CN105283949A - 焊锡凸块的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种焊锡凸块的制造方法，具备：基底层形成工序，将混合平均粒径5μm以下的焊锡粉末和助焊剂而成的基底形成用浆料(30)涂布于设置在基板(1)上的焊垫(2)上，并进行回流而形成厚度20μm以下的基底层(3)；及凸块形成工序，将混合与基底形成用浆料相比平均粒径更大的焊锡粉末和助焊剂而成的凸块形成用浆料(40)涂布于基底层(3)上，并进行回流而在焊垫(2)上形成焊锡凸块(4)。

Description

焊锡凸块的制造方法

技术领域

本发明涉及一种使用焊锡浆料的焊锡凸块的制造方法，且涉及一种通过印刷焊锡浆料使其回流而制造焊锡凸块的方法。

本申请基于2013年7月18日于日本申请的专利申请2013-149560号要求优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

近年来，作为高密度安装法进行倒装芯片安装，即在形成于晶片或基板上的金属制焊垫上形成多个焊锡凸块，在该焊锡凸块上搭载半导体芯片后进行加热，由此通过熔融焊锡凸块而将半导体芯片接合于焊垫。

然而，在焊锡凸块形成时即在回流时，有时因焊锡浆料所含有的助焊剂而产生气体，并成为空隙而残存于焊锡凸块中。在这种情况下，有可能发生焊锡凸块的高度参差不齐，或焊锡与电极间的接合强度降低等，且长期可靠性降低。

于是，在专利文献1中，在将混合焊锡粉末及助焊剂而成的基底形成用浆料涂布于形成在晶片上的焊垫而预先形成基底层，并且在该基底层上通过凸块形成用浆料形成焊锡凸块，该凸块形成用浆料通过混合与基底形成用浆料同类的焊锡粉末及助焊剂而成且与基底形成用浆料相比助焊剂比例较少。

在这种情况下，在形成基底层时，焊垫表面的清洁度通过助焊剂而提高，并且基底形成用浆料的焊锡含量较少，因此焊锡容易湿润扩展于焊垫表面。由此，在焊垫上将基底层形成为较薄，能够防止产生较大空隙。并且，在专利文献1中记载有在基底层上使用凸块形成用浆料来形成焊锡凸块，由此能够形成没有较大空隙的焊锡凸块，且能够提高凸块高度的均匀性。

专利文献1：日本专利公开2013-4929号公报

在专利文献1，通过减少在基底形成用浆料中所含有的焊锡量来提高焊锡的润湿性，并且使形成于焊垫上的基底层形成为较薄，从而能够抑制产生空隙，但由于基板的小型化等的影响，焊锡凸块逐渐趋于小直径化，从而变得容易受到空隙影响，因此要求进一步的对策。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种焊锡凸块的制造方法，该方法的抑制产生空隙的效果较高。

本发明的焊锡凸块的制造方法具备：基底层形成工序，将混合平均粒径5μm以下的焊锡粉末和助焊剂而成的基底形成用浆料涂布于设置在基板上的焊垫上，并进行回流而形成厚度20μm以下的基底层；及凸块形成工序，将混合与所述基底形成用浆料相比平均粒径更大的焊锡粉末和助焊剂而成的凸块形成用浆料涂布于所述基底层上，并进行回流而在所述焊垫上形成焊锡凸块。

若浆料中的焊锡粉末以不均匀的方式存在于焊垫表面，并且，焊锡粉末间的间隙较大而局部有空孔，则在焊垫表面产生仅存在助焊剂的部位，由此使得焊锡在熔融时难以润湿扩展于焊垫，且在与焊垫之间的界面容易捕捉到空隙，这被认为是产生空隙的主要原因。

本发明中，形成焊锡凸块之前，在焊垫上形成基底层，并且将基底形成用浆料中的焊锡粉末的平均粒径设为5μm以下，由此能够使焊锡粉末以均匀的方式存在于焊垫表面，且能够防止在焊垫与基底层之间的界面上产生空隙。此外，通过将基底层较薄地形成为厚度20μm以下，容易将基底形成用浆料的回流时所产生的气体脱离出来，并且，不会产生比基底层的厚度更厚的空隙，因此能够将基底层坚固地附着形成于焊垫。接着，如此预先形成的基底层上涂布凸块形成用浆料而形成焊锡凸块，因此即使将粒径比基底形成用浆料的焊锡粉末的平均粒径更大的焊锡粉末使用于凸块形成用浆料，也不会在焊垫界面上捕捉到空隙，能够减少残存于焊锡凸块中的空隙。

在本发明的焊锡凸块的制造方法中，优选将所述基底形成用浆料中的所述助焊剂的比率设定成比所述凸块形成用浆料中的所述助焊剂的比率更大。

通过助焊剂含量较多的基底形成用浆料形成基底层时，焊垫表面的清洁度通过助焊剂而提高，并且助焊剂比率越高焊锡含量越少，因此焊锡变得容易湿润扩展于焊垫表面。由此，在焊垫上将基底层形成为较薄，能够防止产生较大的空隙。另一方面，在凸块形成用浆料中不提高助焊剂比率，因此能够保持浆料的粘性，熔融焊锡且以表面张力形成球状焊锡凸块时，能够将凸块高度形成为较高。并且，能够形成没有较大的空隙的焊锡凸块，因此还能够提高凸块高度的均匀性。

在本发明的焊锡凸块的制造方法中，优选如下设定，即所述基底形成用浆料中，所述焊锡粉末的平均粒径为1μm以上5μm以下，所述助焊剂的比率为20质量％以上40质量％以下，所述凸块形成用浆料中，所述焊锡粉末的平均粒径大于5μm且在15μm以下，所述助焊剂的比率为5质量％以上15质量％以下。

根据本发明，在通过使用小直径的焊锡粉末的基底形成用浆料来预先形成基底层之后，形成焊锡凸块，能够降低在与焊垫之间的界面产生的空隙，且能够提高抑制空隙产生的效果，并且能够提高接合可靠性。

附图说明

图1A为示意地显示在本发明的焊锡凸块的制造方法中基底层形成工序前的基板的剖视图。

图1B为示意地显示在本发明的焊锡凸块的制造方法所涉及的基底层形成工序中将基底形成用浆料涂布于焊垫上的状态的剖视图。

图1C为示意地显示在本发明的焊锡凸块的制造方法中形成有基底层的状态的剖视图。

图2A为示意地显示在本发明的焊锡凸块的制造方法所涉及的凸块形成工序中将凸块形成用浆料涂布于基底层上的状态的剖视图。

图2B为示意地显示在本发明的焊锡凸块的制造方法中形成有焊锡凸块的状态的剖视图。

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。

图1A～图1C及图2A～图2B为依次显示针对形成于基板1上的凸块形成用焊垫(UnderBumpMetal，以下简称为焊垫)2，形成焊锡凸块4的工序的图。

如图1A～图1C所示，本实施方式的焊锡凸块的制造方法中，在被配置于抗蚀层6的开口部7内的焊垫2上，将由基底用的焊锡粉末及助焊剂以规定的助焊剂比率混合而成的基底形成用浆料30，通过使用模板掩模的印刷，或者不使用模板掩模而直接印刷填充于抗蚀层6的开口部7，以规定厚度进行涂布(图1B)，并进行回流而形成基底层3(图1C)。

接着，在该基底层3上，以与基底用的焊锡粉末同类的焊锡粉末，将混合平均粒径比基底用焊锡粉末更大的焊锡粉末及助焊剂而成的凸块形成用浆料40通过使用模板掩模的印刷，供给规定量(图2A)，回流形成大致呈球状的焊锡凸块4(图2B)。

如图1A所示，在形成焊锡凸块4之前的基板1的凸块形成位置处，于配线图案(省略图示)上设置焊垫2，并且以该焊垫2面临开口部7的状态设置抗蚀层6。这些焊垫2及抗蚀层6，通过众所周知的电路基板形成技术来形成。

作为构成基底形成用浆料30及凸块形成用浆料40的焊锡粉末，例如使用Sn-Ag-Cu系、Pb-Sn系等的合金粉末。作为助焊剂，含有松香等树脂成分、活性剂、触变剂、溶剂，且能够使用无卤素类型、活性(RA)类型、弱活性(RMA)类型、水溶性类型等。

基底形成用浆料30通过混合焊锡粉末的平均粒径为1μm以上5μm以下的焊锡粉末与助焊剂而成，助焊剂比率被设为20质量％以上40质量％以下。凸块形成用浆料40通过混合焊锡粉末的平均粒径为大于5μm且在15μm以下的焊锡粉末与助焊剂而成，助焊剂比率被设为5质量％以上15质量％以下。基底形成用浆料30的助焊剂比率被设定为比凸块形成用浆料40的助焊剂比率更大。

以下，将在该基板1的焊垫2上形成焊锡凸块4的方法按基底层形成工序、凸块形成工序的顺序分开来进行说明。

(基底层形成工序)

首先，在被配置于抗蚀层6的开口部7内的焊垫2上形成基底层3。具体而言，如图1B所示，将基底形成用浆料30填充于开口部7内(填充空间S)，直接通过进行回流使焊锡熔融并且除去助焊剂而形成基底层3(图1C)。该基底层3的厚度t被设为20μm以下，形成为比形成在焊垫2周边的抗蚀层6的高度更低。并且，在本实施方式中，虽除去了助焊剂，但也可以留下助焊剂。

通过将基底形成用浆料30中的焊锡粉末的平均粒径设为5μm以下，能够使焊锡粉末以均匀的方式存在于焊垫2的表面，且能够防止在焊垫2与基底层3之间的界面产生空隙。此外，通过将基底层3形成为较薄，容易将基底形成用浆料30的回流时所产生的气体脱离出来，并且，不会产生基底层3的厚度t以上的较大的空隙，因此能够使基底层3坚固地附着形成于焊垫2。

另一方面，若构成基底形成用浆料30的焊锡粉末的平均粒径小于1μm，则粉末表面会被氧化，回流时的还原气体生成量增加，因此更优选将基底形成用浆料30的焊锡粉末的平均粒径设为1μm以上5μm以下。

(凸块形成工序)

接着，将凸块形成用浆料40进一步供给至基底层3及焊垫2，进行回流而形成焊锡凸块4。具体而言，如图2A所示，将凸块形成用浆料40填充于填充空间S内，且直接进行回流，由此使基底层3与凸块形成用浆料40的焊锡粉末一起熔融而除去助焊剂(图2B)。其后进行冷却，则由表面张力在基板1的焊垫2上形成大致呈半球状的焊锡凸块4。焊锡凸块4的凸块高度例如形成为40μm左右。

将凸块形成用浆料40填充于填充空间S内并进行回流时，由于在焊垫2上已形成有几乎不存在空隙的基底层3，因此凸块形成用浆料40被熔融的话，则与熔融的基底层3一起在焊垫2上凝集焊锡。由此，在焊垫2上形成空隙被减少的焊锡凸块4。并且，由于在预先形成的基底层3上涂布凸块形成用浆料40而形成焊锡凸块4，因此即使在凸块形成用浆料40中使用粒径比基底形成用浆料30的焊锡粉末的平均粒径更大的焊锡粉末，也不会在焊垫2的界面捕捉到空隙，能够减少残存于焊锡凸块4的空隙。

由于基底形成用浆料30的助焊剂含量较多，因此在形成基底层3时，焊垫2表面的清洁度通过助焊剂而提高，焊锡变得容易湿润扩展于焊垫2表面。此外，助焊剂比率越高，焊锡含量越少，从而焊锡容易湿润扩展于焊垫2表面。因此，能够在焊垫2上将基底层3形成为较薄，以防止产生较大的空隙。并且，若基底形成用浆料30的助焊剂含量较多，则会因随着时间变化，浆料变得容易分离，因此优选将助焊剂比率设为20质量％以上40质量％以下。

另一方面，在凸块形成用浆料40中不将助焊剂比率设为较高，因此能够保持浆料的粘性，且在使焊锡熔融以表面张力形成球状的焊锡凸块4时，能够将凸块高度形成为较高。此外，由于能够形成没有较大空隙的焊锡凸块4，因此还能够提高焊锡凸块高度的均匀性。

另外，优选如下设定，即凸块形成用浆料40中，焊锡粉末的平均粒径大于5μm且在15μm以下，助焊剂比率在5质量％以上15质量％以下。

如上述说明，根据本发明的焊锡凸块的制造方法，将没有空隙的较薄的基底层3形成于焊垫2上之后，对该基底层3上供给凸块形成用浆料40并进行回流，因此内部不会残存较大的空隙，且能够得到倒装芯片安装的接合可靠性较高的焊锡凸块4。

实施例

接下来，对为了确认本发明的效果而进行的试验结果进行说明。

如表1所示，形成试样(实施例1～15及比较例1～5)，这些试样是通过使用变更所含有的焊锡粉末的平均粒径或成分、助焊剂比率等而制作的基底形成用浆料及凸块形成用浆料，在基板上形成多个焊锡凸块而制作的。针对各试样确认所产生的空隙。

另外，基底形成用浆料及凸块形成用浆料的助焊剂使用活性(RA)类型。针对比较例3～5，在焊垫上直接印刷凸块形成用浆料而形成焊锡凸块，而未形成基底层。

各试样(实施例1～15及比较例1、2)在具备抗蚀层的基板上印刷基底形成用浆料，在氮气气氛中以最高温度240℃进行回流而形成基底层。其中，所述抗蚀层是以开口直径110μm和厚度20μm构图形成的。接下来，使用纯水系洗涤剂进行洗涤，通过在该基底层上印刷凸块形成用浆料，在氮气气氛中以最高温度240℃进行回流而形成焊锡凸块。在各个基板上形成2500个焊锡凸块。

接着，通过透射型X射线对在所形成的焊锡凸块内部中产生的空隙进行观察，对在各凸块中产生何种程度的大小的空隙进行计数。空隙的大小(空隙尺寸)则通过空隙直径与焊锡凸块直径之比，作为面积率进行计算。并且，当在一个焊锡凸块中产生多个空隙时，针对其中最大的空隙计算空隙面积率。将这些结果显示于表2。

另外，在表2的产生空隙的凸块数的各栏中，表示具有各空隙面积率的尺寸的空隙的分布范围。表2的左边的数值表示“以上”，右边的数值表示“小于”，例如“0％～2％”表示0％以上且小于2％。

产生较大空隙的焊锡凸块数量较多的基板为不良，空隙的最大面积率优选小于6％。将以下试样判为不良，并且在表2中标记为“NG”。即，该试样具有内部产生具有面积率6％以上尺寸的空隙的焊锡凸块，或者试样中产生具有面积率4％以上尺寸的空隙的凸块数达10个以上。另一方面，得到良好结果的试样(最大空隙面积率小于6％，并且面积率4％以上且小于6％的空隙在各焊锡凸块内少于10个的试样)标记为“OK”。

[表1]

[表2]

由表2可知，在实施例1～15中，没有残存面积率6％以上的空隙，所产生的空隙的分布也集中于面积率小于4％的空隙，且得到了良好的结果。这些实施例1～15中，基底层的厚度t为20μm以下，构成基底形成用浆料的焊锡粉末的平均粒径为5μm以下，并且构成凸块形成用浆料的焊锡粉末的平均粒径比基底形成用浆料的焊锡粉末的平均粒径更大。

另外，实施例1～15中，构成基底形成用浆料的焊锡粉末的平均粒径小于1μm而为0.5μm的实施例7，助焊剂比率大于40质量％而为42质量％的实施例9中，与其他实施例相比面积率为2％以上且小于4％的空隙的产生次数较多。

另一方面，基底形成用浆料的焊锡粉末的平均粒径大于5μm的比较例1，基底层的厚度t大于20μm的比较例1、2中，均产生10个以上的面积率4％以上的空隙，最大空隙面积率也大于6％。此外，未形成基底层的比较例3、4中也形成10个以上的面积率为4％以上的空隙，最大空隙面积也大于6％。另外，比较例5中也未形成基底层，而形成有10个以上的面积率为4％以上的空隙，因此判断为不良，但最大空隙面积率小于6％。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以施加种种变更。

产业上的可利用性

在通过使用小直径的焊锡粉末的基底形成用浆料来预先形成基底层之后，形成焊锡凸块，由此能够减少在与焊垫的界面中所产生的空隙，且能够提高抑制空隙产生的效果，并且能够提高接合可靠性。

附图标记说明

1-基板，2-焊垫，3-基底层，4-焊锡凸块，5-配线图案，6-抗蚀层，7-开口部，30-基底形成用浆料，40-凸块形成用浆料。

Claims (3)

1.一种焊锡凸块的制造方法，其特征在于，具备：

基底层形成工序，将混合平均粒径5μm以下的焊锡粉末和助焊剂而成的基底形成用浆料涂布于设置在基板上的焊垫上，并进行回流而形成厚度20μm以下的基底层；及

凸块形成工序，将混合与所述基底形成用浆料相比平均粒径更大的焊锡粉末和助焊剂而成的凸块形成用浆料涂布于所述基底层上，并进行回流而在所述焊垫上形成焊锡凸块。

2.根据权利要求1所述的焊锡凸块的制造方法，其特征在于，

所述基底形成用浆料中的所述助焊剂的比率被设定为比所述凸块形成用浆料中的所述助焊剂的比率还要大。

3.根据权利要求1所述的焊锡凸块的制造方法，其特征在于，

所述基底形成用浆料中，所述焊锡粉末的平均粒径为1μm以上5μm以下，助焊剂的比率为20质量％以上40质量％以下，

所述凸块形成用浆料中，所述焊锡粉末的平均粒径大于5μm且为15μm以下，助焊剂的比率为5质量％以上15质量％以下。