JP2000049182A - はんだバンプの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 はんだバンプ形成方法に関し、複数の窪みを
有する板部材を用いてはんだバンプを形成する場合に、
はんだ残さが板部材の表面に付着したまま残るのを防止
し、板部材からのはんだボールの突出高さを十分に大き
くすることができ、板部材が損傷しないようにすること
を目的とする。 【解決手段】 平坦な表面に複数の窪み１４を有する板
部材１０と、該複数の窪みに対応する位置に複数の貫通
孔１６を有するマスク１２とを、該貫通孔と該窪みとを
整列させて重ね合わせ、該マスクの上から該貫通孔及び
該窪みにはんだペースト１８を充填し、該マスクを該板
部材より取り外し、該板部材を加熱して該窪み内で金属
ボール２２を形成し、該板部材の金属ボールを電子部品
２４の電極２６に転写する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明ははんだバンプ形成方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の軽薄短小化にともな
い、集積回路素子の実装形体としてフリップチップの適
用が増加している。一般にフリップチップの接続端子と
してはんだバンプが使用されており、様々なはんだバン
プ形成手法が開発されている。例えば、はんだバンプの
形成方法としては、主なものとして、メッキ法、真空蒸
着法、及びペースト蒸着法が上げられる。

【０００３】さらに、特開平４−２６３４３３号公報
は、集積回路素子の電極に相当する位置に窪みを有する
板部材を用いてはんだバンプを形成することを開示して
いる。このはんだバンプの形成方法は、板部材の窪みに
はんだペーストを充填し、この板部材をはんだの融点以
上の温度で加熱して板部材の窪みにはんだボールを形成
し、集積回路素子の電極をこの板部材のはんだボールと
位置合わせして加熱することによりはんだボールを板部
材から集積回路素子へ転写し、よって集積回路素子の電
極にはんだバンプを形成する手順を含む。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したはんだバンプ
の形成方法においては、はんだペーストの板部材の窪み
への充填は、スキージを板部材の表面に沿って移動させ
るスキージングによって行われる。はんだペーストは、
スキージーによって板部材の表面に沿ってこすり落とさ
れ、板部材の窪み内にのみ残る。しかし、はんだペース
トが板部材の表面に沿って十分にこすり落とされていな
いと、はんだペーストが板部材の表面に局部的に付着し
たまま残り、加熱処理によるはんだボールの形成の後に
はんだ残さが生じることになる。このようなはんだ残さ
は、はんだボールを板部材から集積回路素子へ転写する
ときに集積回路素子の電極以外の位置へ付着し、集積回
路素子の使用時にショートを生じさせる可能性がある。

【０００５】はんだボールの大きさは板部材の窪みの体
積に従って決まる。板部材の窪みの体積が一定であれ
ば、形成されるはんだボールの大きさ、従ってはんだバ
ンプの大きさが一定になる。ただし、はんだボールを板
部材から集積回路素子へ転写するときに、板部材の窪み
内にあるはんだボールの頂部は板部材の表面より外側に
突出している必要がある。もしはんだボールの頂部が板
部材の表面より外側に十分に突出していないと、はんだ
ボールが板部材から集積回路素子へ転写されなくなるこ
とがある。しかし、はんだボールの大きさが小さくなる
につれて、板部材からのはんだボールの突出高さを十分
に大きくできなくなる。

【０００６】また、はんだペーストを板部材の窪みに充
填するときに、スキージーが板部材を擦り、このために
板部材の表面が損傷するという問題が発生する。特に、
板部材にシリコンのような欠けに弱い材料を選定した場
合は、この傾向は顕著になり、板部材を繰り返して使用
することができなくなる。本発明の目的は、複数の窪み
を有する板部材を用いてはんだバンプを形成する場合
に、はんだ残さが板部材の表面に付着したまま残るのを
防止することができ、板部材からのはんだボールの突出
高さを十分に大きくすることができ、板部材が損傷しな
いようにした、はんだバンプ形成方法を提供することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの特徴によ
るはんだバンプの形成方法は、平坦な表面に複数の窪み
を有する板部材と、該複数の窪みに対応する位置に複数
の貫通孔を有するマスクとを、該貫通孔と該窪みとを整
列させて重ね合わせ、該マスクの上から該貫通孔及び該
窪みにはんだペーストを充填し、該マスクを該板部材よ
り取り外し、該板部材を加熱して該窪み内で金属ボール
を形成し、該板部材の金属ボールを電子部品の電極に転
写することを特徴とする。

【０００８】本発明のもう一つの特徴によるはんだバン
プの形成方法は、平坦な表面に複数の窪みを有する板部
材と、該複数の窪みに対応する位置に複数の貫通孔を有
するマスクとを、該貫通孔と該窪みとを整列させて重ね
合わせ、該マスクの上から該貫通孔及び該窪みにはんだ
ペーストを充填し、該マスク及び該板部材を加熱して該
貫通孔及び該窪み内で金属ボールを形成し、該マスクを
該板部材より取り外し、該板部材の金属ボールを電子部
品の電極に転写することを特徴とするものである。

【０００９】いずれの場合にも、マスクと板部材を重ね
た状態ではんだペーストを充填し、それから、マスクを
取り外した状態ではんだボールを板部材から電子部品へ
転写する。はんだボールの形成はマスクを板部材より取
り外した後に行われ、あるいは、はんだボールの形成は
マスクと板部材を重ねた状態で行われ、その後でマスク
を板部材より取り外すことができる。

【００１０】このようにして、はんだペーストを充填す
るときには、マスクが板部材の上にあるので、板部材は
直接に擦られず、板部材の表面が損傷したり、板部材の
表面にはんだが残ることもない。また、はんだボールの
大きさは、板部材の窪みの体積とマスクの貫通孔の体積
との和に等しいはんだペーストの量に相当するものとな
り、板部材の表面からのはんだボールの突出量を大きく
することができる。その結果、集積回路素子や実装基板
等の電子部品へのバンプ転写率が向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明のはんだバンプの形
成方法の第１実施例を示す図である。図１（Ａ）におい
て、板部材１０及びマスク１２を準備する。板部材１０
は平坦な表面に複数の窪み１４を有するものであって、
マスク１２は板部材１０の窪み１４と対応する位置に複
数の貫通孔１６を有する。

【００１２】図２は窪み１４を有する板部材１０の一例
を示す平面図である。この板部材１０はダイヤモンドと
同一の結晶構造を有する単結晶体であるシリコンで作ら
れる。板部材１０の平坦な表面１０ａがシリコンの〈１
１０〉の結晶方位となるようにし、平坦な表面１０ａに
菱形の開口部を有するマスク（図示せず）を取付けてシ
リコンに異方性エッチングを行うと、図示のような窪み
１４が形成される。菱形の一辺の長さはａで示されてい
る。

【００１３】窪み１４は板部材１０の平坦な表面１０ａ
においてマスクの開口部と同じ菱形の形状を有し、深さ
が深くなるにつれて断面積が大きくなる。窪み１４は菱
形の一つの対角線の投影位置に直線状の最深底部１４ａ
を有する。窪み１４の大きさ及び深さはマスクの開口部
の大きさに従って定まり、それによって一定の大きさの
微小な窪み１４を確実に形成することができる。図２に
は１つの窪み１４のみ示されているが、板部材１０は同
様な形状の多数の窪み１４を有する。

【００１４】窪み１４の形成に使用するマスクは図１に
示したマスク１２と別のものであるのが好ましい。窪み
１４の形成に使用するマスクは例えばシリコンの表面に
酸化膜を形成し、その酸化膜にエッチングしてマスクと
する。この酸化膜のマスクは除去してもよく、あるいは
板部材１０の一部としてそのまま使用してもよい。図１
に示したマスク１２はステンレス鋼等のメタルの板で形
成されたものである。そして、マスク１２の貫通孔１６
は平坦な表面１０ａにおける窪み１４の形状と同じ形状
（この場合、菱形）を有するのが好ましい。ただし、マ
スク１２の貫通孔１６は平坦な表面１０ａにおける窪み
１４の形状と全く同じではなくても、ある程度類似した
形状を有するものとすることもできる。この場合、後で
説明するように、マスク１２を取り外すときに、はんだ
ペースト１８又ははんだボール２２がマスク１２の貫通
孔１６の内壁にひっかかりにくいような形状にするのが
望ましい。

【００１５】図５は窪み１４を有する板部材１０の他の
例を示す平面図である。この板部材１０はダイヤモンド
と同一の結晶構造を有する単結晶体であるシリコンで作
られる。板部材１０の平坦な表面１０ａがシリコンの
〈１００〉の結晶方位となるようにし、平坦な表面１０
ａに正方形の開口部を有するマスク（図示せず）を取付
けてシリコンに異方性エッチングを行うと、四角錐形状
の窪み１４が形成される。この窪み１４も図２の窪み１
４と同様にして使用されることができる。ただし、開口
部の面積が同じであれば、図２の窪み１４の体積の方が
図５の窪み１４の体積の方よりも大きくなる。

【００１６】窪み１４を有する板部材１０はシリコン以
外の材料で作ることもできる。例えば、ステンレス鋼や
ガラスにエッチングして窪み１４を有する板部材１０と
することもできる。この場合には、窪み１４の形状は上
記したものとは違ってくる。ステンレス鋼に等方性エッ
チングした窪み１４は半球状の形状になる。図１（Ａ）
において、平坦な表面に複数の窪み１４を有する板部材
１０と、複数の窪み１４に対応する位置に複数の貫通孔
１６を有するマスク１２とを、貫通孔１６と窪み１４と
を整列させて重ね合わせ、マスク１２の上から貫通孔１
６及び窪み１４にはんだペースト１８を充填する。はん
だペースト１８の充填はスキージー２０を用いたスキー
ジングによって行う。スキージングの結果、各対の貫通
孔１６と窪み１４の体積の和が同じであれば、全ての対
の貫通孔１６と窪み１４に充填されるはんだペースト１
８の量は一定になる。

【００１７】はんだペースト１８は微小なはんだ粒子又
は粉末をフラックスや溶剤と混練したものである。はん
だ粒子は例えばＳｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｂｉ、
Ｓｎ−Ａｇ系の合金からなる。はんだ粒子は例えばはん
だペースト１８中に５５体積パーセント含まれる。次
に、図１（Ｂ）に示されるように、板部材１０とマスク
１２を重ねた状態で、板部材１０及びマスク１２をはん
だペースト１８のはんだの融点以上の温度に加熱する。
はんだペースト１８を加熱すると、はんだ粒子が溶融し
て表面張力により丸くなり、はんだボール２２となる。

【００１８】図３はこうして形成されたはんだボール２
２と貫通孔１６と窪み１４の詳細な例を示す。はんだ粒
子ははんだペースト１８中に５５体積パーセント含まれ
るので、はんだボール２２の体積は貫通孔１６と窪み１
４の体積の和の半分程度になる。はんだペースト１８中
のはんだ以外のフラックス等の成分はかなり蒸発し、あ
る程度は固形分として窪み１４内に残り、はんだボール
２２を窪み１４につなぎとめる。

【００１９】次に、図１（Ｃ）に示されるように、マス
ク１２を板部材１０から取り外す。はんだボール２２は
板部材１０の窪み１４内に維持される。次に、図１
（Ｄ）に示されるように、板部材１０及び電子部品２４
をはんだの融点以上に加熱して、電子部品２４を板部材
１０に向かって押しつけ、図１（Ｅ）に示されるよう
に、電子部品２４を板部材１０から離して、はんだボー
ル２２を板部材１０から電子部品２４に転写する。電子
部品２４は電極２６を有する。はんだボール２２が電子
部品２４の電極２６に設けられたはんだバンプとなる。
板部材１０の窪み１４ははんだバンプを形成すべき電子
部品２４の電極２６に対応する配列で形成されているこ
とは言うまでもなく、電子部品２４の電極２６ははんだ
ボール２２と位置合わせされる。

【００２０】図４はこうして形成されたはんだバンプ
（はんだボール）２２を用いて電子部品２４をさらなる
電子部品２８に接合した例を示す図である。例えば、電
子部品２４は半導体集積回路（ＬＳＩ）であり、さらな
る電子部品２８は電極３０を有する回路基板である。な
お、電子部品２４は半導体集積回路（ＬＳＩ）に限定さ
れることはない。電子部品２４が回路基板の場合もあ
る。電子部品２４はフリップチップ接合や、ＢＧＡ（ボ
ールグリッドアレイ）、ＣＳＰ（チップスケールパッケ
ージ）、ＴＣＰ（テープキャリヤパッケージ）等にも使
用されることができる。

【００２１】図３において、はんだボール２２の板部材
１０の表面からの突出量はｂで示される。図１（Ｄ）に
おいて、はんだボール２２を板部材１０から電子部品２
４に転写する場合、電子部品２４の電極２６がはんだボ
ール２２にある程度の圧力で接触されるように、はんだ
ボール２２は板部材１０の表面から十分に突出していな
くてはならない。ここで、仮にはんだボール２２を形成
したときに図３に示されるようにはんだボール２２がマ
スク１２の表面から突出していなくても、マスク１２を
板部材１０から取り外すことによって、はんだボール２
２は板部材１０の表面から大きく突出するようになる。
従って、板部材１０の窪み１４の大きさ及び形状、並び
にマスク１２の厚さ及び貫通孔１６の形状を比較的自由
に設定しても、はんだボール２２が板部材１０の表面か
ら大きく突出するようにできる。

【００２２】下記の表１、表２は、図３を参照して説明
したシリコン板の〈１１０〉結晶面に菱形の開口形状を
有する窪み１４を形成した例である。直径１２０μｍの
はんだボール２２を得るのに必要な窪み１４の大きさ及
びマスク１２の厚さを示している。貫通孔１６の形状は
窪み１４の開口部の形状と同じにした。はんだペースト
１８中のメタルコンテントは５５体積％であった。

【００２３】窪みサイズ（ａ）は図２の菱形の一辺の長
さａであり、突出量（ｂ）は図３のはんだボール２２の
板部材１０の表面からの突出量ｂである。突出量の差
は、マスクなし（マスク１２がない）場合と比べた、突
出量ｂの差である。 表１（バンプピッチ２００μｍの場合、はんだボールの直径１２０μｍ） 窪みサイズ(a) マスク厚さ 突出量(b) 突出量の差 マスクなし １６５μｍ ３７μｍ 実施例１ １１７μｍ ８０μｍ ４６μｍ ９μｍ 実施例２ １１０μｍ １００μｍ ５０μｍ １３μｍ さらに、下記表２は、窪み１４が同様に菱形の開口部を
有し、直径８７μｍのはんだボール２２を得るのに必要
な窪み１４の大きさ及びマスク１２の厚さを示してい
る。

【００２４】 表２（バンプピッチ１５０μｍの場合、はんだボールの直径８７μｍ） 窪みサイズ(a) マスク厚さ 突出量(b) 突出量の差 マスクなし １２０μｍ ２７μｍ 実施例３ ８０μｍ ８０μｍ ３６μｍ ９μｍ 実施例４ ７２μｍ １００μｍ ４１μｍ １４μｍ 本発明では、このようにして、はんだペースト１８を充
填するときには、マスク１２が板部材１０の上にあるの
で、板部材１０はスキージー２０によって直接に擦られ
ず、板部材１０の表面が損傷したり、板部材１０の表面
にはんだが残ることもない。また、はんだボール２２の
大きさは、板部材１０の窪み１４の体積とマスク１２の
貫通孔１６の体積との和に等しいはんだペースト１８の
量に相当するものとなり、板部材１０の表面からのはん
だボール２２の突出量を大きくすることができる。その
結果、集積回路素子や実装基板等の電子部品へのバンプ
転写率が向上する。

【００２５】図６は本発明のはんだバンプの形成方法の
第２実施例を示す図である。かなりの部分が図１の実施
例と類似しているので、簡単に説明する。図６（Ａ）に
おいて、平坦な表面に複数の窪み１４を有する板部材１
０と、複数の窪み１４に対応する位置に複数の貫通孔１
６を有するマスク１２とを、貫通孔１６と窪み１４とを
整列させて重ね合わせ、マスク１２の上から貫通孔１６
及び窪み１４にはんだペースト１８を充填する。はんだ
ペースト１８の充填はスキージー２０を用いたスキージ
ングによって行う。

【００２６】次に、図６（Ｂ）に示されるように、マス
ク１２を板部材１０から取り外す。このとき、はんだペ
ースト１８がマスク１２の貫通孔１６からスムーズに抜
けるように注意する。次に、図６（Ｃ）に示されるよう
に、板部材１０をはんだペースト１８のはんだの融点以
上の温度に加熱する。はんだペースト１８を加熱する
と、はんだ粒子が溶融して表面張力により丸くなり、は
んだボール２２となる。はんだボール２２は板部材１０
の窪み１４内に維持される。

【００２７】次に、図６（Ｄ）に示されるように、板部
材１０及び電子部品２４をはんだの融点以上に加熱し
て、電子部品２４を板部材１０に向かって押しつけ、図
６（Ｅ）に示されるように、電子部品２４を板部材１０
から離して、はんだボール２２を板部材１０から電子部
品２４に転写する。はんだボール２２が電子部品２４の
電極２６に設けられたはんだバンプとなる。

【００２８】こうして形成されたはんだバンプ（はんだ
ボール）２２を用いて図４に示されるように電子部品２
４はさらなる電子部品２８に接合される。本発明では、
このようにして、はんだペースト１８を充填するときに
は、マスク１２が板部材１０の上にあるので、板部材１
０はスキージー２０によって直接に擦られず、板部材１
０の表面が損傷したり、板部材１０の表面にはんだが残
ることもない。また、はんだボール２２の大きさは、板
部材１０の窪み１４の体積とマスク１２の貫通孔１６の
体積との和に等しいはんだペースト１８の量に相当する
ものとなり、板部材１０の表面からのはんだボール２２
の突出量を大きくすることができる。その結果、集積回
路素子や実装基板等の電子部品へのバンプ転写率が向上
する。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
はんだペースト充填後の板部材への残留はんだの付着が
防止され、はんだペースト充填時の板部材の損傷が防止
され、板部材の表面からのはんだボールの突出量が増加
できるので電子部品へのバンプ転写率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のはんだバンプの形成方法の第１実施例
を示す図である。

【図２】窪みを有する板部材の一例を示す平面図であ
る。

【図３】図２の板部材及びマスク及び形成されたはんだ
ボールを示す図である。

【図４】図１で形成されたはんだバンプを利用して接合
してなる電子装置を示す図である。

【図５】窪みを有する板部材の他の例を示す平面図であ
る。

【図６】本発明のはんだバンプの形成方法の第２実施例
を示す図である。

【符号の説明】

１０…板部材 １２…マスク １４…窪み １６…貫通孔 １８…はんだペースト ２０…スキージー ２２…はんだボール ２４…電子部品 ２６…電極 ２８…電子部品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大竹 幸喜 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 金野 吉人 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 鎌田 修 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 4M105 AA19 AA23 FF04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平坦な表面に複数の窪みを有する板部材
   と、該複数の窪みに対応する位置に複数の貫通孔を有す
   るマスクとを、該貫通孔と該窪みとを整列させて重ね合
   わせ、 該マスクの上から該貫通孔及び該窪みにはんだペースト
   を充填し、 該マスクを該板部材より取り外し、 該板部材を加熱して該窪み内で金属ボールを形成し、 該板部材の金属ボールを電子部品の電極に転写すること
   を特徴とする金属バンプの製造方法。
2. 【請求項２】 平坦な表面に複数の窪みを有する板部材
   と、該複数の窪みに対応する位置に複数の貫通孔を有す
   るマスクとを、該貫通孔と該窪みとを整列させて重ね合
   わせ、 該マスクの上から該貫通孔及び該窪みにはんだペースト
   を充填し、 該マスク及び該板部材を加熱して該貫通孔及び該窪み内
   で金属ボールを形成し、 該マスクを該板部材より取り外し、 該板部材の金属ボールを電子部品の電極に転写すること
   を特徴とする金属バンプの製造方法。