KR20060063778A

KR20060063778A - 배선 기판의 패드 구조 및 배선 기판

Info

Publication number: KR20060063778A
Application number: KR1020057018133A
Authority: KR
Inventors: 가즈히코 오오이; 겐지로 에노키; 사치코 오다
Original assignee: 신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2006-06-12
Also published as: JP4619292B2; TW200516682A; WO2005034597A1; US20060209497A1; JPWO2005034597A1

Abstract

인을 함유하는 니켈층을 포함하는 배선 기판의 패드 구조로서, 상기 패드 구조에 장착되는 솔더 볼 등의 솔더 부재 또는 상기 패드 구조에 납땜 부착되는 외부 부재의 인장 강도를 개선시킬 수 있는 배선 기판의 패드 구조가 제공된다. 상기 패드 구조(40)는 기판의 도체 패턴 내에 형성되고, 표면에 솔더 범프(20)가 장착되며, 상기 도체 패턴의 일부로서 형성되는 다층 도금 구조이며, 도체 패턴의 일부로서 형성되어 패드 본체를 구성하는 금속층(10)과, 무전해 니켈 도금으로 형성되어 상기 금속층과 직접 접촉하게 되는 인을 함유하는 니켈층(12)과, 무전해 구리 도금에 의해서 상기 니켈층 위에 형성되고 상기 니켈층 보다도 얇은 구리층(14)과, 무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 구리층 위에 형성되는 귀금속 도금층(16)을 포함한다.

인(P), 솔더 볼, 인장 강도, 니켈층, 구리층, 금층, 귀금속 도금층

Description

배선 기판의 패드 구조 및 배선 기판{PAD STRUCTURE FOR WIRING BOARD AND WIRING BOARD}

본 발명은 배선 기판(wiring board)의 패드 구조와 이와 같은 패드 구조를 갖는 배선 기판에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 솔더 볼과 같은 솔더 부재가 장착되거나 외부 부재가 납땜되는 도금 패드 구조에 관한 것이다.

반도체 장치 또는 다른 장치에서 사용되는 배선 기판 위에는, 기판의 한쪽 표면 위에 형성된 도체 패턴의 일단(一端)에 형성된 패드 내에 외부 접속 단자로서 솔더 범프(solder bump)가 형성되어 있다.

이와 같은 패드는 일본 특허 출원 공개 공보(Kokai) 2001-77528 호(칼럼 2의 47 번째 줄에서부터 칼럼 4의 18 번째 줄 참조)에 개시된 바와 같이 다층 도금 구조로 형성된다. 도 6에 이 패드를 나타내었다.

도 6에 나타낸 패드(114)는 패드(114)의 본체를 형성하는 구리층(100)과 직접적으로 접촉하게 되는 니켈층(102)으로 형성되어 있으며, 그 표면에는 내부식성 또는 내산성을 개선시키기 위한 목적으로 상기 니켈층 보다 얇은 금층(gold layer)(104)이 형성되어 있다.

이와 같은 니켈층(102)과 금층(104)은 무전해 도금에 의해서 형성될 수도 있 다. 전해 도금과는 달리, 니켈층(102)과 금층(104)을 무전해 도금에 의해서 형성할 때, 전해 도금에만 배타적으로 사용되는 급전용 패턴을 제공할 필요가 없으므로, 배선 패턴 등에 대한 설계 자유도를 높일 수 있다.

한편, 패드(114)의 본체를 구성하는 구리층의 표면은 상기 패드(114)가 형성될 영역만 제외하고 솔더 레지스트(105)로 덮여 있다.

도 6에 나타낸 패드(114)의 도금 구조에 따르면, 상기 패드(114)에 솔더 볼을 장착하여 리플로우(reflow) 처리할 때, 금층(104)을 형성하는 Au는 용융된 솔더로 확산되며, 용융된 솔더 내에 함유된 Sn과 니켈층(102)을 형성하는 Ni는 패드(114)에 솔더 범프(106)를 고정하는 Sn-Ni 합금층을 형성한다.

한편, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 공보(Kokai) 11-354687 호에 개시된 바와 같이, 니켈층(102)을 무전해 니켈 도금에 의해서 형성하는 경우에, 도금막의 부식 방지용으로 인 성분을 함유하는 도금액으로서 무전해 니켈 도금액이 사용되고 있다. 따라서 무전해 니켈 도금에 의해서 형성된 니켈층(102) 내에 인(P) 성분이 함유되어 있다.

그러나 인을 함유하고 있는 니켈층(102)을 갖는 패드(114)에 장착된 솔더 볼의 리플로우 처리에 의해서 형성된 솔더 범프(106)는 인장 강도가 낮았고, 따라서 이에 대한 개선이 요망되고 있다.

또한 도 6에 나타낸 패드(114)에 전자 부품의 외부 접속 단자와 같은 외부 부재를 납땜할 때도 마찬가지로 인장 강도를 개선시킬 필요가 있다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인을 함유하는 니켈층을 갖는 패드에 장착되는 솔더 볼과 같은 솔더 부재 또는 납땜된 외부 부재의 인장 강도가 개선된 패드의 도금 구조, 및 이를 포함하는 배선 기판을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 발명자들은 인을 함유하는 니켈층(102)을 갖는 패드(114)에 솔더 범프(106)를 장착한 이후에 전자 현미경을 사용하여 솔더 범프(106)와 패드 사이의 접합된 영역을 관찰하였으며, 그 결과 경계면의 구조가 도 7에 나타낸 바와 같음을 알게 되었다.

즉, 니켈층(102)과 솔더 범프(106) 사이의 경계면에는, Sn-니켈 합금층(108)이 있고, 마찬가지로 Sn-Ni 합금층(108)과 니켈층(102) 사이의 경계면에는 Sn-Ni 합금층(108) 보다 얇고 Ni 성분과 이 Ni 성분보다 더 풍부한 P 성분으로 이루어진 P가 풍부한 층(110)이 있다. P가 풍부한 층(110)과 Sn-Ni 합금층(108)에는 작은 공극(void)(112, 112, …)도 있다.

접합된 영역에서 상술한 구조를 가진 범프(106)를 제거한 이후에 패드(114)를 전자 현미경으로 관찰한 결과에 따르면, 도 8에 나타낸 바와 같이 Sn-Ni 합금층(108)과 P가 풍부한 층(110) 사이의 경계면 내에서 박리(debonding)가 발생하였음을 알 수 있었다.

따라서 본 발명의 발명자들은 인을 함유하는 니켈층(102)을 갖는 패드(114)에 장착되는 범프의 인장 강도를 개선하기 위한 목적으로 패드(114)에 장착된 솔더 볼을 리플로우 처리시킬 때 솔더 범프와 패드(114) 사이의 경계면에 매우 치밀한 층을 형성시키는 것이 효과적이라는 것을 알았고, 이를 연구하였다.

그 결과 본 발명자들은 무전해 도금에 의해서 패드 본체 위에 형성되는 인을 함유하는 니켈층과, 무전해 구리 도금에 의해서 상기 니켈층 위에 형성되는 구리층, 및 무전해 금 도금에 의해서 상기 구리층 위에 형성되는 금층(gold layer)을 갖는 패드는 이 패드 위에 장착된 솔더 범프의 인장 강도를 개선할 수 있다는 점을 발견하였으며, 이에 의해서 본 발명이 달성되었다.

본 발명에 따르면, 솔더 볼과 같은 솔더 부재가 장착되거나 외부 부재가 납땜되고, 도체 패턴 내에 형성되며, 다층 도금 구조를 갖는 배선 기판의 패드 구조가 제공되며, 상기 패드 구조는 상기 도체 패턴의 일부로서 형성되어 패드 본체가 되는 금속층과, 무전해 니켈 도금에 의해서 형성되어 상기 금속층과 직접 접촉하게 되는 인을 함유하는 니켈층과, 상기 니켈층보다 두께가 더 얇으며, 무전해 구리 도금에 의해서 상기 니켈층 위에 형성되는 구리층, 및 무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 구리층 위에 형성되는 귀금속층을 포함하고 있다.

또한 본 발명에 따르면, 솔더 볼과 같은 솔더 부재가 장착되거나 외부 부재가 납땜되고, 도체 패턴 내에 형성되며, 다층 도금 구조를 갖는 배선 기판의 패드 구조가 제공되며, 상기 패드 구조는 상기 도체 패턴의 일부로서 형성되어 패드 본체가 되는 금속층과, 무전해 니켈 도금에 의해서 형성되어 상기 금속층과 직접 접촉하게 되는 인을 함유하는 니켈층과, 무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 니켈층 위에 형성되는 제 1 귀금속층과, 상기 니켈층보다 두께가 더 얇으며, 무전해 구리 도금에 의해서 상기 제 1 귀금속층 위에 형성되는 구리층과, 무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 구리층 위에 형성되는 제 2 귀금속층을 포함하고 있다.

또한 본 발명에 따르면, 배선 기판이 제공되며, 상기 배선 기판은 기판 본체와, 일부에 대해서 솔더 볼과 같은 솔더 부재가 장착되거나 외부 부재가 납땜되는 패드를 갖는 상기 기판 본체 위에 형성된 도체 패턴을 구비하며, 상기 패드는 상기 도체 패턴의 일부로서 형성되어 패드 본체가 되는 금속층과, 무전해 니켈 도금에 의해서 형성되어 상기 금속층과 직접 접촉하게 되는 인을 함유하는 니켈층과, 상기 니켈층보다 두께가 더 얇으며, 무전해 구리 도금에 의해서 상기 니켈층 위에 형성되는 구리층, 및 무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 구리층 위에 형성되는 귀금속층을 포함하고 있다.

또한 본 발명에 따르면, 배선 기판이 제공되며, 상기 배선 기판은 기판 본체와, 일부에 대해서 솔더 볼과 같은 솔더 부재가 장착되거나 외부 부재가 납땜되는 패드를 갖는 상기 기판 본체 위에 형성된 도체 패턴을 구비하며, 상기 패드는 상기 도체 패턴의 일부로서 형성되어 패드 본체가 되는 금속층과, 무전해 니켈 도금에 의해서 형성되어 상기 금속층과 직접 접촉하게 되는 인을 함유하는 니켈층과, 무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 니켈층 위에 형성되는 제 1 귀금속층과, 상기 니켈층보다 두께가 더 얇으며, 무전해 구리 도금에 의해서 상기 제 1 귀금속층 위에 형성되는 구리층과, 무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 구리층 위에 형성되는 제 2 귀금속층을 포함하고 있다.

상술한 패드 구조 또는 이를 합체한 배선 기판에 있어서, 상기 패드 본체를 형성하는 상기 금속층은 구리로 형성되며, 상기 귀금속층은 금(gold), 팔라듐(palladium) 또는 백금(platinum)으로 형성된다.

본 발명에 따른 배선 기판의 패드 구조에 의해서 패드 위에 장착되는 솔더 볼과 같은 솔더 부재 또는 패드에 납땜되는 외부 부재의 인장 강도가 개선되는 이유는 명확하지 않지만, 다음과 같이 추측할 수 있다.

즉, 종래 기술의 패드 구조에서는 인을 함유하는 니켈층 위에 바로 얇은 금층(gold layer)이 형성되었다. 예를 들어, 패드 위에 솔더 볼을 장착하고 리플로우 처리하게 되면 금층을 형성하고 있는 금(Au)은 용융된 솔더 내로 확산된 이후에, 니켈층을 형성하고 있는 니켈(Ni)이 용융된 솔더 내로 급속하게 확산되고 용융된 솔더 내의 주석(tin)과 혼합되면서 Sn-Ni 합금층을 형성하며 이와 동시에 인 성분이 농후한 P가 풍부한 층을 형성한다. 상기 P가 풍부한 층의 두께가 불균일하기 때문에, 인 성분의 농도 또한 불균일하다.

이와 같은 P가 풍부한 층이 형성된 이후에 리플로우 처리를 계속하면, P가 풍부한 층의 두꺼운 부분으로부터 용융된 솔더 내로의 니켈의 확산은 얇은 부분에 비해서 지연되기 때문에 용융된 솔더 내로의 니켈의 확산 속도가 불균일해지고, 이는 P가 풍부한 층과 Si-Ni 합금층 내에 미세한 공극(micro-void)을 생성하는 원인이 된다.

반면, 본 발명에 의한 배선 기판의 도금 구조에 따르면 장착된 솔더 볼을 리플로우 처리할 때, 구리층 내의 구리(Cu)는 용융된 솔더 내로 확산되고, 용융된 솔더 내의 Sn과 혼합되어 니켈층으로부터 용용된 솔더 내로의 니켈의 확산 속도와 확산량을 제어할 수 있는 Sn-Cu 합금층을 형성한다. 따라서 Sn-Ni 합금층의 형성 속도가 일정 속도로 제어되어 P가 풍부한 층의 형성을 가능한한 방지하며, 따라서 Sn-Ni 합금층 내의 미세 공극의 생성이 억제된다. 그 결과 솔더 범프와 패드 사이의 경계면은 치밀한 층으로 형성되어 솔더 범프의 인장 강도를 개선시키게 된다.

이와 같은 방식으로, 본 발명에 따르면 패드 위에 장착되는 솔더 볼과 같은 솔더 부재 또는 패드에 납땜되는 외부 부재의 인장 강도를 개선할 수 있으며, 따라서 본 발명의 패드를 합체하여 최종 조립된 전자 기기의 신뢰성이 개선된다.

도 1은 본 발명에 따른 패드(pad)의 도금 구조의 일 실시예를 설명하는 부분 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 패드의 도금 구조의 다른 실시예를 설명하는 부분 단면도.

도 3의 (a) 및 (b)는 솔더 범프의 인장 강도를 측정하기 위한 인장 강도 측정기의 개념도 및 이렇게 측정된 인장 강도의 그래프.

도 4의 (a) 내지 (c)는 인발된 솔더 범프의 상태를 설명하는 도면 및 측정 결과를 나타내는 그래프.

도 5는 도 2에 나타낸 실시예와 도 6에 나타낸 종래 기술의 측정 결과를 비교하여 나타낸 그래프.

도 6은 종래 기술의 패드에서의 도금 구조를 설명하기 위한 부분 단면도.

도 7은 도 6에 나타낸 패드와 이 패드에 장착된 솔더 범프 사이의 접합 영역의 상태를 나타내고 있는 전자 현미경 사진의 트레이스도(traced drawing).

도 8은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 패드에 접합된 솔더 범프를 인발한 이후 패드의 상태를 나타낸 전자 현미경 사진의 트레이스도.

본 발명에 따른 배선 기판(wiring board)의 패드 구조의 일 실시예를 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 패드(40)의 본체를 구성하고 있는 구리층(10)의 표면은 패드를 형성하는 부분만 제외하고 솔더 레지스트(18)로 덮혀 있다. 즉, 구리층(10)은 기판(1) 위에 형성된 도체 패턴의 일부로서 형성되어 있다.

상기 패드(40)는 패드(40)의 본체를 형성하는 구리층(10)과 직접 접촉하게 되는 니켈층(nickel layer)(12)과, 이 니켈층(12) 위에 형성된 구리층(copper layer)(14), 및 이 구리층(14) 위에 귀금속층으로서 형성된 금층(gold layer)(16)을 갖는 다층 도금 구조로 되어 있다.

이와 같은 다층 도금 구조를 구성하는 니켈층(12), 구리층(14), 및 금층(16)의 어느 것도 무전해 도금에 의해서 형성되기 때문에 그 두께는 상기 순서대로 점점 커지게 된다. 즉, 니켈층(12)은 구리층(14) 보다 두껍고, 구리층(14)은 금층(16) 보다 더 두껍게 되어 있다.

한편, 금층(16)의 두께는 구리층(14)의 두께와 동일하거나 더 두꺼울 수도 있다.

다층 도금 구조의 형성에서, 니켈층(12)의 무전해 도금은 인 화합물을 함유하는 무전해 니켈 도금액을 사용한다. 이와 같은 무전해 니켈 도금액 내의 인 화합물의 농도는 중량비로 6 % 내지 8 %의 범위 내인 것이 바람직하다. 이 무전해 니켈 도금액을 사용한 무전해 니켈 도금에 의해서 형성된 P를 함유하는 니켈층(12)의 두 께는 2 내지 20 ㎛의 범위 내인 것이 바람직하다.

상기 니켈층(12) 위에 구리층(14)을 형성하기 위한 무전해 구리 도금에서는, 무전해 도금액으로서 광범위하게 사용되고 있는 로셀욕(Rochelle bath) 또는 EDTA욕(EDTA bath)을 사용하여 인쇄 회로 기판(printed circuit board)을 제조한다. 이 무전해 구리 도금에 의해서 형성되는 구리층(14)의 두께는 0.01 내지 1 ㎛의 범위 내인 것이 바람직하다.

또한 구리층(14) 위의 금층(16)을 형성하기 위한 무전해 금도금에 있어서, 무전해 금도금액으로서 종래에 사용되었던 스트라이크 금 도금욕(strike gold plating bath)을 사용할 수도 있다. 이와 같은 무전해 금도금에 의해서 얻어지는 금층(16)은 패드의 내부식성 또는 내산성을 개선하는데 기여하며, 두께는 0.04 내지 1 ㎛의 범위 내인 것이 바람직하다.

한편, 패드 본체를 구성하고 있는 구리층(10)은 전해 구리 도금에 의해서 형성될 수도 있고, 또는 수지성 기판(1)의 표면에 부착시킨 구리 포일(copper foil)을 패터닝하여 형성될 수도 있다.

도 1에 나타낸 패드(40)의 표면 위에 솔더 볼을 장착하고 이를 리플로우 처리하여 솔더 범프(20)가 형성된다.

이렇게 형성된 솔더 범프(20)의 인장 강도는 도 6에 나타낸 종래의 패드(114)에 장착된 솔더 범프(106)와 비교하였을 때 더욱 개선되었다. 솔더 범프(20)에서의 이와 같은 인장 강도의 개선은 다음과 같이 유도된다고 추정된다.

도 1에 나타낸 패드(40) 표면 위에 장착된 솔더 볼을 리플로우 처리하면, 용 융된 솔더 내로 금층(16) 내의 금(Au)이 먼저 확산되며, 다음에 구리층(14) 내의 구리(Cu)가 용융된 솔더 내로 확산되고, 용융된 솔더 내의 Sn과 혼합되어 Sn-Cu 합금층을 형성한다. 이후에 니켈층으로부터 용융된 솔더로의 니켈의 확산 속도와 확산량은 상기 Sn-Cu 합금층에 의해서 제어할 수 있게 된다. 따라서 Sn-Cu 합금층의 형성 속도를 균일하게 할 수 있으며, 또한 P가 풍부한 층의 형성을 가능한한 방지할 수 있으므로, Sn-Cu 합금층 내의 미세 공극의 생성을 억제할 수 있다.

도 6에 나타낸 종래 기술에 따른 패드(114)의 종래 기술의 다층 도금 구조에 비해서 도 1에 나타낸 패드(40)의 다층 도금 구조에서 패드(40)에 장착된 솔더 범프(20)의 인장 강도가 개선되었다.

도 1에 나타낸 패드(40)의 다층 도금 구조에서는 P를 함유하는 니켈층(12)의 표면 위에 무전해 도금에 의해서 구리층(14)이 직접 형성되지만, 무전해 도금에 의해서 P를 함유하는 니켈층(12)의 표면 위에 구리층(14)을 직접 형성하는 것이 곤란한 경우도 있을 수 있다. 이와 같은 경우에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 무전해 금 도금에 의해서 P를 함유하는 니켈층(12) 위에 금층(16a)을 형성한 이후에, 무전해 구리 도금에 의해서 상기 금층(16a) 위에 구리층(14)을 용이하게 형성할 수 있다. 이렇게 얻어진, 구리층(14) 위에, 도 1에 나타낸 바와 동일한 방식으로 내부식성 또는 내산성을 개선하기 위한 목적의 무전해 금 도금에 의해서 금층(16)을 형성한다.

이와 같은 방식으로 얻은 패드(40)에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 니켈층(12)의 두께는 구리층(14)의 두께보다 두껍고, 구리층(14)의 두께는 금층(16)의 두 께보다 더 두꺼우며, 반면 금층(16)의 두께는 금층(16a)의 두께와 대략 동일하다.

한편 금층(16, 16a)의 두께는 구리층(14)의 두께와 동일하거나 더 두꺼울 수도 있으며, 금층(16, 16a)의 두께는 서로 다를 수도 있다.

솔더 범프(20)는 도 2에 나타낸 패드(40)의 표면 위에 솔더 볼을 장착하고 이를 리플로우 처리하여 형성할 수도 있다. 이 솔더 범프(20)의 인장 강도는 도 6에 나타낸 종래 기술의 패드(114)에 장착된 솔더 범프(106)보다 개선되었다. 상기 솔더 범프(20)의 인장 강도의 개선 이유는 도 1에 나타낸 패드(40)의 경우에서와 동일하다고 추정된다.

한편, 도 2에 나타낸 패드(40) 위에 장착한 솔더 볼을 리플로우 처리시킬 때 구리층(14)과 용융된 솔더 내로 구리층(14)과 P를 함유하는 니켈층(12) 사이에 형성된 금층(16a) 내의 금(Au)이 확산해 들어간다고 추정된다.

도 1 또는 도 2에 나타낸 패드(40)가 도체 패턴의 일단(一端)에 배열 설치된 반도체 장치 또는 다른 장치의 배선 기판에 따르면, 외부 접속 단자로서 형성된 범프(20)의 인장 강도가 개선될 수 있다. 따라서 외부 접속 단자로서 형성된 범프(20)를 통해서 반도체 장치 또는 다른 장치의 배선 기판을 실장용 기판(substrate)에 장착하면, 배선 기판이 상기 실장용 기판에 견고하게 장착되므로 최종 조립된 전자 기기의 신뢰도가 향상될 수 있다.

본 발명에서 팔라듐(Pd)층) 또는 백금(Pt)층으로 상술한 금층(16 및/또는 16a)을 대체할 수도 있다.

또한, 솔더 볼 대신에, 패드(14)에 외부 접속 단자로서 외부 부재를 납땜할 수도 있다.

<실시예 1>

서로 적층된 에폭시 수지로 형성된 복수의 절연층으로 이루어지는 다층 기판의 한쪽 표면 위에 형성된 배선 패턴의 일단(一端)에 구리(copper)로 패드를 형성하였으며, 상기 패드의 표면 중 외부 접속 단자로서 솔더 범프(20)가 장착될 영역을 제외한 나머지 영역은 솔더 레지스트(18)로 덮혀 있다. 패드(40)의 표면은 직경 470 ㎛의 원형 형상으로서 노출되어 있다.

패드의 노출된 표면에 대해 탈지 처리(degrease)와 같은 예비 처리를 끝낸 이후에, 인 화합물의 농도가 중량비로 6 내지 8 % 내의 범위가 되도록 준비된 하이포 아인산(hypophosphorous acid)을 함유하는 황산의 무전해 니켈 도금액에, 본 발명의 다층 기판을 30 분간 침지한다. 이후에 패드의 노출된 표면 위에 5 ㎛ 두께의 P를 함유하는 니켈층(12)을 형성하였다.

패드의 노출된 표면 위에 니켈층(12)을 갖는 다층 기판을 세척한 이후에, 니켈 치환형(환원형)의 무전해 시안(cyan) 금 도금액에 5 분간 기판을 침지시켜 니켈층(12) 위에 0.04 ㎛ 두께의 금층(16a)을 형성한다.

또한 환원형 EDTA의 무전해 구리 도금액에 다층 기판을 10 분간 침지시켜서 금층(16a) 위에 0.4 ㎛ 두께의 구리층(14)을 형성하며, 이후에 구리 치환형(환원형)으로 이루어진 무전해 시안 금 도금액에 20 분간 침지하여 구리층(14) 위에 0.05 ㎛ 두께의 금층(16)을 형성한다.

이와 같은 일련의 무전해 도금 공정에 의해, 패드의 노출된 표면 위에, 도 2 에 나타낸 패드(40)를 형성하였으며, 저부에서 상부까지 5 ㎛ 두께의 P를 함유하는 니켈층(12)과, 0.04 ㎛ 두께의 금층(16a)과, 0.4 ㎛ 두께의 구리층(14), 및 0.05 ㎛ 두께의 금층(16)을 형성하였다.

이후에 도 2에 나타낸 다층 기판 위에 형성된 패드(40) 표면 위에 0.6 mm 직경의 솔더 볼(중량비로 95.5 %의 Sn - 중량비로 4 %의 Ag - 중량비로 0.5 %의 Cu)을 위치시키고, 최대 온도 250 ℃의 질소 분위기에서 로진(rosin)형 플럭스를 사용하여 상기 솔더 볼을 리플로우(reflow) 처리하였다. 그 결과 도 2에 나타낸 패드(40) 위에 솔더 범프(20)가 형성되었다.

<비교예>

실시예 1에서와 마찬가지의 방식이지만, 금층(16a)과 구리층(14)을 제외하고, 패드의 노출된 표면 위에 5 ㎛ 두께의 P를 함유하는 니켈층(102)과 이 위에 형성된 0.05 ㎛ 두께의 금층(104)을 갖는 도 6에 나타낸 패드(114)를 형성하였다.

이후에 도 6에 나타낸 다층 기판 위에 형성된 패드(114) 표면 위에 0.6 mm 직경의 솔더 볼(중량비로 95.5 %의 Sn - 중량비로 4 %의 Ag - 중량비로 0.5 %의 Cu)을 위치시키고, 온도 250 ℃의 질소 분위기에서 로진형 플럭스를 사용하여 상기 솔더 볼을 리플로우 처리하였다. 그 결과 도 6에 나타낸 패드(114) 위에 솔더 범프(106)가 형성되었다.

<실시예 1과 비교예의 비교>

일본 특허 출원 공개 공보(Kokai) 11-288986호에 개시된 인장 강도 실험기를 사용하여 실시예 1과 비교예에 의해서 준비된 범프(20)와 범프(106)의 인장 강도를 측정하였다.

도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 인장 강도 측정시에, 솔더 범프(20)(106)가 압착되어 으깨지지 않도록 주의하면서 인장 강도 실험기의 한 쌍의 클램프(30a, 30b)로 솔더 범프(20)(106)를 붙잡고, 이후에 클램프(30a, 30b)를 이동시켜 패드로부터 상기 범프를 인발하고, 이 인발시에 필요한 힘을 인장 강도로서 측정하였다. 각각의 솔더 범프(20, 106)에 대해서 30 개의 샘플을 측정하였으며, 각각 30 개의 샘플에 대해서 측정된 값을 점(dot) 분포시켜서 도 3의 (b)에 그 결과를 나타내었다.

도 3의 (b)로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1의 솔더 범프(20)의 인장 강도는 비교예에서의 솔더 범프(106)와 비교하여 개선되었다.

인발된 솔더 범프(20)(106)의 외관 또한 관찰하였다. 즉, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 인발된 범프(20)(106)에 패드(40)(114)가 부착되어 있다면, 솔더 범프(20)(106)의 분리는 패드(40)(114)와 범프(20)(106) 사이의 경계면에 형성된 P가 풍부한 층(110)에 의한 결함에 의해서 초래된 것이 아니다. 즉, 패드(40)(114)의 다층 도금 구조는 아무런 문제가 없었다. 도 4의 (a)에 나타낸 상태는 합격 상태(합격 모드)이다.

반대로, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 인발된 솔더 범프(20)(106)에 패드(40)(114)가 부착되어 있지 않다면, 솔더 범프(20)(106)의 분리는 패드(40)(114)와 범프(20)(106) 사이의 경계면에 형성된 미세 공극에 의해서 초래된 것이다. 즉, 패드(40)(114)의 다층 도금 구조에 문제가 있는 것이다. 도 4의 (b)에 나타낸 상태는 불합격 상태(불합격 모드)이다.

마찬가지로 이와 같이 인발된 솔더 범프(20)(106)의 외관에 대해, 실시예 1과 비교예의 샘플 30 개를 관찰하였으며, 이 결과를 도 4의 (c)에 나타내었다.

도 4의 (c)로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1에서의 인발된 솔더 범프(20)의 90 %는 도 4의 (a)에 나타낸 합격 상태(합격 모드)였다. 반대로 비교예에서의 인발된 솔더 범프(106)의 대략 10 %는 도 4의 (a)에 나타낸 불합격 상태(불합격 모드)였다.

<실시예 2>

실시예 2는 상술한 실시예 1에서의 도금 구조에 의거하여 준비하였으며, 실시예 1에서와 마찬가지로 니켈층(12)의 두께는 5 ㎛로, 그 위에 형성된 금층(16a)의 두께는 0.04 ㎛로 하였지만, 구리층(14)의 두께는 다음과 같이 변경시켰으며, 실시예 1에서와 마찬가지로 상기 구리층 위에 두께 0.05 ㎛의 금층(16)을 형성하였다. 니켈층(102)의 두께를 5 ㎛로 하고, 그 위에 두께 0.05 ㎛의 금층(104)을 형성한 비교예와 실시예 2를 비교하였다.

실험 결과는 다음의 표 1에 나타낸 것과 같다.

* 합격 모드는 도 4의 (a)에 나타내었으며, 불합격 모드는 도 4의 (b)에 나타내었다.

상술한 실험 결과는 도 5에 나타내었다. 이 결과로부터, 구리층의 두께는 0.2 내지 0.6 ㎛의 범위가 바람직하며, 0.4 ㎛가 가장 바람직함을 명백하게 알 수 있다.

한편 도 2에 나타낸 패드 구조에 있어서, 니켈층(12)과 구리 도금층(14) 사이에 형성된 금 도금층(16a)은 매우 얇게 형성되므로 니켈과 구리는 서로 인접하여 접촉하고 있다. 따라서 인장 강도의 개선에 금 도금층이 특별히 기여하고 있지는 않다고 추정된다.

따라서 도 1에 나타낸 도금 구조는 도 2에 나타낸 도금 구조에서와 같이 동일한 실험 결과를 보여줄 것이라고 기대된다.

한편, 외부면 위의 금 도금층(16)은 구리 도금층(14)의 산화를 방지하기 위한 목적으로 매우 얇게 형성되며, 따라서 이 금 도금층 또한 인장 강도의 개선에 특별히 기여하지는 않는다고 추정된다.

첨부한 도면을 참고하여 바람직한 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위 또는 정신으로부터 이탈하지 않고도 다양하게 변경 및 변형될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따르면, 솔더 범프와 패드 사이의 경계면을 치밀한 층으로 구성할 수 있기 때문에 솔더 범프의 인장 강도가 개선될 수 있다. 따라서 패드에 장착된 솔더 볼과 같은 솔더 부재 또는 상기 패드에 납땜되는 외부 부재의 인장 강도가 개선되어 최종적으로 조립된 전자 기기의 신뢰성을 개선시킬 수 있다.

Claims

솔더 볼(solder ball)과 같은 솔더 부재가 장착되거나 외부 부재가 납땜되며, 도체 패턴 내에 형성된 배선 기판의 패드 구조에 있어서,

상기 도체 패턴의 일부로서 형성되어 패드 본체가 되는 금속층과,

무전해 니켈 도금에 의해서 형성되어 상기 금속층과 직접 접촉하게 되는 인을 함유하는 니켈층과,

상기 니켈층보다 두께가 더 얇으며, 무전해 구리 도금에 의해서 상기 니켈층 위에 형성되는 구리층, 및

무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 구리층 위에 형성되는 귀금속층을 포함하는 다층 도금 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 구조.
제 1 항에 있어서,

상기 패드 본체를 형성하고 있는 상기 금속층은 구리로 형성되며, 상기 귀금속층은 금(gold), 팔라듐(palladium) 또는 백금(platinum)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 패드 구조.
솔더 볼과 같은 솔더 부재가 장착되거나 외부 부재가 납땜되며, 도체 패턴 내에 형성된 배선 기판의 패드 구조에 있어서,

상기 도체 패턴의 일부로서 형성되어 패드 본체가 되는 금속층과,

무전해 니켈 도금에 의해서 형성되어 상기 금속층과 직접 접촉하게 되는 인을 함유하는 니켈층과,

무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 니켈층 위에 형성되는 제 1 귀금속층과,

상기 니켈층보다 두께가 더 얇으며, 무전해 구리 도금에 의해서 상기 제 1 귀금속층 위에 형성되는 구리층과,

무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 구리층 위에 형성되는 제 2 귀금속층을 포함하는 다층 도금 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 구조.
제 3 항에 있어서,

상기 패드 본체를 형성하고 있는 상기 금속층은 구리로 형성되며, 상기 제 1 또는 제 2 귀금속층은 금, 팔라듐 또는 백금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 패드 구조.
기판 본체와,

일부에 대해서 솔더 볼과 같은 솔더 부재가 장착되거나 외부 부재가 납땜되는 패드를 갖는 상기 기판 본체 위에 형성된 도체 패턴을 구비하며,

상기 패드는 상기 도체 패턴의 일부로서 형성되어 패드 본체가 되는 금속층과,

무전해 니켈 도금에 의해서 형성되어 상기 금속층과 직접 접촉하게 되는 인을 함유하는 니켈층과,

상기 니켈층보다 두께가 더 얇으며, 무전해 구리 도금에 의해서 상기 니켈층 위에 형성되는 구리층, 및

무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 구리층 위에 형성되는 귀금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배선 기판.
제 5 항에 있어서,

상기 패드 본체를 형성하고 있는 상기 금속층은 구리로 형성되며, 상기 귀금속층은 금, 팔라듐 또는 백금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배선 기판.
기판 본체와,

일부에 대해서 솔더 볼과 같은 솔더 부재가 장착되거나 외부 부재가 납땜되는 패드를 갖는 상기 기판 본체 위에 형성된 도체 패턴을 구비하며,

상기 패드는 상기 도체 패턴의 일부로서 형성되어 패드 본체가 되는 금속층과,

무전해 니켈 도금에 의해서 형성되어 상기 금속층과 직접 접촉하게 되는 인을 함유하는 니켈층과,

무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 니켈층 위에 형성되는 제 1 귀금속층과,

상기 니켈층보다 두께가 더 얇으며, 무전해 구리 도금에 의해서 상기 제 1 귀금속층 위에 형성되는 구리층과,

무전해 귀금속 도금에 의해서 상기 구리층 위에 형성되는 제 2 귀금속층을 포함하는 다층 도금 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선 기판.
제 7 항에 있어서,

상기 패드 본체를 형성하고 있는 상기 금속층은 구리로 형성되며, 상기 제 1 또는 제 2 귀금속층은 금, 팔라듐 또는 백금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배선 기판.