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの金属間化合物
の外観を示す図である。
の外観を示す図である。
【図５】電解ニッケル／金メッキとＳｎ−Ｐｂ共晶はん
だの金属間化合物の外観を示す図である。
だの金属間化合物の外観を示す図である。
【図６】無電解ニッケル／金メッキとＳｎ−Ｐｂ共晶は
んだとによって形成される、針状の金属間化合物の外観
を示す図である。
んだとによって形成される、針状の金属間化合物の外観
を示す図である。
【図７】無電解ニッケル／金メッキと、スズと銀と銅と
を含んだはんだとによって形成される、カリフラワー状
の外観を呈する金属間化合物の外観を示す図である。
を含んだはんだとによって形成される、カリフラワー状
の外観を呈する金属間化合物の外観を示す図である。
【図８】実施例におけるサンプルの詳細を示す図であ
る。
る。
【図９】同実施例における評価基板のパターンを示す図
である。
である。
【図１０】無電解ニッケル／金メッキの施された電極
に、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだによるはんだ付けを行った場
合における、はんだの剥離の様子を示す図である。
に、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだによるはんだ付けを行った場
合における、はんだの剥離の様子を示す図である。
【図１１】図１０における剥離部分の拡大図である。
１ 下地層
２ ニッケル層
３ 金属間化合物層
４ はんだ層
１０ 半導体装置（回路装置）
１１ パッケージ基板（配線構造体の一部）
１２ 配線（導体配線材の一部）
１３ 基板端子（導体配線材の一部）
１４ 半導体チップ（機能部）
１５ はんだボール（配線構造体の一部）
１６ はんだ接合部（はんだ付け部、配線構造体の一
部） ２０ プリント基板（配線構造体の一部） ２１ 配線（導体配線材の一部） ２２ 基板端子（導体配線材の一部） ２３ コネクタ（配線構造体の一部） ２４ 端子（導体配線材の一部） ２５ はんだ接合部（はんだ付け部）
部） ２０ プリント基板（配線構造体の一部） ２１ 配線（導体配線材の一部） ２２ 基板端子（導体配線材の一部） ２３ コネクタ（配線構造体の一部） ２４ 端子（導体配線材の一部） ２５ はんだ接合部（はんだ付け部）
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H05K 3/34
B23K 1/00
B23K 1/19
H01L 21/60
H01L 23/12
Claims (14)
- 【請求項１】 無電解ニッケル−リンメッキ法によって
形成されたニッケル層と、この上に形成された金層とか
ら構成された無電解ニッケル／金メッキへのはんだ付け
方法であって、 前記ニッケル層との接合界面において、カリフラワー状
の金属間化合物を形成するはんだを用いることを特徴と
する無電解ニッケル／金メッキへのはんだ付け方法。 - 【請求項２】 無電解ニッケル−リンメッキ法によって
形成されたニッケル層と、この上に形成された金層とか
ら構成された無電解ニッケル／金メッキへのはんだ付け
方法であって、 前記ニッケル層との接合界面において、スズと銅とを主
成分とし、さらにニッケルを含んだ金属間化合物を形成
するはんだを用いることを特徴とする無電解ニッケル／
金メッキへのはんだ付け方法。 - 【請求項３】 無電解ニッケル−リンメッキ法によって
形成されたニッケル層と、この上に形成された金層とか
ら構成された無電解ニッケル／金メッキへのはんだ付け
方法であって、 前記ニッケル層との接合界面において、スズと銅とを主
成分とし、さらにニッケルを含んだ、カリフラワー状の
金属間化合物を形成するはんだを用いることを特徴とす
る無電解ニッケル／金メッキへのはんだ付け方法。 - 【請求項４】 前記金層は、置換メッキ法によって、形
成されたものであることを特徴とする請求項１、２又は
３記載の無電解ニッケル／金メッキへのはんだ付け方
法。 - 【請求項５】 はんだ付けが施された配線を有する配線
構造体であって、電気信号及び／又は前記電流が入出力
される配線を構成する導体配線材と、前記導体配線材
を、他の前記導体配線材及び／又は他のいずれかの部分
に接合するはんだ付け部とを備え、前記はんだ付け部
は、無電解ニッケル−リンメッキ法によって作られたニ
ッケル／金属間化合物／はんだ、という略層構造を有し
たものであり、 前記金属間化合物は、前記はんだと接した側の表面形状
がカリフラワー状であることを特徴とする配線構造体。 - 【請求項６】 はんだ付けが施された配線を有する配線
構造体であって、電気信号及び／又は前記電流が入出力
される配線を構成する導体配線材と、前記導体配線材
を、他の前記導体配線材及び／又は他のいずれかの部分
に接合するはんだ付け部とを備え、前記はんだ付け部
は、無電解ニッケル−リンメッキ法によって作られたニ
ッケル／金属間化合物／はんだ、という略層構造を有し
たものであり、 前記金属間化合物は、スズと銅とを主成分とし、さらに
ニッケルを含んだものであることを特徴とする配線構造
体。 - 【請求項７】 はんだ付けが施された配線を有する配線
構造体であって、電気信号及び／又は前記電流が入出力
される配線を構成する導体配線材と、前記導体配線材
を、他の前記導体配線材及び／又は他のいずれかの部分
に接合するはんだ付け部とを備え、前記はんだ付け部
は、無電解ニッケル−リンメッキ法によって作られたニ
ッケル／金属間化合物／はんだ、という略層構造を有し
たものであり、 前記金属間化合物は、スズと銅とを主成分とし、さらに
ニッケルを含んでなると共に、前記はんだと接した側の
表面形状がカリフラワー状であることを特徴とする配線
構造体。 - 【請求項８】 前記導体配線材は、銅を主成分として構
成されたものであることを特徴とする請求項５、６又は
７記載の配線構造体。 - 【請求項９】 はんだ付けが施された配線を有する回路
装置であって 請求項５、６又は７記載の配線構造体と、前記配線構造
体の有する導体配線及び／又ははんだ付け部を通じて、
電気信号及び／又は電流を入出することで所望の機能を
発揮する機能部とを有することを特徴とする回路装置。 - 【請求項１０】 前記機能部は、半導体チップであるこ
とを特徴とする請求項９記載の回路装置。 - 【請求項１１】 はんだ付け部分を有して構成された配
線構造体の製造方法であって、無電解ニッケル−リンメ
ッキ法によって形成されたニッケル層と、このニッケル
層の上に形成された金層とから構成された無電解ニッケ
ル／金メッキが形成された配線へのはんだ付けを、前記
ニッケル層との接合界面において、カリフラワー状の金
属間化合物を形成するはんだを用いて行うことを特徴と
する配線構造体の製造方法。 - 【請求項１２】 はんだ付け部分を有して構成された配
線構造体の製造方法であって、無電解ニッケル−リンメ
ッキ法によって形成されたニッケル層と、このニッケル
層の上に形成された金層とから構成された無電解ニッケ
ル／金メッキが形成された配線へのはんだ付けを、前記
ニッケル層との接合界面において、スズと銅とを主成分
とし、さらにニッケルを含んだ金属間化合物を形成する
はんだを用いて行うことを特徴とする配線構造体の製造
方法。 - 【請求項１３】 はんだ付け部分を有して構成された配
線構造体の製造方法であって、無電解ニッケル−リンメ
ッキ法によって形成されたニッケル層と、このニッケル
層の上に形成された金層とから構成された無電解ニッケ
ル／金メッキが形成された配線へのはんだ付けを、前記
ニッケル層との接合界面において、スズと銅とを主成分
とし、さらにニッケルを含んだカリフラワー状の金属間
化合物を形成するはんだを用いて行うことを特徴とする
配線構造体の製造方法。 - 【請求項１４】はんだ付けが施された配線を有する配線
構造体と、前記配線構造体の有する導体配線及び／又は
はんだ付け部を通じて、電気信号及び／又は電流を入出
することで所望の機能を発揮する機能部とを備えてなる
回路装置の製造方法において、 前記配線構造体を、請求項１１、１２又は１３記載の配
線構造体の製造方法を用いて製造することを特徴とする
回路装置の製造方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25015299A JP3444245B2 (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | 無電解ニッケル／金メッキへのはんだ付け方法、配線構造体、回路装置及びその製造方法 |
| EP00250291A EP1080823B1 (en) | 1999-09-03 | 2000-09-01 | High-strength solder joint |
| DE60023416T DE60023416T2 (de) | 1999-09-03 | 2000-09-01 | Weichlotverbindung mit hoher Festigkeit |
| US09/653,865 US6669077B1 (en) | 1999-09-03 | 2000-09-01 | High-strength solder joint |
| CNB00124311XA CN1151008C (zh) | 1999-09-03 | 2000-09-04 | 高强度焊接头 |
| AU56450/00A AU770552B2 (en) | 1999-09-03 | 2000-09-04 | High-strength solder joint |
| US10/665,492 US6919137B2 (en) | 1999-09-03 | 2003-09-22 | High-strength solder joint |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
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|---|---|
| JP2001077528A JP2001077528A (ja) | 2001-03-23 |
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