JP4391671B2 - 電子部品搭載用基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品搭載用基板及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、絶縁基板の片面または両面に配線パターンやボンディングパッド等を形成してなる電子部品搭載用基板がよく知られている。このような電子部品搭載用基板は、例えば下記の手順を経て製造される。
【0003】
まず、サブトラクティブ法等によって、後に配線パターンやボンディングパッドとなる銅パターンを絶縁基板上に形成する。次に、電解ニッケルめっきを行い、銅パターン上にりんを含むニッケルめっき層を形成する。引き続き電解金めっきを行い、前記ニッケルめっき層上に金めっき層を形成する。以上の結果、3種の金属からなる配線パターン及びボンディングパッドを備えるプリント配線板が得られる。次に、プリント配線板におけるダイエリアにLSIチップ等の電子部品を搭載した後、ワイヤボンディングを行う。その結果、金等からなるボンディングワイヤを介して、ボンディングパッドとチップ側のパッドとを接続する。そしてこの後、熱硬化性のポッティング樹脂を用いたポッティングを必要に応じて行う。これによりダイエリアが封止され、電子部品搭載用基板が完成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の電子部品搭載用基板の場合、ボンディングパッドに対するボンディングワイヤの接合強度が弱く、その部分の接続信頼性に劣るという問題がある。なお、その理由は以下のように考えられる。
【0005】
即ち、ワイヤボンディング後にポッティングを行った場合、ボンディングパッド及びボンディングワイヤ中の各成分(即ち銅、ニッケル、金等)がポッティング樹脂の加熱硬化時に熱拡散する。このとき、特にニッケルめっき層の中のニッケルが金めっき層側に素早く移動して、同層の中に熱拡散する。それゆえ、ニッケルめっき層の上層部分にニッケルめっき層中のりんが取り残され、当該部分に高濃度りん層が生じてしまう。そして、このような高濃度りん層の発生により接合強度の低下がもたらされるのである。
【0006】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボンディング部の接続信頼性に優れた電子部品搭載用基板及びその製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決すべく本願発明者が鋭意研究を行った結果、ニッケルめっき層中のニッケルの結晶サイズに着目し、これが小さいと他金属層へのニッケルの移動が起こりやすくなる傾向があることを新たに知見した。そこで、本願発明者はかかる知見に基づいてさらにそれを発展させ、最終的に下記の発明を想到するに至ったのである。
【0008】
そこで、請求項1に記載の発明では、絶縁基板の表面に形成された導体層をニッケルめっき層と金めっき層とによって被覆してなるボンディング部に対し、ボンディングワイヤが接合される電子部品搭載用基板において、前記ニッケルめっき層が電解めっきにより前記導体層の上面と側面を全体的に被覆するように形成されているとともに前記金めっき層が電解めっきにより当該ニッケルめっき層上を全体的に被覆するように形成され、前記ニッケルめっき層中のニッケルの結晶サイズの平均値が2μm以上であることを特徴とする電子部品搭載用基板をその要旨とする。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記ニッケルめっき層の厚さは3μm〜5μmであるとした。
請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2において、前記絶縁基板にはめっきスルーホールが貫通形成され、前記ボンディング部を構成する導体層が前記めっきスルーホールのランドに延びて接続するように形成されている。
請求項4に記載の発明では、請求項3において、前記めっきスルーホールには端子ピンが嵌着されている。
請求項5に記載の発明では、導体層上に電解ニッケルめっき及び電解金めっきを行うことによってボンディング部を形成した後、そのボンディング部に対するワイヤボンディングを行う電子部品搭載用基板の製造方法において、前記導体層の上面と側面を全体的に被覆するようにニッケルめっき層を形成するとともに当該ニッケルめっき層上を全体的に被覆するように金めっき層を形成し、前記ニッケルめっき層中のニッケルの結晶サイズの平均値が2μm以上となるような条件で前記電解ニッケルめっきを行うことを特徴とする電子部品搭載用基板の製造方法をその要旨とする。
【0010】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項1〜5に記載の発明によると、ニッケルめっき層中のニッケルの結晶サイズが2μm以上になると、ニッケルめっき層の内部欠陥が減少し、その内部欠陥を通り抜けてニッケルが金めっき層側へ移動することが阻害される。従って、ニッケルめっき層の上層部分における高濃度りん層の発生が回避され、高濃度りん層の発生による接合強度の低下を防ぐことができる。その結果、ボンディング部の接続信頼性を向上させることができる。また、電解めっきにより形成された金めっき層は、無電解めっきにより形成されたもの比べて硬質になる。このことは金めっき層の耐磨耗性の向上、ひいてはボンディングパッドの接合強度の向上にとってプラスに作用する。
【0011】
この場合、ニッケルめっき層の厚さを3μm〜5μmにすることが好ましい。ニッケルめっき層が薄すぎると、導体層を構成する金属の溶解等によってパターン形状が悪化するおそれがあり、この場合にはボンディング部の平坦性悪化によって接続強度が低下するおそれがある。一方、ニッケルめっき層が厚すぎると、上記の問題は起こらない反面、めっきに要する時間が長くなって生産性やコスト性が低下してしまう。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態の電子部品搭載用基板及びその製造方法を図1〜図3に基づき詳細に説明する。
【0013】
図1に示されるように、この電子部品搭載用基板P1を構成するプリント配線板1の絶縁基板2の表裏両面には、配線パターン3、ボンディング部としてのボンディングパッド4、ダイパッド5等が形成されている。従って、このプリント配線板1は、いわゆる両面板となっている。なお、絶縁基板2の表裏面においてボンディングパッド4やダイパッド5を除く箇所は、図示しないソルダーレジストによって被覆されている。
【0014】
絶縁基板2における外周部には、めっきスルーホール6が貫通形成されている。絶縁基板2の両面における配線パターン3同士は、これらのめっきスルーホール6を介して互いに導通している。また、めっきスルーホール6の下面側開口部には、導電性金属材料からなる端子ピン7が嵌着されている。従って、この電子部品搭載用基板P1を図示しないマザーボード上に実装したとき、端子ピン7を介して電子部品搭載用基板P1側とマザーボード側とが電気的に接続される。以上のことから、本実施形態の電子部品搭載用基板P1は、半導体パッケージの一種であるPGA(ピングリッドアレイ)の形態を備えたものとなっている。
【0015】
前記ダイパッド5は矩形状に形成されており、絶縁基板2の上面側中央部に配置されている。このダイパッド5上には、電子部品としてのLSIチップ(ベアチップ)8が図示しない接着剤を介して接着されている。なお、ダイパッド5を形成せずに直接LSIチップ8を接着してもよい。配線パターン3に接続された複数のボンディングパッド4は、絶縁基板2の上面側においてダイパッド5を包囲するように配列されている。ボンディングパッド4の数は、LSIチップ8の上面外周部に形成されたパッド9の数に対応している。
【0016】
ボンディングパッド4とLSIチップ8側のパッド9とは、金からなるボンディングワイヤ10によって互いに接続されている。その結果、プリント配線板1側とLSIチップ8側とが電気的に接続される。なお、金ワイヤに代えてアルミニウムワイヤ等を使用することも可能である。
【0017】
絶縁基板2の上面側においてダイエリア及びその周辺部は、ポッティング樹脂11によって封止されている。本実施形態では、ポッティング樹脂11としてエポキシ樹脂等のような熱硬化性樹脂が用いられている。
【0018】
図3(c)に示されるように、本実施形態のプリント配線板1における配線パターン3、ボンディングパッド4、ダイパッド5は、いずれも3種の金属、即ち銅、ニッケル及び金からなる。より具体的にいうと、ボンディングパッド4等は、大まかにいって銅パターン21、ニッケルめっき層22及び金めっき層23の3種からなる。
【0019】
導体層としての銅パターン21は絶縁基板2に対して密着しており、詳細には3層構造を有している。銅パターン21における第1層は、厚さ約18μmの銅箔21aであり、第2層は厚さ約10μmのパネル銅めっき層21bであり、第3層は厚さ約15μmのパターン銅めっき層21cである。なお、銅パターン21は、トータルで厚さが40μm〜60μm程度となるように形成されることが好ましい。
【0020】
ニッケルめっき層22は、銅パターン21を被覆するように形成されている。ここで、ニッケルめっき層22中のニッケルの結晶サイズとは、断面写真に現れた結晶の直線距離のうち最も長い部分を結晶毎に測定し、その平均をとったものをいう。前記結晶サイズの値は、2μm以上であることが必要であり、さらには2μm〜10μmであることがよく、2μm〜7μmであることが最もよい。
【0021】
ニッケルの結晶サイズが2μm以上になると、ニッケルめっき層22の内部欠陥が相対的に減少するからである。その結果、内部欠陥を通り抜けてニッケルが金めっき層23側へ移動することが阻害される。逆に、ニッケルの結晶サイズが2μmよりも小さくなると、ニッケルめっき層22に内部欠陥が依然として多く存在し、その内部欠陥をニッケルが容易に通過可能となってしまう。ゆえに、ニッケルが金めっき層23側へ移動してしまい、ニッケルめっき層22の上層部分に、接合強度低下の原因となる高濃度りん層が発生しやすくなる。
【0022】
また、ニッケルの結晶サイズを10μm以上にすること自体は、ニッケルめっき層22の内部欠陥の低減にとっては好適である、その反面、結晶サイズを大型化するための好適なめっき条件を、生産性の低下を伴うことなく設定することが難しくなるおそれがある。
【0023】
ニッケルめっき層22は、厚さが3μm〜5μmとなるように形成されることがよい。ニッケルめっき層22が薄すぎると、ニッケルめっき層22によって銅パターン21を完全に被覆することができなくなり、金めっきを施す際に銅が溶解して、パターン形状が悪化するおそれがある。この場合、ボンディングパッド4の平坦性が悪化して、ボンディングパッド4に対するボンディングワイヤ10の接続強度が低下するおそれがある。一方、ニッケルめっき層22が厚すぎると、上記の問題は起こらない反面、めっきに要する時間が長くなって生産性やコスト性が低下してしまう。
【0024】
本実施形態のニッケルめっき層22には、ニッケルの他に少量のりんが含まれている。従って、このニッケルめっき層22においては、ニッケルが主成分になっていて、りんが副成分となっている。ニッケルめっき層22中に少量のりんが含まれているのは、以下の理由による。
【0025】
第1の理由は、ニッケルめっき層22と金めっき層23との密着性が高くなるからである。第2の理由は、金めっきを行う際に金の析出速度が速くなり、生産性の向上にとって好都合だからである。
【0026】
より具体的にいうと、ニッケルめっき層22において、りんは3重量%〜12重量%、さらには5重量%〜9重量%含まれていることが好ましい。
りんの含有量が3重量%未満であると、金の析出速度が速くなり生産性の向上にとって有利になる。その反面、ニッケルめっき層22と金めっき層23との密着性が低下し、ひいてはボンディングパッド4に対するボンディングワイヤ10の接続強度が低下するおそれがある。
【0027】
一方、りんの含有量が12重量%を超える場合には、ニッケルめっき層22と金めっき層23との密着性は高くなる反面、金めっき層23を形成する際の金の析出速度が遅くなり、生産性が低下してしまう。
【0028】
これに加えて、そもそもりん含有量が多くなる結果、ニッケルの結晶サイズの大型化を図ったとしても、ポッティング樹脂11の加熱硬化時にニッケルめっき層22中の上層部分に高濃度りん層が形成される場合がある。
【0029】
ニッケルめっき層22を被覆する金めっき層23は、厚さが0.3μm〜0.5μm程度となるように形成されることがよい。金めっき層23が薄すぎると、ワイヤボンディング時の打撃により磨耗が生じ、その磨耗部分からニッケルめっき層22が部分的に露出してしまうおそれがある。一方、金めっき層23が厚すぎると、金という高価なめっき材料が多く必要になる結果、必然的に製造コストが高くなってしまう。
【0030】
次に、図2,図3に基づいて、このような電子部品搭載用基板P1を製造する手順について説明する。
まず、絶縁基板2の両面に厚さ18μmの銅箔21aを有する銅張積層板を用意する。銅張積層板における絶縁基板2の材料としては、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂等の樹脂を含浸させたもの等が用いられる。エポキシ樹脂に代え、ポリイミド樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂(BT樹脂)等を用いてもよい。
【0031】
この銅張積層板における外周部にスルーホール形成用孔を透設した後、銅箔21aの全面にパネルめっきを施し、パネル銅めっき層21bを形成する。続いて、めっきレジスト31をパネル銅めっき層21b上にラミネートする(図2(a)参照)。この状態でパターン銅めっきを施し、パターン銅めっき層21cを形成する。さらに、パターン銅めっき層21c上にはんだめっきを施して、はんだめっき層32を形成する(図2(b)参照)。ここで、剥離液(水酸化カリウム水溶液)を用いてめっきレジスト31を剥離し、パネル銅めっき層21bを露出させる(図2(c)参照)。その後、エッチングを行って、パターン銅めっき層21cと対応する箇所以外のパネル銅めっき層21b及び銅箔21aを除去する(図3(a)参照)。その後、銅を食刻しない剥離液ではんだめっき層32を剥離し、銅パターン21を完成させる。なお、上記のめっき工程を経ることによって、スルーホール形成用孔内にも銅めっきが析出し、これによりめっきスルーホール6が形成される。
【0032】
次いで、電解ニッケルめっきを行うことによって、銅パターン21上に電解ニッケルを析出させ、銅パターン21をニッケルめっき層22によって全体的に被覆する。本実施形態においては、電解ニッケルめっき浴として例えば硫酸ニッケル浴等が使用される。この場合、析出するニッケルの結晶サイズの平均値が2μm以上となるようなめっき条件が設定される。
【0033】
さらに、電解金めっきを行うことによって、ニッケルめっき層22上に電解金を析出させ、ニッケルめっき層22を金めっき層23によって全体的に被覆する。本実施形態においては、電解金めっき浴として例えばシアン化金カリウム浴等が使用される。
【0034】
以上の結果、図3(b)に示されるように、3種の金属からなる配線パターン3、ボンディングパッド4及びダイパッド5を備えるプリント配線板1が得られる。
【0035】
次に、プリント配線板1におけるダイエリアにLSIチップ8をダイボンドした後、金からなるボンディングワイヤ10を用いてワイヤボンディングを行う。この場合のワイヤボンディングは、ネイルヘッドボンディングであってもよいほか、ウェッジボンディング等であってもよい。その結果、ボンディングワイヤ10を介して、ボンディングパッド4とLSIチップ8側のパッド9とが接続される(図3(c)参照)。
【0036】
そしてこの後、熱硬化性のポッティング樹脂11を用いたポッティングを行う。これによりダイエリアが封止される。そして最後にピン立てを行うことにより、電子部品搭載用基板P1が完成する。
【0037】
以下、本実施形態における実施例及び比較例を紹介する。
【0038】
【実施例及び比較例】
実施例1では、上記の製造手順に沿って電子部品搭載用基板P1を製造するにあたり、銅パターン21の厚さを50μm、ニッケルめっき層22の厚さを7μm、金めっき層23の厚さを0.3μmにそれぞれ設定した。ニッケルめっき層22は、ニッケル93重量%及びりん7重量%からなるものとした。
【0039】
また、実施例1では、ニッケルめっき層22中のニッケルの結晶サイズの平均値が2μmとなるように、下記の浴を用いるとともに下記の条件にてめっきを行った。
<電解ニッケルめっき浴の組成>
・硫酸ニッケル: 300g/l、
・塩化ニッケル: 55g/l、
・ホウ酸: 40g/l、
・光沢剤: 0.025重量%、
・ピット防止剤: 0.167重量%、
<めっき条件>
・めっき時間: 30分、
・めっき温度: 60℃、
・電流密度: 2.7A/dm2、
・pH: 4.7。
【0040】
この後、シアン化金カリウム浴を用いて常法に従って電解金めっきを行った後、ダイボンディング、ワイヤボンディング、ポッティング及びピン立ての各工程を行った。なお、ポッティング工程では、250℃、240秒の加熱硬化処理を行った。
【0041】
また、実施例2では、めっき時間を30分、めっき温度を60℃、電流密度を2.0A/dm2に設定することにより、結晶サイズの平均値が5μmとなるようにした。
【0042】
実施例3では、めっき時間を40分、めっき温度を60℃、電流密度を2.7A/dm2に設定することにより、結晶サイズの平均値が7μmとなるようにした。
【0043】
実施例4では、めっき時間を40分、めっき温度を60℃、電流密度を2.0A/dm2に設定することにより、結晶サイズの平均値が12μmとなるようにした。
【0044】
比較例では、めっき時間を10分、めっき温度を60℃、電流密度を4.0A/dm2に設定することにより、結晶サイズの平均値が1μmとなるようにした。
【0045】
以上のようにして作製された5種の電子部品搭載用基板P1を対象として、比較調査を行った。
まず、従来公知の手法によってボンディングワイヤ10の引っ張り試験を行うことにより、ボンディングパッド4に対するボンディングワイヤ10の接合強度(kgf)をそれぞれ測定した。さらに、電子部品搭載用基板P1をボンディングパッド4の部分でカットした後、そのカット断面のSEM観察を実施するとともに成分分析も実施した。そして、これに基づいてニッケルめっき層22の上層部分における高濃度りん層の有無を調査するとともに、同層が存在する場合にはさらにその厚さ(μm)を測定した。ここでは、高濃度りん層が0.1μm未満であれば「無」、それを超えるものであれば「有」と判定することとした。なお、調査結果は表1に示すとおりである。
【0046】
【表1】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
【0047】
(1)本実施形態では、ニッケルめっき層22中のニッケルの結晶サイズが2μm以上になっているため、ニッケルめっき層22の上層部分における高濃度りん層の発生を回避することができる。ゆえに、ボンディングパッド4に対するボンディングワイヤ10の接合強度の低下を防ぐことができる。その結果、ボンディングパッド4の接続信頼性を確実に向上させることができる。
【0048】
(2)本実施形態では、ニッケルめっき層22の厚さが3μm〜5μmという好適範囲内にて設定されるとともに、金めっき層23の厚さが0.3μm〜0.5μmという好適範囲内にて設定されている。従って、生産性やコスト性の低下を伴うことなく、確実に接続信頼性の向上を図ることができる。
【0049】
(3)本実施形態では、ニッケルめっき層22及び金めっき層23の形成にあたり、電解めっきを実施している。従って、無電解めっきを実施した場合に比べて、ニッケルめっき層22及び金めっき層23を短時間のうちに厚く形成することができる。従って、生産性の低下を来すことがない。また、電解めっきにより形成された金めっき層23は、無電解めっきにより形成されたもの比べて硬質になる。このことは金めっき層23の耐磨耗性の向上、ひいてはボンディングパッド4の接合強度の向上にとってプラスに作用する。
【0050】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・ プリント配線板1を構成する絶縁基板2は、実施形態にて例示したようなプラスティック材料からなるもののみに限定されることはなく、例えばアルミナや窒化アルミニウム等のセラミック材料からなるものであってもよい。また、表面に絶縁処理を施した金属基板を絶縁基板2として用いてもよい。
【0051】
・ プリント配線板1は両面板に限定されることはなく、片面板や多層板であっても構わない。
・ 銅パターン21の形成する方法として、実施形態のようなサブトラクティブ法に代わって、アディティブ法を実施してもよい。
【0052】
・ 銅パターン21はめっき法を利用して形成されたものに限定されず、例えば絶縁基板2上への銅ペーストの印刷・焼成により形成されたものや、スパッタリング等のような物理的成膜法により形成されたものであってもよい。
【0053】
・ 導体層として、銅以外の導電性金属からなるパターンを形成することもできる。
・ ニッケルめっき層22や金めっき層23を無電解めっきにより形成してもよい。この場合、ボンディングパッド4等の厚さが極めて均一になる。また、電気めっき用のリードが不要になるため、電気的なノイズが発生しにくくなることに加え、高密度で微細なパターンを得ることができる。
【0054】
・ ダイエリアに搭載される電子部品はLSIチップ8のみに限定されることはなく、CLCCやPLCC等のようなリードのない半導体パッケージや、ドーターボード等であってもよい。また、ダイエリアは、プリント配線板1の裏面側にあってもよく、さらには表裏両面にあってもよい。
【0055】
・ ボンディング部は配線パターン3に接続されたボンディングパッド4のみに限定されることはなく、例えばめっきスルーホール6のランド6aであってもよい。
【0056】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【0057】
(1) 請求項1,2のいずれか1つにおいて、前記ニッケルめっき層は、りんを含むものであること。
(2) 銅パターンをりんを含む電解ニッケルめっき層と電解金めっき層とによって被覆してなるボンディング部に対し、ボンディングワイヤが接合される電子部品搭載用基板において、前記電解ニッケルめっき層中のニッケルの結晶サイズの平均値が2μm〜10μmに設定されていることを特徴とする電子部品搭載用基板。
【0058】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1に記載の発明によれば、無電解ニッケルめっきのときに比べて、結晶の成長速度が速くなり、生産性の向上が図られるとともに、ボンディング部の接続信頼性に優れた電子部品搭載用基板を提供することができる。
【0059】
請求項2に記載の発明によれば、生産性の低下を伴うことなく確実に接続信頼性の向上を図ることができる。
請求項5に記載の発明によれば、無電解ニッケルめっきのときに比べて、結晶の成長速度が速くなり、生産性の向上が図られるとともに、ボンディング部の接続信頼性に優れた電子部品搭載用基板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】本発明を具体化した一実施形態の電子部品搭載用基板の全体断面図。
【図2】(a)〜(c)は、同電子部品搭載用基板の製造手順を説明するための要部拡大断面図。
【図3】(a)〜(c)は、同電子部品搭載用基板の製造手順を説明するための要部拡大断面図。
【符号の説明】
21…導体層としての銅パターン、22…ニッケルめっき層、23…金めっき層、4…ボンディング部としてのボンディングパッド、10…ボンディングワイヤ、P1…電子部品搭載用基板。
Claims (5)
- 絶縁基板の表面に形成された導体層をニッケルめっき層と金めっき層とによって被覆してなるボンディング部に対し、ボンディングワイヤが接合される電子部品搭載用基板において、前記ニッケルめっき層が電解めっきにより前記導体層の上面と側面を全体的に被覆するように形成されているとともに前記金めっき層が電解めっきにより当該ニッケルめっき層上を全体的に被覆するように形成され、前記ニッケルめっき層中のニッケルの結晶サイズの平均値が2μm以上であることを特徴とする電子部品搭載用基板。
- 前記ニッケルめっき層の厚さは3μm〜5μmであることを特徴とする請求項1に記載の電子部品搭載用基板。
- 前記絶縁基板にはめっきスルーホールが貫通形成され、前記ボンディング部を構成する導体層は前記めっきスルーホールのランドに延びて接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子部品搭載用基板。
- 前記めっきスルーホールには端子ピンが嵌着されていることを特徴とする請求項3に記載の電子部品搭載用基板。
- 導体層上に電解ニッケルめっき及び電解金めっきを行うことによってボンディング部を形成した後、そのボンディング部に対するワイヤボンディングを行う電子部品搭載用基板の製造方法において、前記導体層の上面と側面を全体的に被覆するようにニッケルめっき層を形成するとともに当該ニッケルめっき層上を全体的に被覆するように金めっき層を形成し、前記ニッケルめっき層中のニッケルの結晶サイズの平均値が2μm以上となるような条件で前記電解ニッケルめっきを行うことを特徴とする電子部品搭載用基板の製造方法。
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