JP2018144076A - Metal powder for producing solder bump, paste for producing solder bump and production method of solder bump - Google Patents
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Description
本発明は、はんだバンプ製造用金属粉末、はんだバンプ製造用ペーストおよびはんだバンプの製造方法に関する。 The present invention relates to a metal powder for producing solder bumps, a paste for producing solder bumps, and a method for producing solder bumps.
回路基板の電極と半導体素子などの電子部品とを接合するための接合材として、はんだバンプが使用されている。はんだバンプの製造方法としては、はんだバンプ製造用金属粉末とフラックスとを含むペーストを回路基板の電極の上に塗布し、次いで加熱（リフロー）することにより、はんだバンプ製造用金属粉末を溶融させてはんだバンプを生成させる方法が知られている。このはんだバンプ製造用金属粉末の材料として、以前は、Ｓｎ−Ｐｂ合金が多用されていたが、環境上の配慮から、現在ではＰｂフリーはんだが開発され、その普及が進められている。 A solder bump is used as a bonding material for bonding an electrode of a circuit board and an electronic component such as a semiconductor element. As a method for producing a solder bump, a paste containing a solder bump producing metal powder and a flux is applied onto an electrode of a circuit board, and then heated (reflowed) to melt the solder bump producing metal powder. Methods for generating solder bumps are known. In the past, Sn-Pb alloy was frequently used as a material for the metal powder for producing solder bumps. However, Pb-free solder has been developed and is now widely used due to environmental considerations.
Ｐｂフリーはんだとしては、Ｓｎ−Ｃｕ系合金およびＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金が実用化されている。Ｓｎ−Ｃｕ系合金としては、Ｓｎ−０．７Ｃｕ合金が、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金としては、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ合金（ＳＡＣ３０５）、Ｓｎ−４．０Ａｇ−０．５Ｃｕ合金（ＳＡＣ４０５）が知られている。 As the Pb-free solder, Sn—Cu alloy and Sn—Ag—Cu alloy have been put into practical use. Sn-Cu alloy is Sn-0.7Cu alloy, Sn-Ag-Cu alloy is Sn-3.0Ag-0.5Cu alloy (SAC305), Sn-4.0Ag-0.5Cu alloy. (SAC405) is known.
しかしながら、ＰｂフリーはんだはＳｎ−Ｐｂ合金と比較して、回路基板の電極に対する濡れ性が低いという問題がある。はんだの濡れ性が低いと、回路基板の電極上にはんだバンプを均一に形成しにくくなり、また形成されたはんだバンプ中にはボイド（気泡）が発生しやすくなる。 However, Pb-free solder has a problem that the wettability with respect to the electrode of the circuit board is low as compared with the Sn-Pb alloy. When solder wettability is low, it becomes difficult to form solder bumps uniformly on the electrodes of the circuit board, and voids (bubbles) are likely to be generated in the formed solder bumps.
Ｐｂフリーはんだの濡れ性を改善する方法として、特許文献１には、Ｐｂフリーはんだに特定のフラックスを配合する方法が開示されている。また、濡れ性が改善したＰｂフリーはんだとして、特許文献２には、Ｓｎに、所定量のＧａを添加したはんだが開示されている。特許文献３には、Ｓｎに、所定量のＣｕ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｇｅを添加したはんだが開示されている。 As a method for improving the wettability of Pb-free solder, Patent Document 1 discloses a method of blending a specific flux with Pb-free solder. As Pb-free solder with improved wettability, Patent Document 2 discloses a solder obtained by adding a predetermined amount of Ga to Sn. Patent Document 3 discloses a solder in which a predetermined amount of Cu, Co, Ag, and Ge is added to Sn.
ところで、近年の電子機器の小型化・高機能化に伴って、回路基板は小型化・高集積化しており、回路基板の電極は微細化する傾向にある。このため、微細な電極の上に、ボイドの発生が少なく、またボイドが発生したとしてもそのサイズが小さいはんだバンプを安定して形成することができるはんだバンプ製造用金属粉末が求められている。しかしながら、前記特許文献１に開示されている方法のみでは、Ｐｂフリーはんだの濡れ性を十分に改善することは難しい。また、前記特許文献２、３に開示されているはんだは、濡れ性の改善が充分とは言えず、ボイドの発生が少ないはんだバンプを安定して形成することが困難となる場合がある。 By the way, with recent miniaturization and higher functionality of electronic devices, circuit boards are becoming smaller and highly integrated, and the electrodes of the circuit board tend to be miniaturized. For this reason, there is a need for a metal powder for producing solder bumps that can form a solder bump with a small size on a fine electrode with little or no voids. However, it is difficult to sufficiently improve the wettability of Pb-free solder only by the method disclosed in Patent Document 1. Further, the solders disclosed in Patent Documents 2 and 3 are not sufficiently improved in wettability, and it may be difficult to stably form solder bumps with less generation of voids.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、回路基板の電極への濡れ性が高く、ボイドの発生が少なく、またボイドが発生したとしてもそのサイズが小さいはんだバンプを安定して製造することができるはんだバンプ製造用金属粉末、はんだバンプ製造用ペーストおよびはんだバンプの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has high wettability to the electrodes of the circuit board, less generation of voids, and even if voids are generated, solder bumps having a small size can be stably formed. An object of the present invention is to provide a solder bump manufacturing metal powder, a solder bump manufacturing paste, and a solder bump manufacturing method that can be manufactured.
前述の課題を解決するために、本発明のはんだバンプ製造用金属粉末は、加熱によってＳｎ−Ｃｕ系はんだバンプまたはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだバンプを製造するためのはんだバンプ製造用金属粉末であって、ＳｎとＣｕまたはＳｎとＡｇとＣｕを含み、さらにＮａ、ＬｉおよびＰからなる群より選ばれる少なくとも一種の添加元素を１０質量ｐｐｍ以上２．８質量％以下の範囲となる量にて含有することを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the metal powder for producing solder bumps of the present invention is a metal powder for producing solder bumps for producing Sn-Cu solder bumps or Sn-Ag-Cu solder bumps by heating. And containing Sn and Cu or Sn and Ag and Cu, and further containing at least one additive element selected from the group consisting of Na, Li and P in an amount ranging from 10 mass ppm to 2.8 mass% It is characterized by doing.
上記のはんだバンプ製造用金属粉末によれば、Ｎａ、ＬｉおよびＰからなる群より選ばれる少なくとも一種の添加元素を１０質量ｐｐｍ以上２．８質量％の範囲にて含有するので、回路基板の電極への濡れ性が向上する。すなわち、Ｎａ、ＬｉおよびＰは、加熱によって溶融したはんだバンプ製造用金属粉末の表面張力を下げる効果があり、これによって、回路基板の電極に対する濡れ性が向上する。また、Ｎａ、ＬｉおよびＰは、強い還元作用を有し、回路基板の電極表面に形成されている酸化被膜を還元除去する作用があり、これによって、はんだバンプ製造用金属粉末の電極表面に対する濡れ性がさらに向上する。従って、本発明のはんだバンプ製造用金属粉末によれば、ボイドの発生が少なく、ボイドが発生したとしてもそのサイズが小さいはんだバンプを安定して製造することができる。 According to the above-mentioned metal powder for producing solder bumps, it contains at least one additive element selected from the group consisting of Na, Li and P in the range of 10 ppm to 2.8% by mass. Improves wettability. That is, Na, Li and P have the effect of lowering the surface tension of the metal powder for producing solder bumps that has been melted by heating, thereby improving the wettability of the circuit board with respect to the electrodes. Further, Na, Li and P have a strong reducing action, and have the action of reducing and removing the oxide film formed on the electrode surface of the circuit board, thereby wetting the electrode surface of the metal powder for producing solder bumps. The nature is further improved. Therefore, according to the metal powder for manufacturing solder bumps of the present invention, the generation of voids is small, and even if voids are generated, solder bumps having a small size can be manufactured stably.
ここで、本発明のはんだバンプ製造用金属粉末が、Ｓｎ−Ｃｕ系はんだバンプを製造するためのはんだバンプ製造用金属粉末であって、ＳｎとＣｕを含む場合は、Ｎａ、ＬｉおよびＰをＳｎ、Ｃｕのうちの少なくとも１種の金属を含む合金粉末として含有することが好ましい。
この場合は、Ｎａ、ＬｉおよびＰが合金として存在することによって、酸化しにくく化学的に安定になるため、はんだバンプ製造用金属粉末が溶融したときには、確実にその表面張力を下げることができ、また回路基板の電極表面に形成されている酸化被膜を還元除去することができるので、ボイドの発生が少なく、またボイドが発生したとしてもそのサイズが小さいＳｎ−Ｃｕ系はんだバンプを安定して製造することができる。
Here, when the metal powder for producing solder bumps of the present invention is a metal powder for producing solder bumps for producing Sn—Cu based solder bumps and contains Sn and Cu, Na, Li and P are added to Sn. It is preferable to contain as an alloy powder containing at least one metal of Cu.
In this case, the presence of Na, Li and P as an alloy makes it difficult to oxidize and becomes chemically stable. Therefore, when the metal powder for producing solder bumps is melted, the surface tension can be surely lowered, In addition, since the oxide film formed on the electrode surface of the circuit board can be reduced and removed, there is little generation of voids, and even if voids are generated, Sn-Cu solder bumps with a small size can be manufactured stably. can do.
また、本発明のはんだバンプ製造用金属粉末が、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだバンプを製造するためのはんだバンプ製造用金属粉末であって、ＳｎとＡｇとＣｕを含む場合は、Ｎａ、ＬｉおよびＰをＳｎ、Ａｇ、Ｃｕのうちの少なくとも１種の金属を含む合金粉末として含有することが好ましい。
この場合は、Ｎａ、ＬｉおよびＰが合金として存在することによって化学的に安定するため、はんだバンプ製造用金属粉末が溶融したときには、確実にその表面張力を下げることができ、また回路基板の電極表面に形成されている酸化被膜を還元除去することができるので、ボイドの発生が少なく、またボイドが発生したとしてもそのサイズが小さいＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだバンプを安定して製造することができる。
Further, when the metal powder for producing solder bumps of the present invention is a metal powder for producing solder bumps for producing Sn-Ag-Cu solder bumps and contains Sn, Ag and Cu, Na, Li and P is preferably contained as an alloy powder containing at least one metal of Sn, Ag, and Cu.
In this case, since Na, Li and P are chemically stable due to the presence of the alloy, when the metal powder for solder bump production is melted, the surface tension can be surely lowered, and the circuit board electrode Since the oxide film formed on the surface can be reduced and removed, it is possible to stably produce Sn-Ag-Cu solder bumps that are small in size and small in size even if voids are generated. it can.
本発明のはんだバンプ製造用ペーストは、上記のはんだバンプ製造用金属粉末と、フラックスとを含むことを特徴としている。
この構成のはんだバンプ製造用ペーストによれば、電極に対する濡れ性が向上したはんだバンプ製造用金属粉末を使用しているので、ボイドの発生が少なく、またボイドが発生したとしてもそのサイズが小さいはんだバンプを安定して製造することができる。
The paste for producing solder bumps of the present invention is characterized by containing the above-described metal powder for producing solder bumps and a flux.
According to the solder bump manufacturing paste of this configuration, since the metal powder for solder bump manufacturing with improved wettability to the electrode is used, the generation of voids is small, and even if voids are generated, the solder is small in size. Bumps can be manufactured stably.
本発明のはんだバンプの製造方法は、上記のはんだバンプ製造用ペーストを、回路基板の電極の上に塗布し、次いで加熱してはんだバンプを生成させることを特徴としている。
この構成のはんだバンプの製造方法によれば、電極に対する濡れ性が向上したはんだバンプ製造用金属粉末を用いているので、ボイドの発生が少なく、ボイドが発生したとしてもそのサイズが小さいはんだバンプを安定して製造することができる。
The solder bump manufacturing method of the present invention is characterized in that the solder bump manufacturing paste is applied onto an electrode of a circuit board and then heated to generate a solder bump.
According to the solder bump manufacturing method of this configuration, since the metal powder for solder bump manufacturing with improved wettability with respect to the electrode is used, the generation of voids is small, and even if voids are generated, solder bumps having a small size are used. It can be manufactured stably.
本発明によれば、回路基板の電極への濡れ性が高く、ボイドの発生が少なく、ボイドが発生したとしてもそのサイズが小さいはんだバンプを安定して製造することができるはんだバンプ製造用金属粉末、はんだバンプ製造用ペーストおよびはんだバンプの製造方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, a metal powder for producing solder bumps that can stably produce solder bumps that have high wettability to the electrodes of the circuit board, less voids, and even if voids are produced. It is possible to provide a solder bump manufacturing paste and a solder bump manufacturing method.
以下、本発明の一実施形態であるはんだバンプ製造用金属粉末、はんだバンプ製造用ペーストおよびはんだバンプの製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, a metal powder for producing solder bumps, a paste for producing solder bumps, and a method for producing solder bumps according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
＜はんだバンプ製造用金属粉末＞
本実施形態であるはんだバンプ製造用金属粉末は、加熱によってＳｎ−Ｃｕ系はんだバンプまたはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだバンプからなる群より選ばれるはんだバンプを生成するためのものであって、Ｎａ、ＬｉおよびＰからなる群より選ばれる少なくとも一種の添加元素を１０質量ｐｐｍ以上２．８質量％以下の範囲となる量にて含有する。この添加元素としては、Ｎａ、ＬｉおよびＰから選ばれる一種を使用してもよいし、Ｎａ、ＬｉおよびＰから選ばれる二種以上を組み合わせて使用してもよい。二種以上の添加元素を使用する場合は、添加元素の含有量は、合計で１０質量ｐｐｍ以上２．８質量％以下とする。
<Metal powder for solder bump production>
The metal powder for producing solder bumps according to the present embodiment is for generating solder bumps selected from the group consisting of Sn-Cu solder bumps or Sn-Ag-Cu solder bumps by heating, and Na, At least one additive element selected from the group consisting of Li and P is contained in an amount ranging from 10 mass ppm to 2.8 mass%. As this additive element, one selected from Na, Li and P may be used, or two or more selected from Na, Li and P may be used in combination. When using 2 or more types of additional elements, content of an additional element shall be 10 mass ppm or more and 2.8 mass% or less in total.
Ｎａ、Ｌｉ及びＰなどの添加元素は、はんだバンプ製造用金属粉末の溶融時の表面張力を低下させる表面張力低減剤としての作用効果を有する。これによって、はんだバンプ製造用金属粉末の溶融時の濡れ性が向上する。また、上記の添加元素は、回路基板の電極表面の酸化被膜を還元して除去する還元剤としての作用効果を有する。これによってはんだバンプ製造用金属粉末の回路基板の電極に対する濡れ性が向上する。ここで、添加元素の含有量が１０質量ｐｐｍ未満では、表面張力低減剤および還元剤としての作用効果が得られなくなるおそれがある。一方、添加元素の含有量が２．８質量％を超える場合には、上記の添加元素は酸化しやすく、酸化した添加元素の含有量が多くなることによって、かえって溶融時のはんだバンプ製造用金属粉末の濡れ性を低下させるおそれがあり、またはんだバンプ製造用金属粉末の融点が高くなる。
このような理由から、本実施形態のはんだバンプ製造用金属粉末においては、添加元素の含有量を１０質量ｐｐｍ以上２．８質量％以下の範囲に設定している。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、添加元素の含有量を５０質量ｐｐｍ以上１質量％以下の範囲とすることが好ましい。
Additive elements such as Na, Li and P have the effect of acting as a surface tension reducing agent that lowers the surface tension at the time of melting the metal powder for producing solder bumps. Thereby, the wettability at the time of the melt | dissolution of the metal powder for solder bump manufacture improves. The additive element has an effect as a reducing agent that reduces and removes the oxide film on the electrode surface of the circuit board. This improves the wettability of the solder bump manufacturing metal powder to the electrodes of the circuit board. Here, when the content of the additive element is less than 10 ppm by mass, there is a possibility that the effect as the surface tension reducing agent and the reducing agent cannot be obtained. On the other hand, when the content of the additive element exceeds 2.8% by mass, the additive element is easily oxidized, and the content of the oxidized additive element increases, so that the metal for producing solder bumps at the time of melting There is a risk of reducing the wettability of the powder, or the melting point of the metal powder for producing bumps is increased.
For these reasons, in the metal powder for producing solder bumps of this embodiment, the content of the additive element is set in the range of 10 mass ppm or more and 2.8 mass% or less. In addition, in order to make the above-mentioned effect effective, it is preferable to make content of an additive element into the range of 50 mass ppm or more and 1 mass% or less.
本実施形態のはんだバンプ製造用金属粉末が、Ｓｎ−Ｃｕ系はんだバンプ製造用の金属粉末である場合は、Ｃｕを０．１質量％以上１．５質量％以下の範囲、上記の添加元素を１０質量ｐｐｍ以上２．８質量％以下の範囲、残部がＳｎ及び不可避不純物からなる組成を有することが好ましい。
Ｃｕは、はんだバンプに付与された応力を緩和させることによって、はんだバンプの強度を高くする作用効果がある。Ｃｕの含有量が０．１質量％未満では、上記の作用効果が得られなくなるおそれがある。一方、Ｃｕの含有量が１．５質量％を超えると、はんだバンプ製造用金属粉末の融点が高くなり、はんだ付け性の低下を招くおそれがある。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｃｕの含有量を０．３質量％以上１．２質量％以下の範囲とすることが好ましい。
When the metal powder for manufacturing solder bumps of this embodiment is a metal powder for manufacturing Sn-Cu solder bumps, Cu is added in the range of 0.1% by mass to 1.5% by mass, and the above additive elements are added. It is preferable to have a composition of 10 mass ppm or more and 2.8 mass% or less, with the balance being Sn and inevitable impurities.
Cu has the effect of increasing the strength of the solder bumps by relaxing the stress applied to the solder bumps. If the Cu content is less than 0.1% by mass, the above-described effects may not be obtained. On the other hand, when the content of Cu exceeds 1.5% by mass, the melting point of the metal powder for producing solder bumps becomes high, and there is a concern that solderability is deteriorated. In addition, in order to make the above-mentioned effect effective, it is preferable to make Cu content into the range of 0.3 mass% or more and 1.2 mass% or less.
Ｓｎ−Ｃｕ系はんだバンプ製造用の金属粉末は、Ｓｎ源およびＣｕ源として、Ｓｎ−Ｃｕ合金粉末、Ｓｎ粉末、Ｃｕ粉末のいずれかを含むことが好ましい。添加元素はＳｎ、Ｃｕのうちの少なくとも１種の金属を含む合金粉末として含有されていることが好ましい。すなわち、添加元素は、Ｓｎ−Ｃｕ−添加元素合金粉末、Ｓｎ−添加元素合金粉末、Ｃｕ−添加元素合金粉末のいずれかの合金粉末として含有されていることが好ましい。 It is preferable that the metal powder for Sn-Cu type solder bump manufacture contains any of Sn-Cu alloy powder, Sn powder, and Cu powder as Sn source and Cu source. The additive element is preferably contained as an alloy powder containing at least one metal of Sn and Cu. That is, the additive element is preferably contained as an alloy powder of any one of Sn—Cu—added element alloy powder, Sn—added element alloy powder, and Cu—added element alloy powder.
本実施形態のはんだバンプ製造用金属粉末が、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだバンプ製造用の金属粉末である場合は、Ａｇを０．１質量％以上１０．０質量％以下の範囲、Ｃｕを０．１質量％以上１．５質量％以下の範囲、上記の添加元素を１０質量ｐｐｍ以上２．８質量％以下の範囲、残部がＳｎ及び不可避不純物からなる組成を有することが好ましい。
Ａｇは、はんだバンプの耐熱疲労性と機械的強度を向上させる作用効果を有する。Ａｇの含有量が０．１質量％未満では、上記の作用効果が得られなくなるおそれがある。一方、Ａｇの含有量が１０．０質量％を超えると、はんだバンプ製造用金属粉末の融点が高くなり、はんだ付け性の低下を招くおそれがある。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ａｇの含有量を２質量％以上５質量％以下の範囲とすることが好ましい。
When the metal powder for producing solder bumps of the present embodiment is a metal powder for producing Sn-Ag-Cu solder bumps, Ag is in the range of 0.1% by mass to 10.0% by mass, and Cu is 0%. It is preferable to have a composition in the range of 0.1 mass% to 1.5 mass%, the above additive element in the range of 10 mass ppm to 2.8 mass%, and the balance consisting of Sn and inevitable impurities.
Ag has the effect of improving the heat fatigue resistance and mechanical strength of the solder bumps. If the Ag content is less than 0.1% by mass, the above-described effects may not be obtained. On the other hand, when the content of Ag exceeds 10.0% by mass, the melting point of the metal powder for producing solder bumps is increased, and there is a possibility that the solderability is deteriorated. In addition, in order to make the above-mentioned effect effective, it is preferable to make Ag content into the range of 2 mass% or more and 5 mass% or less.
Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだバンプ製造用の金属粉末は、Ｓｎ源、Ａｇ源およびＣｕ源として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金粉末、Ｓｎ−Ａｇ合金粉末、Ｓｎ−Ｃｕ合金粉末、Ａｇ−Ｃｕ合金粉末、Ｓｎ粉末、Ａｇ粉末、Ｃｕ粉末のいずれかを含むことが好ましい。添加元素はＳｎ、Ａｇ、Ｃｕのうちの少なくとも１種の金属を含む合金粉末として含有されていることが好ましい。すなわち、添加元素は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−添加元素合金粉末、Ｓｎ−Ａｇ−添加元素合金粉末、Ｓｎ−Ｃｕ−添加元素合金粉末、Ａｇ−Ｃｕ−添加元素合金粉末、Ｓｎ−添加元素合金粉末、Ａｇ−添加元素合金粉末、Ｃｕ−添加元素合金粉末のいずれかの合金粉末として含有されていることが好ましい。 The metal powder for producing Sn-Ag-Cu solder bumps is Sn-Ag-Cu alloy powder, Sn-Ag alloy powder, Sn-Cu alloy powder, Ag-Cu alloy powder as Sn source, Ag source and Cu source. It is preferable that any one of Sn powder, Ag powder, and Cu powder is included. The additive element is preferably contained as an alloy powder containing at least one metal of Sn, Ag, and Cu. That is, the additive elements are Sn-Ag-Cu-added element alloy powder, Sn-Ag-added element alloy powder, Sn-Cu-added element alloy powder, Ag-Cu-added element alloy powder, Sn-added element alloy powder. , Ag-added element alloy powder or Cu-added element alloy powder is preferably contained as an alloy powder.
本実施形態のはんだバンプ製造用金属粉末は、さらに、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｂｉを含有していてもよい。これらの金属は、はんだバンプ製造用金属粉末の溶融時の濡れ性をさらに向上させる作用効果を有する。これらの金属の含有量は、合計で０．１質量％以上５．０質量％以下の範囲にあることが好ましい。 The metal powder for producing solder bumps of this embodiment may further contain Zn, In, and Bi. These metals have the effect of further improving the wettability during melting of the metal powder for producing solder bumps. The total content of these metals is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less.
＜はんだバンプ製造用ペースト＞
本実施形態であるはんだバンプ製造用ペーストは、上記のはんだバンプ製造用金属粉末とフラックスとからなる。
<Paste for solder bump production>
The paste for manufacturing solder bumps according to this embodiment is composed of the above-described metal powder for manufacturing solder bumps and flux.
フラックスとしては、通常用いられる一般的なフラックスを用いることが可能であり、特に制限するものではないが、ペーストの濡れ性の観点等から、ＲＡフラックスやＲＭＡフラックスを用いることが好ましい。また、このフラックス中には、通常用いられるロジン、活性剤、溶剤およびチキソ剤等が含まれていても構わない。
また、はんだバンプ製造用ペーストにおけるフラックス含有量が５質量％未満であると、ペースト状にならない。一方、フラックス含有量が４０質量％を超えるとペーストの粘度が低すぎて、印刷の際にダレが生じることから、ペースト中のフラックス含有量を５〜４０質量％とすることが望ましく、フラックス含有量を６〜１５質量％とすることがさらに望ましい。
As the flux, a commonly used general flux can be used, and is not particularly limited. However, from the viewpoint of the wettability of the paste, it is preferable to use an RA flux or an RMA flux. The flux may contain rosin, activator, solvent, thixotropic agent and the like that are usually used.
In addition, when the solder bump manufacturing paste has a flux content of less than 5% by mass, it does not become a paste. On the other hand, if the flux content exceeds 40% by mass, the viscosity of the paste is too low and sagging occurs during printing. Therefore, the flux content in the paste is preferably 5 to 40% by mass, More preferably, the amount is 6 to 15% by mass.
はんだペーストは、通常用いられる一般的な方法を用いて調製することができる。具体的には、はんだバンプ製造用金属粉末とフラックスとを上記のフラックス含有量となる割合にて混合し、混練することによって調製することができる。 The solder paste can be prepared using a commonly used general method. Specifically, it can be prepared by mixing and kneading the metal powder for producing solder bumps and the flux at a ratio of the above flux content.
＜はんだバンプの製造方法＞
本実施形態であるはんだバンプの製造方法は、はんだバンプ製造用ペーストを回路基板の電極の上に塗布し、次いで加熱してはんだバンプを生成させる。
はんだバンプ製造用ペーストを回路基板の電極の上に塗布する方法としては、塗布用のマスクを用いた印刷法を用いることができる。
はんだバンプ製造用ペーストの加熱（リフロー）は、はんだバンプの製造で使用される通常のリフロー炉を用いて行うことができる。
<Solder bump manufacturing method>
In the method for manufacturing a solder bump according to the present embodiment, a solder bump manufacturing paste is applied onto an electrode of a circuit board and then heated to generate a solder bump.
As a method for applying the solder bump manufacturing paste on the electrodes of the circuit board, a printing method using a coating mask can be used.
The solder bump manufacturing paste can be heated (reflowed) using a normal reflow furnace used in the manufacture of solder bumps.
［本発明例１］
はんだバンプ製造用金属粉末として、Ｃｕ含有量が０．７質量％、残部ＳｎからなるＳｎ−０．７Ｃｕ系はんだに、Ｎａ含有量が１５質量ｐｐｍとなるようにＮａを添加したＳｎ−Ｃｕ−Ｎａ合金の粉末をアトマイズにより作製した。この合金粉末を、粒子径が５〜１５μｍの範囲となるように分級した。分級後の合金粉末とＲＡフラックスとを質量比８９：１１の割合で混合して、はんだバンプ製造用ペーストを調製した。
[Invention Example 1]
As a metal powder for producing solder bumps, Sn-Cu- in which Na content is added to Sn-0.7Cu solder having a Cu content of 0.7 mass% and the remaining Sn is 15 mass ppm. Na alloy powder was prepared by atomization. The alloy powder was classified so that the particle diameter was in the range of 5 to 15 μm. The alloy powder after classification and the RA flux were mixed at a mass ratio of 89:11 to prepare a solder bump manufacturing paste.
調製したはんだバンプ製造用ペーストの濡れ力と、そのペーストを用いて製造したはんだバンプの最大ボイド直径率を下記の方法により測定した。その結果を、表１に示す。
なお、表１には、はんだバンプ製造用ペーストに含まれるはんだバンプ製造用金属粉末の構成と組成およびフラックスの種類を併せて記載した。また、はんだバンプ製造用金属粉末の組成は、ＩＣＰ−ＯＥＳにて分析した。
The wet strength of the prepared solder bump manufacturing paste and the maximum void diameter ratio of the solder bump manufactured using the paste were measured by the following method. The results are shown in Table 1.
In Table 1, the configuration and composition of the metal powder for producing solder bumps contained in the solder bump producing paste and the types of fluxes are also shown. Moreover, the composition of the metal powder for producing solder bumps was analyzed by ICP-OES.
（濡れ力の測定方法）
Ｃｕ板への濡れ力を、濡れ性試験機を用いて、メニスコグラフ法により測定した。Ｃｕ板として、幅１０ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの無酸素銅板を用い、測定温度は２５７℃とした。
(Measuring method of wetting force)
The wetting force to the Cu plate was measured by a menisograph method using a wettability tester. An oxygen-free copper plate having a width of 10 mm, a length of 30 mm, and a thickness of 0.3 mm was used as the Cu plate, and the measurement temperature was 257 ° C.
（最大ボイド直径率）
はんだバンプ製造用ペーストを、開口径８５μｍ、厚さ２０μｍ、ピッチ１５０μｍの開口部が設けられているソルダーレジスト（ＳＲ）を有する回路基板に、開口径１１０μｍ、厚さ２０μｍの開口部を有するステンシルマスクを用いて印刷した。次いで、回路基板を熱対流式リフロー炉にて温度２４０℃で加熱して、はんだバンプを製造した。製造した１６００個のはんだバンプ中のボイドのサイズを、透過Ｘ線によって計測した。計測したボイドのサイズが最も大きい最大ボイドが発生したバンプの直径とその最大ボイドの直径とから下記の式より、最大ボイド直径率（％）を算出した。
最大ボイド直径率（％）＝（最大ボイドの直径）÷（バンプの直径）×１００
(Maximum void diameter ratio)
A stencil mask having an opening with an opening diameter of 110 μm and a thickness of 20 μm on a circuit board having a solder resist (SR) provided with an opening with an opening diameter of 85 μm, a thickness of 20 μm, and a pitch of 150 μm. Was used for printing. Next, the circuit board was heated at a temperature of 240 ° C. in a heat convection reflow furnace to produce solder bumps. The size of voids in the manufactured 1600 solder bumps was measured by transmission X-ray. The maximum void diameter ratio (%) was calculated from the following formula from the diameter of the bump where the largest void with the largest measured void size occurred and the diameter of the largest void.
Maximum void diameter ratio (%) = (maximum void diameter) ÷ (bump diameter) × 100
［本発明例２〜１２、比較例１〜５］
はんだバンプ製造用金属粉末として、表１に示す構成からなる金属粉末を用いたこと以外は、本発明例１と同様にして、はんだバンプ製造用ペーストを調製した。そして、調製したはんだバンプ製造用ペーストについて濡れ力と、そのペーストを用いて製造したはんだバンプの最大ボイド直径率を測定した。その結果を表１に示す。
[Invention Examples 2-12, Comparative Examples 1-5]
A solder bump manufacturing paste was prepared in the same manner as in Example 1 of the present invention, except that the metal powder having the structure shown in Table 1 was used as the solder bump manufacturing metal powder. Then, the wet soldering force and the maximum void diameter ratio of the solder bump manufactured using the paste were measured for the prepared solder bump manufacturing paste. The results are shown in Table 1.
表１の結果から、はんだバンプ製造用金属粉末として、Ｎａ、ＬｉおよびＰを本発明の範囲内の量にて含むＳｎ−Ｃｕ−Ｎａ合金粉末を用いたはんだバンプ製造用ペースト（本発明例１〜１２）は、これらの添加元素を含まない従来のＳｎ−０．７Ｃｕはんだ粉末を用いたはんだバンプ製造用ペースト（比較例１）と比較して、濡れ力が顕著に向上し、また得られるはんだバンプの最大ボイド直径率が顕著に低減することが確認された。
また、本発明例４、５の結果から、Ｎａを本発明の範囲内の量にて含むＳｎ−Ｎａ合金粉末とＣｕ粉末の混合物（本発明例４）およびＣｕ−Ｎａ合金粉末とＳｎ粉末の混合物（本発明例５）を用いた場合についても得られるはんだバンプの最大ボイド直径率が顕著に低減することが確認された。
From the results of Table 1, a solder bump manufacturing paste using Sn—Cu—Na alloy powder containing Na, Li and P in amounts within the scope of the present invention as the metal powder for solder bump manufacturing (Invention Example 1) ~ 12) are significantly improved in wettability and obtained as compared with the solder bump manufacturing paste (Comparative Example 1) using the conventional Sn-0.7Cu solder powder not containing these additive elements. It was confirmed that the maximum void diameter ratio of the solder bumps was significantly reduced.
In addition, from the results of Invention Examples 4 and 5, the mixture of Sn—Na alloy powder and Cu powder (Invention Example 4) containing Na in an amount within the scope of the present invention, and Cu—Na alloy powder and Sn powder. It was confirmed that the maximum void diameter ratio of the obtained solder bumps was remarkably reduced even when the mixture (Invention Example 5) was used.
一方、Ｎａ、ＬｉおよびＰの含有量が本発明の範囲から外れる合金粉末を用いたはんだバンプ製造用ペースト（比較例２〜５）については、濡れ力およびはんだバンプの最大ボイド直径率のいずれについても、従来のＳｎ−０．７Ｃｕ系はんだ粉末を用いたはんだバンプ製造用ペースト（比較例１）と同等もしくはわずかに向上する程度であることが確認された。 On the other hand, regarding the solder bump manufacturing paste (Comparative Examples 2 to 5) using the alloy powder in which the contents of Na, Li, and P deviate from the scope of the present invention, either wettability or the maximum void diameter ratio of the solder bump Also, it was confirmed that it was equivalent to or slightly improved from the solder bump manufacturing paste (Comparative Example 1) using the conventional Sn-0.7Cu solder powder.
［本発明例１３］
はんだバンプ製造用金属粉末として、Ａｇ含有量が３質量％、Ｃｕ含有量が０．５質量％、残部ＳｎからなるＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだにＮａ含有量が１５質量ｐｐｍとなるようにＮａを添加したＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎａ合金の粉末をアトマイズにより作製したこと以外は、本発明例１と同様にしてはんだバンプ製造用ペーストを調製した。そして、調製したはんだバンプ製造用ペーストについて、濡れ力とそのペーストを用いて製造したはんだバンプの最大ボイド直径率を測定した。その結果を表２に示す。
なお、表２には、はんだバンプ製造用ペーストに含まれるはんだバンプ製造用金属粉末の構成と組成およびフラックスの種類を併せて記載した。また、はんだバンプ製造用金属粉末の組成は、ＩＣＰ−ＯＥＳにて分析した。
[Invention Example 13]
As a solder bump manufacturing metal powder, Ag content is 3 mass%, Cu content is 0.5 mass%, and Sn content is Sn-3Ag-0.5Cu based solder composed of the remaining Sn, so that the Na content is 15 mass ppm. A paste for producing solder bumps was prepared in the same manner as in Invention Example 1, except that a Sn-Ag-Cu-Na alloy powder added with Na was added by atomization. And about the prepared paste for solder bump manufacture, the maximum void diameter ratio of the solder bump manufactured using the wet power and the paste was measured. The results are shown in Table 2.
In Table 2, the configuration, composition, and type of flux of the solder bump manufacturing metal powder contained in the solder bump manufacturing paste are shown. Moreover, the composition of the metal powder for producing solder bumps was analyzed by ICP-OES.
［本発明例１４〜１９、比較例６〜７］
はんだバンプ製造用金属粉末として、表２に示す構成と組成からなる金属粉末を用いたこと以外は、本発明例１３と同様にして、はんだバンプ製造用ペーストを調製して、その評価を行った。その結果を表２に示す。
[Invention Examples 14-19, Comparative Examples 6-7]
A solder bump manufacturing paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 13 of the present invention, except that the metal powder having the composition and composition shown in Table 2 was used as the solder bump manufacturing metal powder. . The results are shown in Table 2.
表２の結果から、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだについても、Ｎａ、ＬｉおよびＰを本発明の範囲内の量にて含む金属粉末を用いたはんだバンプ製造用ペースト（本発明例１３〜１９）は、これらの添加元素を含まない従来のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ系合金粉末を用いたはんだバンプ製造用ペースト（比較例６）と比較して、濡れ力が顕著に向上し、また得られるはんだバンプの最大ボイド直径率が顕著に低減することが確認された。一方、Ｐの含有量が本発明の範囲よりも多い合金粉末を用いたはんだバンプ製造用ペースト（比較例７）については、濡れ力およびはんだバンプの最大ボイド直径率のいずれについても、従来のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだ粉末を用いたはんだバンプ製造用ペースト（比較例６）と同等もしくはわずかに向上する程度であることが確認された。 From the results of Table 2, also for Sn-3Ag-0.5Cu solder, a solder bump manufacturing paste using metal powder containing Na, Li, and P in amounts within the scope of the present invention (Invention Examples 13 to 13). 19) has a significantly improved wettability compared to a solder bump manufacturing paste (Comparative Example 6) using a conventional Sn-3Ag-0.5Cu alloy powder containing no such added elements, and It was confirmed that the maximum void diameter ratio of the obtained solder bumps was significantly reduced. On the other hand, with respect to the solder bump manufacturing paste (Comparative Example 7) using an alloy powder having a P content higher than the range of the present invention, both conventional wetting force and the maximum void diameter ratio of the solder bump are Sn. It was confirmed that the solder bump manufacturing paste using the -3Ag-0.5Cu solder powder (Comparative Example 6) is equivalent to or slightly improved.
［本発明例２０］
はんだバンプ製造用金属粉末として、Ａｇ含有量が４質量％、Ｃｕ含有量が０．５質量％、残部ＳｎからなるＳｎ−４Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだにＮａ含有量が２８０００質量ｐｐｍとなるようにＮａを添加したＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎａ合金の粉末をアトマイズにより作製したこと以外は、本発明例１と同様にしてはんだバンプ製造用ペーストを調製した。そして、調製したはんだバンプ製造用ペーストについて、濡れ力とそのペーストを用いて製造したはんだバンプの最大ボイド直径率を測定した。その結果を表３に示す。
なお、表３には、はんだバンプ製造用ペーストに含まれるはんだバンプ製造用金属粉末の構成と組成およびフラックスの種類を併せて記載した。また、はんだバンプ製造用金属粉末の組成は、ＩＣＰ−ＯＥＳにて分析した。
[Invention Example 20]
As a metal powder for producing solder bumps, an Ag content of 4% by mass, a Cu content of 0.5% by mass, and an Sn-4Ag-0.5Cu solder composed of the remaining Sn have a Na content of 28000 ppm by mass. A paste for producing solder bumps was prepared in the same manner as in Invention Example 1, except that a Sn-Ag-Cu-Na alloy powder added with Na was added by atomization. And about the prepared paste for solder bump manufacture, the maximum void diameter ratio of the solder bump manufactured using the wet power and the paste was measured. The results are shown in Table 3.
In Table 3, the configuration, composition, and type of flux of the solder bump manufacturing metal powder contained in the solder bump manufacturing paste are shown. Moreover, the composition of the metal powder for producing solder bumps was analyzed by ICP-OES.
［本発明例２１〜２３、比較例８〜９］
はんだバンプ製造用金属粉末として、表３に示す構成と組成からなる金属粉末を用いたこと以外は、本発明例２０と同様にして、はんだバンプ製造用ペーストを調製して、濡れ力とそのペーストを用いて製造したはんだバンプの最大ボイド直径率を測定した。その結果を表３に示す。
[Invention Examples 21-23, Comparative Examples 8-9]
A solder bump manufacturing paste was prepared in the same manner as in Example 20 of the present invention except that the metal powder having the composition and composition shown in Table 3 was used as the solder bump manufacturing metal powder. The maximum void diameter ratio of the solder bumps manufactured using was measured. The results are shown in Table 3.
表３の結果から、Ｓｎ−４Ａｇ−０．５Ｃｕ系はんだについても、Ｎａ、ＬｉおよびＰを本発明の範囲内の量にて含む金属粉末を用いたはんだバンプ製造用ペースト（本発明例２０〜２３）は、これらの添加元素を含まない従来のＳｎ−４Ａｇ−０．５Ｃｕ系合金粉末を用いたはんだバンプ製造用ペースト（比較例８）と比較して、濡れ力が顕著に向上し、また得られるはんだバンプの最大ボイド直径率が顕著に低減することが確認された。一方、Ｎａの含有量が本発明の範囲から外れる合金粉末を用いたはんだバンプ製造用ペースト（比較例９）については、濡れ力およびはんだバンプの最大ボイド直径率のいずれについても、従来のＳｎ−４Ａｇ−０．５Ｃｕ系合金粉末を用いたはんだバンプ製造用ペースト（比較例８）と同等もしくはわずかに向上する程度であることが確認された。 From the results of Table 3, also for Sn-4Ag-0.5Cu solder, a solder bump manufacturing paste using metal powder containing Na, Li and P in amounts within the scope of the present invention (Invention Examples 20 to 20). 23) has a significantly improved wetting power compared to a solder bump manufacturing paste (Comparative Example 8) using a conventional Sn-4Ag-0.5Cu alloy powder not containing these additive elements. It was confirmed that the maximum void diameter ratio of the obtained solder bumps was significantly reduced. On the other hand, with respect to the solder bump manufacturing paste (Comparative Example 9) using the alloy powder whose Na content is out of the range of the present invention, both the wetting force and the maximum void diameter ratio of the solder bump are the conventional Sn- It was confirmed that the solder bump manufacturing paste using the 4Ag-0.5Cu alloy powder (Comparative Example 8) was equivalent to or slightly improved.
以上の結果から、本発明例によれば、回路基板の電極への濡れ性が高く、ボイドの発生が少なく、ボイドが発生したとしてもそのサイズが小さいはんだバンプを安定して製造することができるはんだバンプ製造用金属粉末、はんだバンプ製造用ペーストおよびはんだバンプの製造方法を提供することが可能となることが確認された。 From the above results, according to the example of the present invention, solder bumps having high wettability to the electrodes of the circuit board, little generation of voids, and small size of the voids can be stably produced. It was confirmed that a metal powder for producing solder bumps, a paste for producing solder bumps, and a method for producing solder bumps can be provided.
Claims (5)
ＳｎとＣｕまたはＳｎとＡｇとＣｕを含み、さらにＮａ、ＬｉおよびＰからなる群より選ばれる少なくとも一種の添加元素を１０質量ｐｐｍ以上２．８質量％以下の範囲となる量にて含有することを特徴とするはんだバンプ製造用金属粉末。 A metal powder for producing solder bumps for producing Sn-Cu solder bumps or Sn-Ag-Cu solder bumps by heating,
It contains Sn and Cu or Sn and Ag and Cu, and further contains at least one additive element selected from the group consisting of Na, Li, and P in an amount that is in the range of 10 mass ppm to 2.8 mass%. A metal powder for producing solder bumps.
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