JP2013108180A - 基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無電解パラジウムの安定性低下による異常析出の問題を解消し、ＥＮＩＧＡＧよりもコスト面でも優れた無電解めっき層を含む基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の基板製造方法は、回路パターン１０が設けられた基板に金（Ａｕ）層３０をめっきする第１のステップと、金（Ａｕ）層３０にパラジウム（Ｐｄ）層４０をめっきする第２のステップと、パラジウム（Ｐｄ）層４０に金（Ａｕ）層３０をめっきする第３のステップと、から成る表面処理めっき層形成ステップを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板及びその製造方法に関し、特に、無電解表面処理めっき層を含む基板及びその製造方法に関する。

無電解めっきは、その性能から多方面の分野において利用されている。特に、貴金属の無電解めっき液は、被膜性質上、電子部品や基板のような最尖端電子工業分野において多用されている。

従来の電子部品や基板では、銅（Ｃｕ）配線上に無電解ニッケル（Ｎｉｃｋｅｌ）を施し、その上に金（Ａｕ）めっきを施す、いわゆる無電解ニッケル金めっき（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ Ｎｉｃｋｅｌ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｇｏｌｄ：ＥＮＩＧ）が主流をなしている。

このＥＮＩＧは、ニッケル被膜上に置換で金を析出させるため、金被膜にはピンホール（ｐｉｎ−ｈｏｌｅ）が多く、該置換によるニッケル被膜の腐食が問題になり、ソルダ接続やワイヤボンディング接続の不良が度々発生する。

そのような欠点を補うために、置換金（Ａｕ）上に厚い金めっきを成膜したＥＮＩＧＡＧがある。しかし、金の厚膜化は製造コストの上昇に繋がり、ピンホールも完全に無くすことができず、また、ＥＮＩＧと比較した接続信頼性の向上も十分とはいえない。

米国特許出願公開第２００９−０２９４９６２号明細書

また、無電解ニッケル上に自家触媒型無電解パラジウム（Ｐａｌｌａｄｉｕｍ）を成膜し、その上に金めっきを実施するＥＮＥＰＩＧがある。このＥＮＥＰＩＧは、接続信頼性は向上するが、自家触媒性のあるパラジウムを利用するため、薬品自体の安定性が悪く、薬品の粗析出や不導体部分への異常析出、浴分解が発生するおそれがある。

さらに、添加剤で薬品の安定性を高めるための改良をしても、安定剤の濃度を調節し難しく、かつ、濃度の変動で未析出や析出速度の低下などが生じるので、安定した使用を確保するためには高度の技術を要する。また、無電解パラジウムめっき液にニッケルや銅などの金属を浸漬した場合、該金属のパラジウムイオン間で置換反応が生じて、これが密着不良の原因になる。

本発明は上記のような問題点に鑑みて成されたものであって、その目的は、無電解パラジウムの安定性低下による異常析出の問題を解消し、ＥＮＩＧＡＧよりもコスト面で有利である、無電解めっき層を含む基板を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記基板の製造方法を提供することにある。

上記目的を解決するために、本発明の一実施形態によれば、回路パターンが設けられた基板上に、金（Ａｕ）層／パラジウム（Ｐｄ）層／金（Ａｕ）層を備えた表面処理めっき層を含む基板を提供する。

本発明の一実施形態によれば、前記回路パターンは、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）によって設けられる。

本発明の一実施形態によれば、前記基板は、外部接続端子を含む。

前記外部接続端子は、ソルダ接続またはワイヤボンディングを用いるものである。

本発明の一実施形態によれば、前記表面処理めっき層は、金（Ａｕ）層の形成前に施されるニッケル（Ｎｉ）層をさらに含む。

本発明の一実施形態によれば、前記金（Ａｕ）層／パラジウム（Ｐｄ）層／金（Ａｕ）層の厚さは、０．００５〜０．１μｍ／０．００５〜０．５μｍ／０．００５〜０．２μｍとすることができる。

また、上記目的を解決するために、本発明の他の実施形態によれば、回路パターンが設けられた基板に金（Ａｕ）層をめっきする第１のステップと、前記金（Ａｕ）層にパラジウム（Ｐｄ）層をめっきする第２のステップと、前記パラジウム（Ｐｄ）層に金（Ａｕ）層をめっきする第３のステップと、から成る表面処理めっき層形成ステップを含む基板の製造方法を提供する。

本発明の一実施形態によれば、前記金（Ａｕ）層は、置換金（Ａｕ）めっき法によって形成されることが望ましい。

本発明の一実施形態によれば、前記パラジウム（Ｐｄ）層は、無電解めっき法によって形成されることが望ましい。

本発明の一実施形態によれば、前記パラジウム（Ｐｄ）層のめっきは、０〜１００℃、ｐＨ２〜１４の条件で実施されることが望ましい。

本発明の一実施形態によれば、前記パラジウム（Ｐｄ）層のめっきは、金（Ａｕ）または金（Ａｕ）の合金、または金（Ａｕ）または金（Ａｕ）の合金で被覆された被めっき物を用いることが望ましい。

前記第３のステップにおけるパラジウム（Ｐｄ）層によって設けられる金（Ａｕ）層は、置換−還元めっき法によって形成されることが望ましい。

本発明の一実施形態によれば、前記第１のステップにおける金（Ａｕ）層をめっきにより形成する前に、ニッケル（Ｎｉ）層をめっきにより形成するステップをさらに含む。

前記ニッケル（Ｎｉ）層は、無電解めっき法によって形成される。

本発明によれば、ＣｕまたはＡｇ配線を有する独立配線基板において、配線上に直接に、または無電解ニッケルめっきを実施した後に、置換金めっきを実施し、その上に無電解パラジウムめっきを成膜し、最後に、還元型無電解金めっきである表面処理めっき層を形成することを含むことによって、従来の無電解パラジウムの安定性低下による異常析出の問題を解決すると共に、ＥＮＩＧＡＧより低コストでもめっき層の形成が可能であるという効果を奏する。

本発明の一実施形態による表面処理めっき層の構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態による表面処理めっき層の構造を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参考して詳細に説明する。次に示される各実施の形態は、当業者に対し本発明の思想が十分に伝達されるように、例として挙げられるものである。従って、本発明は以下に示している各実施の形態に限定されることなく、他の形態で具体化することができる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは、便宜上誇張して表現されることがある。明細書全体に渡って同一の参照符号は、同一の構成要素を示している。

本明細書で使用された用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で使われる「含む」とは、言及された構成要素、ステップ、動作及び／又は素子は、一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／又は素子の存在または追加を排除しないことを理解されたい。

本発明は、表面処理めっき層を含む基板及びその製造方法に関する。

本発明の一実施形態による基板は、回路パターンの設けられた基板上に、金（Ａｕ）層／パラジウム（Ｐｄ）層／金（Ａｕ）層を含む表面処理めっき層構造を有することに特徴がある。

図１及び図２は各々、本発明の一実施形態による表面処理めっき層の構造を示す断面図である。これらの図面を参照して本実施形態について詳記する。

まず、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）の回路パターン１０を有する独立配線基板を用いて、該回路パターン１０上に直接（図１）に、または無電解ニッケルめっき２０（図２）を施した後に、その上に置換金（Ａｕ）めっき３０を施して、該金（Ａｕ）上に高触媒性付き還元剤を用いる無電解パラジウム（Ｐｄ）めっき被膜４０を成膜し、最後に置換還元金（Ａｕ）５０を成膜した構造を有する。

本発明による独立配線板の用途としては、例えば、半導体搭載用のパッケージ基板や部品搭載用のＨＤＩ基板、ＰＣなどのマーザーボード（Ｍｏｔｈｅｒ ｂｏａｒｄ）等が挙げられ、また、外部接続、部品あるいは半導体搭載用のソルダバンプ（ｓｏｌｄｅｒ ｂｕｍｐ）やワイヤボンディング（ｗｉｒｅ ｂｏｎｄｉｎｇ）端子を有する基板の全てが挙げられる。このような基板の最終表面処理として、本発明のめっき層が使われる。

本発明の一実施形態によれば、前記回路パターン１０は、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）によって形成される。

本発明の一実施形態によれば、前記基板は、外部部品と接続するための外部接続端子（図示せず）を含む。該外部接続端子は、ソルダ接続またはワイヤボンディングを用いてもよいが、これらに限定されるものではない。

本発明の一実施形態によれば、図２に示すように、表面処理めっき層は、金（Ａｕ）層３０の形成前に施されるニッケル（Ｎｉ）層２０をさらに含んでもよい。

本発明の一実施形態によれば、金（Ａｕ）層３０／パラジウム（Ｐｄ）層４０／金（Ａｕ）層５０の厚さは、０.００５〜０．１μｍ／０．００５〜０．５μｍ／０．００５〜０．２μｍであってもよい。

前記金（Ａｕ）層３０は置換金（Ａｕ）層であって、その膜の厚さは、０．００５〜０．１μｍの間で成膜することが望ましい。０．００５μｍ未満の場合、置換金（Ａｕ）層３０の成膜状態が不連続になり欠陥を有する被膜になるため、後工程のパラジウム（Ｐｄ）層４０のめっきにおいて腐食や未めっき部分が発生したり、密着不良の原因になる。また、０．１μｍ超の場合は、置換金（Ａｕ）層３０による銅表面１０や銅上のニッケル層２０の表面に大きな腐食が発生し、密着不良又はソルダ接続不良の原因になるので望ましくない。

また、前記パラジウム（Ｐｄ）層４０は、０．００５〜０．５μｍの間で成膜されることが望ましい。その厚さが０．００５μｍ未満の場合は、被膜の連続性を確保することができなくなる。そのため、その後の金（Ａｕ）層５０のめっきにおいて、ニッケル層２０または銅１０の局所腐食やパラジウム（Ｐｄ）層４０の被膜の溶解などが発生するので望ましくない。また、０．５μｍを超える場合、ソルダ接合時に強度低下の原因になる合金層が生じるため、ソルダ接合の信頼性が低下し、かつ、コスト面でも不利である。

最後に、前記パラジウム（Ｐｄ）層４０上に金（Ａｕ）層５０を形成する。この金（Ａｕ）層５０には、置換金めっき液を利用してもよい。金（Ａｕ）層５０の厚さは、０．００５〜０．２μｍが望ましい。膜厚が０．００５μｍ未満の場合は、金（Ａｕ）層５０の連続性を確保し難しく、ワイヤボンディング不良やソルダ濡れ（ｓｏｌｄｅｒ ｗｅｔｔｉｎｇ）不良を起こす恐れがあり、また、０．２μｍを超える場合は、性能上大きな問題はないが、コスト的に不利である。

以下、本発明による表面処理めっき層形成ステップを含む基板の製造過程について詳記する。

本発明の基板製造過程は、回路パターンが設けられた基板に金（Ａｕ）層をめっきする第１のステップと、この金（Ａｕ）層にパラジウム（Ｐｄ）層をめっきする第２のステップと、このパラジウム（Ｐｄ）層に金（Ａｕ）層をめっきする第３のステップと、から成る表面処理めっき層形成ステップを含む。

まず、ＣｕまたはＡｇのような、回路パターンが設けられた置換Ａｕめっきを用いて、直接に、または無電解Ｎｉめっきを実施した基板に成膜する。ＣｕやＡｇ配線は、一般的な電気Ｃｕめっきで製作された配線、エッチングなどで製作された配線、または、その上に、このような金属をガラスやバインダ樹脂と共に分散させたペーストを用いて製作された配線が挙げられる。

また、本発明による基板は、一般的な樹脂（ガラス、エポキシ樹脂係）に加えて、フレキシブル基板に利用されるポリイミドなどの高分子フィルム、または低温同時焼成（ＬＴＣＣ）で用いられるセラミックスなどが使用されてもよく、これらを適切に選択して使ってもよい。

前記配線基板に直接に、または無電解Ｎｉを成膜した後に、置換Ａｕめっきを実施するが、このニッケル（Ｎｉ）層は、無電解めっき法によって形成される。無電解Ｎｉを実施する場合は、一般に用いられる基板用無電解Ｎｉを使用してもよい。この無電解Ｎｉは、特別な制限がなく、通常採用される膜厚やリン含有率で成膜することができる。

また、前記置換Ａｕめっきは、一般的なＣｕ用またはＮｉ用の置換Ａｕめっきを使用してもよい。また、この置換Ａｕめっきの膜厚さは、０．００５〜０．１μｍであることが望ましい。その他の条件は、市販の置換Ａｕめっき液の使用条件に従うと良い、

第２のステップは、前記金（Ａｕ）層上にパラジウム（Ｐｄ）層をめっきによって形成する。本発明の一実施形態によれば、このパラジウム（Ｐｄ）層は、無電解めっき法によって形成することが望ましい。

本発明のパラジウム（Ｐｄ）に用いられるＰｄめっき液は、従来の自家触媒型ではなく、触媒性を示す下地に反応する還元剤を使用したＰｄめっき液を用いることが望ましい。このＰｄめっき液は、パラジウム塩、錯化剤及び還元剤を含む。

使用されるパラジウム塩の濃度は、用いられる錯化剤との割合にも影響を受けるが、通常、０．００１〜０．１モル／Ｌの範囲で用いることが望ましい。パラジウム塩の濃度が非常に低ければ析出速度が低下し、成膜に時間がかかることになる。逆に、非常に高ければ、Ｄｒａｇ ｏｕｔによる損失が大きく、コスト的に不利である。

また、錯化剤は、前記パラジウム塩に対してどの位の錯体安定度定数を有しなければならないかについて、この錯化剤の上限濃度は限定されることはないが、パラジウムイオンに対して１０モル以上の濃度にすることが望ましい。

還元剤は、下地層である金（Ａｕ）層３０に対する被触媒性が高いため、パラジウムに対して被触媒性が低いものを用いることが望ましい。本発明による還元剤は、Ａｕに対する被触媒性を有するのでＡｕ上で電子を放出する。そのため、金（Ａｕ）層３０がなければ還元反応が進行しない。

したがって、本発明の一実施形態によれば、前記パラジウム（Ｐｄ）層のめっきは、金（Ａｕ）または金（Ａｕ）の合金の合金で被覆された被めっき物を用いることが望ましい。表面がＡｕ層以外の場合は、還元剤の電子放出反応が生じないか、パラジウムと金属とが置換され、めっき液の分解、析出速度の低下、または沈澱、密着不良などの多様な不良が引き起こされる。

前記還元剤の濃度は、パラジウムイオンに対して１〜２０モルとして用いることが望ましい。１モル未満の場合、めっきの析出速度が低下し、また還元剤の濃度変化がひどく、安定しためっき厚さを得ることができない。そして、２０モルを超える場合は、比重の上昇によって安定性が低下し、コスト的にも不利である。

本発明の一実施形態によれば、前記パラジウム（Ｐｄ）層のめっきは、０〜１００℃の条件で、結氷または沸騰しない限り、安定して使用することができる。また、ｐＨ２〜１４の条件で実施されることが望ましいが、ｐＨ２未満では、錯体安定度の低下及び還元剤の電位上昇が生じると共に、めっきの析出性が低下してしまう。また、ｐＨ１４を超える場合は、還元剤自体が自家分解を起こし、液の寿命が短くなる。

また、本発明においては、めっき液には、その効果を妨げない材料を添加しても良い。このようなものとしては、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や硫酸などのｐＨ調整剤、シトル酸（Ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ）やグリシン（Ｇｌｙｃｉｎｅ）などのｐＨ緩衝剤、界面活性剤、分析用指標材料などが挙げられる。

最後に、パラジウム（Ｐｄ）層に最終表面処理される置換還元金（Ａｕ）層を形成する。この置換還元金めっき液は、市販薬品を使ってもよい。しかし、「置換還元金めっき液」ではない「置換金めっき液」の使用は、下地のＰｄ被膜を溶解させるだけでなく、その下層であるＮｉやＣｕまで腐食させるため、ソルダ接合の信頼性の低下や密着不良が発生するので望ましくない。

本発明では、前記表面処理めっき層を設ける前に、基板を前処理することができる。この前処理方法としては、従来の通常の方法を利用してもよいが、これに限定されるものではない。また、基板の材料も同様、設備なども従来のラインでも充分に対応可能であり、特別な設備などを利用する必要はない。
＜実施例１＞

厚さ０．２ｍｍのＦＲ−４両面基板の表面を粗化させた後、ソルダレジスト（ＳＲ）を用いてΦ０．５ｍｍのソルダパッド、Ｌ／Ｓ＝５０／３０のワイヤボンディング端子、及び２０×２０ｍｍのソルダ広がり試験パッドのテスト基板を製造した。

該基板に対し、下記の表１のような工程を経て、Ｃｕ配線の上にＡｕ層／Ｐｄ層／Ａｕ層の表面処理めっき層を形成した。各めっき条件は、下記の表１の通りである。

＜実施例２＞

下記の表２に示す工程により、Ｃｕ配線の上にＮｉ層／Ａｕ層／Ｐｄ層／Ａｕ層の表面処理めっき層を形成した。各めっき条件は、下記の表２の通りである。

＜比較例１＞

下記の表３の工程により、Ｃｕ配線の上にＡｕ層の表面処理めっき層を形成した。各めっき条件は、下記の表３の通りである。

＜比較例２＞

下記の表４の工程により、製造されたＥＮＩＧ基板を比較例として使った。各めっき条件は、下記の表４の通りである。

＜実験例＞

前記実施形態や比較例によって表面処理めっき層を成膜後、及び１６５℃で１６時間の熱処理後に、ワイヤボンディング試験（ＷＢＲ）を行った。そして、０．４ｍｍのＳＡＣ３０５ソルダボールを、ソルダボールパッドとソルダ広がり試験パッドとにフラックス塗布後に搭載し、リフローを経た後、ソルダボールｐｕｌｌ ｔｅｓｔ（ＳＩＲ）及びソルダ広がり（Ｗｅｔｔｉｎｇ）直径を測定した。その結果を下記の表５に示す。

膜厚さ測定において、比較例では、蛍光Ｘ線膜厚さ測定系を用いて、めっき直後に測定した。また、実施形態では、各めっき後に膜厚さ測定用基板を作成し、それを蛍光Ｘ線で測定した。

上記の表５の結果から分かるように、比較例では、熱処理をすると、特性が低下することが認められた。特に、Ｃｕ／Ａｕ（比較例１）の場合、ＷＢＲについては２ｎｄ ｂｏｎｄｉｎｇ不良が多発した。また、比較例２のＥＮＩＧでは、成膜後（Ａｓ ｐｌａｔｅ）でもワイヤボンディングが難しいものと認められた。

これに対して、本発明の表面処理めっき層では、成膜後（Ａｓ ｐｌａｔｅ）だけではなく、熱処理後にも何ら問題が生じない特性を有し、特にソルダ広がり性（ｓｏｌｄｅｒ Ｗｅｔｔｉｎｇ）では、ＥＮＥＰＩＧの２倍以上の広がり面積が観察された。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 回路パターン
２０ ニッケル（Ｎｉ）めっき層
３０ 金（Ａｕ）層
４０ パラジウム（Ｐｄ）層
５０ 金（Ａｕ）層

Claims (14)

1. 回路パターンが設けられた基板上に、金（Ａｕ）層／パラジウム（Ｐｄ）層／金（Ａｕ）層を備えた表面処理めっき層を含む基板。
2. 前記回路パターンは、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）によって形成される請求項１に記載の基板。
3. 前記基板は、外部接続端子を含む請求項１に記載の基板。
4. 前記外部接続端子は、ソルダ接続またはワイヤボンディングを用いる請求項３に記載の基板。
5. 前記表面処理めっき層は、金（Ａｕ）層の形成前に施されるニッケル（Ｎｉ）層をさらに含む請求項１に記載の基板。
6. 前記金（Ａｕ）層／パラジウム（Ｐｄ）層／金（Ａｕ）層の各々の厚さは、０．００５〜０．１μｍ／０．００５〜０．５μｍ／０．００５〜０．２μｍである請求項１に記載の基板。
7. 回路パターンが設けられた基板上に、金（Ａｕ）層をめっきする第１のステップと、
   前記金（Ａｕ）層上にパラジウム（Ｐｄ）層をめっきする第２のステップと、
   前記パラジウム（Ｐｄ）層上に金（Ａｕ）層をめっきする第３のステップと、を含む表面処理めっき層形成ステップを含む基板の製造方法。
8. 前記金（Ａｕ）層は、置換金（Ａｕ）めっき法によって形成される請求項７に記載の基板製造方法。
9. 前記パラジウム（Ｐｄ）層は、無電解めっき法によって形成される請求項７に記載の基板製造方法。
10. 前記パラジウム（Ｐｄ）層のめっきは、０〜１００℃、ｐＨ２〜１４の条件で実施される請求項７に記載の基板製造方法。
11. 前記パラジウム（Ｐｄ）層のめっきは、金（Ａｕ）または金（Ａｕ）の合金で被覆された被めっき物を用いる請求項７に記載の基板製造方法。
12. 前記第３のステップのパラジウム（Ｐｄ）層上に形成される金（Ａｕ）層は、置換−還元めっき法によって形成される請求項７に記載の基板製造方法。
13. 前記第１のステップの金（Ａｕ）層をめっきにより形成する前に、ニッケル（Ｎｉ）層をめっきするステップをさらに含む請求項７に記載の基板製造方法。
14. 前記ニッケル（Ｎｉ）層は、無電解めっき法によって形成される請求項１３に記載の基板製造方法。

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