JP2006049589A - 半田接合部の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 既存設備やＢＧＡ自体の設計変更を行わずに、鉛フリー系の半田であっても半田の剥離現象を有効に防止可能で、フレキシブル基板の屈曲特性にも優れた半田接合部の形成方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、銅導体上に半田を接合するために形成された金接合層を備える半田接合部の形成方法において、パラジウムの還元析出させるためのニッケル系下地処理を銅導体上に施し、０．５０μｍ以下の非常に薄い厚みのニッケル系下地層上にパラジウムを還元析出させてパラジウムバリア層を形成し、該パラジウムバリア層上に金接合層を形成するものとした。
【選択図】 なし
【解決手段】 本発明は、銅導体上に半田を接合するために形成された金接合層を備える半田接合部の形成方法において、パラジウムの還元析出させるためのニッケル系下地処理を銅導体上に施し、０．５０μｍ以下の非常に薄い厚みのニッケル系下地層上にパラジウムを還元析出させてパラジウムバリア層を形成し、該パラジウムバリア層上に金接合層を形成するものとした。
【選択図】 なし
Description
本発明は、半田接合部の形成方法に関し、特に、鉛フリー系の半田との接合に良好であるとともに、フレキシブル基板の屈曲特性にも優れる半田接合部の形成方法に関する。
近年、半導体パッケージとして、超小型で且つ超多ピン化に対応してＢＧＡ（Ball
Grid Array）タイプの超小型半導体パッケージの開発が盛んに行われている。
Grid Array）タイプの超小型半導体パッケージの開発が盛んに行われている。
この超小型半導体パッケージの一つであるＢＧＡでは、プリント配線基板等のパッドとパッケージとを接続するために、ＢＧＡの搭載面に半田ボールと呼ばれる面格子端子が形成される。そして、この半田ボールを接続対象のパッドに対向配置してリフロー処理をすることで、プリント配線基板等へ表面実装するのである。このＢＧＡのような超小型半導体パッケージは、近年の高密度、高信頼性の要求に対応できるものであり、広く普及している。
一般的に、このＢＧＡでは、プリント配線基板等へ表面実装する搭載面側に、半田と接合するための金接合層を備える半田接合部が形成される。ＢＧＡは、半導体素子に接続された導体回路、例えば、銅により形成された銅導体を備えており、それに半田ボールを接続する必要がある。そのため、この半田ボールを接合する半田接合部は、銅導体上に次のようにして形成される。
図１に示すＢＧＡの搭載面側の一部分を拡大した概略断面図を参照しながら、半田ボールを接合する半田接合部の形成方法について説明する。まず、ＢＧＡの銅導体１表面の一部に、ニッケル系めっき皮膜として１．０〜７．０μｍ厚みのニッケル−リン層２が無電解めっきにより形成される。また、その周囲はレジスト３により被覆され、このニッケル−リン層２上に、０．０１〜０．２０μｍ厚みの無電解金めっき処理により、通常は置換金めっき処理により金接合層４が設けられ、半田接合部５が形成される。そして、半田ボール６は、半田接合部５の金接合層４の上へ配置される。このようにして、搭載面側に複数の面格子端子としての半田ボール６を備えたＢＧＡが製造される。
このＢＧＡは高密度、高信頼性を実現できる表面実装に好適なものとして広く普及しているものであるが、更なる小型化、多ピン化に対応したパッケージとして開発が進行しており、その特性要求も従来に比べて非常に高いレベルとなっている。その一つとして、近年は環境問題の配慮から半田材料として鉛フリー系の半田を用いることが多くなっている。しかしながら、鉛フリー系半田ボールの場合、上述したニッケル系めっき被膜における半田の剥離現象が、従来の錫−鉛系半田ボール以上に生じやすいことが指摘されており（例えば、特許文献１参照）、その改善を強く求められている。
特開２０００−２７７８９５号公報
また、近年、電子機器の小型化に対応してフレキシブル基板の採用が増加しているが、このフレキシブル基板にもＢＧＡ技術が導入されている。ところが、このフレキシブル基板においては、半田との接合性の他にフレキシブル基板の屈曲性に対するニッケル系めっき皮膜のクラック発生の防止対策が指摘されている。
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、銅導体に半田を接合するために形成された金接合層を備える半田接合部の形成方法を改善することによって、鉛フリー系の半田であっても半田の剥離現象を有効に防止でき、フレキシブル基板の屈曲特性も良好な半田接合部を形成する技術を提供する。
上記課題を解決すべく、本発明者等は、従来から利用されているＢＧＡの製造設備の大幅な変更、或いはＢＧＡ自体の設計変更を伴うことなく、既存のＢＧＡ製造設備でも対応可能な方法をさらに検討した結果、本発明を想到するに至った。本発明は、銅導体上に半田を接合するための金接合層を形成する半田接合部の形成方法において、パラジウムの還元析出させるためのニッケル系下地処理を銅導体上に施し、該ニッケル系下地層上にパラジウムを還元析出させてパラジウムバリア層を形成し、該パラジウムバリア層上に金接合層を形成するものとした。
本発明によれば、ニッケル系下地層は、パラジウムの還元析出させる程度、銅導体上に施されていればよい。つまり、非常に薄いニッケル系下地層と、その上に還元析出のパラジウムバリア層を形成するものなので、ニッケル系下地層及び銅導体表面は酸化されることはない。また、本発明のニッケル系下地層は、いわゆるキャタライズとしての機能しかなく、銅の拡散を防止するバリア的機能が奏しないが、パラジウムバリア層がその代わりに銅の拡散を防止する役目を担うことになる。したがって、本発明によれば、従来の錫−鉛系半田のみならず鉛フリー系の半田であっても、半田の剥離現象を有効に防止できるのである。そして、本発明のニッケル系下地層は非常に薄い厚みなため、折り曲げに対するクラックの発生も防止できるので、フレキシブル基板の屈曲特性も優れたものとなる。
本発明におけるニッケル系下地層は、０．５０μｍ以下の厚みであることが望ましい。０．５０μｍを超えると、フレキシブル基板での折り曲げに対してクラックが発生し易くなる傾向となる。また、このニッケル系下地層の下限厚みは数値により限定することが難しいが、パラジウムが還元析出できる程度のキャタリストとして銅導体上にニッケル系下地層が存在していればよい。このニッケル系下地層としては、ニッケル、ニッケル−リン合金、ニッケル−ホウ素合金等が適用できる。
そして、本発明の半田接合部におけるパラジウムバリア層は、０．０１〜０．５０μｍ以下の厚みであることが好ましい。０．０１μｍ未満になると、銅の拡散を防止するバリア的機能が低下するからである、一方、０．５０μｍを超えると、銅と半田との界面における剥離現象が生じやすくなる傾向となるからである。
本発明に係る半田接合部の形成方法によれば、既存設備やＢＧＡ自体の設計変更を行わずに、半田の剥離現象を有効に防止することが可能となる。特に、近年における過酷なリフロー処理条件が適用されるＢＧＡを製造する場合やフレキシブル基板にＢＧＡ技術を採用する場合に、好適な半田接合部の形成方法である。
以下に、本発明の好ましい実施形態について説明する。
本実施形態では、ニッケル系下地層としてニッケル−リンを採用してＢＧＡを製造した場合の半田の剥離現象を調査した結果を示す。図１で示すＢＧＡ基板のＣｕ（銅）の導体回路１上に、表１に示す各種の半田接合部を形成した。
半田接合部の形成に用いためっき条件は以下のとおりである。
・ 無電解ニッケル−リン下地
Ｎｉ ６ｇ／Ｌ
次亜リン酸Ｎａ ３０ｇ／Ｌ
ｐＨ ４．５〜５．０
液温 ８５℃
処理時間 ０．０５μｍ…０．２５分
０．１μｍ…０．５分
０．５μｍ…２．５分
２．５μｍ…７．５分
５．０μｍ…１５分
・ 無電解ニッケル−リン下地
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・還元パラジウムめっき
Ｐｄ １ｇ／Ｌ
アンモニア水 ３０ｍＬ／Ｌ
無機酸塩 ９０ｇ／Ｌ
ｐＨ ８．０
液温 ５０℃
処理時間 ０．０５μｍ…３分
０．５μｍ…３０分
１．０μｍ…６０分
Ｐｄ １ｇ／Ｌ
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処理時間 ０．０５μｍ…３分
０．５μｍ…３０分
１．０μｍ…６０分
・ 置換金めっき
シアン化金カリウム ２ｇ／Ｌ
キレート剤 ５０ｇ／Ｌ
有機酸塩 ２０ｇ／Ｌ
ｐＨ ４．０〜５．０
液温 ８０℃
処理時間 ０．０５μｍ…１０分
シアン化金カリウム ２ｇ／Ｌ
キレート剤 ５０ｇ／Ｌ
有機酸塩 ２０ｇ／Ｌ
ｐＨ ４．０〜５．０
液温 ８０℃
処理時間 ０．０５μｍ…１０分
以上のような各めっき液を使用して半田接合部を形成し、その半田接合部に鉛フリー半田（錫−銀−銅の三元合金半田）による半田ボールを形成してＢＧＡを製造した。そして、得られた各ＢＧＡについて、リフロー処理の熱履歴を加え、半田ボールの半田プル強度測定を行った。
上述したリフロー処理条件の熱履歴を加えた各ＢＧＡについて、半田プル強度を測定することで、その破壊モードを調査した。その結果を表２に示す。半田プル強度測定は、半田プル強度測定器（Ｄａｇｅ Ｂｏｎｄ ｔｅｓｔｅｒ ４０００、Ｄａｇｅ社製）を用いて半田ボールの接合強度を測定した。表２に示す界面剥がれ発生率は、半田プル強度測定後のサンプルを確認することで、全測定サンプル数に占める、界面剥がれ（ニッケル系下地層と半田ボールとの接合界面で剥がれたもの）が生じていたサンプル数の割合を算出した値である。
表２を見ると判るように、比較例４、５のように、パラジウムバリア層がないものは、接合界面による剥離現象が生じる傾向があることが判明した。また、比較例１〜３については界面剥がれの発生率は小さい結果であったが、フレキシブル基板の屈曲試験により確認したところ、ニッケル系下地層にクラックの発生が確認された。これに対し、実施例１〜３の半田接合部は、接合界面における剥離現象が全く発生せず、さらには、フレキシブル基板の屈曲試験においてもニッケル系下地層自体にクラックの発生が認められなかった。
１ 銅導体回路
２ ニッケル系下地層
３ レジスト
４ 金接合層
５ 半田接合部
６ 半田ボール
２ ニッケル系下地層
３ レジスト
４ 金接合層
５ 半田接合部
６ 半田ボール
Claims (4)
- 銅導体上に半田を接合するために形成された金接合層を備える半田接合部の形成方法において、
パラジウムを還元析出させるためのニッケル系下地処理を銅導体上に施し、該ニッケル系下地層上にパラジウムを還元析出させてパラジウムバリア層を形成し、該パラジウムバリア層上に金接合層を形成したことを特徴とする半田接合部の形成方法。 - ニッケル系下地層は、０．５０μｍ以下の厚みである請求項１に記載の半田接合部の形成方法。
- パラジウムバリア層は、０．０１〜０．５０μｍ以下の厚みである請求項１または請求項２に記載の半田接合部の形成方法。
- 半田は、錫−鉛系または鉛フリー系の半田である請求項１〜請求項３いずれかに記載の半田接合部の形成方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004228795A JP2006049589A (ja) | 2004-08-05 | 2004-08-05 | 半田接合部の形成方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006049589A true JP2006049589A (ja) | 2006-02-16 |
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ID=36027802
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| JP2004228795A Pending JP2006049589A (ja) | 2004-08-05 | 2004-08-05 | 半田接合部の形成方法 |
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| JP (1) | JP2006049589A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109862687A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-06-07 | 深圳市景旺电子股份有限公司 | 一种Mini LED柔性印制电路板及其制作方法 |
-
2004
- 2004-08-05 JP JP2004228795A patent/JP2006049589A/ja active Pending
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