JPH11346054A

JPH11346054A - 回路基板の接合方法及び回路付きサスペンション基板

Info

Publication number: JPH11346054A
Application number: JP10165878A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Owaki; 泰人大脇; Toshihiko Omote; 利彦表
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1998-05-31
Filing date: 1998-05-31
Publication date: 1999-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】バンプ付きフレキシブル回路基板を回路付きサ
スペンション基板に優れた接合強度及び信頼性ではんだ
付け接合できる方法提供する。【解決手段】一方の回路基板２のはんだめっきバンプ２
５を、他方の回路基板１の金めっきボンディングパッド
Ｅに前記はんだめっき層の溶融・凝固ではんだ付けする
方法であり、前記金めっき層１９の厚み（平均厚み）を
１．５μｍ以上、好ましくは２．０μｍ以上、より好ま
しくは２．５μｍ以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回路基板のはんだ付
けによる接合方法とこの接合方法によりバンプ接合され
る回路付きサスペンション基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回路基板をはんだ付けにより接合する場
合、一方の回路基板にバンプを形成し、このバンプに予
めはんだをめっきし、このはんだめっきバンプを他方の
回路基板のボンディングパッドに前記めっきはんだの溶
融・凝固によりはんだ付けすることがある。例えば、磁
気デイスクの情報の読み取り・書き込みを行うＭＲヘッ
ド搭載の浮上特性・電気特性に優れた回路付きサスペン
ション基板に中継ケ−ブル用のフレキシブル回路基板を
接合する場合、フレキシブル回路基板にバンプを形成し
て上記のバンプ接合方法を使用することがある。このバ
ンプ接合においては、ボンディングパッドの酸化を防止
するためにボンディングパッドに金めっきを施してい
る。

【０００３】ところで、被はんだ付け面を金めっきする
と、溶融はんだに金が溶食されて金属間化合物（主にＡ
uＳn₄）が凝固はんだ中に析出され接合強度が低下され
ることが、いわゆる、金食われ現象として知られてい
る。このため、上記のバンプ接合では、ボンディングパ
ッドの金めっき層の厚みをボンディングパッドの酸化防
止に必要な最小厚みとし、従来では、その金めっき層の
厚みを１．０μｍ〜０．３μｍ程度にしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近来、パソコンの普及
はめざましく、より一層の信頼性向上が求められてお
り、上記ＭＲヘッド搭載回路付きサスペンション基板と
中継ケ−ブル用フレキシブル回路基板とのバンプ接合の
信頼性向上も重要課題の一つとされている。

【０００５】そこで、本発明者等においては、そのバン
プ接合の強度向上・信頼性向上を図るべく鋭意検討した
結果、予想外にも上記ボンディングパッドの金めっき層
の厚みを従来の０．３μｍ〜１．０μｍに対し相当に厚
くすると接合強度及び安定性を飛躍的に向上できること
を知った。この予想外の好結果の原因を究明すべく、接
合部の断面を拡大写真（４０００倍）で観察したとこ
ろ、バンプによる加圧のために溶融はんだが側部に押し
寄せられてその側部の凝固金属組成とバンプとボンディ
ングパッドベ−ス面（ニッケル面）との間の凝固金属組
成とが異なり、後者が金リッチ組成であることが判明し
た。この観察結果から上記予想外の結果は、接合部の脆
弱化の原因となる前記金属間化合物（主にＡuＳn₄）が
側部に押し寄せられ、バンプとボンディングパッドベ−
ス面との間の金リッチ層が強靱であり、この金リッチ層
で接合部の強度が保証されることによると推定される。

【０００６】本発明の目的は、上記知見に基づきバンプ
付きフレキシブル回路基板を優れた接合強度及び信頼性
ではんだ付け接合できる回路付きサスペンション基板を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る回路基板の
接合方法は、一方の回路基板のはんだめっきバンプを、
他方の回路基板の金めっきボンディングパッドに前記は
んだめっき層の溶融・凝固ではんだ付けする方法であ
り、前記金めっき層の厚み（平均厚み）を１．５μｍ以
上、好ましくは２．０μｍ以上、より好ましくは２．５
μｍ以上とすることを特徴とする構成である。

【０００８】本発明に係る一の回路付きサスペンション
基板は、上記接合方法により接合される他方の回路基板
であり、ボンディングパッドの金めっき層の厚み（平均
厚み）を１．５μｍ以上、好ましくは２．０μｍ以上、
より好ましくは２．５μｍ以上としたことを特徴とする
構成である。

【０００９】本発明に係る一の回路付きサスペンション
基板は、上記の接合方法により接合される他方の回路基
板であり、ボンディングパッドをニッケルめっき層と該
ニッケルめっき層上の厚み（平均厚み）１．５μｍ以上
好ましくは２．０μｍ以上、より好ましくは２．５μｍ
以上の金めっき層との積層により形成したことを特徴と
する構成である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１は本発明に係る回路
付きサスペンション基板１の一例を示す斜視図であり、
ＡはＭＲヘッド搭載部を、Ｃはボンディングパッド部、
ＢはＭＲヘッド搭載部Ａとボンディングパッド部Ｃ間の
回路部を示している。

【００１１】図２の（イ）は図１におけるイ−イ断面図
を、図２の（ロ）は図１におけるロ−ロ断面図をそれぞ
れ示している。図２において、１１はサスペンション金
属板であり、通常ステンレス板が用いられるが、燐青銅
や銅等の使用も可能である。このサスペンション金属板
の厚みは通常５〜５０μｍとされる。１２はサスペンシ
ョン金属板１１上に設けた絶縁層であり、例えば、ポリ
イミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等を用い
ることができるが、図２の（イ）に示すように絶縁層を
パタ−ン形成する場合は、感光性ポリイミド樹脂を用い
ることが好ましい。この絶縁層１２の厚みは通常３μｍ
〜５０μｍとされる。

【００１２】１３は絶縁層１２上に設けた導体、１４は
導体１３と絶縁層１２との間に設けたクロム薄膜であ
り、導体材には銅の外、例えばアルミニウム、タングス
テン等の使用も可能であり、クロム薄膜１４は導体形成
（電解めっきまたは無電解めっきによる）の下地として
有用である。この導体１３の厚みは通常１μｍ〜５０μ
ｍとされ、クロム薄膜１４の厚みは通常０．５μｍ〜５
μｍとされる。１５は導体１３の上面及び側面に設けた
マイグレ−ション防止バリヤであり、ニッケルめっき層
またはパラジウムめっき層を使用することができ（電解
めっきまたは無電解めっきの何れでも可）、その厚みは
通常０．５μｍ〜５μｍとされる。上記導体回路の導体
巾は、マイグレ−ション防止バリヤを含めた巾のもとで
通常５μｍ〜５０μｍとされ、導体間の間隔はマイグレ
−ション防止バリヤ外面間の間隔のもとで通常５μｍ〜
５０μｍとされる。

【００１３】１６はカバレ−であり、前記絶縁層１２と
同様、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹
脂等を使用でき、特に、図２の（イ）に示すようにカバ
レ−をパタ−ン形成する場合は、感光性ポリイミド樹脂
を用いることが好ましい。このカバレ−１６の厚みは通
常１μｍ〜２５μｍ、好ましくは５μｍ〜２５μｍとさ
れる。このカバレ−１６は前記絶縁層１２に対し、材質
や厚みを同一、別異の何れにもできる。

【００１４】１７はボンディングパッドの形成のために
カバレ−１６に設けた穴であり、回路導体端のランド直
上に位置している。１８は穴１７の底部に設けたニッケ
ルめっき層（電解めっきまたは無電解めっきの何れでも
可）、１９はこのニッケルめっき層１８上に設けた金め
っき層（電解めっきまたは無電解めっきの何れでも可）
であり、こられの積層Ｅでボンディングパッドを形成
し、金めっき層１９の厚みを１．５μｍ以上、好ましく
は２．０μｍ以上、より好ましくは２．５μｍ以上とし
てある。この金めっき層１９の厚さの上限は、上記カバ
レ−１６の穴１７の深さ及びニッケルめっき層１８の厚
みで定められ、通常１２μｍ以下である。上記金めっき
層１９の上面はカバレ−１６の上面に対しカバレ−１６
の厚みｔの±１０％の高さで位置される。

【００１５】本発明に係る回路付きサスペンション基板
においては、前記したバンプ接合に対するボンディング
パッドの金めっき層１９をＡuＳn₄等の金属間化合物の
析出にもかかわらず接合強度の向上に寄与させるよう
に、その金めっき層１９の厚みを１．５μｍ以上好まし
くは、２．０μｍ以上にした点に特徴があり、例えば次
ぎのようにして製造することができる（ただし、導体回
路は銅、絶縁層及びカバレ−は感光性ポリイミド樹脂を
使用したパタ−ン形成、マイグレ−ション防止バリヤは
ニッケルめっき層、サスペンション基板はステンレス板
としてある）。

【００１６】まず、図３の（イ）に示すように予め所望
の形状に加工したステンレス基板１１’の片面全体に感
光性ポリイミド樹脂前駆体１２０’を塗布したのち、フ
ォトマスクを介して露光し、現像し、更に加熱して図３
の（ロ）に示すように絶縁層１２’をパタ−ン形成す
る。次に、図３の（ハ）に示すようにクロム薄膜１４’
と銅薄膜１４１’をスパッタリングにより順次形成す
る。

【００１７】そして、導体回路パタ−ンに対しネガパタ
−ンのレジスト２１’を図３の（ニ）に示すように被覆
し、更に図４の（イ）に示すように銅薄膜１４１’上に
銅電解めっきにより導体１３０’を形成し、更に、図４
の（ロ）に示すように導体回路パタ−ン部以外の不要な
銅薄膜及びクロム薄膜を化学エッチングで除去して図４
の（ハ）に示すように導体回路１３’を形成する。この
化学エッチング時には、銅導体１３０’も僅かであるが
不可避的にエッチングされる。このエッチングにはアリ
カリエッチングを使用することが好ましく、クロム薄膜
〔図４の（ロ）の１４’〕のエッチングには、例えば、
フェリシアン化カリウム系エッチング液、過マンガン酸
カリウム系エッチング液、メタケイ酸ナトリウム系エッ
チング液等を使用できる。

【００１８】次いで、無電解ニッケルめっきにより図４
の（ニ）に示すように導体回路１３’の表面にニッケル
薄膜１５’を被覆し、更に感光性ポリイミド樹脂を使用
し前記絶縁層形成と同様にして図５の（イ）に示すよう
に導体回路１３’のパタ−ン上にカバレ−１６’をパタ
−ン形成すると共にボンディングパッド用穴１７’を形
成する。而るのち、カバレ−の上記穴１７’に露出して
いる、上記の無電解ニッケルめっき薄膜を剥離したうえ
で、電解ニッケルめっき１８’と電解金めっき１９’を
順次に施してニッケル−金積層Ｅ’を形成し、これにて
本発明に係る回路付きサスペンション基板の製造を終了
する。

【００１９】図６の（イ）は上記回路付きサスペンショ
ン基板のボンディングパッドに接合するバンプ付きフレ
キシブル回路基板の要部の平面図を、図６の（ロ）は図
６の（イ）におけるロ−ロ断面図をそれぞれ示し、絶縁
支持フィルム２１上に導体回路２２を形成し、その上に
カバレ−２３を被覆し、端末部のカバレ−に導体回路２
２に達する穴２４を設け、金属バンプ２５例えばニッケ
ルバンプを電解めっきによるニッケルの膨出成長で形成
し、バンプ表面にはんだ２６を電解めっきや浸漬法によ
りめっきしてある。このフレキシブル回路基板の金属バ
ンプ２５の寸法は、通常直径Dが２００μｍ〜３００μ
ｍ、高さｈが８０μｍ〜１５０μｍとされる。このバン
プ２５の直径Dに対し、前記カバレ−１６のボンディン
グパッドにおける穴１７の直径は１．０D〜３D、好まし
くは、１．２D〜１．８Dとされる。またはんだ２６には
Ｓｎ−Ｐｂ系はんだが使用され、そのめっき厚さは、通
常５０μｍ〜１００μｍとされる。上記金属バンプ２５
は脚部（カバレ−１６に埋着される部分）と脚部径より
も大きな径の円盤状乃至は椀状頭部を有する形状とされ
ているが、脚部径と頭部径とを実質的に等しくした形状
とすることも可能である。また、材質はニッケルの外、
銅、アルミニウム等の使用も可能である。

【００２０】図７は本発明に係る回路付きサスペンショ
ン基板のボンディングパッドにバンプ付きフレキシブル
回路基板のバンプを接合する場合の手順を示し、図７の
（イ）に示すようにフレキシブル回路基板２の各バンプ
２５を回路付きサスペンション基板１の対応ボンディン
グパッドＥに位置合わせし、次いで図７の（ロ）に示す
ように、熱板３による加圧・加圧でバンプ２５外面のは
んだ〔図７の（イ）における２６〕を溶融させ、而るの
ち、熱板３を脱離させて溶融はんだを凝固させ、これに
て本発明による接合を終了する。この場合、はんだ付け
温度は約３５０℃とされ、ボンディングパッドの金めっ
き層１９が溶融はんだに溶食されて凝固はんだ内にＡu
Ｓn₄、ＡuＳn₂、ＡuＳnやＡu₂Ｐb、ＡuＰb₂等の金属間
化合物が析出される。

【００２１】しかしながら、本発明に係る回路付きサス
ペンション基板では、ボンディングパッドＥの金めっき
層１９の厚みを１．５μｍ以上、好ましくは２．５μｍ
というように従来に較べ相当に厚くしているため、図７
の（ロ）に示すようにバンプ２５とボンディングパッド
ベ−ス面１８０との間に金リッチ組織ａが確保され、上
記金と錫との金属間化合物はこれらの金属間化合物が析
出された凝固金属組織を脆弱化するものであっても、図
７の（ロ）のｂで示す側部に押し寄せられる。而して、
この金リッチ凝固組織ａが強靱であり、かつ、ボンディ
ングパッドベ−ス面１８０に臨むバンプ前面２５０が充
分に平坦であるため、接合部に作用する剪断力が金リッ
チ凝固層ａとその上下の接合界面ａ’，ａ”に充分一様
に分散されて接合部の強度が飛躍的に向上される。この
ことは次の実施例と比較例との熱衝撃試験結果や高温・
高湿暴露試験結果等の対比からも確認できる。

【００２２】

【実施例】〔実施例１〕所定形状に予め加工した厚み２
５μｍのステンレス基板上に感光性ポリイミド樹脂前駆
体の溶液を塗布したのち、１２０℃，２分で加熱乾燥し
て感光性ポリイミド樹脂前駆体の皮膜を形成した。次い
で、マスクを介して露光量７００ｍJ／ｃｍ²で紫外線照
射し、１６０℃，３分で加熱したのち現像処理してネガ
型画像を形成し、更に０．０１Ｔｏｒｒの真空下４００
℃に加熱して膜厚１０μｍのポリイミド樹脂絶縁層をパ
タ−ン形成した。次に、この絶縁層形成のステンレス基
板の全面上にスパッタリング処理でクロムと銅とをそれ
ぞれ５００オングストロ−ム及び１０００オングストロ
−ムの膜厚で薄膜形成した。次いで、常法に従い市販の
ドライレジストフィルムを１１０℃で銅薄膜上にラミネ
−トしたのち、露光量８０ｍJ／ｃｍ²で露光・現像し、
所定の導体回路パタ−ンに対し逆パタ−ンのレジストを
形成した。次いで、ステンレス基板の裏面に軽粘着シ−
トをめっきマスクとして貼着したのち、露出した銅薄膜
の上に硫酸銅電解めっきを施して膜厚１０μｍの銅めっ
きの導体回路パタ−ンを形成し、而るのち、レジストを
除去した。次いで、通常の無電解めっきを施し、膜厚
０．１μｍのニッケル薄膜を導体回路の全表面（三面）
と露出しているステンレス基板の表面に形成した。次い
で、ステンレス基板上の導体回路パタ−ン上に前記絶縁
層のパタ−ン形成と同様にして前記感光性ポリイミド樹
脂前駆体を用いて厚み１０μｍのポリイミド樹脂カバレ
−を形成すると共にボンディングパッド用穴を設けた。
そして、硝酸系剥離液に室温にて浸漬して上記ボンディ
ングパッド用穴の底面に露出している上記無電解ニッケ
ルめっき薄膜及び回路導体以外の無電解ニッケルめっき
薄膜を剥離した。最後に、ボンディングパッド用穴底面
の導体上に厚み７．３μｍの電解ニッケルめっき層と厚
み２．７μｍの電解金めっき層との積層からなるボンデ
ィングパッドを形成して本発明に係る回路付きサスペン
ション基板を製造した。この回路付きサスペンション基
板の回路導体の本数は４本である。

【００２３】この回路付きサスペンション基板のボンデ
ィングパッドに、ニッケル電解めっきにより形成したバ
ンプ直径２５０μｍ、バンプ高さ１００μｍ、バンプ表
面のはんだめっき厚み２２μｍのバンプ付きフレキシブ
ル回路基板のバンプを温度３５０℃で熱板を用いて圧着
した。

【００２４】〔実施例２〕回路付きサスペンション基板
におけるボンディングパッドの電解金めっき層の厚みを
４．４μｍ、電解ニッケルめっき層の厚みを５．６μｍ
とした以外、実施例１に同じとした。

【００２５】〔比較例１〕回路付きサスペンション基板
におけるボンディングパッドの電解金めっき層の厚みを
０．３μｍ、電解ニッケルめっき層の厚みを９．７μｍ
とした以外、実施例１に同じとした。

【００２６】〔比較例２〕回路付きサスペンション基板
におけるボンディングパッドの電解金めっき層の厚みを
１．４μｍ、電解ニッケルめっき層の厚みを８．６μｍ
とした以外、実施例１に同じとした。

【００２７】これらの実施例品のバンプ接合部及び比較
例品のバンプ接合部につき（それぞれの試料数は１００
個）、９０°ピ−ル試験を行い、はんだ接合界面の剥離
の有無を調べたところ、はんだ接合界面で剥離したもの
は皆無であり、すべてバンプが回路付きサスペンション
基板側に付いたままでバンプがフレキシブル回路基板か
ら剥離された。次いで、この９０°ピ−ル試験後の各試
料につき２５箇単位の４グル−プに分け、第１各グル−
プのはんだ接合部の初期剪断強度、第２グル−プの熱衝
撃試験１００サイクル後のはんだ接合部の剪断強度、第
３グル−プの熱衝撃試験３００サイクル後のはんだ接合
部の剪断強度及び第４グル−プの高温・高湿暴露試験
（湿度８５％・温度８５℃・７２時間）後の剪断強度を
測定したところ、第１表の通りであった（熱衝撃試験の
１サイクルは−４０℃×３０分−１２５℃×３０分。測
定値は平均値）。なお、表１中、５５０ｇｆ以上とは、
剪断力５５０ｇｆでバンプのくびれ箇所が剪断破壊し、
はんだ接合界面は破壊しなかったことを意味している。

【００２８】表１実施例１実施例２比較例１比較例２金めっき層厚みμｍ２．７４．４０．３１．４初期剪断強度ｇｆ 550以上 550以上 400 550以上熱衝撃１００サイクル後 550以上 550以上 319 389 の剪断強度ｇｆ熱衝撃３００サイクル後 550以上 550以上 271 325 の剪断強度ｇｆ高温・高湿暴露試験後 550以上 550以上 384 463 の剪断強度ｇｆ

【００２９】第１表から明らかなとおり、ボンディング
パッドの金めっき層厚みを１．５μｍ以上、好ましくは
２．０μｍ以上とした本発明に係る回路付きサスペンシ
ョン基板においては、本来の酸化防止のための金めっき
層厚み０．３〜１．０μｍの従来品に較べ、極めて優れ
た強度並びに安定性でバンプ接合できることが明らかで
ある。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る回路付きサスペンション基
板においては、ボンディングパッドにバンプ付きフレキ
シブル回路基板を優れた接合強度及び信頼性ではんだ付
け接合でき、ＭＲヘッド搭載の薄型回路付きサスペンシ
ョン基板の信頼性をよく向上でき、薄型回路付きサスペ
ンション基板の普及を促進してディスク枚数の増加によ
るパソコンの容量アップや信頼性アップに寄与するとこ
ろが大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回路付きサスペンション基板の一
例を示す図面である。

【図２】図２の（イ）は図１におけるイ−イ断面図、図
２の（ロ）は図１におけるロ−ロ断面図である。

【図３】本発明に係る回路付きサスペンション基板の製
造方法の前段階を示す図面である。

【図４】本発明に係る回路付きサスペンション基板の製
造方法の中間段階を示す図面である。

【図５】本発明に係る回路付きサスペンション基板の製
造方法の後段階を示す図面である。

【図６】本発明に係る回路付きサスペンション基板に接
合されるバンプ付きフレキシブル回路基板を示す図面で
ある。

【図７】本発明に係る回路基板の接合方法を示す図面で
ある。

【符号の説明】

１回路付きサスペンション基板１３導体回路Ｅボンディングパッド１８ニッケルめっき層１９金めっき層２バンプ付きフレキシブル回路基板２５バンプ２６はんだめっき層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の回路基板のはんだめっきバンプを、
他方の回路基板の金めっきボンディングパッドに前記は
んだめっきの溶融・凝固ではんだ付けする方法であり、
前記金めっきの厚みを１．５μｍ以上とすることを特徴
とする回路基板の接合方法。
【請求項２】請求項１の接合方法により接合される他方
の回路基板であり、ボンディングパッドの金めっき層の
厚みを１．５μｍ以上としたことを特徴とする回路付き
サスペンション基板。
【請求項３】請求項１の接合方法により接合される他方
の回路基板であり、ボンディングパッドをニッケルめっ
き層と該ニッケルめっき層上の厚み１．５μｍ以上の金
めっき層との積層により形成したことを特徴とする回路
付きサスペンション基板。