JPH11135565A - はんだバンプ形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大幅なコスト上昇を招くことなく、バンプパッ
ドへのはんだバンプ未着あるいは直径の小さなはんだバ
ンプの形成というはんだバンプ形成不良の発生を解消で
きる、作業性に優れたはんだバンプ形成方法を提供する
ことにある。 【解決手段】はんだバンプを形成する半導体素子、回路
装置あるいは配線基板等の被バンプ形成基体の上に金属
マスク６を配置してその上部に金属枠８を配置し、その
後に上記金属マスク６の貫通穴７にはんだボール３を落
し込んで配列させ、該はんだボール３を上部よりはんだ
ボール押さえ板９によって、はんだボール３に変形を来
さない程度の力で押さえ・加圧し、加圧状態のままで加
熱してはんだボール３を溶融させ、はんだが溶融状態の
間に上記はんだボール押さえ板９、上記金属枠８および
上記金属マスク６を引き上げ、その後に冷却してはんだ
を凝固させてはんだバンプ１１を形成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や回路
装置等の接続体の接続端子と、配線基板やその他の被接
続体の接続端子とを対向させて電気的・機械的に接続す
る、はんだバンプボンディング技法において、上記接続
体あるいは上記被接続体の接続端子上に、はんだバンプ
を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４（ａ）〜（ｃ）は従来のはんだバン
プ形成方法の第１の例を示す断面図である。すなわち、
回路配線基板を被バンプ形成基体（基板１）として、そ
の表面に配設されているバンプパッド２上に、はんだボ
ール３を用いてはんだバンプ１１を形成する場合を示
す。

【０００３】従来のはんだバンプ形成方法の第１の例に
おけるはんだバンプ形成手順は、まず、バンプパッド２
と対応した位置にはんだボール配列用貫通穴７を形成し
た金属マスク６を、基板１上に位置合わせする。次い
で、はんだボール配列用貫通穴７に、はんだボール３を
落し込み配列させ、その後にフラックス４を塗付する。
図４（ａ）はこの段階までの状態を示している。この
後、ヒートステージ５を加熱してはんだボール３を溶融
させ、はんだ溶融状態の時に金属マスク６を引き上げ
る。図４（ｂ）は金属マスク６を引き上げた状態を示し
ている。最後に、フラックスを洗浄してはんだバンプ形
成工程が終了する。図４（ｃ）は、はんだバンプの形成
を完了した状態を示す断面図である。

【０００４】この第１の従来例の工程によってはんだバ
ンプを形成した場合には、はんだバンプ未着箇所の発
生、あるいは直径の小さなはんだバンプが形成されると
いう、図４（ｃ）に示したようなはんだバンプ形成不良
箇所１３の発生する頻度が高い。

【０００５】これらのはんだバンプ形成不良は、使用す
るはんだボールの寸法が小さい程発生頻度は高くなり、
１００μｍφはんだボールを使用した場合には、バンプ
形成箇所の半数以上がはんだバンプ形成不良となる。

【０００６】はんだバンプ未着箇所の発生原因は、フラ
ックス４を塗付した段階で、図４（ａ）に示したよう
に、フラックス４によってはんだボール３が浮き上が
り、はんだボール３とバンプパッド２との金属同士の接
触が妨げられること、あるいは、ヒートステージ５での
加熱時に、流動するフラックス４の中ではんだボール３
が泳動し、はんだボール３とバンプパッド２との金属同
士の接触が妨げられることによって、はんだボール３が
溶融してもバンプパッド２に付着できなくなるためであ
る。

【０００７】また、直径の小さなはんだバンプが形成さ
れる原因は、図４（ｂ）に示した金属マスク６の引き上
げが、基板１の平面に垂直でなく水平方向にずれを生じ
た場合、溶融はんだが金属マスク６の側壁に付着し、そ
の一部が金属マスク６の引き上げとともに分離されて離
脱するためである。なお、この直径の小さなはんだバン
プの形成は、金属マスク６の引き上げを高精度な垂直引
き上げ機構として、金属マスク６の水平方向へのずれを
防止することで解消できるものである。

【０００８】図５（ａ）〜（ｄ）は従来のはんだバンプ
形成方法の第２の例を示す断面図である。すなわち、回
路配線基板を被バンプ形成基体（基板１）として、その
表面に配設されているバンプパッド２上に、はんだボー
ル３を用いてはんだバンプ１１を形成する場合を示す。

【０００９】従来のはんだバンプ形成方法の第２の例に
おけるはんだバンプ形成手順は、まず、図５（ａ）に示
すように、バンプパッド２と対応した位置にはんだボー
ル配列用貫通穴７を形成した金属マスク６を、基板１上
に位置合わせし、はんだボール配列用貫通穴７に、はん
だボール３を落し込み配列させる。次いで、加圧ツール
１４によって上部からはんだボール３に機械的圧力を加
えて、はんだボール３とバンプパッド２とを密着させ、
この後、図５（ｂ）に示すように、フラックス４を塗付
する。次に、図５（ｃ）に示すように、ヒートステージ
５を加熱してはんだボール３を溶融させ、はんだ溶融状
態の時に金属マスク６を引き上げ、最後にフラックスを
洗浄してはんだバンプ形成工程が終了する。図５（ｄ）
は、はんだバンプの形成を完了した状態を示す断面図で
ある。

【００１０】この第２の従来例の工程では、加圧ツール
１４によりはんだボール３をバンプパッド２に加圧密着
させるため、フラックス４によるはんだボール３の浮き
上がりに起因するはんだバンプ未着のはんだバンプ形成
不良は減少する。しかし、はんだボール３が加圧変形す
ることによって、金属マスク６のはんだボール配列用貫
通穴７内部に固着する場合があり、その場合、図５
（ｂ）に示したように、加圧解除段階ではんだボール３
とバンプパッド２との密着部が剥離し、はんだボール密
着不良箇所１５を生じる。このはんだボール密着不良箇
所１５は、最終的にはんだバンプ未着のはんだバンプ形
成不良となる。

【００１１】一方、直径の小さなはんだバンプが形成さ
れるというはんだバンプ形成不良に関しては、金属マス
ク６の引き上げをはんだ溶融状態の時に行うため、第１
の従来例において説明したと同様の原因によるはんだバ
ンプ形成不良が、同程度の頻度で発生する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、第１
の従来例の工程によってはんだバンプを形成した場合に
は、はんだバンプ未着箇所の発生、あるいは直径の小さ
なはんだバンプが形成されるという、はんだバンプ形成
不良の発生頻度が高くなる欠点がある。直径の小さなは
んだバンプが形成されるというはんだバンプ形成不良に
関しては、金属マスク６の引き上げに高精度な垂直引き
上げ機構を採用することで解消することができるが、引
き上げ機構の高精度化は、はんだバンプ形成工程の大幅
なコスト上昇を招くという欠点がある。

【００１３】第２の従来例の工程によってはんだバンプ
を形成した場合には、フラックス４によるはんだボール
３の浮き上がりに起因したはんだバンプ未着箇所の発生
は減少させることができる。しかし、新たな問題とし
て、加圧変形されたはんだボール３が金属マスク６のは
んだボール配列用貫通穴７に固着することに起因して、
はんだバンプ未着箇所が発生するという欠点がある。ま
た、直径の小さなはんだバンプが形成されるというはん
だバンプ形成不良に関しては、第１の従来例の工程で説
明したと同様に、その解消のためには、はんだバンプ形
成工程の大幅なコスト上昇を招くという欠点は改善され
ない。

【００１４】本発明は、上記従来技術における欠点を解
消するものであり、その目的とするところは、はんだバ
ンプ形成工程の大幅なコスト上昇を招くことなく、バン
プパッドへのはんだバンプ未着あるいは直径の小さなは
んだバンプの形成というはんだバンプ形成不良の発生を
解消できる、作業性に優れたはんだバンプ形成方法を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明のはんだバンプ形成方法は、半導体
素子や回路装置等の接続体の接続端子、あるいは配線基
板やその他の被接続体の接続端子の上にはんだボールを
配列し、加熱溶融させてバンプを形成するはんだバンプ
形成方法において、はんだ濡れ性が無いかあるいははん
だ濡れ性が極めて悪く、かつ、はんだボール直径より薄
い板厚の金属板にはんだボール配列用の貫通穴を設けた
金属マスクと、該金属マスクのはんだボール配列用貫通
穴形成部を囲むように形成した金属マスク固定用の金属
枠と、上記貫通穴に配列したはんだボールに上方より圧
力を加えるための耐熱性のあるはんだボール押さえ板と
を用いて、はんだバンプを形成するものである。

【００１６】また、本発明のはんだバンプ形成方法は、
はんだバンプを形成する半導体素子、回路装置あるいは
配線基板等の被バンプ形成基体の上に上記金属マスクを
配置してその上部に上記金属枠を配置し、その後に上記
金属マスクの貫通穴にはんだボールを落し込んで配列さ
せ、該はんだボールを上部より上記はんだボール押さえ
板によって、はんだボールに変形を来さない程度の力で
押さえ・加圧し、加圧状態のままで加熱してはんだボー
ルを溶融させ、はんだが溶融状態の間に上記はんだボー
ル押さえ板、上記金属枠および上記金属マスクを引き上
げ、その後に冷却してはんだ凝固させてはんだバンプを
形成するものである。

【００１７】さらに、本発明のはんだバンプ形成方法
は、上記金属マスクの貫通穴にはんだボールを落し込ん
で配列させ、該はんだボールを上部より上記はんだボー
ル押さえ板によって押さえた状態で、上記はんだボール
押さえ板の外周囲から、上記はんだボール押さえ板と上
記金属マスクの間にはんだフラックスを供給し、その後
に加熱を開始してはんだバンプを形成するものである。

【００１８】加えるに、本発明のはんだバンプ形成方法
は、上記金属マスクの貫通穴に配列したはんだボールに
上方より圧力を加えるためのはんだボール押さえ板の材
料として、透明でかつ耐熱性のあるガラスあるいは石英
板等を用いてはんだバンプを形成するものである。

【００１９】本発明のはんだバンプ形成方法において
は、はんだボール押さえ板を用いて、金属マスクの貫通
穴に配列させたはんだボールを、上部よりはんだボール
に変形を来さない程度の力で押さえ・加圧し、加圧状態
のままで加熱することから、はんだボールとバンプパッ
ドとの密着が確保できるため、フラックスによるはんだ
ボールの浮き上がりに起因するはんだバンプ未着という
はんだバンプ形成不良の発生を防止できる。

【００２０】また、本発明のはんだバンプ形成方法にお
いては、金属枠によって金属マスクを固定した状態で加
熱するため、加熱昇温時には熱容量の大きい金属枠部分
の温度は、金属マスクの中央部に配置されたはんだボー
ル配列用貫通穴付近の温度より低くなり、金属枠近傍で
は金属マスクの熱膨張量がはんだボール配列用貫通穴付
近より小さくなる。従って、はんだ溶融状態の間にはん
だボール押さえ板による加圧を解除すると、金属マスク
は凸状に変形し、はんだバンプ形成位置においては、被
バンプ形成基体の表面に対して金属マスクの高精度な垂
直引き上げが実現される。これによって、高価な金属マ
スクの垂直引き上げ機構を用いることなく、直径の小さ
なはんだバンプの形成というはんだバンプ形成不良の発
生を防止できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。 ［実施形態例１］図１は、本発明の実施形態例１で例示
するはんだバンプ形成方法の部材構成を示す斜視図であ
る。

【００２２】図において、１は基板であり、この基板１
上に配設されたバンプパッド２上にはんだバンプが形成
される。６ははんだボール３を配列させるための金属マ
スクであり、はんだ濡れ性が無いかあるいは濡れ性が極
めて悪く、かつ、はんだボール３の直径より薄い板厚の
金属板を用い、中央部にはんだボール配列用貫通穴７を
設けている。８は金属マスク固定用の金属枠であり、金
属マスク６のはんだボール配列用貫通穴７の形成部を囲
むように枠形成してある。９は金属マスク６のはんだボ
ール配列用貫通穴７に配列させたはんだボール３を上方
より加圧するためのはんだボール押さえ板であり、はん
だ濡れ性の無い金属材料または高耐熱性の樹脂材料で構
成している。

【００２３】金属マスク６の材料には例えばタンタル、
チタン、クロム、ステンレス、ニクロム、アルミニウム
等を用いることができる。図２は、図１の部材構成によ
るはんだバンプ形成方法の手順を示す断面図である。

【００２４】以下、はんだバンプ形成手順を詳細に説明
する。 手順 はんだバンプを形成する基板１上に金属マスク
６を配置し、その上部に金属枠８を配置する。

【００２５】手順 バンプパッド２とはんだボール配
列用貫通穴７とを位置合わせし、はんだボール３をはん
だボール配列用貫通穴７に落し込んで配列させる。 手順 配列させたはんだボール３を上方よりはんだボ
ール押さえ板９によって、はんだボール３に変形を来さ
ない程度の力で加圧し、加圧状態ではんだボール押さえ
板９の外周囲から、はんだボール押さえ板９と金属マス
ク６の間にフラックス４を供給する。

【００２６】このフラックス供給方法によれば、はんだ
ボール押さえ板９と金属マスク６の間の毛細管現象によ
って、はんだボール押さえ板９の下面全域すなわちバン
プ形成部の全域を容易にフラックス４で覆うことができ
る。図２（ａ）は、この手順の終了段階を図示してい
る。

【００２７】手順 はんだボール押さえ板９による加
圧状態のままで、ヒートステージ５を加熱してはんだボ
ール３を溶融させる。この上方からの加圧によって、図
２（ｂ）に示すように溶融はんだ１０はバンプパッド２
に確実に付着する。

【００２８】手順 はんだが溶融状態の間にはんだボ
ール押さえ板９の加圧を徐々に解除し、はんだボール押
さえ板９を上方に引き上げる。加熱状態においては、熱
容量の大きい金属枠８の温度は、金属マスク６の中央部
に配設されたはんだボール配列用貫通穴７付近の温度よ
り低くなり、金属枠８近傍では金属マスク６の熱膨張量
がはんだボール配列用貫通穴７付近より小さくなる。従
って、本手順によってはんだボール押さえ板９による
加圧を解除すると、図２（ｃ）に示すように金属マスク
６は凸状に変形し、溶融はんだ１０から引き離される。
金属マスク６は金属枠８によって基板１との位置関係を
固定されているので、上記の金属マスク６の凸状の変形
は、基板１の平面に対して金属マスク６を垂直方向に高
精度に引き上げるのに等しく、高価な垂直引き上げ機構
を準備することなく金属マスク６の高精度な垂直引き上
げが実現される。

【００２９】手順 金属枠８および金属マスク６を取
り除き、その後に冷却してはんだを凝固させ、さらにフ
ラックス４を洗浄してはんだバンプ形成工程を完了す
る。手順の終了段階で金属マスク６は溶融はんだ１０
の付着がない状態で溶融はんだ１０から引き離されてい
るので、金属マスク６を取り除く際に金属マスク６が水
平方向にずれても、溶融はんだ１０を分離して離脱させ
ることがない。

【００３０】以上述べたように、本発明のはんだバンプ
形成方法では、はんだボール押さえ板９を用いてはんだ
ボールに変形を来さない程度の力で加圧することによっ
て、溶融はんだ１０のバンプパッド２への付着が確実と
なるので、フラックス４によるはんだボール３の浮き上
がりや泳動に起因してバンプ未着箇所が発生するという
従来技術の欠点が解消される。

【００３１】また、本発明のはんだバンプ形成方法で
は、金属枠８を使用して金属マスク６の熱膨張量に差を
与えることによって、簡便に高精度な金属マスク６の垂
直引き上げが実現できるので、金属マスク６の引き上げ
時の水平方向ずれに起因して直径の小さなはんだバンプ
が形成されるという従来技術の欠点が解消される。

【００３２】さらに、本発明のはんだバンプ形成方法で
は、従来技術において直径の小さなはんだバンプの形成
を抑制するために必要とした、高価な金属マスク６の垂
直引き上げ機構が無用で、金属枠８を準備するのみであ
ることから、はんだバンプ形成工程の大幅なコスト上昇
を招くことがない。

【００３３】加えるに、本発明のはんだバンプ形成方法
におけるフラックス４の供給方法によれば、はんだボー
ル押さえ板９と金属マスク６の間の毛細管現象を利用す
ることで、バンプ形成部の全域を容易にフラックスで覆
うことができる。

【００３４】なお、本実施形態例１では、フラックス４
の供給を、手順で述べたように、はんだボール押さえ
板９ではんだボール３を加圧した段階で行っているが、
他の段階でフラックス４の供給を行っても、本発明の範
疇に入ることは言うまでもない。すなわち、基板１上へ
の金属マスク６の配置前、または金属マスク６の位置合
わせ後、あるいははんだボール３の配列直後の何れの段
階でフラックス４を供給しても、本発明の範疇に入る。

【００３５】本実施形態例１では、被はんだバンプ形成
基体である基板１として、形状の大きな配線基板を用い
た場合を例示したが、基板１は半導体素子や回路部品等
何れであっても良い。

【００３６】［実施形態例２］図３は、本発明の実施形
態例２で例示するはんだバンプ形成方法の手順を示す断
面図である。

【００３７】本実施形態例２では、実施形態例１で例示
したはんだボール押さえ板９を、ガラスあるいは石英か
らなる透明押さえ板１２に変更している。はんだバンプ
形成手順は、実施形態例１に示したと同様の手順から
手順の順による。従って、本実施形態例２によって
も、実施形態例１で述べたと同様に、はんだバンプ未着
箇所の発生というはんだバンプ形成不良を防止できると
ともに、大幅なコスト上昇を招くことなく、直径の小さ
なはんだバンプの形成というはんだバンプ形成不良を防
止できる利点がある。

【００３８】加えるに、本実施形態例２では、はんだボ
ール３を加圧するのに透明押さえ板１２を用いること
で、手順のヒートステージ５での加熱段階で、はんだ
ボール３の溶融状態を透明押さえ板１２の上方から目視
視察できるようにしたことから、材質や大きさの異なる
基板材料に対しても、バンプパッド２への溶融はんだ１
０の付着状態を観察しながら適正な加熱温度条件と加熱
時間を容易に設定することができ、また、はんだバンプ
形成不良を未然に防止できるという利点がある。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、配列
したはんだボールを変形しない程度の力ではんだボール
押さえ板によって加圧しながら加熱するようにしたこと
から、溶融はんだのバンプパッドへの付着が確実とな
り、バンプ未着箇所の発生を防止することができる。ま
た、金属枠を使用して金属マスクの熱膨張量に差を与え
ることによって、高精度な金属マスクの垂直引き上げを
実現したことから、直径の小さなはんだバンプの形成と
いうはんだバンプ形成不良を防止できる。

【００４０】このように、耐熱性はんだボール押さえ板
と金属枠の採用のみで、大幅なコスト上昇を招くことな
く、容易にはんだバンプ形成不良の発生を防止できるの
で、工業的価値は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例１で例示したはんだバンプ
形成方法の部材構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施形態例１で例示した図１の部材構
成によるはんだバンプ形成方法の手順を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の実施形態例２で例示したはんだバンプ
形成方法の手順を示す断面図である。

【図４】従来のはんだバンプ形成方法の第１の例を示す
断面図である。

【図５】従来のはんだバンプ形成方法の第２の例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ バンプパッド ３ はんだボール ４ フラックス ５ ヒートステージ ６ 金属マスク ７ はんだボール配列用貫通穴 ８ 金属枠 ９ はんだボール押さえ板 １０ 溶融はんだ １１ はんだバンプ １２ 透明押さえ板 １３ はんだバンプ形成不良箇所 １４ 加圧ツール １５ はんだボール密着不良箇所

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接続体の接続端子と、被接続体の接続端
   子とを対向させて電気的・機械的に接続する、はんだバ
   ンプボンディング技法において、上記接続体あるいは上
   記被接続体の接続端子上にはんだボールを配列し、加熱
   溶融させてバンプを形成するはんだバンプ形成方法であ
   って、はんだ濡れ性が無いかあるいははんだ濡れ性が極
   めて悪く、かつ、はんだボール直径より薄い板厚の金属
   板にはんだボール配列用の貫通穴を設けた金属マスク
   と、該金属マスクのはんだボール配列用貫通穴形成部を
   囲むように形成した金属マスク固定用の金属枠と、上記
   貫通穴に配列したはんだボールに上方より圧力を加える
   ための耐熱性のあるはんだボール押さえ板とを用いるこ
   とを特徴とするはんだバンプ形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のはんだバンプ形成方法に
   おいて、はんだバンプを形成する被バンプ形成基体の上
   に金属マスクを配置してその上部に金属枠を配置し、そ
   の後に金属マスクの貫通穴にはんだボールを落し込んで
   配列させ、該はんだボールを上部よりはんだボール押さ
   え板によって押さえ・加圧し、加圧状態のままで加熱し
   てはんだボールを溶融させ、はんだが溶融状態の間には
   んだボール押さえ板、金属枠および金属マスクを取り除
   き、その後に冷却してはんだを凝固させることを特徴と
   するはんだバンプ形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のはんだバンプ形
   成方法において、金属マスクの貫通穴にはんだボールを
   落し込んで配列させ、該はんだボールを上部よりはんだ
   ボール押さえ板によって押さえた状態で、はんだボール
   押さえ板の外周囲から、はんだボール押さえ板と金属マ
   スクの間にはんだフラックスを供給し、その後に加熱を
   開始することを特徴とするはんだバンプ形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載のはんだバンプ形
   成方法において、金属マスクの貫通穴に配列したはんだ
   ボールに上方より圧力を加えるためのはんだボール押さ
   え板が、耐熱性のある透明板であることを特徴とするは
   んだバンプ形成方法。