(57)【要約】【課題】シリコンウエハや絶縁基板等の基板の電極部にはんだボールを正確に位置決めして搭載し、高精度のはんだバンプを形成する。【解決手段】基板の表面に相互間隔をおいて並べられた複数の電極部の上にはんだバンプを形成する方法であって、基板の電極の相互間隔に対応して複数の凹部を形成した位置決め板の各凹部内にはんだボールを配置するはんだボール配列工程と、外周面が粘着面に形成された転写ロールを位置決め板の表面で転がしながら凹部内のはんだボールを粘着面に接着させ、その後、基板の電極部表面に粘着材を設けておき、転写ロールを基板の上で転動させることにより粘着面に接着させたはんだボールを基板の粘着材に接触させて電極部に接着するはんだボール移載工程と、基板の電極部上に接着されたはんだボールを加熱溶融させてはんだバンプを形成する熱処理工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に相互間隔をおいて並べられた複数の電極部の上にはんだバンプを形成する方法であって、前記基板の前記電極部の相互間隔に対応して複数の凹部を形成した位置決め板の各凹部内にはんだボールを配置するはんだボール配列工程と、外周面が粘着面に形成された転写ロールを前記位置決め板の表面で転動しながら前記凹部内のはんだボールを前記粘着面に接着させ、その後、前記基板の前記電極部表面に粘着材を設けておき、前記転写ロールを前記基板の上で転動させることにより前記粘着面に接着させたはんだボールを前記基板の前記粘着材に接触させて前記電極部に接着するはんだボール移載工程と、前記基板の電極部上のはんだボールを加熱溶融させてはんだバンプを形成する熱処理工程と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】
前記はんだボール移載工程は、前記位置決め板の前記凹部と前記基板の前記電極部とが列をなすように前記位置決め板と前記基板とを並べた状態としておき、前記転写ロールを前記位置決め板から前記基板に連続して転動させることを特徴とする請求項１記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項３】
前記はんだボール配列工程は、さらに、前記位置決め板の各凹部の内表面をはんだペーストに対する濡れ性の高い材料により形成しておき、各凹部内にはんだペーストを充填するはんだペースト印刷工程と、前記凹部内のはんだペーストを加熱してはんだボールを形成するはんだボール形成工程とを有することを特徴とする請求項１又は２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、半導体デバイスをフリップチップ実装等により基板に接続するために用いられるはんだバンプを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高密度実装法としてフリップチップ実装が注目されており、多数のはんだバンプを半導体チップのウエハや基板に形成された金属製の電極パッド上に形成しておき、基板の上に半導体チップを搭載した後、加熱することによりはんだバンプを溶融して接合することが行われている。
このフリップチップ実装におけるはんだバンプは、メッキ法、ステンシルマスク法・ドライフィルム法などの印刷法、ボールマウント法、蒸着法などによってウエハや基板上に供給されたはんだを溶融（リフロー）することにより形成される。この場合、はんだに含まれる溶剤が溶融時にガス化してバンプ中にボイドとなって残留すると、接合強度等の低下を生じるため、ボイドの少ないはんだバンプが求められている。
この観点では、ボールマウント法の場合、はんだボールが電極パッドに点で接触し、溶融することで電極パッド上に徐々に広がっていくので、ボイドが少ないと言われている。
【０００３】
特許文献１には、容器内に収容した導電性ボール（はんだボール）をボール配列板を用いて吸引配列した後、ウエハ上の電極部に導電性ボールを搭載する装置が開示されている。配列板には、半導体チップ上のバンプ形成位置に対応した全ての位置に吸引孔が形成されており、各吸引孔に１個ずつ導電性ボールを吸引することにより配列させた後、これらを一括して電極部に搭載するものである。この場合、導電性ボールは、別途、アトマイズ法、液中滴下法等により製造されたものが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２８１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、配列板に反り等が生じていると、配列板に保持された導電性ボールと電極との正確な位置決めが難しく、導電性ボールが電極部に搭載されないミッシングボールが発生するおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、シリコンウエハや絶縁基板等の基板の電極部にはんだボールを正確に位置決めして搭載し、高精度のはんだバンプを形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のはんだバンプ形成方法は、基板の表面に相互間隔をおいて並べられた複数の電極部の上にはんだバンプを形成する方法であって、前記基板の前記電極部の相互間隔に対応して複数の凹部を形成した位置決め板の各凹部内にはんだボールを配置するはんだボール配列工程と、外周面が粘着面に形成された転写ロールを前記位置決め板の表面で転動しながら前記凹部内のはんだボールを前記粘着面に接着させ、その後、前記基板の前記電極部表面に粘着材を設けておき、前記転写ロールを前記基板の上で転動させることにより前記粘着面に接着させたはんだボールを前記基板の前記粘着材に接触させて前記電極部に接着するはんだボール移載工程と、前記基板の電極部上のはんだボールを加熱溶融させてはんだバンプを形成する熱処理工程とを有する。
【０００８】
このはんだバンプ形成方法においては、位置決め板の各凹部にはんだボールを配置しておき、その位置決め板の上で転写ロールを転動しながら外周面にはんだボールを接着させ、そのはんだボールを接着した転写ロールを基板の上で転動させることにより、基板の電極部にはんだボールを移しかえるものである。
位置決め板は凹部を有する構造であるため、特許文献１の配列板のような一枚の板に比べて曲げ剛性が高く、したがって、基板の電極部に対応して形成した凹部の位置変化が少ない。また、転写ロールは、位置決め板の各凹部のピッチに相当するピッチではんだボールを外周面に接着し、そのピッチを維持したまま基板に移しかえることができる。しかも、転写ロールとはんだボールとは点で接着するから、接着時等に位置ずれが生じることもない。したがって、位置決め板の凹部のピッチのまま基板の電極部上にはんだボールを正確に配置することができる。
もちろん、電極部に一点で接触したはんだボールを溶融させてはんだバンプを形成するので、ボイドの少ないはんだバンプを得ることができる。
【０００９】
本発明のはんだバンプ形成方法において、前記はんだボール移載工程は、前記位置決め板の前記凹部と前記基板の前記電極とが列をなすように前記位置決め板と前記基板とを並べた状態としておき、前記転写ロールを前記位置決め板から前記基板に連続して転動させるとよい。
この場合、位置決め板と基板とを並べておき、転写ロールを位置決め板から基板に連続して転動させることにより、位置決め板の上で製造したはんだボールをそのまま転写ロールで電極部に移しかえることができ、はんだボールの製造から電極部上への搭載、及びはんだバンプの形成までの一連の作業を連続して行うことができるとともに、はんだボールの取り扱いによる変形等を生じさせることが少なく、高精度で均一なはんだバンプを生産性良く形成することができる。
【００１０】
本発明のはんだバンプ形成方法において、前記はんだボール配列工程は、さらに、前記位置決め板の各凹部の内表面をはんだペーストに対する濡れ性の低い材料により形成しておき、各凹部内にはんだペーストを充填するはんだペースト印刷工程と、前記凹部内のはんだペーストを加熱してはんだボールを形成するはんだボール形成工程とを有するとよい。
【００１１】
はんだボールは、一般にアトマイズ法や液中滴下法等により行われるが、その外径にばらつきが生じ易い。本発明のはんだバンプ形成方法では、位置決め板の凹部内ではんだボールを形成しているので、その凹部に対応したはんだボールを得ることができ、凹部の容積、表面状態を揃えておくことにより、均一なはんだボールを製造することができ、歩留まりが良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のはんだバンプ形成方法によれば、基板の電極部にはんだボールを正確に位置決めして搭載することができ、高精度のはんだバンプを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るはんだバンプ形成方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図２】図１のはんだバンプ形成方法のうち、ペースト印刷工程、はんだボール形成工程、はんだボール移載工程ごとの変化を示す断面図である。
【図３】図１のはんだバンプ形成方法のうち、熱処理工程における変化を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るはんだバンプ形成方法の実施形態について説明する。
図３（ｂ）は本発明の方法が適用されるはんだバンプを示しており、基板１の電極部（電極パッド）２の上にはんだバンプ３が形成されている。
基板１は、シリコンウエハ又は樹脂絶縁基板等からなり、表面に回路層、絶縁層等が形成されるものであり、図３（ｂ）では、基板１の表面に電極部２が積層され、この電極部２の周囲の基板１の表面に絶縁層５が形成されている。
電極部２は銅又は銅合金を用いるのが好適であるが、ニッケル又はニッケル合金を用いてもよい。また、はんだバンプ３となるはんだの材料としては、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｐｂ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金等、Ｓｎと添加成分からなるＳｎ系合金が好適である。
【００１５】
次に、このように構成されたはんだバンプ３を基板１の上に形成する方法について説明する。
このはんだバンプ形成方法においては、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような位置決め板１１が用いられる。この位置決め板１１は、ベース板１２の上に複数の凹部１３を有するマスク体１４が一体に形成されたものである。これらベース板１２及びマスク板１４は、はんだ材に対して濡れ性の低い（はんだ材をはじき易い）材料、例えば有機材料、セラミックス等によって形成されている。
また、マスク体１４に形成される各凹部１３は、はんだバンプ３が形成されるべき基板１の各電極部２の配置に対応した位置に形成されており、その凹部１３の内径は、対応する電極部２の外径（又は幅）よりも若干大きい寸法に設定される。
【００１６】
この場合、凹部１３の内径は、基板１の電極部２上に形成すべきはんだバンプ３の大きさ、外径によって設定される。基板１の電極部２が、同じ大きさで一定の相互間隔で配置されている場合は、位置決め板１１の凹部１３もすべて同じ内径（容積）で電極部２と同じ相互間隔で配置されるが、電極部２の大きさが部位によって異なる場合は、この電極部２の配置に対応した配置で位置決め板１１の凹部１３の容積も異なるように設定される。
【００１７】
そして、この位置決め板１１を用いて、図１のフローチャートに示すように、位置決め板１１の各凹部１３内にはんだペースト１５を充填するはんだペースト印刷工程、凹部内１３のはんだペースト１５を加熱してはんだボール１６を形成するはんだボール形成工程、位置決め板１１の凹部１３内のはんだボール１６を基板１の電極部２に搭載するはんだボール移載工程、基板１の電極部２上のはんだボール１６を加熱してはんだバンプ３を形成する熱処理工程、洗浄工程を経て、基板１の電極部２上にはんだバンプ３が形成される。
以下、工程順に説明する。
【００１８】
（はんだペースト印刷工程）
図２（ａ）に示すように、位置決め板１１の上にスクリーン印刷によりスキージ２１を用いてはんだペースト１５を塗布して凹部１３内にはんだペースト１５を充填する。このはんだペースト１５は、はんだ粉末とフラックスとを混合したものであり、はんだ粉末の平均粒径は例えば０．１μｍ以上１０μｍ以下とされる。また、フラックスとしては、ロジン等の樹脂分、活性剤、チクソ剤、溶剤を含有しており、ハロゲンフリータイプ、活性（ＲＡ）タイプ、弱活性（ＲＭＡ）タイプ、水溶性タイプ、低残渣・無残渣タイプ等のものを用いることができる。
はんだ粉末とフラックスとの混合比率は、例えば、フラックスが７５体積％以上９３体積％以下となるように設定される。
【００１９】
はんだペースト１５は位置決め板１１の凹部１３内に満充填され、各凹部１３の容積は、前述したように、対応する基板１の電極部２の大きさに応じて設定されているので、その電極部２の大きさに応じた量のはんだペースト１５が凹部１３内に設けられる。電極部２の大きさがすべて同じであれば、各凹部１３のはんだペースト１５もすべて同じ一定量になる。
【００２０】
（はんだボール形成工程）
位置決め板１１の凹部１３内に充填されたはんだペースト１５を窒素雰囲気あるいは低酸素雰囲気または還元雰囲気中で、例えば１８０℃〜３５０℃の温度で加熱して溶融させることにより、図２（ｂ）に示すようにはんだボール１６を形成する。
位置決め板１１を構成しているベース板１２及びマスク体１４は、はんだ材に対して濡れ難い材料によって形成されているので、加熱によりはんだペースト１５が溶融して凹部１３の内表面に接触すると、その低いはんだ濡れ性によってはじかれ、はんだ材の表面張力によって丸くなり、はんだボール１６が形成される。
【００２１】
（はんだボール移載工程）
このはんだボール移載工程は、位置決め板１１の凹部１３内に収容されている各はんだボール１６を対応する基板１の各電極部２に移しかえる工程である。
その移しかえの治具として転写ロール２２が用いられる。この転写ロール２２は、外周面２２ａが粘着面に形成されており、その外周面（粘着面）２２ａにはんだボール１６を接着することができる。
一方、基板１の電極部２の上には、転写ロール２２の粘着面の粘着力より強い粘着力を有する粘着材２３が設けられる。例えば、転写ロール２２の粘着面２２ａは、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等により構成され、電極部２上の粘着材２３としては、アクリル樹脂系、酢酸ビニル樹脂系、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂系、スチレン・ブタジエンゴム系、ニトリルゴム系、塩化ビニル樹脂系、クロロプレンゴム系、ウレタン樹脂系等の粘・接着材料等が用いられる。
【００２２】
そして、位置決め板１１と基板１とを、凹部１３と対応する電極部２とが列をなすように並べた状態に配置し、位置決め板１１の端部上に、軸方向を凹部１３と電極部２との列に直交する方向に配置して転写ロール２２を接触する。この転写ロール２２を位置決め板１１の上で転動していくと、図２（ｃ）に示すように、各凹部１３内に収容されているはんだボール１６が転写ロール２２の外周面（粘着面）２２ａに接着され、転写ロール２２の転動に伴い、凹部１３から取り出される。前述したように、はんだボール１６の上面は凹部１３の開口端より突出しているので、転写ロール２２の外周面２２ａに確実に接着される。
また、凹部１３が縦横にマトリックス状に（行列をなして）配置される場合、転写ロール２２は、その転動方向と直交する方向には線状に位置決め板１１に接触し、その接触位置が転動に伴って転動方向に順次変化していくので、各凹部１３内のはんだボール１６を残すことなく確実に接着することができる。
【００２３】
前述した特許文献１のような平板状の配列板の場合であると、配列板に反り等が生じていると、縦横に並んだ凹部内のはんだボールのすべてに均等に接触することが難しく、したがって、はんだボールの取り残しが生じるおそれがあるが、本実施形態の転写ロール２２を用いれば、すべての凹部１３内のはんだボール１６を確実に接着して取り出すことができる。
そして、転写ロール２２は、位置決め板１１の上から基板１の上に移動し、基板１上を転動する。このとき、各電極部２上には転写ロール２２の粘着面より粘着力の高い粘着材２３が設けられているので、図２（ｄ）に示すように、電極部２に接触したはんだボール１６は電極部２に接着され、転写ロール２２から移しかえられる。転写ロール２２の外周面２２ａには、基板１の電極部２の配置に対してミラー配置で凹部１３を形成した位置決め板１１の凹部１３からはんだボール１６を接着しているので、基板１の上を転動することにより、はんだボール１６を対応する電極部２に確実に移載することができる。
この場合、転写ロール２２は、その外周面２２ａの特定の基準位置と位置決め板１１の最初の凹部１３との間で位置決めされた状態で転動を開始し、基板１に対しても、その基準位置と最初の電極部２との間で位置決めされた状態で転動を開始することにより、すべての凹部１３内のはんだボール１６を基板１の対応する電極部２に搭載することができる。
【００２４】
（熱処理工程）
図３（ａ）に示すように基板１の各電極部２にはんだボール１６を載置した後、そのはんだボール１６をはんだの融点以上に加熱することにより溶融する。この熱処理工程は、窒素雰囲気あるいは低酸素雰囲気または還元雰囲気中ではんだペーストに用いられているはんだの融点（液相線温度）より３０℃〜５０℃高い温度にて加熱する。
この熱処理により、図３（ｂ）に示すように、溶融したはんだは電極部２上で表面張力によってはんだバンプ３を形成する。電極部２上に形成しておいた粘着材２３は、このときの温度によって分解して消失する。
また、はんだボール１６は、その下端の一点で電極部２に接触していたので、溶融して電極部２上に濡れ広がる場合に、その一点から半径方向外方に向かって広がっていく。このため、電極部２との界面にボイドが残存することが防止される。
【００２５】
（洗浄工程）
その後、冷却して電極部２の上のはんだバンプ３を固化させた後、洗浄してフラックス残渣等を除去することにより、電極部２の上にはんだバンプ３が形成された基板１が得られる。
【００２６】
このようにして形成されたはんだバンプ３は、前述したように、電極部２の大きさに対応した位置決め板１１の凹部１３内に充填されたはんだペースト１５によって形成されたものであり、電極部２に対して適切な量で形成される。また、位置決め板１１の凹部１３と基板１の電極部２とは各々対応した位置に設けられていたとともに、これらの上を転写ロール２２が転動しながらはんだボール１６を移しかえているので、各電極部２の正確な位置にはんだボール１６が載置される。
【００２７】
したがって、得られたはんだバンプ３は、正確な量で正確な位置に形成することができ、また、ミッシングバンプも発生せず、高い生産性で形成することができる。この場合、電極部２への接触がはんだボール１６の下端の一点から始まり、その接触部分をはんだボール１６の半径方向に広げながらはんだバンプ３が形成される。このため、はんだボール１６と電極部２との間では、ボイドの原因となるガス化成分が、はんだボール１６と電極部２との接触部分が半径方向に広がるにつれて半径方向外方に押し出され、このため、はんだバンプ３と電極部２との間に閉じ込められることが少なく、ボイドの発生を確実に防止することができる。
したがって、フリップチップ実装の接合信頼性の高いはんだバンプ３を得ることができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、実施形態では、位置決め板上にはんだペーストを塗布して、凹部内のはんだペーストを溶融することにより、はんだボールを形成したが、アトマイズ法や液中滴下法等の周知の方法により形成したはんだボールを位置決め板の凹部に収容しておく方法とし、そのはんだボールに対して上記のボール搭載工程、熱処理工程等を経てはんだバンプを形成してもよい。本発明においては、前述した実施形態のようにはんだペースト印刷工程、はんだボール形成工程を経て位置決め板の凹部にはんだボールを配置する場合、及び、別途形成したはんだボールを位置決め板の凹部に収容した状態とする場合の両方を含めて、はんだボール配列工程と称す。
また、はんだボール移載工程では、位置決め板と基板とを並べておいて、これらの上を連続して転写ロールが転動して位置決め板から基板へはんだボールを移載するようにしたが、位置決め板から転写ロールにはんだボールを接着した後、別途、基板と転写ロールとを位置決めした後に転写ロールを転動させてはんだボールを基板に搭載するようにすることも可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  基板
２  電極部
３  はんだバンプ
５  絶縁層
１１  位置決め板
１２  ベース
１３  凹部
１４  マスク体
１５  はんだペースト
１６  はんだボール
２２  転写ロール
２２ａ  外周面（粘着面）
２３  粘着材
【図１】
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【図２】
2017157626.tif 000004
【図３】
2017157626.tif 000005