JP2002299504A

JP2002299504A - はんだバンプ形成方法

Info

Publication number: JP2002299504A
Application number: JP2001104025A
Authority: JP
Inventors: Toshimasa Nagoshi; 俊昌名越; Osamu Shimada; 修嶋田; Fumio Suzuki; 文夫鈴木; Kazuhisa Suzuki; 和久鈴木; Mitsuo Kikuchi; 満男菊地
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2002-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】はんだバンプを精度よく、かつ安定して形成
する方法を提供する。【解決手段】はんだバンプを形成するバンプ形成支持
体のはんだバンプ用ランドの箇所に合わせて開口部を設
けたスペーサを、バンプ形成支持体に位置合わせして重
ね、その上からはんだペーストを前記スペーサの開口部
に充填し、金属板を重ね、全体を加熱するはんだバンプ
の形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子、半導体
素子搭載用基板、配線基板等で用いられるはんだバンプ
の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の高密度化に伴って電子部品は
小型化・薄型化・多端子化が進行している。それに伴っ
て半導体素子を搭載するための半導体パッケージ用基板
の外部接続端子は、半導体パッケージ用基板の辺に設け
られていたのが、基板の上下面に縦横に配列するように
なってきた。このような面に配列された外部接続端子に
は、ピンやはんだバンプが用いられている。また、半導
体素子と半導体パッケージ用基板の接続方法として、従
来ではワイヤーボンディングを用いていたが、半導体素
子上の端子にバンプを形成し、直接半導体パッケージ用
基板の内部接続端子と接続するフリップチップが増加し
つつあり、そのバンプにはんだバンプを用いた方法が増
加している。さらに、今後も電子機器の高密度化はさら
に進行するものと考えられ、それに伴いはんだバンプの
狭ピッチ化が進行すると考えられる。加えて、バンプ形
成の低コスト化も強く望まれている。

【０００３】はんだバンプを形成するための方法として
は、バンプを形成したいランドの箇所のみが露出するよ
うにソルダーレジストを設け、ランド上にＳｎ／Ｐｂの
無電解めっきを行い、形成されためっきを加熱・溶融さ
せてはんだバンプとする方法や、また、はんだボールを
所定位置のランドに載置して、加熱・溶融させバンプと
する方法、さらには、ランドに必要量のはんだペースト
を塗布し、加熱・溶融する方法などがある。

【０００４】また、はんだペーストを使用した方法で
は、基板のバンプを形成するためのランドに合わせた凹
部を設けた金属治具に、はんだペーストを印刷し、はん
だペースト面とバンプ形成支持体のパッド面を向かい合
わせて配置し、リフローによりはんだペーストを加熱・
溶融してバンプを形成する方法、あるいは、基板のバン
プを形成するためのランドに合わせた凹部を設けた金属
治具に、はんだペーストを印刷し、はんだペーストを加
熱・溶融してはんだボールとしてからバンプ形成支持体
に載置してリフローによりはんだボールを加熱・溶融・
転写する方法も知られている。

【０００５】さらに、はんだバンプの狭ピッチ化と低コ
スト化の両方の要望に応える方法として、バンプ形成支
持体にバンプを形成する箇所に開口部を設けたスペーサ
を貼り付け、その上からはんだペーストを充填し、スペ
ーサを貼り付けたままリフローすることによりはんだペ
ーストを加熱・溶融させバンプを形成する方法が、特開
平２００１−４４２３１号公報により、提案されてい
る。この方法を用いると、従来の印刷による方法で行う
版離れの工程がないため、はんだペーストのダレがなく
印刷マスクの厚みを大きくすることができる。つまり、
バンプピッチが狭ピッチであっても比較的大きなはんだ
バンプを形成することができる。また、版抜け時のマス
クへのはんだペースト残りがないため、安定した量のは
んだペーストを供給でき均一な大きさのはんだバンプを
形成することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のスペー
サを用いたはんだバンプ形成方法において、リフロー時
にスペーサからはんだペーストが飛び出して、ランド上
にバンプが形成されない原因となる「はんだ飛び」や、
リフロー時にスペーサがそることでスペーサが剥がれ、
はんだペーストがランドから外れ、ランド上にバンプが
形成されない不良が発生するという課題があった。

【０００７】本発明は、はんだバンプを精度よく、かつ
安定して形成する方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下のことを
特徴とする。（１）はんだバンプを形成するバンプ形成支持体のはん
だバンプ用ランドの箇所に合わせて開口部を設けたスペ
ーサを、バンプ形成支持体に位置合わせして重ね、その
上からはんだペーストを前記スペーサの開口部に充填
し、金属板を重ね、全体を加熱するはんだバンプの形成
方法。（２）（１）の金属板に代えて、加熱した熱板を押しあ
て、はんだペーストを溶融するはんだバンプの形成方
法。（３）スペーサと金属板あるいは熱板の間に、離型シー
トを挟む（１）または（２）に記載のはんだバンプの形
成方法。（４）スペーサの熱膨張率を、バンプ形成支持体とほぼ
等しいものとする（１）〜（３）のうちいずれかに記載
のはんだバンプの形成方法。（５）スペーサの開口部側面に、はんだが付着し難い表
面処理を行ったスペーサを用いる（１）〜（４）のうち
いずれかに記載のはんだバンプの形成方法。（６）スペーサをバンプ形成支持体に貼り付ける接着剤
として、洗浄液で洗い流すことが可能な材料を用いる
（１）〜（５）のうちいずれかに記載のはんだバンプの
形成方法。（７）接着剤を洗浄することによりスペーサを取り外す
（６）に記載のはんだバンプの形成方法。（８）スペーサをバンプ形成支持体に貼り付ける接着剤
として、その溶融温度がはんだの溶融温度に比べて低い
ものを使用し、接着剤は溶融するが、はんだは溶融しな
い温度に加熱して、スペーサを取り外す（１）〜（５）
のうちいずれかに記載のはんだバンプの形成方法。（９）スペーサに磁性を有するものを用い、磁力を利用
して固定する（１）〜（５）のうちいずれかに記載のは
んだバンプの形成方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、はんだバンプを形成す
るバンプ形成支持体のはんだバンプ用ランドの箇所に合
わせて開口部を設けたスペーサを、バンプ形成支持体に
位置合わせして重ね、その上からはんだペーストを前記
スペーサの開口部に充填し、金属板を重ね、全体を加熱
するはんだバンプの形成方法である。

【００１０】本発明において、はんだバンプを形成する
バンプ形成支持体とは、半導体パッケージあるいは半導
体パッケージ用基板や半導体チップを指し、はんだバン
プを形成する箇所を、はんだバンプ用ランド、あるいは
単にランドという。このはんだバンプ用ランドは、バン
プ形成支持体が半導体パッケージあるいは半導体パッケ
ージ用基板の場合には、半導体パッケージあるいは半導
体パッケージ用基板の一面に、縦横に配列され、半導体
チップとの接続を行う内部接続端子と、配線導体で電気
的に接続されている。このはんだバンプ用ランドと内部
接続端子とが、同じ絶縁基材の同一面に形成されている
ときは、配線導体も同じ面に形成され、このはんだバン
プ用ランドと内部接続端子とが、それぞれ同じ絶縁基材
の別の面に形成されているときは、はんだバンプ用ラン
ドと内部接続端子のそれぞれが形成された面に配線導体
が形成され、かつそれぞれの面の配線導体を接続するバ
イアホールが形成される。また、このバイアホールが、
はんだバンプ用ランドあるいは内部接続端子の中に形成
されることもあり、その場合には、配線導体の形成が行
われないこともある。

【００１１】バンプ形成支持体のはんだバンプ用ランド
の箇所に合わせて開口部を設けたスペーサ２０１は、図
２に示すように、バンプ形成支持体１０１のはんだバン
プ用ランド１０２の箇所と相対的に同じ位置に開口部２
０２を有する板状のものであり、この開口部２０２には
んだペーストを充填するように印刷することにより、は
んだバンプ用ランド１０２の上に形成するはんだバンプ
の大きさの制御をより容易にすることができる。

【００１２】スペーサには、はんだの濡れ性が悪い金属
やセラミックス、樹脂等を用いることが好ましく、例え
ば、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、クロム、ニ
クロム鋼、鋼などの金属や、アルミナ、酸化チタン等の
セラミックス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、各種エ
ンジアリングプラスチック等があげられる。また、その
熱膨張率は、バンプ形成支持体の熱膨張率とできるだけ
等しいものを用いることが好ましい。このようにするこ
とで、はんだペーストを加熱・溶融するときに、スペー
サとバンプ形成支持体の熱膨張率が大きく異なると、ス
ペーサの開口部がはんだバンプ用ランドから外れ、その
状態ではんだが固化してしまうと、はんだバンプがいび
つになったり、あるいははんだバンプがランド上に形成
されない不良が生じることもあるのを抑制することがで
きる。このような熱膨張率の違いによる、はんだバンプ
の形成への影響は、バンプ形成するランドのピッチが狭
ピッチになる程、あるいはバンプ形成支持体のサイズが
大きくなる程大きくなる。スペーサの表面には、はんだ
が付着しないような表面処理を、開口部の側面に行うこ
とが好ましく、溶融はんだがパッド上へ流れ易くなり上
記不良を防ぐことができる。このような、はんだが付着
し難いような表面処理としては、テフロン（登録商標）
コートやチタンコーティングがあげられる。このような
コーティングも、熱膨張率がスペーサやバンプ形成支持
体と近いものを用いることが好ましい。

【００１３】このスペーサをバンプ形成支持体に位置合
わせして重ね、その上からはんだペーストを前記スペー
サの開口部に充填した後に、金属板を重ね、全体を加熱
するのであるが、この金属板は、はんだ溶融時に、はん
だが開口部より外に流れ出さないように押さえるもので
あり、また、スペーサが加熱によって反らないように押
さえるものでもある。この金属板には、チタン、アルミ
ニウム、ステンレス鋼、クロム、ニクロム鋼、鋼などを
用いることができる。

【００１４】スペーサには、バンプ形成支持体に貼り付
ける接着剤を用いることが好ましく、材料としてはフラ
ックス等の接着性があり洗浄で洗い流すことが可能な材
料、あるいは、その溶融温度がはんだの溶融温度に比べ
て低いもの、さらには、磁性を持つ材料の中から選択し
て用いる事が好ましい。接着性があり洗浄で洗い流すこ
とが可能な材料は、全体を加熱して、はんだを溶融し、
はんだバンプを形成した後に、溶剤などで洗い流すこと
により、スペーサを取りはずすことができる。その溶融
温度がはんだの溶融温度に比べて低いものは、はんだバ
ンプの形成の後に、接着剤は溶融するが、はんだは溶融
しない温度に加熱して、スペーサを取り外すことができ
る。スペーサが磁性を持つ材料であるとき、磁力を利用
して貼り合わせ、はんだバンプを形成した後に、機械的
に引き剥がすか、近くに電流を流したコイルを近づけ、
磁力を弱めてスペーサを取り外すこともできる。

【００１５】バンプ形成支持体と金属板の間には、隙間
が生じないよう、また、金属板がフラックスにより貼り
つかないよう、離型シートを設けても良い。シートを設
けることで金属板の僅かな反りによって生じるバンプ形
成支持体との隙間を小さくでき、狭ピッチ、微小バンプ
の形成においても、溶融はんだが流れ出さないようにす
ることができる。この離型シートは、例えば、テフロン
シート、クッション紙、あい紙などの耐熱性があり多少
の柔軟性とスペーサに対して密着性のあるものを用いる
ことが好ましい。この離型シートにクッション紙等のフ
ラックスを吸い取る材質を用いた場合には、洗浄性を良
くすることができ、より好ましい。

【００１６】

【実施例】この実施例は、図１に示すように、（ａ）ス
ペーサをはんだバンプ形成支持体に貼り付ける工程、
（ｂ）はんだペーストの印刷工程、（ｃ）シート及び押
さえ板の載置工程、（ｄ）はんだペーストの溶融工程、
（ｅ）スペーサの取外し工程、からなる。

【００１７】（ａ）スペーサをはんだバンプ形成支持体
に貼り付ける工程スペーサ３には、材質にＳＵＳ４３０を用い、厚さは
０.２０ｍｍ、バンプ形成支持体のはんだバンプ用ラン
ドの箇所に合わせて、直径０．４ｍｍの大きさで、０．
５ｍｍピッチ間隔で縦２７×横２７×２列の配列をした
開口部３１を設けた。バンプ形成支持体として、厚さ
０.５０ｍｍのエポキシ樹脂絶縁基材と厚さ１２μｍの
銅箔を両面に貼り合わせた銅貼り積層板であるＭＣＬ−
Ｅ６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）に穴をあ
け、両面の銅箔を電気的に接続するバイアホールを形成
し、不要な箇所の銅をエッチング除去することにより、
一方の面に半導体チップと接続する内部接続端子とバイ
アホールまでの配線導体を形成し、他方の面にバンプ形
成用ランド２とバイアホールまでの配線導体を形成し、
はんだバンプ用ランドの箇所を除いてソルダーレジスト
を形成した、半導体パッケージ用基板を作成した。その
内部接続端子を形成した面に、半導体チップを、ダイボ
ンディングフィルムによって固定し、半導体チップの端
子と内部接続端子とを、金ワイヤによってダイボンディ
ングで電気的に接続し、その内部接続端子を形成した面
を覆うように、半導体チップを樹脂で封止して半導体パ
ッケージとした。

【００１８】上記のスペーサに、接着剤として、デルタ
ラックス５２３（千住金属株式会社製、商品名）を、Ｂ
３２５メッシュマスクを取り付けた手動印刷機によっ
て、厚さ５０μｍの厚さに塗布し、前記の半導体パッケ
ージの、バンプ形成用ランド２を形成した面に重ね、圧
力１２ＫＰａで押さえた状態で、１２０℃で１０分間、
乾燥した。

【００１９】（ｂ）はんだペーストの印刷工程スペーサを貼り付けた半導体パッケージに、自動印刷機
であるＮＰ−０４ＡＮ２Ｚ（日立テクノエンジニアリン
グ株式会社製、商品名）により、Ｓｎ／Ｐｂ＝６３／３
７のはんだ粉末を含むはんだペーストであるＯＺ６３−
６０６Ｆ−４０−１０（千住金属株式会社製、商品名）
を印刷し、スペーサの開口部３１内に、はんだペースト
を充填した。

【００２０】（ｃ）シート及び押さえ板の載置工程はんだペーストを印刷し終わったスペーサ上に、厚さ１
００μｍのテフロンシートを乗せ、その後、厚さ１.０
ｍｍのチタン板を載置した。チタン板の固定には市販の
クリップを使用した。

【００２１】（ｄ）はんだペーストの溶融工程はんだペーストの溶融を、窒素リフロー装置であるＩＡ
Ｒ−２５０ＣＬ（日本電熱計器株式会社製、商品名）で
リフロー行った。酸素濃度は１００ｐｐｍの雰囲気で、
ピーク温度を２３５℃として加熱し、はんだペーストを
溶融させた。

【００２２】（ｅ）スペーサの取外し工程はんだペーストは、溶融後、粒子状態から液状はんだと
して集まり、所定のパッドに流れ表面張力で球状となっ
た。そして冷却後、スペーサの取外しは、フラックスを
超音波洗浄で洗い流して行った。この洗浄は、超音波洗
浄機であるＵＳ−２（株式会社井内盛栄堂製、商品名）
に、炭化水素系洗浄液であるＦＸ７０（株式会社トーソ
ー製、商品名）を用いて、超音波出力を１９０Ｗで、周
波数３８ｋＨｚで、５分間行った。

【００２３】実施例２実施例１において、工程ｄのはんだペーストの溶融工程
で、リフロー炉に代えて、熱板を押しあてる方法を用
い、ホットプレートであるＨＰ−３００（株式会社井内
盛栄堂製、商品名）の表面温度を２４０℃に設定し、６
０秒間、テフロンシートを載置したスペーサ上に押しあ
てることによりはんだペースト溶融を行った以外は、実
施例１と同様にした。

【００２４】比較例実施例１において、工程ｃを除いて、実施例１と同様に
した。

【００２５】実施例ではいずれも、はんだ飛びや流れだ
しは発生しなかったが、比較例では、バンプ用ランド８
０００箇所のうち１０９９箇所までがはんだバンプの形
状がいびつで、均一な大きさのはんだバンプの形成がで
きなかった。

【００２６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によっ
て、はんだバンプを精度よく、かつ安定して形成する方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ本発明の一実施例
を説明するための、各工程における断面図である。

【図２】本発明のスペーサを説明するための斜視図であ
る。

【符号の説明】

１．バンプ形成支持体２．バンプ用
ランド３．スペーサ４．はんだペ
ースト５．フラックス６．スキージ７．シート８．金属板９．はんだバンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木和久東京都港区芝浦四丁目９番25号日立化成工業株式会社内 (72)発明者菊地満男茨城県ひたちなか市大字足崎字西原1380番地１日立化成工業株式会社下館事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】はんだバンプを形成するバンプ形成支持体
のはんだバンプ用ランドの箇所に合わせて開口部を設け
たスペーサを、バンプ形成支持体に位置合わせして重
ね、その上からはんだペーストを前記スペーサの開口部
に充填し、金属板を重ね、全体を加熱するはんだバンプ
の形成方法。
【請求項２】請求項１の金属板に代えて、加熱した熱板
を押しあて、はんだペーストを溶融するはんだバンプの
形成方法。
【請求項３】スペーサと金属板あるいは熱板の間に、離
型シートを挟む請求項１または２に記載のはんだバンプ
の形成方法。
【請求項４】スペーサの熱膨張率を、はんだバンプを形
成する基板とほぼ等しいものとする請求項１〜３のうち
いずれかに記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項５】スペーサの開口部側面に、はんだが付着し
難い表面処理を行ったスペーサを用いる請求項１〜４の
うちいずれかに記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項６】スペーサをはんだバンプを形成する基板に
貼り付ける接着剤として、洗浄液で洗い流すことが可能
な材料を用いる請求項１〜５のうちいずれかに記載のは
んだバンプの形成方法。
【請求項７】接着剤を洗浄することによりスペーサを取
り外す請求項６に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項８】スペーサをバンプ形成支持体に貼り付ける
接着剤として、その溶融温度がはんだの溶融温度に比べ
て低いものを使用し、接着剤は溶融するが、はんだは溶
融しない温度に加熱して、スペーサを取り外す請求項１
〜５のうちいずれかに記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項９】スペーサに磁性を有するものを用い、磁力
を利用して固定する請求項１〜５のうちいずれかに記載
のはんだバンプの形成方法。