JP2015082534A - 接続端子及びそれを用いた半導体チップ搭載用基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】端子形状の銅と、当該銅上に積層された無電解ニッケルめっき被膜3と、当該無電解ニッケルめっき被膜3上に積層された無電解パラジウムめっき被膜4と、を備え、無電解ニッケルめっき被膜3は、膜厚が0.005〜0.3μmであり、純度が85〜97質量%である接続端子。前記無電解パラジウムめっき被膜上に置換金めっき被膜が更に積層され、その上に無電解金めっき被膜がさらに積層された接続端子。前記無電解ニッケルめっき被膜が、リン、ホウ素及び窒素の少なくとも一つを含有し、前記無電解パラジウムめっき被膜の膜厚が、0.01〜0.4μm以下である接続端子。
【選択図】図1
Description
(1)膜厚が0.01〜0.4μmであり、純度が99質量%以上の無電解パラジウムめっき被膜。
(2)膜厚が0.01〜0.25μmであり、純度が98質量%以上、99質量%未満の無電解パラジウムめっき被膜。
(3)膜厚が0.01〜0.15μmであり、純度が97質量%以上、98質量%未満の無電解パラジウムめっき被膜。
(4)膜厚が0.01〜0.12μmであり、純度が94質量%以上、97質量%未満の無電解パラジウムめっき被膜。
上記無電解ニッケルめっき被膜上に、上記(1)〜(4)のいずれか一の無電解パラジウムめっき被膜を形成することで、はんだ接続時に、無電解ニッケルめっき被膜のはんだ内部への拡散がより均一となる。そのため、銅と鉛を含まないはんだの界面に形成される合金被膜を層状の状態で、ほぼ均一な厚みで形成することが可能で、Cu6Sn5合金内部の亀裂の発生を抑制する効果を得ることができる。
図1は、半導体チップ搭載基板の一実施形態を示す平面図又は断面図である。図1(a)は、接続端子を備えた半導体チップ搭載用基板の一実施形態を第1の主面側から示す模式平面図ある。図1(b)は、図1(a)のb−b線に沿った断面図である。図1(c)は、図1(a)のc−c線に沿った断面図である。図1(a)に示される半導体チップ搭載用基板1aは、プリント配線板50と、プリント配線板50を構成する絶縁被覆であるコア基板100の一主面上に設けられたはんだ接続用端子111及び絶縁被覆109とを備える。プリント配線板50は、コア基板100の他の主面上に設けられた開口部118aを有する絶縁被覆118と、開口部118a内に配置された複数のワイヤボンディング用接続端子110と、展開配線40と、を備える。なお、本実施形態において、基板は、コア基板のみからなるものであってもよく、後述するように、コア基板上にビルドアップ層を形成したものであってもよい。
(1)膜厚が0.005〜0.4μmであり、純度が99質量%以上のパラジウムめっき被膜。
(2)膜厚が0.005〜0.25μmであり、純度が98質量%以上、99質量%未満のパラジウムめっき被膜。
(3)膜厚が0.005〜0.15μmであり、純度が97質量%以上、98質量%未満のパラジウムめっき被膜。
(4)膜厚が0.005〜0.12μmであり、純度が94質量%以上、97質量%未満のパラジウムめっき被膜。
半導体チップ搭載用基板の製造方法の一実施形態を以下に説明する。
工程aでは、図6(a)に示すように第1の層間接続端子101を含む第1の配線106aをコア基板100の第1の主面上に形成する。第1の配線106aを構成するパターン化された配線である銅層の一部(第1の層間接続端子101)の表面上に上述のめっき処理を施してワイヤボンディング用接続端子110が形成される。コア基板上の銅層は、コア基板表面にスパッタリング、蒸着、めっき等により銅薄膜を形成した後、電解銅めっき法によって、その膜厚を所望の厚みまでめっきする方法により形成される。
サブトラクト法では、コア基板100の表面上に銅箔を形成した後、銅箔の不要な部分をエッチングにより除去する。銅箔の配線となる箇所、すなわち第1の配線106aとなる部分上にエッチングレジストを形成し、エッチングレジストから露出した箇所に、化学エッチング液をスプレー噴霧し、不要な金属箔をエッチング除去して、第1の配線106aを形成することができる。エッチングレジストは、通常の配線板に用いることのできるエッチングレジスト材料を用いることができる。エッチングレジストは、レジストインクをシルクスクリーン印刷する方法、又はエッチングレジスト用ネガ型感光性ドライフィルムを銅箔の上にラミネートし、その上に配線形状に光を透過するフォトマスクを重ね、紫外線で露光して、露光しなかった箇所を現像液で除去する方法により形成することができる。化学エッチング液には、塩化第二銅と塩酸の溶液、塩化第二鉄溶液、硫酸と過酸化水素の溶液、過硫酸アンモニウム溶液等、通常の配線板に用いる化学エッチング液を用いることができる。
アディティブ法では、コア基板100表面上の必要な箇所に、めっきを行うことで第1の配線106aを形成することができる。例えば、コア基板100の表面上に無電解めっき用触媒を付着させた後、めっきが行われない表面部分にめっきレジストを形成する。その後、めっきレジストを形成したコア基板100を無電解めっき液に浸漬して、めっきレジストに覆われていない箇所にのみ、無電解めっきで銅配線及び銅端子を形成することができる。
セミアディティブ法では、コア基板100の表面上に、シード層を形成した後、めっきレジストを必要なパターンに形成し、電解めっきにより第1の配線106aを形成する。その後、めっきレジストを剥離し、シード層をエッチングによって除去する。シード層を形成する方法としては、(i)蒸着による方法、(ii)めっきによる方法、(iii)金属箔を貼り合わせる方法等がある。なお、これらの方法により、サブトラクト法の金属箔を形成することもできる。
工程bでは、図6(b)に示すように、第1の層間接続端子101と、後述する第2の配線106bとを接続するための第1の層間接続用IVH102を形成する。
工程cでは、図6(c)に示すように、コア基板100の第1の配線106aが形成された第1の主面と反対側の第2の主面に第2の配線106b及び第2の層間接続端子103を形成する。第2の配線106b及び第2の層間接続端子103は、第1の配線106a及び第1の層間接続端子101と同様にして、コア基板100の表面上に形成することができる。
工程dでは、図6(d)に示すように上記第2の配線106bを形成した面に第1のビルドアップ層(層間絶縁層)104aを形成する。
工程eは、図6(e)に示すように、上記第1のビルドアップ層104aに第2の層間接続用IVH用の貫通孔108aを形成する工程である。第2の層間接続用IVH用の貫通孔108aの形成手段としては、一般的なレーザ穴あけ装置を使用することができる。レーザ穴あけ機で用いられるレーザの種類はCO2レーザ、YAGレーザ、エキシマレーザ等を用いることができるが、CO2レーザが生産性及び穴品質の点で好ましい。また、貫通孔108aの径が30μm未満の場合は、レーザ光を絞ることが可能なYAGレーザが適している。また、ビルドアップ層が有機溶剤等の薬液による化学エッチング加工が可能な材料からなる場合には、化学エッチングによってIVH穴を形成することができる。
工程fでは、図6(f)に示すように、上記第1のビルドアップ層104aの表面上に、第3の層間接続端子112を含む第3の配線106cを形成する。第3の配線106c及び第3の層間接続端子112は、第1の配線106a及び第1の層間接続端子101と同様にして形成することができる。また、第2の層間接続用のIVH(バイアホール)の導体層を、例えばめっき法によって形成する場合、第3の配線106cを形成するのと同時に形成することができる。
工程gでは、図6(g)に示すように第3の配線106cが形成された第1のビルドアップ層104aのコア基板100とは反対の面上に、第2のビルドアップ層104bを形成する。第2のビルドアップ層104bは第1のビルドアップ層104aと同様にして形成することができる。
上述のようにして得られた、コア基板100の第1の主面上の第1の配線106aの一部である第1の層間接続端子101及び、第2の主面側の最表層の第4の層間接続端子105に複数のめっき被膜を積層させる。すなわち、第1の配線106a及びはんだ接続用端子の一部である導体の表面に、無電解ニッケルめっき被膜、無電解パラジウムめっき被膜、必要に応じて置換金めっき被膜及び無電解金めっき被膜をこの順序で形成することにより、はんだ接続信頼性に優れた接続端子、さらにはワイヤボンディング接続信頼性に優れた接続端子を形成することができる。
配線又は端子の表面に凹凸を形成する工程である。凹凸を形成する方法としては、(1)酸性溶液を用いる方法、(2)アルカリ性溶液を用いる方法、(3)酸化剤又は還元剤を有する処理液を用いる方法がある。以下、各方法について詳述する。
酸性溶液としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、蟻酸、塩化第二銅、硫酸第二鉄等の化合物、アルカリ金属塩化物、過硫酸アンモニウム等から選ばれる化合物、若しくはこれらを組み合わせた化合物の水溶液、又はクロム酸、クロム酸−硫酸、クロム酸−フッ酸、重クロム酸、重クロム酸−ホウフッ酸等の酸性の6価クロムを含む水溶液を用いることができる。なお、これらの溶液の濃度及び処理時間については、銅配線及び銅端子の表面粗さがRaで0.01μm〜0.4μmとなるように適宜条件を選択して用いることが好ましい。
アルカリ性溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物溶液を用いることができる。なお、これらの溶液の濃度及び処理時間については、銅配線及び銅端子の表面粗さがRaで0.01μm〜0.4μmとなるように適宜条件を選択して用いることが好ましい。
酸化剤を含む処理液としては、亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を含む水溶液を使用することができる。さらに、OH陰イオン源及びリン酸三ナトリウム等の緩衝剤を含むものが好ましい。還元剤を含む処理液としては、pH9.0から13.5に調整されたアルカリ性溶液中にホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、芳香族アルデヒド化合物を添加した水溶液、又は次亜リン酸及び次亜リン酸塩等を含んだ水溶液を使用することができる。上記酸化剤を含む処理液に銅配線を浸漬し、銅表面に酸化銅被膜を形成し、次いで、還元剤を含む処理液により酸化銅被膜を還元し、銅配線表面に微細な凹凸形状を形成することができる。その場合、上記酸性溶液又はアルカリ性溶液を用いて処理を行った後に、組み合わせて処理を行うことが可能であり、表面粗さがRaで0.01〜0.4μmとなるように処理をすればよい。
凹凸を形成する工程(A)によって、銅配線及び銅端子の表面の表面粗さをRaで0.01〜0.4μmとした後、膜厚が5nm未満、0.4μm以下である、銅、スズ、クロム、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、コバルト、金、白金、銀及びパラジウムからなる群から選択される金属又は、該金属を含む合金からなる金属を連続的若しくは離散的に銅配線及び銅端子の表面に付着させることによって、表面粗さがRaで0.01〜0.4μmである金属コーティングで覆われた配線及び接続端子を形成できる。好ましくは、銅、スズ、クロム、ニッケル、亜鉛、アルミニウム及びコバルトからなる群から選択される金属又は、該金属を含む合金が、銅配線及び銅端子の表面に付着する間又は付着後、自然に若しくは故意に、酸化物、水酸化物又はこれらを組み合わせた化合物に変換させられ、銅配線及び銅端子の表面に上記多価金属の酸化物、水酸化物又はこれらを組み合わせた化合物を含む層が形成されていることである。上記金属の他に、モリブデン、チタン、タングステン、鉛、鉄、インジウム、タリウム、ビスマス、ルテニウム、ロジウム、ガリウム、ゲルマニウム等の金属を使用することも可能で、これらを少なくとも2種類以上含む合金を用いることもできる。上記金属を配線及び接続端子表面に付着させる方法としては、無電解めっき、電解めっき、置換反応、スプレー噴霧、塗布、パッタリング法、蒸着法等が挙げられる。
Si−O−Si結合を形成する化合物を用いて銅配線及び銅端子の表面にSi−O−Si結合を形成する工程である。Si−O−Si結合を有する化合物としては、(1)シリカガラス、(2)ラダー構造を含む化合物等を用いることができる。
シリカガラス(SiO2)の厚さは、0.002μm〜5μm、好ましくは0.005μm〜1μm、さらに好ましくは0.01μm〜0.2μmである。シリカガラスの厚みが5.0μmを超えると、バイアホール形成工程におけるレーザ等によるビア加工が困難となる傾向があり、0.002μmより薄くなると、シリカガラス層の形成が困難になる傾向がある。
ラダー構造を含む化合物は、下記一般式(1)で表されるラダー構造を含む化合物であって、式中、R1、R2、R3及びR4は、各々独立に、水素原子、反応性基、親水性基及び疎水性基からなる群から選択される基を表す。
上記のSi−O−Si結合を有する化合物を配線表面に形成した後、さらに、カップリング剤を含む溶液を用いて、処理を行う工程である。カップリング剤を用いることによって、配線及び端子と層間絶縁層(ビルドアップ層)との密着強度を向上させることができる。
銅配線及び銅端子の表面にSi−O−Si結合を有する化合物を形成した後、TiO2、ZnO、SrTiO3、CdS、GaP、InP、GaAs、BaTiO3、BaTi4O9、K2NbO3、Nb2O5、Fe2O3、Ta2O5、K3Ta3Si2O3、WO3、SnO2、Bi2O3、BiVO4、NiO、Cu2O、SiC、MoS2、InPb、RuO2、CeO2等、さらにはTi、Nb、Ta及びVからなる群より選ばれる元素を有する層状酸化物である光触媒粒子を塗布する工程である。これらの光触媒の中で、無害かつ化学的安定性に優れるTiO2が最も好ましい。TiO2としては、アナタ−ゼ、ルチル、ブルッカイトのいずれも使用することが可能である。
銅配線及び銅端子の表面に、密着性改良剤を塗布する工程である。密着性改良剤としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又はそれらの混合樹脂が使用できるが、熱硬化性の有機絶縁材料が主成分であることが好ましい。密着性改良剤としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーン樹脂、シクロペンタジエンから合成した樹脂、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌラートを含む樹脂、芳香族ニトリルから合成した樹脂、3量化芳香族ジシアナミド樹脂、トリアリルトリメタリレートを含む樹脂、フラン樹脂、ケトン樹脂、キシレン樹脂、縮合多環芳香族を含む熱硬化性樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アラミド樹脂、液晶ポリマ等が使用できる。
銅配線及び銅端子の表面に、腐食抑制剤を塗布する工程である。かかる工程は、凹凸を形成する工程(A)の後、又はカップリング処理を施す工程(D)の前、若しくは後に行うことができる。なお、腐食抑制剤は上述の酸性溶液、アルカリ性溶液及びカップリング剤溶液のいずれか1種に加えて用いてもよい。
図7は、半導体パッケージの一実施形態を示す模式断面図である。半導体パッケージ7aは、ワイヤボンドタイプの半導体パッケージである。半導体パッケージ7aは、上述した半導体チップ搭載用基板2aと、半導体チップ搭載用基板2aに搭載された半導体チップ120とを備える。
図9(a)は、本発明の半導体チップ搭載基板の一実施形態を示す模式平面図である。図9(b)は、図9(a)における領域Aの拡大図である。半導体チップ搭載基板9aの形状は、半導体パッケージの組み立てを効率よく行う観点から、図9(a)に示すようなフレーム形状にすることが好ましい。
以下の工程により、図2の実施形態と同様の構成を有する半導体チップ搭載用基板を、図6に示す実施形態に係る製造方法に従って作製した。
コア基板100として厚さ0.4mmのソーダガラス基板(熱膨張係数11ppm/℃)を用意し、スパッタリングによりその片面(以下、第1の主面という)に200nmの銅薄膜を形成した。スパッタリングは、スパッタリング装置(日本真空技術株式会社製、MLH−6315)を用いて、下記条件1の下で行った。さらに、この銅薄膜上に電気銅めっきにより膜厚10μmの銅めっき層を形成した。その後、銅めっき層のうち配線を構成する部分を覆うエッチングレジストを形成し、塩化第二鉄エッチング液を用いてエッチングして、第1の配線106a(第1の層間接続端子101を含む)を形成した。
条件1
電流:3.5A
電圧:500V
アルゴン流量:35SCCM
圧力:5×10−3Torr(4.9×10−2Pa)
成膜速度:5nm/秒
ソーダガラス基板の第1の配線106aとは反対側の面(以下、「第2の主面」という)側から、第1の層間接続端子101に到達するまで、レーザによって直径が50μmである第1の層間接続用IVH102用の貫通孔を形成した(図6(b))。レーザにはYAGレーザLAVIA−UV2000(住友重機械工業株式会社製、商品名)を使用し、周波数4kHz、ショット数50、マスク径0.4mmの条件にて、貫通孔の形成を行った。形成された貫通孔に導電性ペーストMP−200V(日立化成株式会社製、商品名)を充填して、160℃、30分で硬化させ、第1の層間接続端子101と電気的に接続された第1の層間接続用IVH102(図6(b))、(以下、「第1のバイアホール102」という)を形成した。
工程bで形成された第1のバイアホール102を介して第1の配線106a及び第1の層間接続端子101と電気的に接続される厚さ200nmの銅薄膜を、スパッタリングによって第2の主面上に形成した。スパッタリングは、工程aと同様にして行った。そして、この銅薄膜上に電気銅めっきにより膜厚10μmのめっきを施した。さらに、工程aと同様に、銅薄膜のうち配線を構成する部分を覆うエッチングレジストを形成し、塩化第二鉄エッチング液を用いてエッチングして、第2の配線106b(第2の層間接続端子103を含む)を形成した。
第2の配線106bを有する第2の主面側を、200ml/lに調整した液温50℃の酸性脱脂液Z−200(ワールドメタル社製、商品名)へ2分間浸漬させた後、液温50℃の水に2分間浸漬させて湯洗し、さらに1分間水洗した。次いで、同じく第2の主面側を100ml/lの硫酸水溶液へ1分間浸漬させ、1分間水洗した。このような前処理を行った後、酢酸によりpH5に調整した水溶液に濃度が0.5%となるようにイミダゾールシランカップリング剤IS−1000(ジャパンエナジー株式会社製、商品名)を加えた溶液に、第2の配線106bを有する第2の主面側を10分間浸漬させた。そして、1分間水洗を行った後に、常温にて乾燥を行った。続いて、第2の主面上に、シアネ―トエステル系樹脂組成物の絶縁ワニスを1500rpmのスピンコート法により厚さが10μmとなるよう塗布した。塗布された絶縁ワニスを常温から6℃/minの昇温速度にて230℃まで加熱し、さらに230℃で1時間保持することにより、シアネートエステル系樹脂組成物を熱硬化させて、ビルドアップ層104aを形成した。
ビルドアップ層104aのソーダガラス基板100とは反対側の面から、第2の層間接続端子103に到達するまで、レーザによって直径が50μmの第2の層間接続用IVH用の貫通孔108aを形成して、図6の(e)に示される構造体6eを得た。レーザにはYAGレーザLAVIA−UV2000(住友重機械工業株式会社製、商品名)を使用し、周波数4kHz、ショット数20、マスク径0.4mmの条件で貫通孔108aを形成した。
構造体6eのビルドアップ層104aのソーダガラス基板100とは反対側の面上に、膜厚20nmのニッケル層及び膜厚200nmの薄膜銅層をこの順にスパッタリングにより形成して、ニッケル層及び薄膜銅層から構成されるシード層を得た。スパッタリングは、工程aと同様の装置を用いて、以下に示す条件2及び3の下で行った。
電流:5.0A
電流:350V
電圧アルゴン流量:35SCCM 圧力:5×10−3Torr(4.9×10−2Pa)
成膜速度:0.3nm/秒
条件3:薄膜銅層の形成
電流:3.5A
電圧:500V
アルゴン流量:35SCCM
圧力:5×10−3Torr(4.9×10−2Pa)
成膜速度:5nm/秒
工程d〜工程fと同様の操作を再度繰り返すことによって、第2の層間接続用IVH及び第3の配線106cを覆うビルドアップ層104bと、第4の層間接続端子105とを含む最外層の配線をさらに一層形成し、最後にソルダレジスト109を形成して、図1(a)(半導体パッケージ1つ分の半導体チップ搭載用基板の模式平面図)、図7(半導体パッケージ1つ分の模式断面図)、及び図9(半導体パッケージ領域を行及び列に複数個配列した半導体チップ搭載基板の模式平面図)のようなファン−インタイプBGA用の半導体チップ搭載基板を作製した。第1の層間接続端子101として図10に示される形状を有する銅配線パターンを形成した。なお、形成された接続端子は、端子幅:30μm、端子長さ:200μm、端子間スペース:15μm、端子の導体厚み:15μmであった。
工程a〜工程gまでを経て得られた図6(g)に示す半導体チップ搭載用基板6g(以下、「構造体6g」という。)を、50℃の脱脂液Z−200(株式会社ワールドメタル製、商品名)へ3分間浸漬させ、2分間水洗した。その後、構造体6gを100g/lの過硫酸アンモニウム溶液へ1分間浸漬させ、2分間水洗した。そして、構造体6gを10%の硫酸へ1分間浸漬させ、2分間水洗した。続いて、構造体6gを、液温25℃のめっき活性処理液であるSA−100(日立化成株式会社製、商品名)へ5分間浸漬させた後、2分間水洗した。このようにして、めっきの前処理が施された構造体6g−iを得た。
上記構造体6g−iを、表7に示す無電解ニッケルめっき液(a)に、液温80℃で10秒間浸漬させた後、1分間水洗した。これにより、無電解ニッケルめっき被膜を有する接続端子及び配線を備えた構造体6g−jが得られた。この時、無電解ニッケルめっき被膜に含まれるニッケルの含有量(純度)は表1に示すように実質的に93質量%であり、膜厚は0.005μmであった。
上記構造体6g−jを、表8に示す無電解パラジウムめっき液(d)に、液温65℃で7秒間浸漬させ、1分間水洗した。これにより、無電解ニッケルめっき被膜上に無電解パラジウムめっき被膜が形成された構造体6g−kが得られた。この時、無電解パラジウムめっき被膜に含まれるパラジウムの含有量(純度)は表1に示すように実質的に100質量%であり、膜厚は0.01μmであった。
続いて、上記構造体6g−kを、置換金めっき液であるHGS−100(日立化成株式会社、商品名)に、液温85℃で10分間浸漬させ、1分間水洗した。これにより、無電解パラジウムめっき被膜上に置換金めっき被膜が形成された構造体6g−lが得られた。
続いて、上記構造体6g−lを、無電解金めっき液であるHGS−2000(日立化成株式会社製、商品名)に、液温70℃で30分間浸漬させ、5分間水洗した。これにより、置換金めっき被膜上に無電解金めっき被膜が形成された。置換金めっき及び無電解金めっき被膜の膜厚の合計は0.3μmであった。
なお、無電解ニッケルめっき被膜及び無電解パラジウムめっき被膜の膜厚は、蛍光X線膜厚計SFT9500(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、商品名)を用いて測定した。結果を表1に示す。また、無電解ニッケルめっき被膜、無電解パラジウムめっき被膜における純度は、エネルギー分散型X線分析装置EMAX ENERGY EX−300 (株式会社堀場製作所製、商品名)を用いて測定した。結果を表1に示す。
上記工程a〜工程lを経て得られた半導体チップ搭載用基板について、下記の基準により接続端子の接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
A:1000箇所全てのはんだバンプ付接続端子においてはんだボール内での剪断による破壊が認められた。
B:はんだボール内での剪断による破壊以外のモードによる破壊が1箇所以上10箇所以内で認められた。
C:はんだボール内での剪断による破壊以外のモードによる破壊が11箇所以上50箇所以内で認められた。
D:はんだボール内での剪断による破壊以外のモードによる破壊が51箇所以上で認められた。
作製した半導体チップ搭載用基板を150℃で50時間熱処理した後、ワイヤボンディングを行った。ワイヤ径25μmの1000本の金ワイヤを用いて、1000箇所全てにワイヤボンディングを行った。評価基準は以下のとおりであって、下記基準に基づいて、ワイヤボンディング接続信頼性について端子毎にそれぞれ評価した。結果を表1に示す。なお、評価結果がB以上であればワイヤボンディング接続信頼性が良好とみなされるが、Aであることが望ましい。
A:1000箇所全てのワイヤボンディング用接続端子がワイヤボンディング可能であると認められた。
B:ワイヤの不着箇所が1箇所以上5箇所以内で認められた。
C:ワイヤの不着箇所が6箇所以上50箇所以内で認められた。
D:ワイヤの不着箇所が51箇所以上で認められた。
工程lの無電解金めっき被膜形成後の、図10に示される形状を有するワイヤボンディング用接続端子110を光学顕微鏡により観察し、以下の基準により評価した。結果を表1に示す。なお、評価結果がB以上であれば微細配線形成性が良好とみなされるが、Aであることが望ましい。
A:図11に示すように、異常析出なくワイヤボンディング用接続端子上に無電解金めっき被膜が良好に形成された。
B:図12に示すように、ワイヤボンディング用接続端子の周囲に析出しためっき121が観察された。
C:図13に示すように、ワイヤボンディング用接続端子の周囲に析出しためっき121だけでなく、端子間の基板上に析出しためっき122が観察された。
はんだボールを搭載した半導体チップ搭載基板をエポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製 ; エピコート815)を用いて注型を行い、樹脂硬化後に耐水研磨紙等を用いて研磨した。その後イオンミリングE−3200(株式会社日立製作所製、商品名)を行い研磨ダレの除去を行った。電界放出型走査電子顕微鏡S−4700(株式会社日立製作所製、商品名)に併設されている、エネルギー分散型X線分析装置EMAX ENERGY EX−300(株式会社堀場製作所製、商品名)を用いて、150℃で高温放置する前(0h)と150℃で1000時間放置した後のSn−Cu(Ni)合金部における、Ni濃度(質量%)を測定した。結果を表1に示す。
はんだボールを搭載した半導体チップ搭載基板をエポキシ樹脂エピコート815(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名)を用いて注型を行い、樹脂硬化後に耐水研磨紙等を用いて研磨した。その後イオンミリングE−3200(株式会社日立製作所製、商品名)を行い研磨ダレの除去を行った。電界放出型走査電子顕微鏡S−4700(株式会社日立製作所製、商品名)を用いて観察した。結果を表1に示す。
はんだボールを搭載した半導体チップ搭載基板をエポキシ樹脂エピコート815(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名)を用いて注型を行い、樹脂硬化後に耐水研磨紙等を用いて研磨した。その後イオンミリングE−3200(株式会社日立製作所製、商品名)を行い研磨ダレの除去を行った。電界放出型走査電子顕微鏡S−4700(株式会社日立製作所製、商品名)を用いて観察した。また、場合によって、エネルギー分散型X線分析装置EMAX ENERGY EX−300(株式会社堀場製作所製、商品名)を用いて、ニッケルめっき被膜の有無について解析した。結果を表1に示す。
工程i及びjにおける、構造体6g−i及び6g−jの浸漬処理時間を、表1に示す時間としたこと以外は、実施例1と同様にして各工程を行った。無電解ニッケルめっき被膜及び無電解パラジウムめっき被膜の膜厚及び純度、並びに接続信頼性等の評価結果を表1に示す。
実施例16の接続端子をはんだ接合して得られる接続構造の断面を走査電子顕微鏡によって観察した結果を、図14に示す。図14に示されるように、ほぼ均一な層状に形成されたSn−Cu−Ni合金130が観察され、ドーム状の構造は見られなかった。なお、図14において、136で表される領域は、Sn−3.0Ag−0.5Cuはんだであり、138で表される領域は、接続端子の銅である。
工程jにおいて、めっき液を表8に示される(d)から(e)に変更し、浸漬時間を表1に示される時間とした以外は、実施例1と同様にして各工程を行った。結果を表2に示す。
工程i及びjにおける、構造体6g−i及び6g−jの浸漬処理時間を、表2に示す時間としたこと以外は、実施例31と同様にして各工程を行った。無電解ニッケルめっき被膜及び無電解パラジウムめっき被膜の膜厚及び純度、並びに接続信頼性等の評価結果を表2に示す。
工程jにおいて、無電解パラジウムめっき液を表8に示される(d)から(f)に変更し、浸漬時間を表2に示されるように変更した以外は実施例1と同様にして、各工程を行った。結果を表2に示す。
工程i及びjにおいて、構造体6g−i及び6g−jの浸漬処理時間を、表2及び3に示す時間としたこと以外は、実施例49と同様にして各工程を行った。無電解ニッケルめっき被膜及び無電解パラジウムめっき被膜の膜厚及び純度、並びに接続信頼性等の評価結果を表2及び3に示す。
工程iにおいて、無電解ニッケルめっき液を表7に示される(a)から(b)に変更し、浸漬時間を表3に示される時間とした以外は実施例1と同様にして、各工程を行った。結果を表3に示す。
工程i及びjにおいて、構造体6g−i及び6g−jの浸漬処理時間を、表3に示す時間としたこと以外は、実施例67と同様にして各工程を行った。無電解ニッケルめっき被膜及び無電解パラジウムめっき被膜の膜厚及び純度、並びに接続信頼性等の評価結果を表3に示す。
工程iにおいて、無電解ニッケルめっき液を表7に示される(a)から(c)に変更し、浸漬時間を表3に示される時間とした以外は実施例1と同様にして、各工程を行った。結果を表3に示す。
工程i及びjにおいて、構造体6g−i及び6g−jの浸漬処理時間を、表3及び4に示す時間としたこと以外は、実施例85と同様にして各工程を行った。無電解ニッケルめっき被膜及び無電解パラジウムめっき被膜の膜厚及び純度、並びに接続信頼性等の評価結果を表3及び4に示す。
置換金めっき被膜及び無電解金めっき被膜を形成しなかったこと以外は、それぞれ実施例14〜17と同様の工程により、半導体チップ搭載用基板を作製した。ワイヤボンディング接続信頼性、はんだ接続信頼性、膜厚測定、微細配線形成性等について、実施例1と同様に評価を行なった。得られた結果を表5に示す。
実施例103〜106で作製した半導体チップ搭載用基板それぞれに、銅ワイヤを用いてワイヤボンディングを行い、下記の方法で、ワイヤボンディング接続信頼性の評価を行なった。得られた結果を表5に示す。
作製した半導体チップ搭載用基板にワイヤボンディングを行った。ワイヤ径25μmのPd被覆銅ワイヤ EX1(新日本製鉄株式会社製、商品名)を用いて、1000箇所全てにワイヤボンディングを行った。評価基準は以下のとおりであって、下記基準に基づいて、ワイヤボンディング接続信頼性について端子毎にそれぞれ評価した。結果を表5に示す。
A:1000箇所全てのワイヤボンディング用接続端子がワイヤボンディング可能であると認められた。
B:ワイヤの不着箇所が1箇所以上5箇所以内で認められた。
C:ワイヤの不着箇所が6箇所以上50箇所以内で認められた。
D:ワイヤの不着箇所が51箇所以上で認められた。
無電解金めっき被膜を形成しなかったこと以外、それぞれ実施例14〜17と同様の工程により、半導体チップ搭載用基板を作製した。作製した半導体チップ搭載用基板を用い、ワイヤボンディング接続信頼性、はんだ接続信頼性、膜厚測定、微細配線形成性等について、実施例1と同様に評価を行なった。得られた結果を表5に示す。
実施例111〜114で作製した半導体チップ搭載用基板それぞれに、銅ワイヤを用いてワイヤボンディングを行い、実施例107と同様に、ワイヤボンディング接続信頼性の評価を行なった。
それぞれ、工程iにおける構造体6g−iの浸漬処理時間を表6に示す時間としたこと、及び無電解パラジウムめっき被膜を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にして各工程を行った。結果を表6に示す。
比較例5の接続端子をはんだ接合して得られる接続構造の断面を、走査電子顕微鏡によって観察した結果を図15に示す。図15に示されるように、ドーム状の形態をしたCu6Sn5合金132が形成されるとともに、内部におけるクラック134の発生が観察された。
工程iにおいて、浸漬時間を表1に示される時間とした以外は実施例1と同様にして、各工程を行った。結果を表1に示す。
なお、図16に示すように、比較例12の断面の走査電子顕微鏡による観察結果では、リフロー後、ニッケルめっき被膜拡散残り部140が観察された。
工程iにおいて、浸漬時間を表1に示される時間とした以外は実施例7と同様にして、各工程を行った。結果を表1に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表1に示される時間とした以外は実施例13と同様にして、各工程を行った。結果を表1に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表1に示される時間とした以外は実施例19と同様にして、各工程を行った。結果を表1に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表1に示される時間とした以外は実施例25と同様にして、各工程を行った。結果を表1に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表2に示される時間とした以外は実施例31と同様にして、各工程を行った。結果を表2に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表2に示される時間とした以外は実施例37と同様にして、各工程を行った。結果を表2に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表2に示される時間とした以外は実施例43と同様にして、各工程を行った。結果を表2に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表2に示される時間とした以外は実施例49と同様にして、各工程を行った。結果を表2に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表2に示される時間としたこと以外は実施例55と同様にして、各工程を行った。結果を表2に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表3に示される時間とした以外は実施例61と同様にして、各工程を行った。結果を表3に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表3に示される時間とした以外は実施例67と同様にして、各工程を行った。結果を表3に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表3に示される時間とした以外は実施例73と同様にして、各工程を行った。結果を表3に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表3に示される時間とした以外は実施例79と同様にして、各工程を行った。結果を表3に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表3に示される時間とした以外は実施例85と同様にして、各工程を行った。結果を表3に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表4に示される時間とした以外は実施例91と同様にして、各工程を行った。結果を表4に示す。
工程iにおいて、浸漬時間を表4に示される時間とした以外は実施例97と同様にして、各工程を行った。結果を表4に示す。
無電解ニッケルめっき被膜を形成しなかったこと、及び工程jにおいて、浸漬処理時間を表6に示す時間としたことに以外は、実施例1と同様にして各工程を行った。結果を表6に示す。
無電解ニッケルめっき被膜を形成しなかったこと、及び工程jにおいて、浸漬処理時間を表6に示す時間としたことに以外は、実施例31と同様にして各工程を行った。結果を表6に示す。
無電解ニッケルめっき被膜を形成しなかったこと、及び工程jにおいて、浸漬処理時間を表6に示す時間としたことに以外は、実施例1と同様にして各工程を行った。結果を表6に示す。
実施例1と同様に工程a〜工程hを行った後、工程iにおいて、無電解ニッケルめっき被膜に代えて下記の組成を有する光沢剤を含有しない電解ニッケルめっき液を用いて、液温55℃、電流密度0.5A/dm2の条件で3秒間めっきを行い、0.01μmほどの膜厚の電解ニッケルめっき被膜を得た。
(電解ニッケルめっき液(ワット浴)の組成)
硫酸ニッケル : 240g/L
塩化ニッケル : 45g/L
ホウ酸 : 30g/L
界面活性剤 : 3ml/L
(日本高純度化学株式会社製、商品名:ピット防止剤♯62)
pH : 4
続いて、ストライク電解金めっき液であるアシドストライク(日本高純度化学株式会社、商品名)を用いて、40℃、2A/dm2で10秒間、ストライク電解金めっきを行った。さらに電解金めっき液であるテンペレジスト(日本高純度化学株式会社、商品名)を用いて、70℃、0.2A/dm2で電解金めっきを行いストライク電解金めっき及び電解金めっきにより形成された金めっき層の膜厚の合計が0.3μmの金めっき被膜を得た。これにより、半導体チップ搭載用基板を得た。実施例1と同様に評価を行なった結果を表6に示す。
比較例72に示す電解ニッケルめっき液を用いて、めっき時間を表3に示す時間とすることにより、種々の膜厚を有する電解ニッケルめっき被膜を形成した。それ以外は全て比較例72と同様に行なった。結果を表6に示す。
実施例1において、工程i〜工程lを行わなかったこと以外は全て実施例1と同様に行なった。結果を表4に示す。なおこのとき、工程i〜工程lを行わないため、無電解ニッケルめっき被膜、無電解パラジウムめっき被膜、無電解金めっき被膜は形成されないため、銅からなるはんだ接続用端子111とSn−3.0Ag−0.5Cuはんだボールが直に接合する構造となる。
比較例79において、Sn−3.0Ag−0.5Cuはんだボールの代わりに、表9に示す組成のはんだボールを使用した。それ以外は全て比較例79と同様に行なった。結果を表4に示す。
工程iにおいて、無電解ニッケルめっき液を表7に示される(a)から(g)に変更し、浸漬時間を表6に示される時間とした以外は実施例13と同様にして、各工程を行った。結果を表6に示す。
Claims (16)
- 端子形状の銅と、
当該銅上に積層された無電解ニッケルめっき被膜と、
当該無電解ニッケルめっき被膜上に積層された無電解パラジウムめっき被膜と、
を備え、
前記無電解ニッケルめっき被膜は、膜厚が0.005μm以上、0.3μm以下であり、純度が85質量%以上、97質量%未満である、接続端子。 - 前記無電解パラジウムめっき被膜上に置換金めっき被膜がさらに積層された、請求項1記載の接続端子。
- 前記置換金めっき被膜上に無電解金めっき被膜がさらに積層された、請求項2に記載の接続端子。
- 前記無電解ニッケルめっき被膜が、リン、ホウ素及び窒素の少なくとも一つを含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の接続端子。
- 前記無電解パラジウムめっき被膜の膜厚が、0.01μm以上、0.4μm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の接続端子。
- 前記無電解パラジウムめっき被膜が、下記(1)〜(4)のいずれかのパラジウムめっき被膜である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の接続端子。
(1)膜厚が0.01〜0.4μmであり、純度が99質量%以上のパラジウムめっき被膜
(2)膜厚が0.01〜0.25μmであり、純度が98質量%以上、99質量%未満のパラジウムめっき被膜
(3)膜厚が0.01〜0.15μmであり、純度が97質量%以上、98質量%未満のパラジウムめっき被膜
(4)膜厚が0.01〜0.12μmであり、純度が94質量%以上、97質量%未満のパラジウムめっき被膜 - 前記置換金めっき被膜の膜厚が、0.005μm以上である、請求項2〜6のいずれか一項に記載の接続端子。
- 前記置換金めっき被膜の膜厚及び前記無電解金めっき被膜の膜厚の和が0.01μm以上である、請求項3〜7のいずれか一項に記載の接続端子。
- はんだ接続用端子である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の接続端子。
- 請求項9に記載の接続端子と鉛を含まないはんだとが接続され、前記銅と前記鉛を含まないはんだとの界面に合金が形成されたはんだバンプ付接続端子であって、
前記合金におけるNiの含有量が、0.01質量%以上、1.0質量%以下である、はんだバンプ付接続端子。 - 前記合金がSn−Cu−Ni合金からなる、請求項10に記載のはんだバンプ付接続端子。
- 前記鉛を含まないはんだが、Sn及びCuからなる合金、又はSn、Cu及びAgからなる合金を含む、請求項10又は11に記載のはんだバンプ付接続端子。
- 前記Sn、Cu及びAgからなる合金が、0.001〜7質量%のCu、0.001〜7質量%のAg、及び残部のSnからなる、請求項12に記載のはんだバンプ付接続端子。
- ワイヤボンディング用接続端子である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の接続端子。
- 基板と、
前記基板の主面に設けられたワイヤボンディング用接続端子及びはんだ接続用端子と、
前記ワイヤボンディング用接続端子及び前記はんだ接続用端子を電気的に接続する導体回路と、
を備え、
前記ワイヤボンディング用接続端子が請求項14に記載の接続端子であり、
前記はんだ接続用端子が請求項9に記載の接続端子である、半導体チップ搭載用基板。 - 基板と、
前記基板の主面に設けられたワイヤボンディング用接続端子及びはんだバンプ付接続端子と、
前記ワイヤボンディング用接続端子及び前記はんだバンプ付接続端子を電気的に接続する導体回路と、
を備え、
前記ワイヤボンディング用接続端子が請求項14に記載の接続端子であり、
前記はんだバンプ付接続端子が請求項10〜13のいずれか一項に記載のはんだバンプ付接続端子である、半導体チップ搭載用基板。
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