JP2015164223A - はんだバンプ製造方法および下地形成用ペースト - Google Patents

Abstract

【課題】フリップチップ実装において用いられるはんだバンプのボイドを低減し、健全なバンプを形成する。【解決手段】ウエハ上に形成された金属製のバンプ下地パッド上に、下地はんだ粉末およびはんだ用フラックスを所定のフラックス比率で混合してなる下地形成用ペーストを所定厚さで塗布し、リフローしてはんだ下地層を形成し、前記はんだ下地層上に、前記下地はんだ粉末と同種のはんだ粉末および前記はんだ用フラックスを混合してなり、前記下地形成用ペーストの前記フラックス比率よりも前記はんだ用フラックスの割合が少ないバンプ形成用ペーストを所定量供給し、リフローして略球状のはんだバンプを形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、基板とウエハとの電気的な導通に用いるはんだバンプ製造方法およびこのバンプを形成するための下地形成用ペーストに関する。

近年、電子機器の小型軽量化を目的として、高密度実装の開発が進められている。中でも、フリップチップ実装（以下「ＦＣ実装」）は、回路基板上に複数のシリコンチップを配置できるため、理想的な高密度実装が可能となる。ＦＣ実装においては、バンプと称される突起電極を介して、ウエハとインターポーザーと呼ばれるプリント基板、さらにはインターポーザーとマザーボード基板とが接合される。

このＦＣ実装におけるはんだバンプは、メッキ法、ステンシルマスク法・ドライフィルム法などの印刷法、ボールマウント法、蒸着法などによって形成される。印刷法は、量産性やコスト面に優れており、ウエハ上に形成されたバンプ形成用パッド（Ｕｎｄｅｒ Ｂｕｍｐ Ｍｅｔａｌ，以下「ＵＢＭ」）に対してはんだペーストを印刷供給し、リフローすることによりはんだバンプを形成する。

一般的に、はんだバンプを形成する前には、下地であるＵＢＭに付着したレジスト残渣や表面酸化膜を除去する工程が導入される。この工程は、プラズマ処理などによるＵＢＭ表面のクリーニング工程であり、はんだペーストなどがリフロー時にがＵＢＭに濡れやすくするための処理である。

従来、はんだペーストに含まれている多量の溶剤がリフロー時にガス化するため、ボイドが発生しやすい。これに対して、特許文献１には、フラックス起因のガスの発生が抑制され、バンプ内にボイドの発生が少ないハンダペーストが記載されている。

特開２００６−１６５３３６号公報

ＵＢＭの表面のクリーニングが不十分であると、ＵＢＭに対するはんだペーストの濡れが不十分となり、その後の洗浄工程でバンプがなくなるミッシングバンプなどの原因になる。また、はんだペースト印刷前にＵＢＭの表面をクリーニングしても、リフロー時に溶融したはんだバンプ内のＵＢＭ表面近傍にガスが残留して、リフロー後のバンプ中にボイド（空隙）として残った場合、バンプ高さのばらつき要因、接合強度の低下など、接合信頼性を低下させるおそれがある。

また、レジストフィルムを用いた印刷工法においても、益々、ＵＢＭの微小化、ＵＢＭ状に形成されるバンプも微細化、微小化が進んでおり、ボイドがたとえばバンプサイズの３０％以上であると、基板に実装した後の信頼性試験において、熱ひずみや衝撃によりボイドが起点となってクラックが進行するなど、長期信頼性が得られないなど、益々、その影響度が深刻となる。

さらに、このようなはんだバンプを用いたＦＣ実装においては、接合したウエハとインターポーザーとの間にアンダーフィルと呼ばれる樹脂を流し込むことにより、熱膨張差等による応力集中を緩和し、破損の防止が図られる場合がある。アンダーフィルを充填するためには、はんだバンプの高さを所定以上に形成する必要があり、たとえば直径が７０μｍ程度であるＵＢＭに対して７０μｍ〜８０μｍの高さのはんだバンプをウエハ側に形成することが求められる。このようにアスペクト比の高い微細なはんだバンプを形成する場合に、フラックスから生じたガスやフラックスとはんだ粉末及びフラックスとＵＢＭ表面の反応で生じた還元水などのガスが溶融バンプ中から脱しにくく、ボイドが発生しやすいおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、フリップチップ実装において用いられるはんだバンプのボイドを低減し、健全なバンプを形成することを目的とする。

本発明は、ウエハ上に形成された金属製のバンプ下地パッド上に、下地はんだ粉末およびはんだ用フラックスを所定のフラックス比率で混合してなる下地形成用ペーストを所定厚さで塗布し、リフローしてはんだ下地層を形成し、前記はんだ下地層上に、前記下地はんだ粉末と同種のはんだ粉末および前記はんだ用フラックスを混合してなり、前記下地形成用ペーストの前記フラックス比率よりも前記はんだ用フラックスの割合が少ないバンプ形成用ペーストを所定量供給し、リフローして略球状のはんだバンプを形成するはんだバンプ製造方法である。

このはんだバンプ製造方法によれば、まず、はんだ含有量が少なくフラックスが多い下地形成用ペーストをＵＢＭ上に供給し、リフローする。このとき、ＵＢＭ表面の清浄度がフラックスにより向上し、溶融したはんだがＵＢＭによく濡れ拡がる。もともとはんだは少なく、かつ、よく濡れ拡がるため、ＵＢＭ上にはんだ下地層が薄く形成される。また、薄いはんだ層であるため、大きなボイドの発生もない。次いで、このはんだ下地層の上に、同種のはんだ粉末を含むバンプ形成用ペーストを供給し、リフローすることによりはんだバンプを形成する。したがって、大きなボイドのないバンプを形成でき、バンプ高さの均一性も向上し、ミッシングバンプの発生も大幅に低減できる。

このはんだバンプ製造方法において、前記ウエハ上にマスクを形成し、このマスクに、前記バンプ下地パッドを内部に有しこのバンプ下地パッドとの間に隙間を有する開口部を形成することにより、この開口部の内周面、前記ウエハの表面および前記バンプ下地パッドに囲まれた充填空間を形成し、この充填空間に前記下地形成用ペーストを充填することにより所定量の前記下地形成用ペーストを供給し、この下地形成用ペーストをリフローして前記はんだ下地層を形成した後に、前記充填空間に前記バンプ形成用ペーストを充填することにより所定量の前記バンプ形成用ペーストを供給することが好ましい。

このはんだバンプ製造方法によれば、所定の体積を有する充填空間にペーストを充填することによりはんだを供給するので、ペーストにおけるはんだの含有割合を調整しておくことによりリフロー後に残るはんだ量を設定でき、所望の大きさのはんだバンプを形成することができる。

充填空間にバンプ形成用ペーストを充填してリフローすると、溶融状態のはんだはバンプ下地パッド（ＵＢＭ）上で表面張力により球状に凝集しようとする。充填空間における開口部に対して、全面に下地パッドを設けると、つまり、下地パッドとマスク開口部の内周面との間に隙間がない場合は、溶融状態のはんだが充填スペースよりも大きな球状に凝集しようとし、マスク側壁に接触し、下地パッドのＵＢＭから離れてしまい、ミッシングバンプが発生してしまう。つまり、アスペクト比の高い充填スペースを設けても、はんだがＵＢＭから離れてしまうため、アスペクト比の高いはんだバンプを形成するのは難しい。一方、下地パッドであるＵＢＭとマスク開口部の内周面との間に隙間を有するようにマスクの開口部を形成して充填スペースを設けることにより、広い充填スペースの中ではんだが球状に凝集できるので、ＵＢＭ上にアスペクト比の高い略球状のはんだバンプを形成することができる。

また、このはんだバンプ製造方法において、前記下地形成用ペーストのフラックス比率が８０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％以下であり、前記バンプ形成用ペーストのフラックス比率が４５ｖｏｌ％以上５５ｖｏｌ％以下である。なお、一般的なはんだバンプ形成用ペーストは、平均粒径０．１〜６０μｍのはんだ粉末と、ロジン、活性剤、チキソ剤および溶媒よりなるフラックスとを混合、混練して形成され、ペーストにおけるはんだ粉末の含有割合が８５〜９５ｍａｓｓ％、粘度が６０Ｐａ・ｓ以上２５０Ｐａ・ｓ未満であることが好ましく、上記のように設定することにより、大きさや形状が適切なバンプを形成することができる。

これに対して本発明では、下地形成用ペーストにおいて、フラックス比率の下限を８０ｖｏｌ％とする。すなわち、下地形成用ペーストに含まれるはんだ量を少なくしてＵＢＭに形成するはんだ下地層を薄くすることにより、ボイドの発生を抑えることができる。一方、はんだ粉末が少なすぎるとＵＢＭの上面全体にわたってはんだ下地層を形成するのが困難となるので、フラックス比率の上限を９０ｖｏｌ％とする。また、バンプ形成用ペーストにおいては、フラックス比率を従来のバンプ形成用ペーストと同様の４５ｖｏｌ％以上５５ｖｏｌ％以下と設定することにより、大きさや形状が適切なバンプを形成することができる。

なお、このはんだバンプ製造方法において、前記下地はんだ粉末および前記はんだ粉末がＰｂ−Ｓｎ合金からなる場合は、前記下地形成用ペーストのフラックス比率が３２ｍａｓｓ％以上５３ｍａｓｓ％以下であり、前記バンプ形成用ペーストのフラックス比率が９ｍａｓｓ％以上１２．５ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。

下地形成用ペーストのフラックス比率が３２ｍａｓｓ％以上であることが好ましいのは、下地形成用ペーストに含まれるはんだ量を体積比率で２０ｖｏｌ％以下と少なくして、ＵＢＭに形成するはんだ下地層を薄くすることにより、ボイドの発生を抑えることができるためである。一方、はんだ量が体積比率で１０ｖｏｌ％以下となるとはんだ量が少なすぎ、ＵＢＭの上面全体にわたってはんだ下地層を形成するのが困難となるので、下地形成用ペーストのフラックス比率の上限を５３ｍａｓｓ％とするのが好ましい。

前記下地はんだ粉末および前記はんだ粉末が鉛フリーのＳｎ基はんだからなる場合は、前記下地形成用ペーストのフラックス比率が３５ｍａｓｓ％以上５５ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。これは、上述のＰｂ−Ｓｎ合金のはんだ粉末を用いる場合と同様の理由によるが、はんだ粉末の比重の違いにより、好ましいフラックス比率の範囲が異なっている。

また、このはんだバンプ製造方法において、前記はんだ下地層の厚さは、形成される前記はんだバンプの最終高さの５０％以下であることが好ましい。この場合、５０％を超えると、それだけＵＢＭ上に厚いはんだ層ができ、それだけ大きなボイドが形成できることになる為である。

また、このはんだバンプ製造方法において、前記下地形成用ペーストの粘度が６０Ｐａ・ｓ以上１５０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。下地形成用ペーストの粘度が６０Ｐａ・ｓよりも低すぎると、保管中にペースト中のフラックスとはんだ粉末とが分離し、ＵＢＭに供給されるはんだ量が不均一になるおそれがある。一方、下地形成用ペーストの粘度が１５０Ｐａ・ｓを超えると、ペースト印刷時の充填スペースへの充填性が悪くなり、ＵＢＭに供給されるはんだ量が不均一になるおそれがあるためである。

また、このはんだバンプ製造方法において、前記下地形成用ペーストの前記下地はんだ粉末は、ＰｂおよびＳｎを含むＰｂ−Ｓｎ合金からなり、Ｓｎの含有割合が５５ｍａｓｓ％以上６５ｍａｓｓ％以下であり、残部がＰｂであることが好ましい。この場合、Ｓｎの含有量が５５ｍａｓｓ％より少なかったり、６５ｍａｓｓ％より多いと、共晶組成から大きくずれてしまい、はんだの液相線が高くなることで、固液共存領域が大きくなり、リフロー時のはんだ溶融性や流動性が悪くなり、バンプ形成時のボイドが多くなったり、濡れが悪いことでミッシングバンプが多く発生してしまう。

また、このはんだバンプ製造方法において、前記下地形成用ペーストの前記下地はんだ粉末は、Ｓｎを主成分として含むＰｂフリーのＳｎ基はんだであり、Ｓｎの含有割合が９５ｍａｓｓ％以上１００ｍａｓｓ％以下、残部がＡｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｓｂ，ＩｎおよびＺｎからなる群より選ばれた１種または２種以上の金属であることが好ましい。この場合、Ｓｎの含有量が９５ｍａｓｓ％より少なかったり、１００ｍａｓｓ％より多いと、Ｓｎ−ＡｇはんだやＳｎ−Ｃｕはんだなどの共晶組成から大きくずれてしまい、はんだの液相線が高くなることで固液共存領域が大きくなり、リフロー時のはんだ溶融性や流動性が悪くなり、バンプ形成時のボイドが多くなったり、濡れが悪いことでミッシングバンプが多く発生してしまう。また、表面張力を下げたり、濡れを向上させたりすることを目的とした添加元素の効果が得られなくなり、濡れの向上などの効果が得られなくなる。

また、このはんだバンプ製造方法において、前記下地形成用ペーストの前記下地はんだ粉末は、平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。この場合、平均粒径が０．１μｍより小さいと粉末の表面積が大きく、粉末の酸化程度が高くなることにより、リフロー時の粉末凝集性が著しく低下し、ＵＢＭ上への濡れが悪く、均一にはんだ層が形成されない。３０μｍより大きい粉末はペースト化後に粉末沈降によるフラックスとの分離が顕著になるおそれがある。

また、このはんだバンプ製造方法において、前記下地形成用ペーストの前記はんだ用フラックスは、溶剤である液体成分に対して、ロジン、活性剤、チキソ剤などの固形成分の重量比が１．５〜２．５であることが好ましい。この場合、下地形成用ペーストのフラックス構成成分におけるロジンやチキソ剤が多いので、リフロー後にフラックスが残留して固形成分がマスク側壁に付着する。この残留フラックスにより、バンプ形成用ペーストをリフローした際の溶融はんだがマスク側壁に付着しにくくなり、これによって開口部のアスペクト比が高くなり、形成されるはんだバンプのアスペクト比を高くすることができる。なお、一般的なはんだバンプ形成用ペーストは、固形成分の重量比が０．６５〜１．５である。

本発明のはんだバンプ製造方法によれば、フリップチップ実装に用いられるはんだバンプにおけるボイドやミッシングバンプの発生を抑えて、アスペクト比が高く健全なバンプを形成できる。

本発明に係るはんだバンプ製造方法において、所望量の下地形成用ペーストおよびバンプ形成用ペーストを所望位置に供給するためのマスク形成工程を示す図である。 本発明に係るはんだバンプ製造方法において、ＵＢＭ上に下地層を形成する工程を示す図である。 本発明に係るはんだバンプ製造方法において、下地層上にバンプを形成する工程を示す図である。

以下、本発明に係るはんだバンプ製造方法について説明する。本発明のはんだバンプ製造方法は、ウエハ１０上に形成された金属製のバンプ下地パッド（ＵＢＭ）１２上（図１（ａ）参照）に、下地はんだ粉末およびはんだ用フラックスを所定のフラックス比率で混合してなる下地形成用ペーストＰ１を所定厚さで塗布し、リフローしてはんだ下地層２０を形成し（図２参照）、次いでこのはんだ下地層２０上に、下地はんだ粉末と同種のはんだ粉末およびはんだ用フラックスを混合してなり、下地形成用ペーストＰ１のフラックス比率よりもはんだ用フラックスの割合が少ないバンプ形成用ペーストＰ２を所定量供給し、リフローして略球状のはんだバンプ２１を形成する（図３参照）。

ウエハ１０は、図１に示すように、表面に施された配線パターン１１上のはんだバンプ位置にＵＢＭ１２が形成されている。このウエハ１０表面において、ＵＢＭ１２が形成されていない部分は、パッシベーション膜１３で被覆されている。

まず、ウエハ１０の所望の部分に下地形成用ペーストＰ１やバンプ形成用ペーストＰ２を供給するために、ウエハ１０上に、レジスト層を有するドライフィルム１４Ａを設ける（図１（ａ））。このドライフィルム１４Ａに、はんだペーストが印刷充填される微小な開口部１４ａを形成して、マスク１４を形成する。開口部１４ａは、ＵＢＭ１２との間に隙間を有し、この開口部１４ａの内周面、ウエハ１０の表面およびＵＢＭ１２に囲まれた充填空間Ｓが形成される。

具体的には、たとえば、まずウエハ１０表面にポジ型感光性のドライフィルム１４Ａを配置し（図１（ｂ））、このドライフィルム１４Ａ上に所望のパターンのみに光が通過するように形成されたフォトマスク（図示せず）を載せ、ドライフィルム１４Ａを露光する。次いで、フォトマスクを外し、ドライフィルム１４Ａの露光部をエッチング液等で除去することにより、所望のパターン位置に開口部１４ａが形成され（図１（ｃ））、マスク１４が形成される。この開口部１４ａは、ＵＢＭ１２が露出する位置に形成される。

この開口部１４ａを有するマスク１４が表面に形成されたウエハ１０において、ＵＢＭ１２上にはんだ下地層２０を形成する。具体的には、下地はんだ粉末およびはんだ用フラックスを所定のフラックス比率で混合してなる下地形成用ペーストＰ１を開口部１４ａ内（充填空間Ｓ）に充填し（図２（ａ））、そのままリフローすることによりはんだを溶融させるとともにフラックスを除去し、はんだ下地層２０を形成する（図２（ｂ））。このはんだ下地層２０の厚さは、形成されるはんだバンプ２１の最終高さの５０％以下である。

下地形成用ペーストＰ１は、フラックス比率が８０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％以下である。つまり、通常のバンプ形成用ペーストよりもはんだ粉末の含有量が少ないことにより、リフロー後に残る体積が小さく、ＵＢＭ１２上に薄いはんだ下地層２０を形成することができる。また、下地形成用ペーストＰ１は、粘度が６０Ｐａ・ｓ以上１５０Ｐａ・ｓ以下であり、形成されるはんだ下地層２０の厚さは形成されるはんだバンプ２１の最終高さの５０％以下である。はんだ下地層２０を薄く形成することにより、下地形成用ペーストＰ１のリフロー時に発生したガスを脱出させやすく、大きなボイドが発生し得ないので、はんだ下地層２０をＵＢＭ１２に対して強固に付着形成することができる。

下地はんだ粉末が溶融および凝集する際に、それまで混在していたフラックス成分が速やかにはんだと置換されないと、内部に閉じ込められたフラックスが加熱されて気化し、膨大な体積に膨張してボイドとなる。これに対して、この下地形成用ペーストＰ１は、フラックス比率が比較的高く、粘度が低いため、下地はんだ粉末とはんだ用フラックスとが速やかに置換されるので、はんだ下地層２０の形成時におけるボイドの発生を抑えることができる。

また、この下地形成用ペーストＰ１は、はんだフラックスにおける液体成分に対する固体成分の比率が１．５以上２．５以下である。固体成分とは、ロジン、活性剤、チキソ剤などであって、はんだ下地層２０を形成するリフロー後にマスク１４の開口部１４ａの内面に付着して残留し（図示略）、溶融状態のはんだが開口部１４ａの内面に付着することを防止する。

また、この下地形成用ペーストＰ１に含まれる下地はんだ粉末は、ＰｂおよびＳｎを含むＰｂ−Ｓｎ合金からなり、Ｓｎの含有割合が５５ｍａｓｓ％以上６５ｍａｓｓ％以下であり、残部がＰｂであり、平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下である。下地はんだ粉末がこのような組成およびサイズであることにより、ペースト保管中も粉末とフラックスとの分離がなく、ＵＢＭへの濡れ拡がりも良好となる。

なお、この下地形成用ペーストＰ１に含まれる下地はんだ粉末は、Ｓｎを主成分として含むＰｂフリーのＳｎ基はんだであり、Ｓｎの含有割合が９５ｍａｓｓ％以上１００ｍａｓｓ％以下、残部がＡｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｓｂ，ＩｎおよびＺｎからなる群より選ばれた１種または２種以上の金属であってもよい。この場合、ＵＢＭへの濡れ拡がりも良好となる。

このはんだ下地層２０を形成した際、ＵＢＭ１２の外側のパッシベーション膜１３上に、微細な粒状にはんだが残留する場合がある。このようにはんだが残留しているようであれば、十分な量のはんだが供給され、はんだ下地層２０がＵＢＭ１２の全面に形成されていると判断できる。なお、はんだはパッシベーション膜１３に対して固着しておらず、バンプ形成用ペーストＰ２を供給した後のリフロー時に集められて、はんだバンプ２１に取り込まれる。

次いで、下地はんだ粉末と同種のはんだ粉末およびはんだ用フラックスを混合してなり下地形成用ペーストＰ１のフラックス比率よりもはんだ用フラックスの割合が少ないバンプ形成用ペーストＰ２を、はんだ下地層２０およびＵＢＭ１２に対してさらに供給し、リフローしてはんだバンプ２１を形成する。具体的には、充填空間Ｓ内にバンプ形成用ペーストＰ２を充填し（図３（ａ））、そのままリフローすることにより、バンプ形成用ペーストＰ２のはんだ粉末とともにはんだ下地層２０を溶融させ、はんだ用フラックスを除去する（図３（ｂ））。その後、ウエハ１０表面からマスク１４を除去し（図３（ｃ））、ウエハ１０のＵＢＭ１２上にはんだバンプ２１を形成する。

バンプ形成用ペーストＰ２を充填空間Ｓ内に充填後にリフローするとき、ＵＢＭ１２上には既にはんだ下地層２０が形成されており、またこのはんだ下地層２０にはボイドがほとんど形成されていない。このため、リフローによりバンプ形成用ペーストＰ２が溶融されると、溶融したはんだ下地層２０とともにＵＢＭ１２上にはんだが凝集する。これにより、ボイドがないはんだバンプ２１がウエハ１０のＵＢＭ１２上に形成される。

また、はんだ下地層２０が形成された後の開口部１４ａは、その内面に下地形成用ペーストＰ１の固体成分が付着している。このため、バンプ形成用ペーストＰ２を塗布した後のリフロー時に、溶融状態のはんだが開口部１４ａの内面に付着しにくく、溶融状態のはんだが開口部１４ａの壁面に付着して横長に広がることが防止される。つまり、下地形成用ペーストＰ１の固体成分を多くすることにより、形成されるバンプ２１のアスペクト比を高くすることができる。

以上説明したように、本発明のはんだバンプ製造方法によれば、ボイドのない薄いはんだ下地層２０をＵＢＭ１２上に形成し、その上にバンプ形成用ペーストＰ２を供給してリフローするので、内部に残留する大きなボイドがなく、フリップチップ実装の接合信頼性の高いバンプ２１を得ることができる。

表１に示すように、含有するはんだ粉末の平均粒径や成分、はんだ用フラックスの成分比、フラックス比率、ペースト粘度などを変えて作製した下地形成用ペーストおよびバンプ形成用ペーストを用いてサンプル１〜７のはんだバンプを形成し、発生したボイドや形成されたバンプの高さなどを比較した（表２）。

（サンプル１）
粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が２．３であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率４５ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が６２Ｐａ・ｓの下地形成用ペーストを作製した。

粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度は９０Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。

（サンプル２）
粒径が５〜１５μｍ（平均粒径１１μｍ）のＳｎ−３ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．８であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率４０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が６５Ｐａ・ｓの下地形成用ペーストを作製した。

粒径が５〜１５μｍ（平均粒径１１μｍ）のＳｎ−３ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１１ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が１００Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。

（サンプル３）
粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が９０Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。このサンプル３では、下地形成用ペーストは使用せず、下地層を形成せずにはんだバンプを形成した。

（サンプル４）
粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が２．３であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率２０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が１２０Ｐａ・ｓの下地形成用ペーストを作製した。

粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が９０Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。

（サンプル５）
粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率４５ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が４０Ｐａ・ｓの下地形成用ペーストを作製した。

粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が９０Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。

（サンプル６）
粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率７０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が３０Ｐａ・ｓの下地形成用ペーストを作製した。

粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が９０Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。

（サンプル７）
粒径が５〜１５μｍ（平均粒径１１μｍ）のＳｎ−３ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１１ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が１００Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。このサンプル７では、下地形成用ペーストは使用せず、ＵＢＭ上にはんだ下地層を形成せずにはんだバンプを形成した。

（比較試験）
前述のサンプル１〜７について、冷蔵３カ月経過時の下地形成用ペーストにおけるはんだ用フラックスとはんだ粉末との分離の有無、総バンプ５００個において発生したボイドの大きさ（バンプ直径に対するボイド径の比率）別の個数、形成されたバンプの最終高さを確認した。結果を表２に示す。

バンプは、開口径１２０μｍ、厚み７５μｍでパターン形成されたレジストを備えるウエハ上に、シリコン／Ａｌ／ＮｉＶ／Ｃｕにより形成されたＵＢＭに対して形成した。ＵＢＭ径は１００μｍである。そして、形成したバンプ内について、内部に発生したボイドを透過型Ｘ線により観察し、最終バンプ高さを３次元測定器により測定した。大きなボイドが数多く発生したバンプは不良であるので、Ｍａｘボイド径が３０％以上である場合、換言すると、バンプ径に対して３０％以上のボイドが１個でも発生していればＮＧと判断した。なお、Ｍａｘボイド径は２５％以下であることがより好ましい。

この比較試験の結果、以下のことを確認できた。
（１）はんだ下地層の有無による影響
サンプル１およびサンプル３では、同じバンプ形成用ペーストを用いてバンプを形成した。しかしながら、はんだ下地層を形成したサンプル１では３０％を超える大きさのボイドが生じなかったのに対し、はんだ下地層を形成しなかったサンプル３では３０％を超える大きさのボイドが生じたため、ＮＧとなった。

また、同じバンプ形成用ペーストを用いてバンプを形成したサンプル２とサンプル７とを比較したところ、はんだ下地層を形成したサンプル２では３０％を超える大きさのボイドが生じなかったのに対し、はんだ下地層を形成しなかったサンプル７では、３０％を超える大きさのボイドが生じたため、ＮＧとなった。これらの比較から、はんだ下地層を形成することによって、大きなボイドの発生を抑えることができることが確認できた。

（２）下地形成用ペーストの粘度によるボイド発生に対する影響
サンプル１およびサンプル４では、同じバンプ形成用ペーストを用いたが、下地形成用ペーストにおける粘度が異なる。サンプル１，４のうち、ペースト粘度が高い下地形成用ペーストを用いたサンプル４では、３０％を超える大きさのボイドは生じず、一定のボイド抑制効果は得られているが、２５％を超えるボイドが生じていた。これに対し、ペースト粘度が低い下地形成用ペーストを用いたサンプル１では、２５％を超えるボイドは発生せず、一層高いボイド抑制効果を確認できた。このことから、下地形成用ペーストの粘度の上限を定めることが好ましいと確認できた。

（３）下地形成用ペーストの粘度によるはんだ粉末分離に対する影響
サンプル５では、サンプル１，４と同じバンプ形成用ペーストと、サンプル１よりも粘度の低い下地形成用ペーストとを用いてバンプを形成したところ、大きなボイドの発生は抑えられた。しかしながら、冷蔵３カ月経過時に下地形成用ペーストに分離が発生していた。つまり、粘度が低い下地形成用ペーストを用いる場合は、長期保存しない、あるいは使用前に十分攪拌するなどの対策を施し、下地形成用ペーストに分離が生じていない状態とする必要はあるものの、大きなボイドのない良好なバンプを形成できることが確認できた。

（４）下地形成用ペーストのフラックス比率によるボイド発生に対する影響
サンプル５よりもフラックス比率が高い下地形成用ペーストを用いたサンプル６では、冷蔵３カ月経過時に分離が発生した。また、サンプル６では、３０％を超える大きさのボイドは生じず、一定のボイド抑制効果は得られてはいるが、２５％を超えるボイドが生じていた。つまり、下地形成用ペーストのフラックス比率が高すぎると、はんだ粉末が分離するおそれがあるとともに、ボイド抑制効果が低下する。これは、粘度が低すぎたためにＵＢＭ上に適切なはんだ下地層が形成されなかったためと考えられる。このことから、下地形成用ペーストの粘度の下限を定めることが好ましいと確認できた。

（５）フラックス中の固体成分比による最終バンプ高さに対する影響
下地形成用ペーストのフラックスにおける液体成分に対する固体成分の比率が高いサンプル１，２，４では、最終バンプ高さが８０μｍ以上となった。これに対して、下地形成用ペーストのフラックスにおける液体成分に対する固体成分の比率が低いサンプル５，６では、最終バンプ高さが７４〜７６μｍとなった。このことから、下地形成用ペーストのフラックス中の固体成分を多くすることにより、アスペクト比の高いバンプが形成されことを確認できた。

１０ ウエハ
１１ 配線パターン
１２ バンプ下地パッド（ＵＢＭ）
１３ パッシベーション膜
１４ マスク
１４Ａ ドライフィルム
１４ａ 開口部
２０ はんだ下地層
２１ はんだバンプ
Ｐ１ 下地形成用ペースト
Ｐ２ バンプ形成用ペースト
Ｓ 充填空間

Claims (9)

1. ウエハ上に形成された金属製のバンプ下地パッド上に、下地はんだ粉末およびはんだ用フラックスをフラックス比率８０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％以下で混合してなる下地形成用ペーストを所定厚さで塗布し、リフローしてはんだ下地層を形成し、
   前記はんだ下地層上に、前記下地はんだ粉末と同種のはんだ粉末および前記はんだ用フラックスを混合してなり、前記下地形成用ペーストの前記フラックス比率よりも前記はんだ用フラックスの割合が少ないフラックス比率４５ｖｏｌ％以上５５ｖｏｌ％以下であるバンプ形成用ペーストを所定量供給し、リフローして略球状のはんだバンプを形成することを特徴とするはんだバンプ製造方法。
2. 前記ウエハ上にマスクを形成し、
   このマスクに、前記バンプ下地パッドを内部に有しこのバンプ下地パッドとの間に隙間を有する開口部を形成することにより、この開口部の内周面、前記ウエハの表面および前記バンプ下地パッドに囲まれた充填空間を形成し、
   この充填空間に前記下地形成用ペーストを充填することにより所定量の前記下地形成用ペーストを供給し、
   この下地形成用ペーストをリフローして前記はんだ下地層を形成した後に、
   前記充填空間に前記バンプ形成用ペーストを充填することにより、所定量の前記バンプ形成用ペーストを供給することを特徴とする請求項１に記載のはんだバンプ製造方法。
3. 前記はんだ下地層の厚さは、形成される前記はんだバンプの最終高さの５０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のはんだバンプ製造方法。
4. 前記下地形成用ペーストの前記下地はんだ粉末は、ＰｂおよびＳｎを含むＰｂ−Ｓｎ合金からなり、Ｓｎの含有割合が５５ｍａｓｓ％以上６５ｍａｓｓ％以下であり、残部がＰｂであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のはんだバンプ製造方法。
5. 前記下地形成用ペーストの前記下地はんだ粉末は、Ｓｎを主成分として含むＰｂフリーのＳｎ基はんだであり、Ｓｎの含有割合が９５ｍａｓｓ％以上１００ｍａｓｓ％以下、残部がＡｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｓｂ，ＩｎおよびＺｎからなる群より選ばれた１種または２種以上の金属であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のはんだバンプ製造方法。
6. 前記下地形成用ペーストの前記はんだ用フラックスは、溶剤である液体成分に対して、ロジン、活性剤、チキソ剤などの固形成分の重量比が１．５〜２．５であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のはんだバンプ製造方法。
7. ウエハ上にはんだバンプを形成するための下地形成用ペーストであって、
   下地はんだ粉末およびはんだ用フラックスを、フラックス比率が８０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％以下となるように混合してなり、
   前記下地はんだ粉末は、ＰｂおよびＳｎを含むＰｂ−Ｓｎ合金からなり、Ｓｎの含有割合が５５ｍａｓｓ％以上６５ｍａｓｓ％以下であり、残部がＰｂであることを特徴とする下地形成用ペースト。
8. 前記下地はんだ粉末は、Ｓｎを主成分として含むＰｂフリーのＳｎ基はんだであり、Ｓｎの含有割合が９５ｍａｓｓ％以上１００ｍａｓｓ％以下、残部がＡｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｓｂ，ＩｎおよびＺｎからなる群より選ばれた１種または２種以上の金属であることを特徴とする請求項７に記載の下地形成用ペースト。
9. 前記はんだ用フラックスは、溶剤である液体成分に対して、ロジン、活性剤、チキソ剤などの固形成分の重量比が１．５〜２．５であることを特徴とする請求項７または８に記載の下地形成用ペースト。
   

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