JP3346137B2 - 半田バンプの形成方法 - Google Patents
半田バンプの形成方法Info
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Description
スダウンにて基板上にフリップチップ実装するために、
半導体素子上に設ける半田バンプの形成方法に関するも
のである。
んでいるが、実装面積の低減や、半導体素子の電極数の
増加に対応するためには、フリップチップ実装が最も有
利であると言われている。
電極端子に予め形成した金の突起電極上に半田バンプを
形成し、この半田バンプを介して基板と半導体素子とを
接続しているが、この半田バンプの材料としては、基板
上の他の部品との一括リフロー処理を可能にするため
に、スズを含有する半田が一般的に用いられてきた。
抵抗、コンデンサなどの部品が混在しており、これらの
部品の接続にはスズを含有する半田を用いるので、半導
体素子の半田バンプにもスズを含有する半田を使用すれ
ば、一括してリフロー処理することができるので、量産
性に優れているというわけである。
の方法では次のような問題点があった。すなわち、金の
突起電極上に半田バンプを形成する際の熱処理において
は、金とスズが相互拡散し金−スズ間の金属間化合物、
例えばAuSn,AuSn4,AuSn2を形成してしま
う。
抗が高いことが知られており、前記金−スズ間の金属間
化合物においても同様のことが言える。この金属間化合
物の生成は、金とスズが接触する状況下ではいかなる手
段を用いても生成を阻止することは不可能であり、一度
生成された金属間化合物は消滅することなく、金,スズ
の重量比から決定される飽和点まで増加し続ける。
度よりも、スズ原子が金格子内に拡散する速度の方が速
いので、質量の移動が発生し、スズを含有する半田内部
でカーケンダルボイドと呼ばれるボイド(空孔)が発生
し、これが電流路の障害となり電気抵抗が増大するとい
う報告もある。
は、バンプが脆くなったり電気抵抗が増大したりして信
頼性を著しく損なうものであった。
に本発明の半田バンプの形成方法は、半導体素子に予め
形成された金の突起電極の表面を、スズを含有しない合
金からなる第1の半田材料にて被覆する工程と、前記第
1の半田材料より融点が高く、かつスズを含有する第2
の半田材料にて、前記第1の半田材料の表面を被覆する
工程と、これらをリフロー処理することにより半田バン
プを得る工程とからなる。
抗が増大することなく、量産性に優れかつ信頼性の高い
半田バンプを提供することができる。
は、半導体素子に予め形成された金の突起電極の表面
を、スズを含有しない合金からなる第1の半田材料にて
被覆する工程と、前記第1の半田材料より融点が高く、
かつスズを含有する第2の半田材料にて、前記第1の半
田材料の表面を被覆する工程と、これらをリフロー処理
することにより半田バンプを得る工程とからなる。
ず金の突起電極上のスズを含まない第1のクリーム半田
が溶融し、その一部が金と合金化する。第1の半田材料
の残りの部分は、一部の半田材料が金と合金化したこと
により組成の変動が発生し、融点が上昇するため凝固が
始まる。
含有する第2の半田材料の溶融が始まるが、この半田材
料中のスズは、第1の半田材料のうち、凝固した合金が
障壁となり金と接触することはない。リフロー処理が終
了し、スズを含有する第2の半田材料も凝固が始まり球
状の半田バンプが形成される。このように金−スズ間の
金属間化合物は形成されることなく、信頼性の高い半田
バンプが形成されるという作用を有する。
明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に
説明する。
バンプの形成工程を示す断面図である。図1(a)にお
いて、半導体素子1には、メッキやスタッドバンプ法な
どの公知の方法で、金の突起電極2を形成してあり、上
面に凹部を形成した転写治具3には、その凹部にスズを
含有しない低融点クリーム半田4を充填してある。突起
電極2が転写治具3の凹部に対向するように、半導体素
子1を転写治具3に載置することで、金の突起電極2の
表面に低融点クリーム半田4を転写し、図1(b)に示
す半導体素子1を得る。
分をIn−70wt%Bi(融点170℃)とし、フラ
ックスを10wt%含有し、粘度が5000ポイズに調
製したものを用いた。また転写治具3としては、半導体
素子1の外形より0.4mm小さい寸法で凹部が形成さ
れ、その凹部の深さは0.2mmとし、材質はカーボン
を用いた。
の凹部には、低融点クリーム半田4より融点の高く、か
つスズを含有する共晶クリーム半田6を充填しておく。
そして図1(b)で示す半導体素子1を転写治具5中へ
降下させることで、低融点クリーム半田4の表面を被覆
するように共晶クリーム半田6を転写し、図1(d)に
示す状態となる。
を63wt%Sn−Pb(融点183℃)、フラックス
を10wt%含有し、粘度を2500Pに調製したもの
を用いた。また転写治具5としては、半導体素子の外形
より0.4mm小さい寸法で凹部が形成され、その凹部
の深さは0.3mmとし、材質はカーボンを用いた。な
お共晶クリーム半田6の粘度を低融点クリーム半田4の
粘度より小さくすることで、共晶クリーム半田6の転写
の際に、低融点クリーム半田4が突起電極2から剥離す
ることを防いでいる。
処理することにより、図1(e)に示すように半導体素
子1上に半田バンプ7を形成することができる。
を説明したが、以下に図2を用いて金属学的にこれを詳
細に説明する。図2はリフロー処理後の半田バンプの断
面図である。
は240℃)を行う際、まず170℃でIn−70wt
%Biが溶融する。この際BiよりもInの方が融点が
低いので、Inが選択的に金と反応(金とInが相互拡
散)し、Au−In合金層8を形成する。Inが金と反
応することにより、In−70wt%Bi合金中で組成
の変動が起こり、相対的にBiの重量比が多くなり、融
点が170℃から著しく上昇する。その結果、In−B
i合金(もはやIn−70wt%Biではない)の凝固
が始まり、In−Bi合金層9を形成する。時間にして
In−70wt%Biが溶融してからこの状態までわず
か数秒である。
℃を越えた時点で63wt%Sn−Pbが溶融するが、
Sn,Pbとも前記凝固したIn−Bi合金層がバリア
となり金と接触することはない。その後リフロー処理の
終了に伴い、63wt%Sn−Pbが凝固しSn−Pb
合金層10を形成する。
とスズが反応し、金−スズの金属間化合物を形成するこ
とがないため、信頼性の高い半田バンプを形成すること
ができる。
4としてIn−70wt%Biクリーム半田を用いた
が、スズを含有せず、共晶クリーム半田6より融点が低
いものであれば上記組成にこだわる必要はない。また粘
度も5000ポイズであるものを用いたが、これも作業
性を考慮して決定すれば良い。また、上述の低融点クリ
ーム半田4に代えて、低融点半田を半田漕内に溶融した
状態で、突起電極2の表面に半田を形成するようにもで
きる。
Sn−Pbを用いたが、スズを含有し、融点が低融点ク
リーム半田4よりも高いものであれば、上記組成以外の
ものでも良い。また現在開発が進んでいるスズをベース
とした鉛フリー半田も対応可能なことは言うまでもな
い。
方法によれば、金を突起電極とし、スズを含有する半田
材料を用いていても、金−スズ間の金属間化合物の生成
を防止でき、バンプが脆くなったり、電気抵抗が増大す
ることのない半田バンプを形成でき、フリップチップ実
装においても、他の電子部品と一括リフローを行うこと
ができ、量産性に優れたものとなる。
方法の各工程を示す断面図
Claims (1)
- 【請求項1】半導体素子に予め形成された金の突起電極
の表面を、スズを含有しない合金からなる第1の半田材
料にて被覆する工程と、前記第1の半田材料より融点が
高く、かつスズを含有する第2の半田材料にて、前記第
1の半田材料のの表面を被覆する工程と、これらをリフ
ロー処理することにより半田バンプを得る工程とからな
る半田バンプの形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31417595A JP3346137B2 (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 半田バンプの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31417595A JP3346137B2 (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 半田バンプの形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09153497A JPH09153497A (ja) | 1997-06-10 |
JP3346137B2 true JP3346137B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=18050162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31417595A Expired - Lifetime JP3346137B2 (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 半田バンプの形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3346137B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4431606B2 (ja) | 2007-10-05 | 2010-03-17 | シャープ株式会社 | 半導体装置、半導体装置の実装方法、および半導体装置の実装構造 |
KR101208028B1 (ko) * | 2009-06-22 | 2012-12-04 | 한국전자통신연구원 | 반도체 패키지의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 반도체 패키지 |
-
1995
- 1995-12-01 JP JP31417595A patent/JP3346137B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09153497A (ja) | 1997-06-10 |
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