JPS6318695A

JPS6318695A - 配線基板

Info

Publication number: JPS6318695A
Application number: JP61161823A
Authority: JP
Inventors: 康則成塚; 森　佳治; 薮下　明; 亀井　常彰; 守森田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-07-11
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1988-01-26
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPH0783172B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は配線基板に係り、特にマイクロソルダリングさ
呼ばれる微小電極のはんだ付に好適な電極をそなえた配
線基板に関する。

〔従来の技術〕

従来の配線基板におけるはんだ接続のための電極は、第
５図の如く配線層１上に接着用金属２（主としてクロム
）、拡散防止用金属３（例えばＣＬＬ、　Ｃｗ＋Ｃｒ　
、　Ｎｉ　、　Ｐｄ　、　Ａｌ　、　Ｒｈ　　）を順次
積層し、場合によってはＡｕ等の酸化防止層も積層して
形成されている。この中で、拡散防止用金属の性質によ
って、電極の厚さやはんだ濡れ性が決まる。

例えば、Ｃｕは１回のはんだ付で１〜数μｍ程度が溶融
はんだ中に溶は込むため、少くとも、この厚さ以上のＣ
ｕ層が必要であり、接続のやり直しを行う場合は、はが
す時と再度のはんだ付で２回のはんだ溶融を生じ、それ
に応じてＣｕがはんだ中に溶は込む。従って、実際に必
要な拡散防止用金属の厚さは１回のはんだ付で溶は出す
厚さの３〜４倍の厚さとなり、Ｃｕの場合では３〜４μ
ｍ以上が必要とされる。

このよう番こ厚い金属層を基板上に形成した場合、熱膨
張率の違いに基く熱応力による基板の破壊や金属層自身
の割れが生じ易い。また、電極を保護する物質を電極上
に形成する場合、基板と電極の段差に起因する欠陥が生
じ易い。ら以外の材料では、必要な厚さはＣｕの数分の
１であるが、はんだの濡れ性が悪いためにしばしば接続
不良を生じる。

また、ＰｄやＲｈは非常に高価でもある。

このような問題に対して、特開昭５７−２３５０３５の
ように線材上にＣｕ、　Ｎｉ　、　Ｓ、をこの順番に順
次形成し、Ｎｉの濡れ性を５．で覆うことにより改善し
ている例が見られる。この例のように、Ｎ１等の拡散防
止機能の高い金属の表面にＡμｌ　Ｓ”　ｌはんだ等の
薄層を形成することにより、濡れ性を改善する例が知ら
れているが、工程数が増すことや、このような薄層の材
料がはんだ成分金属との間に脆い化合物を作る例が見ら
れ、接続信頼性の点でも問題がある。

また、薄膜回路への適用においてはＳｎやはんだの層を
形成する手段が限られ、真空蒸着法の類いは適用が困難
である。このため、従来はＣＩ＆を拡散防止用金属とし
て厚く形成することが多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は微細回路への適用が考慮されておらず、
はんだ付けを行う電極だけは非常に厚く形成する必要が
あるため、微細回路へのはんだ付の障害の１つとなって
いる。また、製造コストもその分高くなっている。

本発明の目的は、はんだが良く付くにもかかわらず、電
極としての厚さが薄くて済むような電極の材料を提供す
ることにより、微細回路へのはんだ付を可能とし、更に
製造コストを低減することにある。

Ｃ問題点を解決するための手段〕上記目的は溶融はんだに対する濡れ性が良好な上に、は
んだ成分金属（例えばＳｎ　、　Ｐｂ　、　Ｉｎ等）の
拡散速度の遅い金属を電極全体又はｉ！極の中でもはん
だが接触し、かつはんだの拡散を留めておきたい部分（
１！極の一部）に用いることにより達成される。上記は
んだの主成分金属と、一般的電極構成金属との拡散係数
および拡散に要する活性化エネルギーを第１表に示す。

第１麦の値および酸化層の性質等の物性や価格の点から
、電極の材料としてＡｔ　、　ＣＬＬ、　Ｎｉが最も使
用される。しかし、これらの材料は種々の問題点を有し
、例えばＡｔは強固な酸化層を瞬時に形成するため、し
ばしばはんだの濡れ不良を起こす。また、Ｃμは酸化に
非常に弱く、熱工程に細心の注意を要する上、はんだの
拡散速度が大きいため、電極を厚く形成する必要がある
。Ｎｉは、はんだ拡散速度は小さいが、はんだ濡れ性が
小さくはんだ付の条件が限られることが多い。従って、
端子の材料は対象によって最も条件に適合する材料を選
ぶことが必要であり、単体の金属で濡れ性と拡散防止性
を同時に満たす材料は見当たらないのが現状であった。

そこで、電極材料として合金を用いることを検討した結
果、脆い中間相（金属間化合物）の生成が無いこと、は
んだの主成分金属（Ｓｎ、Ｐｈ。

Ｉｎ等）についても脆い化合物を生成しないこと、はん
だに対して濡れ性が良好であること、耐食性に優れるこ
と、電極としての形状の形成が容易であること等の条件
を満たす合金として、本発明のＮ１−Ｃμ金合金見い出
した。

本合金は一般的にはコンスタンタン等の名称で知られ、
第１図の状態図の如（全率固溶合金である。また、Ｎｉ
より耐酸性に優れ、強度も高いため各種化学工業で多量
に使用される。また、電流調整用抵抗材料として用いら
れることもある。従って、材料の供給や価格の点で問題
はない。

〔作用〕

ＮｉとＣｕの合金を用いることにより耐食性が向上し、
３００−３５０℃程度の大気中においても酸化の進行は
非常に遅く、通常の製造プロセスやはんだ付のプロセス
において特に問題を起こすことがない。

このような利点が生ずるのは、主としてＮｉの酸化物か
ら成る薄い皮膜が表面を覆うためであるが、はんだ接１
読時に数チ濃度の希硫酸によって洗浄することにより、
Ｖｉの酸化物からなる薄い皮膜を除去することで清浄な
光面が簡単に得られる。また、はんだに対する濡れ性も
非常に良好であり、はんだ肘用フラックスを用いれば全
く問題なく瞬時に濡れる。

従って、Ｃμ電極並みのはんだ濡れ性を有し、ＭＬと同
等の耐食性を有していることが明らかになった。更に、
はんだの拡散速度の検討を行なった結果を第２図および
第２衣に示す。この実験は、所定の厚さの金属膜をどの
程度の時間ではんだが通過するかを評価した結果である
。拡散速度が早い６３５　ｒＬＡ７Ｐ　ｈのはんだを用
い、例えば２５０℃で接続する場合は、はんだの拡散速
度はＣｕに比べて百分の１程度であるこきが明らかであ
る。

従って、上記条件でのはんだ付を行う場合、ＪＶｉ−Ｃ
，合金の電ｉであればＣＬＬの場合の数十分の１の厚み
の電極で済むことになる。実際には、余裕を見込んで１
／１０以下程度とするのが良い。

第２表〔実施例〕以下、本発明の実施例を図により説明する。

実施例１実際にＮｉ−Ｃｕ合金を電極として形成するには、種々
の方法が考えられる。以下に、これらの方法と特徴につ
いて述べる。

■溶融めっき基板を溶融したＮ　Ｌ−Ｃｕ合金中につける。厚さの制
御や基板の耐熱性の点で適用が難しい。

■溶射溶融状態のＮｉ−Ｃｕを霧状に基板に吹きつける。

基板の耐熱性の制約およびＮ７−ｃμ膜の厚さの制約が
大きい。

■気相めっき蒸着、スパッタリングが代表的な方法であり、基板上へ
均一にＮ１−Ｃμ膜を形成でき、また基板温度も低くて
済むため有利である。

上記のように考察した結果、気相めっきが最も有望であ
るため、本方法によってＮ１−Ｃμ電極の形成を行なっ
た。中でも薄い膜を均一に形成する手法として、スパッ
タリングが有力である。しかし、合金のスパッタリング
は、一般に組成の変動が大きいとされている。

変動が大きい原因を考察した結果、スパッタリングに用
いるターゲットの冷却を十分に行えば安定して合金膜の
形成ができると考え、これに基いてＮ１−Ｃμ合金のタ
ーゲットを製作し、マグネトロン方式による基板上への
成膜を行なった。その時の放電特性及び組成分析の結果
を第３図および第３表に示す。第３図、第３表の結果か
ら、ターゲットの組成がそのまま基板上のＮｉ−Ｃｕ薄
膜において再現されることが明らかとなり、本方法でＮ
１−Ｃμ合金膜が形成できることが立証された。

本実施例によって得られたＮｉ　　Ｃｕ合金薄膜は、比
抵抗が４０〜５０１ＬＱ・ｃｍ程度であり、この値は５
ｒｂとＣμの金属間化合物（Ｃμ電極におけるはんだ接
続時に生成される）と同等であることから、接続部分で
の抵抗上昇も従来と同等であると考えられる。

（注）分析法　ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍ
ｉｃｒｏ　ＡｆＬａｌｙｓｉｓ）条　件　加速電圧　２
ＳｋＶ、吸収電流　１０ｎＡビーム径　朕μｍφ１分光
結晶　ＬｉＦ合金ターゲット組成６０ｔｘ１％Ｎｉ　　４０ａｔ％Ｃμ 実施例２まず、第４図（１）に示す如く基板５上にＡｔ　、　Ｃ
。

等の配線となるべき金属膜１を、真空蒸着、メッキ、箔
の貼付等により形成し、実施例１に示した真空蒸着、ス
パッタ等の手法により第４図（２）のように本発明に係
るＮ１−Ｃｕ合金膜３を０．０１ハ〜数ハ程度形成する
。この時、配線となる金属膜１表面に酸化層が形成され
ないよう注意する必要がある。このような酸化層は、時
としてはんだ付の接続強度の低下や電気的接続に悪影響
を与える。

上記成膜工程終了後、第４図（３）の如くフォトエツチ
ング等の手法を用いて所望の配線パターンを形成する。

この時Ｎ１−Ｃμ合金のエツチング液としては、ヨウ素
系の液又は塩化第２銅系の液を用い室温で容易に除去で
きる。更に、配線層１がＣＬＬの場合には、これらの液
で２層が同時にエツチングされるために、工程が大幅に
短縮される。また、この場合には耐酸化性が殆んど無い
ＣｕをＮ１−Ｃμ合金で保護する構造となり、信頼性の
点でも有利となる。

Ｎｉ　Ｃｕ表面のはんだに対する濡れを確実にするため
に、第４図（４）の如くこの段階で九６を無電解めっき
をしても良い。Ｎｉ−Ｃｕ合金表面には、市販の金のめ
っき液により問題無くＡμの抜膜を形成できる。

このようにして形成した電極に、はんだ接続を行なって
接続強度を調べた結果、電極の組成が６ＯＮｉ／４Ｃｃ
′ｗ　　で６３５　ｎ、／３７１’　ｂはんだを用いた
場合、平均破断強度５．２ψ讐を得た。さらに、破断は
全て（まんだ部分で起こっており、理想的な接続強度に
近い値を得た。この値をＣ１＆電極にはんだ付した場合
き比べると、破断強度は１３倍以上である。従ってＮ１
−Ｃｕ合金電極は電極厚さが小さくてすみ、はんだに良
く濡れるという所期の目的を達成した上に、接続強度も
高いという優れた特性を有することが明らかになった。

〔発明の効果〕

本発明によればはんだ付を行う電極の厚さが従来の数分
の１〜１０分の１以下で済むため、微細回路へのはんだ
付が容易となる上、製造コストも低減できる。また、接
続強度、はんだ濡れ性共に従来の電極材料以上の特性を
有し、はんだ接続部の信頼性が高まる。

このような良好な特性は８ＱＩ’／　ｉ／’２０Ｃｕ　
（ａ　ｔ　％　）　　から２ＯＮ　１ｙｔ３ＣＣａ　（
ａ　ｔ　％）の範囲で顕著であり、この範囲でＣｕが多
い程はんだ濡れ性が良＜、ＮＬが多い程はんだの拡散が
運い傾向がある。この他に接続強度の点を考慮すると、
７ＯＮｉＡＯＣＬＬＣａｔ％）　　カら４０Ｍ１％ＣＣ
Ｗ　（７）　範囲が最も良好な特性を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＮ１−Ｃ，合金の状態図、第２図はは
んだ拡散防止金属中のはんだ拡散性を示す図、第３図は
実施例に基（Ｎ１−Ｃμ合金膜の形成条件を示す図、第
４図は実施列による配線基板製造工程を示す図、第５図
は従来のはんだ肘用電極の断面図である。１・・配線層　　　　　　２・・・接着用金属３・・・
拡散防止用金属３′・・・拡散防止用金属（Ｎ１−ＣＬＬ合金）４・・
・はんだ　　　　　　５・・・基板６・・・濡れ性改善
層　　　７・・・液相線８・・・固相線代理人　弁理士　　小　川　、勝゛ゝ−男稟　　１　記７　流用糸昆Ｂ　固オ引碌 Σ　２　口Ｉコルて；２高敷）１度罠　　３　又ターワ′ント　弯ｆｆｊ−ＶＴ　　（Ｖ　）弔　　４　
　図６　焉れ、ば改蟲ッｌ

Claims

【特許請求の範囲】

１、所望の配線を具備せる基板において、少くともはん
だ付けを行う電極の一部又は全部がＮｉ（ニッケル）と
Ｃｕ（銅）から成る合金によって形成されたことを特徴
とする配線基板。