(57)【要約】【課題】  無害かつ低コストにワイヤボンディングを可能とする電子部品およびその製造方法を提供する。【解決手段】  基板１と、基板１の一方の面１ａに設けられた銅または銅を主成分とする導電層２と、を少なくとも備えた電子部品１０において、導電層２の表面２ａには銅粒子３を局所的に固着し、銅粒子３が存在していない導電層２の表面２ａを酸化銅膜４で被覆し、銅粒子３の表面３ａを酸化銅膜５で被覆する。酸化銅膜４および酸化銅膜５の厚みを０．５ｎｍ〜５ｎｍ、銅粒子３の粒径を０．０５μｍ〜０．５μｍとする。酸化銅膜４の表面４ａに酸化銅膜４を還元可能な還元剤溶液を塗布する工程Ａ、還元剤溶液が塗布された酸化銅膜４の表面４ａを大気中で加熱、乾燥し、導電層２の表面２ａに銅粒子３を局所的に固着させる工程Ｂを順に行う。還元剤溶液としては、ヒドラジンなどを用いる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板の一面に設けられた銅または銅を主成分とする導電層とを少なくとも備えた電子部品において、
前記導電層の表面には銅粒子が局所的に固着しており、該銅粒子の表面および銅粒子が存在していない前記導電層の表面は酸化銅膜で被覆されていることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
前記導電層の表面および前記銅粒子の表面を被覆している酸化銅膜の厚みは０．５ｎｍ〜５ｎｍ、かつ、銅粒子の粒径は０．０５μｍ〜０．５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
基板と、該基板の一面に設けられた銅または銅を主成分とする導電層と、該導電層の表面に形成された酸化銅膜とを少なくとも備えた電子部品を用い、前記酸化銅膜の表面に酸化銅膜を還元可能な還元剤溶液を塗布する工程Ａ、該還元剤溶液が塗布された酸化銅膜の表面を大気中で加熱、乾燥し、前記導電層の表面に銅粒子を局所的に固着させる工程Ｂを順に行うことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項４】
前記還元剤溶液としては、ヒドラジン、テトラヒドロホウ酸ナトリウム、ホルマリンから選択される少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項３に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、プリント配線板上の電極と電子部品との接合強度を向上させた電子部品およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子材料分野においては、種々の用途にめっき膜が利用されている。また、その用途に応じて、電気めっき法または無電解めっき法が使い分けられている。
特に、半導体チップとプリント配線板の端子部との間の導通を得るためには、ワイヤボンディングが広く用いられている。ワイヤボンディングを施す際には、金属細線を接合する端子部にボンディング用めっきが施される。このボンディング用めっきとしては、通常、高純度の金めっきが施されている。
【０００３】
ボンディング用めっきとして、金めっきを施すためには、一般的に、シアン系のめっき浴が用いられている。しかし、環境意識の高まりから、次第にシアン系化合物のように毒性の強い薬品は敬遠されつつある。
【０００４】
そこで、特許文献１で開示されているように、金属超微粒子を含む溶液を端子部の表面に吹き付けた後、熱処理を施して、めっきの代替とする方法が開発されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１で開示されている方法は、金属超微粒子を含む溶液の価格が高く、めっきに比べて製造コストが上昇するという問題がある。また、熱処理工程を必要とするため、処理時間が長くなるという欠点がある。
【特許文献１】特開２００２−３３４６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、無害かつ低コストにワイヤボンディングを可能とする電子部品およびその製造方法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】
本発明は、上記課題を解決するために、基板と、該基板の一面に設けられた銅または銅を主成分とする導電層と、を少なくとも備えた電子部品において、前記導電層の表面には銅粒子が局所的に固着しており、該銅粒子の表面および銅粒子が存在していない前記導電層の表面は酸化銅膜で被覆されている電子部品を提供する。
【０００８】
上記構成の電子部品において、前記導電層の表面および前記銅粒子の表面を被覆している酸化銅膜の厚みは０．５ｎｍ〜５ｎｍ、かつ、銅粒子の粒径は０．０５μｍ〜０．５μｍであることが好ましい。
【０００９】
本発明は、基板と、該基板の一面に設けられた銅または銅を主成分とする導電層と、該導電層の表面に形成された酸化銅膜と、を少なくとも備えた電子部品を用い、前記酸化銅膜の表面に酸化銅膜を還元可能な還元剤溶液を塗布する工程Ａ、該還元剤溶液が塗布された酸化銅膜の表面を大気中で加熱、乾燥し、前記導電層の表面に銅粒子を局所的に固着させる工程Ｂを順に行う電子部品の製造方法を提供する。
【００１０】
上記電子部品の製造方法において、前記還元剤溶液としては、ヒドラジン、テトラヒドロホウ酸ナトリウム、ホルマリンから選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電子部品は、多数の銅粒子が凝集して塊状をなし、導電層の表面に局所的に固着しており、銅粒子の表面および銅粒子が存在していない導電層の表面は酸化銅膜で被覆されているから、導電層と金属細線との接合において、金属細線が多数の銅粒子と接触するから、金めっきと同等の十分な接合強度が得られる。また、導電層の表面に金めっきを施す必要がなくなるから、無害かつ低コストにワイヤボンディングが可能となる。
【００１２】
また、導電層の表面および銅粒子の表面を被覆している酸化銅膜の厚みは０．５ｎｍ〜５ｎｍ、かつ、銅粒子の粒径は０．０５μｍ〜０．５μｍであるから、導電層２に金属細線を接合する際に、金属細線が多数の銅粒子３と接触し、この両者の接触面積が大きくなるから、金めっきと同等の十分な接合強度が得られる。
【００１３】
本発明の電子部品の製造方法によれば、酸化銅膜の表面に、酸化銅膜を還元可能な還元剤溶液を塗布し、酸化銅膜の表面を大気中で加熱、乾燥することにより、酸化銅膜を還元すると同時に、導電層の表面に粒径０．０５μｍ〜０．５μｍの銅粒子を局所的に固着させることができる。したがって、この電子部品とプリント配線板とをワイヤボンディングにより接続する際に、予め端子部に金めっきを施すことなく、十分な接合強度を確保して両者を接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明をその実施形態に基づいて、詳しく説明する。
図１は、本発明の電子部品の一例を模式的に示す断面図であり、電子部品の一部を示すものである。図２は、本発明の電子部品の表面をＳＥＭで観察した写真である。
この電子部品１０は、基板１と、導電層２と、銅粒子３と、酸化銅膜４、５とから概略構成されている。
【００１５】
この電子部品１０では、基板１の一方の面１ａには、この電子部品の電極をなし、所定の平面形状の銅または銅を主成分とする導電層２が設けられている。
基板１としては、特に制限されないが、例えば各種半導体装置、各種電子装置などに用いられる基板が用いられる。
【００１６】
また、導電層２の表面２ａには銅粒子３が局所的に固着しており、銅粒子３が存在していない導電層２の表面２ａは酸化銅膜４で被覆され、銅粒子３の表面３ａは酸化銅膜５で被覆されている。
なお、図１では説明を簡略化するために、１つの銅粒子３が導電層２の表面２ａに固着している状態を示しているが、図２に示すように、実際には多数の銅粒子３が凝集して塊状をなして微小な凹凸を形成し、導電層２の表面２ａに固着している。
【００１７】
銅粒子３の粒径は０．０５μｍ〜０．５μｍであることが好ましい。銅粒子３の粒径がこの範囲内であれば、導電層２の表面２ａには多数の銅粒子３が凝集してなる微小な凹凸が形成される。したがって、導電層２に金属細線を接合する際に、金属細線が多数の銅粒子３と接触し、この両者の接触面積が大きくなるから、金めっきと同等の十分な接合強度が得られる。
【００１８】
銅粒子３の粒径が０．０５μｍ未満では、多数の銅粒子３が凝集してなる微小な凹凸が形成されなくなるため、導電層２と金属細線との接合において、十分な接合強度が得られない。一方、粒径が０．５μｍを超えると、導電層２の表面２ａに形成される凹凸が大きくなり過ぎるため、金属細線と接触する銅粒子３の数が少なくなり、結果としてこの両者の接触面積が小さくなるから、十分な接合強度が得られなくなる。
【００１９】
また、酸化銅膜４および酸化銅膜５の厚みは０．５ｎｍ〜５ｎｍであることが好ましく、０．５ｎｍ〜２．０ｎｍであることがより好ましい。本発明の電子部品では、その製造方法により、酸化銅膜４および酸化銅膜５の厚みは少なくとも０．５ｎｍとなる。また、酸化銅膜４および酸化銅膜５の厚みが５ｎｍを超えると、超音波接合時に酸化銅膜４および酸化銅膜５が破壊されないため、ボンディングワイヤを接合することができない。
【００２０】
この電子部品１０では、多数の銅粒子３が凝集して塊状をなし、導電層２の表面２ａに局所的に固着しており、銅粒子３が存在していない導電層２の表面２ａは酸化銅膜４で被覆され、銅粒子３の表面３ａは酸化銅膜５で被覆されているため、導電層２と金属細線との接合において、金属細線が多数の銅粒子３と接触するから、金めっきと同等の十分な接合強度が得られる。さらに、導電層２の表面２ａに金めっきを施す必要がないから、無害かつ低コストにワイヤボンディングが可能となる。
【００２１】
次に、図３、図４を用いて本発明に係る電子部品の製造方法について説明する。
まず、基板１の一方の面１ａに、銅または銅を主成分とする金属箔を貼付した後にエッチングして、図３（ａ）に示すように、所定形状の導電層２を形成する。
導電層２が設けられた基板１は、大気中で酸化されて、図３（ｂ）に示すように、導電層２の表面２ａに酸化銅膜４が形成されている。
【００２２】
次いで、酸化銅膜４の表面４ａに、酸化銅膜４を還元可能な還元剤溶液を塗布することによって、酸化銅膜４が還元されて、還元剤溶液中に銅イオンが遊離する。この段階で、表面の酸化銅膜はほとんどなくなってしまう。
【００２３】
酸化銅膜４の表面４ａに、酸化銅膜４を還元可能な還元剤溶液を塗布する方法としては、特に限定されないが、例えばインクジェット方式、刷毛を用いた方式、スプレー方式、ローラー方式などが用いられる。
【００２４】
続いて、大気中で、常温〜２００℃程度に加熱することにより、還元剤溶液中に遊離した銅イオンが微粒子として析出し、この微粒子が凝集して、図４に示すように、導電層２の表面２ａに銅粒子３ｂとして固着する。引き続いて、銅の微粒子が銅粒子３ｂ上に堆積するが、酸化銅膜４の表面４ａの加熱を続け、乾燥させると、導電層２の表面２ａには粒径０．０５μｍ〜０．５μｍの銅粒子３が完全に固着される。これにより、銅粒子３は、導電層２の表面２ａに局所的に固着する。これと同時に、加熱により、酸化銅膜４の表面４ａには、さらに酸化銅膜が形成され、銅粒子３の表面３ａには、酸化銅膜５が形成される。このように形成された酸化銅膜４および酸化銅膜５の厚みは０．５ｎｍ〜５ｎｍとなる。
【００２５】
なお、図４では説明を簡略化するために、１つの銅粒子３が導電層２の表面２ａに固着している状態を示しているが、図２に示すように、実際には多数の銅粒子３が凝集して塊状をなして微小な凹凸を形成し、導電層２の表面２ａに固着する。
【００２６】
この工程において、還元剤溶液としては、常温で酸化銅膜４を還元可能なヒドラジン、テトラヒドロホウ酸ナトリウム、ホルマリンから選択される少なくとも１種が用いられる。これらの中でも、還元能力が高いため、還元効率に優れていることから、ヒドラジンが好ましい。
【００２７】
このように、本発明に係る電子部品の製造方法によれば、酸化銅膜４の表面４ａに、酸化銅膜４を還元可能な還元剤溶液を塗布し、導電層２の表面２ａを大気中で加熱、乾燥することにより、酸化銅膜４を還元すると同時に、導電層２の表面２ａに粒径０．０５μｍ〜０．５μｍの銅粒子３を局所的に固着させることができる。したがって、この電子部品とプリント配線板とをワイヤボンディングにより接続する際に、予め端子部（ここでは導電層２）に金めっきを施すことなく、十分な接合強度を確保して両者を接続することができる。また、導電層２の表面２ａに金めっきを施す必要がないから、無害かつ低コストにワイヤボンディングが可能となる。
【００２８】
次に、本発明を用いて、ワイヤボンディングを用いて半導体チップをプリント配線板に実装する方法を示す。
図５は、ワイヤボンディングを用いて半導体チップをプリント配線板に実装した電子部品を示す模式図である。
図５中、符号２０は半導体チップ、３０はプリント配線板、４０はワイヤボンディング用の金属細線を示している。
【００２９】
半導体チップ２０を、プリント配線板３０に実装するには、まず、両者の端子部をなす銅または銅を主成分とする導電層の表面に、導電層の表層をなす酸化銅膜を還元可能な還元剤溶液を塗布し、導電層の表面を大気中で加熱、乾燥する。次いで、金からなる金属細線４０を用いて、半導体チップ２０の端子部とプリント配線板３０の端子部とをワイヤボンディングにより、両者を電気的に接続する。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３１】
（実施例）
Ｌ／Ｓ＝１００／１００の半導体チップ、Ｌ／Ｓ＝２００／２００のプリント基板を用意した。
両者の端子部の表面にインクジェット方式により、ヒドラジン８０質量％溶液からなる還元剤溶液を塗布した後、大気中、約８０℃で加熱、乾燥した。
この後、外径２５μｍの金からなる金属細線を用いて、半導体チップの端子部とプリント配線板の端子部とをワイヤボンディングにより電気的に接続した。
ワイヤボンディングにおける接合条件を、超音波出力を二段階に分けて行う方式とした。一段目の接合条件は、超音波出力１３０ｍＷ、時間１０ｍｓｅｃ、荷重３０ｇｆとし、二段目の接合条件は、超音波出力１９０ｍＷ、時間１５ｍｓｅｃ、荷重９０ｇｆとした。
ワイヤボンディング後の金属細線の引張試験を行って、端子部と金属細線の接合強度を調べた。その結果、各端子部と金属細線との間の引張強さは７ｇｆであった。
【００３２】
（比較例）
Ｌ／Ｓ＝１００／１００の半導体チップ、Ｌ／Ｓ＝２００／２００のプリント基板を用意した。
両者の端子部の表面にニッケル／金（４μｍ／１μｍ）めっきを施した後、外径２５μｍの金からなる金属細線を用いて、半導体チップの端子部とプリント配線板の端子部とをワイヤボンディングにより電気的に接続した。
ワイヤボンディングにおける接合条件を、超音波出力を二段階に分けて行う方式とした。一段目の接合条件は、超音波出力１３０ｍＷ、時間１０ｍｓｅｃ、荷重３０ｇｆとし、二段目の接合条件は、超音波出力１９０ｍＷ、時間１５ｍｓｅｃ、荷重９０ｇｆとした。
ワイヤボンディング後の金属細線の引張試験を行って、端子部と金属細線の接合強度を調べた。その結果、各端子部と金属細線との間の引張強さは１０ｇｆであった。
【００３３】
実施例と比較例を比べると、実施例の接合強度は、比較例よりも若干劣るものの、実用的には十分な強度が得られ、電気的接続も十分に確保されていた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の電子部品およびその製造方法は、電子材料分野におけるワイヤボンディング用途であれば、半導体チップとプリント配線板の端子部との接合以外の電気的接続にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の電子部品の一例を模式的に示す断面図であり、電子部品の一部を示すものである。
【図２】本発明の電子部品の表面をＳＥＭで観察した写真である。
【図３】本発明に係る電子部品の製造方法を説明する概略断面図である。
【図４】本発明に係る電子部品の製造方法を説明する概略断面図である。
【図５】ワイヤボンディングを用いて半導体チップをプリント配線板に実装した電子部品を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・基板、２・・・導電層、３・・・銅粒子、４，５・・・酸化銅膜、１０・・・電子部品、２０・・・半導体チップ、３０・・・プリント配線板、４０・・・金属細線。
【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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