JP2003101206A

JP2003101206A - 部材の突起部へのはんだ供給方法

Info

Publication number: JP2003101206A
Application number: JP2001291360A
Authority: JP
Inventors: Takao Yoneyama; 孝夫米山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】フラックス残渣洗浄工程を省略して工程短縮
を可能とし、洗浄溶剤を使用せず環境に優しく、しか
も、フラックスに起因するボイド発生が無いような、は
んだ供給方法を提供する。【解決手段】はんだに濡れない治具４の上に、はんだ
箔５を設置し、その上に、はんだを供給しようとする突
起部２を有する部材１をその突起部２側の面が下向きに
なるように設置し、還元性雰囲気中にて無フラックスに
て加熱し、冷却後、はんだ箔５を部材１から引き剥がす
ことにより、突起部２のみにはんだ５ａを供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、突起部を有する部
材の突起部へはんだを供給するはんだ供給方法に関し、
例えばフリップチップ電極を持つ半導体製品やＣＳＰ
（チップサイズパッケージ）の突起電極へはんだを供給
する場合等に適用される。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の微細電極（フリップチップ
状の突起電極）等、部材の微細な突起部へのはんだ供給
方法としては、従来、ペーストはんだ印刷法や、はんだ
ボール方などが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来方法では、被接合部表面の酸化物を除去したり、
はんだ濡れ性を改善するために、いずれもフラックスを
用いている。そのため、フラックス残渣の洗浄工程が必
要であるという工程上の問題、その洗浄溶剤がオゾン層
保護にとって有害であるという環境上の問題、また、ペ
ーストはんだ印刷の場合は、フラックス成分の残留によ
るボイド発生という品質上の問題がある。

【０００４】本発明は上記問題に鑑み、フラックス残渣
洗浄工程を省略して工程短縮を可能とし、洗浄溶剤を使
用せず環境に優しく、しかも、フラックスに起因するボ
イド発生が無いような、はんだ供給方法を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、はんだを供給しようと
する突起部（２）を有する部材（１）をその突起部がは
んだ箔（５）と接するように設置し、還元性雰囲気中に
て加熱して冷却する工程と、この工程の後、はんだ箔を
部材から引き剥がすことにより、突起部のみにはんだ
（５ａ）を供給する工程とを備えることを特徴とする。

【０００６】それによれば、はんだ箔（５）に対して部
材（１）をセットし、還元雰囲気中で加熱することで、
被接合部表面の酸化物の除去やはんだ濡れ性の改善とい
ったフラックス代替作用が発揮され、フラックスは不要
にできる。

【０００７】そして、還元性雰囲気中にて加熱して冷却
した後では、はんだ箔（５）を部材（１）から引き剥が
すが、このとき、突起部（２）とはんだ箔は、比較的強
固にはんだ接合しているため、比較的強度の弱いはんだ
箔は、突起部との接合部を残して部材から引き剥がさ
れ、結果として、突起部のみにはんだ（５ａ）が供給さ
れる。

【０００８】このように、本発明によれば、フラックス
を用いないで適切に突起部へのはんだ供給を行うことが
できるため、フラックス残渣洗浄工程を省略して工程短
縮を可能とし、洗浄溶剤を使用せず環境に優しく、しか
も、フラックスに起因するボイド発生が無いような、は
んだ供給方法を提供することができる。

【０００９】また、請求項２に記載の発明では、はんだ
に濡れない治具（４）の上に、はんだ箔（５）を設置
し、その上に、はんだを供給しようとする突起部（２）
を有する部材（１）を、その突起部側の面が下向きにな
るように設置することを特徴とする。

【００１０】それによれば、治具（４）上のはんだ箔
（５）に対してフェースダウン方向に部材（１）をセッ
トする形となり、過剰なはんだが部材における突起部
（２）以外の部位に残留・固着するのを防止できる。ま
た、還元性雰囲気中にて加熱して冷却した後では、はん
だ箔を部材から引き剥がすとともに、はんだに濡れない
治具から容易に取り外すことができる。

【００１１】したがって、本発明によれば、請求項１の
発明の作用効果を適切に発揮することの可能なはんだ供
給方法を提供することができる。

【００１２】また、請求項３に記載の発明では、治具
（４）として、はんだ箔（５）を設置する面のうち突起
部（２）の周囲に相当する位置に凸部（４ａ）を設けた
ものを用いることにより、加熱を行った後のはんだ箔に
おいて、凸部に対応する凹部（５ｂ）を形成することを
特徴とする。

【００１３】本発明のような治具（４）を用いて、還元
性雰囲気中にて加熱して冷却する工程を行った後では、
はんだ箔（５）における突起部（２）との接合部の周囲
には凹部（５ｂ）が形成され、そのぶん厚さが薄くなっ
ている。そのため、はんだ箔を部材（１）から引き剥が
す際に、その薄肉部が切れやすくなり、突起部のみには
んだ（５ａ）が供給された状態となるように、容易には
んだ箔の引き剥がしを行うことができる。

【００１４】また、請求項４に記載の発明では、治具
（４）と部材（１）との間にスペーサ（７）を挟んだ状
態にて加熱を行うことにより、突起部（２）に供給され
るはんだ（５ａ）の厚さを制御することを特徴とする。

【００１５】それによれば、部材（１）に多数の突起部
（２）がある場合、スペーサ（７）によって対向する治
具（４）の面と部材の面とが平行になるようにセットす
ることが可能となり、還元性雰囲気中にて加熱して冷却
する工程を行った後、多数の突起部に供給されたはんだ
（５ａ）の高さ（厚さ）を均一化することができる。

【００１６】また、請求項５に記載の発明では、加熱の
際に、部材（１）の上から荷重（６）を付加することに
より、突起部（２）に供給されるはんだ（５ａ）の厚さ
を制御することを特徴とする。それにより、請求項４の
発明と同様、多数の突起部に供給されたはんだ（５ａ）
の高さ（厚さ）を均一化したり、所望の厚さを実現する
ことができる。

【００１７】また、請求項６に記載の発明では、加熱の
際、はんだ箔（５）が半溶融状態となる温度に保持する
ことを特徴とする。ここで、半溶融状態となる温度と
は、はんだの状態図において固相線温度以上かつ液相線
温度以下の温度であり、はんだが、液相と固相が共存し
た状態となる温度である。

【００１８】この半溶融状態であっても、はんだ箔
（５）と突起部（２）との接合は良好になされる。ま
た、溶融状態のはんだでは、液相状態のはんだが表面張
力により突起部に吸い寄せられ、結果、はんだ厚さの増
加を招きやすいが、はんだ箔を半溶融状態とすることに
より、加熱中にはんだ箔が変形しにくいので、そのよう
な問題を回避することができる。

【００１９】さらに、半溶融状態に保持することによ
り、はんだの結晶粒を粗大化することができ、はんだ箔
（５）の強度を低下させ、引き剥がしやすくすることが
できる。

【００２０】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。なお、以下に示す各実施形態におい
て、同一あるいは均等な部分には、図中、同一符号を付
してある。

【００２２】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態に係るはんだ供給方法を示す工程説明図であり、
概略断面を示したものである。この図１に基づいて本実
施形態の部材の突起部へのはんだ供給方法について説明
していく。

【００２３】図１において、１は本発明でいう部材であ
り、本例では、半導体素子（トランジスタ等）が作り込
まれたＳｉウェハ（シリコンウェハ）である。ウェハ１
の一面（図１中、下側の面）には、突起電極として複数
のバンプ（突起部）２が当該一面から突出して形成され
ている。

【００２４】このバンプ２は、本例ではウェハ１内の半
導体素子に電気的に接続された電極であり、例えばＮｉ
（ニッケル）−Ｐ（リン）の無電解メッキで形成された
高さ５〜２５μｍ、電極径φ５０μｍ〜８００μｍのも
のにすることができる。また、ウェハ１の一面のうちバ
ンプ２の形成部位以外の部位にはＳｉＮ（シリコン窒化
膜）等よりなる保護膜３が形成されている。

【００２５】また、図１（ａ）において、４は本発明で
いうはんだに濡れない治具としての支持台であり、はん
だに濡れないセラミック等よりなる。本例では、支持台
４はＳｉよりなり、その表面がはんだに濡れないように
なっている。

【００２６】また、５は、はんだ箔（はんだシート）で
あり、Ｓｎ（すず）−Ｐｂ（鉛）はんだや、鉛フリーの
Ｓｎ系はんだよりなる。はんだ箔５の厚さは、後述する
引き剥がしの際に、引き剥がしを容易にするために、例
えば厚さ１００μｍ以下であることが望ましい。

【００２７】本第１実施形態のはんだ供給方法において
は、まず、図１（ａ）に示すように、その表面がはんだ
に濡れない支持台４の上に、はんだ箔５を設置し、その
上に、Ｓｉウェハ１をその一面（バンプ２形成側の面）
が下向きになるように（フェースダウン方向に）設置す
る。

【００２８】このとき、必要に応じ、Ｓｉウェハ１の上
の上から荷重を付加する。本例では、ウェハ１の上に荷
重用部材６を乗せて、荷重を付加することにより、複数
のバンプ２とはんだ箔５とが確実に接触するようにす
る。この状態で、加熱炉内に投入し、還元性雰囲気中に
て加熱して冷却する。

【００２９】この加熱は、例えば、水素と窒素の混合ガ
スを用い、Ｈ₂：Ｎ₂＝３：７の還元性雰囲気中で、はん
だ（はんだ箔５）の固相線温度以上で約３０秒間加熱す
る。冷却は、同様の還元性雰囲気中で約５０℃以下にな
るまで冷やせばよい。このような還元性雰囲気中で加熱
することで、被接合部表面の酸化物が除去され、はんだ
濡れ性が改善される。

【００３０】ここで特に、加熱の際、はんだ（はんだ箔
５）が半溶融状態となる温度（つまり、はんだの状態図
において固相線温度以上かつ液相線温度以下の温度であ
り、はんだが液相と固相が共存した状態となる温度）に
保持することが好ましい。半溶融状態となる温度は、例
えば、Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕはんだでは、２１
７℃〜２２０℃、Ｓｎ４０％−Ｐｂ６０％はんだでは、
１８３℃〜２３８℃である。

【００３１】こうして、還元性雰囲気中にて加熱して冷
却すると、はんだ箔５はウェハ１のバンプ２にはんだ接
合する。その後、図１（ｂ）に示すように、はんだ箔５
を支持台４から取り外す。支持台４は、はんだに濡れな
いため、この取り外しは容易に行うことができる。

【００３２】そして、図１（ｂ）中の矢印Ａに示すよう
に、はんだ箔５をＳｉウェハ１から引き剥がす。このと
き、バンプ２とはんだ箔５とは、比較的強固にはんだ接
合しているため、比較的強度の弱いはんだ箔５は、バン
プ２との接合部を残してウェハ１から引き剥がされ、結
果として、バンプ２のみにはんだ５ａが供給される（図
１（ｃ））。

【００３３】なお、はんだ５ａが供給されたＳｉウェハ
１は、この後、チップ単位にダイシングカットされ、分
断されたＳｉチップ（半導体チップ）は、例えば回路基
板等に、はんだ５ａを介してはんだ接合され、実装する
ことができる。

【００３４】このように、上記供給方法によれば、支持
台４上のはんだ箔５に対してフェースダウン方向にＳｉ
ウェハ１をセットする形となり、過剰なはんだがウェハ
１の一面におけるバンプ２以外の部位に残留・固着する
のを防止できる。また、還元雰囲気中で加熱すること
で、被接合部表面の酸化物の除去やはんだ濡れ性の改善
といったフラックス代替作用が発揮され、フラックスは
不要にできる。

【００３５】よって、本第１実施形態によれば、従来用
いていたフラックスを不要にできるとともに適切にバン
プ２へのはんだ供給を行うことができるため、フラック
ス残渣洗浄工程を省略して工程短縮を可能とし、洗浄溶
剤を使用せず環境に優しく、しかも、フラックスに起因
するボイド発生が無いような、はんだ供給方法を提供す
ることができる。

【００３６】また、上記図１に示す例では、加熱の際
に、Ｓｉウェハ１の上から荷重を付加することにより、
複数のバンプ２とはんだ箔５とが均一に接触するように
しているため、複数のバンプ２に供給されたはんだ５ａ
の高さ（厚さ）を均一化したり、所望の厚さを実現する
ことができる。

【００３７】また、本実施形態の好ましい形態として、
加熱の際、はんだ箔５が半溶融状態となる温度に保持す
るようにしている。この半溶融状態であっても、液相状
態は共存するため、はんだ箔５とバンプ２との接合は良
好になされる。また、はんだ箔５を溶融状態とすると、
液相状態のはんだが表面張力によりバンプ２に吸い寄せ
られ、結果、はんだ５ａの厚さの増加を招きやすい。

【００３８】しかし、はんだ箔５を半溶融状態とするこ
とにより、加熱中にはんだ箔５が変形しにくいので、は
んだ厚さの増加という問題を防止することができる。ま
た、還元性雰囲気中で、半溶融状態の温度で加熱すれ
ば、加熱中に何らかの衝撃を加えることで、はんだ箔５
の表面にミクロ欠陥を発生させやすくなり、冷却後に、
バンプ２との接合部を残して、はんだ箔５を引き剥がし
やすくすることが可能である。

【００３９】さらに、この半溶融状態の温度で加熱する
ことにより、はんだの結晶粒が成長して大きくなること
も確認している。はんだの結晶粒が大きくなるほど、は
んだ箔５の引っ張り強度が弱くなる。つまり、冷却後
に、バンプ２との接合部を残して、はんだ箔５を引き剥
がすことが、より容易になると考えられ、これも利点で
ある。

【００４０】また、本実施形態の供給方法によれば、従
来のはんだボール法とは異なり、半導体素子面上の突起
電極（バンプ等）の形状や寸法が任意である場合にも対
応できる。例えば、半導体チップの外周部のみ電極径を
大きくする場合でも対応可能であり、この場合、チップ
外周部のはんだ接合面積が大きくなり、チップ実装後の
信頼性向上効果が期待できる。

【００４１】（第２実施形態）図２は、本発明の第２実
施形態に係るはんだ供給方法を示す工程説明図であり、
図２中、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の概略上
面図である。本実施形態は、支持台（治具）４とＳｉウ
ェハ（部材）１との間にスペーサ７を挟んだ状態にて加
熱を行うことが上記第１実施形態と相違するものであ
る。

【００４２】このスペーサ７は金属板等よりなるものに
でき、本例ではアルミ箔を用い、Ｓｉウェハ１の外周部
に相当する位置にて挟み込まれた形としている。そし
て、図２に示すように、スペーサ７によって支持台４の
面とウェハ１の面とが平行に対向するようにセットし、
上記第１実施形態と同様、必要に応じて荷重を付加し、
還元性雰囲気中にて加熱して冷却する。

【００４３】本実施形態によれば、上記第１実施形態と
同様の作用効果を奏することに加えて、スペーサ７を用
いて、バンプ２に供給されるはんだ５ａの厚さを制御す
ることができる。例えば、支持台４の面とウェハ１の面
とが平行になるようにセットすることにより、多数のバ
ンプ２に供給されたはんだ５ａの高さ（厚さ）を均一化
することができる。

【００４４】（第３実施形態）図３は、本発明の第３実
施形態に係るはんだ供給方法を示す工程説明図であり、
概略断面を示したものである。本実施形態は、支持台
（治具）４として、はんだ箔５を設置する面のうちバン
プ（突起部）２の周囲に相当する位置に凸部４ａを設け
たものを用いることが、上記第１実施形態と相違するも
のである。

【００４５】この凸部４ａは、例えばフォトリソグラフ
技術やエッチング技術を用いて、支持台４におけるはん
だ箔設置面のうち凸部４ａとなる部位以外をエッチング
する等により形成することができる。この凸部４ａは連
続した形状（例えばストライプ状）でも、非連続形状
（例えば島状）でも良い。

【００４６】そして、図３（ａ）に示すように、このよ
うな凸部４ａを有する支持台４の上に、上記第１実施形
態と同様、はんだ箔５を設置し、Ｓｉウェハ１を設置
し、必要に応じて荷重を付加し、還元性雰囲気中にて加
熱して冷却する。

【００４７】それにより、図３（ｂ）に示すように、加
熱を行った後のはんだ箔において、凸部４ａが食い込ん
で凹部５ｂが形成される。つまり、還元性雰囲気中にて
加熱して冷却する工程を行った後では、はんだ箔５にお
けるバンプ２との接合部の周囲には凹部５ｂが形成さ
れ、そのぶん厚さが薄くなっている。

【００４８】そのため、本実施形態によれば、上記第１
実施形態と同様の作用効果を奏することに加えて、はん
だ箔５をＳｉウェハ１から引き剥がす際に、接合部周囲
の薄肉部が切れやすくなる。よって、バンプ２のみには
んだ５ａが供給された状態となるように、容易にはんだ
箔５の引き剥がしを行うことができる。

【００４９】（他の実施形態）なお、上記はんだの供給
方法は、バンプ２を有するＳｉウェハ１のような半導体
素子の突起電極部以外にも、何らかの部材の微細突起部
に選択的にはんだを供給する場合に適用することができ
る。

【００５０】要するに、本発明のはんだ供給方法は、は
んだに濡れない治具４の上に、はんだ箔５を設置し、そ
の上に、はんだを供給しようとする突起部２を有する部
材１をその突起部２側の面が下向きになるように設置
し、還元性雰囲気中にて無フラックスにて加熱し、冷却
後、はんだ箔５を部材１から引き剥がすことにより、突
起部２のみにはんだ５ａを供給することを主たる特徴と
しており、詳細部分は適宜設計変更可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るはんだ供給方法を
示す工程説明図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係るはんだ供給方法を
示す工程説明図である。

【図３】本発明の第３実施形態に係るはんだ供給方法を
示す工程説明図である。

【符号の説明】

１…Ｓｉウェハ、２…バンプ、４…支持台、４ａ…凸
部、５…はんだ箔、５ａ…はんだ、５ｂ…凹部、７…ス
ペーサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】はんだを供給しようとする突起部（２）
を有する部材（１）をその突起部がはんだ箔（５）と接
するように設置し、還元性雰囲気中にて加熱して冷却す
る工程と、この工程の後、前記はんだ箔を前記部材から引き剥がす
ことにより、前記突起部のみにはんだ（５ａ）を供給す
る工程とを備えることを特徴とするはんだ供給方法。
【請求項２】はんだに濡れない治具（４）の上に、前
記はんだ箔（５）を設置し、その上に、前記はんだを供
給しようとする突起部（２）を有する部材（１）を、そ
の突起部側の面が下向きになるように設置することを特
徴とする請求項１に記載のはんだ供給方法。
【請求項３】前記治具（４）として、前記はんだ箔
（５）を設置する面のうち前記突起部（２）の周囲に相
当する位置に凸部（４ａ）を設けたものを用いることに
より、前記加熱を行った後の前記はんだ箔において、前
記凸部に対応する凹部（５ｂ）を形成することを特徴と
する請求項２に記載のはんだ供給方法。
【請求項４】前記治具（４）と前記部材（１）との間
にスペーサ（７）を挟んだ状態にて前記加熱を行うこと
により、前記突起部（２）に供給されるはんだ（５ａ）
の厚さを制御することを特徴とする請求項２または３に
記載のはんだ供給方法。
【請求項５】前記加熱の際に、前記部材（１）の上か
ら荷重を付加することにより、前記突起部（２）に供給
されるはんだ（５ａ）の厚さを制御することを特徴とす
る請求項１ないし４のいずれか一つに記載のはんだ供給
方法。
【請求項６】前記加熱の際、前記はんだ箔（５）が半
溶融状態となる温度に保持することを特徴とする請求項
１ないし５のいずれか一つに記載のはんだ供給方法。