JP6511768B2 - Method of forming solder bumps - Google Patents
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Description
本発明は、活性剤を含むはんだペーストを用いてギ酸ガス雰囲気下でリフロー処理してはんだバンプを形成する方法に関する。 The present invention relates to a method of forming a solder bump by reflow processing in a formic acid gas atmosphere using a solder paste containing an activator.
従来、はんだ粉末とフラックスからなるはんだペーストを用いてはんだバンプを形成する方法として、フラックスに活性剤を含み、窒素雰囲気又は低酸素雰囲気下でリフローする方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この方法で用いるはんだペーストは、はんだ粉末、フラックスを所定の比率で混合してなり、はんだ粉末としては、Sn−Ag−Cu系、Pb−Sn系等の合金はんだ粉末で、粒径5μm〜32μmのものを用い、フラックスとしては、ロジン等の樹脂分、活性剤、チクソ剤、溶剤を含有しており、ハロゲンフリータイプ、活性(RA)タイプ、弱活性(RMA)タイプ、水溶性タイプ等のものを用いている。 Conventionally, as a method of forming a solder bump using a solder paste composed of a solder powder and a flux, there is disclosed a method of including an activator in the flux and reflowing in a nitrogen atmosphere or a low oxygen atmosphere (for example, Patent Document 1) reference). The solder paste used in this method is a mixture of solder powder and flux at a predetermined ratio, and the solder powder is a Sn—Ag—Cu based, Pb—Sn based alloy solder powder with a particle size of 5 μm to 32 μm. The flux contains a resin component such as rosin, an activator, a thixo agent, and a solvent, and is halogen free, active (RA), weak active (RMA), water soluble, etc. I use the one.
一方、抵抗素子、容量素子のような2端子を基板にはんだ付けする場合に2端子それぞれのはんだ量の不均一差を解消して、間隔が小さい部分をはんだ接合する際の信頼性を向上するために、はんだ粉末等の酸化皮膜に対する還元力を有する活性剤を含まないペーストを使用し、リフロー工程ではんだを溶融する際にギ酸ガスを噴霧してはんだ粉末等の酸化皮膜を還元する、部品搭載方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。この部品搭載方法で使用されるはんだペーストは、はんだ粉末とポリブデンのような有機材料からなり、フラックスを使用していない。 On the other hand, when two terminals such as a resistance element and a capacitance element are soldered to a substrate, the non-uniform difference in the amount of solder between the two terminals is eliminated to improve the reliability when soldering portions with small spacing. In order to reduce the oxide film such as solder powder by spraying a formic acid gas when melting the solder in the reflow process using a paste that does not contain an activator that has a reducing power to the oxide film such as solder powder. A mounting method is disclosed (see, for example, Patent Document 2). The solder paste used in this component mounting method consists of solder powder and an organic material such as polybden, and does not use flux.
特許文献1に代表されるはんだバンプの形成方法では、リフロー工程におけるはんだ溶融時にはんだ粉末等の酸化皮膜を活性剤により還元している。この活性剤により還元する代わりに、特許文献2に示されるはんだペーストを用いて、これを印刷し、リフロー工程でのはんだ溶融時にギ酸ガスを噴霧する方法を適用した場合、特許文献2のはんだペーストでは、ペースト印刷後のマスク剥離時のバンプ前駆体に欠けを生じ、バンプ前駆体の形状が良好にならない不具合があった。 In the method for forming a solder bump represented by Patent Document 1, an oxide film such as solder powder is reduced by an activator at the time of solder melting in the reflow process. When the method of printing this using the solder paste shown by patent document 2 instead of reducing with this activator, and spraying a formic acid gas at the time of solder melting in a reflow process is applied, the solder paste of patent document 2 In this case, there was a defect that the bump precursor at the time of mask peeling after paste printing was chipped and the shape of the bump precursor was not good.
その一方、特許文献1に示されるロジン等の樹脂分、活性剤、チクソ剤、溶剤を含有するフラックスを含むはんだペーストを用いて、これを印刷し、リフロー工程でのはんだ溶融時にギ酸ガスを噴霧する方法を適用した場合、バンプ内に極端にボイドが多く発生する不具合があった。 On the other hand, this is printed using a solder paste containing a resin component such as rosin shown in Patent Document 1, an activator, a thixo agent, and a solvent containing a solvent, and formic acid gas is sprayed when the solder is melted in the reflow process. When using the method described above, there was a defect that extremely many voids occurred in the bumps.
本発明の目的は、ペースト印刷後のマスク剥離時のバンプ前駆体に欠けがなく、リフロー後のバンプの形状及び寸法が均一であり、かつバンプ内のボイドの発生が少ないはんだバンプの形成方法を提供することにある。 An object of the present invention is a method of forming a solder bump in which there is no chip in a bump precursor at the time of mask peeling after paste printing, the shape and size of a bump after reflow are uniform, and generation of voids in the bump is small. It is to provide.
本発明の第1の観点は、開口部を有するマスクを基材上に配置し、この開口部内にフラックスとはんだ粉末とを含むはんだペーストを充填するように前記はんだペーストを印刷し、前記マスクを剥離した後、前記基材上のバンプ前駆体をリフロー処理してはんだバンプを形成する方法の改良である。その特徴ある点は、前記フラックスが、ロジン、溶剤、チクソ剤及び活性剤を含有し、前記フラックスの酸価値が100mgKOH/g以下であって、前記フラックスのハロゲン含有量が0.03質量%以下であり、前記リフロー処理をギ酸ガス雰囲気下及び/又はギ酸が熱により分解されたガスの雰囲気下で行うことにある。但し、フラックスが含有するハロゲンは、イオン化するハロゲンをいう。 According to a first aspect of the present invention, a mask having an opening is disposed on a substrate, and the solder paste is printed so as to fill the opening with a solder paste containing flux and solder powder, and the mask is It is improvement of the method of carrying out the reflow process of the bump precursor on the said base material, and forming a solder bump, after peeling. Its distinctive point, the flux, rosin, a solvent, containing a switch shit agents and active agents, acid value of the flux is not more than 100 mg KOH / g, halogen content of the flux is 0.03 wt% The following is to perform the reflow process in a formic acid gas atmosphere and / or an atmosphere of a gas in which formic acid is thermally decomposed. However, halogen flux contains refers to halogen ionizing.
本発明の第2の観点は、第1の観点に基づく発明であって、前記ロジンが、重合ロジンエステル、ロジンエステル、テルペン系樹脂、石油系樹脂、水素化ロジンエステル、マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性キシレン樹脂、ケトン樹脂又はアルキルフェノール樹脂であるはんだバンプの形成方法である。 A second aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, wherein the rosin is a polymerized rosin ester, rosin ester, terpene resin, petroleum resin, hydrogenated rosin ester, maleic acid resin, rosin modification It is a formation method of the solder bump which is a phenol resin, rosin modified xylene resin, a ketone resin, or an alkylphenol resin.
本発明の第3の観点は、第1又は第2の観点に基づく発明であって、前記はんだ粉末が、Sn−Ag−Cu系合金はんだ粉末、Sn−Cu系合金はんだ粉末、Sn−Ag系合金はんだ粉末又はPb−Sn系合金はんだ粉末であるはんだバンプの形成方法である。 A third aspect of the present invention is the invention based on the first or second aspect, wherein the solder powder is Sn—Ag—Cu alloy solder powder, Sn—Cu alloy solder powder, Sn—Ag based It is a formation method of the solder bump which is alloy solder powder or Pb-Sn type alloy solder powder.
本発明の第4の観点は、第1ないし第3の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、前記フラックスが、溶剤が20〜60質量%、チクソ剤が1.0〜10質量%、活性剤が0.1質量%以下及びロジンが残部であるはんだバンプの形成方法である。 A fourth aspect of the present invention is the invention based on any of the first to third aspects, wherein the flux comprises 20 to 60% by mass of the solvent and 1.0 to 10% by mass of the thixotropic agent. The method is a method for forming a solder bump in which the activator is 0.1% by mass or less and the rosin is the balance.
本発明の第5の観点は、ロジン、溶剤、チクソ剤及び活性剤を含有し、酸価値が100mgKOH/g以下であって、前記活性剤の含有量が0.1質量%以下であり、ハロゲン含有量が0.03質量%以下であるフラックスとはんだ粉末とを含むはんだペーストである。 A fifth aspect of the present invention, rosin, a solvent, containing a switch shit agents and active agents, acid value is not more than 100 mg KOH / g, the content of the active agent is not more than 0.1 mass%, It is a solder paste containing flux and solder powder whose halogen content is 0.03 mass% or less.
本発明の第1の観点のはんだバンプの形成方法では、ロジン、溶剤、チクソ剤及び活性剤を含有するフラックスを用いるため、マスク開口部へのペースト充填性及びバンプ前駆体の形状保持性が高いことから、ペースト印刷後のマスク剥離時のバンプ前駆体に欠けがなく、リフロー後のバンプの形状及び寸法が均一となり、印刷性に優れる。フラックスの酸価値が100mgKOH/g以下であって、フラックスのハロゲン含有量が0.03質量%以下であるため、フラックスとはんだ粉末の酸化物との還元反応で生じる還元水の発生が少なく、バンプ内のボイドの発生が少ない。またリフロー処理をギ酸ガス雰囲気下及び/又はギ酸が熱により分解されたガスの雰囲気下で行うことにより、はんだ粉末等の酸化皮膜を還元してはんだ溶融を円滑にする。 In a first aspect of the solder bump forming method of the present invention, rosin, a solvent, for using a flux containing a Chi shit agents and active agents, shape retention of the paste filling property and bump precursor to the mask opening Since it is high, there is no chip in the bump precursor at the time of mask peeling after paste printing, the shape and size of the bump after reflow become uniform, and the printability is excellent. Since the acid value of the flux is 100 mg KOH / g or less and the halogen content of the flux is 0.03 mass% or less, the generation of reduced water caused by the reduction reaction between the flux and the oxide of the solder powder is small, and the bumps are Less occurrence of voids inside. Further, by performing the reflow process in a formic acid gas atmosphere and / or in an atmosphere of a gas in which formic acid is thermally decomposed, the oxide film such as the solder powder is reduced to make the solder melting smooth.
本発明の第2の観点のはんだバンプの形成方法では、ロジンとして、重合ロジンエステル、ロジンエステル、テルペン系樹脂、石油系樹脂、水素化ロジンエステル、マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性キシレン樹脂、ケトン樹脂又はアルキルフェノール樹脂を用いることにより、フラックスの酸価値を100mgKOH/g以下にすることができる。 In the method for forming a solder bump according to the second aspect of the present invention, as rosin, polymerized rosin ester, rosin ester, terpene resin, petroleum resin, hydrogenated rosin ester, maleic acid resin, rosin modified phenolic resin, rosin modified xylene By using a resin, a ketone resin or an alkylphenol resin, the acid value of the flux can be reduced to 100 mg KOH / g or less.
本発明の第3の観点のはんだバンプの形成方法では、はんだ粉末として、Sn−Ag−Cu系合金はんだ粉末、Sn−Cu系合金はんだ粉末、Sn−Ag系合金はんだ粉末又はPb−Sn系合金はんだ粉末を用いることができる。 In the method of forming a solder bump according to the third aspect of the present invention, a Sn—Ag—Cu alloy solder powder, a Sn—Cu alloy solder powder, a Sn—Ag alloy solder powder, or a Pb—Sn alloy solder powder is used as a solder powder. Solder powder can be used.
本発明の第4の観点のはんだバンプの形成方法では、フラックス中の溶剤の組成割合を20〜60質量%とすることにより、はんだペーストの印刷性とバンプ前駆体の形状保持性を良好にする。またチクソ剤の組成割合を1.0〜10質量%にすることによりはんだペーストの粘度を調整してバンプ前駆体の形状保持性を良好にすることができる。 In the method of forming a solder bump according to the fourth aspect of the present invention, the printability of the solder paste and the shape retention of the bump precursor are improved by setting the composition ratio of the solvent in the flux to 20 to 60 mass%. . In addition, by setting the composition ratio of the thixotropic agent to 1.0 to 10% by mass, the viscosity of the solder paste can be adjusted to improve the shape retention of the bump precursor.
本発明の第5の観点のはんだペーストは、ロジン、溶剤、チクソ剤及び活性剤を含有し、酸価値が100mgKOH/g以下であって、前記活性剤の含有量が0.1質量%以下であり、ハロゲン含有量が0.03質量%以下であるフラックスとはんだ粉末とを含むため、ギ酸ガス雰囲気下でリフロー処理を行うはんだバンプの形成方法に使用すれば、はんだペーストの印刷性とバンプ前駆体の形状保持性が良好になり、バンプ内のボイドの発生が少なくなる。 A fifth aspect of the solder paste of the present invention, rosin, a solvent, containing a switch shit agents and active agents, acid value is not more than 100 mg KOH / g, the content of the active agent 0.1 wt% Since it contains flux and solder powder having a halogen content of 0.03% by mass or less, the printability and bumpability of the solder paste can be obtained by using the method for forming a solder bump in which reflow processing is performed in a formic acid gas atmosphere. The shape retention of the precursor is improved, and the occurrence of voids in the bumps is reduced.
次に本発明を実施するための形態を説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.
〔はんだペーストの内容〕
本発明のはんだペーストは、はんだペースト100質量%に対して、フラックスを5〜20質量%の割合で含有し、残部がはんだ粉末からなる混合体である。はんだ粉末としては、Sn−Ag−Cu系合金はんだ粉末、Sn−Cu系合金はんだ粉末、Sn−Ag系合金はんだ粉末又はPb−Sn系合金はんだ粉末が例示される。またはんだ粉末の平均粒径は、例えば、0.1〜30μmの範囲内にある。これにより、マスク開口部へのペースト充填性及びバンプ前駆体の形状保持性を高めることができる。バンプ形成を狭ピッチにするためには、はんだ粉末の平均粒径は、0.1〜10μmの範囲内にあることが好ましい。
[Content of solder paste]
The solder paste of the present invention is a mixture containing 5 to 20% by mass of a flux with respect to 100% by mass of the solder paste, with the balance being solder powder. Examples of solder powder include Sn-Ag-Cu alloy solder powder, Sn-Cu alloy solder powder, Sn-Ag alloy solder powder, and Pb-Sn alloy solder powder. The average particle size of the solder powder is, for example, in the range of 0.1 to 30 μm. Thereby, the paste filling property to the mask opening and the shape retention of the bump precursor can be enhanced. In order to narrow the bump formation, the average particle size of the solder powder is preferably in the range of 0.1 to 10 μm.
本発明のフラックスは、ロジン、溶剤、チクソ剤及び活性剤を含有し、酸価値が100mgKOH/g以下であって、ハロゲン含有量が0.03質量%以下の特性を有する。酸価値を100mgKOH/g以下とするのは、酸価値がこの値を超えると、フラックスとはんだ粉末の酸化物との還元反応で生じる還元水の発生が多くなり、形成されたバンプ内のボイドが多くなるためである。またハロゲン含有量が0.03質量%を超えると、フラックスとはんだ粉末の酸化物との還元反応で生じる還元水の発生が多くなり、同様に形成されたバンプ内のボイドが多くなるためである。酸価値は50mgKOH/g以下が好ましく、ハロゲン含有量は0.01質量%以下が好ましい。ハロゲンとしては、塩素及び/又は臭素が挙げられる。 Flux of the present invention have a rosin, a solvent, containing a switch shit agents and active agents, acid value is not more than 100 mg KOH / g, the characteristics of the silver content is 0.03 mass% or less. If the acid value is less than 100 mg KOH / g, when the acid value exceeds this value, the generation of reduced water generated by the reduction reaction between the flux and the oxide of the solder powder increases, and the voids in the formed bumps become It is to increase the number. Also, if the halogen content exceeds 0.03% by mass, the generation of reduced water generated by the reduction reaction between the flux and the oxide of the solder powder increases, and the voids in the similarly formed bumps also increase. . The acid value is preferably 50 mg KOH / g or less, and the halogen content is preferably 0.01 mass% or less. Halogen includes chlorine and / or bromine.
本発明のフラックスの配合組成は、溶剤が20〜60質量%、チクソ剤が1.0〜10質量%、活性剤が0.1質量%以下及びロジンが残部である。溶剤が20質量%未満では、はんだペーストがペースト状になりにくい。また溶剤が60質量%を超えると、バンプ前駆体の形状保持性が不良となる。チクソ剤が1.0質量%未満でははんだペーストの粘度が低下し、10質量%を超えると、はんだペーストが固くなりすぎる。好ましいフラックスの配合組成は、溶剤が30〜50質量%、チクソ剤が2〜8質量%、活性剤が0.1質量%及びロジンが残部である。
The composition of the flux of the present invention is 20 to 60% by mass of the solvent, 1.0 to 10% by mass of the thixotropic agent, 0.1 % by mass or less of the activator and the balance of the rosin. If the solvent content is less than 20% by mass, the solder paste is unlikely to be in the form of a paste. When the amount of the solvent exceeds 60% by mass, the shape retention of the bump precursor becomes poor. If the thixotropic agent is less than 1.0% by mass, the viscosity of the solder paste decreases, and if it exceeds 10% by mass, the solder paste becomes too hard. The preferred composition of the flux is 30 to 50% by mass of the solvent, 2 to 8% by mass of the thixotropic agent, 0.1 % by mass of the activator and the balance of the rosin.
本発明のフラックスに含まれるロジンとしては、フラックスの酸価値を100mgKOH/g以下にするために、重合ロジンエステル(酸価:10〜25)、ロジンエステル(酸価:50以下)、テルペン系樹脂(酸価:45〜90)、石油系樹脂(1以下)、水素化ロジンエステル(酸価:20以下)、マレイン酸樹脂(酸価:50以下)、ロジン変性フェノール樹脂(酸価:30以下)、ロジン変性キシレン樹脂(酸価:75以下)、ケトン樹脂(酸価:1以下)又はアルキルフェノール樹脂(酸価:85〜100)が好適に用いられる。 As rosin contained in the flux of the present invention, polymerized rosin ester (acid number: 10 to 25), rosin ester (acid number: 50 or less), terpene resin in order to make the acid value of the flux 100 mg KOH / g or less (Acid number: 45 to 90), petroleum resin (1 or less), hydrogenated rosin ester (acid number: 20 or less), maleic acid resin (acid number: 50 or less), rosin modified phenolic resin (acid number: 30 or less) And rosin-modified xylene resin (acid number: 75 or less), ketone resin (acid number: 1 or less) or alkylphenol resin (acid number: 85 to 100) are preferably used.
本発明のフラックスに含まれる溶剤としては、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、芳香族系、炭化水素類等の溶剤が用いられる。具体的には、ベンジルアルコール、エタノール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ジエチレングリコール、エチレングリコール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸ブチル、アジピン酸ジエチル、ドデカン、テトラデセン、αテルピネオール、2−メチル2,4−ペンタンジオール、2−エチルヘキサンジオール、トルエン、キシレン、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジイソブチルアジペート、へキシレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、2−ターピニルオキシエタノール、2−ジヒドロターピニルオキシエタノールなどが単独又はこれらを混合して用いられる。 As the solvent contained in the flux of the present invention, solvents such as alcohols, ketones, esters, ethers, aromatics and hydrocarbons are used. Specifically, benzyl alcohol, ethanol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, butanol, diethylene glycol, ethylene glycol, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, butyl carbitol, isopropyl alcohol, ethyl acetate, butyl acetate, butyl benzoate, diethyl adipate, dodecane To tetradecene, alpha terpineol, 2-methyl 2,4-pentanediol, 2-ethylhexanediol, toluene, xylene, propylene glycol monophenyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diisobutyl adipate, Xylene glycol, cyclohexane dimethanol, 2-terpinyloxy ether Lumpur, 2-dihydro-terpineol oxyethanol is used alone or as a mixture thereof.
本発明のフラックスに含まれるチクソ剤としては、硬化ひまし油、水素添加ひまし油、カルナバワックス、アミド類、ヒドロキシ脂肪酸類、ジベンジリデンソルビトール、ビス(p−メチルベンジリデン)ソルビトール類、蜜蝋、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミド等が用いられる。更にこれらに必要に応じてカプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸のような脂肪酸、1,2−ヒドロキシステアリン酸のようなヒドロキシ脂肪酸、酸化防止剤、界面活性剤、アミン類等を添加して用いられる。 Thixotropic agents contained in the flux of the present invention include hydrogenated castor oil, hydrogenated castor oil, carnauba wax, amides, hydroxy fatty acids, dibenzylidene sorbitol, bis (p-methylbenzylidene) sorbitol, beeswax, stearic acid amide, hydroxy Stearic acid ethylene bisamide or the like is used. Furthermore, if necessary, fatty acids such as caprylic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid and behenic acid, hydroxy fatty acids such as 1,2-hydroxystearic acid, antioxidants, surfactants, if necessary. Amines and the like are added and used.
〔はんだバンプの形成工程〕
はんだバンプの形成工程は、印刷工程と、ギ酸ガス雰囲気下でのリフロー加熱工程と、フラックス残渣等を洗浄する洗浄工程とからなる。印刷工程では、シリコンウェーハ、ガラスエポキシ樹脂基板等の基材上に開口部を有するマスクを配置し、この開口部内にはんだペーストを充填するようにはんだペーストを印刷する。印刷後、マスクを基材から剥離(版抜け)して、基材上にバンプ前駆体を形成する。本発明のはんだペーストは、ロジン、溶剤及びチクソ剤からなるフラックスを用いるため、マスク開口部へのペースト充填性及びバンプ前駆体の形状保持性が高いことから、ペースト印刷後のマスク剥離時のバンプ前駆体に欠けがく、リフロー後のバンプの形状及び寸法が均一となり、印刷性に優れる。
[Step of forming solder bump]
The step of forming the solder bumps comprises a printing step, a reflow heating step in a formic acid gas atmosphere, and a cleaning step of cleaning flux residue and the like. In the printing step, a mask having an opening is disposed on a base material such as a silicon wafer or a glass epoxy resin substrate, and a solder paste is printed so as to fill the opening with the solder paste. After printing, the mask is peeled from the substrate (plate missing) to form a bump precursor on the substrate. The solder paste of the present invention uses a flux consisting of rosin, a solvent and a thixo agent, so that the paste filling property to the mask opening and the shape retention property of the bump precursor are high. The precursor is chipped, the shape and size of the bump after reflow become uniform, and the printability is excellent.
リフロー加熱工程では、まず予備加熱として、窒素雰囲気下又は低酸素雰囲気下で、基材上に形成されたバンプ前駆体をはんだ粉末の融点より低い温度、例えば160〜200℃の温度で加熱を行ない、フラックス中のボイド源である溶剤を揮発させる。その後、はんだ粉末の融点より高い温度、例えば217〜230℃の温度で加熱し、はんだ粉末を溶融する。ギ酸は予備加熱の前からリフロー炉に導入しても良く、またはんだ粉末の融点の直前でリフロー炉に導入しても良い。ギ酸ガスの還元力によりはんだ粉末等の酸化皮膜が還元される。次の冷却工程で溶融したはんだを冷却すると、表面張力により略半球状のはんだバンプが形成される。続いてはんだバンプが形成された基材を洗浄工程に移し、フラックス残渣等を洗浄除去する。こうして形成されたはんだバンプ内には、使用したはんだペースト中のフラックスの酸価値が100mgKOH/g以下であって、ハロゲン含有量が0.03質量%以下であったため、フラックスとはんだ粉末の酸化物との還元反応で生じる還元水の発生が少なく、ボイドの発生が少なくなる。 In the reflow heating step, the bump precursor formed on the substrate is heated at a temperature lower than the melting point of the solder powder, for example, at a temperature of 160 to 200 ° C. in a nitrogen atmosphere or a low oxygen atmosphere as preliminary heating. And volatilize the solvent which is a void source in the flux. Thereafter, the solder powder is melted by heating at a temperature higher than the melting point of the solder powder, for example, at a temperature of 217 to 230 ° C. Formic acid may be introduced into the reflow oven prior to preheating, or may be introduced into the reflow oven just prior to the melting point of the powder. The reducing power of formic acid gas reduces the oxide film such as solder powder. When the molten solder is cooled in the next cooling step, surface tension forms a substantially hemispherical solder bump. Subsequently, the substrate on which the solder bumps are formed is transferred to a cleaning step, and the flux residue and the like are removed by cleaning. In the solder bumps thus formed, the acid value of the flux in the used solder paste was 100 mg KOH / g or less, and the halogen content was 0.03 mass% or less, so the oxides of the flux and the solder powder were used. The generation of reduced water resulting from the reduction reaction with is reduced, and the generation of voids is reduced.
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。 Next, an example of the present invention will be described in detail along with a comparative example.
<実施例1>
αテルピネオールの溶剤55質量%と水素添加ひまし油のチクソ剤3.5質量%とジフェニルグアニジン臭化水素酸塩の活性剤0.1質量%と残部がアルキルフェノール樹脂のロジンからなるフラックスと、96.5質量%Sn−3質量%Ag−0.5質量%Cuからなる平均粒径3.5μmのSn−Ag−Cu系合金はんだ粉末(以下、SAC305という。)とを、フラックス含有率12.0質量%の割合で、混合してはんだペーストを調製した。またフラックスの酸価値は100mgKOH/gで、そのハロゲン含有量は0.03質量%であった。このはんだペーストを、基材であるガラスエポキシ樹脂基板上に配置されたメタルマスクの開口部内に充填するように、印刷し、このマスクを剥離した後、バンプ前駆体が形成された上記基板を窒素雰囲気下、150〜200℃の温度で1分間保持して、予備加熱処理した。また、ギ酸は予備加熱の前よりリフロー炉に導入した。続いて、230〜250℃の温度でリフロー加熱処理した後、冷却し、1600個のはんだバンプを形成した。上記基板上に形成されたバンプの寸法は、直径95μm、高さ43μmであり、バンプピッチは150μmであった。
Example 1
Flux consisting of 55% by weight of solvent of alpha terpineol, 3.5% by weight of thixotropic agent of hydrogenated castor oil, 0.1% by weight of activator of diphenyl guanidine hydrobromide and the balance being rosin of alkylphenol resin, 96.5 Sn-Ag-Cu-based alloy solder powder (hereinafter referred to as SAC 305) having an average particle diameter of 3.5 μm consisting of mass% Sn-3 mass% Ag-0.5 mass% Cu, flux content 12.0 mass The solder paste was prepared by mixing in a percentage ratio. The acid value of the flux was 100 mg KOH / g, and the halogen content was 0.03 mass%. The solder paste is printed so as to be filled in the opening of a metal mask disposed on a glass epoxy resin substrate which is a base material, and after peeling off the mask, the substrate on which a bump precursor is formed is nitrogen It preheat-treated by hold | maintaining for 1 minute at the temperature of 150-200 degreeC under atmosphere. Also, formic acid was introduced into the reflow furnace before preheating. Subsequently, after reflow heat treatment at a temperature of 230 to 250 ° C., it was cooled to form 1,600 solder bumps. The dimensions of the bumps formed on the substrate were 95 μm in diameter and 43 μm in height, and the bump pitch was 150 μm.
<実施例2>
ロジンとして、ロジンエステルを用い、活性剤を添加していないこと以外、実施例1と同じフラックス及び実施例1と同じはんだ粉末を使用して、実施例1と同様にしてはんだペーストを調製した。このフラックスの酸価値は5mgKOH/gで、そのハロゲン含有量は検出限界以下(N.D.)であった。このはんだペーストを用いて実施例1と同様の方法ではんだバンプを形成した。
Example 2
A solder paste was prepared in the same manner as in Example 1 using the same flux as in Example 1 and the same solder powder as in Example 1 except that a rosin ester was used as the rosin and no activator was added. The acid value of this flux was 5 mg KOH / g, and its halogen content was below the detection limit (N.D.). Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
<実施例3>
はんだ粉末として、95.5質量%Sn−4質量%Ag−0.5質量%Cuからなる平均粒径15.6μmのSn−Ag−Cu系合金はんだ粉末(以下、SAC405という。)を用いた以外、実施例2と同じフラックスを使用して、フラックス含有率9.0質量%の割合で、混合してはんだペーストを調製した。このフラックスの酸価値は5mgKOH/gで、そのハロゲン含有量は検出限界以下であった。このはんだペーストを用いて実施例1と同様の方法ではんだバンプを形成した。
Example 3
As a solder powder, a Sn-Ag-Cu based alloy solder powder (hereinafter referred to as SAC 405) having an average particle diameter of 15.6 μm consisting of 95.5 mass% Sn-4 mass% Ag-0.5 mass% Cu was used. A solder paste was prepared using the same flux as in Example 2 except that the flux content was 9.0% by mass. The acid value of this flux was 5 mg KOH / g, and its halogen content was below the detection limit. Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
<実施例4>
はんだ粉末として、99.3質量%Sn−0.7質量%Cuからなる平均粒径6.8μmのSn−Cu系合金はんだ粉末(以下、Sn0.7Cuという。)を用いた以外、実施例2と同じフラックスを使用して、フラックス含有率10.4質量%の割合で、混合してはんだペーストを調製した。このフラックスの酸価値は5mgKOH/gで、そのハロゲン含有量は検出限界以下であった。このはんだペーストを用いて実施例1と同様の方法ではんだバンプを形成した。
Example 4
Example 2 except using Sn-Cu-based alloy solder powder (hereinafter referred to as Sn0.7Cu) having an average particle diameter of 6.8 μm consisting of 99.3 mass% Sn-0.7 mass% Cu as the solder powder The solder paste was prepared by mixing using the same flux as in the above and at a ratio of flux content of 10.4% by mass. The acid value of this flux was 5 mg KOH / g, and its halogen content was below the detection limit. Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
<実施例5>
はんだ粉末として、97.7質量%Sn−2.3質量%Agからなる平均粒径5.2μmのSn−Ag系合金はんだ粉末(以下、Sn2.3Agという。)を用いた以外、実施例2と同じフラックスを使用して、フラックス含有率11.3質量%の割合で、混合してはんだペーストを調製した。このフラックスの酸価値は5mgKOH/gで、そのハロゲン含有量は検出限界以下であった。このはんだペーストを用いて実施例1と同様の方法ではんだバンプを形成した。
Example 5
Example 2 except using Sn-Ag-based alloy solder powder (hereinafter referred to as Sn2.3Ag) having an average particle diameter of 5.2 μm consisting of 97.7 mass% Sn-2.3 mass% Ag as the solder powder A solder paste was prepared by mixing using the same flux as in the above and at a ratio of flux content of 11.3% by mass. The acid value of this flux was 5 mg KOH / g, and its halogen content was below the detection limit. Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
<実施例6>
はんだ粉末として、37質量%Pb−63質量%Snからなる平均粒径9.8μmのPb−Sn系合金はんだ粉末(以下、Pb63Snという。)を用いた以外、実施例2と同じフラックスを使用して、フラックス含有率9.8質量%の割合で、混合してはんだペーストを調製した。このフラックスの酸価値は5mgKOH/gで、そのハロゲン含有量は検出限界以下であった。このはんだペーストを用いて実施例1と同様の方法ではんだバンプを形成した。
Example 6
The same flux as in Example 2 was used except that a Pb-Sn alloy solder powder (hereinafter referred to as Pb63Sn) having an average particle diameter of 9.8 μm consisting of 37 mass% Pb-63 mass% Sn was used as the solder powder. The solder paste was prepared by mixing in a proportion of 9.8% by mass of flux content. The acid value of this flux was 5 mg KOH / g, and its halogen content was below the detection limit. Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
<比較例1>
αテルピネオールの溶剤55質量%と水素添加ひまし油のチクソ剤3.5質量%とジフェニルグアニジン臭化水素酸塩の活性剤0.4質量%と残部が水添ロジンのロジンからなるからなる、活性剤入りのフラックスを用い、実施例1と同じはんだ粉末を使用して、実施例1と同様にしてはんだペーストを調製した。このフラックスの酸価値は150mgKOH/gで、そのハロゲン含有量は0.1質量%であった。このはんだペーストを用いて実施例1と同様の方法ではんだバンプを形成した。
Comparative Example 1
An activator comprising 55% by mass of a solvent of alpha terpineol, 3.5% by mass of thixo agent of hydrogenated castor oil, 0.4% by mass of diphenylguanidine hydrobromide activator, and the balance being hydrogenated rosin A solder paste was prepared in the same manner as in Example 1 using the same flux as in Example 1 and using the same solder powder as in Example 1. The acid value of this flux was 150 mg KOH / g, and its halogen content was 0.1% by mass. Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
<比較例2>
平均分子量300以下のポリブデンと平均分子量500程度のポリブデンを質量比で5:1の割合で混合した。この有機材料と実施例1と同じはんだ粉末を、有機材料含有率10質量%の割合で、混合して、実施例1と同様にしてはんだペーストを調製した。この有機材料の酸価値は0.01mgKOH/g未満で、そのハロゲン含有量は検出限界以下であった。このはんだペーストを用いて実施例1と同様の方法ではんだバンプを形成した。
Comparative Example 2
Polybden having an average molecular weight of 300 or less and polybden having an average molecular weight of about 500 were mixed at a mass ratio of 5: 1. A solder paste was prepared in the same manner as in Example 1 by mixing this organic material and the same solder powder as in Example 1 at a ratio of the organic material content of 10% by mass. The acid value of this organic material was less than 0.01 mg KOH / g, and its halogen content was below the detection limit. Solder bumps were formed in the same manner as in Example 1 using this solder paste.
<評価試験>
実施例1〜6及び比較例1〜2で用いたフラックス又は有機材料の酸価値及びそのハロゲン含有量は次の方法で測定した。また実施例1〜6及び比較例1〜2で得られたはんだペーストを印刷した後のバンプ前駆体の形状保持性及び実施例1〜6及び比較例1〜2で得られたはんだバンプ内の最大ボイド率を次の方法により測定し評価した。
(a) フラックスの酸価値
フラックスの酸価値は、JIS Z 3197に準拠して測定した。
(b) フラックスのハロゲン含有量
フラックスのハロゲン含有量は、JIS Z 3197に準拠して測定した。
(c) バンプ前駆体の形状保持性
ペーストを印刷した後の基材を目視、又は光学顕微鏡で観察し、ミッシングや印刷ダレ、バンプ前駆体の欠け等が発生していなければ良好と判断した。ミッシング等が発生していると不良と判断した。
(d) バンプ内の最大ボイド率
形成したはんだバンプの内部に発生したボイドを透過型X線により観察し、各バンプにどの程度の大きさのボイドが発生しているかを評価した。ボイド率はバンプ面積に対して発生しているボイド総面積率であり、1600バンプ測定した中の最もボイド率が高いものを最大ボイド率とする。
<Evaluation test>
The acid value of the flux or the organic material used in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 and the halogen content thereof were measured by the following methods. In addition, the shape retention of the bump precursor after printing the solder pastes obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 and in the solder bumps obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 The maximum void fraction was measured and evaluated by the following method.
(a) Acid value of flux The acid value of flux was measured in accordance with JIS Z 3197.
(b) Halogen content of flux The halogen content of flux was measured in accordance with JIS Z 3197.
(c) Shape Retaining Property of Bump Precursor The substrate after printing the paste was observed visually or with an optical microscope, and it was judged as good if missing, printing sag, chipping of the bump precursor and the like did not occur. It was judged that the occurrence of missing etc. was a defect.
(d) Maximum Void Ratio in Bumps Voids generated inside the formed solder bumps were observed by transmission X-ray to evaluate how large a void is generated in each bump. The void ratio is the total void area ratio generated with respect to the bump area, and the highest void ratio among the 1600 bumps measured is taken as the maximum void ratio.
<評価の結果>
表1から明らかなように、従来のはんだペーストと同様にフラックスに活性剤を使用した比較例1では、バンプ前駆体の形状保持性が良好であったが、バンプ内の最大ボイド率は9.5%と高かった。これはフラックスとはんだ粉末の酸化物との還元反応で生じる還元水の発生が多いためと考えられる。また比較例2の前記特許文献2に準じたはんだペーストはペーストの流動性が悪く、マスク開口部への充填性が悪いため印刷ができず、バンプを形成することができなかった。そのためボイド率は測定不能であった。これらの比較例1、2に対して実施例1〜6では、バンプ前駆体の形状保持性は全て良好であり、バンプ内の最大ボイド率は5.8%以下と小さかった。
<Result of evaluation>
As is clear from Table 1, in Comparative Example 1 in which the activator was used for the flux as in the conventional solder paste, the shape retention of the bump precursor was good, but the maximum void fraction in the bump was 9.%. It was as high as 5%. This is considered to be due to the large amount of reduced water generated by the reduction reaction between the flux and the oxide of the solder powder. Further, the solder paste according to Patent Document 2 of Comparative Example 2 had poor fluidity of the paste and poor filling property to the mask opening, so that printing could not be performed and bumps could not be formed. Therefore, the void fraction could not be measured. In Examples 1 to 6 as compared with Comparative Examples 1 and 2 described above, the shape retention of the bump precursor was all good, and the maximum void ratio in the bump was as small as 5.8% or less.
Claims (5)
前記フラックスは、ロジン、溶剤、チクソ剤及び活性剤を含有し、前記フラックスの酸価値が100mgKOH/g以下であって、前記フラックスのハロゲン含有量が0.03質量%以下であり、前記リフロー処理をギ酸ガス雰囲気下及び/又はギ酸が熱により分解されたガスの雰囲気下で行うことを特徴とするはんだバンプの形成方法。 A mask having an opening is disposed on a substrate, the solder paste is printed so that a solder paste containing flux and solder powder is filled in the opening, and the mask is peeled off, and then the mask is removed. In a method of reflowing a bump precursor to form a solder bump,
The flux contains rosin, solvent, Ji shit agents and active agents, acid value of the flux is not more than 100 mg KOH / g, halogen content of the flux is not more than 0.03 wt%, the reflow A method of forming a solder bump, wherein the treatment is performed in a formic acid gas atmosphere and / or in an atmosphere of a gas in which formic acid is thermally decomposed.
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