JP2006216744A - 配線基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】配線層と、絶縁樹脂層と、他の配線基板またはICチップとの鉛フリーはんだによる接続のためのはんだパッドを有する配線基板において、当該はんだパッドは少なくともニッケル層と金層を具備し、該ニッケル層上に置換・還元型金めっきによって金層が形成されていることを特徴とする配線基板とする。また、この際、置換・還元型金めっきにおける置換還元比率[還元金量/総金量=(総金量−2×置換ニッケル量)/総金量](ここで、還元金量:金層に含まれる還元による金原子の数、総金量:金層に含まれる金原子の数、置換ニッケル量:置換により金めっき液中に溶出したニッケル原子の数、である)が、0.6以上とする。
【選択図】図4
Description
本発明に係る第二の発明は、前記はんだパッドの配列はBGA型であることを特徴とする配線基板である。
本発明に係る第三の発明は、前記置換・還元型金めっきにおける置換還元比率[還元金量/総金量=(総金量−2×置換ニッケル量)/総金量](但し、還元金量:金層に含まれる還元による金原子の数、総金量:金層に含まれる金原子の数、置換ニッケル量:置換により金めっき液中に溶出したニッケル原子の数、とする)が、0.6以上であることを特徴とする請求項1または2記載の配線基板である。
本発明の配線基板とは、少なくとも配線層と、絶縁樹脂層と、他の配線基板またはICチップとの接続のためのはんだパッドを備え、該はんだパッドは少なくともニッケル層と金層を具備し、該ニッケル層上に置換・還元型金めっきによって金層が形成されていれば、マザーボードなどのコアを有する多層プリント配線基板や、ICチップの接続に用いられるインターポーザ等も本発明に含まれる。
まず、絶縁樹脂層としてのポリイミド樹脂の両面に銅箔が積層されている両面銅張積層板の所定の位置に、レーザービームによりビア孔を形成する。
この時用いることのできる絶縁樹脂層としては、電気的に絶縁性の高い材料であればよく、好ましくは耐熱性の高いものを選択することができる。例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられ、ガラスクロス等の繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを用いてもよい。
ここでは両面銅張積層板を用いたが、片面のみに導体層が設けられている銅張積層板であってもよく、その製造方法についても、導体にキャスト法等で絶縁樹脂層を形成しても、絶縁樹脂層上にスパッタリング等で導体層を形成してもよい。積層順にかかわらず、いずれの材料も用いることができる。
次に、ポリイミド樹脂フィルムをラミネートするなどの方法で、配線層及び電源層上にそれぞれ絶縁樹脂層を形成し、所定位置にレーザービーム照射によってビア孔を形成し、デスミア処理、触媒付与、無電解銅めっきを行い、めっき下地導電層を形成する。
次に、感光性樹脂フィルムをラミネートする等の方法で両面のめっき下地導電層上にそれぞれ感光性樹脂層を形成し、パターン露光・現像のフォトリソグラフィー工程により、パターンめっき用のレジストパターンを形成する。
次に、スクリーン印刷にて両面に感光性のソルダーレジスト溶液を塗布してソルダー感光層を形成し、パターン露光・現像のフォトリソグラフィー工程により、ICチップ実装用電極とはんだボール実装用電極の上にそれぞれに開口部を有するソルダーレジストとする。
最後に、置換型めっき液中に還元剤を添加し置換反応と還元反応の併用によって金めっきを行う置換・還元金めっきによって金層を形成し、ICチップ実装用パッドとはんだボール実装用パッドを完成させ、本発明の配線基板を得る。
総金量を求めるためには、金層が形成された被めっき物を金剥離液に浸漬し、ニッケル層上に形成された金を全て剥離液に溶解させる。そして、この剥離液を原子吸光分光測定器等で測定することで総金量を求める。
置換金めっきは、一つのニッケル原子が溶出してニッケルイオンとなる際2つの電子を放出し、これを金めっき中の金イオンが受け取って、二つの金原子となることで進行する。つまり、つまり置換反応に寄与した金の量は金めっき液に溶出したニッケル量の二倍に等しくなる。これに対し還元めっきでは、金イオンは電子を受け取り金原子となるが、ニッケル原子は溶出しない。
本発明では、置換還元比率[還元金量/総金量=(総金量−2×置換ニッケル量)/総金量]が0.3以上、好ましくは0.6以上であるものとし、ここで、
還元金量:金層に含まれる還元による金原子の数
総金量:金層に含まれる金原子の数
置換ニッケル量:置換により金めっき液中に溶出したニッケル原子の数
である。置換還元比率の値が大きい場合は還元反応の割合が大きく、小さい場合は置換反応の割合が大きい。置換還元比率の値が小さいと、金めっきの進行によって下層のニッケル層にクラックや空隙が発生してしまう。
この置換還元比率は、同一種のニッケル層であれば金めっき液の種類で変動するが、溶解する下地のニッケル層の状態でも変動が大きいため、金めっきだけでなくニッケルめっきも管理の対象とする必要がある。
また、下地となるニッケル層が腐食しやすいかどうかが置換反応速度を決定する因子の一つであると考えられる。従って、ニッケル層が腐食しにくい状態にすれば、置換反応が抑制されることで還元反応の割合が大きくなり、置換還元比率が高まることになる。
例えば、無電解ニッケル層には一般にニッケルめっき液中の還元剤分解物であるリンが共析するが、このリン濃度が高いほど腐食を受けにくくなることが知られている。従って、リン濃度の高いニッケル層を選定することは、置換還元比率を高める一つの手法になる。
実際に用いるには、この後、はんだボール実装用パッドにはんだボールを配置・溶融し、接合してBGA型インターポーザとする。
ここではビルドアップ法について説明したが、本発明に係るはんだパッドを備えていれば、一括積層法による配線基板であってもよい。
[配線基板の製造]
1.6mm厚の両面銅張積層板を脱脂、酸洗し、よく洗浄してから乾燥し、その後片面に、感光性ソルダーレジスト(太陽インキ製造(株)製:PSR_4000)を厚さ30マイクロメートルになるように暗室内でコーティングし、90℃で該感光性液状ソルダーレジストを乾燥させた。
[実施例1]
次に、このニッケル層上に、無電解金めっき液(奥野製薬製:フラッシュゴールド2000)を使用して85℃、10分間の無電解めっきを行い、0.05マイクロメートルの金層を形成して、本発明の配線基板を完成させた。このとき金めっき液に溶出したニッケル量(置換ニッケル量)と、形成した金量(総金量)から置換還元比率を求めたところ、0.61であった。
配線基板の製造、の項で製造した配線基板の露出している銅電極に、無電解ニッケルめっき液(アトテックジャパン製:オーロテックHP)を使用して、85℃30分で3.1マイクロメートルのニッケル層を形成した。
次に、このニッケル層上に、還元剤の含まれない無電解金めっき液を使用して85℃、10分間の無電解めっきを行い、0.05マイクロメートルの金層を形成して、配線基板を完成させた。このとき金めっき液に溶出したニッケル量(置換ニッケル量)と、形成した金層(総金量)から置換還元比率を求めたところ、0.08であった。
次にこの配線基板に、実施例1と同様に、鉛フリーはんだボールを配置・接合した。
しかし、はんだパッドの置換金めっき後、金層を取り除いてニッケル層を観察してみると、ニッケル層表面には大きく筋がはいっており(図3(b))、ボイドの存在が観察された。また、場所によってはクラックが入っていたり、筋が下層の銅配線にまで到達しているものも見られた。
また、はんだパッドの置換・還元金めっき後、金層を取り除いて観察したニッケル層表面のSEM写真を図4(b)に示す。ニッケル層表面の筋は浅く、深い溝は形成されていないことがわかる。また、ボイドはほとんど観察されなかった。これは、置換・還元金めっきでは、置換反応に加えて還元反応によっても金が析出するため、ニッケルの局所的な溶出による溝形成が進行しないためだと思われる。
2 …ソルダーレジスト
3 …銅配線
4 …ニッケル層
5 …金層
10…絶縁樹脂層(内層コア)
11、13、16…配線層
12…ビア
14、15…絶縁樹脂層
17、18…ソルダーレジスト
19…ICチップ実装用パッド
20…はんだボール実装用パッド
21…はんだボール
Claims (3)
- 配線層と、絶縁樹脂層と、他の配線基板またはICチップとの鉛フリーはんだによる接続のためのはんだパッドを有する配線基板において、当該はんだパッドは少なくともニッケル層と金層を具備し、該ニッケル層上に置換・還元型金めっきによって金層が形成されていることを特徴とする配線基板。
- 前記はんだパッドの配列はBGA型であることを特徴とする配線基板。
- 前記置換・還元型金めっきにおける置換還元比率
還元金量/総金量=(総金量−2×置換ニッケル量)/総金量
還元金量:金層に含まれる還元による金原子の数
総金量:金層に含まれる金原子の数
置換ニッケル量:置換により金めっき液中に溶出したニッケル原子の数
が、0.6以上であることを特徴とする請求項1または2記載の配線基板。
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