(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号に基づき圧力を発生する圧電素子および、前記圧電素子からの前記圧力を溶融半田に伝達するダイアフラムからなる加圧機構と、
前記加圧機構からの前記圧力により前記溶融半田が吐出する吐出口を有するノズルと、
を備えるバンプ形成装置であって、
前記ダイアフラムが、前記溶融半田と接する面に第１の層を備え、
前記第１の層の材料が、前記ダイアフラムの材料よりも前記溶融半田に拡散しやすい物質であり、
前記ダイアフラムの材料が、少なくともＦｅを含有する合金であり、
前記第１の層の材料が、少なくともＳｎを含有する合金であり、
当該バンプ形成装置が、前記第１の層と前記ダイアフラムとの間に第２の層をさらに有し、
前記第２の層が、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉのうちいずれかを材料とする１つ以上の層により形成される
ことを特徴とするバンプ形成装置。
【請求項２】
電気信号に基づき圧力を発生する圧電素子および、前記圧電素子からの前記圧力を溶融半田に伝達するダイアフラムからなる加圧機構と、
前記加圧機構からの前記圧力により前記溶融半田が吐出する吐出口を有するノズルと、
を備えるバンプ形成装置であって、
前記ノズルが、前記溶融半田と接する面に第１の層を備え、
前記第１の層の材料が、前記ノズルの材料よりも前記溶融半田に拡散しやすい物質であり、
前記ノズルの材料が、少なくともＦｅを含有する合金であり、
前記第１の層の材料が、少なくともＳｎを含有する合金であり、
当該バンプ形成装置が、前記第１の層と前記ノズルとの間に第２の層をさらに有し、
前記第２の層が、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉのうちいずれかを材料とする１つ以上の層により形成される
ことを特徴とするバンプ形成装置。
【請求項３】
電気信号に基づき圧力を発生する圧電素子および、前記圧電素子からの前記圧力を溶融半田に伝達するダイアフラムからなる加圧機構と、
前記加圧機構からの前記圧力により前記溶融半田が吐出する吐出口を有するノズルと、
を備えるバンプ形成装置であって、
前記ダイアフラムが、前記溶融半田と接する面に第１の層を備え、
前記第１の層の材料が、前記ダイアフラムの材料よりも前記溶融半田に拡散しやすい物質であり、
前記ノズルが、前記溶融半田と接する面に第２の層を備え、
前記第２の層の材料が、前記ノズルの材料よりも前記溶融半田に拡散しやすい物質であり、
前記ダイアフラムおよび前記ノズルの材料が、少なくともＦｅを含有する合金であり、
前記第１の層および前記第２の層の材料が、少なくともＳｎを含有する合金であり、
当該バンプ形成装置は、前記第１の層と前記ダイアフラムとの間および前記第２の層と前記ノズルとの間の少なくとも片方に第３の層をさらに有し、
前記第３の層が、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉのうちいずれかを材料とする１つ以上の層により形成される
ことを特徴とするバンプ形成装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載のバンプ形成装置であって、
前記第１の層の材質の融点が、前記溶融半田の融点よりも高い、
ことを特徴とするバンプ形成装置。
【請求項５】
請求項３記載のバンプ形成装置であって、
前記第１の層および前記第２の層の材質の融点が、前記溶融半田の融点よりも高い、
ことを特徴とするバンプ形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ等に半田バンプを形成するバンプ形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクを紙に吐出して印刷を行うインクジェットプリンタが広く使用されている。一方、そのインクジェットプリンタがインクを吐出する原理は、半導体チップ等に半田バンプを形成するバンプ形成装置にも応用されている。インクジェットプリンタがインクを吐出する原理を用いて半田バンプ形成装置が半田を吐出し、半導体チップ等に半田バンプを形成する方法は、ソルダーインジェクション法と呼ばれている。
【０００３】
このソルダーインジェクション法で半田バンプを形成する半田バンプ形成方法の例が、例えば特開平１１−２７４２０４号公報、特開平３−１３８９４２号公報、特開昭６２−２５７７５０号公報、特開平３−６００３６号公報等において開示されている。
【０００４】
図２は従来のソルダーインジェクション法を用いたバンプ形成装置の構成を説明するための断面図である。この図において、１はバンプ材となる溶融半田、２は溶融半田１を収納するタンク、３はタンク２から溶融半田１を流出させるための流出口、４はキャビティである。５はキャビティ４に溶融半田１が流れ込むための流入口であり、流入口５とタンク２の流出口３とは配管６により連結されている。また、７は電気信号に基づきキャビティ４内の溶融半田１に圧力を加える加圧機構、８は加圧機構７からの圧力により溶融半田１が吐出される吐出口９を備えるノズル、１０はタンク２、配管６、キャビティ４、およびその内部の溶融半田１を過熱するためのヒータである。基本的にはバンプ形成装置は以上の要素によって構成される。
【０００５】
また、１１はバンプ形成装置によって形成される半田バンプ、１２はバンプ１１が形成されるチップ、１３は半田の溶融点以下の所定の温度にチップ１２を加熱するヒートステージを示している。
【０００６】
図３は従来のバンプ形成装置における加圧機構７の構成を説明するための概略図である。この図において、１４は電気信号に基づき圧力を発生する圧電素子である。１５は圧電素子１４からの圧力を溶融半田１に伝達するためのダイアフラムである。ダイアフラム１５は圧電素子１４からの圧力により変形し、そのダイアフラム１５の変形によって圧力が溶融半田１に伝達される。また、図２、図３からも分かるように、キャビティ４は基本的にノズル８とダイアフラムに１５よって形成されることとなる。
【０００７】
図２および図３で示したバンプ形成装置の動作について説明する。まず、タンク２内に蓄積された溶融半田１は、自重により、流出口３から配管６、及び流入口５を通ってキャビティ４内に流れ込み、キャビティ４内を充満する。このとき、ヒータ１０によって、タンク２、配管６、及びキャビティ４はそれぞれ昇温されており、同時にその内部に流れ込んだ溶融半田１も加熱されることとなる。
【０００８】
次に、半田を吐出するための電気信号が加圧機構７の圧電素子１４に入力される。圧電素子１４はその電気信号にダイアフラム１５を変形させ、溶融半田１に圧力を加える。この圧力により溶融半田１は吐出口９から適量所定方向へ吐出される。吐出口９から吐出された溶融半田１は、所定温度に設定されたヒートステージ１３上のチップ１２上の所定のバンプ形成箇所（例えば電極等）に到達し、バンプ１１となってチップ１２上に固着する。
【０００９】
以上のようにして、図２および図３で示したバンプ形成装置は、溶融半田１を吐出し、チップ１２上にバンプを形成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような従来のソルダーインジェクション法を用いたバンプ形成装置においては、キャビティ４を形成するノズル８およびダイアフラム１５として、インクジェットプリンタと同様にステンレス製のものが用いられていることが一般的であった。ステンレスは表面に丈夫なクロムの酸化膜が生成しており錆びにくいことが知られているが、この酸化膜によって溶融半田１に濡れにくいという性質がある。そのため、ステンレス製のノズル８およびダイアフラム１５によって形成されたキャビティの内壁、即ちノズル８とダイアフラム１５が溶融半田１と接する面において気泡が発生しやすい。溶融半田１とキャビティ４内壁との間に気泡を生じると、圧電素子１４からの圧力が溶融半田１に加わりにくくなって、特に装置稼動の初期に安定した溶融半田１の吐出が困難となる。
【００１１】
またステンレスに対して強力な還元剤であるフラックスを用いればステンレスに溶融半田が濡れることも知られているが、本構造のキャビティ４の内壁にフラックス等の還元剤を用いた場合、フラックスの溶媒が煮沸して、気泡生成を助長してしまうことから使用することはできない。
【００１２】
つまり、ソルダーインジェクション法を用いたバンプ形成装置において、高い初期吐出安定性を得るためには、ノズル８およびダイアフラム１５を構成する材料として、溶融半田１とキャビティ４の内壁との間に気泡を生成しない程度に溶融半田１に対して濡れる性質を有する材料が使用されることが望ましい。
【００１３】
しかし逆にニッケル、銅等の溶融半田１に対して濡れが良好な材料をノズル８およびダイアフラム１５に適用した場合には、溶融半田１内へノズル８およびダイアフラム１５の材料である銅やニッケルが比較的短時間で多量にしかも不均一に拡散し、ノズル８およびダイアフラム１５が変形してしまう。それにより、吐出孔９の形状の変形や、径の拡大が生じ、圧電素子１４からの圧力が均一に溶融半田１に伝わらなくなり、吐出が不安定化する。また多量に銅やニッケルが等が溶融半田１に混入すると、溶融半田１の粘度等の物性は大きく変化し、それによって溶融半田１の吐出が不安定になる。この問題を解決するためには、吐出が不安定化するたびに圧電素子１４に加える電気信号の電圧印加パターン等の吐出パラメータを変更する必要があり、一定条件で長時間安定した吐出を保つことが困難であった。
【００１４】
つまり、ソルダーインジェクション法を用いたバンプ形成装置において、高い長期吐出安定性を得るためには、ノズル８およびダイアフラム１５を構成する材料として、溶融半田１に対して拡散しにくい性質を有する材料が使用されることが望ましい。
【００１５】
よって、初期吐出安定性と長期吐出安定性を両立させるためには、ノズル８およびダイアフラム１５が、溶融半田１に対する濡れやすい性質と、溶融半田１に対して拡散しにくい性質という、互いに相反する性質を兼ね備えることが求められる。しかし、これを満たす材料が存在しないために、ソルダーインジェクション法を用いたバンプ形成装置において、初期吐出安定性と長期吐出安定性を両立させることは困難であり、それによりチップ等に形成する半田バンプの歩留まりが低くなる等の問題が生じていた。
【００１６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ソルダーインジェクション法を用いたバンプ形成装置において、初期吐出安定性と長期吐出安定性の両方に優れるバンプ形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のバンプ形成装置は、電気信号に基づき圧力を発生する圧電素子および、前記圧電素子からの前記圧力を溶融半田に伝達するダイアフラムからなる加圧機構と、前記加圧機構からの前記圧力により前記溶融半田が吐出する吐出口を有するノズルと、を備えるバンプ形成装置であって、前記ダイアフラムが、前記溶融半田と接する面に第１の層を備え、前記第１の層の材料が、前記ダイアフラムの材料よりも前記溶融半田に拡散しやすい物質であり、前記ダイアフラムの材料が、少なくともＦｅを含有する合金であり、前記第１の層の材料が、少なくともＳｎを含有する合金であり、当該バンプ形成装置が、前記第１の層と前記ダイアフラムとの間に第２の層をさらに有し、前記第２の層が、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉのうちいずれかを材料とする１つ以上の層により形成されることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載のバンプ形成装置は、電気信号に基づき圧力を発生する圧電素子および、前記圧電素子からの前記圧力を溶融半田に伝達するダイアフラムからなる加圧機構と、前記加圧機構からの前記圧力により前記溶融半田が吐出する吐出口を有するノズルと、を備えるバンプ形成装置であって、前記ノズルが、前記溶融半田と接する面に第１の層を備え、前記第１の層の材料が、前記ノズルの材料よりも前記溶融半田に拡散しやすい物質であり、前記ノズルの材料が、少なくともＦｅを含有する合金であり、前記第１の層の材料が、少なくともＳｎを含有する合金であり、当該バンプ形成装置が、前記第１の層と前記ノズルとの間に第２の層をさらに有し、前記第２の層が、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉのうちいずれかを材料とする１つ以上の層により形成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載のバンプ形成装置は、電気信号に基づき圧力を発生する圧電素子および、前記圧電素子からの前記圧力を溶融半田に伝達するダイアフラムからなる加圧機構と、前記加圧機構からの前記圧力により前記溶融半田が吐出する吐出口を有するノズルと、を備えるバンプ形成装置であって、前記ダイアフラムが、前記溶融半田と接する面に第１の層を備え、前記第１の層の材料が、前記ダイアフラムの材料よりも前記溶融半田に拡散しやすい物質であり、前記ノズルが、前記溶融半田と接する面に第２の層を備え、前記第２の層の材料が、前記ノズルの材料よりも前記溶融半田に拡散しやすい物質であり、前記ダイアフラムおよび前記ノズルの材料が、少なくともＦｅを含有する合金であり、前記第１の層および前記第２の層の材料が、少なくともＳｎを含有する合金であり、当該バンプ形成装置は、前記第１の層と前記ダイアフラムとの間および前記第２の層と前記ノズルとの間の少なくとも片方に第３の層をさらに有し、前記第３の層が、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉのうちいずれかを材料とする１つ以上の層により形成されることを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載のバンプ形成装置は、請求項１または請求項２記載のバンプ形成装置であって、前記第１の層の材質の融点が、前記溶融半田の融点よりも高いことを特徴とする。
【００２４】
請求項５に記載のバンプ形成装置は、請求項３記載のバンプ形成装置であって、前記第１の層および前記第２の層の材質の融点が、前記溶融半田の融点よりも高いことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るバンプ形成装置の吐出機構の構成を説明するための断面図である。この図において溶融半田１、ノズル８、圧電素子１４、ダイアフラム１５は、図２および図３においてそれらと同符号を付して示したものと同等の要素である。ただし、図１においては、ノズル８および、ダイアフラム１５は、例えばＦｅやステンレス等の少なくともＦｅを含有する合金により形成されており、さらに、溶融半田１と接する面においてそれぞれ符号１６、１７で示した層、即ち皮膜ａおよび皮膜ｂが形成される。この皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７は、例えばＳｎやＳｎ−Ｃｕ等の少なくともＳｎを含有する合金を材料とするものである。
【００２６】
なお、以下の説明において、図１に示したノズル８、圧電素子１４、ダイアフラム１５により形成される要素（皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７を含む）を説明の便宜上、バンプ形成装置の吐出機構と称する。
【００２７】
皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７に用いられる少なくともＳｎを含有する合金は、ノズル８およびダイアフラム１５を形成する少なくともＦｅを含有する合金に比べ、溶融半田１に拡散しやすい、即ち濡れやすい性質を有している。このように、予め溶融半田１に濡れやすい皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７を、比較的溶融半田１に濡れにくいノズル８およびダイアフラム１５に形成しておくことにより、還元剤を用いること無く、ノズル８およびダイアフラム１５と溶融半田１とを濡れやすくしている。それによりキャビティの内壁、即ちノズル８とダイアフラム１５が溶融半田１と接する面における気泡の発生を抑えることができ、バンプ形成装置の初期吐出安定性が向上される。
【００２８】
ところで、バンプ形成装置の稼動後は、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７は溶融半田１へと拡散することになる。上述したように、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７は、例えばＳｎやＳｎ−Ｃｕ等、少なくともＳｎを含む合金であるので、同じくＳｎを含む、例えばＳｎ−ＰｂやＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系等の汎用の溶融半田１とは物性が類似している。よって、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７材料は溶融半田１へ比較的短時間で拡散し、さらに溶融半田１の物性等の特性変化は小さくそれによる吐出の不安定化は伴わない。よって、特に製造後初めて装置を稼働させた場合の安定状態に達するまでの時間を非常に短くできるという効果が得られる。
【００２９】
なお、このとき皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７それぞれの厚さが厚すぎると、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７の溶融半田１への拡散に伴い、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７を含めたノズル８およびダイアフラム１５の変形が大きくなりすぎ、特に皮膜ａ１６の拡散によるノズル８の吐出口の径および形状の変化により、吐出が不安定になってしまう。よって、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７は薄い方が望ましい。
【００３０】
しかし、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７が薄すぎると、例えばめっきにおけるピット等による、ノズル８およびダイアフラム１５の皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７による被覆が不完全な個所が生じ、その部分でノズル８およびダイアフラム１５が酸化してしまい、ノズル８およびダイアフラム１５の溶融半田１との濡れ性が低下してしまう恐れがあるので注意が必要である。
【００３１】
さらに、実施の形態１に係る吐出機構のノズル８およびダイアフラム１５に用いられる、少なくともＦｅを含有する合金は、溶融半田１に拡散しにくい性質を有しているため、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７が溶融半田１へ拡散した装置の動作安定後において、ノズル８およびダイアフラム１５の材料の溶融半田１への拡散は抑えられ、よって、ノズル８およびダイアフラム１５の変形は抑えられる。従って、この吐出機構を備えたバンプ形成装置は一定条件で長時間安定した吐出が可能であり、つまり長期吐出安定性にも優れているといえる。
【００３２】
ここで、実施の形態１に係る吐出機構を試作してバンプ形成装置に組み込み吐出実験を行い、装置を稼動させた直後から吐出が安定するまでにかかった時間を、従来の吐出機構と比較して初期吐出安定性を評価した。
【００３３】
実施の形態１に係る図１の吐出機構（以下、吐出機構１Ａと称する）として、ノズル８およびダイアフラム１５はそれぞれステンレス（ＳＵＳ３０４）製であり、皮膜ａ１６、皮膜ｂ１７として２〜３μｍのＳｎを電解めっきで施したものを試作した。また、同じくノズル８およびダイアフラム１５がステンレス（ＳＵＳ３０４）製のあり、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７を有さないものを従来の吐出機構とした。
【００３４】
吐出実験においては、溶融半田１として６３Ｓｎ／３７Ｐｂ半田を用い、溶融半田１の温度を２００℃、吐出孔径を１００μｍ、吐出速度を１秒あたり１０バンプとした。
【００３５】
その結果、従来の吐出機構を用いたバンプ形成装置では、印加電圧パターンを調整しても吐出方向や吐出された半田バンプの大きさのばらつきが大きく、吐出動作が不安定のままであったが、吐出機構１Ａを用いたバンプ形成装置においては、従来の吐出機構よりもかなり短時間で吐出が安定化し、初期吐出安定性に優れることが確かめられた。
【００３６】
また、さらに連続吐出を行い、吐出機構１Ａの長期吐出安定性を評価したが、吐出機構１Ａは、長期吐出安定性においても優れていることが確かめられた。なお、従来の吐出機構は初期吐出自体が安定しないため、長期吐出安定性においても吐出機構１Ａに劣るといえる。
【００３７】
次に、ダイアフラム１５に皮膜ｂ１７を設けず、ノズル８にのみ皮膜ａ１６として２〜３μｍのＳｎを電解めっきで施した吐出機構（以下、吐出機構１Ｂと称する）を用いて同様の吐出実験を行った。その結果、吐出機構１Ｂは吐出機構１Ａとほぼ同等の初期吐出安定性および長期吐出安定性が得られ、従来の吐出機構と比較して初期吐出安定性および長期吐出安定性に優れていることが確認できた。
【００３８】
さらに、ノズル８に皮膜ａ１６を設けず、ダイアフラム１５にのみ皮膜ｂ１７として２〜３μｍのＳｎを電解めっきで施した吐出機構（吐出機構１Ｃ）についても同様の実験を行った。その結果、吐出機構１Ａや吐出機構１Ｂには及ばないが、従来の吐出機構と比較して初期吐出安定性および長期吐出安定性に優れることが確かめられた。
【００３９】
よって、図１に示した吐出機構において、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７のうちの片方のみを有する場合であっても、その吐出機構は従来の吐出機構に比較して初期吐出安定性および長期吐出安定性に優れているといえる。
【００４０】
さらにまた、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７として、Ｓｎめっきの代わりに９０Ｓｎ／１０Ｐｂ、Ｓｎ−５Ａｇ、Ｓｎ−３Ｃｕ、Ｓｎ−３Ｂｉ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７Ｃｕ等、溶融半田６３Ｓｎ／３７Ｐｂよりも融点の高いＳｎ基合金皮膜を施した構造についても上記吐出試験と同様の評価を行い、それらにおいて従来の吐出機構よりも優れた初期吐出安定性および長期吐出安定性が確かめられた。
【００４１】
さらに、ノズル８およびダイアフラム１５の材料としてもＳＵＳ３０４のみならず、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｎｉ等の鉄基合金を用いた吐出機構についても同様の評価を行い、それらにおいて従来の吐出機構よりも優れた初期吐出安定性および長期吐出安定性が確かめられた。
【００４２】
なお、実験吐出に用いた吐出機構において、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７を電解めっきとしたが、これらを例えば無電解めっき等、他の手法を用いた皮膜であっても同様の効果が得られることは、明らかである。
【００４３】
また、以上の説明においては、ノズル８およびダイアフラム１５の材料を少なくともＦｅを含む合金、また、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７の材料を少なくともＳｎを含む合金を例として示したが、ノズル８、ダイアフラム１５、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７の材料をこの組み合わせに限定するものではなく、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７の材料が、ノズル８およびダイアフラム１５の材料よりも溶融半田１に拡散しやすい物質であれば、同様の効果が得られることは明らかである。よって、例えばセラミックス製のノズル等を用いた吐出機構においても、溶融半田の吐出に関係する箇所に適用すれば同様の効果が得られることは容易に類推できる。
【００４４】
＜実施の形態２＞
実施の形態２においては、図１の皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７の材質として、融点が溶融半田１の融点よりも高いものが使用される。
【００４５】
皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７の表面に生じる酸化膜は、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７の溶融半田１との濡れ効果の低下を招く要因となる。図１において、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７の融点が溶融半田の融点よりも高い場合、装置加熱時における皮膜ａ１６、皮膜ｂ１７とノズル８、ダイアフラム１５との熱膨張率の違いによる熱応力により、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７の酸化膜が破れやすくなる。よって、流れてきた酸化膜の薄い溶融半田１に皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７が濡れやすくなる効果が得られる。よって、キャビティの内壁、即ちノズル８とダイアフラム１５が溶融半田１と接する面における気泡の発生をさらに抑えることができ、バンプ形成装置の初期吐出安定性がより向上される。
【００４６】
ここでも、実施の形態２に係る吐出機構を試作して吐出実験を行い、初期吐出安定性を評価した。この吐出実験においても吐出機構のノズル８およびダイアフラム１５はそれぞれステンレス（ＳＵＳ３０４）製のものを用い、溶融半田１として６３Ｓｎ／３７Ｐｂ半田を用いた。
【００４７】
そして、ノズル８およびダイアフラム１５のそれぞれに、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７として溶融半田６３Ｓｎ／３７Ｐｂの融点（１８３〜１８４℃）よりも高い融点と有する、電解９０Ｓｎ／１０Ｐｂ（融点２２０℃）めっきを２〜３μｍ施した吐出機構（吐出機構２Ａ）と、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７として溶融半田６３Ｓｎ／３７Ｐｂと同等の融点を有する、電解６０Ｓｎ／４０Ｐｂめっきを２〜３μｍ施した吐出機構（吐出機構２Ｂ）を試作し、吐出実験を行なった。
【００４８】
なお、吐出試験は溶融半田１の温度を２００℃、吐出孔径を１００μｍ、吐出速度を１秒あたり１０バンプとして行なった。
【００４９】
その結果、吐出機構２Ｂは、従来の吐出機構と比較して非常に優れた初期吐出安定性が得られたが、吐出機構２Ａには及ばなかった。つまり、吐出機構２Ａにおいては吐出機構２Ｂよりも更に優れた初期吐出安定性を得ることができた。
【００５０】
よって、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７の材質として、融点が溶融半田１の融点よりも高いものを使用することによって、キャビティの内壁、即ちノズル８とダイアフラム１５が溶融半田１と接する面における気泡の発生をさらに抑えることができ、バンプ形成装置の初期吐出安定性がより向上されることが確かめられた。
【００５１】
＜実施の形態３＞
本発明に係る吐出機構は、通常、ノズル８およびダイアフラム１５に皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７を形成した後、装置に組み込まれる。また吐出機構のキャビティを形成する工程において、ダイアフラムとノズルは例えばネジ止めにより固定される。このような過程において、吐出機構には必然的に応力が加わり、変形してしまう。このときノズル８と皮膜ａ１６間およびダイアフラム１５と皮膜ｂ１７間の密着強度が低いと、ノズル８およびダイアフラム１５から皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７が剥離し、ノズル８およびダイアフラム１５表面が酸化してしまうことが懸念される。ノズル８およびダイアフラム１５は表面が酸化すると、溶融半田１と濡れにくくなるため、バンプ形成装置の初期吐出安定性は低下してしまう。
【００５２】
そこで実施の形態３においては、少なくともＦｅを含む合金からなるダイアフラム１５およびノズル８と、少なくともＳｎを含む合金からなる皮膜１６、１７との間に、さらにＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉのうちいずれかを材料とする下地層を形成することにより、ノズル８およびダイアフラム１５と皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７間の密着強度を高める。
【００５３】
よって、組立工程における皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７の剥離を抑えることができ、バンプ形成装置の初期吐出安定性の低下を抑えることができる。
【００５４】
ただし、下地層を形成するＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等は、皮膜を形成するＳｎ合金に比べ、濡れ性が良いとはいえない。よって、下地層が厚すぎると、ダイアフラムおよびノズルと溶融半田１との濡れ性の低下につながる。さらに、それら下地層の材料が溶融半田内に多量に拡散すると、溶融半田の粘度や融点等の物性が変化してしまい、溶融半田の安定した吐出が困難になる。そのためにバンプ形成装置の初期吐出安定性は低下してしまう。よって、下地層の厚さはとしては、皮膜ａおよび皮膜ｂと比較して非常に薄いことが望ましい。
【００５５】
ここで、皮膜ａ１６とノズル８間および皮膜ｂ１７とダイアフラム１５間のそれぞれに下地層として、０．０５μｍ程度のフラッシュ電解Ｎｉめっきを施し、皮膜ａおよび皮膜ｂとして２〜３μｍの電解Ｓｎめっきを施した吐出機構（吐出機構３Ａ）を試作し、吐出試験を行った。その結果、実施の形態１に示した吐出機構１Ａと同等の効果が得られ、下地層が、初期吐出安定性に悪影響を及ぼしていないことが確かめられた。
【００５６】
また、皮膜ａ１６および皮膜ｂ１７の密着強度を評価するために、吐出機構３Ａに用いたノズルと吐出機構１Ａに用いたノズルとをそれぞれ１８０°曲げてから元に戻して、Ｓｎめっきの剥離状態を金属顕微鏡で観察を行った。その結果、吐出機構３Ａの方が吐出機構１Ａと比較してめっきの剥離が少なく、密着強度に優れることが確かめられた。
【００５７】
さらに、下地層として、上記フラッシュＮｉめっきの代わりに、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕをスパッタおよびめっき等に用いた構造についても同様に密着強度の評価を行ったが、それぞれにおいてＮｉの場合とほぼ同様の効果が得られた。
【００５８】
また、下地層を、これらＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉの元素から任意に２種以上を選定して多層構造としても、同様の効果が得られることは明らかである。
【００５９】
なお、本発明に係る吐出機構は、ノズル８、ダイアフラム１５、皮膜ａ１６、皮膜ｂ１７および下地層の材料としてＰｂを含まない材料を使用することで、環境を考慮して開発されたＰｂを含有していない、いわゆるＰｂフリー半田にも対応可能である。昨今、半田から放出されるα線によって、ソフトウェアの誤動作が懸念されているが、α線源になっているＰｂの放射性同位体、質量２１０のＰｂ含有量もこれによって減少することから、本吐出機構およびＰｂフリー半田を用いてチップに形成された半田バンプは耐環境性および能動素子の動作信頼性にも優れているといえる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載のバンプ形成装置によれば、ダイアフラムが、溶融半田と接する面に第１の層を備え、第１の層の材料が、ダイアフラムの材料よりも溶融半田に拡散しやすい物質であるので、ダイアフラムは溶融半田に濡れやすくなる。よって、ダイアフラムの溶融半田と接する面における気泡の発生を抑えることができ、バンプ形成装置の初期吐出安定性が向上される。
【００６１】
さらに、ダイアフラムは溶融半田に拡散しにくい性質を有しているため、装置の動作安定後の溶融半田へのダイアフラム材料の拡散は抑えられ、ダイアフラムの変形は抑えられる。従って、この吐出機構を備えたバンプ形成装置は一定条件で長時間安定した吐出が可能であり、長期吐出安定性にも優れている。
【００６２】
請求項２に記載のバンプ形成装置によれば、ノズルが、溶融半田と接する面に第１の層を備え、第１の層の材料が、ノズルの材料よりも溶融半田に拡散しやすい物質であるので、ノズルは溶融半田に濡れやすくなる。よって、ノズルの溶融半田と接する面における気泡の発生を抑えることができ、バンプ形成装置の初期吐出安定性が向上される。
【００６３】
さらに、ノズルは溶融半田に拡散しにくい性質を有しているため、装置の動作安定後の溶融半田へのノズル材料の拡散は抑えられ、ノズルの変形は抑えられる。従って、この吐出機構を備えたバンプ形成装置は一定条件で長時間安定した吐出が可能であり、長期吐出安定性にも優れている。
【００６４】
請求項３に記載のバンプ形成装置によれば、ダイアフラムが、溶融半田と接する面に第１の層を備え、第１の層の材料が、ダイアフラムの材料よりも溶融半田に拡散しやすい物質であり、ノズルが、溶融半田と接する面に第２の層を備え、第２の層の材料が、ノズルの材料よりも溶融半田に拡散しやすい物質であるので、ダイアフラムおよびノズルは溶融半田に濡れやすくなる。よって、ダイアフラムおよびノズルの溶融半田と接する面における気泡の発生を抑えることができ、バンプ形成装置の初期吐出安定性が向上される。
【００６５】
さらに、ダイアフラムおよびノズルは溶融半田に拡散しにくい性質を有しているため、装置の動作安定後の溶融半田へのダイアフラムおよびノズル材料の拡散は抑えられ、ダイアフラムおよびノズルの変形は抑えられる。従って、この吐出機構を備えたバンプ形成装置は一定条件で長時間安定した吐出が可能であり、長期吐出安定性にも優れている。
【００６６】
また請求項１に記載のバンプ形成装置において、ダイアフラムの材料が、少なくともＦｅを含有する合金であり、第１の層の材料が、少なくともＳｎを含有する合金であるので、ダイアフラムは溶融半田に濡れやすくなる。よって、ダイアフラムの溶融半田と接する面における気泡の発生を抑えることができ、バンプ形成装置の初期吐出安定性が向上される。
【００６７】
また、第１の層の材料が、少なくともＳｎを含有する合金であり、例えばＳｎ−ＰｂやＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系等の汎用の溶融半田とは物性が類似しているので、第１の層の材料は溶融半田へ比較的短時間で拡散し、さらに溶融半田の物性等の特性変化は小さく、それによる吐出の不安定化は伴わない。よって、特に製造後初めて装置を稼働させた場合の安定状態に達するまでの時間を非常に短くできる。
【００６８】
さらに、第１の層とダイアフラムとの間に第２の層を有し、第２の層が、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉのうちいずれかを材料とする１つ以上の層により形成されるので、第１の層とダイアフラム間の密着強度は高くなる。
【００６９】
また請求項２に記載のバンプ形成装置において、ノズルの材料が、少なくともＦｅを含有する合金であり、第１の層の材料が、少なくともＳｎを含有する合金であるので、ノズルは溶融半田に濡れやすくなる。よって、ノズルの溶融半田と接する面における気泡の発生を抑えることができ、バンプ形成装置の初期吐出安定性が向上される。
【００７０】
また、第１の層の材料が、少なくともＳｎを含有する合金であり、例えばＳｎ−ＰｂやＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系等の汎用の溶融半田とは物性が類似しているので、第１の層の材料は溶融半田へ比較的短時間で拡散し、さらに溶融半田の物性等の特性変化は小さく、それによる吐出の不安定化は伴わない。よって、特に製造後初めて装置を稼働させた場合の安定状態に達するまでの時間を非常に短くできる。
【００７１】
さらに、第１の層とノズルとの間に第２の層を有し、第２の層が、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉのうちいずれかを材料とする１つ以上の層により形成されるので、第１の層とノズル間の密着強度は高くなる。
【００７２】
また請求項３に記載のバンプ形成装置において、ダイアフラムおよびノズルの材料が、少なくともＦｅを含有する合金であり、第１の層および第２の層の材料が、少なくともＳｎを含有する合金であるので、ダイアフラムおよびノズルは溶融半田に濡れやすくなる。よって、ダイアフラムおよびノズルの溶融半田と接する面における気泡の発生を抑えることができ、バンプ形成装置の初期吐出安定性が向上される。
【００７３】
また、第１および第２の層の材料が、少なくともＳｎを含有する合金であり、例えばＳｎ−ＰｂやＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系等の汎用の溶融半田とは物性が類似しているので、第１および第２の層の材料は溶融半田へ比較的短時間で拡散し、さらに溶融半田の物性等の特性変化は小さく、それによる吐出の不安定化は伴わない。よって、特に製造後初めて装置を稼働させた場合の安定状態に達するまでの時間を非常に短くできる。
【００７５】
さらに、第１の層とダイアフラムとの間および第２の層とノズルとの間の少なくとも片方に、さらに第３の層を有し、第３の層が、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉのうちいずれかを材料とする１つ以上の層により形成されるので、第１の層とダイアフラム間および第２の層とノズル間の密着強度は高くなる。
【００７６】
よって、装置の組立工程においてダイアフラムおよびノズルに応力が加わり、変形した場合においても、ダイアフラムおよびノズルの溶融半田と接する面に設けられた各層の剥離を抑えられる。よって、ノズルおよびダイアフラム表面の酸化を抑えることができ、バンプ形成装置の初期吐出安定性の低下を抑えることができる。
【００７７】
請求項４および請求項５に記載のバンプ形成装置によれば、ダイアフラムおよびノズルの溶融半田と接する面に設けられた各層の材質の融点が、溶融半田の融点よりも高いので、装置加熱時におけるダイアフラム間およびノズルとそれら各層との間の熱膨張率の違いによる熱応力により、それら各層の表面に形成された酸化膜が破れやすくなる。よって、上記各層が溶融半田に濡れやすくなり、ダイアフラムおよびノズルは溶融半田にさらに濡れやすくなる。よって、ダイアフラムおよびノズルの溶融半田と接する面における気泡の発生をさらに抑えることができ、バンプ形成装置の初期吐出安定性が向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１に係るバンプ形成装置の吐出機構の構成を説明するための断面図である。
【図２】  従来のソルダーインジェクション法を用いたバンプ形成装置の構成を説明するための断面図である。
【図３】  従来のバンプ形成装置における加圧機構の構成を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１  溶融半田、２  タンク、３  流出口、４  キャビティ、５  流入口、６  配管、７  加圧機構、８  ノズル、９  吐出口、１０  ヒータ、１１  バンプ、１２  チップ、１３  ヒートステージ、１４  圧電素子、１５  ダイアフラム、１６  皮膜ａ、１７  皮膜ｂ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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