JP2002111187A - 配線基板 - 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上に金めっき層10を被
着させて成る配線基板であって、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を0.
2μｍ以下とした。

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を形
成している。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合して電子部
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
田を介して接合することにより外部電気回路基板に実装
される。

【０００３】なお、このような配線基板においては、配
線導体が酸化腐食するのを防止するとともに電子部品接
続用パッドや外部接続用パッドと半田との接合を良好と
するために、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
度の金めっき層が順次被着されている。この場合、ニッ
ケルめっき層上に被着させた金めっき層は、ニッケルめ
っき層と半田との濡れ性を良好とするためのものであ
り、通常、無電解めっき法により被着される。そして、
ニッケルめっき層と半田との接合時に半田中に拡散吸収
されて消滅してしまう。また、この金めっき層の厚みが
0.01μｍ未満では、ニッケルめっき層と半田との濡れ性
が低下する傾向にあり、他方0.8μｍを超えると電子部
品接続用パッドや外部接続用パッドに半田を接合させた
ときに半田中に脆弱な金−錫合金が多量に形成されて半
田の機械的強度が低下してしまう。したがって、配線導
体に半田を接合させる場合、配線導体の表面に被着させ
たニッケルめっき層上の金めっき層の厚みは通常0.01〜
0.8μｍ程度に設定される。

【０００４】

【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。

【０００５】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。

【０００６】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を提供することにある。

【０００７】

【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
めっき層上に金めっき層を被着させて成る配線基板であ
って、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が0.2μｍ以下であることを特徴
とするものである。

【０００８】本発明の配線基板によれば、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
層の結晶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。

【０００９】

【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とで半導体素子３を
搭載するための本発明の配線基板が構成される。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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
続することにより外部電気回路基板に実装されることと
なる。

【００１７】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0.01〜0.8μ
ｍ程度の金めっき層10が被着されている。

【００１８】ニッケルめっき層９は、例えばリンを４〜
12重量％程度含有する無電解ニッケル−リンめっきから
成り、銅から成る配線導体２を保護するとともに半田７
・８が接合される接合用下地金属層として機能する。ま
た、金めっき層10は、ニッケルめっき層９が酸化腐食す
るのを防止するとともにニッケルめっき層９と半田７・
８との濡れ性を良好なものとする作用をなす。

【００１９】このようなニッケルめっき層９および金め
っき層10は、先ず、配線導体２が形成された配線基板を
界面活性剤と塩酸水溶液とから成る温度が25〜50℃の酸
性の洗浄液に１〜５分間浸漬して銅から成る配線導体２
の表面を清浄とし、次にこれを純水で洗浄した後、塩化
パラジウム4.0ｇ／ｌ，水酸化カリウム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
ら成る温度が25〜40℃のパラジウム活性液中に１〜５分
間程度浸漬して配線導体２の表面にパラジウム触媒を付
着させ、次にこれを純水で洗浄した後、硫酸ニッケル40
ｇ／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から成る温度が50〜90℃の無電解ニッケ
ルめっき液中に２〜60分間浸漬することによって配線導
体２の表面にニッケルめっき層９を被着させ、次にこれ
を純水で洗浄した後、これを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から成る温度が50
〜90℃の無電解金めっき液中に２〜10分間浸漬すること
によってニッケルめっき層９上に金めっき層10を被着さ
せることによって形成される。

【００２０】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。

【００２１】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、配線
導体２にニッケルめっき層９を被着させる際、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10との反応
性が悪くなり、ニッケルめっき層９を金めっき層10で良
好に被覆す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。

【００２２】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10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10を被着させることができる。したがって、電子部品
接続用パッド２ａや外部接続パッド２ｂに半田７・８を
接合させると、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。

【００２３】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、電子部品
接続用パッド２ａや外部接続用パッド２ｂに半田７・８
を接合させる際、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。

【００２４】ところで、ニッケルめっき層９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。

【００２５】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。

【００２６】ニッケルめっき層９上に被着された金めっ
き層10は、その厚みが0.01μｍ未満では電子部品接続用
パッド２ａや外部接続用パッド２ｂに半田７・８を接合
させる際にニッケルめっき層９と半田７・８との濡れ性
が低下して両者を強固に接合させることができなくな
り、他方、0.8μｍを超えると、電子部品接続用パッド
２ａや外部接続用パッド２ｂに半田７・８を接合させた
ときに半田７・８中に脆弱な金−錫合金が多量に形成さ
れて半田７・８の機械的強度が低下してしまう。従っ
て、金めっき層10の厚みは0.01〜0.8μｍの範囲が好ま
しい。

【００２７】さらに、本発明の配線基板では、温度25℃
の５％硫酸水溶液中において配線導体２に＋200ｍＶの
電圧を印加したときのニッケルの溶解電流がニッケルめ
っき層９の１平方ｍｍあたり10μＡ以下となるようにし
ておくことが好ましい。このように、温度25℃の５％硫
酸水溶液中において配線導体２に＋200ｍＶの電圧を印
加したときのニッケルの溶解電流がニッケルめっき層９
の１平方ｍｍあたり10μＡ以下となるようにしておくこ
とで、ニッケルめっき層９からニッケルが溶出しにく
い。したがって、ニッケルめっき層９に腐食が発生しに
くく、その結果、ニッケルめっき層９に半田７・８を極
めて強固に接合させることができる。

【００２８】なお、温度25℃の５％硫酸水溶液中におい
て配線導体２に＋200ｍＶの電圧を印加したときのニッ
ケルの溶解電流がニッケルめっき層９の１平方ｍｍあた
り10μＡを超えると、ニッケルめっき層９からニッケル
が溶出しやすくなり、ニッケルめっき層９の表面に腐食
が発生しやすい。したがって、温度25℃の５％硫酸水溶
液中において配線導体２に＋200ｍＶの電圧を印加した
ときのニッケルの溶解電流がニッケルめっき層９の１平
方ｍｍあたり10μＡ以下の範囲が好ましい。

【００２９】なお、温度25℃の５％硫酸水溶液中におい
て配線導体２に＋200ｍＶの電圧を印加したときのニッ
ケルの溶解電流がニッケルめっき層９の１平方ｍｍあた
り10μＡ以下とするには、配線導体２の表面のニッケル
めっき層９上に金めっき層10を被着させた後の純水洗浄
を60℃以下の温度の純水で行い、最後に30〜60℃の純水
に配線基板を１〜２分間浸漬した後、100〜300ｍｍ／秒
の速度で引き上げて乾燥させればよい。このとき、金め
っき層10を被着させた後の純水洗浄の温度が60℃を超え
ると、ニッケルめっき層９の表面にニッケルの水酸化物
が形成されてニッケルめっき層９の表面が腐食されやす
くなる。また最後に配線基板を浸漬する純水の温度が30
℃未満では、配線基板を引き上げる際に配線基板に付着
した水分が十分に乾燥除去されずに、ニッケルめっき層
９に酸化腐食を発生させやすい。したがって、ニッケル
めっき層９上に金めっき層10を被着させた後の純水洗浄
の温度は60℃以下が好ましい。また、配線基板を最後に
浸漬する純水の温度は30〜60℃の範囲が好ましい。

【００３０】かくして、本発明の配線基板によれば、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。

【００３１】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。

【００３２】

【発明の効果】本発明の配線基板によれば、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以下としたことから、ニッケルめっき層
の結晶粒界に沿って腐食が発生することがなく、そのた
め、これに電子部品を半田を介して搭載するとともに外
部電気回路基板に半田を介して実装した後、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 10・・・・・金めっき層

Claims (1)

【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金めっき層を被着させて
   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０．２μ
   ｍ以下であることを特徴とする配線基板。