JP6009350B2 - 電子部品が接合した回路基板の製造方法 - Google Patents
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Description
(a) 支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する2以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、回路基板のはんだ付け部を有する第1の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、1層に密に隙間なく存在させたはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層である。
(b) 工程(a)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程。
(c) 工程(b)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
(d) 工程(c)で得られた回路基板を、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、及びこれらの2以上の組み合わせからなる群から選ばれる溶剤を含む洗浄剤Aで洗浄する工程。
(e) 工程(d)で得られた回路基板にフラックスを塗布した後、回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱してはんだ層を溶融し、はんだを固化させ、回路基板上のフラックス残渣を洗浄する工程。
(f) 工程(e)で得られた回路基板上に電子部品を乗せ、前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱して、電子部品のはんだ付け部と回路基板のはんだ付け部とを接合する工程。
(a) 支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する2以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、回路基板のはんだ付け部を有する第1の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、1層に密に隙間なく存在させたはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層である。
(b) 工程(a)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程。
(c) 工程(b)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
(d) 工程(c)で得られた回路基板を、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる溶剤を含む洗浄剤Aで洗浄する工程。
(e) 工程(d)で得られた回路基板にフラックスを塗布した後、回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱してはんだ層を溶融し、はんだを固化させ、回路基板上のフラックス残渣を洗浄する工程。
(a) 支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する2以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、回路基板のはんだ付け部を有する第1の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、1層に密に隙間なく存在させたはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層である。
(b) 工程(a)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程。
(c) 工程(b)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
(d) 工程(c)で得られた回路基板を、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる溶剤を含む洗浄剤Aで洗浄する工程。
(e) 工程(d)で得られた回路基板にフラックスを塗布した後、回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱してはんだ層を溶融し、はんだを固化させ、回路基板上のフラックス残渣を洗浄する工程。
(a) 支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する2以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、回路基板のはんだ付け部を有する第1の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、1層に密に隙間なく存在させたはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層である。
(b) 工程(a)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程。
(c) 工程(b)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
(d) 工程(c)で得られた回路基板を、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、及びこれらの2以上の組み合わせからなる群から選ばれる溶剤を含む洗浄剤Aで洗浄する工程。
(e) 工程(d)で得られた回路基板にフラックスを塗布した後、回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱してはんだ層を溶融し、はんだを固化させ、回路基板上のフラックス残渣を洗浄する工程。
(f) 工程(e)で得られた回路基板上に電子部品を乗せ、前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱して、電子部品のはんだ付け部と回路基板のはんだ付け部とを接合する工程。
本開示において、はんだ転写シートは、はんだ層を有する。一又は複数の実施形態において、はんだ転写シートのはんだ層ははんだ粒子を1層に存在させたはんだ粒子層からなる。図1(a)〜(c)は、はんだ粒子層を有するはんだ転写シートの製造方法の一連の工程を示す説明図である。このはんだ転写シートの製造方法は、一又は複数の実施形態において、WO2006/067827に記載されている方法を採用できる。限定されない一又は複数の実施形態において、はんだ転写シートは、支持基材上に粘着剤層を形成する工程(図1(a))、この粘着剤層上にはんだ粒子を散布してはんだ粒子層を粘着剤層に付着させる工程(図1(b))、そして前記粘着剤層に付着していないはんだ粒子を除去する工程(図1(c))を含む製造方法で製造できる。以下、限定されない一又は複数の実施形態にてさらに説明する。
Sn:残部、Ag:0.3%、Cu:0.5%
Sn:残部、Ag:3.5%、Cu:0.7%
Sn:残部、Ag:3.5%
Sn:残部、Cu:0.7%。
工程(a)は、支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する2以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、回路基板のはんだ付け部を有する第1の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置することを含む工程である。図2は、回路基板5の限定されない一又は複数の実施形態における模式的断面を示す。回路基板5は、限定されない一又は複数の実施形態において、その少なくとも片面に、多数のはんだ付け部(電極)6を所定パターンで(例、50μmピッチで縦横に複数列状に)有している。はんだ付け部6は、限定されない一又は複数の実施形態において、表面が金めっきにより被覆された電極、又は銅電極もしくは銅配線である。
工程(b)は、工程(a)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせることを含む工程である。
工程(c)は、工程(b)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得ることを含む工程である。工程(b)において固相拡散接合によってはんだ粒子を下回路基板のはんだ付け部に接合させた後、重ね合わせた回路基板と転写シートを直ちに冷却し、転写シートを回路基板から剥離する。冷却は単に加熱装置から取り出して放冷することにより行うことができるが、冷風を吹き付けてもよい。剥離は、転写シートシートを回路基板から単に引き離すだけで実施できる。それにより、回路基板のはんだ付け部に固相拡散接合されたはんだ粒子がはんだ付け部上に残留して、粒子状のはんだバンプ10となり、残りのはんだ粒子は転写シートに付着したまま回路基板から引き離される(図3(b)参照)。こうして、回路基板のはんだ付け部へのはんだ粒子の選択的転写が達成される。
工程(d)は、工程(c)で得られた回路基板を、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、及びこれらの2又は2以上の組み合わせからなる群から選ばれる溶剤を含む洗浄剤Aで洗浄することを含む工程である。工程(c)で得られた回路基板には、はんだ層の粘着剤の一部と考えられる残渣が付着することがある。限定されない一又は複数の実施形態において、この残渣を工程(e)のリフロー前に洗浄することで、アンダーフィルの空孔を低減でき、また、電子部品が接合した回路基板の信頼性を向上できる。
洗浄剤Aは、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、又は、これらの2若しくは2以上の組み合わせの溶剤を含む。洗浄性向上、アンダーフィル空孔の低減、及び、電子部品接合回路基板の信頼性向上の観点から、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルホルムアミドが好ましく、ベンジルアルコールがより好ましい。また、ポリイミド膜への影響を抑える観点から、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペートが好ましい。また、引火点が高い安全性の観点からベンジルアルコール、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペートが好ましい。これらを総合するとベンジルアルコールとブチルジグリコールアセテートが好ましく、ベンジルアルコールがより好ましい。
洗浄剤A中のベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、又は、これらの2又は2以上の組み合わせの溶剤の含有量は、洗浄性向上、アンダーフィル空孔の低減、及び、電子部品接合回路基板の信頼性向上の観点から、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、65質量%以上がさらに好ましい。また、洗浄性向上及びすすぎ性向上の観点から100質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましく、75質量%以下がさらに好ましい。
洗浄剤Aは、洗浄性向上、アンダーフィル空孔の低減、及び、電子部品接合回路基板の信頼性向上の観点から、さらにアミン化合物を含有することが好ましい。アミン化合物としては、一又は複数の実施形態において、アルカノールアミンが挙げられる。洗浄性向上、アンダーフィル空孔の低減、及び、電子部品接合回路基板の信頼性向上の観点から、アルカノールアミンとしては、メチルジエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、ブチルジエタノールアミン、メチルモノエタノールアミン、ブチルモノエタノールアミン、又はこれらの2若しくは2以上の組み合わせが好ましく、ブチルジエタノールアミン、メチルモノエタノールアミン、ブチルモノエタノールアミンがより好ましく、ブチルジエタノールアミンがさらに好ましい。又はんだ腐食を抑える観点から、エチルジエタノールアミン、ブチルジエタノールアミン、メチルモノエタノールアミン、ブチルモノエタノールアミンが好ましい。
洗浄剤Aにおけるアミン化合物の含有量は、洗浄性向上、アンダーフィル空孔の低減、及び、電子部品接合回路基板の信頼性向上の観点から、0.3質量%以上が好ましく、1.0質量%以上がより好ましく、2.0質量%以上がさらに好ましい。また、はんだ等の部材の腐食を抑える観点から、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、6.0質量%以下がさらに好ましい。
洗浄剤Aは、工程(d)の洗浄のすすぎ性向上の観点から、さらにグリコールエーテルを含有することが好ましい。限定されない一又は複数の実施形態において、グリコールエーテルとして、下記一般式(I)で表されるグリコールエーテルが挙げられる。
R1−O−(R2−O)m−R3 (I)
[式(I)中、R1は炭素数1以上8以下のアルキル基、又は、フェニル基を示し、R2は炭素数2以上4以下のアルキレン基を示し、R3は水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、又は炭素数1以上4以下のアシル基若しくはアリル基を示し、mは1以上8以下の数を示す。]
洗浄剤Aは、取扱性及び安全性向上の観点から水を含有することが好ましい。水としては、電子部品が接合した回路基板の電気的信頼性向上の観点から、イオン交換水、純水、超純水が好ましい。電子部品が接合した回路基板の生産性向上の観点からイオン交換水がより好ましい。イオン交換水は、イオン交換水製造装置によって得ることができる。
洗浄剤Aにおける水の含有量は、取扱性及び安全性向上の観点から、3.0質量%以上が好ましく、5.0質量%以上がより好ましく、7.0質量%以上がさらに好ましい。また、洗浄性向上の観点から、40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下がさらに好ましい。
工程(e)は、工程(d)で得られた回路基板にフラックスを塗布した後、回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱してはんだ層を溶融し、はんだを固化させ、回路基板上のフラックス残渣を洗浄することを含む工程である。すなわち、工程(d)で得られた回路基板、すなわち、はんだ付け部の上に固相拡散接合されたはんだ粒子を有する回路基板にフラックスを塗布した後、回路基板、はんだ粒子を構成するはんだ合金の液相線温度以上に加熱して、はんだ粒子を溶融(リフロー)させることにより、図3(c)に示すように、溶融凝集し、表面張力により中心部が高くなって丸くなったはんだバンプ10’を回路基板のはんだ付け部に形成できる。それにより、回路基板のはんだ付け部へのはんだバンプの接合信頼性が高まる。また、固相拡散接合されたはんだ粒子の状態では回路基板に強い衝撃が加わった場合に一部のはんだ粒子が脱落する可能性があるが、その脱落も防止できる。従って、はんだ粒子をリフローすることにより回路基板の取扱性が改善される。
工程(f)は、工程(e)で得られた回路基板上に電子部品を乗せ、前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱して、電子部品のはんだ付け部と回路基板のはんだ付け部とを接合することを含む工程である。
(f1) 工程(e)で得られた回路基板上に電子部品を乗せる工程。
(f2) 工程(f1)で得られた電子部品を乗せた回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱して、電子部品のはんだ付け部と回路基板のはんだ付け部とを接合する工程。
(f3) 工程(f2)で得られた電子部品と接合された回路基板を洗浄する工程。
(f4) 工程(f3)で得られた、電子部品と接合された回路基板において、電子部品と回路基板の隙間にアンダーフィル(液状硬化樹脂)を充填し、アンダーフィルを硬化させる工程。
(a) 支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する2以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、回路基板のはんだ付け部を有する第1の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、1層に密に隙間なく存在させたはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層である。
(b) 工程(a)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程。
(c) 工程(b)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
(d) 工程(c)で得られた回路基板を、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、及びこれらの2以上の組み合わせからなる群から選ばれる溶剤を含む洗浄剤Aで洗浄する工程。
(e) 工程(d)で得られた回路基板にフラックスを塗布した後、回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱してはんだ層を溶融し、はんだを固化させ、回路基板上のフラックス残渣を洗浄する工程。
(f) 工程(e)で得られた回路基板上に電子部品を乗せ、前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱して、電子部品のはんだ付け部と回路基板のはんだ付け部とを接合する工程。
(a) 支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する2以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、回路基板のはんだ付け部を有する第1の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、1層に密に隙間なく存在させたはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層である。
(b) 工程(a)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程。
(c) 工程(b)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
(d) 工程(c)で得られた回路基板を、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる溶剤を含む洗浄剤Aで洗浄する工程。
(e) 工程(d)で得られた回路基板にフラックスを塗布した後、回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱してはんだ層を溶融し、はんだを固化させ、回路基板上のフラックス残渣を洗浄する工程。
<3> 下記工程(a)〜(e)を含む、回路基板の第1の面上のはんだ付けすべき部分(以下、はんだ付け部という)にはんだバンプを形成する方法。
(a) 支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する2以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、前記回路基板の第1の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、1層に密に隙間なく存在させたはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層である。
(b) 工程(a)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程。
(c) 工程(b)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
(d) 工程(c)で得られた回路基板を、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる溶剤を含む洗浄剤Aで洗浄する工程。
(e) 工程(d)で得られた回路基板にフラックスを塗布した後、回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱してはんだ層を溶融し、はんだを固化させ、回路基板上のフラックス残渣を洗浄する工程。
<4> 前記はんだ層が、前記回路基板の全てのはんだ付け部を覆う大きさである、<1>から<3>のいずれかに記載の方法。
<5> 前記はんだが鉛フリーはんだである、<1>から<4>のいずれかに記載の方法。
<6> 前記工程(a)において、前記はんだ層と前記回路基板のはんだ付け部との界面にフラックスを介在させる、<1>から<5>のいずれかに記載の方法。
<7> 前記工程(b)における加熱温度が、前記はんだ合金の固相線温度より少なくとも5℃低い温度である、<1>から<6>のいずれかに記載の方法。
<8> 前記はんだ層が、支持基材上に粘着剤層を形成し、この粘着剤層上にはんだ粒子を散布してはんだ粒子層を粘着剤層に付着させ、前記粘着剤層に付着していないはんだ粒子を除去することにより形成されたものである、<1>から<7>のいずれかに記載の方法。
<9> 粘着剤層の粘着剤が、好ましくは常温もしくは常温以上の温度で粘着性を発現する粘着剤であり、又は、好ましくはアクリル系粘着剤、ウレタン系粘着剤、ポリエステル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、及びフッ素系粘着剤から選ばれた少なくとも1種である、<1>から<8>のいずれかに記載の方法。
<10> 前記回路基板のはんだ付け部が金及び白金から選ばれた金属の表面を有する、<1>から<9>のいずれかに記載の方法。
<11> 前記回路基板のはんだ付け部以外の部が、ソルダレジストにより被覆されている表面、及び樹脂が露出している表面から選ばれた表面を有する、<1>から<10>のいずれかに記載の方法。
<12> 工程(d)における洗浄方法が、好ましくは、超音波洗浄法、スプレー法、浸漬揺動法、浸漬法、手拭き法、又はこれらの手段の2以上の組み合わせであり、より好ましくは、スプレー法、浸漬揺動法又は浸漬法である、<1>から<11>のいずれかに記載の方法。
<13> 工程(d)における洗浄剤Aの温度が、好ましくは25℃以上、より好ましくは40℃以上、及び/又は、好ましくは90℃以下、より好ましくは80℃以下である、<1>から<12>のいずれかに記載の方法。
<14> 工程(d)における洗浄時間が、好ましくは3分以上、より好ましくは5分以上であり、及び/又は、好ましくは30分以下、より好ましくは20分以下である、<1>から<13>のいずれかに記載の方法。
<15> 洗浄剤Aが、好ましくはベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート若しくはジメチルホルムアミド、より好ましくはベンジルアルコールであり、又は、好ましくはベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド若しくはジメチルアジペートであり、又は、好ましくはベンジルアルコール、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド若しくはジメチルアジペートであり、又は、好ましくはベンジルアルコール若しくはブチルジグリコールアセテート、より好ましくはベンジルアルコールである、<1>から<14>のいずれかに記載の方法。
<16> 洗浄剤A中のベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、又は、これらの2又は2以上の組み合わせの溶剤の含有量が、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは65質量%以上であり、及び/又は、好ましくは100質量%以下、より好ましくは90質量%以下、さらに好ましくは75質量%以下である、<1>から<15>のいずれかに記載の方法。
<17> 洗浄剤Aが、好ましくはさらにアミン化合物を含有する、<1>から<16>のいずれかに記載の方法。
<18> アミン化合物が、好ましくはアルカノールアミンとしては、メチルジエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、ブチルジエタノールアミン、メチルモノエタノールアミン、ブチルモノエタノールアミン、又はこれらの2若しくは2以上の組み合わせ、より好ましくはブチルジエタノールアミン、メチルモノエタノールアミン若しくはブチルモノエタノールアミン、さらに好ましくはブチルジエタノールアミンであり、又は、好ましくはエチルジエタノールアミン、ブチルジエタノールアミン、メチルモノエタノールアミン若しくはブチルモノエタノールアミンである、<17>記載の方法。
<19> 洗浄剤Aにおけるアミン化合物の含有量が、好ましくは0.3質量%以上、より好ましくは1.0質量%以上、さらに好ましくは2.0質量%以上であり、及び/又は、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは6.0質量%以下である、<17>又は<18>に記載の方法。
<20> 洗浄剤Aが、好ましくはさらにグリコールエーテルを含有する、<1>から<19>のいずれかに記載の方法。
<21> グリコールエーテルが、好ましくは下記一般式(I)で表されるグリコールエーテルである、<20>記載の方法。
R1−O−(R2−O)m−R3 (I)
[式(I)中、R1は炭素数1以上8以下のアルキル基、又は、フェニル基を示し、R2は炭素数2以上4以下のアルキレン基を示し、R3は水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、又は炭素数1以上4以下のアシル基若しくはアリル基を示し、mは1以上8以下の数を示す。]
<22> 前記一般式(I)で表される化合物が、好ましくはトリエチレングリコールモノブチルエーテル(R1がブチル基、R2がエチレン基、R3が水素原子、m=3)、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル(R1がヘキシル基、R2がエチレン基、R3が水素原子、m=2)、トリエチレングリコールモノフェニルエーテル(R1がフェニル基、R2がエチレン基、R3が水素原子、m=3)又は、これらの2若しくは2以上の組み合わせである、<21>記載の方法。
<23> 洗浄剤Aにおけるグリコールエーテルの含有量が、好ましくは1質量%以上、より好ましくは5.0質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上であり、及び/又は、好ましくは35質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下である、<20>から<22>のいずれかに記載の方法。
<24> 洗浄剤Aにおける水の含有量が、好ましくは3.0質量%以上、より好ましくは5.0質量%以上、さらに好ましくは7.0質量%以上であり、及び/又は、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下である、<1>から<23>のいずれかに記載の方法。
<25> 工程(d)は、洗浄処理が終了した後、好ましくはすすぎ処理を行う、<1>から<24>のいずれかに記載の方法。
<26> 回路基板のはんだ付け部が電極であり、回路基板の電極径が好ましくは100μm以下、より好ましくは10〜50μmであり、又は、電極ピッチ(隣接する電極の中心間距離)が好ましくは150μm以下、より好ましくは20〜100μmであり、電極高さが好ましくは5〜20μmである、<1>から<25>のいずれかに記載の方法。
<27> 前記工程(f)が、下記(f1)〜(f4)を含む工程である、<1>から<26>のいずれかに記載の方法。
(f1) 工程(e)で得られた回路基板上に電子部品を乗せる工程。
(f2) 工程(f1)で得られた電子部品を乗せた回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱して、電子部品のはんだ付け部と回路基板のはんだ付け部とを接合する工程。
(f3) 工程(f2)で得られた電子部品と接合された回路基板を洗浄する工程、
(f4) 工程(f3)で得られた、電子部品と接合された回路基板において、電子部品と回路基板の隙間にアンダーフィル(液状硬化樹脂)を充填し、アンダーフィルを硬化させる工程。
図5に示すフロー図に従ってICチップが接合した回路基板を製造した。
〔はんだ転写シート〕
50μm厚のポリエステル(ポリエチレンテレフタレート)フィルムの片面に、アクリル系粘着剤を用いて厚み25μmの粘着剤層が形成されている市販の粘着シート(千住金属工業株式会社製、型番SAS−01)を、100×100mmの大きさの切断し、粘着剤層を備えた支持基材として用いた。
錫―銀3.5%共晶はんだ合金(固相線温度と液相線温度は共に221℃)の球状粉末を粒径5μmから10μmの範囲に分級して得たはんだ粒子を、図1(b)および(c)に示すようにして、粘着シートの粘着層に粒子1層分の厚みで付着させ、はんだ転写シートを作製した。はんだ粒子は、付着の直前に5重量%のブタンテトラカルボン酸のイソプロピルアルコール溶液中に1分間浸漬後、水洗乾燥して表面酸化物皮膜を除去してから使用した。
〔回路基板〕
はんだバンプの形成に用いた回路基板は、厚さ300μm、サイズ15mm×15mmのガラスエポキシ基板であった。この基板は、直径25μmの銅表面の電極を、50μmのピッチで1チップあたり3600個有していた。基板表面の電極周囲は、電極より高い高さ15μmのソルダレジストで囲まれていた。
まず、回路基板と同じサイズに切断したはんだ転写シートを、そのはんだ粒子層が回路基板の電極と対向するよう回路基板に重ね合わせ(工程(a))、プレスにより加圧力150N(=0.67N/mm2)で加圧し、加熱手段としてパルスヒーターを用いて200℃の温度設定で回路基板側から60秒間加熱した(工程(b))。加圧下での加熱が終了した後、放冷により室温まで冷却し、転写シートを回路基板から手で剥がしたところ、回路基板の電極だけにはんだ粒子が転写され、粒子状のはんだバンプを形成していた(工程(c))。はんだ粒子の外観は元の球状を維持しており、溶融はしていなかった。また、マイクロスコープで観察したところ、レジストにははんだ粒子は全く付着していなかった。しかし、転写シートの粘着剤は、はんだ粒子の表面、及びレジスト表面に付着していた。
次に、転写されたはんだ粒子を有する回路基板を下記条件で洗浄した。(工程(d))
<洗浄方法−1>
洗浄Aは、シャワー式洗浄装置を用いて行った。シャワー式洗浄装置は、洗浄する基板をはさんで互いに対向する位置に配置された一対のノズルを備え、基板の両側から基板へ向けて洗浄液を噴射可能とする構成とした。ノズルは、株式会社いけうち製のJ070を用いた。シャワー式洗浄装置は、噴射された洗浄液をバット内に戻してポンプで吸引し再びノズルから噴射する構成とし、洗浄液を循環して使用した。まず、テストピースを60℃の洗浄液でシャワー圧力0.3MPaで15分間シャワー洗浄した後、同装置内で60℃のイオン交換水にてシャワー圧力0.3MPaで5分間シャワーリンス、さらに新たな60℃のイオン交換水に5分間浸漬リンスを行った。次いで85℃の送風乾燥機で15分間乾燥した。洗浄剤Aとして、ベンジルアルコール(100質量%)を使用した。
形成された粒子状のはんだバンプは、リフロー加熱してはんだ粒子を溶融させてから、はんだ付けに使用した。リフロー時にはんだ粒子が溶融凝集し、電極ピッチが微小でも、ブリッジの生成は見られなかった。
洗浄B <洗浄方法−2>
洗浄Bは、洗浄Aで使用したシャワー式洗浄装置と同様の構成のシャワー式洗浄装置を用いて行った。洗浄前の基板テストピースに60℃の洗浄剤Bをシャワー圧力0.3MPaで3分間シャワーした後、同装置内で60℃のイオン交換水にてシャワー圧力0.3MPaで5分間シャワーリンスで第1リンスを行い、さらに同装置内で新たな60℃のイオン交換水に5分間浸漬して第2リンスを行った。次いで85℃の送風乾燥機で15分間乾燥した。洗浄剤Bとして、グリコールエーテル系洗浄剤組成(ブチルジグリコール(92質量%)、ジエタノールアミン(1質量%)、水(7質量%))を使用した。
上述のように形成したはんだバンプとICチップとの接続に際し、前記バンプ上にICチップ−バンプ接続用フラックス(千住金属製、商品名:PO−F−1010S)を約10μの厚さに塗布し、ICチップを搭載した(工程(f1))。ICチップは、10mm角のTEG(Test Element Group)用ICチップを用い、50μmのピッチで3600個の電極を有していた。ICチップの表面にはポリイミドの絶縁膜を有している。窒素雰囲気リフロー炉中で最高温度250℃、加熱時間10秒間でリフローしてはんだ粒子を溶融、ICチップと接合させた(工程(f2))。その後、フラックス残渣を洗浄剤で洗浄除去した(洗浄C)(工程(f3))。洗浄方法は、前記洗浄方法−2と同様であるが、洗浄期間をすべて10分でおこなった。
その後、基板−ICチップ間にアンダーフィル剤(日立化成工業製、商品名:CEL−C−3720)を充填する。アンダーフィルの充填は、基板を100℃に加温し、ディスペンサーでICチップ-基板の隙間に隙間が十分に満たされる量滴下し、その後、165℃の恒温槽内で、2時間かけて基板-ICチップ間に浸透、硬化させ、ICチップが接合した回路基板を得た(工程(f4))。得られた回路基板について、下記の条件でアンダーフィル充填性評価を行った。その結果を下記表1に示す。なお、比較例として、洗浄Aを行なわず、洗浄Bを実施例1の洗浄剤Aを用いて行った例(比較例1)、洗浄Aを実施例1の洗浄剤Bを用いて行った例(比較例2)、洗浄Aを行わなかった例(比較例3)を行った。それらの結果も下記表1に示す。
ICチップ搭載後基板のアンダーフィル部に空孔がどの程度あるかは、透過型X線検査装置型式TUX−3100を用いて測定した。その結果を、10μm径を空孔1個と換算した個数を、アンダーフィル部の空孔の個数として下記表1に示す。空孔が多いほど製品後の電気信頼性が低いことを表す。よって、電気信頼性の判定の基準として、下記の基準とした。
〔判定基準〕
A(良好)・・アンダーフィル部の空孔個数:0〜3
B(許容)・・アンダーフィル部の空孔個数:4〜19
C(不良)・・アンダーフィル部の空孔個数:20以上
洗浄剤Aの組成を下記表2に示す組成とした他は、実施例1と同様に図5のフローに従いICチップが接合した回路基板を製造し、洗浄Aを行った後の洗浄性評価及びアンダーフィルの充填性評価を行った。実施例4〜8にはアミン化合物が添加され、実施例9〜11では、アミン化合物及びグリコールエーテルが添加されている。すすぎ性評価及び部材への影響評価は、洗浄性評価及びアンダーフィルの充填性評価とは別のテストピースを用いて行った。各評価条件を以下に、その結果を下記表2に示す。
洗浄性評価は、洗浄A後の粘着剤残留個数で行い、指標は、バンプ周辺の200μm角のエリア内の10μmサイズの残留を1個と換算した残留個数で示した。洗浄性評価には、粘着剤付着シートを剥がした後でばらつきがあるが、回路基板の洗浄前の粘着剤付着個数が、100個以上(およそ100〜300個)のものを使用した。観察は、マイクロスコープでおこなった。ソルダレジスト上の残渣は、上記同様にバンプを形成していない200μm角の範囲を観察し10μmサイズの残留を1個と換算した残留個数で示した。
すすぎ性の評価は、洗浄Bまで行ったはんだバンプが完成した基板をテストピースとして実施した。基板を60℃の洗浄液に1分間浸漬後、60℃のイオン交換水に5秒間浸漬した。その後イオン交換水への浸漬を繰り返し、表面の洗浄剤をすべてすすげる回数を測定した。すすぎの状態は目視で確認し、水をはじく部分が無くなったときにすすぎ完了と判断した。評価指標は、完全に洗浄剤がすすげる浸漬回数とした。
〔判定基準〕
A(良好)・・3回以下ですすぎ完了。
B(許容)・・4〜7回ですすぎ完了。
C(不良)・・8回以上のすすぎが必要。
使用される可能性が高い部材への影響評価方法は、テストピースを洗浄剤に30分浸漬し、材料の変色、表面あれ、クラックの発生の有無を目視にて判定した。判定は、マイクロスコープ1000倍にて実施し、変色、表面あれ、クラックをチェックし、結果を表2、3に記載した。各種部材のモデルとして、はんだバンプ、ニッケル−金、ポリイミド及びガラスエポキシ基板を使用した。テストピースとして、はんだバンプ、ニッケル−金、ポリイミドは、基板上に形成した材料を用いた。ガラスエポキシ基板は、市販のガラスエポキシ基板(FR−4)をテストピースとして使用した。
洗浄剤Aの溶剤を下記表3に示す溶剤とした他は、実施例1と同様に図5のフローに従いICチップが接合した回路基板を製造した。洗浄Aを行った後の洗浄性評価及び部材への影響評価を前述と同様の条件で行った。その結果を下記表3に示す。洗浄性評価及び部材への影響評価は、実施例13のテトラヒドロフラン、比較例4のイソプロピルアルコール、比較例5のエタノール及び比較例6のトルエンは室温(20℃)で、実施例15のジメチルスルホオキシドは80℃で、実施例17のジメチルホルムアミドは50℃の温度で洗浄した以外は、実施例2と同様の方法で評価した。
Claims (13)
- 下記工程(a)〜(f)を含む、電子部品が接合した回路基板の製造方法。
(a) 支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する2以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、回路基板のはんだ付け部を有する第1の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、1層に密に隙間なく存在させたはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層である。
(b) 工程(a)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程。
(c) 工程(b)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
(d) 工程(c)で得られた回路基板を、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、及びこれらの2以上の組み合わせからなる群から選ばれる溶剤を含む洗浄剤Aで洗浄する工程。
(e) 工程(d)で得られた回路基板にフラックスを塗布した後、回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱してはんだ層を溶融し、はんだを固化させ、回路基板上のフラックス残渣を洗浄する工程。
(f) 工程(e)で得られた回路基板上に電子部品を乗せ、前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱して、電子部品のはんだ付け部と回路基板のはんだ付け部とを接合する工程。 - 下記工程(a)〜(e)を含む、はんだ付けすべき部分(以下、はんだ付け部という)にはんだバンプが形成された回路基板の製造方法。
(a) 支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する2以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、回路基板のはんだ付け部を有する第1の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、1層に密に隙間なく存在させたはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層である。
(b) 工程(a)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程。
(c) 工程(b)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
(d) 工程(c)で得られた回路基板を、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる溶剤を含む洗浄剤Aで洗浄する工程。
(e) 工程(d)で得られた回路基板にフラックスを塗布した後、回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱してはんだ層を溶融し、はんだを固化させ、回路基板上のフラックス残渣を洗浄する工程。 - 下記工程(a)〜(e)を含む、回路基板の第1の面上のはんだ付けすべき部分(以下、はんだ付け部という)にはんだバンプを形成する方法。
(a) 支持基材の少なくとも片面に付着した、少なくとも隣接する2以上のはんだ付け部を覆う大きさのはんだ層を有するはんだ転写シートを、前記回路基板の第1の面に、前記転写シートのはんだ層を対向させて配置する工程、ここで前記はんだ層は、1層に密に隙間なく存在させたはんだ粒子が粘着剤層を介して前記支持基材に付着している層である。
(b) 工程(a)で得られた、前記転写シートが配置された前記回路基板を、前記転写シートのはんだ層を構成するはんだ合金の固相線温度より低温に加圧下で加熱して、回路基板のはんだ付け部と転写シートのはんだ層との間で選択的に固相拡散接合を生じさせる工程。
(c) 工程(b)の後で、前記転写シートと前記回路基板とを剥離して、はんだ付け部に前記はんだ層が付着した回路基板を得る工程。
(d) 工程(c)で得られた回路基板を、ベンジルアルコール、テトラヒドロフラン、ブチルジグリコールアセテート、ジメチルスルホキシド、ジメチルアジペート、ジメチルホルムアミド、及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる溶剤を含む洗浄剤Aで洗浄する工程。
(e) 工程(d)で得られた回路基板にフラックスを塗布した後、回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱してはんだ層を溶融し、はんだを固化させ、回路基板上のフラックス残渣を洗浄する工程。 - 前記洗浄剤Aが、さらにアミン化合物を含む、請求項1から3のいずれかに記載の方法。
- 前記洗浄剤Aが、さらにグリコールエーテルを含む、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- 前記はんだ層が、前記回路基板の全てのはんだ付け部を覆う大きさである、請求項1から5のいずれかに記載の方法。
- 前記はんだが鉛フリーはんだである、請求項1から6のいずれかに記載の方法。
- 前記工程(a)において、前記はんだ層と前記回路基板のはんだ付け部との界面にフラックスを介在させる、請求項1から7のいずれかに記載の方法。
- 前記工程(b)における加熱温度が、前記はんだ合金の固相線温度より少なくとも5℃低い温度である、請求項1から8のいずれかに記載の方法。
- 前記はんだ層が、支持基材上に粘着剤層を形成し、この粘着剤層上にはんだ粒子を散布してはんだ粒子層を粘着剤層に付着させ、前記粘着剤層に付着していないはんだ粒子を除去することにより形成されたものである、請求項1から9のいずれかに記載の方法。
- 前記回路基板のはんだ付け部が金及び白金から選ばれた金属の表面を有する、請求項1から10のいずれかに記載の方法。
- 前記回路基板のはんだ付け部以外の部が、ソルダレジストにより被覆されている表面、及び樹脂が露出している表面から選ばれた表面を有する、請求項1から11のいずれかに記載の方法。
- 前記工程(f)が、下記(f1)〜(f4)を含む工程である、請求項1及び4から12のいずれかに記載の方法。
(f1) 工程(e)で得られた回路基板上に電子部品を乗せる工程。
(f2) 工程(f1)で得られた電子部品を乗せた回路基板を前記はんだ合金の液相線温度以上の温度に加熱して、電子部品のはんだ付け部と回路基板のはんだ付け部とを接合する工程。
(f3) 工程(f2)で得られた電子部品と接合された回路基板を洗浄する工程、
(f4) 工程(f3)で得られた、電子部品と接合された回路基板において、電子部品と回路基板の隙間にアンダーフィル(液状硬化樹脂)を充填し、アンダーフィルを硬化させる工程。
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