JPH08204322A

JPH08204322A - バンプの形成方法

Info

Publication number: JPH08204322A
Application number: JP7010927A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Wakihara; 義範脇原
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1995-01-26
Filing date: 1995-01-26
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】所望形状のバンプを安価にかつ容易に形成で
きるバンプの形成方法を提供すること。【構成】まず、開口部６を有するメタルマスク５を基
板３に重ね合わせる。メタルマスク５の開口部６は、基
板３表面の導体部分であるパッド４に対応する位置に形
成されている。次に、重ね合わせた状態でクリームはん
だ７を印刷した後、リフローによってクリームはんだ７
を溶融させる。次に、メタルマスク５を基板３から取り
去る。すると、パッド４上に所望形状のはんだバンプ１
０が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バンプの形成方法に係
り、特にはフリップチップ実装用基板の表面に形成され
た導体部分に対するバンプの形成方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、基板に半導体チップを実装する方
式の一態様として、ベアチップを直接基板上に実装す
る、いわゆるチップオンボード（ＣＯＢ）方式が知られ
ている。また、ＣＯＢ方式を採るときのチップ側と基板
側との電気的な接続方法の一種として、例えばフリップ
チップ（ＣＣＢ）等が実施されている。ＣＣＢとは、概
して基板側の導体部分とチップ側の導体部分とをはんだ
等からなるバンプを介して電気的に接続するという方法
である。この方法によると、チップの裏面全体が接続用
の領域として利用可能になるため、チップの多端子化に
有利である。そして、このようなＣＣＢの利点を生かし
て、各種電子部品の高密度化や高集積化等を達成せんと
する要求が次第に高まってきている。

【０００３】また、基板側の導体部分にはんだバンプを
形成する方法としては、例えば次の２つの方法がある。
第１の方法は、めっきレジストが形成された基板をめっ
き液に浸漬し、導体部分に電解めっきまたは無電解めっ
きを析出させる方法（めっき法）である。第２の方法
は、基板側の導体部分に対してディスペンサ等によって
溶融はんだを供給する方法（いわゆるソルダーインジェ
クション法）である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のめっ
き法及びソルダーインジェクション法には、以下のよう
な問題点がある。

【０００５】電解めっき法の場合、基板にめっきリード
用のパターンを引き回す必要があるため、その分だけ基
板の大型化や高コスト化につながってしまう。無電解め
っき法の場合、はんだを正確な組成で析出させることが
容易でなく、そのためには熟練を必要とする。また、無
電解めっき法であると、めっきの析出に時間がかかる。
さらに、これらのめっき法は基本的に化学的プロセスで
あることから、めっき温度やめっき時間等の条件を設定
することが難しい。

【０００６】ソルダーインジェクション法の場合、溶融
はんだを供給するための高価な装置が必要であるため、
設備コストが高くなる。本発明は上記の課題を解消する
ためになされたものであり、その目的は、所望形状のバ
ンプを安価にかつ容易に形成することができるバンプの
形成方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、基板表面の導体部分に
バンプを形成する方法であって、前記導体部分に対応す
る位置に開口部を有するメタルマスクを前記基板に重ね
合わせる工程と、この状態で平均粒径が２０μｍ以下の
はんだ粉を含むクリームはんだを印刷する工程と、前記
メタルマスクを前記基板から取り去る工程と、リフロー
によって前記クリームはんだを溶融させる工程とからな
るバンプの形成方法をその要旨とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、基板表面の導体
部分にバンプを形成する方法であって、前記導体部分に
対応する位置に開口部を有するメタルマスクを前記基板
に重ね合わせる工程と、この状態でクリームはんだを印
刷し、かつリフローによって前記クリームはんだを溶融
させる工程と、前記メタルマスクを前記基板から取り去
る工程とからなるバンプの形成方法をその要旨とする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２において、前記クリームはんだの印刷・リフロー工程
は２回以上行われ、先に行われる印刷・リフロー工程で
使用されるクリームはんだは、後に行われる印刷・リフ
ロー工程で使用されるクリームはんだよりも融点が高い
としている。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明によると、基板にメタル
マスクを重ね合わせた状態でクリームはんだを印刷する
と、メタルマスクの開口部を介してクリームはんだが供
給されることによって、導体部分の上面にクリームはん
だが転写される。次に、基板からメタルマスクを取り去
ると、転写されたクリームはんだがメタルマスクから版
抜けする。次に、リフローによって基板を所定温度に加
熱すると、クリームはんだが溶融し、導体部分にはんだ
バンプが形成される。また、平均粒径が２０μｍ以下の
はんだ粉を含むクリームはんだが使用されているため、
メタルマスクからクリームはんだが容易に版抜けする。

【００１１】請求項２に記載の発明によると、基板にメ
タルマスクを重ね合わせた状態でクリームはんだを印刷
すると、メタルマスクの開口部を介してクリームはんだ
が供給されることによって、導体部分の上面にクリーム
はんだが転写される。次に、重ね合わせたままの状態で
のリフローによって基板を所定温度に加熱すると、クリ
ームはんだが溶融し、導体部分にはんだバンプが形成さ
れる。この後、基板からメタルマスクが取り去られる。

【００１２】請求項３に記載の発明によると、先に行わ
れる印刷・リフロー工程で使用されるクリームはんだ
は、相対的に融点が高いため、後に行われる印刷・リフ
ロー工程で加熱されても溶融することはない。従って、
積層構造のバンプが容易に形成される。

【００１３】

【実施例】

〔実施例１〕以下、本発明をセラミックス基板上にベア
チップを実装するためのはんだバンプの形成方法に具体
化した一実施例を図１〜図５に基づき詳細に説明する。

【００１４】図５（ｄ）に示されるように、被実装物で
あるベアチップ１は、その裏面全体に複数の外部接続端
子２を備えている。一方、セラミックス基板３の表面に
おけるベアチップ実装領域Ｒ1 には、導体部分としての
円形状のパッド４が形成されている。パッド４の形成材
料は銅であり、その直径は５０μｍである。また、前記
パッド４の位置は、各外部接続端子２の位置に対応して
いる。

【００１５】クリームはんだ７の印刷に使用されるメタ
ルマスク５は、図１に示されるように、各パッド４に対
応する位置に円形状の開口部６を備えている。このメタ
ルマスク５の厚さは５０μｍ〜２００μｍである。開口
部６の内径は、前記パッド４の直径よりもひとまわり大
きく、６０μｍ〜１２０μｍである。通常、クリームは
んだ７の印刷量は、メタルマスク５の厚さと開口部６の
面積との積の値になる。本実施例では、メタルマスク５
をステンレス製とし、その板厚を１００μｍに設定して
いる。また、開口部６の内径を８０μｍに設定してい
る。

【００１６】また、本実施例では、Ｐｂ／Ｓｎ系のクリ
ームはんだ（いわゆる共晶はんだ，Ｐｂ／Ｓｎ＝３７／
６３，溶融温度１８３℃）７が使用される。クリームは
んだ７とは、粘ちゅうなベヒクル８の中に微細なはんだ
粉９を混ぜ合わせたものをいう。ベヒクル８にはフラッ
クス作用をもつ材料が含まれており、この材料によって
はんだの流動性がコントロールされる。なお、この実施
例においては、平均粒径が５μｍ〜２０μｍ程度のはん
だ粉９が前記ベヒクル８中に混合されている。通常の
（平均粒径が２０μｍ〜６０μｍ程度の）ものよりも微
細なはんだ粉９を使用した理由は、クリームはんだ７の
版抜け性を向上させるためである。つまり、はんだ粉９
が微細であると、転写されたパターンが緻密になること
によって版抜け時に形崩れしにくくなるからである。

【００１７】次に、はんだバンプ１０を形成する方法を
工程順に説明する。まず、基板３をスクリーン印刷機に
セットした後、基板３の表面にメタルマスク５を重ね合
わせる（マスク配置工程）。その際、各開口部６の位置
と各パッド４の位置とを一致させる。

【００１８】次の印刷工程では、図１，図５（ａ）に示
されるように、メタルマスク５の上部に配置されたスキ
ージ１１でクリームはんだ７を押し込むことによって、
クリームはんだ７を印刷する。すると、開口部６を介し
てクリームはんだ７が供給され、各パッド４の上面にク
リームはんだ７が転写される。

【００１９】次のマスク除去工程では、メタルマスク５
を垂直方向に移動させることによって、基板３からメタ
ルマスク５を静かに取り去る。すると、図２，図５
（ｂ）に示されるように、転写されたクリームはんだ７
がメタルマスク５の開口部６から版抜けする。そして、
円盤状ないし円柱状をした転写パターン１２が基板３上
に残る。

【００２０】次のリフロー工程では、基板３をリフロー
炉に移した後、基板３を所定温度（即ち、このはんだク
リーム７のはんだ合金の溶融温度である１８３℃）に加
熱する。すると、クリームはんだ７が溶融し、図３，図
５（ｃ）に示されるように、溶融したはんだ７ａがパッ
ド４の上面に凝集する。このとき、溶融したはんだ７ａ
の体積は、リフローの熱でベヒクル８が蒸発することに
よって、当初の体積の約半分になる。そして、この溶融
したはんだ７ａを冷却することにより、パッド４上に所
望形状（本実施例では半球状）のはんだバンプ１０が形
成される。

【００２１】以上のようにはんだバンプ１０が形成され
た基板３上には、その後にチップ抵抗やチップコンデン
サ等の表面実装部品（図示略）が仮固定される。この
際、ベアチップ実装領域Ｒ1 には、ベアチップ１が仮固
定される。そして、仮固定の後に再度リフローを行う
と、図４，図５（ｄ）に示されるように、はんだバンプ
１０によってパッド４と外部接続端子２とが接合され
る。即ち、基板３上にベアチップ１が表面実装された状
態となる。

【００２２】本実施例のはんだバンプ１０の形成方法
は、上記のようにマスク配置工程、印刷工程、マスク除
去工程及びリフロー工程からなるものであるため、電解
めっき法や無電解めっき法等のような化学プロセスとは
性質が異なる。即ち、はんだバンプ１０を形成するとき
でも、各工程において温度や時間等の条件を厳密に設定
する必要はない。ゆえに、所望形状のはんだバンプ１０
を容易に得ることができる。また、基板３にめっきリー
ド用のパターンを引き回す必要がないため、基板３の大
型化や高コスト化も避けられる。さらに、組成が一定な
クリームはんだ７を印刷してからリフローするという方
法であるため、はんだ合金の組成にばらつくが生じにく
い。加えて、一回のスクリーン印刷によってクリームは
んだ７を厚く転写することができるため、化学プロセス
よりも確実に形成時間の短縮化を図ることができる。

【００２３】また、本実施例の形成方法は、プリント配
線板を作製するときの既存の設備を使用すれば、容易に
実施することができる。さらに、従来のソルダーインジ
ェクション法とは異なり、溶融はんだ供給用のディスペ
ンサ等も不要であるため、設備コストを抑えることがで
きる。〔実施例２〕次に、実施例２の形成方法を図６〜図９に
基づいて説明する。本実施例では実施例１との相違点を
中心に説明することとし、共通点については同一番号を
付して説明を省略する。

【００２４】実施例２では、まず実施例１に準じてマス
ク配置工程及び印刷工程を行うことによって、図６，図
９（ａ）に示されるように、各パッド４の上面にクリー
ムはんだ１５を転写する。この場合、実施例１と同一の
メタルマスク５が用いられる。ただし、この実施例で
は、平均粒径が２０μｍ〜６０μｍ程度のはんだ粉１６
を含む通常のクリームはんだ１５が使用される。

【００２５】次のリフロー工程では、基板３にメタルマ
スク５を重ね合わせたままの状態で基板３をリフロー炉
に移し、基板３をはんだ合金の溶融温度である１８３℃
に加熱する。すると、クリームはんだ１５が溶融し、図
７，図９（ｂ）に示されるように、溶融したはんだ１５
ａがパッド４の上面に凝集する。このとき、溶融したは
んだ１５ａの体積は、リフローの熱でベヒクル８が蒸発
することによって、当初の体積の約半分になる。その結
果、パッド４上に半球状のはんだバンプ１０が形成され
る。なお、開口部６の内壁面とはんだ１５ａの側面との
間には、ベヒクル８の蒸発に起因して僅かな隙間が生じ
る。さらに、基板３を放冷した後、図８，図９（ｃ）に
示されるように、不要となったメタルマスク５を基板３
から取り去る。

【００２６】以上のようなはんだバンプ１０の形成方法
であっても、実施例１と同様の作用効果を奏する。特
に、この形成方法であると、リフロー工程によって開口
部６−はんだ１５ａ間に隙間が生じるため、基板３から
メタルマスク５を容易に除去することができる。従っ
て、特に版抜け性を向上させる対策を採る必要がなく、
通常のクリームはんだ１５で足りるというメリットがあ
る。また、本実施例において使用されるメタルマスク５
はステンレス製であるため、リフロー時の熱にも充分に
耐えうる。〔実施例３〕次に、実施例３の形成方法を図１０に基づ
いて説明する。本実施例では実施例１，２との相違点を
中心に説明することとし、共通点については同一番号を
付して説明を省略する。

【００２７】実施例３では、マスク配置工程、１回目の
印刷・リフロー工程、マスク除去工程、マスク配置工
程、２回目の印刷・リフロー工程及びマスク除去工程を
経ることによって、積層構造のはんだバンプ１７が形成
される。なお、メタルマスク５を重ね合わせたままでリ
フローを行う点については、実施例２と共通する。

【００２８】まず、実施例１に準じてマスク配置工程及
び第１の印刷工程を行うことによって、図１０（ａ）に
示されるように、各パッド４の上面にクリームはんだ
（即ち、Ｐｂ／Ｓｎ＝９０／１０）１８を転写する。こ
の場合、実施例１と同一のメタルマスク５が用いられ
る。

【００２９】第１のリフロー工程では、基板３にメタル
マスク５を重ね合わせたままの状態で基板３をリフロー
炉に移し、基板３をはんだ合金の溶融温度に加熱する。
すると、クリームはんだ１８が溶融し、図１０（ｂ）に
示されるように、溶融したはんだ１８ａの凝集によっ
て、パッド４上に半球状のはんだバンプ１９が形成され
る。さらに、基板３を放冷した後、不要となったメタル
マスク５を基板３から取り去る。

【００３０】第２回めのマスク配置工程では、前記メタ
ルマスク５よりも肉厚な別のメタルマスク２０を基板３
に重ね合わせる。このメタルマスク２０には、メタルマ
スク５と同じ位置に同一形状の開口部６が形成されてい
る。そして、第２の印刷工程によって、図１０（ｃ）に
示されるように、はんだバンプ１９の部分にクリームは
んだ７を転写する。その結果、クリームはんだ７によっ
てはんだバンプ１９がほぼ被覆された状態となる。な
お、この工程で使用されるクリームはんだ７の組成はＰ
ｂ／Ｓｎ＝３７／６３であり、溶融温度は１８３℃であ
る。即ち、第１の印刷・リフロー工程で使用されるクリ
ームはんだ１８は、第２の印刷・リフロー工程で使用さ
れるクリームはんだ７よりも融点が高いことになる。

【００３１】第２のリフロー工程では、基板３にメタル
マスク２０を重ね合わせたままの状態で基板３をリフロ
ー炉に移し、基板３をはんだ合金の溶融温度である１８
３℃に加熱する。すると、クリームはんだ７のみが溶融
し、図１０（ｄ）に示されるように、積層構造をした半
球状のはんだバンプ１７が形成される。さらに、基板３
を放冷した後、不要となったメタルマスク２０を基板３
から取り去る。

【００３２】以上のようなはんだバンプ１７の形成方法
であっても、実施例１，２と同様の作用効果を奏する。
特に、この形成方法では、第１の印刷・リフロー工程で
使用されるクリームはんだ１８の融点を、第２の印刷・
リフロー工程で使用されるクリームはんだ７の融点より
も相対的に高いものとしている。このため、下層側のは
んだバンプ１９が第２の印刷・リフロー工程で加熱され
たとしても、同はんだバンプ１９が溶融することはな
い。つまり、このような積層構造を採ることが可能であ
るため、背の高いはんだバンプ１７を比較的容易に形成
することができる。そして、背の高いはんだバンプ１７
であると、ベアチップ１との接続信頼性が向上し、接合
部分に働く応力にも強くなる。

【００３３】なお、本発明は例えば次のように変更する
ことが可能である。（１）セラミックス製の基板３の代わりに、樹脂等から
なる基板３を使用してもよい。

【００３４】（２）実施例１〜３において使用したクリ
ームはんだ７，１８とは異なる組成を有するＰｂ／Ｓｎ
系のクリームはんだを使用することも可能である。ま
た、Ｐｂ／Ｓｎ系のクリームはんだ７，１８以外にも、
Ａｕ系、Ｉｎ系、Ｂｉ系等のクリームはんだを使用して
もよい。さらに、実施例３において、Ｐｂ／Ｓｎ系のク
リームはんだ７，１８と、Ｐｂ／Ｓｎ系以外のクリーム
はんだとを組み合わせて使用すことも可能である。

【００３５】（３）図１１に示される別例１のように、
裏面側に向かって拡がるテーパが設けられた開口部２２
を有するメタルマスク２１を使用して、はんだバンプ２
３の形成を行ってもよい。この方法であると、印刷後に
おけるクリームはんだ７の版抜け性が向上する。

【００３６】（４）図１２に示される別例２のように、
開口部２４，２５の形状が異なる２種のメタルマスク２
６，２７を組み合わせて使用すれば、実施例３よりも複
雑な形状をした積層構造のはんだバンプ２８を形成する
ことも可能である。

【００３７】（５）メタルマスク５，２０，２６，２７
の形成材料は、ステンレス以外にも、りん青銅、ニッケ
ル等でもよい。ただし、実施例２，３等のようにメタル
マスク５，２０を重ね合わせたままでリフローを行う場
合には、基板に近い熱膨張率のものであることが好まし
い。

【００３８】（６）被実装物はベアチップ１のみに限定
されるわけではなく、例えばＢＧＡ、バットジョイント
のＰＧＡ等といったプラスティックパッケージやセラミ
ックパッケージでもよい。

【００３９】（７）実施例２，３において、基板３が完
全に冷却する前にメタルマスク５，２０を取り去る方法
としてもよい。この方法であれば、形成時間の短縮化を
図ることができる。

【００４０】（８）２種のメタルマスク５，２０を使用
した実施例３において、いずれか１種のメタルマスク
５，２０のみを使用することとしてもよい。同一のメタ
ルマスク５，２０を使用すれば、マスク剥離及び配置工
程が省略される分だけ、工程が簡略化する。

【００４１】（９）実施例３において、クリームはんだ
７，１８の印刷・リフロー工程を３回以上実施しても構
わない。（１０）基板３上の導体部分は、スルーホールのランド
や配線パターン等であっても勿論よい。

【００４２】（１１）開口部６は必ずしもパッド４よ
りも小さくなくてもよい。この場合、実施例２のように
メタルマスク５を重ね合わせたままでリフローを行う
と、得られるはんだバンプ１０の形状が開口部６の内壁
面の形状に近いものとなる。つまり、ストレートウォー
ル状のはんだバンプ１０を得ることができる。

【００４３】ここで、特許請求の範囲に記載された技術
的思想のほかに、前述した実施例及び別例によって把握
される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。（１）請求項３において、最後に行われる印刷・リフ
ロー工程で使用されるクリームはんだを共晶はんだと
し、それよりも先に行われる印刷・リフロー工程で使用
されるクリームはんだを、共晶はんだよりもＰｂ含有率
が高いものとすること。

【００４４】なお、本明細書中において使用した技術用
語を次のように定義する。「リフロー：基板を所定温度に加熱することによっ
て、印刷されたクリームはんだを溶融させることをい
う。」

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３に記
載の発明によれば、所望形状のバンプを安価にかつ容易
に形成することができるバンプの形成方法を提供するこ
とができる。特に請求項２に記載の発明によれば、リフ
ロー後にメタルマスクを取り去る方法であるため、バン
プをより容易に形成することができる。また、請求項３
に記載の発明によれば、積層構造を採ることができるた
め、背の高いバンプを比較的容易に形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のバンプの形成方法を示す部分概略斜
視図である。

【図２】同じく部分概略斜視図である。

【図３】同じく部分概略斜視図である。

【図４】ベアチップが実装された基板を示す部分概略斜
視図である。

【図５】同じく（ａ）〜（ｄ）はバンプの形成方法を示
す部分概略断面図である。

【図６】実施例２のバンプの形成方法を示す部分概略斜
視図である。

【図７】同じく部分概略斜視図である。

【図８】同じく部分概略斜視図である。

【図９】同じく（ａ）〜（ｃ）はバンプの形成方法を示
す部分概略断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｄ）は実施例３のバンプの形成方
法を示す部分概略断面図である。

【図１１】（ａ），（ｂ）は別例１のバンプの形成方法
を示す部分概略断面図である。

【図１２】（ａ）〜（ｄ）は別例２のバンプの形成方法
を示す部分概略断面図である。

【符号の説明】

３…基板、４…導体部分としてのパッド、５，２０，２
６，２７…メタルマスク、６，２４，２５…開口部、
７，１５，１８…クリームはんだ、９，１６…はんだ
粉、１０，１７，２３，２８…バンプとしてのはんだバ
ンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面の導体部分にバンプを形成する方
法であって、前記導体部分に対応する位置に開口部を有
するメタルマスクを前記基板に重ね合わせる工程と、こ
の状態で平均粒径が２０μｍ以下のはんだ粉を含むクリ
ームはんだを印刷する工程と、前記メタルマスクを前記
基板から取り去る工程と、リフローによって前記クリー
ムはんだを溶融させる工程とからなるバンプの形成方
法。
【請求項２】基板表面の導体部分にバンプを形成する方
法であって、前記導体部分に対応する位置に開口部を有
するメタルマスクを前記基板に重ね合わせる工程と、こ
の状態でクリームはんだを印刷し、かつリフローによっ
て前記クリームはんだを溶融させる工程と、前記メタル
マスクを前記基板から取り去る工程とからなるバンプの
形成方法。
【請求項３】前記クリームはんだの印刷・リフロー工程
は２回以上行われ、先に行われる印刷・リフロー工程で
使用されるクリームはんだは、後に行われる印刷・リフ
ロー工程で使用されるクリームはんだよりも融点が高い
請求項１または２に記載のバンプの形成方法。