(57)【要約】【課題】接続信頼性の高いはんだバンプの形成方法を提供する。【解決手段】電子部品または基板の電極上に、吸引保持されたはんだ部材を配置し、はんだ部材に超音波振動を印加することで、上記電極にはんだのバンプを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品又は基板上の電極に、吸引にて保持されたはんだ部材を配置する工程と、
上記はんだ部材に超音波振動を印加して上記電極にはんだ部材を接合する工程と、
を備えたことを特徴とするはんだバンプ形成方法。
【請求項２】
上記はんだ部材に超音波振動を印加する工程において、はんだ部材の一部が吸引穴に入り込んで突起を形成する、請求項１に記載のはんだバンプ形成方法。
【請求項３】
電子部品又は基板上の電極の表面は、はんだに濡れる金属で構成される、請求項１に記載のはんだバンプ形成方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極に、はんだバンプを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の能動部品、並びにコンデンサ及び抵抗などの受動部品からなる電子部品と、配線板上の電極とがはんだで接合されている。その接合方法として、２種類の接合方法がある。第１の方法として、電子部品の電極に対応する配線板上の電極部に、はんだペレットを配置して、このはんだペレットを電子部品と配線板とで挟んだ状態で加熱することによって、はんだ接合する方法である。この方法は、はんだペレットを電極上に配置するため、また、はんだペレットを所定位置に保持する必要があるため、電極サイズが小さい場合、はんだペレットの保持が困難になってくる。よって、生産性が悪いという問題がある。
【０００３】
そこで、第２の方法として、以下の方法がある。即ち、電子部品の電極に、予めはんだバンプを形成しておく。このはんだバンプの形成方法としては、例えばソルダーペーストをシリンジ等で電極上に供給した後、加熱することによって、はんだバンプを形成する。次に、配線板上の電極にソルダーペーストを印刷などの方法で供給して、電子部品のはんだバンプと配線板の電極とを位置合わせした後、これらを押し付けて加熱することによって、はんだ接合を行う方法である。この方法は、はんだペレットを固定する必要がなく、生産性良くはんだ接合を行うことができる。尚、はんだバンプは、上述では電子部品の電極上に設けたが、基板上の電極に形成することもある。その場合、ソルダーペーストは用いないことが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−５６０７１号公報
【特許文献２】特開２００１−４４２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の発明では、マスク開口部にはんだボールを配置させるため、マスク開口部寸法は、はんだボール径よりも大きくする必要がある。そのため、はんだバンプの位置が所定の位置からずれるという問題がある。また、マスクと基板との間に隙間が生じるため、リフロー加熱中に、はんだが隙間を濡れ拡がってしまう。よって、隣接したはんだバンプ間にはんだが流れ、バンプ間が電気的に短絡するという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２の発明では、はんだ粒子をロジンなどに混ぜてペースト状にしたソルダーペーストを用いる。ソルダーペーストは、はんだ粒子の含有量が５０％（体積）のため、はんだバンプの高さを大きくすることができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、接続信頼性の高いはんだバンプの形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様におけるはんだバンプ形成方法は、はんだ部材をはんだ部材保持具に吸引にて固定する工程と、上記はんだ部材を電子部品又は配線板上の電極に位置合せをする工程と、上記はんだ部材を上記はんだ部材保持具に吸引保持した状態で、加熱した上記電極に加圧して超音波振動を印加する工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様におけるはんだバンプ形成方法によれば、はんだ部材を吸引保持し、このはんだ部材に超音波振動を印加して、はんだ部材と電極とを金属接合する。はんだが溶融しない温度に電子部品または配線板の電極を加熱することで、はんだ材に超音波振動を印加したとき、はんだ材の塑性流動が容易になり、金属接合しやすくなる。したがって、接続信頼性の高いはんだバンプ形成方法を提供することができる。
【００１０】
また、はんだを溶融させないため、背の高いはんだバンプを得ることができる効果と、電極を構成している金属層のはんだへの溶解がなく、金属層を薄くできる効果がある。例えば、Ｓｎ-３．５ＡｇのＳｎ系のはんだを用いた場合、はんだを溶融させるとＮｉ層は、０．３μｍ溶解されるが、超音波振動による場合は、Ｎｉの溶解は発生しないことを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるはんだバンプ形成方法を説明するための図であり、はんだ部材としてはんだボールを用いた場合の図である。
【図２】図１の（ｂ）における工程で電極に形成したはんだ部材であって、その形状が直方体形状のはんだ部材を示す斜視図である。
【図３】図１に示すはんだバンプ形成方法を実行するバンプ形成装置の構成を示す図である。
【図４】図３に示すはんだバンプ形成装置の変形例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるはんだバンプ形成方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるはんだバンプ形成方法で形成したバンプで電極間を接合した状態を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１から実施の形態３におけるはんだバンプ形成方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態であるはんだバンプ形成方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１３】
上記実施形態におけるはんだバンプ形成方法は、はんだ部材保持具に吸引保持したはんだ部材をはんだが溶融しない温度に加熱した電極に、押し当ててはんだ部材に超音波振動を印加して、電極にはんだバンプを形成する方法である。ここで上記電極とは、半導体素子等の能動部品、並びに、抵抗及びコンデンサ等の受動部品から構成される電子部品の電極、及び基板の電極である。また、上記はんだバンプが形成されるのは、電子部品あるいは基板の電極、又は、電子部品及び基板の電極である。
【００１４】
このような実施形態におけるはんだバンプ形成方法は、はんだ部材に超音波振動を印加して接合することを含み、ソルダーペーストを用いる形態のように、はんだを溶融させる方法ではない。よって、はんだ部材の形状を大きく崩すことなく、はんだバンプを形成することができる。その結果、アスペクト比の高いはんだバンプを、隣接バンプ間での短絡を発生させることなく高密度はんだバンプ列を生産性よく形成することが可能である。また、はんだが溶融しない温度に電極を加熱した状態でバンプ形成を行うため、超音波振動を印加したとき、はんだ部材において、電極面との接触部分での変形が起こり易くなる。その結果、はんだ部材表面の酸化膜が破れて、新生面が露出し、電極の金属接合を容易に実現することができる。
よって、本発明の実施形態であるはんだバンプ形成方法によれば、高い接続信頼性を得ることができる。
【００１５】
また、超音波振動を印加するときに、はんだ部材を吸引保持するはんだ部材保持具の電極への荷重を大きくすることで、はんだ部材の一部がはんだ部材保持具の吸引穴に入り込む。はんだ部材保持具の吸引穴に入り込み突起状となったはんだは、接合後にはんだ部材保持具をはんだ部材から引き離すときに、引き剥がしの抗力として作用する。この抗力は、はんだ部材と電極との金属接合の有無及び良否の判定に用いることができる。つまり、抗力がはんだ部材と電極との接合力よりも大きければ、はんだ部材は電極から外れてしまう。一方、上記接合力が抗力よりも大きい場合には外れは発生せず、はんだ部材と電極とは良好に接合していることがわかる。
【００１６】
また、はんだ部材を接合する電子部品あるいは配線板の電極の最表面の金属材料として、金、銀などのはんだに濡れやすい材料を用いる。上記金属材料をはんだに濡れる材料にすることで、電極上に超音波振動で接合されたはんだ部材を、加熱して溶融させるときに、電極の全面へのはんだ部材の濡れひろがりが容易になり、さらに信頼性の高いはんだ接合を実現することができる。
【００１７】
また、上述のバンプ形成方法を実行するバンプ形成装置では、はんだ部材に超音波振動を印加する機構は、はんだ部材を保持する治具に、はんだ部材保持用のキャビティを形成しており、治具の振動を機械的な保持ではんだ部材へ伝導させることができる。
【００１８】
このようなバンプ形成装置によれば、はんだ部材に超音波振動を印加する場合、キャビティを有する治具にてはんだ部材を保持することで、はんだ部材を機械的に保持することが可能になる。よって、治具の表面の摩耗によって摩擦力が低下するという問題が解決でき、超音波振動を安定的にはんだ部材に伝えることができる。このため、はんだ部材と電極との接合力のバラツキを低減でき、品質が安定する効果が得られる。
【００１９】
以下には、より具体的に、各実施形態におけるはんだバンプ形成方法について説明する。尚、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における、はんだバンプ形成方法を説明する図である。
図１の（ａ）は、はんだ部材保持具８の吸引穴９部分に、はんだ部材３を吸引保持した状態を示す。はんだ部材３として、ここでは、はんだボールを用いたが、例えば図２に示すような直方体または立方体形状のものでもよい。はんだ材としては、通常のＳｎ系のＰｂフリーはんだ、たとえば、Ｓｎ−０．７Ｃｕを用いたが、これに限定されない。
尚、この工程は、図７に示すステップＳ１に相当する。
【００２１】
図１の（ｂ）は、はんだ部材３を第１の電子部品１の第１の電極上２に、位置合せして、押圧した状態を示す。電極２は、はんだ部材３が溶融しない温度に加熱されている。本実施例の場合、１００℃に加熱した。尚、電極２の温度はこれに限定されない。
尚、この（ｂ）の工程は、図７に示すステップＳ２に相当する。
【００２２】
図１の（ｃ）は、はんだ部材３に荷重をかけながら超音波振動４を印加した状態を示す。具体的には、はんだ部材３としてはんだボールを用いた場合、はんだボール１個当たりの荷重は５００ｇ、超音波振動数は５０ＫＨｚで実施した。これらの接合の条件は、はんだ部材３の種類、大きさ、形状、に依存するため、勿論、本条件に限定するものではない。
尚、この（ｃ）の工程は、図７に示すステップＳ３に相当する。
【００２３】
図１の（ｄ）は、電極２と接合したはんだ部材３により形成された、はんだバンプ５を示す。電極２との接合時において、はんだ部材３は溶融しないため、はんだ部材３の形状の崩れは少ないため、背の高いはんだバンプ５を得ることができる。
【００２４】
本実施の形態１では、はんだ部材３を吸引保持するはんだ部材保持具８として、平板に吸引穴９を設けたはんだ部材保持具を用いたが、これに限定されない。即ち、はんだ部材３に超音波振動４を印加した際、はんだ部材３がずれないように、しっかりと固定することを目的として、図３に示すようにキャビティ１０を設けたはんだ部材保持具８を用いてもよい。
また、図４に示すように、複数の電極２に同時にはんだバンプ５を形成することができるように、はんだ部材保持具８に複数のはんだ部材３を吸引保持して超音波振動４を印加してもよい。
【００２５】
図３及び図４に示すように、はんだ部材保持具８は、バンプ形成装置３０に備わる、超音波振動装置２２によって超音波振動が付与され、また、吸引装置２３によってはんだ部材３の吸引、保持が行われる。
また、図３及び図４に示すはんだ部材保持具８の場合、はんだ部材保持具８のキャビティ１０は、はんだ部材３の側面３ａに接触する。キャビティ１０は、はんだ部材３を包囲して保持する凹形状であり、はんだ部材３の側面３ａを両側から挟むように接触する内面１０ａを有する。また、キャビティ１０は、真空吸引装置２３と連通している。したがって、はんだ部材３は、はんだ部材保持具８のキャビティ１０に吸引にて保持される。
【００２６】
図３及び図４に示すはんだ部材保持具８の場合、保持されたはんだ部材３は、はんだ部材保持具８によって電子部品または基板などの電極２に押し当てられ、超音波振動４が印加される。このとき、はんだ部材３は、はんだ部材保持具８のキャビティ１０の内面１０ａに接触しているため、超音波振動４は、はんだ部材３に直接伝導することができる。
したがって、はんだ部材保持具８は、超音波振動４をはんだ部材３へ安定して伝えることができ、はんだ部材３の第１電極２への接合力のバラツキを小さくすることができる。
【００２７】
実施の形態２．
図５は、本発明にかかる実施の形態２におけるはんだバンプ形成方法を説明する図である。
図５の（ａ）は、はんだ部材保持具８の吸引穴９部分に、はんだ部材３を吸引した状態を示す。はんだ部材３として、はんだボールを用いるが、上述のように直方体または立方体形状のものでもよい。
図５の（ｂ）は、電子部品または配線板の電極２とはんだ部材３とを位置合せした後に、はんだ部材３を電極２に押し当てた状態を示す。電極２は、はんだ部材３が溶融しない温度に加熱している。Ｐｂフリーのはんだの融点は２２０℃程度であるので、本実施形態では、電極２は１８０℃に設定した。勿論、この設定に限定されない。
【００２８】
図５の（ｃ）は、実施形態１における図１の（ｃ）の場合に比べて、はんだ部材３に大きな荷重をかけて超音波振動４を印加することで、吸引穴９に、はんだ部材３を入り込ませた状態を示している。よって、電極２と接触しているはんだ部材３は、突起１１を形成しつつ変形し、はんだ部材３と電極２とが金属接合する。尚、本実施の形態では、はんだ部材３としてはんだボールを用いた場合、はんだボール１個当りの荷重は２Ｋｇであった。
図５の（ｄ）は、はんだ部材保持具８を外した、電極２上にはんだバンプ５が形成された状態を示す。
【００２９】
実施の形態２によるバンプ形成方法では、図５の（ｄ）に示すように、はんだバンプ５の、吸引穴９に相当する位置に、はんだの突起１１が形成されている。はんだ部材保持具８をはんだバンプ５から外すとき、はんだの突起１１と、はんだ部材保持具８の側面との摩擦力により、抗力が発生する。既に説明したように、この抗力を用いて、はんだ部材３と電極２との接合の有無つまり良否を判定することができる。よって、接合後に、はんだバンプ５の接合の有無つまり良否を検査する工程を省くことが可能になり、低コスト化を図ることができる。
【００３０】
実施の形態３．
図６は、電子部品または配線板１の第１電極２の表面を、はんだに濡れる金属で構成し、この表面上に、実施形態１又は２で説明したはんだバンプ形成方法にて、はんだバンプ５を形成し、さらに、第２の電子部品または基板６の第２電極７に、そのはんだバンプ５を溶融させ、第１電極２と第２電極７とをはんだ接合した状態を示す。
【００３１】
接合方法は、通常のように、はんだバンプ５の表面における酸化膜を除去するため、フラックス（図示せず）を第２電極７上、及びはんだバンプ５の表面の少なくとも一方に塗布した後、第２電極７との位置合わせを行い、はんだバンプ５を加熱溶融させ、接合を行う。このとき、はんだバンプ５を加熱していくと、上記フラックスが活性化して、はんだバンプ５の表面の酸化膜をエッチング除去する。さらに加熱して、はんだバンプ５の融点を超えると、はんだバンプ５は、第１電極２上で拡がるとともに、第２電極７上でも濡れ拡がり、はんだ接合部１２を実現することができる。
【００３２】
尚、上記フラックスは、ロジン分が含有されており、接合後、洗浄する必要があるため、フラックスを使用せずに、ギ酸または水素還元雰囲気中で、はんだバンプ５を加熱溶融し、接合を行ってもよい。
はんだに濡れる金属材料で電極表面を構成しているために、はんだが電極２上を容易に濡れ拡がり、信頼性の高いはんだ接合部１２を得ることができる。ここで、はんだに濡れる金属として、金、銀などがよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  第１電子部品または基板、２  第１電極、３  はんだ部材、４  超音波振動、
５  はんだバンプ、６  第２電子部品または基板、７  第２電極、
８  はんだ部材保持具、９  吸引穴、１０  キャビティ、
２２  超音波振動装置、３０  はんだバンプ形成装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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