(57)【要約】【課題】  金属端子パッドのＣｕメッキ層とＡｕメッキ層との間に、Ｃｕメッキ層とＡｕメッキ層との間の成分拡散を効果的に抑制できるバリア金属層を配置するとともに、バリア金属層とＣｕメッキ層ないしＡｕメッキ層との間の拡散や反応も生じにくく、ひいては金属端子パッドにおける半田ぬれ不足による接続不良や、剥離・破断等の不具合発生確率を大幅に低減できる配線基板を提供する。【解決手段】  配線基板１において、金属端子パッド１０，１１０，１７，１１７は、第一主表面ＣＰ側からＣｕメッキ層５２、バリア金属層２０及びＡｕメッキ層５４がこの順序で積層される。バリア金属層として、Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層あるいは白金族金属系無電解メッキ層を使用する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一主表面が誘電体層にて形成されるように、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層された配線積層部と、該配線積層部の前記誘電体層にて形成された前記第一主表面上に配置される複数の金属端子パッドとを有し、
前記金属端子パッドは、前記第一主表面側にＣｕメッキ層が配置され、他方最表層部にＡｕメッキ層が配置された構造を有し、それらＣｕメッキ層とＡｕメッキ層との間にバリア金属層として、Ｐ含有率が３質量％以下の無電解Ｎｉメッキ層が配置されてなることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記無電解Ｎｉメッキ層がＮｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層である請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
第一主表面が誘電体層にて形成されるように、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層された配線積層部と、該配線積層部の前記誘電体層にて形成された前記第一主表面上に配置される複数の金属端子パッドとを有し、
前記金属端子パッドは、前記第一主表面側にＣｕメッキ層が配置され、他方最表層部にＡｕメッキ層が配置された構造を有し、それらＣｕメッキ層とＡｕメッキ層との間にバリア金属層として、白金族金属系無電解メッキ層が配置されてなることを特徴とする配線基板。
【請求項４】
前記白金族金属系無電解メッキ層が無電解Ｐｄメッキ層である請求項３記載の配線基板。
【請求項５】
前記白金族金属系無電解メッキ層が、無電解Ｉｒメッキ層、無電解Ｐｔメッキ層、無電解Ｒｈメッキ層及び無電解Ｒｕメッキ層のいずれかである請求項３記載の配線基板。
【請求項６】
第一主表面が誘電体層にて形成されるように、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層された配線積層部と、該配線積層部の前記誘電体層にて形成された前記第一主表面上に配置される複数の金属端子パッドとを有し、
前記金属端子パッドは、前記第一主表面側にＣｕメッキ層が配置され、他方最表層部にＡｕメッキ層が配置された構造を有し、それらＣｕメッキ層とＡｕメッキ層との間にバリア金属層として、前記Ｃｕメッキ層と接するＮｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層と、該Ｎｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層と前記Ａｕメッキ層との間に配置され、前記Ｎｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層から前記Ａｕメッキ層へのＰ拡散を阻止又は抑制するＰバリア用無電解金属メッキ層とが配置されてなることを特徴とする配線基板。
【請求項７】
前記Ｐバリア用無電解金属メッキ層がＮｉ−Ｂ系無電解Ｎｉ層である請求項６記載の配線基板。
【請求項８】
前記Ｐバリア用無電解金属メッキ層が白金族金属系無電解メッキ層である請求項６記載の配線基板。
【請求項９】
第一主表面が誘電体層にて形成されるように、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層された配線積層部と、該配線積層部の前記誘電体層にて形成された前記第一主表面上に配置される複数の金属端子パッドとを有し、
前記金属端子パッドは、前記第一主表面側にＣｕメッキ層が配置され、他方最表層部にＡｕメッキ層が配置された構造を有し、それらＣｕメッキ層とＡｕメッキ層との間にバリア金属層として、前記Ｃｕメッキ層と接するＮｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層と、該Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層と前記Ａｕメッキ層との間に配置され、該Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層よりも薄い前記Ｎｉ−Ｐ系無電解金属メッキ層とが配置されてなることを特徴とする配線基板。
【請求項１０】
前記Ｎｉ−Ｐ系無電解金属メッキ層の厚さが２μｍ以下である請求項９記載の配線基板。
【請求項１１】
前記Ａｕメッキ層と直接接するのがＮｉメッキ層であり、かつ、前記Ａｕメッキ層が無電解還元Ａｕメッキ層からなる請求項１、２、４、５、６、７、９及び１０のいずれか１項に記載の配線基板。
【請求項１２】
前記金属端子パッドは、半田ボールを介してマザーボード側の端子パッドに接続されるものである請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の配線基板。
【請求項１３】
前記半田ボールは、液相線温度が２００℃以上のＳｎ合金からなる高温半田ボールである請求項１２記載の半田部材つき配線基板。
【請求項１４】
前記高温半田ボールは前記金属端子パッドに直接接合されている請求項１３記載の半田部材つき配線基板。
【請求項１５】
前記高温半田ボールはＳｎＡｇ系合金又はＳｎＣｕ合金からなる請求項１４記載の半田部材つき配線基板。
【請求項１６】
前記高温半田部材はＰｂ含有率が５質量％以下のＳｎ合金からなる請求項１４記載の半田部材つき配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００２−４０９８号公報
【特許文献２】特開平６−３３０３３６号公報
【特許文献３】特開２００３−１３２４８号公報
【非特許文献１】「均一液滴噴霧法により作製したＰｂフリーはんだボールの評価」  日立金属技報  Ｖｏｌ．１８（２００２）４３頁
【非特許文献２】「高信頼性Ｓｎ−Ａｇ系鉛フリーはんだの開発」  豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー  Ｖｏｌ．３５  Ｎｏ．２  （２０００）  ３９頁
【０００３】
ＩＣあるいはＬＳＩ等のチップ接続用として使用される多層配線基板のうち、オーガニックパッケージ基板と称されるものは、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層された配線積層部を有し、該配線積層部の誘電体層にて形成された第一主表面上に、フリップチップ接続用あるいはマザーボード接続用（例えばＢＧＡあるいはＰＧＡによる）の複数の金属端子パッドが配置される。これら金属端子パッドは、配線積層部内に位置する内層導体層にビアを介して導通する。内層導体層及びビアは導電率の良好なＣｕ系金属で構成されるのが一般的であり、金属端子パッドも、これらと接続する本体部分がＣｕメッキ層として形成される。しかし、金属端子パッドにはチップやマザーボードと接続するための半田が接触するので、半田との結合力及びぬれ性を向上させるため、Ａｕメッキが施される。
【０００４】
ところで、金属端子パッドの本体部分をなすＣｕメッキ層は耐食性がそれほど良好であるとはいえず、表面が酸化層などで覆われているとＡｕメッキ層の密着性が悪化する可能性がある。また、リフロー時等の加熱によりＣｕメッキ層からＡｕメッキ層表面にＣｕが拡散により湧き上がり、Ａｕメッキ層表面がＣｕの酸化層で覆われて半田ぬれ性や半田接合性が大幅に損なわれる問題がある。また、半田のＳｎ成分がＡｕメッキ層を経てＣｕメッキ層に拡散し、脆いＣｕ−Ｓｎ系金属間化合物層を生じやすくなり、特に熱応力等が加わった場合に、該Ｃｕ−Ｓｎ系金属間化合物層とＣｕメッキ層の下地部分との間で剥離を生じやすくなる問題がある。特に、基板をマザーボードに半田ボールを介して接続するためのＢＧＡ（Ball Grid Allay）用の金属端子パッドにおいては、パッド面積が大きく熱応力も付加されやすいため、上記の問題を生じやすい。
【０００５】
そこで、Ｃｕメッキ層を形成した後、バリア金属層として、Ｃｕとの密着性が良好なＮｉメッキ層を形成し、そのＮｉメッキ層上にＡｕメッキ層を形成するパッド構造が広く採用されている。このＮｉメッキ層の形成方法には電解Ｎｉメッキを用いる方法と、無電解Ｎｉメッキを用いる方法（特許文献１）との２種類がある。しかし、電解Ｎｉメッキを用いたパッド形成工程では、パッドが形成される誘電体層面（パッド形成面）上に、パッドに接続するメッキ用の導通路（タイバー）を複雑に入り組んだ形で形成する必要がある。この方式では、パッド間にメッキタイバー挿入用のスペースを確保しなければならないので、パッドの配列間隔を一定以上には縮小できなくなり、基板面積の増大を引き起こしやすくなるとともに、設計上の制約も非常に大きくなる問題がある。他方、無電解Ｎｉメッキを用いる場合は、メッキタイバーが不要であるから、上記のごとき問題は生じないし、誘電体層上に互いに絶縁された複数のパッドに対しても、メッキ液への浸漬により簡単にＮｉメッキ層を形成できる利点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、配線基板のパッド用メッキとして一般に使用されている無電解Ｎｉメッキ浴には、還元剤として次亜リン酸ソーダなどのリン酸化合物が使用されるため、得られるＮｉメッキ層に４〜８質量％もの比較的多量のＰが必然的に含有されたものしか得ることができない。Ｎｉメッキ層中にＰが多量に含まれていると、半田リフロー時に、Ｎｉとともに共析出したＰ等によりＰが濃化したＮｉ系層が形成され、半田とのぬれ性が阻害し、接続不良を生ずる惧れがある。また、このＰが濃化したＮｉ系層に、半田側のＳｎとＮｉとの反応により形成されるＮｉ−Ｓｎ合金層が接して形成されることもあり、それら層の界面での剥離・破断等が生じやすくなる問題もある。
【０００７】
本発明の課題は、金属端子パッドのＣｕメッキ層とＡｕメッキ層との間に、Ｃｕメッキ層とＡｕメッキ層との間の成分拡散を効果的に抑制できるバリア金属層を配置するとともに、バリア金属層とＣｕメッキ層ないしＡｕメッキ層との間の拡散や反応も生じにくく、ひいては金属端子パッドにおける半田ぬれ不足による接続不良や、剥離・破断等の不具合発生確率を大幅に低減できる配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
本発明の配線基板は、第一主表面が誘電体層にて形成されるように、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層された配線積層部と、該配線積層部の誘電体層にて形成された第一主表面上に配置される複数の金属端子パッドとを有し、金属端子パッドは、第一主表面側にＣｕメッキ層が配置され、他方最表層部にＡｕメッキ層が配置された構造を有し、それらＣｕメッキ層とＡｕメッキ層との間にバリア金属層が介挿される。バリア金属層は、Ｃｕメッキ層からＡｕメッキ層表面にＣｕが拡散により湧き上がることを抑制し、また、半田成分（Ｐｂ−Ｓｎ系半田などのＳｎを含有する半田の場合は、特にＳｎ成分）がＡｕメッキ層を経てＣｕメッキ層に拡散することを抑制する役割を果たす。
【０００９】
そして、本発明の配線基板の第一は、金属端子パッドに配置される上記バリア金属層として、Ｐ含有率が３質量％以下の無電解Ｎｉメッキ層が配置されてなることを特徴とする。バリア金属層として用いる無電解Ｎｉメッキ層のＰ含有率を３質量％以下にすることにより、金属端子パッドに対する半田（特にＳｎ−Ｐｂ系半田）ぬれ性が大幅に改善されるので、接続不良等の不具合が発生しにくくなる。また、半田側のＳｎとＮｉとの反応によりＮｉ−Ｓｎ合金層が形成されても、剥離や破断等の不具合を生じにくくなり、ひいては高強度の接合状態を容易に得ることができる。なお、無電解Ｎｉメッキ層のリンの含有率は、望ましくは１質量％以下となっているのがよく、さらに望ましくは検出限界以下となっているのがよい。
【００１０】
この場合、無電解Ｎｉメッキ層としては、Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層を用いることができる。Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキは、還元剤として水素化ホウ素化合物を用いる非リン酸系浴であり、Ｎｉメッキ層のＰ濃度を大幅に低減できる。なお、Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキは、Ｎｉ析出の還元反応時に水素ガスが発生し、この水素ガスがＮｉメッキ層中に取り込まれた場合に、半田リフロー時に吸蔵された水素が放出され、半田接続部との間に気泡や膨れを生ずる可能性もある。この場合、Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキを形成後、半田リフロー工程に入る前に、脱水素のためのベーキングを行なうとよい。このベーキングは、半田リフロー温度と同等又は高温で行なうことが望ましい。
【００１１】
本発明の配線基板の第二は、金属端子パッドに配置される上記バリア金属層として、白金族金属系無電解メッキ層が配置されてなることを特徴とする。白金族金属系無電解メッキ層からなるバリア金属層は、Ｃｕメッキ層からＡｕメッキ層表面へのＣｕ拡散の遮断効果、及び半田成分（特にＳｎ成分）のＡｕメッキ層を経たＣｕメッキ層側への拡散遮断効果がとりわけ良好である。その結果、金属端子パッドに対する半田（特にＳｎ−Ｐｂ系半田）ぬれ性が改善され、接続不良等の不具合発生率を大幅に低減できる。また、半田側のＳｎとＮｉとの反応によりＮｉ−Ｓｎ合金層が形成されても、剥離や破断等の不具合を生じにくくなり、ひいては高強度の接合状態を容易に得ることができる。また、本発明の第一におけるＮｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキを用いた場合は、前述の通り、半田リフロー時に吸蔵された水素が放出され、半田接続部との間に気泡や膨れを生ずるけ懸念があるが、白金族金属系無電解メッキ層の場合はメッキ反応時に水素発生を伴わないので、該不具合発生の心配もない。さらに、白金族金属系無電解メッキ層は耐食性が極めて良好であり、またＣｕメッキ層及びＡｕメッキ層との密着性も向上する。
【００１２】
バリア金属層をなす白金族金属系無電解メッキ層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ及びＰｔのいずれかを主成分（最も質量含有率が高い成分）とするものを採用できる。具体的には無電解Ｐｄメッキ層からなるバリア金属層が比較的安価であり、形成も容易で性能的にも優れているので、本発明に好適に採用できる。一方、無電解Ｉｒメッキ層、無電解Ｐｔメッキ層、無電解Ｒｈメッキ層及び無電解Ｒｕメッキ層からなるバリア金属層は無電解Ｐｄメッキ層に比べれば多少高価であるが、耐食性にはより優れ、下地をなすＣｕメッキ層や上層のＮｉメッキ層との密着力をより高めることができる場合がある。また、無電解Ｐｔメッキ層、無電解Ｒｈメッキ層及び無電解Ｒｕメッキ層は、Ｃｕに対する拡散係数が無電解Ｐｄメッキ層よりも小さく、バリア効果がより高められる場合がある。
【００１３】
本発明の配線基板の第三は、金属端子パッドに配置される上記バリア金属層として、Ｃｕメッキ層と接するＮｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層と、該Ｎｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層とＡｕメッキ層との間に配置され、Ｎｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層からＡｕメッキ層へのＰ拡散を阻止又は抑制するＰバリア用無電解金属メッキ層とが配置されてなることを特徴とする。この構成によると、既に実績のあるＮｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層を用いるので、Ｃｕメッキ層からＡｕメッキ層表面へのＣｕ拡散の遮断効果、及び半田成分（特にＳｎ成分）のＡｕメッキ層を経たＣｕメッキ層側への拡散遮断効果については問題なく担保できる。そして、そのＮｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層とＡｕメッキ層との間に、Ｎｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層からＡｕメッキ層へのＰ拡散を阻止又は抑制するＰバリア用無電解金属メッキ層を配置したから、Ｐ濃化層が仮に形成されても、Ｐバリア用無電解金属メッキ層によりＡｕメッキ層からは隔離されるので、金属端子パッドに対する半田（特にＳｎ−Ｐｂ系半田）ぬれ性を大幅に改善でき、接続不良等の不具合発生率を低減できる。また、半田側のＳｎとＮｉとの反応によりＮｉ−Ｓｎ合金層が形成されても、剥離や破断等の不具合を生じにくくなり、ひいては高強度の接合状態を容易に得ることができる。
【００１４】
Ｐバリア用無電解金属メッキ層は、Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉ層にて構成することができる。Ｎｉメッキ層同士なので、Ｎｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層との密着性が良好である。
【００１５】
また、Ｐバリア用無電解金属メッキ層は、白金族金属系無電解メッキ層とすることもできる。白金族金属系無電解メッキ層からなるバリア金属層は、Ｃｕメッキ層からＡｕメッキ層表面へのＣｕ拡散の遮断効果、及び半田成分（特にＳｎ成分）のＡｕメッキ層を経たＣｕメッキ層側への拡散遮断効果がとりわけ良好である。また、メッキ反応時に水素発生を伴わないので、該不具合発生の心配もない。さらに、白金族金属系無電解メッキ層は耐食性が極めて良好であり、またＣｕメッキ層及びＡｕメッキ層との密着性も向上する。白金族金属系無電解メッキ層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ及びＰｔのいずれかを主成分（最も質量含有率が高い成分）とするものを採用できる。具体的には無電解Ｉｒメッキ層又は無電解Ｐｄメッキ層を、本発明に好適に採用できる。
【００１６】
本発明の配線基板の第四は、金属端子パッドに配置される上記バリア金属層として、Ｃｕメッキ層と接するＮｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層と、該Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層とＡｕメッキ層との間に配置され、該Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層よりも薄いＮｉ−Ｐ系無電解金属メッキ層とが配置されてなることを特徴とする。Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキを用いることで、本発明の第一と同様、属端子パッドに対する半田（特にＳｎ−Ｐｂ系半田）ぬれ性が大幅に改善されるので、接続不良等の不具合が発生しにくくなる。また、半田側のＳｎとＮｉとの反応によりＮｉ−Ｓｎ合金層が形成されても、剥離や破断等の不具合を生じにくくなり、ひいては高強度の接合状態を容易に得ることができる。また、上記のように、Ｎｉ−Ｐ系無電解金属メッキ層をＡｕメッキ層との間に介在させることで、半田リフロー時にＮｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層に吸蔵された水素がもし放出されても、半田接続部との間には、水素放出しないＮｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層がＡｕメッキ層との間に介在していることで、半田接続部との界面に気泡等が残留したりする心配もない。また、Ｎｉ−Ｐ系無電解金属メッキ層はＮｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層よりも薄く形成するので、Ｐ濃化層形成の程度も小さく、半田ぬれ不良や密着不良等の懸念も少ない。この観点において、Ｎｉ−Ｐ系無電解金属メッキ層の厚さは、２μｍ以下、望ましくは１μｍ以下に調整することが望ましい（下限値は、上記効果が顕著となるよう、例えば０．５μｍ以上とする）。
【００１７】
なお、半田ボールを介してマザーボード側の端子パッドに接続される金属端子パッド（例えばＢＧＡ用の金属端子パッド）は、パッド面積が大きく熱応力も付加されやすいため、上記本発明を適用した場合の効果が特に顕著である。
【００１８】
Ａｕメッキ層と直接接するのがＮｉメッキ層である場合、Ａｕメッキ層は無電解還元Ａｕメッキ層であることが望ましい。本発明者が詳細に検討を行なったところ、Ｎｉメッキ層上に従来の置換Ａｕメッキを施すと、置換Ａｕメッキ層とＮｉメッキ層との間にごく薄い酸化皮膜が形成されることがわかった。酸化皮膜と半田との密着強度が低いため、従来の構成において、半田との界面剥離を生じやすくなっていたと考えられるのである。
【００１９】
無電解置換Ａｕメッキは、水素化ホウ素カリウムやジメチルアミンボランを還元剤に用いるとともに、少なくとも反応初期においては、被メッキ側の下地金属との置換反応によりメッキ金属を析出させる。該置換反応を進行させるには、下地金属であるＮｉがメッキ浴中に溶出する必要があるが、この溶出は、メッキ金属に覆われていない下地金属の露出部にメッキ浴が接触することにより起こる。このとき、下地金属の表面には水系のメッキ浴との接触により酸化皮膜が形成される。他方、周囲に析出するメッキ金属は該酸化皮膜上にも回り込んで成長するため、形成されるメッキ層と下地金属との界面に酸化皮膜が残留しやすくなるのである。しかし、本発明のように無電解還元Ａｕ系メッキを採用すれば、Ａｕメッキ中においてＮｉメッキ層との界面に酸化皮膜が残留しにくく、半田接続した後においても、半田とＮｉメッキ層との間の密着力が増し、半田との界面剥離を大幅に抑制することができる。
【００２０】
次に、近年、環境汚染の問題から、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶半田に代えて、Ｐｂを含有しない（あるいは含有されても３質量％までの）、いわゆるＰｂフリー半田が使用されるようになってきた。Ｐｂフリー半田の多くは従来の共晶半田と同様にＳｎを主成分に構成されているが、共晶半田で使用されているＰｂに代え、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｂｉなどを副成分として含有する。副成分の主体をこれら元素で構成しつつも、多少のＰｂの含有を残した折衷的な半田も使用されている。Ｐｂフリー半田は、Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田と比較して延性に乏しいので、半田接合部における界面剥離をより生じやすい。
【００２１】
一般に多用されているＳｎ−Ｐｂ共晶半田は、Ｓｎ−３８質量％Ｐｂの共晶組成を有し、融点は１８３℃である。この組成からＰｂリッチ側にシフトしても、Ｓｎリッチ側にシフトしても合金の融点（液相線）は上昇する。単体のＳｎ金属は、共晶半田から単純に全てのＰｂを削減したものに相当するが、融点が２３２℃と共晶半田の融点よりも５０℃近くも高く、そのままでは代替半田としての採用は難しい。
【００２２】
そこで、Ｐｂフリー半田については、Ｓｎをベースとして、Ｐｂ以外の共晶形成成分を模索することになる。その条件としては、融点低下効果がなるべく大きいことに加え、価格が安価であるか、多少高価であっても添加量が少なくて済むこと、半田付け性や流れ性が良好であること、耐食性に優れていること、などがある。しかし、これらをバランスよく具備した副成分の種類は案外限られており、Ｚｎ、Ｂｉ、Ａｇ及びＣｕなど数元素に過ぎない。Ｓｎ−Ｚｎ系は１５質量％Ｚｎ付近に共晶点を有し、該組成で１９５℃程度まで融点が下がる。ただ、Ｚｎは耐食性に難点があり、通常は７〜１０質量％前後の添加量が留められるが、該組成付近の二元系では２１５℃前後までしか融点が下がらない。そこで、１〜５質量％のＢｉを添加して融点調整を行なうが、最終的に２００℃未満の融点を得ることは難しい。さらに、Ｂｉは高価であり、戦略物質でもあるため供給の安定性にも難がある。
【００２３】
一方、ＡｇやＣｕは、単独ではＳｎよりもはるかに高融点であるが、Ｓｎ−Ａｇ系については５質量％Ａｇ付近の、Ｓｎ−Ｃｕ系については２質量％Ｃｕ付近の、いずれもＳｎリッチ側に共晶点が存在する。また、Ａｇ−Ｃｕ系も共晶系であり、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの三元共晶を利用することでさらに融点を下げることができる。しかし、Ｓｎ−Ａｇ系もＳｎ−Ｃｕ系も、いずれも二元共晶温度は２２０℃前後であり、３元共晶系を採用しても２００℃以下に融点を下げることは不可能である。なお、Ｓｎ−Ａｇ系合金の場合、低融点化の観点からの推奨組成は、Ｓｎに対しＡｇ含有率が３質量％以上６質量％以下である。同様に、Ｓｎ−Ｃｕ系合金の場合、Ｓｎに対しＣｕ含有率が１質量％以上３質量％以下である。さらに、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金の場合は、Ａｇ＋Ｃｕが３質量％以上６質量％以下であり、Ｃｕ／（Ａｇ＋Ｃｕ）が質量比にて０．１以上０．５以下である。
【００２４】
以上の議論からも明らかなように、Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田からＰｂ含有率を大幅に下げたＳｎ合金により半田ボールを構成しようとした場合、半田の融点は２００℃を超える高温半田ボールとなることが不可避となる（上限は、Ｓｎ単体の２３２℃である）。例えば、非特許文献２の表１に列挙されている各種組成のＰｂフリー半田においても、融点（液相線温度）Ｔｓは全て２００℃以上である。環境保護の観点からは、上記高温半田ボールを構成するＳｎ合金は、Ｐｂ含有率が５質量％以下であること（より望ましくは１質量％以下であること、さらに望ましくは、不可避的不純物レベルのものを除き、Ｐｂが可及的に含有されていないこと）がよい、ということになる。
【００２５】
この場合、半田接合温度が高くなる分、ＳｎとＮｉとの化合物形成もより進みやすくなり、半田接合強度の観点からは不利となる。しかし、本発明を採用すれば、少なくともＰリッチ層形成による接合強度低下をあまり心配しなくてもよいので、化合物形成による強度低下のマージンを広げることができ、信頼性の高い半田接合構造を得ることができる。該効果は、高温半田ボールは金属端子パッドに直接接合されている場合に、特に顕著である。
【発明の実施の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図３は本発明の一実施形態に係る配線基板１の断面構造を模式的に示すものである。該配線基板は、耐熱性樹脂板（例えばビスマレイミド−トリアジン樹脂板）や、繊維強化樹脂板（例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂）等で構成された板状コア２の両表面に、所定のパターンに配線金属層をなすコア導体層Ｍ１，Ｍ１１がそれぞれ形成される。これらコア導体層Ｍ１，Ｍ１１は板状コア２の表面の大部分を被覆する面導体パターンとして形成され、電源層又は接地層として用いられるものである。他方、板状コア２には、ドリル等により穿設されたスルーホール１２が形成され、その内壁面にはコア導体層Ｍ１，Ｍ１１を互いに導通させるスルーホール導体３０が形成されている。また、スルーホール１２は、エポキシ樹脂等の樹脂製穴埋め材３１により充填されている。
【００２７】
また、コア導体層Ｍ１，Ｍ１１の上層には、感光性樹脂組成物６にて構成された第一ビア層（ビルドアップ層：誘電体層）Ｖ１，Ｖ１１がそれぞれ形成されている。さらに、その表面にはそれぞれ金属配線７を有する第一導体層Ｍ２，Ｍ１２がＣｕメッキにより形成されている。なお、コア導体層Ｍ１，Ｍ１１と第一導体層Ｍ２，Ｍ１２とは、それぞれビア３４により層間接続がなされている。同様に、第一導体層Ｍ２，Ｍ１２の上層には、感光性樹脂組成物６を用いた第二ビア層（ビルドアップ層：誘電体層）Ｖ２，Ｖ１２がそれぞれ形成されている。その表面には、金属端子パッド８，１８を有する第二導体層Ｍ３，Ｍ１３が形成されている。これら第一導体層Ｍ２，Ｍ１２と第二導体層Ｍ３，Ｍ１３とは、それぞれビア３４により層間接続がなされている。ビア３４は、図３に示すように、ビアホール３４ｈとその内周面に設けられたビア導体３４ｓと、底面側にてビア導体３４ｓと導通するように設けられたビアパッド３４ｐと、ビアパッド３４ｐと反対側にてビア導体３４ｈの開口周縁から外向きに張り出すビアランド３４ｌとを有している。
【００２８】
板状コア２の第一主表面ＭＰ１においては、コア導体層Ｍ１、第一ビア層Ｖ１、第一導体層Ｍ２及び第二ビア層Ｖ２が第一の配線積層部Ｌ１を形成している。また、板状コア２の第二主表面ＭＰ２においては、コア導体層Ｍ１１、第一ビア層Ｖ１１、第一導体層Ｍ１２及び第二ビア層Ｖ１２が第二の配線積層部Ｌ２を形成している。いずれも、第一主表面ＣＰが誘電体層６にて形成されるように、誘電体層と導体層とが交互に積層されたものであり、該第一主表面ＣＰ上には、複数の金属端子パッド１０ないし１７がそれぞれ形成されている。第一配線積層部Ｌ１側の金属端子パッド１０は、集積回路チップなどをフリップチップ接続するためのパッドである半田ランドを構成する。また、第二配線積層部Ｌ２側の金属端子パッド１７は、配線基板自体をマザーボード等にピングリッドアレイ（ＰＧＡ）あるいはボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）により接続するための裏面ランド（パッド）として利用されるものである。図４は、金属端子パッド１７をＢＧＡパッドとして構成した例であり、半田ボール（例えば、亜共晶組成のＰｂ−Ｓｎ合金や、既に詳述したＰｂフリー半田などの高温半田で構成される）１４０を介してマザーボードＭＢ側の端子パッド４１に、半田接続層４２（例えば共晶組成のＰｂ−Ｓｎ合金からなる）を介して接続される。
【００２９】
図１に示すように、半田ランド１０は配線基板１の第一主表面の略中央部分に格子状に配列し、各々その上に形成された半田バンプ１１（図３）とともにチップ搭載部４０を形成している。また、図２に示すように、第二導体層Ｍ１３内の裏面ランド１７も、格子状に配列形成されている。そして、各第二導体層Ｍ３，Ｍ１３上には、それぞれ、感光性樹脂組成物よりなるソルダーレジスト層８，１８（ＳＲ１，ＳＲ１１）が形成されている。いずれも半田ランド１０あるいは裏面ランド１７を露出させるために、各ランドに一対一に対応する形で開口部が形成されている。
【００３０】
ビア層Ｖ１，Ｖ１１，Ｖ２，Ｖ１２、及びソルダーレジスト層８，１８は例えば以下のようにして製造されたものである。すなわち、感光性樹脂組成物ワニスをフィルム化した感光性接着フィルムをラミネート（貼り合わせ）し、ビアホール３４ｈに対応したパターンを有する透明マスク（例えばガラスマスクである）を重ねて露光する。ビアホール３４ｈ以外のフィルム部分は、この露光により硬化する一方、ビアホール３４ｈ部分は未硬化のまま残留するので、これを溶剤に溶かして除去すれば、所期のパターンにてビアホール３４ｈを簡単に形成することができる（いわゆるフォトビアプロセス）。
【００３１】
図５は、本発明の第一に係る配線基板の、半田ランド１０ないし裏面ランド１７（以下、両者を総称して金属端子パッド１０，１７という：メッキ層の積層構造は同じなので、統合的に説明を行なう）の具体例を示すものであり、各配線積層部Ｌ１，Ｌ２の第一主表面ＣＰ側から、Ｃｕメッキ層５２、バリア金属層としてのＰ含有率が３質量％以下の無電解Ｎｉメッキ層１２１（厚さ：２μｍ以上７μｍ以下）及びＡｕメッキ層５４（無電解Ａｕメッキによる：厚さ０．０３μｍ以上０．１μｍ以下）がこの順序で積層されている。
【００３２】
無電解Ｎｉメッキ層５３は、Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層とされている。メッキ金属源として硫酸Ｎｉが配合され、還元剤として水素化ホウ素化合物（例えばＮａＢＨ４など）を添加した浴が使用される。Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層５３を形成した後、例えば半田リフロー温度付近もしくはこれよりも若干高め（＋５０℃程度まで）の温度で、脱水素のベーキングを行なうとよい。
【００３３】
なお、各配線積層部Ｌ１，Ｌ２の第一主表面ＣＰはソルダーレジスト層８，１８にて覆われてなり、それらソルダーレジスト層８，１８の開口の内周縁が、金属端子パッド１０，１７の主表面外周縁よりも内側に張り出して位置している。そして、金属端子パッド１０，１７は、Ｃｕメッキ層５２の外周縁部５２ｐがソルダーレジスト層８，１８と直接接し、ここに面粗し処理が施されている。また、金属端子パッド１０，１７の電解Ｎｉメッキ層５３は、ソルダーレジスト層８，１８の開口８ａ，１８ａの内側に位置する領域のみＡｕメッキ層５４にて覆われている。
【００３４】
図６は、本発明の第二に係る配線基板の、金属端子パッド１０，１７の具体例を示すものであり、バリア金属層を、白金族金属系無電解メッキ層２１にて構成している（それ以外の構造は、図５と同様である）。白金族金属系無電解メッキ層２１は、無電解Ｐｄメッキ層（無電解Ｉｒメッキ層、無電解Ｐｔメッキ層、無電解Ｒｈメッキ層あるいは無電解Ｒｕメッキ層であってもよい）であり、厚さは０．０５〜１μｍ（例えば０．１μｍ）である。メッキ金属源として例えばＰｄ（あるいはＩｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ）の塩化物が配合され、還元剤として次亜リン酸Ｎａあるいはヒドラジンを添加した浴が使用される。
【００３５】
図７は、本発明の第三に係る配線基板の、金属端子パッド１０，１７の具体例を示すものであり、バリア金属層を、Ｃｕメッキ層５２と接するＮｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層２２（厚さ：２μｍ以上７μｍ以下）と、該Ｎｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層２２とＡｕメッキ層５４との間に配置されるＰバリア用無電解金属メッキ層としての、Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層１２１（厚さ：０．０５μｍ以上２μｍ以下、例えば１μｍ）にて構成している（それ以外の構造は、図５と同様である）。Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層２０は、Ｎｉ−Ｐ系無電解Ｎｉメッキ層２２からＡｕメッキ層５４へのＰ拡散を阻止又は抑制する。また、図８は、図７のＰバリア用無電解金属メッキ層としてのＮｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層２０を、白金族金属系無電解メッキ層２１（無電解Ｉｒメッキ層又は無電解Ｐｄメッキ層）で置き換えた構成を示す。
【００３６】
図９は、本発明の第四に係る配線基板の、金属端子パッド１０，１７の具体例を示すものであり、バリア金属層を、Ｃｕメッキ層５２と接するＮｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層１２１（厚さ：２μｍ以上７μｍ以下）と、該Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層１２１とＡｕメッキ層５４との間に配置される、該Ｎｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層１２１よりも薄いＮｉ−Ｐ系無電解金属メッキ層２２（厚さ：０．０５μｍ以上２μｍ以下、例えば１μｍ）にて構成している（それ以外の構造は、図５と同様である）。薄いＮｉ−Ｐ系無電解金属メッキ層２２をＡｕメッキ層５４との間に介在させることで、半田リフロー時にＮｉ−Ｂ系無電解Ｎｉメッキ層１２１に吸蔵された水素がもし放出されても、Ｎｉ−Ｐ系無電解金属メッキ層２２が水素をブロックするので、半田接続部との界面に気泡等が残留したりする心配がない。また、Ｎｉ−Ｐ系無電解金属メッキ層２２は薄いので、Ｐ濃化層形成の程度も小さく、半田ぬれ不良や密着不良等の懸念も少ない。
【００３７】
なお、上記いずれの実施形態においても、図１０に示すように、金属端子パッド１７には半田ボール１４０を直接接合することができる。この場合、工程３に示すように、半田ボール１４０’をパッド１７上に載置し、その状態で、工程４に示すように、半田ボール１４０を、ボールを構成している半田の融点以上に加熱して溶融させ、パッド１７に接合すればよい。
【００３８】
また、亜共晶半田からなる半田ボールに代え、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金（例えばＳｎ−３質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕ）、Ｓｎ−Ｃｕ合金（例えばＳｎ−２質量％Ｃｕ）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｐｂ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金（例えばＳｎ−１０質量％Ｚｎ）、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金（例えばＳｎ−８質量％Ｚｎ−３質量％Ｂｉ）などのＳｎ合金からなる、融点（液相線温度）が２００℃以上の高温半田ボールを用いることもできる。
【００３９】
半田ボール１４０の接合を行なうと、パッド１７にもともと形成されていた最表層部のＡｕメッキ層５４は半田に溶融吸収され、下地のＮｉメッキ層５３と半田ボール１４０とが触する形となる。図５、図７、図９のように、Ａｕメッキ層５４と接するのが、図１０に示すごとくＮｉメッキ層５３（１２１，２２）である場合、Ａｕメッキ層５４を無電解還元型Ａｕメッキ層とすることで、半田ボール１４０とＮｉメッキ層５３との密着力を大幅に高めることができる。無電解還元型Ａｕメッキは、下地のＮｉ金属との置換反応が主体とならない一種の自己触媒型無電解Ａｕメッキである。Ａｕメッキ浴に使用する、Ａｕ金属源となる水溶性Ａｕ塩としては、ジシアノＡｕ（Ｉ）酸ナトリウム、ジシアノＡｕ（Ｉ）酸アンモニウム等のジシアノＡｕ（Ｉ）酸塩；テトラシアノＡｕ（ＩＩＩ）酸カリウム、テトラシアノＡｕ（ＩＩＩ）酸ナトリウム、テトラシアノＡｕ（ＩＩＩ）酸アンモニウム等のテトラシアノＡｕ（ＩＩＩ）酸塩；シアン化Ａｕ（Ｉ）、シアン化Ａｕ（ＩＩＩ）；ジクロロＡｕ（Ｉ）酸塩；テトラクロロＡｕ（ＩＩＩ）酸、テトラクロロＡｕ（ＩＩＩ）酸ナトリウム等のテトラクロロＡｕ（ＩＩＩ）酸化合物；亜硫酸Ａｕアンモニウム、亜硫酸Ａｕカリウム、亜硫酸Ａｕナトリウム等の亜硫酸Ａｕ塩；酸化Ａｕ、水酸化Ａｕ及びこれらのアルカリ金属塩等が挙げられるがこれらに限定されない。好ましくは、水溶性Ａｕ化合物はジシアノＡｕ（Ｉ）酸カリウム、テトラシアノＡｕ（ＩＩＩ）酸カリウム、テトラクロロＡｕ（ＩＩＩ）酸ナトリウム、亜硫酸Ａｕアンモニウム、亜硫酸Ａｕカリウム、亜硫酸Ａｕナトリウムである。水溶性Ａｕ化合物は、一種類のみを使用しても二種類以上を混合してもよい。これら水溶性Ａｕ化合物をＡｕイオンとして、例えば、０．１〜１０ｇ／Ｌ好ましくは１〜５ｇ／Ｌ含有することが適当である。この濃度が０．１ｇ／Ｌ未満であるとメッキ反応が遅いか又は起こり難くなり、一方、１０ｇ／Ｌを越えて多く配合してもそれに見合う効果の著しい向上は少なく、また、経済的ではない。
【００４０】
また、錯化剤は、メッキ浴中にＡｕイオンを安定に保持するが、ニッケルをメッキ浴中に実質的に溶解しないものである。このような錯化剤としては、例えばエチレンジアミン四酢酸などの公知のキレート剤や、特許文献２に開示された亜硝酸Ａｕ塩類、さらには、特許文献３に開示された分子内にホスホン酸基又はその塩を複数有する有機ホスホン酸又はその塩が挙げられる。錯化剤は、例えば、０．００５〜０．５モル／Ｌ、好ましくは０．０２〜０．２モル／Ｌの範囲で使用することが適当である。特に、メッキ浴に含有されるＡｕイオンに対して等モル以上の量で含有するのが好適である。また、Ａｕメッキ浴には、特許文献３に開示されたポリエチレンイミンを添加することも、前述の酸化皮膜形成抑制を図る上で有効である。
【００４１】
具体的な浴組成を以下に例示する：
シアン化第１金カリウム：２ｇ／Ｌ（金イオンとして）
エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸：０．１５モル／Ｌ
ポリエチレンイミン（分子量２０００）：５ｇ／Ｌ
ｐＨ：７．０
【００４２】
以下、Ａｕメッキ層として上記のような還元型無電解Ａｕメッキ層を用いることで、パッド１７に対する半田ボール１４０の接合強度を著しく高めることができることの、推定される理由について説明する。
【００４３】
図１１において、Ｎｉメッキ層５３上にＡｕメッキ層を従来の置換Ａｕメッキ層５４’として形成すると、メッキ浴中のＡｕとＮｉメッキ層５３側のＮｉとの置換反応は、析出したＡｕに覆われていない下地Ｎｉの露出部にメッキ浴が接触し、Ｎｉが浴中に溶出することで進行する。このとき、図中左下に示すように、Ｎｉメッキ層５３の表面には水系のメッキ浴との接触により酸化皮膜５６が形成される。他方、周囲に析出するＡｕは該酸化皮膜５６上にも回り込んで成長するため、形成されるＡｕメッキ層５４’とＮｉメッキ層との界面にも酸化皮膜５６が残留する。
【００４４】
このようにして形成されたパッド１７上に半田ボール１４０を接合すると、図１３に示すように、Ａｕメッキ層５４’が溶融した半田ボール１４０に溶け込み、Ｎｉメッキ層５３と半田１４０とが接触する。Ｎｉメッキ層５３中のＮｉ成分は、薄い酸化皮膜５６を透過して半田１４０側に拡散し、そのＳｎ成分と反応して幾分脆いＮｉ−Ｓｎ化合物層１４０ｃを形成すし、Ａｕメッキ層５４’の下側に形成されていた酸化皮膜５６と接することになる。該酸化皮膜５６とＮｉ−Ｓｎ化合物層１４０ｃとの密着強度が低いため、半田１４０との接合強度は低下しやすくなる。
【００４５】
しかしながら、図１２に示すように、還元型無電解Ａｕメッキ層からなるＡｕメッキ層５４を用いれば酸化皮膜の形成が抑制され、Ｎｉメッキ層５３と半田ボール１４０との接合強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の配線基板の一実施形態を示す平面図。
【図２】同じく裏面図。
【図３】本発明の配線基板の断面構造の一例を示す図。
【図４】ＢＧＡパッドによる接続構造を模式的に示す図。
【図５】本発明の第一における金属端子パッドの要部を示す断面模式図。
【図６】本発明の第二における金属端子パッドの要部を示す断面模式図。
【図７】本発明の第三における金属端子パッドの要部を示す断面模式図。
【図８】本発明の第三における金属端子パッドの別例の要部を示す断面模式図。
【図９】本発明の第四における金属端子パッドの要部を示す断面模式図。
【図１０】半田ボールを直接接合する工程を示す説明図。
【図１１】Ａｕメッキ層を形成する工程を、置換Ａｕメッキと還元Ａｕメッキとで対比して示す説明図。
【図１２】還元Ａｕメッキの効果発生機構を推定して説明する図。
【図１３】Ｎｉ−Ｓｎ化合物層の、半田との接合強度に及ぼす影響を説明する図。
【符号の説明】
【００４７】
１  配線基板
６  誘電体層
７  内層導体層
８，１８  ソルダーレジスト層
８ａ，１８ａ  開口
Ｌ１，Ｌ２  配線積層部
ＣＰ  第一主表面
１０，１７  金属端子パッド
３４  ビア
５１  メッキ用下地導電層  
５２  Ｃｕメッキ層
５３  Ｎｉメッキ層
２０，２１，２２，１２１  バリア金属層
５４  Ａｕメッキ層
【図１】
2004300570.tif 000003
【図２】
2004300570.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004300570.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004300570.tif 000008
【図７】
2004300570.tif 000009
【図８】
2004300570.tif 000010
【図９】
2004300570.tif 000011
【図１０】
2004300570.tif 000012
【図１１】
2004300570.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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