JP5955036B2

JP5955036B2 - はんだバンプの形成方法

Info

Publication number: JP5955036B2
Application number: JP2012049617A
Authority: JP
Inventors: 将一中路; 我妻　建太郎; 建太郎我妻
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: JP2013187254A

Description

本発明は、はんだバンプの形成方法に関する。

電子部品の高密度実装の要請から、電子部品の実装方法としては、ワイヤボンディング法によるフェイスアップ方式の実装方法から、はんだバンプを用いたフェイスダウン方式の実装方法へと変化している。はんだバンプを形成する方法として、従来では、いわゆるメッキ法や蒸着法などが採用されていた。ところが、これらの方法では、大掛かりで高価な設備を必要とするのに加え、はんだバンプの高さやはんだ組成の制御が難しいといった問題点があった。また、他の部品との電気的な接続をしやすくするという観点から、はんだバンプの高さをできる限り高くすることが求められていた。
これらの問題点を解決するために、ドライフィルムなどの一時レジスト、および、ソルダーペーストを用いたはんだバンプの形成方法が提案されている（例えば、特許文献１）。また、溶融はんだなどの導電性材料を、モールドの複数のキャビティに射出成形する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２０００−２０８９１１号公報特開２００７−２９４９５９号公報

前記特許文献１に記載の方法においては、一時レジストの厚みの分だけ、ソルダーペーストを厚く塗布することで、はんだバンプの高さを高くしている。しかしながら、ソルダーペーストを溶融させてはんだバンプを形成する際には、ソルダーペーストの体積が減少し、その高さが低くなる。そのため、一時レジストの厚みをより厚くすることが求められるが、一時レジストを厚くするには一定の限界がある。このように、前記特許文献に記載の方法によっても、はんだバンプの高さを一定以上の高さに形成することは難しいという問題があった。
一方、前記特許文献２に記載の方法においては、はんだバンプを形成する位置に、複数のキャビティが重なるように、モールドと配線基板とを位置合わせする必要があり、この作業が非常に困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、簡便な方法で、十分な高さを有するはんだバンプを形成できるはんだバンプの形成方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決すべく、本発明は、以下のようなはんだバンプの形成方法を提供するものである。
すなわち、本発明のはんだバンプの形成方法は、配線基板の表面に形成された複数の電極パッドにはんだバンプを形成するはんだバンプの形成方法であって、前記配線基板上に、前記電極パッドに対応する開口部が設けられた一時レジスト膜を形成する一時レジスト膜形成工程と、前記開口部に、フローはんだ付け法または射出成形法により、溶融はんだを充填して、はんだバンプを形成するはんだ充填工程と、前記配線基板から前記一時レジスト膜を剥離する一時レジスト膜剥離工程と、を備え、前記一時レジスト膜は、感光性樹脂組成物を用いて形成される膜であり、前記感光性樹脂組成物は、（Ａ）カルボキシル基含有感光性樹脂と、（Ｂ）光重合開始剤と、（Ｃ）希釈剤と、（Ｄ）エポキシ化合物と、（Ｅ）フィラーとを含有し、前記（Ｅ）成分の含有量は、前記（Ａ）成分１００質量部に対して、１０〜１２０質量部であることを特徴とする方法である。

本発明のはんだバンプの形成方法においては、前記（Ｅ）フィラーが、硫酸バリウム、タルクおよびシリカからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
本発明のはんだバンプの形成方法においては、前記（Ｅ）成分の含有量は、前記（Ａ）成分１００質量部に対して、５０〜１２０質量部であることが好ましい。

本発明によれば、簡便な方法で、十分な高さを有するはんだバンプを形成できるはんだバンプの形成方法を提供することができる。

本発明に用いる配線基板を示す概略図である。本発明において、配線基板上に一時レジスト膜を形成した状態を示す概略図である。本発明において、一時レジスト膜上にフォトマスクを配置した状態を示す概略図である。本発明において、露光処理後の一時レジスト膜に現像処理を施して、一時レジスト膜に開口部を設けた状態を示す概略図である。本発明において、開口部に溶融はんだを充填した状態を示す概略図である。本発明において、配線基板から一時レジスト膜を剥離した状態を示す概略図である。

以下、本発明のはんだバンプの形成方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第一実施形態］
図１〜図６は、本発明のはんだバンプの形成方法の一態様（第一実施形態）を説明するための図である。
本発明のはんだバンプの形成方法は、図１〜図６に示すように、配線基板１の表面に形成された複数の電極パッド１２にはんだバンプ３を形成するはんだバンプの形成方法であって、以下説明する一時レジスト膜形成工程、はんだ充填工程、および、一時レジスト膜剥離工程を備える方法である。

配線基板１は、図１に示すように、絶縁基材１１と、電極パッド１２と、ソルダーレジスト膜１３とを備える。
絶縁基材１１としては、適宜公知のものを用いることができ、ガラスエポキシ基材、ポリイミド基材、シリコン基材などが挙げられる。
電極パッド１２は、配線基板１の表面に形成されるものであり、他の電子部品との電気的接続を図るためのものである。電極パッド１２の材質は、特に限定されないが、銅、銀、スズ、金、ニッケル、パラジウムなどが挙げられる。電極パッド１２は、単一層で形成されていてもよく、複数の材質を用いて複数層で形成されてもよい。
ソルダーレジスト膜１３は、配線基板１の表面に形成されるものであり、配線基板１の配線同士の短絡などを防止するものである。ソルダーレジスト膜１３としては、適宜公知のものを用いることができる。なお、ソルダーレジスト膜１３は、配線基板１の表面に半永久的に存在する永久レジストであり、以下説明する一時レジスト膜２とは相違する。

一時レジスト膜２は、本発明のはんだバンプの形成方法の実施中にのみ存在する、一時的なレジスト膜のことをいう。この一時レジスト膜２は、溶融はんだに対して一定の耐性を有するものであるとともに、はんだバンプを形成した後に剥離可能なものであることが必要となる。一時レジスト膜２は、上記の条件を満たすものであれば、特に限定されないが、本実施形態では、一時レジスト膜２が感光性樹脂組成物を用いて形成される場合を例に挙げて説明する。

本発明に用いる感光性樹脂組成物は、（Ａ）カルボキシル基含有感光性樹脂と、（Ｂ）光重合開始剤と、（Ｃ）希釈剤と、（Ｄ）エポキシ化合物と、（Ｅ）フィラーとを含有することが好ましい。

（Ａ）成分は、例えば、感光性の不飽和二重結合を１個以上有する感光性のカルボキシル基含有樹脂や、感光性の不飽和二重結合を有さないカルボキシル基含有樹脂である。（Ａ）成分としては、例えば、分子中にエポキシ基を２個以上有する脂環骨格エポキシ樹脂のエポキシ基の少なくとも一部にアクリル酸またはメタクリル酸などのラジカル重合性不飽和モノカルボン酸を反応させた後、生成した水酸基に多塩基酸無水物を反応させたものを用いることができる。

（Ｂ）成分は、公知の光重合開始剤であれば、特に限定されない。この（Ｂ）成分としては、例えば、オキシム系開始剤、ベンゾイン、アセトフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾフェノンが挙げられる。
（Ｂ）成分の使用量は、前記（Ａ）成分１００質量部に対して、例えば、５〜２０質量部である。

（Ｃ）成分は、公知の光重合性モノマーであれば、特に限定されない。この（Ｃ）成分は、（Ａ）成分の光硬化を十分にして、耐酸性、耐熱性、耐アルカリ性などを有する塗膜を得るために使用する。この（Ｃ）成分としては、例えば、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレートが挙げられる。
（Ｃ）成分の使用量は、（Ａ）成分１００質量部に対して、例えば、２〜４０質量部である。

（Ｄ）成分は、前記感光性樹脂組成物において、硬化塗膜の架橋密度を上げるためのものである。（Ｄ）成分としては、エポキシ樹脂などが挙げられる。
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂（フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック型など）、ビスフェノールＦ型またはビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂（ビスフェノールＦやビスフェノールＳにエピクロルヒドリンを反応させて得られたエポキシ樹脂）、脂環式エポキシ樹脂（シクロヘキセンオキシド基、トリシクロデカンオキシド基、シクロペンテンオキシド基などを有するエポキシ樹脂）、トリグリシジルイソシアヌレート（トリス（２，３−エポキシプロピル）イソシアヌレート、トリグリシジルトリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートなど）、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、アダマンタン型エポキシ樹脂が挙げられる。
（Ｄ）成分の使用量は、（Ａ）成分１００質量部に対して、例えば、１０〜５０質量部である。

（Ｅ）成分は、無機微粒子であり、前記感光性樹脂組成物の熱による変形を抑制するために使用する。この（Ｅ）成分としては、例えば、硫酸バリウム、タルク、シリカが挙げられる。
（Ｅ）成分の使用量は、溶融はんだと接触した際の変形を抑制するという観点から、（Ａ）成分１００質量部に対して、１０〜１２０質量部であることが好ましく、３０〜１２０質量部であることがより好ましく、５０〜１２０質量部であることが特に好ましい。

一時レジスト膜形成工程においては、配線基板１上に、電極パッド１２に対応する開口部２１が設けられた一時レジスト膜２を形成する。具体的には、次に示すような方法で、電極パッド１２に対応する開口部２１が設けられた一時レジスト膜２を形成できる。
一時レジスト膜形成工程においては、まず、図２に示すように、配線基板１上の全面に前述の一時レジスト膜２を形成する。
一時レジスト膜２を形成する方法としては、特に限定されないが、（i）予め感光性樹脂組成物からドライフィルムを作製しておき、このドライフィルムを配線基板１にラミネートする方法、（ii）塗布装置を用いて、配線基板１に感光性樹脂組成物を塗布し、必要に応じて乾燥する方法を採用できる。
このような場合に用いる塗布装置としては、例えば、ロールコーター、カーテンコーター、スプレーコーター、ディップコーター、バーコーター、アプリケーター、スクリーン印刷機、ダイコーター、リップコーター、コンマコーター、グラビアコーターが挙げられる。これらの中でも、膜厚の均一性の観点から、ロールコーター、ダイコーターがより好ましく、ロールコーターが特に好ましい。

次に、図３に示すように、一時レジスト膜２上に、フォトマスク９を配置して、電極パッド１２に対応する箇所に紫外光が照射されないよう選択的に紫外光を照射する露光処理を施す。そして、露光処理後の一時レジスト膜２に現像処理を施して、図４に示すように、配線基板１上に、電極パッド１２に対応する開口部２１が設けられた一時レジスト膜２を形成することができる（パターン形成処理）。
露光処理における露光量などは、使用する感光性樹脂組成物や露光装置に応じて適宜設定すればよい。
現像処理のおける現像温度、現像時間などは、使用する感光性樹脂組成物や現像装置に応じて適宜設定すればよい。

一時レジスト膜２の厚みとしては、特に限定されないが、１５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、２５μｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましい。厚みが前記下限未満では、はんだバンプの高さが不足する傾向にあり、他方、厚みが前記上限を超えるような一時レジスト膜２を形成することは難しい。

はんだ充填工程においては、図５に示すように、開口部２１に溶融はんだを充填して、はんだバンプ３を形成する。
溶融はんだの充填方法としては、例えば、（i）フローはんだ付け装置を用い、配線基板１の一時レジスト膜２が形成された面にフローはんだ付けを行って、開口部２１に溶融はんだを充填する方法（フローはんだ付け法による方法）、（ii）溶融はんだ射出装置を用い、開口部２１に溶融はんだを射出して充填する方法（射出成形法による方法）を採用することができる。これらの方法によれば、開口部２１に対して溶融はんだが押し込まれるように充填できるため、溶融はんだ中に配線基板１を浸漬させる方法（はんだレベラー法による方法）などと比較して、開口部２１に効率よくかつ確実に、溶融はんだを充填できる。
なお、開口部２１に溶融はんだを充填する際、フラックスを使用して、あらかじめ電極パッド１２の酸化膜を除去しておいてもよい。

一時レジスト膜剥離工程においては、配線基板１から一時レジスト膜２を剥離する。
一時レジスト膜２を剥離する方法としては、アルカリ水溶液により一時レジスト膜２を溶解させて剥離する方法を採用できる。
アルカリ水溶液は、使用する感光性樹脂組成物に応じて適宜選択すればよい。このようなアルカリ水溶液としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液などが挙げられる。また、このようなアルカリ水溶液の濃度は、例えば１〜５質量％とすることが好ましい。

前記第一実施形態によれば、前記したような簡便な方法で、十分な高さを有するはんだバンプを形成できる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
第二実施形態の構成は、一時レジスト膜として熱硬化性樹脂組成物を用いて形成される膜を用いた以外は第一実施形態と同様の構成であるので、熱硬化性樹脂組成物、および、一時レジスト膜形成工程におけるパターン形成処理の方法について説明する。

本発明に用いる熱硬化性樹脂組成物は、（Ｄ）エポキシ化合物と、（Ｅ）フィラーと、（Ｆ）熱硬化触媒とを含有することが好ましい。
（Ｄ）成分および（Ｅ）成分については、前記第一実施形態で用いたものと同様のものを用いることができる。
（Ｅ）成分の使用量は、溶融はんだと接触した際の変形を抑制するという観点から、（Ｄ）成分１００質量部に対して、１０〜１２０質量部であることが好ましく、３０〜１２０質量部であることがより好ましく、５０〜１２０質量部であることが特に好ましい。

（Ｆ）成分は、（Ｄ）成分を硬化させるために使用する。この（Ｆ）成分としては、例えば、メラミン化合物、ジシアンジアミド化合物、イミダゾール化合物、フェノール化合物が挙げられる。
（Ｆ）成分の使用量は、（Ｄ）成分１００質量部に対して、例えば、１〜２０質量部である。

前記一時レジスト膜形成工程におけるパターン形成処理には、例えば、一時レジスト膜２上の、電極パッド１２に対応する箇所にレーザー光を照射して、一時レジスト膜２の一部を除去することで開口部２１を設ける方法を採用することができる。
レーザーとしては、炭酸ガスレーザーなどを用いることができる。このレーザーの出力は、通常、１〜１０ＫＷとすることが好ましい。
このような第二実施形態によれば、前記第一実施形態と同様に、簡便な方法で、十分な高さを有するはんだバンプを形成できる。

なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を備え、目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。本発明は前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良は、本発明に含まれるものである。

例えば、前記実施形態では、一時レジスト膜２として、感光性樹脂組成物や熱硬化性樹脂組成物を用いて形成される膜を用いたが、これに限定されない。例えば、一時レジスト膜２は、スズメッキにより形成される膜であってもよい。なお、このような場合、一時レジスト膜形成工程においては、フォトレジストなどを用いて、一時レジスト膜２のパターン形成処理を施せばよい。また、一時レジスト膜剥離工程においては、スズメッキ剥離剤（例えば、石原薬品社製の「ＳＴＲＩＰＳＯＬＤＥＲ−Ａ」）を用いて、一時レジスト膜２を剥離すればよい。このようにすれば、前記実施形態による効果と同様の効果が達成される。

次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
［実施例１］
まず、以下に示す条件の配線基板１を準備する（図１参照）。
電極パッドの直径：５０μｍ
電極パッドのピッチ：１００μｍ
絶縁基材：ガラス繊維強化エポキシ樹脂製（ＦＲ−５）
絶縁基材の厚み：０．２ｍｍ
導体の厚み：１８μｍ
また、下記の（Ａ）〜（Ｅ）成分を配合し、３本ロールを用いて室温にて混合分散させて、感光性樹脂組成物を調製する。
（Ａ）カルボキシル基含有感光性樹脂（１００質量部）：「ＺＦＲ−１１２４」、日本化薬（株）製
（Ｂ）光重合開始剤（６質量部）：「イルガキュア３６９」、チバスペシャリティケミカルズ社製
（Ｃ）希釈剤（２０質量部）：「Ｍ−４００」、東亜合成株式会社製
（Ｄ）エポキシ化合物（２０質量部）：「ＥＰＣＲＯＮ８６０」、大日本インキ化学工業（株）製
（Ｅ）フィラー（８０質量部）：主成分が結晶質シリカのフィラー、「Ｍｉｎ−ｕ−ｓｉｌ５」、エア・ブラウン（株）製
上記感光性樹脂組成物を用い、スクリーン印刷にて、配線基板１上に塗膜を形成し、予備乾燥（温度８０℃にて２０分間）を施し、図２に示すように、配線基板１上に一時レジスト膜２を形成する（ｄｒｙ厚み３０μｍ）。その後、図３に示すように、一時レジスト膜２上に、フォトマスク９を配置して、電極パッド１２に対応する箇所に紫外光が照射されないよう選択的に紫外光（露光量３００ｍＪ）を照射して露光処理を施す。そして、露光処理後の一時レジスト膜２に現像処理（１％炭酸ナトリウム）を施して、図４に示すように、配線基板１上に、電極パッド１２に対応する複数の開口部２１が設けられた一時レジスト膜２を形成する。
次に、フローはんだ付け装置（タムラ製作所社製）を用いて、図５に示すように、配線基板１の開口部２１に噴流させた溶融はんだ（２７０℃に加熱溶融させた９６．５％Ｓｎ、３％Ａｇ、０．５％ＣｕのＰｂフリーのハンダ）を充填する。その後、一時レジスト膜２を３％水酸化カリウム溶液（温度５０℃）により溶解させて、図６に示すように、一時レジスト膜２を除去する。
このようにして、配線基板１の電極パッド１２上に、平均高さが３０μｍ程度の複数のはんだバンプ３を形成することができる。

［実施例２］
開口部２１に溶融はんだを充填するにあたり、射出成形装置（ＩＢＭ社製）を用いて、溶融はんだ（２６０℃に加熱溶融させた９６．５％Ｓｎ、３％Ａｇ、０．５％ＣｕのＰｂフリーのハンダ）を充填する以外は、実施例１と同様にして、配線基板１の電極パッド１２上に複数のはんだバンプ３を形成する。このような場合にも、実施例１と同様に、平均高さが３０μｍ程度の複数のはんだバンプ３を形成することができる。
［比較例１］
開口部２１に溶融はんだを充填する代わりに、開口部２１にソルダーペースト（タムラ製作所社製、合金組成が９６．５％Ｓｎ、３％Ａｇ、０．５％Ｃｕのもの）を充填し、このソルダーペーストをリフロー炉にて溶融させる以外は、実施例１と同様にして、配線基板１の電極パッド１２上に複数のはんだバンプ３を形成する。このような場合、ソルダーペーストの溶融時における体積減少により、はんだバンプ３の平均高さは１４μｍ程度となる。

本発明のはんだバンプの形成方法は、実装基板を作製する技術として有用である。

１…配線基板
２…一時レジスト膜
３…はんだバンプ
１２…電極パッド
２１…開口部

Claims

配線基板の表面に形成された複数の電極パッドにはんだバンプを形成するはんだバンプの形成方法であって、
前記配線基板上に、前記電極パッドに対応する開口部が設けられた一時レジスト膜を形成する一時レジスト膜形成工程と、
前記開口部に、フローはんだ付け法または射出成形法により、溶融はんだを充填して、はんだバンプを形成するはんだ充填工程と、
前記配線基板から前記一時レジスト膜を剥離する一時レジスト膜剥離工程と、
を備え、
前記一時レジスト膜は、感光性樹脂組成物を用いて形成される膜であり、
前記感光性樹脂組成物は、（Ａ）カルボキシル基含有感光性樹脂と、（Ｂ）光重合開始剤と、（Ｃ）希釈剤と、（Ｄ）エポキシ化合物と、（Ｅ）フィラーとを含有し、
前記（Ｅ）成分の含有量は、前記（Ａ）成分１００質量部に対して、１０〜１２０質量部である
ことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
請求項１に記載のはんだバンプの形成方法において、
前記（Ｅ）フィラーが、硫酸バリウム、タルクおよびシリカからなる群から選択される少なくとも１種である
ことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
請求項１または請求項２に記載のはんだバンプの形成方法において、
前記（Ｅ）成分の含有量は、前記（Ａ）成分１００質量部に対して、５０〜１２０質量部である
ことを特徴とするはんだバンプの形成方法。