JP2004001030A

JP2004001030A - はんだペーストおよび半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004001030A
Application number: JP2002158893A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Akamatsu; 赤松　俊也
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP4312996B2

Abstract

【課題】はんだ製電極をリフロー接合するための新規な無洗浄はんだペーストおよび、小直径、狭間隔の電極についてはんだ製電極をリフロー接合する場合に適用でき、信頼性の高い半導体素子を製造できる技術を提供する。
【解決手段】熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとを含むフラックスおよびはんだ粉末を含む金属粉を含有するはんだペーストを回路基板上の電極上に印刷して、半導体素子上のはんだ製電極とリフロー接合する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだバンプに代表されるはんだ製電極をリフロー接合するためのはんだペーストとこれを使用する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子、電子部品の電気的、機械的接合には、融点１８３℃の３７重量％のＰｂを含有するＳｎ−Ｐｂ共晶はんだ（Ｓｎ−３７Ｐｂと略称される）が一般的に用いられてきた。
【０００３】
たとえば、ＦＣＢＧＡ（フリップチップボールグリッドアレー：ｆｌｉｐ　ｃｈｉｐ　ｂａｌｌ　ｇｒｉｄ　ａｒｒａｙ）では、半導体素子が回路基板にはんだバンプによって実装されており、実装の際には、フラックスを用いて接合している。
【０００４】
一方、現在主流となっている樹脂基板は、表層にソルダーレジストというカバー膜を形成しており、回路基板上の電極の表面がソルダーレジスト表面より低く凹んだ形態をしている。
【０００５】
このため、使用されるはんだバンプの高さがバラツクと、リフロー接合前の状態として、電極と接触するところと接触しないところが出てくることになる。このことにより、リフロー接合時に、半導体素子の接続端子と回路基板上の電極との接続不良を発生させ得るという問題点を生じていた。
【０００６】
そこで、これを防止するために、上記のようにフラックスを用いるだけではなく、基板側電極に予備はんだをあらかじめ形成し、フラックスを用いて仮固定を行いリフロー接合する方法や、はんだペーストを印刷しておいて、半導体素子を搭載しリフロー接合する方法がある。どちらも、フラックスを使用することが必須であるが、そのフラックスには、ロジン、ハロゲン系活性剤を溶媒に溶解させたものが用いられている。
【０００７】
しかしながら、このような方法を採用しても、フリップチップ実装の場合には、最近の半導体素子の高集積化や小型化に伴って、はんだ付け部位である電極、接続端子が微細化していることから、素子と基板との間隙も小さくなり、はんだによるリフロー接合後の洗浄が難しくなってきているという問題が存在する。
【０００８】
すなわち、洗浄しきれなかったフラックス残渣は、はんだ付け性を向上する機能（フラックス活性）を付与するはんだ活性剤のハロゲンに起因するイオン性の物質が吸湿などによって形成されることにより、電極間の電気的絶縁性を低下させたり、あとから充填するアンダーフィル材の密着強度を低下させ、接合部の信頼性を低下させる要因となってきている。また、完全に洗浄するためには、長時間の洗浄工程または特殊な洗浄装置の導入が必要となりコストアップの原因となってきている。
【０００９】
このため、はんだリフロー接合後におけるフラックスの洗浄除去を不要とする、無洗浄タイプのフラックスが要求されており、ロジンに替えて、熱硬化性樹脂を用いたフラックスの適用が検討され始めている。
【００１０】
この熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂が使用されることが多く、なかでも、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等がよく用いられている。
【００１１】
この熱硬化性樹脂には、酸化膜等を除去することにより接合面を活性化し、はんだの結合強度を充分に発揮させるためのフラックス活性を付与するため、有機酸が用いられており、通常、カルボン酸およびカルボン酸無水物よりなる群から選ばれた１種もしくは２種以上が使用されている。
【００１２】
カルボン酸やカルボン酸無水物はフラックス活性の付与とともにエポキシ硬化剤としても機能するため、残渣として残った場合でも、エポキシ樹脂と反応し、失活し安定となるのである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を配合したはんだ付け用フラックスとはんだとよりなるはんだペーストも最近開発され始めている。このようなはんだペーストは、はんだ付け後に部品表面に残ったフラックス残渣が部品の接着強度を高めるように作用するために、エポキシ樹脂を２０〜５０重量％を配合したものである。なお、従来のロジンを用いたはんだペーストでは、はんだ粉末とフラックス成分の混合比（重量比）は８５：１５〜９０：１０程度である。
【００１４】
しかしながらこの方法には、はんだバンプとのリフロー接合性が不十分で電気的接続に充分な信頼性が得られない場合があるといった問題が存在する。特に、装置の小型化に伴う、小直径、狭間隔の電極に適用した場合には、この問題が顕著である。
【００１５】
本発明は、はんだバンプに代表されるはんだ製電極をリフロー接合するための新規な無洗浄はんだペースト、特に、小直径、狭間隔の電極についてはんだ製電極をリフロー接合する場合に適用でき、信頼性の高い半導体素子を製造できる技術を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、はんだ製電極とリフロー接合するためのはんだペーストであって、熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとを含むフラックスおよびはんだ粉末を含む金属粉を含有するはんだペーストが提供される。
【００１７】
前記多価アルコールが、分子量１００〜２５０の２価のアルコールおよび／または分子量１００〜１５０の３価のアルコールを含むことや、前記金属粉の平均粒径が２０μｍ以下であることや、前記フラックス中における熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとの合計含有率が８０〜１００重量％、熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとの合計中における熱硬化性樹脂の含有率が１５〜５０重量％、有機酸と多価アルコールとの合計中における多価アルコールの含有率が１０〜９０重量％であり、前記はんだペースト中のフラックス濃度が５〜３０重量％であることが好ましい。
【００１８】
本発明の他の一態様によれば、上記のはんだペーストを回路基板上の電極上に印刷して、半導体素子上のはんだ製電極とリフロー接合する半導体装置の製造方法であって、前記回路基板上の電極の間隔が１５０μｍ以下であり、前記回路基板上の電極の直径が１００μｍ以下である半導体装置の製造方法が提供される。
【００１９】
なお、以下に説明する発明の実施の形態や図面の中で、本発明の更なる特徴が明らかにされる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図、表等を使用して説明する。なお、これらの図、表等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。なお、これらの図において、同一の要素については同一の符号を付すものとする。
【００２１】
樹脂基板等に搭載する際には、バンプ高さのバラツキにも拘わらず確実な接合を行うためには、はんだペーストの印刷量の制御が重要となる。
【００２２】
図１は、フラックスとはんだとよりなるはんだペーストを回路基板上の電極上に印刷して、半導体素子上のはんだバンプとリフロー接合する半導体装置の製造方法を例示するものである。図１Ａは、基板１上の電極２の間隔Ｌが広い場合を例示する。電極２の表面はソルダーレジスト３表面より低く凹んでおり、Ｄで示された印刷用のマスクの開口径に従ったはんだペースト４が、この凹みを埋めて電極２上に印刷される（図１Ａ「印刷後」を参照）。このはんだペースト４はチップを実装せずに加熱処理すると、はんだ５と硬化したフラックス６とに分かれる（図１Ａ「はんだ付けのみ」を参照）。このため、チップを実装すると、半導体素子８のはんだバンプ７とはんだ５とが一体化し、それを硬化したフラックス６が覆うようになる（図１Ａ「チップ実装時」を参照）。
【００２３】
すなわち、はんだバンプ７との接合を確保するためのはんだ量は、はんだペースト４中のはんだ含有量とＤで示された印刷用のマスクの開口径とはんだペースト４の高さとによって決まるはんだペースト中のはんだの量によって定まることとなる。
【００２４】
別の言い方をすれば、はんだバンプ７との接合を確保するためのはんだ量は、はんだペースト４中のはんだ含有量の増大によっても、印刷用のマスクの開口径Ｄの増大によっても、はんだペースト４の高さを上げることによっても増大させることができる。
【００２５】
しかしながら、図１Ｂに示すように、電極相互の距離（間隔）が短いときには、印刷用のマスクの開口径Ｄを大きく取ることができなくなる。
【００２６】
そのため、必要なバンプ高さを確保するためには、印刷量を多くしてはんだペースト４の高さを上げるか、はんだペースト４中のはんだ含有量をなるべく高くする必要がでてきている。しかしながら、そのいずれの方策も欠点を有している。
【００２７】
図１Ｂは、印刷量を多くしてはんだペースト４の高さを高く保った例である。このようにすると、印刷後に、ペースト４の高さを上げた分だけはんだペーストのダレ、滲みが発生し易くなる。そしてそれははんだ付けのみの場合に示されているように電極相互のブリッジ９を引き起こし、チップ実装時には、ショート部分１０を生じる原因となる。
【００２８】
たとえば、エポキシ樹脂を２０重量％以上で混合したペーストを用いた場合には、図１Ｂに示すように電極相互のブリッジ９を引き起こしやすくなる。
【００２９】
一方、この対策として、はんだペースト４の高さを下げると、図１Ｃのチップ実装時の拡大図である図３に示すように、はんだバンプ７と電極上のはんだ５とが接触できない場合を生じ得る。
【００３０】
そこで、はんだペースト４の高さを上げずに、はんだペースト中のはんだ含有量を上げると、図１Ｄに示すように、はんだペーストの粘度が高くなり、良好な印刷が困難になる。つまり、電極のくぼみにはんだペーストが充分に行き渡らなくなる場合が生じる。また、はんだペースト４がデラミネーションを起こすこともあり得る。
【００３１】
さらに、はんだ含有量の上昇に伴い、はんだ活性剤であるフラックスの濃度が低下するため、はんだ粒子表面の活性化が不十分となり、はんだ５がはんだバンプ７と溶け合わず、はんだ粒子が一体化せず、個々に分離した状態（図１Ｄの「はんだ付けのみ」の場合）として残り、図１Ｄの「チップ実装時」の場合の拡大図である図４に示すように接合が不良となり得る。
【００３２】
この接合不良は、微細な電極にはんだペーストを良好に印刷するために微細なはんだ粉末を使用した場合には更に深刻となる。
【００３３】
すなわち、現状では粒径が３２μｍ〜４０μｍ程度のはんだ粉末が使用されているが、Ｄ_ｅｌで示す直径の小さい、微細な電極に印刷するためには、より微細なものが必要となってくる。１００μｍ以下の直径の電極に印刷するためには、粒径が２０μｍ以下の粉末が必要であると考えられる。
【００３４】
ところが、はんだ粉末は、粒径が細かくなると、表面積が増加するため、単位体積あたりの酸化膜の量も増加することから、酸化膜除去作用の向上が必要となる。
【００３５】
従って、はんだペーストのはんだ含有量を上げ、フラックス含有量を減らすと、酸化膜除去作用の低下の影響がより顕著になり、はんだ粉末の酸化膜を除去しきれず、濡れ不良によりはんだ粉末が一体化せず接合が難くなる傾向がより明確になる。
【００３６】
たとえば、フラックスであるエポキシ樹脂と平均粒径２０μｍ以下の３．５重量％Ａｇ含有Ｓｎ−Ａｇはんだ（Ｓｎ−３．５Ａｇはんだ）粉末とを、エポキシ樹脂１０重量％の割合で混合し、電極上に印刷し、２５０℃のリフローではんだ付けを行ったが、図１Ｄのように、濡れ不良のためはんだ粉末が一体化しない事態を生じることが判明した。
【００３７】
このような条件下必要なはんだ量を確保するためには、印刷用のマスクの開口径を増大させるか、はんだペースト４の高さを上げるかして、供給印刷量を増加させる必要がある。しかしながら、そのいずれについても前述のような問題がある。
【００３８】
このため、電極間隔が１５０μｍ以下の場合や、電極径が１００μｍ以下の場合には、従来の技術では解決しがたい障害が生じる。
【００３９】
本発明は、はんだバンプをリフロー接合するための新規な無洗浄はんだペーストにより、この障害を乗り越え、たとえば、微細なはんだ粉末、特に平均直径が２０μｍ以下のはんだ粉末を高濃度で使用可能とし、通常の電極はもちろん、小直径、狭間隔の電極にも適用できる技術を創りあげたものである。本発明は、たとえば現在主流となりつつあるビルドアップ樹脂基板へのフリップチップ実装において、接合不良を低減できる。
【００４０】
この様子を図２Ａに示す。図２Ａは、本発明に係るはんだペースト（金属粉としてはんだのみを含有率９０重量％で使用）を使用したものである。
【００４１】
図２Ａを図１Ｄと比較すると、「印刷後」は同様であるが、「はんだ付けのみ」の場合には、前者でははんだ５中ではんだが一体化しているのに対し、後者では一体化していない様子が示されている。この差異は、本発明に係るフラックスのフラックス活性が大きく、１０重量％と言う低濃度でも充分にはんだを活性化させ得ることによるものである。
【００４２】
この結果、図２Ａの「チップ接合時」に示されるように、リフロー接合時にははんだ５とはんだバンプ７とが一体化し、良好な電気的接続が実現できる。
【００４３】
本発明において、はんだ粉末としては、公知のどのようなものを使用することも可能である。たとえばＳｎ−３７ＰｂやＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（３重量％のＡｇと０．５重量％のＣｕとを含有Ｓｎ系はんだ）をその例として挙げることができる。
【００４４】
また本発明においては、はんだ粉末に代えてはんだ粉末と他の金属粉との混合物の使用も可能である。すなわち、本発明においてはんだ粉末を含む金属粉と言うのは、はんだ粉末のみの場合のみならず、はんだ粉末とともに他の金属粉も含有しうることを意味する。
【００４５】
はんだ粉末以外の金属粉としては、Ｃｕ，Ｎｉ等の単金属粉末、Ｃｕ−Ｓｎ，Ｃｕ−Ｎｉ，Ｃｕ−Ｚｎ，Ｓｎ−Ｎｉ等の合金粉末、単金属や合金粉末の表面に、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｓｎ−Ｂｉ等をめっきした粉末など公知の各種の金属粉を使用することができる。
【００４６】
なお、本願明細書において「金属粉」と言うときは、別途解釈すべきと明示的に記載しない限り、はんだ粉末のみの場合とはんだ粉末と他の金属粉との混合物である場合との両方を意味し得る。たとえば、上記において、はんだ含有量の多寡の影響について説明したが、他の金属粉を含む場合は、このはんだ含有量を金属粉濃度と置き換えて考えることができる。
【００４７】
また、はんだ粉末は、表面の酸化膜等を除去し、はんだ接合に際し、フラックス活性を上げることが重要であるが、他の金属についても、はんだとの接合性を向上させ、ひいては電気的接続性を向上させる意味から表面の酸化膜等を除去することが重要である。従って、本願明細書において「フラックス活性」というときは、はんだ粉末のみならず他の金属粉の表面の活性化をも意味しうるものとする。
【００４８】
本発明に係るフラックスは、熱硬化性樹脂中に、有機酸と多価アルコールを含む。
【００４９】
熱硬化性樹脂としては、本発明の趣旨に反しない限り、公知のどのようなものを使用することも可能であるが、特にエポキシ樹脂が、品質の安定性、粘度等の物性の多様さ等の点で有利である。
【００５０】
有機酸は、酸無水物であってもよい。いずれであってもはんだ付け活性を有するとともに、熱硬化性樹脂の硬化剤としても機能するため、熱硬化性樹脂の硬化後は熱硬化性樹脂中に取り込まれ、腐食などの問題を低減し、硬化後の洗浄を不要とすることができる。
【００５１】
このような有機酸またはその酸無水物としては、セバシン酸やコハク酸を例示することができる。
【００５２】
多価アルコールを使用する理由は多様である。
【００５３】
第一に、はんだペーストにする際、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂と硬化剤とだけでは、一般的に粘度の調整が難しい。そのため、一般的には溶媒で調整する必要がある。
【００５４】
この際アルコールを溶媒として使用できる。ただし、水酸基が一つでは、溶媒の粘度が低いため、フラックスの粘度が低下し、ペースト化した場合の粘度も低下し、印刷時にブリッジを起こす原因となる可能性が大きくなる。また、水酸基が一つではエポキシ樹脂の硬化剤としては不適当であり、かえって、末端封鎖や有機酸との結合による硬化の阻害を引き起こす可能性が生じる。
【００５５】
これに対し、多価アルコールであれば、粘度の調整が容易になり、フラックス中の他の成分との相溶性もよく、また、水酸基（−ＯＨ）を２つ以上有することで、有機酸と同様に、はんだ付け活性を有するとともに、熱硬化性樹脂の硬化剤としても機能するため、熱硬化性樹脂の硬化後は熱硬化性樹脂中に取り込まれ、さらには、有機酸またはその酸無水物とも化合物を形成するため、腐食などの問題を低減し、硬化後の洗浄を不要とすることができる。
【００５６】
このため、本発明に係るはんだペーストはいわゆる無洗浄はんだペーストとして機能することができる。ただし、半導体実装後に洗浄を加える用途に使用することは差し支えない。
【００５７】
上記多価アルコールとしては、２価のアルコールや３価のアルコールが好ましい。４価以上になると反応性が低下し、未反応物として残存する可能性が生じる。
【００５８】
２価のアルコールの場合は、分子量が１００〜２５０であることが好ましい。１００未満のものであると、粘度が低くなってはんだペーストの粘度調節が困難になり、２５０を超えると、添加する量に対して、水酸基の量が少ないことによりフラックス活性が低下する。
【００５９】
３価のアルコールの場合は、分子量が１００〜１５０であることが好ましい。１００未満では粘度が低くなってはんだペーストの粘度調節が困難になり、１５０を超えると、固体となるものもあり、添加する場合には、他の溶媒に溶解させて添加する等取り扱いが複雑になりやすい。
【００６０】
特に、３価のアルコールは、電極およびはんだバンプ、金属粉の表面に存在する金属酸化物の除去により効果的である。
【００６１】
多価アルコールは、特に、平均粒径が２０ミクロン以下の微細なはんだ粉末を使用する際に有用であることが判明した。
【００６２】
このような多価アルコールとしては、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ヘキシレングリコール、オクチレングリコールを例示することができる。２価のアルコールとしては、特にトリエチレングリコール、テトラエチレングリコールが好ましい。また、３価のアルコールとしては、特にブタントリオールや、ヘキサントリオールが好ましい。
【００６３】
金属粉の平均粒径が２０μｍ以下であると印刷性が向上し、特に直径１００μｍ以下の電極のある場合に良好にはんだペーストが印刷できることが分かった。金属粉の平均粒径の下限について制限は特になく、公知のどのような粒径のものも、本発明の趣旨に反しない限り、使用することができる。
【００６４】
一方、フラックスの必要量は金属粉の粒径の影響を受ける。金属粉は、粒径が小さくなると、表面積が増加するため、単位体積あたりの酸化膜の量も増加するからである。
【００６５】
本発明に係るフラックスは高いフラックス活性を有するため、このような小粒径の金属粉を使用する場合でも充分なフラックス活性を与えることが判明した。
【００６６】
具体的には、従来のフラックス濃度ではカバーし難い範囲である、２０重量％を切るフラックス濃度でも平均粒径が２０μｍ以下の金属粉を充分活性化できる。
【００６７】
従って、従来と同様、電極直径の大きい場合や、電極間隔の広い場合はもちろん、電極直径の小さい場合や、電極間隔の狭い場合にも本発明に係るはんだペーストを好適に使用することができる。
【００６８】
本発明に係るはんだペーストにおいては、フラックス中における熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとの合計含有率が８０〜１００重量％であること、熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとの合計中における熱硬化性樹脂の含有率が１５〜５０重量％であること、有機酸と多価アルコールとの合計中における多価アルコールの含有率が１０〜９０重量％であること、はんだペースト中のフラックス濃度が５〜３０重量％であることが好ましい。
【００６９】
フラックス中には、本発明の趣旨に反しない限り、熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコール以外の成分、たとえば、他の種類のはんだ活性剤、粘度調節剤、架橋反応促進剤、他の樹脂等を共存させてもよいが、フラックス中における熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとの合計含有率が８０％を切ると、フラックス活性に不足を生じる場合が出てくる。
【００７０】
熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとの合計中における熱硬化性樹脂の含有率が１５重量％未満であると、補強材として機能が不十分になり、５０重量％を超えるとフラックス活性が不足する場合がある。
【００７１】
また、有機酸と多価アルコールとの合計中における多価アルコールの含有率が１０重量％未満であると、特に金属粉量の多い場合にはんだペーストの粘度が高くなり、９０重量％を超えると、硬化しなくなる。
【００７２】
また、はんだペースト中のフラックス濃度が５重量％未満であると、印刷性が不良となったり、はんだ粒子が一体化しなくなったりする。また、３０重量％を超えると、粘度が低く、ブリッジの原因となることが多い。
【００７３】
本発明に係る新規なはんだペーストを使用すると、このはんだペーストを回路基板上の電極上に印刷し、半導体素子上のはんだバンプとリフロー接合することにより、容易に半導体装置を製造できる。
【００７４】
また、この際新たな工程を付与することなく、さらには、洗浄工程を省いても、あとから充填するアンダーフィル材の密着強度を低下させたり、接合部の信頼性を低下させる要因を生じない。
【００７５】
【実施例】
次に本発明の実施例および比較例を詳述する。なお、物性や特性は次のようにして求めた。
【００７６】
（平均粒径）
マイクロトラック（株）製のＦＲＡを使用して、マイクロトラック法により求めた。
【００７７】
（濡れ広がり率）
ＡＳＴＭ−Ｂ−５４５の濡れ広がり率法によって評価した。
【００７８】
（はんだ粒子一体化状態）
リフロー条件で処理した後、はんだ断面を観察し、はんだ粒子が一体化している場合を◎（優秀）、多少一体化していないものが残る場合を○（良好）、一体化していない粒子がはっきりと存在する場合を△（やや不良）、粒子が実質的に一体化していない場合を×（不良）と評価した。
【００７９】
（印刷性）
それぞれ１０サンプルについて印刷を行い、ダレ、滲み、カスレの問題の生じたサンプルが３以上の場合を△（やや不良）、５サンプル以上の場合を×（不良）、それ以外を良好（○）として評価した。
【００８０】
なお、滲みとは印刷後のはんだペーストの端部がシャープさを失った状態であり、ダレとは、この状態が更に進んで、部分的に変形を生じた状態を意味する。
【００８１】
また、カスレは、印刷後のはんだペーストの高さが、デラミネーション等により不足している状態を意味する。
【００８２】
［例１］
表１に示す組成のはんだペーストを試作し、その濡れ性、印刷性についてそれぞれ調べた。エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂（油化シェル（株）製エピコート８２８）とナフタレン系エポキシ樹脂（大日本インキ化学（株）製ＨＰ４０３２Ｄ）の混合系を使用し、はんだ粉末としてはＳｎ−３．５Ａｇ，平均粒径２０μｍ以下のものを使用した。
【００８３】
平均粒径２０μｍ以下のＳｎ−３．５Ａｇはんだ粉末はガスアトマイズ法によって得た。
【００８４】
フラックス活性、電極上はんだとはんだボールとの接合の良否、電極ショートの可能性等の判断は、濡れ広がり性の評価と、直径０．５ｍｍのＣｕ電極上に、同じ口径のメタルマスクを用いてはんだペーストを印刷し、半導体素子やはんだバンプを載置することなく、最高温度２６０℃の窒素リフローにより、はんだ付けを行った場合のはんだ粒子一体化状態の評価で行った。
【００８５】
印刷性の評価は、図５に示す如く、開口径１２０μｍのメタルマスクを用いて、アルミナ基板上に、はんだペーストを印刷して行った。
【００８６】
（比較例１）
平均粒径２０μｍ以下のはんだ粉末を使用すると、表１サンプル１０に示すように、エポキシ樹脂だけでは、はんだ粒子が一体化せず、印刷性についても、カスレが発生した。
【００８７】
（比較例２）
また、サンプル９に示すように、一価のアルコールであるジエチレングリコールモノエチルエーテルを用いたサンプルを作成し、評価を行った結果、はんだ粉末は粒子のまま残る状態であり、印刷性についても、ダレ、にじみが発生し、リフロー後には、電極同士がショートするところも発生した。
【００８８】
（実施例１）
サンプル１〜８に示すように、テトラエチレングリコール、ヘキサントリオール、ブタントリオールを用いて作成したものは、全て良好に印刷でき、はんだ粉末も一体化し、リフローによりはんだ付けすることができた。
【００８９】
［例２］
表１のサンプル４のはんだペーストを用いて、半導体チップと樹脂ビルドアップ基板との接合を行った。
【００９０】
半導体チップは、電極直径１００μｍ、ピッチ（電極の中心間の距離）２５０μｍでバンプを形成した１３ｍｍ平方のチップを用いた。すなわち、電極間隔は（２５０−１００）μｍ＝１５０μｍであった。バンプ数は、２４０１バンプであった。はんだバンプ材料は、上記と同様のＳｎ−３．５Ａｇである。
【００９１】
樹脂ビルドアップ基板は、ＢＴレジン製で、チップに対応する電極パターンを有し、Ａｕ電極直径１１０μｍ、ピッチ２５０μｍであった。表層には、ソルダーレジストが形成されていた。
【００９２】
まず、開口部直径１２０μｍ、厚さ３０μｍのメタルマスクを用いて、樹脂ビルドアップ基板のＡｕ電極上にはんだペーストを印刷した。
【００９３】
その後、半導体チップのはんだバンプをチップボンダで相対する基板の電極と位置合わせして搭載し、最高温度２６０℃、２２１℃以上１分間の条件で窒素リフローにより接合を行った。
【００９４】
その後、洗浄を行わず、半導体素子と基板間に、ナミックス社製チップコートＵ８４３４よりなるアンダーフィルを充填し、１５０℃，２時間で硬化させて、評価サンプルを作成した。
【００９５】
サンプル数は５つ作成した。評価サンプルについて、１２５℃〜−５５℃の熱サイクル試験を行った。保持時間は各温度とも１０分、昇温と降温との時間は５分間とした。
【００９６】
評価は、電気抵抗を測定し、初期値から１０％以上上昇したものについてＮＧ（不良）と判定した。
【００９７】
その結果を表２に示す。試験を２５００サイクルまで行ったが不良は発生しなかった。
【００９８】
［例３］
比較のため、ロジン系のはんだペーストを印刷したものについても上記と同様の方法で作成し、その後キシレンを洗浄剤として、洗浄温度７０℃で１５分間洗浄したものについて熱サイクル試験を行い評価した。
【００９９】
その結果を表２に示す。初期不良が５００サイクルで発生し、２０００サイクルまでに５つのサンプルの全てがＮＧとなった。
【０１００】
なお、このロジン系のはんだペーストは、フラックス組成が理化ハーキュレス（株）製商品名ポリベール（ロジン），エチレングリコールモノフェニルエーテル（溶媒），ステアリン酸アミド（チキソ性付与剤），無水コハク酸（はんだ活性剤）よりなり、はんだペースト中のフラックス濃度が１０重量％、フラックス中のロジン濃度が５０重量％であり、はんだとしては上記例１と同様のものを用いた。
【０１０１】
【表１】

【０１０２】
【表２】

【０１０３】
【発明の効果】
はんだバンプをリフロー接合するための新規な無洗浄はんだペーストが得られる。
【０１０４】
また、小直径、狭間隔の電極についてはんだバンプをリフロー接合する場合に適用でき、信頼性の高い半導体素子を製造できる。
【０１０５】
上記に開示した内容から、下記の付記に示した発明が導き出せる。なお、本明細書においては、はんだ製電極としてはんだバンプについて主に説明したが、本願発明は、本願発明の趣旨に反しない限り、一般的にはんだ製の電極とリフロー接合する目的ではんだペーストを使用する局面において適用できることは言うまでもない。
【０１０６】
（付記１）　はんだ製電極とリフロー接合するためのはんだペーストであって、熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとを含むフラックスおよびはんだ粉末を含む金属粉を含有するはんだペースト。
【０１０７】
（付記２）　前記多価アルコールが２価のアルコールを含む付記１に記載のはんだペースト。
【０１０８】
（付記３）　前記多価アルコールが３価のアルコールを含む付記１または２に記載のはんだペースト。
【０１０９】
（付記４）　前記多価アルコールが、分子量１００〜２５０の２価のアルコールおよび／または分子量１００〜１５０の３価のアルコールを含む付記１に記載のはんだペースト。
【０１１０】
（付記５）　前記金属粉の平均粒径が２０μｍ以下である付記１〜４のいずれかに記載のはんだペースト。
【０１１１】
（付記６）　前記フラックス中における熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとの合計含有率が８０〜１００重量％、熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとの合計中における熱硬化性樹脂の含有率が１５〜５０重量％、有機酸と多価アルコールとの合計中における多価アルコールの含有率が１０〜９０重量％である付記１〜５のいずれかに記載のはんだペースト。
【０１１２】
（付記７）　前記フラックス中における熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとの合計含有率が８０〜１００重量％、熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとの合計中における熱硬化性樹脂の含有率が１５〜５０重量％、有機酸と多価アルコールとの合計中における多価アルコールの含有率が１０〜９０重量％であり、前記はんだペースト中のフラックス濃度が５〜３０重量％である付記１〜５のいずれかに記載のはんだペースト。
【０１１３】
（付記８）　付記１〜７に記載のはんだペーストを回路基板上の電極上に印刷して、半導体素子上のはんだ製電極とリフロー接合する半導体装置の製造方法。
【０１１４】
（付記９）　付記１〜７に記載のはんだペーストを回路基板上の電極上に印刷して、半導体素子上のはんだ製電極とリフロー接合する半導体装置の製造方法であって、前記回路基板上の電極の間隔が１５０μｍ以下である半導体装置の製造方法。
【０１１５】
（付記１０）　付記１〜７に記載のはんだペーストを回路基板上の電極上に印刷して、半導体素子上のはんだ製電極とリフロー接合する半導体装置の製造方法であって、前記回路基板上の電極の間隔が１５０μｍ以下であり、前記回路基板上の電極の直径が１００μｍ以下である半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】はんだペーストを回路基板上の電極上に印刷してリフローさせたときの挙動および半導体素子上のはんだバンプとリフロー接合する様子を示すモデル図である。
【図２】本発明に係るはんだペーストを回路基板上の電極上に印刷してリフローさせたときの挙動および半導体素子上のはんだバンプとリフロー接合する様子を示すモデル図である。
【図３】はんだバンプと電極周りの拡大図である。
【図４】はんだバンプと電極周りの拡大図である。
【図５】印刷性の評価の様子を示すモデル図である。
【符号の説明】
１　　基板
２　　電極
３　　ソルダーレジスト
４　　はんだペースト
５　　はんだ
６　　フラックス
７　　はんだバンプ
８　　半導体素子
９　　ブリッジ
１０　ショート部分

Claims

はんだ製電極とリフロー接合するためのはんだペーストであって、熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとを含むフラックスおよびはんだ粉末を含む金属粉を含有するはんだペースト。
前記多価アルコールが、分子量１００〜２５０の２価のアルコールおよび／または分子量１００〜１５０の３価のアルコールを含む請求項１に記載のはんだペースト。
前記金属粉の平均粒径が２０μｍ以下である請求項１または２に記載のはんだペースト。
前記フラックス中における熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとの合計含有率が８０〜１００重量％、熱硬化性樹脂と有機酸と多価アルコールとの合計中における熱硬化性樹脂の含有率が１５〜５０重量％、有機酸と多価アルコールとの合計中における多価アルコールの含有率が１０〜９０重量％であり、前記はんだペースト中のフラックス濃度が５〜３０重量％である請求項１〜３のいずれかに記載のはんだペースト。
請求項１〜４に記載のはんだペーストを回路基板上の電極上に印刷して、半導体素子上のはんだ製電極とリフロー接合する半導体装置の製造方法であって、前記回路基板上の電極の間隔が１５０μｍ以下であり、前記回路基板上の電極の直径が１００μｍ以下である半導体装置の製造方法。