JP2013168628A - 実装基板および半導体装置ならびに半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 銅を主成分としてなり、絶縁基板1の搭載部1aに設けられた接続パッド2と、接続パッド2上に設けられたはんだバンプ3とを備えており、ニッケル、鉄、コバルト、白金、およびパラジウムのうち少なくとも1種の金属材料からなる金属層5で被覆された銅粒子4が、はんだバンプ3に添加されている実装基板9である。銅粒子4の銅成分によって形成される銅−スズ合金で電極が被覆され得るため、エレクトロマイグレーションによる電極の空隙が抑制される。
【選択図】 図2
Description
られたはんだバンプとを備えている。また、ニッケル、鉄、コバルト、白金、およびパラジウムのうち少なくとも1種の金属材料からなる金属層で被覆された銅粒子が、前記はんだバンプに添加されている。
図1は本発明の実施形態の実装基板を示す断面図であり、図2は図1の要部を拡大して示す断面図である。また、図3は本発明の第1の実施形態の半導体装置を示す断面図であり、図4は図3の要部を拡大して示す断面図である。絶縁基板1の上面の搭載部1aに接続パッド2が設けられ、接続パッド2上にはんだバンプ3が設けられて実装基板9が基本的に形成されている。はんだバンプ3に銅粒子4が添加され、銅粒子4は金属層5で被覆されている。また、実装基板9の接続パッド2に半導体素子6の下面の電極7がはんだバンプ3を介して接合されて半導体装置10が基本的に形成されている。
作される。
い。接続パッド2における銅以外の成分としては、例えば、ガラス成分、酸化アルミニウム等のセラミック粉末(いわゆるフィラー粒子)およびニッケル等の金属成分等が挙げられる。
れよりも若干大きな円形状(直径が約30〜200μm)等に形成される。
1となるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法で所定パターンに印刷し、次に、セラミックグリーンシートと金属ペーストとを同時焼成してメタライズ層を形成する。その後、必要に応じてメタライズ層の表面にニッケル等のめっき層を上記被覆層2aとして被着させることによって、接続パッド2および配線導体8を形成することができる。
せず)が配置されている。電子回路は、例えばトランジスタやダイオード等の機能を備える部分も含み、半導体素子6の主面に集積回路として形成している。
がある。これに対して、銅粒子4が金属層5で被覆されていれば、はんだバンプ3を接続パッド2に接合するための加熱や、半導体素子6の電極7に接続するための加熱の際に銅成分がはんだバンプ3中に拡散することが抑制され得る。そのため、はんだバンプ3の電極7に対する接続が容易である。
図5は、本発明の第2の実施形態の実装基板における要部を示す断面図である。また、図6は、本発明の第2の実施形態の半導体装置における要部を示す断面図である。図5および図6において、図1〜図4と同様の部位には同様の符号を付している。
を得る上で有効である。すなわち、電子の流れが上記の方向であるときには、被覆層2aが設けられている場合に比べて、接続パッド2側においてエレクトロマイグレーションが発生しやすい傾向がある。これに対して、はんだバンプ3中に銅粒子4が添加されていることによって、はんだバンプ3におけるスズ成分量が相対的に少なくなる。そのため、接続パッド2の銅成分とはんだバンプ3のスズ成分との合金化、つまりはエレクトロマイグレーションによる接続パッド2の銅成分の拡散を抑制できる。
次に、本発明の実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図8に、本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す。以下の説明において、前述した実装基板および半導体装置における説明と同様の事項については省略する。
満の場合は、はんだペースト22をリフロー炉等で加熱する時に金属層5が拡散して消失しやすい。そのため、実装基板9におけるはんだバンプ3中に拡散することを抑制する機能(いわゆる保護層としての機能)が低くなる可能性がある。また、0.5μmを超える場合
は、実装基板9に半導体素子6を実装する時に、銅成分のはんだバンプ3中への拡散が抑えられる傾向がある。そのため、電極7を被覆する層状の銅−スズ合金11の形成が不十分になる可能性がある。
んだペースト22を接続パッド3に塗布する前に、はんだペースト22に上記銅粉末を添加し、その後にかくはんして上記ペースト中に上記粉末を分散させる。
プ3の電極7との界面部分に形成することから、ニッケルのエレクトロマイグレーションによるボイドの発生を抑制できる。
と直接に接している接続パッド2の銅成分と、はんだバンプ3のスズ成分との合金化、つまりはエレクトロマイグレーションによる接続パッド2の銅成分の拡散を抑制できる。
下記の、実施例の実装基板および比較例の実装基板を準備し、それぞれの実装基板の接続パッドと下記の半導体素子の電極とをスズ−銀はんだからなるはんだバンプを介して接合して半導体装置を作製した。実施例の実装基板は、はんだバンプに下記の銅粒子を添加し、比較例の実装基板では銅粒子を添加しなかった。
極の個数と同じ64個であり、各接続パッドは、半導体素子の電極に対応する位置に形成した。接続パッド上には下記のはんだバンプを設けた。接続パッドの上面には、被覆層として、厚みが約2〜6μmのニッケルめっき層を電解めっき法によって設けた。
プは、上記組成のはんだペーストを上記接続パッド上に載せて、約260℃で加熱して溶融
接合させて行なった。
流は8kA/cm2であった。
前後の抵抗値の上昇率を算出し、上昇率20%以上で故障と判定した。
被覆層を設けないこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例2の実装基板を製作した。この実施例2の実装基板に、実施例1の場合と同様に半導体素子を実装し、同様の方法で信頼性を検査した。
1a・・搭載部
2・・・接続パッド
2a・・被覆層
3・・・はんだバンプ
4・・・銅粒子
5・・・金属層
6・・・半導体素子
7・・・電極
8・・・配線導体
9・・・実装基板(第1の実施形態)
9a・・実装基板(第2の実施形態)
10・・・半導体装置(第1の実施形態)
10a・・半導体装置(第2の実施形態)
11・・・銅−スズ合金
21・・・配線基板
22・・・はんだペースト
23・・・金層
Claims (7)
- 半導体素子の搭載部を含む上面を有する絶縁基板と、
銅を主成分としてなり、前記搭載部に設けられた接続パッドと、
該接続パッド上に設けられたはんだバンプとを備えており、
ニッケル、鉄、コバルト、白金、およびパラジウムのうち少なくとも1種の金属材料からなる金属層で被覆された銅粒子が、前記はんだバンプに添加されていることを特徴とする実装基板。 - 前記金属層が前記銅粒子を部分的に被覆していることを特徴とする請求項1記載の実装基板。
- 前記接続パッドの上面に、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金からなる被覆層が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の実装基板。
- 半導体素子の搭載部を含む上面を有する絶縁基板と、
銅を主成分としてなり、前記搭載部に設けられた接続パッドと、
電極を有しているとともに、前記搭載部に搭載された半導体素子と、
前記接続パッドと前記電極との間に介在しているはんだバンプとを備えており、
前記はんだバンプに銅粒子が添加されているとともに、前記はんだバンプのうち少なくとも前記電極との界面部分に、銅とスズとの合金層が形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 半導体素子の搭載部を含む上面を有する絶縁基板と、前記搭載部に設けられた接続パッドとを備えた配線基板を準備する第1工程と、
銅粒子を準備するとともに、該銅粒子の表面をニッケル、鉄、コバルト、白金、およびパラジウムのうち少なくとも1種からなる金属層で被覆する第2工程と、
前記接続パッド上に、前記表面を前記金属層で被覆した前記銅粒子を添加したはんだペーストを付着させる第3工程と、
前記はんだペーストを加熱して、前記絶縁基板の前記搭載部に設けられた接続パッド上にはんだバンプが設けられてなる実装基板を作製する第4工程と、
電極を有する半導体素子を準備するとともに、該半導体素子の前記電極を前記実装基板の前記接続パッドに前記はんだバンプを介して接合する第5工程とを備えており、
前記5工程において、前記はんだバンプのうち少なくとも前記電極との界面部分に、銅−スズ合金層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1工程において、前記実装基板用部材の前記接続パッドの上面に、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金からなる被覆層を設けることを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2工程において、前記銅粒子を被覆する前記金属層を、金または金を主成分とする合金の層でさらに被覆することを特徴とする請求項5または請求項6記載の半導体装置の製造方法。
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