(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の電極が半田を介して接続される配線層を有する配線基板であって、前記配線層のうち少なくとも電子部品の電極が半田を介して接続される領域の表面に、ニッケル−ホウ素めっき層、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層、金めっき層を順次被着させたことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記合金めっき層の厚さが0.05μｍ乃至２μｍであることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記ニッケル−ホウ素めっき層のホウ素含有量が0.05重量％乃至３重量％であることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項４】
前記合金めっき層のリン含有量が２重量％以下であることを特徴とする請求項１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、半導体素子や容量素子・抵抗器等の電子部品が半田を介して搭載される配線基板であって、その表面の配線層に無電解法によってめっき層を被着させて成る配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子や容量素子・抵抗器等の電子部品が搭載される配線基板は、一般に、酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体と、この絶縁基体の上面から下面にかけて形成されたタングステン・モリブデン等の高融点金属材料から成る複数個の配線層とから構成されており、絶縁基体の上面に半導体素子や容量素子・抵抗器等の電子部品を搭載するとともにこのような電子部品の各電極を配線層に半田を介して電気的に接続するようになっている。
【０００３】
このような配線基板は、配線層の絶縁基体下面に導出されている部位を外部電気回路基板の配線導体に半田等を介し接続することによって外部電気回路基板上に実装され、同時に配線基板に搭載されている電子部品の各電極が所定の外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【０００４】
また、上述の配線基板は配線層の少なくとも電子部品が半田を介して接続される領域にニッケル−リン合金またはニッケル−ホウ素合金から成るニッケルめっき層と金めっき層が順次被着されており、このニッケルめっき層によってタングステン等の高融点金属材料から成る配線層に対する半田の接合を良好とし、金めっき層によってニッケルめっき層表面にニッケルの酸化物が形成されて半田接合性等が劣化するのを防止している。
【０００５】
なお、このようなニッケルめっき層の表面に無電解法により金めっき層を被着させる場合には、ニッケルが金の析出被着に対して触媒不活性で、自己触媒法による金めっき層の被着が不可能であることから、通常は置換めっき法、つまり、ニッケルを酸化溶出させるとともに、金を還元析出させる方法が用いられている。
【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おいて、配線層上の電子部品が半田を介して接続される領域にニッケル−リン合金から成るニッケルめっき層を被着させた場合、ニッケル−リン合金のリン成分が不活性であることおよびタングステンやモリブデン等の高融点金属材料から成る配線層の表面が粗面であること等から配線層の表面全面にニッケル−リン合金から成るニッケルめっき層を均一に被着させることができず、多数のピンホール（小穴）やボイド（小空隙）を有したものとなり、その結果、ピンホールやボイド内にめっき液が残留し易く、ピンホールやボイド内にめっき液が残留しているとこれが電子部品を配線層に半田を介して接続させる際の熱によって金めっき層上にしみ出し、斑点状のしみを形成して外観不良を生じるという問題点があった。
【０００７】
また、配線層上にニッケル−ホウ素合金から成るニッケルめっき層を被着させた場合、ニッケル−ホウ素合金が酸化し易く、耐蝕性に劣ることから、置換めっき法により金めっき層を被着させる際に金の還元析出に必要な量以上のニッケルが酸化して酸化層を形成してしまい、金めっき層をニッケルめっき層の表面に強固に被着させることができなくなってしまうという問題点もあった。
【０００８】
一方、最近では配線層上に電子部品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、電子部品を配線層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。
【０００９】
このような高い温度を必要とする鉛フリー半田を用いる場合においては、上記のような従来の配線基板では、多量のニッケル原子が容易に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ため、半田の濡れ性やシェアー試験等により評価される接合強度を劣化させてしまうという問題点もあった。
【００１０】
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、斑点状のしみの発生による外観不良や金めっき層とニッケルめっき層との間に剥離や膨れが発生するのを有効に防止し、配線層に電子部品を半田を介して強固に取着することができる配線基板を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、電子部品の電極が半田を介して接続される配線層を有する配線基板であって、前記配線層のうち少なくとも電子部品の電極が半田を介して接続される領域の表面に、ニッケル−ホウ素めっき層、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層、金めっき層を順次被着させたことを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明の配線基板は、上記構成において、前記合金めっき層の厚さが0.05μｍ乃至２μｍであることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに本発明の配線基板は、上記構成において、前記ニッケル−ホウ素めっき層のホウ素含有量が0.05重量％乃至３重量％であることを特徴とするものである。
【００１４】
またさらに本発明の配線基板は、上記構成において、前記合金めっき層のリン含有量が２重量％以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の配線基板によれば、配線層のうち少なくとも電子部品の電極が半田を介して接続される領域の表面に、ニッケル−ホウ素めっき層、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層、金めっき層を順次被着させ、配線層の表面に直接、触媒活性の強いホウ素を含有するニッケル−ホウ素めっき層を被着させたことから、配線層にニッケル−ホウ素めっき層をピンホールやボイド等を生じることなく表面を極めて平滑として均一厚みに、かつ強固に被着させることができる。また、ニッケル−ホウ素めっき層上に、ニッケル−ホウ素めっき層および金めっき層のいずれとも密着性が良好である白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層を被着させたことから、ニッケル−ホウ素めっき層上に金めっき層を強固に被着させることができる。さらに、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層上に、耐蝕性に優れ、かつ半田との濡れ性に優れる金めっき層を被着させたことから、ニッケル−ホウ素めっき層および白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層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半田を強固に接合させることができる。その結果、配線基板の配線層に斑点状のしみや膨れが発生するのを有効に防止することができるとともに、配線層に電子部品の電極を半田を介して極めて強固に接続することができる。
【００１６】
【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。
【００１７】
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は配線層である。この絶縁基体１と配線層２とで半導体素子３を搭載するための配線基板４が形成される。
【００１８】
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、この搭載部の表面に露出した配線層２に半導体素子３の電極が半田ボール５を介して接続される。
【００１９】
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なすとともに、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な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）を得た後に、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、最後に積層されたセラミックグリーンシートを還元雰囲気中にて約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２０】
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層２が被着形成されており、配線層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。
【００２１】
配線層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機能を有し、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・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される。
【００２２】
配線層２には、図２に要部拡大断面図で示すように、少なくとも半導体素子３の電極が半田ボール５を介して接続される領域に、ニッケル−ホウ素めっき層６、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７および金めっき層８が順次被着されている。
【００２３】
ニッケル−ホウ素めっき層６は、配線層２に白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７および金めっき層８を密着性良く被着させる下地金属層として機能する。
【００２４】
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めっき法により、配線層２の表面に所定厚みに被着される。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、配線層２の表面が粗面であるとしてもニッケル−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、同時に表面を極めて平滑として均一厚みに、かつ強固に被着させることができる。
【００２５】
なお、ニッケル−ホウ素めっき層６は、ホウ素の含有量が0.05重量％未満の少ないものとなるとニッケル−ホウ素めっき層６の耐蝕性が劣化して酸化し易くなる傾向にあり、また３重量％を超えると電気抵抗が上昇し、配線基板としての特性が劣化してしまう傾向にある。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重量％乃至３重量％の範囲としておくことが好ましい。
【００２６】
またニッケル−ホウ素めっき層６は、その厚さが１μｍ未満と薄いものになるとニッケル−ホウ素めっき層６を粗面な配線層２に表面を極めて平滑として均一厚みに被着させるのが困難となってしまう傾向にあり、また８μｍを超えると内部応力が大きくなって配線層２にニッケル−ホウ素めっき層６を強固に被着させることが困難となってしまう傾向にある。従って、ニッケル−ホウ素めっき層６は、その厚さを１μｍ乃至８μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００２７】
さらに、ニッケル−ホウ素めっき層６上には、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７が所定厚みに被着されており、この白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７は、ニッケル−ホウ素めっき層６に金めっき層８を強固に被着接合させる機能を有する。
【００２８】
白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７は、ジニトロジアンミン白金・テトラニトロ白金酸塩・ロジウム塩・ルテニウム塩等の白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種を含む化合物とリン系還元剤、例えば次亜リン酸ナトリウムや亜リン酸等とを含む無電解めっき浴を用いた無電解めっき法により、ニッケル−ホウ素めっき層６上に被着される。この場合、下地のニッケル−ホウ素めっき層６は表面が極めて平滑であること、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７はめっき液中の白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種が還元剤で還元析出される自己触媒反応によりニッケル−ホウ素めっき層６上に被着され、ニッケル−ホウ素めっき層７を酸化させることがないことから、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７をニッケル−ホウ素めっき層６表面にピンホールやボイド等を形成することなく均一厚みに、かつ強固に被着させることができる。
【００２９】
なお、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７は、リンの含有率が２重量％を超えると、金との密着の悪いリン成分が増大して後述する金めっき層８の密着性が劣化する傾向にある。従って、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７は、リンの含有量を２重量％以下の範囲としておくことが好ましい。
【００３０】
また白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７は、その厚みが0.05μｍ未満と薄いものとなった場合は、ニッケル−ホウ素めっき層６を完全に被覆することができず、金めっき層８の被着強度が弱くなってしまう傾向にあり、また２μｍを超えると内部応力が大きくなってニッケル−ホウ素めっき層６への被着強度が低いものとなってしまう傾向がある。従って、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７は、その厚さを0.05μｍ乃至２μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００３１】
さらに、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７の表面には金めっき層８が所定厚みに被着されており、金めっき層８は、ニッケル−ホウ素めっき層６および白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７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、半田を配線層２に強固に接合させる機能を有する。
【００３２】
金めっき層８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液を用いる無電解めっき法により、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７の表面に形成される。
【００３３】
なお、この場合、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７が耐蝕性に優れることから、金を還元させるに必要な量以上に白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７が酸化してしまうことはなく、金めっき層８を白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７上に強固に被着形成させることができる。
【００３４】
金めっき層８は、その厚みが0.05μｍ未満の薄いものとなると、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層７やニッケル−ホウ素めっき層６の酸化を防ぐことが困難となり、また0.3μｍを超えて厚くなると、半導体素子３の電極を配線層２に接続する半田ボール５との間で金−錫等の脆い金属間化合物が形成され、接続部の長期信頼性を低いものとしてしまうおそれがある。従って、金めっき層８は、その厚さを0.05μｍ乃至0.3μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００３５】
一方、半導体素子３が搭載された絶縁基体１は、その上面に蓋体９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９と絶縁基体１とによって半導体素子３を気密に封止するようになっている。
【００３６】
蓋体９は、酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体・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1600℃の温度で焼成することによって形成される。
【００３７】
かくして本発明の配線基板４によれば、絶縁基体１上面の搭載部の表面に露出した配線層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・機械的に接続した後に、絶縁基体１の上面に金属やセラミックスから成る蓋体９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９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。
【００３８】
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よい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、配線層のうち少なくとも電子部品の電極が半田を介して接続される領域の表面に、ニッケル−ホウ素めっき層、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層、金めっき層を順次被着させ、配線層の表面に直接、触媒活性の強いホウ素を含有するニッケル−ホウ素めっき層を被着させたことから、配線層にニッケル−ホウ素めっき層をピンホールやボイド等を生じることなく表面を極めて平滑として均一厚みに、かつ強固に被着させることができる。また、ニッケル−ホウ素めっき層上に、ニッケル−ホウ素めっき層および金めっき層のいずれとも密着性が良好である白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層を被着させたことから、ニッケル−ホウ素めっき層上に金めっき層を強固に被着させることができる。さらに、白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層上に、耐蝕性に優れ、かつ半田との濡れ性に優れる金めっき層を被着させたことから、ニッケル−ホウ素めっき層および白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層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半田を強固に接合させることができる。その結果、配線基板の配線層に斑点状のしみや膨れが発生するのを有効に防止することができるとともに、配線層に電子部品の電極を半田を介して極めて強固に接続することができる。
【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・・・・配線層
３・・・・半導体素子
４・・・・配線基板
５・・・・半田ボール
６・・・・ニッケル−ホウ素めっき層
７・・・・白金・ロジウム・ルテニウムの少なくとも１種とリンとの合金めっき層
８・・・・金めっき層
【図１】
0003771854.tif 000002
【図２】
0003771854.tif 000003