(57)【要約】【課題】  銅からなるランドと半田からなる接続部材とを接合した電子機器のランド構造において、ランドと接続部材との界面に形成される金属間化合物層に発生したクラックの進展をランドの途中で妨げることができるようにする。【解決手段】  ランド２３ａの上面中央部に形成されたニッケル−金めっき層２６と接続部材１１との界面には第１の金属間化合物層２７が形成されている。ランド２３ａの上面外周部と接続部材１１との界面には、組成が前記第１の金属間化合物層とは異なる第２の金属間化合物層２が形成されている。そして、第２の金属間化合物層２８にその外周部からクラックが発生し、このクラックが進展しても、第２の金属間化合物層２８とこの第２の金属間化合物層２８とは組成の異なる第１の金属間化合物層２７との境界でクラックの進展を妨げることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅からなるランドと半田からなる接続部材とを接合した電子機器のランド構造において、前記ランドの一面の一部と前記接続部材との界面に第１の金属間化合物層が形成され、前記ランドの一面の他部と前記接続部材との界面に組成が前記第１の金属間化合物層とは異なる第２の金属間化合物層が形成されていることを特徴とする電子機器のランド構造。
【請求項２】
前記第１の金属間化合物層は、前記ランドの一面の一部に設けられたニッケル−金めっき層と前記接続部材との界面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器のランド構造。
【請求項３】
前記第１の金属間化合物層は、前記ランドの一面の中央部と前記接続部材との界面に形成され、前記第２の金属間化合物層は、前記ランドの一面の外周部と前記接続部材との界面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器のランド構造。
【請求項４】
前記ランドは、回路基板上に設けられた配線の先端部からなり、前記接続部材は、前記回路基板上に実装される電子部品下に設けられたものからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子機器のランド構造。
【請求項５】
前記ランドは複数でマトリクス状に配置され、全ての前記ランドの上面の内側半分に前記第１の金属間化合物層が形成され、全ての前記ランドの上面の外側半分に前記第２の金属間化合物層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電子機器のランド構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電子機器のランド構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子機器のランド構造には、例えば特許文献１に記載のように、銅からなるランドと半田からなるボール状の接続部材とを接合したものがある。この場合、ＣＳＰ（chip size package）と呼ばれる半導体装置において、ランドと接続部材との接続信頼性を確保するため、ランドの上面の一部に銅からなる突起を設け、この突起を接続部材で覆っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８６３１６１号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、接続部材を形成するための半田の組成が錫−銀−銅の組成である場合には、銅からなるランドおよび突起と接続部材との界面に銅−錫の組成である金属間化合物層が形成される。一方、接続部材に繰り返し落下や曲げ等の機械的負荷が加わると、金属間化合物層にその外周部からクラックが発生することがある。このような場合、上記従来の電子機器では、ランドおよび突起と接続部材との界面に金属間化合物層が連続して形成されているため、金属間化合物層に発生したクラックがランドの全体に亘って進展してしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、金属間化合物層に発生したクラックの進展をランドの途中で妨げることができる電子機器のランド構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電子機器のランド構造は、銅からなるランドと半田からなる接続部材とを接合した電子機器のランド構造において、前記ランドの一面の一部と前記接続部材との界面に第１の金属間化合物層が形成され、前記ランドの一面の他部と前記接続部材との界面に組成が前記第１の金属間化合物層とは異なる第２の金属間化合物層が形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、金属間化合物層に発生したクラックの進展をランドの途中で妨げることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の一実施形態としてのランド構造を含む半導体装置の実装構造の要部の断面図。
【図２】図１に示す半導体装置の底面図。
【図３】図１に示す回路基板の一部の平面図。
【図４】図１に示す回路基板の製造に際し、当初準備したものの断面図。
【図５】図４に続く工程の断面図。
【図６】図５に続く工程の断面図。
【図７】図６に続く工程の断面図。
【図８】図７に示す回路基板上に半導体装置を実装する場合を説明するために示す断面図。
【図９】この発明の他の実施形態を説明するために示す回路基板一部の平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１はこの発明の一実施形態としてのランド構造を含む半導体装置の実装構造の要部の断面図を示す。半導体装置１は、一般的にはＣＳＰと呼ばれるものであり、平面方形状のシリコン基板２を備えている。シリコン基板２の下面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド３が設けられている。
【００１０】
接続パッド３の中央部を除くシリコン基板２の下面には酸化シリコン等からなるパッシベーション膜４が設けられ、接続パッド３の中央部はパッシベーション膜４に設けられた開口部５を介して露出されている。パッシベーション膜４の下面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜６が設けられている。パッシベーション膜４の開口部５に対応する部分における保護膜６には開口部７が設けられている。
【００１１】
保護膜６の下面には複数の配線８が設けられている。配線８は、保護膜６の下面に設けられた銅等からなる下地金属層９と、下地金属層９の下面に設けられた銅からなる上部金属層１０との２層構造となっている。配線８の一端部８ａは、パッシベーション膜４および保護膜６の開口部５、７を介して接続パッド３に接続されており、他端部はランド８ｂとなっており、その間は引き回し線部８ｃとなっている。
【００１２】
配線８のランド８ｂの中央部を除く配線８および保護膜６の下面にはソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜９が設けられ、配線８のランド８ｂの中央部はオーバーコート膜９に設けられた開口部１０を介して露出されている。オーバーコート膜９の開口部１０内およびその下方には半田からなるボール状の接続部材１１が配線８のランド８ｂに接続されて設けられている。ここで、図２は図１に示す半導体装置１の底面図を示す。配線８のランド８ｂおよび接続部材１１はマトリクス状に配置されている。
【００１３】
図１に戻って説明を続けると、回路基板２１は絶縁基板２２を備えている。絶縁基板２２の上面には銅箔等からなる複数の配線２３が設けられている。配線２３の先端部はランド２３ａとなっている。配線２３のランド２３ａおよびその周囲を除く配線２３および絶縁基板２２の上面にはソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜２４が設けられ、配線２３のランド２３ａおよびその周囲はオーバーコート膜２４に設けられた開口部２５を介して露出されている。
【００１４】
そして、半導体装置１は、その接続部材１１が回路基板２１の配線２３のランド２３ａの全表面に第１、第２の金属間化合物層２７、２８等を介して接合されていることにより、回路基板２１上にフェイスダウン方式で実装されている。この状態では、配線２３のランド２３ａの上面中央部にはニッケル−金めっき層２６が設けられ、ニッケル−金めっき層２６と接続部材１１との間には第１の金属間化合物層２７が形成されている。また、第１の金属間化合物層２７の周囲におけるランド２３ａの上面外周部およびランド２３ａの側面には第２の金属間化合物層２８が形成されている。第１、第２の金属間化合物層２７、２８の材料については後で説明する。
【００１５】
ここで、図３は図１に示す回路基板２１の一部の平面図を示す。オーバーコート膜２４の開口部２５および第１、第２の金属間化合物層２７、２８下のランド２３ａは、図２に示す接続部材１１の配置に対応して、マトリクス状に配置されている。また、ここで、図１に示すように、配線２３のランド２３ａおよびその周囲をオーバーコート膜２４で覆わずにオーバーコート膜２４の開口部２５を介して露出させているのは、半導体装置１の接続部材１１でランド２３ａの全表面を覆うことにより、接続部材１１とランド２３ａとの接合面積を大きくするためである。
【００１６】
次に、回路基板２１の製造方法の一例について説明する。まず、図４に示すものを準備する。この準備したものでは、絶縁基板２２の上面にランド２３ａを含む配線２３が形成され、配線２３のランド２３ａおよびその周囲を除く配線２３および絶縁基板２２の上面にはオーバーコート膜２４が形成され、配線２３のランド２３ａおよびその周囲はオーバーコート膜２４に形成された開口部２５を介して露出されている。
【００１７】
次に、図５に示すように、フォトリソグラフィ法により、オーバーコート膜２４の開口部２５を介して露出されたランド２３ａを含む配線２３および絶縁基板２２の上面およびオーバーコート膜２４の上面にレジスト膜３１を形成する。この場合、ランド２３ａの上面中央部に対応する部分におけるレジスト膜３１には開口部３２が形成されている。
【００１８】
次に、図６に示すように、ニッケルの無電解めっきおよび金の無電解めっきを連続して行うことにより、レジスト膜３１の開口部３２内におけるランド２３ａの上面にニッケル−金めっき層２６を形成する。次に、レジスト膜３１を剥離する。次に、レジスト膜３１を剥離した後の図６に示すものを、銅に対するキレート剤（ベンゾトリアゾール、イミダゾール等）水溶液に浸漬する。すると、図７に示すように、ニッケル−金めっき層２６の周囲におけるランド２３ａの上面外周部、ランド２３ａの側面およびオーバーコート膜２４の開口部２５を介して露出された配線２３の表面に水溶性プリフラックス処理層３３が形成される。この場合、ニッケル−金めっき層２６の表面には水溶性プリフラックス処理層は形成されない。
【００１９】
次に、図７に示す回路基板２１上に半導体装置１を実装する場合について説明する。まず、図８に示すように、半導体装置１の下面に形成された半田からなるボール状の接続部材１１を回路基板２１のニッケル−金めっき層２６上に位置合わせして配置する。次に、リフローを行うと、図１に示すように、半導体装置１は、その接続部材１１が回路基板２１の配線２３のランド２３ａの全表面に第１、第２の金属間化合物層２７、２８等を介して接合されることにより、回路基板２１上にフェイスダウン方式で実装される。
【００２０】
この場合、ニッケル−金めっき層２６と接続部材１１との界面に第１の金属間化合物層２７が形成される。また、水溶性プリフラックス処理層３３が蒸発して除去され、第１の金属間化合物層２７の周囲におけるランド２３ａの上面外周部およびランド２３ａの側面と接続部材１１との界面に第２の金属間化合物層２８が形成される。
【００２１】
接続部材１１を形成するための半田の組成が錫−銀−銅の組成である場合には、第１の金属間化合物層２７の組成はニッケル−錫および金−錫となる。第２の金属間化合物層２８の組成は銅−錫となる。なお、無電解めっきによりニッケルを析出させるための還元剤として次亜リン酸を用いる場合には、第１の金属間化合物層２７の組成はニッケル−リンとなることもある。
【００２２】
いずれにしても、第１の金属間化合物層２７の組成と第２の金属間化合物層２８の組成とは異なることになる。したがって、接続部材１１に繰り返し落下や曲げ等の機械的負荷が加わり、第２の金属間化合物層２８にその外周部からクラックが発生し、このクラックが進展しても、第２の金属間化合物層２８とこの第２の金属間化合物層２８とは組成の異なる第１の金属間化合物層２７との境界（つまりランド２３ａの途中）でクラックの進展が妨げることができる。この結果、破壊に至るまでの繰り返し負荷回数を増大することができ、ひいては接続信頼性を向上させることができる。
【００２３】
ここで、図７において、水溶性プリフラックス処理層３３を形成する幅は、特に限定されるものではないが、ランド２３ａの直径の１０〜２５％の範囲が好ましい。ニッケル−金めっき層２６の厚さも特に限定されるものではないが、一例として、ニッケルめっき厚さは１〜５μｍであり、金めっき厚さは０．０１〜０．１μｍである。なお、図１において、半導体装置１を実装した後に、半導体装置１と回路基板２１との間にアンダーフィル材を注入するようにしてもよい。
【００２４】
次に、図９はこの発明の他の実施形態における図７に示すような状態を説明するために示す回路基板２１の一部の平面図である。この場合、図示の都合上、ランド２３ａは６×６のマトリクス状に配置されているとする。最外周のランド２３ａのうち４隅のランド２３ａおよびその内周側のランド２３ａのうち４隅のランド２３ａでは、対角線上において上面の内側ほぼ半分にニッケル−金めっき層２６が形成され、対角線上において上面の外側ほぼ半分に水溶性プリフラックス処理層３３が形成されている。
【００２５】
最内周のランド２３ａでは、対角線上において上面の内側ほぼ半分にニッケル−金めっき層２６が形成され、対角線上において上面の外側ほぼ半分に水溶性プリフラックス処理層３３が形成されている。上記以外のランド２３ａでは、縦方向および横方向において上面の内側ほぼ半分にニッケル−金めっき層２６が形成され、縦方向および横方向において上面の外側ほぼ半分に水溶性プリフラックス処理層３３が形成されている。
【００２６】
すなわち、全てのランド２３ａの上面の内側ほぼ半分にはニッケル−金めっき層２６が形成され、全てのランド２３ａの上面の外側ほぼ半分には水溶性プリフラックス処理層３３が形成されている。したがって、この場合、全てのランド２３ａの上面の内側ほぼ半分には第１の金属間化合物層が形成され、全てのランド２３ａの上面の外側ほぼ半分には第２の金属間化合物層が形成されることになる。
【００２７】
一方、回路基板２１上に半導体装置１を実装した状態では、金属間化合物層に発生するクラックは半導体装置１の外周部側から発生する。ここで、第２の金属間化合物層は、第１の金属間化合物層と比較して、半田からなる接続部材との接合部の接続信頼性が良好である。したがって、全てのランド２３ａの上面の外側ほぼ半分に第２の金属間化合物層が形成され、全てのランド２３ａの上面の内側ほぼ半分に第１の金属間化合物層が形成されていると、接続信頼性をより一層向上させることができる。
【００２８】
なお、回路基板２１のランド２３ａの直径を半導体装置１のランド８ｂの直径と同じとし、半導体装置１のランド８ｂの場合と同様に、回路基板２１のランド２３ａの上面外周部をオーバーコート膜２４で覆うようにしてもよい。また、半導体装置１のランド８ｂの直径を回路基板２１のランド２３ａの直径と同じとし、回路基板２１のランド２３ａの場合と同様に、半導体装置１のランド８ｂおよびその周囲をオーバーコート膜９で覆わないようにしてもよい。さらに、回路基板２１上に実装されるものは半導体装置１以外の電子部品であってもよい。
【００２９】
以下、この発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００３０】
（付記１）
付記１の発明は、銅からなるランドと半田からなる接続部材とを接合した電子機器のランド構造において、前記ランドの一面の一部と前記接続部材との界面に第１の金属間化合物層が形成され、前記ランドの一面の他部と前記接続部材との界面に組成が前記第１の金属間化合物層とは異なる第２の金属間化合物層が形成されていることを特徴とする電子機器のランド構造である。
【００３１】
（付記２）
付記２の発明は、前記第１の金属間化合物層は、前記ランドの一面の一部に設けられたニッケル−金めっき層と前記接続部材との界面に形成されていることを特徴とする付記１に記載の電子機器のランド構造である。
【００３２】
（付記３）
付記３の発明は、前記第１の金属間化合物層は、前記ランドの一面の中央部と前記接続部材との界面に形成され、前記第２の金属間化合物層は、前記ランドの一面の外周部と前記接続部材との界面に形成されていることを特徴とする付記１または２に記載の電子機器のランド構造である。
【００３３】
（付記４）
付記４の発明は、前記ランドは、回路基板上に設けられた配線の先端部からなり、前記接続部材は、前記回路基板上に実装される電子部品下に設けられたものからなることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の電子機器のランド構造である。
【００３４】
（付記５）
付記５の発明は、前記ランドは複数でマトリクス状に配置され、全ての前記ランドの上面の内側半分に前記第１の金属間化合物層が形成され、全ての前記ランドの上面の外側半分に前記第２の金属間化合物層が形成されていることを特徴とする付記４に記載の電子機器のランド構造である。
【符号の説明】
【００３５】
１  半導体装置
８  配線
８ｂ  ランド
９  オーバーコート膜
１１  接続部材
２１  回路基板
２３  配線
２３ａ  ランド
２４  オーバーコート膜
２６  ニッケル−金めっき層
２７  第１の金属間化合物層
２８  第２の金属間化合物層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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