JP3810206B2 - Wiring board - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子収納用パッケージや多層配線基板等に用いられる配線基板のメタライズ配線層の被覆構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体素子収納用パッケージや多層配線基板等に用いられる配線基板においては、例えば酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶縁基体の表面に、半導体素子やチップコンデンサ等の電子部品の電極等を半田付けするためのタングステンやモリブデン・モリブデン−マンガン等の高融点金属から成るメタライズ配線層が被着されている。
【0003】
そして、このメタライズ配線層の表面には、メタライズ配線層が酸化腐食するのを防止するとともにメタライズ配線層と半田との濡れ性を向上させるために厚みが1〜10μm程度のニッケルから成る下地めっき金属層と厚みが0.05〜2μm程度の金から成る表面めっき金属層とが順次被着されている。
【0004】
ところが、ニッケルは金に拡散しやすい性質を有するため、配線基板の製造工程中などにおいて配線基板が加熱されると、この加熱によって下地めっき金属層のニッケルが金から成る表面めっき金属層の表面まで拡散して、表面めっき金属層の耐食性や半田濡れ性を低下させてしまうという問題があった。
【0005】
そこで、このような配線基板においては、一般にメタライズ配線層の表面に被着された下地めっき金属層をニッケルに2〜60重量%程度のコバルトを含有させて成るニッケル−コバルト合金とし、これにより下地めっき金属層中のニッケルが金から成る表面めっき金属層の表面まで拡散して表面めっき金属層の耐食性や半田濡れ性を低下させるのを防止している。
【0006】
【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よると、表面めっき金属層を構成する金および下地めっき金属層を構成するコバルトを2〜60重量%程度含有するニッケル−コバルト合金が双方とも半田に拡散しやすい性質を有するため、下地めっき金属層および表面めっき金属層が被着されたメタライズ配線層に半導体素子やチップコンデンサ等の電子部品の電極を半田付けすると、表面めっき金属層および下地めっき金属層が殆ど全て半田中に拡散吸収されてしまい、その結果、半田がメタライズ配線層に直接接合することとなって電子部品の電極をメタライズ配線層に強固に半田付けすることができないという欠点を有していた。
【0007】
本発明は上記欠点を解消すべく案出されたものであり、その目的は、メタライズ配線層に被着させた下地めっき金属層のニッケルが金から成る表面めっき金属層に拡散するのを有効に防止するとともにメタライズ配線層に電子部品の電極等を半田付けした際に下地めっき金属層が半田中に拡散吸収されるのを防止して、メタライズ配線層に電子部品の電極等を強固に半田付けすることができる配線基板を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、該絶縁基体上に形成されたメタライズ配線層と、コバルトの含有量が1重量%以下のニッケルまたはニッケル−コバルト合金から成り、前記メタライズ配線層の表面に被着された後に熱処理が施された第1の下地めっき金属層と、該第1の下地めっき金属層上に形成され、コバルトの含有量が2〜60重量%のニッケル−コバルト合金から成る第2の下地めっき金属層と、該第2の下地めっき金属層上に形成され、金を主成分とする表面めっき金属層とを備え、前記第2の下地めっき金属層は、前記第1の下地めっき金属層上に被着された後に、前記熱処理が施されていないを特徴とするものである。
【0009】
本発明の配線基板によれば、メタライズ配線層の表面にコバルトの含有量が1重量%以下のニッケルまたはニッケル−コバルト合金から成る第1の下地めっき金属層と、コバルトの含有量が2〜60重量%のニッケル−コバルト合金から成る第2の下地めっき金属層と、金を主成分とする表面めっき金属層とを順次被着させたことから、第2の下地めっき金属層により下地めっき金属層のニッケルが金から成る表面めっき金属層に拡散することが有効に防止されるとともに、第1の下地めっき金属層によりメタライズ配線層に電子部品の電極等を半田付けした際に下地めっき金属層の殆ど全てが半田中に拡散吸収されることが防止される。
【0010】
【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は本発明の配線基板におけるメタライズ配線層の被覆構造を示す断面図であり、1は酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶縁基体、2は絶縁基体1上に形成されたタングステンやモリブデン・モリブデン−マンガン等の高融点金属から成るメタライズ配線層である。
【0011】
絶縁基体1は、従来周知のセラミックグリーンシート積層法やプレス成形法により生セラミック成形体を形成するとともにこの生セラミック成形体を約1600℃の高温で焼成することによって製作される。
【0012】
メタライズ配線層2は、例えばタングステンやモリブデンから成る場合であれば、タングステンやモリブデンの粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体1となる生セラミック体に従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷しておき、これを絶縁基体1となる生セラミック体とともに焼成することによって形成される。また、モリブデン−マンガンから成る場合であれば、モリブデンおよびマンガンの粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを焼成された絶縁基体1の表面に従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、これを約1500℃の高温で焼成することによって絶縁基体1の表面に形成される。
【0013】
メタライズ配線層2は、その表面が、コバルトの含有量が1重量%以下のニッケルまたはニッケル−コバルト合金から成る第1の下地めっき金属層3aおよびコバルトの含有量が2〜60重量%のニッケル−コバルト合金から成る第2の下地めっき金属層3bから成る下地めっき層3と、金を主成分とする表面めっき金属層4とで順次被覆されている。
【0014】
これらの下地めっき金属層3および表面めっき金属層4は、下地めっき金属層3がメタライズ配線層2に電子部品の電極等を半田付けする際に半田とメタライズ配線層2とを強固に接合するための密着金属として作用し、表面めっき金属層4が下地めっき金属層3の酸化腐食を防止するとともにメタライズ配線層2に電子部品の電極等を半田付けする際に下地めっき金属層3と半田との濡れ性を良好なものとする作用をなす。
【0015】
下地めっき金属層3を構成する第1の下地めっき金属層3aは、メタライズ配線層2に電子部品の電極等を半田付けする際に下地めっき金属層3の殆ど全てが半田に拡散吸収されるのを防止する作用をなし、第1の下地めっき金属層3aに含有されるコバルトが1重量%以下と少ないことから、メタライズ配線層2に電子部品の電極等を半田付けする際に第1の下地めっき金属層3aが半田に拡散吸収されてしまうことがなく、その結果、第1の下地めっき金属層3aを介して電子部品の電極等をメタライズ配線層2に強固に半田付けすることが可能となる。
【0016】
なお、第1の下地めっき金属層3aは、コバルトの含有量が1重量%を超えると、メタライズ配線層2に電子部品の電極等を半田付けする際に第1の下地めっき金属層3aが半田に拡散吸収されてしまい易くなり、その結果、第1の下地めっき金属層3aを介して電子部品の電極等をメタライズ配線層2に強固に接続することが困難となる。従って、第1の下地めっき金属層3aは、コバルトの含有量が1重量%以下のニッケルまたはニッケルーコバルト合金に特定される。
【0017】
また、第1の下地めっき金属層3aは、その厚みが0.5 μm未満となると、メタライズ配線層2に電子部品の電極等を半田付けする際に第1の下地めっき金属層3aを介して電子部品の電極等をメタライズ配線層2に強固に半田付けすることが困難となる傾向にあり、他方、10μmを超えると第1の下地めっき金属層3a中に発生する内部応力が大きなものとなり、この応力により第1の下地めっき金属層3aがメタライズ配線層2から剥離しやすいものとなる傾向にある。従って、第1の下地めっき金属層3aは、その厚みを0.5 〜10μmの範囲としておくことが好ましい。
【0018】
なお、メタライズ配線層2の表面にコバルトの含有率が1%以下のニッケルまたはニッケル−コバルト合金から成る第1の下地めっき金属層3aを被着させるには、例えば従来周知のワット浴やスルファミン酸浴に浴中のコバルトイオン濃度が100 ppm以下程度となるように硫酸コバルトや塩化コバルトを含有させためっき浴を使用し、電流密度0.5 〜7.0 A/dm2 でめっきを施す方法が採用され得得る。
【0019】
そして、第1の下地めっき金属層3aを被着させた後、これを還元雰囲気中において約600 〜1100℃の温度で熱処理し、第1の下地めっき金属層3aに内在する応力を緩和するとともにメタライズ配線層2中の高融点金属を第1の下地めっき金属層3aに、また第1の下地めっき金属層3a中のニッケルをメタライズ配線層2に互いに拡散させることによって、第1のめっき金属層3aがメタライズ配線層2に強固に被着される。
【0020】
また、第1の下地めっき金属層3a上に被着された第2の下地めっき金属層3bは、下地めっき金属層3のニッケルが表面めっき金属層4の表面まで拡散して表面めっき金属層4の耐食性や半田濡れ性が低下するのを防止する作用をなし、第2の下地めっき金属層3bに含有されるコバルトが2〜60重量%と多いことから、配線基板の製造工程等において配線基板が加熱されても、この加熱によって下地めっき金属層3のニッケルが表面めっき金属層4の表面まで拡散することが有効に防止され、その結果、表面めっき金属層4の耐食性や半田濡れ性が低下してしまうようなことはない。
【0021】
なお、第2の下地めっき金属層3bは、これに含有されるコバルトが2重量%未満では、配線基板の製造工程等において配線基板が加熱された場合、下地めっき金属層3のニッケルが表面めっき金属層4の表面まで拡散することを有効に防止することができなくなる傾向にあり、また60重量%を超えるとメタライズ配線層2に電子部品の電極等を半田付けする際に半田付け性が悪いものとなる傾向にある。従って、第2の下地めっき金属層3bは、コバルトの含有量が2〜60重量%の範囲のニッケル−コバルト合金に特定される。
【0022】
また、第2の下地めっき金属層3bは、その厚みが0.5 μm未満となると、配線基板の製造工程等において配線基板が加熱された際にその加熱によって下地めっき金属層3のニッケルが表面めっき金属層4の表面にまで拡散してしまいやすいものとなり、他方、10μmを超えると第2の下地めっき金属層3b中に発生する内部応力が大きなものとなり、この応力により第2の下地めっき金属層3bがメタライズ配線層2から剥離しやすいものとなる傾向にある。従って、第2の下地めっき金属層3bは、その厚みを0.5 〜10μmの範囲としておくことが好ましい。
【0023】
なお、メタライズ配線層2の表面に第1の下地めっき金属層3aを被着させるには、例えば従来周知のワット浴やスルファミン酸浴に浴中のコバルトイオン濃度が500 〜20000 ppm程度となるように硫酸コバルトや塩化コバルトを含有させためっき浴を使用し0.5 〜7A/dm2 の電流密度でめっきを施す方法が採用され得る。
【0024】
そして、第2の下地めっき金属層3bを被着させた後、これを還元雰囲気中において約600 〜1100℃の温度で熱処理してもよいが、この熱処理により第2の下地めっき金属層3bに含有されるコバルトが第1の下地めっき金属層3aに大量に拡散して、第1の下地めっき金属層3aの有する半田への拡散防止作用を阻害してしまう危険性がある。従って、第2の下地めっき金属層3bを被着させた後は、熱処理をしない方が好ましい。
【0025】
また、下地めっき金属層3の上に被着される金を主成分とする表面めっき金属層4は、下地めっき金属層3が酸化腐食するのを防止するとともに下地めっき金属層3と半田との濡れ性を向上させる作用をなすが、その厚みが0.05μm未満では下地めっき金属層3が酸化腐食するのを有効に防止することができなくなる傾向にあり、他方、2μmを超えると、メタライズ配線層2に電子部品の電極等を半田付けする際に表面めっき金属層4中の金が半田中に大量に拡散してこれが半田中の錫との間で脆弱な金−錫合金を多量に作り、その結果、電子部品の電極等をメタライズ配線層2に強固に半田付けすることができなくなる傾向にある。従って表面めっき金属層4は、その厚みを0.05〜2μmの範囲としておくことが好ましく、さらに好適には0.1 〜0.5 μmの範囲としておくことが好ましい。
【0026】
なお、金を主成分とする表面めっき金属層4は、例えば従来周知の中性シアン化金めっき浴を使用し、0.1 〜1.0 A/dm2 の電流密度でめっきを施す方法が採用され得る。
【0027】
かくして本発明によれば、メタライズ配線層に被着されためっき金属層が耐食性および半田濡れ性に優れ、かつメタライズ配線層への強固な半田付けが可能な配線基板を提供することができる。
【0028】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、メタライズ配線層の表面にコバルトの含有量が1重量%以下のニッケルまたはニッケル−コバルト合金から成る第1の下地めっき金属層と、コバルトの含有量が2〜60重量%のニッケル−コバルト合金から成る第2の下地めっき金属層と、金を主成分とする表面めっき金属層とを順次被着させたことから、第2の下地めっき金属層により下地めっき金属層のニッケルが金から成る表面めっき金属層に拡散することが有効に防止され、表面めっき金属層の耐食性および半田濡れ性が低下することがなくなるとともに、第1の下地めっき金属層によりメタライズ配線層に電子部品の電極等を半田付けした際に下地めっき金属層の殆ど全てが半田中に拡散吸収されることが防止され、メタライズ配線層に電子部品の電極等を強固に半田付けすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の配線基板におけるメタライズ配線層の被覆構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・・・・絶縁基体
2・・・・・・メタライズ配線層
3・・・・・・下地めっき金属層
3a・・・・第1の下地めっき金属層
3b・・・・第2の下地めっき金属層
4・・・・・・表面めっき金属層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coating structure of a metallized wiring layer of a wiring board used for a package for housing a semiconductor element, a multilayer wiring board or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a wiring board used for a semiconductor element storage package or a multilayer wiring board, an electronic component such as a semiconductor element or a chip capacitor is formed on the surface of an insulating base made of an electrically insulating material such as an aluminum oxide sintered body. A metallized wiring layer made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum / molybdenum-manganese is used to solder electrodes and the like.
[0003]
On the surface of the metallized wiring layer, an underlying plating metal made of nickel having a thickness of about 1 to 10 μm is used to prevent the metallized wiring layer from being oxidized and corroded and to improve the wettability between the metallized wiring layer and the solder. A layer and a surface plating metal layer made of gold having a thickness of about 0.05 to 2 μm are sequentially deposited.
[0004]
However, since nickel has the property of easily diffusing into gold, when the wiring board is heated during the manufacturing process of the wiring board, the nickel of the base plating metal layer is heated to the surface of the surface plating metal layer made of gold. There is a problem in that it diffuses to lower the corrosion resistance and solder wettability of the surface plated metal layer.
[0005]
Therefore, in such a wiring board, generally, the base plating metal layer deposited on the surface of the metallized wiring layer is a nickel-cobalt alloy in which about 2 to 60% by weight of cobalt is contained in nickel. The nickel in the plating metal layer is prevented from diffusing up to the surface of the surface plating metal layer made of gold, thereby reducing the corrosion resistance and solder wettability of the surface plating metal layer.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to this conventional wiring board, the nickel-cobalt alloy containing about 2 to 60% by weight of the gold constituting the surface plating metal layer and the cobalt constituting the base plating metal layer tends to diffuse into the solder. Therefore, when the electrodes of electronic components such as semiconductor elements and chip capacitors are soldered to the metallized wiring layer coated with the base plating metal layer and the surface plating metal layer, almost all of the surface plating metal layer and the base plating metal layer are soldered. As a result, the solder is directly bonded to the metallized wiring layer, so that the electrodes of the electronic component cannot be firmly soldered to the metallized wiring layer.
[0007]
The present invention has been devised to eliminate the above-mentioned drawbacks, and its purpose is to effectively diffuse the nickel of the base plating metal layer deposited on the metallized wiring layer into the surface plating metal layer made of gold. In addition to preventing the metal plating layer from being diffused and absorbed into the solder when the electronic component electrodes are soldered to the metallized wiring layer, the electronic component electrodes are firmly soldered to the metallized wiring layer. An object of the present invention is to provide a wiring board that can be used.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention comprises a metallized wiring layer formed on the insulating substrate and nickel or a nickel-cobalt alloy having a cobalt content of 1% by weight or less, and is heat-treated after being deposited on the surface of the metallized wiring layer. A first undercoating metal layer applied, and a second undercoating metal layer formed on the first undercoating metal layer and made of a nickel-cobalt alloy having a cobalt content of 2 to 60% by weight; And a surface plating metal layer mainly composed of gold, which is formed on the second under plating metal layer, and the second under plating metal layer is deposited on the first under plating metal layer. After the heat treatment, the heat treatment is not performed.
[0009]
According to the wiring board of the present invention, the surface of the metallized wiring layer has a first undercoating metal layer made of nickel or a nickel-cobalt alloy having a cobalt content of 1% by weight or less, and a cobalt content of 2 to 60. Since the second undercoating metal layer made of nickel-cobalt alloy of weight% and the surface plating metal layer mainly composed of gold were sequentially deposited, the undercoating metal layer was formed by the second undercoating metal layer. The nickel is effectively prevented from diffusing into the surface plating metal layer made of gold, and when the electrodes of the electronic component are soldered to the metallized wiring layer by the first base plating metal layer, Almost all is prevented from being diffused and absorbed in the solder.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a coating structure of a metallized wiring layer in a wiring board of the present invention, wherein 1 is an insulating substrate made of an electrically insulating material such as an aluminum oxide sintered body or an aluminum nitride sintered body, and 2 is an insulating substrate. This is a metallized wiring layer made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum / molybdenum-manganese formed on the
[0011]
The
[0012]
If the metallized wiring layer 2 is made of, for example, tungsten or molybdenum, a metal paste obtained by adding and mixing an appropriate organic binder or solvent to tungsten or molybdenum powder is conventionally known as a raw ceramic body serving as the
[0013]
The metallized wiring layer 2 has a first base plating
[0014]
The base plating
[0015]
The first undercoating
[0016]
When the content of cobalt exceeds 1% by weight, the first base plating
[0017]
Further, when the thickness of the first base plating
[0018]
In order to deposit the first base plating
[0019]
Then, after the first
[0020]
Further, the second
[0021]
The second base plating
[0022]
Further, when the thickness of the second base plating
[0023]
In order to deposit the first
[0024]
Then, after the second
[0025]
Further, the surface plating metal layer 4 mainly composed of gold deposited on the base plating
[0026]
In addition, the surface plating metal layer 4 which has gold as a main component can employ | adopt the method of plating with the current density of 0.1-1.0 A / dm < 2 >, for example using a conventionally well-known neutral gold cyanide plating bath.
[0027]
Thus, according to the present invention, it is possible to provide a wiring board in which the plated metal layer deposited on the metallized wiring layer is excellent in corrosion resistance and solder wettability and can be firmly soldered to the metallized wiring layer.
[0028]
【The invention's effect】
According to the wiring board of the present invention, the surface of the metallized wiring layer has a first undercoating metal layer made of nickel or a nickel-cobalt alloy having a cobalt content of 1% by weight or less, and a cobalt content of 2 to 60. Since the second undercoating metal layer made of nickel-cobalt alloy of weight% and the surface plating metal layer mainly composed of gold were sequentially deposited, the undercoating metal layer was formed by the second undercoating metal layer. The nickel is effectively prevented from diffusing into the surface plating metal layer made of gold, and the corrosion resistance and solder wettability of the surface plating metal layer are not lowered. When the electrodes of electronic parts are soldered, almost all of the underlying plating metal layer is prevented from being diffused and absorbed in the solder, and the electrodes of the electronic parts are prevented from being metallized wiring layers. It is possible to firmly soldered.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a covering structure of a metallized wiring layer in a wiring board of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該絶縁基体上に形成されたメタライズ配線層と、
コバルトの含有量が1重量%以下のニッケルまたはニッケル−コバルト合金から成り、前記メタライズ配線層の表面に被着された後に熱処理が施された第1の下地めっき金属層と、
該第1の下地めっき金属層上に形成され、コバルトの含有量が2〜60重量%のニッケル−コバルト合金から成る第2の下地めっき金属層と、
該第2の下地めっき金属層上に形成され、金を主成分とする表面めっき金属層とを備え、
前記第2の下地めっき金属層は、前記第1の下地めっき金属層上に被着された後に、前記熱処理が施されていないことを特徴とする配線基板。An insulating substrate;
A metallized wiring layer formed on the insulating substrate;
A first base plating metal layer made of nickel or a nickel-cobalt alloy having a cobalt content of 1% by weight or less, applied to the surface of the metallized wiring layer, and then subjected to a heat treatment;
A second undercoating metal layer formed on the first undercoating metal layer and made of a nickel-cobalt alloy having a cobalt content of 2 to 60% by weight;
A surface plating metal layer mainly composed of gold formed on the second base plating metal layer ,
The wiring board according to claim 1, wherein the second base plating metal layer is not subjected to the heat treatment after being deposited on the first base plating metal layer .
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