JP2001308126A - ハンダ端子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無鉛ハンダによるハンダ端子の形成が可能
で、接続信頼性が高く、微細電極でもショートすること
なく、段差のある素子や配線基板にも形成が可能なハン
ダ端子の製造方法を提供すること。 【解決手段】 基板上の全面またはパッド電極を含む一
部にフラックスを塗布する工程と、フラックス上にハン
ダ粒子を付着させる工程と、ハンダ粒子を溶融してパッ
ド電極上にハンダ端子を形成する工程と、パッド電極以
外の部位に残留するフラックスとハンダとを除去する工
程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子やその他
電気部品の電気的接続や、接続の電気的容量を確保する
ためのハンダ端子の製造方法に関し、さらに詳しくは微
細でかつ多数の電気的接続を可能にするハンダ端子の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術における微細ハンダ端子の製造
方法としては、メッキによりパッド電極上にハンダを成
長させる方法と、印刷マスクとハンダペーストを用いて
パッド電極上にハンダペーストを印刷する方法等があげ
られる。

【０００３】以下電気メッキによるハンダ端子の製造方
法について説明する。一般的に、半導体素子や配線基板
上の、ハンダ端子を設けるためのパッド電極はアルミや
銅などの導通性の良好な金属から成り、表面にはバリア
ーメタル層やハンダとの濡れを良くするための金属膜が
設けてある。たとえばバリアーメタルＮｉの上層にハン
ダとの濡れが良好なＡｕ層を設けてある。また、半導体
素子や配線基板表面のパッド電極は露出するようにし
て、デバイスや配線回路を保護するための絶縁被覆膜が
設けてある。

【０００４】初めにハンダ端子を形成するための各パッ
ド電極を、共通電極膜として設けて電気的に接続する。
共通電極膜を設ける手段としては、各パッド電極を電気
的に接続するための配線パターンを、パッド電極形成と
同時に銅箔などからのエッチングにより形成する方法
や、金属蒸着等により全面に導電膜を形成する方法があ
げられる。

【０００５】つぎにマスクと感光性のメッキレジストを
用いたフォトリソ工程により、パッド電極部は開口して
メッキレジストパターンを形成する。そののちハンダメ
ッキ液に被メッキ物を投入して、パッド電極表面にハン
ダを成長させる。つぎにメッキレジストを除去し、その
のち共通電極膜をエッチング等の手段で除去する。最後
にメッキにより形成したハンダ端子の組成を均一にする
ために、ハンダを溶融して丸める。

【０００６】以下印刷によるハンダ端子の製造方法につ
いて説明する。使用される材料は電気メッキによるハン
ダ端子の製造方法と、同等の材質のものが使用できる。
初めに、ハンダ端子を設けるためのパッド電極の位置に
印刷マスクを合わせる。この印刷マスクは金属またはナ
イロン等のスクリーンから成る。つぎにハンダ粒子とフ
ラックスから成るハンダペーストを前記印刷マスクとス
キージを用いて、パッド電極上に印刷する。そののちリ
フロー炉やホットプレートを用いて印刷したハンダペー
ストを溶融させる。最後に残ったフラックスを洗浄す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年の半導体実装分野
では、素子の微細化に対応可能なハンダ端子の形成方法
や、有害な鉛成分を除いたハンダ端子の形成に対する要
求が高まっている。無鉛ハンダの組成では錫／銀系やそ
の他の３元素系が検討されている。錫／銀系は錫／鉛ハ
ンダに比べて組成比の変動による共融点の上昇が大き
い。このためメッキにより形成されるハンダ端子では、
安定した融点が得られず、しばしばハンダの融点が高く
なり、接続する素子を熱で破壊する等の問題が生じ、接
続の信頼性を損なっていた。また３元素系のメッキでは
組成を安定させることがより難しく、ハンダ端子の形成
は困難であった。

【０００８】また、ハンダ粒子とフラックスから成るハ
ンダペーストと印刷マスクを用いるハンダ端子の製造方
法では、種々の組成のハンダ粒子を自由に選択できるの
で、メッキ方法より無鉛化には対応しやすい。しかし微
細なハンダ端子を８インチ程度の大きなＳｉウエハーに
形成するような場合には、マスクの伸びによる印刷パタ
ーンとパッド電極のズレが生じる。このためパッド電極
のピッチが小さい場合は、隣接パッド電極間でハンダの
ブリッジによるショートの問題が起きる。

【０００９】さらに、配線パターンを有する基板や、多
層配線基板を用いた段差のある基板など被印刷面が平滑
でない場合は、印刷マスクを被印刷面に密着させること
ができない。したがってハンダペーストのパッド電極上
へのパターン印刷ができないためハンダ端子の形成が不
可能であった。

【００１０】そこで本発明の目的は、無鉛ハンダによる
ハンダ端子の形成が可能で、接続信頼性が高く、微細電
極でもショートすることなく、段差のある素子や配線基
板にも形成が可能なハンダ端子の製造方法を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は下記記載のハンダ端子の製造方法を採用す
る。

【００１２】本発明のハンダ端子の製造方法は、ハンダ
端子を設けるためのパッド電極を有する基板上の、全面
またはパッド電極を含む一部にフラックスを塗布する工
程と、フラックス上にハンダ粒子を均一に付着させる工
程と、ハンダ粒子を溶融してパッド電極上にハンダ端子
を形成する工程と、パッド電極以外の部位に残留するフ
ラックスとハンダとを除去する工程を有することを特徴
とする。

【００１３】また、フラックス上にハンダ粒子を付着さ
せる工程の後に、過剰のハンダ粒子を取り除く工程を備
えていても良い。

【００１４】さらに本発明のハンダ端子の製造工程は、
ハンダ粒子の粒子径が最隣接パッド電極間距離より小さ
いことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のハンダ端子の製造方法は
半導体素子または配線基板などの基板を用意し、この基
板上の全面またはパッド電極の面積より大きくフラック
スを塗布する工程と、このフラックス上にハンダ粒子を
均一に付着させる工程を有している。したがって、いか
なる組成のハンダであっても、ハンダ粒子化して付着さ
せるので、ハンダ端子の形成が可能である。したがって
２元素系ハンダのみならす３元素系のハンダ端子も製造
可能であり、ハンダの無鉛化に容易に対応できる。

【００１６】さらに、メッキでハンダを成長させること
なく、組成が安定したハンダ粒子を散布するため、ハン
ダ端子上のハンダの融点が一定し、高温に成りすぎない
ので信頼性の高い電気的接続がえられる。さらにハンダ
溶融温度を高く設定する必要がないため、実装する電子
部品を熱で破壊することがない。

【００１７】また、本発明の製造方法はハンダ粒子を溶
融してパッド電極上にハンダ端子を形成する工程と、パ
ッド電極以外の部位に残留するフラックスとハンダとを
除去する工程を有する。したがって印刷マスクを使用す
ることなくパッド電極上にハンダ端子を形成できる。こ
のため、微細なハンダ端子を形成する場合も印刷マスク
の伸びによる印刷パターンとパッド電極のズレが生じな
い。したがってパッド電極のピッチが小さい場合でも、
隣接パッド電極間でハンダのブリッジによるショートの
問題が起きない。

【００１８】さらに、本発明の製造方法は印刷マスクを
使用しないので、配線パターンを有する基板や、多層配
線基板を用いた段差のある基板など印刷マスクを密着で
きない電子部品にも、パッド電極上にハンダ端子を形成
できる。

【００１９】さらに、本発明のハンダ端子の製造方法
は、ハンダ粒子の粒子径が最隣接パッド電極間距離より
小さいことを特徴とする。したがってパッド電極のピッ
チが小さい場合でも、隣接パッド電極間でハンダのブリ
ッジによるショートの問題が起きない。

【００２０】

【実施例】［実施例１］以下、図面を用い最適な実施形
態における本発明のハンダ端子の製造方法を詳しく説明
する。図１、図２、図３、図４は本発明の第１の実施例
におけるハンダ端子の製造工程を示す断面図である。図
１に示すように、基板として半導体素子１を用い、この
表面には、ハンダ端子を形成するためのパッド電極２が
設けてある。このパッド電極２はアルミや銅などの導通
性の良好な金属から成り、表面にはバリアーメタル層や
ハンダとの濡れを良くするための金属膜が設けてある。
本実施例ではバリアーメタルＮｉの上層にハンダとの濡
れが良好なＡｕ層を設けた。

【００２１】また、半導体素子２は表面のパッド電極は
露出するようにして、デバイスや配線回路を保護するた
めの絶縁被覆膜３が設けてある。絶縁被覆膜３の材料と
してはハンダが濡れない材料が望ましい。このようなソ
ルダーレジスト材料としては、絶縁膜として一般的に用
いられる無機酸化膜やアクリルエポキシ、ポリイミドな
どの樹脂膜があげられる。本発明の製造方法では、パッ
ド電極２以外の部位に、ハンダが濡れる材料が露出して
いる場合はそこにもハンダが付着する。したがってハン
ダ端子を形成するためのパッド電極２以外の部位は、初
めに前述の絶縁被覆膜３を設けておくことが望ましい。

【００２２】本実施例では、表面に絶縁被覆膜３として
ポリイミド膜を有する厚み６００μｍ直径５インチのＳ
ｉウエハー上に、１００μｍ角のバッド電極２をピッチ
２００μｍでマトリクス状に配した実験用素子を用い
た。パッド電極２は厚み１．０μｍの銅の上層に、バリ
アーメタルＮｉ層を０．５μｍ設け、さらにその表面に
ハンダの濡れを良くするためにＡｕ層を０．１μｍ設け
てある。

【００２３】初めに、図１に示すように、前述のパッド
電極２と絶縁被覆膜３を有する半導体素子１の表面にフ
ラックス４を塗布する。フラックス４塗布の手段として
はスプレーコートやスピンコートや刷毛塗りなどがあげ
られる。いずれの方法でもフラックスを溶剤で希釈し、
塗布量を調節する。この塗布工程は前述のＳｉウエハー
の状態でも、必要な大きさの素子片にダイシングソーな
どを用いて切り出した後でも実施できる。

【００２４】つぎに、図２に示すように前述のフラック
ス４表面に均一にハンダ粒子５を付着させる。ハンダ粒
子５の付着手段としては粒子径に応じた篩いを用いて、
上から散布したり、布などにハンダ粒子５をつけて上で
叩いて散布して、フラックス４の粘着性によってハンダ
粒子をフラックス４表面に付着させる手段があげられ
る。フラックス４表面付着するハンダ粒子５の量が多い
ほどパッド電極２の上に厚いハンダ層が形成される。

【００２５】この付着量が多すぎると、最隣接するパッ
ド電極２の間でハンダブリッジを生じ、ショート不良を
発生する可能性がある。望ましくはハンダ粒子５が厚み
方向に１個から２個でそれ以上に重ならない程度で、平
面的に密集した状態に付着させる。また、ハンダ粒子５
の付着が不均一だったり、多すぎる場合は半導体素子１
表面を下にして過剰のハンダ粒子を落とすことができ
る。

【００２６】ハンダ粒子５の材料としては、Ｐｂ／Ｓｎ
ハンダの他にＳｎ／Ａｇその他３元素系無鉛ハンダな
ど、組成を選ばず使用できる。またハンダ粒子５の形状
は溶融ハンダを空中で固化して得られる球形ものが望ま
しく、さらに篩いを使って適度な粒径分布に分級された
ものが良い。またハンダ粒子５の粒子径は最隣接するパ
ッド電極２の間隔より小さいことが望ましい。ハンダ粒
子５の粒子径が最隣接するパッド電極２の間隔より大き
い場合は、パッド電極２の間でハンダブリッジを生じシ
ョート不良を発生する可能性がある。本発明の第１の実
施例においては、粒子径が１０から２５μｍの分布を有
するＰｂ／Ｓｎ／６／４ハンダを用いた。

【００２７】つぎに、ハンダ粒子５が表面に付着してい
る状態で半導体素子１を加熱し、ハンダ粒子５を溶融す
る。このときフラックス４とともに、パッド電極２上に
付着したハンダ粒子５はハンダの表面張力によって適度
の厚みを持ちながら、パッド電極２上に濡れ広がり、図
３のようにハンダ端子６を形成する。ハンダ粒子５を溶
融する手段としては、ホットプレートや赤外線ヒーター
を有するベルト炉などによる加熱があげられる。

【００２８】また、図３に示すように、ハンダ粒子５を
加熱溶融した後は、絶縁被覆膜３の上にハンダ粒子５が
数個集まったハンダ残り７とフラックス残り８が残る。
絶縁被覆膜３はハンダが濡れない材料なのでハンダ残り
７は球状で付着している。最後にこのハンダ残り７とフ
ラックス残り８を洗剤で洗浄して除去して、図４に示す
ハンダ端子６が完成する。

【００２９】以上の説明から明らかなように、いかなる
組成のハンダであっても、ハンダ端子を形成することが
でき、さらにハンダ溶融温度を高く設定する必要がない
ため、実装する電子部品を熱で破壊することがなく、ま
た、ハンダ粒子の粒径を小さく設定したので、ブリッジ
によるショートの問題も起きず、信頼性の高い電気的接
続が得られた。

【００３０】［実施例２］図５、図６、図７、図８は本
発明の第２の実施例におけるハンダ端子の製造工程を示
す断面図である。図５に示すように、基板として配線基
板９を使用し、配線基板９は２層になっていて、第１層
と第２層にそれぞれハンダ端子６を形成するためのパッ
ド電極２が設けてある。配線基板９の材料として望まし
いのはガラスエポキシ等の基板材料である。また、パッ
ド電極２は実施例１と同様の材料を用いた。

【００３１】また、配線基板９のパッド電極２は露出す
るようにして、配線回路を保護するための絶縁被覆膜３
が設けてある。絶縁被覆膜３の材料として、第１の実施
例で示したような材料を用いることができる。第２の実
施例では、表面に絶縁被覆膜３として０．２ｍｍ厚の感
光性アクリルエポキシから成るソルダーレジスト膜を設
けてあり。配線基板９は２層基板で第１層までの厚み
１．０ミリ、第２層までの厚み２．０ミリで、各層に直
径０．７ミリのパッド電極２をピッチ２．０ｍｍでマト
リクス状に配した実験用基板を用いた。パッド電極２は
厚み２０μｍの銅の上層に、バリアーメタルＮｉ層を５
μｍ設け、さらにその表面にハンダの濡れを良くするた
めにＡｕ層を１μｍ設けてある。

【００３２】初めに、パッド電極２と絶縁被覆膜３を有
する配線基板９の表面にフラックス４を塗布する。フラ
ックス４塗布の手段としては実施スプレーコートや刷毛
塗りなどがあげられる。いずれの方法でもフラックスを
溶剤で希釈して塗布量を調節する。

【００３３】つぎに、図６に示すように前述のフラック
ス４の表面に均一にハンダ粒子５を付着させる。ハンダ
粒子５の付着手段としては第１の実施例で示した方法と
同じ方法を用いることができる。また付着量としても、
ハンダ粒子５が厚み方向に１個から２個でそれ以上に重
ならない程度に散布する。使用したハンダ粒子５は第１
の実施例と同様の材質と形状を有するものを用いた。

【００３４】つぎに、ハンダ粒子５が表面に付着してい
る状態で配線基板９を加熱し、ハンダ粒子５を溶融す
る。このときフラックス４とともに、パッド電極２上に
付着したハンダ粒子５はハンダの表面張力によって、適
度の厚みを持ちながらパッド電極２上に濡れ広がり、図
７のようにハンダ端子６を形成する。ハンダ粒子５を溶
融する手段としては、第１の実施例と同様の方法を用い
ることができる。

【００３５】また、図７に示すように、ハンダ粒子５を
加熱溶融した後は、絶縁被覆膜３の上にハンダ粒子５が
数個集まったハンダ残り７とフラックス残り８が残る。
絶縁被覆膜３はハンダが濡れない材料なのでハンダ残り
７は球状で付着している。最後にこのハンダ残り７とフ
ラックス残り８を洗剤で洗浄して除去して、図８に示す
ハンダ端子６が完成する。

【００３６】以上の説明で明らかなように、いかなる組
成のハンダであっても、ハンダ端子を形成することがで
きた。本発明は印刷マスクを使用しないので、配線パタ
ーンを有する基板や、多層配線基板を用いた段差のある
基板など、印刷マスクを密着できない電子部品にもパッ
ド電極上にハンダ端子を形成できた。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ハンダ端子の製造方法は半導体素子または配線基板上
の、全面またはパッド電極の面積より大きくフラックス
を塗布する工程と、このフラックス上にハンダ粒子を均
一に付着させる工程を有している。したがって、いかな
る組成のハンダであっても、ハンダ粒子化して散布する
ことによりハンダ端子の形成が可能である。したがって
２元素系ハンダのみならす３元素系のハンダ端子も製造
可能であり、ハンダの無鉛化に容易に対応できる。

【００３８】さらに、メッキでハンダを成長させること
なく、組成が安定したハンダ粒子を付着させるため、ハ
ンダ端子上のハンダの融点が一定していて高くならない
ので、信頼性の高い電気的接続がえられる。さらにハン
ダ溶融温度を高く設定する必要がなく、実装する電子部
品を熱で破壊することがない。

【００３９】また、本発明の製造方法はハンダ粒子を溶
融してパッド電極状にハンダ端子を形成する工程と、パ
ッド電極以外の部位に残留するフラックスとハンダとを
除去する工程を有する。したがって印刷マスクを使用す
ることなくパッド電極上にハンダ端子を形成できる。こ
のため、微細なハンダ端子を形成する場合も印刷マスク
の伸びによる印刷パターンとパッド電極のズレが生じな
い。したがってパッド電極のピッチが小さい場合でも、
隣接パッド電極間でハンダのブリッジによるショートの
問題が起きない。さらに、本発明の製造方法は印刷マス
クを使用しないので、配線パターンを有する基板や、多
層配線基板を用いた段差のある基板など、印刷マスクを
密着できない電子部品にもパッド電極上にハンダ端子を
形成できる。

【００４０】さらに、本発明のハンダ端子の製造方法
は、ハンダ粒子の粒子径が最隣接パッド電極間距離より
小さいことを特徴とする。したがってパッド電極のピッ
チが小さい場合でも、隣接パッド電極間でハンダのブリ
ッジによるショートの問題が起きない。

【００４１】したがって、接続信頼性が高く、微細電極
でもショートすることのない無鉛ハンダによるハンダ端
子の形成が可能と成る。さらに段差のある素子や配線基
板にもハンダ端子の形成が可能に成る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるハンダ端子の製造
工程を示す断面図である。

【図２】本発明の第１実施例におけるハンダ端子の製造
工程を示す断面図である。

【図３】本発明の第１実施例におけるハンダ端子の製造
工程を示す断面図である。

【図４】本発明の第１実施例におけるハンダ端子の製造
工程を示す断面図である。

【図５】本発明の第２実施例におけるハンダ端子の製造
工程を示す断面図である。

【図６】本発明の第２実施例におけるハンダ端子の製造
工程を示す断面図である。

【図７】本発明の第２実施例におけるハンダ端子の製造
工程を示す断面図である。

【図８】本発明の第２実施例におけるハンダ端子の製造
工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体素子 ２ パッド電極 ３ 絶縁被覆膜 ４ フラックス ５ ハンダ粒子 ６ ハンダ端子 ７ ハンダ残り ８ フラックス残り ９ 配線基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハンダ端子を設けるためのパッド電極を
   有する基板において、基板上の全面またはパッド電極を
   含む一部にフラックスを塗布する工程と、前記フラック
   ス上にハンダ粒子を付着させる工程と、ハンダ粒子を溶
   融してパッド電極上にハンダ端子を形成する工程と、パ
   ッド電極以外の部位に残留するフラックスとハンダとを
   除去する工程とを有することを特徴とするハンダ端子の
   製造方法。
2. 【請求項２】 ハンダ端子を設けるためのパッド電極を
   有する基板において、基板上の全面またはパッド電極を
   含む一部にフラックスを塗布する工程と、前記フラック
   ス上にハンダ粒子を付着させる工程と、過剰のハンダ粒
   子を除去する工程と、ハンダ粒子を溶融してパッド電極
   上にハンダ端子を形成する工程と、パッド電極以外の部
   位に残留するフラックスとハンダとを除去する工程を有
   することを特徴とするハンダ端子の製造方法。
3. 【請求項３】 ハンダ粒子の粒子径が最隣接パッド電極
   間距離より小さいことを特徴とする請求項第１項または
   第２項に記載のハンダ端子の製造方法。