21世紀はマルチメディア機器が広く一般に使われる高度情報化社会になると思われている。このような高度情報化社会の実現を支える基盤技術の1つはMEMS (Micro Electro Mechanical Systems) の集積化である。すなわち, 電子システムインテグレーションという新しい概念で, Si基板をベースに電子回路だけではなく, センサやアクチュエータなどが混在一体となった素子の実用化である。今日のMEMSでは信号遅延と発熱を抑える問題がクローズアップされ, 低抵抗Cuの埋め込み配線 (Damascene) や低誘電率層間絶縁膜, 配線を極小化する3次元実装などの検討が精力的に行われている。ウエハレベル3次元実装での問題は, 積層時の層間配線である。これまでの積層基板では貫通電極上にインナバンプを設けて, そのバンプで結線していた。しかし, バンプ形成時にその高さを均一に作ることは困難で, 研磨して高さを揃えているのが現状である。この問題を解決するために, 基板を数枚3次元方向に積層した後, 基板問を溶融金属吸引方式で配線する技術を開発し, バンプレスでの結線に成功したので紹介する。

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Sn-Ag系Pbフリーはんだを用いた0.5mmピッチCSP接合部を研究対象として, 熱サイクル試験により接合部に熱サイクル負荷をかけ, 接合部の破断寿命を評価した。平均破断寿命値で比較すると, Sn-3.5Ag>Sn-3.5Ag-0.76Cu>Sn-37Pb>Sn-1.9Ag-0.52Cu-7.6Biなる序列が得られた。Sn-3.5AgおよびSn-37Pbはんだによる接合部では, 接合界面近傍のはんだ層内をクラックが進展し破断に至るが, Sn-3.5Ag-0.76CuおよびSn-1.9Ag-0.52Cu-7.6Biはんだの場合には, CSP側の電極/はんだ界面に形成されたCu-Sn-Ni3元化合物層と電極界面およびはんだとの界面をクラックが進展して破断に至ることが明らかとなった。破断モードが界面破断の場合には, 破断寿命の試料依存が大きく寿命予測の信頼性は低下する。

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はんだ材料の耐イオンマイグレーション性に関して, アノード電極での酸化反応, 電極間の金属イオンの移行, カソード電極での還元反応について電気化学的検討を行った。アノード電極での酸化反応は, Sbが最も大きく, Pb, Ag, Cuが同等で, Snが最も小さい。電極間の金属イオンの移行は, Sn-37Pbの方がSn-Ag系はんだより早く, カソード電極での還元反応は, Agが最も大きく, Sn, Pbの順であった。Sn-Pbはんだのイオンマイグレーション性については, アノード電極での酸化反応が支配的でPbが優先的に溶出するが, Snの過共晶組成からSnも次いで溶出すると推測した。また, Sn-Ag系はんだの耐イオンマイグレーション性はSn-Pbはんだと比較して良好であることを確認した。これは, Snの耐イオンマイグレーション性がPbよりも良好であること, Agははんだ中でAg₃Snの電気化学的に非常に安定な金属間化合物として存在するためと推測した。

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Sn/Pb共晶はんだの相成長現象に着目し, 熱サイクル負荷による相成長過程と熱疲労き裂発生寿命の関係を明らかにした。まず, 著者らが考案したラップジョイント形せん断試験片を用いた組織観察に基づいて, はんだ接合部における相成長過程をモデル化し, これを特徴づけるパラメータSを見出した。次に, 試験基板を用いた熱サイクル試験を実施し, この相成長モデルを適用した。その結果, 平均疲労き裂発生寿命N₁とひずみ誘起による相成長を表すパラメータの1サイクル当たりの増加量△S_cの間には, 累乗則の関係があることが明らかになった。すなわち, 組織観察によってはんだ接合部の疲労き裂発生寿命を評価することが可能となった。

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Sn-37PbはんだおよびSn-36Pb-2Agはんだボール中のCuコアボールが, 無電解Ni/Auめっきを施したパッドとのBGA接合部において高温放置に伴う継手強度および接合部組織に及ぼす影響について調査した。Sn-37Pb, Sn-36Pb-2Agはんだボールの場合, リフロー後はんだ/パッド接合界面に安定相のNi₃Sn₄層が形成され, その後高温放置中にはんだ/Ni₃Sn₄層の界面に準安定な (Au, Ni) Sn₃層の形成が確認されたのに対し, Cuコアはんだボールでは, 接合部に安定相の (Au, Cu, Ni) ₆Sn₅層 (η') が形成された。反応層のη'層の成長速度はNi-Sn化合物層よりも遅かった。η'反応層は, Ni, Snの拡散を抑制するバリア層として作用したため, 高温放置に伴う強度低下はCuコアボールを用いた方が, 少なくなった。

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The development of the burn-in testing socket for 0.5mm pitch BGA package is a key technology for marketing of their packages. We made a new contact substrate for burn-in testing socket. The substrate was consisted of a double metal layers TAB tape carrier which had high flexibility of pattern routing. And, a lot of fine plated bumps as contact proves of solder balls were put on each pad. We also constructed a continuous reel to reel bump-plating machine for high-speed deposition and uniformity of bump height. The Durability and the reliability of the testing socket which was assembled a new tape substrate was better than that of a former 0.8mm-pitch of mechanical contact type socket.

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Combination of the VLK (Very Low-k) films and Copper interconnection is mandatory technologies for the device formation of ULSI (Ultra Large-Scale Integration) . Generally, the barrier layers as a SiN films are formed with CVD (Chemical Vapor Deposition) on the whole wafer. In this study, electroless nickel deposition is evaluated for the barrier layers formation as a substitution of the SiN films. This process is more promising and advantageous for the selective film formation. Controlling the palladium catalyzing and plating conditions can accomplish selective electroless nickel deposition on copper pads and lines (pads diameter: 0.3μm and trench width: 0.25μm) . We also confirmed that selective nickel deposition on copper pads can be achieved by using DMAB or hydrazine as a substitution of palladium catalyst.

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