JP2005317729A - 接続端子、その接続端子を用いた半導体パッケージ及び半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱処理後の接続信頼性に優れた、接続端子とその接続端子を用いた半導体パッケージ及び半導体パッケージの製造方法を提供すること。
【解決手段】 配線導体の表面に無電解パラジウムめっき皮膜及び無電解金めっき被膜が順に形成され、その上にはんだボールが溶着された接続端子と、該配線導体を支持する基板と、半導体チップと、該半導体チップと該配線導体を接続する接続導体とから成る半導体パッケージ、及び半導体パッケージの製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接続端子とその接続端子を用いた半導体パッケージ及び半導体パッケージの製造方法に関する。

電子部品を搭載するプリント配線板や半導体を直接搭載する半導体搭載用基板は、近年高密度化が進んでおり、実装方法も高密度化に対応してきており、配線板のスルーホールに電子部品の端子ピンを挿入して、はんだで固定する実装方法から、配線板の表面層の端子にはんだで固定する表面実装方法に変わってきている。

また、表面実装用の電子部品でも、はんだ接続用のリード端子を平行した２列に形成したデュアルインラインパッケージ（以下、ＤＩＰという。）や、正方形のパッケージの４辺にリード端子を設けたクワッドフラットパッケージ（以下、ＱＦＰという。）から、パッケージの裏面に格子状に配列したはんだボールで接続するボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという。）になってきている。

このＢＧＡのはんだボールが接続した端子構造は、導体端子上にニッケルめっき皮膜、金めっき皮膜が順次形成されており、その上にはんだボールが接続されている。ここで使用されているはんだボールは、錫と鉛の割合が６：４である共晶はんだボールである。また、下地のニッケルの上に無電解パラジウムめっき皮膜、置換金めっき被膜、無電解金めっき被膜を順に形成するめっき方法は既に公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１４７８８４号公報

ところで、従来の共晶はんだボールが接続した端子構造では、はんだボールの接続後の熱処理によって、接続信頼性が著しく低下することがあるという課題がある。このはんだボールの接続不良には、はんだボールそのものが破壊する場合と、はんだボールとはんだボール接続用端子の界面が剥離する場合とがあり、はんだボールそのものが破壊する場合は、かなり大きい外力が加わらなければ起こらず、通常の使用状態での接続不良は、殆どが、はんだボールとはんだボール接続用端子の界面が剥離することによって起こっているという課題があった。また、特許文献１に記載されている様に、従来は下地ニッケルが一般的であり、上記課題の解決には至らなかった。
本発明は、下地ニッケルがなくても熱処理後の接続信頼性に優れた、接続端子とその接続端子を用いた半導体パッケージ及び半導体パッケージの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下のことを特徴とする。
（１）配線導体の表面に無電解パラジウムめっき皮膜及び無電解金めっき被膜が順に形成され、その上にはんだボールが溶着された接続端子。
（２）無電解パラジウムめっき皮膜が、９０重量％以上の純度のパラジウムから成る（１）に記載の接続端子。
（３）配線導体の表面に無電解パラジウムめっき皮膜及び無電解金めっき被膜が順に形成され、その上にはんだボールが溶着された接続端子と、該配線導体を支持する基板と、半導体チップと、該半導体チップと該配線導体を接続する接続導体とから成る半導体パッケージ。
（４）無電解パラジウムめっき皮膜が、９０重量％以上の純度のパラジウムから成る（３）に記載の半導体パッケージ。
（５）基板の表面に配線導体を形成する工程と、該配線導体の表面に無電解パラジウムめっき皮膜及び無電解金めっき被膜を順に形成し、その上にはんだボールを溶着し接続端子を形成する工程と、該接続端子のはんだボールの上に半導体チップを搭載する工程と、半導体チップと配線導体を接続する接続導体を形成する工程とを含んで成る半導体パッケージの製造方法。

以上説明したとおり、本発明によって、熱処理後の接続信頼性に優れた、接続端子とその接続端子を用いた半導体パッケージ並びに半導体パッケージの製造方法を提供することができる。

本発明のはんだボールが接続した端子構造は、配線導体の端子上に、無電解パラジウムめっき皮膜、無電解金めっき皮膜が順に形成されており、その上にはんだボールが接続している構造であることを特徴とする。

配線導体としては、銅、銀、金、タングステン、アルミニウム、これら各々の合金等から成る群から選ばれる少なくとも１種類以上のものを材料として用いることができる。それらの中でも、工業上、価格上の点で銅がより好ましい。

無電解パラジウムめっきは、めっき液中のパラジウムイオンを還元剤の働きによってニッケル表面にパラジウムを析出させたものであり、還元剤に蟻酸化合物を使用すると無電解パラジウムめっき皮膜の純度が９９重量％以上になるので、接続の信頼性が高く好ましく、また、還元剤に燐含有化合物、ホウ素含有化合物を使用するとめっき皮膜がパラジウム−燐、パラジウム−ホウ素合金になり、パラジウムの純度が９０重量％以上になるが、はんだボール接続信頼性は問題ない。このパラジウムの純度は、９０重量％以上の純度のパラジウムであれば良い。この無電解パラジウムめっき皮膜の膜厚は、５μｍ以下であることが好ましく、０．０１〜０．３μｍであることがより好ましい。１μｍを越えると、効果がそれ以上に向上せず、経済的でないので好ましくない。下限値は特に存在しないが、広く一般に用いられる蛍光X線測定法の測定限界が０．０１μｍであることを考慮すると、実用上は０．０１μｍ以上であることが好ましい。

無電解金めっきのうち、置換型無電解金めっきは、下地のニッケルと溶液中の金イオンとの置換反応によってニッケル表面に金皮膜を形成するものであり、めっき液には、シアン化合物を含むものと含まないものがあるが、いずれのめっき液でも使用できる。さらに必要に応じ還元型の無電解金めっき皮膜を形成してもよい。この無電解金めっき皮膜は、９９重量％以上の純度の金であることが好ましく、９９重量％未満であれば、接続の信頼性が低下する場合もある。さらに、この無電解金めっき皮膜の純度は、９９．５重量％以上であることがより好ましい。無電解めっき皮膜の膜厚は、０．００５〜３μｍであることが好ましく、０．００５μｍ未満では、めっきの効果がなく接続の信頼性が向上せず、３μｍを越えると、効果がそれ以上に向上せず、経済的でないので好ましくない。さらには、この無電解金めっき皮膜の厚さは、０．００５〜０．５μｍの範囲であることがより好ましい。

はんだボール接続用端子の素材には、銅、タングステン、モリブデン、これらの合金等から成る群から選ばれる少なくとも１種類以上のものを材料として用いることができる。鉛を含まないはんだボール接続用端子の下地である基材の種類は、セラミック、半導体、樹脂基板等で、この樹脂基板には、フェノール、エポキシ、ポリイミド等のものが使用でき、さらに、剛性の強い板状の基材、柔軟なフレキシブルな基材のいずれも用いることができる。この鉛を含まないはんだボールが接続した端子構造を有する半導体搭載用基板には、ＣＳＰ、ＢＧＡ、ＭＣＭ、配線板、および半導体チップの他、はんだバンプを有するＣＳＰ、ＢＧＡ、ＭＣＭ、配線板、および半導体チップがある。

以下、本発明の好適な実施例について説明する。
実施例１

銅張り積層板であるＭＣＬ−Ｅ−６７（日立化成工業株式会社製、商品名）に孔をあけ、スルーホールめっきを行ない、エッチングレジストを形成し、不要な銅をエッチング除去し、不要な箇所にめっきを析出させないように、ソルダーレジストを兼ねためっきレジストを形成した後、以下の工程によりはんだボール接続用端子を形成した。
工程１：（前処理）
上記基板を、脱脂液Ｚ−２００（株式会社ワールドメタル製、商品名）に、５０℃で３分間浸漬し、２分間水洗し、その後、１００ｇ／ｌの過硫酸アンモニウム溶液に１分間浸漬し、２分間水洗し、１０％の硫酸で１分間浸漬し、２分間水洗する。
工程２：（活性化）
続いて、めっき活性化処理液であるICPアクセラ（奥野製薬工業株式会社製、商品名）に、２５℃で３分間、浸漬処理し、２分間水洗する。
工程3：（無電解パラジウムめっき）
続いて、無電解パラジウムめっき液であるプレシアPDS（奥野製薬工業株式会社製、商品名）に、５０℃で２０分間、浸漬処理する。
工程4：（金めっき）
続いて、金めっき液であるIM-GOLD（日本高純度化学製、商品名）に、８５℃で１５分間、浸漬処理する。
上記方法で作製した半導体搭載用基板のはんだボール接続用端子に、６０重量％錫と４０重量％の共晶はんだボールをリフロー炉で接続させた。
比較例１

銅張り積層板であるＭＣＬ−Ｅ−６７（日立化成工業株式会社製、商品名）に孔をあけ、スルーホールめっきを行ない、エッチングレジストを形成し、不要な銅をエッチング除去し、不要な箇所にめっきを析出させないように、ソルダーレジストを兼ねためっきレジストを形成した後、以下の工程によりはんだボール接続用端子を形成した。
工程１：（前処理）
上記基板を、脱脂液Ｚ−２００（株式会社ワールドメタル製、商品名）に、５０℃で３分間浸漬し、２分間水洗し、その後、１００ｇ／ｌの過硫酸アンモニウム溶液に１分間浸漬し、２分間水洗し、１０％の硫酸で１分間浸漬し、２分間水洗する。
工程２：（活性化）
続いて、めっき活性化処理液であるICPアクセラ（奥野製薬工業株式会社製、商品名）に、２５℃で３分間、浸漬処理し、２分間水洗する。
工程3：（無電解ニッケルめっき）
続いて、無電解ニッケルめっき液であるICPニコロンU（奥野製薬工業株式会社製、商品名）に、８５℃で２０分間、浸漬処理する。
工程4：（金めっき）
続いて、金めっき液であるIM−GOLD（日本高純度化学製、商品名）に、８５℃で１０分間、浸漬処理する。
上記方法で作製した半導体搭載用基板のはんだボール接続用端子に、６０重量％錫と４０重量％の共晶はんだボールをリフロー炉で接続させた。
比較例２

銅張り積層板であるＭＣＬ−Ｅ−６７（日立化成工業株式会社製、商品名）に孔をあけ、スルーホールめっきを行ない、エッチングレジストを形成し、不要な銅をエッチング除去し、不要な箇所にめっきを析出させないように、ソルダーレジストを兼ねためっきレジストを形成した後、以下の工程によりはんだボール接続用端子を形成した。
工程１：（前処理）
上記基板を、脱脂液Ｚ−２００（株式会社ワールドメタル製、商品名）に、５０℃で３分間浸漬し、２分間水洗し、その後、１００ｇ／ｌの過硫酸アンモニウム溶液に１分間浸漬し、２分間水洗し、１０％の硫酸で１分間浸漬し、２分間水洗する。
工程2：（金めっき）
続いて、金めっき液であるIM-GOLD（日本高純度化学株式会社製、商品名）に、８５℃で１０分間、浸漬処理する。
上記方法で作製した半導体搭載用基板のはんだボール接続用端子に、６０重量％錫と４０重量％の共晶はんだボールをリフロー炉で接続させた。

実施例１と比較例１、２で作製した、はんだボールが接続したＢＧＡを１５０℃、１００時間の熱処理を行った後、はんだボールのシェア（引き剥がし）試験を行った。
（シェア試験）図１に示すように、製作した半導体パッケージ基板を固定し、はんだボールに水平にシェア試験機のシェアツールを当て、約３００μｍ／分の速度で、はんだボールが破壊するかあるいはボールパッドからはんだボールが剥がれるまで力を加える。この速度は、はんだボールのはんだが柔らかく変形を起こしやすいことから、変形をする前に剪断破壊するかあるいはボールパッドから剥がれる程度の速度としてこの速度を選定した。この速度よりも早ければ、はんだボールが剪断破壊するかあるいはボールパッドから剥がれるかの判断は十分に行えるものである。

この結果、実施例１のサンプルでは、全てのはんだボールが、ボール内での剪断による破壊まで耐えることができたが、比較例１のはんだボールは、約９０％の端子において、無電解ニッケルめっきとはんだボールの界面で破壊が発生し、熱処理後の接続信頼性が不良であった。また比較例２のサンプルはめっき後の乾燥にて端子が著しく変色していたためはんだボールシェア試験は行わなかった。

本発明の効果を確認するための試験方法を示す断面図である。 本発明の半導体パッケージの断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 配線導体
３ 無電解パラジウムめっき被膜
４ 無電解金めっき被膜
５ はんだボール
６ めっきレジスト
７ シェア試験機のシェアツール
８ 接続端子
９ 半導体チップ
１０ ダイアタッチ
１１ ワイヤボンディング
１２ 封止材
１３ 配線導体
１４ 接続導体

Claims (5)

1. 配線導体の表面に無電解パラジウムめっき皮膜及び無電解金めっき被膜が順に形成され、その上にはんだボールが溶着された接続端子。
2. 無電解パラジウムめっき皮膜が、９０重量％以上の純度のパラジウムから成る請求項１に記載の接続端子。
3. 配線導体の表面に無電解パラジウムめっき皮膜及び無電解金めっき被膜が順に形成され、その上にはんだボールが溶着された接続端子と、該配線導体を支持する基板と、半導体チップと、該半導体チップと該配線導体を接続する接続導体とから成る半導体パッケージ。
4. 無電解パラジウムめっき皮膜が、９０重量％以上の純度のパラジウムから成る請求項3に記載の半導体パッケージ。
5. 基板の表面に配線導体を形成する工程と、該配線導体の表面に無電解パラジウムめっき皮膜及び無電解金めっき被膜を順に形成し、その上にはんだボールを溶着し接続端子を形成する工程と、該接続端子のはんだボールの上に半導体チップを搭載する工程と、半導体チップと配線導体を接続する接続導体を形成する工程とを含んで成る半導体パッケージの製造方法。
   
   

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