JP3618176B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

【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パッケージ本体等をなす配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品用パッケージ本体等をなす配線基板は、アルミナセラミック等の電気絶縁材料からなる絶縁基板と該絶縁基板の表面や内部に印刷焼付されたタングステン、モリブデン、モリブデン−マンガン合金等の高融点金属粉末よりなる厚膜導体配線（メタライズ配線層）より形成されている。
【０００３】
このような従来の配線基板は、電気絶縁性に優れたアルミナ等のセラミックからなるグリーンシートを用い、その表面に、タングステン等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤等を添加混合してなる導体ペースをスクリーン印刷により所定の幅、厚さ、パターンで印刷し、これを適数枚積層、圧着して、所定温度で焼成することで形成される。そして、そのボンディングパッド（以下、単にパッドともいう）等の厚膜導体配線層等が電解メッキによってメッキできないものである場合には、無電解メッキ（化学メッキ）によって、例えば、ニッケル−ホウ素（Ｎｉ−Ｂ）メッキ、ニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）メッキ、さらに、金（Ａｕ）メッキを所定厚さで順次被着、形成し、その表面の酸化防止を図ると共に外部リードのロー付け時の濡れ性やボンディングワイヤの結合性の確保が図られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、無電解メッキ（以下、単にメッキともいう）によって上記のようなメッキ層を形成する場合には、ボンディングパッド等をなす厚膜導体配線層の側部（側縁）にメッキだれといわれる余剰メッキの析出が生じることがあり、厚膜導体配線層相互間の間隙（絶縁間隔）の不足や短絡などの絶縁不良を発生させることがあった。
【０００５】
このような余剰メッキの析出の発生メカニズムは次のように考えられる。無電解メッキにおいては、メッキ液中の金属イオンが還元剤によって分解してメッキが析出するが、その場合、分解した還元剤等の液によってさらに次々と分解を生じる。このメッキ液（以下、単に液ともいう）中のＡｕ等の濃度、還元剤濃度、安定剤濃度、或いは抑制剤濃度等のバランスが崩れて液の組成に変動が生じると、析出量やメッキ速度が変動し、余剰メッキの析出を招く。そして、このような余剰メッキは、メッキ液の循環（環流）が悪いと液の活性が高くなり、さらに析出しやすくなる。
【０００６】
一方、近年、抵抗の減少のために厚膜導体配線層を厚くし、しかも集積回路素子の高密度化、高集積化に伴い、配線密度を高めることが要求されており、隣接する厚膜導体配線層の相互間の間隙は狭くなっている。例えば、このような電子部品用パッケージ本体におけるボンディングパッドは、その厚さは１５〜２５μｍ程度で、メッキ後の絶縁間隔は２５〜７０μｍ程度に設定されている。なお、パッドの絶縁基板からの高さは格別設定されていないことが多い。このような状況下、無電解メッキによる場合には、余剰メッキの析出による絶縁間隔の不足や短絡など絶縁不良の発生する危険性が益々高くなっている。このように、無電解メッキされる配線基板は、その導体配線層相互間の絶縁間隔の確保の困難さに基づき、生産歩留まりも低いものであった。
【０００７】
こうした中、本願発明者は、各種の試験等を繰り返した結果、次のようなことを知った。すなわち、絶縁基板の表面は厚膜導体配線層の厚みが凸部をなすと共にその相互の間隙（間）が凹部をなし、微小ながら凹凸を呈しており平滑ではない。したがって、メッキ液の環流が被メッキ体全体としては具合良くなされていても、厚膜導体配線層の相互間に形成される凹（溝）部では微視的にみると液が停滞ないし滞留しやすいなど厚膜導体配線層の相互間は局所的に環流が極めて悪い。
【０００８】
このように厚膜導体配線層相互の間隙の凹溝部で液の環流が悪いと、その部分ではメッキ液の濃度等のバランスが崩れ、自己分解作用及び還元剤分解作用が大きくなり、余剰メッキが発生しやすくなる。このような問題は、厚膜導体配線層相互間の間隙すなわち絶縁間隔が狭く、しかも厚膜導体配線層の絶縁基板の表面からの高さが高くなるほど、つまりその凹溝が幅狭で深くなるほど液の環流が悪くなることから顕著になる。
【０００９】
したがって、所定の間隙の厚膜導体配線層でも、それを絶縁基板の表面から所定の高さ以下にして凹溝を浅くし、或いは平坦に近付ければ液の環流が改善され、余剰メッキの析出は防止できると考えられる。そこで、本願発明者は、その高さを微小ながら変更した試料をつくり、実際に無電解メッキをするなど種々の試験等を重ねた結果、無電解メッキ後における導体配線層相互間の間隙の大きさと、その絶縁基板の表面からの高さとの微妙な寸法関係によって、余剰メッキの析出の発生率が著しく異なること、およびその寸法関係を所定の範囲とすることで、その発生を著しく低減できることを知った。
【００１０】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、その目的とするところは、ボンディングパッド等が無電解メッキされる電子部品用パッケージ本体などのように、無電解メッキされる厚膜導体配線層を備えた配線基板において、メッキ不要部分に余剰メッキを析出させないようにして導体配線層相互の絶縁間隔を確保し、もって電気的信頼性の高い配線基板となすことにある。
【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、絶縁基板の表面上に、複数の厚膜導体配線層を所定の間隙で備えかつその厚膜導体配線層の表面に無電解メッキによるメッキ層が１又は複数層形成されてなる配線基板において、前記厚膜導体配線層をその下面が絶縁基板の表面より低位となるように形成し、しかも、無電解メッキ前の前記厚膜導体配線層の相互間の間隙をＸ、無電解メッキ前の該厚膜導体配線層の絶縁基板の表面からの高さをＹとし、無電解メッキによって形成された１又は複数のメッキ層の厚さをｔとしたとき、これらが（Ｙ＋ｔ）／（Ｘ−２ｔ）≦０．５２の寸法関係にあることを特徴とする。
【００１２】
図１に示される絶縁基板２に形成された無電解メッキ前の厚膜導体配線層３，３相互間の間隙（間隔）をＸとし、無電解メッキ前の厚膜導体配線層３の絶縁基板２の表面２ａからの高さをＹとし、メッキ厚さをｔ（厚膜導体配線層の表面及び側面とも一定と仮定する）とした場合（図２参照）、各メッキ後において余剰メッキが析出しない良好な結果が得られるということは、例えば３層のメッキ４，５，６をする場合では次のことがいえる。すなわち、第１メッキ層〜第３メッキ層の各段階のメッキ後における導体配線層の高さ（Ｙ＋ｔ）とその間隙（Ｘ−２ｔ）との比、すなわちメッキ後における導体配線層１３，１３相互間のなす凹溝１４の深さ（Ｙ＋ｔ）と幅（Ｘ−２ｔ）との寸法関係が、その凹溝１４におけるメッキ液の環流を悪くしない寸法関係にあることを意味する。
【００１３】
つまり、メッキ後においてメッキの厚さ分減少した導体配線層１３，１３相互間の間隙は（Ｘ−２ｔ）であり、メッキ後においてメッキの厚さ分増大した導体配線層１３の高さ（メッキ後の導体配線層相互間の凹溝１４の深さ）は（Ｙ＋ｔ）である。したがって、（Ｙ＋ｔ）／（Ｘ−２ｔ）＝Ｋとしたとき、余剰メッキの析出による絶縁間隔不良を生じないときのＫの最大値を求め、Ｘ、Ｙ、ｔが、（Ｙ＋ｔ）／（Ｘ−２ｔ）≦Ｋなる寸法関係となるようにすればよい。そして、Ｘ（無電解メッキ前の厚膜導体配線層３，３相互間の間隙）とｔ（メッキ厚さ）が設計条件として与えられた時は、Ｙを適宜変更してその厚さでメッキをし、余剰メッキの析出による絶縁間隔不良を生じないときのＫ（最大値）を求め、Ｙを、（Ｙ＋ｔ）／（Ｘ−２ｔ）≦Ｋなる寸法関係を満たす所定の数値以下に設定すればよいことになる。
【００１４】
上記の配線基板２において、配線層３，３間の間隔Ｘが狭く、例えばＸが５０μｍ以下の範囲では、ｔ及びＹを、（Ｙ＋ｔ）／（Ｘ−２ｔ）≦０．５２の寸法関係を満たす大きさとするとよい。余剰メッキの発生により、配線層間のショートや絶縁抵抗の低下を効果的に防止できるからである。
【００１５】
また、上記いずれの手段においても、厚膜導体配線層３の下面３ａが、絶縁基板２の表面２ａより低位にある。つまり厚膜導体配線層３の下面寄り部位が絶縁基板２の表面２ａに埋設されている状態で厚膜導体配線層３を形成したため、本発明では、無電解メッキ前の該厚膜導体配線層３の絶縁基板２の表面２ａからの高さをＹを所定値以下としたままで、厚膜導体配線層３自体の厚さＡを大きくでき、配線層の持つ抵抗値を低くすることができる。なお、無電解メッキ層は、１層でもよいし複数層でもよい。通常は、Ｎｉ系メッキを施し、さらにＡｕ系メッキを施すとよい。Ｎｉ系メッキはメタライズ層と密着し、Ａｕ系メッキは酸化せず、ワイヤボンディング性が安定するからである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜２を参照してさらに詳細に説明する。図１中、１は、本例の配線基板をなす電子部品用パッケージ本体（ボンディングパッド形成面の断面の一部のみ図示）であって、２はその絶縁基板であり、表面２ａにボンディングパッドをなす厚膜導体配線層３が形成されている。絶縁基板２は本例ではアルミナセラミックからなり、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スクリーン印刷により、次記するように所定の厚さ、幅でグリーンシートに印刷し、次いで、これを図示はしないが適数枚積層、圧着し１６００℃にて同時焼成することにより厚膜導体配線層３を一体的に形成したものである（図１参照）。そして本例では後述するようにして無電解メッキを、Ｎｉ−Ｂメッキ層４、Ｎｉ−Ｐメッキ層５、さらに、Ａｕメッキ層６の順で３層、それぞれ所定厚さで被着形成している（図２参照）。
【００１７】
ただし本例では、厚膜導体配線層３自体の厚さＡが２５μｍとされておりその下面３ａがセラミックの表面２ａより低位とされ、半埋設状に形成されている。このように形成する手法は、厚膜導体配線層（ペースト）をグリーンシートに印刷した後、その印刷面（厚膜導体配線層上面）を所定の平面部材でグリーンシートの表面に押込むことでよい。セラミックの表面２ａからの厚膜導体配線層３の高さＹに応じて、所定圧力、所定温度下で所定ストローク、グリーンシートの表面に押込み、所定時間加圧保持すればよい。このように厚膜導体配線層３の下面３ａをセラミックの表面２ａより低位（半埋設状）としたため、厚膜導体配線層３の厚さＡが大きくても、セラミック表面２ａからの厚膜導体配線層３の高さＹを小さくできる。したがって、厚膜導体配線層３の抵抗値を低くしたままＹを小さくできる。なお、このように押し込まれた厚膜導体配線層３の断面は図示のように凸レンズ状ないし楕円形状をなしている。これは、タングステンペースト等がスクリーン印刷された際、つまり上記のようにして押し込まれる前の横断面は略矩形状を成しているが、前記の押込みのための加圧力とその際のグリーンシートの弾性により、同図に示される形状となるものである。
【００１８】
しかして本例においては、無電解メッキ前の厚膜導体配線層３，３の相互間の間隙Ｘを４５μｍと６０μｍの２つのタイプとし、また無電解メッキ前の厚膜導体配線層３の絶縁基板２の表面２ａからの高さＹを、その各タイプについて、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍとした５種類計１０種類の試料をつくった。そして、これについて、無電解メッキを、Ｎｉ−Ｂメッキ、Ｎｉ−Ｐメッキ、Ａｕメッキの順でそれぞれ次記するようにして被着形成し、余剰メッキの析出による絶縁不良（判定対象パッド数は１５４）を確認した。なお、形成される３層のメッキ層４，５，６の合計厚さｔは設定値６．０μｍとした。また無電解メッキ前の厚膜導体配線層３の幅Ｗは、いずれも１３０μｍである。
【００１９】
また本例において無電解メッキは次のように行った。まず、第１メッキ層として、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メッキ液（奥野製薬（株）製のトップケミアロイＢ−１（商品名））を用いてＮｉ−Ｂメッキ４を厚さ１．５μｍ被着、形成した。次いで、第２メッキ層として、硫酸ニッケルと次亜りん酸ナトリウムを還元剤として含む無電解メッキ液（上村工業（株）製のニムデン７８Ｓ（商品名））を用いて、Ｎｉ−Ｐメッキ５を厚さ２．５μｍ被着形成した。最後に、水酸化ホウ素ナトリウムを還元剤として含む無電解メッキ液（奥野製薬（株）製のＯＰＣムデンゴールド２５）を用いて、厚さ２．０μｍのＡｕメッキ層６を被着形成した。
【００２０】
なお、１０種類の試料（パッケージ本体１）は各５０個であり、また、絶縁不良の判断基準は、パッケージ本体１の判定対象のボンディングパッドをなす導体配線層１３に短絡状態のある場合の他、メッキ後の間隙（Ｘ−２ｔ）が設定値の半分以下である部位が１か所でもある場合を絶縁不良とした。すなわち、無電解メッキ前の厚膜導体配線層３の相互間の間隙Ｘが４５μｍの試料では、無電解メッキ後の設定間隙（Ｘ−２ｔ）は３３μｍであるから、１６．５μｍ以下が不良である。また、無電解メッキ前の厚膜導体配線層３の相互間の間隙Ｘが６０μｍの試料では、無電解メッキ後の設定間隙（Ｘ−２ｔ）は４８μｍであるから、２４μｍ以下が不良である。結果を表１に示す。なお、高さＹは、表面粗さ計で測定し、図３に示したように、パッド（導体配線層１３）のほぼ中央部を短手方向（図３中破線矢印方向）に探触子を移動させて測定した。
【００２１】
【表１】

【００２２】
表１によれば、厚膜導体配線層３の高さＹが小さい場合には不良が発生しない（発生数が少ない）傾向がみられ、Ｙが５μｍ、１０μｍのものでは不良が生じない。一方、Ｙが２０μｍ、２５μｍのものではいずれも不良を生じた。ここで、（Ｙ＋ｔ）／（Ｘ−２ｔ）の値を計算すると、表１最右欄のようになる。この結果から、（Ｙ＋ｔ）／（Ｘ−２ｔ）＝Ｋ≦０．５２の場合には絶縁不良が生じないことが分かる。したがって、上式を満たすようなＸ、ｔ、Ｙを選択すれば、絶縁不良の生じない配線基板とすることができる。ここで、厚膜導体配線層３の間隔Ｘやメッキ厚さｔは、基板２の設計上変更することが難しい。また、配線層自身の厚さも抵抗値を小さくするため薄くすることは難しく、また厚さを調整して形成することも難しい。したがって、配線層の厚さや間隔Ｘ、メッキ厚さｔを変更することなく、上記の条件（式）を満たすのには、厚膜導体配線層３の底面３ａを基板表面２ａより低位とする手法により厚膜導体配線層３の基板表面２ａからの高さＹを調整することが好ましい。
【００２３】
上記においては無電解メッキ層として、Ｎｉ−Ｂメッキ層、Ｎｉ−Ｐメッキ層、Ａｕメッキ層（３層）を被着形成した場合で説明したが、本発明においては、これ以外のメッキを被着形成するであっても余剰メッキの析出防止すなわち絶縁間隔不良の発生防止に有効である。なお、他のメッキとしては、例えば、Ｎｉ−Ｐメッキ、Ａｕメッキによる２層の無電解メッキ、Ａｕメッキのみによる１層の無電解メッキ、Ｎｉ−Ｐメッキ、Ｎｉ−Ｐメッキ、さらに、Ａｕメッキによる３層の無電解メッキなどが挙げられる。また、上記においては、電子部品用パッケージにおいて本発明を具体化した場合を説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々設計変更して具体化することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、ボンディングパッドなどが無電解メッキされる電子部品パッケージなどのような厚膜導体配線層を備えた配線基板において、メッキ不要部分に余剰メッキの析出が防止されるので、厚膜導体配線層相互の絶縁間隔が確保され、電気的信頼性の高い配線基板となすことができる。
【００２５】
とくに、厚膜導体配線層の下面が絶縁基板の表面より低位にあり、厚膜導体配線層の絶縁基板寄り部位が該絶縁基板の表面に部分的埋設されているものであるため、ボンデイングパッドなどの厚膜導体配線層自体の厚さの低減をすることがないから、電気的抵抗の増大を招くこともなく、厚膜導体配線層相互の絶縁間隔が確保された電気的信頼性の高い配線基板となすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る配線基板における厚膜導体配線層を説明する拡大断面図。
【図２】図１の厚膜導体配線層に無電解メッキした状態を説明する図。
【図３】厚膜導体配線層の絶縁基板の表面からの高さＹの測定状態を説明する図。
【符号の説明】
２ 絶縁基板
２ａ 絶縁基板の表面
３ 厚膜導体配線層
３ａ 厚膜導体配線層の下面
４，５，６ メッキ層
１３ 導体配線層（ボンディングパッド）
Ｘ 無電解メッキ前の厚膜導体配線層の相互間の間隙
Ｙ 無電解メッキ前の厚膜導体配線層の絶縁基板の表面からの高さ
ｔ メッキ層の厚さ

Claims (2)

1. 絶縁基板の表面上に、複数の厚膜導体配線層を所定の間隙で備えかつその厚膜導体配線層の表面に無電解メッキによるメッキ層が１又は複数層形成されてなる配線基板において、
   前記厚膜導体配線層をその下面が絶縁基板の表面より低位となるように形成し、しかも、無電解メッキ前の前記厚膜導体配線層の相互間の間隙をＸ、無電解メッキ前の該厚膜導体配線層の絶縁基板の表面からの高さをＹとし、無電解メッキによって形成された１又は複数のメッキ層の厚さをｔとしたとき、これらが（Ｙ＋ｔ）／（Ｘ−２ｔ）≦０．５２の寸法関係にあることを特徴とする配線基板。
2. 請求項１記載の配線基板において、Ｘが、５０μｍ以下の範囲にあり、ｔ及びＹが、（Ｙ＋ｔ）／（Ｘ−２ｔ）≦０．５２の寸法関係を満たす大きさであることを特徴とする配線基板。

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