JP6156136B2 - Core paste for forming sintered cores of solder bumps - Google Patents
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Description
本発明は、はんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペーストに係り、特に、半導体装置用はんだバンプのファインピッチ化を図ったはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペーストに関する。 The present invention relates to a core paste for forming a sintered core of a solder bump, and more particularly to a core paste for forming a sintered core of a solder bump with a fine pitch of a solder bump for a semiconductor device. .
近年、半導体の高密度実装のために、はんだバンプを用いた接合が一般に用いられているが、より一層の高密度化を図るためには、はんだバンプ形成のファインピッチ化が求められる。
そして、この要請に応えるべく、ファインピッチ化を実現するためのはんだバンプについて、従来からいくつかの提案がなされている。
In recent years, bonding using solder bumps is generally used for high-density mounting of semiconductors, but in order to achieve higher density, a fine pitch for forming solder bumps is required.
In order to meet this demand, some proposals have been made regarding solder bumps for realizing a fine pitch.
例えば、特許文献１、２には、半導体基板表面の導体パッド上に、ピラー金属、ピラー金属上面を覆うアンダーバンプ金属層及び導体パッドとほぼ等径のはんだ金属層を順次形成してはんだ金属のリフロー処理を行うことによってはんだバンプを形成することが提案されており、また、特許文献２には、特許文献１記載のものと同様に導体パッドとほぼ等径のはんだ金属層を順次形成した後、ピラー金属層の直径を減少させ、次いで、はんだ金属のリフロー処理を行い、図１に示すようなはんだバンプを形成することによって、ファインピッチ化を図ることが提案されている。 For example, in Patent Documents 1 and 2, a pillar metal, an under bump metal layer that covers the top surface of the pillar metal, and a solder metal layer that is substantially the same diameter as the conductor pad are sequentially formed on the conductor pad on the surface of the semiconductor substrate. It has been proposed to form solder bumps by performing a reflow process, and in Patent Document 2, as in the case of Patent Document 1, a solder pad and a solder metal layer having substantially the same diameter are sequentially formed. It has been proposed to achieve a fine pitch by reducing the diameter of the pillar metal layer and then performing a solder metal reflow process to form solder bumps as shown in FIG.
また、例えば、特許文献３には、半導体チップ上のパット電極を下向きにして溶融はんだの噴流面に接触させることにより当該パッド電極上に一次はんだバンプを形成し、この一次はんだバンプが形成されたパッド電極を上向きにし、これにスクリーン印刷の手法によってはんだペーストを載置し、このはんだペーストを下向きにし、この下向きにされ重力が加えられた状態で前記はんだペーストをリフローして二次はんだバンプを形成することによって、パット電極のファインピッチ化を可能としたはんだバンプの製造も提案されている。 Further, for example, in Patent Document 3, a primary solder bump is formed on a pad electrode by making a pad electrode on a semiconductor chip face down and contacting a jet surface of molten solder, and the primary solder bump is formed. With the pad electrode facing upward, solder paste is placed on this by screen printing, this solder paste is facing downward, and the solder paste is reflowed in the state where it is directed downward and gravity is applied to form secondary solder bumps. It has also been proposed to produce solder bumps that enable the pad electrodes to have a fine pitch.
上記従来技術に示されるように、半導体の高密度実装に向けて、はんだバンプのファインピッチ化が図られているところであるが、はんだバンプの密着性、導電性を確保した上でのファインピッチ化技術は、未だ確立されていない。
例えば、特許文献１、２記載の技術においては、ウエハや有機基板の電極上に、電気メッキ法を用いて、小径のピラーを形成し、その上にメッキ法を用いてはんだ金属を形成し、リフロー処理を施すことではんだバンプを形成し、バンプの高さをある程度にまで高く形成している。ただし、メッキ法にてピラー形成、はんだ金属形成しているために、プロセススループットが悪く、また、溶融時のはんだ金属の自重および表面張力によって、バンプが扁平になりバンプ高さが制限されるため、はんだバンプ径に比して、それほど高いアスペクト比のものを得ることはできず、仮に、はんだ金属の載置量を増やしたとしても、隣接する他のはんだバンプに接触してショートを引き起こすおそれが生じるという問題がある。
また、特許文献３記載の技術においても、一次はんだバンプ表面のはんだペーストに対して、下向きにしてリフローすることによって、比較的、アスペクト比の高いバンプは形成されるが、アッセンブリ時など、再溶融時に、はんだ金属の自重および表面張力によって自ずとアスペクト比は制約を受け、隣接する溶融はんだ金属バンプと接触することで、電気的導通不良の原因となる恐れがある。
したがって、半導体の高密度実装を実現するためには、ファインピッチ化が可能となる高アスペクト比のはんだバンプが望まれる。
As shown in the above-mentioned prior art, fine pitches of solder bumps are being made for high-density mounting of semiconductors, but fine pitches are ensured while ensuring solder bump adhesion and conductivity. Technology has not yet been established.
For example, in the techniques described in Patent Documents 1 and 2, a small-diameter pillar is formed on an electrode of a wafer or an organic substrate using an electroplating method, and a solder metal is formed thereon using a plating method. A solder bump is formed by performing a reflow process, and the bump height is increased to some extent. However, because pillar formation and solder metal are formed by plating, the process throughput is poor, and the bump height becomes flat and the bump height is limited by the weight and surface tension of the solder metal during melting. It is not possible to obtain an aspect ratio as high as the solder bump diameter, and even if the amount of solder metal is increased, there is a risk of causing a short circuit by contacting other adjacent solder bumps. There is a problem that occurs.
Also, in the technique described in Patent Document 3, bumps having a relatively high aspect ratio are formed by reflowing the solder paste on the surface of the primary solder bumps downward, but remelting at the time of assembly or the like. Sometimes, the aspect ratio is naturally limited by the weight and surface tension of the solder metal, and contact with the adjacent molten solder metal bumps may cause poor electrical continuity.
Therefore, in order to realize high-density mounting of semiconductors, high aspect ratio solder bumps that enable fine pitch are desired.
本発明者らは、はんだバンプのファインピッチ化を可能とすべく、はんだバンプの構造について鋭意検討した結果、以下の知見を得た。 As a result of intensive studies on the structure of solder bumps to enable finer pitching of solder bumps, the present inventors have obtained the following knowledge.
即ち、本発明者らは、はんだバンプの作製にあたり、予め、所定の材料からなる芯用ペーストを半導体基板の所定位置（例えば、半導体パッケージ用有機基板上に形成されたパッド電極表面あるいは半導体パッケージ用ウエハ上に形成されたＵＢＭ(アンダーバンプメタル)）に塗布し、リフロー処理することで、この芯用ペーストを焼結して所定の高さの焼結芯を形成し、次いで、該焼結芯の周囲に印刷法ではんだペーストを付着させた後、このはんだペーストをリフロー処理することによって、内部に焼結芯が形成された高アスペクト比のはんだバンプが形成されることを見出した。 That is, the present inventors have previously prepared a core paste made of a predetermined material at a predetermined position on a semiconductor substrate (for example, the surface of a pad electrode formed on an organic substrate for a semiconductor package or a semiconductor package). The UBM (under bump metal) formed on the wafer is applied and reflowed to sinter the core paste to form a sintered core having a predetermined height. It was found that a high-aspect-ratio solder bump having a sintered core formed therein was formed by reflowing the solder paste after adhering the solder paste around the substrate by a printing method.
そして、本発明者らは、前記焼結芯を形成するための芯用ペースト材料についてさらに検討を進め、芯用ペースト材料としては、はんだ金属との濡れ性が良い焼結芯を形成し、はんだ金属と焼結芯の密着性向上を図り得る芯用ペーストであることが好ましく、また、はんだ金属をリフローする際にも、焼結芯は、はんだリフロー温度で、軟化・溶融せず、焼結芯としてのそのままの形状を維持し、焼結芯の周囲にはんだ金属を付着させる必要がある。ここで、焼結芯を形成する際の芯用ペーストの焼結温度は、取扱性及び基板やウエハの耐熱性を考慮して、通常のはんだ金属ペーストをリフローする温度近傍またはそれ以下で焼結する必要がある。ただし、焼結後は、次工程であるはんだ金属ペーストのリフロー時は芯として軟化・溶融しないように芯用ペースト材料を検討した。
その結果、はんだ金属ペーストをリフローする温度で焼結芯を軟化・溶融させないという観点から、第一群粉末としては、芯用ペーストの焼結温度より高い液相温度を有する金属粉末、合金粉末または金属−合金混合粉末を用い、また、第二群粉末としては、芯用ペーストの焼結温度より低い液相温度を有し、焼結温度で液相が出現する金属粉末、合金粉末または金属−合金混合粉末を用い、第一群粉末と第二群粉末との混合粉末を含有するペーストが、芯用ペーストとして好適であることを見出した。
具体的に言えば、金属粉末からなる第一群粉末としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの内から選ばれる一種又は二種以上（以下、「第一Ａ群」という場合もある）をあげることができ、また、金属粉末からなる第二群粉末としては、例えば、Ｓｎ，Ｉｎ、Ｂｉ、Ｇａの内から選ばれる一種又は二種以上（以下、「第二Ａ群」という場合もある）をあげることができる。
さらに、合金粉末からなる第一群粉末としては、例えば、液相温度が４５０℃以上のろう合金、液相温度が２８０℃以上の高温はんだ合金（以下、「第一Ｂ群」という場合もある）をあげることができ、また、合金粉末からなる第二群粉末としては、例えば、液相温度が２４０℃以下のはんだ合金（以下、「第二Ｂ群」という場合もある）等をあげることができる。
The present inventors have further studied the core paste material for forming the sintered core, and as the core paste material, a sintered core having good wettability with the solder metal is formed, and the solder It is preferable that the paste is a core paste capable of improving the adhesion between the metal and the sintered core. Also, when the solder metal is reflowed, the sintered core does not soften or melt at the solder reflow temperature and is sintered. It is necessary to maintain the shape as the core and to attach solder metal around the sintered core. Here, the sintering temperature of the core paste when forming the sintered core is in the vicinity of or below the temperature at which the normal solder metal paste is reflowed in consideration of the handling property and the heat resistance of the substrate and wafer. There is a need to. However, after sintering, the core paste material was examined so that it would not soften or melt as the core during reflow of the solder metal paste, which is the next step.
As a result, from the viewpoint of not softening / melting the sintered core at a temperature at which the solder metal paste is reflowed, the first group powder is a metal powder having a liquidus temperature higher than the sintering temperature of the core paste, an alloy powder or The metal-alloy mixed powder is used, and the second group powder is a metal powder, alloy powder or metal- having a liquid phase temperature lower than the sintering temperature of the core paste and a liquid phase appearing at the sintering temperature. It has been found that a paste containing a mixed powder of a first group powder and a second group powder using an alloy mixed powder is suitable as a core paste.
Specifically, as the first group powder made of metal powder, for example, one or more selected from Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Ti, Ni, Fe, Co (hereinafter referred to as “ The second group powder made of metal powder may be, for example, one or more selected from Sn, In, Bi, and Ga (hereinafter referred to as “first A group”). , Sometimes referred to as “second group A”).
Furthermore, as the first group powder made of alloy powder, for example, a braze alloy having a liquidus temperature of 450 ° C. or higher, or a high-temperature solder alloy having a liquidus temperature of 280 ° C. or higher (hereinafter referred to as “first group B”) may be used. In addition, examples of the second group powder made of the alloy powder include a solder alloy having a liquidus temperature of 240 ° C. or lower (hereinafter sometimes referred to as “second group B”). Can do.
そして、前記芯用ペーストを焼結して形成した焼結芯を、予めはんだバンプ内部に形成しておいた場合には、焼結芯の存在によって、はんだバンプの自重による扁平化が生じにくくなるため、バンプ高さの高い高アスペクト比のはんだバンプが得られること、また、はんだ金属と焼結芯の密着性がすぐれることから、バンプと半導体基板との密着性も向上すること、さらに、この高アスペクト比のはんだバンプは、従来バンプに比し遜色のない導電性を備えることを見出したのである。 If the sintered core formed by sintering the core paste is previously formed inside the solder bump, flattening due to the weight of the solder bump is less likely to occur due to the presence of the sintered core. Therefore, it is possible to obtain a high-aspect-ratio solder bump with a high bump height, and since the adhesion between the solder metal and the sintered core is excellent, the adhesion between the bump and the semiconductor substrate is improved, It has been found that this high aspect ratio solder bump has conductivity comparable to conventional bumps.
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
（１）はんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペーストであって、該芯用ペーストは、６０〜９５質量％の混合粉末と５〜４０質量％のフラックスとからなり、前記混合粉末は、第一群粉末と第二群粉末との混合粉末とからなり、前記第一群粉末は、芯用ペーストの焼結温度より高い液相温度を有する金属粉末及び合金粉末の少なくとも一種以上からなり、前記第二群粉末は、芯用ペーストの焼結温度より液相温度が低く、焼結温度で液相が出現する金属粉末及び合金粉末の少なくとも一種以上からなり、前記第一群粉末の含有量は、前記第一群粉末と前記第二群粉末の合計量の１０〜９０質量％であることを特徴とするはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペースト、
（２）前記第一群粉末は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末を第一Ａ群粉末、また、液相温度が４５０℃以上のろう合金粉末及び液相温度が２８０℃以上の高温はんだ合金粉末の内から選ばれた一種又は二種以上の合金粉末を第一Ｂ群粉末とした場合、第一Ａ群粉末と第一Ｂ群粉末の少なくとも一種以上からなることを特徴とする前記（１）に記載のはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペースト、
（３）前記第二群粉末は、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｇａの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末を第二Ａ群粉末、また、液相温度が２４０℃以下のはんだ合金の合金粉末を第二Ｂ群粉末とした場合、第二Ａ群粉末と第二Ｂ群粉末の少なくとも一種以上からなることを特徴とする前記（１）に記載のはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペースト、
に特徴を有するものである。
The present invention has been made based on the above findings,
(1) A core paste for forming a sintered core of a solder bump, the core paste comprising a mixed powder of 60 to 95 mass% and a flux of 5 to 40 mass%, wherein the mixed powder Is composed of a mixed powder of a first group powder and a second group powder, and the first group powder is composed of at least one of metal powder and alloy powder having a liquidus temperature higher than the sintering temperature of the core paste. The second group powder has a liquid phase temperature lower than the sintering temperature of the core paste, and is composed of at least one metal powder and alloy powder in which the liquid phase appears at the sintering temperature. A core paste for forming a sintered core of a solder bump, wherein the content is 10 to 90% by mass of the total amount of the first group powder and the second group powder,
(2) The first group powder is one or more metal powders selected from Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Ti, Ni, Fe, and Co, the first group A powder, When one or more alloy powders selected from a brazing alloy powder having a liquidus temperature of 450 ° C. or higher and a high-temperature solder alloy powder having a liquidus temperature of 280 ° C. or higher are used as the first group B powder, A core paste for forming a sintered core of a solder bump according to (1), comprising at least one of group A powder and first group B powder,
(3) The second group powder is one or more metal powders selected from Sn, In, Bi, and Ga, the second group A powder, and a solder alloy having a liquidus temperature of 240 ° C. or lower. When the alloy powder of the above is used as the second group B powder, the sintered core of the solder bump according to the above (1) is formed, comprising at least one of the second group A powder and the second group B powder. Core paste for
It has the characteristics.
以下、図面とともに本発明を詳細に説明する。
図２に、本発明のはんだバンプの製造工程の概略説明図を示し、図３に、本発明の製造法により得られたはんだバンプの断面概略模式図を示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 2 shows a schematic explanatory view of the manufacturing process of the solder bump of the present invention, and FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the solder bump obtained by the manufacturing method of the present invention.
図２に示すように、本発明のはんだバンプは、（ａ）〜（ｄ）の工程（第一工程という）及び（ｅ）〜（ｈ）の工程（第二工程という）により作製することができる。
第一工程は、以下のとおりである。
まず、パッド電極が形成されている半導体基板の表面（半導体パッケージ用ウエハ上にＵＢＭが設けられている場合も当然に含むが、以下、ＵＢＭについての説明は省略する。）に、パッド電極のほぼ中央部の表面が露出する程度の開口を有するメタルマスクを取付け（図２（ａ）参照）、メタルマスクの開口からパッド電極のほぼ中央部の表面にスキージを用いて本発明の芯用ペーストを印刷する（図２（ｂ）参照）。
次いで、メタルマスクを取り外し（図２（ｃ）参照）、芯用ペーストの種類に応じた温度で焼結し、パッド電極のほぼ中央部に、半導体基板に垂直な方向に延び、かつ、最終的に形成されるはんだバンプの高さよりも低い高さの焼結芯を形成する。
なお、図２では、パッド電極表面に形成されるＵＭＢの図示を省略しているが、パッド電極上にＵＢＭが設けられている場合も、本発明の範囲に含まれることは勿論である。
As shown in FIG. 2, the solder bump of the present invention can be produced by the steps (a) to (d) (referred to as the first step) and the steps (e) to (h) (referred to as the second step). it can.
The first step is as follows.
First, on the surface of the semiconductor substrate on which the pad electrode is formed (including the case where the UBM is provided on the semiconductor package wafer, the description of the UBM will be omitted below), the pad electrode is substantially omitted. A metal mask having an opening that exposes the surface of the central portion is attached (see FIG. 2A), and the core paste of the present invention is applied to the surface of the central portion of the pad electrode from the opening of the metal mask by using a squeegee. Printing is performed (see FIG. 2B).
Next, the metal mask is removed (see FIG. 2C), sintered at a temperature corresponding to the type of the core paste, and extended in a direction perpendicular to the semiconductor substrate to the center of the pad electrode, and finally A sintered core having a height lower than the height of the solder bump formed in the step is formed.
In FIG. 2, the illustration of UMB formed on the surface of the pad electrode is omitted, but it is needless to say that the case where the UBM is provided on the pad electrode is also included in the scope of the present invention.
前記第一工程で形成される焼結芯は、本発明の芯用ペーストを焼結することによって形成されるものであって、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末（第一Ａ群粉末）からなる第一群粉末と、Ｓｎ，Ｉｎ、Ｂｉ、Ｇａの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末（第二Ａ群粉末）からなる第二群粉末とを含有する粉末焼結体として構成することができる。
第一Ａ群粉末としては、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕから選ばれた一種又は二種以上であることが望ましく、また、第二Ａ群粉末としては、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉから選ばれた一種又は二種以上であることが望ましい。
また、前記焼結芯は、液相温度（以下、「融点」ともいう）が４５０℃程度のろう合金、融点が２８０℃以上の高温はんだ合金からなる合金粉末（第一Ｂ群粉末）を第一群粉末とし、融点が２４０℃以下のはんだ合金等からなる合金粉末（第二Ｂ群粉末）を第二群粉末とし、第一群粉末と第二群粉末の混合粉末を含有する芯用ペーストを焼結することによって形成しても良い。
さらに、前記焼結芯は、第一群粉末として前記金属粉末（第一Ａ群粉末）を使用し、第二群粉末として前記合金粉末（第二Ｂ群粉末）を使用した芯用ペーストから形成することもでき、またその逆に、第一群粉末として前記合金粉末（第一Ｂ群粉末）を使用し、第二群粉末として前記金属粉末（第二Ａ群粉末）を使用した芯用ペーストから形成しても良い。
前記融点が４５０℃程度のろう合金からなる第一群粉末の合金粉末（第一Ｂ群粉末）としては、例えば、具体的には、以下のものをあげることができる。Ａｇろう、Ｃｕろう、黄銅ろう、Ａｌろう、Ｎｉろう、Ｐｄろう、Ａｕろうなどがある。たとえば、Ａｇ−２８質量％Ｃｕ（液相線温度７８０℃）、Ａｇ−２２質量％Ｃｕ−１７質量％Ｚｎ−５質量％Ｓｎ（液相線温度６５０℃）、Ａｌ−１１．７質量％Ｓｉ（液相線温度５７７℃）、Ａｕ−１８質量％Ｎｉ（液相線温度９５０℃）などがある。
また、前記融点が２８０℃以上の高温はんだ合金からなる第一群粉末の合金粉末（第一Ｂ群粉末）としては、例えば、具体的には、以下のものをあげることができる。Ａｕ−２０質量％Ｓｎ（液相線温度２８０℃）、Ａｕ−１２質量％Ｇｅ（液相線温度３５６℃）、Ａｕ−６質量％Ｓｉ（液相線温度３７０℃）、Ｐｂ−５質量％Ｓｎ（液相線温度３１４℃）、Ｐｂ−１０質量％Ｓｎ（液相線温度３０２℃）などがある。
また、前記融点が２４０℃以下のはんだ合金からなる第二群粉末の合金粉末（第二Ｂ群粉末）をとしては、例えば、具体的には、以下のものをあげることができる。Ｓｎ−３質量％Ａｇ−
０．５質量％Ｃｕ（液相線温度２１７℃）、Ｓｎ−９質量％Ｚｎ（液相線温度１９９℃）、Ｓｎ−５８質量％Ｂｉ（液相線温度１３８℃）、Ｐｂ−６３質量％Ｓｎ（液相線温度１８３℃）、Ｓｎ−３６質量％Ｐｂ−２質量％Ａｇ（液相線温度１７９℃）などがある。
通常のはんだペーストをリフローする温度近傍またはそれ以下で焼結された焼結芯は焼結後、はんだ金属のリフロー温度より高い融点を持つ必要がある。これははんだ金属リフロー処理時にも、焼結芯が、軟化・溶融せず、焼結芯としてのそのままの形状を維持し、焼結芯の周囲にはんだ金属を付着させる必要があるからであって、これによって、高アスペクト比のはんだバンプが形成され、また、焼結芯が、はんだ金属と広い接触面積を有することによって、はんだバンプが自重によって扁平化することを防止すると同時に、はんだ金属と焼結芯の密着性を高め、ひいては、バンプとパッド電極、半導体基板との密着性を高めるという作用を発揮させるために必要であるという理由による。
また、はんだ金属の種類と焼結芯を形成する芯用ペーストの組合せによっては、はんだ金属と焼結芯の界面で拡散反応が生じ、はんだ金属と焼結芯との密着性が向上し、より一層、密着性にすぐれた高アスペクト比のはんだバンプが形成される。
なお、焼結芯を形成するための焼結に際し、第一群粉末と第二群粉末との組み合わせによっては、第一群粉末と第二群粉末との反応で、はんだ金属のリフロー温度より融点が低い低融点の合金・金属間化合物が形成されることもあり得るが、はんだ金属リフロー処理時にも、焼結芯が、軟化・溶融せず、焼結芯としてのそのままの形状を維持するという機能を全うするためには、形成される低融点の合金・金属間化合物の生成量をコントロールし、焼結芯として形状をそのまま維持できるようにしなければならない。
The sintered core formed in the first step is formed by sintering the core paste of the present invention, and is Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Ti, Ni, Fe, Co. 1st group powder which consists of 1 type, or 2 or more types of metal powder (1st group A powder) chosen from among, and 1 type, or 2 or more types of metal powder chosen from Sn, In, Bi, and Ga It can comprise as a powder sintered compact containing the 2nd group powder which consists of (2nd A group powder).
The first group A powder is preferably one or more selected from Cu, Ag, Au, and the second group A powder is one or two selected from Sn, In, Bi. Desirably more than seeds.
The sintered core is made of alloy powder (first group B powder) composed of a brazing alloy having a liquidus temperature (hereinafter also referred to as “melting point”) of about 450 ° C. and a high-temperature solder alloy having a melting point of 280 ° C. or more. A paste for a core containing a mixed powder of a first group powder and a second group powder as a second group powder made of a solder alloy or the like having a melting point of 240 ° C. or lower (second group B powder). It may be formed by sintering.
Further, the sintered core is formed from a core paste using the metal powder (first group A powder) as the first group powder and the alloy powder (second group B powder) as the second group powder. Conversely, the paste for the core using the alloy powder (first group B powder) as the first group powder and the metal powder (second group A powder) as the second group powder. You may form from.
Specific examples of the first group alloy powder (first group B powder) made of a brazing alloy having a melting point of about 450 ° C. include the following. There are Ag brazing, Cu brazing, brass brazing, Al brazing, Ni brazing, Pd brazing, Au brazing and the like. For example, Ag-28 mass% Cu (liquidus temperature 780 ° C.), Ag-22 mass% Cu-17 mass% Zn-5 mass% Sn (liquidus temperature 650 ° C.), Al-11.7 mass% Si (Liquidus temperature 577 ° C.), Au-18 mass% Ni (liquidus temperature 950 ° C.) and the like.
Specific examples of the first group powder alloy powder (first group B powder) made of a high-temperature solder alloy having a melting point of 280 ° C. or higher include, for example, the following. Au-20% by mass Sn (liquidus temperature 280 ° C.), Au-12% by mass Ge (liquidus temperature 356 ° C.), Au-6% by mass Si (liquidus temperature 370 ° C.), Pb-5% by mass Sn (liquidus temperature 314 ° C.), Pb-10 mass% Sn (liquidus temperature 302 ° C.), and the like.
Examples of the second group powder alloy powder (second group B powder) made of a solder alloy having a melting point of 240 ° C. or lower include the following. Sn-3 mass% Ag-
0.5 mass% Cu (liquidus temperature 217 ° C), Sn-9 mass% Zn (liquidus temperature 199 ° C), Sn-58 mass% Bi (liquidus temperature 138 ° C), Pb-63 mass% Sn (liquidus temperature 183 ° C), Sn-36 mass% Pb-2 mass% Ag (liquidus temperature 179 ° C), and the like.
A sintered core sintered at or near the temperature at which ordinary solder paste is reflowed must have a melting point higher than the reflow temperature of the solder metal after sintering. This is because the sintered core does not soften or melt even during the solder metal reflow treatment, and it is necessary to maintain the shape of the sintered core as it is and to attach the solder metal around the sintered core. As a result, a solder bump having a high aspect ratio is formed, and the sintered core has a wide contact area with the solder metal, thereby preventing the solder bump from being flattened by its own weight, and at the same time, This is because it is necessary to enhance the adhesion of the core, and thus to enhance the adhesion between the bump and the pad electrode and the semiconductor substrate.
Also, depending on the combination of the type of solder metal and the core paste that forms the sintered core, a diffusion reaction occurs at the interface between the solder metal and the sintered core, and the adhesion between the solder metal and the sintered core is improved. Higher aspect ratio solder bumps with better adhesion are formed.
When sintering to form a sintered core, depending on the combination of the first group powder and the second group powder, the melting point from the reflow temperature of the solder metal due to the reaction between the first group powder and the second group powder. It is possible that a low melting point alloy / intermetallic compound may be formed, but the sintered core does not soften or melt during the solder metal reflow process, and maintains the shape as the sintered core. In order to fulfill the function, it is necessary to control the amount of the low melting point alloy / intermetallic compound formed to maintain the shape as a sintered core.
前記のような焼結芯を形成するために使用される本発明の芯用ペーストは、以下の手順で調製することができる。
なお、ここでは、第一群粉末、第二群粉末ともに、金属粉末を使用した場合（即ち、第一Ａ群粉末及び第二Ａ群粉末を使用した場合）について説明する。
本発明の芯用ペーストの原料粉末としては、まず、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末（第一Ａ群粉末）からなる第一群粉末と、Ｓｎ，Ｉｎ、Ｂｉ、Ｇａの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末（第二Ａ群粉末）からなる第二群粉末を用意する。
上記第一群粉末と第二群粉末との混合粉末は、その総質量を１００質量％とした場合に、第一群粉末の含有量が１０〜９０質量％となるように配合して、芯用ペースト用の混合粉末を作製する。
そして、この混合粉末を、Ｖ型混合機等の通常用いられる粉末混合機中で混合する。
次に、芯用ペーストの総質量を１００質量％とした時に、フラックス含有量が５〜４０質量％であり、残りは前記混合粉末となるように配合して芯用ペーストを調製し、この芯用ペーストを、機械混練機等の通常用いられる混練機中で混合することにより、前記焼結芯を形成するために使用される本発明の芯用ペーストを作製する。
なお、第一群粉末、第二群粉末ともに、金属粉末のみを使用して本発明の芯用ペーストを作製する場合（即ち、第一Ａ群粉末及び第二Ａ群粉末を使用する場合）には、以下の金属粉末が望ましい。
即ち、芯用ペーストの焼結温度は、はんだ金属のリフロー処理温度近傍またはそれ以下であるが、焼結後の焼結芯の融点は通常のリフロー温度より高いという観点、及び、はんだ金属との濡れ性、密着性に優れるという観点から、第一群粉末の金属粉末（第一Ａ群粉末）として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末を用いることが望ましく、また、第二群粉末の金属粉末（第二Ａ群粉末）としては、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末を用いることが望ましい。
The core paste of the present invention used for forming the sintered core as described above can be prepared by the following procedure.
Here, the case where the metal powder is used for both the first group powder and the second group powder (that is, the case where the first group A powder and the second group A powder are used) will be described.
As the raw material powder of the core paste of the present invention, first, one or more metal powders selected from Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Ti, Ni, Fe, Co (first group A) And a second group powder made of one or more metal powders selected from Sn, In, Bi, and Ga (second group A powder).
The mixed powder of the first group powder and the second group powder is blended so that the content of the first group powder is 10 to 90% by mass when the total mass is 100% by mass, A mixed powder for a paste is prepared.
Then, the mixed powder is mixed in a commonly used powder mixer such as a V-type mixer.
Next, when the total mass of the core paste is 100% by mass, the flux content is 5 to 40% by mass, and the remainder is blended so as to be the mixed powder to prepare the core paste. The paste for core of the present invention used for forming the sintered core is prepared by mixing the paste for use in a commonly used kneader such as a mechanical kneader.
In addition, when producing the core paste of the present invention using only the metal powder for both the first group powder and the second group powder (that is, when using the first group A powder and the second group A powder). The following metal powder is desirable.
That is, the sintering temperature of the core paste is close to or lower than the solder metal reflow temperature, but the melting point of the sintered core after sintering is higher than the normal reflow temperature, and with the solder metal. From the viewpoint of excellent wettability and adhesion, it is possible to use one or more metal powders selected from Cu, Ag, Au as the metal powder of the first group powder (first group A powder). Desirably, as the metal powder of the second group powder (second group A powder), it is desirable to use one or more metal powders selected from Sn, In, and Bi.
ここで、前記混合粉末中における第一群粉末の含有量が１０質量％未満であると、リフロー時に溶融する第二群粉末の金属含有量が多すぎて、芯が崩れてしまい、芯柱状の焼結芯にならない。また、２回目のリフロー時に、芯柱状の焼結芯を構成する第一群粉末の金属と第二群粉末の金属において、第二群粉末の金属に起因する再溶融が発生してしまう。
一方、第一群粉末の含有量が９０質量％を超えると、リフロー時に溶融する第二群粉末の金属が少なすぎて焼結が進まず、第二工程であるはんだ金属ペースト印刷時に形状が崩れてしまうため、本発明では、混合粉末中における第一群粉末の含有量を１０〜９０質量％と定めたが、３０〜８０質量％であることがより望ましい。
Here, if the content of the first group powder in the mixed powder is less than 10% by mass, the metal content of the second group powder that melts at the time of reflow is too much, the core collapses, and the core columnar shape Does not become a sintered core. Further, during the second reflow, remelting due to the metal of the second group powder occurs in the metal of the first group powder and the metal of the second group powder constituting the core pillar-shaped sintered core.
On the other hand, if the content of the first group powder exceeds 90% by mass, the metal of the second group powder that melts at the time of reflow is too little to sinter, and the shape collapses when the solder metal paste is printed in the second step. Therefore, in the present invention, the content of the first group powder in the mixed powder is determined to be 10 to 90% by mass, but is more preferably 30 to 80% by mass.
また、本発明の芯用ペースト中におけるフラックスとしては、通常用いられる一般的なフラックスを用いることが可能であり、特に制限するものではないが、ペーストの濡れ性の観点等から、ＲＡやＲＭＡフラックスを用いることが好ましい。また、このフラックス中には、通常用いられるロジン、活性剤、溶剤およびチキソ剤等が含まれていても構わない。
本発明の芯用ペーストにおいて、ペースト中のフラックス含有量が５質量％未満であると、ペースト状にならない。一方、フラックス含有量が４０質量％を超えると芯用ペーストの粘度が低すぎて、印刷の際にダレが生じたり、リフロー時に芯が崩れてしまい芯柱状の焼結芯としての十分な高さが確保できないことより、本発明では、芯用ペースト中のフラックス含有量を５〜４０質量％と定めたが、フラックス含有量は、６ 〜１５ 質量％であることが望ましい。
Further, as the flux in the core paste of the present invention, a commonly used general flux can be used, and is not particularly limited, but from the viewpoint of the wettability of the paste, RA or RMA flux Is preferably used. The flux may contain rosin, activator, solvent, thixotropic agent and the like that are usually used.
In the core paste of the present invention, when the flux content in the paste is less than 5% by mass, it does not become a paste. On the other hand, when the flux content exceeds 40% by mass, the viscosity of the core paste is too low, causing dripping during printing, or the core collapses during reflow, and is sufficiently high as a core pillar-shaped sintered core. In the present invention, the flux content in the core paste is determined to be 5 to 40% by mass, but the flux content is preferably 6 to 15% by mass.
また、前記第一工程で、上記で調製した本発明芯用ペーストを焼結することによって焼結芯を形成するが、焼結芯を形成するための焼結温度は、通常のはんだ金属ペーストのリフロー温度近傍またはそれ以下で行う。
したがって、使用するはんだ金属の種類に応じて、芯用ペーストに含有される第一群粉末と第二群粉末の種類、配合割合を定めなければならない。
例えば、はんだ金属として、Ｐｂ−Ｓｎ系合金（リフロー処理温度は、約２１０℃）を用いる場合は、このリフロー温度で焼結する芯用ペーストを用いる必要があり、芯柱状の焼結芯を形成させた後、Ｐｂ−Ｓｎ系合金ペーストを印刷し、このリフロー温度でバンプ形成することになる。一方、Ｓｎ、ＳｎＡｇ系合金、ＳｎＣｕ合金、ＳｎＡｇＣｕ系合金（リフロー処理温度は、約 ２４０℃）を用いる場合は、このリフロー温度で焼結する芯用ペーストを用いる必要があり、焼結芯柱を形成させた後、Ｓｎ、ＳｎＡｇ系合金、ＳｎＣｕ合金、ＳｎＡｇＣｕ系合金ペーストを印刷し、このリフロー温度でバンプ形成することになる。
よって、ここで用いられる芯用ペーストは、これらのリフロー処理温度で焼結が進むように第一群粉末と第二群粉末の種類、配合割合を決定する必要がある。通常、焼結は第二群粉末が溶融することで、第一群粉末と反応することで進む。
また、ここで用いるはんだ金属粉及び芯用ペーストに用いる第一群の金属粉及び第二群の金属粉としては、粒径０．１〜３５μｍで平均粒径が０．３〜２０μｍの粉末を用いる。
なお、焼結によって得られた焼結芯は、第一群の金属粉末と第二群の金属粉末とからなる粉末焼結体、あるいは、第一群の金属粉末、合金粉末と第二群の金属粉末、合金粉末の相互が拡散等による合金化反応を起こした合金焼結体、あるいは、粉末焼結体と合金焼結体の混じった混合焼結体のいずれであっても構わない。
In the first step, a sintered core is formed by sintering the paste for the core of the present invention prepared above. The sintering temperature for forming the sintered core is the same as that of a normal solder metal paste. Perform near or below the reflow temperature.
Therefore, according to the kind of solder metal to be used, the kind and mixing ratio of the first group powder and the second group powder contained in the core paste must be determined.
For example, when a Pb—Sn alloy (reflow temperature is about 210 ° C.) is used as the solder metal, it is necessary to use a core paste that is sintered at this reflow temperature, thereby forming a core columnar sintered core. Then, a Pb—Sn alloy paste is printed, and bumps are formed at this reflow temperature. On the other hand, when using Sn, SnAg alloy, SnCu alloy, SnAgCu alloy (reflow treatment temperature is about 240 ° C.), it is necessary to use a core paste that is sintered at this reflow temperature. After the formation, Sn, SnAg-based alloy, SnCu alloy, and SnAgCu-based alloy paste are printed, and bumps are formed at this reflow temperature.
Therefore, the core paste used here needs to determine the types and mixing ratios of the first group powder and the second group powder so that the sintering proceeds at these reflow processing temperatures. Usually, the sintering proceeds by reacting with the first group powder by melting the second group powder.
Moreover, as the solder metal powder and the first group of metal powders and the second group of metal powders used in the core paste used here, powders having a particle diameter of 0.1 to 35 μm and an average particle diameter of 0.3 to 20 μm are used. Use.
The sintered core obtained by sintering is a powder sintered body comprising the first group metal powder and the second group metal powder, or the first group metal powder, the alloy powder and the second group metal powder. Either an alloy sintered body in which metal powder and alloy powder have undergone an alloying reaction due to diffusion or the like, or a mixed sintered body in which a powder sintered body and an alloy sintered body are mixed may be used.
前記第一工程（図２（ａ）〜（ｄ））で、パッド電極のほぼ中央部に、半導体基板に垂直な方向に延び、かつ、最終的に形成されるはんだバンプの高さよりも低い高さの焼結芯を形成した後、第二工程で、はんだペーストを印刷塗布し、高アスペクト比のはんだバンプを作製する。
即ち、焼結芯がほぼ中央部に形成されたパッド電極の径より大きな開口を有し、焼結芯の高さ以上の厚みを有するメタルマスクを取付け（図２（ｅ）参照）、メタルマスクの開口からパッド電極の露出部分及び焼結芯全体を覆うようにスキージを用いてはんだペーストを印刷塗布する（図２（ｆ）参照）。
次いで、メタルマスクを取り外し（図２（ｇ）参照）、はんだペーストの種類に応じたリフロー処理温度でリフロー処理し、パッド電極の表面に、しかも、焼結芯をその内部に閉じ込めるようにしてはんだバンプを形成する（図２（ｈ）参照）。
前記第一工程（図２（ａ）〜（ｄ））及び第二工程（図２（ｅ）〜（ｈ））により、ファインピッチ化に好適なはんだバンプが形成される。
In the first step (FIGS. 2A to 2D), a height that extends in a direction perpendicular to the semiconductor substrate at a substantially central portion of the pad electrode and that is lower than the height of the finally formed solder bump. After forming the sintered core, in the second step, a solder paste is printed and applied to produce a high aspect ratio solder bump.
That is, a metal mask having an opening larger than the diameter of the pad electrode formed in the central portion of the sintered core and having a thickness greater than the height of the sintered core is attached (see FIG. 2 (e)). A solder paste is printed and applied using a squeegee so as to cover the exposed portion of the pad electrode and the entire sintered core from the opening (see FIG. 2F).
Next, the metal mask is removed (see FIG. 2 (g)), reflow treatment is performed at a reflow treatment temperature corresponding to the type of solder paste, and solder is formed so as to confine the sintered core on the surface of the pad electrode. Bumps are formed (see FIG. 2 (h)).
Solder bumps suitable for fine pitch formation are formed by the first step (FIGS. 2A to 2D) and the second step (FIGS. 2E to 2H).
図３に、本発明の芯ペーストを用いて形成した焼結芯を内部に有するはんだバンプの縦断面拡大模式図を示す。
図３に示されるように、本発明のはんだバンプは、本発明芯用ペーストの焼結によって形成された焼結芯がバンプ内部に内包され、該焼結芯の周囲にはんだ金属が被着することによって、謂わば、卵型形状であって、しかも、有芯構造のはんだバンプが構成される。
従来のはんだバンプでは、芯用ペーストを用いて形成された焼結芯がバンプ内部に形成されていないため、はんだバンプ自体の自重により、バンプが扁平化し、バンプ高さを高くすることができなかったが、本発明によれば、有芯構造を構成するはんだバンプ内部の焼結芯にはんだ金属が密着することにより、導電性の低下を招くこともなく、はんだバンプと焼結芯、ひいては、はんだバンプとパッド電極、半導体基板との密着力が向上する。
さらに、焼結芯が、半導体基板に垂直な方向に延び、この周囲にはんだ金属が付着してはんだバンプを構成していることから、はんだバンプの高さを高くとることができる。
その結果、従来技術におけるはんだバンプの高さをｈ、また、はんだバンプ径をｄとした場合の従来のはんだバンプのアスペクト比ｈ／ｄに比して、本発明の有芯構造のはんだバンプの高さＨとはんだバンプの径Ｄの比Ｈ／Ｄの値（即ち、本発明のはんだバンプのアスペクト比）は大きな値（即ち、Ｈ／Ｄ＞ｈ／ｄ）となり、高アスペクト比のはんだバンプが形成されるから、はんだバンプのファインピッチ化を実現することができる。
なお、図３でも、パッド電極表面に形成されるアンダーバンプ金属の図示を省略しているが、パッド電極上にアンダーバンプ金属が設けられている場合も、本発明の範囲に含まれることは勿論である。
FIG. 3 shows an enlarged schematic vertical sectional view of a solder bump having a sintered core formed using the core paste of the present invention.
As shown in FIG. 3, in the solder bump of the present invention, the sintered core formed by sintering the core paste of the present invention is included in the bump, and the solder metal is deposited around the sintered core. Thus, a so-called egg-shaped solder bump having a core structure is formed.
In the conventional solder bump, the sintered core formed using the core paste is not formed inside the bump, so the bump is flattened due to the weight of the solder bump itself, and the bump height cannot be increased. However, according to the present invention, the solder metal is brought into close contact with the sintered core inside the solder bump constituting the cored structure, so that the conductivity is not lowered, the solder bump and the sintered core, and as a result, The adhesion between the solder bump, the pad electrode, and the semiconductor substrate is improved.
Furthermore, since the sintered core extends in a direction perpendicular to the semiconductor substrate and solder metal adheres to form a solder bump, the height of the solder bump can be increased.
As a result, the height of the solder bump in the prior art is h, and the aspect ratio h / d of the conventional solder bump when the solder bump diameter is d is compared with the aspect ratio h / d of the cored structure of the present invention. The ratio H / D between the height H and the solder bump diameter D (that is, the aspect ratio of the solder bump of the present invention) is a large value (that is, H / D> h / d), and the solder bump having a high aspect ratio. Therefore, a fine pitch of the solder bumps can be realized.
In FIG. 3, the illustration of the under bump metal formed on the surface of the pad electrode is omitted. However, the case where the under bump metal is provided on the pad electrode is also included in the scope of the present invention. It is.
本発明のはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペーストによれば、芯用ペーストを焼結することによって形成された焼結芯がバンプ内部に内包されているため、バンプの自重による扁平化が生じにくく、高アスペクト比のはんだバンプを形成することができるとともに、焼結芯とはんだ金属とが密着性にすぐれ、その結果、はんだバンプはパッド電極、半導体基板に対して強固に密着し、また、導電性を低下させることもないから、半導体の高密度実装を実現するためのファインピッチ化が可能となる。 According to the core paste for forming the sintered core of the solder bump of the present invention, since the sintered core formed by sintering the core paste is contained inside the bump, it depends on the weight of the bump. Flattening is difficult and high aspect ratio solder bumps can be formed, and the sintered core and solder metal have excellent adhesion. As a result, the solder bumps adhere firmly to the pad electrode and semiconductor substrate. In addition, since the conductivity is not lowered, it is possible to achieve a fine pitch for realizing high-density mounting of semiconductors.
以下、本発明に係るはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペーストについて、実施例を用いて説明する。 Hereinafter, the paste for cores for forming the sintered core of the solder bump according to the present invention will be described using examples.
［実施例１］
表１に、本実施例１ではんだバンプを形成するために使用したはんだ金属として、５種類の合金粉末の成分組成を示す。
なお、このはんだ金属用合金粉末の粒径は、２〜１２μｍであり、平均粒径は、７μｍである。
また、表２に、本実施例１で焼結芯を形成するために使用した本発明の芯用ペーストＡ〜Ｍを構成する金属粉末の種類、組合せ、配合割合、さらに、フラックスの種類とその含有割合を示す。
なお、芯用ペーストに含有される金属粉末については、その粒径は１〜５μｍであり、平均粒径は、２．５μｍである。
[Example 1]
Table 1 shows the component compositions of five types of alloy powders as the solder metal used to form the solder bumps in Example 1.
The solder metal alloy powder has a particle size of 2 to 12 μm and an average particle size of 7 μm.
Table 2 shows the types, combinations, and blending ratios of the metal powders constituting the core pastes A to M of the present invention used for forming the sintered core in Example 1, and the types of fluxes and their types. The content ratio is shown.
In addition, about the metal powder contained in the paste for cores, the particle size is 1-5 micrometers, and an average particle diameter is 2.5 micrometers.
まず、第一工程として、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、パッド電極（直径：８５μｍ）が形成されている半導体基板の表面に、パッド電極径より小径の開口（開口直径：４３μｍ、開口ピッチ：１５０μｍ）が設けられた厚さ２０μｍのメタルマスクを載置し、表２に示す本発明の芯用ペーストＡ〜Ｍをスキージによりパッド電極表面に印刷塗布し、メタルマスクを取り外した後、印刷塗布した芯用ペーストを、窒素雰囲気のベルト炉で、表４に示す温度で焼結して、パッド電極の中央部にほぼメタルマスクの厚さに相当する高さを有する焼結芯を形成する。 First, as a first step, as shown in FIGS. 2A to 2D, an opening (opening diameter: smaller than the pad electrode diameter) is formed on the surface of the semiconductor substrate on which the pad electrode (diameter: 85 μm) is formed. A metal mask with a thickness of 20 μm provided with 43 μm and an opening pitch of 150 μm is placed, and the pastes A to M of the present invention shown in Table 2 are printed on the surface of the pad electrode with a squeegee and the metal mask is removed. After that, the printed core paste is sintered at a temperature shown in Table 4 in a belt furnace in a nitrogen atmosphere so that the center portion of the pad electrode has a height substantially corresponding to the thickness of the metal mask. Form a wick.
次に、第二工程として、図２（ｅ）〜（ｈ）に示すように、焼結芯がほぼ中央部に形成されたパッド電極の径より大きな開口を有し、焼結芯の高さ以上の厚みを有するメタルマスク（開口直径：１１０μｍ、開口ピッチ：１５０μｍ、厚さ：３０μｍ）を載置し、メタルマスクの開口からパッド電極の露出部分及び焼結芯全体を覆うようにスキージを用いて、表１に示すはんだ金属用粉末を含有するはんだペーストを印刷塗布し、メタルマスクを取り外した後、窒素雰囲気のベルト炉で、はんだペーストの種類に応じて表４に示す温度でリフロー処理する。
前記の第一工程及び第二工程により、パッド電極の表面に、焼結芯をその内部に閉じ込めた表４に示す有芯構造はんだバンプ１〜１７（以下、「本発明バンプ１〜１７」という）を作製した。
Next, as a second step, as shown in FIGS. 2 (e) to 2 (h), the sintered core has an opening larger than the diameter of the pad electrode formed substantially at the center, and the height of the sintered core is increased. A metal mask (opening diameter: 110 μm, opening pitch: 150 μm, thickness: 30 μm) having the above thickness is placed, and a squeegee is used to cover the exposed portion of the pad electrode and the entire sintered core from the opening of the metal mask. The solder paste containing the solder metal powder shown in Table 1 is printed and applied, and the metal mask is removed. Then, in a belt furnace in a nitrogen atmosphere, reflow treatment is performed at the temperature shown in Table 4 according to the type of the solder paste. .
The cored solder bumps 1 to 17 shown in Table 4 in which the sintered core is confined in the surface of the pad electrode by the first step and the second step (hereinafter referred to as “the present invention bumps 1 to 17”). ) Was produced.
図４には、本発明の焼結芯の一例として、本発明の芯用ペーストＥを用いて、焼結温度２４０℃で形成された９個の焼結芯のＳＥＭ画像を示す。表４に示す本発明バンプ５の内部には、この焼結芯が閉じ込められて有芯構造のバンプが構成される。 FIG. 4 shows SEM images of nine sintered cores formed at a sintering temperature of 240 ° C. using the core paste E of the present invention as an example of the sintered core of the present invention. Inside the bump 5 of the present invention shown in Table 4, the sintered core is confined to form a cored structure bump.
上記で作製した本発明バンプ１〜１７について、バンプ高さを評価するため、バンプの高さ測定を行った。
測定は、ＮＥＸＩＶ ＶＭＲ−３０３０（Ｎｉｋｏｎ社製）を使用し、光学式画像解析により、バンプの頂点部から基板までの高さを測定することにより行い、２００バンプについての測定値を平均して、バンプ高さとした。なお、本実施例では、パッド電極の直径及びメタルマスクの開口直径が一定であるため、バンプ高さが高いほどアスペスト比は高くなる。
表４に、本発明バンプ１〜１７について求めたバンプ高さを示す。
About this invention bump 1-17 produced above, in order to evaluate bump height, bump height measurement was performed.
The measurement is performed by measuring the height from the top of the bump to the substrate by optical image analysis using NEXIV VMR-3030 (manufactured by Nikon), averaging the measured values for 200 bumps, Bump height. In this embodiment, since the pad electrode diameter and the metal mask opening diameter are constant, the aspect ratio increases as the bump height increases.
Table 4 shows the bump heights obtained for the bumps 1 to 17 of the present invention.
［比較例］
比較のために、実施例１における本発明の芯用ペーストＡ〜Ｍと異なる種類の表３に示す比較例のペーストａ〜ｆを使用して、前記本発明バンプ１〜１７を作製する時と同様な第一工程、第二工程を経て、表５に示す比較例のはんだバンプ１〜６（以下、「比較例バンプ１〜６」という）を作製した。
[Comparative example]
For comparison, using the pastes a to f of the comparative example shown in Table 3 which are different from the core pastes A to M of the invention in Example 1, the bumps 1 to 17 of the invention are produced. Through similar first step and second step, comparative example solder bumps 1-6 (hereinafter referred to as "comparative example bumps 1-6") shown in Table 5 were produced.
［参考例］
参考のために、パッド電極（直径：８５μｍ）が形成されている半導体基板の表面に、実施例１の第二工程で使用したと同じサイズのメタルマスク（開口直径：１１０μｍ、開口ピッチ：１５０μｍ、厚さ：３０μｍ）を載置し、メタルマスクの開口からスキージを用いて、表１に示すはんだ金属用粉末を含有するはんだペーストを印刷塗布し、メタルマスクを取り外した後、窒素雰囲気のベルト炉で、はんだペーストの種類に応じて表５に示す温度でリフロー処理し、パッド電極の表面に、表５に示す参考例のはんだバンプ１〜５（以下、「参考例バンプ１〜５」という）を作製した。
即ち、参考例バンプ１〜５は、焼結芯の形成を行っていない点で、本発明バンプ１〜２２とは、はんだバンプの構造及び製造法が大きく異なっている。
[Reference example]
For reference, a metal mask (opening diameter: 110 μm, opening pitch: 150 μm, the same size as that used in the second step of Example 1 is formed on the surface of the semiconductor substrate on which the pad electrode (diameter: 85 μm) is formed. (Thickness: 30 μm), and using a squeegee from the opening of the metal mask, the solder paste containing the solder metal powder shown in Table 1 was printed and applied, and after removing the metal mask, a belt furnace in a nitrogen atmosphere Then, reflow treatment is performed at a temperature shown in Table 5 according to the type of solder paste, and solder bumps 1 to 5 of reference examples shown in Table 5 (hereinafter referred to as “reference example bumps 1 to 5”) are formed on the surface of the pad electrode. Was made.
That is, the bumps 1 to 5 of the reference example are not different from the bumps 1 to 22 of the present invention in terms of the structure and manufacturing method of the solder bumps in that no sintered core is formed.
比較例バンプ１〜６及び参考例バンプ１〜５について、本発明バンプ１〜２２と同様にして、バンプ高さを求めた。なお、本比較例では、パッド電極の直径及びメタルマスクの開口直径が一定であるため、バンプ高さが高いほどアスペスト比は高くなる。
表５に、比較例バンプ１〜６及び参考例バンプ１〜５について求めたバンプ高さを示す。
About comparative example bump 1-6 and reference example bump 1-5, it carried out similarly to this invention bump 1-22, and calculated | required bump height. In this comparative example, since the pad electrode diameter and the metal mask opening diameter are constant, the aspect ratio increases as the bump height increases.
Table 5 shows the bump heights obtained for the comparative example bumps 1 to 6 and the reference example bumps 1 to 5.
［実施例２］
実施例２として、第一群粉末あるいは第二群粉末の少なくとも一方を合金粉末とした表６に示す本発明芯用ペーストＮ〜Ｒを用いて、実施例１と同様にして、表７に示す有芯構造はんだバンプ１８〜２２（以下、「本発明バンプ１８〜２２」という）を作製した。
なお、このはんだ金属用合金粉末の粒径は、２〜１２μｍであり、平均粒径は、７μｍであり、芯用ペーストに含有される金属粉末、合金粉末については、その粒径は１〜５μｍであり、平均粒径は、２．５μｍである。
表７に、本発明バンプ１８〜２２について求めたバンプ高さを示す。
[Example 2]
As Example 2, using at least one of the first group powder or the second group powder as an alloy powder, the core pastes N to R of the present invention shown in Table 6 are used, as in Example 1, and shown in Table 7. Core-cored solder bumps 18 to 22 (hereinafter referred to as “present invention bumps 18 to 22”) were produced.
The particle size of the solder metal alloy powder is 2 to 12 μm, the average particle size is 7 μm, and the particle size of the metal powder and alloy powder contained in the core paste is 1 to 5 μm. And the average particle size is 2.5 μm.
Table 7 shows the bump heights obtained for the bumps 18 to 22 of the present invention.
表３、表５に示す結果から、比較例バンプ１〜６のバンプ高さはせいぜい３０μｍ前後であって、ファインピッチ化を図るためには十分な高さとはいえず、また、参考例バンプ１〜５は、自重によりバンプが扁平化し、バンプ高さが低いばかりか、他のバンプとの接触による短絡を引き起こしやすいものであった。
これに対して、表４、表７に示されるように本発明の芯用ペーストを使用して形成した焼結芯が内部に形成された本発明バンプ１〜１７、１８〜２２は、バンプ高さが４０μｍを超えるものであって、比較例バンプ１〜６、参考例バンプ１〜５に比べてバンプ高さが高く高アスペクト比を有し、また、バンプ内部に焼結芯が形成されていることによって、焼結芯とはんだ金属との密着性、はんだバンプとパッド電極との密着性がすぐれ、また、導電性を低下させる恐れもないことから、半導体の高密度実装を実現するためのファインピッチ化に好適であることが分かる。
From the results shown in Tables 3 and 5, the bump heights of the comparative example bumps 1 to 6 are about 30 μm at most, which is not high enough to achieve a fine pitch. In -5, the bump was flattened by its own weight, and not only the bump height was low, but also a short circuit due to contact with other bumps was likely to occur.
On the other hand, as shown in Tables 4 and 7, the present invention bumps 1 to 17 and 18 to 22 in which the sintered cores formed using the core paste of the present invention are formed are shown in FIG. The bump height is higher than that of the comparative example bumps 1 to 6 and the reference example bumps 1 to 5 and has a high aspect ratio, and a sintered core is formed inside the bump. As a result, the adhesion between the sintered core and the solder metal, the adhesion between the solder bump and the pad electrode are excellent, and there is no risk of lowering the conductivity. It turns out that it is suitable for fine pitch.
Claims (3)
The second group powder is one or two or more metal powders selected from Sn, In, Bi, and Ga, a second group A powder, and a solder alloy alloy powder having a liquidus temperature of 240 ° C. or lower. The core for forming a sintered core of a solder bump according to claim 1, wherein the second B group powder is composed of at least one of the second A group powder and the second B group powder. For paste.
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