JP6280754B2 - 配線基板、及び配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、銅配線の表面上に置換パラジウムめっき皮膜を有する配線基板、及び配線基板の製造方法に関する。

銅配線を有し、ＬＳＩを実装して、その電極を金ワイヤにより銅配線に接続してあるパッケージ基板、及び銅配線を有し、はんだボールを介してパッケージ基板を接続してあるプリント配線板等の配線基板において、銅配線には、高い接続信頼性を付与する目的で表面処理が施されている。金ワイヤボンディングをするために、銅配線の上側には金ワイヤの接着層である金めっきが必要である。そこで、表面処理として、例えば銅配線表面をニッケルめっき処理した後に金めっき処理することが行われていた。

近年、はんだボールによる実装信頼性が良好であるので、ニッケルめっき処理、パラジウムめっき処理、金めっき処理を順次施すニッケル／パラジウム／金めっき処理が実施されている（例えば特許文献１等）。
この処理により、接合する銅配線部分のワイヤボンディング性及びはんだ接合性が同時に確保される。この表面処理において、通常、ニッケルめっき皮膜は３〜７ｕｍ、パラジウムめっき皮膜は０．０５〜０．３ｕｍ、金めっき皮膜は０．０３〜０．５ｕｍの厚みを有する。

ニッケルめっき皮膜は、上述した３〜７ｕｍの厚みを有することで、ニッケルめっき皮膜の下側に配された銅の拡散を防止するためのバリア層として機能する。

しかし、ニッケルめっき皮膜は銅配線の横方向にも縦方向と同程度の厚みで形成されるため、配線間の間隔を２５μｍ以下にすることが目標とされている次世代微細配線基板に対応することは困難である。

このため、銅配線の表面上に形成するニッケル皮膜の厚みを３μｍ以下にすることが検討されている。
非特許文献１には、ニッケル皮膜の厚みを３μｍ以下として形成した後、パラジウムめっき皮膜、金めっき皮膜を順次形成した場合のワイヤボンディング性及びはんだ接合性を評価した結果が開示されている。このようにニッケルめっき皮膜の厚みを薄くすることにより、銅配線の横方向のめっき皮膜全体の膜厚が減じ、配線間のブリッジが抑制されることが期待される。しかし、ニッケル皮膜の厚みが１μｍ以下である場合、ニッケルめっき皮膜のバリア層としての効果、すなわち、下側に配された銅の拡散を抑制する効果が低下するので、ワイヤボンディング性及びはんだ接合性が低下するという問題がある。

また、ワイヤボンディング性の低下を抑制するため、パラジウムめっき皮膜を厚くした場合、ワイヤボンディング性の低下は抑制されるが、はんだ接合性が低下する。パラジウムめっき皮膜ははんだ中への拡散性が劣るため、はんだ付けの際にニッケルめっき皮膜の表面側に残存し、はんだ接合強度が弱くなる原因となっている。

特開２０１３−１５５４１０号公報

田嶋 和貴、「表面技術」、２０１１年８月、第６２号、ｐ３８７−３９１

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、良好なワイヤボンディング性及びはんだ接合性を有するとともに、めっき皮膜全体の厚みを薄くすることができ、銅配線の狭間隔化に対応することができる配線基板、及び配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、配線基板の銅配線の表面上に、置換パラジウムめっき皮膜を形成した後、厚みが０．１〜１μｍ程度のニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、金めっき皮膜を順次形成した場合、厚みが１μｍ以上のニッケル皮膜を形成した場合と同等のワイヤボンディング性及びはんだ接合性が確保されることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る配線基板は、銅配線を有する配線基板において、前記銅配線上に、厚みが０．００５μｍ以上０．０２μｍ以下である置換パラジウムめっき皮膜を形成してあることを特徴とする。
ここで、置換パラジウムめっき皮膜としては、置換合金パラジウムめっき皮膜を含む。

本発明に係る配線基板は、前記置換パラジウムめっき皮膜上に、ニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、金めっき皮膜を順次積層してあることを特徴とする。

本発明に係る配線基板は、前記ニッケルめっき皮膜の厚みは、０．０１μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係る配線基板は、前記パラジウムめっき皮膜の厚みは、０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係る配線基板の製造方法は、銅配線を有する基板の該銅配線上にめっき皮膜を形成する配線基板の製造方法において、置換パラジウムめっき液を用いた無電解めっき処理により、前記銅配線上に、厚みが０．００５μｍ以上０．０２μｍ以下になるように置換パラジウムめっき皮膜を形成する工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、配線基板の銅配線の表面上に置換パラジウムめっき皮膜を形成するので、薄厚のニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、金めっき皮膜を順次形成した場合、配線の狭間隔（ピッチ）化を実現することができるとともに、良好なワイヤボンディング性及びはんだ接合性を有する。

本発明に係る配線基板の一例を示す模式的断面図である。 パッケージ基板の上面に形成された接合部を示す拡大断面図である。 プリント配線板上に形成された接合部を示す拡大断面図である。 従来の積層構造を有する接合部を示す模式的断面図である。 参考例１〜３のワイヤボンディングプル強度及び破断モード比率を示すグラフである。 はんだボールプル試験におけるリフロー条件を示す図である。 実施例１〜６及び比較例１のプル強度及び破壊モード比率を示すグラフである。

本発明に係る配線基板は、銅配線の表面上に置換パラジウムめっき皮膜を形成してなる。

銅配線の厚み（高さ）は、約３μｍ〜３０μｍである。
置換パラジウムめっき皮膜の厚みは、０．００１μｍ以上０．１μｍ以下であるのが好ましく、０．０１μｍ以上０．０２μｍ以下であるのがより好ましい。
置換パラジウムめっき皮膜の厚みが０．００１μｍ未満である場合、置換パラジウムめっき皮膜を厚みが均一な状態で形成することができず、後述する銅の拡散防止効果を得ることができない。置換パラジウムめっき皮膜の厚みが０．１μｍを超える場合、はんだ接合性が低下する。

置換パラジウムめっきは、銅の溶解に伴ってパラジウムが析出することにより形成される。パラジウム化合物を含有するめっき液としては、銅配線表面上の銅をＰｄと置換できるものであれば特に限定されないが、置換型、又は置換／還元型のパラジウムめっき液により形成されるのが好ましい。置換型のパラジウムめっき液によりパラジウムめっき皮膜が形成されるのがより好ましい。

置換パラジウムめっき液は慣用の置換パラジウムめっき液であれば特に限定されない。通常は可溶性パラジウム塩、錯化剤、及びｐＨ調整剤を含む。パラジウムめっき液中の可溶性パラジウム化合物の量は、パラジウム金属換算で０．０１ｇ／Ｌ以上１００ｇ／Ｌ以下が好ましく、より好ましくは０．１ｇ／Ｌ以上１０ｇ／Ｌ以下である。
パラジウムめっき液は、パラジウム合金を含み、置換パラジウム合金めっき皮膜を形成できるものであってもよい。
置換パラジウムめっき皮膜（置換パラジウム合金めっき皮膜を含む）は、無電解めっき処理により形成される。

前記置換パラジウムめっき皮膜を形成した後、ニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、及び金めっき皮膜を順次形成するのが好ましい。
ニッケルめっき皮膜の厚みは０．０１μｍ以上１μｍ以下であるのが好ましい。
上述したように、銅配線上に置換パラジウムめっき皮膜を形成しているので、ニッケルめっき皮膜を１μｍ以下に薄化した場合の下地銅に対する拡散防止効果の低下が補われると考えられる。

ニッケルめっき皮膜の厚みが１μｍ以上である場合、銅配線パターン間の間隔を２５μｍ以下にすることを目標としている次世代の微細配線基板に対応することができない可能性がある。また、ニッケルめっき皮膜の厚みが０．１μｍ未満である場合、下側に配された銅の拡散防止効果が低下する。

ニッケル皮膜の表面上に形成するパラジウムめっき皮膜の厚みは０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であるのが好ましい。より好ましくは０．０５μｍ以上０．１５μｍ以下である。パラジウムめっき皮膜の厚みが０．０１μｍ未満である場合、ニッケルの拡散防止効果が低下し、ワイヤボンディング性が低下する。また、０．３μｍを超える場合，はんだ付けの際にパラジウムがはんだ中に十分に拡散されず、ニッケル表面に残存してはんだ接合強度が低下する原因となる。

金めっき皮膜の膜厚については特に限定されず、被めっき物の使用目的等に応じて適宜に決めることができる。通常は０．０１μｍ以上０．１μｍ以下とする。

置換パラジウムめっき皮膜上に順次ニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、及び金めっき皮膜を形成するためのニッケルめっき液、パラジウムめっき液、及び金めっき液は、通常使用されるものであれば特に限定されない。

図１は、本発明に係る配線基板の一例を示す模式的断面図である。
パッケージ基板（配線基板）２２の表面には銅配線パターンが形成され、該表面の中央部には、ダイボンディング材２４を介しＬＳＩ２３が搭載されている。ＬＳＩ２３上の２つの電極は、銅配線１０（図２参照）を含む接合部１，１に、金ワイヤ２５，２５により接続されている。接合部１，１、ＬＳＩ２３、及び金ワイヤ２５，２５は、封止材２６により覆われている。
プリント配線板（配線基板）２１の上面、及びパッケージ基板２２の下面にも銅配線パターンが形成され、銅配線１０を含む複数の接合部１が設けられている。
プリント配線板２１の上面の接合部１と、これに対向するパッケージ基板２２の下面の接合部１とは、はんだボール２７により接続されている。パッケージ基板２２の下面の接合部１においては、上側が銅配線１０であり、銅配線１０の下面側に順次、後述するめっき皮膜が形成されている。

図２はパッケージ基板２２の上面に形成された接合部１を示す拡大断面図、図３はプリント配線板２１上に形成された接合部１を示す拡大断面図である。
図２及び図３に示すように、銅配線１０上に、順次、置換パラジウムめっき皮膜１１、ニッケルめっき皮膜１２、パラジウムめっき皮膜１３、及び金めっき皮膜１４が積層されている。図２の金めっき皮膜１４に金ワイヤ２５が接続されている。

接合部１においては、銅配線１０上に置換パラジウムめっき皮膜１１が形成されており、ニッケルめっき皮膜１２を薄くすることができるので、結果として銅配線１０，１０間の間隔を狭くすることができる。本発明においては、配線１０，１０間の間隔を１０μｍ以下にした場合でも絶縁性を確保することができ、プリント配線板２１を次世代微細配線板に適用することが可能である。

図４は、従来の積層構造を有する接合部５１を示す模式的断面図である。
接合部５１は本発明に係る置換パラジウムめっき皮膜１１を有さず、Ｃｕの拡散抑制効果を得るためにニッケルめっき皮膜１２を厚くする必要がある。従って、銅配線１０，１０間の間隔を１０μｍ以下にした場合、接合部５１，５１の側面同士が近接することになり、絶縁性を確保することができないという問題がある。

以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明する。これらの実施例は例示に過ぎず、本発明の範囲はこれらの実施例により限定されることはない。

１．ワイヤボンディング性の評価
本発明に係る積層構造のワイヤボンディング性を評価するために、以下のワイヤボンディングプル試験を行った。
ワイヤボンディングプル試験基板として、樹脂基板に銅回路を形成したプリント基板を用いた。該プリント基板は、樹脂基板上に厚み１８μｍの銅箔を用いて３ｍｍ四方のパッドを多数形成してある。

この試験基板に対し、脱脂剤（製品名「ＡＣＬ−００９」、上村工業(株)製)を用いて脱脂を行い、過硫酸ナトリウム１００ｇ／Ｌ及び硫酸１８ｍｌ／Ｌを用いてソフトエッチング処理を行い、硫酸１８ｍｌ／Ｌを用いて酸処理を行い、さらに硫酸１８ｍｌ／Ｌを用いてプレディップ処理を行った。
そして、硫酸１８ｍｌ／Ｌ及びＰｄ１２ｍｇ／Ｌを用いてアクチベータ処理を施した後、市販の無電解ニッケルめっき液(製品名「ＮＰＲ−４」、上村工業(株)製)、無電解パラジウムめっき液（製品名「ＴＰＤ−３０」、上村工業(株)製)、置換金めっき液（製品名「ＴＫＫ−５１」、上村工業(株)製)を用いて順次ニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、金めっき皮膜を銅配線（パッド）の表面上に形成した。すなわち、下記の表１に示す厚みのニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、及び金めっき皮膜を有する参考例１〜３のめっき皮膜積層基板を得た。ニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、及び金めっき皮膜のそれぞれの厚みは蛍光Ｘ線膜厚測定装置により測定した。

上述の方法でニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、金めっき皮膜を順次形成した試験基板について、恒温恒湿試験（温度８５℃、湿度８５ＲＨ％、９６時間）を行った。恒温恒湿試験後の試験基板のパッド上にワイヤ径２５μｍの金ワイヤをボンディングし、ワイヤボンディングプル強度及び破断モードを評価した。
強度の測定は、試験装置(「ＲＨＥＳＣＡ ＳＴＲ−１０００」、(株)レスカ製)を用いた。破壊モードの同定は、光学顕微鏡により行った。各参考例についてｎ＝２０で評価を行った。また、金ワイヤ部で破壊した場合をＯＫモードとし、金ワイヤと金めっき間の接合部で破壊した場合をＮＧモードとした。

図５は、参考例１〜３のワイヤボンディングプル強度及び破断モード比率を示すグラフである。破断モード比率は、ＯＫモード数が２０の場合を１００％として表している。
図５より、ニッケルめっき皮膜の厚みを０．３μｍと薄くした場合、参考例１のようにパラジウムめっき皮膜を０．１２μｍと厚くすることで、ニッケルめっき皮膜を５μｍと厚くしている、参考例３と同程度のワイヤボンディング性が得られることが分かる。

以上のように、パラジウムめっき皮膜を厚くすることで、良好なワイヤボンディング性が得られることが確認されており、本発明においては、上述したようにパラジウムめっき皮膜の厚みの好適範囲を定めている。

２．はんだ接合性の評価
本発明に係る積層構造のはんだ接合性を評価するめに、以下のはんだボールプル試験を行った。
はんだボールプル試験基板として、直径０．４８ｍｍのパッドを多数有する銅めっき処理基板を用いた。
比較例１では上述のめっき処理工程と同様にしてパッド上へニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、金めっき皮膜を順次積層した。

実施例１〜６については、脱脂剤（製品名「ＡＣＬ−００９」、上村工業(株)製)を用いて脱脂を行い、過硫酸ナトリウム１００ｇ／Ｌ及び硫酸１８ｍｌ／Ｌを用いてソフトエッチング処理を行い、硫酸１８ｍｌ／Ｌを用いて酸処理を行った。

そして、表２に示す組成の置換Ｐｄめっき液に１０分間浸漬してパッド表面に置換パラジウムめっき皮膜を形成した。

その後、市販の無電解ニッケルめっき液(製品名「ＮＰＲ−４」、上村工業(株)製)、無電解パラジウムめっき液（製品名「ＴＰＤ−３０」、上村工業(株)製)、置換金めっき液（製品名「ＴＫＫ−５１」、上村工業(株)製)を用いて順次ニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、及び金めっき皮膜を置換パラジウムめっき皮膜の表面上に形成した。実施例１〜６及び比較例１の各めっき皮膜の厚みを下記の表３に示す。各金めっき皮膜のそれぞれの厚みは蛍光Ｘ線膜厚測定装置により測定した。

Ａｕめっき後の試験基板にフラックス（製品名「ＥＣ−１９Ｓ−８」、(株)タムラ製作所製）を塗布し、この塗膜上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ＝９６．５／３．０／０．５／の直径０．６ｍｍのはんだボールを搭載し、図６の条件でリフローを行った。
はんだボールプル試験は１８ｍｍ／ｍｉｎの速度で実施した。強度の測定は、(株)レスカの試験装置(「ＲＨＥＳＣＡ ＳＴＲ−１０００」)を用いた。破壊モードの同定は、光学顕微鏡により行った。各サンプルについてｎ＝２０で評価した。また、はんだ層で破壊した場合をはんだ破壊モードとし、界面の合金層で破壊した場合をＩＭＣ（合金層）破壊モードとした。実施例１〜６及び比較例１のプル強度及び破壊モード比率を求めた結果を図７に示す。破壊モード比率は、はんだ破壊モード数が２０の場合を１００％として表している。

図７より、置換パラジウムめっき皮膜を銅パッドの表面上に形成した後、ニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、及び金めっき皮膜を順次積層した実施例１〜６の試験基板は、置換パラジウムめっき皮膜を有さない比較例１の試験基板と比較して、はんだ接合性が大きく向上しており、高い接合信頼性を有することが確認された。
そして、ニッケルめっき皮膜の上側に形成するパラジウムめっき皮膜の厚みを厚くした場合においても、ニッケルめっき皮膜の下側に置換パラジウムめっき皮膜が形成されており、銅の拡散が抑制されているので、良好なはんだ接合性が得られている。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び特許請求の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 接合部
１０ 銅配線
１１ 置換パラジウムめっき皮膜
１２ ニッケルめっき皮膜
１３ パラジウムめっき皮膜
１４ 金めっき皮膜
２１ プリント配線板
２２ パッケージ基板
２３ ＬＳＩ
２４ ダイボンディング材
２５ 金ワイヤ
２６ 封止材
２７ はんだボール

Claims (5)

1. 銅配線を有する配線基板において、
   前記銅配線上に、厚みが０．００５μｍ以上０．０２μｍ以下である置換パラジウムめっき皮膜を形成してあることを特徴とする配線基板。
2. 前記置換パラジウムめっき皮膜上に、ニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜、金めっき皮膜を順次積層してあることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記ニッケルめっき皮膜の厚みは、０．０１μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の配線基板。
4. 前記パラジウムめっき皮膜の厚みは、０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載の配線基板。
5. 銅配線を有する基板の該銅配線上にめっき皮膜を形成する配線基板の製造方法において、
   置換パラジウムめっき液を用いた無電解めっき処理により、前記銅配線上に、厚みが０．００５μｍ以上０．０２μｍ以下になるように置換パラジウムめっき皮膜を形成する工程を有することを特徴とする配線基板の製造方法。

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