(57)【要約】【課題】工数、およびコストを増大させることなく、はんだの接合強度を高めることのできる電子部品の製造方法を提供する。【解決手段】配線パターン１６のパッド１８上に、Ni-Pめっき皮膜２２が形成され、このNi‐Pめっき皮膜２２上にAuめっき皮膜２４が形成された電子部品の製造方法において、パッド１８上に、前記Ni-Pめっき皮膜２２を形成するめっき工程と、該形成されたNi-Pめっき皮膜２２の表層中におけるNi成分を溶解除去して、Pリッチな表層２２ａを形成するエッチング工程と、該Pリッチな表層部２２ａ上に前記Auめっき皮膜２４を形成する工程を含むことを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線パターンのパッド上に、Ni-Pめっき皮膜が形成され、このNi‐Pめっき皮膜上にAuめっき皮膜が形成された電子部品の製造方法において、
前記パッド上に、前記Ni-Pめっき皮膜を形成するめっき工程と、
該形成されたNi-Pめっき皮膜の表層中におけるNi成分を溶解除去して、Pリッチな表層を形成するエッチング工程と、
該Pリッチな表層部上に前記Auめっき皮膜を形成する工程を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項２】
前記Ni-Pめっき皮膜および前記Auめっき皮膜が共に無電解めっき皮膜であることを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造方法。
【請求項３】
前記無電解Ni-Pめっき皮膜中のP濃度が６wt％〜９wt％であることを特徴とする請求項１または２記載の電子部品の製造方法。
【請求項４】
前記Pリッチな表層部のP濃度が、８wt％〜１５wt％であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電子部品の製造方法。
【請求項５】
前記Auめっき皮膜上に、外部接続端子となるはんだボールを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板等の電子部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線基板のパッド（端子部）上には、通常、無電解Ni‐Pめっき皮膜を形成し、この無電解Ni‐Pめっき皮膜上に無電解Auめっき皮膜を形成し、さらにこの無電解Auめっき皮膜上に、外部接続端子としてのはんだボールを形成するようにしている。これら無電解Ni‐Pめっき皮膜、および無電解Auめっき皮膜を形成するのは、銅パッドのはんだ中への拡散防止や、はんだ濡れ性を向上させるためである。
【０００３】
ところで、昨今、はんだとして鉛フリーのSn‐Ag‐Cu等のはんだが用いられるようになってきている。しかし、これら鉛フリーのはんだは錫鉛共晶組成のはんだに比して融点が高く、はんだリフロー時により高温が印加されることから、はんだの下地層への熱負荷が大きくなり、はんだの接合強度が低下するという課題がある。解決策として、はんだの下地として、Ni/Pd/Auの３層めっきを施すことが行われているが、工程の煩雑化やコストアップを招くという課題がある。
【０００４】
無電解Ni‐Pめっき液は、得られるNi‐Pめっき皮膜中のP含有率により、低リンタイプ、中リンタイプ、高リンタイプに分類される。はんだボールの下地としての無電解Ni‐Pめっきの場合は、めっき工程における操業性、コスト、皮膜特性など、総合的な観点から中リンタイプ（P＝６〜９wt％）が用いられることが多い。無電解Ni‐Ｐ／Auめっき下地上にはんだボールを搭載し、リフローすると、Auは瞬間的にはんだ内に拡散し、Niは界面付近でCu‐Ni‐Snの金属間化合物を形成する。このとき、Niの拡散によりNi‐P層の表面に相対的にP濃度の高い層（Ni３P＋Ni）（Pリッチ層）が形成される。低リンタイプや、中リンタイプの無電解Ni‐Pめっきの場合、膜質が結晶質であることから、局所的なNi拡散が起こり易く、結果としてPリッチ層の厚さが不均一となり、金属間化合物が大きく不均一に成長する。この金属間化合物は脆性が高く、大きく成長するとはんだボールの十分な接合強度が得られないという課題がある。特に、鉛フリーのはんだボールの場合、リフロー温度が高いことから、金属間化合物が大きく成長してはんだの接合強度が低下するという課題がある。
【０００５】
この点、特許文献１では、Ni‐Pめっき層を、下層に、Ｐ含有率が３〜６wt％、上層に、Ｐ含有率が６〜９wt％で厚みが0.1μｍ以上1.0μｍ以下の２層のめっき層としている。このように、２層のめっき層とすることによってクラック発生とはんだ付け性の劣化を抑制する技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１３１９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、特許文献１のものでは、上層のＰ含有率が６〜９wt％と低いため、はんだ付け性の劣化は抑制できても、高いはんだ接合強度は得られない。上層のＰの含有率を１０wt％以上とすることで、リフロー工程においてPリッチ層（Ni３P＋Ni）が厚く形成され、はんだ接合強度を高くすることができる。
しかしながら、いずれにしても無電解Ni‐Pめっき工程において、２種類のめっき工程を行わなければならないことから、工数が増大し、コスト高となるという問題は避けられない。
そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、工数、およびコストを増大させることなく、はんだの接合強度を高めることのできる電子部品の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達するため本発明は、配線パターンのパッド上に、Ni-Pめっき皮膜が形成され、このNi‐Pめっき皮膜上にAuめっき皮膜が形成された電子部品の製造方法において、前記パッド上に、前記Ni-Pめっき皮膜を形成するめっき工程と、該形成されたNi-Pめっき皮膜の表層中におけるNi成分を溶解除去して、Pリッチな表層を形成するエッチング工程と、該Pリッチな表層部上に前記Auめっき皮膜を形成する工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
前記Ni-Pめっき皮膜および前記Auめっき皮膜が共に無電解めっき皮膜であることを特徴とする。
前記無電解Ni-Pめっき皮膜中のP濃度が６wt％〜９wt％であることを特徴とする。
前記Pリッチな表層部のP濃度が、８wt％〜１５wt％であることを特徴とする。
前記Auめっき皮膜上に、外部接続端子となるはんだボールを形成する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、無電解Ni-Pめっき皮膜にエッチング処理を行うことによって、Pリッチな表層が一定の厚さで形成され、リフロー工程でこれが結晶化し、Ｐリッチ層（Ni３P＋Ni）を形成する。これにより、Niが過剰にはんだ中に拡散するのを防ぐ。換言すれば、Niの拡散が均一になるように制御することができ、金属間化合物の層を適度に形成することができ、これによりはんだの接合強度が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明の好適な実施の形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は配線基板１０の一例を示す説明図である。図２（ａ）〜図２（ｅ）は、パッド上に外部接続端子としてのはんだボールを搭載する工程図である。
配線基板１０は、コア層１２の表裏面に絶縁層１４を介して多層の配線パターン１６が形成された多層配線基板であり、半導体チップ１３搭載用のパッケージである。
最表層の配線パターン１６は、端子部となるパッド１８の部位を除いてソルダーレジスト層２０によって被覆されている。配線パターン１６は銅配線である。この多層配線基板自体の構造、製造方法は公知であるので、詳細な説明は省略する。
【００１１】
パッド１８上に、無電解めっきにより、無電解Ni‐Pめっき皮膜２２が形成され（図２（ａ））、この無電解Ni‐Pめっき皮膜２２上に無電解Auめっき皮膜２４が形成され（図２（ｃ）、さらにこの無電解Auめっき皮膜２４上にはんだボール２８が搭載され（図２（ｄ））、リフローされることによって配線基板１０に形成される。なお、はんだボール２８が未搭載の状態で配線基板（製品）１０として流通することがある。この場合、はんだボール２８はユーザーにて搭載する。
【００１２】
以下、さらに詳細に実施例とともに説明する。
パッド１８上に無電解Ni‐Pめっき皮膜２２を形成する無電解Ni‐Pめっき液は公知の中リンタイプ（P濃度が６〜９wt％）のめっき液を用いる。
例えば、無電解Ni‐Pめっき液として、硫酸ニッケル：25ｇ/L、次亜リン酸ナトリウム：30ｇ/L 、グリコール酸ソーダ：30ｇ/L、酢酸ソーダ：20ｇ/L、チオ尿素：3ppm、硫酸鉛：3.2ppmを含み、ｐＨを約５に調整しためっき液を用いた。
【００１３】
この無電解Ni‐Pめっき液により、浴温９０℃で、パッド１８上に、無電解Ni‐Pめっき皮膜２２を形成した。無電解Ni‐Pめっき皮膜２２の厚さは特に限定されないが、５〜７μｍ程度が好適である。
上記めっき液組成での無電解めっきによる無電解Ni‐Pめっき皮膜２２中のP濃度は７．６wt％であった。
【００１４】
次に、上記形成された無電解Ni-Pめっき皮膜２２をエッチング液によって表面処理し、無電解Ni-Pめっき皮膜２２の表層中におけるNi成分を溶解、除去して、Pリッチな表層２２ａを形成する（図２（ｂ））。エッチング液として、100g/lの過硫酸ナトリウム水溶液を用いた。このエッチング液中に、室温下、配線基板１０を侵漬して無電解Ni-Pめっき皮膜２２のエッチング処理をした。
なお、無電解Ni-Pめっき皮膜２２のエッチング液として、上記では過硫酸塩を用いたが、これに限られず、硝酸、硝酸塩、過硫酸、過酸化水素、過酸化水素塩などを用いることもできる。
【００１５】
エッチング処理の処理時間の長短によって、無電解Ni-Pめっき皮膜２２の表層中のＰ濃度の調整を行うことができる。
上記エッチング液で、２分間、５分間、１０分間、２０分間、３０分間エッチング処理をした結果、表層から厚さ１μｍの深さまでのＰの平均濃度は、それぞれ、８．３wt％、８．６wt％、９．６wt％、１０．８wt％、１１．９wt％であった。
表層から厚さ１μｍの深さまでのPの平均濃度であるから、最表層のPの濃度は上記数値よりもそれぞれ１〜６wt％程度高いと推測される。
はんだボール２６の接合強度は、５分間〜１０分間のエッチング処理のものが好適であった。５分間のエッチング処理のものでP濃度が約１wt％アップし（７．６→８．６）、１０分間のエッチング処理のものではP濃度が約２wt％アップし、最表層のP濃度はさらにそれよりも１〜２wt％高いと推測されることから、Pリッチな表層２２ａの最表層でのP濃度は、はんだボールの接合強度上、８wt％〜１５wt％が好適となる。
【００１６】
このように、無電解Ni-Pめっき皮膜２２の表層をエッチング処理することによって、表層にPリッチな層２２ａを形成することができる。このPリッチな表層２２ａは、無電解Ni-Pめっき皮膜２２の表層を一律にエッチング処理することによって均一厚さのPリッチな表層２２ａとなる。このPリッチな表層２２ａの厚さは、エッチング処理条件にもよるが、0.01μｍ〜0.2μｍ程度が好適である。
【００１７】
なお、Pリッチな表層２２ａは、エッチング処理によって、Niが抜け出た状態の、微視的にはポーラス状をなすので、あまり長時間のエッチング処理は好ましくなく、上記エッチング処理条件では、５〜１０分程度が好適であった。
上記のように、本実施例の場合、エッチングによりNiが抜け出た状態のPリッチな表層２２ａであり、はんだのリフローにより結晶質のＰリッチ層（Ni３P＋Ni）２２ｂとなる。
【００１８】
図３〜図５は、ＧＤ−ＯＥＳ（グロー放電発光分光分析装置）によって、上記無電解Ni‐Pめっき皮膜２２の表面分析した結果を示す。図３は、エッチング処理しない場合の表面分析、図４は１０分間のエッチング処理をした場合の表面分析、図５は３０分間のエッチング処理をした場合の表面分析結果である。図３〜図５からわかるように、エッチング処理を行うことによって、無電解Ni‐Pめっき皮膜２２の表層側にPリッチな表層２２ａが形成されていることがわかる。なお、各スパッタリング時間におけるNiとPの割合は相対的なものであり、また、グラフからPリッチ層の直接的な厚みはわからない。
【００１９】
次に、上記のように無電解Ni‐Pめっき皮膜２２にエッチング処理を行って、表層にPリッチな表層２２ａを形成した後、Pリッチな表層２２ａ上に、無電解めっきによって無電解Auめっき皮膜２４を形成する（図２（ｃ））。
無電解Auめっきは、常法によって行えばよい。例えば、クエン酸三アンモニウム：20ｇ/L、エチレンジアミン四酢酸二アンモニウム：25ｇ/L、シアン化第１金カリウム：５ｇ/Lを含み、pH：6.5に調整しためっき液を用い、厚さ0.05μｍ〜0.07μｍ程度の無電解Auめっき皮膜２４を形成する。なお、Auめっき皮膜２４の厚さは特に限定されるものではない。
【００２０】
次に、図２（ｄ）に示すように、はんだボール（Sn‐Ag‐Cu系）２６を無電解Auめっき皮膜２４上に搭載し、常法によりリフローして、図２（ｅ）に示すように、はんだボール２６による外部接続端子を形成する。
はんだボール２６のリフロー時の高温により、無電解Auめっき皮膜２４ははんだ中に拡散し、また、Pリッチな表層２２ａがＰリッチ層（Ni３P＋Ni）２２ｂを形成すると同時に、Niがはんだボール中に拡散し、金属間化合物（（Cu,Ni）６Sn５）２８を形成する。
【００２１】
図６は、パッド（Cu）１８〜はんだボール２６までの断面写真を示す。
また、図７は、比較例（従来例）におけるパッド〜はんだボールまでの断面写真を示す。比較例は、無電解Ni-Pめっき皮膜２２にエッチング処理を行わない点でのみ実施例と異なり、その他の条件は実施例と全く同じである。
この比較例において、はんだボールのリフロー時の高温により、無電解Auめっき皮膜ははんだボール中に拡散すると共に、無電解Ni-Pめっき皮膜の表層中のNi成分がはんだボール中に拡散し、表層にPリッチ層が形成され、さらに界面に金属間化合物（Cu,Ni）６Sn５が形成される。
【００２２】
比較例においては、リフロー時に単に加熱されるだけであるので、形成されるPリッチ層の厚さは不均一で、Ni成分のはんだ中への過剰拡散が抑制されないことから、金属間化合物が大きく成長する（図７参照）。
この点、実施例のものにおいては、無電解Ni-Pめっき皮膜２２にエッチング処理を行うことによって、Pリッチな表層２２ａが一定の厚さで形成され、これがリフロー工程で一定の厚さのＰリッチ層（Ni３P＋Ni）２２ｂとなることにより、Niが過剰にはんだ中に拡散するのを抑制する。換言すれば、Niの拡散が均一になるように制御することができ、金属間化合物２８の層を適度に形成することができる（図６参照）。
【００２３】
前記したように、金属間化合物は脆性を有し、あまり大きく成長すると、はんだの接合強度が低下する。
しかし、金属間化合物層は、均一な、かつある程度の厚さの金属間化合物層は形成される必要があり、これによりはんだの接合強度が高くなる。
【００２４】
図８は、実施例と、比較例（従来例）におけるボールプル試験結果を示す説明図である。なお、実施例および比較例のいずれも場合も、さらに熱負荷をかけたサンプルにてボールプル試験を行っている。モード１〜モード３のように、基材破壊、はんだ破壊、はんだ伸びの状態が、接合強度が高いと言え、はんだと基材との界面での破壊の状態が接合強度の低いものといえる。
実施例の場合、８０％近くが基材破壊によるもので、界面破壊は１０％程度であるのに対し、比較例の場合、６０％近くのものが界面破壊の状態であり、接合強度に劣ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】配線基板の一例を示す説明図である。
【図２】パッド上に外部接続端子としてのはんだボールを搭載する工程図である。
【図３】エッチング処理をしない場合の、無電解Ni‐Pめっき皮膜のＧＤ−ＯＥＳによる深さ方向組成分布である。
【図４】１０分間エッチング処理をした場合の、無電解Ni‐Pめっき皮膜のＧＤ−ＯＥＳによる深さ方向組成分布である。
【図５】３０分間エッチング処理をした場合の、無電解Ni‐Pめっき皮膜のＧＤ−ＯＥＳによる深さ方向組成分布である。
【図６】実施例における、パッド（Cu）〜はんだボールまでの断面写真である。
【図７】比較例における、パッド（Cu）〜はんだボールまでの断面写真である。
【図８】実施例と、比較例（従来例）におけるボールプル試験結果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  配線基板
１２  コア層
１３  半導体チップ
１４  絶縁層
１６  配線パターン
１８  パッド
２０  ソルダーレジスト層
２２  無電解Ni‐Pめっき皮膜
２２ａ  Pリッチな表層
２２ｂ  Ｐリッチ層
２４  無電解Auめっき皮膜
２６  はんだボール
２８  金属間化合物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010147245.tif 000008
【図７】
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【図８】
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