JP2004289052A

JP2004289052A - Wiring board and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP2004289052A
Application number: JP2003082036A
Authority: JP
Inventors: Kiyotomo Nakamura; 清智中村; Takahiro Matsuura; 孝浩松浦; Isato Ida; 勇人井田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】配線基板の電極と鉛フリーはんだの界面が、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】錫と銀の少なくとも２種の金属元素からなる、鉛を含まないはんだと接続される電極を有する配線基板において、電極が銅層２上のニッケル層３と金層４で構成された電極であって、ニッケル層内の塩素量が、飛行時間型二次イオン質量分析装置にて観測されるピーク強度比でニッケルの３％以下であること。電解ニッケルめっき液を使用した電解めっき法にて形成する場合に、その電流密度が５０〜２００ｍＡ／ｃｍ^２であること。
【選択図】図１An object of the present invention is to provide a wiring board excellent in long-term reliability, which can prevent an interface between an electrode of a wiring board and a lead-free solder from peeling off due to stress, and can reliably and firmly maintain an electrical connection for a long time. To do.
In a wiring board having at least two kinds of metal elements of tin and silver and having an electrode connected to a lead-free solder, the electrode is composed of a nickel layer 3 and a gold layer 4 on a copper layer 2. And the amount of chlorine in the nickel layer is 3% or less of nickel in terms of a peak intensity ratio observed by a time-of-flight secondary ion mass spectrometer. When formed by an electrolytic plating method using an electrolytic nickel plating solution, the current density is 50 to 200 mA / cm ² .
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子収納用パッケージ等に用いられる配線基板と、これを実装する母基板との間のはんだ接合に関し、詳しくは鉛を含まないはんだと接合する電極の電解めっき法による表面処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、環境問題に配慮して、従来の鉛入り共晶はんだから、鉛を使わないいわゆる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、現在は鉛を用いずに、様々な元素の組合せのはんだが研究されて市場に出始めている。
【０００３】
半導体素子収納用パッケージの周辺部材として使用される関係上、融点は半導体素子の駆動時温度よりも高くある必要がある。そのため本発明に係る鉛フリーはんだとしては、現在一般に高温鉛フリーはんだと呼ばれている、錫−銀の２元系、もしくは錫−銀−Ｘ（Ｘは任意の元素）の３元系の組成のものが適している。以下、鉛フリーはんだとは、錫−銀の２元系、もしくは錫−銀−Ｘ（Ｘは任意の元素）の３元系の組成のものを指すこととする。
【０００４】
また、この鉛フリーはんだと接続されるための電極の製造方法としては、電解めっき法もしくは無電解めっき法を用いて信号層である銅層上にニッケル層と金層を順次形成するのが一般的である。
【０００５】
【非特許文献１】
日本鍍金材料協同組合作成、２０００めっき手帳めっき技術要覧
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
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−銀や、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い。従って、界面への応力集中が大きくなることによる、例えば、曲げや落下衝撃の際に、はんだが変形せず、はんだが界面から剥がれるといった、界面はがれの現象が多くみられるようになっている。
【０００７】
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、その課題は、配線基板の電極と鉛フリーはんだの界面が、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にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、錫と銀の少なくとも２種の金属元素からなる、鉛を含まないはんだと接続されるための電極を有する配線基板において、該電極が信号層である銅層上に形成されたニッケルを主成分とするニッケル層と金を主成分とする金層で構成される電極であって、該ニッケル層内の塩素量が、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）にて観測されるピーク強度比でニッケルの３％以下であることを特徴とする配線基板である。
【０００９】
また、本発明は、上記発明による配線基板の製造方法であって、ニッケル層を、少なくとも硫酸ニッケルと塩化ニッケルを含む電解ニッケルめっき液を使用した電解めっき法にて形成する場合に、その電流密度が５０〜２００ｍＡ／ｃｍ^２であることを特徴とする配線基板の製造方法である。
【００１０】
また、本発明は、上記発明による配線基板の製造方法であって、ニッケル層を、少なくともスルファミン酸ニッケルと塩化ニッケルを含む電解ニッケルめっき液を使用した電解めっき法にて形成する場合に、その電流密度が５０〜２００ｍＡ／ｃｍ^２であることを特徴とする配線基板の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、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。図１に示すように、本発明の配線基板は、絶縁基材１、配線層２、ニッケル層３、金層４、ソルダーレジスト５で構成されるものである。
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る。
【００１２】
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。
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電解めっき法が一般的であり、本発明に係る製造方法も電解めっき法についてである。
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る。
【００１３】
発明者らは、前記課題の解決にあたり、まず次の現象に着目した。すなわち、銅層上にニッケル層、金層を順次形成した電極において、金層の形成条件を変化させないで、ニッケル層の形成条件を変化させた場合に、上記鉛フリーはんだとの接合性に変化が現れた点である。
詳しくは、ニッケルめっきの電流密度を高めた場合に、はんだ接合強度が上昇したのである。この現象は、硫酸ニッケルを主成分とした電解ニッケルめっき液でも、また、スルファミン酸ニッケルを主成分とする電解めっき液でも確認できた。
【００１４】
この点について、ニッケルめっきの電流密度を高めたということが、ニッケル層のどの部分に変化が現れたのか、様々な分析をおこなったところ、電流密度を高めることにより該ニッケル層中の塩素量が低減されると言うことが、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）にて明らかとなったのである。
【００１５】
次に、発明者らはこの塩素量を低減させるための他の方法がないか、さらに研究を続けた。すなわち、電解ニッケルめっき液には一般に塩化ニッケルが３〜４５ｇ／Ｌ含まれるためニッケル層中の塩素はこの塩化ニッケルに由来していることは明確であることから、このめっき液中の塩化ニッケルの量を少なくしていけば同様な効果が期待できるのではないかと考え実験をおこなってみた。
【００１６】
しかしながら、実験の結果、電解ニッケルめっき液に添加する塩化ニッケルの量を０．３〜３０ｇ／Ｌまで変化させてめっきをおこなっても、ニッケル層中の塩素量は一定であり、さらに金めっきを行った後の鉛フリーはんだボール接合強度においても一定であった。
【００１７】
発明者らはさらに、めっき温度、ｐＨの検討も鋭意行ったが、それらによるニッケル層中の塩素量の明確な変化は認められず、またさらに、金めっきを行った後の鉛フリーはんだボール接合強度においてもそれらの変化と連動した接合強度の変化は見られなかった。
結果としてニッケルめっき後の金めっきが一様である場合は、鉛フリーはんだボール接合強度はニッケルめっき電流密度に依存し、それはニッケル層中の塩素量に依るものというところに到達した。
【００１８】
飛行時間型二次イオン質量分析装置にて観測されるピーク強度比で塩素がニッケルの３％以上のときは、鉛フリーはんだボール接合強度は低下してしまう。
【００１９】
また、飛行時間型二次イオン質量分析装置にて観測されるピーク強度比で塩素がニッケルの３％以下にするためには、電解めっき法にてニッケル層を形成する場合の電流密度条件として５０ｍＡ／ｃｍ^２以上である必要がある。また、この電流密度が２００ｍＡ／ｃｍ^２を超えるような高い電流密度条件では、被めっき物である電極近傍のニッケルイオンが不足し、適正なニッケル層を形成できないため、本発明における電流密度の範囲は、５０〜２００ｍＡ／ｃｍ^２と限定された。
【００２０】
上記のように、本発明によれば、鉛フリーはんだと電極の接合においてその接合強度を低下させる要因となるニッケル層中の塩素量を低減させることができ、鉛フリーはんだの接合性に優れた配線基板を提供することが可能となる。
また、本発明は、半導体素子収納用パッケージ等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鉛フリー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、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ものである。
【００２１】
【実施例】
以下に、実施例により本発明を詳細に説明する。
＜実施例１＞
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：ＰＳＲ♯４０００）を厚さ３０マイクロメートル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６００マイクロメートル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。
【００２２】
次に、上記パターニングによって露出した銅電極上に、ニッケルめっきワット浴（硫酸ニッケル６水和物：２４０ｇ／Ｌ、塩化ニッケル６水和物：４５ｇ／Ｌホウ酸：３０ｇ／Ｌ）を使用して、５５℃、１４０ｍＡ／ｃｍ^２で５．５マイクロメートルのニッケル層を形成した。
【００２３】
次に、該ニッケル層上に、金ストライクめっき浴（日本高純度化学（株）製：アシッドストライク）を使用して、３０℃、３．５Ｖで約０．０２マイクロメートルの金層を形成した。
【００２４】
次に、該金層上に、金めっき浴（日本高純度化学（株）製：テンペレジスト−ＥＸ）を使用して、７０℃、０．４Ａ／ｄｍ２で０．５マイクロメートルの金層を形成し、配線基板を完成させた。
【００２５】
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７６０マイクロメートルの錫−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。
【００２６】
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、はんだボールのシェア強度を測定（使用した装置：デイジ社製ボンドテスタシリーズ４０００、測定条件：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）したところ、標本数３０で最大値１８７８ｇ、最小値１７２３ｇ、平均値１７８５ｇ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、全てはんだで覆われていた。
【００２７】
この配線基板の、金層を形成する前のドットパターン部を飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使って深さ分析をおこなったところ、ニッケル層中の塩素の量はニッケルとのピーク強度比で０．６６％であった。
【００２８】
＜実施例２＞
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露出した銅電極上に、実施例１と同組成のニッケルめっきワット浴を使用して、５５℃、７０ｍＡ／ｃｍ^２で５．５マイクロメートルのニッケル層を形成し、その後実施例１と同様金ストライクめっきにより０．０２マイクロメートル、および金めっきにより０．５マイクロメートルの金層を順次形成して配線基板を作製した。
【００２９】
次に、実施例１と同組成のはんだボールを同条件で該配線基板に接合させ、常温まで放冷したところで、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１８１２ｇ、最小値１６４９ｇ、平均値１７２０ｇ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。
【００３０】
この配線基板の、金層を形成する前のドットパターン部を飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使って深さ分析をおこなったところ、ニッケル層中の塩素の量はニッケルとのピーク強度比で０．９７％であった。
【００３１】
＜比較例１＞
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露出した銅電極上に、実施例１と同組成のニッケルめっきワット浴を使用して、５５℃、２０ｍＡ／ｃｍ^２で５．５マイクロメートルのニッケル層を形成し、その後実施例１と同様金ストライクめっきにより０．０２マイクロメートル、および金めっきにより０．５マイクロメートルの金層を順次形成して配線基板を作製した。
【００３２】
次に、実施例１と同組成のはんだボールを同条件で該配線基板に接合させ、常温まで放冷したところで、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１５３１ｇ、最小値１２４８ｇ、平均値１３８１ｇ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、８９個については一部ニッケル層の露出が確認された。
【００３３】
この配線基板の、金層を形成する前のドットパターン部を飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使って深さ分析をおこなったところ、ニッケル層中の塩素の量はニッケルとのピーク強度比で６．１９％であった。
【００３４】
＜比較例２＞
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露出した銅電極上に、実施例１と同組成のニッケルめっきワット浴を使用して、５５℃、４０ｍＡ／ｃｍ^２で５．５マイクロメートルのニッケル層を形成し、その後実施例１と同様金ストライクめっきにより０．０２マイクロメートル、および金めっきにより０．５マイクロメートルの金層を順次形成して配線基板を作製した。
【００３５】
次に、実施例１と同組成のはんだボールを同条件で該配線基板に接合させ、常温まで放冷したところで、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１６２０ｇ、最小値１３１３ｇ、平均値１４４８ｇ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、２７個については一部ニッケル層の露出が確認された。
【００３６】
この配線基板の、金層を形成する前のドットパターン部を飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使って深さ分析をおこなったところ、ニッケル層中の塩素の量はニッケルとのピーク強度比で３．６２％であった。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、ニッケル層と金層を順次形成する電極構造において、高温鉛フリーはんだと直接接合されるニッケル層内の塩素量が、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）にて観測されるピーク強度比でニッケルの３％以下であるなら、その電極と接合されたはんだボールの接合強度が飛躍的に増大することとなる。ひいては鉛フリーはんだに対し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。
【図面の簡単な説明】
【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】
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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solder joint between a wiring board used for a package for housing a semiconductor element and a mother board on which the wiring board is mounted, and more particularly to a surface treatment of an electrode joined with a solder containing no lead by an electrolytic plating method. Things.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in consideration of environmental issues, the transition from a conventional lead-containing eutectic solder to a so-called lead-free solder that does not use lead is progressing. Generally, the lead-free solder is a solder that does not contain lead, and at present, a solder of a combination of various elements without using lead has been studied and started to enter the market.
[0003]
The melting point needs to be higher than the operating temperature of the semiconductor element because it is used as a peripheral member of the semiconductor element storage package. Therefore, as the lead-free solder according to the present invention, a binary system of tin-silver or a ternary system of tin-silver-X (X is an arbitrary element), which is currently generally called high-temperature lead-free solder, is used. Are suitable. Hereinafter, the lead-free solder refers to a tin-silver binary system or a tin-silver-X (X is an arbitrary element) ternary composition.
[0004]
In addition, as a method of manufacturing an electrode to be connected to the lead-free solder, generally, a nickel layer and a gold layer are sequentially formed on a copper layer serving as a signal layer using an electrolytic plating method or an electroless plating method. It is a target.
[0005]
[Non-patent document 1]
Created by the Japan Plating Material Cooperative, 2000 Plating Notebook Plating Technology Handbook [0006]
[Problems to be solved by the invention]
With the progress of lead-free solder, solder joining has become more difficult than before. That is, in a composition generally called high-temperature lead-free solder such as tin-silver or tin-silver-copper, the solder itself is high in mechanical strength, so that the solder is hardly deformed. Therefore, the phenomenon of interface peeling such that the solder does not deform and the solder peels off from the interface due to, for example, bending or drop impact due to increased stress concentration on the interface has been observed.
[0007]
The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems in the conventional wiring board, and the problem is to prevent the interface between the electrode of the wiring board and the lead-free solder from peeling off due to stress, and to provide electrical connection. Is to provide a wiring board excellent in long-term reliability that can reliably and firmly maintain the wiring board for a long period of time.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a wiring board having an electrode for connection with a solder containing no lead, comprising at least two kinds of metal elements of tin and silver, wherein the electrode is formed on a copper layer serving as a signal layer by nickel. And a gold layer mainly containing gold, and the amount of chlorine in the nickel layer is measured by a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS). A wiring substrate characterized by an observed peak intensity ratio of 3% or less of nickel.
[0009]
The present invention also relates to a method of manufacturing a wiring board according to the present invention, wherein the nickel layer is formed by an electrolytic plating method using an electrolytic nickel plating solution containing at least nickel sulfate and nickel chloride, wherein the current density Is 50 to 200 mA / cm ² .
[0010]
The present invention also relates to a method for manufacturing a wiring board according to the present invention, wherein the nickel layer is formed by an electrolytic plating method using an electrolytic nickel plating solution containing at least nickel sulfamate and nickel chloride. A method for manufacturing a wiring board, wherein the density is 50 to 200 mA / cm ² .
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a cross section of one embodiment of the wiring board of the present invention. As shown in FIG. 1, the wiring board of the present invention includes an insulating base material 1, a wiring layer 2, a nickel layer 3, a gold layer 4, and a solder resist 5.
As the insulating base material 1, in addition to a ceramic insulating base material such as an aluminum oxide sintered body or an aluminum nitride sintered body, an organic insulating base material such as a glass / epoxy resin or a polyimide resin can be arbitrarily used. it can.
[0012]
The wiring layer 2 is most preferably made of copper as a material, but a sintered body of a metal paste or the like can be arbitrarily selected.
The nickel layer 3 is a layer containing nickel as a main component, and its formation method is generally an electrolytic plating method, and the manufacturing method according to the present invention is also about the electrolytic plating method.
The gold layer 4 is a layer containing gold as a main component, and a gold alloy containing trace amounts of lead, thallium, and arsenic in addition to pure gold is industrially easy to apply. Can be. The thickness is arbitrary.
[0013]
The inventors first focused on the following phenomenon in solving the above problem. That is, in an electrode in which a nickel layer and a gold layer are sequentially formed on a copper layer, when the conditions for forming the nickel layer are changed without changing the conditions for forming the gold layer, the bondability with the lead-free solder changes. Is the point where appears.
Specifically, when the current density of nickel plating was increased, the solder joint strength was increased. This phenomenon was confirmed with an electrolytic nickel plating solution containing nickel sulfate as a main component and an electrolytic plating solution containing nickel sulfamate as a main component.
[0014]
In this regard, the fact that increasing the current density of the nickel plating means that which part of the nickel layer has changed has been analyzed in various ways. By increasing the current density, the amount of chlorine in the nickel layer was reduced. The fact that it was reduced was clarified by a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS).
[0015]
Next, the inventors continued their research for other ways to reduce this amount of chlorine. That is, since the electrolytic nickel plating solution generally contains nickel chloride at 3 to 45 g / L, it is clear that the chlorine in the nickel layer is derived from the nickel chloride. An experiment was carried out on the assumption that a similar effect could be expected if the amount was reduced.
[0016]
However, as a result of the experiment, even when plating was performed by changing the amount of nickel chloride to be added to the electrolytic nickel plating solution to 0.3 to 30 g / L, the amount of chlorine in the nickel layer was constant, and further, gold plating was performed. The bonding strength of the lead-free solder ball after the test was constant.
[0017]
The inventors further studied the plating temperature and pH, but did not find any clear change in the amount of chlorine in the nickel layer, and further, joined the lead-free solder ball after gold plating. No change in bonding strength was found in connection with those changes in strength.
As a result, when the gold plating after the nickel plating was uniform, the lead-free solder ball bonding strength reached the point that it depends on the nickel plating current density, which depends on the amount of chlorine in the nickel layer.
[0018]
When chlorine is 3% or more of nickel in the peak intensity ratio observed by the time-of-flight secondary ion mass spectrometer, the bonding strength of the lead-free solder ball decreases.
[0019]
Further, in order to make the chlorine 3% or less of the nickel in the peak intensity ratio observed by the time-of-flight secondary ion mass spectrometer, the current density condition when forming the nickel layer by the electrolytic plating method is 50 mA. / Cm ² or more. Further, under high current density conditions such that the current density exceeds 200 mA / cm ² , nickel ions near the electrode, which is the object to be plated, are insufficient, and a proper nickel layer cannot be formed. Was limited to 50-200 mA / cm ² .
[0020]
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the amount of chlorine in the nickel layer, which is a factor in lowering the bonding strength in the bonding of the lead-free solder and the electrode, and has excellent bonding properties of the lead-free solder. It is possible to provide a wiring board.
In addition, the present invention is not limited to a wiring board used for a package for accommodating a semiconductor element, and can be applied to a mounting electrode when a lead-free solder is used for mounting a semiconductor element. The present invention can be applied to the electrodes and also to the mounting electrodes of the mother board on which the wiring board is mounted.
[0021]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.
<Example 1>
A 1.6 mm-thick double-sided copper-clad laminate is degreased, pickled, washed thoroughly and dried, and then coated on one side with a photosensitive solder resist (manufactured by Taiyo Ink Mfg. Co., Ltd .: PSR # 4000) having a thickness of 30 mm. The photosensitive liquid solder resist was coated at 90 ° C. in a dark room so as to have a thickness of micrometers.
Next, a dot pattern having a diameter of 600 micrometers is printed on the photosensitive solder resist so as to be arranged in a grid of 10 × 10, and then developed with a 1% aqueous solution of sodium carbonate. The solder resist was completely cured by heating for a minute.
[0022]
Next, a nickel plating watt bath (nickel sulfate hexahydrate: 240 g / L, nickel chloride hexahydrate: 45 g / L boric acid: 30 g / L) was used on the copper electrode exposed by the patterning. A nickel layer of 5.5 micrometers was formed at 140 ° C./cm ² at 55 ° C.
[0023]
Next, a gold layer having a thickness of about 0.02 μm was formed on the nickel layer at 30 ° C. and 3.5 V using a gold strike plating bath (Acid Strike, manufactured by Nippon Kojundo Chemical Co., Ltd.). .
[0024]
Next, on the gold layer, using a gold plating bath (manufactured by Nippon Kojundo Chemical Co., Ltd .: Tempe Resist-EX), a gold layer of 0.5 μm at 70 ° C. and 0.4 A / dm 2 was formed. And completed the wiring board.
[0025]
Next, an appropriate amount of resin flux (Deltalux 529D-1 manufactured by Senju Metal Co., Ltd.) is transferred to the electrode of the dot pattern of this wiring board with a pin, and the flux is used as a fixing material and tin having a diameter of 760 μm is used. -Silver-copper ternary lead-free solder balls (Eco Solder M705, manufactured by Senju Metal Co., Ltd.) were arranged one by one for each dot.
[0026]
Next, the wiring board was preheated at 160 ° C. for 2 minutes, and then heated at 240 ° C. for 30 seconds to melt the solder balls and bond them to the dot pattern electrodes.
After cooling to room temperature, the shear strength of the solder balls was measured (using a bond tester series 4000 manufactured by Daige Co., Ltd., measuring conditions: a shear speed of 300 micrometers per second, a shear height of 20 micrometers), and the number of samples was 30. The maximum value was 1878 g, the minimum value was 1723 g, and the average value was 1785 g.
Also, at this time, when the fracture surface after the test was observed, none of the 100 pieces had a nickel layer exposed, and all were covered with solder.
[0027]
When the dot pattern portion of the wiring substrate before the formation of the gold layer was subjected to depth analysis using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS), the amount of chlorine in the nickel layer was And the peak intensity ratio was 0.66%.
[0028]
<Example 2>
A copper-clad laminate was processed in the same manner as in Example 1, and a nickel plating watt bath having the same composition as in Example 1 was used at 55 ° C. and 70 mA / cm ² on a copper electrode exposed by solder resist patterning. A nickel layer of 5.5 μm was formed, and then a gold layer of 0.02 μm by gold strike plating and a 0.5 μm gold layer by gold plating were sequentially formed in the same manner as in Example 1 to produce a wiring board. .
[0029]
Next, a solder ball having the same composition as in Example 1 was bonded to the wiring board under the same conditions, and was allowed to cool to room temperature. When the shear strength of the solder ball was measured, a maximum value of 1812 g and a minimum value of 30 samples were obtained. The average value was 1,649 g. Further, at this time, when the fracture surface after the test was observed, none of the 100 pieces had a nickel layer exposed, and all were covered with solder.
[0030]
When the dot pattern portion of the wiring substrate before the formation of the gold layer was subjected to depth analysis using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS), the amount of chlorine in the nickel layer was And the peak intensity ratio was 0.97%.
[0031]
<Comparative Example 1>
A copper-clad laminate was processed in the same manner as in Example 1, and a nickel plating watt bath having the same composition as in Example 1 was used at 55 ° C. and 20 mA / cm ² on a copper electrode exposed by solder resist patterning. A nickel layer of 5.5 μm was formed, and then a gold layer of 0.02 μm by gold strike plating and a 0.5 μm gold layer by gold plating were sequentially formed in the same manner as in Example 1 to produce a wiring board. .
[0032]
Next, a solder ball having the same composition as in Example 1 was joined to the wiring board under the same conditions, and was allowed to cool to room temperature, whereupon the shear strength of the solder ball was measured. 1248 g, average value 1381 g. Also, at this time, when the fracture surface after the test was observed, it was confirmed that the nickel layer was partially exposed in 89 out of 100 pieces.
[0033]
When the dot pattern portion of the wiring substrate before the formation of the gold layer was subjected to depth analysis using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS), the amount of chlorine in the nickel layer was And 6.19% in peak intensity ratio.
[0034]
<Comparative Example 2>
A copper-clad laminate was processed in the same manner as in Example 1, and a nickel plating watt bath having the same composition as in Example 1 was used at 55 ° C. and 40 mA / cm ² on the copper electrode exposed by solder resist patterning. A nickel layer of 5.5 μm was formed, and then a gold layer of 0.02 μm by gold strike plating and a 0.5 μm gold layer by gold plating were sequentially formed in the same manner as in Example 1 to produce a wiring board. .
[0035]
Next, a solder ball having the same composition as in Example 1 was bonded to the wiring board under the same conditions, and was allowed to cool to room temperature. When the shear strength of the solder ball was measured, a maximum value of 1620 g and a minimum value of 30 samples were obtained. 1313 g, average value 1448 g. At this time, when the fracture surface after the test was observed, exposure of the nickel layer was partially confirmed in 27 out of 100 pieces.
[0036]
When the dot pattern portion of the wiring substrate before the formation of the gold layer was subjected to depth analysis using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS), the amount of chlorine in the nickel layer was And the peak intensity ratio was 3.62%.
[0037]
【The invention's effect】
According to the wiring board of the present invention, in the electrode structure in which the nickel layer and the gold layer are sequentially formed, the amount of chlorine in the nickel layer directly joined to the high-temperature lead-free solder is determined by the time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF). If the peak intensity ratio observed by SIMS is 3% or less of nickel, the joining strength of the solder ball joined to the electrode will be dramatically increased. Consequently, the electrical connection to the lead-free solder can be reliably and firmly maintained for a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a cross section of one embodiment of a wiring board of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating base material 2 ... Wiring layer 3 ... Nickel layer 4 ... Gold layer 5 ... Solder resist

Claims

In a wiring board having an electrode for connection with a solder containing no lead, which is made of at least two kinds of metal elements of tin and silver, the electrode mainly contains nickel formed on a copper layer which is a signal layer. Composed of a nickel layer and a gold layer containing gold as a main component, wherein the amount of chlorine in the nickel layer is a peak observed by a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS). A wiring board, wherein the strength ratio is 3% or less of nickel.

The method for manufacturing a wiring board according to claim 1, wherein the nickel layer is formed by an electrolytic plating method using an electrolytic nickel plating solution containing at least nickel sulfate and nickel chloride, and the current density is 50 to 50%. A method for manufacturing a wiring board, wherein the method is 200 mA / cm ² .

2. The method for manufacturing a wiring board according to claim 1, wherein when the nickel layer is formed by an electrolytic plating method using an electrolytic nickel plating solution containing at least nickel sulfamate and nickel chloride, the current density is 50%. method for manufacturing a wiring substrate, which is a ~200mA / cm ^2.