JP2016211046A - 導電粒子、及び導電粒子を用いた半導体パッケージ - Google Patents

導電粒子、及び導電粒子を用いた半導体パッケージ Download PDF

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Abstract

【課題】半導体チップ搭載用基板と半導体チップとをはんだ接続した後に150℃の高温環境下に長期保管された場合であっても、高いはんだ接続信頼性を有するはんだ接続用導電粒子を提供すること。【解決手段】平均粒径が10μm〜60μmの球状非導電性粒子と、該球状非導電性粒子の外側に設けられた、厚さ0.3μm以上のニッケル又はニッケル合金を含有する第1の層と、該第1の層の外側に設けられた、パラジウム又はパラジウム合金を含有する第2の層と、を備える、はんだ接続用導電粒子。【選択図】図1

Description

本発明は、導電粒子、及び導電粒子を用いた半導体パッケージに関する。
電子情報機器の発達及び高度なネットワークの整備による情報受発手段の飛躍的な向上に伴い、半導体チップの実装形態は直径φ760−φ300μmのはんだボールを接続材料としたBGA(Ball Grid Alley)が主流になっている。
今後、更なる高密度化、高速化及び高性能化が要求されるにつれて、従来のはんだボールでは対応できないことが明らかになってきている。その理由の一つは、はんだボールにはI/O端子の増加に伴う電極の狭ピッチ化で、隣接するはんだボールの間隔が非常に狭いものとなり、わずかな変形でも互いに接触し、短絡するおそれがあることである。次世代高密度パッケージでは、多ピン化及び狭ピッチ化が進み、いずれは200〜120μm以下のピッチが必要となると予測されている。そうなると、実装密度の高まりにより、チップサイズパッケージ(CSP)又はベアチップ実装での電極の信頼性の確保が重大な課題となる。その際に、半導体装置の入出力端子として用いられるのが、銅コアはんだボールである。銅コアはんだボールは、フリップチップ接合時に内部の銅コアがリフロー温度で溶融することがなく、チップとプリント基板(PCB)との距離が保たれ、高い接合信頼性を得られる。
半導体素子の接合端子、特に内部電極として使用するので、高温環境に対し信頼性のある半導体パッケージとするために、銅コアはんだボールが使用されるようになっている。特許文献1には、Cuを主成分とする直径1〜1000μmの芯ボールの周りに、Sn系被膜を被覆し、芯ボールとSn系被膜の間に結晶質のNi系下地層を形成する技術が提案されている。
特許文献2には、金属又は樹脂の表面に、ニッケル、チタン又はクロムを主成分とする第1の金属膜を形成し、第1の金属膜の外周に銅を主成分とする第2の金属膜を形成し、さらに第2の金属膜の外周に錫を主成分とする第3の金属膜を形成する技術が提案されている。
特開2007−75856号公報 特開2013−31864号公報
半導体チップ搭載用基板に半導体チップを搭載する場合、半導体チップと半導体チップ搭載用基板との間に、適切な距離と、寸法安定性が要求される。これは、半導体パッケージが携帯電子機器、車等の衝撃が加わる機器に搭載されるようになり、落下衝撃及び振動時に耐える必要があるためである。また、車載用の機器の一部として搭載される場合、高温環境下におけるはんだ接合部の信頼性が極めて重要になってきている。
しかし、上記特許文献1に記載のCuを主成分とする芯ボールの周りに、結晶質のNi系下地層を形成し、さらにSn系被膜を被覆したCuコアボールでは、150℃の高温環境下において、Ni系下地層がはんだ中に拡散して消失する。それにより、Cuとはんだの成分であるSnが直接接合することで、硬くて脆い金属間化合物が厚く形成され、落下衝撃信頼性が低下するという課題があることが分かった。またさらに、Ni系下地層を厚くすることによってはんだ中への拡散による消失を抑えることができたとしても、Niとはんだの成分のSnとの金属間化合物層の形成速度が速いため、硬くて脆い金属間化合物が厚く形成され、落下衝撃信頼性が低下するという課題があることが分かった。さらに、特許文献1に、Cuを主成分とする直径1〜1000μmの芯ボールが記載されているが、Cuを主成分とする直径1〜60μmの芯ボールの作製そのものが困難であることが判明した。
また、上記特許文献2は、電極側のCuが、エレクトロマイグレーションによって、はんだの成分であるSnへ拡散することを抑制するためのはんだボールである。すなわち、ニッケル、チタン又はクロムを主成分とする第1の金属膜と、Snを主成分とする第3の金属膜との間に、Cuを主成分とする第2の金属膜を形成してCuを主成分とする第2の金属膜をSnへ拡散しやすくすることにより、電極側のCuが、はんだの成分であるSnへ拡散することを抑制している。しかしながら、150℃の高温環境下においては、Cuとはんだの成分であるSnとが直接接合しているため、Cuがはんだへ拡散することを抑えることがでない。これにより、硬くて脆い金属間化合物が厚く形成され、特に耐落下衝撃信頼性に課題があることが判明した。
上記課題を解決するために、本発明者らは上記の150℃の高温環境下に長期保管された場合に耐落下衝撃信頼性が低下する理由について検討した。
上記特許文献1のCuコアボールは、Cuを主成分とする芯ボールの周りに、結晶質のNi系下地層を形成し、さらにその外側がSn系被膜で被覆されている。このようなCuコアボールをはんだ接合すると、結晶質のNi系下地層とはんだの主成分であるSnとの間に金属間化合物が形成される。このとき、例えば、一般的に鉛フリーはんだとして広く使用されている、Sn−Cu−Ag系のはんだを用いた場合、Sn−Cu−Ni系の金属間化合物が形成される。また、例えば、Sn−Ag系のはんだを用いた場合、Sn−Ni系の金属間化合物が形成される。CuとSnが直接接合した場合に形成されるCu−Sn系の金属間化合物と比較すると、NiとSnが直接接合した場合に形成されるSn−Cu−Ni系及びSn−Ni系の金属間化合物の成長速度は遅い。しかしながら、150℃の高温環境下に長期保管すると、金属間化合物が厚く成長する。Sn−Cu−Ni系、Sn−Ni系等の金属間化合物は硬くて脆いため、このような金属化合物の層が厚く形成されると、耐落下衝撃信頼性が低下してくることが分かった。また、150℃の高温環境下において500時間よりも長く保持すると、被膜がはんだ中に拡散してきて部分的に不連続膜となり、1000時間の保持ではほとんど不連続膜となり、ニッケルがCuのバリア被膜として機能できなくなってくる。CuとSnの金属間化合物の形成が促進されて、耐落下衝撃信頼性が極めて低下することが明らかとなった。
また、上記特許文献2による方法では、Cuを主成分とする第2の金属膜が直接Snと接触しているため、150℃の高温環境下においてCu−Sn系の金属間化合物が形成され、当該金属間化合物が厚く成長するため、耐落下衝撃信頼性が極めて低下することが明らかとなった。
そこで、本発明は、半導体チップ搭載用基板と半導体チップとをはんだ接続した後に150℃の高温環境下に長期保管された場合であっても、高いはんだ接続信頼性を有するはんだ接続用導電粒子、及びそのはんだ接続用導電粒子を用いた半導体パッケージを提供することを目的とする。
本発明は、平均粒径が10μm〜60μmの球状非導電性粒子と、該球状非導電性粒子の外側に設けられた、厚さ0.3μm以上のニッケル又はニッケル合金を含有する第1の層と、該第1の層の外側に設けられた、パラジウム又はパラジウム合金を含有する第2の層と、を備える、はんだ接続用導電粒子を提供する。このようなはんだ接続用導電粒子を用いて半導体チップと半導体チップ搭載用基板とを接続した場合、150℃の高温環境下における金属間化合物の成長を抑制し、150℃の高温環境の履歴を受けた場合であっても、はんだ接続信頼性に優れた半導体パッケージを得ることができる。本発明者らは、以下のような理由によりこのような効果を奏すると考えている。すなわち、はんだ接続用導電粒子を用いたはんだ接続の際に、第2の層に含有されるパラジウム層がはんだ中に拡散し、NiとSn(はんだ)が直接接合した場合に形成されるSn−Cu−Ni系、Sn−Ni系等の金属間化合物にPdが含有されることになる。これにより、Sn−Cu−Ni−Pd系、Sn−Ni−Pd系等の金属間化合物となるため、Sn−Cu−Ni系、Sn−Ni系等の硬くて脆い金属間化合物の成長を抑制することが可能となる。結果として、150℃の高温環境下において長時間の保持を行っても、Pdがない場合と比較して成長速度を低下させる効果があるものと考えられる。
本発明のはんだ接続用導電粒子は、第2の層の外側に設けられた、金を含有する第3の層、銀を含有する第4の層、又はスズ若しくはスズ合金を含有する第5の層をさらに備えることができる。
上記第3の層が、置換金めっき被膜、又は置換金めっき被膜上に還元型の無電解金めっき被膜を形成した被膜であってもよい。
上記第5の層が、スパッタ又は電気めっきにより形成され、かつ銅及び/又は銀を含んでいてもよい。
本発明のはんだ接続用導電粒子は、球状非導電性粒子と第1の層との間に、厚さ0.1μm以上の銅又は銅合金を含有する第6の層をさらに備えてもよい。
上記第6の層が、無電解銅めっき被膜であってもよい。
上記第1の層におけるニッケルの含有量を、85〜98質量%とすることができる。
上記第1の層が、無電解ニッケル−リンめっき被膜であってもよい。
上記第2の層におけるパラジウムの含有量を、90質量%以上とすることができる。
上記第2の層が、第1の層の外側に設けられた第1のパラジウムめっき被膜と、第1のパラジウムめっき被膜の外側に設けられた第2のパラジウムめっき被膜とを有し、第1のパラジウムめっき被膜が、純度が99質量%以上の置換又は還元型の無電解パラジウムめっき被膜であり、第2のパラジウムめっき被膜が、純度が90質量%以上99質量%未満の無電解パラジウムめっき被膜であってもよい。
上記第2の層の厚みが、0.01μm〜0.5μmであってもよい。
球状非導電性粒子が、樹脂又はシリカであってもよい。
本発明は、上記はんだ接続用導電粒子と、半導体チップ搭載用基板とがはんだにより接続された接続構造体を提供する。
上記接続構造体において、はんだ接続用導電粒子の表面の50%以上がはんだにより被覆されていてもよい。
上記はんだが、電解めっきあるいははんだペーストにより形成されたものであってもよい。
本発明は、半導体チップの端子にはんだが形成されており、半導体チップの端子に形成されたはんだにより、半導体チップと上記半導体チップ搭載用基板とが接続された半導体パッケージをさらに提供する。
上記半導体チップの端子に形成されたはんだが、電解めっきあるいははんだペーストにより形成されたものであってもよい。
本発明によれば、半導体チップ搭載用基板と半導体チップとのはんだ接続した後に150℃の高温環境下に長期保管された場合であっても、高い衝撃信頼性を得ることができるはんだ接続用導電粒子、及びそのはんだ接続用導電粒子を用いた半導体パッケージを提供することができる。
本発明に係るはんだ接続用導電粒子の一実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係るはんだ接続用導電粒子の一実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係るはんだ接続用導電粒子の一実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係るはんだ接続用導電粒子の一実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係るはんだ接続用導電粒子の一実施形態を示す模式断面図である。 はんだレジストの開口部を有する半導体チップ搭載用基板の端子部の一実施形態を示す模式平面図である。 はんだレジストの開口部を有する半導体チップ搭載用基板の端子部の一実施形態を示す模式平面図である。 本発明に係るはんだ接続用導電粒子がはんだにより半導体パッケージ搭載基板に接続された接続構造体の一実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係る導電粒子がはんだにより半導体パッケージ搭載基板に接続された接続構造体の一実施形態を示す模式断面図である。 はんだレジストの開口部を有する半導体チップの一実施形態を示す模式平面図である。 はんだレジストの開口部を有する半導体チップの一実施形態を示す模式平面図である。 本発明に係るはんだ接続用導電粒子がはんだにより半導体パッケージ搭載基板と半導体チップに接続された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。 図12に示す半導体パッケージの製造方法の一例を説明するための模式断面図である。 両面にはんだレジストの開口部を有する半導体チップ搭載用基板の一実施形態を示す模式断面図である。 半導体チップを搭載する側から見た、はんだレジストの開口部を有する半導体チップ搭載用基板の一実施形態を示す模式平面図である。 半導体チップを搭載する側から見た、はんだレジストの開口部を有する半導体チップの一実施形態を示す模式平面図である。 本発明に係るはんだ接続用導電粒子がはんだにより半導体パッケージ搭載基板と半導体チップに接続された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。 実施例1で作製した半導体パッケージにおける、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。 実施例1で作製した半導体パッケージを150℃で500時間放置した後の、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。 実施例1で作製した半導体パッケージを150℃で1000時間放置した後の、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。 実施例43で作製した半導体パッケージを150℃で1000時間放置した後の、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。 比較例4で作製した半導体パッケージにおける、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。 比較例4で作製した半導体パッケージを150℃で500時間放置した後の、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。 比較例4で作製した半導体パッケージを150℃で1000時間放置した後の、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。 比較例4で作製した半導体パッケージを、150℃で1000時間放置し、落下衝撃試験を行い、はんだ接続部にクラックが入った場合の断面概略図である。 比較例9で作製した、はんだ接続用導電粒子の断面概略図である。 比較例9で作製した半導体パッケージにおける、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。 比較例9で作製した半導体パッケージを150℃で1000時間放置した後の、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。 比較例9で作製した半導体パッケージを、150℃で1000時間放置し、落下衝撃試験を行った際に、はんだ接続部にクラックが入った場合の断面概略図である。 比較例11で作製した半導体パッケージにおいて、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。 比較例11で作製した半導体パッケージを150℃で1000時間放置した後の、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。 比較例11で作製した半導体パッケージを、150℃で1000時間放置し、落下衝撃試験を行った際に、はんだ接続部にクラックが入った場合の断面概略図である。 比較例14で作製した、はんだ接続用導電粒子の断面概略図である。 比較例14で作製した半導体パッケージにおいて、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。 比較例14で作製した半導体パッケージを150℃で500時間放置した後の、はんだ接続用導電粒子により接続された接続部を示す模式断面図である。
以下、場合により図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において、同一又は同一要素には同一の符号を用い、重複する説明を省略する。
<はんだ接続用導電粒子>
まず、本実施形態のはんだ接続用導電粒子について図1〜図5を参照しながら説明する。なお、以下では、はんだ接続用導電粒子を単に導電粒子とも呼ぶ。
図1に示す導電粒子100aは、平均粒径が10μm〜60μmの球状非導電性粒子1と、球状非導電性粒子1の外側に設けられた金属層9とを備える。金属層9は、球状非導電性粒子1の外側に設けられた、厚さ0.3μm以上のニッケル又はニッケル合金を含有する第1の層3と、該第1の層の外側に設けられた、パラジウム又はパラジウム合金を含有する第2の層4とを備える。
球状非導電性粒子1の材質としては、特に限定されないが、樹脂又はシリカとすることができる。その具体例としては、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート等のアクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン等のポリオレフィン樹脂、ガラス、シリカなどが挙げられる。また、樹脂粒子として、例えば、架橋アクリル粒子、架橋ポリスチレン粒子等も使用可能である。また、はんだによるリフロー接続を行うため、球状非導電性粒子1のガラス転移点(Tg)がはんだの融点よりも高くてもよい。特に、一般的に広く普及しているSn−3質量%Ag−0.5質量%Cuを例にとると、融点は217〜219℃であることから、Tgは220℃以上とすることができる。Tgが220℃以上であると、はんだが溶融して接続した後に、球状非導電性粒子そのものが変形しないため、導電粒子が接続された端子において、球状非導電性粒子が優れた寸法安定性を示すことから、良好な接続信頼性と絶縁信頼性を得られる傾向にある。
球状非導電性粒子1の平均粒径は10〜60μmであり、15〜60μmとすることもできる。平均粒径が10μm以上である場合、衝撃を加えた際に、球状非導電性粒子自体の衝撃を吸収する能力が向上する傾向にある。一方、平均粒径が60μm以下である場合、球状非導電性粒子そのものの粒径のばらつきを小さくしやすい。本実施形態における球状非導電性粒子の平均粒径は、任意の球状非導電性粒子300個について、走査電子顕微鏡(以下、SEM)を用いた観察により粒径の測定を行い、それらの平均値をとることにより得られる。なお、ここでいう球状とは、真球だけでなく、楕円体、任意の回転体等も含み、例えば、アスペクト比としては、0.5以上であってもよく、0.8以上であってもよい。
導電粒子100aの平均粒径は12〜80μmであってもよく、12〜65μmであってもよい。導電粒子100aの平均粒径が12〜80μmである場合、衝撃を加えた際の、球状非導電性粒子自体の衝撃を吸収する能力を高く維持することができ、かつ導電粒子100aそのものの粒径のばらつきがを抑えられる傾向にある。本実施形態における導電粒子100aの平均粒径は、任意の導電粒子300個について、走査電子顕微鏡(以下、SEM)を用いた観察により粒径の測定を行い、それらの平均値をとることにより得られる。
<第1の層> Ni
第1の層3におけるニッケルの含有量は、83〜100質量%であってもよく、85〜98質量%であってもよく、86〜94質量%であってもよい。ニッケルの含有量が83〜100質量%である場合、第1の層3の外側に形成する第2の層4が析出しやすく、結果として第1の層3の表面全体が第2の層4により被覆されやすくなる傾向にある。ニッケルの含有量が98質量%以下である場合、はんだ接続信頼性がより向上する傾向にある。
第1の層3は、例えば、無電解ニッケルめっきにより形成することができる。後述の銅又は銅合金を含有する第6の層2上に第1の層3を形成する場合は、置換パラジウム処理、又はパラジウム触媒化処理を行うことができる。置換パラジウム処理及びパラジウム触媒化処理は公知の方法で行うことができ、その方法は特に限定されないが、例えば、パラジウム触媒化処理として、アルカリシーダ、酸性シーダと呼ばれる触媒化処理液を用いた触媒化処理方法が挙げられる。また、第1の層3を球状非導電性粒子1の表面上にダイレクトに形成する場合は、パラジウム触媒化処理を行うことができ、公知の方法で行うことができ、その方法は特に限定されない。
第1の層3の厚みは、0.3〜10μmの範囲とすることができ、0.5〜8μmの範囲とすることができ、1〜5μmの範囲とすることができる。第1の層3の厚みが0.3μm以上であると、はんだとの接続の際に、ニッケルがはんだ中に拡散することによる第1の層3の消失が起こり難く、銅のバリア被膜として機能しやすくなる。そのため、はんだ中のスズと銅が直接接合して銅がはんだ中に拡散し、最終的に銅の層がなくなることにより引き起こされる硬くて脆い金属間化合物層の形成が起こり難くなる。また、第1の層3の厚みが10μm以下であると、めっき時に凝集し難くなる。
第1の層3は、リン又はホウ素を含んでいてもよく、リンを含んでいてもよい。これにより、はんだ接続時に、はんだ中へのニッケルの拡散を抑制することができるため、第1の層3の厚みの減少が抑制される傾向にある。
第1の層3を無電解ニッケルめっきにより形成する場合、例えば、還元剤として次亜リン酸ナトリウム等のリン含有化合物を用いることで、リンを共析させることができ、ニッケル及びリンを含む合金(ニッケル−リン合金)が含まれる第1の層3を形成することができる。また、還元剤として、例えば、ジメチルアミンボラン、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム等のホウ素含有化合物を用いることで、ホウ素を共析させることができ、ニッケル及びホウ素を含む合金(ニッケル−ホウ素合金)が含まれる第1の層3を形成することができる。
<第2の層> Pd
第1の層3上に、パラジウム又はパラジウム合金を含有する第2の層4が形成される。第2の層4は、はんだ接続時において、はんだ中に拡散することで層として残存しないようにすることができる。層として残存せずに、はんだ中に拡散することで、Sn−Cu−Ni−Pd系又はSn−Ni−Pd系の金属間化合物を形成することが可能である。かかる金属間化合物におけるPdの含有量は、0.01質量%〜3質量%であってもよく、0.02質量%〜1質量%であってもよく、さらに0.05質量%〜0.5質量%であってもよい。金属間化合物におけるPdの含有量が0.01質量%以上である場合、150℃の高温環境下におけるSn−Cu−Ni系又はSn−Ni系の金属間化合物の成長を抑制する効果を得られやすくなる。一方、金属間化合物におけるPdの含有量が3質量%以下である場合、パラジウムめっき被膜がはんだ中に拡散して消失しやすくなり、耐落下衝撃信頼性が向上する傾向がある。
第2の層4は、はんだの濡れ広がりを確保する層としても機能する。第2の層4の厚みは0.01〜0.5μmであってもよく、0.03〜0.4μmであってもよく、0.05〜0.3μmであってもよい。第2の層4の厚みが0.01μm以上であると、はんだ接続をした際に形成されるSn−Cu−Ni−Pd系、Sn−Ni−Pd系等の金属間化合物におけるPdの含有量が、0.01質量%よりも高くなりやすく、150℃に高温環境下におけるSn−Cu−Ni系又はSn−Ni系の金属間化合物の成長を抑制する効果を得られやすくなる。結果として、耐落下衝撃信頼性が向上する傾向にある。一方、第2の層4の厚みが0.5μm以下の場合、パラジウムめっき被膜がはんだ中に拡散して消失しやすくなり、耐落下衝撃信頼性向上する傾向にある。
第2の層4は、例えばパラジウムめっき工程を経て形成することができる。第2の層4は無電解めっき型のパラジウム層であってもよい。無電解パラジウムめっきは、置換型(還元剤の入っていないタイプ)、還元型(還元剤の入ったタイプ)のいずれを用いて行ってもよい。このような無電解パラジウムめっきの例としては、還元型ではAPP(石原薬品工業、商品名)等があり、置換型ではMCA(株式会社ワールドメタル製、商品名)等がある。
置換型と還元型を比較した場合、還元型はボイドが少なくなりやすい。内側の金属を溶解させながら析出する置換型と比較して、還元型は被覆面積が上がりやすい。
第2の層4が、第1の層の外側に設けられた第1のパラジウムめっき被膜と、第1のパラジウムめっき被膜の外側に設けられた第2のパラジウムめっき被膜とを有し、第1のパラジウムめっき被膜が、純度が99質量%以上の置換又は無電解パラジウムめっき被膜であり、第2のパラジウムめっき被膜が、純度が90質量%以上99質量%未満の無電解パラジウムめっき被膜であると、以下の傾向がある。
すなわち、第2の層4として、純度が99質量%以上の置換型又は還元型の無電解パラジウムめっき被膜を用いた場合、Sn−Cu−Ni系又はSn−Ni系の金属間化合物にPdが含まれることによって、金属間化合物の成長を抑制する効果をより得やすいが、純度が90質量%以上99質量%未満の還元型の無電解パラジウムめっき被膜を用いた方が、金属間化合物の成長を抑制する効果が高い。一方、90質量%以上99質量%未満の還元型の無電解パラジウムめっき被膜として、無電解パラジウム−リン合金被膜が上げられるが、導電粒子全てに均一な厚みで析出が起こらず、無電解パラジウム−リン被膜が形成されない導電粒子、又は被膜の厚みが薄い導電粒子が生じ易い。この現象は導電粒子の粒径が小さくなるほど現れやすくなる傾向がある。その結果、純度が90質量%以上99質量%未満の還元型の無電解パラジウムめっき被膜のみの場合、パラジウム−リン合金めっき被膜が第1の層3の保護層として機能しなくなるおそれがある。他方、純度が99質量%以上の置換又は還元型の無電解パラジウムめっき被膜であるパラジウムめっき被膜は、純度が90質量%以上99質量%未満の還元型の無電解パラジウムめっき被膜であるパラジウムめっき被膜よりも、第1の層3への析出が起こりやすく、導電粒子全てに均一な厚みで析出が起こり、また、導電粒子の粒径に依存しないで析出する。純度が99質量%以上の置換又は還元型の無電解パラジウムめっき被膜であるパラジウムめっき被膜を形成した導電粒子上には、純度が90質量%以上99質量%未満の還元型の無電解パラジウムめっき被膜の析出が起こりやすいため、導電粒子の粒径に依存せず析出が起こる。そのため、第2の層4が、第1の層の外側に設けられた第1のパラジウムめっき被膜と、第1のパラジウムめっき被膜の外側に設けられた第2のパラジウムめっき被膜とを有し、第1のパラジウムめっき被膜が、純度が99質量%以上の置換又は無電解パラジウムめっき被膜であり、第2のパラジウムめっき被膜が、純度が90質量%以上99質量%未満の無電解パラジウムめっき被膜であると、上述の両者の利点が得られやすい。
図2に示す導電粒子100bは、図1の導電粒子100aにおける第2の層4の外側に設けられた、層5をさらに有する。層5は、金を含有する第3の層、銀を含有する第4の層、又はスズ若しくはスズ合金を含有する第5の層である。層5を形成することで、はんだの濡れ性が向上する傾向がある。
第1の層3の外側に、ダイレクトに層5を形成した場合、ニッケル又はニッケル合金は腐食されやすいため、はんだ接続後に腐食された場所を基点として、第1の層3が破壊されやすい。これにより不連続膜となるため、5μm以上の厚みが必要となる。そのため導電粒子の粒径が40μmよりも小さい場合、粒子間の厚みばらつきが大きくなるため、結果として導電粒子の径のばらつきが大きくなるため、半導体チップと半導体チップ搭載用基板の電極間における接続信頼性が低下する要因となる。一方、第2の層4は、層5の形成時に腐食されることがなく、第1の層3の保護層として機能することができるため、0.3μmまで薄膜化することが可能である。そのため、導電粒子の径のばらつきを最小限に抑えることが可能となり、半導体チップと半導体チップ搭載用基板の電極間における接続信頼性を良好にすることが可能となる。
<第3の層> Au
第2の層4上に、金を含む第3の層が設けられた場合、はんだの濡れ性をさらに向上させることができる。
第2の層4上に形成する場合、第3の層の厚みは、0.01〜0.3μmであってよく、0.03〜0.2μmであってよく、0.05μm〜0.15μmであってよい。第3の層の厚みが0.01μm以上であると、はんだの濡れ性が向上し、はんだの接続が良好となるため、信頼性が向上する傾向にある。一方、第3の層の厚みが0.3μmより厚くても特性上は問題ないが、製造コストの点から、0.3μm以下とすることができる。
金を含む第3の層は、例えば無電解金めっき工程を経て形成することができる。無電解金めっきには置換型と還元型があるが、置換型の金めっきを行った後に、還元型の金めっきを行ってもよい。置換型金めっきとしてはHGS−100(日立化成、商品名)、還元型金めっきとしては、HGS−2000(日立化成、商品名)のような市販の金めっき液を用いることができる。
<第4の層> Ag
第2の層4上に、銀を含む第4の層が設けられた場合、はんだの濡れ性をさらに向上させることができる。
第4の層の厚みは、0.01μm〜0.3μmであってよく、0.03μm〜0.2μmであってよく、0.05μmm〜0.15μmであってよい。第4の層の厚みが0.01μm以上であると、はんだの濡れ性が向上し、はんだの接続が良好となるため、信頼性が向上する傾向にある。一方、製造コストの観点から、第4の層の厚みが0.3μm以下であってよい。
銀を含む第4の層は、例えば無電解銀めっき工程を経て形成することができる。無電解銀めっきには置換型と還元型があるが、還元型の無電解銀めっきを行ってもよい。一方、還元型の無電解銀めっき液を用いた場合、下地層の腐食が抑制された状態で無電解銀めっき被膜が形成されるため、球状非導電性粒子とめっき被膜との密着性が保たれやすい。そのため、良好なはんだ接続信頼性を得られる傾向にある。
無電解銀めっき液に用いる銀の供給源としては、特に限定されないが、めっき液に可溶性であるものであれば特に限定されず、例えば硝酸銀、酸化銀、硫酸銀、塩化銀、亜硫酸銀、炭酸銀、酢酸銀、乳酸銀、スルホコハク酸銀、スルホン酸銀、スルファミン酸銀、シュウ酸銀等を用いることができる。これら水溶性銀化合物は、1種単独で又は2種以上を併せて用いることができる。
無電解銀めっき液に用いる還元剤としては、めっき液中の水溶性銀化合物を金属銀に還元する能力を有するものであって水溶性の化合物であれば特に限定されないが、例えばヒドラジン誘導体、ホルムアルデヒド化合物、ヒドロキシルアミン類、糖類、ロッシェル塩、水素化ホウ素化合物、次亜リン酸塩、DMAB、アスコルビン酸等を用いることができる。これら還元剤は、1種単独で又は2種以上を併せて用いることができる。
無電解銀めっき液中に、安定剤又は錯化剤を添加することが可能で、必要に応じて添加してもよい。錯化剤としては、特に限定されないが、亜硫酸塩、コハク酸イミド、ヒダントイン誘導体、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)等を用いることができる。これら錯化剤は、1種単独で又は2種以上を併せて用いることができる。
なお、その他、本実施形態に係る無電解銀めっき液には、上述の成分以外に、必要に応じて公知の界面活性剤、pH調整剤、緩衝剤、平滑剤、応力緩和剤等の添加剤を混合してもよい。
本実施形態に係る無電解銀めっき液は、液温として30〜80℃の範囲で用いることができ、特に45〜60℃程度で用いることにより、めっき液の安定性をより一層に良好にすることができる。めっき液の温度が30℃以上であると、銀の析出速度が速く、短時間で所定の銀析出量を得られる傾向にある。一方で、自己分解反応による還元剤の損失、又はめっき液安定性の低下を抑制する観点から、めっき液の温度が80℃以下であってもよい。
また、無電解銀めっき液のpHは、1〜14の範囲で使用することができる。特に、めっき液のpHを6〜13程度とすることによって、めっき液の安定性をより一層に良好にすることができる。めっき液のpH調整は、通常、pHを下げる場合には、水溶性銀塩のアニオン部分と同種のアニオン部分を有する酸、例えば水溶性銀塩として硫酸銀を用いる場合には硫酸、水溶性銀塩として硝酸銀を用いる場合には硝酸を用いて行う。pHを上げる場合には、アルカリ金属水酸化物、アンモニア等を用いて行う。
<第5の層> Sn
第2の層4上に、スズを含む第5の層が設けられる場合、はんだの濡れ性を向上させることができる傾向にある。
スズを含む第5の層は、無電解めっき又は電解めっきにより形成することが可能で、膜厚の均一性の点から無電解めっきであってもよい。また、粒径が小さくなるに従い、電解めっきでは、電解めっき時に、粒子同士が凝集しやすくなってくるため、生産性の点から無電解めっきの方であってもよい。一方、無電解めっきによりスズを含む第5の層の形成した場合、スズの含有量が99%以上となりやすいため、スズを含む第5の層における他金属の含有量をコントロールする観点からは、電解めっきであってもよい。
第5の層の厚みは0.03〜10μmであってもよく、0.05〜5μmであってもよく、0.1〜2μmであってもよい。第5の層の厚みが0.03μm以上であると、はんだの濡れ性が向上し、はんだの接続が良好になるため、信頼性が向上する傾向にある。一方、粒子同士が凝集を抑制し、生産性を向上させる観点からは、第5の層の厚みが10μm以下であってもよい。
第5の層は、Ag、Cu、Ni、Bi、Zn、Pd、Pb、Au、P又はBを含んでもよい。特に、融点を220℃程度まで低下することが可能で、なおかつはんだの強度を向上させることが可能で、良好なはんだ接続信頼性を得られる点から、AgとCuを含有することもできる。スズを含む第5の層におけるCuの含有率は、0.05〜10質量%であってもよく、0.1〜5質量%であってもよく、0.2〜3質量%であってもよい。0.05質量%以上であると、良好なはんだ接続信頼性を得られやすくなる。一方、10質量%以下であると、融点が低くなり、はんだの濡れ性が向上し、結果として接合部の接続信頼性が良好となりやすい。また、Agを含有する場合、Ag3Snが形成されてはんだ中に分散され、衝撃時におけるはんだの強度を向上させることができる点から、スズを含む第5の層におけるAgの含有率は、0.05〜10質量%であってもよく、0.1〜5質量%であってもよく、0.2〜3質量%であってもよい。0.05質量%以上であると、良好なはんだ接続信頼性を得られやすくなる。一方、10質量%以下であると、融点が低くなり、はんだの濡れ性が向上し、結果として接合部の接続信頼性が良好となりやすい。
無電解スズめっきには置換型と還元型があるが、還元型の無電解スズめっきを行ってもよい。還元型の無電解スズめっき液を用いた場合、下地層の腐食が抑制された状態で無電解スズめっき被膜が形成されるため、球状非導電性粒子1とめっき無電解スズ被膜との密着性が保たれ、良好なはんだ接続信頼性を得られやすい。
無電解スズめっき液に含まれる酸は、pH調整剤及びスズイオンの安定化剤として機能する。上記酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、ホウフッ化水素酸、リン酸等の無機酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等のカルボン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸等のアルカンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、フェノールスルホン酸、クレゾールスルホン酸等の芳香族スルホン酸などの水溶性有機酸を挙げることができる。このうち、第5の層の形成速度、及びスズ化合物の溶解性等の点から硫酸又は塩酸であってもよい。酸の濃度は1〜50質量%であってもよく、5〜40質量%であってもよく、10〜30質量%の範囲であってもよい。上記範囲内であれば、銅−スズ合金層、ニッケル−スズ合金層を容易に形成できる傾向にある。
無電解スズめっき液に含まれるスズ化合物は、酸性溶液に可溶性のものである限り、スズ塩、スズ酸化物等の中から特に制限なく使用できるが、その溶解性から、上記酸との塩類であってもよい。例えば、硫酸第一スズ、硫酸第二スズ、ホウフッ化第一スズ、ホウフッ化第二スズ、フッ化第一スズ、フッ化第二スズ、硝酸第一スズ、硝酸第二スズ、塩化第一スズ、塩化第二スズ、ギ酸第一スズ、ギ酸第二スズ、酢酸第一スズ、酢酸第二スズ等の第一スズ塩又は第二スズ塩が使用できる。無電解スズめっき液におけるスズ化合物の濃度は、0.05〜10質量%の範囲であってもよく、0.1〜5質量%の範囲であってもよく、0.5〜3質量%の範囲であってもよい。上記範囲内であれば、銅−スズ合金層、ニッケル−スズ合金層を容易に形成できる傾向にある。
無電解スズめっき液に含まれる錯化剤は、第2の層4に配位してキレートを形成し、表面にスズめっき層を形成しやすくするものである。例えば、チオ尿素、1,3−ジメチルチオ尿素、1,3−ジエチル−2−チオ尿素、チオグリコール酸等のチオ尿素誘導体などが使用できる。無電解スズめっき液における錯化剤の濃度は、1〜50質量%の範囲であってもよく、5〜40質量%であってもよく、10〜30質量%の範囲であってもよい。この範囲内であれば、スズめっき層の形成速度を低下させずに、第2の層4との接着性を確保できる傾向にある。
無電解スズめっき液には、上記成分の他、安定化剤、界面活性剤等の添加剤が含まれていてもよい。
上記安定化剤は、第2の層4の表面の近傍において、反応に必要な各成分の濃度を維持するための添加剤である。例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、セロソルブ、カルビトール、ブチルカルビトール等のグリコールエーテル類などが例示できる。無電解スズめっき液における安定化剤の濃度は、1〜80質量%であってもよく、5〜60質量%であってもよく、10〜50質量%の範囲であってもよい。上記範囲内であれば、第2の層4表面の近傍において、反応に必要な各成分の濃度を容易に維持できる傾向にある。
上記界面活性剤としては、例えば、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤等が例示できる。
スズを含む第5の層を、電解めっきにより形成する場合、市販の電解用スズめっき液を使用することが可能で特に限定しない。また、めっき装置としては、バレルめっき装置であれば特に限定するものではないが、斜め型のバレルめっき装置が粒子同士の凝集を抑制できる傾向にある。
スズを含む第5の層を、スパッタにより形成する場合、市販のスパッタ装置を使用することが可能で特に限定しないが、バレル方式によるスパッタ装置であれば特に限定するものではない。円筒状、斜め状、多角形状等のバレルスパッタ装置が粒子同士の凝集を抑制できる傾向にある。
また、導電粒子は、球状非導電性粒子1と第1の層3との間に第1の層3とは別の層を備えていてもよい。図3に示す導電粒子100cは、球状非導電性粒子1と第1の層3との間に、厚さ0.1μm以上の銅又は銅合金を含有する第6の層2を有する。銅はニッケルよりも延性のある材料であることから、第6の層2を球状非導電性粒子1と第1の層3の間に形成することにより、外部からの衝撃を吸収しやすくなり、はんだ接続信頼性が向上する傾向にある。また、ニッケルよりも銅の方が、抵抗値が低いことから、高速及び高周波信号を流した際に、ノイズの発生が少なくなり、信号の高速化及び高周波化に対応しやすくなる。
また、図4に示す導電粒子100dのように、第6の層2を備える場合、必要に応じて、第6の層2の厚みを球状非導電性粒子1の直径の2分の1以上としてもよい。高速及び高周波信号を流した際に、銅の割合が多い方が、抵抗値が低くなる傾向があることから、第6の層2の厚みをこのような範囲とした場合、ノイズの発生が少なくなり、信号の高速化及び高周波化に対応しやすくなる。
図5に示す導電粒子100eは、球状非導電性粒子1と、球状非導電性粒子1の外側に設けられた第6の層2と、第6の層2の外側に設けられた第1の層3と、第1の層3の外側に設けられた第2の層4と、第2の層4の外側に設けられた、第3の層、第4の層、又は第5の層と、の4層以上の構造を有する。このような構造を有していると、銅の延性が高いことから、第6の層2を形成することで、衝撃を加えた際に衝撃を吸収しやすくなり、はんだ接続信頼性を向上できる。さらに、層5を形成する場合、第2の層4が最表層にある場合よりも、はんだの濡れ性が向上する傾向がある。
<第6の層> Cu
また、球状非導電性粒子の外側に設けられる金属層9のうち、球状非導電性粒子に近い側に設けられる第6の層2は銅又は銅合金を含む。銅は、柔軟性及び延性があり、圧縮後も金属割れ等が発生し難い。さらに、銅はコスト、めっき液の扱いやすさ等の点でも優れている。また、銅合金としては銅とニッケル等との合金を用いることができる。銅合金は銅と比較して球状非導電性粒子に対する接着強度の点で優れている。銅合金を用いる場合、導電性の観点から、銅の含有量は70質量%以上であることがであってもよく、90〜100質量%の範囲であってもよい。
第6の層2の厚みは、0.1μm〜10μmの範囲であってもよく、0.2μm〜8μmの範囲であってもよく、0.3μm〜5μmの範囲であってもよい。第1の層の厚みが0.1μm未満であると、銅のもつ柔軟性及び延性の特性を生かすことができなくなり、工程が多くなるだけで、第6の層2を形成することに意味が得られなくなる。一方、第6の層2の厚みが10μmを超えるとめっき時に凝集しやすくなる。
第6の層2は、例えば銅めっき工程を経て形成することができる。銅めっきの工程としては、まず銅めっきを行う前にパラジウム触媒を付与し、その後無電解銅めっきを行うのがよい。
無電解銅めっきの組成としては、(i)硫酸銅等の水溶性銅塩、(ii)ホルマリン等の還元剤、(iii)ロッシェル塩、EDTA等の錯化剤、(iv)水酸化アルカリ等のpH調整剤を加えたものとすることができる。
また、次亜リン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、ジメチルアミンボラン、ヒドラジン等の銅還元剤を用いてもよい。
また、クエン酸、酒石酸、ヒドロキシ酢酸、リンゴ酸、乳酸、グルコン酸、グリシン等のアミノ酸、エチレンジアミン、アルキルアミン等のアミン類、その他のアンモニウム、EDTA、ピロリン酸などの銅錯化剤を用いてもよい。
上記めっき液に硫酸ニッケル等の他の金属イオン源を用いることで合金めっきを行うこともできる。特に微量のニッケルが入ると「樹脂―金属間」又は「ガラス―金属間」の結合強度が増すため、状況に応じてニッケルを添加することができる。
無電解銅めっき終了後の水洗は、短時間に効率よく行うことが望ましい。水洗時間が短いほど、銅表面に酸化被膜ができにくいため、後のめっきが有利になる。
本実施形態の導電粒子によれば、はんだ接続の際に、Sn−Cu−Ni系、Sn−Ni系等の金属間化合物にPdが含有されたSn−Cu−Ni−Pd系、Sn−Ni−Pd系等の金属間化合物が形成される。これにより、硬くて脆いSn−Cu−Ni系、Sn−Ni系等の金属間化合物の成長を抑制することが可能となる。そのため、上記導電粒子を用いてはんだ接続された半導体パッケージは150℃の高温環境下に長時間放置した場合であっても高いはんだ接続信頼性を得ることが可能になる。
はんだ接続によりパラジウム及び金ははんだ中に拡散して被膜は消失するが、特にパラジウムは、ニッケルとはんだの間の金属間化合物に1質量%以下の含有量で含有されて、ニッケルのはんだへの拡散を抑制する効果が高いため、ニッケルが銅のバリア被膜として機能する効果を高めることができる。このため繰り返しのリフロー後、また、150℃の環境下においてもニッケルのはんだへの拡散を抑制する効果が高く、「球状非導電性粒子/銅(連続膜)/ニッケル(連続膜)/金属間化合物(パラジウム含有量1質量%以下)/はんだ」の構造となり、良好な信頼性を得ることが可能になると考えられる。なお、以下、導電粒子の構成の説明において、/を使用する際は、/の左側の層(又は球状非導電性粒子)の外側に右側の層が形成されていることを意味するものとする。
本実施形態に係る方法によって、上記の接続構造体を得られる理由について、本発明者らは以下のとおり推察する。本発明による、半導体チップ搭載用基板に導電粒子を搭載する方法としては、あらかじめ半導体チップ搭載用基板の電極に形成したはんだ層にフラックスを塗布し、本実施形態の導電粒子をフラックス上に付着させ、その後にリフロー等の工程により、はんだを粒子表面に濡れあがらせる。パラジウムは、はんだの濡れ性が高い金属である。リフロー等の工程により、はんだを粒子表面に濡れあがらせることで、粒子表面の半分以上をはんだにより被覆することが可能で、導電粒子を導体パッケージ基板に十分固着化させることが可能となる。さらにこの後に、電極にはんだ層を形成しフラックスを塗布した半導体チップ側の電極と接続させることで、導電粒子の全面がはんだにより被覆される。寸法精度の高い球状非導電性粒子を用いているために、電極間の高さの寸法精度が高く、衝撃を加えても衝撃が分散されやすく、耐落下衝撃信頼性の高い半導体パッケージを得ることが可能になると考えられる。
はんだの濡れ性が重要となるため、パラジウムの表層に、金、銀、スズ又はスズ合金からなる金属を形成してもよく、はんだの濡れ性が高い、金を形成することができる。
本実施形態に係る導電粒子の構造として、球状非導電性粒子に近い順に、銅/ニッケル/パラジウム/金の4層構造とすることができる。この理由として、銅は延性が高いため、衝撃が加えられた際に、球状非導電性粒子に追従し、球状非導電性粒子との良好な接着性を保つことができるためである。また、最表層の金は、パラジウムよりもはんだの濡れ性が高いため、導電粒子表面がはんだにより被覆されやすいため、耐落下衝撃信頼性の高い半導体パッケージを得ることが可能になると考えられる。
<半導体パッケージ>
次に、本実施形態の導電粒子を用いた半導体パッケージについて、図6〜図12を参照しながら説明する。
図6又は図7に示す模式断面図は、はんだレジストの開口部を有する半導体チップ搭載用基板の端子部の一実施形態を示す模式平面図であり、共に基材10、基材10上に開口部を有するように形成されたはんだレジスト11、及び基材10上の開口部内に形成された電極12を備える。電極12としては例えば銅からなるものが挙げられる。図6の模式断面図は、電極12の基材10とは反対側にスズを含む金属層(はんだ)13を形成した例である。また、図7の模式断面図は、電極12の基材10とは反対側に、ニッケルを含む金属層14、パラジウムを含む金属層15、及び金を含む金属層16をこの順に形成した例である。図6又は図7に示すもの以外に、例えば、開口部において、銅からなる電極の上部に、ニッケルを含む金属層、及びパラジウムを含む金属層をこの順に形成した構成、又は銅からなる電極の上部に、金を含む金属層を形成した構成であってもよい。電極12が銅からなる場合、150℃の高温環境において、電極12がはんだ中に拡散することを抑制するためには、ニッケルを含む金属層が形成されていてもよい。さらに、電極12の基材10とは反対側に、ニッケルを含む金属層、及びパラジウムを含む金属層が順次形成されている構成であってもよい。このような構成であると、はんだ接合した後に、Pd被膜は拡散してなくなるが、NiとSn(はんだ)が直接接合した場合に形成されるSn−Cu−Ni系、Sn−Ni系等の金属間化合物にPdが含有されることで、Sn−Cu−Ni−Pd系、Sn−Ni−Pd系等の金属間化合物が形成される。これにより、金属間化合物の成長を抑制し、耐落下衝撃信頼性を向上させることが可能となる。
図8及び図9に示す模式断面図は、それぞれ図6及び図7に示す半導体チップ搭載用基板に、図1に示す導電粒子を搭載した状態を示す断面模式図である。図8の接続構造体は、基材10、基材10上に開口部を有するように形成されたはんだレジスト11、基材10上の開口部内に形成された電極12、導電粒子とはんだとが接続された際に導電粒子の第1の層3とはんだとの間に形成された金属間化合物201及び204を備える。図9の接続構造体は、基材10、基材10上に開口部を有するように形成されたはんだレジスト11、基材10上の開口部内に形成された電極12、電極12の基材10とは反対側に形成されたニッケルを含む金属層14、導電粒子とはんだとが接続された際に導電粒子の第1の層3とはんだとの間に形成された金属間化合物201及び204を備える。
図10又は図11に示す模式断面図は、はんだレジストの開口部を有する半導体チップの端子部の一実施形態を示す模式平面図であり、共に基材301、基材301上に開口部を有するように形成されたはんだレジスト302、及び基材301上の開口部内に形成された、銅からなる電極303を備える。図10の模式断面図は、電極303の基材301とは反対側にスズを含む金属層304を形成した例である。また、図11の模式断面図は、開口部において、電極303の基材301とは反対側に、ニッケルを含む金属層305、パラジウムを含む金属層306、及び金を含む金属層307をこの順に形成した例である。図10又は図11に示すもの以外に、例えば、開口部において、銅を含む金属層の上部に、ニッケルを含む金属層、及びパラジウムを含む金属層をこの順に形成した構成、又は銅を含む金属層の基材301とは反対側に金を含む金属層を形成した構成を有していてもよい。150℃の高温環境において、銅からなる電極303が、はんだ中に拡散することを抑制するためには、ニッケルを含む金属層305が形成されていた方がよい。さらに、ニッケルを含む金属層305、及びパラジウムを含む金属層306が順次形成されている構成とすることができる。このような構成であると、はんだ接合した後に、Pd被膜は拡散してなくなるが、NiとSn(はんだ)が直接接合した場合に形成されるSn−Cu−Ni系、Sn−Ni系等の金属間化合物にPdが含有されることで、Sn−Cu−Ni−Pd系、Sn−Ni−Pd系等の金属間化合物が形成される。これにより、金属間化合物の成長を抑制し、耐落下衝撃信頼性を向上させることが可能となる。
図12に示す半導体パッケージ500は、本実施形態の導電粒子が、半導体チップの銅からなる電極303と半導体チップ搭載用基板の銅からなる電極12との間に、はんだ200により接合された断面模式図である。基材10及び301と、はんだレジスト11及び302と、球状非導電性粒子1、第6の層2、第1の層3、金属間化合物201、204及び205と、はんだ200とを備える。
<半導体パッケージの製造方法>
上記半導体パッケージの製造方法について、図13を参照しながら説明する。図13は、図12に示す半導体パッケージの製造方法の一例を説明するための模式断面図である。なお、図13(e)〜(g)では金属間化合物について記載を省略した。
まず、図13(a)に示すように、半導体チップ搭載用基板を準備する。半導体チップ搭載用基板は基材10と、はんだレジスト11と、電極12を備える。電極12の構成としては、銅、銅/ニッケル、銅/ニッケル/金、銅/ニッケル/パラジウム、銅/ニッケル/パラジウム/金、銅/ニッケル/金、銅/パラジウム、銅/パラジウム/金、銅/スズ、銅/銀等の電極が挙げられる。ここで、/は、基板側から見て、/の左側の層の上に/の右側の層が形成されていることを示す。電極12は、無電解めっき又は電解めっきで形成されたものとすることができる。
次に、図13(b)に示すように、半導体チップ搭載用基板の電極12上にスズを含む金属層(はんだ)13を形成する。スズを含む金属層(はんだ)13の形成方法としては、市販のはんだペーストを塗布した後にリフローを行うことに形成してもよく、電解めっきによってはんだ組成の被膜を形成することで形成してもよいが、特に限定されない。はんだの材料としては、特に限定されないが、具体的には、Pb−Sn系合金、Sn−Ag系合金、Sn−Ag−Cu系合金、Sn−Ag−Cu−Ni系合金、Sn−Cu系合金、Sn−Cu−Ni系合金、Sn−Bi系合金、Sn−Bi−Ag−In系合金、Sn−Bi−Zn系合金、Sn−Bi−Ag−Cu系合金、Sn−Zn系合金、Sn−Sb系合金等の合金が使用できる。球状非導電性粒子1のTgに応じてはんだの材料を選択する必要がある。これらの中で環境負荷が小さく、はんだ接続信頼性の高いSn−Ag−Cu系合金、Sn−Ag−Cu−Ni系合金、Sn−Cu系合金、Sn−Cu−Ni系合金とすることができる。一方、これらのはんだ組成は、融点が220〜230℃であるため、Tg(Tg=170〜190℃)の低い球状非導電性粒子に関しては、融点が130℃〜170℃のSnBi系はんだであってもよい。
SnBi系はんだ材料として用いられる低融点無鉛系はんだ材料としては、融点が130℃〜170℃のものであってもよく、138℃〜170℃のものであってもよく、150℃〜170℃のものであってもよく、Sn42Bi58系の共晶はんだであってもよい。SnBi系はんだ材料はSnxBiyで表され、x=40%〜42質量%、y=58質量%〜60質量%を満たすはんだ材料も用いられる。さらに、Sn42Bi58系の共晶はんだ等のこれらのはんだ材料に、Ag、Ni、Fe、Ge、Cu及びInよりなる群から選択された少なくとも1種を含有するはんだ材料を用いてもよい。Sn42Bi58系はんだ等のこれらのはんだ材料の機械的な特性向上の目的では、Ag、Ni、Fe等又はGe等(これらの少なくとも1種)の添加金属も適宜使用される。
はんだペーストを用いた場合、はんだペースト中のはんだ粉末の配合割合は、10〜90質量%の範囲であってもよく、40〜80質量%であってもよい。フラックスは90〜10質量%であってもよく、60〜20質量%であってもよい。はんだ粉末の配合が10質量%以上である場合には、はんだが層として形成され、また、90質量%以下の場合には、はんだが厚い層として形成しやすい。
はんだ粉末の粒子は、例えば、球状又はフレーク状であってよい。はんだ粉末の粒子径に関しては、特に限定はないが、1〜30μmであってもよく、2〜25μmであってもよく、3〜20μmであってもよい。平均粒子径が15μm以下であってもよい。粒子径が1〜30μmであると、粒子接合が良好に達成され、かつ半導体チップ搭載用基板又は半導体チップのはんだレジストの開口径内に上手く納まりやすい。
次に、図13(c)に示すように、スズを含む金属層(はんだ)13上にフラックス20を塗布する。フラックスの種類は限定されず、市販のフラックスを使用することができる。
次に、図13(d)に示すように、フラックス20を塗布したスズを含む金属層(はんだ)13上に、導電粒子100aを付着させる。
また、図13(c)に示すように、スズを含む金属層(はんだ)13上にフラックス20を塗布した後、図13(d)に示すように、フラックス20を塗布したスズを含む金属層(はんだ)13上に、導電粒子100aを付着させる方法もあるが、導電粒子を吸着ヘッドに吸着させて保持し、フラックスをあらかじめ印刷した基板に接触させることで導電粒子の一部にフラックスを付着させた後に、導電粒子のフラックスを付着させた側を、スズを含む金属層(はんだ)13上に付着させてもよい。
次に、図13(e)に示すように、リフローによりはんだの融点以上の温度にすることで、スズを含むはんだ200を導電粒子100aの外表面が覆われるように、濡れ広がらせる。
次に、図13(f)に示すように、半導体チップの銅からなる電極303上に、図13(a)〜(c)と同様に、スズを含む金属層(はんだ)304、フラックス20を形成し、はんだ200により被覆された導電粒子100aの上部に半導体チップの端子が配置されるようにセットする。
次に、図13(g)に示すように、リフローによりはんだ200の融点以上の温度にすることで、半導体チップの銅からなる電極303上のスズを含む金属層(はんだ)304を、はんだ200により被覆された導電粒子100aと接続させ、図13(g)の断面構造のような半導体パッケージを得る。
図13(g)の後は、必要に応じて、フラックスを除去する、又ははんだにより接続された電極間にアンダーフィル剤を注入し、封止してもよい。アンダーフィル剤を注入することで、衝撃時における応力を緩和す能力が高まるため、アンダーフィル剤を注入してもよい。
上記の接続構造を有する半導体パッケージの用途としては、例えば、液晶ディスプレイ、パーソナルコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、タブレット等の携帯製品が挙げられる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
<実施例1>
[導電粒子の作製]
(工程a)前処理工程
球状非導電性粒子として平均粒径40μm、変動係数(C.V.)1.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)50.0gを、パラジウム触媒であるアトテックネオガント834(アトテックジャパン株式会社製、商品名)を8質量%含有するパラジウム触媒化液100mLに添加し、30℃で30分間攪拌した後、φ3μmのメンブレンフィルタ(ミリポア株式会社製)で濾過し、水洗を行うことで樹脂粒子を得た。その後、樹脂粒子をpH6.0に調整された0.5質量%ジメチルアミンボラン液に添加し、表面が活性化された樹脂粒子を得た。その後、50mLの蒸留水に、表面が活性化された樹脂粒子を浸漬し、超音波分散することで、アクリル粒子分散液を得た。
(工程b)第6の層の形成 (Cu)
その後、40℃に加温した下記の組成を有する200mLの建浴液に、アクリル粒子を加えて、銅を主成分とする初期層を形成した。さらに、添加法により下記組成の補充液A及び補充液Bをそれぞれ100mL準備し、1mL/minの速度で連続的に滴下することで厚膜化し、銅を主成分とする層を形成した。このとき形成した銅を主成分とする層の平均厚みは2μmであった。なお、第6の層を形成することにより得た粒子は53.0gであった。
(建浴液)
CuSO・5HO:7.5g/L
HCHO(ホルムアルデヒド):18ml/L
NaCN:5ppm
EDTA・4Na:90g/L
NaOH:12g/L
pH:12.7
(補充液 A)
CuSO・5HO:200g/L
HCHO:100ml/L
NaCN:50ppm
(補充液 B)
EDTA・4Na:452g/L
NaOH:40g/L
(工程c)第1の層の形成 (Ni)
上記で得た第6の層(銅)を形成した粒子53.0gを80℃で加温した水200mLで希釈し、めっき安定剤として1g/Lの硝酸ビスマス水溶液を0.2mL添加し、下記組成の第1の層形成用無電解ニッケルめっき液30mLを、1mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.3μmの膜厚のニッケル−リン合金被膜(リン濃度7質量%、残部ニッケル)からなる第1の層を形成した。なお、第1の層を形成することにより得た粒子は53.45gであった。
(第1の層形成用無電解ニッケルめっき液)
硫酸ニッケル・6水和物・・・・・・・・・・400g/L
次亜リン酸ナトリウム・・・・・・・・・・・150g/L
酢酸・・・・・・・・・・・・・・・・・・・120g/L
硝酸ビスマス水溶液(1g/L)・・・・・・・1mL/L
(工程d)第2の層の形成 (Pd)
上記で得た第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)を形成した粒子53.45gを、50℃で加温した水200mLで希釈し、めっき安定剤として1g/Lの硝酸ビスマス水溶液を0.2mL添加し、下記組成の第2の層形成用無電解パラジウムめっき液30mLを、1mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚のパラジウムめっき被膜(パラジウムの純度100%)からなる第2の層を形成した。なお、第2の層を形成することにより得た粒子は53.6gであった。
(無電解パラジウムめっき液)
塩化パラジウム・・・・・・・・・・・・・・・・・・7g/L
EDTA・2ナトリウム・・・・・・・・・・・・・・100g/L
クエン酸・2ナトリウム・・・・・・・・・・・・・・100g/L
ギ酸ナトリウム・・・・・・・・・・・・・・・・・・20g/L
pH・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・6
(工程e)第3の層の形成 (Au)
上記で得た第6の層(銅)、第1の層(ニッケル)及び第2の層(パラジウム)を形成した粒子53.6gを、85℃で加温した水200mLで希釈し、置換金めっき液であるHGS−100(日立化成株式会社、商品名)100mL/Lの溶液100mLを10mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚の金めっき被膜(金の純度100%)からなる第3の層を形成した。なお、第3の層を形成することにより得た導電粒子は53.75gであった。その後、メッシュの開口径が80μm角である直径7cmの篩を通すことで、凝集体を取り除いた。
<導電粒子の膜厚及び成分の評価>
得られた導電粒子の中心付近を通るようにウルトラミクロトーム法で断面を切り出した。透過型電子顕微鏡装置(以下「TEM装置」と略称する、日本電子株式会社製、商品名「JEM−2100F」)を用いて任意の倍率で観察した。得られた画像から、導電粒子の中心部から半径方向における、各被膜の厚みを測定した。5個の導電粒子について各5箇所測定し、合計25箇所の平均値を、膜厚とした。また、EDXマッピングデータから、各被膜における元素の含有量(純度)を算出した。結果を表1に示す。
[半導体パッケージの作製方法]
(工程h)
図14に示す、両面にはんだレジストの開口部を有する半導体チップ搭載用基板600を準備した。図14は、両面にはんだレジストの開口部を有する半導体チップ搭載用基板の一実施形態を示す模式断面図であり、基材601と、基材601を貫通する層間接続用IVH(インタースティシャルバイアホール)604と、基材601の両方の主面上に設けられたはんだレジスト603、及び基材601の対向する主面上にそれぞれ設けられた電極602−aを備える。電極602−aは、銅層、厚さ2μmの無電解Ni−P層(リン濃度7%)、厚さ0.1μmのパラジウム層(純度100%)、及び厚さ0.1μmの金層(純度100%)を基材601から見てこの順に積層したものである。はんだを形成する基板上面においては、開口径が45μmφ、はんだレジスト表面から電極602−aの表面までの深さが15μmの半導体チップ搭載用基板を用いた。電極602−bは、銅層、厚さ2μmの無電解Ni−P層(リン濃度7%)、厚さ0.1μmのパラジウム層(純度100%)、及び厚さ0.1μmの金層(純度100%)を基材601から見てこの順に積層したものであり、接続信頼性評価のための導通チェック用の電極として使用した。
図15は、はんだを形成する基板上面の電極602−a側から見た場合の、はんだレジストの開口部を有する半導体チップ搭載用基板600の一実施形態を示す模式平面図である。半導体チップ搭載用基板600は、はんだレジスト603で覆われており、はんだレジストの開口部を有する。なお、評価に用いた半導体チップ搭載用基板におけるはんだレジストの開口部のピッチは、はんだレジストの開口径の2倍(実施例1では90μm)であり、横50列×縦50列の構成で2、500箇所の開口部を有している。なお、半導体チップ搭載用基板の大きさは30mm×30mmで厚みは0.3mmである。
半導体パッケージの基板上面に形成された、導電粒子を搭載する電極の開口部へスクリーン印刷法で、Sn−3.0Ag−0.5Cu組成のエコソルダーペーストM705(千住金属工業(株)製、商品名)を充填し、IRリフロー(千住金属工業(株)製、最大温度260℃)へ投入、半導体チップ搭載用基板の電極の開口部に、Sn−3.0Ag−0.5Cu組成のはんだ層を形成した。このときのはんだ層の厚みは約12μmであった。フラックス残渣を洗浄除去後、再度、スクリーン印刷法ではんだ層上にフラックスを塗布し、電極の開口部上に、上述のとおり作製した導電粒子を設置し、IRリフロー(千住金属工業(株)製、最大温度260℃)へ投入し、導電粒子表面にSn−3.0Ag−0.5Cu組成のはんだを濡れあがらせることで、導電粒子を半導体チップ搭載用基板の電極602−a上に接続させた。はんだによる粒子表面の被覆率は100%であった。
次に、図16に示した、はんだレジストの開口径が45μmφ、はんだレジスト表面から電極表面までの深さが8μmの半導体チップ800を準備した。なお、半導体チップ800は、半導体チップの基板(図示せず)上に形成された、開口部を有するはんだレジスト802と、開口部内に形成された電極801を備える。電極801には銅層、厚さ2μmの無電解Ni−P層(リン濃度7%)、厚さ0.1μmのパラジウム層(純度100%)、及び厚さ0.1μmの金層(純度100%)を半導体チップの基材から見てこの順に積層したものを用いた。電極801上にはSn−3.0Ag−0.5Cu組成のはんだ層が形成されるように電解めっきによる被膜を形成した。このときSn−3.0Ag−0.5Cu組成のはんだ層の厚みは約5μmであった。スクリーン印刷法ではんだ層上にフラックスを塗布し、導電粒子搭載済みの半導体チップ搭載用基板の端子部と合うように、フラックスを塗布した半導体チップを積層した後に、IRリフロー(千住金属工業(株)製、最大温度260℃)へ投入した。このようにして、図17に示されるような、半導体パッケージ900を得ることが可能になる。図17の半導体パッケージは、半導体チップ搭載用基板901、半導体チップ902、半導体チップ搭載用基板901及び半導体チップ902のそれぞれの主面上に設けられたはんだレジスト903及び904、及び導電粒子を含む接続部905を備える。半導体チップ搭載用基板901と半導体チップ902との隙間に、半導体チップ端部からアンダーフィル材CEL−C−3900(日立化成(株)製、商品名)を注入し、オーブンを用いて120℃で15分の1次硬化及び150℃で1時間の2次硬化を行った。
<はんだ接続信頼性試験方法>
上記工程a〜工程e及び工程hを経て得られた半導体パッケージのはんだ接続信頼性を落下衝撃試験により評価した。具体的には、下記方法により評価した。落下衝撃試験には、作製後の半導体パッケージ、作製後IRリフローを2回追加した半導体パッケージ、作製後IRリフローを4回追加した半導体パッケージ、作製後の接続構造体を、150℃で100時間、500時間、又は1000時間放置した半導体パッケージを用いた。結果を表2に示す。
上記各半導体パッケージの接合部のはんだ接続信頼性を評価するため、落下衝撃試験を行った。落下衝撃試験は、上記の半導体パッケージを、金属板にネジ止め固定し、高さ50cmから落下させた。落下後、最も衝撃の大きいチップ周辺部位のはんだ接合部(196箇所)の全てにおいて直流抵抗値を測定し、測定値が初期抵抗から5倍以上増加したときに破断が生じたとみなして、評価を行った。
なお、落下回数20回の落下衝撃試験の結果は、下記A〜Fの基準で評価した。A又はBの基準を満たす場合をはんだ接続信頼性が良好であると評価した。
A:初期抵抗から5倍以上増加したはんだ接続部が、196箇所全てにおいて認められなかった。
B:初期抵抗から5倍以上増加したはんだ接続部が、1箇所以上5箇所以下で認められた。
C:初期抵抗から5倍以上増加したはんだ接続部が、6箇所以上20箇所以下で認められた。
D:初期抵抗から5倍以上増加したはんだ接続部が、21箇所以上50箇所以下で認められた。
E:初期抵抗から5倍以上増加したはんだ接続部が、51箇所以上100箇所以下で認められた。
F:初期抵抗から5倍以上増加したはんだ接続部が、101箇所以上で認められた。
<導電粒子による接続部の断面の概略図>
実施例1の作製後の半導体パッケージにおいて、導電粒子による接続部の断面概略図を図18に示す。作製後の半導体パッケージを、150℃で500時間放置した後の、導電粒子による接続部の断面概略図を図19に示す。作製後の半導体パッケージを、150℃で1000時間放置した後の、導電粒子による接続部の断面概略図を図20に示す。
<めっき被膜の有無の評価>
作製後、IRリフローを4回追加した半導体パッケージ、作製後に150℃で500時間、又は1000時間放置した半導体パッケージを、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。なお、実施例1により得られた、半導体チップ搭載用基板の銅からなる電極と、半導体チップ搭載基板の銅からなる電極を接続している導電粒子の断面部を図18に示す。研磨は、図18に示すような導電粒子の中心付近が観察できるように行った。なお、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、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)の有無を観察した。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、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)の有無について解析した。結果を表2に示す。
<金属間化合物の厚みの評価>
作製後に、150℃で500時間、又は1000時間放置した半導体パッケージを、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。図18のように、半導体チップ搭載用基板の銅からなる電極と、半導体チップ搭載基板の銅からなる電極を接続している導電粒子の断面部が観察できるように研磨行った。第1の層(ニッケル)3とはんだ200の間に形成される金属間化合物を、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)により観察し、得られた顕微鏡写真をもとに、厚みを計測した。厚みは、導電粒子1個に対し、任意に10点の厚みを計測し、導電粒子10個について計測することで、100箇所の平均値を算出することで求めた。結果を表2に示す。
<金属間化合物におけるPd含有量(質量%)の測定>
作製後に、150℃で500時間、又は1000時間放置した半導体パッケージを、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。なお、図18のように、半導体チップ搭載用基板の銅からなる電極と、半導体チップ搭載基板の銅からなる電極を接続している導電粒子の断面部が観察できるように研磨行った。第1の層(ニッケル)3とはんだ200の間に形成される金属間化合物を、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)により観察し、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、第1の層(ニッケル)3とはんだ200の間に形成される金属間化合物における、Pd濃度(質量%)を測定した。Pd濃度は、導電粒子1個に対し、任意に5点の濃度を計測し、導電粒子3個について計測することで、15箇所の平均値を算出することで求めた。結果を表2に示す。
<めっき後の粒子の粒径の変動係数及び単分散率の測定>(参考値)
導電粒子0.5gを電解水に分散させ、界面活性剤を添加し、超音波分散(アズワン株式会社製US−4R、高周波出力:160W、発振周波数:40kHz単周波)を5分間行った。導電粒子の分散液をCOULER MULTISIZER II(ベックマン・コールター株式会社製)の試料カップに注入し、導電粒子3000個についての粒径の変動係数(C.V.)及び単分散率を測定した。単分散率は下記式により算出した。結果を表2に示す。
単分散率(%)={first peak粒子数(個)/全粒子数(個)}×100
<実施例2〜6>
実施例1の工程cにおいて、無電解ニッケルめっき液の滴下量を以下に示す量に変更したこと以外は実施例1と同様にして、各工程を行い、導電粒子を得た。この導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表1に、それ以外の結果を表2に示す。
実施例2:100mL
実施例3:200mL
実施例4:500mL
実施例5:1000mL
実施例6:1500mL
<実施例7〜12>
実施例1の工程bにおいて、無電解銅めっき液の補充液A及び補充液Bのそれぞれの滴下量を下に示した量に変更したこと以外は実施例1と同様にして、各工程を行い、の導電粒子を得た。この導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表1に、それ以外の結果を表2に示す。
実施例7 :5mL (補充液A及び補充液B)
実施例8 :25mL (補充液A及び補充液B)
実施例9 :50mL (補充液A及び補充液B)
実施例10:250mL(補充液A及び補充液B)
実施例11:500mL(補充液A及び補充液B)
実施例12:750mL(補充液A及び補充液B)
<実施例13>
実施例1の工程cにおいて、無電解ニッケルめっき液を下記組成のめっき液に変更したこと以外は実施例1と同様にして、各工程を行い、導電粒子を得た。なお、下記組成の第1の層形成用無電解ニッケルめっき液30mLを、1mL/分の滴下速度で滴下した。この導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表1に、それ以外の結果を表2に示す。
(第1の層形成用無電解ニッケルめっき液)
硫酸ニッケル・6水和物・・・・・・・・・・400g/L
ヒドラジン・・・・・・・・・・・・・・・・50ml/L
酢酸・・・・・・・・・・・・・・・・・・・120g/L
硝酸ビスマス水溶液(1g/L)・・・・・・・1mL/L
<実施例14>
実施例1の工程cにおいて、無電解ニッケルめっき液を下記組成のめっき液に変更したこと以外は実施例1と同様にして、各工程を行い、導電粒子を得た。なお、下記組成の第1の層形成用無電解ニッケルめっき液30mLを、1mL/分の滴下速度で滴下した。この導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表1に、それ以外の結果を表2に示す。
(第1の層形成用無電解ニッケルめっき液)
硫酸ニッケル・・・・・・・・・・・・400g/L
次亜リン酸ナトリウム・・・・・・・・150g/L
酒石酸ナトリウム・2水和物・・・・・120g/L
硝酸ビスマス水溶液(1g/L)・・・1mL/L
<実施例15>
実施例1の工程cにおいて、無電解ニッケルめっき液を下記組成の液に変更したこと以外は実施例1と同様にして、各工程を行い、導電粒子を得た。なお、下記組成の第1の層形成用無電解ニッケルめっき液30mLを、1mL/分の滴下速度で滴下した。この導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表1に、それ以外の結果を表2に示す。
(第1の層形成用無電解ニッケルめっき液)
硫酸ニッケル・・・・・・・・・・・・400g/L
次亜リン酸ナトリウム・・・・・・・・150g/L
クエン酸ナトリウム・・・・・・・・・120g/L
硝酸ビスマス水溶液(1g/L)・・・1mL/L
<実施例16〜20>
実施例1の工程dにおいて、無電解パラジウムめっき液の滴下量を下に示した量に変更したこと以外は実施例1と同様にして、各工程を行い、導電粒子を得た。これらの導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表1に、それ以外の結果を表2に示す。
実施例16:3mL
実施例17:15mL
実施例18:60mL
実施例19:90mL
実施例20:150mL
<実施例21〜25>
実施例1の工程dにおいて、無電解パラジウムめっき液を下記組成の液に変更し、下記液量にしたこと以外は実施例1と同様にして、各工程を行い、導電粒子を得た。なお、下記組成の第2の層形成用無電解パラジウムめっき液を、1mL/分の滴下速度で滴下した。これらの導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表1に、それ以外の結果を表2に示す。
(無電解パラジウムめっき液)
塩化パラジウム・・・・・・・・・・・・・・・7g/L
エチレンジアミン・・・・・・・・・・・・・・30ml/L
次亜リン酸ナトリウム・・・・・・・・・・・・30g/L
ギ酸ナトリウム・・・・・・・・・・・・・・・20g/L
チオジグリコール酸・・・・・・・・・・・・・10mg/L
pH・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・8
(液量)
実施例21:15mL
実施例22:30mL
実施例23:60mL
実施例24:90mL
実施例25:150mL
<実施例26>
実施例1の工程a〜工程cを行った後、実施例1の工程dにおいて、無電解パラジウムめっき液の滴下量を15mLに変更したこと以外は実施例1と同様にして工程dを行い、厚さ0.05μm、純度100%の第1のパラジウム被膜を形成した。続いて、実施例21〜25で用いた無電解パラジウムめっき液15mLを、1mL/分の滴下速度で滴下した。この工程を行うことで、第1のパラジウム被膜上に純度97%の第2のパラジウム被膜を0.05μm形成した。これ以降、実施例1の工程eを行い、導電粒子を得た。この導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、工程hを行い、半導体パッケージを得た。各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例27>
実施例1の工程a〜工程cを行った後、実施例1の工程dにおいて、無電解パラジウムめっき液の滴下量を30mLに変更したこと以外は実施例1と同様にして、工程dを行い、純度100%のパラジウム被膜を0.1μm形成した。続いて、実施例21〜25で用いた無電解パラジウムめっき液30mLを、1mL/分の滴下速度で滴下した。この工程を行うことで、純度97%のパラジウム被膜を0.1μm形成した。これ以降、実施例1の工程e以降と同様にして各工程を行い、導電粒子を得た。この導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、工程hを行い、半導体パッケージを得た。各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例28>
実施例1の工程eを行わなかったこと以外は、全て実施例1と同様にして、各工程を行い、導電粒子を得た。この導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例29> 第4の層の形成 (Ag)(工程f)
実施例1の工程a〜dを行った後、第6の層(銅)、第1の層(ニッケル)及び第2の層(パラジウム)を形成した粒子53.6gを、60℃で加温した水200mLで希釈し、下記組成の無電解銀めっき液50mLを5mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚の銀めっき被膜(銀の純度100%)からなる第4の層を形成した。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。本実施例の導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
(無電解銀めっき液)
ムデンシルバーSS−1(奥野製薬工業株式会社製): 50 ml/L
ムデンシルバーSS−2(奥野製薬工業株式会社製):500 ml/L
ムデンシルバーSS−3(奥野製薬工業株式会社製): 5 ml/L
<実施例30> 第5の層の形成 (Sn)(工程g)
実施例1の工程a〜dを行った後、第6の層(銅)、第1の層(ニッケル)及び第2の層(パラジウム)を形成した粒子53.6gを、60℃で加温した水200mLで希釈し、下記組成の無電解スズめっき液50mLを10mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚のスズめっき被膜(スズの純度100%)からなる第5の層を形成した。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。本実施例の導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
(還元型無電解スズめっき液)
メタンスルホン酸スズ・・・・・・・10g/L
ニトリロトリメチレンホスホン酸・・50g/L
クエン酸カリウム・・・・・・・・・30g/L
三塩化チタン(20質量%溶液)・・20ml/L
<実施例31>
実施例1の工程a〜dを行った後、第6の層(銅)、第1の層(ニッケル)及び第2の層(パラジウム)を形成した粒子53.6gに、バレルめっきにより、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成のはんだ層を平均で2μm形成した。なお、バレルめっきは、回転駆動部内部に陰極リードを備えたバレルの中に前記第6の層(銅)、第1の層(ニッケル)及び第2の層(パラジウム)を形成した粒子を入れ、そのバレルの周面近辺にアノードを備えたSn−3.0Ag−0.5Cu系めっき浴中で行った。粒子同士の凝集を抑制するために、電流値が、0.1A以下に低下するまで5分間撹拌しながらめっきし、一旦電流値が低下した後、0.3Aまで電流値を上げて、平均2μmの厚みまで電解めっきを行い、濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。その後、メッシュの開口径が80μm角である直径7cmの篩を通すことで、凝集体を取り除いた。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。本実施例の導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例32>
実施例31の、電解めっきによるはんだ層の形成工程において、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成のはんだ層を平均で5μmの厚みで形成したこと以外は、実施例31と同様に行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例33>
実施例31の、電解めっきによるはんだ層の形成工程において、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成のはんだ層を平均で10μmの厚みで形成したこと以外は、実施例31と同様に行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例34>
実施例1の工程bを行わなかったこと以外は、全て実施例1と同様にして、各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例35>
実施例1の工程b及び工程eを行わなかったこと以外は、全て実施例1と同様にして、各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例36>
実施例1の工程aを行った後、工程c及び工程dを行った。第1の層(ニッケル)及び第2の層(パラジウム)を形成した粒子50.6gを、60℃で加温した水200mLで希釈し、実施例29で用いた無電解銀めっき液と同組成の液を用い、無電解銀めっき液50mLを5mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚の銀めっき被膜(銀の純度100%)からなる第4の層を形成した。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例37>
実施例1で用いた、球状非導電性粒子である、平均粒径40μm、変動係数(C.V.)1.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)50.0gの代わりに、平均粒径10μm、変動係数(C.V.)1.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)3.1gの球状非導電性粒子を用いた。なお、開口径が18μmφ、はんだレジスト表面から電極までの深さが6μmの半導体チップ搭載用基板を用いた。なお、開口径のピッチは、36μmとした。半導体チップ搭載用基板の電極には、銅/無電解Ni−P(リン濃度7%)2μm/パラジウム(純度100%)0.1μm/金(純度100%)0.1μmからなる電極を用い、Sn−3.0Ag−0.5Cu組成のはんだ層が約5μm形成されるように電解めっきによる被膜を形成した。また、はんだレジストの開口径が18μmφ、はんだレジスト表面から電極までの深さが5μmの半導体チップを用いた。半導体チップの電極には、銅/無電解Ni−P(リン濃度7%)2μm/パラジウム(純度100%)0.1μm/金(純度100%)0.1μmからなる電極を用い、Sn−3.0Ag−0.5Cu組成のはんだ層が約4μm形成されるように電解めっきによる被膜を形成した。それ以外は、全て実施例1と同様にして、各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例38>
実施例1で用いた、球状非導電性粒子である、平均粒径40μm、変動係数(C.V.)1.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)50.0gの代わりに、平均粒径10μm、変動係数(C.V.)1.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)3.1gの球状非導電性粒子を用いた。実施例1の工程bにおいて、無電解銅めっき液の補充液A及び補充液Bの滴下量を50mLに変更し、第6の層を5μmにしたこと以外は実施例37と同様にして、各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例39>
実施例1で用いた、球状非導電性粒子である、平均粒径40μm、変動係数(C.V.)1.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)50.0gの代わりに、平均粒径10μm、変動係数(C.V.)1.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)3.1gの球状非導電性粒子を用いた。実施例1の工程bにおいて、無電解銅めっき液の補充液A及び補充液Bの滴下量を100mLに変更し、第6の層を10μmにしたこと以外は実施例37と同様にして、各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例40>
実施例1で用いた、球状非導電性粒子である、平均粒径40μm、変動係数(C.V.)1.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)50.0gの代わりに、平均粒径20μm、変動係数(C.V.)1.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)12.5gの球状非導電性粒子を用いた。なお、開口径が30μmφ、はんだレジスト表面から電極までの深さが6μmの半導体チップ搭載用基板を用いた。なお、開口径のピッチは、60μmとした。半導体チップ搭載用基板の電極には、銅/無電解Ni−P(リン濃度7%)2μm/パラジウム(純度100%)0.1μm/金(純度100%)0.1μmからなる電極を用い、Sn−3.0Ag−0.5Cu組成のはんだ層が約5μm形成されるように電解めっきによる被膜を形成した。また、はんだレジストの開口径が30μmφ、はんだレジスト表面から電極までの深さが5μmの半導体チップを用いた。半導体チップの電極には、銅/無電解Ni−P(リン濃度7%)2μm/パラジウム(純度100%)0.1μm/金(純度100%)0.1μmからなる電極を用い、Sn−3.0Ag−0.5Cu組成のはんだ層が約4μm形成されるように電解めっきによる被膜を形成した。それ以外は、全て実施例1と同様にして、各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例41>
実施例1で用いた、球状非導電性粒子である、平均粒径40μm、変動係数(C.V.)1.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)50.0gの代わりに、平均粒径60μm、変動係数(C.V.)2.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)112.5gの球状非導電性粒子を用いた。なお、開口径が70μmφ、はんだレジスト表面から電極までの深さが15μmの半導体チップ搭載用基板を用いた。なお、開口径のピッチは、140μmとした。半導体チップ搭載用基板の電極には、銅/無電解Ni−P(リン濃度7%)2μm/パラジウム(純度100%)0.1μm/金(純度100%)0.1μmからなる電極を用い、Sn−3.0Ag−0.5Cu組成のはんだ層が約12μm形成されるように電解めっきによる被膜を形成した。また、はんだレジストの開口径が70μmφ、はんだレジスト表面から電極までの深さが10μmの半導体チップを用いた。半導体チップの電極には、銅/無電解Ni−P(リン濃度7%)2μm/パラジウム(純度100%)0.1μm/金(純度100%)0.1μmからなる電極を用いSn−3.0Ag−0.5Cu組成のはんだ層が約8μm形成されるように電解めっきによる被膜を形成した。それ以外は、全て実施例1と同様にして、各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例42>
実施例1の工程a〜工程eと同様の方法で導電粒子の作製を行った。
[半導体パッケージの作製方法]
次に、実施例1の工程hと同様の半導体チップ搭載用基板を準備した。半導体パッケージの基板上面に形成された、導電粒子を搭載するための電極の開口部へスクリーン印刷法で、融点が140℃のSn−Bi組成のはんだペーストLT142ZHを充填し、IRリフロー(千住金属工業(株)製、最大温度170℃)へ投入、半導体チップ搭載用基板の電極の開口部に、Sn−Bi組成のはんだ層を形成した。このときのはんだ層の厚みは約12μmであった。フラックス残渣を洗浄除去後、再度、スクリーン印刷法ではんだ層上にフラックスを塗布し、電極の開口部上に、第6の層(銅)、第1の層(ニッケル)、第2の層(パラジウム)及び第3の層(金)を形成したアクリル粒子を設置し、IRリフロー(千住金属工業(株)製、最大温度170℃)へ投入し、導電粒子表面にSn−Bi組成のはんだを濡れあがらせることで、導電粒子を半導体チップ搭載用基板の電極上に接続させた。
次に、はんだレジストの開口径が45μmφ、はんだレジスト表面から電極までの深さが8μmの半導体チップを準備した。なお、半導体チップの電極には、銅/無電解Ni−P(リン濃度7%)2μm/パラジウム(純度100%)0.1μm/金(純度100%)0.1μmからなる電極を用い、Sn−Bi組成のはんだ層が形成されるようにPF−05M(石原ケミカル(株)製、商品名)を用いて、電解めっきによる被膜を形成した。このとき、Sn−Bi組成のはんだ層の厚みは約5μmであった。スクリーン印刷法ではんだ層上にフラックスを塗布し、導電粒子搭載済みの半導体チップ搭載用基板の端子部と合うように、フラックスを塗布した半導体チップを積層した後に、IRリフロー(千住金属工業(株)製、最大温度170℃)へ投入した。このようにして、図12に示されるような、半導体チップ搭載用基板及び半導体チップの電極間が、はんだ接合され、その間には導電粒子が挟み込まれた構造の半導体パッケージを得ることが可能になる。さらに、半導体チップ搭載用基板と半導体チップの隙間に、半導体チップ端部からアンダーフィル材CEL−C−3900(日立化成(株)製、商品名)を注入し、オーブンを用いて120℃で15分の1次硬化及び150℃で1時間の2次硬化を行った。はんだ接続信頼性、絶縁信頼性、粒径の変動係数及び単分散率の評価は実施例1と同様に行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例43>
実施例1の工程a〜工程eと同様の方法で導電粒子の作製を行った。
[半導体パッケージの作製方法](工程h)
実施例1の工程hにおいて、銅/無電解Ni−P(リン濃度7%)2μm/パラジウム(純度100%)0.1μm/金(純度100%)0.1μmからなる電極602−aの電極部において、無電解Ni−P(リン濃度7%)2μm/パラジウム(純度100%)0.1μm/金(純度100%)0.1μmを形成していない銅のみの電極からなる、半導体チップ搭載用基板を用いた。
また、半導体チップの電極には、銅/無電解Ni−P(リン濃度7%)2μm/パラジウム(純度100%)0.1μm/金(純度100%)0.1μmからなる電極の代わりに、銅のみからなる電極を用いた。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。作製後の半導体パッケージを、150℃で1000時間放置した後の、導電粒子による接続部の断面概略図を図21に示した。
<実施例44>
実施例1の工程a〜dを行った後、第6の層(銅)、第1の層(ニッケル)及び第2の層(パラジウム)を形成した粒子53.6gに、バレルスパッタにより、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成のはんだ層を平均で2μm形成した。なお、バレルスパッタは、回転駆動部内部にSn−3.0Ag−0.5Cuの組成のターゲットを備えた円筒状のバレルの中に前記第6の層(銅)、第1の層(ニッケル)及び第2の層(パラジウム)を形成した粒子を入れ、バレル内を1×10−4Pa以下に減圧した後、バレル内が1Paになるようアルゴンを一定流速で流した。その後、バレルを回転・反転させて粒子を転動、攪拌した。さらに、粒子に直接振動を加えて、粒子の凝集を抑制した。その後、ターゲットに電圧を印加し、粒子の表面にスパッタ層を形成した。スパッタ層が2μmになるまでスパッタを行った後、バレル内を大気圧に戻し、導電粒子を取り出した。粒子を取り出し、メッシュの開口径が80μm角である直径7cmの篩を通すことで、凝集体を取り除いた。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。本実施例の導電粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例45>
実施例44の、電解めっきによるはんだ層の形成工程において、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成のはんだ層を平均で5μm形成したこと以外は、実施例44と同様に行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例46>
実施例44の、電解めっきによるはんだ層の形成工程において、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成のはんだ層を平均で10μm形成したこと以外は、実施例44と同様に行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例47>
実施例1で用いた、球状非導電性粒子である、平均粒径40μm、変動係数(C.V.)1.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)50.0gの代わりに、平均粒径40μm、変動係数(C.V.)1.5のシリカ粒子(宇部エクシモ株式会社製、商品名「ハイプレシカ TS」)100.0gを用いた。それ以外は、実施例1と同様に行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<実施例48>
実施例1で用いた、球状非導電性粒子である、平均粒径40μm、変動係数(C.V.)1.6のアクリル粒子(早川ゴム株式会社製、商品名「ハヤビーズ」)50.0gの代わりに、平均粒径40μm、変動係数(C.V.)1.5のシリカ粒子(宇部エクシモ株式会社製、商品名「ハイプレシカ TS」)100.0gを用いて、実施例42と同様に導電粒子の作製を行った。
[半導体パッケージの作製方法]
次に、実施例42と同様の半導体チップ搭載用基板と半導体チップを用い、球状非導電性粒子がシリカ粒子で、はんだ層がSn−Bi組成からなる半導体パッケージを得た。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表3に、それ以外の結果を表4に示す。
<比較例1〜2>
実施例1の工程cにおいて、無電解ニッケルめっき液の滴下量を以下に示した量に変更したこと以外は実施例1と同様にして、各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
比較例1:10mL
比較例2:20mL
<比較例3>
実施例1の工程a及びbを行った後、実施例1の工程cにおいて、無電解ニッケルめっき液を下記組成の液に変更し第1の層からなる無電解ニッケルめっき被膜を形成した。なお、200mLを、1mL/分の滴下速度で滴下し、2μmの厚みを得た。これ以降、実施例1の工程e以降と同様に行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
(第1の層形成用無電解ニッケルめっき液)
硫酸ニッケル・6水和物・・・・・・・・・・400g/L
ヒドラジン・・・・・・・・・・・・・・・・50ml/L
酢酸・・・・・・・・・・・・・・・・・・・120g/L
硝酸ビスマス水溶液(1g/L)・・・・・・・1mL/L
<比較例4>
実施例1の工程a及びbを行った後、実施例1の工程cにおいて、無電解ニッケルめっき液を下記組成の液に変更し第1の層からなる無電解ニッケルめっき被膜を形成した。なお、無電解ニッケルめっき液200mLを、1mL/分の滴下速度で滴下し、2μmの厚みを得た。これ以降、実施例1の工程e以降と同様に行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
(第1の層形成用無電解ニッケルめっき液)
硫酸ニッケル・・・・・・・・・・・・400g/L
次亜リン酸ナトリウム・・・・・・・・150g/L
酒石酸ナトリウム・2水和物・・・・・120g/L
硝酸ビスマス水溶液(1g/L)・・・1mL/L
作製後の半導体パッケージを、図22に示す。作製後の半導体パッケージを、150℃で500時間放置した後の、導電粒子による接続部の断面概略図を図23に示す。作製後の半導体パッケージを、150℃で1000時間放置した後の、導電粒子による接続部の断面概略図を図24に示す。作製後の半導体パッケージを、150℃で1000時間放置し、落下衝撃試験を行い、はんだ接続部にクラック400が入った場合の断面概略図を図25に示す。なお、図22〜24における213、224及び225は金属間化合物である。
<比較例5>
実施例3の工程dを行わなかったこと以外は、全て実施例1と同様にして、各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例6>
実施例1の工程a及びbを行った後、実施例1の工程cにおいて、無電解ニッケルめっき液を下記組成の液に変更し第1の層からなる無電解ニッケルめっき被膜を形成した。なお、無電解ニッケルめっき液200mLを、1mL/分の滴下速度で滴下し、2μmの厚みを得た。これ以降、実施例1の工程e以降と同様に行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
(第1の層形成用無電解ニッケルめっき液)
硫酸ニッケル・・・・・・・・・・・・400g/L
次亜リン酸ナトリウム・・・・・・・・150g/L
クエン酸ナトリウム・・・・・・・・・120g/L
硝酸ビスマス水溶液(1g/L)・・・1mL/L
<比較例7>
実施例1の工程a及びbを行った後、実施例1の工程cにおいて、無電解ニッケルめっき液を下記組成の液に変更し第1の層からなる無電解ニッケルめっき被膜を形成した。なお、200mLを、1mL/分の滴下速度で滴下し、2μmの厚みを得た。
(第1の層形成用無電解ニッケルめっき液)
硫酸ニッケル・6水和物・・・・・・・・・・400g/L
ヒドラジン・・・・・・・・・・・・・・・・50ml/L
酢酸・・・・・・・・・・・・・・・・・・・120g/L
硝酸ビスマス水溶液(1g/L)・・・・・・・1mL/L
(第5の層の形成)
第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)を形成した粒子に、バレルめっきにより、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成の第5の層を平均で10μm形成した。なお、バレルめっきは、回転駆動部内部に陰極リードを備えたバレルの中に前記Ni層を形成した銅コアボールを入れ、そのバレルの周面近辺にアノードを備えたSn−3.0Ag−0.5Cu系めっき浴中で行った。銅コアボール同士の凝集を抑制するために、電流値が、0.1A以下に低下するまで5分間撹拌しながらめっきし、一旦電流値が低下した後、0.3Aまで電流値を上げて、平均10μmの厚みまで電解めっきを行い、濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。その後、メッシュの開口径が80μm角である直径7cmの篩を通すことで、凝集体を取り除いた。これ以降は、実施例1と同様に半導体パッケージを作製し、実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例8>
実施例1の工程a及びbを行った後、実施例1の工程cにおいて、無電解ニッケルめっき液を下記組成の液に変更し第1の層からなる無電解ニッケルめっき被膜を形成した。なお、無電解ニッケルめっき液200mLを、1mL/分の滴下速度で滴下し、2μmの厚みを得た。これ以降、比較例7と同様に、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成の第5の層を平均で10μm形成した。これ以降は、実施例1と同様に半導体パッケージを作製し、実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
(第1の層形成用無電解ニッケルめっき液)
硫酸ニッケル・・・・・・・・・・・・400g/L
次亜リン酸ナトリウム・・・・・・・・150g/L
酒石酸ナトリウム・2水和物・・・・・120g/L
硝酸ビスマス水溶液(1g/L)・・・1mL/L
<比較例9>
実施例1の工程a〜bを行った後、実施例1の工程cにおいて、無電解ニッケルめっき液の滴下量を200mLに変更し、第1の層からなる無電解ニッケルめっき被膜を2μm形成した。この後、比較例7と同様に、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成の第5の層を平均で10μm形成した。これ以降は、実施例1と同様に半導体パッケージを作製し、実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
作製後の、導電粒子の断面概略図を、図26に示す。作製後の半導体パッケージを、図27に示す。作製後の半導体パッケージを、150℃で1000時間放置した後の、導電粒子による接続部の断面概略図を図28に示す。作製後の半導体パッケージを、150℃で1000時間放置し、落下衝撃試験を行い、はんだ接続部にクラック400が入った場合の断面概略図を図29に示す。
<比較例10>
実施例1の工程a及びbを行った後、実施例1の工程cにおいて、無電解ニッケルめっき液を下記組成の液に変更し第1の層からなる無電解ニッケルめっき被膜を形成した。なお、200mLを、1mL/分の滴下速度で滴下し、2μmの厚みを得た。これ以降、比較例7と同様に、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成の第5の層を平均で10μm形成した。これ以降は、実施例1と同様に半導体パッケージを作製し、実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
(第1の層形成用無電解ニッケルめっき液)
硫酸ニッケル・・・・・・・・・・・・400g/L
次亜リン酸ナトリウム・・・・・・・・150g/L
クエン酸ナトリウム・・・・・・・・・120g/L
硝酸ビスマス水溶液(1g/L)・・・1mL/L
<比較例11>
実施例1の工程a〜cを行った後、比較例7と同様に、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成の第5の層を平均で10μm形成し、導電粒子の準備を行った。
[半導体パッケージの作製方法](工程h)
実施例1の工程hにおいて、電極602−aとして銅層のみの電極を有する半導体チップ搭載用基板を用いた。また、半導体チップの電極として、実施例1の半導体チップの電極の代わりに、銅のみからなる電極を用いた。
実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
作製後の半導体パッケージを、図30に示す。作製後の半導体パッケージを、150℃で1000時間放置した後の、導電粒子による接続部の断面概略図を図31に示す。作製後の半導体パッケージを、150℃で1000時間放置し、落下衝撃試験を行い、はんだ接続部にクラック400が入った場合の断面概略図を図32に示す。
<比較例12>
実施例1の工程a〜cを行った後、さらに、実施例1の工程bと同様の工程を繰り返し行い、第1の層上に銅からなる第7の層を形成し、アクリル粒子の外側に、内側から順に第6の層(銅)2μm、第1の層(ニッケル)2μm及び第7の層(銅)2μmを有する粒子を作製した。続いて、比較例7と同様に、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成の平均10μmの厚さの第5の層を形成することで、導電粒子を得た。これ以降は、実施例1の工程hと同様に半導体パッケージを作製し、実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例13>
比較例12の第7の層を形成する工程において、無電解銅めっき液の補充液A及び補充液Bの滴下量を500mLとすることで、アクリル粒子の外側に、内側から順に第6の層(銅)2μm、第1の層(ニッケル)2μm及び第7の層(銅)5μmを有する粒子を作製した。続いて、比較例7と同様に、Sn−3.0Ag−0.5Cuの組成の第5の層を平均で10μm形成することで、導電粒子を得た。これ以降は、実施例1の工程hと同様に半導体パッケージを作製し、実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例14>
比較例12で作製した導電粒子を準備した。
[半導体パッケージの作製方法](工程h)
実施例1の工程hにおいて、電極602−aとして銅層のみの電極を有する半導体チップ搭載用基板を用いた。また、半導体チップの電極には、実施例1の半導体チップの電極の代わりに、銅のみからなる電極を用いた。
実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、めっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
作製後の、導電粒子の断面概略図を、図33に示す。作製後の半導体パッケージを、図34に示す。作製後の半導体パッケージを、150℃で500時間放置した後の、導電粒子による接続部の断面概略図を図35に示す。
<比較例15>
比較例13で作製した導電粒子を準備した。
[半導体パッケージの作製方法]
実施例1の工程hにおいて、電極602−aとして銅層のみの電極を有する半導体チップ搭載用基板を用いた。また、半導体チップの電極には、実施例1の半導体チップの電極の代わりに、銅のみからなる電極を用いた。
実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例16>
実施例1の工程a〜cを行い、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)を形成した粒子53.45gを、60℃で加温した水200mLで希釈し、実施例29で用いた無電解銀めっき液と同組成の液を用い、無電解銀めっき液100mLを10mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚の銀めっき被膜(銀の純度100%)からなる第4の層を形成した。なお、これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例17>
実施例1の工程a〜cを行い、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)を形成した粒子53.45gを、60℃で加温した水200mLで希釈し、実施例30と同様の組成の無電解スズめっき液50mLを10mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚のスズめっき被膜(スズの純度100%)からなる第5の層を形成した。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例18>
実施例1の工程a及び工程bを行った後、実施例1の工程d及び工程eを行った。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例19>
実施例1の工程aを行った後、実施例1の工程bにおいて、無電解銅めっき液の補充液A及び補充液Bの滴下量を250mLに変更し、第6の層(銅)を5μmにした。続いて、実施例1の工程d及び工程eを行った。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例20>
実施例1の工程a及び工程bを行った後、実施例1の工程dを行った。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例21>
実施例1の工程aを行った後、実施例1の工程bにおいて、無電解銅めっき液の補充液A及び補充液Bの滴下量を250mLに変更し、第6の層(銅)を5μmにした。続いて、実施例1の工程dを行った。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例22>
実施例1の工程a及び工程bを行った後、実施例1の工程dを行った。第6の層(銅)及び第2の層(パラジウム)を形成した粒子を、60℃で加温した水200mLで希釈し、実施例29で用いた無電解銀めっき液と同組成の液を用い、無電解銀めっき液100mLを10mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚の銀めっき被膜(銀の純度100%)からなる第4の層を形成した。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例23>
実施例1の工程aを行った後、実施例1の工程bにおいて、無電解銅めっき液の補充液A及び補充液Bの滴下量を250mLに変更し、第6の層を5μmにした。続いて、実施例1の工程dを行った。第6の層(銅)及び第2の層(パラジウム)を形成した粒子を、60℃で加温した水200mLで希釈し、実施例29で用いた無電解銀めっき液と同組成の液を用い、無電解銀めっき液100mLを10mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚の銀めっき被膜(銀の純度100%)からなる第4の層を形成した。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例24>
実施例1の工程a及び工程bを行った後、実施例1の工程eを行った。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例25>
実施例1の工程aを行った後、実施例1の工程bにおいて、無電解銅めっき液の補充液A及び補充液Bの滴下量を250mLに変更し、第6の層を5μmにした。続いて、実施例1の工程eを行った。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例26>
実施例1の工程a及び工程bを行った。第6の層(銅)を形成した粒子53.0gを、60℃で加温した水200mLで希釈し、実施例29で用いた無電解銀めっき液と同組成の液を用い、無電解銀めっき液100mLを10mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚の銀めっき被膜(銀の純度100%)からなる第4の層を形成した。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例27>
実施例1の工程aを行った後、実施例1の工程bにおいて、無電解銅めっき液の補充液A及び補充液Bの滴下量を250mLに変更し、第6の層を5μmにした。第6の層(銅)を形成した粒子を、60℃で加温した水200mLで希釈し、実施例29で用いた無電解銀めっき液と同組成の液を用い、無電解銀めっき液100mLを10mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚の銀めっき被膜(銀の純度100%)からなる第4の層を形成した。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例28>
実施例1の工程a及び工程bを行った。第6の層(銅)を形成した粒子53.0gを、60℃で加温した水200mLで希釈し、実施例30と同様の組成の無電解スズめっき液50mLを10mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚のスズめっき被膜(スズの純度100%)からなる第5の層を形成した。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
<比較例29>
実施例1の工程aを行った後、実施例1の工程bにおいて、無電解銅めっき液の補充液A及び補充液Bの滴下量を250mLに変更し、第6の層を5μmにした。第6の層(銅)を形成した粒子を、60℃で加温した水200mLで希釈し、実施例30と同様の組成の無電解スズめっき液50mLを10mL/分の滴下速度で滴下した。滴下終了後、10分間経過した後に、めっき液を加えた分散液を濾過した。濾過物を水で洗浄した後、80℃の真空乾燥機で乾燥した。このようにして、0.1μmの膜厚のスズめっき被膜(スズの純度100%)からなる第5の層を形成した。これ以降、実施例1の工程h以降と同様にして各工程を行った。実施例1と同様にして、各被膜の膜厚及び成分の評価、はんだ接続信頼性、第6の層(銅)及び第1の層(ニッケル)被膜の有無、金属間化合物の厚みの評価、金属間化合物におけるPdの濃度、めっき後の粒子の粒径の変動係数、及びめっき後の粒子の単分散率の評価を行った。各被膜の膜厚及び成分の評価結果を表5に、それ以外の結果を表6に示す。
比較例7、8、9、10は、球状非導電性粒子に、銅、ニッケル、スズを主成分とする被膜の順に形成し、導電粒子を得た。比較例7、8、9、10の導電粒子は、銅を主成分とする芯ボールを用いていないが、被膜の構成上、特許文献1に対応する。
比較例12、13、14、15は、球状非導電性粒子に、銅、ニッケル、銅、スズを主成分とする被膜の順に形成し、導電粒子を得た。比較例12、13、14、15の導電粒子は、特許文献2に対応する。
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100a…導電粒子、100b…導電粒子、100c…導電粒子、1…球状非導電性粒子、2…第6の層、3…第1の層、4…第2の層、5…層、10…基材、11…はんだレジスト、12…電極、13…スズを含む金属層(はんだ)、14…ニッケルを含む金属層、15…パラジウムを含む金属層、16…金を含む金属層、20…フラックス、200…はんだ、201〜215…金属間化合物、301…基材、302…はんだレジスト、303…銅からなる電極、304…スズを含む金属層(はんだ)、305…ニッケルを含む金属層、306…パラジウムを含む金属層、307…金を含む金属層、400…クラック、500…半導体パッケージ、600…半導体チップ搭載用基板、601…基材、602−a、602−b…電極、603…はんだレジスト、604…層間接続用IVH、800…半導体チップ、801…電極、802…はんだレジスト、900…半導体パッケージ、901…半導体チップ搭載用基板、902…半導体チップ、903…はんだレジスト、904…はんだレジスト、905…接続部。

Claims (17)

  1. 平均粒径が10μm〜60μmの球状非導電性粒子と、
    該球状非導電性粒子の外側に設けられた、厚さ0.3μm以上のニッケル又はニッケル合金を含有する第1の層と、
    該第1の層の外側に設けられた、パラジウム又はパラジウム合金を含有する第2の層と、を備える、はんだ接続用導電粒子。
  2. 前記第2の層の外側に設けられた、金を含有する第3の層、銀を含有する第4の層、又はスズ若しくはスズ合金を含有する第5の層をさらに備える、請求項1に記載のはんだ接続用導電粒子。
  3. 前記第3の層が、置換金めっき被膜、又は置換金めっき被膜上に還元型の無電解金めっき被膜を形成した被膜である、請求項2に記載のはんだ接続用導電粒子。
  4. 前記第5の層が、スパッタ又は電気めっきにより形成され、かつ銅及び/又は銀を含む、請求項2に記載のはんだ接続用導電粒子。
  5. 前記球状非導電性粒子と前記第1の層との間に、厚さ0.1μm以上の銅又は銅合金を含有する第6の層をさらに備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載のはんだ接続用導電粒子。
  6. 前記第6の層が、無電解銅めっき被膜である、請求項5に記載のはんだ接続用導電粒子。
  7. 前記第1の層におけるニッケルの含有量が、85〜98質量%である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のはんだ接続用導電粒子。
  8. 前記第1の層が、無電解ニッケル−リンめっき被膜である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のはんだ接続用導電粒子。
  9. 前記第2の層におけるパラジウムの含有量が、90質量%以上である、請求項1〜8のいずれか一項に記載のはんだ接続用導電粒子。
  10. 前記第2の層が、前記第1の層の外側に設けられた第1のパラジウムめっき被膜と、前記第1のパラジウムめっき被膜の外側に設けられた第2のパラジウムめっき被膜とを有し、
    前記第1のパラジウムめっき被膜が、純度が99質量%以上の置換又は還元型の無電解パラジウムめっき被膜であり、
    前記第2のパラジウムめっき被膜が、純度が90質量%以上99質量%未満の無電解パラジウムめっき被膜である、請求項1〜9のいずれか一項に記載のはんだ接続用導電粒子。
  11. 前記第2の層の厚みが、0.01μm〜0.5μmである、請求項1〜10のいずれか一項に記載のはんだ接続用導電粒子。
  12. 前記球状非導電性粒子が、樹脂又はシリカである、請求項1〜11のいずれか一項に記載のはんだ接続用導電粒子。
  13. 請求項1〜12に記載のはんだ接続用導電粒子と、半導体チップ搭載用基板とがはんだにより接続された、接続構造体。
  14. 前記はんだ接続用導電粒子の表面の50%以上がはんだにより被覆されている、請求項13に記載の接続構造体。
  15. 前記はんだが、電解めっきあるいははんだペーストにより形成されたものである、請求項13又は14に記載の接続構造体。
  16. 半導体チップの端子にはんだが形成されており、
    半導体チップの端子に形成されたはんだにより、前記半導体チップと請求項13〜15のいずれか一項に記載の接続構造体とが接続された、半導体パッケージ。
  17. 前記半導体チップの端子に形成されたはんだが、電解めっきあるいははんだペーストにより形成されたものである、請求項16に記載の半導体パッケージ。
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