特許 5764381 配線基板の検査方法、配線基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5764381

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】配線基板の検査方法、配線基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20150730BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20150730BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/66 S

   H01L21/60 321Y

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2011-104493(P2011-104493)

(22)【出願日】2011年5月9日

(65)【公開番号】特開2012-235066(P2012-235066A)

(43)【公開日】2012年11月29日

【審査請求日】2014年3月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】藤井 朋治

【審査官】 工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１４１３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０９９８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２９７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６０８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３５５５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ３／００

Ｈ０５Ｋ３／２４

Ｈ０５Ｋ３／４６

Ｈ０１Ｌ２１／６６

Ｈ０１Ｌ２１／６０−２１／６０７

Ｇ０１Ｒ３１／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数層の絶縁部材を積層した多層基板であり一主面に配線が形成された配線基板を検査する配線基板の検査方法であって、
前記配線に形成され少なくともニッケル層と金層を含み前記金層が最表層であるめっき膜の膜厚を測定する工程と、
前記配線に測定用プローブの信号ピンを接触させ、前記絶縁部材を介して前記配線と対向配置された金属層と接続されたパッドに前記測定用プローブのグランドピンを接触させ、前記測定用プローブによって高周波信号を供給して前記配線の伝送損失を測定する工程と、
前記配線の伝送損失を予め設定された閾値と比較して前記めっき膜上に更に金めっき処理を行うかを判定する工程と、
を含むことを特徴とする配線基板の検査方法。

【請求項2】

複数層の絶縁部材を積層した多層基板でありチップが搭載される配線基板の製造方法であって、
前記配線基板の一主面には、ボンディングワイヤを介して前記チップと接続される少なくともニッケル層と金層を含み前記金層が最表層であるめっき膜が形成された配線と、前記配線に測定用プローブの信号ピンを接触させたときに前記測定用プローブのグランドピンが接触可能なパッドとが形成され、前記パッドは前記絶縁部材を介して前記配線と対向配置された金属層と接続され、
前記測定用プローブによって前記配線に高周波信号を供給して前記配線の伝達損失を測定する工程と、
前記配線の伝送損失を予め設定された閾値と比較して前記めっき膜上に更に金めっき処理を行うかを判定する工程と、
前記伝達損失の判定結果に応じて前記めっき膜上に更に金めっき処理を行う工程と、
を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。

【請求項3】

前記配線に形成されためっき膜の膜厚を測定する工程を含み、
前記膜厚を測定した前記配線基板に対し、前記伝達損失を測定する工程を行うことを特徴とする請求項２に記載の配線基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

配線基板の検査方法、配線基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体チップが実装されるパッケージの基板には、ボンディングワイヤによって半導体チップのパッドと接続されるパッドと、パッケージを実装するために設けられた接続端子（例えば、バンプ）とを接続する配線が形成されている（例えば、特許文献１参照）。基板上に形成されたパッド及び配線は、例えば銅により形成される。パッド及び配線の表面には、ワイヤボンディング性や腐食を防ぐためにニッケル層と金層が形成されている。ニッケル層と金層は、例えば、電解めっき法により形成されている。

【0003】

パッケージ用の基板の製造工程は、上記のニッケル層と金層の膜厚測定と、ワイヤボンディング特性測定を含む。膜厚測定には、例えば、Ｘ線が用いられる。ワイヤボンディング特性測定では、ボンディングの引張り強度が測定される。ボンディングの引張り強度が低い基板は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）によってめっきの結晶状態が確認され、その観測結果が基板の製造プロセスにフィードバックされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−１３５５５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、配線に形成されためっきの表面状態は、ワイヤボンディング性に影響する。しかし、上記の膜厚測定は、基板に対して比較的広範囲な部分に検査光（Ｘ線）が照射される。このため、その照射領域内における部分的な不具合点、例えば金層にて覆われていない、つまりニッケル層が露出した部分が含まれるようなめっきの表面状態を把握することが困難となる。また、表面状態を詳細に確認できるＳＥＭによる観測では、所定の前処理（金属処理）が必要となる。この前処理は、基板に対して非破壊で処理することが難しい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一観点によれば、複数層の絶縁部材を積層した多層基板であり一主面に配線が形成された配線基板を検査する配線基板の検査方法であって、前記配線に形成され少なくともニッケル層と金層を含み前記金層が最表層であるめっき膜の膜厚を測定する工程と、前記配線に測定用プローブの信号ピンを接触させ、前記絶縁部材を介して前記配線と対向配置された金属層と接続されたパッドに前記測定用プローブのグランドピンを接触させ、前記測定用プローブによって高周波信号を供給して前記配線の伝送損失を測定する工程と、前記配線の伝送損失を予め設定された閾値と比較して前記めっき膜上に更に金めっき処理を行うかを判定する工程と、を含む。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一観点によれば、めっき層の状態を容易に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】半導体装置の概略構成図である。

【図2】（ａ）は配線基板の部分平面図、（ｂ）は配線基板の部分断面図である。

【図3】基板の概略構成図である。

【図4】配線基板の製造工程の一部を示すフローチャートである。

【図5】高周波特性測定の説明図である。

【図6】信号の周波数と伝送損失を示す特性図である。

【図7】別の基板の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本実施形態を図１〜図６に従って説明する。
尚、添付図面は、構成の概略を説明するためのものであり、実際の大きさ、比率を表していない。

【0010】

図１に示すように、半導体装置１０（半導体パッケージ）は、配線基板２１と、その配線基板２１の一主面（上面）に搭載された半導体チップ１１とを有している。半導体チップ１１は、内蔵する回路に接続された複数のパッド１２が上面に形成されている。

【0011】

配線基板２１は、半導体チップ１１のパッド１２の位置に応じてパッド２２が上面に形成されている。半導体チップ１１のパッド１２と配線基板２１のパッド２２とは、ボンディングワイヤ１３によってそれぞれ接続されている。各パッド２２は、基板上面に形成された配線２３に接続されている。パッド２２と配線２３の材料は、例えば、銅である。ボンディングワイヤ１３の材料は、例えば、金である。配線基板２１は、下面に半導体装置１０を実装するためのバンプ２４が形成されている。バンプ２４の材料は、例えば、金スズ半田である。

【0012】

図２（ａ）に示すように、配線基板２１の上面には、複数の配線２３が形成されている。尚、複数の配線２３の一つを、他の配線２３と区別するために配線２３ａとして示す。配線２３のパッド２２が形成された中央端部側の基板上面には、各配線２３間に端子２６が配線２３と離間して形成されている。端子２６は、例えば、銅から形成されている。配線２３の外側端部側の配線基板２１には、基板を上面から下面に貫通する貫通孔にビア２７が形成されている。ビア２７は、例えば、銅めっきにより形成されている。パッド２２とビア２７とは、配線２３を介して接続されている。配線２３と図１に示したバンプ２４とは、ビア２７を介して接続されている。従って、バンプ２４は、ビア２７、配線２３及びボンディングワイヤ１３を介して半導体チップ１１のパッド１２と接続されている。

【0013】

図２（ｂ）に示すように、配線基板２１は、多層基板であり、複数（図２（ｂ）において２つ）の絶縁部材２５の層が形成されている。絶縁部材２５の材料は、例えば、絶縁性樹脂（エポキシ系樹脂等）である。配線基板２１の一層目と二層目の絶縁部材２５の層間には、グランド配線２８が形成されている。グランド配線２８と配線２３ａ（配線２３）とは、絶縁部材２５を介して対向配置されている。グランド配線２８は、例えば、銅から形成された金属層である。尚、グランド配線２８は、図２（ａ）に示すビア２７と接続されないように、ビア２７に対して例えば円形状のクリア（導体非形成部分）（図示略）が形成されている。

【0014】

図２（ｂ）の拡大図に示すように、パッド２２及び配線２３（配線２３ａを含む）の上面にはニッケル層２９が形成され、そのニッケル層２９の上面には金層３０が形成されている。ニッケル層２９及び金層３０は、例えば電解めっき法により形成されためっきである。ニッケル層２９の膜厚は、例えば２μｍであり、金層３０の膜厚は、例えば０．０２μｍである。

【0015】

図２（ａ）に示すように、配線２３ａの外側端部側（ビア２７側）には、基板上面に端子３１ａ，３１ｂが配線２３ａを挟んで形成されている。端子３１ａ，３１ｂは、配線２３ａと離間して形成されている。端子３１ａ，３１ｂの材料は、例えば、銅である。また、各端子３１ａ，３１ｂは、一辺が１００μｍ程度の長方形状に形成されている。

【0016】

グランド配線２８は、ビア２７を含むクリア部分以外の図２（ａ）に一点鎖線で示す配線２３を含んだ範囲に形成されている。端子２６は、ビア３２を介してグランド配線２８に接続されている。また、端子３１ａ，３１ｂは、ビア３３ａ，３３ｂを介してグランド配線２８に接続されている。尚、半導体チップ１１のグランド用のパッド１２は、ボンディングワイヤ１３等を介してこのグランド配線２８に接続されている。上記のように形成された配線２３ａ（配線２３），グランド配線２８，絶縁部材２５は、マイクロストリップライン構造をなす。この配線２３ａを検査用配線として、その高周波特性測定を行うことで、ニッケル層２９及び金層３０（図２（ｂ）参照）の表面状態を検査する。

【0017】

上記の配線基板２１は、例えば、図３に示す基板（ワーク）３５から作成される。配線基板２１の製造工程において、めっき処理装置に搬送される基板（ワーク）３５は、配線基板２１を形成するための複数の基板領域２１ａと、フレーム３６とを有する。基板３５は、長方形状の板状に形成され、複数の基板領域２１ａがマトリックス状に配列されている。複数の基板領域２１ａの周囲には、所定幅のフレーム３６が形成されている。フレーム３６は、基板３５の外周部分に形成された外周フレーム部３６ａと、基板３５の中央（図３において、上下方向に並んだ基板領域２１ａの三番目と四番目の間）にフレーム３６の他の部分よりも広い幅に形成された中央フレーム部３６ｂとを有する。

【0018】

次に、配線基板２１の製造工程を説明する。
まず、上記の基板３５の製造工程は、例えば、絶縁性樹脂（エポキシ系樹脂等）からなる絶縁部材のワークに基板領域２１ａを設定し、各基板領域２１ａにグランド配線２８や絶縁部材２５等を多層に形成する。次いで、各基板領域２１ａの一主面（上面）に無電銅めっき及び電解銅めっきにより配線２３等を形成して基板３５を形成する。

【0019】

次いで、この基板３５に対して、図４に示すように、めっき処理を行う（ステップ４１）。めっき処理は、ニッケル層２９を形成する工程と金層３０を形成する工程を同一装置において連続的に行う。

【0020】

次いで、めっきの膜厚を測定する（ステップ４２）。膜厚測定は、めっき後の配線２３に対してＸ線を照射し、発生した蛍光Ｘ線の強度等により、ニッケル層２９及び金層３０の各膜厚を測定する。膜厚測定は、例えば、各半導体装置１０の製品毎に基準となる測定位置を設定し、基板３５毎に測定する。そして、測定結果と予め定められた閾値を比較して膜厚を確認する。

【0021】

次いで、図２（ａ）に示す配線２３ａの高周波特性を測定し（ステップ４３）、測定結果に基づいてめっき処理を行うかを判定する（ステップ４４）。高周波特性（例えば、伝送損失）は、配線に形成しためっきの表面状態に対応する。従って、配線２３ａの高周波特性に基づいて、ニッケル層２９が露出している基板３５を抽出し、その基板３５に対してめっき処理（ステップ４５）を行う。これにより、めっき表面に不具合点（例えば、金層による被覆不足）を低減することができ、ひいてはボンディングの引張り強度が低い配線基板２１を減らすことができる。そして、配線基板２１を非破壊で検査することが困難な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）を用いた検査の回数を減らすことができる。

【0022】

高周波特性の測定方法を詳述すると、図５に示すように、基板３５上の配線基板２１（配線２３ａ）に対して２つの高周波測定用のプローブ端子５１，５２を接触させて測定を行う。プローブ端子５１は、ＧＳＧタイプのプローブ端子であり、一つの信号ピン５１ａと、この信号ピン５１ａの両側に設けられたグランドピン５１ｂ，５１ｃとを有する。プローブ端子５２については、プローブ端子５１と同様の構成となっているため説明を省略する。

【0023】

プローブ端子５１は、グランドピン５１ｂ，５１ｃが配線２３ａを挟む端子２６ａ，２６ｂに接触され、信号ピン５１ａが端子２６ａ，２６ｂ間の配線２３ａ（パッド２２）に接触される。プローブ端子５２は、グランドピン５２ｂ，５２ｃがそれぞれ端子３１ａ，３１ｂに接触され、信号ピン５２ａが端子３１ａ，３１ｂ間の配線２３ａに接触される。そして、プローブ端子５１，５２の信号ピン５１ａ，５２ａのどちらか一方から配線２３ａに対して高周波信号を入力し、他方において伝達された信号を測定する。

【0024】

配線２３ａを簡略化した配線に対して高周波特性のシミュレーションを行った結果を図６に示す。尚、図６において、曲線Ｈ１はニッケル層の露出率が０％の場合を、曲線Ｈ２は露出率が２０％の場合を、曲線Ｈ３は露出率が５０％の場合を、曲線Ｈ４は１００％の場合を表している。また、横軸は配線に入力される高周波信号の周波数を表し、縦軸のＳ２１は高周波回路の特性を表すＳパラメータの一つで高周波信号の伝送による配線の伝送損失を表している。

【0025】

図６に示すように、各露出率の曲線Ｈ１〜Ｈ４は、配線２３ａにより伝達する信号の周波数が高くなるにしたがって伝送損失が異なる。例えば、伝達する信号の周波数を６０ＧＨｚに設定した場合に、露出率が０％の曲線Ｈ１に比べて、露出率が２０％の曲線Ｈ２では、伝送損失に約１ｄＢの差が生じる。このシミュレーション結果と配線基板２１の実測値とに一定の相関関係が確認された。つまり、金層３０の結晶成長が十分でない場合に、ニッケル層２９の露出と、高周波信号における電流の表皮効果とが相乗効果となり、伝送損失の低下が生じている。従って、配線２３ａにおける高周波特性を比較的高い周波数帯域で測定することにより、その伝送損失からニッケル層２９の露出率が高い配線基板２１を抽出することができる。

【0026】

図４に示すように、高周波特性測定（ステップ４３）後に、測定された伝送損失に応じて金のめっき処理を行うかを判定する（ステップ４４）。この判定は、例えば、配線２３ａと同構成（線路長や形状等）でワイヤボンディング性に問題がなかった配線２３ａに対して高周波特性を測定し、その結果から予め閾値を定めておく。尚、高周波検査は、すべての配線基板２１に対して検査を行うことが困難である場合には、同一のロットに含まれる複数の基板３５の一部に対して抜き取りで検査を実施してもよい。また、図５において、プローブ端子５１とプローブ端子５２の間以外の導体部分、つまり、信号ピン５２ａが接触される部分よりビア２７側の配線２３ａ、ビア２７等はスタブ状態となる。このようなスタブ状態の回路を含む配線２３ａにおいても、スタブ状態の導体部分を含めて伝送損失を比較することで高周波特性を判定できる。

【0027】

ステップ４４において、めっき処理が必要であると判定された場合には、めっき処理を行う（ステップ４５）。めっき処理（ステップ４５）は、金めっきを行う。次いで、膜厚測定（ステップ４２）を行う。

【0028】

ステップ４４において、めっき処理が不要であると判定された場合には、ワイヤボンディング性を測定する（ステップ４６）。ワイヤボンディング特性測定は、例えば、基板３５に形成されたテスト用の配線にボンディングワイヤを接続し、そのボンディングの引張り強度を測定する。ステップ４７において、ボンディングの引張り強度が基準値を満たした基板３５は、めっき処理の工程が終了となる。また、ボンディングの引張り強度が低い基板３５は、ＳＥＭによってめっきの結晶状態が確認され（ステップ４８）、その観測結果が基板３５の製造プロセスにフィードバックされる。

【0029】

以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）半導体装置１０に用いる配線基板２１には、半導体チップ１１のパッド１２とボンディングワイヤ１３により接続される配線２３ａに対し、高周波特性を測定するプローブ端子５１，５２の接触が可能なように、端子２６ａ，２６ｂ，３１ａ，３１ｂが形成されている。配線基板２１の検査工程において、端子２６ａ，２６ｂ及び配線２３ａにプローブ端子５１を、端子３１ａ，３１ｂ及び配線２３ａにプローブ端子５２をそれぞれ接触させ、配線２３ａに高周波信号を伝達させて伝送損失を測定する（ステップ４３）。その伝送損失の測定値に基づいてめっき処理を行うかを判定する（ステップ４４）。従って、配線２３ａの高周波特性からニッケル層２９の露出率が高い配線基板２１を抽出し、その配線基板２１を含む基板（ワーク）３５に対してめっきを行うことで、めっきの表面状態が良好な配線基板２１を得ることができる。言い換えれば、ボンディングの引張り強度が低い配線基板２１を減らすことができる。

【0030】

（２）高周波検査（ステップ４３）は、プローブ端子５１，５２を配線２３ａ及び端子２６ａ，２６ｂ，３１ａ，３１ｂ，に接触させることで測定可能であるため、配線基板２１を非破壊で検査できる。

【0031】

（３）各配線基板２１に対し、端子３１ａ，３１ｂを設けたため、個片化したのちにも、各配線基板２１の高周波特性を測定することができる。
尚、上記実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。

【0032】

・上記実施形態において、高周波特性の測定は、基板３５に複数形成された配線基板２１に対して実施したがこれに限定されない。例えば、図７に示すように、基板６０は、外周フレーム部３６ａの各辺の中央部分に領域６１ａを、中央フレーム部３６ｂの中央部分（基板６０の中央部分）に領域６１ｂを設定する（図７の破線で示す部分）。各領域６１ａ，６１ｂには、図７の拡大図で示すように、基板上面に直線形状の配線６２がそれぞれ形成されている。配線６２の長手方向の一端側には端子６３ａ，６３ｂが、他端側には端子６４ａ，６４ｂがそれぞれ配線６２と離間して基板上面に形成されている。また、基板６０は、各領域６１ａ，６１ｂの配線６２と端子６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂを含む範囲に、グランド配線６５が絶縁部材を介して形成されている。各端子６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂは、グランド配線６５に接続されている。このように構成された基板６０は、各領域６１ａ，６１ｂの配線６２に対して高周波特性を測定することで、配線基板２１のめっきの表面状態を検査できる。

【0033】

これにより、基板６０を検査対象として高周波特性の測定を行うため、個別化した配線基板２１に対して測定を行う場合に比べて、ハンドリング（搬送）や検査のための基板固定等が容易となる。また、フレーム３６に検査用の配線６２等を形成しているため、配線基板２１を個別化するためにフレーム３６を切断する際に、配線６２等を含めて破棄することができる。尚、フレーム３６に設けた配線６２と端子６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂは、基板領域２１ａ（配線基板２１）内に配線２３と別に設けてもよい。また、基板領域２１ａ内とフレーム３６内との両方に高周波特性が測定可能な配線や端子を設けてもよい。

【0034】

・上記実施形態において、めっき処理（ステップ４５）を行った後の検査工程は、膜厚測定（ステップ４２）を省略して高周波特性測定（ステップ４３）から検査してもよい。
・上記実施形態において、配線基板２１を半導体チップ１１搭載用の配線基板に具体化したが、めっきが形成された配線を一主面に有する他の配線基板に具体化してもよい。

【0035】

・上記実施形態において、グランド配線２８は、絶縁部材２５の間に限らず、配線基板２１の下面（バンプ２４側）に形成してもよい。
・上記実施形態において、配線２３ａ（配線２３）と対向配置される金属層は、グランド配線２８に限定されず、例えば、半導体チップ１１に高電位を供給する配線や、各端子２６ａ，２６ｂ，３１ａ，３１ｂのみが接続された配線等を用いてもよい。

【0036】

・上記実施形態において、プローブ端子５１，５２は、例えば、信号ピンとグランドピンを一対備えるＧＳタイプのプローブ端子を用いてもよい。
・上記実施形態において、めっきに使用する金属は、ニッケル及び金の組み合わせに限定されず、例えば、ニッケル、パラジウム及び金を用いてもよい。

【0037】

・上記実施形態において、めっき処理は、無電解めっき法を用いて行ってもよい。
・上記実施形態において、絶縁部材２５の材料は、絶縁性樹脂（エポキシ系樹脂等）に限定されず、例えば、セラミック、シリコンを用いてもよい。

【0038】

・上記実施形態において、パッド２２、配線２３、グランド配線２８及び端子２６，３１ａ，３１ｂの材料は、銅に限定されず、例えば、タングステンを用いてもよい。

【符号の説明】

【0039】

１１ 半導体チップ（チップ）
１２ パッド（グランド用パッド）
１３ ボンディングワイヤ
２１ 配線基板
２１ａ 基板領域
２３，２３ａ，６２ 配線
２５ 絶縁部材
２６ａ，２６ｂ，３１ａ，３１ｂ 端子（パッド）
２８，６５ グランド配線（金属層）
２９ ニッケル層
３０ 金層
３５，６０ 基板
３６ フレーム
５１，５２ プローブ端子（測定用プローブ）
５１ａ，５２ａ 信号ピン
５１ｂ，５１ｃ，５２ｂ，５２ｃ グランドピン
６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ 端子（パッド）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】