JPH04218919A - 電極及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体回路基板の外部
端子で、実装に用いられる電極及び電極の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体回路基板の実装において、半導体
回路基板の電極へ電気的な接続を与えるため各種接続技
術が開発された。例えば、ワイヤーボンディング（ＷＢ
）のようにＡｌを主成分とする電極と外部配線をＡｕワ
イヤーなどで接続する方法や、導電粒子を分散させた樹
脂と接続部に圧力を加え接続する異方性導電接続法やテ
ープオートメイテッドボンディング（ＴＡＢ）などのよ
うに、電極上に突起した金属を電解メッキ法によりＡｕ
を１０から３０ミクロン形成し、直接外部回路や回路を
形成したテープへ熱厚着する方法が知られていた。

【０００３】ところがＷＢ法は、Ａｌ酸化膜を破壊しな
がらＡｕを接続させるため、接続条件をきびしく管理す
る必要があった。また接続後外部から熱が加わると、Ａ
ｌ・Ａｕの脆い合金が形成され、接続部分が容易に剥離
するという信頼特性上の課題を有した。一方ＴＡＢ法は
、Ａｌ上へＡｕを厚付けメッキするため製造コストが高
くなり、かつ、ＷＢ法と同様の課題であるＡｌ、Ａｕの
合金化を防ぐ目的で、ＡｌとＡｕの間にＴｉ、Ｃｒなど
を挟む必要があるため、製造プロセスは長くなり、接続
強度の劣化という課題を有した。

【０００４】これらの課題を解決するため従来、特開昭
６３−３０５５３２のようにＡｌ電極上へＰｄを吸着さ
せ、その上に無電解メッキ法を用い、突起の高さを得る
ためＮｉ・Ｐを形成し、その上に接続金属としてＡｕを
メッキする電極やＳｎ等の低融点金属を溶融メッキする
電極の製造方法が考案され、ＷＢやＴＡＢ実装に用いら
れていた。尚、異方性導電接続法では、Ｎｉ・Ｐまでの
電極構造で外部回路と接続することができた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の技
術は、次のような課題を有した。

【０００６】まずＡｕを接続金属として用いた技術は、
接続信頼性が高く、無電解メッキ製造プロセスが短縮で
きた。しかし、この技術は接続信頼性を得るためＡｕを
約１ミクロン以上メッキする必要があり、製造コストを
下げることができなかった。またＳｎを接続金属として
用いた技術は、Ｎｉ・Ｐ上にＳｎを均一な高さにメッキ
できないため、接続部分の強度が低いという課題を有し
た。

【０００７】またＮｉ・Ｐのみで接続する技術は、Ｎｉ
・Ｐが接触抵抗の高い材料なので、電気信号の減衰や電
力のロスが発生するという課題を有した。

【０００８】本発明は以上の課題を解決するものでその
目的は、接続金属を低コスト、高接続信頼性、低接触抵
抗の材料で形成した電極及び製造方法を提供するもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電極は、基板と
該基板上へ被覆した導電層と該導電層上へ被覆した接続
金属がＰｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒまたはそれらの金属を含
む合金であることを特徴とする。

【００１０】本発明の基板は、例えばＳｉやＧａ・Ａｓ
などの半導体や焼結体や樹脂などのような絶縁体があり
、導電層は、例えばＡｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｇ
、Ａｕや超電導体などがある。また接続金属層としては
、接続時の接触抵抗が低く、接続強度も高い、低コスト
の材料が好ましく、Ｐｄ合金、Ｉｒ合金、Ｒｕ合金、Ｒ
ｈ合金がある。また接続金属層の膜厚は、０．０５ミク
ロン以上２０ミクロン以下が接続強度及び製造コストの
点で好ましい範囲である。もし接続金属層の膜厚が０．
０５ミクロンより薄い場合、厚付けメッキの可能な電解
メッキでも、製造コストを上げてしまうという課題が生
じる。このような理由で上述した接続金属層の膜厚が望
ましい。

【００１１】また電極の製造方法は、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ
、Ｉｒまたはそれらの金属を含む合金をメッキ法により
被覆することを特徴とする。

【００１２】このメッキ法は、電解メッキ、無電解メッ
キ、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ（ケミカルベーパー
デポジション）などがある。

【００１３】

【実施例】以下実施例に基づいて、本発明の効果を説明
する。

【００１４】（実施例１）図１は、本実施例の電極の断
面図である。この図に沿って説明する。

【００１５】まず回路の形成を終えたＳｉ基板１へ、Ａ
ｌ層２をスパッタリング法で形成した。次にシリコン有
機化合物の溶液を使ったスピンコート法でＳｉＯ２層３
をＡｉ層２上へ積層し、フォトリソグラフィー法とエッ
チング法でＡｌ層２の露出した電極予定部分を１００ミ
クロン角の形状を形成した。

【００１６】続いてこのＳｉ基板１をアルコールで脱脂
、希硫酸で洗浄した後、市販のＰｄ活性化剤例えばワー
ルドメタル社製のＡＴ−１００でＰｄ層４をＡｌ層２上
に吸着させた。次に市販の無電解Ｎｉ・Ｐメッキ液でＮ
ｉ・Ｐ層５を約２ミクロンメッキし、最後に下記の無電
解Ｐｄ・Ｐメッキ液でＰｄ・Ｐ層６を約１ミクロンメッ
キし電極を製造した。

【００１７】 ＜無電解Ｐｄ・Ｐメッキ組成と条件＞ （組成） 　　　　Ｐｄ（ＮＯ３）２　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０１ｍｏ
ｌ／ｌ　　　　亜りん酸ナトリウム　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０２
ｍｏｌ／ｌ　　　　エチレンジアミン　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０
．０８ｍｏｌ／ｌ　　　　チオジグリコール酸　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　３０　　　　ｐｐｍ（条件） 　　　　ｐＨ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　６　　　　温度　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　７０度（摂氏）（実施例２）図
２は、本実施例の電極の断面図である。

【００１８】まず実施例１と同様に１００ミクロン角の
Ａｌ層２２が露出したＳｉ基板２１をアルコールで脱脂
し、希硫酸で洗浄した。次に市販のＰｄ活性化剤例えば
ワールドメタル社製のＡＴ−１００でＰｄ層２４をＡｌ
層２２上に吸着させ、実施例１と同様の無電解Ｐｄ・Ｐ
メッキ液でＰｄ・Ｐ層２５を約２ミクロンメッキし電極
を製造した。

【００１９】（実施例３）実施例１のＰｄ・Ｐ層６の厚
みを約０．０５ミクロンに変えた以外、実施例１と同様
の方法で電極を製造した。

【００２０】（実施例４）実施例１のＰｄ・Ｐ層６の厚
みを約２０ミクロンに変えた以外、実施例１と同様の方
法で電極を製造した。

【００２１】（実施例５）実施例２のＰｄ・Ｐ層２５の
厚みを約０．０５ミクロンに変えた以外、実施例１と同
様の方法で電極を製造した。

【００２２】（実施例６）実施例２のＰｄ・Ｐ層２５の
厚みを約２０ミクロンに変えた以外、実施例１と同様の
方法で電極を製造した。

【００２３】（実施例７）図３は、本実施例の電極の断
面図である。

【００２４】まず実施例１と同様に１００ミクロン角の
Ａｌ層３３が露出したＳｉ基板３１上へ、電解メッキの
アノード用にＴｉ層３４を約１０００オングストローム
蒸着する。この後、１００ミクロン角のＡｌ層３３上に
選択的にメッキするため、フォトリソグラフィー法など
によりパターンを形成する。次に下記の電解Ｐｄめっき
液を用いて、Ｐｄ層３５をＴｉ層３４の上へ約２０ミク
ロンメッキした。

【００２５】 ＜電解Ｐｄメッキ組成とメッキ条件＞ （組成） Ｐｄ（ＮＯ３）２　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　１０ｇ／ｌスルファミン酸アンモニウム　　　　
　　　　１１２ｇ／ｌ（メッキ条件） 温度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　２６度（摂氏）電流密度　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．２Ａ
／ｄｍ２続いて、Ｔｉ層３４をアンモニア、過酸化水素
水の混合溶液とフォトリソグラフィー法を用い、選択的
にエッチングして電極を製造した。

【００２６】（実施例８）実施例１と同様に１００ミク
ロン角のＡｌ層が露出したＳｉ基板３１上へ、メタルマ
スクを用いてスパッタリング法でＰｄ層を約５ミクロン
メッキし電極を製造した。

【００２７】（実施例９）実施例８のスパッタリング法
を蒸着法に変えた以外、実施例８と同様の方法により電
極を製造した。

【００２８】（実施例１０）実施例１と同様に１００ミ
クロン角のＡｌ層が露出したＳｉ基板３１上へ、光選択
ＣＶＤによりＰｄ層を約５ミクロンメッキし電極を製造
した。

【００２９】（実施例１１）実施例１の無電解Ｐｄ・Ｐ
メッキ液の組成およびメッキ条件を下記のように変えた
以外、実施例１と同様の方法により電極を製造した。

【００３０】 ＜無電解Ｐｄ・Ｐメッキ液組成及びその条件＞（組成） 　　　　Ｐｄ（ＮＯ３）２　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　０．０１ｍｏｌ／ｌ　　　　エチレンジ
アミン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．
０８ｍｏｌ／ｌ　　　　次亜リン酸ナトリウム　　　　
　　　　　　　　　　　　０．０６ｍｏｌ／ｌ　　　　
チオジグリコール酸　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２０ｐｐｍ（条件） 　　　　ｐＨ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８　　　　温
度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　５０度（摂氏）（実施例１２
）図４は、本実施例の電極の断面図である。

【００３１】この図のようにＣｕなどの導電層４１で回
路を形成した焼結体基板４０上へ、電極予定部分以外は
レジストで被覆した。次に実施例１と同様の方法により
Ｐｄメッキ電極４２を形成し、レジストを剥離した。最
後に電子部品４３を焼結体基板４０上へはんだ４４によ
り実装し、電極付き基板を完成させた。

【００３２】（実施例１３）実施例１２の焼結体基板を
エポキシ樹脂基板に変えた以外、実施例１２と同様の方
法により電極を製造し、電極付き基板を完成させた。

【００３３】（実施例１４）実施例１のＮｉ・Ｐ層５の
膜厚を約２０ミクロンに変えた以外、実施例１と同様の
方法により電極を製造した。

【００３４】（実施例１５）実施例１のＮｉ・Ｐ層５を
下記の無電解Ｎｉ・Ｂメッキ液でＮｉ・Ｂ層に変えた以
外、実施例１と同様の方法により電極を製造した。

【００３５】 ＜Ｎｉ・Ｂメッキ液組成及びメッキ条件＞（組成） 　　　　ＮｉＳＯ４　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　３０　　ｇ／ｌ　　　　
ジエチルアミンボラザン　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　３ｍｌ／ｌ　　　　クエン酸３ナトリウム
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１０　　ｇ
／ｌ　　　　コハク酸ナトリウム　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　２０　　ｇ／ｌ　　　　酢酸
ナトリウム　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２０　　ｇ／ｌ　　　　メタノール　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　５０ｍｌ／ｌ　　　　チオ尿素　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
２　　ｐｐｍ（メッキ条件） 　　　　ｐＨ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６　　　　温
度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　７０　　度（摂氏）（実施例
１６）実施例１５のＮｉ・Ｂ層の膜厚を約２０ミクロン
に変えた以外、実施例１５と同様の方法により電極を製
造した。

【００３６】（実施例１７）実施例１のＰｄ・Ｐ層６を
奥野製薬製無電解Ｒｈメッキ液Ｒｈ−１を用いてＲｈを
約０．５ミクロンメッキした以外、実施例１と同様の方
法により電極を製造した。

【００３７】（実施例１８）実施例１のＰｄ・Ｐ層６を
奥野製薬製無電解Ｒｕメッキ液を用いてＲｕを約０．５
ミクロンメッキした以外、実施例１と同様の方法により
電極を製造した。

【００３８】（実施例１９）実施例１のＰｄ・Ｐ層６を
下記の組成の無電解Ｉｒメッキ液を用いてＩｒを約０．
５ミクロンメッキした以外、実施例１と同様の方法によ
り電極を製造した。 ＜メッキ組成及びメッキ条件＞ （組成） 　　　　ヘキサクロロイリジウム酸カリウム　　　　　
　　　　　　　　　　　　　０．５　　ｇ／ｌ　　　　
塩化アンモニウム　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　０．２　　ｇ／ｌ
　　　　ヒドラジン　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０
．０４ｇ／ｌ（メッキ条件） 　　　　ｐＨ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　８　　　　温度　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　７０度（摂氏）（比較例１）実施例１のＰｄ・Ｐ
層６を約１ミクロンのＡｕ層に変えた以外、実施例１と
同様の方法で電極を製造した。

【００３９】（比較例２）比較例１のＡｕ層を溶融した
Ｓｎ液に浸漬することによりＳｎ層を形成した以外、比
較例１と同様の方法により電極を製造した。

【００４０】（比較例３）比較例１のＡｕ層を形成せず
Ｎｉ・Ｐ層を接続金属とした以外、比較例１と同様の方
法により電極を製造した。

【００４１】以上実施例１から１９および比較例１から
２の電極を用い、公知のＡｕワイヤーのＷＢ実装やＳｎ
やハンダをメッキしたリード線へＴＡＢ実装を行なった
。そして接続直後と２００度（摂氏）、５００時間放置
後に、接続強度をプルテストにより評価した。またＴＡ
Ｂ実装サンプルは、１２１度（摂氏）、１００％（相対
湿度）、２気圧、２５時間放置するプレッシャークッカ
ーテスト（ＰＣＴ）により信頼性を調べた。プルテスト
の評価基準は、ワイヤーやリード線から切れた場合、電
極の接続強度が原因でないので良とし、それ以外の切断
現象を不良とした。またＰＣＴは、テスト後に電極部分
の導電が確認される場合を良とし、それ以外を不良とし
た。以上の結果を表１に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】このように本発明の電極は、高温放置して
も接続強度が劣化しなかった。さらにＰＣＴでも良好な
結果がえられた。これはＰｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒまたは
それらを含む合金のピンホールが少ないことや、それら
の金属の耐環境特性が良好であったことが原因であった
と考えられる。またこれらの合金はＡｕよりも低コスト
でメッキができるという効果も有した。またＴＡＢのリ
ード線は、はんだやＳｎ以外にＡｕ、Ａｕ−Ｐｄでも効
果の点で変わりがなかった。

【００４４】また実施例１から１９及び比較例３の電極
を用い、異方性導電接続を外部回路と行い、電気接続状
況を調べた。そして実施例１から１９の電極は、オシロ
スコープにより信号の減衰及び電力のロスが確認されな
かったが、比較例３は信号の減衰及び電力のロスが確認
された。これは、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒなどが、低接
触抵抗の材料であることや、メッキ膜自身が低抵抗であ
ることが原因の一つであると考えられる。

【００４５】尚、本発明中のＮｉ・ＰやＮｉ・Ｂ層は、
接続金属とＡｌとの熱拡散を防ぐ働きや電極の突起を安
価に形成する働きがあり、他にＮｉ・Ｗ・Ｐ、Ｎｉ・Ｍ
ｏ・Ｐ、Ｎｉ・Ｓｎ・Ｐ、Ｎｉ・Ｚｎ・Ｐ、Ｎｉ・Ｃｏ
・Ｐ、Ｃｏ・Ｐなどであっても本発明の効果に変わりが
なかった。

【００４６】また接続金属であるＰｄ合金、Ｒｈ合金、
Ｒｕ合金、Ｉｒ合金の膜厚が、０．０５ミクロンから２
０ミクロンまで変化しても本発明の効果に変わりがなく
、メッキ法が変わっても同様の効果が得られた。

【００４７】また導電層は、Ａｌ以外にＷ、Ｍｏ、Ｔａ
、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、超電導材料でもよく、基板
がＳｉや焼結体やエポキシ樹脂以外に、Ｇａ・Ａｓ、Ｉ
ｎ・Ｐやフェノール樹脂、ポリイミド樹脂などでも本発
明の効果に変わりがなかった。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、接
続金属層をＰｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒまたはそれらの金属
を含む合金とすることにより、低コストで安定な接続と
耐環境性のよい電極が製造できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電極の実施例１を示す断面図。

【図２】本発明の電極の実施例２を示す断面図。

【図３】本発明の電極の実施例７を示す断面図。

【図４】本発明の電極の実施例１２を示す断面図。

【符号の説明】

１　　　　　　Ｓｉ基板 ２　　　　　　Ａｌ膜 ３　　　　　　ＳｉＯ２層 ４　　　　　　Ｐｄ層 ５　　　　　　Ｎｉ・Ｐ層 ６　　　　　　Ｐｄ・Ｐ層 ２１　　　　　　Ｓｉ基板 ２２　　　　　　Ａｌ膜 ２３　　　　　　ＳｉＯ２層 ２４　　　　　　Ｐｄ層 ２６　　　　　　Ｐｄ・Ｐ層 ３１　　　　　　Ｓｉ基板 ３２　　　　　　ＳｉＯ２層 ３３　　　　　　Ａｌ膜 ３４　　　　　　Ｔｉ層 ３５　　　　　　Ｐｄ層 ４０　　　　　　焼結体基板 ４１　　　　　　Ｃｕ層 ４２　　　　　　Ｐｄメッキ電極 ４３　　　　　　電子部品 ４４　　　　　　はんだ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板と該基板上へ被覆した導電層と該
   導電層上へ被覆した接続金属がＰｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ
   またはそれらの金属を含む合金であることを特徴とする
   電極。
2. 【請求項２】　　Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒまたはそれら
   の金属を含む合金をメッキ法により被覆することを特徴
   とする電極の製造方法。