CN115152007A - 焊料凸块形成用部件、焊料凸块形成用部件的制造方法及带焊料凸块的电极基板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种焊料凸块形成用部件,其具备:具有多个凹部的基体;以及凹部内的焊料粒子及流化剂,焊料粒子的平均粒径为1~35μm,C.V.值为20%以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊料凸块形成用部件、焊料凸块形成用部件制造方法及带焊料凸块的电极基板的制造方法。
背景技术
已知有一种焊球配置片,其特征在于,由具备以规定图案设置的多个焊球插入孔的掩模、收纳在该插入孔的焊球及将焊球保持在该插入孔中的固定剂构成(例如,参考专利文献1)。
已知有包括下述工序的、将焊球或焊料粉末保持在规定位置的焊料凸块形成用片的制造方法(例如,参考专利文献2)。
A.在单面上准备在规定位置具有底面由粘结剂构成的多个凹坑的片材;B.在片材的各凹坑中填充焊料粉末,通过凹坑底面的粘结剂附着保持焊料粉末;C.从片材去除未被粘结剂保持的焊料粉末;并且D.包覆片材的凹坑内的焊料粉末。
已知有通过将配置在凹槽内的焊球转印到粘结辊面上,进而将该焊球移到电极上的粘结剂上,从而在电极上形成焊料凸块的方法(例如,参考专利文献3)。
以往技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-080024号公报
专利文献2:国际公开第2006/043377号
专利文献3:日本特开2017-157626号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
专利文献1及2中所示的转印片及制造方法中,需要用于保持焊料粒子的粘结层。因此,加热到焊料熔点以上而将焊料进行熔解/合一化,进而通过转印到电极上时的加热,粘结层成分进行软化/熔融/分解而可能成为混杂物。混杂物介于焊料与电极之间,从而有可能妨碍焊料凸块的稳定的形成。在电极上转印焊料凸块之后去除这些混杂物的情况下,将形成有电极的基板及半导体封装件暴露在清洗液中,有可能产生工序的增加、基体/半导体封装件的不良情况、由清洗不良引起的不良情况等。
专利文献3中,经由粘结剂将焊球(粒子)配置在电极上,因此粘结剂成分残留在焊球表面,有可能对接合造成不良情况。并且,关于粘结剂的厚度及粘结剂表面的凹凸的控制,在焊球的大小为100μm左右时,暂且能够进行,但随着大小变小为50μm、30μm而变得难以进行。因此,若使低于30μm的焊球(粒子)经由粘结剂转印/移动,则难以提高转印率。
此外,已知有焊球(粒子)彼此接触并且经由粘结剂均匀配置在基材表面的转印片。被设为将该转印片的焊球面按压在形成有电极的基板上而进行加热,从而将焊球转印到电极上,通过之后的回流能够形成凸块。然而,发明人等进行研究的结果,若电极间隔变窄,则导致焊料桥接在电极之间,发生了短路(short)不良。推测由于相邻的焊球彼此接触,因此无论如何通过转印到电极时的热,焊料进行熔解/合一化,从而产生跨越相邻电极之间的部分。如此焊料粒子彼此接触并且均匀排列的焊料转印片中,在几微米级的电极间隔的情况下,现状是难以无短路地形成焊料凸块。
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于提供一种制造即使应相互电连接的电路部件的连接处微小,绝缘可靠性及导通可靠性两者也优异的连接结构体时有用的焊料凸块形成用部件及其制造方法。并且,本发明的目的在于提供一种使用了该部件的带焊料凸块的电极基板的制造方法。
用于解决技术课题的手段
本发明的一侧面涉及一种焊料凸块形成用部件,其具备具有多个凹部的基体以及凹部内的焊料粒子及流化剂,焊料粒子的平均粒径为1~35μm,C.V.值为20%以下。
上述焊料凸块形成用部件在制造即使应相互电连接的电路部件的连接处微小,绝缘可靠性及导通可靠性两者也优异的连接结构体时有用。
焊料凸块形成用部件的一方式中,流化剂可以包含选自由琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、苯甲酸及苹果酸组成的组中的至少一种。
焊料凸块形成用部件的一方式中,可以在焊料粒子的表面的一部分形成有平面部。
焊料凸块形成用部件的一方式中,相邻的凹部之间的距离可以为焊料粒子的平均粒径的0.1倍以上。
本发明的一侧面涉及一种焊料凸块形成用部件的制造方法,其具备:前工序,准备具有多个凹部的基体以及焊料粒子及流化剂;及配置工序,在凹部配置焊料粒子及流化剂。
本发明的一侧面涉及一种焊料凸块形成用部件的制造方法,其具备:准备工序,准备具有多个凹部的基体及焊料微粒;收纳工序,将焊料微粒的至少一部分收纳在凹部;融合工序,使收纳在凹部的焊料微粒融合,从而在凹部内形成焊料粒子;及注入工序,在形成有焊料粒子的凹部内配置流化剂。
焊料凸块形成用部件的制造方法的一方式中,焊料粒子的平均粒径可以为1~35μm,C.V.值可以为20%以下。
焊料凸块形成用部件的制造方法的一方式中,焊料微粒的C.V.值可以超过20%。
焊料凸块形成用部件的制造方法的一方式中,可以在融合工序之前,还具备将收纳在凹部的焊料微粒暴露于还原气氛的还原工序。
焊料凸块形成用部件的制造方法的一方式中,可以在融合工序中,使焊料微粒在还原气氛下融合。
本发明的一侧面涉及一种带焊料凸块的电极基板的制造方法,其具备:准备工序,准备上述焊料凸块形成用部件及具有多个电极的基板;配置工序,使焊料凸块形成用部件的具有凹部的面与基板的具有电极的面对向接触;及加热工序,将焊料粒子加热到焊料粒子的熔点以上的温度。
带焊料凸块的电极基板的制造方法的一方式中的加热工序中,可以使焊料凸块形成用部件及基板在加压状态下接触,并且将焊料粒子加热到焊料粒子的熔点以上的温度。
带焊料凸块的电极基板的制造方法的一方式中,可以在配置工序之前,还具备将焊料粒子暴露于还原气氛的还原工序。
带焊料凸块的电极基板的制造方法的一方式中,可以在配置工序之后且加热工序之前,还具备将焊料粒子暴露于还原气氛的还原工序。
带焊料凸块的电极基板的制造方法的一方式中的加热工序中,可以在还原气氛下将焊料粒子加热到焊料粒子的熔点以上的温度。
带焊料凸块的电极基板的制造方法的一方式中,可以在加热工序之后,还具备将焊料凸块形成用部件从基板去除的去除工序。
带焊料凸块的电极基板的制造方法的一方式中,可以在去除工序之后,还具备去除未与电极结合的焊料粒子的清洗工序。
发明效果
根据本发明,能够提供一种制造即使应相互电连接的电路部件的连接处微小,绝缘可靠性及导通可靠性两者也优异的连接结构体时有用的焊料凸块形成用部件及其制造方法。并且,根据本发明,能够提供一种使用了该部件的带焊料凸块的电极基板的制造方法。
附图说明
图1是示意性地表示一实施方式所涉及的焊料凸块形成用部件的剖视图。
图2(a)是从图1中的凹部的与开口部相反的一侧观察焊料粒子的图,图2(b)是表示由二对平行线制作与焊料粒子的投影图像外接的四边形的情况下的对置的边之间的距离X及Y(其中Y<X)的图。
图3(a)是示意性地表示基体的一例的俯视图,图3(b)是图3(a)的Ib-Ib线的剖视图。
图4(a)~(h)是示意性地表示基体所具有的凹部的截面形状的例的剖视图。
图5是示意性地表示在基体的凹部中收纳有焊料微粒的状态的剖视图。
图6(a)及图6(b)是示意性地表示带焊料凸块的电极基板的制造过程的一例的剖视图。
图7(a)及图7(b)是示意性地表示连接结构体的制造过程的一例的剖视图。
图8是示意性地表示基体的一例的剖视图。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行说明。本发明并不限定于以下实施方式。另外,以下中例示的材料只要没有特别说明,则可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。关于组合物中的各成分的含量,在组合物中存在多个相当于各成分的物质的情况下,只要没有特别说明,则意味着组合物中存在的该多个物质的合计量。使用“~”表示的数值范围表示将记载在“~”的前后的数值分别作为最小值及最大值而包含的范围。本说明书中阶段性地记载的数值范围中,某一阶段的数值范围的上限值或下限值可以替换成另一阶段的数值范围的上限值或下限值。本说明书中所记载的数值范围中,其数值范围的上限值或下限值可以替换成实施例中所示的值。
<焊料凸块形成用部件>
一方式中,焊料凸块形成用部件具备具有多个凹部的基体以及凹部内的焊料粒子及流化剂,焊料粒子的平均粒径为1~35μm,C.V.值为20%以下。
图1是示意性地表示一实施方式所涉及的焊料凸块形成用部件的剖视图。焊料凸块形成用部件10具备具有多个凹部62的基体60以及凹部62内的焊料粒子1及流化剂F。在焊料凸块形成用部件10的规定的纵截面中,配置成以一个焊料粒子1与相邻的一个焊料粒子1隔开的状态沿横向(图1中的左右方向)排列。焊料粒子1可以在凹部62内,与其侧面及/或底面接触。流化剂F可以存在于焊料粒子1与凹部62的底面之间。焊料凸块形成用部件可以是膜状(焊料凸块形成用膜)、片状(焊料凸块形成用片)等。
(焊料粒子)
焊料粒子1的平均粒径例如为35μm以下,优选为30μm以下,25μm以下,20μm以下,或15μm以下。并且,焊料粒子1的平均粒径例如为1μm以上,优选为2μm以上,更优选为3μm以上,进一步优选为5μm以上。
焊料粒子1的平均粒径能够使用符合尺寸的各种方法来测定。例如,能够利用动态光散射法、激光衍射法、离心沉降法、电感带法、共振式质量测定法等方法。而且,能够利用从通过光学显微镜、电子显微镜等得到的图像测定粒子尺寸的方法。作为具体装置,可举出流式粒子图像分析装置、微轨(Microtrack)、库尔特计数器等。焊料粒子1的平均粒径能够设为从与焊料凸块形成用部件10的主面垂直的方向观察焊料粒子1时的投影面积当量圆直径(具有与粒子的投影面积相等的面积的圆的直径)。
从能够实现更优异的导电可靠性及绝缘可靠性的观点考虑,焊料粒子1的C.V.值优选为20%以下,更优选为10%以下,进一步优选为7%以下。并且,焊料粒子1的C.V.值的下限并无特别限定。例如,焊料粒子1的C.V.值可以是1%以上,也可以是2%以上。
关于焊料粒子1的C.V.值,通过将用前述方法测定的粒径的标准偏差除以平均粒径而得到的值乘以100来计算。
在焊料粒子的表面的一部分可以形成有平面部。图2(a)是从图1中的凹部62的与开口相反的一侧观察焊料粒子1的图。焊料粒子1具有在具有直径B的球的表面的一部分形成有直径A的平面部11的形状。另外,图1及图2(a)所示的焊料粒子1由于凹部62的底部为平面,因此具有平面部11,但在凹部62的底部为平面以外的形状的情况下,具有与底部的形状对应的不同形状的面。
如图2(a)所示,焊料粒子1可以在表面的一部分形成有平面部11,此时该平面部11以外的表面优选为球冠状。即,焊料粒子1可以具有平面部11及球冠状的曲面部。平面部11的直径A相对于焊料粒子1的直径B之比(A/B)例如可以是大于0.01且小于1.0(0.01<A/B<1.0),也可以是0.1~0.9。平面部11与凹部62的底面可以接触。如图1所示,焊料粒子1具有平面部11,而且该平面部与凹部的底面接触,由此不易产生从焊料凸块形成用部件10的脱离。另外,有时在凹部62的内壁部与焊料粒子1接触的部分中也产生平面部。但是,制造焊料凸块形成用部件时,如后所述从基体60暂时取出焊料粒子1,再次将焊料粒子1和流化剂F重新配置在基体的凹部的情况下等,平面部11与凹部62的底面可以不一定接触。
由二对平行线制作与焊料粒子1的投影图像外接的四边形的情况下,将对置的边之间的距离设为X及Y(其中Y<X)时,Y相对于X之比(Y/X)可以大于0.8且小于1.0(0.8<Y/X<1.0),也可以是0.9以上且小于1.0。这种焊料粒子1能够称为更接近圆球的粒子。通过焊料粒子1接近圆球,在焊料粒子1与电极之间的接触中难以产生不均,倾向于获得稳定的连接。
图2(b)是表示由二对平行线制作与焊料粒子的投影图像外接的四边形的情况下的对置的边之间的距离X及Y(其中Y<X)的图。例如,通过扫描型电子显微镜来观察任意的粒子而获得投影图像。对于所获得的投影图像描绘二对平行线,一对平行线配设在平行线的距离成为最小的位置,另一对平行线配设在平行线的距离成为最大的位置,并求出该粒子的Y/X。对300个焊料粒子进行该作业而计算平均值,并设为焊料粒子的Y/X。
焊料粒子1可以包含锡或锡合金。作为锡合金,例如能够使用In-Sn合金、In-Sn-Ag合金、Sn-Au合金、Sn-Bi合金、Sn-Bi-Ag合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-Cu合金等。作为这些锡合金的具体例,可举出下述例。
·In-Sn(In52质量%、Bi48质量%熔点118℃)
·In-Sn-Ag(In20质量%、Sn77.2质量%、Ag2.8质量%熔点175℃)
·Sn-Bi(Sn43质量%、Bi57质量%熔点138℃)
·Sn-Bi-Ag(Sn42质量%、Bi57质量%、Ag1质量%熔点139℃)
·Sn-Ag-Cu(Sn96.5质量%、Ag3质量%、Cu0.5质量%熔点217℃)
·Sn-Cu(Sn99.3质量%、Cu0.7质量%熔点227℃)
·Sn-Au(Sn21.0质量%、Au79.0质量%熔点278℃)
焊料粒子可以包含铟或铟合金。作为铟合金,例如能够使用In-Bi合金、In-Ag合金等。作为这些铟合金的具体例,可举出下述例。
·In-Bi(In66.3质量%、Bi33.7质量%熔点72℃)
·In-Bi(In33.0质量%、Bi67.0质量%熔点109℃)
·In-Ag(In97.0质量%、Ag3.0质量%熔点145℃)
根据焊料粒子1的用途(连接时的温度)等,能够选择上述锡合金或铟合金。例如,将焊料粒子1用于低温下的熔接时,采用In-Sn合金、Sn-Bi合金即可,在该情况下,能够在150℃以下使其熔接。在采用了Sn-Ag-Cu合金、Sn-Cu合金等熔点高的材料的情况下,高温放置后也能够维持高可靠性。
焊料粒子1可以包含选自Ag、Cu、Ni、Bi、Zn、Pd、Pb、Au、P及B中的一种以上。这些元素之中,从以下观点出发,可以包含Ag或Cu。即,通过焊料粒子1包含Ag或Cu,能够使焊料粒子1的熔点降低至220℃左右,并且,更加提高与电极的接合强度,因此容易获得更良好的导通可靠性。
焊料粒子1的Cu含有率例如为0.05~10质量%,也可以是0.1~5质量%或0.2~3质量%。若Cu含有率为0.05质量%以上,则容易实现更良好的焊料连接可靠性。并且,若Cu含有率为10质量%以下,则容易成为熔点低且湿润性优异的焊料粒子1,作为结果,基于焊料粒子1的接合部的连接可靠性容易变得良好。
焊料粒子1的Ag含有率例如为0.05~10质量%,也可以是0.1~5质量%或0.2~3质量%。若Ag含有率为0.05质量%以上,则容易实现更良好的焊料连接可靠性。并且,若Ag含有率为10质量%以下,则容易成为熔点低且湿润性优异的焊料粒子1,作为结果,基于焊料粒子1的接合部的连接可靠性容易变得良好。
(流化剂)
流化剂F具有如下作用,即,作为流动相回流时流动而从凹部62向电极侧挤出焊料粒子1。并且,流化剂F可以是助熔剂、有机溶剂等。助熔剂具有如下作用,即,熔解焊料粒子表面及电极表面的氧化物来提高焊料对电极的湿润性。
作为流化剂F,能够利用各种有机溶剂。流化剂F的沸点可以高于焊料的熔点。使电极与凹部对置,加热时流化剂F的沸点高于焊料的熔点,由此流化剂F在凹部内流动,随着流化剂F的流动,焊料粒子也流动。通过流化剂F及焊料粒子流动,电极表面与焊料粒子变得容易接触,作为结果,促进焊料凸块的形成。因此,形成焊料凸块时,若至少经过高于焊料粒子的熔点,且高于流化剂F的软化点或熔点,并低于流化剂F的沸点的加热温度,则焊料凸块容易形成在电极上。若充分进行焊料凸块形成之后,将加热温度提高到流化剂F的沸点以上,则能够减少基体表面及电极表面中的来源于流化剂F的残渣。
作为能够利用于流化剂F的各种有机溶剂,能够利用环己烷(沸点:80℃)、环庚烷(沸点:118℃)、环辛烷(沸点:149℃)、庚烷(沸点:98℃)、辛烷(沸点:126℃)、壬烷(沸点:150℃)、癸烷(沸点174℃)、十一烷(沸点:196℃)、十二烷(沸点:215℃)、十三烷(沸点:234℃)、十四烷(沸点:254℃)、十五烷(沸点:269℃)、十六烷(沸点:287℃)、十七烷(沸点:302℃)、十八烷(沸点:317℃)、十九烷(沸点:330℃)等脂肪烃。这些脂肪烃为非极性,没有焊料及Au、Cu等电极中所利用的金属的还原功能,但作为具有焊料的熔点以上的沸点的溶剂,能够进行适当选择,且具有通过加热使焊料粒子流动而使焊料粒子与电极表面接触的功能。
作为能够利用于流化剂F的各种有机溶剂,例如可举出戊醇、己醇、庚醇、辛醇、癸醇、乙二醇、二甘醇、丙二醇、丁二醇、α-萜品醇、异冰片基环己醇(MTPH)等一元及多元醇类;乙二醇丁醚、乙二醇苯基醚、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚、二甘醇丁醚、二甘醇异丁醚、二甘醇己醚、三甘醇甲醚、二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、二甘醇二丁醚、二甘醇丁基甲基醚、二甘醇异丙基甲基醚、三甘醇二甲基醚、三甘醇丁基甲基醚、丙二醇丙醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚、三丙二醇甲醚、三丙二醇二甲醚等醚类;乙二醇乙基醚乙酸酯、乙二醇丁基醚乙酸酯、二甘醇乙基醚乙酸酯、二甘醇丁基醚乙酸酯、二丙二醇甲基醚乙酸酯(DPMA)、乳酸乙酯、乳酸丁酯、γ-丁内酯、碳酸丙烯酯等酯类;N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺等酰胺;环己烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷等脂肪烃;苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃;具有碳原子数1~18的烷基的硫醇类;具有碳原子数5~7的环烷基的硫醇类。作为具有碳原子数1~18的烷基的硫醇类,例如可举出乙硫醇、正丙硫醇、异丙硫醇、正丁硫醇、异丁硫醇、叔丁硫醇、戊硫醇、己硫醇及十二烷基硫醇。作为具有碳原子数5~7的环烷基的硫醇类,例如可举出环戊硫醇、环己硫醇及环庚硫醇。除此之外,作为有机溶剂,可举出单烷基胺、二烷基胺、三烷基胺、烷醇胺、环己胺、二环己胺等脂环式胺、二苯胺、三苯胺等芳香族胺等。例如,作为有机溶剂,可举出乙烯二乙醇胺、正丁基二乙醇胺、二乙醇胺、N,N-双(2-羟乙基)异丙醇胺等。
作为能够用作流化剂F的有机溶剂,还能够利用二醇醚系溶剂。例如,作为沸点为200℃以下的溶剂,可举出二丙二醇单甲醚、丙二醇单丁醚、二甘醇二甲醚、乙二醇单烯丙基醚、乙二醇单异丙基醚。作为沸点超过200℃的溶剂,可举出乙二醇单己基醚、二甘醇单己基醚、三甘醇单甲醚、乙二醇单-2-乙基己基醚、二甘醇单-2-乙基己基醚、二甘醇二丁醚、三甘醇丁基甲基醚、四乙二醇二甲醚等。
作为能够用作流化剂F的助熔剂,能够使用一般用于焊料接合等的助熔剂。助熔剂能够根据焊料粒子的组成、熔点、表面状态、转印时的加热/气氛的条件等来进行适当选择。例如,可举出氯化锌、氯化锌和无机卤化物的混合物、氯化锌和无机酸的混合物、熔融盐、磷酸、磷酸的衍生物、有机卤化物、肼、有机酸、松脂等。这些可以单独使用一种,也可以同时使用两种以上。
作为熔融盐,可举出氯化铵等。作为有机酸,可举出乳酸、柠檬酸、硬脂酸、谷氨酸、戊二酸等。并且,作为能够利用于助熔剂的有机酸,例如可举出碳原子数8~16的有机酸。作为碳原子数8~16的有机酸,例如可举出辛酸、甲基庚酸、乙基己酸、丙基戊酸、壬酸、甲基辛酸、乙基庚酸、丙基己酸、癸酸、甲基壬酸、乙基辛酸、丙基庚酸、丁基己酸、十一烷酸、甲基癸酸、乙基壬酸、丙基辛酸、丁基庚酸、月桂酸、甲基十一烷酸、乙基癸酸、丙基壬酸、丁基辛酸、戊基庚酸、十三烷酸、甲基十二烷酸、乙基十一烷酸、丙基癸酸、丁基壬酸、戊基辛酸、肉豆蔻酸、甲基十三烷酸、乙基十二烷酸、丙基十一烷酸、丁基癸酸、戊基壬酸、己基辛酸、十五烷酸、甲基十四烷酸、乙基十三烷酸、丙基十二烷酸、丁基十一烷酸、戊基癸酸、己基壬酸、棕榈酸、甲基十五烷酸、乙基十四烷酸、丙基十三烷酸、丁基十二烷酸、戊基十一烷酸、己基癸酸、庚基壬酸、甲基环己烷羧酸、乙基环己烷羧酸、丙基环己烷羧酸、丁基环己烷羧酸、戊基环己烷羧酸、己基环己烷羧酸、庚基环己烷羧酸、辛基环己烷羧酸、壬基环己烷羧酸等饱和脂肪酸;辛烯酸、壬烯酸、甲基壬烯酸、癸烯酸、十一碳烯酸、十二碳烯酸、十三碳烯酸、十四碳烯酸、肉豆蔻烯酸、十五碳烯酸、十六碳烯酸、棕榈油酸、顺式-6-十六碳烯酸(sapienic acid)等不饱和脂肪酸;对苯二甲酸、均苯四酸、邻苯氧基苯甲酸、甲基苯甲酸、乙基苯甲酸、丙基苯甲酸、丁基苯甲酸、戊基苯甲酸、己基苯甲酸、庚基苯甲酸、辛基苯甲酸、壬基苯甲酸等芳香族羧酸。有机酸可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。作为松脂,可举出活性化松脂、非活性化松脂等。松脂为以松香酸为主成分的松脂类。作为助熔剂,通过使用具有两个以上的羧基的有机酸或松脂,实现更进一步提高电极之间的导通可靠性的效果。
助熔剂的熔点可以是50℃以上,也可以是70℃以上,也可以是80℃以上。助熔剂的熔点可以是200℃以下,也可以是160℃以下,可以是150℃以下,也可以是140℃以下。若上述助熔剂的熔点为上述下限以上及上述上限以下,则更进一步有效地发挥助熔剂效果,且在电极上更进一步高效地配置焊料粒子。助熔剂的熔点的范围可以是80~190℃,也可以是80~140℃以下。
作为熔点在80~190℃的范围内的助熔剂,可举出琥珀酸(熔点186℃)、戊二酸(熔点96℃)、己二酸(熔点152℃)、庚二酸(熔点104℃)、辛二酸(熔点142℃)等二羧酸、苯甲酸(熔点122℃)、苹果酸(熔点130℃)等。流化剂可以包含选自由琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、苯甲酸及苹果酸组成的组中的至少一种。
存在于凹部62内的流化剂F的量并无特别限制,但从容易获得适度的流动作用、助熔剂效果等的观点考虑,相对于100质量份的焊料粒子1,可以是1~50质量份,也可以是1~20质量份,也可以是20~50质量份。流化剂F也可以是与溶剂或树脂材料的混合物。作为溶剂,能够利用前述各种有机溶剂。若是混合物,则根据焊料粒子1能够适当调整流化剂F的浓度。为了在回流时混合物将焊料粒子1挤出到电极上,调整软化点或熔点,以使混合物的流动性通过加热提高即可。若软化点或熔点高于室温,则在室温下焊料粒子1难以从凹部62脱落,从而焊料凸块形成工序之前的处理变得容易。作为构成混合物的溶剂,可举出高沸点溶剂等。高沸点溶剂使焊料粒子1在电极上流动之后,通过再加热而挥发,因此难以残留在电极上。作为溶剂,能够使用醇系溶剂等。若是醇系溶剂,则能够显现还原性。
(基体)
作为构成基体60的材料,例如能够使用硅、各种陶瓷、玻璃、不锈钢等金属等无机材料以及各种树脂等有机材料。这些之中,基体60可以是在焊料微粒的熔融温度下不变质的具有耐热性的材质。并且,基体60也可以是在使焊料微粒熔融的温度下也不变形的具有耐热性的材质。并且,基体60也可以是不与构成焊料微粒的材质合金化或者反应而发生变化的材质。并且,基体60的凹部62能够通过切削法、光刻法、压印法等公知的方法来形成。尤其,若使用压印法,则能够以较短的工序形成准确的大小的凹部62。
基体60的表面可以具有包覆层。从扩大能够用于基体60的材料的选择性的观点考虑,包覆层可以是不易与构成焊料微粒的材质合金化或者不与构成焊料微粒的材质合金化的材质。作为包覆层,能够利用无机物或有机物。作为包覆层,能够利用在铝、铬等的表面具有牢固的氧化层的无机物、氧化钛等氧化物、氮化硼等氮化物、类金刚石碳、金刚石、石墨等碳系材料、氟树脂、聚酰亚胺等高耐热树脂等。而且,包覆层可以具有调整与焊料的湿润性的作用。通过在基体60的表面设置包覆层,能够根据使用目的,来适当调整与焊料的湿润性。
作为形成包覆层的方法,能够利用层压、溶液浸渍、涂布、涂装、含浸、溅射、电镀等。
从容易设定转印工序的条件的观点考虑,基体60的材质可以是物性与转印焊料粒子的电极及形成有电极的基板接近或相同的材质。例如,若是热膨胀系数(CTE)接近或相同的材料,则焊料粒子的转印时难以产生位置偏离。
在基体60上可以设置有对准标记。该对准标记可以被相机读取。在具有电极的基板侧也可以有对准标记。通过设置基体60及具有电极的基板的对准标记,将焊料粒子转印到电极上时,通过搭载在可对位的装置的相机来读取基体60上的对准标记和具有电极的基板的对准标记,从而能够准确地掌握具有焊料粒子的凹部62的位置和转印焊料粒子的电极的位置。并且,通过设置基体60及具有电极的基板的对准标记,能够位置精度较高地将焊料粒子转印到电极上。
在基体60上有1处以上的对准标记即可。若对准标记为2处以上,则位置精度变高。
以下对具体的基体60的结构进行叙述。
(有机材料单层)
基体60可以由有机材料构成。作为有机材料,可以是高分子材料,能够利用热塑性、热固性、光固化性材料等。通过使用有机材料,扩大物性的选择范围,因此容易形成符合目的的基体60。例如,若是有机材料,则容易弯曲或拉伸基体60(包含凹部62)。若是有机材料,则在凹部62的形成中也能够利用各种方法。作为凹部62的形成方法,能够利用压印、光刻、切削加工、激光加工等。尤其,根据压印法,能够将具有所期望的形状的模具(mold)按压在由有机材料构成的基体60上,从而在表面形成任意形状。通过在模具(mold)上形成凸型的图案,并按压在由有机材料构成的基体60上,能够形成具有所期望的图案的凹部62。并且,在凹部62的形成中也能够使用光固化性树脂,若在模具(mold)上涂布光固化性树脂并进行曝光之后,剥离模具(mold),则能够形成具有凹部62的基体60。并且,在切削加工的情况下,能够利用钻头等形成凹部62。
(有机材料多层)
基体可以由多个有机材料构成。并且,基体可以具有多个层,多个层可以分别由不同的有机材料构成。作为有机材料,可以是高分子材料,能够利用热塑性、热固性、光固化性材料等。基体可以具有由有机材料构成的2层,在单面侧的有机材料层形成凹部。通过进行多层化,与焊料接触的凹部的材料能够选择与焊料的湿润性适当的材料等、划分功能来选择各个材料。例如,图8是示意性地表示基体的一例的剖视图。基体600具备基底层601及凹部层602。基底层601为支撑凹部层602的层,凹部层602为通过加工形成有凹部62的层。基底层601中能够使用耐热性及尺寸稳定性优异的树脂材料,凹部层602中能够选择凹部62的加工性优异的材料。例如,基底层601中能够使用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺等热塑性树脂,凹部层602中能够使用利用压印模具可形成凹部62的热固性树脂。例如,通过用聚对苯二甲酸乙二醇酯和压印模具夹住热固性树脂而进行加热加压,从而获得平坦性优异的基体600(包含凹部62)。并且,在使用光固化性材料来形成凹部62的情况下,基底层601中可以使用透光性高的材料。作为透光性高的材料,例如,可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯、透明(无色型)的聚酰亚胺、聚酰胺等。在使用光固化性材料来形成凹部62的情况下,例如,在压印模具的表面适量涂布光固化性材料,并在其上放置聚对苯二甲酸乙二醇酯膜,一边用辊从聚对苯二甲酸乙二醇酯侧进行加压一边照射紫外光。并且,通过使光固化性材料固化之后剥离压印模具,能够获得具有聚对苯二甲酸乙二醇酯的层和光固化性材料的层,且凹部62由光固化性材料形成的基体600。凹部62的内壁和底部的材料构成能够进行变更。例如,凹部62的内壁和底部能够设为相同的树脂材料的构成。并且,凹部62的内壁和底部能够设为不同的树脂材料(例如,热固性材料和热塑性材料)的构成。
并且,作为有机材料可以使用感光性材料。作为感光性材料,可以是正型感光性材料、负型感光性材料。例如,在热塑性的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜表面以均匀厚度形成感光性材料,并进行曝光和显影,由此能够容易形成凹部62。使用曝光和显影(光刻法)的方法是在半导体、线路板等的制造中被广泛利用,且通用性高的方法。并且,作为曝光方法,除了使用了掩模的曝光以外,还能够使用如直接激光曝光的直接描绘方法。
通过使基底层601的材料比形成凹部层602的材料的厚度厚,从而能够由基底层601的材料的特性支配整个基体600的物性。由此,例如即使在形成凹部层602的材料的特性中存在弱点,也能够通过基底层601的材料对其进行弥补。例如,即使形成凹部层602的材料为容易热收缩的材料,也通过在基底层601的材料中选择不易热收缩的材料,并使基底层601的厚度比形成凹部层602的材料厚度厚,从而能够抑制加热时的变形。
并且,能够根据目的而适当选择有机材料,例如耐热性或尺寸稳定性优异的树脂材料和焊料微粒的熔融温度下的成分洗提较少的材料的组合、耐热性或尺寸稳定性优异的树脂材料和与焊料的湿润性适当的材料的组合等。
如上所述,基体可以是由基底层601和凹部层602构成的基体600。例如,通过将凹部层602设为感光性材料,能够通过光刻来制作凹部62。通过在凹部层602中使用光或热固性材料、热塑性材料等,从而能够通过压印法容易制作凹部62。并且,通过改变基底层601的厚度,也能够调整整个基体的特性,因此具有能够制作兼备所期望的特性的基体的优点。
(无机材料单层(不透明))
基体60可以由无机材料构成。从容易较低地控制成分的洗提及异物的产生的观点考虑,例如,作为无机材料,能够利用硅(硅晶片)、不锈钢、铝等。这些材料在半导体的安装工艺等中利用的情况下,容易进行污染对策,且能够有助于高成品率和稳定的生产。并且,例如,在将形成在凹部62内的焊料粒子转印在硅晶片上的电极的情况下,若基体60由硅晶片制作,则使用CTE接近或相同的材料。由此,不易产生位置偏离、翘曲等,能够转印到准确的位置。作为凹部62的形成方法,能够利用基于激光、切削等的加工、干蚀刻或湿蚀刻法、电子束描绘(例如FIB加工)等。干蚀刻在半导体、MEMS等的制作中被广泛利用,能够以从微米级到纳米级的高精度加工无机材料。
(无机材料单层(透明))
作为基体60,能够使用玻璃、石英、蓝宝石等。由于这些材料具有透明性,因此将凹部62内的焊料粒子转印到形成有电极的其他基板时,能够容易进行对位。作为凹部62的形成方法,能够利用基于激光、切削等的加工、干蚀刻或湿蚀刻法、电子束描绘(例如FIB加工)等。
关于使用无机材料的优点,与有机材料相比,尺寸稳定性优异。将凹部62内的焊料粒子转印到电极上时,能够以较高的位置精度进行转印。例如,将焊料粒子转印到微米级的尺寸且间距的多个电极的情况下,若使用尺寸稳定性优异的无机材料,则无论在哪个电极上都能够在相同位置转印焊料粒子。
(有机无机复合材料)
基体可以由多个材料构成。并且,基体可以具有多个层,多个层可以分别由不同的材料构成。作为有机无机复合材料,例如,能够利用无机材料和无机材料的组合、无机材料和有机材料的组合。无机材料和有机材料的组合实现了兼顾尺寸稳定性和凹部62的加工性。作为具有无机材料和有机材料的组合的基体,例如,可举出具备由作为无机材料的硅、各种陶瓷、玻璃、不锈钢等金属构成的基底层601及由有机材料构成的凹部层602的基体。这种基体例如能够通过在硅晶片的表面上形成感光性材料膜,并通过曝光和显影来形成凹部的方法而获得。凹部62的内壁和底部可以由感光性材料构成,也可以是凹部62的内壁由感光性材料构成,底部由硅晶片构成。凹部62的结构能够根据与凹部62内的焊料粒子的湿润性、转印到电极的容易性等目的而进行适当选择。在凹部62的内壁和底部由感光性材料构成的情况下,能够使用如下方法:通过在硅晶片表面形成感光性材料膜并使其固化,从而在硅晶片表面设置一层感光性材料层,通过在该层的表面再次形成感光性材料膜,并进行曝光/显影,从而设置凹部62。在该情况下,硅晶片表面侧的感光性材料和进一步设置在最表层的感光性材料可以是不同的组成。关于感光性材料,能够考虑焊料粒子的湿润性、污染性等而进行适当选择。尤其,在将形成在凹部62内的焊料粒子转印到电极上时,最表层的感光性材料层的表面有可能与电极上或具有电极的基板的表面接触。因此,能够适当选择不对电极及基板造成损伤或者不污染电极及基板的感光性材料。感光性材料可以是防止未固化成分的洗提、由卤素系材料、硅酮系材料等引起的污染的材料。并且,感光性材料可以是对将焊料粒子转印到电极时的还原气氛、助熔剂等的耐性高的材料。例如,感光性材料可以是对甲酸、氢、氢自由基等还原气氛具有耐性的材料。而且,感光性材料可以是对将焊料粒子转印到电极时的温度耐性高的材料。具体而言,感光性材料可以是对100℃以上且300℃以下的温度具有耐性的材料。焊料粒子的熔点根据其构成材料而不同,因此感光性材料的耐热温度也能够根据利用的焊料材料来进行选择。在使用电子设备中被广泛利用的作为无铅焊料的锡―银―铜系焊料(例:SAC305(熔点219℃))的情况下,能够使用具有220℃以上的耐热性、尤其在回流工艺中所使用的260℃以上的耐热性的材料。在使用锡―铋系焊料(例:SnBi58(熔点139℃))的情况下,能够使用具有140℃以上的耐热性的材料,若是具有160℃以上的耐热性的材料,则产业上的可利用性变广。在使用铟焊料(熔点159℃)的情况下,能够使用具有170℃以上的耐热性的材料。在使用铟-锡焊料(例:熔点120℃)的情况下,能够使用具有130℃以上的耐热性的材料。
作为其他基体,可举出在不锈钢板上具有由热固性或热塑性树脂形成的凹部62的基体。该基体能够通过用不锈钢板和压印模具夹住热固性材料(树脂)并进行加压加热之后剥离压印模具的方法来获得。作为其他基体,可举出在玻璃板上具有由光固化性材料形成的凹部62的基体。该基体能够通过在玻璃板上涂布光固化性材料,一边按压压印模具一边进行曝光而使光固化性材料固化,并剥离压印模具的方法而获得。在使用压印模具形成凹部62的情况下,能够根据加压条件来变更凹部62的内壁和底部的材料构成。例如,在宽松加压条件的情况下,凹部62的内壁和底部能够设为相同的树脂材料的构成。另一方面,在加强加压条件的情况下,凹部62的内壁能够设为树脂材料的构成,底部能够设为无机材料的构成。
作为基底层601的材料,还能够利用包含玻璃纤维、填料等及树脂成分的复合材料。作为复合材料,可举出线路板用铜箔叠层板等。在铜箔叠层板的表面涂布感光性材料、热固性树脂、光固化性树脂等,如前所述,能够形成凹部62。铜箔叠层板主要包含较多的树脂材料部分,但由于通过与玻璃纤维、各种填料等的组合而能够设为低CTE,因此能够确保前述的尺寸稳定性。并且,在铜箔叠层板上形成了电极的情况下,凹部62也形成在相同的铜箔叠层板上,从而两者的CTE成为相同或接近的值,具有在凹部62内的焊料粒子的转印时容易进行对位,且难以产生位置偏离的优点。
作为凹部层602的材料,还能够利用封装用密封材料。作为密封材料,能够利用固态、液态及膜状中的任一个。在玻璃、硅晶片等上以薄层层叠密封材料,并用压印模具进行加压加热,由此能够形成凹部62。
<焊料凸块形成用部件的制造方法>
焊料凸块形成用部件10的制造方法具备:准备工序,准备具有多个凹部的基体及焊料微粒;收纳工序,将焊料微粒的至少一部分收纳在凹部;融合工序,使收纳在凹部的焊料微粒融合,从而在凹部内形成焊料粒子;及注入工序,在形成有焊料粒子的凹部内配置(注入)流化剂(流动相)。
一边参考图3~5,一边对第一实施方式所涉及的焊料凸块形成用部件10的制造方法进行说明。
首先,准备焊料微粒及用于收纳焊料微粒的基体60。图3(a)是示意性地表示基体60的一例的俯视图,图3(b)是图3(a)的Ib-Ib线的剖视图。图3(a)所示的基体60具有多个凹部62。多个凹部62可以以规定的图案有规则地进行配置。只要根据应连接的电极的形状、尺寸及图案等来设定多个凹部62的位置及个数等即可。
相邻的凹部之间的距离L并无特别限制,但能够设为所收纳的焊料粒子的平均粒径的0.1倍以上,也可以是1倍以上。距离L能够根据形成焊料凸块的电极的配置来进行适当调整。凹部之间的距离并不是指凹部的中心之间的距离,而是指从凹部开口的边缘到边缘的距离。
基体60的凹部62优选形成为开口面积从凹部62的底部62a侧朝向基体60的表面60a侧扩大的锥形形状。即,如图3(a)及图3(b)所示,凹部62的底部62a的宽度(图3(a)及图3(b)中的宽度a)优选比凹部62的表面60a中的开口的宽度(图3(a)及图3(b)中的宽度b)窄。并且,凹部62的尺寸(宽度a、宽度b、容积、锥角及深度等)只要根据目标焊料粒子的尺寸进行设定即可。
另外,凹部62的形状也可以是图3(a)及图3(b)所示的形状以外的形状。例如,关于凹部62的表面60a中的开口的形状,除了如图3(a)所示的圆形以外,也可以是椭圆形、三角形、四边形、多边形等。
并且,与表面60a垂直的截面中的凹部62的形状例如可以是如图4所示的形状。图4(a)~(h)是示意性地表示基体所具有的凹部的截面形状的例的剖视图。图4(a)~(h)所示的任一截面形状中,凹部62的表面60a中的开口的宽度(宽度b)成为截面形状中的最大宽度。由此,容易取出形成在凹部62内的焊料粒子,提高操作性。并且,由于上述开口的宽度(宽度b)成为截面形状中的最大宽度,因此在将焊料粒子1转印到电极上的情况下,焊料粒子1容易从凹部62脱出,能够期待转印率的提高。并且,通过适当地调整上述开口的宽度(宽度b),难以产生将焊料粒子1转印到电极上时的位置偏离,且容易在准确的位置形成焊料凸块。
准备工序中所准备的焊料微粒只要包含粒径小于凹部62的表面60a中的开口的宽度(宽度b)的微粒即可,优选包含更多的粒径小于宽度b的微粒。例如,焊料微粒优选粒度分布的D10粒径小于宽度b,更优选粒度分布的D30粒径小于宽度b,进一步优选粒度分布的D50粒径小于宽度b。
焊料微粒的粒度分布能够使用符合尺寸的各种方法来测定。例如,能够利用动态光散射法、激光衍射法、离心沉降法、电感带法、共振式质量测定法等方法。而且,能够利用从通过光学显微镜、电子显微镜等得到的图像测定粒子尺寸的方法。作为具体装置,可举出流式粒子图像分析装置、微轨(Microtrack)、库尔特计数器等。
准备工序中所准备的焊料微粒的C.V.值并无特别限定,但从提高基于大小微粒的组合的对凹部62的填充性的观点考虑,优选C.V.值较高。例如,焊料微粒的C.V.值可以超过20%,优选为25%以上,更优选为30%以上。
关于焊料微粒的C.V.值,通过将用前述方法测定的粒径的标准偏差除以平均粒径(D50粒径)而得到的值乘以100来计算。
焊料微粒可以包含锡或锡合金。作为锡合金,例如能够使用In-Sn合金、In-Sn-Ag合金、Sn-Au合金、Sn-Bi合金、Sn-Bi-Ag合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-Cu合金等。作为这些锡合金的具体例,可举出下述例。
·In-Sn(In52质量%、Bi48质量%熔点118℃)
·In-Sn-Ag(In20质量%、Sn77.2质量%、Ag2.8质量%熔点175℃)
·Sn-Bi(Sn43质量%、Bi57质量%熔点138℃)
·Sn-Bi-Ag(Sn42质量%、Bi57质量%、Ag1质量%熔点139℃)
·Sn-Ag-Cu(Sn96.5质量%、Ag3质量%、Cu0.5质量%熔点217℃)
·Sn-Cu(Sn99.3质量%、Cu0.7质量%熔点227℃)
·Sn-Au(Sn21.0质量%、Au79.0质量%熔点278℃)
焊料微粒可以包含铟或铟合金。作为铟合金,例如能够使用In-Bi合金、In-Ag合金等。作为这些铟合金的具体例,可举出下述例。
·In-Bi(In66.3质量%、Bi33.7质量%熔点72℃)
·In-Bi(In33.0质量%、Bi67.0质量%熔点109℃)
·In-Ag(In97.0质量%、Ag3.0质量%熔点145℃)
根据焊料粒子的用途(使用时的温度)等,能够选择上述锡合金或铟合金。例如,在想要获得用于低温下的熔接的焊料粒子的情况下,只要采用In-Sn合金、Sn-Bi合金即可,在该情况下,可获得能够在150℃以下熔接的焊料粒子。在采用了Sn-Ag-Cu合金、Sn-Cu合金等熔点高的材料的情况下,能够获得高温放置后也能够维持高可靠性的焊料粒子。
焊料微粒可以包含选自Ag、Cu、Ni、Bi、Zn、Pd、Pb、Au、P及B中的一种以上。这些元素之中,从以下观点出发,可以包含Ag或Cu。即,通过焊料微粒包含Ag或Cu,实现如下效果:能够使获得的焊料粒子的熔点降低至220℃左右,且通过获得与电极的接合强度优异的焊料粒子来获得更良好的导通可靠性。
焊料微粒的Cu含有率例如为0.05~10质量%,也可以是0.1~5质量%或0.2~3质量%。若Cu含有率为0.05质量%以上,则容易获得能够实现良好的焊料连接可靠性的焊料粒子。并且,若Cu含有率为10质量%以下,则容易获得熔点低且湿润性优异的焊料粒子,作为结果,带焊料凸块的电极的连接可靠性容易变得更加良好。
焊料微粒的Ag含有率例如为0.05~10质量%,也可以是0.1~5质量%或0.2~3质量%。若Ag含有率为0.05质量%以上,则容易获得能够实现良好的焊料连接可靠性的焊料粒子。并且,若Ag含有率为10质量%以下,则容易获得熔点低且湿润性优异的焊料粒子,作为结果,带焊料凸块的电极的连接可靠性容易变得更加良好。
收纳工序中,在基体60的凹部62的每一个中收纳准备工序中所准备的焊料微粒。收纳工序中,可以是将准备工序中所准备的所有焊料微粒收纳在凹部62的工序,也可以是将准备工序中所准备的一部分焊料微粒(例如,焊料微粒中,小于凹部62的开口的宽度b的焊料微粒)收纳在凹部62的工序。
图5是示意性地表示在基体60的凹部62中收纳有焊料微粒111的状态的剖视图。如图5所示,在多个凹部62的每一个中收纳有多个焊料微粒111。
收纳在凹部62的焊料微粒111的量例如相对于凹部62的容积优选为20%以上,更优选为30%以上,进一步优选为50%以上,最优选为60%以上。由此,收纳量的偏差得到抑制,且容易获得粒度分布更小的焊料粒子。
将焊料微粒收纳在凹部62的方法并无特别限定。收纳方法可以是干式、湿式中的任一个。例如,将准备工序中所准备的焊料微粒配置在基体60上,并使用刮板擦拭基体60的表面60a,由此能够去除多余的焊料微粒,并且在凹部62内收纳充分的焊料微粒。凹部62的开口的宽度b大于凹部62的深度的情况下,有时焊料微粒从凹部62的开口飞出。若使用刮板,则从凹部62的开口飞出的焊料微粒被去除。作为去除多余的焊料微粒的方法,也可举出喷吹压缩空气,用无纺布或纤维束擦拭基体60的表面60a等的方法。这些方法与刮板相比,物理力较弱,因此在处理容易变形的焊料微粒的方面是优选的。并且,这些方法中,也能够将从凹部62的开口飞出的焊料微粒残留在凹部内。
融合工序为使收纳在凹部62的焊料微粒111(例如通过加热到130~260℃)融合而在凹部62的内部形成焊料粒子1的工序。收纳在凹部62的焊料微粒111通过熔融而合一化,且通过表面张力而球状化。此时,与凹部62的底部62a的接触部中,熔融的焊料追随底部62a而形成平面部11。由此,形成的焊料粒子1成为在表面的一部分具有平面部11的形状。如此,获得图1所示的焊料凸块形成用部件10。
作为使收纳在凹部62的焊料微粒111熔融的方法,可举出将焊料微粒111加热到焊料的熔点以上的方法。焊料微粒111因氧化被膜的影响而即使以熔点以上的温度进行加热,有时也不会熔融,或者不会湿润扩展,从而不会合一化。因此,将焊料微粒111暴露于还原气氛下,去除焊料微粒111的表面氧化被膜之后,加热到焊料微粒111的熔点以上的温度,由此能够使焊料微粒111熔融、湿润扩展、合一化。并且,焊料微粒111的熔融优选在还原气氛下进行。通过将焊料微粒111加热到焊料微粒111的熔点以上,并且设为还原气氛,从而焊料微粒111的表面的氧化被膜被还原,容易高效地进行焊料微粒111的熔融、湿润扩展、合一化。即,焊料凸块形成用部件的制造方法中,可以在融合工序之前,还具备将收纳在凹部的焊料微粒暴露于还原气氛的还原工序。并且,在焊料凸块形成用部件的制造方法的融合工序中,可以使焊料微粒在还原气氛下融合。
关于形成还原气氛的方法,只要是获得上述效果的方法,则并无特别限定,例如具有使用氢气、氢自由基、甲酸气体等的方法。例如,通过使用氢还原炉、氢自由基还原炉、甲酸还原炉、或者这些的输送炉或连续炉,能够在还原气氛下使焊料微粒111熔融。这些装置可以在炉内具备加热装置、填充惰性气体(氮气、氩气等)的腔室、使腔室内形成真空的机构等,由此更加容易进行还原气体的控制。并且,若能够使腔室内形成真空,则在焊料微粒111的熔融及合一化之后,能够通过减压来进行空隙的去除,能够获得连接稳定性进一步优异的焊料粒子1。
焊料微粒111的还原、熔解条件、温度、炉内气氛调整等分布可以考虑焊料微粒111的熔点、粒度、凹部尺寸、基体60的材质等而适当进行设定。例如,将在凹部填充有焊料微粒111的基体60插入炉内,并进行真空抽取之后,导入还原气体,使炉内充满还原气体,去除焊料微粒111的表面氧化被膜之后,通过真空抽取去除还原气体,之后,加热到焊料微粒111的熔点以上,使焊料微粒熔解及合一化,从而在凹部62内形成焊料粒子之后,填充氮气之后使炉内温度返回到室温,从而能够获得焊料粒子1。并且,例如,将在凹部填充有焊料微粒111的基体60插入炉内,并进行真空抽取之后,导入还原气体,使炉内充满还原气体,通过炉内加热器对焊料微粒111进行加热,去除焊料微粒111的表面氧化被膜之后,通过真空抽取去除还原气体,之后,加热到焊料微粒111的熔点以上,使焊料微粒熔解及合一化,从而在凹部62内形成焊料粒子之后,填充氮气之后使炉内温度返回到室温,从而能够获得焊料粒子1。通过在还原气氛下对焊料微粒进行加热,具有增加还原力,且容易去除焊料微粒的表面氧化被膜的优点。
而且,例如,将在凹部填充有焊料微粒111的基体60插入炉内,并进行真空抽取之后,导入还原气体,使炉内充满还原气体,通过炉内加热器加热到焊料微粒111的熔点以上,通过还原去除焊料微粒111的表面氧化被膜的同时,使焊料微粒熔解及合一化,从而在凹部62内形成焊料粒子,通过真空抽取去除还原气体,进一步减少焊料粒子内的空隙之后,填充氮气之后使炉内温度返回到室温,从而能够获得焊料粒子1。在该情况下,炉内温度的上升、下降的调节分别为一次即可,因此具有能够在短时间内进行处理的优点。
在上述凹部62内形成焊料粒子之后,可以添加再一次使炉内形成还原气氛而去除未完全去除的表面氧化被膜的工序。由此,能够减少未融合而残留下来的焊料微粒、未融合而残留下来的氧化被膜的一部分等残渣。
在使用大气压的输送炉的情况下,将在凹部填充有焊料微粒111的基体60载置于输送用输送机上,并连续通过多个区域而能够获得焊料粒子1。例如,将在凹部填充有焊料微粒111的基体60载置于以恒定速度设定的输送机上,并通过充满温度低于焊料微粒111的熔点的氮气或氩气等惰性气体的区域,接着通过存在温度低于焊料微粒111的熔点的甲酸气体等还原气体的区域,去除焊料微粒111的表面氧化被膜,接着通过充满焊料微粒111的熔点以上的温度的氮气或氩气等惰性气体的区域而使焊料微粒111熔融、合一化,接着通过充满氮气或氩气等惰性气体的冷却区,从而能够获得焊料粒子1。例如,将在凹部填充有焊料微粒111的基体60载置于以恒定速度设定的输送机上,并通过充满焊料微粒111的熔点以上的温度的氮气或氩气等惰性气体的区域,接着通过存在焊料微粒111的熔点以上的温度的甲酸气体等还原气体的区域,去除焊料微粒111的表面氧化被膜,并使其熔融、合一化,接着通过充满氮气或氩气等惰性气体的冷却区,从而能够获得焊料粒子1。所述输送炉能够进行大气压下的处理,因此还能够以辊对辊连续处理膜状的材料。例如,制作在凹部填充有焊料微粒111的基体60的连续辊产品,在输送炉的入口侧设置辊开卷机,在输送炉的出口侧设置辊卷取机,以恒定速度输送基体60,并通过输送炉内的各区域,由此能够使填充在凹部的焊料微粒111融合。
根据准备工序~融合工序,与焊料微粒111的材质及形状无关地,能够形成均匀尺寸的焊料粒子1。例如,铟系焊料能够进行基于电镀的析出,但难以以粒子状析出,柔软而难以处理。但是,上述方法中,通过将铟系焊料微粒用作原料,能够容易制造具有均匀粒径的铟系焊料粒子。并且,所形成的焊料粒子1能够以收纳在基体60的凹部62的状态进行处理,因此能够在不使焊料粒子1变形的情况下进行搬运/保管等。而且,所形成的焊料粒子1为收纳在基体60的凹部62的状态,因此能够在不使焊料粒子变形的情况下与电极接触。所获得的焊料粒子的平均粒径可以是1~35μm,C.V.值可以是20%以下。
并且,焊料微粒111即使粒度分布中偏差较大,形状也可以变形,只要能够收纳在凹部62内,则能够适宜地用作原料。
并且,上述方法中,基体60能够通过光刻、机械加工、压印等自由地设计凹部62的形状。焊料粒子1的尺寸依赖于收纳在凹部62的焊料微粒111的量,因此能够通过凹部62的设计而自由地设计焊料粒子1的尺寸。
接着,配置流化剂的工序中,将流化剂配置在形成有焊料粒子1的凹部62内。作为流化剂的配置方法,并无特别限定,但例如可举出将基体60浸渍于液态的流化剂溶液中并进行提取的方法、将液态流化剂涂布、滴加在基体60上(尤其凹部62上)等方法。而且,可举出在固态的流化剂的情况下,将具有直径小于凹部62的直径的流化剂配置在基体60的表面,并通过刮板填充于凹部62内等方法。或者,可举出通过CVD、蒸镀、溅射法等,配置流化剂的方法。可以去除从凹部62溢出的多余的流化剂。作为去除的方法,例如可举出基于减压的挥发、刮板、擦拭、刮擦、激光蚀刻、喷砂等方法。
例如,将液态流化剂适量滴加在基体60上(凹部62上),一边通过刮板铺展液态流化剂一边填充于凹部62内之后,能够再次通过刮板去除未填充在凹部62内的剩余的液态流化剂。用刮板未能完全去除的流化剂例如能够用无尘清洁布等进行擦拭。
焊料凸块形成用部件10的制造方法可以具备:前工序,准备具有多个凹部的基体以及焊料粒子及流化剂;及配置工序,在凹部配置焊料粒子及流化剂。如此,暂时从基体60取出焊料粒子1,再次将焊料粒子1和流化剂F重新配置在基体的凹部,从而能够制作焊料凸块形成用部件。若是该方法,则能够分离在熔融工序中未成为焊料粒子1的焊料微粒111、存在于凹部62外的焊料微粒111及其他残渣、异物等与焊料粒子1。具体而言,经过熔融工序,将在凹部62内具有焊料粒子1的基体60浸渍于溶剂内,并从凹部62取出焊料粒子1。从溶剂提取了取出焊料粒子1的基体60之后,使溶剂通过过滤器、筛网等,由此从溶剂去除异物。之后,使焊料粒子1在溶剂中暂时分散静置,并进行沉淀分离。通过进行沉淀分离,分离焊料粒子1与残渣(例如,焊料微粒111及异物),从而获得焊料粒子1与溶剂的混合物。多次进行沉淀分离,进一步去除残渣之后,对焊料粒子1与溶剂的混合物进行真空干燥,从而获得纯度高的焊料粒子1。配置工序中,将该焊料粒子1再次重新配置在基体60表面的凹部62内。之后,能够将流化剂配置在凹部62内。或者,也可以将流化剂预先配置在凹部62内之后,将焊料粒子1配置在凹部62内。或者,也可以预先混合流化剂和焊料粒子1,并将该混合物配置在凹部62内。重新配置焊料粒子的基体可以是制作焊料粒子时使用的基体,也可以是与其不同的基体。
另外,作为焊料粒子1,除了上述方法中所获得的焊料粒子以外,能够利用通过喷散法、水喷散法、切割并熔解细线的方法、使用精密喷射头制作微小焊料液滴的方法等公知的方法制作的焊料粒子。
<带焊料凸块的电极基板的制造方法>
带焊料凸块的电极基板的制造方法具备:准备工序,准备上述焊料凸块形成用部件及具有多个电极的基板;配置工序,使焊料凸块形成用部件的具有凹部的面与基板的具有电极的面对向接触;及加热工序,将焊料粒子加热到焊料粒子的熔点以上的温度。
作为在表面具有多个电极的基板(电路部件)的具体例,可举出IC芯片(半导体芯片)、电阻体芯片、电容器芯片、驱动器IC等芯片部件;刚性型的封装基板。这些电路部件具备电路电极,一般具备多个电路电极。作为在表面具有多个电极的基板的其他例,可举出具有金属配线的柔性带基板、柔性印刷线路板、蒸镀了铟锡氧化物(ITO)的玻璃基板等配线基板。
作为电极的具体例,可举出铜、铜/镍、铜/镍/金、铜/镍/钯、铜/镍/钯/金、铜/镍/金、铜/钯、铜/钯/金、铜/锡、铜/银、铟锡氧化物等电极。电极能够通过无电解镀敷或电解镀敷或溅射或金属箔的蚀刻来形成。
图6(a)及图6(b)是示意性地表示带焊料凸块的电极基板的制造过程的一例的剖视图。图6(a)所示的基体60为在各个凹部62中收纳有一个焊料粒子1及流化剂F的状态。另一方面,基板2在表面具有多个电极3。使基板2的电极3侧的面与该基体60的凹部62的开口侧的面对向接触。与各个电极3接触的焊料粒子1的个数并无特别限制,可以是相对于1电极为1粒子,也可以是相对于1电极为多个粒子。另外,作用于焊料粒子1与凹部62之间的力(例如,如van der Waals(分子间作用)力的分子间力)与施加于焊料粒子1的重力相比大,因此即使将基体60的主面朝下,焊料粒子1也不会脱落而留在凹部62内。并且,焊料粒子1的至少一部分与凹部62的底部及/或内壁部接触,在具有平坦部的情况下,焊料粒子1与凹部62紧密接触,从而难以脱落。
在焊料粒子与电极接触的状态下,通过将整个电极基板及基体60至少加热到高于焊料粒子1的熔点的温度(例如130~260℃),从而因所加热的流化剂F而变得容易流动的焊料粒子1与电极3接触的同时熔融,从而在电极3上形成焊料凸块。从更加适宜地进行焊料粒子1与电极3的接合的观点考虑,在加热工序中,可以使焊料凸块形成用部件10及基板2在加压状态下接触,并且将焊料粒子1加热到焊料粒子的熔点以上的温度。加压状态是指将焊料凸块形成用部件10和基板2彼此以30~600Pa左右的力向图6(a)中的箭头A、B方向按压的状态。焊料粒子1收纳在凹部62,而且对电极进行按压。因此,即使通过流化剂F的作用而流动,相邻的凹部62内的焊料粒子1彼此难以混合,能够仅在所期望的电极上形成相同尺寸的焊料凸块。并且,焊料难以桥接相邻的电极,能够抑制短路不良。
焊料粒子1在大气下通过加热而急剧进行氧化,且难以产生向电极3上的湿润扩展,因此加热时的气氛优选脱氧气氛。例如,可以是氮气、氩气等惰性气体气氛、真空气氛等。作为炉,能够利用在焊料的接合工序中一般使用的回流炉(氮气气氛下)、真空回流炉,且能够利用氮气气氛下的输送型回流炉、间歇式(腔室式)回流炉等。在利用这些回流炉时,若添加焊料熔融之后设为真空的工序,则能够去除焊料内的气泡(空隙)。而且,从提高生产率的观点考虑,还能够利用层压机。若是辊式层压机,则能够同时进行加压和加热。而且,还能够利用真空加压式层压机。真空加压式层压机能够使腔室内处于真空下,且能够同时进行加压及加热,因此在电极3上容易转印焊料凸块,因此优选。并且,能够进行基于载体膜的连续输送,因此还具有能够提高生产率的优点。
焊料粒子1因氧化被膜的影响而即使以熔点以上的温度进行加热,有时也不会熔融,或者不会湿润扩展。因此,将焊料粒子1暴露于还原气氛下,去除焊料粒子1的表面氧化被膜之后,加热到焊料粒子1的熔点以上的温度,由此能够使焊料粒子1熔融。并且,焊料粒子1的熔融优选在还原气氛下进行。通过将焊料粒子1加热到焊料粒子1的熔点以上,并且设为还原气氛,从而焊料粒子1的表面的氧化被膜被还原,进一步电极表面的氧化被膜被还原,容易高效地进行焊料粒子1的熔融、湿润扩展。即,带焊料凸块的电极基板的制造方法中,可以在配置工序之前,或者在配置工序之后且加热工序之前,还具备将焊料粒子(及/或电极)暴露于还原气氛的还原工序。并且,在带焊料凸块的电极基板的制造方法的加热工序中,可以在还原气氛下将焊料粒子加热到焊料粒子的熔点以上的温度。在电极上形成焊料凸块的加热工序中,通过使电极和焊料凸块形成用部件的开口部面(根据需要在加压状态下)紧贴,从而仅在电极上形成焊料凸块,容易抑制相邻电极之间的基于焊料的桥接。
关于还原气氛的详细内容,能够适当参考焊料凸块形成用部件的制造方法的记载。
在加热工序后,通过对整体进行冷却,电极3上和熔融焊料粒子1而形成的焊料凸块1A彼此被固接,从而两者被电连接。带焊料凸块的电极基板的制造方法中,可以在加热工序之后,还具备将焊料凸块形成用部件从基板去除的去除工序。在电极3上形成焊料凸块1A之后,通过从基板2去除焊料凸块形成用部件10(去除工序),能够获得带焊料凸块的电极基板20。图6(b)为如此获得的带焊料凸块的电极基板20的示意图。
在所获得的带焊料凸块的电极基板20上,可能存在虽然从凹部62脱离但未进行与电极3的接合的焊料粒子1。因此,带焊料凸块的电极基板的制造方法中,可以在去除工序之后,还具备去除未与电极结合的焊料粒子1的清洗工序。作为清洗方法,可举出喷吹压缩空气,用无纺布或纤维束擦拭基板表面等的方法。另外,在带焊料凸块的电极基板20上作为残渣存在流化剂F的情况下,该流化剂也能够通过清洗工序来进行去除。清洗工序中,能够利用容易熔解流化剂F的溶液。
根据带焊料凸块的电极基板的制造方法,能够获得依次具备基板2、电极3及焊料凸块1A的带焊料凸块的电极基板20。
<连接结构体的制造方法>
图7(a)及图7(b)是示意性地表示连接结构体的制造过程的一例的剖视图。一边参考图7(a)及图7(b),一边对连接结构体的制造方法进行说明。首先,预先准备图6(b)所示的带焊料凸块的电极基板20。并且,准备在表面具有多个其他电极5的另一基板4。并且,将两者配置成焊料凸块1A与其他电极5对置。之后,在这些部件的层叠体的厚度方向(图7(a)所示的箭头A及箭头B的方向)上进行加压。加压时,通过将整个至少加热到高于焊料凸块1A的熔点的温度(例如130~260℃),从而焊料凸块1A在电极3与其他电极5之间熔融。之后,通过将整个进行冷却,在电极3与其他电极5之间形成焊料层1B,从而电极之间电连接。为了抑制焊料凸块1A及电极5的氧化,优选在阻断氧气的气氛下进行加热。例如,优选氮气等惰性气体气氛下的加热。具体而言,能够利用真空回流炉、氮气回流炉等。
而且,为了通过加热来熔解焊料凸块1A,且更加适宜地接合对置的电极3与电极5,优选在还原气氛下进行加热。为了设为还原气氛,能够利用氢气、氢自由基、甲酸等。具体而言,能够利用氢还原炉、氢回流炉、氢自由基炉、甲酸炉、这些的真空炉、连续炉、输送炉。通过设为还原气氛,能够还原并去除焊料凸块1A表面的氧化被膜及电极5表面的氧化被膜,因此焊料凸块1A容易在电极5湿润扩展,经由焊料层1B在电极3与电极5之间实现更稳定的接合。
而且,为了实现稳定的连接,可以施加压力。预先准备图6(b)所示的带焊料凸块的电极基板20。并且,准备在表面具有多个其他电极5的另一基板4。并且,将两者配置成焊料凸块1A与其他电极5对置。之后,在这些部件的层叠体的厚度方向(图7(a)所示的箭头A及箭头B的方向)上进行加压。加压时,通过将整个至少加热到高于焊料凸块1A的熔点的温度(例如130~260℃),从而焊料凸块1A在电极3与其他电极5之间熔融。之后,通过将整个进行冷却,在电极3与其他电极5之间形成焊料层1B,从而电极之间电连接。在该情况下,也为了抑制焊料凸块1A、电极5及电极3表面的氧化,优选在真空下、氮气等惰性气体气氛下、还原气氛下进行上述工序。作为设为还原气氛的方法,可举出前述氢气、氢自由基、甲酸等。具体而言,能够利用氢还原炉、氢回流炉、氢自由基炉、甲酸炉、这些的真空炉、连续炉、输送炉等。
作为设为还原气氛的方法,能够利用具有还原作用的材料。例如,能够将助熔剂材料或含有助熔剂成分的材料配置在焊料凸块1A、电极5及电极3附近。能够使用含有助熔剂材料及含有助熔剂成分的材料的浆料、薄膜等。首先,预先准备图6(b)所示的带焊料凸块的电极基板20。在电极基板20的形成有焊料凸块1A的整个面,或者在焊料凸块1A及包含焊料凸块1A的电极3附近,配置助熔剂材料或含有助熔剂成分的浆料。并且,准备在表面具有多个其他电极5的另一基板4。并且,将两者配置成焊料凸块1A与其他电极5对置。之后,例如经由助熔剂材料或含有助熔剂成分的浆料使焊料凸块1A与其他电极5接触的状态下,至少加热到高于焊料凸块1A的熔点的温度(例如,130℃~260℃),由此焊料凸块1A在电极3与其他电极5之间熔融。之后,通过将整个进行冷却,在电极3与其他电极5之间形成焊料层1B,从而电极之间电连接。之后,若清洗去除助熔剂成分,则能够抑制由助熔剂残渣引起的焊料层1B、电极3及电极5的腐蚀。
作为其他方法,预先准备图6(b)所示的带焊料凸块的电极基板20。并且,准备在表面具有多个其他电极5的另一基板4,在基板4的具有电极5的整个面,或者在电极5的表面附近配置助熔剂材料或含有助熔剂成分的浆料。并且,将两者配置成焊料凸块1A与其他电极5对置。之后,例如经由助熔剂材料及含有助熔剂成分的浆料使焊料凸块1A与其他电极5接触的状态下,至少加热到高于焊料凸块1A的熔点的温度(例如,130℃~260℃),由此焊料凸块1A在电极3与其他电极5之间熔融。之后,通过将整个进行冷却,在电极3与其他电极5之间形成焊料层1B,从而电极之间电连接。
并且,还能够使用含有助熔剂成分的薄膜。预先准备图6(b)所示的带焊料凸块的电极基板20。在电极基板20的形成有焊料凸块1A的面侧配置含有助熔剂成分的薄膜。并且,准备在表面具有多个其他电极5的另一基板4。并且,将两者配置成焊料凸块1A与其他电极5对置。之后,经由含有助熔剂成分的薄膜使焊料凸块1A与其他电极5接触的状态下,或者,对对置的电极3与电极5之间施加压力,以从它们之间挤压含有助熔剂成分的薄膜,从而使焊料凸块1A与电极5接触的状态下,至少加热到高于焊料凸块1A的熔点的温度(例如,130℃~260℃),由此焊料凸块1A在电极3与其他电极5之间熔融。之后,通过将整个进行冷却,在电极3与其他电极5之间形成焊料层1B,从而电极之间电连接。
含有助熔剂成分的浆料及薄膜可以含有热固性材料。由此,熔解焊料凸块1A的同时,热固性成分固化,从而能够固定电极基板20和基板4。热固性材料的固化与焊料凸块1A的熔解加热不同,可以通过在后工序中再次进行加热来实施。并且,也可以将含有助熔剂成分的薄膜预先配置在基板4的形成有电极5的面侧。关于将含有助熔剂成分的薄膜配置在焊料凸块1A侧还是配置在具有电极5的基板4侧的配置位置的选择,能够根据电极的形状、焊料凸块1A的形状及尺寸、接合工序上的情况等,来进行适当选择。
作为用于熔解焊料凸块1A的加热方法,具有在真空下,例如对回流炉内的加热板进行加热,并经由与加热板接触的基板2及基板4传递到焊料凸块1A的方法、使用红外线等辐射的方法。并且,除了前述的使用加热板及红外线的加热方法以外,或者与其同时使用,能够利用经由经加热的气体及气体(gas)对焊料凸块1A进行加热的方法。具体而言,通过对惰性气体及氮气、氢、氢自由基、甲酸进行加热,从而能够对焊料凸块1A进行加热。助熔剂材料及助熔剂成分可以包含选自由琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、苯甲酸及苹果酸组成的组中的至少一种。
作为其他方法,可举出利用微波等电磁波的方法。例如,能够从外部施加对电极3、电极5及焊料凸块1A的成分进行加热的特定的电磁波。例如,在基板4及基板2为树脂基板的情况下,若从基板4及基板2的外侧照射特定的电磁波,则电磁波透射基板4及基板2,通过电磁波对电极3及焊料凸块1A或电极5进行加热。在该方法的情况下,能够选择性地加热想要接合的部分,因此具有不残留额外的热历程的优点。例如,即使基板2及基板4为耐热性低的材料,也能够熔解焊料凸块1A而可靠地接合电极3和电极5。并且,由于接合的整个系统中难以残留热历程,因此具有容易抑制接合后的翘曲及分解的优点。并且,在利用微波的情况下,与如前所述利用加热板、红外线、加热气体等相比,能够在短时间内熔解焊料凸块1A,因此具有能够减少对想要接合的整个系统的热历程的优点,容易获得前述的效果。而且,若使用微波,则能够仅对想要接合或想要熔解的电极3、焊料凸块1A及电极5的部分进行局部性的加热。因此,无需加热整个系统,即使耐热性低的材料、其他电子部件等不想进行加热的部件在电极3及电极5的附近,也能够熔解焊料凸块1A而进行接合。
作为其他方法,可举出利用超声波的方法。例如,若将超声波振子配置在基板2的与电极3相反的一侧,并施加超声波,则焊料凸块1A通过超声波的振动能进行熔解。由此,电极3与预先配置在电极3的相对位置的电极5经由焊料层1B接合。基于超声波的接合能够在短时间内熔解焊料凸块1A,因此无需对整个基板2及基板4进行加热,即使基板2及基板4为耐热性低的材料,也能够可靠地接合电极3与电极5。
图7(b)是如此获得的连接结构体30的示意图。即,图7(b)是示意性地表示基板2所具有的电极3与另一基板4所具有的其他电极5经由熔接而形成的焊料层1B连接的状态。本说明书中“熔接”是指电极的至少一部分通过因热熔解的焊料(焊料凸块1A)而接合,之后通过经过其固化的工序在电极的表面接合有焊料的状态。连接结构体30能够具备:第一电路部件,具备基板及其表面的多个电极;第二电路部件,具备另一基板及其表面的多个其他电极;以及多个电极与多个其他电极之间的焊料层。另外,在第一电路部件与第二电路部件之间的空间中,例如能够填充以环氧树脂为主剂的底部填充材料。
作为连接结构体的应用对象,可举出半导体存储器、半导体逻辑芯片等连接部、半导体封装件的一次安装及二次安装的连接部、CMOS图像元件、激光元件、LED发光元件等接合体、使用了这些的相机、传感器、液晶显示器、个人计算机、手机、智能手机、平板电脑等器件。
以上,对本发明的优选实施方式进行了说明,但本发明并不限定于上述实施方式。
实施例
以下,通过实施例对本发明进行更详细的说明,但本发明并不限定于这些实施例。
<焊料凸块形成用膜的制作>
(制作例1)
工序a1:焊料微粒的分级
将Sn-Bi焊料微粒(5N Plus公司制、熔点139℃、Type8)100g浸渍于蒸馏水中,并使其超声波分散之后静置,回收了悬浮在上清液的焊料微粒。重复该操作,回收了10g的焊料微粒。所获得的焊料微粒的平均粒径为1.0μm,C.V.值为42%。
工序b1:向基体的配置
准备了具有多个表1所示的开口直径2.3μmφ、底部直径2.0μmφ、深度2.0μm(若从上面观察开口,则底部直径2.0μmφ位于开口直径2.3μmφ的中央)的凹部的基体(聚酰亚胺膜、厚度100μm)。多个凹部以1.0μm的间隔有规则地排列。将在工序a中所获得的焊料微粒(平均粒径1.0μm、C.V.值42%)配置在基体的凹部。另外,通过用微粘结辊擦拭基体的形成有凹部的面侧而去除多余的焊料微粒,从而获得了仅在凹部内配置有焊料微粒的基体。
工序c1:焊料粒子的形成
将工序b1中在凹部配置有焊料微粒的基体放入氢还原炉(SHINKO SEIKI CO.,LTD.制、真空焊接装置),并进行真空抽取之后,将氢气导入炉内而使炉内充满了氢。之后,将炉内以280℃保持20分钟之后,再次进行真空抽取,导入氮气而返回到大气压之后将炉内的温度下降至室温,由此在凹部的内部形成了焊料粒子。
<焊料粒子的评价>
将经过工序c1而获得的基体的一部分固定在SEM观察用底座表面,并对表面实施了铂溅射。利用SEM,测定300个焊料粒子的直径,并计算出平均粒径及C.V.值。在表2中示出结果。并且,使用激光显微镜(Olympus Corporation制、LEXT OLS5000―SAF)来测定经过工序c1而获得的基体的一部分的表面形状,并测定自基体表面的焊料粒子的高度,计算出300个的平均值。在表2中示出结果。
工序d1:助熔剂的配置
在二氢萜品醇90质量份中作为助熔剂成分放入己二酸20质量份并进行混合,从而制成流动相。将该流动相配置在工序c1中所获得的配置有焊料粒子的凹部内。之后,用橡胶制刮板擦拭基体的形成有凹部的面侧,去除了未填充于凹部的多余的流动相(助熔剂成分)。之后,进一步用无尘清洁布擦拭基材表面,从而制作了焊料凸块形成用膜。
(制作例2~6)
除了如表1所记载那样变更了凹部尺寸等以外,与制作例1相同地制作了焊料凸块形成用膜,并进行了评价。在表2中示出结果。
(制作例7)
除了进行以下工序c2来代替工序c1以外,与制作例1相同地制作了焊料凸块形成用膜,并进行了评价。在表2中示出结果。
工序c2:焊料粒子的形成
将工序b1中在凹部配置有焊料微粒的基体投入氢自由基还原炉(SHINKO SEIKICO.,LTD.制、等离子体回流装置),并进行真空抽取之后,将氢气导入炉内,使炉内充满了氢气。之后,将炉内调整为120℃,并照射了氢自由基5分钟。之后,利用真空抽取去除炉内的氢气,并加热至170℃之后,将氮气导入炉内而返回到大气压之后将炉内的温度下降至室温,由此形成了焊料粒子。
(制作例8~12)
除了如表1所记载那样变更了凹部尺寸等以外,与制作例7相同地制作了焊料凸块形成用膜,并进行了评价。在表2中示出结果。
(制作例13)
除了进行以下工序c3来代替工序c1以外,与制作例1相同地制作了焊料凸块形成用膜,并进行了评价。在表2中示出结果。
工序c3:焊料粒子的形成
将工序b1中在凹部配置有焊料微粒的基体投入甲酸还原炉,并进行真空抽取之后,将甲酸气体导入炉内,使炉内充满了甲酸气体。之后,将炉内调整为130℃,并保持温度5分钟。之后,利用真空抽取去除炉内的甲酸气体,并加热至180℃之后,将氮气导入炉内而返回到大气压之后将炉内的温度下降至室温,由此形成了焊料粒子。
(制作例14~18)
除了如表1所记载那样变更了凹部尺寸等以外,与制作例13相同地制作了焊料凸块形成用膜,并进行了评价。在表2中示出结果。
(制作例19)
除了进行以下工序c4来代替工序c1以外,与制作例1相同地制作了焊料凸块形成用膜,并进行了评价。在表2中示出结果。
工序c4:焊料粒子的形成
将工序b1中在凹部配置有焊料微粒的基体投入甲酸输送回流炉(HellerIndustries,Inc.制、1913MK),一边利用输送机进行输送,一边连续通过调整为190℃的氮气区、氮气及甲酸气体混合区、氮气区。用20分钟通过氮气及甲酸气体混合区,并在凹部内形成了焊料粒子。
(制作例20~24)
除了如表1所记载那样变更了凹部尺寸等以外,与制作例19相同地制作了焊料凸块形成用膜,并进行了评价。在表2中示出结果。
[表1]
[表2]
<带焊料凸块的评价芯片的制作>
工序e1:评价芯片的准备
准备了如下所示的7种带金凸块的芯片(3.0×3.0mm、厚度:0.5mm)。
芯片C1…面积100μm×100μm、空间40μm、高度:10μm、凸块数362
芯片C2…面积75μm×75μm、空间20μm、高度:10μm、凸块数362
芯片C3…面积40μm×40μm、空间16μm、高度:7μm、凸块数362
芯片C4…面积20μm×20μm、空间7μm、高度:5μm、凸块数362
芯片C5…面积10μm×10μm、空间6μm、高度:3μm、凸块数362
芯片C6…面积10μm×10μm、空间4μm、高度:3μm、凸块数362
芯片C7…面积5μm×10μm、空间3μm、高度:2μm、凸块数362
工序f1:形成焊料凸块(不使用甲酸气体)
按照以下所示的i)~iii)的顺序,使用工序c2中所制作的焊料凸块形成用膜(制作例7),在带金凸块的芯片(3.0×3.0mm、厚度:0.5mm)上形成了焊料凸块。
i)在加热板上放置厚度0.3mm的玻璃板,并在玻璃板上使金凸块朝上地放置了评价芯片。
ii)使焊料凸块形成用膜的凹部的开口面侧朝下,以评价芯片的金凸块面与焊料凸块形成用膜接触的方式进行了配置。而且,在焊料凸块形成用膜上载置厚度0.3mm的玻璃板,并在玻璃板上载置不锈钢制的锭子而使焊料凸块形成用膜紧贴于金凸块。
iii)准备了向内部吹入氮气的吊钟型玻璃罩。用该玻璃罩覆盖了ii)中所准备的评价芯片上层叠有焊料凸块形成用膜的样品。接着,向玻璃罩内导入氮气,将整个样品置于氮气气氛下。将加热板的热板升温到160℃,并加热了5分钟。之后,使加热板返回至室温之后,停止氮气,并进行了大气开放。以最上部的锭子、玻璃板、焊料凸块形成用膜的顺序进行了去除。接着,将评价芯片浸渍于甲醇溶液中,并清洗去除流动相,进行真空干燥(40℃下60分钟),从而获得了带焊料凸块的评价芯片。
<焊料凸块的评价:不使用甲酸气体>
将经过工序f1而获得的评价芯片固定在SEM观察用底座表面,并对表面实施了铂溅射。对于30个金凸块,利用SEM,统计载置于金凸块上的焊料凸块数,并计算出载置于一个金凸块上的焊料凸块的平均个数。在表3中示出结果。并且,使用激光显微镜(OlympusCorporation制、LEXT OLS5000―SAF)来测定自金凸块的焊料凸块的高度,并计算出100个的平均值。在表3中示出结果。
除了使用制作例8~12的焊料凸块形成用膜来代替制作例7的焊料凸块形成用膜以外,以与上述相同的方法进行了焊料凸块形成及其评价。
在表3中示出评价结果。
(比较制作例1)
除了不进行工序d1(助熔剂的配置)以外,与制作例8相同地制作了在凹部内具有焊料粒子的比较用焊料凸块形成用膜。除了使用该比较用焊料凸块形成用膜以外,以与工序f1相同的方法进行了焊料凸块形成及其评价。在表3中示出结果。
[表3]
制作例7~12中,能够在评价芯片的金凸块上形成焊料凸块,但在比较制作例1中,无论哪种评价芯片,在金凸块上均未观察到焊料凸块。
在比较制作例1的凹部内,没有包含助熔剂的流动相,从而焊料粒子的表面氧化被膜未被还原,也没有产生对金凸块的焊料粒子的湿润扩展。
含有助熔剂成分的流动相与焊料粒子一起收纳在凹部中,因此通过加热助熔剂成分去除焊料粒子表面的氧化被膜,并且还进行金凸块(电极)表面的清洗。并且,焊料粒子一边熔解一边通过流动相被移动到金凸块表面,从而能够在金凸块上形成焊料凸块。如图1所示,流动相存在于凹部内,因此通过流动相,去除与金凸块(电极)对置的焊料粒子表面附近的氧化被膜,激活焊料粒子与金凸块的接触。以凹部的开口面与金凸块面接触的状态进行加热,因此焊料粒子能够与金凸块表面接触。此时,由于存在凹部的壁面,因此抑制焊料粒子及助熔剂向焊料凸块形成用部件的面方向的流动,能够在金凸块上形成焊料凸块。并且,以相同的理由,相邻的凹部的焊料粒子彼此难以接合,能够形成良好的焊料凸块。根据凸块形成时的加热温度及时间,需要控制与金凸块表面的湿润扩展量,但焊料粒子和助熔剂以收纳在凹部的状态按压在金凸块面,因此以上述理由难以进行相邻之间的焊料粒子彼此的结合,加热温度和时间上的似然(likelihood)性较大。因此,实现产业利用上稳定的焊料凸块形成。另外,在没有金凸块的部分发现了少量的助熔剂成分及焊料粒子,但通过在甲醇中清洗评价芯片,从而能够去除它们。凹部开口面也面向金凸块以外的评价芯片表面,但由于金凸块高于其他面,因此凹部开口面难以进行接触,焊料粒子难以移动到评价芯片侧。并且,即使一部分凹部开口面与评价芯片侧接触,也没有焊料湿润扩展的金属(电极),因此能够通过之后的清洗而简单地进行去除。并且,如前所述,在凹部内具有焊料粒子和助熔剂,因此在焊料凸块形成用部件的面方向上抑制焊料粒子的流动,从而难以产生金凸块的短路不良等。
如比较制作例1,在没有流动相的情况下,即使加热也无法充分还原焊料粒子的表面氧化被膜,而且难以使焊料粒子流动至金凸块(电极),难以稳定地形成焊料凸块。
工序f2:形成焊料凸块(使用甲酸气体)
按照以下所示的i)~iii)的顺序,使用工序c2中所制作的焊料凸块形成用膜(制作例7),在带金凸块的芯片(3.0×3.0mm、厚度:0.5mm)上形成了焊料凸块。
i)在厚度5mm的不锈钢板上放置厚度0.3mm的玻璃板,并在玻璃板上使金凸块朝上地放置了评价芯片。
ii)使焊料凸块形成用膜的凹部的开口面侧朝下,以评价芯片的金凸块面与焊料凸块形成用膜接触的方式进行了配置。而且,在焊料凸块形成用膜上载置厚度0.3mm的玻璃板,并在玻璃板上载置不锈钢制的锭子而使焊料凸块形成用膜紧贴于金凸块。
iii)在甲酸回流输送炉(Heller Industries Inc.1936MKV)的带式输送机上,载置ii)中所准备的不锈钢板,并以40mm/s的速度流动。在输送炉内,样品首先通过了氮气区。此时,去除了样品周边的氧气。接着通过加热到150℃的氮气区,进一步通过180℃的甲酸气体(4%)的区域,之后,导入到设定为160℃的真空腔室内。关闭真空腔室之后,将腔室内保持真空1分钟,导入氮气而返回到大气压之后,样品离开真空腔室,通过氮气气氛的冷却区而返回到室温。以最上部的锭子、玻璃板、焊料凸块形成用膜的顺序进行了去除。接着,将评价芯片浸渍于甲醇溶液中,并清洗去除流动相,进行真空干燥(40℃下60分钟),从而获得了带焊料凸块的评价芯片。
<焊料凸块的评价:使用甲酸气体>
将经过工序f2而获得的评价芯片固定在SEM观察用底座表面,并对表面实施了铂溅射。对于30个金凸块,利用SEM,统计载置于金凸块上的焊料凸块数,并计算出载置于一个金凸块上的焊料凸块的平均个数。在表3中示出结果。并且,使用激光显微镜(OlympusCorporation制、LEXT OLS5000―SAF)来测定自金凸块的焊料凸块的高度,并计算出100个的平均值。在表4中示出结果。
除了使用制作例8~12的焊料凸块形成用膜来代替制作例7的焊料凸块形成用膜以外,以与工序f2相同的方法进行了焊料凸块形成及其评价。在表4中示出评价结果。
除了使用比较制作例1中获得的比较用焊料凸块形成用膜以外,以与工序f2相同的方法进行了焊料凸块形成及其评价。在表4中示出结果。
[表4]
制作例7~12中,能够在金凸块上形成焊料凸块。尤其,与未设为甲酸气体气氛的情况(表3)相比,具有焊料凸块数增加的倾向。认为这是因为凹部内的焊料粒子的表面氧化被膜通过包含在流动相的助熔剂成分和甲酸气体而充分被还原,而且金焊盘表面的有机物也被甲酸气体去除,因此在金凸块上容易形成焊料凸块。若利用显微镜及电子显微镜来观察使用甲酸气体气氛而获得的焊料凸块,则与不使用甲酸气体气氛而获得的焊料凸块相比,球形的变形变少。认为这是因为加热后在真空腔室内成为真空状态,从而去除焊料凸块内的气泡,并且流动相的低分子成分也充分蒸发,因此焊料凸块成为变形少的球形。
比较制作例1中,在金凸块上确认到焊料凸块的形成,但与制作例7~12相比,具有凸块数少的倾向。即使在使用了相同的比较制作例1的情况下,在未设为甲酸气体气氛时,未发现焊料凸块的形成,但设为甲酸气体气氛时,一部分凹部内的焊料粒子通过甲酸气体去除了表面氧化膜,在金凸块上载置了一定量。但是,由于将凹部侧按压在金凸块上,因此认为甲酸气体未达到充分去除凹部内的焊料粒子的表面氧化膜。
<连接结构体的制作>
工序g1:评价基板的准备
准备了如下所示的7种带金凸块的基板(70×25mm、厚度:0.5mm)。另外,在这些金凸块中还形成有电阻测定用引出配线。
基板D1…面积100μm×100μm、空间40μm、高度:4μm、凸块数362
基板D2…面积75μm×75μm、空间20μm、高度:4μm、凸块数362
基板D3…面积40μm×40μm、空间16μm、高度:4μm、凸块数362
基板D4…面积20μm×20μm、空间7μm、高度:4μm、凸块数362
基板D5…面积10μm×10μm、空间6μm、高度:3μm、凸块数362
基板D6…面积10μm×10μm、空间4μm、高度:3μm、凸块数362
基板D7…面积5μm×10μm、空间3μm、高度:3μm、凸块数362
工序h1:电极的接合
按照以下所示的i)~iii)的顺序,使用工序f1中所制作的带焊料凸块的评价芯片,经由焊料凸块与带金凸块的评价基板连接。
i)在甲酸回流炉(SHINKO SEIKI CO.,LTD.制、间歇式真空焊接装置)的下部热板上使金凸块朝上地放置了评价基板。
ii)使形成有焊料凸块的评价芯片的焊料凸块面朝下,以评价基板的金凸块面与焊料凸块接触的方式进行配置,并进行了固定,以使不移动。
iii)使甲酸真空回流炉进行工作,并进行真空抽取之后,填充甲酸气体,将下部热板升温到180℃,并加热了5分钟。之后,利用真空抽取排出甲酸气体之后,进行氮气置换,将下部热板返回至室温,将炉内向大气开放。在评价芯片与评价基板之间放入适量的调整了粘度的底部填充材料(Hitachi Chemical Co.,Ltd.制、CEL系列),利用真空抽取进行填充之后,在165℃下固化2小时,从而制作了评价芯片和评价基板的连接结构体。连接结构体中的各材料的组合如下。
(1)芯片C1/焊料凸块形成用膜/基板D1
(2)芯片C2/焊料凸块形成用膜/基板D2
(3)芯片C3/焊料凸块形成用膜/基板D3
(4)芯片C4/焊料凸块形成用膜/基板D4
(5)芯片C5/焊料凸块形成用膜/基板D5
(6)芯片C6/焊料凸块形成用膜/基板D6
(7)芯片C7/焊料凸块形成用膜/基板D7
<连接结构体的评价>
对所获得的连接结构体的一部分,如下进行了导通电阻试验及绝缘电阻试验。
(导通电阻试验-吸湿耐热试验)
关于带金凸块的芯片(凸块)/带金凸块的基板(凸块)之间的导通电阻,对于20个样品,测定了导通电阻的初始值和吸湿耐热试验(在温度85℃、湿度85%的条件下放置100、500、1000小时)后的值,并计算出这些的平均值。
根据所获得的平均值按照下述标准对导通电阻进行了评价。在表5中示出结果。另外,在进行吸湿耐热试验1000小时之后,满足下述A或B的标准的情况下,可以说导通电阻良好。
A:导通电阻的平均值小于2Ω
B:导通电阻的平均值为2Ω以上且小于5Ω
C:导通电阻的平均值为5Ω以上且小于10Ω
D:导通电阻的平均值为10Ω以上且小于20Ω
E:导通电阻的平均值为20Ω以上
(导通电阻试验-高温放置试验)
关于带金凸块的芯片(凸块)/带金凸块的基板(凸块)之间的导通电阻,对于20个样品,测定了导通电阻的初始值和高温放置试验(在温度100℃的条件下放置100、500、1000小时)后的值。另外,在高温放置后,施加落下冲击,并测定了落下冲击后的样品的导通电阻。落下冲击是通过将连接结构体螺纹紧固固定在金属板上并使其从高度50cm落下而产生的。落下后,在冲击最大的芯片角的焊料接合部(4处)测定直流电阻值,当测定值比初始电阻增加了5倍以上时,视为产生断裂,进行了评价。另外,对各样品测定4处,合计进行了80处的测定。在表6中示出结果。在落下次数20次后,将满足下述A或B的标准的情况评价为焊料连接可靠性良好。
A:比初始电阻增加了5倍以上的焊料连接部为0处。
B:比初始电阻增加了5倍以上的焊料连接部为1处以上且5处以下。
C:比初始电阻增加了5倍以上的焊料连接部为6处以上且20处以下。
D:比初始电阻增加了5倍以上的焊料连接部为21处以上。
(绝缘电阻试验)
关于芯片电极之间的绝缘电阻,对于20个样品,测定了绝缘电阻的初始值和迁移试验(在温度60℃、湿度90%、施加20V的条件下,放置100、500、1000小时)后的值,在所有20个样品中,计算了绝缘电阻值为109Ω以上的样品的比例。根据所获得的比例按照下述标准对绝缘电阻进行了评价。在表7中示出结果。另外,在进行迁移试验1000小时之后,在满足下述A或B的标准的情况下,可以说绝缘电阻良好。
A:绝缘电阻值109Ω以上的比例为100%
B:绝缘电阻值109Ω以上的比例为90%以上且小于100%
C:绝缘电阻值109Ω以上的比例为80%以上且小于90%
D:绝缘电阻值109Ω以上的比例为50%以上且小于80%
E:绝缘电阻值109Ω以上的比例小于50%
[表5]
[表6]
[表7]
<焊料凸块形成用膜的制作>
工序i1:评价用基体的制作
在6英寸的硅晶片上利用旋涂法以2.3μm的厚度涂布了液态感光性抗蚀剂(Hitachi Chemical Co.,Ltd.制、AH系列)。对该硅晶片上的感光性抗蚀剂进行曝光/显影,形成了具有开口直径3.1μmφ、底部直径2.0μmφ、深度2.3μm(若从上面观察开口,则底部直径2.0μmφ位于开口直径3.1μmφ的中央)的凹部的评价图案。另外,该评价图案中,一个尺寸为20mm×20mm,在其中心的10mm×10mm的区域配置有前述凹部。凹部的位置配置在与后述的评价芯片C8的电极配置图案相对的位置(X方向间距、Y方向间距),还配置了3处对准标记。通过切片机将其切成20mm×20mm尺寸而获得了评价用基体1。在表8中示出评价用基体的概要。
[表8]
将感光性抗蚀剂的厚度、开口直径及间距作为表8所示的值,制作了评价用基体2~6。
<焊料粒子的准备>
工序j1:焊料粒子的准备
经过工序a1、b1、c1,获得了表2的制作例7~制作例12所示的在凹部具有焊料粒子的焊料凸块形成用膜。在不锈钢制槽中填充异丙醇,并浸渍所获得的焊料凸块形成用膜,施加了5分钟的28kHz、600W的超声波。焊料粒子从凹部脱离,并分散在异丙醇溶剂中。将分散有该焊料粒子的溶剂静置,废弃了上清液。之后,用异丙醇再次进行填充,使焊料粒子更加分散之后进行了静置。进行了3次该沉淀分离的操作,获得了粒径一致的焊料粒子1~6。在表9中示出焊料粒子1~6的概要。
[表9]
(制作例25)
工序k1:流化剂和焊料粒子的配置
在带盖的玻璃瓶中放入十二烷和焊料粒子1,并用超声波进行了分散。在固定在玻璃板上的20mm×20mm的评价用基体1表面滴落分散液,用聚氨酯制刮板擦拭评价用基体1表面,并将焊料粒子1和十二烷填充在凹部内。用清洁布擦拭评价用基体1表面的剩余的焊料粒子1及十二烷,获得了在评价用基体1的凹部内配置有焊料粒子1和十二烷的焊料凸块形成用膜。
[表10]
(制作例26~42)
除了将流化剂的种类、焊料粒子及评价用基体设为表10所示的组合以外,与工序k1相同地,获得了在凹部内配置有焊料粒子和流化剂的评价用焊料凸块形成用膜26~42。另外,关于己二酸,相对于二氢萜品醇90质量份放入己二酸20质量份,并充分混合而制成流动相。
<带焊料凸块的评价芯片的制作>
工序e2:评价芯片的准备
准备了如下所示的6种带金凸块的芯片(10mm×10mm、厚度:0.5mm)。
芯片C8…尺寸8×4μm、X方向间距16μm、Y方向间距8μm、高度:3μm、凸块数382000
芯片C9…尺寸16μm×8μm、X方向间距32μm、Y方向间距16μm、高度:5μm、凸块数95700
芯片C10…尺寸24μm×12μm、X方向间距48μm、Y方向间距24μm、高度:8μm、凸块数42500
芯片C11…尺寸72μm×36μm、X方向间距144μm、Y方向间距72μm、高度:10μm、凸块数4700
芯片C12…尺寸96μm×48μm、X方向间距192μm、Y方向间距96μm、高度:13μm、凸块数2600
芯片C13…尺寸140μm×70μm、X方向间距280μm、Y方向间距140μm、高度:18μm、凸块数1200
另外,分别配置有3处对准标记。
<形成焊料凸块>
工序f3:形成焊料凸块:氮气气氛
按照以下所示的i)~iii)的顺序,使用工序k1中所制作的评价用焊料凸块形成用膜25,在带金凸块的芯片(10mm×10mm、厚度:0.5mm)上形成了焊料凸块。
i)在30mm×30mm(厚度0.5mm)的玻璃板上使金凸块朝上地固定了芯片C8。将其吸附固定在倒装芯片焊接机(FC3000:Toray Industries,Inc.制)的工作台上。
ii)利用加热加压用头拾取20mm×20mm的评价用基体1,通过相机读取对准标记,使芯片C8的电极位置和评价用基体1的凹部对置并暂时放置。
iii)准备了向内部吹入氮气的吊钟型玻璃罩。用该玻璃罩覆盖整个加热板,将加热板的热板升温到150℃。将ii)中所准备的样品载置在加热板上,并在最上层的评价用基体1上载置不锈钢制的锭子,在氮气气氛下加热了3分钟。之后,以最上部的锭子、评价用基体1顺序进行了去除。接着,将芯片C8浸渍于甲醇溶液中,并清洗去除流动相,进行真空干燥(40℃下60分钟),从而获得了带焊料凸块的评价用芯片25。
<焊料凸块的评价:不使用甲酸气体>
将经过工序f1而获得的评价用芯片25固定在SEM观察用底座表面,并对表面实施了铂溅射。对于300个金凸块,利用SEM,统计在金凸块上形成有焊料凸块的数量,计算焊料凸块形成率,并根据以下评价标准进行了评价。在表11中示出结果。另外,焊料凸块形成率的评价满足A或B的标准的情况下,可以说是良好。
A:焊料凸块形成率为9成以上
B:焊料凸块形成率为8成以上且小于9成
C:焊料凸块形成率为7成以上且小于8成
D:焊料凸块形成率为6成以上且小于7成
E:焊料凸块形成率小于6成
而且,使用激光显微镜(Olympus Corporation制、LEXT OLS5000―SAF)来测定自金凸块的焊料凸块的高度,并计算出100个的平均值。在表11中示出结果。
接着,除了使用制作例26~42的评价用焊料凸块形成用膜26~42,且使用与各个金凸块(电极)和凹部的位置对应的芯片C8~13来代替制作例25的评价用焊料凸块形成用膜25以外,以与上述相同的方法进行了焊料凸块形成及其评价。在表11中示出评价结果。
[表11]
关于评价用芯片25~42,均在金凸块上充分形成有焊料凸块。焊料凸块仅形成在电极上,在电极之间不存在焊料粒子。由于将焊料凸块形成用膜的凹部的开口部面按压在电极表面,因此即使存在流动相,熔解的焊料从电极表面泄露的可能性也较低,能够稳定地形成焊料凸块。
<形成焊料凸块>
工序f4:形成焊料凸块:甲酸气氛
除了将工序f3的iii)代替为以下方法以外,使用与工序f3相同的方法形成焊料凸块,并进行了评价。在表12中示出评价结果。
iii)将在芯片C8上载置有评价用基体1的玻璃板配置固定在甲酸炉(SHINKOSEIKI CO.,LTD.制)的热板上,并在评价用基体1上载置了不锈钢制的锭子。对炉内进行真空脱气之后,在甲酸气氛下以150℃处理3分钟,并返回到大气压。之后,以最上部的锭子、评价用基体1顺序进行了去除。接着,将芯片C8浸渍于甲醇溶液中,并清洗去除流动相,进行真空干燥(40℃下60分钟),从而获得了带焊料凸块的评价用芯片43。
[表12]
使用工序f4的方法,以表12所示的组合进行焊料凸块的形成,从而获得了评价用芯片44~60。在表12中示出与上述相同地进行的评价结果。
评价用芯片43~60中,均能够形成良好的焊料凸块。由于利用甲酸设为还原气氛,因此成为良好的结果。
<形成焊料凸块>
工序f5:形成焊料凸块:真空加压
除了将工序f3的iii)代替为以下方法以外,用与工序f3相同的方法形成焊料凸块,并进行了评价。在表13中示出评价结果。
iii)将在芯片C8上载置有评价用基体1的玻璃板配置在真空加压式层压机(MVL-500:The Japan Steel Works,Ltd.制)的载体膜上。将上下加热板温度设定为145℃,在压力0.5MPa、加压时间3s下进行了处理。之后,去除了评价用基体1。接着,将芯片C8浸渍于甲醇溶液中,并清洗去除流动相,进行真空干燥(40℃下60分钟),从而获得了带焊料凸块的评价用芯片61。在表13中示出结果。
[表13]
使用工序f5的方法,以表13所示的组合进行焊料凸块的形成,从而获得了评价用芯片62~78。在表13中示出与上述相同地进行的评价结果。
评价用芯片61~78中,均能够形成良好的焊料凸块。通过真空加压,压力均匀地施加于面内,因此成为良好的结果。
<带焊料凸块的评价芯片的制作>
工序e3:评价芯片的准备
准备了如下所示的6种带铜凸块的芯片(10mm×10mm、厚度:0.5mm)。
芯片C14…尺寸8×4μm、X方向间距16μm、Y方向间距8μm、高度:3μm、凸块数382000
芯片C15…尺寸16μm×8μm、X方向间距32μm、Y方向间距16μm、高度:5μm、凸块数95700
芯片C16…尺寸24μm×12μm、X方向间距48μm、Y方向间距24μm、高度:8μm、凸块数42500
芯片C17…尺寸72μm×36μm、X方向间距144μm、Y方向间距72μm、高度:10μm、凸块数4700
芯片C18…尺寸96μm×48μm、X方向间距192μm、Y方向间距96μm、高度:13μm、凸块数2600
芯片C19…尺寸140μm×70μm、X方向间距280μm、Y方向间距140μm、高度:18μm、凸块数1200
另外,分别配置有3处对准标记。
<形成焊料凸块>
工序f6:形成焊料凸块:真空加压
除了将工序f3的iii)代替为以下方法以外,用与工序f3相同的方法形成焊料凸块,并进行了评价。在表14中示出评价结果。
iii)将在芯片C14上载置有评价用基体1的玻璃板配置在真空加压式层压机(MVL-500:The Japan Steel Works,Ltd.制)的载体膜上。将上下加热板温度设定为150℃,在压力0.5MPa、加压时间10s下进行了处理。之后,去除了评价用基体1。接着,将芯片C14浸渍于甲醇溶液中,并清洗去除流动相,进行真空干燥(40℃下60分钟),从而获得了带焊料凸块的评价用芯片79。
[表14]
使用工序f6的方法,以表14所示的组合进行焊料凸块的形成,从而获得了评价用芯片80~96。在表14中示出与上述相同地进行的评价结果。
具有Cu凸块(电极)的评价用芯片79~96也能够形成良好的焊料凸块。
<连接结构体的制作>
工序g2:评价基板的准备
准备了如下所示的6种带金凸块的基板(40×40mm、厚度:0.5mm)。该Au凸块的配置分别成为与芯片C8~C13的Au凸块相对的位置,具有3处对准标记,以能够进行对位。另外,在这些金凸块中还形成有电阻测定用引出配线。
基板D8…对应的芯片:芯片C8/尺寸8×4μm、X方向间距16μm、Y方向间距8μm、高度:3μm、凸块数382000
基板D9…对应的芯片:芯片C9/尺寸16μm×8μm、X方向间距32μm、Y方向间距16μm、高度:5μm、凸块数95700
基板D10…对应的芯片:芯片C10/尺寸24μm×12μm、X方向间距48μm、Y方向间距24μm、高度:8μm、凸块数42500
基板D11…对应的芯片:芯片C11/尺寸72μm×36μm、X方向间距144μm、Y方向间距72μm、高度:10μm、凸块数4700
基板D12…对应的芯片:芯片C12/尺寸96μm×48μm、X方向间距192μm、Y方向间距96μm、高度:13μm、凸块数2600
基板D13…对应的芯片:芯片C13/尺寸140μm×70μm、X方向间距280μm、Y方向间距140μm、高度:18μm、凸块数1200
工序h2:电极的接合
按照以下所示的i)~iii)的顺序,使用工序f5中所制作的带焊料凸块的评价用芯片,经由焊料凸块与带金凸块的评价基板连接。
i)将形成有金凸块的基板固定在倒装芯片焊接机(FC3000:Toray Industries,Inc.制)的工作台上。利用加热加压用头拾取形成有焊料凸块的评价用芯片,配置在从对准标记彼此的金凸块对置的位置。
ii)将载置有评价用芯片的基板放置在甲酸回流炉(SHINKO SEIKI CO.,LTD.制、间歇式真空焊接装置)的下部热板上,并在评价用芯片上部放置了不锈钢制的锭子。
iii)使甲酸真空回流炉进行工作,并进行真空抽取之后,填充甲酸气体,将下部热板升温到150℃,并加热了5分钟。之后,利用真空抽取排出甲酸气体之后,进行氮气置换,将下部热板返回至室温,将炉内向大气开放。在评价芯片与评价基板之间放入适量的调整了粘度的底部填充材料(Hitachi Chemical Co.,Ltd.制、CEL系列),利用真空抽取进行填充之后,在125℃下固化4小时,从而制作了评价芯片和评价基板的连接结构体。
<连接结构体的评价>
对所获得的连接结构体的一部分,与工序:h1相同地进行了导通电阻试验及绝缘电阻试验。在表15、16、17中示出结果。
[表15]
[表16]
[表17]
<连接结构体的制作>
工序g3:评价基板的准备
准备了如下所示的6种带铜凸块的基板(40×40mm、厚度:0.5mm)。该Cu凸块的配置分别成为与芯片C14~C19的Cu凸块相对的位置,具有3处对准标记,以能够进行对位。另外,在这些Cu凸块中还形成有电阻测定用引出配线。
基板D14…对应的芯片:芯片C14/尺寸8×4μm、X方向间距16μm、Y方向间距8μm、高度:3μm、凸块数382000
基板D15…对应的芯片:芯片C15/尺寸16μm×8μm、X方向间距32μm、Y方向间距16μm、高度:5μm、凸块数95700
基板D16…对应的芯片:芯片C16/尺寸24μm×12μm、X方向间距48μm、Y方向间距24μm、高度:8μm、凸块数42500
基板D17…对应的芯片:芯片C17/尺寸72μm×36μm、X方向间距144μm、Y方向间距72μm、高度:10μm、凸块数4700
基板D18…对应的芯片:芯片C18/尺寸96μm×48μm、X方向间距192μm、Y方向间距96μm、高度:13μm、凸块数2600
基板D19…对应的芯片:芯片C19/尺寸140μm×70μm、X方向间距280μm、Y方向间距140μm、高度:18μm、凸块数1200
工序h3:电极的接合
按照以下所示的i)~iii)的顺序,使用工序f6中所制作的带焊料凸块的评价用芯片,经由焊料凸块与带铜凸块的评价基板连接。
i)将评价基板设置在旋转涂布机(SC-308S Oshigane Co.,Ltd.制),在形成有Cu凸块的表面滴落0.5ml的助熔剂(WHS-003C:Arakawa Chemical Industries,Ltd.制制)。在转速500rpm下处理10s,之后在1000rpm下处理3s,从而形成了薄膜的助熔剂层。
ii)将评价基板固定在倒装芯片焊接机(FC3000:Toray Industries,Inc.制)的工作台上。利用加热加压用头拾取形成有焊料凸块的评价用芯片,配置在从对准标记彼此的凸块对置的位置。将载置有评价用芯片的基板放置在甲酸回流炉(SHINKO SEIKI CO.,LTD.制、间歇式真空焊接装置)的下部热板上,并在评价用芯片上部放置了不锈钢制的锭子。
iii)使甲酸真空回流炉进行工作,并进行真空抽取之后,填充甲酸气体,将下部热板升温到160℃,并加热了3分钟。之后,利用真空抽取排出甲酸气体之后,进行氮气置换,将下部热板返回至室温,将炉内向大气开放。在评价芯片与评价基板之间放入适量的调整了粘度的底部填充材料(Hitachi Chemical Co.,Ltd.制、CEL系列),利用真空抽取进行填充之后,在125℃下固化4小时,从而制作了评价芯片和评价基板的连接结构体。
<连接结构体的评价>
对所获得的连接结构体的一部分,与工序:h1相同地进行了导通电阻试验及绝缘电阻试验。在表18、19、20中示出结果。
[表18]
[表19]
[表20]
经由形成在Cu电极的焊料凸块接合Cu电极彼此的情况下,也显示稳定的连接特性。
符号说明
1-焊料粒子,1A-焊料凸块,1B-焊料层,2-基板,3-电极,4-另一基板,5-其他电极,10-焊料凸块形成用部件,20-带焊料凸块的电极基板,30-连接结构体,60-基体,62-凹部,111-焊料微粒,F-流化剂,600-基体,601-基底层,602-凹部层。
Claims (18)
1.一种焊料凸块形成用部件,其具备:
具有多个凹部的基体;以及所述凹部内的焊料粒子及流化剂,
所述焊料粒子的平均粒径为1~35μm,C.V.值为20%以下。
2.根据权利要求1所述的焊料凸块形成用部件,其中,
所述流化剂包含选自由琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、苯甲酸及苹果酸组成的组中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的焊料凸块形成用部件,其中,
在所述焊料粒子的表面的一部分形成有平面部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的焊料凸块形成用部件,其中,
相邻的所述凹部之间的距离为所述焊料粒子的平均粒径的0.1倍以上。
5.一种焊料凸块形成用部件的制造方法,其具备:
前工序,准备具有多个凹部的基体以及焊料粒子及流化剂;及
配置工序,在所述凹部配置所述焊料粒子及所述流化剂。
6.根据权利要求5所述的制造方法,其中,
所述焊料粒子的平均粒径为1~35μm,C.V.值为20%以下。
7.一种焊料凸块形成用部件的制造方法,其具备:
准备工序,准备具有多个凹部的基体及焊料微粒;
收纳工序,将所述焊料微粒的至少一部分收纳在所述凹部;
融合工序,使收纳在所述凹部的所述焊料微粒融合,从而在所述凹部内形成焊料粒子;及
注入工序,在形成有所述焊料粒子的所述凹部内配置流化剂。
8.根据权利要求7所述的制造方法,其中,
所述焊料粒子的平均粒径为1~35μm,C.V.值为20%以下。
9.根据权利要求7或8所述的制造方法,其中,
所述焊料微粒的C.V.值超过20%。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的制造方法,其中,
在所述融合工序之前,还具备将收纳在所述凹部的所述焊料微粒暴露于还原气氛的还原工序。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的制造方法,其中,
在所述融合工序中,使所述焊料微粒在还原气氛下融合。
12.一种带焊料凸块的电极基板的制造方法,其具备:
准备工序,准备权利要求1至4中任一项所述的焊料凸块形成用部件及具有多个电极的基板;
配置工序,使所述焊料凸块形成用部件的具有所述凹部的面与所述基板的具有所述电极的面对向接触;及
加热工序,将所述焊料粒子加热到焊料粒子的熔点以上的温度。
13.根据权利要求12所述的制造方法,其中,
在所述加热工序中,使所述焊料凸块形成用部件及所述基板在加压状态下接触,并且将所述焊料粒子加热到焊料粒子的熔点以上的温度。
14.根据权利要求12或13所述的制造方法,其中,
在所述配置工序之前,还具备将所述焊料粒子暴露于还原气氛的还原工序。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的制造方法,其中,
在所述配置工序之后且所述加热工序之前,还具备将所述焊料粒子暴露于还原气氛的还原工序。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的制造方法,其中,
在所述加热工序中,在还原气氛下将所述焊料粒子加热到焊料粒子的熔点以上的温度。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的制造方法,其中,
在所述加热工序之后,还具备将所述焊料凸块形成用部件从所述基板去除的去除工序。
18.根据权利要求17所述的制造方法,其中,
在所述去除工序之后,还具备去除未与所述电极结合的所述焊料粒子的清洗工序。
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