JP2004207534A - 配線基板およびこれを用いた電子装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半田接合パッドと半田バンプとの間で剥離が発生し、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわたり、正常に接続することができない。
【解決手段】内部に配線導体２を有する絶縁基体１上に、配線導体２と電気的に接続された銅から成る半田接合パッド２ａ・２ｂを設けるとともにこの半田接合パッド２ａ・２ｂに錫を含有する半田バンプ７・８を、半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に銅−錫合金層９を介在させて接合して成る配線基板であって、銅−錫合金層９は、その厚みが0.5〜20μｍである。
【選択図】 図２
【解決手段】内部に配線導体２を有する絶縁基体１上に、配線導体２と電気的に接続された銅から成る半田接合パッド２ａ・２ｂを設けるとともにこの半田接合パッド２ａ・２ｂに錫を含有する半田バンプ７・８を、半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に銅−錫合金層９を介在させて接合して成る配線基板であって、銅−錫合金層９は、その厚みが0.5〜20μｍである。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板およびこの配線基板上に半導体素子等の電子部品を搭載して成る電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板は、例えばガラス−エポキシ板等から成る絶縁板やエポキシ樹脂等から成る絶縁層を複数層積層して成る絶縁基体の内部および表面に銅箔や銅めっき膜等の銅から成る配線導体を設けて成る。この配線基板においては、絶縁基体表面の配線導体の一部が半導体素子等の電子部品の電極を半田バンプを介して接続するための電子部品接続用の半田接合パッドや外部電気回路基板に半田バンプを介して接続される外部接続用の半田接合パッドとして供され、これらの半田接合パッドには電子部品や外部電気回路基板との接続を容易なものとするために例えば鉛−錫共晶合金等の錫を含有する半田バンプが予め接合されている。
【０００３】
なお、このような配線基板において半田接合パッドに半田バンプを接合するには、銅から成る半田接合パッドの露出表面に厚みが0.01〜0.8μｍ程度の金めっき層を被着させておくとともに、その上に半田バンプを溶融させて付着させる方法が採用されている。このとき、金めっき層は溶融した半田バンプ内に拡散吸収されて消滅し、また半田接合パッドと半田バンプとの間には銅−錫合金層が形成される。
【０００４】
そして、この配線基板は、電子部品接続用の半田接合パッドに電子部品の電極をその半田接合パッドに接合された半田バンプを介して接続して電子部品を搭載することにより電子装置となり、この電子装置は外部接続用の半田接合パッドを外部電気回路基板の配線導体にその半田接合パッドに接合された半田バンプを介して接続することにより外部電気回路基板に実装される。
【０００５】
【特許文献１】
特開2002−220676号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の配線基板によると、配線基板に半導体素子等の電子部品を搭載して電子装置となした後、これを外部電気回路基板に実装して半導体素子等の電子部品を長期間にわたり作動させると、半導体素子等の電子部品が作動時に発生する熱等に起因する熱応力が半田と半田接合パッドとの間に繰返し印加されることにより半田接合パッドと半田バンプとの間で剥離が生じやすく、そのため、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわたり正常に接続することができないという問題点を有していた。
【０００７】
そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、従来の配線基板においては半田接合パッドと半田バンプとの間に形成される銅−錫合金の厚みが0.5μｍ未満であり、この半田接合パッドと半田バンプとの間に形成される銅−錫合金の厚みを制御することにより半田接合パッドと半田バンプとの接合強度を大きくすることが可能であるということを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明は、かかる上述の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、半田接合パッドと半田バンプとの間で剥離が発生することがなく、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわたり、正常に接続することが可能な配線基板および電子装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、内部に配線導体を有する絶縁基体上に、前記配線導体と電気的に接続された銅から成る半田接合パッドを設けるとともにその半田接合パッドに錫を含有する半田バンプを、半田接合パッドと半田バンプとの間に銅−錫合金層を介在させて接合して成る配線基板であって、前記銅−錫合金層は、その厚みが0.5〜20μｍであることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の電子装置は、上述の配線基板に電子部品を搭載し、その電極を前記半田接合パッド上の前記半田バンプに接合させて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の配線基板およびこれを用いた電子装置によれば、銅−錫合金層の厚みが0.5〜20μｍであることから、外部電気回路基板に実装して電子部品を長期間にわたり作動させたとしても、銅から成る半田接合パッドと半田バンプとが厚みが0.5〜20μｍの銅−錫合金層を介して強固に接合され、半田接合パッドと半田との間に剥離が発生するようなことはない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の配線基板およびこれを用いた電子装置を添付の図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明を半導体素子を搭載するための配線基板およびこれに半導体素子を搭載して成る電子装置に適用した場合の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基体、２は配線導体である。この絶縁基体１と配線導体２とで本発明の配線基板が構成され、これに半導体素子等の電子部品３を搭載することにより本発明の電子装置が形成される。
【００１３】
絶縁基体１は、例えばガラス繊維を縦横に織り込んだガラス織物にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る板状の芯体１ａの上下面にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る絶縁層１ｂをそれぞれ複数層ずつ積層して成り、その上面から下面にかけては銅箔から成る複数の配線導体２が形成されている。
【００１４】
絶縁基体１を構成する芯体１ａは、厚みが0.3〜1.5ｍｍ程度であり、その上面から下面にかけて直径が0.2〜1.0ｍｍ程度の複数の貫通孔４を有している。そして、その上下面および各貫通孔４の内面には配線導体２の一部が被着されており、上下面の配線導体２が貫通孔４を介して電気的に接続されている。
【００１５】
このような芯体１ａは、ガラス織物に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを熱硬化させた後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すことにより製作される。なお、芯体１ａ上下面の配線導体２は、芯体１ａ用のシートの上下全面に厚みが5〜50μｍ程度の銅箔を貼着しておくとともにこの銅箔をシートの硬化後にエッチング加工することにより所定のパターンに形成される。また、貫通孔４内面の配線導体２は、芯体１ａに貫通孔４を設けた後に、この貫通孔４内面に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが5〜50μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより形成される。
【００１６】
さらに、芯体１ａは、その貫通孔４の内部にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る樹脂柱５が充填されている。樹脂柱５は、貫通孔４を塞ぐことにより貫通孔４の直上および直下に絶縁層１ｂを形成可能とするためのものであり、未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂を貫通孔４内にスクリーン印刷法により充填し、これを熱硬化させた後、その上下面を略平坦に研磨することにより形成される。そして、この樹脂柱５を含む芯体１ａの上下面に絶縁層１ｂが積層されている。
【００１７】
芯体１ａの上下面に積層された絶縁層１ｂは、それぞれの厚みが20〜50μｍ程度であり、各層の上面から下面にかけて直径が30〜100μｍ程度の複数のビア孔６を有している。これらの絶縁層１ｂは、配線導体２を高密度に配線するための絶縁間隔を提供するためのものであり、絶縁層１ｂにはその表面およびビア孔６内に配線導体２の一部が被着されている。そして、上層の配線導体２と下層の配線導体２とをビア孔６を介して電気的に接続することにより高密度配線を立体的に形成可能としている。
【００１８】
このような絶縁層１ｂは、厚みが20〜50μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂のフィルムを芯体１ａの上下面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザ加工によりビア孔６を穿孔し、さらにその上に同様にして次の絶縁層１ｂを順次積み重ねることによって形成される。なお、各絶縁層１ｂ表面およびビア孔６内に被着された配線導体２は、各絶縁層１ｂを形成する毎に各絶縁層１ｂの表面およびビア孔６内に5〜50μｍ程度の厚みの銅箔を公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法等のパターン形成法により所定のパターンに被着させることによって形成される。
【００１９】
さらに、最表層の絶縁層１ｂ上にはソルダーレジスト層10が被着されている。ソルダーレジスト層10は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂にシリカやタルク等の無機物粉末フィラーを30〜70質量％程度分散させた絶縁材料から成り、表層の配線導体２同士の電気的絶縁信頼性を高めるとともに、後述する半田接合パッド２ａ・２ｂの絶縁基板１への接合強度を大きなものとする作用をなす。
【００２０】
このようなソルダーレジスト層10は、その厚みが10〜50μｍ程度であり、感光性を有するソルダーレジスト層10用の未硬化樹脂ペーストをロールコーター法やスクリーン印刷法を採用して最表層の絶縁層１ｂ上に塗布し、これを乾燥させた後、露光および現像処理を行なって半田接合パッド２ａ・２ｂの中央部を露出させる開口部を形成した後、これを熱硬化させることによって形成される。あるいは、ソルダーレジスト層10用の未硬化の樹脂フィルムを最上層の絶縁層１ｂ上に貼着した後、これを熱硬化させ、しかる後、半田接合パッド２ａ・２ｂに対応する位置にレーザ光を照射し、硬化した樹脂フィルムを部分的に除去することによって半田接合パッド２ａ・２ｂを露出させる開口部を有するように形成される。
【００２１】
絶縁基体１の上面から下面にかけて形成された配線導体２は、半導体素子等の電子部品３の各電極を外部電気回路基板に接続するための導電路として機能し、絶縁基体１の上面に露出している部位が電子部品３の各電極に鉛−錫共晶合金から成る半田バンプ７を介して接続される電子部品接続用の半田接合パッド２ａを、絶縁基体１の下面に露出した部位が外部電気回路基板に鉛−錫共晶合金から成る半田バンプ８を介して接続される外部接続用の半田接合パッド２ｂを形成している。
【００２２】
そして、この配線基板においては、電子部品３を搭載するとともに電子部品接続用の半田接合パッド２ａに電子部品３の各電極を半田バンプ７を介して接続することによって電子装置となり、この電子装置における外部接続用の半田接合パッド２ｂを外部電気回路基板の配線導体に半田バンプ８を介して接続することにより本発明の電子装置が外部電気回路基板に実装されることとなる。
【００２３】
さらに、本発明の配線基板および電子装置においては、半田バンプ７は電子部品３を搭載する前に電子部品接続用の半田接合パッド２ａにあらかじめ接合されており、半田バンプ８は外部電気回路基板に実装する前に外部接続用の半田接合パッド２ｂにあらかじめ接合されている。それにより、電子部品接続用の半田接合パット２ａと電子部品３の電極との接続および外部接続用の半田接合パッド２ｂと外部電気回路基板の配線導体との接続の作業性が極めて良好なものとなっている。
【００２４】
なお、電子部品接続用の半田接合パッド２ａおよび外部接続用の半田接合パッド２ｂと半田バンプ７・８との間には銅−錫合金層９が介在している。
【００２５】
このような銅−錫合金層９を電子部品接続用の半田接合パッド２ａおよび外部接続用の半田接合パッド２ｂと半田バンプ７・８との間に介在させるには、銅から成る半田接合パッド２ａ・２ｂ上に厚みが0.01〜0.8μｍの無電解金めっき層を被着させておき、その上に半田を溶融させて付着させる方法が採用される。このとき、半田接合パッド２ａ・２ｂ上の無電解金めっき層は半田バンプ７・８中に拡散吸収されて消滅し、また、半田接合パッド２ａ・２ｂ中の銅と半田バンプ７・８中の錫とが反応して半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に銅−錫合金層９が形成される。
【００２６】
なお、無電解金めっきの前処理として、通常、銅に対する無電解めっき方法において採用される各種の処理、例えば、脱脂処理・ソフトエッチング・酸洗浄処理行なわれる。
【００２７】
脱脂方法については、特に限定はないが、例えば、酸性の脱脂液に浸漬する方法等を例示できる。また、ソフトエッチングについては、例えば、過硫酸ソーダ、過硫酸−硫酸混合液、過酸化水素水−硫酸混合液等に浸漬する方法等を例示できる。酸洗浄処理についても、特に限定はなく、例えば、塩酸、硫酸等の鉱酸水溶液に浸漬する方法を例示できる。
【００２８】
無電解金めっき層用の無電解金めっき液としては、シアン化金カリウム5ｇ／ｌ、クエン酸カリウム50ｇ／ｌ、エチレンジアミン４酢酸ナトリウム5ｇ／ｌから成るめっき液が用いられる。
【００２９】
なお、半田接合パッド２ａ・２ｂに被着される金めっき層の厚みが0.01μｍ未満であると、半田接合パッド２ａ・２ｂを良好に被覆することができずに、半田接合パッド２ａ・２ｂの表面に酸化をきたして半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との接合が弱いものとなる傾向にあり、他方0.8μｍを超えると、半田バンプ７・８中に金が多量に溶け込んでしまい、半田バンプ７・８が脆性化し、外部電気回路基板に実装して電子部品３を長期間にわたり作動させた際、電子部品３が作動時に発生する熱等による応力によって半田バンプ７・８に破断が発生する。従って、半田接合パッド２ａ・２ｂに被着される金めっき層の厚みは0.01〜0.8μｍの範囲が好ましい。
【００３０】
また、無電解金めっき層が被着された半田接合パッド２ａ・２ｂに半田を溶融させて付着させるには、例えば無電解金めっき層が被着された半田接合パッド２ａ・２ｂ上にＲＭＡ系のフラックスを塗布後、その上に半田ボールを搭載した後、それをピーク温度が220℃、Ｎ2雰囲気でリフローさせることにより、半田を溶融させる方法が採用される。
【００３１】
なお、半田バンプは、錫（Ｓｎ）を10〜100質量％含んでおり、錫の含有量が10質量％未満では、半田接合パッドと半田バンプとの間に銅−錫合金層を良好に形成することが困難と成る傾向があり、このような半田バンプの組成としては、Ｓｎ10質量％−Ｐｂ90質量％、Ｓｎ63質量％−Ｐｂ37質量％、Ｓｎ96.5質量％−Ａｇ３質量％−Ｃｕ0.5質量％等の合金があげられる。
【００３２】
そして本発明においては、半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に形成された銅−錫合金層９の厚みが0.5〜20μｍであり、そのことが重要である。このように半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に形成された銅−錫合金層９の厚みが0.5〜20μｍであることから、この厚みが0.5〜20μｍの銅−錫合金層９を介して半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８とが強固に接合され、半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に剥離が発生することがなく、搭載する半導体素子３を外部電気回路に長期間にわたり、正常に接続することができる。
【００３３】
なお、銅−錫合金層９の厚みが、0.5μｍ未満であると半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との銅−錫合金層９を介しての接合が弱いものとなり、半田接合パッド２ａ・２ｂと銅−錫合金層９との間で剥離が発生する危険性があり、他方、20μｍを超えると、強度的に脆くて弱い銅−錫合金層９の厚みが厚いために、銅−錫合金層９の内部で剥離が発生する危険性がある。従って、銅−錫合金層９の厚みは、0.5〜20μｍの範囲に特定される。
【００３４】
なお、半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に形成される銅−錫合金層９の厚みを0.5〜20μｍの範囲とするには、例えば、半田接合パッド２ａ・２ｂ上に厚みが10〜100μｍ程度の半田ペーストを印刷するとともにその半田ペーストを200〜250℃の温度でリフローさせて半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に厚みが0.2〜10μｍの銅−錫合金層９を有する半田層を形成し、さらにその上に半田ペーストを印刷したり半田ボールを搭載した後、これをリフローさせることにより銅−錫合金層９がさらに成長して半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に厚みが0.5〜20μｍの銅−錫合金層を形成することができる。
【００３５】
なお、本発明は、上述の実施の形態の一例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であれば種々の変更は可能であり、例えば上述の実施の形態の一例では、絶縁基体１はガラス織物に熱硬化性樹脂を含浸させた材料および熱硬化性樹脂から形成されていたが、絶縁基体１は、セラミックス材料等の他の絶縁材料から形成されていてもよく、また、配線導体２としては、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末のメタライズ導体等の他の導電材料を使用することができる。
【００３６】
【実施例】
評価用基板としてガラス織物にエポキシ樹脂を含浸させて成る一辺が50ｍｍで厚みが1.1ｍｍの正方形状の芯体上にエポキシ樹脂から成る厚みが35μｍの絶縁層を２層ずつ積層するとともに、最上層の絶縁層上に厚みが18μｍの銅めっき層から成る直径が0.75ｍｍの略円形の試験パッドを格子状の配列に1.0ｍｍのピッチで2401個ずつ形成し、その上にアクリル変性エポキシ樹脂から成り試験パッド上の厚みが20μｍのソルダーレジスト層を、試験パッドと同心円状の直径が0.55ｍｍの開口を有するように被着させた評価用基板を準備した。
【００３７】
次に、この評価用基板のソルダーレジスト層の開口から露出した試験パッドの表面を酸性の脱脂処理（例えば、上村工業株式会社のACL009）を55℃の温度で５分行なった後、15％の過硫酸ソーダ水溶液から成るソフトエッチング液で８分程度ソフトエッチング処理し、さらに５％の硫酸溶液で常温で１分、酸洗浄処理した。その後、試験パッドの表面に無電解めっき法により厚みが0.05μｍの金めっき層を被着させるとともに、その試験パッド上に、ＲＭＡ系のフラックスを含有する鉛−錫共晶合金ペーストを30μｍの厚みに塗布後、150〜170℃の温度で120秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度が220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせて試験パッド上に半田層を形成し、次にその半田層上に鉛−錫共晶合金から成る体積が0.28ｍｍ3の半田ボールを搭載し、それを150〜170℃の温度で30秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせることにより、半田を溶融させて半田バンプを形成することにより試験パッドと半田バンプとの間に厚みが0.2〜0.4μｍの銅−錫合金層が形成された本発明による第一の評価用試料を得た。
【００３８】
また、上述と同様の評価用基板のソルダーレジスト層の開口から露出した試験パッドの表面を上述の場合と同様にして酸性脱脂処理およびソフトエッチングおよび酸洗浄処理を行なった後、その試験パッドの表面に厚みが0.05μｍの金めっき層を被着させるとともに、その試験パッド上に、ＲＭＡ系のフラックスを含有する鉛−錫共晶合金ペーストを30μｍの厚みに塗布後、150〜170℃の温度で120秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせて試験パッド上に半田層を形成し、次にその半田層上に鉛−錫共晶合金から成る体積が0.28ｍｍ3の半田ボールを搭載し、それを150〜170℃の温度で120秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせることにより、半田を溶融させて半田バンプを形成することにより試験パッドと半田バンプとの間の厚みが0.5〜0.8μｍの銅−錫合金層が形成された本発明による第二の評価用試料を得た。
【００３９】
また、上述と同様の評価用基板のソルダーレジスト層の開口から露出した試験パッドの表面を上述の場合と同様にして酸性脱脂処理およびソフトエッチングおよび酸洗浄処理を行なった後、その試験パッドの表面に厚みが0.05μｍの金めっき層を被着させるとともに、その試験パッド上に、ＲＭＡ系のフラックスを含有する鉛−錫共晶合金ペーストを30μｍの厚みに塗布後、150〜170℃の温度で120秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせて試験パッド上に半田層を形成し、次にその半田層上に鉛−錫共晶合金から成る体積が0.28ｍｍ3の半田ボールを搭載し、それを150〜170℃の温度で150秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度230℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせることにより、半田を溶融させて半田バンプを形成することにより試験パッドと半田バンプとの間の厚みが２〜５μｍの銅−錫合金層が形成された本発明による第三の評価用試料を得た。
【００４０】
また、上述と同様の評価用基板のソルダーレジスト層の開口から露出した試験パッドの表面を上述の場合と同様にして酸性脱脂処理およびソフトエッチングおよび酸洗浄処理を行なった後、その試験パッドの表面に厚みが0.05μｍの金めっき層を被着させるとともに、その試験パッド上に、ＲＭＡ系のフラックスを含有する鉛−錫共晶合金ペーストを30μｍの厚みに塗布後、150〜170℃の温度で120秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせて試験パッド上に半田層を形成し、次にその半田層上に鉛−錫共晶合金から成る体積が0.28ｍｍ3の半田ボールを搭載し、それを150〜170℃の温度で60秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度230℃で183℃以上の温度で、溶融時間が30秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせることにより、半田を溶融させて半田バンプを形成することにより試験パッドと半田バンプとの間の厚みが７〜10μｍの銅−錫合金層が形成された本発明による第四の評価用試料を得た。
【００４１】
さらに、上述と同様の評価用基板のソルダーレジスト層の開口から露出した試験パッドの表面を上述の場合と同様にして酸性脱脂処理およびソフトエッチングおよび酸洗浄処理を行なった後、その試験パッドの表面に厚みが0.05μｍの金めっき層を被着させるとともに、その試験パッド上に、ＲＭＡ系のフラックスを含有する鉛−錫共晶合金ペーストを30μｍの厚みに塗布後、150〜170℃の温度で120秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせて試験パッド上に半田層を形成し、次にその半田層上に鉛−錫共晶合金から成る体積が0.28ｍｍ3の半田ボールを搭載し、それを150〜170℃の温度で150秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度240℃で183℃以上の温度で、溶融時間が150秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせることにより、半田を溶融させて半田バンプを形成することにより試験パッドと半田バンプとの間に厚みが22〜31μｍの銅−錫合金層が形成された比較のための第五の評価用試料を得た。
【００４２】
なお、各評価試料における銅−錫合金層の厚みは、各評価用試料のうちの一個ずつを、クロスセクションして電子顕微鏡により半田接合パッドおよび半田バンプの断面を観察することにより確認した。
【００４３】
かくして得られた各評価用試料における半田ボール20個ずつについて、ボールシェア装置にて、ツール高さ50μｍ、ツール速度100μｍ／secの条件でボールシェアを行い、シェア強度の最低値と破断の状態を観察した。その結果を表１に示す。なお、表１において本発明による第一の評価用試料は試料番号２、本発明による第二の評価用試料は試料番号３、本発明による第三の評価用試料は試料番号４、比較のための第四の評価用試料は試料番号１、比較のための第五の評価用試料は試料番号５である。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表１に示すように、本発明による評価用試料（試料番号２〜４）では、ボールシェア強度が57Ｎ／ｍｍ2以上であるとともに、全ての試験パッドにおいて、半田バンプ中で剥離が発生しており、試験用パッドと半田バンプとは極めて強固に接合していることが確認できた。他方、比較のための評価用試料（試料番号１、５）では、ボールシェア強度がいずれも45Ｎ／ｍｍ2以下であるとともに、殆どの試験パッドにおいて試験パッドと銅−錫合金との界面で剥離が発生しており、試験パッドと半田との接合強度が弱いことが確認できた。
【００４６】
かくして、本発明の配線基板および電子装置によれば、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわたり正常に接続することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の配線基板および電子装置によれば、半田接合パッドと半田バンプとの間に、厚みが0.5〜20μｍの銅−錫合金層が形成されていることから、これを外部電気回路基板に実装して電子部品を長期間にわたり作動させたとしても、銅から成る半田接合パッドと半田バンプとが厚みが0.5〜20μｍの銅−錫合金層を介して強固に接合され、と半田接合パッド半田との間に剥離が発生するようなことはなく、したがって、搭載する電子部品を長期間にわたり正常に接続することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板および電子装置の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板および電子装置の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・絶縁基体
２・・・・・・・・・・・配線導体
２ａ，２ｂ・・・・・・・半田接合パッド
３・・・・・・・・・・・電子部品（半導体素子）
７，８・・・・・・・・・半田バンプ
９・・・・・・・・・・・銅−錫合金層
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板およびこの配線基板上に半導体素子等の電子部品を搭載して成る電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板は、例えばガラス−エポキシ板等から成る絶縁板やエポキシ樹脂等から成る絶縁層を複数層積層して成る絶縁基体の内部および表面に銅箔や銅めっき膜等の銅から成る配線導体を設けて成る。この配線基板においては、絶縁基体表面の配線導体の一部が半導体素子等の電子部品の電極を半田バンプを介して接続するための電子部品接続用の半田接合パッドや外部電気回路基板に半田バンプを介して接続される外部接続用の半田接合パッドとして供され、これらの半田接合パッドには電子部品や外部電気回路基板との接続を容易なものとするために例えば鉛−錫共晶合金等の錫を含有する半田バンプが予め接合されている。
【０００３】
なお、このような配線基板において半田接合パッドに半田バンプを接合するには、銅から成る半田接合パッドの露出表面に厚みが0.01〜0.8μｍ程度の金めっき層を被着させておくとともに、その上に半田バンプを溶融させて付着させる方法が採用されている。このとき、金めっき層は溶融した半田バンプ内に拡散吸収されて消滅し、また半田接合パッドと半田バンプとの間には銅−錫合金層が形成される。
【０００４】
そして、この配線基板は、電子部品接続用の半田接合パッドに電子部品の電極をその半田接合パッドに接合された半田バンプを介して接続して電子部品を搭載することにより電子装置となり、この電子装置は外部接続用の半田接合パッドを外部電気回路基板の配線導体にその半田接合パッドに接合された半田バンプを介して接続することにより外部電気回路基板に実装される。
【０００５】
【特許文献１】
特開2002−220676号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の配線基板によると、配線基板に半導体素子等の電子部品を搭載して電子装置となした後、これを外部電気回路基板に実装して半導体素子等の電子部品を長期間にわたり作動させると、半導体素子等の電子部品が作動時に発生する熱等に起因する熱応力が半田と半田接合パッドとの間に繰返し印加されることにより半田接合パッドと半田バンプとの間で剥離が生じやすく、そのため、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわたり正常に接続することができないという問題点を有していた。
【０００７】
そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、従来の配線基板においては半田接合パッドと半田バンプとの間に形成される銅−錫合金の厚みが0.5μｍ未満であり、この半田接合パッドと半田バンプとの間に形成される銅−錫合金の厚みを制御することにより半田接合パッドと半田バンプとの接合強度を大きくすることが可能であるということを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明は、かかる上述の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、半田接合パッドと半田バンプとの間で剥離が発生することがなく、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわたり、正常に接続することが可能な配線基板および電子装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、内部に配線導体を有する絶縁基体上に、前記配線導体と電気的に接続された銅から成る半田接合パッドを設けるとともにその半田接合パッドに錫を含有する半田バンプを、半田接合パッドと半田バンプとの間に銅−錫合金層を介在させて接合して成る配線基板であって、前記銅−錫合金層は、その厚みが0.5〜20μｍであることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の電子装置は、上述の配線基板に電子部品を搭載し、その電極を前記半田接合パッド上の前記半田バンプに接合させて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の配線基板およびこれを用いた電子装置によれば、銅−錫合金層の厚みが0.5〜20μｍであることから、外部電気回路基板に実装して電子部品を長期間にわたり作動させたとしても、銅から成る半田接合パッドと半田バンプとが厚みが0.5〜20μｍの銅−錫合金層を介して強固に接合され、半田接合パッドと半田との間に剥離が発生するようなことはない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の配線基板およびこれを用いた電子装置を添付の図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明を半導体素子を搭載するための配線基板およびこれに半導体素子を搭載して成る電子装置に適用した場合の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基体、２は配線導体である。この絶縁基体１と配線導体２とで本発明の配線基板が構成され、これに半導体素子等の電子部品３を搭載することにより本発明の電子装置が形成される。
【００１３】
絶縁基体１は、例えばガラス繊維を縦横に織り込んだガラス織物にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る板状の芯体１ａの上下面にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る絶縁層１ｂをそれぞれ複数層ずつ積層して成り、その上面から下面にかけては銅箔から成る複数の配線導体２が形成されている。
【００１４】
絶縁基体１を構成する芯体１ａは、厚みが0.3〜1.5ｍｍ程度であり、その上面から下面にかけて直径が0.2〜1.0ｍｍ程度の複数の貫通孔４を有している。そして、その上下面および各貫通孔４の内面には配線導体２の一部が被着されており、上下面の配線導体２が貫通孔４を介して電気的に接続されている。
【００１５】
このような芯体１ａは、ガラス織物に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを熱硬化させた後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すことにより製作される。なお、芯体１ａ上下面の配線導体２は、芯体１ａ用のシートの上下全面に厚みが5〜50μｍ程度の銅箔を貼着しておくとともにこの銅箔をシートの硬化後にエッチング加工することにより所定のパターンに形成される。また、貫通孔４内面の配線導体２は、芯体１ａに貫通孔４を設けた後に、この貫通孔４内面に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが5〜50μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより形成される。
【００１６】
さらに、芯体１ａは、その貫通孔４の内部にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る樹脂柱５が充填されている。樹脂柱５は、貫通孔４を塞ぐことにより貫通孔４の直上および直下に絶縁層１ｂを形成可能とするためのものであり、未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂を貫通孔４内にスクリーン印刷法により充填し、これを熱硬化させた後、その上下面を略平坦に研磨することにより形成される。そして、この樹脂柱５を含む芯体１ａの上下面に絶縁層１ｂが積層されている。
【００１７】
芯体１ａの上下面に積層された絶縁層１ｂは、それぞれの厚みが20〜50μｍ程度であり、各層の上面から下面にかけて直径が30〜100μｍ程度の複数のビア孔６を有している。これらの絶縁層１ｂは、配線導体２を高密度に配線するための絶縁間隔を提供するためのものであり、絶縁層１ｂにはその表面およびビア孔６内に配線導体２の一部が被着されている。そして、上層の配線導体２と下層の配線導体２とをビア孔６を介して電気的に接続することにより高密度配線を立体的に形成可能としている。
【００１８】
このような絶縁層１ｂは、厚みが20〜50μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂のフィルムを芯体１ａの上下面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザ加工によりビア孔６を穿孔し、さらにその上に同様にして次の絶縁層１ｂを順次積み重ねることによって形成される。なお、各絶縁層１ｂ表面およびビア孔６内に被着された配線導体２は、各絶縁層１ｂを形成する毎に各絶縁層１ｂの表面およびビア孔６内に5〜50μｍ程度の厚みの銅箔を公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法等のパターン形成法により所定のパターンに被着させることによって形成される。
【００１９】
さらに、最表層の絶縁層１ｂ上にはソルダーレジスト層10が被着されている。ソルダーレジスト層10は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂にシリカやタルク等の無機物粉末フィラーを30〜70質量％程度分散させた絶縁材料から成り、表層の配線導体２同士の電気的絶縁信頼性を高めるとともに、後述する半田接合パッド２ａ・２ｂの絶縁基板１への接合強度を大きなものとする作用をなす。
【００２０】
このようなソルダーレジスト層10は、その厚みが10〜50μｍ程度であり、感光性を有するソルダーレジスト層10用の未硬化樹脂ペーストをロールコーター法やスクリーン印刷法を採用して最表層の絶縁層１ｂ上に塗布し、これを乾燥させた後、露光および現像処理を行なって半田接合パッド２ａ・２ｂの中央部を露出させる開口部を形成した後、これを熱硬化させることによって形成される。あるいは、ソルダーレジスト層10用の未硬化の樹脂フィルムを最上層の絶縁層１ｂ上に貼着した後、これを熱硬化させ、しかる後、半田接合パッド２ａ・２ｂに対応する位置にレーザ光を照射し、硬化した樹脂フィルムを部分的に除去することによって半田接合パッド２ａ・２ｂを露出させる開口部を有するように形成される。
【００２１】
絶縁基体１の上面から下面にかけて形成された配線導体２は、半導体素子等の電子部品３の各電極を外部電気回路基板に接続するための導電路として機能し、絶縁基体１の上面に露出している部位が電子部品３の各電極に鉛−錫共晶合金から成る半田バンプ７を介して接続される電子部品接続用の半田接合パッド２ａを、絶縁基体１の下面に露出した部位が外部電気回路基板に鉛−錫共晶合金から成る半田バンプ８を介して接続される外部接続用の半田接合パッド２ｂを形成している。
【００２２】
そして、この配線基板においては、電子部品３を搭載するとともに電子部品接続用の半田接合パッド２ａに電子部品３の各電極を半田バンプ７を介して接続することによって電子装置となり、この電子装置における外部接続用の半田接合パッド２ｂを外部電気回路基板の配線導体に半田バンプ８を介して接続することにより本発明の電子装置が外部電気回路基板に実装されることとなる。
【００２３】
さらに、本発明の配線基板および電子装置においては、半田バンプ７は電子部品３を搭載する前に電子部品接続用の半田接合パッド２ａにあらかじめ接合されており、半田バンプ８は外部電気回路基板に実装する前に外部接続用の半田接合パッド２ｂにあらかじめ接合されている。それにより、電子部品接続用の半田接合パット２ａと電子部品３の電極との接続および外部接続用の半田接合パッド２ｂと外部電気回路基板の配線導体との接続の作業性が極めて良好なものとなっている。
【００２４】
なお、電子部品接続用の半田接合パッド２ａおよび外部接続用の半田接合パッド２ｂと半田バンプ７・８との間には銅−錫合金層９が介在している。
【００２５】
このような銅−錫合金層９を電子部品接続用の半田接合パッド２ａおよび外部接続用の半田接合パッド２ｂと半田バンプ７・８との間に介在させるには、銅から成る半田接合パッド２ａ・２ｂ上に厚みが0.01〜0.8μｍの無電解金めっき層を被着させておき、その上に半田を溶融させて付着させる方法が採用される。このとき、半田接合パッド２ａ・２ｂ上の無電解金めっき層は半田バンプ７・８中に拡散吸収されて消滅し、また、半田接合パッド２ａ・２ｂ中の銅と半田バンプ７・８中の錫とが反応して半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に銅−錫合金層９が形成される。
【００２６】
なお、無電解金めっきの前処理として、通常、銅に対する無電解めっき方法において採用される各種の処理、例えば、脱脂処理・ソフトエッチング・酸洗浄処理行なわれる。
【００２７】
脱脂方法については、特に限定はないが、例えば、酸性の脱脂液に浸漬する方法等を例示できる。また、ソフトエッチングについては、例えば、過硫酸ソーダ、過硫酸−硫酸混合液、過酸化水素水−硫酸混合液等に浸漬する方法等を例示できる。酸洗浄処理についても、特に限定はなく、例えば、塩酸、硫酸等の鉱酸水溶液に浸漬する方法を例示できる。
【００２８】
無電解金めっき層用の無電解金めっき液としては、シアン化金カリウム5ｇ／ｌ、クエン酸カリウム50ｇ／ｌ、エチレンジアミン４酢酸ナトリウム5ｇ／ｌから成るめっき液が用いられる。
【００２９】
なお、半田接合パッド２ａ・２ｂに被着される金めっき層の厚みが0.01μｍ未満であると、半田接合パッド２ａ・２ｂを良好に被覆することができずに、半田接合パッド２ａ・２ｂの表面に酸化をきたして半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との接合が弱いものとなる傾向にあり、他方0.8μｍを超えると、半田バンプ７・８中に金が多量に溶け込んでしまい、半田バンプ７・８が脆性化し、外部電気回路基板に実装して電子部品３を長期間にわたり作動させた際、電子部品３が作動時に発生する熱等による応力によって半田バンプ７・８に破断が発生する。従って、半田接合パッド２ａ・２ｂに被着される金めっき層の厚みは0.01〜0.8μｍの範囲が好ましい。
【００３０】
また、無電解金めっき層が被着された半田接合パッド２ａ・２ｂに半田を溶融させて付着させるには、例えば無電解金めっき層が被着された半田接合パッド２ａ・２ｂ上にＲＭＡ系のフラックスを塗布後、その上に半田ボールを搭載した後、それをピーク温度が220℃、Ｎ2雰囲気でリフローさせることにより、半田を溶融させる方法が採用される。
【００３１】
なお、半田バンプは、錫（Ｓｎ）を10〜100質量％含んでおり、錫の含有量が10質量％未満では、半田接合パッドと半田バンプとの間に銅−錫合金層を良好に形成することが困難と成る傾向があり、このような半田バンプの組成としては、Ｓｎ10質量％−Ｐｂ90質量％、Ｓｎ63質量％−Ｐｂ37質量％、Ｓｎ96.5質量％−Ａｇ３質量％−Ｃｕ0.5質量％等の合金があげられる。
【００３２】
そして本発明においては、半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に形成された銅−錫合金層９の厚みが0.5〜20μｍであり、そのことが重要である。このように半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に形成された銅−錫合金層９の厚みが0.5〜20μｍであることから、この厚みが0.5〜20μｍの銅−錫合金層９を介して半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８とが強固に接合され、半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に剥離が発生することがなく、搭載する半導体素子３を外部電気回路に長期間にわたり、正常に接続することができる。
【００３３】
なお、銅−錫合金層９の厚みが、0.5μｍ未満であると半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との銅−錫合金層９を介しての接合が弱いものとなり、半田接合パッド２ａ・２ｂと銅−錫合金層９との間で剥離が発生する危険性があり、他方、20μｍを超えると、強度的に脆くて弱い銅−錫合金層９の厚みが厚いために、銅−錫合金層９の内部で剥離が発生する危険性がある。従って、銅−錫合金層９の厚みは、0.5〜20μｍの範囲に特定される。
【００３４】
なお、半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に形成される銅−錫合金層９の厚みを0.5〜20μｍの範囲とするには、例えば、半田接合パッド２ａ・２ｂ上に厚みが10〜100μｍ程度の半田ペーストを印刷するとともにその半田ペーストを200〜250℃の温度でリフローさせて半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に厚みが0.2〜10μｍの銅−錫合金層９を有する半田層を形成し、さらにその上に半田ペーストを印刷したり半田ボールを搭載した後、これをリフローさせることにより銅−錫合金層９がさらに成長して半田接合パッド２ａ・２ｂと半田バンプ７・８との間に厚みが0.5〜20μｍの銅−錫合金層を形成することができる。
【００３５】
なお、本発明は、上述の実施の形態の一例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であれば種々の変更は可能であり、例えば上述の実施の形態の一例では、絶縁基体１はガラス織物に熱硬化性樹脂を含浸させた材料および熱硬化性樹脂から形成されていたが、絶縁基体１は、セラミックス材料等の他の絶縁材料から形成されていてもよく、また、配線導体２としては、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉末のメタライズ導体等の他の導電材料を使用することができる。
【００３６】
【実施例】
評価用基板としてガラス織物にエポキシ樹脂を含浸させて成る一辺が50ｍｍで厚みが1.1ｍｍの正方形状の芯体上にエポキシ樹脂から成る厚みが35μｍの絶縁層を２層ずつ積層するとともに、最上層の絶縁層上に厚みが18μｍの銅めっき層から成る直径が0.75ｍｍの略円形の試験パッドを格子状の配列に1.0ｍｍのピッチで2401個ずつ形成し、その上にアクリル変性エポキシ樹脂から成り試験パッド上の厚みが20μｍのソルダーレジスト層を、試験パッドと同心円状の直径が0.55ｍｍの開口を有するように被着させた評価用基板を準備した。
【００３７】
次に、この評価用基板のソルダーレジスト層の開口から露出した試験パッドの表面を酸性の脱脂処理（例えば、上村工業株式会社のACL009）を55℃の温度で５分行なった後、15％の過硫酸ソーダ水溶液から成るソフトエッチング液で８分程度ソフトエッチング処理し、さらに５％の硫酸溶液で常温で１分、酸洗浄処理した。その後、試験パッドの表面に無電解めっき法により厚みが0.05μｍの金めっき層を被着させるとともに、その試験パッド上に、ＲＭＡ系のフラックスを含有する鉛−錫共晶合金ペーストを30μｍの厚みに塗布後、150〜170℃の温度で120秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度が220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせて試験パッド上に半田層を形成し、次にその半田層上に鉛−錫共晶合金から成る体積が0.28ｍｍ3の半田ボールを搭載し、それを150〜170℃の温度で30秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせることにより、半田を溶融させて半田バンプを形成することにより試験パッドと半田バンプとの間に厚みが0.2〜0.4μｍの銅−錫合金層が形成された本発明による第一の評価用試料を得た。
【００３８】
また、上述と同様の評価用基板のソルダーレジスト層の開口から露出した試験パッドの表面を上述の場合と同様にして酸性脱脂処理およびソフトエッチングおよび酸洗浄処理を行なった後、その試験パッドの表面に厚みが0.05μｍの金めっき層を被着させるとともに、その試験パッド上に、ＲＭＡ系のフラックスを含有する鉛−錫共晶合金ペーストを30μｍの厚みに塗布後、150〜170℃の温度で120秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせて試験パッド上に半田層を形成し、次にその半田層上に鉛−錫共晶合金から成る体積が0.28ｍｍ3の半田ボールを搭載し、それを150〜170℃の温度で120秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせることにより、半田を溶融させて半田バンプを形成することにより試験パッドと半田バンプとの間の厚みが0.5〜0.8μｍの銅−錫合金層が形成された本発明による第二の評価用試料を得た。
【００３９】
また、上述と同様の評価用基板のソルダーレジスト層の開口から露出した試験パッドの表面を上述の場合と同様にして酸性脱脂処理およびソフトエッチングおよび酸洗浄処理を行なった後、その試験パッドの表面に厚みが0.05μｍの金めっき層を被着させるとともに、その試験パッド上に、ＲＭＡ系のフラックスを含有する鉛−錫共晶合金ペーストを30μｍの厚みに塗布後、150〜170℃の温度で120秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせて試験パッド上に半田層を形成し、次にその半田層上に鉛−錫共晶合金から成る体積が0.28ｍｍ3の半田ボールを搭載し、それを150〜170℃の温度で150秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度230℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせることにより、半田を溶融させて半田バンプを形成することにより試験パッドと半田バンプとの間の厚みが２〜５μｍの銅−錫合金層が形成された本発明による第三の評価用試料を得た。
【００４０】
また、上述と同様の評価用基板のソルダーレジスト層の開口から露出した試験パッドの表面を上述の場合と同様にして酸性脱脂処理およびソフトエッチングおよび酸洗浄処理を行なった後、その試験パッドの表面に厚みが0.05μｍの金めっき層を被着させるとともに、その試験パッド上に、ＲＭＡ系のフラックスを含有する鉛−錫共晶合金ペーストを30μｍの厚みに塗布後、150〜170℃の温度で120秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせて試験パッド上に半田層を形成し、次にその半田層上に鉛−錫共晶合金から成る体積が0.28ｍｍ3の半田ボールを搭載し、それを150〜170℃の温度で60秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度230℃で183℃以上の温度で、溶融時間が30秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせることにより、半田を溶融させて半田バンプを形成することにより試験パッドと半田バンプとの間の厚みが７〜10μｍの銅−錫合金層が形成された本発明による第四の評価用試料を得た。
【００４１】
さらに、上述と同様の評価用基板のソルダーレジスト層の開口から露出した試験パッドの表面を上述の場合と同様にして酸性脱脂処理およびソフトエッチングおよび酸洗浄処理を行なった後、その試験パッドの表面に厚みが0.05μｍの金めっき層を被着させるとともに、その試験パッド上に、ＲＭＡ系のフラックスを含有する鉛−錫共晶合金ペーストを30μｍの厚みに塗布後、150〜170℃の温度で120秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度220℃で183℃以上の温度で、溶融時間が120秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせて試験パッド上に半田層を形成し、次にその半田層上に鉛−錫共晶合金から成る体積が0.28ｍｍ3の半田ボールを搭載し、それを150〜170℃の温度で150秒間保持して予備加熱した後、ピーク温度240℃で183℃以上の温度で、溶融時間が150秒間、窒素ガス雰囲気中でリフローさせることにより、半田を溶融させて半田バンプを形成することにより試験パッドと半田バンプとの間に厚みが22〜31μｍの銅−錫合金層が形成された比較のための第五の評価用試料を得た。
【００４２】
なお、各評価試料における銅−錫合金層の厚みは、各評価用試料のうちの一個ずつを、クロスセクションして電子顕微鏡により半田接合パッドおよび半田バンプの断面を観察することにより確認した。
【００４３】
かくして得られた各評価用試料における半田ボール20個ずつについて、ボールシェア装置にて、ツール高さ50μｍ、ツール速度100μｍ／secの条件でボールシェアを行い、シェア強度の最低値と破断の状態を観察した。その結果を表１に示す。なお、表１において本発明による第一の評価用試料は試料番号２、本発明による第二の評価用試料は試料番号３、本発明による第三の評価用試料は試料番号４、比較のための第四の評価用試料は試料番号１、比較のための第五の評価用試料は試料番号５である。
【００４４】
【表１】
表１に示すように、本発明による評価用試料（試料番号２〜４）では、ボールシェア強度が57Ｎ／ｍｍ2以上であるとともに、全ての試験パッドにおいて、半田バンプ中で剥離が発生しており、試験用パッドと半田バンプとは極めて強固に接合していることが確認できた。他方、比較のための評価用試料（試料番号１、５）では、ボールシェア強度がいずれも45Ｎ／ｍｍ2以下であるとともに、殆どの試験パッドにおいて試験パッドと銅−錫合金との界面で剥離が発生しており、試験パッドと半田との接合強度が弱いことが確認できた。
【００４６】
かくして、本発明の配線基板および電子装置によれば、搭載する電子部品を外部電気回路に長期間にわたり正常に接続することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の配線基板および電子装置によれば、半田接合パッドと半田バンプとの間に、厚みが0.5〜20μｍの銅−錫合金層が形成されていることから、これを外部電気回路基板に実装して電子部品を長期間にわたり作動させたとしても、銅から成る半田接合パッドと半田バンプとが厚みが0.5〜20μｍの銅−錫合金層を介して強固に接合され、と半田接合パッド半田との間に剥離が発生するようなことはなく、したがって、搭載する電子部品を長期間にわたり正常に接続することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板および電子装置の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板および電子装置の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・絶縁基体
２・・・・・・・・・・・配線導体
２ａ，２ｂ・・・・・・・半田接合パッド
３・・・・・・・・・・・電子部品（半導体素子）
７，８・・・・・・・・・半田バンプ
９・・・・・・・・・・・銅−錫合金層
Claims (2)
- 内部に配線導体を有する絶縁基体上に、前記配線導体と電気的に接続された銅から成る半田接合パッドを設けるとともに該半田接合パッドに錫を含有する半田バンプを、前記半田接合パッドと前記半田バンプとの間に銅−錫合金層を介在させて接合して成る配線基板であって、前記銅−錫合金層は、その厚みが０．５〜２０μｍであることを特徴とする配線基板。
- 請求項１記載の配線基板に電子部品を搭載し、その電極を前記半田接合パッド上の前記半田バンプに接合させて成ることを特徴とする電子装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002375633A JP2004207534A (ja) | 2002-12-25 | 2002-12-25 | 配線基板およびこれを用いた電子装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002375633A JP2004207534A (ja) | 2002-12-25 | 2002-12-25 | 配線基板およびこれを用いた電子装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004207534A true JP2004207534A (ja) | 2004-07-22 |
Family
ID=32813294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002375633A Pending JP2004207534A (ja) | 2002-12-25 | 2002-12-25 | 配線基板およびこれを用いた電子装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004207534A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010109022A (ja) * | 2008-10-29 | 2010-05-13 | Mitsubishi Materials Corp | はんだバンプの形成方法 |
| JP2012019244A (ja) * | 2011-10-24 | 2012-01-26 | Fujitsu Ltd | 半導体装置、回路配線基板及び半導体装置の製造方法 |
| JP2012044123A (ja) * | 2010-08-23 | 2012-03-01 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 配線基板の製造方法 |
| US20190341908A1 (en) * | 2017-01-19 | 2019-11-07 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Electronic component |
-
2002
- 2002-12-25 JP JP2002375633A patent/JP2004207534A/ja active Pending
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