| 【発明の名称】 |
配線基板 |
| 【発明者】 |
【氏名】中村 清智
【住所又は居所】東京都台東区台東１丁目５番１号 凸版印刷株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】配線基板の電極とはんだの界面が応力により剥離するのを防止し、電気的接続を長期間にわたり確実、強固に維持することができる長期信頼性に優れた配線基板を提供すること。
【解決手段】はんだと接続するための電極を有する多層配線基板において、該電極の外周部がソルダーレジスト５の壁面に沿ってせり上がっている電極構造を有すること。はんだと接続するための電極を有する、絶縁テープを支持体とする片面配線基板において、該電極の外周部が絶縁テープの壁面に沿ってせり上がっている電極構造を有すること。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだと接続するための電極を有する多層配線基板において、該電極の外周部がソルダーレジストの壁面に沿ってせり上がっている電極構造を有することを特徴とする多層配線基板
【請求項２】
はんだと接続するための電極を有する、絶縁テープを支持体とする片面配線基板において、該電極の外周部が絶縁テープの壁面に沿ってせり上がっている電極構造を有することを特徴とする片面配線基板。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板上のはんだボール実装に関するものであり、特に、配線基板の電極とはんだの界面が応力により剥離するのを防止した配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境問題に配慮して、従来の鉛入り共晶はんだから鉛を使わない、所謂鉛フリーはんだへの移行が進展している。一般に鉛フリーはんだとは鉛を含まないはんだの事であり、現在は様々な元素の組合せた鉛フリーはんだが研究されて市場に出始めている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
はんだの鉛フリー化の進展にともない、はんだ接合が従来よりも困難になってきている。すなわち、錫−銀−銅など一般に高温鉛フリーはんだと呼ばれている組成では、はんだ自体の機械強度が高いためにはんだの変形が起こりにくく、界面への応力集中が大きくなることによって、曲げや落下衝撃といった変形に対して界面はがれの現象が多くみられるようになっている。
【０００４】
本発明は、従来の配線基板における上記問題点に鑑み案出されたものであり、配線基板の電極とはんだの界面が応力により剥離するのを防止し、電気的接続を長期間にわたり確実、強固に維持することができる長期信頼性に優れた配線基板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、はんだと接続するための電極を有する多層配線基板において、該電極の外周部がソルダーレジストの壁面に沿ってせり上がっている電極構造を有することを特徴とする多層配線基板である。
【０００６】
また、本発明は、はんだと接続するための電極を有する、絶縁テープを支持体とする片面配線基板において、該電極の外周部が絶縁テープの壁面に沿ってせり上がっている電極構造を有することを特徴とする片面配線基板である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の配線基板は、はんだと接続するための電極を有する配線基板において、該電極の外周部がソルダーレジストの壁面に沿ってせり上がっている電極構造であるので、その界面に集中して発生する応力を分散させることができ、曲げや落下衝撃といった変形に対して界面はがれの現象がなくなる。ひいては電気的接続を長期間にわたり確実に、強固に維持することができる配線基板となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
この課題の解決にあたり、発明者は、電極の構造に着目した。つまり、電極が従来の平面状である場合、垂直方向の引っ張り強度は断面積に比例する。また剪断強度は剪断方向に対しその接合部の幅に比例する。
【００１０】
ここで、例えば、人が片手にリンゴを乗せて持ち運ぶ場合、リンゴをただ手のひらに乗せて運ぶ人はまずいない。大抵の人は落とさないように指でリンゴを包むようにして運ぶ
だろう。対象がある程度の堅さを有している場合は、そのように対象を左右から挟みこむように保持したほうが外力に対して安定であるというのは容易に想像できる。従来のようにはんだが比較的軟らかい場合は、剪断強度試験をしてもはんだが破壊するため、界面の状態は殆ど問題にならなかったが、はんだの鉛フリー化により、はんだが従来よりも硬くなったため、上述のような事柄が重要になってきた。
【００１１】
つまり、比較的はんだの硬さが大きく、応力が界面に集中するような構造の場合、平面状の電極で接合するのではなく、該電極の外周部がせり上がっているような、さながら物をつかむような構造であれば、界面への応力集中を分散させることができると考えたのである。
【００１２】
本発明は、半導体素子収納用パッケージに用いられる配線基板に限定されず、半導体素子の搭載にはんだを用いる場合においては、その搭載電極にも適用でき、それに相対する半導体素子上の電極に対しても適応できる。また、該配線基板を実装する母基板の実装用電極にも適用できる。
【００１３】
また、ポリイミド系樹脂テープをベース基材とした片面銅張基板から作製される半導体素子収納用パッケージ用基板の場合、該ベース基材にグリッド状のパンチ穴を設けてソルダーレジストの役割を持たせる場合があるが、そのような構成の基板にも本発明は適用することができる。
また、はんだの硬さについては、より硬い場合において本発明の効果がより明確に発揮されるが、比較的軟らかい場合においても、本来の性能を損なうものではなく、よって、はんだの硬さや組成によって本発明は制限を受けるものではない。
【００１４】
本発明によれば、電極の外周部をせり上げることによって、はんだを立体的に保持することができ、落下や熱応力に対し優れたはんだ接合性の電極構造を有する配線基板を提供することが可能となる。
【００１５】
図１は、本発明の電極構造の一実施例を断面で示す説明図である。図１中の１は絶縁基材、２は配線層、３はニッケル層、４は金層、５はソルダーレジスト、６は銅層である。尚、７ははんだボールを示している。
前記絶縁基材１は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック系絶縁基材のほか、ガラス／エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の有機系絶縁基材も任意に使用することができ、これによって本発明は影響を受けるものではない。
【００１６】
一方、前記配線層２としては素材として銅がもっとも好ましいが金属ペーストの焼結体なども任意に選択できる。
前記ニッケル層３はニッケルを主成分とする層のことで、その形成方法としては無電解めっき法が一般的であるが、給電リードを切断する工程を盛り込むことができれば電解めっき法も使用することができる。またニッケル層が不要の場合はニッケル層を形成しなくとも良い。
【００１７】
前記金層４は金を主成分とする層のことで、純粋な金ほかに微量の鉛やタリウムやヒ素を含んだ金合金が工業的には適用しやすく、本発明においてもそれらを使用することができる。厚さについては任意であり、これによって本発明は影響を受けるものではない。また金層が不要の場合は金層を形成しなくとも良い。
前記銅層６はソルダーレジストの壁面に沿ってせり上がっている形状をなす層のことである。銅層６は配線層と同じ素材が好ましい。仮に異なる素材とした場合、新たな界面が生じ本発明の本来の性能を損なう可能性があるため好ましくないが、十分に接合強度を確保できる場合は異なる素材、例えば、クロム／銅、パラジウム／銅を使用することもできる
し、銅層は他の金属でもよい。
【実施例１】
【００１８】
以下に、本発明を実施例によって詳細に説明を行なう。
【００１９】
１．６ｍｍ厚の両面銅張積層板を脱脂、酸洗し、よく洗浄してから乾燥し、その後片面に、感光性ソルダーレジスト（太陽インキ製造（株）製）を厚さ３０μｍになるように暗室内でコーティングし、９０℃で該感光性液状ソルダーレジストを乾燥させた。
次に、該感光性ソルダーレジストに直径６００μｍのドットパターンを１０個×１０個の格子状に配列されるようにパターンを焼き付け、その後１％炭酸ナトリウム水溶液にて現像し、その後１５０℃で３０分間加熱して該ソルダーレジストを完全に硬化させた。
【００２０】
次に、ソルダーレジストを形成した面の全面に、クロムおよび銅をスパッタリング装置にてそれぞれ２００ｎｍ、３００ｎｍの厚さで順次形成した。
次に、スパッタリングで形成したソルダーレジスト上の不要なクロムおよび銅を、バフ研磨装置にて開口部およびソルダーレジスト壁面部を残して除去した。
次に、高速無電解銅めっき液（シプレイ・ファー・イースト（株）製）を使用し銅層の厚さを３μｍに整え、引き続き、無電解ニッケルめっき液（上村工業（株）製）を使用し銅層上にニッケル層を厚さ５μｍ形成し、さらに、無電解金めっき液（上村工業（株）製）を使用し金層を０．０５μｍ形成し、配線基板を完成させた。
【００２１】
次に、この配線基板のドットパターンの電極に樹脂系フラックス（千住金属（株）製：デルタラックス５２９Ｄ−１）をピンで適量転写しておき、該フラックスを固定材として直径７６０μｍの錫−銀−銅の３元系鉛フリーはんだボール（千住金属（株）製：エコソルダーＭ７０５）を１個のドットに１個ずつ配置した。
【００２２】
次に、この配線基板を１６０℃、２分間予熱後２４０℃、３０秒間加熱しはんだボールを溶融させてドットパターンの電極に接合させた。
常温まで放冷したところで、恒温器内で大気下１５０℃、５００時間保管した後、はんだボールのシェア強度を測定したところ、標本数３０で最大値１，９０３ｇ、最小値１，７８１ｇ、平均値１，８３２ｇであった。また、このときテスト後の破断面を観察したところ、１００個中、ニッケル層が露出したものはなくすべてはんだで覆われていた。
【００２３】
尚、測定装置はデイジ社製ボンドテスタシリーズ４０００、測定条件はシェアスピード３００μｍ毎秒、シェア高さ２０μｍである。
【実施例２】
【００２４】
実施例１と同様に銅張積層板を加工し、ソルダーレジストのパターニングによって銅電極を露出させた。
次に、この基板を酸性クリーナ（シプレー・ファー・イースト（株）製）に５分間浸漬した後水洗し、続いて、キャタリスト水溶液（シプレー・ファー・イースト（株）製）に７分間浸漬し水洗し、さらに、アクセラレータ（シプレー・ファー・イースト（株）製）に５分間浸漬し水洗して、ソルダーレジスト上の全面にパラジウム触媒を吸着させた。
【００２５】
次に、ソルダーレジスト上の不要なパラジウム触媒を、バフ研磨装置にて開口部およびソルダーレジスト壁面部を残して除去した。
次に、高速無電解銅めっき液（シプレイ・ファー・イースト（株）製）を使用し銅層の厚さを３μｍに整え、引き続き、無電解ニッケルめっき液（上村工業（株）製）を使用し銅層上にニッケル層を厚さ５μｍ形成し、さらに、無電解金めっき液（上村工業（株）製）を使用し金層を０．０５μｍ形成し、配線基板を完成させた。
【００２６】
次に、この配線基板のドットパターンの電極に樹脂系フラックス（千住金属（株）製：デルタラックス５２９Ｄ−１）をピンで適量転写しておき、該フラックスを固定材として直径７６０μｍの錫−銀−銅の３元系鉛フリーはんだボール（千住金属（株）製：エコソルダーＭ７０５）を１個のドットに１個ずつ配置した。
【００２７】
次に、この配線基板を１６０℃、２分間予熱後２４０℃、３０秒間加熱しはんだボールを溶融させてドットパターンの電極に接合させた。
常温まで放冷したところで、恒温器内で大気下１５０℃、５００時間保管した後、はんだボールのシェア強度を測定したところ、標本数３０で最大値１，８８５ｇ、最小値１，７７６ｇ、平均値１，８４１ｇであった。また、このときテスト後の破断面を観察したところ、１００個中、ニッケル層が露出したものはなくすべてはんだで覆われていた。
尚、測定装置はデイジ社製ボンドテスタシリーズ４０００、測定条件はシェアスピード３００μｍ毎秒、シェア高さ２０μｍである。
【実施例３】
【００２８】
実施例１と同様に銅張積層板を加工し、ソルダーレジストのパターニングによって銅電極を露出させた。
【００２９】
次に、この基板を酸性クリーナ（シプレー・ファー・イースト（株）製）に５分間浸漬した後水洗し、続いて、キャタリスト水溶液（シプレー・ファー・イースト（株）製）に７分間浸漬した後水洗し、さらに、アクセラレータ（シプレー・ファー・イースト（株）製）に５分間浸漬した後水洗して、ソルダーレジスト上の全面にパラジウム触媒を吸着させた。
【００３０】
次に、ソルダーレジスト上の不要なパラジウム触媒を、バフ研磨装置にて開口部およびソルダーレジスト壁面部を残して除去した。
次に、無電解ニッケルめっき液（上村工業（株）製）を使用し樹脂上にニッケル層を厚さ５μｍ形成し、さらに無電解金めっき液（上村工業製）を使用し金層を０．０５μｍ形成し、配線基板を完成させた。
【００３１】
次に、この配線基板のドットパターンの電極に樹脂系フラックス（千住金属（株）製：デルタラックス５２９Ｄ−１）をピンで適量転写しておき、該フラックスを固定材として直径７６０μｍの錫−銀−銅の３元系鉛フリーはんだボール（千住金属（株）製：エコソルダーＭ７０５）を１個のドットに１個ずつ配置した。
【００３２】
次に、この配線基板を１６０℃、２分間予熱後２４０℃、３０秒間加熱しはんだボールを溶融させてドットパターンの電極に接合させた。
常温まで放冷したところで、恒温器内で大気下１５０℃、５００時間保管した後、はんだボールのシェア強度を測定したところ、標本数３０で最大値１，８７８ｇ、最小値１，７２３ｇ、平均値１，７８５ｇであった。また、このときテスト後の破断面を観察したところ、１００個中、ニッケル層が露出したものはなくすべてはんだで覆われていた。
尚、測定装置はデイジ社製ボンドテスタシリーズ４０００、測定条件はシェアスピード３００μｍ毎秒、シェア高さ２０μｍである。
【実施例４】
【００３３】
実施例１と同様に銅張積層板を加工し、ソルダーレジストのパターニングによって銅電極を露出させた。
次に、この基板を酸性クリーナ（シプレー・ファー・イースト（株）製）に５分間浸漬した後水洗し、続いて、酸性塩化パラジウム水溶液（上村工業（株）製）に３分間浸漬した
後水洗して、銅電極上にパラジウム触媒を吸着させた。
次に、無電解ニッケルめっき液（上村工業（株）製）を使用し樹脂上にニッケル層を厚さ５μｍ形成し、さらに無電解金めっき液（上村工業（株）製）を使用し金層を０．０５μｍ形成し、配線基板を完成させた。
【００３４】
次に、この配線基板のドットパターンの電極に樹脂系フラックス（千住金属（株）製：デルタラックス５２９Ｄ−１）をピンで適量転写しておき、該フラックスを固定材として直径７６０μｍの錫−銀−銅の３元系鉛フリーはんだボール（千住金属（株）製：エコソルダーＭ７０５）を１個のドットに１個ずつ配置した。
【００３５】
次に、この配線基板を１６０℃、２分間予熱後２４０℃、３０秒間加熱しはんだボールを溶融させてドットパターンの電極に接合させた。
常温まで放冷したところで、恒温器内で大気下１５０℃、５００時間保管した後、はんだボールのシェア強度を測定したところ、標本数３０で最大値１，８９０ｇ、最小値１，２５５ｇ、平均値１，６７８ｇであった。また、このときテスト後の破断面を観察したところ、１００個中、２８個については一部ニッケル層の露出が確認された。
尚、測定装置はデイジ社製ボンドテスタシリーズ４０００、測定条件はシェアスピード３００マイクロメートル毎秒、シェア高さ２０マイクロメートルである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を断面で示す説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・・絶縁基材
２・・・・配線層
３・・・・ニッケル層
４・・・・金層
５・・・・ソルダーレジスト
６・・・・銅層
７・・・・はんだボール
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３１９３
【氏名又は名称】凸版印刷株式会社
【住所又は居所】東京都台東区台東１丁目５番１号
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| 【出願日】 |
平成１５年９月２日（２００３．９．２） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００５−７９４２０（Ｐ２００５−７９４２０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１７年３月２４日（２００５．３．２４） |
| 【出願番号】 |
特願２００３−３０９６５４（Ｐ２００３−３０９６５４） |
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