JP2016078095A - Formation method of solder bump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、活性剤を含まないはんだペーストを用いてギ酸ガス雰囲気下でリフロー処理してはんだバンプを形成する方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a solder bump by reflow treatment in a formic acid gas atmosphere using a solder paste containing no activator.
従来、はんだ粉末とフラックスからなるはんだペーストを用いてはんだバンプを形成する方法として、フラックスに活性剤を含み、窒素雰囲気又は低酸素雰囲気下でリフローする方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この方法で用いるはんだペーストは、はんだ粉末、フラックスを所定の比率で混合してなり、はんだ粉末としては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｐｂ−Ｓｎ系等の合金はんだ粉末で、粒径５μｍ〜３２μｍのものを用い、フラックスとしては、ロジン等の樹脂分、活性剤、チクソ剤、溶剤を含有しており、ハロゲンフリータイプ、活性（ＲＡ）タイプ、弱活性（ＲＭＡ）タイプ、水溶性タイプ等のものを用いている。 Conventionally, as a method of forming a solder bump using a solder paste made of solder powder and flux, a method of including an activator in the flux and reflowing in a nitrogen atmosphere or a low oxygen atmosphere has been disclosed (for example, Patent Document 1). reference). The solder paste used in this method is a mixture of solder powder and flux at a predetermined ratio. The solder powder is an alloy solder powder such as Sn-Ag-Cu-based, Pb-Sn-based, and the particle size is 5 μm to 32 μm. As a flux, it contains resin such as rosin, activator, thixotropic agent, solvent, halogen-free type, active (RA) type, weakly active (RMA) type, water-soluble type, etc. Something is used.
一方、抵抗素子、容量素子のような２端子を基板にはんだ付けする場合に２端子それぞれのはんだ量の不均一差を解消して、間隔が小さい部分をはんだ接合する際の信頼性を向上するために、はんだ粉末等の酸化皮膜に対する還元力を有する活性剤を含まないペーストを使用し、リフロー工程ではんだを溶融する際にギ酸ガスを噴霧してはんだ粉末等の酸化皮膜を還元する、部品搭載方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この部品搭載方法で使用されるはんだペーストは、はんだ粉末とポリブデンのような有機材料からなり、フラックスを使用していない。 On the other hand, when two terminals such as a resistance element and a capacitor element are soldered to a substrate, the non-uniform difference in the amount of solder of each of the two terminals is eliminated, and the reliability when soldering a portion having a small interval is improved. In order to reduce the oxide film such as solder powder by spraying formic acid gas when melting the solder in the reflow process, using paste that does not contain an activator that has a reducing power for the oxide film such as solder powder A mounting method is disclosed (for example, see Patent Document 2). The solder paste used in this component mounting method is made of an organic material such as solder powder and polybuden, and does not use flux.
特許文献１に代表されるはんだバンプの形成方法では、リフロー工程におけるはんだ溶融時にはんだ粉末等の酸化皮膜を活性剤により還元している。この活性剤により還元する代わりに、特許文献２に示されるはんだペーストを用いて、これを印刷し、リフロー工程でのはんだ溶融時にギ酸ガスを噴霧する方法を適用した場合、特許文献２のはんだペーストでは、ペースト印刷後のマスク剥離時のバンプ前駆体に欠けを生じ、バンプ前駆体の形状が良好にならない不具合があった。 In the method of forming solder bumps typified by Patent Document 1, an oxide film such as solder powder is reduced by an activator during solder melting in a reflow process. When the solder paste shown in Patent Document 2 is used instead of reducing with this activator, this is printed, and the method of spraying formic acid gas at the time of melting the solder in the reflow process is applied. Then, there was a defect that the bump precursor was chipped when the mask was peeled after paste printing, and the shape of the bump precursor was not good.
その一方、特許文献１に示されるロジン等の樹脂分、活性剤、チクソ剤、溶剤を含有するフラックスを含むはんだペーストを用いて、これを印刷し、リフロー工程でのはんだ溶融時にギ酸ガスを噴霧する方法を適用した場合、バンプ内に極端にボイドが多く発生する不具合があった。 On the other hand, a solder paste containing a flux containing a resin component such as rosin, an activator, a thixotropic agent and a solvent shown in Patent Document 1 is printed and sprayed with formic acid gas when the solder is melted in the reflow process. When this method is applied, there is a problem that an extremely large number of voids are generated in the bump.
本発明の目的は、ペースト印刷後のマスク剥離時のバンプ前駆体に欠けがなく、リフロー後のバンプの形状及び寸法が均一であり、かつバンプ内のボイドの発生が少ないはんだバンプの形成方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for forming a solder bump in which the bump precursor is not chipped when the mask is peeled off after paste printing, the shape and dimensions of the bump after reflow are uniform, and the generation of voids in the bump is small. It is to provide.
本発明の第１の観点は、開口部を有するマスクを基材上に配置し、この開口部内にフラックスとはんだ粉末とを含むはんだペーストを充填するように前記はんだペーストを印刷し、前記マスクを剥離した後、前記基材上のバンプ前駆体をリフロー処理してはんだバンプを形成する方法の改良である。その特徴ある点は、前記フラックスが、ロジン、溶剤及びチクソ剤を含有し、前記フラックスの酸価値が１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であって、前記フラックスのハロゲン含有量が０．０３質量％以下であり、前記リフロー処理をギ酸ガス雰囲気下及び／又はギ酸が熱により分解されたガスの雰囲気下で行うことにある。但し、フラックスのハロゲン含有量は、イオン化するハロゲン含有量をいう。 According to a first aspect of the present invention, a mask having an opening is disposed on a substrate, the solder paste is printed so as to fill a solder paste containing flux and solder powder in the opening, and the mask is used. This is an improvement of the method of forming solder bumps by reflowing the bump precursor on the substrate after peeling. The characteristic point is that the flux contains rosin, a solvent and a thixotropic agent, the acid value of the flux is 100 mgKOH / g or less, and the halogen content of the flux is 0.03% by mass or less. The reflow treatment is carried out in a formic acid gas atmosphere and / or an atmosphere of a gas in which formic acid is decomposed by heat. However, the halogen content of the flux refers to the halogen content to be ionized.
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、前記ロジンが、重合ロジンエステル、ロジンエステル、テルペン系樹脂、石油系樹脂、水素化ロジンエステル、マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性キシレン樹脂、ケトン樹脂又はアルキルフェノール樹脂であるはんだバンプの形成方法である。 A second aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, wherein the rosin is a polymerized rosin ester, rosin ester, terpene resin, petroleum resin, hydrogenated rosin ester, maleic acid resin, rosin modified This is a method for forming a solder bump which is a phenol resin, a rosin-modified xylene resin, a ketone resin or an alkylphenol resin.
本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、前記はんだ粉末が、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金はんだ粉末、Ｓｎ−Ｃｕ系合金はんだ粉末、Ｓｎ−Ａｇ系合金はんだ粉末又はＰｂ−Ｓｎ系合金はんだ粉末であるはんだバンプの形成方法である。 A third aspect of the present invention is the invention based on the first or second aspect, wherein the solder powder is Sn—Ag—Cu based alloy solder powder, Sn—Cu based alloy solder powder, Sn—Ag based. This is a method for forming a solder bump which is an alloy solder powder or a Pb—Sn alloy solder powder.
本発明の第４の観点は、第１ないし第３の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、前記フラックスが、溶剤が２０〜６０質量％、チクソ剤が１．０〜１０質量％及びロジンが残部であるはんだバンプの形成方法である。 A fourth aspect of the present invention is an invention based on any one of the first to third aspects, wherein the flux is 20 to 60% by mass of the solvent and 1.0 to 10% by mass of the thixotropic agent. And a solder bump forming method in which rosin remains.
本発明の第５の観点は、ロジン、溶剤及びチクソ剤を含有し、酸価値が１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であって、ハロゲン含有量が０．０３質量％以下であるフラックスとはんだ粉末とを含むはんだペーストである。 A fifth aspect of the present invention is a solder containing a rosin, a solvent and a thixotropic agent, having an acid value of 100 mgKOH / g or less and a halogen content of 0.03 mass% or less and a solder powder. It is a paste.
本発明の第１の観点のはんだバンプの形成方法では、ロジン、溶剤及びチクソ剤からなるフラックスを用いるため、マスク開口部へのペースト充填性及びバンプ前駆体の形状保持性が高いことから、ペースト印刷後のマスク剥離時のバンプ前駆体に欠けがなく、リフロー後のバンプの形状及び寸法が均一となり、印刷性に優れる。フラックスの酸価値が１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であって、フラックスのハロゲン含有量が０．０３質量％以下であるため、フラックスとはんだ粉末の酸化物との還元反応で生じる還元水の発生が少なく、バンプ内のボイドの発生が少ない。またリフロー処理をギ酸ガス雰囲気下及び／又はギ酸が熱により分解されたガスの雰囲気下で行うことにより、はんだ粉末等の酸化皮膜を還元してはんだ溶融を円滑にする。 Since the solder bump forming method according to the first aspect of the present invention uses a flux composed of rosin, a solvent and a thixotropic agent, the paste filling property to the mask opening and the shape retention of the bump precursor are high. There is no chipping in the bump precursor when the mask is peeled after printing, the shape and dimensions of the bump after reflow are uniform, and the printability is excellent. Since the acid value of the flux is 100 mgKOH / g or less and the halogen content of the flux is 0.03% by mass or less, there is little generation of reduced water caused by the reduction reaction between the flux and the oxide of the solder powder, and the bump There is little generation of voids. Further, by performing the reflow treatment in a formic acid gas atmosphere and / or in an atmosphere of a gas in which formic acid is decomposed by heat, the oxide film such as solder powder is reduced to facilitate melting of the solder.
本発明の第２の観点のはんだバンプの形成方法では、ロジンとして、重合ロジンエステル、ロジンエステル、テルペン系樹脂、石油系樹脂、水素化ロジンエステル、マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性キシレン樹脂、ケトン樹脂又はアルキルフェノール樹脂を用いることにより、フラックスの酸価値を１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下にすることができる。 In the solder bump forming method of the second aspect of the present invention, as rosin, polymerized rosin ester, rosin ester, terpene resin, petroleum resin, hydrogenated rosin ester, maleic acid resin, rosin modified phenolic resin, rosin modified xylene By using a resin, a ketone resin or an alkylphenol resin, the acid value of the flux can be reduced to 100 mgKOH / g or less.
本発明の第３の観点のはんだバンプの形成方法では、はんだ粉末として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金はんだ粉末、Ｓｎ−Ｃｕ系合金はんだ粉末、Ｓｎ−Ａｇ系合金はんだ粉末又はＰｂ−Ｓｎ系合金はんだ粉末を用いることができる。 In the solder bump forming method according to the third aspect of the present invention, the solder powder is Sn-Ag-Cu alloy solder powder, Sn-Cu alloy solder powder, Sn-Ag alloy solder powder or Pb-Sn alloy. Solder powder can be used.
本発明の第４の観点のはんだバンプの形成方法では、フラックス中の溶剤の組成割合を２０〜６０質量％とすることにより、はんだペーストの印刷性とバンプ前駆体の形状保持性を良好にする。またチクソ剤の組成割合を１．０〜１０質量％にすることによりはんだペーストの粘度を調整してバンプ前駆体の形状保持性を良好にすることができる。 In the method for forming solder bumps according to the fourth aspect of the present invention, the printability of the solder paste and the shape retention of the bump precursor are improved by setting the composition ratio of the solvent in the flux to 20 to 60% by mass. . Further, by adjusting the composition ratio of the thixotropic agent to 1.0 to 10% by mass, the viscosity of the solder paste can be adjusted to improve the shape retention of the bump precursor.
本発明の第５の観点のはんだペーストは、ロジン、溶剤及びチクソ剤を含有し、酸価値が１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であって、ハロゲン含有量が０．０３質量％以下であるフラックスとはんだ粉末とを含むため、ギ酸ガス雰囲気下でリフロー処理を行うはんだバンプの形成方法に使用すれば、はんだペーストの印刷性とバンプ前駆体の形状保持性が良好になり、バンプ内のボイドの発生が少なくなる。 The solder paste of the fifth aspect of the present invention contains a rosin, a solvent, a thixotropic agent, an acid value of 100 mgKOH / g or less, and a halogen content of 0.03% by mass or less, solder powder, Therefore, if it is used in a solder bump forming method in which a reflow treatment is performed in a formic acid gas atmosphere, the solder paste printability and the shape retention of the bump precursor are improved, and the generation of voids in the bump is reduced. .
次に本発明を実施するための形態を説明する。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated.
〔はんだペーストの内容〕
本発明のはんだペーストは、はんだペースト１００質量％に対して、フラックスを５〜２０質量％の割合で含有し、残部がはんだ粉末からなる混合体である。はんだ粉末としては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金はんだ粉末、Ｓｎ−Ｃｕ系合金はんだ粉末、Ｓｎ−Ａｇ系合金はんだ粉末又はＰｂ−Ｓｎ系合金はんだ粉末が例示される。またはんだ粉末の平均粒径は、例えば、０．１〜３０μｍの範囲内にある。これにより、マスク開口部へのペースト充填性及びバンプ前駆体の形状保持性を高めることができる。バンプ形成を狭ピッチにするためには、はんだ粉末の平均粒径は、０．１〜１０μｍの範囲内にあることが好ましい。
[Contents of solder paste]
The solder paste of the present invention is a mixture containing flux at a ratio of 5 to 20% by mass with respect to 100% by mass of the solder paste, with the remainder being made of solder powder. Examples of the solder powder include Sn—Ag—Cu alloy solder powder, Sn—Cu alloy solder powder, Sn—Ag alloy solder powder, and Pb—Sn alloy solder powder. Moreover, the average particle diameter of solder powder exists in the range of 0.1-30 micrometers, for example. Thereby, the paste filling property to a mask opening part and the shape retainability of a bump precursor can be improved. In order to make bump formation narrow pitch, it is preferable that the average particle diameter of solder powder exists in the range of 0.1-10 micrometers.
本発明のフラックスは、ロジン、溶剤及びチクソ剤を含有し、酸価値が１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であって、ハロゲン含有量が０．０３質量％以下の特性を有する。酸価値を１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下とするのは、酸価値がこの値を超えると、フラックスとはんだ粉末の酸化物との還元反応で生じる還元水の発生が多くなり、形成されたバンプ内のボイドが多くなるためである。またハロゲン含有量が０．０３質量％を超えると、フラックスとはんだ粉末の酸化物との還元反応で生じる還元水の発生が多くなり、同様に形成されたバンプ内のボイドが多くなるためである。酸価値は５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下が好ましく、ハロゲン含有量は０．０１質量％以下が好ましい。ハロゲンとしては、塩素及び／又は臭素が挙げられる。 The flux of the present invention contains rosin, a solvent, and a thixotropic agent, has an acid value of 100 mgKOH / g or less, and a halogen content of 0.03% by mass or less. The acid value is set to 100 mgKOH / g or less. If the acid value exceeds this value, the generation of reduced water due to the reduction reaction between the flux and the oxide of the solder powder increases, and voids in the formed bumps are formed. This is because it increases. In addition, when the halogen content exceeds 0.03% by mass, the generation of reducing water caused by the reduction reaction between the flux and the oxide of the solder powder increases, and the number of voids in the similarly formed bumps also increases. . The acid value is preferably 50 mgKOH / g or less, and the halogen content is preferably 0.01% by mass or less. Halogen includes chlorine and / or bromine.
本発明のフラックスの配合組成は、溶剤が２０〜６０質量％、チクソ剤が１．０〜１０質量％及びロジンが残部である。溶剤が２０質量％未満では、はんだペーストがペースト状になりにくい。また溶剤が６０質量％を超えると、バンプ前駆体の形状保持性が不良となる。チクソ剤が１．０質量％未満でははんだペーストの粘度が低下し、１０質量％を超えると、はんだペーストが固くなりすぎる。好ましいフラックスの配合組成は、溶剤が３０〜５０質量％、チクソ剤が２〜８質量％及びロジンが残部である。 In the composition of the flux of the present invention, the solvent is 20 to 60% by mass, the thixotropic agent is 1.0 to 10% by mass, and the rosin is the balance. If the solvent is less than 20% by mass, the solder paste is unlikely to become a paste. On the other hand, if the solvent exceeds 60% by mass, the shape retention of the bump precursor becomes poor. If the thixotropic agent is less than 1.0% by mass, the viscosity of the solder paste is reduced, and if it exceeds 10% by mass, the solder paste becomes too hard. A preferable composition of the flux is 30 to 50% by mass of the solvent, 2 to 8% by mass of the thixotropic agent, and the balance of rosin.
本発明のフラックスに含まれるロジンとしては、フラックスの酸価値を１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下にするために、重合ロジンエステル（酸価：１０〜２５）、ロジンエステル（酸価：５０以下）、テルペン系樹脂（酸価：４５〜９０）、石油系樹脂（１以下）、水素化ロジンエステル（酸価：２０以下）、マレイン酸樹脂（酸価：５０以下）、ロジン変性フェノール樹脂（酸価：３０以下）、ロジン変性キシレン樹脂（酸価：７５以下）、ケトン樹脂（酸価：１以下）又はアルキルフェノール樹脂（酸価：８５〜１００）が好適に用いられる。 The rosin contained in the flux of the present invention includes a polymerized rosin ester (acid value: 10 to 25), a rosin ester (acid value: 50 or less), and a terpene-based resin so that the acid value of the flux is 100 mgKOH / g or less. (Acid value: 45 to 90), petroleum resin (1 or less), hydrogenated rosin ester (acid value: 20 or less), maleic acid resin (acid value: 50 or less), rosin-modified phenolic resin (acid value: 30 or less) ), Rosin-modified xylene resin (acid value: 75 or less), ketone resin (acid value: 1 or less) or alkylphenol resin (acid value: 85 to 100) is preferably used.
本発明のフラックスに含まれる溶剤としては、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、芳香族系、炭化水素類等の溶剤が用いられる。具体的には、ベンジルアルコール、エタノール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ジエチレングリコール、エチレングリコール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸ブチル、アジピン酸ジエチル、ドデカン、テトラデセン、αテルピネオール、２−メチル２，４−ペンタンジオール、２−エチルヘキサンジオール、トルエン、キシレン、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジイソブチルアジペート、へキシレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、２−ターピニルオキシエタノール、２−ジヒドロターピニルオキシエタノールなどが単独又はこれらを混合して用いられる。 As a solvent contained in the flux of the present invention, a solvent such as alcohol, ketone, ester, ether, aromatic or hydrocarbon is used. Specifically, benzyl alcohol, ethanol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, butanol, diethylene glycol, ethylene glycol, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, butyl carbitol, isopropyl alcohol, ethyl acetate, butyl acetate, butyl benzoate, diethyl adipate, dodecane , Tetradecene, α-terpineol, 2-methyl 2,4-pentanediol, 2-ethylhexanediol, toluene, xylene, propylene glycol monophenyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diisobutyl adipate, Xylene glycol, cyclohexanedimethanol, 2-terpinyloxyeta Lumpur, 2-dihydro-terpineol oxyethanol is used alone or as a mixture thereof.
本発明のフラックスに含まれるチクソ剤としては、硬化ひまし油、水素添加ひまし油、カルナバワックス、アミド類、ヒドロキシ脂肪酸類、ジベンジリデンソルビトール、ビス（ｐ−メチルベンジリデン）ソルビトール類、蜜蝋、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミド等が用いられる。更にこれらに必要に応じてカプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸のような脂肪酸、１，２−ヒドロキシステアリン酸のようなヒドロキシ脂肪酸、酸化防止剤、界面活性剤、アミン類等を添加して用いられる。 The thixotropic agent contained in the flux of the present invention includes hardened castor oil, hydrogenated castor oil, carnauba wax, amides, hydroxy fatty acids, dibenzylidene sorbitol, bis (p-methylbenzylidene) sorbitols, beeswax, stearamide, hydroxy Stearic acid ethylene bisamide or the like is used. Furthermore, as necessary, fatty acids such as caprylic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid and behenic acid, hydroxy fatty acids such as 1,2-hydroxystearic acid, antioxidants, surfactants, It is used with addition of amines.
〔はんだバンプの形成工程〕
はんだバンプの形成工程は、印刷工程と、ギ酸ガス雰囲気下でのリフロー加熱工程と、フラックス残渣等を洗浄する洗浄工程とからなる。印刷工程では、シリコンウェーハ、ガラスエポキシ樹脂基板等の基材上に開口部を有するマスクを配置し、この開口部内にはんだペーストを充填するようにはんだペーストを印刷する。印刷後、マスクを基材から剥離（版抜け）して、基材上にバンプ前駆体を形成する。本発明のはんだペーストは、ロジン、溶剤及びチクソ剤からなるフラックスを用いるため、マスク開口部へのペースト充填性及びバンプ前駆体の形状保持性が高いことから、ペースト印刷後のマスク剥離時のバンプ前駆体に欠けがく、リフロー後のバンプの形状及び寸法が均一となり、印刷性に優れる。
[Solder bump formation process]
The solder bump forming process includes a printing process, a reflow heating process in a formic acid gas atmosphere, and a cleaning process for cleaning flux residues and the like. In the printing process, a mask having an opening is disposed on a base material such as a silicon wafer or a glass epoxy resin substrate, and the solder paste is printed so as to fill the solder paste in the opening. After printing, the mask is peeled off from the base material (plate removal) to form a bump precursor on the base material. Since the solder paste of the present invention uses a flux composed of rosin, a solvent and a thixotropic agent, the paste filling property to the mask opening and the shape retention of the bump precursor are high. The precursor is not chipped, the shape and dimensions of the bump after reflow are uniform, and the printability is excellent.
リフロー加熱工程では、まず予備加熱として、窒素雰囲気下又は低酸素雰囲気下で、基材上に形成されたバンプ前駆体をはんだ粉末の融点より低い温度、例えば１６０〜２００℃の温度で加熱を行ない、フラックス中のボイド源である溶剤を揮発させる。その後、はんだ粉末の融点より高い温度、例えば２１７〜２３０℃の温度で加熱し、はんだ粉末を溶融する。ギ酸は予備加熱の前からリフロー炉に導入しても良く、またはんだ粉末の融点の直前でリフロー炉に導入しても良い。ギ酸ガスの還元力によりはんだ粉末等の酸化皮膜が還元される。次の冷却工程で溶融したはんだを冷却すると、表面張力により略半球状のはんだバンプが形成される。続いてはんだバンプが形成された基材を洗浄工程に移し、フラックス残渣等を洗浄除去する。こうして形成されたはんだバンプ内には、使用したはんだペースト中のフラックスの酸価値が１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であって、ハロゲン含有量が０．０３質量％以下であったため、フラックスとはんだ粉末の酸化物との還元反応で生じる還元水の発生が少なく、ボイドの発生が少なくなる。 In the reflow heating process, first, as a preliminary heating, the bump precursor formed on the substrate is heated at a temperature lower than the melting point of the solder powder, for example, a temperature of 160 to 200 ° C. in a nitrogen atmosphere or a low oxygen atmosphere. The solvent that is a void source in the flux is volatilized. Then, it heats at the temperature higher than melting | fusing point of solder powder, for example, the temperature of 217-230 degreeC, and melts solder powder. Formic acid may be introduced into the reflow furnace before preheating, or may be introduced into the reflow furnace immediately before the melting point of the powder. The oxide film such as solder powder is reduced by the reducing power of formic acid gas. When the solder melted in the next cooling step is cooled, a substantially hemispherical solder bump is formed by the surface tension. Subsequently, the base material on which the solder bumps are formed is transferred to a cleaning process, and flux residues and the like are removed by cleaning. In the solder bumps thus formed, the acid value of the flux in the used solder paste was 100 mg KOH / g or less and the halogen content was 0.03 mass% or less. There is little generation of reduced water produced by the reduction reaction, and voids are reduced.
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。 Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
＜実施例１＞
αテルピネオールの溶剤５５質量％と水素添加ひまし油のチクソ剤３．５質量％とジフェニルグアニジン臭化水素酸塩の活性剤０．１質量％と残部がアルキルフェノール樹脂のロジンからなるフラックスと、９６．５質量％Ｓｎ−３質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕからなる平均粒径３．５μｍのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金はんだ粉末（以下、ＳＡＣ３０５という。）とを、フラックス含有率１２．０質量％の割合で、混合してはんだペーストを調製した。またフラックスの酸価値は１００ｍｇＫＯＨ／ｇで、そのハロゲン含有量は０．０３質量％であった。このはんだペーストを、基材であるガラスエポキシ樹脂基板上に配置されたメタルマスクの開口部内に充填するように、印刷し、このマスクを剥離した後、バンプ前駆体が形成された上記基板を窒素雰囲気下、１５０〜２００℃の温度で１分間保持して、予備加熱処理した。また、ギ酸は予備加熱の前よりリフロー炉に導入した。続いて、２３０〜２５０℃の温度でリフロー加熱処理した後、冷却し、１６００個のはんだバンプを形成した。上記基板上に形成されたバンプの寸法は、直径９５μｍ、高さ４３μｍであり、バンプピッチは１５０μｍであった。
<Example 1>
a flux comprising 55% by weight of α-terpineol solvent, 3.5% by weight of a thixotropic agent of hydrogenated castor oil, 0.1% by weight of an activator of diphenylguanidine hydrobromide, and the balance consisting of rosin of an alkylphenol resin, 96.5 An Sn-Ag-Cu alloy solder powder (hereinafter referred to as SAC305) having an average particle diameter of 3.5 μm made of mass% Sn-3 mass% Ag-0.5 mass% Cu is used with a flux content of 12.0 mass%. The solder paste was prepared by mixing at a ratio of%. The acid value of the flux was 100 mgKOH / g, and the halogen content was 0.03% by mass. The solder paste is printed so that it fills the opening of the metal mask disposed on the glass epoxy resin substrate, which is the base material. After the mask is peeled off, the substrate on which the bump precursor is formed is replaced with nitrogen. Preheating treatment was performed by holding at a temperature of 150 to 200 ° C. for 1 minute in an atmosphere. Formic acid was introduced into the reflow furnace before preheating. Subsequently, after reflow heat treatment at a temperature of 230 to 250 ° C., cooling was performed to form 1600 solder bumps. The bumps formed on the substrate had a diameter of 95 μm, a height of 43 μm, and a bump pitch of 150 μm.
＜実施例２＞
ロジンとして、ロジンエステルを用い、活性剤を添加していないこと以外、実施例１と同じフラックス及び実施例１と同じはんだ粉末を使用して、実施例１と同様にしてはんだペーストを調製した。このフラックスの酸価値は５ｍｇＫＯＨ／ｇで、そのハロゲン含有量は検出限界以下（Ｎ．Ｄ．）であった。このはんだペーストを用いて実施例１と同様の方法ではんだバンプを形成した。
<Example 2>
A solder paste was prepared in the same manner as in Example 1 using the same flux as in Example 1 and the same solder powder as in Example 1 except that rosin ester was used as the rosin and no activator was added. The acid value of this flux was 5 mg KOH / g, and its halogen content was below the detection limit (ND). Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
＜実施例３＞
はんだ粉末として、９５．５質量％Ｓｎ−４質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕからなる平均粒径１５．６μｍのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金はんだ粉末（以下、ＳＡＣ４０５という。）を用いた以外、実施例２と同じフラックスを使用して、フラックス含有率９．０質量％の割合で、混合してはんだペーストを調製した。このフラックスの酸価値は５ｍｇＫＯＨ／ｇで、そのハロゲン含有量は検出限界以下であった。このはんだペーストを用いて実施例１と同様の方法ではんだバンプを形成した。
<Example 3>
As the solder powder, Sn-Ag-Cu alloy solder powder (hereinafter referred to as SAC405) having an average particle diameter of 15.6 μm composed of 95.5 mass% Sn-4 mass% Ag-0.5 mass% Cu was used. Otherwise, the same flux as in Example 2 was used and mixed at a flux content of 9.0 mass% to prepare a solder paste. The acid value of this flux was 5 mg KOH / g, and its halogen content was below the detection limit. Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
＜実施例４＞
はんだ粉末として、９９．３質量％Ｓｎ−０．７質量％Ｃｕからなる平均粒径６．８μｍのＳｎ−Ｃｕ系合金はんだ粉末（以下、Ｓｎ０．７Ｃｕという。）を用いた以外、実施例２と同じフラックスを使用して、フラックス含有率１０．４質量％の割合で、混合してはんだペーストを調製した。このフラックスの酸価値は５ｍｇＫＯＨ／ｇで、そのハロゲン含有量は検出限界以下であった。このはんだペーストを用いて実施例１と同様の方法ではんだバンプを形成した。
<Example 4>
Example 2 except that Sn-Cu alloy solder powder (hereinafter referred to as Sn0.7Cu) composed of 99.3% by mass Sn-0.7% by mass Cu and having an average particle size of 6.8 μm was used as the solder powder. Using the same flux, a solder paste was prepared by mixing at a flux content of 10.4% by mass. The acid value of this flux was 5 mg KOH / g, and its halogen content was below the detection limit. Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
＜実施例５＞
はんだ粉末として、９７．７質量％Ｓｎ−２．３質量％Ａｇからなる平均粒径５．２μｍのＳｎ−Ａｇ系合金はんだ粉末（以下、Ｓｎ２．３Ａｇという。）を用いた以外、実施例２と同じフラックスを使用して、フラックス含有率１１．３質量％の割合で、混合してはんだペーストを調製した。このフラックスの酸価値は５ｍｇＫＯＨ／ｇで、そのハロゲン含有量は検出限界以下であった。このはんだペーストを用いて実施例１と同様の方法ではんだバンプを形成した。
<Example 5>
Example 2 except that Sn-Ag alloy solder powder (hereinafter referred to as Sn2.3Ag) composed of 97.7 mass% Sn-2.3 mass% Ag and having an average particle diameter of 5.2 µm was used as the solder powder. Using the same flux, a solder paste was prepared by mixing at a flux content of 11.3 mass%. The acid value of this flux was 5 mg KOH / g, and its halogen content was below the detection limit. Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
＜実施例６＞
はんだ粉末として、３７質量％Ｐｂ−６３質量％Ｓｎからなる平均粒径９．８μｍのＰｂ−Ｓｎ系合金はんだ粉末（以下、Ｐｂ６３Ｓｎという。）を用いた以外、実施例２と同じフラックスを使用して、フラックス含有率９．８質量％の割合で、混合してはんだペーストを調製した。このフラックスの酸価値は５ｍｇＫＯＨ／ｇで、そのハロゲン含有量は検出限界以下であった。このはんだペーストを用いて実施例１と同様の方法ではんだバンプを形成した。
<Example 6>
The same flux as in Example 2 was used except that Pb—Sn alloy solder powder (hereinafter referred to as Pb63Sn) having an average particle diameter of 9.8 μm composed of 37% by mass Pb-63% by mass Sn was used as the solder powder. The solder paste was prepared by mixing at a flux content of 9.8% by mass. The acid value of this flux was 5 mg KOH / g, and its halogen content was below the detection limit. Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
＜比較例１＞
αテルピネオールの溶剤５５質量％と水素添加ひまし油のチクソ剤３．５質量％とジフェニルグアニジン臭化水素酸塩の活性剤０．４質量％と残部が水添ロジンのロジンからなるからなる、活性剤入りのフラックスを用い、実施例１と同じはんだ粉末を使用して、実施例１と同様にしてはんだペーストを調製した。このフラックスの酸価値は１５０ｍｇＫＯＨ／ｇで、そのハロゲン含有量は０．１質量％であった。このはんだペーストを用いて実施例１と同様の方法ではんだバンプを形成した。
<Comparative Example 1>
An activator comprising 55% by weight of α-terpineol solvent, 3.5% by weight of a hydrogenated castor oil thixotropic agent, 0.4% by weight of an activator of diphenylguanidine hydrobromide and the balance consisting of rosin of hydrogenated rosin. A solder paste was prepared in the same manner as in Example 1 using the same solder powder as in Example 1 using the flux contained. The acid value of this flux was 150 mgKOH / g, and its halogen content was 0.1% by mass. Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
＜比較例２＞
平均分子量３００以下のポリブデンと平均分子量５００程度のポリブデンを質量比で５：１の割合で混合した。この有機材料と実施例１と同じはんだ粉末を、有機材料含有率１０質量％の割合で、混合して、実施例１と同様にしてはんだペーストを調製した。この有機材料の酸価値は０．０１ｍｇＫＯＨ／ｇ未満で、そのハロゲン含有量は検出限界以下であった。このはんだペーストを用いて実施例１と同様の方法ではんだバンプを形成した。
<Comparative Example 2>
Polybudene having an average molecular weight of 300 or less and polybudene having an average molecular weight of about 500 were mixed at a mass ratio of 5: 1. This organic material and the same solder powder as in Example 1 were mixed at a ratio of the organic material content of 10% by mass to prepare a solder paste in the same manner as in Example 1. The acid value of this organic material was less than 0.01 mg KOH / g, and its halogen content was below the detection limit. Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
＜評価試験＞
実施例１〜６及び比較例１〜２で用いたフラックス又は有機材料の酸価値及びそのハロゲン含有量は次の方法で測定した。また実施例１〜６及び比較例１〜２で得られたはんだペーストを印刷した後のバンプ前駆体の形状保持性及び実施例１〜６及び比較例１〜２で得られたはんだバンプ内の最大ボイド率を次の方法により測定し評価した。
(a) フラックスの酸価値
フラックスの酸価値は、ＪＩＳ Ｚ ３１９７に準拠して測定した。
(b) フラックスのハロゲン含有量
フラックスのハロゲン含有量は、ＪＩＳ Ｚ ３１９７に準拠して測定した。
(c) バンプ前駆体の形状保持性
ペーストを印刷した後の基材を目視、又は光学顕微鏡で観察し、ミッシングや印刷ダレ、バンプ前駆体の欠け等が発生していなければ良好と判断した。ミッシング等が発生していると不良と判断した。
(d) バンプ内の最大ボイド率
形成したはんだバンプの内部に発生したボイドを透過型Ｘ線により観察し、各バンプにどの程度の大きさのボイドが発生しているかを評価した。ボイド率はバンプ面積に対して発生しているボイド総面積率であり、１６００バンプ測定した中の最もボイド率が高いものを最大ボイド率とする。
<Evaluation test>
The acid value and the halogen content of the flux or organic material used in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were measured by the following method. Moreover, the shape retainability of the bump precursor after printing the solder paste obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, and the solder bumps obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 The maximum void ratio was measured and evaluated by the following method.
(a) Acid value of flux The acid value of the flux was measured in accordance with JIS Z 3197.
(b) Halogen content of flux The halogen content of the flux was measured according to JIS Z 3197.
(c) Shape retention of bump precursor The substrate after printing the paste was observed visually or with an optical microscope, and it was judged good if no missing, printing sagging, chipping of the bump precursor, etc. occurred. When missing etc. occurred, it was judged as defective.
(d) Maximum Void Ratio in Bumps Voids generated in the formed solder bumps were observed with transmission X-rays to evaluate how much voids were generated in each bump. The void ratio is the total void area ratio generated with respect to the bump area, and the highest void ratio in the 1600 bump measurement is defined as the maximum void ratio.
＜評価の結果＞
表１から明らかなように、従来のはんだペーストと同様にフラックスに活性剤を使用した比較例１では、バンプ前駆体の形状保持性が良好であったが、バンプ内の最大ボイド率は９．５％と高かった。これはフラックスとはんだ粉末の酸化物との還元反応で生じる還元水の発生が多いためと考えられる。また比較例２の前記特許文献２に準じたはんだペーストはペーストの流動性が悪く、マスク開口部への充填性が悪いため印刷ができず、バンプを形成することができなかった。そのためボイド率は測定不能であった。これらの比較例１、２に対して実施例１〜６では、バンプ前駆体の形状保持性は全て良好であり、バンプ内の最大ボイド率は５．８％以下と小さかった。
<Result of evaluation>
As is clear from Table 1, in Comparative Example 1 in which an activator was used for the flux as in the conventional solder paste, the shape retention of the bump precursor was good, but the maximum void ratio in the bump was 9. It was as high as 5%. This is thought to be due to the large amount of reduced water generated by the reduction reaction between the flux and the oxide of the solder powder. Moreover, the solder paste according to the above-mentioned Patent Document 2 of Comparative Example 2 has poor paste fluidity and poor fillability into the mask opening, and therefore cannot be printed and bumps cannot be formed. Therefore, the void ratio was not measurable. In Comparative Examples 1 and 2, in Examples 1 to 6, the shape retention of the bump precursor was all good, and the maximum void ratio in the bump was as small as 5.8% or less.
Claims (5)
前記フラックスは、ロジン、溶剤及びチクソ剤を含有し、前記フラックスの酸価値が１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であって、前記フラックスのハロゲン含有量が０．０３質量％以下であり、前記リフロー処理をギ酸ガス雰囲気下及び／又はギ酸が熱により分解されたガスの雰囲気下で行うことを特徴とするはんだバンプの形成方法。 A mask having an opening is disposed on the substrate, the solder paste is printed so as to fill the solder paste containing flux and solder powder in the opening, and the mask is peeled off, and then the mask is formed on the substrate. In a method of forming a solder bump by reflowing a bump precursor,
The flux contains rosin, a solvent and a thixotropic agent, the acid value of the flux is 100 mgKOH / g or less, the halogen content of the flux is 0.03% by mass or less, and the reflow treatment is performed with formic acid gas. A method for forming a solder bump, which is performed in an atmosphere and / or an atmosphere of a gas in which formic acid is decomposed by heat.
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