(57)【要約】【課題】数マイクロメートルまたは数十マイクロメートルの細い幅を有する半田バンプを形成することができ、半導体デバイスの小型化および高集積化が容易に実現される半田ペーストを提供する。加えて、プロセスが非常に単純化されて、プロセス歩留りの向上および大量生産が実現される半田ペーストを提供する。【解決手段】融点が１００〜２５０℃のはんだ粉末７０〜９０ｗｔ％と、紫外線硬化性または分解性感光性ポリマー５〜１５ｗｔ％と、添加剤０．５〜２ｗｔ％と、複合溶媒４．５〜１３ｗｔ％とを含む半田ペースト。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ粉末７０〜９０ｗｔ％と、
紫外線硬化性または分解性感光性ポリマー５〜１５ｗｔ％と、
添加剤０．５〜２ｗｔ％と、
複合溶媒４．５〜１３ｗｔ％とを含むことを特徴とする半田ペースト。
【請求項２】
前記はんだ粉末の融点が１００〜２５０℃であることを特徴とする請求項１に記載の半田ペースト。
【請求項３】
前記添加剤が、アミンポリマー、紫外線吸収体、チキソ剤およびカップリング剤のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の半田ペースト。
【請求項４】
前記はんだ粉末が、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、ＡｇおよびＳｎのうちの少なくとも１つを含有する合金粉末を含むことを特徴とする請求項２に記載の半田ペースト。
【請求項５】
半田ペーストを用いて半田バンプを形成する方法であって、
半田バンプを形成しようとする基板上に半田ペーストをコーティングするステップと、
紫外線を用いて硬化または分解反応を可能にするステップと、
前記基板を現像して半田ペーストパターンを形成するステップと、
前記基板を加熱することによって前記半田ペーストパターンをリフローするステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
半田ペーストを用いて半田バンプを形成する方法であって、
透明光学膜上に半田ペーストをコーティングすることによって半田ペースト膜を形成するステップと、
半田バンプを形成しようとする基板上に前記半田ペースト膜を貼り付けるステップと、
紫外線を用いて硬化または分解反応を可能にするステップと、
前記基板を現像して半田ペーストパターンを形成するステップと、
前記基板を加熱することによって前記半田ペーストパターンをリフローするステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記リフローするステップが、１２０〜３００℃の温度で行われることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記基板が、プリント回路基板、多層基板、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）基板、パッケージ基板および半導体基板からなる群から選択されるいずれか１つを含むことを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
【請求項９】
前記コーティングするステップが、ダイコータ、ロールコータ、ドクターブレード法およびバーコータからなる群から選択されるいずれか１つにより行われることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
【請求項１０】
前記膜が、ポリエステル膜、ポリエチレンテレフタレート膜、ポリカーボネート膜、ポリエーテルスルホン膜、トリアセチルセルロース膜、ポリプロピレン膜、ポリスチレン膜、ポリメタクリレート膜、ポリメチルメタクリレート膜、ポリアクリレート膜およびポリアミド膜からなる群から選択されるいずれか１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田ペーストに関し、特に、互いに混ぜ合わされた紫外線分解性または硬化性ポリマーおよび微細はんだ粉末を含む半田ペースト、およびこの半田ペーストを用いて半田バンプを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント回路基板（ＰＣＢ）などの外部基板にチップを接続するために、一般にワイヤボンディング法、テープ自動ボンディング法、フリップチップ法などが利用される。
【０００３】
中でも、フリップチップ法は電子経路が短く、したがって、速度および出力を向上させることができ、また単位面積当たりのパッドの数を増大させることができるという利点をもたらす。したがって、この方法は、優れた電気特性を必要とするスーパーコンピュータから携帯用電子デバイスにまで及ぶ様々な用途において広く利用されている。
【０００４】
一方、フリップチップ法では、チップと外部基板との間の固相ボンディング（ｓｏｌｉｄ−ｂｏｎｄｉｎｇ）の目的で、ウエハ上に半田バンプを形成することが必要となる。これらの半田バンプを形成するための技法が、優れた導電率、均一な高さおよび微細なピッチを有する半田バンプを求めて開発されてきた。
【０００５】
フリップチップ法向けのバンプ形成技法においては、半田バンプの特性およびその適用範囲が、バンピング（ｂｕｍｐｉｎｇ）材料に応じて決まる。典型的なバンプ形成方法には、基板上に直接はんだボールを設置するはんだボールアレイ技法、中間ステップの後リフローすることによって半田バンプを形成する電気めっき法およびステンシル印刷法が含まれる。
【０００６】
しかしながら、従来の半田バンプ形成方法は、コストの高い専用の設備が必要となる、または露光、現像、めっき、エッチングなど様々な複雑なプロセスが必要とされるという点で欠点を伴い、それにより生産性およびプロセス歩留りの著しい減少が生じる。
【０００７】
さらには、微細な寸法の半田バンプを形成するために、複雑なプロセスが必要となる。したがって、従来の技法では、形成する半田バンプの均一性を制御することができず、したがって小型デバイスには実際には適用することができない。特に、この従来の方法は、８０μｍ未満の微細な寸法を有する半田バンプにはほとんど適用することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明は、従来技術で生じる問題を解決しようと努力してなされたものである。本発明の目的は、細かい半田バンプパターンを形成することができる半田ペースト、およびこの半田ペーストを用いて半田バンプを形成する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、はんだ粉末７０〜９０ｗｔ％と、紫外線硬化性または分解性感光性ポリマー５〜１５ｗｔ％と、添加剤０．５〜２ｗｔ％と、複合溶媒４．５〜１３ｗｔ％とを含む半田ペーストが提供される。はんだ粉末の融点は１００〜２５０℃である。
【００１０】
好ましくは、添加剤が、アミンポリマー、紫外線吸収体、チキソ剤およびカップリング剤のうちの少なくとも１つを含む。はんだ粉末は、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、ＡｇおよびＳｎのうちの少なくとも１つを含有する合金粉末を含む。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、半田ペーストを用いて半田バンプを形成する方法が提供される。この方法は、半田バンプを形成しようとする基板上に半田ペーストをコーティングするステップと、紫外線を用いて硬化または分解反応を可能にするステップと、基板を現像して半田ペーストパターンを形成するステップと、基板を加熱することによって半田ペーストパターンをリフローするステップとを含む。
【００１２】
本発明のさらに別の態様によれば、半田ペーストを用いて半田バンプを形成する方法が提供される。この方法は、透明光学膜上に半田ペーストをコーティングして半田ペースト膜を形成するステップと、半田バンプを形成しようとする基板上に半田ペースト膜を貼り付けるステップと、紫外線を用いて硬化または分解反応を可能にするステップと、基板を現像して半田ペーストパターンを形成するステップと、基板を加熱することによって半田ペーストパターンをリフローするステップとを含む。
【００１３】
ここで、リフローするステップは１２０〜３００℃の温度で行うことが好ましい。好ましくは、基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）、多層基板（ＭＬＢ）、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）基板、パッケージ基板および半導体基板からなる群から選択されるいずれか１つを含む。コーティングするステップは、ダイコータ、ロールコータ、ドクターブレード法およびバーコータからなる群から選択されるいずれか１つにより行う。
【００１４】
半田ペースト膜を用いて半田バンプを形成する方法において、この膜は、好ましくはポリエステル膜、ポリエチレンテレフタレート膜、ポリカーボネート膜、ポリエーテルスルホン膜、トリアセチルセルロース膜、ポリプロピレン膜、ポリスチレン膜、ポリメタクリレート膜、ポリメチルメタクリレート膜、ポリアクリレート膜およびポリアミド膜からなる群から選択されるいずれか１つを含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、数マイクロメートルまたは数十マイクロメートルの細い幅を有する半田バンプを形成することができ、それにより半導体デバイスの小型化および高集積化が容易に実現される。加えて、プロセスが非常に単純化されて、プロセス歩留りの向上および大量生産が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の例示的な諸実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
本発明による半田ペーストは、２５０℃以下と溶融温度が低いはんだ粉末と、紫外線硬化性または紫外線分解性感光性ポリマーとの混合物である。本発明の半田ペーストは、半田バンプをより容易に形成するために使用することができる。
【００１８】
ここで、半田ペーストは、はんだ粉末および感光性ポリマーと共に、添加剤および複合溶媒を含む。
【００１９】
本発明による半田ペーストにおいては、はんだ粉末が、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｓｎ／Ｐｂ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｓｂ、Ｓｎ／Ｚｎ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｐｂ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｐｂ／Ａｇ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕなどの超細粒子のはんだで形成され、７０〜９０ｗｔ％の比率で混合される。このとき、はんだ粉末の粒径が微細になればなるほど、形成される半田バンプはより均一に、またより緻密になる。
【００２０】
紫外線硬化性または分解性感光性ポリマーは、光重合可能または分解可能なポリマーを含み、半田ペースト中５〜１５ｗｔ％の比率で混合される。
【００２１】
このとき、感光性ポリマー中に含まれるべき光開始剤としては、ベンゾイン類、ベンゾインメチルエーテルなどのベンゾインアルキルエーテル類、アセトフェノンなどのアセトンフェノン類、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノプロパノン−１，２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノペスリ（ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｏｐｅｔｈｌｙ））−ブタノン−１などのアミノアセトフェノン類、２−メチルアントラキノンおよび２−エチルアントラキノンなどのアントラキノン類、２，４−ジメチルチオキサントンなどのチオキサントン類、アセトフェノンジメチルケタールなどのケタール類、ベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類、キサントン類、トリアジン類、イミダゾール類、（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−ペンチルホスフィンオキシドなどのホスフィンオキシド類、または様々なペルオキシド類、あるいはラジカルを生成しポリマーの架橋反応を開始することができる任意の他の光開始剤が挙げられる。
【００２２】
加えて、本発明による半田ペーストを得るために、アミンポリマー、紫外線吸収体、チキソ剤、カップリング剤などを含めた添加剤が、０．５〜２ｗｔ％の比率で混合され、また複合溶媒が４．５〜１３ｗｔ％の比率で混合される。
【００２３】
このとき、複合溶媒の例には、エチレングリコールモノメチルエーテルやエチレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテルアルコール類、アセテート−ｎ−ブチルやアミルアセテートなどの飽和脂肪族モノカルボン酸アルキルエーテル類、乳酸エチルや乳酸−ｎ−ブチルなどの乳酸エステル類、メチルセロソルブアセテートやエチルセロソルブアセテートなどのエーテルエステル類、Ｎ−メチル−２−ピノリドン、ならびにこれら複合溶媒のうちの２つまたはそれ以上の混合物が含まれる。
【００２４】
上述のように、本発明による半田ペーストは、感光性ポリマーとはんだ粉末との混合物の形をとり、紫外線リソグラフィプロセスにより半田バンプを容易に形成するために使用することができる。本発明のこのプロセスは、従来のプロセスと比較して単純化され、また費用対効果が高い。
【００２５】
加えて、半田バンプの寸法は利用する紫外線の分解力によって決定することができるため、８０μｍ以下の半田バンプを容易に形成することができる。
【００２６】
以下、本発明による半田ペーストを用いて半田バンプを形成するための方法について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２７】
図１および図２は、本発明による半田バンプを形成するための方法の一実施形態を示す。具体的には、図１は、本発明による半田バンプを形成するための手順を示すフローチャートであり、図２は、本発明の一実施形態による半田バンプを形成するためのプロセスを示す断面図である。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、半田バンプを形成しようとする基板２００上に、本発明による半田ペースト２１０をコーティングする（Ｓ１００）。
【００２９】
半田バンプを形成しようとする基板２００としては、たとえば、プリント回路基板（ＰＣＢ）、多層基板（ＭＬＢ）、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）基板、パッケージ基板、半導体基板などが挙げられる。半田ペースト２１０をコーティングするプロセスでは、ダイコータ、ロールコータ、ドクターブレード法およびバーコータなどが利用される。
【００３０】
このとき、半田ペーストのコーティング厚さは、コーティングプロセスを複数回行うことによって、またはコーティングプロセス時のコータの回転速度を変えることによって決定することができ、それにより半田バンプの寸法を決定することが可能となる。
【００３１】
コーティングプロセスが完了した後、コーティングした半田ペースト２１０中に含まれる複合溶媒を取り除くために、熱処理プロセスを加えて場合により行うことができる。このとき、半田ペースト２１０中に含まれるはんだ粉末の融点未満の温度で熱処理を行うことが好ましい。
【００３２】
その後、図２（ｂ）に示すように、半田ペースト２１０に紫外線を照射して半田ペーストパターンを形成する。
【００３３】
本実施形態において、半田ペーストは、その中に混合する感光性ポリマーとして光重合可能なポリマーを含む。図２（ｂ）に示すように、紫外線を照射する前にマスク２２０を使用して半田バンプ形成領域２３０を露光する（Ｓ１１０）。
【００３４】
半田ペーストを光分解性ポリマーと混合する場合には、半田バンプ形成領域を紫外線から保護するようにマスクを構成する。
【００３５】
次いで、紫外線を照射した基板を現像する場合には（Ｓ１２０）、紫外線露光領域を硬化して、図２（ｃ）に示すように半田ペースト２１０パターンを形成する。
【００３６】
半田ペースト２１０パターンを形成した基板にリフロープロセスを行う場合には（Ｓ１３０）、図２（ｄ）に示すように半田バンプを形成する（Ｓ１４０）。
【００３７】
このとき、半田ペーストに含まれるはんだ粉末の融点よりも高い温度でリフロープロセスを行う。本実施形態においては、半田ペーストに含まれるはんだ粉末が１００〜２５０℃の溶融温度を有する。したがって、１２０〜３００℃の温度でリフロープロセスを行う。
【００３８】
本発明の一実施形態による半田バンプ形成方法では、紫外線を使用して半田ペーストパターンを形成し、この半田ペーストパターンをリフローすることによって半田バンプを形成する。したがって、紫外線の分解力に応じて、数マイクロメートルまたは数十マイクロメートルの細い幅を有するように半田バンプを形成することができ、それにより半導体デバイスの小型化および高集積化が容易に実現される。加えて、プロセスが非常に単純化されて、プロセス歩留りの向上および大量生産が実現される。
【００３９】
図３は、本発明の別の実施形態による半田ペースト膜を用いた半田バンプ形成方法を示す。この実施形態を、図３を参照して説明する。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、透明光学ポリマー膜３００上に本発明による半田ペースト３１０をコーティングして、半田ペースト膜を形成する。
【００４１】
ここで、透明光学ポリマー膜３００の例には、ポリエステル膜、ポリエチレンテレフタレート膜、ポリカーボネート膜、ポリエーテルスルホン膜、トリアセチルセルロース膜、ポリプロピレン膜、ポリスチレン膜、ポリメタクリレート膜、ポリメチルメタクリレート膜、ポリアクリレート膜、ポリアミド膜などが含まれる。
【００４２】
その後、この半田ペースト膜を、半田バンプを形成しようとする基板上に貼り付ける。次いで、図３（ｂ）に示すように、紫外線を照射し半田ペーストパターンを形成するプロセス、ならびにその後に続く現像およびリフロープロセスを、本発明の先の第１の実施形態と同じようにして行う。
【００４３】
上記説明および特許請求の範囲において使用する用語および単語は、通常の意味または辞書の定義に限定されるものではない。本発明者には、自身の発明を最良のやり方で説明するために自身の辞書編集者としての役目を務める権利があるという原則の下で、それらの用語および単語は、本発明の技術概念に従うように解釈されるべきである。
【００４４】
本明細書および図面に開示されている構成は、本発明の好ましい一実施形態を示しているが、本発明の技術概念すべてを表しているわけではない。したがって、本出願の出願時に、これらの構成の様々な代替形態および変更形態を当業者が想到することができたであろうことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による半田バンプを形成するための手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態による半田バンプを形成するためのプロセスを示す断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による半田バンプを形成するためのプロセスを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
２００、３２０  基板
２１０、３１０  半田ペースト
２２０、３３０  マスク
２５０  半田バンプ
３００  透明光学ポリマー膜
【図１】
2009540598.tif 000003
【図２（ａ）】
2009540598.tif 000004
【図２（ｂ）】
2009540598.tif 000005
【図２（ｃ）】
2009540598.tif 000006
【図２（ｄ）】
2009540598.tif 000007
【図３（ａ）】
2009540598.tif 000008
【図３（ｂ）】
2009540598.tif 000009
【国際調査報告】
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