JP2002118134A - 接続端子とその接続端子を用いた半導体パッケージ並びに半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱処理後の接続信頼性に優れた、接続端子とそ
の接続端子を用いた半導体パッケージ並びに半導体パッ
ケージの製造方法を提供すること。 【解決手段】導体の表面に無電解ニッケル合金めっき皮
膜、無電解パラジウムめっき皮膜及び無電解金めっき被
膜が、この順に形成され、その上に鉛を含まない金属ボ
ールが溶着された接続端子と、その接続端子を有する半
導体パッケージとその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接続端子とその接
続端子を用いた半導体パッケージ並びに半導体パッケー
ジの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子部品を搭載するプリント配線板や半
導体を直接搭載する半導体搭載用基板は、近年高密度化
が進んでおり、実装方法も高密度化に対応してきてお
り、配線板のスルーホールに電子部品の端子ピンを挿入
して、はんだで固定する実装方法から、配線板の表面層
の端子にはんだで固定する表面実装方法に変わってきて
いる。

【０００３】また、表面実装用の電子部品でも、はんだ
接続用のリード端子を平行した２列に形成したデュアル
インラインパッケージ（以下、ＤＩＰという。）や、正
方形のパッケージの４辺にリード端子を設けたクワッド
フラットパッケージ（以下、ＱＦＰという。）から、パ
ッケージの裏面に格子状に配列したはんだボールで接続
するボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという。）に
なってきている。

【０００４】このＢＧＡのはんだボールが接続した端子
構造は、導体端子上にニッケルめっき皮膜、金めっき皮
膜が順次形成されており、その上にはんだボールが接続
されている。

【０００５】また、ここで使用されているはんだボール
は、錫と鉛の割合が６：４である共晶はんだボールであ
る。近年、地球環境の問題から鉛を使用しないはんだが
数十種類以上提案されているが、共晶はんだボールの代
替にはなっていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の共晶
はんだボールが接続した端子構造では、はんだボールの
接続後の熱処理によって、接続信頼性が著しく低下する
ことがあるという課題がある。このはんだボールの接続
不良には、はんだボールそのものが破壊する場合と、は
んだボールとはんだボール接続用端子の界面が剥離する
場合とがあり、はんだボールそのものが破壊する場合
は、かなり大きい外力が加わらなければ起こらず、通常
の使用状態での接続不良は、殆どが、はんだボールとは
んだボール接続用端子の界面が剥離することによって起
こっているという課題があった。

【０００７】本発明は、熱処理後の接続信頼性に優れ
た、接続端子とその接続端子を用いた半導体パッケージ
並びに半導体パッケージの製造方法を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下のことを
特徴とする。 （１）導体の表面に無電解ニッケル合金めっき皮膜、無
電解パラジウムめっき皮膜及び無電解金めっき被膜が、
この順に形成され、その上に鉛を含まない金属ボールが
溶着された接続端子。 （２）鉛を含まない金属ボールが、錫合金である（１）
に記載の接続端子。 （３）錫合金が、錫以外の金属として、銀、銅、亜鉛、
及びニッケルのうちから１以上を含む（１）または
（２）に記載の接続端子。 （４）無電解ニッケル合金めっき皮膜が、８０重量％以
上の純度のニッケルからなる（１）〜（３）のうちいず
れかに記載の接続端子。 （５）無電解ニッケル合金めっき皮膜の厚さが、０．５
〜１５μｍの範囲である（１）〜（４）のうちいずれか
に記載の接続端子。 （６）無電解パラジウムめっき皮膜が、９０重量％以上
の純度のパラジウムからなる（１）〜（５）のうちいず
れかに記載の接続端子。 （７）配線導体と、配線導体の一部の表面に無電解ニッ
ケル合金めっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜及び
無電解金めっき被膜が、この順に形成され、その上に鉛
を含まない金属ボールが溶着された接続端子と、配線導
体を支持する基板と、半導体チップと、半導体チップと
配線導体を接続する接続導体からなる半導体パッケー
ジ。 （８）鉛を含まない金属ボールが、錫合金である（７）
に記載の半導体パッケージ。 （９）錫合金が、錫以外の金属として、銀、銅、亜鉛、
及びニッケルのうちから１以上を含む（７）または
（８）に記載の半導体パッケージ。 （１０）無電解ニッケル合金めっき皮膜が、８０重量％
以上の純度のニッケルからなる（７）〜（９）のうちい
ずれかに記載の半導体パッケージ。 （１１）無電解ニッケル合金めっき皮膜の厚さが、０．
５〜１５μｍの範囲である（７）〜（１０）のうちいず
れかに記載の半導体パッケージ。 （１２）無電解パラジウムめっき皮膜が、９０重量％以
上の純度のパラジウムからなる（７）〜（１１）のうち
いずれかに記載の半導体パッケージ。（１）基板の表面
に、配線導体を形成し、その配線導体の一部の表面に無
電解ニッケル合金めっき皮膜、無電解パラジウムめっき
皮膜及び無電解金めっき被膜を、この順に形成し、その
上に鉛を含まない金属ボールが溶着された接続端子を形
成し、半導体チップを搭載し、半導体チップと配線導体
を接続する接続導体を形成する半導体パッケージの製造
方法。

【０００９】本発明の鉛を含まないはんだボールが接続
した端子構造は、導体の端子上に、無電解ニッケルめっ
き皮膜、無電解パラジウムめっき皮膜、無電解金めっき
皮膜が、その順に形成されており、その上に鉛を含まな
いはんだボールが接続している構造であることを特徴と
する。

【００１０】はんだボールは、鉛を含まない錫合金のボ
ールであり、錫以外の金属として銀、銅、亜鉛、ニッケ
ルの１種類以上を含むことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の無電解ニッケルめっき
は、めっき液中のニッケルイオンをニッケルイオンの還
元剤の動きによって、銅、タングステン、モリブデン等
の導体の端子を活性化した表面にニッケルを析出させた
ものであり、無電解ニッケルめっき皮膜の組成は、還元
剤に起因する元素（燐、ホウ素、窒素等）を含有してニ
ッケルとの合金になるのが通常で、無電解ニッケル／燐
合金めっき皮膜、無電解ニッケル／ホウ素合金めっき皮
膜等である。この無電解ニッケルめっき皮膜は、８０重
量％以上の純度のニッケルであることが好ましく、８０
重量％未満であれば、接続の信頼性が低下する場合もあ
る。また、９０重量％以上の純度であればより好まし
い。無電解ニッケルめっき皮膜の膜厚は、０．１〜２０
μｍであることが好ましく、０．１μｍ未満では、めっ
きの効果がなく接続の信頼性が向上せず、２０μｍを越
えると、効果がそれ以上に向上せず、経済的でないので
好ましくない。さらには、この無電解ニッケルの厚さ
は、０．５〜１０μｍの範囲であることがより好まし
い。

【００１２】無電解パラジウムめっきは、めっき液中の
パラジウムイオンを還元剤の働きによってニッケル表面
にパラジウムを析出させたものであり、還元剤に蟻酸化
合物を使用すると無電解パラジウムめっき皮膜の純度が
９９重量％以上になるので、接続の信頼性が高く好まし
く、また、還元剤に燐含有化合物、ホウ素含有化合物を
使用するとめっき皮膜がパラジウム−燐、パラジウム−
ホウ素合金になり、パラジウムの純度が９０重量％以上
になるが、はんだボール接続信頼性は問題ない。このパ
ラジウムの純度は、９０重量％以上の純度のパラジウム
であれば良い。この無電解パラジウムめっき皮膜の膜厚
は、０．０１〜５μｍであることが好ましく、０．０１
μｍ未満では、めっきの効果がなく接続の信頼性が向上
せず、１μｍを越えると、効果がそれ以上に向上せず、
経済的でないので好ましくない。さらに、この無電解パ
ラジウムの厚さは、０．０１〜１μｍの範囲であること
がより好ましい。

【００１３】無電解金めっきのうち、置換型無電解金め
っきは、下地のニッケルと溶液中の金イオンとの置換反
応によってニッケル表面に金皮膜を形成するものであ
り、めっき液には、シアン化合物を含むものと含まない
ものがあるが、いずれのめっき液でも使用できる。ま
た、無電解金めっきのうち、還元型無電解金めっきは、
還元剤の働きによって置換型無電解金めっき皮膜の上に
金を化学反応で析出させるものであり、還元剤にはホウ
素を含むものやイオウを含むものが使用できる。この無
電解金めっき皮膜は、９９重量％以上の純度の金である
ことが好ましく、９９重量％未満であれば、接続の信頼
性が低下する場合もある。さらに、この無電解金めっき
皮膜の純度は、９９．５重量％以上であることがより好
ましい。無電解めっき皮膜の膜厚は、０．００５〜３μ
ｍであることが好ましく、０．００５μｍ未満では、め
っきの効果がなく接続の信頼性が向上せず、３μｍを越
えると、効果がそれ以上に向上せず、経済的でないので
好ましくない。さらには、この無電解金めっき皮膜の厚
さは、０．００５〜０．５μｍの範囲であることがより
好ましい。

【００１４】また、はんだは、鉛を含まない錫合金であ
り、９７．２５重量％錫と３．５重量％銀と０．７５重
量％銅の錫合金が代表的であるが、錫以外の金属として
銀、銅、亜鉛、ニッケルの１種類以上を含むことを特徴
とする錫合金であれば良く、組成比がどのようなもので
も使用でき、鉛を含まないはんだ材料として使用可能で
ある。

【００１５】鉛を含まないはんだボール接続用端子の素
材には、銅、タングステン、モリブデン等の金属が使用
できる。鉛を含まないはんだボール接続用端子の下地で
ある基材の種類は、セラミック、半導体、樹脂基板等
で、この樹脂基板には、フェノール、エポキシ、ポリイ
ミド等のものが使用でき、さらに、剛性の強い板状の基
材、柔軟なフレキシブルな基材のいずれも用いることが
できる。この鉛を含まないはんだボールが接続した端子
構造を有する半導体搭載用基板には、ＣＳＰ、ＢＧＡ、
ＭＣＭ、配線板、および半導体チップの他、はんだバン
プを有するＣＳＰ、ＢＧＡ、ＭＣＭ、配線板、および半
導体チップがある。

【００１６】

【実施例】実施例１ 厚さ１８μｍの銅箔を両面に貼り合わせた、厚さ０．５
ｍｍの銅張りエポキシ積層板であるＭＣＬ−Ｅ−６７９
（日立化成工業株式会社製、商品名）の銅箔の不要な箇
所をエッチング除去し、エッチングレジストを剥離し、
はんだレジストを形成した、導体パターンの露出した銅
のはんだボール接続用端子を有する半導体搭載用基板を
作製した。その半導体搭載用基板を、脱脂液であるＺ−
２００（株式会社ワールドメタル製、商品名）に、液温
５０℃で１分間浸漬し、室温で２分間水洗し、１００ｇ
／リットルの過硫酸アンモニウム液に室温で１分間浸漬
して、ソフトエッチングし、室温で２分間水洗し、１０
重量％の硫酸に、室温で１分間浸漬して、酸洗し、室温
で２分間水洗し、無電解めっきの活性化を、ＳＡ−１０
０（日立化成工業株式会社製、商品名）に室温で５分間
浸漬し、室温で２分間浸漬し、無電解ニッケルめっき液
であるＮＩＰＳ−１００（日立化成工業株式会社製、商
品名）に、液温８５℃で２０分間浸漬して、Ｎｉ−Ｐめ
っき（Ｐ含有量約７重量％）皮膜を形成し、室温で２分
間水洗し、無電解パラジウムめっき液であるパラテクト
（アトテックジャパン株式会社製、商品名）に、液温７
０℃で５分間浸漬し、純パラジウム（純度９９．９重量
％）の皮膜を形成し、室温で２分間水洗し、非シアン系
の置換型無電解金めっき液であるＨＧＳ−１００（日立
化成工業株式会社製、商品名）に、液温８５℃で１０分
間浸漬して、純金（純度９９．９重量％）の皮膜を形成
した。上記方法で作成した半導体搭載用基板のはんだボ
ール接続用端子に、９７．２５重量％錫と３．５重量％
銀と０．７５重量％銅の錫合金である鉛を含まないはん
だボールをリフロー炉で接続させた。

【００１７】実施例２ 金めっきに、シアン系の置換型無電解金めっき液である
ＩＭ−ＧＯＬＤ（日本高純度化学株式会社製、商品名）
に、液温８５℃で１０分間浸漬し、純金（純度９９．９
重量％）の皮膜を形成し、室温で２分間水洗し、続いて
還元型無電解金めっき液であるＨＧＳ−２０００（日立
化成工業株式会社製、商品名）に、液温６５℃で４０分
間浸漬し、純金（純度９９．９重量％）の皮膜を形成し
た以外は、実施例１と同様にして、はんだボール接続用
端子を有する半導体搭載用基板を作製した。上記方法で
作製した半導体搭載用基板のはんだボール接続用端子
に、９７．２５重量％錫と３．５重量％銀と０．７５重
量％銅の錫合金である鉛を含まないはんだボールをリフ
ロー炉接続させた。

【００１８】比較例１ 実施例１と同様にして半導体搭載用基板を作製した。上
記方法で作製した半導体搭載用基板のはんだボール接続
用端子に、６０重量％錫と４０重量％の共晶はんだボー
ルをリフロー炉で接続させた。

【００１９】比較例２ 実施例２と同様にして半導体搭載用基板を作製した。上
記方法で作製した半導体搭載用基板のはんだボール接続
用端子に、６０重量％錫と４０重量％の共晶はんだボー
ルをリフロー炉で接続させた。

【００２０】実施例１、２と比較例１、２で作製した、
はんだボールが接続したＢＧＡを１５０℃、１００時間
の熱処理を行った後、はんだボールのシェア（引き剥が
し）試験を行った結果、実施例１、２のサンプルでは、
全ての鉛を含まないはんだボールが、ボール内での剪断
による破壊まで耐えることができたが、比較例１、２の
従来の共晶はんだボールは、約９０％の端子において、
無電解ニッケルめっきとはんだボールの界面で破壊が発
生し、熱処理後の接続信頼性が不良であった。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明によっ
て、熱処理後の接続信頼性に優れた、接続端子とその接
続端子を用いた半導体パッケージ並びに半導体パッケー
ジの製造方法を提供することができる。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導体の表面に無電解ニッケル合金めっき皮
   膜、無電解パラジウムめっき皮膜及び無電解金めっき被
   膜が、この順に形成され、その上に鉛を含まない金属ボ
   ールが溶着された接続端子。
2. 【請求項２】鉛を含まない金属ボールが、錫合金である
   請求項１に記載の接続端子。
3. 【請求項３】錫合金が、錫以外の金属として、銀、銅、
   亜鉛、及びニッケルのうちから１以上を含む請求項１ま
   たは２に記載の接続端子。
4. 【請求項４】無電解ニッケル合金めっき皮膜が、８０重
   量％以上の純度のニッケルからなる請求項１〜３のうち
   いずれかに記載の接続端子。
5. 【請求項５】無電解ニッケル合金めっき皮膜の厚さが、
   ０．５〜１５μｍの範囲である請求項１〜４のうちいず
   れかに記載の接続端子。
6. 【請求項６】無電解パラジウムめっき皮膜が、９０重量
   ％以上の純度のパラジウムからなる請求項１〜５のうち
   いずれかに記載の接続端子。
7. 【請求項７】配線導体と、配線導体の一部の表面に無電
   解ニッケル合金めっき皮膜、無電解パラジウムめっき皮
   膜及び無電解金めっき被膜が、この順に形成され、その
   上に鉛を含まない金属ボールが溶着された接続端子と、
   配線導体を支持する基板と、半導体チップと、半導体チ
   ップと配線導体を接続する接続導体からなる半導体パッ
   ケージ。
8. 【請求項８】鉛を含まない金属ボールが、錫合金である
   請求項７に記載の半導体パッケージ。
9. 【請求項９】錫合金が、錫以外の金属として、銀、銅、
   亜鉛、及びニッケルのうちから１以上を含む請求項７ま
   たは８に記載の半導体パッケージ。
10. 【請求項１０】無電解ニッケル合金めっき皮膜が、８０
    重量％以上の純度のニッケルからなる請求項７〜９のう
    ちいずれかに記載の半導体パッケージ。
11. 【請求項１１】無電解ニッケル合金めっき皮膜の厚さ
    が、０．５〜１５μｍの範囲である請求項７〜１０のう
    ちいずれかに記載の半導体パッケージ。
12. 【請求項１２】無電解パラジウムめっき皮膜が、９０重
    量％以上の純度のパラジウムからなる請求項７〜１１の
    うちいずれかに記載の半導体パッケージ。
13. 【請求項１３】基板の表面に、配線導体を形成し、その
    配線導体の一部の表面に無電解ニッケル合金めっき皮
    膜、無電解パラジウムめっき皮膜及び無電解金めっき被
    膜を、この順に形成し、その上に鉛を含まない金属ボー
    ルが溶着された接続端子を形成し、半導体チップを搭載
    し、半導体チップと配線導体を接続する接続導体を形成
    する半導体パッケージの製造方法。