JP3050528B2 - ワイヤボンディングを施すための配線基板を製造する方法 - Google Patents

ワイヤボンディングを施すための配線基板を製造する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路素
子が搭載される回路基板や半導体集積回路素子などの電
子部品を収容する電子部品用バッケージ本体等をなす配
線基板を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ICパッケージ等の配線基板を作
成する際、例えば、素材であるセラミック絶縁基板上に
タングステンからなるメタライズ金属層を形成し、この
メタライズ金属層の表面に還元型の無電解めっきにより
ニッケル−ホウ素(Ni−B)合金層を形成し、この上
に同じく還元型の無電解めっきによりニッケル−リン
(Ni−P)合金層を形成し、この上に無電解めっきに
より金(Au)層を形成していた。
【0003】ここで、ニッケル−ホウ素合金層は、粗面
なメタライズ金属層の上にピンホール(小穴)やボイド
(小空隙)を形成することなく均一な厚みに被着される
点で有用であり、また、ニッケル−リン合金層は、表層
である金層と下層であるニッケル−ホウ素合金層との密
着を強固にする役割を果たす点で有用である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、還元
型の無電解めっきによりニッケル−リン合金層を形成さ
せた後、このニッケル−リン合金層にシンタリングを行
っていた。しかしながら、このようなシンタリングを行
ったニッケル−リン合金層の上に無電解めっきにより金
層を形成して得られた配線基板を、その表層である金層
にアルミワイヤーボンディングして用いた場合、ニッケ
ル−リン合金層と金層との間で剥離が起きることがあっ
た(図3参照)。
【0005】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、表層である金層にワイヤボンディングを施したと
き、ニッケル−リン合金層と金層との間で剥離が起きる
ことのない配線基板を製造する方法を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段、発明の実施の形態及び発
明の効果】上記課題を解決するため、請求項1記載の発
明は、表層にワイヤボンディングを施すための配線基板
を製造する方法であって、素材上に還元型の無電解めっ
きによりニッケル−リン合金層を形成するNi−P形成
工程と、このニッケル−リン合金層を600〜700℃
で処理するシンタリング工程と、シンタリング後のニッ
ケル−リン合金層に無電解めっきにより表層としての金
層を形成するAu形成工程とを含むことを特徴とする。
【0007】本発明におけるNi−P工程に用いる素材
としては、セラミック基板やガラス基板等の絶縁基板を
そのまま用いてもよいし、あるいは、これら絶縁基板の
上に金属層(例えばタングステン、モリブデン、モリブ
デン−マンガン合金等のメタライズ金属層や、ニッケル
−ホウ素合金層など)が形成されたものを用いてもよい
し、あるいは、絶縁基板上のメタライズ金属層にロウ付
けした銅−タングステン(ロウ付け前にニッケル合金で
めっきされていてもよい)を用いてもよい。
【0008】また、Ni−P形成工程では、還元型の無
電解めっきのめっき液としては従来公知の硫酸ニッケル
と還元剤である次亜リン酸ナトリウムを含むめっき液な
どを用いることができ、具体的には上村工業(株)製の
ニムデン78S等の市販のめっき液を用いることができ
る。
【0009】本発明におけるシンタリング工程では、6
00〜700℃で処理する。例えば、ニッケル−リン合
金層が形成された素材を、入口から出口にかけての温度
分布が略正規分布形状であり、配線基板の最高温度が6
00〜700℃となるように加熱装置内を通過させるこ
とが、量産性の点で好ましい。このとき、最高温度を6
00〜700℃としつつ、600℃以上のキープ時間が
10分以上となるようにすると、温度にバラツキを生じ
ても確実に配線基板を600〜700℃の間の温度で処
理できるので好ましい。
【0010】本発明におけるAu形成工程では、シンタ
リング後のニッケル−リン合金層に無電解めっきにより
表層としての金層を形成する。一般に、ニッケル−リン
合金層に、直接、還元型無電解めっきにより厚い(例え
ば>0.3μm)金層を形成しようとしてもニッケル−
リン合金層の上にうまく金が析出しないため、膜厚の厚
い金層を形成するには、請求項2に記載したように、ま
ずニッケル−リン合金層に置換型の無電解めっきによっ
て金めっきを施して薄い金層(例えば0.01〜0.1
μm)を被着形成し、その後に還元型の無電解めっきに
よって金めっきを施して厚い金層を被着形成し、厚みを
厚くする方法が採られる。
【0011】尚、置換型の無電解めっきによって金を被
着形成する際のめっき液としては、従来公知の可溶性金
塩にシアン化アルカリ安定化剤等を添加しためっき液等
を用いることができ、具体的にはエヌ・イーケムキャッ
ト社製のアトメックス(商品名)などを用いることがで
きる。また、還元型の無電解めっきによって金を被着形
成する際のめっき液としては、従来公知の水素化ホウ素
ナトリウムを還元剤として含むめっき液等を用いること
ができ、具体的には奥野製薬(株)製のOPCムデンゴ
ールド25(商品名)などを用いることができる。
【0012】本発明の製造方法によれば、シンタリング
工程を600〜700℃の温度範囲で行うことにより、
この配線基板の表層である金層にワイヤボンディングを
施して用いた場合に、ニッケル−リン合金層と金層との
間の剥離が起きることを防止できるという効果が得られ
る。
【0013】シンタリング工程を600℃未満の温度で
行った場合や700℃を超える温度で行った場合には、
両層の間の剥離が起きる率が高くなるという問題が発生
する。このようにシンタリング温度によって両層間の剥
離の起きる率が変化する理由は今のところ明らかではな
い。しかし、SEMの断面観察等によれば、600〜7
00℃でシンタリングを行った場合にはニッケル−リン
合金層のリン成分が多い部分と少ない部分とが表面から
下方にかけて斑(まだら)状に分布していることが認め
られる。
【0014】これは、ニッケル−リン合金層中におい
て、加熱により、 Ni3Pが生成されて集まり、リン成
分の多い部分を形成する一方、他の部分のリン成分が相
対的に少なくなるのでリン成分の少ない部分を形成し
て、斑状構造を呈するものと考えられる。そして、この
成分分布構造が両層間の剥離に関与しているのではない
かと推察される。
【0015】本発明において、請求項3に記載したよう
に、ニッケル−リン合金層のリン含有量が5〜10重量
%となるようにした場合には、ニッケル−リン合金層の
上に金層が一様に形成され、且つ、両層間にフクレやハ
ガレが発生せず歩留まりが際立って向上する点で好まし
い。なお、このリン含有量の定量分析方法は特に限定す
るものではないが、例えば、エネルギー分散型X線分析
装置により定量することが好ましい。
【0016】ここで、リン含有量が10重量%を超える
と、ニッケル−リン合金層の耐食性が高くなるため、例
えば置換型無電解めっきにより金層を形成する場合に
は、ニッケル−リン合金層からニッケルが溶出しにくく
なり、その結果金が析出しにくくなる傾向にあるため、
好ましくない。
【0017】一方、リン含有量が5重量%未満では、例
えば置換型無電解めっきにより金層を形成する場合に
は、ニッケル−リン合金層と金層との界面においてニッ
ケル酸化層が形成されやすくなること等によって両層の
密着性が悪くなる傾向にあるため、好ましくない。
【0018】
【実施例】以下に、本発明の好適な実施例を図面に基づ
いて説明する。尚、本発明の実施の形態は、下記の実施
例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲
に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもな
い。 [実施例1]図1は本実施例の電子部品用パッケージ本
体の構造を表す断面図である。
【0019】電子部品用パッケージ本体1は、図1に示
すように、アルミナセラミックからなる絶縁基板2、メ
タライズ金属層3、ニッケル−ホウ素合金層4、ニッケ
ル−リン合金層5、金層6を備えており、各層はこの順
序に積み上げられるように形成されている。
【0020】かかる電子部品用パッケージ本体1は、以
下の手順により製造した。即ち、所定のアルミナ原料粉
体に有機溶剤等を添加混合してスラリーとし、これをド
クターブレード法等を採用することによりセラミックグ
リーンシートとし、しかる後、タングステン粉末等から
なる導体ペーストを用いてセラミックグリーンシートに
スクリーン印刷し、次いで、これを図示はしないが適数
枚積層、圧着し、1600℃にて同時焼成した。これに
より、絶縁基板2上にメタライズ金属層3を一体的に形
成した。
【0021】そして、このメタライズ金属層3の上に、
硫酸ニッケルとDMABジメチルアミンボランを還元剤
として含む無電解めっき液(奥野製薬(株)製のトップ
ケミアロイB−1(商品名))を用いて、液温65℃、
pH6.7、めっき時間15分という条件でめっきを行
い、ニッケル−ホウ素合金層4を厚さ1.2μm被着、
形成し、その後図示しないピンを銀ロウによりロウ付け
した。
【0022】次いで、このニッケル−ホウ素合金層4の
上に、硫酸ニッケルと次亜リン酸ナトリウムを還元剤と
して含む無電解めっき液(上村工業(株)製のニムデン
78S(商品名))を用いて、液温90℃、pH6.
0、めっき時間10分という条件でめっきを行い、ニッ
ケル−リン合金層5を厚さ3.0μm被着形成した。
【0023】次いで、光洋リンドバーク社製のメッシュ
ベルト式連続炉を用いてシンタリングを行った。この加
熱装置は、入口から出口にかけての温度分布が略正規分
布形状であり、基板の最高温度が650℃、600℃以
上のキープ時間が10分となるように設定した。尚、加
熱装置の通過距離は3050mm、通過時間は22分で
あった。このようにすると、基板を確実に600℃以上
に加熱できる。
【0024】続いて、置換型無電解金めっき用のめっき
液(エヌ・イーケムキャット(株)製のアトメックス
(商品名))を用いて、液温85℃、pH6.0、めっ
き時間3分という条件でめっきを行い、金層6のうち下
層に相当する第1金層6aを厚さ0.01〜0.1μm
被着形成した。
【0025】最後に、水素化ホウ素ナトリウムを還元剤
として含む無電解めっき液(奥野製薬(株)製のOPC
ムデンゴールド25(商品名))を用いて、液温73
℃、pH13.5、めっき時間30分という条件でめっ
きを行い、金層6のうち上層に相当する第2金層6bを
厚さ2.0μm被着形成した。
【0026】このようにして、図1に示す構造の電子部
品用パッケージ本体1を作製した。 [実施例2、3及び比較例1〜4]実施例2、3及び比
較例1〜4では、上記実施例1においてニッケル−リン
合金層を還元型無電解めっきにより被着形成した後のシ
ンタリング工程の最高温度を、下記表1に示す最高温度
に設定した以外は、上記実施例1と同様にして図1と同
様の構造の電子部品用パッケージ本体を作製した。
【0027】
【表1】
【0028】[試験例]以上のようにして得られた実施
例1〜3及び比較例1〜4の表層である金層6上に、ワ
イヤボンディングの代替物として強制剥がし用のニッケ
ル−リン合金層7を無電解めっきにより厚さ10〜15
μmとなるように形成し、図2に示すように3mm四方
の試験片が合計100ピースとなるように格子状にカッ
ターナイフで傷をつけた。そして、カッターナイフの先
でニッケル−リン合金層7を引っかけるようにして強制
的に引き剥がし、ニッケル−リン合金層5と金層6との
間のハガレ発生率及びハガレ面積率を求めた。
【0029】ハガレ発生率 試験片100ピースのうちニッケル−リン合金層5と金
層6との間のハガレが全面又は部分的に起きたピース
を、ハガレが発生したピースとしてカウントし、「(ハ
ガレが発生したピース)/100ピース」として表記し
た。
【0030】ハガレ面積率 試験片100ピースのうちハガレが発生したピースにつ
いて、「(実際に剥離した面積)/(ピースの全面の面
積)の平均パーセンテージ」を算出し、これを表記し
た。
【0031】
【表2】
【0032】尚、各試験例においてニッケル−リン合金
層5を無電解めっきにより被着形成した際(シンタリン
グ前)に、ニッケル−リン合金層5のリン含有量の定量
分析を行った。この定量分析は、機種:JEOL(日本
電子(株))製のJSM−820、検出器:トレイコア
・ノーザン(株)製のエネルギー分散型X線分析装置を
用いて、加速電圧20kV、分析倍率3700倍(30
×23μm)という条件で行った。その結果、リン含有
量は5〜10重量%の範囲にあった。
【0033】上記表2から明らかなように、ニッケル−
リン合金層5を被着形成した後のシンタリングの最高温
度が600〜700℃の範囲にあるときには、ハガレ発
生率がゼロであり、ニッケル−リン合金層5と金層6と
の密着性が極めて強固となることがわかった。このた
め、例えばICチップと配線基板1上のパッドとを接続
するためにアルミワイヤボンディングを行った場合、図
3に示すようなニッケル−リン合金層と金層との間の剥
離が起きるおそれがない。
【0034】また、実施例1〜3の電子部品用パッケー
ジ本体につき、450℃で5分放置したところ、熱によ
る変色がほとんどないという効果が得られた。更に、塩
水噴霧試験を行ったところ、ほとんど腐食されないとい
う効果も得られた。このことから、600〜700℃で
シンタリングしたニッケル−リン合金層5は金層6に拡
散しにくくこの結果金層6の色が変化しないものと推察
され、また耐食性が向上しているものと推察される。
【0035】尚、ニッケル−リン合金層5のリン含有量
が5〜10重量%から外れた場合についても、上記実施
例と同様にして電子部品用パッケージ本体を作製した
が、5重量%未満では450℃で加熱した際にニッケル
−リン合金層と金層との間にハガレやフクレを生じ、ま
た、10重量%を超えると金層が形成されない無めっき
部分を生じた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1の電子部品用パッケージ本体の構造
を表す断面図である。
【図2】 試験例に用いるサンプルの説明図である。
【図3】 従来例の説明図である。
【符号の説明】
1・・・電子部品用パッケージ本体、2・・・絶縁基
板、3・・・メタライズ金属層、4・・・ニッケル−ホ
ウ素合金層、5・・・ニッケル−リン合金層、6・・・
金層、6a・・・第1金層、6b・・・第2金層。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表層にワイヤボンディングを施すための
    配線基板を製造する方法であって、 素材上に還元型の無電解めっきによりニッケル−リン合
    金層を形成するNi−P形成工程と、 このニッケル−リン合金層を600〜700℃で処理す
    るシンタリング工程と、 シンタリング後のニッケル−リン合金層に無電解めっき
    により表層としての金層を形成するAu形成工程とを含
    むことを特徴とする配線基板の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記Au形成工程では、置換型の無電解
    金めっきを行った上で還元型の無電解金めっきを行うこ
    とにより表層としての金層を形成することを特徴とする
    請求項1記載の配線基板の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記ニッケル−リン合金層はリン含有量
    が5〜10重量%であることを特徴とする請求項1又は
    2記載の配線基板の製造方法。
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