JP3475147B2 - はんだ接続部 - Google Patents
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- JP3475147B2 JP3475147B2 JP2000115473A JP2000115473A JP3475147B2 JP 3475147 B2 JP3475147 B2 JP 3475147B2 JP 2000115473 A JP2000115473 A JP 2000115473A JP 2000115473 A JP2000115473 A JP 2000115473A JP 3475147 B2 JP3475147 B2 JP 3475147B2
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8119—Arrangement of the bump connectors prior to mounting
- H01L2224/81193—Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed on both the semiconductor or solid-state body and another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器および半
導体パッケージなどを含む電子部品における機械的およ
び電気的接続のためのはんだ接続部に関する。
導体パッケージなどを含む電子部品における機械的およ
び電気的接続のためのはんだ接続部に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、対向するはんだを突き合わせて接
合する形態は、半導体の内部配線構造において用いられ
てきたが、鉛を含有する高融点はんだ（Ｐｂ−５Ｓｎ）
と、錫鉛共晶はんだ（Ｓｎ−37Ｐｂ）が使用されてい
た。この例としては、特開平８−６４７１７号公報に記
載がある。しかし、昨今、鉛が環境上好ましくないこと
から、はんだ接合部の鉛フリー化が必要とされており、
鉛フリー化対応のためには、従来の上記はんだ材料は使
用できない。
合する形態は、半導体の内部配線構造において用いられ
てきたが、鉛を含有する高融点はんだ（Ｐｂ−５Ｓｎ）
と、錫鉛共晶はんだ（Ｓｎ−37Ｐｂ）が使用されてい
た。この例としては、特開平８−６４７１７号公報に記
載がある。しかし、昨今、鉛が環境上好ましくないこと
から、はんだ接合部の鉛フリー化が必要とされており、
鉛フリー化対応のためには、従来の上記はんだ材料は使
用できない。
【０００３】鉛フリーの観点から金バンプとＳｎ−3.5
Ａｇはんだによる接合方法は、特開平７−３７９３５号
公報に記載されている。さらにはチップ側にＳｎ−１Ａ
ｇを組成とする線材でバンプを形成し、対向する電極に
Ｓｎ−50Ｉｎはんだを形成する構成について、特開平８
−１７８３８号公報に記載がある。また、金のスタッド
バンプと銀ペーストの組み合わせが、特開平５−２１８
１３８号公報に記載がある。
Ａｇはんだによる接合方法は、特開平７−３７９３５号
公報に記載されている。さらにはチップ側にＳｎ−１Ａ
ｇを組成とする線材でバンプを形成し、対向する電極に
Ｓｎ−50Ｉｎはんだを形成する構成について、特開平８
−１７８３８号公報に記載がある。また、金のスタッド
バンプと銀ペーストの組み合わせが、特開平５−２１８
１３８号公報に記載がある。
【０００４】これらは金のバンプが使用されており、材
料コストが高くなるとともに、装置コストおよび作業時
間を要するワイヤボンディング法を用いるから製作コス
トも高くなる。また、インジウム（Ｉｎ）のように産出
量が少ない資源のため、高価であると共に安定供給の面
で問題がある。さらには、チップ側および基板側が共
に、Ｓｎ−３．５Ａｇはんだを用いる方法があるが、は
んだ融点が２２１℃と、従来のＳｎＰｂ共晶（融点１８
３℃）はんだに比べ高くなり、接合温度が高くなる不具
合がある。
料コストが高くなるとともに、装置コストおよび作業時
間を要するワイヤボンディング法を用いるから製作コス
トも高くなる。また、インジウム（Ｉｎ）のように産出
量が少ない資源のため、高価であると共に安定供給の面
で問題がある。さらには、チップ側および基板側が共
に、Ｓｎ−３．５Ａｇはんだを用いる方法があるが、は
んだ融点が２２１℃と、従来のＳｎＰｂ共晶（融点１８
３℃）はんだに比べ高くなり、接合温度が高くなる不具
合がある。
【０００５】このようなコストパフォーマンスおよび実
装接合性の観点からは産出量も安定している資源を用い
るとともに、融点の低いはんだ材料を併用した方法が好
ましい。比較的低融点のはんだ材料としてＳｎ−９Ｚｎ
や、この系に一部ビスマスを添加した材料があるが、基
板の配線材料である銅と、Ｓｎ−９Ｚｎはんだ材料との
間に、非常に脆い性質を持つ銅−亜鉛金属間化合物層お
よびボイドが接合界面に形成され、信頼性に問題があ
る。（６ｔｈＳymposium on 「Ｍicrojoining and Ａss
embly Ｔechnology in Ｅlectronics」pp３１３−３１
８）
装接合性の観点からは産出量も安定している資源を用い
るとともに、融点の低いはんだ材料を併用した方法が好
ましい。比較的低融点のはんだ材料としてＳｎ−９Ｚｎ
や、この系に一部ビスマスを添加した材料があるが、基
板の配線材料である銅と、Ｓｎ−９Ｚｎはんだ材料との
間に、非常に脆い性質を持つ銅−亜鉛金属間化合物層お
よびボイドが接合界面に形成され、信頼性に問題があ
る。（６ｔｈＳymposium on 「Ｍicrojoining and Ａss
embly Ｔechnology in Ｅlectronics」pp３１３−３１
８）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来、半
導体パッケージの内部配線構造において、はんだ合金バ
ンプを介した接合形態をとる場合、チップ側にＰｂ−５
Ｓｎ（液相線温度３００℃）のはんだ合金バンプを設
け、積層基板の銅導体パッド上にＳｎＰｂ共晶（融点１
８３℃）はんだ合金バンプを設け、位置合わせした後、
２３０℃前後で溶融接合していたものを、チップおよび
基板の両側にＳｎ−３．５Ａｇ（融点２２１℃）のはん
だ合金バンプを設けた場合は、溶融接合温度を２７０℃
前後まで上げる必要がある。接合温度が高温になると、
フラックスの耐熱性や、残さ洗浄の難しさが大きな問題
となる。
導体パッケージの内部配線構造において、はんだ合金バ
ンプを介した接合形態をとる場合、チップ側にＰｂ−５
Ｓｎ（液相線温度３００℃）のはんだ合金バンプを設
け、積層基板の銅導体パッド上にＳｎＰｂ共晶（融点１
８３℃）はんだ合金バンプを設け、位置合わせした後、
２３０℃前後で溶融接合していたものを、チップおよび
基板の両側にＳｎ−３．５Ａｇ（融点２２１℃）のはん
だ合金バンプを設けた場合は、溶融接合温度を２７０℃
前後まで上げる必要がある。接合温度が高温になると、
フラックスの耐熱性や、残さ洗浄の難しさが大きな問題
となる。
【０００７】そこで、チップ側または積層基板のどちら
か一方に、Ｓｎ−Ｚｎ系の低融点はんだを用いること
で、溶融接合温度を従来どおりとすると、脆くて機械的
信頼性を損ねる銅−亜鉛金属間化合物層が生成され、は
んだ接合の信頼性が低下する問題が生ずる。
か一方に、Ｓｎ−Ｚｎ系の低融点はんだを用いること
で、溶融接合温度を従来どおりとすると、脆くて機械的
信頼性を損ねる銅−亜鉛金属間化合物層が生成され、は
んだ接合の信頼性が低下する問題が生ずる。
【０００８】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、比較的安価な材料を用いて、鉛を含まず環境に配
慮した、かつ信頼性の高いはんだ接合を得ることを目的
とするものである。
ので、比較的安価な材料を用いて、鉛を含まず環境に配
慮した、かつ信頼性の高いはんだ接合を得ることを目的
とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、銅を含む導体と、導体に形成された錫およびニッ
ケルのいずれか一方を含む亜鉛拡散防止層と、亜鉛拡散
防止層に形成された錫−亜鉛系はんだ合金を含むはんだ
合金バンプとを具備したはんだ接続部であり、環境に有
害な鉛でなく環境に無害でコストパフォーマンスに優れ
た亜鉛を含んだ錫−亜鉛系はんだ合金の低価格、低融点
を活かしつつ、錫またはニッケルを含む亜鉛拡散防止層
により亜鉛の拡散を防止することで、機械的強度の低い
脆弱な銅−亜鉛金属間化合物層の生成およびボイドの生
成を防止し、これらの生成に伴う機械的信頼性の低下を
防ぐから、信頼性の高いはんだ接合が得られる。
明は、銅を含む導体と、導体に形成された錫およびニッ
ケルのいずれか一方を含む亜鉛拡散防止層と、亜鉛拡散
防止層に形成された錫−亜鉛系はんだ合金を含むはんだ
合金バンプとを具備したはんだ接続部であり、環境に有
害な鉛でなく環境に無害でコストパフォーマンスに優れ
た亜鉛を含んだ錫−亜鉛系はんだ合金の低価格、低融点
を活かしつつ、錫またはニッケルを含む亜鉛拡散防止層
により亜鉛の拡散を防止することで、機械的強度の低い
脆弱な銅−亜鉛金属間化合物層の生成およびボイドの生
成を防止し、これらの生成に伴う機械的信頼性の低下を
防ぐから、信頼性の高いはんだ接合が得られる。
【００１０】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載のはんだ接続部において、はんだ合金バンプが、錫−
亜鉛系はんだ合金バンプと、錫に、銀、銅、ビスマス、
インジウムおよびニッケルの中の少なくとも１元素を含
む錫基はんだ合金バンプとを突き合わせて、接触保持、
固相拡散および溶融接合のいずれか一方により設けられ
たものであり、錫基はんだ合金バンプは、錫に、銀、
銅、ビスマス、インジウムおよびニッケルの中の少なく
とも１元素を含むことで、機械的特性が向上するととも
に融点が降下するから、鉛を含まないが融点の比較的低
い錫−亜鉛系はんだ合金バンプと溶融接合される場合
は、溶融接合時の溶融温度を部品の耐熱温度以内での温
度上昇に留めることが可能となる。
載のはんだ接続部において、はんだ合金バンプが、錫−
亜鉛系はんだ合金バンプと、錫に、銀、銅、ビスマス、
インジウムおよびニッケルの中の少なくとも１元素を含
む錫基はんだ合金バンプとを突き合わせて、接触保持、
固相拡散および溶融接合のいずれか一方により設けられ
たものであり、錫基はんだ合金バンプは、錫に、銀、
銅、ビスマス、インジウムおよびニッケルの中の少なく
とも１元素を含むことで、機械的特性が向上するととも
に融点が降下するから、鉛を含まないが融点の比較的低
い錫−亜鉛系はんだ合金バンプと溶融接合される場合
は、溶融接合時の溶融温度を部品の耐熱温度以内での温
度上昇に留めることが可能となる。
【００１１】請求項３に記載された発明は、請求項１ま
たは２記載のはんだ接続部における亜鉛拡散防止層が、
電解メッキおよび無電解メッキのいずれか一方により下
地の銅の導体上に形成され、燐やホウ素などの不純物を
含むものであり、高密度化と価格を考慮した場合、スパ
ッタ法などより電解メッキや無電解メッキが好ましく、
また、メッキ液の添加物の燐やホウ素を含有することに
なるが、特性上問題は無い。
たは２記載のはんだ接続部における亜鉛拡散防止層が、
電解メッキおよび無電解メッキのいずれか一方により下
地の銅の導体上に形成され、燐やホウ素などの不純物を
含むものであり、高密度化と価格を考慮した場合、スパ
ッタ法などより電解メッキや無電解メッキが好ましく、
また、メッキ液の添加物の燐やホウ素を含有することに
なるが、特性上問題は無い。
【００１２】請求項４に記載された発明は、請求項１乃
至３のいずれかに記載のはんだ接続部において、はんだ
合金バンプが、亜鉛拡散防止層に金層を介して形成され
たものであり、はんだ濡れ性の良くない亜鉛拡散防止層
であっても、その亜鉛拡散防止層に金層を施すことによ
り、はんだ合金バンプのはんだ濡れ性を改善して、確実
なはんだ接合を得るようにする。
至３のいずれかに記載のはんだ接続部において、はんだ
合金バンプが、亜鉛拡散防止層に金層を介して形成され
たものであり、はんだ濡れ性の良くない亜鉛拡散防止層
であっても、その亜鉛拡散防止層に金層を施すことによ
り、はんだ合金バンプのはんだ濡れ性を改善して、確実
なはんだ接合を得るようにする。
【００１３】請求項５に記載された発明は、請求項４記
載のはんだ接続部における金層が、亜鉛拡散防止層にパ
ラジウム層を介して形成されたものであり、金層の下地
にパラジウム層を施すことにより、薄い金層の厚みの均
一性を確保する。
載のはんだ接続部における金層が、亜鉛拡散防止層にパ
ラジウム層を介して形成されたものであり、金層の下地
にパラジウム層を施すことにより、薄い金層の厚みの均
一性を確保する。
【００１４】請求項６に記載された発明は、請求項１乃
至５のいずれかに記載のはんだ接続部において、錫を含
む亜鉛拡散防止層と下地の銅との間に形成された銅−錫
金属間化合物層を具備したものであり、この銅−錫金属
間化合物層によっても、亜鉛の拡散を抑えることが可能
となり、信頼性が向上する。
至５のいずれかに記載のはんだ接続部において、錫を含
む亜鉛拡散防止層と下地の銅との間に形成された銅−錫
金属間化合物層を具備したものであり、この銅−錫金属
間化合物層によっても、亜鉛の拡散を抑えることが可能
となり、信頼性が向上する。
【００１５】請求項７に記載された発明は、請求項１乃
至５のいずれかに記載のはんだ接続部において、ニッケ
ルを含む亜鉛拡散防止層と錫−亜鉛系はんだ合金バンプ
との間に形成されたニッケル−錫金属間化合物層を具備
したものであり、このニッケル−錫金属間化合物層によ
っても、亜鉛の拡散を抑えることが可能となり、信頼性
が向上する。
至５のいずれかに記載のはんだ接続部において、ニッケ
ルを含む亜鉛拡散防止層と錫−亜鉛系はんだ合金バンプ
との間に形成されたニッケル−錫金属間化合物層を具備
したものであり、このニッケル−錫金属間化合物層によ
っても、亜鉛の拡散を抑えることが可能となり、信頼性
が向上する。
【００１６】請求項８に記載された発明は、請求項１乃
至７のいずれかに記載のはんだ接続部における錫−亜鉛
系はんだ合金バンプが、第３元素として銀、銅、ビスマ
ス、インジウムおよびニッケルのうち、少なくとも１元
素を含むものであり、第３元素により、錫−亜鉛系はん
だ合金バンプの機械的特性の向上や、融点の降下を図
る。
至７のいずれかに記載のはんだ接続部における錫−亜鉛
系はんだ合金バンプが、第３元素として銀、銅、ビスマ
ス、インジウムおよびニッケルのうち、少なくとも１元
素を含むものであり、第３元素により、錫−亜鉛系はん
だ合金バンプの機械的特性の向上や、融点の降下を図
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１を参照しながら説明する。
１を参照しながら説明する。
【００１８】図１（Ａ）に示されるように、積層型の樹
脂基板11に、銅により形成された導体としての銅箔導体
12が形成され、この銅箔導体12のはんだ合金バンプ形成
面を除く部分および樹脂基板11上にソルダレジスト13が
形成され、このソルダレジスト13の形成されていない銅
箔導体12に、銅−錫金属間化合物層（一部亜鉛含有）14
を介して、亜鉛拡散防止層としての錫メッキ層15が形成
され、この錫メッキ層15に錫−亜鉛系はんだ合金を含む
はんだ合金バンプ（以下、このバンプを「錫−亜鉛系は
んだ合金バンプ」という）16が形成されている。
脂基板11に、銅により形成された導体としての銅箔導体
12が形成され、この銅箔導体12のはんだ合金バンプ形成
面を除く部分および樹脂基板11上にソルダレジスト13が
形成され、このソルダレジスト13の形成されていない銅
箔導体12に、銅−錫金属間化合物層（一部亜鉛含有）14
を介して、亜鉛拡散防止層としての錫メッキ層15が形成
され、この錫メッキ層15に錫−亜鉛系はんだ合金を含む
はんだ合金バンプ（以下、このバンプを「錫−亜鉛系は
んだ合金バンプ」という）16が形成されている。
【００１９】一方、シリコンチップ21にアルミニューム
電極パッド（以下、これを「Ａｌ電極パッド」という）
22が形成され、このＡｌ電極パッド22に、アンダーバン
プメタロジ層またはアンダーバリアメタル層（以下、こ
れらを「ＵＢＭ層」という）23が形成され、このＵＢＭ
層23のはんだ合金バンプ形成面を除く部分およびシリコ
ンチップ21上に保護膜24が形成され、この保護膜24の形
成されていないＵＢＭ層23に錫基はんだ合金バンプ25が
形成されている。
電極パッド（以下、これを「Ａｌ電極パッド」という）
22が形成され、このＡｌ電極パッド22に、アンダーバン
プメタロジ層またはアンダーバリアメタル層（以下、こ
れらを「ＵＢＭ層」という）23が形成され、このＵＢＭ
層23のはんだ合金バンプ形成面を除く部分およびシリコ
ンチップ21上に保護膜24が形成され、この保護膜24の形
成されていないＵＢＭ層23に錫基はんだ合金バンプ25が
形成されている。
【００２０】この錫基はんだ合金バンプ25は、錫に、
銀、銅、ビスマス、インジウムおよびニッケルの中の少
なくとも１元素を、機械的特性の向上や融点降下のため
に含むはんだ合金である。
銀、銅、ビスマス、インジウムおよびニッケルの中の少
なくとも１元素を、機械的特性の向上や融点降下のため
に含むはんだ合金である。
【００２１】前記錫−亜鉛系はんだ合金バンプ16と錫基
はんだ合金バンプ25とが、融点以上でのリフロー加熱に
より溶融接合され、図１（Ｂ）に示されるように、錫−
亜鉛系はんだ合金を含むはんだ合金バンプ26が形成され
る。
はんだ合金バンプ25とが、融点以上でのリフロー加熱に
より溶融接合され、図１（Ｂ）に示されるように、錫−
亜鉛系はんだ合金を含むはんだ合金バンプ26が形成され
る。
【００２２】なお、前記錫−亜鉛系はんだ合金バンプ16
と、前記錫基はんだ合金バンプ25とを接合する方法とし
ては、上記溶融接合だけでなく、樹脂基板11に対するシ
リコンチップ21の接着による接触保持により、あるいは
錫−亜鉛系はんだ合金バンプ16と錫基はんだ合金バンプ
25とを融点以下で加熱しながら加圧接触させる固相拡散
により、機械的および電気的に接続するようにしても良
い。
と、前記錫基はんだ合金バンプ25とを接合する方法とし
ては、上記溶融接合だけでなく、樹脂基板11に対するシ
リコンチップ21の接着による接触保持により、あるいは
錫−亜鉛系はんだ合金バンプ16と錫基はんだ合金バンプ
25とを融点以下で加熱しながら加圧接触させる固相拡散
により、機械的および電気的に接続するようにしても良
い。
【００２３】次に、本発明の他の実施の形態を図２を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
【００２４】図２（Ａ）に示されるように、樹脂基板11
に銅箔導体12が形成され、この銅箔導体12のはんだ合金
バンプ形成面を除く部分および樹脂基板11上にソルダレ
ジスト13が形成され、このソルダレジスト13の形成され
ていない銅箔導体12に、亜鉛拡散防止層としてのニッケ
ルメッキ層27が形成され、このニッケルメッキ層27に、
ニッケル−錫金属間化合物層28を介して、錫−亜鉛系は
んだ合金バンプ16が形成されている。
に銅箔導体12が形成され、この銅箔導体12のはんだ合金
バンプ形成面を除く部分および樹脂基板11上にソルダレ
ジスト13が形成され、このソルダレジスト13の形成され
ていない銅箔導体12に、亜鉛拡散防止層としてのニッケ
ルメッキ層27が形成され、このニッケルメッキ層27に、
ニッケル−錫金属間化合物層28を介して、錫−亜鉛系は
んだ合金バンプ16が形成されている。
【００２５】一方、シリコンチップ21にアルミニューム
電極パッド（以下、これを「Ａｌ電極パッド」という）
22が形成され、このＡｌ電極パッド22にＵＢＭ層23が形
成され、このＵＢＭ層23のはんだ合金バンプ形成面を除
く部分およびシリコンチップ21上に保護膜24が形成さ
れ、この保護膜24の形成されていないＵＢＭ層23に錫基
はんだ合金バンプ25が形成されている。
電極パッド（以下、これを「Ａｌ電極パッド」という）
22が形成され、このＡｌ電極パッド22にＵＢＭ層23が形
成され、このＵＢＭ層23のはんだ合金バンプ形成面を除
く部分およびシリコンチップ21上に保護膜24が形成さ
れ、この保護膜24の形成されていないＵＢＭ層23に錫基
はんだ合金バンプ25が形成されている。
【００２６】前記錫−亜鉛系はんだ合金バンプ16と錫基
はんだ合金バンプ25とが、融点以上でのリフロー加熱に
より溶融接合され、図２（Ｂ）に示されるように、錫−
亜鉛系はんだ合金を含むはんだ合金バンプ26が形成され
る。なお、これらの接合方法は、前記接触保持でも、あ
るいは前記固相拡散でも良い。
はんだ合金バンプ25とが、融点以上でのリフロー加熱に
より溶融接合され、図２（Ｂ）に示されるように、錫−
亜鉛系はんだ合金を含むはんだ合金バンプ26が形成され
る。なお、これらの接合方法は、前記接触保持でも、あ
るいは前記固相拡散でも良い。
【００２７】以上のように、対向するはんだ合金バンプ
16，25を突き合わせて機械的および電気的に接合するは
んだ接続部において、一方に、錫メッキ層15およびニッ
ケルメッキ層27のいずれか一方を介して錫−亜鉛系はん
だ合金バンプ16を設け、他方に錫に銀、銅、ビスマス、
インジウムおよびニッケルの中の少なくとも１元素を含
む錫基はんだ合金バンプ25を設けた接合用導体を、接触
保持させるか、固相拡散あるいは溶融接合することによ
り形成されるはんだ接続部である。
16，25を突き合わせて機械的および電気的に接合するは
んだ接続部において、一方に、錫メッキ層15およびニッ
ケルメッキ層27のいずれか一方を介して錫−亜鉛系はん
だ合金バンプ16を設け、他方に錫に銀、銅、ビスマス、
インジウムおよびニッケルの中の少なくとも１元素を含
む錫基はんだ合金バンプ25を設けた接合用導体を、接触
保持させるか、固相拡散あるいは溶融接合することによ
り形成されるはんだ接続部である。
【００２８】そして、樹脂基板11側またはシリコンチッ
プ21側のどちらか一方に、錫−亜鉛系の低融点はんだ合
金を用いることで、溶融接合温度を従来どおりとすると
共に、機械的信頼性を損ねる銅−亜鉛金属間化合物層の
生成を、錫メッキ層15およびニッケルメッキ層27により
抑制することで、低コストで信頼性が高く、かつ鉛によ
る環境汚染の無いはんだ接合が得られる。
プ21側のどちらか一方に、錫−亜鉛系の低融点はんだ合
金を用いることで、溶融接合温度を従来どおりとすると
共に、機械的信頼性を損ねる銅−亜鉛金属間化合物層の
生成を、錫メッキ層15およびニッケルメッキ層27により
抑制することで、低コストで信頼性が高く、かつ鉛によ
る環境汚染の無いはんだ接合が得られる。
【００２９】すなわち、銅箔導体12と錫−亜鉛系はんだ
合金バンプ16との間に、亜鉛の拡散を防止する亜鉛拡散
防止層としての錫メッキ層15またはニッケルメッキ層27
を設けることにより、銅−亜鉛金属間化合物層の生成を
抑制する。
合金バンプ16との間に、亜鉛の拡散を防止する亜鉛拡散
防止層としての錫メッキ層15またはニッケルメッキ層27
を設けることにより、銅−亜鉛金属間化合物層の生成を
抑制する。
【００３０】ニッケルメッキ層27は電解メッキ、無電解
メッキを含むメッキ法により形成することができる。価
格を考慮した場合、スパッタリング法より電解メッキ法
または無電解メッキ法が好ましい。さらに、高密度化や
厚付けを考慮した場合は、電解メッキ法より無電解メッ
キ法が好ましい。このメッキ法では、メッキ液の添加物
の燐やホウ素を含有することになるが、特性上の問題は
無い。
メッキを含むメッキ法により形成することができる。価
格を考慮した場合、スパッタリング法より電解メッキ法
または無電解メッキ法が好ましい。さらに、高密度化や
厚付けを考慮した場合は、電解メッキ法より無電解メッ
キ法が好ましい。このメッキ法では、メッキ液の添加物
の燐やホウ素を含有することになるが、特性上の問題は
無い。
【００３１】また、ニッケルには、はんだが濡れにくい
性質があるため、ニッケルメッキ層27の表面に薄く金メ
ッキ層または金メッキ膜を施すことが、はんだ濡れ性を
確保して確実なはんだ接合をする観点から好ましい。
性質があるため、ニッケルメッキ層27の表面に薄く金メ
ッキ層または金メッキ膜を施すことが、はんだ濡れ性を
確保して確実なはんだ接合をする観点から好ましい。
【００３２】さらに、薄い金メッキ膜の膜厚均一性を得
るために、下地にパラジウムメッキ層または膜を施すこ
とが望ましい。
るために、下地にパラジウムメッキ層または膜を施すこ
とが望ましい。
【００３３】また、同様の電解メッキ、無電解メッキを
含むメッキ法により錫メッキ層15を銅箔導体12上に設け
る。
含むメッキ法により錫メッキ層15を銅箔導体12上に設け
る。
【００３４】この錫メッキ層15の厚みは、数ミクロンか
ら５ミクロン程度が好ましく、錫−亜鉛系はんだ合金バ
ンプ16を形成する前にフュージング（加熱）して、銅−
錫金属間化合物層14を形成しておくことができる。この
銅−錫金属間化合物層14により、亜鉛の拡散を抑えるこ
とが可能となり、信頼性を向上させることができる。
ら５ミクロン程度が好ましく、錫−亜鉛系はんだ合金バ
ンプ16を形成する前にフュージング（加熱）して、銅−
錫金属間化合物層14を形成しておくことができる。この
銅−錫金属間化合物層14により、亜鉛の拡散を抑えるこ
とが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００３５】基板側の錫−亜鉛系はんだ合金バンプ16の
ように、亜鉛を含有した錫基合金には、その機械的特性
の向上や、融点降下のために銀、銅、ビスマス、インジ
ウムおよびニッケルのうち、少なくとも１元素を１０質
量％以下添加する。
ように、亜鉛を含有した錫基合金には、その機械的特性
の向上や、融点降下のために銀、銅、ビスマス、インジ
ウムおよびニッケルのうち、少なくとも１元素を１０質
量％以下添加する。
【００３６】チップ側の錫基はんだ合金バンプ25は、錫
に、同様の銀、銅、ビスマス、インジウムおよびニッケ
ルのうち、少なくとも１元素を１０質量％以下添加した
ものであり、この添加により、錫基はんだ合金バンプ25
の機械的特性の向上や、融点の降下を図る。
に、同様の銀、銅、ビスマス、インジウムおよびニッケ
ルのうち、少なくとも１元素を１０質量％以下添加した
ものであり、この添加により、錫基はんだ合金バンプ25
の機械的特性の向上や、融点の降下を図る。
【００３７】例えば、銀は約３．５質量％、銅およびニ
ッケルはそれぞれ１質量％以下、ビスマスおよびインジ
ウムはそれぞれ１０質量％以下である。
ッケルはそれぞれ１質量％以下、ビスマスおよびインジ
ウムはそれぞれ１０質量％以下である。
【００３８】このようにして、各はんだ合金バンプ16，
25は、蒸着法やメッキ法にて形成可能であるが、印刷法
やボール転写法、スーパージャフィット（昭和電工株式
会社所有の登録商標）法などの方法で形成しても良い。
25は、蒸着法やメッキ法にて形成可能であるが、印刷法
やボール転写法、スーパージャフィット（昭和電工株式
会社所有の登録商標）法などの方法で形成しても良い。
【００３９】また、基板側の亜鉛を含有した錫基はんだ
合金は、ペースト状のものを、錫メッキ層またはニッケ
ルメッキ層により拡散防止処理を施した銅箔導体パッド
上に供給し、加熱溶融して、チップ側の錫基はんだ合金
バンプ25との接合を図っても良い。
合金は、ペースト状のものを、錫メッキ層またはニッケ
ルメッキ層により拡散防止処理を施した銅箔導体パッド
上に供給し、加熱溶融して、チップ側の錫基はんだ合金
バンプ25との接合を図っても良い。
【００４０】樹脂基板11およびシリコンチップ21にバン
プ形成した後は、樹脂基板11上にシリコンチップ21を位
置合わせした後マウントし、基板側の錫−亜鉛系はんだ
合金バンプ16とチップ側の錫基はんだ合金バンプ25とを
加圧して電気的接合がとれた後に、樹脂を流し込んで加
熱硬化させることで接触保持して、機械的および電気的
に接合するか、または、加熱加圧により固相拡散により
接合しても良い。さらには、リフロー加熱によりはんだ
合金バンプ16，25を溶融接合して、はんだ合金バンプ26
を得るようにしても良い。
プ形成した後は、樹脂基板11上にシリコンチップ21を位
置合わせした後マウントし、基板側の錫−亜鉛系はんだ
合金バンプ16とチップ側の錫基はんだ合金バンプ25とを
加圧して電気的接合がとれた後に、樹脂を流し込んで加
熱硬化させることで接触保持して、機械的および電気的
に接合するか、または、加熱加圧により固相拡散により
接合しても良い。さらには、リフロー加熱によりはんだ
合金バンプ16，25を溶融接合して、はんだ合金バンプ26
を得るようにしても良い。
【００４１】
【実施例】図１に示されたはんだ接続部は、樹脂基板11
上の銅箔導体12のパッド部分に無電解メッキで錫メッキ
層15を３μｍ設け、フュージングにより銅−錫金属間化
合物層14を形成した後に、Ｓｎ−９Ｚｎはんだ合金バン
プ16をプリコートする。このＳｎ−９Ｚｎはんだ合金バ
ンプ16の融点は、１９９℃であり、比較的低融点であ
る。
上の銅箔導体12のパッド部分に無電解メッキで錫メッキ
層15を３μｍ設け、フュージングにより銅−錫金属間化
合物層14を形成した後に、Ｓｎ−９Ｚｎはんだ合金バン
プ16をプリコートする。このＳｎ−９Ｚｎはんだ合金バ
ンプ16の融点は、１９９℃であり、比較的低融点であ
る。
【００４２】対向するシリコンチップ21には、Ａｌ電極
パッド22上にＵＢＭ層（Ｃｒ ０．１μｍ、Ｎｉ ０．３
μｍ、Ｃｕ ０．３μｍ）23を介して、Ｓｎ−３．５Ａ
ｇはんだ合金バンプ25を形成する。
パッド22上にＵＢＭ層（Ｃｒ ０．１μｍ、Ｎｉ ０．３
μｍ、Ｃｕ ０．３μｍ）23を介して、Ｓｎ−３．５Ａ
ｇはんだ合金バンプ25を形成する。
【００４３】Ｓｎ−９Ｚｎはんだ合金バンプ16は、スー
パージャフィット（昭和電工株式会社所有の登録商標）
法にてプリコート処理を施した。
パージャフィット（昭和電工株式会社所有の登録商標）
法にてプリコート処理を施した。
【００４４】チップ側のＳｎ−３．５Ａｇはんだ合金バ
ンプ25は、印刷法にて形成した。パッド寸法は、共に
０．１ｍｍ角で、バンプ高さは、基板側のＳｎ−９Ｚｎ
はんだ合金バンプ16で０．０５ｍｍ、チップ側のＳｎ−
３．５Ａｇはんだ合金バンプ25で０．０７ｍｍ程度の高
さになるよう調整した。樹脂基板11側にプリコートされ
たＳｎ−９Ｚｎはんだ合金バンプ16は、一定加重を加え
てフラッタニング処理を施した。
ンプ25は、印刷法にて形成した。パッド寸法は、共に
０．１ｍｍ角で、バンプ高さは、基板側のＳｎ−９Ｚｎ
はんだ合金バンプ16で０．０５ｍｍ、チップ側のＳｎ−
３．５Ａｇはんだ合金バンプ25で０．０７ｍｍ程度の高
さになるよう調整した。樹脂基板11側にプリコートされ
たＳｎ−９Ｚｎはんだ合金バンプ16は、一定加重を加え
てフラッタニング処理を施した。
【００４５】これらのはんだプリコートを施した樹脂基
板11およびシリコンチップ21は、一例として、フリップ
チップボンダを用いて加熱加圧して溶融接合させた。ま
た、一例として、マウント後に、リフロー炉で溶融接合
させた。
板11およびシリコンチップ21は、一例として、フリップ
チップボンダを用いて加熱加圧して溶融接合させた。ま
た、一例として、マウント後に、リフロー炉で溶融接合
させた。
【００４６】フリップチップボンダを用いた場合、加熱
条件はボンディングツール温度を３００℃に設定し、樹
脂基板11側は１００℃とした。溶融後は、ボンディング
ツールを調整して、はんだが円柱状になるように制御し
た。
条件はボンディングツール温度を３００℃に設定し、樹
脂基板11側は１００℃とした。溶融後は、ボンディング
ツールを調整して、はんだが円柱状になるように制御し
た。
【００４７】一方、リフロー炉を用いた場合、リフロー
温度２３０℃で、酸素濃度１００ppmとした。この場
合、はんだ合金バンプ26の形状は樽型となり、フリップ
チップボンダの場合とは形状が異なる。
温度２３０℃で、酸素濃度１００ppmとした。この場
合、はんだ合金バンプ26の形状は樽型となり、フリップ
チップボンダの場合とは形状が異なる。
【００４８】このようにして得られたはんだ接合部を持
つ試料の接続強度を比較するために、銅箔導体パッド上
にＳｎ−３．５Ａｇはんだをプリコートした試料と、上
記シリコンチップ21を接合した試料とを作製し、温度サ
イクル試験を行った結果、同等の強度を有することを確
認した。
つ試料の接続強度を比較するために、銅箔導体パッド上
にＳｎ−３．５Ａｇはんだをプリコートした試料と、上
記シリコンチップ21を接合した試料とを作製し、温度サ
イクル試験を行った結果、同等の強度を有することを確
認した。
【００４９】次に、図２に示されるはんだ接続部では、
銅箔導体12のパッド上に無電解メッキ法によりニッケル
メッキ層（５μｍ）27を形成し、このニッケルメッキ層
27上に０．０５μｍのフラッシュ金メッキ層を施した上
に、Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉはんだ合金バンプ16をプリコ
ートし、Ｓｎ−３．５Ａｇはんだ合金バンプ25を有する
シリコンチップ21と接合した場合も、ほぼ同様な強度が
得られることを確認した。この場合、ニッケルメッキ層
27と金メッキ層の間にパラジウムメッキ層を施し、フラ
ッシュ金メッキ層の厚み均一性の調整を施すと、プリコ
ートはんだの塗布量が安定する。
銅箔導体12のパッド上に無電解メッキ法によりニッケル
メッキ層（５μｍ）27を形成し、このニッケルメッキ層
27上に０．０５μｍのフラッシュ金メッキ層を施した上
に、Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉはんだ合金バンプ16をプリコ
ートし、Ｓｎ−３．５Ａｇはんだ合金バンプ25を有する
シリコンチップ21と接合した場合も、ほぼ同様な強度が
得られることを確認した。この場合、ニッケルメッキ層
27と金メッキ層の間にパラジウムメッキ層を施し、フラ
ッシュ金メッキ層の厚み均一性の調整を施すと、プリコ
ートはんだの塗布量が安定する。
【００５０】以上のように、錫−亜鉛系の低融点はんだ
を用いることで、溶融接合温度を低コストで従来と同様
にできると共に、銅箔導体パッドと錫−亜鉛系はんだ合
金との間に生成されて機械的信頼性を損ねる銅−亜鉛金
属間化合物層の生成を、亜鉛拡散防止層としての錫層ま
たはニッケル層により抑制することで、低コストで信頼
性が高く、かつ鉛による環境汚染の無いはんだ接合が得
られる。
を用いることで、溶融接合温度を低コストで従来と同様
にできると共に、銅箔導体パッドと錫−亜鉛系はんだ合
金との間に生成されて機械的信頼性を損ねる銅−亜鉛金
属間化合物層の生成を、亜鉛拡散防止層としての錫層ま
たはニッケル層により抑制することで、低コストで信頼
性が高く、かつ鉛による環境汚染の無いはんだ接合が得
られる。
【００５１】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、環境に有
害な鉛でなく環境に無害でコストパフォーマンスに優れ
た亜鉛を含んだ錫−亜鉛系はんだ合金の低価格、低融点
を活かしつつ、錫またはニッケルを含む亜鉛拡散防止層
により亜鉛の拡散を防止することで、機械的強度の低い
脆弱な銅−亜鉛金属間化合物層の生成およびボイドの生
成を防止でき、これらの生成に伴う機械的信頼性の低下
を防止できるから、信頼性の高いはんだ接合を確保でき
る。
害な鉛でなく環境に無害でコストパフォーマンスに優れ
た亜鉛を含んだ錫−亜鉛系はんだ合金の低価格、低融点
を活かしつつ、錫またはニッケルを含む亜鉛拡散防止層
により亜鉛の拡散を防止することで、機械的強度の低い
脆弱な銅−亜鉛金属間化合物層の生成およびボイドの生
成を防止でき、これらの生成に伴う機械的信頼性の低下
を防止できるから、信頼性の高いはんだ接合を確保でき
る。
【００５２】請求項２記載の発明によれば、錫基はんだ
合金バンプは、錫に、銀、銅、ビスマス、インジウムお
よびニッケルの中の少なくとも１元素を含むことで、機
械的特性が向上するとともに融点が降下するから、鉛を
含まないが融点の比較的低い錫−亜鉛系はんだ合金バン
プと溶融接合される場合は、溶融接合時の溶融温度を部
品の耐熱温度以内での温度上昇に留めることができる。
合金バンプは、錫に、銀、銅、ビスマス、インジウムお
よびニッケルの中の少なくとも１元素を含むことで、機
械的特性が向上するとともに融点が降下するから、鉛を
含まないが融点の比較的低い錫−亜鉛系はんだ合金バン
プと溶融接合される場合は、溶融接合時の溶融温度を部
品の耐熱温度以内での温度上昇に留めることができる。
【００５３】請求項３記載の発明によれば、スパッタ法
などより電解メッキや無電解メッキの方が、高密度化と
低価格化を図ることができる。
などより電解メッキや無電解メッキの方が、高密度化と
低価格化を図ることができる。
【００５４】請求項４記載の発明によれば、はんだ濡れ
性の良くない亜鉛拡散防止層であっても、その亜鉛拡散
防止層に金層を施すことにより、はんだ合金バンプのは
んだ濡れ性を改善でき、確実なはんだ接合を得ることが
できる。
性の良くない亜鉛拡散防止層であっても、その亜鉛拡散
防止層に金層を施すことにより、はんだ合金バンプのは
んだ濡れ性を改善でき、確実なはんだ接合を得ることが
できる。
【００５５】請求項５記載の発明によれば、金層の下地
にパラジウム層を施すことにより、薄い金層の厚みの均
一性を確保できる。
にパラジウム層を施すことにより、薄い金層の厚みの均
一性を確保できる。
【００５６】請求項６記載の発明によれば、錫を含む亜
鉛拡散防止層と下地の銅との間に形成された銅−錫金属
間化合物層によっても、亜鉛の拡散を抑えることがで
き、信頼性を向上できる。
鉛拡散防止層と下地の銅との間に形成された銅−錫金属
間化合物層によっても、亜鉛の拡散を抑えることがで
き、信頼性を向上できる。
【００５７】請求項７記載の発明によれば、ニッケルを
含む亜鉛拡散防止層と錫−亜鉛系はんだ合金バンプとの
間に形成されたニッケル−錫金属間化合物層によって
も、亜鉛の拡散を抑えることができ、信頼性を向上でき
る。
含む亜鉛拡散防止層と錫−亜鉛系はんだ合金バンプとの
間に形成されたニッケル−錫金属間化合物層によって
も、亜鉛の拡散を抑えることができ、信頼性を向上でき
る。
【００５８】請求項８記載の発明によれば、錫−亜鉛系
はんだ合金バンプが、第３元素として銀、銅、ビスマ
ス、インジウムおよびニッケルのうち、少なくとも１元
素を含むことにより、錫−亜鉛系はんだ合金バンプの機
械的特性の向上や、融点の降下を図ることができる。
はんだ合金バンプが、第３元素として銀、銅、ビスマ
ス、インジウムおよびニッケルのうち、少なくとも１元
素を含むことにより、錫−亜鉛系はんだ合金バンプの機
械的特性の向上や、融点の降下を図ることができる。
【図１】本発明に係るはんだ接続部の一実施の形態を示
す断面図であり、（Ａ）は溶融接合前の状態を示し、
（Ｂ）は溶融接合後の状態を示す。
す断面図であり、（Ａ）は溶融接合前の状態を示し、
（Ｂ）は溶融接合後の状態を示す。
【図２】本発明に係るはんだ接続部の他の実施の形態を
示す断面図であり、（Ａ）は溶融接合前の状態を示し、
（Ｂ）は溶融接合後の状態を示す。
示す断面図であり、（Ａ）は溶融接合前の状態を示し、
（Ｂ）は溶融接合後の状態を示す。
12 導体としての銅箔導体
14 銅−錫金属間化合物層
15 亜鉛拡散防止層としての錫メッキ層
16 錫−亜鉛系はんだ合金バンプ
25 錫基はんだ合金バンプ
26 錫−亜鉛系はんだ合金を含むはんだ合金バンプ
27 亜鉛拡散防止層としてのニッケルメッキ層
28 ニッケル−錫金属間化合物層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/60
H05K 3/34 512
Claims (8)
- 【請求項１】 銅を含む導体と、 導体に形成された錫およびニッケルのいずれか一方を含
む亜鉛拡散防止層と、 亜鉛拡散防止層に形成された錫−亜鉛系はんだ合金を含
むはんだ合金バンプとを具備したことを特徴とするはん
だ接続部。 - 【請求項２】 はんだ合金バンプは、 錫−亜鉛系はんだ合金バンプと、錫に、銀、銅、ビスマ
ス、インジウムおよびニッケルの中の少なくとも１元素
を含む錫基はんだ合金バンプとを突き合わせて、接触保
持、固相拡散および溶融接合のいずれか一方により設け
られたことを特徴とする請求項１記載のはんだ接続部。 - 【請求項３】 亜鉛拡散防止層は、 電解メッキおよび無電解メッキのいずれか一方により下
地の銅の導体上に形成され、燐やホウ素などの不純物を
含むことを特徴とする請求項１または２記載のはんだ接
続部。 - 【請求項４】 はんだ合金バンプは、 亜鉛拡散防止層に金層を介して形成されたことを特徴と
する請求項１乃至３のいずれかに記載のはんだ接続部。 - 【請求項５】 金層は、亜鉛拡散防止層にパラジウム層
を介して形成されたことを特徴とする請求項４記載のは
んだ接続部。 - 【請求項６】 錫を含む亜鉛拡散防止層と下地の銅との
間に形成された銅−錫金属間化合物層を具備したことを
特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のはんだ接
続部。 - 【請求項７】 ニッケルを含む亜鉛拡散防止層と錫−亜
鉛系はんだ合金バンプとの間に形成されたニッケル−錫
金属間化合物層を具備したことを特徴とする請求項１乃
至５のいずれかに記載のはんだ接続部。 - 【請求項８】 錫−亜鉛系はんだ合金バンプは、 第３元素として銀、銅、ビスマス、インジウムおよびニ
ッケルのうち、少なくとも１元素を含むことを特徴とす
る請求項１乃至７のいずれかに記載のはんだ接続部。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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