(57)【要約】  位置決め不要はんだ転写シートを用いてブリッジを発生させずに回路基板の電極上にはんだバンプを形成する方法は、支持基材の少なくとも片面に付着したはんだ層を有するはんだ転写シートを回路基板に重ね合わせ、はんだの固相線温度より低温に加圧下で加熱してはんだ層を電極に選択的に固相拡散接合させ、転写シートを回路基板から剥離することを含む。はんだ層は、はんだ連続被膜からなる層または１層のはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層でよい。
2010093031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記工程(ａ)〜(ｃ)を含むことを特徴とする、回路基板の第１の面上のはんだ付けすべき部分（以下、はんだ付け部という）にはんだバンプを形成する方法：
(ａ)支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する２以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、前記回路基板の第１の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、はんだ連続被膜からなる層および１層に分布したはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層から選ばれ、
(ｂ)工程(ａ)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程、
(ｃ)工程(ｂ)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
【請求項２】
前記はんだ層が、前記回路基板の全てのはんだ付け部を覆う大きさである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記はんだが鉛フリーはんだである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
工程(ａ)において、前記はんだ層と前記回路基板のはんだ付け部との界面にフラックスを介在させる、請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
前記工程(ｂ)における加熱温度が前記はんだ合金の固相線温度より少なくとも５℃低い温度である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
前記工程(ｃ)の後に、下記工程(ｄ)をさらに含む、請求項１または２記載の方法：
(ｄ)工程(ｃ)で得られた回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱して前記はんだ層を溶融した後、固化させる。
【請求項７】
前記はんだ層が１層に分布したはんだ粒子の層であり、このはんだ層が、支持基材上に粘着剤層を形成し、この粘着剤層上にはんだ粒子を散布してはんだ粒子層を粘着剤層に付着させ、前記粘着剤層に付着していないはんだ粒子を除去することにより形成されたものである、請求項１または２記載の方法。
【請求項８】
前記はんだ層が１〜２０μｍの厚みのはんだ連続被膜である、請求項１または２記載の方法。
【請求項９】
前記回路基板のはんだ付け部がＡｕおよびＣｕから選ばれた金属の表面を有する、請求項１または２記載の方法。
【請求項１０】
前記回路基板のはんだ付け部以外の部が、ソルダレジストにより被覆されている表面、および樹脂が露出している表面から選ばれた表面を有する、請求項１または２記載の方法。
【請求項１１】
はんだ付け部を有する回路基板であって、少なくとも一部のはんだ付け部がそれぞれ、そのはんだ付け部に固相拡散接合された複数のはんだ粒子を備えたことを特徴とする、回路基板。
【請求項１２】
回路基板のはんだ付け部に固相拡散接合によってはんだ付けを行うためのはんだ転写シートであって、支持基材の少なくとも片面に付着した、前記はんだ付け部の表面を構成する金属と固相拡散接合が可能なはんだ合金からなる、少なくとも隣接する２以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ連続被膜を有することを特徴とするはんだ転写シート。
【請求項１３】
前記はんだ連続被膜が、前記回路基板の全てのはんだ付け部を覆う大きさである、請求項１２記載のはんだ転写シート。
【請求項１４】
前記はんだ付け部の表面を構成する金属がＡｕおよびＣｕから選ばれ、前記はんだ合金が錫系鉛フリーはんだ合金である、請求項１２または１３記載のはんだ転写シート。
【請求項１５】
前記はんだ連続被膜が、粘着剤層を介して前記支持基材に付着しているはんだ合金の箔から構成される、請求項１２または１３記載のはんだ転写シート。
【請求項１６】
前記はんだ連続被膜がＡｌなどの金属薄膜を介して前記支持基材に付着しているめっき層から構成される請求項１２または１３記載のはんだ転写シート。
【請求項１７】
前記はんだ被膜の厚さが１〜２０μｍである請求項１２または１３記載のはんだ転写シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転写シートを用いて、回路基板のはんだ付けすべき部分（以下、はんだ付け部という）に選択的に固相拡散接合によってはんだバンプを形成する方法、ならびにこの方法に用いる転写シートに関する。【０００２】
ここに、「回路基板」とは、電子回路が設けられた基板を意味し、プリント基板がその代表例であるが、プリント基板に搭載されるチップ部品などの各種電子部品の電極面部分も回路基板に包含される。電子部品は、半導体素子といった能動部品、抵抗、コンデンサなどの受動部品、およびコネクタなどの機構部品を包含する。【０００３】
回路基板のはんだ付けの例は、プリント基板への電子部品のはんだ付け、および電子部品の電極同士のはんだ付けが例示される。
回路基板のはんだ付け部の代表例は回路基板の電極である。例えば、プリント基板のはんだ付け部は、これにはんだ付けする電子部品やチップ素子の電極に対応する部分（以下、この部分をプリント基板の電極という）である。電子部品のはんだ付け部はその部品自体の電極である。以下の説明において、「はんだ付け部」を「電極」と称することがある。ただし、回路基板の配線もはんだ付け部となりうる。
【背景技術】
【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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た。
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。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。【０００８】
下記特許文献２に提案されている方法は、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。この転写シートを、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２００６／０４３３７７
【特許文献２】ＷＯ２００６／０６７８２７
【発明の概要】
【００１０】
特許文献２に記載の転写シートは、粒径５〜１５μｍに分級されたはんだ粒子を使用した場合、電極ピッチが１５０μｍまでであれば、回路基板の個々の電極上にバラツキの少ないはんだバンプをうまく形成できることを本発明者らは確認した。しかし、電極ピッチがそれより微細になると、電極間にブリッジが発生する。その原因は次のように考えられる。全面にはんだ粒子が付着した転写シートを使用してはんだ粒子を溶融させると、電極に接した部位（電極部）だけでなく、それ以外の部位（非電極部）でもはんだ粒子が溶融する。そのため、電極が溶融はんだで濡れる際に非電極部の溶融はんだも呼び込まれて電極部のはんだが過多となり、電極ピッチが微細になるとブリッジが発生する。
【００１１】
電子機器の小型化に対応して、電極ピッチが５０μｍまたはそれ以下と微細な電極を有する回路基板の電極にはんだバンプを形成することが求められるようになってきた。本発明は、全面にはんだ層を有する位置決め不要の転写シートを用いて、電極ピッチが４０〜５０μｍ程度と微細な回路基板に、ブリッジを発生させずにはんだバンプを形成することができる、はんだバンプの形成方法を提供することを課題とする。
【００１２】
本発明者らは、特許文献２に記載されたはんだバンプの形成方法において、はんだ粒子層を溶融させずに、はんだの固相線温度よりやや低い温度に加熱することにより、固相拡散接合によってはんだを回路基板の電極に選択的に接合することができ、微細ピッチの電極にもブリッジを発生させずにはんだバンプを形成できることを見出した。また、はんだ粒子層の代わりに、はんだの連続被膜からなるはんだ層を有する転写シートを用いても、同様に固相拡散接合によって回路基板の電極上に選択的にはんだバンプを形成することができることが判明した。
【００１３】
ここに、１側面において、本発明は、下記工程(ａ)〜(ｃ)を含むことを特徴とする、回路基板の第１の面上のはんだ付けすべき部分（はんだ付け部）にはんだバンプを形成する方法である：
(ａ)支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する２以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、前記回路基板の第１の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、はんだ連続被膜からなる層および１層のはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層から選ばれ、
(ｂ)工程(ａ)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程、
(ｃ)工程(ｂ)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
【００１４】
好ましくは、前記はんだ層は前記回路基板の全てのはんだ付け部を覆う大きさであり、前記はんだは鉛フリーはんだである。
工程(ａ)において、必要に応じて、前記はんだ層と前記回路基板のはんだ付け部との界面にフラックスを介在させることができる。
【００１５】
前記工程(ｂ)における加熱温度は、好ましくは使用するはんだの固相線温度より少なくとも５℃低い温度である。
前記工程(ｃ)の後に、下記工程(ｄ)をさらに含むことができ：
(ｄ)工程(ｃ)で得られた回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱して前記はんだ層を溶融させた後、固化させる。
【００１６】
前記１層のはんだ粒子からなるはんだ層は下記方法により形成することができる：
支持基材上に粘着剤層を形成し、この粘着剤層上にはんだ粒子を散布してはんだ粒子層を粘着剤層に付着させ、前記粘着剤層に付着していないはんだ粒子を除去する。
【００１７】
前記はんだ層がはんだ連続被膜である場合、その厚みは１〜２０μｍとすることが好ましい。
工程(ｂ)においてはんだ付け部とはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせるには、次のいずれか一方または両方の方法を採用することができる。
【００１８】
(１)回路基板のはんだ付け部（電極部）がＡｕおよびＣｕから選ばれた金属の表面を有する。ＡｕおよびＣｕは錫系はんだ合金と相互に固相拡散するので、ＡｕまたはＣｕ表面の部分だけに固相拡散接合が起こる。
【００１９】
(２)回路基板のはんだ付け部以外の部分（非電極部）が、ソルダレジストにより被覆された表面、または樹脂が露出している表面を有する。ソルダレジストや樹脂にははんだ合金の固相拡散が起こらない。
【００２０】
本発明によれば、はんだ付け部を有する回路基板であって、少なくとも一部のはんだ付け部がそれぞれ、そのはんだ付け部に固相拡散接合された複数のはんだ粒子を備えたことを特徴とする回路基板も提供される。この回路基板をはんだ粒子が溶融する温度に加熱することにより、はんだ付け部にはんだバンプが形成される。
【００２１】
別の側面からは、本発明は、回路基板のはんだ付け部に固相拡散接合によってはんだ付けを行うためのはんだ転写シートであって、支持基材の少なくとも片面に付着した、前記はんだ付け部の表面を構成する金属と固相拡散接合が可能なはんだ合金からなる、少なくとも隣接する２以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ連続被膜を有することを特徴とするはんだ転写シートである。
【００２２】
好ましくは、前記はんだ連続被膜は前記回路基板の全てのはんだ付け部を覆う大きさであり、その厚みは１〜２０μｍである。
好ましくは、前記はんだ付け部の表面を構成する金属はＡｕまたはＣｕであり、前記はんだ合金は錫系鉛フリーはんだ合金である。
【００２３】
前記はんだ連続被膜は、次のいずれかから構成することができる：
(１)粘着剤層を介して前記支持基材に付着しているはんだ合金の箔、および
(２)直接または金属薄膜を介して前記支持基材に付着しているめっき層。
【００２４】
上記特許文献２に記載の方法では、１層のはんだ粒子からなるはんだ層を有するはんだ転写シートを用いて、はんだ粒子が溶融するまで加熱して、溶融したはんだで回路基板の電極が濡れることを利用して、電極に選択的にはんだを接合させる。従って、この方法を溶融転写法ということができる。
【００２５】
これに対し、本発明では、同様のはんだ転写シートを用いることができるが、加熱温度をはんだの固相線温度より低温にとどめて、はんだ粒子を溶融させない。その場合でも、はんだ合金と回路基板の電極表面を構成する金属との間の相互の固相拡散により、はんだ粒子を選択的に電極だけに接合させることができる。従って、本発明の方法は、固相拡散転写法ということができる。
【００２６】
ここで「固相拡散」とは、固体中での熱による原子の移動をいい、本発明の場合には、金属の結晶格子内での原子の移動をいう。したがって、「固相拡散接合」は、接合界面を越えたそのような固相拡散に基づく接合をいう。
【００２７】
本発明によれば、電極に合わせたパターンを有していない、一様なはんだ層を有するはんだ転写シートを用いて、回路基板のはんだ付け部（電極部）に、所望の形状および高さのはんだバンプを確実かつ容易に形成することができる。はんだ転写シートの位置決めが必要なく、印刷法に使用するマスクやはんだボール法に使用する吸着治具のような特別の装置を必要としない。さらに、はんだの転写が固相で起こるため、上述した溶融転写法とは異なり、電極ピッチが１５０μｍより小さく、直径が１００μｍより小さいような微細回路を有する回路基板に対しても、ブリッジや未はんだのような欠陥を引き起こさずにはんだバンプを形成することができる。従って、本発明の固相拡散法は、ますます微小化するチップ部品、ＣＳＰ、ＢＧＡなどの微小な電子部品の搭載にも利用可能である。
【００２８】
本発明の方法により形成されたはんだバンプをはんだ付け部に備えた回路基板は、この回路基板に電子部品を搭載するか、またはこの回路基板を他の回路基板に搭載する際に、前記はんだ付け部から均一で十分な量のはんだが供給されるため、リフローはんだ付け法により強固なはんだ継手を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１(ａ)〜(ｃ)は、本発明に係るはんだ粒子層を有するはんだ転写シートの製造方法の工程を示す説明図。
【図２】回路基板へのフラックス塗布を示す説明図。
【図３】図３(ａ)〜(ｃ)は、はんだ粒子層を有するはんだ転写シートを用いたはんだ付け部の形成方法の工程を示す説明図。
【図４】本発明に係るはんだ連続被膜を有するはんだ転写シ-トの模式的断面図。
【図５】その上にはんだバンプが形成されるはんだ付け部を有する回路基板の１例の略式断面図。
【図６】図６(ａ)〜(ｄ)は、本発明に係るはんだバンプ形成方法の一連の工程を示す模式図。
【図７】図７(ａ)〜(ｂ)は、回路基板のはんだ付け部に固相拡散接合により転写されたはんだ粒子の電子顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
第１の態様：
本発明の第１の態様では、はんだ転写シートのはんだ層ははんだ粒子が１層に分布したはんだ粒子層からなる。図１(ａ)〜(ｃ)は、はんだ粒子層を有するはんだ転写シートの製造方法の一連の工程を示す説明図である。このはんだ転写シートの製造方法は、上記特許文献２に記載されている方法と同じであり、支持基材上に粘着剤層を形成する工程（図１(ａ)）、この粘着剤層上にはんだ粒子を散布してはんだ粒子層を粘着剤層に付着させる工程（図１(ｂ)）、そして前記粘着剤層に付着していないはんだ粒子を除去する工程（図１(ｃ)）を含む。
【００３１】
まず、支持基材１上に粘着剤層２を形成する（図１(ａ)）。支持基材１は、固相拡散温度、つまり、はんだの固相線から数℃〜数十℃低い温度に加熱されても形状を保つ耐熱性があり、しかもはんだが付着しにくい材料から製造される。支持基材の材質は、アルミニウム、ステンレスのような金属、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステル（例、ポリエチレンテレフタレート）などの耐熱性のよい樹脂、ガラスエポキシなどの複合材、またはセラミックでよい。上記特許文献２に記載の溶融転写法に比べると、はんだ転写シートの加熱温度が低くなるので、支持基材の選択範囲が広がる。支持基材の厚みは、典型的には２５〜２００μｍの範囲内で十分であり、従って、フィルムと呼ばれる厚みのものも使用できる。特に好ましい支持基材は、屈曲性に優れるポリエステル、特にポリエチレンテレフタレートのフィルムであり、その場合の厚みは５０μｍ前後が適している。
【００３２】
支持基材１上に設けた粘着剤層２は、はんだ粒子を一層だけ層状に付着させて支持基材上に固定する作用と、回路基板のはんだ付け部に圧着させた時に回路基板の部材表面の凹凸に追従して塑性変形し、はんだ粒子をはんだ付け部に密着させる作用とを果たす。また、加圧下での加熱によりはんだ粒子層をはんだ付け部に転写した後に転写シートを剥がすとき、固相拡散接合しなかった非はんだ付け部のはんだ粒子を保持できる粘着力をなお有している必要がある。
【００３３】
粘着剤としては、上述の機能を発揮できるものであれば特に制限はないが、好ましくは、常温もしくは常温以上の温度で粘着性を発現する粘着剤である。例えば、アクリル系粘着剤、ウレタン系粘着剤、ポリエステル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、およびフッ素系粘着剤から選ばれた少なくとも１種を使用することができる。コストと性能面で好ましいのはアクリル系粘着剤である。シリコーン系粘着剤は性能的には優れるが、コストが高い。
【００３４】
粘着剤層の粘着力は、ＪＩＳ Ｚ０２３７に規定する１８０°引きはがし粘着力の測定法で３〜２０Ｎ／２５ｍｍであることが好ましい。粘着力がそれより小さいと、固相拡散加熱後にはんだ転写シートを剥がす際に、固相拡散接合されていないはんだ層回路基板上に残ってしまうことによる転写不良を招き易い。粘着剤層の厚さは、１０〜１００μｍが好ましく、２０〜５０μｍの範囲がより好ましい。また、第１の態様では、粘着剤層の厚みがはんだ粒子の平均粒径より大きいことも好ましい。粘着剤は接着剤であってもよい。
【００３５】
粘着剤層２は、粘着剤の融液または溶液を支持基材１上に塗布し、必要に応じて乾燥することにより形成することができる。別の方法として、例えば両面に離型フィルムが被覆された粘着剤シートを用意し、片面の離型フィルムを剥がして支持基材１に貼付し、他方の面の離型フィルムを剥がすことにより粘着剤層２を形成することもできる。また、支持基材の片面に既に粘着剤層を設け、粘着層の表面を離型フィルムで保護した粘着性シートまたはフィルムも市販されており、それを使用すれば工程(ａ)は省略できる。
【００３６】
支持基材１と粘着剤層２の大きさは、回路基板に設けた少なくとも隣接する２以上のはんだ付け部を覆う大きさであり、好ましくは回路基板の全てのはんだ付け部を覆う大きさである。支持基材１の大きさは、粘着剤層２と同じでもよいが、少なくとも１方向の寸法を粘着剤層２より大きくして、少なくとも１辺に持ち手を付与してもよい。
【００３７】
また、大きな支持基材１の上に粘着剤層をブロック状に分散させて形成してもよい。各ブロックの大きさは、回路基板上の隣接する少なくとも２以上、好ましくは全部のはんだ付け部を覆う大きさである。回路基板の電極がブロック状に配置している場合には、その電極ブロックに応じた形状に粘着剤層をブロック化してもよい。また、支持基材は長尺シートとし、ブロック状に粘着剤層とはんだ粒子層とを設けたはんだ転写シートをロール状に巻き取って保管してもよい。この場合は、使用時にロール状のはんだ転写シートを巻き出し、ブロックごとに切り離し、または切り離さずに、はんだバンプ形成に使用することができる。
【００３８】
次に支持基材１上に形成された粘着剤層２の上にはんだ粒子を散布し、粘着剤層に接触したはんだ粒子３を粘着剤層２に、好ましくは密に隙間なく分布させて付着させる（図１(ｂ)）。図示のように、粘着剤層が全体的に隠れるように、過剰のはんだ粒子を散布することが好ましい。その後、粘着剤層２に付着していないはんだ粒子を除去すると、粘着剤層に付着したはんだ粒子が１層に分布したはんだ転写シートが得られる（図１(ｃ)）。この除去は、毛先の柔らかいブラシで軽く掃き均したり、弱い圧縮空気で吹き飛ばしたり、或いは支持基材を逆さまに引っくり返して軽く振動を与えたりする方法がある。除去されたはんだ粒子は再利用可能である。はんだ粒子３は粘着剤層２上に可及的に密に分布することが好ましい。
【００３９】
はんだ粒子層の形成に使用するはんだ粒子は、はんだバンプの高さや形状を精確に調整できることから、球状粒子、即ち、はんだボールと称される粒子であることが好ましい。ただし、安価な不定形のはんだ粒子でも、固相拡散によりはんだ付け部に接合できる。従って、所定量のはんだがはんだ付け部に供給できれば、粒子形状に特に制限はない。
【００４０】
本発明で使用するはんだ粒子は、例えば、例えば５〜１５μｍというように、ある範囲内の粒径分布をもつように分級されたはんだ粉末の粒子であることが好ましい。もちろん、粒径が非常によく揃った、例えば、ＢＧＡに使用されるようなはんだボールをはんだ粒子として使用することもできるが、そのようなはんだボールは非常に高価である。本発明では、１電極上に複数（例えば１０個以上）のはんだ粒子が存在するため、はんだ粒子の粒径の多少のバラツキは許容される。形成されるはんだバンプの高さのバラツキおよびコストを考えると、目標粒径の±４０％、より好ましくは±３０％の粒径分布をもったはんだ粒子を使用することが好ましい。例えば、安価に入手できるガスアトマイズ法により得られたはんだ粉末の球状粒子を適当な篩で分級して使用することが、コスト面では有利である。
【００４１】
はんだ粒子層は１層のはんだ粒子からなり、この層の厚みによって形成されるはんだバンプの高さが決まる。従って、はんだ粒子の平均粒径が大きいほど、形成されるはんだバンプの高さが大きくなるので、形成したいはんだバンプの高さおよび回路基板のはんだ付け部（電極）の直径に応じて、はんだ粒子の粒径を選択する。典型的には、はんだ粒子の平均粒径は５〜５０μｍの範囲内であり、かつ電極径の１／２以下、好ましくは１／３以下とする。不定形粒子を使用する場合、その粒径は体積球相当径とする。
【００４２】
はんだ粒子を構成するはんだ合金は、典型的にはＳｎベースのはんだ合金であるが、例えば、Ｉｎ系合金などの非Ｓｎ系はんだ合金も、ＡｕまたはＣｕと固相拡散接合が可能であって、本発明において使用できる。従来の一般的なＳｎ−Ｐｂ共晶はんだ合金の粒子も使用できるが、好ましくは鉛フリーはんだ合金の粒子を使用する。好ましい鉛フリーはんだ合金としては、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系などが例示される。代表的組成例を挙げると次の通りである（％は質量％）：
Ｓｎ：残部、Ａｇ：０.３％、Ｃｕ：０.５％
Ｓｎ：残部、Ａｇ：３.５％、Ｃｕ：０.７％
Ｓｎ：残部、Ａｇ：３.５％
Ｓｎ：残部、Ｃｕ：０.７％。
【００４３】
次に、こうして形成された１層のはんだ粒子からなるはんだ層を有するはんだ転写シートを用いて、本発明に従ってはんだバンプを形成する方法について、図２および図３(ａ)〜(ｃ)を参照して説明する。
【００４４】
図２は、回路基板５の模式的断面を示す。回路基板５は、その少なくとも片面に、多数のはんだ付け部（電極）５を所定パターンで（例、５０μｍピッチで縦横に複数列状に）有している。はんだ付け部５は、例えば、表面がＡｕめっきにより被覆された電極、または銅電極もしくは銅配線である。
【００４５】
本発明は電極径が１００μｍ以下、電極ピッチ（隣接する電極の中心間距離）が１５０μｍ以下の回路基板におけるはんだバンプの形成に適用できる。特に、電極径が１０〜５０μｍ、電極ピッチ２０〜１００μｍ、電極高さ５〜２０μｍといった微細回路基板にもブリッジを発生させずにはんだバンプを形成することができる。
【００４６】
図示の態様では、回路基板５のはんだ付け部６を有する表面のはんだ付け部以外の領域（非はんだ付け部）はソルダレジスト９により被覆されている。ソルダレジストは、溶融はんだに濡れず、はんだ付け温度に耐え、かつフラックスや洗浄用溶剤にも耐性のある樹脂（例、メラミン、エポキシ、アクリル、ポリイミドなど）から形成される。通常は、図示のように、ソルダレジスト９の方がはんだ付け部６より厚みが大きいが、両者が同じ厚みであるか、又ははんだ付け部６がソルダレジストより厚くてもよい。
【００４７】
ソルダレジストは、はんだとは固相拡散接合を生じない。従って、回路基板の非はんだ付け部をソルダレジストで被覆することにより、はんだ付け部において選択的に固相拡散接合を生じさせることができる。しかし、非はんだ付け部をソルダレジストで被覆しなくても、非はんだ付け部に回路基板の支持体を構成する樹脂または複合材（例、エポキシ樹脂またはガラスエポキシ複合材）が露出し、かつはんだ付け部の表面がＡｕまたはＣｕであれば、はんだはこの非はんだ付け部とは固相拡散接合を生じず、ＡｕまたはＣｕとは容易に固相拡散接合を生じるので、やはりはんだ付け部において選択的に固相拡散接合を生じさせることができる。従って、非はんだ付け部のソルダレジストによる被覆は省略可能である。
【００４８】
図示の態様では、回路基板５のはんだ付け部６が形成された面にスプレー式フラクサー７を用いて液状フラックス８を塗布する。その後、必要に応じてはんだ付け部以外のレジスト９のような非はんだ付け部に塗布されたフラックスを除去してもよい。フラックスは、接合表面から酸化物皮膜を除去し、固相拡散接合を容易にする作用を果たす。従って、固相拡散のための加熱条件下でフラックス作用を発揮できるフラックス（本発明では固相接合用フラックスと称する）を使用する。ただし、特にはんだ付け表面がＡｕである場合には、Ａｕは酸化物皮膜を形成しにくいため、固相接合用フラックスを塗布しなくても、転写シートのはんだ粒子の表面が何らかの手段によって活性に保持されていれば、固相拡散接合を達成できる。従って、固相接合用フラックスの塗布も必ずしも必須ではない。はんだ付け部の表面がＣｕである場合や、転写シートのはんだ粒子が表面に酸化物皮膜を有する場合には、固相接合用フラックスを回路基板の少なくともはんだ付けに塗布して、固相接合界面にこのフラックスが存在するようにしておくことが望ましい。固相接合用フラックスを、回路基板の代わりに、はんだ転写シートのはんだ層の方に塗布することも可能であるが、作業がやりにくい。
【００４９】
固相拡散接合は、使用するはんだ合金の固相線温度より低温の短時間（例えば、１分以内）の加熱により行われる。このような固相拡散接合条件下でフラックス機能を発揮する固相接合用フラックスの活性成分としては、有機アミンのハロゲン酸塩が最も有効である。別の有効な活性剤としては、有機カルボン酸単体およびカルボン酸のアミン塩が挙げられる。これらの活性成分は水溶性またはアルコール可溶性であることが望ましい。
【００５０】
有効な活性成分の具体例を例示すると次の通りである。有機アミンのハロゲン酸塩としては、エチルアミン臭化水素酸塩、エチルアミン塩化水素酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、ジシクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、アラニン臭化水素酸塩、などが挙げられる。有機カルボン酸の例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、アジピン酸、セバシン酸などの脂肪族カルボン酸類、マロン酸、りんご酸、グリコール酸、ジグリコール酸などのヒドロキシカルボン酸類などが挙げられる。これらのカルボン酸を有機アミンと反応させて塩とすると、水溶性が増して、有効性が高まる。この有機アミンは幅広いものが使用できる。例えば、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンなどが挙げられる。
【００５１】
固相接合用フラックスは、１種または２種以上の活性成分と、必要に応じて界面活性剤を溶剤に溶解させることにより調製される。界面活性剤は、例えば、ポリエチレングリコール・ノニルフェノールエーテルなどの非イオン系界面活性剤でよい。固相接合用フラックスの好ましい組成は、活性成分０.１質量％以上、界面活性剤０.５質量％以上、残部溶剤である。溶剤は水系またはアルコール系溶剤を使用できる。
【００５２】
固相接合用フラックスの塗布厚さは、フラックス中の活性成分濃度により異なるが、一般的には数μｍから５０μｍの範囲である。フラックスは、必要な箇所に供給するディスペンス法または全面に供給するスプレー法などの手段で塗布される。
【００５３】
固相接合用フラックスは、回路基板のはんだ付け部に必要な量が存在し、レジスト面など非はんだ付け部の表面では極力少なくすることが望ましい。回路基板のはんだ付け部は、通常は図２に示すようにレジスト被覆の上面より低くなっているため、回路基板全面にフラックス塗布後、ゴムブレードのようなものでレジスト表面のフラックスをはんだ付け部に掻き落すことにより、スプレー法を用いてはんだ付け部だけに固相接合用フラックスを塗布することができる。
【００５４】
こうしてフラックスを塗布し、または塗布していない回路基板の上に、図１(ｃ)に示した、支持基材１に粘着剤層２を介して１層のはんだ粒子３からなるはんだ層が粘着しているはんだ転写シートを、そのはんだ層が回路基板５のはんだ付け部６に対向するように、回路基板５に重ね合わせて配置する（図３(ａ)参照）。この配置は、はんだ転写シートのはんだ層が、回路基板のはんだバンプを形成したいはんだ付け部、好ましくは全てのはんだ付け部を覆うようにすればよく、厳密な位置決めは必要ない。図示とは逆に、回路基板が上になるように配置してもよい。
【００５５】
その後、重ね合わせたはんだ転写シートと回路基板に圧力をかけ、加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる。
【００５６】
固相拡散接合の機構を、電極（はんだ付け部）とはんだボール（はんだ粒子）の接合を例にとって説明する。電極にはんだボールを十分に接近させると、電極とはんだボールのそれぞれの表面が、酸化物などの存在がない活性状態のときには、はんだボールの構成元素の原子の一部が電極の金属内に移動し、および／または電極の構成元素の原子の一部がはんだボールの金属内に移動するという、接触した二つの物体の一方または両方の構成元素の原子の接合界面を超えた移動が起こって、固相拡散接合が達成される。この固相拡散が進行するにつれて、はんだボールと電極との間の接合は強固になる。接合面が加熱されると、固相拡散が促進される。原子が接合界面を越えて拡散するためには、そのためのエネルギーが必要であり、本発明では加熱によりエネルギーを供給する。室温に加圧下で放置した場合には、固相拡散に非常な長時間を要する。
【００５７】
固相拡散接合のための加熱温度は、はんだ粒子を構成するはんだ合金の固相線温度より低温であり、好ましくはこの固相線温度より５℃以上低い温度、より好ましくは１０℃以上低い温度である。加熱温度の下限は、固相拡散接合が起こる限り特に制限されない。一般的には固相線温度（℃）の６０％を下回る温度では固相拡散速度が著しく低下するので、加熱温度の下限は固相線温度の６０％以上とし、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上とする。従って、はんだ合金の固相線温度が２２０℃前後である場合、加熱温度は１５５〜２１５℃とすることが好ましく、より好ましくは１７５〜２１０℃である。はんだ粒子が固相線温度が１６０℃前後の低温はんだから構成される場合は、加熱温度は好ましくは１１２〜１５５℃、より好ましくは１３０〜１５０℃である。必要な加熱温度は使用する固相接合用フラックスの活性によっても変動する。
【００５８】
加熱温度が低すぎると、はんだ層のはんだ付け部への接合強度が弱くなり、転写が不安定となる。一方、加熱温度が高すぎると、融点に近くなりすぎて、正確な選択的転写が損なわれることがある。加熱温度を制御する必要があるので、加熱は正確な温度制御が可能で、かつ加圧が可能な加熱装置により行う。加熱と加圧は、回路基板側と転写シート側のどちらから行ってもよく、また両方から行ってもよい。
【００５９】
加圧によって、図３(ａ)に示すように、転写シートの粘着剤層２は塑性流動し、はんだ粒子３は回路基板５の対向するはんだ付け部６またはソルダレジスト９に接触する。それに必要な加圧力は、回路基板の表面形状、粘着剤層の特性などの因子により変動するが、良好な圧着精度を得るための好ましい加圧力は０.０１〜１.０Ｎ／ｍｍ2である。適切な加圧がないと、はんだ粒子がはんだ付け部に接触することができない。
【００６０】
この加圧下での加熱により、回路基板のはんだ付け部に接触しているはんだ粒子は、溶融せずに固体粒子状態を保ちながら、はんだ付け部との接触界面においては相互に固相拡散を生じ、接触界面において両者が接合する。この固相拡散接合は、加熱温度や界面の表面状態にもよるが、典型的には１分以内で起こる。好ましい加熱時間は３０〜６０秒である。
【００６１】
接合界面を越えた原子の拡散を促進するには、界面が活性である必要がある。界面に酸化物皮膜などが存在する場合には、前述した固相接合用フラックスを界面に存在させて、加熱時に界面の活性化を図る。
【００６２】
固相拡散接合は溶接法の一種として実用化された技術である。溶接の場合、加熱雰囲気は真空や不活性ガス中などの制御された雰囲気である。本発明では、溶接のように高い接合強度は必要なく、固相拡散接合によるはんだ付け部−はんだ粒子層の接合強度が粘着剤層／はんだ粒子層の接合強度を上回ればよいため、接合界面が活性化されていれば、加熱雰囲気は大気雰囲気でよい。もちろん、コストを考えなければ、真空または不活性ガス雰囲気を使用することにより、固相拡散接合に要する加熱時間を大幅に短縮でき、また固相接合用フラックスの塗布を不要にできることもある。
【００６３】
このようにして固相拡散接合によりはんだ付け部に付着させたはんだ粒子は、その後に溶融されても、はんだ付け部以外の領域にははんだ粒子が存在しないことから、ブリッジ発生の機会が激減する。この効果は、固相拡散接合を利用するかぎり、はんだ粒子の大きさには関係しないので、例えば１０μｍ程度までの比較的大きな粒径のはんだ粒子を用いても、５０μｍピッチの電極に対してブリッジの発生を生じないはんだバンプの形成が可能となる。
【００６４】
固相拡散接合によってはんだ粒子を下回路基板のはんだ付け部に接合させた後、重ね合わせた回路基板と転写シートを直ちに冷却し、転写シートを回路基板から剥離する。冷却は単に加熱装置から取り出して放冷することにより行うことができるが、冷風を吹き付けてもよい。剥離は、転写シートシートを回路基板から単に引き離すだけで実施できる。それにより、回路基板のはんだ付け部に固相拡散接合されたはんだ粒子がはんだ付け部上に残留して、粒子状のはんだバンプ１０となり、残りのはんだ粒子は転写シートに付着したまま回路基板から引き離される（図３(ｂ)参照）。こうして、回路基板のはんだ付け部へのはんだ粒子の選択的転写が達成される。
【００６５】
回路基板のはんだ付け部に固相拡散接合により選択的に転写されたはんだ粒子は、必要に応じてフラックスが塗布された後、その上にはんだ付けすべき電子部品を搭載してリフローすることにより、電子部品の回路基板へのはんだ付けを行うことができる。従って、回路基板のはんだ付け部に接合されたはんだ粒子は、粒子形態のままでも、はんだバンプ１０として機能する。
【００６６】
所望により、はんだ付け部の上に固相拡散接合されたはんだ粒子を有する回路基板を、はんだ粒子を構成するはんだ合金の液相線温度以上に加熱して、はんだ粒子を溶融（リフロー）させることにより、図３(ｃ)に示すように、溶融凝集し、表面張力により中心部が高くなって丸くなったはんだバンプ１０’を回路基板のはんだ付け部に形成しても良い。それにより、回路基板のはんだ付け部へのはんだバンプの接合信頼性が高まる。また、固相拡散接合されたはんだ粒子の状態では回路基板に強い衝撃が加わった場合に一部のはんだ粒子が脱落する可能性があるが、その脱落も防止できる。従って、はんだ粒子をリフローすることにより回路基板の取扱い性が改善される。
【００６７】
このはんだ粒子のリフローを行う場合には、加熱前にリフロー用フラックスを回路基板の全体にまたはそのはんだ付け部（すなわち、はんだバンプ）に塗布することが好ましい。また、リフロー後、冷却した回路基板を洗浄してフラックス残渣を除去することが好ましい。使用するフラックスはリフローはんだ付けに慣用のものでよい。洗浄は、使用したフラックスに応じて、例えば、水溶性フラックスでは温水を用いて、樹脂系フラックスではアルコールなどの有機溶剤を用いて行うことができる。加熱条件は、通常のリフローはんだ付けと同程度でよい。例えば、はんだ合金の液相線温度より５〜４０℃高い温度に１〜３０秒程度加熱することにより実施できる。
【００６８】
本発明に係るはんだバンプの形成方法では、形成されたはんだバンプの膜厚を高精度で制御できる。その理由は、はんだ転写シートの粘着剤層に付着するはんだ粒子の量が単位面積当りでバラツキが少ないことにある。転写シートと回路基板とを重ね合わせて圧力をかけたときに、転写シートのはんだ粒子が回路基板のはんだ付け部と接するため、該はんだ粒子が固相拡散接合したときにも、はんだ付け部にはある一定量のはんだ粒子が接合し、膜厚精度が良くなる。はんだ付け部以外のソルダレジスト面に接するはんだ粒子も粒子同士が横方向で固相拡散接合するが、その結合力は電極（はんだ付け部）との固相拡散接合による結合力より弱いと考えられる。
【００６９】
転写シートを回路基板から引き剥がすことにより、回路基板のはんだ付け部に固相拡散接合したはんだ粒子は回路基板側に残り、転写が完了する。転写されたはんだ粒子の量がほぼ一定しているため、高精細なはんだ付け部のパターンの場合でもブリッジが発生し難い。
【００７０】
第２の態様：
本発明の第２の態様では、はんだ転写シートのはんだ層は、はんだ合金の連続被膜からなる。以下では、回路基板のはんだ付け部の表面がＡｕである場合を例にとって、はんだ層が連続被膜である本発明の第２の態様について説明する。ただし、はんだ付け部の表面は、Ａｕ以外の、例えばＣｕなどの金属または合金の表面であってもよい。その場合には、はんだ付け部の表面に酸化物皮膜が存在するので、接合前に予め酸化物皮膜を除去するか、または接合界面に前述した固相接合用フラックスを介在させればよい。
【００７１】
鉛フリーはんだではんだ付けされる回路基板の電極は、多くがＮｉ下地めっき層の上にＡｕめっき層が施されており、従って電極表面はＡｕ金属からなる。このような電極を以下では単に「Ａｕめっき電極」と云う。ＡｕのＳｎ中への拡散速度は非常に大きいから、Ｐｂ−Ｓｎ共晶はんだに比べてはんだ付け性が低いＳｎ系鉛フリーはんだでも、Ａｕめっき電極には容易にはんだ付けを行うことができる。
【００７２】
このＡｕのＳｕ中へのすばやい拡散は固相でも起こるので、本発明に係る固相拡散接合を利用したはんだバンプ形成にも利用できる。すなわち、はんだ転写シートのＳｎ系はんだ層と回路基板のＡｕめっき電極表面とを加圧下ではんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加熱すると、電極表面のＡｕは速やかにＳｎ系はんだ層に拡散し、はんだ層と電極表面との固相拡散接合が行われ、高い密着性ではんだ層が電極表面に付着する。冷却後に転写シートを回路基板から剥離すると、固相拡散接合した部分のはんだ層だけが選択的に電極表面に残り、その他の部分のはんだ層は転写シートに付着したまま回路基板から分離される。
【００７３】
固相拡散によりはんだ層とＡｕめっき電極との接合力（密着力）が向上し、はんだ層がはんだ連続被膜であっても、電極だけに選択的にはんだ層の転写が行われるのは、次のような機構によるものと推測される。
【００７４】
まず、Ａｕ電極表面とはんだ被膜とを密着させて加圧下で加熱すると、上述した固相拡散（接合界面を超えた原子の移動）によりＡｕとＳｎの金属間化合物が生成する。そのような金属間化合物を含むはんだは、元のはんだより融点が低くなる。そのため、はんだ合金の固相線温度より低い温度で加熱しても、固相拡散により生成する金属間化合物を介して電極とはんだ被膜との接合が行われる。
【００７５】
電極表面がＣｕである場合にも、ＳｎとＣｕは容易に金属間化合物を形成するので、上と同様なメカニズムによる接合が起こっているものと推測される。ただし、この場合には、接合界面に前述した固相接合用フラックスを介在させるか、または接合前に電極表面の酸化物皮膜を除去することが、ＳｎとＣｕとの固相拡散の進行に有効である。
【００７６】
回路基板の電極面の表面は通常は平坦ではなく、電極と非電極部との間に高さの差がある。加圧下での加熱では、この段差に起因して電極に接する境界面で、転写シートの引き剥がし時にはんだ被膜は厚さ方向の剪断応力を受ける。すなわち、電極と非電極部が同じ高さである平坦な回路基板に比較して、非電極部と電極との境界ではんだ被膜が厚さ方向により容易かつ正確に剪断により分離され、電極への選択的なはんだ層の転写が行われる。
【００７７】
Ａｕめっきの厚さが厚いと、はんだ被膜の厚さ方向（縦方向）へのＡｕの拡散量が多くなるので、より厚いはんだ被膜の転写が可能となる。一般的なフラッシュめっきによるＡｕめっきの場合、めっき厚さは０.０３〜０.０５μｍレベルである。この場合、Ａｕめっき電極へのはんだ被膜の正確な選択的な転写が可能となるはんだ被膜の膜厚は約１０〜１５μｍである。
【００７８】
図４は、本発明の第２の態様において使用するはんだ転写用シート１００の１例の構成を示す模式図である。このはんだ転写シート１００は、フィルム状支持基材１１の上には粘着剤層１２を介して全面にはんだ被膜１３を付着させたものである。後述するように、粘着剤層を利用せずに支持基材に付着させたはんだ被膜を形成することもできる。
【００７９】
このはんだ転写シートの作製に用いる支持基材、はんだ、および粘着剤の材質は、第１の態様において説明したものと同様でよい。粘着剤層は、はんだ層を回路基板の電極に選択的に固相拡散接合した後ではんだ転写シートを剥離除去するときに、非電極部のはんだ被膜をそのまま粘着保持できる粘着力を示すものを使用する。それに必要な粘着力は第１の態様に関して説明した通りである。第２の態様でも、粘着剤層の厚さは、１０〜１００μｍが好ましく、２０〜５０μｍの範囲がより好ましい。
【００８０】
はんだ転写シート１００それ自体の形態、大きさは特に制限されない。有利には、幅１０〜３５０ｍｍ程度の長尺シート状であって、ロール状に巻かれており、巻き出して使用する。しかし、例えば、縦１０〜３５０ｍｍ、横１０〜３５０ｍｍといった矩形形状のものでもよい。本発明によれば、はんだ転写に際して精密な位置合わせを必要としないから、転写シートの形態・大きさは、状況に応じて適宜選択できる。
【００８１】
はんだ被膜１２は、少なくとも１つの平板状の連続はんだ被膜を含み、２以上の連続はんだ被膜を含んでいてもよい。各連続はんだ被膜の大きさは、回路基板上の少なくとも二つの隣接はんだ付け部（電極）を覆う大きさであり、好ましくは回路基板の全てのはんだ付け部を覆う大きさである。
【００８２】
図示例では、はんだ被膜１３は支持基材１１の全面に設けられているが、ブロック状に分断させて設けることも可能である。好ましくは、１つのブロックを用いて１つの回路基板の全電極上にはんだバンプを形成することができるように、はんだ被膜の各ブロックは回路基板の大きさにほぼ等しくする。ロール状のはんだ転写シートの場合、ロール長さ方向にはんだ被膜のブロックを適当な離間距離で配置する。
【００８３】
はんだ被膜の厚さは、形成されるはんだバンプの高さに直接影響する。従って、はんだ被膜の厚さは、形成すべきはんだバンプの高さに応じて選択する。例えば、５０μｍピッチで電極直径が２５μｍ、はんだバンプ高さ１０〜１５μｍが求められる場合、はんだ被膜厚さは約１０μｍ〜１５μｍが適当である。２５μｍピッチで電極直径が１２μｍ、はんだバンプ高さ５μｍの場合、適当なはんだ被膜厚さは約５μｍである。
【００８４】
一般に、はんだ被膜の厚さは１〜２０μｍの範囲内が好ましい。はんだ被膜が厚くなりすぎると、電極の表面と固相拡散接合しても、電極周囲の非拡散領域（はんだ被膜との固相拡散接合が起こっていない領域）せん断分離できなくなる。はんだ被膜は厚さが可及的に均一であることが、形成されるはんだバンプ高さのバラツキを抑えるために望ましい。
【００８５】
はんだ被膜１３を支持基材１１上に付着させる方法としては、
Ａ：圧延などにより形成されたはんだ箔を粘着剤により支持基材に貼り合わせる方法と、
Ｂ：粘着剤を利用せずに、例えば、めっき、ソルダペースト塗布とリフロー、スパッタリング、インクジェット塗布などの方法により、支持基材に付着したはんだ被膜を形成する方法がある。いずれの方法も当業者には周知であり、常法に従って実施することができる。また、例えば、ブロック状にはんだ被膜を形成する手段（例えば、マスクを使用）も周知である。
【００８６】
方法Ｂでは、溶融はんだによる濡れ性が悪く、かつシート剥離には支障がない程度にはんだ被膜を保持ができる金属薄膜を介して、はんだ被膜を基材上に付着させることが好ましい。支持基材に直接はんだ被膜を形成すると、はんだ被膜の密着性が強すぎて、転写シートの引き剥がし時にはんだ付け部へのはんだ被膜の転写が困難になる場合があるからである。そのような金属薄膜の例は、蒸着法などによって支持基材上に厚さ１μｍ程度に設けたＡｌ薄膜である。ただし、支持基材の材質が、もともと溶融はんだに濡れにくいものである場合には、金属薄膜は必要ない。
【００８７】
方法Ａにより形成されたはんだ転写シートは、扱いが容易で、転写時の作業性が高い。また、方法Ａは、はんだ合金の組成をえらばず、全てのはんだ合金に適用可能である。
方法Ｂに列挙したはんだ被膜の形成方法のうち、めっき法は、適用可能なはんだ合金の組成に制約があるが、めっき可能な組成であれば、はんだ被膜を容易に形成できる点で有利である。めっきは、電解めっき、無電解めっき、または蒸着めっきにより実施できる。
【００８８】
ソルダペースト塗布とリフローによる方法は、金属薄膜で被覆された支持基材上にソルダペーストを塗布し、溶融させてはんだ被膜とする方法である。この方法は、大きい面積のはんだ被膜の形成には、被膜厚さのバラツキが大きくなることから向いていない。
【００８９】
次に、本発明に係る連続はんだ被膜からなるはんだ層を有するはんだ転写シートを用いたはんだバンプの形成方法について説明する。
図５は、はんだバンプを形成すべき電極を有する回路基板の一例を示す模式的断面図である。回路基板２０は、基材２２の片面に所定パターンで配置された多数の電極（はんだ付け部）２４を有する。電極２４は、Ｃｕ電極の上に下層のＮｉめっきと上層のＡｕめっきとが施されたものであり、電極表面はＡｕである。図示の回路基板は、電極間の空間は基材（例えば、ガラスエポキシ製）が露出しているが、この部分が図２に示すようにソルダレジストで被覆されていてもよい。
【００９０】
回路基板２０の電極２４上にはんだバンプを形成するには、まず図６(ａ)に示すように、連続はんだ被膜１３を有するはんた転写シート１００（図４）と回路基板２０（図５）とを、転写シート１００のはんだ被膜１３が回路基板２０の電極２４に対向するように重ね合わせる。上になる部材は回路基板と転写シートのいずれでもよい。はんだ被膜は好ましくは回路基板の全電極を覆う大きさの連続被膜であるため、転写シートは位置決めなしに配置できる。転写シートを回路基板の上に電極を覆うように載せるだけでよい。こうして、回路基板の全体がはんだ被膜に覆われる（図６(ｂ)参照）。はんだ被膜がブロック化されている場合には、ブロック同志の位置決めを必要とするが、その位置決めは従来の個々の電極に対するマスク板の位置決めと比較して、寸法が格段に大きいことから容易である。
【００９１】
転写シートのはんだ被膜は、酸化物皮膜を除去するための処理を予め施しておくことが好ましい。これは、例えば、ブタンテトラカルボン酸のアルコール溶液といった酸溶液を用いた酸処理により簡便に実施できる。酸処理は、浸漬又は塗布により、常温で例えば約３０秒〜１分間の処理時間で行うことができる。酸処理後は水洗と乾燥を行う。他に、還元性雰囲気中での熱処理、プラズマ処理、レーザ処理などの乾式処理により酸化物皮膜を除去することもできる。酸化物皮膜を除去することにより、電極表面がＡｕであれば、固相接合用フラックスを塗布せずに固相拡散接合を達成することができる。
【００９２】
はんだ転写シート１００が載置された回路基板２０に圧力を加えて、はんだ被膜と電極表面（Ａｕめっき層）との間で短時間に固相拡散接合を行うのに十分であるが、はんだ被膜を構成するはんだ合金の固相線温度よりは低い温度に加熱する。圧力は、はんだ被膜が確実に電極と接触するように、例えば、プレス手段により、回路基板側と転写シート側の一方または両方から加えることができる。加圧・加熱条件は第１の態様に関して説明したものと同様でよい。
【００９３】
加圧下での加熱によりはんだ被膜中のはんだ合金と電極表面のＡｕめっき層との間で固相拡散が起こることにより、はんだ被膜は電極表面に接合する。この固相拡散接合により得られる接合強度は、はんだ被膜と粘着剤層との間の接合強度（粘着剤層が存在しない場合には、はんだ被膜と支持基材上に設けた金属薄膜との間の接合強度）を上回る必要がある。一方、回路基板の電極以外の領域（非電極部）では、回路基板の基材１１（または図２に示す回路基板の場合はソルダレジスト９）がはんだ被膜と接触する。基板の基材（例、エポキシ樹脂またはガラスエポキシ複合材）やソルダレジストはいずれも、はんだとの親和性が低く、はんだ被膜と密着した状態ではんだ合金の固相線温度より低温に短時間加熱されてもはんだとの固相拡散を生じない。従って、はんだ被膜の固相拡散接合は回路基板の電極との間だけで選択的に起こる。
【００９４】
その後、図６(ｃ)に示すように回路基板２０からはんだ転写シート１００を剥離する。その結果、図６(ｄ)に示すように、電極に固相拡散接合された部分のはんだ被膜は回路基板２０の電極２４上に選択的に転写されてはんだバンプ４０を形成し、一方、回路基板の残りの部分（非電極部）に接していた部分のはんだ被膜は、転写シート１００に付着したまま回路基板から取り除かれる。電極−はんだ被膜間の接合強度が非電極部−はんだ被膜間の密着力より著しく高いため、回路基板の電極と非電極部との境界に一般に存在する段差によって、一種の剪断力がはんだ被膜のこの境界部に作用し、はんだ被膜が切断されて、回路基板の電極上だけにはんだ被膜が付着し、残りのはんだ被膜は転写シートに残留するようになる。
【００９５】
従って、固相拡散接合後の各層間の接合強度は次の関係を満たす：
電極／はんだ被膜間の固相拡散接合強度＞はんだ被膜／粘着剤層間の粘着力＞非電極部／はんだ被膜間の接合強度。
【００９６】
上の関係は、はんだ被膜をはんだ粒子層に置き換えれば、第１の態様でも同様に成立する。また、粘着剤層の代わりに金属薄膜を使用した場合でも、同様の関係が成立する。
回路基板２０の電極２４上に形成されたはんだバンプ４０の高さは電極ごとのバラツキが少なく実質的に均一である。このバンプ高さは転写シートのはんだ被膜１３の厚さを調整することで制御することができる。こうして形成されたはんだバンプ４０は図示のように平板状であるが、回路基板をはんだバンプを構成するはんだ合金の液相線温度より高温に加熱してはんだバンプをリフローさせることにより、表面張力により丸まった形状のはんだバンプとすることができる。それにより、中央部が隆起するので、はんだバンプの高さが高くなる。その場合でも、電極径が一定であれば、隆起したはんだバンプ高さはバラツキが少なくなる。
【００９７】
回路基板２０から剥離されたはんだ転写シート１００は、図６(ｄ)に示すように、電極に対向していた領域５０においてはんだ被膜がせん断により切断されて消失しており、非電極部に対向していた領域５２では、はんだ被膜１３が残っている。
【００９８】
回路基板の電極が局部的に偏在している場合は、はんだ転写シートのはんだ被膜を転写に必要な領域（すなわち、回路基板の電極に対応する領域）だけにブロック状に配置することもできる。その場合、はんだ被膜の下層として転写シートの支持基材上に設ける粘着剤層または溶融はんだに濡れにくい金属薄膜は、支持基材の全面に設けても、はんだ被膜と同じ形状でブロック化して設けてもよい。
【００９９】
以上に説明した本発明の第１の態様と第２の態様のいずれにおいても、回路基板の電極とはんだ転写シートとの位置合わせが不要となり、単に両者を対向させ加圧下にはんだ合金の固相線温度より低温に短時間加熱することにより、回路基板のはんだ付け部だけに選択的にはんだ層を正確に転写して、はんだバンプを形成することができる。また、形成されたはんだバンプは高さが十分でバラツキが小さい。
【０１００】
はんだバンプの高さははんだ層の厚み（第１の態様でははんだ粒子の粒径、第２の態様でははんだ被膜の厚み）により精密に制御できる。回路基板の電極ピッチが例えば５０μｍ以下と小さい場合、第１の態様では１０μｍより高いはんだバンプを形成することは困難であるのに対し、第２の態様では１０μｍを超える高さのはんだバンプも形成可能である。第１の態様では、はんだバンプの粒径に制限があることと、リフロー前の粒子形態のはんだバンプは、粒子間の空隙のために同じ高さのはんだ被膜からなるはんだバンプに比べてはんだ量が少なくなるためである。
【実施例】
【０１０１】
以下の実施例は本発明の例示を目的とし、本発明をいかなる意味でも制限する意図はない。実施例中、％は特に指定しない限り質量％である。
［実施例１］
本例は、１層に並んだはんだ粒子層からなるはんだ層を有するはんだ転写シートを用いたはんだバンプ形成を例示する。【０１０２】
５０μｍ厚のポリエステル（ポリエチレンテレフタレート）フィルムの片面に、アクリル系粘着剤を用いて厚み２５μｍの粘着剤層が形成されている、市販の粘着シート（パナック工業株式会社製、商品名ＳＢＨＦ）を、１００×１００ｍｍの大きさの切断し、粘着剤層を備えた支持基材として用いた。粘着剤層の粘着力は、ＪＩＳ Ｚ０２３７規定する１８０°引きはがし粘着力の測定法により測定して２５ｍｍ幅で７Ｎであった。【０１０３】
Ｓｎ―Ａｇ３.５％共晶はんだ合金（固相線温度と液相線温度は共に２２１℃）の球状粉末を粒径５μｍから１０μｍの範囲に分級して得たはんだ粒子を、図１(ｂ)および(ｃ)に示すようにして、粘着シートの粘着層に粒子１層分の厚みで付着させ、はんだ転写シートを作製した。はんだ粒子は、付着の直前に５重量％のブタンテトラカルボン酸イソプロピルアルコール溶液中に１分間浸漬後、水洗乾燥して表面酸化物皮膜を除去してから使用した。【０１０４】
はんだバンプの形成に用いた回路基板は、厚さ３００μｍ、サイズ１５ｍｍ×１５ｍｍのガラスエポキシ基板であった。この基板は、直径２５μｍのＣｕ表面の電極を、５０μｍのピッチで１チップあたり３６００個有していた。基板表面の電極周囲は、電極より高い高さ１５μｍのソルダレジストで囲まれていた。【０１０５】
この回路基板に、エチルアミン臭化水素酸塩２％、高沸点溶剤のグリセリン誘導体５％、イソプロピルアルコール９３％という組成の溶液からなる固相接合用フラックスをスプレーで塗布した。塗布厚さは約１０μｍであった。【０１０６】
その後、回路基板と同じサイズに切断したはんだ転写シートを、そのはんだ粒子層が回路基板の電極と対向するよう回路基板に重ね合わせ、プレスにより加圧力１５０Ｎ（＝０.６７Ｎ／ｍｍ2）で加圧し、加熱手段としてパルスヒーターを用いて２００℃の温度設定で回路基板側から６０秒間加熱した。加圧下での加熱が終了した後、放冷により室温まで冷却し、転写シートを回路基板から手で剥がしたところ、回路基板の電極だけにはんだ粒子が転写され、粒子状のはんだバンプを形成していた。はんだ粒子の外観は元の球状を維持しており、溶融はしていなかった。ソルダレジストにははんだ粒子は全く付着していなかった。【０１０７】
得られた回路基板の電極（はんだ付け部）の電子顕微鏡写真を図７(ａ)（倍率４００倍）および図７(ｂ)（倍率２５００倍）に示す。これらの図面からは、電極上にきれいにはんだボールが並んでいるのが分かる。接合界面には固相拡散層、つまり合金層がみられる。【０１０８】
形成された粒子状のはんだバンプは、このまま、あるいはリフロー加熱してはんだ粒子を溶融させてから、はんだ付けに使用することができる。いずれの場合も、リフロー時にはんだ粒子が溶融凝集し、電極ピッチが微小でも、ブリッジの生成は見られない。【０１０９】
本例では、粒子状のはんだバンプに、リフロー用フラックスとして市販の千住金属工業（株）製樹脂系フラックス「ガンマラックス３４１−３０Ｐ」を約２０μｍの厚さに塗布し、窒素雰囲気リフロー炉中で最高温度２５０℃、加熱時間１０秒間でリフローしてはんだ粒子を溶融させた。その後、フラックス残渣をアルコール系洗浄剤で洗浄除去した。検査の結果、高さ８μｍ、標準偏差０.８の高さがよく揃った良質の溶融凝集はんだバンプが形成され、ブリッジは認められなかった。【０１１０】
［実施例２］
固相接合用フラックスとして、マロン酸トリブチルアミン塩５％、界面活性剤のポリエチレングリコール・ノニルフェノールエーテル３％、イソプロピルアルコール９２％からなる溶液を使用した以外は実施例１に記載の方法に準じて、はんだ粒子を回路基板の電極上に転写した。【０１１１】
転写時の加熱温度が２００℃では、実施例１よりはんだ粒子の転写密度が低い傾向がみられたので、加熱温度を２１０℃に高めてはんだ粒子の転写を行うと、実施例１に近い結果が得られた。【０１１２】
［比較例１］
転写時の加熱温度をはんだ合金の液相線温度より高い２３０℃に高めた以外は、実施例１に記載の方法に準じてはんだ粒子を回路基板の電極上に転写した。はんだが固化したことを確認した後、回路基板からはんだ転写シートを剥がした。その結果、電極数の約８０％にはんだブリッジが発生し、ソルダレジスト上にもはんだが残った。【０１１３】
特許文献２に記載の溶融転写法は、回路基板の電極ピッチが本例のように狭い場合には不適当であることが分かった。固相接合用フラックスを別組成の樹脂系フラックスに変更して試験しても、結果は大差なく、ブリッジが多発した。したがって、ブリッジ発生は固相接合用フラックスの違いによるものではない。【０１１４】
［実施例３］
本例は、連続はんだ被膜からなるはんだ層を備えた、図４に示すはんだ転写シートを用いたはんだバンプ形成を例示する。【０１１５】
転写シートの支持基材は、実施例１で使用したのと同じ、予め粘着層が形成されている市販の粘着シートを１００ｍｍ×１００ｍｍに切断したものであった。すなわち、支持基材のポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ５０μｍ）の片面に、全面にわたってアクリル系粘着剤からなる厚さ２５μｍの粘着剤層を有していた。【０１１６】
この支持基材の粘着剤層に、圧延により製造された厚さ１０μｍのはんだ箔を貼り合わせて、連続はんだ被膜からなるはんだ層を有するはんだ転写シートを作製した。使用したはんだ箔は、実施例１と同じＳｎ−３.５％Ａｇ共晶はんだ合金（固相線温度＝液相線温度：２２１℃）製のものであった。【０１１７】
はんだバンプの形成に用いた回路基板は、厚さ０.０３μｍの金めっきが施された、直径２０μｍの電極を４０μｍのピッチで６４００個有している、３０ｍｍ×３０ｍｍサイズのチップ搭載用インターポーザ基板であった。【０１１８】
はんだ転写シートを回路基板と同じ大きさに切断し、そのはんだ被膜の表面酸化物皮膜を実施例１と同じブタンテトラカルボン酸アルコール溶液で処理して除去し、水洗・乾燥した。その後直ちに、この転写シートのはんだ被膜の面と回路基板の電極面とが対向するように両者を重ね合わせ、加熱温度２１０℃、加圧力２００Ｎ（＝０.２２Ｎ／ｍｍ2）で６０秒間、加圧下に加熱した。加圧・加熱手段は実施例１と同じであった。冷却後、転写シートを回路基板から手で剥離した。【０１１９】
回路基板の電極上には、厚さ約１０μｍの平板状のはんだ層がきれいに転写され、はんだバンプを形成していた。このはんだバンプを次のようにしてリフローさせた。
実施例１で使用したのと同じリフロー用フラックスを約２０μｍの厚さに塗布し、窒素雰囲気リフロー炉中で最高温度２５０℃、加熱時間１０秒間で加熱して、平板状のはんだバンプを溶融させた。その後、フラックス残渣をアルコール系洗浄剤で洗浄除去した。検査の結果、高さ１５μｍ、標準偏差０.８の高さがよく揃った良質の丸みのあるはんだバンプが形成されていた。【０１２０】
本例におけるＳｎ−Ａｕの固相拡散相の形成およびそれによる接合力の強化は、電極へのはんだ層の選択的転写がきれいに行われたことから確認できた。また、リフロー前の回路基板の顕微鏡観察の結果から、隣接する電極の間ではんだ被膜の剪断面がきれいに露出していることが確認できた。隣接する電極間にまたがって残っているはんだ被膜は見られなかった。【０１２１】
［実施例４］
本例では、図４に示すはんだ転写シートにおいて、粘着剤層を金属薄膜に変更したはんだ転写シートを使用した。【０１２２】
このはんだ転写シートの支持基材は厚さ５０μｍのポリエステル（ポリエチレンテレフタレート）フィルムであった。このポリエステルフィルムの片面に、１μｍより薄い厚さのアルミニウム薄膜を蒸着により形成し、この金属薄膜の上に電解めっきにより厚さ約１０μｍのはんだ被膜を形成した。使用したはんだ合金は、実施例１〜３と同じＳｎ−３.５％Ａｇ共晶はんだ合金であった。【０１２３】
このようにして用意したはんだ転写シートを用いて、実施例３に記載したのと同様にして回路基板の電極上にはんだバンプを形成した。電極上に形成された平板上のはんだバンプの高さは１０μｍであり、リフロー後のはんだバンプ高さは１３.５μｍ、標準偏差０.８であった。【０１２４】
［実施例５］
使用したはんだ粒子がＳｎ―Ａｇ３.５％共晶はんだ合金の球状粉末を粒径３μｍから８μｍの範囲に分級して得たものであり、使用した回路基板が実施例３に記載したものであった以外は、実施例１に記載の方法に準じてはんだ粒子を回路基板の電極上に転写し、リフロー加熱した。ただし、電極表面がＡｕであったため、固相接合用フラックスの塗布は省略した。リフロー後のはんだバンプは、高さ７μｍ、標準偏差０.８であった。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成22年12月13日(2010.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記工程（ａ）〜（ｃ）を含むことを特徴とする、回路基板の第１の面上のはんだ付けすべき部分（以下、はんだ付け部という）にはんだバンプを形成する方法：
（ａ）支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する２以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、前記回路基板の第１の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、はんだ連続被膜からなる層および１層に密に隙間なく分布したはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層から選ばれ、
（ｂ）工程（ａ）で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程、
（ｃ）工程（ｂ）の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
【請求項２】
前記はんだ層が、前記回路基板の全てのはんだ付け部を覆う大きさである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記はんだが鉛フリーはんだである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
工程（ａ）において、前記はんだ層と前記回路基板のはんだ付け部との界面にフラックスを介在させる、請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
前記工程（ｂ）における加熱温度が前記はんだ合金の固相線温度より少なくとも５℃低い温度である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
前記工程（ｃ）の後に、下記工程（ｄ）をさらに含む、請求項１または２記載の方法：
（ｄ）工程（ｃ）で得られた回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱して前記はんだ層を溶融した後、固化させる。
【請求項７】
前記はんだ層が１層に分布したはんだ粒子の層であり、このはんだ層が、支持基材上に粘着剤層を形成し、この粘着剤層上にはんだ粒子を散布してはんだ粒子層を粘着剤層に付着させ、前記粘着剤層に付着していないはんだ粒子を除去することにより形成されたものである、請求項１または２記載の方法。
【請求項８】
前記はんだ層が１〜２０μｍの厚みのはんだ連続被膜である、請求項１または２記載の方法。
【請求項９】
前記回路基板のはんだ付け部がＡｕおよびＣｕから選ばれた金属の表面を有する、請求項１または２記載の方法。
【請求項１０】
前記回路基板のはんだ付け部以外の部が、ソルダレジストにより被覆されている表面、および樹脂が露出している表面から選ばれた表面を有する、請求項１または２記載の方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法により得られる、はんだ付け部を有する回路基板であって、少なくとも一部のはんだ付け部がそれぞれ、そのはんだ付け部に固相拡散接合された複数のはんだ粒子を備えたことを特徴とする、回路基板。
【請求項１２】
請求項１記載の方法に用いる、回路基板のはんだ付け部に固相拡散接合によってはんだ付けを行うためのはんだ転写シートであって、支持基材の少なくとも片面に付着した、前記はんだ付け部の表面を構成する金属と固相拡散接合が可能なはんだ合金からなる、少なくとも隣接する２以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ連続被膜を有することを特徴とするはんだ転写シート。
【請求項１３】
前記はんだ連続被膜が、前記回路基板の全てのはんだ付け部を覆う大きさである、請求項１２記載のはんだ転写シート。
【請求項１４】
前記はんだ付け部の表面を構成する金属がＡｕおよびＣｕから選ばれ、前記はんだ合金が錫系鉛フリーはんだ合金である、請求項１２または１３記載のはんだ転写シート。
【請求項１５】
前記はんだ連続被膜が、粘着剤層を介して前記支持基材に付着しているはんだ合金の箔から構成される、請求項１２または１３記載のはんだ転写シート。
【請求項１６】
前記はんだ連続被膜がＡｌなどの金属薄膜を介して前記支持基材に付着しているめっき層から構成される請求項１２または１３記載のはんだ転写シート。
【請求項１７】
前記はんだ被膜の厚さが１〜２０μｍである請求項１２または１３記載のはんだ転写シート。
【国際調査報告】
2010093031.tif 000010
2010093031.tif 000011
2010093031.tif 000012
2010093031.tif 000013