JP4721827B2 - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品が搭載される配線基板に関し、特に電子部品の電極に対して電気的に接続される配線層を備える配線基板に関する。

電子部品（例えば、半導体素子）を搭載するための配線基板としては、絶縁基体および配線導体を含んでなるものが知られている。このような構成の配線基板は、例えば特許文献１に開示されている。

図３は、従来の配線基板９０の構造を模式的に表す断面図である。配線基板９０は、絶縁基体９１および配線導体９２を備える。絶縁基体９１は、酸化アルミニウム質焼結体などのセラミック材料により構成され、図示しない電子部品を搭載するための搭載部９１ａを有する。配線導体９２は、パッド部９２ａ，９２ｂを有しており、絶縁基体９１の上面側と下面側との間の電気的導通を得るための部材である。パッド部９２ａは、絶縁基体９１の上面で露出しており、例えばボンディングワイヤを介して電子部品の電極に電気的接続される部位である。パッド部９２ｂは、絶縁基体９１の下面で露出しており、例えばはんだを介して図示しない外部電気回路に電気的接続される部位である。パッド部９２ａ，９２ｂの表面には、下地めっき層９３および表面めっき層９４が順次被着されている。下地めっき層９３は、パッド部９２ａ，９２ｂに対する表面めっき層９４の密着性を向上させるためのものであり、パッド部９２ａ，９２ｂと表面めっき層９４との双方に対する密着性に優れた材料により構成される。表面めっき層９４は、パッド部９２ａと電子部品の電極との接続およびパッド部９２ｂと外部電気回路基板の電気回路との接続におけるはんだ濡れ性やボンディング性を高めるとともに、パッド部９２ａ，９２ｂの酸化腐食を抑制するためのものであり、標準電極電位が比較的高い金属からなる。

ここで、配線基板９０の製造方法の一例について説明する。まず、周知のセラミックグリーンシート積層法の手法を採用して、配線導体９２が形成された絶縁基体９１を作製する。次に、配線導体９２におけるパッド部９２ａ，９２ｂの露出表面に、下地めっき層９３および表面めっき層９４を順次被着させることにより作製されている。なお、各めっき層９３，９４は、例えばニッケルや金などの電解めっき液中で、配線導体９２に対して所定のめっき用電流を供給する、電解めっき法などにより形成される。電流で還元されためっき液中の金属成分が配線層の表面に析出してめっき層となり、配線層や下地めっき層上に被着される。
特開２００１−２５７４５１号公報

しかしながら、配線基板９０では、配線基板９０の搭載部９０ａに電子部品を搭載する際に、配線基板９０の取扱いなどに起因する汚れ（はんだ濡れ性などを低下させる要因となる物質）を除去することを目的として、例えば水成分を含む洗浄剤による洗浄が行われると、下地めっき層９３が洗浄剤中の水成分に対して溶出（イオン化）してしまう場合がある。このような下地めっき層９３を構成する成分の溶出は、パッド部９２ａ，９２ｂの外縁部において発生し易い傾向にある。これは、パッド部９２ａ，９２ｂの外縁部において各めっき層９３，９４のつきまわりが悪いため、表面めっき層９４にピンホールなどの欠陥が生じ易くなったり、絶縁基体９１の表面に隣接するパッド部９２ａ，９２ｂの外縁部において下地めっき層９３が局部的に露出したりすることにより、表面めっき層９４による被覆の効果が充分に得られないことに起因して生じる。このように、表面めっき層９４による被覆効果が充分に得られないと、洗浄剤中の水成分が直接的に下地めっき層９３に到達して、下地めっき層９３の構成成分を酸化腐食し、イオン化してしまう。そして、イオン化された下地めっき層９３の構成成分は、表面めっき層９４の外縁部から溶出するのである。加えて、溶出したイオンは溶解度が低いため、一般的には水酸化物を形成して沈殿してしまう。すなわち、配線基板９０では、標準電極電位の高い表面めっき層９４上に、下地めっき層９３の構成成分が析出する現象が起こってしまう。このような析出が起こると、はんだ濡れ性などが低下してしまい、配線導体９２に対する電子部品の電気的および機械的な接続の長期信頼性の低下や、電子部品の搭載時における歩留まりの低下を招くという問題が発生していた。

特に、近年は、電子部品の高密度実装化が進行しているため、配線導体９２のパッド部９２ａと電子部品の電極との接合面積が小さくなる傾向にあり、わずかな析出（汚染）でも接合強度が大きく低下し、電子部品の接続信頼性が低下してしまう。加えて、コスト削減の要請から、表面めっき層９４の厚さ自体も薄く設定される傾向にあり、下地めっき層９３の溶出が起こり易くなっている。

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、配線導体に対する電子部品の電気的および機械的な接続の長期信頼性に優れる配線基板を提供することを、目的とする。

本発明に係る配線基板の製造方法は、配線層を有する絶縁基体を準備する工程と、前記配線層上に、ニッケルまたはニッケル合金からなる第１めっき層を被着する工程と、前記第１めっき層上に、前記第１めっき層の前記ニッケルまたはニッケル合金よりも標準電極電位の高い金属材料からなる第２めっき層を被着する工程と、前記第１めっき層の前記ニッケルまたはニッケル合金の腐食速度を低減するための腐食抑制剤としてのチオ尿素を含む洗浄用溶液に、前記第１めっき層および前記第２めっき層が順次被着された前記絶縁基体を浸漬して、少なくとも前記第２めっき層の外縁部の前記第１めっき層のニッケル成分に前記チオ尿素を吸着させて、前記チオ尿素を含む腐食抑制層を被着する工程と、を備えることを特徴としている。

本発明に係る配線基板の製造方法は、前記腐食抑制層を、前記第２めっき層の前記外縁部から該外縁部に隣接する前記絶縁基体の表面にわたって被着することを特徴としている。

本発明に係る配線基板の製造方法は、少なくとも第２めっき層の外縁部の前記第１めっき層のニッケル成分に前記チオ尿素を吸着させて、チオ尿素を含む腐食抑制層を被着する工程を備えている。そのため、本配線基板の製造方法では、第２めっき層の外縁部近傍（第２めっき層の厚さが相対的に薄くなる部位）に対して、例えば洗浄剤などに含まれる水成分が作用したとしても、腐食抑制層の腐食抑制剤により第１めっき層の腐食（構成成分のイオン化）が抑制される。したがって、本配線基板の製造方法では、第２めっき層の外縁部近傍から第１めっき層の構成成分が腐食により溶出するのを抑制することができるので、溶出成分が第２めっき層上に析出するのを抑制することができる。特に、第２めっき層の外縁部近傍は、第１めっき層および第２めっき層のつきまわりが悪く、めっきの欠陥（ピンホールなど）が比較的生じ易い部位であるため、このような部位に対して優先的に腐食抑制層を設けることにより、第１めっき層の構成成分の溶出を効果的に抑制することができるのである。

以上のことから、本配線基板の製造方法では、第１めっき層の構成成分の析出が溶出して、第２めっき層上に析出するのが抑制されるため、はんだ濡れ性などの低下が抑制され、配線層に対する電子部品の電気的および機械的な接続の長期信頼性、並びに、電子部品の搭載時における歩留まりの向上を図ることができるのである。

第２めっき層の外縁部から外縁部に隣接する絶縁基体の表面にわたって腐食抑制層を被着する場合には、第２めっき層の最外縁と絶縁基体の表面との境界部分において、第２めっき層上に第１めっき層の構成成分が析出するのをより効果的に抑制することができる。したがって、本配線基板の製造方法では、配線導体に対する電子部品の電気的および機械的な接続の長期信頼性、並びに、電子部品の搭載時における歩留まりの向上をより一層図ることができる。

第１めっき層の金属材料としてニッケルまたはニッケル合金を採用し、腐食抑制層の腐食抑制剤としてチオ尿素を採用することから、ニッケル成分に対するチオ尿素の吸着性が高いので、チオ尿素が第１めっき層のニッケル成分に吸着することにより、該ニッケル成分の溶出を効果的に抑制することができる。したがって、本配線基板の製造方法では、配線導体に対する電子部品の電気的および機械的な接続の長期信頼性、並びに、電子部品の搭載時における歩留まりの向上を図ることができる。なお、第１めっき層の金属材料として採用されるニッケルまたはニッケル合金は、配線層を構成する材料（例えば、タングステン）と第２めっき層を構成する材料（例えば、金）に対する密着性に優れているため、配線層に対する第２めっき層の被着強度を高めることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る配線基板Ｘの構造を模式的に表す断面図である。図２は、図１に示す配線基板Ｘの要部拡大断面図である。配線基板Ｘは、絶縁基体１０、配線層２０、下地めっき層３０、表面めっき層４０、腐食抑制層５０を有しており、図示しない電子部品を搭載して電子装置を構成するものである。なお、電子部品としては、光半導体素子（ラインセンサ、エリアセンサ、イメージセンサ、電荷結合素子、ＥＰＲＯＭ（Erasable and Programmable Read Only Memory）など）、圧電素子（圧力センサ、加速度センサ、水晶振動子など）、半導体集積回路素子（ＩＣ）、コンデンサ、抵抗器などが挙げられる電子部品としては、半導体集積回路素子（ＩＣ）、エリアセンサ、ラインセンサ、ＣＣＤなどの光半導体素子、圧力センサ、加速度センサ、水晶振動子などの圧電素子、コンデンサ、抵抗器などが挙げられる。

絶縁基体１０は、搭載部１１を有しており、例えば略四角板状である。搭載部１１は、上記電子部品を搭載するための部位であり、本実施形態では絶縁基体１０の上面１０ａに設けられている。

絶縁基体１０を構成する材料としては、セラミック材料、樹脂材料、セラミック材料やガラスと樹脂材料とを含んでなる複合材料などの電気絶縁性材料などが挙げられる。ここで、セラミック材料とは、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体（窒化アルミニウムセラミックス）、炭化珪素質焼結体（炭化珪素セラミックス）、窒化珪素質焼結体（窒化珪素セラミックス）、ガラス質焼結体（ガラスセラミックス）、ムライト質焼結体などであり、樹脂材料とは、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化型または紫外線硬化型の樹脂である。

ここで、絶縁基体１０を構成する材料としてアルミナ質焼結体を採用した場合における絶縁基体１０の作製方法の一例について説明する。まず、酸化アルミニウム（アルミナ）や酸化カルシウム、ガラス質などの原料粉末を有機溶剤やバインダなどとともに、ドクターブレード法などの成形手法によりシート状に成形して複数のセラミックグリーンシートを作製する。次に、作製されたセラミックグリーンシートを所定寸法まで積層して、積層体としたうえで所定の焼成温度（例えば１３００〜１６００℃）で焼成する。以上のようにして、絶縁基体１０は作製される。

配線層２０は、パッド部２１，２２を有しており、配線基板Ｘの上面側と下面側との間の電気的導通を得るための部材である。また、配線層２０の形態としては、メタライズ層状、メッキ層状、蒸着層状、金属箔層状などが挙げられる。パッド部２１は、配線基板Ｘの上面で露出しており、導電性接続材（例えば、はんだ）を介して電子部品（図示せず）の電極に電気的接続される部位である。パッド部２２は、絶縁基体１０の下面で露出しており、導電性接続材（例えば、はんだ）を介して外部電気回路（図示せず）に電気的接続される部位である。パッド部２１，２２は、それらの間の部位より相対的に広面積に形成されている。このような構成によると、電気的接続をより確実且つ容易に行うことができる。配線層２０を構成する材料としては、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、白金、金などの金属材料が挙げられる。

ここで、配線層２０を構成する材料としてタングステンを採用するとともに、配線層２０のパッド部２１，２２の形態をメタライズ層状、パッド部２１，２２の間の導体をビア状にした場合における配線層２０の形成方法の一例について説明する。まず、タングステン粉末を有機溶剤やバインダなどとともに混練して金属ペーストを作製する。次に、作製された金属ペーストを所定の印刷方法（例えば、スクリーン印刷法）により絶縁基体１０を構成するセラミックグリーンシートに対して印刷する。また、予めセラミックグリーンシートの所定部位に所定の加工方法（例えば、機械的な打ち抜き加工やレーザ加工）により形成された貫通孔内に、作製された金属ペーストを充填することにより形成される。以上のようにして、配線層２０は形成される。

下地めっき層３０は、配線層２０に対する表面めっき層４０の密着性を向上させるためのものであり、配線層２０の表面を覆うように積層形成されている。下地めっき層３０を構成する材料は、配線層２０と表面めっき層４０との双方に対する密着性に優れた材料であり、例えばニッケル、ニッケル−コバルト、ニッケル−リンなどの金属材料である。下地めっき層３０を形成する手法としては、電解めっき法や無電解めっき法などのめっき法が挙げられる。

ここで、下地めっき層３０を構成する材料としてニッケルを採用し、下地めっき層３０を形成する手法として電解めっき法を採用する場合における下地めっき層３０の形成方法の一例について説明する。まず、硫酸ニッケルおよび塩化ニッケルを主成分とし、ホウ酸などの緩衝剤や光沢剤などの添加剤を含んでなるワット浴を作製する。次に、作製したワット浴を所定の温度（例えば、４０〜６５℃）および所定のｐＨ（例えば、３〜４）に調整する。次に、温度およびｐＨが調整されたワット浴に、予め配線層２０が形成された絶縁基体１０を浸漬した状態で、外部電源（例えば、整流器）から配線層２０に対して、所定の電流密度（例えば、２〜１０Ａ／ｃｍ^２）で所定時間電流を供給する。ここで、電流の供給時間は、被着させようとするニッケルめっき層（下地めっき層３０）の厚さに応じて適宜調整（例えば１μｍであれば約２〜３分の割合）する。以上のようにして、下地めっき層３０は形成される。

表面めっき層４０は、配線層２０に対するはんだ（ろう材）の濡れ性などの特性を高めるとともに、配線層２０および下地めっき層３０の酸化腐食を抑制するためのものであり、下地めっき層３０の表面を覆うように積層形成されている。表面めっき層４０を構成する材料は、下地めっき層３０を構成する材料よりも標準電極電位の高い（酸化し難い）材料であり、例えば金、パラジウム、銀、白金、ロジウムなどの金属材料である。ここで、標準電極電位とは、標準水素電極の電位を０Ｖとする周知の値である（例えば、化学大辞典７（縮刷板）、第５３０頁などを参照）。表面めっき層４０を形成する手法としては、電解めっき法や無電解めっき法などのめっき法が挙げられる。

ここで、表面めっき層４０を構成する材料として金を採用し、表面めっき層４０を形成する手法として電解めっき法を採用する場合における表面めっき層４０の形成方法の一例について説明する。まず、金供給源としてのシアン化金カリウム硫酸と、リン酸塩やクエン酸塩などの導電性塩などの添加剤とを含んでなる中性シアン化金浴を作製する。次に、作製した中性シアン化金浴を所定の温度（例えば、約７０℃）および所定のｐＨ（例えば、６〜８）に調整する。次に、温度およびｐＨが調整された中性シアン化金浴に浸漬した状態で、外部電源（例えば、整流器）から配線層２０に対して、所定の電流密度（例えば、０．１〜０．３Ａ／ｃｍ^２）で所定時間電流を供給する。電流の供給時間は、被着させようとする金めっき層（表面めっき層４０）の厚さに応じて適宜調整（例えば１μｍであれば約１０分程度）する。以上のようにして、表面めっき層４０は形成される。

腐食抑制層５０は、腐食抑制剤（図示せず）を含んでなり、本実施形態においては絶縁基体１０の表面および表面めっき層４０の表面を覆うように形成されている。腐食抑制剤は、下地めっき層３０の金属材料の腐食速度を低減するためのものである。腐食抑制剤は、下地めっき層３０の金属材料に吸着し易く、且つ、水などの溶剤によって除去され難い性質を有するものであり、例えば下地めっき層３０の金属材料としてニッケルやニッケル合金（例えば、ニッケル−コバルト、ニッケル−リン、ニッケル−ホウ素）を採用する場合はチオ尿酸などの窒素や硫黄を含む有機化合物である。腐食抑制剤は、下地めっき層３０の金属材料の表面に吸着することにより、その表面に対して水などの溶剤が接触する面積を低減させる機能を果たす。これにより、配線基板Ｘでは、水などの溶剤の作用に起因して、金属材料の表面における酸化反応（腐食反応）が起こる面積が低減するため、下地めっき層３０の腐食を抑制することができると考えられる。なお、腐食抑制層５０における腐食抑制剤の含有量を高めることにより、腐食抑制効果を高めることも可能である。

ここで、腐食抑制剤としてチオ尿素を含む腐食抑制層５０の形成方法の一例について説明する。まず、洗浄剤溶液（例えば、シュウ酸などの有機酸塩溶液や水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液）にチオ尿素の腐食抑制剤を添加して溶解させることにより、所定の洗浄用溶液を作製する。次に、作製された洗浄用溶液が蓄えられた洗浄用浴槽に、予め配線層２０、下地めっき層３０および表面めっき層４０が形成された絶縁基体１０を所定時間（例えば、３分）浸漬する。以上のようにして、腐食抑制層５０は形成される。このようにして腐食抑制層５０を形成すると、絶縁基体１０や表面めっき層４０などの露出面全体にわたって容易に腐食抑制層５０を形成することができる。なお、洗浄用浴槽における浸漬条件（浸漬時間や浴槽温度など）は、必要に応じて適宜設定すればよい。

配線基板Ｘは、絶縁基体１０から表面めっき層４０にわたって腐食抑制層５０が被着されている。そのため、配線基板Ｘでは、表面めっき層４０の外縁部近傍（表面めっき層４０の厚さが相対的に薄くなる部位）に対して、例えば洗浄剤などに含まれる水成分が作用したとしても、腐食抑制層５０の腐食抑制剤により下地めっき層３０の腐食（構成成分のイオン化）が抑制される。したがって、配線基板Ｘでは、表面めっき層４０の外縁部近傍から下地めっき層３０の構成成分が腐食により溶出するのを抑制することができるので、溶出成分が表面めっき層４０上に析出するのを抑制することができる。

また、配線基板Ｘでは、表面めっき層４０の外縁部から外縁部に隣接する絶縁基体１０の表面にわたって腐食抑制層５０が被着されているので、表面めっき層４０の最外縁と絶縁基体１０の表面との境界部分において、表面めっき層４０上に下地めっき層３０の構成成分が析出するのを効果的に抑制することができる。

さらに、配線基板Ｘでは、下地めっき層３０の金属材料としてニッケルまたはニッケル合金を採用し、腐食抑制層５０の腐食抑制剤としてチオ尿素を採用する場合、ニッケル成分に対するチオ尿素の吸着性が高いので、チオ尿素が下地めっき層３０のニッケル成分に吸着することにより、該ニッケル成分の溶出をより効果的に抑制することができる。

以上のことから、配線基板Ｘでは、下地めっき層３０の構成成分の析出が溶出して、表面めっき層４０上に析出するのが抑制されるため、はんだ濡れ性などの低下が抑制され、配線層２０に対する電子部品の電気的および機械的な接続の長期信頼性、並びに、電子部品の搭載時における歩留まりの向上を図ることができるのである。

以下に、配線基板Ｘへの電子部品の搭載方法および洗浄方法について説明する。なお、本搭載方法では、配線基板Ｘの配線層２０と電子部品の電極との電気的な接続を行うための部材として、錫−鉛共晶はんだや、錫−銀系、錫−銀−ビスマス系、錫−銅系などの鉛成分を含まないはんだ（鉛フリーはんだ）などのはんだを用いて説明するが、電気的な接続部材としてはこれには限られず、例えばボンディングワイヤでもよい。

まず、配線基板Ｘの配線層２０と電子部品の電極との間に、フラックスを含有するはんだ材（プレフォーム、ボール、クリーム状）を介在させた状態で、配線基板Ｘと電子部品との位置合わせを行う。

次に、位置合わせされた状態のものを治具などにより仮固定しながら、所定の加熱装置（例えば、リフロー炉）により加熱する。

次に、余分なはんだやフラックスなどの残滓を除去するために、洗浄を行う。洗浄は、水系の洗浄剤（例えば、Ｃ７５０Ｈ（花王株式会社製））を用いて行われる。このような洗浄を行うことにより、残滓を除去することができるので、はんだ濡れ性などをより高めることができる。

以上のようにして、配線基板Ｘへの電子部品の搭載およびその洗浄が行われる。なお、上述のはんだ付けや洗浄は、予め配線層２０上に下地めっき層３０、表面めっき層４０および腐食抑制層５０を順次被着させた絶縁基体１０を用いて行われる。

以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

腐食抑制層５０は、絶縁基体１０の表面全体および表面めっき層４０の表面全体にわたって被着させなくてもよく、少なくとも表面めっき層４０の外縁部に被着させていればよい。ここで、外縁部とは、最外縁からその内側における所定幅（例えば１００μｍ）の領域を意味する。このような構成の配線基板においても、配線基板Ｘと同様の効果を奏する。また、腐食抑制層５０は、表面めっき層４０の外縁部から該外縁部に隣接する絶縁基体１０の表面にわたって被着させる構成としてもよい。表面めっき層４０の外縁部近傍は、下地めっき層３０および表面めっき層４０のつきまわりが悪く、めっきの欠陥（ピンホールなど）が比較的生じ易い部位であるため、このような部位に対して優先的に腐食抑制層５０を設けることにより、下地めっき層３０の構成成分の溶出を効果的に抑制することができる。したがって、このような構成の配線基板においても、配線基板Ｘと同様の効果を奏する。

腐食抑制層５０は、腐食抑制剤に加えて、界面活性剤（例えば、アルキルベンゼンスルホン酸）を含んでいてもよい。このような構成によると、腐食抑制層５０における表面張力が減少するため、狭小部にも腐食抑制層５０をより適切に形成することが可能となる。

下地めっき層３０や表面めっき層４０は、単層には限られず、複数層により構成されてもよい。このような構成の配線基板としては、例えば、配線層２０上に、ニッケル（下地めっき層３０）、銅（表面めっき層４０の第１層）、金（表面めっき層４０の第２層）を順次被着して構成される配線基板や、ニッケル（下地めっき層３０の第１層）、ニッケル（下地めっき層３０の第２層）、金（表面めっき層）を順次被着して構成される配線基板などが挙げられる。なお、各めっき層３０，４０は、一旦形成された後、熱処理されたものでもよい。

本発明の実施形態に係る配線基板の構造を模式的に表す断面図である。 図１に示す配線基板の要部拡大断面図である。 従来の配線基板の構造を模式的に表す断面図である

符号の説明

１０・・・・絶縁基体
１１・・・・搭載部
２０・・・・配線層
３０・・・・下地めっき層
４０・・・・金めっき層
４１・・・・外縁部
５０・・・・腐食抑制層
９９・・・・配線基板

Claims (2)

1. 配線層を有する絶縁基体を準備する工程と、
   前記配線層上に、ニッケルまたはニッケル合金からなる第１めっき層を被着する工程と、
   前記第１めっき層上に、前記第１めっき層の前記ニッケルまたはニッケル合金よりも標準電極電位の高い金属材料からなる第２めっき層を被着する工程と、
   前記第１めっき層の前記ニッケルまたはニッケル合金の腐食速度を低減するための腐食抑制剤としてのチオ尿素を含む洗浄用溶液に、前記第１めっき層および前記第２めっき層が順次被着された前記絶縁基体を浸漬して、少なくとも前記第２めっき層の外縁部の前記第１めっき層のニッケル成分に前記チオ尿素を吸着させて、前記チオ尿素を含む腐食抑制層を被着する工程と、
   を備えることを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 前記腐食抑制層を、前記第２めっき層の前記外縁部から該外縁部に隣接する前記絶縁基体の表面にわたって被着することを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。

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