專利名稱：焊料組成物和使用該焊料組成物的隆起形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如在半導(dǎo)體基板或插入式基板上形成突起狀的焊料隆起來制造FC(flipchip)或BGA(ball grid array)時(shí)所使用的焊料組成物，以及使用該焊料組成物的隆起形成方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有一般的焊料隆起形成方法為使用絲網(wǎng)印刷法(screen printing)或分配法(dispensing method)等在基板的墊式電極(pad electrode)上涂布糊狀釬焊料(solderpaste)，加熱后回流(reflow)該糊狀釬焊料。該糊狀釬焊料也被稱作“膏狀焊劑”。
一方面，在專利文獻(xiàn)1中，記載有由特殊的焊料粉末與熔接劑的混合物形成的糊狀釬焊料。該焊料粉末是通過使焊料粒子在空氣中流動(dòng)、在焊料粒子的表面形成氧化膜而成。這種強(qiáng)制地形成的氧化膜在回流時(shí)克服熔接劑作用從而抑制焊料粒子的結(jié)合。因此，在基板上全面涂抹該糊狀釬焊料而回流時(shí)，在墊式電極間難以產(chǎn)生焊橋，因而，適合于墊式電極的高密度化和細(xì)微化。由于焊料粒子結(jié)合形成大的塊而與相鄰的墊式電極兩方連接，從而引起墊式電極間的焊橋。
專利文獻(xiàn)1日本特開2000-94179號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容發(fā)明要解決的技術(shù)問題這樣，在現(xiàn)有的焊料隆起的形成中使用了糊狀釬焊料。然而，糊狀釬焊料存在下述問題(1)在基板上涂布糊狀釬焊料時(shí)，需要印刷機(jī)或排出機(jī)等設(shè)備，而且為了在正確的位置上執(zhí)行印刷和排出，需要花費(fèi)時(shí)間和勞動(dòng)力。即使全面涂抹不需要精密的掩模，但仍需要使用涂刷器或刮刀使糊狀釬焊料形成均勻厚度的工序。
(2)絲網(wǎng)印刷法或分配法正在難以對(duì)付近年的更加多電極化、高密度化及微細(xì)化。即，采用絲網(wǎng)印刷法產(chǎn)生如下問題由于需要使金屬掩模的開口微細(xì)化，導(dǎo)致金屬掩膜的機(jī)械強(qiáng)度降低，或從金屬掩膜的開口流出糊狀釬焊料變得困難。采用分配法，由于在大量墊式電極之上一個(gè)個(gè)地放置糊狀釬焊料，墊式電極越多就越不適合大量生產(chǎn)。
(3)在專利文件1的糊狀釬焊料中，必須形成高精度的焊料粒子的氧化膜的膜厚。因?yàn)樘駮r(shí)在墊式電極上焊料就不能沾潤(rùn)，太薄時(shí)焊料粒子就會(huì)結(jié)合。此外，由于熔接劑的作用隨著熔接劑的狀態(tài)或種類的不同而變化，因此有必要根據(jù)熔接劑的情況高精度地控制氧化膜的膜厚。如果不能形成適當(dāng)膜厚的氧化膜，就不能實(shí)現(xiàn)墊式電極的高密度化和微細(xì)化。
本發(fā)明的第一個(gè)目的在于，提供一種能夠簡(jiǎn)化在基板上的涂布工序的焊料組成物和使用該焊料組成物的隆起形成方法。本發(fā)明的第二個(gè)目的在于，提供一種不需要形成焊料粒子氧化膜的工序就能可靠地實(shí)現(xiàn)制造工序的簡(jiǎn)化和焊料隆起的高密度化以及細(xì)微化的焊料組成物和使用該焊料組成物的焊料隆起形成方法。
解決問題的技術(shù)手段為了達(dá)到前述目的，本發(fā)明的焊料組成物的特征在于，焊料組成物是液態(tài)體與焊料粒子的混合物，所述液態(tài)體包含反應(yīng)溫度在所述焊料粒子的熔點(diǎn)附近的熔接劑成分，且具有在常溫下流動(dòng)而在母材上堆積成層狀的粘性，所述焊料粒子在所述液態(tài)體內(nèi)向母材沉淀，同時(shí)是具有能均勻地分散在所述液態(tài)體內(nèi)的混合比及粒徑的粒劑。
本發(fā)明的焊料組成物的含有熔接劑成分的液態(tài)體在常溫下流動(dòng)而在母材上堆積成層狀，因此在這方面與糊狀釬焊料完全不同。為了得到這樣的性質(zhì)(流動(dòng)性)，要求液態(tài)體常溫下的粘度低、焊料粒子的混合比小及焊料粒子的粒徑小。焊料粒子的粒徑被設(shè)定在35μm～1μm附近的范圍內(nèi)。并且，比如焊料粒子的粒徑最好這樣設(shè)定較好是35μm或以下，更好是20μm或以下，最好是10μm或以下。
又，本發(fā)明的焊料組成物也可以是如下構(gòu)成。焊料粒子的表面氧化膜只具有自然氧化膜。液態(tài)體的熔接劑成分通過其反應(yīng)生成物來抑制焊料粒子彼此結(jié)合，促進(jìn)焊料粒子和母材之間的焊接，同時(shí)促進(jìn)母材上所形成的焊料皮膜與焊料粒子的結(jié)合。這樣的熔接劑成分是本發(fā)明者反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究而發(fā)現(xiàn)的成分。
作為這樣的熔接劑成分比如可列舉出酸。酸可大致分為無機(jī)酸(如鹽酸)和有機(jī)酸(如脂肪酸)，在此以有機(jī)酸為例來說明。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)“有機(jī)酸使焊料粒子結(jié)合的作用小，但在墊式電極上產(chǎn)生焊料沾潤(rùn)的作用卻大?！?。產(chǎn)生這樣作用的理由認(rèn)為是以下(1)、(2)兩點(diǎn)。
(1)有機(jī)酸除去焊料粒子的氧化膜的作用弱。因此，即使不故意在焊料粒子上形成氧化膜，由焊料粒子的自然氧化膜也可以抑制焊料粒子之間的結(jié)合。因此，在本發(fā)明中，不需要形成焊料粒子的氧化膜的工序。另一方面，在專利文獻(xiàn)1的現(xiàn)有技術(shù)中，熔接劑的作用過強(qiáng)，因此若不在焊料粒子上形成厚的氧化膜，焊料粒子就會(huì)彼此結(jié)合。
(2)有機(jī)酸具有因某些理由使焊料粒子在母材上蔓延而使界面合金化，同時(shí)使焊料粒子與母材上所形成的焊料皮膜結(jié)合的作用。雖然焊料粒子彼此幾乎不結(jié)合，但在母材上發(fā)生焊料沾潤(rùn)的機(jī)理卻不清楚。作為推測(cè)，認(rèn)為在焊料粒子和母材之間發(fā)生了輕微的破壞氧化膜的某些反應(yīng)。比如，如果是鍍金的母材，由于金向焊料中的擴(kuò)散效果，即使在焊料粒子上有薄的氧化膜也會(huì)產(chǎn)生焊料沾潤(rùn)。銅組成的母材時(shí)，銅與有機(jī)酸反應(yīng)生成有機(jī)酸銅鹽，通過該有機(jī)酸銅鹽與焊料接觸，由于離子化能力的差別而被還原，金屬銅擴(kuò)散到焊料中而進(jìn)行焊料沾潤(rùn)。焊料粒子與母材上所形成的焊料皮膜結(jié)合的理由被認(rèn)為是比如表面張力。
又，與焊料粒子一同混合的液態(tài)體也可以是油脂，該液態(tài)體中所含有的熔接劑成分也可以是油脂中所含有的游離脂肪酸。油脂具有各式各樣的用途而廣泛流通，因此很易于購入、價(jià)格便宜且無害，且原來就含有游離脂肪酸這樣的有機(jī)酸(熔接劑成分)。特別是，脂肪酸酯(如季戊烷多元醇酯ネオペンチルポリオ一ルエステル)一般具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性，因此，最適合作為焊接的熔接劑。又，為了形成作為熔接劑成分的游離脂肪酸的含有量充分的材料，油脂的酸值最好是1或1以上。酸值就是中和油脂中所含有的游離脂肪酸所需要的氫氧化鉀的毫克數(shù)。即，酸值越大，所含有的游離脂肪酸越多。
本發(fā)明所用的焊料組成物中使用的油脂一直存在到隆起形成結(jié)束，通過在這期間防止焊料與空氣直接接觸，抑制焊料的氧化。又，油脂所含有的有機(jī)酸雖有助于除去焊料表面的氧化膜，但對(duì)有機(jī)酸的含有量加以控制以使不完全除去焊料表面的氧化膜。由此，可實(shí)現(xiàn)邊抑制焊料粒子之間的結(jié)合，邊可焊接到母材表面上的狀態(tài)。有機(jī)酸有必要具有除去母材表面的氧化膜所需的量，由此油脂的酸值最好是1或1以上。
本發(fā)明所用的焊料組成物也可以是在油脂中含有有機(jī)酸(熔接劑成分)。該有機(jī)酸既可是原來就在油脂中含有的，也可是后來添加的。有機(jī)酸具有還原焊料粒子和母材的氧化膜的效果。又，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)通過得當(dāng)?shù)乜刂朴椭械挠袡C(jī)酸量而在粒子的表面殘留稍許氧化膜，邊抑制焊料粒子彼此的結(jié)合，邊可焊接到母材上。又，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)焊料中含有錫時(shí)，在有機(jī)酸還原焊料表面的氧化膜的過程中有機(jī)酸錫鹽作為副生成物而被得到，該有機(jī)酸錫鹽極大地抑制焊料粒子彼此的結(jié)合。通過控制這些現(xiàn)象，邊防止焊料粒子彼此的結(jié)合，比如邊可以在墊式電極上形成不發(fā)生短路的焊料隆起。
本發(fā)明的隆起形成方法包括將本發(fā)明的焊料組成物在母材上堆積成層狀的堆積工序和將母材上的焊料組成物加熱后回流的回流工序。將本發(fā)明的焊料組成物滴到母材上時(shí)，焊料組成物因自重蔓延而堆積成層狀。這時(shí)，在常溫下即可，且可以利用焊料組成物的自然流下。由此，即使不采用印刷機(jī)和排出機(jī)，也可以簡(jiǎn)單地將焊料組成物涂布在母材上。
又，也可以在堆積工序之前設(shè)有通過攪拌焊料組成物而使焊料粒子均勻地分散在液態(tài)體中的攪拌工序。此時(shí)，即使焊料粒子由于比重差沉淀在液態(tài)體內(nèi)，通過攪拌焊料組成物，焊料粒子也能均勻分散在液態(tài)體內(nèi)并相對(duì)于母材均勻分布。
又，也可以在堆積工序中或之后，設(shè)有通過將母材水平旋轉(zhuǎn)而使焊料組成物形成均勻的厚度的旋轉(zhuǎn)涂布工序。通過水平旋轉(zhuǎn)基板，母材上多余的焊料組成物被甩開，因此母材上的焊料組成物的厚度快速均勻且較薄地均勻及更正確地均勻。
又，也可以在堆積工序中，通過將母材放入容器內(nèi)后將焊料組成物注入，在容器內(nèi)將母材浸入焊料組成物中。此時(shí)，母材上的焊料組成物的厚度不依賴于焊料組成物的表面張力和粘度，可以是任意的值。另外，在糊狀釬焊料中，是通過調(diào)整印刷厚度和焊料粒子的含有量，來改變焊料隆起大小(高度)的。與之相對(duì)，在本發(fā)明中，因?yàn)闆]有使用掩模，在變更焊料組成物的厚度時(shí)，不需要像現(xiàn)有技術(shù)那樣變更掩模的厚度和開口直徑，只要調(diào)整焊料組成物的滴下量，就可以簡(jiǎn)單地改變隆起的大小(高度)。
另外，在此所說的“焊料”不限于用于形成焊料隆起，也可包含有半導(dǎo)體片的管心焊接用和比如接合銅管所采用的稱為“軟焊料”等，當(dāng)然也含有無鉛焊料?！昂噶下∑稹辈幌抻诎肭驙詈屯黄馉?，也含有膜狀物。“焊料皮膜”不限于膜狀物，也包含半球狀和突起狀物。“基板”含有半導(dǎo)體片和配線板等?！耙簯B(tài)體”也可以是液體之外的其他流動(dòng)體等，除油脂之外也可是其他氟系高沸點(diǎn)溶劑和氟系油等。
發(fā)明效果采用本發(fā)明的焊料組成物，在常溫的狀態(tài)下滴到平面上時(shí)，液態(tài)體及焊料粒子一同因自重蔓延而堆積成層狀，因此即使不采用印刷機(jī)和排出機(jī)，也可以簡(jiǎn)單地將焊料組成物涂布在母材上。
又，采用本發(fā)明的焊料組成物，焊料粒子的表面氧化膜只具有自然氧化膜，與焊料粒子一同混合的液態(tài)體含有特殊的熔接劑成分，由該熔接劑成分的反應(yīng)生成物，在回流時(shí)抑制焊料粒子彼此的結(jié)合，通過焊料粒子在墊式電極上蔓延而與母材上的焊料皮膜結(jié)合，抑制焊橋的發(fā)生，同時(shí)可以進(jìn)行焊接。并且，不需要形成焊料粒子的氧化膜的工序，因此可以簡(jiǎn)化制造工序，同時(shí)不需要正確地控制氧化膜的厚度，故可以可靠地進(jìn)行高密度和微細(xì)的焊接。即，采用本發(fā)明的焊料組成物，焊料粒子在熔化時(shí)焊料粒子彼此的結(jié)合少，因此即使對(duì)于諸如窄間距的墊式電極，也可形成焊料量的偏差少且墊式電極之間不發(fā)生短路的焊料隆起。
液態(tài)體中含有的熔接劑成分是有機(jī)酸時(shí)，由于在除去焊料粒子的自然氧化膜的過程中生成的有機(jī)金屬鹽抑制焊料粒子彼此的結(jié)合，可以容易得到所述的熔接劑成分的作用。
與焊料粉末一同混合的液態(tài)體是油脂時(shí)，可以降低制造成本，同時(shí)即使成為廢棄物也可以減輕對(duì)環(huán)境的影響。并且，油脂中原來就含有游離脂肪酸這樣的有機(jī)酸，因此可以省略添加有機(jī)酸。
油脂為脂肪酸酯時(shí)，脂肪酸酯是最普通的油脂，因此可以更加降低制造成本，并且脂肪酸酯具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性，因此可以最適合在焊接時(shí)使用。又，脂肪酸酯與作為活性劑使用的有機(jī)酸之間的相溶性良好，故可以提高液體特性的穩(wěn)定性。
在油脂的酸值是1或1以上時(shí)，由于含有充分的游離脂肪酸(溶接劑成分)，可以適當(dāng)?shù)某|式電極和焊料粒子的氧化膜，因此可以提高焊料的沾潤(rùn)性。
采用本發(fā)明的形成方法，通過設(shè)置將本發(fā)明的焊料組成物在母材上堆積成層狀的堆積工序和加熱焊料組成物后回流的回流工序，即使不采用印刷機(jī)和排出機(jī)，也可以簡(jiǎn)單地將焊料組成物涂布在母材上，因此可以提高生產(chǎn)性。
在堆積工序前設(shè)有攪拌工序時(shí)，可以使焊料粒子在母材上分布更均勻。
在堆積工序中或之后設(shè)有旋轉(zhuǎn)涂布工序時(shí)，母材上的焊料組成物的厚度快速均勻且較薄地均勻及更正確的均勻。
堆積工序中將母材浸入焊料組成物時(shí)，能將母材上的焊料組成物的厚度設(shè)定為所期望的值。也就是說，只要調(diào)整焊料組成物的滴下量，就可以簡(jiǎn)單地改變焊料隆起的大小(高度)。
附圖的簡(jiǎn)單說明

圖1是表示本發(fā)明的焊料組成物的實(shí)施方式的剖視圖。
圖2是表示本發(fā)明的隆起形成方法的實(shí)施方式的剖視圖(滴下工序)，工序按圖2[1]~圖2[3]順序進(jìn)行。
圖3是表示本發(fā)明的隆起形成方法的實(shí)施方式的剖視圖(回流工序)，工序按圖3[1]~圖3[3]順序進(jìn)行。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式圖1是表示本發(fā)明的焊料組成物的實(shí)施方式的剖視圖。下面根據(jù)附圖來說明。另外，圖1是在基板上涂布了焊料組成物的狀態(tài)，與左右方向相比將上下方向進(jìn)行了放大表示。
本實(shí)施方式的焊料組成物10由許多焊料粒子11和由脂肪酸酯組成的液態(tài)體12的混合物組成，比如被用于在墊式電極22上形成焊料隆起。并且，液態(tài)體12含有反應(yīng)溫度在焊料粒子11的熔點(diǎn)附近的熔接劑成分，且具有在常溫下流動(dòng)而在母材的一個(gè)例子即基板20上堆積成層狀的粘性。焊料粒子11在液態(tài)體12內(nèi)向母材的一個(gè)例子即基板20上沉淀，同時(shí)是具有能均勻分散在液態(tài)體12內(nèi)的混合比和粒徑的粒劑。
又，焊料粒子11的表面氧化膜只有自然氧化膜(未圖示)。液態(tài)體12是脂肪酸酯，因此原來就含有有機(jī)酸的一種即游離脂肪酸(熔接劑成分)。游離脂肪酸具有如下作用在被加熱到焊料粒子11的熔點(diǎn)或以上的狀態(tài)下，通過其反應(yīng)生成物抑制焊料粒子11彼此的結(jié)合，同時(shí)促進(jìn)焊料粒子11和墊式電極22之間的焊接，并促進(jìn)在墊式電極22上所形成的焊料皮膜與焊料粒子11之間的結(jié)合。
液態(tài)體12所含有的有機(jī)酸也可以根據(jù)需要添加。也就是說，根據(jù)焊料粒子11的氧化程度和分量，調(diào)整液態(tài)體12的有機(jī)酸含有量。比如，在形成大量的焊料隆起時(shí)，焊料粒子11也變得大量，因此為了還原全部的焊料粒子11的氧化膜，又必要含有充分的有機(jī)酸。另一方面，添加了超過形成隆起所需的過剩的焊料粒子11時(shí)，通過減少有機(jī)酸的含有量而降低液態(tài)體12的活性，使焊料粉末粒度分布中的屬于微細(xì)側(cè)的焊料粒子11不被熔化，僅使比較大的焊料粒子11形成最合適的隆起。此時(shí)，殘留的未熔化的微細(xì)的焊料粒子11具有通過防止焊料粒子11相互之間的結(jié)合來減少墊式電極22的短路的效果。
焊料粒子11有必要均勻分散在液態(tài)體12中，因此最好在使用前攪拌焊料組成物10。焊料粒子11的材質(zhì)可以使用錫鉛系焊料或無鉛焊料等。也可以使焊料粒子11的直徑b小于相鄰的墊式電極22之間的周端間的最短距離a。此時(shí)，分別到達(dá)相鄰的兩個(gè)墊式電極22上的焊料皮膜的焊料粒子11不彼此接觸，因此不會(huì)結(jié)合而形成焊橋。
使焊料組成物10在常溫下由于自然落下滴到具有墊式電極22的基板20上。由此，可在基板20上涂布厚度均勻的焊料組成物10。也就是說，不采用絲網(wǎng)印刷和分配法，就可以在基板20上形成膜厚均勻的焊料組成物10的涂布膜。涂布的均勻性對(duì)焊料隆起的偏差帶來影響，因此盡可能均勻涂布。之后，通過對(duì)基板20整體進(jìn)行均勻的加熱，就可能形成焊料隆起。在短時(shí)間升溫加熱到焊料熔點(diǎn)或熔點(diǎn)以上。通過在短時(shí)間內(nèi)升溫，可以抑制在過程中的有機(jī)酸活性的降低。
接著，說明在本實(shí)施方式所使用的基板20。基板20是硅片。在基板20的表面21上形成有墊式電極22。在墊式電極22上形成有采用本實(shí)施方法所形成的焊料隆起。基板20通過焊料隆起與其他半導(dǎo)體片和配線板電連接及機(jī)械連接。墊式電極22的形狀比如為圓，直徑c比如是40μm。相鄰的墊式電極22的中心間的距離d比如是80μm。焊料粒子14的直徑b比如是3～15μm。
墊式電極22包括在基板20上形成的鋁電極24、形成在鋁電極24上的鎳層25、形成在鎳層25上的金層26。鎳層25及金層26是UBM(under barrier metal或under bumpmetallurgy)層。基板20上的墊式電極22之外的部分被保護(hù)膜27覆蓋。
接著，說明墊式電極22的形成方法。首先，在基板20上形成鋁電極24，鋁電極24之外的部分由聚酰胺樹脂或氮化硅膜形成保護(hù)膜27。這些采用比如光刻技術(shù)及蝕刻技術(shù)而形成。接著，在鋁電極24表面實(shí)施鋅酸鹽(ジンケ一ト)處理后，采用非電解鍍層法在鋁電極24上形成鎳層25及金層26。設(shè)有該UBM層的理由是對(duì)鋁電極24賦予焊料沾潤(rùn)性的緣故。
可以使用諸如Sn-Pb(熔點(diǎn)183℃)、Sn-Ag-Cu(熔點(diǎn)218℃)、Sn-Ag(熔點(diǎn)221℃)、Sn-Cu(熔點(diǎn)227℃)、其他無鉛焊料等作為焊料粒子11的材質(zhì)。
圖2及圖3是表示本發(fā)明的隆起形成方法的實(shí)施方式的剖視圖。圖2是滴下工序，工序依圖2[1]～圖2[3]順序進(jìn)行。圖3是回流工序，工序依圖3[1]～圖3[3]順序進(jìn)行。下面，根據(jù)圖[1]至圖[3]來說明。但是，與圖1相同部分付與相同的符號(hào)，因此省略說明。
在圖2中，省略基板20上的墊式電極22的圖示。首先，如圖2[1]所示，將基板20放入承接容器30內(nèi)。并且，在澆注容器31中根據(jù)需要攪拌焊料組成物10后，從澆注口32將焊料組成物10滴到基板20上。這樣，焊料組成物10因自重蔓延成均勻的厚度。這時(shí)，常溫即可，且可以利用焊料組成物10的自然流下。因此，即使不采用印刷機(jī)和排出機(jī)，也可以簡(jiǎn)單地將焊料組成物10涂布在基板20上。
另外，承接容器30因?yàn)樵诨亓鞴ば蚺c基板20一同加熱，因此其由具有耐熱性的、熱傳導(dǎo)優(yōu)良的，且不會(huì)產(chǎn)生焊料粒子11引起的焊料沾潤(rùn)的金屬如鋁組成。又，在堆積工序中或之后，通過水平旋轉(zhuǎn)基板10，也可以使基板20上的焊料組成物10形成均勻的厚度。在水平旋轉(zhuǎn)基板10時(shí)，采用市場(chǎng)上銷售的旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)即可。
堆積工序的結(jié)束按照是否將焊料組成物10滴落到使基板20浸入在焊料組成物10中的程度而分成兩種。圖2[2]是基板20未浸入焊料組成物10中的情況，此時(shí)，在基板20上堆積成層狀的焊料組成物10的厚度t1主要是由焊料組成物10的表面張力及粘性決定的數(shù)值。另一方面，圖2[3]是基板20浸入焊料組成物10中的情況。此時(shí)，在基板20上堆積成層狀的焊料組成物10的厚度t2可以設(shè)定為與滴落的焊料組成物10的量對(duì)應(yīng)的所期望的數(shù)值。
通過以上的堆積工序，如圖1所示，焊料組成物10通過全面涂布被載置在分開設(shè)置有多個(gè)墊式電極22的基板20上。這時(shí)，在包含有多個(gè)隆起電極22和位于它們之間的間隙中的保護(hù)膜27的面上到處都載置有焊料組成物10。焊料組成物10恰如油墨這樣的狀態(tài)。
接著，在回流工序，當(dāng)基板20和焊料組成物10的加熱開始時(shí)，液態(tài)體12的粘性更加降低。這樣，如圖3[1]所示，焊料粒子11的比重大于液態(tài)體12，因此焊料粒子11沉淀并層積在墊式電極22及保護(hù)膜27上。
接著，如圖3[2]所示，焊料組成物10被加熱到焊料粒子11的熔點(diǎn)或熔點(diǎn)以上。此時(shí)，由于液態(tài)體12所含有的有機(jī)酸(熔接劑成分)的作用，引起如下這樣的狀態(tài)。首先，焊料粒子11彼此的結(jié)合被有機(jī)酸的反應(yīng)生成物抑制。但是，在圖3[2]中未圖示，一部分的焊料粒子11結(jié)合而變大。也就是說，焊料粒子11即使結(jié)合，只要是具有一定的大小或一定大小以下就沒有問題。另一方面，焊料粒子11在墊式電極20上蔓延而在界面形成合金層。其結(jié)果，在墊式電極20上形成焊料皮膜23’，焊料粒子11進(jìn)一步與焊料皮膜23’結(jié)合。即，焊料皮膜23’成長(zhǎng)，成為圖2[3]所示那樣的焊料隆起23。
另外，在圖3[3]中的、焊料隆起23的形成中未被使用的焊料粒子11和殘留的液態(tài)體12一同在后續(xù)工序中被洗掉。
下面說明本實(shí)施方式的其他作用及效果。
采用本實(shí)施方式的焊料組成物10，焊料粉末(集合體)由表面只具有自然氧化膜的大量焊料粒子11構(gòu)成，與焊料粉末一同混合的液態(tài)體12含有有機(jī)酸(熔接劑成分)，由于該有機(jī)酸的反應(yīng)生成物，在回流時(shí)焊料粒子11彼此難以結(jié)合，由于焊料粒子11在墊式電極22上蔓延而與墊式電極22上的焊料皮膜23’結(jié)合，可以抑制墊式電極22之間的焊橋的發(fā)生，同時(shí)形成焊料隆起23。并且，不需要形成焊料粒子11的氧化膜的工序，因此可以節(jié)省制造工序，同時(shí)不需要正確地控制氧化膜的厚度，故可以可靠地形成高密度和微細(xì)的焊料隆起23。
采用本發(fā)明的隆起形成方法，將本實(shí)施方式的焊料組成物10在分開設(shè)有多個(gè)墊式電極22的基板20上堆積成層狀，通過加熱基板20上的焊料組成物10后回流，由于液態(tài)體12所含有的有機(jī)酸的作用，可以形成高密度且微細(xì)的焊料隆起23。又，以全面涂抹將焊料組成物10堆積在基板20上，通過在回流時(shí)焊料粒子11彼此幾乎不結(jié)合，能抑制墊式電極22之間發(fā)生焊橋，因此能以簡(jiǎn)單的方法形成高密度且微細(xì)的焊料隆起23。
另外，本發(fā)明自不必說，并不限于所述實(shí)施方式。比如，作為硅片(FC)的替代品，可以采用微細(xì)間距的基片和插入式基片，還可以采用配線板(BGA)作為母材。又，電極材料不限于鋁，也可以采用Al-Si、Al-Si-Cu、Al-Cu、Cu等。
實(shí)施例1下面來說明將本實(shí)施方式更具體化的實(shí)施例1。
使用的焊料粒子的成分為96.5wt％Sn-3.0wt％Ag-0.5wt％Cu(熔點(diǎn)218℃)，平均直徑為6μm(粒子分布2-11μm)。使用一種脂肪酸酯(トリメチ一ルプロパントリオレエ一ト)作為液態(tài)體。該脂肪酸酯的主要的性質(zhì)如下40℃的動(dòng)粘度為48.3mm2/s，100℃的動(dòng)粘度為9.2mm2u/s，酸值為2.4。不添加有機(jī)酸(熔接劑成分)，利用脂肪酸酯原來所包含的游離脂肪酸(熔接劑成分)。又，脂肪酸酯極力抑制水分的影響，因此可以進(jìn)行水的蒸氣壓或以下的真空脫泡。
對(duì)焊料隆起形成用的基板使用了邊長(zhǎng)為10mm的正方形硅片。在硅片上，80μm間距的墊式電極形成二維陣列狀。墊式電極的形狀為邊長(zhǎng)40μm的正方形。墊式電極表面的材質(zhì)是在非電解鍍鎳上所形成的零點(diǎn)幾微米膜厚的鍍金層。保護(hù)膜的材質(zhì)是硅氮化物。
通過用微細(xì)管將焊料組成物50μl滴在基板整個(gè)面上來進(jìn)行定量涂布，該焊料組成物是將2.0g焊料粉末分散到50ml的脂肪酸酯中形成。之后，通過在加熱板上將硅片加熱(70℃/min)到焊料熔點(diǎn)或熔點(diǎn)以上，形成了焊料隆起。其成品率為100％。
符號(hào)說明10焊料組成物11焊料粒子12液態(tài)體20基板21基板的表面22墊式電極23焊料隆起23’焊料皮膜30承接容器31澆注容器32澆注口
權(quán)利要求
1.一種焊料組成物，由液態(tài)體和焊料粒子的混合物組成，其特征在于，所述液態(tài)體含有反應(yīng)溫度在所述焊料粒子的熔點(diǎn)附近的熔接劑成分且具有在常溫下流動(dòng)而在母材上堆積成層狀的粘性，所述焊料粒子在所述液態(tài)體中向母材上沉淀，同時(shí)是具有能均勻分散在所述液態(tài)體內(nèi)的混合比和粒徑的粒劑。
2.如權(quán)利要求1所述的焊料組成物，其特征在于，所述焊料粒子的混合比是30wt％或以下。
3.如權(quán)利要求1所述的焊料組成物，其特征在于，所述焊料粒子的粒徑是35μm或以下。
4.如權(quán)利要求1所述的焊料組成物，其特征在于，所述焊料粒子的表面氧化膜只有自然氧化膜。
5.如權(quán)利要求1所述的焊料組成物，其特征在于，所述液態(tài)體所含有的熔接劑成分通過其反應(yīng)生成物來抑制所述焊料粒子彼此的結(jié)合，同時(shí)促進(jìn)所述焊料粒子和所述母材之間的焊接，并促進(jìn)所述母材上所形成的焊料皮膜與所述焊料粒子的結(jié)合。
6.如權(quán)利要求5所述的焊料組成物，其特征在于，所述熔接劑成分是酸。
7.如權(quán)利要求6所述的焊料組成物，其特征在于，所述酸為有機(jī)酸。
8.如權(quán)利要求1所述的焊料組成物，其特征在于，所述液態(tài)體是油脂。
9.如權(quán)利要求8所述的焊料組成物，其特征在于，所述熔接劑成分是包含在所述油脂中的游離脂肪酸。
10.如權(quán)利要求8所述的焊料組成物，其特征在于，所述油脂是脂肪酸酯。
11.如權(quán)利要求10所述的焊料組成物，其特征在于，所述脂肪酸酯是季戊烷多元醇酯。
12.如權(quán)利要求8所述的焊料組成物，其特征在于，所述油脂的酸值為1或1以上。
13.一種隆起形成方法，其特征在于，包括堆積工序，將焊料組成物堆積在母材上，所述焊料組成物由液態(tài)體和焊料粒子的混合物組成，所述液態(tài)體含有反應(yīng)溫度在焊料粒子的熔點(diǎn)附近的熔接劑成分且具有在常溫下流動(dòng)而在母材上堆積成層狀的粘性，所述焊料粒子在所述液態(tài)體中向母材上沉淀，同時(shí)是具有能均勻分散在所述液態(tài)體內(nèi)的混合比和粒徑的粒劑；回流工序，加熱所述焊料組成物，在所述母材上形成所述焊料粒子形成的隆起。
14.如權(quán)利要求13所述的隆起形成方法，其特征在于，在所述堆積工序的前階段，通過攪拌所述焊料組成物而使所述焊料粒子均勻地分散到所述液態(tài)體中。
15.如權(quán)利要求13所述的隆起形成方法，其特征在于，在所述堆積工序中，通過使所述母材旋轉(zhuǎn)而使所述焊料組成物旋轉(zhuǎn)涂布成均勻的厚度。
16.如權(quán)利要求13所述的隆起形成方法，其特征在于，在所述堆積工序中，在放置有所述母材的容器內(nèi)注入所述焊料組成物，使所述母材浸入所述焊料組成物中。
全文摘要
一種焊料組成物(10)，由液態(tài)體(12)和焊料粒子(11)的混合物組成，液態(tài)體(12)含有除去氧化膜的反應(yīng)溫度在所述焊料粒子的熔點(diǎn)附近的有機(jī)酸組成的熔接劑成分，且具有在常溫下流動(dòng)而在基板(20)上堆積成層狀的粘性。焊料粒子(11)在液態(tài)體(12)內(nèi)向焊接母材上沉淀，同時(shí)是具有可均勻分散在液態(tài)體(12)內(nèi)的混合比和粒徑的粒劑。通過將這樣的焊料組成物在具有墊式電極(22)的基板(20)上涂布、加熱，焊料粒子(11)附著在與熔接劑成分反應(yīng)而被除去了表面氧化膜的墊式電極(22)上，促進(jìn)形成在母材上的焊料皮膜與焊料粒子(11)的焊接，焊料粒子(11)彼此的結(jié)合被熔接劑成分的反應(yīng)生成物阻礙，形成沒有焊橋的焊料隆起(23)。采用本發(fā)明，可提供在基板上形成隆起時(shí)可簡(jiǎn)化涂布工序的焊料組成物。
文檔編號(hào)H05K3/34GK1934690SQ20058000902
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月22日
發(fā)明者坂本伊佐雄, 小野崎純一, 古野雅彥, 齊藤浩司, 安藤晴彥, 白井大, 平塚篤志 申請(qǐng)人:株式會(huì)社田村制作所, 獨(dú)立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)