JP3466498B2 - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents
配線基板及びその製造方法Info
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- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
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- H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
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- Power Engineering (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックＩＣパ
ッケージなど、セラミックを主成分としてなる配線基板
に関し、詳しくはＩＣ等の電子部品などの接合面（ダイ
アタッチ面）をなす高融点金属層の表面に、電解ニッケ
ル（Ｎｉ）メッキ層が形成されてなる配線基板に関す
る。
ッケージなど、セラミックを主成分としてなる配線基板
に関し、詳しくはＩＣ等の電子部品などの接合面（ダイ
アタッチ面）をなす高融点金属層の表面に、電解ニッケ
ル（Ｎｉ）メッキ層が形成されてなる配線基板に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の配線基板は、ダイアタッ
チ面がＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等の高
融点金属からなり、同時焼成されて形成される。このダ
イアタッチ部（面）をなす高融点金属層（メタライズ
層）には、ハンダ濡れ性の確保や酸化防止などのため、
ニッケルメッキ（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）メッキがかけら
れ、各メッキ層が形成される。このメッキ層は、可能な
かぎり工程管理などの容易な電解メッキ（以下、単にメ
ッキともいう）によるのが普通である。そして、このダ
イアタッチ部への半導体素子を含む電子部品（以下、チ
ップともいう）の接合には、通常、Ａｕ−Ｓｉ合金ハン
ダで融点が例えば３９０℃程度の高融点ハンダ（例えば
Ａｕ９８％、Ｓｉ２％）が使用される。
チ面がＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等の高
融点金属からなり、同時焼成されて形成される。このダ
イアタッチ部（面）をなす高融点金属層（メタライズ
層）には、ハンダ濡れ性の確保や酸化防止などのため、
ニッケルメッキ（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）メッキがかけら
れ、各メッキ層が形成される。このメッキ層は、可能な
かぎり工程管理などの容易な電解メッキ（以下、単にメ
ッキともいう）によるのが普通である。そして、このダ
イアタッチ部への半導体素子を含む電子部品（以下、チ
ップともいう）の接合には、通常、Ａｕ−Ｓｉ合金ハン
ダで融点が例えば３９０℃程度の高融点ハンダ（例えば
Ａｕ９８％、Ｓｉ２％）が使用される。
【０００３】一方、このようなダイアタッチ部に形成さ
れるＡｕメッキ層の下地Ｎｉメッキ層については、Ａｕ
メッキ層へのＮｉの拡散が防止できるといった理由か
ら、従来コバルト（Ｃｏ）が２重量％以上が共析された
Ｎｉ−Ｃｏ合金メッキ層が形成されるのが普通である。
すなわち、このようなＮｉメッキ層については、半導体
素子のハンダ付け（接合）時の熱（３９０℃程度以上）
によって下地Ｎｉメッキ層中のＮｉがＡｕメッキ層の表
面に拡散してボンディング性やシール性を低下させない
ように、意図的にＣｏを２重量％以上含むＮｉメッキ層
を形成している。
れるＡｕメッキ層の下地Ｎｉメッキ層については、Ａｕ
メッキ層へのＮｉの拡散が防止できるといった理由か
ら、従来コバルト（Ｃｏ）が２重量％以上が共析された
Ｎｉ−Ｃｏ合金メッキ層が形成されるのが普通である。
すなわち、このようなＮｉメッキ層については、半導体
素子のハンダ付け（接合）時の熱（３９０℃程度以上）
によって下地Ｎｉメッキ層中のＮｉがＡｕメッキ層の表
面に拡散してボンディング性やシール性を低下させない
ように、意図的にＣｏを２重量％以上含むＮｉメッキ層
を形成している。
【０００４】ところで、こうした半導体素子は、使用時
に１００℃以上の高温となることがあることから、熱環
境下での接合強度が極めて重要である。また、従来、そ
のような接合強度を保証するため、温度（熱）サイクル
試験や高温エージングなどの熱処理が行われている。
に１００℃以上の高温となることがあることから、熱環
境下での接合強度が極めて重要である。また、従来、そ
のような接合強度を保証するため、温度（熱）サイクル
試験や高温エージングなどの熱処理が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、耐熱温度が
低い半導体素子などの電子部品の接合には、こうした高
融点のＡｕ−Ｓｉ合金ハンダを用いることができない場
合がある。このように接合にＡｕ−Ｓｉ合金ハンダを用
いることができない特殊な場合には、低融点のＰｂ−Ｓ
ｎ（鉛錫合金）共晶ハンダ、Ａｕ−Ｓｎ（金錫合金）ハ
ンダ、Ｓｎ−Ａｇ（錫銀）ハンダなどのＳｎを含む合金
又はＳｎが使用される。しかし、ダイアタッチ部がＮｉ
−Ｃｏ合金メッキ層（以下、単にＮｉメッキ層ともい
う）或いは同Ｎｉメッキ層及びＡｕメッキ層で仕上げら
れているものに、Ｐｂ−ＳｎハンダなどのＳｎを含む合
金やＳｎで半導体素子を接合したものにおいては、その
接合強度が低いという問題があった。
低い半導体素子などの電子部品の接合には、こうした高
融点のＡｕ−Ｓｉ合金ハンダを用いることができない場
合がある。このように接合にＡｕ−Ｓｉ合金ハンダを用
いることができない特殊な場合には、低融点のＰｂ−Ｓ
ｎ（鉛錫合金）共晶ハンダ、Ａｕ−Ｓｎ（金錫合金）ハ
ンダ、Ｓｎ−Ａｇ（錫銀）ハンダなどのＳｎを含む合金
又はＳｎが使用される。しかし、ダイアタッチ部がＮｉ
−Ｃｏ合金メッキ層（以下、単にＮｉメッキ層ともい
う）或いは同Ｎｉメッキ層及びＡｕメッキ層で仕上げら
れているものに、Ｐｂ−ＳｎハンダなどのＳｎを含む合
金やＳｎで半導体素子を接合したものにおいては、その
接合強度が低いという問題があった。
【０００６】その原因は、ハンダ中のＳｎとＮｉメッキ
層中のＮｉとが反応してＮｉメッキ層とハンダとの間に
硬くて脆いＮｉ−Ｓｎの金属間化合物が生成され、その
接合後の前記のような熱処理で、これがさらに生成、成
長し、その際に発生する応力によって接合部にクラック
が発生するためと考えられる。このことから、接合強度
を上げるためには、金属間化合物が生成され難くするの
が有効と考えられる。なお、こうした接合強度の低下や
その原因となる金属間化合物の存在は、例えばチップを
ダイアタッチ部から離間するようにその面（接合面）に
垂直に引張り荷重をかけて、チップを強制的に剥離（引
き剥がし）する試験をすると、Ｎｉメッキ層とハンダと
の界面で容易に分離（切断）してしまうことから確認さ
れる。
層中のＮｉとが反応してＮｉメッキ層とハンダとの間に
硬くて脆いＮｉ−Ｓｎの金属間化合物が生成され、その
接合後の前記のような熱処理で、これがさらに生成、成
長し、その際に発生する応力によって接合部にクラック
が発生するためと考えられる。このことから、接合強度
を上げるためには、金属間化合物が生成され難くするの
が有効と考えられる。なお、こうした接合強度の低下や
その原因となる金属間化合物の存在は、例えばチップを
ダイアタッチ部から離間するようにその面（接合面）に
垂直に引張り荷重をかけて、チップを強制的に剥離（引
き剥がし）する試験をすると、Ｎｉメッキ層とハンダと
の界面で容易に分離（切断）してしまうことから確認さ
れる。
【０００７】こうした中、本願発明者においては、金属
間化合物の生成され易さは、電解Ｎｉメッキ層中に含ま
れているＣｏに関係していると考えた。すなわち、半導
体素子の接合に例えばＰｂ−Ｓｎハンダを用いる場合に
は、Ｎｉメッキ層中のＣｏが、Ｎｉ−Ｓｎの金属間化合
物の形成を加速ないし促進し、結果として接合強度を低
下させていると考えた。そこで、電解Ｎｉメッキ層に、
従来とは逆にＣｏを意図的ないし積極的に除去してなる
基板試料を作り、これにチップを接合した接合体試料を
作って加熱処理をし、その後、前記のような剥離試験を
繰り返し実施した。
間化合物の生成され易さは、電解Ｎｉメッキ層中に含ま
れているＣｏに関係していると考えた。すなわち、半導
体素子の接合に例えばＰｂ−Ｓｎハンダを用いる場合に
は、Ｎｉメッキ層中のＣｏが、Ｎｉ−Ｓｎの金属間化合
物の形成を加速ないし促進し、結果として接合強度を低
下させていると考えた。そこで、電解Ｎｉメッキ層に、
従来とは逆にＣｏを意図的ないし積極的に除去してなる
基板試料を作り、これにチップを接合した接合体試料を
作って加熱処理をし、その後、前記のような剥離試験を
繰り返し実施した。
【０００８】その結果、Ｃｏの量が少ないものほど接合
強度が向上する傾向があり、とくにＮｉメッキ層（被
膜）中のＣｏの割合、つまりＣｏを含むＮｉメッキ層
（全体）に対するそのＣｏの割合を３重量％以下とする
ことで、良好な接合強度が保持されることを知るに至っ
た。すなわち、半導体素子の接合にＰｂ−Ｓｎハンダな
どのようにＳｎを含む合金又はＳｎを用いる場合には、
Ａｕ−Ｓｉハンダを用いる場合のようにＣｏを意図的な
いし積極的に共析させるのは好ましくないことが判明し
た。
強度が向上する傾向があり、とくにＮｉメッキ層（被
膜）中のＣｏの割合、つまりＣｏを含むＮｉメッキ層
（全体）に対するそのＣｏの割合を３重量％以下とする
ことで、良好な接合強度が保持されることを知るに至っ
た。すなわち、半導体素子の接合にＰｂ−Ｓｎハンダな
どのようにＳｎを含む合金又はＳｎを用いる場合には、
Ａｕ−Ｓｉハンダを用いる場合のようにＣｏを意図的な
いし積極的に共析させるのは好ましくないことが判明し
た。
【０００９】また、意図的にＣｏを添加していない、通
常使用されるワット浴の電解Ｎｉメッキ液でも建浴に使
用される硫酸Ｎｉや塩化ＮｉにＣｏが不純物として含ま
れ、その量は不純物を含むＮｉ重量に対して０．１〜
０．８重量％である。そしてこのＮｉメッキ液でメッキ
を行うとＮｉメッキ層中のＣｏの割合は０．５〜３．６
重量％であり、このようなＮｉメッキ層にＳｎ合金又は
Ｓｎで接合しても、所望とする安定した高い接合強度が
得られない。これは、Ｎｉメッキ層中のＣｏの割合は
０．５〜３．６重量％の範囲でばらついており、実質的
に３重量％を超えているためと考えられる。なお、無電
解Ｎｉ−Ｂメッキのように、純ニッケルに近い無電解Ｎ
ｉメッキを用いることも考えられるが、無電解メッキは
電解メッキに比べて工程管理などに難があり、コスト上
からも適切でない。
常使用されるワット浴の電解Ｎｉメッキ液でも建浴に使
用される硫酸Ｎｉや塩化ＮｉにＣｏが不純物として含ま
れ、その量は不純物を含むＮｉ重量に対して０．１〜
０．８重量％である。そしてこのＮｉメッキ液でメッキ
を行うとＮｉメッキ層中のＣｏの割合は０．５〜３．６
重量％であり、このようなＮｉメッキ層にＳｎ合金又は
Ｓｎで接合しても、所望とする安定した高い接合強度が
得られない。これは、Ｎｉメッキ層中のＣｏの割合は
０．５〜３．６重量％の範囲でばらついており、実質的
に３重量％を超えているためと考えられる。なお、無電
解Ｎｉ−Ｂメッキのように、純ニッケルに近い無電解Ｎ
ｉメッキを用いることも考えられるが、無電解メッキは
電解メッキに比べて工程管理などに難があり、コスト上
からも適切でない。
【００１０】本発明は、かかる知見に基づいて成された
ものであり、その目的とするところは、タングステンや
モリブデンなどの高融点金属層（メタライズ層）の表面
に、電解Ｎｉメッキ層或いは電解Ｎｉメッキ層およびＡ
ｕメッキ層を形成してダイアタッチ部とし、このダイア
タッチ部へのチップの接合にＰｂ−ＳｎハンダなどのＳ
ｎを含む合金又はＳｎが用いられる場合で、チップが高
温に晒されても、金属間化合物の生成を抑制でき、その
接合強度が低下しないようにすることにある。
ものであり、その目的とするところは、タングステンや
モリブデンなどの高融点金属層（メタライズ層）の表面
に、電解Ｎｉメッキ層或いは電解Ｎｉメッキ層およびＡ
ｕメッキ層を形成してダイアタッチ部とし、このダイア
タッチ部へのチップの接合にＰｂ−ＳｎハンダなどのＳ
ｎを含む合金又はＳｎが用いられる場合で、チップが高
温に晒されても、金属間化合物の生成を抑制でき、その
接合強度が低下しないようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、電子部品がハンダ付けされるダイアタッ
チ部をなす高融点金属層の表面に、電解ニッケルメッキ
層又は電解ニッケルメッキ層及び金メッキ層が形成さ
れ、該ダイアタッチ部をなす高融点金属層の表面に形成
された電解ニッケルメッキ層又は電解ニッケルメッキ層
及び金メッキ層の上（表面）に、錫又は錫を含む合金で
電子部品がハンダ付される配線基板において、コバルト
を含む前記電解ニッケルメッキ層（全体）に対するその
コバルトの割合を３重量％以下としたことを特徴とす
る。
め、本発明は、電子部品がハンダ付けされるダイアタッ
チ部をなす高融点金属層の表面に、電解ニッケルメッキ
層又は電解ニッケルメッキ層及び金メッキ層が形成さ
れ、該ダイアタッチ部をなす高融点金属層の表面に形成
された電解ニッケルメッキ層又は電解ニッケルメッキ層
及び金メッキ層の上（表面）に、錫又は錫を含む合金で
電子部品がハンダ付される配線基板において、コバルト
を含む前記電解ニッケルメッキ層（全体）に対するその
コバルトの割合を３重量％以下としたことを特徴とす
る。
【００１２】本発明では前記のように電解ニッケルメッ
キ層中のコバルト（Ｃｏ）を３重量％以下とした。これ
により、ダイアタッチ部をなす高融点金属層の表面に形
成された電解ニッケルメッキ層の上に、半導体素子を含
む電子部品をＰｂ−ＳｎハンダなどのＳｎを含む合金又
はＳｎを用いてハンダ付けしても、高温環境下でも接合
強度の高い配線基板が得られる。本発明において、電解
ニッケルメッキ層の上とは、その表面、及びその上に金
メッキ層を形成した場合には金メッキ層の上（表面）を
意味する。すなわちこのような配線基板を高温環境下に
おいても、従来のＣｏを積極的に添加した電解ニッケル
メッキ層や通常の電解ニッケルメッキ層（Ｃｏが０．５
〜３．６重量％の範囲でばらついて含まれる電解ニッケ
ルメッキ層）のように接合強度が低下することはなく、
加熱前と同様の強度が保持される。
キ層中のコバルト（Ｃｏ）を３重量％以下とした。これ
により、ダイアタッチ部をなす高融点金属層の表面に形
成された電解ニッケルメッキ層の上に、半導体素子を含
む電子部品をＰｂ−ＳｎハンダなどのＳｎを含む合金又
はＳｎを用いてハンダ付けしても、高温環境下でも接合
強度の高い配線基板が得られる。本発明において、電解
ニッケルメッキ層の上とは、その表面、及びその上に金
メッキ層を形成した場合には金メッキ層の上（表面）を
意味する。すなわちこのような配線基板を高温環境下に
おいても、従来のＣｏを積極的に添加した電解ニッケル
メッキ層や通常の電解ニッケルメッキ層（Ｃｏが０．５
〜３．６重量％の範囲でばらついて含まれる電解ニッケ
ルメッキ層）のように接合強度が低下することはなく、
加熱前と同様の強度が保持される。
【００１３】なお、Ｎｉメッキ層中のＣｏの割合を３重
量％以下とするためには、ワット浴の浴組成に用いられ
る、硫酸ニッケルや塩化ニッケルの純度を上げて液中の
コバルトを減量ないし除去したメッキ液を用いて電解Ｎ
ｉメッキをすればよい。すなわち、普通に入手されるニ
ッケルメッキ薬品の硫酸ニッケル、塩化ニッケル中には
不純物としてコバルトが相当量含有されており、その量
は全重量に対し０．１〜０．８重量％ある。そしてこれ
をそのまま用いたＮｉメッキ液でメッキをすると、Ｎｉ
メッキ層中にＣｏが０．５〜３．６重量％程度の範囲で
ばらついて含まれる。このようなＮｉメッキ層のうち、
Ｃｏの割合が３重量％を超えたものでは接合強度の低下
を招いてしまう。したがって、Ｎｉメッキ層中のＣｏの
割合が３重量％を超えることがないように、このように
脱コバルト処理したメッキ液を用いてメッキをするので
あるが、ニッケルメッキ液中のコバルトの重量をニッケ
ルの重量の１４８分の１以下として電解ニッケルメッキ
層を形成するとよい。詳しくは後述する。
量％以下とするためには、ワット浴の浴組成に用いられ
る、硫酸ニッケルや塩化ニッケルの純度を上げて液中の
コバルトを減量ないし除去したメッキ液を用いて電解Ｎ
ｉメッキをすればよい。すなわち、普通に入手されるニ
ッケルメッキ薬品の硫酸ニッケル、塩化ニッケル中には
不純物としてコバルトが相当量含有されており、その量
は全重量に対し０．１〜０．８重量％ある。そしてこれ
をそのまま用いたＮｉメッキ液でメッキをすると、Ｎｉ
メッキ層中にＣｏが０．５〜３．６重量％程度の範囲で
ばらついて含まれる。このようなＮｉメッキ層のうち、
Ｃｏの割合が３重量％を超えたものでは接合強度の低下
を招いてしまう。したがって、Ｎｉメッキ層中のＣｏの
割合が３重量％を超えることがないように、このように
脱コバルト処理したメッキ液を用いてメッキをするので
あるが、ニッケルメッキ液中のコバルトの重量をニッケ
ルの重量の１４８分の１以下として電解ニッケルメッキ
層を形成するとよい。詳しくは後述する。
【００１４】本発明では、コバルトを含む前記電解ニッ
ケルメッキ層に対するそのコバルトの割合を３重量％以
下となるようにすればよいが、その電解ニッケルメッキ
層にコバルトが含まれていないものとしてもよい。つま
り、Ｎｉメッキ層中のＣｏが０重量％のものである。な
お、ここに、「コバルトが含まれていない（０重量
％）」とは、ＥＤＳ（ENERGY DISPERSIVE SPECTROMETE
R）分析でのコバルト検出量が０重量％であることをい
う。なお、このようなＮｉメッキには、スルファミン酸
Ｎｉメッキ液を使用すればよい。
ケルメッキ層に対するそのコバルトの割合を３重量％以
下となるようにすればよいが、その電解ニッケルメッキ
層にコバルトが含まれていないものとしてもよい。つま
り、Ｎｉメッキ層中のＣｏが０重量％のものである。な
お、ここに、「コバルトが含まれていない（０重量
％）」とは、ＥＤＳ（ENERGY DISPERSIVE SPECTROMETE
R）分析でのコバルト検出量が０重量％であることをい
う。なお、このようなＮｉメッキには、スルファミン酸
Ｎｉメッキ液を使用すればよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施形態例につい
て、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。図
中、１は、アルミナセラミック製の多層配線層基板であ
り、その上面２中央のダイアタッチ部３部位を含め詳し
くは図示しない配線層がＷやＭｏ等の高融点金属により
同時焼成されて形成されている。そして、ダイアタッチ
部３をなす高融点金属層（メタライズ層）４に、Ｃｏが
３重量％以下の電解Ｎｉメッキ層（以下、Ｎｉメッキ層
という）５が形成され、表面には腐蝕防止のために電解
Ａｕメッキ層（以下、Ａｕメッキ層という）６が形成さ
れている。本例では、このようなＮｉメッキ層５中のＣ
ｏが０重量％、１重量％、２重量％、３重量％の配線基
板（試料）１を各１００個作り、次記するようにして接
合体試料を作りチップの引剥がし（引張り）試験をし
た。ただし、Ｃｏ含有量（率）は、ＥＤＳ分析による値
である。
て、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。図
中、１は、アルミナセラミック製の多層配線層基板であ
り、その上面２中央のダイアタッチ部３部位を含め詳し
くは図示しない配線層がＷやＭｏ等の高融点金属により
同時焼成されて形成されている。そして、ダイアタッチ
部３をなす高融点金属層（メタライズ層）４に、Ｃｏが
３重量％以下の電解Ｎｉメッキ層（以下、Ｎｉメッキ層
という）５が形成され、表面には腐蝕防止のために電解
Ａｕメッキ層（以下、Ａｕメッキ層という）６が形成さ
れている。本例では、このようなＮｉメッキ層５中のＣ
ｏが０重量％、１重量％、２重量％、３重量％の配線基
板（試料）１を各１００個作り、次記するようにして接
合体試料を作りチップの引剥がし（引張り）試験をし
た。ただし、Ｃｏ含有量（率）は、ＥＤＳ分析による値
である。
【００１６】なお、Ｎｉメッキ層は１回のメッキで形成
しても良いが、本例では、１回目で厚さが１μｍとなる
ように形成して約８００℃でシンタリングして高融点金
属層（ＷとＭｏ）４とＮｉ間の相互拡散によってＮｉメ
ッキ層の密着を確保し、２回目でさらにＮｉメッキ層を
厚さ２μｍ形成した。なお、Ｎｉメッキ層５の厚さは、
これに限定されず適宜の厚さとすれば良い。またＡｕメ
ッキ層６は厚さが１．５μｍとなるように形成したが、
ハンダ濡れ性に問題ない場合やＮｉメッキ層の酸化が問
題とならないような場合には形成しなくともよい。
しても良いが、本例では、１回目で厚さが１μｍとなる
ように形成して約８００℃でシンタリングして高融点金
属層（ＷとＭｏ）４とＮｉ間の相互拡散によってＮｉメ
ッキ層の密着を確保し、２回目でさらにＮｉメッキ層を
厚さ２μｍ形成した。なお、Ｎｉメッキ層５の厚さは、
これに限定されず適宜の厚さとすれば良い。またＡｕメ
ッキ層６は厚さが１．５μｍとなるように形成したが、
ハンダ濡れ性に問題ない場合やＮｉメッキ層の酸化が問
題とならないような場合には形成しなくともよい。
【００１７】そして、このような配線基板（試料）１
に、図２に示したようにＡｇ／Ｐｄからなるメタライズ
層１０をもつチップ試料１１を、本例ではＳｎを含む合
金としてＰｂ−Ｓｎ共晶ハンダ（Ｓｎ６３：Ｐｄ３７）
７でハンダ付けした接合体試料２１を１００個ずつ作っ
た。本例ではＰｂ−Ｓｎ共晶ハンダペーストを各配線基
板１のダイアタッチ部（例えば□２０ｍｍ領域）３にス
クリーン印刷し、メタライズ層１０を１主面にもつ□１
５ｍｍのチップ試料１１を同主面がダイアタッチ部（ハ
ンダペースト印刷面）３に当接するようにして位置決め
して載置（セット）し、大気中、或いは窒素雰囲気中で
１８０℃〜２００℃で１分間保持した。こうしてハンダ
７をリフローしてチップ試料１１をハンダ付けし、その
後、フラックスを洗浄して接合体試料２１とした。
に、図２に示したようにＡｇ／Ｐｄからなるメタライズ
層１０をもつチップ試料１１を、本例ではＳｎを含む合
金としてＰｂ−Ｓｎ共晶ハンダ（Ｓｎ６３：Ｐｄ３７）
７でハンダ付けした接合体試料２１を１００個ずつ作っ
た。本例ではＰｂ−Ｓｎ共晶ハンダペーストを各配線基
板１のダイアタッチ部（例えば□２０ｍｍ領域）３にス
クリーン印刷し、メタライズ層１０を１主面にもつ□１
５ｍｍのチップ試料１１を同主面がダイアタッチ部（ハ
ンダペースト印刷面）３に当接するようにして位置決め
して載置（セット）し、大気中、或いは窒素雰囲気中で
１８０℃〜２００℃で１分間保持した。こうしてハンダ
７をリフローしてチップ試料１１をハンダ付けし、その
後、フラックスを洗浄して接合体試料２１とした。
【００１８】次に、この接合体試料２１を、１０個ずつ
に分け、それぞれを１５０℃で１５０時間、３００時
間、６００時間、又は１０００時間の各時間熱処理（高
温エージング）したものに分類した。そして、加熱処理
していないもの（１０個）と共に、図３に示したよう
に、チップ１１の表面にアルミニウム製スタッドＳをエ
ポキシ系接着剤によって接着する一方、配線基板１の上
面をクランプＣで押え、配線基板１とチップ１１を離間
するように接合面に垂直に引張り荷重Ｐをかけ、チップ
１１を強制的に引剥がし、引剥がされ不良モード（Ｎｉ
メッキ層５の表面とハンダ７との界面で切断されたも
の）の数を測定した。
に分け、それぞれを１５０℃で１５０時間、３００時
間、６００時間、又は１０００時間の各時間熱処理（高
温エージング）したものに分類した。そして、加熱処理
していないもの（１０個）と共に、図３に示したよう
に、チップ１１の表面にアルミニウム製スタッドＳをエ
ポキシ系接着剤によって接着する一方、配線基板１の上
面をクランプＣで押え、配線基板１とチップ１１を離間
するように接合面に垂直に引張り荷重Ｐをかけ、チップ
１１を強制的に引剥がし、引剥がされ不良モード（Ｎｉ
メッキ層５の表面とハンダ７との界面で切断されたも
の）の数を測定した。
【００１９】なお、このような引き剥れ不良モードのも
のはＮｉメッキ層表面とハンダ７との界面に硬くて脆い
Ｓｎ−Ｎｉ系金属間化合物の生成、成長が大きく、その
脆さによって同界面で低荷重で容易に剥離する。これに
対し、接合ハンダ７の層自体の間で切断される形で引き
剥されたものは接合強度が高い。なお、前記形態ではダ
イアタッチ部３にＡｕメッキ層６を形成したが、Ａｕメ
ッキ層中のＡｕは、ハンダ付け時に溶融したＡｕ−Ｓｉ
ハンダ中に拡散するため、Ｎｉメッキ層５の面とハンダ
７との界面に金属間化合物が生成される。なお、比較例
として、Ｃｏを３．５重量％，４重量％，５重量％，６
〜１０重量％及び１５〜３０重量％含むものについても
試験した。結果は表１に示した通りである。
のはＮｉメッキ層表面とハンダ７との界面に硬くて脆い
Ｓｎ−Ｎｉ系金属間化合物の生成、成長が大きく、その
脆さによって同界面で低荷重で容易に剥離する。これに
対し、接合ハンダ７の層自体の間で切断される形で引き
剥されたものは接合強度が高い。なお、前記形態ではダ
イアタッチ部３にＡｕメッキ層６を形成したが、Ａｕメ
ッキ層中のＡｕは、ハンダ付け時に溶融したＡｕ−Ｓｉ
ハンダ中に拡散するため、Ｎｉメッキ層５の面とハンダ
７との界面に金属間化合物が生成される。なお、比較例
として、Ｃｏを３．５重量％，４重量％，５重量％，６
〜１０重量％及び１５〜３０重量％含むものについても
試験した。結果は表１に示した通りである。
【００２０】
【表１】
【００２１】表１より明らかなように、Ｃｏが６重量％
をこえるものでは、熱処理時間が１５０時間以上で、い
ずれも引剥がされ不良モードのもの（Ｎｉメッキ層とハ
ンダとの界面で切断された形で引剥がされていたもの）
があり、しかも熱処理時間の増加につれてその発生比率
が増大していた。また、５重量％のものでは６００時間
以上で、３．５重量％、４．５重量％のものでは１００
０時間以上で不良モードのものが発生していた。これに
対し、Ｃｏが３重量％以下のものでは、いずれの加熱処
理時間後の試料でも、加熱なしの場合と同様に、Ｎｉメ
ッキ層とハンダとの接合界面で切断されたものはなく、
接合ハンダ７の層の間で切断されていた。これらのこと
は、Ｎｉメッキ層中のＣｏを３重量％以下とした場合に
は、熱処理によるＳｎ−Ｎｉ系金属間化合物の生成等が
抑制されることを実証するものであり、したがって半導
体装置が熱環境下で使用されてもその接合の信頼性を低
下させないことを示している。
をこえるものでは、熱処理時間が１５０時間以上で、い
ずれも引剥がされ不良モードのもの（Ｎｉメッキ層とハ
ンダとの界面で切断された形で引剥がされていたもの）
があり、しかも熱処理時間の増加につれてその発生比率
が増大していた。また、５重量％のものでは６００時間
以上で、３．５重量％、４．５重量％のものでは１００
０時間以上で不良モードのものが発生していた。これに
対し、Ｃｏが３重量％以下のものでは、いずれの加熱処
理時間後の試料でも、加熱なしの場合と同様に、Ｎｉメ
ッキ層とハンダとの接合界面で切断されたものはなく、
接合ハンダ７の層の間で切断されていた。これらのこと
は、Ｎｉメッキ層中のＣｏを３重量％以下とした場合に
は、熱処理によるＳｎ−Ｎｉ系金属間化合物の生成等が
抑制されることを実証するものであり、したがって半導
体装置が熱環境下で使用されてもその接合の信頼性を低
下させないことを示している。
【００２２】なお前記形態で、Ｎｉメッキ層中のＣｏを
０重量％とした試料は、スルファミン酸Ｎｉメッキ液を
使用してメッキしたものである。そして、Ｎｉメッキ層
中のＣｏを１〜３重量％とした試料は、そのようなメッ
キ組成が得られるように、ワット浴の浴組成に用いられ
る、硫酸ニッケルおよび塩化ニッケルの純度を上げてコ
バルトを低減、調節したメッキ液を用いてメッキしたも
のである。またＣｏが３．５重量％以上のものは、ニッ
ケルワット浴液にＣｏとして硫酸コバルトを適量ずつ添
加して、Ｎｉメッキ層中に各重量％のＣｏが含まれるよ
うに調整してメッキしたものである。
０重量％とした試料は、スルファミン酸Ｎｉメッキ液を
使用してメッキしたものである。そして、Ｎｉメッキ層
中のＣｏを１〜３重量％とした試料は、そのようなメッ
キ組成が得られるように、ワット浴の浴組成に用いられ
る、硫酸ニッケルおよび塩化ニッケルの純度を上げてコ
バルトを低減、調節したメッキ液を用いてメッキしたも
のである。またＣｏが３．５重量％以上のものは、ニッ
ケルワット浴液にＣｏとして硫酸コバルトを適量ずつ添
加して、Ｎｉメッキ層中に各重量％のＣｏが含まれるよ
うに調整してメッキしたものである。
【００２３】前記において、Ｎｉメッキ層中のＣｏの割
合を３重量％以下にするにはＮｉメッキ液中のＣｏの割
合（＝Ｃｏ重量／（Ｎｉ重量＋Ｃｏ重量））を０．６７
重量％以下とすればよい。これは、実験（メッキ液：ワ
ット浴、電流条件：１Ａ／ｄｍ2、メッキ温度：４５
℃）によると、Ｎｉメッキ液中と、Ｎｉメッキ層中にお
けるＣｏの割合（＝Ｃｏ重量／（Ｎｉ重量＋Ｃｏ重
量））の関係から判明した（表２及びこれをグラフ化し
た図４参照）。
合を３重量％以下にするにはＮｉメッキ液中のＣｏの割
合（＝Ｃｏ重量／（Ｎｉ重量＋Ｃｏ重量））を０．６７
重量％以下とすればよい。これは、実験（メッキ液：ワ
ット浴、電流条件：１Ａ／ｄｍ2、メッキ温度：４５
℃）によると、Ｎｉメッキ液中と、Ｎｉメッキ層中にお
けるＣｏの割合（＝Ｃｏ重量／（Ｎｉ重量＋Ｃｏ重
量））の関係から判明した（表２及びこれをグラフ化し
た図４参照）。
【００２４】
【表２】
【００２５】すなわち実験によれば、Ｎｉメッキ層中の
Ｃｏの割合はＮｉメッキ液中のＣｏの割合に略比例して
おり、その結果からすると、Ｎｉメッキ液中のＣｏの割
合（＝Ｃｏ重量／（Ｎｉ重量＋Ｃｏ重量））が０．６７
重量％以上のときにＮｉメッキ層中のＣｏの割合が３重
量％以上となるためである。したがってＮｉメッキ液中
のＣｏの割合（＝Ｃｏ重量／（Ｎｉ重量＋Ｃｏ重量））
を０．６７重量％以下にしてＮｉメッキ層を形成すれば
よい。すなわち、Ｎｉメッキ液中のコバルトの重量をＮ
ｉの重量の１４８分の１以下として、高融点金属層の表
面に電解Ｎｉメッキ層を形成すれば、コバルトを含むＮ
ｉメッキ層に対するそのＣｏの割合を３重量％以下にで
きる。
Ｃｏの割合はＮｉメッキ液中のＣｏの割合に略比例して
おり、その結果からすると、Ｎｉメッキ液中のＣｏの割
合（＝Ｃｏ重量／（Ｎｉ重量＋Ｃｏ重量））が０．６７
重量％以上のときにＮｉメッキ層中のＣｏの割合が３重
量％以上となるためである。したがってＮｉメッキ液中
のＣｏの割合（＝Ｃｏ重量／（Ｎｉ重量＋Ｃｏ重量））
を０．６７重量％以下にしてＮｉメッキ層を形成すれば
よい。すなわち、Ｎｉメッキ液中のコバルトの重量をＮ
ｉの重量の１４８分の１以下として、高融点金属層の表
面に電解Ｎｉメッキ層を形成すれば、コバルトを含むＮ
ｉメッキ層に対するそのＣｏの割合を３重量％以下にで
きる。
【００２６】なお、Ｎｉメッキ液中のＣｏの割合を０．
６７重量％以下とする手法は適宜のものとすればよい
が、次のような手法が例示される。 （１）ワット浴の建浴改善。すなわち、建浴に使用する
硫酸Ｎｉ、塩化Ｎｉに１級試薬（Ｃｏ不純物量０．１重
量％以下）を使用する。 （２）ワット浴にてダミーメッキをしてＣｏの割合を低
減する。ワット浴には最大０．８重量％のＣｏが含まれ
る一方、メッキ液中のＣｏ／Ｎｉ比に対し、析出するメ
ッキ層中のＣｏ／Ｎｉ比の方が大きい。したがって、ダ
ミーメッキにて消費されたＮｉは陽極からメッキ液中に
溶けだして補充されるが、陽極のＮｉ棒中のＣｏの割合
は０．１重量％以下と低い。このようにダミーメッキを
行うことでメッキ液中のＣｏの割合を低減できる。 （３）スルファミン酸Ｎｉメッキ液の使用。スルファミ
ン酸Ｎｉメッキ液は液中のＣｏの割合が０．１重量％以
下のため、そのまま使用できる。
６７重量％以下とする手法は適宜のものとすればよい
が、次のような手法が例示される。 （１）ワット浴の建浴改善。すなわち、建浴に使用する
硫酸Ｎｉ、塩化Ｎｉに１級試薬（Ｃｏ不純物量０．１重
量％以下）を使用する。 （２）ワット浴にてダミーメッキをしてＣｏの割合を低
減する。ワット浴には最大０．８重量％のＣｏが含まれ
る一方、メッキ液中のＣｏ／Ｎｉ比に対し、析出するメ
ッキ層中のＣｏ／Ｎｉ比の方が大きい。したがって、ダ
ミーメッキにて消費されたＮｉは陽極からメッキ液中に
溶けだして補充されるが、陽極のＮｉ棒中のＣｏの割合
は０．１重量％以下と低い。このようにダミーメッキを
行うことでメッキ液中のＣｏの割合を低減できる。 （３）スルファミン酸Ｎｉメッキ液の使用。スルファミ
ン酸Ｎｉメッキ液は液中のＣｏの割合が０．１重量％以
下のため、そのまま使用できる。
【００２７】上記においては、半導体素子を接合した場
合で説明したが、本発明においては、その他の電子部品
を接合する場合でも同様にその接合強度の向上が図られ
る。なお前記においてはＩＣパッケージ用の配線基板に
て本発明を具体化したが、本発明はこれ以外の配線基板
にも広く適用できる。
合で説明したが、本発明においては、その他の電子部品
を接合する場合でも同様にその接合強度の向上が図られ
る。なお前記においてはＩＣパッケージ用の配線基板に
て本発明を具体化したが、本発明はこれ以外の配線基板
にも広く適用できる。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る配線基板によれば、コバルトを含む電解ニッケル
メッキ層に対するそのコバルトの割合を３重量％以下と
したため、その電解ニッケルメッキ層の上に半導体素子
をＰｂ−ＳｎハンダなどのＳｎを含む合金又はＳｎを用
いて接合してなる配線基板又は半導体装置を作り、これ
を高温環境下において使用しても、従来の電解ニッケル
メッキによるもののように金属間化合物が生成、成長さ
れることがない。したがって、その接合強度が低下する
ことがなく、高温環境下におかれる前と同様の強度が保
持される。このように本発明によれば、その電解ニッケ
ルメッキ層のなすダイアタッチ部などに電子部品をＰｂ
−ＳｎハンダなどのＳｎを含む合金又はＳｎでハンダ付
しても、信頼性の高い接合が得られる。
に係る配線基板によれば、コバルトを含む電解ニッケル
メッキ層に対するそのコバルトの割合を３重量％以下と
したため、その電解ニッケルメッキ層の上に半導体素子
をＰｂ−ＳｎハンダなどのＳｎを含む合金又はＳｎを用
いて接合してなる配線基板又は半導体装置を作り、これ
を高温環境下において使用しても、従来の電解ニッケル
メッキによるもののように金属間化合物が生成、成長さ
れることがない。したがって、その接合強度が低下する
ことがなく、高温環境下におかれる前と同様の強度が保
持される。このように本発明によれば、その電解ニッケ
ルメッキ層のなすダイアタッチ部などに電子部品をＰｂ
−ＳｎハンダなどのＳｎを含む合金又はＳｎでハンダ付
しても、信頼性の高い接合が得られる。
【図１】本発明に係る配線基板の断面概念図及び要部拡
大図。
大図。
【図２】図１の配線基板にチップ試料を接合してなる接
合体試料の概念図。
合体試料の概念図。
【図３】図２の接合体試料においてチップ試料にスタッ
ドを接着して剥離試験する状態の説明図。
ドを接着して剥離試験する状態の説明図。
【図４】ニッケルメッキ液中とＮｉメッキ層中における
Ｃｏの割合の関係を表すグラフ。
Ｃｏの割合の関係を表すグラフ。
１ 配線基板
３ ダイアタッチ部
４ 高融点金属層
５ 電解ニッケルメッキ層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−289267（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−127752（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−57628（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−274744（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−162842（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/52
H01L 23/14
Claims (4)
- 【請求項１】 電子部品がハンダ付けされるダイアタッ
チ部をなす高融点金属層の表面に、電解ニッケルメッキ
層又は電解ニッケルメッキ層及び金メッキ層が形成さ
れ、該ダイアタッチ部をなす高融点金属層の表面に形成
された電解ニッケルメッキ層又は電解ニッケルメッキ層
及び金メッキ層の上に、錫又は錫を含む合金で電子部品
がハンダ付される配線基板において、コバルトを含む前
記電解ニッケルメッキ層に対するそのコバルトの割合を
３重量％以下としたことを特徴とする配線基板。 - 【請求項２】 電子部品がハンダ付けされるダイアタッ
チ部をなす高融点金属層の表面に、電解ニッケルメッキ
層又は電解ニッケルメッキ層及び金メッキ層が形成さ
れ、該ダイアタッチ部をなす高融点金属層の表面に形成
された電解ニッケルメッキ層又は電解ニッケルメッキ層
及び金メッキ層の上に、錫又は錫を含む合金で電子部品
がハンダ付される配線基板において、前記電解ニッケル
メッキ層にコバルトが含まれていないことを特徴とする
配線基板。 - 【請求項３】 電子部品が錫又は錫を含む合金で前記電
解ニッケルメッキ層の上にハンダ付されてなる請求項１
又は２記載の配線基板。 - 【請求項４】 ニッケルメッキ液中のコバルトの重量を
ニッケルの重量の１４８分の１以下として電解ニッケル
メッキ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP186299A JP3466498B2 (ja) | 1998-01-28 | 1999-01-07 | 配線基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-32182 | 1998-01-28 | ||
| JP3218298 | 1998-01-28 | ||
| JP186299A JP3466498B2 (ja) | 1998-01-28 | 1999-01-07 | 配線基板及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11284000A JPH11284000A (ja) | 1999-10-15 |
| JP3466498B2 true JP3466498B2 (ja) | 2003-11-10 |
Family
ID=26335153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP186299A Expired - Fee Related JP3466498B2 (ja) | 1998-01-28 | 1999-01-07 | 配線基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3466498B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007109829A (ja) * | 2005-10-12 | 2007-04-26 | Dowa Holdings Co Ltd | 半田接合形成方法 |
-
1999
- 1999-01-07 JP JP186299A patent/JP3466498B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11284000A (ja) | 1999-10-15 |
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