JP3688889B2 - 配線基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージや混成集積回路基板等に用いられる配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線基板、例えば、半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージに使用される配線基板は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスより成り、その上面中央部に半導体素子を収容するための凹部を有する絶縁基体と、絶縁基体の凹部周辺から下面にかけて導出されたタングステン、モリブデン等の高融点金属粉末から成る配線導体とから構成されており、絶縁基体の凹部底面に半導体素子をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに半導体素子の各電極を例えばボンディングワイヤー等の電気的接続手段を介して配線導体に電気的に接続し、しかる後、絶縁基体の上面に金属やセラミックス等から成る蓋体を絶縁基体の凹部を塞ぐようにしてガラス、樹脂、ロウ材等の封止材を介して接合させ、絶縁基体の凹部内に半導体素子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となり、配線導体の絶縁基体下面に導出した部位を外部電気回路基板の配線導体に半田等の電気的接続手段を介して接続することにより収容する半導体素子が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【０００３】
この従来の配線基板は、一般に、セラミックグリーンシート積層法によって製作され、具体的には、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セラミック原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法を採用し、シート状に成形することによって複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる後、前記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配線導体となる金属ペーストを所定パターンに印刷塗布し、最後にセラミックグリーンシートを所定の順に上下に積層して生セラミック成形体となすとともに、この生セラミック成形体を還元雰囲気中、約１６００℃の高温で焼成することによって製作されている。
【０００４】
また、前記配線導体の表面には、該配線導体が酸化腐食するのを防止するとともに、ボンディングワイヤの配線導体への取着を容易、かつ強固なものとするためにニッケルめっき層が１〜１０μｍの厚みに被着されており、更に必要に応じて金めっき層が０．１〜３μｍの厚みに被着されている。
【０００５】
前記配線導体表面へのニッケルめっき層の被着は、図４に示されるように、まず表面に配線導体が形成された配線基板をアルカリ脱脂液と塩酸等の酸液に浸漬し、配線基板上に付着している油分、配線導体の表面に形成されている酸化膜等を取り除く。
【０００６】
次に前記配線基板をパラジウム活性液中に浸漬し、配線導体の表面にパラジウムを被着させる。
【０００７】
次に前記配線基板を無電解ニッケルめっき浴に浸漬し、配線導体の表面に厚さが３μｍ未満の薄い一次無電解ニッケルめっき層を被着させる。この一次無電解ニッケルめっき層は配線導体表面に被着されているパラジウムの活性を利用して無電解ニッケルめっき浴中のニッケルイオンを還元し、析出させることによって配線導体の表面に被着される。
【０００８】
次に前記配線基板を約７００℃の温度で１０分程度、熱処理をし、一次無電解ニッケルめっき層の一部を配線導体中に拡散させて配線導体と一次無電解ニッケルめっき層との接合を強固とする。
【０００９】
次に前記熱処理された一次無電解ニッケルめっき層が被着されている配線基板をアルカリ脱脂液と塩酸等の酸液に浸漬し、配線基板上に付着している油分、一次無電解ニッケルめっき層表面に形成されている酸化膜等を取り除く。
【００１０】
そして最後に、前記熱処理された一次無電解ニッケルめっき層上に、二次無電解ニッケルめっき層を１μｍ〜１０μｍ程度に被着させ、これよって製品としての配線基板が完成する。
【００１１】
前記二次無電解ニッケルめっき層は一次無電解ニッケルめっき層と同様の方法によって被着される。この場合、二次無電解ニッケルめっき層は一次無電解ニッケルめっき層のニッケルが活性を有することを利用して一次無電解ニッケルめっき層上に所定厚みに被着される。
【００１２】
なお、前記配線導体の表面に被着されるニッケルめっき層を一次無電解ニッケルめっき層と二次無電解ニッケルめっき層の２層とする理由は配線導体の表面に一度に厚い無電解ニッケルめっき層を形成すると無電解ニッケルめっき層中に大きな応力が発生するとともに内在し、これが無電解ニッケルめっき層の配線導体に対する接合強度を低下させてしまうのを防止するためである。
【００１３】
【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、酸化アルミニウム質焼結体等から成る絶縁基体の表面に微小な凹凸が多数存在しており、配線導体表面に一次無電解ニッケルめっき層を被着させる際、有機成分を含有する無電解ニッケルめっき浴の一部が前記凹部内にトラップされ、該無電解ニッケルめっき浴の有機成分が一次無電解ニッケルめっき層の加熱処理によって炭化し、表面が活性なカーボン粉末が絶縁基体表面に焼き付けられてしまう。そのため熱処理された一次無電解ニッケルめっき層表面に二次無電解ニッケルめっき層を被着させると、絶縁基体表面に焼きついているカーボン粉末にも二次無電解ニッケルめっき層が被着し、このカーボン粉末に被着する二次無電解ニッケルめっき層によって外観不良を発生したり、隣接する配線導体間が電気的に短絡するという欠点を有していた。
【００１４】
特に前記カーボン粉末は絶縁基体の表面に焼き付けられ強固に接合しているため従来、行っているアルカリ脱脂液や塩酸等の酸液に浸漬しても有効に除去されず、そのため絶縁基体表面に付着するカーボン粉末の効果的な除去方法を案出することが強く望まれていた。
【００１５】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は絶縁基体表面に焼き付けられたカーボン粉末を効果的に除去し、配線導体の表面のみに所定厚みのニッケルめっき層を接合強度を大として被着させることができる配線基板の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板の製造方法は、
（１）絶縁基体表面に配線導体を被着形成する工程と、
（２）前記配線導体表面に一次無電解ニッケルめっき層を被着させるとともに熱処理し、配線導体表面に一次無電解ニッケルめっき層を焼き付ける工程と、
（３）前記一次無電解ニッケルめっき層の表面及び上記（２）の熱処理によって絶縁基体表面に付着するカーボン粉末の表面に無電解金めっき層を被着させる工程と、
（４）シアン系溶液によって前記一次無電解ニッケルめっき層表面から無電解金めっき層を除去するとともにカーボン粉末及び該カーボン粉末の表面に被着している無電解金めっき層を絶縁基体より除去する工程と、
（５）上記（４）の一次無電解ニッケルめっき層表面に二次無電解ニッケルめっき層を被着させる工程
とから成ることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の製造方法によれば、シアン系溶液でカーボン粉末の表面に被着している無電解金めっき層を除去する際、無電解金めっき層とともにカーボン粉末が絶縁基体表面より除去され、絶縁基体の表面には一次無電解ニッケルめっき層が焼き付けられた配線導体のみが残る。そのためこの一次無電解ニッケルめっき層の表面に二次無電解ニッケルめっき層を被着させると、該二次無電解ニッケルめっき層は一次無電解ニッケルめっき層の表面のみに所定厚みに被着し、それ以外の絶縁基体表面に付着することはなく、その結果、隣接する配線導体間が電気的に短絡したり、外観不良等を発生したりすることもなくなる。
【００１８】
前記シアン系溶液でカーボン粉末の表面に被着している無電解金めっき層を除去する際、無電解金めっき層とともにカーボン粉末が絶縁基体表面より除去される詳細なメカニズムは明らかでないが、以下のように推測される。
【００１９】
即ち、
まず、無電解金めっきを施すことにより、付着したカーボン粉末の表面が触媒活性であることから無電解金めっきの金の析出反応が生じてこれに金めっき層が被着され、次に、金めっき層を被着させた配線基板をシアン系溶液中に浸漬することにより、金めっき層の表面にシアンイオン（ＣＮ- ）が吸着し、シアン系溶液中の酸化剤の作用によりシアン金錯体（Ａｕ（ＣＮ）2 - またはＡｕ（ＣＮ）4 - ）となって溶解し、絶縁基体表面から離脱して行くが、同時に、前記吸着したシアンイオンの作用でカーボン粉末表面の表面張力が減少し、絶縁基体表面へのカーボン粉末の吸着力が弱くなってカーボン粉末が絶縁基体表面から離脱し易くなるとともに、シアン金錯体の離脱にともなってカーボン粉末も絶縁基体表面から離脱するものと考えられ、つまり、カーボン粉末上に析出しこれと結合した金にシアンイオンが吸着することによって、あたかも、カーボン粉末にシアンイオンが吸着し、カーボン粉末とシアンとのキレート化合物が生成されたかのごとく挙動するため、金の離脱にともなってカーボン粉末が絶縁基体表面から離脱し、シアン系溶液中に分散していくものと考えられる。
【００２０】
【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。
図１は、本発明の製造方法によって製作された配線基板を、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、図２はその部分拡大断面図であり、同図において、絶縁基体１に配線導体２を被着形成した配線基板Ａは蓋体３とで半導体素子４を内部に収容する半導体素子収納用パッケージを構成している。
【００２１】
前記絶縁基体１は、その上面の略中央部に半導体素子４が搭載収容される凹状の搭載部１ａが設けてあり、該搭載部１ａには半導体素子４がガラス、樹脂、ロウ材等から成る接着材を介して接着固定される。
【００２２】
前記絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体等のセラミックスより成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、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物を作り、該泥漿物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法を採用しシート状に成形し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に適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約１６００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００２３】
また前記絶縁基体１は半導体素子４が接着固定される搭載部１ａ周辺から下面にかけて複数個の配線導体２が被着形成されており、この配線導体２の搭載部１ａ周辺部には半導体素子４の各電極がボンディングワイヤ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が半田等のロウ材を介して接合される。
【００２４】
前記配線導体２は、半導体素子４の各電極を外部電気回路に電気的に接続させる際の導電路として作用し、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末により形成されている。
【００２５】
前記配線導体２はタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒、可塑剤等を添加混合して得た金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等の厚膜手法を採用して絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに予め印刷塗布しておき、これをセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって絶縁基体１の搭載部１ａ周辺から下面にかけて所定パッケージに被着形成される。
【００２６】
なお、前記配線導体２の露出表面には配線導体２の酸化腐蝕を有効に防止するとともに配線導体２に対するボンディングワイヤ５の接続を強固とするために一次無電解ニッケルめっき層６ａと二次無電解ニッケルめっき層６ｂとから成るニッケルめっき層６が所定厚みに被着されている。
【００２７】
また前記絶縁基体１はその上面に前記凹状の搭載部１ａを塞ぐように蓋体３が取着されており、該蓋体３で絶縁基体１の凹状の搭載部１ａを塞ぐことによって搭載部１ａに接着固定された半導体素子４は気密に封止される。
【００２８】
前記蓋体３は、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄ーニッケル合金等の金属材料、或いは酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料から成り、例えば、鉄ーニッケルーコバルト合金等の金属材料から成る場合には鉄ーニッケルーコバルト合金等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定の形状に形成される。
【００２９】
かくして上述の半導体素子収納用パッケージによれば、配線基板Ａを構成する絶縁基体１の凹状搭載部１ａに半導体素子４を収容するとともにガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定し、次に半導体素子４の各電極をボンディングワイヤ５を介して配線導体２に電気的に接続させ、最後に絶縁基体１の上面に凹状搭載部１ａを塞ぐように蓋体３をガラス、樹脂、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、半導体素子４を絶縁基体１の凹状搭載部１ａ内に気密に収容することによって最終製品としての半導体装置が完成する。
【００３０】
次に上述の半導体素子収納用パッケージに使用されている配線基板Ａの配線導体２、即ち、絶縁基体１に被着形成した配線導体２の露出表面へのニッケルめっき層６の被着方法について図３に基づき説明する。
【００３１】
まず、配線基板Ａをアルカリ脱脂液と酸液に浸漬し、配線基板Ａを構成する絶縁基体１及び配線導体２の表面に付着している油分、配線導体２の表面に形成されている酸化膜等を取り除く。
【００３２】
前記アルカリ脱脂液としては、例えば、水酸化ナリトリウム、珪酸ナトリウム、界面活性剤等を主成分とする水溶液が好適に使用され、また酸液としては塩酸濃度が１〜３規定の希塩酸溶液が好適に使用される。
【００３３】
次に、前記アルカリ脱脂液と酸液によって表面に付着している油分や配線導体２の表面に形成されている酸化膜等が取り除かれた配線基板Ａをパラジウム活性液中に浸漬し、配線導体２の表面にパラジウムを被着させる。
【００３４】
前記パラジウム活性液は、配線導体２の表面に後述する一次無電解ニッケルめっき層６ａを析出被着させるためのパラジウムを被着させるためであり、例えば、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムにパラジウムを１００〜３００ｐｐｍの濃度で含有させたものが好適に使用される。
【００３５】
次に、前記配線導体２の表面にパラジウムを被着させた配線基板Ａは、例えば、硫酸ニッケル４０グラム／リットル、クエン酸ナトリウム２４グラム／リットル、塩化アンモニウム５グラム／リットル、次亜リン酸ナトリウム２５グラム／リットルから成る無電解ニッケルめっき浴に浸漬され、配線導体２の表面に厚さが３μｍ未満の薄い一次無電解ニッケルめっき層６ａを被着させる。この一次無電解ニッケルめっき層６ａは配線導体２の表面に被着されているパラジウムの活性を利用して無電解ニッケルめっき浴中のニッケルイオンを還元し、析出させることによって配線導体２の表面に被着される。
【００３６】
前記一次無電解ニッケルめっき層６ａはその厚みが３μｍを超えると一次無電解ニッケルめっき層６ａを形成する際に発生し、めっき層６ａの内部に内在する応力が大きくなり、該内在応力によって一次無電解ニッケルめっき層６ａの配線導体２への被着強度が低下してしまう。従って、前記一次無電解ニッケルめっき層６ａはその厚みが３μｍ未満として配線導体２の表面に被着される。
【００３７】
次に、前記配線基板Ａを約５００乃至１０００℃の温度で１０分程度、熱処理をし、一次無電解ニッケルめっき層６ａの一部を配線導体２中に拡散させて配線導体２と一次無電解ニッケルめっき層６ａとの接合を強固とする。
【００３８】
前記熱処理は、例えば、水素１０％、残部が窒素の雰囲気中で行われる。
【００３９】
次に、前記熱処理された一次無電解ニッケルめっき層６ａが被着されている配線基板Ａをアルカリ脱脂液と塩酸等の酸液に浸漬し、配線基板Ａ上に付着している油分、一次無電解ニッケルめっき層６ａ表面に形成されている酸化膜等を取り除く。このアルカリ脱脂液と酸液は前述のものと同じものが使用される。
次に、前記配線基板Ａを、例えば、シアン化金カリウム１〜４グラム／リットル、シアン化ナトリウム４グラム／リットル、錯化剤として適宜添加されるクエン酸、酒石酸等の有機酸等から成る無電解金めっき液に浸漬して、焼き付けられた一次ニッケルめっき層６ａの表面に無電解金めっき層を被着させる。
【００４０】
また、この時、絶縁基体１の表面には微小な凹凸が多数存在し、この凹部内にトラップされた一次無電解ニッケルめっき浴の有機成分が前記加熱処理によって炭化されて表面が活性なカーボン粉末が絶縁基体１の表面に焼き付けられており、該カーボン粉末の表面にも無電解金めっき層が被着される。
【００４１】
前記無電解金めっき層は絶縁基体１の表面に付着しているカーボン粉末を効果的に除去する作用をなし、その厚みが０．０５μｍ未満であると無電解金めっき層の量が少なく、絶縁基体１の表面よりカーボン粉末を効率的に除去することができなくなる。従って、前記無電解金めっき層はその厚みを０．０５μｍ以上、経済性を考慮すれば、０．０５乃至０．３μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００４２】
次に、前記配線基板Ａをシアン化カリウム、シアン化ナトリウム等の無機シアン化合物を主成分とし、これに金の溶出を促進する酸化剤および液をアルカリ性としてシアンの分解を防ぐための水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のｐＨ調整剤を添加したシアン系溶液に浸漬し、前記焼き付けられた一次ニッケルめっき層６ａおよびカーボン粉末の表面に被着している無電解金めっき層を除去すると同時に、カーボン粉末を絶縁基体１の表面より除去する。
【００４３】
前記シアン系溶液による無電解金めっき層の剥離及びカーボン粉末の絶縁基体表面からの除去は、無電解金めっき層の表面にシアンイオン（ＣＮ- ）が吸着し、シアン系溶液中の酸化剤の作用によりシアン金錯体（Ａｕ（ＣＮ）2 - またはＡｕ（ＣＮ）4 - ）となって無電解金めっき層がシアン系溶液に溶解し、同時に、前記シアンイオンの作用でカーボン粉末表面の表面張力が減少し、絶縁基体表面へのカーボン粉末の吸着力が弱くなってカーボン粉末が絶縁基体１表面より離脱し易くなることによる。
【００４４】
前記シアン系溶液は、またシアン化カリウムやシアン化ナトリウムの濃度を、０．０５〜０．３μｍの無電解金めっき層を１０秒〜１２０秒の範囲で除去し得る程度の成分濃度としておくと、無電解金めっき層を除去した後に配線基板表面に付着するシアン系溶液を水洗により洗浄除去する際、その洗浄が極めて容易となり、同時にシアン系溶液中への無機シアン化合物等の成分薬品の補充の頻度や、シアン系溶液を新しいものと交換する頻度を少ないものとなすことができる。
【００４５】
従って、前記シアン系溶液はシアン化カリウムやシアン化ナトリウムの濃度を０．０５〜０．３μｍの無電解金めっき層を１０秒〜１２０秒の範囲で除去できる成分濃度としておくことが好ましい。
【００４６】
前記無電解金めっき層が除去された配線基板は次に、アルカリ脱脂液と酸液に浸漬され、絶縁基体１及び配線導体２の表面に付着している油分、及び配線導体２の表面に被着されている一次無電解ニッケルめっき層６ａ表面に形成されている酸化膜等を取り除く。
【００４７】
前記アルカリ脱脂液としては、前述のアルカリ脱脂液、具体的には 水酸化ナリトリウム、珪酸ナトリウム、界面活性剤等を主成分とする水溶液が好適に使用され、また酸液としては塩酸濃度が１〜３規定の希塩酸溶液が好適に使用される。
【００４８】
最後に、前記無電解金めっき層が除去された配線基板は、例えば、硫酸ニッケル４０グラム／リットル、クエン酸ナトリウム２４グラム／リットル、塩化アンモニウム５グラム／リットル、次亜リン酸ナトリウム２５グラム／リットル等から成る無電解ニッケルめっき浴中に浸漬され、前記熱処理された一次無電解ニッケルめっき層６ａ上に、二次無電解ニッケルめっき層６ｂを１μｍ〜１０μｍ程度に被着させることによって製品としての配線基板が完成する。
【００４９】
なお、前記二次無電解ニッケルめっき層６ｂは一次無電解ニッケルめっき層６ａのニッケルが活性を有することを利用して一次無電解ニッケルめっき層上６ａ上に所定厚みに被着される。
【００５０】
なお、本発明は上述の実施の形態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、ニッケルめっき層６の上に更に金めっき層を０．１〜３μｍ程度の厚みに被着させても良く、この場合、配線導体２が酸化腐食するのを更に有効に防止することができるとともに配線導体２とボンディングワイヤ５との接続及び配線導体２と外部電気回路の配線導体との接続を更に良好なものとすることができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、シアン系溶液でカーボン粉末の表面に被着している無電解金めっき層を除去する際、無電解金めっき層とともにカーボン粉末が絶縁基体表面より除去され、絶縁基体の表面には一次無電解ニッケルめっき層が焼き付けられた配線導体のみが残る。そのためこの一次無電解ニッケルめっき層の表面に二次無電解ニッケルめっき層を被着させると、該二次無電解ニッケルめっき層は一次無電解ニッケルめっき層の表面のみに所定厚みに被着し、それ以外の絶縁基体表面に付着することはなく、その結果、隣接する配線導体間が電気的に短絡したり、外観不良等を発生したりすることもなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって製作された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。
【図２】図１に示す半導体素子収納用パッケージの要部拡大断面図。
【図３】本発明の配線基板の製造方法を説明するための工程図
【図４】従来の配線基板の製造方法を説明するための工程図
【符号の説明】
１・・・・絶縁基体
２・・・・配線導体
３・・・・蓋体
４・・・・半導体素子
Ａ・・・・配線基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージや混成集積回路基板等に用いられる配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線基板、例えば、半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージに使用される配線基板は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスより成り、その上面中央部に半導体素子を収容するための凹部を有する絶縁基体と、絶縁基体の凹部周辺から下面にかけて導出されたタングステン、モリブデン等の高融点金属粉末から成る配線導体とから構成されており、絶縁基体の凹部底面に半導体素子をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに半導体素子の各電極を例えばボンディングワイヤー等の電気的接続手段を介して配線導体に電気的に接続し、しかる後、絶縁基体の上面に金属やセラミックス等から成る蓋体を絶縁基体の凹部を塞ぐようにしてガラス、樹脂、ロウ材等の封止材を介して接合させ、絶縁基体の凹部内に半導体素子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となり、配線導体の絶縁基体下面に導出した部位を外部電気回路基板の配線導体に半田等の電気的接続手段を介して接続することにより収容する半導体素子が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【０００３】
この従来の配線基板は、一般に、セラミックグリーンシート積層法によって製作され、具体的には、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セラミック原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法を採用し、シート状に成形することによって複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる後、前記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配線導体となる金属ペーストを所定パターンに印刷塗布し、最後にセラミックグリーンシートを所定の順に上下に積層して生セラミック成形体となすとともに、この生セラミック成形体を還元雰囲気中、約１６００℃の高温で焼成することによって製作されている。
【０００４】
また、前記配線導体の表面には、該配線導体が酸化腐食するのを防止するとともに、ボンディングワイヤの配線導体への取着を容易、かつ強固なものとするためにニッケルめっき層が１〜１０μｍの厚みに被着されており、更に必要に応じて金めっき層が０．１〜３μｍの厚みに被着されている。
【０００５】
前記配線導体表面へのニッケルめっき層の被着は、図４に示されるように、まず表面に配線導体が形成された配線基板をアルカリ脱脂液と塩酸等の酸液に浸漬し、配線基板上に付着している油分、配線導体の表面に形成されている酸化膜等を取り除く。
【０００６】
次に前記配線基板をパラジウム活性液中に浸漬し、配線導体の表面にパラジウムを被着させる。
【０００７】
次に前記配線基板を無電解ニッケルめっき浴に浸漬し、配線導体の表面に厚さが３μｍ未満の薄い一次無電解ニッケルめっき層を被着させる。この一次無電解ニッケルめっき層は配線導体表面に被着されているパラジウムの活性を利用して無電解ニッケルめっき浴中のニッケルイオンを還元し、析出させることによって配線導体の表面に被着される。
【０００８】
次に前記配線基板を約７００℃の温度で１０分程度、熱処理をし、一次無電解ニッケルめっき層の一部を配線導体中に拡散させて配線導体と一次無電解ニッケルめっき層との接合を強固とする。
【０００９】
次に前記熱処理された一次無電解ニッケルめっき層が被着されている配線基板をアルカリ脱脂液と塩酸等の酸液に浸漬し、配線基板上に付着している油分、一次無電解ニッケルめっき層表面に形成されている酸化膜等を取り除く。
【００１０】
そして最後に、前記熱処理された一次無電解ニッケルめっき層上に、二次無電解ニッケルめっき層を１μｍ〜１０μｍ程度に被着させ、これよって製品としての配線基板が完成する。
【００１１】
前記二次無電解ニッケルめっき層は一次無電解ニッケルめっき層と同様の方法によって被着される。この場合、二次無電解ニッケルめっき層は一次無電解ニッケルめっき層のニッケルが活性を有することを利用して一次無電解ニッケルめっき層上に所定厚みに被着される。
【００１２】
なお、前記配線導体の表面に被着されるニッケルめっき層を一次無電解ニッケルめっき層と二次無電解ニッケルめっき層の２層とする理由は配線導体の表面に一度に厚い無電解ニッケルめっき層を形成すると無電解ニッケルめっき層中に大きな応力が発生するとともに内在し、これが無電解ニッケルめっき層の配線導体に対する接合強度を低下させてしまうのを防止するためである。
【００１３】
【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、酸化アルミニウム質焼結体等から成る絶縁基体の表面に微小な凹凸が多数存在しており、配線導体表面に一次無電解ニッケルめっき層を被着させる際、有機成分を含有する無電解ニッケルめっき浴の一部が前記凹部内にトラップされ、該無電解ニッケルめっき浴の有機成分が一次無電解ニッケルめっき層の加熱処理によって炭化し、表面が活性なカーボン粉末が絶縁基体表面に焼き付けられてしまう。そのため熱処理された一次無電解ニッケルめっき層表面に二次無電解ニッケルめっき層を被着させると、絶縁基体表面に焼きついているカーボン粉末にも二次無電解ニッケルめっき層が被着し、このカーボン粉末に被着する二次無電解ニッケルめっき層によって外観不良を発生したり、隣接する配線導体間が電気的に短絡するという欠点を有していた。
【００１４】
特に前記カーボン粉末は絶縁基体の表面に焼き付けられ強固に接合しているため従来、行っているアルカリ脱脂液や塩酸等の酸液に浸漬しても有効に除去されず、そのため絶縁基体表面に付着するカーボン粉末の効果的な除去方法を案出することが強く望まれていた。
【００１５】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は絶縁基体表面に焼き付けられたカーボン粉末を効果的に除去し、配線導体の表面のみに所定厚みのニッケルめっき層を接合強度を大として被着させることができる配線基板の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板の製造方法は、
（１）絶縁基体表面に配線導体を被着形成する工程と、
（２）前記配線導体表面に一次無電解ニッケルめっき層を被着させるとともに熱処理し、配線導体表面に一次無電解ニッケルめっき層を焼き付ける工程と、
（３）前記一次無電解ニッケルめっき層の表面及び上記（２）の熱処理によって絶縁基体表面に付着するカーボン粉末の表面に無電解金めっき層を被着させる工程と、
（４）シアン系溶液によって前記一次無電解ニッケルめっき層表面から無電解金めっき層を除去するとともにカーボン粉末及び該カーボン粉末の表面に被着している無電解金めっき層を絶縁基体より除去する工程と、
（５）上記（４）の一次無電解ニッケルめっき層表面に二次無電解ニッケルめっき層を被着させる工程
とから成ることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の製造方法によれば、シアン系溶液でカーボン粉末の表面に被着している無電解金めっき層を除去する際、無電解金めっき層とともにカーボン粉末が絶縁基体表面より除去され、絶縁基体の表面には一次無電解ニッケルめっき層が焼き付けられた配線導体のみが残る。そのためこの一次無電解ニッケルめっき層の表面に二次無電解ニッケルめっき層を被着させると、該二次無電解ニッケルめっき層は一次無電解ニッケルめっき層の表面のみに所定厚みに被着し、それ以外の絶縁基体表面に付着することはなく、その結果、隣接する配線導体間が電気的に短絡したり、外観不良等を発生したりすることもなくなる。
【００１８】
前記シアン系溶液でカーボン粉末の表面に被着している無電解金めっき層を除去する際、無電解金めっき層とともにカーボン粉末が絶縁基体表面より除去される詳細なメカニズムは明らかでないが、以下のように推測される。
【００１９】
即ち、
まず、無電解金めっきを施すことにより、付着したカーボン粉末の表面が触媒活性であることから無電解金めっきの金の析出反応が生じてこれに金めっき層が被着され、次に、金めっき層を被着させた配線基板をシアン系溶液中に浸漬することにより、金めっき層の表面にシアンイオン（ＣＮ- ）が吸着し、シアン系溶液中の酸化剤の作用によりシアン金錯体（Ａｕ（ＣＮ）2 - またはＡｕ（ＣＮ）4 - ）となって溶解し、絶縁基体表面から離脱して行くが、同時に、前記吸着したシアンイオンの作用でカーボン粉末表面の表面張力が減少し、絶縁基体表面へのカーボン粉末の吸着力が弱くなってカーボン粉末が絶縁基体表面から離脱し易くなるとともに、シアン金錯体の離脱にともなってカーボン粉末も絶縁基体表面から離脱するものと考えられ、つまり、カーボン粉末上に析出しこれと結合した金にシアンイオンが吸着することによって、あたかも、カーボン粉末にシアンイオンが吸着し、カーボン粉末とシアンとのキレート化合物が生成されたかのごとく挙動するため、金の離脱にともなってカーボン粉末が絶縁基体表面から離脱し、シアン系溶液中に分散していくものと考えられる。
【００２０】
【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。
図１は、本発明の製造方法によって製作された配線基板を、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、図２はその部分拡大断面図であり、同図において、絶縁基体１に配線導体２を被着形成した配線基板Ａは蓋体３とで半導体素子４を内部に収容する半導体素子収納用パッケージを構成している。
【００２１】
前記絶縁基体１は、その上面の略中央部に半導体素子４が搭載収容される凹状の搭載部１ａが設けてあり、該搭載部１ａには半導体素子４がガラス、樹脂、ロウ材等から成る接着材を介して接着固定される。
【００２２】
前記絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体等のセラミックスより成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、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物を作り、該泥漿物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法を採用しシート状に成形し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に適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約１６００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００２３】
また前記絶縁基体１は半導体素子４が接着固定される搭載部１ａ周辺から下面にかけて複数個の配線導体２が被着形成されており、この配線導体２の搭載部１ａ周辺部には半導体素子４の各電極がボンディングワイヤ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が半田等のロウ材を介して接合される。
【００２４】
前記配線導体２は、半導体素子４の各電極を外部電気回路に電気的に接続させる際の導電路として作用し、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末により形成されている。
【００２５】
前記配線導体２はタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒、可塑剤等を添加混合して得た金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等の厚膜手法を採用して絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに予め印刷塗布しておき、これをセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって絶縁基体１の搭載部１ａ周辺から下面にかけて所定パッケージに被着形成される。
【００２６】
なお、前記配線導体２の露出表面には配線導体２の酸化腐蝕を有効に防止するとともに配線導体２に対するボンディングワイヤ５の接続を強固とするために一次無電解ニッケルめっき層６ａと二次無電解ニッケルめっき層６ｂとから成るニッケルめっき層６が所定厚みに被着されている。
【００２７】
また前記絶縁基体１はその上面に前記凹状の搭載部１ａを塞ぐように蓋体３が取着されており、該蓋体３で絶縁基体１の凹状の搭載部１ａを塞ぐことによって搭載部１ａに接着固定された半導体素子４は気密に封止される。
【００２８】
前記蓋体３は、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄ーニッケル合金等の金属材料、或いは酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料から成り、例えば、鉄ーニッケルーコバルト合金等の金属材料から成る場合には鉄ーニッケルーコバルト合金等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定の形状に形成される。
【００２９】
かくして上述の半導体素子収納用パッケージによれば、配線基板Ａを構成する絶縁基体１の凹状搭載部１ａに半導体素子４を収容するとともにガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定し、次に半導体素子４の各電極をボンディングワイヤ５を介して配線導体２に電気的に接続させ、最後に絶縁基体１の上面に凹状搭載部１ａを塞ぐように蓋体３をガラス、樹脂、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、半導体素子４を絶縁基体１の凹状搭載部１ａ内に気密に収容することによって最終製品としての半導体装置が完成する。
【００３０】
次に上述の半導体素子収納用パッケージに使用されている配線基板Ａの配線導体２、即ち、絶縁基体１に被着形成した配線導体２の露出表面へのニッケルめっき層６の被着方法について図３に基づき説明する。
【００３１】
まず、配線基板Ａをアルカリ脱脂液と酸液に浸漬し、配線基板Ａを構成する絶縁基体１及び配線導体２の表面に付着している油分、配線導体２の表面に形成されている酸化膜等を取り除く。
【００３２】
前記アルカリ脱脂液としては、例えば、水酸化ナリトリウム、珪酸ナトリウム、界面活性剤等を主成分とする水溶液が好適に使用され、また酸液としては塩酸濃度が１〜３規定の希塩酸溶液が好適に使用される。
【００３３】
次に、前記アルカリ脱脂液と酸液によって表面に付着している油分や配線導体２の表面に形成されている酸化膜等が取り除かれた配線基板Ａをパラジウム活性液中に浸漬し、配線導体２の表面にパラジウムを被着させる。
【００３４】
前記パラジウム活性液は、配線導体２の表面に後述する一次無電解ニッケルめっき層６ａを析出被着させるためのパラジウムを被着させるためであり、例えば、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムにパラジウムを１００〜３００ｐｐｍの濃度で含有させたものが好適に使用される。
【００３５】
次に、前記配線導体２の表面にパラジウムを被着させた配線基板Ａは、例えば、硫酸ニッケル４０グラム／リットル、クエン酸ナトリウム２４グラム／リットル、塩化アンモニウム５グラム／リットル、次亜リン酸ナトリウム２５グラム／リットルから成る無電解ニッケルめっき浴に浸漬され、配線導体２の表面に厚さが３μｍ未満の薄い一次無電解ニッケルめっき層６ａを被着させる。この一次無電解ニッケルめっき層６ａは配線導体２の表面に被着されているパラジウムの活性を利用して無電解ニッケルめっき浴中のニッケルイオンを還元し、析出させることによって配線導体２の表面に被着される。
【００３６】
前記一次無電解ニッケルめっき層６ａはその厚みが３μｍを超えると一次無電解ニッケルめっき層６ａを形成する際に発生し、めっき層６ａの内部に内在する応力が大きくなり、該内在応力によって一次無電解ニッケルめっき層６ａの配線導体２への被着強度が低下してしまう。従って、前記一次無電解ニッケルめっき層６ａはその厚みが３μｍ未満として配線導体２の表面に被着される。
【００３７】
次に、前記配線基板Ａを約５００乃至１０００℃の温度で１０分程度、熱処理をし、一次無電解ニッケルめっき層６ａの一部を配線導体２中に拡散させて配線導体２と一次無電解ニッケルめっき層６ａとの接合を強固とする。
【００３８】
前記熱処理は、例えば、水素１０％、残部が窒素の雰囲気中で行われる。
【００３９】
次に、前記熱処理された一次無電解ニッケルめっき層６ａが被着されている配線基板Ａをアルカリ脱脂液と塩酸等の酸液に浸漬し、配線基板Ａ上に付着している油分、一次無電解ニッケルめっき層６ａ表面に形成されている酸化膜等を取り除く。このアルカリ脱脂液と酸液は前述のものと同じものが使用される。
次に、前記配線基板Ａを、例えば、シアン化金カリウム１〜４グラム／リットル、シアン化ナトリウム４グラム／リットル、錯化剤として適宜添加されるクエン酸、酒石酸等の有機酸等から成る無電解金めっき液に浸漬して、焼き付けられた一次ニッケルめっき層６ａの表面に無電解金めっき層を被着させる。
【００４０】
また、この時、絶縁基体１の表面には微小な凹凸が多数存在し、この凹部内にトラップされた一次無電解ニッケルめっき浴の有機成分が前記加熱処理によって炭化されて表面が活性なカーボン粉末が絶縁基体１の表面に焼き付けられており、該カーボン粉末の表面にも無電解金めっき層が被着される。
【００４１】
前記無電解金めっき層は絶縁基体１の表面に付着しているカーボン粉末を効果的に除去する作用をなし、その厚みが０．０５μｍ未満であると無電解金めっき層の量が少なく、絶縁基体１の表面よりカーボン粉末を効率的に除去することができなくなる。従って、前記無電解金めっき層はその厚みを０．０５μｍ以上、経済性を考慮すれば、０．０５乃至０．３μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００４２】
次に、前記配線基板Ａをシアン化カリウム、シアン化ナトリウム等の無機シアン化合物を主成分とし、これに金の溶出を促進する酸化剤および液をアルカリ性としてシアンの分解を防ぐための水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のｐＨ調整剤を添加したシアン系溶液に浸漬し、前記焼き付けられた一次ニッケルめっき層６ａおよびカーボン粉末の表面に被着している無電解金めっき層を除去すると同時に、カーボン粉末を絶縁基体１の表面より除去する。
【００４３】
前記シアン系溶液による無電解金めっき層の剥離及びカーボン粉末の絶縁基体表面からの除去は、無電解金めっき層の表面にシアンイオン（ＣＮ- ）が吸着し、シアン系溶液中の酸化剤の作用によりシアン金錯体（Ａｕ（ＣＮ）2 - またはＡｕ（ＣＮ）4 - ）となって無電解金めっき層がシアン系溶液に溶解し、同時に、前記シアンイオンの作用でカーボン粉末表面の表面張力が減少し、絶縁基体表面へのカーボン粉末の吸着力が弱くなってカーボン粉末が絶縁基体１表面より離脱し易くなることによる。
【００４４】
前記シアン系溶液は、またシアン化カリウムやシアン化ナトリウムの濃度を、０．０５〜０．３μｍの無電解金めっき層を１０秒〜１２０秒の範囲で除去し得る程度の成分濃度としておくと、無電解金めっき層を除去した後に配線基板表面に付着するシアン系溶液を水洗により洗浄除去する際、その洗浄が極めて容易となり、同時にシアン系溶液中への無機シアン化合物等の成分薬品の補充の頻度や、シアン系溶液を新しいものと交換する頻度を少ないものとなすことができる。
【００４５】
従って、前記シアン系溶液はシアン化カリウムやシアン化ナトリウムの濃度を０．０５〜０．３μｍの無電解金めっき層を１０秒〜１２０秒の範囲で除去できる成分濃度としておくことが好ましい。
【００４６】
前記無電解金めっき層が除去された配線基板は次に、アルカリ脱脂液と酸液に浸漬され、絶縁基体１及び配線導体２の表面に付着している油分、及び配線導体２の表面に被着されている一次無電解ニッケルめっき層６ａ表面に形成されている酸化膜等を取り除く。
【００４７】
前記アルカリ脱脂液としては、前述のアルカリ脱脂液、具体的には 水酸化ナリトリウム、珪酸ナトリウム、界面活性剤等を主成分とする水溶液が好適に使用され、また酸液としては塩酸濃度が１〜３規定の希塩酸溶液が好適に使用される。
【００４８】
最後に、前記無電解金めっき層が除去された配線基板は、例えば、硫酸ニッケル４０グラム／リットル、クエン酸ナトリウム２４グラム／リットル、塩化アンモニウム５グラム／リットル、次亜リン酸ナトリウム２５グラム／リットル等から成る無電解ニッケルめっき浴中に浸漬され、前記熱処理された一次無電解ニッケルめっき層６ａ上に、二次無電解ニッケルめっき層６ｂを１μｍ〜１０μｍ程度に被着させることによって製品としての配線基板が完成する。
【００４９】
なお、前記二次無電解ニッケルめっき層６ｂは一次無電解ニッケルめっき層６ａのニッケルが活性を有することを利用して一次無電解ニッケルめっき層上６ａ上に所定厚みに被着される。
【００５０】
なお、本発明は上述の実施の形態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、ニッケルめっき層６の上に更に金めっき層を０．１〜３μｍ程度の厚みに被着させても良く、この場合、配線導体２が酸化腐食するのを更に有効に防止することができるとともに配線導体２とボンディングワイヤ５との接続及び配線導体２と外部電気回路の配線導体との接続を更に良好なものとすることができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、シアン系溶液でカーボン粉末の表面に被着している無電解金めっき層を除去する際、無電解金めっき層とともにカーボン粉末が絶縁基体表面より除去され、絶縁基体の表面には一次無電解ニッケルめっき層が焼き付けられた配線導体のみが残る。そのためこの一次無電解ニッケルめっき層の表面に二次無電解ニッケルめっき層を被着させると、該二次無電解ニッケルめっき層は一次無電解ニッケルめっき層の表面のみに所定厚みに被着し、それ以外の絶縁基体表面に付着することはなく、その結果、隣接する配線導体間が電気的に短絡したり、外観不良等を発生したりすることもなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって製作された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。
【図２】図１に示す半導体素子収納用パッケージの要部拡大断面図。
【図３】本発明の配線基板の製造方法を説明するための工程図
【図４】従来の配線基板の製造方法を説明するための工程図
【符号の説明】
１・・・・絶縁基体
２・・・・配線導体
３・・・・蓋体
４・・・・半導体素子
Ａ・・・・配線基板
Claims (1)
- （１）絶縁基体表面に配線導体を被着形成する工程と、
（２）前記配線導体表面に一次無電解ニッケルめっき層を被着させるとともに熱処理し、配線導体表面に一次無電解ニッケルめっき層を焼き付ける工程と、
（３）前記一次無電解ニッケルめっき層の表面及び上記（２）の熱処理によって絶縁基体表面に付着するカーボン粉末の表面に無電解金めっき層を被着させる工程と、
（４）シアン系溶液によって前記一次無電解ニッケルめっき層表面から無電解金めっき層を除去するとともにカーボン粉末及び該カーボン粉末の表面に被着している無電解金めっき層を絶縁基体より除去する工程と、
（５）上記（４）の一次無電解ニッケルめっき層表面に二次無電解ニッケルめっき層を被着させる工程
とから成る配線基板の製造方法。
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