焊料凸塊及其形成方法、以及具備有焊料凸塊的基板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠在具有微細(xì)的銅電極的印刷基板等安裝基板上形成具有所期望的一定厚度的焊料凸塊而不產(chǎn)生銅溶蝕等不良情況的焊料凸塊的形成方法。為了解決上述課題，本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法具有：在將所準(zhǔn)備的基板(1)和所準(zhǔn)備的掩模(5)疊合后，噴射熔融焊料的噴流，在掩模(5)的開(kāi)口部堆積熔融焊料(11a)直至其厚度比所述掩模的厚度更厚的工序；將超出掩模(5)的厚度的熔融焊料(11a)除去而形成給定厚度的焊料凸塊(11)的工序；以及取下掩模(5)的工序，其中，熔融焊料(11a)是熔融無(wú)鉛焊料，該熔融無(wú)鉛焊料以錫為主成分，并至少包含鎳作為副成分，還任選含有銀、銅、鍺等，將超出掩模(5)的厚度的熔融焊料(11a)的除去如下進(jìn)行：利用刮板或氣刀來(lái)進(jìn)行，或者利用噴霧含有碳原子數(shù)12～20的有機(jī)脂肪酸的溶液(18)來(lái)進(jìn)行。
【專利說(shuō)明】焊料凸塊及其形成方法、以及具備有焊料凸塊的基板及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊料凸塊及其形成方法、以及具備焊料凸塊的基板及其制造方法。更詳細(xì)地，涉及在印刷基板、晶片及撓性基板等基板所具備的銅電極上的能夠防止構(gòu)成該銅電極的銅溶蝕的一定厚度的焊料凸塊及其形成方法、以及具備這樣的焊料凸塊的基板及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，印刷基板、晶片及撓性基板等基板(以下，有時(shí)將它們稱為“安裝基板”)的布線密度及安裝密度越發(fā)提高。作為用于將電子部件焊接于安裝基板上的焊料凸塊，要求其細(xì)微且形狀及尺寸等一致。作為滿足這樣的要求的焊料凸塊的形成方法，專利文獻(xiàn)I提出了一種使用網(wǎng)版來(lái)容易地形成致密且具有一定形狀的焊料的方法等，所述網(wǎng)版是具備用于用漿料形成漿料凸塊的開(kāi)口的網(wǎng)版，其特征在于，由剛性的第一金屬層、樹(shù)脂類的粘接劑層及第二金屬層構(gòu)成，且相對(duì)于第一金屬層的開(kāi)口，粘接劑層及第二金屬層的開(kāi)口的口徑縮小。
[0003]可是,連接器、QFP(方型扁平式封裝，Quad Flat Package)、SOP(小引出線封裝，Small Out line Package)、BGA(球柵陣列封裝，Ball Grid Array)等電子部件有時(shí)引線端子等連接端子的尺寸上存在不均。為了將連接端子的尺寸不均的電子部件沒(méi)有焊接不良地進(jìn)行焊接，需要通過(guò)增厚設(shè)置于安裝基板上的焊料凸塊來(lái)減小電子部件的尺寸不均的影響。因此，在專利文獻(xiàn)I中所使用的網(wǎng)版金屬掩模需要具有能夠在安裝基板上設(shè)置相當(dāng)量焊料的程度的厚度。
[0004]另一方面,在CSP(芯片級(jí)封裝,Chip Size Package)等小型的電子部件混合存在于用于安裝在安裝基板上的電子部件中的情況下，這樣的小型電子部件用焊料凸塊的尺寸是極微細(xì)的。因此，用于在安裝基板上設(shè)置該焊料凸塊的金屬掩模具備用于小型電子部件的小的開(kāi)口。但是，用于設(shè)置上述的相當(dāng)量焊料的金屬掩模具有僅用來(lái)吸收連接端子的尺寸不均的厚度。設(shè)置于這樣的較厚的金屬掩模上的用于小型電子部件的開(kāi)口的長(zhǎng)寬比(厚度/開(kāi)口寬度)變大，在使用金屬掩模將焊料糊進(jìn)行網(wǎng)版印刷時(shí)，在金屬掩模上會(huì)殘留焊料糊，從而會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致焊料糊的厚度變得不穩(wěn)定的問(wèn)題。為了解決該問(wèn)題，需要適當(dāng)?shù)匦纬筛叨确较?厚度)不同的多個(gè)焊料凸塊，使得能夠?qū)⒕哂休^大的尺寸不均的連接端子的電子部件和小型的電子部件同時(shí)安裝在同一安裝基板上。然而，厚度不同的多個(gè)焊料凸塊的制造較為繁雜，并且從制造成本方面來(lái)看也不優(yōu)選。
[0005]專利文獻(xiàn)2提出了一種即使連接器、QFP、SOP、BGA等電子部件與CSP等小型電子部件混合存在的情況下，也能夠形成對(duì)于兩種電于部件而言均合適的焊料凸塊的方法。該方法為:在具有電極的印刷基板(安裝基板)上配置焊料印刷用掩模，該焊料印刷用掩模由具有開(kāi)口部的金屬制第一層和另一具有開(kāi)口部的第二層構(gòu)成，并使得第二層與印刷基板密合，并且，從第一層側(cè)供給焊料糊，利用壓漿夾具來(lái)實(shí)施擠壓，從而形成高度不同的焊料凸塊。
[0006]另外，作為焊料凸塊的其它形成方法，已知有將設(shè)置了銅電極的安裝基板直接浸潰(浸泡)在熔融焊料中的方法。但是，在將安裝基板直接浸潰在熔融焊料中的情況下，焊料中所包含的錫會(huì)溶蝕銅電極的銅而發(fā)生所謂的“銅溶蝕”，存在使銅圖案消失的問(wèn)題。因此，為了縮短安裝基板在熔融焊料中的浸潰時(shí)間來(lái)抑制銅溶蝕，對(duì)于在安裝基板的銅電極上形成預(yù)焊料層、然后將安裝基板浸潰在熔融焊料中的方法(浸潰方法)進(jìn)行了研究。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平10-286936號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2006-66811號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0012]但是，專利文獻(xiàn)2的方法由于是用壓漿夾具對(duì)所供給的焊料糊進(jìn)行擠壓來(lái)形成高度不同的焊料凸塊的方法，因此，存在生產(chǎn)性差的難點(diǎn)。另外，對(duì)于上述的浸潰方法而言，存在銅溶蝕的問(wèn)題依然無(wú)法解決的問(wèn)題。
[0013]本發(fā)明是為了解決上述課題而進(jìn)行的，其目的在于提供一種焊料凸塊及其形成方法，所述焊料凸塊能夠在具有微細(xì)電極的印刷基板、晶片及撓性基板等基板上形成具有所期望的一定厚度的焊料凸塊，且不會(huì)產(chǎn)生銅溶蝕等問(wèn)題。另外，本發(fā)明的另一目的在于提供具有這樣的焊料凸塊的基板及其制造方法。
[0014]解決問(wèn)題的方法
[0015]用于解決上述課題的本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法具有:準(zhǔn)備形成有銅電極的基板的工序；準(zhǔn)備形成有開(kāi)口部的掩模的工序，所述開(kāi)口部用于在所述銅電極上的必要位置形成焊料凸塊；將所述基板和所述掩模疊合后，從所述掩模的表面?zhèn)葒娚淙廴诤噶系膰娏?，在所述掩模的開(kāi)口部堆積熔融焊料直至其厚度比所述掩模的厚度更厚的工序；將超出所述掩模的厚度的熔融焊料除去而形成給定厚度的焊料凸塊的工序；以及取下所述掩模的工序，其中，所述熔融焊料是熔融無(wú)鉛焊料，該熔融無(wú)鉛焊料以錫為主成分，并至少包含鎳作為副成分，還包含選自銀、銅、鋅、鉍、銻及鍺中的I種或2種以上作為任選的副成分，超出所述掩模厚度的熔融焊料的除去如下進(jìn)行:利用刮板或氣刀等除去機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行，或者利用噴霧含有碳原子數(shù)12?20的有機(jī)脂肪酸的溶液的除去方法來(lái)進(jìn)行。
[0016]按照本發(fā)明，由于向開(kāi)口部噴射以錫為主成分且至少含有鎳作為副成分的熔融焊料的噴流，因此，在銅電極的表面形成銅電極中的銅與熔融焊料所含的鎳進(jìn)行合金化而成的CuNiSn金屬間化合物層。形成在銅電極表面的金屬間化合物層成為銅溶蝕的阻擋層，該阻擋層由于防止銅電極的銅溶蝕，因此能夠防止由于銅溶蝕而導(dǎo)致的銅電極的缺損或消失。其結(jié)果，能夠確保安裝基板的銅墊等銅電極的可靠性，在將電子部件焊接于安裝基板時(shí)，能夠抑制以往的焊接時(shí)產(chǎn)生的銅溶蝕。另外，按照本發(fā)明，由于利用刮板或氣刀等除去機(jī)構(gòu)或者噴霧碳原子數(shù)12?20的含有有機(jī)脂肪酸的溶液的除去方法這樣的簡(jiǎn)便的方法來(lái)進(jìn)行超出掩模厚度的熔融焊料的除去，因此，能夠在具有微細(xì)銅電極的安裝基板上容易且尺寸精度良好地形成所期望的一定厚度的焊料凸塊。其結(jié)果，不需要以往那樣的高成本的工序，因此，能夠提高將電子部件與焊料凸塊進(jìn)行焊接的接合部的可靠性和成品率，對(duì)于制造低成本的安裝基板是有利的。
[0017]在本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法中，在上述焊料凸塊上形成了所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液所包含的有機(jī)脂肪酸的涂敷膜。
[0018]在本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法中，具有如下工序:在將所述熔融焊料的噴流噴射到所述銅電極上之前，使有機(jī)脂肪酸溶液與所述銅電極接觸。
[0019]在本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法中，所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液是含有碳原子數(shù)16的棕櫚酸的溶液。
[0020]用于解決上述課題的本發(fā)明的安裝基板的制造方法的特征在于，利用上述本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法在待安裝電子部件的銅電極上形成焊料凸塊，在所形成的所述焊料凸塊上焊接安裝電子部件。
[0021]按照本發(fā)明，由于利用上述的焊料凸塊的形成方法形成焊料凸塊，因此，能夠確保安裝基板的銅墊等銅電極的可靠性，在將電子部件焊接于安裝基板上時(shí)，能夠抑制以往的焊接時(shí)產(chǎn)生的銅溶蝕。另外，能夠在具有微細(xì)銅電極的安裝基板上容易且尺寸精度良好地形成所期望的一定厚度的焊料凸塊。按照這樣的本發(fā)明，由于不需要以往那樣的高成本的工序，因此，能夠提高將電子部件與焊料凸塊進(jìn)行焊接的接合部的可靠性和成品率，能夠制造低成本的安裝基板。
[0022]發(fā)明的效果
[0023]按照本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法，由于在銅電極的表面形成銅電極中的銅與熔融焊料所包含的鎳進(jìn)行了合金化而成的CuNiSn金屬間化合物層，因此，該金屬間化合物層成為銅溶蝕的阻擋層，該阻擋層防止銅電極的銅溶蝕，從而能夠防止由于銅溶蝕而導(dǎo)致的銅電極的缺損或消失。其結(jié)果，能夠確保安裝基板的銅墊等銅電極的可靠性，在將電子部件焊接于安裝基板上時(shí)，能夠抑制以往的焊接時(shí)產(chǎn)生的銅溶蝕。另外，根據(jù)本發(fā)明，由于能夠在具有微細(xì)銅電極的安裝基板上容易且尺寸精度良好地形成所期望的一定厚度的焊料凸塊，因此，不需要以往那樣的高成本的工序，從而能夠提高將電子部件與焊料凸塊進(jìn)行焊接的接合部的可靠性和成品率，對(duì)于制造低成本的安裝基板是有利的。
[0024]按照本發(fā)明的安裝基板的制造方法，能夠確保安裝基板的銅墊等銅電極的可靠性，在將電子部件焊接于安裝基板上時(shí)，能夠抑制以往的焊接時(shí)產(chǎn)生的銅溶蝕。另外，能夠在具有微細(xì)銅電極的安裝基板上容易且尺寸精度良好地形成所期望的一定厚度的焊料凸塊。其結(jié)果，不需要以往那樣的高成本的工序，因此，能夠提高將電子部件與焊料凸塊進(jìn)行焊接的接合部的可靠性和成品率，從而能夠制造低成本的安裝基板。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是示出在本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法中使用的基板和掩模的示意立體圖。
[0026]圖2(A)?(D)是示出本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法的一例的工序圖(其一)。
[0027]圖3(A)?(C)是示出發(fā)明的焊料凸塊的形成方法的一例的工序圖(其二)。
[0028]圖4(A)?(C)是示出本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法的另一例的工序圖的一部分。
[0029]圖5(A)?⑶是使用了形狀不同的掩模的例子。
[0030]圖6是形成在銅電極上的金屬間化合物層的例子，圖6 (A)是比較例所形成的焊料連接部的剖面形態(tài)的示意圖，圖6(B)是實(shí)施例所形成的焊料連接部的剖面形態(tài)的示意圖。
[0031]圖7是用含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行了清潔化處理后的熔融焊料的潤(rùn)濕性試驗(yàn)(meniscograph)結(jié)果。
[0032]圖8是未處理的熔融焊料的潤(rùn)濕性試驗(yàn)(meniscograph)結(jié)果。
[0033]圖9是示出焊料層深度方向的氧量的圖。
[0034]圖10(A)?(D)是對(duì)焊料連接部進(jìn)行了加熱后的微孔的產(chǎn)生形態(tài)的例子，其中(A)、⑶為比較例的結(jié)果，(C)、⑶為實(shí)施例的結(jié)果。
[0035]圖1l(A)?⑶是實(shí)施例中得到的焊料連接部的剖面的元素映射像(elementmappingimage)。
[0036]符號(hào)說(shuō)明
[0037]I 基板
[0038]2銅電極
[0039]5、5A、5B 掩模
[0040]6 開(kāi)口部
[0041]11焊料凸塊
[0042]Ila熔融焊料
[0043]11’熔融焊料的噴流
[0044]12噴流噴嘴
[0045]13a CuNiSn金屬間化合物層
[0046]13b CuSn金屬間化合物層
[0047]15刮漿板
[0048]17 噴射噴嘴
[0049]18含有有機(jī)脂肪酸的溶液
[0050]19涂敷膜
[0051]SI 表面
[0052]S2傾斜面

【具體實(shí)施方式】
[0053]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法及安裝基板的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在本申請(qǐng)中，可以將“本發(fā)明”又稱為“本申請(qǐng)的實(shí)施方式”。
[0054][焊料凸塊的形成方法]
[0055]本發(fā)明的焊料凸塊11的形成方法具有如下工序:準(zhǔn)備形成有銅電極2的基板I的工序；準(zhǔn)備形成有開(kāi)口部6的掩模5的工序，所述開(kāi)口部6用于在銅電極2上的必要位置形成焊料凸塊11 ;將基板I和掩模5疊合后，從掩模的表面SI側(cè)噴射熔融焊料的噴流11’，在掩模5的開(kāi)口部6堆積熔融焊料Ila直至其厚度比所述掩模5的厚度更厚的工序；將超出掩模5的厚度的熔融焊料Ila除去而形成給定厚度的焊料凸塊Ila的工序；以及取下掩模5的工序。
[0056]以下，對(duì)于各工序進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0057](基板的準(zhǔn)備工序)
[0058]如圖1所示，所準(zhǔn)備的基板I是印刷基板、晶片及撓性基板等基板。這些基板I形成有給定的銅電極2。作為銅電極2，可以優(yōu)選舉出圖案寬度為5μπι以上或1ym以上、且為500 μ m以下的窄間距的銅電極。銅電極2的厚度沒(méi)有特別限定，通常為5μπι以上且30 μ m以下左右?；錓的大小及外形形狀也沒(méi)有特別限定，本發(fā)明可使用各種大小及外形形狀的基板。
[0059]需要說(shuō)明的是，設(shè)置于基板I上的銅電極2中，通常，僅安裝電子部件的部分(焊料連接部)露出，焊料連接部以外的部分被絕緣層或絕緣膜覆蓋。通過(guò)后述的方法在該露出的焊料連接部形成焊料凸塊11，設(shè)置于該焊料連接部的焊料凸塊11以將電子部件焊接、或?qū)⑦B接端子(連接器)接合的方式起作用。
[0060](掩模的準(zhǔn)備工序)
[0061]如圖1所示，所準(zhǔn)備的掩模5形成有開(kāi)口部6，以用來(lái)在銅電極2上的必要位置形成焊料凸塊11。掩模5的材質(zhì)沒(méi)有特別限定，但由于噴射熔融焊料Ila的噴流11’，并與該熔融焊料Ila接觸一定時(shí)間，因此，可以為耐熱性的材質(zhì)。通常使用金屬制掩?；蚰蜔嵝运芰系?。設(shè)置于掩模5上的開(kāi)口部6在基板I的銅電極2中需要設(shè)置焊料凸塊11的位置(焊料連接部)被開(kāi)空。
[0062]掩模5的厚度可根據(jù)所形成的焊料凸塊11的厚度任意選擇。因此，掩模5的開(kāi)口部6的邊緣的厚度對(duì)焊料凸塊11的高度(厚度)有限制。作為掩模5的邊緣的厚度，例如可以從20μηι以上且500μηι以下的范圍任意選擇。在本發(fā)明中，通過(guò)使用這樣厚度范圍內(nèi)的掩模5，能夠以不存在不均的均一厚度得到與掩模5的厚度相同或基本相同厚度的焊料凸塊11。
[0063]對(duì)于掩模5的厚度而言，通常如圖3(B)、(C)所示那樣，使用與所形成的焊料凸塊11的高度相同或基本相同厚度的掩模5來(lái)形成不存在尺寸不均的給定厚度的焊料凸塊11。另一方面，也可以使用如圖5(A)所示那樣的開(kāi)口部6的邊緣的厚度較薄但開(kāi)口部6的邊緣以外的部分增厚的掩模5Α。這樣的掩模5Α具有下述優(yōu)點(diǎn):能夠不存在尺寸不均地形成作為掩模整體具有剛性、且與開(kāi)口部6邊緣的較薄厚度相同厚度的焊料凸塊11。另外，也可以使用如圖5(B)所示那樣的將開(kāi)口部6的邊緣厚度進(jìn)一步減薄的掩模5Β。這樣的掩模5Β具有下述優(yōu)點(diǎn):能夠不存在尺寸不均地形成作為掩模整體具有剛性、且與開(kāi)口部6的邊緣的更薄厚度相同厚度的焊料凸塊U。
[0064]需要說(shuō)明的是，掩模5Α、5Β的較薄部分與較厚部分之間的邊界優(yōu)選如圖5所示那樣形成為平緩的傾斜面S2。掩模5Α、5Β通過(guò)具有這樣的傾斜面S2，能夠容易地進(jìn)行后述的剩余焊料的除去工序中的熔融焊料Ila的除去。這樣的平緩的傾斜面S2可以是不妨礙熔融焊料Ila的除去的程度的直線狀的傾斜面，也可以是彎曲的曲線狀的傾斜面。
[0065](焊料堆積工序)
[0066]焊料堆積工序?yàn)槿缦鹿ば?如圖1及圖2(B)所示那樣將基板I和掩模5疊合后，如圖2(C)所示那樣從掩模5的表面SI側(cè)噴射熔融焊料的噴流11’，再如圖2 (D)所示那樣在掩模5的開(kāi)口部6堆積熔融焊料IIa直至其厚度比掩模5的厚度更厚為止。將基板I和掩模5疊合時(shí)的定位根據(jù)設(shè)置于基板I和掩模5的定位標(biāo)記或定位突起等來(lái)進(jìn)行，兩者可精度良好地進(jìn)行定位。
[0067]作為熔融焊料11a，使用的是將焊料加熱并使其熔融、而使其流動(dòng)化以能夠作為噴流11’來(lái)噴射程度的焊料。其加熱溫度可根據(jù)焊料組成任意選擇，但通常從150°c以上且300°C以下程度的范圍內(nèi)設(shè)定良好的溫度。在本發(fā)明中，使用熔融無(wú)鉛焊料，該熔融無(wú)鉛焊料以錫為主成分，并至少包含鎳作為副成分，還任選含有選自銀、銅、鋅、鉍、銻及鍺中的I種或2種以上作為副成分。
[0068]優(yōu)選的焊料組成是Sn-N1-Ag-Cu-Ge合金，具體而言，為了形成可穩(wěn)定地防止銅腐蝕的CuNiSn金屬間化合物13a (參照?qǐng)D6 (B))，優(yōu)選使用含有0.01質(zhì)量％以上且0.5質(zhì)量％以下的鎳、2質(zhì)量％以上且4質(zhì)量％以下的銀、0.1質(zhì)量％以上且I質(zhì)量％以下的銅、0.001質(zhì)量％以上且0.02質(zhì)量％以下的鍺且剩余部分為錫的焊料合金。用于形成這樣的CuNiSn金屬間化合物13a的特別優(yōu)選的組成為鎳0.01質(zhì)量％以上且0.07質(zhì)量％以下、銀0.1質(zhì)量％以上且4質(zhì)量％以下、銅0.1質(zhì)量％以上且I質(zhì)量％以下、鍺0.001質(zhì)量％以上且0.01質(zhì)量％以下、剩余部分為錫的焊料合金。在用這樣的Sn-N1-Ag-Cu-Ge合金進(jìn)行焊接的情況下，優(yōu)選以240°C以上且260°C以下溫度的熔融焊料Ila的形式使用。
[0069]另外，含有鉍的焊料可以將熔融焊料Ila的加熱溫度進(jìn)一步低溫化，通過(guò)對(duì)其成分組成進(jìn)行調(diào)整，可以使其低溫化至例如150°C附近。含有鉍的焊料組成也優(yōu)選與上述同樣地含有0.01質(zhì)量％以上且0.5質(zhì)量％以下的鎳，更優(yōu)選含有0.01質(zhì)量％以上且0.07質(zhì)量％以下的鎳。由此，可以制成能夠容易地形成CuSn金屬間化合物層13a的低溫型的熔融焊料11a。
[0070]另外，還可以根據(jù)需要配合其它的鋅、銻。在任何情況下，焊料組成均優(yōu)選至少含有0.01質(zhì)量％以上且0.5質(zhì)量％以下的鎳，更優(yōu)選含有0.01質(zhì)量％以上且0.07質(zhì)量％以下的鎳。
[0071]上述組成的熔融焊料Ila是不含鉛的無(wú)鉛焊料，并且必須含有上述含量的鎳，因此，如圖6(B)所示，熔融焊料Ila中所含的鎳與銅電極2的銅進(jìn)行化合，進(jìn)而，也與熔融焊料Ila的錫進(jìn)行化合，可以容易地在銅電極2的表面形成GuNiSn金屬間化合物層13a。形成的CuNiSn金屬間化含物層13a作為銅電極2的銅溶蝕防止層起作用，起到防止銅電極2的缺損或消失的作用。因此，具有CuNiSn金屬間化合物層13a的焊料凸塊11也可以在之后容易地耐受如將形成有該焊料凸塊11的基板投入到浸潰在焊料槽中的浸潰工序的情況那樣的對(duì)銅電極2而言可以說(shuō)是苛刻的處理。因此，即使使用低成本的焊料浸潰工序，也可以成品率良好地形成可靠性高的焊料凸塊11。進(jìn)而，可以成品率良好地得到能夠以低成本且可靠性高地進(jìn)行利用該焊料凸塊11的電子部件的安裝的安裝基板。
[0072]如后述的實(shí)施例所示，熔融焊料Ila中所含的鎳含量會(huì)對(duì)CuNiSn金屬間化合物層13a的厚度造成影響。具體而言,在鎳含量為0.01質(zhì)量％以上且0.5質(zhì)量％以下(優(yōu)選為0.07質(zhì)量％以下)的范圍時(shí)，可以生成14111以上且34111以下程度的厚度基本均勻的CuNiSn金屬間化合物層13a。該范圍內(nèi)的厚度的CuNiSn金屬間化合物層13a可以防止銅電極2中的銅熔融在熔入到焊料Ila中或在焊料凸塊中而被溶蝕。
[0073]鎳含量為0.01質(zhì)量％時(shí)，CuNiSn金屬間化合物層13a的厚度為大約I μ m以上且
1.5 μ m以下程度，鎳含量例如為0.07質(zhì)量％時(shí)，CuNiSn金屬間化合物層13a的厚度為大約2 μ m左右，鎳含量為0.5質(zhì)量％時(shí)，CuNiSn金屬間化合物層13a的厚度為大約3 μ m左右。
[0074]鎳含量低于0.01質(zhì)量％時(shí)，CuNiSn金屬間化合物層13a的厚度低于I μ m，產(chǎn)生該CuNiSn金屬間化合物層13a未完全覆蓋銅電極2的部位，有時(shí)容易從該部位引起銅的溶蝕。鎳含量超過(guò)0.5質(zhì)量％時(shí)，較硬的CuNiSn金屬間化合物層13a超過(guò)厚度3 μ m且進(jìn)一步變厚，有時(shí)在該CuNiSn金屬間化合物層13a中產(chǎn)生龜裂。其結(jié)果，容易從該龜裂部分引起銅的溶蝕。需要說(shuō)明的是，優(yōu)選的鎳含量為0.0l質(zhì)量％以上且0.07質(zhì)量％以下，與鎳含量超過(guò)0.07質(zhì)量％且為0.5質(zhì)量％以下的情況相比,具有該范圍的鎳含量的熔融焊料Ila可以形成平滑的均勻?qū)忧也粫?huì)引起CuNiSn金屬間化合物層13a的龜裂。
[0075]對(duì)于用作熔融焊料Ila的焊料，優(yōu)選進(jìn)行精制處理。具體而言，將含有5質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下碳原子數(shù)12?20的有機(jī)脂肪酸的溶液加熱至180°C以上且350°C以下，使該加熱后的溶液和熔融焊料Ila進(jìn)行接觸并劇烈地進(jìn)行攪拌混合。通過(guò)如上操作，可以將被氧化銅和焊劑成分等污染的精制處理前的熔融焊料Ila進(jìn)行清潔化，從而可以得到除去了氧化銅及焊劑成分等的熔融焊料11a。然后，將含有除去了氧化銅及焊劑成分等的熔融焊料Ila的混合液導(dǎo)入到含有有機(jī)脂肪酸的溶液貯槽，將在該含有有機(jī)脂肪酸的溶液貯槽中按照比重差分離的清潔化后的熔融焊料Ila通過(guò)泵從該含有有機(jī)脂肪酸的溶液貯槽的底部返回至無(wú)鉛焊料液貯槽中。通過(guò)進(jìn)行這樣的精制處理，可以抑制作為噴流使用的熔融焊料Ila中的銅濃度及雜質(zhì)濃度的經(jīng)時(shí)上升，且不會(huì)使氧化銅及焊劑殘?jiān)入s質(zhì)帶入到無(wú)鉛焊料液貯槽中。其結(jié)果，由于可以抑制無(wú)鉛焊料液貯槽內(nèi)的熔融焊料Ila的經(jīng)時(shí)的組成變化，因此，可以連續(xù)地形成穩(wěn)定且接合可靠性高的使用熔融焊料Ila的焊料凸塊11。另外，可以連續(xù)地制造具備這樣的焊料凸塊11的安裝基板。
[0076]精制后的熔融焊料Ila不含影響焊料凸塊11的接合品質(zhì)的氧化銅及焊劑殘?jiān)入s質(zhì)。其結(jié)果，能夠消除焊料凸塊11和電子部件的接合品質(zhì)的批次間不均，有助于經(jīng)時(shí)的品質(zhì)穩(wěn)定性。
[0077]另外，利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液精制后的溶融焊料Ila與未利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液精制的熔融焊料Ila相比，得到了潤(rùn)濕性差的結(jié)果。具體而言，如由后述的實(shí)施例和比較例得到的圖7和圖8的焊料潤(rùn)濕性試驗(yàn)(meniscograph)的結(jié)果可知,進(jìn)行了精制的熔融焊料Ila的零交叉時(shí)間(zerocross time)為0.4秒鐘,而未精制的熔融焊料的零交叉時(shí)間為5秒鐘。另外，利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行了精制的熔融焊料Ila與未利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液精制的熔融焊料相比，得到了粘度明顯更小的結(jié)果。具體而言，如由后述的實(shí)施例和比較例得到的結(jié)果可知，進(jìn)行了精制的熔融焊料Ila的粘度為0.003Pa-S以上且0.004Pa.s以下，與此相對(duì)，未精制的熔融焊料的粘度為0.005Pa.S以上且0.006Pa.s以下，在兩者之間存在顯著的差異。另外，粘度是用振動(dòng)片式粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)定的。
[0078]精制后的熔融焊料Ila和未精制的熔融焊料的上述特性差意味著熔融焊料Ila的噴流11’以良好的焊料潤(rùn)濕性遍布擴(kuò)展至銅電極2上的所有地方。特別是，在將熔融焊料Ila噴射到銅電極2上之前，通過(guò)使精制時(shí)使用的含有有機(jī)脂肪酸的溶液與該銅電極2接觸(噴射、浸潰)，該含有有機(jī)脂肪酸的溶液除去存在于銅表面的氧化物及雜質(zhì)等而清潔化。通過(guò)在這樣經(jīng)過(guò)清潔化的銅表面噴射附著同樣用含有有機(jī)脂肪酸的溶液精制后的熔融焊料11a，能夠在銅表面2上以良好的焊料潤(rùn)濕性將熔融焊料Ila浸潤(rùn)擴(kuò)展。另一方面，在經(jīng)過(guò)了清潔化的銅表面上噴射附著未精制的熔融焊料的情況下，并不會(huì)如上述那樣以良好的潤(rùn)濕性浸潤(rùn)擴(kuò)展，熔融焊料有時(shí)會(huì)無(wú)法在銅表面上遍布浸潤(rùn)擴(kuò)展。這些結(jié)果表明，在利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液清潔化的銅表面上噴射附著用含有有機(jī)脂肪酸的溶液精制后的熔融焊料Ila會(huì)獲得顯著的效果。
[0079]精制所使用的含有有機(jī)脂肪酸的溶液中所含的有機(jī)脂肪酸雖然也可以使用碳原子數(shù)為11以下的有機(jī)脂肪酸，但這樣的有機(jī)脂肪酸為吸水性，在上述的180°C以上且350°C以下的高溫區(qū)域使用的情況下，并不理想。另外，碳原子數(shù)為21以上的有機(jī)脂肪酸存在熔點(diǎn)高、浸透性差、難以處理等缺點(diǎn)，并且經(jīng)過(guò)了精制處理后的熔融焊料Ila的表面的防銹效果也不充分。作為代表性的有機(jī)脂肪酸，優(yōu)選碳原子數(shù)16的棕櫚酸。作為有機(jī)脂肪酸，特別優(yōu)選只使用碳原子數(shù)16的棕櫚酸，根據(jù)需要，也可以含有碳原子數(shù)12以上且20以下的有機(jī)脂肪酸，例如含有碳原子數(shù)18的硬脂酸。
[0080]精制所使用的含有有機(jī)脂肪酸的溶液優(yōu)選使用包含有5質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的棕櫚酸且剩余部分由酯合成油構(gòu)成的溶液。通過(guò)將這樣的含有有機(jī)脂肪酸的溶液加熱至180°C以上且350°C以下使用，該含有有機(jī)脂肪酸的溶液可以選擇性地捕獲存在于熔融焊料Ila中的氧化物及焊劑成分等雜質(zhì)，從而對(duì)熔融焊料Ila進(jìn)行精制。特別優(yōu)選含有10質(zhì)量％左右(例如,5質(zhì)量％以上且15質(zhì)量％以下)的碳原子數(shù)16的棕櫚酸的含有有機(jī)脂肪酸的溶液。另外，在含有有機(jī)脂肪酸的溶液中未含有鎳鹽或鈷鹽等金屬鹽或抗氧劑等添加劑。
[0081]有機(jī)脂肪酸的濃度低于5質(zhì)量％時(shí)，有時(shí)選擇性地捕獲存在于熔融焊料Ila中的氧化物及焊劑成分等雜質(zhì)來(lái)進(jìn)行精制的效果低，進(jìn)而在低濃度下的控制變得繁瑣。另一方面，有機(jī)脂肪酸的濃度超過(guò)25質(zhì)量％時(shí)，存在如下問(wèn)題:含有有機(jī)脂肪酸的溶液的粘度變高、在300°C以上的高溫區(qū)域中產(chǎn)生發(fā)煙和惡臭的問(wèn)題；以及與熔融焊料Ila的攪拌混合性會(huì)變得不充分；等等。因此，有機(jī)脂肪酸的含量?jī)?yōu)選為5質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下，特別是僅使用碳原子數(shù)16的棕櫚酸的情況下，優(yōu)選為10質(zhì)量％左右(例如，5質(zhì)量％以上且15質(zhì)量％以下)的含量。
[0082]精制所使用的含有有機(jī)脂肪酸的溶液的溫度由待精制的熔融焊料Ila的熔點(diǎn)來(lái)決定，含有有機(jī)脂肪酸的溶液和熔融焊料Ila在至少為熔融焊料Ila的熔點(diǎn)以上的高溫區(qū)域(作為一例，為240°C?260°C)中劇烈地?cái)嚢杞佑|。另外，從發(fā)煙的問(wèn)題及節(jié)能的觀點(diǎn)考慮，含有有機(jī)脂肪酸溶液的上限溫度為350°C左右，優(yōu)選為進(jìn)行精制處理的熔融焊料Ila的熔點(diǎn)以上的溫度?300°C的范圍。例如，鎳0.01質(zhì)量％以上且0.07質(zhì)量％以下、銀0.1質(zhì)量％以上且4質(zhì)量％以下、銅0.1質(zhì)量％以上且I質(zhì)量％以下、鍺0.001質(zhì)量％以上且
0.01質(zhì)量％以下、余量為錫的焊料合金在240°C以上且260°C以下的溫度下作為熔融焊料Ila來(lái)使用，因此，含有有機(jī)脂肪酸的溶液的溫度也為與其相同的240°C以上且260°C以下的程度。
[0083]在含有有機(jī)脂肪酸的溶液中混合酯合成油的理由如下:降低含有有機(jī)脂肪酸的溶液的粘度而容易進(jìn)行含有有機(jī)脂肪酸的溶液與熔融焊料Ila的均一的攪拌混合處理，以及抑制所含有的有機(jī)脂肪酸的高溫發(fā)煙性。
[0084]這樣的利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行了精制的熔融焊料Ila如圖2(C)所示那樣由噴霧噴嘴向掩模5的開(kāi)口部6以噴流11’的形式噴霧。這樣一來(lái)，如圖2(D)所不,設(shè)置了隆起的熔融焊料11a。
[0085]進(jìn)行噴霧時(shí)的氛圍沒(méi)有特別限定，但是，由于之后要利用刮漿板、液體噴淋或氣體噴淋來(lái)除去剩余的熔融焊料11a，因此，在“焊料堆積工序”和“剩余焊料的除去工序”這兩個(gè)工序中進(jìn)行處理的期間，需要將氛圍溫度保持在能夠保持作為熔融焊料Ila的熔融狀態(tài)的溫度(在上述的例子中，為240°C以上且260°C以下的溫度)。作為這樣的氛圍溫度，具體而言，優(yōu)選與待焊接的熔融焊料Ila的溫度相同或者與其接近的溫度。雖然也可以為相同的溫度，但優(yōu)選設(shè)定為較熔融焊料Ila的溫度稍高的溫度。例如，優(yōu)選設(shè)定為比熔融焊料Ila的噴流溫度高出2V以上且10°C以下的溫度，更優(yōu)選設(shè)定為比熔融焊料Ila的噴流溫度高出2°C以上且5°C以下的氛圍溫度。通過(guò)設(shè)定為該溫度范圍內(nèi)，能夠使噴射至銅電極2表面之后的熔融焊料Ila的噴流11’在該銅電極2的整個(gè)表面流動(dòng)，特別是能夠使熔融焊料Ila擴(kuò)展至掩模5內(nèi)的所有地方。當(dāng)氛圍溫度比較熔融焊料Ila的噴流溫度低的情況下，熔融焊料Ila的流動(dòng)性有時(shí)會(huì)下降，另一方面，如果氛圍溫度被設(shè)定為高出了超過(guò)10°C，則溫度過(guò)高而有可能會(huì)對(duì)基板帶來(lái)熱損傷。
[0086](剩余焊料的除去工序)
[0087]如圖3(A)、(B)所示，剩余焊料的除去工序是將從掩模5的表面沿厚度方向滲出(也可以說(shuō)是超出掩模5的厚度)的熔融焊料Ila除去并形成給定厚度的焊料凸塊11的工序。超出掩模5的厚度的熔融焊料Ila的除去利用刮板15或氣刀等的除去機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行，或者利用噴霧含有碳原子數(shù)12?20的有機(jī)脂肪酸的溶液18的除去方法來(lái)進(jìn)行。由此，能夠?qū)难谀?的表面沿厚度方向溢出的焊料11除去。
[0088]如圖3(A)、(B)所示，刮板15可使用通常用于刮落用途的板狀刮刀。另外,氣刀(未圖示)可使用能夠從空氣噴霧噴嘴的前端將空氣、非活性氣體(氮?dú)?、氬氣?強(qiáng)力地噴射的噴嘴，采用該氣刀，能夠?qū)难谀?的表面沿厚度方向上溢出的熔融焊料Ila吹飛而除去。
[0089]另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選采用從噴嘴17噴霧含有碳原子數(shù)12?20的有機(jī)脂肪酸的溶液18、從而將從掩模5的表面沿厚度方向溢出的熔融焊料Ila吹飛的除去機(jī)構(gòu)。此外，通過(guò)這樣的利用噴霧的熔融焊料Ila的除去機(jī)構(gòu)，能夠在焊料凸塊11上形成含有有機(jī)脂肪酸的溶液18所包含的有機(jī)脂肪酸的涂敷膜19。
[0090]從噴嘴17噴射的熔融焊料11’的流速和噴射處理時(shí)間可考慮熔融焊料Ila的種類及涂敷膜19的厚度等任意設(shè)定。另外，對(duì)于噴嘴17的形狀及噴射角度等條件而言，也可考慮熔融焊料Ila的種類及涂敷膜19的厚度等任意采用或設(shè)定。噴射角度沒(méi)有特別限定，但優(yōu)選將噴嘴17的中心軸與掩模面之間的假想角設(shè)為例如30°?45°的范圍內(nèi)。另外，根據(jù)熔融焊料的噴流11’的流速和噴射處理時(shí)間，有時(shí)不僅將從掩模5的表面沿厚度方向溢出的熔融焊料Ila除去，而且還將掩模5表面以下的熔融焊料除去，從而還存在噴射后的熔融焊料Ila的表面產(chǎn)生若干凹陷的情況。除去了該剩余的熔融焊料Ila后的形態(tài)也包括這樣的除去后的形態(tài)。
[0091]在噴射的含有有機(jī)脂肪酸的溶液18中，也可以混入部分氮?dú)獾确腔钚詺怏w。另一方面，從熔融焊料Ila的氧化及與含有有機(jī)脂肪酸的溶液的相容性的觀點(diǎn)考慮，不使含有氧的空氣、水等混入。
[0092]在該除去工序中進(jìn)行處理的期間的氛圍溫度被保持在能夠?qū)⒈欢逊e于開(kāi)口部6的熔融焊料Ila保持在熔融狀態(tài)的溫度。這樣的溫度根據(jù)所使用的熔融焊料Ila的種類而有所不同，在上述的例子中，需要保持在240°C以上且260°C以下的溫度。
[0093]在通過(guò)噴霧來(lái)噴射含有有機(jī)脂肪酸的溶液18而除去剩余的熔融焊料Ila的情況下，所使用的含有有機(jī)脂肪酸的溶液18優(yōu)選使用與上述的精制處理中所使用的溶液相同的含有有機(jī)脂肪酸的溶液。即，優(yōu)選使用含有5質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的含有碳原子數(shù)12?20的有機(jī)脂肪酸的含有有機(jī)脂肪酸的溶液。特別優(yōu)選含有5質(zhì)量％以上且15質(zhì)量％以下的碳原子數(shù)16的棕櫚酸的含有有機(jī)脂肪酸的溶液，根據(jù)需要，也可以含有碳原子數(shù)12以上且20以下的有機(jī)脂肪酸，例如含有碳原子數(shù)18的硬脂酸。需要說(shuō)明的是，在含有有機(jī)脂肪酸的溶液中未包含鎳鹽或鈷鹽等金屬鹽或抗氧劑等添加劑。
[0094]含有有機(jī)脂肪酸的溶液優(yōu)選被加溫至與熔融焊料Ila的溫度同樣的溫度范圍，例如，使用加溫至180°C以上且350°C以下的含有有機(jī)脂肪酸的溶液。當(dāng)將熔融焊料Ila與上述同樣地設(shè)為240°C?260°C的范圍而形成噴流11’的情況下，優(yōu)選噴射與該熔融焊料Ila相同的溫度為240°C?260°C的含有有機(jī)脂肪酸的溶液來(lái)除去剩余的熔融焊料11a。需要說(shuō)明的是，進(jìn)行了噴霧噴射的含有有機(jī)脂肪酸的溶液與隨著該含有有機(jī)脂肪酸的溶液一同被除去的熔融焊料Ila因比重差而被分離，取出沉至含有有機(jī)脂肪酸的溶液的底部的熔融焊料11a，從而能夠與含有有機(jī)脂肪酸的溶液分離。分離后的熔融焊料Ila和含有有機(jī)脂肪酸的溶液能夠再利用。
[0095]與上述同樣，含有有機(jī)脂肪酸的溶液中所包含的有機(jī)脂肪酸也可以使用碳原子數(shù)為11以下的有機(jī)脂肪酸，但這樣的有機(jī)脂肪酸為吸水性，在上述的180°C以上且350°C以下的高溫區(qū)域中使用的情況下，并不理想。另外，碳原子數(shù)21為以上的有機(jī)脂肪酸存在熔點(diǎn)高、浸透性差、難以處理等缺點(diǎn)，并且在熔融焊料Ila的表面成膜的涂敷膜19的防銹效果也不充分。優(yōu)選使用碳原子數(shù)16的棕櫚酸，特別優(yōu)選僅使用該棕櫚酸，根據(jù)需要，還可以含有碳原子數(shù)12以上且20以下的有機(jī)脂肪酸，例如含有碳原子數(shù)18的硬脂酸。
[0096]含有有機(jī)脂肪酸的溶液的溫度優(yōu)選與要除去的熔融焊料Ila的溫度相同或基本相同。由此，能夠在不進(jìn)行冷卻的情況下將熔融焊料Ila吹飛。
[0097]需要說(shuō)明的是，在對(duì)熔融焊料Ila噴射含有有機(jī)脂肪酸的溶液來(lái)除去剩余的熔融焊料Ila后，在熔融焊料Ila的表面形成構(gòu)成含有有機(jī)脂肪酸的溶液的有機(jī)脂肪酸的涂敷膜19。該涂敷膜19對(duì)熔融焊料Ila的表面進(jìn)行了清潔，進(jìn)而能夠抑制熔融焊料Ila的氧化從而防止氧化被膜的產(chǎn)生。
[0098](掩模的取下工序)
[0099]最后，如圖3(c)所示，將掩模5取下。通過(guò)取下掩模5，能夠形成給定厚度的焊料凸塊11。由熔融焊料Ila對(duì)焊料凸塊11的冷卻可以在取下掩模5之前進(jìn)行，也可以在取下掩模5之后進(jìn)行。冷卻可以為自然冷卻，也可以為強(qiáng)制冷卻。在強(qiáng)制冷卻的情況下，可以噴吹空氣或非活性氣體(氮?dú)饣驓鍤獾?來(lái)進(jìn)行冷卻。
[0100]焊料凸塊11的厚度與掩模5的厚度相同或基本相同，所形成的多個(gè)焊料凸塊11基本上全部為相同的厚度。需要說(shuō)明的是，在當(dāng)利用使用了刮板15或氣刀等構(gòu)件的除去機(jī)構(gòu)來(lái)除去將熔融焊料Ila的情況下，焊料凸塊11的表面未設(shè)置如上述圖4(B)、(C)所示那樣的有機(jī)脂肪酸的涂敷膜19。另一方面，在噴霧含有有機(jī)脂肪酸的溶液來(lái)除去剩余焊料的情況下，焊料凸塊11的表面設(shè)置了如上述圖4 (B)、(C)所示那樣的有機(jī)脂肪酸的涂敷膜19。
[0101]特別是，由于棕櫚酸與熔融焊料Ila或焊料凸塊11相接觸而更有效地對(duì)熔融焊料Ila或焊料凸塊11的表面進(jìn)行清潔化，因此優(yōu)選。并且，吸附有該棕櫚酸的涂敷膜19由于形成于熔融焊料Ila或焊料凸塊11的表面，因此，該涂敷膜19能夠?qū)⑷廴诤噶螴 Ia或焊料凸塊11的表面保持在其后也抑制了氧化物的產(chǎn)生的清潔狀態(tài)。其結(jié)果，即使是在電子部件的安裝時(shí)通過(guò)多個(gè)加熱爐的情況下，也能夠抑制焊料凸塊11的表面在該熱的作用下而氧化或者變化為會(huì)阻礙焊接的表面狀態(tài)。因此，能夠沒(méi)有焊接不良地將電子部件焊接于焊料凸塊11上。
[0102]而且，如圖10所示，利用本發(fā)明的焊料凸塊11的形成方法形成的焊料凸塊11能夠極力地抑制微孔的產(chǎn)生，因此，可以形成即使是在安裝了電子部件之后而施加多次熱歷程的情況、或者是將安裝基板安裝于電子機(jī)器內(nèi)而被消費(fèi)者長(zhǎng)時(shí)間使用的情況下其可靠性也極高的接合部。構(gòu)成這樣的高可靠性的焊料接合部的焊料凸塊11只能通過(guò)本發(fā)明的方法獲得。
[0103]如以上所說(shuō)明，按照本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法，由于向開(kāi)口部6噴射以錫為主成分且至少含有鎳作為副成分的熔融焊料的噴流11’，因此，在銅電極2的表面形成銅電極2的銅與熔融焊料Ila所包含的鎳進(jìn)行了合金化而成的CuNiSn金屬間化合物層13a。形成在銅電極2表面的CuNiSn金屬間化合物層13a成為銅溶蝕的阻擋層，該阻擋層防止銅電極2的銅溶蝕，因此，能夠防止因銅溶蝕所導(dǎo)致的銅電極2的缺損或消失。其結(jié)果，能夠確保安裝基板的銅墊等銅電極2的可靠性，在將電子部件焊接于安裝基板上時(shí)，能夠抑制以往的焊接時(shí)產(chǎn)生的銅溶蝕。
[0104]另外，按照本發(fā)明的焊料凸塊11的形成方法，由于利用刮板15或氣刀等除去機(jī)構(gòu)或者噴霧含有碳原子數(shù)12?20的有機(jī)脂肪酸的溶液18的除去方法這樣的簡(jiǎn)便的方法來(lái)進(jìn)行超出掩模5的厚度的熔融焊料Ila的除去，因此，能夠在具有微細(xì)銅電極2的安裝基板上容易且尺寸精度良好地形成所期望的一定厚度的焊料凸塊11。其結(jié)果，由于不需要以往那樣的高成本的工序，因此，能夠提高將電子部件與焊料凸塊11進(jìn)行接合的接合部的可靠性和成品率，對(duì)于制造低成本的安裝基板是有利的。
[0105]特別是，近年來(lái)，銅電極2的布線密度及電子部件的安裝密度不斷提高。因此，為了能夠在基板I上成品率良好地焊接電子部件，焊料凸塊11日益微細(xì)化，并且要求在厚度上不存在不均。本發(fā)明是能夠適應(yīng)這樣要求的焊料凸塊11的形成方法，即使是在連接器、QFP(方型扁平式封裝，Quad Flat Package)、SOP(小引出線封裝，Small Out linePackage)、BGA(球柵陣列封裝,Ball Grid Array)等的連接端子的尺寸存在不均的情況下，也能夠在基板I上形成一定厚度的焊料凸塊11，因此，具有能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定且可靠性高的焊接的優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)果，即使是存在不均的電子部件或混合存在大小不一的電子部件的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的焊接。
[0106][安裝基板的制造方法]
[0107]本發(fā)明的安裝基板的制造方法的特征在于，利用上述的本發(fā)明的焊料凸塊的形成方法在待安裝電子部件的銅電極2的接合部形成焊料凸塊11，在所形成的焊料凸塊11上焊接安裝電子部件。由此，能夠確保安裝基板的銅墊等銅電極2的可靠性，在將電子部件焊接于安裝基板上時(shí)，能夠抑制以往的焊接時(shí)產(chǎn)生的銅溶蝕。另外，能夠在具有微細(xì)銅電極2的安裝基板上容易且尺寸精度良好地形成所期望的一定厚度的焊料凸塊11。按照這樣的本發(fā)明，由于不需要以往的高成本的工序，因此，能夠提高將電子部件與焊料凸塊進(jìn)行接合的接合部的可靠性和成品率，從而能夠制造低成本的安裝基板。
[0108]作為基板，可以舉出印刷基板、晶片及撓性基板等各種基板。特別是晶片，由于銅電極的寬度及窄間距，因此，優(yōu)選使用本發(fā)明的方法，能夠在窄間距的微細(xì)電極上以良好的精度設(shè)置焊料凸塊11。另外，即使是設(shè)置較大的電子部件的印刷基板及撓性基板的情況下，也能夠使焊料凸塊11的厚度均勻，并且能夠?qū)⒃摵噶贤箟K11的表面保持為清潔化的狀態(tài)，因此，即使是存在尺寸不均的電子部件，也不會(huì)發(fā)生焊接不良，并且，能夠如圖10所示那樣不存在產(chǎn)生微孔的擔(dān)心地進(jìn)行安裝，從而能夠發(fā)揮極大的效果。
[0109]作為電子部件，可以舉出半導(dǎo)體芯片、半導(dǎo)體模塊、IC芯片、IC模塊、電介質(zhì)芯片、介電質(zhì)模塊、電阻芯片、電阻模塊等。
[0110]實(shí)施例
[0111]以下，列舉實(shí)施例和比較例來(lái)對(duì)于本發(fā)明進(jìn)行更具體的說(shuō)明。
[0112][實(shí)施例1]
[0113]作為一例，準(zhǔn)備了形成有寬度例如為200μπι、厚度為例如1ym的銅布線圖案的基板I。該基板I僅使銅布線圖案中的成為電子部件的安裝部分的寬度例如200μπι、長(zhǎng)度例如50 μ m的連接部露出，其它的銅電極2被絕緣層覆蓋。準(zhǔn)備了具有開(kāi)口部6的掩模5，所述開(kāi)口部6用于在上述連接部上形成焊料凸塊11。將基板I上露出了銅電極2的連接部與掩模5的開(kāi)口部6進(jìn)行對(duì)位并疊合后，使用N1:0.05質(zhì)量％、Ge:0.005質(zhì)量％、Ag:3質(zhì)量％、Cu:0.5質(zhì)量％、余量由Sn構(gòu)成的5元體系無(wú)鉛焊料,加熱至250°C而制成熔融焊料Ila,向開(kāi)口部6噴射該熔融焊料的噴流11’。熔融焊料的噴流11’在使噴嘴12傾斜了例如45°的狀態(tài)下、利用將氛圍溫度設(shè)為250°C左右的噴射裝置來(lái)進(jìn)行，使得不使250°C的熔融焊料Ila的溫度冷卻。噴射了熔融焊料的噴流11’后的開(kāi)口部6的形態(tài)是熔融焊料Ila在表面張力的作用下發(fā)生隆起的狀態(tài)。該熔融焊料Ila在蒸氣氛圍溫度作用下而保持在熔融狀態(tài)。
[0114]接著，使不含鎳鹽及鈷鹽等金屬鹽、以及抗氧劑的酯類合成油中以10質(zhì)量％含有棕櫚酸，制備了含有有機(jī)脂肪酸的溶液。將該含有有機(jī)脂肪酸的溶液加溫至250°C，向熔融焊料Ila隆起的開(kāi)口部6噴射該含有有機(jī)脂肪酸的溶液18。此時(shí)的熔融焊料Ila被保持在熔融狀態(tài)。含有有機(jī)脂防酸的溶液18的噴射在使噴嘴17傾斜了例如30°的狀態(tài)下、且加溫至不使250°C的含有有機(jī)脂肪酸的溶液18的溫度被冷卻的噴霧裝置來(lái)進(jìn)行。噴射了含有有機(jī)脂肪酸的溶液18之后的開(kāi)口部6的形態(tài)被設(shè)置成熔融焊料Ila與掩模5的表面相同的高度。
[0115]然后，將熔融焊料Ila自然冷卻而形成了焊料凸塊11，然后取下掩模5，形成了實(shí)施例I的焊料凸塊11。圖10示出了所得到的焊料凸塊11的剖面的掃描型電子顯微鏡照片形態(tài)，圖11示出了其剖面的元素映射像。由圖10所示的剖面照片可知，以1.5μπι的厚度均勻地形成了 CuNiSn金屬間化合物層13a。
[0116][實(shí)施例2]
[0117]在實(shí)施例1中，作為焊料材料，使用了 N1:0.03質(zhì)量％、Ge:0.005質(zhì)量％、Ag:3質(zhì)量％、(:11:0.5質(zhì)量％、余量由Sn構(gòu)成的5元體系無(wú)鉛焊料,除此之外,與實(shí)施例1同樣地形成了實(shí)施例2的焊料凸塊11。與實(shí)施例1同樣，由剖面的掃描型電子顯微鏡照片可知，雖然稍有凹凸，但以Iym的厚度形成了 CuNiSn金屬間化合物層13a。
[0118][實(shí)施例3]
[0119]在實(shí)施例1中，作為焊料材料，使用了 N1:0.07質(zhì)量％、Ge:0.005質(zhì)量％、Ag:3質(zhì)量％、(:11:0.5質(zhì)量％、余量由Sn構(gòu)成的5元體系無(wú)鉛焊料,除此之外,與實(shí)施例1同樣地形成了實(shí)施例3的焊料凸塊11。與實(shí)施例1同樣，由剖面的掃描型電子顯微鏡照片可知，以2 μ m的厚度均勻地形成了 CuNiSn金屬間化合物層13a。
[0120][實(shí)施例4]
[0121]在實(shí)施例1中，將含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的棕櫚酸含量設(shè)為7質(zhì)量％，除此之夕卜，與實(shí)施例1同樣地形成了實(shí)施例4的焊料凸塊11。與實(shí)施例1同樣，由剖面的掃描型電于顯微鏡照片可知，以1.5 μ m的厚度均勻地形成了 CuNiSn金屬間化合物層13a。
[0122][實(shí)施例5]
[0123]在實(shí)施例1中，將含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的棕櫚酸含量設(shè)為12質(zhì)量％，除此之夕卜，與實(shí)施例1同樣地形成了實(shí)施例5的焊料凸塊11。與實(shí)施例1同樣，由剖面的掃描型電子顯微鏡照片可知，以1.5 μ m的厚度均勻地形成了 CuNiSn金屬間化合物層13a。
[0124][比較例I]
[0125]在實(shí)施例1中，作為焊料材料，使用了 Ag:3質(zhì)量％、Cu:0.5質(zhì)量％、余量由Sn構(gòu)成的3元體系無(wú)鉛焊料，除此之外，與實(shí)施例1同樣地形成了比較例I的焊料凸塊11。與實(shí)施例I同樣，由剖面的掃描型電子顯微鏡照片可知，在銅電極2上形成了 CuSn金屬間化合物層13b，而不存在CuNiSn金屬間化合物層(參照?qǐng)D6 (A))。
[0126][比較例2]
[0127]在實(shí)施例1中，作為焊料材料，使用了 N1:0.005質(zhì)量％、Ge:0.005質(zhì)量％、Ag:3質(zhì)量％、Cu:0.5質(zhì)量％、余量由Sn構(gòu)成的5元體系無(wú)鉛焊料,除此之外，與實(shí)施例1同樣地形成了比較例2的焊料凸塊11。與實(shí)施例1同樣，由剖面的掃描型電子顯微鏡照片可知，CuNiSn金屬間化合物層13a的凹凸明顯,作為膜不連續(xù)。
[0128][比較例3]
[0129]在實(shí)施例1中，作為焊料材料，使用了 Ni:1質(zhì)量％、Ge:0.005質(zhì)量％、Ag:3質(zhì)量％、(:11:0.5質(zhì)量％、余量由Sn構(gòu)成的5元體系無(wú)鉛焊料，’除此之外，與實(shí)施例1同樣地形成了比較例3的焊料凸塊11。與實(shí)施例1同樣，由剖面的掃描型電子顯微鏡照片可知，以5 μ m的厚度形成了 CuNiSn金屬間化合物層13a，并且確認(rèn)到產(chǎn)生了龜裂。
[0130][比較例4]
[0131]在實(shí)施例1中，將含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的棕櫚酸含量設(shè)為I質(zhì)量％，除此之夕卜，與實(shí)施例1同樣地形成了比較例4的焊料凸塊11。與實(shí)施例1同樣，由剖面的掃描型電子顯微鏡照片可知，以1.5 μ m的厚度均勻地形成了 CuNiSn金屬間化合物層13a,但其表面產(chǎn)生了被認(rèn)為發(fā)生了氧化的變色。
[0132][比較例5]
[0133]在實(shí)施例1中，將含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的棕櫚酸含量設(shè)為30質(zhì)量％，除此之夕卜，與實(shí)施例1同樣地形成了比較例5的焊料凸塊11。與實(shí)施例1同樣，由剖面的掃描型電子顯微鏡照片可知，以1.5 μ m的厚度均勻地形成了 CuNiSn金屬間化合物層13a。
[0134][測(cè)定和結(jié)果]
[0135](對(duì)于產(chǎn)生空孔的評(píng)價(jià))
[0136]CuNiSn金屬間化合物層13a的厚度是由剖面的掃描型電子顯微鏡照片測(cè)定的。另外，銅電極2與焊料凸塊11的接合界面附近有無(wú)空孔由在150°C下進(jìn)行了 240小時(shí)熟化(aging)后的剖面的掃描型電子顯微鏡照片進(jìn)行了評(píng)價(jià)。圖10(A)、(B)是比較例I的結(jié)果，圖1O(C)、⑶是實(shí)施例1的結(jié)果。如圖10所示，比較例I的焊料凸塊11在與銅電極2的界面處產(chǎn)生了空孔，與此相對(duì)，實(shí)施例1的焊料凸塊11在與銅電極2的界面處未產(chǎn)生空孔。
[0137](元素映射像)
[0138]圖11是實(shí)施例1的焊料凸塊11與銅電極2的接合界面附近的掃描型電子顯微鏡的剖面照片、和X射線微區(qū)分析儀(EPMA)的元素映射像。如圖11所示，能夠確認(rèn)到在銅電極2上分布有鎳元素，可得形成了 CuNiSn金屬間化合物層13a。
[0139](潤(rùn)濕性和含氧量)
[0140]圖7是利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行了清潔化處理的熔融焊料的潤(rùn)濕性試驗(yàn)(meniscograph)的結(jié)果，圖8是未處理的熔融焊料的潤(rùn)濕性試驗(yàn)(meniscograph)的結(jié)果。如圖7和圖8的焊料潤(rùn)濕性試驗(yàn)(meniscograph)的結(jié)果可知，圖7所示經(jīng)過(guò)精制的熔融焊料Ila的零交叉時(shí)間為0.4秒鐘，而圖8所示的未精制的熔融焊料的零交叉時(shí)間為5秒鐘。由此可知，利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行了精制的熔融焊料Ila與未利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行精制的熔融焊料相比，其潤(rùn)濕性差。
[0141]通過(guò)振動(dòng)片式粘度計(jì)對(duì)于利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行了精制的熔融焊料11a、和未利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行精制的熔融焊料測(cè)定了粘度。進(jìn)行了精制的熔融焊料Ila的粘度為0.003Pa.S以上且0.004Pa.s以下，更詳細(xì)而言，在220°C下為 0.0038Pa.S，在 240 °C 下為 0.0036Pa.S，在 260 °C 下為 0.0035Pa.S，在 280 °C 下為
0.0034Pa.S。另一方面，未精制的熔融焊料的粘度為0.005Pa.S以上且0.006Pa.s以下，更詳細(xì)而言，在220°C下為0.0060Pa.s,在240°C下為0.0058Pa.S，在260 °C下為
0.0056Pa.S，在280°C下為0.0054Pa.S。兩者存在明顯的差異。
[0142]另外，圖9是示出焊料層的深度方向的氧量的圖。焊料層中的含氧量是通過(guò)飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜法(Time-of-flight secondary 1n mass spectrometer:T0F_SIMS)測(cè)定的結(jié)果。由圖9可知，使用經(jīng)過(guò)精制的熔融焊料得到的焊料層的氧量a與使用未精制的熔融焊料得到的焊料層的氧量b相比，明顯較少。對(duì)此時(shí)的氧量進(jìn)行了定量。定量是針對(duì)在厚度方向上從距離焊料層的表面I μ m的位置到距離表面10 μ m的位置的氧量進(jìn)行的，并且用其平均值進(jìn)行了評(píng)價(jià)。其結(jié)果，使用經(jīng)過(guò)精制的熔融焊料得到的焊料層的氧量為1ppm以下，具體為3?4ppm，但使用未精制的熔融焊料得到的焊料層的氧量約為200ppm。
[0143]上述經(jīng)過(guò)精制的熔融焊料與未精制的熔融焊料的上述特性差成為熔融焊料的噴流11’以良好的焊料潤(rùn)濕性遍布擴(kuò)展至銅電極2上的所有地方的理由。S卩，經(jīng)過(guò)精制的熔融焊料的粘度小，潤(rùn)濕性好，因此，在銅表面2上良好地潤(rùn)濕擴(kuò)展，而未精制的熔融焊料未在銅表面上遍布地潤(rùn)濕擴(kuò)展。對(duì)于利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行了清潔化的焊料凸塊也相同。
[0144]可認(rèn)為圖9所示的焊料層中的氧量與圖10所示的空孔的產(chǎn)生存在密切的關(guān)系，并且認(rèn)為與圖7和圖8的潤(rùn)濕性也存在密切的關(guān)系。即，焊料層中的氧量之差可以說(shuō)表示的是經(jīng)過(guò)精制的熔融焊料中的氧量和未精制的熔融焊料中的氧量之差，因此可認(rèn)為，通過(guò)上述的氧量的影響，在產(chǎn)生空孔方面產(chǎn)生差異，另外，在焊料潤(rùn)濕性和粘度方面也產(chǎn)生了差異。
【權(quán)利要求】
1.一種焊料凸塊的形成方法，該方法具有: 準(zhǔn)備形成有銅電極的基板的工序； 準(zhǔn)備形成有開(kāi)口部的掩模的工序，所述開(kāi)口部用于在所述銅電極上的必要位置形成焊料凸塊； 將所述基板和所述掩模疊合后，從所述掩模的表面?zhèn)葒娚淙廴诤噶系膰娏?，在所述掩模的開(kāi)口部堆積熔融焊料直至其厚度比所述掩模的厚度更厚的工序； 將超出所述掩模的厚度的熔融焊料除去而形成給定厚度的焊料凸塊的工序；以及 取下所述掩模的工序， 其中，所述熔融焊料是熔融無(wú)鉛焊料，該熔融無(wú)鉛焊料以錫為主成分，并至少包含鎳作為副成分，還包含選自銀、銅、鋅、鉍、銻及鍺中的I種或2種以上作為任選的副成分， 超出所述掩模厚度的熔融焊料的除去如下進(jìn)行:利用刮板或氣刀等除去機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行，或者利用噴霧含有碳原子數(shù)12?20的有機(jī)脂肪酸的溶液的除去方法來(lái)進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料凸塊的形成方法，其中，在所述焊料凸塊上形成有所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液所包含的有機(jī)脂肪酸的涂敷膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的焊料凸塊的形成方法，其中，所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液是含有碳原子數(shù)16的棕櫚酸的溶液。
4.一種安裝基板的制造方法，該方法包括: 利用權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的焊料凸塊的形成方法在待安裝電子部件的銅電極上形成焊料凸塊，在所形成的所述焊料凸塊上焊接安裝電子部件。
【文檔編號(hào)】H01L21/60GK104246996SQ201280072463
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月17日
【發(fā)明者】谷黑克守 申請(qǐng)人:株式會(huì)社谷黑組