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無電解Cuめっき、Pd触媒除去剤 PCR

総合研究所
エレクトロニクス技術開発1部
谷本 樹一 Juichi TANIMOTO / 新城 沙耶加 Sayaka ARASHIRO

はじめに

半導体LSIとマザーボードを繋ぐパッケージ基板は、パソコン用のCPUやスマートフォンのプロセッサー等に広く用いられている。現在、この半導体LSIとパッケージ基板の接続において更なる多ピン・挟ピッチ化の要求があるが、従来の技術では対応が難しくなっている。これに対し、当社ではパッケージ基板にCuピラーを形成し半導体LSIと接続する工法を提案している。

図1に、従来法(印刷式、マイクロボール)とCuピラーによる接続工法の比較を示す。従来法では、狭ピッチ化に伴いはんだが溶融時に横方向へ広がってしまい短絡(ブリッジ)する事が懸念される。これに対し、Cuピラー接続工法ではリフローの際にCuピラー部は溶解しないため、はんだの広がりによるブリッジのリスクが少なく、多ピン・挟ピッチ化に効果的であると考えられる。しかしながら、これまでCuピラー形成の無電解Cu、Pd触媒除去工程において、従来のプロセスでは、はんだを溶解してしまい対応できなかった。

 

本報では、このCuピラーの形成を実現すべく、新規に開発した無電解Cu、Pd触媒除去剤プロセスPCRについて、その性能を中心に紹介する。

Cuピラー形成工程

図2にCuピラーの形成工程を示す。無電解Cu、Pd触媒除去について、これまでSAP用に2工程で処理するプロセスはあったが、Sn-Agを溶解してしまうため適用できなかった。今回、開発したPCRは電解Sn、Sn合金および電解Cuも溶解する事なく、更に1工程で無電解Cu、Pdの除去が可能となっている。これによりDFR形成以外は全て当社ウェットプロセスでCuピラーの形成が可能となった。

図2にCuピラーの形成工程を示す。無電解Cu、Pd触媒除去について、これまでSAP用に2工程で処理するプロセスはあったが、Sn-Agを溶解してしまうため適用できなかった。今回、開発したPCRは電解Sn、Sn合金および電解Cuも溶解する事なく、更に1工程で無電解Cu、Pdの除去が可能となっている。これによりDFR形成以外は全て当社ウェットプロセスでCuピラーの形成が可能となった。

PCR性能評価

表1にPCRのエッチング量(以下、E.A.:Etching Amount)、Pd除去性について、無電解Cuを除去可能なエッチング液として、SAP用途で一般的に使用されている“H₂SO₄-H₂O₂”とSnを溶解しない特性を持つ”アルカリエッチング“と比較した結果を示す。なお、E.A.は各種ベタ材を使用し、Pd除去性はエポキシ樹脂上に無電解Cuめっきを約0.5μm形成した素材を使用した。
H₂SO₄-H₂O₂は、電解Cu、Sn-Agを共に溶解しPd除去性も無い。アルカリエッチングではSn-Agを溶解しないが、Pd除去性は無い。これらに対し、PCRは電解Cu、Sn-Agを溶解せず、Pdを90%以上除去する事を確認した。


表2に実際のCu/Sn-Agピラーに対するPCRの無電解Cu、Pd除去性、電解Cuアタック性について、アルカリエッチと比較した結果を示す。なお、Pd除去性は無電解Niめっき液に浸漬しPd残渣部にはNiが析出するため、その析出状態により評価した。
各処理液共に無電解Cuは除去していたが、アルカリエッチではPdが除去されないため無電解Niが全面に析出し、更に電解Cuの細りが見られた。一方、PCRはPdも除去されており、なおかつ電解Cuは全く溶解していなかった。


表3にPCR処理後のSEM観察結果を示す。PCR処理前後で形状に変化が無く、また良好なリフロー形状も確認された。

表1にPCRのエッチング量(以下、E.A.:Etching Amount)、Pd除去性について、無電解Cuを除去可能なエッチング液として、SAP用途で一般的に使用されている“H₂SO₄-H₂O₂”とSnを溶解しない特性を持つ”アルカリエッチング“と比較した結果を示す。なお、E.A.は各種ベタ材を使用し、Pd除去性はエポキシ樹脂上に無電解Cuめっきを約0.5μm形成した素材を使用した。
H₂SO₄-H₂O₂は、電解Cu、Sn-Agを共に溶解しPd除去性も無い。アルカリエッチングではSn-Agを溶解しないが、Pd除去性は無い。これらに対し、PCRは電解Cu、Sn-Agを溶解せず、Pdを90%以上除去する事を確認した。


表2に実際のCu/Sn-Agピラーに対するPCRの無電解Cu、Pd除去性、電解Cuアタック性について、アルカリエッチと比較した結果を示す。なお、Pd除去性は無電解Niめっき液に浸漬しPd残渣部にはNiが析出するため、その析出状態により評価した。
各処理液共に無電解Cuは除去していたが、アルカリエッチではPdが除去されないため無電解Niが全面に析出し、更に電解Cuの細りが見られた。一方、PCRはPdも除去されており、なおかつ電解Cuは全く溶解していなかった。


表3にPCR処理後のSEM観察結果を示す。PCR処理前後で形状に変化が無く、また良好なリフロー形状も確認された。

おわりに

今回紹介したPCRプロセスは、無電解Cu、Pdを選択的、かつ、1工程で除去可能という今までにない特性を持つプロセスである。本特性はCuピラー以外にも有効と考え、今後様々な工法・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 101号 2017年1月