JPH0818210A - はんだバンプ形成方法 - Google Patents

はんだバンプ形成方法

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JPH0818210A
JPH0818210A JP6146492A JP14649294A JPH0818210A JP H0818210 A JPH0818210 A JP H0818210A JP 6146492 A JP6146492 A JP 6146492A JP 14649294 A JP14649294 A JP 14649294A JP H0818210 A JPH0818210 A JP H0818210A
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JP
Japan
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solder
melting point
low melting
solder bump
point metal
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JP6146492A
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English (en)
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Atsushi Tanaka
厚志 田中
Takuya Uzumaki
拓也 渦巻
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ICチップ等半導体デバイスの
回路基板への実装技術に関し、微細で均一なはんだパン
プの形成方法を提供する。 【構成】 逆テーパー状の開口部1を有する金属マス
ク2を用いて、基板3上の電極4にはんだバンプ形成用
の低融点金属5を蒸着する。また、低融点金属5を蒸着
後、真空を破らずに低融点金属5のリフロー加熱を行
い、はんだバンプ6を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ICチップ等半導体デ
バイスの回路基板への実装技術に関し、低融点金属、特
にはんだバンプの形成方法に関する。
【0002】高密度実装技術においては、一般には、半
導体デバイスをパッケージを用いないで、直接セラミッ
クやプラスチックの回路基板にフリップチップで接合す
る。このフリップチップ接合では、基板の配線電極上に
はんだバンプを形成する必要があり、実装技術の高密度
化によってはんだバンプも微細で均質なものが要求され
るようになり、はんだバンプを高精度で均一に形成する
はんだパンプの形成方法が必要とされる。
【0003】
【従来の技術】図3は従来例の説明図である。図におい
て、23は基板、24は電極、25は金属マスク、26は低融点
金属、27ははんだバンプ、28はICチップ、29はバンプ
である。
【0004】従来、高密度実装に用いるはんだバンプの
材料としては、In、Pb、Sn、Bi等からなる合金
のはんだが用いられ、図3(a)に示すように、セラミ
ック等の基板23上にあらかじめ形成されたAu等の配線
の電極24上に、図3(b)に示すように、電極24に相当
する位置に開口部を有する金属マスク25を密着させて、
蒸着用るつぼの中の低融点金属26からなるはんだを加熱
して、電極24上に低融点金属26を蒸着し、図3(c)に
示すように、基板23を蒸着装置から取り出し、基板23上
の金属マスク25を取り外し、図3(d)に示すように、
無酸素雰囲気状態で基板23上の低融点金属26をリフロー
加熱してはんだバンプ27を形成し、その後、ICチップ
28上のバンプ29を基板23上のはんだバンプに位置合わせ
してフリップチップボンディングを行うことにより、I
Cチップ28を基板23上にフエイスダウンで実装してい
た。
【0005】このように、高密度実装の要求に応えるた
めに、はんだバンプを高精度で均一に形成する方法とし
て、従来、厚さ 100μm以下の薄い金属マスクを基板上
の配線電極に密着させ、低融点金属からなるはんだを蒸
着により基板の電極上に積層して、はんだバンプを形成
するのが一般的であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
はんだ材料はその組成により融点を変化させるたとがで
きるが、300 ℃以下の低融点はんだを形成しようとする
場合には、はんだ合金のるつぼからの蒸着において、は
んだを均質に蒸発させるためには、はんだの蒸着速度は
毎秒10Å程度であり、数10μmにも達する厚いはんだを
長時間蒸着するために、るつぼからの輻射熱により、基
板ならびに蒸着したはんだが加熱されて、場合によって
ははんだバンプが溶融状態になり、金属マスクに融着し
て、マスクの取外し時に形が崩れたりして、はんだパン
プが均一な形状に形成できないといった問題を生じ、特
に、融点が低いはんだを蒸着する上では、この問題が顕
在化して、デバイスの高密度実装を制約する要因となっ
ていた。
【0007】そのため、低融点はんだの蒸着中に基板上
のはんだの溶融を防ぐために、蒸着中は基板を冷却する
ことが多いが、はんだの溶融を完全に防止することは難
しかった。
【0008】本発明は、上記の問題点に鑑み、微細で均
一なはんだパンプを形成する方法を提供することを目的
とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図である。図において、1は逆テーパー状の開口部、2
は金属マスク、3は基板、4は電極、5は低融点金属、
6ははんだバンプである。
【0010】上記の問題点は、図1(a)に示すよう
に、金属マスク2の開口部の断面を逆テーパー状とし
て、はんだバンプを形成する低融点金属5が溶融して
も、金属マスク2と接触しないような形状にする。これ
により、るつぼから長時間はんだを蒸着して、基板3や
はんだバンプ6が加熱され、例え溶融しても、金属マス
ク2に融着することなく、均質なはんだバンプ6を形成
することができる。
【0011】また、はんだの蒸着時に、例えばIn−S
n系の合金半田では、Inが先に蒸発するため、はんだ
バンプも下層がInリッチで上層がSnリッチなはんだ
となるため、併せて、このはんだバンプの蒸着終了後、
真空を破らずに、そのままはんだバンプ6をリフロー加
熱することにより、はんだバンプ6の形を整え、加熱に
よる対流によってはんだ成分の均質化を促進する。
【0012】すなわち、本発明の目的は、図1(a)に
示すように、逆テーパー状の開口部1を有する金属マス
ク2を用いて、基板3上の電極4にはんだバンプ形成用
の低融点金属5を蒸着することにより、また、図1
(b)に示すように、低融点金属5を蒸着後、真空を破
らずに低融点金属5のリフローを行うことにより、更
に、低融点金属5の融点が300 ℃以下であることにより
達成される。
【0013】
【作用】上記のように、本発明でははんだ蒸着中に、形
成中のはんだバンプが溶融したとしても、はんだバンプ
が金属マスクと接触しないために、蒸着したはんだ材料
は完全に基板上の電極の所要のパターン位置に完全に残
留して、各はんだバンプには同一組成で、同一量のはん
だ材料が堆積することとなり、結果として均質で均等な
形状のはんだバンプが欠陥なく生成される。
【0014】
【実施例】図2は本発明の実施例の説明図であり、工程
順模式断面図である。図において、11はセラミック基
板、12はNi膜、13はPt膜、14はAu膜、15は電極、
16は金属マスク、17は低融点金属、18は赤外線、19はは
んだバンプ、20はICチップ、21はAlパッド、22はA
uバンプである。
【0015】図2を用いて、3インチ角のセラミック基
板11に5〜10mmサイズのICチップ20を多数フリッ
プフチップボンディングにより搭載した本発明の第1の
実施例について説明する。
【0016】図2(a)に示すように、回路配線用のセ
ラミック基板11上に電子ビーム蒸着法により、セラミッ
ク基板11との密着の良いニッケル(Ni) 膜12を1,000
Åの厚さに蒸着し、続いてはんだのバリア層となる白金
(Pt)膜13を 2,000Åの厚さに積層して蒸着し、更に
はんだとの濡れ性の良い金(Au)14を 1,000Åの厚さ
に積層して蒸着する。
【0017】次に、図2(b)る示すように、この三層
に積層された金属膜をフォトリソグラフィによりパター
ニングして配線用の電極15を形成する。次に、図2
(c)に示すように、回路配線のセラミック基板11上の
電極15に位置合わせして、はんだパンプ19形成位置に本
発明の逆テーパー状の開口部を有する厚さ30μmの金
属マスク16を密着させる。開口部は均一に50μmφで
あり、ICチップ20のAlパッド21のピッチに合わせた
最も密接したピッチ間隔は150μmである。この開口
部から覗いた電極15上に組成Sn:In=0.48:0.52で
融点が 117℃のはんだ合金を図示しないMo製のるつぼ
に入れて加熱し、ゆっくり10Å/秒の蒸発レートで蒸着
しながら10μmの厚さに蒸着する。従って蒸着には約3
時間ほどを要する。
【0018】この間、はんだを入れたMo製るつぼから
の輻射熱により、徐々にセラミック基板11が加熱されて
温度が上昇し、はんだの融点である 117℃を越えてしま
うと、はんだは溶融してしまう。
【0019】しかし、本発明の開口部の断面形状が逆テ
ーパー状の金属マスク16では、はんだが例え溶融したと
しても、金属マスク16との接触は起こらない。更に、図
2(d)に示すように、蒸着終了後、チャンバ内の真空
度をそのまま保ち、赤外線ランブ加熱により10-5程度
の真空中でセラミック基板11をはんだの融点以上の15
0℃に加熱する。すると、下層がInリッチで上層がS
nリッチのはんだバンプ19の組成が溶融したはんだの対
流により下層、上層とも均一な組成となり、また表面張
力によりはんだバンプ19に適した丸み帯びた形状とな
る。
【0020】図2(e)に示すようにこのセラミック基
板11上のはんだバンプに、ICチップ20のAlパッド21
上に形成したAuバンプ22を位置合わせしてフリップチ
ップボンディングを行い、多数のICチップ20を搭載し
た高密度実装のセラミック基板11が完成する。
【0021】次に、逆テーパー状のメタルマスクを用い
て、セラミック基板11からなる多層配線回路基板上にN
i/Pt/Auの三層膜からなる電極を形成した後、こ
の電極上に、低融点金属として、Pb(37%)-Sn(63%)
を用い、この低融点金属の薄膜を20μmの厚さに蒸着す
る第二の実施例について説明する。
【0022】前述の図2(c)に示すように、低融点金
属の薄膜を堆積するが、PbとSnでは蒸気圧の差があ
るため、Pbがまず堆積し、続いて、Snが堆積する。
Snの蒸着と共にSnの組成比が上昇し、Pb−Sn合
金の液相温度が低下し、 200℃前後となる。一方、るつ
ぼからの輻射熱により徐々に基板の温度は上昇し、融点
である 183℃を越えてしまう。従来のメタルマスクで
は、図3に示したように、はんだとメタルマスクは接触
し、はんだはマスクの方に吸い寄せられてしまうが、本
発明の図2に示した逆テーパー状の開口部を有するメタ
ルマスクを使用した場合には、はんだが溶融したとして
も、メタルマスクとは接触しない。
【0023】蒸着終了後に真空中でランプ加熱により、
はんだの融点以上に加熱し、はんだ組成を均一にすると
ともに、その形状を整える。以上のプロセスにより、低
融点のはんだが均一に形成される。この後のプロセスは
図2(d)以降に示した第一の実施例と同様である。
【0024】また、本発明は、融点が300 ℃以下の種々
の組成比のSn−Pb、Pb−In、Sn−Bi等の各
種低融点はんだにも適用できるものである。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
はんだ蒸着中にはんだ材料が溶融したとしても、金属マ
スクの開口部の逆テーパー状の側壁と接触することはな
く、蒸着したはんだ材料は完全に残留して、基板上の各
はんだバンプは同一組成で且つ同一量の大きさ、形状が
全く同じはんだバンプを同時に多数、欠陥なく形成する
ことができる。
【0026】また、合わせて、蒸着後、真空中で加熱
し、はんだバンプをリフローすることで、その後のリフ
ロー工程を簡略化でき、またはんだバンプの表面参加を
防止出来る。
【0027】従って、本発明は、微細な高密度実装回路
基板の形成に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 本発明の一実施例の説明図
【図3】 従来例の説明図
【符号の説明】
図において 1 逆テーパー状の開口部 2 金属マスク 3 基板 4 電極 5 低融点金属 6 はんだバンプ 11 セラミック基板 12 Ni膜 13 Pt膜 14 Au膜 15 電極 16 金属マスク 17 低融点金属 18 赤外線 19 はんだバンプ 20 ICチップ 21 Alパッド 22 Auバンプ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 逆テーパー状の開口部(1) を有する金属
    マスク(2) を用いて、基板(3) 上の電極(4) にはんだバ
    ンプ形成用の低融点金属(5) を蒸着することを特徴とす
    るはんだバンプ形成方法。
  2. 【請求項2】 前記低融点金属(5) を蒸着後、真空を破
    らずに該低融点金属(5) のリフロー加熱を行い、はんだ
    バンプ(6) を形成することを特徴とする請求項1記載の
    はんだバンプ形成方法。
  3. 【請求項3】 前記低融点金属(5) の融点が300 ℃以下
    であることを特徴とする請求項1または2記載のはんだ
    バンプ形成方法。
JP6146492A 1994-06-28 1994-06-28 はんだバンプ形成方法 Withdrawn JPH0818210A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0980198A1 (fr) * 1998-08-13 2000-02-16 Bull S.A. Outillage amovible pour la réalisation de bossages, conducteurs électriques, sur des composants électroniques
US6051273A (en) * 1997-11-18 2000-04-18 International Business Machines Corporation Method for forming features upon a substrate
CN1078098C (zh) * 1999-02-01 2002-01-23 天津大学 用于CO低压合成碳酸二甲酯的Pd/NaY催化剂的制备方法
JP2013028835A (ja) * 2011-07-28 2013-02-07 Kyocera Crystal Device Corp 膜形成方法

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Effective date: 20010904