KR20070006785A - 가열 장치 및 리플로 장치, 땜납 범프 형성 방법 및 장치 - Google Patents

가열 장치 및 리플로 장치, 땜납 범프 형성 방법 및 장치 Download PDF

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쥰이치 오노자키
히로시 사이토
이사오 사카모토
마사히코 후루노
하루히코 안도
아츠시 히라츠카
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가부시키가이샤 다무라 세이사쿠쇼
도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬
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Abstract

본 발명은, 기판 또는 기판을 유지한 치구가 탑재되는 탑재대에, 상기 기판 또는 상기 치구의 탑재에 의해 폐쇄되는 개구부를 설치하고, 이 개구부를 통해서 상기 기판 또는 상기 치구의 아래쪽에 열풍을 부딪치게 하여 가열하는 점, 및 기판 상의 복수의 패드 전극에 땜납 조성물을 가열 및 리플로해서 땜납 범프를 형성할 때에, 땜납 조성물을, 땜납 입자와, 플러스 성분을 함유하는 동시에 상온 또는 가열에 의해 액상으로 되는 액체 재료와의 혼합물로서 이루어지는 것을 사용하고, 상기 땜납 조성물의 가열은 상기 기판 측에서 실행하도록 하는 점을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다. 전자(前者)의 구성에 의해, 열풍이 돌아 들어오지 않아 기판 상의 땜납 페이스트의 산화나 기판 상에의 미립자의 부착을 방지할 수 있고, 또한 후자(後者)의 구성에 의해, 패드 전극에 가까운 땜납 입자를 먼저 용융시켜서 패드 전극에 젖어 넓게 퍼지게 하는 동시에, 패드 전극으로부터 먼 위쪽의 땜납 입자는 충분히 용융되지 않아, 땜납 입자끼리 합일하는 기회를 감소시키는 효과가 기대된다.

Description

가열 장치 및 리플로 장치, 땜납 범프 형성 방법 및 장치{HEATER, REFLOW APPARATUS, AND SOLDER BUMP FORMING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은, 예를 들면 땜납을 가열하는 데에 최적인 가열 장치, 및 그 가열 장치를 이용한 리플로 장치에 관한 것이다. 또한, 예를 들면, 반도체 기판이나 인터포저 기판(interposer substrate) 위에 돌기(突起) 형상의 땜납 범프(solder bump)를 형성해서 FC(flip chip)나 BGA(ball grid array)를 제조할 때에 이용되는 땜납 범프 형성 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 일반적인 땜납 범프의 형성 방법은, 스크린 인쇄법이나 디스펜싱법(dispensing method) 등을 이용해서 기판의 패드 전극(pad electrode) 위에 땜납 페이스트(solder paste)를 도포하고, 이 땜납 페이스트를 가열해서 리플로(reflow)한다고 하는 것이었다. 또한, 땜납 페이스트는 「크림 땜납」이라고도 불린다.
상기 땜납 페이스트의 일례(一例)가 특허 문헌 1에 개시되어 있다. 이 특허 문헌 1에 기재된 땜납 페이스트는, 땜납 입자를 공기 중에 유동시킴으로써, 땜납 입자의 표면에 산화 막(膜)을 형성한 것이다. 이 강제적으로 형성한 산화 막은, 리플로 시(時)에 플럭스(flux)의 작용에 저항해서, 땜납 입자끼리의 합일(合一)을 억제하는 활동을 한다고 한다. 그 때문에, 이 땜납 페이스트를 기판 위에 전체 도포 해서 리플로하면, 패드 전극 간에서 땜납 브리지(solder bridge)가 발생하기 어려워지므로, 패드 전극의 고밀도화 및 미세화에 적합하다고 하는 것이다. 또한, 패드 전극 간의 땜납 브리지는, 땜납 입자끼리가 합일해서 큰 덩어리가 되어, 인접하는 패드 전극의 양쪽에 접해버리기 때문에 일어나는 현상이다.
또한 리플로 공정에서는, 리플로 장치가 이용된다. 이 리플로 장치로서, 패널 히터(panel heater) 상에 기판을 직접 탑재하고, 패널 히터로부터의 열전도에 의해 기판을 가열하는 것이 알려져 있다(제1종래 예). 그러나, 이 리플로 장치에서는, 기판의 얼마 안 되는 휨이나 요철(凹凸)에 의해, 기판의 열(熱) 분포가 불균일하게 된다는 결점이 있다. 또한, 패널 히터와 기판에 간극(間隙)을 설치하고, 패널 히터로부터의 열 복사에 의해 기판을 가열하는 리플로 장치가 알려져 있다(제2종래 예). 그러나, 이 리플로 장치는 가열력(加熱力)이 부족하다는 결점이 있다. 이것들 제1 및 제2종래 예의 결점을 극복하는 리플로 장치로서, 기판에 열풍을 부딪치게 하여 가열하는 것이 개발되어 있다(제3종래 예, 예를 들면 하기 특허 문헌 2). 이 리플로 장치에 의하면, 열풍 취출구(吹出口)와 기판에 간극을 설치하여, 기판의 상하로부터 열풍을 부딪치게 하여 가열함으로써, 기판을 균일하게 가열할 수 있고, 게다가 충분한 가열력도 얻을 수 있다.
(특허 문헌 1)
일본국 특개2000-94179호 공보
(특허 문헌 2)
일본국 특개평5-92257호 공보
(발명이 해결하려고 하는 과제)
그러나, 종래의 땜납 범프의 형성 방법에는, 다음과 같은 문제가 있었다.
최근의 더 나아간 다전극화, 고밀도화 및 미세화에 대하여, 스크린 인쇄법이나 디스펜싱법으로는 대응할 수 없게 되고 있다. 즉, 스크린 인쇄법에서는, 메탈 마스크(metal mask)의 개구(開口)를 미세화할 필요가 있으므로, 메탈 마스크의 기계적 강도가 저하하거나, 메탈 마스크의 개구로부터 땜납 페이스트가 빠지기 어렵게 되거나 한다고 하는 문제가 발생해 왔다. 디스펜싱법에서는, 다수의 패드 전극 위에 하나씩 땜납 페이스트를 올려놓으므로, 패드 전극이 많을수록 양산에는 적합하지 않게 된다.
한편, 특허 문헌 1의 땜납 페이스트로서는, 땜납 입자의 산화 막의 막 두께를, 정밀도 좋게 형성하지 않으면 안 되었다. 왜냐하면, 지나치게 두터우면 패드 전극에 땜납이 젖지 않게 되고, 지나치게 엷으면 땜납 입자끼리가 합일해버리기 때문이다. 게다가, 플럭스의 상태나 종류에 의해서도 플럭스의 작용이 변화하므로, 이것들에 맞춰서 산화 막의 막 두께를 정밀도 좋게 제어할 필요가 있었다. 한편, 적절한 막 두께의 산화 막을 형성할 수 없으면, 패드 전극의 고밀도화 및 미세화를 달성할 수 없게 된다. 따라서, 특허 문헌 1의 땜납 페이스트로서는, 정밀한 마스크를 필요없게 하는 전체 도포가 가능하게 된다고 해도, 최근의 고밀도화 및 미세화의 요구에 대응하는 것은 어려웠다.
또한, 제3종래 예의 리플로 장치에서는, 기판 상의 땜납 페이스트가 산화함으로써, 땜납 범프를 형성할 수 없는 일이 있었다. 이것은, 열풍을 사용하므로, 뜨거워진 많은 산소 분자가 땜납 페이스트 표면에 접촉하기 때문이라고 생각된다. 또한, 미세한 전극에 땜납 범프를 형성할 때에 열풍을 직접 뿜어내면, 그 열풍의 영향으로 땜납 범프의 품질이 안정되지 않는다고 하는 결점이 있었다. 또한 열풍에 의해 미립자가 기판에 뿜어져 땜납 범프에 부착되는 것도 있었다. 이 문제는, 기판의 아래에서만 열풍을 부딪치게 하였을 때도 발생한다. 그 이유는, 열풍이 기판의 아래로부터 기판의 위로 돌아 들어오기 때문이다.
본 발명의 목적은, 최근의 땜납 범프의 고밀도화 및 미세화의 요구에 대응할 수 있는, 땜납 범프 형성 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다. 또한 본 발명의 목적은, 열풍을 이용해서 가열해도, 땜납 페이스트의 산화를 억제할 수 있고, 품질을 안정하고, 또한 미립자의 영향이 적은, 가열 장치 및 리플로 장치 등을 제공하는 것에 있다. 본 발명의 제2의 목적은, 열풍을 이용해서 가열해도, 액상(液狀)의 땜납 조성물에서 땜납 범프를 형성할 수 있는, 가열 장치 및 리플로 장치 등을 제공하는 것에 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 방법은, 복수의 패드 전극이 분리해서 설치된 기판 상에 땜납 조성물을 층상(層狀)으로 퇴적하는 도포 공정과, 기판 상의 땜납 조성물을 가열해서 리플로하는 리플로 공정을 구비하고 있다. 그리고, 땜납 조성물로서, 땜납 입자와, 플럭스 성분을 함유하는 액체 재료와의 혼합물로 이루어지고, 상온에서 또는 가열 중에 액상(液狀)으로 되는 성질을 가진 땜납 조성물을 이용한다. 리플로 공정에서는, 기판 측에서 땜납 조성물을 가열한다.
땜납 조성물은, 상온에서 액상이며, 또는 가열 중에 액상이 된다. 이러한 성질(유동성)을 얻기 위해서는, 액체 재료의 점도가 낮을 것, 땜납 입자의 혼합비가 작을 것, 및 땜납 입자의 입자 직경이 작을 것이 요구된다. 가열 중은, 액체 재료 중에 땜납 입자가 표류하고 있든가 또는 침강(沈降)하고 있는 상태이다. 또한, 이 땜납 조성물에는, 가열 중에 액상으로 되는 것이면 종래의 땜납 페이스트도 포함된다.
여기서, 기판 상의 땜납 조성물을 기판 측에서 가열하면, 땜납 조성물은 표면으로 될수록 온도가 낮고 기판 측으로 될수록 온도가 높아진다. 그러면, 패드 전극에 가까운 아래쪽의 땜납 입자는, 먼저 용융하기 시작하고, 용융하면 패드 전극에 젖어 넓게 퍼진다. 그 때, 패드 전극으로부터 먼 위쪽의 땜납 입자는, 아직 충분히 용융되어 있지 않다. 따라서, 땜납 입자끼리 합일하는 기회를 감소시킬 수 있으므로, 땜납 브리지의 발생도 억제된다.
또한, 도포 공정에서는, 복수의 범프 전극 위 및 이것들의 간극 위를 포함하는 면에 전체적으로 땜납 조성물을 층상으로 퇴적해도 좋다. 즉, 스크린 인쇄나 디스펜서(dispenser: 토출기)를 이용하여, 소위 「전체 도포」로 할 수 있다. 패드 전극 간에 땜납 조성물을 탑재해도, 리플로 시에 땜납 입자끼리의 합일이 억제되므로, 범프 전극 간에서의 땜납 브리지의 발생도 억제된다. 따라서, 정밀하게 가공된 메탈 마스크를 사용하는 일 없이, 정밀도를 필요로 하지 않는 전체 도포로서도 땜납 범프를 고밀도로, 또한 미세하게 형성할 수 있다.
리플로 공정에서는, 최초에 패드 전극을 땜납 입자의 융점 이상으로 가열해, 패드 전극에 접촉하고 있는 땜납 입자를 용융하고, 패드 전극에 젖어 넓게 퍼진 땜납 피막을 형성해, 이 땜납 피막에 또한 땜납 입자를 합일시킨다고 해도 좋다. 이러한 가열 상태는, 온도 프로파일(temperature profile) 및 온도 분포를 제어함으로써 실현된다.
리플로 공정에서는, 땜납 조성물에 그 표면 측이 낮고 기판 측이 높아지는 온도 차(差)를 형성함으로써, 기판 측에 가까운 땜납 입자부터 먼저 침강시킨다고 해도 좋다. 땜납 조성물의 표면 측이 낮고 땜납 조성물의 기판 측이 높아지는 온도 차를 형성하면, 액체 재료는 온도가 높을수록 점도가 저하되므로, 패드 전극에 가까운 아래쪽의 땜납 입자는, 먼저 침강하고 또한 용융하기 시작해, 패드 전극에 접촉하면 젖어 넓게 퍼진다. 그 때, 패드 전극에서 먼 위쪽의 땜납 입자는, 아직 충분히 침강하지 않고, 또한 용융하지 않고 있다. 따라서, 땜납 입자끼리 합일하는 기회를 더욱 감소시킬 수 있으므로, 땜납 브리지의 발생도 더욱 억제된다. 또한, 이러한 가열 상태는, 온도 프로파일 및 온도 분포를 제어하는 것에 추가해서, 액체 재료의 점도의 온도 의존성과 땜납 입자의 융점과의 관계를 조정함으로써, 실현된다.
리플로 공정에서는, 액체 재료의 대류를 이용해서 땜납 입자를 패드 전극에 공급하도록 해도 좋다. 땜납 조성물을 기판 측에서 가열하면, 액체 재료에 대류가 발생해, 이것에 의해 땜납 입자가 액체 재료 속을 움직인다. 그 때문에, 패드 전극 위에 퇴적되지 않은 땜납 입자도 패드 전극 위로 이동해서 땜납 범프의 일부로 된다. 따라서, 땜납 입자가 효과적으로 이용된다.
리플로 공정에서는, 용기 내에 기판을 넣고, 용기 내에 있어서 땜납 조성물 속에 기판을 침지(浸漬)한 상태에서 가열한다고 해도 좋다. 가열 중은, 기판과 용기의 간극에도 액상의 땜납 조성물이 채워진다. 그 때문에, 용기로부터 기판에의 열전도가 균일하게 된다. 또한, 종래기술에 있어서의 땜납 페이스트로서는, 인쇄 두께나 땜납 입자의 함유량을 조정함으로써, 땜납 범프의 크기(높이)를 변경하고 있었다. 이것에 대하여, 본 발명에서는, 땜납 조성물의 퇴적량을 조정함으로써, 기판 상의 땜납 조성물의 두께를 임의로 변경할 수 있으므로, 간단히 땜납 범프의 크기(높이)를 변경할 수 있다.
본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 장치는, 복수의 패드 전극이 분리해서 설치된 기판 상의 땜납 조성물을, 가열 및 리플로해서 땜납 범프를 형성하는 것이다. 이 때 이용하는 땜납 조성물은, 땜납 입자와, 플럭스 작용을 갖는 액체 재료와의 혼합물로 이루어져, 상온에서 또는 가열 중에 액상으로 되는 성질을 갖는다. 이것에 추가해, 본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 장치는, 기판 측에서 땜납 조성물을 가열하는 가열 수단을 구비하고 있다. 또한, 기판 상의 땜납 조성물의 온도 조절을 실행하는 온도 조절 수단을 더욱 구비해도 좋다. 이 경우는, 땜납 조성물의 표면 측이 낮고 기판 측이 높은 온도 차를, 원하는 상태로 실현할 수 있다.
또한, 기판 및 기판 상의 땜납 조성물을 수용하는 용기를 또한 구비하고, 가열 수단은 용기를 통해서 기판 측에서 땜납 조성물을 가열한다고 해도 좋다. 이 때, 기판은 평판이며, 용기는, 기판을 탑재하는 평평한 저면(底面)과, 액상의 땜납 조성물이 넘쳐 흐르는 것을 방지하는 주벽(周壁)을 구비하는 것으로 해도 좋다. 이 경우는, 용기의 저면 위에 기판이 밀접하므로, 열전도가 향상된다. 본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 장치도, 전술(前述)한 본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 방법의 작용과 동등한 작용을 나타낸다.
이어서, 본 발명에서 이용하는 땜납 조성물의 일례(一例)에 대해서 설명한다. 땜납 조성물의 액체 재료는, 예를 들면 액상체(液狀體)이다. 그리고, 액상체는, 반응 온도가 땜납 입자의 융점 부근인 플럭스 성분을 함유하고, 상온에서 유동해서 모재(母材) 위에 층상으로 퇴적하는 점성을 구비하고 있다. 땜납 입자는, 상기 액상체 내를 모재를 향해서 침강하는 동시에, 상기 액상체 내에 균일하게 분산 가능한 혼합비 및 입자 직경을 갖는 입제(粒劑)이다.
이 땜납 조성물은, 상온의 상태에서 평면에 적하하면 자중(自重)으로 넓게 퍼져서 균일한 두께가 되므로, 이 점에 있어서 땜납 페이스트와는 전혀 상이하다. 이러한 성질(유동성)을 얻기 위해서는, 액상체의 상온에서의 점도가 낮을 것, 땜납 입자의 혼합비가 작을 것, 및 땜납 입자의 입자 직경이 작을 것이 요구된다. 예를 들면, 땜납 입자의 혼합비는, 바람직하게는 30wt% 이하, 더욱 바람직하게는 20wt% 이하, 가장 바람직하게는 10wt% 이하이다. 땜납 입자의 입자 직경은, 바람직하게는 35㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 20㎛ 이하, 가장 바람직하게는 10㎛ 이하이다.
이 땜납 조성물은, 다음과 같은 구성으로 해도 좋다. 땜납 입자의 표면 산화 막에는, 자연 산화 막만을 갖는다. 액상체의 플럭스 성분은, 땜납 입자의 융점 이상으로 가열된 상태에서, 그 반응 생성물에 의해 땜납 입자끼리의 합일을 억제하면서, 땜납 입자와 모재와의 납땜을 촉진하는 동시에, 모재 위에 형성된 땜납 피막과 땜납 입자와의 합일을 촉진하는 것이다. 이러한 플럭스 작용의 성분은, 본 발명자가 실험 및 고찰을 반복해서 발견한 것이다.
이러한 성분으로서는, 예를 들면, 산(酸)을 들 수 있다. 산은 무기산(예를 들면 염산)과 유기산(예를 들면 지방산)으로 대별할 수 있지만, 여기서는 유기산을 예로 설명한다.
본 발명자는, 「유기산은, 땜납 입자끼리를 합일시키는 작용은 작지만, 패드 전극에 땜납 젖음을 생기게 하는 작용은 크다.」라고 하는 것을 발견하였다. 이러한 작용이 생기는 이유로서, 다음의 (1), (2)와 같은 것이 생각된다.
(1). 유기산에는, 땜납 입자의 산화 막을 제거하는 작용이 약하다. 그 때문에, 땜납 입자에 고의로 산화 막을 형성하지 않아도, 땜납 입자의 자연 산화 막에 의해, 땜납 입자끼리의 합일을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 땜납 입자의 산화 막을 형성하는 공정이 불필요하다. 한편, 특허 문헌 1의 종래기술에서는, 플럭스의 작용이 지나치게 강하므로, 땜납 입자에 두터운 산화 막을 형성하지 않으면, 땜납 입자끼리가 합일해버린다.
(2). 유기산은, 어떠한 이유에 의해, 땜납 입자를 모재에 넓게 퍼지게 해서 계면을 합금화하는 동시에, 모재 위에 형성된 땜납 피막에 땜납 입자를 합일시키는 작용이 있다. 땜납 입자끼리는 대부분 합일하지 않는데도 불구하고, 모재 위에서 땜납 젖음이 생기는 메커니즘은 확실하지 않다. 추측으로서, 땜납 입자와 모재와의 사이에서, 얼마 안 되는 산화 막을 타파하는 어떠한 반응이 일어나고 있다고 생각된다. 예를 들면, 금(金) 도금된 모재라면, 금의 땜납 속에의 확산 효과에 의해, 땜납 입자에 가령 엷은 산화 막이 있다고 해도 땜납 젖음이 생긴다. 구리로 이루어지는 모재의 경우는, 구리가 유기산과 반응해서 유기산 구리염이 되고, 그 유기산 구리염이 땜납과 접촉함으로써 이온화 경향의 차로부터 환원되어, 금속 구리가 땜납 속으로 확산해서 땜납 젖음이 진행한다. 모재 위에 형성된 땜납 피막에 땜납 입자가 합일하는 이유에 대해서는, 예를 들면, 표면 장력이 생각된다.
또한, 땜납 입자와 함께 혼합되는 액상체는 유지(油脂)이며, 이 액상체 내에 함유되는 성분은 유지 속에 함유되는 유리(遊離) 지방산인 것으로 해도 좋다. 유지는, 여러 가지 용도로 널리 유통되고 있으므로, 입수하기 쉽고 염가이며, 또한 무해하고, 게다가 유리 지방산이라는 유기산을 원래 함유하고 있다. 특히, 지방산 에스테르(예를 들면 네오펜틸폴리올에스테르(neopentylpolyolester))는, 일반적으로 열·산화 안정성에서 우수하므로, 납땜에는 최적이다. 또한, 유리 지방산의 함유량을 충분한 것으로 하기 위해서, 유지의 산가(酸價)는 1 이상인 것이 바람직하다. 산가라는 것은, 유지 중에 함유되는 유리 지방산을 중화하는 데에 요하는 수산화 칼륨의 밀리그램 수를 말한다. 즉, 산가의 값이 클수록, 유리 지방산이 많이 함유되게 된다. 또한, 트리메칠프로판트리올리에이트(trimethylpropane-trioleate)의 주된 성상(性狀)은, 40℃에서의 동점도(動粘度)가 48.3mm2/s, 100℃에서의 동점도가 9.2mm2/s, 산가가 2.4이다.
본 발명에서 이용하는 땜납 조성물에 있어서 사용하는 유지는, 범프 형성이 완료될 때까지 존재하고, 그 동안에 땜납이 공기와 직접 접촉하는 것을 방지함으로써, 땜납의 산화를 억제한다. 또한, 유지에 함유된 유기산은, 땜납 표면의 산화 막의 제거에 기여하지만, 땜납 표면의 산화 막을 완전히 제거해버리지 않도록, 그 함유량을 제어한다. 이것에 의해, 땜납 입자끼리의 합일을 억제하면서, 모재 표면에 납땜 가능하게 되는 상태를 실현할 수 있다. 유기산은 모재 표면의 산화 막을 제거하는 데에 충분한 양이 필요하며, 그 때문에 유지의 산가는 1 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에서 이용하는 땜납 조성물은, 유지에 유기산이 함유되는 것이어도 좋다. 이 유기산은, 유지 중에 원래 함유되어 있는 것이라도 좋고, 후에 첨가한 것이라도 좋으며, 어느 쪽이라도 좋다. 유기산에는, 땜납 입자 및 모재의 산화 막을 환원하는 효과가 있다. 또한, 본 발명자는, 유지 중의 유기산량을 적절하게 제어해서 땜납 입자 표면에 얼마 안 되는 산화 막을 남김으로써, 땜납 입자끼리의 합일을 억제하면서, 모재 위에는 납땜이 가능하게 되는 것을 발견하였다. 또한, 땜납에 주석(錫)이 포함될 경우는, 유기산이 땜납 표면의 산화 막을 환원하는 과정에서 유기산 주석염이 부생성물로서 얻어지고, 이 유기산 주석염이 땜납 입자끼리의 합일을 대폭적으로 억제하는 것도, 본 발명자가 발견하였다. 이것들의 현상을 제어함으로써, 땜납 입자끼리의 합일을 막으면서, 예를 들면 패드 전극 위에 단락이 생기지 않는 땜납 범프를 형성할 수 있다.
또한, 여기서 말하는 「땜납」에는, 땜납 범프 형성용으로 한정하지 않고, 반도체 칩의 다이본딩(die-bonding)용이나, 예를 들면 동관(銅管)의 접합용에 이용되는 「연질납」이라고 불리는 것 등도 포함되는 동시에, 당연한 것이지만 무연(無鉛) 땜납도 포함된다. 「땜납 범프」에는, 반구(半球) 형상이나 돌기 형상의 것에 한정하지 않고, 막 형상의 것도 포함된다. 「땜납 피막」이라는 것은, 막 형상의 것에 한정하지 않고, 반구 형상이나 돌기 형상의 것도 포함하는 것으로 한다. 「기판」에는, 반도체 웨이퍼나 배선 판 등이 포함된다. 「액상체」는, 액체 이외에 유동체 등이라도 좋고, 유지 이외에 플루오르계 고비등점 용제나 플루오르계 오일 등이라도 좋다.
(발명의 효과)
본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 방법에 의하면, 상온에서 또는 가열 중에 액상으로 되는 성질을 가진 땜납 조성물을 이용하고, 기판 상의 땜납 조성물을 기판 측에서 가열함으로써, 패드 전극에 가까운 아래쪽의 땜납 입자를 먼저 용융시켜서 패드 전극에 젖어 넓게 퍼지게 하는 한편으로, 패드 전극으로부터 먼 위쪽의 땜납 입자를 충분히 용융시키지 않는 상태를 만들어 낼 수 있다. 그 때문에, 땜납 입자끼리 합일하는 기회를 감소시킬 수 있고, 이것에 의해 땜납 브리지의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 땜납 범프를 고밀도로, 또한 미세하게 형성할 수 있다.
또한, 기판 상에 전체 도포로 땜납 조성물을 탑재해도, 리플로 시에 땜납 입자끼리의 합일이 억제되므로, 땜납 브리지의 발생을 억제할 수 있어, 간단한 방법으로 땜납 범프를 고밀도로, 또한 미세하게 형성할 수 있다.
또한, 기판 상의 땜납 조성물을 기판 측에서 가열하는 동시에 땜납 조성물의 표면 측에서 온도 조절함으로써, 땜납 조성물의 기판 측이 높고 표면 측이 낮은 온도 분포를 원하는 상태로 만들어 낼 수 있다.
또한, 기판 측에 가까운 땜납 입자부터 먼저 침강시킴으로써, 패드 전극에 가까운 아래쪽의 땜납 입자를 먼저 침강시키고, 또한 용융시켜서 패드 전극에 젖어 넓게 퍼지게 하는 한편으로, 패드 전극으로부터 먼 위쪽의 땜납 입자를 충분히 침강시키지 않고, 또한 용융시키지 않는 상태를 만들어 낼 수 있다. 그 때문에, 땜납 입자끼리 합일하는 기회를 더욱 감소시킬 수 있고, 이것에 의해 땜납 브리지의 발생을 더욱 억제할 수 있다.
또한, 리플로 시에 액체 재료의 대류를 이용해서 땜납 입자를 움직임으로써, 패드 전극 상에 탑재되지 않은 땜납 입자를 패드 전극 상에 인도할 수 있으므로, 땜납 입자를 낭비 없이 효과적으로 이용할 수 있다.
또한, 용기 내에 기판을 넣고, 용기 내에 있어서 땜납 조성물 속에 기판을 침지한 상태에서 가열함으로써, 기판과 용기와의 간극에도 액상의 땜납 조성물을 채워서 가열할 수 있으므로, 용기로부터 기판에의 열전도를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 동일한 조건에서 다수의 땜납 범프를 동시에 형성할 수 있으므로, 땜납 범프의 제조상의 변동을 저감할 수 있다. 이것에 추가해, 땜납 조성물의 기판에의 탑재량을 조정함으로써, 땜납 범프의 크기(높이)를 간단하게 변경할 수 있다.
본 발명에 관련하는 가열 장치는, 기판 또는 이 기판이 탑재된 치구(治具)(이하에, 기판 또는 치구를 「기판 등」이라고 한다.)를 탑재하는 탑재대와, 이 탑재대에 형성되어 기판 등의 탑재에 의해 폐쇄되는 개구부와, 이 개구부로부터 기판 등의 아래쪽에 열풍을 부딪치게 하는 가열 수단을 구비한 것이다. 탑재대에 기판 등을 탑재하면, 개구부는 기판 등에 의해 폐쇄된다. 그 때문에, 열풍은, 개구부의 기판 등의 아래쪽에 부딪치는 것만으로, 개구부로부터 취출(吹出)되는 일은 없다. 따라서, 열풍이, 기판 위에 돌아 들어가지 않으므로, 기판 상의 땜납 페이스트의 산화가 억제된다. 또한, 본 발명에 관련하는 가열 장치에 의하면, 열풍을 이용해서 가열하는 것이면서, 액상의 땜납 조성물로 땜납 범프를 형성할 수 있다. 그 제1의 이유는, 땜납 페이스트의 경우와 마찬가지로, 땜납 조성물의 산화가 억제되기 때문이다. 제2의 이유는, 땜납 조성물의 표면 측이 낮고 기판 측이 높은 온도 분포가 되기 때문이다. 이것들 이유의 적어도 한쪽에 의해, 액상의 땜납 조성물로 땜납 범프를 형성할 수 있다고 생각된다. 제2의 이유에 대해서는 후술한다.
기판 등의 아래쪽에 부딪힌 열풍을 다시 가열 수단에 귀환시키는 열풍 순환로를, 또한 구비해도 좋다. 이 경우는, 열풍의 확산을 억제할 수 있으므로, 기판 상에 돌아 들어오는 열풍을 더욱 저감할 수 있다. 게다가, 열을 효과적으로 이용할 수 있으므로, 성 에너지화도 도모할 수 있다.
또한, 기판의 온도를 조절하는 온도 조절 수단을 또한 구비해도 좋다. 이 경우는, 기판 상의 필요 이상의 온도 상승을 막을 수 있으므로, 기판 상의 땜납 페이스트나 기판 상의 액상의 땜납 조성물(이하에 「땜납 페이스트 등」이라고 한다.)의 산화가 더욱 억제된다. 온도 조절 수단은, 예를 들면, 기판의 위쪽에 분리해서 위치되는 열 흡수판과, 열 흡수판을 냉각하는 흡열부를 구비하는 것이다. 흡열부는, 예를 들면 공냉(空冷) 기구나 수냉(水冷) 기구로서 이루어진다. 또한, 온도 조절 수단은, 기판을 복사열로 가열하는 복사판과, 상기 복사판을 가열하는 가열부를 갖는 구성으로 해도 좋다.
기판 등을 탑재대에 고정하는 누름 기구를 또한 구비해도 좋다. 기판 등의 무게나 열풍의 압력에 따라서는, 기판 등이 열풍으로 불어 날리거나 어긋나거나 할 우려가 있다. 그러한 경우는, 누름 기구를 설치해서 기판 등을 고정한다.
치구는, 기판을 액상의 땜납 조성물 속에 침지한 상태에서 유지하는 용기로 해도 좋다. 이 때, 용기는, 기판을 탑재하는 평편한 저면(底面)과, 땜납 조성물의 넘쳐 흐름을 방지하는 주벽(周壁)을 구비하는 것으로 해도 좋다. 가열 중은, 기판과 용기와의 간극에도 액상의 땜납 조성물이 채워진다. 그 때문에, 용기로부터 기판에의 열전도가 더욱 균일하게 된다. 또한, 종래기술에 있어서의 땜납 페이스트로서는, 인쇄 두께나 땜납 입자의 함유량을 조정함으로써, 땜납 범프의 크기(높이)를 변경하고 있었다. 이것에 대하여, 본 발명에서는, 액상의 땜납 조성물과 용기를 이용하고 있으므로, 땜납 조성물의 탑재량을 조정하는 것만으로, 기판 상의 땜납 조성물의 두께를 임의로 변경할 수 있다. 그 때문에, 간단히 땜납 범프의 크기(높이)를 변경할 수 있다. 또한, 땜납 조성물은, 상온에서는 액상이 아니라도, 가열 시에 액상으로 되는 것이면 좋다.
본 발명에 관련하는 리플로 장치는, 적어도 하나씩 구비된 예비 가열부와 리플로부와 냉각부가 이 순서대로 배열 설치되어, 반송 기구에 의해 기판 등을 이 순서대로 반송하고, 제어 수단에 의해 예비 가열부, 리플로부, 냉각부 및 반송 기구의 각각의 동작을 제어하는 것이다. 그리고, 예비 가열부 및 리플로부가 본 발명에 관련하는 가열 장치로서 이루어진다. 예비 가열부 및 리플로부에 본 발명에 관련하는 가열 장치를 이용함으로써, 기판 상의 땜납 페이스트 등의 산화를 억제할 수 있다. 또한, 냉각부는 생략해도 좋다. 또한, 상기 가열 수단에 구비된 가열 수단은, 열풍에 의해 가열하는 것이라도 좋고, 열전도에 의해 가열하는 것이라도 좋다.
예비 가열부와 리플로부와 냉각부를 동심원 상에 배열해서 설치해도 좋다. 이 경우는, 기판 등의 반송 시의 입구와 출구가 동일한 장소로 된다. 따라서, 예를 들면 이것들을 직선상으로 배열 설치했을 경우에 비해서, 기판 등의 반송 처리가 용이하게 되는 동시에, 전체의 구성도 간소하고 소형이 된다.
반송 기구는, 기판 등을 탑재대에 대하여 상하로 이동시키는 상하 이동 기구를 구비하는 것으로 해도 좋다. 이 경우는, 기판 등을 상하로 이동시켜서, 탑재대에 놓거나 들어올리거나 할 수 있다. 또한, 반송 기구는, 기판 등을 상하로 이동시키지 않고, 수평인채로 반송하는 것이라도 좋다.
제어 수단은, 개구부가 기판 등에 의해 폐쇄되어 있지 않을 때에, 열풍 발생부의 동작을 정지시키는 것으로 해도 좋다. 이 경우는, 개구부가 기판 등에 의해 폐쇄되어 있지 않을 때에, 열풍이 개구부로부터 불어 나와버리는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 관련하는 리플로 장치의 사용 방법은, 본 발명에 관련하는 리플로 장치를 이용하여, 복수의 기판 등을 연속적으로 흘려서 처리할 때에, 복수의 기판 등의 전, 후 또는 도중에 더미 기판(dummy substrate) 등을 흘린다고 하는 것이다. 더미 기판 등은, 개구부가 기판 등에 의해 폐쇄되어 있지 않을 때의 개구부로부터의 열풍의 취출을 억제하는 동시에, 가열 장치로부터 본 열용량의 변동을 억제한다. 또한, 더미 기판 등은, 기판 등과 동일한 형상으로 해도 좋다. 이 경우는, 가열 장치로부터 본 열용량의 변동을 더욱 억제할 수 있다.
이어서, 액상의 땜납 조성물로 땜납 범프를 형성할 수 있는 제2의 이유에 대해서, 상세하게 설명한다.
액상의 땜납 조성물은, 땜납 입자와 플럭스 작용을 갖는 액체 재료(베이스제)와의 혼합물로서 이루어지고, 상온에서 또는 가열 중에 액상으로 되는 성질을 갖는다. 즉, 땜납 조성물은, 상온에서 액상이며, 또는 가열 중에 액상으로 된다. 이러한 성질(유동성)을 얻기 위해서는, 액체 재료의 점도가 낮을 것, 땜납 입자의 혼합비가 작을 것, 및 땜납 입자의 입자 직경이 작을 것이 요구된다. 가열 중은, 액체 재료 속에 땜납 입자가 표류하고 있든가 또는 침강하고 있는 상태이다. 또한, 이 땜납 조성물에는, 가열 중에 액상으로 되는 것이라면 종래의 땜납 페이스트도 포함된다.
여기서, 본 발명에 있어서의 리플로 공정에서는, 기판 측에서 땜납 조성물을 가열한다. 기판 상의 땜납 조성물을 기판 측에서 가열하면, 땜납 조성물은 표면으로 되도록 온도가 낮고 기판 측으로 되도록 온도가 높게 된다. 그러면, 패드 전극에 가까운 아래쪽의 땜납 입자는, 먼저 용융하기 시작하고, 용융하면 패드 전극에 젖어 넓게 퍼진다. 그 때, 패드 전극으로부터 먼 위쪽의 땜납 입자는, 아직 충분히 용융하지 않고 있다. 따라서, 땜납 입자끼리 합일하는 기회를 감소시킬 수 있으므로, 땜납 브리지의 발생도 억제된다.
또한, 리플로 공정에서는, 최초에 패드 전극을 땜납 입자의 융점 이상으로 가열하고, 패드 전극에 접촉하고 있는 땜납 입자를 용융하여, 패드 전극에 젖어 넓게 퍼진 땜납 피막을 형성하고, 이 땜납 피막에 또한 땜납 입자를 합일시키는 것으로 해도 좋다. 이러한 가열 상태는, 온도 프로파일 및 온도 분포를 제어함으로써 실현된다. 예를 들면, 기판 상의 땜납 조성물을, 기판 측에서 가열하는 동시에, 땜납 조성물의 표면 측에서 온도 조절하는 것이 유효하다.
또한, 리플로 공정에서는, 땜납 조성물에 그 표면 측이 낮고 기판 측이 높아지는 것 같은 온도 차를 형성함으로써, 기판 측에 가까운 땜납 입자로부터 먼저 침강시키는 것으로 해도 좋다. 땜납 조성물의 표면 측이 낮고 땜납 조성물의 기판 측이 높아지는 것 같은 온도 차를 형성하면, 액체 재료는 온도가 높을수록 점도가 저하되므로, 패드 전극에 가까운 아래쪽의 땜납 입자는, 먼저 침강하고 또한 용융하기 시작해, 패드 전극에 접촉하면 젖어 넓게 퍼진다. 그 때, 패드 전극으로부터 먼 위쪽의 땜납 입자는, 아직 충분히 침강하지 않고 또한 용융하지 않고 있다. 따라서, 땜납 입자끼리 합일하는 기회를 더욱 감소시킬 수 있으므로, 땜납 브리지의 발생도 더욱 억제된다. 또한, 이러한 가열 상태는, 온도 프로파일 및 온도 분포를 제어하는 것에 추가해서, 액체 재료의 점도의 온도 의존성과 땜납 입자의 융점과의 관계를 조정함으로써, 실현된다.
본 발명에 관련하는 가열 장치에 의하면, 기판 등을 탑재하는 탑재대와, 탑재대에 형성되어 기판 등의 탑재에 의해 폐쇄되는 개구부와, 개구부로부터 기판 등의 아래쪽에 열풍을 부딪치게 하는 열풍 발생부를 구비함으로써, 열풍이 기판 등의 아래쪽에 부딪치는 것만으로 개구부로부터 취출되지 않으므로, 열풍의 기판 상에의 돌아 들어옴을 방지할 수 있다. 따라서, 열풍을 이용해서 기판 등을 가열해도, 기판 상의 땜납 페이스트 등의 산화를 억제할 수 있다. 이것에 추가해, 열풍을 이용해서 가열하는 것이면서, 액상의 땜납 조성물로 땜납 범프를 형성할 수 있다. 그 이유는, 열풍의 기판 상에의 돌아 들어옴을 방지할 수 있으므로, 땜납 조성물이 산화하지 않기 때문에, 또는, 땜납 조성물의 표면 측이 낮고 기판 측이 높은 온도 분포가 되기 때문이다.
또한, 기판 등의 아래쪽에 부딪힌 열풍을 다시 가열 수단에 귀환시키는 열풍 순환로를 구비함으로써, 기판 상에 돌아 들어오는 열풍을 더욱 저감할 수 있고, 게다가 열을 효과적으로 이용할 수 있으므로, 성 에너지화도 도모할 수 있다.
또한, 기판의 온도를 온도 조절하는 온도 조절 수단을 구비함으로써, 기판의 온도 조절을 실행할 수 있어, 땜납 범프의 형성 상태를 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 땜납 표면의 산화를 더욱 억제할 수 있다.
또한, 기판 등을 탑재대에 고정하는 누름 기구를 구비함으로써, 기판 등이 열풍으로 불어 날리거나, 어긋나거나 하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 기판을 액상의 땜납 조성물 속에 침지한 상태에서 유지하는 용기를 이용함으로써, 기판과 용기와의 간극에도 액상의 땜납 조성물을 채워서 가열할 수 있으므로, 용기로부터 기판에의 열전도를 더욱 균일하게 할 수 있다. 따라서, 동일한 조건으로 다수의 땜납 범프를 동시에 형성할 수 있으므로, 땜납 범프의 제조상의 변동을 저감할 수 있다. 이것에 추가해, 땜납 조성물의 기판에의 탑재량을 조정함으로써, 땜납 범프의 크기(높이)를 변경하는 것도 가능하다.
본 발명에 관련하는 리플로 장치에 의하면, 예비 가열부 및 리플로부에 본 발명에 관련하는 가열 장치를 이용함으로써, 기판 상의 땜납 페이스트 등의 산화를 억제할 수 있다. 이것에 추가해, 열풍을 이용해서 가열하는 것이면서, 액상의 땜납 조성물로 땜납 범프를 형성할 수 있다.
또한, 예비 가열부와 리플로부와 냉각부를 동일 원주 상에 배열 설치함으로써, 기판 등의 반송 처리가 용이하게 되는 동시에, 전체를 간소화 및 소형화할 수 있다.
또한, 개구부가 기판 등에 의해 폐쇄되어 있지 않을 때에, 열풍 발생부의 동작을 정지시킴으로써, 열풍의 개구부로부터의 취출을 억제할 수 있다.
본 발명에 관련하는 리플로 장치의 사용 방법에 의하면, 복수의 기판 등의 전, 후 또는 도중에 더미 기판 등을 흘림으로써, 개구부가 기판 등에 의해 폐쇄되어 있지 않을 때에, 개구부로부터의 열풍의 취출을 억제할 수 있다. 게다가, 가열 장치로부터 본 열용량의 변동이 적어지므로, 열풍의 온도 변동을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관련하는 가열 장치의 제1실시형태를 나타내는 개략 단면도.
도 2는 도 1의 가열 장치를 이용한 땜납 범프 형성 방법의 일례를 나타내는 단면도.
도 3은 도 1의 가열 장치를 이용한 땜납 범프 형성 방법의 하나를 나타내는 단면도(적하 공정)이며, 도 3[1]∼도 3[3]의 순서대로 공정이 진행하는 도면.
도 4는 도 1의 가열 장치를 이용한 땜납 범프 형성 방법의 일례를 나타내는 단면도(리플로 공정)이며, 도 4[1]∼도 4[3]의 순서대로 공정이 진행하는 도면.
도 5는 본 발명에 관련하는 가열 장치의 제2실시형태를 나타내며, 도 5[1]은 부분 평면도, 도 5[2]는 도 5[1]에 있어서의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도.
도 6은 본 발명에 관련하는 리플로 장치의 제1실시형태(가열 중)를 나타내는 평면도.
도 7은 본 발명에 관련하는 리플로 장치의 제1실시형태(반송 중)를 나타내는 평면도.
도 8은 도 5의 리플로 장치에 있어서의 반송 기구 전체를 나타내는 개략 단면도.
도 9는 도 5의 리플로 장치에 있어서의 반송 기구의 용기 유지부를 나타내는 사시도.
도 10은 도 5의 리플로 장치에 있어서의 제어계를 나타내는 블록도.
도 11은 본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 방법의 제1실시형태를 나타내는 단면도.
도 12는 본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 방법의 제1실시형태를 나타내는 단면도(적하 공정)이며, 도 12[1]∼도 12[3]의 순서대로 공정이 진행하는 도면.
도 13은 본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 방법의 제1실시형태를 나타내는 단면도(리플로 공정)이며, 도 13[1]∼도 13[3]의 순서대로 공정이 진행하는 도면.
도 14는 본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 장치의 제1실시형태를 나타내는 개략 단면도.
도 15는 본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 장치의 제2실시형태를 나타내는 개략 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 땜납 조성물 11: 땜납 입자
12: 액상체(액체 재료) 20: 기판
21: 기판의 표면 22: 패드 전극
23: 땜납 범프 23': 땜납 피막
30: 수용 용기(용기) 31: 주입 용기
32: 귀때(pourer) 40, 71: 가열 수단
41: 열풍 50A, 50B: 땜납 범프 형성 장치
60: 온도 조절 수단 61: 냉풍(冷風)
70: 리플로 장치
이어서, 본 발명의 실시형태를 도면에 근거해서 설명한다.
본 발명의 제1실시형태에 관련하는 가열 장치(50)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판(20) 상의 땜납 조성물(10)을 가열하기 위해서 이용하는 것이다. 도 1에 나타낸 바와 같이 가열 장치(50)는, 땜납 조성물(10)을 기판(20) 측에서 가열하는 가열 수단(40)을 갖추고 있다. 가열 수단(40)에 의해 가열되는 기판(20)은, 용 기(30) 내에 있어서 액상의 땜납 조성물(10) 속에 침지되어 있다.
가열 수단(40)은, 주(主) 가열원(42), 부(副) 가열원(43), 송풍기(44), 축열 부재(45), 열풍 순환 덕트(46), 개구부(47) 등으로 이루어진다. 개구부(47)는, 열풍(41)을 용기(30)에 부딪치게 하기 위해서 형성된 개구이다. 주 가열원(42) 및 부 가열원(43)으로서, 예를 들면, 전열 히터를 이용한다. 축열 부재(45)는, 예를 들면, 알루미늄재로서 이루어지고, 열풍(41)을 통과시키는 다수의 통과 구멍(48)이 형성되어 있다. 열풍(41)은 송풍기(44)에 의해 순환되고 있다. 즉, 열풍(41)은, 주 가열원(42)→축열 부재(45)→개구부(47)(용기(30)의 저부）→순환 덕트(46)→부 가열원(43)→열풍 순환 덕트(46)→송풍기(44)→주 가열원(42)의 순환로를 통해서 순환한다. 이 가열 수단(40)은, 열풍(41)을 용기(30)에 부딪치게 하여 가열하므로, 열전도를 이용하는 것에 비해서, 기판(20) 전체를 더욱 균일하게 가열할 수 있다.
또한, 열풍 순환 덕트(46)는, 개구부(47)를 둘러싸는 영역에, 용기(30)를 떠받치는 탑재대(51)가 형성되어 있다. 탑재대(51) 및 개구부(47) 이외의 가열 수단(40)에 의해 열풍 발생부(52)가 구성되어 있다. 탑재대(51)에 용기(30)가 탑재되면, 개구부(47)가 용기(30)의 저부로 덮어져, 개구부(47)가 폐쇄된다. 열풍 발생부(52)는, 개구부(47)로부터 용기(30)의 저부에 열풍(41)을 부딪치게 한다.
도 1에 나타내는 가열 장치(50)는, 기판(20) 온도를 그 표면 측에서 온도 조절하는 온도 조절 수단(60)을 필요에 따라 구비하도록 해도 좋은 것이다. 도 1에 나타내는 온도 조절 수단(60)은, 주 온도 조절원(62), 부 온도 조절원(63), 송풍기(64), 축냉(또는 축열) 부재(65), 순환 덕트(66), 개구부(67), 열 흡수판(또는 복사판)(68) 등으로 이루어진다. 축냉 부재(65)는, 예를 들면, 알루미늄재로서 이루어지고, 온도 조절 매체(61)를 통과시키는 다수의 통과 구멍(69)이 형성되어 있다. 열 흡수판(68)은, 예를 들면, 알루미늄재로서 이루어지고, 땜납 조성물(10) 측을 흑체(黑體)에 가까운 상태로 하는 것이 바람직하다. 온도 조절 매체(61)는 송풍기(64)에 의해 순환되고 있다. 즉, 온도 조절 매체(61)는, 주 온도 조절원(62)→축냉 부재(65)→개구부(67)(열 흡수판(68)을 냉각)→순환 덕트(66)→부 온도 조절원(63)→순환 덕트(66)→송풍기(64)→주 온도 조절원(62)으로 순환한다. 또한, 온도 조절 매체(61)는, 땜납 조성물(10)의 표면 측을 온도 조절할 수 있는 온도를 보유하는 것이면 좋다. 열 흡수판(68)은, 기판(20)의 열을 흡열하는 기능을 갖고 있으며, 온도 조절 수단(60)의 열 흡수판(68) 이외의 구성은, 열 흡수판(68)의 열을 흡열함으로써, 열 흡수판(68)의 흡열 기능을 계속해서 발휘시키는 흡열부를 구성하고 있다. 이 경우, 주 온도 조절원(62), 부 온도 조절원(63)은, 온도 조절 매체(61)를 냉각하는 기능으로서 작용한다. 이상의 설명에서는, 온도 조절 수단(60)은, 기판(20)의 열을 빼앗아서 땜납 조성물의 표면 측과 기판 측에 온도 차를 갖게 하는 구성의 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 온도 조절 수단(60)으로서는, 기판(20)에 복사열에 의해 가열하는 구성으로 해도 좋은 것이다. 이 경우, 열 흡수판(68)은, 기판(20)을 복사열에 의해 가열하는 복사판으로서 기능하고, 이 복사판(68) 이외의 구성은, 복사판(68)을 가열함으로써, 복사판(68)의 가열 기능을 계속해서 발휘시키는 가열부를 구성하고 있다. 이 구성에서는, 주 온도 조절원(62) 및 부 온도 조절원(63)은, 온도 조절 매체(61)를 가열하는 기능을 발휘한다. 또한, 온도 조절 수단(60)에 의해 기판(20)을 가열할 경우, 그 가열 온도는, 가열 수단(40)에 의한 가열 온도와 동일, 혹은, 그 이상으로 가열하도록 해도 좋다. 어느 쪽의 온도 조절 수단(60)도, 기판(20) 위의 땜납 조성물(10)에 대하여, 냉풍 혹은 열풍의 온도 조절 매체(61)를 직접 접촉시키지 않는 방식이기 때문에, 층상으로 퇴적한 땜납 조성물(10)에 악영향을 주는 일은 없다.
이어서, 가열 장치(50)의 동작을 설명한다. 가열 장치(50)를 보통 사용할 경우는, 가열 수단(40)에 의해, 기판(20) 위의 땜납 조성물(10)을 가열하기 위해서 이용된다. 즉, 용기(30)에 충전한 땜납 조성물(10) 속에 기판(20)을 침지한다. 그리고, 이 용기(30)를 탑재대(51)에 탑재하고, 용기(30)의 저부에서 개구부(47)를 폐쇄한다. 이것에 의해, 열풍(41)의 순환로가 형성된다. 가열 수단(40)에 의해 열풍(41)을 발생시키면, 상기 순환로를 통해서 순환하고, 순환하는 열풍(41)에 의해 용기(30)의 저부가 가열되어, 그 열을 받아서 기판(20)이 가열된다. 열풍(41)이, 용기(30)의 위에 돌아 들어오지 않으므로, 기판(20) 위의 땜납 조성물(10)의 산화가 억제된다.
한편, 땜납 조성물(10) 측에는, 가열 수단(40)에 의한 열이 돌아 들어오지 않기 때문에, 기판(20) 측과 비교하면, 온도 차가 생긴다. 기판(20) 측과 땜납 조성물(10) 측의 온도를 상대 비교하면, 기판(20) 측의 온도가 높고, 땜납 조성물(10) 측의 온도가 낮은 상태가 생성된다. 이것은, 후술하는 바와 같이 땜납 조성물(10)에 포함되는 땜납 입자(11)의 융해를 제어하는 것을 의미한다. 즉, 땜납 조성물(10)의 액상체(12)에 혼합된 땜납 입자(11)는, 액상체(12) 속을 침강해서 기 판(20)의 전극에 납땜이 된다. 땜납 조성물(10) 측의 온도가 낮을 경우는, 액상체(12) 속을 침강하는 땜납 입자(11)끼리의 합일이 억제된다. 그리고, 기판(20) 측의 온도가 높으므로, 땜납 입자(11)가 적극적으로 융해되어, 기판(20)의 전극에의 땜납 입자(11)의 납땜이 촉진된다.
상기 설명에서는, 가열 장치(50)에 온도 조절 수단(60)을 이용하지 않을 경우에 대해서 설명했지만, 온도 조절 수단(60)을 이용해도 좋은 것이다. 즉, 상기 설명에서는, 가열 수단(40)뿐이기 때문에, 땜납 조성물(10) 측의 온도 조정을 실행할 수 없지만, 온도 조절 수단(60)을 이용함으로써, 땜납 조성물(10) 측의 온도 관리를 실행할 수 있고, 액상체(12) 속을 침강하는 땜납 입자(11)끼리의 합일을 억제할 수 있어, 확실하게 기판(20)의 전극에 납땜을 실행할 수 있다.
이어서, 본 실시형태의 가열 장치를 이용하여, 액상의 땜납 조성물로 땜납 범프를 형성하는 방법에 대해서 설명한다. 도 2는, 도 1의 가열 장치를 이용한 땜납 범프 형성 방법의 일례를 나타내는 단면도이다. 이하에, 이 도면에 근거해서 설명한다. 단, 도 1과 동일한 부분은 동일한 부호를 첨부함으로써 설명을 생략한다. 또한, 도 1은, 기판 위에 땜납 조성물을 도포한 상태이며, 상하 방향은 좌우 방향보다도 확대해서 나타내고 있다.
본 실시형태에서 사용하는 땜납 조성물(10)은, 다수의 땜납 입자(11)와 지방산 에스테르로 이루어지는 액상체(12)와의 혼합물로 이루어지고, 패드 전극(22)에 땜납 범프를 형성하기 위해서 이용된다. 그리고, 액상체(12)는, 상온의 상태에서 기판(20)에 적하하면 자중으로 넓게 퍼져서 균일한 두께로 되는 점도와, 땜납 입 자(11)의 융점 이상으로 가열된 상태에서 땜납 입자(11)에 의한 땜납 젖음을 패드 전극(22)에 발생시키는 플럭스 작용을 갖는다. 땜납 입자(11)는, 액상체(12)와 함께 기판(20)에 적하했을 때에 액상체(12)와 함께 넓게 퍼져서 균일하게 분산되는 혼합비 및 입자 직경을 갖는다.
또한, 땜납 입자(11)는 표면에 자연 산화 막(도시하지 않음)만을 갖는다. 액상체(12)는, 지방산 에스테르이므로, 유기산의 일종인 유리 지방산을 원래 함유하고 있다. 유리 지방산은, 땜납 입자(11)의 융점 이상으로 가열된 상태에서, 땜납 입자(11)끼리의 합일을 억제하면서, 땜납 입자(11)와 패드 전극(22)과의 납땜을 촉진하는 동시에, 패드 전극(22) 위에 형성된 땜납 피막과 땜납 입자(11)와의 합일을 촉진하는 작용을 갖는다.
액상체(12)에 포함되는 유기산은, 필요에 따라서 첨가해도 좋다. 즉, 땜납 입자(11)의 산화 정도나 분량에 따라, 액상체(12)의 유기산 함유량을 조정한다. 예를 들면, 다량의 땜납 범프를 형성할 경우는, 땜납 입자(11)도 다량이 되므로, 모든 땜납 입자(11)의 산화 막을 환원하는 데에 충분한 유기산을 함유할 필요가 있다. 한편, 범프 형성에 사용되는 것 이상의 과잉 땜납 입자(11)를 더할 경우는, 유기산의 함유량을 적게 해서 액상체(12)의 활성력을 떨어뜨림으로써, 땜납 분말 입도 분포로 하는 곳의 미세한 측의 땜납 입자(11)를 녹이지 않도록 해서, 비교적 큰 땜납 입자(11)만으로 최적의 범프 형성을 실행하는 것도 가능하다. 이 때, 녹지 않고 남은 미세한 땜납 입자(11)는, 땜납 입자(11)끼리의 합일을 방지함으로써, 패드 전극(22)의 단락을 저감시키는 효과도 갖는다.
땜납 입자(11)는 액상체(12) 속에 균일하게 분산되어 있을 필요가 있으므로, 땜납 조성물(10)은 사용 직전에 교반(攪拌)해 두는 것이 바람직하다. 땜납 입자(11)의 재질은, 주석 납계 땜납 또는 무연 땜납 등을 사용한다. 인접하는 패드 전극(22)끼리의 주변 끝 간의 최단 거리 a보다도, 땜납 입자(11)의 직경 b를 작게 하면 좋다.
땜납 조성물(10)은, 패드 전극(22)을 갖는 기판(20) 상에, 상온에 있어서 자연 낙하에 의해 적하시킨다. 이것만으로, 기판(20) 상에 균일한 두께의 땜납 조성물(10)을 도포할 수 있다. 즉, 스크린 인쇄나 디스펜서를 이용하는 일 없이, 균일한 막 두께의 땜납 조성물(10)의 도포 막을 기판(20) 상에 형성할 수 있다. 도포의 균일성은 땜납 범프의 변동에 영향을 끼치기 때문에, 될 수 있는 한 균일하게 도포한다. 그 후, 기판(20) 전체를 균일하게 가열함으로써, 땜납 범프의 형성이 가능하게 된다. 가열은 단시간에 땜납 융점 이상까지 승온(昇溫)시킨다. 단시간에 승온시킴으로써, 프로세스 중에서의 유기산 활성력의 저하를 억제할 수 있다.
이어서, 본 실시형태에서 사용하는 기판(20)에 대해서 설명한다. 기판(20)은 실리콘 웨이퍼이다. 기판(20)의 표면(21)에는, 패드 전극(22)이 형성되어 있다. 패드 전극(22) 상에는, 본 실시형태의 형성 방법에 의해 땜납 범프가 형성된다. 기판(20)은, 땜납 범프를 통해서, 다른 반도체 칩이나 배선 판에 전기적 및 기계적으로 접속된다. 패드 전극(22)은, 형상이, 예를 들면, 원이며, 직경 c가, 예를 들면, 40㎛이다. 인접하는 패드 전극(22)의 중심 간의 거리 d는, 예를 들면, 80㎛이다. 땜납 입자(11)의 직경 b는, 예를 들면, 3∼15㎛이다.
패드 전극(22)은, 기판(20) 상에 형성된 알루미늄 전극(24)과, 알루미늄 전극(24) 상에 형성된 니켈층(25)과, 니켈층(25) 상에 형성된 금층(26)으로 이루어진다. 니켈층(25) 및 금층(26)은 UBM(under barrier metal 또는 under bump metallurgy)층이다. 기판(20) 상의 패드 전극(22) 이외의 부분은, 보호 막(27)으로 덮어져 있다.
이어서, 패드 전극(22)의 형성 방법에 대해서 설명한다. 우선, 기판(20) 상에 알루미늄 전극(24)을 형성하고, 알루미늄 전극(24) 이외의 부분에 폴리이미드 수지 또는 실리콘 질화 막에 의해 보호 막(27)을 형성한다. 이것들은, 예를 들면 포토리소그래피(photolithography) 기술 및 에칭(etching) 기술을 이용해서 형성한다. 계속해서, 알루미늄 전극(24) 표면에 진케이트(zincate) 처리를 시행한 후에, 무전해 도금법을 이용해서 알루미늄 전극(24) 상에 니켈층(25) 및 금층(26)을 형성한다. 이 UBM층을 설치하는 이유는, 알루미늄 전극(24)에 땜납 젖음성을 부여하기 위해서이다.
땜납 입자(11)의 재질로서는, 예를 들면 Sn-Pb(융점 183℃), Sn-Ag-Cu(융점 218℃), Sn-Ag(융점 221℃), Sn-Cu(융점 227℃), 기타 무연 땜납 등을 사용한다.
가열 수단(40)은, 전술한 바와 같이 송풍기, 전열 히터 등으로 이루어지고, 열풍(41)을 부딪치게 하여 기판(20) 측(아래쪽)에서 땜납 조성물(10)을 가열한다.
도 3 및 도 4는, 도 1의 가열 장치를 이용한 땜납 범프 형성 방법의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 3은 적하 공정이며, 도 3[1]∼도 3[3]의 순서대로 공정이 진행한다. 도 4는, 리플로 공정이며, 도 4[1]∼도 4[3]의 순서대로 공정이 진행한 다. 이하에 이것들 도면에 근거해서 설명한다. 단, 도 2와 동일한 부분은 동일한 부호를 첨부함으로써 설명을 생략한다. 또한, 도 3의 설명에서는, 전술한 「용기(30)」를 「수용 용기(30)」라고 부르기로 한다.
도 3에서는, 기판(20) 상의 패드 전극(22)의 도시를 생략하고 있다. 우선, 도 3[1]에 나타낸 바와 같이, 수용 용기(30)에 기판(20)을 넣는다. 그리고, 주입 용기(31) 속에서 필요에 따라 땜납 조성물(10)을 교반한 후, 귀때(32)로부터 땜납 조성물(10)을 기판(20) 상에 적하시킨다. 그러면, 땜납 조성물(10)이 자중으로 넓게 퍼져서 균일한 두께로 된다. 이 때는, 상온에서 좋고, 게다가, 땜납 조성물(10)의 자연 낙하를 이용할 수 있다. 또한, 인쇄기나 토출기를 이용해서 땜납 조성물(10)을 기판(20) 상에 도포해도 좋다.
또한, 수용 용기(30)는, 리플로 공정에서 기판(20)과 함께 가열되므로, 내열 성이 있고 열전도가 좋으며, 또한 땜납 입자(11)에 의한 땜납 젖음이 생기지 않는 금속, 예를 들면 알루미늄으로 이루어진다. 또한, 수용 용기(30)는, 평판 형상(形狀)의 기판(20)을 탑재하는 평편한 저면(33)과, 땜납 조성물(10)의 넘쳐 흐름을 방지하는 주벽(34)을 갖는다. 이 경우는, 수용 용기(30)의 저면(33) 상에 기판(20)이 밀접하므로, 열전도가 향상된다. 또한, 도 2 및 도 4에서는 수용 용기(30)의 도시를 생략하고 있다.
또한, 적하 공정의 도중 또는 후에, 기판(20)을 수평으로 회전시킴으로써, 기판(20) 상의 땜납 조성물(10)을 균일한 두께로 해도 좋다. 기판(20)을 수평으로 회전시키기 위해서는, 시판되는 스핀코팅 장치(spin-coating device)를 이용하면 좋다.
적하 공정의 종료는, 땜납 조성물(10) 속에 기판(20)이 침지될 때까지, 땜납 조성물(10)을 적하할 것인가 아닌가의 여부에 의해 2가지로 분류된다. 도 3[2]는, 땜납 조성물(10) 속에 기판(20)을 침지하지 않는 경우이다. 이 경우, 기판(20) 상의 땜납 조성물(10)의 두께 t1은, 땜납 조성물(10)의 주로 표면 장력 및 점성에 의해 결정되는 값이다. 한편, 도 3[3]은, 땜납 조성물(10) 속에 기판(20)을 침지하는 경우이다. 이 경우, 기판(20) 상의 땜납 조성물(10)의 두께 t2는, 적하하는 땜납 조성물(10)의 양에 따라 원하는 값에 설정할 수 있다.
이상의 적하 공정에 의해, 도 2에 나타낸 바와 같이, 복수의 패드 전극(22)이 분리해서 설치된 기판(20) 상에, 땜납 조성물(10)이 전체 도포에 의해 탑재되게 된다. 이 때, 복수의 범프 전극(22) 위 및 이것들의 간극의 보호 막(27) 위를 포함하는 면에, 전체적으로 땜납 조성물(10)이 탑재된다. 땜납 조성물(10)은, 마치 잉크와 같은 상태이다.
계속해서, 리플로 공정에서, 기판(20) 및 땜납 조성물(10)의 가열이 시작되면, 액상체(12)의 점성이 더욱 저하한다. 그러면, 도 4[1]에 나타낸 바와 같이, 땜납 입자(11)는, 액상체(12)보다도 비중이 크므로, 침강해서 패드 전극(22) 위 및 보호 막(27) 위에 적중(積重)된다.
계속해서, 도 4[2]에 나타낸 바와 같이, 땜납 조성물(10)이 땜납 입자(11)의 융점 이상으로 가열된다. 여기서, 기판(20) 상의 땜납 조성물(10)을 기판(20) 측에서 가열하고 있으므로, 땜납 조성물(10)은 표면으로 되도록 온도가 낮고 기판(20) 측으로 되도록 온도가 높아진다. 그러면, 패드 전극(22)에 가까운 아래쪽의 땜납 입자(11)는, 먼저 용융하기 시작하고, 용융하면 패드 전극(22)에 젖어 넓게 퍼진다. 그 때, 패드 전극(22)으로부터 먼 위쪽의 땜납 입자(11)는, 아직 충분히 용융되어 있지 않다. 따라서, 땜납 입자(11)끼리 합일하는 기회를 감소시킬 수 있으므로, 땜납 브리지의 발생도 억제된다. 환언하면, 리플로 공정에서는, 최초에 패드 전극(22)을 땜납 입자(11)의 융점 이상으로 가열하고, 패드 전극(22)에 접촉하고 있는 땜납 입자(11)를 용융하여, 패드 전극(22)에 젖어 넓게 퍼진 땜납 피막(23')을 형성하고, 땜납 피막(23')에 더욱 땜납 입자(11)를 합일시킨다.
또한, 이 때, 액상체(12)에 함유되는 유기산의 작용에 의해, 다음과 같은 상태가 발생된다. 우선, 땜납 입자(11)끼리는 합일이 억제된다. 단, 도 4[2]에서는 도시하지 않고 있지만, 일부의 땜납 입자(11)끼리는 합일해서 커진다. 즉, 땜납 입자(11)끼리는 합일해도 일정한 크기 이하라면 문제는 없다. 한편, 땜납 입자(11)는, 패드 전극(22) 위에 넓게 퍼져서 계면에 합금층을 형성한다. 그 결과, 패드 전극(22) 위에 땜납 피막(23')이 형성되고, 땜납 피막(23')에 더욱 땜납 입자(11)가 합일한다. 즉, 땜납 피막(23')은 성장하여, 도 4[3]에 나타내는 바와 같은 땜납 범프(23)가 된다.
또한, 도 4[3]에 있어서, 땜납 범프(23)의 형성에 사용되지 않은 땜납 입자(11)는, 남은 액상체(12)와 함께 후공정으로 씻어져 내려간다.
또한, 리플로 공정에서는, 땜납 조성물(10)에 그 표면 측이 낮고 기판(20) 측이 높아지는 것 같은 온도 차를 형성함으로써, 기판(20) 측에 가까운 땜납 입 자(11)부터 먼저 침강시켜도 좋다. 땜납 조성물(10)의 표면 측이 낮고 땜납 조성물(10)의 기판(20) 측이 높아지는 것 같은 온도 차를 형성하면, 액상체(12)는 온도가 높을수록 점도가 저하되므로, 패드 전극(22)에 가까운 아래쪽의 땜납 입자(11)는, 먼저 침강하고 또한 용융하기 시작하여, 패드 전극(22)에 접촉하면 젖어 넓게 퍼진다. 그 때, 패드 전극(22)으로부터 먼 위쪽의 땜납 입자(11)는, 아직 충분히 침강하지 않고 또한 용융하지 않고 있다. 따라서, 땜납 입자(11)끼리 합일하는 기회를 더욱 감소시킬 수 있으므로, 땜납 브리지의 발생도 더욱 억제된다. 또한, 이러한 가열 상태는, 예를 들면 기판(20) 상의 땜납 조성물(10)을 기판(20) 측에서 가열하는 동시에 땜납 조성물(10)의 표면 측에서 온도 조절하거나, 액상체(12)의 점도의 온도 의존성과 땜납 입자(11)의 융점과의 관계를 조정하거나 함으로써, 실현된다.
또한, 리플로 공정에서는, 액상체(12)의 대류를 이용해서 땜납 입자(11)를 패드 전극(22)에 공급하도록 해도 좋다. 땜납 조성물(10)을 기판(20) 측에서 가열하면, 액상체(12)에 대류가 발생하고, 이것에 의해 땜납 입자(11)가 액상체(12) 속을 움직인다. 그 때문에, 패드 전극(22) 위에 탑재되지 않은 땜납 입자(11)도 패드 전극(22) 위에 이동해서 땜납 범프(23)의 일부로 된다. 따라서, 땜납 입자(11)가 효과적으로 이용된다.
이상의 설명에서는, 땜납 조성물에 대하여 온도 조절 수단(60)의 냉각 기능을 발휘시켜서, 땜납 범프를 형성하는 경우를 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 땜납 조성물에 대하여 온도 조절 수단(60)의 가열 기능을 발휘시켜서, 땜 납 범프를 형성해도 좋다. 그 위에, 온도 조절 수단(60)의 냉각 기능과 가열 기능을 바꾸어 발휘시켜서 땜납 범프를 형성하도록 해도 좋다.
도 5는 본 발명에 관련하는 가열 장치의 제2실시형태를 나타내고, 도 5[1]은 부분 평면도, 도 5[2]는 도 5[1]에 있어서의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이다. 이하에, 이 도면에 근거해서 설명한다. 단, 도 1과 동일한 부분은, 동일한 부호를 첨부함으로써, 또는 도시하지 않음으로써 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는, 기판(20)을 탑재대(51)에 고정하는 누름 기구(55)를 구비하고 있다. 누름 기구(55)는, 플런저형의 솔레노이드(56a, 56b), 팽이 형상의 누름 캠(57a, 57b) 등으로 이루어진다. 솔레노이드(56a)는, 일단(一端)(561)이 탑재대(51)에 회전 운동이 자유롭게 부착되고, 타단(他端)(562)이 누름 캠(57a)의 외주 부근에 회전 운동이 자유롭게 부착되어 있다. 누름 캠(57a)은, 중심축(571)을 통해서 탑재대(51)에 회전 운동이 자유롭게 부착되어 있다. 솔레노이드(56b) 및 누름 캠(57b)도 동일한 구성이다.
도면에서는, 솔레노이드(56a, 56b)가 줄어든 상태이며, 누름 캠(57a, 57b)은 기판(20)을 누르는 각도로 회전 이동하고 있다. 여기서, 도면 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 솔레노이드(56a, 56b)가 신장하면, 누름 캠(57a, 57b)은 기판(20)을 늦추는 각도로 회전 이동한다.
기판(20)의 무게나 열풍(41)의 압력에 따라서는, 기판(20)이 열풍(41)으로 불려 날리거나 어긋나거나 할 우려가 있다. 그러한 경우는, 누름 기구(55)를 설치해서 기판(20)을 고정한다. 또한, 누름 기구(55)는, 본 실시형태에서는 기판(20)을 누르는 것으로 했지만, 물론 용기(30)(도 1)를 누르는 것으로 해도 좋다.
이어서, 본 발명의 실시형태에 관련하는 가열 장치를 리플로 장치에 적용했을 경우의 예를 도 6 및 도 7에 근거해서 설명한다. 도 6 및 도 7은 본 발명에 관련하는 리플로 장치의 실시형태를 나타내는 평면도이며, 도 6은 가열 중의 상태이고, 도 7은 반송 중의 상태이다. 이하에, 이것들 도면에 근거해서 설명한다. 단, 도 1과 동일한 부분은 동일한 부호를 첨부함으로써 설명을 생략한다.
본 실시형태의 리플로 장치(70)는, 예비 가열부(71)와 리플로부(72)와 냉각부(73)가 이 순서대로 동심원 상에 배열해서 설치되고, 용기(30)를 이 순서대로 반송하는 반송 기구(80)를 구비하고 있다. 또한, 예비 가열부(71)와 냉각부(73)와의 사이에는 입출구부(74)가 부설되어 있다. 예비 가열부(71) 및 리플로부(72)에는, 상술한 가열 장치(10)를 이용하고 있다. 도 8에 나타내는 리플로 장치(70)는, 온도 조절 수단(60)을 구비하지 않고 있는 가열 장치(10)를 이용하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예비 가열부(71) 및 리플로부(72)에, 도 1에 나타내는 온도 조절 수단(60)을 구비한 가열 장치(10)를 이용해도 좋다. 냉각부(73)로서는, 도 1의 가열 장치(10)의 가열 수단(40)의 구성을 유용하고 있다. 이 경우, 가열 수단(40)에 공급하는 매체(61)에 대신하여, 냉각 매체(61)를 이용하고 있다. 그리고, 이 냉각 매체(61)를 개구부(67)를 통과시켜서 용기(30)의 아래쪽에서 부딪치게 함으로써, 기판을 서서히 냉각시키고 있다.
도 8 및 도 9는, 도 6의 리플로 장치에 있어서의 반송 기구를 나타내고, 도 8은 전체의 개략 단면도, 도 9는 용기 유지부의 사시도이다. 이하에, 도 6 내지 도 9에 근거해서 설명한다. 단, 도 3 및 도 4에 있어서, 도 1과 동일한 부분은 동일한 부호를 첨부함으로써 설명을 생략한다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 반송 기구(80)는, 중심의 구동부(81)와, 구동부(81)에 부착된 4개의 팔부(82)와, 팔부(82)의 선단에 형성된 용기 유지부(83)로 이루어진다. 구동부(81)는, 4개의 팔부(82)를 지지하는 중심판(84)과, 중심판(84)을 상하 이동시키는 에어 실린더(85)와, 중심판(84) 및 에어 실린더(85)를 함께 회전시키는 링 형상 모터(86)로 이루어진다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 용기 유지부(83)는, 원환상(圓環狀)을 나타내고, 상면에 3개의 볼록부(831∼833)가 형성되어 있다. 볼록부(831∼833)는, 용기(30)의 저면에 형성된 오목부(도시하지 않음)에 걸린다. 볼록부(831∼833)가 오목부와 걸림으로써, 용기(30)가 용기 유지부(83)에 착탈(着脫)이 자유롭게 고정된다.
도 10은, 도 6의 리플로 장치에 있어서의 제어계를 나타내는 블록도이다. 이하에, 이 도면에 근거해서 설명한다. 단, 도 6과 동일한 부분은 동일한 부호를 첨부함으로써 설명을 생략한다.
리플로 장치(70)는, 예비 가열부(71), 리플로부(72), 냉각부(73) 및 반송 기구(80)의 각각의 동작을 제어하는 제어 수단(75)을 또한 구비하고 있다. 제어 수단(75)은, 예를 들면 마이크로 컴퓨터 및 그 프로그램으로 이루어진다. 제어 수단(75)의 제어 대상은, 예비 가열부(71), 리플로부(72) 및 냉각부(73)의 온도 및 풍량, 반송 기구(80)의 반송 동작 등이다.
이어서, 도 6 내지 도 10에 근거하여, 리플로 장치(70)의 동작을 설명한다. 또한, 동작을 제어하는 것은 제어 수단(75)이다.
우선, 용기(30)에 기판(20)을 넣고, 그 위에서 디스펜서를 이용해서 땜납 조성물(10)을 낙하시킨다. 그리고, 이 용기(30)를 입출구부(74)에서 용기 유지부(83)에 탑재한다. 여기까지의 동작은, 자동화해도 좋고, 작업원이 실행해도 좋다. 계속해서, 링 형상 모터(86)를 회전시켜서, 용기(30)를 다음의 예비 가열부(71)까지 반송한다. 이 때, 예비 가열부(71), 리플로부(72) 및 냉각부(73)에 위치하고 있었던 용기(30)도, 각각 리플로부(72), 냉각부(73) 및 입출구부(74)에 반송된다. 또한, 반송의 시작과 종료에는, 도시하지 않은 전자 밸브를 통해서 에어 실린더(85)를 동작시켜, 용기(30)를 용기 유지부(83)마다 상하로 이동시킨다.
예비 가열부(71)에 있어서 용기(30)는, 일정 시간 가열됨으로써, 어떤 일정 온도까지 가열된다. 계속해서, 링 형상 모터(86)를 회전시켜서, 용기(30)를 다음의 리플로부(72)까지 반송한다. 리플로부(72)에 있어서, 용기(30)는, 일정 시간 가열됨으로써, 땜납 조성물(10)이 리플로된다. 계속해서, 링 형상 모터(86)를 회전시켜서, 용기(30)를 다음의 냉각부(73)까지 반송한다. 냉각부(73)에 있어서, 용기(30)는, 일정 시간 가열됨으로써, 일정 온도까지 냉각된다. 계속해서, 링 형상 모터(86)를 회전시켜서, 용기(30)를 다음의 입출구부(74)까지 반송한다. 여기서, 용기(30)를 용기 유지부(83)로부터 떼어냄으로써, 리플로 공정이 종료한다.
리플로 장치(70)에 의하면, 예비 가열부(71) 및 리플로부(72)에 가열 수단(40)을 이용함으로써, 열풍(41)을 이용해서 가열하는 것이면서, 땜납 조성물(10)로 땜납 범프를 형성할 수 있다. 그 제1의 이유는, 열풍(41)이 돌아 들어옴이 없으 므로, 땜납 조성물(10)의 산화를 억제할 수 있기 때문이다. 제2의 이유는, 땜납 조성물(10)의 표면 측이 낮고 기판(20) 측이 높은 온도 분포가 되기 때문이다.
또한, 예비 가열부(71) 및 리플로부(72)는, 제어 수단(75)으로부터의 지령에 근거하여, 도 7에 나타낸 바와 같이 개구부(47)가 용기(30)에 의해 폐쇄되어 있지 않을 때에, 열풍 발생부(52)로부터의 열풍의 공급을 정지하도록 해도 좋다. 이 경우, 예를 들면, 송풍기(44)의 동작을 정지시키거나, 도시하지 않은 차폐판을 사용해서 열풍(41)의 취출을 억제하거나 한다. 이렇게 하면, 개구부(47)가 용기(30)에 의해 폐쇄되어 있지 않을 때에, 열풍(41)이 개구부(47)로부터 취출되어버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 리플로 장치(70)를 이용하여, 복수의 용기(30)를 연속적으로 흘려서 처리할 때에, 복수의 용기(30)의 전, 후 또는 도중에 더미 용기(도시하지 않음)를 흘리도록 해도 좋다. 더미 용기는, 개구부(47)가 용기(30)에 의해 폐쇄되어 있지 않을 때의 개구부(47)로부터의 열풍(41)의 취출을 억제하는 동시에, 가열 수단(40)에서 본 열용량의 변동을 억제한다. 또한, 더미 용기를 용기(30)와 동일한 형상으로 한 경우는, 가열 수단(40)에서 본 열용량의 변동을 더욱 억제할 수 있다. 또한, 냉각부(73)는 생략해도 좋다.
또한, 본 발명은, 말할 필요도 없지만, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 실리콘 웨이퍼(FC)의 대신에, 미세 피치의 기판이나 인터포저, 또한 배선 판 (BGA)을 이용해도 좋다. 또한, 전극 재료는, 알루미늄에 한정하지 않고, Al- Si, Al-Si-Cu, Al-Cu, Cu 등을 이용해도 좋다.
도 11은, 본 발명의 실시형태에 관련하는 땜납 범프 형성 방법을 나타내는 단면도이다. 이하에, 이 도면에 근거해서 설명한다. 또한, 도 11은, 기판 상에 땜납 조성물을 도포한 상태이며, 상하 방향은 좌우 방향보다도 확대해서 나타내고 있다.
본 실시형태에서 사용하는 땜납 조성물(10)은, 다수의 땜납 입자(11)와 지방산 에스테르로 이루어지는 액상체(액체 재료)(12)와의 혼합물로 이루어지고, 패드 전극(22)에 땜납 범프를 형성하기 위해서 이용된다. 그리고, 액상체(12)는, 상온의 상태에서 기판(20)에 적하하면 자중으로 넓게 퍼져서 균일한 두께로 되는 점도와, 땜납 입자(11)의 융점 이상으로 가열된 상태에서 땜납 입자(11)에 의한 땜납 젖음을 패드 전극(22)에 발생시키는 플럭스 작용을 갖는다. 땜납 입자(11)는, 액상체(12)와 함께 기판(20)에 적하했을 때에 액상체(12)와 함께 넓게 퍼져서 균일하게 분산되는, 혼합비 및 입자 직경을 갖는다.
또한, 땜납 입자(11)의 표면 산화 막에는 자연 산화 막(도시하지 않음)만을 갖는다. 액상체(12)는, 지방산 에스테르이므로, 유기산의 일종인 유리 지방산을 원래 함유하고 있다. 유리 지방산은, 땜납 입자(11)의 융점 이상으로 가열된 상태에서, 그 반응 생성물에 의해 땜납 입자(11)끼리의 합일을 억제하면서, 땜납 입자(11)와 패드 전극(22)과의 납땜을 촉진하는 동시에, 패드 전극(22) 위에 형성된 땜납 피막과 땜납 입자(11)와의 합일을 촉진하는 작용을 갖는다.
액상체(12)에 함유되는 유기산은, 필요에 따라서 첨가해도 좋다. 즉, 땜납 입자(11)의 산화 정도나 분량에 따라, 액상체(12)의 유기산 함유량을 조정한다. 예 를 들면, 다량의 땜납 범프를 형성할 경우는, 땜납 입자(11)도 다량으로 되므로, 모든 땜납 입자(11)의 산화 막을 환원하는 데에 충분한 유기산을 함유할 필요가 있다. 한편, 범프 형성에 사용되는 것 이상의 과잉 땜납 입자(11)를 더할 경우는, 유기산의 함유량을 적게 해서 액상체(12)의 활성력을 떨어뜨림으로써, 땜납 분말 입도 분포로 하는 곳의 미세한 측의 땜납 입자(11)를 녹이지 않도록 하여, 비교적 큰 땜납 입자(11)만으로 최적의 범프 형성을 실행하는 것도 가능하다. 이 때, 녹지 않고 남은 미세한 땜납 입자(11)는, 땜납 입자(11)끼리의 합일을 방지함으로써, 패드 전극(22)의 단락을 저감시키는 효과도 갖는다.
땜납 입자(11)는 액상체(12) 속에 균일하게 분산되어 있을 필요가 있으므로, 땜납 조성물(10)은 사용 직전에 교반해 두는 것이 바람직하다. 땜납 입자(11)의 재질은, 주석 납계 땜납 또는 무연 땜납 등을 사용한다. 인접하는 패드 전극(22)끼리의 주변 끝 간의 최단 거리 a보다도, 땜납 입자(11)의 직경 b를 작게 하면 좋다.
땜납 조성물(10)은, 패드 전극(22)을 구비하는 기판(20) 상에, 상온에 있어서 자연 낙하에 의해 적하시킨다. 이것만으로, 기판(20) 상에 균일한 두께의 땜납 조성물(10)을 도포할 수 있다. 즉, 스크린 인쇄나 디스펜서를 이용하는 일 없이, 균일한 막 두께의 땜납 조성물(10)의 도포 막을 기판(20) 상에 형성할 수 있다. 도포의 균일성은 땜납 범프의 변동에 영향을 끼치기 때문에, 될 수 있는 한 균일하게 도포한다. 그 후, 기판(20) 전체를 균일하게 가열함으로써, 땜납 범프의 형성이 가능하게 된다. 가열은 단시간에 땜납 융점 이상까지 승온시킨다. 단시간에 승온시킴으로써, 프로세스 중에서의 유기산 활성력의 저하를 억제할 수 있다.
이어서, 본 실시형태에서 사용하는 기판(20)에 대해서 설명한다. 기판(20)은 실리콘 웨이퍼이다. 기판(20)의 표면(21)에는, 패드 전극(22)이 형성되어 있다. 패드 전극(22) 위에는, 본 실시형태의 형성 방법에 의해 땜납 범프가 형성된다. 기판(20)은, 땜납 범프를 통하여, 다른 반도체 칩이나 배선 판에 전기적 및 기계적으로 접속된다. 패드 전극(22)은, 형상이, 예를 들면, 원이며, 직경 c가, 예를 들면, 40㎛이다. 인접하는 패드 전극(22)의 중심 간의 거리 d는, 예를 들면, 80㎛이다. 땜납 입자(11)의 직경 b는, 예를 들면, 3∼15㎛이다.
패드 전극(22)은, 기판(20) 상에 형성된 알루미늄 전극(24)과, 알루미늄 전극(24) 위에 형성된 니켈층(25)과, 니켈층(25) 위에 형성된 금층(26)으로 이루어진다. 니켈층(25) 및 금층(26)은 UBM(under barrier metal 또는 under bump metallurgy)층이다. 기판(20) 상의 패드 전극(22) 이외의 부분은, 보호 막(27)으로 덮어져 있다.
이어서, 패드 전극(22)의 형성 방법에 대해서 설명한다. 우선, 기판(20) 상에 알루미늄 전극(24)을 형성하고, 알루미늄 전극(24) 이외의 부분에 폴리이미드 수지 또는 실리콘 질화 막에 의해 보호 막(27)을 형성한다. 이것들은, 예를 들면 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술을 이용해서 형성된다. 계속해서, 알루미늄 전극(24) 표면에 진케이트 처리를 시행한 후에, 무전해 도금법을 이용해서 알루미늄 전극(24) 위에 니켈층(25) 및 금층(26)을 형성한다. 이 UBM층을 설치하는 이유는, 알루미늄 전극(24)에 땜납 젖음성을 부여하기 위해서이다.
땜납 입자(11)의 재질로서는, 예를 들면 Sn-Pb(융점 183℃), Sn-Ag-Cu(융점 218℃), Sn-Ag(융점 221℃), Sn-Cu(융점 227℃) 등을 사용한다.
가열 수단(40)은, 예를 들면 송풍기와 전열 히터로 이루어지고, 열풍(41)을 부딪치게 하여 기판(20) 측(아래쪽)에서 땜납 조성물(10)을 가열한다.
도 12 및 도 13은, 본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 방법의 제1실시형태를 나타내는 단면도이다. 도 12는 도포 공정의 일례인 적하(滴下) 공정이며, 도 12[1]∼도 12[3]의 순서대로 공정이 진행한다. 도 13은, 리플로 공정이며, 도 13[1]∼도 13[3]의 순서대로 공정이 진행한다. 이하에, 이것들 도면에 근거해서 설명한다. 단, 도 11과 동일한 부분은 동일한 부호를 첨부함으로써 설명을 생략한다.
도 12에서는, 기판(20) 상의 패드 전극(22)의 도시를 생략하고 있다. 우선, 도 12[1]에 나타낸 바와 같이, 수용 용기(30)에 기판(20)을 넣는다. 그리고, 주입 용기(31) 속에서 필요에 따라 땜납 조성물(10)을 교반한 후, 귀때(32)로부터 땜납 조성물(10)을 기판(20) 상에 적하시킨다. 그러면, 땜납 조성물(10)이 자중으로 넓게 퍼져서 균일한 두께로 된다. 이 때는, 상온에서 좋고, 게다가, 땜납 조성물(10)의 자연 낙하를 이용할 수 있다. 또한, 인쇄기나 토출기를 이용해서 땜납 조성물(10)을 기판(20)에 도포해도 좋다.
또한, 수용 용기(30)는, 리플로 공정에서 기판(20)과 함께 가열되므로, 내열 성이 있고 열전도가 좋으며, 또한 땜납 입자(11)에 의한 땜납 젖음이 생기지 않는 금속, 예를 들면 알루미늄으로 이루어진다. 또한, 수용 용기(30)는, 평판 형상의 기판(20)을 탑재하는 평편한 저면(33)과, 땜납 조성물(10)의 넘쳐 흐름을 방지하는 주벽(34)을 갖는다. 이 경우는, 수용 용기(30)의 저면(33) 상에 기판(20)이 밀접하 므로, 열전도가 향상된다. 또한, 도 1 및 도 3에서는 수용 용기(30)의 도시를 생략하고 있다.
또한, 적하 공정의 도중 또는 후에, 기판(20)을 수평으로 회전시킴으로써, 기판(20) 상의 땜납 조성물(10)을 균일한 두께로 해도 좋다. 기판(20)을 수평으로 회전시키기 위해서는, 시판되는 스핀코팅 장치를 이용하면 좋다.
적하 공정의 종료는, 땜납 조성물(10) 속에 기판(20)이 침지될 때까지, 땜납 조성물(10)을 적하할 것인가 아닌가의 여부에 의해 2가지로 갈라진다. 도 12[2]는, 땜납 조성물(10) 속에 기판(20)을 침지하지 않은 경우이다. 이 경우, 기판(20) 상의 땜납 조성물(10)의 두께 t1은, 땜납 조성물(10)의 주로 표면 장력 및 점성에 의해 결정되는 값이다. 한편, 도 12[3]은, 땜납 조성물(10) 속에 기판(20)을 침지하는 경우이다. 이 경우, 기판(20) 상의 땜납 조성물(10)의 두께 t2는, 적하하는 땜납 조성물(10)의 양에 따라 원하는 값에 설정할 수 있다.
이상의 적하 공정에 의해, 도 11에 나타낸 바와 같이, 복수의 패드 전극(22)이 분리해서 설치된 기판(20) 상에, 땜납 조성물(10)이 전체 도포에 의해 탑재되게 된다. 이 때, 복수의 범프 전극(22) 위 및 이것들의 간극의 보호 막(27) 위를 포함하는 면에, 전체적으로 땜납 조성물(10)이 탑재된다. 땜납 조성물(10)은, 마치 잉크와 같은 상태이다.
계속해서, 리플로 공정에서, 기판(20) 및 땜납 조성물(10)의 가열이 시작되면, 액상체(12)의 점성이 저하한다. 그러면, 도 13[1]에 나타낸 바와 같이, 땜납 입자(11)는, 액상체(12)보다도 비중이 크므로, 침강해서 패드 전극(22) 위 및 보호 막(27) 위에 적중된다.
계속해서, 도 13[2]에 나타낸 바와 같이, 땜납 조성물(10)이 땜납 입자(11)의 융점 이상으로 가열된다. 여기서, 기판(20) 상의 땜납 조성물(10)을 기판(20) 측에서 가열하고 있으므로, 땜납 조성물(10)은 표면으로 될수록 온도가 낮고 기판(20) 측으로 될수록 온도가 높아진다. 그러면, 패드 전극(22)에 가까운 아래쪽의 땜납 입자(11)는, 먼저 용융하기 시작하고, 용융하면 패드 전극(22)에 젖어 넓게 퍼진다. 그 때, 패드 전극(22)으로부터 먼 위쪽의 땜납 입자(11)는, 아직 충분히 용융되지 않고 있다. 따라서, 땜납 입자(11)끼리 합일하는 기회를 감소시킬 수 있으므로, 땜납 브리지의 발생도 억제된다. 환언하면, 리플로 공정에서는, 최초에 패드 전극(22)을 땜납 입자(11)의 융점 이상으로 가열해, 패드 전극(22)에 접촉하고 있는 땜납 입자(11)를 용융해서, 패드 전극(22)에 젖어 넓게 퍼진 땜납 피막(23')을 형성하고, 땜납 피막(23')에 더욱 땜납 입자(11)를 합일시킨다.
또한, 이 때, 액상체(12)에 함유되는 유기산의 작용에 의해, 다음과 같은 상태가 발생한다. 우선, 땜납 입자(11)끼리는 합일이 억제된다. 단, 도 13[2]에서는 도시하지 않고 있지만, 일부의 땜납 입자(11)끼리는 합일해서 커진다. 즉, 땜납 입자(11)끼리는 합일해도 일정한 크기 이하이면 문제없다. 한편, 땜납 입자(11)는, 패드 전극(22) 위에 넓게 퍼져서 계면에 합금층을 형성한다. 그 결과, 패드 전극(22) 위에 땜납 피막(23')이 형성되고, 땜납 피막(23')에 더욱 땜납 입자(11)가 합일한다. 즉, 땜납 피막(23')은 성장해서, 도 12[3]에 나타내는 바와 같은 땜납 범프(23)로 된다.
또한, 도 13[3]에 있어서, 땜납 범프(23)의 형성에 사용되지 않은 땜납 입자(11)는, 남은 액상체(12)와 함께 후공정에서 씻겨 내려간다.
또한, 리플로 공정에서는, 땜납 조성물(10)에 그 표면 측이 낮고 기판(20) 측이 높아지는 온도 차를 형성함으로써, 기판(20) 측에 가까운 땜납 입자(11)부터 먼저 침강시켜도 좋다. 땜납 조성물(10)의 표면 측이 낮고 땜납 조성물(10)의 기판(20) 측이 높아지는 온도 차를 형성하면, 액상체(12)는 온도가 높을수록 점도가 저하되므로, 패드 전극(22)에 가까운 아래쪽의 땜납 입자(11)는, 먼저 침강하고 또한 용융하기 시작해, 패드 전극(22)에 접촉하면 젖어 넓게 퍼진다. 그 때, 패드 전극(22)으로부터 먼 위쪽의 땜납 입자(11)는, 아직 충분히 침강되지 않고 또한 용융되지 않고 있다. 따라서, 땜납 입자(11)끼리 합일하는 기회를 더욱 감소시킬 수 있으므로, 땜납 브리지의 발생도 더욱 억제된다. 또한, 이러한 가열 상태는, 예를 들면 기판(20) 상의 땜납 조성물(10)을 기판(20) 측에서 가열하는 동시에 땜납 조성물(10)의 표면 측에서 온도 조절하거나, 액상체(12)의 점도의 온도 의존성과 땜납 입자(11)의 융점과의 관계를 조정하거나 함으로써, 실현된다.
또한, 리플로 공정에서는, 액상체(12)의 대류를 이용해서 땜납 입자(11)를 패드 전극(22)에 공급하도록 해도 좋다. 땜납 조성물(10)을 기판(20) 측에서 가열하면, 액상체(12)에 대류가 발생하고, 이것에 의해 땜납 입자(11)가 액상체(12) 속을 움직인다. 그 때문에, 패드 전극(22) 위에 탑재되지 않은 땜납 입자(11)도 패드 전극(22) 위로 이동해서 땜납 범프(23)의 일부가 된다. 따라서, 땜납 입자(11)가 효과적으로 이용된다.
도 14는, 본 발명의 실시형태에 관련하는 땜납 범프 형성 장치를 나타내는 개략 단면도이다. 이하에, 이 도면에 근거해서 설명한다. 단, 도 11 내지 도 13과 동일한 부분은 동일한 부호를 첨부함으로써 설명을 생략한다. 또한 「수용 용기(30)」는 「용기(30)」라고 약칭한다.
본 실시형태의 땜납 범프 형성 장치(50A)는, 기판(20) 상의 땜납 조성물(10)을 가열 및 리플로해서 땜납 범프를 형성하는 것이며, 땜납 조성물(10)을 기판(20) 측에서 가열하는 가열 수단(40)과, 땜납 조성물(10)의 온도를 조절하는 온도 조절 수단(60)을 구비하고 있다.
가열 수단(40)은, 주 가열원(42), 부 가열원(43), 송풍기(44), 축열 부재(45), 열풍 순환 덕트(46), 개구부(47) 등으로 이루어진다. 주 가열원(42) 및 부 가열원(43)은, 예를 들면 전열 히터이다. 축열 부재(45)는, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지고, 열풍(41)을 통과시키는 다수의 통과 구멍(48)이 형성되어 있다. 열풍(41)은 송풍기(44)에 의해 순환되고 있다. 즉, 열풍(41)은, 주 가열원(42)→축열 부재(45)→개구부(47)(용기(30)를 가열)→순환 덕트(46)→부 가열원(43)→열풍 순환 덕트(46)→송풍기(44)→주 가열원(42)의 순환로를 순환한다. 이 가열 수단(40)은, 열풍(41)을 용기(30)에 부딪치게 하여 가열하므로, 열전도를 이용하는 것에 비해서, 기판(20) 전체를 더욱 균일하게 가열할 수 있다.
온도 조절 수단(60)은, 주 온도 조절원(62), 부 온도 조절원(63), 송풍기(64), 축냉(또는 축열) 부재(65), 순환 덕트(66), 개구부(67), 열 흡수판(또는 복사판)(68) 등으로 이루어진다. 그리고, 온도 조절 수단(60)은 온도 조절 매 체(61)로서 냉풍을 이용하고 있다. 주 온도 조절원(62) 및 부 온도 조절원(63)은, 예를 들면 냉각수 쿨러(cooler)이다. 축냉 부재(65)는, 예를 들면 알루미늄재로 이루어지고, 냉풍(61)을 통과시키는 다수의 통과 구멍(69)이 형성되어 있다. 열 흡수판(68)은, 예를 들면 알루미늄재로 이루어지고, 땜납 조성물(10) 측을 흑체(黑體)에 가까운 상태로 하는 것이 바람직하다. 냉풍(61)은 송풍기(64)에 의해 순환되고 있다. 즉, 냉풍(61)은, 주 온도 조절원(62)→축냉(또는 축열) 부재(65)→개구부(67)(열 흡수판(68)을 냉각)→순환 덕트(66)→부 온도 조절원(63)→냉풍 순환 덕트(66)→송풍기(64)→주 온도 조절원(62)의 순환로를 순환한다. 열 흡수판(68)은, 땜납 조성물(10)의 열을 흡열하는 기능을 가지고 있으며, 온도 조절 수단(60)의 열 흡수판(68) 이외의 구성은, 열 흡수판(68)의 열을 흡열함으로써, 열 흡수판(68)의 흡열 기능을 계속해서 발휘시키는 흡열부를 구성하고 있다. 이 경우, 주 온도 조절원(62), 부 온도 조절원(63)은, 온도 조절 매체(61)를 냉각하는 기능으로서 작용한다. 이상의 설명에서는, 온도 조절 수단(60)은, 땜납 조성물(10)의 열을 빼앗아서 땜납 조성물의 표면 측과 기판 측에 온도 차를 갖게 하는 구성의 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 온도 조절 수단(60)으로서는, 땜납 조성물(10)을 복사열에 의해 가열하는 구성으로 해도 좋은 것이다. 이 경우, 열 흡수판(68)은, 땜납 조성물(10)을 복사열에 의해 가열하는 복사판으로서 기능하고, 이 복사판(68) 이외의 구성은, 복사판(68)을 가열함으로써, 복사판(68)의 가열 기능을 계속해서 발휘시키는 가열부를 구성하고 있다. 또한, 온도 조절 수단(60)에 의해 땜납 조성물(10)을 가열할 경우, 그 가열 온도는, 가열 수단(40)에 의한 가열 온도 와 동일, 혹은, 그 이상으로 가열하도록 해도 좋다. 어느 쪽의 온도 조절 수단(60)도, 땜납 조성물(10)에 대하여, 냉풍 혹은 열풍의 온도 조절 매체(61)를 직접 접촉시키지 않는 방식이기 때문에, 층상으로 퇴적한 땜납 조성물(10)에 악영향을 부여하는 일은 없다.
이어서, 땜납 범프 형성 장치(50A)의 동작을 설명한다. 땜납 조성물(10)을 기판(20) 측에서 가열 수단(40)으로 가열하는 동시에, 땜납 조성물(10)의 온도를 그 표면 측에서 온도 조절 수단(60)으로 온도 조절한다. 그러면, 땜납 조성물(10)은, 기판(20) 측일수록 온도가 높고 표면 측일수록 온도가 낮은 온도 분포로 된다. 이 때, 전술한 바와 같이, 땜납 입자끼리 합체(合體)하는 기회를 감소시킬 수 있으므로, 땜납 브리지의 발생도 억제된다. 따라서, 고밀도이고 또한 미세한 땜납 범프를 용이하게 형성할 수 있다.
도 15는, 본 발명에 관련하는 땜납 범프 형성 장치의 제2실시형태를 나타내는 개략 단면도이다. 이하에, 이 도면에 근거해서 설명한다. 단, 도 14와 동일한 부분은 동일한 부호를 첨부함으로써 설명을 생략한다.
본 실시형태의 땜납 범프 형성 장치(50B)에서는, 도 14에 있어서의 열풍(41)을 이용하는 가열 수단(40)에 대신하여, 열전도를 이용하는 가열 수단(71)을 이용하고 있다. 가열 수단(71)은, 예를 들면, 패널 히터 등의 전열 히터이며, 용기(30)를 직접 탑재하고, 열전도에 의해 용기(30)를 가열하는 단순한 구성이다. 범프 형성 장치(70)에 의하면, 제1실시형태에 비해서 구성을 간략화할 수 있다.
또한, 본 발명은, 말할 필요도 없지만, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니 다. 예를 들면, 실리콘 웨이퍼(FC)의 대신에, 배선 판(BGA)을 이용해도 좋다. 또한, 전극 재료는, 알루미늄에 한정하지 않고, Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Cu, Cu 등을 이용해도 좋다.
(제1실시예)
이하에, 본 실시형태를 더욱 구체화한 제1실시예에 대해서 설명한다.
땜납 입자는, 조성이 96.5wt% Sn - 3.0wt% Ag - 0.5wt% Cu(융점 218℃)이며, 직경이 평균 6㎛(입도 분포 2∼11㎛)의 것을 사용하였다. 액상체에는, 지방산 에스테르의 일종(트리메칠푸로판트리오레이트)을 사용하였다. 이 지방산 에스테르의 주된 성상은, 40℃에서의 동점도가 48.3mm2/s, 100℃에서의 동점도가 9.2 mm2/s, 산가가 2.4이다. 유기산은 첨가하지 않고, 지방산 에스테르에 원래 함유되는 유리 지방산을 이용하였다. 또한, 지방산 에스테르는 수분의 영향을 극력 억제하기 때문에 물의 증기압 이하에서의 진공 탈포(脫泡)를 실행하였다.
땜납 범프 형성용의 기판에는, 10 제곱 밀리미터(mm square)의 실리콘 칩을 사용하였다. 실리콘 칩 위에는, 80㎛ 피치의 패드 전극이 2차원 어레이 형상으로 형성되어 있었다. 패드 전극의 형상은 40 제곱 마이크로미터(㎛ square)이었다. 패드 전극 표면의 재질은, 무전해 니켈 도금 위에 형성된 콤마 수 미크론의 막 두께의 금 도금이었다. 보호 막의 재질은 실리콘 질화물이었다.

Claims (35)

  1. 기판 또는 기판을 유지한 치구(治具)가 탑재되는 탑재대와,
    상기 탑재대에 형성되어, 상기 기판 또는 상기 치구를 탑재함으로써, 폐쇄되는 개구부와,
    상기 개구부를 통해서 상기 기판 또는 상기 치구의 아래쪽에 열풍을 부딪치게 하여 가열하는 가열 수단을 갖추는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판 또는 상기 치구에 부딪힌 열풍을 상기 가열 수단 측에 귀환시키는 열풍 순환로를 구비한 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탑재대의 위쪽에 위치하고, 상기 기판의 온도 제어를 실행하는 온도 조절 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 온도 조절 수단은, 상기 기판을 복사열로 가열하는 복사판과, 상기 복사판을 가열하는 가열부를 구비한 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 온도 조절 수단은, 상기 기판의 열을 빼앗는 열 흡수판과, 상기 열 흡수판을 냉각하는 흡열부를 구비한 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판 또는 상기 치구를 상기 탑재대에 고정하는 누름 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 치구는, 액상(液狀) 땜납 조성물 속에 침지(浸漬)해서 기판을 유지하는 용기인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  8. 기판 또는 기판을 유지한 치구를 예열하는 적어도 1개의 예비 가열부와,
    상기 예열된 기판 또는 상기 치구를 주로 가열하는 적어도 1개의 리플로(reflow)부와,
    상기 예비 가열부와 상기 리플로부에 통과시켜서 상기 기판 또는 상기 치구를 반송하는 반송 기구를 갖추고,
    상기 예비 가열부 및 상기 리플로부는,
    기판 또는 기판을 유지한 치구가 탑재되는 탑재대와,
    상기 탑재대에 형성되어, 상기 기판 또는 상기 치구를 탑재함으로써, 폐쇄되는 개구부와,
    상기 개구부를 통해서 상기 기판 또는 상기 치구의 아래쪽에 열풍을 부딪치게 하여 가열하는 가열 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 리플로 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판 또는 상기 치구에 부딪힌 열풍을 상기 가열 수단 측에 귀환시키는 열풍 순환로를 구비한 것을 특징으로 하는 리플로 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 탑재대의 위쪽에 위치해, 상기 기판의 온도 제어를 실행하는 온도 조절 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 리플로 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 온도 조절 수단은, 상기 땜납 조성물을 복사열로 가열하는 복사판과, 상기 복사판을 가열하는 가열부를 구비한 것을 특징으로 하는 리플로 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 온도 조절 수단은, 상기 땜납 조성물의 열을 빼앗는 열 흡수판과, 상기 열 흡수판을 냉각하는 흡열부를 구비한 것을 특징으로 하는 리플로 장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 기판 또는 상기 치구를 상기 탑재대에 고정하는 누름 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 리플로 장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 치구는, 액상 땜납 조성물 속에 침지해서 기판을 유지하는 용기인 것을 특징으로 하는 리플로 장치.
  15. 제8항에 있어서, 상기 예비 가열부 및 상기 리플로부에 추가해서, 상기 기판 또는 상기 치구를 서서히 냉각시키는 적어도 1개의 냉각부를 설치한 것을 특징으로 하는 리플로 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 예비 가열부와 상기 리플로부가 동심원 상으로 배열되고,
    상기 반송 기구는, 회전 운동에 의해 상기 기판 또는 상기 치구를 상기 예비 가열부, 상기 리플로부 및 상기 냉각부에 반입·반출하는 것을 특징으로 하는 리플로 장치.
  17. 제8항에 있어서, 상기 반송 기구는, 상기 기판 또는 상기 치구를 승강시켜서 상기 탑재대에 대하여 탑재·이탈시키는 상하 이동 기구를 구비한 리플로 장치.
  18. 제8항에 있어서, 상기 가열 수단은, 상기 기판 또는 상기 치구가 상기 탑재대에 탑재되어 있지 않은 상태에서 열풍의 공급을 정지하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 리플로 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 반송 기구는, 상기 기판 또는 상기 치구를 연속해서 상기 예비 가열부 및 상기 리플로부에 반송하는 것을 특징으로 하는 리플로 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 반송 기구는, 더미 워크(dummy work)를 혼재해서 상기 기판 또는 상기 치구를 반송하는 것을 특징으로 하는 리플로 장치.
  21. 복수의 패드 전극이 설치된 기판 상의 땜납 조성물을 가열 및 리플로해서 땜납 범프를 형성하는 땜납 범프 형성 장치에 있어서,
    상기 땜납 조성물은, 땜납 입자와, 플럭스 성분을 함유하는 동시에 상온 또는 가열에 의해 액상으로 되는 액체 재료와의 혼합물로 이루어지는 것이며,
    상기 기판 측에서 상기 땜납 조성물을 가열하는 가열 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 땜납 범프 형성 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 탑재대의 위쪽에 위치해, 상기 땜납 조성물의 온도 제어를 실행하는 온도 조절 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 땜납 범프 형성 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 온도 조절 수단은, 상기 땜납 조성물을 복사열로 가열하는 복사판과, 상기 복사판을 가열하는 가열부를 구비한 것을 특징으로 하는 땜납 범프 형성 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 온도 조절 수단은, 상기 땜납 조성물의 열을 빼앗는 열 흡수판과, 상기 열 흡수판을 냉각시키는 흡열부를 구비한 것을 특징으로 하는 땜납 범프 형성 장치.
  25. 제21항에 있어서, 상기 가열 수단은, 상기 기판의 아래쪽에 열풍을 부딪치게 하여 가열하는 것을 특징으로 하는 땜납 범프 형성 장치.
  26. 제21항에 있어서, 상기 가열 수단은, 상기 기판의 아래쪽을 열전도에 의해 가열하는 것을 특징으로 하는 땜납 범프 형성 장치.
  27. 제21항에 있어서, 상기 기판은, 용기 내의 땜납 조성물 속에 침지되고,
    상기 가열 수단은, 상기 용기를 통해서 상기 기판 측에서 상기 땜납 조성물을 가열하는 땜납 범프 형성 장치.
  28. 땜납 입자와, 플럭스 성분을 함유하는 동시에 상온 또는 가열에 의해 액상으로 되는 액체 재료와의 혼합물로 이루어지는 땜납 조성물을, 복수의 패드 전극을 구비한 기판에 층상으로 퇴적하는 도포 공정과,
    상기 기판 측에서 상기 땜납 조성물을 가열해서 리플로하는 리플로 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 땜납 범프 형성 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 도포 공정에서는,
    상기 복수의 패드 전극 및 이것들의 간극을 포함하는 면에 전체적으로 상기 땜납 조성물을 퇴적하는 땜납 범프 형성 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 리플로 공정에서는,
    상기 땜납 조성물의 표면 측과 기판 측과의 가열 온도에 온도 차(差)를 갖게 해서, 상기 땜납 조성물을 가열하는 땜납 범프 형성 방법.
  31. 제28항에 있어서, 상기 리플로 공정에서는,
    상기 땜납 조성물의 표면 측과 기판 측과의 가열 온도를 거의 동일하게 해서, 상기 땜납 조성물을 가열하는 땜납 범프 형성 방법.
  32. 제28항에 있어서, 상기 리플로 공정에서는,
    상기 패드 전극을 상기 땜납 입자의 융점 이상으로 가열해, 상기 패드 전극에 접촉하고 있는 상기 땜납 입자를 용융해서, 상기 패드 전극에 젖어 넓게 퍼진 땜납 피막을 형성하고, 이 땜납 피막에 상기 땜납 입자를 더 합일(合一)시키는 땜납 범프 형성 방법.
  33. 제28항에 있어서, 상기 리플로 공정에서는,
    상기 땜납 조성물의 기판 측의 가열 온도가 그 표면 측의 가열 온도보다 높아지도록 온도 차를 갖게 하고, 상기 기판 측에 가까운 상기 땜납 입자부터 먼저 침강시키는 땜납 범프 형성 방법.
  34. 제28항에 있어서, 상기 리플로 공정에서는,
    상기 땜납 조성물의 기판 측의 가열 온도가 그 표면 측의 가열 온도보다 높아지도록 온도 차를 갖게 하고, 상기 액체 재료에 대류를 생기게 하고, 이 대류에 의해 상기 땜납 입자의 침강을 촉진하는 땜납 범프 형성 방법.
  35. 제28항에 있어서, 상기 리플로 공정에서는,
    용기 내의 상기 땜납 조성물 속에 상기 기판을 침지한 상태에서 가열하는 땜납 범프 형성 방법.
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