JP2004200644A - 配線基板 - Google Patents

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wiring layer
wiring
bonding wire
bonding
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Koichi Nakahara
光一 中原
Hiroshi Tsukamoto
弘志 塚本
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Kyocera Corp
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Abstract

【課題】配線層の表面に、直径が１００μｍ乃至５００μｍのアルミニウム製ボンディングワイヤを強固に被着させることができない。
【解決手段】電気絶縁材料から成る基板１と、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種より成り、前記基板１に同時焼成により形成され、かつ直径が１００μｍ乃至５００μｍのアルミニューム製ボンディングワイヤが接合される領域を有する配線層２と、前記配線層２の少なくともボンディングワイヤが接合される領域に被着され、内部応力が９８Ｎ／ｍｍ２以下のＮｉ層６と、厚さが０．０３μｍ乃至０．３μｍのＰｄ層７と、厚さが０．０５μｍ乃至０．３μｍのＡｕ層８とから成る被覆層とで形成された配線基板。
【選択図】図２

Description

【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し、より詳細には大きな電流の流れを許容する直径の大きなボンディングワイヤが配線層に接続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酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成り、表面に電子部品搭載部を有する基板と、該基板に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配線層とで形成されており、基板の搭載部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各電子部品の電極を配線層にボンディングワイヤ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、配線層の一部を外部電気回路基板の配線導体に錫−鉛半田等の低融点ろう材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、前記電子部品の各電極を配線層に接続するボンディングワイヤの材料としては、一般にアルミニウム、金が使用されており、特に大電流を流すためにボンディングワイヤの径を大きくする必要があるような場合には経済性を重視してアルミニウム製のボンディングワイヤが多用され、また、ボンディング速度を重視するような場合には金製のボンディングワイヤが多用される。
【０００５】
また前記配線層と電子部品の電極とのボンディングワイヤを介しての接続は、一般に超音波ボンダーを使用することによって行われており、具体的には配線層の表面にボンディングワイヤの一端を当接摺動させ、ボンディングワイヤと配線層表面との間に摩擦エネルギーを発生させるとともに該摩擦エネルギーでボンディングワイヤと配線層表面部分との間に金属拡散を行わせることによってボンディングワイヤは配線層に接続される。
【０００６】
この場合、従来のボンディングワイヤの直径は約３０μｍ程度であり、ボンディングワイヤは配線層の表面に対して約３０ｇｆ〜５０ｇｆ（０．２９４Ｎ〜０．４９Ｎ）の荷重で押し付けられ、摺動により摩擦エネルギーが効率よく発生するようにされている。
【０００７】
更に前記配線基板の配線層は、通常、その表面に平均の厚さが約３μｍのＮｉ層および平均の厚さが約１．５μｍ強のＡｕ層から成る被覆層がめっき法等により順次被着されており、超音波ボンダーを使用してのボンディングワイヤの接続性を良好としている。なお、前記Ｎｉ層は、一般に、次亜リン酸ナトリウム等のリン系還元剤やジメチルアミンボラン等のホウ素系還元剤を用いる無電解Ｎｉめっき液を用いることによって形成されている。
【０００８】
しかしながら、この従来の配線基板においては、タングステンやモリブデン等で形成されている配線層の電気抵抗値が高く、配線層を伝わる電気信号に電圧降下を招来させて配線層に接続されている半導体素子等の電子部品に電気信号を正確に入出力させることができないという問題点があった。特に配線層を伝わる電気信号の電流値が大きくなるほど、この問題点が顕著となる。
【０００９】
そこで上記問題点を解消するために、配線層をＣｕ（銅）やＡｇ（銀）、Ａｕ（金）等の電気抵抗値が低い金属材料で形成し、表面にＮｉ層およびＡｕ層から成る被覆層を被着させた配線基板が提案されている。
【００１０】
かかる配線基板によれば、配線層が電気抵抗値の低いＣｕやＡｇ、Ａｕ等で形成されていることから配線層に電気信号を伝搬させた場合、配線層で電気信号に大きな電圧降下を招来することはなく電子部品に電気信号を正確に伝えることが可能となる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−１２４５９０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、配線基板はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）用の基板等、約５Ａ以上という大電流の電気信号を流す必要のある用途での使用が増加しつつあり、この場合、配線基板上に搭載されている電子部品に大電流を流すために配線層と電子部品とを接続させるボンディングワイヤの直径を１００μｍ以上と非常に大きくする必要があり、このような直径の大きなボンディングワイヤを超音波ボンダーにより配線層に接続させようとすると、配線層の表面に被着されているＮｉ層中やＮｉ層とＰｄ層との接合界面等の被覆層中にクラックが発生し、ボンディングワイヤの配線層への接続信頼性が大きく低下するという問題点を有していた。
【００１３】
このようなＮｉ層中やＮｉ層とＰｄ層との接合界面等の被覆層中にクラックが発生する原因としては、Ｎｉ層が次亜リン酸ナトリウム等のリン系還元剤やジメチルアミンボラン等のホウ素系還元剤を用いた無電解Ｎｉめっき液により形成され、Ｎｉ層中に９８Ｎ／ｍｍ２（１０ｋｇ／ｍｍ２）を超える大きな内部応力が、主に引張り応力として、内在しており、直径が１００μｍ以上と大きなボンディングワイヤを配線層に接続する場合、ボンディングワイヤと配線層との間に大きな摩擦エネルギーを発生させる必要があり、この大きな摩擦エネルギーを発生させるためにボンディングワイヤを配線層表面に対して約９０ｇｆ〜６００ｇｆ（０．８８２Ｎ〜５．８８Ｎ）という非常に大きな荷重をかけなければならず、この大きな荷重と前記内部応力とが相俟ってＮｉ層に極めて大きな力が作用しＮｉ層にクラック等の機械的な破壊が発生するためであると考えられる。
【００１４】
また、配線層の表面を被覆するＡｕ層の厚さが平均で約１．５μｍ強と厚いため配線層に直径が１００μｍ以上という大きな径のアルミニウム製のボンディングワイヤを接続させる際、Ａｕ層とボンディングワイヤとの接合部分またはその周辺に脆弱なアルミニウムと金の金属間化合物が多量に形成され、その結果、ボンディングワイヤ等に外力が印加されるとボンディングワイヤが配線層より容易に外れ、電子部品と配線層との電気的接続の信頼性が低いものとなる問題点も誘発してしまう。
【００１５】
また、ＥＣＵ等の配線基板では、電気的接続の信頼性という観点から耐マイグレーション性が要求されるが、Ｎｉ層中の応力が高くなりすぎると、その応力が配線部の端部に集中してしまい、この応力集中に起因してＮｉ層にクラックやハガレ等の皮膜欠陥を生じ、そのハガレ部より配線部の金属が溶出しマイグレーションが発生するという問題点を有していた。
【００１６】
本発明は、上記諸問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、配線層表面に被着されている被覆層にクラックを発生させることなく直径が１００μｍ以上と大きな径のボンディングワイヤを配線層に強固に接続させることができ、かつ耐マイグレーション性の良好な配線基板を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、電気絶縁材料から成る基板と、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種より成り、前記基板に同時焼成により形成され、かつ直径が１００μｍ以上のボンディングワイヤが接合される領域を有する配線層と、前記配線層の少なくともボンディングワイヤが接合される領域に被着され、内部応力が９８Ｎ／ｍｍ２以下のＮｉ層と、厚さが０．０３μｍ乃至０．３μｍのＰｄ層と、厚さが０．０５μｍ乃至０．３μｍのＡｕ層とから成る被覆層とで形成されたことを特徴とするものである。
【００１８】
また本発明の配線基板は、前記Ｎｉ層の厚みが４μｍ乃至１３μｍであることを特徴とするものである。
【００１９】
更に本発明の配線基板は、前記Ｎｉ層の硬さがビッカース硬度で２００Ｈｖ以上であることを特徴とするものである。
【００２０】
また更に本発明の配線基板は、前記Ａｕ層の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ乃至０．３μｍであることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の配線基板は、前記Ｎｉ層の内部応力が３５Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の配線基板によれば、配線層がＡｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）の少なくとも１種より成り、低電気抵抗であることから配線層に電気信号を伝搬させた際、配線層で電気信号に大きな電圧降下を招来することはなく電気信号を正確に伝えることができる。
【００２３】
また本発明の配線基板によれば、Ｎｉ層の内部応力を９８Ｎ／ｍｍ２以下としたことから、直径が１００μｍ以上と大きなボンディングワイヤを配線層に接続する際、ボンディングワイヤと配線層との間に大きな摩擦エネルギーを発生させるためにボンディングワイヤを配線層表面に対して約９０ｇｆ〜６００ｇｆ（０．８８２Ｎ〜５．８８Ｎ）という大きな荷重をかけたとしても、この荷重と内部応力とが相俟ってＮｉ層に極めて大きな力が作用することはなく、Ｎｉ層中やＮｉ層とＰｄ層との界面等の被覆層中にクラック等の機械的な破壊が発生するのを有効に防止して直径が１００μｍ以上の大きなボンディングワイヤを配線層に確実、強固に接続させることが可能となる。
【００２４】
更に本発明の配線基板によれば、Ｎｉ層とＡｕ層との間にＮｉ層、Ａｕ層に対し接合強度が強いＰｄ層を介在させ、かつ、このＰｄ層にＮｉ層の酸化を防止するとともにボンディングワイヤの接続性を補助する作用をさせることからＡｕ層の厚さを０．０５μｍ乃至０．３μｍと薄くすることができ、その結果、配線層に直径が１００μｍ以上という大きな径のアルミニウム製のボンディングワイヤを接続させる際、Ａｕ層とボンディングワイヤとの接合部分またはその周辺に脆弱なアルミニウムと金の金属間化合物が多量に生成されることはなく、これによってボンディングワイヤ等に外力が印加されてもボンディングワイヤが配線層より容易に外れることはなく、電子部品と配線層との電気的接続の信頼性を高いものとなすことができる。
【００２５】
更に本発明の配線基板によれば、前記配線層のボンディングワイヤが接続される領域に被着される被覆層のＮｉ層の厚みを４μｍ乃至１３μｍと厚くしておくと、配線層に直径が１００μｍ以上と大きなボンディングワイヤを接続させる場合、ボンディングワイヤを配線層表面に押し付ける荷重、ボンディングワイヤと配線層との摺動にともなって発生する機械的応力はＮｉ層で吸収・緩和されて小さくなり、その結果、配線層と基板との界面に大きな応力が作用することはなく、配線層と基板との間で亀裂やハガレ等の不具合が発生するのを有効に防止して配線層を基板に強固に接合させておくことが可能となる。
【００２６】
また更に本発明の配線基板によれば、配線層の表面に被着されている被覆層のうち最上層のＡｕ層の表面の粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ乃至０．３μｍとし、適度に平滑にしておくと、配線層に直径が１００μｍ以上と大きなボンディングワイヤを超音波ボンダーで接続する場合、被覆層とボンディングワイヤとを接合面の全面で良好に密着させ、両者間の全面にわたって均一に大きな摩擦エネルギーを発生させてボンディングワイヤと配線層との間に十分な金属拡散を行わせることができ、これによって配線層へのボンディングワイヤの接続信頼性を高いものとなすことができる。
【００２７】
また、本発明の配線基板によれば、Ｎｉ層の内部応力を３５Ｎ／ｍｍ２以下にしておくと、引っ張り応力が特に集中しやすい配線部の端部への応力負荷が軽減され、その結果、Ｎｉ層のクラックやハガレ等の皮膜欠陥が生じにくくなり、配線層からの金属の溶出が抑制されることから、耐マイグレーション性をさらに良好なものとすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２９】
図１及び図２は本発明の配線基板をＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）基板等の半導体素子搭載用の基板に適用した場合の一実施例を示し、１は基板、２は配線層である。この基板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。
【００３０】
前記配線基板４の基板１は半導体素子３を支持する支持部材として作用し、上面の略中央部に半導体素子３がガラス、ろう材、樹脂等の接着材を介して取着固定される。
【００３１】
前記基板１は、ガラスセラミック焼結体や結晶性ガラス、マンガン化合物を添加すること等により１２００℃の低温焼成を可能とした酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成り、例えば、ガラスセラミック焼結体から成る場合であれば、酸化珪素、酸化ホウ素、酸化カルシウム等のガラス粉末と、酸化アルミニウム、ムライト等のセラミック粉末とから成るガラスセラミック原料粉末に適当な有機バインダ、溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに該泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってガラスセラミックグリーンシート（ガラスセラミック生シート）と成し、しかる後、前記ガラスセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに必要に応じてこれを複数枚積層し、約９００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００３２】
また前記基板１はその上面で半導体素子３が搭載実装される領域周辺から下面にかけて複数の配線層２が形成してあり、該配線層２の基板１上面に露出する部位には半導体素子３の電極がボンディングワイヤ５を介して接続され、また基板１の下面に導出する部位は外部の電気回路基板に半田等の導電性接続材を介して接続される。
【００３３】
前記配線層２は半導体素子３の各電極を外部電気回路に接続するための導電路として作用し、半導体素子３の各電極をボンディングワイヤ５を介し配線層２に接続することによって半導体素子３の各電極は配線層２を介して外部電気回路に接続されることとなる。
【００３４】
前記配線層２は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種より成り、このようなＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等から成る配線層２は電気抵抗値が小さいことから配線層２に電気信号を伝搬させた場合、配線層２で電気信号に大きな電圧降下を招来することはなく半導体素子３に電気信号を正確に伝えることが可能となる。
【００３５】
前記配線層２は、例えば、Ａｇから成る場合であれば、Ａｇ粉末に適当な有機バインダ及び溶剤を添加混合して金属ペーストを作成し、この金属ペーストを基板１となるガラスセラミックグリーンシートの表面に所定パターンに印刷塗布することによって基板１の上面から下面にかけて所定パターンに形成される。
【００３６】
また前記配線層２は、基板１の上面に露出する領域に半導体素子３の電極が、直径が１００μｍ以上のボンディングワイヤ５を介して接続され、これによって半導体素子３の各電極がボンディングワイヤ５を介して配線層２に電気的に接続されることとなる。
【００３７】
前記ボンディングワイヤ５はその直径が１００μｍ以上と大きいことからボンディングワイヤ５を介して配線層２から半導体素子３に約５Ａ以上という大電流の電気信号を流した場合、大電流の電気信号は何ら支障をきたすことなく半導体素子３に伝搬させることができる。
【００３８】
前記ボンディングワイヤ５はその直径が１００μｍ未満となると大電流の電気信号を伝搬させることが困難となる。従って、前記ボンディングワイヤ５はその直径が１００μｍ以上に特定される。
【００３９】
なお、前記配線層２へのボンディングワイヤ５の接続は、配線層２の表面にボンディングワイヤ５の一端を約９０ｇｆ〜６００ｇｆ（０．８８２Ｎ〜５．８８Ｎ）という大きな荷重で押し付けて摺動させ、ボンディングワイヤ５と配線層２表面との間に摩擦エネルギーを発生させるとともに該摩擦エネルギーでボンディングワイヤ５と配線層２表面部分との間に金属拡散を行わせることによって行われる。
【００４０】
また前記配線層２は更に少なくともボンディングワイヤ５が接続される領域に、図２に示す如く、内部応力が９８Ｎ／ｍｍ２以下のＮｉ層６と、厚さが０．０３μｍ乃至０．３μｍのＰｄ層と、厚さが０．０５μｍ乃至０．３μｍのＡｕ層とから成る被覆層９が被着されており、該被覆層９は配線層２の酸化等を有効に防止するとともにボンディングワイヤ５を配線層に強固に接続させる作用を為す。
【００４１】
前記Ｎｉ層６は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種より成る配線層２と後述するＰｄ層７との密着性、被着強度がともに良好であり、Ｐｄ層７を配線層２に強固に被着させる下地層として作用するとともに応力を吸収・緩和させる作用をなす。
【００４２】
また前記Ｎｉ層６は内在する内部応力が９８Ｎ／ｍｍ２（１０ｋｇ／ｍｍ２）以下となっている。なお、この場合の内部応力は、めっき液中の成分濃度やめっき条件等により引張り応力または圧縮応力となり、主に引張り応力として作用する。
【００４３】
前記Ｎｉ層６は内在する内部応力が９８Ｎ／ｍｍ２以下と小さいことから直径が１００μｍ以上と大きなボンディングワイヤ５を配線層２に接続する際、ボンディングワイヤ５と配線層２との間に大きな摩擦エネルギーを発生させるためにボンディングワイヤ５を配線層２表面に対して約９０ｇｆ〜６００ｇｆ（０．８８２Ｎ〜５．８８Ｎ）という大きな荷重をかけたとしても、この荷重が被覆層９に作用するだけで荷重と被覆層９のＮｉ層６中に内在する内部応力とが相俟って大きくなり、かかる大きくなった力が被覆層９、特にＮｉ層６に作用することはなく、その結果、Ｎｉ層６中やＮｉ層６とＰｄ層７との界面等の被覆層９中にクラック等の機械的な破壊が発生するのが有効に防止され、直径が１００μｍ以上の大きなボンディングワイヤ５を配線層２に確実、強固に接続させることが可能となる。
【００４４】
前記内部応力が９８Ｎ／ｍｍ２以下のＮｉ層６は、例えば次亜リン酸ナトリウム等のリン系還元剤やジメチルアミンボラン等のホウ素系還元剤を用いる無電解Ｎｉめっき液中に配線層２を所定時間浸漬して配線層２の表面にＮｉ粒子を被着させる際、無電解Ｎｉめっき液中に、スルフォン酸塩、スルフィン酸塩等の有機化合物および／またＴｌ（タリウム）、Ｐｂ（鉛）、Ｓｅ（セレン）、Ｂｉ（ビスマス）等の金属塩等の化合物を応力添加剤として添加しておくことによって形成される。これらの有機化合物や金属塩の化合物は、Ｎｉめっき液のめっき時の条件（温度、ｐＨ、攪拌状態等）や、還元剤の分解生成物であるリン、ホウ素等のＮｉ層６中への共析量等に応じて、Ｎｉ層６の内部応力をあらかじめ測定しておき、便宜添加量を調整することによりＮｉ層６の内部応力を９８／ｍｍ２以下とすることができる。
【００４５】
なお、前記Ｎｉ層６の内部応力は従来周知の測定方法、例えば、ＪＩＳ Ｈ ８６２６に示される装置を用いた簡易平均応力測定方法や、スパイラルコントラクトメーター法などで測定でき、内部応力が引張り応力または圧縮応力で９８Ｎ／ｍｍ２を超えると配線層２に直径が１００μｍ以上の大きなボンディングワイヤ５を接続する際に内部応力と接続のための荷重とが相俟って大きな力となり、これがＮｉ層６に作用してクラック等の機械的な破壊を発生してしまう。従って、前記被覆層６の内部応力（引張り応力または圧縮応力）は９８Ｎ／ｍｍ２以下に特定される。
【００４６】
また、前記Ｎｉ層６はその厚みを４μｍ乃至１３μｍと厚くしておくと、配線層２を完全に被覆して配線層２の酸化等を有効に防止することができるとともに配線層２に直径が１００μｍ以上と大きなボンディングワイヤ５を接続させる場合、ボンディングワイヤ５を配線層２表面に押し付ける荷重、ボンディングワイヤ５と配線層２との摺動にともなって発生する機械的応力は被覆層６で吸収・緩和されて小さな値となる。
【００４７】
前記Ｎｉ層６は、その厚さが４μｍ未満では、ボンディングワイヤ５を配線層２表面に押し付ける荷重、ボンディングワイヤ５と配線層２との摺動にともなって発生する機械的応力を十分に吸収緩和することが困難となり、配線層２と基板１との界面に亀裂やハガレ等の不具合が生じてしまう危険性があり、また、１３μｍを超えると、その皮膜内部応力が非常に大きくなりＮｉ層６と配線層２との間や、配線層２と基板１との間での接合強度が劣化し、Ｎｉ層６が配線層２より剥離したり、配線層２が基板１より剥離したりしてしまう危険性がある。従って、前記Ｎｉ層６は、その厚さを４μｍ乃至１３μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００４８】
また、前記Ｎｉ層６は、その厚みを５μｍ乃至１０μｍの範囲としておくと、ボンディングワイヤ５を配線層２により一層確実、強固に接続させることができるとともにＮｉ層６が配線層２より剥離したり、配線層２が基板１より剥離したりしてしまうのを完全に防止して配線基板としての信頼性をより一層良好となすことができる。したがって、前記Ｎｉ層６は、その厚さを５μｍ乃至１０μｍの範囲としておくことがより一層好ましい。
【００４９】
更に前記Ｎｉ層６は、その硬さをビッカース硬度で２００Ｈｖ以上としておくと、ボンディングワイヤ５を配線層２表面に押し付ける荷重で大きく変形することはなく、これによって前記荷重は配線層２と基板１との界面に伝わることが効果的に遮断され、その結果、配線層２と基板１との界面に大きな力が作用することはなく、配線層２と基板１との間で亀裂やハガレ等の不具合が発生するのをより一層有効に防止し配線層２を基板１により強固に接合させておくことが可能となる。したがって、前記Ｎｉ層６は、その硬さをビッカース硬度で２００Ｈｖ以上としておくことが好ましい。
【００５０】
前記Ｎｉ層６の硬さをビッカース硬度で２００Ｈｖ以上と硬くするには、厚さが４μｍ乃至１３μｍとなるようにしてＮｉ層６をめっき法等で配線層２の表面に被着させた後、熱処理を加え、Ｎｉ３ＰやＮｉ３Ｂなどの金属間化合物を析出させることによる析出硬化を行なったり、Ｎｉの結晶を緻密化させて、硬さが２００Ｈｖ以上となるようにする方法や、無電解めっき法でＮｉ層６を形成す過程で、めっき時間を長くすることによりＮｉの結晶の緻密化を図り硬さを２００Ｈｖ以上と硬くする等の方法を用いることができる。
【００５１】
なお、めっき法等でＮｉを配線層２の表面に被着させ、Ｎｉ層６を形成する場合、その硬さをビッカース硬度で５００Ｈｖを超えるようなものとしようとすると、必要以上にめっき時間を長くしたり、高温でＮｉを熱処理したりする必要が生じ、生産性や経済性を低下させるおそれがある。したがって、前記Ｎｉ層６は、その硬さを、ビッカース硬度で２００Ｈｖ乃至５００Ｈｖの範囲とすることがより一層好ましい。
【００５２】
更に前記Ｎｉ層６の表面にはＰｄ層７が被着されており、該Ｐｄ層７はＮｉ層６の酸化腐蝕を防止し、かつＡｕ層８をＮｉ層６に強固に被着させる作用をなすとともにＡｕ層８の厚さを薄くしてもボンディングワイヤ５が強固に接続されるように補助する作用をなす。
【００５３】
前記Ｐｄ層７は、電解法や無電解法等のめっき法により形成することができ、例えば、次亜リン酸ナトリウム等のリン系還元剤やジメチルアミンボラン等のホウ素系の還元剤を用いる無電解Ｐｄめっき液中に、Ｎｉ層６を被着させた配線層２を所定時間浸漬することにより形成される。
【００５４】
前記Ｐｄ層７はまたその厚さが０．０３μｍ未満ではＮｉ層６の酸化腐蝕を効果的に防止することができず、０．３μｍを超えるとめっき皮膜応力により配線層２に対する被覆層９の被着強度を劣化させてしまう。従って、前記Ｐｄ層７の厚さは０．０３μｍ乃至０．３μｍの範囲に特定される。
【００５５】
更に前記Ｐｄ層７はその表面にＡｕ層８が被着されており、該Ａｕ層８はＮｉ層６およびＰｄ層７の酸化腐蝕を防止するとともに、ボンディングワイヤ５との間で金属拡散してボンディングワイヤ５を配線層２に強固に接合させる作用をなす。
【００５６】
前記Ａｕ層８は、無電解法や電解法等のめっき法により形成することができ、例えば、無電解法により形成する場合であれば、シアン化金カリウムを主成分とし、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）等の還元剤やｐＨ調整剤等を添加して成る置換型の無電解Ａｕめっき液や、水素化ホウ素カリウムやジメチルアミンボラン等の還元剤を用いる還元型の無電解Ａｕめっき液等の周知の無電解Ａｕめっき液中に、Ｎｉ層６およびＰｄ層７を被着させた配線層２を所定時間浸漬することにより形成される。
【００５７】
前記Ａｕ層８は、その下部にボンディングワイヤ５の接続を補助させるＰｄ層７が配されていることから厚さを０．０５μｍ乃至０．３μｍと薄くすることができ、その結果、配線層２に直径が１００μｍ以上という大きな径のアルミニウム製のボンディングワイヤ５を接続させる際、Ａｕ層８とボンディングワイヤ５との接合部分またはその周辺に脆弱なアルミニウムと金の金属間化合物が多量に生成されることはなく、これによってボンディングワイヤ５等に外力が印加されてもボンディングワイヤ５が配線層２より容易に外れることはなく、半導体素子３と配線層２との電気的接続の信頼性を高いものとなすことができる。
【００５８】
前記Ａｕ層８は、その厚さが０．０５μｍ未満ではＮｉ層６等の酸化腐蝕を効果的に防止することができずＮｉの酸化物が形成されるとこれがＡｕ層８表面に析出して酸化物層を形成しボンディングワイヤ５の接続が弱くなったり、ボンディングワイヤ５とＡｕ層８との間での金属拡散が不十分となってボンディングワイヤ５の接続が弱くなってしまったりし、また０．３μｍを超えるとＡｕ層８とボンディングワイヤ８との接合部分またはその周辺に脆弱なアルミニウムと金の金属間化合物が多量に生成され、その結果、ボンディングワイヤ５等に外力が印加されるとボンディングワイヤ５が配線層２より容易に外れ、半導体素子３と配線層２との電気的接続の信頼性が低いものとなってしまう。従って、前記Ａｕ層８の厚さは０．０５μｍ乃至０．３μｍの範囲に特定される。
【００５９】
また前記Ａｕ層８は、その表面の粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ乃至０．３μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００６０】
前記Ａｕ層８の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ乃至０．３μｍとし適度に平滑にしておくと、配線層２に直径が１００μｍ以上と大きなボンディングワイヤ５を超音波ボンダーで接続する場合、Ａｕ層８とボンディングワイヤ５とを接合面の全面にわたって良好に密着させることができ、両者間の全面で大きな摩擦エネルギーを発生させてボンディングワイヤ５と配線層２との間に十分な金属拡散を行わせることができ、これによって配線層２へのボンディングワイヤ５の接続信頼性をより一層高いものとなすことができる。
【００６１】
前記Ａｕ層８はその表面の粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ未満となると、平滑になるため、Ａｕ層８とボンディングワイヤ５との間で発生する摩擦エネルギーが低下する傾向があり、ボンディングワイヤ５と配線層２との間での金属拡散が減少して、配線層２とボンディングワイヤ５との接続信頼性が低下するおそれがある。また表面の粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍを超えると、配線層２に直径が１００μｍ以上と大きなボンディングワイヤ５を超音波ボンダーで接続する場合、Ａｕ層８とボンディングワイヤ５との広い接合面の全面にわたって良好かつ均一に両者を密着させることが困難となり、部分的に摩擦エネルギーが不十分となって、ボンディングワイヤ５とＡｕ層８との間での金属拡散が部分的に不十分となり、配線層２に対するボンディングワイヤ５の接続強度が低下するおそれがある。従って、前記Ａｕ層８はその表面の粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ乃至０．３μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００６２】
前記Ａｕ層８の表面を算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ乃至０．３μｍの範囲とするには、例えば、上述のように配線層２に無電解めっき法によりＮｉ層６を形成する場合、無電解Ｎｉめっき液中に結晶調整剤（光沢剤）として硫黄化合物等やＢｉ、Ｓｅ、Ｔｅ等を適量添加したり、ＮｉおよびＮｉと共析するリンやボロンとの安定度定数（錯化力）が異なる錯化剤を２〜３種類組み合わせたり、ｐＨ、液温、撹拌スピード等のめっき条件を、配線層２の表面状態等に応じて調整したりすることによって、配線層２表面の凹凸を埋めて平滑化させるようにしてＮｉを析出・被着させ、これによりＮｉ層６の表面の粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ乃至０．３μｍの範囲としておき、このＮｉ層６の表面に順次被着されるＰｄ層７およびＡｕ層８の表面の粗さをそれぞれ算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ乃至０．３μｍの範囲とする等の方法を用いることができる。
【００６３】
また、Ｎｉ層６の内部応力を３５Ｎ／ｍｍ２以下とするのがよく、これにより、ワイヤボンディング性に加えて耐マイグレーション性をより優れたものとなすことができる。Ｎｉ層６の内部応力の制御は、例えばＮｉめっき液中の錯化剤を２，３種類組み合わせたり、Ｐｂ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ｔｌ等の酸化物、硫酸塩、有機酸塩等の添加剤の濃度を調整して、Ｎｉ層６中のこれら重金属の含有量を調整したり、ｐＨ、液温、攪拌スピード等のめっき条件を制御したりすることによって行なわれる。
【００６４】
Ｎｉ層６の内部応力が３５Ｎ／ｍｍ２を超えた場合、配線基板を例えば、温度８５℃、湿度８５％というような通常の使用環境と比べて厳しい高温高湿の環境下で作動させると、配線基板の配線層２の間に存在する水分が多くなるため、配線層２を形成する金属がイオン化しやすくなる。また、配線層２の端部において、皮膜応力の集中と熱応力とがあいまってＮｉ層６がひずみやすくなるような作用が生じるため、Ｎｉ層６のクラックや剥れ等が生じやすくなる。その結果マイグレーションが発生しやすくなる。
かくして、本発明の配線基板４は、ＭＯＳ−ＦＥＴ，コンデンサー等の電子部品（不図示）を搭載し、その電極を配線層２に接続するとともに、半導体素子３を蓋体や封止樹脂等の封止材（不図示）を用いて封止することにより、製品としてのＥＣＵ基板等が完成する。
【００６５】
【実施例】
本発明の配線基板の実施例について以下に詳細に説明する。
【００６６】
＜実施例１＞
配線層としてＡｇから成る３ｍｍ×３ｍｍの四角形状のボンディングパッドを５個、２列設けた、絶縁基板としてのガラスセラミック基板を６つ用意し、そのボンディングパッドに厚さ５μｍのＮｉ層、厚さ０．２μｍのＰｄ層、厚さ０．１μｍのＡｕ層を順次無電解めっき法によって被着したものをワイヤボンディング性の評価用のサンプルとした。
【００６７】
評価方法は、上記ボンディングパッドに直径が３００μｍのアルミワイヤを３．６Ｎ（３７０ｇｆ）の荷重をかけてワイヤボンディングを行ない、接合したかどうかを目視によって評価した。その結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】
Figure 2004200644
【００６９】
表１において○は接合、×は非接合を示し、○は実用上問題のないワイヤボンディング性を有することを意味する。表１からわかるように、本発明の実施例である９８Ｎ／ｍｍ２以下では、ワイヤボンディング性は実用上問題ないことが確認できた。
【００７０】
＜実施例２＞
Ａｇから成る配線層の幅およびその隣接間隔（ラインアンドスペース）が１００μｍ／１００μｍの配線層を６本（隣接間隔数＝５）設けたガラスセラミック基板を６つ用意し、その配線層に厚さ５μｍのＮｉ層、厚さ０．２μｍのＰｄ層、厚さ０．１μｍのＡｕ層を順次無電解めっき法によって被着したものを、耐マイグレーション性の評価用サンプルとした。なお、この耐マイグレーション性評価用サンプルは、ガラスセラミック基板表面に形成されたＡｇ導体のパターン形状以外は上記実施例１と同様である。
【００７１】
評価方法は、上記評価サンプルについて高温高湿バイアス試験（温度８５℃、湿度８５％、負荷電圧１０ＶＤＣ）を行い、マイグレーションが発生した時間（配線層間が電気的に短絡した時間）を測定した。その結果を表１に示す。
【００７２】
表１において、○は１０００ｈｒ（時間）以上に渡ってマイグレーションが発生しなかったもの、△は１００ｈｒ以上１０００ｈｒ未満でマイグレーションが発生したもの、×は１００ｈｒ未満でマイグレーションが発生したものを示し、マイグレーションが１００ｈｒ以上で発生しなかったもの（○および△）は実用上問題が発生しないことを示す。
【００７３】
表１からわかるように、本発明の実施例である３５Ｎ／ｍｍ２以下では、耐マイグレーション性が９８Ｎ／ｍｍ２よりもさらに良好であることが確認できた。
【００７４】
以上のように、Ｎｉ層の内部応力を９８Ｎ／ｍｍ２以下とすると、ワイヤボンディング性およびマイグレーション性は実用上問題がなく、また３５Ｎ／ｍｍ２以下とすると、耐マイグレーション性はさらに優れたものになることが確認できた。
【００７５】
なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更は可能である。例えば、上述の実施例において、配線層２の表面の外周端の角（稜線）部分を円弧状に面取りしておくのがよく、この場合角部分に配線層２と被覆層６との被着界面に応力が集中して被覆層６に亀裂等の機械的な破壊が生じることを効果的に防止することができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、配線層がＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種より成り、低電気抵抗であることから配線層に電気信号を伝搬させた際、配線層で電気信号に大きな電圧降下を招来することはなく電気信号を正確に伝えることができる。
【００７７】
また本発明の配線基板によれば、Ｎｉ層の内部応力を９８Ｎ／ｍｍ２以下としたことから、直径が１００μｍ以上と大きなボンディングワイヤを配線層に接続する際、ボンディングワイヤと配線層との間に大きな摩擦エネルギーを発生させるためにボンディングワイヤを配線層表面に対して約９０ｇｆ〜６００ｇｆ（０．８８２Ｎ〜５．８８Ｎ）という大きな荷重をかけたとしても、この荷重と内部応力とが相俟ってＮｉ層に極めて大きな力が作用することはなく、Ｎｉ層中やＮｉ層とＰｄ層との界面等の被覆層中にクラック等の機械的な破壊が発生するのを有効に防止して直径が１００μｍ以上の大きなボンディングワイヤを配線層に確実、強固に接続させることが可能となる。
【００７８】
更に本発明の配線基板によれば、Ｎｉ層とＡｕ層との間にＮｉ層、Ａｕ層に対し接合強度が強いＰｄ層を介在させ、かつこのＰｄ層にＮｉ層の酸化を防止するとともにボンディングワイヤの接続性を補助する作用をさせることからＡｕ層の厚さを０．０５μｍ乃至０．３μｍと薄くすることができ、その結果、配線層に直径が１００μｍ以上という大きな径のアルミニウム製のボンディングワイヤを接続させる際、Ａｕ層とボンディングワイヤとの接合部分またはその周辺に脆弱なアルミニウムと金の金属間化合物が多量に生成されることはなく、これによってボンディングワイヤ等に外力が印加されてもボンディングワイヤが配線層より容易に外れることはなく、電子部品と配線層との電気的接続の信頼性を高いものとなすことができる。
【００７９】
更に本発明の配線基板によれば、前記配線層のボンディングワイヤが接続される領域に被着される被覆層のＮｉ層の厚みを４μｍ乃至１３μｍと厚くしておくと、配線層に直径が１００μｍ以上と大きなボンディングワイヤを接続させる場合、ボンディングワイヤを配線層表面に押し付ける荷重、ボンディングワイヤと配線層との摺動にともなって発生する機械的応力はＮｉ層で吸収・緩和されて小さくなり、その結果、配線層と基板との界面に大きな応力が作用することはなく、配線層と基板との間で亀裂やハガレ等の不具合が発生するのを有効に防止して配線層を基板に強固に接合させておくことが可能となる。
【００８０】
また更に本発明の配線基板によれば、配線層の表面に被着されている被覆層のうち最上層のＡｕ層の表面の粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ乃至０．３μｍとし、適度に平滑にしておくと、配線層に直径が１００μｍ以上と大きなボンディングワイヤを超音波ボンダーで接続する場合、被覆層とボンディングワイヤとを接合面の全面で良好に密着させ、両者間の全面にわたって均一に大きな摩擦エネルギーを発生させてボンディングワイヤと配線層との間に十分な金属拡散を行わせることができ、これによって配線層へのボンディングワイヤの接続信頼性を高いものとなすことができる。
【００８１】
また、本発明の配線基板によれば、Ｎｉ層の内部応力を３５Ｎ／ｍｍ２以下にしておくと、引っ張り応力が特に集中しやすい配線部の端部への応力負荷が軽減され、その結果、Ｎｉ層のクラックやハガレ等の皮膜欠陥が生じにくくなり、配線層からの金属の溶出が抑制されることから、耐マイグレーション性をさらに良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の配線基板の一実施例の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・基板
２・・・・配線層
３・・・・半導体素子
４・・・・配線基板
５・・・・ボンディングワイヤ
６・・・・Ｎｉ層
７・・・・Ｐｄ層
８・・・・Ａｕ層
９・・・・被覆層

Claims (5)

  1. 電気絶縁材料から成る基板と、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種より成り、前記基板に同時焼成により形成され、かつ直径が１００μｍ以上のボンディングワイヤが接合される領域を有する配線層と、前記配線層の少なくともボンディングワイヤが接合される領域に被着され、内部応力が９８Ｎ／ｍｍ２以下のＮｉ層と、厚さが０．０３μｍ乃至０．３μｍのＰｄ層と、厚さが０．０５μｍ乃至０．３μｍのＡｕ層とから成る被覆層とで形成された配線基板。
  2. 前記Ｎｉ層の厚みが４μｍ乃至１３μｍであることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
  3. 前記Ｎｉ層の硬さがビッカース硬度で２００Ｈｖ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
  4. 前記Ａｕ層の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ乃至０．３μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の配線基板。
  5. 前記Ｎｉ層の内部応力が３５Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の配線基板。
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