(57)【要約】      （修正有）【課題】はんだ粉末を使用する転写シートは、実用に足りるものであるが、スペーサーなどの高いはんだバンプが必要なときには、使用できなかった。そのため、はんだを箔状にして基材に貼り付けたクラッド材が使用されてきたが、転写時に電極が破壊されるなど必ずしも満足のいくものではなかった。【解決手段】金属、セラミック、プラスチック、ゴム、ガラスエポキシ複合材、紙から選択した基材、該基材の片面上に配置した水溶性又は有機溶剤可溶性の樹脂層、複数層のはんだ粉末を固相拡散接合で焼結したはんだ粉末焼結体からからなるはんだ層とする転写シートを用いることで解決する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属、セラミック、プラスチック、ゴム、ガラスエポキシ複合材、紙から選択した基材、該基材の片面上に配置した水溶性又は有機溶剤可溶性の樹脂層、複数層のはんだ粉末を固相拡散接合で焼結したはんだ粉末焼結体からからなるはんだ層、からなることを特徴とするはんだバンプ形成用転写シート。
【請求項２】
前記、はんだバンプ形成用転写シートは、２層から５層の複数層からなることを特徴とする請求項１に記載のはんだバンプ形成用転写シート。
【請求項３】
前記、基材の片面上に配置した水溶性又は有機溶剤可溶性の樹脂層が、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールポリプロピレングリコール共重合体樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂から選択される常温で固体状の樹脂であることを特徴とする請求項１〜２に記載のはんだバンプ形成用転写シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明ははんだバンプ形成対象部に転写によりはんだバンプを形成するためのはんだバンプ形成用転写シート（以下「転写シート」と称する）に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板に電子部品を実装する場合、プリント基板の電極に電子部品の電極がはんだ付けされる。この場合、プリント基板側の電極にはんだバンプを予め形成しておき、このはんだバンプにリフロー法により電子部品の電極をはんだ付けする方法が簡便である。
【０００３】
はんだバンプの形成は、最も一般的には、マスクを用いたソルダペーストの印刷とその後の加熱によるはんだの溶融により行われる。しかし、この印刷法は、回路基板上の電極数が増えて電極が微細になり、電極ピッチが狭くなるに従って、ブリッジ発生やはんだ量バラツキにより歩留まりが低下し、それによる製造コストの上昇は避けられない。
【０００４】
治具を用いてはんだボールを回路基板の電極位置に搭載し、次いではんだボールを溶融させてはんだバンプを形成する方法も知られている。しかし、この方法では、微小で一定サイズのはんだボールおよび回路基板の電極パターンに合わせて製作される治具が共に高価である。また、治具による微小はんだボールの所定位置への搭載が確実性に欠けるという問題もある。
【０００５】
最近、はんだ転写シートを用いてはんだバンプを形成する方法がいくつか提案されている。
下記特許文献１には、ソルダレジスト層により形成された凹部にはんだ粉末を充填した転写シートが提案されている（特許文献１、ＷＯ２００６／０４３３７７  A1）。
転写シートの凹部は回路基板のはんだ付け部（電極）と同じパターンを有する。このはんだ転写シートを、その凹部が回路基板の電極と対向するように配置し、加圧下に加熱してはんだ粉末を溶融させると、回路基板の電極上にはんだバンプが形成される。この方法では、転写シートの位置合わせが不可欠である。また、転写シートに所定パターンで凹部を形成する必要があるため、転写シートの製造コストが高くなる。
【０００６】
支持基材上に粘着剤層を利用して全面にはんだ粒子が１層（粒子１個分）の厚みで付着している転写シートを用いる方法もある（特許文献２、ＷＯ２００６／０６７８２７  A1）。
この転写シートは、そのはんだ粒子層が回路基板上の電極と対向するように配置する。回路基板は、電極以外の領域が予めソルダレジストで被覆されている。次に、転写シートを載せた回路基板を加圧下に加熱してはんだ粒子を溶融させると、電極部分では溶融はんだに濡れてはんだが付着するが、ソルダレジストの部分は溶融はんだに濡れない。その後、冷却により溶融はんだが固化してから、転写シートを回路基板から剥がすと、電極上にはんだバンプが形成された回路基板が得られる。転写シートのソルダレジストに対向する部分のはんだは、転写シートに付着したまま固化する。この転写シートは、全面にはんだ粒子が付着しており、凹部を有していないため、低コストで容易に製造できる。また、転写シートを回路基板上に配置する際の位置合わせという、厄介な作業が不要になるというものである。
【０００７】
特許文献２と同様のはんだ転写シートを用いるが、微細パターンのはんだバンプ形成方法として、特許文献２のように転写時にはんだ粉末を溶融せずに、はんだの融点よりも低い温度で加熱、加圧することで固相拡散接合ではんだ転写シートのはんだ粉末を電極に転写するはんだバンプ形成方法（特許文献３、ＷＯ２０１０／０９３０３１ A1  ）もある。このはんだバンプ形成方法では、転写する電極がAuめっきの場合は、低い温度で加熱、圧着が可能である。
【特許文献１】ＷＯ２００６／０４３３７７  A1
【特許文献２】ＷＯ２００６／０６７８２７  A1
【特許文献３】ＷＯ２０１０／０９３０３１    A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２のはんだ転写シートは、位置合わせが不要であり、微細なパターンのはんだ付けが可能な優れたものであるが、粘着剤上のはんだ粉末は1層で形成されているので、はんだ量の少ない、はんだ量が多く要求されない微細なパターンのはんだ付けには有効であるが、粘着剤上のはんだ粉末は1層であるので、はんだ量を多くできない問題点があった。つまり、信頼性確保等で高さが高いはんだバンプが必要な場合があるが、特許文献２のはんだ転写シートでは対応できなかった。
【０００９】
この高さが高いはんだバンプの要求への対応としては、転写シートの粘着層に付着させるはんだ粉末を多層にする方法が考えられるが、１層より上部のはんだ粉末は固定が難しく例えば接着剤的な材料を使用すれば固定はできるが、転写に支障があり使用できない。また接着剤的材料を使用しないと１層粉末との固定ができないので、この層は非電極部にも転写され、はんだブリッジの原因となる。
そのために、上述の理由ではんだ高さが高いはんだバンプを形成するには、転写シートの基材と一定の厚みを備えたはんだ箔を接着させたはんだクラッド材などが使用されていた。この方法では、はんだバンプの高さに合わせてクラッド材のはんだの厚みを決定すれば良い。
【００１０】
このようなはんだクラッド材を使用してはんだ高さが高いはんだバンプを形成する方法は、下記のような種々の課題がある。具体的に説明すると特許文献２のように、はんだ転写時に加熱温度をはんだの融点以上に上げてしまうと、クラッド材がダレてブリッジが起こり易くなる。特許文献３のように、はんだ転写時にはんだの融点をはんだの融点以下に加熱して、固相拡散接合を用いてバンプ形成する方法もあるが、転写を受ける電極のAuめっきのAuが加熱時にクラッド材中に拡散してしまい、表層だけの転写となる。
また、転写される電極がCuの場合では、電極と転写されるクラッド材のはんだが強固に接合してしまって、転写後にシートを剥離すると転写シート側にCu電極が剥がれて電極破壊を引き起こす場合がある。
【００１１】
また、はんだ高さを高くするために、粉末が２層以上配列された多層転写シートの考えについては、単に粉末を２層重ねると粉末が崩れてしまうので、粉末と粉末の密着には粘着剤若しくは接着剤として機能する材料を「つなぎ」として加えることが必要であった。  例えば１層目該粉末はアクリル系粘着剤上に粘着力により固定された後、２層目を形成する方法は接着剤として機能するロジン系樹脂などをアルコール系溶剤に溶解し１層配列したはんだ粉末上にスプレーなどによりコーティングしロジン系皮膜を形成後、２層目の粉末をロジン系皮膜上に付着させ２層配列した転写シートが得られる。この２層配列した転写シートからワークの電極部に転写するために加熱・加圧するとロジン系皮膜が溶融し２層の粉末配列が大きく乱れ電極部だけでなく非電極部にも粉末が移行するため実用には程遠かった。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、微細なパターンで高さが必要な場合のはんだ転写によるはんだバンプ形成でも、はんだ粉末が１層のときと同様に、はんだブリッジや電極破壊の転写不具合などの問題を起こさずに転写できるはんだ転写シートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、はんだ転写シートのはんだ部分にクラッド材などの表面が平滑なはんだ材料を用いたとき、融点以下の低い温度では転写ができず、一方Cu電極では転写ができても電極が破壊される等の不具合発生の理由が、クラッド材（はんだ箔）に起因すると特定した。
粉末と違ってクラッド材のように連続したはんだ被膜で形成されていると電極部と非電極部の境界部でのシート剥離時の挙動は該被膜の破断が起こらないとはんだ被膜全体での転写ができない訳である。前述のように電極表面がAuめっきの場合にはAuの拡散がはんだ被膜全体に急速に起こり結果として表層だけの転写になる。一方電極表面がCuの場合ははんだ被膜との接合は十分であるがシートを剥離すると電極自身の強度が剥離強度に負け、シート側に電極が取られる現象が起こる。
そこではんだ箔を使用せず粉末を多層とする検討を行い、複数層のはんだ粉末を固相拡散接合で焼結したはんだ粉末焼結体からからなるはんだ層 を用いる事で、本発明の「つなぎ」を用いない多層化が実現できた。
粉末を使用することにより電極部と非電極部の境界部の剥離時の挙動ははんだ箔とは異なり明瞭となる。つまり、電極部には多層の粉末が層全体で転写され、非電極部にはシートに残る転写が実現でき本発明を完成させた。
【００１４】
本発明では1層目の粉末層と2層目又はそれ以上の粉末層を形成するために新たな粘着剤や接着剤のような材料を使用しないで複数層配列が形成できる。
本発明の複数層化の方法は可溶性樹脂層の場合に１層づつ加熱・圧着する方法による。別に用意した粘着力の極めて小さい粘着シート面に粉末を１層付着し、粉末面と可溶性樹脂層面を対向し加熱・圧着し、該シートを剥離すると可溶性樹脂層面に粉末が全量移行し１層配列したシートができる。２層目以降は同様にして転写された粉末面と、１層目に使用した同様の粘着力の小さい粘着シート面に、１層付着した粉末面を対向させ加熱・圧着することで２層目以降が形成できる。
【００１５】
本発明で１層目の可溶性樹脂層上に粉末が移行する理由は、樹脂層と粉末が加熱と加圧により接合強度が高まり該粘着面への粘着力より勝るからである。２層目以降の移行する理由は、１層目の粉末と２層目の粉末が加熱・加圧により圧接され、その接合強度が該粘着シートの粘着力を上回るからである。このように転写シートの上に配置された粉末に、粉末をはんだ粉末の融点以下の条件で、加熱・圧着することにより、第１層の粉末の形状を維持したまま、第２層の粉末が固相拡散接合により付着して複層の焼結体ができる。
このような方法で、必要な厚みの焼結体が得られるまで、この行程を繰り返せば、希望のはんだ厚を持ったはんだ転写シートが得られる。それを電極上で転写することによって、高さが高いはんだバンプが形成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による粉末の複数層に配列した転写シートは、転写時の加熱・加圧時で複数層の乱れが極めて少なく、複数層の厚さ方向に転写でき、１度の転写だけで転写される粉末個数が、形成された層数に応じて増える結果、転写リフロー後のブリッジがなく、高さ方向のバラツキも少なく、良好な高さの高いはんだバンプが形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明のはんだ粉末が１層、３層で配列された転写シートの模式図をそれぞれ図１、図２、に示す。
【図１】１層配列模式図
【図２】３層配列模式図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の粉末同士を圧接する加熱・圧着の加熱温度は、粉末を溶融させない範囲で行なうのが好ましい。例えばSn―3Ag-0.5Cu（錫―3%銀―0.5%銅）からなる融点約217℃のはんだ組成の場合は200℃付近で良好な密着が得られるがこの温度には拘らない。加圧は密着力発現に必須であり１平方センチメートル当り0.98Ｎ以上好ましくは9.8Ｎ以上が良い。
【００１９】
本発明に適するシート状の基材はプラスチック、ゴム、金属、セラミック、ガラスエポキシ複合材、紙から選択し単独又は複合基材として使用できる。中でもプラスチックフィルムは平坦性が良く好ましい。材質ではポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエーテルイミドフィルムなど耐熱性が優れるフィルムが好適である。転写温度が低い場合はポリオレフィンフィルムも使用できる。ゴムはワークの電極部位置が周囲より低く形成されている場合、加熱・加圧に際して電極部にはんだ粉末表面が追従し接触するために有効な基材である。例えばウレタンゴム、ＮＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどである。その他の基材として金属、セラミック、ガラスエポキシ複合材、紙なども使用が可能である。
【００２０】
本発明の薄膜層の樹脂は加熱時の熱により分解及び反応が起こりにくいものから選択される。分解及び反応が起こると加熱前には該樹脂を溶解する可溶性溶剤に溶解しにくくなり洗浄除去をおこなっても残渣が発生する。
水に溶ける好適な可溶性樹脂としてはポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールポリプロピレングリコール共重合樹脂、などの常温で固体状の樹脂が挙げられる。
有機溶剤に溶ける可溶性樹脂としてはポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、など常温で固体状の樹脂から選択できるがこれ等に限定されない。これらの樹脂は転写シートの基材表面に各種コーティング手段などにより皮膜が形成される。
本発明の薄膜層の適切な厚さははんだ粉末の平均的サイズにより変化するが厚くても５μm以下、好ましくは0.5μmから３μmの範囲である。５μmを越えると加熱・圧着時に該樹脂が溶融しワーク面全体にも付着が避けられず転写が阻害されたり剥離が重くなり電極破壊が発生しやすくなる。0.5μm未満の場合は該粉末の固定力が弱くなり非電極部に該粉末が付き易くなる。
【００２１】
本発明の複数層のはんだ粉末を固相拡散接合で焼結したはんだ粉末焼結体は、形成するはんだバンプの高さによって、はんだ粉末の層を決定すれば良い。しかし、本発明の複数層のはんだ粉末を固相拡散接合で焼結したはんだ粉末焼結体は、粉末同士を固相拡散接合で焼結させるので、形成された焼結体は強い力で結びついたものではない。そのために、はんだ粉末の層を重ね過ぎると、焼結したはんだ粉末はそのはんだ粒子がそのまま残っていることもあり、形成された粉末焼結体は転写時に崩れてブリッジが発生し易くなる。本発明では、６層以上重ねてしまうと、ブリッジが多く発生するようになる。したがって、本発明の複数層のはんだ粉末を固相拡散接合で焼結したはんだ粉末焼結体は、２層〜５層が好ましい。これ以上のはんだバンプの高さを稼ぐには、はんだ粉末の粒径を大きくするなどの工夫が必要である。
【実施例１】
【００２２】
厚さ50μｍのポリエステルフィルム（ポリエチレンテレフタレート）上にアセトン可溶性常温で固体状のポリエステル系樹脂を約１μｍの厚さで形成した東洋紡株式会社製「クリスパーK2411」の縦横各10cmのシート１を準備した。別に同じサイズのパナック株式会社製低粘着フィルム「NT75」（ポリエステルフィルム厚さ75μm、粘着力0.304N/25mm）の粘着面に平均粒径４μmのSn―3Ag―0.5Cu組成のはんだ粉末を全面に１層で配列したシート２を準備した。シート１の可溶性樹脂面とシート２のはんだ粉末配列面とを対向して温度180℃、加圧力9.8KN、時間1分でプレスした。冷却後各シート間を手ではがしたところシート1の可溶性樹脂面にシート２のはんだ粉末が全量転写され1層配列されたシート３が得られた。
【００２３】
シート３と全く同様にして新たに１層配列したシート３を作成し該粉末面と実施例１と同様なシート２を新たに作成し各シートの該粉末面同士を対向して温度200℃、加圧力9.8KN、時間1分でプレス後各シート間を手ではがすとシート３の１層目該粉末面にシート２から新たに1層が全量転写され該粉末が２層で形成されたシート４が得られた。
【００２４】
シート４とシート２を夫々新たに準備し各シートの該粉末面同士を対向して実施例２と同条件のプレスを経て各シート間を手ではがすとシート４の粉末面にシート２から新たな粉末面が全量移り、３層配列のシート５が得られた。
同様に、シート５にシート２を２回転写して、５層で形成されたシート６とさらに１層転写した６層のシート７を作成した。
また、従来の方法としてはんだ箔によって作成したシートをシート８とした。
【００２５】
転写シートとしてシート３（１層配列）、シート４（２層配列）、シート５（３層配列）、シート６（５層配列）、シート７（６層配列）シート８（クラッド）のシートを選択しワークの電極に転写しバンプ形成を行った。その結果を表１にまとめる。
テストしたワークはウエハを10mm×10mmに切断し電極ピッチは130μｍ、電極サイズは電極形状八角形で最大長約60μm、高さはNi約3μm、その上にAu約0.05μmめっきしたものである。
【００２６】
各転写シートを用いて、はんだバンプの形成を行った。はんだ層が厚くなるに従い、加熱温度、加圧力を大きくする必要があるので、転写条件は以下で行った。
１．温度200℃、加圧力290N、時間45秒（シート３、８）
２．温度210℃、加圧力390N、時間45秒（シート４、５、６）
３．温度220℃、加圧力490N、時間45秒（シート７）
【表１】
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【００２７】
転写シートのはんだ厚み、転写した形成したバンプ高さ、電極の破壊状況を確認して、表1にまとめた。
表１の結果からはんだ配列層数が増すと共に得られるバンプ高さが増加することが判る。又電極取られの発生がシート３からシート７までの全てで見られず本発明の効果が確認できる。それに対して、はんだ層をクラッドで形成したシート８は、電極が取られて、電極破壊が見られた。
【符号の説明】
【００２８】
１    はんだ粉末層
２    樹脂層
３    基材
【図１】
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【図２】
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