JPH09150296A - Formation of metallic ball - Google Patents
Formation of metallic ballInfo
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- JPH09150296A JPH09150296A JP30750795A JP30750795A JPH09150296A JP H09150296 A JPH09150296 A JP H09150296A JP 30750795 A JP30750795 A JP 30750795A JP 30750795 A JP30750795 A JP 30750795A JP H09150296 A JPH09150296 A JP H09150296A
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
- H05K3/3478—Applying solder preforms; Transferring prefabricated solder patterns
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路チップの
パッケージングにおいて、特にＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉ
ｄ Ａｒｒａｙ）等の接続部に用いられる金属ボールの
形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to packaging of integrated circuit chips, and more particularly to BGA (BallGri).
d Array) and the like for a method of forming a metal ball used for a connecting portion.
【０００２】[0002]
【従来の技術】集積回路チップのパッケージングにおい
て、実装密度の向上、低コスト化、高速度化等の要求か
ら、ＢＧＡ等に用いられるような、バンプによるフェイ
スダウン接続法が適用されるケースが多くなっている。
バンプを形成する方法の一つとして、半田ボールや銅ボ
ール等の金属ボールを用いる方法がある。特に半田ボー
ルは、取り扱いがし易く、組成が一定しており、低コス
トであるなどのメリットがあり、その需要は拡大してい
る。2. Description of the Related Art In packaging integrated circuit chips, there is a case where a face-down connection method using bumps, such as that used in BGAs, is applied due to demands for higher packaging density, lower cost and higher speed. Is increasing.
One method of forming bumps is to use metal balls such as solder balls and copper balls. In particular, solder balls are advantageous in that they are easy to handle, have a constant composition, and are low cost, and their demand is expanding.
【０００３】従来の半田ボールの形成方法を図を用いて
説明する。図４は、従来の半田ボールの形成方法である
ガスアトマイズ法を示しており、特開平４−１４７７８
７号公報にも記載されている。ケーシング１０の内部
は、窒素ガスと水素ガスの混合ガスのような還元ガスま
たは不活性ガス雰囲気になっている。射出部１１から溶
融半田を不活性ガスにより霧状に射出すると、霧状の溶
融半田は下降しながら硬化して、微小な半田ボール１２
が形成される。形成された多数の半田ボールには、様々
な粒径のものが存在するので、半田ボールをふるいなど
により分粒し、粒度を整える。A conventional method for forming solder balls will be described with reference to the drawings. FIG. 4 shows a gas atomizing method which is a conventional method for forming solder balls, and is disclosed in JP-A-4-14778.
It is also described in JP-A-7. The inside of the casing 10 is in a reducing gas or inert gas atmosphere such as a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas. When the molten solder is ejected from the ejection portion 11 in an atomized state by the inert gas, the atomized molten solder is cured while descending, and the minute solder balls 12
Is formed. Since a large number of formed solder balls have various particle sizes, the solder balls are sized by sieving to adjust the particle size.
【０００４】図５は、他の従来の半田ボールの形成方法
であり、特開昭６１−１４３５０２号公報に記載されて
いる、回転水噴霧装法に使用する装置を示す図である。
まず、ドラム１３内に、冷却媒体としてグリセリン、グ
リセリン水溶液、流動パラフィンの何れかを入れ、電動
機１４によりベルト１５を介してドラム１３を高速回転
させる。冷却媒体１７は遠心力を受けるため、層状に形
成される。次いで、ノズル１６から溶融鉛合金を冷却媒
体１７の層に向かって連続の流れで噴射させる。溶融鉛
合金の流れは、高速回転する冷却媒体１７の層により切
断されることにより、粒状化が行われ、鉛合金粒（半田
ボール）が形成される。この方法では、ドラム１３の回
転速度の一定化と、溶融鉛合金噴出速度の一定化によ
り、製造条件を一定化でき、この一定化を容易に行える
ので、鉛合金粒の均一化を容易に達成できる。また、ノ
ズルを冷却媒体の層表面に近接させることができ、溶融
金属の空気接触時間を短時間にとどめ得るので、酸化を
十分に防止できる。FIG. 5 is a view showing another conventional solder ball forming method, which is an apparatus used in the rotary water spraying method described in JP-A-61-143502.
First, any one of glycerin, a glycerin aqueous solution, and liquid paraffin is put in the drum 13 as a cooling medium, and the drum 13 is rotated at high speed by the electric motor 14 via the belt 15. Since the cooling medium 17 receives a centrifugal force, it is formed in layers. Then, the molten lead alloy is sprayed from the nozzle 16 toward the layer of the cooling medium 17 in a continuous flow. The flow of the molten lead alloy is granulated by being cut by the layer of the cooling medium 17 rotating at a high speed, and lead alloy particles (solder balls) are formed. In this method, the manufacturing conditions can be made constant by making the rotation speed of the drum 13 constant and the jetting speed of the molten lead alloy constant, and this fixing can be easily performed, so that uniformization of the lead alloy particles is easily achieved. it can. Further, since the nozzle can be brought close to the surface of the layer of the cooling medium, and the contact time of the molten metal with the air can be kept short, oxidation can be sufficiently prevented.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来の金属ボール、特
に半田ボールの形成方法では、ガスアトマイズ法の場
合、一度に様々な粒径のボールができるため、ふるい等
で分粒するが、粒径の精度を向上することが難しく、±
１０〜２０μｍ程度のばらつきができてしまう。特にφ
１００μｍ以下の小径ボールを精度高く分粒するのは困
難であるという欠点がある。また、必要のない粒径のボ
ールも形成されてしまうという欠点もある。In the conventional method of forming a metal ball, particularly a solder ball, in the case of the gas atomizing method, balls having various particle sizes can be formed at one time, so that the particles are sized by a sieve or the like. It is difficult to improve accuracy,
A variation of about 10 to 20 μm will occur. Especially φ
There is a drawback that it is difficult to accurately classify small-diameter balls of 100 μm or less. In addition, there is also a drawback that balls having an unnecessary particle size are also formed.
【０００６】回転水噴霧装法では、実際は、真球度があ
まり高くなく、粒径はφ２０〜８０μｍとばらつきがあ
り、フレーク状のものも混在して形成されてしまうとい
う欠点がある。In the rotary water spraying method, the sphericity is not so high in practice, the particle size varies from φ20 to 80 μm, and flakes are formed in a mixed state.
【０００７】そこで、本発明は、前記従来の技術の欠点
を改良し、ＢＧＡ等の接続部に用いられる金属ボール
を、所望のサイズで高精度に、一括で大量に、しかも、
低コストで形成しようとするものである。In view of the above, the present invention has improved the above-mentioned drawbacks of the prior art by providing a large number of metal balls used for connecting portions such as BGA in a desired size with high accuracy and in a batch.
It is intended to be formed at low cost.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、次の手段を採用する。The present invention employs the following means to solve the above-mentioned problems.
【０００９】（１）金属ボールを形成する方法におい
て、ピットを設けたテンプレートに金属を充填させ、加
熱することにより金属を溶融し、その後冷却することに
より金属を凝固させて球状とする金属ボールの形成方
法。(1) In the method of forming a metal ball, a template provided with pits is filled with the metal, and the metal is melted by heating and then cooled to solidify the metal to form a spherical ball. Forming method.
【００１０】（２）シリコン製基板に、異方性エッチン
グ法によりピットを形成してある、シリコン製のテンプ
レートを用いる前記（１）記載の金属ボールの形成方
法。(2) The method for forming metal balls according to (1) above, which uses a silicon template in which pits are formed on a silicon substrate by an anisotropic etching method.
【００１１】（３）シリコン製基板に、リソブラフィ技
術によってパターニングを施した後に異方性エッチング
法によりピットを形成してある、シリコン製のテンプレ
ートを用いる前記（１）記載の金属ボールの形成方法。(3) The method of forming a metal ball according to the above (1), wherein a silicon template is used in which pits are formed by anisotropic etching on a silicon substrate after patterning by the lithography technique.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図１
〜図３を参照して説明する。詳細は、実施例の項で３つ
の実施例について述べることとする。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG. For details, three examples will be described in the Examples section.
【００１３】[0013]
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００１４】図１は、本発明の実施例１の金属ボール
（特に半田ボール）の形成方法を示す断面図である。１
はシリコン製テンプレートであり、ここに、シリコン製
基板全面にリソグラフィ技術によってパターニング後、
異方性エッチングにより、微細で形状の均一なピット２
を形成する（図１（ａ））。このとき、所望の半田ボー
ルのサイズとするために、必要な半田ペーストの容積
と、同容積であるピットを形成しておけば良い。次に、
半田ペースト３を、ペースト印刷機等を用いてピット２
に充填する（図１（ｂ））。充填する半田ペースト３の
組成は、例えば、Ｐｂ／Ｓｎ＝３７／６３ｗｔ．％、９
５／５ｗｔ．％等である。また、特にφ１００μｍ以下
の微細粒径のボールを形成する場合は、半田量を高精度
に制御するために、半田ペースト３中の半田粒径は、φ
５〜１５程度の微細粒であることが好ましい。次いで、
充填した半田の融点以上まで加熱し、溶融させると、半
田の表面張力により球状化するので、そのまま冷却、凝
固させ、半田ボール４とする（図１（ｃ））。このと
き、アルゴン、窒素、水素混合ガス等の不活性ガスまた
は還元性ガス中で行えば、半田の酸化を防止することが
できる。また、形成した半田ボール４をシリコン製テン
プレート１から取り出す際に、半田ペースト３に含有さ
れるフラックスが凝固することにより、半田ボール３が
取り出せない場合は、メチルエチルケトン等の溶剤でフ
ラックスを溶解させれば、容易に半田ボール４を取り出
せる。このとき更に、振動を加えながら行えば、より効
果的である。FIG. 1 is a sectional view showing a method for forming metal balls (in particular, solder balls) according to the first embodiment of the present invention. 1
Is a silicon template, and after patterning the entire surface of the silicon substrate by lithography,
Fine and uniform pits 2 by anisotropic etching
Is formed (FIG. 1A). At this time, in order to obtain a desired solder ball size, a pit having the same volume as the necessary volume of the solder paste may be formed. next,
Solder paste 3 is used for pit 2 by using a paste printer.
(Fig. 1 (b)). The composition of the solder paste 3 to be filled is, for example, Pb / Sn = 37/63 wt. %, 9
5/5 wt. % Etc. Further, in particular, when forming a ball having a fine particle diameter of φ100 μm or less, the solder particle diameter in the solder paste 3 is φ in order to control the solder amount with high accuracy.
Fine particles of about 5 to 15 are preferable. Then
When the solder is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the filled solder and melted, the surface tension of the solder causes it to spheroidize, so that it is cooled and solidified as it is to form the solder ball 4 (FIG. 1C). At this time, the oxidation of the solder can be prevented by carrying out in an inert gas such as argon, nitrogen or hydrogen mixed gas or a reducing gas. Further, when the formed solder balls 4 are taken out from the silicon template 1, the flux contained in the solder paste 3 is solidified, and when the solder balls 3 cannot be taken out, the flux can be dissolved with a solvent such as methyl ethyl ketone. If so, the solder balls 4 can be easily taken out. At this time, it is more effective if vibration is further applied.
【００１５】以上のような方法で、半田ボール４を形成
することにより、ピット２形状は均一性が高いので、半
田ペーストを充填すれば、サイズばらつきの小さい半田
ボールを形成できる。また、シリコンウェーハ等のシリ
コン基板全面に同一サイズのピットを形成しておけば、
所望のサイズの半田ボールを一括に大量に形成できる。
所望のサイズの半田ボールのみを形成できるので、ふる
い等による分粒工程が削減でき、工程が簡略になると同
時に、コスト低減が可能となる。また、ピットは、□数
１０〜数μｍの微小な開口サイズのものも、精度高く形
成できるので、φ１００μｍ以下の小径のボール形成が
容易にできる。更に、半田ペーストは低コストであり、
印刷法を用いるためプロセスも簡単であることから、低
コストの半田ボールが得られる。By forming the solder balls 4 by the method as described above, the shape of the pits 2 is highly uniform. Therefore, when the solder paste is filled, the solder balls having a small size variation can be formed. If pits of the same size are formed on the entire surface of a silicon substrate such as a silicon wafer,
A large amount of solder balls of a desired size can be collectively formed.
Since only the solder balls of a desired size can be formed, the sizing process such as sieving can be omitted, the process can be simplified and the cost can be reduced. Further, the pits can be formed with high precision even with a small opening size of several tens to several μm, so that it is possible to easily form a ball having a small diameter of φ100 μm or less. Furthermore, solder paste is low cost,
Since the printing method is used and the process is simple, a low-cost solder ball can be obtained.
【００１６】図２は，本発明の実施例２の金属ボール
（特に半田ボール）の形成方法を示す断面図である。シ
リコン製テンプレート１のピット２の部分に、Ｃｕ、Ａ
ｕ等の薄い金属膜５（数１００Å程度）を、スパッタ
法、蒸着法等により形成する（図２（ａ））。次に、メ
ッキ法、蒸着法等により半田を充填し、半田層６を形成
する（図２（ｂ））。次いで、充填した半田の融点以上
まで加熱し、溶融させると、金属膜５は薄いため、溶融
した半田に溶食され一体化する。そして、半田の表面張
力により球状化するので、そのまま冷却、凝固させ、半
田ボール４とする（図２（ｃ））。このとき、アルゴ
ン、窒素、水素混合ガス等の不活性ガスまたは還元性ガ
ス中で行えば、半田の酸化を防止することができる。FIG. 2 is a sectional view showing a method for forming metal balls (in particular, solder balls) according to the second embodiment of the present invention. Cu, A in the pit 2 of the silicon template 1
A thin metal film 5 (about several hundred Å) of u or the like is formed by a sputtering method, a vapor deposition method or the like (FIG. 2A). Next, the solder layer 6 is formed by filling the solder with a plating method, a vapor deposition method, or the like (FIG. 2B). Next, when the metal film 5 is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the filled solder and melted, the metal film 5 is thin, so that the molten solder is eroded and integrated. Then, since it is spheroidized by the surface tension of the solder, it is cooled and solidified as it is to form the solder ball 4 (FIG. 2C). At this time, the oxidation of the solder can be prevented by carrying out in an inert gas such as argon, nitrogen or hydrogen mixed gas or a reducing gas.
【００１７】以上のような方法で、半田ボール４を形成
することにより、実施例１と同様の効果が期待できる。
更に、フラックスが含まれていないので、フラックスの
凝固のためにピット２から半田ボール４を取り出しにく
くなることがない。By forming the solder balls 4 by the above method, the same effect as that of the first embodiment can be expected.
Further, since the flux is not contained, it is not difficult to take out the solder ball 4 from the pit 2 due to the solidification of the flux.
【００１８】図３は、本発明の実施例３の金属ボールの
形成方法を示す断面図である。例えば銅ボールを形成す
る場合、高温で銅とシリコンが反応しないように、シリ
コン製テンプレート１の少なくともピット２部に、熱酸
化、プラズマ酸化等により酸化膜７を形成させておく
（図３（ａ））。次いで、メッキ法、スパッタ法、蒸着
法等により、ピット２部に銅を充填させ、銅層８を形成
する（図３（ｂ））。その後、銅の融点以上まで加熱、
溶融させると、表面張力によって球状化し、冷却、凝固
させ、銅ボール９を得る。FIG. 3 is a sectional view showing a method of forming a metal ball according to a third embodiment of the present invention. For example, when forming a copper ball, an oxide film 7 is formed on at least the pits 2 of the silicon template 1 by thermal oxidation, plasma oxidation or the like so that copper and silicon do not react at a high temperature (FIG. )). Then, the pit 2 is filled with copper by a plating method, a sputtering method, an evaporation method, or the like to form a copper layer 8 (FIG. 3B). After that, heat to above the melting point of copper,
When it is melted, it is spheroidized by the surface tension, cooled and solidified to obtain the copper ball 9.
【００１９】以上のような方法で、銅ボール９を形成す
ることにより、ピット２形状は均一性が高いので、銅を
充填すれば、サイズばらつきの小さい銅ボールを形成で
きる。また、シリコンウェーハ等のシリコンの板の全面
に同一サイズのピットを形成しておけば、所望のサイズ
の銅ボールを一括に大量に形成できる。所望のサイズの
銅ボールのみを形成できるので、ふるい等による分粒工
程が削減でき、工程が簡略になると同時に、コスト低減
が可能となる。また、ピットは、□数１０〜数μｍの微
小な開口サイズのものも、精度高く形成できるので、φ
１００μｍ以下の小径のボール形成が容易にできる。By forming the copper balls 9 by the method as described above, the shape of the pits 2 is highly uniform. Therefore, if copper is filled, a copper ball with a small size variation can be formed. If pits of the same size are formed on the entire surface of a silicon plate such as a silicon wafer, a large number of copper balls of a desired size can be formed at once. Since only copper balls of a desired size can be formed, the number of sizing steps such as sieving can be reduced, the steps can be simplified, and the cost can be reduced. In addition, pits with a small opening size of several tens to several μm can be formed with high precision.
It is possible to easily form a ball having a small diameter of 100 μm or less.
【００２０】銅を例にして説明を行ったが、融点がシリ
コンよりも低いものであれば、銅以外の金属でも同様に
して金属ボールを形成できる。ただし、例えば金のよう
に、高温でシリコン酸化膜中を拡散し、シリコンと反応
してしまうような場合は、ピット２部に、バリアとなる
金属（例えばチタン）をスパッタ法、蒸着法により形成
しておけば良い。Although copper has been described as an example, metal balls other than copper can be similarly formed as long as the melting point is lower than that of silicon. However, when it diffuses in a silicon oxide film at a high temperature and reacts with silicon like gold, for example, a metal (for example, titanium) serving as a barrier is formed in the pit 2 portion by a sputtering method or an evaporation method. You should keep it.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、シリコ
ンウェーハ等のシリコン製板全面に、異方性エッチング
法により、微細で形状の均一なピットを形成した、シリ
コン製のテンプレートを用い、ピットに半田ペースト、
メッキ等により、金属を充填し、加熱、溶融により金属
ボールを形成しているので、サイズばらつきの小さい、
所望のサイズの金属ボールが、一括に大量に形成でき
る。例えば、直径６インチのシリコンウェーハ全面に、
３００μｍピッチで開口サイズ□１３０〜１５０μｍの
ピットを形成し、半田ペーストを充填させて半田ボール
を形成した場合、直径約１００μｍの半田ボールが一括
で約２００，０００個得ることができる。所望のサイズ
の金属ボールのみを形成できるので、ふるい等による分
粒工程が削減でき、工程が簡略になると同時に、コスト
低減が可能となる。また、ピットは□数μｍ〜数１０μ
ｍの微小な開口サイズのものも、精度高く形成できるの
で、φ１００μｍ以下の小径のボール形成が容易にでき
る。As described above, the present invention uses a template made of silicon in which fine and uniform pits are formed by anisotropic etching on the entire surface of a silicon plate such as a silicon wafer, Solder paste in the pit,
Metal is filled by plating, etc., and metal balls are formed by heating and melting, so there is little variation in size.
A large number of metal balls having a desired size can be collectively formed. For example, on the entire surface of a silicon wafer with a diameter of 6 inches,
When pits having an opening size □ 130 to 150 μm are formed at a pitch of 300 μm and solder balls are formed by filling the solder paste, it is possible to collectively obtain about 200,000 solder balls having a diameter of about 100 μm. Since only metal balls having a desired size can be formed, the number of sizing steps such as sieving can be reduced, the steps can be simplified, and the cost can be reduced. In addition, the pit is □ several μm to several tens of μ
Even a small opening size of m can be formed with high precision, so that a ball having a small diameter of 100 μm or less can be easily formed.
【図１】本発明の実施例１の金属ボールの形成方法の工
程を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a step in a method for forming a metal ball according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例２の金属ボールの形成方法の工
程を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step in a method for forming a metal ball according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例３の金属ボールの形成方法の工
程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step in a method for forming metal balls according to a third embodiment of the present invention.
【図４】従来の技術の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a conventional technique.
【図５】他の従来の技術の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of another conventional technique.
１ シリコン製テンプレート ２ ピット ３ 半田ペースト ４ 半田ボール ５ 金属膜 ６ 半田層 ７ 酸化膜 ８ 銅層 ９ 銅ボール １０ ケーシング １１ 射出部 １２ 半田ボール １３ ドラム １４ 電動機 １５ ベルト １６ ノズル １７ 冷却媒体 1 Silicone Template 2 Pit 3 Solder Paste 4 Solder Ball 5 Metal Film 6 Solder Layer 7 Oxide Film 8 Copper Layer 9 Copper Ball 10 Casing 11 Injection Section 12 Solder Ball 13 Drum 14 Electric Motor 15 Belt 16 Nozzle 17 Cooling Medium
Claims (3)
ットを設けたテンプレートに金属を充填させ、加熱する
ことにより金属を溶融し、その後冷却することにより金
属を凝固させて球状とすることを特徴とする金属ボール
の形成方法。1. A method of forming a metal ball, characterized in that a template provided with pits is filled with the metal, and the metal is melted by heating and then cooled to solidify the metal into a spherical shape. Method for forming a metal ball.
によりピットを形成してある、シリコン製のテンプレー
トを用いることを特徴とする請求項１記載の金属ボール
の形成方法。2. The method for forming a metal ball according to claim 1, wherein a template made of silicon, in which pits are formed on the substrate made of silicon by an anisotropic etching method, is used.
よってパターニングを施した後に異方性エッチング法に
よりピットを形成してある、シリコン製のテンプレート
を用いることを特徴とする請求項１記載の金属ボールの
形成方法。3. A metal ball according to claim 1, wherein a silicon template is used, in which a silicon substrate is patterned by a lithography technique and then pits are formed by an anisotropic etching method. Forming method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30750795A JPH09150296A (en) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | Formation of metallic ball |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30750795A JPH09150296A (en) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | Formation of metallic ball |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09150296A true JPH09150296A (en) | 1997-06-10 |
Family
ID=17969918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30750795A Pending JPH09150296A (en) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | Formation of metallic ball |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH09150296A (en) |
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