JPH0783172B2 - 配線基板 - Google Patents
配線基板Info
- Publication number
- JPH0783172B2 JPH0783172B2 JP61161823A JP16182386A JPH0783172B2 JP H0783172 B2 JPH0783172 B2 JP H0783172B2 JP 61161823 A JP61161823 A JP 61161823A JP 16182386 A JP16182386 A JP 16182386A JP H0783172 B2 JPH0783172 B2 JP H0783172B2
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- Japan
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- electrode
- alloy
- metal
- soldering
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は配線基板に係り、特にマイクロソルダリングと
呼ばれる微小電極のはんだ付に好適な電極をそなえた配
線基板に関する。
呼ばれる微小電極のはんだ付に好適な電極をそなえた配
線基板に関する。
〔従来の技術〕 従来の配線基板におけるはんだ接続のための電極は、第
５図の如く配線層１上に接着用金属２（主としてクロ
ム）、拡散防止用金属３（例えばCu,Cu＋Cr,Ni,Al,Rh）
を順次積層し、場合によってはAu等の酸化防止層も積層
して形成されている。この中で、拡散防止用金属の性質
によって、電極の厚さやはんだ濡れ性が決まる。
５図の如く配線層１上に接着用金属２（主としてクロ
ム）、拡散防止用金属３（例えばCu,Cu＋Cr,Ni,Al,Rh）
を順次積層し、場合によってはAu等の酸化防止層も積層
して形成されている。この中で、拡散防止用金属の性質
によって、電極の厚さやはんだ濡れ性が決まる。
例えば、Cuは１回のはんだ付で１〜数μｍ程度が溶融は
んだ中に溶け込むため、少くとも、この厚さ以上のCu層
が必要であい、接続のやり直しを行う場合は、はがす時
と再度のはんだ付で２回のはんだ溶融を生じ、それに応
じてCuがはんだ中に溶け込む。従って、実際に必要な拡
散防止用金属の厚さは１回のはんだ付で溶け出す厚さの
３〜４倍の厚さとなり、Cuの場合では３〜４μｍ以上が
必要とされる。
んだ中に溶け込むため、少くとも、この厚さ以上のCu層
が必要であい、接続のやり直しを行う場合は、はがす時
と再度のはんだ付で２回のはんだ溶融を生じ、それに応
じてCuがはんだ中に溶け込む。従って、実際に必要な拡
散防止用金属の厚さは１回のはんだ付で溶け出す厚さの
３〜４倍の厚さとなり、Cuの場合では３〜４μｍ以上が
必要とされる。
このように厚い金属層を基板上に形成した場合、熱膨張
率の違いに基く熱応力による基板の破壊や金属層自身の
割れが生じ易い。また、電極を保護する物質を電極上に
形成する場合、基板と電極の段差に起因する欠陥が生じ
易い。Cu以外の材料では、必要な厚さはCuの数分の１で
あるが、はんだの濡れ性が悪いためにしばしば接続不良
を生じる。また、PdやRhは非常に高価でもある。
率の違いに基く熱応力による基板の破壊や金属層自身の
割れが生じ易い。また、電極を保護する物質を電極上に
形成する場合、基板と電極の段差に起因する欠陥が生じ
易い。Cu以外の材料では、必要な厚さはCuの数分の１で
あるが、はんだの濡れ性が悪いためにしばしば接続不良
を生じる。また、PdやRhは非常に高価でもある。
このような問題に対して、特開昭57−235035のように線
材上にCu,Ni,Snをこの順番に順次形成し、Niの濡れ性を
Snで覆うことにより改善している例が見られる。この例
のように、Ni等の拡散防止機能の高い金属の表面にAu,S
n,はんだ等の薄層を形成することにより、濡れ性を改善
する例が知られているが、工程数が増すことや、このよ
うな薄層の材料がはんだ成分金属との間に脆い化合物を
作る例が見られ、接続信頼性の点でも問題がある。
材上にCu,Ni,Snをこの順番に順次形成し、Niの濡れ性を
Snで覆うことにより改善している例が見られる。この例
のように、Ni等の拡散防止機能の高い金属の表面にAu,S
n,はんだ等の薄層を形成することにより、濡れ性を改善
する例が知られているが、工程数が増すことや、このよ
うな薄層の材料がはんだ成分金属との間に脆い化合物を
作る例が見られ、接続信頼性の点でも問題がある。
また、薄膜回路への適用においてはSnやはんだの層を形
成する手段が限られ、真空蒸着法の類いは適用が困難で
ある。このため、従来はCuを拡散防止用金属として厚く
形成することが多い。
成する手段が限られ、真空蒸着法の類いは適用が困難で
ある。このため、従来はCuを拡散防止用金属として厚く
形成することが多い。
上記従来技術は微細回路への適用が考慮されておらず、
はんだ付けを行う電極だけは非常に厚く形成する必要が
あるため、微細回路へのはんだ付の障害の１つとなって
いる。また、製造コストもその分高くなっている。
はんだ付けを行う電極だけは非常に厚く形成する必要が
あるため、微細回路へのはんだ付の障害の１つとなって
いる。また、製造コストもその分高くなっている。
本発明の目的は、はんだが良く付くにもかかわらず、電
極としての厚さが薄くて済むような電極の材料を提供す
ることにより、微細回路へのはんだ付を可能とし、更に
製造コストを低減することにある。
極としての厚さが薄くて済むような電極の材料を提供す
ることにより、微細回路へのはんだ付を可能とし、更に
製造コストを低減することにある。
上記目的は溶融はんだに対する濡れ性が良好な上に、は
んだ成分金属（例えばSn,Pd,In等）の拡散速度の遅い金
属を電極全体又は電極の中でもはんだが接触し、かつは
んだの拡散を留めておきたい部分（電極の一部）に用い
ることにより達成される。上記はんだの主成分金属と、
一般的電極構成金属との拡散係数および拡散に要する活
性化エネルギーを第１表に示す。
んだ成分金属（例えばSn,Pd,In等）の拡散速度の遅い金
属を電極全体又は電極の中でもはんだが接触し、かつは
んだの拡散を留めておきたい部分（電極の一部）に用い
ることにより達成される。上記はんだの主成分金属と、
一般的電極構成金属との拡散係数および拡散に要する活
性化エネルギーを第１表に示す。
第１表の値および酸化層の性質等の物性や価格の点か
ら、電極の材料としてAl,Cu,Niが最も使用される。しか
し、これらの材料は種々の問題点を有し、例えばAlは強
固な酸化層を瞬時に形成するため、しばしばはんだの濡
れ不良を起こす。また、Cuは酸化に非常に弱く、熱工程
に細心の注意を要する上、はんだの拡散速度が大きいた
め、電極を厚く形成する必要がある。Niは、はんだ拡散 速度は小さいが、はんだ濡れ性が小さくはんだ付の条件
が限られることが多い。従って、端子の材料は対象によ
って最も条件に適合する材料を選ぶことが必要であり、
単体の金属で濡れ性と拡散防止性を同時に満たす材料は
見当たらないのが現状であった。そこで、電極材料とし
て合金を用いることを検討した結果、脆い中間相（金属
間化合物）の生成が無いこと、はんだの主成分金属（S
n,Pb,In等）についても脆い化合物を生成しないこと、
はんだに対して濡れ性が良好であること、耐食性に優れ
ること、電極としての形状の形成が容易であること等の
条件を満たす合金として、本発明のNi−Cu合金を見い出
した。
ら、電極の材料としてAl,Cu,Niが最も使用される。しか
し、これらの材料は種々の問題点を有し、例えばAlは強
固な酸化層を瞬時に形成するため、しばしばはんだの濡
れ不良を起こす。また、Cuは酸化に非常に弱く、熱工程
に細心の注意を要する上、はんだの拡散速度が大きいた
め、電極を厚く形成する必要がある。Niは、はんだ拡散 速度は小さいが、はんだ濡れ性が小さくはんだ付の条件
が限られることが多い。従って、端子の材料は対象によ
って最も条件に適合する材料を選ぶことが必要であり、
単体の金属で濡れ性と拡散防止性を同時に満たす材料は
見当たらないのが現状であった。そこで、電極材料とし
て合金を用いることを検討した結果、脆い中間相（金属
間化合物）の生成が無いこと、はんだの主成分金属（S
n,Pb,In等）についても脆い化合物を生成しないこと、
はんだに対して濡れ性が良好であること、耐食性に優れ
ること、電極としての形状の形成が容易であること等の
条件を満たす合金として、本発明のNi−Cu合金を見い出
した。
本合金は一般的にはコンスタンタン等の名称で知られ、
第１図の状態図の如く全率固溶合金である。また、Niよ
り耐酸性に優れ、強度も高いため各種化学工業で多量に
使用される。また、電流調整用抵抗材料として用いられ
ることもある。従って、材料の供給や価格の点で問題は
ない。
第１図の状態図の如く全率固溶合金である。また、Niよ
り耐酸性に優れ、強度も高いため各種化学工業で多量に
使用される。また、電流調整用抵抗材料として用いられ
ることもある。従って、材料の供給や価格の点で問題は
ない。
NiとCuの合金を用いることにより耐食性が向上し、300
〜350℃程度の大気中においても酸化の進行は非常に遅
く、通常の製造プロセスやはんだ付のプロセスにおいて
特に問題を起こすことがない。
〜350℃程度の大気中においても酸化の進行は非常に遅
く、通常の製造プロセスやはんだ付のプロセスにおいて
特に問題を起こすことがない。
このような利点が生ずるのは、主としてNiの酸化物から
成る薄い皮膜が表面を覆うためであるが、はんだ接続時
に数％濃度の希硫酸によって洗浄することによりNiの酸
化物からなる薄い皮膜を除去することで清浄な表面が簡
単に得られる。また、はんだに対する濡れ性も非常に良
好であり、はんだ付用フラックスを用いれば全く問題な
く瞬時に濡れる。
成る薄い皮膜が表面を覆うためであるが、はんだ接続時
に数％濃度の希硫酸によって洗浄することによりNiの酸
化物からなる薄い皮膜を除去することで清浄な表面が簡
単に得られる。また、はんだに対する濡れ性も非常に良
好であり、はんだ付用フラックスを用いれば全く問題な
く瞬時に濡れる。
従って、Cu電極並みのはんだ濡れ性を有し、Niと同等の
耐食性を有していることが明らかになった。更に、はん
だの拡散速度の検討を行なった結果を第２図および第２
表に示す。この実験は、所定の厚さの金属膜をどの程度
の時間ではんだが通過するかを評価した結果である。拡
散速度が早い63Sn/37Pbのはんだを用い、例えば250℃で
接続する場合は、はんだの拡散速度はCuに比べて百分の
１程度であることが明らかである。
耐食性を有していることが明らかになった。更に、はん
だの拡散速度の検討を行なった結果を第２図および第２
表に示す。この実験は、所定の厚さの金属膜をどの程度
の時間ではんだが通過するかを評価した結果である。拡
散速度が早い63Sn/37Pbのはんだを用い、例えば250℃で
接続する場合は、はんだの拡散速度はCuに比べて百分の
１程度であることが明らかである。
従って、上記条件でのはんだ付を行う場合、Ni−Cu合金
の電極であればCuの場合の数十分の１の厚みの電極で済
むことになる。実際には、余裕を見込んで1/10以下程度
とするのが良い。
の電極であればCuの場合の数十分の１の厚みの電極で済
むことになる。実際には、余裕を見込んで1/10以下程度
とするのが良い。
〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図により説明する。
実施例１ 実際にNi−Cu合金を電極として形成するには、種々の方
法が考えられる。以下に、これらの方法と特徴について
述べる。
法が考えられる。以下に、これらの方法と特徴について
述べる。
溶融めっき 基板を溶融したNi−Cu合金中につける。厚さの制御や基
板の耐熱性の点で適用が難しい。
板の耐熱性の点で適用が難しい。
溶射 溶融状態のNi−Cuを霧状に基板に吹きつける。基板の耐
熱性の制約およびNi−Cu膜の厚さの制約が大きい。
熱性の制約およびNi−Cu膜の厚さの制約が大きい。
気相めっき 蒸着、スパッタリングが代表的な方法であり、基板上へ
均一にNi−Cu膜を形成でき、また基板温度も低くて済む
ため有利である。
均一にNi−Cu膜を形成でき、また基板温度も低くて済む
ため有利である。
上記のように考察した結果、気相めっきが最も有望であ
るため、本方法によってNi−Cu電極の形成を行なった。
中でも薄い膜を均一に形成する手法として、スパッタリ
ングが有力である。しかし、合金のスパッタリングは、
一般に組成の変動が大きいとされている。
るため、本方法によってNi−Cu電極の形成を行なった。
中でも薄い膜を均一に形成する手法として、スパッタリ
ングが有力である。しかし、合金のスパッタリングは、
一般に組成の変動が大きいとされている。
変動が大きい原因を考察した結果、スパッタリングに用
いるターゲットの冷却を十分に行えば安定して合金膜の
形成ができると考え、これに基いてNi−Cu合金のターゲ
ットを製作し、マグネトロン方式による基板上への成膜
を行なった。その時の放電特性及び組成分析の結果を第
３図および第３表に示す。第３図、第３表の結果から、
ターゲットの組成がそのまま基板上のNi−Cu薄膜におい
て再現されることが明らかとなり、本方法でNi−Cu合金
膜が形成できることが立証された。
いるターゲットの冷却を十分に行えば安定して合金膜の
形成ができると考え、これに基いてNi−Cu合金のターゲ
ットを製作し、マグネトロン方式による基板上への成膜
を行なった。その時の放電特性及び組成分析の結果を第
３図および第３表に示す。第３図、第３表の結果から、
ターゲットの組成がそのまま基板上のNi−Cu薄膜におい
て再現されることが明らかとなり、本方法でNi−Cu合金
膜が形成できることが立証された。
本実施例によって得られたNi−Cu合金薄膜は、比抵抗が
40〜50μΩ・cm程度であり、この値はSnとCuの金属間化
合物（Cu電極におけるはんだ接続時に生成される）と同
等であることから、接続部分での抵抗上昇も従来と同等
であると考えられる。
40〜50μΩ・cm程度であり、この値はSnとCuの金属間化
合物（Cu電極におけるはんだ接続時に生成される）と同
等であることから、接続部分での抵抗上昇も従来と同等
であると考えられる。
実施例２ まず、第４図（１）に示す如く基板５上にAl、Cu等の配
線となるべき金属膜１を、真空蒸着、メッキ、箔の貼付
等により形成し、実施例１に示した真空蒸着、スパッタ
等の手法により第４図（２）のように本発明に係るNi−
Cu合金膜３を0.01μｍ〜数μｍ程度形成する。この時、
配線となる金属膜１表面に酸化層が形成されないよう注
意する必要がある。このような酸化層は、時としてはん
だ付の接続強度の低下や電気的接続に悪影響を与える。
線となるべき金属膜１を、真空蒸着、メッキ、箔の貼付
等により形成し、実施例１に示した真空蒸着、スパッタ
等の手法により第４図（２）のように本発明に係るNi−
Cu合金膜３を0.01μｍ〜数μｍ程度形成する。この時、
配線となる金属膜１表面に酸化層が形成されないよう注
意する必要がある。このような酸化層は、時としてはん
だ付の接続強度の低下や電気的接続に悪影響を与える。
上記成膜工程終了後、第４図（３）の如くフォトエッチ
ング等の手法を用いて所望の配線パターンを形成する。
この時Ni−Cu合金のエッチング液としては、ヨウ素系の
液又は塩化第２銅系の液を用い室温で容易に除去でき
る。更に、配線層１がCuの場合には、これらの液で２層
が同時にエッチングされるために、工程が大幅に短縮さ
れる。また、この場合には耐酸化性が殆んど無いCuをNi
−Cu合金で保護する構造となり、信頼性の点でも有利と
なる。
ング等の手法を用いて所望の配線パターンを形成する。
この時Ni−Cu合金のエッチング液としては、ヨウ素系の
液又は塩化第２銅系の液を用い室温で容易に除去でき
る。更に、配線層１がCuの場合には、これらの液で２層
が同時にエッチングされるために、工程が大幅に短縮さ
れる。また、この場合には耐酸化性が殆んど無いCuをNi
−Cu合金で保護する構造となり、信頼性の点でも有利と
なる。
Ni−Cu表面のはんだに対する濡れを確実にするために、
第４図（４）の如くこの段階でAu6を無電解はんだをし
ても良い。Ni−Cu合金表面には、市販の金のめっき液に
より問題無くAuの被膜を形成できる。
第４図（４）の如くこの段階でAu6を無電解はんだをし
ても良い。Ni−Cu合金表面には、市販の金のめっき液に
より問題無くAuの被膜を形成できる。
このようにして形成した電極に、はんだ接続を行なって
接続強度を調べた結果、電極の組成が60Ni/40Cuで63Sn/
37Pbはんだを用いた場合、平均破断強度5.2kg/mm2を得
た。さらに、破断は全てはんだ部分で起こっており、理
想的な接続強度に近い値を得た。この値をCu電極にはん
だ付した場合と比べると、破断強度は1.3倍以上であ
る。従ってNi−Cu合金電極は電極厚さが小さくてすみ、
はんだに良く濡れるという所期の目的を達成した上に、
接続強度も高いという優れた特性を有することが明らか
になった。
接続強度を調べた結果、電極の組成が60Ni/40Cuで63Sn/
37Pbはんだを用いた場合、平均破断強度5.2kg/mm2を得
た。さらに、破断は全てはんだ部分で起こっており、理
想的な接続強度に近い値を得た。この値をCu電極にはん
だ付した場合と比べると、破断強度は1.3倍以上であ
る。従ってNi−Cu合金電極は電極厚さが小さくてすみ、
はんだに良く濡れるという所期の目的を達成した上に、
接続強度も高いという優れた特性を有することが明らか
になった。
〔発明の効果〕 本発明によればはんだ付を行う電極の厚さが従来の数分
の１〜10分の１以下で済むため、微細回路へのはんだ付
が容易となる上、製造コストも低減できる。また、接続
強度、はんだ濡れ性共に従来の電極材料以上の特性を有
し、はんだ接続部の信頼性が高まる。
の１〜10分の１以下で済むため、微細回路へのはんだ付
が容易となる上、製造コストも低減できる。また、接続
強度、はんだ濡れ性共に従来の電極材料以上の特性を有
し、はんだ接続部の信頼性が高まる。
このような良好な特性は80Ni/20Cu（at％）から20Ni/80
Cu（at％）の範囲で顕著であり、この範囲でCuが多い程
はんだ濡れ性が良く、Niが多い程はんだの拡散が遅い傾
向がある。この他に接続強度の点を考慮すると、70Ni/3
0Cu（at％）から40Ni/60Cuの範囲が最も良好な特性を有
している。
Cu（at％）の範囲で顕著であり、この範囲でCuが多い程
はんだ濡れ性が良く、Niが多い程はんだの拡散が遅い傾
向がある。この他に接続強度の点を考慮すると、70Ni/3
0Cu（at％）から40Ni/60Cuの範囲が最も良好な特性を有
している。
第１図は本発明のNi−Cu合金の状態図、第２図ははんだ
拡散防止金属中のはんだ拡散性を示す図、第３図は実施
例に基くNi−Cu合金膜の形成条件を示す図、第４図は実
施例による配線基板製造工程を示す図、第５図は従来の
はんだ付用電極の断面図である。 １……配線層、２……接着用金属 ３……拡散防止用金属 ３′……拡散防止用金属（Ni−Cu合金） ４……はんだ、５……基板 ６……濡れ性改善層、７……液相線 ８……固相線
拡散防止金属中のはんだ拡散性を示す図、第３図は実施
例に基くNi−Cu合金膜の形成条件を示す図、第４図は実
施例による配線基板製造工程を示す図、第５図は従来の
はんだ付用電極の断面図である。 １……配線層、２……接着用金属 ３……拡散防止用金属 ３′……拡散防止用金属（Ni−Cu合金） ４……はんだ、５……基板 ６……濡れ性改善層、７……液相線 ８……固相線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀井 常彰 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 森田 守 神奈川県横浜市戸塚区戸▲塚▼町216番地 株式会社日立製作所戸▲塚▼工場内 (56)参考文献 特開 昭55−122666（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】所望の配線を具備せる配線基板において、
少くともはんだ付けを行う電極の拡散防止用金属がNi
（ニッケル）とCu（銅）から成る合金であることを特徴
とする配線基板。 - 【請求項２】前記Ni（ニッケル）とCu（銅）から成る合
金が、70Ni/30Cu（at％）から40Ni/60Cu（at％）の組成
範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の配線基板。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61161823A JPH0783172B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 配線基板 |
| KR1019870007289A KR900003849B1 (ko) | 1986-07-11 | 1987-07-08 | 배선 기판과 이를 사용한 서말 프린팅 헤드 |
| US07/071,325 US4806725A (en) | 1986-07-11 | 1987-07-09 | Circuit substrate and thermal printing head using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61161823A JPH0783172B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 配線基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6318695A JPS6318695A (ja) | 1988-01-26 |
| JPH0783172B2 true JPH0783172B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=15742587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61161823A Expired - Lifetime JPH0783172B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 配線基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783172B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130256006A1 (en) * | 2010-11-12 | 2013-10-03 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Method for Forming Circuit on Flexible Laminate Substrate |
| WO2012124424A1 (ja) * | 2011-03-14 | 2012-09-20 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 電子回路形成方法、電子回路及び電子回路形成用銅張積層板 |
| JP5594324B2 (ja) | 2012-06-22 | 2014-09-24 | 株式会社村田製作所 | 電子部品モジュールの製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55122666A (en) * | 1979-03-16 | 1980-09-20 | Hitachi Ltd | Solder fusion-connecting method |
| US4441118A (en) * | 1983-01-13 | 1984-04-03 | Olin Corporation | Composite copper nickel alloys with improved solderability shelf life |
-
1986
- 1986-07-11 JP JP61161823A patent/JPH0783172B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6318695A (ja) | 1988-01-26 |
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