JPH08209359A - Ｉｃパッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ＩＣパッケージを構成する金属層上又は外部
接続ピン本体上にＮｉめっき層又はＮｉ合金めっき層が
形成され、該Ｎｉめっき層又はＮｉ合金めっき層上にＰ
ｄ層又はＰｄ合金層が無電解めっきにより形成されてい
るＩＣパッケージ。 【効果】 種々の特性において、前記Ｎｉめっき層又は
Ｎｉ合金めっき層上にＡｕめっきが施された場合と変わ
りなく、実用上何ら問題を生じない。しかも、Ａｕめっ
きを施す場合に比べて極めて安価にかつ安全にＰｄめっ
きを施すことができ、製造コストを低減することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＩＣパッケージに関し、
より詳細には産業用大型コンピュータ等に搭載される高
集積化チップパッケージから、民生用家電製品等に搭載
されるチップパッケージ等にわたって利用可能なＩＣパ
ッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】無電解Ｐｄめっきは、従来より置換めっ
きの際に使用されてきた。この置換めっきとは、Ｎｉや
Ｃｏ等の金属を、これらと触媒活性の無い導体被膜上に
無電解めっきによって析出させるために、これら金属を
良好に被着させるための核又は活性化剤（Ｐｄめっき）
を利用するめっき処理方法をいう。

【０００３】このような無電解Ｐｄめっきの方法として
は、例えばＳｎ²⁺イオンとＰｄ²⁺イオンが共存するめっ
き液に導体被膜が形成された基板等を浸漬し、下記の化
１式に示す反応に従ってＳｎ²⁺によってＰｄ²⁺を還元
し、前記導体被膜上にＰｄ被膜を析出させる方法が挙げ
られる。そしてこの置換めっきの後、Ｐｄ被膜を有する
導体被膜の上に無電解めっきによりＮｉめっき層又はＣ
ｏめっき層を形成していた。

【０００４】

【化１】Ｓｎ²⁺＋Ｐｄ²⁺ → Ｓｎ⁴⁺＋Ｐｄ^O ↓ しかし、前記方法により形成されるＰｄ被膜はごく薄い
層よりさらに薄く、核の吸着にすぎないため、耐食性、
電気伝導性等が要求される電子部品の表面処理法として
は適切な方法ではなかった。

【０００５】これに対し、比較的厚い被膜を形成するこ
とが可能な自己触媒型の無電解Ｐｄめっきが最近開発さ
れてきている。この方法は、ヒドラジンや次亜リン酸塩
を還元剤とし、塩化パラジウム等のＰｄ塩をＰｄイオン
源として、導体被膜の上に無電解めっきによりＰｄ層を
形成する方法であるが（縄舟秀美 表面技術 vol.42N
o.11 1093(1991)、古田博文等 サーキットテクノロ
ジ vol.8 No.7 539(1993)、水本省三等 表面技術
vol.40 No.3 477(1989) ）、前記無電解Ｐｄめっきの
電子機器への応用に関しては、半田付け性を向上させる
ためにプリント配線基板の銅回路表面に前記Ｐｄめっき
を施す方法が検討されているのみである。Ｐｄめっきは
Ａｕめっきと比較すると価格的に有利であるため、今後
種々の電子機器での応用が検討されると思われるが、こ
こではＩＣパッケージについて検討を行った。

【０００６】そこでまず、Ｐｄめっき処理を施す対象と
なるＩＣパッケージ（以下、ここではリッドで封着する
直前のＩＣパッケージ基体及びその付属部品を含んでＩ
Ｃパッケージと呼ぶことにする）について説明する。

【０００７】図１はセラミック製のＩＣパッケージを模
式的に示した断面図である。

【０００８】パッケージ基体１１の中央にはキャビティ
部１２が形成され、その周囲にはリッド（図示せず）で
キャビティ部１２を封着する際に用いられる矩形のメタ
ライズ層１３が形成され、さらにメタライズ層１３の周
囲にはマザーボード（図示せず）に接続するための外部
接続ピン１４が立てられている。この外部接続ピン１４
はパッケージ基体１１表面に形成された円形状の金属パ
ッド（図示せず）の上に半田付けすることにより接着さ
れている。また、キャビティ部１２は通常その周辺部分
が階段状に構成されており、中間の階段部分にはワイヤ
ボンディングのためのパッド部１５が形成され、底面部
分にはＬＳＩ等を載置する半導体素子搭載部１６が形成
されている。さらに、キャビティ部１２が形成されてい
る面の裏側の面には、必要に応じてＷの多孔質板に溶融
Ｃｕを含浸させた金属製放熱板１７が付設される。

【０００９】このパッケージ基体１１の表面部分に形成
されているメタライズ層１３、パッド部１５、半導体素
子搭載部１６及び金属パッドはいずれもＷ等の金属層、
及びその上に施された１層又は複数のめっき層により構
成されており、金属パッドの上に半田付けされた外部接
続ピン１４の表面にもめっき層が形成されている。これ
ら金属層はパッケージ基体１１の内部に金属層が形成さ
れている場合も含め、パッケージ基体１１の製造工程に
おいて、グリーンシートを積層する際に前記金属を含む
ペーストを前記グリーンシート上に印刷し、焼成するこ
とにより形成されたものである。また、前記した金属層
や外部接続ピン１４の上にめっき層が形成されているの
は、半導体装置を作製する際に、これらの層の上にリッ
ドやワイヤ等を半田付けするが、Ｗ等の金属の上に直接
半田付けするのは難しく、さらに耐食性等にも劣るため
である。従って、Ｗ等の金属の上にＮｉめっき被膜を形
成した後、その上にさらにＡｕめっき被膜を形成してい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような構成のＩＣ
パッケージを製造する際、ＩＣパッケージの製造コスト
を１としたとき、Ａｕめっき、特に無電解Ａｕめっきを
採用した場合、Ａｕめっき被膜及び前記被膜形成のため
のコストは約０．３と大きな割合を占め、Ａｕめっきの
不良がそのまま製造コストの大幅な増加に繋るという課
題があった。

【００１１】またＡｕの価格が変動相場制であるので、
ＩＣパッケージの製造コストの変動が大きく、ＩＣパッ
ケージの単価が固定であることを考えると、経済的に不
安定であるという課題もあった。

【００１２】また、今後その需要の増加が見込まれる狭
ピッチ多ピン化されたセラミックスＩＣパッケージ（例
えばマルチチップモジュール（ＭＣＭ））において、Ａ
ｕをめっき被膜として用いた場合には、製造コストに占
めるＡｕの割合がさらに大きくなってくる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
に鑑みなされたものであり、パッケージ基体表面に形成
された金属層の最上層に形成するめっき層又は外部接続
ピンの最上層に形成するめっき層として、製造コストに
占める割合の小さな、安価な金属が用いられたＩＣパッ
ケージを提供することを目的として検討した結果、Ａｕ
の代替としてＰｄを用いて自己触媒型無電解めっきを行
うことにより、ＩＣパッケージの単価が下がり、歩留ま
りを向上させることができ、しかも性能の優れたＩＣパ
ッケージを製造することができることを見出し、本発明
を完成させるに至った。

【００１４】本発明に係るＩＣパッケージは、ＩＣパッ
ケージを構成する金属層上又は外部接続ピン本体上にＮ
ｉめっき層又はＮｉ合金めっき層が形成され、該Ｎｉめ
っき層又はＮｉ合金めっき層上にＰｄ層又はＰｄ合金層
が無電解めっきにより形成されていることを特徴として
いる（１）。

【００１５】また、本発明に係るＩＣパッケージは、上
記（１）記載のＰｄ層又はＰｄ合金層上に、さらに０．
０５〜０．３０μｍの厚さの無電解金めっき被膜が形成
されていることを特徴としている（２）。

【００１６】上記したように、金属層とは図１に示した
ＩＣパッケージの表面に形成されたメタライズ層１３、
パッド部１５、半導体素子搭載部１６、及び金属パッド
をいうが、本発明に係るＩＣパッケージにおいては、さ
らにこのＩＣパッケージに付設される金属製放熱板１７
をも金属層ということにする。

【００１７】前記金属層には１回又は複数回の電解又は
無電解のＮｉめっきが施され、前記めっき層の上にＰｄ
層又はＰｄ合金層が無電解めっきにより形成される。ま
た、金属パッドにはＮｉめっきが施された後、外部接続
ピン１４が半田付けにより接着されるが、その後金属層
や外部接続ピン等を含むＩＣパッケージ全体にＮｉめっ
きが施され、その後Ｐｄ層又はＰｄ合金層が無電解めっ
きにより形成される。

【００１８】前記したＮｉめっきを施す際の条件は、従
来の場合と同様でよい。無電解めっきによりＰｄ層を形
成する場合には、例えばＰｄイオン源として塩化パラジ
ウムを３．５〜１４．２ｇ／リットル、錯化剤としてエ
チレンジアミンを６．０〜１２．０ｇ／リットル、還元
剤として次亜リン酸ナトリウムを１０．６〜２１．２ｇ
／リットル含有し、その他にｐＨ調整剤としてアンモニ
ア水を含有するｐＨが７．０℃付近の溶液をめっき浴と
して用い、６５〜８５℃の温度でめっき処理を施せばよ
い。前記めっき処理により、Ｎｉめっき被膜の上に２〜
８μｍ程度の厚さのＰｄ層が形成される。この場合還元
剤に次亜リン酸ナトリウムを用いているため、Ｐｄに７
％程度のＰを含有したＰｄ−Ｐ合金めっきとなる。

【００１９】また、Ｐｄ合金層を形成する場合には、前
記組成のめっき液にＰｄ−Ｎｉ合金であればＮｉＣｌ₂
を、Ｐｄ−Ｃｏ合金であればＣｏＳＯ₄ 又はＣｏＣｌ₂
等の金属塩を添加して、同様の条件でめっき処理を施せ
ばよい。この場合にも同様の厚さのＰｄ合金層が形成さ
れる。

【００２０】さらに、前記Ｐｄ層又はＰｄ合金層上に、
さらに０．０５〜０．３０μｍの厚さの無電解金めっき
被膜を形成するには、従来と同様のＡｕめっき浴を用い
てＡｕめっき被膜を形成すればよい。

【００２１】

【作用】下記の表１は、めっき処理されたＡｕ層とＰｄ
層の物理的性質及び前記金属の価格を示したものであ
る。

【００２２】

【表１】

【００２３】上記表１に示した結果より明らかなよう
に、物理的性質として、密度、比抵抗、及び被膜の硬さ
を比較すると、密度及び比抵抗に関してはＡｕ層よりも
若干劣るが、被膜の硬さはＰｄ層の方が硬く、さらに現
状の価格ではＰｄが約１／３と安価である。またＰｄは
この他にも優れた耐食性と低接触抵抗を有するため、十
分金の代替となりうる。

【００２４】次に、Ｐｄ層とＡｕ層の電気的特性につい
て説明する。ＩＣパッケージに要求される電気特性は、
Ｌ（インダクタンス）、Ｃ（容量）、Ｒ（抵抗）の３つ
であり、このうちＬとＣに関しては、パッケージの構造
により決定されるものであるから、ＡｕからＰｄに表層
被膜が変わったと仮定してもその特性は殆ど変化しな
い。しかし、上記の表１からも明かなように比抵抗は約
５倍の値を有するので、実際に導通抵抗がどの程度にな
るかが問題となる。

【００２５】そこで現在量産製造されている代表的なリ
ードピン数が１６８本のセラミックスＰＧＡ（ピングリ
ッドアレイ）のＩＣパッケージを例にとり、Ｐｄめっき
と金めっきにおいて導体層の導通抵抗がどのように変化
するか比較計算を行った。

【００２６】まず、外部接続ピンの導通抵抗について説
明する。金属層にＷ（タングステン）を用いたとき、導
体であるＷの長さを５０ｍｍとした場合、Ｗの抵抗は約
６Ωとなる。この場合、Ｗ層の幅は１．０ｍｍ、厚さは
１５μｍとして計算している。この上から、その厚さが
０．０５μｍのＡｕで被覆すると外部接続ピンにおい
て、＋０．３Ω抵抗値が増加することがわかっている。
Ａｕの代替としてＰｄを用いると、Ｐｄの比抵抗はＡｕ
の４．５倍であるから０．３×４．５＝１．３５Ωよ
り、外部接続ピンにおける導通抵抗は１．３５Ω増加す
ることになる。すなわち、表層外部接続ピンの導通抵抗
は、Ａｕめっきの場合が６．３Ωで、Ｐｄめっきの場合
が７．３５Ωとなり、Ｐｄめっきの場合にはＡｕめっき
の場合の１．２倍の導通抵抗（約１６％増加）を有する
ことになる。

【００２７】しかしこの導通抵抗は下地のＷ層の抵抗率
を変化させることにより変化させることが可能であり、
例えばグリーンシート上に塗布するＷペースト中に添加
する共剤の種類や、グリーンシート積層体の焼成条件を
変化させることにより、導通抵抗を１６％低減させるこ
とは十分可能である。従って、製造条件を変化させて導
体層の導通抵抗を調整することにより、Ａｕ層とＰｄ層
の導通抵抗をほぼ同じにすることが可能である。パッド
部における導通抵抗についてもほぼ同様の結果が得られ
る。このように、無電解めっきによりＰｄ層を形成して
も、電気特性上大きな差異は生じないため、ＩＣパッケ
ージの最上層のめっきとして十分使用することができ
る。

【００２８】また、無電解Ｐｄめっき処理法の無電解Ａ
ｕめっき処理法に対する利点を列挙すると、以下のよう
になる。

【００２９】非シアン系めっき浴を用いても高光沢性
のある被膜が得られるため作業環境に優れる。

【００３０】めっき浴のｐＨが中性であることから人
体に対する危険性が少ない。

【００３１】Ａｕめっきの場合と析出速度は同一であ
るが、めっき浴の寿命が長く、また形成する被膜の厚さ
のばらつきが小さいため、安定した導通抵抗を有する導
体層を形成することができる。

【００３２】以上のように、無電解Ｐｄめっきは、無電
解Ａｕめっきに比較して利点が多い。

【００３３】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係るＩＣパッケー
ジの実施例を説明する。

【００３４】実施例に係るＩＣパッケージは、「従来の
技術」において図１を用いて説明したＩＣパッケージと
メタライズ層１３やパッド部１５、半導体素子搭載部１
６、外部接続ピン１４等の最上層のめっき層としてＡｕ
の替わりにＰｄ（又はＰｄ＋Ａｕ）が使用されている以
外は同様の構成であるので、ここではその説明を省略す
る。そして、実施例１では無電解Ｐｄめっき処理の方法
及び前記処理により完成したＩＣパッケージの特性試験
の結果について説明し、実施例２では、前記パラジウム
層を形成した後、さらに薄いＡｕ層を形成した場合につ
いても説明する。なお、比較例として、従来と同様にメ
タライズ層１３やパッド部１５等の最上層としてＡｕめ
っきを施した場合についても説明する。

【００３５】まず実施例１として、通常のセラミックス
製造工程に従って作製したグリーンシートの積層体を焼
成することによりパッケージ基体１１（図１）を製造
し、パッケージ基体１１の表面に形成された金属層に無
電解Ｎｉ−Ｂめっきを施した後、Ｎｉ−Ｂめっきが施さ
れた金属パッドにピンをろう付けし、その後前記工程を
経たパッケージ基体１１に無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施
し、Ｎｉ−Ｐめっき層を形成した。次に、塩化パラジウ
ムを７．１ｇ／リットル、エチレンジアミンを９．０ｇ
／リットル、次亜リン酸ナトリウムを１０．６ｇ／リッ
トル含有し、アンモニア水（２８％）によりｐＨ７．０
に調整したＰｄ−Ｐめっき浴に前記工程を経たパッケー
ジ基体１１を浸漬し、温度７０℃、時間３０分の条件下
で無電解めっきを行って、Ｎｉ−Ｐめっき層の上に約３
μｍの厚さのＰｄ−Ｐめっき層を形成し、ＩＣパッケー
ジを完成させた。

【００３６】また、実施例２として、実施例１と全く同
様の工程によりＰｄーＰめっきを施した後、シアン化金
カリウムを金源とするＥＥＪＡ（株）製のレクトロレス
プッレップ（市販品）を用いて、９０℃、１０分の一定
条件下で、前記工程を経たパッケージ基体１１を浸漬
し、約３μｍの厚さのＰｄ−Ｐめっき層の上にさらに約
０．０５μｍの厚さのＡｕめっき層を形成し、ＩＣパッ
ケージを完成させた。

【００３７】さらに、比較例１として実施例１の場合と
同様にしてパッケージ基体１１にＮｉ−Ｂめっき及びＮ
ｉ−Ｐめっきを施した後、実施例２で使用したものと同
様のＡｕめっき浴を用い、約０．０５μｍの厚さのＡｕ
めっき層を形成した後、さらに別の厚付け用めっき浴で
約３μｍ厚さのＡｕめっき層を形成し、ＩＣパッケージ
を完成させた。

【００３８】このようにして完成されたＩＣパッケージ
のピン引っ張り強度を測定した。測定方法としては、ピ
ンを治具に挟み、１０ｍｍ／分の速度で垂直方向に引っ
張る方法をとり、破断したときの強度を引っ張り強度と
した。

【００３９】

【表２】

【００４０】上記表２の結果より明らかなように、いず
れの場合も引っ張り強度に殆ど差はなかった。

【００４１】次に、冷熱衝撃信頼性試験を行い、その
後、ＩＣパッケージのピン強度を測定した。冷熱衝撃信
頼性試験は、−６５℃で３０分保持した後、＋１５０℃
で３０保持する条件を繰り返し、１００、２００、５０
０、１０００サイクル後のパッケージピン強度を測定し
た。その結果を下記の表３に示している。この場合、試
料数はいずれも１０個とした。

【００４２】

【表３】

【００４３】上記表３より明らかなように、いずれの場
合も殆ど強度に差が生じていない。

【００４４】ここで無電解Ｐｄめっき膜厚を２μｍ未満
にすると、冷熱衝撃信頼性試験後、下地のＮｉがＰｄ層
中に拡散し、大気中に取り出した際にＮｉの酸化が起こ
り、黒色スポット不良を生じることになる。従ってＰｄ
膜厚の最低値は約２μｍとなる。また逆にＰｄめっき膜
厚が８μｍを超えると、化学的変化による異常は認めら
れないが微細配線部分にめっきブリードを生じたり、め
っきノジュールを生じるといった不良が起こる。これよ
りＰｄめっき層の熱さは約２〜８μｍが好ましい。

【００４５】完成したＩＣパッケージを実用品として採
用することができるためには、パッド部１５にＡｕワイ
ヤーが接合できるか否かが重要なポイントになってく
る。そこで幅１００μｍ、厚さ２０μｍのＡｕリボンを
熱圧着によりパッド部１５に接合させ、Ａｕ／Ｐｄ密着
強度について測定した。Ａｕリボンの熱圧着接合条件
は、パッケージ基板のステージ温度が４５０℃、ボンデ
ィングツール温度が４００℃、接合時間が１．０秒であ
る。なお、本条件は種々検討の結果、最も適切な条件を
選んだものである。

【００４６】その結果、実施例１、実施例２及び比較例
１のいずれの場合も、Ａｕリボン自体がきれ、十分接合
強度があることがわかった。また、接合界面の剥離や成
膜間剥離や層間剥離等の異常破壊モードは認められなか
った。このように実施例の場合、その接合強度には何の
問題のないことがわかった。

【００４７】次に、ＩＣパッケージの電気的特性とし
て、ワイヤーボンディングパッドの抵抗を４端子法によ
り測定した。その結果を下記の表４に示す（試料数は各
２個とした）。

【００４８】

【表４】

【００４９】上記表４の結果より明らかなように、実測
された抵抗値はほぼ理論値と一致する。従って、実施例
に係るＩＣパッケージの電気特性も何ら問題ないことが
明らかになった。

【００５０】以上説明したように実施例に係るＩＣパッ
ケージにあっては、ＩＣパッケージのメタライズ層１３
（図１）やパッド部１５（図１）等の最上層のめっき層
としてＡｕの替わりにＰｄ（又はＰｄ＋Ａｕ）が使用さ
れており、種々の特性において、Ａｕめっきが施された
場合と変わりなく、実用上何ら問題を生じない。しか
も、Ａｕめっきを施す場合に比べて極めて安価にＰｄめ
っきを施すことができるため、製造コストを低減するこ
とができる。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るＩＣパ
ッケージ（１）にあっては、ＩＣパッケージを構成する
金属層上又は外部接続ピン本体上にＮｉめっき層又はＮ
ｉ合金めっき層が形成され、該Ｎｉめっき層又はＮｉ合
金めっき層上にＰｄ層又はＰｄ合金層が無電解めっきに
より形成されており、種々の特性において、前記Ｎｉめ
っき層又はＮｉ合金めっき層上にＡｕめっきが施された
場合と変わりなく、実用上何ら問題を生じない。しか
も、Ａｕめっきを施す場合に比べて極めて安価にかつ安
全にＰｄめっきを施すことができ、製造コストを低減す
ることができる。

【００５２】また、本発明に係るＩＣパッケージ（２）
にあっては、上記（１）記載のＰｄ層又はＰｄ合金層上
に、さらに０．０５〜０．３０μｍの厚さの置換無電解
金めっき被膜が形成されているので、種々の特性におい
て、前記Ｎｉめっき層又はＮｉ合金めっき層上にＡｕめ
っきが施された場合に近くなる。しかも、Ａｕめっきを
施す場合に比べて極めて安価にかつ安全にＰｄめっきを
施すことができ、製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミック製のＩＣパッケージを模式的に示し
た断面図である。

【符号の説明】

１３ メタライズ層 １４ 外部接続ピン １５ パッド部 １６ 半導体素子搭載部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＩＣパッケージを構成する金属層上又は
   外部接続ピン本体上にＮｉめっき層又はＮｉ合金めっき
   層が形成され、該Ｎｉめっき層又はＮｉ合金めっき層上
   にＰｄ層又はＰｄ合金層が無電解めっきにより形成され
   ていることを特徴とするＩＣパッケージ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のＰｄ層又はＰｄ合金層上
   に、さらに０．０５〜０．３０μｍの厚さの無電解金め
   っき被膜が形成されていることを特徴とするＩＣパッケ
   ージ。