(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性で半田濡れ性が良く溶融した半田を半田接合される電極の表面へ導くための金属粉末をフラックスに含有させて成り、接合部に転写により供給される転写用の金属ペーストであって、前記金属粉末に箔状の粉末を含むことを特徴とする転写用の金属ペースト。
【請求項２】
半田ボールに請求項１記載の転写用の金属ペーストを転写により塗布する工程と、前記金属ペーストが塗布された半田ボールをワークの電極上に移載する工程と、前記半田ボールが移載されたワークを加熱することにより、前記半田ボールを溶融し、前記金属粉末で溶融した半田を前記電極の表面へ導き到達させてこの半田ボールを前記電極に接合することを特徴とするバンプ形成方法。
【請求項３】
ワークの電極に請求項１記載の転写用の金属ペーストを転写により塗布する工程と、この金属ペーストが塗布された電極上に半田ボールを移載する工程と、前記半田ボールが移載されたワークを加熱することにより、前記半田ボールを溶融し、前記金属粉末で溶融した半田を前記電極の表面へ導き到達させてこの半田ボールを前記電極に接合することを特徴とするバンプ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品などの接合用として転写により塗布される転写用の金属ペーストおよびこの金属ペーストを用いたバンプ形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品などの接合用として、金属ペーストを用いる方法が知られている。この方法は、半田接合性を向上させるために用いられるフラックス中に、導電性で半田濡れ性の良い金属粉末を含有させたものである。金属粉末として金、銀や銅などを用いたものは、半田バンプや半田ボールなど被接合部が半田である場合に用いられ、また金属粉末として半田を用いたものは、被接合部が半田の場合はもちろん、それ以外の金、銀や銅などの金属である場合にも用いられる。
【０００３】
本来半田接合性を向上させる目的で塗布されるフラックス中に金属粉末を含有させることにより、接合部に導電体である金属を供給することとなり、接合部の体積を増強して接合強度を補強するとともに、十分な導通断面を確保して良好な導電性を得ることができるという効果がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、接合部に上記金属ペーストを供給する方法として、金属ペーストを転写により塗布する方法が広く用いられている。例えば半田ボールを電極に移載して半田バンプを形成する例では、半田ボールに金属ペーストを転写した後に、この半田ボールをワークの電極上に移載する。この方法によれば、ワークの電極に予め金属ペーストを印刷する方法と比較して、工程を簡略化できるという利点がある。
【０００５】
しかしながら、従来の金属ペーストには、転写によって塗布する場合の転写体積を十分に確保することが困難であり、その結果十分な接合が行われず接合不良の発生頻度が高いという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、転写体積を十分に確保することができ、接合不良を減少させることができる転写用の金属ペーストおよびバンプ形成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の転写用の金属ペーストは、導電性で半田濡れ性が良く溶融した半田を半田接合される電極の表面へ導くための金属粉末をフラックスに含有させて成り、接合部に転写により供給される転写用の金属ペーストであって、前記金属粉末に箔状の粉末を含む。
【０００９】
請求項２記載のバンプ形成方法は、半田ボールに請求項１記載の転写用の金属ペーストを転写により塗布する工程と、前記金属ペーストが塗布された半田ボールをワークの電極上に移載する工程と、前記半田ボールが移載されたワークを加熱することにより、前記半田ボールを溶融し、前記金属粉末で溶融した半田を前記電極の表面へ導き到達させてこの半田ボールを前記電極に接合するようにした。
【００１０】
請求項３記載のバンプ形成方法は、ワークの電極に請求項１記載の転写用の金属ペーストを転写により塗布する工程と、この金属ペーストが塗布された電極上に半田ボールを移載する工程と、前記半田ボールが移載されたワークを加熱することにより、前記半田ボールを溶融し、前記金属粉末で溶融した半田を前記電極の表面へ導き到達させてこの半田ボールを前記電極に接合するようにした。
【００１１】
各請求項記載の発明によれば、転写時の転写体積を十分に確保して、接合不良を減少させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の半田ボールの移載装置の転写部の部分断面図、図２（ａ），（ｂ）は同半田ボールの移載装置の転写部の拡大断面図、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は同基板の部分断面図、図４（ａ），（ｂ）、図５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、同ピン転写による半田バンプ形成の工程説明図、図６（ａ）は同金属含有量と金属ペーストの粘度との関係を示すグラフ、図６（ｂ）は同金属含有量と転写体積との関係を示すグラフ、図６（ｃ）は同金属含有量と接合不良発生率との関係を示すグラフである。
【００１３】
まず、図１、図２を参照して半田ボールに金属ペーストを転写により塗布する方法について説明する。図１に示す半田ボールの移載装置の金属ペーストの転写部６は、容器１３とスキージユニット９より構成される。容器１３は水平の平らな底面を有しており、この底面上に金属ペースト１４を貯溜する。スキージユニット９は２つのスキージ７を上下動させる２つのシリンダ８を備えている。２つのスキージ７は図１に示すようにそれぞれ異る方向に傾斜しており、シリンダ８のロッドが下降した状態では、スキージ７の下端部と容器１３の底面との隙間は所定隙間ｄに保たれる。この状態でスキージユニット９が水平往復動することにより、２つのスキージ７は容器１３内に貯留される金属ペースト１４を、容器１３の底面上に前述の隙間ｄに等しい所定厚さｄで塗布する。
【００１４】
次に、ここで用いられる金属ペースト１４について説明する。金属ペースト１４は、半田接合性向上の目的で用いられるフラックスに、金や銀、銅などの導電性でかつ半田濡れ性の良い金属粉末を含有させたものであり、接合部に転写により供給される。金属ペースト１４中の金属粉末の含有量は、金属ペースト１４に対する体積比で１０〜４０％の範囲内に設定される。金属粉末の含有量をこのように設定することの意義については後述する。また金属粉末の形状として、薄い箔状のものなどの非球状の粉末を含ませることにより、容器１３の底面上に金属ペースト１４を塗布した際に、フラックス中で金属粉末が沈降分離しにくくなり、転写時に安定した量の金属粉末を転写できるという効果を得ることができる。
【００１５】
ここで、金属ペースト１４の金属粉末の種類と、被接合部の材質との関係について説明する。本実施の形態では、金属粉末として金や銀などの金属を用いているが、これは後述するように導電性ボールとして半田ボールを用いることによるものである。
【００１６】
次に半田ボールへの金属ペースト１４の塗布について説明する。図１に示すように、半田ボール５を吸着孔１０ａに真空吸着した吸着ツール１０を金属ペースト１４が塗布された容器１３上に位置させる。次いで図２（ａ）に示すように、吸着ツール１０の下面を容器１３の底面上から高さｈの位置まで下降させる。高さｈは、半田ボール５の下端部が容器１３の底面に当接しない高さであり、半田ボール５の下面に適量の金属ペースト１４が転写されるような高さとして、実際の試行により決定されるものである。なお、ｄが半田ボール５の直径以下であれば、半田ボール５を容器１３の底面に当接させても良い。
【００１７】
次いで、この状態から吸着ツール１０を上昇させる。すると、容器１３の底面に所定厚さｄで塗布された金属ペースト１４は半田ボール５の下面に転写されて付着したまま上昇する。このようにして図２（ｂ）に示すように、半田ボール５の下面には金属ペースト１４が転写により塗布される。
【００１８】
次に半田ボール５の基板上への移載について説明する。図３（ａ）に示すように、ワークとしての基板１１の下面には電極１２が形成されており、この電極１２上面に貫通孔１１ａを介して半田バンプが形成される。この基板１１上に半田ボール５を吸着した吸着ツール１０を移動させ、次いで吸着ツール１０を貫通孔１１ａ上に下降させる。次いで半田ボール５の真空吸着を解除して吸着ツール１０が上昇することにより、半田ボール５は基板１１の貫通孔１１ａの位置に移載される。このとき、図３（ｂ）に示すように、貫通孔１１ａ上の半田ボール５の下端部は、基板１１の厚みにより電極１２の上面に接触しないが、半田ボール５の下面に塗布された金属ペースト１４は電極１２の表面に接触した状態にある。
【００１９】
次に、半田ボール５が移載された基板１１をリフロー装置に送り、加熱する。これにより半田ボール５は溶融状態となるが、このとき金属ペースト１４中には半田ぬれ性の良い金属粉末が含まれているので、溶融半田はこれら金属粉末に導かれて金属粉末の間を浸潤しながら下方へ移動する。そして溶融半田は電極１２の表面に到達した後、冷却固化することにより電極１２の表面に接合される。
【００２０】
このとき金属ペースト１４中のフラックス成分により、電極１２や半田ボール５の表面の酸化膜が除去されて良好な半田接合が行われ、図３（ｃ）に示すように電極１２上に貫通孔１１ａを介して半田バンプ５’が形成される。また、金属ペースト１４に混合されていた金属粉末は半田バンプ５’中に含有されるが、これらの金属粉末は導電性のものであるため電極１２と半田バンプ５’との導通を阻害することはない。
【００２１】
また、上記実施の形態では、バンプが形成される電極として、本実施の形態では基板の貫通孔の底部に位置する電極を対象とした例を示しているが、これに限定されず基板の表面に露呈された電極であってもよい。
【００２２】
さらに、上記実施の形態では、半田ボール５に予め金属ペースト１４を転写し、金属ペースト１４が塗布された半田ボール５を電極１２上に移載する例を示しているが、本発明はこれに限定されず、予め電極上１２にピン転写によって金属ペースト１４を塗布しておき、この後に半田ボール５を金属ペースト１４が塗布された電極１２上に移載するようにしてもよい。図４、図５はピン転写による半田バンプの形成方法の工程を示すものである。容器１３上にスキージユニットで所定の膜圧で供給された金属ペースト１４に、ピン２０を下降上昇させてピン２０の下端部に金属ペースト１４を転写する（図４（ａ）、（ｂ））。
【００２３】
次に、このピン２０を基板１１の電極１２に下降上昇させてピン２０に転写された金属ペースト１４を電極１２に塗布する（図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ））。この後、導電性ボール５を転写により塗布された金属ペースト１４上に搭載し、加熱してバンプ５‘を形成する（図５（ｄ）、（ｅ））。
【００２４】
ここで、金属ペースト１４中の金属粉末の含有量を前記範囲内に設定することの意義を図４を参照して説明する。図６（ａ）に示すように、金属ペースト１４の粘度は金属粉末の含有量の増加に伴って増大し、特に体積比で４０％を越えると急激に増大する。図６（ｂ）は、金属含有量と、被転写対象物（導電性ボール５やピン２０）に転写される金属ペースト１４の転写体積との関係を示している。図６（ｂ）から判るように、転写体積は含有量の増加に伴って減少し、特に含有量が４０％を越え、金属ペースト１４の粘度の増大につれて急激に減少することを示している。
【００２５】
すなわち、金属粉末の含有量が増加して金属ペースト１４の粘度が増大すると、金属ペースト１４が粘性によって転写対象物の表面に沿って這い上る量が少なくなるとともに、金属粉末を粘性によって転写対象物の表面に付着した状態で保持することができなくなることを示している。これに対し、金属粉末の含有量が１０〜４０％の範囲では、転写体積は含有量の増加とともに幾分減少するが、含有量自体の増加と合わせて考えると転写される金属粉末そのものの量はある所定範囲内に保たれていると考えてよい。
【００２６】
この結果、図６（ｃ）に示すように、金属粉末の含有量が４０％を越えると、接合部に供給される金属粉末の全体量が減少することにより、接合不良の発生率が急激に高くなっている。金属含有量が１０％に満たない場合にも同様に接合不良の発生率が高くなっているが、これは金属含有量が少ない場合には、金属ペースト１４そのものの転写量としては十分な量が確保されるものの、その中に含有される金属粉末の量自体が少ないことによるものである。これに対し、含有量が１０〜４０％の範囲では、金属粉末が必要十分な量だけ供給されるため、接合不良の発生率をきわめて低く保つことができる。
【００２７】
上記説明したように、フラックス中に金属粉末を含有させて成る金属ペーストにおいて、金属含有量を体積比で１０〜４０％の範囲内に設定することにより、転写時の転写体積を確保することができ、接合不良を減少させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、転写時の転写体積を確保することができる。したがって接合部には十分な量の金属粉末が供給され、接合部を有効に補強するとともに十分な導通を確保して接合不良を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の半田ボールの移載装置の転写部の部分断面図
【図２】（ａ）本発明の一実施の形態の半田ボールの移載装置の転写部の拡大断面図
（ｂ）本発明の一実施の形態の半田ボールの移載装置の転写部の拡大断面図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態の基板の部分断面図
（ｂ）本発明の一実施の形態の基板の部分断面図
（ｃ）本発明の一実施の形態の基板の部分断面図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態のピン転写による半田バンプ形成の工程説明図
（ｂ）本発明の一実施の形態のピン転写による半田バンプ形成の工程説明図
【図５】（ａ）本発明の一実施の形態のピン転写による半田バンプ形成の工程説明図
（ｂ）本発明の一実施の形態のピン転写による半田バンプ形成の工程説明図
（ｃ）本発明の一実施の形態のピン転写による半田バンプ形成の工程説明図
（ｄ）本発明の一実施の形態のピン転写による半田バンプ形成の工程説明図
（ｅ）本発明の一実施の形態のピン転写による半田バンプ形成の工程説明図
【図６】（ａ）本発明の一実施の形態の金属含有量と金属ペーストの粘度との関係を示すグラフ
（ｂ）本発明の一実施の形態の金属含有量と転写体積との関係を示すグラフ
（ｃ）本発明の一実施の形態の金属含有量と接合不良発生率との関係を示すグラフ
【符号の説明】
５  半田ボール
５’  半田バンプ
６  転写部
１１  基板
１２  電極
１４  金属ペースト
【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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