(57)【要約】【課題】微細な銅電極を有するプリント基板等の実装基板に所望の一定厚さのはんだバンプを銅溶食等の不具合なく形成できるはんだバンプの形成方法を提供する。【解決手段】準備された基板１と準備されたマスク５とを重ねた後に溶融はんだの噴流を吹き付けてマスク５の開口部にマスク５の厚さよりも厚くなるまで溶融はんだ１１ａを盛る工程と、マスク５の厚さを超える溶融はんだ１１ａを除去して所定厚さのはんだバンプ１１を形成する工程と、マスク５を取り外す工程とを有し、溶融はんだ１１ａが、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含み、さらに銀、銅、ゲルマニウム等を任意に含む溶融鉛フリーはんだであり、マスク５の厚さを超える溶融はんだ１１ａの除去を、ブレード又はエアーカッターで行う、又は、炭素数１２〜２０の有機脂肪酸含有溶液１８をスプレーして行うことによって上記課題を解決した。【選択図】図４
2013157075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅電極が形成された基板を準備する工程と、
前記銅電極上の必要な箇所にはんだバンプを形成するための開口部が形成されたマスクを準備する工程と、
前記基板と前記マスクとを重ねた後に、前記マスクの表面側から溶融はんだの噴流を吹き付けて前記マスクの開口部に該マスクの厚さよりも厚くなるまで溶融はんだを盛る工程と、
前記マスクの厚さを超える溶融はんだを除去して所定厚さのはんだバンプを形成する工程と、
前記マスクを取り外す工程と、を有し、
前記溶融はんだが、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含み、さらに銀、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン及びゲルマニウムから選ばれる１種又は２種以上を任意の副成分として含む溶融鉛フリーはんだであり、
前記マスクの厚さを超える溶融はんだの除去を、ブレード又はエアーカッター等の除去手段で行う、又は、炭素数１２〜２０の有機脂肪酸含有溶液をスプレーする除去手段で行う、ことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
【請求項２】
前記はんだバンプ上に、前記有機脂肪酸含有溶液に含まれる有機脂肪酸のコーティング膜が形成されている、請求項１に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項３】
前記有機脂肪酸含有溶液が、炭素数１６のパルミチン酸を含有する溶液である、請求項１又は２に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項４】
電子部品を実装する銅電極に、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバンプの形成方法ではんだバンプを形成し、形成された前記はんだバンプに電子部品をはんだ付けして実装することを特徴とする実装基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだバンプ及びその形成方法並びにはんだバンプを備えた基板及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、プリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板等の基板が有する銅電極上に、その銅電極を構成する銅の溶食を防ぐことができる一定厚さのはんだバンプ及びその形成方法、並びに、そうしたはんだバンプを備えた基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板等の基板（以下、これらを「実装基板」ということがある。）は、配線密度や実装密度がますます向上している。実装基板に電子部品をはんだ付けするためのはんだバンプは、微細で、形状及び寸法等が揃っていることが要求されている。そうした要求を満たすはんだバンプの形成方法として、特許文献１には、ペーストでペーストバンプを形成するための開口を備えたスクリーン版であって、剛性な第１の金属層、樹脂系の接着剤層及び第２の金属層からなり、かつ第１の金属層の開口に対して接着剤層及び第２の金属層の開口が縮径していることを特徴とするスクリーン版を用い、緻密で一定形状のバンプを容易に形成する手法等が提案されている。【０００３】
ところで、コネクタ、ＱＦＰ（Quad  Flat  Package）、ＳＯＰ（Small  Out  line  Package）、ＢＧＡ（Ball  Grid  Array）等の電子部品は、リード端子等の接続端子の寸法にばらつきが存在することがある。接続端子の寸法がばらついた電子部品をはんだ付け不良なくはんだ付けするためには、実装基板に設けるはんだバンプを厚くすることにより、電子部品の寸法ばらつきの影響を小さくする必要がある。したがって、特許文献１で用いられるスクリーン版等のメタルマスクは、実装基板上に相当量のはんだを設けることができる程度の厚さが必要となる。【０００４】
一方、実装基板に実装するための電子部品にＣＳＰ（Chip  Size  Package）等の小型の電子部品が混在する場合、そうした小型電子部品用のはんだバンプの大きさは極めて微細である。そのため、そのはんだバンプを実装基板に設けるためのメタルマスクは、小型電子部品用の小さい開口を備えている。しかし、前記した相当量のはんだを設けるためのメタルマスクは、接続端子の寸法ばらつきを吸収するだけの厚さを有している。そうした厚いメタルマスクに設けられた小型電子部品用の開口は、アスペクト比（厚さ／開口幅）が大きくなり、はんだペーストをメタルマスクを用いてスクリーン印刷した際に、メタルマスクにはんだペーストが残ってしまい、はんだペーストの厚さが不安定になってしまうという問題が起こる。この問題を解決するためには、寸法ばらつきの大きい接続端子を持つ電子部品と、小型の電子部品とを、同じ実装基板上に同時に実装することができるように、高さ方向（厚さ）が異なる複数のはんだバンプを適正に形成する必要がある。しかし、厚さの異なる複数のはんだバンプの製造は煩雑であり、製造コストの点で好ましくない。【０００５】
特許文献２は、コネクタ、ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＢＧＡ等の電子部品と、ＣＳＰ等の小型の電子部品とが混在する場合であっても、両方の電子部品に適切なはんだバンプを形成する方法を提案している。この方法は、電極を有したプリント基板（実装基板）の上に、開口部を有した金属製の第１の層と、他の開口部を有した第２の層とからなるはんだ印刷用マスクを、第２の層とプリント基板とが密着するように配置し、第１の層側からはんだペーストを供給し、スキージング治具でスキージングを実施し、高さの異なるはんだバンプを形成する方法である。【０００６】
また、はんだバンプの他の形成方法として、銅電極が設けられた実装基板をそのまま溶融はんだ中にディッピング（浸漬）する方法が知られている。しかしながら、実装基板をそのまま溶融はんだ中にディッピングした場合、はんだに含まれる錫は、銅電極の銅を溶食して所謂「銅溶食」を起こし、銅パターンを消失させるという問題があった。そのため、溶融はんだ中への実装基板のディッピング時間を短縮して銅溶食を抑制するために、実装基板の銅電極上に予備はんだ層を形成し、その後に実装基板を溶融はんだ中にディッピングする方法（ディッピング方法）が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２８６９３６号公報
【特許文献２】特開２００６−６６８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２の方法は、供給されたはんだペーストをスキージング治具でスキージングして高さの異なるはんだバンプを形成する方法であるので、生産性が悪いという難点があった。また、上記したディッピング方法では、銅溶食の問題が依然として解決できていないという問題があった。【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、微細な電極を有するプリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板等の基板に、所望の一定厚さのはんだバンプを銅溶食等の不具合なく形成できるはんだバンプ及びその形成方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そうしたはんだバンプを備えた基板及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明に係るはんだバンプの形成方法は、銅電極が形成された基板を準備する工程と、前記銅電極上の必要な箇所にはんだバンプを形成するための開口部が形成されたマスクを準備する工程と、前記基板と前記マスクとを重ねた後に、前記マスクの表面側から溶融はんだの噴流を吹き付けて前記マスクの開口部に該マスクの厚さよりも厚くなるまで溶融はんだを盛る工程と、前記マスクの厚さを超える溶融はんだを除去して所定厚さのはんだバンプを形成する工程と、前記マスクを取り外す工程と、を有し、前記溶融はんだが、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含み、さらに銀、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン及びゲルマニウムから選ばれる１種又は２種以上を任意の副成分として含む溶融鉛フリーはんだであり、前記マスクの厚さを超える溶融はんだの除去を、ブレード又はエアーカッター等の除去手段で行う、又は、炭素数１２〜２０の有機脂肪酸含有溶液をスプレーする除去手段で行う、ことを特徴とする。【００１１】
この発明によれば、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含む溶融はんだの噴流を開口部に向けて吹き付けるので、銅電極の銅と溶融はんだが含むニッケルとが合金化したＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層が、銅電極の表面に形成する。銅電極の表面に形成された金属間化合物層は、銅溶食のバリア層となり、そのバリア層が銅電極の銅溶食を防ぐので、銅溶食による銅電極の欠損や消失を防ぐことができる。その結果、実装基板の銅ランド等の銅電極の信頼性を確保でき、電子部品を実装基板にはんだ付けする際に、従来のはんだ付け時に起こる銅溶食を抑制できる。また、この発明によれば、マスクの厚さを超える溶融はんだの除去を、ブレード又はエアーカッター等の除去手段又は炭素数１２〜２０の有機脂肪酸含有溶液をスプレーする除去手段という簡便な手段で行うので、微細な銅電極を有する実装基板に所望の一定厚さのはんだバンプを容易に且つ寸法精度よく形成することができる。その結果、従来のような高コストの工程が不要になるので、電子部品をはんだバンプにはんだ接合した接合部の信頼性と歩留まりを高めることができ、低コストな実装基板の製造に有利になる。【００１２】
本発明に係るはんだバンプの形成方法において、前記はんだバンプ上に、前記有機脂肪酸含有溶液に含まれる有機脂肪酸のコーティング膜が形成されている。【００１３】
本発明に係るはんだバンプの形成方法において、前記溶融はんだの噴流を前記銅電極上に吹き付ける前に、有機脂肪酸溶液を前記銅電極に接触させる工程を有する。【００１４】
本発明に係るはんだバンプの形成方法において、前記有機脂肪酸含有溶液が、炭素数１６のパルミチン酸を含有する溶液である。【００１５】
上記課題を解決するための本発明に係る実装基板の製造方法は、電子部品を実装する銅電極に上記した本発明に係るバンプの形成方法ではんだバンプを形成し、形成された前記はんだバンプに電子部品をはんだ付けして実装することを特徴とする。【００１６】
この発明によれば、上記したはんだバンプの形成方法ではんだバンプを形成するので、実装基板の銅ランド等の銅電極の信頼性を確保でき、電子部品を実装基板にはんだ付けする際に、従来のはんだ付け時に起こる銅溶食を抑制できる。また、微細な銅電極を有する実装基板に所望の一定厚さのはんだバンプを容易に且つ寸法精度よく形成することができる。こうした本発明によれば、従来のような高コストの工程が不要になるので、電子部品をはんだバンプにはんだ接合した接合部の信頼性と歩留まりを高めることができ、低コストな実装基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るはんだバンプの形成方法によれば、銅電極の銅と溶融はんだが含むニッケルとが合金化したＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層が、銅電極の表面に形成するので、その金属間化合物層は、銅溶食のバリア層となり、そのバリア層が銅電極の銅溶食を防ぎ、銅溶食による銅電極の欠損や消失を防ぐことができる。その結果、実装基板の銅ランド等の銅電極の信頼性を確保でき、電子部品を実装基板にはんだ付けする際に、従来のはんだ付け時に起こる銅溶食を抑制できる。また、この発明によれば、微細な銅電極を有する実装基板に所望の一定厚さのはんだバンプを容易に且つ寸法精度よく形成することができるので、従来のような高コストの工程が不要になるので、電子部品をはんだバンプにはんだ接合した接合部の信頼性と歩留まりを高めることができ、低コストな実装基板の製造に有利になる。【００１８】
本発明に係る実装基板の製造方法によれば、実装基板の銅ランド等の銅電極の信頼性を確保でき、電子部品を実装基板にはんだ付けする際に、従来のはんだ付け時に起こる銅溶食を抑制できる。また、微細な銅電極を有する実装基板に所望の一定厚さのはんだバンプを容易に且つ寸法精度よく形成することができる。その結果、従来のような高コストの工程が不要になるので、電子部品をはんだバンプにはんだ接合した接合部の信頼性と歩留まりを高めることができ、低コストな実装基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るはんだバンプの形成方法で用いる基板とマスクを示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明に係るはんだバンプの形成方法の一例を示す工程図（その１）である。
【図３】本発明に係るはんだバンプの形成方法の一例を示す工程図（その２）である。
【図４】本発明に係るはんだバンプの形成方法の他の一例を示す工程図の一部である。
【図５】形状の異なるマスクを用いた例である。
【図６】銅電極上に形成された金属間化合物層の例であり、（Ａ）は比較例で形成されたはんだ接続部の断面形態の模式図であり、（Ｂ）は実施例で形成されたはんだ接続部の断面形態模式図である。
【図７】有機脂肪酸含有溶液で清浄化処理された溶融はんだの濡れ性試験（メニスコグラフ）結果である。
【図８】未処理の溶融はんだの濡れ性試験（メニスコグラフ）結果である。
【図９】はんだ層の深さ方向の酸素量を示すグラフである。
【図１０】はんだ接続部を加熱した後のマイクロボイドの発生形態の例であり、（Ａ）（Ｂ）は比較例での結果であり、（Ｃ）（Ｄ）は実施例での結果である。
【図１１】実施例で得られたはんだ接続部の断面の元素マッピング像である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係るはんだバンプの形成方法及び実装基板の製造方法について図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、「本発明」を「本願の実施形態」と言い換えることができる。
【００２１】
［はんだバンプの形成方法］
本発明に係るはんだバンプ１１の形成方法は、銅電極２が形成された基板１を準備する工程と、銅電極２上の必要な箇所にはんだバンプ１１を形成するための開口部６が形成されたマスク５を準備する工程と、基板１とマスク５とを重ねた後に、マスク５の表面Ｓ１側から溶融はんだの噴流１１’を吹き付けてマスク５の開口部６にマスク５の厚さよりも厚くなるまで溶融はんだ１１ａを盛る工程と、マスク５の厚さを超える溶融はんだ１１ａを除去して所定厚さのはんだバンプ１１を形成する工程と、マスク５を取り外す工程と、を有する。
【００２２】
以下、各工程について詳しく説明する。
【００２３】
（基板の準備工程）
準備される基板１は、図１に示すように、プリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板等の基板である。これらの基板１は、所定の銅電極２が形成されている。銅電極２としては、パターン幅で５μｍ以上又は１０μｍ以上で、５００μｍ以下の狭ピッチのものを好ましく挙げることができる。銅電極２の厚さは特に限定されないが、通常、５μｍ以上３０μｍ以下程度である。基板１の大きさや外形形状も特に限定されず、各種のものに対して本発明を適用できる。
【００２４】
なお、基板１に設けられる銅電極２のうち、通常、電子部品を実装する部分（はんだ接続部）だけが露出し、はんだ接続部以外は絶縁層や絶縁フィルムで覆われている。この露出したはんだ接続部に、後述の手段によってはんだバンプ１１が形成され、そのはんだ接続部に設けられたはんだバンプ１１は、電子部品をはんだ接合したり、接続端子（コネクタ）を接合したりするように作用する。
【００２５】
（マスクの準備工程）
準備されるマスク５は、図１に示すように、銅電極２上の必要な箇所にはんだバンプ１１を形成するための開口部６が形成されている。マスク５の材質は特に限定されないが、溶融はんだ１１ａの噴流１１’が吹き付けられ、その溶融はんだ１１ａと一定時間接触するので、耐熱性の材質であればよい。通常、金属製のマスクや耐熱性プラスチック等が用いられる。マスク５に設けられている開口部６は、基板１の銅電極２のうち、はんだバンプ１１を設ける必要のある箇所（はんだ接続部）に空けられている。
【００２６】
マスク５の厚さは、形成するはんだバンプ１１の厚さに応じて任意に選択される。したがって、マスク５の開口部６の周縁の厚さが、はんだバンプ１１の高さ（厚さ）を規制することになる。マスク５の周縁の厚さとしては、例えば２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲から任意に選ばれる。本発明では、こうした厚さの範囲内のマスク５を用いることにより、その厚さと同じ又は略同じ厚さのはんだバンプ１１をばらつきのない均一な厚さで得ることができる。
【００２７】
マスク５の厚さは、通常は図３（Ｂ）（Ｃ）に示すように、形成するはんだバンプ１１の高さと同じ又は略同じ厚さのマスク５を用いて、寸法ばらつきのない所定の厚さのはんだバンプ１１を形成する。一方、図５（Ａ）に示すように、開口部６の周縁の厚さは薄いが、開口部６の周縁以外の部分を厚くしたマスク５Ａを用いることもできる。こうしたマスク５Ａは、マスク全体として剛性を有し、しかも開口部６の周縁の薄い厚さと同じ厚さのはんだバンプ１１を寸法ばらつきなく形成できるという利点がある。また、図５（Ｂ）に示すように、開口部６の周縁の厚さをより薄くしたマスク５Ｂを用いることもできる。こうしたマスク５Ｂは、マスク全体として剛性を有し、しかも開口部６の周縁のより薄い厚さと同じ厚さのはんだバンプ１１を寸法ばらつきなく形成できるという利点がある。
【００２８】
なお、マスク５Ａ，５Ｂの薄い部分と厚い部分との境界は、図５に示すように、なだらかな傾斜面Ｓ２になっていることが好ましい。マスク５Ａ，５Ｂがこうした傾斜面Ｓ２を備えることにより、後述の余剰はんだの除去工程での溶融はんだ１１ａの除去を容易に行うことができる。そうしたなだらかな傾斜面Ｓ２は、溶融はんだ１１ａの除去が妨げられない程度の直線状の傾斜面であってもよいし、湾曲した曲線状の傾斜面であってもよい。
【００２９】
（はんだ盛り工程）
はんだ盛り工程は、図１及び図２（Ｂ）に示すように、基板１とマスク５とを重ねた後に、図２（Ｃ）に示すように、マスク５の表面Ｓ１側から溶融はんだの噴流１１’を吹き付けて、図２（Ｄ）に示すように、マスク５の開口部６にマスク５の厚さよりも厚くなるまで溶融はんだ１１ａを盛る工程である。基板１とマスク５とを重ねるときの位置決めは、それぞれに設けられた位置決めマークや位置決め突起等によって行われ、両者は精度よく位置決めされる。
【００３０】
溶融はんだ１１ａとしては、はんだを加熱して溶融させ、噴流１１’として吹き付けることができる程度に流動化させたものを用いる。その加熱温度は、はんだ組成によって任意に選択されるが、通常、１５０℃以上３００℃以下程度の範囲内から良好な温度が設定される。本発明では、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含み、さらに銀、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン及びゲルマニウムから選ばれる１種又は２種以上を副成分として任意に含む溶融鉛フリーはんだが用いられる。
【００３１】
好ましいはんだ組成は、Ｓｎ−Ｎｉ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｇｅ合金であり、具体的には、ニッケル０．０１質量％以上０．５質量％以下、銀２質量％以上４質量％以下、銅０．１質量％以上１質量％以下、ゲルマニウム０．００１質量％以上０．０２質量％以下、残部が錫のはんだ合金を用いることが、銅食われを安定して防ぐことができるＣｕＮｉＳｎ金属間化合物１３ａ（図６（Ｂ）参照。）を形成するために好ましい。そうしたＣｕＮｉＳｎ金属間化合物１３ａを形成するための特に好ましい組成は、０．０１質量％以上０．０７質量％以下、銀０．１質量％以上４質量％以下、銅０．１質量％以上１質量％以下、ゲルマニウム０．００１質量％以上０．０１質量％以下、残部が錫のはんだ合金である。こうしたＳｎ−Ｎｉ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｇｅ合金ではんだ付けする場合は、２４０℃以上２６０℃以下の温度の溶融はんだ１１ａとして用いることが好ましい。
【００３２】
また、ビスマスを含むはんだは、溶融はんだ１１ａの加熱温度をさらに低温化することができ、その成分組成を調整することにより、例えば１５０℃近くまで低温化させることができる。ビスマスを含有するはんだ組成も、上記同様、ニッケルを０．０１質量％以上０．５質量％以下含有することが好ましく、０．０１質量％以上０．０７質量％以下含有することがより好ましい。こうすることにより、ＣｕＳｎ金属間化合物層１３ａを容易に形成できる低温型の溶融はんだ１１ａとすることができる。
【００３３】
また、その他の亜鉛やアンチモンも、必要に応じて配合される。いずれの場合であっても、はんだ組成は、少なくともニッケルを０．０１質量％以上０．５質量％以下含有することが好ましく、０．０１質量％以上０．０７質量％以下含有することがより好ましい。
【００３４】
こうした組成の溶融はんだ１１ａは、鉛を含まない鉛フリーはんだであるとともに、上記含有量のニッケルを必須に含むので、図６（Ｂ）に示すように、溶融はんだ１１ａに含まれるニッケルが銅電極２の銅と化合し、さらに溶融はんだ１１ａの錫とも化合して、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａを銅電極２の表面に容易に形成することができる。形成されたＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａは、銅電極２の銅溶食防止層として作用し、銅電極２の欠損や消失を防ぐように作用する。したがって、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａを有するはんだバンプ１１は、その後において、そのはんだバンプ１１が形成された基板をはんだ槽中にディッピングするディッピング工程に投入する場合のように、銅電極２にとって過酷とも言える処理にも容易に耐えることができる。そのため、低コストのはんだディッピング工程を適用しても、歩留まりがよく、信頼性の高いはんだバンプ１１の実現できる。さらに、そのはんだバンプ１１を利用した電子部品の実装を低コストで信頼性高く行うことができる実装基板を歩留まりよく得ることができる。
【００３５】
溶融はんだ１１ａに含まれるニッケル含有量は、後述の実施例に示すように、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａの厚さに影響する。具体的には、ニッケル含有量が０．０１質量％以上、０．５質量％以下（好ましくは０．０７質量％以下）の範囲では、１μｍ以上３μｍ以下程度の略均一厚さのＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａを生成できる。この範囲内の厚さのＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａは、銅電極２中の銅が溶融はんだ１１ａ中又ははんだバンプ１１中に溶け込んで溶食されるのを防ぐことができる。
【００３６】
ニッケル含有量が０．０１質量％では、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａの厚さが約１μｍ以上１．５μｍ以下程度になり、ニッケル含有量が例えば０．０７質量％では、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａの厚さが約２μｍ程度になり、ニッケル含有量が０．５質量％では、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａの厚さが約３μｍ程度になる。
【００３７】
ニッケル含有量が０．０１質量％未満では、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａの厚さが１μｍ未満になって、そのＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａが銅電極２を覆いきれない箇所が生じ、その箇所から銅の溶食が起こりやすくなることがある。ニッケル含有量が０．５質量％を超えると、硬いＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａが厚さ３μｍを超えてさらに厚くなり、そのＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａに亀裂が生じる。その結果、その亀裂部分から銅の溶食が起こりやすくなる。なお、好ましいニッケル含有量は０．０１質量％以上０．０７質量％以下であり、この範囲のニッケル含有量を有する溶融はんだ１１ａは、ニッケル含有量が０．０７質量％を超え、０．５質量％以下の場合に比べて、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａの亀裂を起こすことがなく、平滑な均一層を形成することができる。
【００３８】
溶融はんだ１１ａとして用いるはんだは、精製処理されていることが好ましい。具体的には、炭素数１２〜２０の有機脂肪酸を５質量％以上２５質量％以下含有する溶液を１８０℃以上３５０℃以下に加熱し、その加熱された溶液と溶融はんだ１１ａとを接触させて激しく撹拌混合する。こうすることにより、酸化銅とフラックス成分等で汚染された精製処理前の溶融はんだ１１ａを清浄化することができ、酸化銅やフラックス成分等を除去した溶融はんだ１１ａを得ることができる。その後、酸化銅やフラックス成分等が除去された溶融はんだ１１ａを含む混合液を、有機脂肪酸含有溶液貯槽に導入し、その有機脂肪酸含有溶液貯槽中において比重差で分離した清浄化後の溶融はんだ１１ａをその有機脂肪酸含有溶液貯槽の底部からポンプで鉛フリーはんだ液貯槽に戻す。こうした精製処理を行うことで、噴流として使用する溶融はんだ１１ａ中の銅濃度及び不純物濃度の経時的な上昇を抑制し、かつ酸化銅やフラックス残渣等の不純物を鉛フリーはんだ液貯槽に持ち込ませないようにすることができる。その結果、鉛フリーはんだ液貯槽内の溶融はんだ１１ａの経時的な組成変化を抑制することができるので、安定した接合信頼性の高い溶融はんだ１１ａを用いたはんだバンプ１１を連続して形成することができる。また、そうしたはんだバンプ１１を備えた実装基板を連続して製造することができる。
【００３９】
精製された溶融はんだ１１ａは、はんだバンプ１１の接合品質に影響する酸化銅やフラックス残渣等の不純物を含まない。その結果、はんだバンプ１１と電子部品との接合品質のロット間ばらつきがなくなり、経時的な品質安定性に寄与することができる。
【００４０】
また、有機脂肪酸含有溶液で精製された溶融はんだ１１ａは、有機脂肪酸含有溶液で精製されていない溶融はんだに比べて、濡れ性が劣るという結果が得られている。具体的には、後述の実施例と比較例で得られた図７と図８のはんだ濡れ性試験（メニスコグラフ）の結果からもわかるように、精製された溶融はんだ１１ａのゼロクロスタイムは０．４秒であったが、未精製の溶融はんだのゼロクロスタイムは５秒であった。また、有機脂肪酸含有溶液で精製された溶融はんだ１１ａは、有機脂肪酸含有溶液で精製されていない溶融はんだに比べて、粘度が顕著に小さいという結果が得られている。具体的には、後述の実施例と比較例で得られた結果からもわかるように、精製された溶融はんだ１１ａの粘度は０．００３Ｐａ・ｓ以上０．００４Ｐａ・ｓ以下であるのに対し、未精製の溶融はんだの粘度は０．００５Ｐａ・ｓ以上０．００６Ｐａ・ｓ以下であり、両者には顕著な差があった。なお、粘度は振動片式粘度計で測定した。
【００４１】
精製された溶融はんだ１１ａと未精製の溶融はんだとの上記特性差は、溶融はんだ１１ａの噴流１１’が銅電極２上の隅々まで良好なはんだ濡れ性で満遍なく広がることを意味している。特に、溶融はんだ１１ａを銅電極２上に吹き付ける前に、精製に用いる有機脂肪酸含有溶液をその銅電極２に接触（吹きつけ、浸漬）させることにより、その有機脂肪酸含有溶液が銅表面に存在する酸化物や不純物等を除去するように清浄化する。こうして清浄化された銅表面に、同じく有機脂肪酸含有溶液で精製された溶融はんだ１１ａを吹き付けて付着させることにより、溶融はんだ１１ａを銅表面２上にはんだ濡れ性よく、濡れ広げることができる。一方、清浄化された銅表面に未精製の溶融はんだを吹き付けて付着させた場合は、前記のような濡れ性よく濡れ広がることがなく、銅表面に溶融はんだが満遍なく濡れ広がらないことがあった。これらの結果は、有機脂肪酸含有溶液で清浄化された銅表面に、有機脂肪酸含有溶液で精製された溶融はんだ１１ａを吹き付けて付着させることが、顕著な効果を導くことを示している。
【００４２】
精製に用いる有機脂肪酸含有溶液に含まれる有機脂肪酸は、炭素数１１以下でも使用可能ではあるが、そうした有機脂肪酸は、吸水性があり、上記した１８０℃以上３５０℃以下の高温域で使用する場合にはあまり好ましくない。また、炭素数２１以上の有機脂肪酸は、融点が高いこと、浸透性が悪いこと、取扱いし難いこと等の難点があり、また、精製処理した後の溶融はんだ１１ａの表面の防錆効果も不充分になる。代表的なものとしては、炭素数１６のパルミチン酸が好ましい。有機脂肪酸としては、炭素数１６のパルミチン酸のみを用いることが特に好ましく、必要に応じて炭素数１２以上２０以下の有機脂肪酸、例えば炭素数１８のステアリン酸を含有させることもできる。
【００４３】
精製に用いる有機脂肪酸含有溶液は、５質量％以上２５質量％以下のパルミチン酸を含み、残部がエステル合成油からなるものが好ましく用いられる。こうした有機脂肪酸含有溶液を１８０℃以上３５０℃以下に加温して用いることにより、その有機脂肪酸含有溶液が溶融はんだ１１ａ中に存在する酸化物やフラックス成分等の不純物を選択的に取り込み、溶融はんだ１１ａを精製することができる。特に、炭素数１６のパルミチン酸を１０質量％前後（例えば、５質量％以上１５質量％以下）含有する有機脂肪酸含有溶液が好ましい。なお、有機脂肪酸含有溶液には、ニッケル塩やコバルト塩等の金属塩や酸化防止剤等の添加剤は含まれていない。
【００４４】
有機脂肪酸の濃度が５質量％未満では、溶融はんだ１１ａ中に存在する酸化物やフラックス成分等の不純物を選択的に取り込んで精製する効果が低く、さらに低濃度での管理が煩雑になる。一方、有機脂肪酸の濃度が２５質量％を超えると、有機脂肪酸含有溶液の粘度が著しく高くなること、３００℃以上の高温領域では発煙と悪臭の問題を生ずること、溶融はんだ１１ａとの撹拌混合性が不十分になる等の問題がある。したがって、有機脂肪酸の含有量は、好ましくは５質量％以上２５質量％以下であることが好ましく、特に炭素数１６のパルミチン酸のみを用いる場合は、１０質量％前後（例えば、５質量％以上１５質量％以下）の含有量であることが好ましい。
【００４５】
精製に用いる有機脂肪酸含有溶液の温度は、精製する溶融はんだ１１ａの融点で決まり、有機脂肪酸含有溶液と溶融はんだ１１ａとは、少なくとも溶融はんだ１１ａの融点以上の高温領域（一例としては２４０℃〜２６０℃）で激しく撹拌接触させる。また、有機脂肪酸含有溶液の上限温度は、発煙の問題や省エネの観点から３５０℃程度であり、望ましくは精製処理する溶融はんだ１１ａの融点以上の温度〜３００℃の範囲である。例えば、ニッケル０．０１質量％以上０．０７質量％以下、銀０．１質量％以上４質量％以下、銅０．１質量％以上１質量％以下、ゲルマニウム０．００１質量％以上０．０１質量％以下、残部が錫のはんだ合金は、２４０℃以上２６０℃以下の温度で溶融はんだ１１ａとして用いるので、有機脂肪酸含有溶液の温度もそれと同じ２４０℃以上２６０℃以下程度であることが好ましい。
【００４６】
有機脂肪酸含有溶液にエステル合成油を混合する理由は、有機脂肪酸含有溶液の粘度を下げて、有機脂肪酸含有溶液と溶融はんだ１１ａとの均一な撹拌混合処理を行い易くすること、及び含有させた有機脂肪酸の高温発煙性を抑制することにある。
【００４７】
こうした有機脂肪酸含有溶液で精製した溶融はんだ１１ａは、図２（Ｃ）に示すように、スプレーノズルからマスク５の開口部６に向かって噴流１１’として噴霧される。こうして、図２（Ｄ）に示すように、盛り上がった溶融はんだ１１ａが設けられる。
【００４８】
噴霧する際の雰囲気は特に限定されないが、その後に余った溶融はんだ１１ａをスキージ、液体シャワー又は気体シャワーで除去することから、「はんだ盛り工程」と余剰はんだの除去工程」の両方の工程で処理する間、雰囲気温度は溶融はんだ１１ａとしての溶融状態をそのまま維持できる温度（上記の例では、２４０℃以上２６０℃以下の温度）に保持されている必要がある。そうした雰囲気温度としては、具体的には、はんだ付けする溶融はんだ１１ａの温度と同じ又はそれに近い温度であることが好ましい。同じ温度であってもよいが、溶融はんだ１１ａの温度よりもやや高く設定することが好ましい。例えば、溶融はんだ１１ａの噴流温度に比べて、２℃以上１０℃以下の高さで設定されていることが好ましく、２℃以上５℃以下の雰囲気温度に設定されていることがより好ましい。この温度範囲内とすることにより、銅電極２の表面に噴射した後の溶融はんだ１１ａの噴流１１’をその銅電極２の表面に満遍なく流動させることができ、特にマスク５内の隅々にまで溶融はんだ１１ａを広げることができる。雰囲気温度が溶融はんだ１１ａの噴流温度よりも低い場合は、溶融はんだ１１ａの流動性が低下することがあり、一方、雰囲気温度が１０℃を超える高さで設定されると、温度が高すぎて基板に熱ダメージを与えるおそれがある。
【００４９】
（余剰はんだの除去工程）
余剰はんだの除去工程は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、マスク５の表面から厚さ方向にはみ出る（マスク５の厚さを超えるとも言うことができる。）溶融はんだ１１ａを除去して所定厚さのはんだバンプ１１を形成する工程である。マスク５の厚さを超える溶融はんだ１１ａの除去は、ブレード１５又はエアーカッター等の除去手段で行う、又は、炭素数１２〜２０の有機脂肪酸含有溶液１８をスプレーする除去手段で行う。こうすることで、マスク５の表面から厚さ方向にはみ出るはんだ１１を除去することができる。
【００５０】
ブレード１５は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、掻き落とし用として一般的に用いられている板状ブレードを用いることができる。また、エアーカッター（図示しない）は、エアー噴霧ノズルの先端から空気や不活性ガス（窒素ガス、アルゴンガス等）を勢いよく噴射することができるノズルを用いることができ、そのエアーカッターによって、マスク５の表面から厚さ方向にはみ出た溶融はんだ１１ａを吹き飛ばして除去することができる。
【００５１】
また、本発明では、炭素数１２〜２０の有機脂肪酸含有溶液１８をノズル１７からスプレーして、マスク５の表面から厚さ方向にはみ出た溶融はんだ１１ａを吹き飛ばす除去手段が好ましい。さらに、こうしたスプレーによる溶融はんだ１１ａの除去手段によって、はんだバンプ１１上に、有機脂肪酸含有溶液１８に含まれる有機脂肪酸のコーティング膜１９を形成できる。
【００５２】
ノズル１７から吹付ける溶融はんだの噴流１１’の流速と吹付け処理時間は、溶融はんだ１１ａの種類やコーティング膜１９の厚さ等を考慮して任意に設定する。また、ノズル１７の形状と吹付け角度等の条件についても、融はんだ１１ａの種類やコーティング膜１９の厚さ等を考慮して任意に適用又は設定する。吹き付け角度は特に限定されないが、ノズル１７の中心軸とマスク面との仮想角を例えば３０°〜４５°の範囲内にすることが好ましい。なお、溶融はんだの噴流１１’の流速と吹き付け処理時間によっては、マスク５の表面から厚さ方向にはみ出る溶融はんだ１１ａを除去するとともに、マスク５の表面以下の溶融はんだ１１ａも除去されることがあり、吹き付け後の溶融はんだ１１ａの表面は若干凹んでいる場合もある。この余剰も溶融はんだ１１ａを除去した後の形態は、こうした除去後の形態も含む。
【００５３】
吹き付ける有機脂肪酸含有溶液１８には、窒素ガス等の不活性ガスを一部混入させてもよい。一方、酸素を含む空気や水等は、溶融はんだ１１ａの酸化や有機脂肪酸含有溶液への相溶性の観点から混入させない。
【００５４】
この除去工程で処理する間の雰囲気温度は、開口部６盛られた溶融はんだ１１ａの溶融状態をそのまま維持できる温度に保持されている。そうした温度は、適用する溶融はんだ１１ａの種類に応じて異なるが、上記の例では、２４０℃以上２６０℃以下の温度に保持されている必要がある。
【００５５】
スプレーにより有機脂肪酸含有溶液１８を噴射して余剰の溶融はんだ１１ａを除去する場合、用いる有機脂肪酸含有溶液１８は、上記した精製処理で用いたものと同じ有機脂肪酸含有溶液を用いることが好ましい。すなわち、炭素数１２〜２０の有機脂肪酸を５質量％以上２５質量％以下含有する有機脂肪酸含有溶液を用いることが好ましい。特に炭素数１６のパルミチン酸を５質量％以上１５質量％以下含有する有機脂肪酸含有溶液が好ましく、必要に応じて炭素数１２以上２０以下の有機脂肪酸、例えば炭素数１８のステアリン酸を含有させることもできる。なお、有機脂肪酸含有溶液には、ニッケル塩やコバルト塩等の金属塩や酸化防止剤等の添加剤は含まれていない。
【００５６】
有機脂肪酸含有溶液は、溶融はんだ１１ａの温度と同様の温度範囲に加温されていることが好ましく、例えば１８０℃以上３５０℃以下に加温した有機脂肪酸含有溶液を用いる。溶融はんだ１１ａを、上記同様、２４０℃〜２６０℃の範囲にして噴流１１’した場合には、その溶融はんだ１１ａと同じ２４０℃〜２６０℃の温度の有機脂肪酸含有溶液を噴射して、余剰の溶融はんだ１１ａを除去することが好ましい。なお、スプレー噴射した有機脂肪酸含有溶液と、その有機脂肪酸含有溶液とともに除去された溶融はんだ１１ａとは、比重差で分離され、有機脂肪酸含有溶液の底に沈んだ溶融はんだ１１ａを取り出して、有機脂肪酸含有溶液と分離することができる。分離された溶融はんだ１１ａと有機脂肪酸含有溶液は、再利用することができる。
【００５７】
上記同様、有機脂肪酸含有溶液に含まれる有機脂肪酸は、炭素数１１以下でも使用可能ではあるが、そうした有機脂肪酸は、吸水性があり、上記した１８０℃以上３５０℃以下の高温域で使用する場合にはあまり好ましくない。また、炭素数２１以上の有機脂肪酸は、融点が高いこと、浸透性が悪いこと、取扱いし難いこと等の難点があり、また、溶融はんだ１１ａの表面に成膜されるコーティング膜１９の防錆効果も不充分になる。炭素数１６のパルミチン酸が好ましく用いられ、そのパルミチン酸のみを用いることが特に好ましく、必要に応じて炭素数１２以上２０以下の有機脂肪酸、例えば炭素数１８のステアリン酸を含有させることもできる。
【００５８】
有機脂肪酸含有溶液の温度は、除去する溶融はんだ１１ａの温度と同じ又は略同じであることが好ましい。こうすることで、溶融はんだ１１ａを冷却することなく吹き飛ばすことができる。
【００５９】
なお、有機脂肪酸含有溶液を溶融はんだ１１ａに噴射して余剰の溶融はんだ１１ａを除去した後には、溶融はんだ１１ａの表面には、有機脂肪酸含有溶液を構成する有機脂肪酸のコーティング膜１９が形成される。このコーティング膜１９は、溶融はんだ１１ａの表面を清浄し、さらには溶融はんだ１１ａの酸化を抑制して酸化被膜の生成を防ぐことができる。
【００６０】
（マスクの取り外し工程）
最後に、図３（Ｃ）に示すように、マスク５を取り外す。マスク５を取り外すことにより、所定厚さのはんだバンプ１１を形成することができる。溶融はんだ１１ａからはんだバンプ１１への冷却は、マスク５を取り外す前であってもよいし、マスク５を取り外した後であってもよい。冷却は、放冷であっても強制冷却であってもよい。強制冷却の場合は、空気又は不活性ガス（窒素ガス又はアルゴンガス等）を吹き付けて冷却することができる。
【００６１】
はんだバンプ１１の厚さは、マスク５の厚さと同じ又は略同じであり、形成した複数のはんだバンプ１１はほぼ全て同じ厚さであった。なお、ブレード１５やエアーカッター等の部材を用いた除去手段で溶融はんだ１１ａを除去した場合には、はんだバンプ１１の表面は、上記した図４（Ｂ）（Ｃ）に示すような有機脂肪酸のコーティング膜１９は設けられていない。一方、有機脂肪酸含有溶液をスプレーして余剰はんだを除去した場合は、はんだバンプ１１の表面は、上記した図４（Ｂ）（Ｃ）に示すような有機脂肪酸のコーティング膜１９が設けられている。
【００６２】
特にパルミチン酸は溶融はんだ１１ａ又ははんだバンプ１１に接触して、溶融はんだ１１ａ又ははんだバンプ１１の表面をより効果的に清浄化するので好ましい。しかも、そのパルミチン酸が吸着したコーティング膜１９は、溶融はんだ１１ａ又ははんだバンプ１１の表面に形成されるので、そのコーティング膜１９は、溶融はんだ１１ａ又ははんだバンプ１１の表面をその後も酸化物の生成を抑えた清浄状態に保持することができる。その結果、電子部品の実装時に複数の加熱炉を通過する場合であっても、その熱によってはんだバンプ１１の表面が酸化したりしてはんだ付けを阻害する表面状態に変化するのを抑制できる。そして、電子部品をはんだ付け不良なく、はんだバンプ１１にはんだ付けすることができる。
【００６３】
しかも、本発明に係るはんだバンプ１１の形成方法で形成されたはんだバンプ１１は、図１０に示すように、マイクロボイドの発生を極力抑制できるので、電子部品を実装した後に複数の熱履歴が加わったり、実装基板が電子機器内に取り付けられて消費者によって長期間使用されたりした場合であっても、極めて信頼性の高いはんだ接合部とすることができる。こうした高信頼性のはんだ接合部を構成するはんだバンプ１１は、本発明に係る方法でしか得ることができない。
【００６４】
以上説明したように、本発明に係るはんだバンプの形成方法によれば、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含む溶融はんだの噴流１１’を開口部６に向けて吹き付けるので、銅電極２の銅と溶融はんだ１１ａが含むニッケルとが合金化したＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａが、銅電極２の表面に形成する。銅電極２の表面に形成されたＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａは、銅溶食のバリア層となり、そのバリア層が銅電極２の銅溶食を防ぐので、銅溶食による銅電極２の欠損や消失を防ぐことができる。その結果、実装基板の銅ランド等の銅電極２の信頼性を確保でき、電子部品を実装基板にはんだ付けする際に、従来のはんだ付け時に起こる銅溶食を抑制できる。
【００６５】
また、本発明に係るはんだバンプ１１の形成方法によれば、マスク５の厚さを超える溶融はんだ１１ａの除去を、ブレード１５又はエアーカッター等の除去手段又は炭素数１２〜２０の有機脂肪酸含有溶液１８をスプレーする除去手段という簡便な手段で行うので、微細な銅電極２を有する実装基板に所望の一定厚さのはんだバンプ１１を容易に且つ寸法精度よく形成することができる。その結果、従来のような高コストの工程が不要になるので、電子部品をはんだバンプ１１にはんだ接合した接合部の信頼性と歩留まりを高めることができ、低コストな実装基板の製造に有利になる。
【００６６】
特に近年、銅電極２の配線密度や電子部品の実装密度が向上している。そのため、基板１に電子部品を歩留まりよくはんだ接合することができるように、はんだバンプ１１は、ますます微細化し、しかも厚さにばらつきがないことが求められている。本発明は、こうした要求に応えることができるはんだバンプ１１の形成方法であって、コネクタ、ＱＦＰ（Quad  Flat  Package）、ＳＯＰ（Small  Outline  Package）、ＢＧＡ（Ball  Grid  Array）等の接続端子の寸法にバラツキが存在する場合であっても、基板１上には一定厚さのはんだバンプ１１を形成できるので、安定した信頼性の高いはんだ接合を実現できるという利点がある。その結果、バラツキが存在する電子部品や、大小の電子部品が混在する場合であっても、安定したはんだ接合を実現できる。
【００６７】
［実装基板の製造方法］
本発明に係る実装基板の製造方法は、電子部品を実装する銅電極２の接合部に、上記した本発明に係るはんだバンプの形成方法ではんだバンプ１１を形成し、形成されたはんだバンプ１１に電子部品をはんだ付けして実装することに特徴がある。こうすることで、実装基板の銅ランド等の銅電極２の信頼性を確保でき、電子部品を実装基板にはんだ付けする際に、従来のはんだ付け時に起こる銅溶食を抑制できる。また、微細な銅電極２を有する実装基板に所望の一定厚さのはんだバンプ１１を容易に且つ寸法精度よく形成することができる。こうした本発明によれば、従来のような高コストの工程が不要になるので、電子部品をはんだバンプにはんだ接合した接合部の信頼性と歩留まりを高めることができ、低コストな実装基板を製造することができる。
【００６８】
基板としては、プリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板等の各種の基板を挙げることができる。特にウエハーは、銅電極の幅やピッチが狭いので、本発明に係る方法を適用することが好ましく、狭ピッチの微細電極に、はんだバンプ１１を精度よく設けることができる。また、大きな電子部品を設けるプリント基板やフレキシブル基板の場合も、はんだバンプ１１の厚さを均一にすることができ、しかもそのはんだバンプ１１の表面を清浄化した状態で保持できるので、寸法バラツキのある電子部品であっても、はんだ付け不良なく、しかも、図１０に示すように、マイクロボイドの発生のおそれなく実装できるという極めて大きな効果を奏する。
【００６９】
電子部品としては、半導体チップ、半導体モジュール、ＩＣチップ、ＩＣモジュール、誘電体チップ、誘電体モジュール、抵抗体チップ、抵抗体モジュール、等々を挙げることができる。
【実施例】
【００７０】
以下、実施例と比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。【００７１】
［実施例１］
一例として、幅が例えば２００μｍで厚さが例えば１０μｍの銅配線パターンが形成された基板１を準備した。この基板１は、銅配線パターンのうち、電子部品の実装部分となる幅が例えば２００μｍで長さが例えば５０μｍの接続部のみが露出し、他の銅電極２は絶縁層で覆われている。こうした接続部上にはんだバンプ１１を形成するための開口部６を持つマスク５を準備した。基板１上で銅電極２が露出した接続部と、マスク５の開口部６とを位置合わせして重ねた後、Ｎｉ：０．０５質量％、Ｇｅ：０．００５質量％、Ａｇ：３質量％、Ｃｕ：０．５質量％、残部がＳｎからなる５元系鉛フリーはんだを用い、２５０℃に加熱して溶融はんだ１１ａとし、その溶融はんだの噴流１１’を開口部６に向けて噴射した。溶融はんだの噴流１１’は、ノズル１２を例えば４５°に傾けた状態で、２５０℃の溶融はんだ１１ａの温度が冷えないように雰囲気温度も２５０℃前後にして噴射装置を利用して行った。溶融はんだの噴流１１’を噴射した後の開口部６の形態は、溶融はんだ１１ａが表面張力で盛り上がった状態であった。この溶融はんだ１１ａは、蒸気雰囲気温度によって溶融状態を保持させた。【００７２】
次に、ニッケル塩やコバルト塩等の金属塩や酸化防止剤等が含まれていないエステル合成油にパルミチン酸を１０質量％になるように含有させて、有機脂肪酸含有溶液を調製した。この有機脂肪酸含有溶液を２５０℃に加温し、その有機脂肪酸含有溶液１８を溶融はんだ１１ａが盛り上がった開口部６に向けて噴射した。このときの溶融はんだ１１ａは溶融状態が保持されている。有機脂肪酸含有溶液１８の噴射は、ノズル１７を例えば３０°に傾けた状態で、２５０℃の有機脂肪酸含有溶液１８の温度が冷えないように加温された噴霧装置を利用して行った。有機脂肪酸含有溶液１８を噴射した後の開口部６の形態は、溶融はんだ１１ａがマスク５の表面と同じ高さで設けられていた。【００７３】
その後、溶融はんだ１１ａを放冷してはんだバンプ１１とした後に、マスク５を取り外して、実施例１に係るはんだバンプ１１を形成した。得られたはんだバンプ１１の断面の走査型電子顕微鏡写真形態を図１０に示し、その断面の元素マッピングを図１１に示した。図１０に示す断面写真から、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａは、１．５μｍの厚さで均一に形成されていた。【００７４】
［実施例２］
実施例１において、はんだ材料として、Ｎｉ：０．０３質量％、Ｇｅ：０．００５質量％、Ａｇ：３質量％、Ｃｕ：０．５質量％、残部がＳｎからなる５元系鉛フリーはんだを用いた他は、実施例１と同様にして、実施例２に係るはんだバンプ１１を形成した。実施例１と同様に、断面の走査型電子顕微鏡写真から、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａは、やや凹凸があるものの、１μｍの厚さで形成されていた。【００７５】
［実施例３］
実施例１において、はんだ材料として、Ｎｉ：０．０７質量％、Ｇｅ：０．００５質量％、Ａｇ：３質量％、Ｃｕ：０．５質量％、残部がＳｎからなる５元系鉛フリーはんだを用いた他は、実施例１と同様にして、実施例３に係るはんだバンプ１１を形成した。実施例１と同様に、断面の走査型電子顕微鏡写真から、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａは、２μｍの厚さで均一に形成されていた。【００７６】
［実施例４］
実施例１において、有機脂肪酸含有溶液中のパルミチン酸含有量を７質量％とした他は、実施例１と同様にして、実施例４に係るはんだバンプ１１を形成した。実施例１と同様に、断面の走査型電子顕微鏡写真から、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａは、１．５μｍの厚さで均一に形成されていた。【００７７】
［実施例５］
実施例１において、有機脂肪酸含有溶液中のパルミチン酸含有量を１２質量％とした他は、実施例１と同様にして、実施例５に係るはんだバンプ１１を形成した。実施例１と同様に、断面の走査型電子顕微鏡写真から、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａは、１．５μｍの厚さで均一に形成されていた。【００７８】
［比較例１］
実施例１において、はんだ材料として、Ａｇ：３質量％、Ｃｕ：０．５質量％、残部がＳｎからなる３元系鉛フリーはんだを用いた他は、実施例１と同様にして、比較例１に係るはんだバンプ１１を形成した。実施例１と同様に、断面の走査型電子顕微鏡写真から、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層は存在せず（図６（Ａ）を参照。）、銅電極２上には、ＣｕＳｎ金属間化合物層１３ｂが形成されていた。【００７９】
［比較例２］
実施例１において、はんだ材料として、Ｎｉ：０．００５質量％、Ｇｅ：０．００５質量％、Ａｇ：３質量％、Ｃｕ：０．５質量％、残部がＳｎからなる５元系鉛フリーはんだを用いた他は、実施例１と同様にして、比較例２に係るはんだバンプ１１を形成した。実施例１と同様に、断面の走査型電子顕微鏡写真から、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａは、凹凸が激しく、膜として連続していなかった。【００８０】
［比較例３］
実施例１において、はんだ材料として、Ｎｉ：１質量％、Ｇｅ：０．００５質量％、Ａｇ：３質量％、Ｃｕ：０．５質量％、残部がＳｎからなる５元系鉛フリーはんだを用いた他は、実施例１と同様にして、比較例３に係るはんだバンプ１１を形成した。実施例１と同様に、断面の走査型電子顕微鏡写真から、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａは、５μｍの厚さで形成されて、亀裂が発生しているのが確認された。【００８１】
［比較例４］
実施例１において、有機脂肪酸含有溶液中のパルミチン酸含有量を１質量％とした他は、実施例１と同様にして、比較例４に係るはんだバンプ１１を形成した。実施例１と同様に、断面の走査型電子顕微鏡写真から、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａは、１．５μｍの厚さで均一に形成されていたが、その表面は酸化していると思われる変色が生じていた。【００８２】
［比較例５］
実施例１において、有機脂肪酸含有溶液中のパルミチン酸含有量を３０質量％とした他は、実施例１と同様にして、比較例５に係るはんだバンプ１１を形成した。実施例１と同様に、断面の走査型電子顕微鏡写真から、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａは、１．５μｍの厚さで均一に形成されていた。【００８３】
［測定と結果］
（ボイド発生についての評価）
ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａの厚さは、断面の走査型電子顕微鏡写真から測定した。また、銅電極２とはんだバンプ１１との接合界面付近のボイドの有無は、１５０℃で２４０時間エージングした後の断面の走査型電子顕微鏡写真から評価した。図１０（Ａ）（Ｂ）は比較例１の結果であり、図１０（Ｃ）（Ｄ）は実施例１の結果である。図１０に示すように、比較例１のはんだバンプ１１は、銅電極２との界面にボイドが発生したのに対し、実施例１のはんだバンプ１１は、銅電極２との界面にボイドが発生しなかった。【００８４】
（元素マッピング）
図１１は、実施例１のはんだバンプ１１と銅電極２との接合界面付近の走査型電子顕微鏡での断面写真とＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）の元素マッピングである。図１１に示すように、銅電極２の上にニッケル元素が分布しているのが確認でき、ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層１３ａが形成されていることがわかる。【００８５】
（ぬれ性と含有酸素量）
図７は、有機脂肪酸含有溶液で清浄化処理された溶融はんだの濡れ性試験（メニスコグラフ）結果であり、図８は、未処理の溶融はんだの濡れ性試験（メニスコグラフ）結果である。図７と図８のはんだ濡れ性試験（メニスコグラフ）の結果からもわかるように、図７に示す精製された溶融はんだ１１ａのゼロクロスタイムは０．４秒であったが、図８に示す未精製の溶融はんだのゼロクロスタイムは５秒であった。このことから、有機脂肪酸含有溶液で精製された溶融はんだ１１ａは、有機脂肪酸含有溶液で精製されていない溶融はんだに比べて、濡れ性が劣っていた。【００８６】
有機脂肪酸含有溶液で精製された溶融はんだ１１ａと、有機脂肪酸含有溶液で精製されていない溶融はんだについて、振動片式粘度計で粘度を測定した。精製された溶融はんだ１１ａの粘度は０．００３Ｐａ・ｓ以上０．００４Ｐａ・ｓ以下であり、より詳しくは、２２０℃で０．００３８Ｐａ・ｓ、２４０℃で０．００３６Ｐａ・ｓ、２６０℃で０．００３５Ｐａ・ｓ、２８０℃で０．００３４Ｐａ・ｓであった。一方、未精製の溶融はんだの粘度は０．００５Ｐａ・ｓ以上０．００６Ｐａ・ｓ以下であり、より詳しくは、２２０℃で０．００６０Ｐａ・ｓ、２４０℃で０．００５８Ｐａ・ｓ、２６０℃で０．００５６Ｐａ・ｓ、２８０℃で０．００５４Ｐａ・ｓであった。両者には顕著な差があった。【００８７】
また、図９は、はんだ層の深さ方向の酸素量を示すグラフである。はんだ層中の酸素含有量は、飛行時間二次イオン質量分析計（Time-of-flight  secondary  ion  mass  spectrometer：ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）で測定した結果である。図９からわかるように、精製された溶融はんだを用いて得たはんだ層の酸素量ａは、未精製の溶融はんだを用いて得たはんだ層の酸素量ｂに比べて、著しく少なかった。このときの酸素量を定量した。定量は、はんだ層の表面から１μｍの位置から１０μｍの位置までの酸素量を厚さ方向で定量し、その平均値で評価した。その結果、精製された溶融はんだを用いて得たはんだ層の酸素量は１０ｐｐｍ以下であり、具体的には３〜４ｐｐｍであったが、未精製の溶融はんだを用いて得たはんだ層の酸素量は約２００ｐｐｍであった。【００８８】
こうした精製された溶融はんだと未精製の溶融はんだとの上記特性差は、溶融はんだの噴流１１’が銅電極２上の隅々まで良好なはんだ濡れ性で満遍なく広がることの理由になっている。すなわち、精製された溶融はんだは、粘度が小さく、濡れ性がよいので、銅表面２上で良好に濡れ広がったが、未精製の溶融はんだは、銅表面に満遍なく濡れ広がらなかった。銅表面を有機脂肪酸含有溶液で清浄化したものに対しても同様であった。【００８９】
図９で示したはんだ層中の酸素量は、図１０に示したボイドの発生と密接に関係していると考えられるとともに、図７と図８の濡れ性にも密接に関係していると考えられる。すなわち、はんだ層中の酸素量の差は、精製された溶融はんだ中の酸素量と未精製の溶融はんだ中の酸素量の差を表しているといえるので、そうした酸素量の影響により、ボイドの発生に差が生じ、また、はんだ濡れ性と粘度に差が生じているものと考えられる。
【符号の説明】
【００９０】
１  基板
２  銅電極
５，５Ａ，５Ｂ  マスク
６  開口部
１１  はんだバンプ
１１ａ  溶融はんだ
１１’  溶融はんだの噴流
１２  噴流ノズル
１３ａ  ＣｕＮｉＳｎ金属間化合物層
１３ｂ  ＣｕＳｎ金属間化合物層
１５  スキージ
１７  噴射ノズル
１８  有機脂肪酸含有溶液
１９  コーティング膜
Ｓ１  表面
Ｓ２  傾斜面
【図１】
2013157075.tif 000003
【図２】
2013157075.tif 000004
【図３】
2013157075.tif 000005
【図４】
2013157075.tif 000006
【図５】
2013157075.tif 000007
【図６】
2013157075.tif 000008
【図７】
2013157075.tif 000009
【図８】
2013157075.tif 000010
【図９】
2013157075.tif 000011
【図１０】
2013157075.tif 000012
【図１１】
2013157075.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月20日(2012.8.20)
【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】
銅電極が形成された基板を準備する工程と、
前記銅電極上の必要な箇所にはんだバンプを形成するための開口部が形成されたマスクを準備する工程と、
前記基板と前記マスクとを重ねた後に、前記マスクの表面側から精製処理された溶融はんだの噴流を吹き付けて前記マスクの開口部に該マスクの厚さよりも厚くなるまで溶融はんだを盛る工程と、
前記マスクの厚さを超える溶融はんだを除去して所定厚さのはんだバンプを形成する工程と、
前記マスクを取り外す工程と、を有し、
前記精製処理が、１８０℃以上３５０℃以下に加熱された炭素数１２〜２０の有機脂肪酸を５質量％以上２５質量％以下含有する溶液と接触させて撹拌混合する処理であり、
前記溶融はんだが、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含み、さらに銀、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン及びゲルマニウムから選ばれる１種又は２種以上を任意の副成分として含む溶融鉛フリーはんだであり、
前記マスクの厚さを超える溶融はんだの除去を、ブレード又はエアーカッター等の除去手段で行う、又は、炭素数１２〜２０の有機脂肪酸含有溶液をスプレーする除去手段で行う、ことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
【請求項２】
前記はんだバンプ上に、前記有機脂肪酸含有溶液に含まれる有機脂肪酸のコーティング膜が形成されている、請求項１に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項３】
前記有機脂肪酸含有溶液が、炭素数１６のパルミチン酸を含有する溶液である、請求項１又は２に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項４】
電子部品を実装する銅電極に、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバンプの形成方法ではんだバンプを形成し、形成された前記はんだバンプに電子部品をはんだ付けして実装することを特徴とする実装基板の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
また、有機脂肪酸含有溶液で精製された溶融はんだ１１ａは、有機脂肪酸含有溶液で精製されていない溶融はんだに比べて、濡れ性が良好という結果が得られている。具体的には、後述の実施例と比較例で得られた図７と図８のはんだ濡れ性試験（メニスコグラフ）の結果からもわかるように、精製された溶融はんだ１１ａのゼロクロスタイムは０．４秒であったが、未精製の溶融はんだのゼロクロスタイムは５秒であった。また、有機脂肪酸含有溶液で精製された溶融はんだ１１ａは、有機脂肪酸含有溶液で精製されていない溶融はんだに比べて、粘度が顕著に小さいという結果が得られている。具体的には、後述の実施例と比較例で得られた結果からもわかるように、精製された溶融はんだ１１ａの粘度は０．００３Ｐａ・ｓ以上０．００４Ｐａ・ｓ以下であるのに対し、未精製の溶融はんだの粘度は０．００５Ｐａ・ｓ以上０．００６Ｐａ・ｓ以下であり、両者には顕著な差があった。なお、粘度は振動片式粘度計で測定した。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
（ぬれ性と含有酸素量）
図７は、有機脂肪酸含有溶液で清浄化処理された溶融はんだの濡れ性試験（メニスコグラフ）結果であり、図８は、未処理の溶融はんだの濡れ性試験（メニスコグラフ）結果である。図７と図８のはんだ濡れ性試験（メニスコグラフ）の結果からもわかるように、図７に示す精製された溶融はんだ１１ａのゼロクロスタイムは０．４秒であったが、図８に示す未精製の溶融はんだのゼロクロスタイムは５秒であった。このことから、有機脂肪酸含有溶液で精製された溶融はんだ１１ａは、有機脂肪酸含有溶液で精製されていない溶融はんだに比べて、濡れ性が良好であった。
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月26日(2012.9.26)
【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】
銅電極が形成された基板を準備する工程と、
前記銅電極上の必要な箇所にはんだバンプを形成するための開口部が形成されたマスクを準備する工程と、
前記基板と前記マスクとを重ねた後に、前記マスクの表面側から精製処理された１５０℃以上３００℃以下の溶融はんだの噴流を吹き付けて前記マスクの開口部に該マスクの厚さよりも厚くなるまで溶融はんだを盛る工程と、
前記マスクの厚さを超える溶融はんだを除去して所定厚さのはんだバンプを形成する工程と、
前記マスクを取り外す工程と、を有し、
前記精製処理が、１８０℃以上３５０℃以下に加熱された炭素数１２〜２０の有機脂肪酸を５質量％以上２５質量％以下含有する溶液と接触させて撹拌混合する処理であり、
前記溶融はんだが、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含み、さらに銀、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン及びゲルマニウムから選ばれる１種又は２種以上を任意の副成分として含む溶融鉛フリーはんだであり、
前記マスクの厚さを超える溶融はんだの除去を、ブレード又はエアーカッター等の除去手段で行う、又は、炭素数１２〜２０の有機脂肪酸含有溶液をスプレーする除去手段で行う、ことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
【請求項２】
前記マスクの厚さを超える溶融はんだの除去を、炭素数１２〜２０の有機脂肪酸含有溶液をスプレーする除去手段で行い、
前記はんだバンプ上に、前記有機脂肪酸含有溶液に含まれる有機脂肪酸のコーティング膜が形成されている、請求項１に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項３】
前記有機脂肪酸含有溶液が、炭素数１６のパルミチン酸を含有する溶液である、請求項１又は２に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項４】
電子部品を実装する銅電極に、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバンプの形成方法ではんだバンプを形成し、形成された前記はんだバンプに電子部品をはんだ付けして実装することを特徴とする実装基板の製造方法。
【国際調査報告】
2013157075.tif 000014
2013157075.tif 000015
2013157075.tif 000016
2013157075.tif 000017