JP2000022027A

JP2000022027A - 半導体装置、その製造方法およびパッケージ用基板

Info

Publication number: JP2000022027A
Application number: JP18222098A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Matsumoto; 美幸松本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ＢＧＡにおいてハンダボールの密着性が加熱
工程で低下する。【解決手段】パッケージ用基板２２の裏面に設けた外
部端子体、または半導体チップとパッケージ用基板２２
間の内部結線用の端子体として、配線層１６上のランド
部２６に表面が球状の端子体１８を固着させてなる半導
体装置である。このランド部２６が、配線層１６上のニ
ッケル層２８と端子体１８に接する金層３２とを有し、
両者間に、例えばＰｄ又はＰｄ合金からなり、Ｎｉが金
層３２内に熱拡散するのを阻止する拡散阻止層３０が介
在している。拡散阻止層３０によりＮｉの上層拡散が阻
止され、これによりランド部２６表面が酸化されにくく
なる一方で、金層３２をフラッシュメッキ法等により薄
くできるので、例えばＡｕ−Ｓｎ合金等の固くて脆い層
がハンダ接合面に形成されにくくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＧＡ(Ball Grid
Array) またはＣＳＰ(Chip Size Package) 等の表面実
装形半導体パッケージに半導体チップを組み込んでなる
半導体装置、その製造方法、および当該半導体装置の製
造に好適に用いることができるパッケージ用基板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高度情報通信時代を迎え、電子機器に対
する更なる使い易さおよび便利さ等の追求から、電子機
器に搭載されるＬＳＩに対し、小型化、高機能化、高性
能化、さらに低コスト化が要求されている。このため、
ＬＳＩチップの一層の高集積化に伴ってそのＩ／Ｏ数も
増大する傾向にある一方で、パッケージ自体の小型化要
求も強く、これらを両立させるために、半導体部品の高
密度な基板実装に適合した半導体パッケージ技術の開発
の重要性が高まっている。

【０００３】高密度な半導体パッケージ技術は、従来で
はＱＦＰ(Quad Flat Package) を主流として発展してき
たが、ＱＦＰのファインピッチ化には限度があり、これ
を回路基板上に実装する際の負担も大きいことから、近
年では、面実装形の半導体パッケージが注目されてい
る。

【０００４】実装コストを含むトータルな低コスト化が
可能な面実装形の半導体パッケージとして、ハンダボー
ルをパッケージの底面エリアに、例えば格子状に配列し
て外部端子としたＢＧＡが知られている。最も一般的な
構造のＢＧＡとして、パッケージ用基板の一面上に半導
体チップを実装し、それを樹脂モールディングした後、
反対側の他面に外部端子としてハンダボールをエリア状
に形成したものがある。このＢＧＡでは、実装エリアが
面で達成されるので、外部端子のピッチが緩和され、こ
のためパッケージの小型化が比較的容易に達成できると
いう利点を有する。また、回路基板側でも峡ピッチ対応
とする必要がなく、高精度な実装技術も不要となるの
で、ＢＧＡを用いると、パッケージコストが多少高い場
合でもトータルな実装コストとしては低減できるという
利点がある。

【０００５】図７は、このＢＧＡの底面に設けられた外
部端子（ハンダボール）を中心とした部分の断面図であ
る。図７において、符号１００はＢＧＡ、１０２はパッ
ケージ用基板を示す。図７ではＢＧＡのハンダボール形
成面が現れているが、その面に対向するパッケージ用基
板面上には、特に図示しないが、半導体チップが裏面か
ら銀ペーストを介して固定されている。また、パッケー
ジ用基板面内の半導体チップ周囲には配線層が形成さ
れ、その配線層と半導体チップの表面に予め設けられた
電極パッドとが、金ワイヤで接続されている。そして、
半導体チップと金ワイヤ周囲とが樹脂で封止されてい
る。

【０００６】図７において、符号１０４は上記半導体チ
ップと電気的に接続された外側の配線層を示し、銅メッ
キからなる。この外側配線層１０４と、パッケージ内側
の前記配線層とは、特に図示しないが、例えばパッケー
ジ用基板１０２に形成されたスルーホールまたはパッケ
ージ用基板１０２内の埋込配線層を介して、電気的に相
互接続されている。

【０００７】ＢＧＡ１００では、図７に示されているよ
うに、銅からなる配線層１０４上に、ニッケルメッキ層
１０６および金メッキ層１０８が順に積層され、これに
よりハンダボールのランド部１１０が形成されている。
ニッケルメッキ層１０６はハンダボールとの間でハンダ
接合を形成する。また、金メッキ層１０８は、このハン
ダ接合が形成されるまでの間にニッケルメッキ層１０６
の表面が酸化されて、ハンダ濡れ性およびハンダボール
の密着性が低下することを防止するための層である。各
メッキ層の厚さは、例えば、配線層１０４が２５〜３０
μｍ、ニッケルメッキ層１０６が５μｍ以上、金メッキ
層１０８が０．５μｍ以上である。このように構成され
たランド部１１０の周囲は、ソルダレジスト膜１１２で
覆われ、また、金メッキ層１０８の上部には、ハンダボ
ール１１４が形成されている。このソルダレジスト膜１
１２は、ソルダペースト印刷法によってハンダボール１
１４を形成する際に、ソルダペーストとランド部１１０
の接触面積を制限する。このため、形成されるハンダボ
ール１１４の高さを出来るだけ高くすることができる。
したがって、他の方法、例えばハンダボール搭載法を採
用する場合には、このソルダレジスト膜１１２は省略し
てよい。

【０００８】具体的に述べると、ソルダペースト印刷法
の場合、ソルダペーストがランド部１１０上にスクリー
ン印刷により転写された後、加熱してリフローすること
により、ランド部１１０上に表面が球状のハンダボール
１１４が形成される。一方、ハンダボール搭載法の場合
は、パッケージ用基板１０２の底面全体にフラックスを
塗布したあと、別に形成されて治具上に整列されたハン
ダボール１１４が加熱処理によりランド部１１０上に移
載された後、リフローを経て、ランド部１１０上にハン
ダボール１１４が固着される。

【０００９】このようにしてハンダボールが形成された
ＢＧＡ１００は、実装対象のプリント基板（マザーボー
ド）に対してフェイスダウンさせた状態でハンダボール
１１４を介して表面実装される。このとき、ハンダボー
ル１１４は外部から加熱され、その熱でハンダボール１
１４自体が溶解することにより、図示しないマザーボー
ドに形成されたボールパッド部に固着される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ハンダボー
ル１１４を予め形成する際、または、ＢＧＡの実装時に
ハンダボール１１４をマザーボード上で固着させる際
に、ＢＧＡ１００の底面側を加熱すると、ニッケルメッ
キ層１０６内のＮｉ原子がその熱により金メッキ層１０
８内に拡散し金メッキ層１０８の表面に達するため、そ
の表面が酸化されやすくなってハンダボール１１４の密
着性が低下する。

【００１１】このＮｉ原子のハンダボール１１４への到
達を防止するためには、金メッキ層を厚くする対策が有
効であり、上記構成では金メッキ層１０８を０．５μｍ
以上と比較的に厚くしている。しかし、金メッキ層１０
８が余り厚いと、上記加熱処理においてＡｕ原子がハン
ダ内に拡散する過程でＡｕの供給量が余りに多いため、
Ａｕと錫（Ｓｎ）の合金層がニッケルメッキ層１０６と
の界面に一様に形成される。このＡｕ−Ｐｂ合金層は固
くて脆いため、ニッケルメッキ層１０６との界面でハン
ダボール１１４が剥離して脱落することがある。

【００１２】また、金メッキ層１０８が厚いことは、高
価な金を多量に用いることとなり、コスト面から考えて
も好ましいことではない。

【００１３】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであり、製造コストを低く抑えながら、高温での熱
処理によるハンダボールの密着性低下を有効に防止した
半導体装置およびその製造方法を提供することを目的と
する。また、本発明は、上記半導体装置の製造に好適に
用いることができるパッケージ用基板を提供することを
他の目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置は、半導体チップと、当該半導
体チップが固定されたパッケージ用基板と、当該パッケ
ージ用基板に形成され、前記半導体チップの表面に設け
られた電極パッドまたは前記半導体チップの裏面に電気
的に接続された配線層と、当該配線層上に形成されたラ
ンド部と、当該ランド部上に固着された表面が球状の端
子体とを備え、前記ランド部が、前記配線層の部分上に
形成されたニッケル層と、前記端子体に接する金層とを
有する半導体装置であって、前記ニッケル層と前記金層
との層間に、前記ニッケル層内のニッケルが前記金層内
に熱拡散するのを阻止する拡散阻止層が介在している。

【００１５】このランド部および端子体は、例えばＢＧ
Ａ等において、パッケージ用基板の底面に外部端子とし
て設けてもよいし、また、ＢＧＡまたはＣＳＰ等におい
て、半導体チップとパッケージ用基板との内部接合端子
として設けてもよい。この拡散阻止層は、好ましくは、
パラジウム、又は、パラジウムと他金属との合金からな
る。また、前記金層は、好ましくは、前記拡散阻止層よ
りも薄い。

【００１６】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
チップが固定されるパッケージ用基板に、前記半導体チ
ップ表面に設けられた電極パッドまたは前記半導体チッ
プの裏面に電気的に接続される配線層を形成し、当該配
線層上にランド部を形成し、当該ランド部上に表面が球
状の端子体を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記ランド部の形成に際し、前記配線層上にメッキ法に
よりニッケル層を形成し、前記ニッケル層上に導電性の
拡散阻止層を形成し、前記拡散阻止層上にメッキ法によ
り金層を形成した後、形成したランド部内で、前記拡散
阻止膜により、前記ニッケル層内のニッケルが上層の前
記金層に熱拡散することを阻止しながら、前記端子体を
加熱を含む工程によって前記ランド部上に形成する。

【００１７】この製法は、外部端子用の外側ランド部、
または、パッケージ用基板と半導体チップとの内部結成
用の内側ランド部の何れにも適用できる。また、好まし
くは、前記金層をフラッシュメッキ法により前記拡散阻
止層より薄く形成するとよい。

【００１８】本発明の半導体装置およびその製造方法に
よれば、パッケージ用基板面に形成されたランド部上
に、外部端子として表面が球状の端子体を加熱により形
成する。また、パッケージ用基板上に半導体チップを固
定する際に、内部結線用の端子体として例えば半導体チ
ップの電極パッド上に形成された端子体を、パッケージ
用基板上面に形成された内側ランド部上に加熱により融
着する。さらに、その後、当該半導体装置を例えばマザ
ーボード等の上に表面実装する際に、外部端子体が実装
基板上に設けたボールパッド部に加熱により融着され
る。この何れの場合においても、ランド部が加熱される
とニッケル層内のＮｉ原子が振動を始め金層が設けられ
た上層側に拡散しようとするが、そのＮｉ原子は拡散阻
止層によって金層内への拡散が阻止され、ニッケル層内
に封じ込められる。このため、従来のようにＮｉ原子が
金層の表面に達することがない。このような拡散阻止層
の介在によって、その上層の金層を薄くしても、端子体
の密着性が低下しない。

【００１９】また、その加熱時には、同時に、金層内の
Ａｕ原子および拡散阻止層の構成原子（例えば、Ｐｄ原
子）が端子体内に拡散する。ところが、本発明では金層
を薄くできることから、その場合、Ａｕ原子が端子体の
構成原子（例えば、ハンダ内のＳｎ）と結合しても、こ
の合金層が端子体の密着性を低下させる層としてニッケ
ル層の界面に一様に形成されることがない。

【００２０】本発明のパッケージ用基板は、半導体チッ
プが固定される面，これに対向した面の少なくとも一方
に形成され、前記半導体チップの表面に設けられた電極
パッドまたは前記半導体チップの裏面に電気的に接続さ
れる配線層と、当該配線層上に形成され、前記半導体チ
ップとの内部結線を達成する端子体が固着され、または
外部端子として表面が球状の端子体が形成されるランド
部とを有し、当該ランド部が、前記配線層上に形成され
たニッケル層と、前記端子体に接する金層とを有するパ
ッケージ用基板であって、前記ニッケル層と前記金層と
の層間に、前記ニッケル層内のニッケルが前記金層内に
熱拡散するのを阻止する拡散阻止層が介在している。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を参照しながら説明する。本発明は、パッケージ
化された半導体装置、製造方法および当該半導体装置の
製造に好適に用いることができるパッケージ用基板に関
する。本発明に係る半導体装置は、いわゆるＢＧＡ(Bal
l Grid Array) 、ＣＳＰ(Chip Size Package) に広く適
用可能である。ＢＧＡは、その材料および構造的な特徴
によって、大まかには、パッケージ用基板が樹脂，セラ
ミックまたは銅からそれぞれなるＰ−ＢＧＡ(Plastic B
all Grid Array) ，Ｃ−ＢＧＡ(Ceramic BallGrid Arra
y) ，Ｓ−ＢＧＡ(Super Ball Grid Array) と、これに
ＢＧＡとＴＡＢ(Tape Automated Bonding)の特徴を併せ
持つＴ−ＢＧＡ(Tape Ball Grid Array)を加えたものに
細分類できる。本発明は、この何れに対しても広く適用
可能である。

【００２２】第１実施形態本実施形態は、Ｐ−ＢＧＡ，Ｃ−ＢＧＡ，Ｓ−ＢＧＡに
関する。図１は、本実施形態に係る半導体装置の構造例
を示す断面図、図２は図１に示す半導体装置の外部端子
となるハンダボールとランド部の要部拡大断面図であ
る。

【００２３】図１において、符号１は本実施形態の半導
体装置であるＢＧＡ、２は主にＢＧＡの機械的な強度を
維持するためのパッケージ用基板、４は半導体チップで
ある。

【００２４】パッケージ用基板２は、Ｐ−ＢＧＡの場
合、例えばＢＴ（Bismalemide Triazine）エポキシ材か
らなる。ＢＴエポキシ材は、一般のプリント配線基板に
使用される材料と同じであるが、ＢＧＡパッケージとな
るまでの製造工程での熱履歴が過酷なこと、および、半
導体チップ４のダイレクトボンディングが必要となるこ
となどから耐熱性を高めた樹脂材料である。

【００２５】パッケージ用基板２の半導体チップ４を載
置する面（以下、この面を“内面”という）側には、エ
ッチングによって、半導体チップ４を固定するダイヤタ
ッチ層６と、その周囲の内側配線層８とが形成されてい
る。このダイヤタッチ層６上に、半導体チップ４がその
裏面側から銀ペースト１０を介して固定されている。ま
た、電源電圧およびシグナル用の内側配線層８は、半導
体チップ４の表面に形成された電極パッドに対し、金ワ
イヤ１２により電気的に接続されている。そして、これ
ら半導体チップ４，金ワイヤ１２および内側配線層８の
一部が、モールド樹脂１４によって封止されている。

【００２６】パッケージ用基板２の反対側の面（以下、
この面を“外面”という）には、同じくエッチングによ
って、図２にも示すように外側配線層１６が形成されて
いる。この外側配線層１６上には、パッケージの外部端
子体としてのハンダボール１８が、後述するように複数
のメッキ層を介して固着されている。このハンダボール
１８周囲のパッケージ用基板２の外面全域、および半導
体チップ搭載面のモールド樹脂１４周囲の内側配線層８
の表面部分は、ソルダレジスト膜２０により覆われてい
る。

【００２７】パッケージ用基板２には、それぞれ内壁が
導電膜により被膜された２種類の貫通孔、即ちＢＧＡの
放熱性を向上させるためのサーマルバイヤホール（Ther
malVia Hole）２２と、電源電圧およびシグナル用のス
ルーホール（Through Hole）２４とが設けられている。
サーマルバイヤホール２２は、ダイヤタッチ層６の裏面
側に所定数設けられており、当該ダイヤタッチ層６と接
地用の外側配線層１６および接地用のハンダボール１８
とを電気的に接続している。スルーホール２４は、内側
配線層８と、電源電圧又はシグナル用の外側配線層１６
およびハンダボール１８とを電気的に接続する電気経路
として設けられたものである。これにより、配線経路を
最短距離化して、ノイズ源となるインダクタンス等の低
減、信号遅延の短縮等が可能となり、半導体装置の高性
能化が図られている。

【００２８】図２に示すように、パッケージ用基板２の
外側配線層１６上には、そのハンダボール１８が装着さ
れる部分にランド部２６が形成されている。ランド部２
６は、例えば銅からなる外側配線層１６上に、ニッケル
メッキ層２８、Ｎｉの拡散阻止層としてのパラジウムメ
ッキ層３０および金メッキ層３２を順に積層してなる。
各層の厚さは、例えば、外側配線層１６が２５〜３０μ
ｍ、ニッケルメッキ層２８が５μｍ以上、パラジウムメ
ッキ層３０が０．０２〜０．５μｍ、金メッキ層３２が
０．００３〜０．０１μｍ程度に設定されている。

【００２９】ニッケルメッキ層７０は、外側配線層１６
のバリアメタルとして形成され、外側配線層１６の酸化
防止および耐熱性を向上させるとともに、金メッキ層３
２の耐熱性を維持するためのものである。また、金メッ
キ層３２は、ランド部２６とハンダボール１８との間に
ハンダ接合が形成されるまでにニッケルメッキ層２８の
表面が酸化されて、ハンダ濡れ性およびハンダボール１
８の密着性が低下することを防止するための層である。
この金メッキ層３２のハンダボール接触部分は、ハンダ
ボール固着時のランド部２６を加熱する際にハンダボー
ル１８内に熱拡散する。

【００３０】本発明の特徴である拡散阻止層、即ち本例
のパラジウムメッキ層３０は、ランド部２６の加熱時
に、ニッケルメッキ層２８内のＮｉ原子の金メッキ層３
２への拡散を阻止するために設けてある。このパラジウ
ムメッキ層３０は、純Ｐｄのほか、Ｐｄと他金属（例え
ば、Ｎｉ）との合金から構成させてもよい。また、拡散
阻止層の機能を発揮する他の金属、例えばＮｉ−Ｗ合金
等から構成してもよい。

【００３１】従来構成のように拡散阻止層がない場合、
ランド部の加熱時に、ニッケルメッキ層内のＮｉ原子が
その熱により金メッキ層内に拡散し、それにより、ニッ
ケル原子が部分的に金メッキ層の表面に達するため、そ
の表面が酸化されやすくなってハンダボールの密着性が
低下する。このＮｉ原子のハンダボールへの到達を防止
するためには、金メッキ層を厚くする対策が有効であ
り、従来の構成では金メッキ層を０．５μｍ以上と比較
的に厚くしている。しかし、金メッキ層が余り厚いと、
上記加熱処理においてＡｕ原子がハンダ内に拡散する過
程でＡｕの供給量が余りに多いため、Ａｕと錫（Ｓｎ）
の合金層がニッケルメッキ層との界面に一様に形成され
る。このＡｕ−Ｓｎ合金層は固くて脆いため、ニッケル
メッキ層との界面でハンダボールが剥離して脱落するこ
とがある。

【００３２】これに対し、本実施形態では、パラジウム
メッキ層３０をニッケルメッキ層２８と金メッキ層３２
との間に介在させ、Ｎｉ原子をニッケルメッキ層２８内
に封じ込める。このため、ランド部２６表面の酸化を防
止するほか、金メッキ層３２を例えばフラッシュメッキ
法を用いて薄く形成することができる。金メッキ層３２
を薄くすると、Ａｕ原子がハンダ内に拡散する量を少な
くでき、その結果として、Ａｕ−Ｐｂ合金層の生成を抑
制し、ハンダボール１８脱落を有効に防止することが可
能となる。なお、このパラジウムメッキ層３０も、金メ
ッキ層２６と同様に加熱時にハンダ内に拡散する。した
がって、この熱拡散の過程で、パラジウムメッキ層３０
は金メッキ層２６とともに下地のニッケルメッキ層２８
が酸化されるのを防止する役目を果たす機能を果たし、
最終的には、ニッケルメッキ層２８とハンダボール１８
との間で良好なハンダ接合が形成される。

【００３３】このように構成されたランド部２６の周囲
は、ソルダレジスト膜２０で覆われ、また、ランド部２
６上には、ハンダボール１８が形成されている。このソ
ルダレジスト膜２０は、詳細は後述するが、ソルダペー
スト印刷法によってハンダボール１８を形成する際に、
ソルダペーストとランド部１８の接触面積を制限する。
そして、ソルダレジスト膜２０の開口部の面積，厚さお
よびランド部との相対位置が、ハンダボール１８の高さ
を制御するうえで重要となる。さらに半導体パッケージ
の表面保護膜として、耐熱性、耐湿性および絶縁性等の
諸条件を備えている必要である。ソルダペースト印刷法
以外のハンダボール形成法、例えばハンダボール搭載法
を採用する場合には、このソルダレジスト膜２０は、単
なる保護膜で代替できる。

【００３４】ハンダボール１８は、球径が０．１５〜
１．５ｍｍφ程度の欠球体であり、例えばＰｂが６０
％，Ｓｎが４０％で融点が１８０度程度の低融点ハン
ダ、あるいは例えばＰｂが９０％，Ｓｎが１０％で融点
が２５０度程度の高融点ハンダ等様々な種類があり、こ
れらは、組み立てプロセスに応じて適宜選択される。ハ
ンダボール１８としては、実装時のマザーボード側のボ
ールパッドとの電気的な接続を確実に行うために、その
高さが一定以上あり、また強度や隣接端子間の短絡を防
止するために大きさも精度よくコントロールされている
必要がある。

【００３５】つぎに、ＢＧＡ１の製造方法について説明
する。まず、所定の貫通孔を形成したパッケージ用基板
を用意し、両面にダイアタッチ層６および配線層８，１
６となる銅膜を、例えばスパッタリング法により成膜す
る。このとき、貫通孔の内壁が銅膜により皮膜され、サ
ーマルバイヤホール２２およびスルーホール２４が形成
される。つぎに、形成した銅膜をパターニングして、ダ
イアタッチ層６および配線層８，１６を形成する。

【００３６】上述した工程完了後、パッケージ用基板２
の両面側からフォトソルダレジストインクを使用して、
樹脂モールドされる領域の周辺部分および各ランド部２
６の周辺領域にソルダレジスト膜２０を形成する。この
とき、ソルダレジスト膜２０の各ランド部２６に対する
相対位置および厚さを正確に管理するともに、後で樹脂
モールド及び金属メッキがされることから、サーマルバ
イヤホール２２およびスルーホール２２内をソルダレジ
ストインクで予め埋め込む必要がある。

【００３７】つぎに、パッケージ用基板２の裏面（外
面）にランド部２６を形成する。具体的には、ソルダレ
ジスト２０により開口した部分に電解または無電解メッ
キ法により、ニッケルメッキ層２８，パラジウムメッキ
層３０を順次形成する。さらに、金メッキ層３２を、フ
ラッシュメッキ法により形成する。

【００３８】続いて、常法にしたがって、ダイボンディ
ング、ワイヤボンディング、樹脂モールディングを行
う。すなわち、ダイヤタッチ層６に銀ペースト１０を塗
布し、その上に半導体チップ４を載置したあと、銀ペー
スト１０を凝固させるために所定条件の熱処理を行う。
また、半導体チップ４上の電極パッドと内側配線層８を
金ワイヤ１２で接続したのち、金型内でモールド樹脂を
注入して半導体チップ４を樹脂封止し、キュア後に金型
から取り出す。

【００３９】つぎに、ソルダペースト印刷法によって、
ハンダボール１８の形成を行う。具体的には、ソルダペ
ーストをランド部２６上にスクリーン印刷により転写さ
した後、加熱してリフローすると、ランド部２６上に表
面が球状のハンダボール１８が形成される。このハンダ
ボールの形成時に、ＰｄおよびＡｕがソルダペースト中
に熱拡散し、最終的には、ニッケルメッキ層２８とハン
ダボール１８との間でハンダ接合が形成される。この加
熱過程で、パラジウムメッキ層３０および金メッキ層２
６によって下地のニッケルメッキ層２８表面が保護さ
れ、その表面酸化が防止される。また、このハンダボー
ル形成時またはその後の加熱時において、本実施形態で
は、前記したようにパラジウムメッキ層３０によってＮ
ｉ原子がニッケルメッキ層２８内に封じ込められ、ラン
ド部２６表面の酸化が有効に防止される。さらに、前記
したように金メッキ層３２を薄く形成できるので、ハン
ダ接合界面でのＡｕ−Ｓｎ合金層の形成を有効に抑制で
きる。以上の理由によって、ニッケルメッキ層２８とハ
ンダボール１８との間に形成されるハンダ接合は良好な
ものとなる。

【００４０】ハンダボール形成法としては、以上に述べ
たソルダペースト印刷法のほかに、フラックスまたはソ
ルダペーストを用いたハンダボール搭載法が採用でき
る。これらのハンダボール搭載法では、パッケージ用基
板２の底面全体にフラックスを塗布（または、ソルダペ
ーストを印刷）したあと、別に形成されて治具上に整列
されたハンダボール１８を加熱処理によりランド部２６
上に移載された後、リフローを経て、ランド部２６上に
ハンダボール１１４が固着される。なお、フラックスを
用いる場合は、その後、パッケージ用基板２の底面に残
存する余分なフラックスを洗浄によって除去する。

【００４１】このようにしてハンダボール１８が装着さ
れたＢＧＡ１は、実装対象のプリント基板（マザーボー
ド）に対してフェイスダウンさせた状態でハンダボール
１８を介して表面実装される。このとき、ハンダボール
１８は外部から加熱され、その熱でハンダボール１８自
体が溶解することにより、図示しないマザーボードに形
成されたボールパッド部に固着される。

【００４２】なお、本実施形態では、種々の変更が可能
である。たとえば、半導体チップ４の固定方法および端
子接続方法は、上記の如く銀ペースト塗布法およびワイ
ヤボンディング法に限らず、両者を一括して行うフリッ
プチップ法の採用が可能である。フリップチップ法で
は、パッケージ用基板２の内面にも上記したランド部２
６と同じ構成の内側ランド部を設ける。また、本発明の
“内部結線用の端子体”として、当該内側ランド部上ま
たは半導体チップの電極パッド上にハンダバンプを予め
形成しておき、これを介してＩＣとパッケージ用基板２
を接続する。この内側ランド部においても、前記したと
同様に、端子体の脱落および固着強度の低下が防止され
る。なお、このフリップチップ法については、後述する
第３実施形態において詳しく述べる。

【００４３】また、上記説明では、ハンダボールは鉛と
錫から構成されるとしたが、ハンダボールの材質はこれ
に限定されない。つまり、ハンダボール搭載法では、高
い熱伝導度と電気伝導度を有する銅を高精度な球体に形
成し、その表面に均一なハンダコーティングを施したハ
ンダボールを用いてもよい。この場合のコーティング用
材質としては、共晶ハンダ、銀ペースト、ニッケル等を
使用するとよい。さらに、パッケージ用基板２の材料
は、Ｃ−ＢＧＡの場合はセラミック、Ｓ−ＢＧＡの場合
は銅が選択される。このパッケージ用基板２を薄い基板
を積層させた構造とし、その内部の電気経路は、スルー
ホールに限定されず、積層基板間に埋め込まれた配線層
により実現してもよい。その他、サーマルバイヤホール
を省略する、その代わりに放熱板を設ける、或いは樹脂
モールディングに代えてキャップシールでＩＣを封入す
る等、種々の変更が可能である。

【００４４】本実施の形態では、端子体のランド部２６
内に拡散阻止層としてパラジウムメッキ層３０を介在さ
せたことにより、ランド部２６表面の熱酸化が防止さ
れ、またランド部２６と端子体間に、例えばＡｕ−Ｓｎ
合金層のような固くて脆い層が形成されない。このため
良好なハンダ接合が達成され、その結果、端子体の脱落
および固着強度の低下が有効に防止できる利点がある。
また、Ａｕ層を、例えばフラッシュメッキ法等によって
薄く形成してもよいことから、高価なＡｕを節約でき、
この点で製造コストを抑える利点がある。

【００４５】第２実施形態本実施形態は、本発明をＴ−ＢＧＡに適用した場合であ
る。図３は、本実施形態に係る半導体装置の一構成例を
示す概略断面図である。図３において、符号４０は本実
施形態に係るＴ−ＢＧＡ、４２はパッケージ用基板を示
す。

【００４６】本実施形態におけるパッケージ用基板４２
は、機械強度を確保するために例えば銅等のメタルから
なる固定板４４と、固定板４４の一方面に接着剤を介し
て貼り合わせたポリイミド製のＴＡＢテープ４６とから
なる。ＴＡＢテープ４６の外面には、銅箔を接着剤で張
り付けた後、これを所定パターンにエッチングすること
により、外側配線層１６とインナーリード４６ａとから
なるパターンが形成されている。このパターン内におい
て、所定の外側配線層１６とインナーリード４６ａ同士
の相互接続が達成されている。そして、外側配線層１６
の周囲を開口させた残りのＴＡＢテープ４６表面が、ソ
ルダレジスト膜２０により覆われている。

【００４７】このパッケージ用基板４２の中央部分は中
空枠状になっており、その中に、半導体チップ４がＴＡ
Ｂテープ４６と電気的に接続した状態で、封止樹脂４８
によって固定されている。具体的に、半導体チップ４
は、その表面に形成された電極パッド上にインナーリー
ド４６ａの先端部分が熱圧着されている。そして、半導
体チップ４が、その表面全体からパッケージ用基板４２
の中空枠内壁に達する部分で、封止樹脂４８によってＴ
ＡＢテープ４６に固定されている。これにより、インナ
ーリード４６ａを介して半導体チップと外側配線層１６
との電気的な接続が達成されている。一方、半導体チッ
プ４の裏面と固定板４４の外面に、メタル製の放熱板４
９が導電性の接着剤等により固定されている。

【００４８】個々の外側配線層１６上には、図２と同様
なメッキ層２８，３０，３２の積層構成のランド部２６
が形成され、その上に、外部端子体としてのハンダボー
ル１８が固着されている。

【００４９】このような構成のＴ−ＢＧＡ４０は、半導
体チップ４の電極引き出し面と、外部端子体（ハンダボ
ール１８）の固定面が、ほぼ同一面状にエリア配置さ
れ、半導体チップ４と外部端子体との接続が一層の配線
層パターンのみによって達成されている。このため、Ｔ
−ＢＧＡ４０は、そのパッケージ内の信号伝達経路が短
く、寄生インダクタンスや寄生キャパシタンスが小さい
という利点を有する。したがって、このＴ−ＢＧＡ４０
は、動作周波数が高い高速信号処理用のＩＣ向けに適し
ている。

【００５０】つぎに、Ｔ−ＢＧＡ４０を製造する方法の
一例を、説明する。まず、配線パターン１６，４６ａを
ポリイミド層の一面に形成し、その上にソルダレジスト
膜２０を形成した後、ポリイミド層の中抜きを行って、
ＴＡＢテープ４６を予め形成しておく。また、このＴＡ
Ｂテープ４６の形成時に、ソルダレジスト膜２０の開口
部に表出する外側配線層１６上に、第１実施形態と同様
な方法により、メッキ層の積層膜からなるランド部２６
を形成する。

【００５１】そして、放熱板４９上に、半導体チップ４
と固定板４４を取り付けたのち、固定板４４上に、ＴＡ
Ｂテープ４６を接着して固定する。この固定では、半導
体チップ４の表面に形成されている電極パッドとインナ
ーリード４６ａの端子部分との位置合わせを行った後、
ＴＡＢテープ４６を固定板４４に接着する。なお、電極
パッドとインナーリード４６ａの一方側には金属バンプ
が形成されており、上記ＴＡＢテープ４６の固定時また
はその後、インナーリード４６ａを外側から加熱して圧
着させることにより、電極パッドとインナーリード４６
ａの接続が達成される。

【００５２】つぎに、半導体チップ４の表面から側面に
かけてＴＡＢテープ４６との隙間に封止樹脂４８を流し
込み、キュアして半導体チップ４の固定を完全なものと
する。

【００５３】最後に、第１実施形態と同様な方法によ
り、ハンダボール１８の固定を行って、当該Ｔ−ＢＧＡ
４０を完成させる。

【００５４】この第２実施形態に係る半導体装置（Ｔ−
ＢＧＡ４０）及びその製造方法は、第１実施形態と同様
に、ランド部２６内にパラジウムメッキ層３０が介在し
ていることから、ランド部２６表面の熱酸化が防止さ
れ、ランド部２６と端子体間にＡｕ−Ｓｎ合金層のよう
な固くて脆い層が形成されため、その界面に良好なハン
ダ接合が達成され、その結果、端子体の脱落および固着
強度の低下が有効に防止できる利点がある。また、Ａｕ
層を、例えばフラッシュメッキ法等によって薄く形成し
てもよいことから、高価なＡｕを節約でき、この点で製
造コストを抑える利点がある。

【００５５】加えて、本実施形態では、ランド部をＴＡ
Ｂテープ４６の外側配線層４６ａに予め形成しておくこ
とができる。したがって、後は、ＴＡＢテープ４６と他
の部材を固定するだけでよいので、パッケージ組み立て
工程が簡素であり、組み立てコストが余りかからないと
いった利点がある。

【００５６】第３実施形態本実施形態は、本発明をＣＳＰに適用した場合である。
図４は、本実施形態にかかる半導体装置（ＣＳＰ）の概
略斜視図である。このＣＳＰ５０では、半導体チップ４
が、本発明の“パッケージ用基板”としてのインターポ
ーザー５２上に載置されており、封止樹脂５４により封
止されている。

【００５７】図５は、このＣＳＰの断面図である。半導
体チップ４が、ソルダバンプ５６によってインターポー
ザー５２と機械的、電気的に接続されており、半導体チ
ップ４とインターポーザー５２の間は封止樹脂５４が充
填されている。インターポーザー５２に設けられたスル
ーホール５８を通じて、インターポーザー５２の裏面側
にアレイ状に設けられたターミナル６０とソルダバンプ
５６とが電気的に接続されている。ターミナル６０は外
部端子として、ガラスエポキシ系材料からなる図示しな
いプリント基板（マザーボード）にはんだ付けされる。

【００５８】図６は、ソルダバンプ形成部およびターミ
ナル上部の拡大断面図である。半導体チップの表面に形
成された電極パッド４ａ上でオーバーコート４ｂが開口
し、その上にバリアメタル４ｃが形成されている。バリ
アメタル４ｃ上に欠球状のハンダバンプ５６が形成され
ている。一方、インターポーザー５２のターミナル６０
上には、例えば銅からなる内側配線層６２が形成され、
その上にランド部２６が形成されている。ランド部２６
は、第１実施形態と同様な形態（図２）でもよいが、こ
の図６では、ソルダレジスト膜２０の開口部が内側配線
層６２上面に限定され、その開口部を埋め込むように下
層からニッケルメッキ層２８，パラジウムメッキ層３０
および金メッキ層３２からなるランド部２６が形成され
ている。

【００５９】かかる半導体装置は、ＣＳＰとすることに
より構造が簡素なうえ、小型化、高密度化が達成されて
いる。

【００６０】つぎに、上記構成の半導体装置（ＣＳＰ５
０）の製造方法について説明する。例えば、シリコン基
板上にトランジスタなどの種々の半導体素子を集積化し
て形成した半導体チップ４の電極パッドおよびバリアメ
タル４ｃ上に、例えばソルダバンプ５６を常法に従って
形成する。一方、例えばアレイ状に形成されたスルーホ
ール５８に導電体を形成し、さらに必要に応じてスルー
ホール５８中の導電体に接続するように回路パターン
（ターミナル６０および内側配線層６２）を印刷してイ
ンターポーザー５２を形成する。内側配線層６２上で開
口させてソルダレジスト膜２０を形成したのち、メッキ
法あるいはフラッシュメッキ法により、上記各メッキ層
２８，３０，３２を順次積層させてランド部２６を形成
する。

【００６１】このランド部側の全面にフラックス処理を
行った後、ランド部２６とソルダバンプ５６とが接続さ
れるように位置決めをして、半導体チップ４をインター
ポーザー５２上に載置する。所定の熱処理を施してソル
ダバンプ５６を溶融し、その後冷却することで半導体チ
ップ４とインターポーザー５２とを機械的、電気的に接
続する。

【００６２】つぎに、半導体チップ４とインターポーザ
ー５２との間隙に、例えば熱硬化性樹脂からなる封止樹
脂５４を充填し、キュア（硬化）工程を行い、封止す
る。このようにしてパッケージ化された半導体装置は、
そのターミナル６０が例えばガラスエポキシ系の図示し
ないマザーボードの導電性パターン上にはんだ付けさ
れ、使用される。

【００６３】なお、ＣＳＰ５０の底面のターミナル６０
に、第１実施形態と同様な構成および形成方法によって
ハンダボール等からなる外部端子体を予め固着し、実装
時に外部端子体を介してマザーボードとの接続を行うよ
うにしてよい。

【００６４】本実施形態の半導体装置（ＣＳＰ５０）
は、第１実施形態と同様に、ランド部２６内にパラジウ
ムメッキ層３０が介在していることから、ランド部２６
表面の熱酸化が防止され、ランド部２６と端子体（ソル
ダバンプ５６）間にＡｕ−Ｓｎ合金層のような固くて脆
い層が形成されため、その界面に良好なハンダ接合が達
成され、その結果、端子体の脱落および固着強度の低下
が有効に防止できる利点がある。また、Ａｕ層を、例え
ばフラッシュメッキ法等によって薄く形成してもよいこ
とから、高価なＡｕを節約でき、この点で製造コストを
抑える利点がある。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、安価な製造コストであ
りながら、高温での熱処理によって密着性の低下がない
端子体を備え、製造歩留りおよび信頼性が高い半導体装
置及びその製造方法を提供することができる。また、そ
の製造方法に好適に使用可能なパッケージ用基板を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構
造例を示す断面図である。

【図２】図１に示す半導体装置の外部端子となるハンダ
ボールとランド部の要部拡大断面図である。

【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の断
面図である。

【図４】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の斜
視図である。

【図５】図１の半導体装置の断面図である。

【図６】ソルダバンプ形成部およびターミナル上部の拡
大断面図である。

【図７】従来のＢＧＡの底面に設けられた外部端子（ハ
ンダボール）を中心とした部分の断面図である。

【符号の説明】

１，４０…ＢＧＡ（半導体装置）、２，４２…パッケー
ジ用基板、６…ダイアタッチ層、８，６２…内側配線
層、１０…銀ペースト、１２…金ワイヤ、１４…モール
ド樹脂、１６…外側配線層、１８…ハンダボール、２０
…ソルダレジスト膜、２２…サーマルバイヤホール、２
４，５８…スルーホール、２６…ランド部、２８…ニッ
ケルメッキ層、３０…パラジウムメッキ層、３２…金メ
ッキ層、４４…固定板、４６…ＴＡＢテープ、４６ａ…
インナーリード、４８，５４…封止樹脂、４９…放熱
板、５０…ＣＳＰ（半導体装置）、５２…インターポー
ザー（パッケージ用基板）、５６…ソルダバンプ、６０
…ターミナル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体チップと、当該半導体チップが固定
されたパッケージ用基板と、当該パッケージ用基板に形
成され、前記半導体チップの表面に設けられた電極パッ
ドまたは前記半導体チップの裏面に電気的に接続された
配線層と、当該配線層上に形成されたランド部と、当該
ランド部上に固着された表面が球状の端子体とを備え、前記ランド部が、前記配線層の部分上に形成されたニッ
ケル層と、前記端子体に接する金層とを有する半導体装
置であって、前記ニッケル層と前記金層との層間に、前記ニッケル層
内のニッケルが前記金層内に熱拡散するのを阻止する拡
散阻止層が介在している半導体装置。
【請求項２】前記ランド部は、前記パッケージ用基板の
前記半導体チップが固定された面と反対側の面に形成さ
れ、当該半導体装置の外部端子として、前記端子体が前記ラ
ンド部上に固着されている請求項１に記載の半導体装
置。
【請求項３】前記半導体チップが、前記パッケージ用基
板に形成された中空枠内に固定されて前記配線層とイン
ナーリードにより接続され、前記ランド部は、前記半導体チップの前記インナーリー
ドが接続された面と同じ側の前記パッケージ用基板面に
形成され、当該半導体装置の外部端子として、前記端子体が前記ラ
ンド部上に固着されている請求項１に記載の半導体装
置。
【請求項４】前記拡散阻止層は、パラジウム、又は、パ
ラジウムと他金属との合金からなる請求項１に記載の半
導体装置。
【請求項５】前記金層は、前記拡散阻止層よりも薄い請
求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】半導体チップと、当該半導体チップが表面
側から固定されたパッケージ用基板と、当該パッケージ
用基板の半導体チップ固定面に形成され、パッケージの
外部端子と電気的に接続される内側配線層と、当該内側
配線層上に形成され、対向する前記半導体チップの表面
に設けられた電極パッドに対し、内部結線用の端子体を
介して電気的に接続された内側ランド部とを備え、前記内側ランド部は、前記内側配線層上に形成されたニ
ッケル層と、前記端子体に接する金層とを有する半導体
装置であって、前記ニッケル層と前記金層との層間に、前記ニッケル層
内のニッケルが前記金層内に熱拡散するのを阻止する拡
散阻止層が介在している半導体装置。
【請求項７】前記パッケージ用基板の半導体チップ固定
面と反対側の面に形成された外側ランド部と、当該外側ランド部の表面に形成された表面が球状の外部
端子体とを更に有し、前記外側ランド部は、前記拡散阻止層を含む前記内側ラ
ンド部と同じ積層構造を有する請求項６に記載の半導体
装置。
【請求項８】前記拡散阻止層は、パラジウム、又は、パ
ラジウムと他金属との合金からなる請求項６に記載の半
導体装置。
【請求項９】前記金層は、前記拡散阻止層よりも薄い請
求項６に記載の半導体装置。
【請求項１０】半導体チップが固定されるパッケージ用
基板に、前記半導体チップ表面に設けられた電極パッド
または前記半導体チップの裏面に電気的に接続される配
線層を形成し、当該配線層上にランド部を形成し、当該
ランド部上に表面が球状の端子体を固着する半導体装置
の製造方法であって、前記ランド部の形成に際し、前記配線層上にメッキ法に
よりニッケル層を形成し、前記ニッケル層上に導電性の拡散阻止層を形成し、前記拡散阻止層上にメッキ法により金層を形成した後、形成したランド部内で、前記拡散阻止層により、前記ニ
ッケル層内のニッケルが上層の前記金層に熱拡散するこ
とを阻止しながら、前記端子体を加熱を含む工程によっ
て前記ランド部上に固着する半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記金層を、フラッシュメッキ法により
前記拡散阻止層より薄く形成する請求項１０に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項１２】半導体チップが表面側から固定されるパ
ッケージ用基板の面に、パッケージの外部端子に電気的
に接続される内側配線層を形成し、当該内側配線層上に
内側ランド部を形成し、前記半導体チップを前記パッケ
ージ用基板に固定する際に、当該半導体チップの表面に
設けられた電極パッドを内部結線用の端子体を介して前
記内側ランド部に電気的に接続する半導体装置の製造方
法であって、前記内側ランド部の形成に際し、前記内側配線層上にメ
ッキ法によりニッケル層を形成し、当該ニッケル層上に導電性の拡散阻止層を形成し、前記拡散阻止層上にメッキ法により金層を形成した後、形成した前記内側ランド部内で、前記拡散阻止層によっ
て前記ニッケル層内のニッケルが上層の前記金層に熱拡
散することを阻止しながら、前記半導体チップを、加熱
を含む工程によって前記内部結線用の端子体を介して前
記内側ランド上に固着する半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記パッケージ用基板の半導体チップ固
定面と反対側の面に、前記内側ランド部に電気的に接続
される外側配線層を形成し、当該外側配線層上に、下層からニッケル層，拡散阻止
層，金層によりなる外側ランド部を形成し、形成した前記外側ランド部内で、前記拡散阻止層によっ
て前記ニッケル層内のニッケルが上層の前記金層に拡散
することを阻止しながら、表面が球状の外部端子体を、
加熱を含む工程によって前記外側ランド部上に形成する
請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】前記金層を、フラッシュメッキ法により
前記拡散阻止層より薄く形成する請求項１２に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項１５】半導体チップが固定される面，これに対
向した面の少なくとも一方に形成され、前記半導体チッ
プの表面に設けられたパッドまたは前記半導体チップの
裏面に電気的に接続される配線層と、当該配線層上に形
成され、前記半導体チップと内部結線を達成する端子体
が固着され、または外部端子として表面が球状の端子体
が形成されるランド部とを有し、当該ランド部が、前記配線層上に形成されたニッケル層
と、前記端子体に接する金層とを有するパッケージ用基板で
あって、前記ニッケル層と前記金層との層間に、前記ニッケル層
内のニッケルが前記金層内に熱拡散するのを阻止する拡
散阻止層が介在しているパッケージ用基板。
【請求項１６】前記拡散阻止層は、パラジウム、又は、
パラジウムと他金属との合金からなる請求項１５に記載
のパッケージ用基板。
【請求項１７】前記金層は、前記拡散阻止層よりも薄い
請求項１５に記載のパッケージ用基板。