JP5690554B2 - はんだボールの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、はんだボールの製造方法に関する。
近年、電子回路を形成する手段として、プラスチック基板、セラミック基板、あるいはプラスチック等がコートされた絶縁性基板上に回路パターンを設け、その上にIC素子、半導体チップ、抵抗またはコンデンサ等の電子部品をはんだ接合する方法が広く採用されている。
このうち、回路基板の所定の部分に電子部品のリード端子を接合させる方法としては、回路基板上の導電性回路電極表面に予めはんだ薄層を形成する工程と、はんだ薄層上にはんだペーストまたはフラックスを印刷する工程と、所定の電子部品を位置決め載置する工程と、はんだ薄層及びはんだペーストをリフローする工程と、はんだを凝固させて電子部品と導電性回路電極とを接合する工程と、を順次行うことが一般的である。
また、最近では電子製品や回路基板の小型化に伴い、電子部品のファインピッチ化が要求されている。このようなファインピッチ化を実現する電子部品としては、例えば0.3mmピッチのQFP(Quad Flat Package)、CSP(ChipSize Package)、0.15mmピッチのFC(FlipChip)、BGA構造のLSIチップなどが知られている。また、電子部品を回路基板に搭載する方法としては、電子部品のリード端子に形成されたはんだバンプと、回路基板の所定の部分に形成されたはんだバンプとを重ねてリフローする方法が知られている。このような方法においては、電子部品のファインピッチに対応できるように、はんだバンプは精細なパターン形状であることが要求される。
また、回路基板上にはんだバンプを形成する方法としては、電気めっき法、無電解めっき法、はんだ粉末のペーストを印刷してリフローする方法などが知られている。しかし、無電解めっき法によるはんだバンプの製造方法では、はんだ層を厚くすることが困難であるため、電子部品と導電性回路電極とを強固に接合することができない。また、電気めっき法によるはんだバンプの製造方法では、めっき形成用の電流を複雑な回路に流すことが困難であるため、精細なパターン形状のはんだバンプを形成することができない。また、はんだペーストを印刷する方法では、ファインピッチパターンへの対応が困難であるため、精細なパターン形状のはんだバンプを形成することができない。
このような事情から、精細なパターン形状に対応可能な、一定でかつ揃った高さを持つはんだバンプを形成する方法として、略球状のはんだからなる、はんだボールを回路基板上に付着させる方法が用いられている。
はんだボールを回路上に付着させる方法としては、回路基板の導電性回路電極の表面に粘着性付与化合物を反応させて粘着性を付与するとともに該粘着部に、はんだボールを付着させる方法が知られている。この後、はんだボールを溶融することにより、はんだバンプが形成される(特許文献1)。さらに、特許文献1記載の方法を応用したものとして、導電性回路電極上の必要な部分に、はんだボールを1個だけ付着させる技術も開発されている。(特許文献2参照)
しかし、BGA(ボール・グリッド・アレイ)構造の半導体装置のように、はんだバンプに一定の高さが必要とされる場合には、従来のはんだボールを用いると、半導体チップと回路基板とをリフローにより接続する際に、はんだボールが溶融して、元の形状を保てないという問題があった。このため、はんだバンプは一定の高さを保つことができず、半導体チップが不均一に沈み込み、傾いた状態で接合されるおそれがあった。
この問題に対し、現在は高融点のはんだボールを一旦高温で溶融してはんだバンプを形成した後、高融点のはんだボールよりも低融点のはんだにより、半導体チップと回路基板とを接合する方法が用いられている。その他の方法としては、はんだ層がめっきされた銅などの金属のボール(銅核はんだボール)を、はんだボールとして用いる方法も知られている。この方法によれば、銅核はんだボールを回路基板に配置して一旦溶融することによりはんだバンプを形成することができるが、核体がスペーサとなるため、電子部品と回路基板との距離を一定に保つことができる。
しかし、前述の方法によれば、高融点はんだは、その材料が限られており、高濃度に鉛を含む組成のものが用いられている。また、高融点はんだとして実用化されているものは鉛を95%或いは80%含むような鉛濃度の高いものであり、鉛から放出されるα線がLSIなどの誤動作の原因になる。そのため、α線の少ない鉛の同位体のみを抽出した高価な鉛を使用するか、完全鉛フリーの高融点はんだが求められている。
また、銅核はんだボールを用いる方法は、銅核のボールにはんだを均一に付着させることが技術的に難しく、製造コストが著しく高いという問題がある。そのため、汎用的に用いられるには至っていない。
また、銅核はんだボールを用いる方法は、銅核のボールにはんだを均一に付着させることが技術的に難しく、製造コストが著しく高いという問題がある。そのため、汎用的に用いられるには至っていない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、精細なパターン形状に対応可能であり、かつ、安価に形成可能なはんだボールの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意努力検討した結果、本発明に到達した。即ち本発明は、
〔1〕 基材の表面に付与された第一の粘着層に核体を付着する第一工程と、前記核体の表面に、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層を形成する第二工程と、前記核体表面の第二の粘着層上に、はんだ粒子を付着する第三工程と、前記はんだ粒子を溶融して前記核体の表面にはんだ層を形成する第四工程と、前記核体から前記基材を剥離する第五工程と、を具備してなることを特徴とするはんだボールの製造方法。
〔2〕 前記核体がCuからなることを特徴とする〔1〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔3〕 前記第一工程の前に、前記第一の粘着層表面の一部を露出させる開口部を有する第一の部材を前記第一の粘着層上に配置したのちに、前記第一工程において、前記開口部から露出する前記第一の粘着層表面に核体を付着することを特徴とする〔1〕または〔2〕のいずれかに記載のはんだボールの製造方法。
〔4〕 前記第一の部材を前記第一の粘着層上に配置する工程が、第二の開口下部を有する第一の部材第一層を前記第一の粘着層上に配置する工程と、前記第一の部材第一層上に、前記第二の開口下部よりも直径の小さい第二の開口上部を有する第一の部材第二層を、前記第二の開口下部の中心部と前記第二の開口上部の中心部が重なるように配置する工程と、からなり、前記第一工程と前記第二工程との間に、前記第一の部材第二層を前記第一の部材第一層上から剥離する工程を有することを特徴とする〔3〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔5〕 前記第一工程と前記第二工程との間に、前記第一の部材を前記第一の粘着層上から剥離する工程と、前記第一の粘着層表面を覆うように、前記第一の部材の厚みよりも小さい直径を有する粒子からなる第一のマスクを付着させる工程と、を有することを特徴とする〔3〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔6〕 前記第一工程の前に、ドット形状の複数の前記第一の粘着層を前記基材の表面に相互に離間させて形成することを特徴とする〔1〕または〔2〕のいずれかに記載のはんだボールの製造方法。
〔7〕 前記第一の粘着層を形成する工程が、前記基材表面の一部を露出させる第四の開口部を有する第二の部材を配置する工程と、前記第二の部材をマスクにして前記第一の粘着層を塗布する工程と、を有することを特徴とする〔6〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔8〕 前記第一の粘着層を形成する工程が、転写用基材表面にドット形状の第一の金属膜を相互に離間させて形成する工程と、前記第一の金属膜に第一の粘着性付与化合物を塗布する工程と、前記転写用基材から前記基材表面に前記第一の粘着性付与化合物を転写することにより第一の粘着層を形成する工程と、を有することを特徴とする〔6〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔9〕 前記第一の粘着層を形成する工程が、第五の開口部を有する第二のマスクにより前記基材表面を覆ったのちに、前記第五の開口部から露出する前記基材表面に前記第一の粘着性付与化合物を転写する工程と、前記基材表面を第二のマスクで覆ったまま、前記第二の粘着層を形成する工程を有することを特徴とする〔8〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔10〕 前記第一の粘着層を形成する工程が、前記基材表面にドット形状の第二の金属膜を相互に離間させて形成する工程と、前記第二の金属膜に前記第一の粘着性付与化合物を塗布することにより前記第一の粘着層を形成する工程と、を有することを特徴とする〔6〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔11〕 前記第一の粘着層を形成する工程が、前記基材表面を第六の開口部を有する第三のマスクで覆ったのちに、前記第六の開口部から露出する前記第二の金属膜表面に前記第一の粘着性付与化合物を塗布する工程を有することを特徴とする〔10〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔12〕 前記第二の金属膜がタングステンからなることを特徴とする〔10〕または〔11〕のいずれかに記載のはんだボールの製造方法。
〔13〕 前記はんだ粒子の平均粒径が、前記核体の平均粒径の1/2倍以下であることを特徴とする〔1〕乃至〔12〕のいずれか一項に記載のはんだボールの製造方法。
〔1〕 基材の表面に付与された第一の粘着層に核体を付着する第一工程と、前記核体の表面に、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層を形成する第二工程と、前記核体表面の第二の粘着層上に、はんだ粒子を付着する第三工程と、前記はんだ粒子を溶融して前記核体の表面にはんだ層を形成する第四工程と、前記核体から前記基材を剥離する第五工程と、を具備してなることを特徴とするはんだボールの製造方法。
〔2〕 前記核体がCuからなることを特徴とする〔1〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔3〕 前記第一工程の前に、前記第一の粘着層表面の一部を露出させる開口部を有する第一の部材を前記第一の粘着層上に配置したのちに、前記第一工程において、前記開口部から露出する前記第一の粘着層表面に核体を付着することを特徴とする〔1〕または〔2〕のいずれかに記載のはんだボールの製造方法。
〔4〕 前記第一の部材を前記第一の粘着層上に配置する工程が、第二の開口下部を有する第一の部材第一層を前記第一の粘着層上に配置する工程と、前記第一の部材第一層上に、前記第二の開口下部よりも直径の小さい第二の開口上部を有する第一の部材第二層を、前記第二の開口下部の中心部と前記第二の開口上部の中心部が重なるように配置する工程と、からなり、前記第一工程と前記第二工程との間に、前記第一の部材第二層を前記第一の部材第一層上から剥離する工程を有することを特徴とする〔3〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔5〕 前記第一工程と前記第二工程との間に、前記第一の部材を前記第一の粘着層上から剥離する工程と、前記第一の粘着層表面を覆うように、前記第一の部材の厚みよりも小さい直径を有する粒子からなる第一のマスクを付着させる工程と、を有することを特徴とする〔3〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔6〕 前記第一工程の前に、ドット形状の複数の前記第一の粘着層を前記基材の表面に相互に離間させて形成することを特徴とする〔1〕または〔2〕のいずれかに記載のはんだボールの製造方法。
〔7〕 前記第一の粘着層を形成する工程が、前記基材表面の一部を露出させる第四の開口部を有する第二の部材を配置する工程と、前記第二の部材をマスクにして前記第一の粘着層を塗布する工程と、を有することを特徴とする〔6〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔8〕 前記第一の粘着層を形成する工程が、転写用基材表面にドット形状の第一の金属膜を相互に離間させて形成する工程と、前記第一の金属膜に第一の粘着性付与化合物を塗布する工程と、前記転写用基材から前記基材表面に前記第一の粘着性付与化合物を転写することにより第一の粘着層を形成する工程と、を有することを特徴とする〔6〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔9〕 前記第一の粘着層を形成する工程が、第五の開口部を有する第二のマスクにより前記基材表面を覆ったのちに、前記第五の開口部から露出する前記基材表面に前記第一の粘着性付与化合物を転写する工程と、前記基材表面を第二のマスクで覆ったまま、前記第二の粘着層を形成する工程を有することを特徴とする〔8〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔10〕 前記第一の粘着層を形成する工程が、前記基材表面にドット形状の第二の金属膜を相互に離間させて形成する工程と、前記第二の金属膜に前記第一の粘着性付与化合物を塗布することにより前記第一の粘着層を形成する工程と、を有することを特徴とする〔6〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔11〕 前記第一の粘着層を形成する工程が、前記基材表面を第六の開口部を有する第三のマスクで覆ったのちに、前記第六の開口部から露出する前記第二の金属膜表面に前記第一の粘着性付与化合物を塗布する工程を有することを特徴とする〔10〕に記載のはんだボールの製造方法。
〔12〕 前記第二の金属膜がタングステンからなることを特徴とする〔10〕または〔11〕のいずれかに記載のはんだボールの製造方法。
〔13〕 前記はんだ粒子の平均粒径が、前記核体の平均粒径の1/2倍以下であることを特徴とする〔1〕乃至〔12〕のいずれか一項に記載のはんだボールの製造方法。
本発明のはんだボールの製造方法の製造方法によれば、核体の表面に第二の粘着層を介してはんだ粒子を付着させた後にはんだ粒子を溶融するため、核体表面にはんだ層を均一に形成できる。また、めっき等ではんだ層を形成する従来の方法に比べ、はんだ層を容易に形成できる。
また、核体を第一の粘着層を介して基材の表面に付着させた状態ではんだ層を形成するため、従来の方法に比べ、多くの核体を同時に処理することができる。また、基材の表面に第一の粘着層を介して核体を付着させるため、はんだ層形成の後に、核体を基材から容易に取り外すことができる。
以上により、従来の方法に比べて、はんだボールの形成工程を大幅に簡素化するとともに、効率よく生産することができる。このため、はんだボールの製造コストを低くすることができる。
また、核体表面をはんだ層で覆うことにより、はんだボールによりはんだバンプを形成する際に、核体がスペーサとなる。このため、はんだ層が溶融しても、はんだバンプは一定の高さを保つことができる。このため、はんだバンプ上に電子部品を搭載しても、電子部品が自身の重さで沈み込むことがない。よって、電子部品と回路基板との距離を一定に保つことができる。
また、核体を第一の粘着層を介して基材の表面に付着させた状態ではんだ層を形成するため、従来の方法に比べ、多くの核体を同時に処理することができる。また、基材の表面に第一の粘着層を介して核体を付着させるため、はんだ層形成の後に、核体を基材から容易に取り外すことができる。
以上により、従来の方法に比べて、はんだボールの形成工程を大幅に簡素化するとともに、効率よく生産することができる。このため、はんだボールの製造コストを低くすることができる。
また、核体表面をはんだ層で覆うことにより、はんだボールによりはんだバンプを形成する際に、核体がスペーサとなる。このため、はんだ層が溶融しても、はんだバンプは一定の高さを保つことができる。このため、はんだバンプ上に電子部品を搭載しても、電子部品が自身の重さで沈み込むことがない。よって、電子部品と回路基板との距離を一定に保つことができる。
(第一の実施形態)
以下、本発明の第一の実施形態であるはんだボール70の製造方法について図面を参照にして説明する。図1は本実施形態のはんだボールの製造方法を説明する工程図である。
以下、本発明の第一の実施形態であるはんだボール70の製造方法について図面を参照にして説明する。図1は本実施形態のはんだボールの製造方法を説明する工程図である。
第一の実施形態のはんだボール70の製造方法は、第一の粘着層5が付与された基材1の表面1aに核体11を付着する第一工程と、核体11の表面11aに、第二の粘着層13を形成する第二工程と、第二の粘着層13表面に、はんだ粒子14を付着する第三工程と、はんだ粒子14を溶融してはんだ層15を形成する第四工程と、核体11から基材1を剥離する第五工程と、から概略構成されている。
以下、各工程について、詳細に説明する。
以下、各工程について、詳細に説明する。
はじめに、第一の粘着層5が付与された基材1を準備する。
基材1としては、ポリイミドからなる基材、耐酸性樹脂からなる基材、セラミック基材、硝子基材等を用いることができる。また、基材1はここに挙げた材料に限られず、後述するはんだ粒子14溶融の際の熱に耐えうる材料からなるものであれば制限なく用いることができる。
基材1としては、ポリイミドからなる基材、耐酸性樹脂からなる基材、セラミック基材、硝子基材等を用いることができる。また、基材1はここに挙げた材料に限られず、後述するはんだ粒子14溶融の際の熱に耐えうる材料からなるものであれば制限なく用いることができる。
基材1には、第一の粘着層5が付与されている。第一の粘着層5としては、核体11を付着可能であり、後述するはんだ粒子14溶融の際の熱に耐えうるものであれば、どのような材料を用いても構わない。具体的には、シリコン系粘着材等の耐熱性を有する粘着材を用いることができる。また、第一の粘着層5が付与された基材1として、ポリイミドテープを用いることができる。
次いで、第一の粘着層5の表面5aを覆うように、第一の部材21を配置する。
第一の部材21は、後述する第一工程において、核体11を第一の粘着層5の表面5aに間隔を空けて配置するためのものである。第一の部材21には、間隔を空けて、ドット状の複数の第一の開口部31が設けられている。第一の部材21を第一の粘着層5の表面5aを覆うように配置することにより、第一の粘着層5の表面5aの一部がドット状に露出する。
また、第一の粘着層5としては、紫外線照射や加熱等により表面5aの粘着性が無くなる性質のものを使用してもよい。
第一の部材21は、後述する第一工程において、核体11を第一の粘着層5の表面5aに間隔を空けて配置するためのものである。第一の部材21には、間隔を空けて、ドット状の複数の第一の開口部31が設けられている。第一の部材21を第一の粘着層5の表面5aを覆うように配置することにより、第一の粘着層5の表面5aの一部がドット状に露出する。
また、第一の粘着層5としては、紫外線照射や加熱等により表面5aの粘着性が無くなる性質のものを使用してもよい。
第一の部材21は、核体11の配置に一般的に用いられる金属製の板状の部材を用いることができる。具体的には、第一の部材21の材料として、60μm厚程度のステンレスやニッケルを用いることができる。
また、第一の部材21の材料は金属に限られず、後述する第二の粘着層13を核体11に形成する工程において、粘着性が付与されない性質を有するものであれば、その材料は限定されない。また、第一の部材21は、板状の部材に限られず、スクリーン印刷によりソルダーレジスト用ペーストを塗布したものであってもかまわない。
また、第一の部材21の材料は金属に限られず、後述する第二の粘着層13を核体11に形成する工程において、粘着性が付与されない性質を有するものであれば、その材料は限定されない。また、第一の部材21は、板状の部材に限られず、スクリーン印刷によりソルダーレジスト用ペーストを塗布したものであってもかまわない。
また、第一の部材21の厚みH(基材1の一面1aと第一の部材21の上面との段差)は、核体11の粒径Dに合わせて適宜設定するが、厚みHは核体11の粒径Dよりも小さく設定することが好ましく、特に、1μm以上であって粒径Dの2分の1以下の範囲に設定することが好ましい。
一方、厚みHが粒径Dよりも大きいと、核体11が第一の開口部31内に入りづらくなり好ましくない。また、厚みHが1μm未満であると、核体11が脱落しやすくなるため、このましくない。
また、第一の開口部31の直径F1は、第一の開口部31内に2以上の核体11が配置されないように、第一の部材21の厚みHと核体11の粒径Dとに合わせて適宜設定することが好ましい。直径F1の範囲は、下記数式(1)で表すことができる。
上記数式によれば、具体的には例えば、粒径Dが100μm、第一の部材21の厚みHが20μmの場合、第一の開口部31の直径F1は80μm以上、かつ180μm未満となる。
また、第一の開口部31の直径F1の特に好ましい範囲は、はんだ粒子14の直径をdとすると、下記数式(2)で表すことができる。
直径F1が数式(2)の範囲内であることにより、核体11を第一の開口部31内に容易に付着させることができる。
また、隣接する第一の開口部31同士の間隔G1は、核体11の粒径Dとはんだ粒子14の粒径dと第一の部材21の厚みHに応じて適宜設定することが好ましい。隣接する第一の開口部31同士の間隔G1は、下記数式(3)で表すことができる。
また、隣接する第一の開口部31同士の間隔G1の特に好ましい範囲は、はんだ粒子14の直径をdとすると、下記数式(4)で表すことができる。
隣接する第一の開口部31同士の間隔G1が数式(4)の範囲内であることにより、こ基材1上に高い密度ではんだボール70を形成できるとともに、隣接するはんだボール70同士の接合を防ぐことができる。
一方、第一の開口部31同士の間隔G1が数式(3)で示される最小値よりも小さいと、はんだボール70同士が接合する恐れがあるため好ましくない。また、第一の開口部31同士の間隔が広すぎると、一度に形成できるはんだボール70の数が抑えられるため、製造効率が低下し好ましくない。
また、第一の開口部31の平面視形状は円状であることが望ましいが、楕円であっても、四角であっても構わない。
(第一工程)
次に、図1(a)に示すように、第一の開口部31から露出する第一の粘着層5の表面5aに核体11を付着させる。
この際、第一の粘着層5に核体11を付着させる方法としては、空気中または不活性雰囲気中で第一の粘着層5に核体11を直接供給する方法や、図示しない分散液中に核体11を分散させてスラリー状態にし、そのスラリーを第一の粘着層5に供給する方法を採用できる。
次に、図1(a)に示すように、第一の開口部31から露出する第一の粘着層5の表面5aに核体11を付着させる。
この際、第一の粘着層5に核体11を付着させる方法としては、空気中または不活性雰囲気中で第一の粘着層5に核体11を直接供給する方法や、図示しない分散液中に核体11を分散させてスラリー状態にし、そのスラリーを第一の粘着層5に供給する方法を採用できる。
はじめに、空気中または不活性ガス雰囲気中で核体11を第一の粘着層5に付着させる方法について説明する。はじめに、空気または不活性ガスを満たした容器内に核体11を投入する。次いで、容器内に第一の粘着層5が形成された基材1を設置する。次いで、容器を傾斜または振動させて、第一の粘着層5と核体11を接触させる。これにより、第一の粘着層5の表面5aに核体11が付着する。
次いで、液体中で核体11を第一の粘着層5に付着させる方法を説明する。まず、水等の分散液を図示しない容器内に入れ、更に核体11を分散液中に添加する。次いで、容器を傾けて分散液と核体11を一方に寄せたのちに、基材1が分散液や核体11に接触しないように容器内に設置する。次いで、容器40を左右に傾動させることにより、分散液中で第一の粘着層5と核体11とを接触させる。これにより、第一の粘着層5に核体11が付着する。
このように、液体中で核体11を付着させることにより、核体11が静電気により粘着性の無い部分に付着することや、核体11が静電気により凝集することを防止できる。そのため、液体中で核体11を付着させる方法は、微小な核体11を用いる場合に特に好ましい。また、核体11を付着させる方法は、液体中で付着させる方法に限られず、核体11の大きさ等、条件によって適した方法を、適宜採用すればよい。
また、核体11の材料としてはスズ(Sn)を用いることが好ましく、銅(Cu)を用いることが特に好ましい。また、核体11の材料は、これらに限られず、後述するはんだ粒子14の融点よりも高い融点を有し、かつ第二の粘着性付与化合物によって粘着性が得られる物質であれば他のものを用いてもかまわない。このような物質としては、銅やスズの他に、例えば、Ni、Ni−Au、Au−Sn、の合金等を含む物質を例示できる。
また、核体11の平均粒径Dは、作業性の面から、20μm〜200μmの範囲内とすることが特に好ましい。
また、核体11の平均粒径Dは、作業性の面から、20μm〜200μmの範囲内とすることが特に好ましい。
(第二工程)
次に、図1(b)に示すように、核体11の表面11aに、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層13を形成する。
まず、以下に示す第一の粘着性付与化合物のうち、少なくとも1種または2種以上を、水または酸性水に溶解し、好ましくはpH3〜4程度の微酸性に調整する。これにより、粘着性溶液が形成される。次いで、粘着性溶液に基材1を浸漬するか、または基材1に粘着性溶液を塗布することにより、核体11の表面11aに第二の粘着層13が形成される。
次に、図1(b)に示すように、核体11の表面11aに、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層13を形成する。
まず、以下に示す第一の粘着性付与化合物のうち、少なくとも1種または2種以上を、水または酸性水に溶解し、好ましくはpH3〜4程度の微酸性に調整する。これにより、粘着性溶液が形成される。次いで、粘着性溶液に基材1を浸漬するか、または基材1に粘着性溶液を塗布することにより、核体11の表面11aに第二の粘着層13が形成される。
ここで、第一の粘着性付与化合物としては、ナフトトリアゾール系誘導体、べンゾトリアゾール系誘導体、イミダゾール系誘導体、べンゾイミダゾール系誘導体、メルカプトべンゾチアゾール系誘導体及びべンゾチアゾールチオ脂肪酸等を用いることができる。これらの粘着性付与化合物は特に銅に対しての作用効果が強く、また、他の導電性物質にも粘着性を付与することができる。
また、本発明において好適に用いられるべンゾトリアゾール系誘導体は、一般式(1)で表される。
但し、式(1)中、R1〜R4は、独立に水素原子、炭素数が1〜16(好ましくは5〜16)のアルキル基、アルコキシ基、F、Br、Cl、I、シアノ基、アミノ基またはOH基である。
また、本発明において好適に用いられるナフトトリアゾール系誘導体は、一般式(2)で表される。
但し、式(2)中、R5〜R10は、独立に水素原子、炭素数が1〜16(好ましくは5〜16)のアルキル基、アルコキシ基、F、Br、Cl、I、シアノ基、アミノ基またはOH基である。
更に、本発明において好適に用いられるイミダゾール系誘導体は、一般式(3)で表される。
但し、式(3)において、R11、R12は、独立に水素原子、炭素数が1〜16(好ましくは5〜16)のアルキル基、アルコキシ基、F、Br、Cl、I、シアノ基、アミノ基またはOH基である。
更にまた、本発明において好適に用いられるべンゾイミダゾール系誘導体は、一般式(4)で表される。
但し、式(4)において、R13〜R17は、独立に水素原子、炭素数が1〜16(好ましくは5〜16)のアルキル基、アルコキシ基、F、Br、Cl、I、シアノ基、アミノ基またはOH基である。
また、本発明において好適に用いられるメルカプトべンゾチアゾール系誘導体は、一般式(5)で表される。
但し、式(5)中、R18〜R21は、独立に水素原子、炭素数が1〜16(好ましくは5〜16)のアルキル基、アルコキシ基、F、Br、Cl、I、シアノ基、アミノ基またはOH基である。
更に、本発明において好適に用いられるべンゾチアゾールチオ脂肪酸系誘導体は、一般式(6)で表される。
但し、式(6)において、R22〜R26は、独立に水素原子、炭素数が1〜16(好ましくは1または2)のアルキル基、アルコキシ基、F、Br、Cl、I、シアノ基、アミノ基またはOH基である。
これらの化合物のうち、一般式(1)で示されるべンゾトリアゾール系誘導体において、R1〜R4は炭素数が多いほうが一般的に粘着性が強い。
また、一般式(3)及び一般式(4)で示されるイミダゾール系誘導体及びべンゾイミダゾール系誘導体のR11〜R17においても、一般に炭素数の多いほうが粘着性が強い。
更に、一般式(6)で示されるべンゾチアゾールチオ脂肪酸系誘導体においては、R22〜R26は炭素数1または2が好ましい。
また、一般式(3)及び一般式(4)で示されるイミダゾール系誘導体及びべンゾイミダゾール系誘導体のR11〜R17においても、一般に炭素数の多いほうが粘着性が強い。
更に、一般式(6)で示されるべンゾチアゾールチオ脂肪酸系誘導体においては、R22〜R26は炭素数1または2が好ましい。
また、粘着性溶液のpH調整に用いる物質としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の無機酸をあげることができる。また有機酸としては、蟻酸、乳酸、酢酸、プロピオン酸、リンゴ酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸等を用いることができる。
粘着性溶液における第一の粘着性付与化合物の濃度は、特に限定されないが、溶解性、使用状況に応じて適宜調整して用いればよく、粘着性溶液全体に対し0.05質量%〜20質量%の範囲内であることが特に好ましい。第一の粘着性付与化合物の濃度がこの範囲内であることにより、核体11に十分な粘着性を付与することができる。一方、粘着性溶液全体に対し0.05質量%未満であると十分な粘着性を付与できず、また、粘着性溶液全体に対し20質量%を超えると粘着性付与化合物が多量に消費され、非効率となるため好ましくない。
粘着性溶液における第一の粘着性付与化合物の濃度は、特に限定されないが、溶解性、使用状況に応じて適宜調整して用いればよく、粘着性溶液全体に対し0.05質量%〜20質量%の範囲内であることが特に好ましい。第一の粘着性付与化合物の濃度がこの範囲内であることにより、核体11に十分な粘着性を付与することができる。一方、粘着性溶液全体に対し0.05質量%未満であると十分な粘着性を付与できず、また、粘着性溶液全体に対し20質量%を超えると粘着性付与化合物が多量に消費され、非効率となるため好ましくない。
粘着性を核体11の表面11aに付与する際の処理温度については、室温よりは若干高めにすることが好ましい。これにより、第二の粘着層13の形成速度、形成量が十分なものとなる。また、最適な処理温度は、粘着性付与化合物の濃度や第二の粘着層13の材料金属の種類などにより異なるが、一般的には30℃〜60℃位の範囲が好適である。また、粘着性溶液への浸漬時間は5秒〜5分間位の範囲になるよう、その他の条件を調整することが好ましい。
また、粘着性溶液中には、イオンとして銅を50〜1000ppm共存させることが好ましい。銅イオンがこの範囲の量共存することにより、第二の粘着層13の形成速度、形成量などの形成効率を高めることができる。
(第三工程)
次に、図1(c)に示すように、第二の粘着層13上にはんだ粒子14を付着させる。
第二の粘着層13にはんだ粒子14を付着させる方法としては、空気中または不活性雰囲気中で第二の粘着層13にはんだ粒子14を直接供給する方法や、図示しない分散液中にはんだ粒子14を分散させてスラリー状態にし、そのスラリーを第二の粘着層13に供給する方法がある。第二の粘着層13にはんだ粒子14を付着させる方法については、第一工程における、基材1の表面1aに核体11を付着させる方法と同様であるため、詳細な説明を省略する。
次に、図1(c)に示すように、第二の粘着層13上にはんだ粒子14を付着させる。
第二の粘着層13にはんだ粒子14を付着させる方法としては、空気中または不活性雰囲気中で第二の粘着層13にはんだ粒子14を直接供給する方法や、図示しない分散液中にはんだ粒子14を分散させてスラリー状態にし、そのスラリーを第二の粘着層13に供給する方法がある。第二の粘着層13にはんだ粒子14を付着させる方法については、第一工程における、基材1の表面1aに核体11を付着させる方法と同様であるため、詳細な説明を省略する。
なお、核体11を付着させる前に第一の粘着層5として、紫外線照射や加熱等により表面5aの粘着性が無くなる性質のものを用いている場合は、第一の部材21を剥離してもかまわない。この場合は、第一の部材21を剥離した後に表面5aの粘着性をなくす処理をすることにより、はんだ粒子14が表面5aに付着することを防止できる。
また、はんだ粒子14の粒径dは、1粒の核体11に複数のはんだ粒子14が付着するように、核体11の平均粒径Dよりも小さいものとする。はんだ粒子14の粒径dは、核体11の粒径Dに応じて適宜設定すればかまわないが、1μm以上かつ粒径Dの1/2倍以下であることが望ましい。はんだ粒子14の粒径dがこの範囲内であることにより、1粒の核体11に複数のはんだ粒子14を付着することができる。
一方、はんだ粒子14の粒径dが1μm未満であると、はんだ層15の膜厚が薄くなりすぎ、はんだボール70をリフローした際のはんだ量が不十分となる。このため、はんだボール70をリフローする際に、はんだバンプが回路基板からはがれやすくなり好ましくない。はんだ層15が不足してしまうため望ましくない。また、はんだ粒子14の粒径dが核体11の平均粒径Dの2分の1以上であると、1粒の核体11に十分な数のはんだ粒子14を付着することができず、好ましくない。
また、はんだ粒子14の金属組成は、例えばSn−Pb系、Sn−Pb−Ag系、Sn−Pb−Bi系、Sn−Pb−Bi−Ag系、Sn−Pb−Cd系が挙げられる。また最近の産業廃棄物におけるPb排除の観点から、Pbを含まないSn−In系、Sn−Bi系、In−Ag系、In−Bi系、Sn−Zn系、Sn−Ag系、Sn−Cu系、Sn−Sb系、Sn−Au系、Sn−Bi−Ag−Cu系、Sn−Ge系、Sn−Bi−Cu系、Sn−Cu−Sb−Ag系、Sn−Ag−Zn系、Sn−Cu−Ag系、Sn−Bi−Sb系、Sn−Bi−Sb−Zn系、Sn−Bi−Cu−Zn系、Sn−Ag−Sb系、Sn−Ag−Sb−Zn系、Sn−Ag−Cu−Zn系、Sn−Zn−Bi系であることが好ましい。
上記金属組成の具体例としては、Snが63質量%、Pbが37質量%の共晶はんだ(以下63Sn/37Pbと表す。)を中心として、62Sn/36Pb/2Ag、62.6Sn/37Pb/0.4Ag、60Sn/40Pb、50Sn/50Pb、30Sn/70Pb、25Sn/75Pb、10Sn/88Pb/2Ag、46Sn/8Bi/46Pb、57Sn/3Bi/40Pb、42Sn/42Pb/14Bi/2Ag、45Sn/40Pb/15Bi、50Sn/32Pb/18Cd、48Sn/52In、43Sn/57Bi、97In/3Ag、58Sn/42In、95In/5Bi、60Sn/40Bi、91Sn/9Zn、96.5Sn/3.5Ag、99.3Sn/0.7Cu、95Sn/5Sb、20Sn/80Au、90Sn/10Ag、90Sn/7.5Bi/2Ag/0.5Cu、97Sn/3Cu、99Sn/1Ge、92Sn/7.5Bi/0.5Cu、97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag、95.5Sn/3.5Ag/1Zn、95.5Sn/4Cu/0.5Ag、52Sn/45Bi/3Sb、51Sn/45Bi/3Sb/1Zn、85Sn/10Bi/5Sb、84Sn/10Bi/5Sb/1Zn、88.2Sn/10Bi/0.8Cu/1Zn、89Sn/4Ag/7Sb、88Sn/4Ag/7Sb/1Zn、98Sn/1Ag/1Sb、97Sn/1Ag/1Sb/1Zn、91.2Sn/2Ag/0.8Cu/6Zn、89Sn/8Zn/3Bi、86Sn/8Zn/6Bi、89.1Sn/2Ag/0.9Cu/8Znなどを挙げることができる。また、本実施形態のはんだ粒子14としては、異なる組成のはんだ粒子を2種類以上混合したものであってもかまわない。
(第四工程)
次いで、図1(d)に示すようにリフロー工程を行い、はんだ層15を形成する。
はんだ粒子14を分散液中で核体11に付着させた場合は、まず基材1を乾燥させる。
次いで、図1(d)に示すようにリフロー工程を行い、はんだ層15を形成する。
はんだ粒子14を分散液中で核体11に付着させた場合は、まず基材1を乾燥させる。
次に、核体11及びはんだ粒子14の定着を行う。定着とは、核体11とはんだ粒子14の間で、核体11の構成材料をはんだ粒子14側に拡散させる反応である。この反応が進行することにより、はんだ粒子14は核体11に固定される。
このとき、定着の温度は、はんだの融点に対しマイナス50℃からプラス50℃の範囲内であることが好ましく、マイナス30℃からプラス30℃の範囲内であることがさらに好ましい。定着の温度がこの範囲内の場合、はんだ粒子14は溶融しないか、或いは仮に内部が溶解しても表面に存在する酸化膜の効果により溶融して流れ出すことは無い。そのため、はんだ粒子14の形状を保ったまま定着を行うことができる。
このとき、定着の温度は、はんだの融点に対しマイナス50℃からプラス50℃の範囲内であることが好ましく、マイナス30℃からプラス30℃の範囲内であることがさらに好ましい。定着の温度がこの範囲内の場合、はんだ粒子14は溶融しないか、或いは仮に内部が溶解しても表面に存在する酸化膜の効果により溶融して流れ出すことは無い。そのため、はんだ粒子14の形状を保ったまま定着を行うことができる。
次いで、基材1に水溶性フラックスを塗布する。水溶性フラックスとしては、たとえば特開2004−282062号公報に記載されたフラックスを用いることができる。基材1に水溶性フラックスを塗布することにより、はんだ粒子14表面と核体11の表面11aの酸化膜を除去できる。
次いで、リフローを行い、はんだ粒子14を溶融する。このリフローにより、はんだ粒子14は溶融して、核体11の表面11a全体に行き渡り、はんだ層15となる。このときの加熱温度は、200℃〜300℃の範囲が好ましく、融点プラス10℃〜50℃であることが特に望ましい。このような範囲内の温度で加熱することにより、はんだ粒子14の溶融はんだと、核体11の表面11aとが十分に反応し、拡散層を形成できる。
(第五工程)
次いで、図1(e)に示すように、第一の粘着層5の表面5aから第一の部材21を剥離する。その後、基材1から核体11を剥離する。このとき、核体11を基材1から剥離する方法は、第一の粘着層5の材料により適宜選択すればよい。具体的にはたとえば、超音波洗浄機で基材1に振動を与える方法や、溶剤により第一の粘着層5を溶解する方法を用いることができる。また、核体11を基材1から剥離する方法は上記の方法に限られず、基材1が可撓(かとう)性を備えるものである場合は、基材1を曲げることにより、核体11を剥離してもよい。
以上により、はんだボール70が形成される。
次いで、図1(e)に示すように、第一の粘着層5の表面5aから第一の部材21を剥離する。その後、基材1から核体11を剥離する。このとき、核体11を基材1から剥離する方法は、第一の粘着層5の材料により適宜選択すればよい。具体的にはたとえば、超音波洗浄機で基材1に振動を与える方法や、溶剤により第一の粘着層5を溶解する方法を用いることができる。また、核体11を基材1から剥離する方法は上記の方法に限られず、基材1が可撓(かとう)性を備えるものである場合は、基材1を曲げることにより、核体11を剥離してもよい。
以上により、はんだボール70が形成される。
第一の実施形態におけるはんだボール70の製造方法によれば、核体11の表面11aに第二の粘着層13を介してはんだ粒子14を付着させた後にはんだ粒子14を溶融するため、核体11の表面11aにはんだ層15を均一に形成できる。また、めっき等ではんだ層を形成する従来の方法に比べ、はんだ層15を容易に形成できる。
また、核体11を、第一の粘着層5を介して基材1の表面1aに付着させた状態ではんだ層15を形成するため、従来の方法に比べ、多くの核体11を同時に処理することができる。また、基材1の表面1aに第一の粘着層5を介して核体11を付着させるため、はんだ層15形成の後に、核体11を基材1から容易に取り外すことができる。
以上により、従来の方法に比べて、はんだボール70の形成工程を大幅に簡素化するとともに、効率よく生産することができる。このため、はんだボール70の製造コストを低くすることができる。
以上により、従来の方法に比べて、はんだボール70の形成工程を大幅に簡素化するとともに、効率よく生産することができる。このため、はんだボール70の製造コストを低くすることができる。
また、核体11の表面11aをはんだ層15で覆うことにより、はんだボール70によりはんだバンプを形成する際に、核体11がスペーサとなる。このため、はんだ層15が溶融しても、はんだバンプは一定の高さを保つことができる。このため、はんだバンプ上に電子部品を搭載しても、電子部品が自身の重さで沈み込むことがない。よって、電子部品と回路基板との距離を一定に保つことができる。
また、核体11が金属からなることにより、はんだボール70として用いる際に、電子部品と回路基板との導通を確保できる。特に、核体11が銅からなる場合には、銅の電気抵抗が低いため、電子部品と回路基板との間の良好な導通を確保できる。
また、核体11がCuからなることにより、粘着性化合物を塗布しやすい。このため、十分な厚さの第二の粘着層13を形成できる。このため、核体11の表面11aに、第二の粘着層13を介してはんだ粒子14を付着させやすくなる。このため、均一でかつ十分な膜厚のはんだ層15を形成できる。このため、粒径の均一なはんだボール70を形成でき、電子部品と回路基板との接合を良好に行うことができる。
また、核体11がスペーサになることにより、電子部品22と基材1との距離を一定に保つことができる。そのため、搭載された電子部品22が基材1上で不均一に沈み込む問題を解決でき、核体11に対する高さが一定である、信頼性の高い基材1を得ることができる。また、はんだ粒子14を第二の粘着層13を介して核体11に付着させるため、高価な銅核はんだボールを使用せずに済む。そのため、低コスト化と工程の簡略化を実現することができる。以上により、本実施形態の製造方法は、微細な基材に適した方法であり、集積度が高く、かつ、信頼性の高い電子機器を提供出来るようになる。
また、以上の方法によれば、はんだボール70を、鉛を多く含む高融点はんだを使用することなく形成できる。このため、はんだボール70の鉛フリー化を実現できる。このため、はんだバンプ中に含まれるPbからα線が放射されることがない。このため、α線による電子部品の誤動作を防ぐことができる。
また、第一の部材21として金属製の板状の部材を用いることにより、はんだボール70の製造において繰り返し使用することができる。このため、はんだボール70製造工程における製造コストを抑えることができる。
また、第一の部材21の厚みHを、1μm以上かつ粒径Dの2分の1以下の範囲に設定することにより、核体11が第一の開口部31内に入りやすくなる。このため、作業性が向上し、はんだボール70を効率よく製造できる。また、核体11の側面が第一の開口部31の側壁によって保持されるため、核体11の脱落を防ぐことができる。
また、基材1上に第一の開口部31を有する第一の部材21を配置した状態で、核体11に第二の粘着層13を形成するため、核体11の表面11a以外の部分には第二の粘着層13が形成されない。このため、はんだ粒子14を核体11に選択的に付着することができる。また、第一の開口部31の内側に核体11を付着させるため、第一の粘着層5の粘着力が弱い場合でも、核体11が第一の開口部31の外に脱落するのを防ぐことができる。このため、全ての第一の開口部31に確実に核体11を付着させることができる。
(第二の実施形態)
次いで、本発明の第二の実施形態であるはんだボール70の製造方法について図面を参照にして説明する。図2は第二の実施形態のはんだボール70の製造方法を説明する工程図である。
次いで、本発明の第二の実施形態であるはんだボール70の製造方法について図面を参照にして説明する。図2は第二の実施形態のはんだボール70の製造方法を説明する工程図である。
第二の実施形態におけるはんだボール70の製造方法は、基材1の表面1aに付与された第一の粘着層5の表面5aに核体11を付着する第一工程と、核体11の表面11aに、第二の粘着層13を形成する第二工程と、第二の粘着層13表面に、はんだ粒子14を付着する第三工程と、はんだ粒子14を溶融してはんだ層15を形成する第四工程と、核体11から基材1を剥離する第五工程と、から概略構成されている。
このうち、第一工程において、第一の部材21が第一の部材第一層21aと第一の部材第二層21bからなり、第一工程と前記第二工程との間に、前記第一の部材第二層21bを第一の部材第一層21aから剥離する工程を有すること以外については、第一の実施形態と同様であるため、その詳細な説明については省略する。
以下、第一工程について説明する。
以下、第一工程について説明する。
(第一工程)
第二の実施形態における第一工程は、第一の部材21を第一の粘着層5上に配置する工程が、第二の開口下部32aを有する第一の部材第一層21aを第一の粘着層5上に配置する工程と、第一の部材第一層21a上に、第二の開口部32よりも直径の小さい第二の開口上部32bを有する第一の部材第二層21bを、第二の開口下部32aと第二の開口上部32bとが重なるように配置する工程と、からなる。
以下、各工程について、詳細に説明する。
第二の実施形態における第一工程は、第一の部材21を第一の粘着層5上に配置する工程が、第二の開口下部32aを有する第一の部材第一層21aを第一の粘着層5上に配置する工程と、第一の部材第一層21a上に、第二の開口部32よりも直径の小さい第二の開口上部32bを有する第一の部材第二層21bを、第二の開口下部32aと第二の開口上部32bとが重なるように配置する工程と、からなる。
以下、各工程について、詳細に説明する。
はじめに、第一の粘着層5の表面5aを覆うように、第一の部材第一層21aを配置する。第一の部材第一層21aには、間隔を空けて第一の粘着層5の表面5aを露出する第二の開口下部32aが設けられている。第一の部材第一層21aの材料は特に限定されないが、具体的にはたとえば、スクリーン印刷によりソルダーレジスト用ペーストを塗布したものを用いることができる。
また、第二の開口下部32aの直径F2aの範囲は、後述する第二の開口上部32bの直径をF2bとすると、下記数式(5)で表すことができる。
第二の開口下部32aの特に好ましい範囲は、下記数式(6)で表すことができる。
次いで、第一の部材第一層21a上に、第一の部材第二層21bを配置する。第一の部材第二層21bには、第二の開口下部32aよりも直径の小さい第二の開口上部32bが設けられている。第一の部材第二層21bを配置する際、第二の開口下部32aと第二の開口上部32bとが重なるように、配置する位置を調整する。
第一の部材第二層21bとしては、金属製の板状の部材を用いることができる。このような部材を第一の部材第二層21bとして用いることにより、製造工程において繰り返し使用できるため、はんだボール70の製造効率を高めることができる。
第一の部材第二層21bとしては、金属製の板状の部材を用いることができる。このような部材を第一の部材第二層21bとして用いることにより、製造工程において繰り返し使用できるため、はんだボール70の製造効率を高めることができる。
また、第一の部材第一層21aと第二層21bの合計の厚みをHとすると、Hは核体11の粒径Dの1/2以上で、第二の開口上部32bの直径F2bの範囲は、下記数式(7)で表すことができる。
また、第二の開口上部32bの直径F2bの特に好ましい範囲は、下記数式(8)で表すことができる。
また、隣接する第二の開口上部32b同士の間隔G2は、第一の部材第二層21bの厚みをHbとすると、下記数式(9)で表すことができる。
第二の開口上部32b同士の間隔G2が数式(9)の範囲内であることにより、基材1上に高い密度ではんだボール70を形成できるとともに、隣接するはんだボール70同士の接合を防ぐことができる。
次いで、図2(a)に示すように核体11を第一の粘着層5の表面5aに付着させる。次いで、図2(b)に示すように、第一の部材第一層21a上から、第一の部材第二層21bを剥離する。第二の開口上部32bの直径F2bは第二の開口下部32aの直径F2aよりも小さいため、核体11は第二の開口下部32aの中心部に配置された状態となる。
(第二工程)
次いで、図2(b)に示すように、第一の部材第一層21aが第一の粘着層5の表面5aを覆った状態で、核体11の表面11aに、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層13を形成する。このとき、第一の粘着層5の表面5aは、第一の部材第一層21aで覆われているため、核体11の表面11a以外に第二の粘着層13が形成されることが防がれる。
次いで、図2(b)に示すように、第一の部材第一層21aが第一の粘着層5の表面5aを覆った状態で、核体11の表面11aに、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層13を形成する。このとき、第一の粘着層5の表面5aは、第一の部材第一層21aで覆われているため、核体11の表面11a以外に第二の粘着層13が形成されることが防がれる。
この後、図2(c)〜図2(e)に示すように、第三工程と、第四工程と、第五工程とを行うが、第三工程以降の工程については、第一の実施形態と同様であるため、第三工程以降については詳細な説明を省略する。
第二の実施形態におけるはんだボール70の製造方法によれば、第一の部材第一層21a上に、第二の開口下部32aよりも直径の小さい第二の開口上部32bを有する第一の部材第二層21bを、第二の開口部32と第二の開口上部32bとが重なるように配置することにより、第二の開口上部32bを第二の開口下部32aの中心部の上に位置するように配置できる。また、核体11を第一の粘着層5に付着させた後に、第一の部材第一層21a上から、第一の部材第二層21bを剥離するため、核体11と第一の部材第一層との距離を十分保つことができる。このため、核体11を第一の粘着層5に付着させる際に、核体11を第二の開口下部32aの中心部に配置できる。
第二の実施形態におけるはんだボール70の製造方法によれば、第一の実施形態の効果に加えて、隣接するはんだボール70同士の接合を、より効果的に防止することができる。
(第三の実施形態)
次いで、本発明の第二の実施形態であるはんだボール70の製造方法について図面を参照にして説明する。図3は第三の実施形態のはんだボール70の製造方法を説明する工程図である。
次いで、本発明の第二の実施形態であるはんだボール70の製造方法について図面を参照にして説明する。図3は第三の実施形態のはんだボール70の製造方法を説明する工程図である。
第三の実施形態におけるはんだボール70の製造方法は、基材1に付与された第一の粘着層5の表面5aに核体11を付着する第一工程と、核体11の表面11aに、第二の粘着層13を形成する第二工程と、第二の粘着層13表面に、はんだ粒子14を付着する第三工程と、はんだ粒子14を溶融してはんだ層15を形成する第四工程と、核体11から基材1を剥離する第五工程と、から概略構成されている。
このうち、第一工程と第二工程との間に、第一の部材21を剥離する工程と、第一の粘着層5の表面5aを覆うように、第一の部材21の厚みHよりも小さい直径rを有する粒子からなる第一のマスク41を付着させる点が第一の実施形態と異なる。このため、第一の実施形態と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
まず、図3(a)に示すように、第一工程において、核体11を基材1に付与された第一の粘着層5の表面5aに付着させる。このとき、隣接する第三の開口部33同士の間隔G3は、はんだ粒子14の直径dの10〜20倍程度であることが好ましい。また、第一の部材21の厚みHは、核体11の粒径Dの1/2倍以上であることが好ましい。また、第三の開口部33の直径F3は、核体11の粒径Dより大きく、かつ、核体11の粒径Dの2倍未満であればよいが、粒径Dよりも10〜20μm大きいことが特に好ましい。
次いで、図3(b)に示すように、第一の部材21を第一の粘着層5上から剥離する。これにより、第一の粘着層5の表面5aが露出する。
次いで、図3(c)に示すように、第一の粘着層5の表面5aを覆うように、粒状の第一のマスク41を付着させる。第一のマスク41の材料としては、たとえばガラス、セラミック、高分子などを用いることができるが、水に融解せず、第二の粘着層13が表面に形成されない性質であれば、その材料は限定されない。
また、第一のマスク41の直径rは、第一の部材21の厚みHよりも小さいものとする。また、直径rは小さいほど好ましく、作業効率の面から、サブμm〜数μm程度であることが好ましい。第一のマスク41の直径rをこのような範囲内とすることにより、核体11と第一の粘着層5との接触面付近に、はんだ粒子14を付着できる。このため、核体11の表面11aの全体に、はんだ層15を形成することができる。
一方、直径rが第一の部材21の厚みH以上の大きさであると、核体11と第一の粘着層5との接触面付近にはんだ粒子14が十分付着せず好ましくない。また、第一の粘着層5の表面5aを覆うように第一のマスク41を付着させる際に、隣接する第一のマスク41同士の間に隙間が生じるため、第三工程において、第一の粘着層5表面にはんだ粒子14が付着するおそれがある。このため、第四工程において、第一の粘着層5表面に付着したはんだ粒子14が溶融し、はんだボール70に接合するおそれがある。このためはんだボール70の粒径が不均一となり、好ましくない。
この後、図3(c)〜図3(f)に示すように、第二工程と、第三工程と、第四工程とを行うが、第二工程〜第四工程の工程については、第一の実施形態と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。なお、図3(f)に示すように、第一の粘着層5から第一のマスク41を剥離する方法は、具体的にはたとえば、超音波洗浄機で基材1に振動を与える方法を採用することができる。
以上により、はんだボール70が形成される。
以上により、はんだボール70が形成される。
第三の実施形態におけるはんだボール70の製造方法によれば、第一の部材21を用いて粘着層5の表面5aに核体11を配置した後に第一の部材21を剥離することにより、核体11同士の間隔を適度に保つことができる。また、第一の粘着層5の表面5aに第一のマスク41を付着させた後に、核体11の表面11aにはんだ粒子14を付着させることにより、核体11と第一の粘着層5との接触面付近に、はんだ粒子14を付着させることができる。このため、核体11の表面11aの全体に、はんだ層15を形成することができる。また、第一のマスク41の材料として、水に融解せず、かつ、第二の粘着層13が形成されない物質を用いることにより、第二工程において、第一のマスク41表面に第二の粘着層13が形成されることを防止できる。このため、第一のマスク41表面へのはんだ粒子14の付着を防ぐことができる。
以上により、第三の実施形態におけるはんだボール70の製造方法によれば、第一の実施形態の効果に加えて、はんだボール70のはんだ層15の厚さを均一に形成することができる。
(第四の実施形態)
次いで、本発明の第四の実施形態であるはんだボール70の製造方法について図面を参照にして説明する。図4は第四の実施形態のはんだボール70の製造方法を説明する工程図である。
次いで、本発明の第四の実施形態であるはんだボール70の製造方法について図面を参照にして説明する。図4は第四の実施形態のはんだボール70の製造方法を説明する工程図である。
第四の実施形態におけるはんだボール70の製造方法は、基材1に付与された第一の粘着層5の表面5aに核体11を付着する第一工程と、核体11の表面11aに、第二の粘着層13を形成する第二工程と、第二の粘着層13表面に、はんだ粒子14を付着する第三工程と、はんだ粒子14を溶融してはんだ層15を形成する第四工程と、核体11から基材1を剥離する第五工程と、から概略構成されている。
このうち、第一工程の前に、ドット形状の複数の第一の粘着層5を基材1の表面1aに相互に離間させて形成する点が第一の実施形と異なる点である。このため、第一の実施形態と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
はじめに、基材1の表面1aを覆うように、第二の部材22を配置する。第二の部材22としては、板状の部材を用いることができる。第二の部材22には、基材1の表面1aの一部をドット状に露出させる第四の開口部34が、相互に離間するように設けられている。
また、第四の開口部34の直径F4の範囲は、粘着材の厚みをHとすると下記数式(10)で表すことができる。
また、第四の開口部34の直径F4の特に好ましい範囲は、下記数式(11)で表すことができる。
また、隣接する第四の開口部34の同士の間隔G4は、粘着材の厚みをH、第四の開口部34の直径をF4とすると下記数式(12)で表すことができる。
また、特に好ましい第四の開口部34の同士の間隔G4は、下記数式(13)で表すことができる。
次いで、図4(a)に示すように第二の部材22をマスクにして、第四の開口部34を充填するように粘着性物質を塗布する。これにより、厚さH、直径F4の、ドット形状の複数の第一の粘着層5が、基材1の表面1aに相互に離間するように形成される。
次いで、第二の部材22を基材1の表面1aから剥離し、表面1aを露出させる。
次いで、図4(b)に示すように、核体11を第一の粘着層5に付着させる。
次いで、第二の部材22を基材1の表面1aから剥離し、表面1aを露出させる。
次いで、図4(b)に示すように、核体11を第一の粘着層5に付着させる。
この後、図4(c)〜図4(e)に示すように、第二工程と、第三工程と、第四工程と、第五工程と、を行うが、第二工程以降は第一の実施形態と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
以上により、はんだボール70が形成される。
以上により、はんだボール70が形成される。
第四の実施形態におけるはんだボール70の製造方法によれば、ドット形状の複数の第一の粘着層5を、基材1の表面1aに相互に離間するように形成したのちに、第二の部材22を基材1から剥離することにより、ドット形状の第一の粘着層5を形成できる。このため、核体11を第一の粘着層5に付着させやすくなる。また、はんだ粒子14を核体11の表面11aに付着させる際に、基材1の表面1aが露出しているため、はんだ粒子14が核体11と第一の粘着層5との接着面付近まで十分に付着させることができる。このため、核体11の表面11aの全体に、はんだ層15を形成することができる。
以上により、第四の実施形態におけるはんだボール70の製造方法によれば、第一の実施形態の効果に加えて、はんだボール70のはんだ層15の厚さを均一に形成することができる。
(第五の実施形態)
次いで、本発明の第五の実施形態であるはんだボール70の製造方法について図面を参照にして説明する。図5は第五の実施形態のはんだボール70の製造方法を説明する工程図である。
次いで、本発明の第五の実施形態であるはんだボール70の製造方法について図面を参照にして説明する。図5は第五の実施形態のはんだボール70の製造方法を説明する工程図である。
第五の実施形態におけるはんだボール70の製造方法は、基材1に付与された第一の粘着層5の表面5aに核体11を付着する第一工程と、核体11の表面11aに、第二の粘着層13を形成する第二工程と、第二の粘着層13表面に、はんだ粒子14を付着する第三工程と、はんだ粒子14を溶融してはんだ層15を形成する第四工程と、核体11から基材1を剥離する第五工程と、から概略構成されている。以下、各工程について説明するが、第一の実施形態と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
(第一工程)
第五の実施形態における第一工程は、転写用基材61の表面61aにドット形状の複数の第一の金属膜51を、相互に離間するように形成する工程と、第一の金属膜51に第一の粘着性付与化合物5bを付着させる工程と、転写用基材61から基材1の表面1aに前記第一の粘着性付与化合物を転写することにより第一の粘着層5を形成する工程と、第一の粘着層5に核体11を付着する工程と、から構成されている。
以下、各工程について、詳細に説明する。
第五の実施形態における第一工程は、転写用基材61の表面61aにドット形状の複数の第一の金属膜51を、相互に離間するように形成する工程と、第一の金属膜51に第一の粘着性付与化合物5bを付着させる工程と、転写用基材61から基材1の表面1aに前記第一の粘着性付与化合物を転写することにより第一の粘着層5を形成する工程と、第一の粘着層5に核体11を付着する工程と、から構成されている。
以下、各工程について、詳細に説明する。
はじめに、転写用基材61の表面61aに、たとえば膜厚20μmのドット形状の複数の第一の金属膜51を相互に離間するように形成する。第一の金属膜51の材料としてはスズ(Sn)を用いることが好ましく、銅(Cu)を用いることが特に好ましい。また、第一の金属膜51の材料は、これらに限られず、第一の粘着性付与化合物によって粘着性が得られる物質であれば他のものを用いてもかまわない。このような物質としては、銅やスズの他に、例えば、Ni、Ni−Au、Au−Snの合金等を含む物質を例示できる。
次いで、図5(a)に示すように、第一の金属膜51に第一の粘着性付与化合物5bを付着させる。この工程については、第一の実施形態の第二工程と同様であるため、詳細な説明を省略する。これにより、第一の金属膜51表面を覆う第一の粘着性付与化合物5bが形成される。
次いで、図5(b)に示すように、転写用基材61から基材1の表面1aに第一の粘着性付与化合物5bを転写する。
このとき、基材1の表面1aは、第二のマスク42で覆われていることが好ましい。第二のマスク42の材料としては、板状の部材を用いることができる。また、その材料としては、具体的には、ステンレスやニッケル、ガラス、セラミック、高分子などを用いることを用いることができるが、水に融解せず、第二の粘着層13が形成されない物質であれば、その材料は限定されない。
このとき、基材1の表面1aは、第二のマスク42で覆われていることが好ましい。第二のマスク42の材料としては、板状の部材を用いることができる。また、その材料としては、具体的には、ステンレスやニッケル、ガラス、セラミック、高分子などを用いることを用いることができるが、水に融解せず、第二の粘着層13が形成されない物質であれば、その材料は限定されない。
また、第二のマスク42には、直径をF5の第五の開口部35が設けられている。第五の開口部35は、第四工程以降において、はんだボール70が外れないようにする機能を有している。このため、F5の値は、核体11の直径Dとはんだ粒子14の直径d、第二のマスク42の厚さHに応じて適宜設定すればよい。
このとき、隣接する第五の開口部35同士の間隔G5は、第二のマスク42の厚みをH、核体11の直径をD、はんだ粒子14の直径をdとすると、下記数式(14)で表すことができる。
また、第二のマスク42の厚さHは、第一の金属膜51の厚さと第一の粘着性付与化合物5bの厚さの合計よりも小さい必要があるが、第一の金属膜51の厚さと同程度であることが特に好ましい。第二のマスク42の厚さHが、第一の金属膜51の厚さと第一の粘着性付与化合物5bの厚さの合計よりも大きいと、第一の粘着性付与化合物5bを基材1の表面1aに転写することができず、好ましくない。
これにより、基材1の表面1aに、ドット形状の複数の第一の粘着層5が、相互に離間するように形成される。
これにより、基材1の表面1aに、ドット形状の複数の第一の粘着層5が、相互に離間するように形成される。
次いで、図5(c)に示すように、核体11を第一の粘着層5の表面5aに付着させる。この後、図5(c)〜図5(f)に示すように、第二工程と、第三工程と、第四工程と、第五工程と、を行うが、第二工程以降は、第一の部材21に代えて第二のマスク42を用いること以外については、第一の実施形態と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
以上により、はんだボール70が形成される。
以上により、はんだボール70が形成される。
第五の実施形態におけるはんだボール70の製造方法によれば、ドット形状の第一の金属膜51上に第一の粘着性付与化合物5bを塗布することにより第一の粘着層5を形成するため、第一の粘着性付与化合物5bの量を必要最小限に抑えることができる。また、第一の粘着層5を、マスクを用いて形成する場合よりも、微細なパターンに対応することができる。
また、基材1の表面1aを、第二のマスク42で覆った状態のまま第一の粘着性付与化合物5bを基材1の表面1aに転写することにより、第一の粘着層5を正確な位置に形成することができる。また、基材1の表面1aを、第二のマスク42で覆った状態のまま核体11に第二の粘着層13を形成するため、基材1の表面1aに第二の粘着層13が付着することが防がれる。そのため、基材1の表面1aにはんだ粒子14が付着することが防がれる。
以上により、第五の実施形態におけるはんだボール70の製造方法によれば、第四の実施形態の効果に加えて、はんだボール70の形成位置を、より微細なパターンに対応させることができる。
(第六の実施形態)
次いで、本発明の第六の実施形態であるはんだボール70の製造方法について図面を参照にして説明する。図6は第六の実施形態のはんだボール70の製造方法を説明する工程図である。
次いで、本発明の第六の実施形態であるはんだボール70の製造方法について図面を参照にして説明する。図6は第六の実施形態のはんだボール70の製造方法を説明する工程図である。
第六の実施形態におけるはんだボール70の製造方法は、基材1に付与された第一の粘着層5の表面5aに核体11を付着する第一工程と、核体11の表面11aに、第二の粘着層13を形成する第二工程と、第二の粘着層13表面に、はんだ粒子14を付着する第三工程と、はんだ粒子14を溶融してはんだ層15を形成する第四工程と、核体11から基材1を剥離する第五工程と、から概略構成されている。以下、各工程について説明するが、第一の実施形態と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
(第一工程)
第六の実施形態における第一工程は、基材1の表面1aに、ドット形状の複数の第二の金属膜52を形成する工程と、露出する第二の金属膜52表面に第一の粘着性付与化合物を塗布することにより第一の粘着層5を形成する工程と、第一の粘着層5に核体11を付着する工程と、から構成されている。
以下、各工程について、詳細に説明する。
第六の実施形態における第一工程は、基材1の表面1aに、ドット形状の複数の第二の金属膜52を形成する工程と、露出する第二の金属膜52表面に第一の粘着性付与化合物を塗布することにより第一の粘着層5を形成する工程と、第一の粘着層5に核体11を付着する工程と、から構成されている。
以下、各工程について、詳細に説明する。
はじめに、基材1の表面1aに、ドット形状の第二の金属膜52を、相互に離間するように形成する。第二の金属膜52の材料としては、はんだに対してぬれ性を示す金属であることが好ましいが、タングステンを用いることが特に好ましい。
次いで、基材1の表面1aを覆うように、第六の開口部36を有する第三のマスク43を配置する。なお、第三のマスク43は、第一の粘着層5形成後に配置してもかまわない。
第三のマスク43には、直径をF6の第六の開口部36が設けられている。第六の開口部36は、第四工程以降において、はんだボール70が外れないようにする機能を有している。このため、F6の値は、核体11の直径Dとはんだ粒子14の直径d、第三のマスク43の厚さHに応じて適宜設定すればよい。
第三のマスク43には、直径をF6の第六の開口部36が設けられている。第六の開口部36は、第四工程以降において、はんだボール70が外れないようにする機能を有している。このため、F6の値は、核体11の直径Dとはんだ粒子14の直径d、第三のマスク43の厚さHに応じて適宜設定すればよい。
このとき、隣接する第六の開口部36同士の間隔G6は、第三のマスク43の厚みをH、核体11の直径をD、はんだ粒子14の直径をdとすると、下記数式(15)で表すことができる。
また、第三のマスク43の厚さHは、第二の金属膜52の厚さと第一の粘着層5の厚さの合計よりも小さい必要があるが、第二の金属膜52の厚さよりも20μm程度厚いことが特に好ましい。第三のマスク43の厚さHが、第二の金属膜52の厚さと第一の粘着層5の厚さの合計よりも大きいと、核体11を第一の粘着層5の表面5aに付着させることができず、好ましくない。
次いで、図6(a)に示すように、第二の金属膜52表面を覆うように、第一の粘着層5を形成する。第一の粘着層5を形成する方法については、第五の実施形態と同様に、第二の金属膜52に第一の粘着性付与化合物を塗布することにより形成することができる。
以上により、基材1の表面1aに、ドット形状の複数の第一の粘着層5が、相互に離間するように形成される。
以上により、基材1の表面1aに、ドット形状の複数の第一の粘着層5が、相互に離間するように形成される。
次いで、図6(b)に示すように、核体11を第一の粘着層5の表面5aに付着させる。この後、図6(c)〜図6(e)に示すように、第二工程と、第三工程と、第四工程と、第五工程と、を行うが、第二工程以降は、第一の部材21に代えて第三のマスク43を用いること以外については、第一の実施形態と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
以上により、はんだボール70が形成される。
以上により、はんだボール70が形成される。
第六の実施形態におけるはんだボール70の製造方法によれば、第二の金属膜52上に第一の粘着性付与化合物5bを塗布することにより第一の粘着層5を形成するため、第一の粘着層5の材料を必要最小限に抑えることができる。また、マスクを用いて第一の粘着層5を形成する場合よりも、微細なパターンに対応することができる。
また、第一の粘着層5を、基材1上の第二の金属膜52表面に直接形成するため、第一の粘着層5の位置のずれを防ぐことができる。
また、第一の粘着層5を、基材1上の第二の金属膜52表面に直接形成するため、第一の粘着層5の位置のずれを防ぐことができる。
また、第二の金属膜52の材料としてタングステンを用いることにより、第四工程においてはんだ層15を形成する際に、はんだ層15が第二の金属膜に付着しても、簡単に剥離することができる。そのため、第二の金属膜52上にはんだボール70を形成しても、はんだボール70を簡単に取り外すことができる。
以上により、第五の実施形態におけるはんだボール70の製造方法によれば、第五の実施形態の効果に加えて、はんだボール70の形成位置を、より微細なパターンに対応させることができる。
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
はじめに、第一の粘着層5が付与された基材1としてポリイミドテープを準備した。次いで、第一の粘着層5の表面5aを覆うように、金属からなる第一の部材21を配置した。第一の部材21は、直径F1=80μmの第一の開口部31が設けられたものを用いた。また、隣接する第一の開口部31同士の間隔は200μmとした。
(実施例1)
はじめに、第一の粘着層5が付与された基材1としてポリイミドテープを準備した。次いで、第一の粘着層5の表面5aを覆うように、金属からなる第一の部材21を配置した。第一の部材21は、直径F1=80μmの第一の開口部31が設けられたものを用いた。また、隣接する第一の開口部31同士の間隔は200μmとした。
次いで、図1(a)に示すように、基材1の表面1aに、直径D=50μmの銅からなる核体11を付着させた。図7(a)に、核体11を基材1の表面1aに付着させた状態を示す。
次に、図1(b)に示すように、核体11の表面11aに、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層13を形成した。このとき、粘着性付与化合物を含む粘着性溶液として、上記一般式(3)のR12のアルキル基がC11H23であり、R11が水素原子であるイミダゾール系化合物の2質量%水溶液を用意した。次いで、前記粘着性溶液を酢酸によりpHを約4に調整した後、40℃に加温した。次いで、基材1を粘着性溶液に3分間浸漬し、核体11の表面11aに、第二の粘着層13を形成した。
次いで、図1(c)に示すように、第二の粘着層13上に、金属組成がSn/3.5Agである、直径d=約10μmのはんだ粒子14を付着させた。次いで、エアーナイフにより、余分なはんだ粒子14を除去した。
次いで、図1(d)に示すようにリフロー工程を行い、はんだ層15を形成した。まず、基材1を180℃のオーブンで20分間加熱して、核体11とはんだ粒子14を定着させた。次いで、フラックスを基材1の表面に噴霧した。次いで、基材1を240℃のリフロー炉で、窒素雰囲気中で3分加熱し、核体11の表面11aを覆うように、膜厚5μmのはんだ層15を形成した。以上により、図1(e)に示すように、直径約60μmのはんだボール70を製造した。図7(b)に、はんだボール70を示す。
(実施例2)
次いで、実施例2について説明する。はじめに、ガラス片からなる基材1に、シリコン系粘着剤からなる第一の粘着層5を塗布した。次いでスクリーン印刷により、ソルダーレジスト用ペーストからなる第一の部材第一層21aを、第一の粘着層5の表面5aを覆うように形成した。
このとき、第一の部材第一層21aとしては、直径F2a=80μmの第二の開口下部32aが設けられたものを用いた。
次いで、実施例2について説明する。はじめに、ガラス片からなる基材1に、シリコン系粘着剤からなる第一の粘着層5を塗布した。次いでスクリーン印刷により、ソルダーレジスト用ペーストからなる第一の部材第一層21aを、第一の粘着層5の表面5aを覆うように形成した。
このとき、第一の部材第一層21aとしては、直径F2a=80μmの第二の開口下部32aが設けられたものを用いた。
次いで、第一の部材第一層21a上に、金属からなる第一の部材第二層21bを配置した。第一の部材第二層21bには、直径F2b=60μmの第二の開口上部32bが設けられたものを用いた。また、第一の部材第二層21bを配置する際、第二の開口下部32aの中心部と第二の開口上部32bの中心部とが重なるように、第一の部材第二層21bを配置する位置を調整した。また、隣接す第二の開口上部32b同士の間隔G2は200μmとした。
次いで、図2(a)に示すように、基材1の表面1aに、直径D=50μmの銅からなる核体11を付着させた。次いで、図2(b)に示すように、第一の部材第一層21a上から、第一の部材第二層21bを剥離した。
次に、図2(b)に示すように、核体11の表面11aに、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層13を形成した。このとき、粘着性付与化合物を含む粘着性溶液として、上記一般式(3)のR12のアルキル基がC11H23であり、R11が水素原子であるイミダゾール系化合物の2質量%水溶液を用意した。次いで、前記粘着性溶液を酢酸によりpHを約4に調整した後、40℃に加温した。次いで、基材1を粘着性溶液に3分間浸漬し、核体11の表面11aに、第二の粘着層13を形成した。
次いで、図2(c)に示すように、第二の粘着層13上に、金属組成がSn/3.5Agである、直径d=約10μmのはんだ粒子14を付着させた。次いで、エアーナイフにより、余分なはんだ粒子14を除去した。
次いで、図2(d)に示すようにリフロー工程を行い、はんだ層15を形成した。まず、基材1を180℃のオーブンで20分間加熱して、核体11とはんだ粒子14を定着させた。次いで、フラックスを基材1の表面に噴霧した。次いで、基材1を240℃のリフロー炉で、窒素雰囲気中で3分加熱し、核体11の表面11aを覆うように、膜厚5μmのはんだ層15を形成した。以上により、直径約60μmのはんだボール70を製造した。
(実施例3)
次いで、実施例3について説明する。はじめに、基材1として、第一の粘着層5が付与された基材1としてポリイミドテープを準備した。次いで、第一の粘着層5の表面5aを覆うように、金属からなる第一の部材21を配置した。第一の部材21は、直径F3=70μmの第一の開口部31が設けられたものを用いた。また、隣接する第一の開口部31同士の間隔は200μmとした。
次いで、実施例3について説明する。はじめに、基材1として、第一の粘着層5が付与された基材1としてポリイミドテープを準備した。次いで、第一の粘着層5の表面5aを覆うように、金属からなる第一の部材21を配置した。第一の部材21は、直径F3=70μmの第一の開口部31が設けられたものを用いた。また、隣接する第一の開口部31同士の間隔は200μmとした。
次いで、図3(a)に示すように、基材1の表面1aに、直径D=50μmの銅からなる核体11を付着させた。次いで、図3(b)に示すように、第一の部材21を剥離した。
次いで、次いで、図3(c)に示すように、第一の粘着層5の表面5aを覆うように、直径約1μmの硝子粒子からなる第一のマスク41を付着させた。
次いで、次いで、図3(c)に示すように、第一の粘着層5の表面5aを覆うように、直径約1μmの硝子粒子からなる第一のマスク41を付着させた。
次に、図3(d)に示すように、核体11の表面11aに、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層13を形成した。このとき、粘着性付与化合物を含む粘着性溶液として、上記一般式(3)のR12のアルキル基がC11H23であり、R11が水素原子であるイミダゾール系化合物の2質量%水溶液を用意した。次いで、前記粘着性溶液を酢酸によりpHを約4に調整した後、40℃に加温した。次いで、基材1を粘着性溶液に3分間浸漬し、核体11の表面11aに、第二の粘着層13を形成した。
次いで、図3(e)に示すように、第二の粘着層13上に、金属組成がSn/3.5Agである、直径d=約10μmのはんだ粒子14を付着させた。次いで、エアーナイフにより、余分なはんだ粒子14を除去した。
次いで、図3(f)に示すようにリフロー工程を行い、はんだ層15を形成した。まず、基材1を180℃のオーブンで20分間加熱して、核体11とはんだ粒子14を定着させた。次いで、フラックスを基材1の表面に噴霧した。次いで、基材1を240℃のリフロー炉で、窒素雰囲気中で3分加熱し、核体11の表面11aを覆うように、膜厚5μmのはんだ層15を形成した。以上により、直径約60μmのはんだボール70を製造した。
(実施例4)
次いで、実施例4について説明する。はじめに、ガラス片からなる基材1を準備した。次いで、基材1の表面1aを覆うように、5μmの金属からなる第二の部材22を配置した。このとき、第二の部材22は、直径F4=25μmの第四の開口部34が設けられたものを用いた。また、隣接する第四の開口部34同士の間隔は200μmとした。
次いで、図4(a)に示すように第二の部材22をマスクにして、第四の開口部34を充填するようにシリコン系粘着剤を塗布した。これにより、厚さH=5μm、直径F4=25μmの第一の粘着層5が、基材1の表面1aに形成された。
次いで、実施例4について説明する。はじめに、ガラス片からなる基材1を準備した。次いで、基材1の表面1aを覆うように、5μmの金属からなる第二の部材22を配置した。このとき、第二の部材22は、直径F4=25μmの第四の開口部34が設けられたものを用いた。また、隣接する第四の開口部34同士の間隔は200μmとした。
次いで、図4(a)に示すように第二の部材22をマスクにして、第四の開口部34を充填するようにシリコン系粘着剤を塗布した。これにより、厚さH=5μm、直径F4=25μmの第一の粘着層5が、基材1の表面1aに形成された。
次いで、図4(b)に示すように、基材1の表面1aに、直径D=50μmの銅からなる核体11を付着させた。
次いで、図4(c)に示すように、核体11の表面11aに、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層13を形成した。このとき、粘着性付与化合物を含む粘着性溶液として、上記一般式(3)のR12のアルキル基がC11H23であり、R11が水素原子であるイミダゾール系化合物の2質量%水溶液を用意した。次いで、前記粘着性溶液を酢酸によりpHを約4に調整した後、40℃に加温した。次いで、基材1を粘着性溶液に3分間浸漬し、核体11の表面11aに、第二の粘着層13を形成した。
次いで、図4(d)に示すように、第二の粘着層13上に、金属組成がSn/3.5Agである、直径d=約10μmのはんだ粒子14を付着させた。次いで、エアーナイフにより、余分なはんだ粒子14を除去した。
次いで、図4(e)に示すようにリフロー工程を行い、はんだ層15を形成した。まず、基材1を180℃のオーブンで20分間加熱して、核体11とはんだ粒子14を定着させた。次いで、フラックスを基材1の表面に噴霧した。次いで、基材1を240℃のリフロー炉で、窒素雰囲気中で3分加熱し、核体11の表面11aを覆うように、膜厚5μmのはんだ層15を形成した。以上により、直径約60μmのはんだボール70を製造した。
(実施例5)
次いで、実施例5について説明する。はじめに、転写用基材61の表面61aに、膜厚18μmの銅からなる第一の金属膜51を形成した。このとき、第一の金属膜51のパターンは、直径25μmとし、隣接する第一の金属膜51のパターン同士の間隔は200μmとした。
また、基材1は、予め表面1aを、厚さH=18μmの第二のマスク42で覆ったものを用いた。第二のマスク42は、直径F5=70μmの第五の開口部35が設けられたものを用いた。また、隣接する第五の開口部35同士の間隔は200μmとした。
次いで、実施例5について説明する。はじめに、転写用基材61の表面61aに、膜厚18μmの銅からなる第一の金属膜51を形成した。このとき、第一の金属膜51のパターンは、直径25μmとし、隣接する第一の金属膜51のパターン同士の間隔は200μmとした。
また、基材1は、予め表面1aを、厚さH=18μmの第二のマスク42で覆ったものを用いた。第二のマスク42は、直径F5=70μmの第五の開口部35が設けられたものを用いた。また、隣接する第五の開口部35同士の間隔は200μmとした。
次いで、第一の金属膜51の表面に、第一の粘着性付与化合物5bを付着させた。このとき、粘着性付与化合物を含む粘着性溶液として、上記一般式(3)のR12のアルキル基がC11H23であり、R11が水素原子であるイミダゾール系化合物の2質量%水溶液を用意した。次いで、前記粘着性溶液を酢酸によりpHを約4に調整した後、40℃に加温した。次いで、基材1を粘着性溶液に10分間浸漬し、第一の金属膜51の表面に、第一の粘着性付与化合物5bを付着させた。
次いで、図5(b)に示すように、転写用基材61から基材1の表面1aに第一の粘着性付与化合物5bを転写し、第一の粘着層5を形成した。
次いで、図5(b)に示すように、転写用基材61から基材1の表面1aに第一の粘着性付与化合物5bを転写し、第一の粘着層5を形成した。
次いで、図5(c)に示すように、基材1の表面1aに、直径D=50μmの銅からなる核体11を付着させた。
次いで、図5(d)に示すように、核体11の表面11aに、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層13を形成した。
次いで、図5(d)に示すように、核体11の表面11aに、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層13を形成した。
次いで、図5(e)に示すように、第二の粘着層13上に、金属組成がSn/3.5Agである、直径d=約10μmのはんだ粒子14を付着させた。次いで、エアーナイフにより、余分なはんだ粒子14を除去した。
次いで、図5(f)に示すようにリフロー工程を行い、はんだ層15を形成した。まず、基材1を180℃のオーブンで20分間加熱して、核体11とはんだ粒子14を定着させた。次いで、フラックスを基材1の表面に噴霧した。次いで、基材1を240℃のリフロー炉で、窒素雰囲気中で3分加熱し、核体11の表面11aを覆うように、膜厚5μmのはんだ層15を形成した。以上により、直径約60μmのはんだボール70を製造した。
(実施例6)
次いで、実施例6について説明する。はじめに、アルミナからなる基材1の表面1aに、スクリーン印刷により、タングステンペーストをドット形状に塗布した。次いで、前記タングステンペーストを焼成し、ドット形状のタングステンからなる第二の金属膜52を形成した。このとき、第二の金属膜52のパターンは、直径25μmとし、隣接する第二の金属膜52のパターン同士の間隔は200μmとした。
次いで、実施例6について説明する。はじめに、アルミナからなる基材1の表面1aに、スクリーン印刷により、タングステンペーストをドット形状に塗布した。次いで、前記タングステンペーストを焼成し、ドット形状のタングステンからなる第二の金属膜52を形成した。このとき、第二の金属膜52のパターンは、直径25μmとし、隣接する第二の金属膜52のパターン同士の間隔は200μmとした。
次いで、第三のマスク43を、基材1の表面1aを覆うように配置した。
このとき、第三のマスク43は、直径F6=70μmの第六の開口部36が設けられたものを用いた。また、隣接する第六の開口部36同士の間隔は200μmとした。また、第六の開口部36の中心に第二の金属膜52が位置するように、第三のマスク43を配置する位置を調整した。
このとき、第三のマスク43は、直径F6=70μmの第六の開口部36が設けられたものを用いた。また、隣接する第六の開口部36同士の間隔は200μmとした。また、第六の開口部36の中心に第二の金属膜52が位置するように、第三のマスク43を配置する位置を調整した。
次いで、第二の金属膜52の表面に、第一の粘着性付与化合物を付着させた。このとき、粘着性付与化合物を含む粘着性溶液として、上記一般式(3)のR12のアルキル基がC11H23であり、R11が水素原子であるイミダゾール系化合物の2質量%水溶液を用意した。次いで、前記粘着性溶液を酢酸によりpHを約4に調整した後、40℃に加温した。次いで、基材1を粘着性溶液に10分間浸漬し、図6(a)に示すように、第二の金属膜52の表面に第一の粘着層5を形成した。
次いで、図6(b)に示すように、第一の粘着層5の表面に、直径D=50μmの銅からなる核体11を付着させた。
次いで、図6(c)に示すように、核体11の表面11aに、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層13を形成した。
次いで、図6(c)に示すように、核体11の表面11aに、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層13を形成した。
次いで、図6(d)に示すように、第二の粘着層13上に、金属組成がSn/3.5Agである、直径d=約10μmのはんだ粒子14を付着させた。次いで、エアーナイフにより、余分なはんだ粒子14を除去した。
次いで、図6(e)に示すようにリフロー工程を行い、はんだ層15を形成した。まず、基材1を180℃のオーブンで20分間加熱して、核体11とはんだ粒子14を定着させた。次いで、フラックスを基材1の表面に噴霧した。次いで、基材1を240℃のリフロー炉で、窒素雰囲気中で3分加熱し、核体11の表面11aを覆うように、膜厚5μmのはんだ層15を形成した。以上により、直径約60μmのはんだボール70を製造した。
実施例1〜実施例6の結果、いずれも核体11の脱落は見られなかった。また、はんだ層15が未形成の核体11は見られなかった。
以上の方法によれば、はんだボール70を、鉛を多く含む高融点はんだを使用することなく形成できる。このため、はんだボール70の鉛フリー化を実現できる。このため、はんだバンプ中に含まれるPbからα線が放射されることがない。このため、α線による電子部品の誤動作を防ぐことができる。
また、核体11を核にもつはんだボール70を安価に製造できるため、はんだバンプの高さが不均一となる問題や、チップを搭載する際のリフロー時にチップが沈み込む問題を、低コストで解決することができる。本方法は、微細な基材1に適した方法であり、集積度が高く、かつ、信頼性の高い電子機器を提供出来る様になる。
また、核体11を核にもつはんだボール70を安価に製造できるため、はんだバンプの高さが不均一となる問題や、チップを搭載する際のリフロー時にチップが沈み込む問題を、低コストで解決することができる。本方法は、微細な基材1に適した方法であり、集積度が高く、かつ、信頼性の高い電子機器を提供出来る様になる。
1…基材、1a…基材の表面、5…第一の粘着層、5a…第一の粘着層の表面、5b…第一の粘着性付与化合物、11…核体、11a…核体の表面、13…第二の粘着層、14…はんだ粒子、15…はんだ層、21…第一の部材、21a…第一の部材第一層、21b…第一の部材第二層、22…第二の部材、31…第一の開口部、32a…第二の開口下部、32b…第二の開口上部、33…第三の開口部、34…第四の開口部、35…第五の開口部、36…第六の開口部、41…第一のマスク、42…第二のマスク、43…第三のマスク、51…第一の金属膜、52…第二の金属膜、61…転写用基材、61a…転写用基材の表面、70…はんだボール、F1…第一の開口部の直径、F2a…第二の開口下部の直径、F2b…第二の開口上部32bの直径、F3…第三の開口部の直径、F4…第四の開口部の直径、F5…第五の開口部の直径、F6…第六の開口部の直径、D…核体の粒径、d…はんだ粒子の粒径、r…第一のマスクの直径
Claims (13)
- 基材の表面に付与された第一の粘着層に核体を付着する第一工程と、
前記核体の表面に、粘着性付与化合物を塗布して第二の粘着層を形成する第二工程と、
前記核体表面の第二の粘着層上に、はんだ粒子を付着する第三工程と、
前記はんだ粒子を溶融して前記核体の表面にはんだ層を形成する第四工程と、
前記核体から前記基材を剥離する第五工程と、を具備してなることを特徴とするはんだボールの製造方法。 - 前記核体がCuからなることを特徴とする請求項1に記載のはんだボールの製造方法。
- 前記第一工程の前に前記第一の粘着層表面の一部を露出させる開口部を有する第一の部材を前記第一の粘着層上に配置したのちに、前記第一工程において、前記開口部から露出する前記第一の粘着層表面に核体を付着することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載のはんだボールの製造方法。
- 前記第一の部材を前記第一の粘着層上に配置する工程が、
第二の開口下部を有する第一の部材第一層を前記第一の粘着層上に配置する工程と、
前記第一の部材第一層上に、前記第二の開口下部よりも直径の小さい第二の開口上部を有する第一の部材第二層を、前記第二の開口下部の中心部と前記第二の開口上部の中心部が重なるように配置する工程と、からなり、
前記第一工程と前記第二工程との間に、前記第一の部材第二層を前記第一の部材第一層上から剥離する工程を有することを特徴とする請求項3に記載のはんだボールの製造方法。 - 前記第一工程と前記第二工程との間に、
前記第一の部材を前記第一の粘着層上から剥離する工程と、
前記第一の粘着層表面を覆うように、前記第一の部材の厚みよりも小さい直径を有する粒子からなる第一のマスクを付着させる工程と、を有することを特徴とする請求項3に記載のはんだボールの製造方法。 - 前記第一工程の前に、ドット形状の複数の前記第一の粘着層を前記基材の表面に相互に離間させて形成することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載のはんだボールの製造方法。
- 前記第一の粘着層を形成する工程が、
前記基材表面の一部を露出させる第四の開口部を有する第二の部材を配置する工程と、
前記第二の部材をマスクにして前記第一の粘着層を塗布する工程と、を有することを特徴とする請求項6に記載のはんだボールの製造方法。 - 前記第一の粘着層を形成する工程が、
転写用基材表面にドット形状の第一の金属膜を相互に離間させて形成する工程と、
前記第一の金属膜に第一の粘着性付与化合物を塗布する工程と、
前記転写用基材から前記基材表面に前記第一の粘着性付与化合物を転写することにより第一の粘着層を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項6に記載のはんだボールの製造方法。 - 前記第一の粘着層を形成する工程が、
第五の開口部を有する第二のマスクにより前記基材表面を覆ったのちに、前記第五の開口部から露出する前記基材表面に前記第一の粘着性付与化合物を転写する工程と、
前記基材表面を第二のマスクで覆ったまま、前記第二の粘着層を形成する工程を有することを特徴とする請求項8に記載のはんだボールの製造方法。 - 前記第一の粘着層を形成する工程が、
前記基材表面にドット形状の第二の金属膜を相互に離間させて形成する工程と、
前記第二の金属膜に前記第一の粘着性付与化合物を塗布することにより前記第一の粘着層を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項6に記載のはんだボールの製造方法。 - 前記第一の粘着層を形成する工程が、
前記基材表面を第六の開口部を有する第三のマスクで覆ったのちに、前記第六の開口部から露出する前記第二の金属膜表面に前記第一の粘着性付与化合物を塗布する工程を有することを特徴とする請求項10に記載のはんだボールの製造方法。 - 前記第二の金属膜がタングステンからなることを特徴とする請求項10または請求項11のいずれかに記載のはんだボールの製造方法。
- 前記はんだ粒子の平均粒径が、前記核体の平均粒径の1/2倍以下であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載のはんだボールの製造方法。
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