(57)【要約】【課題】ボイド発生の防止効果が高いはんだバンプの製造方法及び電子部品のはんだ付け方法を提供する。【解決手段】基板に設けたパッド上にはんだバンプを形成する方法であって、パッド上に供給したペースト状のはんだの粘度が１０Ｐａ・ｓ以下となる温度領域に６０秒〜３００秒間保持する第１予備加熱工程と、第１予備加熱工程よりも高い温度でかつリフロー温度よりも低い温度にはんだを保持する第２予備加熱工程と、第２予備加熱工程の後にはんだをリフロー温度に加熱するリフロー加熱工程とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けたパッド上にはんだバンプを形成する方法であって、前記パッド上に供給したペースト状のはんだの粘度が１０Ｐａ・ｓ以下となる温度領域に６０秒〜３００秒間保持する第１予備加熱工程と、該第１予備加熱工程よりも高い温度でかつリフロー温度よりも低い温度にはんだを保持する第２予備加熱工程と、該第２予備加熱工程の後にはんだを前記リフロー温度に加熱するリフロー加熱工程とを備えることを特徴とするはんだバンプの製造方法。
【請求項２】
基板に設けたパッド上にはんだバンプ用中間体を形成する方法であって、前記パッド上に供給したペースト状のはんだの粘度が１０Ｐａ・ｓ以下となる温度領域に６０秒〜３００秒間保持することを特徴とするはんだバンプ用中間体を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだペーストを用いたはんだバンプの製造方法に係り、はんだペーストを印刷してリフローさせることにより、はんだバンプを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、高密度実装法としてフリップチップ実装が注目されており、多数のはんだバンプをウエハや基板に形成されたパッド部に形成しておき、その上に半導体チップを搭載した後、加熱することによりはんだバンプを溶融して接合することが行われている。
このようなはんだバンプにおいて、はんだの溶融時に気泡が発生すると、ボイドとなって接合不良を招く。このため、特許文献１〜３に記載のように、ボイドの発生を抑えたはんだ付け方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、はんだを溶融温度以下の８０℃〜１５０℃の温度で加熱した後、はんだの上に電子部品を搭載し、さらにリフロー温度で加熱してはんだ付けする方法が開示されている。部品搭載前の加熱工程ではんだ中の低沸点成分を蒸発させることで、リフロー加熱によるはんだ付け時での蒸発を抑制してボイドの発生を防止している。
【０００４】
特許文献２には、第一加熱工程、第二加熱工程、第三加熱工程と加熱温度を順次上昇させる三段階の加熱工程を経てはんだバンプを形成する方法が開示されている。第一加熱工程では、例えば１４０℃〜１７０℃程度に加熱して、はんだ表面の酸化膜を除去し、第二加熱工程では、例えば２９０℃に加熱して、はんだ中の溶剤や樹脂分を揮発させ、第三加熱工程ではんだを溶融するとされている。
【０００５】
特許文献３には、基板にはんだを供給してはんだ溶融温度を超える所定温度で一定時間保持する第１溶融工程の後に部品を搭載し、その後、第２溶融工程によってリフロー温度に保持してはんだを溶融して部品を接合するはんだ付け方法が開示されている。第１溶融工程ではんだ中に含まれるフラックスを揮発させることで、部品洗浄しなくても残留フラックスのない状態ではんだ付けすることができ、リフロー加熱時のボイドの発生を防止することができるとされている。また、第１溶融工程又は第２溶融工程の一方又はその双方の前に、はんだ溶融温度未満の所定温度（１００℃〜２５０℃）で一定時間保持する予備加熱工程を設けることも記載されており、この予備加熱工程を設けることにより、はんだに含まれる低沸点成分や水分を蒸発させ、はんだと基板との均熱性を向上するとともに、フラックスの突沸を防止する効果があるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−６８６３９号公報
【特許文献２】特開２００６−３０５６３１号公報
【特許文献３】特開２００７−２２７４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
いずれの特許文献においてもリフロー温度ではんだを溶融するリフロー加熱の前に、このリフロー温度よりも低い温度で加熱することにより、はんだ中に含まれるフラックスを揮発させ、リフロー加熱工程においてフラックス成分が揮発することを抑制してボイドの発生を防止するようにしているが、その効果はまだ不十分であり、さらなる対策が望まれている。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ボイド発生の抑制効果が高いはんだバンプの製造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】
【０００９】
ボイドが発生する場合は、ウエハや基板のバンプと下地であるパッドとの界面近傍に生じる。つまり、はんだが溶融したときに、下地パッドへの濡れが悪いとボイドとなる。はんだペーストは、はんだ粉末、フラックスを含んでいるが、そのうちはんだ粉末が溶融して、下地パッドへ濡れ、表面張力で球状になり、バンプとして形成される。ボイドが下地パッド部との界面に発生する原因の一つとして、ペースト中のはんだ粉末が下地パッド上面に均一に無いために、もしくは、はんだ粉末間の隙間が大きくなり、局所的に空孔であったり、フラックスのみが存在することで、はんだが溶融して濡れる際に、濡れ拡がらないために生じることも一因と考えられる。はんだ粉末が溶融凝集する前に、接合対象面に隙間なくはんだ粉末を存在させることができれば、ボイドの発生を抑制できる。そこで、本発明者は、鋭意研究の下、下地パッド上に供給したはんだペーストの粘度を低下させ、はんだ粉末を沈降させることにより、下地パッド上に隙間なくはんだ粉末が存在する状態を作り出すことができるとの知見に至った。そして、はんだペーストの粘度は、ある温度域で極小値を示すとの知見を得て、以下の解決手段とした。
【００１０】
すなわち、本発明は、基板に設けた下地パッド上にはんだバンプを形成する方法であって、前記下地パッド上に供給したペースト状のはんだの粘度が１０Ｐａ・ｓ以下となる温度領域に６０秒〜３００秒間保持する第１予備加熱工程と、該第１予備加熱工程よりも高い温度でかつリフロー温度よりも低い温度にはんだを保持する第２予備加熱工程と、該第２予備加熱工程の後にはんだを前記リフロー温度に加熱するリフロー加熱工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第１予備加熱工程において、はんだを１０Ｐａ・ｓ以下の低粘度に６０秒〜３００秒間保持することにより、はんだの粘度が低いため、はんだ粉末が沈降して下地パッド上へ堆積する。これによりはんだ粉末が下地パッド上に隙間なく集中するので、その後のリフロー加熱工程において下地パッドに十分に濡れた状態に溶融はんだを接触させることができ、ボイドの発生を防止することができる。
この場合、粘度が１０Ｐａ・ｓを超えると、はんだ粉末の沈降が阻害され、ボイド発生のおそれがある。また、保持時間が６０秒未満では、はんだ粉末を十分に沈降させることができず、３００秒を超えると、たとえ、第1予備加熱という低温と言えども、長い時間晒されることで、粉末とフラックスの反応が進み、また、はんだ粉末の酸化も進み、フラックス中の活性剤が劣化し、リフロー加熱工程で、はんだ粉の残りなどのはんだボールが生じてしまうおそれがある。
なお、第２予備加熱工程は従来技術と同様に、はんだ中の溶剤等を揮発させる工程である。
はんだペーストの粘度は、直径２４．９８ｍｍ、ギャップが０．５ｍｍの平板コーン型レオメータを使用して回転数１ｒｐｍで室温から３℃／分の昇温速度で加熱した際に測定される粘度である。
【００１２】
また、本発明は、基板に設けた下地パッド上にはんだバンプ用中間体を形成する方法であって、前記下地パッド上に供給したペースト状のはんだの粘度が１０Ｐａ・ｓ以下となる温度領域に６０秒〜３００秒間保持することを特徴とする。
【００１３】
このように形成したはんだバンプ用中間体は、パッド上にはんだ粉末が沈降して、下地パッド上面付近に集中して堆積しており、その後、通常の予備加熱を経てリフロー加熱処理することにより、ボイドの少ないはんだバンプを得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、はんだペーストを低粘度で所定時間保持する第１予備加熱工程を設けたことにより、下地パッドにはんだを十分に濡らすことができ、ボイド発生の抑制効果が高く、接合信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のはんだバンプの形成方法を（ａ）〜（ｄ）に工程順に模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の実施例で用いたはんだペースト１及び４の温度と粘度との相関を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例で用いたはんだペースト１〜３の温度と粘度との相関を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例１〜３及び比較例１〜３のはんだバンプを形成する際の温度プロファイルを示すグラフである。
【図５】本発明の実施例４及び比較例４のはんだバンプを形成する際の温度プロファイルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、基板１上に形成されたバンプ形成用パッド（Ｕｎｄｅｒ  Ｂｕｍｐ  Ｍｅｔａｌ，以下、単にパッドという）２に対してはんだペースト３を印刷供給してはんだバンプ４を形成する工程を順に示したものである。
はんだバンプ４を形成する前の基板１のバンプ形成位置には、同図（ａ）に示すように、配線パターン５上にパッド２が設けられるとともに、このパッド２を開口部６に臨ませた状態でドライフィルム７が設けられている。これらパッド２及びドライフィルム７は公知のバンプ形成技術により形成される。符号８はパッシベーション膜、９はウエハを示す。
以下、この基板１のパッド２の上にはんだバンプ４を形成する方法を、はんだペースト供給工程、第１予備加熱工程、第２予備加熱工程、リフロー加熱工程の順に分けて説明する。
【００１７】
（はんだペースト供給工程）
図１（ｂ）に示すように、ドライフィルム７の開口部６内にはんだペースト３を印刷により充填する。このはんだペースト３ははんだ粉末、フラックスを所定の比率で混合したものであり、例えば、はんだ粉末としては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｐｂ−Ｓｎ系等の合金粉末で、粒径５μｍ〜３２μｍのものが用いられ、フラックスとしては、ロジン等の樹脂分、活性剤、チクソ剤、溶剤を含有しており、ハロゲンフリータイプ、活性（ＲＡ）タイプ、弱活性（ＲＭＡ）タイプ、水溶性タイプ等のものを用いることができる。
【００１８】
（第１予備加熱工程）
開口部６にはんだペースト３を充填した後に、レオメータで測定されるはんだの粘度が１０Ｐａ・ｓ以下となる温度領域に６０秒〜３００秒間保持する（加熱工程）。その温度は、フラックスの種類に応じて８０℃〜１２０℃の範囲内に設定される。
このときの粘度測定に使用するレオメータは、平板コーン型（円錐円板型）で、コーンの直径が２４．９６ｍｍ、コーンと平板とのギャップが０．５ｍｍであり、測定温度範囲が室温〜２００℃のものが適用される。そして、１ｒｐｍの回転数で室温（２０℃）から３℃／分の昇温速度ではんだの粘度を測定し、その粘度が１０Ｐａ・ｓ以下となる温度領域を第１予備加熱温度とする。
なお、加熱雰囲気は窒素雰囲気あるいは低酸素雰囲気が好ましい。
【００１９】
この第１予備加熱工程により、はんだペーストの粘度が低下して、はんだ中のはんだ粉末３ａがパッド２上に沈降する。これにより、パッド上にはんだ粉末３ａが密集して堆積される。この状態を図１（ｃ）に模式的に示したが、深さ７０μｍ〜７５μｍの開口部６内の底部のパッド２の付近でははんだ粉末３ａが集中しており、上部においてはフラックスが主体となっている。
この第１予備加熱工程において、はんだの粘度が１０Ｐａ・ｓを超えていると、はんだ粉末の沈降が阻害され、その後の部品接合時にボイド発生のおそれがある。また、保持時間が６０秒未満であると、はんだ粉末３ａを十分に沈降させることができず、パッド２上に隙間が生じる。３００秒を超えると、はんだの劣化を招くおそれがあるので、好ましくない。
【００２０】
（第２予備加熱工程）
第２予備加熱工程では、第１予備加熱工程よりも高い温度でかつリフロー温度よりも低い温度にはんだを保持する。
この第２予備加熱工程は、従来技術と同様、はんだ中のフラックスを揮発させる工程であり、例えば１５０℃〜２００℃に３０秒〜９０秒間保持する。加熱雰囲気は窒素雰囲気あるいは低酸素雰囲気が好ましい。
【００２１】
（リフロー加熱工程）
はんだをリフロー温度に加熱して溶融する。例えば２００℃〜２５０℃に数十秒間保持する。加熱雰囲気は第１予備加熱工程及び第２予備加熱工程と同様、窒素雰囲気あるいは低酸素雰囲気が好ましい。
その後、冷却するとはんだは表面張力により図１（ｄ）に示すように略半球状のはんだバンプ４が形成され、ドライフィルムを除去して使用される。
【００２２】
なお、第１予備加熱工程を終了した時点で室温まで冷却し、そのまま保管しておくことも可能であり、その後、第２予備加熱工程、リフロー加熱工程を経てはんだバンプを製造してもよい。本発明では、第１予備加熱工程後に冷却した状態のものをはんだバンプ用中間体と称しており、このはんだバンプ中間体では、はんだ粉末がパッドの上面付近に集中して堆積しているので、その後の第２予備加熱工程、リフロー加熱工程を経ることにより、パッド上に十分に濡れ広がったはんだバンプを形成することができる。
【００２３】
なお、以上の実施形態においては、はんだ中のはんだ粉末を沈降させるための第１予備加熱工程では、はんだを所定粘度となる温度領域に６０秒〜３００秒保持するとしたが、この場合、その温度領域内の特定の温度に一定に維持する場合だけでなく、その温度領域の範囲内を６０秒〜３００秒かけて通過するように漸次温度上昇しながら加熱してもよい。
【実施例】
【００２４】
次に、本発明の効果を確認するために行った試験結果について説明する。
はんだペーストとして、表１に示す４種類を用意した。ペースト１〜３までははんだ粉末は同じＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金であり、その粒径とフラックスが異なるものとした。ペースト４はＰｂ−Ｓｎ系合金であるが、ペースト１と同じ粒径、同じフラックスとした。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
これら４種類のはんだペーストを用いて、レオメータにて粘度を測定した。レオメータは、平板コーン型（円錐円板型）で、コーンの直径が２４．９６ｍｍ、コーンと平板とのギャップが０．５ｍｍであり、測定温度範囲が室温〜２００℃のものを使用した。そして、１ｒｐｍの回転数で室温（２０℃）から３℃／分の昇温速度ではんだの粘度を測定した。その結果を図２及び図３に示す。図２はペースト１と４とを比較したもので、両者とも近似した傾向を示している。図３はペースト１〜３を比較したもので、はんだ粉末の粒径、フラックスにより、温度と粘度との相関が異なっているのがわかる。
【００２７】
この温度と粘度との相関から、はんだ付け時の温度プロファイルを設定し、ペースト１〜３については図４に示すプロファイル、ペースト４については図５に示すプロファイルとした。いずれも、実施例については、第１予備加熱工程、第２予備加熱工程、リフロー加熱工程を有するプロファイル（図４のプロファイル１、図５のプロファイル３）とし、比較例については、第１予備加熱工程を有しないプロファイル（図４のプロファイル２、図５のプロファイル４）とした。
これらのプロファイルにより基板上に５５０個のはんだバンプを形成し、各バンプにどの程度の大きさのボイドが何個発生したかをカウントした。ボイドの大きさはバンプの直径に対するボイドの直径の比率として算出した。一つのバンプに複数個のボイドが発生した場合には、そのうちの最も大きいバンプについてカウントした。
これらの結果を表に示す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
この表２において、ペースト１〜４については３０％以上のボイドが一つでもあれば不良とされ、ペースト４については２５％以上のボイドが一つでもあった場合は不良とされる。
表２から明らかなように、実施例では、全体的にボイドが少なく、不良となったものはなかった。この結果から、第１予備加熱工程を設けることがボイド低減に有効であることがわかる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  基板
２  パッド
３  はんだペースト
３ａ  はんだ粉末
４  はんだバンプ
５  配線パターン
６  ドライフィルム
７  開口部
【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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