JP2001102733A - 電子部品の実装方法 - Google Patents

電子部品の実装方法

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JP2001102733A
JP2001102733A JP27506199A JP27506199A JP2001102733A JP 2001102733 A JP2001102733 A JP 2001102733A JP 27506199 A JP27506199 A JP 27506199A JP 27506199 A JP27506199 A JP 27506199A JP 2001102733 A JP2001102733 A JP 2001102733A
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Noriyuki Shimizu
範征 清水
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Abstract

(57)【要約】 【課題】配線基板の配線導体層を被覆する金めっき層と
半田等に含まれる錫とが脆弱な層状の金属間化合物を形
成して接合の信頼性が低い。 【解決手段】配線基板1の配線導体層3にニッケル、
銅、もしくはこれらを主成分とする合金の少なくとも1
種から成る1次めっき層6、パラジウムもしくはその合
金から成る置換型の2次めっき層7、及び金もしくはそ
の合金から成る3次めっき層8を順次被着させておき、
加熱処理によって前記2次めっき層7及び3次めっき層
8を低融点ロウ材5中に移動拡散させるとともに、1次
めっき層6の表面にニッケル−錫または銅−錫の反応層
9を形成させて配線導体層3に低融点ロウ材5を接合さ
せるとともに低融点ロウ材5と電子部品4の電極4aと
を反応接合させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、配線基板の配線導
体層に半導体素子や容量素子、抵抗器等の電子部品の電
極を低融点ロウ材を介して接合する電子部品の実装方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体素子や容量素子、抵抗器等
の電子部品が搭載される配線基板は、一般に、酸化アル
ミニウム質焼結体やガラスセラミックス焼結体等から成
る絶縁基体の内部及び表面にタングステン、モリブデ
ン、銅等の金属材料から成る配線導体層を形成した構造
を有しており、絶縁基体上に半導体素子や容量素子、抵
抗器等の電子部品を載置するとともに該電子部品の下面
に導出されている電極を配線導体層に錫−鉛半田等の少
なくとも錫を含有する低融点ロウ材を介し電気的に接続
することによって電子部品は配線基板に実装される。
【0003】なお、前記配線基板の配線導体層は酸化腐
蝕を防止するとともに低融点ロウ材との濡れ性を良好と
するためにその表面にニッケル、銅、もしくはこれらを
主成分とする合金の少なくとも1種から成る下地めっき
層と金めっき層とが順次被着されている。
【0004】また、前記下地めっき層及び金めっき層
は、配線基板の小型化に伴なう配線導体層の高密度化に
よってめっき電力供給用の引き出し線の形成が困難なこ
とから無電解めっき法が多用されつつあり、この場合、
下地めっき層を形成するニッケルおよび銅が無電解金め
っきに対して触媒不活性であることからまず下地めっき
層上に触媒活性が不要で薄付けめっきに用いられる置換
型の無電解めっき法により金めっき層を薄く(0.01
〜0.8μm程度)被着させて触媒活性を付与してお
き、その後、厚付けめっきが可能な還元型の無電解めっ
き法により金めっき層を所定厚みに被着させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電子部品の実装方法では、配線導体層(実質的には
ニッケルまたは銅めっき層)の酸化を有効に防ぎ、低融
点ロウ材の濡れ性を確保するためには、通常、金めっき
層は全体の厚みが約1μm以上の厚いものとなってお
り、金の量が多いことから、低融点ロウ材を介して配線
導体層に電子部品の電極を接合させた場合、金めっき層
と低融点ロウ材との接合部にほぼ全域にわたって脆い金
−錫金属間化合物が層状に形成されてしまい、その結
果、電子部品や該電子部品と配線基板との接合部に外力
が印加され、これが前記金−錫金属間化合物の層に作用
すると金−錫金属間化合物の層に機械的破壊が生じ、電
子部品の配線基板上への実装が信頼性の低いものとなる
欠点を有していた。
【0006】また、上記従来の実装方法では、配線基板
の配線導体層にめっき層を被着形成させる際、まず下地
めっき層に置換型の無電解めっき法により金めっき層を
形成する必要があり、この置換型の無電解金めっきの際
に下地めっき層のニッケルまたは銅の表面部分が酸化腐
蝕されてしまい低融点ロウ材の濡れ性が劣化してしまう
という問題もあった。
【0007】本発明は、上記課題に鑑み案出されたもの
でその目的は、低融点ロウ材の濡れ性が良好で、電子部
品の電極を配線導体層に低融点ロウ材を介して容易、か
つ確実、強固に接合することができる信頼性の高い電子
部品の実装方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の電子部品の実装
方法は、 (1)絶縁基体の上面に配線導体層を有する配線基板を
準備するとともに、前記配線導体層の少なくとも一部に
ニッケル、銅、もしくはこれらを主成分とする合金の少
なくとも1種から成る1次めっき層、パラジウムもしく
はその合金から成る還元型の2次めっき層、及び金もし
くはその合金から成る3次めっき層を順次被着させる工
程と、 (2)前記配線基板上に下面に電極を有する電子部品を
搭載するとともに各めっき層が被着されている配線導体
層と電子部品の電極とを間に少なくとも錫を含有する低
融点ロウ材を挟んで対向させる工程と、 (3)前記低融点ロウ材を加熱処理し、前記2次めっき
層及び3次めっき層を低融点ロウ材中に移動拡散させる
とともに、1次めっき層の表面にニッケル−錫または銅
−錫の反応層を形成させ、該反応層で配線導体層に低融
点ロウ材を接合させるとともに低融点ロウ材と電子部品
の電極とを反応接合させる工程とから成ることを特徴と
するものである。
【0009】また本発明の電子部品の実装方法は、前記
パラジウムめっき層の厚さが0.005μm〜2μm、
前記金めっき層の厚さが0.05μm〜0.7μmであ
ることを特徴とするものである。
【0010】更に本発明の電子部品の実装方法は、前記
反応層の厚みが0.5μm乃至5μmであることを特徴
とするものである。
【0011】本発明の電子部品の実装方法によれば、電
子部品が実装される配線基板の配線導体層の表面にニッ
ケル、銅もしくはこれらを主成分とする合金から成る1
次めっき層、パラジウムもしくはその合金から成る2次
めっき層、及び金もしくはその合金から成る3次めっき
層を順次被着させたことから、低融点ロウ材の濡れ性を
良好とし、かつ脆弱な金−錫金属間化合物が層状に形成
されるのを有効に防止するとともに1次めっき層の表面
にニッケル−錫または銅−錫の反応層を形成して低融点
ロウ材の配線導体層への接合を極めて強固なものとし、
これによって電子部品の配線基板への実装を高信頼性と
なすことが可能となる。
【0012】また本発明の電子部品の実装方法によれ
ば、1次めっき層と3次めっき層との間にパラジウムを
主成分とする2次めっき層を介在させ、このパラジウム
が無電解めっき法において優れた触媒活性を有すること
から、1次めっき層上に還元型の無電解めっき法により
2次めっき層を被着させることができ、置換型の無電解
めっき法によって2次めっき層を被着させるとき1次め
っき層の表面が酸化腐蝕されることがないため、この配
線導体層上に3次めっき層形成後、電子部品の電極を接
合させる際、低融点ロウ材の濡れ性を良好なものとなす
ことができる。
【0013】
【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、本発明の実装方法によって半
導体素子を配線基板上に実装した状態を示し、1は絶縁
基体2と配線導体層3とから成る配線基板、4は半導体
素子である。
【0014】前記配線導体3のうち絶縁基体2上面に露
出した部分に錫−鉛半田や錫−銀系半田等の少なくとも
錫を含有する低融点ロウ材5を介して半導体素子4の電
極4aを接合させることにより半導体素子4が配線基板
1上に実装される。
【0015】また前記配線導体層3の表面のうち、少な
くとも半導体素子4の電極4aが低融点ロウ材5を介し
て接合される部分にはニッケル、銅、もしくはこれらを
主成分とする金属の少なくとも1種から成る1次めっき
層が被着されており、配線導体層3と低融点ロウ材5と
の界面にニッケル−錫または銅−錫の反応層が形成さ
れ、この反応層で配線導体層3に低融点ロウ材5が強固
に接合されているとともに、低融点ロウ材5と半導体素
子4の電極4aとが反応接合され、これにより配線基板
1の配線導体層3に半導体素子4の電極4aが接合さ
れ、半導体素子4が配線基板1に実装される。
【0016】次に、上述の半導体素子の実装方法につい
て図2(a)乃至(c)に基づいて説明する。なお、図
中、図1と同一箇所には同一符号が付してある。図2
(a)乃至(c)は本発明による半導体素子等の電子部
品の実装方法を説明するための各工程毎の要部断面図で
あり、まず、絶縁基体2の内部および上下面に配線導体
層3が形成された配線基板1を準備するとともに、図2
(a)に示す如く、前記配線基板1上に下面に電極4a
を有する半導体素子4を、配線導体層3と半導体素子4
の電極4aとが間に少なくとも錫を含有する低融点ロウ
材5(具体的には錫−鉛半田や錫−銀系半田等)を挟ん
で対向するように搭載させる。
【0017】また前記配線導体層3のうち少なくとも半
導体素子4の電極4aが低融点ロウ材5を介して接合さ
れる所定の部分にニッケル、銅、もしくはこれらを主成
分とする合金の少なくとも1種から成る1次めっき層
6、パラジウムもしくはその合金から成る還元型の2次
めっき層7、及び金もしくはその合金から成る3次めっ
き層8を順次被着させる。
【0018】前記配線基板1の絶縁基体2は、酸化アル
ミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライ
ト質焼結体、炭化珪素質焼結体、ガラスセラミックス焼
結体、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ガラスエポキシ
樹脂等の電気絶縁材料から成り、その内部および表面に
配線導体層3が形成され、該配線導体層3のうち絶縁基
体2の上面に露出した所定の部分に半導体素子等の電子
部品4の電極4aが低融点ロウ材5を介して接合され
る。
【0019】前記絶縁基体2は、例えば、酸化アルミニ
ウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸
化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の原料粉
末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して泥漿状
のセラミックスラリーとなすとともに該セラミックスラ
リーを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロー
ル法等のシート成形技術を採用しシート状となすことに
よってセラミックグリーンシート(セラミック生シー
ト)を得、しかる後、前記セラミックグリーンシートを
切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とするととも
にこれを複数枚積層し、最後に前記積層されたセラミッ
クグリーンシートを還元雰囲気中、約1600℃の温度
で焼成することによって製作される。
【0020】また前記配線導体層3は、半導体素子4の
電極4aを接合させるともにこれを外部電気回路に接続
する作用をなし、タングステン、モリブデン、マンガ
ン、銅、銀、またはこれらを主成分とする合金等の金属
材料から成り、例えばタングステン等の高融点金属粉末
から成る場合であれば、高融点金属の粉末に適当な有機
バインダーや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを絶
縁基体2となるセラミックグリーンシートに予め従来周
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
ておくことによって絶縁基体2の内部および上下面に被
着形成される。
【0021】前記配線導体層3の表面に被着形成される
1次めっき層6は、配線導体層3の表面を被覆し2次め
っき層7および3次めっき層8を配線導体層3に被着さ
せるための下地層として作用するとともに、後の工程で
低融点ロウ材5を加熱接合させるとき、低融点ロウ材5
の錫とニッケル−錫または銅−錫の反応層を形成して、
この反応層で低融点ロウ材5を配線導体層3に強固に接
合させる作用をなす。
【0022】また、前記1次めっき層6のニッケル合金
としては、ニッケルと、ホウ素、リン、コバルト、銅、
パラジウム、タングステン、モリブデンのいずれか1種
または2種との合金を用いることができ、銅合金として
は、銅と、リン、ホウ素、亜鉛、ニッケル、錫のいずれ
か1種または2種との合金を用いることができる。
【0023】この場合、ニッケルまたは銅の含有率を9
0重量%以上としておくと、めっき層のつき回り性が良
好で、かつ緻密なめっき層を容易に得ることができる。
従って、前記ニッケルまたは銅を主成分とする合金は、
ニッケルまたは銅を90重量%以上含有させることが好
ましい。
【0024】前記1次めっき層6は、例えば、硫酸ニッ
ケル等のニッケル化合物とジメチルアミンボラン等の還
元剤とを主成分とする無電解ニッケルめっき液、または
硫酸銅等の銅化合物と、ホルムアルデヒド等の還元剤と
を主成分とする無電解銅めっき液を用いた無電解めっき
法により、配線導体層3の表面に所定厚みに被着され
る。
【0025】また、前記1次めっき層6は、その厚さが
1μm未満の薄いものになると配線導体層3を完全に被
覆することができず配線導体層3に低融点ロウ材5を強
固に接合させるのが困難となる傾向にあり、また8μm
を超えると内部応力が大きくなって配線導体層3に1次
めっき層6を強固に被着させることが困難となってしま
う。従って、前記1次めっき層6は、その厚さを1μm
〜8μmの範囲としておくことが好ましい。
【0026】さらに前記1次めっき層6上には、パラジ
ウムまたはその合金から成る還元型の2次めっき層7が
所定厚みに被着されており、該2次めっき層7は1次め
っき層6の酸化を防いで3次めっき層8の厚みを薄く
し、3次めっき層8の金と低融点ロウ材5の錫とで脆弱
な層状の金ー錫の金属間化合物が形成されるのを有効に
防止するとともに還元型の無電解めっき法により3次め
っき層8を被着させることを可能とする作用をなす。
【0027】前記2次めっき層7のパラジウム合金は、
パラジウムとリン、ホウ素、金、ニッケルのいずれか1
種または2種とから成り、良好な触媒活性を得て2次め
っき層7及び3次めっき層8をつき回り性よく、かつ緻
密に形成させるとともに、1次めっき層6の酸化を有効
に防ぐためには、パラジウム含有率を97重量%以上と
しておくことが好ましい。
【0028】前記2次めっき層7は、例えば、塩化パラ
ジウム等のパラジウム化合物とホスフィン酸ナトリウム
等の還元剤とを主成分とする無電解パラジウムめっき液
を用いた還元型の無電解めっき法により、1次めっき層
6上に被着される。
【0029】この場合、パラジウムが自己触媒作用を有
し無電解めっきに対する触媒作用に優れる金属であるこ
とから、2次めっき層7は還元型の無電解めっき法によ
って容易に密着性良く、かつ緻密に1次めっき層6上に
析出被着される。
【0030】なお、前記2次めっき層7は、その厚みが
0.005μm未満の薄いものとなると1次めっき層6
を2次めっき層7で完全に被覆することができず1次め
っき層6の酸化を有効に防ぐことが困難となって配線導
体層3に対する低融点ロウ材5の接合強度が低いものと
なる危険性があり、また2μmを超えると、後の工程
で、この2次めっき層7を低融点ロウ材中に移動拡散さ
せることが困難となって配線導体層3に対する低融点ロ
ウ材5の接合強度が低いものとなる危険性がある。従っ
て、前記2次めっき層7はその厚さを0.005μm〜
2μmの範囲としておくことが好ましい。
【0031】さらに前記2次めっき層7の表面には金ま
たはその合金から成る3次めっき層8が所定厚みに被着
されており、該3次めっき層8は1次めっき層6及び2
次めっき層7が酸化腐蝕するのを防止するとともに低融
点ロウ材5の濡れ性を良好なものとする作用をなす。
【0032】また前記3次めっき層8の金合金は、金
と、銅、コバルト、インジウム、パラジウムのいずれか
1種または2種とから成り、接続される電子部品に応じ
て組成を変更することができ、通常、1次めっき層6及
び2次めっき層7の酸化を防ぎ、配線導体層3の低融点
ロウ材の濡れ性を良好とするためには金含有率を99重
量%以上としておくことが好ましい。
【0033】前記3次めっき層8は、例えば、シアン化
金カリウム等の金化合物と水素化ホウ素ナトリウム等の
還元剤とを主成分とする還元型の無電解金めっき液を用
いる還元型の無電解めっき法により2次めっき層7の表
面に形成される。
【0034】前記3次めっき層8は、その厚みが0.0
5μm未満の薄いものとなると、1次めっき層6および
2次めっき層7の酸化を防ぐことが困難となるととも
に、低融点ロウ材5の濡れ性を良好なものとすることが
困難となる危険性があり、また0.7μm超えて厚くす
ると、低融点ロウ材5の錫と脆弱な層状の金−錫金属間
化合物を形成し、接合部の信頼性を低いものとしてしま
う危険性がある。従って、前記3次めっき層8は、その
厚さを0.05μm〜0.7μmの範囲としておくこと
が好ましい。
【0035】そして次に、図2(b)に示す如く、前記
低融点ロウ材5を加熱し、溶融させて、前記2次めっき
層7及び3次めっき層8を前記低融点ロウ材5中に移動
拡散させるとともに、図2(c)に示す如く、前記2次
めっき層及び3次めっき層が移動拡散した低融点ロウ材
5と、1次めっき層との接触部分にニッケル−錫または
銅−錫の反応層9を形成させ、この反応層9で低融点ロ
ウ材5と配線導体層3とを接合させるとともに、低融点
ロウ材5と半導体素子4の電極4aとを反応接合させ
る。
【0036】この場合、前記反応層9の厚さが0.5μ
m未満と薄いと、低融点ロウ材5と配線導体層3との接
合強度が低下する傾向にあり、また5μmを超えて厚く
すると、この反応層9が低融点ロウ材5に比べて硬く変
形し難いことから、半導体素子4を実装した後、半導体
素子4と配線基板1との間に生じる熱応力等が印加され
ると、反応層9と低融点ロウ材5との界面部分に破断が
生じ易くなる傾向がある。従って、前記反応層9は、そ
の厚さが0.5μm〜5μmの範囲となるように形成す
ることが好ましい。
【0037】なお、前記2次めっき層7及び3次めっき
層8の移動拡散と、ニッケル−錫または銅−錫反応層の
形成は、例えば、絶縁基体2上に半導体素子4を位置決
めして載せるとともに、半導体素子4の電極4aと配線
導体層3の各めっき層を形成した所定領域とを、間に錫
−鉛半田を介して対向させ、リフロー炉を使用し、ピー
ク温度約225℃、200℃以上約60秒の条件で加熱
することにより行うことができる。
【0038】また、2次めっき層7および3次めっき層
8を特に上記のような厚み範囲とすることにより、極め
て容易、かつ確実に低融点ロウ材5中に移動拡散させる
ことができ、配線導体層3と低融点ロウ材5との間に金
−錫、パラジウム−錫といった脆い金属間化合物が、接
合部の横断面の全面にわたって層状に形成されることを
防ぐとともにニッケル−錫または銅−錫反応層9を形成
させることがより一層容易、かつ確実なものとなる。
【0039】またこの場合、2次めっき層が還元型であ
ることから1次めっき層が酸化腐蝕されることはなく、
配線導体層3の各めっき層を被着させた部分に低融点ロ
ウ材5が容易に濡れ広がるとともに前記反応層9で強固
に接合され、また低融点ロウ材5が半導体素子4の電極
4aに反応接合され、配線導体層3と半導体素子4の電
極4aとを低融点ロウ材5を介して確実に電気的に接続
させることができるとともに、接合部の長期信頼性を優
れたものとすることができる。
【0040】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例では本
発明の実装方法を、半導体素子を配線基板に実装する方
法に適用したが、抵抗器、容量素子等を配線基板に実装
して混成集積回路を製作する場合に適用してもよい。
【0041】
【発明の効果】本発明の電子部品の実装方法によれば、
電子部品が実装される配線基板の配線導体層の表面にニ
ッケル、銅もしくはこれらを主成分とする合金から成る
1次めっき層、パラジウムもしくはその合金から成る2
次めっき層、及び金もしくはその合金から成る3次めっ
き層を順次被着させたことから、低融点ロウ材の濡れ性
を良好とし、かつ脆弱な金−錫金属間化合物が層状に形
成されるのを有効に防止するとともに1次めっき層の表
面にニッケル−錫または銅−錫の反応層を形成して低融
点ロウ材の配線導体層への接合を極めて強固なものと
し、これによって電子部品の配線基板への実装を高信頼
性となすことが可能となる。
【0042】また本発明の電子部品の実装方法によれ
ば、1次めっき層と3次めっき層との間にパラジウムを
主成分とする2次めっき層を介在させ、このパラジウム
が無電解めっき法において優れた触媒活性を有すること
から、1次めっき層上に還元型の無電解めっき法により
2次めっき層を被着させることができ、置換型の無電解
めっき法によって2次めっき層を被着させるとき1次め
っき層の表面が酸化腐蝕されることがないため、この配
線導体層上に3次めっき層形成後、電子部品の電極を接
合させる際、低融点ロウ材の濡れ性を良好なものとなす
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実装方法の一実施例を示す断面図であ
る。
【図2】(a)乃至(c)は本発明の実装方法を示す工
程毎の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
1・・・・配線基板 2・・・・絶縁基体 3・・・・配線導体層 4・・・・半導体素子 4a・・・半導体素子の電極 5・・・・低融点ロウ材 6・・・・1次めっき層 7・・・・2次めっき層 8・・・・3次めっき層 9・・・・反応層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(1)絶縁基体の上面に配線導体層を有す
    る配線基板を準備するとともに、前記配線導体層の少な
    くとも一部にニッケル、銅、もしくはこれらを主成分と
    する合金の少なくとも1種から成る1次めっき層、パラ
    ジウムもしくはその合金から成る還元型の2次めっき
    層、及び金もしくはその合金から成る3次めっき層を順
    次被着させる工程と、 (2)前記配線基板上に下面に電極を有する電子部品を
    搭載するとともに各めっき層が被着されている配線導体
    層と電子部品の電極とを間に少なくとも錫を含有する低
    融点ロウ材を挟んで対向させる工程と、 (3)前記低融点ロウ材を加熱処理し、前記2次めっき
    層及び3次めっき層を低融点ロウ材中に移動拡散させる
    とともに、1次めっき層の表面にニッケル−錫または銅
    −錫の反応層を形成させ、該反応層で配線導体層に低融
    点ロウ材を接合させるとともに低融点ロウ材と電子部品
    の電極とを反応接合させる工程とから成ることを特徴と
    する電子部品の実装方法。
  2. 【請求項2】前記2次めっき層の厚みが0.005μm
    乃至2μm、前記3次めっき層の厚みが0.05μm乃
    至0.7μmであることを特徴とする請求項1に記載の
    電子部品の実装方法。
  3. 【請求項3】前記銅−錫の反応層の厚みが0.5μm乃
    至5μmであることを特徴とする請求項1に記載の電子
    部品の実装方法。
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