KR20220121832A - 땜납 범프 형성용 부재, 땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법, 및 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법 - Google Patents

땜납 범프 형성용 부재, 땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법, 및 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법 Download PDF

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구니히코 아카이
마사유키 미야지
준이치 가케하타
요시노리 에지리
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Abstract

복수의 오목부를 갖는 기체와, 오목부 내에 땜납 입자를 구비하고, 땜납 입자의 평균 입자경이 1~35μm이며, C.V.값이 20% 이하이고, 땜납 입자의 일부가, 상기 오목부로부터 돌출되어 있거나, 또는, 단면시에 있어서, 오목부의 깊이를 H1로 하며, 땜납 입자의 높이를 H2로 했을 때, H1<H2인, 땜납 범프 형성용 부재.

Description

땜납 범프 형성용 부재, 땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법, 및 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법
본 발명은, 땜납 범프 형성용 부재, 땜납 범프 형성용 부재 제조 방법, 및 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
소정 패턴으로 마련된 복수의 땜납 볼 삽입 구멍을 구비한 마스크와, 상기 삽입 구멍에 수용된 땜납 볼과, 상기 삽입 구멍 내에 땜납 볼을 유지하는 고착제로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 배치 시트가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
하기 공정을 포함하는, 소정 위치에 땜납 볼 또는 땜납 분말을 유지한, 땜납 범프 형성용 시트의 제조 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
A. 편면에, 바닥면이 점착제로 구성된 다수의 파임을 소정 위치에 갖는 시트를 준비하고; B. 시트의 각 파임에 땜납 분말을 충전하여, 파임 바닥면의 점착제에 의하여 땜납 분말을 부착 유지하고; C. 점착제로 유지되어 있지 않은 땜납 분말을 시트로부터 제거하며, 그리고 D. 시트의 파임 내의 땜납 분말을 피복한다.
오목홈 내에 배치한 땜납 볼을 점착 롤면에 전사하고, 다시 이 땜납 볼을 전극 상의 점착제로 옮김으로써, 전극 상에 땜납 범프를 형성하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2004-080024호 특허문헌 2: 국제 공개공보 제2006/043377호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 2017-157626호
특허문헌 1 및 2에 나타나는 전사 시트 및 제조 방법에서는, 땜납 입자를 유지하기 위한 점착층이 필요하게 되고 있다. 그 때문에, 땜납 융점 이상으로 가열하여 땜납을 용해·합일화하고, 다시 전극 상에 전사할 때의 가열에 의하여, 점착층 성분이 연화·용융·분해되어 협잡물(挾雜物)이 될 수 있다. 협잡물이 땜납과 전극의 사이에 개재됨으로써, 땜납 범프의 안정된 형성이 방해될 우려가 있다. 전극 상에 땜납 범프를 전사한 후, 이들 협잡물을 제거하는 경우, 전극이 형성된 기판 및 반도체 패키지를 세정액에 노출시키게 되어, 공정의 증가, 기체(基體)·반도체 패키지의 결함, 세정 불량에 의한 결함 등이 발생할 우려가 있다.
특허문헌 3에서는, 점착제를 개재하여 땜납 볼(입자)을 전극 상에 배치해 가기 때문에, 점착제 성분이 땜납 볼 표면에 남아, 접합에 결함을 줄 우려가 있다. 또, 점착제의 두께 및 점착제 표면의 요철의 제어는, 땜납 볼의 크기가 100μm 정도에서는 일단 가능하지만, 크기가 50μm, 30μm로 작아짐에 따라 곤란해진다. 그 때문에, 30μm를 하회하는 땜납 볼(입자)을 점착제를 개재하여 전사·이동시키면, 전사율을 높이는 것이 곤란해진다.
그 외에, 땜납 볼(입자)끼리가 접촉하면서 기재(基材) 표면에 점착제를 개재하여 균일하게 배치되어 있는 전사 시트가 알려져 있다. 이 전사 시트의 땜납 볼면을, 전극이 형성된 기판에 눌러 가열함으로써, 전극 상에 땜납 볼을 전사하고, 그 후의 리플로에 의하여 범프를 형성할 수 있다고 되어 있다. 그러나, 발명자들이 검토한 결과, 전극 간격이 좁아져 가면 전극 사이를 땜납이 브리지해 버려, 쇼트(단락) 불량이 발생했다. 인접하는 땜납 볼끼리가 접촉하고 있기 때문에, 어떻게 해도 전극으로의 전사 시의 열에 의하여, 땜납이 용해·합일화되어 버려, 인접 전극 사이에 걸치는 부분이 발생하는 것으로 추측된다. 이와 같이 땜납 입자끼리가 접촉하면서 균일하게 나열된 땜납 전사 시트에서는, 수 미크론 레벨의 전극 간격인 경우에, 단락없이 땜납 범프를 형성하는 것은 어려운 것이 현재 상황이다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 전기적으로 서로 접속해야 할 회로 부재의 접속 개소가 미소(微少)해도, 절연 신뢰성 및 도통(道通) 신뢰성의 양방이 우수한 접속 구조체를 제조하는 데 유용한 땜납 범프 형성용 부재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 당해 부재를 이용한 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은, 복수의 오목부를 갖는 기체와, 오목부 내에 땜납 입자를 구비하고, 땜납 입자의 평균 입자경이 1~35μm이며, C.V.값이 20% 이하이고, 땜납 입자의 일부가, 상기 오목부로부터 돌출되어 있는, 땜납 범프 형성용 부재에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면은, 복수의 오목부를 갖는 기체와, 오목부 내에 땜납 입자를 구비하고, 땜납 입자의 평균 입자경이 1~35μm이며, C.V.값이 20% 이하이고, 단면시에 있어서, 오목부의 깊이를 H1로 하며, 땜납 입자의 높이를 H2로 했을 때, H1<H2인, 땜납 범프 형성용 부재에 관한 것이다.
상기 땜납 범프 형성용 부재는, 전기적으로 서로 접속해야 할 회로 부재의 접속 개소가 미소해도, 절연 신뢰성 및 도통 신뢰성의 양방이 우수한 접속 구조체를 제조하는 데 유용하다.
땜납 범프 형성용 부재의 일 양태에 있어서, 땜납 입자의 표면의 일부에 평면부가 형성되어 있어도 된다.
땜납 범프 형성용 부재의 일 양태에 있어서, 인접하는 오목부 사이의 거리가, 땜납 입자의 평균 입자경의 0.1배 이상이어도 된다.
본 발명의 일 측면은, 복수의 오목부를 갖는 기체 및 땜납 미립자를 준비하는 준비 공정과, 땜납 미립자의 적어도 일부를, 오목부에 수용하는 수용 공정과, 오목부에 수용된 땜납 미립자를 융합시켜, 오목부 내에 땜납 입자를 형성하는 융합 공정이며, 땜납 입자의 일부가, 오목부로부터 돌출되어 있는 공정을 구비하는, 땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법에 관한 것이다.
땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법의 일 양태에 있어서, 땜납 입자의 평균 입자경이 1~35μm이며, C.V.값이 20% 이하여도 된다.
땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법의 일 양태에 있어서, 땜납 미립자의 C.V.값이 20%를 초과해도 된다.
땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법의 일 양태는, 융합 공정 전에, 오목부에 수용된 땜납 미립자를 환원 분위기에 노출시키는 환원 공정을 더 구비해도 된다.
땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법의 일 양태에 있어서의 융합 공정에 있어서, 땜납 미립자를 환원 분위기하에서 융합시켜도 된다.
본 발명의 일 측면은, 상기 땜납 범프 형성용 부재, 및 복수의 전극을 갖는 기판을 준비하는 준비 공정과, 땜납 범프 형성용 부재의 오목부를 갖는 면 및 기판의 전극을 갖는 면을 대향시켜, 땜납 입자 및 전극을 접촉시키는 배치 공정과, 땜납 입자를 땜납 입자의 융점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정을 구비하는, 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법의 일 양태에 있어서의 가열 공정에 있어서, 땜납 입자 및 전극을 가압 상태에서 접촉시키면서, 땜납 입자를 땜납 입자의 융점 이상의 온도로 가열해도 된다.
땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법의 일 양태는, 배치 공정 전에, 땜납 입자를 환원 분위기에 노출시키는 환원 공정을 더 구비해도 된다.
땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법의 일 양태는, 배치 공정 후이며 가열 공정 전에, 땜납 입자를 환원 분위기에 노출시키는 환원 공정을 더 구비해도 된다.
땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법의 일 양태에 있어서, 가열 공정에 있어서, 환원 분위기하에서 땜납 입자를 땜납 입자의 융점 이상의 온도로 가열해도 된다.
땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법의 일 양태는, 가열 공정 후에, 땜납 범프 형성용 부재를 기판으로부터 제거하는 제거 공정을 더 구비해도 된다.
땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법의 일 양태는, 제거 공정 후에, 전극에 결합되어 있지 않은 땜납 입자를 제거하는 세정 공정을 더 구비해도 된다.
본 발명에 의하면, 전기적으로 서로 접속해야 할 회로 부재의 접속 개소가 미소해도, 절연 신뢰성 및 도통 신뢰성의 양방이 우수한 접속 구조체를 제조하는 데 유용한 땜납 범프 형성용 부재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 당해 부재를 이용한 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 일 실시형태에 관한 땜납 범프 형성용 부재를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2의 (a)는, 도 1에 있어서의 오목부의 개구부와 반대측으로부터 땜납 입자를 본 도이며, 도 2의 (b)는 땜납 입자의 투영상에 외접하는 사각형을 2쌍의 평행선에 의하여 작성한 경우에 있어서의, 대향하는 변 사이의 거리 X 및 Y(단 Y<X)를 나타내는 도이다.
도 3의 (a)는, 기체의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이며, 도 3의 (b)는, 도 3의 (a)의 Ib-Ib선에 있어서의 단면도이다.
도 4의 (a)~(h)는, 기체가 갖는 오목부의 단면 형상의 예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는, 기체의 오목부에 땜납 미립자가 수용된 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는, 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 과정의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는, 접속 구조체의 제조 과정의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 8의 (a)는, 칩 C4의 금 범프의 일부를 촬상한 SEM 화상이며, 도 8의 (b)는, 제작예 8의 땜납 범프 형성용 부재를 이용하여, 칩 C4의 금 범프 상에 땜납 범프를 형성한 후의 SEM 화상이다.
도 9는, 기체의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에서 예시하는 재료는, 특별히 설명하지 않는 한, 1종 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 조성물 중의 각 성분의 함유량은, 조성물 중에 각 성분에 해당하는 물질이 복수 존재하는 경우, 특별히 설명하지 않는 한, 조성물 중에 존재하는 당해 복수의 물질의 합계량을 의미한다. "~"을 이용하여 나타난 수치 범위는, "~"의 전후에 기재되는 수치를 각각 최솟값 및 최댓값으로서 포함하는 범위를 나타낸다. 본 명세서 중에 단계적으로 기재되어 있는 수치 범위에 있어서, 소정 단계의 수치 범위의 상한값 또는 하한값은, 다른 단계의 수치 범위의 상한값 또는 하한값으로 치환해도 된다. 본 명세서 중에 기재되어 있는 수치 범위에 있어서, 그 수치 범위의 상한값 또는 하한값은, 실시예에 나타나 있는 값으로 치환해도 된다.
<땜납 범프 형성용 부재>
일 양태에 있어서, 땜납 범프 형성용 부재는, 복수의 오목부를 갖는 기체와, 오목부 내에 땜납 입자를 구비하고, 땜납 입자의 평균 입자경이 1~35μm이며, C.V.값이 20% 이하이고, 땜납 입자의 일부가, 오목부로부터 돌출되어 있다. 또, 일 양태에 있어서, 땜납 범프 형성용 부재는, 복수의 오목부를 갖는 기체와, 오목부 내에 땜납 입자를 구비하고, 땜납 입자의 평균 입자경이 1~35μm이며, C.V.값이 20% 이하이고, 단면시에 있어서, 오목부의 깊이를 H1로 하며, 땜납 입자의 높이를 H2로 했을 때, H1<H2이다.
도 1은, 일 실시형태에 관한 땜납 범프 형성용 부재를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 땜납 범프 형성용 부재(10)는, 복수의 오목부(62)를 갖는 기체(60)와, 오목부(62) 내에 땜납 입자(1)를 구비하고 있다. 땜납 범프 형성용 부재(10)의 소정의 종단면에 있어서, 한 개의 땜납 입자(1)는 인접하는 한 개의 땜납 입자(1)와 이격된 상태로 횡방향(도 1에 있어서의 좌우 방향)으로 나열되도록 배치되어 있다. 땜납 입자(1)는, 오목부(62) 내에 있어서, 그 측면 및/또는 바닥면과 접하고 있어도 된다. 땜납 범프 형성용 부재는, 필름상(땜납 범프 형성용 필름), 시트상(땜납 범프 형성용 시트) 등이어도 된다.
땜납 범프 형성용 부재(10)에 있어서, 땜납 입자(1)의 일부는, 상기 오목부로부터 돌출되어 있다. 땜납 입자(1)의 적어도 정부(頂部)가, 땜납 범프 형성용 부재(10)의 오목부(62)로부터 돌출되어 있다(기체(60)의 주면(主面)으로부터 튀어나와 있다)고 할 수 있다. 구체적으로는, 땜납 범프 형성용 부재(10)의 주면에 수직인 단면시에 있어서, 오목부(62)의 깊이를 H1로 하며, 땜납 입자(1)의 높이를 H2로 했을 때, H1<H2이다. 땜납 입자(1)의 높이 H2는, 단면시에 있어서의 오목부(62)의 바닥면부터 땜납 입자(1)의 정부까지의 길이를 말한다. 땜납 입자(1)의 돌출의 정도는 특별히 제한되지 않지만, 전극과의 접합이 보다 적합하게 행해지는 관점에서, H1에 대한 H2의 비(H2/H1)를 1.02 이상으로 할 수 있고, 1.07 이상이어도 된다. 당해 비의 상한은, 땜납 입자(1)의 탈락 억제의 관점에서 3.00이어도 된다.
(땜납 입자)
땜납 입자(1)의 평균 입자경은, 예를 들면 35μm 이하이며, 바람직하게는 30μm 이하, 25μm 이하, 20μm 이하, 또는 15μm 이하이다. 또, 땜납 입자(1)의 평균 입자경은, 예를 들면 1μm 이상이며, 바람직하게는 2μm 이상, 보다 바람직하게는 3μm 이상, 더 바람직하게는 5μm 이상이다.
땜납 입자(1)의 평균 입자경은, 사이즈에 맞춘 각종 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 동적 광산란법, 레이저 회절법, 원심 침강법, 전기적 검지대법, 공진식 질량 측정법 등의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 광학 현미경, 전자 현미경 등에 의하여 얻어지는 화상으로부터, 입자 사이즈를 측정하는 방법을 이용할 수 있다. 구체적인 장치로서는, 플로식 입자상 분석 장치, 마이크로트랙, 쿨터 카운터 등을 들 수 있다. 땜납 입자(1)의 평균 입자경은, 땜납 범프 형성용 부재(10)의 주면에 대하여 수직 방향으로부터 땜납 입자(1)를 관찰했을 때의, 투영 면적 원상당 직경(입자의 투영 면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경)으로 할 수 있다.
땜납 입자(1)의 C.V.값은, 보다 우수한 도전 신뢰성 및 절연 신뢰성을 실현할 수 있는 관점에서, 바람직하게는 20% 이하, 보다 바람직하게는 10% 이하, 더 바람직하게는 7% 이하이다. 또, 땜납 입자(1)의 C.V.값의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 땜납 입자(1)의 C.V.값은 1% 이상이어도 되고, 2% 이상이어도 된다.
땜납 입자(1)의 C.V.값은, 상술한 방법에 의하여 측정된 입자경의 표준 편차를 평균 입자경으로 나눈 값에 100을 곱함으로써 산출된다.
땜납 입자의 표면의 일부에 평면부가 형성되어 있어도 된다. 도 2의 (a)는, 도 1에 있어서의 오목부(62)의 개구와 반대측으로부터 땜납 입자(1)를 본 도이다. 땜납 입자(1)는, 직경 B를 갖는 구의 표면의 일부에 직경 A의 평면부(11)가 형성된 형상을 갖고 있다. 또한, 도 1 및 도 2의 (a)에 나타내는 땜납 입자(1)는, 오목부(62)의 바닥부가 평면이기 때문에 평면부(11)를 갖지만, 오목부(62)의 바닥부가 평면 이외의 형상인 경우는, 바닥부의 형상에 대응한 상이한 형상의 면을 갖는 것이 된다.
도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 땜납 입자(1)는, 표면의 일부에 평면부(11)가 형성되어 있어도 되고, 이때 당해 평면부(11) 이외의 표면은, 구관(球冠)상인 것이 바람직하다. 즉, 땜납 입자(1)는, 평면부(11)와, 구관상의 곡면부를 갖는 것이어도 된다. 땜납 입자(1)의 직경 B에 대한 평면부(11)의 직경 A의 비(A/B)는, 예를 들면 0.01 초과 1.0 미만(0.01<A/B<1.0)이어도 되고, 0.1~0.9여도 된다. 평면부(11)와 오목부(62)의 바닥면은 접촉하고 있어 된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 땜납 입자(1)가 평면부(11)를 갖고 있고, 또한 당해 평면부와 오목부(62)의 바닥면이 접촉하고 있음으로써, 땜납 범프 형성용 부재(10)로부터의 땜납 입자(1)의 탈리가 발생하기 어려워진다. 또한, 후술한 바와 같이, 평면부는, 오목부(62)의 내벽부와 땜납 입자(1)가 접하는 부분에도 발생하는 경우가 있다.
땜납 입자(1)의 투영상에 외접하는 사각형을 2쌍의 평행선에 의하여 작성한 경우에 있어서, 대향하는 변 사이의 거리를 X 및 Y(단 Y<X)로 했을 때에, X에 대한 Y의 비(Y/X)는, 0.8 초과 1.0 미만(0.8<Y/X<1.0)이어도 되고, 0.9 이상 1.0 미만이어도 된다. 이와 같은 땜납 입자(1)는 보다 진구에 가까운 입자라고 할 수 있다. 땜납 입자(1)가 진구에 가까움으로써, 땜납 입자(1)와 전극 간 접촉에 불균일이 발생하기 어려워, 안정된 접속이 얻어지는 경향이 있다. 또, 땜납 입자(1)의 체적에 편차가 적으면, 전극에 대한 접합이 안정되기 쉽다.
도 2의 (b)는, 땜납 입자의 투영상에 외접하는 사각형을 2쌍의 평행선에 의하여 작성한 경우에 있어서의, 대향하는 변 사이의 거리 X 및 Y(단 Y<X)를 나타내는 도이다. 예를 들면, 임의의 입자를 주사형 전자 현미경에 의하여 관찰하여 투영상을 얻는다. 얻어진 투영상에 대하여 2쌍의 평행선을 묘화하고, 1쌍의 평행선은 평행선의 거리가 최소가 되는 위치에, 다른 1쌍의 평행선은 평행선의 거리가 최대가 되는 위치에 배치하여, 그 입자의 Y/X를 구한다. 이 작업을 300개의 땜납 입자에 대하여 행하여 평균값을 산출하여, 땜납 입자의 Y/X로 한다.
땜납 입자(1)는, 주석 또는 주석 합금을 포함하는 것이어도 된다. 주석 합금으로서는, 예를 들면, In-Sn 합금, In-Sn-Ag 합금, Sn-Au 합금, Sn-Bi 합금, Sn-Bi-Ag 합금, Sn-Ag-Cu 합금, Sn-Cu 합금 등을 이용할 수 있다. 이들 주석 합금의 구체예로서는, 하기의 예를 들 수 있다.
·In-Sn(In 52질량%, Bi 48질량% 융점 118℃)
·In-Sn-Ag(In 20질량%, Sn 77.2질량%, Ag 2.8질량% 융점 175℃)
·Sn-Bi(Sn 43질량%, Bi 57질량% 융점 138℃)
·Sn-Bi-Ag(Sn 42질량%, Bi 57질량%, Ag 1질량% 융점 139℃)
·Sn-Ag-Cu(Sn 96.5질량%, Ag 3질량%, Cu 0.5질량% 융점 217℃)
·Sn-Cu(Sn 99.3질량%, Cu 0.7질량% 융점 227℃)
·Sn-Au(Sn 21.0질량%, Au 79.0질량% 융점 278℃)
땜납 입자는, 인듐 또는 인듐 합금을 포함하는 것이어도 된다. 인듐 합금으로서는, 예를 들면, In-Bi 합금, In-Ag 합금 등을 이용할 수 있다. 이들 인듐 합금의 구체예로서는, 하기의 예를 들 수 있다.
·In-Bi(In 66.3질량%, Bi 33.7질량% 융점 72℃)
·In-Bi(In 33.0질량%, Bi 67.0질량% 융점 109℃)
·In-Ag(In 97.0질량%, Ag 3.0질량% 융점 145℃)
땜납 입자(1)의 용도(접속 시의 온도) 등에 따라, 상기 주석 합금 또는 인듐 합금을 선택할 수 있다. 예를 들면, 저온에서의 융착에 땜납 입자(1)를 이용하는 경우, In-Sn 합금, Sn-Bi 합금을 채용하면 되고, 이 경우, 150℃ 이하에서 융착시킬 수 있다. Sn-Ag-Cu 합금, Sn-Cu 합금 등의 융점이 높은 재료를 채용한 경우, 고온 방치 후에 있어서도 높은 신뢰성을 유지할 수 있다.
땜납 입자(1)는, Ag, Cu, Ni, Bi, Zn, Pd, Pb, Au, P 및 B로부터 선택되는 1종 이상을 포함해도 된다. 이들 원소 중, 이하의 관점에서 Ag 또는 Cu를 포함해도 된다. 즉, 땜납 입자(1)가 Ag 또는 Cu를 포함함으로써, 땜납 입자(1)의 융점을 220℃ 정도까지 저하시킬 수 있고, 또한, 전극과의 접합 강도가 보다 향상되기 때문에, 보다 양호한 도통 신뢰성이 얻어지기 쉬워진다.
땜납 입자(1)의 Cu 함유율은 예를 들면 0.05~10질량%이며, 0.1~5질량% 또는 0.2~3질량%여도 된다. Cu 함유율이 0.05질량% 이상이면, 보다 양호한 땜납 접속 신뢰성을 달성하기 쉬워진다. 또, Cu 함유율이 10질량% 이하이면, 융점이 낮고, 젖음성이 우수한 땜납 입자(1)가 되기 쉬워지며, 결과적으로 땜납 입자(1)에 의한 접합부의 접속 신뢰성이 양호해지기 쉽다.
땜납 입자(1)의 Ag 함유율은 예를 들면 0.05~10질량%이며, 0.1~5질량% 또는 0.2~3질량%여도 된다. Ag 함유율이 0.05질량% 이상이면, 보다 양호한 땜납 접속 신뢰성을 달성하기 쉬워진다. 또, Ag 함유율이 10질량% 이하이면, 융점이 낮고, 젖음성이 우수한 땜납 입자(1)가 되기 쉬워지며, 결과적으로 땜납 입자(1)에 의한 접합부의 접속 신뢰성이 양호해지기 쉽다.
(기체)
기체(60)를 구성하는 재료로서는, 예를 들면, 실리콘, 각종 세라믹스, 유리, 스테인리스 스틸 등의 금속 등의 무기 재료, 및, 각종 수지 등의 유기 재료를 사용할 수 있다. 이들 중, 기체(60)는, 땜납 미립자의 용융 온도에서 변질되지 않는 내열성을 갖는 재질이어도 된다. 또, 기체(60)는, 땜납 미립자를 용융시키는 온도에 있어서도, 변형되지 않는 내열성을 갖는 재질이어도 된다. 또, 기체(60)는, 땜납 미립자를 구성하는 재질과 합금화하거나, 반응하여 변화하지 않는 재질이어도 된다. 또, 기체(60)의 오목부(62)는, 절삭법, 포토리소그래피법, 임프린트법 등의 공지의 방법에 의하여 형성할 수 있다. 특히, 임프린트법을 이용하면 짧은 공정에서, 정확한 크기의 오목부(62)를 형성할 수 있다.
기체(60)의 표면은, 피복층을 가져도 된다. 기체(60)에 사용할 수 있는 재료의 선택성이 확대되는 관점에서, 피복층은, 땜납 미립자를 구성하는 재질과 합금화하기 어렵거나 또는 하지 않는 재질이어도 된다. 피복층으로서는, 무기물 또는 유기물을 이용할 수 있다. 피복층으로서는, 알루미늄, 크로뮴 등의 표면에 강고한 산화층을 갖는 무기물, 산화 타이타늄 등의 산화물, 질화 붕소 등의 질화물, 다이아몬드 라이크 카본, 다이아몬드, 흑연 등의 탄소계 재료, 불소 수지, 폴리이미드 등의 고내열 수지 등을 이용할 수 있다. 또한, 피복층은, 땜납과의 젖음성을 조정하는 역할이 있어도 된다. 기체(60)의 표면에 피복층을 마련함으로써, 사용 목적에 맞추어, 땜납과의 젖음성을 적절히 조정할 수 있다.
피복층을 형성하는 방법으로서는, 래미네이팅, 용액 디핑, 도공, 도장, 함침, 스퍼터, 도금 등을 이용할 수 있다.
전사 공정의 조건을 설정하기 쉽게 하는 관점에서, 기체(60)의 재질은, 땜납 입자를 전사하는 전극 및 전극이 형성된 기판과 물성이 가깝거나 또는 동일한 재질이어도 된다. 예를 들면, 열팽창 계수(CTE)가 가깝거나 또는 동일한 재료이면, 땜납 입자의 전사 시에 위치 어긋남이 일어나기 어렵다.
기체(60)에는, 얼라인먼트 마크가 마련되어 있어도 된다. 이 얼라인먼트 마크는, 카메라로 읽어낼 수 있으면 된다. 전극을 갖는 기판 측에도 얼라인먼트 마크가 있어도 된다. 기체(60) 및 전극을 갖는 기판의 얼라인먼트 마크가 마련됨으로써, 땜납 입자를 전극 상에 전사할 때, 위치 맞춤 가능한 장치에 탑재된 카메라에 의하여 기체(60) 상의 얼라인먼트 마크와, 전극을 갖는 기판의 얼라인먼트 마크를 읽어내어, 땜납 입자를 갖는 오목부(62)의 위치와, 땜납 입자를 전사하는 전극의 위치를 정확하게 파악하는 것이 가능해진다. 또, 기체(60) 및 전극을 갖는 기판의 얼라인먼트 마크가 마련됨으로써, 양호한 위치 정밀도로 땜납 입자를 전극 상에 전사할 수 있다.
얼라인먼트 마크는 기체(60) 상에 1개소 이상 있으면 된다. 얼라인먼트 마크가 2개소 이상 있으면 위치 정밀도가 높아진다.
구체적인 기체(60)의 구성에 대하여 이하에 설명한다.
(유기 재료 단층(單層))
기체(60)는 유기 재료로 구성되어 있어도 된다. 유기 재료로서는, 고분자 재료여도 되고, 열가소성, 열경화성, 광경화성 재료 등을 이용할 수 있다. 유기 재료를 이용함으로써, 물성의 선택의 폭이 넓어지기 때문에, 목적에 맞춘 기체(60)를 형성하기 쉽다. 예를 들면, 유기 재료이면, 기체(60)(오목부(62)를 포함한다)를 굽히거나, 펴거나 하기 쉽다. 유기 재료이면, 오목부(62)의 형성에도 각종 수법을 이용할 수 있다. 오목부(62)의 형성 방법으로서는, 임프린트, 포토리소그래피, 절삭 가공, 레이저 가공 등을 이용할 수 있다. 특히 임프린트법에 의하면, 원하는 형상을 갖는 형(몰드)을 유기 재료로 이루어지는 기체(60)에 눌러, 표면에 임의의 형상을 형성할 수 있다. 형(몰드)에 볼록형의 패턴을 형성하여, 유기 재료로 이루어지는 기체(60)에 누름으로써, 원하는 패턴을 갖는 오목부(62)를 형성할 수 있다. 또, 오목부(62)의 형성에 광경화성 수지를 이용할 수도 있고, 형(몰드)에 광경화성 수지를 도포하고, 노광한 후, 형(몰드)을 박리하면, 오목부(62)를 갖는 기체(60)를 형성할 수 있다. 또, 절삭 가공의 경우는, 드릴 등으로 오목부(62)를 형성할 수 있다.
(유기 재료 복층)
기체는 복수의 유기 재료로 구성되어 있어도 된다. 또, 기체는, 복수의 층을 갖고 있어도 되고, 복수의 층은, 각각 다른 유기 재료로 구성되어 있어도 된다. 유기 재료로서는, 고분자 재료여도 되고, 열가소성, 열경화성, 광경화성 재료 등을 이용할 수 있다. 기체는, 유기 재료로 구성되는 2층을 갖고, 편면 측의 유기 재료층에 오목부를 형성하고 있어도 된다. 복층화함으로써, 땜납과 접하는 오목부의 재료는 땜납의 젖음성이 적당한 재료를 선정하는 등, 기능을 나누어 각각의 재료를 선정할 수 있다. 예를 들면, 도 9는, 기체의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 기체(600)는 베이스층(601)과, 오목부층(602)을 구비하고 있다. 베이스층(601)은 오목부층(602)을 지지하는 층이며, 오목부층(602)은 가공에 의하여 오목부(62)가 형성되는 층이다. 베이스층(601)에는 내열성 및 치수 안정성이 우수한 수지 재료를 이용하고, 오목부층(602)에는 오목부(62)의 가공성이 우수한 재료를 선정할 수 있다. 예를 들면, 베이스층(601)에 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드 등의 열가소성 수지를 이용하고, 오목부층(602)에 임프린트 몰드로 오목부(62)를 형성 가능한 열경화성 수지를 이용할 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트와 임프린트 몰드 사이에 열경화성 수지를 두어, 가열 가압함으로써, 평탄성이 우수한 기체(600)(오목부(62)를 포함한다)가 얻어진다. 또, 오목부(62)를 광경화성 재료를 이용하여 형성하는 경우는, 베이스층(601)에 광투과성이 높은 재료를 이용해도 된다. 광투과성이 높은 재료로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 투명(무색 타입)한 폴리이미드, 폴리아마이드 등이어도 된다. 오목부(62)를 광경화성 재료를 이용하여 형성하는 경우는, 예를 들면, 임프린트 몰드의 표면에 광경화성 재료를 적당량 도포하고, 그 위에 폴리에틸렌테레프탈레이트의 필름을 두어, 폴리에틸렌테레프탈레이트 측으로부터 롤러로 가압하면서 자외광을 조사한다. 그리고, 광경화성 재료를 경화시킨 후, 임프린트 몰드를 박리함으로써, 폴리에틸렌테레프탈레이트의 층과 광경화성 재료의 층을 갖고, 오목부(62)가 광경화성 재료로 형성된 기체(600)를 얻을 수 있다. 오목부(62)의 내벽과 바닥부의 재료 구성은 변경할 수 있다. 예를 들면, 오목부(62)의 내벽과 바닥부는 동일한 수지 재료의 구성으로 할 수 있다. 또, 오목부(62)의 내벽과 바닥부는 상이한 수지 재료(예를 들면, 열경화성 재료와 열가소성 재료)의 구성으로 할 수 있다.
또, 유기 재료로서 감광성 재료를 이용해도 된다. 감광성 재료로서는, 포지티브형 감광성 재료, 네거티브형 감광성 재료여도 된다. 예를 들면, 열가소성의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 표면에 감광성 재료를 균일 두께로 형성하여, 노광과 현상을 행함으로써, 용이하게 오목부(62)를 형성할 수 있다. 노광과 현상(포토리소그래피법)을 이용하는 방법은, 반도체, 배선판 등의 제조에서 널리 이용되고 있으며, 범용성이 높은 방법이다. 또, 노광 방법으로서는 마스크를 이용한 노광 외에, 다이렉트 레이저 노광과 같은 직접 묘화 방법을 이용하는 것도 가능하다.
오목부층(602)을 형성하는 재료의 두께보다, 베이스층(601)의 재료를 두껍게 함으로써, 기체(600) 전체의 물성을 베이스층(601)의 재료의 특성으로 지배적으로 할 수 있다. 이로써, 예를 들면 오목부층(602)을 형성하는 재료의 특성에 약점이 있어도, 베이스층(601)의 재료에 의하여 그것을 보완할 수 있다. 예를 들면, 오목부층(602)을 형성하는 재료가 열수축하기 쉬운 재료여도, 베이스층(601)의 재료에 열수축하기 어려운 재료를 선정하고, 베이스층(601)의 두께를 오목부층(602)을 형성하는 재료 두께보다 두껍게 함으로써, 가열 시의 변형을 억제할 수 있다.
또, 내열성 또는 치수 안정성이 우수한 수지 재료와, 땜납 미립자의 용융 온도에서의 성분 용출이 적은 재료의 조합, 내열성 또는 치수 안정성이 우수한 수지 재료와, 땜납의 젖음성이 적당한 재료의 조합 등, 목적에 맞추어 유기 재료를 적절히 선정할 수 있다.
이상과 같이, 기체는 베이스층(601)과 오목부층(602)으로 구성되는 기체(600)여도 된다. 예를 들면, 오목부층(602)을 감광성 재료로 함으로써, 포토리소그래피에 의하여 오목부(62)를 제작할 수 있다. 오목부층(602)에 광 또는 열경화성 재료, 열가소성 재료 등을 이용함으로써, 임프린트법에 의하여, 용이하게 오목부(62)를 제작할 수 있다. 또, 베이스층(601)의 두께를 바꿈으로써 기체 전체의 특성을 조정하는 것도 가능하기 때문에, 원하는 특성을 겸비하는 기체를 제작할 수 있는 이점이 있다.
(무기 재료 단층(불투명))
기체(60)는 무기 재료로 구성되어 있어도 된다. 성분의 용출 및 이물의 발생을 낮게 제어하는 것이 용이한 관점에서, 예를 들면, 무기 재료로서, 실리콘(실리콘 웨이퍼), 스테인리스, 알루미늄 등을 이용할 수 있다. 이들 재료는, 반도체의 실장 프로세스 등에서 이용하는 경우에, 오염 대책이 용이하고, 높은 수율과 안정된 생산에 기여할 수 있다. 또, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼 상의 전극에, 오목부(62) 내에 형성된 땜납 입자를 전사하는 경우, 기체(60)가 실리콘 웨이퍼로 제작되어 있으면, CTE가 가깝거나 또는 동일한 재료가 이용되게 된다. 이로써, 위치 어긋남, 휨 등이 일어나기 어렵고, 정확한 위치에 대한 전사가 가능해진다. 오목부(62)의 형성 방법으로서는, 레이저, 절삭 등에 의한 가공, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭법, 전자선 묘화(예를 들면 FIB 가공) 등을 이용할 수 있다. 드라이 에칭은, 반도체, MEMS 등의 제작에서 널리 이용되고 있으며, 미크론 오더부터 나노 오더의 높은 정밀도로 무기 재료를 가공할 수 있다.
(무기 재료 단층(투명))
기체(60)로서, 유리, 석영, 사파이어 등을 이용할 수 있다. 이들 재료는 투명성이 있기 때문에, 전극이 형성된 다른 기판에, 오목부(62) 내의 땜납 입자를 전사할 때에, 용이하게 위치 맞춤이 가능하다. 오목부(62)의 형성 방법으로서는, 레이저, 절삭 등에 의한 가공, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭법, 전자선 묘화(예를 들면 FIB 가공) 등을 이용할 수 있다.
무기 재료를 이용하는 이점은, 유기 재료와 비교하여 치수 안정성이 우수한 것이다. 오목부(62) 내의 땜납 입자를 전극 상에 전사할 때에, 높은 위치 정밀도로 전사할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 미터 오더의 사이즈 또한 피치의 복수 전극에 땜납 입자를 전사하는 경우, 치수 안정성이 우수한 무기 재료를 이용하면, 어느 전극 상에도 동일한 위치에 땜납 입자를 전사할 수 있다.
(유기 무기 복합 재료)
기체는 복수의 재료로 구성되어 있어도 된다. 또, 기체는, 복수의 층을 갖고 있어도 되고, 복수의 층은, 각각 다른 재료로 구성되어 있어도 된다. 유기 무기 복합 재료로서는, 예를 들면, 무기 재료와 무기 재료의 조합, 무기 재료와 유기 재료의 조합을 이용할 수 있다. 무기 재료와 유기 재료의 조합은, 치수 안정성과 오목부(62)의 가공성의 양립이 도모된다. 무기 재료와 유기 재료의 조합을 갖는 기체로서는, 예를 들면, 무기 재료인 실리콘, 각종 세라믹스, 유리, 스테인리스 스틸 등의 금속으로 이루어지는 베이스층(601)과, 유기 재료로 이루어지는 오목부층(602)을 구비하는 기체를 들 수 있다. 그와 같은 기체는, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼의 표면에 감광성 재료를 성막하여, 노광과 현상에 의하여 오목부를 형성하는 방법에 의하여 얻을 수 있다. 오목부(62)의 내벽과 바닥부가 감광성 재료로 구성되어 있어도 되고, 오목부(62)의 내벽이 감광성 재료로 바닥부가 실리콘 웨이퍼로 구성되어 있어도 된다. 오목부(62)의 구성은, 오목부(62) 내의 땜납 입자와의 젖음성, 전극으로의 전사의 용의성 등의 목적에 맞추어 적절히 선택할 수 있다. 오목부(62)의 내벽과 바닥부가 감광성 재료로 구성되는 경우, 실리콘 웨이퍼 표면에 감광성 재료를 성막하여 경화시킴으로써, 실리콘 웨이퍼 표면에 감광성 재료층을 한 층 마련하고, 당해 층의 표면에 다시 감광성 재료를 성막하여, 노광·현상을 행함으로써 오목부(62)를 마련하는 방법을 이용할 수 있다. 이 경우, 실리콘 웨이퍼 표면 측의 감광성 재료와, 추가로 최표층에 마련한 감광성 재료가 상이한 조성이어도 된다. 감광성 재료는, 땜납 입자의 젖음성, 오염성 등을 고려하여, 적절히 선택할 수 있다. 특히, 오목부(62) 내에 형성한 땜납 입자를, 전극 상에 전사할 때는, 최표층의 감광성 재료층의 표면이 전극 상 또는 전극을 갖는 기판의 표면과 접할 가능성이 있다. 그 때문에, 전극 및 기판에 대미지를 주지 않는, 또는 전극 및 기판을 오염시키지 않는 감광성 재료를 적절히 선택할 수 있다. 감광성 재료는, 미경화 성분의 용출, 할로젠계 재료, 실리콘계 재료 등에 의한 오염을 방지하는 재료여도 된다. 또, 감광성 재료는, 땜납 입자를 전극에 전사할 때의 환원 분위기, 플럭스 등에 대한 내성이 높은 재료여도 된다. 예를 들면, 감광성 재료는, 폼산, 수소, 수소 라디칼 등의 환원 분위기에 대한 내성이 있는 재료여도 된다. 또한, 감광성 재료는, 땜납 입자를 전극에 전사할 때의 온도에 대하여 내성이 높은 재료여도 된다. 구체적으로는, 감광성 재료는, 100℃ 이상 300℃ 이하의 온도에 대하여 내성이 있는 재료여도 된다. 땜납 입자의 융점은 그 구성 재료에 따라 상이하기 때문에, 감광성 재료의 내열 온도도 이용하는 땜납 재료에 맞추어 선택할 수 있다. 전자 기기에서 널리 이용되고 있는 납 프리 땜납인 주석-은-구리계 땜납(예: SAC305(융점 219℃))을 이용하는 경우, 220℃ 이상의 내열성, 특히 리플로 프로세스에서 이용되는 260℃ 이상의 내열성이 있는 재료를 이용할 수 있다. 주석-비스무트계 땜납(예: SnBi58(융점 139℃))을 이용하는 경우, 140℃ 이상의 내열성이 있는 재료를 이용할 수 있고, 160℃ 이상의 내열성이 있는 재료이면, 산업상의 이용 우도(尤度)가 넓어진다. 인듐 땜납(융점 159℃)을 이용하는 경우, 170℃ 이상의 내열성이 있는 재료를 이용할 수 있다. 인듐-주석 땜납(예: 융점 120℃)을 이용하는 경우, 130℃ 이상의 내열성이 있는 재료를 이용할 수 있다.
다른 기체로서는, 스테인리스 스틸판 상에 열경화성 또는 열가소성 수지로 형성된 오목부(62)를 갖는 기체를 들 수 있다. 당해 기체는, 스테인리스 스틸판과 임프린트 몰드 사이에 열경화성 재료(수지)를 두어, 가압 가열한 후, 임프린트 몰드를 박리하는 방법에 의하여 얻을 수 있다. 다른 기체로서는, 유리판 상에 광경화성 재료로 형성된 오목부(62)를 갖는 기체를 들 수 있다. 당해 기체는, 유리판 상에 광경화성 재료를 도포하고, 임프린트 몰드를 누르면서 노광하여 광경화성 재료를 경화시켜, 임프린트 몰드를 박리하는 방법에 의하여 얻을 수 있다. 임프린트 몰드를 이용하여 오목부(62)를 형성하는 경우, 가압 조건에 따라 오목부(62)의 내벽과 바닥부의 재료 구성을 변경할 수 있다. 예를 들면, 가압 조건을 엄격하지 않게 한 경우, 오목부(62)의 내벽과 바닥부는 동일한 수지 재료의 구성으로 할 수 있다. 한편으로, 가압 조건을 엄격하게 한 경우, 오목부(62)의 내벽은 수지 재료, 바닥부는 무기 재료의 구성으로 할 수 있다.
베이스층(601)의 재료로서, 유리 섬유, 필러 등과, 수지 성분을 포함하는 복합재를 이용할 수도 있다. 복합재로서는, 배선판용 구리 피복 적층판 등을 들 수 있다. 구리 피복 적층판의 표면에 감광성 재료, 열경화성 수지, 광경화성 수지 등을 도포하여, 상술한 바와 같이 오목부(62)를 형성할 수 있다. 구리 피복 적층판은 주로 수지 재료분이 많이 포함되지만, 유리 섬유, 각종 필러 등과의 조합에 의하여 저(低)CTE로 할 수 있기 때문에, 상술한 치수 안정성을 확보할 수 있다. 또, 구리 피복 적층판 상에 전극을 형성한 경우, 오목부(62)도 동일한 구리 피복 적층판 상에 형성함으로써, 양자의 CTE가 동일하거나 또는 가까운 값이 되고, 오목부(62) 내의 땜납 입자의 전사 시에 위치 맞춤이 용이하여, 위치 어긋남이 일어나기 어려운 이점이 있다.
오목부층(602)의 재료로서, 패키지용 밀봉재를 이용할 수도 있다. 밀봉재로서는 고형, 액상 및 필름상 모두 이용할 수 있다. 밀봉재를 유리, 실리콘 웨이퍼 등의 상에 박층으로 적층하고, 임프린트 몰드로 가압 가열함으로써, 오목부(62)를 형성할 수 있다.
<땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법>
땜납 범프 형성용 부재(10)의 제조 방법은, 복수의 오목부를 갖는 기체 및 땜납 미립자를 준비하는 준비 공정과, 땜납 미립자의 적어도 일부를 오목부에 수용하는 수용 공정과, 오목부에 수용된 땜납 미립자를 융합시켜, 오목부 내에 땜납 입자를 형성하는 융합 공정이며, 땜납 입자의 일부가, 오목부로부터 돌출되어 있는 공정을 구비한다.
도 3~6을 참조하면서, 제1 실시형태에 관한 땜납 범프 형성용 부재(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 땜납 미립자와, 땜납 미립자를 수용하기 위한 기체(60)를 준비한다. 도 3의 (a)는, 기체(60)의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이며, 도 3의 (b)는, 도 3의 (a)의 Ib-Ib선에 있어서의 단면도이다. 도 3의 (a)에 나타내는 기체(60)는, 복수의 오목부(62)를 갖고 있다. 복수의 오목부(62)는 소정의 패턴으로 규칙적으로 배치되어 있어도 된다. 접속해야 할 전극의 형상, 사이즈 및 패턴 등에 따라, 복수의 오목부(62)의 위치 및 개수 등을 설정하면 된다.
인접하는 오목부 사이의 거리 L에 특별히 제한은 없지만, 수용되는 땜납 입자의 평균 입자경의 0.1배 이상으로 할 수 있고, 0.2배 이상이어도 된다. 당해 값의 상한은, 예를 들면 0.3배로 할 수 있다. 오목부 사이의 거리란 오목부의 중심간 거리가 아니라, 오목부 개구의 가장자리로부터 가장자리로의 거리이다.
기체(60)의 오목부(62)는, 오목부(62)의 바닥부(62a) 측으로부터 기체(60)의 표면(60a) 측을 향하여 개구 면적이 확대되는 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 오목부(62)의 바닥부(62a)의 폭(도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 있어서의 폭 a)은, 오목부(62)의 표면(60a)에 있어서의 개구의 폭(도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 있어서의 폭 b)보다 좁은 것이 바람직하다. 그리고, 오목부(62)의 사이즈(폭 a, 폭 b, 용적, 테이퍼 각도 및 깊이 등)는, 목적으로 하는 땜납 입자의 사이즈에 따라 설정하면 된다.
또한, 오목부(62)의 형상은 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 나타내는 형상 이외의 형상이어도 된다. 예를 들면, 오목부(62)의 표면(60a)에 있어서의 개구의 형상은, 도 3의 (a)에 나타내는 것 같은 원형 이외에, 타원형, 삼각형, 사각형, 다각형 등이어도 된다.
또, 표면(60a)에 대하여 수직인 단면에 있어서의 오목부(62)의 형상은, 예를 들면, 도 4에 나타내는 것 같은 형상이어도 된다. 도 4의 (a)~(h)는, 기체가 갖는 오목부의 단면 형상의 예를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 4의 (a)~(h)에 나타내는 어느 단면 형상도, 오목부(62)의 표면(60a)에 있어서의 개구의 폭(폭 b)이, 단면 형상에 있어서의 최대폭으로 되어 있다. 이로써, 오목부(62) 내에 형성된 땜납 입자가 취출되기 쉬워져, 작업성이 향상된다. 또, 상기 개구의 폭(폭 b)이, 단면 형상에 있어서의 최대폭으로 되어 있는 점에서, 땜납 입자(1)를 전극 상에 전사하는 경우에, 땜납 입자(1)가 오목부(62)로부터 빠져 나가기 쉬워, 전사율의 향상을 기대할 수 있다. 또, 상기 개구의 폭(폭 b)을 적절히 조정함으로써, 땜납 입자(1)를 전극 상에 전사할 때의 위치 어긋남이 일어나기 어려워져, 정확한 위치에 땜납 범프를 형성하기 쉬워진다.
준비 공정에서 준비된 땜납 미립자는, 오목부(62)의 표면(60a)에 있어서의 개구의 폭(폭 b)보다 작은 입자경의 미립자를 포함하는 것이면 되고, 폭 b보다 작은 입자경의 미립자를 보다 많이 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 땜납 미립자는, 입도 분포의 D10 입자경이 폭 b보다 작은 것이 바람직하고, 입도 분포의 D30 입자경이 폭 b보다 작은 것이 보다 바람직하며, 입도 분포의 D50 입자경이 폭 b보다 작은 것이 더 바람직하다.
땜납 미립자의 입도 분포는, 사이즈에 맞춘 각종 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 동적 광산란법, 레이저 회절법, 원심 침강법, 전기적 검지대법, 공진식 질량 측정법 등의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 광학 현미경, 전자 현미경 등에 의하여 얻어지는 화상으로부터, 입자 사이즈를 측정하는 방법을 이용할 수 있다. 구체적인 장치로서는, 플로식 입자상 분석 장치, 마이크로트랙, 쿨터 카운터 등을 들 수 있다.
준비 공정에서 준비된 땜납 미립자의 C.V.값은 특별히 한정되지 않지만, 대소의 미립자의 조합에 의한 오목부(62)에 대한 충전성이 향상되는 관점에서, C.V.값은 높은 것이 바람직하다. 예를 들면, 땜납 미립자의 C.V.값은, 20%를 초과하고 있어도 되고, 바람직하게는 25% 이상, 보다 바람직하게는 30% 이상이다.
땜납 미립자의 C.V.값은, 상술한 방법에 의하여 측정된 입자경의 표준 편차를 평균 입자경(D50 입자경)으로 나눈 값에 100을 곱함으로써 산출된다.
땜납 미립자는, 주석 또는 주석 합금을 포함하는 것이어도 된다. 주석 합금으로서는, 예를 들면, In-Sn 합금, In-Sn-Ag 합금, Sn-Au 합금, Sn-Bi 합금, Sn-Bi-Ag 합금, Sn-Ag-Cu 합금, Sn-Cu 합금 등을 이용할 수 있다. 이들 주석 합금의 구체예로서는, 하기의 예를 들 수 있다.
·In-Sn(In 52질량%, Bi 48질량% 융점 118℃)
·In-Sn-Ag(In 20질량%, Sn 77.2질량%, Ag 2.8질량% 융점 175℃)
·Sn-Bi(Sn 43질량%, Bi 57질량% 융점 138℃)
·Sn-Bi-Ag(Sn 42질량%, Bi 57질량%, Ag 1질량% 융점 139℃)
·Sn-Ag-Cu(Sn 96.5질량%, Ag 3질량%, Cu 0.5질량% 융점 217℃)
·Sn-Cu(Sn 99.3질량%, Cu 0.7질량% 융점 227℃)
·Sn-Au(Sn 21.0질량%, Au 79.0질량% 융점 278℃)
땜납 미립자는, 인듐 또는 인듐 합금을 포함하는 것이어도 된다. 인듐 합금으로서는, 예를 들면, In-Bi 합금, In-Ag 합금 등을 이용할 수 있다. 이들 인듐 합금의 구체예로서는, 하기의 예를 들 수 있다.
·In-Bi(In 66.3질량%, Bi 33.7질량% 융점 72℃)
·In-Bi(In 33.0질량%, Bi 67.0질량% 융점 109℃)
·In-Ag(In 97.0질량%, Ag 3.0질량% 융점 145℃)
땜납 입자의 용도(사용 시의 온도) 등에 따라, 상기 주석 합금 또는 인듐 합금을 선택할 수 있다. 예를 들면, 저온에서의 융착에 이용하는 땜납 입자를 얻고자 하는 경우, In-Sn 합금, Sn-Bi 합금을 채용하면 되고, 이 경우, 150℃ 이하에서 융착 가능한 땜납 입자가 얻어진다. Sn-Ag-Cu 합금, Sn-Cu 합금 등의 융점이 높은 재료를 채용한 경우, 고온 방치 후에 있어서도 높은 신뢰성을 유지 가능한 땜납 입자를 얻을 수 있다.
땜납 미립자는, Ag, Cu, Ni, Bi, Zn, Pd, Pb, Au, P 및 B로부터 선택되는 1종 이상을 포함해도 된다. 이들 원소 중, 이하의 관점에서 Ag 또는 Cu를 포함해도 된다. 즉, 땜납 미립자가 Ag 또는 Cu를 포함함으로써, 얻어지는 땜납 입자의 융점을 220℃ 정도까지 저하시킬 수 있는, 전극과의 접합 강도가 우수한 땜납 입자가 얻어지는 것에 의하여 보다 양호한 도통 신뢰성이 얻어진다는 효과가 나타난다.
땜납 미립자의 Cu 함유율은 예를 들면 0.05~10질량%이며, 0.1~5질량% 또는 0.2~3질량%여도 된다. Cu 함유율이 0.05질량% 이상이면, 양호한 땜납 접속 신뢰성을 달성 가능한 땜납 입자가 얻어지기 쉬워진다. 또, Cu 함유율이 10질량% 이하이면, 융점이 낮고, 젖음성이 우수한 땜납 입자가 얻어지기 쉬워져, 결과적으로 땜납 범프 부착 전극의 접속 신뢰성이 보다 양호해지기 쉽다.
땜납 미립자의 Ag 함유율은 예를 들면 0.05~10질량%이며, 0.1~5질량% 또는 0.2~3질량%여도 된다. Ag 함유율이 0.05질량% 이상이면, 양호한 땜납 접속 신뢰성을 달성 가능한 땜납 입자가 얻어지기 쉬워진다. 또, Ag 함유율이 10질량% 이하이면, 융점이 낮고, 젖음성이 우수한 땜납 입자가 얻어지기 쉬워져, 결과적으로 땜납 범프 부착 전극의 접속 신뢰성이 보다 양호해지기 쉽다.
수용 공정에서는, 기체(60)의 오목부(62)의 각각에, 준비 공정에서 준비한 땜납 미립자를 수용한다. 수용 공정에서는, 준비 공정에서 준비한 땜납 미립자의 전부를 오목부(62)에 수용하는 공정이어도 되고, 준비 공정에서 준비한 땜납 미립자의 일부(예를 들면, 땜납 미립자 중, 오목부(62)의 개구의 폭 b보다 작은 것)를 오목부(62)에 수용하는 공정이어도 된다.
도 5는, 기체(60)의 오목부(62)에 땜납 미립자(111)가 수용된 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 복수의 오목부(62)의 각각에, 복수의 땜납 미립자(111)가 수용된다.
오목부(62)에 수용된 땜납 미립자(111)의 양을 조정함으로써, 땜납 입자(1)의 돌출의 정도를 조정할 수 있다. 오목부(62)에 수용된 땜납 미립자(111)의 양은, 예를 들면, 오목부(62)의 용적에 대하여 20% 이상인 것이 바람직하고, 30% 이상인 것이 보다 바람직하며, 50% 이상인 것이 더 바람직하고, 60% 이상인 것이 가장 바람직하다. 이로써, 오목부(62)로부터 땜납 입자의 일부를 돌출시킬 수 있다. 또, 수용량의 편차가 억제되어, 입도 분포가 보다 작은 땜납 입자가 얻어지기 쉬워진다.
일반적으로 땜납 재료는, 융점 이상의 환경하에서 용해 상태가 되면, 자신의 표면장력에 의하여 구상으로 뭉치는 성질이 있다.
오목부(62)에 수용된 땜납 미립자(111)는, 후술하는 융합 공정에 의하여 뭉쳐, 땜납 입자(1)가 된다. 얻어진 땜납 입자(1)의 높이가, 오목부(62)의 깊이보다 높아져, 땜납 입자(1)가 오목부(62)로부터 돌출된다. 따라서, 땜납 입자(1)의 직경이 오목부(62)의 깊이보다 커지면, 땜납 입자(1)는 오목부(62)로부터 돌출된다. 오목부(62)의 형상과, 오목부(62)에 수용하는 땜납 미립자(111)의 양에 의하여, 땜납 입자(1)의 직경을 조정할 수 있기 때문에, 그것에 의하여 오목부(62)로부터의 돌출의 정도를 조정할 수 있다.
또, 땜납 미립자(111)가 후술하는 융합 공정에서 용해했을 때, 오목부(62)의 바닥부 및 내벽부의 재질에 따라서는, 바닥부 및 내벽부에 있어서 젖음 확산이 발생하고, 땜납 입자(1)의 적어도 일부에, 오목부(62)의 바닥부 및/또는 내벽부와 접한 부분이 발생한다. 이로써, 땜납 입자(1)의 적어도 일부에, 평면부가 발생하는 경우가 있다. 이 평면부의 크기는, 오목부(62)의 바닥부 및 내벽부의 표면 재질과, 땜납 미립자(111)를 구성하는 땜납 조성의 조합에 따라 상이하다. 따라서, 땜납 입자(1)의 형태는, 진구의 형태, 타원체, 편평한 구체, 일부에 평면부를 갖는 형태 등이 된다. 기체(60)로서는, 유리, 실리콘 등의 무기물, 혹은 플라스틱, 수지 등의 유기물을 이용할 수 있고, 그와 같은 재질의 바닥부 및 내벽부는, 일반적으로 땜납과의 젖음성이 낮은 경향이 있어, 땜납 입자(1)는 대략 진구에 가까운 구형이 되기 쉽다. 따라서, 땜납 입자(1)가 진구에 가까운 구체라고 가정하고, 땜납 입자(1)의 높이를 땜납 입자(1)의 직경으로 근사할 수도 있다. 오목부(62)에 충전한 땜납 미립자(111)의 합계 체적으로부터, 땜납 입자(1)의 직경을 계산할 수 있기 때문에, 오목부(62)로부터 땜납 입자(1)가 돌출되기 위하여 필요한 땜납 미립자(111)의 양을 산출할 수 있다.
오목부(62)에 충전한 땜납 미립자(111)가 모두 용해, 합일화하여 땜납 입자(1)가 되고, 땜납 입자(1)가 구체라고 가정하여, 땜납 입자(1)가 오목부(62)로부터 돌출되기 위하여 필요한 땜납 미립자(111)의 양을 나타낼 수 있다.
오목부(62)의 상부 직경(개구폭 b)을 L, 오목부(62)의 깊이를 D로 했을 때, 오목부의 애스펙트비는, L/D로 나타낸다. 이때, 땜납 미립자(111)의 오목부(62)에 대한 충전율은, 애스펙트비가 1인 경우에 66체적% 이상, 애스펙트비 0.75인 경우에 38체적% 이상, 애스펙트비 0.5인 경우에 17체적% 이상, 애스펙트비 0.25인 경우에 5체적% 이상이 바람직하다.
수용량의 편차를 억제하기 위하여, 오목부(62)의 크기, 직경과 깊이의 비율(애스펙트비)에 맞추어, 땜납 미립자(111)의 평균 입자경, 입도 등을 선택하면 된다. 예를 들면, 오목부(62)의 직경이 4μm이고 깊이가 4μm(애스펙트비가 1)인 경우는, 평균 입자경이 1~2μm 이하인 땜납 미립자(111)를 이용함으로써, 오목부(62)의 충전량의 편차를 억제할 수 있고, 얻어진 땜납 입자(1)의 직경의 편차도 억제되며, 오목부(62)로부터의 돌출량(높이)의 편차도 억제하기 쉬워진다. 오목부(62)로부터의 돌출량(높이)의 편차가 억제되면, 땜납 입자(1)를 전극에 눌렀을 때, 땜납 입자(1)와 전극의 접촉이 안정되어, 땜납 범프의 형성 편차가 억제되기 쉽다.
오목부(62)에 수용된 땜납 미립자(111)가, 용해하여 합일화할 때에, 하나로 뭉치기 쉽게 하기 위해서는, 오목부(62)의 바닥부 형상을 조정하면 된다. 예를 들면, 도 4의 (b), (e), (g), (h)와 같이, 중심을 향하여 구배(勾配)가 있는 바닥부 형상을 선택하면 바람직하다. 특히, 오목부(62)의 애스펙트비가 큰 경우, 바꾸어 말하면 오목부(62)의 개구폭이 넓고, 얕은 형상을 갖는 경우는, 땜납 미립자(111)가 용해했을 때에, 합일화되지 않고 잔존하는 땜납 미립자(111)가 발생하기 쉽기 때문에, 오목부(62)의 바닥부의 형상을 도 4의 (b), (e), (g), (h)와 같이 조정하는 것이 바람직하다.
땜납 미립자를 오목부(62)에 수용하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 수용 방법은, 건식, 습식 중 어느 것이어도 된다. 예를 들면, 준비 공정에서 준비한 땜납 미립자를 기체(60) 상에 배치하고, 스퀴지를 이용하여 기체(60)의 표면(60a)을 문지름으로써, 여분의 땜납 미립자를 제거하면서, 오목부(62) 내에 충분한 땜납 미립자를 수용할 수 있다. 오목부(62)의 개구의 폭 b가 오목부(62)의 깊이보다 큰 경우, 오목부(62)의 개구로부터 땜납 미립자가 튀어나오는 경우가 있다. 스퀴지를 이용하면, 오목부(62)의 개구로부터 튀어나와 있는 땜납 미립자는 제거된다. 여분의 땜납 미립자를 제거하는 방법으로서, 압축 공기를 분사하거나, 부직포 또는 섬유의 다발로 기체(60)의 표면(60a)을 문지르는 등의 방법도 들 수 있다. 이들 방법은, 스퀴지와 비교하여 물리적인 힘이 약하기 때문에, 변형되기 쉬운 땜납 미립자를 취급하는 데 있어서 바람직하다. 또, 이들 방법에서는, 오목부(62)의 개구로부터 튀어나와 있는 땜납 미립자를 오목부 내에 남길 수도 있다.
융합 공정은, 오목부(62)에 수용된 땜납 미립자(111)를 (예를 들면 130~260℃로 가열함으로써) 융합시켜, 오목부(62) 내에, 일부가 오목부(62)로부터 돌출되는 땜납 입자(1)를 형성하는 공정이다. 오목부(62)에 수용된 땜납 미립자(111)는, 용융함으로써 합일화하며, 표면장력에 의하여 구상화한다. 이때, 오목부(62)의 바닥부(62a)와의 접촉부에서는, 용융한 땜납이 바닥부(62a)에 추종하여 평면부(11)를 형성한다. 이로써, 형성되는 땜납 입자(1)는, 표면의 일부에 평면부(11)를 갖는 형상이 된다. 이와 같이 하여, 도 1에 나타내는 땜납 범프 형성용 부재(10)가 얻어진다.
오목부(62)에 수용된 땜납 미립자(111)를 용융시키는 방법으로서는, 땜납 미립자(111)를 땜납의 융점 이상으로 가열하는 방법을 들 수 있다. 땜납 미립자(111)는, 산화 피막의 영향으로 융점 이상의 온도에서 가열해도 용융하지 않거나, 젖음 확산되지 않거나 하여, 합일화하지 않는 경우가 있다. 이 때문에, 땜납 미립자(111)를 환원 분위기하에 노출시키고, 땜납 미립자(111)의 표면 산화 피막을 제거한 후에, 땜납 미립자(111)의 융점 이상의 온도로 가열함으로써, 땜납 미립자(111)를 용융시켜, 젖음 확산, 합일화시킬 수 있다. 또, 땜납 미립자(111)의 용융은, 환원 분위기하에서 행하는 것이 바람직하다. 땜납 미립자(111)를 땜납 미립자(111)의 융점 이상으로 가열하고, 또한 환원 분위기로 함으로써, 땜납 미립자(111)의 표면의 산화 피막이 환원되며, 땜납 미립자(111)의 용융, 젖음 확산, 합일화가 효율적으로 진행되기 쉬워진다. 즉, 땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법은, 융합 공정 전에, 오목부에 수용된 땜납 미립자를 환원 분위기에 노출시키는 환원 공정을 더 구비해도 된다. 또, 땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법의 융합 공정에 있어서, 땜납 미립자를 환원 분위기하에서 융합시켜도 된다.
환원 분위기로 하는 방법은, 상술한 효과가 얻어지는 방법이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 수소 가스, 수소 라디칼, 폼산 가스 등을 이용하는 방법이 있다. 예를 들면, 수소 환원로, 수소 라디칼 환원로, 폼산 환원로, 또는 이들의 컨베이어노 혹은 연속로를 이용함으로써, 환원 분위기하에 땜납 미립자(111)를 용융시킬 수 있다. 이들 장치는, 노 내에, 가열 장치, 불활성 가스(질소, 아르곤 등)를 충전하는 챔버, 챔버 내를 진공으로 하는 기구 등을 구비하고 있어도 되고, 이것에 의하여 환원 가스의 제어가 보다 용이해진다. 또, 챔버 내를 진공으로 할 수 있으면, 땜납 미립자(111)의 용융 및 합일화 후에, 감압에 의하여 보이드의 제거를 행할 수 있고, 접속 안정성이 한층 우수한 땜납 입자(1)를 얻을 수 있다.
땜납 미립자(111)의 환원, 용해 조건, 온도, 노 내 분위기 조정 등의 프로파일은, 땜납 미립자(111)의 융점, 입도, 오목부 사이즈, 기체(60)의 재질 등을 감안하여 적절히 설정되어도 된다. 예를 들면, 땜납 미립자(111)가 오목부에 충전된 기체(60)를, 노 내에 삽입하여, 진공 배기를 행한 후에, 환원 가스를 도입하여, 노 내를 환원 가스로 채우고, 땜납 미립자(111)의 표면 산화 피막을 제거한 후, 진공 배기로 환원 가스를 제거하며, 그 후, 땜납 미립자(111)의 융점 이상으로 가열하여, 땜납 미립자를 용해 및 합일화시켜, 오목부(62) 내에 땜납 입자를 형성한 후, 질소 가스를 충전하고 나서 노 내 온도를 실온으로 되돌려, 땜납 입자(1)를 얻을 수 있다. 또, 예를 들면, 땜납 미립자(111)가 오목부에 충전된 기체(60)를, 노 내에 삽입하여, 진공 배기를 행한 후에, 환원 가스를 도입하여, 노 내를 환원 가스로 채우고, 노 내 가열 히터에 의하여 땜납 미립자(111)를 가열하여, 땜납 미립자(111)의 표면 산화 피막을 제거한 후, 진공 배기로 환원 가스를 제거하며, 그 후, 땜납 미립자(111)의 융점 이상으로 가열하여, 땜납 미립자를 용해 및 합일화시켜, 오목부(62) 내에 땜납 입자를 형성한 후, 질소 가스를 충전하고 나서 노 내 온도를 실온으로 되돌려, 땜납 입자(1)를 얻을 수 있다. 환원 분위기하에서, 땜납 미립자를 가열함으로써, 환원력이 증가하여, 땜납 미립자의 표면 산화 피막의 제거가 용이하게 되는 이점이 있다.
또한, 예를 들면, 땜납 미립자(111)가 오목부에 충전된 기체(60)를, 노 내에 삽입하여, 진공 배기를 행한 후에, 환원 가스를 도입하여, 노 내를 환원 가스로 채우고, 노 내 가열 히터에 의하여 땜납 미립자(111)의 융점 이상으로 가열하여, 땜납 미립자(111)의 표면 산화 피막을 환원에 의하여 제거함과 동시에 땜납 미립자를 용해 및 합일화시켜, 오목부(62) 내에 땜납 입자를 형성하여, 진공 배기로 환원 가스를 제거하며, 추가로 땜납 입자 내의 보이드를 줄인 후, 질소 가스를 충전하고 나서 노 내 온도를 실온으로 되돌려, 땜납 입자(1)를 얻을 수 있다. 이 경우는, 노 내 온도의 상승, 하강의 조절이 각각 1회이면 되기 때문에, 단시간에 처리할 수 있는 이점이 있다.
상술한 오목부(62) 내에 땜납 입자를 형성한 후에, 한번 더 노 내를 환원 분위기로 하여, 전부 제거하지 못했던 표면 산화 피막을 제거하는 공정을 추가해도 된다. 이로써, 융합되지 않고 남아 있던 땜납 미립자, 융합되지 않고 남아 있던 산화 피막의 일부 등의 잔사를 줄일 수 있다.
대기압의 컨베이어노를 이용하는 경우는, 땜납 미립자(111)가 오목부에 충전된 기체(60)를 반송용 컨베이어에 올려, 복수의 존을 연속하여 통과시켜 땜납 입자(1)를 얻을 수 있다. 예를 들면, 땜납 미립자(111)가 오목부에 충전된 기체(60)를, 일정한 속도로 설정한 컨베이어에 올려, 땜납 미립자(111)의 융점보다 낮은 온도의 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스가 충만된 존을 통과시키고, 계속해서 땜납 미립자(111)의 융점보다 낮은 온도의 폼산 가스 등의 환원 가스가 존재하는 존을 통과시켜, 땜납 미립자(111)의 표면 산화 피막을 제거하며, 계속해서 땜납 미립자(111)의 융점 이상의 온도의 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스가 충만된 존을 통과시켜 땜납 미립자(111)를 용융, 합일화시키고, 계속해서 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스가 충만된 냉각 존을 통과시켜, 땜납 입자(1)를 얻을 수 있다. 예를 들면, 땜납 미립자(111)가 오목부에 충전된 기체(60)를, 일정한 속도로 설정한 컨베이어에 올려, 땜납 미립자(111)의 융점 이상의 온도의 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스가 충만된 존을 통과시키고, 계속해서 땜납 미립자(111)의 융점 이상의 온도의 폼산 가스 등의 환원 가스가 존재하는 존을 통과시켜, 땜납 미립자(111)의 표면 산화 피막을 제거하며, 용융, 합일화시키고, 계속해서 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스가 충만된 냉각 존을 통과시켜, 땜납 입자(1)를 얻을 수 있다. 상기의 컨베이어노는, 대기압에서의 처리가 가능한 점에서, 필름상의 재료를 롤 투 롤로 연속적으로 처리할 수도 있다. 예를 들면, 땜납 미립자(111)가 오목부에 충전된 기체(60)의 연속 롤품을 제작하고, 컨베이어노의 입구 측에 롤 권출기, 컨베이어노의 출구 측에 롤 권취기를 설치하여, 일정한 속도로 기체(60)를 반송하여, 컨베이어노 내의 각 존을 통과시킴으로써, 오목부에 충전된 땜납 미립자(111)를 융합시킬 수 있다.
준비 공정~융합 공정에 의하면, 땜납 미립자(111)의 재질 및 형상에 관계없이, 균일한 사이즈의 땜납 입자(1)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 인듐계 땜납은, 도금에 의한 석출이 가능하지만, 입자상에 석출시키는 것은 어렵고, 부드러워서 취급이 어렵다. 그러나, 상기 방법에서는, 인듐계 땜납 미립자를 원료로서 이용함으로써, 균일한 입자경을 갖는 인듐계 땜납 입자를 용이하게 제조할 수 있다. 또, 형성된 땜납 입자(1)는, 기체(60)의 오목부(62)에 수용된 상태로 취급할 수 있기 때문에, 땜납 입자(1)를 변형시키는 일 없이 운반·보관 등을 할 수 있다. 또한, 형성된 땜납 입자(1)는, 기체(60)의 오목부(62)에 수용된 상태이기 때문에, 땜납 입자를 변형시키는 일 없이 전극과 접촉시킬 수 있다. 얻어지는 땜납 입자의 평균 입자경은 1~35μm여도 되고, C.V.값은 20% 이하여도 된다.
또, 땜납 미립자(111)는, 입도 분포에 편차가 커도 되고, 형상이 찌그러져도 되며, 오목부(62) 내에 수용할 수 있으면 원료로서 적합하게 이용할 수 있다.
또, 상기 방법에 있어서, 기체(60)는, 리소그래피, 기계 가공, 임프린트 기술 등에 의하여 오목부(62)의 형상을 자유롭게 설계할 수 있다. 땜납 입자(1)의 사이즈는 오목부(62)에 수용되는 땜납 미립자(111)의 양에 의존하기 때문에, 오목부(62)의 설계에 따라 땜납 입자(1)의 사이즈를 자유롭게 설계할 수 있다.
<땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법>
땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법은, 상기 땜납 범프 형성용 부재, 및 복수의 전극을 갖는 기판을 준비하는 준비 공정과, 땜납 범프 형성용 부재의 오목부를 갖는 면 및 기판의 전극을 갖는 면을 대향시켜, 땜납 입자 및 전극을 접촉시키는 배치 공정과, 땜납 입자를 땜납 입자의 융점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정을 구비한다.
복수의 전극을 표면에 갖는 기판(회로 부재)의 구체예로서, IC칩(반도체 칩), 저항체 칩, 콘덴서 칩, 드라이버 IC 등의 칩 부품; 리지트형의 패키지 기판을 들 수 있다. 이들 회로 부재는, 회로 전극을 구비하고 있으며, 다수의 회로 전극을 구비하고 있는 것이 일반적이다. 복수의 전극을 표면에 갖는 기판의 그 외의 예로서, 금속 배선을 갖는 플렉시블 테이프 기판, 플렉시블 프린트 배선판, 인듐 주석 산화물(ITO)이 증착된 유리 기판 등의 배선 기판을 들 수 있다.
전극의 구체예로서는, 구리, 구리/니켈, 구리/니켈/금, 구리/니켈/팔라듐, 구리/니켈/팔라듐/금, 구리/니켈/금, 구리/팔라듐, 구리/팔라듐/금, 구리/주석, 구리/은, 인듐 주석 산화물 등의 전극을 들 수 있다. 전극은, 무전해 도금 또는 전해 도금 또는 스퍼터 또는 금속박의 에칭으로 형성할 수 있다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는, 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 과정의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 6의 (a)에 나타내는 기체(60)는, 오목부(62)의 각각에 한 개의 땜납 입자(1)가 수용된 상태이다. 한편, 기판(2)은, 복수의 전극(3)을 표면에 갖고 있다. 이 기체(60)의 오목부(62)의 개구 측의 면에, 기판(2)의 전극(3) 측의 면을 대향시켜, 기체(60)의 오목부(62)에 수용되어 있던 땜납 입자(1)와 전극(3)이 접촉할 때까지, 기체(60)와 기판(2)을 접근시킨다(도 6의 (a)에 있어서의 화살표 A, B). 개개의 전극(3)에 접촉하는 땜납 입자(1)의 수는 특별히 제한은 없고, 1전극에 대하여 1입자여도 되고, 1전극에 대하여 복수 입자여도 된다. 또한, 땜납 입자(1)와 오목부(62) 사이에 작용하는 힘(예를 들면, van der Waals힘과 같은 분자간력)이, 땜납 입자(1)에 더해지는 중력에 비하여 크기 때문에, 기체(60)의 주면을 아래로 향하게 했다고 해도, 땜납 입자(1)는 탈락하지 않고 오목부(62) 내에 머물러 있다. 또, 땜납 입자(1)의 적어도 일부가, 오목부(62)의 바닥부 및/또는 내벽부와 접하고 있고, 평면부를 갖는 경우는, 땜납 입자(1)는 오목부(62)와 밀접하게 접하고 있어, 탈락하기 어렵다.
이 상태에서, 전체를 땜납 입자(1)의 융점보다 높은 온도(예를 들면 130~260℃)로 적어도 가열함으로써, 땜납 입자(1)가 용융하여, 전극(3) 상에 땜납 범프가 형성된다. 땜납 입자(1)와 전극(3)의 접합을 보다 적합하게 행하는 관점에서, 가열 공정에 있어서, 땜납 입자(1) 및 전극(3)을 가압 상태에서 접촉시키면서, 땜납 입자(1)를 땜납 입자의 융점 이상의 온도로 가열해도 된다. 가압 상태란, 땜납 범프 형성용 부재(10)와 기판(2)끼리를, 도 6의 (a)에 있어서의 화살표 A, B 방향으로 20~600MPa 정도의 힘으로 누른 상태이다.
땜납 입자(1)는, 산화 피막의 영향으로 융점 이상의 온도로 가열해도 용융하지 않거나, 젖음 확산되지 않거나 하는 경우가 있다. 이 때문에, 땜납 입자(1)를 환원 분위기하에 노출시키고, 땜납 입자(1)의 표면 산화 피막을 제거한 후에, 땜납 입자(1)의 융점 이상의 온도로 가열함으로써, 땜납 입자(1)를 용융시킬 수 있다. 또, 땜납 입자(1)의 용융은, 환원 분위기하에서 행하는 것이 바람직하다. 땜납 입자(1)를 땜납 입자(1)의 융점 이상으로 가열하고, 또한 환원 분위기로 함으로써, 땜납 입자(1)의 표면의 산화 피막이 환원되며, 추가로 전극 표면의 산화 피막이 환원되어, 땜납 입자(1)의 용융, 젖음 확산이 효율적으로 진행되기 쉬워진다. 즉, 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법은, 배치 공정 전에, 혹은 배치 공정 후이며 가열 공정 전에, 땜납 입자(및/또는 전극)를 환원 분위기에 노출시키는 환원 공정을 더 구비해도 된다. 또, 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법의 가열 공정에 있어서, 환원 분위기하에서 땜납 입자를 땜납 입자의 융점 이상의 온도로 가열해도 된다. 전극 상에 땜납 범프를 형성하는 가열 공정에서는, 전극과 땜납 범프 형성용 부재의 개구부면을 (필요에 따라 가압 상태로) 밀착시킴으로써, 전극 상에만 땜납 범프가 형성되어, 인접 전극 간의 땜납에 의한 브리지가 억제되기 쉽다.
환원 분위기의 상세에 대해서는, 땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법의 기재를 적절히 참조할 수 있다.
가열 공정 후, 전체를 냉각함으로써, 전극(3) 상과, 땜납 입자(1)가 용융하여 형성된 땜납 범프(1A)끼리가 고착되어, 양자가 전기적으로 접속된다. 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법은, 가열 공정 후에, 땜납 범프 형성용 부재를 기판으로부터 제거하는 제거 공정을 더 구비해도 된다. 전극(3) 상에 땜납 범프(1A)가 형성된 후는, 땜납 범프 형성용 부재(10)를 기판(2)으로부터 제거함으로써(제거 공정), 땜납 범프 부착 전극 기판(20)을 얻을 수 있다. 도 6의 (b)는, 이와 같이 하여 얻어지는 땜납 범프 부착 전극 기판(20)의 모식도이다. 땜납 범프 형성용 부재와 기체의 표면에 얼라인먼트 마크가 있으면, 위치 맞춤을 하기 쉬워 바람직하다. 예를 들면, 땜납 범프 형성용 부재의 오목부와 기체 표면의 전극면 측을 대향시켰을 때에, 땜납 범프 형성용 부재의 오목부의 위치와, 기체 표면의 전극의 위치가 상대(相對)하는 위치에 미리 배치해 둔다. 땜납 범프 형성용 부재의 오목부 내에 땜납 입자를 배치하고, 땜납 범프 형성용 부재의 오목부의 개구면 측과 기재의 전극 표면 측을 대향시키고, 얼라인먼트 마크를 이용하여 땜납 범프를 형성시키고자 하는 전극과, 땜납 범프 형성용 부재의 오목부의 위치를 조정한 후, 상술한 각종 방법으로 전극 상에 땜납 범프를 형성할 수 있다. 이 방법에 의하여, 특정 전극 상에만 땜납 범프를 형성할 수 있다. 예를 들면, 기재의 표면에 복수 있는 전극에 대하여, 특정 전극의 위치와 상대한 위치에, 땜납 범프 형성용 부재의 오목부를 미리 마련함으로써, 기재 표면의 특정 전극에만 땜납 범프를 형성할 수 있다. 또한, 하나의 전극 상에, 하나의 땜납 범프를 형성할 수 있다.
얻어진 땜납 범프 부착 전극 기판(20) 상에는, 오목부(62)로부터 탈리했지만 전극(3)과의 접합에 제공되지 않는 땜납 입자(1)가 존재할 수 있다. 그 때문에, 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법은, 제거 공정 후에, 전극에 결합되어 있지 않은 땜납 입자(1)를 제거하는 세정 공정을 더 구비해도 된다. 세정 방법으로서는 압축 공기를 분사하거나, 부직포 또는 섬유의 다발로 기판 표면을 문지르는 등의 방법을 들 수 있다.
땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법에 의하면, 기판(2), 전극(3) 및 땜납 범프(1A)를 이 순서로 구비하는, 땜납 범프 부착 전극 기판(20)을 얻을 수 있다.
<접속 구조체의 제조 방법>
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는, 접속 구조체의 제조 과정의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)를 참조하면서, 접속 구조체의 제조 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 도 6의 (b)에 나타내는 땜납 범프 부착 전극 기판(20)을 미리 준비한다. 또, 복수의 다른 전극(5)을 갖는 다른 기판(4)을 준비한다. 그리고, 양자를, 땜납 범프(1A)와 다른 전극(5)이 대향하도록 배치한다. 그 후, 땜납 범프(1A)와 다른 전극(5)을 접촉시킨 상태로, 땜납 범프(1A)의 융점보다 높은 온도(예를 들면, 130℃~260℃)로 적어도 가열함으로써, 전극(3) 및 다른 전극(5)의 사이에 있어서 땜납 범프(1A)가 용융한다. 그 후, 전체를 냉각함으로써, 전극(3) 및 다른 전극(5)의 사이에 있어서 땜납층(1B)이 형성되어, 전극 사이가 전기적으로 접속된다. 땜납 범프(1A) 및 전극(5)의 산화를 억제하기 위하여, 산소를 차단한 분위기에서 가열하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 질소 등의 불활성 가스 분위기하에서의 가열이 바람직하다. 구체적으로는, 진공 리플로노, 질소 리플로노 등을 이용할 수 있다.
또한, 가열에 의하여 땜납 범프(1A)를 용해하여, 대향하는 전극(3)과 전극(5)을 보다 적합하게 접합하기 위하여, 환원 분위기하에서 가열하는 것이 바람직하다. 환원 분위기로 하기 위해서는, 수소 가스, 수소 라디칼, 폼산 등을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 수소 환원로, 수소 리플로노, 수소 라디칼노, 폼산 노, 이들의 진공로, 연속로, 컨베이어노를 이용할 수 있다. 환원 분위기로 함으로써, 땜납 범프(1A) 표면의 산화 피막 및 전극(5) 표면의 산화 피막을 환원, 제거할 수 있기 때문에, 땜납 범프(1A)가 전극(5)에 젖음 확산이 쉬워져, 땜납층(1B)을 개재하여 전극(3) 및 전극(5) 사이에서 보다 안정된 접합이 달성된다.
또한, 안정된 접속을 실현하기 위하여, 압력을 가해도 된다. 도 6의 (b)에 나타내는 땜납 범프 부착 전극 기판(20)을 미리 준비한다. 또, 복수의 다른 전극(5)을 표면에 갖는 다른 기판(4)을 준비한다. 그리고, 양자를, 땜납 범프(1A)와 다른 전극(5)이 대향하도록 배치한다. 그 후, 이들 부재의 적층체의 두께 방향(도 7의 (a)에 나타내는 화살표 A 및 화살표 B의 방향)으로 가압한다. 가압할 때에 전체를 땜납 범프(1A)의 융점보다 높은 온도(예를 들면 130~260℃)로 적어도 가열함으로써, 전극(3) 및 다른 전극(5)의 사이에 있어서 땜납 범프(1A)가 용융한다. 그 후, 전체를 냉각함으로써, 전극(3) 및 다른 전극(5)의 사이에 있어서 땜납층(1B)이 형성되어, 전극 사이가 전기적으로 접속된다. 이 경우도, 땜납 범프(1A), 전극(5) 및 전극(3) 표면의 산화를 억제하기 위하여, 진공하, 질소 등 불활성 가스 분위기하, 환원 분위기하에서 상기 공정을 행하는 것이 바람직하다. 환원 분위기로 하는 방법으로서는, 상술한 수소 가스, 수소 라디칼, 폼산 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 수소 환원로, 수소 리플로노, 수소 라디칼노, 폼산 노, 이들의 진공로, 연속로, 컨베이어노 등을 이용할 수 있다.
환원 분위기로 하는 방법으로서는, 환원 작용이 있는 재료를 이용할 수 있다. 예를 들면, 플럭스 재료 또는 플럭스 성분을 함유하는 재료를, 땜납 범프(1A) 또는 전극(5) 및 전극(3) 근방에 배치할 수 있다. 플럭스 재료 및 플럭스 성분을 함유하는 재료를 함유하는 페이스트, 필름 등을 이용할 수 있다. 먼저, 도 6의 (b)에 나타내는 땜납 범프 부착 전극 기판(20)을 미리 준비한다. 전극 기판(20)의 땜납 범프(1A)가 형성된 면 전체, 또는 땜납 범프(1A) 및 땜납 범프(1A)를 포함하는 전극(3) 근방에, 플럭스 재료 또는 플럭스 성분을 함유하는 페이스트를 배치한다. 또, 복수의 다른 전극(5)을 표면에 갖는 다른 기판(4)을 준비한다. 그리고, 양자를, 땜납 범프(1A)와 다른 전극(5)이 대향하도록 배치한다. 그 후, 땜납 범프(1A)와 다른 전극(5)을, 예를 들면 플럭스 재료 또는 플럭스 성분을 함유하는 페이스트를 개재하여 접촉시킨 상태에서, 땜납 범프(1A)의 융점보다 높은 온도(예를 들면, 130℃~260℃)로 적어도 가열함으로써, 전극(3) 및 다른 전극(5)의 사이에 있어서 땜납 범프(1A)가 용융한다. 그 후, 전체를 냉각함으로써, 전극(3) 및 다른 전극(5)의 사이에 있어서 땜납층(1B)이 형성되어, 전극 사이가 전기적으로 접속된다. 그 후, 플럭스 성분을 세정 제거하면, 플럭스 잔사에 의하여, 땜납층(1B) 및 전극(3) 및 전극(5)의 부식을 억제할 수 있다.
다른 방법으로서는, 도 6의 (b)에 나타내는 땜납 범프 부착 전극 기판(20)을 미리 준비한다. 또, 복수의 다른 전극(5)을 표면에 갖는 다른 기판(4)을 준비하고, 기판(4)의 전극(5)을 갖는 면 전체, 또는 전극(5)의 표면 근방에 플럭스 재료 또는 플럭스 성분을 함유하는 페이스트를 배치한다. 그리고, 양자를, 땜납 범프(1A)와 다른 전극(5)이 대향하도록 배치한다. 그 후, 땜납 범프(1A)와 다른 전극(5)을, 예를 들면 플럭스 재료 및 플럭스 성분을 함유하는 페이스트를 개재하여 접촉시킨 상태에서, 땜납 범프(1A)의 융점보다 높은 온도(예를 들면, 130℃~260℃)로 적어도 가열함으로써, 전극(3) 및 다른 전극(5)의 사이에 있어서 땜납 범프(1A)가 용융한다. 그 후, 전체를 냉각함으로써, 전극(3) 및 다른 전극(5)의 사이에 있어서 땜납층(1B)이 형성되어, 전극 사이가 전기적으로 접속된다.
또, 플럭스 성분을 함유하는 필름을 이용할 수도 있다. 도 6의 (b)에 나타내는 땜납 범프 부착 전극 기판(20)을 미리 준비한다. 전극 기판(20)의 땜납 범프(1A)가 형성된 면 측에 플럭스 성분을 함유하는 필름을 배치한다. 또, 복수의 다른 전극(5)을 표면에 갖는 다른 기판(4)을 준비한다. 그리고, 양자를, 땜납 범프(1A)와 다른 전극(5)이 대향하도록 배치한다. 그 후, 땜납 범프(1A)와 다른 전극(5)을, 플럭스 성분을 함유하는 필름을 개재하여 접촉시킨 상태에서, 또는, 대향하는 전극(3) 및 전극(5) 사이에 압력을 가하여, 당해 사이로부터 플럭스 성분을 함유하는 필름을 밀어내도록 하여, 땜납 범프(1A)와 전극(5)을 접촉시킨 상태에서, 땜납 범프(1A)의 융점보다 높은 온도(예를 들면, 130℃~260℃)로 적어도 가열함으로써, 전극(3) 및 다른 전극(5)의 사이에 있어서 땜납 범프(1A)가 용융한다. 그 후, 전체를 냉각함으로써, 전극(3) 및 다른 전극(5)의 사이에 있어서 땜납층(1B)이 형성되어, 전극 사이가 전기적으로 접속된다.
플럭스 성분을 함유하는 페이스트 및 필름은, 열경화성 재료를 함유하고 있어도 된다. 이로써, 땜납 범프(1A)의 용해와 동시에, 열경화성 성분이 경화하여, 전극 기판(20)과 기판(4)을 고정할 수 있다. 열경화성 재료의 경화는, 땜납 범프(1A)의 용해 가열과는 별도로, 후속 공정에서 다시 가열함으로써 실시해도 된다. 또, 플럭스 성분을 함유하는 필름을, 미리 기판(4)의 전극(5)이 형성된 면 측에 배치해 두어도 된다. 플럭스 성분을 함유하는 필름을 땜납 범프(1A) 측에 배치할지, 전극(5)을 갖는 기판(4) 측에 배치할지의 배치 위치의 선택은, 전극의 형상, 땜납 범프(1A)의 형상 및 사이즈, 접합 공정상의 사정 등에 맞추어 적절히 선택할 수 있다.
접속 구조체의 제조 방법으로서는, 땜납 접합과 동시에 수지에 의한 전극 간 밀봉을 행하는 방법도 가능하다. 플럭스 성분을 함유하는 필름 대신에, 절연성 수지층(수지 필름)을 이용하는 것 이외에는, 플럭스 성분을 함유하는 필름을 이용하는 경우와 동일하게 하여, 접속 구조체를 얻을 수 있다. 이로써, 전극(3)과 다른 전극(5)이, 땜납 범프(1A)를 개재하여 접속되며, 또한 기판(2)과 기판(4)의 사이가 절연성 수지층으로 채워진다. 이때, 절연성 수지층이 열경화성을 갖는 재료이면, 기판(2)과 기판(4)이 강고하게 고정됨과 함께, 전극(3), 땜납층(1B) 및 다른 전극(5)이 밀봉되어, 수분, 산소 등에 의한 전극 및 땜납의 부식, 산화를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
땜납 범프(1A)를 용해하기 위한 가열 방법으로서는, 진공하에서는, 예를 들면 리플로노 내의 가열판을 가열하여, 가열판에 접한 기판(2) 및 기판(4)을 개재하여 땜납 범프(1A)에 전달하는 방법, 적외선 등의 방사를 이용하는 방법 등이 있다. 또, 상술한 가열판 또는 적외선을 이용하는 가열 방법에 더하여, 또는 병용하여, 가열된 기체 및 가스를 개재하여 땜납 범프(1A)를 가열하는 방법을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 불활성 가스 및 질소, 수소, 수소 라디칼, 폼산을 가열함으로써, 땜납 범프(1A)를 가열할 수 있다. 플럭스 재료 및 플럭스 성분은, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 벤조산, 및 말산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함해도 된다.
다른 방법으로서는, 마이크로파 등의 전자파를 이용하는 방법을 들 수 있다. 예를 들면, 전극(3), 전극(5) 및 땜납 범프(1A)의 성분이 가열되는 특정 전자파를 외부로부터 인가할 수 있다. 예를 들면, 기판(4) 및 기판(2)이 수지 기판인 경우, 기판(4) 및 기판(2)의 외측으로부터 특정 전자파를 조사하면, 기판(4) 및 기판(2)을 전자파가 투과하고, 전극(3) 및 땜납 범프(1A) 또는 전극(5)이 전자파에 의하여 가열된다. 이 방법의 경우, 접합하고자 하는 부분을 선택적으로 가열할 수 있기 때문에, 불필요한 열이력이 남지 않는 이점이 있다. 예를 들면, 기판(2) 및 기판(4)이 내열성이 낮은 재료여도, 땜납 범프(1A)를 용해하여 전극(3)과 전극(5)을 확실히 접합할 수 있다. 또, 접합하는 계 전체에 열이력이 남기 어렵기 때문에, 접합 후의 휨 및 분해를 억제하기 쉬운 이점이 있다. 또, 마이크로파를 이용하는 경우, 상술한 바와 같이 가열판, 적외선, 가열 가스 등을 이용하는 것보다, 단시간에 땜납 범프(1A)를 용해할 수 있기 때문에, 접합하고자 하는 계 전체에 대한 열이력을 적게 할 수 있는 이점이 있어, 상술한 효과가 얻어지기 쉽다. 또한, 마이크로파를 이용하면, 접합하고자 하는 또는 용해시키고자 하는 전극(3), 땜납 범프(1A) 및 전극(5) 부분만, 국소적으로 가열할 수 있다. 따라서, 계 전체를 가열할 필요가 없고, 내열성이 낮은 재료 및 다른 전자 부품 등 열을 가하고 싶지 않은 것이 전극(3) 및 전극(5)의 근방에 있어도, 땜납 범프(1A)를 용해하여 접합할 수 있다.
다른 방법으로서는, 초음파를 이용하는 방법을 들 수 있다. 예를 들면, 초음파 진동자를 기판(2)의 전극(3)과 반대 측에 배치하여, 초음파를 인가하면, 초음파의 진동 에너지에 의하여 땜납 범프(1A)가 용해한다. 이로써, 전극(3)과, 미리 전극(3)의 대향 위치에 배치되어 있던 전극(5)이, 땜납층(1B)을 개재하여 접합된다. 초음파에 의한 접합은, 단시간에 땜납 범프(1A)를 용해할 수 있기 때문에, 기판(2) 및 기판(4) 전체로 열을 가할 필요가 없고, 기판(2) 및 기판(4)이 내열성이 낮은 재료여도, 확실히 전극(3)과 전극(5)을 접합할 수 있다.
도 7의 (b)는, 이와 같이 하여 얻어지는 접속 구조체(30)의 모식도이다. 즉, 도 7의 (b)는, 기판(2)이 갖는 전극(3)과, 다른 기판(4)이 갖는 다른 전극(5)이, 융착하여 형성된 땜납층(1B)을 개재하여 접속된 상태를 모식적으로 나타낸 것이다. 본 명세서에 있어서 "융착"이란, 전극의 적어도 일부가 열에 의하여 융해한 땜납(땜납 범프(1A))에 의하여 접합되고, 그 후, 이것이 고화하는 공정을 거침으로써 전극의 표면에 땜납이 접합된 상태를 의미한다. 접속 구조체(30)는, 기판 및 그 표면에 복수의 전극을 구비하는 제1 회로 부재와, 다른 기판 및 그 표면에 복수의 다른 전극을 구비하는 제2 회로 부재와, 복수의 전극 및 복수의 다른 전극 사이에 땜납층을 구비하는 것이라고 할 수 있다. 또한, 제1 회로 부재와 제2 회로 부재의 사이의 공간에는, 예를 들면 에폭시 수지를 주제(主劑)로 하는 언더필재를 충전할 수 있다.
접속 구조체의 적용 대상으로써는, 반도체 메모리, 반도체 논리 칩 등의 접속부, 반도체 패키지의 1차 실장 및 2차 실장의 접속부, CMOS 화상 소자, 레이저 소자, LED 발광 소자 등의 접합체, 그들을 이용한 카메라, 센서, 액정 디스플레이, 퍼스널 컴퓨터, 휴대전화, 스마트폰, 태블릿 등의 디바이스를 들 수 있다.
이상, 본 발명의 적절한 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
실시예
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<땜납 범프 형성용 필름의 제작>
(제작예 1)
공정 a1: 땜납 미립자의 분급
Sn-Bi는 땜납 미립자(5N Plus사제, 융점 139℃, Type8) 100g을, 증류수에 침지하고, 초음파 분산시킨 후, 정치하여, 상등액에 부유하는 땜납 미립자를 회수했다. 이 조작을 반복하여, 10g의 땜납 미립자를 회수했다. 얻어진 땜납 미립자의 평균 입자경은 1.0μm, C.V.값은 42%였다.
공정 b1: 기체에 배치
표 1에 나타내는, 개구 직경 2.3μmφ, 바닥부 직경 2.0μmφ, 깊이 1.5μm(바닥부 직경 2.0μmφ는, 개구를 상면에서 보면, 개구 직경 2.3μmφ의 중앙에 위치한다)의 오목부를 복수 갖는 기체(폴리이미드 필름, 두께 100μm)를 준비했다. 복수의 오목부는, 1.0μm의 간격으로 규칙적으로 배열시켰다. 공정 a에서 얻어진 땜납 미립자(평균 입자경 1.0μm, C.V.값 42%)를 기체의 오목부에 배치했다. 또한, 기체의 오목부가 형성된 면 측을 미점착 롤러로 문지름으로써 여분의 땜납 미립자를 제거하여, 오목부 내에만 땜납 미립자가 배치된 기체를 얻었다.
공정 c1: 땜납 입자의 형성
공정 b1에서 오목부에 땜납 미립자가 배치된 기체를, 수소 환원로(신코 세이키 주식회사제, 진공 납땜 장치)에 넣고, 진공 배기 후, 수소 가스를 노 내에 도입하여 노 내를 수소로 채웠다. 그 후, 노 내를 280℃에서 20분 유지한 후, 다시 진공으로 배기하고, 질소를 도입하여 대기압으로 되돌리고 나서 노 내의 온도를 실온까지 낮춤으로써, 땜납 입자를 형성했다. 오목부 내에 땜납 입자를 갖는 땜납 범프 형성용 필름을 얻었다.
<땜납 범프 형성용 필름의 평가>
공정 c1을 거쳐 얻은 땜납 범프 형성용 필름의 일부를, SEM 관찰용 대좌 표면에 고정하고, 표면에 백금 스퍼터를 실시했다. SEM으로, 땜납 입자의 직경을 300개 측정하여, 평균 입자경 및 C.V.값을 산출했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또, 공정 c1을 거쳐 얻은 땜납 범프 형성용 필름의 일부의 표면 형상을, 레이저 현미경(올림푸스 주식회사제, LEXT OLS5000-SAF)을 이용하여 측정하여, 기체 표면으로부터의 땜납 입자의 높이를 측정하여, 300개의 평균값을 산출했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(제작예 2~6)
오목부 사이즈 등을 표 1에 기재된 바와 같이 변경한 것 이외에는, 제작예 1과 동일하게 하여 땜납 범프 형성용 필름을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(제작예 7)
공정 c1 대신에, 이하의 공정 c2를 행한 것 이외에는, 제작예 1과 동일하게 하여 땜납 범프 형성용 필름을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
공정 c2: 땜납 입자의 형성
공정 b1에서 오목부에 땜납 미립자가 배치된 기체를, 수소 라디칼 환원로(신코 세이키 주식회사제, 플라즈마 리플로 장치)에 투입하고, 진공 배기 후, 수소 가스를 노 내에 도입하여, 노 내를 수소 가스로 채웠다. 그 후, 노 내를 120℃로 조정하여, 5분간 수소 라디칼을 조사했다. 그 후, 진공 배기로 노 내의 수소 가스를 제거하며, 170℃까지 가열한 후, 질소를 노 내에 도입하여 대기압으로 되돌리고 나서 노 내의 온도를 실온까지 낮춤으로써, 땜납 입자를 형성했다. 오목부 내에 땜납 입자를 갖는 땜납 범프 형성용 필름을 얻었다.
(제작예 8~12)
오목부 사이즈 등을 표 1에 기재된 바와 같이 변경한 것 이외에는, 제작예 7과 동일하게 하여 땜납 범프 형성용 필름을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(제작예 13)
공정 c1 대신에, 이하의 공정 c3을 행한 것 이외에는, 제작예 1과 동일하게 하여 땜납 범프 형성용 필름을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
공정 c3: 땜납 입자의 형성
공정 b1에서 오목부에 땜납 미립자가 배치된 기체를, 폼산 환원로에 투입하고, 진공 배기 후, 폼산 가스를 노 내에 도입하여, 노 내를 폼산 가스로 채웠다. 그 후, 노 내를 130℃로 조정하여, 5분간 온도를 유지했다. 그 후, 진공 배기로 노 내의 폼산 가스를 제거하며, 180℃까지 가열한 후, 질소를 노 내에 도입하여 대기압으로 되돌리고 나서 노 내의 온도를 실온까지 낮춤으로써, 땜납 입자를 형성했다. 오목부 내에 땜납 입자를 갖는 땜납 범프 형성용 필름을 얻었다.
(제작예 14~18)
오목부 사이즈 등을 표 1에 기재된 바와 같이 변경한 것 이외에는, 제작예 13과 동일하게 하여 땜납 범프 형성용 필름을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(제작예 19)
공정 c1 대신에, 이하의 공정 c4를 행한 것 이외에는, 제작예 1과 동일하게 하여 땜납 범프 형성용 필름을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
공정 c4: 땜납 입자의 형성
공정 b1에서 오목부에 땜납 미립자가 배치된 기체를, 폼산 컨베이어 리플로노(Heller Industries, Inc.제, 1913MK)에 투입하고, 컨베이어로 반송하면서, 190℃로 조정된 질소 존, 질소 및 폼산 가스 혼합 존, 질소 존을 연속하여 통과시켰다. 질소 및 폼산 가스 혼합 존을 20분간으로 통과시켜, 땜납 범프 형성용 필름을 형성했다.
(제작예 20~24)
오목부 사이즈 등을 표 1에 기재된 바와 같이 변경한 것 이외에는, 제작예 19와 동일하게 하여 땜납 범프 형성용 필름을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
<땜납 범프 부착 평가 칩의 제작>
공정 d1: 평가 칩의 준비
하기에 나타내는, 7종류의 금 범프 부착 칩(3.0×3.0mm, 두께: 0.5mm)을 준비했다.
칩 C1…면적 100μm×100μm, 스페이스 40μm, 높이: 10μm, 범프수 362
칩 C2…면적 75μm×75μm, 스페이스 20μm, 높이: 10μm, 범프수 362
칩 C3…면적 40μm×40μm, 스페이스 16μm, 높이: 7μm, 범프수 362
칩 C4…면적 20μm×20μm, 스페이스 7μm, 높이: 5μm, 범프수 362
칩 C5…면적 10μm×10μm, 스페이스 6μm, 높이: 3μm, 범프수 362
칩 C6…면적 10μm×10μm, 스페이스 4μm, 높이: 3μm, 범프수 362
칩 C7…면적 5μm×10μm, 스페이스 3μm, 높이: 2μm, 범프수 362
공정 e1: 땜납 범프 형성
이하에 나타내는 i)~iii)의 수순에 따라, 공정 c2에서 제작한 땜납 범프 형성용 필름(제작예 7)을 이용하여, 금 범프 부착 칩(3.0×3.0mm, 두께: 0.5mm)에 땜납 범프를 형성했다.
i) 폼산 리플로노(신코 세이키 주식회사제, 배치(batch)식 진공 납땜 장치)의 하부 열판에, 두께 0.3mm의 유리판을 두고, 유리판 상에 금 범프를 위로 하여 평가 칩을 두었다.
ii) 땜납 범프 형성용 필름의 땜납 입자가 노출된 면을 아래로 향하게 하여, 평가 칩의 금 범프면과 땜납 입자가 접촉하도록 배치했다. 또한, 땜납 범프 형성용 필름 상에 두께 0.3mm의 유리판을 올려, 땜납 입자를 금 범프에 밀착시켰다.
iii) 폼산 진공 리플로노를 작동시켜, 진공 배기 후, 폼산 가스를 충전하고, 하부 열판을 150℃로 승온하여, 5분 가열했다. 그 후, 진공 배기로 폼산 가스를 배출 후, 질소 치환을 행하고, 하부 열판을 실온까지 되돌려, 노 내를 대기에 개방했다. 최상부의 유리판, 땜납 범프 형성용 필름의 순서로 제거하여, 땜납 범프 부착 평가 칩을 얻었다.
<땜납 범프의 평가>
공정 e1을 거쳐 얻은 평가 칩을, SEM 관찰용 대좌 표면에 고정하고, 표면에 백금 스퍼터를 실시했다. SEM으로, 30개의 금 범프에 대하여, 금 범프 상에 놓인, 땜납 범프수를 세어, 하나의 금 범프 상에 놓인 땜납 범프의 평균 개수를 산출했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 또, 레이저 현미경(올림푸스 주식회사제, LEXT OLS5000-SAF)을 이용하여 금 범프로부터의 땜납 범프의 높이를 측정하여, 100개의 평균값을 산출했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
제작예 7의 땜납 범프 형성용 필름 대신에, 제작예 8~12의 땜납 범프 형성용 필름을 이용한 것 이외에는, 상기와 동일한 방법으로 땜납 범프 형성을 행했다. 평가 결과를 표 3에 나타낸다.
도 8의 (a)는, 칩 C4의 금 범프의 일부를 촬상한 SEM 화상이다. 도 8의 (b)는, 제작예 8의 땜납 범프 형성용 필름을 이용하여, 칩 C4의 금 범프 상에 땜납 범프를 형성한 후의 SEM 화상이다. 땜납 범프는, 금 범프 상에만 형성되어 있고, 금 범프 사이에는, 땜납 입자 및 땜납 범프에서 유래하는 땜납 재료는 볼 수 없다.
[표 3]
Figure pct00003
<접속 구조체의 제작>
공정 f1: 평가 기판의 준비
하기에 나타내는, 7종류의 금 범프 부착 기판(70×25mm, 두께: 0.5mm)을 준비했다. 또한, 이들 금 범프에는 저항 측정용의 인출 배선도 형성되어 있다.
기판 D1…면적 100μm×100μm, 스페이스 40μm, 높이: 4μm, 범프수 362
기판 D2…면적 75μm×75μm, 스페이스 20μm, 높이: 4μm, 범프수 362
기판 D3…면적 40μm×40μm, 스페이스 16μm, 높이: 4μm, 범프수 362
기판 D4…면적 20μm×20μm, 스페이스 7μm, 높이: 4μm, 범프수 362
기판 D5…면적 10μm×10μm, 스페이스 6μm, 높이: 3μm, 범프수 362
기판 D6…면적 10μm×10μm, 스페이스 4μm, 높이: 3μm, 범프수 362
기판 D7…면적 5μm×10μm, 스페이스 3μm, 높이: 3μm, 범프수 362
공정 g1: 전극의 접합
이하에 나타내는 i)~iii)의 수순에 따라, 공정 e1에서 제작한 땜납 범프 부착 평가 칩을 이용하여, 금 범프 부착 평가 기판과 땜납 범프를 개재하여 접속했다.
i) 폼산 리플로노(신코 세이키 주식회사제, 배치식 진공 납땜 장치)의 하부 열판에, 금 범프를 위로 하여 평가 기판을 두었다.
ii) 땜납 범프가 형성된 평가 칩의 땜납 범프면을 아래로 향하게 하고, 평가 기판의 금 범프면과 땜납 범프가 접촉하도록 배치하여, 움직이지 않도록 고정했다.
iii) 폼산 진공 리플로노를 작동시켜, 진공 배기 후, 폼산 가스를 충전하고, 하부 열판을 180℃로 승온하여, 5분 가열했다. 그 후, 진공 배기로 폼산 가스를 배출 후, 질소 치환을 행하고, 하부 열판을 실온까지 되돌려, 노 내를 대기 개방했다. 평가 칩과 평가 기판의 사이에 점도를 조정한 언더필재(히타치 가세이 주식회사제, CEL 시리즈)를 적당량 넣고, 진공 배기로 충전 후, 125℃에서 3시간 경화시켜, 평가 칩과 평가 기판의 접속 구조체를 제작했다. 접속 구조체에 있어서의 각 재료의 조합은 이하와 같다.
(1) 칩 C1/땜납 범프 형성용 필름/기판 D1
(2) 칩 C2/땜납 범프 형성용 필름/기판 D2
(3) 칩 C3/땜납 범프 형성용 필름/기판 D3
(4) 칩 C4/땜납 범프 형성용 필름/기판 D4
(5) 칩 C5/땜납 범프 형성용 필름/기판 D5
(6) 칩 C6/땜납 범프 형성용 필름/기판 D6
(7) 칩 C7/땜납 범프 형성용 필름/기판 D7
<접속 구조체의 평가>
얻어진 접속 구조체의 일부에 대하여, 도통 저항 시험 및 절연 저항 시험을 이하와 같이 행했다.
(도통 저항 시험-흡습 내열 시험)
금 범프 부착 칩(범프)/금 범프 부착 기판(범프) 사이의 도통 저항에 관하여, 도통 저항의 초깃값과 흡습 내열 시험(온도 85℃, 습도 85%의 조건에서 100, 500, 1000시간 방치) 후의 값을, 20샘플에 대하여 측정하고, 그들의 평균값을 산출했다.
얻어진 평균값으로부터 하기 기준에 따라 도통 저항을 평가했다. 결과를 표 4에 나타낸다. 또한, 흡습 내열 시험 1000시간 후에, 하기 A 또는 B의 기준을 충족시키는 경우는 도통 저항이 양호하다고 할 수 있다.
A: 도통 저항의 평균값이 2Ω 미만
B: 도통 저항의 평균값이 2Ω 이상 5Ω 미만
C: 도통 저항의 평균값이 5Ω 이상 10Ω 미만
D: 도통 저항의 평균값이 10Ω 이상 20Ω 미만
E: 도통 저항의 평균값이 20Ω 이상
(도통 저항 시험-고온 방치 시험)
금 범프 부착 칩(범프)/금 범프 부착 기판(범프) 사이의 도통 저항에 관하여, 도통 저항의 초깃값과 고온 방치 시험(온도 100℃의 조건에서 100, 500, 1000시간 방치) 후의 값을, 20샘플에 대하여 측정했다. 또한, 고온 방치 후는, 낙하 충격을 가하여, 낙하 충격 후의 샘플의 도통 저항을 측정했다. 낙하 충격은, 접속 구조체를, 금속판에 나사 정하고, 높이 50cm에서 낙하시킴으로써 발생시켰다. 낙하 후, 가장 충격이 큰 칩 코너의 땜납 접합부(4개소)에 있어서 직류 저항값을 측정하고, 측정값이 초기 저항으로부터 5배 이상 증가했을 때에 파단이 발생했다고 간주하여, 평가를 행했다. 또한, 각 샘플당 4개소에서, 합계 80개소의 측정을 행했다. 결과를 표 5에 나타낸다. 낙하 횟수 20회 후에 하기 A 또는 B의 기준을 충족시키는 경우를 땜납 접속 신뢰성이 양호하다고 평가했다.
A: 초기 저항으로부터 5배 이상 증가한 땜납 접속부가, 0개소였다.
B: 초기 저항으로부터 5배 이상 증가한 땜납 접속부가, 1개소 이상 5개소 이하였다.
C: 초기 저항으로부터 5배 이상 증가한 땜납 접속부가, 6개소 이상 20개소 이하였다.
D: 초기 저항으로부터 5배 이상 증가한 땜납 접속부가, 21개소 이상이었다.
(절연 저항 시험)
칩 전극 간의 절연 저항에 관하여, 절연 저항의 초깃값과 마이그레이션 시험(온도 60℃, 습도 90%, 20V 인가의 조건에서 100, 500, 1000시간 방치) 후의 값을, 20샘플에 대하여 측정하여, 전체 20샘플 중, 절연 저항값이 109Ω 이상이 되는 샘플의 비율을 산출했다. 얻어진 비율로부터 하기 기준에 따라 절연 저항을 평가했다. 결과를 표 6에 나타낸다. 또한, 마이그레이션 시험 1000시간 후에, 하기 A 또는 B의 기준을 충족시킨 경우는 절연 저항이 양호하다고 할 수 있다.
A: 절연 저항값 109Ω 이상의 비율이 100%
B: 절연 저항값 109Ω 이상의 비율이 90% 이상 100% 미만
C: 절연 저항값 109Ω 이상의 비율이 80% 이상 90% 미만
D: 절연 저항값 109Ω 이상의 비율이 50% 이상 80% 미만
E: 절연 저항값 109Ω 이상의 비율이 50% 미만
[표 4]
Figure pct00004
[표 5]
Figure pct00005
[표 6]
Figure pct00006
<땜납 범프 형성용 필름의 제작>
(제작예 25)
공정 h1: 기체의 제작
6인치의 실리콘 웨이퍼 상에, 액상 감광성 레지스트(히타치 가세이 주식회사제, AH 시리즈)를 스핀 코트법으로 1.5μm의 두께로 도포했다. 이 실리콘 웨이퍼 상의 감광성 레지스트를 노광·현상하여, 개구 직경 3.1μmφ, 바닥부 직경 2.0μmφ, 깊이 1.5μm(바닥부 직경 2.0μmφ는, 개구를 상면에서 보면, 개구 직경 2.3μmφ의 중앙에 위치한다)의 오목부를 갖는 기체 25를 얻었다. 또한, 이들 오목부는, 평가용 기판의 전극 배치 패턴에 상대한 위치(X방향 피치, Y방향 피치)에 배치했다. 또, 기체 25의 표면에는, 오목부 형성과 동시에 3개소의 얼라인먼트 마크를 배치했다. 기체 25의 개요를 표 7에 나타낸다.
[표 7]
Figure pct00007
공정 a1과 동일하게 땜납 미립자를 얻어, 기체 25를 이용한 것 이외에는 공정 b1과 동일하게 오목부 내에 땜납 미립자를 배치하고, 공정 c3에 의하여 오목부 내에 땜납 입자를 가진 땜납 범프 형성용 필름 25를 얻었다.
<땜납 범프 형성용 필름의 평가>
땜납 범프 형성용 필름 25의 일부를, SEM 관찰용 대좌 표면에 고정하고, 표면에 백금 스퍼터를 실시했다. SEM으로, 땜납 입자의 직경을 300개 측정하여, 평균 입자경 및 C.V.값을 산출했다. 결과를 표 8에 나타낸다. 또, 땜납 범프 형성용 필름 25의 일부의 표면 형상을, 레이저 현미경(올림푸스 주식회사제, LEXT OLS5000-SAF)을 이용하여 측정하고, 기체 표면으로부터의 땜납 입자의 높이를 측정하여, 300개의 평균값을 산출했다. 결과를 표 8에 나타낸다.
[표 8]
Figure pct00008
(제작예 26~30)
감광성 레지스트의 두께를 표 7에 나타내는 깊이의 값으로 변경하고, 또 오목부 사이즈도 표 7에 기재한 바와 같이 변경하며, 오목부의 배치 위치를 표 7에 기재된 평가용 기판의 전극 배치 패턴에 상대한 위치로 한 것 이외에는, 제작예 25와 동일하게 하여 땜납 범프 형성용 필름을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 8에 나타낸다.
<땜납 범프 부착 평가 칩의 제작>
공정 d2: 평가 칩의 준비
하기에 나타내는, 6종류의 금 범프 부착 칩(5×5mm, 두께: 0.5mm)을 준비했다.
칩 C8…전극 사이즈: 8μm×4μm, 피치: X방향 16μm, Y방향 8μm, 범프수: 18만개
칩 C9…전극 사이즈: 16μm×8μm, 피치: X방향 32μm, Y방향 16μm, 범프수: 4.6만개
칩 C10…전극 사이즈: 24μm×12μm, 피치: X방향 48μm, Y방향 24μm, 범프수: 1.5만개
칩 C11…전극 사이즈: 72μm×36μm, 피치: X방향 144μm, Y방향 72μm, 범프수: 3400개
칩 C12…전극 사이즈: 96μm×48μm, 피치: X방향 192μm, Y방향 96μm, 범프수: 850개
칩 C13…전극 사이즈: 140μm×70μm, 피치: X방향 280μm, Y방향 140μm, 범프수: 420개
공정 e2: 땜납 범프 형성
FC3000W(도레이 엔지니어링 주식회사제)의 스테이지에 땜납 범프 형성용 필름 25를 두고, 평가 칩 C8을 헤드로 픽업하며, 쌍방의 얼라인먼트 마크를 이용하여, 땜납 범프 형성용 필름 25의 오목부 내에 배치한 땜납 입자와 평가 칩 C8의 전극 위치 맞춤을 행하여, 땜납 범프 형성용 필름 25 상에 평가 칩 C8을 임시 보관했다. 그 후, 폼산 리플로노(신코 세이키 주식회사제, 배치식 진공 납땜 장치)의 하부 열판 상에 두고, 진공 배기 후, 폼산 가스를 충전하고, 하부 열판을 145℃로 승온하여, 1분 가열했다. 그 후, 진공 배기로 폼산 가스를 배출 후, 질소 치환을 행하고, 하부 열판을 실온까지 되돌리며, 노 내를 대기 개방하고, 평가 칩 C8의 전극 상에 땜납 입자를 전사하여, 땜납 범프를 형성했다.
<땜납 범프의 평가>
공정 e2를 거쳐 얻은 평가 칩에 대하여, 300개의 전극에 대하여 땜납 입자를 전사할 수 있던 수(땜납 범프수)를 세어, 전사율을 산출했다. 또, 땜납 범프의 높이를 레이저 현미경(올림푸스 주식회사제, LEXT OLS5000-SAF)을 이용하여 측정하여, 300개의 평균값을 산출했다. 결과를 표 9에 나타낸다.
[표 9]
Figure pct00009
땜납 범프 형성용 필름 26~30과, 평가 칩 C9~C13을 이용한 것 이외에는, 공정 e2와 동일하게 하여, 땜납 범프 형성을 행했다. 또한, 각 평가 칩에 대하여, 상기와 동일하게 하여 전사율과 높이 평균값을 산출했다. 결과를 표 9에 나타낸다.
<접속 구조체의 제작>
하기에 나타내는, 6종류의 금 범프 부착 평가 기판(70×25mm, 두께: 0.5mm)을 준비했다. 이 금 범프는, 상술한 평가 칩 C8~C13의 금 전극에 대향한 위치에 배치되어 있고, 기판에는 얼라인먼트 마크가 배치되어 있다. 또, 금 범프의 일부에는 저항 측정용의 인출 배선도 형성되어 있다.
기판 D8…면적 8μm×4μm, 피치: X방향 16μm, Y방향 8μm, 높이: 2μm, 범프수: 18만개
기판 D9…면적 16μm×8μm, 피치: X방향 32μm, Y방향 16μm, 높이: 3μm, 범프수: 4.6만개
기판 D10…면적 24μm×12μm, 피치: X방향 48μm, Y방향 24μm, 높이: 3μm, 범프수: 1.5만개
기판 D11…면적 72μm×36μm, 피치: X방향 144μm, Y방향 72μm, 높이: 3μm, 범프수: 3400개
기판 D12…면적 96μm×48μm, 피치: X방향 192μm, Y방향 96μm, 높이: 3μm, 범프수: 850개
기판 D13…면적 140μm×70μm, 피치: X방향 280μm, Y방향 140μm, 높이: 3μm, 범프수: 420개
공정 g2: 전극의 접합
이하에 나타내는 i)~iii)의 수순에 따라, 공정 e2에서 제작한 땜납 범프 부착 평가 칩을 이용하여, 금 범프 부착 평가 기판과 땜납 범프를 개재하여 접속했다.
i) FC3000W(도레이 엔지니어링 주식회사제)의 스테이지에 금 범프 부착 평가 기판 D8을 두고, 땜납 범프 부착 평가 칩 C8을 헤드로 픽업하며, 쌍방의 얼라인먼트 마크를 이용하여 금 전극끼리를 대향시키고, 땜납 범프 부착 평가 칩 C8을 금 범프 부착 평가 기판 D8 상에 배치하여, 접합 전 샘플 8을 얻었다.
ii) i)에서 얻은 접합 전 샘플 8을, 폼산 리플로노(신코 세이키 주식회사제, 배치식 진공 납땜 장치)의 하부 열판 상에 두었다.
iii) 폼산 진공 리플로노를 작동시켜, 진공 배기 후, 폼산 가스를 충전하고, 하부 열판을 160℃로 승온하여, 5분 가열했다. 그 후, 진공 배기로 폼산 가스를 배출 후, 질소 치환을 행하고, 하부 열판을 실온까지 되돌려, 노 내를 대기 개방했다. 평가 칩과 평가 기판의 사이에 점도를 조정한 언더필재(히타치 가세이 주식회사제, CEL 시리즈)를 적당량 넣고, 진공 배기로 충전 후, 125℃에서 3시간 경화시켜, 평가 칩과 평가 기판의 접속 구조체를 제작했다. 접속 구조체에 있어서의 각 재료의 조합은 이하와 같다.
(8) 칩 C8/땜납 범프 형성용 필름 25/기판 D8
(9) 칩 C9/땜납 범프 형성용 필름 26/기판 D9
(10) 칩 C10/땜납 범프 형성용 필름 27/기판 D10
(11) 칩 C11/땜납 범프 형성용 필름 28/기판 D11
(12) 칩 C12/땜납 범프 형성용 필름 29/기판 D12
(13) 칩 C13/땜납 범프 형성용 필름 30/기판 D13
<접속 구조체의 평가>
얻어진 접속 구조체의 일부에 대하여, 상기와 동일하게 도통 저항 시험 및 절연 저항 시험을 행했다. 결과를 표 10~12에 나타낸다.
[표 10]
Figure pct00010
[표 11]
Figure pct00011
[표 12]
Figure pct00012
(제작예 31~36)
공정 h1의 기체의 제작 및 공정 d2의 평가 칩의 준비, 또한, 공정 e2의 땜납 범프 형성을 얻어, 표 9에 나타내는 땜납 범프 형성 완료의 평가 칩 C8~C13을 얻었다.
<접속 구조체의 제작>
하기에 나타내는, 6종류의 금 범프 부착 평가 기판(70×25mm, 두께: 0.5mm)을 준비했다. 이 금 범프는, 상술한 평가 칩 C8~C13의 금 전극에 대향한 위치에 배치되어 있고, 기판에는 얼라인먼트 마크가 배치되어 있다. 또, 금 범프의 일부에는 저항 측정용의 인출 배선도 형성되어 있다.
기판 D8…면적 8μm×4μm, 피치: X방향 16μm, Y방향 8μm, 높이: 2μm, 범프수: 18만개
기판 D9…면적 16μm×8μm, 피치: X방향 32μm, Y방향 16μm, 높이: 3μm, 범프수: 4.6만개
기판 D10…면적 24μm×12μm, 피치: X방향 48μm, Y방향 24μm, 높이: 3μm, 범프수: 1.5만개
기판 D11…면적 72μm×36μm, 피치: X방향 144μm, Y방향 72μm, 높이: 3μm, 범프수: 3400개
기판 D12…면적 96μm×48μm, 피치: X방향 192μm, Y방향 96μm, 높이: 3μm, 범프수: 850개
기판 D13…면적 140μm×70μm, 피치: X방향 280μm, Y방향 140μm, 높이: 3μm, 범프수: 420개
공정 g3: 전극의 접합
이하에 나타내는 i)~vi)의 수순에 따라, 공정 e2에서 제작한 땜납 범프 부착 평가 칩을 이용하여, 금 범프 부착 평가 기판과 땜납 범프를 개재하여 접속했다.
i) 금 범프 부착 평가 기판을 스핀 코터에 세트하여, 액상 플럭스(NS-334, 아라카와 가가쿠제)를 금 범프면 측에 코트했다.
ii) i)에서 얻은 금 범프 부착 평가 기판을 FC3000W(도레이 엔지니어링 주식회사제)의 스테이지에 두고, 땜납 범프 부착 평가 칩을 헤드로 픽업하며, 쌍방의 얼라인먼트 마크를 이용하여 금 전극끼리를 대향시키고, 땜납 범프 부착 평가 칩을 금 범프 부착 평가 기판 상에 배치하여, 접합 전 샘플 14~19를 얻었다.
iii) 접합 전 샘플을, 폼산 리플로노(신코 세이키 주식회사제, 배치식 진공 납땜 장치)의 하부 열판 상에 두었다.
iv) 폼산 진공 리플로노를 작동시켜, 진공 배기 후, 질소 가스를 충전하고, 하부 열판을 160℃로 승온하여, 3분 가열했다. 그 후, 진공 배기한 후, 질소 치환을 행하고, 하부 열판을 실온까지 되돌려, 노 내를 대기 개방했다.
v) 접합 샘플을 아이소프로필알코올액 내에 담가 플럭스 잔사를 씻어냈다.
vi) 평가 칩과 평가 기판의 사이에 점도를 조정한 언더필재(히타치 가세이 주식회사제, CEL 시리즈)를 적당량 넣고, 진공 배기로 충전 후, 125℃에서 3시간 경화시켜, 평가 칩과 평가 기판의 접속 구조체를 제작했다. 접속 구조체에 있어서의 각 재료의 조합은 이하와 같다.
(14) 칩 C8/땜납 범프 형성용 필름 25/기판 D8
(15) 칩 C9/땜납 범프 형성용 필름 26/기판 D9
(16) 칩 C10/땜납 범프 형성용 필름 27/기판 D10
(17) 칩 C11/땜납 범프 형성용 필름 28/기판 D11
(18) 칩 C12/땜납 범프 형성용 필름 29/기판 D12
(19) 칩 C13/땜납 범프 형성용 필름 30/기판 D13
<접속 구조체의 평가>
얻어진 접속 구조체의 일부에 대하여, 상기와 동일하게 도통 저항 시험 및 절연 저항 시험을 행했다. 결과를 표 13~15에 나타낸다.
[표 13]
Figure pct00013
[표 14]
Figure pct00014
[표 15]
Figure pct00015
1…땜납 입자
1A…땜납 범프
1B…땜납층
2…기판
3…전극
4…다른 기판
5…다른 전극
10…땜납 범프 형성용 부재
20…땜납 범프 부착 전극 기판
30…접속 구조체
60…기체
62…오목부
111…땜납 미립자
600…기체
601…베이스층
602…오목부층

Claims (16)

  1. 복수의 오목부를 갖는 기체와, 상기 오목부 내에 땜납 입자를 구비하고,
    상기 땜납 입자의 평균 입자경이 1~35μm이며, C.V.값이 20% 이하이고,
    상기 땜납 입자의 일부가, 상기 오목부로부터 돌출되어 있는, 땜납 범프 형성용 부재.
  2. 복수의 오목부를 갖는 기체와, 상기 오목부 내에 땜납 입자를 구비하고,
    상기 땜납 입자의 평균 입자경이 1~35μm이며, C.V.값이 20% 이하이고,
    단면시에 있어서, 상기 오목부의 깊이를 H1로 하며, 상기 땜납 입자의 높이를 H2로 했을 때, H1<H2인, 땜납 범프 형성용 부재.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 땜납 입자의 표면의 일부에 평면부가 형성되어 있는, 땜납 범프 형성용 부재.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    인접하는 상기 오목부 사이의 거리가, 상기 땜납 입자의 평균 입자경의 0.1배 이상인, 땜납 범프 형성용 부재.
  5. 복수의 오목부를 갖는 기체 및 땜납 미립자를 준비하는 준비 공정과,
    상기 땜납 미립자의 적어도 일부를, 상기 오목부에 수용하는 수용 공정과,
    상기 오목부에 수용된 상기 땜납 미립자를 융합시켜, 상기 오목부 내에 땜납 입자를 형성하는 융합 공정이며, 상기 땜납 입자의 일부가, 상기 오목부로부터 돌출되어 있는 공정을 구비하는, 땜납 범프 형성용 부재의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 땜납 입자의 평균 입자경이 1~35μm이며, C.V.값이 20% 이하인, 제조 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 땜납 미립자의 C.V.값이 20%를 초과하는, 제조 방법.
  8. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 융합 공정 전에, 상기 오목부에 수용된 상기 땜납 미립자를 환원 분위기에 노출시키는 환원 공정을 더 구비하는, 제조 방법.
  9. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 융합 공정에 있어서, 상기 땜납 미립자를 환원 분위기하에서 융합시키는, 제조 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 땜납 범프 형성용 부재, 및 복수의 전극을 갖는 기판을 준비하는 준비 공정과,
    상기 땜납 범프 형성용 부재의 상기 오목부를 갖는 면 및 상기 기판의 상기 전극을 갖는 면을 대향시켜, 상기 땜납 입자 및 상기 전극을 접촉시키는 배치 공정과,
    상기 땜납 입자를 땜납 입자의 융점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정을 구비하는, 땜납 범프 부착 전극 기판의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가열 공정에 있어서, 상기 땜납 입자 및 상기 전극을 가압 상태에서 접촉시키면서, 상기 땜납 입자를 땜납 입자의 융점 이상의 온도로 가열하는, 제조 방법.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 배치 공정 전에, 상기 땜납 입자를 환원 분위기에 노출시키는 환원 공정을 더 구비하는, 제조 방법.
  13. 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배치 공정 후이며 상기 가열 공정 전에, 상기 땜납 입자를 환원 분위기에 노출시키는 환원 공정을 더 구비하는, 제조 방법.
  14. 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 공정에 있어서, 환원 분위기하에서 상기 땜납 입자를 땜납 입자의 융점 이상의 온도로 가열하는, 제조 방법.
  15. 청구항 10 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 공정 후에, 상기 땜납 범프 형성용 부재를 상기 기판으로부터 제거하는 제거 공정을 더 구비하는, 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제거 공정 후에, 상기 전극에 결합되어 있지 않은 상기 땜납 입자를 제거하는 세정 공정을 더 구비하는, 제조 방법.
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