JP2002280728A - はんだボールを有する配線板とその製造方法 - Google Patents

はんだボールを有する配線板とその製造方法

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JP2002280728A JP2001082976A JP2001082976A JP2002280728A JP 2002280728 A JP2002280728 A JP 2002280728A JP 2001082976 A JP2001082976 A JP 2001082976A JP 2001082976 A JP2001082976 A JP 2001082976A JP 2002280728 A JP2002280728 A JP 2002280728A
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plating film
electrolytic
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Takaaki Nodo
高明 納堂
Kiyoshi Hasegawa
清 長谷川
Akio Takahashi
昭男 高橋
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】熱処理後の接続信頼性に優れた、はんだボール
を有する配線板とその製造方法を提供すること。 【解決手段】電解ニッケル合金めっき皮膜、電解金めっ
き皮膜が、その順に形成された導体の端子上に、熱処理
によってせん断強度が10%以上増加しない組成のはん
だボールを有する配線板と、はんだボールを搭載するは
んだボール接続用端子であって、電解ニッケル合金めっ
き皮膜、電解金めっき皮膜が、その順に形成された導体
の端子を有する基板に、熱処理によってせん断強度が1
0%以上増加しない組成のはんだペーストを塗布し、加
熱・溶融してはんだボールを形成する配線板の製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、はんだボールを有
する配線板とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電子部品を搭載するプリント配線板や半
導体を直接搭載する半導体搭載用基板は、近年高密度化
が進んでおり、実装方法も高密度化に対応してきてお
り、配線板のスルーホールに電子部品の端子ピンを挿入
して、はんだで固定する実装方法から、配線板の表面層
の端子にはんだで固定する表面実装方法に変わってきて
いる。
【0003】また、表面実装用の電子部品でも、はんだ
接続用のリード端子を平行した2列に形成したデュアル
インラインパッケージ(以下、DIPという。)や、正
方形のパッケージの4辺にリード端子を設けたクワッド
フラットパッケージ(以下、QFPという。)から、パ
ッケージの裏面に格子状に配列したはんだボールで接続
するボールグリッドアレイ(以下、BGAという。)に
なってきている。
【0004】このBGAのはんだボールが接続した端子
構造は、導体端子上にはんだボールが接続されている。
【0005】また、ここで使用されているはんだボール
は錫と鉛の割合が6:4である共晶はんだボールであ
る。近年、地球環境の問題から鉛を使用しないはんだが
数十種類以上提案されているが、共晶はんだボールの代
替にはなっていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の共晶
はんだボールが接続した端子構造では、はんだボールの
接続後の熱処理によって接続信頼性が著しく低下するこ
とがあるという課題がある。このはんだボールの接続不
良には、はんだボールそのものが破壊する場合と、はん
だボールとはんだボール接続用端子の界面が剥離する場
合とがあり、はんだボールそのものが破壊する場合は、
かなり大きい外力が加わらなければ起こらず、通常の使
用状態での接続不良は、ほとんどが、はんだボールとは
んだボール接続用端子の界面が剥離することによって起
こっているという課題があった。
【0007】本発明は、熱処理後の接続信頼性に優れ
た、はんだボールを有する配線板とその製造方法を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下のことを
特徴とする。 (1)電解ニッケル合金めっき皮膜、電解金めっき皮膜
が、その順に形成された導体の端子上に、熱処理によっ
てせん断強度が10%以上増加しない組成のはんだボー
ルを有する配線板。 (2)熱処理が、0℃以上で170℃以下の放置処理、
または−100℃以上で170℃以下の範囲内で交互に
温度を変化させる冷熱サイクル処理のいずれかの処理で
ある(1)に記載のはんだボールを有する配線板。 (3)はんだボールを搭載するはんだボール接続用端子
であって、電解ニッケル合金めっき皮膜、電解金めっき
皮膜が、その順に形成された導体の端子を有する基板
に、熱処理によってせん断強度が10%以上増加しない
組成のはんだペーストを塗布し、加熱・溶融してはんだ
ボールを形成する配線板の製造法。 (4)はんだボールを搭載するはんだボール接続用端子
であって、電解ニッケル合金めっき皮膜、電解金めっき
皮膜が、その順に形成された導体の端子を有する基板
に、熱処理によってせん断強度が10%以上増加しない
組成のはんだめっきを行い、加熱・溶融してはんだボー
ルを形成する配線板の製造法。 (5)熱処理が、0℃以上で170℃以下の放置処理、
または−100℃以上で170℃以下の範囲内で交互に
温度を変化させる冷熱サイクル処理のいずれかの処理で
ある(3)または(4)に記載の配線板の製造法。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の配線板は、はんだボール
を搭載するはんだボール接続用端子を有するものであっ
て、セラミック基板や有機基板など基板材質に限定され
ることなく用いることができる。セラミック基板として
は、アルミナ基板、窒化アルミ基板などを用いることが
できる。有機基板としては、ガラスクロスにエポキシ樹
脂を含浸させたFR−4基板、ビスマレイミド−トリア
ジン樹脂を含浸させたBT基板、さらにはポリイミドフ
ィルムを基材として用いたポリイミドフィルム基板など
を用いることができる。
【0010】配線の構造には、片面配線、両面配線、多
層配線いずれの構造でもよく必要に応じて用いることが
できる。特に多層配線の中でも高密度に対応できる非貫
通孔を設けた配線板を用いれば、部品実装の面積割合が
多いため信頼性確保が難しいが、上記の導電性粒子を含
む接着剤を介して接着した金属箔を導体パターンに用い
て、接続信頼性を向上することが可能となる。非貫通孔
を設けた配線板には、セラミック基板ではグリーンシー
トと導電性ペーストによる導体パターンとグリーンシー
トに設けたバイアホールに導電性ペーストを充填した多
層化材料を積層して焼結・作製した基板を用いることが
できる。有機基板には、内層回路板の表面に絶縁層を形
成し、その絶縁層にレーザ法やフォト法で非貫通孔を設
け、内層回路と接続した導体回路を形成し、これを順次
繰り返して作製するビルドアップ法で作製した基板を用
いることができる。
【0011】また、さらに、はんだボールを搭載できる
ような基板であれば、現在使用されているような、テー
プオートメイテッドボンディング(以下、TABとい
う。)、リードフレーム、ボールグリッドアレイ(以
下、BGAという。),チップサイズパッケージ(以
下、CSPという。),マルチチップモジュール(以
下、MCMという。)などの基板にも用いることができ
る。
【0012】このような配線板は、通常は、半導体チッ
プなどの電子部品を搭載し、マザーボードとの間の接続
をはんだボールで行うものが多いが、半導体チップなど
の電子部品を搭載する箇所にはんだボールを搭載するも
のであってもよい。また、半導体チップのみならず、チ
ップコンデンサやチップ抵抗などを搭載するものであっ
てもよい。
【0013】はんだボール接続用端子の素材には、銅、
タングステン、モリブデン等の金属が使用できる。本発
明の導体の表面処理は、電解ニッケル合金めっきであ
り、外部直流電源を使用してめっき液中のニッケルイオ
ンを銅、タングステン、モリブデン等の導体の端子表面
にニッケル金属として析出させたものであり、電解ニッ
ケルめっき皮膜の組成は、純ニッケルまたはめっき液組
成に起因する元素(炭素、窒素、イオウ等)を含有して
ニッケルとの合金になる場合もあるが、特に限定するも
のではない。この電解ニッケル合金めっき皮膜は、80
重量%以上の純度のニッケルであることが好ましく、8
0重量%未満であれば、接続の信頼性が低下する場合も
ある。また、90重量%以上の純度であればより好まし
い。電解ニッケル合金めっき皮膜の膜厚は、0.1μm
〜20μmであることが好ましく、0.1μm未満で
は、めっきの効果がなく接続の信頼性が向上せず、20
μmを越えると、効果がそれ以上に向上せず、経済的で
ないので好ましくない。さらには、この電解ニッケル合
金めっきの厚さは、0.5〜10μmの範囲であること
がより好ましい。
【0014】電解金めっきは、外部直流電源を使用して
めっき液中の金イオンを銅、タングステン、モリブデン
等の導体の端子表面に金の金属として析出させたもので
ある。この電解金めっき皮膜は、99重量%以上の純度
の金であることが好ましく、99重量%未満であれば、
接続の信頼性が低下する場合もある。さらに、この電解
金めっき皮膜の純度は、99.5重量%以上であること
がより好ましい。電解金めっき皮膜の膜厚は、0.00
5μm〜3μmであることが好ましく、0.005μm
未満では、めっきの効果がなく接続の信頼性が向上せ
ず、3μmを越えると、効果がそれ以上に向上せず、経
済的でないので好ましくない。さらには、この電解金め
っき皮膜の厚さは、0.005〜0.5μmの範囲であ
ることがより好ましい。
【0015】また、本発明は、そのはんだボール接続用
端子である導体の端子上に、熱処理によってせん断強度
が10%以上増加しない組成のはんだボールを用いるこ
とを特徴とするものである。
【0016】この熱処理によってせん断強度が10%以
上に増加しないことは、そのせん断強度を、熱処理する
前に、図1に示すように、球状のはんだボールまたは円
筒状のはんだ線を固定台に接着して、せん断ツール兼強
度センサーを水平方向に毎秒0.3mmの速度で移動さ
せて、その際に強度センサーにかかる最大負荷重量を測
定しておき、0℃以上で170℃以下の放置処理、また
は−100℃以上で170℃以下の範囲内で交互に温度
を変化させる冷熱サイクル処理を行って、そのせん断強
度を、同じ方法で測定することにより確認できる。
【0017】また、せん断強度の増加は5%以上に増加
しないものであればより好ましい。このようなはんだの
組成は、鉛と錫の合金である共晶はんだでも良く、また
鉛と錫の合金にさらにこれらの金属以外の銀、アンチモ
ン、銅、ニッケルの1種類以上の金属を含んでも良い。
また、鉛を含まない錫合金で錫以外の金属として銀、
銅、亜鉛、ニッケル、ビスマス、インジウム、ニッケル
の1種類以上を含むことを特徴とする錫合金でも良く、
上記のような方法で調査してせん断強度が10%以上に
ならないものであればどのようなものでも使用できる。
【0018】このような配線板を製造するには、はんだ
ボールを搭載するはんだボール接続用端子を有する基板
に、熱処理によってせん断強度が10%以上増加しない
組成のはんだペーストを塗布し、加熱・溶融してはんだ
ボールを形成することにより可能である。このはんだペ
ーストに代えて、はんだめっきを行うこともできる。
【0019】
【実施例】実施例 厚さ18μmの銅箔を両面に貼り合わせた、厚さ0.5
mmの銅張りエポキシ積層板であるMCL−E−679
(日立化成工業株式会社製、商品名)の銅箔の不要な箇
所をエッチング除去し、エッチングレジストを剥離し、
半田レジストを形成した、導体パターンの露出した銅の
はんだボール接続用端子を有する半導体搭載用基板を作
製した。その半導体搭載用基板を、脱脂液であるZ−2
00(株式会社ワールドメタル製、商品名)に、液温5
0℃で1分間浸漬し、室温で2分間水洗し、100g/
リットルの過硫酸アンモニウム液に室温で1分間浸漬し
て、ソフトエッチングし、室温で2分間水洗し、10重
量%の硫酸に、室温で1分間浸漬して、酸洗し、室温で
2分間水洗し、電解ニッケルめっき液であるワット浴
に、2A/dm2、液温85℃で20分間浸漬して、Niめ
っき皮膜を形成し、室温で2分間水洗し、非シアン系の
電解ストライク金めっき液であるニュートロネクス・ス
トライク(日本エレクトロプレーティング・エンジニヤ
ーズ株式会社、商品名)に、0.5A/dm2、室温で1分間浸
漬し、室温で2分間水洗し、非シアン系の電解金めっき
液であるニュートロネクス・309(日本エレクトロプレ
ーティング・エンジニヤーズ株式会社製、商品名)に、
2A/dm2、室温で2分間浸漬して、純金(純度99.9
重量%))の皮膜を形成した。上記方法で作成した半導
体搭載用基板のはんだボール接続用端子に、97.25
重量%錫と3.5重量%銀と0.75重量%銅の錫合金
である150℃で100時間高温放置してせん断強度の
変化が10%の減少であるはんだボールをリフロー炉で
接続させた。
【0020】比較例 実施例と同様にして半導体搭載用基板を作製した。上記
方法で作成した半導体搭載用基板のはんだボール接続用
端子に、60重量%錫と40重量%の共晶はんだであり
150℃で100時間高温放置してせん断強度の変化が
40%の増加であるはんだボールをリフロー炉で接続さ
せた。
【0021】(せん断試験方法)はんだのせん断試験方
法は万能ボンドテスタを使用して行う。図に示すように
球状のはんだボールまたは円筒状のはんだ線を固定台に
接着して、せん断ツール兼強度センサーを水平方向に毎
秒0.3mmの速度で移動させて、その際に強度センサ
ーにかかる最大負荷重量からせん断強度を測定する。
(4000型、デイジ社製)
【0022】実施例と比較例で作製した、はんだボール
が接続したBGAを150℃、100時間の熱処理を行
った後、はんだボールのシェア(剪断)試験を行った結
果、実施例のサンプルでは、全てのはんだボールが、ボ
ール内での剪断による破壊まで耐えることができたが、
比較例のはんだボールは、約90%の端子において、銅
とはんだボールの界面で破壊が発生し、熱処理後の接続
信頼性が不良であった。
【0023】
【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明によっ
て、接続信頼性に優れたはんだボールを有する配線板と
その製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の測定方法を説明するための概略側面図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B23K 3/06 B23K 3/06 H H01L 23/12 501 H01L 23/12 501Z H05K 3/24 H05K 3/24 A // B23K 101:42 B23K 101:42 Fターム(参考) 5E319 AC01 BB04 BB05 5E343 AA07 AA15 AA16 AA17 AA18 AA23 BB23 BB24 BB44 BB54 BB55 BB67 CC33 CC46 CC67 DD43 DD76 EE02 ER11 ER33 ER39 GG13

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電解ニッケル合金めっき皮膜、電解金めっ
    き皮膜が、その順に形成された導体の端子上に、熱処理
    によってせん断強度が10%以上増加しない組成のはん
    だボールを有する配線板。
  2. 【請求項2】熱処理が、0℃以上で170℃以下の放置
    処理、または−100℃以上で170℃以下の範囲内で
    交互に温度を変化させる冷熱サイクル処理のいずれかの
    処理である請求項1に記載のはんだボールを有する配線
    板。
  3. 【請求項3】はんだボールを搭載するはんだボール接続
    用端子であって、電解ニッケル合金めっき皮膜、電解金
    めっき皮膜が、その順に形成された導体の端子を有する
    基板に、熱処理によってせん断強度が10%以上増加し
    ない組成のはんだペーストを塗布し、加熱・溶融しては
    んだボールを形成する配線板の製造法。
  4. 【請求項4】はんだボールを搭載するはんだボール接続
    用端子であって、電解ニッケル合金めっき皮膜、電解金
    めっき皮膜が、その順に形成された導体の端子を有する
    基板に、熱処理によってせん断強度が10%以上増加し
    ない組成のはんだめっきを行い、加熱・溶融してはんだ
    ボールを形成する配線板の製造法。
  5. 【請求項5】熱処理が、0℃以上で170℃以下の放置
    処理、または−100℃以上で170℃以下の範囲内で
    交互に温度を変化させる冷熱サイクル処理のいずれかの
    処理である請求項3または4に記載の配線板の製造法。
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