JP4515258B2 - 過飽和微細結晶フラックスを使用したハンダ付け作業のための金属表面を準備する方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、ハンダフラックス組成物に関し、特にダイを基板またはマザーボードに取り付ける際に有用なハンダフラックス組成物に関する。

ハンダ付け作業の効率および質を改善し、接続の長期信頼性を改善するために、電子構成部品、回路、装置をハンダ付けする際に、ハンダ付け材料と一緒に種々のハンダフラックスが使用される。ハンダフラックスは、多くの場合、ハンダ付けが行われる表面の上の金属酸化物および不純物と反応し、または溶解するように、もしくは表面を酸化から保護すべく該表面をコーティングするように設計される。

ウェハレベルチップスケールパッケージング（ＷＬ−ＣＳＰ）用のウェハ上のボール取付け作業でのように、非常に小さいフィーチャを有する種々の品目を含むハンダ付け作業中にフラックスが使用されるので、フラックス自体およびその塗布方法の両方に対する需要が非常に多くなっている。このタイプのデバイスは、その大きさのために、ハンダジョイントの設置の点についての誤差に対する許容範囲が非常に厳しい。従ってリフロー中にハンダが基板上のその元の目的の位置から移動した場合、隣接するハンダジョイント間に電気的な橋絡が生じ、欠陥商品ができる恐れがある。

ハンダが移動する１つの原因は、フラックス自体にある。フラックスの浸透性が十分に高くない場合には、ハンダがリフロー中にフラックスの表面を横切って移動し、橋絡の問題を起こす恐れがある。過去においては、ステンシルまたはテンプレートを使用し、表面にハンダフラックスを選択的に塗布することによりこの問題を解決してきた。理論上では、ステンシルは、ハンダフラックスが塗布される領域、すなわち、ハンダが移動する領域を制限することにより、ハンダの移動を最低限に少なくすることができる。

図１〜図３は、ハンダフラックスを塗布する際のステンシルの使用方法を示す。このアプローチの場合には、図１に示すように、ステンシル１１がウェハ基板１３の上に置かれる。ステンシルは、ハンダフラックスを収容することができる複数の孔１５を備える。これらの孔は、下部バンプ金属化層１４上にフラックスを導くために間隔を置いて設けられる。下部バンプ金属化層は、ボンドパッド１６上に配置される。次に、ハンダフラックス１７がスキージ１９によりテンプレートを横切って塗布される。図２に示すように、ハンダフラックス１７を塗布した後で、ステンシル１１が除去され、その結果、ハンダフラックスは孔の付近だけに塗布される。図３に示すように、次に、ハンダボール２１がハンダフラックス１７上に置かれ、リフローが行われる。

上述のステンシルによるアプローチは、ステンシルを使用するので、製造プロセスが本来的に複雑になり、望ましくない。また、ステンシルと基板との間に何らかの位置ずれがあると、フラックスが正しく塗布されず、そのため欠陥製品ができることになるが、関連する寸法が非常に小さいために、位置合わせを制御するのは非常に難しい。さらに、ステンシルを正しく使用すれば、確実にハンダフラックスをウェハ基板の目的の領域だけに塗布することができるが、このアプローチでは、その後の、ハンダボールの設置またはリフロー中に、ハンダフラックスがそのような領域から移動するのを確実に防止することはできない。それ故、まず最初に、ステンシルを使用する利点が失われる恐れがある。

それ故、当該技術分野では、ハンダフラックス、およびウェハレベルチップスケールパッケージング（ＷＬ−ＣＳＰ）上のボール取付け作業およびハンダフラックスの塗布作業のための、ステンシルを使用しないですみ、ハンダの移動を最低限に制限する他のハンダボール取付け作業に使用することができる、基板にハンダフラックスを塗布する方法の開発が要求されている。これらおよび他の要求は、本明細書に記載する組成物および方法で満たされる。

１態様において、ボール取付けのようなハンダ付け作業のための金属表面を準備する方法が本明細書にて開示されている。この方法は、例えば、ボールを取付ける前に下部バンプ金属化層を処理するために使用され得るウェハレベルチップスケール作業に特に適している。この方法によれば、金属表面はカルボン酸の過飽和溶液を含有するハンダフラックスにより処理される。好適には、この溶液は、カルボン酸の混合物を含有し、より好適には、この溶液はアジピン酸、オルト（以下、ｏ）−ヒドロキシ安息香酸およびパラ（以下、ｐ）−ヒドロキシ安息香酸の混合物を含有する。また、フラックスは、好適には、ポリエチレングリコールのようなポリアルキレングリコールを含有し、より好適には、ポリエチレングリコールのようなポリアルキレングリコールと、ポリプロピレングリコールモノブチルエーテルのようなポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルとの混合物を含有する。多くの実施形態の場合、フラックスは、十分浸透性が高いので、電気的橋絡を起こさずに、ほぼ均一なまたは連続層（すなわち、ボンドパッドを横切って、またスペースを間に挟んで延びる層）として、ボール取付け作業中にウェハ基板に塗布することができるので、ステンシルを使用する必要はない。

他の態様において、ボール取付け作業のためにウェハ上に下部バンプ金属化層を準備する方法が本明細書にて開示されている。この方法は、ポリアルキレングリコールを含有する液体媒体中に溶けている少なくとも１つのカルボン酸の過飽和溶液を含有するハンダフラックスで下部バンプ金属化層を処理するステップを含む。

さらに他の態様において、ボール取付け作業のために下部バンプ金属化層を準備する方法が本明細書にて開示されている。この方法は、ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルを含有する液体媒体中に溶けている有機酸の混合物を含有するハンダフラックスで下部バンプ金属化層を処理するステップを含む。有機酸の混合物は、アジピン酸、ｏ−ヒドロキシ安息香酸、およびｐ−ヒドロキシ安息香酸を含む。

さらに他の態様において、カルボン酸の過飽和溶液を含有するハンダフラックスが本明細書にて開示されている。好適には、溶液は、カルボン酸の混合物を含有し、より好適には、溶液は、アジピン酸、ｏ−ヒドロキシ安息香酸およびｐ−ヒドロキシ安息香酸の混合物である。フラックスは、また、好適には、ポリエチレングリコールのようなポリアルキレングリコールを含有し、より好適には、ポリエチレングリコールのようなポリアルキレングリコールとポリプロピレングリコールモノブチルエーテルのようなポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルとの混合物を含有する。

さらに他の態様において、ハンダフラックスを製造する方法である。この方法は、液体媒体中に溶けている酸の混合物を含有する組成物が本明細書にて開示されている。この場合、液体媒体の温度はＴ_１であり、酸の混合物は、アジピン酸、ｏ−ヒドロキシ安息香酸、およびｐ−ヒドロキシ安息香酸からなるグループから選択した少なくとも１つの酸を含有し、組成物中の酸のうちの少なくとも１つの酸の量は、温度Ｔ_１で液体媒体中にその酸が溶けることができる量を超える。組成物は、次に、すべての酸が液体媒体中に完全に溶
解する温度Ｔ_２に加熱され、その後、組成物は、酸のうちの少なくとも１つの酸に関して過飽和である溶液を生成するのに十分な温度に冷却される。液体媒体は、好適には、ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールを含有し、ポリプロピレングリコールは、好適には、ポリプロピレングリコールエーテル、より好適には、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルである。酸の混合物は、好適には、アジピン酸、ｏ−ヒドロキシ安息香酸、およびｐ−ヒドロキシ安息香酸からなるグループから選択した少なくとも２つの酸を含有し、より好適には、アジピン酸、ｏ−ヒドロキシ安息香酸およびｐ−ヒドロキシ安息香酸を含有する。

本発明の上記および他の態様について、以下にさらに詳細に説明する。

本出願人は、過飽和カルボン酸のいくつかの溶液から非常に浸透性の高いハンダフラックスを作ることができるという驚くべき発見をした。これらのフラックスは、非常に浸透性が高いので、フラックスが塗布される金属表面から屑（ｄｅｂｒｉｓ）および酸化物層を急速に除去し、それによりリフロープロセス中に非常に速くハンダが付着するクリーンな金属表面が現れる。従って、リフロー中のハンダの移動は最低限になる。さらに、ハンダの移動が最低限になるので、フラックスを塗布するためのステンシルがもはや必要なくなる。そうではなく、フラックスを、ウェハまたはそのこのような基板を横切って、連続層として塗布することができる。従って、本明細書に記載する過飽和のハンダフラックスを使用すれば、ウェハレベルのボール取付け（および他の形でのハンダの塗布）が非常に簡単で容易になり、このプロセスに関連する時間とコストが低減し、製品の欠陥の共通の原因が除去される。このフラックスの可能な成分については、以下にさらに詳細に説明する。

Ａ．定義
本明細書で使用する場合、「過飽和」という用語は、溶質の平衡溶解度を超える溶質の濃度を有する溶液を意味する。「平衡溶解度」という用語は、溶質が溶ける速度および溶質が溶液から析出する速度が同じである溶質の濃度を意味する。

Ｂ．有機酸
本明細書に記載するハンダフラックスの種々の実施形態においては、種々の酸を使用することができる。使用するこれらの酸は、通常、単独でまたは他の酸との組合わせで、ハンダジョイントが付着する金属表面から金属酸化物および屑を除去するのに効果があり、それによりハンダジョイント用のクリーンで酸化物を含まない表面を生じる。特定の用途に応じて、塗布した後またはリフローの後に残滓がほとんど残らないか全然残らないように、またはフラックスが塗布される基板またはデバイスの構成部材に対して不活性なまたは無害な（例えば、非腐食性の）水で洗浄できる残滓を形成する目的で、十分揮発性の高いハンダフラックスを生成するように酸を選択することもできる。

本発明のハンダフラックスの種々の実施形態に使用される酸は、好適には、有機酸であり、より好適には、カルボン酸である。適当なカルボン酸としては、モノカルボン酸、ジカルボン酸、またはポリカルボン酸がある。このようなカルボン酸の特定の例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、アビエチン酸、吉草酸、カプロン酸、フェニル酢酸、安息香酸、アミノ安息香酸、コハク酸、グルタール酸、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、クエン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、マンデル酸、グリセリン酸、グリコール酸、エナント酸、カプリン酸、ペラルゴン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、アラキン酸、ベヘニン酸、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、レブリン酸、１２−ヒドロキシステアリン酸、安息香酸、アニス酸、アントラニル酸、ナフタリンカルボン酸、ピメリン酸、ドデ
カン二酸、エイコサン二酸、フタル酸、イソフタル酸、ナフタリンジカルボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、ジフェニルメタンジカルボン酸、トリメリト酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、およびブタン−１，２，３，４−テトラカルボン酸などがある。種々の脂肪酸も、そのうちのいくつかについてはすでに述べているが、本発明のフラックスのいくつかの実施形態に使用することができる。

種々の非カルボン酸も、本明細書に記載するハンダフラックスのいくつかの実施形態に使用することができる。例えば、ｐ−トルエンスルホン酸、５−スルホサリチル酸、４−スルホフタル酸、およびスルファニル酸も特定の用途に使用することができる。

本明細書で説明する酸のうちの２つまたはそれ以上の酸をベースとする種々の混合物も、本発明のフラックスに使用することができる。これらのうちのアジピン酸、ｏ−ヒドロキシ安息香酸（サリチル酸）およびｐ−ヒドロキシ安息香酸の混合物は特に好適なものである。最も好適な混合物は、ほぼ等しい重量部のこれら３つの酸から形成される。成分の酸および／または液体媒体を適切に選択することにより、混合物の成分のうちのいくつかまたは全部の沸点より低い沸点を有する混合物を作ることができ、それによりハンダリフロー中のフラックスの除去が容易になる。

そう望まれる場合には、ハンダジョイントに隣接する表面領域上の酸を濃縮させる恐れがある昇華を避けるように、混合物の成分を選択することができる。昇華は、また例えば適当な溶媒媒体またはキャリヤを使用する等の他の手段で避けることができる。

本明細書で説明するフラックスに使用する酸は、好適には過飽和溶液中に溶けているので、これらの溶液は、任意の所与の時点で、溶液から析出したある量の結晶性の材料を含んでいる場合がある。ボール取付け作業中にフラックスを使用する場合には、好適には、結晶材料の結晶の最大寸法の平均の大きさが、ハンダバンプのピッチより小さくなるように、結晶性の材料の析出が適当に制御される。それ故、できれば、これら結晶の最大の寸法の平均の大きさが、通常１００マイクロメートル未満に、好適には約５０マイクロメートル未満に、より好適には約４０マイクロメートル未満に、最も好適には約３０マイクロメートル未満になるように、結晶の析出が適当に制御される。結晶の寸法の制御は、フラックスの成分またはその比率を選択することにより、界面活性剤またはその他の添加物を添加することにより、冷却中にフラックスを機械的に攪拌することにより、フラックスの冷却プロファイルを制御することにより、冷却したフラックスを濾過することにより、または他の適当な手段により、行うことができる。それ故、例えば、過飽和フラックスを、所与の直径より大きい粒子をフラックスから濾外する多孔性の膜を通して基板に塗布することができる。

Ｃ．溶媒および液体媒体
本明細書で説明するハンダフラックスには種々の溶媒系および液体媒体を使用することができる。ある実施形態では、一種類の材料をフラックス用の溶媒または液体媒体として使用することができる。他の実施形態では、複数の材料の混合物をフラックス用の溶媒または液体媒体として使用することができる。さらに他の実施形態では、溶媒系または液体媒体は、フラックスの酸が蒸発するのを防止するポリエチレングリコールのようなキャリヤと、フラックスおよび／またはキャリヤに対して一般的な溶媒としての働きをするポリプロピレングリコールモノブチルエーテルのような主成分とを含んでもよい。一般的な溶媒は、好適には、フラックスの活性成分とキャリヤの両方を溶かすことができる。一般的な溶媒は、すべての活性フラックス成分を完全には溶かすことはできない（このような不完全な溶解の例として、過飽和溶液が含まれる）。ある実施形態では、溶媒系または液体媒体は、ハンダ付けまたはハンダリフロープロセス中に早期に除去することができる低沸点成分と、ハンダ付けまたはハンダリフロープロセス中に後までフラックス内に残ること
ができる高沸点成分とをさらに含んでもよい。

本明細書で説明するフラックスに使用する溶媒系および液体媒体の有用な成分は、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓ−ブチルアルコール、または高沸点の脂肪族アルコール、または、例えば、テトラヒドロフルフリルアルコールのような環状脂肪族アルコールを含むことができる。適当なアルコールにはさらに、他の揮発することができる脂肪族アルコールまたは環状脂肪族アルコール、特にフラックス成分の少なくとも一部が溶解することができる脂肪族または環状脂肪族アルコールも含み得る。

エステル結合またはエーテル結合を含む（グリコールを含む）ポリオールは、本明細書で説明するフラックスに使用する溶媒系および液体媒体に特に有用であり、ある実施形態では、キャリヤおよび／または一般的な溶媒として機能することができる。このようなポリオールは、例えば、エチレン、プロピレン、ブチレン、ヘキシレン、イソプロピレン、イソブチレン、およびイソペンチレンポリオールおよびポリビニルアルコールのような分岐鎖または直鎖アルキレンポリオールを含むことができる。このようなポリオールは、また、例えば、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールフェニルエーテルアセテート、ポリビニルイソブチルエーテル、およびジエチレングリコールエチルエーテルアセテートを含む、ポリオールエステル、ポリオールエーテル、およびポリオールエーテルエステルを含み得る。

脂肪族二塩基エステルも、本明細書で説明するフラックスに使用する溶媒系および液体媒体に使用することができる。適当な脂肪族二塩基エステルは、例えば、アジピン酸ジメチル、グルタン酸ジメチル、コハク酸ジメチル、およびこれらの組合わせを含み得る。

ポリビニルアルキルエーテルも、本明細書で説明するフラックスに使用する溶媒系および液体媒体に使用することができる。これらのうちの、ポリビニルイソブチルエーテルのような、アルキル基が１〜５の炭素原子を含むものは特に好適である。

本明細書で説明するハンダフラックスに使用する溶媒系および液体媒体はさらに、例えば、コハク酸ジメチルエステル、またはコハク酸、グルタル酸およびアジピン酸のジアルキルエステルの混合物を含む、低沸点を有する脂肪族カルボン酸エステルを含むことができる。

本明細書で説明するハンダフラックスに使用する溶媒系および液体媒体はさらに、アザ環状脂肪族（すなわち、Ｎ−複素環式）ケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、アセトン、およびメチルエチルケトンを含む脂肪族、環状、または環状脂肪族ケトンを含むことができる。

さらに、本明細書で説明するハンダフラックスに使用する溶媒系および液体媒体は、芳香族炭化水素または脂肪族炭化水素も含むことができる。炭化水素を追加すると、ある場合には、その基板の電気的特性が改善され、トリクロロエタン、パークロロエチレンのような非極性溶媒を用いて、そのような溶媒が望ましい場合には、デバイスからフラックスをもっと容易に除去することができるようになる。使用できる炭化水素としては、ジキシリルエタン（１、１−ジ（ｏキシリル）エタン）、スクアランまたはスクアレンのような天然油、鉱物油および、例えば、トルエンおよびキシレンのような芳香族炭化水素等がある。

本明細書で説明する種々の使用可能な成分のうち、フラックスに使用する溶媒系および
液体媒体は、好適には、ポリプロピレングリコールエーテルのようなポリアルキレングリコールエーテルを含むポリエチレングリコールの混合物をベースとするものである。ポリエチレングリコールは、通常、約２００ｇ／モルから約４０００ｇ／モルの範囲、好適には、約７００ｇ／モルから約１２００ｇ／モルの範囲、およびより好適には、約７００ｇ／モルから約１０００ｇ／モルの範囲の平均分子量を有する。最も好適には、ポリエチレングリコールは、約９００ｇ／モルの平均分子量を有する。ポリプロピレングリコールエーテルは、好適には、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルであることが好ましく、最も好適には、ポリプロピレングリコールモノブチルエーテルである。

ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールエーテルの混合物をベースとする溶媒系または液体媒体を使用する本明細書で説明するハンダフラックスでは、ポリエチレングリコールの量は、通常、フラックスの全重量をベースとして、約５〜約５０％の範囲内、好適には、約１０〜約３０％の範囲内、より好適には、約１５〜約２５％の範囲内である。最も好適には、混合物内のポリエチレングリコールの量は、フラックスの全重量をベースとして、約１７重量％である。ポリプロピレングリコールエーテルの量は、通常、フラックスの全重量をベースとして、約１０〜約８０％の範囲内、好適には、約２０〜約６０％の範囲内、より好適には、約３５〜約５０％の範囲内である。最も好適には、混合物内のポリプロピレングリコールエーテルの量は、フラックスの全重量をベースとして、約４４重量％である。

Ｄ．界面活性剤
本明細書で説明するハンダフラックス組成物のある実施形態の場合には、組成物中に１つまたはそれ以上の界面活性剤を含んでいると有利な場合がある。好適には、そのような界面活性剤は非イオン性であり、フェノキシポリエトキシエタノール；ペルフルオロアルキルアルコール；グリセロールモノラウレートおよびジステアリン酸エチレングリコールのようなグリコール脂肪酸エステル；アルキルアリルポリエーテルアルコール；三次アセチレングリコール；エトキシル化ポリオキシプロピレン；アルコキシル化ビスフェノールのようなアルコキシル化フェノール；モノアルキル、ジアルキル、またはトリアルキル、またはモノアリル、ジアリル、トリアリルリン酸エステル；レブリン酸のようなケト脂肪酸またはケトン酸；ポリカルボン酸；およびこれらの混合物を含む。

Ｅ．耐食剤および錯化剤
本明細書で説明するフラックス組成物のある実施形態の場合には、ハンダ付けされる金属の酸化を防止し／最低限にするために１つまたはそれ以上の耐食剤を含んでいると有利な場合がある。使用できる耐食剤の例としては、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、イミダゾール等がある。

また、ある実施形態の場合には、例えば、エチルアミンまたは他の簡単なアミンのような錯化剤、または、例えば、エチレンジアミン四酢酸のようなキレート化剤を使用すると有利な場合がある。

Ｆ．流動促進剤
本明細書で説明するフラックス組成物は、また、ハンダフラックスのある種の用途の際に必要な場合があるように、所望の粘着性、粘度または印刷性を達成するために、１つまたはそれ以上の流動学的特性の促進剤を含有してもよい。これらの促進剤は、ポリビニルピロリドン、スターチ、アラビアゴム、トラガカントゴム、およびキサンタンゴムのようなヒドロキシエチルセルロースゴム、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、エチルセルロース、ポリ（エチレン−アクリル酸）、およびポリブテンのような材料を含むことができる。

Ｇ．フラックスおよびハンダの塗布方法
本明細書で説明するフラックス組成物は、フォーミング、ウェーブフラクシング、スプレー、刷毛塗り、ローリング、浸漬およびスクリーン印刷を含む種々の技術で金属表面に塗布することができる（すでに説明したように、この後者の方法は、通常、必要ないが、必要な場合には、依然として使用することができる）。ハンダは、また、ドロップディスペンシングおよび流動ハンダ付けを含む種々の技術により、フラックスでコーティングした面に塗布することができる。

Ｈ．実施例
下記の実施例では、別段の指定がない限り、フラックス成分のすべての百分率は、フラックスの全重量を基準とした成分の重量％である。

実施例１
この実施例は、本明細書の教示による過飽和フラックスの調製を示す。
同じ部のアジピン酸（融点：１５３℃；沸点：２６５℃）、サリチル酸（ｏ−ヒドロキシ安息香酸）（融点：１６０℃；沸点：２１１℃）、およびｐ−ヒドロキシ安息香酸（融点：２１６℃）を一緒に混合した。次に、（９００ｇ／モルの平均分子量を有する）ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールモノブチルエーテルを上記の酸の混合物に加え、結果として得られる溶液をゆっくりと攪拌しながら１８０℃に加熱した。透明になったところで溶液から熱を除去した。泡の発生を防ぐために攪拌速度をゆっくりと高速にした。

冷却すると、等質な結晶性の相が混合物から沈殿した。溶液を約５０℃に冷却して、結晶を測定した結果、平均最大直径が約５０マイクロメートル未満であることが分かった。溶液が室温に下がった後で、数時間の間結晶が引き続き成長することを観察した。これにより、冷却後もある時間の溶液が過飽和状態を維持することが証明された。

実施例２〜３
下記の実施例は、本発明の開示により調製したハンダフラックスの使用方法を示す。
実施例１の過飽和ハンダフラックスの効力を、フラックスが依然として過飽和状態である間に、ＷＬ−ＣＳＰボール取付け作業中に、フラックスを使用して試験した。この実験には２つの別々のウェハを使用した。各ウェハ上の各ダイは、８×８Ｉ／Ｏアレイを含んでいたので、６４のハンダのバンプを塗布しなければならなかった。各バンプのピッチは約０．５ｍｍであった。各ダイは一辺が５ｍｍの正方形であった。

それぞれの場合、スクリーンプリンタにより、フラックスをウェハの表面上にスキージにより印刷した。実施例２の場合には、上記フラックスの約５１マイクロメートル（２ミル）の厚さの層が、ハンダを塗布する前にウェハの表面上に堆積された。実施例３の場合には、上記フラックスの約７６マイクロメートル（３ミル）の厚さの層が、ハンダを塗布する前にウェハの表面上に堆積された。

図４〜図５は、フラックスの塗布に使用した方法を示すが、テンプレートまたはステンシルは使用しなかった。この方法に従い、フラックス３１をスキージ３５によりウェハ基板３３に塗布した。ウェハは、それぞれが下部バンプ金属化層３４と適合する複数のボンドパッド３６を含んでいた。フラックスをウェハの全表面上にほぼ均一に塗布した。次に、Ｓｎ_６２Ｐｂ_３６Ａｇ_２の組成物を有するハンダボール３７を、手動のボールドロップツールによりフラックスの頂面上に置いた。このツールは、基本的には、ハンダボールが通過してウェハの表面上に落下する複数の孔のパターンを有するスクリーンである。

ハンダボールを堆積した後で、約２２０〜約２５０℃の範囲の温度でハンダボールをリ
フローし、欠陥のあるダイスの数を数えた。これらの実施例の目的のために、ダイ上に存在する欠陥バンプの数とは無関係に、リフローの後で少なくとも１つの欠陥ハンダバンプを有するダイを不合格として記録した。それ故、６４個の合格ハンダバンプを有するダイスだけを非欠陥品として記録した。

実施例２の場合、ダイの歩留まりが８３％であったが、実施例３の場合には、ダイの歩留まりは７２％であった。結果を最適化するための試みを全く行わなかったこと、および使用した方法および装置が遙かに粗末なものであり、市販のボール取付け作業で使用する方法および装置よりもエラーを起こし易いものであったことを考慮すれば、結果は非常に良かった。より詳細に説明すると、不合格としたダイ内の欠陥の大部分は、フラックスを塗布する際のミス、またはハンダボールの設置の際のミスのようなオペレータの操作ミスによるタイプのものであった。このようなミスは、通常、自動的市販規模のプロセスの場合には発生しない。

比較例１
今回は、市販のフラックス（インジウム社が市販しているＴＡＣ０１４）を、例１のフラックスの代わりに使用したことを除けば、同じ方法で実施例２を反復して行った。リフローの際、重大な橋絡の問題が発生し、結果としてダイの歩留まりは０％であった。

実施例２〜３および比較例１は、ステンシルを使用しない場合でも、ＷＬ−ＣＳＰデバイスの製造に関連するタイプのボール取付け作業において、本明細書で説明した過飽和フラックス組成物の効果を示している。これらの例は、また、既存のフラックスと比較して、これらのフラックスが優れていることを証明している。すでに説明したように、これらの結果または関連する種々のプロセスのパラメータ（例えば、印刷速度およびスキージの圧力）を最適化するための試みは行わなかった。上記のように使用した装置は、小規模の実験には適しているが、大規模なボール取付け作業の際に通常使用する装置と比較すると遥かに粗末なものである（この後者の装置は、通常、自動位置合わせ、自動（および最適化）フラックスプリンタ、および非接触ボール設置を含む自動システムを含む）。しかし、そうであったとしても、結果は、市販のフラックスと比較した場合、本明細書で説明したハンダフラックスが優れていることを証明している。さらに、実施例２〜３の製品に認められた欠陥の大部分は、オペレータのミスによるものであるので、これらの実施例で説明したフラックスは、もっと精巧なプロセス（例えば、ボールがより正確に設置され、フラックスの塗布量が少ないプロセス）でも使用でき、１００％近いダイ歩留まりをあげるものと予想される。

ハンダフラックスと、ウェハレベルチップスケールパッケージング（ＷＬ−ＣＳＰ）作業および他のハンダ付け作業の際に、ボールの取付けのために使用することができ、その塗布のためにステンシルを使用する必要がなく、ハンダの移動を最低限に制限する、基板にハンダフラックスを塗布する方法とについて今まで説明してきた。

本発明の上記説明は例示のためのものであって、本発明を制限するものではない。それ故、本発明の範囲から逸脱することなしに、上記実施形態に対して種々の追加、置換および改変をすることができることを理解することができるだろう。それ故、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参酌して解釈すべきである。

ウェハ基板にフラックスを塗布するための従来技術の方法の例示としての図。 ウェハ基板にフラックスを塗布するための従来技術の方法の例示としての図。 ウェハ基板にフラックスを塗布するための従来技術の方法の例示としての図。 ウェハ基板にフラックスを塗布するための、本明細書の教示の例示としての図。 ウェハ基板にフラックスを塗布するための、本明細書の教示の例示としての図。

Claims (5)

1. ハンダ付け作業のための金属表面を準備する方法であって、
   ポリアルキレングリコールを含有する液体媒体中に溶けているカルボン酸の過飽和溶液を含むハンダフラックス（３１）を調製するステップであって、カルボン酸の量をＴ _１ の温度で前記液体媒体に対するカルボン酸の溶解度を超える量に設定し、カルボン酸のすべてが前記液体媒体中で完全に溶解する温度Ｔ _２ に前記ハンダフラックスを加熱し、その後カルボン酸について過飽和している過飽和溶液を十分に生成するように前記ハンダフラックスを冷却する、ハンダフラックスを調製するステップと、
   前記金属表面（３４）に、前記過飽和溶液を含む前記ハンダフラックスを塗布するステップと、を含む方法。
2. 前記カルボン酸がアジピン酸である、請求項１に記載の方法。
3. 前記過飽和溶液中の前記カルボン酸の少なくとも一部が結晶化されており、前記フラックス中に存在するカルボン酸の結晶の直径が５０マイクロメートル未満である請求項１に記載の方法。
4. ハンダフラックスを調製する方法であって、
   ポリアルキレングリコールを含む液体媒体中に溶けている酸の混合物を含む組成物を供給するステップであって、前記液体媒体の温度がＴ_１であり、前記酸の混合物が、アジピン酸、ｏ−ヒドロキシ安息香酸およびｐ−ヒドロキシ安息香酸からなるグループから選択された少なくとも１つの酸を含有し、前記組成物中の前記酸のうちの少なくとも１つの酸の量が、Ｔ_１の温度で前記液体媒体のその酸の溶解度を超える量に設定される、前記組成物を供給するステップと、
   前記酸のすべてが前記液体媒体中で完全に溶解する温度Ｔ_２に前記組成物を加熱するステップと、
   前記酸のうちの少なくとも１つについて過飽和している溶液を十分生成するように、前記組成物を冷却するステップとを含む方法。
5. ボール取付け作業のためにウェハ上に下部バンプ金属化層を準備する方法であって、
   ポリアルキレングリコールを含有する液体媒体中に溶けているカルボン酸の過飽和溶液を含有するハンダフラックスを調製するステップであって、カルボン酸の量をＴ _１ の温度で前記液体媒体に対するカルボン酸の溶解度を超える量に設定し、カルボン酸のすべてが前記液体媒体中で完全に溶解する温度Ｔ _２ に前記ハンダフラックスを加熱し、その後カルボン酸について過飽和している過飽和溶液を十分に生成するように前記ハンダフラックスを冷却する、ハンダフラックスを調製するステップと、
   前記過飽和溶液を含有する前記ハンダフラックスで下部バンプ金属化層を処理するステップと、を含み、
   前記ハンダフラックスで下部バンプ金属化層を処理するステップは、前記ハンダフラックスを連続したコーティングとしてウェハ表面に塗布するステップを含む方法。

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