特許 6267427 はんだ付け方法及び実装基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6267427

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】はんだ付け方法及び実装基板

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/34 20060101AFI20180115BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20180115BHJP

   B23K 1/20 20060101ALI20180115BHJP

   B23K 35/26 20060101ALN20180115BHJP

   C22C 13/00 20060101ALN20180115BHJP

   B23K 101/42 20060101ALN20180115BHJP

   B23K 103/12 20060101ALN20180115BHJP

【ＦＩ】

   H05K3/34 512C

   B23K1/00 330E

   B23K1/20 J

   H05K3/34 505F

   !B23K35/26 310A

   !C22C13/00

   B23K101:42

   B23K103:12

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-14864(P2013-14864)

(22)【出願日】2013年1月29日

(65)【公開番号】特開2014-146713(P2014-146713A)

(43)【公開日】2014年8月14日

【審査請求日】2016年1月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】599036233

【氏名又は名称】株式会社谷黒組

(74)【代理人】

【識別番号】100117226

【弁理士】

【氏名又は名称】吉村 俊一

(72)【発明者】

【氏名】谷黒 克守

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 源蔵

【審査官】 原田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２２２９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０５９５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５０７９１７０（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ ３／３４

Ｂ２３Ｋ １／００

Ｂ２３Ｋ １／２０

Ｂ２３Ｋ ３５／２６

Ｂ２３Ｋ １０１／４２

Ｂ２３Ｋ １０３／１２

Ｃ２２Ｃ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に電子部品をはんだ付けする方法であって、
前記基板及び前記電子部品が有する電極表面を有機脂肪酸含有溶液により清浄化し、該電極上に該有機脂肪酸コーティング膜を設ける工程と、
該コーティング膜を設けた電極を、錫を主成分、ニッケルを副成分とし、銀を含まない溶融鉛フリーはんだであって前記と同じ有機脂肪酸含有溶液に溶融状態で撹拌して精製されたはんだに接触させることにより、該電極に含まれる成分と該成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分とが化合して形成される前記電極溶食防止層を有するはんだ層が形成された基板及び電子部品を準備する工程と、
前記はんだ層が形成された基板に、前記電極のはんだ濡れ性を向上させる成分である銀を含まないはんだ材料を付着させる工程と、
その後、前記はんだ材料を付着させた基板及び前記はんだ層が形成された電子部品を加熱処理して前記基板に前記電子部品をはんだ付けする工程と、を有する、ことを特徴とするはんだ付け方法。

【請求項2】

前記はんだ材料が、前記電極に含まれる成分に化合して前記電極溶食防止層を形成する成分であるニッケルを含まない、請求項１に記載のはんだ付け方法。

【請求項3】

前記基板が、プリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板から選ばれるいずれかであり、前記電子部品が、チップ、抵抗、コンデンサ及びフィルタから選ばれるいずれかである、請求項１又は２に記載のはんだ付け方法。

【請求項4】

基板に電子部品がはんだ付けされた実装基板であって、
前記基板及び前記電子部品が有する電極表面は、有機脂肪酸含有溶液により清浄化され、該電極上に該有機脂肪酸コーティング膜が形成され、
該コーティング膜が設けられた電極は、錫を主成分、ニッケルを副成分とし、銀を含まない溶融鉛フリーはんだであって前記と同じ有機脂肪酸含有溶液に溶融状態で撹拌して精製されたはんだに接触させることにより、該電極に含まれる成分と該成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分とが化合して前記電極溶食防止層を有するはんだ層が形成されており、
前記はんだ層が形成された基板と前記はんだ層が形成された電子部品とが、該電極のはんだ濡れ性を向上させる成分である銀を含まないはんだ材料によりはんだ付けされていることを特徴とする実装基板。

【請求項5】

前記はんだ材料が、前記電極に含まれる成分に化合して前記電極溶食防止層を形成する成分であるニッケルを含まない、請求項４に記載の実装基板。

【請求項6】

前記基板が、プリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板から選ばれるいずれかであり、前記電子部品が、チップ、抵抗、コンデンサ及びフィルタから選ばれるいずれかである、請求項４又は５に記載の実装基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、はんだ材料及びそのはんだ材料を用いたはんだ付け材料に関する。詳しくは、電極溶食防止層を有するはんだ層が電極上に形成されている基板又は電子部品に対して、低コストで且つ高い信頼性ではんだ付けすることができるはんだ材料及びそのはんだ材料を用いたはんだ付け方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、プリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板等の基板（以下、「実装基板」ともいう。）は、配線密度や実装密度がますます向上している。実装基板は、電子部品をはんだ付けするための電極を多数有している。その電極上に、電子部品をはんだ付けするためのはんだバンプやはんだペースト等のはんだ（以下、「接続はんだ」ともいう。）が設けられ、電子部品は、その接続はんだにはんだ付けされて実装基板に実装される。

【0003】

接続はんだは、電子部品との接合信頼性が高く、かつ高精度で耐久性に優れることが要求される。そうした接合はんだを、環境に配慮した鉛フリーのはんだ材料で形成する場合は、通常、銀が必要不可欠な成分として含有されている。銀を含むはんだ材料は、一般的に、電極に対するはんだ濡れ性が向上し、電子部品との接続信頼性が優れたはんだを形成することができるといわれている。

【0004】

しかし、銀は亜鉛や錫等に比べて高価であるため、銀を含むはんだ材料を用いて電子部品を実装すると、コストがかかるという問題点がある。また、銀は融点が高いため、銀を含むはんだ材料は、融点を下げるためにビスマスやインジウム等の他の高価な成分をさらに含む場合があり、その場合はコストがさらに嵩むという問題点がある。そのため、鉛フリーでかつ銀を含まず、しかも上記した要求に応え得る基板又は電子部品用のはんだ材料が求められている。

【0005】

ところで、一般的な接続はんだの形成方法として、銅等からなる電極（例えば銅電極。以下同じ。）が設けられた実装基板をそのまま溶融はんだ中にディッピング（浸漬）する方法が知られている。銅電極にはんだが接触すると、銅とはんだに含まれる錫とが化合してＣｕＳｎ金属間化合物が生成する。このＣｕＳｎ金属間化合物の生成自体がはんだ接合の基本である。しかし、その現象は、銅電極がはんだに含まれる錫で侵食される態様で形成されることから「電極溶食」と呼ばれることがある。こうした電極溶食は、電子部品を接続する銅電極の容積を減少させて信頼性を低下させ、実装基板の信頼性を損なわせるおそれがある。そのため、溶融はんだ中への実装基板のディッピング時間を短縮して電極溶食を抑制することが必要であり、そのために、実装基板の銅電極上に予備はんだ層を形成し、その後に実装基板を溶融はんだ中にディッピングする方法（ディッピング方法）が検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５０７９１６９号公報

【特許文献2】特許第５０７９１７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明者は、これまでに、上記特許文献１及び２の実施形態の一例として、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含む溶融はんだを用いて、銅電極上にＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層からなる電極溶食防止層を有するはんだ層を形成する技術を提案してきた。この技術によれば、溶融はんだがニッケルを必須に含むので、そのニッケルが銅電極の銅と化合し、さらに溶融はんだの錫とも化合してＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層を有するはんだ層が銅電極上に容易に形成される。ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層は、銅電極の銅溶食防止層として作用し、銅電極の欠損や消失を防ぐように作用する。その結果、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層からなる電極溶食防止層を有するはんだ層は、その後において、そのはんだ層が実装された基板を高温で熱処理しても、銅電極がそのはんだ層中の成分に溶食されるのを抑制することができるという利点がある。

【0008】

本発明は、上記技術をさらに進めたものであって、その目的は、電極溶食防止層を有するはんだ層が電極上に形成されている基板又は電子部品に対して、低コストで且つ高い信頼性ではんだ付けすることができるはんだ材料を提供することにある。本発明の他の目的は、そうしたはんだ材料を用いたはんだ付け材料を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）上記課題を解決するための本発明に係るはんだ材料は、基板又は電子部品のはんだ付けのために設けられるはんだ材料であって、前記基板又は電子部品は、該基板又は電子部品が有する電極上に、該電極に含まれる成分と、該成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分とが化合して形成された前記電極溶食防止層を有するはんだ層が形成されており、前記はんだ材料は、前記電極のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まない、ことを特徴とする。

【0010】

この発明によれば、はんだ材料が、電極のはんだ濡れ性を向上させる成分（「はんだ濡れ性向上成分」ともいう。例えば銀。）を含まないので、基板又は電子部品にはんだ付けできる低コストのはんだ材料を提供できる。また、このはんだ材料によってはんだ付けされる基板又電子部品は、その電極上にはんだ層が形成されているので、はんだ材料に銀等のはんだ濡れ性向上成分が含まれていなくても、はんだ付けの時にはんだ材料が電極上にすばやく濡れ広がる。その結果、接続信頼性が優れたはんだ付けが可能なはんだ材料にすることができる。また、その電極上のはんだ層が電極溶食防止層を有するので、はんだ付けする際にリフロー炉等により高温で熱処理しても、基板や電子部品の電極が電極溶食防止層によって保護されて溶食が起こりにくい。その結果、はんだ付け後の電極の信頼性が高いはんだ材料にすることができる。

【0011】

本発明に係るはんだ材料において、前記電極に含まれる成分に化合して前記電極溶食防止層を形成する成分を含まないことが好ましい。

【0012】

この発明によれば、電極に含まれる成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分を含まないので、電極溶食防止層の成分とはんだ材料に含まれる成分とが同じ場合に起こることがある電極溶食防止層の厚さ拡大現象を抑制することができる。その結果、このはんだ材料ではんだ付けした基板又は電子部品が有する電極の信頼性をより一層向上させることができる。

【0013】

本発明に係るはんだ材料において、前記電極のはんだ濡れ性を向上させる成分が銀であり、前記電極溶食防止層を形成する成分がニッケルであることが好ましい。

【0014】

本発明に係るはんだ材料において、前記基板が、プリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板から選ばれるいずれかであり、前記電子部品が、チップ、抵抗、コンデンサ及びフィルタから選ばれるいずれかであることが好ましい。

【0015】

（２）上記課題を解決するための本発明に係るはんだ付け方法は、上記したいずれかに記載のはんだ材料を用いたはんだ付け方法であって、前記基板又は電子部品が有した電極上に、該電極に含まれる成分と該成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分とが化合して形成された前記電極溶食防止層を有したはんだ層が形成された基板又は電子部品を準備する工程と、前記基板又は電子部品に、前記電極のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まないはんだ材料を付着させる工程と、その後、前記基板又は電子部品を加熱処理して前記はんだ材料をはんだ付けする工程と、を有する、ことを特徴とする。

【0016】

この発明によれば、はんだ材料が、電極のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まないので、基板又は電子部品を低コストではんだ付けすることができる。また、電極上にはんだ層を有した基板又は電子部品を準備するので、はんだ材料が電極上にすばやく濡れ広がる。その結果、接続信頼性が優れたはんだ付けが可能になる。また、そのはんだ層が電極溶食防止層を有しているので、加熱処理する工程でリフロー炉等により高温で熱処理しても、基板や電子部品が有する電極が電極溶食防止層によって保護され、溶食を抑制することができる。その結果、はんだ付け後の電極の信頼性を確保することができる。

【0017】

本発明に係るはんだ付け方法において、前記はんだ材料が、前記電極に含まれる成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分を含まないことが好ましい。

【0018】

この発明によれば、はんだ材料が、電極に含まれる成分に化合して電極溶食防止層を形成する成分を含まないので、形成されるはんだは、電極溶食防止層を形成する成分を含まない。その結果、電極溶食防止層の成分とはんだに含まれる成分とが同じ場合に起こることがある電極溶食防止層の厚さ拡大現象を抑制することができ、はんだ付け後の電極の信頼性をより一層向上させることができるはんだ付け方法にすることができる。

【0019】

本発明に係るはんだ付け方法において、前記電極のはんだ濡れ性を向上させる成分が銀であり、前記電極溶食防止層を形成する成分がニッケルであることが好ましい。

【発明の効果】

【0020】

本発明に係るはんだ材料及びはんだ付け方法によれば、電極溶食防止層を有するはんだ層が電極上に形成されている基板又は電子部品に対して、低コストで且つ高い信頼性ではんだ付けすることができるはんだ材料及びそのはんだ材料を用いたはんだ付け材料を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係るはんだ材料ではんだ付けする基板の一例を示す断面図である。

【図2】本発明に係るはんだ材料ではんだ付けする電子部品の一例を示す断面図である。

【図3】本発明に係るはんだ材料で基板と電子部品とをはんだ付けする方法の一例を示す工程図である。

【図4】本発明に係るはんだ材料を電極の電極溶食防止層上に付着させた後、熱処理した電極の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明に係るはんだ材料及びはんだ付け方法について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、以下に具体的に示す実施形態に限定されるものではない。また、「電極溶食防止層」とは、電極を構成する成分の一部又は全部がはんだによって溶食（電極成分が拡散して溶け出す態様のこと。）されるのを抑えるように機能する層のことである。

【0023】

［はんだ材料］
本発明に係るはんだ材料５は、図１〜図３に示すように、基板１０又は電子部品２０のはんだ付けのために設けられるはんだ材料５である。基板１０又は電子部品２０は、図１及び図２に示すように、基板１０又は電子部品２０が有する電極２上に、その電極２に含まれる成分と、その成分に化合して電極溶食防止層３を形成する成分とが化合して形成された電極溶食防止層３を有するはんだ層４が形成されている。

【0024】

本発明に係るはんだ材料５は、電極２のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まないことに特徴がある。電極２のはんだ濡れ性を向上させる成分は、例えば銀等に代表されるように高価であるため、はんだ付けの材料コストが高くなる。本発明では、こうした電極２のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まないので、低コストで基板１０や電子部品２０のはんだ付けを行うことができる。

【0025】

また、基板１０又は電子部品２０が有する電極２上にはんだ層４（第１のはんだ層ともいう。）が形成されているので、そのはんだ層４が予備はんだとして作用し、はんだ材料５がそのはんだ層４を有する電極２上にすばやく濡れ広がる。その結果、電極２のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まずに接続信頼性が優れたはんだ付けが可能なはんだ材料５にすることができる。さらに、そのはんだ層４が、電極溶食防止層３を有するので、はんだ付けする際にリフロー炉等により高温で熱処理しても、電極２の溶食を生じさせず信頼性が高いはんだ付けが可能なはんだ材料５にすることができる。

【0026】

以下、各構成について詳しく説明する。

【0027】

（はんだ材料）
はんだ材料５は、電極２のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まなければよく、各種のはんだ組成のものを用いることができる。電極２のはんだ濡れ性を向上させる成分は、例えば、電極２が銅電極である場合は銀であり、他の素材の電極２の場合はその電極２の濡れ性を向上させる種々の成分である。また、はんだ材料５は、電極２の表面に形成されたはんだ層が有する電極溶食防止層４の成分と同じ成分を含まないことが好ましい。こうしたはんだ材料５は、電極溶食防止層３の成分とはんだ材料５に含まれる成分とが同じ場合に起こることがある電極溶食防止層３の厚さ拡大現象を抑制することができ、はんだ付け後の電極の信頼性をより一層向上させることができる。電極溶食防止能を生じさせる成分は、例えば、ニッケルを挙げることができる。

【0028】

はんだ材料５は、例えば、後述する実施例で用いたニッケルを含有しない４元系、３元系、２元系のはんだや、ニッケルを含有する５元系、４元系、３元系のはんだ、又はビスマス系の低温はんだであってもよい。はんだ材料５は、例えば、錫を主成分とし、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン及びゲルマニウムから選ばれる１種又は２種以上を副成分として任意に含む鉛フリーはんだが好ましく用いられる。こうしたはんだ材料５は、銀を含まない鉛フリーはんだ材料であるので、環境に配慮しつつ低コストで基板１０又は電子部品２０のはんだ付けを行うことができる。

【0029】

はんだ材料５は、銀もニッケルも含まないものとしては、ＳｎＣｕ系はんだ、ＳｎＧｅ系はんだ、ＳｎＰ系はんだ、ＳｎＣｕＧｅ系はんだ、ＳｎＣｕＧｅＰ系はんだ、ＳｎＺｎＡｌ系はんだ、ＳｎＳｂ系はんだ、等を用いることができる。また、銀もニッケルも含まない低融点はんだとしては、ＳｎＢｉ系はんだ、ＳｎＢｉＺｎ系はんだ、等を挙げることができる。また、銀を含まずニッケルを含むものとしては、ＳｎＮｉ系はんだ、ＳｎＣｕＮｉ系はんだ、ＳｎＧｅＮｉ系はんだ、ＳｎＰＮｉ系はんだ、ＳｎＣｕＧｅＮｉ系はんだ、ＳｎＣｕＧｅＰＮｉ系はんだ、ＳｎＺｎＡｌＮｉ系はんだ、ＳｎＳｂＮｉ系はんだ、等を用いることができる。また、銀を含まずニッケルを含む低融点はんだとしては、ＳｎＢｉＮｉ系はんだ、ＳｎＢｉＺｎＮｉ系はんだ、等を挙げることができる。

【0030】

はんだ材料５は、１５０℃以上、３００℃以下の程度の範囲内で溶融するはんだ材料であれば、ペーストはんだであってもよいし、溶融可能な金属はんだであってもよい。なかでも、ペーストはんだは便利に用いられ、錫を主成分とし、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン及びゲルマニウムから選ばれる１種又は２種以上を副成分として任意に含むはんだペースト（ソルダーペーストともいう。）が好ましく用いられる。はんだペーストは、はんだ粉末とフラックスとのペースト状の複合材料であり、電子部品を表面実装にてはんだ付けする工法（ＳＭＴ）のうち、接合材料として印刷工程に用いられるものである。フラックスは、特に限定されず各種のものが任意に配合されたものを用いることができる。

【0031】

（基板又は電子部品）
基板１０又は電子部品２０は、上記したはんだ材料５ではんだ付けする部品である。基板１０又は電子部品２０は、図１及び図２に示すように、基材１上に１又は２以上の電極２を有している。電極２の表面に、その電極２に含まれる成分とその電極２に含まれる成分に化合して電極溶食防止層３を形成する成分とが化合して形成された電極溶食防止層３を有するはんだ層４が形成されている。なお、基板１０又は電子部品２０のはんだ層４の上には、そのはんだ層４の酸化や汚染を防止するための有機脂肪酸のコーティング膜が形成されていてもよい。

【0032】

基板１０としては、例えば、基材１上に電極２が任意の形態及び数で設けられている、プリント基板、ウエハー、フレキシブル基板等を挙げることができる。電子部品２０としては、コネクタ、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Out Line Package）、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＬＧＡ（Land Grid Array）、半導体チップ、チップ抵抗、チップコンデンサ、ジャンパー配線材等を挙げることができる。

【0033】

電極２は、その種類、寸法及び形態は特に限定されないが、その上に形成されるはんだ層４を形成するための溶融はんだに含まれる錫と化合して金属間化合物層を形成する金属成分を含む導電性電極が対象になる。錫と化合して金属間化合物層を形成する金属成分としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｉ等を挙げることができる。電極２は、こうした金属成分から選ばれる１種又は２種以上で構成されている。具体的な電極２としては、銅電極、銅合金電極、銀電極、銀合金電極、金電極、金合金電極、パラジウム電極、パラジウム合金電極、アルミニウム電極、アルミニウム合金電極等を挙げることができる。

【0034】

電極溶食防止層３は、後述するはんだ層４が有する層であり、電極２に含まれる成分と、その電極２に含まれる成分に化合して電極溶食防止層３を形成する成分とが化合して、電極２の表面に形成された層である。こうした電極溶食防止層３は、金属間化合物からなり、特に、ニッケル含有金属間化合物からなる層であることが好ましい。ニッケル含有金属間化合物としては、例えば、ＣｕＮｉＳｎ合金、ＡｇＮｉＳｎ合金、ＡｕＮｉＳｎ合金、ＰｄＮｉＳｎ合金、ＲｈＮｉＳｎ合金、ＺｎＮｉＳｎ合金、ＳｎＮｉＳｎ合金、ＮｉＮｉＳｎ合金、ＣｏＮｉＳｎ合金、ＢｉＮｉＳｎ合金等からなる金属間化合物層を挙げることができる。こうしたニッケル含有金属間化合物からなる電極溶食防止層３は、はんだ層４を形成するための溶融はんだや、その後に用いるはんだ材料５に含まれる錫が電極２の構成成分（例えばＣｕ）に化合して電極を欠損させたり消失させたりすることを防ぐように作用する。その結果、ニッケル含有金属間化合物からなる電極溶食防止層３を有するはんだ層４は、その後において、そのはんだ層４を有する基板を高温で熱処理しても、電極２がそのはんだ層４中の成分に溶食されるのを抑制することができる。

【0035】

電極溶食防止層３の厚さは、０．５μｍ以上、３μｍ以下であることが好ましい。電極溶食防止層３の電極溶食防止能を安定化させるためには、電極溶食防止層３が欠陥等を抑えた均一な厚さで形成されていることが好ましい。電極溶食層３の厚さを上記範囲にすることにより、電極２上に設けられたはんだ層４に含まれる成分（例えばＳｎ等）が、電極成分（例えばＣｕ等）に化合して溶食してしまうのを抑制することができる。電極溶食防止層３の厚さが厚すぎると、電極溶食防止層３自体に割れや亀裂が生じるおそれがあるので、最も厚い部分の厚さは、３μｍ以下であることが好ましい。電極溶食防止層３の最も薄い部分が０．５μｍ以上で最も厚い部分が３μｍ以下であり、かつ、電極溶食防止層３の全体の平均厚さが１μｍ以上、２μｍ以下であることが特に好ましい。なお、厚さは、断面を走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡で観察した結果から、測定箇所１００ポイントの結果から算出した。

【0036】

はんだ層４（第１のはんだ層）は、電極２上に形成されている層であり、はんだ材料５を用いてはんだ付けする際に予備はんだとして作用する。こうしたはんだ層４が形成されているので、はんだ材料５が電極２上に濡れ広がり、接続信頼性が優れたはんだ付けが可能なはんだ材料５にすることができる。

【0037】

はんだ層４は、基板１０又は電子部品２０の電極２に、その電極２に含まれる成分に化合して金属間化合物からなる電極溶食防止層を形成する成分（例えばニッケル）を含む溶融はんだを接触させ、電極２上にその溶融はんだを付着させ、その後に余剰の溶融はんだを除去することで形成されている。

【0038】

具体的には、例えば、銅電極２を、錫及びニッケルを含む溶融はんだに接触させて銅電極２上にその溶融はんだを付着させる。付着させる方法は、後述の実施例のように、溶融はんだ中に基板１０又は電子部品２０を浸漬して付着させてもよいし、電極２のはんだ層４上に印刷し、その後に加熱溶融して溶融はんだを電極２上に付着させてもよい。付着させた溶融はんだに含まれるニッケルは、銅電極２の銅と化合し、さらに溶融はんだに含まれる錫とも化合してＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層が電極２の表面に容易に形成される。その後、付着した溶融はんだに向けて気流又は液流を噴射して、余剰の溶融はんだが除去される。その結果、電極２上に電極溶食防止層３が設けられ、その電極溶食防止層３上に薄いはんだ層４が設けられる。

【0039】

溶融はんだは、電極２が銅電極又は銅合金電極である場合には、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含む溶融鉛フリーはんだが好ましく用いられる。また、錫ビスマス系はんだに少なくともニッケルを副成分として含む低融点溶融はんだも好ましく用いられる。こうした溶融鉛フリーはんだには、さらに、銅、ゲルマニウム及びリンから選ばれる１種又は２種以上が副成分として任意に含まれていてもよい。また、さらに濡れ性を高めるといわれている銀が含まれていてもよい。なお、溶融はんだを接触させる前に、電極２に有機脂肪酸含有溶液を接触させて電極２の表面を清浄化してもよい。事前に電極２の表面を清浄化することで、電極２のはんだ濡れ性が高められるので、その場合は、溶融はんだは高価な銀を含む必要はない。

【0040】

［はんだ付け方法］
本発明に係るはんだ付け方法は、上記したはんだ材料５を用いたはんだ付け方法であって、図３に示すように、基板１０又は電子部品２０が有した電極２上に、その電極２に含まれる成分とその成分に化合して電極溶食防止層３を形成する成分とが化合して形成された電極溶食防止層３を有したはんだ層４が形成された基板１０又は電子部品２０を準備する工程（図３Ａ）と、基板１０又は電子部品２０に、電極２のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まないはんだ材料５を付着させる工程（図３Ｂ、Ｃ）と、その後、基板１０又は電子部品２０を加熱処理して前記はんだ材料５をはんだ付けして第２のはんだ層６を形成する工程（図３Ｄ）と、を有する。本発明では、はんだ材料が、電極２のはんだ濡れ性を向上させる成分を含まないことを特徴とする。

【0041】

はんだ材料５、基板１０、電子部品２０、電極溶食防止層３及びはんだ層４については、上述のとおりであるので、ここではその記載を省略する。はんだ材料５をはんだ層４に付着させる方法は、特に限定されず、例えば、ペースト状のはんだ材料５を、所定のパターンが形成されたメッシュ等を用いてはんだ層４の上に任意の方法で印刷して付着させる方法、又は、金属状のはんだ材料５の溶融はんだをはんだ層４の上に設けて付着させる方法を挙げることができる。

【0042】

加熱処理する方法は、特に限定されず、例えば、リフロー炉等ではんだ材料の融点以上まで加熱して処理することができる。このはんだ付け方法は、基板１０及び電子部品２０が有する電極２上に電極溶食防止層３を有するはんだ層４が予め形成されているので、こうした熱処理によっても、電極２各部での電極溶食を抑えることができ、電極２の信頼性を保つことができる。

【実施例】

【0043】

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

【0044】

［実施例１］
実施例１は、第１のはんだ層をＳｎＮｉＣｕＧｅ４元系はんだ材料で形成し、第２のはんだ層をＳｎＣｕ２元系はんだ材料で形成した。

【0045】

（基板又は電子部品）
一例として、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍのプリント基板１に幅Ｗが５０μｍで厚さが２０μｍの銅配線パターンが形成された基板１０を準備した（例えば図１参照）。その銅電極２に以下の組成を有する第１の有機脂肪酸含有溶液を噴射し、コーティング処理して銅電極２上に図示しない有機脂肪酸コーティング膜を設けた。この有機脂肪酸コーティング膜は、第１の有機脂肪酸含有溶液で銅表面を清浄化した結果として付着されるものである。第１の有機脂肪酸含有溶液として、ニッケル塩やコバルト塩等の金属塩や酸化防止剤等が含まれていないエステル合成油にパルミチン酸を１０質量％になるように含有させた有機脂肪酸含有溶液を用いた。その第１の有機脂肪酸含有溶液の温度は１５０℃に制御した。

【0046】

引き続いて、以下の組成を有する溶融はんだＡの液流（２５０℃）をコーティング処理した基板１０に向けて噴射した。溶融はんだが吹き付けられた銅電極２上は、溶融はんだが付着して盛られた状態になった。用いた溶融はんだは、Ｎｉ：０．０５質量％、Ｇｅ：０．００５質量％、Ｃｕ：０．７質量％、残部がＳｎからなる４元系鉛フリーはんだ（融点：約２２７℃）を用い、そのはんだを上記第１の有機脂肪酸含有溶液と同じ有機脂肪酸含有溶液で２５０℃の条件下で強撹拌しで精製したものを用いた。この溶融はんだ５ａの粘度は、２５０℃で０．００３５Ｐａ・ｓであった。

【0047】

引き続いて、銅電極２上に盛られた余剰の溶融はんだを除去した。その除去手段は、噴射ノズルを用い、噴射ノズルからは、上記した第１の有機脂肪酸含有溶液と同じ組成の第２の有機脂肪酸含有溶液を２５０℃に加温して噴射させた。溶融はんだを銅電極２に噴射してから、第２の有機脂肪酸含有溶液で余剰はんだを除去し、その後、部品にエアー流を吹き付けて第１の溶融はんだをその融点未満である２００℃に急冷するまでの時間は、合計１０秒であった。その結果、図１に示す形態の基板１０を得た。この基板１０は、銅電極２上に、電極溶食防止層３、はんだ層４（除去後に残っているはんだ層。）、図示しないコーティング膜の順で設けられている。

【0048】

こうして、電極溶食防止層３を有するはんだ層４が形成された基板１０を準備した。その断面を電子顕微鏡で観察したところ、基板１０が有する銅電極２上には、厚さ１．５μｍ程度で亀裂のない電極溶食防止層３が設けられている厚さＴが２．５μｍ程度のはんだ層４が付着しており、そのはんだ層４上にコーティング膜が薄く付着していることを確認した。このように、有機脂肪酸含有溶液で銅表面を清浄化し、かつ有機脂肪酸含有溶液で精製した溶融はんだを用いることで、銀を含まなくても濡れ性よくはんだ層４が形成された基板１０を準備することができる。こうした基板１０を準備することで、基板１０の準備段階から銀を用いることが不要となる。その結果、こうして準備した基板１０に対しては、より低コストではんだ付けが可能なはんだ材料５を適用できる。

【0049】

（はんだ付け）
こうして得られた基板１０の銅電極２上に、はんだ材料５をスクリーン印刷して付着させた（図３Ｂ）。実施例１に係るはんだ材料５として、Ｃｕ：３．０質量％、残部がＳｎからなる２元系鉛フリーはんだ（融点：約２２７℃）を用いた。

【0050】

引き続き、はんだ材料５上に電子部品２０の銅電極２が接するように電子部品２０を載せ（図３Ｃ）、引き続き、２５０℃に設定したリフロー炉で１０分間加熱した。こうして、実施例１に係るはんだ材料５を用いて基板１０と電子部品２０とをはんだ付けした（図３Ｄ）。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、図４（Ｂ）に示すように、電極２の溶食が極力抑えられており、図４（Ａ）に示す当初のものとあまり変化していなかった。また、電極溶食防止層３の厚さははんだ付け前の基板１０とほぼ同じ厚さであった。これらの製造条件を表１に示し、評価結果を表２に示した。

【0051】

［実施例２］
実施例２は、第１のはんだ層をＳｎＮｉＣｕＧｅ４元系はんだ材料で形成し、第２のはんだ層をＳｎＮｉＣｕ３元系はんだ材料で形成した。

【0052】

実施例１のはんだ材料５に替えて、実施例２に係るはんだ材料５として、Ｎｉ：０．５質量％、Ｃｕ：３．０質量％、残部がＳｎからなる３元系鉛フリーはんだ（融点：約２２８℃）を用いた以外は、実施例１と同様にして、基板１０と電子部品２０とをはんだ付けした。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、電極溶食防止層３がはんだ付け前の基板１０よりもやや厚くなっていたものの、実施例１と同様に、電極２の溶食が極力抑えられており、当初のものとあまり変化していなかった。

【0053】

［実施例３］
実施例３は、第１のはんだ層をＳｎＡｇＮｉＣｕＧｅ５元系はんだ材料で形成し、第２のはんだ層をＳｎＣｕ２元系はんだ材料で形成した。

【0054】

実施例１の基板１０に替えて、以下の基板１０を用いた以外は、実施例１と同様に、基板１０を準備した。すなわち、実施例１において、基板１０について第１の有機脂肪酸によるコーティング処理及び溶融はんだの精製化処理は行わず、さらに、溶融はんだ５に替えて、以下の組成の溶融はんだを用いた以外は、実施例１で用いた基板１０と同様にして、基板１０を準備した。ここで用いた溶融はんだは、Ｎｉ：０．０５質量％、Ｇｅ：０．００５質量％、Ａｇ：３質量％、Ｃｕ：０．５質量％、残部がＳｎからなる５元系鉛フリーはんだ（融点：約２１７℃）である。この基板１０の断面を電子顕微鏡で観察したところ、基板１０が有する銅電極２上には、厚さ１．５μｍ程度で亀裂のない電極溶食防止層３を有する厚さＴが２．５μｍ程度のはんだ層４が付着しており、そのはんだ層４上にコーティング膜が薄く付着していることを確認した。

【0055】

引き続き、実施例１と同様に、基板１０と電子部品２０とをはんだ付けした。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、実施例１と同様に、電極２の溶食が極力抑えられており、当初のものとあまり変化していなかった。

【0056】

［実施例４］
実施例４は、第１のはんだ層をＳｎＡｇＮｉＣｕＧｅ５元系はんだ材料で形成し、第２のはんだ層をＳｎＮｉＣｕ３元系はんだ材料で形成した。

【0057】

実施例１において、上記した実施例３で準備した基板１０を用い、実施例２に係るはんだ材料５を用いた以外は、実施例１と同様に、基板１０と電子部品２０とをはんだ付けした。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、電極溶食防止層３が実施例１よりもやや厚くなっていたものの、実施例１と同様に、電極２の溶食が極力抑えられており、当初のものとあまり変化していなかった。

【0058】

［比較例１］
比較例１は、第１のはんだ層をＳｎＮｉＣｕＧｅ４元系はんだ材料で形成し、第２のはんだ層をＳｎＡｇＮｉＣｕＧｅ５元系はんだ材料で形成した。

【0059】

実施例１において、はんだ材料５に替えて、比較例１に係るはんだ材料として、Ｎｉ：０．０５質量％、Ｇｅ：０．００５質量％、Ａｇ：３質量％、Ｃｕ：０．５質量％、残部がＳｎからなる５元系鉛フリーはんだ（融点：約２１７℃）を用いた以外は、実施例１と同様にして、基板１０と電子部品２０とをはんだ付けした。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、実施例１と同様に、電極２の溶食が極力抑えられているものの、はんだ材料が銀を含んでいることから、材料コストが高い。

【0060】

［比較例２］
比較例２は、第１のはんだ層をＳｎＡｇＣｕ３元系はんだ材料で形成し、第２のはんだ層をＳｎＣｕ２元系はんだ材料で形成した。

【0061】

実施例１において、基板１０に替えて、以下の基板１０を用いた以外は、実施例１と同様に、基板１０を準備した。すなわち、実施例１において、基板１０について第１の有機脂肪酸によるコーティング処理及び溶融はんだの精製化処理は行わず、さらに、溶融はんだ５に替えて、以下の組成の溶融はんだを用いた以外は、実施例１で用いた基板１０と同様にして、基板１０を準備した。溶融はんだは、Ｃｕ：６質量％、Ａｇ：２質量％、残部がＳｎからなる３元系鉛フリーはんだ（融点：約２１６℃）を用いた。この基板１０の断面を電子顕微鏡で観察したところ、基板１０が有する銅電極２上には、電極溶食防止層３は形成されておらず、厚さ１μｍ程度のはんだ層のみが付着していることが確認された。

【0062】

引き続き、実施例１と同様にして、はんだ材料５を用いて基板１０と電子部品２０とをはんだ付けした。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、電極が溶食されて当初のものより痩せている様子が確認された。したがって、準備した基板が有する電極上に形成されたはんだ層が電極溶食防止層を有していない場合は、はんだ付け後の電極の信頼性を確保することが難しい。

【0063】

［比較例３］
比較例３は、第１のはんだ層は設けず、第２のはんだ層をＳｎＡｇＮｉＣｕＧｅ５元系はんだ材料で形成した。

【0064】

実施例１において、基板１０に替えて、基板１０をそのまま（すなわち、有機脂肪酸を用いたコーティング処理をせず、かつはんだ層４を形成しない状態で）用い、かつ、はんだ材料５に替えて、上述の比較例１に係るはんだ材料を用いた以外は、実施例１と同様に、基板１０と電子部品２０とをはんだ付けした。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、実施例１と同様に、電極２の溶食が極力抑えられているものの、はんだ材料が銀を含んでいることから、材料コストが高い。

【0065】

［比較例４］
比較例４は、第１のはんだ層は設けず、第２のはんだ層をＳｎＡｇＣｕ３元系はんだ材料で形成した。

【0066】

実施例１において、基板１０に替えて、基板１０をそのまま（すなわち、有機脂肪酸でを用いたコーティング処理をせず、かつはんだ層を形成しない状態で）用い、かつはんだ材料５に替えて、以下の組成を有するはんだ材料を用いた以外は、実施例１と同様に、基板１０と電子部品２０とをはんだ付けした。はんだ材料は、Ｃｕ：６質量％、Ａｇ：２質量％、残部がＳｎからなる３元系鉛フリーはんだ（融点：約２１６℃）を用いた。そのはんだ付け部分には、欠陥やボイドは見られなかった。また、その断面を電子顕微鏡で観察すると、電極が溶食されて当初のものより痩せている様子が確認された。したがって、比較例４に係るはんだ材料は、はんだ付け後の電極の信頼性を確保することが難しい。また、銀を含んでいることから、材料コストが高い。

【0067】

【表1】

【0068】

【表2】

【0069】

以上、本発明に係るはんだ材料及びはんだ付け方法によれば、電極上にはんだ層を有する基板又は電子部品を低コストで信頼性高くはんだ付けできるはんだ材料及びそのはんだ材料を用いたはんだ付け方法を提供することができる。

【符号の説明】

【0070】

１ 基材
２ 電極
３ 電極溶食防止層
４ はんだ層（第１のはんだ層）
５ はんだ材料
６ 第２のはんだ層
１０ 基板
２０ 電子部品

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】