KR102007544B1 - 범프 전극, 범프 전극 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 땜납 도금의 용융 공정을 고안하여, 전극 패드 상에 있어서 범프 전극의 핵층으로 되는 Cu 볼의 중심을, 그 수평 단면에서, 피복된 땜납의 외각의 중심에 높은 재현성으로 배치할 수 있도록 하는 것이다. 전극 패드(12) 상에 접합되고, 핵층으로 되는 Cu 볼(13)에 땜납(14)이 실시된 범프 전극(30)을 구비하고, 범프 전극(30)은 플럭스(16)가 도포된 후, 전극 패드(12) 상에 탑재되고, 전극 패드(12) 및 Cu 핵볼이 가열되어 땜납 도금(24)을 용융하는 용융 공정에 있어서 전극 패드(12) 및 Cu 핵볼이 탑재된 기판(11)의 가열률이 0.01[℃/sec] 이상∼0.3[℃/sec] 미만의 범위로 설정되어 이루어지는 것이다.

Description

범프 전극, 범프 전극 기판 및 그 제조 방법 {BUMP ELECTRODE, BOARD WHICH HAS BUMP ELECTRODES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE BOARD}

본 발명은 핵층으로 되는 코어재에 땜납 도금을 피복한 땜납 접합체를 사용하여 형성된 범프 전극, 이 범프 전극을 갖는 반도체 칩이나 프린트 배선 기판(이하, 범프 전극 기판이라고 함) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 스마트폰 등의 소형 정보 기기의 발달에 의해, 당해 기기에 탑재되는 전자 부품은 급속한 소형화가 요구되고 있다. 전자 부품은, 소형화의 요구에 의해 접속 단자의 협소화나, 전극간의 파인 피치화, 실장 면적 등의 축소화에 대응하기 위해, 평면의 수지의 패키지로부터 작은 볼 형상의 전극이 배열되어 설치된 볼 그리드 어레이(이하, 「BGA」라고 칭함)가 적용되어 있다. BGA는, IC 칩의 표면 실장 타입의 패키지 방법이며, 당해 패키지의 주위에 전극(핀)이 튀어나와 있지 않으므로, 실장 면적이 작아도 된다고 하는 이점이 있다.

BGA를 적용한 전자 부품에는, 예를 들어 중앙 처리 장치(CPU) 등의 반도체 패키지가 있다. 반도체 패키지에서는, 복수의 전극을 갖는 반도체 칩이 수지로 밀봉되어 있다. 반도체 칩의 전극에는, 땜납 범프가 형성되어 있다. 이 땜납 범프는, 땜납을 구상으로 성형한 땜납 볼을 반도체 칩의 전극에 접합함으로써 형성되어 있다.

BGA를 적용한 반도체 패키지는, 가열에 의해 용융된 땜납 범프와 프린트 기판의 도전성 랜드(전극 패드)를 접합함으로써, 프린트 기판에 탑재된다. 또한, 가일층의 고밀도 실장의 요구에 대응하기 위해, 반도체 패키지가 높이 방향으로 겹쳐진 3차원 적층 구조가 고안되어 있다.

그러나, 3차원 적층 구조가 채용된 반도체 패키지에 BGA를 적용하려고 하면, 반도체 패키지의 자중에 의해 땜납 볼이 찌그러져 버린다고 하는 문제가 있다. 만약 땜납 볼이 찌그러져 버리면, 땜납이 접속 단자의 전극으로부터 밀려나와, 전극간이 접속되어 버리고, 단락이 발생한다고 하는 문제가 있다.

따라서, 전자 부품의 전극으로서 범프 전극이 사용되고 있다. 범프 전극이라 함은, 핵층으로 되는 코어재, 예를 들어 Cu 볼의 표면에 Ni 도금이 피복되고, 그 위에 땜납 도금이 피복된 Cu 핵볼을 사용하여 형성된 것을 말한다. 코어재를 사용하여 형성된 범프 전극은, 전자 부품이 프린트 기판에 실장될 때에, 반도체 패키지의 중량이 범프 전극에 가해져도, 땜납의 융점에서는 용융되지 않는 Cu 볼에 의해 반도체 패키지를 지지할 수 있다. 이 결과, 반도체 패키지의 자중에 의해 범프 전극이 찌그러지는 일은 없다.

한편, 종래부터, 프린트 기판의 소정의 면에 전자 부품을 솔더링 처리하는 경우에, 리플로우로가 사용되고 있다. 리플로우로에서 범프 전극을 형성하는 경우, 플럭스 또는 땜납 페이스트를 사용하여 행해진다. 땜납 페이스트는 파우더 상태의 땜납과 플럭스를 혼련한 것이다. 플럭스나 땜납 페이스트 등은, 복수의 전극 패드가 형성된 기판 상에 메탈 마스크를 위치 정렬하고, 메탈 마스크 상에서 스퀴지를 미끄럼 이동 조작하고, 메탈 마스크에 형성된 복수의 개구부를 통해 전극 패드 상에 도포하도록 이루어진다. 플럭스나 땜납 페이스트 등은 메탈 마스크를 사용하여 전극 패드 상에 직접 도포하는 방법 이외에도, 볼 전사 방식이나 핀 전사 방식, 디스펜스 방식, 스프레이 방식 등에 의한 도포 방법도 채용된다.

플럭스는, 솔더링되는 금속 표면의 산화막을 제거하고, 또한, 솔더링 공정에 있어서의 가열 처리 시에 금속 표면이 재산화되는 것을 방지한다. 플럭스는, 땜납의 표면 장력을 작게 하여 습윤성을 좋게 하는 작용이 있다. 플럭스는, 송진, 틱소제 및 활성제 등의 고형 성분을 용제로 용해시킨 것이다.

이러한 종류의 관련 기술로서, 특허문헌 1에는 전자 부품의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 전자 부품의 제조 방법에 의하면, Cu 코어 땜납 볼을 전극 패드에 솔더링 처리하는 경우, Cu 볼 체적을 Vc로 하고, 땜납 도금층의 체적을 Vs로 하고, Cu 볼의 직경을 Dc로 하고, 전극 패드의 직경을 Dp로 하였을 때, Cu 볼 체적 Vc에 대한 땜납 도금층의 체적 Vs의 비가 0.05≤Vs/Vc≤0.5이고, 또한, 코어로 되는 Cu 볼의 직경 Dc에 대한 전극 패드의 직경 Dp의 비가 0.5≤Dp/Dc≤1.0을 만족시켰을 때에 코어가 중심에 존재한다고 하는 것이다.

일본 특허 공개 제2006-344624호 공보

그런데, 종래예에 관한 범프 전극 기판 및 그 제조 방법에 의하면, 다음과 같은 문제가 있다.

i. 리플로우로에서 Cu 핵볼을 전극 패드에 솔더링 처리할 때에, 핵층으로 되는 코어재(코어)의 Cu 볼이 전극 패드의 중심으로부터 치우친 위치(편심)에 접합된다고 하는 문제가 발생하고 있다. Cu 볼이 편심되면, 땜납의 극단적으로 얇은 부분이 생기고, 2차 실장에 있어서, 금속간 화합물(Inter Metallic Compound:이하 IMC라고 함)의 노출에 의한 미접합이 발생한다. 또한, Cu 볼이 전극 패드로부터 빠져, 기판에 올라탐으로써 기판간의 클리어런스를 일정하게 유지하는 것이 곤란해진다고 하는 문제가 있다.

ii. 특허문헌 1에 보여지는 바와 같이 0.05≤Vs/Vc≤0.5, 또한, 0.5≤Dp/Dc≤1.0이라고 하는 조건으로, 솔더링하면 Cu 볼의 중심은 땜납의 외각의 중심에 배치된다고 생각된다. 그러나, 상기한 조건하에서는, 땜납량이 적은 케이스가 출현할 우려가 있다. 그로 인해, 리플로우 처리 후의 땜납 범프 정상부에 IMC가 노출된다고 하는 문제가 우려된다. IMC와 땜납은 습윤성이 나쁘기 때문에 2차 실장 시에, 땜납의 미접합 개소가 발생해 버린다고 하는 문제가 있다. 상기한 조건으로부터 벗어난 경우, Cu 볼의 중심이 땜납 외각의 중심에는 배치되지 않을 확률이 높아진다. 그렇게 되면 미접합이나 기판간 클리어런스가 불균일해진다고 하는 문제가 발생해 버린다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 과제를 해결한 것으로서, 땜납 도금의 용융 공정을 고안하여, 전극 패드 상에 있어서의 핵층으로 되는 코어재의 중심을, 그 수평 방향의 절단면에서, 피복된 땜납의 외각의 중심에 높은 재현성으로 배치할 수 있도록 한 범프 전극, 범프 전극 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 범프 전극 단자 내부에서 핵층으로 되는 코어재의 중심의 위치 어긋남에 대해, 땜납 용융 온도 근방의 승온 속도와 범프 전극을 형성하는 코어재의 편심에는 밀접한 관계가 있다고 생각하고, 당해 승온 속도가, 후술하는 기판 가열(리플로우 처리) 시의 코어재 편심 제어에 효과를 발휘하고 있는 것을 발견하여 본 발명을 상도하였다. 여기에 코어재 편심 제어라 함은, 승온 속도를 제어하여 기판을 가열하고, 전극 패드로부터의 플럭스 또는 땜납 페이스트 중의 플럭스의 타고 올라감을 지연시키고, 또한, 전극 패드에의 땜납의 흘러내림을 지연시킨다. 그리고 전극 패드 상에 있어서의 범프 전극을 형성하는 코어재의 중심을, 그 수평 단면에서, 땜납의 외각의 중심에 배치할 수 있도록 하는 제어를 말한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 청구항 1에 기재된 범프 전극은, 핵층으로 되는 코어재에 땜납 도금이 피복된 땜납 접합체를 사용하여 전극 패드 상에 형성된 범프 전극이며, 상기 땜납 접합체가 상기 전극 패드 상에 탑재된 후, 가열되어 상기 땜납 도금을 용융하는 리플로우 처리 공정에 있어서, 가열률이 0.01[℃/sec] 이상∼0.3[℃/sec] 미만의 범위로 설정되어 이루어지는 것이다.

청구항 2에 기재된 범프 전극 기판은, 소정의 기판에 설치된 전극 패드와 상기 전극 패드에 접합된, 청구항 1에 기재된 범프 전극으로 구성되는 것이다.

청구항 3에 기재된 범프 전극 기판의 제조 방법은, 핵층으로 되는 코어재에 땜납 도금이 피복된 땜납 접합체를 소정의 기판의 전극 패드 상에 탑재하는 공정과, 상기 기판을 가열하여 상기 코어재에 피복된 땜납 도금을 용융하는 용융 공정을 갖고, 상기 땜납 도금의 용융 공정에 있어서의 상기 기판의 가열률이 0.01[℃/sec] 이상∼0.3[℃/sec] 미만의 범위로 설정되는 것이다.

청구항 4에 기재된 범프 전극 기판의 제조 방법은, 제3항에 있어서, 상기 전극 패드 상에 탑재할 때, 플럭스가 사용되는 것이다.

청구항 1에 기재된 범프 전극 및 청구항 2에 기재된 범프 전극 기판에 의하면, 땜납 접합체의 땜납 도금을 용융하는 공정에 있어서, 가열률이 0.01[℃/sec] 이상∼0.3[℃/sec] 미만의 범위로 설정 처리된 코어재를 구비하고 있다. 이 구성에 의해, 전극 패드 상에 있어서, 범프 전극의 핵층을 이루는 코어재의 중심이 그 수평 단면에서 땜납 도금의 외각의 중심에 배치된 고신뢰도의 범프 전극 기판을 제공할 수 있게 된다.

청구항 3, 4에 관한 범프 전극 기판의 제조 방법에 의하면, 땜납 도금의 용융 공정에 있어서의 기판의 가열률이 0.01[℃/sec] 이상∼0.3[℃/sec] 미만의 범위로 설정되면, 가열 처리 후에 있어서, 땜납의 외각의 중심과 코어재의 중심이 모두 전극 패드의 중앙에 존재하는 범프 전극을 형성할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 관한 실시 형태로서의 범프 전극 기판(100)의 구성예를 도시하는 단면도.
도 2의 (A) 및 (B)는 도 1에 도시되는 전극 패드의 접합면과 평행하는 수평 방향에서의 상기 범프 전극에 있어서, Cu 코어 편심량의 측정예를 나타내는 Y-Y 화살표 방향에서 볼 때의 단면도.
도 3의 (A) 및 (B)는 범프 전극 기판(100)의 형성예(제1)를 도시하는 단면도.
도 4의 (A) 및 (B)는 범프 전극 기판(100)의 형성예(제2)를 도시하는 단면도.
도 5는 제1 리플로우 프로파일의 설정예를 나타내는 표.
도 6은 제1 리플로우 처리예를 나타내는 그래프.
도 7의 (A) 및 (B)는 제1 리플로우 프로파일에 있어서의 승온 속도 대 Cu 코어 편심량의 분포예를 나타내는 표.
도 8은 제1 리플로우 프로파일에 있어서의 승온 속도 대 Cu 코어 편심량의 출현예를 나타내는 표.
도 9는 제2 리플로우 프로파일의 설정예를 나타내는 표.
도 10은 제2 리플로우 처리예를 나타내는 그래프.
도 11의 (A) 및 (B)는 제2 리플로우 프로파일에 있어서의 승온 속도 대 Cu 코어 편심량의 분포예를 나타내는 표.
도 12는 제2 리플로우 프로파일에 있어서의 승온 속도 대 Cu 코어 편심량의 출현예를 나타내는 표.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 관한 범프 전극, 범프 전극 기판 및 그 제조 방법에 대해, 먼저, 실시 형태로서의 범프 전극(30) 및 범프 전극 기판(100)의 구성예에 대해 설명한다. 본 예의 경우에서는, 코어재로서 구상의 Cu 볼을 선택하고, 이 Cu 볼을 피복하는 Ni 도금과, 또한 그 위에 땜납 도금이 실시된 Cu 핵볼과, 이 Cu 핵볼을 전극에 적재하기 위해 플럭스를 사용한 경우를 설명한다.

도 1에 도시하는 범프 전극 기판(100)은 기판(11), 전극 패드(12) 및 범프 전극(30)을 갖고 구성된다. 범프 전극(30)은 Cu 볼(13) 및 땜납(14)으로 구성되어 있다. 도면 중의 부호 15는 절연막(층)이다. 전극 패드(12)는 원 형상을 갖고, 도시하지 않아도 소정의 피치로 소정의 기판(11)에 복수 구비된다. Cu 볼(13)은 핵층으로 되는 코어재의 일례를 구성한다. 도면 중, 부호 D는 Cu 볼(13)의 구경이며, 예를 들어 D＝190㎛ 정도이다.

범프 전극(30)의 핵층으로 되는 코어재는, Cu 볼(13)의 이외에 땜납 도금(24)이 용융되는 온도에 있어서 비용융인 융점을 가진 Cu, Ni, Ag, Bi, Pb, Al, Sn, Fe, Zn, In, Ge, Sb, Co, Mn, Au, Si, Pt, Cr, La, Mo, Nb, Pd, Ti, Zr, Mg의 금속 단체, 금속 산화물, 금속 혼합 산화물, 또는 합금으로 구성되어 있어도 된다.

또한, 코어재는, 땜납 도금(24)보다도 고융점을 갖는 수지 재료, 탄소 재료, 또는 세라믹스 등의 절연체로 구성되어 있어도 된다. 수지 재료, 탄소 재료, 세라믹스 자체에 통전성은 없지만, 코어재에는 금속을 피복하기 때문에, 수지 재료, 탄소 재료, 세라믹스를 핵층으로 한 핵볼을 전극 패드 상에 접합한 경우에도 피복한 금속에 의해 전극간에 문제없이 통전한다. 코어재에 절연물을 이용하는 것은, 고주파수의 신호 전송 시의 표피 효과를 도모한 것이다.

코어재로서의 수지 재료에는, 예를 들어 스티렌, α-메틸스티렌, p-메틸스티렌, p-클로로스티렌, 클로로메틸스티렌 등의 스티렌 유도체; 염화비닐; 아세트산비닐, 프로피온산비닐 등의 비닐에스테르류; 아크릴로니트릴 등의 불포화 니트릴류; (메트)아크릴산메틸, (메트)아크릴산에틸, (메트)아크릴산부틸, (메트)아크릴산2-에틸헥실, (메트)아크릴산스테아릴, 에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 트리플루오로에틸(메트)아크릴레이트, 펜타플루오로프로필(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트 등의 (메트)아크릴산에스테르 유도체 등의 단량체를 중합하여 얻어지는 수지를 들 수 있고, 이들 단량체는 단독으로 사용되어도 되고, 2종 이상이 병용되는 것이어도 된다.

코어재의 표면에는, 코어재가 금속인 경우에는, Ni이나 Co 등으로 도금 처리를 실시해도 된다. 코어재에 Ni이나 Co 등을 도금해 두면, 코어재에 땜납 도금을 피복할 때, 코어재의 원소가 땜납 도금으로 확산하는 것을 방지하는 배리어의 역할을 한다. 코어재가 수지 등의 절연물인 경우에는, Ni이나 Co 등으로 도금 처리를 실시하기 전에 코어재에 Cu 도금 처리를 실시해도 된다. Cu 도금을 실시해 두면 범프 전극 형성 시에 Cu 부분이 통전하게 된다. 절연물의 코어재에의 도금에는 무전해 도금이 사용된다. 또한, 코어재의 입(구)경의 크기는, 1∼1000㎛인 것이 바람직하다. 이 범위에 있으면, 구상의 코어재를 안정적으로 제조할 수 있고, 또한, 단자간이 협소 피치인 경우의 접속 단락을 억제할 수 있다.

코어재에 도금하는 땜납의 조성에 대해서도 특별히 한정은 없고, 땜납의 조성 원소는 Sn, Ag, Cu, Bi, In, Ni, Sb, Zn, Ge, Ga, Co, Fe, P, Cr, Pb, Fe, Al 중 적어도 1개 이상을 포함하고, 코어재보다도 액상 온도가 낮은 금속 또는 합금이 사용되어 있으면 된다. 이때, 코어재와 땜납 합금의 조성은 반드시 동일하게는 되지 않는 것으로 한다. 이들 중에서도, 땜납 도금 피막의 합금 조성은, 낙하 충격 특성의 관점에서, 바람직하게는 Sn-3중량％ Ag-0.5중량％ Cu 합금이다.

땜납 도금 피막의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 100㎛(편측) 이하이면 충분하다. 일반적으로는 20∼50㎛이면 된다. 이 예에서는, 코어재로서 Cu 볼(13)을 사용한 경우에 대해 설명을 한다. Cu 볼(13)의 표면에는 막 두께 2㎛ 정도의 Ni 도금이 실시되고, 그 표면에 땜납 도금이 실시되어 있다. 땜납 도금의 막 두께는 30㎛ 정도이다. 이하, Cu 볼(13)의 표면에 땜납 도금(24)이 실시된 것을 Cu 핵볼(50)이라고 한다[도 3의 (A) 참조]. Cu 핵볼(50)의 전체의 구경은 265㎛ 정도의 크기이다.

이 Cu 핵볼(50)은 범프 전극(30)의 형성 시, 전극 패드(12)에 플럭스(16)가 도포된 후, 기판(11)의 전극 패드(12) 상에 탑재된다. 이어서, 기판(11)이 가열되어 상온으로부터 땜납 도금의 액상 온도 부근으로 승온되고, 플럭스(16)의 작용에 의해, Cu 핵볼(50)의 플럭스(16)에 접하고 있는 부분의 표면의 산화막과 함께 전극 패드(12)의 표면의 산화막이 제거된다.

이 산화막의 제거에 계속해서 기판(11)이 더욱 승온되어, 액상 온도 이상으로 되는 땜납 도금을 용융시키는 공정에 있어서, 전극 패드(12)로부터의 플럭스(16)가 Cu 핵볼(50)의 땜납 도금(24)의 표면에 타고 오르는 속도가 지연되고, 또한, Cu 핵볼(50)의 땜납 도금(24)의 표면에 플럭스(16)가 타고 오르고, 땜납 도금(24)의 표면의 산화막이 제거되는 것에 수반되어, 산화막이 제거된 부분이 전극 패드(12)측으로 흘러내리게 되지만, 상기한 바와 같이 플럭스(16)의 Cu 핵볼(50)의 땜납 도금(24)의 표면에 타고 오르는 속도가 지연되므로, 전극 패드(12)에의 땜납(14)의 흘러내림이 지연되도록 기판(11)이 가열되는 온도 제어가 이루어지는 것이다.

이와 같은 플럭스의 타고 올라감을 완만하게 하여, 땜납을 덮는 산화막을 서서히 제거하여, 조금씩 땜납이 흘러내리도록, 땜납 도금 용융 공정에 있어서, 승온 제어하는 Cu 코어 편심 제어가 이루어진다. Cu 코어 편심 제어는 코어재 편심 제어의 일례이다. 이 Cu 코어 편심 제어에 의해, Cu 코어 편심량이 극히 적은 범프 전극 기판(100)을 제공할 수 있게 된다[도 2의 (A) 참조].

여기서, 도 2의 (A) 및 (B)를 참조하여, Cu 코어 편심량의 측정 방법에 대해 설명한다. 이 도 2의 (A) 및 (B)는 도 1에 도시되는 전극 패드의 접합면과 평행하는 수평 방향에서의 상기 범프 전극(30)에 있어서, Cu 코어 편심량의 측정예를 나타내는 Y-Y 화살표 방향에서 볼 때의 단면도이다.

도 2의 (A)에 있어서, 범프 전극(30)은 Cu 볼(13)의 표면에 균등한 두께의 땜납(14)의 막(외각)으로 덮인 것이다. 또한, 도면 중, 전극 패드(12)와 땜납(14)이 겹쳐 보이고 있다. 이 범프 전극(30)에 있어서, 핵층으로 된 코어재의 단면을 원형으로 가정하였을 때, Cu 볼(13)의 중심점을 o1로 하고, Cu 볼(13)을 덮는 땜납(14)의 외각의 중심점을 o2로 하였을 때, Cu 코어 편심 제어에 의해 o1≒o2와 같이 거의 일치시킬 수 있다. 이후, 중심점 o1, o2 사이(원심간)의 거리를 x로 한다(x＝0이고 o1＝o2). 예를 들어, 거리 x는 중심점 o1, o2의 차의 절대값에 의해 부여된다.

도 2의 (B)에 있어서, 범프 전극(30')은, Cu 볼(13)의 표면에 땜납 피막이 형성되어 있지만, Cu 볼(13)이 편심된 것이다. 리플로우 처리 시의 Cu 볼(13)의 편심이 발생하는 메커니즘은, 다음과 같다. 먼저, 상온으로부터 땜납 도금(24)의 액상 온도 부근으로 승온되고, 플럭스(16)의 작용에 의해, 전극 패드(12)의 표면의 산화막과 함께 Cu 핵볼(50)의 플럭스(16)에 접하고 있는 부분의 표면의 산화막이 제거된다.

이어서, 기판(11)이 더욱 승온되어, 액상 온도 이상으로 되는 땜납 도금(24)의 용융 공정에 있어서, 플럭스(16)가 Cu 핵볼(50)의 땜납 도금(24)의 표면을 상방으로 타고 오른다. 땜납 도금(24)의 표면 전체의 산화막이 제거되면, 땜납(14)이 Cu 볼(13)의 하방으로 흘러내린다. 이때, 가열률이 높은 리플로우 프로세스에 의하면, 플럭스(16)가 Cu 볼(13)의 상방을 향하여 급속하게 타고 오르고, 한번에 다량의 땜납(14)이 흘러내려 온다. 이에 의해, Cu 볼(13)이 편심된다고 생각된다.

범프 전극(30')에 있어서, Cu 볼(13)의 중심점 o1과, 땜납(14)(도금)의 외각의 중심점 o2의 위치 어긋남량을 Cu 코어 편심량이라고 정의한다. 실제로는, 리플로우 처리 후의 범프 전극(30)을 기판(11)과 평행하는 수평 방향으로 연마하여 그 단면을 노출시키고, 거리 x를 측정하였다.

Cu 코어 편심 제어에서는, 전체 범프 전극에 있어서 원심간의 거리 x를 10㎛ 이하로 억제하는 것을 목표로 한다. 이 목표를 달성하기 위해, 땜납 도금(24)의 용융 공정에 있어서, 종래 방식보다도, 천천히 한 가열 프로세스를 채용한다. 그리고, 플럭스(16)의 타고 올라감을 완만하게 하여, 땜납 도금(24)을 덮는 산화막을 서서히 제거하여, 조금씩 땜납(14)이 흘러내리는 용융 프로세스로 되도록 한다. 이 용융 프로세스에 의해, Cu 볼(13)이 움직이기 어려운 상태(상황)를 형성하고, 리플로우 처리 후에 있어서도, 전극 패드(12)의 중앙에 범프 전극(30)이 존재하는 접합 전극을 형성할 수 있도록 하였다.

계속해서, 도 3 및 도 4를 참조하여, 범프 전극 기판(100)의 형성예(제1, 2)에 대해 설명을 한다. 이 예에서는 범프 전극 기판(100)을 제조하는 경우이며, 땜납 도금(24)의 용융 공정에 있어서, 가열률을 0.01[℃/sec]∼0.3[℃/sec]의 범위로 설정하였다.

또한, 본문 중에 있어서, 땜납 도금(24)의 상태라 함은 범프 전극(30)을 형성할 때에, 플럭스(16)에 의해 Cu 핵볼(50)을 전극 패드(12)에 탑재하고, 그 후의 가열에 의해 Cu 핵볼(50)의 땜납 도금(24)이 용융되고, 또한, 플럭스(16)의 작용에 의해 표면의 산화막이 제거될 때까지의 상태를 말하고, 표면의 산화막이 제거된 상태를 땜납(14)이라고 한다. 따라서, 범프 전극 형성의 과정에서, 땜납 도금(24)으로부터 땜납(14)으로의 천이 과정에 있어서는, 땜납 도금(24)과 땜납(14)이 공존하는 상태가 존재하게 된다.

이들을 형성 조건으로 하여, 먼저, 도 3의 (A)에 도시하는 소정의 기판(11)의 전극 패드(12) 상에 플럭스(16)를 도포한 후, 당해 전극 패드(12) 상에 Cu 핵볼(50)을 탑재한다. 전극 패드(12)는 동박 기판에 원 형상의 평면 전극(랜드 패턴)을 패터닝함으로써 얻어진다. Cu 핵볼(50)에는, 미리, Cu 볼(13)에 땜납 도금(24)을 실시한 것을 사용한다. 본 실시예·비교예에 있어서, 핵층으로 되는 코어재에는 Cu의 순도가 99.95％ 이상이고 직경이 190㎛인 Cu 볼(13)을 사용하였다.

땜납 도금(24)에 대해서는, 코어재로 되는 Cu 볼(13)에 막 두께 2㎛ 정도의 Ni 도금을 실시한 후에, Sn, Ag, Cu, Bi, In, Ni, Sb, Zn, Ge, Ga, Co, Fe, P, Cr, Pb, Fe, Al 중 적어도 1개 이상을 포함하는, 액상 온도가 코어재보다도 낮은 금속 또는 합금으로 구성되어 있는 땜납(14)을 도금한다.

본 실시예·비교예에 있어서는, 땜납 도금(24)의 조성은 모두 Sn-3중량％ Ag-0.5중량％ Cu로 하였다. 또한, 기판(11)에는 수지 기판(개구 직경:240㎛, 레지스트 두께:15㎛, 표면 처리:Cu-OSP)을 사용한다. 플럭스 인쇄 시, 복수의 전극 패드가 형성된 기판 상에 메탈 마스크를 위치 정렬하고, 메탈 마스크 상에서 스퀴지를 미끄럼 이동 조작하고, 메탈 마스크에 형성된 복수의 개구부를 통해 플럭스(16)를 도포한다.

이어서, 기판(11)을 가열하여 상온으로부터 땜납의 액상 온도 부근에 이르는 온도로 승온하고, Cu 핵볼(50) 및 전극 패드(12)의 플럭스(16)와 접하고 있는 표면의 산화막을 제거한다(제1 용융 스텝). 제1 용융 스텝의 온도 조건은, 상온으로부터 땜납(14)의 액층 온도 부근(210℃)에 이르는 가열 온도의 가열률(승온 속도)을, 예를 들어 2.0[℃/sec]으로 설정한다. 이 제1 용융 스텝에서, 플럭스(16)에 의해 전극 패드(12) 및 Cu 핵볼(50)의 플럭스(16)와 접하고 있는 바닥면측만의 산화막이 제거된다.

계속해서, 산화막의 제거 공정에 계속해서 기판(11)을 더욱 승온하여, 땜납 도금(24)의 용융 온도로 이행한다(제2 용융 스텝). 이 제2 용융 스텝의 온도 조건은, 예를 들어 가열 온도 210℃로부터 230℃에 이르는 가열률을 0.01[℃/sec] 이상∼0.3[℃/sec] 미만의 범위로 설정한다. 이때, 땜납 도금(24)이 용융되어 땜납(14)으로 이행하는 상태로 되고, Cu 핵볼(50)의 셀프 얼라인먼트 현상과 Cu 볼(13)이 전극 패드(12)까지 가라앉는 현상이 발생한다[도 3의 (B)]. 셀프 얼라인먼트 현상이라 함은, Cu 핵볼(50)이 전극 패드(12)의 중앙으로 자기 정합적으로 이동하는 현상을 말한다.

또한, 이때 Cu 핵볼(50)의 표면은 아직 산화막에 의해 덮여 있지만, 땜납 도금(24)은 열용량이 작은 전극 패드(12)측으로부터 Cu 볼(13)의 꼭대기부를 향하여 용융되기 시작한다. 이 용융 개시 직전에서, Cu 볼(13)의 바닥부 외각의 땜납 도금(24)이 용융되어 그 접촉 부위(하방 부분)의 주위에서 땜납(14)으로 되어 퍼지기 시작한다. 이 결과, Cu 볼(13)이 전극 패드(12)까지 가라앉게 된다. 이 상태로부터, Cu 볼(13)의 표면의 외각의 땜납 도금(24)이 용융되어 산화막으로 덮인 내부가 땜납(14)으로 순차 천이하기 시작하면, Cu 볼(13)은 땜납 도금(24)의 구속으로부터 벗어나 자유로운 상태로 된다.

계속해서, 도 4의 (A)에 도시한 바와 같이 플럭스(16)가 Cu 핵볼(50)의 땜납 도금(24)의 표면의 산화막을 제거하면서, 상방으로 타고 오르게 된다. 이 예에서는, 땜납 도금(24)의 용융 온도 이행 시, 도면 중의 상향의 백색 화살표와 같이, 전극 패드(12)로부터 Cu 볼(13)에의 플럭스(16)의 타고 올라감이 지연되도록 기판(11)을 가열한다(산화막의 제거 공정).

그리고, 도 4의 (B)에 있어서, 땜납 도금(24)의 용융 공정에서는, 도면 중의 하향의 백색 화살표와 같이, Cu 볼(13)로부터 전극 패드(12)에의 땜납(14)의 흘러내림을 지연시키도록 기판(11)을 천천히 가열한다. 이 제2 용융 스텝에서, Cu 핵볼(50)의 전체의 산화막이 제거되면, 땜납(14)이 Cu 볼(13)의 주위로부터 전극 패드(12) 쪽으로 흘러내리게 된다(Cu 코어 편심 제어).

여기서, 도 5∼도 8을 참조하여, Cu 코어 편심 제어에 관하여, 제1 리플로우 프로파일의 설정예를 들어, 2개의 실시예 1, 2와 2개의 비교예 1, 2를 비교하여 Cu 코어 편심량이 가장 적어지는 상한으로서의 승온 속도를 고찰한다. 이 고찰에서는 N＝20의 샘플에 대해, Cu 코어 편심량을 측정하고, 승온 속도와 Cu 코어 편심량의 관계로부터 최적의 상한의 승온 속도를 특정한다. 이 예에서는, 리플로우로 대신에 고온 관찰 장치[산요 정공(주)제 SP-5000 DS]를 사용하였다.

제1 리플로우 프로파일의 설정예에서는, 제1 용융 스텝으로서, 도 5의 표에 나타내는 바와 같이, 30℃(상온)∼210℃에 이르는 가열 온도에서, 제1 용융 스텝에 있어서의 승온 속도가 2.0[℃/sec]인 경우이다. 제1 용융 스텝은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 어느 것이나 동일한 온도 조건이다.

제2 용융 스텝은 가열 온도가 210℃∼230℃이고, 그 실시예 1에서 승온 속도가 0.1[℃/sec], 실시예 2에서 승온 속도가 0.2[℃/sec], 비교예 1에서 승온 속도가 0.3[℃/sec]이며, 비교예 2에서는 승온 속도가 2.0[℃/sec]인 경우이다.

제3 용융 스텝은, 리플로우 처리의 피크 온도를 245℃로 하였을 때, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 어느 것이나 가열 온도가 230℃∼245℃이고, 그 승온 속도가 2.0[℃/sec]이다. 또한, 강온 스텝은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 어느 것이나 냉각 온도가 245℃로부터 180℃이고 그 강온 속도가 2.0[℃/sec]이다. 고온 관찰 장치에 있어서의 산소 농도는 100ppm 이하이고, 플럭스(16)에는 WF-6450(센쥬 금속 공업제)을 사용하는 경우이다.

도 6에 나타내는 제1 리플로우 처리예는, 제1 리플로우 프로파일에 기초하는 것이고, 종축은 고온 관찰 장치에 있어서의 가열 온도[℃]이다. 횡축은 기판(11)의 리플로우 시간[sec]이다. 도면 중의 실선의 굵은 선은 실시예 1이며, 가열 온도 210℃∼230℃에 있어서의 승온 속도가 0.1[℃/sec]인 경우이다. 파선의 굵은 선은 실시예 2이며, 승온 속도가 0.2[℃/sec]인 경우이다. 일점쇄선의 굵은 선은 비교예 1이며, 승온 속도가 0.3[℃/sec]인 경우이다. 이점쇄선의 가는 선은 비교예 2이며 승온 속도가 2.0[℃/sec]인 경우이다.

도 7의 (A)에 나타내는 제1 리플로우 프로파일에 있어서의 승온 속도 대 Cu 코어 편심량의 분포예에 있어서, 종축은 가열 온도가 210℃∼230℃일 때의 Cu 코어 편심량[㎛]이다. 횡축은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 있어서의 승온 속도[℃/sec](도면 중 [C/s]라고 표기함)이다. 도면 중의 흑색 표시의 마름모형은 Cu 코어 편심량의 평균값(Average)이다.

이 예에서는, N＝20의 샘플에 대해, 리플로우 처리 후의 범프 전극(30)을 기판(11)과 평행하는 수평 방향으로 연마하여 그 단면을 노출시키고, 그 중심점 o1, o2 사이(원심간)의 거리 x를 측정하였다. 실시예 1에서는 N＝20의 샘플 평균값으로서 4.4[㎛]의 부근에 Cu 코어 편심량이 분포하고 있다. 실시예 2에서는 그 평균값으로서 6.3[㎛]의 부근에 Cu 코어 편심량이 분포하고 있다. 비교예 1에서는 그 평균값으로서 15.0[㎛]의 부근에 Cu 코어 편심량이 분포하고 있다. 비교예 2에서는 그 평균값으로서 14.8[㎛]의 부근에 Cu 코어 편심량이 분포하고 있다.

이들 관계를 나타내는 표를 도 7의 (B)에 정리하고 있다. 이 표로부터 알 수 있는 바와 같이, Cu 코어 편심량을 저하시키기 위해서는, 0.3[℃/sec] 미만의 승온 속도로의 가열을 행하면 되는 것이 명확해졌다.

도 8에 나타내는 제1 리플로우 프로파일에 있어서의 승온 속도 대 Cu 코어 편심량의 출현예에 있어서, 종축은 출현 개수[％](존재 확률)이며, 가열 온도가 210℃∼230℃일 때의 N＝20에 대한 당해 Cu 코어 편심량이 출현한 개수를 백분율로 나타낸 것이다. 횡축은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 있어서의 승온 속도[℃/sec]이다.

도면 중의 좌측 하방 사선 모양은 거리 x가 0≤x＜5[㎛]의 범위의 것이고, 우측 하방 사선 모양은 거리 x가 5≤x＜10[㎛]의 범위의 것이다. 횡선 모양은 거리 x가 10≤x＜15[㎛]의 범위의 것이고, 격자 모양은 거리 x가 15≤x＜20[㎛]의 범위의 것이다. 크레이프 모양은 거리 x가 20≤x＜25[㎛]의 범위의 것이고, 벽돌 모양은 거리 x가 25≤x＜30[㎛]의 범위의 것이다. 물결 모양은 거리 x가 30≤x＜35[㎛]의 범위의 것이고, 경사 격자 모양은 거리 x가 35≤x＜40[㎛]의 범위의 것이다. 체크 무늬는 거리 x가 40≤x＜45[㎛]의 범위의 것이다.

이 예에서는, N＝20의 샘플에 대해, 실시예 1(승온 속도＝0.1[℃/sec])에서는 N＝20의 샘플 중, 그 80％가 0≤x＜5[㎛]의 범위에 있다. 5≤x＜10[㎛]의 범위의 것을 포함하면 그 90％를 차지하고 있다. 실시예 2(승온 속도＝0.2[℃/sec])에서는 N＝20의 샘플 중, 45％가 0≤x＜5[㎛]의 범위에 있다. 5≤x＜10[㎛]의 범위의 것을 포함하면 그 85％를 차지하고 있다.

비교예 1(승온 속도＝0.3[℃/sec])에서는 N＝20의 샘플 중, 35％가 0≤x＜5[㎛]의 범위에 있고, 5≤x＜10[㎛]의 범위의 것을 포함해도 그 48％를 차지하는 정도이다. 비교예 2(승온 속도＝2.0[℃/sec])에서는 N＝20의 샘플 중, 20％가 0≤x＜5[㎛]의 범위에 있고, 5≤x＜10[㎛]의 범위의 것을 포함해도 그 55％를 차지하는 정도이다.

이와 같이 가열 온도 210℃∼230℃에 있어서의 Cu 코어 편심 제어에서는, 범프 전극(30)에 있어서 원심간의 거리 x를 10㎛ 이하로 억제한다고 하는 목적을 거의 달성하는 승온 속도의 상한은 0.3[℃/sec] 미만으로 설정하면 되는 것이 명확해졌다.

계속해서, 도 9∼도 12를 참조하여, Cu 코어 편심 제어에 관하여, 제2 리플로우 프로파일의 설정예를 들어, 6개의 실시예 3∼8과 하나의 비교예 3을 비교하여 Cu 코어 편심량이 가장 적어지는 하한값의 승온 속도를 고찰한다. 이 고찰에서도 N＝20의 샘플에 대해, Cu 코어 편심량을 측정하고, 승온 속도와 Cu 코어 편심량의 관계로부터 최적의 하한의 승온 속도를 특정한다.

제2 리플로우 프로파일의 설정예에서는, 제1 용융 스텝으로서, 도 9의 표에 나타내는 바와 같이, 30℃(상온)∼215℃에 이르는 가열 온도에서, 제1 용융 스텝에 있어서의 승온 속도가 2.0[℃/sec]의 경우이다. 제1 용융 스텝은 실시예 3∼8 및 비교예 3의 어느 것이나 동일한 온도 조건이다.

제2 용융 스텝은 가열 온도가 215℃∼228℃이고, 그 실시예 3에서 승온 속도가 0.01[℃/sec], 실시예 4에서 승온 속도가 0.05[℃/sec], 실시예 5에서 승온 속도가 0.10[℃/sec], 실시예 6에서 승온 속도가 0.13[℃/sec], 실시예 7에서 승온 속도가 0.15[℃/sec], 실시예 8에서 승온 속도가 0.20[℃/sec], 비교예 3에서 승온 속도가 2.00[℃/sec]의 경우이다.

제3 용융 스텝은, 리플로우 처리의 피크 온도를 245℃로 하였을 때, 실시예 3∼8 및 비교예 3의 어느 것이나 가열 온도가 228℃∼245℃이고, 그 승온 속도가 2.0[℃/sec]이다. 또한, 강온 스텝은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2와 마찬가지로 하여, 실시예 3∼8 및 비교예 3의 어느 것이나 냉각 온도가 245℃∼180℃이고, 그 강온 속도가 2.0[℃/sec]이다. 고온 관찰 장치에 있어서의 산소 농도는 100ppm 이하이고, 플럭스(16)에는 WF-6450을 사용하는 경우이다.

도 10에 나타내는 제2 리플로우 처리예는, 제2 리플로우 프로파일에 기초하는 것이며, 종축은 고온 관찰 장치에 있어서의 가열 온도[℃]이다. 횡축은 기판(11)의 리플로우 시간[sec]이다. 도면 중의 실선의 굵은 선은 실시예 3이며, 가열 온도 215℃∼228℃에 있어서의 승온 속도가 0.01[℃/sec]인 경우이며, 파선의 굵은 선은 실시예 4이며 승온 속도가 0.05[℃/sec]인 경우이다.

일점쇄선의 굵은 선은 실시예 5이며, 승온 속도가 0.10[℃/sec]인 경우이며, 이점쇄선의 굵은 선은 실시예 6이며, 승온 속도가 0.13[℃/sec]인 경우이다. 실선의 가는 선은 실시예 7이며, 승온 속도가 0.15[℃/sec]인 경우이며, 파선의 가는 선은 실시예 8이며, 승온 속도가 0.20[℃/sec]인 경우이다. 일점쇄선의 가는 선은 비교예 3이며, 승온 속도가 2.0[℃/sec]인 경우이다.

본 발명에 관한 Cu 코어 편심 제어에서는, 땜납 용융 온도의 ±10[℃]의 영역에서 승온 속도를 저하시킴으로써, Cu 코어 편심량을 억제하도록 하였다. 또한, 리플로우 시간이 증가하면, IMC의 성장에 의한 접합 신뢰성이 저하되거나, 플럭스(16)의 비활성화, 범프 전극의 산화막 증가 등이 우려되므로, 승온 속도를 저하시키는 영역은 좁은 편이 좋은 것도 명확해졌다.

도 11의 (A)에 나타내는 제2 리플로우 프로파일에 있어서의 승온 속도 대 Cu 코어 편심량의 분포예에 있어서, 종축은 가열 온도가 215℃∼228℃일 때의 Cu 코어 편심량[㎛]이다. 횡축은 실시예 3∼8 및 비교예 3에 있어서의 승온 속도[℃/sec]이다.

이 예에서도, N＝20의 샘플에 대해, 리플로우 처리 후의 범프 전극(30)을 기판(11)과 평행하는 수평 방향으로 연마하여 그 단면(도 2의 Y-Y 화살표 방향에서 볼 때의 단면 참조)을 노출시키고, 그 중심점 o1, o2 사이(원심간)의 거리 x를 측정하였다. 실시예 3에서는 N＝20의 샘플의 평균값으로서 2.5[㎛] 부근에 Cu 코어 편심량이 분포하고 있다. 실시예 4에서는 그 평균값으로서 3.9[㎛]의 부근에 Cu 코어 편심량이 분포하고 있다. 실시예 5에서는 그 평균값으로서 3.6[㎛]의 부근에 Cu 코어 편심량이 분포하고 있다.

실시예 6에서는 그 평균값으로서 4.0[㎛]의 부근에 Cu 코어 편심량이 분포하고 있다. 실시예 7에서는 그 평균값으로서 6.8[㎛]의 부근에 Cu 코어 편심량이 분포하고 있다. 실시예 8에서는 그 평균값으로서 7.3[㎛]의 부근에 Cu 코어 편심량이 분포하고 있다. 비교예 3에서는 그 평균값으로서 14.8[㎛]의 부근에 Cu 코어 편심량이 분포하고 있다. 이들 관계를 도 11의 (B)에 나타내는 표로 정리하고 있다. 이 표로부터 알 수 있는 바와 같이, Cu 코어 편심량을 저하시키기 위해서는, 0.3[℃/sec] 미만의 승온 속도로의 가열을 행하면 되는 것이 명확해졌다.

도 12에 나타내는 제2 리플로우 프로파일에 있어서의 승온 속도 대 Cu 코어 편심량의 출현예에 있어서, 종축은 출현 개수[％](존재 확률)이며, 가열 온도가 215℃∼228℃일 때의 N＝20에 대한 당해 Cu 코어 편심량이 출현한 개수를 백분율로 나타낸 것이다. 횡축은 실시예 3∼8 및 비교예 3에 있어서의 승온 속도[℃/sec]이다.

도면 중의 좌측 하방 사선 모양, 우측 하방 사선 모양, 횡선 모양, 격자 모양, 크레이프 모양, 벽돌 모양, 물결 모양, 경사 격자 모양 및 체크 무늬에 대해서는, 제1 리플로우 프로파일에 있어서의 승온 속도 대 Cu 코어 편심량의 출현예에서의 것과 동일하므로 그 설명을 생략한다.

이 예에서는, N＝20의 샘플에 대해, 실시예 3(승온 속도＝0.01[℃/sec])에서는 N＝20의 샘플 중, 그 90％가 0≤x＜5[㎛]의 범위에 있다. 5≤x＜10[㎛]의 범위의 것을 포함하면 그 100％를 차지하고 있다. 실시예 4(승온 속도＝0.05[℃/sec])에서는, 그 70％가 0≤x＜5[㎛]의 범위에 있다. 5≤x＜10[㎛]의 범위의 것을 포함하면 그 100％를 차지하고 있다.

실시예 5(승온 속도＝0.10[℃/sec])에서는, 그 80％가 0≤x＜5[㎛]의 범위에 있다. 5≤x＜10[㎛]의 범위의 것을 포함하면 그 100％를 차지하고 있다. 실시예 6(승온 속도＝0.13[℃/sec])에서는, 그 70％가 0≤x＜5[㎛]의 범위에 있다. 5≤x＜10[㎛]의 범위의 것을 포함하면 그 100％를 차지하고 있다.

실시예 7(승온 속도＝0.15[℃/sec])에서는, 그 45％가 0≤x＜5[㎛]의 범위에 있다. 5≤x＜10[㎛]의 범위의 것을 포함하면 그 80％를 차지하고 있다. 실시예 8(승온 속도＝0.2[℃/sec])에서는 N＝20의 샘플 중, 30％가 0≤x＜5[㎛]의 범위에 있다. 5≤x＜10[㎛]의 범위의 것을 포함하면 그 80％를 차지하고 있다.

이들에 대해 비교예 3(승온 속도＝2.0[℃/sec])에 의하면, N＝20의 샘플 중, 20％가 0≤x＜5[㎛]의 범위에 있고, 5≤x＜10[㎛]의 범위의 것을 포함해도 그 55％를 차지하는 정도이다.

상술한 가열 온도 215℃∼228℃에 있어서의 Cu 코어 편심 제어에서는, 승온 속도가 0.13[℃/sec] 이하에서, Cu 코어 편심량이 모두 10㎛ 이하(100％)로 되어 있다. 이것은, 땜납 용융 온도 근방의 승온 속도가 리플로우 처리 후의 Cu 코어 편심 제어에 효과를 발휘하고 있는 것이라고 생각된다. 이에 의해, IMC의 성장에 의한 접합 신뢰성의 저하의 우려가 없고, 공업적으로도 사용할 수 있는 리플로우 시간의 한계 속도인 점으로부터 범프 전극(30)에 있어서 원심간의 거리 x를 10㎛ 이하로 억제한다고 하는 목적을 거의 달성하는 승온 속도의 하한값은 0.01[℃/sec]로 설정하면 되는 것이 명확해졌다.

이와 같이, 실시 형태로서의 범프 전극(30) 및 범프 전극 기판(100)에 의하면, 가열 온도에 관계없이, 가열률을 0.01[℃/sec] 이상∼0.3[℃/sec] 미만의 범위로 설정하면, Cu 볼(13)의 편심을 제어할 수 있다. 이 Cu 볼(13)의 편심 제어, 즉, 전극 패드(12)로부터의 플럭스(16)의 타고 올라감을 지연시키고, 또한, 전극 패드(12)에의 땜납(14)의 흘러내림을 지연시키도록 기판(11)이 가열되어, 땜납(14)이 용융되어 이루어지는 Cu 볼(13)이 구비되는 것이다.

이 구성에 의해, 전극 패드(12) 상에 있어서, 핵층으로 된 코어재를 이루는 Cu 볼(13)의 중심이 그 수평 단면에서 땜납(14)의 외각의 중심에 배치된 고신뢰도의 범프 전극 기판(100)을 제공할 수 있게 되었다.

또한, 실시 형태로서의 범프 전극 기판(100)의 제조 방법에 의하면, 전극 패드(12) 및 Cu 볼(13)의 산화막의 제거 후의 땜납 도금(24)의 용융 공정에 있어서, 전극 패드(12)로부터 Cu 볼(13)에의 플럭스(16)의 타고 올라감을 지연시키고, 또한, Cu 볼(13)로부터 전극 패드(12)에의 땜납(14)의 흘러내림을 지연시키도록 기판(11)을 가열하도록 하였다.

이 구성에 의해, 플럭스(16)의 타고 올라감이 완만해져, 땜납 도금(24)을 덮는 산화막이 서서히 제거되어, 조금씩 땜납(14)이 흘러내리는 용융 프로세스로 할 수 있다. 이로 인해, Cu 볼(13)의 표면이 균등한 두께의 땜납(14)의 막(외각)으로 덮여, Cu 볼(13)이 움직이기 어려운 상태(상황)로 할 수 있고, 가열 처리 후에 있어서, 땜납(14)의 외각의 중심과 Cu 볼(13)의 중심이 모두 전극 패드(12)의 중앙에 존재하는 범프 전극(30)을 형성할 수 있게 되었다.

이 실시 형태에서는, 코어재에 대해 Cu 볼(13)의 경우에 대해 설명하였지만, 이것으로 한정되는 일은 없고, 코어재가 Cu, Ni, Ag, Bi, Pb, Al, Sn, Fe, Zn, In, Ge, Sb, Co, Mn, Au, Si, Pt, Cr, La, Mo, Nb, Pd, Ti, Zr, Mg의 금속 단체, 금속 산화물, 금속 혼합 산화물, 또는 합금의 경우이어도 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 코어재는, 땜납 도금층이 용융되는 온도에서 비용융인 수지 재료 등으로 구성되어 있어도 된다.

또한, 종래예와 같은 Cu 볼 체적 Vc에 대한 땜납 도금층의 체적 Vs의 비가 0.05≤Vs/Vc≤0.5, 또한 코어로 되는 Cu 볼의 직경 Dc에 대한 전극 패드(12)의 직경 Dp의 비가 0.5≤Dp/Dc≤1.0이라고 하는 조건에 관계없이, 리플로우 처리 후에 있어서, Cu 볼(13)의 중심을 땜납(14)의 외각의 중심에 배치할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는, 전극 패드(12) 상에 플럭스(16)를 도포한 경우에 대해 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 플럭스(16) 대신에 땜납 페이스트를 사용해도 된다.

본 발명은 IC 칩의 표면 실장 타입의 패키지 방법인 BGA에 적용 가능한 범프 전극 기판 및 그 솔더링 방법에 적용하여 극히 적합하다.

11 : 기판
12 : 전극 패드
13 : Cu 볼(코어재)
14 : 땜납
15 : 절연막
16 : 플럭스
24 : 땜납 도금
30 : 범프 전극
50 : Cu 핵볼
100 : 범프 전극 기판

Claims (4)

1. 핵층으로 되는 코어재에 땜납 도금이 피복된 땜납 접합체를 사용하여 전극 패드 상에 형성된 범프 전극이며,
   상기 땜납 접합체가
   상기 전극 패드 상에 탑재된 후,
   가열되어 상기 땜납 도금을 용융하는 리플로우로 처리 공정에 있어서,
   가열 온도 210℃로부터 230℃에 이르는 가열률이 0.01[℃/sec] 이상∼0.3[℃/sec] 미만의 범위로 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 범프 전극.
2. 소정의 기판에 설치된 전극 패드와
   상기 전극 패드에 접합된,
   제1항에 기재된 범프 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는, 범프 전극 기판.
3. 핵층으로 되는 코어재에 땜납 도금이 피복된 땜납 접합체를
   소정의 기판의 전극 패드 상에 탑재하는 공정과,
   상기 기판을 가열하여 상기 코어재에 피복된 땜납 도금을 용융하는 용융 공정을 갖고,
   상기 땜납 도금의 용융 공정에 있어서의 리플로우 처리공정 동안 상기 기판의 가열 온도 210℃로부터 230℃에 이르는 가열률이 0.01[℃/sec] 이상∼0.3[℃/sec] 미만의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는, 범프 전극 기판의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 전극 패드 상에 탑재할 때, 플럭스가 사용되는 것을 특징으로 하는, 범프 전극 기판의 제조 방법.

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