(57)【要約】【課題】開口径の異なる接続端子（パッド）を有する基板にチップを載置してはんだバンプのリフローを行った場合に、開口径の異なる一方のパッド部分で発生しがちな接続不良の回避を可能にし、バンプのはんだの一部がリフロー時に流れ出すことに起因するショートの発生を抑制することも可能にする、基板への新しいはんだ供給方法を提供すること。【解決手段】開口径の異なる２種類以上の接続端子４、５を有する基板１の該接続端子に、開口径の異なる接続端子４、５上のリフロー後のはんだ中に存在する、リフローにより接続端子４、５からはんだ中へ拡散した物質の含有量の差が０．２ｗｔ％以下になるように、各接続端子４、５上へのはんだの量を制御して供給するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口径の異なる２種類以上の接続端子を有する基板の該接続端子にはんだを供給する方法であって、開口径の異なる接続端子上のリフロー後のはんだ中に存在する、リフローにより接続端子からはんだ中へ拡散した物質の含有量の差が０．２ｗｔ％以下になるように、各接続端子上へのはんだの量を制御して供給することを特徴とするはんだ供給方法。
【請求項２】
接続端子からはんだ中へ拡散した物質の含有量の差が０．１ｗｔ％以下になるように、各接続端子上へのはんだの量を制御して供給する、請求項１記載のはんだ供給方法。
【請求項３】
接続端子からはんだ中へ拡散した物質の含有量の差が０．０５ｗｔ％以下になるように、各接続端子上へのはんだの量を制御して供給する、請求項１又は２記載のはんだ供給方法。
【請求項４】
接続端子上へのはんだの供給をスクリーン印刷により行い、供給するはんだの量をスクリーン印刷のマスク径を調整することによって制御する、請求項１から３までのいずれか一つに記載のはんだ供給方法。
【請求項５】
接続端子上へのはんだの供給をはんだボールにより行い、供給するはんだの量をはんだボールの径を調整することによって制御する、請求項１から３までのいずれか一つに記載のはんだ供給方法。
【請求項６】
接続端子上へのはんだの供給を、溶融法により溶かしたはんだを供給することにより行う、請求項１から３までのいずれか一つに記載のはんだ供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだの供給方法に関し、より詳しくは、フリップチップ基板などの基板上の開口径の異なるパッドに、リフロー後のはんだ組成が一定又はほぼ一定になるように、はんだを供給する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップをフリップチップ接続で実装基板に実装するのに用いられるフリップチップ基板には、一般に、チップの入出力用のパッドと電源供給・接地用のパッドが設けられ、それらのパッドは基板を覆うソルダレジストの開口部に位置している。チップ入出力用パッドのソルダレジスト開口径は小さく、電源供給・接地用パッドのそれは大きい。パッドは、通常、銅などの材料の配線上に設けられ、そして例えば、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）を順次積層して作製される。
【０００３】
図１に、そのようなパッドを設けた基板を示す。この図の基板１においては、チップ入出力用の配線２と電源供給・接地用の配線３上にそれぞれ形成したパッド４、５が、ソルダレジスト層６の開口部７、８に位置している。チップ入出力用の配線２は電源供給・接地用の配線３より細く、これに対応して、前者に接続するパッド４は後者に接続するパッド５より径が小さく、それらを露出しているソルダレジスト層の前者用の開口部７は後者用の開口部８より小さく形成されている。各開口部７、８には、半導体チップ（図示せず）の電極（パッド）に接続するはんだバンプ９（入出力用）、１０（電源供給・接地用）が配置される。基板１の反対側（裏面）にも、実装基板への接続用のパッドと、それを露出する開口部を有するソルダレジスト層が設けられるが、この図には、簡単にするため図示していない。
【０００４】
パッド４、５は、一般に、配線２、３上にＮｉ層とＡｕ層を順次形成して作製される。このほかに、Ｎｉ層の上にＰｄ層を配置したパッドや、Ｎｉ層の上にＰｄ層とＡｕ層を配置したパッドなども用いられている。
【０００５】
はんだバンプ９、１０は、通常、パッド４、５の上に所定の径のはんだボールを配置、リフローさせるか、あるいは、スクリーン印刷により所定の量のはんだを転写、リフローさせることで形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
開口径の異なるパッド上にリフローによりはんだバンプを形成した基板にチップを載置し、はんだバンプをリフローさせてチップを基板に接合した場合、開口径の異なる一方のパッド部分で接続不良が発生することがある。
【０００７】
また、高融点のはんだを融解させるために低融点のはんだの融点よりかなり高い温度に加熱することが必要となった場合、低融点のはんだの一部が流れ出して隣り合う接合部を連結するに至り、その結果ショートの原因となることもある。
【０００８】
本発明は、これらの問題を解決することを目的とするものであり、それを可能にする、基板への新しいはんだ供給方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるはんだ供給方法は、開口径の異なる２種類以上の接続端子を有する基板の該接続端子にはんだを供給する方法であって、開口径の異なる接続端子上のリフロー後のはんだ中に存在する、リフローにより接続端子からはんだ中へ拡散した物質の含有量の差が０．２ｗｔ％以下になるように、各接続端子上へのはんだの量を制御して供給することを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、接続端子からはんだ中へ拡散した物質の含有量の差は０．１ｗｔ％以下であり、より好ましくは０．０５ｗｔ％以下である。
【００１１】
接続端子上へのはんだの供給はスクリーン印刷により行うことができ、この場合、供給するはんだの量をスクリーン印刷のマスク径を調整することによって制御することができる。あるいは、接続端子上へのはんだの供給をはんだボールにより行うこともでき、この場合、供給するはんだの量ははんだボールの径の調整によって制御することができる。また、溶融法により溶かしたはんだを供給することも可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、開口径の異なる接続端子（パッド）に、リフロー後のはんだ組成が一定又はほぼ一定になるようにはんだを供給することができ、それにより開口径の異なる一方のパッド部分で発生しがちな接続不良を回避することができる。また、バンプのはんだの一部がリフロー時に流れ出すことに起因するショートの発生を抑制することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
開口径の異なる接続端子としてのパッドを設けた基板にチップを載置し、はんだバンプを介してチップを基板に接合した場合に、接続不良やショートが発生する原因を究明するため検討を重ねた末に、発明者は、その原因は基板のバンプ形成時のリフローによってバンプのはんだ組成が変化することにあるのを突き止めた。Ｎｉ層とＡｕ層で形成したパッドを例に説明すると、はんだバンプの形成に利用されるリフロー処理は、加熱を伴うので、その際にパッドのＡｕ材料がはんだ中へ拡散して、最終的なパッドにはＮｉ層だけが残る。はんだ中へ拡散したＡｕは、結果的にはんだの組成を変化させることになる。パッドには、Ｎｉ層上にＰｄ層を配置したものや、Ｎｉ層上にＰｄ層とＡｕ層を配置したものもあり、これらのパッドにおいても、リフローによりＰｄやＡｕがはんだ中に拡散してその組成を変化させる。
【００１４】
先に説明した図１を参照すると、ソルダレジスト層６に開口径の異なる開口部７、８が存在する場合、それらの開口部内のパッド４、５は同じ厚さのＮｉ層とＡｕ層（図示せず）で形成されているため、リフローによりはんだ中へ拡散するＡｕの量は、チップ入出力用パッド４と電源供給・接地用パッド５とで異なってくる。そのため、リフロー後のチップ入出力用バンプ９と電源供給・接地用バンプ１０では、はんだ組成が異なる（はんだ中のＡｕ量が異なる）ものとなり、それに伴い融点、凝固点も異なるものとなる。
【００１５】
このように融点、凝固点を異にするバンプが存在する基板にチップを載置してバンプのはんだをリフローさせると、その後の降温によりはんだが固化する過程で、凝固点の低いバンプがなお溶融状態にあるときに、凝固点の高いバンプだけが先に固化することになる。これを、模式的に図２に示す。この図は、基板１（簡単にするため、入出力用パッド４と電源供給・接地用パッド５以外は省略している）にチップ２１を載置してリフロー後の降温時の様子を模式的に示しており、電源供給・接地用バンプ１０（図１）のはんだ１０’が固化し、入出力用バンプ９（図１）のはんだ９’は溶融したままで、一部が流れ出しているところを示している。
【００１６】
このような現象が起きると、基板１のパッド４、５とチップ２１のパッド２２、２３とのはんだ９’、１０’による接続不良が発生しやすくなり、また、両者の接合部から流れ出したはんだが隣の接合部のはんだと接触することによるショートが発生しやすくなる。
【００１７】
そこで、本発明では、開口径の異なるパッド（接続端子）上のリフロー後のはんだ中に存在する、リフローによりパッドからはんだ中へ拡散した物質の含有量の差が０．２ｗｔ％以下になるように、各接続端子へのはんだの量を制御して供給することにより、それらの問題を解決するようにした。
【００１８】
本発明においては、開口径の異なるパッド（接続端子）上に供給するはんだの量を、スクリーン印刷のマスク径を調整することによって、リフロー後のはんだ中のパッドから拡散した物質の含有量の差が０．２ｗｔ％以下になるように制御することができる。
【００１９】
はんだの供給は、はんだボールを使用して行うこともでき、この場合は、ボールの径を調整することによって、開口径の異なるパッドへ供給するはんだの量を制御することができる。
【００２０】
はんだの供給は、溶融法を利用して行うこともできる。溶融法では、窒素雰囲気の容器内で溶かしたはんだを、ノズルを通して所定のパッドへ供給する。ノズルは、はんだを供給すべきパッドの位置を検出して、その位置まで移動させる。パッドへのはんだの供給量は、例えば、ノズルの先端部に設けたピエゾアクチュエータで調整することができる。
【００２１】
更に、パッドのＡｕ層の厚さを薄くすることで、開口径の異なるパッド上のリフロー後のはんだ中の拡散物質の含有量の差を小さくすることも可能である。
【００２２】
本発明の目的のためには、リフロー後のはんだ中のパッドから拡散した物質の含有量の差は少ないほどよいが、実際のリフロー時には加熱される面内の温度のバラツキがあり、拡散物質の含有量の調整だけで必ずしもはんだ凝固点の差を解消することはできない。発明者は、実用上の観点から、面内の加熱温度のバラツキを加味しても、はんだ中の拡散物質含有量の差を０．２ｗｔ％以下とすれば、はんだ凝固点の差を１℃程度に抑えることができ、それにより実用上問題ないレベルのチップと基板との接合を行えることを見いだした。とは言え、はんだ中の拡散物質含有量の差はそれより少ない方がよく、好ましくは０．１ｗｔ％以下がよく、更に好ましくは０．０５ｗｔ％以下がよい。
【００２３】
パッドからの拡散物質のはんだ中における含有量とはんだ凝固点の変化量との関係は、はんだの種類に依存するが、実験により簡単に調べることができる。一例として、代表的なＳｎＡｇＣｕはんだ、ＳｎＡｇはんだ、ＳｎＰｂはんだ中のＡｕ含有量と、各はんだの凝固点の変化量との関係を、図３のグラフに示す。
【００２４】
一方、所定開口径のパッド上のリフロー後のはんだ中の拡散物質含有量は、パッドの一部として最初に存在する当該物質の量と、パッド上に供給するはんだの量から、計算により簡単に求めることができる。一例として、ソルダレジスト開口径（パッドの開口径と等しい）と、はんだ中のパッドから拡散したＡｕの量との関係を、図４のグラフに示す。このグラフは、Ａｕ層の厚さを０．３μｍとし、厚さ５０μｍのマスクを使用するスクリーン印刷によりはんだを供給した場合の、ソルダレジスト開口径とリフロー後のはんだ中のＡｕ量との関係を、マスクの開口径Ｄ（μｍ単位）をパラメータとして示している。
【実施例】
【００２５】
次に、下記の例により本発明を更に説明するが、言うまでもなく、本発明はそれに限定されるものではない。
【００２６】
（比較例）
ソルダレジスト層に形成した直径８０μｍと１１０μｍの開口部内にＮｉ層とＡｕ層（Ａｕ層の厚さ０．４μｍ）でパッドを形成した基板に、直径８０μｍと１１０μｍのパッド用にそれぞれ１１０μｍ、１４０μｍのマスク径を使用する転写量５０％のスクリーン印刷でＳｎ−Ａｇ共晶はんだを供給して、リフロー後のはんだ組成を調べたところ、直径８０μｍと１１０μｍのパッド上のはんだのＡｕ含有量は、それぞれ２．６８ｗｔ％、３．１２ｗｔ％であり、約０．４４ｗｔ％の差があった。両方のはんだの凝固点を測定すると、約８℃の差があった。ここでの凝固点は、ＤＳＣ測定（走査示差熱量測定）などの一般的な方法では測定できず、目視による見かけ上の凝固点として測定した。
【００２７】
（実施例）
次に、１１０μｍのパッド用のマスク径を１５０μｍとした以外は同じ条件でスクリーン印刷を行ったところ、直径８０μｍと１１０μｍのパッド上のはんだのＡｕ含有量は、それぞれ２．６８ｗｔ％、２．７３ｗｔ％となり、その差は約０．０５ｗｔ％となって、凝固点差は約１℃に抑えられた。
【００２８】
Ｎｉ層とＡｕ層で形成したパッドを有する基板を例に説明したが、本発明は、リフロー時にはんだ中へ拡散する材料（例えばＰｄなど）を用いて作製したパッドを有する基板にも同様に適用することができる。また、Ｃｕ配線上に直接はんだバンプを形成した基板においても、はんだ中へのＣｕの拡散量を調整することにより接続不良やショートのない基板とチップとの接合を行うのに、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の方法が適用される基板を説明する模式図である。
【図２】凝固点を異にするバンプが存在する基板にチップを載置してバンプのはんだをリフロー後の降温時の様子を模式的に説明する図である。
【図３】代表的なはんだ中のＡｕ含有量と各はんだの凝固点の変化量との関係を示すグラフである。
【図４】ソルダレジスト開口径とはんだ中のパッドから拡散したＡｕ量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１    基板
２、３    配線
４、５    パッド
６    ソルダレジスト層
７、８    開口部
９、１０    はんだバンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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