JP7330282B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、配線基板に関する。

特許文献１に記載の基板のように、Ｎｉ－Ａｕめっきされた電極、絶縁フィルムおよび素子の実装時に使用する封止樹脂が交差する部位は、熱膨張係数等の物性の異なる材料が接する点となる。このような３つの材料が接する点は、基板をマザーボードに搭載する際に発生する熱や、素子の作動時に発生する熱などの応力によってクラックが発生しやすい。

特開２００５－１８３６７２号公報

本開示に係る配線基板は、最外層に位置する絶縁層と、絶縁層の表面にシード層を介して位置する電極導体と、少なくとも１個の電極導体を被覆し、かつシード層の表面と接触する接触部を有するニッケル層と、ニッケル層を被覆する金層とを含む。ニッケル層は接触部において複数の空隙を含み、空隙の少なくとも一部が接触部に向けて開口を有しており、空隙の少なくとも一部に金層の一部が位置している。

本開示の一実施形態に係る配線基板の要部を示す模式図である。 図１に示す領域Ｘの一例を示す電子顕微鏡写真である。 本開示の他の実施形態に係る配線基板の要部を示す模式図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、本開示に係る配線基板の製造方法の一実施形態を示す説明図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、本開示に係る配線基板の細部を説明するための模式図である。

本開示に係る配線基板は、上記のように、電極導体に接触するように電極導体の表面および側面を被覆し、かつシード層と接触する接触部を有するニッケル層を含んでいる。このニッケル層は、接触部に向けて開口を有する複数の空隙を含んでおり、空隙の少なくとも一部に金層の一部が位置している。接触部において、ニッケル層に形成された空隙の少なくとも一部に、ニッケルよりも柔らかい金が存在することによって、ニッケルのみの場合と比べて発生する応力を緩和することができる。その結果、クラックの発生、特に物性の異なる３つの材料が接する点におけるクラックの発生を低減することができる。

本開示の一実施形態に係る配線基板を、図１および２に基づいて説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る配線基板１の要部を示す。

配線基板１は、絶縁層２と導体層３とを含んでおり、配線基板１の少なくとも一方の最外層に絶縁層２が位置している。最外層に位置する絶縁層２の表面には、シード層２５を介して電極導体３ａが位置している。絶縁層２は、絶縁性を有する素材であれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。図１に示すように、複数の絶縁層２が存在する場合、各絶縁層２は同じ樹脂であってもよく、異なる樹脂であってもよい。

絶縁層２には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機絶縁性フィラーが、さらに分散されていてもよい。絶縁層２の厚みは特に限定されず、例えば５μｍ以上２００μｍ以下程度である。複数の絶縁層２は、同じ厚みを有していてもよく、それぞれ異なる厚みを有していてもよい。

導体層３は銅などの導体、例えば銅箔や銅めっきで形成されている。導体層３の厚みは特に限定されず、例えば５μｍ以上７０μｍ以下である。複数の導体層３が存在する場合、各導体層３は同じ導体で形成されていてもよく、異なる導体で形成されていてもよい。

最外層に位置する絶縁層２の表面にシード層２５を介して位置する電極導体３ａは、配線基板１と素子とを電気的に接続するため、あるいは配線基板１とマザーボードとを電気的に接続するために使用される。電極導体３ａも銅などの導体、例えば銅箔や銅めっきで形成されている。図１に示すように、電極導体３ａは、導体層３と電気的に接続するように形成されていてもよく、導体層３と電気的に独立して形成されていてもよい。

電極導体３ａが導体層３と電気的に接続している場合、電極導体３ａと導体層３とは、絶縁層２に形成されたビアホール導体を介して接続されている。ビアホール導体は、絶縁層２の上下面を貫通する孔に銅などの導体、例えば銅めっきなどを析出させることによって得られる。絶縁層２の上下面を貫通する孔は、例えば５０μｍ以上２００μｍ以下程度の内径を有している。貫通する孔は、例えば、ＣＯ_２レーザー、ＵＶ－ＹＡＧレーザーなどのようなレーザー加工によって形成される。

電極導体３ａの上面および側面には、ニッケル層４が位置している。すなわち、ニッケル層４は電極導体３ａを被覆している。さらに、ニッケル層４は、シード層２５の表面と接触する接触部４１を有している。ニッケル層４は電極導体３ａを保護する機能を有している。具体的には、電極導体３ａが銅で形成されている場合、溶融状態のはんだを電極導体３ａに付着させると、はんだの熱によってはんだと銅との脆い合金が生成される。このような脆い合金が生成されないように、電極導体３ａはニッケル層４によって被覆されている。

ニッケル層４は、最外層に位置する絶縁層２の表面にシード層２５を介して位置している電極導体３ａの全てに形成される必要はなく、少なくとも１個の電極導体３ａに形成されていればよい。具体的には、電極導体３ａのうち、はんだを付着させる電極導体３ａにニッケル層４が形成されていればよい。

ニッケル層４は、例えば無電解めっきによって形成される。ニッケル層４は、例えば１．５μｍ以上２．２μｍ以下程度の厚みを有している。ニッケル層４がこのような厚みを有していれば、上述のような脆い合金の生成を十分に低減することができる。

ニッケル層４は、シード層２５の表面と接触している。ニッケル層４とシード層２５とが接触している部分（接触部４１）には、後述する第２ニッケル層４ｂが位置している。電極導体３ａの表面には、後述する第１ニッケル層４ａが位置している。第２ニッケル層４ｂのシード層２５からの厚み（高さ）は、第１ニッケル層４ａの電極導体３ａの表面からの厚みよりも小さい。接触部４１の上に位置しているニッケル層４においては、第２ニッケル層４ｂ上にさらに第１ニッケル層４ａが位置している。そのため、例えば、電極導体３ａの側面に位置するニッケル層４の厚みよりも大きい。これにより、ニッケル層４とシード層２５との接触面積が大きくなり接続強度が向上する。

図２に示すように、ニッケル層４は複数の空隙４２を含んでいる。図２は、図１に示す領域Ｘの一例を示す電子顕微鏡写真である。空隙４２は接触部４１に向けて開口を有しており、空隙４２の少なくとも一部に後述する金層５の一部が位置している。空隙４２の少なくとも一部に金層５の一部が位置していることによって、ニッケル層４単独の場合と比べて接触部４１近傍が柔らかくなる。その結果、発生する応力を緩和することができる。

ニッケル層４の表面には金層５が位置している。すなわち、金層５はニッケル層４を被覆している。金層５で被覆することによって、はんだの濡れ性が向上する。金層５は、例えば無電解めっきによって形成される。金層５は、例えば０．０９μｍ以上０．１５μｍ以下程度の厚みを有している。

このような、接触部４１の近傍に空隙４２を有するニッケル層４は、例えば後述する配線基板の製造方法により形成される。

次に、本開示の他の実施形態に係る配線基板を、図３に基づいて説明する。図３は、本開示の他の実施形態に係る配線基板１’の要部を示す。他の実施形態に係る配線基板１’において、上述の一実施形態に係る配線基板１と同じ部材については同じ符号を付しており、詳細な説明については省略する。

一実施形態に係る配線基板１では、電極導体３ａがシード層２５を介して位置している絶縁層２の表面は、電極導体３ａが位置している部分も、互いに隣接している電極導体３ａの間に存在する部分も、略面一であり、ほとんど高低差は存在しない。

一方、他の実施形態に係る配線基板１’では、図３に示すように互いに隣接している電極導体３ａの間に存在する絶縁層２の第１領域Ｙの表面が、電極導体３ａが位置している絶縁層２の第２領域Ｚの表面よりも下方に位置している。このような構成によって応力のかかる方向が、絶縁層２に対して垂直方向から斜め方向に変わる。そのため、物性の異なる３つの材料が接する点の応力を分散することができ絶縁層２にかかる負荷を緩和することができる。さらに、互いに隣接している電極導体３ａの間の距離（絶縁層２の表面上の距離）を長くすることができる。その結果、電極導体３ａの間でマイグレーションが発生しにくくなる。

第１領域Ｙは、凹曲面を含んでいてもよく、さらに凹曲面が互いに隣接しているニッケル層４の接触部４１同士の間にわたり位置していても構わない。このような場合、電極導体３ａ同士の間の距離をより長くすることが可能になり、マイグレーションの低減に有利である。

本開示に係る配線基板を製造する方法は限定されない。本開示に係る配線基板を製造する方法の一実施形態について、他の実施形態に係る配線基板１’を製造する方法（図４（Ａ）～（Ｄ））に基づいて説明する。

図４（Ａ）に示すように、絶縁層２０の表面にシード層２５を介して電極導体３０を形成する。電極導体３０は、上記のように銅などの導体、例えば銅箔や銅めっきで形成されている。次いで、絶縁層２０の表面に形成されたシード層（例えば、Ｎｉ－Ｃｒ合金など）を除去する工程に供する前に、保護が必要な部分にはソルダーレジスト加工を施し、ソルダーレジスト４０を形成する。

図４（Ａ）は、絶縁層２０の表面にシード層２５を介して電極導体３０が形成された状態を示している。この絶縁層２０の下面には、必要に応じて、導体層と絶縁層とが交互に積層されたビルドアップ層が形成されていてもよい。

次いで、図４（Ｂ）に示すように、絶縁層２０の表面に形成されたシード層２５を除去する。シード層２５は、例えば、エッチング処理、ブラスト処理（ウェットブラスト処理など）などによって除去される。例えば、ウェットブラスト処理を採用すると、図４（Ｂ）に示すように、互いに隣接している電極導体３０の間に存在する絶縁層２０の表面に窪みが生じる。このような窪みが存在することによって、互いに隣接している電極導体３０の間の距離（絶縁層２０の表面上の距離）を長くすることができる。

次いで、図４（Ｃ）に示すように、エッチング処理を行い、電極導体３０の表面に形成されている酸化被膜を除去する。電極導体３０が銅で形成されている場合、銅エッチングが採用される。エッチング処理によって酸化被膜を除去する際に、電極導体３０自体も一部が除去されるため、電極導体３０はエッチング処理前よりも細くなる。このとき、エッチング処理によって除去された電極導体３０の下方にあるシード層２５（Ｎｉ－Ｃｒ合金）が露出する。言い換えれば、Ｎｉ－Ｃｒ合金が、エッチング処理によって細くなった電極導体３０の周囲に位置している状態になる。

次いで、図４（Ｄ）に示すように、電極導体３０の上面および側面にめっき処理を施して、めっき層５０を形成する。めっき層５０は、まずニッケル層４が形成され、ニッケル層４を被覆するように金層５が形成される。具体的には、電極導体３０の上面および側面に、例えば無電解めっきによってニッケル層４が形成される。

ここで、上述のようなニッケル層４が形成される過程を模式的に示す。図５（Ａ）に示す図はニッケル層４形成のための無電解めっきが処理される前のシード層２５および電極導体３０が形成された絶縁層２０である。

次いで、図５（Ｂ）に無電解めっきを開始したときの状態を示す。図５（Ｂ）に示すように、ニッケル層４は、電極導体３０表面を下地として析出する第１ニッケル層４ａと、電極導体３０の周囲に位置するＮｉ－Ｃｒ合金（シード層２５）の表面を下地として析出する第２ニッケル層４ｂとを含んでいる。第１ニッケル層４ａは、電極導体３０の上面および側面に析出する。第２ニッケル層４ｂは、合金表面に露出している金属の違い等により析出速度が異なるため柱状に析出する。

図５（Ｃ）は、ニッケル層４形成のための無電解めっき処理が進んだ状態を示す。第１ニッケル層４ａとこれに近い第２ニッケル層４ｂとが接触している。このとき、互いに接触している第１ニッケル層４ａと第２ニッケル層４ｂとの間は、無電解めっき液の供給が次第に絶たれてしまい、一部が空隙４２となる。

図５（Ｄ）は、ニッケル層４形成のための無電解めっき処理が完了した状態を示す。電極導体３０表面を下地として析出する第１ニッケル層４ａと、Ｎｉ－Ｃｒ合金の表面を下地として析出する第２ニッケル層４ｂとの間、あるいは第２ニッケル層４ｂ同士の間に無電解めっき液の供給が絶たれることで生じる空隙４２が位置している。

第２ニッケル層４ｂは、第１ニッケル層４ａと接触する際に電極導体３０とは反対の方向に圧力を受けて傾いているものを含んでいても構わない。さらに、第２ニッケル層４ｂは、絶縁層２０から上方に向かうにつれて電極導体３０から離れるように傾いて位置していても構わない。この場合、例えば第２ニッケル層４ｂ同士の間の空隙４２が、第２ニッケル層４ｂに沿って傾いた方向にも生じるため、応力を緩和することができる方向を増加できる点で有利である。

その後、ニッケル層４を被覆するように、例えば無電解めっきによって金層５が形成される。金層５が形成される際に、ニッケル層４に形成された少なくとも一部の空隙４２に金層５の一部が侵入する。このような工程によって、他の実施形態に係る配線基板１’が得られる。

本開示の配線基板は、上述の一実施形態および他の実施形態に限定されない。例えば、上述の一実施形態に係る配線基板１および他の実施形態に係る配線基板１’では、電極導体３ａ、ニッケル層４および金層５がこの順序で積層されている。しかし、ニッケル層４と金層５との間にパラジウム層が存在していてもよい。すなわち、電極導体３ａ、ニッケル層４、パラジウム層および金層５がこの順序で積層されていてもよい。パラジウム層を形成することによって、ニッケル層４の効果をより高めることができ、電極導体３ａを保護する効果がより向上する。パラジウム層の厚みは特に限定されず、例えば０．０１μｍ以上０．５μｍ以下程度である。

配線基板は、空隙４２にはんだを有していても構わない。はんだは、例えば電極導体３０表面を下地として析出する第１ニッケル層４ａと、Ｎｉ－Ｃｒ合金（シード層２５）の表面を下地として析出する第２ニッケル層４ｂとの間、第２ニッケル層４ｂ同士の間等に位置している。空隙４２にはんだが位置していることによって、例えば第２ニッケル層４ｂの周囲を第１ニッケル層４ａが隙間なく被覆している場合に比べて、第１ニッケル層４ａと第２ニッケル層４ｂとが熱伸縮した場合に、両者の間に生じる応力を緩和してクラックを低減する作用がある。はんだが、複数の第２ニッケル層４ｂとＮｉ－Ｃｒ合金のシード層２５とに囲まれた領域に位置している場合、複数の第２ニッケル層４ｂ同士が密着している場合に比べて、第２ニッケル層４ｂ同士の間に生じる応力を緩和してクラックを低減する作用に加えて、複数の第２ニッケル層４ｂとＮｉ－Ｃｒ合金のシード層２５との間に生じる応力を緩和してクラックを低減する作用がある。これにより、電気的な接続信頼性に優れた配線基板を提供することができる。

はんだは、例えば錫が約９６．５％、銀が約３％、銅が約０．５％の成分組成を有するＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のものや、例えば錫が約９６％、銀が約２．５％、ビスマスが約１％、銅が約０．５％の成分組成を有するＳｎ－Ａｇ－Ｂｉ－Ｃｕ系のものを用途に応じて用いればよい。このようなはんだは、例えば金層５の表面にはんだを溶着させるときに、ニッケル層４に形成された少なくとも一部の空隙４２に、溶融したはんだの一部が侵入して凝固することによって形成される。

１、１’ 配線基板
２ 絶縁層
３ 導体層
３ａ 電極導体
４ ニッケル層
４ａ 第１ニッケル層
４ｂ 第２ニッケル層
２５ シード層
４１ 接触部
４２ 空隙
５ 金層
２０ 絶縁層
３０ 電極導体
４０ ソルダーレジスト
５０ めっき層（ニッケル層および金層）

Claims (10)

1. 最外層に位置する絶縁層と、
   該絶縁層の表面に位置するＮｉ－Ｃｒ合金から成るシード層と、
   該シード層の上面外周部を除く上面中央部に位置する電極導体と、
   少なくとも１個の前記電極導体を被覆し、かつ前記上面外周部と接触する接触部を有するニッケル層と、
   該ニッケル層を被覆するとともに前記シード層の側面を被覆している金層と、
   を含み、
   前記ニッケル層が前記接触部において複数の空隙を含み、該空隙の少なくとも一部は前記接触部に向けて開口を有しており、該空隙の少なくとも一部に前記金層の一部が位置していることを特徴とする配線基板。
2. 前記ニッケル層は、前記電極導体の表面に位置する第１ニッケル層と、前記シード層の前記上面外周部に位置する第２ニッケル層とを有しており、前記第１ニッケル層が前記第２ニッケル層上に位置し、前記第１ニッケル層と前記第２ニッケル層との間、または前記第２ニッケル層同士の間に前記空隙が位置していることを特徴とする、請求項１に記載の配線基板。
3. 前記絶縁層の表面は、互いに隣接している前記電極導体の間に位置する第１領域と、前記電極導体が位置している第２領域と、を有しており、
   前記絶縁層の厚み方向において、前記第１領域は、前記第２領域よりも下方に位置する請求項２に記載の配線基板。
4. 前記第１領域は、凹曲面を含む、請求項３に記載の配線基板。
5. 前記ニッケル層は、互いに隣接している前記電極導体をそれぞれ被覆しており、
   前記第１領域の前記凹曲面は、互いに隣接している前記ニッケル層の前記接触部同士を接続している、請求項４に記載の配線基板。
6. 前記第２ニッケル層の厚みは、前記第１ニッケル層の厚みよりも小さい、請求項２～５のいずれかに記載の配線基板。
7. 前記第２ニッケル層は、前記絶縁層から上方に向かうにつれて前記電極導体から離れるように傾いて位置している、請求項２～６に記載の配線基板。
8. 前記ニッケル層と前記金層との間に位置するパラジウム層をさらに有する請求項１～７のいずれかに記載の配線基板。
9. 前記空隙の一部に、はんだが位置している請求項１～８のいずれかに記載の配線基板。
10. 前記第２ニッケル層と前記シード層とに囲まれた前記空隙に、はんだが位置している請求項２に記載の配線基板。