(57)【要約】【課題】  電子部品における導電体の外部接続電極部は従来ニッケルおよび金めっき皮膜から形成されていた。しかし金皮膜のピンホールを介してニッケルが拡散し、金ワイヤボンディングの強度低下やはんだ接合において界面破断を引き起こす要因のひとつであった。【解決手段】  基材の表面に形成された導電体の電極形成部上に表面被覆層を備えた電極でかつ前記電極形成部の表面上にニッケルを主体とする金属膜よりなる下地層を形成し、該下地層の表面上にパラジウムを主体とする中間層ならびに該中間層の表面に金を主体とする表面被覆層を形成することで、金ワイヤボンディング性およびはんだ接合信頼性に優れた電子部品を提供できる。【選択図】        図１
2006196648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基材と、該セラミック基材に形成した外部接続電極部と、該外部接続電極部の表面上に形成したニッケルあるいはニッケル合金を主体とする金属膜よりなる下地層と、該下地層の表面上に形成したパラジウムあるいはパラジウム合金よりなる中間層と、該中間層の表面上に形成した金あるいは金合金よりなる表面被覆層とを備えてなることを特徴とする外部接合電極付き電子部品。
【請求項２】
請求項１において、前記外部接続電極部は銀あるいは銀合金であることを特徴とする外部接合電極付き電子部品。
【請求項３】
請求項１において、前記下地層が2〜15μｍであることを特徴とする外部接合電極付き電子部品。
【請求項４】
請求項１において、前記中間層が0.05〜1.0μｍであることを特徴とする外部接合電極付き電子部品。
【請求項５】
請求項１において、前記表面被覆層が0.03〜0.2μｍであることを特徴とする外部接合電極付き電子部品。
【請求項６】
セラミック基材に形成した外部接続電極部の表面上にニッケルあるいはニッケル合金を主体とする金属膜よりなる下地層を形成し、
該下地層の表面上に還元型パラジウムめっきによりパラジウムあるいはパラジウム合金よりなる中間層と形成し、
該中間層の表面上に置換型金めっきにより金あるいは金合金を主体とする表面被覆層を形成することを特徴とする外部接合電極付き電子部品の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、前記下地層、前記中間層および前記表面被覆層を無電解めっき法により形成することを特徴とする外部接合電極付き電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品の接合電極およびその製造方法に関し、例えばセラミック材料で形成された基体の表面に接合電極が形成されたセラミック電子部品と、その接合電極製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電子機器の小型化に伴い、半導体パッケージは高密度実装可能なBall Grid Array(BGA)タイプが普及しつつある。半導体チップは金ワイヤボンディングによりパッケージ基板と接続され、パッケージ基板ははんだ接合によりマザーボードと接続される。
【０００３】
金ワイヤボンディングやはんだ接続信頼性確保のために、基材の表面に形成された導電体の電極上には例えば、特開2003-183843号記載のリン系ニッケルめっきおよび金めっきを施している。また特開平10-135607号ではボロン系ニッケルめっきを併用した２層ニッケルおよび金めっき技術が提案されている。これらの技術によるとはんだ接合時には最表面の金膜で濡れ性を確保するとともに、ニッケル膜ではんだとの合金層を形成し良好な接合強度が得られる。またニッケル膜は基材電極の導電体がはんだに侵食されるのを防止するバリヤ的な役目も有するとされる。
【０００４】
一方、金ワイヤボンディングに関しては例えば金膜厚は0.3μｍ以上が好ましいとされる（千野ほか：MES2000,11,299(2000):以下文献1とする）。その理由としてワイヤボンディング時の熱処理によりニッケルが金膜中を拡散して最表面に偏析し、ワイヤボンディングの金属間接合を阻害するため、ニッケルの拡散経路を遮断するには金膜の厚膜化が有効としている。そのため最表面へのニッケル偏析防止には0.3μｍ以上の金膜厚が必要という。またニッケル拡散は表面層の金めっき時に発生したピンホールを介して起こることが示唆されており、ニッケル層と金層の界面腐食による強度低下が示唆されている（渡辺：表面技術,vol53,No1,22(2002)：以下文献２とする）。
【特許文献１】特開2003-183843号
【特許文献２】特開平10-135607号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来技術においては基材電極上にいずれもニッケルめっきおよび金めっきの２層からなる。この構成ではニッケル膜上に密着性の良好な金めっき膜の形成が必須である。そのために置換型金めっき液を用いるのが一般的である。すなわち金めっき液中で被めっき表面のニッケル膜を溶解することで電子を取り出し、その電子を金イオンの還元に利用する。この置換反応によりニッケル膜上に密着性の良好な金膜が析出するが、ニッケルの溶出箇所と金の析出箇所が異なるため置換金めっき膜はピンホールが発生しやすい。そのためピンホールを介してニッケルが表面に偏析しやすく、結果としてワイヤボンディング性が低下するという問題があった。また置換金めっき反応はニッケル表面が金で覆われるにしたがって反応速度が低下し、実用上0.1μｍ程度しか析出しない。そこで金ワイヤボンディングに必要な0.3μｍの金を得るには、さらに自己触媒型金めっき液を用いた２段金めっきが必要であり、コスト高になるという問題があった。また、厚付け金めっきで金膜を0.3μｍ程度に厚付けし見かけ上ピンホールが消失したとしても、ピンホールが封孔されるまでの金めっき中にニッケル溶出によるニッケル膜と金膜との界面腐食が進行し、はんだ接続信頼性に悪影響を与えるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって、安価にてはんだ接合信頼性と良好な金ワイヤボンディング性を兼ね備えた接合電極およびその製造方法を使用して製造される低コストで信頼性に優れた電子部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ニッケル膜上の金膜が置換反応ゆえにピンホールが多数発生する点に着眼し、ニッケル上に置換反応を利用しないで密着性に優れためっき膜を形成する方法を得るべく鋭意研究したところ、ニッケル膜上に還元型パラジウムめっき膜が密着性よく析出し、さらにパラジウムめっき膜上の金は置換型の１段金めっきでも良好な金ワイヤボンディング性が得られるという知見を得た。
【０００８】
本発明は斯かる知見に基づきなされたものであって、本願第一の発明は、セラミック基材と、該セラミック基材に形成した外部接続電極部と、該外部接続電極部の表面上に形成したニッケルあるいはニッケル合金を主体とする金属膜よりなる下地層と、該下地層の表面上に形成したパラジウムあるいはパラジウム合金よりなる中間層と、該中間層の表面上に形成した金あるいは金合金よりなる表面被覆層とを備えてなることを特徴とする外部接合電極付き電子部品である。
【０００９】
外部接続電極部は銀あるいは銀合金であることが好ましい。セラミック基板の製造には焼成過程があるが、不活性化雰囲気（窒素等）ではなく大気中で焼成できればコスト的なメリットが大きい。大気中で焼成しても酸化しない金属として銀あるいは銀合金であることが好ましい。
【００１０】
下地層の膜厚は2〜15μｍであることが好ましい。はんだ接続した場合、下地層が２μｍより薄いとはんだと下地層との拡散によりはんだが外部接続電極部まで到達し、電極部のはんだ喰われが発生するので好ましくない。一方１５μｍより厚い場合、はんだ喰われを防止するには厚すぎて特別な効果がなく無駄になる。
【００１１】
中間層の膜厚は0.05〜1.0μｍであることが好ましい。0.05μｍより薄いと表面被覆層の置換金めっき反応で中間層が消失する可能性がある。一方、1.0μｍより厚いと特別な効果が得られず無駄となる。
【００１２】
表面被覆層の膜厚は0.03〜0.2μｍであることが好ましい。はんだ接続した場合、表面被覆層が０．０３μｍより薄いと十分なはんだ濡れ性が確保できない。一方、0．2μｍより厚いとはんだ濡れ性に特別な効果はなく無駄になる。前述の従来技術の膜厚（0.3μｍ）より薄く限定できるのは、中間層のＰｄにもはんだ濡れ性が多少あるためである。
【００１３】
本願第二の発明は、セラミック基材に形成した外部接続電極部の表面上にニッケルあるいはニッケル合金を主体とする金属膜よりなる下地層を形成し、
該下地層の表面上に還元型パラジウムめっきによりパラジウムあるいはパラジウム合金よりなる中間層と形成し、
該中間層の表面上に置換型金めっきにより金あるいは金合金を主体とする表面被覆層を形成することを特徴とする外部接合電極付き電子部品の製造方法である。
還元型めっき液および置換型めっき液は市販されているめっき液を使用することができ、限定されるものではない。また、めっき条件は各市販めっき液の取扱い条件に準じることができる。
【００１４】
下地層、中間層および表面被覆層を無電解めっき法により形成することが好ましい。無電解めっき法は化学反応によりめっき析出が進行するので、電気的に孤立した電極部にめっきを付与できるといったメリットがある。一方電解めっき法用いるには電極部に給電するためのめっき引出し配線の形成が必須になり、高密度配線形成に不利になるだけでなく、引出し配線自身がアンテナの役割をするので高周波で使用する場合、ノイズの原因となる。
【００１５】
本発明に係る電子部品の製造方法は、基材表面に接合電極が形成された被めっき物に対し、下地層として無電解ニッケルめっきを施し、続いて中間層として無電解パラジウムめっきを施し、最後に表面層として置換型金めっき皮膜を形成することを特徴としている。無電解ニッケルめっきはリン系またはボロン系の少なくとも1種類を用いることができる。
【００１６】
下地層のニッケル膜上に中間層のパラジウムめっきを施すが、パラジウムめっき液は還元型めっき液を用いても密着性に優れている。すなわちニッケルとパラジウムの電位差が約1.24Ｖと非常に小さいので、パラジウムめっき中にニッケル溶出がほとんど発生しないため、文献２にあるような界面腐食による密着性低下が起こりにくいことを特徴としている。したがってめっき膜中にピンホールが発生しやすい置換型めっきで密着性を確保する必要がなく、ピンホールの少ない還元型パラジウムめっきを施すことができる。これによりニッケルの表面層への拡散を抑制することが可能となった。
【００１７】
また、金ワイヤを用いた良好なボンディング性を確保するには、接合電極側も同種金属であるほうが金属結合はより強固となる。したがって基材の接合電極最表面は金であることが望ましく、パラジウム膜表面に金めっき膜を形成することを特徴としている。さらに金膜厚は文献１のようにニッケルの拡散を防止する必要がないので金薄膜化が可能となり、低コストな製造方法であることも特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基材の表面に形成された導電体の電極形成部上に表面被覆層を備えた電極でかつ前記電極形成部の表面上にニッケルあるいはニッケル合金を主体とする金属膜よりなる下地層が形成され、該下地層の表面上に還元型パラジウムめっきによって形成されるパラジウムあるいはパラジウム合金よりなるピンホールの少ない中間層ならびに該中間層の表面上に置換型金めっきによって形成される金あるいは金合金よりなる界面腐食のない前記表面被覆層を形成することで、金ワイヤボンディング性およびはんだ接合信頼性に優れた電子部品を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら下記に述べる。なお以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、それら実施例により本発明が限定されるものではない。
【００２０】
図１は本発明に係るセラミック電子部品の製造方法により製造される電子部品の一形態を模式的に示した断面図である。同図のパッケージ基板は、セラミック基材１の内層には銀あるいは銀合金からなる内部配線２が形成されており、これと基材の表面に露出して形成された外部接続電極部３と導電接続されるように構成される。そして外部接続電極部３の表面には下地層としてニッケルあるいはニッケル合金皮膜５が被着され、該下地層の表面には中間層としてパラジウムあるいはパラジウム合金皮膜６が被着されている。さらに該中間層の表面には表面被覆層として金皮膜７が被着されている。
【００２１】
次に該電子部品の電極１０の製造方法について説明する。まず所定の成形および焼成処理を経て形成された配線２、外部接続電極部３および絶縁層４を含むセラミック基材１を作製した。次に外部接続電極部３の表面に無電解めっき法による皮膜の形成を行なうために、次のめっき前処理を施した。
【００２２】
（前処理）
前記セラミック基材を40℃に加温した脱脂液（商品名：Z-200、ワールドメタル社製）に1分浸漬した。そして3段水洗槽を用いた洗浄後、１０%硫酸水溶液に室温で1分浸漬した。そして3段水洗槽で洗浄後銀電極表面の活性化のために、活性化液（商品名：PB-300、荏原ユージライト社製）に室温で1分浸漬した。そして3段水洗槽で洗浄した。
【００２３】
[実施例１]
前記前処理を施したセラミック基材を、無電解ニッケル−リンめっき液（商品名：エニパックLV、荏原ユージライト社製）に90℃で浸漬し、約２μｍのニッケル−リン皮膜を形成した。そして3段水洗槽で洗浄後、還元型無電解パラジウムめっき液（商品名：パレットII、小島化学薬品社製）に70℃で浸漬し、約0.05μｍのパラジウム皮膜を形成した。直ちに3段水洗槽で洗浄後、置換型無電解金めっき液（商品名：NCゴールドMP、小島化学薬品社製）に75℃で浸漬し、約0.03μmの金皮膜を形成した。ニッケルの金めっき表面層への偏析は認められなかった。また、何れの界面においても界面腐食は認められなかった。そして温風乾燥後金ワイヤボンディング評価およびはんだボールシェア試験をおこなった。金ワイヤボンディング装置は、新川社製（UTC-100）を使用し、２７μm金線を用いてステージ温度１７０℃でボンディングした。またボンディング後の引張り試験機はレスカ社製（PRT-1000）を使用し、引張り速度0.5mm/secで測定した。一方ボールシェア試験は、電極１０に対応する位置に共晶はんだボールを搭載後２２５℃でリフローし接続した。そしてボンドテスタにて破断し、はんだボール破壊部分を実体顕微鏡にて観察して破断モードを確認した。
【００２４】
[実施例２]
実施例１と同様のセラミック基材１を用いて、実施例１と同様の手順で外部接続電極部３の表面にニッケル−リン皮膜を約8μm、パラジウム皮膜を約1.0μmそして金皮膜を約0.1μm形成した。ニッケルの金めっき表面層への偏析は認められなかった。また、何れの界面においても界面腐食は認められなかった。そして実施例１と同様の手順で金ワイヤボンディング試験およびボールシェア試験を実施した。
【００２５】
[実施例３]
実施例１と同様のセラミック基材１を用いて、実施例１と同様の手順で外部接続電極部３の表面にニッケル−リン皮膜を約15μm、パラジウム皮膜を約0.4μmそして金皮膜を約0.2μm形成した。ニッケルの金めっき表面層への偏析は認められなかった。また、何れの界面においても界面腐食は認められなかった。そして実施例１と同様の手順で金ワイヤボンディング試験およびボールシェア試験を実施した。
【００２６】
[比較例１]
前記前処理を施したセラミック基材１を、無電解ニッケル−リンめっき液（商品名：エニパックLV、荏原ユージライト社製）に90℃で浸漬し、約2μｍの皮膜を形成した。そして3段水洗槽で洗浄後、置換型無電解金めっき液（商品名：スーパーメックス＃250、エヌ・イー・ケムキャット社製）に70℃で浸漬し、約0.03μmの皮膜を形成した。局部電池反応によるニッケルの金めっき表面層への偏析が認められた。金めっきを行っている間にニッケル溶出によるニッケル膜と金膜との界面腐食が進行した。そして温風乾燥後金ワイヤボンディング評価およびはんだボールシェア試験をおこなった。金ワイヤボンディング装置は、新川社製（UTC-100）を使用し、２７μm金線を用いてステージ温度１７０℃でボンディングした。またボンディング後の引張り試験機はレスカ社製（PRT-1000）を使用し、引張り速度0.5mm/secで測定した。一方ボールシェア試験は、電極１０に対応する位置に共晶はんだボールを搭載後２２５℃でリフローし接続した。そしてボンドテスタにて破断し、はんだボール破壊部分を実体顕微鏡にて観察して破断モードを確認した。
【００２７】
[比較例２]
比較例１と同様のセラミック基材１を用いて、実施例１と同様の手順で外部接続電極部３の表面にニッケル−リン皮膜を約8μm形成した。そして3段水洗槽で洗浄後、置換型無電解金めっき液（商品名：スーパーメックス＃250、エヌ・イー・ケムキャット社製）に70℃で浸漬し、約0.03μmの皮膜を形成した。続いて3段水洗槽で洗浄後、還元型無電解金めっき液（商品名：スーパーメックス＃850、エヌ・イー・ケムキャット社製）に70℃で浸漬し、約0.1μmの皮膜を形成した。局部電池反応によるニッケルの金めっき表面層への偏析が認められた。厚付け金めっきを行っている間にニッケル溶出によるニッケル膜と金膜との界面腐食が進行した。そして実施例１と同様の手順で金ワイヤボンディング試験およびボールシェア試験を実施した。
【００２８】
[比較例３]
比較例１と同様のセラミック基材を用いて、実施例１と同様の手順で外部接続電極部３の表面にニッケル−リン皮膜を約8μm形成した。そして3段水洗槽で洗浄後、置換型無電解金めっき液（商品名：スーパーメックス＃250、エヌ・イー・ケムキャット社製）に70℃で浸漬し、約0.03μmの皮膜を形成した。続いて3段水洗槽で洗浄後、還元型無電解金めっき液（商品名：スーパーメックス＃850、エヌ・イー・ケムキャット社製）に70℃で浸漬し、約0.2μmの皮膜を形成した。厚付け金めっきを行っている間にニッケル溶出によるニッケル膜と金膜との界面腐食が進行した。還元型無電解金めっきにより金皮膜をより厚くしたものの0.2μmと不充分な厚さであったためニッケルの拡散経路が完全には遮断されずにニッケルの金めっき表面層への偏析が若干認められた。そして実施例１と同様の手順で金ワイヤボンディング試験およびボールシェア試験を実施した。
【００２９】
表１にその測定結果を示す。
【表１】
2006196648.tif 000003
【００３０】
この表１から明らかなように、表面被覆層の金膜厚が同じでも本発明の外部接続電極部における金ワイヤボンディング強度の方が従来技術よりも優れており、かつはんだ接続性は界面破断を生じることなく信頼性にも優れていることが確認された。比較例ではボンディング性およびはんだ接続信頼性の何れもが実施例より劣ることが確認された。本発明により高コストの原因である還元型無電解金めっきを廃止できることがわった。還元型無電解パラジウムめっきは還元型無電解金めっきに比べて大幅に低コストである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は電子部品の接合電極およびその製造方法に関し、例えばセラミック材料で形成された基体の表面に接合電極が形成されたセラミック電子部品と、その接合電極製造方法に関する。本発明によれば安価にてはんだ接合信頼性と良好な金ワイヤボンディング性を兼ね備えた接合電極およびその製造方法を使用して製造される低コストで信頼性に優れた電子部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の電子部品の断面を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００３３】
１：セラミック基材
２：内部配線
３：外部接続電極部
４：絶縁層
５：下地層
６：中間層
７：表面被覆層
１０：電極
【図１】
2006196648.tif 000004