(57)【要約】    【課題】  金スタッドバンプを用い半田バンプとのリフローの際にカーケンダルボイドの発生しないフリップチップ接続用基板を提供する。    【解決手段】  プリント配線板１０では、スズから成る半田バンプ１４の表面に、金スタッドバンプ２４を構成する金よりも拡散速度の遅いパラジューム膜１６が被覆されている。このため、リフローの際に、パラジュームにより金スタッドバンプの金が半田バンプのスズ中に拡散する速度を低下させ、カーケンダルボイドが発生しない。これにより、カーケンダルボイドによる内部クラックの発生を抑え、半導体チップ２０の発熱時における内部クラックの拡大による抵抗値の上昇、内部クラック内の空気の熱膨張による接続信頼性の低下を防ぐことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と、
前記絶縁層の表面に形成され、Ａｕバンプを有する電子部品を搭載するためのパッドと、前記パッド上に形成され、前記パッドと前記Ａｕバンプとを接続するための半田バンプと、
前記半田バンプの表面に形成されている金属膜と、からなる電子部品搭載用基板であって、
前記金属膜は前記半田バンプの主成分とは異なる金属からなる電子部品搭載用基板。
【請求項２】
前記半田バンプはＳｎ系の半田バンプであって、前記金属膜は前記半田バンプの主成分のＳｎとは異なる金属からなる請求項１に記載の電子部品搭載用基板。
【請求項３】
前記金属膜の金属と前記半田バンプの主成分の金属とから形成される合金の成長速度は、Ａｕと前記半田バンプの主成分の金属とから形成される合金の成長速度より遅い請求項１の電子部品搭載用基板。
【請求項４】
前記金属膜の金属とＡｕとから形成される合金の成長速度は、Ａｕと前記半田バンプの主成分の金属とから形成される合金の成長速度より遅い請求項１の電子部品搭載用基板。
【請求項５】
前記金属膜は、銅、銀、Ｐｄ、白金、鉛、ニッケル、カドミウム、亜鉛のいずれかから選ばれる１つの金属からなる請求項２の電子部品搭載用基板。
【請求項６】
前記金属膜は、少なくとも貴金属から選ばれる１つの金属からなる請求項２の電子部品搭載用基板。
【請求項７】
前記電子部品搭載用基板上に、前記パッドを露出させる開口部を有するソルダーレジスト層が形成されている請求項１の電子部品搭載用基板。
【請求項８】
前記金属膜は少なくともＰｄからなる請求項１の電子部品搭載用基板。
【請求項９】
前記半田バンプはＳｎからなる請求項７の電子部品搭載用基板。
【請求項１０】
前記パッドの表面は前記絶縁層の表面から突出している請求項１の電子部品搭載用基板。
【請求項１１】
前記パッドの表面と前記絶縁層の表面とは同一レベルに位置している請求項１の電子部品搭載用基板。
【請求項１２】
前記金属膜は前記半田バンプの表面全体を被覆している請求項１の電子部品搭載用基板。
【請求項１３】
前記金属膜は、貴金属から選ばれる少なくとも１つの金属のみからなる請求項２の電子部品搭載用基板。
【請求項１４】
前記金属膜はＰｄのみからなる請求項１の電子部品搭載用基板。
【請求項１５】
絶縁層の表面にＡｕバンプを有する電子部品を搭載するためのパッドを形成する工程と、
前記パッド上に、前記Ａｕバンプと接続するための半田バンプを形成する工程と、
前記半田バンプの表面に、前記半田バンプの主成分とは異なる金属からなる金属膜を形成する工程、とからなる電子部品搭載用基板の製造方法。
【請求項１６】
前記金属膜は置換めっきにより形成されている請求項１１の電子部品搭載用基板の製造方法。
【請求項１７】
前記金属膜は置換めっきと無電解めっきにより形成されている請求項１１の電子部品搭載用基板の製造方法。
【請求項１８】
置換めっきと無電解めっきはＰｄめっきである請求項１１の電子部品搭載用基板の製造方法。
【請求項１９】
絶縁層の表面にＡｕバンプを有する電子部品を搭載するためのパッドを形成する工程と、
前記パッド上に、前記Ａｕバンプと接続するための半田バンプを形成する工程と、
前記Ａｕバンプの表面に半田バンプの主成分とは異なる金属からなる金属膜を形成する工程と、
前記Ａｕバンプと前記半田バンプとをフリップチップ接続して、前記基板上に電子部品を搭載する工程、とからなる電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品搭載用基板、及び、その製造方法に関し、特に、Ａｕバンプと半田バンプとによるフリップチップ実装を行う電子部品搭載用基板、及び、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の高機能化にともない、電子部品搭載用基板に搭載される半導体チップの高集積化、狭ピッチ化が求められている。狭ピッチ化された半導体チップを実装する技術として、ベアチップをパッケージ基板に接続するフリップチップ実装がある。フリップチップ実装では、半導体チップに形成されたバンプ電極を、基板上のランドに対向させて接続している。このフリップチップ実装の一つとして、特許文献１に開示されているように、ベアチップのＡｕバンプと基板の銅パッドとをフリップ接続する方法が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６５３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ａｕバンプを有する電子部品と半田バンプを有する電子部品搭載用基板とをフリップチップ接続した電子装置をヒートサイクル試験すると、Ａｕバンプと半田バンプとを介する接続抵抗値が増大することがあった。また、ヒートサイクルによって、接合部が破損することがあった。
【０００５】
この抵抗値の増大、接合部の破損の原因を解析するため、本発明者は、図７（Ａ）に示すように、半導体チップ２０のアルミニウム端子２２上に設けたＡｕバンプ２４と電子部品搭載用基板１００の銅パッド１２上に設けた半田バンプ１４とを、リフロー接続し、図７（Ｂ）に示す半導体装置を製造した。そして、半導体チップとプリント配線板との間の接合部を解析すると、Ａｕバンプと半田バンプとの界面にボイドが存在していることが判明した。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、Ａｕバンプを有する電子部品を信頼性高く実装できる電子部品搭載用基板、及び、その製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本願発明の電子部品搭載用基板は、絶縁層と、
前記絶縁層の表面に形成され、Ａｕバンプを有する電子部品を搭載するためのパッドと、前記パッド上に形成され、前記パッドと前記Ａｕバンプとを接続するための半田バンプと、
前記半田バンプの表面に形成されている金属膜、とからなり、
前記金属膜は前記半田バンプの主成分とは異なる金属からなることを技術的特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するため、本願発明の電子部品搭載用基板の製造方法は、
絶縁層の表面にＡｕバンプを有する電子部品を搭載するためのパッドを形成する工程と、
前記パッド上に、前記Ａｕバンプと接続するための半田バンプを形成する工程と、
前記半田バンプの表面に、前記半田バンプの主成分とは異なる金属からなる金属膜を形成する工程、とからなる。
【０００９】
上記目的を達成するため、本願発明の電子装置の製造方法は、
絶縁層の表面にＡｕバンプを有する電子部品を搭載するためのパッドを形成する工程と、
前記パッド上に、前記Ａｕバンプと接続するための半田バンプを形成する工程と、
前記Ａｕバンプの表面に前記半田バンプの主成分以外の金属からなる金属膜を形成する工程と、
前記Ａｕバンプと前記半田バンプとをフリップチップ接続して、前記パッド上に電子部品を搭載する工程、とからなることを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明の電子部品搭載用基板は、半田バンプの表面に金属膜が形成されている。金属膜は半田バンプの主成分以外の金属からなっている。そのため、Ａｕバンプと半田バンプ間の接続信頼性が向上する。それ故、本願発明によれば、Ａｕバンプを有する電子部品を、信頼性高く搭載できる電子部品搭載用基板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る電子部品搭載用基板の構成を示す説明図であり、図１（Ｂ）は、該電子部品搭載用基板に半導体チップをフリップチップ実装する状態を示す説明図である。
【図２】第１実施形態の電子部品搭載用基板の製造工程を示す工程図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体チップの構成を示す説明図であり、図３（Ｂ）は、該半導体チップを電子部品搭載用基板にフリップチップ実装する際を示す説明図である。
【図４】第２実施形態の半導体チップの製造工程を示す工程図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る電子部品搭載用基板の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る電子部品搭載用基板の一例を示す説明図である。
【図７】図７（Ａ）は、従来技術に係る電子部品搭載用基板の構成を示す説明図であり、図７（Ｂ）は、該電子部品搭載用基板に半導体チップをフリップチップ接続した際の接合部の拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[第１実施形態]
図１及び図２を参照して本発明の第１実施形態に係るフリップチップ接続用基板について説明する。
図１（Ａ）に示すように、第１実施形態の電子部品搭載用基板１００は、絶縁層１０と、絶縁層１０上に形成されているパッド１２と、パッド上に形成されている半田バンプ１４と、半田バンプ１４の表面に形成されている金属膜１６とからなる。また、図１（Ｂ）に示すように、半田バンプ１４は、電子部品２０のＡｕバンプ２４と電子部品搭載用パッド１２とを接続（フリップチップ接続）している。Ａｕバンプ２４は、図１（Ｂ）に示すように、円筒形状の基部２４ａと円錐形状のスタッド部２４ｂとから成るＡｕバンプが好ましい。
【００１３】
金属膜１６は、半田バンプの主成分以外の金属からなっている。このため、Ａｕバンプと半田バンプの主成分とからなる合金層が形成され難くなる。そのため、バンプ内にボイドが発生し難くなる。その結果、電子部品と電子部品搭載用基板間の接続信頼性を低下させるクラックの発生が抑えられる。ＩＣチップの発熱時、バンプ内のクラックの拡大による抵抗値の上昇を抑えることができる。ボイドの熱膨張により、バンプ内にクラックが発生することを防ぐことができる。それ故、第１実施形態の電子部品搭載用基板１００は、Ａｕバンプを有する電子部品を搭載するための基板として好適である。
【００１４】
ここで、半田バンプの主成分の金属とは、半田バンプを構成する複数の金属の中で、ｗｔ％が最も多い金属のことである。
半田バンプはＳｎ系の半田バンプであって、金属膜はＳｎ以外の金属からなることが好ましい。ここで、Ｓｎ系の半田バンプは、主成分がＳｎである半田バンプのことである。Ｓｎ系の半田バンプは融点が低いので、リフローによるフリップチップ接続時、合金層が形成され難い。Ｓｎ系の半田バンプの具体例としては、Ｓｎ／Ｐｂ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ、Ｓｎ等がある。
【００１５】
金属膜を構成する金属と半田バンプの主成分の金属とから形成される合金の成長速度は、Ａｕと半田バンプの主成分の金属とから形成される合金の成長速度より遅いことが好ましい。
金属膜を構成する金属と金とから形成される合金の成長速度は、Ａｕと上記半田バンプの主成分の金属とから形成される合金の成長速度より遅いことが好ましい。
金属膜を構成する金属と半田バンプの主成分の金属とから形成される合金の成長速度と金属膜を構成する金属と金とから形成される合金の成長速度は、Ａｕと上記半田バンプの主成分の金属とから形成される合金の成長速度より遅いことが好ましい。合金の成長速度の関係が、以上のような関係の場合、金が半田バンプ内や金属膜内に拡散する速度が遅くなる。もしくは、半田バンプを構成する金属（特に、主成分の金属）が、Ａｕバンプ内や金属膜内へ拡散する速度が遅くなる。あるいは、金属膜の金属が、半田バンプ内やＡｕバンプ内へ拡散する速度が遅くなる。そのため、バンプ内や金属膜内にボイドが発生し難くなる。
半田バンプがＳｎ系の半田バンプであって、金属膜は、銅、銀、Ｐｄ、白金、鉛、ニッケル、カドミウム、亜鉛のいずれかから選ばれる１つの金属からなることが好ましい。Ａｕバンプ内の金が、金属膜もしくは半田バンプ内へ拡散することを防止できる。もしくは、半田バンプ内の金属（特に主成分の金属）が金属膜もしくはＡｕバンプ内へ拡散することを防止できる。その結果、バンプ内や金属膜内にボイドが発生しがたくなる。
金属膜は、貴金属から選ばれる１つの金属からなっていることが好ましい。金と半田バンプの主成分とからなる合金層の形成が抑制される。Ａｕバンプ内の金が、金属膜もしくは半田バンプ内へ拡散することを防止できる。もしくは、半田バンプ内の金属（特に主成分の金属）が金属膜もしくはＡｕバンプ内へ拡散することを防止できる。その結果、バンプ内や金属膜内にボイドが発生しがたくなる。
【００１６】
金属膜と半田バンプの組み合わせとしては、金属膜がＰｄであって、半田バンプがＳｎであることが好ましい。この組み合わせの場合、合金層が形成されがたいので、Ａｕバンプと半田バンプ間の接続信頼性が高くなる。
【００１７】
図１（Ｂ）は、電子部品搭載用基板１００に半導体チップ２０をフリップチップ実装する状態を示す。フリップチップ接続の際には、上述した半田バンプが溶融するように、スズ、または、スズ合金の溶融温度（例えば、スズの場合２３０℃）よりも２０〜３０℃高い温度で半導体チップ２０と電子部品搭載用基板とを接続する。電子部品と電子部品搭載用基板は、Ａｕバンプと半田バンプを介して接続される。
【００１８】
ここで、第１実施形態のプリント配線板１０では、スズから成る半田バンプ１４の表面に、パラジウム膜１６が被覆されている。パラジウムは、金に比べＳｎと合金層を形成し難い。このため、リフローやＩＣチップの発熱の際に、パラジウムによりＡｕバンプの金が半田バンプ１４のスズと合金を形成し難くなる。その結果、Ａｕバンプ内や半田バンプ内でのボイドの発生が抑制される。これにより、ボイドによるバンプ内のクラックの発生が抑えられる。半導体チップ２０の発熱時におけるバンプ内のクラックの拡大による抵抗値の上昇が抑えられる。バンプ内のボイドの熱膨張による接続部（半田バンプとＡｕバンプ間の接続部）の破損が抑えられる。そのため、Ａｕバンプと半田バンプ間の接続信頼性が高くなる。
【００１９】
第１実施形態では、半田バンプ１４にパラジウム膜１６を被覆したが、パラジウム以外でも、Ａｕバンプを構成する金よりも拡散速度の遅い金属を用いることができる。例えば、銀、インジウム、白金等が金属膜として好適である。Ｓｎへの拡散速度は、ほぼイオン化傾向と同様な傾向にあるため、スズよりもイオン化傾向が小さく金よりも大きい金属を用いることができる。アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、銅（Ｃｕ）等の金属も理論的には使用可能である。しかしながら、それらの金属は表面に酸化被膜が生じるため貴金属であることが望ましい。ここで、銀は、めっきにより半田バンプの表面に被覆することができる。白金は、プリント配線板の半田バンプ以外にマスクを設け、半田バンプにスパッタ等により被覆することができる。
【００２０】
引き続き、第１実施形態の電子部品搭載用基板１００の製造方法について図２を参照して説明する。まず、絶縁層１０上にパッド１２を形成する。続いて、パッド１２上にスズ半田を搭載しリフローを行うことで、図２（Ａ）に示すように、パッド１２上に半田バンプ１４を形成する。次に、半田バンプ上にパラジウムを置換めっきで析出させる。即ち、スズバンプが形成されたプリント配線板１０をパラジウム（Ｐｄ）の溶解している溶液中に浸漬すると、次式の化学反応が起き、イオンに成り易いＳｎが溶液中に溶解し、Ｓｎよりイオン化傾向が低いＰｄが半田表面に析出する。
［数１］
Ｓｎ＋Ｐｄ（２＋）  →  Ｓｎ（２＋）＋Ｐｄ
【００２１】
この置換めっきは、図２（Ａ）に示す電子部品搭載用基板１００を、上村工業（株）製、前処理薬品（ＫＡＴ−４５０）に浸漬し、下記条件でＳｎとＰｄを置換することによって半田バンプ１４の表面にパラジウムからなる置換めっき膜１６ａを形成する（図２（Ｂ））。
〔置換めっき液〕
Ｐｄ濃度              ８〜１６ｍｇ／Ｌ
硫酸（６２．５％）    １７〜３６ｇ／Ｌ
温度                  ２０〜３０℃
浸漬時間              １．５分
【００２２】
置換めっきでは、析出したＰｄの厚みが薄く十分ではなく、金の拡散を抑えるバリアメタル層として作用し難い。バリアメタル層として作用し得る厚さ（例えば、０．０３〜０．０７μｍ）以上にするため、無電解Ｐｄめっきを行う。即ち、この無電解Ｐｄめっきは、半田バンプ表面に析出したＰｄ（パラジウムからなる置換めっき膜）を核（触媒）として、その表面にＰｄを析出させる方法である。この無電解Ｐｄめっきを用いて、半田バンプの表面に所定の厚さの無電解めっき膜（無電解Ｐｄめっき膜）を形成する。このように、置換めっきと無電解めっきを行うことで、置換めっき膜と置換めっき膜上の無電解めっき膜とからなる金属膜が半田バンプ表面に形成される。
【００２３】
この無電解Ｐｄめっきは、図２（Ｂ）に示す電子部品搭載用基板１００を、日本エレクトロプレイティング・エンジニヤース（ＥＥＪＡ）製の無電解Ｐｄめっきに浸漬し、下記条件で半田バンプ１４に所定厚さのパラジウムめっき膜１６ｂを形成し、金属膜１６を完成する（図２（Ｃ））。
〔置換めっき液〕
Ｐｄ濃度              ０．４〜０．８ｇ／Ｌ
析出速度              ０．５〜０．９μｍ／ｈｒ
浸漬時間              ４．０分
【００２４】
第１実施形態のプリント配線板の製造方法では、半田バンプ１４の表面に、置換めっきによりパラジウム置換めっき膜１６ａを形成し、該パラジウム置換めっき膜の上に、無電解めっきにより所定厚さのパラジウム無電解めっき膜１６ｂを形成する。このため、スズから成る半田バンプ１４の表面にパラジウムを被覆することができる。そのため、リフロー時や半導体の発熱の際に、金よりも拡散速度の遅いパラジウムにより金がスズ中に拡散すること抑制できる。その結果、Ａｕバンプや半田バンプ内にボイドが発生することを防ぐことができる。
【００２５】
[第２実施形態]
図３及び図４を参照して本発明の第２実施形態に係るフリップチップ接続半導体装置について説明する。
図３（Ａ）は、第２実施形態の係る電子部品搭載用基板１００及び、該電子部品搭載用基板１００にフリップチップ接続される半導体チップ（電子装置）２０を示している。電子部品搭載用基板１００は、銅製のランド１２を備え、該ランド１２上にはＳｎ（６０ｗｔ％）／Ｐｂ（４０ｗｔ％）から成る半田バンプ１４が形成されている。一方、半導体チップ２０には、アルミニウムのパッド２２が形成されていて、該パッド２２上にＡｕバンプ２４が設けられ、該Ａｕバンプ２４表面には白金膜２６が形成されている。
【００２６】
図３（Ｂ）は、電子部品搭載用基板１００に半導体チップ２０をフリップチップ実装する状態を示す。
【００２７】
ここで、第２実施形態の半導体チップ２０では、Ａｕバンプの表面に、白金膜（金属膜）が形成されＡｕバンプ内や半田バンプ内や金属膜中にボイドが発生し難くなる。これにより、Ａｕバンプと半田バンプを介して接続された電子部品と電子部品搭載装置間の接続信頼性が高くなる。
【００２８】
第２実施形態では、Ａｕバンプ２４に白金膜２６を被覆した。金属膜としては、白金以外に、Ａｕバンプを構成する金よりもＳｎと合金を形成し難い金属からなる金属膜を用いることができる。例えば、銀、インジウム、パラジウム等を用いることができる。
【００２９】
引き続き、第２実施形態の半導体チップ２０の製造方法について図４を参照して説明する。
図４（Ａ）に示すように、フラットテーブル３２上に白金を分散させたフラックス３４を載置し、スキージ３６によりフラックス３４を延ばす。これにより、白金が分散されたフラックスは、図４（Ｂ）に示すように厚さを１０μｍに調整する。その後、図４（Ｃ）に示すように、半導体チップ２０のＡｕバンプ２４をフラックス３４内に差し入れ、Ａｕバンプ２４の表面に白金膜２６を被覆させる。
【００３０】
第２実施形態の半導体チップの製造方法では、白金を分散させたフラックス中に浸漬させることで、Ａｕバンプ２４の表面に白金膜２６を被覆する。このため、Ａｕバンプ２４の表面に白金を被覆することができ、リフロー時や半導体の発熱の際に、バンプ内にボイドの発生を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
上述した実施形態では、プリント配線板上に半導体チップをフリップチップ実装する例を挙げたが、本発明の構成は、Ａｕバンプとスズ半田バンプとを用いるフリップチップ実装であれば、いかなるフリップチップ実装にも用いることができる。電子部品搭載用基板１００として、図５や図６に示す基板を用いることができる。図５の基板は、パッド１２が絶縁層内１０内に埋め込まれている。そして、パッドの表面と絶縁層の表面は、実質的に同一レベルである。図６の基板は図１の電子部品搭載用基板上に、パッドを露出させる開口部１８ａを備えるソルダーレジスト層１８が形成されている。
【符号の説明】
【００３２】
１０  絶縁層
１２  パッド
１４  半田バンプ
１６  金属膜
１８  ソルダーレジスト層
２０  半導体チップ
２２  パッド
２４  Ａｕバンプ
２６  白金膜
１００  電子部品搭載用基板
【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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