TW201610173A - 焊料凸塊之形成方法及焊料球固定用焊料膏 - Google Patents

Abstract

本發明之焊料凸塊之形成方法具有下列步驟：將焊料膏塗佈於基板之電極上，且於前述焊料膏上搭載焊料球而暫時固定之步驟，與隨後，回焊處理前述焊料膏及前述焊料球之步驟。 該焊料球固定用焊料膏含有焊料粉末與助焊劑，焊料粉末之平均粒徑為0.1μm~10μm，助焊劑之混合量為75體積%~93體積%。

Description

焊料凸塊之形成方法及焊料球固定用焊料膏

本發明係關於為了藉由覆晶安裝等使半導體裝置連接於基板上，而使用焊料球形成焊料凸塊之方法。

本申請案基於2014年5月20日於日本申請之日本特願2014-104345號主張優先權，其內容援用於本文中。

近年來，隨著網路資訊公司之急速發展，作為對應於半導體裝置之高功能化‧小型化之高密度晶片之安裝方法，覆晶安裝較為普及。該覆晶安裝中，有使用焊料球而形成設於晶圓或中介層(interposer)之焊料凸塊以連接半導體裝置之方法。焊料球係小球狀之焊料，且係搭載於晶圓或中介層之電極上使用。

一般，晶圓與中介層之間之凸塊稱為內凸塊，中介層係介隔內凸塊而安裝於晶圓上(覆晶安裝)。另一方面，中介層與主機板基板之間之凸塊稱為外凸塊。該外凸塊係使用比內凸塊大之焊料球形成，中介層係利用外凸塊與主機板基板接合。

將焊料球搭載於晶圓或中介層上作為內凸塊時，首先，將用以暫時固定焊料球之助焊劑印刷於電極上，隨後，搭載焊料球。接著，以氮氣氛圍中之回焊爐使焊料球熔融而成為凸塊。然而，助焊劑在回焊處理時軟化且流動，故所搭載之焊料球亦流動。因此，會有焊料球自電極上滾落而無法形成焊墊之虞。且，特別是於狹窄之間隙(間格為狹窄間隙)中，會有彼此相鄰之球熔融而結合之虞，而成為焊料凸塊之高度差異之原因。

專利文獻1中揭示為了防止電極表面之氧化及提高焊料球之潤濕性等，而藉由印刷等將預塗佈用之焊料膏塗佈於電極上並進行回焊處理，而於電極上形成薄的均勻且平滑性優異之預塗層，並於該預塗層上搭載焊料球且進行回焊處理。

若依據此，由於預塗層發揮對電極之高的潤濕性，故焊料球之回焊處理時，預塗層之焊料與焊料球之焊料彼此熔融，於電極上適當形成焊料凸塊。且，由於形成平滑且均勻之預塗層，故推定在回焊處理時亦可降低焊料球之流動。

專利文獻1中記載之預塗覆處理之方法係過去以來主要作為外凸塊之形成法而已知者。當然，亦為使用作為內凸塊之形成法之技術。惟，仍然要求能使用焊料球，以更簡易、更確實的形成內凸塊及外凸塊之方法。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2012-179624號公報

在該背景下，為了代替印刷助焊劑且搭載‧固定球之方法或專利文獻1所記載之施以預塗覆處理並搭載‧接合球之方法，本發明之目的在於提供可更簡易且確實地暫時固定焊料球，形成良率及高度精度提高之焊料凸塊(內凸塊或外凸塊)之方法以及用以固定焊料球之焊料膏。

本發明之一樣態之焊料凸塊之形成方法具有下列步驟：將焊料膏塗佈於基板之電極上，且於前述焊料膏上搭載焊料球而暫時固定之步驟，及隨後，回焊處理前述焊料膏及前述焊料球之步驟。

亦即，藉由焊料膏之黏著力，將焊料球暫時固定於電極上。且，焊料膏含有焊料粉末時，回焊處理時，與先前技術之僅以助焊劑暫時固定焊料球之情況不同，該焊料粉末與焊料球一起熔融而一體化。因此，焊料球不會滾落。又，作為基板亦包含前述之晶圓、中介層之任一者。

本發明之一樣態之焊料凸塊之形成方法中，前述焊料膏含有焊料粉末，且前述焊料粉末之平均粒徑為0.1μm~10μm。

焊料粉末之平均粒徑過大時，會有電極上之塗佈厚度(焊料膏之塗膜厚度)產生高度差異之虞，而使搭載於該焊料膏上之焊料球容易產生傾斜。且，焊料粉末之平均粒徑大時，亦容易產生孔洞。另一方面，焊料粉末之平均粒徑過小時，焊料粉末之製造困難，且回焊處理時難以熔融。基於該觀點，焊料粉末之平均粒徑較好為0.1μm~10μm。

本發明之一樣態之焊料凸塊之形成方法中，前述焊料膏含有助焊劑，且前述焊料膏中之前述助焊劑之混合量亦可為75體積%~93體積%。

助焊劑之量過多時，成為與先前技術之僅以助焊劑暫時固定焊料球之情況相同之狀態，焊料球容易滾落。助焊劑之量過少時，相對地焊料粉末量變多，故有因焊料膏之塗膜厚產生高度差異之虞。基於該觀點，焊料膏中之助焊劑量較好為75體積%~93體積%。

本發明之一樣態之焊料球固定用焊料膏含有焊料粉末與助焊劑，且前述焊料粉末之平均粒徑為0.1μm~10μm，前述助焊劑之混合量為75體積%~93體積%。

藉由使用含有該焊料粉末與助焊劑之焊料膏，可簡易且確實地暫時固定焊料球。

依據本發明之一樣態，可藉由塗佈焊料膏且搭載焊料球之簡便方法，暫時固定焊料球，防止焊料球之滾落，可確實地形成焊料凸塊(內凸塊、外凸塊)，且可提高良率、高度精度。

1‧‧‧基板

2‧‧‧電極焊墊

3‧‧‧焊料凸塊

10‧‧‧凸塊電極

11‧‧‧阻劑層

12‧‧‧開口部

13‧‧‧模板遮罩

14‧‧‧焊料膏

15‧‧‧焊料球

圖1為依序顯示應用本發明之一實施形態之方法形成凸塊電極之步驟之剖面圖。

以下，邊參照圖式邊說明本發明之實施形態。此處，記載於中介層上形成內凸塊之情況(中介層中，於欲形成內凸塊之部位形成焊料凸塊之情況)。此處雖未記載，但於晶圓側上形成內凸塊時(晶圓中，於欲形成內凸塊之部位形成焊料凸塊之情況)，形成外凸塊時(中介層與主基板中，於欲形成外凸塊之部位形成焊料凸塊之情況)亦沒有太大差異，均可應用本實施形態。

圖1(d)顯示應用本實施形態之方法所形成之凸塊電極10，於基板1之電極焊墊2上形成焊料凸塊3。覆晶安裝時，係形成多數的焊料凸塊，但圖1僅記載1個焊料凸塊3。

基板1具備半導體封裝用有機基板、於該有機基板之表面上形成之電路層、絕緣層等。電極焊墊2露出於基板 1之表面。電極焊墊2亦可使用Sn或Au/Ni/Cu等金屬化層，但較好使用Cu或經塗佈抗氧化膜之Cu。

且，成為焊料凸塊3之焊料球或焊料球固定用焊料膏之材料較好係如Sn-Ag合金、Pb-Sn合金、Sn-Bi合金、Sn-Zn合金、Sn-Sb合金、Sn-Cu合金、Sn-Ag-Cu合金等之由Sn與添加成分所成之Sn系合金。更具體列舉為具有後述之實施例所記載之組成之合金。

接著，針對於基板1上製造此構成之凸塊電極10之方法(凸塊之形成方法)，以圖1所示之步驟依序加以說明。

(阻劑層形成步驟)

預先，於基板1上形成阻劑層11，藉由對該阻劑層11施以曝光、顯影處理，而於阻劑層11中，相當於各電極焊墊2之位置形成開口部12(圖1(a))。藉此，成為經由開口部12使各電極焊墊2之上面露出之狀態。該阻劑層11之厚度設為例如15μm~20μm，開口部12之內徑係對應於所得焊料凸塊3之外徑而設定。

(焊料膏塗佈步驟)

接著，如圖1(b)所示，以厚度10μm~30μm之模板(stencil)遮罩13覆蓋阻劑層11之上面。又，模板遮罩13相當於阻劑層11之開口部12，且於欲填充焊料膏14之部分設置開口部。在以模板遮罩13覆蓋阻劑層11之狀態 下，藉由網版印刷，自基板1之阻劑層11之上方塗佈焊料膏14，而將焊料膏14填充於阻劑層11之開口部12內。

該焊料膏(本實施形態之焊料球固定用焊料膏)14含有焊料粉末與助焊劑，且具有黏著性。

焊料粉末係藉由霧化法等製造，其材料可選自前述之合金中，但以與後述之焊料球15相同之材料構成。焊料粉末之平均粒徑為0.1μm~10μm，較好為2μm~6μm。

此外，助焊劑含有松脂等樹脂成分、活性劑、觸變劑及溶劑，且可使用無鹵型、活性(RA)型、弱活性(RMA)型、水溶性型等助焊劑。

助焊劑中之樹脂成分列舉為膠松脂、木松脂、牛油松指、歧化松脂、聚合松脂、氫化松脂及該等之衍生物等松脂類，以及該等之編織物之松脂系改質樹脂等。

活性劑列舉為有機酸、非解離性之含鹵素化合物、解離型之含鹵素化合物、胺類、咪唑類等。

有機酸列舉為丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、癸酸、月桂酸、肉荳蔻酸、十五烷酸、棕櫚酸、十七烷酸、硬脂酸、結核菌硬脂酸(tuberculostearic acid)、海藻酸、山萮酸、二十四烷酸(lignoceric acid)、乙醇酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、富馬酸、馬來酸、酒石酸、二乙醇酸、二聚物酸、乙醯丙酸(levulinic acid)、乳酸、丙烯酸、苯甲酸、水楊酸、茴香酸(anisic acid)、檸檬酸、吡啶甲酸 等。

非解離性之含鹵素化合物列舉為2,3-二溴丙醇、2,3-二溴丁二醇、1,4-二溴-2-丁醇、三溴新戊醇等溴化醇；1,3-二氯-2-丙醇、1,4-二氯-2-丁醇等氯化醇；3-氟兒茶酚等氟化醇；其他類似該之化合物。

解離型之含鹵素化合物列舉為甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、正丙胺、二正丙胺、三正丙胺、異丙胺、二異丙胺、丁胺、二丁胺、三丁胺、環己胺、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等碳數較小之胺之氫氯酸鹽及氫溴酸鹽；咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-甲基-4-甲基咪唑、2-甲基-4-乙基咪唑、2-乙基-4-乙基咪唑、2-丙基咪唑、2-丙基-4-丙基咪唑等咪唑之氫氯酸鹽及氫溴酸鹽等。

觸變劑列舉為飽和脂肪酸醯胺、飽和脂肪酸雙醯胺類；二聯苯胺山梨糖醇類；硬化蓖麻油等。

溶劑列舉為己基二甘醇、(2-乙基己基)二甘醇、苯基二甘醇、丁基卡必醇、辛二醇、α松油醇(terpineol)、β松油醇、四乙二醇二甲醚、偏苯三酸參(2-乙基己基)酯、癸二酸雙(2-乙基己基)酯等。

助焊劑中之樹脂成分之含量為30質量%~50質量%，較好為40質量%~50質量%。

助焊劑中之活性劑含量為0.1質量%~5質量%，較好為0.5質量%~3質量%。

助焊劑中之觸變劑含量為0質量%~10質量%，較好 為3質量%~8質量%。

助焊劑中之溶劑含量為30質量%~65質量%，較好為40質量%~60質量%。

焊料粉末與助焊劑之混合比率係以使助焊劑之混合量(混合比率)成為75體積%~93體積%之方式設定。助焊劑之混合量較好為75體積%~89體積%。

亦即，該焊料膏14與通常之焊料凸塊形成用之焊料膏所用之焊料粉末不同，平均粒徑較小，且助焊劑之混合比率(混合量)亦較大。

以埋入開口部12內之方式塗佈焊料膏14，接著以去除模板遮罩13時，具有以模板遮罩13之厚度量自阻劑層11之開口部12稍向上方突出之狀態之方式，塗佈焊料膏14。該焊料膏14之塗佈量期望為使塗佈厚度成為5μm~30μm之量。此處，所謂焊料膏14之塗佈厚度係自阻劑層11之上面突出之部分之厚度，塗佈厚度較好為5~20μm。

(焊料球搭載步驟)

焊料膏14未乾燥之前，使用焊料球搭載機(圖示省略)，將焊料球15搭載於焊料膏14上(圖1(c))。如前述，於基板1上之阻劑層11中形成複數個開口部12，於各開口部12搭載焊料球15。

作為該焊料球15，雖隨著凸塊間之間距(距離)而定，但例如可使用球徑為70μm~90μm之焊料球。

將該焊料球15搭載於焊料膏14上時，因其重量，而如圖1(c)所示般成為焊料球15之一部分沉入焊料膏14內之狀態。焊料膏14由於具有黏著性，故焊料膏14黏著於焊料球15之下面。藉此，使焊料球15暫時固定於焊料膏14上。又，焊料膏14通常未乾燥固化，而如前述般，藉焊料膏14之黏著性，暫時固定焊料球15。

(回焊處理步驟)

接著，進行回焊處理，加熱焊料膏14及焊料球15使之熔融。該回焊處理係在氮氣氛圍、低氧氛圍、或還原氛圍中加熱。加熱溫度(回焊處理溫度)係設定在比焊料球及焊料膏所用之焊料之熔點(液相線溫度)高30℃~50℃之溫度。

回焊處理中，焊料膏14中所含之助焊劑將焊料膏14中之焊料粉末及焊料球15表面之氧化膜或髒污去除，隨後經熔融之焊料粉末或焊料球15濡濕電極，而形成凸塊。

藉由該回焊處理，如圖1(d)所示，於基板1之電極焊墊2上形成焊料凸塊3，形成凸塊電極10。

又，該回焊處理步驟中，到達回焊處理溫度(焊料之熔點(液相線溫度)+30℃~50℃)之升溫曲線亦可成為二階段以上之溫度曲線之方式加熱，亦可應用在溫度到達焊料熔融溫度前之間，伴有在比焊料熔融溫度低之溫度保持特定時間之預熱處理的溫度曲線。

據此，由於利用焊料膏之黏著力暫時固定焊料球，故可安定地搭載焊料球。且，回焊處理亦與僅以助焊劑暫時固定焊料球之情況不同，由於焊料膏中之焊料粉熔融而與焊料球一體化，故焊料球不會滾落。

該情況下，由於焊料膏中之焊料粉末之平均粒徑較小而為0.1μm~10μm，故塗佈焊料膏時之厚度(塗佈厚度)產生之差異較少，亦可防止孔洞之產生。又，由於焊料膏中之助焊劑之混合比率(混合量)較大，同樣地，塗佈厚度產生之差異較少。

據此，可減小利用回焊處理所得之焊料凸塊之高度差異，有利於高密度安裝。

[實施例]

焊料球及球固定用之焊料膏係使用相同焊料種(焊料合金)。使用Sn-3.0質量%Ag-0.5質量%Cu(簡稱為SAC305)、Sn-0.7質量%Cu、或Pb-63質量%Sn作為焊料合金。使用具有表1所示平均粒徑之焊料粉末，以表1之助焊劑之混合比率混合焊料粉末與助焊劑，製作焊料膏。於厚度20μm之阻劑層上形成2000個直徑75μm之開口部。於該等開口部內塗佈焊料膏。接著，搭載直徑為90μm之焊料球。該焊料球具有與球固定用焊料膏中之焊料粉末相同之阻成。

接著，在氮氣氛圍下，在比焊料之熔點高30℃之溫度下施以60秒之回焊處理步驟。隨後，確認焊料 球是否滾落，同時測定焊料凸塊之高度差異。

焊料球之滾落狀態稱為缺漏(missing)，產生5個以上之該缺漏之試料評價為(D)(差)。產生1~4個缺漏之試料評價為C(普通)。未產生缺漏之試料為B(良好)。

焊料凸塊之高度差異係如下述評價。測定各焊料凸塊之高度，求出其標準偏差σ。3σ之值未達10μm之試料評價為A(極佳)。3σ之值為10μm以上且未達15μm，且見到焊料凸塊之高度稍有差異之試料評價為B(良好)。3σ之值為15μm以上之試料評價為C(普通)。

該等結果示於表1。又，表1中之“焊料粉末之熔點”為構成焊料粉末之焊料合金之熔點。

如該表1所示，於焊料膏上搭載焊料球且藉由回焊處理，可防止焊料球滾落之發生。且，藉由調整焊料粉末之平均粒徑與助焊劑之混合量，可進一步抑制焊料球之滾落，且可抑制焊料球之凸塊之高度差異。

又，本發明並不受限於上述實施形態，在不脫離本發明要件之範圍內可進行各種變更。

[產業上之可利用性]

藉由本實施形態之焊料凸塊之形成方法及焊料球固定用焊料膏，可以簡便之方法暫時固定焊料球，且可防止焊料球滾落。且，可抑制焊料凸塊之高度差異。藉此，可以高良率形成精度良好之焊料凸塊(內凸塊、外凸塊)。據此，本實施形態之焊料凸塊之形成方法及焊料球固定用焊料膏可適當地使用於覆晶安裝之步驟中。

1‧‧‧基板

2‧‧‧電極焊墊

3‧‧‧焊料凸塊

10‧‧‧凸塊電極

11‧‧‧阻劑層

12‧‧‧開口部

13‧‧‧模板遮罩

14‧‧‧焊料膏

15‧‧‧焊料球

Claims (4)

1. 一種焊料凸塊之形成方法，其特徵為具有下列步驟：將焊料膏塗佈於基板之電極上，且於前述焊料膏上搭載焊料球而暫時固定之步驟，及隨後，回焊處理前述焊料膏及前述焊料球之步驟。
2. 如請求項1之焊料凸塊之形成方法，其中前述焊料膏含有焊料粉末，且前述焊料粉末之平均粒徑為0.1μm~10μm。
3. 如請求項1或2之焊料凸塊之形成方法，其中前述焊料膏含有助焊劑，前述焊料膏中之前述助焊劑之混合量為75體積%~93體積%。
4. 一種焊料球固定用焊料膏，其特徵係含有焊料粉末與助焊劑，前述焊料粉末之平均粒徑為0.1μm~10μm，前述助焊劑之混合量為75體積%~93體積%。