JP2002164368A - バンプ形成方法およびめっき装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基板に形成されるバンプの高さ等に代表される
バンプ形状を自在に制御することができるバンプ形成方
法を提供すること。 【解決手段】本発明のバンプ形成方法は、少なくとも基
板１０のバンプ２０を形成する部位に、めっき溶液を接
触させるめっき溶液接触工程と、少なくとも基板１０上
の部位３０にめっき溶液が接触しているときに、部位３
０にレーザ光Ｌを照射して金属を析出させることにより
バンプ２０を形成するレーザ光照射工程と、を有するバ
ンプ形成方法において、前記レーザ光照射工程では、少
なくとも基板１０の部位３０の上に、レーザ光Ｌを透過
でき、金属の析出を制限するバンプ形成制限手段５を設
けることを特徴とする。つまり、めっき溶液中の金属が
析出することをバンプ形成制限手段５によって物理的に
制限することで、バンプ２０を任意の形状とすることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電機・電子機器の
配線回路基盤上へのチップ実装時等に適用されるフリッ
プチップ（ＦＣ）、ファインピッチＢＧＡ（ＦＢＧ
Ａ）、ＴＡＢ等のバンプを精度良く形成することに好適
なバンプ形成方法およびめっき装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話やノートパソコン等の携帯型情
報機器類等の小型・軽薄・高機能を支えるために、用い
られているチップ等の部品には小さく薄く（実装面積・
体積の低下）、かつ接続端子数の増加という矛盾した要
求がある。チップの端子数増加と実装面積の低下とを両
立する技術として、チップの下面にバンプ（接続用突起
電極）を格子状に配置し、チップ自体の面積内において
多数の接続端子を一括して接続してしまう方法が考案さ
れている。これが、ＣＳＰ、ＦＣ実装、ＦＢＧＡ実装、
ＴＡＢといわれる技術である。

【０００３】従来、これらのバンプを設ける方法として
は、はんだなどのボール（φ１００〜６００μｍ程度）
を基板の電極上にフラックスで固定した後に、リフロー
炉などで加熱して接合する方法、スクリーン印刷により
はんだペーストを印刷した後に、リフロー炉などで加熱
する方法、無電解めっきにより析出、形成する方法があ
る。

【０００４】ところで、近年の更なる基板上への高実装
密度化の要求から、より狭いピッチでのバンプ形成が求
められているが、ボールを載せる方法では、φ１００μ
ｍ以下のバンプを狭いピッチで配列することが困難であ
り、スクリーン印刷による方法では、φ５０μｍ以下の
バンプ形成では高さばらつきに課題があり、無電解めっ
きによる方法では、基板を高温（たとえば５０℃以上）
のアルカリ性めっき溶液内に長時間（２時間程度）浸漬
する必要があり、高い生産性が得られ難く、また、高精
度なバンプ形成も困難であった。

【０００５】そのために、微細なバンプを狭いピッチで
配列・形成させる目的で、低温のめっき溶液中に浸漬し
た基板上にレーザ光を照射し、短時間で金属を析出さ
せ、バンプを形成する方法が考えられた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
光により金属を析出させる方法は、金属の急速な析出を
伴うので、形成されたバンプの高さが不揃いとなること
があった。バンプの高さが不揃いとなると、接合の信頼
性が低下することとなる。

【０００７】したがって、本発明は、基板に形成される
バンプの高さ等に代表されるバンプ形状を自在に制御す
ることができるバンプ形成方法を提供することを解決す
べき課題とする。

【０００８】また、本発明は、基板に形成されるバンプ
の高さ等に代表されるバンプ形状を自在に制御したバン
プを形成することができるめっき装置を提供することを
解決すべき課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のバンプ形成方法は、少なくとも基板のバンプを形成
する部位に、めっき溶液を接触させるめっき溶液接触工
程と、少なくとも該基板上の該部位に該めっき溶液が接
触しているときに、該部位にレーザ光を照射して金属を
析出させることにより該バンプを形成するレーザ光照射
工程と、を有するバンプ形成方法において、前記レーザ
光照射工程では、少なくとも前記基板の前記バンプを形
成する部位の上に、前記レーザ光を透過でき、前記金属
の析出を制限するバンプ形成制限手段を設けることを特
徴とする。

【００１０】また、上記課題を解決する本発明のめっき
装置は、表面にバンプを形成する基板の該バンプを形成
する部位にめっき溶液を接触させることができるめっき
溶液保持手段と、前記基板上に照射することで前記めっ
き溶液中の金属が析出するレーザ光を発生できるレーザ
光発生手段と、前記レーザ光を前記基板上の目的の部位
に導くことができるレーザ光走査手段と、を有するめっ
き装置であって、さらに、前記基板の少なくとも前記バ
ンプを形成する部位の上に、前記レーザ光を透過でき、
前記金属の析出を制限するバンプ形成制限手段を有する
ことを特徴とする。

【００１１】つまり、めっき溶液中の金属が析出するこ
とをバンプ形成制限手段によって物理的に制限すること
で、バンプを任意の形状とすることができる。

【００１２】そして、前記バンプ形成制限手段は、前記
レーザ光を透過できる材料で構成され、前記基板との間
隔が、形成される前記バンプの高さと同じに保持される
部材であることが好ましい。つまり、形状制御が必要な
バンプすべてについてバンプ形成制限手段を設けた後に
充分なレーザ光照射を行うことにより、金属の析出は基
板とバンプ形成制限手段との間でのみ進行し、それぞれ
のバンプの高さはすべてそれぞれの目的の高さとするこ
とができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明のバンプ形成方法お
よびめっき装置の実施形態について、詳細に説明する。
以下の説明はバンプとして電気回路基板上に部品の表面
実装用の接点を形成する方法および装置についてのもの
であるが、本発明のバンプ形成方法およびめっき装置は
この方法および装置に限られず、基板上に金属からなる
バンプ（隆起）を設ける目的で行うものであれば、その
バンプの電気的な利用の有無に関わらず、その形成に適
用することが可能である。つまり、本明細書における
「バンプ」とは、基板−基板間、基板−部品間の接続用
突起電極の意味に限定されず、本来の意味である「隆
起」を示すものである。例えば、基板上の電気配線、ラ
ンド、接点、ヒートシンク、放熱パターン等への適用が
考えられる。本発明では、高さ方向には、バンプ形成時
間、隆起の形状安定性等の制限から、およそ１〜１００
０μｍ、横方向には特に原理的に制限のないバンプが容
易に形成できる。また、本実施形態における「基板」と
は、電子部品、チップ等を保持する基板のことである
が、本発明が適用できる「基板」としては、電子部品の
１つであるチップ自体（直接、半導体に適用しても良い
し、半導体を固定した基板であっても良い。）、チップ
加工のために用いられるテープであっても良い。さら
に、電子機器とは無関係である部材の表面上にバンプを
形成することに適用しても良い。ただし、携帯型情報機
器等の配線等のように、部品の高密度な実装が要求され
る機器へ適用することが、本発明の効果が大きい。

【００１４】（バンプ形成方法）本実施形態のバンプ形
成方法は、めっき溶液接触工程とレーザ光照射工程とを
有する。本方法は、基板上の目的の部位にめっきを行う
ことでバンプを形成する方法である。

【００１５】〔めっき溶液接触工程〕めっき溶液接触工
程は、少なくとも基板のバンプを形成する部位に、めっ
き溶液を接触させる工程である。したがって、基板上の
すべての部位にめっき溶液が接触する必要は必ずしもな
い。なお、めっき溶液を接触させるのは、後述するレー
ザ光照射工程において基板上のバンプを形成する部位に
レーザ光が照射されている間の少なくとも一部であれば
よい。したがって、めっき溶液が接触していてもレーザ
光が照射されていないときがあっても良いし、反対に、
レーザ光が照射されていてもめっき溶液が接触していな
いときがあっても良い。

【００１６】基板のバンプを形成する部位は、必要に応
じて任意に選択できる。バンプの形成目的によっても異
なるがＦＣ、ＢＧＡ等に用いる場合には格子状に等ピッ
チでバンプが形成されるように部位を選択する。本方法
によると、ピッチが４０μｍ程度のものまで安定して形
成することができる。また、めっき溶液はバンプを形成
する部位のみならず、他の部位に接触することがあって
もかまわないことはいうまでもない。

【００１７】なお、本方法が適用できる基板は特に限定
されるものではなく、めっき溶液および後述するレーザ
光に対して必要な安定性を有する材質であれば、どのよ
うな形態であっても良い。

【００１８】めっき溶液は、形成されるバンプの材質に
よっても異なるが、通常の無電解めっきに用いることが
できるものであれば特に限定されるものではない。たと
えば、めっき溶液としては、目的のバンプを形成する金
属を含む塩と、レーザ光による基板の加熱により反応が
加速される還元剤と、その他の必要な添加剤（たとえ
ば、錯化剤、緩衝剤、安定剤）とからなるものが一般的
であり、たとえば、硫酸銅；１０ｇ／Ｌ、ホルマリン；
６ｍＬ／Ｌ、ＥＤＴＡ・２Ｎａ；３０ｇ／Ｌ、２，２’
−ビピリジル；１０ｍｇ／Ｌ等を例示できる。

【００１９】めっき溶液を基板のバンプを形成する部位
に接触させる方法としては、特に限定するものではない
が、たとえば、めっき溶液を蓄えためっき浴等の中に基
板を浸漬することで接触させる方法、めっき溶液を基板
の目的とする部位に向けて噴射することで接触させる方
法、めっき溶液を基板上に流すことで接触させる方法等
が例示できる。

【００２０】なお、後述するレーザ光照射工程において
めっき溶液内の金属原子濃度はその金属の析出に伴い減
少するので、目的の形状のバンプを形成するのに充分な
量のめっき溶液を接触させる必要がある。たとえば、め
っき溶液を循環させて常に必要な濃度のめっき溶液を供
給することができる。

【００２１】〔レーザ光照射工程〕レーザ光照射工程
は、該基板上の任意の部位に、レーザ光を照射して金属
を析出させることによりバンプを形成する工程である。
レーザ光の照射による局部的な温度の上昇により、めっ
き溶液内の反応（たとえば、金属イオンの還元による金
属の析出）が促進され、めっき溶液内の金属の析出が制
御できるのである。したがって、レーザ光は、効率よく
基板もしくはめっき溶液に吸収されて温度を上昇させる
ことができる種類のものを選択することが好ましい。基
板の種類によっても異なるが、たとえば、ＣＯ₂レー
ザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、Ａｒレーザ等であ
る。そして、照射されるレーザ光のビーム形状はできる
限り真円とすることが析出するバンプの断面が真円とな
り、高密度に配置できるという理由で好ましい。レーザ
光の照射出力は、レーザ光の吸収効率によっても異なる
が、１〜５ｍＷ程度である。

【００２２】本工程において、少なくとも基板のバンプ
を形成する部位の上に、レーザ光を透過でき、金属の析
出を制限するバンプ形成制限手段を設けることが必要で
ある。金属の析出を一定量に物理的に制限することで、
それぞれのバンプに必要なだけの量の金属がその部位に
析出する。なお、ここでバンプを形成する部位の「上」
とは、基板に対しての相対的にバンプが形成される方向
を意味し、実際の上下とは必ずしも関係ない。

【００２３】バンプ形成制限手段としては、たとえば、
レーザ光を透過できる材料で構成され、基板との間隔
が、形成されるバンプの高さと同じに保持される部材が
好ましい形態として例示できる。

【００２４】ここで、レーザ光を透過できる材料として
は、使用するレーザによっても異なるが、たとえば、ガ
ラス（石英ガラス、硬質ガラス（ホウケイ酸系）、軟質
ガラス（ソーダ、カリ））、プラスチック（透明プラス
チック、アクリル）等のある程度、レーザ光を透過でき
るものが例示できる。

【００２５】また、この部材のバンプを形成すべき部位
に対応する部分の表面形状を目的のバンプ形状に変化さ
せることによって、バンプの形状を目的の形状とするこ
とができるので好ましい。

【００２６】また、基板との間隔は、常にバンプの高さ
と同じに維持するばかりでなく、ある程度、金属の析出
が進行するまでは間隔を離しておいて、最終的に必要な
程度のバンプの高さとなったときに間隔をバンプの高さ
と同じにすることもできる。そうすると、金属の析出を
制限する必要のないバンプ形成初期において、めっき溶
液の供給が円滑に行えるからである。また、この間隔
は、すべてのバンプについて必ずしも同じ間隔にする必
要はなく、バンプの形成目的に併せてそれぞれの間隔を
変えることでバンプの高さを変化させることができる。

【００２７】その他にもバンプ形成制限手段としては、
めっき溶液の水面を形成すべきバンプの高さとして、バ
ンプがその高さまで析出すると、それ以上、金属の析出
が生起しないようにすることもできる。

【００２８】（めっき装置）本実施形態のめっき装置
は、めっき溶液保持手段とレーザ光発生手段とレーザ光
走査手段とバンプ形成制限手段とを有する。

【００２９】めっき溶液保持手段は、表面にバンプを形
成する基板のバンプを形成する部位にめっき溶液を接触
させることができる手段である。めっき溶液保持手段と
しては、たとえば、めっき溶液を内部に貯留するめっき
浴、めっき溶液を基板に向けて噴射できる装置等が挙げ
られる。なお、めっき溶液を基板に接触させるのは基板
に後述のレーザ光が照射されているときの少なくとも一
部であればよい。めっき溶液としては、前述のバンプ形
成方法で述べたものと同様のものが使用できるので、こ
こでは説明を省略する。

【００３０】レーザ光発生手段は、基板上に照射するこ
とでめっき溶液中の金属が析出するレーザ光を発生でき
る手段である。レーザ光の種類および照射ビームの形状
は前述したとおりであるので省略する。レーザ光の照射
は、充分な量の金属が析出するまで行われる。そして、
後述のレーザ光走査手段によってレーザ光が走査されて
いる間等の金属の析出が不要の場合にはレーザ光の発生
を停止したり、機械的なシャッターを設けたりして、レ
ーザ光の照射を中断する。

【００３１】レーザ光走査手段は、レーザ光を基板上の
目的の部位に導くことができる手段である。レーザ光を
基板上の目的の部位に導く方法としては、ガルバノスキ
ャンミラー等のレーザ光の光軸を放射状に自在に走査制
御できるミラーと、放射状に走査されたレーザ光の光軸
を一定方向に屈折させるｆθレンズ等との組み合わせが
考えられる。その他にも、基板をＸ−Ｙテーブルによっ
て任意に移動させることによっても達成できる。

【００３２】バンプ形成制限手段は、基板の少なくとも
バンプを形成する部位の上に、レーザ光を透過でき、金
属の析出を制限する手段である。本手段は、前述したも
のと同様であるので、ここでの説明を省略する。

【００３３】

【実施例】以下に本発明のバンプ形成方法およびめっき
装置を具体例に基づいて図面を参照しつつさらに説明す
る。なお、図面については、要部のみを模式的に表した
ものであるため、細部の形状、縮尺等についてまで正確
に表現したものとなっていない。

【００３４】（装置）本実施例のめっき装置は、図１に
示すように、めっき溶液保持手段としてのめっき浴１と
レーザ光発生手段としてのレーザ発振器２（Ａｒイオン
レーザ：１０００ｍＷ）とレーザ光走査手段としてのガ
ルバノスキャンミラー３およびｆθレンズ４とバンプ形
成制限手段としての石英ガラス板５とを有する。ここ
で、石英ガラス５の基板１０側の面は、直接バンプの高
さに影響する部分であり、この部分の精度によって形成
されるバンプの精度が変化する。また、基板１０と石英
ガラス５との間隔も形成されるバンプの高さに大きく関
わる部分である。なお、石英ガラス５の表面の精度の方
が基板１０との間隔よりも実際上のバンプ形状へ与える
影響が大きいと考えられる。基板１０との間隔が多少精
度が悪くても石英ガラス５表面の精度が良ければ、形成
されたバンプの先端部分の精度は良くなるからであり、
ＦＣ、ＢＧＡ等に用いるバンプであれば充分に使用可能
である。

【００３５】めっき浴１は、内部に基板１０を固定でき
る基板固定部（図略）をもち、基板１０全体をめっき溶
液１内に浸漬させている。そしてその基板１０の上方
に、形成するバンプの高さに相当する間隔（本実施例で
は４０μｍ）で石英ガラス板５が固定される。この石英
ガラス５の上面には、上面での金属析出を抑制するため
にめっき溶液は存在しない。

【００３６】レーザ発振器２から発振されたレーザ光
は、反射ミラー（図略）によってガルバノスキャンミラ
ー３に導かれる。ガルバノスキャンミラー３は、その動
きによってレーザ光を放射状に反射する。ガルバノスキ
ャンミラー３によって反射されたレーザ光は、ｆθレン
ズ４に導かれる。ｆθレンズ４は、ガルバノスキャンミ
ラー３によって放射状にされた光軸を基板１０に垂直方
向に変化させるように配設されているレンズである。

【００３７】（バンプの形成）めっき溶液としては、無
電解銅めっきを使用した。基板としては、ガラスエポキ
シ基板を使用した。

【００３８】基板をめっき溶液が満たされためっき浴内
の基板固定部に固定した。そして、基板上のバンプを形
成する部分にレーザ光を照射した。その結果、図２に示
すように、基板１０上のバンプを形成する部分３０への
レーザ光の照射に伴い、（ａ）、（ｂ）と徐々にバンプ
２０が成長していき、バンプ２０の頂部が石英ガラス５
に当接され、それ以上のバンプ２０の形成は制限される
こととなる（ｃ）。したがって、形成されたバンプ２０
の高さは石英ガラス５の表面形状に依存したものとな
る。このようなバンプ２０は１つ当たり３秒程度で石英
ガラス５面にまで形成された。これらのバンプ２０高さ
のばらつきは、±２μｍ程度であり、充分満足のいくも
のであった。

【００３９】

【発明の効果】本発明のバンプ形成方法は、レーザ光に
より金属の析出をさせることによりバンプを形成する方
法において、少なくとも基板のバンプを形成する部位の
上に、レーザ光を透過でき、金属の析出を制限するバン
プ形成制限手段を設けることにより、金属の析出する高
さ等の形状をこのバンプ形成制限手段の形状を変化させ
ることにより確実に制御可能であるという効果を有す
る。

【００４０】また、本発明方法の好ましい形態による
と、バンプ形成制限手段は、レーザ光を透過できる材料
で構成され、基板との間隔が、形成されるバンプの高さ
と同じに保持される部材とし、形状制御が必要なバンプ
すべてについてバンプ形成制限手段を設けた後に充分な
レーザ光照射を行うことにより、金属の析出は基板とバ
ンプ形成制限手段との間でのみ進行し、それぞれのバン
プの高さはすべてそれぞれの目的の高さとすることがで
きるという効果を有する。

【００４１】また、本発明装置は、基板に形成されるバ
ンプの高さ等に代表されるバンプ形状を自在に制御した
バンプを形成することができるめっき装置を提供するこ
とができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例で用いためっき装置の構成を示した模
式図である。

【図２】本実施例におけるバンプ形成の様子を示した模
式図である。

【符号の説明】

１…めっき浴 ２…レーザ発振器 ３…ガルバノスキャンミラー ４…ｆθレンズ ５…石英ガラス １０…基板 ２０…バンプ

フロントページの続き (72)発明者 小鉄 泰生 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 日高 理伸 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 平手 洋 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 東 博純 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 竹内 昭博 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 4K022 AA05 AA41 CA27 DA01 DA09 EA03 5E319 AC02 BB04 CD26

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも基板のバンプを形成する部位
   に、めっき溶液を接触させるめっき溶液接触工程と、少
   なくとも該基板上の該部位に該めっき溶液が接触してい
   るときに、該部位にレーザ光を照射して金属を析出させ
   ることにより該バンプを形成するレーザ光照射工程と、
   を有するバンプ形成方法において、 前記レーザ光照射工程では、少なくとも前記基板の前記
   バンプを形成する部位の上に、前記レーザ光を透過で
   き、前記金属の析出を制限するバンプ形成制限手段を設
   けることを特徴とするバンプ形成方法。
2. 【請求項２】 前記バンプ形成制限手段は、前記レーザ
   光を透過できる材料で構成され、前記基板との間隔が、
   目的とする前記バンプの高さと同じに保持される部材で
   ある請求項１に記載のバンプ形成方法。
3. 【請求項３】 表面にバンプを形成する基板の該バンプ
   を形成する部位にめっき溶液を接触させることができる
   めっき溶液保持手段と、 前記基板上に照射することで前記めっき溶液中の金属が
   析出するレーザ光を発生できるレーザ光発生手段と、 前記レーザ光を前記基板上の目的の部位に導くことがで
   きるレーザ光走査手段と、を有するめっき装置であっ
   て、 さらに、前記基板の少なくとも前記バンプを形成する部
   位の上に、前記レーザ光を透過でき、前記金属の析出を
   制限するバンプ形成制限手段を有することを特徴とする
   めっき装置。