JP2007031826A - 接続用端子、およびこれを有する半導体搭載用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 はんだ接続信頼性に優れるとともに、加熱処理によってもワイヤボンディングの成功が妨げられない接続用端子を提供すること。
【解決手段】 導体端子２上に、無電解ニッケルめっき皮膜３、無電解パラジウムめっき皮膜４、及び、無電解金めっき皮膜５が順次形成されている接続用端子であって、上記無電解ニッケルめっき皮膜３の厚さが０．１〜０．５μｍの範囲である、接続用端子。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接続用端子、およびこれを有する半導体搭載用基板に関する。

電子部品を搭載するプリント配線板や、半導体素子を直接搭載する半導体搭載用基板は、近年、高密度化が進んでおり、電子部品の実装方法においては、電子部品の端子ピンを配線板のスルーホールに挿入してはんだで固定する実装方法から、配線板の表面層のはんだ接続端子にはんだで固定する表面実装方法に変わってきている。

端子ピンをスルーホールに挿入してはんだで固定する方法は、端子ピンをスルーホールに差し込み、溶融したはんだ浴に浮かべて、はんだがスルーホール内に毛管現象によって浸透することを利用している。一方、表面実装方法は、配線板上の端子にはんだペーストを印刷し、その後、表面実装用の電子部品をはんだ端子の上に乗せてリフロー炉ではんだを溶融させて電子部品のリードと端子とを接合している。

表面実装用の電子部品には、はんだ接続用のリード端子を平行２列に形成したデュアルインラインパッケージ（以下、「ＤＩＰ」という。）や、正方形のパッケージの４辺にリード端子を設けたクワッドフラットパッケージ（以下、「ＱＦＰ」という。）等がある。また、パッケージの裏面に格子状に配列したはんだボールで配線板上の端子と接続するボールグリッドアレイ（以下、「ＢＧＡ」という。）がある。このＢＧＡを配線板に搭載する方法は、はんだボール接続用端子上にはんだペーストやフラックスを印刷し、ＢＧＡを乗せると共に、その他のはんだバンプを有する電子部品、はんだパンプを有する半導体チップ等を配置し、リフロー炉ではんだを部分的に溶融させて、はんだボールと接合する。はんだボールを接続するのに用いる半導体搭載用基板としては、上記ＢＧＡの他にも、チップサイズパッケージ（以下、「ＣＳＰ」という。）や、マルチチップモジュール（以下、「ＭＣＭ」という。）などが挙げられる。

これらのはんだ接続用端子には、半導体搭載用基板上に形成された導体端子上にニッケルめっき皮膜、および金めっき皮膜を順次形成したもの、もしくはニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜および金めっき皮膜を順次形成したものがある。これらのうち、無電解めっきで形成されたはんだ接続用端子を有する半導体搭載用基板は、電解めっきを行う際に必要となるリード線を引き回す必要が無く、基板の高密度化に有利である。

はんだ接続用端子を構成する上記金めっき皮膜は、はんだ接続以前の熱処理で銅等の導体表面が熱酸化して、はんだの濡れ性が低下し、接続性不良になることを防止するために形成されている。また、上記パラジウム皮膜は、特に無電解めっきの場合、置換型無電解金めっきを行う際のニッケルめっき皮膜の腐食を防止し、はんだ接続信頼性に優れたはんだ接続用端子を提供するために形成されている（例えば、下記非特許文献１参照）。なお、はんだ接続信頼性が低い、または接続性不良とは、はんだ接続部が冷熱繰り返し試験や熱衝撃試験等により破壊され、電気的に不通になることを意味する。

また、上記金めっき皮膜は、半導体搭載用基板に、半導体素子を金ワイヤを用いて搭載するためのワイヤボンディング用導体端子の表面皮膜としても形成されている。また、上記パラジウムめっき皮膜は、特に無電解めっきの場合、半導体素子を基板に金ワイヤを用いて搭載する際、加熱処理によってもワイヤボンディングの成功が妨げられないワイヤボンディング用端子を提供するために形成されている（例えば、下記特許文献１参照）。ここで、加熱処理としては、例えば、めっきを行った後に、水分を除去するために乾燥するときに加わる熱がある。

ここで、半導体搭載用基板上に形成されたワイヤボンディング用端子は、多くの製造工程において、はんだ接続用端子と同時に、それぞれの導体端子上にニッケルめっき皮膜、および金めっき皮膜を順次形成、もしくはニッケルめっき皮膜、パラジウムめっき皮膜および金めっき皮膜を順次形成することで得られる。

一方、導体の端子上に、ニッケルめっき皮膜および金めっき皮膜が順次形成されているはんだ接続用端子において、はんだ接続時、上記ニッケルめっき皮膜および上記金めっき皮膜がすべてはんだに溶解することを特徴とする、はんだ接続用端子が提案されている（下記特許文献２参照）。これは、ニッケルめっき皮膜の厚さを従来と比較して薄く形成することで、はんだ接続時、はんだと接続用端子の素材が接触することにより、はんだ接続信頼性を向上することができるものである。
特許第３３４５５２９号公報 特開２００４−１４０３０３号公報 Proceedings ofSMTA International,SMTA,Edina,MN,2000;p.225.

近年の電子部品は小型化が急速に進行し、それに伴い、半導体搭載用基板の微細配線化も著しく進行している。例えば、基板上のワイヤボンディング用端子においては、端子間のスペースが２５μｍ以下となっている。しかしながら、従来のニッケル皮膜の厚さは３μｍから１０μｍ程度であり、この狭スペースの配線パターンにニッケルめっき皮膜を形成した場合、端子間の短絡が生じる可能性が大きくなってしまう。このことから、基板を高密度化した場合であっても、端子間の短絡の発生を十分に抑制することができる、基板の高密度化に有利な接続用端子の提供が強く望まれる。また、はんだ接続信頼性にも優れた接続用端子、およびそれを有する半導体搭載用基板を提供する必要がある。さらには、加熱処理によってもワイヤボンディングの成功が妨げられない接続用端子、およびそれを有する半導体搭載用基板を提供する必要がある。

上記の問題を鑑みて、本発明は、はんだ接続信頼性に優れるとともに、加熱処理によってもワイヤボンディングの成功が妨げられない接続用端子、及び、それを有する半導体搭載用基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、導体の端子上に、無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜、及び、無電解金めっき皮膜が順次形成されている接続用端子であって、上記無電解ニッケルめっき皮膜の厚さが０．１〜０．５μｍの範囲である接続用端子を提供する。

本発明の接続用端子は、はんだ接続用端子及びワイヤボンディング用端子の双方に用いることができ、いずれの用途に用いた場合でも優れた特性を得ることができる。すなわち、本発明の接続用端子をはんだ接続用端子として用いた場合、無電解ニッケルめっき皮膜の厚さが上記範囲であることにより、はんだ接続時に無電解ニッケルめっき皮膜がすべてはんだに溶解しやすく、優れたはんだ接続信頼性を得ることができる。また、本発明の接続用端子をワイヤボンディング用端子として用いた場合、無電解ニッケルめっき皮膜の厚さが上記範囲であることにより、端子間の短絡を抑制しつつ高精細配線上への無電解ニッケルめっき皮膜の形成が可能であるとともに、無電解パラジウムめっき皮膜を有することにより、加熱処理によってもワイヤボンディングの成功が妨げられず、加熱処理後でも十分に高い成功率でワイヤボンディングを行うことができる。更に、本発明の接続用端子によれば、他の金属めっき皮膜と比較して電気抵抗の大きいニッケルめっき皮膜の厚さを上記範囲内にまで薄くすることで、はんだ接続用端子及びワイヤボンディング用端子のいずれの用途に用いた場合でも、良好な電気特性を得ることができる。

また、本発明の接続用端子において、上記無電解ニッケルめっき皮膜、上記無電解パラジウムめっき皮膜、及び、上記無電解金めっき皮膜の合計の厚さが０．２〜２．０μｍの範囲であることが好ましい。上記各めっき皮膜の合計の厚さが上記範囲であることにより、本発明の接続用端子をはんだ接続用端子として用いた場合、はんだ接続時に、無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウム皮膜、及び、無電解金めっき皮膜がすべてはんだに溶解し、より優れたはんだ接続信頼性を得ることができる。また、上記各めっき皮膜の合計の厚さが上記範囲であることにより、本発明の接続用端子をワイヤボンディング用端子として用いた場合、端子間の短絡を抑制しつつより高精細な配線上への無電解ニッケルめっき皮膜の形成が可能となる。

また、本発明の接続用端子において、上記無電解ニッケルめっき皮膜は、ニッケル又はニッケル合金の無電解めっき皮膜であることが好ましい。

また、本発明の接続用端子において、上記無電解パラジウムめっき皮膜は、パラジウム又はパラジウム合金の無電解めっき皮膜であることが好ましい。

また、本発明の接続用端子において、上記無電解金めっき皮膜は、金又は金合金の無電解めっき皮膜であることが好ましい。

また、本発明の接続用端子において、上記無電解金めっき皮膜は、置換型無電解金めっき皮膜を含むものであることが好ましい。

更に、本発明の接続用端子において、上記無電解金めっき皮膜は、置換型無電解金めっき皮膜と、該置換型無電解金めっき皮膜上に形成された還元型無電解金めっき皮膜とを含む多層皮膜であることが好ましい。

本発明はまた、上記本発明の接続用端子を有する半導体搭載用基板を提供する。ここで、本発明の半導体搭載用基板は、上記接続用端子を、はんだ接続用端子及び／又はワイヤボンディング用端子として有するものであることが好ましい。

はんだ接続信頼性に優れるとともに、加熱処理によってもワイヤボンディングの成功が妨げられない接続用端子、及び、それを有する半導体搭載用基板を提供することを目的とする。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の接続用端子の好適な一実施形態を示す模式断面図であり、図２は、本発明の半導体搭載用基板の好適な一実施形態を示す模式断面図である。図１に示すように、本発明の接続用端子１は、導体端子２上に、無電解ニッケルめっき皮膜３、無電解パラジウムめっき皮膜４、及び、無電解金めっき皮膜５が順次形成されてなるものである。そして、無電解ニッケルめっき皮膜３の厚さは、０．１〜０．５μｍの範囲となっている。かかる本発明の接続用端子１によれば、導体端子２上の無電解ニッケルめっき皮膜３がはんだに溶解するため、はんだ接続用端子として優れた接続信頼性を得ることができる。また、本発明の接続用端子１によれば、ワイヤボンディング用端子として使用した場合、例えば２５μｍ以下のスペース幅の微細パターンを有する基板において、端子間又は配線間の短絡の可能性を著しく小さくでき、加熱処理後でも十分に高い成功率でワイヤボンディングを行うことが可能となる。また、本発明の接続用端子１において、無電解ニッケルめっき皮膜３、無電解パラジウムめっき皮膜４、及び、無電解金めっき皮膜５は、はんだ接続時、すべてはんだに溶解するものであることが好ましい。かかる本発明の接続用端子１によれば、導体端子２上の無電解ニッケルめっき皮膜３、無電解パラジウムめっき皮膜４、及び、無電解金めっき皮膜５がすべてはんだに溶解するため、はんだ接続用端子としてより優れた接続信頼性を得ることができる。また、図２に示すように、本発明の半導体搭載用基板１０は、基材１１上に上記本発明の接続用端子１を有するものである。かかる半導体搭載用基板１０によれば、上記本発明の接続用端子１を有することにより、優れたはんだ接続信頼性が得られるとともに、加熱処理後でも十分に高い成功率でワイヤボンディングを行うことが可能となる。

ここで、導体端子２となる金属層としては、特に限定されないが、銅層、タングステン層、モリブデン層などが挙げられ、これらの中でも銅層が好ましい。

本発明の接続用端子１は、配線板等の基材１１上に形成された導体端子２上に、無電解ニッケルめっき皮膜３、無電解パラジウムめっき皮膜４および無電解金めっき皮膜５が順次形成された構造を有しており、上記無電解ニッケルめっき皮膜の厚さが０．１〜０．５μｍの範囲であることを特徴としている。また、上記無電解ニッケルめっき皮膜３、上記無電解パラジウムめっき皮膜４、及び、上記無電解金めっき皮膜５の合計の厚さが０．２〜２．０μｍの範囲であることが好ましい。これにより、上記接続用端子１をはんだ接続用端子として用いた場合、はんだ接続時に上記無電解ニッケルめっき皮膜３、上記無電解パラジウムめっき皮膜４、及び、上記無電解金めっき皮膜５がすべてはんだに溶解し、はんだと接続用端子の素材とが接触することにより、はんだ接続信頼性を向上させることができる。また、無電解ニッケルめっき皮膜の厚さが上記範囲であることにより、例えば２５μｍ以下のスペースの微細パターンを有する配線上に無電解ニッケルめっき皮膜３を形成した場合、端子間又は配線間の短絡の可能性を著しく小さくすることができる。無電解ニッケルめっき皮膜３の厚さを制御する因子としては、めっき液中のニッケルイオン濃度、めっき液温度、浸漬時間等が挙げられるが、無電解ニッケルめっき皮膜３を薄く形成するには、浸漬時間を短くするのが最も容易である。

本発明の接続用端子と接続可能なはんだとしては、錫と鉛の組成比がどのようなものであっても使用でき、特に限定されないが、一般的には、６０質量％の錫と４０質量％の鉛との共晶はんだがよく使用される。また、鉛を含まない鉛フリーはんだや、銀、銅、亜鉛、ビスマス等の一元素以上を含む錫合金でもよい。

接続用端子１の導体端子２の素材としては、銅や銅合金等、一般的に導体として使用されている金属を使用することができる。また、接続用端子１の下地である基材１１としては、セラミック基板、半導体基板、樹脂基板等が挙げられ、特に限定されない。樹脂基板としては、フェノール、エポキシ、ポリイミド等からなるものが使用でき、さらに、剛性の強い板状の基材、柔軟なフレキシブル基材のいずれも用いることができる。

本発明における無電解ニッケルめっき皮膜３は、ニッケル単独、又は、コバルト、タングステン、銅、モリブデン、リン、ホウ素、窒素等の他の一種類以上の元素を含むニッケル合金の無電解めっき皮膜であることが好ましい。この無電解ニッケルめっき皮膜３において、ニッケルの純度は８０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることが特に好ましい。無電解ニッケルめっき皮膜３の形成方法としては、ニッケルイオンとホスフィン酸塩等の還元剤との化学反応で、導体端子２上にニッケル皮膜を析出させる方法が挙げられる。無電解ニッケルめっき皮膜３を形成するために使用する無電解ニッケルめっき液中のニッケルイオン濃度は１ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの間が好ましく、還元剤濃度は０．５ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの間が好ましい。また、めっき時の条件として、液温は６０℃から９０℃の間が好ましく、浸漬時間は０．５分から３分の間が好ましい。また、無電解ニッケルめっき皮膜３の厚さは０．１〜０．５μｍであるが、すべての無電解ニッケルめっき皮膜３がより十分にはんだに溶解するために、無電解ニッケルめっき皮膜３の厚さは、０．１〜０．２μｍの範囲であることが好ましい。厚さが０．１μｍ未満では、銅や銅合金等の導体端子２の素材が表面に露出し、表面が熱酸化して、接続性不良が発生する可能性が大きくなるため好ましくない。また、厚さが０．５μｍを超えると、無電解ニッケルめっき皮膜３のすべてがはんだに溶融しない場合が生じうるため、好ましくない。特に、無電解ニッケルめっき皮膜３の厚さが０．１〜０．２μｍの範囲であると、接続用端子１のはんだ接続を、はんだの融点から４０℃程度高い温度で行った場合（例えば、６３質量％の錫と３７質量％の鉛の組成であるはんだの場合には２２０℃程度、９６．５質量％の錫と３．０質量％の銀と０．５質量％の銅の組成であるはんだの場合は２６０℃程度）であっても、すべての無電解ニッケルめっき皮膜３がはんだに十分に溶解し、優れたはんだ接続信頼性を得ることができる。

本発明における無電解パラジウムめっき皮膜４は、パラジウム単独、又は、ニッケル、コバルト、タングステン、銅、モリブデン、リン、ホウ素、窒素等の他の一種類以上の元素を含むパラジウム合金の無電解めっき皮膜であることが好ましい。この無電解パラジウムめっき皮膜４において、パラジウムの純度は９０質量％以上であることが好ましい。無電解パラジウムめっき皮膜４の形成方法としては、化学反応で無電解ニッケルめっき皮膜３上にパラジウム皮膜を析出させる方法が挙げられる。また、無電解パラジウムめっき皮膜４の厚さは、０．０１μｍから０．５μｍの範囲であることが好ましい。

また、本発明における無電解パラジウムめっき皮膜４は、還元型無電解パラジウムめっき皮膜であることが好ましい。この還元型無電解パラジウムめっき皮膜は、還元型無電解パラジウムめっき液中のパラジウムイオンが還元剤により還元されることで、無電解ニッケルめっき皮膜３上に形成されるものである。還元型無電解パラジウムめっき液中のパラジウムイオン濃度は０．１ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの間が好ましく、還元剤濃度は０．１ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの間が好ましい。また、めっき時の条件として、液温は４０℃から８０℃の間が好ましく、浸漬時間は３０秒から１０分の間が好ましい。

本発明における無電解金めっき皮膜５は、金単独、又は、コバルト、ニッケル、銀等の他の一種類以上の元素を含む金合金の無電解めっき皮膜であることが好ましい。無電解金めっき皮膜５において、金の純度は９９質量％以上であることが好ましい。この純度が９９質量％未満であると、接続の信頼性が低下する場合がある。さらに、この無電解金めっき皮膜５における金の純度は、９９．５質量％以上であることが特に好ましい。無電解金めっき皮膜５の形成方法としては、化学反応で無電解パラジウムめっき皮膜４上に金皮膜を析出させる方法が挙げられる。また、金めっき皮膜の厚さは０．０１μｍから１μｍの範囲であることが好ましい。

また、本発明における無電解金めっき皮膜５は、置換型無電解金めっき皮膜を含むものであることが好ましい。この置換型無電解金めっき皮膜は、無電解パラジウムめっき皮膜４中の金属が置換型無電解金めっき液中に溶解し、代わりに置換型無電解金めっき液中の金イオンが無電解パラジウムめっき皮膜４上に金として析出する、イオン化傾向の違いを利用しためっき反応により形成されるものである。置換型無電解金めっき液中の金イオン濃度は、０．５ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの間が好ましい。また、めっき時の条件として、液温は６０℃から９０℃の間が好ましく、浸漬時間は３分から２０分の間が好ましい。

さらに、本発明における無電解金めっき皮膜５は、上記置換型無電解金めっき皮膜上に還元型無電解金めっき皮膜を形成した多層皮膜であることが好ましい。この還元型無電解金めっきは、還元型無電解金めっき液中の金イオンが還元剤により還元されることで、置換型無電解金めっき皮膜上に形成されるものである。還元型無電解金めっき液中の金イオン濃度は０．５ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの間が好ましく、還元剤濃度は０．１ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの間が好ましい。また、めっき時の条件として、液温は４０℃から８０℃の間が好ましく、浸漬時間は５分から６０分の間が好ましい。

本発明の接続用端子１と各種電子部品とのはんだ接続の条件としては、リフロー炉を用いた方法等、従来公知の一般的な条件でよく、特に限定されないが、はんだの組成、無電解ニッケルめっき皮膜の厚さ等によって最適な条件が異なるため、実験により適宜決定することが好ましい。また、無電解ニッケルめっき、無電解パラジウムめっきおよび無電解金めっきを行った接続用端子１を、はんだ接続した場合において、めっき皮膜がすべてはんだに溶解したことを確認する方法としては、断面観察が挙げられる。例えば、ＳＥＭ（電子顕微鏡）等で、はんだと接続用端子１との接続部を観察し、更にＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析法）、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）、ＥＤＸ（Ｘ線マイクロアナライザー）等で、断面の形状観察とその観察部分の元素分析を行うことで、めっき皮膜がすべてはんだに溶解したことを確認することができる。

図３及び図４は、導体端子としての銅層上に無電解ニッケルめっき、無電解パラジウムめっきおよび無電解金めっきを行ってなる接続用端子に、はんだをリフローによって接合させた後の、はんだと接続用端子との接続部の断面観察のＳＥＭ（電子顕微鏡）写真である。図３では、めっき皮膜がすべてはんだに溶解しており、ＥＤＸ（Ｘ線マイクロアナライザー）で、断面のはんだと接続用端子との接続部（はんだ層と銅層との界面）の元素分析をした結果、ニッケル層、パラジウム層および金層は、いずれも全く認められず、錫−銅合金層がわずかに確認できた。それに対し、図４では、ニッケル層がはんだに溶解せずに残っており、例えば加熱処理で、はんだと無電解ニッケルめっき皮膜との界面に錫−ニッケル合金層が成長し、それに伴い無電解ニッケルめっき皮膜にリンの濃縮層が形成されている。そのため、はんだ端子において、無電解ニッケルめっき皮膜とはんだとの界面で破壊が発生し、接続信頼性が低下する可能性がある。

本発明の接続用端子１を有する半導体搭載用基板１０としては、ＣＳＰ、ＢＧＡ、ＭＣＭ、配線板、および半導体チップの他、はんだバンプを有するＣＳＰ、ＢＧＡ、ＭＣＭ、配線板、および半導体チップなどが挙げられる。また、本発明の接続用端子は、はんだ接続用端子として用いられる他、ワイヤボンディング用端子として用いることができる。このワイヤボンディング用端子は、はんだ接続用端子と同様に、上述のようにそれぞれの導体端子上に無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜および無電解金めっき皮膜を順次形成することで得ることができ、そのめっき皮膜の厚みは、はんだ接続用端子のめっき皮膜の厚みと同じであることが好ましい。また、本発明の半導体搭載用基板１０は、本発明の接続用端子１を、はんだ接続用端子及び／又はワイヤボンディング用端子として備えるものであり、かかる半導体搭載用基板１０に搭載すべき電子部品や半導体素子等と良好な接続を得ることができる。

（実施例１）
厚さ１８μｍの銅箔を両面に貼り合わせた、厚さ０．５ｍｍの銅張りエポキシ積層板であるＭＣＬ−Ｅ−６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）の銅箔の不要な箇所をエッチング除去し、エッチングレジストを剥離した後、はんだレジストを形成して、銅からなる導体パターンが露出した導体端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、導体端子間のスペース幅は、１５μｍとした。

その半導体搭載用基板を、脱脂液であるＺ−２００（株式会社ワールドメタル製、商品名）に、液温５０℃で１分間浸漬し、室温（２５℃）で２分間水洗した。次いで、基板を１００ｇ／Ｌの過硫酸アンモニウム液に室温（２５℃）で１分間浸漬してソフトエッチングし、室温（２５℃）で２分間水洗した後、１０質量％の硫酸に室温（２５℃）で１分間浸漬して酸洗し、更に室温（２５℃）で２分間水洗した。その後、基板をＳＡ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）に室温（２５℃）で５分間浸漬して無電解めっきのための活性化処理を行い、室温（２５℃）で２分間水洗した。次に、基板を無電解ニッケルめっき液であるＮＩＰＳ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）に液温８５℃で１分間浸漬して、導体端子上に無電解ニッケルめっき皮膜（ニッケル−リン合金めっき皮膜、ニッケルの純度９３質量％）を形成した。次いで、基板を室温（２５℃）で２分間水洗した後、無電解パラジウムめっき液であるパラテクト（アトテックジャパン株式会社製、商品名）に液温６５℃で２分間浸漬して、無電解ニッケルめっき皮膜上に無電解パラジウムめっき皮膜（純度９９質量％）を形成した。続いて、基板を室温（２５℃）で２分間水洗した後、非シアン系の置換型無電解金めっき液であるＨＧＳ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温８５℃で１０分間浸漬して、無電解パラジウムめっき皮膜上に純金（純度９９．９質量％）の無電解金めっき皮膜を形成した。これにより、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、形成した無電解ニッケルめっき皮膜の厚さは０．１４μｍであり、無電解パラジウムめっき皮膜の厚さは０．２４μｍであり、無電解金めっき皮膜の厚さは０．０２μｍであった。

（実施例２）
非シアン系の置換型無電解金めっき液であるＨＧＳ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）を、シアン系の置換型無電解金めっき液であるＩＭ−ＧＯＬＤ（日本高純度化学株式会社製、商品名）と還元型無電解金めっき液であるＨＧＳ−２０００（日立化成工業株式会社製、商品名）とに変更し、半導体搭載用基板をＩＭ−ＧＯＬＤに、液温８５℃で１０分間浸漬し、純金（純度９９．９質量％）の置換型無電解金めっき皮膜を形成した後、室温（２５℃）で２分間水洗し、続いてＨＧＳ−２０００に、液温６５℃で４０分間浸漬し、純金（純度９９．９質量％）の還元型無電解金めっき皮膜を形成して、無電解金めっき皮膜を作製したこと以外は実施例１と同様にして、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、形成した無電解ニッケルめっき皮膜の厚さは０．１４μｍであり、無電解パラジウムめっき皮膜の厚さは０．２５μｍであり、無電解金めっき皮膜の厚さは０．４２μｍであった。

（実施例３）
無電解ニッケルめっき液であるＮＩＰＳ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）への基板の浸漬時間を０．５分間としたこと以外は実施例１と同様にして、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、形成した無電解ニッケルめっき皮膜の厚さは０．１０μｍであり、無電解パラジウムめっき皮膜の厚さは０．２４μｍであり、無電解金めっき皮膜の厚さは０．０２μｍであった。

（実施例４）
無電解ニッケルめっき液であるＮＩＰＳ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）への基板の浸漬時間を１．５分間としたこと以外は実施例１と同様にして、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、形成した無電解ニッケルめっき皮膜の厚さは０．３２μｍであり、無電解パラジウムめっき皮膜の厚さは０．２４μｍであり、無電解金めっき皮膜の厚さは０．０２μｍであった。

（実施例５）
無電解ニッケルめっき液であるＮＩＰＳ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）への基板の浸漬時間を２．５分間としたこと以外は実施例１と同様にして、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、形成した無電解ニッケルめっき皮膜の厚さは０．５１μｍであり、無電解パラジウムめっき皮膜の厚さは０．２４μｍであり、無電解金めっき皮膜の厚さは０．０２μｍであった。

（比較例１）
無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜および無電解金めっき皮膜を全く形成しなかった（脱脂液による処理以降を全く行わなかった）以外は実施例１と同様にして、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。

（比較例２）
無電解ニッケルめっき液（ＮＩＰＳ−１００）への基板の浸漬時間を２５分にして無電解ニッケルめっき皮膜を形成したこと以外は実施例１と同様にして、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、形成した無電解ニッケルめっき皮膜の厚さは４．９μｍであり、無電解パラジウムめっき皮膜の厚さは０．２９μｍであり、無電解金めっき皮膜は０．０２μｍであった。

（比較例３）
無電解ニッケルめっき液（ＮＩＰＳ−１００）への基板の浸漬時間を２５分にして無電解ニッケルめっき皮膜を形成したこと以外は実施例２と同様にして、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、形成した無電解ニッケルめっき皮膜の厚さは４．７μｍであり、無電解パラジウムめっき皮膜の厚さは０．３２μｍであり、無電解金めっき皮膜は０．４６μｍであった。

（比較例４）
無電解パラジウムめっき皮膜を全く形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、形成した無電解ニッケルめっき皮膜の厚さは０．１４μｍであり、無電解金めっき皮膜は０．０６μｍであった。

（比較例５）
無電解パラジウムめっき皮膜を全く形成しなかったこと以外は実施例２と同様にして、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、形成した無電解ニッケルめっき皮膜の厚さは０．１３μｍであり、無電解金めっき皮膜は０．４６μｍであった。

（比較例６）
無電解ニッケルめっき液であるＮＩＰＳ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）への基板の浸漬時間を０．２５分間としたこと以外は実施例１と同様にして、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、形成した無電解ニッケルめっき皮膜の厚さは０．０５μｍであり、無電解パラジウムめっき皮膜の厚さは０．２４μｍであり、無電解金めっき皮膜の厚さは０．０２μｍであった。

（比較例７）
無電解ニッケルめっき液であるＮＩＰＳ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）への基板の浸漬時間を５分間としたこと以外は実施例１と同様にして、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、形成した無電解ニッケルめっき皮膜の厚さは１．０２μｍであり、無電解パラジウムめっき皮膜の厚さは０．２４μｍであり、無電解金めっき皮膜の厚さは０．０２μｍであった。

（比較例８）
無電解ニッケルめっき液であるＮＩＰＳ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）への基板の浸漬時間を３分間としたこと以外は実施例１と同様にして、接続用端子を有する半導体搭載用基板を作製した。ここで、形成した無電解ニッケルめっき皮膜の厚さは０．６０μｍであり、無電解パラジウムめっき皮膜の厚さは０．２４μｍであり、無電解金めっき皮膜の厚さは０．０２μｍであった。

［接続信頼性の評価１］
実施例１〜３及び比較例１〜８で作製した、接続用端子を有する半導体搭載用基板を、１８０℃で２時間加熱した。その後、この基板の２５６箇所の接続用端子に、９６．５質量％錫と３．０質量％の銀と０．５質量％銅の組成であるはんだボール（直径０．７６ｍｍ）を、リフロー炉（最大温度２６０℃、３０秒）によって搭載した。ここで、はんだ接続端子にはんだボールをリフローによって接合させた後、ＳＥＭ−ＥＤＸ（Ｘ線マイクロアナライザー）を用い、はんだボールと接続用端子との接合部の断面観察及び元素分析を行った。その結果、実施例１〜３及び比較例６のサンプル（基板）は、無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜および無電解金めっき皮膜の全てがはんだに溶解したことが、比較例４、５のサンプル（基板）は、無電解ニッケルめっき皮膜および無電解金めっき皮膜の全てがはんだに溶解したことが確認できた。また、比較例２〜３及び７〜８のサンプル（基板）は、無電解パラジウムめっき皮膜および無電解金めっき皮膜は、はんだに溶解したが、無電解ニッケルめっき皮膜は、はんだに完全には溶解せず、無電解ニッケルめっき皮膜が残っていることが確認できた。

次に、はんだボール搭載後の基板を１５０℃で１０００時間加熱した後、ボンドテスターＳＥＲＩＥＳ４０００（デイジー社製、商品名）を用いて、シェア速度５００μｍ／秒、シェアツール高さ１００μｍの条件ではんだボールのシェア（剪断）試験を行った。

その結果、実施例１〜３及び比較例６のサンプル（基板）は、無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜および無電解金めっき皮膜の全てがはんだに溶解し、また比較例４、５のサンプル（基板）は、無電解ニッケルめっき皮膜および無電解金めっき皮膜の全てがはんだに溶解していたため、全てのはんだボールにおいて、はんだボール内での剪断による破壊モードであり、接続用端子とはんだとの接続は良好であった。しかし、比較例１のサンプル（基板）は、はんだ接続前の熱処理で接続用端子の銅表面が酸化されて、はんだが濡れず、接続不良になった。また、比較例２〜３及び７〜８のサンプル（基板）は、無電解パラジウムめっき皮膜および無電解金めっき皮膜がはんだに溶解したが、無電解ニッケルめっき皮膜がはんだに完全に溶解していなかった為、搭載後の加熱処理ではんだと無電解ニッケルめっき皮膜との界面に錫−ニッケル合金層が成長し、それに伴い無電解ニッケルめっき皮膜にリンの濃縮層が形成されたため、約０．４％の端子において、ニッケルめっき皮膜とはんだとの界面で破壊が発生し、接続信頼性が不良であった。

［接続信頼性の評価２］
実施例１〜５及び比較例１〜８で作製した、接続用端子を有する半導体搭載用基板を、１８０℃で２時間加熱した。その後、この基板の２５６箇所の接続用端子に、９６．５質量％錫と３．０質量％の銀と０．５質量％銅の組成であるはんだボールを、リフロー炉（最大温度２７５℃、３０秒）によって搭載した。ここで、はんだ接続端子にはんだボールをリフローによって接合させた後、ＳＥＭ−ＥＤＸ（Ｘ線マイクロアナライザー）を用い、はんだボールと接続用端子との接合部の断面観察及び元素分析を行った。その結果、実施例１〜５及び比較例６のサンプル（基板）は、無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜および無電解金めっき皮膜の全てがはんだに溶解したことが、比較例４、５のサンプル（基板）は、無電解ニッケルめっき皮膜および無電解金めっき皮膜の全てがはんだに溶解したことが確認できた。また、比較例２〜３及び７〜８のサンプル（基板）は、無電解パラジウムめっき皮膜および無電解金めっき皮膜は、はんだに溶解したが、無電解ニッケルめっき皮膜は、はんだに完全には溶解せず、無電解ニッケルめっき皮膜が残っていることが確認できた。

次に、はんだボール搭載後の基板を１５０℃で１０００時間加熱した後、ボンドテスターＳＥＲＩＥＳ４０００（デイジー社製、商品名）を用いて、シェア速度５００μｍ／秒の条件ではんだボールのシェア（剪断）試験を行った。

その結果、実施例１〜５及び６のサンプル（基板）は、無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜および無電解金めっき皮膜の全てがはんだに溶解し、また比較例４、５のサンプル（基板）は、無電解ニッケルめっき皮膜および無電解金めっき皮膜の全てがはんだに溶解していたため、全てのはんだボールにおいて、はんだボール内での剪断による破壊モードであり、接続用端子とはんだとの接続は良好であった。しかし、比較例１のサンプル（基板）は、はんだ接続前の熱処理で接続用端子の銅表面が酸化されて、はんだが濡れず、接続不良になった。また、比較例２〜３及び７〜８のサンプル（基板）は、無電解パラジウムめっき皮膜および無電解金めっき皮膜がはんだに溶解したが、無電解ニッケルめっき皮膜がはんだに完全に溶解していなかった為、搭載後の加熱処理ではんだと無電解ニッケルめっき皮膜との界面に錫−ニッケル合金層が成長し、それに伴い無電解ニッケルめっき皮膜にリンの濃縮層が形成されたため、約０．４％の端子において、ニッケルめっき皮膜とはんだとの界面で破壊が発生し、接続信頼性が不良であった。

［接続信頼性の評価３］
実施例１〜５及び比較例１〜８で作製した、接続用端子を有する半導体搭載用基板を、１８０℃で２時間加熱した。その後、この基板に半導体チップを搭載し、直径２５μｍφの金ワイヤを用いて５０箇所ワイヤボンディングを行った。その後、ボンドテスターＳＥＲＩＥＳ４０００（デイジー社製、商品名）を用いて、プル速度５００μｍ／秒で金ワイヤのプル試験を行った。

その結果、実施例１〜５では、付着率（５０箇所のうちワイヤボンドが成功した箇所の割合）が１００％であり、密着強度も６〜１０ｇであったが、比較例１では、無電解金めっき皮膜を形成していないため、付着率が０％であった。また、比較例２〜３及び７〜８では、実施例１、２と同様に付着率が１００％であり、密着強度も６〜１０ｇであったが、無電解ニッケルめっき皮膜が厚いため、ワイヤボンディング用端子間の短絡が発生した。また、比較例４、５では、めっき後の加熱処理によって端子の金表面にニッケル酸化物が生成したため、付着率が５０〜７０％であり、密着強度も１〜７ｇとばらついた。更に、比較例６では、ニッケルめっき皮膜に未析出部が存在し、それに伴いパラジウムめっきも存在しない部位があった。そのため、接続用端子の銅と無電解金めっき皮膜の金が、熱処理によって相互拡散した。それにより、端子表面に銅酸化物が生成したため、付着率が５０〜７０％であり、密着強度も１〜７ｇとばらついた。

以上の接続信頼性の評価１〜３の結果をまとめて表１〜２に示す。

以上に説明したとおり、本発明によれば、導体の端子上に、無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜、無電解金めっき皮膜が順次形成され、且つ、無電解ニッケルめっき皮膜の厚さが０．１〜０．５μｍの範囲であることにより、はんだ接続時、無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウム皮膜および無電解金めっき皮膜がすべてはんだに溶解し、接続信頼性に優れるとともに、狭スペースの微細パターンを有する基板において、端子間又は配線間の短絡の可能性を著しく小さくでき、また、加熱処理によってもワイヤボンディングの成功が妨げられない接続用端子、及び、それを有する半導体搭載用基板を提供することができる。

本発明の接続用端子の好適な一実施形態を示す模式断面図である。 本発明の半導体搭載用基板の好適な一実施形態を示す模式断面図である。 はんだとはんだ接続端子の接続部の断面写真である。 はんだとはんだ接続端子の接続部の断面写真である。

符号の説明

１…基板、２…導体端子、３…無電解ニッケルめっき皮膜、４…無電解パラジウムめっき皮膜、５…無電解金めっき皮膜、１０…半導体搭載用基板、１１…基材。

Claims (6)

1. 導体の端子上に、無電解ニッケルめっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜、及び、無電解金めっき皮膜が順次形成されている接続用端子であって、
   前記無電解ニッケルめっき皮膜の厚さが０．１〜０．５μｍの範囲である、接続用端子。
2. 前記無電解ニッケルめっき皮膜、前記無電解パラジウムめっき皮膜、及び、前記無電解金めっき皮膜の合計の厚さが０．２〜２．０μｍの範囲である、請求項１に記載の接続用端子。
3. 前記無電解金めっき皮膜が、置換型無電解金めっき皮膜を含むものである、請求項１又は２に記載の接続用端子。
4. 前記無電解金めっき皮膜が、置換型無電解金めっき皮膜と、該置換型無電解金めっき皮膜上に形成された還元型無電解金めっき皮膜とを含む多層皮膜である、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の接続用端子。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の接続用端子を有する、半導体搭載用基板。
6. 前記接続用端子を、はんだ接続用端子及び／又はワイヤボンディング用端子として有する、請求項５に記載の半導体搭載用基板。