【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板上に印刷されたはんだペーストに熱を加えて、各種電子部品をプリント配線板に実装する方法およびプリント配線板のランド部の表面処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型軽量化により、機器を制御するプリント配線板も小型化が求められ、プリント配線板に実装する電子部品も挿入型から表面実装型に、そして、プリント配線板の両面に表面実装型部品を実装し、高密度実装化が進んでいる。
【０００３】
また、昨今の地球環境問題に対応するために、はんだもＳｎ−Ｐｂ合金から鉛を含まない、所謂、鉛フリーはんだ（例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金）で実装されている。その中でもＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金は比較的融点が低く（１９７℃）、電子部品が従来の耐熱性で使用可能、従来のリフロー炉が使用できる等の長所があり着目されている。
【０００４】
Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金によるはんだ付け方法は、プリント配線板の電子部品の端子部と接続するための銅ランド部の表面にニッケルめっきを行い、さらに、ニッケル表面の酸化を防止しはんだ濡れ性を確保するために金フラッシュめっきを施したプリント配線板（以下、金メッキプリント配線板と記載する）を用いて、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金のはんだペースト（以下、ＳｎＺｎＢｉはんだと記載する）を印刷塗布し、その上に電子部品をマウントして、リフロー炉ではんだ合金の融点以上に加熱し行っていた。そして、金めっきプリント配線板に対して、亜鉛ニッケル界面層を形成し接合していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のはんだ付け方法では、プリント配線板の銅ランド部にニッケルおよび金めっきを施すことはコストアップ要因となっていた。
【０００６】
また、金メッキプリント配線板ではなく銅ランドのプリント配線板を用いてＳｎＺｎＢｉはんだペーストではんだ付けを行うと、高温高湿（例えば８５℃・８５％・１０００時間）環境で放置すると強度低下が発生するという問題を有していた。
【０００７】
さらに従来のはんだ付け方法では、図２に示すように、プリント配線板１１に設けた電子部品の端子部とはんだ付けを行うための銅ランド部１２と電子部品のリード１４とはＳｎＺｎＢｉはんだ１３により、銅亜鉛界面層１５を形成し接合する。
【０００８】
しかしながら、従来のはんだ付け方法では、高温高湿下で銅亜鉛界面層１５から亜鉛が溶出し、銅亜鉛界面層１５に隙間が生じ強度低下を引き起こすという課題を有していた。この強度の低下は亜鉛を含むはんだを使用時のみ生じ、例えばＳｎＰｂはんだやＳｎＡｇＣｕはんだでは、銅錫界面層を形成し接合するので高温高湿下で界面層の劣化がなく接合強度は低下しない。
【０００９】
つまり、ＳｎＺｎＢｉはんだによるはんだ付けでは、プリント配線板のランド部にニッケルめっきさらに金めっきを施せば接合強度の低下は防止できるが表面処理に貴金属を使用するためにコストがかかり、ランド部が銅箔のままであれば、高温高湿環境下で強度低下が生じるという課題を有していた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、高温高湿環境下での強度低下の主原因は、ＳｎＺｎＢｉはんだペーストと銅ランド部は銅亜鉛界面層を形成することにより接合され、水分が存在するとこの銅亜鉛界面層から亜鉛が溶出し銅亜鉛界面層が破壊することであり、銅亜鉛界面層ではなく他の界面層（例えば、亜鉛ニッケル界面層）で接合すれば水分の存在する環境でも強度低下は起こらないことをみいだし、本発明を完成させた。
【００１１】
本発明は、電子部品とプリント配線板をはんだ付けする方法において、プリント配線板のはんだ付けをする銅ランド部に錫とニッケルを含有する合金を設けて、錫と亜鉛を主成分とするはんだペーストを用いて、前記錫とニッケルを含有する合金を設けたランド部に電子部品を実装するはんだ付け方法である。
【００１２】
本発明によれば、金という高価な金属を使用しないのでコストアップを少なくでき、また、高温高湿環境での強度低下の主原因である銅亜鉛界面層ではなく亜鉛ニッケル界面層を形成するので強度低下も生じない低コストで品質信頼性の高いプリント配線板を提供することが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、電子部品とプリント配線板をはんだ付けする方法において、プリント配線板のはんだ付けをする銅ランド部に錫とニッケルを含有する合金を設けて、錫と亜鉛を主成分とするはんだペーストを用いて、前記錫とニッケルを含有する合金を設けたランド部に電子部品を実装するはんだ付け方法であり、錫とニッケルを有する合金を銅ランド部に設けることにより、錫亜鉛はんだペーストは、亜鉛ニッケルの界面層を形成し接合するので、高温高湿環境下で界面層が破壊されることなく、強度低下のないはんだ付けを実現する効果を有している。
【００１４】
また、従来ニッケルのみを形成したときは、ニッケル表面に酸化膜が形成されるためにはんだペーストが濡れ広がらず、はんだ付けをするためには金メッキが必要であった。しかし本発明では、錫とニッケルの合金を形成することにより、前記表面処理を施したランド部の表面の酸化を防止し、はんだの濡れ性を確保できるので、２回以上の表面処理が不要であり、また金という高価な金属を使用せずはんだ付けが可能となり、低コストでのはんだ付けを実現する効果を有している。
【００１５】
また本発明は、錫と鉄を含有する合金をプリント配線板の銅ランド部に設けたことを特徴とするはんだ付け方法であり、また本発明は、錫とアルミニウムを含有する合金をプリント配線板の銅ランド部に設けたことを特徴とするはんだ付け方法である。
【００１６】
さらに本発明は、錫と銀を含有する合金をプリント配線板の銅ランド部に設けたことを特徴とするはんだ付け方法であり、錫亜鉛を主成分とするはんだペーストとは、銅亜鉛界面層以外の界面層を形成し、はんだ付けが可能となり、高温高湿環境下で界面層が破壊されることなく強度低下のないはんだ付けを実現し、また、各種合金を形成することにより、はんだの濡れ性を確保でき、金という高価な金属を使用せずはんだ付けが可能となり、低コストでのはんだ付けを実現する効果を有している。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の第一実施の形態例を示すはんだ付け部側面の断面図である。
【００１９】
図１に示すように、１はプリント配線板であり、接続する電子部品との通電するための導電物質での配線が表面に設けられている。このプリント配線板１の表面には電子部品の端子部５とはんだ付けを行うための銅ランド部２が設けられている。この銅ランド部２の表面に錫ニッケル合金３を形成し（以下、錫ニッケルランドと記載）、ＳｎＺｎＢｉはんだ４により電子部品である半導体装置のリード５と錫ニッケルランドをはんだ付けすると、亜鉛ニッケル界面層６を形成し接合する。
【００２０】
銅ランド部２の表面に錫ニッケル合金３は、錫ニッケル合金を溶融させた槽にプリント配線板を漬ける方法（所謂ディップ方式、レベラー方式）や電気めっきや無電解めっきあるいは蒸着、スパッタ等により厚み０．５μｍ以上形成する。また、錫ニッケル合金３は銅ランド部２の一部分に設けると強度低下防止の効果はあるが、全面に設けることにより、さらに効果を発揮する。
【００２１】
本発明は、ニッケルが存在する表面に対してＳｎＺｎＢｉはんだは亜鉛ニッケル界面層を形成し接合され、高温高湿下でも界面層が破壊されないことをみいだし、この界面層により信頼性の高いはんだ付け方法を提供するものである。
【００２２】
本発明のはんだ付け方法では、錫ニッケル合金を銅ランド表面に形成し、ＳｎＺｎＢｉはんだで部品をはんだ付けすることにより、亜鉛ニッケル界面層で接合される。この亜鉛ニッケル界面層は、高温高湿下でも亜鉛の溶出がなく、亜鉛ニッケル界面層に隙間等生じないので接合強度の低下を防止することが可能である。
【００２３】
図３に８５℃・８５％・１０００時間放置したときの強度測定結果の一例を示す。
【００２４】
半導体装置は０．８ｍｍピッチ８４ピンＱＦＰで端子の表面はＳｎＰｂめっきで、はんだペーストはＳｎ８％Ｚｎ３％Ｂｉで大気リフローにより実装したプリント配線板を試験片として、各放置時間後の４５°ピーリング強度を測定した結果である。銅ランドとは従来のはんだ付け方法で銅ランド部にＳｎＺｎＢｉではんだ付けをしたもの、金ランドとは、銅ランド部にニッケルめっきと金めっきを施しＳｎＺｎＢｉではんだ付けをしたもの、錫ニッケルランドとは本発明のはんだ付け方法で銅ランド部の全面に錫ニッケル合金を形成しＳｎＺｎＢｉではんだ付けをしたものである。この結果、本発明のはんだ付け方法では、金ランドと同等に高温高湿環境下でも強度低下を防止する効果を有していることがわかる。
【００２５】
また、本発明のはんだ付け方法では、錫とニッケルを含有する合金を銅ランド部表面に形成することにより、従来のニッケルめっきでははんだ濡れ性が不十分であり金めっきがさらに必要であったが、錫ニッケル合金では表面の酸化が少なくはんだ濡れ性を十分確保でき、さらに、めっき以外の方法で、例えば、錫とニッケルを溶融させた槽にプリント配線板を浸漬させることにより形成でき、形成する工法が簡単であり、金という貴金属を使用しないので、低コストではんだ付けを行う効果を有している。
【００２６】
さらに、錫とニッケルを含む合金を形成したはんだ付け方法について記載したが、他の合金、例えば、錫と鉄を含む合金、錫とアルミニウムを含む合金、錫と銀を含む合金でもＳｎＺｎＢｉはんだとは銅亜鉛界面層以外の界面層で接合されるので、高温高湿環境下で強度低下がなく、同様に、信頼性の高いはんだ付けを有するプリント配線板を提供することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明のはんだ付け方法では、プリント配線板の銅ランド部に錫ニッケルを含む合金を形成しＳｎＺｎＢｉはんだではんだ付けを行うことにより、亜鉛ニッケル界面層で部品端子と銅ランド部を接合でき、高温高湿環境下で亜鉛ニッケル界面層の劣化がなく、強度低下のないはんだ付けが可能となり、信頼性の高いプリント配線板を提供することが可能である。
【００２８】
また、本発明のはんだ付け方法では、従来ニッケルを形成するだけでははんだ濡れ性が不足するため金めっきが必要であったが、錫とニッケルの合金とすることにより、はんだ濡れ性を確保することができ、貴金属を使用しない、プリント配線板の表面処理の工程が少なくなり、コストが安いはんだ付けが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施の形態例におけるはんだ付け部側面の断面図
【図２】従来のはんだ付け部側面の断面図
【図３】本発明の第一実施の形態例における接合強度の測定結果を示す図
【符号の説明】
１ プリント配線板
２ 銅ランド部
３ 錫ニッケル合金
４ ＳｎＺｎＢｉはんだ
５ 半導体装置のリード
６ 亜鉛ニッケル界面層
１１ プリント配線板
１２ 銅ランド部
１３ ＳｎＺｎＢｉはんだ
１４ 半導体装置のリード
１５ 銅亜鉛界面層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for mounting various electronic components on a printed wiring board by applying heat to a solder paste printed on the printed wiring board, and to a surface treatment of a land portion of the printed wiring board.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as electronic devices have become smaller and lighter, the printed wiring boards that control the devices have also been required to be smaller, and the electronic components mounted on the printed wiring boards have been changed from insertion type to surface mount type, and both sides of the printed wiring board have surfaces. High-density mounting is progressing by mounting mounting parts.
[0003]
Further, in order to cope with recent global environmental problems, so-called lead-free solder (for example, Sn-Ag-Cu alloy, Sn-Cu alloy, Sn-Zn-Bi Alloy). Among them, the Sn-Zn-Bi alloy has attracted attention because of its merits such as a relatively low melting point (197 ° C), the use of electronic components with conventional heat resistance, and the use of conventional reflow furnaces.
[0004]
The soldering method using an Sn-Zn-Bi alloy is to perform nickel plating on the surface of a copper land portion for connecting to a terminal portion of an electronic component of a printed wiring board, further prevent oxidation of the nickel surface and improve solder wettability. Using a printed wiring board subjected to gold flash plating (hereinafter, referred to as a gold-plated printed wiring board) to secure, a solder paste of an Sn-Zn-Bi alloy (hereinafter, referred to as SnZnBi solder) is applied by printing. Then, the electronic component was mounted thereon and heated in a reflow furnace to a temperature higher than the melting point of the solder alloy. Then, a zinc-nickel interface layer was formed and bonded to the gold-plated printed wiring board.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional soldering method, applying nickel and gold plating to a copper land portion of a printed wiring board has been a factor of cost increase.
[0006]
Further, when soldering with a SnZnBi solder paste using a printed wiring board made of copper land instead of a gold-plated printed wiring board, the strength decreases when left in an environment of high temperature and high humidity (for example, 85 ° C./85%/1000 hours). Had the problem that
[0007]
Further, in the conventional soldering method, as shown in FIG. 2, a terminal portion of an electronic component provided on a printed wiring board 11, a copper land portion 12 for performing soldering, and a lead 14 of the electronic component are connected by SnZnBi solder 13. Then, a copper-zinc interface layer 15 is formed and joined.
[0008]
However, the conventional soldering method has a problem that zinc elutes from the copper-zinc interface layer 15 under high temperature and high humidity, and a gap is formed in the copper-zinc interface layer 15 to cause a reduction in strength. This decrease in strength occurs only when a solder containing zinc is used. For example, in the case of SnPb solder or SnAgCu solder, a copper-tin interface layer is formed and joined, so that the interface layer does not deteriorate under high temperature and high humidity, and the joining strength does not decrease.
[0009]
In other words, in the case of soldering with SnZnBi solder, if the lands of the printed wiring board are plated with nickel and gold, a decrease in bonding strength can be prevented, but the use of a noble metal for surface treatment is costly, and the lands are made of copper foil. If it is left as it is, there is a problem that the strength is reduced under a high temperature and high humidity environment.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the main cause of the decrease in strength under a high-temperature and high-humidity environment is that the SnZnBi solder paste and the copper land are joined by forming a copper-zinc interface layer. This means that zinc is eluted from the interface layer and the copper-zinc interface layer is destroyed. If bonding is performed not at the copper-zinc interface layer but at another interface layer (for example, a zinc-nickel interface layer), the strength decreases even in an environment where moisture exists. The present invention has been completed.
[0011]
The present invention provides a method of soldering an electronic component and a printed wiring board, wherein an alloy containing tin and nickel is provided on a copper land portion for soldering the printed wiring board, and a solder paste containing tin and zinc as main components is provided. Is a method of soldering an electronic component on a land portion provided with an alloy containing tin and nickel.
[0012]
According to the present invention, cost increase can be reduced because an expensive metal such as gold is not used, and a zinc-nickel interface layer is formed instead of a copper-zinc interface layer which is a main cause of strength reduction in a high temperature and high humidity environment. It is possible to provide a low-cost printed wiring board with high quality reliability that does not cause a decrease in strength.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention provides a method of soldering an electronic component and a printed wiring board, wherein an alloy containing tin and nickel is provided on a copper land portion for soldering the printed wiring board, and a solder paste containing tin and zinc as main components is provided. Is a soldering method of mounting an electronic component on a land portion provided with an alloy containing tin and nickel, by providing an alloy having tin and nickel on a copper land portion, a tin-zinc solder paste is Since the zinc-nickel interface layer is formed and bonded, the interface layer is not broken in a high-temperature and high-humidity environment, and has an effect of realizing soldering without strength reduction.
[0014]
Conventionally, when only nickel is formed, the solder paste does not spread because the oxide film is formed on the nickel surface, and gold plating is necessary for soldering. However, in the present invention, by forming an alloy of tin and nickel, it is possible to prevent oxidation of the surface of the land portion subjected to the surface treatment and to secure the wettability of the solder. In addition, soldering can be performed without using expensive metal such as gold, which has the effect of realizing low-cost soldering.
[0015]
Further, the present invention is a soldering method characterized in that an alloy containing tin and iron is provided on a copper land portion of a printed wiring board. A soldering method characterized by being provided on a copper land portion.
[0016]
Furthermore, the present invention is a soldering method characterized in that an alloy containing tin and silver is provided on a copper land portion of a printed wiring board, and a solder paste containing tin-zinc as a main component is a copper-zinc interface layer. By forming an interface layer other than that, soldering becomes possible, realizing soldering without destruction of the interface layer in a high-temperature and high-humidity environment without a decrease in strength, and by forming various alloys, The wettability can be ensured, and soldering can be performed without using expensive metal such as gold, which has the effect of realizing low-cost soldering.
[0017]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a sectional view of a side surface of a soldering portion showing a first embodiment of the present invention.
[0019]
As shown in FIG. 1, reference numeral 1 denotes a printed wiring board, on the surface of which a wiring made of a conductive material for supplying electricity to connected electronic components is provided. On the surface of the printed wiring board 1, a copper land portion 2 for soldering to a terminal portion 5 of an electronic component is provided. When a tin-nickel alloy 3 is formed on the surface of the copper land portion 2 (hereinafter, referred to as tin-nickel land), and a lead 5 of a semiconductor device, which is an electronic component, and a tin-nickel land are soldered by SnZnBi solder 4, a zinc-nickel interface is formed. A layer 6 is formed and joined.
[0020]
The tin-nickel alloy 3 is formed on the surface of the copper land portion 2 by a method of dipping a printed wiring board in a bath in which the tin-nickel alloy is melted (so-called dip method, leveler method), electroplating, electroless plating, vapor deposition, sputtering, or the like. Formed 0.5 μm or more. If the tin-nickel alloy 3 is provided on a part of the copper land portion 2, the effect of preventing the strength from being reduced is obtained.
[0021]
The present invention finds that the SnZnBi solder forms a zinc-nickel interface layer on the surface where nickel is present and is bonded, and the interface layer is not destroyed even under high temperature and high humidity. It provides a method.
[0022]
In the soldering method of the present invention, a tin-nickel alloy is formed on the surface of a copper land, and the components are soldered with SnZnBi solder, thereby joining at a zinc-nickel interface layer. The zinc-nickel interface layer does not elute zinc even under high temperature and high humidity, and there is no gap or the like in the zinc-nickel interface layer. Therefore, it is possible to prevent a decrease in bonding strength.
[0023]
FIG. 3 shows an example of the strength measurement result when left at 85 ° C./85%/1000 hours.
[0024]
The semiconductor device is a 0.8 mm pitch 84-pin QFP, the surface of the terminal is SnPb plating, the solder paste is Sn8% Zn3% Bi, and a printed wiring board mounted by air reflow is a test piece, and the 45 ° peeling strength after each standing time is used. Is the result of the measurement. The copper land is the one that has been soldered to the copper land with SnZnBi using the conventional soldering method, the gold land is the one that has been subjected to nickel plating and gold plating on the copper land and soldered with SnZnBi, Shows a method in which a tin-nickel alloy is formed on the entire surface of a copper land by the soldering method of the present invention, and soldered with SnZnBi. As a result, it can be seen that the soldering method of the present invention has an effect of preventing a decrease in strength even in a high-temperature and high-humidity environment, as with gold lands.
[0025]
Further, in the soldering method of the present invention, by forming an alloy containing tin and nickel on the surface of the copper land portion, the conventional nickel plating has insufficient solder wettability and further gold plating is required. In the case of a tin-nickel alloy, the surface is less oxidized and the solder wettability can be sufficiently ensured. Further, it can be formed by a method other than plating, for example, by immersing a printed wiring board in a bath in which tin and nickel are melted. Since the method is simple and does not use a noble metal such as gold, it has the effect of performing soldering at low cost.
[0026]
Furthermore, although the soldering method of forming an alloy containing tin and nickel is described, other alloys, for example, an alloy containing tin and iron, an alloy containing tin and aluminum, and an alloy containing tin and silver are also SnZnBi solders. Since the bonding is performed at an interface layer other than the copper-zinc interface layer, there is no decrease in strength in a high-temperature and high-humidity environment, and similarly, a printed wiring board having highly reliable soldering can be provided.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the soldering method of the present invention, by forming an alloy containing tin nickel on the copper land portion of the printed wiring board and soldering with SnZnBi solder, the component terminal and the copper land portion are formed at the zinc nickel interface layer. Can be joined, the zinc-nickel interface layer does not deteriorate in a high-temperature, high-humidity environment, and soldering without a decrease in strength can be performed, and a highly reliable printed wiring board can be provided.
[0028]
Further, in the soldering method of the present invention, gold plating is necessary because the solder wettability is insufficient only by forming nickel in the past, but it is necessary to secure the solder wettability by using an alloy of tin and nickel. The number of processes for surface treatment of a printed wiring board, which does not use a noble metal, is reduced, and low-cost soldering is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a side surface of a soldered portion according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a side surface of a conventional soldered portion. FIG. Figure showing measurement results of [Description of reference numerals]
REFERENCE SIGNS LIST 1 printed wiring board 2 copper land portion 3 tin-nickel alloy 4 SnZnBi solder 5 lead of semiconductor device 6 zinc-nickel interface layer 11 printed wiring board 12 copper land portion 13 SnZnBi solder 14 lead of semiconductor device 15 copper-zinc interface layer