JP2004006818A

JP2004006818A - Reflow method and solder paste

Info

Publication number: JP2004006818A
Application number: JP2003111733A
Authority: JP
Inventors: Tadatomo Suga; 須賀　唯知; Keisuke Saito; 斎藤　圭介; Yoshikazu Matsuura; 松浦　義和; Tatsuya Takeuchi; 竹内　達也; Joji Kagami; 加々見　丈二; Rikiya Kato; 加藤　力弥; Sakie Yamagata; 山形　咲枝
Original assignee: Senju Metal Industry Co Ltd; Shinko Seiki Co Ltd
Current assignee: Senju Metal Industry Co Ltd; Shinko Seiki Co Ltd
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-01-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a soldering method (example: a method for forming a solder bump or performing solder mounting) for realizing solder bonding without remains by using lead-free solder by a solder paste printing method. <P>SOLUTION: After solder paste is applied by a printing system, at the time of executing reflow by the supply of a hydrogen radical obtained from hydrogen plasma, the flux components of the solder paste are volatilized at a reflow temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソルダペーストを使用する無残渣タイプのリフロー法に関する。特に、本発明は、バンプの形成またはプリント基板への実装に際してソルダペーストを使用する無残渣タイプのリフロー法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の半導体実装分野では、環境問題からの規制により有毒物質である鉛を含むはんだの使用が禁止されるのを受けて、従来のＳｎ−Ｐｂ　共晶はんだから鉛フリーはんだへの移行が急ピッチで進められている。
【０００３】
一方、軽薄短小化を求められる情報機器に使用されるＩＣの高速化・高密度化に対する要求は相変わらず強く、その要求に対する１つの解として１９６０年代に提唱されたフリップチップ実装が見直され、高密度フリップチップ接続として現在その技術が普及しつつある。
【０００４】
そして、高密度フリップチップ接続の重要な技術に、微細なはんだバンプの形成技術がある。特に最近では、はんだの鉛フリー化、フリップチップ実装の増加という２つの理由により、鉛フリーはんだを用いた微細バンプの新しい形成プロセスが求められている。
【０００５】
このような背景から、従来にあっても種々試みられてきたが、従来の方法を用いて鉛フリーはんだを用いて微細バンプを形成しようとすると二つの問題点が生じてくる。
【０００６】
まず、第一にバンプの形成方法である。微細なバンプを形成する方法としては電解めっき法がある。しかし、この方法にはコストの高さと、組成の均一なバンプを同時に多数形成する際のめっき制御の難しさという問題点がある。
【０００７】
第二の問題点は、はんだのリフローを行う場合、有鉛・無鉛を問わず、はんだの溶融の際にはんだ表面の酸化膜を除去し、はんだがぬれ広がるのを化学的に助けるためにフラックスを使用するが、そのフラックス残渣の扱いである。
【０００８】
従来、リフロー後に残ったフラックス残渣は基板に対する腐食性を持つため、フロンや他の溶剤を用いて洗浄されてきた。しかし、これらの物質はオゾン層を破壊するという理由で使用が禁止されている。また、フリップチップ接続のように、微細なはんだ付けがおこなわれる場合はそもそも洗浄自体が困難である。
【０００９】
これらの問題を解決するべく、フラックスを用いないはんだ付け、すなわち、フラックスレスソルダリングに関する研究がおこなわれている。
ところで、はんだバンプの形成のためのフラックスレスソルダリングとして、水素を含むプラズマ中でのリフローに関する発明がすでに提案されているが、それでは、バンプを構成する材料であるはんだ層をめっき法や蒸着法にて形成する必要がある。しかし、均一な組成でかつ必要量の厚みを有するはんだ層を形成するために高度な技術と高額な装置が必要であり実用化には課題が多い。
【００１０】
例えば特開平１１−１６３０３６号公報に開示されているフラックスレス・プラズマ・リフロー法は、プラズマ照射によるめっき面の清浄化を行うものであり、残渣レスという点では評価されるが、この場合にもはんだ層形成にはめっき法を用いる必要があり、実用的とは云えない。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１６３０３６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
微細バンプ形成において、はんだの鉛フリー化に対応する必要があることと、さらに微細化に伴ってリフロー後の洗浄が困難になりつつあるという問題点がある。現時点でいくつかのフラックスレスプロセスが提案されているが、低コスト化が期待できる印刷法によるプロセスは発表されていない。フラックスレスとはんだペーストの印刷性とは本来相反する内容であるからである。
【００１３】
ここに、本発明の課題は、はんだペースト印刷法によって、鉛フリーはんだを用いて、残渣レスのはんだ接合を実現するはんだ付け方法を提供することである。
【００１４】
さらに本発明の具体的課題は、はんだペースト印刷法によって、鉛フリーはんだを用いて、残渣レス、つまり無洗浄のはんだ付けによってはんだバンプを形成する方法を提供することである。
さらに別の面からは、本発明の課題は、はんだペースト印刷法によって、鉛フリーはんだを用いて、残渣レスのはんだ付けによってはんだ実装を行う方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる課題を解決すべく種々検討を重ね、プラズマ照射法の優位性に着目し、従来のソルダペーストの機能が、ソルダペーストの本来有するフラックス作用と印刷性とに分離可能であることに思い至り、その印刷性だけを利用するとともに、印刷用パターンの設けられた基板を用いて、バンプ形成もしくは実装を行う際に、加熱してソルダペーストのフラックス成分を蒸発または揮発（以下総称して「揮発」）させ、遊離基ガス、例えば水素ラジカルを供給することにより、それらにフラックス作用を発揮させることを着想し、本発明を完成した。
【００１６】
ここに、本発明は、ソルダペーストの塗布を行ってから、該ソルダペーストのリフローを行う方法であって、リフロー温度で前記ソルダペーストのフラックス成分を揮発させることを特徴とするリフロー法である。
【００１７】
本発明の１態様によれば、前記塗布は、印刷方式により行ってもよい。
また、前記ソルダペーストのはんだ合金は、好ましくは、鉛フリーである。
前記リフローは、ガスプラズマ、例えば水素プラズマから得られた遊離基ガス、例えば水素ラジカルの供給により行ってもよい。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、前記ソルダペーストのリフローによってバンプ形成を行ってもよく、あるいは、プリント基板への実装を行ってもよい。
別の面からは、本発明は、はんだ合金粉末と、リフロー温度で揮発する成分とだけから成る、はんだ接合後に洗浄を要しない、無残渣ソルダペーストである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
まず、本発明に近似する技術に、フラックスレスはんだ付け方法があるが、ソルダペーストを作るのに、添加物としてフラックスを含む必要があるために、本発明においてフラックスレスという方法は無理である。しかし、成分に活性剤を含まずに印刷性を引き出すのに必要なものだけを使用して、フラックス残渣が腐食性を持たないようなペーストを作ることは可能であり、それによってフラックスレスソルダリングと同様の効果を得られる。
【００２０】
このプロセスでは例えば水素ラジカルをはんだペーストのリフロー中に供給することによってフラックスの還元力を代替するのである。ただし、水素ラジカルによる還元力も十分でない場合には、安定したはんだ付けを実現するために、フラックス成分中に揮発性の活性成分を少量配合してもよい。
【００２１】
なお、本発明において使用するフラックスには活性成分が含まれない場合もあり、従来技術におけるフラックスとは区別されるが、本明細書においては、そのような場合も含めて便宜上「ソルダペースト」と言い「フラックス」と言う。　　所定の印刷特性を発揮し、リフロー温度で揮発してしまう成分としては、各種チキソ剤と呼ばれるものがあり、具体的には、ステアリン酸アミド等の低温チキソ剤を例示できる。その他、硬化ヒマシ油、ビス−Ｐ−メチルベンジリデンソルビトール等でもよい。
【００２２】
また、リフロー温度で揮発してしまうが、活性作用を示す成分としては、ブチル安息香酸、アジピン酸等の有機酸、コハク酸モノエタノールアミン等のアミン塩が例示される。
【００２３】
このように、本発明において使用するフラックスは、機能的には、印刷性だけを発揮するものであれば十分である。リフローのときの熱により揮発するものであれば、必要により適宜成分を添加することも可能である。場合によっては、一部残留しても、プラズマ照射により発生する水素ラジカルによる還元作用を害するものでなければ、許容される。例えば、一部のチキソ剤がフラックス成分の０．５　％以下というように極く少量だけ、無洗浄によって残留することは許容される。
【００２４】
したがって、本発明において用いるソルダペーストは、従来必要とされていたフラックス作用を有する成分、例えばロジンなどを必要とせず、ペースト化が可能であって、所定の印刷性を発揮できれば特に制限はない。ただし、「残渣レス」というが、リフロー後も残留する成分に関しては、水素ラジカルの作用を阻害するものは好ましくないが、無洗浄でもはんだ接合部の性能等を阻害しない限り、フラックス成分の０．５　％以下、好ましくは０．３　％以下程度は許容される。
【００２５】
次に、本発明において用いるプラズマ照射装置について説明すると、これは例えば、特開２００１−５８２５９　号公報に開示されたプラズマ照射装置を使用すればよく、詳細は略すが、添付図面を参照して説明すれば次の通りである。なお、以下の説明において遊離基ガスを生成するガスとして水素を用いる。
【００２６】
本発明において用いるプラズマ照射装置の１例を図１に示すが、本発明はこれにのみ制限されるものではなく、本発明の作用効果が発揮される限り適宜形式のものを使用できる。
【００２７】
図中、マグネトロン（図示せず）によって生成された２．４５ＧＨｚ　のマイクロ波１０が矩形導波管１２を通して、さらにスロットアンテナ１４から石英窓１６を介して、真空容器１８に入射してそこで表面波プラズマが生成される。
【００２８】
図示装置の場合、マイクロ波の出力は最大で３ｋｗ　であり、圧力が５０〜２５０Ｐａ　の領域で安定した高密度プラズマが得られる。
プラズマ照射装置２０における圧力は適宜調整可能となっている。
【００２９】
プラズマ照射装置２０に導入する水素の流量は、例えば、１０ｍｌ／ｍｉｎ〜５００ｍｌ／ｍｉｎ　の間に設定できる。装置内の圧力の設定は導入する水素の流量と排気側バルブをそれぞれ調節することによっておこなう。
【００３０】
プラズマ照射装置２０のプラズマ発生部２２とサンプル３０の間にはパンチングされた金属板（遮蔽板）２４が挿入されている。遮蔽板２４はアースされているので、プラズマ内で生成したイオンはそこでトラップされ、サンプル３０まで到達するのは水素ラジカルおよび水素分子となる。
【００３１】
遮蔽板を挿入しない状態でＮｉ薄膜を蒸着したＳｉウェハに水素プラズマを照射（１　分程度）すると、イオンによるダメージのために例えば、Ｎｉ薄膜がはがれるという現象がおきた。遮蔽板を挿入した場合は、２０分間プラズマ照射を行った場合でもＮｉ薄膜に変化は見られなかった。
【００３２】
かかるプラズマ照射装置を用いて行う本発明にかかるリフロー法は、本発明にかかるはんだクリームを用いる点を除いて通常のリフロー法と同様であってもよいが、代表的なリフローの手順を以下に示す。
【００３３】
まず、ヒータ３２を設定温度に加熱するが、水素圧力を所定値、例えば５０〜２５０Ｐａ　にするが、そのとき、各圧力に合わせてサンプルの温度が所定値、例えば２２５　℃〜２３０　℃を保つようにヒータ温度プログラムを組み、実行する。
【００３４】
これに先立って、リフロー処理すべきサンプル３０を導入するが、このこの時点では、リフトピン３４によってサンプル　（例：　ウェハ）　はヒータ上方にある。
次いで、各気圧に合わせた流量の水素を導入するが、このとき、排気側バルブを微調整して、目標の圧力にする。
【００３５】
このときリフトピン３４を下げることによってヒータ３２上にサンプル３０を載せる。サンプル３０の上面の温度が十分高くなったときに、プラズマ発生を開始する。プラズマ発生を開始してから、所定時間経過後、プラズマ発生および水素供給を停止し、冷却を開始する。このとき、リフトピン３４を上げ、搬送用アーム３６にサンプルを移し、冷却はアームに載せることによっておこなえばよい。
【００３６】
もちろん、以上のリフロー処理は、言わば実験室的操作を述べたものであり、実際の工業的生産ラインでは、さらに機能的に高度化されたものとなる。
次に、実施例によって本発明の作用効果をさらに具体的に説明する。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
本例では、図１に示すプラズマ照射装置を使用し、表１に示す組成のはんだペーストを用い、リフロー処理を行った。
【００３８】
はんだ粒子は、直径が５　〜１５μｍ　の粒子からなり、組成はＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（ｍａｓｓ％）であった。この組成はＳｎ−Ｐｂ　に比べた場合に強度・熱疲労特性において優れているという特長をもつ。
【００３９】
フラックスは質量で、ペーストの９．５　〜１０．５％（容積では約５０％）を占める。活性剤としては活性の強いハロゲンは含まれておらず、残渣を除去する必要のない活性の弱い有機酸とアミン塩しか含まれていない。
【００４０】
基板は８　インチウェハにパターニングをしたものを使用した。この８　インチウェハには９．６　×９．６ｍｍ　のチップパターンが１０４　個あり（図２）、それぞれのチップには１８×１８＝３２４　個のパッドが設けられている（図３）。８インチウェハ一枚につき、１０４　×３２４　＝３４９９２　個のバンプが形成できることになる。
【００４１】
ソルダペーストの塗布は、ソルダペースト印刷機（谷電機工業：ＴＤ−４４２１　）によっておこなった。
このようにしてソルダペーストを塗布したウエハに次の手順でリフローを行った。
【００４２】
ウエハープラズマ照射装置に装入し、リフトピンに載せて、ヒータ上の載置した。ウエハ温度が２２５　℃〜２３０　℃を保つように加熱し、水素圧力は５０〜２００Ｐａ　でリフローをおこなった。
【００４３】
リフローに際しては、ヒータ上にサンプルを載せてから３　分経過した時点で出力２．５ｋＷ　の表面波プラズマの照射を開始した。整合器の調整はオートモードによって反射波出力を最小になるようにした。
【００４４】
プラズマ発生開始から１５秒から１　分経過したら、水素ラジカルの供給を停止し、リフトピンを上げ、搬送用アームにサンプルを移し、冷却した。
このときの結果を表２にまとめて示す。２種のフラックスによる結果は実質上同一であった。
【００４５】
比較例として、水素雰囲気で加熱し、プラズマ照射を行わなかった場合についてもその結果を示す。
各表において結果の欄に「◎」と「△」とあるのは、それぞれ、フラックス残渣の見られないバンプ形成が各塗布ソルダペーストについて行われたこと、および一部にバンプ形成が見られなかったことを示す。
【００４６】
表３は、ウエハ上にピッチ２１０　μｍ　で直径１６０　μｍ　のバンプを１０×１０列印刷して上述のリフロー処理を行ったときのはんだの濡れ性を評価したもので、いずれのソルダペーストについても同じ結果が得られた。◎は十分に濡れたことを示し、「×」ははんだの濡れが見られなかった場合を示す。
【００４７】
（実施例２）
チップ側ないしは基板側のはんだバンプを形成すべき場所に、本発明にかかるソルダペーストを印刷し、通常のはんだバンプを形成する手順の前にまず、チップと基板を接触させ、そのままの状態で、はんだを溶融させ、結果的にはんだバンプを介したチップと基板を接合する。
【００４８】
はんだ溶融によるバンプ形成と、そのあとの基板への接続を同時に行うことが可能となり、しかも、いずれもフラックスレスで接合が可能となる。プロセスが簡略化される。
【００４９】
このプロセスは、単なる水素ガス雰囲気では可能でなかった。また、水素プラズマから供給される水素イオンは直接、接合部に到達しないことから、この接合は、水素ラジカルによるはんだの還元作用によって実現されたものと結論される。
【００５０】
例として、リフロー条件を２００Ｐａ　、プラズマ発生による水素ラジカル供給時間１分でおこなった結果、６ｍｍ角のチップ上のバンプの溶融が確認できた。
本例は、ウエハ上へのバンプ形成を例にとって本発明の作用効果を説明したが、プリント基板への電子部品の実装にも同様の作用が発揮されることはこれまでの説明からも当業者には十分に理解できる。
【００５１】
【表１】

【００５２】
【表２】

【００５３】
【表３】

【００５４】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明によれば、はんだ付けに際してフラックス残渣の問題がなく、良好なはんだ付け、特に印刷方式による微細バンプ形成、実装が可能となり、特にフラックス残渣の洗浄の必要性がないことから、フリップチップ実装には特に優れた実用性を示すものであり、その工業的意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において用いるプラズマ照射装置の模式的説明図である。
【図２】実施例で用いた８インチウエハの模式的説明図である。
【図３】図２のウエハに設けられたチップの全体図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a residue-free type reflow method using a solder paste. In particular, the present invention relates to a residue-free reflow method using a solder paste when forming a bump or mounting it on a printed circuit board.
[0002]
[Prior art]
In the current semiconductor mounting field, the use of solder containing lead, which is a toxic substance, has been banned due to environmental regulations, and the transition from conventional Sn-Pb eutectic solder to lead-free solder has been made at a rapid pace. It is being advanced.
[0003]
On the other hand, the demand for high-speed and high-density ICs used in information equipment that is required to be light and thin is still strong, and the flip-chip mounting proposed in the 1960s as a solution to the demand has been reviewed. At present, the technology is becoming widespread as flip chip connection.
[0004]
An important technique for high-density flip-chip connection is a technique for forming fine solder bumps. In particular, recently, a new process for forming fine bumps using lead-free solder has been required for two reasons, that is, lead-free soldering and increased flip-chip mounting.
[0005]
Against this background, various attempts have been made in the past, but two problems arise when attempting to form fine bumps using lead-free solder using the conventional method.
[0006]
First, there is a method of forming a bump. As a method for forming fine bumps, there is an electrolytic plating method. However, this method has problems of high cost and difficulty in controlling plating when forming a large number of bumps having a uniform composition at the same time.
[0007]
The second problem is that when reflowing the solder, regardless of whether it is leaded or unleaded, the flux is used to remove the oxide film on the solder surface when the solder is melted and to chemically help the solder wet and spread. Is the treatment of the flux residue.
[0008]
Conventionally, a flux residue remaining after reflow has corrosiveness to a substrate, and thus has been cleaned using fluorocarbon or another solvent. However, their use has been banned because they destroy the ozone layer. Further, when fine soldering is performed as in flip chip connection, cleaning itself is difficult in the first place.
[0009]
In order to solve these problems, fluxless soldering, that is, fluxless soldering, has been studied.
By the way, as fluxless soldering for forming solder bumps, an invention relating to reflow in a plasma containing hydrogen has already been proposed, but in this case, a solder layer, which is a material forming the bumps, is plated or vapor-deposited. It is necessary to form with. However, in order to form a solder layer having a uniform composition and a required thickness, an advanced technique and an expensive device are required, and there are many problems in practical use.
[0010]
For example, the fluxless plasma reflow method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-163036 is for cleaning a plated surface by plasma irradiation, and is evaluated in terms of residue-free. It is necessary to use a plating method for forming the solder layer, which is not practical.
[0011]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-163036
[Problems to be solved by the invention]
In the formation of fine bumps, there is a problem that it is necessary to cope with the use of lead-free solder, and furthermore, it is becoming difficult to clean after reflow with the miniaturization. At present, several fluxless processes have been proposed, but no printing process that can be expected to reduce costs has been announced. This is because the fluxlessness and the printability of the solder paste are originally contradictory.
[0013]
Here, an object of the present invention is to provide a soldering method for realizing a residue-free solder joint using a lead-free solder by a solder paste printing method.
[0014]
Still another object of the present invention is to provide a method for forming a solder bump by soldering without lead, that is, by soldering without cleaning using a lead-free solder by a solder paste printing method.
From still another aspect, an object of the present invention is to provide a method of performing solder mounting by residue-less soldering using lead-free solder by a solder paste printing method.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted various studies in order to solve such a problem, focused on the superiority of the plasma irradiation method, and the function of the conventional solder paste can be separated into the inherent flux action and printability of the solder paste. I thought that there was, and while using only the printability, when forming or mounting bumps using a substrate with a printing pattern, it was heated to evaporate or volatilize the flux component of the solder paste (hereinafter The present invention has been completed with the idea of causing them to exert a flux action by supplying free radical gas, for example, hydrogen radical.
[0016]
Here, the present invention is a method for performing reflow of the solder paste after the application of the solder paste, wherein the flux component of the solder paste is volatilized at a reflow temperature.
[0017]
According to one aspect of the present invention, the application may be performed by a printing method.
Further, the solder alloy of the solder paste is preferably lead-free.
The reflow may be performed by supplying a free radical gas, for example, a hydrogen radical obtained from a gas plasma, for example, a hydrogen plasma.
[0018]
According to another aspect of the present invention, bump formation may be performed by reflow of the solder paste, or mounting on a printed circuit board may be performed.
In another aspect, the present invention is a residue-free solder paste that consists of only solder alloy powder and components that evaporate at reflow temperatures and does not require cleaning after solder joining.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be specifically described.
First, a technique similar to the present invention is a fluxless soldering method. However, a fluxless method is impossible in the present invention because a flux must be included as an additive to produce a solder paste. However, it is possible to make pastes in which the flux residues are not corrosive, using only those necessary to bring out the printability without the activator in the components, thereby making it possible to use fluxless soldering The same effect can be obtained.
[0020]
In this process, for example, the reducing power of the flux is replaced by supplying hydrogen radicals during the reflow of the solder paste. However, when the reducing power by the hydrogen radical is not sufficient, a small amount of a volatile active component may be added to the flux component in order to realize stable soldering.
[0021]
The flux used in the present invention may not contain an active ingredient in some cases, and is distinguished from the flux in the prior art.However, in the present specification, `` solder paste '' is used for convenience including such a case. Say "flux". As components that exhibit predetermined printing characteristics and volatilize at the reflow temperature, there are various so-called thixotropic agents, and specific examples thereof include low-temperature thixotropic agents such as stearamide. In addition, hydrogenated castor oil, bis-P-methylbenzylidene sorbitol and the like may be used.
[0022]
In addition, examples of components that volatilize at the reflow temperature but exhibit an active action include organic acids such as butylbenzoic acid and adipic acid, and amine salts such as monoethanolamine succinate.
[0023]
Thus, the flux used in the present invention is functionally sufficient as long as it exhibits only printability. As long as it is volatile by heat during reflow, it is possible to appropriately add components as needed. In some cases, even if a part remains, it is permissible as long as it does not impair the reducing action by hydrogen radicals generated by plasma irradiation. For example, it is acceptable that only a small amount of some thixotropic agent, such as 0.5% or less of the flux component, remains without washing.
[0024]
Therefore, the solder paste used in the present invention does not require a component having a flux action, such as rosin, which has been required conventionally, and is not particularly limited as long as it can be converted into a paste and can exhibit predetermined printability. However, the term "residue-less" refers to a component remaining after reflow, which does not hinder the action of hydrogen radicals. 5% or less, preferably about 0.3% or less is acceptable.
[0025]
Next, the plasma irradiation apparatus used in the present invention will be described. For example, the plasma irradiation apparatus disclosed in JP-A-2001-58259 may be used. It is as follows. In the following description, hydrogen is used as a gas for generating free radical gas.
[0026]
FIG. 1 shows an example of a plasma irradiation apparatus used in the present invention. However, the present invention is not limited to this, and an appropriate type may be used as long as the functions and effects of the present invention are exhibited.
[0027]
In the figure, a microwave 10 of 2.45 GHz generated by a magnetron (not shown) is incident on a vacuum vessel 18 through a rectangular waveguide 12 and further from a slot antenna 14 through a quartz window 16 to be subjected to a surface wave. A plasma is generated.
[0028]
In the case of the illustrated apparatus, the output of the microwave is 3 kW at the maximum, and stable high-density plasma can be obtained in the pressure range of 50 to 250 Pa.
The pressure in the plasma irradiation device 20 can be appropriately adjusted.
[0029]
The flow rate of hydrogen introduced into the plasma irradiation device 20 can be set, for example, between 10 ml / min and 500 ml / min. The pressure in the apparatus is set by adjusting the flow rate of the hydrogen to be introduced and the exhaust valve.
[0030]
A punched metal plate (shielding plate) 24 is inserted between the plasma generating unit 22 and the sample 30 of the plasma irradiation device 20. Since the shielding plate 24 is grounded, ions generated in the plasma are trapped there, and reach the sample 30 as hydrogen radicals and hydrogen molecules.
[0031]
When hydrogen plasma was irradiated (about 1 minute) to a Si wafer on which a Ni thin film was deposited without inserting a shielding plate, for example, a phenomenon occurred in which the Ni thin film was peeled off due to ion damage. When the shielding plate was inserted, no change was observed in the Ni thin film even when plasma irradiation was performed for 20 minutes.
[0032]
The reflow method according to the present invention performed using such a plasma irradiation apparatus may be the same as a normal reflow method except that the solder cream according to the present invention is used, but a typical reflow procedure is described below. Show.
[0033]
First, the heater 32 is heated to a set temperature, and the hydrogen pressure is set to a predetermined value, for example, 50 to 250 Pa. At this time, the temperature of the sample is kept at a predetermined value, for example, 225 to 230 ° C. in accordance with each pressure. A heater temperature program is set and executed.
[0034]
Prior to this, a sample 30 to be reflowed is introduced, at which point the sample (eg, wafer) is above the heater by lift pins 34.
Next, hydrogen is introduced at a flow rate corresponding to each atmospheric pressure. At this time, the exhaust side valve is finely adjusted to a target pressure.
[0035]
At this time, the sample 30 is placed on the heater 32 by lowering the lift pins 34. When the temperature on the upper surface of the sample 30 becomes sufficiently high, plasma generation is started. After a predetermined time has elapsed since the start of plasma generation, the plasma generation and the supply of hydrogen are stopped, and cooling is started. At this time, the sample may be transferred to the transport arm 36 by raising the lift pin 34, and cooling may be performed by placing the sample on the arm.
[0036]
Of course, the reflow processing described above is a description of a laboratory operation, so that it is more functionally advanced in an actual industrial production line.
Next, the operation and effect of the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[0037]
【Example】
(Example 1)
In this example, a reflow treatment was performed using the plasma irradiation apparatus shown in FIG. 1 and a solder paste having a composition shown in Table 1.
[0038]
The solder particles consisted of particles having a diameter of 5 to 15 μm, and had a composition of Sn-3.0Ag-0.5Cu (mass%). This composition has the advantage of being superior in strength and thermal fatigue properties as compared with Sn-Pb.
[0039]
The flux makes up 9.5-10.5% (about 50% by volume) of the paste by mass. The activator does not contain a strongly active halogen, and contains only weakly active organic acids and amine salts that do not require residue removal.
[0040]
The substrate used was an 8-inch wafer patterned. This 8-inch wafer has 104 9.6 × 9.6 mm chip patterns (FIG. 2), and each chip has 18 × 18 = 324 pads (FIG. 3). 104 × 324 = 34992 bumps can be formed on one 8-inch wafer.
[0041]
The application of the solder paste was performed by a solder paste printing machine (Tani Electric Industries: TD-4421).
The wafer on which the solder paste was applied was reflowed in the following procedure.
[0042]
It was set in a wafer plasma irradiation device, mounted on a lift pin, and mounted on a heater. Heating was performed so that the wafer temperature was maintained at 225 ° C. to 230 ° C., and reflow was performed at a hydrogen pressure of 50 to 200 Pa.
[0043]
At the time of reflow, irradiation of surface wave plasma with an output of 2.5 kW was started three minutes after the sample was placed on the heater. Adjustment of the matching unit was made such that the reflected wave output was minimized by the auto mode.
[0044]
One minute after 15 seconds from the start of plasma generation, the supply of hydrogen radicals was stopped, the lift pin was raised, the sample was transferred to a transfer arm, and cooled.
Table 2 shows the results at this time. The results with the two fluxes were virtually identical.
[0045]
As a comparative example, the result is shown also in the case where heating was performed in a hydrogen atmosphere and plasma irradiation was not performed.
In each table, "◎" and "△" in the results column indicate that bump formation without flux residue was performed for each applied solder paste, and that no bump formation was observed in a part. Indicates that
[0046]
Table 3 shows the evaluation of the solder wettability when the above-described reflow treatment was performed by printing 10 × 10 rows of bumps having a pitch of 210 μm and a diameter of 160 μm on the wafer, and the same applies to any solder paste. The result was obtained. ◎ indicates sufficient wetting, and “x” indicates that no solder wetting was observed.
[0047]
(Example 2)
On the chip side or the place where the solder bumps on the board side are to be formed, the solder paste according to the present invention is printed, and before the procedure for forming a normal solder bump, first, the chip and the board are brought into contact with each other. The solder is melted, and as a result, the chip and the substrate are joined via the solder bumps.
[0048]
The bump formation by solder melting and the subsequent connection to the substrate can be performed simultaneously, and furthermore, the bonding can be performed without any flux. The process is simplified.
[0049]
This process was not possible with a simple hydrogen gas atmosphere. Further, since the hydrogen ions supplied from the hydrogen plasma do not directly reach the bonding portion, it is concluded that this bonding was realized by the reducing action of the solder by hydrogen radicals.
[0050]
As an example, when the reflow conditions were 200 Pa and the hydrogen radical supply time by plasma generation was 1 minute, the melting of the bumps on the 6 mm square chip was confirmed.
In the present embodiment, the operation and effect of the present invention have been described by taking the example of bump formation on a wafer. However, it can be understood from the above description that the same effect is exhibited also in mounting electronic components on a printed circuit board. Can understand enough.
[0051]
[Table 1]

[0052]
[Table 2]

[0053]
[Table 3]

[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is no problem of flux residue at the time of soldering, and good soldering, in particular, fine bump formation and mounting by a printing method can be performed, and in particular, the necessity of cleaning flux residue is required. Since there is no flip chip mounting, the flip chip mounting shows particularly excellent practicality, and its industrial significance is great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a plasma irradiation apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a schematic explanatory view of an 8-inch wafer used in Examples.
FIG. 3 is an overall view of a chip provided on the wafer of FIG. 2;

Claims

A method for reflowing a solder paste after applying the solder paste, wherein a flux component of the solder paste is volatilized at a reflow temperature.

The reflow method according to claim 1, wherein the application is performed by a printing method.

The reflow method according to claim 1, wherein the solder alloy of the solder paste is lead-free.

The reflow method according to any one of claims 1 to 3, wherein the reflow is performed by supplying a free radical gas obtained from hydrogen plasma.

5. The reflow method according to claim 1, wherein the bump is formed by reflowing the solder paste.

The reflow method according to any one of claims 1 to 4, wherein the solder paste is mounted on a printed circuit board by reflow.

Residue-free solder paste consisting only of solder alloy powder and components that evaporate at the reflow temperature.