(57)【要約】【課題】安定したはんだ接合部を安価に実現できるバンプ形成方法を提供する。【解決手段】まず吐出される溶融はんだ２の径の１／１０以下の厚みのフラックス６が下地金属５上に塗布される。フラックス６が下地金属５上に塗布された後に、吐出された溶融はんだ２が下地金属５上に搭載される。溶融はんだ２が下地金属５上に搭載された後に、リフローと洗浄とが行なわれる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属吐出装置により吐出される溶融はんだを用いたバンプ形成方法であって、
吐出される前記溶融はんだの径の１／１０以下の厚みのフラックスを下地金属上に塗布する工程と、
前記フラックスを前記下地金属上に塗布した後に、吐出された前記溶融はんだを前記下地金属上に搭載する工程と、
前記溶融はんだを前記下地金属上に搭載した後に、リフローと洗浄とを行なう工程とを備えた、バンプ形成方法。
【請求項２】
前記下地金属が形成された基板を載置するヒートステージを前記フラックスの溶融温度以上に保持することを特徴とする、請求項１に記載のバンプ形成方法。
【請求項３】
前記溶融はんだを前記下地金属上に搭載した後であって、前記リフローと前記洗浄を行なう前に、別のフラックスを塗布する工程をさらに備えた、請求項１または２に記載のバンプ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンプ形成方法に関し、特に、溶融金属吐出装置により吐出される溶融はんだを用いたバンプ形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）チップ等の半導体チップの実装において、実装基板に設けた端子電極にはんだバンプを形成する工程がある。このようなバンプ形成方法にあっては、銅（Ｃｕ）などの酸化しやすい下地金属上にバンプを形成した場合に、溶融はんだ吐出法のヘッドの熱などから、酸化膜が形成され、はんだバンプを安定して形成できないという問題点があった。
【０００３】
また銅の最表面をプラズマクリーナなどで洗浄した後、すぐに溶融はんだを搭載しても、また搭載時の温度もしくは溶融金属吐出ヘッドと基板との位置を調整しても、バンプ形成を歩留まりよく行うのは難しい。
【０００４】
そのため、従来の溶融金属吐出法を用いたバンプ形成では、バンプの下地金属の表面が金（Ａｕ）などにされることにより下地金属の酸化が防止されて、バンプ形成が行なわれている。たとえば、特許文献１では、金バンプ上にはんだを搭載する方法が説明されている。この文献に記載されたはんだバンプ形成方法は、半導体チップの電極に金ボンディングワイヤを圧着することにより金バンプを形成するステップと、金バンプ上に溶融はんだを吐出することによってはんだバンプを形成するステップとを含み、溶融はんだを吐出する際の半導体チップの温度がはんだの融点以下であることを特徴としている。
【特許文献１】特開２００２−１５１５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の方法では、高価な金を用いる必要があるためコスト的に不利である。またはんだの接合部に錫（Ｓｎ）内への拡散度の高い金が含まれることになるため、はんだ接合部の金属組織が安定しないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、安定したはんだ接合部を安価に実現できるバンプ形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のはんだバンプの形成方法は、溶融金属吐出装置により吐出される溶融はんだを用いたバンプ形成方法であって、以下の工程を備えている。
【０００８】
まず吐出される溶融はんだの径の１／１０以下の厚みのフラックスが下地金属上に塗布される。フラックスが下地金属上に塗布された後に、吐出された溶融はんだが下地金属上に搭載される。溶融はんだが下地金属上に搭載された後に、リフローと洗浄とが行なわれる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のはんだバンプの形成方法によれば、吐出される溶融はんだの径の１／１０以下と薄くフラックスを塗布したことにより、溶融はんだ吐出法ではんだを搭載する際の、下地金属の酸化を防止することができる。また、下地金属の表面形状の微小な凹凸の凹んだ部分にフラックスが充填されることで表面が平坦化され、安定した溶融はんだの搭載が可能になる。これにより金のような高価な材質を用いることなく安定したはんだ接合部を実現することができる。さらに、フラックスが非常に薄いため、溶融はんだ自身の熱量でフラックスが溶けるため、溶融はんだが下地金属と結合することができる。さらに、リフローおよび洗浄をすることで、下地金属との接合強度のばらつきが無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における溶融金属吐出装置により吐出される溶融はんだを用いたバンプ形成方法を説明するための概略斜視図である。また、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。
【００１１】
図１および図２を参照して、溶融金属吐出装置においては、溶融はんだ吐出ヘッド１の下面にヒートステージ３が設けられている。このヒートステージ３上に基板４が載置される。この基板４の表面には、たとえば電極８と下地金属５とフラックス６とが形成されている。
【００１２】
基板４は、たとえばシリコン基板やプリント基板よりなっている。電極８は、たとえばアルミニウムよりなっているが、アルミニウムに限定されるものではなく銅などよりなっていてもよい。下地金属５は電極８の表面上に形成されており、たとえば電極８の表面上からチタン層・ニッケル層、クロム層・銅層、チタン層・銅層、ニッケル層、銅層などの単層もしくは複層の金属膜で構成されている。下地金属５の最表面の金属は、たとえばニッケル、銅などの酸化しやすい金属で形成されている。なお下地金属５の材質は、フラックスによる酸化膜除去作用（表面活性）効果のある金属でなおかつはんだと金属間化合物を形成できる材質であれば、銅やニッケルだけでなく、銀、錫、鉄、インジウムなど何でもよい。
【００１３】
この下地金属５の表面が清浄化された後に、下地金属５の表面にフラックス６が薄く塗布される。この際、フラックス６は、後工程で溶融はんだ吐出ヘッド１から吐出される溶融はんだの径（直径）の１／１０（１０分の１）以下の厚み（膜厚）となるように基板４の全面に塗布される。このフラックス６の厚みは、たとえば３μｍ程度であることが好ましい。またフラックス６は、ロジンを主成分とした非腐食性フラックスであってもよく、また腐食性フラックスであってもよい。
【００１４】
このフラックス６が塗布された状態で、溶融はんだ吐出ヘッド１から溶融はんだ２が下地金属５上に吐出される。フラックス６は薄く塗布されているため、溶融はんだ２はフラックス６上に滴下されると、自身の熱でフラックス６を溶かし、下地金属５と直接接合することで下地金属５上に搭載される。この後、溶融はんだ２は固化してはんだ７となる。こうしてはんだ７が下地金属５に接合・搭載された後に、リフローと洗浄とが実施される。
【００１５】
なお、フラックス６は上記のリフロー後の洗浄時に除去される。なお、はんだ７が下地金属５上に搭載されたときにはんだ７と下地金属５との間に十分な接合力がある場合には、リフロー前にフラックス６が除去されてもよい。
【００１６】
次に、フラックス６の厚みについて説明する。
溶融はんだ２は、下地金属５との接合において、下地金属５との間に金属間化合物を形成する必要がある。本実施の形態においては、下地金属５の表面上にフラックス６が塗布された状態で溶融はんだ２が吐出されるため、溶融はんだ２は、溶融はんだ２自身の持っている熱量で、フラックス６を溶融して下地金属５の表面の酸化物を還元するとともに、金属間化合物を形成する必要がある。このため、はんだ７が下地金属５と十分な接合力を持って接合するためには、フラックス６の厚みを適切に設定する必要がある。
【００１７】
ここで、フラックス６の厚みを決定するパラメータとしては、溶融はんだ吐出ヘッド１と下地金属５との距離、はんだ７のサイズおよびヒートステージ３の温度が考えられる。というのは、溶融はんだ２自身がもっている熱量に加えて、溶融はんだ吐出ヘッド１からの輻射熱と、ヒートステージ３からの熱とを、フラックス６の溶融のエネルギーと、下地金属５との間で金属間化合物を形成するためのエネルギーとに使用できるからである。ただし、溶融はんだ吐出ヘッド１の熱により、フラックス６が高温に加熱されて分子構造が変わることでフラックス６の活性が失われないようにする必要がある。
【００１８】
また、溶融はんだを搭載する際のヒートステージの温度は、塗布したフラックスが液状に溶けた状態になる程度の温度であることが好ましい。つまり、溶融はんだを搭載する際のヒートステージの温度は、塗布したフラックスの溶融温度以上であることが好ましい。フラックスが溶けた状態でないと、溶融はんだが下地金属まで到達できずにフラックスの上に乗った状態や、フラックスにはじかれて他の場所へ移動したりする問題が生じるからである。
【００１９】
常温に設定した場合はかかる問題が生ずるが、たとえば、ステージ温度を９０℃から１４０℃程度に設定すれば、溶融はんだの搭載が可能となる。
【００２０】
実際、フラックス６は下地金属５の表面の酸化物を還元し、表面を清浄化する必要があるため、下地金属５の表面粗さ以上の膜厚でフラックス６を塗布する必要がある。
【００２１】
そこで、本発明者らは、フラックスの厚みについて実験を行なった。その実験の結果、フラックス６の厚みが、吐出する溶融はんだ２の径の１／１０以下の厚みであれば、溶融はんだ２がフラックス６を溶融できるとともに下地金属５との間で金属間化合物を形成して接合できることが明らかとなった。
【００２２】
４０μｍピッチの千鳥パターンに配置された下地金属５を有する基板４の上に塗布するフラックス６の膜厚を代え、かつ溶融はんだ吐出ヘッド１からの距離を０．４ｍｍ、ヒートステージ３の温度を１４０℃、吐出される溶融はんだ２の直径を３８μｍに設定して実験を行った。フラックス６の塗布方法としてマスク印刷方法を利用した。マスク印刷に使用するマスクの厚みを、１２０μｍ、８０μｍ、５０μｍと代えて実験した。
【００２３】
厚み１２０μｍの印刷マスクでは、溶融はんだ２は搭載された直後では下地金属５上に正常に搭載されていたが、リフロー・洗浄後に確認したところ、ブリッジしているバンプや４０μｍ千鳥ピッチの隣のラインに移動しているバンプもあった。また、厚み８０μｍ、５０μｍの印刷マスクでは、リフロー・洗浄後に隣に移動しているバンプは見られなかったが、ブリッジしているバンプはあった。これらが生じた理由は、フラックス６の量が多かったために溶融はんだ２が下地金属５と接合していなかったためと思われる。
【００２４】
次に金属マスクを使用せずに、１５μｍの厚みでフラックス６を塗布した場合について上記と同様に実験を行なった。その結果、上記の厚みの場合よりもブリッジの数は少なくなったもののブリッジしているバンプはまだ発生していた。
【００２５】
最後に金属マスクを使用せずに、３μｍ程度の厚みでフラックス６を塗布した場合について上記と同様に実験を行った。その結果、ブリッジもなく、きれいにバンプ形成ができていた。
【００２６】
上記の実験の結果をまとめると、下記の表のようになり、フラックスの厚みを３μｍ程度にすることで正常にはんだを搭載できることがわかった。そして、この３μｍ程度の厚みは、溶融はんだ吐出ヘッド１から吐出される溶融はんだの径（直径３８μｍ）の１／１０以下の厚みであるため、溶融はんだ吐出ヘッド１から吐出される溶融はんだの径（直径３８μｍ）の１／１０以下の厚みであれば、正常にはんだを搭載できることがわかった。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
本実施の形態によれば、吐出される溶融はんだ２の径の１／１０以下と薄くフラックス６を塗布したことにより、溶融はんだ吐出法で溶融はんだ２を搭載する際の、下地金属５の酸化を防止することができる。また、下地金属５の表面形状の微小な凹凸の凹んだ部分にフラックス６が充填されることで表面が平坦化され、安定した溶融はんだ２の搭載が可能になる。これにより金のような高価な材質を用いることなく安定したはんだ接合部を実現することができる。さらに、フラックス６が非常に薄いため、溶融はんだ２自身の熱量でフラックス６が溶けるため、溶融はんだ２が下地金属５と結合することができる。さらに、リフローおよび洗浄をすることで、下地金属５との接合強度のばらつきがなくなり、はんだ７の高さが均一にそろったバンプを形成することができる。
【００２９】
また下地金属５の表面粗さＲａは２μｍ未満である。このため、この表面粗さＲａ以上（つまり２μｍ以上）の膜厚でフラックス６を薄く塗布することにより、下地金属５の表面形状の微小な凹凸の凹んだ部分にフラックス６が充填されることで表面が平坦化され、さらに安定した溶融はんだ２の搭載が可能になる。
【００３０】
なおフラックス６の塗布方法は、フラックス６を上記条件のように薄く塗布できる方法であれば、印刷などの塗布法だけでなく、スプレー塗布、スピン塗布などの方法でもよい。また、ディスペンサ塗布のような方法で、フラックス６が所定の必要な位置のみに塗布されてもよい。このようなディスペンサ塗布では、必要量だけのフラックス６を塗布することができるので、材料費の低減に繋がる効果がある。
【００３１】
また図２では、下地金属が突出した基板を例に挙げたが、図３の断面図のように基板４上にソルダーレジスト９が形成されていてもよい。図３を参照して、基板４の表面には下地金属５および電極８が形成されている。この下地金属５および電極８の周囲を取り囲むとともに、下地金属５および電極８の上面を露出するように基板４上にソルダーレジスト９が形成されている。
【００３２】
このソルダーレジスト９は下地金属５および電極８よりも厚く形成されている。これにより、下地金属５の上面がソルダーレジスト９の上面に対して凹んでいる。このソルダーレジスト９、下地金属５および電極８の各上面を覆うようにフラックス６が塗布される。フラックス６の厚みは、溶融はんだ吐出ヘッド１から吐出される溶融はんだの径の１／１０以下の厚みとされる。
【００３３】
このフラックス６が塗布された状態で、溶融はんだ吐出ヘッド１から溶融はんだ２が下地金属５上に吐出される。フラックス６は薄く塗布されているため、溶融はんだ２はフラックス６上に滴下されると、自身の熱でフラックス６を溶かし、下地金属５と直接接合することで下地金属５上に搭載される。この後、溶融はんだ２は固化してはんだ７となる。こうしてはんだ７が下地金属５に接合・搭載された後に、リフローと洗浄とが実施される。
【００３４】
なお、これ以外の構成およびバンプ形成方法は図１および図２で説明した内容とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３５】
このようにソルダーレジスト９が形成されることでソルダーレジスト９の上面に対して下地金属５の上面が凹んでいる場合にも、図１および図２で説明した効果と同様の効果が期待できる。
【００３６】
（実施の形態２）
本実施の形態におけるバンプ形成方法は、図１および図２に示した実施の形態１と同様な方法であるが、吐出する溶融はんだの径と塗布するフラックスの厚みとが異なっている。
【００３７】
図４は、本発明の実施の形態２における溶融金属吐出装置により吐出される溶融はんだを用いたバンプ形成方法を説明するための概略断面図である。図４を参照して、本実施の形態では、溶融はんだ吐出ヘッド１から吐出される溶融はんだ２の径は１００μｍの大径であり、塗布されるフラックス６の厚みは１０μｍ以下である。この場合においても、安定したはんだ接合部を実現することが可能である。
【００３８】
つまり、フラックス６の厚みが吐出する溶融はんだ２の径の１／１０程度の膜厚であれば、溶融はんだ２がフラックス６を溶融して、下地金属５と金属間化合物を形成できるため、リフロー時にはんだが移動するなどの不具合が発生せず、正常にリフローが可能となる。
【００３９】
また、はんだの搭載時間が長時間必要な多ピンのチップでは、フラックス６が高温に加熱されることで分子構造が変わって活性を失ってしまうおそれがある。しかし、本実施の形態では、溶融はんだ２の径の拡大にしたがい、フラックス６を厚く塗布できるので、下地金属５の酸化防止時間が長くなるため、上記のような多ピンのチップにおいても下地金属５の酸化を防止しながらはんだを搭載することが可能となる。
【００４０】
（実施の形態３）
本実施の形態におけるバンプ形成方法は、図１および図２に示した実施の形態１と同様な方法であるが、吐出する溶融はんだの径と塗布するフラックスの厚みとが異なっている。
【００４１】
図５は、本発明の実施の形態３における溶融金属吐出装置により吐出される溶融はんだを用いたバンプ形成方法を説明するための概略断面図である。図５を参照して、本実施の形態では、溶融はんだ吐出ヘッド１から吐出される溶融はんだ２の径は２０μｍの小径であり、塗布されるフラックス６の厚みは２μｍ以下である。
【００４２】
この場合、多ピンのチップでは、フラックス６が高温に加熱されることで分子構造が変わって活性を失ってしまうおそれがある。このため、失活したフラックス６の上からさらに別の新たなフラックス６が再塗布され、その後にリフローが行なわれてもよい。フラックス６の再塗布の方法としては、非常に薄くフラックス６を塗布する方法であれば、スプレー塗布、スピン塗布などどのような方法が用いられてもよい。
【００４３】
本実施の形態によれば、溶融はんだ２の搭載時にフラックス６が失活してしまった場合でも、フラックス６が再度塗布されてからリフロー・洗浄が行なわれるので、はんだ７と下地金属５との接合強度のばらつきがなくなり、はんだ７の高さが均一にそろったバンプを形成することができる。
【００４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、溶融金属吐出装置により吐出される溶融はんだを用いたバンプ形成方法に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１における溶融金属吐出装置により吐出される溶融はんだを用いたバンプ形成方法を説明するための概略斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の変形例として、ソルダーレジストが形成された場合のバンプ形成方法を説明するための概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２における溶融金属吐出装置により吐出される溶融はんだを用いたバンプ形成方法を説明するための概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３における溶融金属吐出装置により吐出される溶融はんだを用いたバンプ形成方法を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  溶融はんだ吐出ヘッド、２  溶融はんだ、３  ヒートステージ、４  基板、５  下地金属、６  フラックス、７  はんだ、８  電極、９  ソルダーレジスト。
【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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