(57)【要約】【課題】ニッケルめっき層と半田との間で剥離が発生し、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわたり、正常に接続することができない。【解決手段】絶縁基体１に形成した配線導体２の表面にニッケルめっき層６と金めっき層７とを順次積層しためっき層を被着して成る配線基板４であって、めっき層は、ニッケルめっき層６にホウ素を０．０５乃至３質量％含有し、かつ５００乃至１２００℃の温度で熱処理されており、温度２５℃の５％硫酸水溶液において配線導体２に＋２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流がめっき層の１平方ｍｍ当り１０μＡ以下である。【選択図】　図２
2004127953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基体に形成した配線導体の表面にニッケルめっき層と金めっき層とを順次積層しためっき層を被着して成る配線基板であって、前記ニッケルめっき層は、ホウ素を０．０５乃至３質量％含有し、かつ５００乃至１２００℃の温度で熱処理されており、前記めっき層は、温度２５℃の５％硫酸水溶液において前記配線導体に＋２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流がめっき層の１平方ｍｍ当り１０μＡ以下であることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記金めっき層は、３００乃至５００℃の温度で熱処理されていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子収納用パッケージや電子部品搭載用基板等の各種回路基板に使用される配線基板は、各種のセラミックス材料や有機絶縁樹脂材料あるいは無機絶縁物粉末を有機絶縁樹脂で結合したもの等から成る絶縁基体と、その絶縁基体の表面ならびに必要に応じて内部に形成された、タングステンやモリブデン・モリブデン−マンガン・銅・銀・銀−パラジウム等の金属粉末メタライズや、銅・銀等の金属粉末の焼結体あるいは銅の金属箔等から成る信号用・接地用・電源用等の配線導体と、絶縁基体の表面に形成され配線導体と電気的に接続されて半導体素子等の電子部品の電極が電気的に接続される電子部品接続用パッドや外部電気回路基板に電気的に接続される外部接続用パッドとから構成されている。
【０００３】
そして、この配線基板は、電子部品接続用パッドに電子部品の電極を半田等を介して接合して電子部品を搭載することにより電子装置となり、この電子装置は外部接続用パッドを外部電気回路基板の配線導体に半田等を介して接合することにより外部電気回路基板に実装される。
【０００４】
なお、このような配線基板においては、配線導体が酸化腐食するのを防止するとともに電子部品接続用パッドや外部接続用パッドと半田との接合を良好とするために、配線導体の露出表面に厚みが０．５〜１０μｍ程度のニッケルめっき層および厚みが０．０１〜０．８μｍ程度の金めっき層が順次被着されている。この場合、ニッケルめっき層上に被着させた金めっき層は、ニッケルめっき層と半田との濡れ性を良好とするためのものであり、ニッケルめっき層と半田との接合時に最終的には半田中に拡散吸収されて消滅してしまう。そして、この金めっき層の厚みが０．０１μｍ未満では、ニッケルめっき層と半田との濡れ性が低下する傾向にあり、他方０．８μｍを超えると電子部品接続用パッドや外部接続用パッドに半田等を接合させたときに半田中に脆弱な金−錫合金が多量に形成されて半田の機械的強度が低下してしまう。したがって、配線導体に半田を接合させる場合、配線導体の表面に被着させたニッケルめっき層上の金めっき層の厚みは通常０．０１〜０．８μｍ程度に設定される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−２６１０９１号公報
【特許文献２】
特開平１０−６５２９７号公報
【特許文献３】
特開２００２−１１１１８０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の配線基板によると、これに半導体素子等の電子部品を搭載して電子装置となした後、これを外部電気回路基板に実装して半導体素子等の電子部品を長期間にわたり作動させると、半導体素子等の電子部品が作動時に発生する熱等に起因する熱応力が半田と電子部品接続用パッドや外部接続用パッドとの間に繰返し印加されることによりニッケルめっき層と半田との間で剥離が生じ、そのため、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわたり正常に接続することができないという問題点を有していた。
【０００７】
この問題点に対し、本出願人は、鋭意研究の結果、金めっき層の厚みが０．０１〜０．８μｍと薄いことから、ニッケルめっき層上に金めっき層を被着させた後に行なわれる配線基板の洗浄や乾燥の際にニッケルめっき層を十分に保護することができず、そのためニッケルめっき層の表面に酸化物や水酸化物が形成されて腐食し、それによりニッケルと半田との接合強度が低下するためであるということを見出すとともに、このような配線基板に被着させたニッケルめっき層と金めっき層とから成るめっき層のニッケルめっき層の腐食し易さを定量的に把握・管理する手段として、温度２５℃の５％の硫酸水溶液において配線導体に２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流が重要なパラメータとなることを見出したことに基づき、先に特開２００２−１１１１８０号公報に記載の発明を出願した。
【０００８】
この特開２００２−１１１１８０号公報に記載の温度２５℃の５％の硫酸水溶液において配線導体に２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流は、特開２００２−１１１１８０号公報に記載された本発明と共通の課題を解決するための研究の結果において重要なパラメーターであることが判明し、一般にアノード溶解電流測定法と呼ばれる電気化学測定法を応用し案出されたものであるが、従来の配線基板の配線導体に順次被着されたニッケルめっき層と金めっき層とから成るめっき層への過去の適用例は見出せず、前述のような従来の配線基板においては、温度２５℃の５％の硫酸水溶液において配線導体に２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流はめっき層の１平方ｍｍ当り５０μＡ以上であった。
【０００９】
このような従来の配線基板の場合においては、特開２００２−１１１１８０号公報に記載の発明は、配線基板の洗浄や乾燥の際に金めっき層がニッケルめっき層を十分に保護し、ニッケルめっき層の表面に酸化物や水酸化物が形成されて腐食することを防止するという観点では有効である。
【００１０】
しかしながら、最近では配線基板の小型化に伴う配線導体・電子部品接続用パッド・外部接続用パッドの高密度化や微細化が進み、特に各接続パッドの表面積が０．５ｍｍ２以下となった場合には、これらの接続パッドが電気的に接続されている配線導体の面積や厚み等の影響を受けて各接続パッド間に電位差が生じ、この電位差に起因してニッケルめっき層の表面に金めっき層を均一厚みに形成することが困難となるという問題点が生じてきた。
【００１１】
また、配線導体上に電子部品および外部を接合する際に用いられる半田の種類として、一般的な錫と鉛の合金の他に、錫を主成分とする合金、例えば一般に鉛フリー半田と称される錫−銀系等の合金が使用されるようになってきている。これらの鉛フリー半田は、一般的な錫−鉛系の半田に比べて融点が高いことから、電子部品を配線導体に半田を介して接続させる際に必要な温度も、錫−鉛系の半田に比べて高い温度を必要とする。
【００１２】
このように、金めっき層の厚みを均一に形成することが困難となったり、従来に比べてより高温に加熱されるようになってきたりした場合に、特開２００２−１１１１８０号公報で提案された配線基板では、電子部品を配線導体に接続する際等の熱が作用したときに、下地ニッケルめっき層のニッケル原子が金めっき層の表面に移動拡散して酸化ニッケル層を形成することによる配線導体への半田濡れ性が劣化するということに対しての防止効果は少なく、ニッケルめっき層と半田との接合強度が低下するという問題点が新たに生じるようになってきた。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、ニッケルめっき層と半田との間で剥離が発生することがなく、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわたり正常に接続することが可能な、小型で高密度配線が可能な配線基板を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、絶縁基体に形成した配線導体の表面にニッケルめっき層と金めっき層とを順次積層しためっき層を被着して成る配線基板であって、前記ニッケルめっき層は、ホウ素を０．０５乃至３質量％含有し、かつ５００乃至１２００℃の温度で熱処理されており、前記めっき層は、温度２５℃の５％硫酸水溶液において前記配線導体に＋２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流がめっき層の１平方ｍｍ当り１０μＡ以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の配線基板は、上記構成において、前記金めっき層は、３００乃至５００℃の温度で熱処理されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の配線基板によれば、ニッケルめっき層に触媒活性の強いホウ素を０．０５乃至３質量％含有させたことから、配線導体の表面を極めて平滑で均一厚みに被覆できる下地ニッケルめっき層となるため、配線導体の各露出部位の間で面積や厚み等の影響を受けて各配線導体間に多少の電位差が生じたとしても、この電位差の影響を効果的に緩和して金めっき層を均一厚みに形成することができる。
【００１７】
またホウ素を０．０５乃至３質量％含有するニッケルめっき層を５００乃至１２００℃の温度で熱処理したことにより、ニッケルめっき層が結晶成長し、ニッケルめっき層の内部にニッケル原子が移動拡散しやすい結晶粒界が少なくなることから、電子部品を配線導体に接続する際等に、例えば鉛フリー半田等を用い、より高い温度で加熱されても金めっき層の上に半田濡れ性を阻害する酸化ニッケル層を形成しにくくなる。さらに、めっき層の腐食の起点となる結晶粒界が少なくなることから、配線基板の洗浄や乾燥の際にニッケルめっき層の表面が腐食しにくくなる。
【００１８】
また、このニッケルめっき層と金めっき層とを順次積層しためっき層は、温度２５℃の５％の硫酸水溶液において配線導体に＋２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流がめっき層の１平方ｍｍあたり１０μＡ以下であることから、配線基板の洗浄や乾燥の際にニッケルめっき層が腐食しにくい。
【００１９】
さらに、本発明の配線基板によれば、ニッケルめっき層の表面に被着された金めっき層を、３００乃至５００℃の温度で熱処理した場合には、ニッケルめっき層と金めっき層との界面が相互拡散によって強固に接合されるとともに、金めっき層が結晶成長し結晶粒界やピンホール等の欠陥が少なくなるため、金めっき層が有する、配線基板の洗浄や乾燥の際の水分や大気等からニッケルめっき層を保護しニッケルめっき層の表面に酸化物や水酸化物が形成されて腐食することを防止する機能と、電子部品を配線導体に接続する際等の熱が作用したときに下地ニッケルめっき層のニッケル原子が金めっき層の表面に移動拡散して酸化ニッケル層を形成することにより配線導体への半田濡れ性が劣化するということに対しての防止効果とが一層向上することになり、より好ましいものとなる。
【００２０】
したがって、これに電子部品を半田を介して搭載するとともに外部電気回路基板に半田を介して実装した後、電子部品を長期間にわたり作動させたとしても、ニッケルめっき層と半田とは強固に接合されて両者の間に剥離が発生するようなことがなく、搭載する電子部品を長期間にわたり正常に接続することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用した場合の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基体、２は配線導体である。この絶縁基体１と配線導体２とで半導体素子３を搭載するための配線基板４が構成される。
【００２３】
絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体・窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・炭化珪素質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面に半導体素子３を搭載する搭載部を有し、搭載部の表面に露出した配線導体２に半導体素子３の電極が例えば半田ボール５を介して接続される。
【００２４】
絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化カルシウム・酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーと成すとともにこのセラミックスラリーを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成形技術を採用しシート状と成すことによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得て、しかる後、このセラミックグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とするとともにこれを複数枚積層し、最後にこの積層されたセラミックグリーンシートを還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２５】
また絶縁基体１は、その上面の搭載部から下面にかけて多数の配線導体２が被着形成されており、配線導体２の搭載部に露出した部位には半導体素子３の各電極が半田ボール５を介して電気的に接続され、また絶縁基体１の下面に導出された部位には外部電気回路基板の配線導体が半田等を介して電気的に接続される。
【００２６】
配線導体２は、搭載される半導体素子３の各電極を外部電気回路に接続するための導電路として機能し、例えば、タングステン・モリブデン・マンガン等の高融点金属粉末から成り、タングステン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、絶縁基体１の搭載部から下面にかけて被着形成される。
【００２７】
また、配線導体２の表面には、図２に断面図で示すように、例えば無電解法により、ホウ素を含有させたニッケルめっき層であるニッケル−ホウ素めっき層６および金めっき層７が順次被着形成されている。
【００２８】
めっき浴中の金属イオンを還元析出させるための電子の供給源として還元剤を利用する無電解法は、外部電源から電子を供給する必要がある電解法に比べ、被めっき物の形状に制約が少なくめっき層を均一な厚みに被着形成することができる。また、被めっき部にめっき電力を供給するための引き出し線が不要であることから配線導体２を高密度で形成することが可能で、配線基板４の小型化を容易とすることができる。
【００２９】
ニッケル−ホウ素めっき層６は、配線導体２に金めっき層７を密着性良く、かつ均一厚みに被着形成させる下地金属層として機能する。
【００３０】
また、ニッケル−ホウ素めっき層６は、硫酸ニッケル等のニッケル化合物とホウ素系還元剤、例えば、水素化ホウ素ナトリウムやジメチルアミンボラン等を含む無電解ニッケルめっき浴を用いた無電解法により配線導体２の表面に所定厚みに被着形成される。この場合、ニッケル−ホウ素めっき層６はその内部に触媒活性の強いホウ素を含有することから、配線導体２が高融点金属粉末の焼結体で形成されるためにその表面の凹凸が大きくなったとしても、ニッケル−ホウ素めっき層６にピンホールやボイド等が形成されることはなく、同時にニッケル−ホウ素めっき層６の表面を極めて平滑として均一厚みに、かつ強固に被着形成することができる。
【００３１】
なお、ニッケル−ホウ素めっき層６は、ホウ素による触媒活性を十分に発揮させてニッケル−ホウ素めっき層６を均一厚みに被着させるという観点からは、ホウ素の含有量は０．０５質量％以上が必要で、また電気抵抗の上昇および熱処理を施した際に金めっき層の均一な被着を阻害するホウ素化合物の生成を避けるためには３質量％以下とすることが必要である。従って、ニッケル−ホウ素めっき層６は、そのホウ素の含有量を０．０５乃至３質量％の範囲としておくことが必要である。
【００３２】
一方、ニッケル−ホウ素めっき層６の厚みは、凹凸が大きな配線導体２の表面を平滑とし、均一厚みに被着形成するという観点からは、その厚さは０．５μｍ以上が好ましく、また内部応力を小さくするという観点からは１０μｍ以下とすることが好ましい。従って、ニッケル−ホウ素めっき層６は、その厚さを０．５乃至１０μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００３３】
さらに、ニッケル−ホウ素めっき層６は前述のような方法で配線導体２の表面に被着された後に、トンネル炉等の加熱装置により窒素および水素の混合還元性雰囲気で５００乃至１２００℃の熱処理が加えられている。この熱処理によって、ニッケル−ホウ素めっき層６のニッケルが結晶成長し結晶粒径が大きくなるに従って、ニッケル−ホウ素めっき層６の内部における結晶粒界の消失が生じ、ニッケル原子が移動拡散しやすい結晶粒界が少なくなることから、半導体素子３を配線導体２に接続する際等に加熱されても、特に、鉛フリー半田等の接続に高温を要する半田を用いてより高い温度で加熱されても、金めっき層７の上に半田濡れ性を阻害する酸化ニッケル層を形成しにくくなる。さらにまた、めっき層の腐食の起点となる結晶粒界が少なくなることから、配線基板４の洗浄や乾燥の際にニッケル−ホウ素めっき層６の表面が腐食しにくくなる。
【００３４】
また、ニッケル−ホウ素めっき層６の熱処理温度が５００℃未満であれば、ニッケルの結晶成長が不足しニッケル−ホウ素めっき層６の内部に結晶粒界が多く残ってしまう。また、１２００℃を超えて高くなると、高融点金属から成る配線導体２とニッケル−ホウ素めっき層６との熱膨張係数の差に起因してニッケル−ホウ素めっき層６に膨れや剥がれ等の不具合が誘発される。従って、ニッケル−ホウ素めっき層６の熱処理温度は、５００乃至１２００℃の範囲であることが必要である。
【００３５】
さらに、ニッケル−ホウ素めっき層６の表面には金めっき層７が所定厚みに被着形成されている。金めっき層７はニッケル−ホウ素めっき層６が酸化腐蝕するのを有効に防止することができるとともに、金めっき層７は半田濡れ性が極めて良いことから半田を配線導体２に強固に接合させることができる。
【００３６】
金めっき層７は、例えば、従来周知のシアン化金カリウム等の金化合物とエチレンジアミン四酢酸（ナトリウム塩）等の錯化剤とを含有する置換型の無電解金めっき浴を用いる無電解法によりニッケル−ホウ素めっき層６の表面に形成される。
【００３７】
また、金めっき層７の厚みは、０．０１μｍ未満では、ニッケル−ホウ素めっき層６と半田との濡れ性が低下する傾向にあり、０．８μｍを超えると半導体素子３等の電子部品を半田ボール５を介して接合させたときに半田ボール５中に脆弱な金−錫合金が多量に形成されて機械的接合強度が低下してしまう傾向にある。したがって、金めっき層７の厚みは０．０１乃至０．８μｍであることが好ましい。
【００３８】
さらに、金めっき層７は、ニッケル−ホウ素めっき層６の表面に被着形成した後に、トンネル炉等の加熱装置により窒素および水素の混合還元性雰囲気で３００乃至５００℃の温度で熱処理することが望ましい。熱処理の温度が３００℃より低いと、金めっき層７とニッケル−ホウ素めっき層６の界面における相互拡散による接合が弱くなることがあるとともに、金めっき層７の結晶成長が不十分なものとなり結晶粒界やピンホール等の欠陥を少なくすることができなくなることがある。また、熱処理温度が５００℃よりも高い場合には、金めっき層と７とニッケル−ホウ素めっき層６との相互拡散が過剰なものとなることがあり、金めっき層７の内部および表面の一部に金よりも半田濡れ性の低いニッケル−金合金が形成され、ニッケル−ホウ素めっき層６と半田ボール５との接合強度が低くなることがある。
【００３９】
そして、本発明の配線基板４では、温度２５℃の５％の硫酸水溶液において配線導体２に＋２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流が、ニッケル−ホウ素めっき層６と金めっき層７とを順次積層しためっき層の１平方ｍｍあたり１０μＡ以下となっている。このように、温度２５℃の５％の硫酸水溶液において配線導体２に＋２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流がニッケル−ホウ素めっき層６と金めっき層７とを順次積層しためっき層の１平方ｍｍあたり１０μＡ以下であることから、ニッケル−ホウ素めっき層６から金めっき層７のピンホール等の欠陥を通してニッケル原子が移動（溶出）しにくくなっている。したがって、ニッケル−ホウ素めっき層６に腐食が発生しにくく、その結果、ニッケル−ホウ素めっき層６に半田ボール５を接合させるとニッケル−ホウ素めっき層６と半田ボール５とが極めて強固に接合される。
【００４０】
そして、本発明の配線基板４によれば、半導体素子３の電極と配線導体２とを半田ボール５を介して接合して半導体素子３を搭載するとともに、配線導体２を半田を介して外部電気回路基板の配線導体に接合して外部電気回路基板に実装した後、搭載する半導体素子３を長期間にわたり作動させたとしても、配線導体２に接合された半田、すなわち半田ボール５の半田や外部電気回路基板の配線導体と接合された半田が、これら半田とニッケル−ホウ素めっき層６との間で剥離することがなく、搭載する半導体素子３を外部電気回路に長期間にわたり正常に接続することが可能である。
【００４１】
なお、温度２５℃の５％の硫酸水溶液において配線導体２に＋２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流がめっき層の１平方ｍｍあたり１０μＡ以下であるものとするには、金めっき層７のピンホール等の欠陥を通して水分がニッケル−ホウ素めっき層６まで侵入してその表面を腐食しないように水洗や湯洗および湯洗引上げ乾燥の条件を調整すれば良い。例えば、配線導体２の表面のニッケル−ホウ素めっき層６上に金めっき層７を被着させた後の水洗を６０℃以下の温度の純水で行ない、次に３０〜６０℃の純水に配線基板４を１〜２分間浸漬した後、１００乃至３００ｍｍ／秒の速度で引き上げて乾燥させればよい。このとき、金めっき層７を被着させた後の純水洗浄の温度が６０℃を超えると、ニッケル−ホウ素めっき層６の表面にニッケルの水酸化物が形成されてニッケル−ホウ素めっき層６の表面が腐食されやすくなる。また、次に配線基板４を浸漬する純水の温度が３０℃未満では、配線基板４を引き上げる際に配線基板４に付着した水分が十分に乾燥除去されずに、ニッケル−ホウ素めっき層６に酸化腐食を発生させやすい。
【００４２】
また、ニッケルや水分の移動経路となっている金めっき層７のピンホール等の欠陥を少なくする方法を施しても良い。例えば、前述の置換型の無電解金めっき液の金濃度を高くすること等によって、単位面積あたりの金の析出量を多くして金めっき層７の緻密性およびニッケルめっき層６へのカバーリング性を向上させることによって、温度２５℃の５％の硫酸水溶液において配線導体２に＋２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流をめっき層の１平方ｍｍあたり１０μＡ以下とすることができる。
【００４３】
一方、半導体素子３が搭載された配線基板４には、必要に応じて図１に示すようにその上面に蓋体８が樹脂・ガラス・ロウ材等から成る封止材を介して接合され、この蓋体８と絶縁基体１とによって半導体素子３が気密に封止される。
【００４４】
蓋体８は酸化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックス材料、あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料等から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の原料粉末を従来周知のプレス成形法を採用することによって椀状に成形するとともにこれを約１５００℃の温度で焼成することによって形成される。
【００４５】
かくして本発明の配線基板４によれば、絶縁基体１上面の搭載部表面に露出した配線導体２に半導体素子３の電極を半田ボール５を介して電気的・機械的に接続し、しかる後、絶縁基体１の上面に金属やセラミックスから成る蓋体８をガラスや樹脂・ロウ材等の封止材を介して接合させ、絶縁基体１と蓋体８とから成る容器内部に半導体素子３を気密に収容することによって製品としての半導体装置が完成する。
【００４６】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００４７】
＜実施例１＞
本実施例で用いた配線基板の評価用サンプルは、酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体にタングステンメタライズから成る配線導体を形成した配線基板を用い、この配線基板の表面には、タングステンメタライズから成る配線導体により、直径が０．７ｍｍでピッチ（繰り返し配置間隔）が１．４ｍｍの多数の円形状の接続パッド（いわゆるＢＧＡパッド）を形成した。
【００４８】
次に、この配線基板を、ニッケル塩としての硫酸ニッケルおよび還元剤としてのジメチルアミンボランを主成分とし、酢酸・リンゴ酸・クエン酸・エチレンジアミン四酢酸・ピロリン酸等の各種有機酸およびそれらのナトリウム・カリウム・アンモニウム塩を錯化剤とし、アンモニア水・硫酸をｐＨ調整剤とし、酢酸鉛・硫酸タリウム・ホウ酸等を安定剤として添加した無電解ニッケル−ホウ素めっき液に、液温４０乃至８０℃・ｐＨ５乃至９の条件で所定時間浸漬して、４乃至６μｍの厚みと表１に示すホウ素含有量を有する各ニッケル−ホウ素めっき層を被着した。
【００４９】
さらに、各ニッケル−ホウ素めっき層が被着された配線基板を、トンネル炉を用いて窒素および水素の混合還元性雰囲気でピーク温度を表１に示す温度に設定し、２０分間の熱処理を行なった。
【００５０】
次に、金の供給源であるシアン化金カリウムと、錯化剤としてのエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）・クエン酸等の有機酸と、ｐＨ調整剤等とから成る置換型の無電解金めっき液に、熱処理が加えられたニッケル−ホウ素めっき層が被着形成された配線基板をｐＨが７．０乃至７．５で液温が８２乃至８８℃の条件で１０分間浸漬し、０．０８乃至０．１２μｍの厚みの金めっき層をニッケル−ホウ素めっき層の表面に形成した。
【００５１】
最後に、ニッケル−ホウ素めっき層上に金めっき層を被着させた後の水洗を液温が２５℃の純水で行ない、次に６０℃の純水に配線基板を１分間浸漬した後、２００ｍｍ／秒の速度で引き上げて乾燥させた。
【００５２】
以上のようにして作製した表１に示す各評価用サンプルについて、温度２５℃の５％硫酸水溶液において配線導体に＋２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流を測定したところ、めっき層の１平方ｍｍあたり６乃至１０μＡであり、全ての評価用サンプルにおいてめっき層の１平方ｍｍあたり１０μＡ以下であった。
【００５３】
次に、上記の各評価用サンプルのＢＧＡパッドの半田接合性の評価を行なった。半田接合性の評価は、まず、上記の各評価用サンプルを、１５０℃・３時間で熱処理した後、ＢＧＡパッドにＲタイプフラックスを使用して直径０．６５ｍｍの共晶半田ボールを載置し、２３０℃に設定されたホットプレート上に１分間放置して半田を実装した。
【００５４】
次に、この半田ボールが搭載された各評価用サンプルに半田ボールシェア試験を行ない、破壊界面を１０乃至１００倍の実体顕微鏡で観察することによって、半田接合性を評価した。その結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
2004127953.tif 000003
【００５６】
表１において、半田接合性について、「○」は、半田ボールシェア後のＢＧＡパッドの破壊界面が半田内部にあって半田内部で１００％破断していることから、半田／めっき界面が非常に強固で半田接合性に優れていることを表す。また、「△」は、半田ボールシェア後のＢＧＡパッドの破壊界面が一部は半田／めっき界面にあってニッケル−ホウ素めっき層の露出面積が５０％未満であり、半田／めっき界面で一部破壊しているが、実用上問題の無いレベルであることを表す。「×」は、半田ボールシェア後のＢＧＡパッドの破壊界面が半田／めっき界面にあってニッケル−ホウ素めっき層の露出面積が５０％以上であり、半田／めっき界面で半分以上破壊しており、接合強度が弱く、実用上実装信頼性に問題があることを表す。
【００５７】
表１に示す通り、本発明の実施例であるホウ素含有量が０．０５乃至３質量％で、かつ熱処理温度が５００乃至１２００℃のニッケル−ホウ素めっき層を形成した評価用サンプルにおいては、半田接合性は「○」または「△」であり、実用上実装信頼性に問題が無い良好な半田接合性が得られた。
【００５８】
＜実施例２＞
実施例１と同様な方法で、ニッケル−ホウ素めっき層のホウ素含有量と熱処理温度を組み合わせたテストマトリクスで配線基板にニッケル−ホウ素めっき層と金めっき層を形成した後に、最後に行なう水洗を、まず液温が２５℃の純水で行ない、次に９０℃の純水に配線基板を１０分間浸漬した後、２００ｍｍ／秒の速度で引き上げて乾燥させたものを評価用サンプルとした。この場合の各評価用サンプルの、温度２５℃の５％硫酸水溶液において配線導体に＋２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流を測定したところ、めっき層の１平方ｍｍあたり２０乃至６０μＡであり、全ての評価用サンプルにおいてめっき層の１平方ｍｍあたり１０μＡを超えていた。
【００５９】
この各評価用サンプルについて実施例１と同様に半田接合性の評価を行なったところ、ニッケル−ホウ素めっき層のホウ素含有量や熱処理温度にかかわらず、全ての評価用サンプルにおいて「×」、すなわち、半田ボールシェア後のＢＧＡパッドの破壊界面が半田／めっき界面にあってニッケル−ホウ素めっき層の露出面積が５０％以上であり、半田／めっき界面で半分以上破壊しており、接合強度が弱く、実用上実装信頼性に問題がある結果であった。
【００６０】
＜実施例３＞
実施例１と同様な方法で、配線基板にホウ素含有量が０．０５質量％で５００℃の熱処理を加えたニッケル−ホウ素めっき層と金めっき層を被着したものと、金めっき層を被着後に窒素および水素の混合還元性雰囲気で４５０℃の熱処理を施したものとを評価用サンプルとした。この場合の両評価用サンプルの、温度２５℃の５％硫酸水溶液において配線導体に＋２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流を測定したところ、両評価用サンプルともめっき層の１平方ｍｍあたり１０μＡ以下であった。
【００６１】
この両評価用サンプルについて実施例１と同様に半田接合性の評価を行なったところ、金めっき層に熱処理を加えなかった方の半田接合性は「△」で、半田ボールシェア後のＢＧＡパッドの破壊界面が一部は半田／めっき界面にあってニッケル−ホウ素めっき層の露出面積が５０％未満であり、半田／めっき界面で一部破壊していた。これに対して、金めっき層に熱処理を加えた方は「○」であり、半田ボールシェア後のＢＧＡパッドの破壊界面が半田内部にあって半田内部で１００％破断していた。したがって、金めっき層が３００乃至５００℃で熱処理された場合には、熱処理を施さない場合と比べて半田／めっき界面が非常に強固で半田接合性に優れていた。
【００６２】
なお、本発明の配線基板は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態の例では本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用したが、混成集積回路基板等の他の用途に適用しても良い。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、ニッケルめっき層に触媒活性の強いホウ素を０．０５乃至３質量％含有させたことから、配線導体の表面を極めて平滑で均一厚みに被覆できる下地ニッケルめっき層となるため、金めっき層を均一厚みに形成することができる。
【００６４】
またホウ素を０．０５乃至３質量％含有するニッケルめっき層を５００乃至１２００℃の温度で熱処理したことにより、ニッケルめっき層が結晶成長し、ニッケルめっき層の内部にニッケル原子が移動拡散しやすい結晶粒界が少なくなることから、電子部品を配線導体に接続する際等により高い温度で加熱されても金めっき層の上に半田濡れ性を阻害する酸化ニッケル層を形成しにくくなる。さらに、めっき層の腐食の起点となる結晶粒界が少なくなることから、配線基板の洗浄や乾燥の際にニッケルめっき層の表面が腐食しにくくなる。
【００６５】
また、このニッケルめっき層と金めっき層とを順次積層しためっき層は、温度２５℃の５％の硫酸水溶液において配線導体に＋２００ｍＶの電圧を印加したときのニッケルの溶解電流がめっき層の１平方ｍｍあたり１０μＡ以下であることから、配線基板の洗浄や乾燥の際にニッケルめっき層が腐食しにくい。
【００６６】
さらに、本発明の配線基板によれば、ニッケルめっき層の表面に被着された金めっき層を、３００乃至５００℃の温度で熱処理した場合には、ニッケルめっき層と金めっき層との界面が相互拡散によって強固に接合されるとともに、金めっき層が結晶成長し結晶粒界やピンホール等の欠陥が少なくなるため、金めっき層が有する配線基板の洗浄や乾燥の際の水分や大気等からニッケルめっき層を保護しニッケルめっき層の表面に酸化物や水酸化物が形成されて腐食することを防止する機能と、電子部品を配線導体に接続する際等の熱が作用したときに下地ニッケルめっき層のニッケル原子が金めっき層の表面に移動拡散して酸化ニッケル層を形成することにより配線導体への半田濡れ性が劣化するということに対しての防止効果とが一層向上することになり、より好ましいものとなる。
【００６７】
したがって、これに電子部品を半田を介して搭載するとともに外部電気回路基板に半田を介して実装した後、電子部品を長期間にわたり作動させたとしても、ニッケルめっき層と半田とは強固に接合されて両者の間に剥離が発生するようなことがなく、搭載する電子部品を長期間にわたり正常に接続することが可能となる。
【００６８】
以上により、本発明によれば、ニッケルめっき層と半田との間で剥離が発生することがなく、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわたり正常に接続することが可能な、小型で高密度配線が可能な配線基板を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基体
２・・・・・配線導体
３・・・・・半導体素子
４・・・・・配線基板
６・・・・・ニッケル−ホウ素めっき層（ニッケルめっき層）
７・・・・・金めっき層
【図１】
2004127953.tif 000004
【図２】
2004127953.tif 000005