(57)【要約】【課題】はんだボールを基板の電極に確実に仮固定でき、高精度なはんだバンプを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】基板１の電極２上にフラックス３を塗布し、基板１上に貫通穴５を有する治具４を、基板１の電極２と貫通穴５とを位置合わせして配置し、治具４上にはんだボール７を供給し、はんだボール７を治具４の貫通穴５に充填する。はんだボール７を治具４の貫通穴５に充填した後、はんだ融点より低い温度に加熱された加圧部材８を用いてはんだボール７を基板１の電極２上に押し付けるようにして加圧すると同時に、フラックス３を加熱して粘度上昇させ、はんだボール７を基板の電極２上に仮固定する。このようにはんだボール７が電極２に確実に仮固定されるので、はんだボール７の位置ずれや脱落を防止できる。その後、基板１から治具４を取り除き、はんだボール７を溶融させてはんだバンプ７ａを形成する。【選択図】    図１
2005101242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだボールを用い、基板の電極上にバンプを形成するバンプ形成方法であって、
上記基板の電極上にフラックスまたははんだペーストを塗布する工程と、
上記基板上に貫通穴を有する治具を、基板の電極と上記貫通穴とを位置合わせして配置する工程と、
上記治具上にはんだボールを供給し、はんだボールを上記治具の貫通穴に充填する工程と、
上記基板から上記治具を取り除く工程と、
上記はんだボールを溶融させてはんだバンプを形成する工程と、を含むバンプ形成方法において、
上記はんだボールを上記治具の貫通穴に充填する工程の後、または上記基板から上記治具を取り除く工程の後に、はんだ融点より低い温度に加熱された加圧部材を用いて上記はんだボールを上記基板の電極上に押し付けるように加圧すると同時に、上記フラックスまたははんだペーストを加熱して粘度上昇させ、上記はんだボールを上記基板の電極上に仮固定する工程を有することを特徴とするはんだバンプの形成方法。
【請求項２】
上記仮固定する工程は、上記はんだボールを上記治具の貫通穴に充填する工程の後で、かつ上記治具を上記基板上から取り除く工程の前に行われることを特徴とする請求項１に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項３】
上記仮固定する工程における上記加圧部材の加熱温度は１００℃〜１５０℃であることを特徴とする請求項１または２に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項４】
上記仮固定する工程における上記加圧部材の加圧力は、はんだボール１個当たり２Ｎ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のはんだバンプの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明ははんだボールを用い、基板上にバンプを形成するバンプ形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やパソコンなどの高性能化、小型化、低背化のため、バンプを用いたフリップチップ実装方法の採用が増えている。バンプは基板側またはチップ（電子部品）側のいずれかに設けられる。バンプにははんだバンプが広く用いられ、はんだバンプの形成方法の１つとしてはんだボールを用いた方法が知られている。
【０００３】
はんだボールを用いたバンプ形成方法としては、基板の電極上にフラックスを塗布し、基板上に貫通穴を有する治具を基板の電極と貫通穴とを位置合わせして配置し、治具上にはんだボールを供給してはんだボールを治具の各貫通穴に充填した後、基板から治具を取り除き、しかる後に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が一般的である。フラックスは、はんだボールの溶融時にはんだ濡れ性を向上させる役割だけでなく、はんだボールを溶融させる迄の間、基板に保持する接着剤としての役割も有する。
【０００４】
ところが、貫通穴にはんだボールを充填した後、はんだボールを溶融させる迄の間に、はんだボールが位置ずれを起こしたり、脱落するという問題があった。すなわち、治具の貫通穴とはんだボールとが接触していると、基板から治具を取り外す際に、治具と一緒にはんだボールが基板から脱落することがある。また、基板から治具を取り外した後、はんだボールを溶融させるためにリフロー炉などに搬送する間に、はんだボールが位置ずれを起こすことがある。そのため、はんだボールを溶融させる迄の間、基板に仮固定しておく必要がある。
【０００５】
特許文献１には、基板（半導体装置）のパッドにフラックスやはんだペーストを塗布しておき、基板上に貫通穴を有する治具を位置合わせし、治具上にはんだボールを供給して、このボールを貫通穴に１個ずつ充填した後、貫通穴に充填されたボールを基板のパッド上に押しつけるべく加圧し、しかる後に治具を基板から取り除き、はんだボールを加熱溶融して基板にはんだバンプを形成する方法が提案されている。
しかし、上記のような加圧によって仮固定する方法の場合、はんだボールを基板のパッドに強く密着させる必要があるため、加圧力が大きくなり、基板にダメージを与えるという問題がある。そのため、加圧力を大きくできず、はんだボールを確実に仮固定できない。
【０００６】
特許文献２には、回路基板の電極位置にフラックスやはんだペーストを塗布しておき、回路基板上に貫通穴を有する治具（マスク）を位置合わせし、治具上にはんだボールを供給して、このボールを貫通穴に１個ずつ充填した後、マスクの貫通穴の上から熱を供給してフラックスを軟化させ、電極部とはんだボールとの固着力を増加させ、その後、治具を回路基板から取り除き、はんだボールを加熱溶融して回路基板にはんだバンプを形成する方法が提案されている。
しかし、加熱によってフラックスを軟化させても、その粘着力だけではんだボールを保持しているに過ぎないので、はんだボールの電極からの位置ずれを防止できる程の固着力が得られる訳ではない。
特に、近年の電子機器の小型化のため、バンプの更なる狭ピッチ化が進められているが、フラックスを基板上に印刷・塗布する際、狭ピッチ間隔で精度よく塗布するためには、低い粘度のフラックスを用いなければならない。ところが、低い粘度のフラックスは、はんだボールと電極との接着力が低く、治具の取り外し時などにはんだボールが基板電極から位置ずれしやすいという欠点がある。
【特許文献１】特開２０００−４９１８３号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、はんだボールを基板の電極に確実に仮固定でき、高精度なはんだバンプを形成できるはんだバンプの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、はんだボールを用い、基板の電極上にバンプを形成するバンプ形成方法であって、上記基板の電極上にフラックスまたははんだペーストを塗布する工程と、上記基板上に貫通穴を有する治具を、基板の電極と上記貫通穴とを位置合わせして配置する工程と、上記治具上にはんだボールを供給し、はんだボールを上記治具の貫通穴に充填する工程と、上記基板から上記治具を取り除く工程と、上記はんだボールを溶融させてはんだバンプを形成する工程と、を含むバンプ形成方法において、上記はんだボールを上記治具の貫通穴に充填する工程の後、または上記基板から上記治具を取り除く工程の後に、はんだ融点より低い温度に加熱された加圧部材を用いて上記はんだボールを上記基板の電極上に押し付けるように加圧すると同時に、上記フラックスまたははんだペーストを加熱して粘度上昇させ、上記はんだボールを上記基板の電極上に仮固定する工程を有することを特徴とするはんだバンプの形成方法を提供する。
【０００９】
本発明では、加圧部材によってはんだボールを加圧しながら同時に加熱することで、基板の電極に仮固定している。加熱によってはんだボールは軟化し、常温では変形しない程度の加圧力であっても容易に変形し、基板の電極に対してはんだの界面を密着させることができる。つまり、基板の電極とはんだの界面部分との接触面積を増加させ、接合力を高めることができる。また、比較的小さな加圧力ではんだボールが変形するので、基板へのダメージを軽減できる。
また、加圧部材によってはんだボールを加熱した際、フラックスまたははんだペーストの溶剤を揮発させてその粘着性を上げることができるため、はんだボールの基板電極に対する保持力を高めることができる。したがって、電極への塗布時には比較的粘度の低い（溶剤の多い）フラックスやはんだペーストを用いても、はんだボールの仮固定時にその粘度が上昇するので、はんだボールの保持力向上とフラックスまたははんだペーストの塗布精度向上とを両立させることができる。
上記のような接触面積の増大とフラックスまたははんだペーストの粘着性向上とにより、はんだボールを基板電極上に確実に仮固定することができ、はんだボールを溶融させる迄の間、はんだボールの基板電極上からのずれや脱落を防止することが可能になる。
加圧部材の加熱温度は、はんだの溶融温度より低い温度であるため、はんだが溶融して治具へ付着することがなく、はんだボールの振込に不具合を生じることがない。また、加熱温度が比較的低いので、治具が加熱により変形するのを防止でき、治具の使用寿命を低下させたりボールの搭載精度を低下させることがない。
【００１０】
請求項２のように、上記仮固定する工程は、はんだボールを治具の貫通穴に充填する工程の後で、かつ治具を基板上から取り除く工程の前に行うのがよい。
すなわち、治具を基板上から取り除いた後ではんだボールを基板に仮固定する方法もあるが、治具を取り除く際にはんだボールが位置ずれを起こし、ボールの搭載精度に影響を及ぼす。
これに対し、はんだボールを治具の貫通穴に充填した後、治具を基板上から取り除く前に仮固定を実施すれば、ボールの搭載精度に影響なく仮固定処理ができ、治具を取り除く際のはんだボールの位置ずれを防止できる。
【００１１】
請求項３のように、仮固定工程における加圧部材の加熱温度は１００℃〜１５０℃とするのがよい。
加圧部材の加熱温度は、はんだボールを軟化させ、基板の電極に対する圧着を容易にするために重要である。加熱温度を１００℃〜１５０℃とすると、常温に比べてはんだボールの硬度が低くなり、比較的小さな加圧力ではんだボールを変形させることができる。
また、加圧部材の加熱温度はフラックスの粘着性を効果的に上げるためにも重要である。すなわち、フラックスを１００℃以上に加熱することで、フラックスの溶剤を効果的に揮発させ、はんだボールの基板に対する適正な接着力を得るとともに、１５０℃以下に加熱することで、フラックスによるはんだ濡れ性を確保し、はんだ溶融（バンプ形成）までフラックスの効力を残しておくことができる。
【００１２】
請求項４のように、仮固定工程における加圧部材の加圧力を、はんだボール１個当たり２Ｎ以下とするのがよい。
加圧力を大きくすれば、常温でもはんだボールを変形させ、電極との接触面積を大きくできるが、基板のダメージも大きい。一般に、直径１．０ｍｍ、材質ＳｎＡｇＣｕのはんだボールの場合、常温で変形させるには５〜１０Ｎ／個の加圧力が必要である。
これに対し、加熱するとはんだボールが軟化するため、１〜２Ｎ／個程度でもはんだボールを変形させることができ、電極との接触面積を大きくできる。しかも、基板のダメージも少ない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、はんだボールの仮固定工程において、加圧部材で加圧すると同時に加熱したので、はんだボールを変形させて基板電極と密着させ、基板電極との接触面積を増加させることができるため、はんだボールと基板電極との接合力を高めることができる。加圧部材の加圧力は、はんだボールを常温では変形しない程度の低い加圧力でも十分に変形させることができるので、基板にダメージを与えないで済む。
また、加熱によってフラックスまたははんだペーストの粘着性が上昇するので、はんだボールの基板電極に対する保持力を高めることができ、はんだボールの保持力向上とフラックスまたははんだペーストの塗布精度向上とを両立させることができる。
上記のような接触面積の増大と粘着性向上との相乗効果により、はんだボールを基板電極上に確実に仮固定することができ、はんだボールを溶融させる迄の間、はんだボールの基板電極上からのずれや脱落を防止することが可能になり、高精度なはんだバンプを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明にかかるバンプ形成方法の第１実施例を示す。
（Ａ）は基板１を準備する工程を示す。基板１の上面には、複数の電極２が所定ピッチＰ間隔で形成されている。
【００１６】
（Ｂ）は基板１の電極２上にフラックス３を塗布した状態を示す。ここではフラックス３について説明するが、はんだペーストであってもよい。フラックス３の塗布は、基板１上にメタルマスクを配置し、スキージ印刷法により塗布すればよい。電極ピッチＰが例えば１．０ｍｍ以下と小さい場合、フラックス３を電極２上に精度よく塗布するには１００Ｐａ・ｓ以下の低粘度のフラックスを使用するのがよい。
【００１７】
（Ｃ）は基板１上に複数の貫通穴５を有する振込プレート（治具）４を、基板１の電極２と貫通穴５とを位置合わせして配置した状態を示す。振込プレート４の裏面には、振込プレート４と基板１との間に所定の隙間Ｓを設けるためのスペーサ部６が突設されている。この隙間Ｓは、フラックス３と振込プレート４との接触を防止するためである。基板１の表面からの振込プレート４の表面高さは後述するはんだボール７の直径より小さく（例えば直径の約０．８倍）設定されており、振込プレート４と基板１との隙間Ｓははんだボール７の半径より小さく（例えば直径の約０．３倍）設定されている。さらに、貫通穴５の直径ははんだボール７の直径より僅かに大きく（例えば直径の約１．２倍）設定されているため、各貫通穴５にはんだボール７は１個ずつ充填される。
【００１８】
（Ｄ）ははんだボール７の振込工程、つまり振込プレート４の上面に多数のはんだボール７を供給し、各貫通穴５にはんだボール７を１個ずつ充填した状態を示す。振込方法としては、例えば多数のはんだボールを振込プレート４の上に供給し、ブラシやスキージを用いて貫通穴５に充填する方法や、エアーノズルからの気流によって充填する方法、振動を利用した方法、傾斜を利用した方法など、公知の方法を用いればよい。充填時におけるフラックス３は、軟化していないため、はんだボール７はフラックス３上に乗った状態にある。そのため、はんだボール７は振込プレート４の上面から大きく突出している。
【００１９】
（Ｅ）ははんだボール７の仮固定工程、すなわち加圧板８を振込プレート４の上方に配置し、その平坦な底面９ではんだボール７を加圧した状態を示す。加圧板８にはヒータなどの加熱手段１０が設けられており、はんだボール７を加圧すると同時に加熱する。加熱温度は、はんだ融点以下の温度であり、例えば１００℃〜１５０℃に設定されている。加圧力は、常温でははんだボール７が変形しない圧力で、かつ基板１に損傷を与えない圧力であり、はんだボール（直径１．０ｍｍ，材質ＳｎＡｇＣｕ）１個当たり１〜２Ｎ程度に設定されている。加圧力と熱とによりはんだボール７は変形し、電極２との接触面積が増加し、電極２とはんだボール７とが強く接合する。また、加圧板８の熱は、加圧板８からの輻射やはんだボール７を介してフラックス３に伝導されるため、フラックス３の溶剤が揮発し、フラックス３の粘着性が上昇する。つまり、塗布時（Ｂ参照）には粘性の低いフラックス３が、加熱によって粘着性が増加し、一種の接着剤として機能する。このようなはんだボール７の接合とフラックス３の粘着力とによって、はんだボール７は電極２上に安定に仮固定される。
なお、加圧板８の加圧力は、はんだボール７が常温では変形しない程度の低い圧力に設定されているため、はんだボール７が必要以上に大きく変形するのが防止される。そのため、はんだボール７の径が拡大して、はんだボール７が貫通穴５の内面に密着するのを防止できる。
【００２０】
（Ｆ）は加圧板８による加圧・加熱の後、振込プレート４を基板１から取り除いた状態を示す。（Ｅ）に示す仮固定処理により、電極２とはんだボール７とが広い面積で接触し、かつフラックス３の粘着力の増大により強く密着しているので、振込プレート４の取り外し時にはんだボール７が位置ずれしたり、脱落することがない。
（Ｇ）は仮固定されたはんだボール７に対してリフロー処理を行い、はんだボール７を溶融させて電極２上にはんだバンプ７ａを形成した状態を示す。リフロー温度は、例えば２３０〜２５０℃である。
その後、必要に応じて基板１の洗浄や切断を実施することで、バンプ付きの電子部品を得ることができる。
【００２１】
図２は加熱温度とフラックスによるはんだボールの密着強度との関係を示す図であり、図３は加熱温度とバンプ形成良品率とを示す図である。
図２から明らかなように、加熱温度が１００℃以下でははんだボールと電極との密着強度が０．５Ｎ以下になるため、１００℃以上に加熱するのがよい。
一方、図３から明らかなように、加熱温度を１００〜１５０℃とした場合に、バンプ形成良品率が１００％となり、１５０℃を越えると、はんだバンプを形成可能なはんだ濡れ性が低下してしまう。つまり、１５０℃はバンプ形成までフラックスの効力を残しておくための上限温度である。
以上のことから、フラックスによる密着力を確保しながら、かつはんだバンプ形成を良好に行うためには、１００〜１５０℃の温度範囲に加熱するのがよい。
【００２２】
上記実施例では、加圧板８の加熱温度を１００℃〜１５０℃としたが、組成の異なるフラックスやはんだペーストを用いる場合や、はんだボールの軟化程度を調整する場合には、加熱温度を他の温度範囲、例えば５０〜１５０℃としてもよい。
加圧板８を加熱する方法としては、実施例のようなヒータなどの加熱手段１０を用いる方法の他、加熱流体を加圧板の内部に流してもよいし、加圧板の背後から赤外線などを照射して加熱してもよい。その他、加熱方法は任意である。
加圧板８は、実施例のように平坦な底面を持つ平板に限るものではない。例えば、振込プレート４の貫通穴５に対応した多数の突出部や凹部を持つ加圧板であってもよい。突出部を持つ加圧板の場合には、はんだボール７が振込プレート４から突出している必要はない。つまり、振込プレート４の基板１からの表面高さがはんだボール７の直径より大きくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明にかかるバンプ形成方法の一例の工程図である。
【図２】加熱温度とフラックスによるはんだボールの密着強度との関係を示す図である。
【図３】加熱温度とバンプ形成良品率とを示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１            基板
２            電極
３            フラックス
４            治具（振込プレート）
５            貫通穴
７            はんだボール
７ａ          はんだバンプ
８            加圧板
【図１】
2005101242.tif 000003
【図２】
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【図３】
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