JP2000183498A - 半田バンプ形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッド・オン・ビア（第１のパッド）とパッ
ド・オフ・ビア（第２のパッド）にそれぞれほぼ同一高
さの半田バンプを形成する方法において、ボイドの少な
い半田バンプを形成できるようにする。 【解決手段】 第１のパッド２３と第２のパッド２４上
に半田ペーストを印刷する工程を２回行う。１回目の印
刷工程で用いる第１のスクリーンマスク２８の開口部２
９，３０の開口径を、２回目の印刷工程で用いる第２の
スクリーンマスク３１の開口部３２，３３の開口径より
も小さく形成する。また、第１のスクリーンマスク２８
の厚み寸法と第２のスクリーンマスク３１の厚み寸法と
の比を２：３〜１：３に設定する。尚、１回目の印刷工
程では、半田ペーストの充填性が悪い第１のパッド２３
上のみに半田ペーストを充填し、２回目の印刷工程で、
第１のパッド２３と第２のパッド２４の双方に半田ペー
ストを充填するようにしても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板表層のビアホ
ール内に形成されたパッド（パッド・オン・ビア；pad-
on via）と、ビアホールの外側に形成されたパッド（パ
ッド・オフ・ビア；pad-off via ）に、それぞれほぼ同
一高さの半田バンプを形成する半田バンプ形成方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体搭載用基板は、高密度実装
の要求を満たすために、基板表面に多数の半田バンプを
形成してフリップチップ（図示せず）を半田バンプによ
り基板表面に直接実装するＣ４(Controlled Collapse C
hip Connection) タイプの基板が増加している。最近で
は、更に高密度化するために、図４（ｂ）に示すように
基板１０の表面に形成されたパッド１１（パッド・オフ
・ビア）の他に、基板表層のビアホール１２内にもパッ
ド１３（パッド・オン・ビア）を形成し、これらパッド
１１，１３上にそれぞれほぼ同一高さの半田バンプ１
４，１５を形成するようにしたものがある。

【０００３】このような半田バンプ１４，１５を形成す
る方法は、米国特許第５，６６０，３２１号公報に記載
されている。この方法は、まず、図４（ａ）に示すよう
に、パッド１１，１３に対応する位置に開口部１６，１
７を有する厚いスクリーンマスク１８を基板１０上に配
置して、スクリーンマスク１８上に半田ペーストを供給
し、この半田ペーストをスキージ（図示せず）でスクリ
ーンマスク１８の各開口部１６，１７からパッド１１，
１３上に押し込んで充填する。この後、スクリーンマス
ク１８を取り外した後、パッド１１，１３上の半田ペー
スト１４ａ，１５ａをリフロー処理して半田バンプ１
４，１５を形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、基板１０に
実装するフリップチップと半田バンプ１４，１５との接
合信頼性を確保するために、半田バンプ１４，１５の高
さ寸法を高くする必要があり、そのために、厚いスクリ
ーンマスク１８を使用する必要がある。しかし、スクリ
ーンマスク１８が厚くなるほど、半田ペースト１４ａ，
１５ａを充填する開口部１６，１７の深さが深くなっ
て、半田ペースト１４ａ，１５ａの充填性が悪くなり、
特に、パッド・オン・ビア１３では、パッド・オフ・ビ
ア１１よりも更に深い位置まで半田ペースト１５ａを充
填しなければならないため、パッド・オン・ビア１３上
に半田ペースト１５ａが十分に充填されず、空隙１９が
生じやすい。この結果、パッド・オン・ビア１３上の半
田ペースト１５ａをリフロー処理して形成する半田バン
プ１５にボイド２０が発生し、半田バンプ１５の品質が
低下して、フリップチップの接合信頼性が低下するとい
う欠点があった。

【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、パッド・オン・ビア
（第１のパッド）とパッド・オフ・ビア（第２のパッ
ド）にそれぞれほぼ同一高さの半田バンプを形成する方
法において、ボイドの少ない半田バンプを形成できて、
接合信頼性を向上することができる半田バンプ形成方法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の半田バンプ形成方法は、第１の
パッド（パッド・オン・ビア）と第２のパッド（パッド
・オフ・ビア）に半田ペーストを印刷する工程を２回行
うことを特徴とする。つまり、１回目の印刷工程で、第
１のパッドと第２のパッドに対応する位置にそれぞれ開
口部を有する第１のスクリーンマスクを基板上に配置し
て、該第１のスクリーンマスク上に半田ペーストを供給
して前記各開口部から前記第１のパッドと前記第２のパ
ッドにそれぞれ半田ペーストを印刷し、更に、２回目の
印刷工程で、第１のパッドと第２のパッドに対応する位
置にそれぞれ開口部を有する第２のスクリーンマスクを
前記基板上に配置して、該第２のスクリーンマスク上に
半田ペーストを供給して前記各開口部から前記第１のパ
ッド上の半田ペースト印刷部と前記第２のパッド上の半
田ペースト印刷部にそれぞれ半田ペーストを重ねて印刷
する。

【０００７】このように、半田ペーストの印刷を２回に
分けて行えば、１回当たりの半田ペーストの印刷厚み
（スクリーンマスクの厚み）を薄くすることができる。
これにより、ビアホール内に位置する第１のパッド（パ
ッド・オン・ビア）上にも半田ペーストを十分に充填す
ることができ、該パッドと半田ペースト印刷部との間に
空隙が生じることを防止できて、ボイドの少ない良質の
半田バンプを形成することができる。

【０００８】ところで、２回目の印刷工程時には、半田
ペーストの充填圧力により１回目の半田ペースト印刷部
が押し込まれて横に広がったり、２回目に充填される半
田ペーストが１回目の半田ペースト印刷部の外周囲に侵
入することがある。従って、１回目の半田ペースト印刷
部の径が大きすぎると、２回目の印刷工程で半田ペース
トがパッドの外側にはみ出してしまい、パッド間のショ
ートが発生するおそれがある。

【０００９】この対策として、請求項２のように、第１
のスクリーンマスクの開口部の開口径を、第２のスクリ
ーンマスクの開口部の開口径よりも小さく形成すると良
い。つまり、２回目の印刷工程時の半田ペーストの充填
圧力による半田ペーストの広がりを考慮して、その分、
１回目の印刷工程で充填する半田ペースト印刷部の径
（第１のスクリーンマスクの開口部の開口径）を小さく
すれば、２回目の印刷工程で、半田ペーストの充填圧力
によりパッド上で半田ペーストが押し広げられても、半
田ペーストがパッドの外側にはみ出すことが防止され
る。

【００１０】また、請求項３のように、第１のスクリー
ンマスクの厚み寸法と第２のスクリーンマスクの厚み寸
法との比を２：３〜１：３に設定することが好ましい。
つまり、１回目の印刷工程では、第１のパッドが形成さ
れたビアホール内にも半田ペーストを充填する必要があ
るため、第１のスクリーンマスクの厚み寸法は、第２の
スクリーンマスクの厚み寸法の１／２以下とすることが
好ましい。また、２回目の印刷工程で用いる第２のスク
リーンマスクの厚み寸法が厚くなり過ぎると、２回目の
印刷工程時の半田ペーストの充填性が悪くなるため、第
２のスクリーンマスクの厚み寸法は、第１のスクリーン
マスクの厚み寸法の３倍以下とすることが好ましい。従
って、第１のスクリーンマスクの厚み寸法と第２のスク
リーンマスクの厚み寸法との比を２：３〜１：３に設定
すれば、半田ペーストの充填性を損なわずに、高さ寸法
の高い良質の半田バンプを形成できる。

【００１１】以上説明した請求項１〜３の半田バンプ形
成方法は、１回目の印刷工程で、第１のパッドと第２の
パッドの双方に半田ペーストを印刷したが、ビアホール
の外側に位置する第２のパッド（パッド・オフ・ビア）
は、ビアホール内に位置する第１のパッド（パッド・オ
ン・ビア）よりも半田ペーストの充填性が良いため、請
求項４のように、１回目の印刷工程では、半田ペースト
の充填性が悪い第１のパッド（パッド・オン・ビア）の
みに半田ペーストを充填し、２回目の印刷工程で、第１
のパッドと第２のパッドの双方に半田ペーストを充填す
るようにしても良い。

【００１２】この場合も、バンプ間のショート防止のた
めに、請求項５のように、１回目の印刷工程で使用する
第１のスクリーンマスクの開口部の開口径を、２回目の
印刷工程で使用する第２のスクリーンマスクの開口部の
開口径よりも小さく形成することが好ましい。更に、半
田ペーストの充填性を損なわないようにするために、請
求項６のように、第１のスクリーンマスクの厚み寸法と
第２のスクリーンマスクの厚み寸法との比を２：３〜
１：３に設定することが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】［実施形態（１）］図１及び図２
に基づいて本発明の実施形態（１）を説明する。多層基
板２１の表層の絶縁層２１ａには、ビアホール２２が形
成され、このビアホール２２内及び該絶縁層２１ａの表
面の所定位置には、第１のパッド２３（パッド・オン・
ビア）と第２のパッド２４（パッド・オフ・ビア）が無
電解銅メッキ等により形成されている。更に、絶縁層２
１ａの表面には、第１のパッド２３と第２のパッド２４
の対応する部分を除いて、ソルダーレジスト２５が形成
されている。

【００１４】そして、各パッド２３，２４上には、次の
ような方法で半田バンプ２６，２７を形成する。本実施
形態では、各パッド２３，２４上に半田ペーストを印刷
する工程を２回行うところに特徴がある。１回目の印刷
工程では、図１（ａ）に示すように、第１のスクリーン
マスク２８を多層基板２１のソルダーレジスト２５上に
密着させるようにセットして、第１のスクリーンマスク
２８の開口部２９，３０を第１のパッド２３と第２のパ
ッド２４に合わせる。この状態で、第１のスクリーンマ
スク２８上に半田ペーストを供給して、スキージ（図示
せず）で各開口部２９，３０から第１のパッド２３と第
２のパッド２４上にそれぞれ半田ペースト２６ａ，２７
ａを押し込んで充填する。

【００１５】この後、第１のスクリーンマスク２８を取
り外して、２回目の印刷工程に移り、図１（ｂ）に示す
ように、第２のスクリーンマスク３１を多層基板２１の
ソルダーレジスト２５上に密着させるようにセットし
て、第２のスクリーンマスク３１の開口部３２，３３を
第１のパッド２３と第２のパッド２４に合わせる。この
状態で、第２のスクリーンマスク３１上に半田ペースト
を供給して、スキージ（図示せず）で各開口部３２，３
３から第１のパッド２３上の半田ペースト印刷部２６ａ
と第２のパッド２４上の半田ペースト印刷部２７ａにそ
れぞれ半田ペースト２６ｂ，２７ｂを押し込んで充填す
る。

【００１６】この場合、第１のスクリーンマスク２８と
第２のスクリーンマスク３１は、ニッケル等の金属薄板
に開口部２９，３０，３２，３３をエッチングにより形
成したメタルマスクであり、第１のスクリーンマスク２
８の開口部２９，３０の開口径を、第２のスクリーンマ
スク３１の開口部３２，３３の開口径よりも小さく形成
することが好ましい。また、第１のスクリーンマスク２
８の厚み寸法と第２のスクリーンマスク３１の厚み寸法
との比を２：３〜１：３に設定することが好ましい。１
回目と２回目の印刷工程で使用する半田ペーストは、例
えばＰｂ／Ｓｎ共晶半田を用い、ペースト粘度が１８０
〜３００Ｐａ・ｓ、チクソ指数が０．５〜０．８の半田
ペーストを用いると良い。

【００１７】２回目の印刷工程の終了後に、第２のスク
リーンマスク３１を取り外して、リフロー工程に移り、
第１のパッド２３上の半田ペースト印刷部２６ａ，２６
ｂと第２のパッド２４上の半田ペースト印刷部２７ａ，
２７ｂをリフロー処理して半田バンプ２６，２７を形成
する（図２参照）。

【００１８】本発明者は、次の表１のような条件で半田
バンプを形成して、ボイドの発生率を評価したところ、
従来の半田バンプ形成方法で半田バンプを形成した比較
例（印刷工程が１回のみ）では、ボイド発生率が８％で
あったのに対し、上記実施形態（１）の半田バンプ形成
方法では、ボイド発生率が５％に減少した。

【００１９】

【表１】

【００２０】つまり、比較例では、印刷工程が１回のみ
であるから、ビアホール内に位置する第１のパッド（パ
ッド・オン・ビア）上に半田ペーストが十分に充填され
ず、空隙が生じ、ボイドの発生率が高くなる。

【００２１】これに対し、実施形態（１）では、半田ペ
ーストの印刷を２回に分けて行うため、１回当たりの半
田ペーストの印刷厚み（スクリーンマスク２８，３１の
厚み）を比較例よりも薄くすることができる。これによ
り、ビアホール２２内に位置する第１のパッド２３（パ
ッド・オン・ビア）上にも半田ペーストを十分に充填す
ることができ、該パッド２３と半田ペースト印刷部２６
ａとの間に空隙が生じることを防止できて、ボイドの少
ない良質の半田バンプ２６，２７を形成することができ
る。

【００２２】しかも、２回目の印刷工程時の半田ペース
トの充填圧力による半田ペーストの広がりを考慮して、
その分、１回目の印刷工程で充填する半田ペースト印刷
部２６ａ，２７ａの径（第１のスクリーンマスク２８の
開口部２９，３０の開口径）を小さくすれば、２回目の
印刷工程で、半田ペーストの充填圧力によりパッド２
３，２４上で半田ペーストが押し広げられても、半田ペ
ーストがパッド２３，２４の外側にはみ出すことが防止
され、パッド２３，２４間のショートが発生することが
防止される。

【００２３】また、第１のスクリーンマスク２８の厚み
寸法と第２のスクリーンマスク３１の厚み寸法との比を
２：３〜１：３に設定すれば、１回目の印刷工程の半田
ペーストの充填性と２回目の印刷工程の半田ペーストの
充填性を低下させずに、高さ寸法の高い良質の半田バン
プ２６，２７を形成できる。

【００２４】［実施形態（２）］上記実施形態（１）で
は、１回目の印刷工程で、第１のパッド２３上と第２の
パッド２４上の双方に半田ペーストを印刷したが、ビア
ホール２２の外側に位置する第２のパッド２４（パッド
・オフ・ビア）は、ビアホール２２内に位置する第１の
パッド２３（パッド・オン・ビア）よりも半田ペースト
の充填性が良いため、図３に示す本発明の実施形態
（２）の半田バンプ形成方法では、１回目の印刷工程
で、半田ペーストの充填性が悪い第１のパッド２３（パ
ッド・オン・ビア）上のみに半田ペースト２６ａを充填
する［図３（ａ）参照］。従って、１回目の印刷工程で
用いる第１のスクリーンマスク４１には、第１のパッド
２３に対応する位置のみに開口部４２が形成され、第２
のパッド２４に対応する位置には開口部が形成されてい
ない。

【００２５】一方、２回目の印刷工程では、図３（ｂ）
に示すように、第１のパッド２３と第２のパッド２４に
対応する位置にそれぞれ開口部４４，４５を有する第２
のスクリーンマスク４３を多層基板２１のソルダーレジ
スト２５上に密着させるようにセットする。この状態
で、第２のスクリーンマスク４３上に半田ペーストを供
給して、スキージ（図示せず）で各開口部４４，４５か
ら第１のパッド２３上の半田ペースト印刷部２６ａと第
２のパッド２４上にそれぞれ半田ペースト２６ｂ，２７
ｂを押し込んで充填する。

【００２６】この場合も、前記実施形態（１）と同じ
く、第１のスクリーンマスク４１の開口部４２の開口径
を、第２のスクリーンマスク４３の開口部４４，４５の
開口径よりも小さく形成することが好ましい。また、第
１のスクリーンマスク４１の厚み寸法と第２のスクリー
ンマスク４３の厚み寸法との比を２：３〜１：３に設定
することが好ましい。

【００２７】２回目の印刷工程の終了後に、第２のスク
リーンマスク４３を取り外して、リフロー工程に移り、
第１のパッド２３上の半田ペースト印刷部２６ａ，２６
ｂと第２のパッド２４上の半田ペースト印刷部２７ｂを
リフロー処理して半田バンプ２６，２７を形成する（図
２参照）。

【００２８】以上説明した実施形態（２）についても、
前記実施形態（１）の表１と同様の条件で半田バンプを
形成して、ボイドの発生率を評価したところ、ボイド発
生率が５％に減少した。この試験では、第１のスクリー
ンマスク４１の開口部４２の開口径を９０μｍとし、第
２のスクリーンマスク４３の開口部４４，４５の開口径
をそれぞれ１５０μｍ、１６０μｍとした。

【００２９】尚、上記実施形態（１），（２）では、第
１のスクリーンマスクの開口部の開口径を、第２のスク
リーンマスクの開口部の開口径よりも小さく形成した
が、第１のスクリーンマスクの開口部の開口径を、第２
のスクリーンマスクの開口部の開口径と同一又はそれよ
り大きく形成しても良い。この場合には、１回目の印刷
工程の終了後に、第１のスクリーンマスクを取り外さず
に、２回目の印刷工程に移行し、第２のスクリーンマス
クを第１のスクリーンマスク上に密着させるようにセッ
トして、２回目の印刷を行うようにしても良い。

【００３０】また、上記実施形態（１），（２）では、
第１のスクリーンマスクの厚み寸法と第２のスクリーン
マスクの厚み寸法との比を２：３〜１：３に設定した
が、これ以外の比率にしても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の請求項１，４の半田バンプ形成方法では、少なくとも
ビアホール内に位置する第１のパッド（パッド・オン・
ビア）については、半田ペーストの印刷を２回に分けて
行うので、第１のパッド上にも半田ペーストを十分に充
填することができ、ボイドの少ない良質の半田バンプを
形成することができて、接合信頼性を向上することがで
きる。

【００３２】更に、請求項２，５では、第１のスクリー
ンマスクの開口部の開口径を、第２のスクリーンマスク
の開口部の開口径よりも小さく形成したので、２回目の
印刷工程で、半田ペーストの充填圧力により半田ペース
トがパッドの外側にはみ出すことを防止できて、パッド
間のショートを防止できる。

【００３３】また、請求項３，６では、第１のスクリー
ンマスクの厚み寸法と第２のスクリーンマスクの厚み寸
法との比を２：３〜１：３に設定したので、１回目の印
刷工程の半田ペーストの充填性と２回目の印刷工程の半
田ペーストの充填性を良好に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態（１）の半田バンプ形成方法
を説明するもので、（ａ）は１回目の印刷工程を説明す
る主要部の拡大縦断面図、（ｂ）は２回目の印刷工程を
説明する主要部の拡大縦断面図である。

【図２】リフロー工程後の主要部の拡大縦断面図であ
る。

【図３】本発明の実施形態（２）の半田バンプ形成方法
を説明するもので、（ａ）は１回目の印刷工程を説明す
る主要部の拡大縦断面図、（ｂ）は２回目の印刷工程を
説明する主要部の拡大縦断面図である。

【図４】従来の半田バンプ形成方法を説明するもので、
（ａ）は印刷工程を説明する主要部の拡大縦断面図、
（ｂ）はリフロー工程後の主要部の拡大縦断面図であ
る。

【符号の説明】

２１…多層基板、２２…ビアホール、２３…第１のパッ
ド、２４…第２のパッド、２５…ソルダーレジスト、２
６、２７…半田バンプ、２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７
ｂ…半田ペースト印刷部、２８…第１のスクリーンマス
ク、２９，３０…開口部、３１…第２のスクリーンマス
ク、３２，３３…開口部、４１…第１のスクリーンマス
ク、４２…開口部、４３…第２のスクリーンマスク、４
４，４５…開口部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板表層のビアホール内に形成された第
   １のパッドと、ビアホールの外側に形成された第２のパ
   ッドに、それぞれほぼ同一高さの半田バンプを形成する
   方法において、 前記第１のパッドと前記第２のパッドに対応する位置に
   それぞれ開口部を有する第１のスクリーンマスクを基板
   上に配置して、該第１のスクリーンマスク上に半田ペー
   ストを供給して前記各開口部から前記第１のパッドと前
   記第２のパッドにそれぞれ半田ペーストを印刷する１回
   目の印刷工程と、 前記第１のパッドと前記第２のパッドに対応する位置に
   それぞれ開口部を有する第２のスクリーンマスクを前記
   基板上に配置して、該第２のスクリーンマスク上に半田
   ペーストを供給して前記各開口部から前記第１のパッド
   上の半田ペースト印刷部と前記第２のパッド上の半田ペ
   ースト印刷部にそれぞれ半田ペーストを重ねて印刷する
   ２回目の印刷工程と、 前記第２のスクリーンマスクを取り外した後、前記第１
   のパッド上の半田ペースト印刷部と前記第２のパッド上
   の半田ペースト印刷部をリフロー処理して半田バンプを
   形成するリフロー工程とを含む半田バンプ形成方法。
2. 【請求項２】 前記第１のスクリーンマスクの開口部の
   開口径を、前記第２のスクリーンマスクの開口部の開口
   径よりも小さく形成したことを特徴とする請求項１に記
   載の半田バンプ形成方法。
3. 【請求項３】 前記第１のスクリーンマスクの厚み寸法
   と前記第２のスクリーンマスクの厚み寸法との比を２：
   ３〜１：３に設定したことを特徴とする請求項１又は２
   に記載の半田バンプ形成方法。
4. 【請求項４】 基板表層のビアホール内に形成された第
   １のパッドと、ビアホールの外側に形成された第２のパ
   ッドに、それぞれほぼ同一高さの半田バンプを形成する
   方法において、 前記第１のパッドに対応する位置に開口部を有する第１
   のスクリーンマスクを基板上に配置して、該第１のスク
   リーンマスク上に半田ペーストを供給して該開口部から
   前記第１のパッド上に半田ペーストを印刷する１回目の
   印刷工程と、 前記第１のパッドと前記第２のパッドに対応する位置に
   それぞれ開口部を有する第２のスクリーンマスクを前記
   基板上に配置して、該第２のスクリーンマスク上に半田
   ペーストを供給して前記各開口部から前記第１のパッド
   上の半田ペースト印刷部と前記第２のパッド上にそれぞ
   れ半田ペーストを印刷する２回目の印刷工程と、 前記第２のスクリーンマスクを取り外した後、前記第１
   のパッド上の半田ペースト印刷部と前記第２のパッド上
   の半田ペースト印刷部をリフロー処理して半田バンプを
   形成するリフロー工程とを含む半田バンプ形成方法。
5. 【請求項５】 前記第１のスクリーンマスクの開口部の
   開口径を、前記第２のスクリーンマスクの開口部の開口
   径よりも小さく形成したことを特徴とする請求項４に記
   載の半田バンプ形成方法。
6. 【請求項６】 前記第１のスクリーンマスクの厚み寸法
   と前記第２のスクリーンマスクの厚み寸法との比を２：
   ３乃至１：３に設定したことを特徴とする請求項４又は
   ５に記載の半田バンプ形成方法。