JP4199397B2 - 半導体素子の実装構造体 - Google Patents
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- Chemically Coating (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子デバイスに使用される半導体素子の実装構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子の実装方法としてフェースダウンボンディングが知られている。
【０００３】
このフェースダウンボンディングに使用される半導体素子の下面には、高密度にパターン形成された電子回路以外に複数個の端子が設けられており、これら複数個の端子を絶縁基板上面の対応する回路配線に半田接合させることにより半導体素子が絶縁基板上に実装される。
【０００４】
尚、前記回路配線の形成には、加工の容易性等からアルミニウムが一般的に使用されており、この場合、半田接合される回路配線の上面には半田濡れ性の向上のために、ニッケルめっき層及び金めっき層が順次、被着されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この従来の実装構造体においては、アルミニウムから成る回路配線上にニッケルめっき層を析出させる際の触媒として、通常、パラジウムが使用されている。
【０００６】
しかしながら、パラジウムを触媒として使用した場合、パラジウムめっき層の形成に使用されるめっき液中の硝酸によってアルミニウムから成る回路配線の表面が酸化・腐食され、回路配線とパラジウムめっき層との密着性が著しく低いものとなる。このため、半導体素子の実装等に伴ってパラジウムめっき層やその下の回路配線に熱が印加されると、パラジウムめっき層が熱応力によって回路配線より剥離することがあり、半導体素子を回路基板上に良好な状態で実装させておくことが不可となる欠点を有していた。
【０００７】
また一方、前述のパラジウムに代えて亜鉛を触媒として使用することが検討されており、この亜鉛は硝酸を含まないめっき液を用いて回路配線上に被着させることができることから、亜鉛めっき層の形成に伴いアルミニウムから成る回路配線が酸化・腐食されることは殆どなく、亜鉛めっき層をアルミニウムから成る回路配線の上面に強固に被着させておくことができる。
【０００８】
しかしながら、前記亜鉛めっき層はその上に被着されるニッケルめっき層との馴染みがあまり良好でないことから、結局、先に述べた従来の実装構造体と同様に、半導体素子の実装等に伴ってニッケルめっき層やその下の亜鉛めっき層に熱が印加されると、ニッケルめっき層が熱応力によって亜鉛めっき層より剥離するという欠点を有していた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記欠点に鑑みて案出されたもので、本発明の半導体素子の実装構造体は、回路配線が被着されている絶縁基板と、下面に複数個の端子を有する半導体素子とから成り、該半導体素子の端子を絶縁基板上の回路配線に半田接合させることによって電気的に接続した半導体素子の実装構造体において、前記回路配線はアルミニウムから成り、かつ該回路配線の半田接合部に亜鉛−銅めっき層、ニッケルめっき層及び金めっき層が順次、被着させてあることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の半導体素子の実装構造体は、前記亜鉛−銅めっき層中の銅含有率が１ｗｔ％〜２０ｗｔ％であることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一形態に係る半導体素子の実装構造体を示す断面図、図２は図１の要部拡大図であり、1 は絶縁基板、２は回路配線、3 は亜鉛−銅めっき層、４はニッケルめっき層、５は金めっき層、６は半導体素子、７は端子、８は半田である。
【００１２】
前記絶縁基板１は、アルミナセラミックス等のセラミック材料により形成されており、その上面で回路配線２やめっき層３，４，５を支持するための支持母材として機能するものである。
【００１３】
前記絶縁基板１は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加・混合して泥漿状に成すとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシートを得、しかる後、該セラミックグリーンシートを所定の長方形状に打ち抜いた上、高温で焼成することによって製作される。
【００１４】
また前記絶縁基板１の上面には、アルミニウムから成る複数個の回路配線２が所定パターンに被着されている。
【００１５】
前記回路配線２は、外部電気回路からの入力信号や外部電源からの電力を半導体素子６に供給したり、或いは、半導体素子６からの出力信号を他の電気回路等に供給したりするためのものであり、その一端で半導体素子６の対応する端子７に半田８を介して電気的に接続される。
【００１６】
尚、前記回路導体２は、従来周知の薄膜手法、具体的には、スパッタリングやフォトリソグラフィー技術，エッチング技術等を採用し、アルミニウムを所定厚み、所定パターンに被着させることによって絶縁基板１の上面に形成される。
【００１７】
また前記回路導体２の一部上面、具体的には後述する半導体素子６の端子７が半田接合される部位には、亜鉛−銅めっき層３、ニッケルめっき層４及び金めっき層５が順次、被着されている。
【００１８】
前記亜鉛−銅めっき層３は、ニッケルめっき層４を形成する際の触媒として機能するものであり、例えば０．３μｍ〜０．６μｍの厚みを有し、銅含有率が１ｗｔ％〜２０ｗｔ％に設定される。
【００１９】
かかる亜鉛−銅めっき層３は、亜鉛の中に粒径１００Å〜２００Å程度の小さな銅の塊を分散させた状態、もしくは亜鉛と銅とで合金をつくった状態で形成されており、従来周知の無電解めっき法を採用することによって所定厚みに被着・形成される。このとき、亜鉛−銅合金の無電解めっきに使用されるめっき液には硝酸を含有させておく必要がないことから、亜鉛−銅めっき層３の形成に伴いアルミニウムから成る回路配線２が酸化・腐食されることは殆どない。
【００２０】
またこの場合、前記めっき液中にキレート剤を添加しておけば、亜鉛−銅めっき層３の厚みや組成が均一になり、良好な亜鉛−銅めっき層３を得ることができる。従って亜鉛−銅めっき層３を形成するためのめっき液にはキレート剤を添加しておくことが好ましい。
【００２１】
また前記亜鉛−銅めっき層３上のニッケルめっき層４は、半導体素子６の端子７を回路配線２に半田接合する際、回路配線２の半田濡れ性を良好になして半導体素子６の端子７を回路配線２に対して確実に半田接合させるためのものであり、亜鉛−銅めっき層３の上面に例えば２μｍ〜５μｍの厚みに被着・形成される。
【００２２】
前記ニッケルめっき層４は、従来周知の無電解めっき法を採用することによって亜鉛−銅めっき層３の上面に被着・形成され、このとき、ニッケルの形成に使用されるめっき液は次亜リン酸ナトリウムを還元剤として含んでおり、かかるめっき液には亜鉛−銅めっき層３中の亜鉛が溶解することから、この溶解に伴って亜鉛−銅めっき層３の表面には径１００Å〜２００Åの微細孔が１０００〜５０００個／μｍ2 の密度で多数形成され、ニッケルめっき層４を多数の微細孔を有した亜鉛−銅めっき層３の上面にアンカー効果によって極めて強固に被着させることができる。従って半導体素子６の実装等に伴って熱が印加されても、ニッケルめっき層４が下地（亜鉛−銅めっき層３）より剥離するのが有効に防止され、半導体素子６を回路基板上に良好な状態で実装させておくことができる。
【００２３】
ここで、亜鉛−銅めっき層３中の銅含有率が１ｗｔ％よりも小さいと微細孔の形成密度が小さくなってニッケルめっき層４を亜鉛−銅めっき層３の上面に極めて強固に被着させておくことが難しくなり、また銅含有率が２０ｗｔ％よりも大きいとニッケルめっき層４の形成時にニッケルの析出速度が遅くなって所定厚みのニッケルめっき層４を得るのに長時間を要することなる。従ってニッケルめっき層４を亜鉛−銅めっき層３の上面に極めて強固に、且つ短時間で効率良く被着・析出させるには、亜鉛−銅めっき層３中の銅含有率を１ｗｔ％〜２０ｗｔ％の範囲内に設定しておくことが好ましい。
【００２４】
またこのとき、ニッケルめっき層４の形成に使用するめっき液中にスルフォン酸塩やスルフォンアミド等を所定量、添加・混合させておけば、ニッケルめっき層４の内部応力が圧縮応力となり、ニッケルめっき層４を亜鉛−銅めっき層３に対してより強固に被着させることが可能となる。従ってニッケルめっき層４の形成に使用するめっき液中にはスルフォン酸塩やスルフォンアミドを添加・混合させておくことが好ましい。
【００２５】
更に前記ニッケルめっき層４上に被着される金めっき層５は、ニッケルめっき層４の表面が大気中の水分等によって深い領域まで酸化・腐食されてしまうのを有効に防止するためのものであり、ニッケルめっき層４の上面に例えば０．０４μｍ〜０．０５μｍの厚みに被着・形成される。
【００２６】
前記金めっき層５は、従来周知の無電解めっき法を採用することによってニッケルめっき層４の上面に所定厚みに被着・形成される。
【００２７】
そして上述した回路基板上には、半導体素子６がフェースダウンボンディングにて実装される。
【００２８】
前記半導体素子６は、単結晶シリコン等から成る基材の下面に高密度にパターン形成された電子回路と複数個の端子７とを有しており、一部の端子７を介して内部に信号が入力されると、これらの入力信号に基づいて他の端子７より所定の出力を発するようになっている。
【００２９】
前記半導体素子６は、その下面に設けられている複数個の端子７が絶縁基板上面の対応する回路配線２の一端、具体的には亜鉛−銅めっき層３、ニッケルめっき層４及び金めっき層５を被着させた箇所に半田８を介して対面配置されるようにして絶縁基板１上に載置され、しかる後、半田８を加熱・溶融させて回路配線２と端子７とを半田接合することによって半導体素子６が絶縁基板１上に取着・実装されることとなる。
【００３０】
尚、本発明の実装構造体は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００３１】
例えば上述の形態において各めっき層３，４，５を無電解めっきによって被着させる際にその前処理として洗浄等を行っても良いことは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、アルミニウムから成る回路配線と亜鉛−銅めっき層、亜鉛−銅めっき層とニッケルめっき層がそれぞれ強固に被着されるため、半導体素子の実装等に伴って熱が印加されても、亜鉛−銅めっき層やニッケルめっき層が下地より剥離することはなく、半導体素子を回路基板上に良好な状態で実装させておくことができる。
【００３３】
また本発明によれば、亜鉛−銅めっき層中の銅含有率を１ｗｔ％〜２０ｗｔ％に設定しておくことにより、ニッケルめっき層を亜鉛−銅めっき層の上面に極めて強固に、且つ短時間で効率良く被着・析出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係る半導体素子の実装構造体を示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【符号の説明】
1 ・・・絶縁基板、２・・・回路配線、3 ・・・亜鉛−銅めっき層、４・・・ニッケルめっき層、５・・・金めっき層、６・・・半導体素子、７・・・端子、８・・・半田
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子デバイスに使用される半導体素子の実装構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子の実装方法としてフェースダウンボンディングが知られている。
【０００３】
このフェースダウンボンディングに使用される半導体素子の下面には、高密度にパターン形成された電子回路以外に複数個の端子が設けられており、これら複数個の端子を絶縁基板上面の対応する回路配線に半田接合させることにより半導体素子が絶縁基板上に実装される。
【０００４】
尚、前記回路配線の形成には、加工の容易性等からアルミニウムが一般的に使用されており、この場合、半田接合される回路配線の上面には半田濡れ性の向上のために、ニッケルめっき層及び金めっき層が順次、被着されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この従来の実装構造体においては、アルミニウムから成る回路配線上にニッケルめっき層を析出させる際の触媒として、通常、パラジウムが使用されている。
【０００６】
しかしながら、パラジウムを触媒として使用した場合、パラジウムめっき層の形成に使用されるめっき液中の硝酸によってアルミニウムから成る回路配線の表面が酸化・腐食され、回路配線とパラジウムめっき層との密着性が著しく低いものとなる。このため、半導体素子の実装等に伴ってパラジウムめっき層やその下の回路配線に熱が印加されると、パラジウムめっき層が熱応力によって回路配線より剥離することがあり、半導体素子を回路基板上に良好な状態で実装させておくことが不可となる欠点を有していた。
【０００７】
また一方、前述のパラジウムに代えて亜鉛を触媒として使用することが検討されており、この亜鉛は硝酸を含まないめっき液を用いて回路配線上に被着させることができることから、亜鉛めっき層の形成に伴いアルミニウムから成る回路配線が酸化・腐食されることは殆どなく、亜鉛めっき層をアルミニウムから成る回路配線の上面に強固に被着させておくことができる。
【０００８】
しかしながら、前記亜鉛めっき層はその上に被着されるニッケルめっき層との馴染みがあまり良好でないことから、結局、先に述べた従来の実装構造体と同様に、半導体素子の実装等に伴ってニッケルめっき層やその下の亜鉛めっき層に熱が印加されると、ニッケルめっき層が熱応力によって亜鉛めっき層より剥離するという欠点を有していた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記欠点に鑑みて案出されたもので、本発明の半導体素子の実装構造体は、回路配線が被着されている絶縁基板と、下面に複数個の端子を有する半導体素子とから成り、該半導体素子の端子を絶縁基板上の回路配線に半田接合させることによって電気的に接続した半導体素子の実装構造体において、前記回路配線はアルミニウムから成り、かつ該回路配線の半田接合部に亜鉛−銅めっき層、ニッケルめっき層及び金めっき層が順次、被着させてあることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の半導体素子の実装構造体は、前記亜鉛−銅めっき層中の銅含有率が１ｗｔ％〜２０ｗｔ％であることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一形態に係る半導体素子の実装構造体を示す断面図、図２は図１の要部拡大図であり、1 は絶縁基板、２は回路配線、3 は亜鉛−銅めっき層、４はニッケルめっき層、５は金めっき層、６は半導体素子、７は端子、８は半田である。
【００１２】
前記絶縁基板１は、アルミナセラミックス等のセラミック材料により形成されており、その上面で回路配線２やめっき層３，４，５を支持するための支持母材として機能するものである。
【００１３】
前記絶縁基板１は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加・混合して泥漿状に成すとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシートを得、しかる後、該セラミックグリーンシートを所定の長方形状に打ち抜いた上、高温で焼成することによって製作される。
【００１４】
また前記絶縁基板１の上面には、アルミニウムから成る複数個の回路配線２が所定パターンに被着されている。
【００１５】
前記回路配線２は、外部電気回路からの入力信号や外部電源からの電力を半導体素子６に供給したり、或いは、半導体素子６からの出力信号を他の電気回路等に供給したりするためのものであり、その一端で半導体素子６の対応する端子７に半田８を介して電気的に接続される。
【００１６】
尚、前記回路導体２は、従来周知の薄膜手法、具体的には、スパッタリングやフォトリソグラフィー技術，エッチング技術等を採用し、アルミニウムを所定厚み、所定パターンに被着させることによって絶縁基板１の上面に形成される。
【００１７】
また前記回路導体２の一部上面、具体的には後述する半導体素子６の端子７が半田接合される部位には、亜鉛−銅めっき層３、ニッケルめっき層４及び金めっき層５が順次、被着されている。
【００１８】
前記亜鉛−銅めっき層３は、ニッケルめっき層４を形成する際の触媒として機能するものであり、例えば０．３μｍ〜０．６μｍの厚みを有し、銅含有率が１ｗｔ％〜２０ｗｔ％に設定される。
【００１９】
かかる亜鉛−銅めっき層３は、亜鉛の中に粒径１００Å〜２００Å程度の小さな銅の塊を分散させた状態、もしくは亜鉛と銅とで合金をつくった状態で形成されており、従来周知の無電解めっき法を採用することによって所定厚みに被着・形成される。このとき、亜鉛−銅合金の無電解めっきに使用されるめっき液には硝酸を含有させておく必要がないことから、亜鉛−銅めっき層３の形成に伴いアルミニウムから成る回路配線２が酸化・腐食されることは殆どない。
【００２０】
またこの場合、前記めっき液中にキレート剤を添加しておけば、亜鉛−銅めっき層３の厚みや組成が均一になり、良好な亜鉛−銅めっき層３を得ることができる。従って亜鉛−銅めっき層３を形成するためのめっき液にはキレート剤を添加しておくことが好ましい。
【００２１】
また前記亜鉛−銅めっき層３上のニッケルめっき層４は、半導体素子６の端子７を回路配線２に半田接合する際、回路配線２の半田濡れ性を良好になして半導体素子６の端子７を回路配線２に対して確実に半田接合させるためのものであり、亜鉛−銅めっき層３の上面に例えば２μｍ〜５μｍの厚みに被着・形成される。
【００２２】
前記ニッケルめっき層４は、従来周知の無電解めっき法を採用することによって亜鉛−銅めっき層３の上面に被着・形成され、このとき、ニッケルの形成に使用されるめっき液は次亜リン酸ナトリウムを還元剤として含んでおり、かかるめっき液には亜鉛−銅めっき層３中の亜鉛が溶解することから、この溶解に伴って亜鉛−銅めっき層３の表面には径１００Å〜２００Åの微細孔が１０００〜５０００個／μｍ2 の密度で多数形成され、ニッケルめっき層４を多数の微細孔を有した亜鉛−銅めっき層３の上面にアンカー効果によって極めて強固に被着させることができる。従って半導体素子６の実装等に伴って熱が印加されても、ニッケルめっき層４が下地（亜鉛−銅めっき層３）より剥離するのが有効に防止され、半導体素子６を回路基板上に良好な状態で実装させておくことができる。
【００２３】
ここで、亜鉛−銅めっき層３中の銅含有率が１ｗｔ％よりも小さいと微細孔の形成密度が小さくなってニッケルめっき層４を亜鉛−銅めっき層３の上面に極めて強固に被着させておくことが難しくなり、また銅含有率が２０ｗｔ％よりも大きいとニッケルめっき層４の形成時にニッケルの析出速度が遅くなって所定厚みのニッケルめっき層４を得るのに長時間を要することなる。従ってニッケルめっき層４を亜鉛−銅めっき層３の上面に極めて強固に、且つ短時間で効率良く被着・析出させるには、亜鉛−銅めっき層３中の銅含有率を１ｗｔ％〜２０ｗｔ％の範囲内に設定しておくことが好ましい。
【００２４】
またこのとき、ニッケルめっき層４の形成に使用するめっき液中にスルフォン酸塩やスルフォンアミド等を所定量、添加・混合させておけば、ニッケルめっき層４の内部応力が圧縮応力となり、ニッケルめっき層４を亜鉛−銅めっき層３に対してより強固に被着させることが可能となる。従ってニッケルめっき層４の形成に使用するめっき液中にはスルフォン酸塩やスルフォンアミドを添加・混合させておくことが好ましい。
【００２５】
更に前記ニッケルめっき層４上に被着される金めっき層５は、ニッケルめっき層４の表面が大気中の水分等によって深い領域まで酸化・腐食されてしまうのを有効に防止するためのものであり、ニッケルめっき層４の上面に例えば０．０４μｍ〜０．０５μｍの厚みに被着・形成される。
【００２６】
前記金めっき層５は、従来周知の無電解めっき法を採用することによってニッケルめっき層４の上面に所定厚みに被着・形成される。
【００２７】
そして上述した回路基板上には、半導体素子６がフェースダウンボンディングにて実装される。
【００２８】
前記半導体素子６は、単結晶シリコン等から成る基材の下面に高密度にパターン形成された電子回路と複数個の端子７とを有しており、一部の端子７を介して内部に信号が入力されると、これらの入力信号に基づいて他の端子７より所定の出力を発するようになっている。
【００２９】
前記半導体素子６は、その下面に設けられている複数個の端子７が絶縁基板上面の対応する回路配線２の一端、具体的には亜鉛−銅めっき層３、ニッケルめっき層４及び金めっき層５を被着させた箇所に半田８を介して対面配置されるようにして絶縁基板１上に載置され、しかる後、半田８を加熱・溶融させて回路配線２と端子７とを半田接合することによって半導体素子６が絶縁基板１上に取着・実装されることとなる。
【００３０】
尚、本発明の実装構造体は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００３１】
例えば上述の形態において各めっき層３，４，５を無電解めっきによって被着させる際にその前処理として洗浄等を行っても良いことは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、アルミニウムから成る回路配線と亜鉛−銅めっき層、亜鉛−銅めっき層とニッケルめっき層がそれぞれ強固に被着されるため、半導体素子の実装等に伴って熱が印加されても、亜鉛−銅めっき層やニッケルめっき層が下地より剥離することはなく、半導体素子を回路基板上に良好な状態で実装させておくことができる。
【００３３】
また本発明によれば、亜鉛−銅めっき層中の銅含有率を１ｗｔ％〜２０ｗｔ％に設定しておくことにより、ニッケルめっき層を亜鉛−銅めっき層の上面に極めて強固に、且つ短時間で効率良く被着・析出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係る半導体素子の実装構造体を示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【符号の説明】
1 ・・・絶縁基板、２・・・回路配線、3 ・・・亜鉛−銅めっき層、４・・・ニッケルめっき層、５・・・金めっき層、６・・・半導体素子、７・・・端子、８・・・半田
Claims (2)
- 回路配線が被着されている絶縁基板と、下面に複数個の端子を有する半導体素子とから成り、該半導体素子の端子を絶縁基板上の回路配線に半田接合させることによって電気的に接続した半導体素子の実装構造体において、
前記回路配線はアルミニウムから成り、かつ該回路配線の半田接合部に亜鉛−銅めっき層、ニッケルめっき層及び金めっき層が順次、被着させてあることを特徴とする半導体素子の実装構造体。 - 前記亜鉛−銅めっき層中の銅含有率が１ｗｔ％〜２０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の実装構造体。
Priority Applications (1)
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| JP35941299A JP4199397B2 (ja) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | 半導体素子の実装構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35941299A JP4199397B2 (ja) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | 半導体素子の実装構造体 |
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| JP2001176920A JP2001176920A (ja) | 2001-06-29 |
| JP4199397B2 true JP4199397B2 (ja) | 2008-12-17 |
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ID=18464379
Family Applications (1)
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| JP35941299A Expired - Fee Related JP4199397B2 (ja) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | 半導体素子の実装構造体 |
Country Status (1)
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| JP2010056191A (ja) * | 2008-08-27 | 2010-03-11 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
-
1999
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