JP2002111186A - 配線基板およびこれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ニッケルめっき層と半田との間で剥離が発生
し、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわた
り、正常に接続することができない。 【解決手段】 絶縁基体１に形成した配線導体２の表面
に被着させたニッケルめっき層９上に半田７・８を接合
させて成る配線基板であって、ニッケルめっき層９は、
その表面にニッケル結晶粒界に沿って形成される溝の深
さを0.2μｍ以下としてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子等の電
子部品を搭載するために用いられる配線基板およびこの
配線基板上に半導体素子等の電子部品を搭載して成る電
子装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子等の電子部品を搭載す
るために用いられる配線基板は、例えばガラス−エポキ
シ板等から成る絶縁板やエポキシ樹脂等から成る絶縁層
を複数層積層して成る絶縁基体の内部および表面に銅箔
等から成る配線導体を設けて成る。この配線基板におい
ては、絶縁基体表面の配線導体の一部が半導体素子等の
電子部品の電極を接続するための電子部品接続用パッド
や外部電気回路基板に接続される外部接続用パッドとし
て供され、これらの電子部品接続用パッドや外部接続用
パッドには電子部品や外部電気回路基板との接合を容易
なものとするために例えば鉛−錫共晶合金等の錫を含有
する半田が予め接合される場合がある。

【０００３】なお、このような配線基板において電子部
品接続用パッドや外部接続用パッドに半田を接合するに
は、配線導体の露出表面に厚みが0.5〜10μｍ程度のニ
ッケルめっき層および厚みが0.01〜0.8μｍ程度の金め
っき層を順次被着させておくとともに、その上に半田を
溶融させて付着させる方法が採用される。このとき、金
めっき層は溶融した半田内に拡散吸収されて消滅し、ま
たニッケルめっき層と半田との間にはニッケル−錫合金
層が形成される。

【０００４】そして、この配線基板は、電子部品接続用
パッドに電子部品の電極を半田を介して接続して電子部
品を搭載することにより電子装置となり、この電子装置
は外部接続用パッドを外部電気回路基板の配線導体に半
田を介して接続することにより外部電気回路基板に実装
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の配線基板によると、これに半導体素子等の電子部品
を搭載して電子装置となした後、これを外部電気回路基
板に実装して半導体素子等の電子部品を長期間にわたり
作動させると、半導体素子等の電子部品が作動時に発生
する熱等に起因する熱応力が半田と電子部品接続用パッ
ドや外部接続用パッドとの間に繰返し印加されることに
よりニッケルめっき層と半田との間で剥離が生じ、その
ため、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわた
り正常に接続することができないという問題点を有して
いた。

【０００６】そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、ニ
ッケルめっき層上に金めっき層を被着させる際に、ニッ
ケル結晶粒界に沿って形成される溝の深さが0.4μｍ程
度と深いためにニッケルめっき層がその結晶粒界に沿っ
て部分的に溶出して腐食し、この腐食部分からニッケル
めっき層と半田との間に剥離が発生しやすいということ
を見出し、本発明を完成するに至った。

【０００７】本発明は、かかる上述の問題点に鑑み完成
されたものであり、その目的は、ニッケルめっき層と半
田との間で剥離が発生することがなく、搭載する電子部
品を外部電気回路に長期間にわたり、正常に接続するこ
とが可能な配線基板および電子装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の配線基板は、絶
縁基体に形成した配線導体の表面に被着させたニッケル
めっき層上に半田を接合させて成る配線基板であって、
ニッケルめっき層表面のニッケル結晶粒界に沿って形成
される溝の深さが0.2μｍ以下であることを特徴とする
ものである。

【０００９】また、本発明の電子装置は、絶縁基体に形
成した配線導体の表面に被着させたニッケルめっき層上
に半田を接合させて成る配線基板に電子部品を搭載して
成る電子装置であって、ニッケルめっき層表面のニッケ
ル結晶粒界に沿って形成される溝の深さが0.2μｍ以下
であることを特徴とするものである。

【００１０】本発明の配線基板によれば、ニッケルめっ
き層表面にニッケル結晶粒界に沿って形成される溝の深
さを0.2μｍ以下としてあることから、ニッケルめっき
層の粒界に沿って腐食が発生することがなく、そのた
め、これに電子部品を搭載した後、外部電気回路基板に
実装して電子部品を長期間にわたり作動させたとして
も、ニッケルめっき層と半田との間に剥離が発生するよ
うなことはない。

【００１１】また、本発明の電子装置によれば、ニッケ
ルめっき層表面のニッケル結晶粒界に沿って形成される
溝の深さを0.2μｍ以下としてあることから、ニッケル
めっき層の粒界に沿って腐食が発生することがなく、そ
のため、これを外部電気回路基板に実装して電子部品を
長期間にわたり作動させたとしても、ニッケルめっき層
と半田との間に剥離が発生するようなことはない。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明を添付の図面に基
づき詳細に説明する。図１は、本発明を半導体素子を搭
載するための配線基板およびこれに半導体素子を搭載し
た電子装置に適用した場合の実施の形態の一例を示す断
面図であり、１は絶縁基体、２は配線導体である。この
絶縁基体１と配線導体２とで本発明の配線基板が構成さ
れ、これに半導体素子３を搭載することにより本発明の
電子装置が形成される。

【００１３】絶縁基体１は、例えばガラス繊維を縦横に
織り込んだガラス織物にエポキシ樹脂やビスマレイミド
トリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る板状
の芯体１ａの上下面にエポキシ樹脂やビスマレイミドト
リアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る絶縁層１ｂをそ
れぞれ複数層ずつ積層して成り、その上面から下面にか
けては銅箔から成る複数の配線導体２が形成されてい
る。

【００１４】絶縁基体１を構成する芯体１ａは、厚みが
0.3〜1.5ｍｍ程度であり、その上面から下面にかけて直
径が0.2〜1.0ｍｍ程度の複数の貫通孔４を有している。
そして、その上下面および各貫通孔４の内壁には配線導
体２の一部が被着されており、上下面の配線導体２が貫
通孔４を介して電気的に接続されている。

【００１５】このような芯体１ａは、ガラス織物に未硬
化の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを熱硬化させた
後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すこと
により製作される。なお、芯体１ａ上下面の配線導体２
は、芯体１ａ用のシートの上下全面に厚みが５〜50μｍ
程度の銅箔を貼着しておくとともにこの銅箔をシートの
硬化後にエッチング加工することにより所定のパターン
に形成される。また、貫通孔４内壁の配線導体２は、芯
体１ａに貫通孔４を設けた後に、この貫通孔４内壁に無
電解めっき法および電解めっき法により厚みが５〜50μ
ｍ程度の銅箔を析出させることにより形成される。

【００１６】さらに、芯体１ａは、その貫通孔４の内部
にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱
硬化性樹脂から成る樹脂柱５が充填されている。樹脂柱
５は、貫通孔４を塞ぐことにより貫通孔４の直上および
直下に絶縁層１ｂを形成可能とするためのものであり、
未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂を貫通孔４内にスク
リーン印刷法により充填し、これを熱硬化させた後、そ
の上下面を略平坦に研磨することにより形成される。そ
して、この樹脂柱５を含む芯体１ａの上下面に絶縁層１
ｂが積層されている。

【００１７】芯体１ａの上下面に積層された絶縁層１ｂ
は、それぞれの厚みが20〜60μｍ程度であり、各層の上
面から下面にかけて直径が30〜100μｍ程度の複数の貫
通孔６を有している。これらの絶縁層１ｂは、配線導体
２を高密度に配線するための絶縁間隔を提供するための
ものであり、最表層を除く絶縁層１ｂにはその表面およ
び貫通孔６内に配線導体２の一部が被着されている。そ
して、上層の配線導体２と下層の配線導体２とを貫通孔
６を介して電気的に接続することにより高密度配線を立
体的に形成可能としている。このような絶縁層１ｂは、
厚みが20〜60μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂のフィル
ムを芯体１ａ上下面に貼着し、これを熱硬化させるとと
もにレーザ加工により貫通孔６を穿孔し、さらにその上
に同様にして次の絶縁層１ｂを順次積み重ねることによ
って形成される。なお、各絶縁層１ｂ表面および貫通孔
６内に被着された配線導体２は、各絶縁層１ｂを形成す
る毎に各絶縁層１ｂの表面および貫通孔６内に５〜50μ
ｍ程度の厚みの銅箔を公知のセミアディティブ法やフル
アディティブ法等のパターン形成法により所定のパター
ンに被着させることによって形成される。

【００１８】絶縁基体１の上面から下面にかけて形成さ
れた配線導体２は、半導体素子３の各電極を外部電気回
路基板に接続するための導電路として機能し、絶縁基体
１の上面に露出している部位が半導体素子３の各電極に
鉛−錫共晶合金から成る半田７を介して接続される電子
部品接続用パッド２ａを、絶縁基体１の下面に露出した
部位が外部電気回路基板に鉛−錫共晶合金から成る半田
８を介して接続される外部接続用パッド２ｂを形成して
いる。

【００１９】そして、この配線基板においては、電子部
品接続用パッド２ａに半導体素子３の各電極を半田７を
介して接続して半導体素子３を搭載することによって電
子装置となり、この電子装置における外部接続用パッド
２ｂを外部電気回路基板の配線導体に半田８を介して接
続することにより本発明の電子装置が外部電気回路基板
に実装されることとなる。

【００２０】さらに、本発明の配線基板および電子装置
においては、半田７は半導体素子３を搭載する前に電子
部品接続用パッド２ａに予め接合されており、半田８は
外部電気回路基板に実装する前に外部接続用パッド２ｂ
に予め接合されている。それにより、電子部品接続用パ
ット２ａと半導体素子３の電極との接続および外部接続
用パッド２ｂと外部電気回路基板の配線導体との接続の
作業性が極めて良好なものとなっている。

【００２１】なお、電子部品接続用パッド２ａおよび外
部接続用パッド２ｂの表面には、図２に要部拡大断面図
で示すように、厚みが0.5〜10μｍ程度のニッケルめっ
き層９が被着されており、その上に厚みが0.05〜５μｍ
程度のニッケル−錫合金層10を介して半田７・８が接合
されている。

【００２２】このように電子部品接続用パッド２ａおよ
び外部接続用パッド２ｂに半田７・８を接合させるに
は、配線導体２の露出表面に例えばリンを４〜12重量％
程度含有する無電解ニッケルめっき層９を0.5〜10μｍ
の厚みに被着させるとともに、このニッケルめっき層９
上に厚みが0.01〜0.8μｍの無電解金めっき層を被着さ
せておき、その上に半田を溶融させて付着させる方法が
採用される。このとき、ニッケルめっき層９上の無電解
金めっき層は半田中に拡散吸収されて消滅し、また、ニ
ッケルめっき層９中のニッケルと半田７・８中の錫とが
反応してニッケルめっき層９と半田７・８との間にニッ
ケル−錫の合金層10が形成される。

【００２３】この場合、無電解ニッケルめっき層９用の
無電解めっき液としては、硫酸ニッケル40ｇ／ｌ，クエ
ン酸ナトリウム24ｇ／ｌ，酢酸ナトリウム14ｇ／ｌ，次
亜リン酸ナトリウム20ｇ／ｌ，塩化アンモニウム５ｇ／
ｌから成り、温度が50〜90℃の無電解ニッケルめっき液
を用いればよく、無電解金めっき層用の無電解金めっき
液としては、シアン化金カリウム5.0ｇ／ｌ，クエン酸
カリウム50.0ｇ／ｌ，エチレンジアミンテトラアセティ
クアシッド5.0ｇ／ｌから成り、温度が50〜90℃の無電
解金めっき液を用いればよい。

【００２４】なお、ニッケルめっき層９は、その厚みが
0.5μｍ未満では、電子部品接続用パッド２ａおよび外
部接続用パッド２ｂを良好に被覆することができずに、
配線導体２の表面に酸化や変色をきたして半田７・８と
の接合が弱いものとなる傾向にあり、他方、10μｍを超
えると、ニッケルめっき層９の内部応力によりニッケル
めっき層９にクラックや剥がれが発生してしまいやす
い。したがって、ニッケルめっき層９の厚みは0.5〜10
μｍの範囲が好ましい。

【００２５】また、ニッケルめっき層９を上述のように
ニッケル−リンめっきから形成する場合、ニッケルめっ
き層９中のリンの含有量が４重量％未満であると、ニッ
ケルめっきの析出速度が遅くなり、所定の厚みのニッケ
ルめっき層９を得るために長時間を要するので配線基板
の生産性が極めて悪くなり、他方、12重量％を超える
と、ニッケルめっき層９上に被着させる金めっき層との
反応性が悪くなり、ニッケルめっき層９に金めっき層を
良好に被着させることが困難となる傾向にある。したが
って、ニッケルめっき層９中のリンの含有量は、４〜12
重量％の範囲が好ましい。

【００２６】さらに、本発明の配線基板および電子装置
においては、ニッケルめっき層９は、その表面のニッケ
ル結晶粒界に沿って形成される溝の深さを0.2μｍ以下
としている。そして、このことが重要である。このよう
にニッケルめっき層９表面のニッケル結晶粒界に沿って
形成される溝の深さを0.2μｍ以下としていることか
ら、ニッケルめっき層９上に金めっき層を被着させる際
に金めっき液中の金イオンがこの結晶粒界の溝の内側部
分にも良好に供給され、そのため、金めっきの置換反応
によるニッケルの溶出がこの溝に集中して発生すること
が抑制されてこの結晶粒界に腐食を発生させることなく
金めっき層を被着させることができる。したがって、ニ
ッケルめっき層９と半田７・８とが極めて強固に接合さ
れ、その結果、半導体素子３を搭載した後、これを外部
電気回路基板に実装して半導体素子３を長期間にわたり
作動させたとしても、半導体素子３が作動時に発生する
熱等による応力によってニッケルめっき層９と半田７・
８との間で剥離が発生するようなことはない。

【００２７】なお、ニッケルめっき層９表面のニッケル
結晶粒界に沿って形成される溝の深さが0.2μｍを超え
ると、例えばニッケルめっき層９上に無電解金めっき層
を被着させる際に、この粒界に沿った部位でニッケルめ
っき層９中のニッケルが局所的に多量に溶出して腐食が
発生しやすい。そのような腐食が発生すると、この部位
でのニッケルめっき層９と半田７・８との反応性が阻害
されてニッケルめっき層９と半田７・８との接合強度が
劣ったものとなる。したがって、ニッケルめっき層９表
面のニッケル結晶粒界に沿って形成される溝の深さは0.
2μｍ以下に特定される。

【００２８】ところで、ニッケルめっき層９表面のニッ
ケル結晶粒界に沿って形成される溝の深さを0.2μｍ以
下とするには、たとえばニッケルめっき液中に非イオン
性の界面活性剤を数ｐｐｍ添加し、析出するニッケルめ
っき層９とめっき液との界面張力を小さなものとした状
態でめっきをすることにより、溝の深さを0.2μｍ以下
とすることができる。また、ニッケルめっき層９表面の
ニッケル結晶粒界に沿って形成される溝の深さは下地の
配線導体２表面の微視的な凹凸のばらつきにも影響を受
けるので、そのような微視的凹凸のばらつきがある場
合、これを均一とするために配線導体２の表面を例えば
100〜200ｇ／ｌの過硫酸ナトリウムからなる20〜30℃の
エッチング液で1〜3分程度エッチングすることが好まし
い。

【００２９】また、このようなニッケルめっき層９表面
のニッケル結晶粒界に沿って形成される溝の深さを測定
するには、ニッケルめっき層９の断面を走査電子顕微鏡
を用いて10,000倍程度の倍率で観察して測定すればよ
い。

【００３０】ニッケルめっき層９と半田７・８との間に
形成されたニッケル−錫の合金層10は、その厚みが0.05
〜５μｍ程度である。そして、ニッケルめっき層９と半
田７・８との間の全面に不連続部を形成することなく形
成されている。このように、ニッケルめっき層９と半田
７・８との間の全面に厚みが0.05〜５μｍのニッケル−
錫合金層10が形成されている場合には、ニッケルめっき
層９と半田７・８との接合強度が高い。ニッケルめっき
層９と半田７・８との間の全面に厚みが0.05〜５μｍの
ニッケル−錫合金層10を形成するには、上述のようにニ
ッケルめっき層９表面のニッケル結晶粒界に沿って形成
される溝の深さを0.2μｍ以下とする等してニッケルめ
っき層９の結晶粒界に沿った腐食の発生をなくすととも
に、このニッケルめっき層９上に半田を溶融させる時間
および温度を適宜調整すればよい。

【００３１】なお、ニッケル−錫合金層10の厚みが0.05
μｍ未満では、ニッケルめっき層９とニッケル−錫合金
層10との密着が悪く、両者の間から剥離が生じることが
あり、他方、５μｍを超えると、強度的に脆くて弱いニ
ッケル−錫合金層10の厚みが厚いため、ニッケル−錫合
金層10から剥離が生じることがある。したがって、ニッ
ケル−錫合金層10の厚みは0.05〜５μｍの範囲が好まし
い。

【００３２】かくして、本発明の配線基板および電子装
置によれば、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間
にわたり正常に接続することができる。

【００３３】なお、本発明は、上述の実施の形態の一例
に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば上述の実
施の形態の一例では、絶縁基体１はガラス織物に熱硬化
性樹脂を含浸させた材料および熱硬化性樹脂から形成さ
れていたが、絶縁基体１は、セラミックス材料等の他の
絶縁材料から形成されていてもよく、また、配線導体２
としては、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属
粉末のメタライズ導体等の他の導電材料を使用すること
ができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の配線基板および電子装置によれ
ば、ニッケルめっき層表面のニッケル結晶粒界に沿って
形成される溝の深さを0.2μｍ以下としていることか
ら、これを外部電気回路基板に実装して電子部品を長期
間にわたり作動させたとしても、ニッケルめっき層と半
田との間に剥離が発生するようなことはなく、したがっ
て、搭載する電子部品を長期間にわたり正常に接続する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板および電子装置の実施形態の
一例を示す断面図である。

【図２】図１に示す配線基板および電子装置の要部拡大
断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・絶縁基体 ２・・・・・配線導体 ３・・・・・電子部品としての半導体素子 ７，８・・・半田 ９・・・・・ニッケルめっき層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基体に形成した配線導体の表面に被
   着させたニッケルめっき層上に半田を接合させて成る配
   線基板であって、前記ニッケルめっき層表面のニッケル
   結晶粒界に沿って形成される溝の深さが０．２μｍ以下
   であることを特徴とする配線基板。
2. 【請求項２】 請求項１記載の配線基板に電子部品を搭
   載し、該電子部品の電極を前記半田を介して前記配線導
   体に接続して成ることを特徴とする電子装置。