(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の電極領域に接点メタライゼーションを選択的に形成する方法であり、
堆積空間を形成するテンプレートの開口が電極領域上に配置されるように、基板の表面を取り外し可能なテンプレートで覆う工程と、
堆積空間（１５）に接点メタライゼーション（１０）を形成するために、はんだ材料（１７）を溶融させる工程と
を含み、前記開口を形成するテンプレートの壁が、非湿潤性又は湿潤防止性を有しているところの方法において、
前記はんだ材料（１７）が、フラックスの代わりに使用されるポリアルコール（３２）の液面よりも下方において、溶融物の形態でテンプレート上に供給され、前記基板上の堆積空間（１５）に充填され、そして、
前記はんだ材料（３１）を堆積空間（１５）において凝固させるために、基板（１２）を冷却する
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面をテンプレートで覆われた基板上にはんだ材料の成形物（moulding）を選択的に形成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
テンプレートはんだ付けプロセスは、もともとは、ＳＭＤ（表面実装部）技術において使用される回路基板の製造に関連して知られている。この技術において使用されるテンプレートは、一方では、回路基板上の所望の箇所にはんだ堆積（deposit）を配置するように機能し、また他方では、はんだ堆積の形状に対応するように設計されたテンプレート開口を介して、はんだ堆積の形状を規定するように機能する。テンプレート開口によって形成された、テンプレートに関連する堆積空間に充填するために、はんだ材料をテンプレート表面にペースト状の形態で頻繁に塗布し、適切な移動装置（displacement device）によって堆積空間に充填する。はんだ材料を堆積空間に満たした後、テンプレートは取り除かれる。供給リード線を備えた適切な部品がまだペースト状であるはんだ堆積に挿入された後、回路基板上で電気的に導電性であると共に機械的に確実な部品の接続を確立するために、はんだ堆積が再溶融させられる。このプロセスにおいては、上述の電気的に導電性かつ機械的に確実な部品の接続が保証される限り、再溶融したはんだ堆積の形状は重要ではない。
【０００３】
主にＳＭＤ技術の分野において使用される上述のはんだ堆積とは対照的に、専門用語において“バンプ”として知られ、また、基板の電極領域に接続されたはんだ材料の成形物で形成される隆起接点メタライゼーションはスペーシング機能（spacing function）をなす。一般に電極領域を介した部品の直接接続のために機能するバンプは、部品表面の上方に突き出た隆起構造を示す。さらに、スペーシング機能の実現は、バンプが相当に堅固な構造であることを前提条件とする。したがって、はんだ堆積とは異なり、バンプは、再溶融状態を経てそれらを接合時に凝固させるのに対し、上述したように、はんだ堆積は、接合プロセスの後にのみ再溶融させられる。
【０００４】
上述のスペーシング機能のために、バンプ形成過程における成形プロセスはとくに重要と考えられる。バンプを成形するために、溶融状態においてはんだ材料に関係なく現れ、溶融はんだ材料の表面張力の結果として冷却後のはんだ材料が凝固する形状を規定する液体メニスカスを利用することが知られている。メニスカス形状を有するバンプを生成するための既知のプロセスによれば、はんだ材料は、湿らすべき電極領域に既に溶融した状態で適用される。これは、特に多くのある領域に渡って多数の電極領域が分布する場合には、コストを相当に増加させることがわかっている。
【０００５】
基板の電極領域にバンプを形成するための別の既知のプロセスによれば、ガルバニック析出プロセス又は化学析出プロセスが使用され、それは基板表面の電極領域の上にマスク開口を備えた回収不能なマスクを形成する必要がある。例えば、ガルバニック析出プロセスの場合、通常、フォトレジストによって形成されたマスクを基板表面に配置し、そのフォトレジストマスクは、電極領域にバンプを形成又は析出した後に取り去られ、そのために、使用できなくなる。従って、マスク又はテンプレートを使用する既知のプロセスの場合、接点メタライゼーションを設けるべき各基板毎に新しいテンプレート又はマスクを形成する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、基板上にはんだ材料の成形物を選択的に形成するための方法を提案することであり、その方法は、比較的容易にはんだ材料の成形物を選択的に形成することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１又は請求項２に記載の特徴を備えた方法によって達成される。
【０００８】
基板の電極領域上に接点メタライゼーションを選択的に形成するための請求項１に記載の本発明による方法によれば、堆積空間を形成するテンプレート開口が電極領域上に配置されるように基板表面をテンプレートによって覆い、続いて堆積空間にはんだ材料を充填する。その直後に、少なくともはんだ材料と接触する領域において非湿潤性又は湿潤防止性を有する壁を有するテンプレートによって形成された堆積空間に、溶融はんだ材料により接点メタライゼーションを形成する。
【０００９】
本発明の方法によれば、はんだ材料を電極領域に適用する過程でテンプレートを使用すること、及び、テンプレートが依然として基板表面上に配置されている時に堆積空間に充填されたはんだ材料を溶融させることによって、非常に広範な任意のコンシステンシーを有するはんだ材料を使用することができる。なぜなら、湿潤性の電極領域上の溶融はんだ材料による液体メニスカス形成の結果として、少なくとも、一方においてははんだ材料が電極領域に付着し、また他方においては接点メタライゼーションの寸法が安定するまでは、個々の電極領域に対するはんだ材料の配置がテンプレートによって規定されるからである。堆積空間において、はんだ材料と接触する領域を非湿潤性に形成することは、接点メタライゼーションがすでに溶融した状態において、あるいは、それが凝固した後にはじめて、接点メタライゼーションがテンプレートに付着することによって傷つけられる可能性なしに基板表面からテンプレートを確実に取り外すことを可能にする。
【００１０】
上述の析出プロセスにおいて使用される“回収できない”テンプレートとは対照的に、本発明の方法に使用されるテンプレートは、それが基板表面から取り外された後に、次の基板に接点メタライゼーションを選択形成するのに再使用できる。さらに、接点メタライゼーションを溶融させた後にテンプレートを取り外すことにより、例えばフォトレジストラッカーなどからなるテンプレートをエッチングプロセスその他の精巧な方法により事前に除去する必要なく、この方法、例えばフリップチッププロセスにより、接点メタライゼーションを有する基板を直接に接合することが可能である。はんだ材料との接触領域が湿潤防止性又は非湿潤性の表面を有する限り、テンプレートの材料に関して特に制約はない。また、これは接触領域における適切なコーティングにより実行することができる。硬質プラスチックは、可撓性フィルムと同様に原理的にテンプレート材料として適切である。さらに、半導体材料を使用することができ、例えば、特に異方性エッチングによる半導体の使用が可能である。
【００１１】
電極領域に接続され、ここでは接点メタライゼーションと呼ばれるはんだ材料の成形物を選択形成する上述の方法に加えて、位置合わせの補助して、はんだ材料が溶融している間にはんだ材料を基板表面に適用するためにテンプレートを使用する発想を、電極領域に接続されないはんだ材料の自由制御可能な成形物形成に利用することもできる。請求項２に記載される本発明のさらなる方法によれば、堆積空間を形成するテンプレート開口が非湿潤性を有する壁によって形成された堆積領域上に配置されるように基板表面をテンプレートで覆い、堆積空間にはんだ材料を充填する。続いて、少なくともはんだ材料と接触する領域において非湿潤性又は湿潤防止性を有する壁によって形成された堆積空間にはんだ材料の成形物を形成するために、はんだ材料を溶融させる。
【００１２】
請求項１の対象の代替法であるこの方法は、請求項１に記載の方法の場合には電極領域によって構成される湿潤性基板領域の代わりに、非湿潤性基板領域が提供される点が請求項１に記載のプロセスと異なるだけである。対応する方法で、はんだ材料が溶融している状態で得られる表面張力（メニスカス効果）を利用してはんだ材料の成形物を形成する過程で、両方のプロセスとも位置合わせの補助としてテンプレートを使用する。第１の方法の場合には、第２の方法と異なり、電極領域として設計された基板領域の湿潤性形成により、いわゆるバンプを形成するためにはんだ材料の成形物と電極領域との間が接続される。
【００１３】
上述の２つの異なるプロセスのどちらを選択するかに関係なく、はんだ材料は、ペースト状又は粒状の材料の形態で堆積空間に充填することが可能である。
【００１４】
また、はんだ材料が、液体有機媒体とその中に配合されたはんだ粒子とからなる混合物の形態を有するならば特に有益である。はんだ材料のこの種の組成は、特有の利益をもたらす。すなわち、一方では、液体有機媒体によって構成される還元性環境又は安定した不活性環境においてはんだ粒子が溶融するのを可能にする。また他方では、液体有機媒体の特有の湿潤性により、特にそれが例えばポリアルコール、とりわけここではグリセリンのような長鎖分子構造を備えた媒体に関する問題であれば、湿潤性基板表面の付着力が改善される。
【００１５】
溶融によってはんだ材料の成形物を形成する過程で最も簡単に還元性環境又は安定した不活性環境を生成する別の可能な方法は、溶融物の形態ではんだ材料を有機媒体の液面よりも下方においてテンプレート表面に供給し、それを堆積空間に充填することからなる。溶融したはんだ材料を堆積空間に充填するために、原理的には、堆積空間を充填するために基板が冷却されていれば好都合であることがわかっている。はんだ材料の性質に関係なく、堆積空間を充填するために、はんだ材料をテンプレート表面上に配置し、移動装置によって堆積空間に充填することが好都合であることがわかっている。移動装置は、堆積空間に均一に充填することを可能にする。
【００１６】
移動装置としてドクターナイフ又はローラーを使用することができる。これに関しては、ローラーが使用される場合はとくに良好かつ均一に堆積空間の充填が可能であることが実証されており、それは、実質的に、テンプレート表面上のローラー軸の縦方向運動と、ローラーの回転の結果としての、基板表面領域における縦方向運動とは反対の円周方向運動との組み合わせからなる回転運動によるものである。この手段により、ローラーの縦方向運動とは逆に、少なくとも部分的にローラーに付着するはんだ材料のエントレインメント効果が達成される。
【００１７】
テンプレートの堆積空間において既に溶融しているはんだ材料の成形物形状に影響を与えるために、はんだ材料の成形物の溶融前又ははんだ材料の溶融状態への転換後に、基板に対向配置されたテンプレート表面に成形物プレートを配置することができる。この手段により、例えば、はんだ材料の成形物上にただ単に平坦な領域を形成することも、また、はんだ材料の成形物の上側にプロファイル形状を与えることも可能である。例えばＶ字形とすることができるプロファイル形状は、例えば、はんだ材料の成形物に対するワイヤ導線の簡素化した相対的配置に使用することができる。これは、とくに、ワイヤ導線を接合する前にバンプ上にワイヤ導線を配置する場合に有益である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による様々なプロセスの実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は、以下で技術用語でバンプと呼ばれる隆起接点メタライゼーション１０（図３）を基板１２の電極領域１１に形成するためのプロセス変形を実行する際の初期段階を示す。基板１２は、例えば、チップ又はウェハとすることができる。原理的には、異なるプロセスの変形に基づいて説明される以下のプロセスは、任意の形態の基板上に任意に配置された電極領域の選択的はんだ付けに関するものであれば常に適用できる。
【００２０】
図１に示される初期段階において、テンプレート開口１３を備えたテンプレート１４は、電極領域１１とテンプレート開口１３とが、相互に位置決めされる（registration）位置をなすように基板１２の面上に配置される。同時に、テンプレート開口１３は、下向きの方向において電極領域１１で終端する堆積空間１５を形成する（図２も参照）。湿潤性表面を有する電極領域１１とは対照的に、テンプレート開口１３は、非湿潤性又は少なくとも湿潤防止性構造の壁１６を備える。このために、壁１６は、例えば、非湿潤性のコーティングとすることができる。
【００２１】
図２は、テンプレート１４を基板１２の表面に配置した後に堆積空間１５への計量された充填を行う様子、及びそれに続く、ドクターナイフ１８の形態の移動装置によるはんだ材料１７のテンプレート１４の表面上への平坦な配置を示す。図２において実線で示される構成においては、ドクターナイフ１８は、主として堆積空間１５に配置されたはんだ材料をテンプレート１４の表面と同じ高さにするように動作する。その結果、テンプレート開口１３又は堆積空間１５を適切な寸法にすることによってバンプ１０（図３）を生成するために提供されるはんだ材料の量を正確に規定することができる。点線によって示されるドクターナイフ１８の変形構成は、テンプレート１４の表面に実質的に垂直に配置された前面２０の代わりにテンプレート１４の表面へ傾いた圧縮面１９を有し、それによれば、上述の同じ高さにすることと同時に、堆積空間１５に収容された所定量のはんだ材料２３を圧縮することができる。この場合の圧縮の程度は、実質的にはんだ材料１７のコンシステンシーに依存する。
【００２２】
例として図２に示されるはんだ材料１７の場合、合金粒子２１に加えてフラックス粒子２２を含む粒状のはんだ材料が問題である。しかしながら、例えば、液体有機媒体に、好ましくはグリセリンのようなポリアルコールに配合された合金粒子２１を含むはんだ材料を使用することも同様に可能である。この場合、液体媒体はフラックスとして機能するが、フラックスを使用したときのように、溶融プロセス又は再溶融プロセス後に不都合なフラックス残留物が残ることはない。これは、液体媒体と合金粒子を溶融動作に関して相互に調和させ、溶融の過程で液体媒体が実質的に完全に揮発するようにすることができるからである。
【００２３】
図３は、バンプ１０を形成するために、堆積空間１５に配置された所定量のはんだ材料２３を溶融させた後のプロセス段階を示す。固相から液相に遷移する溶融プロセス中に電極領域１１に対して所定量のはんだ材料２３を正確に配置するために、溶融プロセス中はテンプレート１４を基板１２の表面に残したままとし、バンプ１０が安定したメニスカス形状を有するとみなされた時にはじめて基板１２の表面から取り除く。このプロセスにおいては、バンプ１０は依然として液体の状態であってもよく、又は、適切に冷却された後で既に固体の状態であってもよい。バンプ１０がまだ溶けた溶融状態にあるとき、非湿潤性又は湿潤防止性壁１６を備えたテンプレート１４が既に基板から取り外されているならば、典型的なメニスカス形状を有するバンプの妨げられることのない凝固を発生させることができる。また、バンプ１０が凝固してしまうまでテンプレート１４を基板１２の表面に残したままとし、その後にはじめて基板１２から取り外すならば、テンプレート１４は壁１６によってバンプ１０の外形を形成する形成ツールとして機能することもできる。
【００２４】
図４は、バンプ１０が凝固する間に基板１２に残されたテンプレート１４の例を示し、それによって、バンプ１０の形状にさらなる影響を与えるだけでなく、テンプレート１４が成形物プレート２４によって覆われる。テンプレート１４とは対照的に、成形物プレート２４は連続的な開口を有しないが、テンプレート１４に関するテンプレート開口１３のように非湿潤性又は湿潤防止性壁２６を有する成形凹部２５を有する。図４にさらに示されるように、成形物プレート２４の成形凹部２５は、テンプレート１４のテンプレート開口１３と一致するように配置される。その結果、バンプ１０の溶融状態において、その形状を、実質的に平面を有する平らな形状でバンプ１０が最終的に凝固するように成形することが可能である。
【００２５】
図５は、堆積空間１５内のはんだ材料１７の凝固の結果として形成されるバンプ１０の形状に影響を与える別の可能な方法を示す。この目的のために、図３に示す、所定量のはんだ材料が堆積空間１５に配置され、溶融されて電極領域１１を湿らせる構成から開始し、基板とその上に配置されたテンプレート１４とが一緒に裏返しにされ、充填された堆積空間１５は下を向き、いわゆる“フェイスダウン”技術を用いて、非湿潤性又は湿潤防止性表面を備えた逆プレート４０の上に重ねられる。このプロセスにおいては、バンプ１０がまだ溶融していれば、図５に示される平らな領域が現れるので、バンプ１０は、実質的に平面を備えた平らな形状で最終的に凝固する。図５に示される構成とは異なる態様においては、テンプレート１４は、まだ溶融している所定量のはんだ材料２３を逆プレート４０に適用する以前に取り外すこともできる。図５に示す例の場合、テンプレートに形成された堆積空間１５の壁１６は、さらにバンプ１０の形成に寄与することができる。
【００２６】
ここで、例えば、基板１２の異なる寸法を有する電極領域１１から明らかとなるように、図１乃至図５を参照して説明されたプロセスは、異なる寸法を有する電極領域１１に、対応する異なる寸法を有するバンプ１０を提供する場合に特に都合良く使用することができる。図１乃至図５に例として示されるプロセスの場合、処理シーケンスに関しては、図からよくわかるように、テンプレート１４のテンプレート開口１３又は成形物プレート２４の成形凹部２５の寸法を対応して設定することのみが必要である。さらに、適切な成形凹部を有する成形物プレート２４を用いること、及びテンプレート１４を用いることにより、特に図４からわかるように、バンプ１０の任意のプロファイル形状を形成できる。
【００２７】
図６乃至図８において、図１乃至図３に基づいて説明したプロセスの代替プロセスが示されるが、それは、図１乃至図３に示されるプロセスから逸脱した方法で、電極領域に接続されたはんだ材料の成形物の形成、即ちバンプ１０に関するものではなく、はんだ材料２７の任意に制御可能な成形物の形成に関するものである（図８）。図１乃至図３を図６乃至図８と比較すればわかるように、図６乃至図８に示される代替プロセスは、湿潤可能な電極領域１１を備えた基板１２の代わりに、全体として非湿潤性又は湿潤防止性構造である表面２９、又は少なくともテンプレート１４のテンプレート開口１３に割り当てられる表面領域において非湿潤性又は湿潤防止性構造を有する表面２９のいずれかを備えた基板２８を使用する点において上述のプロセスと実質的に異なる。
【００２８】
本実施例においては図１を参照して説明したテンプレート１４と同じであり、かつ、同様にテンプレート開口１３の非湿潤性又は湿潤防止性壁１６を備えたテンプレート１４を配置することから開始する処理シーケンスは、図１乃至図３に示される処理シーケンスと同じである。溶融によって堆積空間１５に配置された所定量のはんだ材料２３からはんだ材料２７の成形物を形成することを補助し、それにより図８に示されるような少なくとも球状の形態を生じるために、テンプレート１４は、矢印３０で示されるように表面２９に平行なあらゆる方向に動かすことができる。その結果、はんだ材料２７の溶融成形物の表面張力によって生じる液体メニスカスから開始して、はんだ材料２７の成形物が基板２８の表面２９に沿って転がるのと共に、はんだ材料２７の成形物が凝固状態へ遷移するときに、球体形状の形成が支援される。
【００２９】
特に、はんだ材料２７の自由に制御可能な成形物の形成のために機能する図６乃至図８に示されるプロセスの変形の場合、はんだ材料２７の未だ溶融している成形物にできるかぎり大きな表面張力を生じさせて球体形状を形成するのを支援するために、従来のフラックスの代わりに、例えば所定の比率のグリセリンなどの所定の比率のポリアルコールを含んだはんだ材料１７を使用することは有益である。
【００３０】
図８からさらに明確となるように、テンプレート１４の位置決め効果により、はんだ材料２７の凝固成形物は、それらの位置に関して規定された態様で分離及び配置され、その結果、例えば、はんだ材料２７の成形物をテンプレート開口１３から選択除去することが可能であり、若しくは、フリップチッププロセスにおいて、さらなる再溶融操作の結果としてチップの電極領域にバンプを生成するために、電極領域を備える基板、例えばチップをはんだ材料２７の成形物に上方から下降することが可能である。
【００３１】
図９は、テンプレート１４の堆積空間１５の充填に関する変形を示す。充填のために、ここでは、充填プロセスの際は例えばグリセリンなどの液体有機媒体３２によって周囲から遮蔽された、既に溶融しているはんだ材料３１が使用される。図２及び図７に示される変形と同じように、堆積空間１５に収容される所定量のはんだ材料３４を規定するために、ここでは、ドクターナイフ３３の形態の移動装置が使用される。例えば、堆積空間１５に収容される所定量のはんだ材料３４が移動装置３３及び／又は基板１２により冷却される場合、さらなる形成ツールがなくても所定量のはんだ材料３４の凝固が発生し、はんだ材料からなる皿型の成形物を形成し、あるいは、図９に示される場合のように湿潤性の電極領域１１を有する基板１２を使用することにより、円盤状の形態を有するバンプ３５を形成する。図９に示される変形がはんだ材料の自由制御可能な成形物の生成、又はバンプ３５の生成のために機能するか否かに拘わらず、堆積空間１５の充填に続く所定量のはんだ材料３４の溶融を省略することができる。
【００３２】
堆積空間１５に最初から溶融したはんだ材料を単純に充填するために、また、電極領域１１からのはんだ材料のはじきを防止するために、堆積空間１５の充填中、基板１２は、図９の矢印３９で示されるように、電極領域１１の反対側から冷却される。
【００３３】
図１０及び図１１は、図２、図７、及び、図９に示されるものとは異なり、ローラー３６の形態の移動装置の使用を例示する。ローラー３６は、図１０に示されるように、最初は粒状又はペースト状の形態のはんだ材料１７を堆積空間１５に充填すること、及び図１１に示されるように既に溶融しているはんだ材料３１を堆積空間１５に充填することの両方に使用することができる。いずれの場合も、回転３８を伴うローラーの縦方向運動により、作用の方向を矢印３７で示す堆積空間１５の充填のための圧縮作用を達成するという利点を回転運動は提供する。図９を参照して上述したように、基板１２の冷却（矢印３９）は、図１１に示すように堆積空間１５の充填中に実行することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】電極領域を備え、テンプレートで覆われた基板を示す図である。
【図２】移動装置によって、テンプレートに関する堆積空間にはんだ材料を充填している図である。
【図３】はんだ材料を溶融させた後に、テンプレートを持ち上げた図である。
【図４】ダイプレートで密封されたテンプレートに関する堆積空間中のはんだ材料を溶融させた図である。
【図５】はんだ材料の形状に影響を与える１つの可能な方法を示す図である。
【図６】非湿潤性又は湿潤防止性表面を備え、テンプレートで覆われた基板を示す図である。
【図７】テンプレート開口によって形成される堆積空間の充填を示す図である。
【図８】堆積空間に配置されたはんだ材料の溶融を示す図である。
【図９】テンプレートに関する堆積空間に、グリセリンの下にある液体はんだ材料を充填している図である。
【図１０】異なる実施形態の移動装置が使用された、図２に対応する図である。
【図１１】異なる実施形態の移動装置が使用された、図８に対応する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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