JP2005175336A - Method and apparatus for forming solder bump - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To satisfactorily remove by reduction an oxide of solder powder and prevent any void from being formed upon forming a bump of an electrode of a substrate using only the solder powder. <P>SOLUTION: A via hole in a mask forming substrate 3 set on a stage 21 is filled with the solder powder under vacuum. At this time, the via hole is filled with the solder powder while the powder is mixed by stirring by making use of a mask printing method using a squeegee 22 while irradiating reducing free radical gas. Then, the solder powder is heated under vacuum with an upper heater 31 and a lower heater 32 and is reflowed while irradiating the reducing free radical gas to the filled solder powder. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半田バンプの形成方法及びその装置に関するものである。   The present invention relates to a method for forming solder bumps and an apparatus therefor.

周知の如く、基板(例えば、シリコンウエハ等)の電極パッド上に半田バンプを形成することは広く実施されており、その為の諸々の形成方法が提案されているが、それらの内、半田を加熱溶融(リフロー)して冷却した後、フラックス残さを除去する為の後洗浄工程が不要で、しかも、電気的特性(電気伝導性や伝熱性等)を悪化させるボイドの形成を防止することができる所謂、フラックレスの形成方法が重視されている。   As is well known, it is widely practiced to form solder bumps on electrode pads of a substrate (for example, a silicon wafer), and various forming methods have been proposed. After heating and melting (reflow) and cooling, there is no need for a post-cleaning step to remove the flux residue, and it is possible to prevent the formation of voids that deteriorate the electrical characteristics (electric conductivity, heat conductivity, etc.) A so-called flackless forming method is emphasized.

かかるフラックレスの形成方法の代表例として、半田粉末とフラックス成分(
ロジン、溶剤、活性剤、増粘剤等)とを混合した半田ペーストを用いないで、半田粉末のみを用いる方法、すなわち、図4(a)に示す如く、ビアホール1に半田粉末2を充填したマスク形成基板3を準備し、それを真空下で水素ラジカル等の還元性遊離基ガスを照射しながら加熱溶融する(例えば、下記特許文献1参照)方法が挙げられる。
As a representative example of such a flackless forming method, solder powder and a flux component (
A method using only solder powder without using a solder paste mixed with rosin, solvent, activator, thickener, etc., that is, as shown in FIG. There is a method in which a mask forming substrate 3 is prepared and heated and melted under irradiation of a reducing free radical gas such as hydrogen radical under vacuum (for example, see Patent Document 1 below).

しかし、上述のフラックレスの形成方法は、ビアホール1に半田粉末2を充填したマスク形成基板3を準備するに当って、大気圧下でマスク4上に半田粉末2を供給し、次いで、それをスキージで押し移送してビアホール1に充填している関係上、真空下で水素ラジカル等の還元性遊離基ガスを照射しながら加熱溶融(リフロー)しても、ビアホール1中の半田粉末層の表層(又は上層部分)2aの還元が優先されて、還元が不十分な内層(又は下層部分)2bがそのままの状態でリフローされてしまうので、酸化物の還元除去が十分なバンプ形成が困難であると共に、かかる半田粉末層を、例えば、電極パッド5が形成されている基板6の下方のみから加熱すると、図4(b)に示す如く、未溶解の上面側7が内包される姿に球状化されて図4(c)に示す如くにボイド8が形成されてしまうといった欠点を有していた。   However, the above-described flackless forming method supplies the solder powder 2 onto the mask 4 under atmospheric pressure when preparing the mask forming substrate 3 in which the via hole 1 is filled with the solder powder 2, and then The surface of the solder powder layer in the via hole 1 even when heated and melted (reflowed) while irradiating a reducing free radical gas such as a hydrogen radical under vacuum because it is pushed and transferred by the squeegee and filled in the via hole 1 (Or upper layer portion) 2a is prioritized and the inner layer (or lower layer portion) 2b, which is insufficiently reduced, is reflowed as it is, so that it is difficult to form a bump sufficient for reducing and removing the oxide. At the same time, when the solder powder layer is heated only from below the substrate 6 on which the electrode pad 5 is formed, for example, as shown in FIG. 4B, the undissolved upper surface side 7 is spheroidized. Been Void 8 had a disadvantage will be formed on as shown in 4 (c).

特開2001−58259号公報(図1,11参照)。JP 2001-58259 A (see FIGS. 1 and 11).

本発明は、上述の欠点に鑑みて発明されたものであって、その第1の目的は、半田粉末のみを用いるバンプ形成に関し、半田粉末の酸化物の還元除去が十分なバンプを形成することができるようにすることである。   The present invention was invented in view of the above-mentioned drawbacks, and its first object relates to bump formation using only solder powder, and to form bumps sufficient for reducing and removing oxides of solder powder. Is to be able to.

また、その第2の目的は、半田粉末のみを用いるバンプ形成に関し、半田粉末の酸化物の還元除去が十分なバンプを形成することができると共にボイドの形成を防止することができるようにすることである。   In addition, the second object relates to bump formation using only solder powder, and it is possible to form a bump that is sufficient for reducing and removing oxides of the solder powder and to prevent formation of voids. It is.

本発明においては、上述の第1の目的を達成する為に、電極パッドに対応してビアホールを形成するように前記電極パッドが形成されている基板面上にマスクを形成したマスク形成基板の前記ビアホールに対する半田粉末の充填を、真空下で還元性遊離基ガスを照射しながら前記マスクを用いる印刷法によって行い、次いで、前記ビアホールに充填された前記半田粉末に真空下で還元性遊離基ガスを照射しながら加熱溶融(リフロー)するようにしている。   In the present invention, in order to achieve the first object described above, the mask-formed substrate in which a mask is formed on the substrate surface on which the electrode pad is formed so as to form a via hole corresponding to the electrode pad. Filling the via hole with the solder powder is performed by a printing method using the mask while irradiating the reducing free radical gas under vacuum, and then the reducing free radical gas is applied under vacuum to the solder powder filled in the via hole. Heating and melting (reflow) is performed while irradiating.

また、上述の第2の目的を達成する為に、電極パッドに対応してビアホールを形成するように前記電極パッドが形成されている基板面上にマスクを形成したマスク形成基板の前記ビアホールに対する半田粉末の充填を、真空下で前記マスクを用いる印刷法によって行い、次いで、前記ビアホールに充填された前記半田粉末に真空下で還元性遊離基ガスを照射しながら前記マスク形成基板のマスク形成側及びマスク非形成側の両面側から加熱して溶融(リフロー)するようにしている。   In order to achieve the second object described above, the solder for the via hole of the mask forming substrate in which a mask is formed on the substrate surface on which the electrode pad is formed so as to form a via hole corresponding to the electrode pad. The powder filling is performed by a printing method using the mask under vacuum, and then the solder powder filled in the via hole is irradiated with reducing free radical gas under vacuum while the mask forming side of the mask forming substrate and Heat is applied from both sides of the mask non-formation side to melt (reflow).

上述の如く、本発明においては、リフローに先立ってのビアホールに対する半田粉末の充填を、真空下で還元性遊離基ガスを照射しながらのマスク印刷によって行うようにしているから、かかる印刷中において半田粉末を還元処理しながら充填することができ、その為、半田粉末のみを用いても、半田粉末の酸化物の還元除去が十分なバンプを形成することができる。   As described above, in the present invention, the filling of the solder powder into the via hole prior to the reflow is performed by mask printing while irradiating the reducing free radical gas under vacuum. The powder can be filled while being reduced. Therefore, even when only the solder powder is used, bumps sufficient for reducing and removing oxides of the solder powder can be formed.

更に、上述の充填に加えて、真空下で還元性遊離基ガスを照射しながらマスク形成基板のマスク形成側及びマスク非形成側の両面側から加熱してリフローするようにしているから、半田粉末の酸化物の還元除去が十分なバンプを形成することができると共にボイドの形成も防止することができる。   Furthermore, in addition to the above filling, the solder powder is reflowed by heating from both the mask forming side and the mask non-forming side of the mask forming substrate while irradiating the reducing free radical gas under vacuum. As a result, it is possible to form bumps that are sufficient to reduce and remove oxides, and to prevent formation of voids.

上述の如く、本発明によると、半田粉末のみを用いてバンプを形成する際、半田粉末の酸化物の還元除去が十分なバンプを形成することができ、また、ボイドの形成も防止することができる。   As described above, according to the present invention, when bumps are formed using only solder powder, it is possible to form bumps that are sufficient for reducing and removing oxides of solder powder, and to prevent formation of voids. it can.

本発明に係るバンプ形成装置の正面図である図1及び図1の平面図である図2において、還元性遊離基ガス発生装置10は、マイクロ波発生器11と、それから発振されるマイクロ波を伝送する導波管12とを備えている。なお、導波管12には、図示されていないが、前記マイクロ波をプラズマ室13へ導入する為の導入口が設けられている。また、プラズマ化する為の還元性ガス(例えば、水素ガス)をプラズマ室13へ供給する為の管路14を設けている。   In FIG. 1 which is a front view of a bump forming apparatus according to the present invention and in FIG. 2 which is a plan view of FIG. 1, a reducing free radical gas generator 10 includes a microwave generator 11 and a microwave oscillated therefrom. And a waveguide 12 for transmission. Although not shown, the waveguide 12 is provided with an inlet for introducing the microwave into the plasma chamber 13. In addition, a conduit 14 is provided for supplying a reducing gas (for example, hydrogen gas) to be converted into plasma to the plasma chamber 13.

その為、前記還元性ガスを、前記マイクロ波によってプラズマ化して還元性遊離基ガスを発生させることができると共に、かかる還元性遊離基ガスを真空チャンバー15へ導入することができる。還元性遊離基ガス(例えば、水素ラジカル)は、ガス分散板16を通過して真空チャンバー15へ導入される。   Therefore, the reducing gas can be converted into plasma by the microwave to generate reducing free radical gas, and the reducing free radical gas can be introduced into the vacuum chamber 15. Reducing free radical gas (for example, hydrogen radical) passes through the gas dispersion plate 16 and is introduced into the vacuum chamber 15.

更に、真空チャンバー15内に、ステージ装置17、印刷装置18、加熱装置19及び基板移送装置20が設置されている。図示の如く、ステージ装置17及び印刷装置18は、還元性遊離基ガスを導入する分散板16の下方に設置されている。   Further, a stage device 17, a printing device 18, a heating device 19 and a substrate transfer device 20 are installed in the vacuum chamber 15. As shown in the figure, the stage device 17 and the printing device 18 are installed below the dispersion plate 16 for introducing reducing free radical gas.

上述のステージ装置17は、昇降及び回転自在に装着された円形のステージ21を備え、かかるステージ21に、図示されていないが、マスク形成基板3を位置決めする為のピン治具(例えば、マスク形成基板3の孔に嵌挿するピン)を装着している。また、マスク形成基板3は、図4に示す如く、基板6(例えば、シリコンウエハ)上に、感光性樹脂等でマスク4を形成している。マスク4は、基板6の電極パッド5と対応して複数のビアホール1(例えば、直径150μm、深さ50μm)を形成している。なお、ビアホール1は、電極パッド5よりも大径に設けるのが好ましいが、必要に応じて、それと同径又は小径に設けてもよい。   The above-described stage device 17 includes a circular stage 21 that is mounted so as to be movable up and down and rotatable, and a pin jig (for example, mask formation) for positioning the mask forming substrate 3 is not shown on the stage 21. A pin) to be inserted into the hole of the substrate 3 is attached. Further, as shown in FIG. 4, the mask forming substrate 3 has a mask 4 formed on a substrate 6 (for example, a silicon wafer) with a photosensitive resin or the like. The mask 4 has a plurality of via holes 1 (for example, a diameter of 150 μm and a depth of 50 μm) corresponding to the electrode pads 5 of the substrate 6. The via hole 1 is preferably provided with a diameter larger than that of the electrode pad 5, but may be provided with the same diameter or a smaller diameter as necessary.

また、印刷装置18は、昇降及び回転自在に装着されたスキージ22を備えている。その為、真空チャンバー15内に設置されている粉末供給ステージ23上の半田粉末2(例えば、Sn−Ag−Cu系の半田粉末)を、かかるスキージ22でマスク形成基板3のマスク4上へ押し移送し、そして、マスク4上へ押し移送した半田粉末2を更に押し移送してビアホール1に充填することができる。このように、マスク4を用いる印刷法によって、直径が10μm程度の微細な半田粉末2をビアホール1に充填することができる。なお、上述のピン治具は、スキージ22の移動に邪魔にならない位置に設けられている。   Further, the printing device 18 includes a squeegee 22 that is mounted so as to be movable up and down and rotatable. Therefore, the solder powder 2 (for example, Sn—Ag—Cu solder powder) on the powder supply stage 23 installed in the vacuum chamber 15 is pushed onto the mask 4 of the mask forming substrate 3 with the squeegee 22. The solder powder 2 transferred and pushed onto the mask 4 can be further pushed and transferred to fill the via hole 1. Thus, the fine solder powder 2 having a diameter of about 10 μm can be filled in the via hole 1 by a printing method using the mask 4. The pin jig described above is provided at a position that does not interfere with the movement of the squeegee 22.

また、上述の充填に際し、スキージ22を上方の待機位置から下降させて、半田粉末2の押し移送に適した所定レベルに位置決めし、次いで、図2に矢印で示す如く、軸25の回転制御によって水平に所定角度に移動させる。上述の印刷法による充填は、通常は、ステージ21を静止したままで行うが、必要ならば、スキージ22を移動させると共にステージ21を回転させてもよい。また、印刷の途中において、マスク形成基板3を支持しているステージ21を所定角度に回転させてマスク4上の半田粉末2を印刷するのに適した位置へ移動させた上で印刷を続行するようにしてもよい。   Further, during the above filling, the squeegee 22 is lowered from the upper standby position and positioned at a predetermined level suitable for pushing and transferring the solder powder 2, and then, as indicated by the arrow in FIG. Move horizontally to a predetermined angle. Filling by the above-described printing method is usually performed while the stage 21 is stationary, but if necessary, the stage 21 may be rotated while the squeegee 22 is moved. In the middle of printing, the stage 21 supporting the mask forming substrate 3 is rotated by a predetermined angle and moved to a position suitable for printing the solder powder 2 on the mask 4 and then printing is continued. You may do it.

上述の、還元性遊離基ガスの導入及び半田粉末2の充填は、真空チャンバー15内を所定に減圧、すなわち、真空(例えば、13.3Pa〜133Pa)に保った状態において行う。ゲート27を開いてマスク形成基板3をステージ21上にセットすると共にゲート26を開いて粉末供給ステージ23上に半田粉末2を供給する。次いで、ゲート26,27を閉じた後、真空ポンプ28を運転して真空チャンバー15内から排気して所定に減圧する。なお、粉末供給ステージ23上への半田粉末2の供給及びステージ21へのマスク形成基板3のセットは作業員が行う。   The introduction of the reducing free radical gas and the filling of the solder powder 2 described above are performed in a state where the inside of the vacuum chamber 15 is kept under a predetermined reduced pressure, that is, a vacuum (for example, 13.3 Pa to 133 Pa). The gate 27 is opened to set the mask forming substrate 3 on the stage 21 and the gate 26 is opened to supply the solder powder 2 onto the powder supply stage 23. Next, after the gates 26 and 27 are closed, the vacuum pump 28 is operated to exhaust from the vacuum chamber 15 and depressurize to a predetermined level. The operator performs the supply of the solder powder 2 onto the powder supply stage 23 and the setting of the mask forming substrate 3 to the stage 21.

よって、マスク形成基板3上の半田粉末2を、真空下、スキーギ22で押し移送して掻き混ぜ、かつ、それに還元性遊離基ガス(例えば、水素ラジカル)を照射するから、半田粉末2の酸化物を完全ではないが、ある程度に還元(予備還元)することができる。還元性遊離基ガスの照射は、半田粉末2の充填中、続行する。   Therefore, the solder powder 2 on the mask forming substrate 3 is pushed and transferred by the squeegee 22 under vacuum, and is stirred and irradiated with a reducing free radical gas (for example, hydrogen radical). Things are not perfect, but can be reduced to some extent (preliminary reduction). Irradiation with the reducing free radical gas is continued during the filling of the solder powder 2.

上述の半田粉末2は、フラックレス材料であって、諸々な孔径のビアホール1に充填することができ、しかも、還元作用を活用するのに適した材料である。しかし、その一方において、ビアホール1に充填してから還元性遊離基ガスを照射すると、上述の如く、ビアホール1中に形成されている半田粉末層の表層又は上層部分2aの還元が優先されて内層又は下層部分2bの還元が不十分になって還元の不均一が惹起される。これは、還元性遊離基ガスが半田粉末層の内層部分へ流入するのに従って次第に還元力を失う為に惹起される。加えて、真空下で充填しないとボイドが容易に形成されてしまう。そこで、真空下でマスク4を用いる印刷法によってビアホール1に半田粉末2を充填し、かつその際、還元性遊離基ガスを照射しながら充填して予備的に還元することによって、上述の欠点を一挙に解消するようにしている。   The above-mentioned solder powder 2 is a flackless material, can be filled into the via holes 1 having various hole diameters, and is a material suitable for utilizing the reducing action. However, on the other hand, when the reducing free radical gas is irradiated after filling the via hole 1, the reduction of the surface layer or the upper layer portion 2a of the solder powder layer formed in the via hole 1 is given priority as described above. Alternatively, the reduction of the lower layer portion 2b becomes insufficient, causing non-uniform reduction. This is caused because the reducing power is gradually lost as the reducing free radical gas flows into the inner layer portion of the solder powder layer. In addition, voids are easily formed unless filled under vacuum. Therefore, by filling the via hole 1 with the solder powder 2 by a printing method using the mask 4 under vacuum, and filling the via hole 1 while irradiating with a reducing free radical gas, the above-mentioned disadvantages are reduced. I try to eliminate it all at once.

以下、上述の印刷により半田粉末2の充填を終えると、スキージ3を上方の待機位置へ移動させ、次いで、基板移送装置20でマスク形成基板3を把持してステージ21上から加熱装置19の所へ移送する。   Hereinafter, when the filling of the solder powder 2 is completed by the above-described printing, the squeegee 3 is moved to the upper standby position, and then the mask forming substrate 3 is gripped by the substrate transfer device 20 and the heating device 19 is placed on the stage 21. Transfer to

基板移送装置20は、ステージ21上のマスク形成基板3を一対のチャック30a,30bで把持して移送する。その際、一対のチャック30a,30bでマスク形成基板3を把持すると、ステージ21が下方へ移動する。これによって、ステージ21に装着されているピン(マスク形成基板3を位置決めしている治具)がマスク形成基板3の孔から抜き出されて離脱される。   The substrate transfer device 20 transfers the mask forming substrate 3 on the stage 21 by holding it with a pair of chucks 30a, 30b. At this time, when the mask forming substrate 3 is gripped by the pair of chucks 30a and 30b, the stage 21 moves downward. As a result, the pins (the jig for positioning the mask forming substrate 3) mounted on the stage 21 are extracted from the holes of the mask forming substrate 3 and detached.

次いで、一対のチャック30a,30bが加熱装置19の方へ移動されてマスク形成基板3が加熱位置に位置決めされる。加熱装置19は、上ヒータ31と下ヒータ32とを備えており、上ヒータ31と下ヒータ32との間の前記加熱位置にマスク形成基板3が一対のチャック30a,30bで把持されたままの姿で位置決めされる(図2に鎖線で示す)。   Next, the pair of chucks 30a and 30b are moved toward the heating device 19, and the mask forming substrate 3 is positioned at the heating position. The heating device 19 includes an upper heater 31 and a lower heater 32, and the mask forming substrate 3 is held by the pair of chucks 30 a and 30 b at the heating position between the upper heater 31 and the lower heater 32. Positioned by appearance (indicated by a dashed line in FIG. 2).

その為、マスク形成基板3のビアホール1に充填されている半田粉末2を、基板の上下両面側、すなわち、マスク形成側及びマスク非形成側の両面側から均一に加熱(例えば、200℃)することができる。かかる加熱温度は、半田粉末の種類によって異なるが、一般的には、半田粉末2のリフロー(加熱溶融)に適した180℃〜260℃の範囲内から選択の所定温度である。加熱時間も所定に選択することができる。   Therefore, the solder powder 2 filled in the via hole 1 of the mask forming substrate 3 is uniformly heated (for example, 200 ° C.) from the upper and lower surfaces of the substrate, that is, the both surfaces of the mask forming side and the mask non-forming side. be able to. Such heating temperature varies depending on the type of solder powder, but is generally a predetermined temperature selected from a range of 180 ° C. to 260 ° C. suitable for reflow (heating and melting) of the solder powder 2. The heating time can also be selected.

なお、上述の加熱溶融(リフロー)中においても、還元性遊離基ガスの照射が続行される。ステージ装置17上に照射される還元性遊離基ガスは、上ヒータ31と下ヒータ32との間の領域にも流れ、還元作用を有している。その為、かかるリフローにおいてボイド(気泡)の発生を効果的に防止することができる。   In addition, irradiation of a reducing free radical gas is continued also during the above-mentioned heat melting (reflow). The reducing free radical gas irradiated onto the stage device 17 also flows into a region between the upper heater 31 and the lower heater 32 and has a reducing action. Therefore, generation of voids (bubbles) can be effectively prevented in such reflow.

そして、上述のリフローを終えると、引き続いて、マスク形成基板3が一対のチャック30a,30bで把持されたままの姿でステージ21の上方へ移動される。その為、還元性遊離基ガスを照射しながら、加熱されているマスク形成基板3を冷却することができる。   When the above-described reflow is completed, the mask forming substrate 3 is subsequently moved above the stage 21 while being held by the pair of chucks 30a and 30b. Therefore, the mask forming substrate 3 being heated can be cooled while irradiating the reducing free radical gas.

その際、マスク形成基板3がステージ21の上方へ移動されると、降下していたステージ21が上昇し、チャック30a,30bで把持されているマスク形成基板3の上記孔に上記ピン治具が嵌挿される。次いで、チャック30aが左側へ移動されると共にチャック30bが右側へ移動され、その後、上方の待機位置へ移動される。   At this time, when the mask forming substrate 3 is moved above the stage 21, the lowered stage 21 is raised, and the pin jig is inserted into the hole of the mask forming substrate 3 held by the chucks 30a and 30b. Inserted. Next, the chuck 30a is moved to the left and the chuck 30b is moved to the right, and then moved to the upper standby position.

このように、一つの真空チャンバー15内で真空下、還元性遊離基ガスを照射しながら、半田粉末2の充填と加熱溶融(リフロー)と冷却とを行うことができる。管路14からの還元ガス供給は、制御装置33でガス供給源34を所定に制御して行う。冷却を終えたバンプ形成済みのマスク形成基板3は、ゲート27を開いて作業員がステージ21上から真空チャンバー15外へ取り出す。なお、還元性遊離基ガスの照射は、それに先立って停止する。   As described above, the solder powder 2 can be filled, heated and melted (reflowed), and cooled while being irradiated with the reducing free radical gas in a single vacuum chamber 15. The reducing gas is supplied from the pipeline 14 by controlling the gas supply source 34 to a predetermined value by the control device 33. After the cooling, the bump-formed mask forming substrate 3 opens the gate 27 and an operator takes it out of the vacuum chamber 15 from the stage 21. Note that irradiation with the reducing free radical gas is stopped prior to that.

上述のバンプ形成においては、半田粉末の充填と半田粉末の加熱溶融とを真空チャンバー15内の異なる箇所で行っているが、同一箇所で行ってもよい。この態様が図3に示されている。同図において、加熱ステージ装置40は、レール41で案内されて移動可能な台車42上に昇降自在に装着されたステージ21と、このステージ21上に装着された下ヒータ32とを備えている。   In the above bump formation, the filling of the solder powder and the heating and melting of the solder powder are performed at different locations in the vacuum chamber 15, but they may be performed at the same location. This aspect is illustrated in FIG. In the figure, a heating stage device 40 includes a stage 21 mounted on a movable carriage 42 guided by a rail 41 so as to be movable up and down, and a lower heater 32 mounted on the stage 21.

その為、真空チャンバー15のゲート27を開いた状態において、ステージ21を降下させ、次いで、台車42を左側へ移動させることにより、ステージ21及び下ヒータ32の一端側を真空チャンバー15外へ突出させることができ、従って、その部分に作業員が、ビアホール1に半田粉末2を充填しようとするマスク形成基板3をセットすることができる。   Therefore, in a state where the gate 27 of the vacuum chamber 15 is opened, the stage 21 is lowered, and then the carriage 42 is moved to the left side so that one end side of the stage 21 and the lower heater 32 protrudes outside the vacuum chamber 15. Therefore, an operator can set the mask forming substrate 3 to be filled with the solder powder 2 in the via hole 1 in that portion.

そして、その後、台車42を右側へ移動させ、次いで、ステージ21を上昇させることにより、図示の如くにマスク形成基板3を、印刷レベルに位置決めすることができる。なお、マスク形成基板3は、真空チャンバー15内に取り付けられているマスク板43の貫通穴44に嵌め込まれて位置決めされる。   Thereafter, the carriage 42 is moved to the right side, and then the stage 21 is raised, so that the mask forming substrate 3 can be positioned at the printing level as shown in the figure. The mask forming substrate 3 is positioned by being fitted into the through hole 44 of the mask plate 43 attached in the vacuum chamber 15.

一方、印刷装置18は、充填用のスキージ22aと仕上用のスキージ22bとを備えているが、かかるスキージ22a,22bは、昇降及び水平移動が自在に装着されている。その為、マスク板43上の半田粉末2を、両スキージ22a,22bで押し移送してマスク形成基板3のマスク4上に印刷することによってビアホール1に充填することができる。その際、真空下、半田粉末2を押し移送して掻き混ぜ、かつそれに還元性遊離基ガス(例えば、水素ラジカル)を照射するから、半田粉末2の酸化膜を完全ではないが、ある程度に予備的に還元することができる。   On the other hand, the printing apparatus 18 includes a filling squeegee 22a and a finishing squeegee 22b. The squeegees 22a and 22b are mounted so as to be movable up and down and horizontally. Therefore, the solder powder 2 on the mask plate 43 can be filled into the via hole 1 by being pushed and transferred by both squeegees 22 a and 22 b and printed on the mask 4 of the mask forming substrate 3. At that time, the solder powder 2 is pushed and transferred under vacuum, and is stirred and irradiated with a reducing free radical gas (for example, hydrogen radicals). Therefore, the oxide film of the solder powder 2 is not perfect, but is reserved to some extent. Can be reduced.

以下、上述の印刷により半田粉末2の充填を終えると、引き続いて、半田粉末2を加熱溶融する。これは、上ヒータ31を揺動させてマスク形成基板3の上面に接触させてから上ヒータ31及び下ヒータ32に通電して行う。なお、上ヒータ31は、マスク板43に図示矢印のように揺動自在に取り付けられている。また、半田粉末2の充填及び加熱溶融は、真空下、還元性遊離基ガスを照射しながら行う。そして、加熱溶融後(リフロー後)、加熱を停止するが、還元性遊離基ガスの照射を続行し、所定時間冷却する。   Thereafter, when the filling of the solder powder 2 is completed by the above-described printing, the solder powder 2 is subsequently heated and melted. This is performed by energizing the upper heater 31 and the lower heater 32 after the upper heater 31 is swung and brought into contact with the upper surface of the mask forming substrate 3. The upper heater 31 is swingably attached to the mask plate 43 as shown by the arrow in the figure. Further, the filling of the solder powder 2 and heating and melting are performed under irradiation with reducing free radical gas under vacuum. Then, after heating and melting (after reflow), heating is stopped, but irradiation with reducing free radical gas is continued, and cooling is performed for a predetermined time.

上述のように、半田粉末2の充填と半田粉末層の加熱溶融とを真空チャンバー15内の同一箇所で行うことができる。そして、冷却を終えた後、ゲート27を開いた状態において、ステージ21を降下させてマスク板43の貫通穴44から、冷却を終えたバンプ形成済みのマスク形成基板3をその下方へ抜き出し、次いで、台車41を左側へ移動させて真空チャンバー15外へ取り出す。なお、還元性遊離基ガスの照射は、それに先立って停止する。   As described above, filling of the solder powder 2 and heating and melting of the solder powder layer can be performed at the same location in the vacuum chamber 15. Then, after the cooling is completed, in a state where the gate 27 is opened, the stage 21 is lowered, and the cooled bump-formed mask forming substrate 3 is extracted from the through-hole 44 of the mask plate 43 to the lower side. Then, the carriage 41 is moved to the left and taken out of the vacuum chamber 15. Note that irradiation with the reducing free radical gas is stopped prior to that.

上述の還元性遊離基ガスは、還元性ガスをマイクロ波によってプラズマ化したガスであって、その代表例として水素ラジカルが挙げられるが、プラズマ化によって遊離基を発生するガスである限り他のガス、例えば、水素含有プラズマ等であってもよい。還元性遊離基ガスは、水素ガス等の還元性ガスよりも還元力が著しく強い。プラズマ励起電源として、例えば、高周波13.56MHZやマイクロ波2.45GHZの電源を使用することができる。プラズマ照射時間は、初期の還元においては、半田粉末2の充填時間であり、加熱溶融後(リフロー後)は1分程度である。なお、加熱ステージ装置40は、水平可動型に設けるのが好ましいが、必要に応じて固定型に設けてもよい。半田粉末は、Sn−Ag−Cu系やSn−Cu等の無鉛半田粉末に限定されず、Pb−Sn系等の鉛入り半田粉末であってもよい。   The above-described reducing free radical gas is a gas obtained by converting a reducing gas into plasma by microwaves, and representative examples thereof include hydrogen radicals, but other gases can be used as long as they are gases that generate free radicals by plasma formation. For example, hydrogen-containing plasma may be used. Reducing free radical gas has a significantly stronger reducing power than reducing gas such as hydrogen gas. As the plasma excitation power source, for example, a high frequency 13.56 MHz or microwave 2.45 GHz power source can be used. The plasma irradiation time is the filling time of the solder powder 2 in the initial reduction, and is about 1 minute after heating and melting (after reflowing). The heating stage device 40 is preferably provided in a horizontal movable type, but may be provided in a fixed type as necessary. The solder powder is not limited to a lead-free solder powder such as Sn—Ag—Cu or Sn—Cu, but may be a lead-containing solder powder such as Pb—Sn.

バンプ形成装置の正面図である。It is a front view of a bump forming apparatus. 図1の平面図図である。FIG. 2 is a plan view of FIG. 1. 他のバンプ形成装置の正面図である。It is a front view of another bump forming apparatus. 加熱溶融(リフロー)時におけるボイド形成態様を示し、図4(a)はビアホールに半田粉末を充填した姿を示す図、図4(b)は半田粉末の球状化状態を示す図、図4(c)はボイドが形成された姿を示す図である。FIG. 4 (a) is a view showing a state where a via hole is filled with solder powder, FIG. 4 (b) is a view showing a spheroidized state of the solder powder, and FIG. c) is a diagram showing the appearance of voids.

符号の説明Explanation of symbols

1:ビアホール
2:半田粉末
3:マスク形成基板
4:マスク
5:電極パッド
6:基板
8:気泡
10:還元性遊離基ガス発生装置
17:ステージ装置
18:印刷装置
19:加熱装置
20:基板移送装置
31:上ヒータ
32:下ヒータ
40:加熱ステージ装置
1: Via hole 2: Solder powder 3: Mask forming substrate 4: Mask 5: Electrode pad 6: Substrate 8: Bubble 10: Reducing free radical gas generator 17: Stage device 18: Printing device 19: Heating device 20: Substrate transfer Device 31: Upper heater 32: Lower heater 40: Heating stage device

Claims (12)

電極パッドに対応してビアホールを形成するように前記電極パッドが形成されている基板面上にマスクを形成したマスク形成基板の前記ビアホールに半田粉末を充填し、次いで、前記半田粉末に真空下で還元性遊離基ガスを照射しながら加熱溶融する半田バンプの形成方法において、前記半田粉末の充填を、真空下で還元性遊離基ガスを照射しながら前記マスクを用いる印刷法によって行うことを特徴とする半田バンプの形成方法。 Solder powder is filled in the via hole of the mask forming substrate in which a mask is formed on the substrate surface on which the electrode pad is formed so as to form a via hole corresponding to the electrode pad, and then the solder powder is vacuumed In the method of forming a solder bump which is heated and melted while irradiating a reducing free radical gas, the solder powder is filled by a printing method using the mask while irradiating the reducing free radical gas under vacuum. Forming solder bumps. 前記加熱溶融を、前記マスク形成基板のマスク形成側及びマスク非形成側の両面側から加熱して行うことを特徴とする請求項1に記載の半田バンプの形成方法。 2. The method for forming solder bumps according to claim 1, wherein the heating and melting is performed by heating from both sides of the mask forming substrate on the mask forming side and the mask non-forming side. 前記充填と前記加熱溶融とを一つの真空チャンバー内で行うことを特徴とする請求項2に記載の半田バンプの形成方法。 The method for forming solder bumps according to claim 2, wherein the filling and the heating and melting are performed in one vacuum chamber. 前記還元性遊離基ガスが水素ラジカルであることを特徴とする請求項3に記載の半田バンプの形成方法。 The method of forming a solder bump according to claim 3, wherein the reducing free radical gas is a hydrogen radical. 前記充填と前記加熱溶融とを真空チャンバー内の異なる箇所で行うことを特徴とする請求項4に記載の半田バンプの形成方法。 The method for forming solder bumps according to claim 4, wherein the filling and the heating and melting are performed at different locations in a vacuum chamber. 前記充填と前記加熱溶融とを真空チャンバー内の同一箇所で行うことを特徴とする請求項4に記載の半田バンプの形成方法。 The method for forming solder bumps according to claim 4, wherein the filling and the heating and melting are performed at the same place in a vacuum chamber. 前記加熱溶融後、前記真空下での水素ラジカル照射をしながら冷却することを特徴とする請求項5又は6に記載の半田バンプの形成方法。 The method of forming a solder bump according to claim 5 or 6, wherein after the heating and melting, cooling is performed while irradiating with hydrogen radicals in the vacuum. 還元性遊離基ガスを真空チャンバー内へ導入する遊離基ガス発生装置と、電極パッドに対応してビアホールを形成するように前記電極パッドが形成されている基板面上にマスクを形成したマスク形成基板を支持するステージ装置と、前記マスク上の半田粉末をスキージで押し移送して前記ビアホールに充填する印刷装置と、前記ビアホールに充填された半田粉末を加熱溶融する加熱装置と、前記マスク形成基板を前記ステージ装置から前記加熱装置へ移送したり或るいは前記加熱装置から前記ステージ装置へ移送したりする基板移送装置とを備え、かつ前記ステージ装置、印刷装置、加熱装置及び基板移送装置を前記真空チャンバー内に設置したことを特徴とする半田バンプの形成装置。 A free radical gas generator for introducing a reducing free radical gas into a vacuum chamber, and a mask forming substrate in which a mask is formed on the substrate surface on which the electrode pad is formed so as to form a via hole corresponding to the electrode pad A stage device for supporting the solder, a printing device for pushing and transferring the solder powder on the mask with a squeegee to fill the via hole, a heating device for heating and melting the solder powder filled in the via hole, and the mask forming substrate A substrate transfer device for transferring from the stage device to the heating device or transferring from the heating device to the stage device; and the stage device, the printing device, the heating device and the substrate transfer device for the vacuum An apparatus for forming solder bumps, characterized by being installed in a chamber. 前記遊離基ガス発生装置を、前記ステージ装置の上方から還元性遊離基ガスを導入するように設置すると共に前記加熱装置を、前記マスク形成基板のマスク形成側に設置された上ヒータとマスク非形成側に設置された下ヒータとで構成したことを特徴とする請求項8に記載の半田バンプの形成装置。 The free radical gas generator is installed so as to introduce reducing free radical gas from above the stage device, and the heating device is installed on the mask forming side of the mask forming substrate and the mask is not formed. The solder bump forming apparatus according to claim 8, wherein the solder bump forming apparatus is configured with a lower heater installed on the side. 還元性遊離基ガスを真空チャンバー内へ導入する遊離基ガス発生装置と、電極パッドに対応してビアホールを形成するように前記電極パッドが形成されている基板面上にマスクを形成したマスク形成基板を支持する加熱ステージ装置と、前記マスク上の半田粉末をスキージで押し移送して前記ビアホールに充填する印刷装置と、前記マスク形成基板のマスク形成側から加熱するヒータとを備え、かつ前記ステージ装置、印刷装置及びヒータを前記真空チャンバー内に設置したことを特徴とする半田バンプの形成装置。 A free radical gas generator for introducing a reducing free radical gas into a vacuum chamber, and a mask forming substrate in which a mask is formed on the substrate surface on which the electrode pad is formed so as to form a via hole corresponding to the electrode pad A heating stage device that supports the mask, a printing device that pushes and transfers the solder powder on the mask with a squeegee to fill the via hole, and a heater that heats from the mask forming side of the mask forming substrate, and the stage device A solder bump forming apparatus, wherein a printing apparatus and a heater are installed in the vacuum chamber. 前記加熱ステージ装置を、前記マスク形成基板を前記真空チャンバー内からチャンバー外へ移動させ得るように水平動自在に設けたことを特徴とする請求項10に記載の半田バンプの形成装置。 11. The solder bump forming apparatus according to claim 10, wherein the heating stage device is provided so as to be horizontally movable so that the mask forming substrate can be moved from the inside of the vacuum chamber to the outside of the chamber. 前記還元性遊離基ガスが水素ラジカルであることを特徴とする請求項8〜11のいずれか一つに記載の半田バンプの形成装置。
12. The solder bump forming apparatus according to claim 8, wherein the reducing free radical gas is a hydrogen radical.
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