JP2012212922A - 半田バンプの形成方法、半田バンプ、半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フラックスの洗浄が不要であり、かつ狭ピッチで半田バンプを形成することが可能な半田バンプの形成方法を提供する。また、上記で得られた半田バンプで電気的に接続された半導体装置を提供する。
【解決手段】半田バンプの形成方法は、電極パッドを有する基板または電極パッドを有する半導体素子１の一方の面側に、樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給する供給工程と、前記樹脂組成物を加熱して、前記電極パッドの周辺に前記半田粉を凝集させて半田バンプを形成する形成工程と、を有する。また、半田バンプは、上記に記載の半田バンプの形成方法により得られる。また、半導体装置は、上記に記載の半田バンプで電気的に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半田バンプの形成方法、半田バンプ、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体パッケージや回路基板、半導体チップの軽薄短小化の技術革新は目覚しいものがあり、配線や電気接続用のパッド間距離の狭ピッチ化が進んでいる。また、これらの電気的に接続するバンプの材料として用いられる半田については、脱鉛化の動きが盛んであり、接続信頼性の維持や向上がこれまでにも増して必要になっている。

この半導体パッケージや回路基板の電気的接続には、バンプとしてボール状の半田ボールを使用する場合が多い。半田ボールは、ボール状の半田を搭載する方法、半田ペーストを印刷する方法またはメッキによって成長させる方法等により形成されていた（例えば、特許文献１参照）。いずれの方法によっても、半田ボールを構成する半田材料の融点以上まで加熱して形状を丸くする必要があった。この加熱処理の際には、フラックスと呼ばれる還元剤を使用しながら酸化膜の除去が必要となり、フラックスの残渣を洗浄する必要があった。

また、配線間の距離が狭ピッチ化していくにつれて、ボールを搭載する方法や半田ペーストを印刷する方法等では、半田ボールを形成するのが困難となってきている。

特開平０５−０１３４２１号公報

本発明の目的は、フラックスの洗浄が不要であり、かつ狭ピッチで半田バンプを形成することが可能な半田バンプの形成方法を提供することにある。
また、上記で得られた半田バンプで電気的に接続された半導体装置を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（１５）に記載の本発明により達成される。
（１）電極パッドを有する基板または電極パッドを有する半導体素子の一方の面側に、樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給する供給工程と、前記樹脂組成物を加熱して、前記電極パッドの周辺に前記半田粉を凝集させて半田バンプを形成する形成工程と、を有することを特徴とする半田バンプの形成方法。
（２）前記供給工程は、液状の前記樹脂組成物を塗布する工程である上記（１）に記載の半田バンプの形成方法。
（３）前記液状の樹脂組成物を塗布する厚さは、５〜５００μｍである上記（２）に記載の半田バンプの形成方法。
（４）前記樹脂は、熱硬化性樹脂である上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
（５）さらに、前記半田粉の凝集に遅れて前記熱硬化性樹脂を硬化させて、前記半田バンプを固定化する固定化工程を有するものである上記（４）に記載の半田バンプの形成方法。
（６）前記フラックス活性剤は、フラックス作用と共に、硬化剤としても作用するものである上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
（７）前記フラックス活性剤は、１分子中に少なくとも２個のフェノール性水酸基と、芳香族に直接結合したカルボキシル基を１分子中に少なくとも１個含む化合物である上記（６）に記載の半田バンプの形成方法。
（８）前記半田粉の平均粒子径は、０．１〜５０μｍである上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
（９）前記樹脂組成物中の前記半田粉の含有量は、３０〜９０重量％である上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
（１０）前記半田粉は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｉｎの少なくとも一つ以上の金属とＳｎとの混合物またはＳｎ単体である上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
（１１）前記熱硬化性樹脂の硬化反応終了温度を［Ｔ１］とし、前記半田粉の融点を［Ｔ２］としたときに、Ｔ１≧Ｔ２−１５の関係を満足するものである上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
（１２）上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法により得られることを特徴とする半田バンプ。
（１３）上記（１２）に記載の半田バンプで電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。
（１４）電極パッドを有する基板または電極パッドを有する半導体素子の一方の面側に、樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給する供給工程と、前記樹脂組成物を加熱して、前記電極パッドの周辺に前記半田粉を凝集させて半田バンプを形成する形成工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（１５）電極パッドが設けられた半導体用ウエハーの電極パッドが設けられた側の面に、樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給する供給工程と、前記樹脂組成物を加熱して、前記電極パッドの周辺に前記半田粉を凝集させて半田バンプを形成する形成工程と、前記半導体用ウエハーを切断して半導体素子に個片化する工程と、前記個片化した半導体素子を基板に搭載する搭載工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

本発明によれば、フラックスの洗浄が不要であり、かつ狭ピッチで半田バンプを形成することが可能な半田バンプを得ることができる。
また、上記で得られた半田バンプで電気的に接続され、接続信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。

半田バンプ（半田ボール）を形成する工程の一例を示す模式図である。 樹脂層中の半田粉の挙動を模式的に示す模式図である。 半導体装置の製造方法を模式的に示す模式図である。 半導体装置の製造方法を模式的に示す模式図である。 半導体装置の断面図である。

以下、本発明の半田バンプの形成方法、半田バンプ、半導体装置および半導体装置の製造方法について詳細に説明する。
本発明の半田バンプの形成方法は、電極パッドを有する基板または電極パッドを有する半導体素子の一方の面側に、樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給する供給工程と、前記樹脂組成物を加熱して、前記電極パッドの周辺に前記半田粉を凝集させて半田バンプを形成する形成工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明の半田バンプは、上記に記載の半田バンプの形成方法により得られることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、上記に記載の半田バンプで電気的に接続されることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、電極パッドを有する基板または電極パッドを有する半導体素子の一方の面側に、樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給する供給工程と、前記樹脂組成物を加熱して、前記電極パッドの周辺に前記半田粉を凝集させて半田バンプを形成する形成工程と、を有することを特徴とする。

まず、半田バンプの形成方法および半田バンプについて好適な実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の半田バンプ（半田ボール）を形成する工程の一例を示す模式図である。図１（ａ）は、半導体用部品を用意する工程であり、図１（ｂ）は、前記樹脂組成物を供給する供給工程であり、図１（ｃ）は、前記半田粉を凝集させる凝集工程である。以下、各工程について説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、半導体素子１の上側（図１中の上側）にパッド部２が形成され、そしてパッド部２を残して半導体素子１を覆うように保護膜３が設けられている半導体用部品１０を用意する。パッド部２の離隔距離（隣接するパッド部２間の最短距離）は、特に限定されないが、５０μｍ以下であるものが好ましく、特に２０〜４５μｍが好ましい。

次に、図１（ｂ）に示すように、印刷法を用いて樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給して、半導体素子１の上側に樹脂層４を形成する。前記樹脂組成物は、フィルム状態で供給する方法、ペースト状態で供給する（液状の樹脂組成物を供給する方法）方法等が挙げられるが、ペースト状態で供給する方法が半田粉を凝集させるのが容易な点で好ましい。

前記樹脂組成物は、後述する工程により半田ボールを形成するものである。
前記樹脂組成物は、樹脂を含む。
前記樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれを用いることもできるが、熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。より具体的には熱硬化性樹脂の中でもエポキシ樹脂が好ましい。これにより、半田やその他ソルダーレジスト、回路上の保護膜等の有機部材に対する密着性や材料強度を向上することができる。
前記エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールＡジグリシジルエーテル型エポキシ、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル型エポキシ、ビスフェノールＳジグリシジルエーテル型エポキシ、ｏ−アリルビスフェノールＡ型ジグリシジルエーテル等のビスフェノール型エポキシ樹脂、３，３’，５，５’−テトラメチル４，４’−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル型エポキシ、４，４’−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル型エポキシ、１，６−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル型エポキシ等のビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ、臭素型クレゾールノボラック型エポキシ等のノボラック型エポキシ樹脂、１，６ナフタレンジオールのグリシジルエーテル、アミノフェノール類のトリグリシジルエーテル等が挙げられる。これらは単独又は混合して用いても差し支えない。
また、前記エポキシ樹脂としては常温で固形エポキシ樹脂、常温で液状エポキシ樹脂のいずれを用いることもできるが、液状エポキシ樹脂を用いることが好ましい。これにより、密着性や機械的強度を向上することができる。また、更に固体エポキシ樹脂を、液状エポキシ樹脂に溶解または分散しても構わない。

また、信頼性の優れた半導体装置を得るために、前記樹脂（特にエポキシ樹脂）のＮａ^＋、Ｃｌ⁻等のイオン性不純物はできるだけ少ないものが好ましい。具体的にイオン性不純物の含有量は、１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に６０ｐｐｍ以下が好ましい。

また、樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、加熱時の硬化反応を抑制し、半田接続部分の接続を阻害させないため、前記エポキシ樹脂と、硬化開始温度が前記エポキシ樹脂より高い第２エポキシ樹脂を併用することが好ましい。前記第２エポキシ樹脂としては、例えばジアリルビスフェノールＡ型ジグリシジルエーテル、シリコーン変性エポキシ樹脂、などが挙げられる。

前記エポキシ樹脂（Ｅ１）と、前記第２エポキシ樹脂（Ｅ２）との比（Ｅ１／Ｅ２）は、特に限定されないが、０．１〜４が好ましく、特に１〜２が好ましい。比が前記範囲内であると、特に高半田接続性（半田が歩留まり良く接続される）の維持と樹脂組成物の優れた硬化性との両方に優れる。

前記樹脂組成物中の樹脂の含有量は、特に限定されないが、５〜７０重量％が好ましく、特に１５〜６０重量％が好ましい。含有量が前記範囲内であると、特に作業性に優れる。

前記樹脂組成物は、フラックス活性剤を含む。
前記フラックス活性剤とは、加熱等によって金属酸化膜を取り除く効果を有している。
このようなフラックス活性剤としては、一般的に活性ロジン、カルボキシル基を有する有機化合物などの有機酸が用いられるが、アミン、フェノール、アルコール、アジン等の自らフラックス活性を持っていたり、フラックス活性を助長したりする作用を有するものであれば良い。

このようなフラックス活性剤の中でもフラックス活性を有しながら硬化反応にも関与するもの（フラックス作用と共に、硬化剤としても作用するフラックス活性剤）が好ましく、具体的には１分子中に少なくとも２個のフェノール性水酸基と、少なくとも１個の芳香族カルボキシル基（芳香族基に直接結合したカルボキシル基を１分子中に少なくとも１個）と、を含む化合物であることが好ましい。これにより、フラックス活性を発揮した後は、硬化剤として作用することができ、それによって後の洗浄工程を省略することができる。
その例としては、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、２，５−ジヒドロキシ安息香酸、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，４−ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸、１，４−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，５−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，７−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、フェノールフタリン、ジフェノール酸等が挙げられ、これらは単独もしくは複数添加することができる。また、これらの化合物は何れも吸湿し易くボイドの原因となるため製造する際は前もって乾燥を行うことが好ましい。これらの中で好ましくは、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、２，５−ジヒドロキシ安息香酸、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，４−ジヒドロキシ安息香酸等である。これにより、高フラックス活性とエポキシ樹脂との硬化性の両立性を向上することができる。

前記樹脂組成物中の前記フラックス剤の含有量は、特に限定されないが、５〜６０重量％が好ましく、特に１０〜４０重量％が好ましい。含有量が前記範囲内であると、特に高フラックス活性と硬化反応性に優れる。

前記樹脂組成物は、半田粉を含む。
前記半田粉は、例えば融点が３００℃以下の導電性の金属であり、具体的にはＡｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｉｎから選ばれる少なくとも一つ以上の金属とＳｎとの混合物またはＳｎ単体であることが好ましい。一般的に半田粉は、ＳｎとＡｇ、ＳｎとＡｇおよびＣｕの組み合わせであるものが多く、おおよそＳｎの組成は９０％以上で、融点が２１０〜２３０℃のものが多い。中にはＢｉなどの金属をブレンドさせ、融点を１２０〜１５０℃ほどに低下させたものが用いられる場合もある。

前記半田粉の平均粒子径は、特に限定されないが、０．１〜５０μｍが好ましく、特に１〜２０μｍが好ましい。平均粒子径が前記下限値未満であると樹脂組成物の粘度を増加させ、作業性を低下させる場合があり、前記上限値を超えるとファインピッチ化に対応するのが困難となる場合がある。

前記熱硬化性樹脂の硬化反応終了温度［Ｔ１］と、前記半田粉の融点［Ｔ２］とは、Ｔ１≧Ｔ２−１５の関係を満足するものであることが好ましく、特にＴ２＋３０≧Ｔ１≧Ｔ２−１０の関係を満足するものであることが好ましい。前記熱硬化性樹脂の硬化反応終了温度と、前記半田粉の融点とが前記関係を満足すると、特に高半田接続性（半田が歩留まり良く接続される）および硬化特性の両方に優れる。
ここで、［Ｔ１］は、例えばＤＳＣ（示差走査熱量計）を用いて組成物を１０℃／ｍｉｎでスキャンした時に得られる発熱ピークの終了温度を指し、終了温度は終了点前後における接線の傾きの交点から求めることができる。

前記樹脂組成物中の前記半田粉の含有量は、特に限定されないが、３０〜９０重量％であることが好ましく、特に７０〜８５重量％であることが好ましい。含有量が前記範囲内であると、特にボール形成性に優れる。

前記樹脂組成物には、上述した樹脂、フラックス活性剤と、半田粉以外に、界面活性剤、フィラー、着色剤、溶剤等を含んでいても良い。

前記樹脂組成物として液状の樹脂組成物を供給する場合、その塗布厚さは、特に限定されないが、５〜５００μｍであることが好ましく、特に２５〜３００μｍであることが好ましい。厚さが前記範囲内であると、特にボール形成性に優れる。

次に、前記凝集工程では、樹脂層４に含まれる半田粉４１を凝集させて、半田ボール４２を形成する（図１（ｃ））。
半田粉４１を凝集させるには、例えば樹脂層４を加熱する方法、リフロー炉などを用いて溶融する方法等が挙げられる。
半田粉４１が凝集する状態について、図２を用いて具体的に説明する。図２は、樹脂層４中の半田粉４１の挙動を模式的に示したものである。
図２（ａ）に示すように、半田粉４１は樹脂層４中に分散している。これを加熱すると、図２（ｂ）に示すように、パッド部２近傍に半田粉４１が凝集し始める。
さらに、加熱を続けると半田粉４１は溶融半田の表面張力よりボール状となると共に、半田粉４１以外の樹脂組成物が半田ボール４２の周りに介在して、半田ボール４２を固定する機能を発揮する（図２（ｃ））。

このように半田粉４１がパッド部２近傍に凝集する理由は、下記のように考えられる。
樹脂層４を半田粉４１の融点程度に加熱する（特に加圧しながら加熱する）と、樹脂層４中に分散している半田粉４１が溶融しながら隣接する半田粉４１同士と自分自身との表面張力および周囲の樹脂層４の流動によって、任意に移動するようになる。したがって、半田粉４１は凝集するようになる。次に、半導体素子１の上側には、露出しているパッド部２と、パッド部２を残して半導体素子１を覆う保護膜３が設けられている。樹脂層４中で移動する半田粉４１は、パッド部２の近傍に移動するとパッド部２を構成する金属と半田粉４１とが金属結合を生じ、半田粉４１がパッド部２で固定されるようになる。そして、そのパッド部２近傍に固定された半田粉４１に、次々と他の半田粉４１が集まってきて半田ボール４２が形成される。このように、半田のセルフアライメント効果と半田粉４１自体の表面張力を利用して半田ボール４２を形成する。
また、この際に半田粉４１の表面に形成される酸化膜が除去されていないと凝集してもお互いが融合することは出来ないが、本発明の樹脂組成物は加熱過程でフラックス活性を有するため、個々の半田粉４１の酸化膜は除去され、金属表面が露出できることにより融合し、半田ボール４２を形成することができる。

また、本発明の半田バンプの形成方法によると、半田バンプの離隔距離を従来の７０〜８０μｍから５０μｍ以下（好ましくは、２０〜４５μｍ）とすることができる。これは、半田粉４１の凝集という現象を利用するので、半田ブリッジ（短絡）等を生じさせること無く半田バンプを形成することができるものである。より具体的に説明すると、半田バンプ間の離隔が小さいほど、半田粉４１の移動距離を短くすることができるため、半田バンプの形成に有利となるものである。このような理由により、離隔距離が短いパッド間の接続に適する。

加熱する条件は、特に限定されないが、半田粉４１の融点＋１０〜５０℃×０．２〜２分間が好ましく、特に半田粉４１の融点＋２０〜３０℃×０．５〜１．５分間が好ましい。前記範囲内であると、樹脂組成物の硬化反応に阻害されずにボール形成させることに特に優れる。

本発明の半田ボール４２の形成方法では、特に限定されないが、半田粉４１の凝集工程に遅れて樹脂層４中の熱硬化性樹脂を硬化させて前記半田バンプを固定化する固定化工程を有していることが好ましい。これにより、半田ボール４２の周囲には特性に優れた樹脂層４が配置されることになり、接続信頼性を向上することができる。

前記固定化工程における熱硬化性樹脂の硬化条件は、使用する熱硬化性樹脂によって異なり特に限定されないが、例えば１３０〜２００℃×１８０分間以下が好ましく、特に１５０〜１８０℃×３０〜１２０分間が好ましい。また、ボール形成時に熱硬化性樹脂の硬化が十分であれば、後硬化工程を省略することもできる。

次に、半導体装置の製造方法と半導体装置について説明する。
本発明の半導体装置の製造方法は、大きく二つに分けることができる。上述したように、半導体素子１に半田ボール４２を形成して基板に搭載する方法と、半導体用ウエハーに半田ボールを形成して、半導体素子に個片化等をした後に基板に搭載する方法である。
以下、半導体用ウエハーに半田ボールを形成して、半導体装置を製造する方法について説明する。
まず、片面側に電極パッド６１が形成され、他の部分を保護膜６２で覆っている半導体用ウエハー６を用意する（図３）。次に、電極パッド６１が露出し、他の部分を覆うようにマスク部材７を積層する（図４（ａ））。そして、上述の樹脂組成物を供給する（図４（ｂ））。樹脂組成物を供給する方法としては、印刷法、ディスペンス法、スピンコーティング法等が挙げられる。樹脂組成物を供給後、予備加熱を行い、樹脂組成物を半硬化させ、マスク部材７を除去する（図４（ｃ））。樹脂組成物は、半硬化によりポスト（柱状部）４３になり、電極パッド６１上に形成されている（図４（ｃ））。

そして、このポスト４３が形成された半導体用ウエハー６を、半田リフロー内に通過させる。半田リフロー内では、例えば１００〜１７０℃×０．５〜１．５分間予備加熱され、その後、２６０℃前後をピーク温度（半田組成によっても異なる）とし、２２０℃以上の時間を６０〜９０秒間設けたような、いわゆる表面実装型のプロファイルによる加熱処理が行われる。
この加熱処理により、ポスト４３を構成している樹脂組成物中の半田粉４１が前述したように凝集して半田ボール４２を形成する。さらに、樹脂組成物中の樹脂成分が半田ボール４２の基端部４２１を固定する固定部４４を形成する。これにより、半田ボール４２と個片化後の半導体素子との間の接続信頼性を向上することができる。
なお、必要に応じて、さらに加熱することにより樹脂組成物中の樹脂成分の硬化度を促進させても良い。

次に、半導体用ウエハー６をダイシングすることにより、個片化して半田ボール４２が形成された半導体素子６３を得る。ダイシングする際には、ダイシングシートを半導体用ウエハーに粘着して行うことが好ましい。そして、得られた半導体素子６３を基板８に搭載することによって、半導体素子６３と、基板８とが半田ボール４２で電気的に接続された半導体装置１００を得る（図５）。ここで、基板８と、半導体素子６３との間には、アンダーフィル剤９で封止することが信頼性をより向上させる点で好ましい。

半導体装置１００としては、例えばフリップチップ、ＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）、ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）等が挙げられる。
このようにして得られた半導体装置は、パッドピッチやデザインによらず半田ボールをパッド上に掲載させることができ、更には接続部の補強を同時に行うことができ、生産性の向上のみならず、信頼性の向上を図ることができる。

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施例１）
・樹脂組成物の調製
エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（大日本インキ社製、品番ＥＸＡ−８３０ＬＶＰ、エポキシ当量１６１）７．９４重量％、第２エポキシ樹脂としてジアリルビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（日本化薬社製、品番ＲＥ−８１０ＮＭエポキシ当量２１０）３．４１重量％、フラックス活性剤（フラックス機能を有する硬化剤）としてジヒドロキシ安息香酸（みどり化学社製、品番ゲンチジン酸、融点２０２℃）３．４１重量％、硬化促進剤として２−フェニル−４−メチルイミダゾール（四国化成社製、品番２Ｐ４ＭＺ）０．０１重量％、低応力材としてアクリロニトリルブタジエンゴム（宇部興産社製、品番ＣＴＢＮ１００８ＳＰ）０．２３重量％を３本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をし、次に、Ｐｂフリー半田である平均粒径１２μｍのＳｎＡｇＣｕ（融点２１７℃）の半田粉末を樹脂成分に対して８５重量％計り取り、遠心脱泡混練機にて分散混練して樹脂組成物を得た。
なお、硬化性樹脂の反応終了温度は、前記２種のエポキシ樹脂の混合物で評価し、２６０℃であった。

・半田ボールの形成
５ｍｍ角の半導体素子（パッドピッチ１５０μｍ、パッド間の離隔距離６０μｍ、パッド数７８４個）上に、得られた樹脂組成物を塗布（厚さ、１００μｍ）し、ピーク温度２６０℃の表面実装プロファイルに設定したリフロー装置で加熱処理して各パッド部に半田ボールを形成した。用いた表面実装プロファイルは、１３０〜１６０℃が約９０秒間、その後の２６０℃までの昇温速度が２℃／秒、２２０℃以上が７０秒間設定され、トータル約６分３０秒間であるものを用いた。

・半導体装置の製造
上記方法で半田ボールを形成させた半導体素子を、フリップチップボンダーを用いて予め５０μｍほどの厚さで塗り広げられた無洗浄タイプの活性ロジンフラックスに押し付けることで半田ボール上に活性ロジンフラックスを転写した。次に、続けて半導体素子と同じデザインで金属パッドが形成された基板上に仮搭載した。半導体素子を基板に仮搭載した半導体装置を、上記と同じ表面実装プロファイルに設定されたリフロー装置に通すことで基板と半導体素子を接続させて、最終的に半導体装置を得た。

（実施例２）
第１エポキシ樹脂を６．８１重量％、第２エポキシ樹脂として以下のものを４．５４重量％用いた以外は、実施例１と同様にした。
第２エポキシ樹脂として、ナフタレン型４官能エポキシ樹脂（日本化薬社製、品番ＨＰ４７００、エポキシ当量１６２）を用いた。
なお、硬化性樹脂の反応終了温度は、前記２種のエポキシ樹脂の混合物で評価し、２００℃であった。

（実施例３）
エポキシ樹脂として以下のものを用い、かつ樹脂組成物の供給方法を以下のようにした以外は、実施例１と同様にした。
エポキシ樹脂としてビフェニル型エポキシ樹脂（日本化薬社製、品番ＮＣ３０００、エポキシ当量１６１）９．６５重量％を予めエチレングリコール モノブチルアセテート（沸点１９８℃）に重量比７：３の割合で溶解させた混合物と、第２エポキシ樹脂としてジアリルビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（日本化薬社製、品番ＲＥ−８１０ＮＭ、エポキシ当量２１０）を１．７０重量％用いた。次に、半導体素子上に上述の樹脂組成物を適量塗布し、１２０℃×１時間加熱することでＢ−ステージ化（タックフリー化）させた。
なお、硬化性樹脂の反応終了温度は、前記２種のエポキシ樹脂の混合物で評価し、２３５℃であった。

（実施例４）
フラックス活性剤として、以下のものを用い、配合を以下のようにした以外は、実施例１と同様にした。
エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（大日本インキ社製、品番ＥＸＡ−８３０ＬＶＰ、エポキシ当量１６１）７．１４重量％、第２エポキシ樹脂としてジアリルビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（日本化薬社製、品番ＲＥ−８１０ＮＭ、エポキシ当量２１０）３．０６重量％、フラックス活性剤として安息香酸（融点１２２℃）１．０２重量％、硬化剤としてトリスヒドロキシフェニルエーテル（トライクエストジャパン社製、品番ＴＨＰＥ−Ｅ、融点２４６℃）３．５７重量％、硬化促進剤として２−フェニル−４−メチルイミダゾール（四国化成社製、品番２Ｐ４ＭＺ）０．０１重量％、低応力材としてアクリロニトリルブタジエンゴム（宇部興産社製、品番ＣＴＢＮ１００８ＳＰ）０．２０重量％を３本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をし、次に、Ｐｂフリー半田である平均粒径１２μｍのＳｎＡｇＣｕ（融点２１７℃）の粉末を樹脂成分に対して８５重量％用いた。
なお、硬化性樹脂の反応終了温度は、前記２種のエポキシ樹脂の混合物で評価し、２４０℃であった。

（実施例５）
半田粉末として、以下のものを用いた以外は実施例１と同様にした。
半田粉末としてＰｂフリー半田である平均粒径８０μｍのＳｎＡｇＣｕの粉末（三井金属化学社製、組成ＳｎＡｇＣｕ、融点２１７℃）を用いた。

（実施例６）
半田粉末として、以下のものを用いた以外は実施例１と同様にした。
半田粉末としてＰｂフリー半田である平均粒径０．６μｍのＳｎＡｇＣｕの粉末（三井金属社製、組成ＳｎＡｇＣｕ、融点２１７℃）を用いた。

（実施例７）
半田粉末の含有量を多くし、全体の配合を以下のようにした以外は、実施例１と同様にした。
エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（大日本インキ社製、品番ＥＸＡ−８３０ＬＶＰ、エポキシ当量１６１）４．６０重量％、第２エポキシ樹脂としてジアリルビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（日本化薬社製、品番ＲＥ−８１０ＮＭエポキシ当量２１０）１．９７重量％、フラックス活性剤（フラックス機能を有する硬化剤）としてジヒドロキシ安息香酸（みどり化学社製、品番ゲンチジン酸、融点２０２℃）３．２９重量％、硬化促進剤として２−フェニル−４−メチルイミダゾール（四国化成社製、品番２Ｐ４ＭＺ）０．０１重量％、低応力材としてアクリロニトリルブタジエンゴム（宇部興産社製、品番ＣＴＢＮ１００８ＳＰ）０．１３重量％を３本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をし、次に、Ｐｂフリー半田である平均粒径１２μｍのＳｎＡｇＣｕの粉末を液状樹脂成分に対して９０重量％計り取り、遠心脱泡混練機にて分散混練した。
なお、硬化性樹脂の反応終了温度は、前記２種のエポキシ樹脂の混合物で評価し、２４０℃であった。

（比較例１）
半田ボールの形成を以下のようにした以外は、実施例１と同様にした。
市販の活性ロジンフラックス（Ｋｅｓｔｅｒ社製、品番ＴＳＦ−６５０２）を半導体素子上に適量塗布し、その後、直径８０μｍの半田ボールを搭載し、ピーク温度２６０℃の表面実装プロファイルに設定したリフロー装置に通し、半田ボールを形成した。

各実施例および比較例で得られた半導体装置について、以下の評価を行った。評価項目を内容と共に示す。得られた結果を表１に示す。
１．半田ボール形成性
６０μｍという離隔距離で半田ボールが形成できるかを評価した。各符号は、以下の通りである。
◎：半田ボールを形成できたのが、９５％以上であった。
○：半田ボールを形成できたのが、９０％以上、９５％未満であった。
△：半田ボールを形成できたのが、５０％以上、９０％未満であった。
×：半田ボールを形成できたのが、５０％未満であった。

２．吸湿リフロー試験
半田ボール接続を行い、硬化させたボール形成率１００％のパッケージ１０個を選び、ボール配列と同じデザインの基板（５０×５０×０．８ｍｍ）上に活性ロジンフラックスを用いて表面実装プロファイルを設定させたリフロー炉に通すことで実装させた。そこでも接続率が１００％のものを３０℃、６０％、７２時間吸湿させたあと最大温度２６０℃のリフローに３回通過させ、ボールの接続性をハンドプローブで調べた。オープン不良が出たものを不良とした（オープン不良発生パッケージ数/総パッケージ数）。

３．温度サイクル（Ｔ／Ｃ）試験
吸湿リフロー試験を行ったパッケージ１０個のうち不良でなかったものについて、引き続き−５５℃、３０分／１２５℃、３０分間の条件でＴ／Ｃ試験を行った。ボールの接続性をハンドプローブで調べた。接続性の状態を２５サイクルおき最大２００サイクル観察した。オープン不良が出たものを不良とした（オープン不良発生パッケージ数/総パッケージ数）。

表１から明らかなように、実施例１〜７は、フラックスの洗浄が不要であり、かつ６０μｍの離隔距離という狭ピッチで半田ボールを形成することが可能であった。
また、実施例１〜７は、吸湿リフロー試験および温度サイクル試験において不良の発生数が少なく、信頼性に優れていることが示唆された。

１ 半導体素子
２ パッド部
３ 保護膜
４ 樹脂層
４１ 半田粉
４２ 半田ボール
４２１ 基端部
４３ ポスト
４４ 固定部
６ 半導体用ウエハー
６１ 電極パッド
６２ 保護膜
６３ 半導体素子
７ マスク部材
８ 基板
９ アンダーフィル剤
１０ 半導体用部品
１００ 半導体装置

このような目的は、下記（１）〜（１２）に記載の本発明により達成される。
（１）電極パッドを有する基板または電極パッドを有する半導体素子の一方の面側に、第１エポキシ樹脂と、硬化開始温度が前記第１エポキシ樹脂よりも高い第２エポキシ樹脂とを含有する熱硬化性樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給する供給工程と、前記樹脂組成物を加熱して、前記電極パッドの周辺に前記半田粉を凝集させて半田バンプを形成する形成工程と、を有することを特徴とする半田バンプの形成方法。
（２）前記供給工程は、液状の前記樹脂組成物を塗布する工程である上記（１）に記載の半田バンプの形成方法。
（３）前記液状の樹脂組成物を塗布する厚さは、５〜５００μｍである上記（２）に記載の半田バンプの形成方法。
（４）さらに、前記半田粉の凝集に遅れて前記熱硬化性樹脂を硬化させて、前記半田バンプを固定化する固定化工程を有するものである上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
（５）前記フラックス活性剤は、フラックス作用と共に、硬化剤としても作用するものである上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
（６）前記フラックス活性剤は、１分子中に少なくとも２個のフェノール性水酸基と、芳香族に直接結合したカルボキシル基を１分子中に少なくとも１個含む化合物である上記（５）に記載の半田バンプの形成方法。
（７）前記半田粉の平均粒子径は、０．１〜５０μｍである上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
（８）前記樹脂組成物中の前記半田粉の含有量は、３０〜９０重量％である上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
（９）前記半田粉は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｉｎの少なくとも一つ以上の金属とＳｎとの混合物またはＳｎ単体である上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
（１０）前記熱硬化性樹脂の硬化反応終了温度を［Ｔ１］とし、前記半田粉の融点を［Ｔ２］としたときに、Ｔ１≧Ｔ２−１５の関係を満足するものである上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
（１１）電極パッドを有する基板または電極パッドを有する半導体素子の一方の面側に、第１エポキシ樹脂と、硬化開始温度が前記第１エポキシ樹脂よりも高い第２エポキシ樹脂とを含有する熱硬化性樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給する供給工程と、前記樹脂組成物を加熱して、前記電極パッドの周辺に前記半田粉を凝集させて半田バンプを形成する形成工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（１２）電極パッドが設けられた半導体用ウエハーの電極パッドが設けられた側の面に、第１エポキシ樹脂と、硬化開始温度が前記第１エポキシ樹脂よりも高い第２エポキシ樹脂とを含有する熱硬化性樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給する供給工程と、前記樹脂組成物を加熱して、前記電極パッドの周辺に前記半田粉を凝集させて半田バンプを形成する形成工程と、前記半導体用ウエハーを切断して半導体素子に個片化する工程と、前記個片化した半導体素子を基板に搭載する搭載工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

Claims (15)

1. 電極パッドを有する基板または電極パッドを有する半導体素子の一方の面側に、樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給する供給工程と、
   前記樹脂組成物を加熱して、前記電極パッドの周辺に前記半田粉を凝集させて半田バンプを形成する形成工程と、を有することを特徴とする半田バンプの形成方法。
2. 前記供給工程は、液状の前記樹脂組成物を塗布する工程である請求項１に記載の半田バンプの形成方法。
3. 前記液状の樹脂組成物を塗布する厚さは、５〜５００μｍである請求項２に記載の半田バンプの形成方法。
4. 前記樹脂は、熱硬化性樹脂である請求項１ないし３のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
5. さらに、前記半田粉の凝集に遅れて前記熱硬化性樹脂を硬化させて、前記半田バンプを固定化する固定化工程を有するものである請求項４に記載の半田バンプの形成方法。
6. 前記フラックス活性剤は、フラックス作用と共に、硬化剤としても作用するものである請求項１ないし５のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
7. 前記フラックス活性剤は、１分子中に少なくとも２個のフェノール性水酸基と、芳香族に直接結合したカルボキシル基を１分子中に少なくとも１個含む化合物である請求項６に記載の半田バンプの形成方法。
8. 前記半田粉の平均粒子径は、０．１〜５０μｍである請求項１ないし７のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
9. 前記樹脂組成物中の前記半田粉の含有量は、３０〜９０重量％である請求項１ないし８のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
10. 前記半田粉は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｉｎの少なくとも一つ以上の金属とＳｎとの混合物またはＳｎ単体である請求項１ないし９のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
11. 前記熱硬化性樹脂の硬化反応終了温度を［Ｔ１］とし、前記半田粉の融点を［Ｔ２］としたときに、Ｔ１≧Ｔ２−１５の関係を満足するものである請求項１ないし１０のいずれかに記載の半田バンプの形成方法。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の半田バンプの形成方法により得られることを特徴とする半田バンプ。
13. 請求項１２に記載の半田バンプで電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。
14. 電極パッドを有する基板または電極パッドを有する半導体素子の一方の面側に、樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給する供給工程と、
    前記樹脂組成物を加熱して、前記電極パッドの周辺に前記半田粉を凝集させて半田バンプを形成する形成工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. 電極パッドが設けられた半導体用ウエハーの電極パッドが設けられた側の面に、樹脂と、フラックス活性剤と、半田粉とを含む樹脂組成物を供給する供給工程と、
    前記樹脂組成物を加熱して、前記電極パッドの周辺に前記半田粉を凝集させて半田バンプを形成する形成工程と、
    前記半導体用ウエハーを切断して半導体素子に個片化する工程と、
    前記個片化した半導体素子を基板に搭載する搭載工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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