JP2003037355A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】下地のニッケルめっき層に形成されているピン
ホールやボイド内にめっき液が残留し、これが金めっき
層表面にしみ出して斑点状のしみを形成する。 【解決手段】電子部品３の電極が半田５を介して接続さ
れる配線層２を有する配線基板４であって、前記配線層
２のうち少なくとも電子部品３の電極が半田５を介して
接続される領域の表面に、ニッケルの含有率が９９．９
重量％以上の高純度ニッケルめっき層６、ニッケル−リ
ンめっき層７、金めっき層８を順次被着させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や容量
素子、抵抗器等の電子部品が搭載される配線基板に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子や容量素子、抵抗器等
の電子部品が搭載される配線基板は、一般に、酸化アル
ミニウム質焼結体から成る絶縁基体と、該絶縁基体の上
面から下面にかけて形成されたタングステン、モリブデ
ン等の高融点金属材料から成る複数個の配線層とから構
成されており、絶縁基体の上面に半導体素子や容量素
子、抵抗器等の電子部品を搭載するとともに該電子部品
の各電極を配線層に半田を介して電気的に接続するよう
になっている。

【０００３】かかる配線基板は、配線層の絶縁基体下面
に導出されている部位を外部電気回路基板の配線導体に
半田等を介し接続することによって外部電気回路基板上
に実装され、同時に配線基板に搭載されている電子部品
の各電極が所定の外部電気回路に電気的に接続されるこ
ととなる。

【０００４】なお、上述の配線基板は配線層の少なくと
も電子部品が半田を介して接続される領域にニッケルめ
っき層と金めっき層が順次被着されており、該ニッケル
めっき層によってタングステン等の高融点金属材料から
成る配線層に対する半田の接合を良好とし、金めっき層
によってニッケルめっき層表面にニッケルの酸化物が形
成されて半田接合性等が劣化するのを防止している。

【０００５】また前記ニッケルめっき層及び金めっき層
を被着させる方法としては、配線基板の小型化に伴う配
線層の高密度化によってめっき電力供給用の引き出し線
の形成が困難なことから、無電解法が多用されつつあ
る。

【０００６】さらに前記無電解法によりニッケルめっき
層を被着させる場合、無電解ニッケルめっき液として一
般に、硫酸ニッケル等のニッケル化合物と、ジメチルア
ミンボラン等のホウ素系還元剤、または次亜リン酸ナト
リウム等のリン系還元剤とを主成分とする水溶液に錯化
剤、ｐＨ緩衝剤、安定剤等を添加して成る無電解ニッケ
ルめっき液が用いられ、被着形成されたニッケルめっき
層は、還元剤の分解生成物であるホウ素またはリンを数
重量％含有する、ニッケル−ホウ素合金またはニッケル
−リン合金となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の配線基板においては、配線層上の電子部品が半田を
介して接続される領域にニッケル−リン合金からなるニ
ッケルめっき層を被着させた場合、該ニッケル−リン合
金のリン成分は不活性であること、及びタングステンや
モリブデン等の高融点金属材料から成る配線層の表面が
粗面であること等から配線層の表面全面にニッケル−リ
ン合金から成るニッケルめっき層を均一に被着させるこ
とができず、多数のピンホール（小穴）やボイド（小空
隙）を有したものとなっており、その結果、ピンホール
やボイド内にめっき液が残留し易く、ピンホールやボイ
ド内にめっき液が残留しているとこれが電子部品を配線
層に半田を介して接続させる際の熱によって金めっき層
上にしみ出し、斑点状のしみを形成して外観不良を生じ
るという重大な欠点を有する。

【０００８】また配線層上にニッケル−ホウ素合金から
成るニッケルめっき層を被着させた場合、ニッケル−ホ
ウ素合金から成るニッケルめっき層は無電解金めっき液
中に溶出し易く、ニッケルめっき層と金めっき層との間
にボイドが残留し易いこと及びニッケル−ホウ素合金の
熱膨張係数が金の熱膨張係数に対し大きく相違すること
等からニッケル−ホウ素合金から成るニッケルめっき層
と金めっき層の両方に電子部品を配線層に半田を介して
接続させる際等の熱が作用するとニッケル−ホウ素合金
から成るニッケルめっき層と金めっき層との間に両者の
熱膨張係数の相異に起因して発生する応力によって剥離
やフクレが生じ、これによって配線層上に電子部品を半
田を介して強固に取着することができないという欠点を
有していた。

【０００９】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので
その目的は、斑点状のしみの発生による外観不良や金め
っき層とニッケルめっき層との間に剥離やフクレが発生
するのを有効に防止し、配線層に電子部品を半田を介し
て強固に取着することができる配線基板を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の配線基板は、電
子部品の電極が半田を介して接続される配線層を有する
配線基板であって、前記配線層のうち少なくとも電子部
品の電極が半田を介して接続される領域の表面に、ニッ
ケルの含有率が９９．９重量％以上の高純度ニッケルめ
っき層、ニッケル−リンめっき層、金めっき層を順次被
着させたことを特徴とするものである。

【００１１】また本発明の配線基板は、前記高純度ニッ
ケルめっき層の厚みが１μm〜５μｍであることを特徴
とするものである。

【００１２】本発明の配線基板によれば、配線層のうち
少なくとも電子部品の電極が半田を介して接続される領
域の表面に、ニッケルの含有率が９９．９重量％以上の
高純度ニッケルめっき層、ニッケル−リンめっき層、金
めっき層を順次被着させ、配線層の表面に、不活性なリ
ン成分を含有しない高純度ニッケルめっき層を被着させ
たことから、配線層に高純度ニッケルめっき層をピンホ
ールやボイド等を生じることなく表面を平滑として均一
厚みに、かつ強固に被着させることができ、また高純度
ニッケルめっき層上に、該高純度ニッケルめっき層との
密着性が良好で、かつ無電解金めっき浴に溶解し難く金
めっき層との界面にボイドを生じ難く、さらに熱膨張係
数が金めっき層に近似するニッケル−リンめっき層を被
着させたことから、高純度ニッケルめっき層、ニッケル
−リンめっき層、金めっき層をそれぞれ強固に被着させ
ることができ、さらに金めっき層が耐食性、および半田
との濡れ性に優れることから高純度ニッケルめっき層及
びニッケル−リンめっき層が酸化腐食するのを有効に防
止することができるとともに半田を強固に接合させるこ
とができ、これによって配線基板の配線層に斑点状のし
みやフクレが発生するのを有効に防止することができる
とともに配線層に電子部品の電極を半田を介して極めて
強固に接続することが可能となる。

【００１３】 ［発明の詳細な説明］次に、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は、本発明の配線基板を半導体素
子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用した場
合の一実施例を示し、１は絶縁基体、２は配線層であ
る。この絶縁基体１と配線層２とで半導体素子３を搭載
するための配線基板４が形成される。

【００１４】前記絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼
結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、
炭化珪素質焼結体、ガラスセラミック焼結体等の電気絶
縁材料から成り、その上面に半導体素子３を搭載する搭
載部を有し、該搭載部表面に露出した配線層２に半導体
素子３の電極が錫・鉛半田等の半田ボール５を介して接
続される。

【００１５】前記絶縁基体１は、例えば、酸化アルミニ
ウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸
化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の原料粉
末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して泥漿状
のセラミックスラリーとなすとともに該セラミックスラ
リーを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロー
ル法等のシート成形技術を採用しシート状となすことに
よってセラミックグリーンシート（セラミック生シー
ト）を得、しかる後、前記セラミックグリーンシートを
切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とするととも
にこれを複数枚積層し、最後に前記積層されたセラミッ
クグリーンシートを還元雰囲気中、約１６００℃の温度
で焼成することによって製作される。

【００１６】また前記絶縁基体１は、その上面の半導体
素子３が搭載される搭載部から下面にかけて多数の配線
層２が被着形成されており、該配線層２の搭載部に露出
した部位には半導体素子３の各電極が半田ボール５を介
して電気的に接続され、また絶縁基体１の下面に導出さ
れた部位には外部電気回路基板の配線導体が半田等を介
して電気的に接続される。

【００１７】前記配線層２は、搭載される半導体素子３
の各電極を外部電気回路に接続する作用をなし、例え
ば、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金
属粉末から成り、タングステン等の高融点金属粉末に適
当な有機バインダーや溶剤を添加混合して得た金属ペー
ストを絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに予
め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印
刷塗布しておくことによって絶縁基体１の半導体素子３
が搭載される搭載部から下面にかけて被着される。

【００１８】前記配線層２は図２に示すように、少なく
とも半導体素子３の電極が半田ボールを介して接続され
る領域に、ニッケルの含有率が９９．９重量％以上の高
純度ニッケルめっき層６、ニッケル−リンめっき層７及
び金めっき層８が順次被着されている。

【００１９】前記高純度ニッケルめっき層６は、配線層
２にニッケル−リンめっき層７および金めっき層８を密
着性良く被着させる下地金属層として作用する。

【００２０】前記高純度ニッケルめっき層６は、例え
ば、酢酸ニッケル、塩化ニッケル等のニッケル化合物
と、ヒドラジン、ホルマリン等の、ニッケルめっき層中
に共析する成分を含有しない特殊な還元剤とを主成分と
し、クエン酸、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）ま
たはこれらのナトリウム、カリウム塩等の錯化剤、ホウ
酸等のｐＨ緩衝剤、サッカリン等の安定剤を添加して成
る無電解高純度ニッケルめっき浴を用いた無電解めっき
法により配線層２の表面に所定厚みに被着される。この
場合、前記高純度ニッケルめっき層６はその内部に不活
性なリン成分を含有しないことから配線層２の表面が粗
面であるとしても高純度ニッケルめっき層６にピンホー
ルやボイド等が形成されることはほとんどなく、配線層
２を均一かつ表面を平滑として被覆することができる。

【００２１】なお、前記高純度ニッケルめっき層６は、
ニッケルの含有率が９９．９重量％未満となると不純物
の作用によりピンホールやボイド等を生じ易くなり、配
線層２の表面に強固に密着するとともに良好に被覆する
ということができなくなり、配線層２の表面にニッケル
−リンめっき層７および金めっき層８を強固に被着させ
ることができなくなって配線基板としての信頼性を低く
してしまう。従って、前記高純度ニッケルめっき層６
は、ニッケルの含有率が９９．９重量％以上に特定され
る。

【００２２】また前記高純度ニッケルめっき層６は、そ
の厚さが１μｍ未満の薄いものになると高純度ニッケル
めっき層６を粗面な配線層２に表面を平滑として均一厚
みに被着させるのが困難となってしまう傾向にあり、ま
た８μｍを超えると内部応力が大きくなって配線層２に
高純度ニッケルめっき層６を強固に被着させることが困
難となってしまう。従って、前記高純度ニッケルめっき
層６は、その厚さを１μｍ〜８μｍの範囲としておくこ
とが好ましい。

【００２３】さらに前記高純度ニッケルめっき層６上に
は、ニッケルーリンめっき層７が所定厚みに被着されて
おり、該ニッケル−リンめっき層７は高純度ニッケルめ
っき層６に金めっき層８を強固に被着接合させる作用を
なす。

【００２４】前記ニッケル−リンめっき層７は、硫酸ニ
ッケル等のニッケル化合物と次亜リン酸ナトリウム等の
リン系還元剤とを含む無電解ニッケルめっき浴を用いた
無電解めっき法により配線層２の表面に所定厚みに被着
される。この場合、配線層２の表面が高純度ニッケルめ
っき層６により均質かつ表面を平滑として被覆されてい
ること、ニッケル−リンめっき層７は高純度ニッケルめ
っき層６に対し密着性が良いことからニッケル−リンめ
っき層７を高純度ニッケルめっき層６表面にピンホール
やボイド等を形成することなく均一厚みに、かつ強固に
被着させることができる。

【００２５】また前記ニッケル−リンめっき層７は熱膨
張係数が金めっき層の熱膨張係数に近似することから、
電子部品を配線層２に半田ボール５を介して接続させる
際等に熱が作用したとしてもニッケル−リンめっき層７
と金めっき層８との間には大きな熱応力が生じることは
なく、その結果、金めっき層８に剥離やフクレが生じる
ことを有効に防止することができるとともに配線層２上
に電子部品を半田ボール５を介して強固に取着すること
ができる。

【００２６】なお、前記ニッケル−リンめっき層７は、
リンの含有量が１０重量％を超えるようになると配線層
２に電子部品の電極を半田ボール５を介して接続したと
き、リン成分が半田と反応しないためリンが濃縮してリ
ンの脆化層を形成し半田ボールを介しての接続信頼性が
低下するおそれがあり、また３重量％未満となると、こ
のニッケル−リンめっき層に後述する金めっき層８を被
着させるときの反応でニッケルが金めっき液中に溶け出
して金めっき層８の被着強度が低下するおそれがある。
従って、前記ニッケル−リンめっき層７は、そのリンの
含有量を３〜１０重量％の範囲としておくことが好まし
い。

【００２７】また、前記ニッケル−リンめっき層７は、
その厚みが５μｍを超えると内部応力が大きくなって高
純度ニッケルめっき層６への被着強度が低いものとなっ
てしまう傾向がある。従って、前記ニッケル−リンめっ
き層７は、その厚さを５μｍ以下としておくことが好ま
しく、高純度ニッケルめっき層６を確実に被覆して金め
っき層８の被着強度をより一層高くするためには、５μ
ｍ以下かつ０．５μｍ以上としておくことが好ましい。

【００２８】更に、前記高純度ニッケルめっき層６およ
びニッケル−リンめっき層７は、その合計の厚みが１０
μｍを超えると、その内部応力の合力により高純度ニッ
ケルめっき層６と配線層２との間の密着強度や、配線層
２と絶縁基体１との間の密着強度が低下し、各ニッケル
めっき層や配線層２のハガレ、フクレ等の不具合を生じ
易くなる傾向がある。従って、前記高純度ニッケルめっ
き層６およびニッケル−リンめっき層７は、その合計の
厚みを１０μｍ以下としておくことが好ましい。

【００２９】前記高純度ニッケルめっき層７はまたその
表面に金めっき層８が所定厚みに被着されており、該金
めっき層８は高純度ニッケルめっき層６及びニッケル−
リンめっき層７が酸化腐食するのを有効に防止すること
ができるとともに半田を配線層２に強固に接合させる作
用をなす。

【００３０】前記金めっき層８は、例えば、従来周知の
シアン化金カリウム等の金化合物とエチレンジアミン四
酢酸（ナトリウム塩）等の錯化剤とを含有する置換型の
無電解金めっき液を用いる無電解めっき法によりニッケ
ル−リンめっき層７表面に形成される。

【００３１】前記金めっき層８は、その厚みが０．０５
μｍ未満の薄いものとなると、高純度ニッケルめっき層
６やニッケル−リンめっき層７の酸化を防ぐことが困難
となり、また０．８μｍを超えて厚くすると、半導体素
子３の電極を配線層２に接続する半田ボール５との間で
金−錫等の脆い金属間化合物が形成され、接続部の長期
信頼性を低いものとしてしまうおそれがある。従って、
前記金めっき層８は、その厚さを０．０５μｍ乃至０．
８μｍの範囲としておくことが好ましい。

【００３２】前記高純度ニッケルめっき層６、ニッケル
−リンめっき層７、金めっき層８は、そのいずれもを無
電解法で形成するとめっき用電力を供給するための導通
線を配線基板４内に設ける必要がなく、配線層２を高密
度で形成することが可能で、配線基板４の小型化を容易
とすることができる。

【００３３】また一方、前記半導体素子３が搭載された
絶縁基体１は、その上面に蓋体９が樹脂、ガラス、ロウ
材等から成る封止材を介して接合され、この蓋体９と絶
縁基体１とによって半導体素子３を気密に封止するよう
になっている。

【００３４】前記蓋体９は酸化アルミニウム質焼結体や
ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等のセラ
ミックス材料、あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金や
鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、例えば、酸化
アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニ
ウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等
の原料粉末を従来周知のプレス成形法を採用することに
よって椀状に成形するとともにこれを約１５００℃の温
度で焼成することによって形成される。

【００３５】かくして本発明の配線基板４によれば、絶
縁基体１上面の搭載部表面に露出した配線層２に半導体
素子３の電極を半田ボール５を介して電気的、機械的に
接続し、しかる後、絶縁基体１の上面に金属やセラミッ
クスから成る蓋体９をガラスや樹脂、ロウ材等の封止材
を介して接合させ、絶縁基体１と蓋体９とから成る容器
内部に半導体素子３を気密に収容することによって製品
としての半導体装置が完成する。

【００３６】なお、本発明の配線基板は上述の実施例に
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
施例では本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導
体素子収納用パッケージに適用したが、混成集積回路基
板等の他の用途に適用しても良い。

【００３７】

【発明の効果】本発明の配線基板によれば、配線層のう
ち少なくとも電子部品の電極が半田を介して接続される
領域の表面に、ニッケルの含有率が９９．９重量％以上
の高純度ニッケルめっき層、ニッケル−リンめっき層、
金めっき層を順次被着させ、配線層の表面に、不活性な
リン成分を含有しない高純度ニッケルめっき層を被着さ
せたことから、配線層に高純度ニッケルめっき層をピン
ホールやボイド等を生じることなく表面を平滑として均
一厚みに、かつ強固に被着させることができ、また高純
度ニッケルめっき層上に、該高純度ニッケルめっき層と
の密着性が良好で、かつ無電解金めっき浴に溶解し難く
金めっき層との界面にボイドを生じ難く、さらに熱膨張
係数が金めっき層に近似するニッケル−リンめっき層を
被着させたことから、高純度ニッケルめっき層、ニッケ
ル−リンめっき層、金めっき層をそれぞれ強固に被着さ
せることができ、さらに金めっき層が耐食性、および半
田との濡れ性に優れることから高純度ニッケルめっき層
及びニッケル−リンめっき層が酸化腐食するのを有効に
防止することができるとともに半田を強固に接合させる
ことができ、これによって配線基板の配線層に斑点状の
しみやフクレが発生するのを有効に防止することができ
るとともに配線層に電子部品の電極を半田を介して極め
て強固に接続することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導
体素子収納用パッケージに適用した場合の一実施例を示
す断面図である。

【図２】図１に示す配線基板の要部拡大図である。

【符号の説明】

１・・・・・絶縁基体 ２・・・・・配線層 ３・・・・・半導体素子 ４・・・・・配線基板 ５・・・・・半田ボール ６・・・・・高純度ニッケルめっき層 ７・・・・・ニッケル−リンめっき層 ８・・・・・金めっき層 ９・・・・・蓋体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品の電極が半田を介して接続される
   配線層を有する配線基板であって、前記配線層のうち少
   なくとも電子部品の電極が半田を介して接続される領域
   の表面に、ニッケルの含有率が９９．９重量％以上の高
   純度ニッケルめっき層、ニッケル−リンめっき層、金め
   っき層を順次被着させたことを特徴とする配線基板。
2. 【請求項２】前記高純度ニッケルめっき層の厚みが１μ
   m〜５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の配
   線基板。