布線基板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及布線基板、更詳細(xì)而言涉及接合有低熔點(diǎn)的焊料的布線基板及其制造 方法。
[0002] 本申請基于2013年1月28日在日本申請的特愿2013-013244號(hào)申請主張優(yōu)先權(quán)， 并將其內(nèi)容援引于此。
【背景技術(shù)】
[0003] 對于具有由Cu或Cu合金構(gòu)成的電極的半導(dǎo)體芯片裝載基板、印刷布線基板等的 布線基板而言，為了應(yīng)對布線基板的高頻化、高密度布線化、高性能化，目前廣泛采用了積 層方式的多層布線基板。并且，為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小型化、薄型化、輕量化，電子設(shè)備廠商各企 業(yè)致力于高密度安裝的結(jié)果是向封裝的多引腳數(shù)且狹窄間距化發(fā)展。具體而言，印刷電路 布線基板的安裝，正在從以往的QFP(QuadFlatPackage:四方扁平封裝）向作為區(qū)域表面 安裝的BGA(BallGridArray:球柵陣列）/CSP(ChiPSizePackage:芯片尺寸封裝）安裝 發(fā)展。
[0004] 其中，在印刷布線基板中以內(nèi)插件為介安裝半導(dǎo)體芯片，并且將設(shè)置于印刷布 線基板和內(nèi)插件上的各Cu電極通過焊料球進(jìn)行電連接的FC-BGA(FlipChip-BallGrid Array:倒裝芯片球柵陣列）技術(shù)，與基于使用了Au線的引線接合的安裝技術(shù)相比，成本低， 因而受到關(guān)注。
[0005] 為了以高可靠性連接各Cu電極，對設(shè)置于內(nèi)插件和印刷布線板上的Cu電極施以 表面處理。作為表面處理，例如，可以舉出將電極表面進(jìn)行Ni(鎳）鍍敷處理之后再進(jìn)行 Au(金）鍍敷處理的Ni/Au鍍敷處理。另外，近年來，由于通過焊料球進(jìn)行的安裝可靠性良 好，因此依次實(shí)施Ni鍍敷處理、Pd(鈀）鍍敷處理、Au鍍敷處理的Ni/Pd/Au鍍敷處理正在 普及。
[0006] 另一方面，作為焊料安裝材料，正在從成為RoHS限制對象的以往的Sn-Pb系焊料 向不含鉛（Pb)的焊料過渡發(fā)展。具體而言，Sn-3Ag-0. 5Cu等Sn-Ag-Cu系焊料正在普及。 但是，由于采用Sn-Ag-Cu系焊料的情況下回流溫度上升，因此會(huì)產(chǎn)生如下問題：當(dāng)安裝耐 熱性低的部件時(shí)，發(fā)生部件的熱老化；或者，當(dāng)在薄基板上接合焊料時(shí)，基板因熱而翹曲等。 特別是，在FC-BGA用途上，根據(jù)層疊的基板數(shù)目等要進(jìn)行多次回流，因此由于上述問題，在 可安裝的部件和基板的厚度上受到了制約。并且，由于回流溫度上升，在形成于電極的鍍敷 皮膜與焊料之間的接合界面上形成的金屬間化合物層生長得厚，耐沖擊性降低，因此，希望 降低安裝溫度。
[0007] 為了降低安裝溫度，使用了恪點(diǎn)低的焊料。這種焊料是Sn_58wt%Bi(wt% :重 量％ )、Sn_57wt%Bi-lwt%Ag焊料。Sn_58wt%Bi焊料、Sn_57wt%Bi-lwt%Ag焊料的 熔點(diǎn)低于139°C，安裝溫度即使在峰值時(shí)也是170°C左右。因此，能夠使安裝溫度比使用 Sn-Ag-Cu系等其它無鉛焊料時(shí)降低約60°C，比使用Sn-37wt%Pb焊料時(shí)降低約30°C。
[0008] 但是，Sn_58wt%Bi、Sn_57wt%Bi-lwt%Ag由于焊料的硬且脆的性質(zhì)而耐沖擊性 差，因此未普及。另一方面，也有通過在Sn-Bi中添加了Sb的Sn-57wt%Bi-O. 5wt%Sb焊 料來改善焊料的延展性的例子。
[0009] 如此地，從低熔點(diǎn)焊料的必要性日益高漲的角度出發(fā)，要求在低熔點(diǎn)的焊料與鍍 敷皮膜之間具有高焊料安裝可靠性。特別是在FC-BGA等用途方面，要求有在多次回流后仍 保持高焊料安裝可靠性的耐回流性。
[0010] 有人提出了一種在CU上形成了含有Pd和Ni中的至少一種的薄膜后再接合焊料 后使薄膜消失的接合體（例如，專利文獻(xiàn)1)。
[0011] 但是，由于上述焊料含80wt%~100wt%的Bi并且接合溫度為270°C以上，因此， 難以用于耐熱性低的部件上。
[0012] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0013] 專利文獻(xiàn)
[0014] 專利文獻(xiàn)1 :日本特許第4822526號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 發(fā)明要解決的課題
[0016] 本發(fā)明就是鑒于上述情況而完成的，并且提供一種即使采用熔點(diǎn)低于140°C的焊 料也能獲得高的焊料安裝可靠性的布線基板及其制造方法。
[0017] 本發(fā)明的第一方案是一種布線基板，其中，其包括：電極，該電極含有Cu或Cu合 金；鍍敷皮膜，該鍍敷皮膜被形成在電極上并且至少具有含有Pd的皮膜；以及，焊料，在該 焊料與電極之間沒有Pd濃縮層，并且該焊料被加熱接合在鍍敷皮膜上，并且該焊料的熔點(diǎn) 低于140°C并且熔解有Pd。本發(fā)明的第二方案是在上述第一方案中的焊料可以至少含有 Sn、Bi或Sb。
[0018] 本發(fā)明的第三方案是一種布線基板的制造方法，其中，在含有Cu或Cu合金的電極 上，形成至少具有含有Pd的皮膜的鍍敷皮膜，將熔點(diǎn)低于140°C的焊料加熱接合在鍍敷皮 膜上，使Pd熔解于焊料中。
[0019] 本發(fā)明的第四方案是在上述第三方案中，在規(guī)定的熱條件下，將焊料加熱接合在 鍍敷皮膜上，規(guī)定的熱條件可以是如下（1)~（3)中的任一者：（1)在接合焊料時(shí)的回流處 理的條件是：峰值溫度為139°C以上并且139°C以上的保持時(shí)間低于90秒，在相同條件下實(shí) 施1次以上的該回流處理；（2)在接合焊料之后，進(jìn)行在139°C以上保持90秒以上的加熱處 理；（3)在接合焊料時(shí)的條件是：至少實(shí)施1次的峰值溫度為139°C以上并且139°C以上的 保持時(shí)間為90秒以上的回流處理。
[0020] 本發(fā)明的第五方案是在上述第三或第四方案中在形成鍍敷皮膜時(shí)，由Pd構(gòu)成的 皮膜的厚度可以為〇. 01ym以上且5ym以下。
[0021] 發(fā)明效果
[0022] 基于本發(fā)明的布線基板及其制造方法，即使采用熔點(diǎn)低于140°C的焊料，也能獲得 高的焊料安裝可靠性。
【附圖說明】
[0023] 圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的布線基板的制造中使用的預(yù)制基板 (pre-substrate)的剖面圖。
[0024] 圖2是圖1的主要部分的放大圖。
[0025]圖3是表示對預(yù)制基板進(jìn)行焊料安裝的圖1的布線基板上的鍍敷皮膜周邊的剖面 圖。
[0026]圖4是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例和比較例的布線基板中，將分別進(jìn)行焊料安裝后的 電極與焊料之間的部位針對各元素進(jìn)行元素分布（elementalmapping)的圖像和反射電子 圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 布線基板的基本結(jié)構(gòu)
[0028] 本實(shí)施方式的布線基板，適合于使用低熔點(diǎn)焊料的接合，是采用具有由Cu或Cu合 金構(gòu)成的電極和電極上形成的鍍敷皮膜的預(yù)制基板來制造而成。在鍍敷皮膜中，具有各種 方案，可以是下述皮膜中的任一種：具有Ni鍍敷皮膜、Pd鍍敷皮膜和Au鍍敷皮膜的層疊皮 膜；具有Pd鍍敷皮膜和Au鍍敷皮膜的層疊皮膜；具有Ni鍍敷皮膜和Pd鍍敷皮膜的層疊皮 膜；以及，由Pd鍍敷皮膜構(gòu)成的單層皮膜。
[0029] 另外，本實(shí)施方式的布線基板，在具有上述鍍敷皮膜的電極上接合有熔點(diǎn)低于 140°C并且至少含有Sn、Bi的焊料（即，焊料層）。通過在接合焊料時(shí)的回流處理和基于回 流處理的加熱接合后的進(jìn)一步加熱處理，以使電極與焊料之間不形成后述的Pd濃縮層的 方式，對層疊的Pd鍍敷皮膜厚度和回流條件進(jìn)行調(diào)整。
[0030] 具體而言，在本實(shí)施方式的布線基板中，通過以下（1)~（3)中的任一種處理，以 使電極與焊料之間不形成Pd濃縮層的方式進(jìn)行調(diào)整。（1)在接合焊料時(shí)的回流處理的條件 是：峰值溫度為139°C以上、并且在139°C以上的保持時(shí)間低于90秒，在該條件下進(jìn)行1次 以上的回流處理。（2)在（1)中，在接合焊料之后，實(shí)施139°C以上的保持時(shí)間為90秒以上 的加熱處理。（3)在接合焊料時(shí)的回流處理的條件是：峰值溫度為139°C以上、并且139°C 以上的保持時(shí)間為90秒以上，在該條件下至少實(shí)施1次回流處理。
[0031] 所謂"Pd濃縮層"，是指在含有Pd鍍敷皮膜的單層或?qū)盈B的鍍敷皮膜上接合焊料 時(shí)，未使全部的Pd熔解于焊料中，而在鍍敷皮膜與焊料進(jìn)行接合而形成的金屬間化合物層 的界面上殘留的Pd的層狀的集合體。若Pd濃縮層形成于電極與焊料之間，則在施加沖擊 時(shí)會(huì)成為產(chǎn)生裂紋的出發(fā)點(diǎn)，因此，安裝的可靠性降低。
[0032] 本申請?zhí)峁┰诤噶辖雍瞎ば蛑胁恍纬缮鲜鯬d濃縮層的熱條件。即，回流處理的條 件是峰值溫度為139°C以上、且139°C以上的保持時(shí)間低于90秒，在該條件下進(jìn)行1次以上 回流處理。或者，通過在接合焊料之后實(shí)施的139°C以上的保持時(shí)間為90秒以上的加熱處 理，鍍敷皮膜中的Pd均勻地熔解于焊料主體（solderbulk)中而消失?；蛘?，若在接合焊 料時(shí)的回流處理的條件是峰值溫度為139°C以上、且139°C以