JP6506035B2 - Method of forming solder bumps - Google Patents

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Description

本発明は、ワーク上に形成されるはんだバンプの形成方法に関する。   The present invention relates to a method of forming solder bumps formed on a workpiece.

従来より、電子機器や半導体の製造には、複数の被接合部、例えば電子部品と基板やシリコンウエハといったワークとを接合した接合構造体が用いられている。このような接合構造体は複数の被接合部間にはんだ層が形成されており、このはんだ層を介して各被接合部が接合されている。そしてこのような接合構造体を製造する際にワーク上にはんだバンプを形成し、このはんだバンプを介して複数の被接合部を接合する方法が用いられている。   BACKGROUND ART Conventionally, in the manufacture of electronic devices and semiconductors, a bonded structure in which a plurality of bonded portions, for example, electronic components and a work such as a substrate or a silicon wafer are bonded is used. In such a joint structure, a solder layer is formed between a plurality of joints, and the joints are joined via the solder layer. And when manufacturing such a bonded structure, the method of forming a solder bump on a workpiece | work and bonding a several to-be-joined part via this solder bump is used.

このようなはんだバンプの形成に際して、ソルダペースト等のはんだ材料の濡れ性が不十分な場合、形成されるはんだバンプの中にボイド(気泡)が発生することがある。このようなボイドは被接合部間の接合性の低下や放熱性の低下を生じさせ、電子機器や半導体の信頼性の低下に繋がる。   In the formation of such a solder bump, if the wettability of a solder material such as solder paste is insufficient, voids (air bubbles) may be generated in the formed solder bump. Such a void causes a reduction in the bonding property between the parts to be bonded and a reduction in the heat dissipation property, leading to a reduction in the reliability of the electronic device or semiconductor.

このようなボイドの発生を抑制する方法として、例えば水素ガス等の還元性の高い雰囲気下で加熱してはんだ材料の濡れ性を向上させる方法や、はんだ材料を介した被接合部を加熱してはんだ合金を溶融させ、その後これを収納した容器内を真空雰囲気下とすることで、はんだ合金内の空気を脱泡する方法が用いられてきた。   As a method of suppressing the generation of such voids, for example, a method of improving the wettability of a solder material by heating in a highly reducing atmosphere such as hydrogen gas, or heating a portion to be joined via the solder material A method of degassing the air in the solder alloy has been used by melting the solder alloy and then setting the inside of a container containing the solder under a vacuum atmosphere.

また、はんだを溶融させた状態で減圧と加圧を複数回繰り返すことによりボイドの大きさを狭小化する方法(特許文献1)、一旦大気圧より低い第1圧力に減圧した後にハンダを溶融させ、昇温したまま第1圧力より高く大気圧を超えない第2圧力まで昇圧し、昇温したまま第1圧力より高く第2圧力より低い第3圧力まで減圧し、その後大気圧を超えない圧力に戻した後にハンダの融点以下に降温させる方法(特許文献2)、ほぼ大気圧下において半田を溶融させた後にこれを減圧し、その後にほぼ大気圧に戻す圧力変化過程を複数回繰り返す方法(特許文献3)等が開示されている。   Moreover, the method of narrowing the size of a void by repeating pressure reduction and pressurization a plurality of times in a molten state of solder (Patent Document 1), once the pressure is reduced to a first pressure lower than atmospheric pressure, the solder is melted The temperature is raised to a second pressure which is higher than the first pressure and does not exceed the atmospheric pressure, and the temperature is raised to a third pressure which is higher than the first pressure and lower than the second pressure, and then the pressure which does not exceed the atmospheric pressure Method to lower the temperature below the melting point of the solder after returning to the (Patent Document 2), a method of melting the solder under approximately atmospheric pressure, depressurizing this, and then repeating the pressure change process several times to return to approximately atmospheric pressure ( Patent Document 3) and the like are disclosed.

特開平6−69387号公報JP-A-6-69387 特許第4404000号公報Patent No. 4404000 特開2007−915号公報JP 2007-915 A

特許文献1および特許文献3に開示される方法の場合、減圧と加圧を複数回行う過程で脱泡の際にボイドが破裂したり、はんだ(半田)の濡れ性が悪化して十分にボイドを脱泡できなくなる虞がある。
また特許文献2に開示される方法の場合、減圧状態下ではんだ合金の溶融温度以上に昇温するため、ソルダペーストを用いた場合にはこれに含まれるフラックスが揮発し易くなり、はんだ合金の溶融性が低下する虞がある。
In the case of the methods disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 3, voids are ruptured at the time of degassing in the process of depressurizing and pressurizing a plurality of times, and the wettability of the solder (solder) is deteriorated to cause sufficient voids. May not be able to degas.
Further, in the case of the method disclosed in Patent Document 2, since the temperature is raised above the melting temperature of the solder alloy under reduced pressure, the flux contained in the solder paste is easily volatilized when the solder paste is used. There is a possibility that the meltability may be reduced.

本発明は、効率よくはんだバンプ中のボイドを低減することのできるはんだバンプの形成方法を提供することをその目的とする。   An object of the present invention is to provide a method of forming a solder bump capable of efficiently reducing voids in the solder bump.

(1)本発明のはんだバンプの形成方法は、フラックスおよびはんだ合金からなるソルダペーストをワーク上の所定の位置に印刷する工程と、前記ワークを大気圧の近傍である第1の圧力下にて加熱する工程と、前記ワークを加熱する加熱温度が前記はんだ合金の液相温度近傍以上になった以降に前記ワーク周囲の圧力を前記第1の圧力よりも低い第2の圧力まで減圧する工程と、前記加熱温度が前記はんだ合金の液相温度以上の状態で前記ワーク周囲の圧力を前記第2の圧力よりも高い第3の圧力まで加圧する工程と、前記加熱温度が前記はんだ合金の液相温度以上の状態で前記ワーク周囲の圧力を前記第1の圧力まで加圧する工程と、前記ワーク周囲の圧力が前記第1の圧力に到達した以降に前記加熱温度を前記はんだ合金の液相温度以下にして前記ワーク上にはんだバンプを形成する工程とを含み、前記第2の圧力まで減圧する工程と前記第3の圧力まで加圧する工程とを複数回行うことをその特徴とする。 (1) The method for forming a solder bump according to the present invention comprises the steps of: printing a solder paste consisting of flux and a solder alloy at a predetermined position on a work; and under the first pressure near the atmospheric pressure. Heating, and reducing the pressure around the workpiece to a second pressure lower than the first pressure after the heating temperature for heating the workpiece reaches or exceeds the liquidus temperature of the solder alloy. The step of pressing the pressure around the work to a third pressure higher than the second pressure when the heating temperature is higher than the liquidus temperature of the solder alloy; and the heating temperature is a liquidus phase of the solder alloy A step of pressurizing the pressure around the work to the first pressure in a state of temperature or higher; and, after the pressure around the work reaches the first pressure, the heating temperature is higher than the liquidus temperature of the solder alloy And forming a solder bump on the workpiece in the, and its characterized in that said second plurality of times and a step of pressurizing to said third pressure and a step of pressure reduction to a pressure.

(2)上記(1)に記載の構成にあって、前記第2の圧力は、50Paから100Paであることをその特徴とする。 (2) In the configuration described in (1), the second pressure is 50 Pa to 100 Pa.

(3)上記(1)または(2)に記載の構成にあって、前記第3の圧力まで加圧する工程において、前記ワーク周囲の圧力が前記第3の圧力に到達した時点の前記加熱温度は前記はんだ合金の液相温度より10℃以上であることをその特徴とする。 (3) In the configuration described in (1) or (2) above, in the step of pressurizing up to the third pressure, the heating temperature at the time when the pressure around the work reaches the third pressure is It is characterized in that the temperature is 10 ° C. or higher than the liquidus temperature of the solder alloy.

(4)上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の構成にあって、前記第3の圧力は、10,000Paから50,000Paであることをその特徴とする。 (4) In the configuration described in any one of (1) to (3) above, the third pressure is characterized by being 10,000 Pa to 50,000 Pa.

(5)上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の構成にあって、前記第2の圧力まで減圧する工程と前記第3の圧力まで加圧する工程とを2回から4回行うことをその特徴とする。 (5) In the configuration described in any one of (1) to (3) above, the step of reducing the pressure to the second pressure and the step of pressurizing the pressure to the third pressure are performed twice to four times. It is characterized by what it does.

(6)上記(4)に記載の構成にあって、前記第2の圧力まで減圧する工程と前記第3の圧力まで加圧する工程とを2回から6回行うことをその特徴とする。 (6) In the configuration described in the above (4), the step of reducing the pressure to the second pressure and the step of pressurizing the pressure to the third pressure are performed twice to six times.

(7)上記(1)から(6)のいずれか1つに記載の構成にあって、前記第1の圧力から第2の圧力まで減圧してからこれを前記第3の圧力まで加圧するまでにかかる1回のサイクルタイムは、10秒間から40秒間であることをその特徴とする。 (7) In the configuration described in any one of (1) to (6) above, the pressure is reduced from the first pressure to the second pressure and then is increased to the third pressure. It is characterized in that one cycle time taken is 10 seconds to 40 seconds.

上記構成により、本発明に係るはんだバンプの形成方法は、効率よくはんだバンプ中のボイドを脱泡することができる。   According to the above configuration, the method for forming a solder bump according to the present invention can efficiently devoid the void in the solder bump.

本発明の一実施形態に係るはんだバンプの形成方法を用いて形成されたはんだバンプを有する基板の一部を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a part of board | substrate which has a solder bump formed using the formation method of the solder bump concerning one Embodiment of this invention. 同実施形態に係り、容器内における温度プロファイルと圧力の変化を示す図である。It is a figure which concerns on the same embodiment and shows the change of the temperature profile and pressure in a container. 本発明の実施例に係り、はんだバンプの形成における温度プロファイルを示す図である。It is a figure which concerns on the Example of this invention and which shows the temperature profile in formation of a solder bump.

以下、本発明のはんだバンプの形成方法の一実施形態について詳細に説明する。なお、本発明が当該実施形態に限定されないのはもとよりである。   Hereinafter, an embodiment of a method of forming a solder bump of the present invention will be described in detail. The present invention is of course not limited to the embodiment.

先ず、図1を用いて本実施形態の形成方法により形成されるはんだバンプを説明する。本実施形態においてはワークとして基板11を使用しているが、プリント基板、シリコンウエハ等、電子部品の搭載、実装に用いられる基材であればこれらに限らずワークとして使用することができる。図1に示すように、はんだバンプ10は、基板11上に形成される。   First, solder bumps formed by the forming method of the present embodiment will be described with reference to FIG. Although the substrate 11 is used as a work in the present embodiment, any substrate such as a printed circuit board, a silicon wafer, etc. can be used as a work as long as it is used for mounting and mounting electronic components. As shown in FIG. 1, the solder bumps 10 are formed on the substrate 11.

次に本実施形態の形成方法では、先ず基板11上の所定の位置にはんだ合金とフラックスとを混合したソルダペーストを塗布する。このようなフラックスとしては、例えばベース樹脂と溶剤と活性剤とを含むものが挙げられる。
また前記ベース樹脂としては例えばロジン系樹脂、アクリル系樹脂等が、前記活性剤としては例えば有機酸、アミン類又はこれらのハロゲン化物等が挙げられる。またこれらに酸化防止剤、チキソ剤を添加したフラックスも好ましく用いられる。
Next, in the formation method of the present embodiment, first, a solder paste in which a solder alloy and a flux are mixed is applied to a predetermined position on the substrate 11. Examples of such flux include those containing a base resin, a solvent and an activator.
Further, examples of the base resin include rosin resins and acrylic resins, and examples of the activator include organic acids, amines, and halides of these. Moreover, the flux which added antioxidant and a thixo agent to these is also used preferably.

このようなフラックスを用いることで、はんだ合金の濡れ性を向上し、形成するはんだバンプのボイド発生を抑制することができる。   By using such a flux, it is possible to improve the wettability of the solder alloy and to suppress the occurrence of voids in the formed solder bumps.

また前記はんだ合金の組成も特に限定されないが、環境の観点から鉛フリーはんだであることが好ましい。なお、本実施形態においてはSn−3Ag−0.5Cu組成の鉛フリーはんだ合金を使用する。   The composition of the solder alloy is also not particularly limited, but is preferably lead-free solder from the environmental point of view. In the present embodiment, a lead-free solder alloy having a composition of Sn-3Ag-0.5Cu is used.

次いで、ソルダペーストを塗布した基板11を例えば真空リフローはんだ付け装置に備え付けられた真空チャンバに収容する。
基板11を収容した前記真空チャンバ内は第1の圧力(P1)となるよう調整される。なおこの調整にあたっては、例えば、一旦室温にて大気圧状態から真空引きを行い前記真空チャンバ内を真空状態とした後、窒素等の不活性ガス、水素等の還元性ガスを供給して第1の圧力(P1)とすることが好ましい。また第1の圧力(P1)は、大気圧近傍であることが好ましい。
Next, the substrate 11 coated with the solder paste is housed, for example, in a vacuum chamber provided in a vacuum reflow soldering apparatus.
The inside of the vacuum chamber containing the substrate 11 is adjusted to a first pressure (P1). In this adjustment, for example, once the inside of the vacuum chamber is evacuated by drawing a vacuum from atmospheric pressure at room temperature, then an inert gas such as nitrogen or a reducing gas such as hydrogen is supplied to It is preferable to set the pressure (P1) of The first pressure (P1) is preferably near atmospheric pressure.

そして前記真空チャンバ内を第1の圧力(P1)下としたまま前記真空チャンバ内を加熱することで基板11を加熱する。本実施形態における温度プロファイルおよび前記容器内(=基板11周囲)の圧力の変化を図2に示す。なお図2に示すように一定時間の予熱温度(図2では150℃)を保っても良い。
また、本実施形態においては第1の圧力(P1)下での加熱を前記真空チャンバ内で行ったが、例えば第1の圧力(P1)下での加熱はリフロー装置の加熱ゾーンにて行い、その後に基板11を前記真空チャンバ内に収容するようにしても良い。
Then, the substrate 11 is heated by heating the inside of the vacuum chamber while keeping the inside of the vacuum chamber under the first pressure (P1). Changes in the temperature profile and the pressure in the container (= around the substrate 11) in the present embodiment are shown in FIG. As shown in FIG. 2, the preheating temperature (150 ° C. in FIG. 2) may be maintained for a predetermined time.
In the present embodiment, heating under the first pressure (P1) is performed in the vacuum chamber, but for example, heating under the first pressure (P1) is performed in the heating zone of the reflow apparatus, Thereafter, the substrate 11 may be accommodated in the vacuum chamber.

基板11への加熱温度が前記はんだ合金の液相温度近傍以上となった以降、前記真空チャンバ内の圧力を第1の圧力(P1)よりも低い第2の圧力(P2)まで減圧する。
本実施形態では、図2に示す温度プロファイルがはんだ合金の液相温度近傍以上となった以降、即ち前記真空チャンバ内の温度(D)が前記はんだ合金の液相温度である220℃(D1)になった際に、前記真空チャンバ内の圧力を第1の圧力(P1)よりも低い第2の圧力(P2)まで減圧する。減圧の方法としては、例えば前記真空チャンバに備え付けたポンプ(図示せず)を用いて、前記真空チャンバから気体を排気する方法が挙げられる。なお、特に前記真空チャンバ内が液相温度以上となった以降に前記真空チャンバ内の圧力を第2の圧力(P2)まで減圧することが好ましい。
After the heating temperature to the substrate 11 becomes equal to or higher than the liquidus temperature of the solder alloy, the pressure in the vacuum chamber is reduced to a second pressure (P2) lower than the first pressure (P1).
In the present embodiment, after the temperature profile shown in FIG. 2 becomes higher than the liquidus temperature of the solder alloy or higher, that is, the temperature (D) in the vacuum chamber is 220 ° C. (D1) which is the liquidus temperature of the solder alloy. When this occurs, the pressure in the vacuum chamber is reduced to a second pressure (P2) lower than the first pressure (P1). As a method of reducing pressure, for example, there is a method of evacuating gas from the vacuum chamber using a pump (not shown) provided in the vacuum chamber. In particular, it is preferable to reduce the pressure in the vacuum chamber to a second pressure (P2) after the temperature in the vacuum chamber reaches the liquidus temperature or more.

このように、第2の圧力(P2)への減圧のタイミングを前記真空チャンバ内の温度がその液相温度近傍(本実施形態の場合は液相温度である220℃(D1))になった際に行うことにより、前記ソルダペーストに用いられるフラックス量の減少による前記はんだ合金の溶融性の低下を防ぐことができる。即ち、前記はんだ合金が溶融する前から長時間、前記真空チャンバ内を減圧状態としておくと前記フラックス量が減少し易くなり、前記はんだ合金の溶融性に影響を及ぼす虞がある。
なお本実施形態において液相温度近傍とは、前記はんだ合金の5割以上が溶融する温度を言う。
Thus, the timing of the pressure reduction to the second pressure (P2) was such that the temperature in the vacuum chamber became close to the liquidus temperature (220.degree. C. (D1) which is the liquidus temperature in this embodiment) By doing this, it is possible to prevent the decrease in the melting property of the solder alloy due to the decrease in the amount of flux used for the solder paste. That is, if the pressure in the vacuum chamber is reduced for a long time before the solder alloy melts, the amount of flux tends to decrease, which may affect the meltability of the solder alloy.
In the present embodiment, the vicinity of the liquidus temperature means a temperature at which 50% or more of the solder alloy melts.

また本実施形態において、第2の圧力(P2)は、50Paから100Paであることが好ましい。この範囲は、はんだバンプが形成された基板(ワーク)の用途によって適宜選定することができる。   In the present embodiment, the second pressure (P2) is preferably 50 Pa to 100 Pa. This range can be appropriately selected according to the application of the substrate (work) on which the solder bumps are formed.

第2の圧力(P2)の真空度が高ければ高いほど前記はんだ合金内に含まれているボイドの膨張サイズが大きくなり、またその後の加圧時の圧力の差が大きくなるため、前記はんだ合金からのボイド排出効果は高まる。しかし本実施形態の場合、第2の圧力(P2)の真空度が50Pa以上であっても効率よくボイドの低減効果を発揮することができる。   The higher the degree of vacuum at the second pressure (P2), the larger the expansion size of the voids contained in the solder alloy, and the larger the difference in pressure at the time of subsequent pressurization, the solder alloy The void discharge effect from water is enhanced. However, in the case of the present embodiment, even if the degree of vacuum of the second pressure (P2) is 50 Pa or more, the void reduction effect can be efficiently exhibited.

次に前記真空チャンバ内の圧力を第2の圧力(P2)よりも高い第3の圧力(P3)まで加圧する。加圧の方法としては、例えば前記真空チャンバ内に窒素等の不活性ガス、水素等の還元性ガスを供給して第3の圧力(P3)まで調整することが好ましい。
ここで第3の圧力(P3)に到達した時点の前記真空チャンバ内の温度(D2)は、前記はんだ合金の液相温度以上であることが好ましい。前記はんだ合金が凝固し始めた状態で第3の圧力(P3)まで加圧すると、ボイドが膨張した状態で前記はんだバンプに閉じ込められる虞がある。
Next, the pressure in the vacuum chamber is increased to a third pressure (P3) higher than the second pressure (P2). As a method of pressurization, for example, it is preferable to adjust a third pressure (P3) by supplying an inert gas such as nitrogen or the like and a reducing gas such as hydrogen into the vacuum chamber.
Here, the temperature (D2) in the vacuum chamber when the third pressure (P3) is reached is preferably equal to or higher than the liquidus temperature of the solder alloy. When the solder alloy starts to solidify and is pressurized to the third pressure (P3), there is a possibility that the void is confined in the solder bump in the expanded state.

なお、前記真空チャンバ内に窒素等のガスを供給する際、これらガスの温度との差異により、一旦前記真空チャンバ内の温度が下がることがある。この場合において、前記真空チャンバ内の温度(D2)と液相温度との差が小さい場合、この内部温度の低下により前記はんだ合金の一部に固相が発生して前記はんだ合金内のボイド排出効果を妨げ、形成したはんだバンプにボイドが膨張した状態で閉じ込められる虞がある。特に固相温度と液相温度の範囲が狭いはんだ合金を使用する場合、このような現象が起きやすくなる。前記真空チャンバ内の温度(D2)を前記はんだ合金の液相温度以上、特に液相温度より10℃以上とすることで、この現象を抑制することができる。   In addition, when supplying gas, such as nitrogen, in the said vacuum chamber, the temperature in the said vacuum chamber may fall once by the difference with the temperature of these gas. In this case, when the difference between the temperature (D2) in the vacuum chamber and the liquidus temperature is small, a drop in the internal temperature generates a solid phase in a part of the solder alloy, and the void is discharged in the solder alloy. There is a possibility that the effect is hindered and the void is confined in the expanded state in the formed solder bump. Such a phenomenon is likely to occur particularly when a solder alloy having a narrow range of solid phase temperature and liquid phase temperature is used. This phenomenon can be suppressed by setting the temperature (D2) in the vacuum chamber to the liquidus temperature of the solder alloy or more, particularly 10 ° C or more than the liquidus temperature.

また、第3の圧力(P3)は、10,000Paから50,000Paであることが好ましい。この第3の圧力(P3)をこの範囲内とすることにより減圧と加圧のサイクルタイムを短縮することができ、短時間で複数回の減圧と加圧が可能になるため、効率よくはんだバンプのボイド低減を実現できる。またこの場合、前記ソルダペーストに含まれるフラックス量の減少およびこれによる前記はんだ合金表面の再酸化を抑制することができる。
一般的に、前記真空チャンバ内を真空圧に減圧すれば前記はんだ合金内に含まれているボイドの膨張サイズは大きくなり外に排出され易く、またその後に前記真空チャンバ内を大気圧まで加圧すれば前記ボイドが収縮する事ではんだに流動性を与え脱泡効果は向上する。一方、この減圧時と加圧時の圧力の差が大きいと脱泡時にボイドと共に溶融した前記はんだ合金が飛散する現象が起きる可能性がある。しかし第3の圧力(P3)を前記範囲内とした場合、このような飛散現象を抑制することができる。なお、後述のように本実施形態においては減圧と加圧を複数回繰り返すため、前記はんだ合金内のボイドを効率よく低減することができ、且つ、第3の圧力(P3)を前記範囲内とした場合、繰り返しによる前記飛散現象を抑制することもできる。
The third pressure (P3) is preferably 10,000 Pa to 50,000 Pa. By setting the third pressure (P3) in this range, it is possible to shorten the cycle time of depressurization and pressurization, and a plurality of depressurization and pressurization can be performed in a short time. Can be reduced. Further, in this case, it is possible to suppress the reduction of the amount of flux contained in the solder paste and the re-oxidation of the surface of the solder alloy due to this.
Generally, if the inside of the vacuum chamber is depressurized to vacuum pressure, the expansion size of the void contained in the solder alloy becomes large and it is easy to be discharged outside, and then the inside of the vacuum chamber is pressurized to atmospheric pressure If this is done, the void shrinks to make the solder more fluid and improve the defoaming effect. On the other hand, if the difference between the pressure at the time of depressurization and the pressure at the time of pressurization is large, there is a possibility that the solder alloy melted together with the void may be scattered at the time of defoaming. However, when the third pressure (P3) is in the above range, such scattering can be suppressed. As described later, in the embodiment, since the decompression and pressurization are repeated a plurality of times, voids in the solder alloy can be efficiently reduced, and the third pressure (P3) is within the above range. In this case, the scattering phenomenon due to repetition can be suppressed.

この第1の圧力(P1)から第2の圧力(P2)への減圧、および第2の圧力(P2)から第3の圧力(P3)への加圧を1サイクルとした場合の1回のサイクルタイムは10秒間から40秒間であることが好ましい。1回のサイクルタイムをこの時間内とすることで、フラックス量の減少およびこれによる前記はんだ合金表面の再酸化を抑制することができる。一方、1回のサイクルタイムが40秒間より長くなると、前記ソルダペーストに含まれるフラックス量が減少し易くなり、前記はんだ合金からボイドを排除し難くなる虞がある。   Decompression from the first pressure (P1) to the second pressure (P2) and pressurization from the second pressure (P2) to the third pressure (P3) in one cycle. The cycle time is preferably 10 seconds to 40 seconds. By setting one cycle time to this time, it is possible to suppress the reduction of the amount of flux and the re-oxidation of the surface of the solder alloy due to this. On the other hand, when the cycle time per one cycle is longer than 40 seconds, the amount of flux contained in the solder paste is likely to be reduced, which may make it difficult to eliminate voids from the solder alloy.

また第1の圧力(P1)から第2の圧力(P2)までの減圧工程、および第2の圧力(P2)から第3の圧力(P3)までの加圧工程は複数回行われる。このように減圧と加圧を複数回繰り返すことにより溶融した前記はんだ合金内のボイドの脱泡を促し、形成したはんだバンプ内に残存するボイドを低減することが可能となる。   In addition, the depressurizing process from the first pressure (P1) to the second pressure (P2) and the pressurizing process from the second pressure (P2) to the third pressure (P3) are performed a plurality of times. Thus, it is possible to accelerate the degassing of voids in the molten solder alloy by repeating decompression and pressurization a plurality of times, and to reduce the voids remaining in the formed solder bumps.

なお、この減圧工程と加圧工程の回数は2回から4回であることが好ましい。この減圧工程と加圧工程の回数は多い方が好ましいものの、回数を増やすために前記真空チャンバ内の加熱時間、特にピークの加熱時間が延びてしまうと、前記ソルダペーストに含まれるフラックス量が減少し、前記はんだ合金の表面が再酸化してしまう虞がある。
なお、前述のように第3の圧力(P3)を10,000Paから50,000Paの範囲内とした場合、短時間で減圧および加圧を行うことができるため、前記減圧工程と前記加圧工程の回数は2回から6回までとすることができる。
The number of times of the pressure reduction step and the pressure step is preferably 2 to 4 times. Although it is preferable that the number of times of the pressure reduction step and the pressure step is large, if the heating time in the vacuum chamber, particularly the peak heating time, is increased to increase the number, the amount of flux contained in the solder paste decreases. As a result, the surface of the solder alloy may be reoxidized.
In addition, since pressure reduction and pressurization can be performed in a short time when the third pressure (P3) is in the range of 10,000 Pa to 50,000 Pa as described above, the pressure reduction process and the pressure application process can be performed. The number of times can be from 2 to 6 times.

最後の減圧が終わった後、前記真空チャンバ内の圧力を第3の圧力(P3)まで加圧し、更にこれを第1の圧力(P1)まで加圧する。なお、図2に示された第1の圧力(P1)は最初の第1の圧力(P1)と同一値で表されているが、大気圧近傍の圧力であれば両者は同一でなくとも良い。また図2に示すように第3の圧力(P3)までの加圧と第1の圧力(P1)までの加圧は連続して行っても良く、また一旦第3の圧力(P3)に加圧した後に第1の圧力(P1)まで加圧しても良い。前述のように前記真空チャンバ内の加熱時間を延ばさないようにするためには、前者の連続しての加圧が好ましい。   After the final decompression, the pressure in the vacuum chamber is increased to a third pressure (P3), which is further increased to a first pressure (P1). Although the first pressure (P1) shown in FIG. 2 is represented by the same value as the first pressure (P1), the pressure may be the same as or near the atmospheric pressure. . In addition, as shown in FIG. 2, the pressurization to the third pressure (P3) and the pressurization to the first pressure (P1) may be performed continuously, and once applied to the third pressure (P3). After the pressure is applied, the pressure may be increased to a first pressure (P1). As mentioned above, in order not to extend the heating time in the vacuum chamber, the former continuous pressurization is preferable.

そして前記真空チャンバ内の圧力が第1の圧力(P1)にまで到達した以降、前記真空チャンバ内の温度を前記はんだ合金の液相温度以下にまで冷却し、その温度が室温近傍にまで戻った後、基板11を前記真空チャンバ内より取り出す。
その後、基板11上に残存するフラックス残渣(図示せず)を洗浄液等で除去し、図1に示すはんだバンプ10が形成された基板11が完成する。
Then, after the pressure in the vacuum chamber reaches the first pressure (P1), the temperature in the vacuum chamber is cooled to below the liquidus temperature of the solder alloy, and the temperature returns to around room temperature Thereafter, the substrate 11 is taken out of the vacuum chamber.
Thereafter, the flux residue (not shown) remaining on the substrate 11 is removed by a cleaning solution or the like, and the substrate 11 on which the solder bumps 10 shown in FIG. 1 are formed is completed.

なお、本実施形態においては、特に図2に示す時間(T)、即ち第1の圧力(P1)から第2の圧力(P2)への減圧と第2の圧力(P2)から第3の圧力(P3)への加圧、および加圧により第1の圧力(P1)への復圧までに要する時間を短くし、またこの間に複数回減圧と加圧を繰り返すことにより、前記はんだ合金の濡れ性等に影響を与えることなく効率よくそのボイドを低減することができる。この時間(T)は、例えば120秒間から210秒間程度であることが好ましい。   In the present embodiment, in particular, the time (T) shown in FIG. 2, that is, the pressure reduction from the first pressure (P1) to the second pressure (P2) and the second pressure (P2) to the third pressure Wetting the solder alloy by pressurizing the (P3) and shortening the time required for repressurization to the first pressure (P1) by pressurization, and repeating decompression and pressurization several times during this time The voids can be efficiently reduced without affecting the properties and the like. This time (T) is preferably, for example, about 120 seconds to 210 seconds.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳述する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples and comparative examples. The present invention is not limited to these examples.

<ソルダペーストの調製>
ベース樹脂、活性剤および溶剤を適宜混合してフラックスを作製し、これを12重量%とSn−3Ag−0.5Cuはんだ合金粉末88重量%(液相温度220℃)とをそれぞれ混合し、実施例および比較例に係るソルダペーストを得た。
<Preparation of solder paste>
A base resin, an activator and a solvent are appropriately mixed to prepare a flux, and this is mixed with 12% by weight and 88% by weight of Sn-3Ag-0.5Cu solder alloy powder (liquidus temperature 220 ° C.), and then implemented. Solder pastes according to examples and comparative examples were obtained.

バンプ(実施例4、6及び7、参考例1’から参考例3’、参考例5’、比較例1から比較例3、参考例1から参考3)
FR4基板(Cu−OSP処理、基板レジスト膜20μm、電極ピッチ130μm、電極開口直径75μm)を使用した。前記FR4基板に対応するするパターンを有するメタルマスク(マスク厚30μm)を用いて各ソルダペーストを手刷りで印刷した。
Bumps (Examples 4, 6 and 7, Reference Examples 1 'to Reference Example 3', Reference Example 5 ', Comparative Comparative Example 1 Example 3, Reference Example 3 from Example 1)
An FR4 substrate (Cu-OSP treatment, substrate resist film 20 μm, electrode pitch 130 μm, electrode aperture diameter 75 μm) was used. Each solder paste was printed by hand using a metal mask (mask thickness 30 μm) having a pattern corresponding to the FR4 substrate.

次いで、前記各基板をリフロー装置(製品名:SMT Scope SK−5000 山陽精工株式会社製)を用い、減圧および加圧時以外は大気圧で窒素雰囲気下(酸素濃度100ppm)、図3に示す温度プロファイル、並びに表1および表2に示す条件にてリフローを行い、各試験基板を作製した。 また前記各試験基板について、X線観察装置(製品名:XD7600 Diamond、Nordson Corporation社製)を用い、形成されたはんだバンプに占めるボイドの面積率を評価した。その結果を表1および表2に表す。
なお、表1および表2において第2の圧力への減圧タイミングは、いずれも昇温時の前記リフロー装置内の温度到達時を表す。
Next, using the reflow apparatus (product name: SMT Scope SK-5000 manufactured by Sanyo Seiko Co., Ltd.), the above-mentioned substrates are shown in FIG. Reflow was performed under the conditions shown in the profiles and Tables 1 and 2 to produce each test substrate. Moreover, the area ratio of the void occupied to the formed solder bump was evaluated using X-ray observation apparatus (product name: XD7600 Diamond, product made by Nordson Corporation) about each said test board | substrate. The results are shown in Tables 1 and 2.
In Tables 1 and 2, the pressure reduction timing to the second pressure indicates the time at which the temperature in the reflow apparatus is reached at the time of temperature rise.

Figure 0006506035
Figure 0006506035

Figure 0006506035
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表1および表2に表されるように、実施例4、6及び7、参考例1’から参考例3’、参考例5’のいずれもボイド面積率は10%未満となり、ボイド低減効果のあることが分かる。
また実施例6および実施例7のように、第3の圧力を10,000Paから50,000Paとした場合、短時間に減圧−加圧回数を6回行っても良好なボイド低減効果を発揮することができる。
更に特に実施例4のように第3の圧力を10,000Paとし、減圧−加圧回数を4回とすると、前記基板上に塗布されたソルダペーストが第1の圧力よりも低圧力下且つ高温下(はんだ合金の溶融温度以上)に曝される時間を少なくしつつ減圧−加圧を繰り返すことにより、フラックス量の減少を防ぎつつよりよいボイド低減効果を発揮することができることが分かる。
As shown in Tables 1 and 2, the void area ratio is less than 10% in any of Examples 4, 6 and 7 and Reference Examples 1 ′ to 3 ′ and 5 ′ , and the void reduction effect is I know that there is.
Also, as in Example 6 and Example 7, when the third pressure is set to 10,000 Pa to 50,000 Pa, good void reduction effect is exhibited even if the number of times of pressure reduction and pressurization is performed in a short time six times. be able to.
Furthermore, particularly when the third pressure is 10,000 Pa and the number of times of decompression and pressurization is four as in Example 4, the solder paste applied onto the substrate is under pressure lower than the first pressure and higher than the first pressure. It can be seen that by repeating the depressurization-pressurization while reducing the time of exposure to the lower side (the melting temperature of the solder alloy), it is possible to exhibit a better void reduction effect while preventing the reduction of the amount of flux.

10…はんだバンプ
11…基板
10: Solder bumps 11: substrate

Claims (5)

ワーク上にはんだバンプを形成する方法であって、
フラックスおよびはんだ合金からなるソルダペーストを前記ワーク上の所定の位置に印刷する工程と、
前記ワークを大気圧の近傍である第1の圧力下にて加熱する工程と、
前記ワークを加熱する加熱温度が前記はんだ合金の液相温度近傍以上になった以降に前記ワーク周囲の圧力を前記第1の圧力よりも低い第2の圧力まで減圧する工程と、
前記加熱温度が前記はんだ合金の液相温度以上の状態で前記ワーク周囲の圧力を前記第2の圧力よりも高い第3の圧力まで加圧する工程と、
前記加熱温度が前記はんだ合金の液相温度以上の状態で前記ワーク周囲の圧力を前記第1の圧力まで加圧する工程と、
前記ワーク周囲の圧力が前記第1の圧力に到達した以降に前記加熱温度を前記はんだ合金の液相温度以下にして前記ワーク上にはんだバンプを形成する工程とを含み、
前記第3の圧力は、10,000Paから50,000Paであり、
前記第2の圧力まで減圧する工程と前記第3の圧力まで加圧する工程とを複数回行うことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
A method of forming solder bumps on a workpiece,
Printing a solder paste consisting of flux and solder alloy at a predetermined position on the work;
Heating the workpiece under a first pressure, which is near atmospheric pressure;
Reducing the pressure around the work to a second pressure lower than the first pressure after the heating temperature for heating the work reaches or exceeds the liquidus temperature of the solder alloy;
Pressurizing the pressure around the work to a third pressure higher than the second pressure while the heating temperature is higher than the liquidus temperature of the solder alloy;
Pressurizing the pressure around the work to the first pressure while the heating temperature is equal to or higher than the liquidus temperature of the solder alloy;
After the pressure around the work reaches the first pressure, making the heating temperature equal to or lower than the liquidus temperature of the solder alloy to form a solder bump on the work;
The third pressure is 10,000 Pa to 50,000 Pa,
A method of forming a solder bump, comprising performing the step of reducing pressure to the second pressure and the step of pressing to the third pressure multiple times.
前記第2の圧力は、50Paから100Paであることを特徴とする請求項1に記載のはんだバンプの形成方法。   The method for forming a solder bump according to claim 1, wherein the second pressure is 50 Pa to 100 Pa. 前記第3の圧力まで加圧する工程において、前記ワーク周囲の圧力が前記第3の圧力に到達した時点の前記加熱温度は前記はんだ合金の液相温度より10℃以上高い温度であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のはんだバンプの形成方法。 In the step of pressurizing to said third pressure, wherein the heating temperature at which the pressure of the workpiece surrounding reaches the third pressure and wherein a liquidus temperature than 10 ° C. or more higher than the temperature of the solder alloy The formation method of the solder bump of Claim 1 or Claim 2. 前記第2の圧力まで減圧する工程と前記第3の圧力まで加圧する工程とを2回から6回行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のはんだバンプの形成方法。 The solder bump according to any one of claims 1 to 3, wherein the step of reducing the pressure to the second pressure and the step of pressing the pressure to the third pressure are performed twice to six times. Formation method. 前記第1の圧力から第2の圧力まで減圧してからこれを前記第3の圧力まで加圧するまでにかかる1回のサイクルタイムは、10秒間から40秒間であることを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載のはんだバンプの形成方法。 One cycle time taken to reduce the pressure from the first pressure to the second pressure and pressurize the pressure to the third pressure is 10 seconds to 40 seconds. The method for forming a solder bump according to any one of claims 1 to 4 .
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