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バンプ用フラッシュエッチングプロセス (開発中)PCR2

総合研究所 電子技術開発部     泉谷 美代子 IZUMITANI Miyoko 文蔵 隆志 FUMIKURA Takashi

      総研管理部 総研庶務課 新城 沙耶加 ARASHIRO Sayaka

はじめに

多くの半導体を搭載するスマートフォンやタブレット端末など、各種電子機器において、半導体パッケージ基板は必要不可欠であり、年々微細化の要求が高まっている。しかし、Large Scale Integration(LSI)と半導体パッケージ基板を接続する従来の接続工法であるマイクロボール・印刷工法では、この微細化(多ピン・狭ピッチ化)に際し、はんだ溶融時に隣り合うはんだ同士が接触し、短絡を起こすはんだブリッジの発生が懸念される。そこで、当社ではCuピラーによる接続工法でブリッジを抑制する工法を提案している。Cuピラーを用いた接続工法では、電解めっきにより形成したCuピラー上部にSn-Agめっきを施すことで、使用するSn-Agはんだを少量化することができるため、はんだブリッジの抑制が期待できる。(図1

 

図1 接続工法の比較

 

Cuピラーを用いた接続法では、工程中にPd触媒を使用した無電解Cuめっき被膜をシード層としており、これを除去しなければならない。そこで、当社は以前、シード層である無電解Cuめっき被膜およびPd触媒を1工程でエッチング可能なプロセスとして、PCRを開発している。(図2
PCRは優れたシード層の除去性を有する一方で、処理速度が遅いことが課題であった。本報では、この課題を克服した開発中のPCR2について報告する。

 

図2 PCRを用いたCuピラーによる接続工法の工程図

 

多くの半導体を搭載するスマートフォンやタブレット端末など、各種電子機器において、半導体パッケージ基板は必要不可欠であり、年々微細化の要求が高まっている。しかし、Large Scale Integration(LSI)と半導体パッケージ基板を接続する従来の接続工法であるマイクロボール・印刷工法では、この微細化(多ピン・狭ピッチ化)に際し、はんだ溶融時に隣り合うはんだ同士が接触し、短絡を起こすはんだブリッジの発生が懸念される。そこで、当社ではCuピラーによる接続工法でブリッジを抑制する工法を提案している。Cuピラーを用いた接続工法では、電解めっきにより形成したCuピラー上部にSn-Agめっきを施すことで、使用するSn-Agはんだを少量化することができるため、はんだブリッジの抑制が期待できる。(図1

 

図1 接続工法の比較

 

Cuピラーを用いた接続法では、工程中にPd触媒を使用した無電解Cuめっき被膜をシード層としており、これを除去しなければならない。そこで、当社は以前、シード層である無電解Cuめっき被膜およびPd触媒を1工程でエッチング可能なプロセスとして、PCRを開発している。(図2
PCRは優れたシード層の除去性を有する一方で、処理速度が遅いことが課題であった。本報では、この課題を克服した開発中のPCR2について報告する。

 

図2 PCRを用いたCuピラーによる接続工法の工程図

 

特長

PCR2は過酸化水素/硫酸系のエッチング液であり、以下の3つの特長を有する。

●優れたシード層(Pd触媒、無電解Cuめっき)の除去性
●Cuピラー、はんだめっき表面の平滑性を維持可能
●PCRより処理時間を1/2に短縮可能

PCR2は過酸化水素/硫酸系のエッチング液であり、以下の3つの特長を有する。

●優れたシード層(Pd触媒、無電解Cuめっき)の除去性
●Cuピラー、はんだめっき表面の平滑性を維持可能
●PCRより処理時間を1/2に短縮可能

性能

●エッチング性能
電解Cuめっきでφ100μmのピラーを形成し、その上部に電解Sn-Agめっきを施した基板に対し、PCRおよびPCR2で処理を行った観察結果を図3に示す。PCR2はPCRの半分の処理時間にも関わらず、断面(SEM像)ではシード層の無電解Cuめっき被膜が除去されていることが確認された。また、PCRおよびPCR2で処理した基板では、電解Cuめっき被膜や電解Sn-Agめっき被膜表面の外観は未処理のものと比較して変化は確認されなかった。両プロセスで処理した後の光学顕微鏡像およびSEM像での断面観察結果から、下地樹脂と電解Cuめっき被膜間、電解Cuめっき被膜と電解Sn-Agめっき被膜間などの層間には、共に不良の要因となるような過剰なエッチングは見られなかった。

 

図3 各プロセスの処理前後の観察結果

 

次に、PCR2の各処理時間におけるピラーの観察結果を図4に示す。PCR2はシード層を1minで除去可能だが、処理時間を2minに延長しても、各電解めっき被膜表面の外観や断面形状に大きな変化はなく、平滑性を維持していることが確認された。

 

図4 PCR2の各処理時間におけるピラーの観察結果

 

●Pd触媒除去性能
Pd触媒除去性能は、無電解Niめっき被膜の析出状態から評価を行った。エッチング処理後の基板は、Pd触媒が残留している場合にのみ無電解Niめっき被膜が析出する。このめっき被膜の析出状態を光学顕微鏡で観察し、図5の基準に基づいてPd触媒除去性を評価した。

 

図5 無電解Niめっき被膜析出状態によるPd触媒除去性の評価基準

 

PCRの処理時間1min、2minおよびPCR2の処理時間1minでのPd触媒除去性能の評価結果を図6に示す。

 

図6 各プロセスのPd触媒除去性能の評価結果

 

PCRで1min処理した基板は、全面ではないがピラー周辺に無電解Niめっき被膜の析出を確認した。一方で、PCRで2min処理した基板およびPCR2で1min処理した基板は、いずれも無電解Niめっき被膜の析出は認められなかった。以上の結果から、PCR2はPCRの半分の時間でPd触媒の除去を達成できることが確認された。

 

●エッチング性能
電解Cuめっきでφ100μmのピラーを形成し、その上部に電解Sn-Agめっきを施した基板に対し、PCRおよびPCR2で処理を行った観察結果を図3に示す。PCR2はPCRの半分の処理時間にも関わらず、断面(SEM像)ではシード層の無電解Cuめっき被膜が除去されていることが確認された。また、PCRおよびPCR2で処理した基板では、電解Cuめっき被膜や電解Sn-Agめっき被膜表面の外観は未処理のものと比較して変化は確認されなかった。両プロセスで処理した後の光学顕微鏡像およびSEM像での断面観察結果から、下地樹脂と電解Cuめっき被膜間、電解Cuめっき被膜と電解Sn-Agめっき被膜間などの層間には、共に不良の要因となるような過剰なエッチングは見られなかった。

 

図3 各プロセスの処理前後の観察結果

 

次に、PCR2の各処理時間におけるピラーの観察結果を図4に示す。PCR2はシード層を1minで除去可能だが、処理時間を2minに延長しても、各電解めっき被膜表面の外観や断面形状に大きな変化はなく、平滑性を維持していることが確認された。

 

図4 PCR2の各処理時間におけるピラーの観察結果

 

●Pd触媒除去性能
Pd触媒除去性能は、無電解Niめっき被膜の析出状態から評価を行った。エッチング処理後の基板は、Pd触媒が残留している場合にのみ無電解Niめっき被膜が析出する。このめっき被膜の析出状態を光学顕微鏡で観察し、図5の基準に基づいてPd触媒除去性を評価した。

 

図5 無電解Niめっき被膜析出状態によるPd触媒除去性の評価基準

 

PCRの処理時間1min、2minおよびPCR2の処理時間1minでのPd触媒除去性能の評価結果を図6に示す。

 

図6 各プロセスのPd触媒除去性能の評価結果

 

PCRで1min処理した基板は、全面ではないがピラー周辺に無電解Niめっき被膜の析出を確認した。一方で、PCRで2min処理した基板およびPCR2で1min処理した基板は、いずれも無電解Niめっき被膜の析出は認められなかった。以上の結果から、PCR2はPCRの半分の時間でPd触媒の除去を達成できることが確認された。

 

おわりに

今回紹介したPCR2(開発中)は、PCRの性能を維持しつつ、シード層の除去時間を半分に低減できるプロセスである。本プロセスはCuピラーによる接続工法以外にも有効と考えており、今後さまざまな工法・分野に対して提案を進めていきたい。

今回紹介したPCR2(開発中)は、PCRの性能を維持しつつ、シード層の除去時間を半分に低減できるプロセスである。本プロセスはCuピラーによる接続工法以外にも有効と考えており、今後さまざまな工法・分野に対して提案を進めていきたい。

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JCUテクニカルレポート 112号 2022年8月