(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロボイド（微小な気泡や空隙）発生を回避し、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題、更には長期高温暴露後に経時的に発生するカーケンダルボイドの問題を解決し、更にバンプ形状とバンプ高さの均一化を図る技術を提供する。【解決手段】金型治具を高温の有機脂肪酸溶液１０中に浸漬し、金属細線部表面の酸化汚れを洗浄除去し表面に該有機脂肪酸のコーティング層を形成させる第１のプロセス、該金属細線が採取できる高さ位置まで該金型治具を溶融はんだ液５の中に浸漬する第２のプロセス、該電子回路基板の電極パッドまたはリード位置に該金型治具のコアー位置を対応させ金属細線が採取した溶融はんだ液を電極パッドまたはリード表面に接触させ、採取した溶融はんだ液を該電極パッドまたはリードに転写させる第３のプロセスを行い、はんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法及び装置。【選択図】図３
2011029567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路基板の電極パッドまたはリードにはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる方法において、金属細線が垂直に固定されたコアーが電子回路基板の複数の電極パッドまたはリード位置に対応して取付けられた金属平板と、該金属細線が貫通する垂直孔を有し上下垂直移動するストリッパープレートと、該ストリッパープレートの上下垂直移動を円滑にする摺動部品と、ガイドポストとからなる金型治具を用いて、
先ず、ストリッパープレートを上死点まで引き上げた状態で、該金型治具を高温の有機脂肪酸溶液中に浸漬して、該金属細線表面の酸化汚れを洗浄除去するとともに、清浄化した表面に該有機脂肪酸のコーティング層を形成させる第１のプロセスの後、
はんだバンプ形成に必要なはんだ量を該金属細線が採取できる高さ位置まで該金型治具を溶融はんだ液の中に浸漬する第２のプロセスを経て、
その後再び、該電子回路基板が置かれている該有機脂肪酸溶液中の場所まで該金型を移動して、該電子回路基板の電極パッドまたはリード位置に該金型治具のコアー位置を対応させた上で金属細線が採取した溶融はんだ液の先端を電極パッドまたはリード表面に接触させ、その後、ストリッパープレートを下死点まで下げて、採取した溶融はんだ液を該電極パッドまたはリードに転写させる第３のプロセスを行うことにより、はんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法。
【請求項２】
前記請求項１のはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法において、使用する有機脂肪酸溶液としてパルミチン酸またはステアリン酸５〜８０質量％と残部エステル合成油からなる溶液を使用することを特徴とするはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法。
【請求項３】
電子回路基板の電極パッドまたはリードにはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる方法において、金属細線が垂直に固定されたコアーが電子回路基板の複数の電極パッドまたはリード位置に対応して取付けられた金属平板と、該金属細線が貫通する垂直孔を有し上下垂直移動するストリッパープレートと、該ストリッパープレートの上下垂直移動を円滑にする摺動部品と、ガイドポストとからなる金型治具を用いて、
先ず、ストリッパープレートを上死点まで引き上げた状態で、該金型治具を高温の有機指肪酸溶液中に浸漬して、該金属細線表面の酸化汚れを洗浄除去するとともに、清浄化した表面に該有機脂肪酸のコーティング層を形成させる第１のプロセスの後、
はんだバンプ形成に必要なはんだ量を該金属細線が採取できる高さ位置まで該金型治具を溶融はんだ液の中に浸漬する第２のプロセスを経て、
その後再び、該電子回路基板が置かれている該有機脂肪酸溶液中の場所まで該金型治具を移動して、該電子回路基板の電極パッドまたはリード位置に該金型治具のコアー位置を対応させた上で金属細線が採取した溶融はんだ液の先端を電極パッドまたはリード表面に接触させ、その後、ストリッパープレートを下死点まで下げて、採取した溶融はんだ液を該電極パッドまたはリードに転写させる第３のプロセスの後、ストリッパープレートで転写させたバンプまたははんだ皮膜の上部を押圧しながら該有機化合物溶液上部の低温ゾーンに移動させてはんだを凝固させ、はんだバンプまたはリード高さを均一化することを特徴とするはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法。
【請求項４】
電子回路基板の電極パッドまたはリードにはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる装置において、金属細線が垂直に固定されたコアーが電子回路基板の複数の電極パッドまたはリード位置に対応して取付けられた金属平板と、該金属細線が貫通する垂直孔を有し上下垂直移動するストリッパープレートと、該ストリッパープレートの上下垂直移動を円滑にする摺動部品と、ガイドポストとからなる金型治具と、該金型治具の三次元移動を自動制御する装置と、電子回路基板を取付けて三次元移動を自動制御する装置と、溶融はんだ液と有機脂肪酸溶液の入った貯槽と加熱機と温度制御システムで構成された処理装置とを、有することを特徴とするはんだバンプまたはリード皮膜を形成させる装置。
【請求項５】
前記請求項４のはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる装置において、貯槽に溶融はんだ液とパルミチン酸またはステアリン酸５〜８０質量％と残部エステル合成油からなる溶液が入れたことを特徴とするはんだバンプまたははんだ被膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、半導体ウエハー、半導体チップ、インターポーザー（配線基板）、半導体装置、実装基板（以下、これらを電子回路基板と称す）の電極パッドまたはリードにはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、電子機器はますます高集積高密度小型軽量化され、品質的に高信頼性が要求されている。これに対応して、とりわけ半導体チップ、ウエハー、半導体装置、抵抗器、コンデンサー、コネクターなどの電子部品も小型高密度化され、これらを実装基板に搭載しはんだ接合した電子装置もますます小型高密度化されている。
半導体装置の中でも、特にＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）の半導体チップやインターポーザー（配線基板）は、小型微小化に伴い、マトリックス状に配列された各電極パッドの面積は微小化され、また各電極パッド間ピッチも微小狭ピッチ化が進み、該電極パッドに形成されるはんだバンプもますます微小化されてきている。【０００３】  この電極パッドにはんだバンプを形成させる方法としては、一般的には、はんだボール搭載融着方式とソルダーペースト塗布融着方式が工業的に広く実用されている。【０００４】  はんだボール搭載融着方式では、先ず前処理として、通常、（１）ワークである半導体チップやインターポーザー（配線基板）の電極パッド部以外をはんだレジスト膜で被覆した後、（２）電極パッド部に相当する部分のみ穿孔されたマスクを該穿孔部と電極パッドと位置を合致させて載せた上で、電極パッド部に粘着性のフラックスを塗布し、次に（３）印刷用スキージーなどで所定の大きさのはんだボールを各電極パッド内に振り込み、該フラックスの粘着性を利用してはんだボールを電極パッド部に粘着させた後、該マスクを外し、（４）ワークをそのまま高温のリフロー炉中を通過させることによりフラックスの還元力を利用して電極パッド表面の酸化膜とはんだボール表面の酸化膜を除去して、はんだぬれ性を良くして該電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させる。（特許文献１，２）
前記（２）のマスクと（３）のスキージーを使用する代わりに、電極パッド配列位置と同じ位置にはんだボール径より小さい孔が穿孔された治具を内部から真空（低圧）吸引して該穿孔部外側にはんだボールを吸着させる機搆のボールマウンター機を使用して、各電極パッドの直上の配列位置まで、はんだボールを吸着した該吸引治具を移動させたのち、該治具内部の真空（低圧）を解除して、各はんだボールを一括して各電極パッド内に振り込み、該フラックスの粘着性を利用してはんだボールを電極パッド部に粘着させた後、ボールマウンター治具を元の位置に移動させ、その後前記（４）の工程を経てワークの電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させることも一部では行われている。（特許文献３）
これらのはんだボール搭載融着方式では、高温のリフロー炉内でフラックスの化学作用を利用し電極表面の酸化膜とはんだボール表面の酸化膜を還元し活性化し、はんだぬれ性を改善して電極パッドにはんだボールを融着接合してはんだバンプを形成させているが、その際、フラックスが沸騰状態になり飛散するため、大気をも巻き込んで接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずることが多い。
このようなはんだ接合界面やはんだバンプ層内の微小な気泡や空隙を有する半導体装置やそれをプリント基板に搭載してなる電子装置は、特に長期に亘り高温暴露されると経時的に微小な気泡や空隙が転移し、更に所謂カーケンダルボイドの発生と相俟って、衝撃力が加わると接合破断を生ずる危険性が高く、接続品質信頼性が損なわれることが知られている。（非特許文献１，２，３，４）
また、フラックスを使用するので、フラックスの成分が接合界面やはんだバンプ内部に残留し、あるいは周囲に飛散したフラックス成分により、経時的腐食の原因にもなり、搭載された電子機器の故障を招くこともあり、長期品質信頼性の点でも必ずしも充分とは言えない。
また、マスク精度、はんだボール径のばらつき、更にはリフロー条件のばらつきによるはんだバンプ形状ならびにバンプ高さの不揃い（コプラナリティー）などのばらつきも大きく、後工程での組立性に問題を生ずることも多い難点がある。
一方、特殊な方法としては、ワーク全面にソルダーレジストを塗布し、その上に耐熱性粘着剤で耐熱性マスク材を貼付け、該耐熱性マスク材の上方から電極パッド上にレーザー光線を照射して耐熱性マスク、耐熱性粘着剤、ソルダーレジストを貫通させ電極まで到達した穴を穿設して電極の一部を露出させ、穿設された全ての穴の中にはんだボールを挿入した後、前記（４）工程を経てワークの電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させる方法も提案されている。（特許文献４、５）
しかしながら、この方法でもフラックスを使用するため、はんだボールを電極パッドに融着接合する際、フラックスが沸騰状態になり飛散し、大気をも巻き込んで接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避することはできず、従って、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題がある。【０００５】  一方、ソルダーペースト塗布融着方式では、先ず前処理として、通常、（１）ワークである半導体チップやインターポーザー（配線基板）の電極パッド部以外をはんだレジスト膜で被覆した後、（２）電極パッド部に相当する部分のみ開孔された所定の厚さを有するマスクを、該穿孔部の位置と電極パッドの位置を合致させて載せた上で、スキージーなどを用いて開口部の電極パッド上に所定の厚さにソルダーペーストを塗布した後、該マスクを外し、（４）ワークをそのまま高温のリフロー炉中を通過させることにより、ソルダーペースト中に存在するフラックス成分の還元力を利用して電極パッド表面の酸化膜とはんだボール表面の酸化膜を除去しはんだぬれ性を良くして該電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させる。
しかしながら、この方法では均一で充分な大きさのバンプ形状を形成させることは難しいため、ソルダーペーストを塗布後、金属マスクなど使ってソルダーペストの上にはんだボールを積載させてリフロー炉を通過させることによりはんだバンプを形成させることが一般的である。勿論、電子装置の表面実装の場合のように、前記ソルダーペーストの上に半導体装置のバンプや、トランジスタ、コンデンサ、抵抗器などの電子部品のはんだ被覆されたアウターリードを搭載してリフロー炉で通過させることによりはんだ接合させることが広く実用されている。
このソルダーペースト塗布融着方式でも、高温のリフロー炉内でソルダーペースト中に存在するフラックス成分の化学作用を利用し電極表面の酸化膜を還元し活性化すると共にはんだぬれ性を改善して、ソルダーペースト中に存在する粉状もしくは粒状はんだを溶融凝縮させながら電極パッド表面上に融着接合してはんだバンプを形成させている。このため、前記はんだボール搭載融着方式と同様に、リフロー炉内ではフラックス成分が沸騰状態になり飛散するため、大気をも巻き込んで接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずることが多い。
従って、この場合も、はんだ接合界面やはんだバンプ層内の微小な気泡や空隙は、特に長期に亘り高温暴露されると経時的に転移し、更に所謂カーケンダルボイドの発生と相俟って、衝撃力が加わると接合破断を生ずる危険性が高く、接続品質信頼性が損なわれる。
また、ソルダーペースト中にはフラックス成分やいろいろな樹脂成分が含まれているため、それらの成分が接合界面やはんだバンプ内部に一部残留することも少なくなく、あるいは周囲に飛散したそれらの成分により、経時的腐食の原因にもなり、搭載された電子機器の故障を招くこともあり、長期品質信頼性の点でも必ずしも充分とは言えないことも同様である。
また、マスク精度、ソルダーペーストと塗布量のばらつき、更にはリフロー条件のばらつきによるはんだバンプ形状ならびにバンプ高さの不揃い（コプラナリティー）などのばらつきも必ずしも小さいとは言えず、後工程での組立性に問題を生ずることも少なくない難点がある。
一方、特殊な方法としては、ワーク全面にソルダーレジストを塗布し、その上に耐熱性粘着剤で耐熱性マスク材を貼付け、該耐熱性マスク材の上方から電極パッド上にレーザー光線を照射して耐熱性マスク、耐熱性粘着剤、ソルダーレジストを貫通させ電極まで到達した穴を穿設して電極の一部を露出させ、穿設された全ての穴の中にソルダーペーストを塗布した後、前記（４）の工程を経てワークの電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させる方法も提案されている。（特許文献４，５）
しかしながら、この方法でも前述の通り、ソルダーペースト中にフラックス成分を使用するため、はんだボールを電極パッドに融着接合する際、フラックス成分が沸騰状態になり飛散し、大気をも巻き込んで接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避することはできず、従って、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題がある。【０００６】  更に、ソルダーペースト塗布融着方式の一種の変形方式として、バンプ高さを均一化し、コプラナリティーを小さくして、多ピン狭ピッチの高密度半導体集積回路ＬＳＩのバンプを形成させるため、はんだ粉と沸点を有する添加剤を含有する樹脂を使用した一種のソルダーペーストを所定の厚さで実装基板の全面に塗布した後、その上に平板を当て固定し、前記添加剤を沸騰させて前記樹脂中に気泡を発生させ、前記気泡が前期樹脂中を滞留することによって実装基板の電極上に前記はんだ粉を集合させてバンプを形成させる方法も提案されている。（特許文献６）
しかしながら、この方法も実質的にフラックス成分を含有させており、コプラナリティー（バンプの高さ）はほぼ均一化できるが、実質的には接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避することはできず、従って、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題を解決できるとはいえない。【０００７】  また、バンプサイズに打ち抜いたはんだ箔を、フラックスを含有する接着剤を介して電極パッドに配置してリフロー工程を経てバンプを形成させる方法も提案されている。（特許文献７）
この方法も実質的にフラックス成分を含有させており、コプラナリティー（バンプの高さ）はほぼ均一化できるが、実質的には接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避することはできず、従って、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題を解決できるとはいえない。【０００８】  一方、はんだ接合される電極パッド、ランドまたはリード部以外がソルダーレジストなどの保護膜で覆われているプリント基板の電極パッド、ランドまたはリードなどにはんだ合金を接合する技術の１つに、溶融はんだ液の上層に高温の有機脂肪酸溶液を配した上下２層液構造の貯槽を用いてはんだ接合する技術がある。（特許文献８，９）
この技術は、嘗て発明者らが長年の研究により開発したものであるが、まず前記プリント基板などのワークを上層の有機脂肪酸溶液に浸漬して電極パッド、ランドまたはリード表面の金属酸化物を洗浄除去し、清浄化された金属表面に有機脂肪酸による保護皮膜を形成させた後、下層の溶融はんだ液に浸漬して該電極パッド、ランドまたはリードにマイクロボイドのない良好なはんだ接合を行い、次いで再びワークを上層の有機脂肪酸溶液中を通過させて引き上げる際に接合されたはんだ表面に有機脂肪酸の保護皮膜をコーティングするものである。
このはんだ接合方法ではフラックスを全く使用しないため、現行のはんだボール搭載融着方式とソルダーペースト塗布融着方式の難点であるはんだ接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずることは全くない。また、はんだ合金中の酸素濃度が１０ｐｐｍ以下のものを使用すると、経時的長期高温暴露後のカーケンダルボイドの発生が極めて少なく、接続信頼性が高く、耐衝撃破断性に優れたはんだ接合が得られることが判っている。（特許文献９）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】  特開平７−２０２４０３
【特許文献２】  特開平８−３００６１３
【特許文献３】  特開平７−３０２７９６
【特許文献４】  特開平１１−２９７８９０
【特許文献５】  特開２０００−１００８６３
【特許文献６】  特開２００６−１００７７５
【特許文献７】  特開平１１−２７４２０３
【特許文献８】  特開２００２−２３３９９４
【特許文献９】  特開ＷＯ２００８−０８４６７３
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】  Ｒ．Ａｓｐａｎｄｉａｒ，”Ｖｏｉｄ  ｉｎ  Ｓｏｌｄｅｒ  Ｊｏｉｎｔｓ”ＳＭＴＡ  Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ  Ｃｈａｐｔ．Ｍｅｅｔｉｎｇ（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２１，２００５）
【非特許文献２】  特開平１１−７７３６６（特許３２９６２８９）非特許文献２：Ｃ．Ｈｉｌｌｍａｎ”Ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ  ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｐｂ−ｆｒｅｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ｐ．６９（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２００５）
【非特許文献３】  伴充行、島内優”電子部品の信頼性評価および不具合解析技術”ＪＦＥ技報第１３巻ｐ．９７−１０２、２００６年８月
【非特許文献４】  石川信二他：”高温はんだとＣｕ板の接合部におけるカーケンダルボイドの生成“、エレクトロニクス実装学会誌、第９巻４号ｐ．２６９−２７７、２００６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  本発明の目的は、従来から広く実用されているはんだボール搭載融着方式やソルダーペースト塗布融着方式、あるいはそれに類する先行技術の難点、即ち、フラックス成分を含有するが故の接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避し、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題、更には長期高温暴露後に経時的に発生するカーケンダルボイドの問題を解決し、更にバンプ形状とバンプ高さの均一化を図る技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本発明は、バンプ形成に必要な溶融はんだ量を採取した特殊な金型治具上の採取溶融はんだ液を、電子回路基板の電極パッドまたはリード表面に直接接触させることにより、該溶融はんだ液を該電極パッドまたはリード側に転写接合させた後、転写はんだ部を上部から該金型治具で押圧して、該転写はんだ部の高さと形状が均一なはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる技術を提供するものである。
即ち、多数個の電極パッドまたはリードがマトリックス状あるいはランダム状に配列した電子回路基板の電極パッドまたはリードにはんだバンプを形成させる際、該電極パッドまたはリードのエリア内に対応する位置に１〜１０本の金属細線が下向きに垂直に立てられたコアーを該電極パッドまたはリードの位置に合わせて配列・固定したホルダープレートと、該金属細線を貫通する垂直な細孔を有するストリッパープレートと、該ストリッパープレートが垂直移動するポスト及び円滑摺動部品からなる金型治具を用いて、
先ず、ストリッパープレートを上死点まで引き上げた状態で、該金型治具を高温の有機脂肪酸溶液中に浸漬して該金属細線表面の酸化汚れを洗浄除去するとともに、清浄化した表面に有機脂肪酸のコーティング層を形成させる第１のプロセスの後、
はんだバンプ形成に必要なはんだ量を該金属細線が採取できる高さ位置まで該金型治具を溶融はんだ液の中に浸漬する第２のプロセスを経て、
その後、電子回路基板が置かれている有機脂肪酸溶液中の場所まで該金型治具を移動して、該電極パッドまたはリード位置に該金型治具のコアー位置を対応させた上で、金属細線が採取した溶融はんだを該電極パッドまたはリードに接触させて接合し、しかる後にストリッパープレートを下死点まで押し下げて、該電極パッドまたはリードに溶融はんだを転写させる第３のプロセス後、
次に、該金型治具と該電子回路基板とを、上層に行くほど低温になるように温度勾配がつけられた有機脂肪酸溶液中をストリッパープレートで該転写はんだを上部から押圧した状態で移動させて、該電極パッド上またはリード上の溶融はんだを凝固させてバンプまたははんだ皮膜を形成させ、はんだバンプまたははんだ皮膜の高さを一定にする第４のプロセスと、最後に、電子回路基板を有機脂肪酸溶液から取り出す第５のプロセスからなる。
従って、本発明は、はんだボール、ソルダーペースト、フラックス、金属マスク、更には高価な真空吸着式ボールマウンター、リフロー炉も全く使用せず、電子回路基板の電極パッドまたはリードに直接はんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる技術を提供するものである。【００１３】  本発明内容について、更に詳しく述べると、先ず金型治具は図１ａ〜図１ｆ、及び図２ａ〜２ｃに模式的に示した通り、下部に金属細線４を取付けたコアー３が固定されたホルダープレート１と該金属細線４が孔の中を貫通し垂直移動するストリッパープレート２を有したものであり、該金型治具を上下左右前後に移動させる自動制御式三次元移動装置（本体設備）に取付けて使用する。
コアー３は、電子回路基板８の各電極パッドまたはリード７の形状に合わせて、該電極またはリード７のエリア内に相当する適切な位置に溶融はんだ液５を必要量引き込んで備蓄できる間隔を開けて、１〜１０本の金属細線４を下向きに垂直に立てたものである。【００１４】  金属細線４の材質は基本的に溶融はんだが付着するものであれば何でもよく、特に線材として広く市販されている銅、ニッケル、鉄、及びこれらを主成分とする合金線などが安価に入手し易いので好適である。また、直接溶融はんだが付着しないか付着しにくい金属線材であっても、その表面に溶融はんだが付着し易い金属をめっき、蒸着、圧接線引、溶射などの加工処理を施して被覆すれば本発明のコアーに使用することができる。
金属細線４はコアー３の台座部分に垂直に立てる必要があり、またストリッパープレート２のガイド孔の中を上下に摺動するため、強靭な剛性と靭性を有する材質が望ましい。例えば、銅系であれば、硬質の銅線、銅合金線、青銅線、丹銅線、洋白線、モネル線などが良く、鉄・ニッケル系であれば、硬質ニッケル線、ニッケルめっきピアノ線、ニッケルめっきステンレス線などが良い。【００１５】  また、金属細線４の形状は丸線でも角線でも溝つき異型線でも良いが、該金属細線の摺動ガイドを兼ねるストリッパープレート２の膨大な数の穿孔加工上から、もっとも単純な形状の丸線が好ましく、その線径と配置ならびに線数は電子回路基板８の電極パッドまたはリード７の形状とはんだバンプまたははんだ被覆９が必要とするはんだ容量により決まる。即ち、電極パッドまたはリード面積が小さいものは線径も細いものを使用し、逆に電極パッドまたはリード面積が広いものは線径を太くした方が効率的といえる。また線数は少ない方がコアーやストリッパープレートの加工上経済的であるが、広い面積にはんだバンプやはんだ皮膜を形成させる場合は必要量のはんだを取込むために複数の線数を確保する必要がある。
尚、一本の金属細線が溶融はんだを取込むはんだ量は、溶融はんだの温度、粘度、更に該金属細線の径と該金属細線を溶融はんだ液に浸漬する長さ（浸漬長）で決まる。金属細線が１本の場合は電極パッドまたはリードの面積に出来るだけ近い断面積を有する線径を選定した方が有利である。例えば、電極パッドが０．３２ｍｍφであれば、金属細線の線径は０．２５〜３．０ｍｍφ程度が適切で、この線を溶融はんだ液に浸漬してその表面に５〜２０μの厚みで溶融はんだを取込ませる。この場合のはんだ量は、浸漬長さで調整する。また、複数本の近接金属細線で構成されるコアーの場合は近接金属細線の間隙部にもはんだがぬれ拡がって一体化するので、取込むはんだ量は数倍に増加し、更に該金属細線を溶融はんだ液に浸漬する長さ（浸漬長）を大きくすれば取込むはんだ量は更に数倍に増加する。
例えば、電極パッドまたはリードが０．３ｍｍφの円形の場合は、内径０．１５ｍｍの同心円上に等間隔（角度１２０度）で３本の線径０．１ｍｍφの金属細線をコアー台座部分に垂直に立て、溶融はんだ液に０．９６ｍｍ浸漬した場合の溶融はんだ取込み量は０．３５ｍｍφのはんだボールのはんだ量に相当する。  あるいは、直径０．２５ｍｍφ金属細線１本のみの場合は該電極パッドの中心に相当するコアー台座部分に垂直に立て、溶融はんだ液に２．８ｍｍ（付着はんだ厚さ１０μｍの場合）浸漬した場合の溶融はんだ取込み量が０．３５ｍｍφのはんだボールのはんだ量に相当する。
以下同様に、電極パッドまたはリードが０．３５ｍｍ×０．３５ｍｍの正方形の場合は、例えば、電極パッドまたはリードの中心位置に該当する箇所に１本の線径０．３２ｍｍφの金属細線をコアーの台座部分に垂直に立て、溶融はんだ液に３．１ｍｍ（付着はんだ厚さ１０μｍ）浸漬した場合の溶融はんだ取込み量は０．４ｍｍφのはんだボールのはんだ量に相当する。
当然のことながら、１個のコアーに垂直に立てる金属細線の数は、少ないほど経済的であり、１本がベストであり、溶融はんだ採取量を確保するためには線形を可能な限り太くして溶融はんだに浸漬する長さを長くして、転写時にはストリッパープレートを下死点まで下げて溶融はんだを電極パッドまたはリード部へ移動させる。尚、該金属細線の下部最先端はＲを付けて細くすることが望ましい。【００１６】  コアー３の台座に前記金属細線を垂直に取付ける方法は、小規模で作成するには、例えば該金属細線の線径よりやや大きめの垂直孔を台座の所定位置に穿孔しておき、そこに該金属細線を挿入して固定する方法があり、この場合の金属細線の固定方法としては、焼嵌め、耐熱接着剤による接着、ヘッダー加工、軟質金属材を介したかしめ加工などの方法が有効である。
しかし、大量生産するには精巧な多数個取り金型とフォーミングマシンを用いて一体プレス成形コアーを作成する。あるいは、放電加工機を用いれば、ホルダープレートとコアー部を一体同時成形加工することも可能である。
コアー３の台座は、ホルダープレートと同じ材質か、あるいは熱膨張係数的にホルダープレートに近似した材質が望ましい。また、溶融はんだが密着しない材質が好ましく、例えば、チタン、モリブデン、タングステン等がよく、剛性を有し、熱変形しないように熱処理済みのものを使用すると良い。鋼材、ステンレス、アルミニウム合金などでもよいが、はんだが付着することもあり、露出表面にチタンを蒸着コーティングするとか、テフロンコーティングなどの溶融はんだ付着防止処理を行うか、溶融はんだと完全に接触させないようにすれば使用することが充分可能である。ホルダープレート、ストリッパープレート、ガイド軸などの材質も同じにすることが望ましい。【００１７】  このコアー３は、電子回路基板８の電極パッドまたはリード７の配列位置に対応するホルダープレート１の全ての開口部に金属細線４を下にして垂直に嵌合させて固定する。
ホルダープレート１は、溶融はんだが密着しない材質が好ましく、例えば、チタン、モリブデン、タングステンなどで、剛性を有し、熱変形しないように熱処理済みのものを使用する。あるいは、、鋼材、ステンレス、アルミニウム合金などの多少溶融はんだが密着する材質であっても、溶融はんだと接触させないか、または表面をテフロン加工などはんだと密着しない材質で被覆すれば使用することは可能である。
ホルダープレートの板厚は、縦横の大きさと材質の剛性にも因るが、１０〜３０ｍｍもあれば充分である。ホルダープレートの外周４隅にはストリッパープレートを上下移動させるためのガイドポストを垂直に取付け固定しておく。ホルダープレート１の下側には、コアー３の金属細線４の上下移動をガイドするためのガイド孔が全てのコアーの金属細線の位置と対応して穿孔されているストリッパープレート２を該ガイドポストに取付け、該ストリッパープレート自体も上死点位置と下死点位置を自動制御しながら上下移動できる機構にしておく。その上で、該ホルダープレートと該ストリッパープレートからなる金型全体の３次元（ＸＹＺ軸方向）移動を可能にする自動制御式三次元移動装置に取付け固定する。
該ストリッパープレートの材質はホルダープレートの材質と同様でよく、その板厚は縦横の大きさと材質の剛性にも因るが、１０〜２０ｍｍもあれば充分である。【００１８】  このような金型治具を用いて、電子回路基板の電極パッドまたはリードにはんだバンプまたははんだ被膜を形成するため、前記第１プロセスでは図１ａの通り、先ず、ストリッパープレート２を上死点まで引き上げた状態で、金型治具を高温の有機脂肪酸溶液中に浸漬して該金属細線表面の酸化汚れを洗浄除去するとともに、清浄化した表面に有機化合物コーティング層を形成させるが、ここで使用する有機脂肪酸溶液は濃度１〜８０質量％で液温１８０〜３００℃の油系溶媒に溶解させた溶液が望ましい。
具体的に使用可能な前記有機脂肪酸の種類としては、カプロン酸、カプリル酸、２−エチルヘキ酸、ノナン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキジン酸、アラキドン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸、などである。
これらの内、望ましくは１８０〜３００℃で使用する溶媒に溶解し分解などせず安定している有機脂肪酸がよい。沸点が低い有機脂肪酸の場合は高圧にして使用することも可能であるが、安全性、実用性の点で好ましくはない。
経済性や取扱い上から工業的により実用に適するものは、例えば、炭素数１３〜２０の有機脂肪酸、即ち、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキジン酸、アラキドン酸などであり、本発明の目的に合致した効果が大きく、特に有用である。
有機脂肪酸は炭素数１２以下でも使用可能ではあるが吸水性があり、高温で使用する関係からあまり好ましくないこと、更に接合後のはんだ表面に保護膜としてコーティングされても吸水性があるため長期保存時の品質に障害をもたらすこともあり好ましくない。また、炭素数２１以上の有機脂肪酸でも使用は可能であるが、融点が高いこと及び浸透性が悪くまた取扱いし難く処理後のはんだ合金の防錆効果もやや不充分になる。特に望ましいのは、工業的にも大量に生産され使用されて入手もしやすい炭素数１６のパルミチン酸、炭素数１８のステアリン酸が最適であり、そのいずれか１種以上を１〜８０重量％と残部が１８０℃〜３５０℃の高温領域で安定な油系溶媒からなる液温１８０〜３００℃の溶液を使用すると本発明の効果も大きい。
本発明にカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を有する有機脂肪酸溶液を使用する目的は、電極パッドまたはリードの金属表面の酸化膜をケン化反応により除去して清浄活性化することと、同時に清浄活性化された表面に有機脂肪酸が化学吸着して保護膜を形成させること、更には併用する酸素濃度１０ｐｐｍ以下の低酸素濃度溶融はんだ液の酸化を防止し混入する酸化物を該溶融はんだ液から取り除く役割を果たすとともに、形成されたはんだバンプおよびはんだ皮膜の表面にも有機脂肪酸の化学吸着保護膜をコーティングすることにある。この他に付随的に第１のプロセスで電子回路基板の保護膜表面に付着した余分な粒子をある程度洗い流す効果もある。尚、これらの作用、効果ならびに表面処理技術としては前述の通り、既に特許文献８および９により公知である。【００１９】  前記液有機脂肪酸の濃度については１質量％以下でも充分効果はあるが、連続して大量に処理に使用する場合は補充管理などが煩雑なこと、また８０質量％以上あるいは１００質量％単体でも本発明の効果はあり使用可能であるが、発煙性と臭気がきつくなるため、好ましくは５〜８０質量％である。
液温は使用する溶融はんだ液の温度で決まり、その溶融はんだの液温より±２０℃の範囲内であることが効率的で望ましい。但し、上限温度は発火性、発煙性、安全性を考慮すると、３２０℃程度であるが、臭気の問題、更には省エネの観点から３００℃程度以下が望ましい。【００２０】  また本発明に使用する有機脂肪酸の溶媒としては、前記有機化合物を溶かし前記高温領域で安定な溶媒であれば、鉱物油、植物油、合成油のいずれでもよいが、特に安定性、安全性、経済性、取扱い性の点でエステル合成油が最適である。高温で安定な溶媒を使用する目的と理由は、効果上からは特にないが、強いて言えば、前記有機化合物の高温発煙性ならびに臭気の緩和抑制にあり、また若干粘性を下げ浸透性も多少改善される。その濃度は前記有機化合物濃度で決まる。【００２１】  次に第２プロセスでは、はんだバンプまたはリード被覆に必要なはんだ量を該金属細線４が採取できる高さ（上死点で止まっているストリッパープレートの底面がほとんど溶融はんだ液面に触れる位置）まで金型治具を下げて、該金属細線に溶融はんだ液５を付着させる（図１ｂ、図３−１ｂ）。【００２２】  その後、第３プロセスとして、該金型を上層の該有機脂肪酸溶液側に引き上げて（図１ｃ、図３−１ｃ）、更に用意されたワークの電極パッドまたはリード位置と金型治具のコアー位置とが対応する位置まで金型治具を水平移動（図３−１ｃ〜１ｆ）したのち、該金属細線に付着している溶融はんだ５の先端が電子回路基板の電極パッドまたはリードに接触する位置まで金型治具を下げる（図１ｄ）。その後、金型治具を上方に少し引き上げながらストリッパープレートを下死点（金属細線をストリッパープレートの内部に引っ込ませる）まで下げて金属細線に付着していた溶融はんだを該電極パッドまたはリードに転写移行する（図１ｅ、図１ｆ）。【００２３】  更にその後、第４プロセスとして、金型治具と電子回路基板をそれぞれ温度勾配により上層部に行くほど低温になっているゾーンまで引き上げ、ワークの電極パッドまたはリードに転写した溶融はんだを凝固させる。尚、その際、下死点位置にあるストリッパープレートのフラットな底面でバンプまたはリードのはんだ上面を軽く押圧して高さを揃える。そして、最後に、第５プロセスとして、金型治具と電子回路基板を有機脂肪酸溶液から取り出す。
以上は、有機脂肪酸溶液を上層とし、溶融はんだ液を下層に設置した上下２層液構造の場合のはんだバンプまたははんだ被膜形成方法について説明したが、２層液構造にせずにそれぞれの液を切離して、別槽として前記順序でそれぞれ別槽処理しても同じ効果が得られる。【００２４】  本発明で使用する溶融はんだは、電子部品に広く使用されている通常のはんだでなんら問題はない。しかしながら、長期高温暴露された場合に生じやすいカーケンダルボイドを抑制するためには、発明者がこれまで試行錯誤で種々研究した結果、例えば、酸素濃度が５ｐｐｍ以下のはんだを使用し、有機脂肪酸溶液を上層に配した該溶融はんだ液に浸漬してはんだ接合させると、明らかにカーケンダルボイドの発生がほとんど皆無になることを発見した。（特許文献９）
従って、カーケンダルボイドの発生を抑制するには、前記酸素濃度５ｐｐｍ以下のはんだを用いることが、本発明においても極めて有効である。
また、使用する処理槽は上層に有機脂肪酸溶液、下層に溶融はんだ液を配した２層液構造の処理層を用いた方が溶融はんだの表面酸化を防止できるので望ましいが、それぞれ別槽にして使用してもバンプ形成に関しての効果は同じであり、実用上の問題はない。
【発明の効果】
【００２５】  上述の通り、本発明の方法は、はんだボール、はんだボールを振込むためのマスクや吸着式ボールマウンター、更にフラックスを一切使用しないため、従来法の欠点であるフラックスの沸騰飛散による接合界面及びはんだ層内微小気泡・空隙発生がなく、従って、長期高温暴露後の耐衝撃破断性が格段に優れている。また、形成されるはんだバンプまたははんだ皮膜のはんだ量、形状、高さ（厚さ）を比較的自由に制御することが可能であり、かつそのばらつきを従来法より小さくできる効果がある。
また、前記上下２層液構造の場合、溶融はんだ液の上層の有機脂肪酸溶液が下層のはんだ液を大気と直接接触しないように遮断しているため、はんだ液面の酸化がなく、常に、はんだをぬれ性が良い状態に保持してるので、本発明の金型治具の金属細線の溶融はんだ液の採取量制御を容易にしている。その際のはんだ酸化物の巻き込みもなく、また、出来上がったバンプまたはリードのはんだ表面には有機脂肪酸保護膜が自動的にコーティングされているので、その後の電子装置組立時のはんだぬれ性が従来法で製造された物より安定して優れている。
更に、本発明方法では有機脂肪酸溶液中でバンプまたははんだ皮膜を形成させるため、隣接はんだバンプまたははんだ皮膜間のはんだブリッジを全く生じない。このため、従来法では一般に０．１〜数％の頻度で発生している「隣接パッド間のはんだブリッジ不良」や「ミッシング不良」（ブリッジの際に、隣接電極パッドまたはリードのはんだが吸い取られ、一部にはんだ欠落する不良）は皆無にできるので、それによる従来必要とされて来た膨大な手直し再生加工がほとんど不要になる。以上の通り、本発明の効果は工業的に極めて価値が高いものである。
これを更に詳しく具体的事例で以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１ａ】  本発明の第１プロセスにおける実施形態として、金型治具の構造事例を模式的に示した平面図である。
【図１ｂ】  本発明の第２プロセスにおける実施形態として、金型治具を溶融はんだ液に浸漬した状態を模式的に示した平面図である。
【図１ｃ】  本発明の第３プロセスにおける一番目の実施形態として、金型治具の金属細線が溶融はんだ液を採取し、その最下部先端が電子回路基板上の対応する電極パッドの直上の位置まで金型を移動させた状態を、模式的に示した平面図である。
【図１ｄ】  本発明の第３プロセスにおける２番目の実施形態として、金型治具を押し下げて、金型の金属細線が採取した溶融はんだ液の最下部先端を、電子回路基板の対応する電極パッドに接触させた状態を模式的に示した平面図である。
【図１ｅ】  本発明の第３プロセスにおける３番目の実施形態として、金型治具のストリッパープレートを下死点の方向に下げながら金型治具全体を上方に少し移動させた中間状態を模式的に示した平面図である。
【図１ｆ】  本発明の第４プロセスにおける実施形態として、ストーパープレートを下死点までさげて金型治具全体を更に上方に移動させて、電子回路基板から引離した状態を模式的に示した平面図である。
【図２ａ】  本発明の実施形態である金型治具の構造事例として、ホルダープレートに固定されたコアー下部の金属細線をストリッパープレートのガイドホール（孔）に挿入する様子を模式的に示した立体図である。
【図２ｂ】  本発明の第１プロセスにおける実施形態として、金型治具の構造事例を模式的に示した立体図である。（図１ａに対応）
【図２ｃ】  本発明の第４プロセスにおける実施形態として、ストーパープレートを下死点までさげて金型治具全体を更に上方に移動させて、電子回路基板から引離した状態を模式的に示した立体図である。（図１ｆに対応）
【図３】  本発明の実施形態事例の１つである２液方式における主要工程順路について模式的に示した概略平面図である。
【図４】  本発明の実施形態事例の１つである有機脂肪酸溶液槽と溶融はんだ液槽を分離した別槽方式における主要工程順路について模式的に示した概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２７】  先ず、バンプを形成させる電子回路基板（ワーク）として、外形サイズ１０ｍｍＸ１０ｍｍのＢＧＡインターポーザー（外表面に直径０．３２ｍｍφの電極パッド（銅）が、０．４０ｍｍピッチでマトリックス状に３８０個整列。電極バット以外の部分ははんだレジストで覆われている）を使用した。
はんだ組成は、Ａｇ２．５質量％、Ｃｕ０．５質量％、Ｎｉ０．００５質量％、Ｇｅ０．００１質量％、残部Ｓｎからなる酸素濃度５ｐｐｍ以下の５元系はんだ合金を使用した。
本発明実施例に使用する金型治具は、０．３ｍｍφの銅線をフォーミングマシンで台座部分２０ｍｍとセンターから０．２７ｍｍφで長さ３５ｍｍ、先端部０．２５Ｒの金属細線部分を一体成型加工したコアー３を３８０個製作し、これをワークと同一ピッチでチタン材のホルダープレート１に嵌め込み固定し、該金属細線部を０．２９ｍｍφの孔がワークと同一ピッチで穿孔されたチタン材製ストリッパープレートの対応する孔位置に挿入したものを使用した。
ワークへのバンプ形成は、先ず金型治具のストリッパープレート２を上死点位置、即ち溶融はんだ液に浸漬する金属細線部分の浸漬長さとして２．８ｍｍがストリッパープレートの底面から飛び出した状態にセットして、該金型治具を液温２５０℃のパルミチン酸溶液１０（パルミチン酸濃度３０質量％と残部合成エステル油からなる溶液）中に浸漬して該金属細線表面の酸化汚れを洗浄除去するとともに、清浄化した表面に有機脂肪酸のコーティング層を形成させる第１のプロセスの後、
該金型治具のストリッパープレート２から該金属細線４の飛び出ている部分を溶融はんだ液５の中に浸漬する第２のプロセスを経て、
その後、ワーク８が置かれている該パルミチン酸溶液１０中の場所まで該金型治具を移動して、該電極パッドまたはリード位置に該金型治具のコアー３位置を対応させた上で、金属細線４が採取した溶融はんだを該電極パッドまたはリードに接触させて接合し、しかる後にストリッパープレートを下死点（該金属細線の飛び出し部が完全にストリッパープレート内部に引っ込む点）まで押し下げて、該電極パッドまたはリード７に溶融はんだを転写させる第３のプロセス後、
次に、該金型治具と該ワークとを、上層に行くほど低温になるように温度勾配がつけられたパルミチン酸溶液中をストリッパープレートで該転写はんだを上部から押圧した状態で移動させて、該電極パッド上またはリード７上の溶融はんだ５を凝固させてバンプまたははんだ皮膜を形成させ、はんだバンプまたははんだ皮膜の高さを一定にする第４のプロセスと、最後に、ワークをパルミチン酸溶液から取り出した。【００２８】  実施例の評価としては、先ず外観は所謂ミッシングはなく、均一に３８０個のバンプが形成され、３次元自動測定器で測定した結果、バンプ高さは０．２５±０．０２ｍｍの範囲に全て入っていた。（σ＝０．００３１）
バンプの顕微鏡断面観察の結果は、常態においてもマイクロボイドは全くなく、また１５０℃２４０時間恒温加熱エージング後においても、所謂カーケンダルボイドの発生は皆無であった。
従って、本発明の方法を用いれば、現行のはんだボール搭載融着方式とソルダーペースト塗布融着方式のような、フラックス成分を使用するが故の、フラックス成分の沸騰飛散による大気も巻き込んだ接合界面やはんだ層内の所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）の発生はなく、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題も解決できる。
【産業上の利用の可能性】
【００２９】  以上の通り、本発明は、はんだボール、ソルダーペースト、フラックス、金属マスク、更には高価な真空吸着式ボールマウンターもリフロー炉も全く使用せず、電極パッドに直接はんだバンプを形成させるため、従来法ならびにそれに類する先行技術の難点である、フラックス成分を含有するが故の接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）発生現象を回避し、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題、更には長期高温暴露後に経時的に発生するカーケンダルボイドの問題を解決し、更にバンプ形状とバンプ高さの均一化を図る技術を提供するものであり、工業的価値が極めて高い画期的な技術である。
【符号の説明】
【００３０】  １  金型の上型に相当するホルダープレート
２  金型のストリッパープレート
３  金型のホルダープレートに固定されたコアー
４  コアーに固定された金属細線
５  溶融はんだ液
６  はんだレジスト
７  電極パッドまたはリード
８  電子回路基板（半導体チップ、インターポーザー（配線基板）、ウエハー、半導体      装置、または実装基板）
９  はんだバンプまたははんだ皮膜
１０  有機脂肪酸溶液
【図１ａ】
2011029567.tif 000003
【図１ｂ】
2011029567.tif 000004
【図１ｃ】
2011029567.tif 000005
【図１ｄ】
2011029567.tif 000006
【図１ｅ】
2011029567.tif 000007
【図１ｆ】
2011029567.tif 000008
【図２ａ】
2011029567.tif 000009
【図２ｂ】
2011029567.tif 000010
【図２ｃ】
2011029567.tif 000011
【図３】
2011029567.tif 000012
【図４】
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