配線基板およびその製造方法
【課題】Ｃｕからなる電極を備えた配線基板において、はんだを構成する金属成分によらず、前記電極上に本発明にかかる表面処理を施すことで、前記電極とはんだ接合界面において、はんだ接合信頼性の高い電極を具備した配線基板を提供する。
【解決手段】Ｃｕからなる電極を有する配線基板の電極上へはんだが加熱接合され、電極とはんだとの接合界面が、電極上の表面処理によりＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層が形成されてなり、表面処理が、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と、無電解Ｎｉめっき皮膜と、無電解Ｐｄめっき皮膜と、無電解Ａｕめっき皮膜とをＣｕからなる電極上に順次積層したことを特徴とする。
【解決手段】Ｃｕからなる電極を有する配線基板の電極上へはんだが加熱接合され、電極とはんだとの接合界面が、電極上の表面処理によりＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層が形成されてなり、表面処理が、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と、無電解Ｎｉめっき皮膜と、無電解Ｐｄめっき皮膜と、無電解Ａｕめっき皮膜とをＣｕからなる電極上に順次積層したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ接合信頼性の高い表面処理を施したＣｕからなる電極を有する配線基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｃｕからなる電極を備えた半導体チップ搭載基板やプリント配線板は、高周波化、高密度配線化、高機能化に対応するために、ビルドアップ方式の多層配線基板が使用されるようになった。電子機器メーカー各社は、製品の小型・薄型・軽量化を実現するために競って高密度実装に取り組み、パッケージの多ピン、狭ピッチ化の急速な技術進歩がなされ、プリント配線板への実装は従来のＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）からエリア表面実装のＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）／ＣＳＰ（ＣｈｉＰ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）実装へと発展した。
【０００３】
中でも半導体チップをインターポーザーを介して、プリント配線板に実装し、かつ各層間がはんだボールによって接続されるＦＣ‐ＢＧＡ（ＦｌｉｐＣｈｉｐ - Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ)技術は、Ａｕ線を用いたワイヤーボンディングによる実装と比較して、低コスト化が可能であるため注目されている。ここで、前記インターポーザーとプリント配線板上に具備されたＣｕからなる電極には、インターポーザーとプリント配線板間をはんだボールで接続するための表面処理が施される。
【０００４】
インターポーザーあるいはプリント配線板への前記表面処理としては、例えば、ニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）めっきが施されるが、近年は、特にはんだボールとの接合信頼性が良好なニッケル／パラジウム／金（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）めっきが普及しつつある。また、配線の高密度化により、電解めっきに代わり、配線の引き回しが不要な無電解めっき法が注目されており、特に、無電解Ｎｉ／Ａｕめっき、無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき処理が注目を集めている。
【０００５】
一方、はんだボールは、ＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕ
Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ）規制により従来のスズ−鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）系はんだから、Ｐｂを含有しないはんだへの移行が進み、その代表としてスズ−銀−胴（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）系のはんだが主に普及している。
【０００６】
しかし、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの融点は、約２２０℃であり、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだよりも約４０℃高く、その結果、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだと比較して、リフロー時に基板にかかる熱負荷が強くなり、この熱負荷による半導体チップなどへの影響が懸念されている。そのため、近年は、融点が低く、Ｐｂフリーであることを条件としたはんだへの要求が高まっている。
【０００７】
前記、融点が低く、Ｐｂフリーであることを条件とするはんだとしては、スズ−亜鉛（Ｓｎ−Ｚｎ）系はんだ（融点：約１９０℃）、スズ−ビスマス（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ（約１３９℃）などが提案されている。
【０００８】
しかしながら、配線基板上のＣｕからなる電極の表面処理がＮｉ／Ａｕ、あるいはＮｉ／Ｐｄ／Ａｕめっきの場合、上記のＳｎ−Ｚｎ系はんだ、あるいは、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだを用いると、前記めっき／はんだ接合界面には、針状のＮｉ３Ｓｎ４を成分とする脆い金属間化合物層が形成され、はんだ接合信頼性が低下する。更に、前記Ｎｉが無電解Ｎｉめっきであって、且つリン（Ｐ）を含有する場合（以下無電解Ｎｉ−Ｐめっきという）、Ｎｉのはんだ中への一方的な溶出に伴って、Ｎｉめっき皮膜中のＰが、前記Ｃｕからなる電極上に施した無電解Ｎｉ−Ｐめっき／はんだ接合界面に残存して形成されるＰリッチ層によって、はんだ接合信頼性が低下することが非特許文献１で報告されている。
【０００９】
前記Ｎｉ３Ｓｎ４を成分とする脆い金属間化合物層とＰリッチ層の成長を制御する方法としては、はんだ中にＣｕを含有させることによって、前記無電解Ｎｉ−Ｐめっき／はんだ接合界面において、例えば、（Ｃｕ、Ｎｉ）６Ｓｎ５などのＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金を形成させることで、Ｎｉのはんだ側への過剰な溶出を抑制する方法が非特許文献２で報告されている。
【００１０】
ここで、前記無電解Ｎｉ／Ａｕめっき皮膜、無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき皮膜中のＮｉめっき皮膜が、例えば、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、あるいは無電解純Ｎｉめっき皮膜のいずれの場合においても、Ｃｕを含有したはんだを加熱接合することで、前記めっきとはんだ接合界面では、Ｎｉ３Ｓｎ４を成分とする脆い金属間化合物層の形成が阻害されて、（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５が形成されるため、安定したはんだ接合信頼性を得ることが可能になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】長南安紀、小宮山崇夫、大貫仁、“表面技術”、Ｖｏｌ．５４、Ｎｏ．２、２００３、ｐ１２４−１２８
【非特許文献２】上西啓介、“金属”、Ｖｏｌ．７９、Ｎｏ．５、２００９、ｐ３９６−４０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｃｕからなる電極を備えた配線基板において、はんだを構成する金属成分によらず、前記電極上に本発明にかかる表面処理を施すことで、前記電極とはんだ接合界面において、はんだ接合信頼性の高い電極を具備した配線基板及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、かかる課題を解決するものであり、請求項１の発明は、
Ｃｕからなる電極を有する配線基板の電極上へはんだが加熱接合され、電極とはんだとの接合界面が、電極上の表面処理によりＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層が形成されてなり、表面処理が、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と、無電解Ｎｉめっき皮膜と、無電解Ｐｄめっき皮膜と、無電解Ａｕめっき皮膜とをＣｕからなる電極上に順次積層したことを特徴とした配線基板としたものである。
【００１４】
請求項２の発明は、
請求項１記載の置換Ｓｎめっき皮膜のピンホールが、置換Ｓｎめっき浴中への塩化物、次亜りん酸塩、臭化物、硝酸塩から選ばれる添加剤の少なくとも一種類以上の添加によって形成されることを特徴とする請求項１記載の配線基板としたものである。
【００１５】
請求項３の発明は、
請求項１記載のＣｕからなる電極上に順次めっき皮膜を積層した配線基板において、Ｃｕ電極と置換Ｓｎめっき界面にＰｄ触媒化処理が行われることを特徴とする請求項１または２記載の配線基板としたものである。
【００１６】
請求項４の発明は、
置換Ｓｎめっき厚が０．０１〜２．０μｍ、無電解Ｎｉめっき厚が０．０１〜１．０μｍ、無電解Ｐｄめっき皮膜の厚みが０．０５〜０．２μｍ、無電解Ａｕめっき皮膜の厚みが０．０２〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の配線基板としたものである。
【００１７】
請求項５の発明は、
Ｃｕからなる電極を有する基板を用意する工程と、
電極上に、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と、無電解Ｎｉめっき皮膜と、無電解Ｐｄめっき皮膜と、無電解Ａｕめっき皮膜とを順次積層する工程と、
積層した表面にはんだを加熱接合し、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層を形成してはんだと電極を接続する工程と、
を含むことを特徴とする配線基板の製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる配線基板は、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と、無電解Ｎｉめっき皮膜と、無電解Ｐｄめっき皮膜と、無電解Ａｕめっき皮膜を、Ｃｕからなる電極上に順次積層した配線基板であって、はんだを加熱接合した場合において、はんだ中の金属成分によらず、前記Ｃｕからなる電極／はんだ接合界面でＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層を形成することができる。
【００１９】
Ｃｕを含有しないはんだと、本発明にかかるめっき皮膜とを接合する場合において、Ｃｕ成分の合金層への関与は、配線基板上のＣｕからなる電極側から行われ、これは、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と無電解Ｎｉめっき皮膜と、更にはんだ中への溶解速度が速く、めっき／はんだ接合界面での金属間化合物層形成において触媒核として機能する無電解Ｐｄめっき皮膜と、はんだ中への拡散速度が速く電極の濡れ性を向上させる無電解Ａｕめっき皮膜を、前記Ｃｕからなる電極上に順次積層することで達成することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、Ｃｕからなる電極上に形成させる置換Ｓｎめっき、無電解Ｎｉめっき、無電解Ｐｄめっき、無電解Ａｕめっき処理について詳細に述べる。
【００２１】
本発明にかかる置換Ｓｎめっき浴は、メタンスルホン酸Ｓｎ、メタンスルホン酸、チオ尿素などで構成された一般的なものを用いてもよいが、例えば、前記Ｓｎめっき皮膜がＣｕ、あるいはＡｇなどと合金めっき皮膜を形成するような浴を用いても良い。ただし、前記置換Ｓｎめっき皮膜上に無電解Ｎｉめっき皮膜を施すために、置換Ｓｎめっき皮膜中に、ピンホールを設ける必要がある。置換Ｓｎめっき皮膜上にピンホールを設けない場合、前記置換Ｓｎめっき皮膜上に無電解Ｎｉめっき皮膜を形成しにくくなり、適当な無電解Ｎｉめっき皮膜の厚みを得られなくなる。
【００２２】
置換Ｓｎめっき厚は、０．０１から２．０μｍであることが望ましく、はんだ接合時において、Ｃｕからなる電極上に施した置換Ｓｎめっき層は、前記順次積層しためっき皮膜とはんだ接合界面でのＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む合金層の形成時に消費され、はんだ接合後は、皮膜状に残存しない。
【００２３】
前記置換Ｓｎめっき厚は、２．０μｍより厚くなると、金属間化合物層の厚みが厚くなり、はんだ接合信頼性が低下するため望ましくない。一方、前記置換Ｓｎめっき皮膜の膜厚が０．０１μｍより薄い場合は、めっき厚のばらつきが生じやすくなり、部分的に膜厚が０．０１μｍより薄い箇所が発現して、同一電極上で均等な厚みのＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物を形成することが出来ず、安定したはんだ接合信頼性を得るのが
難しくなるため望ましくない。
【００２４】
前記置換Ｓｎめっき皮膜中のピンホールは、置換Ｓｎめっき浴中への塩化物、あるいは次亜りん酸塩、臭化物、硝酸塩から選ばれる添加剤の少なくとも一種類以上の添加によって形成され、ピンホール量は、前記添加剤の添加量に応じて増加する。ピンホール量は、前記置換Ｓｎめっき皮膜上での無電解Ｎｉめっき皮膜の析出速度をコントロールするために行われ、その添加量が多いほど無電解Ｎｉめっきの析出速度を速めることができ、タクトを短くすることができる。
【００２５】
Ｃｕからなる電極上に対する置換Ｓｎめっき後の無電解Ｎｉめっき処理は、前記Ｃｕからなる電極と前記順次積層してなるめっき皮膜接合界面において、高い強度を示すＮｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層を形成する目的で行われる。
【００２６】
前記無電解Ｎｉめっき皮膜は、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解ニッケル−ホウ素（Ｎｉ−Ｂ）めっき、無電解純Ｎｉめっきのいずれの処理でも構わない。無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を施す場合、Ｎｉめっき皮膜中のＰ濃度に対する制限はないが、Ｐ濃度が６〜９ｗｔ％程度の中Ｐタイプが望ましい。これは、Ｐ濃度が６ｗｔ％より低い場合、無電解Ｎｉめっき皮膜の耐食性が低下し、置換Ａｕめっき時において、無電解Ｎｉめっき皮膜が腐食されてブラックパッドを形成し、はんだ接合性が低下するためである。また、Ｐ濃度が９ｗｔ％より高い場合は、はんだとめっき皮膜界面において、はんだ接合性を低下させる要因となるＰリッチ層が形成されやすくなるため望ましくない。
【００２７】
前記無電解Ｎｉめっき皮膜は、めっき厚が１．０μｍ以下であることが望ましい。これは、前記無電解Ｎｉめっき厚が１．０μｍよりも厚く形成されると、該無電解Ｎｉめっき皮膜がはんだの加熱接合時において、前記順次積層してなるめっき皮膜／はんだ接合界面に、皮膜状に残存して、はんだ接合信頼性を低下させるためである。
【００２８】
無電解Ｐｄめっき皮膜は、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、無電解純Ｐｄめっきのいずれでも構わないが、本発明にかかる無電解Ｐｄめっき皮膜は、めっき厚が、０．０５から０．２μｍであることが望ましい。該膜厚が０．２μｍ以上の場合、Ｐｄがはんだ中に溶解することなく、前記順次積層してなるめっき／はんだ接合界面に皮膜状に残存し、はんだ接合信頼性を低下させる恐れがある。また、該膜厚が０．０５μｍよりも薄い場合、ほとんどのＰｄがはんだバルク中に溶解してしまうため、接合界面において金属間化合物層形成時の触媒核として振舞うＰｄが減少し、その結果、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む合金層の形成が前記Ｃｕからなる電極とはんだ接合界面で不連続となり、はんだ接合性にばらつきが生じる恐れがある。
【００２９】
無電解Ａｕめっき皮膜は、置換めっき、置換還元、還元めっきのいずれの方法を用いて形成してもよく、該膜厚は、十分なはんだ濡れ性を確保するために０．０２〜０．１μｍであることが望ましい。前記Ａｕめっき厚が０．１μｍより厚い場合、はんだ中に多量のＡｕが溶け込み、はんだ接合性が低下するため望ましくない。
【００３０】
Ｃｕからなる電極上に置換Ｓｎめっき皮膜形成時の前処理として、Ｐｄ触媒化処理を施しても良い。これは、はんだを加熱接合した際において、前記順次積層してなるめっき皮膜とはんだ接合界面のみならず、前記Ｃｕからなる電極と置換Ｓｎめっき皮膜界面においても、該Ｐｄを付与することにより、Ｐｄを核とした合金層の形成を促進させて、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｄを含む合金層を形成させることができるためであり、置換Ｓｎめっき皮膜に対し、Ｃｕからなる電極側及びはんだ側から金属間化合物層を形成することができる。
【００３１】
前記置換Ｓｎめっき皮膜に対し、Ｃｕからなる電極側及びはんだ側に形成された金属間化合物層は、リフロー時において、一体化し、同一の金属間化合物層となる。置換Ｓｎめっき皮膜に対して、はんだ側のみから金属間化合物層を形成させた場合よりも、置換Ｓｎめっき皮膜に対して、はんだと電極の両側から金属間化合物層を形成させた方が、金属間化合物層中のＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄの成分比に偏りが生じにくく、安定したはんだ接合性を得ることができる。また、脆い金属間化合物層であるＮｉ３Ｓｎ４層の成長を制御することで、はんだ接合信頼性を向上させることができる。
【００３２】
前記Ｃｕからなる電極上へのＰｄ触媒化処理において、Ｐｄ触媒化処理液は塩化Ｐｄ溶液、硫酸Ｐｄ溶液などを使用することができる。処理量は、０．０５ｍｇ／ｄｍ２以下が適当である。処理量が０．０５ｍｇ／ｄｍ２より多い場合、Ｃｕからなる電極と置換Ｓｎめっき皮膜界面でＣｕ、Ｓｎからなる合金層が形成され、電極側からのＣｕの溶解が抑制され、Ｃｕからなる電極上に順次積層した置換Ｓｎめっき皮膜、無電解Ｎｉめっき皮膜、無電解Ｐｄめっき皮膜、無電解Ａｕめっき皮膜とはんだ接合界面において、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｄを含む合金層の形成が阻害される。
【００３３】
本発明に使用可能なはんだとしては、スズと銅、銀、ビスマス、インジウム（ＳｎとＣｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎ）などから１種類以上選択して構成されるものが挙げられ、例えば、Ｓｎ−３．５Ａｇ（Ｓｎ９６．５％、Ａｇ３．５％）、Ｓｎ−５８Ｂｉ、Ｓｎ−８．０Ｚｎ−３．０Ｂｉ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−３．０Ｉｎ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−４．０Ｉｎ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−８．０Ｉｎ、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃｕ、Ｓｎ−４０Ｂｉ−０．１Ｃｕなどが挙げられる。
【００３４】
また、前記はんだには、Ｓｎ−３７Ｐｂを使用することもできる。無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき上に前記Ｓｎ−３７Ｐｂはんだを接合した場合、はんだとめっき接合界面において、Ｐｂの濃縮によるはんだ接合信頼性の低下が生じるが、本発明にかかる表面処理とＳｎ−３７Ｐｂの接合界面においては、Ｐｂの濃縮は生じず、はんだ接合性が向上する。
【実施例】
【００３５】
以下に本発明にかかる実施例について説明する。
【００３６】
本実施例においては、置換Ｓｎめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき（Ｐ：７ｗｔ％）、無電解Ｐｄ−Ｐめっき（Ｐ：４ｗｔ％）、置換Ａｕめっきを順次積層したＣｕからなる電極（電極径＝φ５００μｍ）を作製後、該電極上にφ＝６００μｍのＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（Ｓｎ９６．５％、Ａｇ３％、Ｃｕ０．５％）、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−８Ｉｎのはんだボールを加熱接合によって搭載し、はんだシェア試験により、接合強度を測定した。
【００３７】
Ｃｕからなる電極には、ガラスエポキシ樹脂に無電解銅めっきと電気銅めっきを行い、サブトラクティブ法によりＣｕパターンを形成し、パッド径がφ５００μｍとなるようにソルダーレジストでパッド以外の部分を被覆したものを用いた。
【００３８】
前記置換Ｓｎめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、置換Ａｕめっき処理に用いた浴組成は以下の通りである。
【００３９】
・置換Ｓｎめっき
メタンスルホン酸Ｓｎ：１０ｇ／Ｌ
メタンスルホン酸：２０ｇ／Ｌ
チオ尿素：５０ｇ／Ｌ
塩化ナトリウム：５ｇ／Ｌ
液温：５５℃
析出速度：０．１μｍ／ｍｉｎ
・無電解Ｎｉ−Ｐめっき
Ｎｉ：５ｇ／Ｌ（硫酸Ｎｉとして添加）
次亜りん酸ナトリウム：３０ｇ／Ｌ
乳酸：２５ｇ／Ｌ
チオ尿素：０．５ｍｇ／Ｌ
硝酸Ｐｂ：０．５ｍｇ／Ｌ
ｐＨ：４．５
液温：８４℃
析出速度：１２μｍ／ｈ
・無電解Ｐｄ−Ｐめっき
Ｐｄ：０．８ｇ／Ｌ（テトラアンミンＰｄとして添加）
次亜りん酸ナトリウム：１０ｇ／Ｌ
硝酸Ｂｉ：２ｍｇ／Ｌ
りん酸：１０ｇ／Ｌ
ｐＨ：７．５
液温：４３℃
析出速度：０．０５μｍ／５分
・置換Ａｕめっき
Ａｕ：１．０ｇ／Ｌ（シアン化Ａｕカリウムとして添加）
チオ硫酸：１ｍｇ／Ｌ
クエン酸：２５ｇ／Ｌ
りん酸：１０ｇ／Ｌ
ｐＨ：４．５
液温：８６℃
析出速度：０．０５μｍ／２０分
・Ｐｄ触媒化処理液
Ｐｄ：０．１ｇ／Ｌ（塩化Ｐｄとして添加）
塩酸：１．５ｇ／Ｌ
液温：２５℃
＜実施例１＞
φ＝５００μｍのＣｕからなる電極上に、前記置換Ｓｎめっき浴を用いて置換Ｓｎめっき皮膜を形成後、該置換Ｓｎめっき皮膜上に前記無電解Ｎｉ−Ｐめっき浴を用いて、無電解Ｎｉ−Ｐめっき皮膜を形成する工程において、前記置換Ｓｎめっき浴中への添加剤（塩化ナトリウム）の添加による無電解Ｎｉ−Ｐめっき皮膜の析出性への効果を検証した。
【００４０】
Ｃｕからなる電極上に置換Ｓｎめっき処理をする工程において、置換Ｓｎめっき浴中に塩化ナトリウムの濃度が５ｇ／Ｌとなるように添加し、置換Ｓｎめっき皮膜を０．５μｍ形成後、無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を前記浴中にて１５分間実施した。
【００４１】
＜比較例１＞
Ｃｕからなる電極上に置換Ｓｎめっき処理をする工程において、置換Ｓｎめっき浴中に塩化ナトリウムを添加せずに、置換Ｓｎめっき皮膜を０．５μｍ形成後、無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を前記浴中にて１５分間実施した。
【００４２】
実施例１と比較例１より、置換Ｓｎめっき浴中に塩化ナトリウムを５ｇ／Ｌ添加した時と未添加の場合において、無電解Ｎｉ−Ｐめっきの各膜厚は、３μｍ、０．０５μｍとなった。また、未添加時のめっき皮膜表面には、めっきムラが認められた。これより、Ｓｎめっき皮膜上に無電解Ｎｉ−Ｐめっき皮膜を析出させるためには、Ｓｎめっき皮膜中にピンホールを設ける必要があり、これは、置換Ｓｎめっき浴中に塩化ナトリウムを添加することで達成できることが確認された。
【００４３】
＜実施例２＞
φ＝５００μｍのＣｕからなる電極上に、前記置換Ｓｎめっき浴、無電解Ｎｉ−Ｐめっき浴、無電解Ｐｄ−Ｐめっき浴、置換Ａｕめっき浴を用いて、置換Ｓｎめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、置換Ａｕめっき皮膜の各厚みが表１記載の数値となるように、サンプルを作製後、該電極上にφ＝６００μｍのＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−８Ｉｎのはんだボールを加熱接合によって搭載し、はんだシェア試験により、はんだ付け性を評価し、結果を表１に示した。
【００４４】
＜比較例２−１〜２−８＞
実施例２に対し、実施例２と同様の方法で、置換Ｓｎめっき厚を０〜０．３μｍ、無電解Ｎｉ−Ｐめっき厚を０〜２．０μｍ、無電解Ｐｄ−Ｐめっき厚を０〜０．３μｍ、置換Ａｕめっき厚を０〜０．２μｍに変化させたサンプルを作製し、はんだ接合性を評価し、結果を表１に示した。
【００４５】
＜比較例２−９〜２−１０＞
実施例２に対し、一般的な無電解Ｎｉ／Ａｕめっき、無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっきサンプルを作製して、はんだ接合性を評価し、結果を表１に示した。
【００４６】
表１より、実施例２に記載した置換Ｓｎめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、置換Ａｕめっき皮膜の各厚みが本発明にかかる請求の範囲内にある０．５、０．５、０．１、０．０５μｍである場合において、はんだ接合強度が、比較例２−１〜２−８よりも良好な結果を示した。また、比較例２−９〜２−１０との比較から、従来、プリント配線板に用いられてきた無電解Ｎｉ／Ａｕめっき、無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき処理よりも実施例２の本発明にかかる表面処理の方が、はんだ接合性に優れていることが示された。
【００４７】
＜実施例３、４＞
実施例２に対し、前記各めっき浴を用いて、Ｃｕからなる電極上にＰｄ触媒化処理を０．０５ｍｇ／ｄｍ２形成後、置換Ｓｎめっき厚を０．５μｍ、無電解Ｎｉ−Ｐめっき厚を０．５μｍ、無電解Ｐｄ−Ｐめっき厚を０．１μｍ、置換Ａｕめっき厚を０．０５μｍに変化させたサンプルを作製し、はんだ接合性を評価し、結果を表１に示した。
【００４８】
表１より、Ｃｕからなる電極表面に前記めっき皮膜を順次積層する前処理として、Ｐｄ触媒化処理をすることにより、本発明にかかる表面処理方法が、同等もしくはそれ以上のはんだ接合強度を示した。これより、実施例１よりも、より高いはんだ接合強度を得るためには、Ｃｕからなる電極と置換Ｓｎめっき皮膜界面に、Ｐｄ触媒層を設ける必要があることが確認された。
【００４９】
【表１】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ接合信頼性の高い表面処理を施したＣｕからなる電極を有する配線基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｃｕからなる電極を備えた半導体チップ搭載基板やプリント配線板は、高周波化、高密度配線化、高機能化に対応するために、ビルドアップ方式の多層配線基板が使用されるようになった。電子機器メーカー各社は、製品の小型・薄型・軽量化を実現するために競って高密度実装に取り組み、パッケージの多ピン、狭ピッチ化の急速な技術進歩がなされ、プリント配線板への実装は従来のＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）からエリア表面実装のＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）／ＣＳＰ（ＣｈｉＰ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）実装へと発展した。
【０００３】
中でも半導体チップをインターポーザーを介して、プリント配線板に実装し、かつ各層間がはんだボールによって接続されるＦＣ‐ＢＧＡ（ＦｌｉｐＣｈｉｐ - Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ)技術は、Ａｕ線を用いたワイヤーボンディングによる実装と比較して、低コスト化が可能であるため注目されている。ここで、前記インターポーザーとプリント配線板上に具備されたＣｕからなる電極には、インターポーザーとプリント配線板間をはんだボールで接続するための表面処理が施される。
【０００４】
インターポーザーあるいはプリント配線板への前記表面処理としては、例えば、ニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）めっきが施されるが、近年は、特にはんだボールとの接合信頼性が良好なニッケル／パラジウム／金（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）めっきが普及しつつある。また、配線の高密度化により、電解めっきに代わり、配線の引き回しが不要な無電解めっき法が注目されており、特に、無電解Ｎｉ／Ａｕめっき、無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき処理が注目を集めている。
【０００５】
一方、はんだボールは、ＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕ
Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ）規制により従来のスズ−鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）系はんだから、Ｐｂを含有しないはんだへの移行が進み、その代表としてスズ−銀−胴（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）系のはんだが主に普及している。
【０００６】
しかし、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの融点は、約２２０℃であり、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだよりも約４０℃高く、その結果、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだと比較して、リフロー時に基板にかかる熱負荷が強くなり、この熱負荷による半導体チップなどへの影響が懸念されている。そのため、近年は、融点が低く、Ｐｂフリーであることを条件としたはんだへの要求が高まっている。
【０００７】
前記、融点が低く、Ｐｂフリーであることを条件とするはんだとしては、スズ−亜鉛（Ｓｎ−Ｚｎ）系はんだ（融点：約１９０℃）、スズ−ビスマス（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ（約１３９℃）などが提案されている。
【０００８】
しかしながら、配線基板上のＣｕからなる電極の表面処理がＮｉ／Ａｕ、あるいはＮｉ／Ｐｄ／Ａｕめっきの場合、上記のＳｎ−Ｚｎ系はんだ、あるいは、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだを用いると、前記めっき／はんだ接合界面には、針状のＮｉ３Ｓｎ４を成分とする脆い金属間化合物層が形成され、はんだ接合信頼性が低下する。更に、前記Ｎｉが無電解Ｎｉめっきであって、且つリン（Ｐ）を含有する場合（以下無電解Ｎｉ−Ｐめっきという）、Ｎｉのはんだ中への一方的な溶出に伴って、Ｎｉめっき皮膜中のＰが、前記Ｃｕからなる電極上に施した無電解Ｎｉ−Ｐめっき／はんだ接合界面に残存して形成されるＰリッチ層によって、はんだ接合信頼性が低下することが非特許文献１で報告されている。
【０００９】
前記Ｎｉ３Ｓｎ４を成分とする脆い金属間化合物層とＰリッチ層の成長を制御する方法としては、はんだ中にＣｕを含有させることによって、前記無電解Ｎｉ−Ｐめっき／はんだ接合界面において、例えば、（Ｃｕ、Ｎｉ）６Ｓｎ５などのＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金を形成させることで、Ｎｉのはんだ側への過剰な溶出を抑制する方法が非特許文献２で報告されている。
【００１０】
ここで、前記無電解Ｎｉ／Ａｕめっき皮膜、無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき皮膜中のＮｉめっき皮膜が、例えば、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、あるいは無電解純Ｎｉめっき皮膜のいずれの場合においても、Ｃｕを含有したはんだを加熱接合することで、前記めっきとはんだ接合界面では、Ｎｉ３Ｓｎ４を成分とする脆い金属間化合物層の形成が阻害されて、（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５が形成されるため、安定したはんだ接合信頼性を得ることが可能になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】長南安紀、小宮山崇夫、大貫仁、“表面技術”、Ｖｏｌ．５４、Ｎｏ．２、２００３、ｐ１２４−１２８
【非特許文献２】上西啓介、“金属”、Ｖｏｌ．７９、Ｎｏ．５、２００９、ｐ３９６−４０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｃｕからなる電極を備えた配線基板において、はんだを構成する金属成分によらず、前記電極上に本発明にかかる表面処理を施すことで、前記電極とはんだ接合界面において、はんだ接合信頼性の高い電極を具備した配線基板及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、かかる課題を解決するものであり、請求項１の発明は、
Ｃｕからなる電極を有する配線基板の電極上へはんだが加熱接合され、電極とはんだとの接合界面が、電極上の表面処理によりＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層が形成されてなり、表面処理が、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と、無電解Ｎｉめっき皮膜と、無電解Ｐｄめっき皮膜と、無電解Ａｕめっき皮膜とをＣｕからなる電極上に順次積層したことを特徴とした配線基板としたものである。
【００１４】
請求項２の発明は、
請求項１記載の置換Ｓｎめっき皮膜のピンホールが、置換Ｓｎめっき浴中への塩化物、次亜りん酸塩、臭化物、硝酸塩から選ばれる添加剤の少なくとも一種類以上の添加によって形成されることを特徴とする請求項１記載の配線基板としたものである。
【００１５】
請求項３の発明は、
請求項１記載のＣｕからなる電極上に順次めっき皮膜を積層した配線基板において、Ｃｕ電極と置換Ｓｎめっき界面にＰｄ触媒化処理が行われることを特徴とする請求項１または２記載の配線基板としたものである。
【００１６】
請求項４の発明は、
置換Ｓｎめっき厚が０．０１〜２．０μｍ、無電解Ｎｉめっき厚が０．０１〜１．０μｍ、無電解Ｐｄめっき皮膜の厚みが０．０５〜０．２μｍ、無電解Ａｕめっき皮膜の厚みが０．０２〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の配線基板としたものである。
【００１７】
請求項５の発明は、
Ｃｕからなる電極を有する基板を用意する工程と、
電極上に、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と、無電解Ｎｉめっき皮膜と、無電解Ｐｄめっき皮膜と、無電解Ａｕめっき皮膜とを順次積層する工程と、
積層した表面にはんだを加熱接合し、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層を形成してはんだと電極を接続する工程と、
を含むことを特徴とする配線基板の製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる配線基板は、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と、無電解Ｎｉめっき皮膜と、無電解Ｐｄめっき皮膜と、無電解Ａｕめっき皮膜を、Ｃｕからなる電極上に順次積層した配線基板であって、はんだを加熱接合した場合において、はんだ中の金属成分によらず、前記Ｃｕからなる電極／はんだ接合界面でＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層を形成することができる。
【００１９】
Ｃｕを含有しないはんだと、本発明にかかるめっき皮膜とを接合する場合において、Ｃｕ成分の合金層への関与は、配線基板上のＣｕからなる電極側から行われ、これは、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と無電解Ｎｉめっき皮膜と、更にはんだ中への溶解速度が速く、めっき／はんだ接合界面での金属間化合物層形成において触媒核として機能する無電解Ｐｄめっき皮膜と、はんだ中への拡散速度が速く電極の濡れ性を向上させる無電解Ａｕめっき皮膜を、前記Ｃｕからなる電極上に順次積層することで達成することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、Ｃｕからなる電極上に形成させる置換Ｓｎめっき、無電解Ｎｉめっき、無電解Ｐｄめっき、無電解Ａｕめっき処理について詳細に述べる。
【００２１】
本発明にかかる置換Ｓｎめっき浴は、メタンスルホン酸Ｓｎ、メタンスルホン酸、チオ尿素などで構成された一般的なものを用いてもよいが、例えば、前記Ｓｎめっき皮膜がＣｕ、あるいはＡｇなどと合金めっき皮膜を形成するような浴を用いても良い。ただし、前記置換Ｓｎめっき皮膜上に無電解Ｎｉめっき皮膜を施すために、置換Ｓｎめっき皮膜中に、ピンホールを設ける必要がある。置換Ｓｎめっき皮膜上にピンホールを設けない場合、前記置換Ｓｎめっき皮膜上に無電解Ｎｉめっき皮膜を形成しにくくなり、適当な無電解Ｎｉめっき皮膜の厚みを得られなくなる。
【００２２】
置換Ｓｎめっき厚は、０．０１から２．０μｍであることが望ましく、はんだ接合時において、Ｃｕからなる電極上に施した置換Ｓｎめっき層は、前記順次積層しためっき皮膜とはんだ接合界面でのＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む合金層の形成時に消費され、はんだ接合後は、皮膜状に残存しない。
【００２３】
前記置換Ｓｎめっき厚は、２．０μｍより厚くなると、金属間化合物層の厚みが厚くなり、はんだ接合信頼性が低下するため望ましくない。一方、前記置換Ｓｎめっき皮膜の膜厚が０．０１μｍより薄い場合は、めっき厚のばらつきが生じやすくなり、部分的に膜厚が０．０１μｍより薄い箇所が発現して、同一電極上で均等な厚みのＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物を形成することが出来ず、安定したはんだ接合信頼性を得るのが
難しくなるため望ましくない。
【００２４】
前記置換Ｓｎめっき皮膜中のピンホールは、置換Ｓｎめっき浴中への塩化物、あるいは次亜りん酸塩、臭化物、硝酸塩から選ばれる添加剤の少なくとも一種類以上の添加によって形成され、ピンホール量は、前記添加剤の添加量に応じて増加する。ピンホール量は、前記置換Ｓｎめっき皮膜上での無電解Ｎｉめっき皮膜の析出速度をコントロールするために行われ、その添加量が多いほど無電解Ｎｉめっきの析出速度を速めることができ、タクトを短くすることができる。
【００２５】
Ｃｕからなる電極上に対する置換Ｓｎめっき後の無電解Ｎｉめっき処理は、前記Ｃｕからなる電極と前記順次積層してなるめっき皮膜接合界面において、高い強度を示すＮｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層を形成する目的で行われる。
【００２６】
前記無電解Ｎｉめっき皮膜は、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解ニッケル−ホウ素（Ｎｉ−Ｂ）めっき、無電解純Ｎｉめっきのいずれの処理でも構わない。無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を施す場合、Ｎｉめっき皮膜中のＰ濃度に対する制限はないが、Ｐ濃度が６〜９ｗｔ％程度の中Ｐタイプが望ましい。これは、Ｐ濃度が６ｗｔ％より低い場合、無電解Ｎｉめっき皮膜の耐食性が低下し、置換Ａｕめっき時において、無電解Ｎｉめっき皮膜が腐食されてブラックパッドを形成し、はんだ接合性が低下するためである。また、Ｐ濃度が９ｗｔ％より高い場合は、はんだとめっき皮膜界面において、はんだ接合性を低下させる要因となるＰリッチ層が形成されやすくなるため望ましくない。
【００２７】
前記無電解Ｎｉめっき皮膜は、めっき厚が１．０μｍ以下であることが望ましい。これは、前記無電解Ｎｉめっき厚が１．０μｍよりも厚く形成されると、該無電解Ｎｉめっき皮膜がはんだの加熱接合時において、前記順次積層してなるめっき皮膜／はんだ接合界面に、皮膜状に残存して、はんだ接合信頼性を低下させるためである。
【００２８】
無電解Ｐｄめっき皮膜は、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、無電解純Ｐｄめっきのいずれでも構わないが、本発明にかかる無電解Ｐｄめっき皮膜は、めっき厚が、０．０５から０．２μｍであることが望ましい。該膜厚が０．２μｍ以上の場合、Ｐｄがはんだ中に溶解することなく、前記順次積層してなるめっき／はんだ接合界面に皮膜状に残存し、はんだ接合信頼性を低下させる恐れがある。また、該膜厚が０．０５μｍよりも薄い場合、ほとんどのＰｄがはんだバルク中に溶解してしまうため、接合界面において金属間化合物層形成時の触媒核として振舞うＰｄが減少し、その結果、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む合金層の形成が前記Ｃｕからなる電極とはんだ接合界面で不連続となり、はんだ接合性にばらつきが生じる恐れがある。
【００２９】
無電解Ａｕめっき皮膜は、置換めっき、置換還元、還元めっきのいずれの方法を用いて形成してもよく、該膜厚は、十分なはんだ濡れ性を確保するために０．０２〜０．１μｍであることが望ましい。前記Ａｕめっき厚が０．１μｍより厚い場合、はんだ中に多量のＡｕが溶け込み、はんだ接合性が低下するため望ましくない。
【００３０】
Ｃｕからなる電極上に置換Ｓｎめっき皮膜形成時の前処理として、Ｐｄ触媒化処理を施しても良い。これは、はんだを加熱接合した際において、前記順次積層してなるめっき皮膜とはんだ接合界面のみならず、前記Ｃｕからなる電極と置換Ｓｎめっき皮膜界面においても、該Ｐｄを付与することにより、Ｐｄを核とした合金層の形成を促進させて、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｄを含む合金層を形成させることができるためであり、置換Ｓｎめっき皮膜に対し、Ｃｕからなる電極側及びはんだ側から金属間化合物層を形成することができる。
【００３１】
前記置換Ｓｎめっき皮膜に対し、Ｃｕからなる電極側及びはんだ側に形成された金属間化合物層は、リフロー時において、一体化し、同一の金属間化合物層となる。置換Ｓｎめっき皮膜に対して、はんだ側のみから金属間化合物層を形成させた場合よりも、置換Ｓｎめっき皮膜に対して、はんだと電極の両側から金属間化合物層を形成させた方が、金属間化合物層中のＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄの成分比に偏りが生じにくく、安定したはんだ接合性を得ることができる。また、脆い金属間化合物層であるＮｉ３Ｓｎ４層の成長を制御することで、はんだ接合信頼性を向上させることができる。
【００３２】
前記Ｃｕからなる電極上へのＰｄ触媒化処理において、Ｐｄ触媒化処理液は塩化Ｐｄ溶液、硫酸Ｐｄ溶液などを使用することができる。処理量は、０．０５ｍｇ／ｄｍ２以下が適当である。処理量が０．０５ｍｇ／ｄｍ２より多い場合、Ｃｕからなる電極と置換Ｓｎめっき皮膜界面でＣｕ、Ｓｎからなる合金層が形成され、電極側からのＣｕの溶解が抑制され、Ｃｕからなる電極上に順次積層した置換Ｓｎめっき皮膜、無電解Ｎｉめっき皮膜、無電解Ｐｄめっき皮膜、無電解Ａｕめっき皮膜とはんだ接合界面において、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｄを含む合金層の形成が阻害される。
【００３３】
本発明に使用可能なはんだとしては、スズと銅、銀、ビスマス、インジウム（ＳｎとＣｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎ）などから１種類以上選択して構成されるものが挙げられ、例えば、Ｓｎ−３．５Ａｇ（Ｓｎ９６．５％、Ａｇ３．５％）、Ｓｎ−５８Ｂｉ、Ｓｎ−８．０Ｚｎ−３．０Ｂｉ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−３．０Ｉｎ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−４．０Ｉｎ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−８．０Ｉｎ、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃｕ、Ｓｎ−４０Ｂｉ−０．１Ｃｕなどが挙げられる。
【００３４】
また、前記はんだには、Ｓｎ−３７Ｐｂを使用することもできる。無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき上に前記Ｓｎ−３７Ｐｂはんだを接合した場合、はんだとめっき接合界面において、Ｐｂの濃縮によるはんだ接合信頼性の低下が生じるが、本発明にかかる表面処理とＳｎ−３７Ｐｂの接合界面においては、Ｐｂの濃縮は生じず、はんだ接合性が向上する。
【実施例】
【００３５】
以下に本発明にかかる実施例について説明する。
【００３６】
本実施例においては、置換Ｓｎめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき（Ｐ：７ｗｔ％）、無電解Ｐｄ−Ｐめっき（Ｐ：４ｗｔ％）、置換Ａｕめっきを順次積層したＣｕからなる電極（電極径＝φ５００μｍ）を作製後、該電極上にφ＝６００μｍのＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（Ｓｎ９６．５％、Ａｇ３％、Ｃｕ０．５％）、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−８Ｉｎのはんだボールを加熱接合によって搭載し、はんだシェア試験により、接合強度を測定した。
【００３７】
Ｃｕからなる電極には、ガラスエポキシ樹脂に無電解銅めっきと電気銅めっきを行い、サブトラクティブ法によりＣｕパターンを形成し、パッド径がφ５００μｍとなるようにソルダーレジストでパッド以外の部分を被覆したものを用いた。
【００３８】
前記置換Ｓｎめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、置換Ａｕめっき処理に用いた浴組成は以下の通りである。
【００３９】
・置換Ｓｎめっき
メタンスルホン酸Ｓｎ：１０ｇ／Ｌ
メタンスルホン酸：２０ｇ／Ｌ
チオ尿素：５０ｇ／Ｌ
塩化ナトリウム：５ｇ／Ｌ
液温：５５℃
析出速度：０．１μｍ／ｍｉｎ
・無電解Ｎｉ−Ｐめっき
Ｎｉ：５ｇ／Ｌ（硫酸Ｎｉとして添加）
次亜りん酸ナトリウム：３０ｇ／Ｌ
乳酸：２５ｇ／Ｌ
チオ尿素：０．５ｍｇ／Ｌ
硝酸Ｐｂ：０．５ｍｇ／Ｌ
ｐＨ：４．５
液温：８４℃
析出速度：１２μｍ／ｈ
・無電解Ｐｄ−Ｐめっき
Ｐｄ：０．８ｇ／Ｌ（テトラアンミンＰｄとして添加）
次亜りん酸ナトリウム：１０ｇ／Ｌ
硝酸Ｂｉ：２ｍｇ／Ｌ
りん酸：１０ｇ／Ｌ
ｐＨ：７．５
液温：４３℃
析出速度：０．０５μｍ／５分
・置換Ａｕめっき
Ａｕ：１．０ｇ／Ｌ（シアン化Ａｕカリウムとして添加）
チオ硫酸：１ｍｇ／Ｌ
クエン酸：２５ｇ／Ｌ
りん酸：１０ｇ／Ｌ
ｐＨ：４．５
液温：８６℃
析出速度：０．０５μｍ／２０分
・Ｐｄ触媒化処理液
Ｐｄ：０．１ｇ／Ｌ（塩化Ｐｄとして添加）
塩酸：１．５ｇ／Ｌ
液温：２５℃
＜実施例１＞
φ＝５００μｍのＣｕからなる電極上に、前記置換Ｓｎめっき浴を用いて置換Ｓｎめっき皮膜を形成後、該置換Ｓｎめっき皮膜上に前記無電解Ｎｉ−Ｐめっき浴を用いて、無電解Ｎｉ−Ｐめっき皮膜を形成する工程において、前記置換Ｓｎめっき浴中への添加剤（塩化ナトリウム）の添加による無電解Ｎｉ−Ｐめっき皮膜の析出性への効果を検証した。
【００４０】
Ｃｕからなる電極上に置換Ｓｎめっき処理をする工程において、置換Ｓｎめっき浴中に塩化ナトリウムの濃度が５ｇ／Ｌとなるように添加し、置換Ｓｎめっき皮膜を０．５μｍ形成後、無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を前記浴中にて１５分間実施した。
【００４１】
＜比較例１＞
Ｃｕからなる電極上に置換Ｓｎめっき処理をする工程において、置換Ｓｎめっき浴中に塩化ナトリウムを添加せずに、置換Ｓｎめっき皮膜を０．５μｍ形成後、無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を前記浴中にて１５分間実施した。
【００４２】
実施例１と比較例１より、置換Ｓｎめっき浴中に塩化ナトリウムを５ｇ／Ｌ添加した時と未添加の場合において、無電解Ｎｉ−Ｐめっきの各膜厚は、３μｍ、０．０５μｍとなった。また、未添加時のめっき皮膜表面には、めっきムラが認められた。これより、Ｓｎめっき皮膜上に無電解Ｎｉ−Ｐめっき皮膜を析出させるためには、Ｓｎめっき皮膜中にピンホールを設ける必要があり、これは、置換Ｓｎめっき浴中に塩化ナトリウムを添加することで達成できることが確認された。
【００４３】
＜実施例２＞
φ＝５００μｍのＣｕからなる電極上に、前記置換Ｓｎめっき浴、無電解Ｎｉ−Ｐめっき浴、無電解Ｐｄ−Ｐめっき浴、置換Ａｕめっき浴を用いて、置換Ｓｎめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、置換Ａｕめっき皮膜の各厚みが表１記載の数値となるように、サンプルを作製後、該電極上にφ＝６００μｍのＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−８Ｉｎのはんだボールを加熱接合によって搭載し、はんだシェア試験により、はんだ付け性を評価し、結果を表１に示した。
【００４４】
＜比較例２−１〜２−８＞
実施例２に対し、実施例２と同様の方法で、置換Ｓｎめっき厚を０〜０．３μｍ、無電解Ｎｉ−Ｐめっき厚を０〜２．０μｍ、無電解Ｐｄ−Ｐめっき厚を０〜０．３μｍ、置換Ａｕめっき厚を０〜０．２μｍに変化させたサンプルを作製し、はんだ接合性を評価し、結果を表１に示した。
【００４５】
＜比較例２−９〜２−１０＞
実施例２に対し、一般的な無電解Ｎｉ／Ａｕめっき、無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっきサンプルを作製して、はんだ接合性を評価し、結果を表１に示した。
【００４６】
表１より、実施例２に記載した置換Ｓｎめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、置換Ａｕめっき皮膜の各厚みが本発明にかかる請求の範囲内にある０．５、０．５、０．１、０．０５μｍである場合において、はんだ接合強度が、比較例２−１〜２−８よりも良好な結果を示した。また、比較例２−９〜２−１０との比較から、従来、プリント配線板に用いられてきた無電解Ｎｉ／Ａｕめっき、無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき処理よりも実施例２の本発明にかかる表面処理の方が、はんだ接合性に優れていることが示された。
【００４７】
＜実施例３、４＞
実施例２に対し、前記各めっき浴を用いて、Ｃｕからなる電極上にＰｄ触媒化処理を０．０５ｍｇ／ｄｍ２形成後、置換Ｓｎめっき厚を０．５μｍ、無電解Ｎｉ−Ｐめっき厚を０．５μｍ、無電解Ｐｄ−Ｐめっき厚を０．１μｍ、置換Ａｕめっき厚を０．０５μｍに変化させたサンプルを作製し、はんだ接合性を評価し、結果を表１に示した。
【００４８】
表１より、Ｃｕからなる電極表面に前記めっき皮膜を順次積層する前処理として、Ｐｄ触媒化処理をすることにより、本発明にかかる表面処理方法が、同等もしくはそれ以上のはんだ接合強度を示した。これより、実施例１よりも、より高いはんだ接合強度を得るためには、Ｃｕからなる電極と置換Ｓｎめっき皮膜界面に、Ｐｄ触媒層を設ける必要があることが確認された。
【００４９】
【表１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕからなる電極を有する配線基板の電極上へはんだが加熱接合され、電極とはんだとの接合界面が、電極上の表面処理によりＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層が形成されてなり、表面処理が、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と、無電解Ｎｉめっき皮膜と、無電解Ｐｄめっき皮膜と、無電解Ａｕめっき皮膜とをＣｕからなる電極上に順次積層したことを特徴とした配線基板。
【請求項２】
請求項１記載の置換Ｓｎめっき皮膜のピンホールが、置換Ｓｎめっき浴中への塩化物、次亜りん酸塩、臭化物、硝酸塩から選ばれる添加剤の少なくとも一種類以上の添加によって形成されることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
請求項１記載のＣｕからなる電極上に順次めっき皮膜を積層した配線基板において、Ｃｕ電極と置換Ｓｎめっき界面にＰｄ触媒化処理が行われることを特徴とする請求項１または２記載の配線基板。
【請求項４】
置換Ｓｎめっき厚が０．０１〜２．０μｍ、無電解Ｎｉめっき厚が０．０１〜１．０μｍ、無電解Ｐｄめっき皮膜の厚みが０．０５〜０．２μｍ、無電解Ａｕめっき皮膜の厚みが０．０２〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の配線基板。
【請求項５】
Ｃｕからなる電極を有する基板を用意する工程と、
電極上に、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と、無電解Ｎｉめっき皮膜と、無電解Ｐｄめっき皮膜と、無電解Ａｕめっき皮膜とを順次積層する工程と、
積層した表面にはんだを加熱接合し、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層を形成してはんだと電極を接続する工程と、
を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項１】
Ｃｕからなる電極を有する配線基板の電極上へはんだが加熱接合され、電極とはんだとの接合界面が、電極上の表面処理によりＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層が形成されてなり、表面処理が、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と、無電解Ｎｉめっき皮膜と、無電解Ｐｄめっき皮膜と、無電解Ａｕめっき皮膜とをＣｕからなる電極上に順次積層したことを特徴とした配線基板。
【請求項２】
請求項１記載の置換Ｓｎめっき皮膜のピンホールが、置換Ｓｎめっき浴中への塩化物、次亜りん酸塩、臭化物、硝酸塩から選ばれる添加剤の少なくとも一種類以上の添加によって形成されることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
請求項１記載のＣｕからなる電極上に順次めっき皮膜を積層した配線基板において、Ｃｕ電極と置換Ｓｎめっき界面にＰｄ触媒化処理が行われることを特徴とする請求項１または２記載の配線基板。
【請求項４】
置換Ｓｎめっき厚が０．０１〜２．０μｍ、無電解Ｎｉめっき厚が０．０１〜１．０μｍ、無電解Ｐｄめっき皮膜の厚みが０．０５〜０．２μｍ、無電解Ａｕめっき皮膜の厚みが０．０２〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の配線基板。
【請求項５】
Ｃｕからなる電極を有する基板を用意する工程と、
電極上に、ピンホールを有する置換Ｓｎめっき皮膜と、無電解Ｎｉめっき皮膜と、無電解Ｐｄめっき皮膜と、無電解Ａｕめっき皮膜とを順次積層する工程と、
積層した表面にはんだを加熱接合し、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄを含む金属間化合物層を形成してはんだと電極を接続する工程と、
を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−２０４４７６（Ｐ２０１２−２０４４７６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５９５０（Ｐ２０１１−６５９５０）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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