JP2002016100A - 電子部品搭載用基板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
品搭載用基板を提供すること。 【解決手段】 この電子部品搭載用基板P1は、導体層
21をニッケルめっき層22と金めっき層23とによっ
て被覆してなるボンディングパッド4を備える。このボ
ンディングパッド4には、ボンディングワイヤ10が接
合される。ニッケルめっき層22中のニッケルの結晶サ
イズの平均値は2μm以上である。
Description
板及びその製造方法に関するものである。
パターンやボンディングパッド等を形成してなる電子部
品搭載用基板がよく知られている。このような電子部品
搭載用基板は、例えば下記の手順を経て製造される。
に配線パターンやボンディングパッドとなる銅パターン
を絶縁基板上に形成する。次に、電解ニッケルめっきを
行い、銅パターン上にりんを含むニッケルめっき層を形
成する。引き続き電解金めっきを行い、前記ニッケルめ
っき層上に金めっき層を形成する。以上の結果、3種の
金属からなる配線パターン及びボンディングパッドを備
えるプリント配線板が得られる。次に、プリント配線板
におけるダイエリアにLSIチップ等の電子部品を搭載
した後、ワイヤボンディングを行う。その結果、金等か
らなるボンディングワイヤを介して、ボンディングパッ
ドとチップ側のパッドとを接続する。そしてこの後、熱
硬化性のポッティング樹脂を用いたポッティングを必要
に応じて行う。これによりダイエリアが封止され、電子
部品搭載用基板が完成する。
電子部品搭載用基板の場合、ボンディングパッドに対す
るボンディングワイヤの接合強度が弱く、その部分の接
続信頼性に劣るという問題がある。なお、その理由は以
下のように考えられる。
グを行った場合、ボンディングパッド及びボンディング
ワイヤ中の各成分(即ち銅、ニッケル、金等)がポッテ
ィング樹脂の加熱硬化時に熱拡散する。このとき、特に
ニッケルめっき層の中のニッケルが金めっき層側に素早
く移動して、同層の中に熱拡散する。それゆえ、ニッケ
ルめっき層の上層部分にニッケルめっき層中のりんが取
り残され、当該部分に高濃度りん層が生じてしまう。そ
して、このような高濃度りん層の発生により接合強度の
低下がもたらされるのである。
であり、その目的は、ボンディング部の接続信頼性に優
れた電子部品搭載用基板及びその製造方法を提供するこ
とにある。
本願発明者が鋭意研究を行った結果、ニッケルめっき層
中のニッケルの結晶サイズに着目し、これが小さいと他
金属層へのニッケルの移動が起こりやすくなる傾向があ
ることを新たに知見した。そこで、本願発明者はかかる
知見に基づいてさらにそれを発展させ、最終的に下記の
発明を想到するに至ったのである。
層をニッケルめっき層と金めっき層とによって被覆して
なるボンディング部に対し、ボンディングワイヤが接合
される電子部品搭載用基板において、前記ニッケルめっ
き層中のニッケルの結晶サイズの平均値が2μm以上で
あることを特徴とする電子部品搭載用基板をその要旨と
する。
て、前記ニッケルめっき層の厚さは3μm〜5μmであ
るとした。請求項3に記載の発明では、導体層上にニッ
ケルめっき及び金めっきを行うことによってボンディン
グ部を形成した後、そのボンディング部に対するワイヤ
ボンディングを行う電子部品搭載用基板の製造方法にお
いて、析出するニッケルの結晶サイズの平均値が2μm
以上となるような条件で前記ニッケルめっきを行うこと
を特徴とする電子部品搭載用基板の製造方法をその要旨
とする。
る。請求項1〜3に記載の発明によると、ニッケルめっ
き層中のニッケルの結晶サイズが2μm以上になると、
ニッケルめっき層の内部欠陥が減少し、その内部欠陥を
通り抜けてニッケルが金めっき層側へ移動することが阻
害される。従って、ニッケルめっき層の上層部分におけ
る高濃度りん層の発生が回避され、高濃度りん層の発生
による接合強度の低下を防ぐことができる。その結果、
ボンディング部の接続信頼性を向上させることができ
る。
m〜5μmにすることが好ましい。ニッケルめっき層が
薄すぎると、導体層を構成する金属の溶解等によってパ
ターン形状が悪化するおそれがあり、この場合にはボン
ディング部の平坦性悪化によって接続強度が低下するお
それがある。一方、ニッケルめっき層が厚すぎると、上
記の問題は起こらない反面、めっきに要する時間が長く
なって生産性やコスト性が低下してしまう。
形態の電子部品搭載用基板及びその製造方法を図1〜図
3に基づき詳細に説明する。
用基板P1を構成するプリント配線板1の絶縁基板2の
表裏両面には、配線パターン3、ボンディング部として
のボンディングパッド4、ダイパッド5等が形成されて
いる。従って、このプリント配線板1は、いわゆる両面
板となっている。なお、絶縁基板2の表裏面においてボ
ンディングパッド4やダイパッド5を除く箇所は、図示
しないソルダーレジストによって被覆されている。
ルーホール6が貫通形成されている。絶縁基板2の両面
における配線パターン3同士は、これらのめっきスルー
ホール6を介して互いに導通している。また、めっきス
ルーホール6の下面側開口部には、導電性金属材料から
なる端子ピン7が嵌着されている。従って、この電子部
品搭載用基板P1を図示しないマザーボード上に実装し
たとき、端子ピン7を介して電子部品搭載用基板P1側
とマザーボード側とが電気的に接続される。以上のこと
から、本実施形態の電子部品搭載用基板P1は、半導体
パッケージの一種であるPGA(ピングリッドアレイ)
の形態を備えたものとなっている。
り、絶縁基板2の上面側中央部に配置されている。この
ダイパッド5上には、電子部品としてのLSIチップ
(ベアチップ)8が図示しない接着剤を介して接着され
ている。なお、ダイパッド5を形成せずに直接LSIチ
ップ8を接着してもよい。配線パターン3に接続された
複数のボンディングパッド4は、絶縁基板2の上面側に
おいてダイパッド5を包囲するように配列されている。
ボンディングパッド4の数は、LSIチップ8の上面外
周部に形成されたパッド9の数に対応している。
のパッド9とは、金からなるボンディングワイヤ10に
よって互いに接続されている。その結果、プリント配線
板1側とLSIチップ8側とが電気的に接続される。な
お、金ワイヤに代えてアルミニウムワイヤ等を使用する
ことも可能である。
びその周辺部は、ポッティング樹脂11によって封止さ
れている。本実施形態では、ポッティング樹脂11とし
てエポキシ樹脂等のような熱硬化性樹脂が用いられてい
る。
のプリント配線板1における配線パターン3、ボンディ
ングパッド4、ダイパッド5は、いずれも3種の金属、
即ち銅、ニッケル及び金からなる。より具体的にいう
と、ボンディングパッド4等は、大まかにいって銅パタ
ーン21、ニッケルめっき層22及び金めっき層23の
3種からなる。
2に対して密着しており、詳細には3層構造を有してい
る。銅パターン21における第1層は、厚さ約18μm
の銅箔21aであり、第2層は厚さ約10μmのパネル
銅めっき層21bであり、第3層は厚さ約15μmのパ
ターン銅めっき層21cである。なお、銅パターン21
は、トータルで厚さが40μm〜60μm程度となるよ
うに形成されることが好ましい。
を被覆するように形成されている。ここで、ニッケルめ
っき層22中のニッケルの結晶サイズとは、断面写真に
現れた結晶の直線距離のうち最も長い部分を結晶毎に測
定し、その平均をとったものをいう。前記結晶サイズの
値は、2μm以上であることが必要であり、さらには2
μm〜10μmであることがよく、2μm〜7μmであ
ることが最もよい。
と、ニッケルめっき層22の内部欠陥が相対的に減少す
るからである。その結果、内部欠陥を通り抜けてニッケ
ルが金めっき層23側へ移動することが阻害される。逆
に、ニッケルの結晶サイズが2μmよりも小さくなる
と、ニッケルめっき層22に内部欠陥が依然として多く
存在し、その内部欠陥をニッケルが容易に通過可能とな
ってしまう。ゆえに、ニッケルが金めっき層23側へ移
動してしまい、ニッケルめっき層22の上層部分に、接
合強度低下の原因となる高濃度りん層が発生しやすくな
る。
上にすること自体は、ニッケルめっき層22の内部欠陥
の低減にとっては好適である、その反面、結晶サイズを
大型化するための好適なめっき条件を、生産性の低下を
伴うことなく設定することが難しくなるおそれがある。
5μmとなるように形成されることがよい。ニッケルめ
っき層22が薄すぎると、ニッケルめっき層22によっ
て銅パターン21を完全に被覆することができなくな
り、金めっきを施す際に銅が溶解して、パターン形状が
悪化するおそれがある。この場合、ボンディングパッド
4の平坦性が悪化して、ボンディングパッド4に対する
ボンディングワイヤ10の接続強度が低下するおそれが
ある。一方、ニッケルめっき層22が厚すぎると、上記
の問題は起こらない反面、めっきに要する時間が長くな
って生産性やコスト性が低下してしまう。
ニッケルの他に少量のりんが含まれている。従って、こ
のニッケルめっき層22においては、ニッケルが主成分
になっていて、りんが副成分となっている。ニッケルめ
っき層22中に少量のりんが含まれているのは、以下の
理由による。
めっき層23との密着性が高くなるからである。第2の
理由は、金めっきを行う際に金の析出速度が速くなり、
生産性の向上にとって好都合だからである。
2において、りんは3重量%〜12重量%、さらには5
重量%〜9重量%含まれていることが好ましい。りんの
含有量が3重量%未満であると、金の析出速度が速くな
り生産性の向上にとって有利になる。その反面、ニッケ
ルめっき層22と金めっき層23との密着性が低下し、
ひいてはボンディングパッド4に対するボンディングワ
イヤ10の接続強度が低下するおそれがある。
場合には、ニッケルめっき層22と金めっき層23との
密着性は高くなる反面、金めっき層23を形成する際の
金の析出速度が遅くなり、生産性が低下してしまう。
なる結果、ニッケルの結晶サイズの大型化を図ったとし
ても、ポッティング樹脂11の加熱硬化時にニッケルめ
っき層22中の上層部分に高濃度りん層が形成される場
合がある。
層23は、厚さが0.3μm〜0.5μm程度となるよ
うに形成されることがよい。金めっき層23が薄すぎる
と、ワイヤボンディング時の打撃により磨耗が生じ、そ
の磨耗部分からニッケルめっき層22が部分的に露出し
てしまうおそれがある。一方、金めっき層23が厚すぎ
ると、金という高価なめっき材料が多く必要になる結
果、必然的に製造コストが高くなってしまう。
電子部品搭載用基板P1を製造する手順について説明す
る。まず、絶縁基板2の両面に厚さ18μmの銅箔21
aを有する銅張積層板を用意する。銅張積層板における
絶縁基板2の材料としては、例えばガラスクロスにエポ
キシ樹脂等の樹脂を含浸させたもの等が用いられる。エ
ポキシ樹脂に代え、ポリイミド樹脂やビスマレイミドト
リアジン樹脂(BT樹脂)等を用いてもよい。
ール形成用孔を透設した後、銅箔21aの全面にパネル
めっきを施し、パネル銅めっき層21bを形成する。続
いて、めっきレジスト31をパネル銅めっき層21b上
にラミネートする(図2(a)参照)。この状態でパタ
ーン銅めっきを施し、パターン銅めっき層21cを形成
する。さらに、パターン銅めっき層21c上にはんだめ
っきを施して、はんだめっき層32を形成する(図2
(b)参照)。ここで、剥離液(水酸化カリウム水溶
液)を用いてめっきレジスト31を剥離し、パネル銅め
っき層21bを露出させる(図2(c)参照)。その
後、エッチングを行って、パターン銅めっき層21cと
対応する箇所以外のパネル銅めっき層21b及び銅箔2
1aを除去する(図3(a)参照)。その後、銅を食刻
しない剥離液ではんだめっき層32を剥離し、銅パター
ン21を完成させる。なお、上記のめっき工程を経るこ
とによって、スルーホール形成用孔内にも銅めっきが析
出し、これによりめっきスルーホール6が形成される。
よって、銅パターン21上に電解ニッケルを析出させ、
銅パターン21をニッケルめっき層22によって全体的
に被覆する。本実施形態においては、電解ニッケルめっ
き浴として例えば硫酸ニッケル浴等が使用される。この
場合、析出するニッケルの結晶サイズの平均値が2μm
以上となるようなめっき条件が設定される。
て、ニッケルめっき層22上に電解金を析出させ、ニッ
ケルめっき層22を金めっき層23によって全体的に被
覆する。本実施形態においては、電解金めっき浴として
例えばシアン化金カリウム浴等が使用される。
に、3種の金属からなる配線パターン3、ボンディング
パッド4及びダイパッド5を備えるプリント配線板1が
得られる。
アにLSIチップ8をダイボンドした後、金からなるボ
ンディングワイヤ10を用いてワイヤボンディングを行
う。この場合のワイヤボンディングは、ネイルヘッドボ
ンディングであってもよいほか、ウェッジボンディング
等であってもよい。その結果、ボンディングワイヤ10
を介して、ボンディングパッド4とLSIチップ8側の
パッド9とが接続される(図3(c)参照)。
脂11を用いたポッティングを行う。これによりダイエ
リアが封止される。そして最後にピン立てを行うことに
より、電子部品搭載用基板P1が完成する。
例を紹介する。
沿って電子部品搭載用基板P1を製造するにあたり、銅
パターン21の厚さを50μm、ニッケルめっき層22
の厚さを7μm、金めっき層23の厚さを0.3μmに
それぞれ設定した。ニッケルめっき層22は、ニッケル
93重量%及びりん7重量%からなるものとした。
2中のニッケルの結晶サイズの平均値が2μmとなるよ
うに、下記の浴を用いるとともに下記の条件にてめっき
を行った。 <電解ニッケルめっき浴の組成> ・硫酸ニッケル: 300g/l、 ・塩化ニッケル: 55g/l、 ・ホウ酸: 40g/l、 ・光沢剤: 0.025重量%、 ・ピット防止剤: 0.167重量%、 <めっき条件> ・めっき時間: 30分、 ・めっき温度: 60℃、 ・電流密度: 2.7A/dm2、 ・pH: 4.7。
法に従って電解金めっきを行った後、ダイボンディン
グ、ワイヤボンディング、ポッティング及びピン立ての
各工程を行った。なお、ポッティング工程では、250
℃、240秒の加熱硬化処理を行った。
分、めっき温度を60℃、電流密度を2.0A/dm2
に設定することにより、結晶サイズの平均値が5μmと
なるようにした。
き温度を60℃、電流密度を2.7A/dm2に設定す
ることにより、結晶サイズの平均値が7μmとなるよう
にした。
き温度を60℃、電流密度を2.0A/dm2に設定す
ることにより、結晶サイズの平均値が12μmとなるよ
うにした。
温度を60℃、電流密度を4.0A/dm2に設定する
ことにより、結晶サイズの平均値が1μmとなるように
した。
品搭載用基板P1を対象として、比較調査を行った。ま
ず、従来公知の手法によってボンディングワイヤ10の
引っ張り試験を行うことにより、ボンディングパッド4
に対するボンディングワイヤ10の接合強度(kgf)
をそれぞれ測定した。さらに、電子部品搭載用基板P1
をボンディングパッド4の部分でカットした後、そのカ
ット断面のSEM観察を実施するとともに成分分析も実
施した。そして、これに基づいてニッケルめっき層22
の上層部分における高濃度りん層の有無を調査するとと
もに、同層が存在する場合にはさらにその厚さ(μm)
を測定した。ここでは、高濃度りん層が0.1μm未満
であれば「無」、それを超えるものであれば「有」と判
定することとした。なお、調査結果は表1に示すとおり
である。
とができる。
22中のニッケルの結晶サイズが2μm以上になってい
るため、ニッケルめっき層22の上層部分における高濃
度りん層の発生を回避することができる。ゆえに、ボン
ディングパッド4に対するボンディングワイヤ10の接
合強度の低下を防ぐことができる。その結果、ボンディ
ングパッド4の接続信頼性を確実に向上させることがで
きる。
22の厚さが3μm〜5μmという好適範囲内にて設定
されるとともに、金めっき層23の厚さが0.3μm〜
0.5μmという好適範囲内にて設定されている。従っ
て、生産性やコスト性の低下を伴うことなく、確実に接
続信頼性の向上を図ることができる。
22及び金めっき層23の形成にあたり、電解めっきを
実施している。従って、無電解めっきを実施した場合に
比べて、ニッケルめっき層22及び金めっき層23を短
時間のうちに厚く形成することができる。従って、生産
性の低下を来すことがない。また、電解めっきにより形
成された金めっき層23は、無電解めっきにより形成さ
れたもの比べて硬質になる。このことは金めっき層23
の耐磨耗性の向上、ひいてはボンディングパッド4の接
合強度の向上にとってプラスに作用する。
更してもよい。 ・ プリント配線板1を構成する絶縁基板2は、実施形
態にて例示したようなプラスティック材料からなるもの
のみに限定されることはなく、例えばアルミナや窒化ア
ルミニウム等のセラミック材料からなるものであっても
よい。また、表面に絶縁処理を施した金属基板を絶縁基
板2として用いてもよい。
ることはなく、片面板や多層板であっても構わない。 ・ 銅パターン21の形成する方法として、実施形態の
ようなサブトラクティブ法に代わって、アディティブ法
を実施してもよい。
形成されたものに限定されず、例えば絶縁基板2上への
銅ペーストの印刷・焼成により形成されたものや、スパ
ッタリング等のような物理的成膜法により形成されたも
のであってもよい。
らなるパターンを形成することもできる。 ・ ニッケルめっき層22や金めっき層23を無電解め
っきにより形成してもよい。この場合、ボンディングパ
ッド4等の厚さが極めて均一になる。また、電気めっき
用のリードが不要になるため、電気的なノイズが発生し
にくくなることに加え、高密度で微細なパターンを得る
ことができる。
SIチップ8のみに限定されることはなく、CLCCや
PLCC等のようなリードのない半導体パッケージや、
ドーターボード等であってもよい。また、ダイエリア
は、プリント配線板1の裏面側にあってもよく、さらに
は表裏両面にあってもよい。
続されたボンディングパッド4のみに限定されることは
なく、例えばめっきスルーホール6のランド6aであっ
てもよい。
思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技
術的思想を以下に列挙する。 (1) 請求項1乃至3のいずれか1つにおいて、前記
ニッケルめっき(層)は電解ニッケルめっき(層)であ
ること。従って、この技術的思想1に記載の発明によれ
ば、無電解ニッケルめっき(層)のときに比べて、結晶
の成長速度が速くなり、生産性の向上が図られる。
ずれか1つにおいて、前記ニッケルめっき層は、りんを
含むものであること。 (3) 銅パターンをりんを含む電解ニッケルめっき層
と電解金めっき層とによって被覆してなるボンディング
部に対し、ボンディングワイヤが接合される電子部品搭
載用基板において、前記電解ニッケルめっき層中のニッ
ケルの結晶サイズの平均値が2μm〜10μmに設定さ
れていることを特徴とする電子部品搭載用基板。
発明によれば、ボンディング部の接続信頼性に優れた電
子部品搭載用基板を提供することができる。
低下を伴うことなく確実に接続信頼性の向上を図ること
ができる。請求項3に記載の発明によれば、ボンディン
グ部の接続信頼性に優れた電子部品搭載用基板の製造方
法を提供することができる。
用基板の全体断面図。
造手順を説明するための要部拡大断面図。
造手順を説明するための要部拡大断面図。
き層、23…金めっき層、4…ボンディング部としての
ボンディングパッド、10…ボンディングワイヤ、P1
…電子部品搭載用基板。
Claims (3)
- 【請求項1】導体層をニッケルめっき層と金めっき層と
によって被覆してなるボンディング部に対し、ボンディ
ングワイヤが接合される電子部品搭載用基板において、
前記ニッケルめっき層中のニッケルの結晶サイズの平均
値が2μm以上であることを特徴とする電子部品搭載用
基板。 - 【請求項2】前記ニッケルめっき層の厚さは3μm〜5
μmであることを特徴とする請求項1に記載の電子部品
搭載用基板。 - 【請求項3】導体層上にニッケルめっき及び金めっきを
行うことによってボンディング部を形成した後、そのボ
ンディング部に対するワイヤボンディングを行う電子部
品搭載用基板の製造方法において、析出するニッケルの
結晶サイズの平均値が2μm以上となるような条件で前
記ニッケルめっきを行うことを特徴とする電子部品搭載
用基板の製造方法。
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