(57)【要約】【課題】金属間化合物が発生せず、金属間化合物によるクラックなどを予め防止することができ、これにより、半導体パッケージの信頼性を向上することができる半田ボールおよびこれを用いた印刷回路基板、並びに半導体パッケージを提供する。【解決手段】本発明のはんだボール１３０は、アルミニウム（Ａｌ）材質からなるコア用第１金属層１３１と、コア用第１金属層１３１上に形成されたスズ（Ｓｎ）材質からなる第２金属層１３３と、を含むものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム（Ａｌ）材質からなるコア用第１金属層と、
前記コア用第１金属層上に形成されたスズ（Ｓｎ）材質からなる第２金属層と、を含むはんだボール。
【請求項２】
前記コア用第１金属層は、アトマイジング法により形成される請求項１に記載のはんだボール。
【請求項３】
前記第２金属層は、めっき法により形成される請求項１に記載のはんだボール。
【請求項４】
ベース基板と、
前記ベース基板上に形成された半田ボールパッドと、
前記半田ボールパッドを露出させる開口部を備えるソルダレジスト層と、
前記開口部に形成され、アルミニウム（Ａｌ）材質からなるコア用第１金属層および前記コア用第１金属層上に形成されたスズ（Ｓｎ）材質からなる第２金属層を備える半田ボールと、を含む印刷回路基板。
【請求項５】
前記コア用第１金属層は、アトマイジング法により形成される請求項４に記載の印刷回路基板。
【請求項６】
前記第２金属層は、めっき法により形成される請求項４に記載の印刷回路基板。
【請求項７】
印刷回路基板と、
前記印刷回路基板の上部に離隔して形成された半導体素子と、
前記印刷回路基板と前記半導体素子との間に形成され、アルミニウム（Ａｌ）材質からなるコア用第１金属層および前記コア用第１金属層上に形成されたスズ（Ｓｎ）材質からなる第２金属層を備える半田ボールと、を含む半導体パッケージ。
【請求項８】
前記印刷回路基板は、
ベース基板と、
前記ベース基板上に形成された半田ボールパッドと、
前記半田ボールパッドを露出させる開口部を備えるソルダレジスト層と、を含む請求項７に記載の半導体パッケージ。
【請求項９】
前記半導体素子は、
ベース基板と、
前記ベース基板上に形成されたバンプ下地金属パッド（Ｕｎｄｅｒ  Ｂｕｍｐ  Ｍｅｔａｌ  Ｐａｄ）と、
前記ベース基板上に形成され、前記バンプ下地金属パッドを露出させる開口部を備える不活性化層（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）と、を含む請求項７に記載の半導体パッケージ。
【請求項１０】
前記コア用第１金属層は、アトマイジング法により形成される請求項７に記載の半導体パッケージ。
【請求項１１】
前記第２金属層は、めっき法により形成される請求項７に記載の半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田ボールおよびこれを用いた印刷回路基板、並びに半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１をはじめ様々な形態の半導体パッケージが、次第に超高密度化および小型化するにつれて、バンプ形成工程においてもまた、新パラダイムの技術が要求されてきた。
【０００３】
従来の半導体用フリップチップ基板のバンプ形成工程には、半田ペーストを用いた印刷法が主に使用された。既存の印刷法には、小さい金属粉末と有機物を含むフラックスが混合したペースト形態を有する材質を適用した。
【０００４】
一方、微細なバンプピッチが要求されるに伴い既存の技術は、印刷時にフラックス滲みによってバンプブリッジ（Ｂｕｍｐ  Ｂｒｉｄｇｅ）が発生する技術的限界により、顧客が要求する仕様を満たすことができず、廃棄されることがますます増加している。
【０００５】
このような問題点を改善するために開発された新規の方法が、マイクロボール搭載法（Ｍｉｃｒｏ−ｂａｌｌ  Ｍｏｕｎｔｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ）である。
【０００６】
基本的に、ボール搭載前に行われるフラックスプリンティング（Ｆｌｕｘ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）工程を追加することで、従来より工程リードタイムは増加するが、微細なバンプピッチに対応し、且つ均一なサイズのマイクロボールを使用することにより、均一な高さのバンプを生産できるという利点を有している。
【０００７】
しかし、上述のマイクロボールは、様々な材料が結合した合金からなることで各金属の間に反応が起こり、金属間化合物（ＩＭＣ：Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）が形成される。
【０００８】
上述の金属間化合物により、半導体パッケージ内で熱的ストレスまたは機械的ストレスが生じうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２１６３１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、金属間化合物が発生しない材質からなる多層半田ボールにより熱的ストレスまたは機械的ストレスを除去できる半田ボールおよびこれを用いた印刷回路基板、並びに半導体パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施例による半田ボールは、アルミニウム（Ａｌ）材質からなるコア用第１金属層と、前記コア用第１金属層上に形成されたスズ（Ｓｎ）材質からなる第２金属層と、を含むものである。
【００１２】
本発明の実施例による半田ボールのコア用第１金属層は、アトマイジング法により形成されることができる。
【００１３】
本発明の実施例による半田ボールの第２金属層は、めっき法により形成されることができる。
【００１４】
本発明の他の実施例による印刷回路基板は、ベース基板と、前記ベース基板上に形成された半田ボールパッドと、前記半田ボールパッドを露出させる開口部を備えるソルダレジスト層と、前記開口部に形成され、アルミニウム（Ａｌ）材質からなるコア用第１金属層および前記コア用第１金属層上に形成されたスズ（Ｓｎ）材質からなる第２金属層を備える半田ボールと、を含むものである。
【００１５】
本発明の他の実施例による印刷回路基板のコア用第１金属層は、アトマイジング法により形成されることができる。
【００１６】
本発明の他の実施例による印刷回路基板の第２金属層は、めっき法により形成されることができる。
【００１７】
本発明のさらに他の実施例による半導体パッケージは、印刷回路基板と、前記印刷回路基板の上部に離隔して形成された半導体素子と、前記印刷回路基板と前記半導体素子との間に形成され、アルミニウム（Ａｌ）材質からなるコア用第１金属層および前記コア用第１金属層上に形成されたスズ（Ｓｎ）材質からなる第２金属層を備える半田ボールと、を含むものである。
【００１８】
本発明のさらに他の実施例による半導体パッケージの印刷回路基板は、ベース基板と、前記ベース基板上に形成された半田ボールパッドと、前記半田ボールパッドを露出させる開口部を備えるソルダレジスト層と、を含むことができる。
【００１９】
本発明のさらに他の実施例による半導体パッケージの半導体素子は、ベース基板と、前記ベース基板上に形成されたバンプ下地金属パッド（Ｕｎｄｅｒ  Ｂｕｍｐ  Ｍｅｔａｌ  Ｐａｄ）と、前記ベース基板上に形成され、前記バンプ下地金属パッドを露出させる開口部を備える不活性化層（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）と、を含むことができる。
【００２０】
本発明のさらに他の実施例による半導体パッケージのコア用第１金属層は、アトマイジング法により形成されることができる。
【００２１】
本発明のさらに他の実施例による半導体パッケージの第２金属層は、めっき法により形成されることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の実施例による半田ボールおよびこれを用いた印刷回路基板、並びに半導体パッケージによれば、アルミニウム材質のコア層と、コア層上に形成されたスズ材質のメタル層とで半田ボールを形成することにより、半田ボールで金属間化合物が発生せず、金属間化合物によるクラックなどを予め防止することができ、これにより、半導体パッケージの信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例による半田ボールの構成を示す断面図である。
【図２】図１の半田ボールが適用された印刷回路基板の断面図である。
【図３】図１の半田ボールが適用された半導体パッケージの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「一面」、「他面」、「第１」、「第２」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００２６】
（半田ボール）
図１は、本発明の実施例による半田ボールの構成を示す断面図である。
【００２７】
図１に示したように、半田ボール１３０は、アルミニウム（Ａｌ）材質からなるコア用第１金属層１３１と、コア用第１金属層１３１上に形成されたスズ（Ｓｎ）材質からなる第２金属層１３３と、を含むものである。
【００２８】
前記半田ボール１３０は、外部接続端子として接続パッド上に形成され、半導体素子または外部部品と内層回路とを電気的に接続させる役割を行う。
【００２９】
この際、コア用第１金属層１３１は、アトマイジング法により形成されてもよく、これに限定されない。
【００３０】
また、第２金属層１３３は、めっき法により形成されてもよく、これに限定されない。
【００３１】
前記第２金属層１３３は、リフロー温度で溶解される低融点金属であるスズ（Ｓｎ）材質からなってもよい。
【００３２】
また、コア用第１金属層１３１は、リフロー温度でも溶解しない高融点の軟性を有するアルミニウム材質からなってもよい。
【００３３】
この際、アルミニウム（Ａｌ）の電気伝導度特性は、０．３７７μｓ／ｃｍで、亜鉛（Ｚｎ）の電気伝導度特性である０．１６６μｓ／ｃｍより優れており、アルミニウム（Ａｌ）の熱的特性は、６６０℃で、亜鉛（Ｚｎ）の熱的特性である４２０℃より優れている。
【００３４】
すなわち、アルミニウム材質のコア用第１金属層１３１は、リフロー温度で変形することなく保持され、且つ電気伝導度にもまた優れている。
【００３５】
また、軟性のアルミニウムとスズとの間に金属間化合物（ＩＭＣ:Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）が発生しないため、これにより形成された半田ボール１３０は、薄板製品に適用されても基板の歪みによるパッケージ変位を有効に制御できるという効果を期待することができる。
【００３６】
（印刷回路基板）
図２は、図１の半田ボールが適用された印刷回路基板の断面図である。
【００３７】
図２に示したように、印刷回路基板１１０は、ベース基板１１１と、ベース基板１１１上に形成された半田ボールパッド１１５と、前記半田ボールパッド１１５を露出させる開口部を備えるソルダレジスト層１１３と、開口部に形成され、アルミニウム（Ａｌ）材質からなるコア用第１金属層１３１および前記コア用第１金属層１３１上に形成されたスズ（Ｓｎ）材質からなる第２金属層１３３を備える半田ボール１３０と、を含むものである。
【００３８】
前記ベース基板１１１は、印刷回路基板の分野において、コア基板として適用される通常の絶縁層であるか、または絶縁層に１層以上の接続パッドを含む回路が形成された印刷回路基板であってもよい。
【００３９】
前記絶縁層としては、樹脂絶縁層が使用されてもよい。前記樹脂絶縁層としては、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂、ポリイミドのような熱可塑性樹脂、またはこれらにガラス繊維または無機フィラーのような補強材が含浸した樹脂、例えば、プリプレグが使用されてもよく、また、熱硬化性樹脂および／または光硬化性樹脂などが使用されてもよく、特にこれに限定されるものではない。
【００４０】
前記半田ボールパッド１１５を含む回路は、回路基板の分野において、回路用伝導性金属として使用されるものであれば制限なく適用可能であり、印刷回路基板では銅を使用することが一般的である。
【００４１】
また、ソルダレジスト層１１３は、最外層回路を保護する保護層の機能を果たし、電気的絶縁のために形成されるものであって、最外層の半田ボールパッド１１５を露出させるために開口部が形成される。
【００４２】
前記ソルダレジスト層１１３は、当業界に公知の通り、例えば、ソルダレジストインク、ソルダレジストフィルムまたはカプセル化剤などからなってもよく、特にこれに限定されるものではない。
【００４３】
前記露出した半田ボールパッドには、必要に応じて、表面処理層（図示せず）がさらに形成されてもよい。
前記表面処理層は、当業界において公知のものであれば特に限定されず、例えば、電解金めっき（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｇｏｌｄ  Ｐｌａｔｉｎｇ）、無電解金めっき（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｇｏｌｄ  Ｐｌａｔｉｎｇ）、ＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ  Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ）または無電解スズめっき（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｔｉｎ  Ｐｌａｔｉｎｇ）、無電解銀めっき（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｓｉｌｖｅｒ  Ｐｌａｔｉｎｇ）、ＥＮＩＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ  Ｎｉｃｋｅｌ  ａｎｄ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｇｏｌｄ；無電解ニッケルめっき／置換金めっき）、ＤＩＧめっき（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｇｏｌｄ  Ｐｌａｔｉｎｇ）、ＨＡＳＬ（Ｈｏｔ  Ａｉｒ  ｓｏｌｄｅｒ  Ｌｅｖｅｌｉｎｇ）などによって形成されてもよい。
【００４４】
前記半田ボール１３０のコア用第１金属層１３１は、アトマイジング法により形成されてもよく、これに限定されない。
【００４５】
また、半田ボール１３０の第２金属層１３３は、めっき法により形成されてもよく、これに限定されない。
【００４６】
（半導体パッケージ）
図３は、図１の半田ボールが適用された半導体パッケージの断面図である。
【００４７】
図３に示したように、半導体パッケージ１００は、印刷回路基板１１０と、印刷回路基板１１０の上部に離隔して形成された半導体素子１２０と、印刷回路基板１１０と半導体素子１２０との間に形成され、アルミニウム（Ａｌ）材質からなるコア用第１金属層１３１およびコア用第１金属層１３１上に形成されたスズ（Ｓｎ）材質からなる第２金属層１３３を備える半田ボール１３０と、を含むものである。
【００４８】
前記印刷回路基板１１０は、ベース基板１１１と、ベース基板１１１上に形成された半田ボールパッド１１５と、半田ボールパッド１１５を露出させる開口部を備えるソルダレジスト層１１３と、を含むものである。
【００４９】
前記ベース基板１１１は、印刷回路基板の分野において、コア基板として適用される通常の絶縁層であるか、または絶縁層に１層以上の接続パッドを含む回路が形成された印刷回路基板であってもよい。
【００５０】
前記絶縁層としては、樹脂絶縁層が使用されてもよい。前記樹脂絶縁層としては、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂、ポリイミドのような熱可塑性樹脂、またはこれらにガラス繊維または無機フィラーのような補強材が含浸した樹脂、例えば、プリプレグが使用されてもよく、また、熱硬化性樹脂および／または光硬化性樹脂などが使用されてもよく、特にこれに限定されるものではない。
【００５１】
前記半田ボールパッド１１５を含む回路は、回路基板の分野において、回路用伝導性金属として使用されるものであれば制限なく適用可能であり、印刷回路基板では銅を使用することが一般的である。
【００５２】
また、ソルダレジスト層１１３は、最外層回路を保護する保護層の機能を果たし、電気的絶縁のために形成されるものであって、最外層の半田ボールパッド１１５を露出させるために開口部が形成される。
【００５３】
前記ソルダレジスト層１１３は、当業界に公知の通り、例えば、ソルダレジストインク、ソルダレジストフィルムまたはカプセル化剤などからなってもよく、特にこれに限定されるものではない。
【００５４】
前記露出した接続パッドには、必要に応じて、表面処理層（図示せず）がさらに形成されてもよい。
【００５５】
前記表面処理層は、当業界において公知のものであれば特に限定されず、例えば、電解金めっき（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｇｏｌｄ  Ｐｌａｔｉｎｇ）、無電解金めっき（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｇｏｌｄ  Ｐｌａｔｉｎｇ）、ＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ  Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ）または無電解スズめっき（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｔｉｎ  Ｐｌａｔｉｎｇ）、無電解銀めっき（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｓｉｌｖｅｒ  Ｐｌａｔｉｎｇ）、ＥＮＩＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ  Ｎｉｃｋｅｌ  ａｎｄ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｇｏｌｄ；無電解ニッケルめっき／置換金めっき）、ＤＩＧめっき（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｇｏｌｄ  Ｐｌａｔｉｎｇ）、ＨＡＳＬ（Ｈｏｔ  Ａｉｒ  Ｓｏｌｄｅｒ  Ｌｅｖｅｌｉｎｇ）などによって形成されてもよい。
【００５６】
前記半導体素子１２０は、ベース基板１２１と、ベース基板１２１上に形成されたバンプ下地金属パッド（Ｕｎｄｅｒ  Ｂｕｍｐ  Ｍｅｔａｌ  Ｐａｄ）１２５と、ベース基板１２１上に形成され、バンプ下地金属パッド１２５を露出させる開口部を備える不活性化層（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）１２３と、を含むものである。
【００５７】
この際、参照番号１２１は、半導体素子側のベース基板を指し、参照番号１１１は、印刷回路基板側のベース基板を指すものと定義する。
【００５８】
前記半田ボール１３０のコア用第１金属層１３１は、アトマイジング法により形成されてもよく、これに限定されない。
【００５９】
また、半田ボール１３０の第２金属層１３３は、めっき法により形成されてもよく、これに限定されない。
【００６０】
半導体素子（例えば、Ｓｉ  Ｄｉｅ）１２０は、誘電率損失を低減するためにローＫ（Ｌｏｗ  Ｋ）を使用し、Ｓｉ層間誘電率を高めるために、多孔性Ｓｉまたはエア（Ａｉｒ）を充填する構造を有するが、半導体素子と基板とを組み立てる際または素子作動の際、相対的にストレスに脆い半導体素子側にクラックが生じる場合がしばしばある。
【００６１】
しかし、本発明の実施例による半田ボール１３０は、軟性のアルミニウム材質のコア用第１金属層１３１と、コア用第１金属層１３１上に形成されたスズ材質の第２金属層１３３とで形成されるため、半田ボール１３０の内部で金属間化学物が発生せず、且つコア用第１金属層１３１の軟性特性およびリフロー温度に耐える特性を有し、これにより、半導体素子１２０側に生じる熱的ストレスまたは機械的ストレスを緩和することができる。
【００６２】
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
【００６３】
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、半田ボールおよびこれを用いた印刷回路基板、並びに半導体パッケージに適用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１００  半導体パッケージ
１１０  印刷回路基板
１１１、１２１  ベース基板
１１３  ソルダレジスト層
１１５  半田ボールパッド
１２０  半導体素子
１２３  不活性化層
１２５  バンプ下地金属パッド
１３０  半田ボール
１３１  コア用第１金属層
１３３  第２金属層
【図１】
2014103382.tif 000003
【図２】
2014103382.tif 000004
【図３】
2014103382.tif 000005