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JP3204082B2 - 金属バンプの製造方法 - Google Patents
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JP3204082B2 - 金属バンプの製造方法 - Google Patents

金属バンプの製造方法

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JP3204082B2
JP3204082B2 JP09652596A JP9652596A JP3204082B2 JP 3204082 B2 JP3204082 B2 JP 3204082B2 JP 09652596 A JP09652596 A JP 09652596A JP 9652596 A JP9652596 A JP 9652596A JP 3204082 B2 JP3204082 B2 JP 3204082B2
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    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3465Application of solder
    • H05K3/3478Application of solder preforms; Transferring prefabricated solder patterns

Landscapes

  • Wire Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ベアチップ、CS
P(Chip Scale Package)、BGA(Ball GridArray
)パッケージ、およびTCP(Tape Carrier Packag
e)等への金属バンプの製造方法に関する。
【0002】近年の電子装置の小型軽量化への要求に伴
い、IC,LSI等の電子デバイスは、高集積化されて
その入出力端子(電極端子)数は、数百にも及ぶ。この
ような多端子の電子デバイスを回路基板に高密度に搭載
する方法として、チップの表面に金属バンプを形成し、
その金属バンプを電子デバイスのパッドに転写して電子
デバイスを回路基板に実装することが行われている。
【0003】
【従来の技術】ベアチップ、CSPおよびBGAに対す
る金属バンプの形成方法として、特開平7−24963
1号(はんだバンプ及びはんだボールの製造方法及び半
導体装置の製造方法)に開示されている方法がある。こ
の特開平7−249631号には、「Si ウェハを異方
性エッチングして、電子部品の電極パッドに対応する位
置に凹部を形成し、この凹部にはんだペーストを充填し
て加熱することによって該凹部の中に金属ボールを成形
する。次に金属ボールと電極パッドを位置合わせした
後、加熱リフローすることによって、電極パッドに金属
ボールを転写して金属バンプを形成する。」という技術
が開示されている。
【0004】以下図2と図3に基づいて従来の金属バン
プの製造方法を説明する。なお、これら図2と図3に開
示されている技術は、上記特開平7−249631に開
示されている技術と類似の技術である。
【0005】先ず、図2(a) と(b) と(c) と(d) および
(e) に開示されている技術について説明する。なお、図
2において、(a) と(c) は模式的要部平面図であり、
(b) と(d) と(e) は模式的要部側断面図である。
【0006】この図2に開示されている方法は、「Si
ウェハからなる金属ボール形成部材10Aの(100)面
を異方性エッチングして形成された四角錐形状の凹部11
Aの中にはんだペースト1を充填する工程、充填された
はんだペースト1を加熱して凹部11A内に金属ボール2
を生成する工程、この金属ボール2を電子部品50の電極
パッド51に転写する工程、をシーケンス的に実行して電
子部品50の電極パッド51上に金属バンプ3を形成す
る。」というものである。図中、1ははんだ粒子と粘稠
性フラックスから成るはんだペースト、2ははんだペー
スト1中のはんだ粒子が溶融して生成された金属ボー
ル、3は金属ボール2が電極パッド51に融着してできた
金属バンプ、10Aは所定数の凹部11Aが所定位置に形成
されたSi ウェハからなる金属ボール形成部材、をそれ
ぞれ示す。
【0007】図2に開示した方法によって生成された金
属ボール2は、金属ボール形成部材10Aの(100)面
からの突出量が、金属ボール2の直径dの約10%(0.1
d)と少ない。このため、この方法を用いて製造した金
属ボール2は、電子部品50の電極パッド51に転写される
ときに欠損(転写洩れ)が生じる危険性がある。
【0008】次に図3(a) と(b) と(c) と(d) と(e) と
(f) と(g) 及び(h) に開示されている技術について説明
する。なお、図3において、(a) と(d) と(e) は模式的
要部平面図であり、(b) と(c) と(f) と(g) と(h) は模
式的要部側断面図である。
【0009】この図3に開示されている方法は、「Si
ウェハからなる金属ボール形成部材10Bの(110)面
を異方性エッチングして形成された開口の夾角が70.53
°の菱形形状の凹部11Bの中にはんだペースト1を充填
する工程、このはんだペースト1を加熱することによっ
て凹部11B内に金属ボール2を形成する工程、該金属ボ
ール2を電子部品50の電極パッド51に転写する工程〔前
記図2(e) 参照〕、をシーケンス的に実行して金属バン
プ3を形成する。」というものである。
【0010】以上の説明から明らかなように、(11
0)面を異方性エッチングした場合、開口が70.53 °の
菱形であると、短対角線直下に対角線長さの1/2の深
さを有する凹部11Bを得ることができる〔図3(b) 参
照〕。従ってこの凹部11Bにはんだペースト1を充填し
て加熱したときには金属ボール形成部材10Bからの金属
ボール2の突出量は直径dの20%と(100)面のとき
と比較して2倍になる。しかし、この方法によって形成
される凹部11Bは、底面を構成している2面の交線が
(110)面と平行,即ち水平になっていることから、
金属ボール2の移動可能範囲は短対角線の両側の壁面で
規制される範囲内まで拡大されてしまう。このように金
属ボール2の移動範囲が拡大されてしまうと、金属ボー
ル2の形成位置は図3(d) と(e) 或いは(f) と(h) に開
示されているように安定しない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】今後、ULSI(ウル
トラ級のLSI)では、金属バンプ3の間隔が150 μm
前後になると共に、バンプの数が数千にも及ぶことが予
想される。このとき、凹部内に形成されるはんだボール
(金属ボール2)の大きさは80〜90μmとなる。
【0012】このため、(100)面で形成される前記
凹部11Aでは、金属ボール形成部材10Aからの金属ボー
ル2の平均突出量が前記の理由から10μm以下(80〜90
μmの約10%)となり、凹部へのはんだペースト1の充
填が不充分であるときには、この突出量がさらに減少す
ることも考えられる。従って、(100)面で形成され
る凹部11A内の全ての金属ボール2を電子部品50の電極
パッド51に欠損無く転写することは極めて困難となる。
【0013】一方、(110)面で形成される凹部11B
においては、金属ボール形成部材10Bからの金属ボール
2の突出量は金属ボール2の直径の約20%(金属ボー
ル2の直径が90μm の場合は約18μm)となる。こ
のため、金属ボール2を電子部品50の電極パッド51に欠
損無く転写することは比較的容易である。しかしなが
ら、この凹部11Bの場合は、前記図3で説明したように
金属ボール2の位置が不揃いとなる可能性があるため、
(110)面の凹部に形成した数千にも及ぶ金属ボール
2を電子部品50の電極パッド51(図1,図2参照)上に
位置ズレを生じないように正確に転写して金属バンプ3
を形成することは極めて困難である。
【0014】特に、パッド間隔が150 μm前後で且つ数
千にも及ぶULSIの電極パッド51上に金属バンプを欠
損なく形成するためには、金属ボール形成部材からの金
属ボール2の突出量が大きく、しかもこれら金属ボール
2の位置が揃っていることが重要である。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明による金属バンプ
の製造方法は、図1(a) 〜(f) に示すように、面方位が
(110)面に対して或る角度傾斜した(X1 1 0)
〔X1 ≠Y1 ,X1 ≠0,Y1 ≠0〕で表されるSi ウ
ェハからなる金属ボール形成部材10を異方性エッチング
して凹部11を形成し、この凹部11に充填されたはんだペ
ースト1を加熱して生成された金属ボール2を電子部品
50の電極パッド51に転写することで上記課題を解決して
いる。この技術は、前記特開平7−249631に開示
されている技術とは異なる新しい発想に基づく技術であ
る。
【0016】図1(a) と(b) と(c) と(d) と(e) および
(f) は本発明の原理説明図を兼ねた実施例図である。図
中、10は(110)面からθ傾斜した(X1 1 0)面
を有するSi ウェハからなる金属ボール形成部材であ
り、11は異方性エッチングによって形成された凹部であ
る。
【0017】前記(110)面を開口の夾角が70.53 °
の菱形形状に異方性エッチングして凹部11を形成した場
合、この凹部11は、(110)面に垂直な4側面、及び
Si結晶のX−Y面との夾角が54.74 °である2つの底
面によって形成された凹部となる。そしてこれら6面
は、いずれも原子密度の点で(111)面と等価な面で
ある。
【0018】したがって、面方位が(110)面からθ
傾斜したSi ウェハからなる金属ボール形成部材10(X
1 1 0)〔X1 ≠Y1 ,X1 ≠0,Y1 ≠0〕面を異
方性エッチングした場合には、従来底面を構成していた
2面もSi ウェハ(金属ボール形成部材10)に対してθ
傾斜し、この2面と(110)面に垂直な2面の計4面
によって最深部αが形成されることになる。
【0019】本発明は、図1に開示しているように、面
方位が(110)面に対してθ傾斜した面方位(X1
1 0)〔X1 ≠Y1 ,X1 ≠0,Y1 ≠0〕で表される
金属ボール形成部材10を異方性エッチングすることによ
って底面を構成している2面を(X1 1 0)面に対し
てθ傾斜させ、この2面と(110)面に垂直な2面の
計4面によって最深部αを一箇所だけ有する凹部11が形
成されるようにしたものである。
【0020】このようにして、最深部αが一箇所だけ形
成された金属ボール形成部材10を用いることで、該凹部
11内で成形される金属ボール2の位置を揃えることがで
きるとともに、金属ボール2を転写する上で重要な金属
ボール2の凹部11からの突出量を確保することができ
る。
【0021】
【発明の実施の形態】以下実施例図に基づいて本発明を
詳細に説明する。図1(a) と(b) と(c) と(d) と(e) お
よび(f) は本発明の原理説明図を兼ねた実施例図であ
る。図中、1ははんだペースト、2は金属ボール、10は
金属ボール形成部材、11は凹部、をそれぞれ示す。
【0022】本発明による金属バンプの製造方法は、
「面方位が(110)面に対してθ傾斜した(X1 1
0)〔X1 ≠Y1 ,X1 ≠0,Y1 ≠0〕面で表される
Si ウェハからなる金属ボール形成部材10を異方性エッ
チングして凹部11を形成し、この凹部11に充填されたは
んだペースト1を加熱して生成された金属ボール2を電
子部品50の電極パッド51に転写して金属バンプ3を形成
する。」ようにしたことを特徴とする。
【0023】図1に開示した実施例は、「面方位(X1
=10 Y1 =12 Z1 =0)のSiウェハからなる金属
ボール形成部材10〔(110)面との夾角θ=11.31
°〕を異方性エッチングして、一箇所の最深部αを備え
た凹部11を150 μmピッチ(図示せず)で形成し、この
凹部11に充填したはんだペースト1を加熱することによ
って生成された金属ボール2を電子部品50の電極パッド
51に転写して金属バンプ3を形成する。」というもので
ある。
【0024】この方法を用いて形成された凹部11は、図
1からも明らかなように、底面を形成する2面の交線が
(X1 1 0)面に対してθ=11.31 °傾斜しているこ
とから最深部αが一箇所にのみ形成される。従って、こ
の方法を適用すると金属ボール2を電極パッド51に転写
して金属バンプ3を形成するときの信頼性が著しく向上
する。
【0025】なお、異方性エッチングによって金属ボー
ル形成部材10を作るのは大変だから電鋳法等を用いてこ
の金属ボール形成部材10の複製品を作ることも考えられ
る。但し、この金属ボール形成部材10の複製品は、はん
だを撥かなければならないので、はんだが付着しない材
料(例えばアルミニウム,クロム,合成樹脂等)で構成
される。
【0026】以上の説明から明らかなように本発明によ
る金属バンプの製造方法は、面方位が(110)面に対
して或る角度傾斜した(X1 1 0)〔X1 ≠Y1 ,X
1 ≠0,Y1 ≠0〕面を有するSi ウェハを異方性エッ
チングして一か所にのみ最深部αを有する凹部11を形成
し、この凹部11の中にはんだペースト1を充填して金属
ボール2を生成する方法を採用している。このため、生
成された金属ボール2の位置がよく揃うので金属バンプ
3の位置ズレ現象が生じない。また、本方法を適用する
と金属バンプ3の金属ボール形成部材10からの突出量が
大きくなるので金属バンプ3の欠損現象が発生し難い。
【0027】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ベアチップ、CSP、およびBGAパッケー
ジ等への金属バンプ形成を欠損なく、且つ安定的に行う
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図を兼ねた実施例図、
【図2】 従来の金属バンプの製造方法(その1)を説
明するための図、
【図3】 従来の金属バンプの製造方法(その2)を説
明するための図、
【符号の説明】
1 はんだペースト、 2 金属ボール、 3 金属バンプ、 10,10A,10B 金属ボール形成部材、 11,11A,11B 凹部、 50 電子部品、 51 電極パッド、 α 最深部、

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 異方性エッチングによって凹部の形成が
    可能なシリコン板の凹部に形成された金属ボールを電子
    部品の電極パッドに転写する金属バンプの製造方法であ
    って、 面方位が(110)面に対して或る角度傾斜した(a
    b 0)〔a≠b,a≠0,b≠0〕で表される前記結
    晶板を異方性エッチングして底面が一定方向に傾斜した
    凹部を形成し、 この凹部に充填されたはんだ粒子含有ペーストを加熱し
    て生成された金属ボールを前記電子部品の電極パッドに
    転写して該電極パッド上に金属バンプを形成するように
    したことを特徴とする金属バンプの製造方法。
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