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JP2005183904A - 電子部品にはんだ領域を形成する方法及びはんだ領域を有する電子部品 - Google Patents

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JP2005183904A
JP2005183904A JP2004096963A JP2004096963A JP2005183904A JP 2005183904 A JP2005183904 A JP 2005183904A JP 2004096963 A JP2004096963 A JP 2004096963A JP 2004096963 A JP2004096963 A JP 2004096963A JP 2005183904 A JP2005183904 A JP 2005183904A
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JP
Japan
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solder paste
solder
contact pads
substrate
metal
Prior art date
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JP2004096963A
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English (en)
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JP2005183904A5 (ja
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Nathaniel E Brese
ナサニエル・イー・ブレス
Michael P Toben
マイケル・ピー・トーベン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Original Assignee
Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Rohm and Haas Electronic Materials LLC filed Critical Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Publication of JP2005183904A publication Critical patent/JP2005183904A/ja
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Abstract

【課題】電子部品上にはんだ領域を形成する。
【解決手段】１つまたは複数のコンタクトパッド４を有する基板２を提供することと、該コンタクトパッドにソルダーペースト８を付け溶融、再固化することでソルダーバンプ１２’を形成する。ソルダーペーストは、キャリヤ手段、及び金属粒子を有する金属成分を含み、ソルダーペーストの溶融及び該溶融の再固化の後に生じる固相線温度より低い固相線温度を有する。
【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、その全体的な内容が本願に引用して援用される２００３年１２月２２日に提出された米国仮出願第６０／５３２，２６４号の米国特許法（３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．）第１１９条（ｅ）の元での利点を主張する。
本発明は、電子部品にはんだ領域を形成する方法に関する。本発明ははんだ領域を有する電子部品にも関する。例えば、ソルダーバンプ結合プロセスを使用してモジュール回路、インターポーザーまたはプリント配線板（ＰＷＢ）に集積回路（ＩＣ）をボンディングするための半導体デバイス上での相互接続バンプの形成において半導体業界で特に応用がきくことが見出された。
半導体製造業界では現在ウェハレベルパッケージング（ＷＬＰ）に焦点が当てられている。ウェハレベルパッケージングでは、ＩＣ相互接続はウェハ上にひとまとめに製作され、ウェハ上に、それがダイスカットされる前に完全なＩＣモジュールを構築することができる。ＷＬＰを使用して獲得される利点には、例えば入出力（Ｉ／Ｏ）密度の増加、運転速度の加速、出力密度と温度管理の改善、パッケージサイズの減少、及び製造コスト効率の向上が含まれている。
ＷＬＰでは、ウェハ上に導電性の相互接続バンプを設けることができる。例えば、元のＣ４（「制御圧壊チップ接続」）プロセスは、モジュール回路にチップの１つまたは複数をボンディングするためにＩＣチップの平らなコンパクトパッド領域上に付着されるソルダーバンプを利用する。チップ上のソルダーバンプはモジュール回路上の対応するコンタクトパッドと合わせられている。チップ及びモジュール回路は互いに接触し、はんだを溶かすために加熱される。これらの相互接続バンプはＩＣチップとモジュール回路間の電気接続と物理接続としての役割を果たす。次に、モジュール回路は、通常、モジュール回路上の他のコンタクトパッドにはんだをつけ、モジュール回路をＰＷＢ上のコンタクトパッドに接触させ、はんだをリフローするために構造を加熱することによってＰＷＢに取り付けられる。代わりに、ワイヤボンディングは特定の相互接続を行うためにもはんだの代わりに使用されてよい。
電気メッキバンピング、蒸着バンピング、及びバンププリンティングなどの半導体デバイス上で相互接続バンプを形成するいくつかの方法が提案されてきた。これらの技法の内、一般的に電気メッキバンピング及び蒸着バンピングは処理装置に対する多大な設備投資を必要とする。他方、バンププリンティングはより大きな資本を必要としないプロセスである。バンププリンティングでは、基板上にパターン化された金属マスクが設置あるいは形成される。マスクには、バンプがその上に形成されるコンタクトパッドに一致する開口部がある。マスク内の開口部は、最初にマスク上にソルダーペーストを付け、次にペーストを開口部の中に押し込むためにスキージなどのツールを使用することによりソルダーペーストで充填される。マスクは取り外され、ソルダーペーストは加熱され、このようにしてソルダーペーストから金属ソルダーバンプを形成する。
金属ソルダーバンプは、半導体部品のボンディングパッドとモジュール回路の間で信頼できる一貫した電気接続を行うことができるべきである。バンププリンティングに使用されるソルダーペーストは通常金属粒子とキャリヤビヒクルの組み合わせであり、例えば溶媒、有機フラクシング剤及び活性化剤を含んでよい。従来のソルダーペーストには数多くの制限が関連している。例えば、キャリヤビヒクル構成要素の残留物は、多くの場合熱処理の後にはんだバンプ内に留まる。このような残留物は接点の物理的及び／または電気的な特性に悪影響を及ぼす可能性がある。このような残留物を最小限にするか、抑制するため、デバイスまたは基板の材料と合わない過剰に高い温度が必要とされる可能性がある。
Ｃ４または他のウェハバンピングプロセス及びそれに続くモジュールのＰＷＢへのボンディングで使用されるはんだ材料は厳密なボンディング階層に基づいて選択される。例えば、部品がはんだ付けにより基板にボンディングされている場合、はんだ連結部分の軟化及び劣化を妨ぐためにそれ以降の処理の間はんだの固相線温度に近づかないべきである。ウェハ上でバンプを形成するためのＣ４プロセスで使用される典型的なソルダーペーストは、金属成分が９５重量％（重量パーセント）の鉛と５重量％の錫を含む高鉛含有材料である。この組成から生じるソルダーバンプは３１５℃の液相線温度を有する。このソルダーバンプ組成の場合、はんだ連結部分の軟化及び劣化を妨ぐためにそれ以降の処理の間温度が３１５℃に近づかないことが必須である。この目的のため、１８３℃という液相線温度を有する共晶錫／鉛０．３７ソルダーペーストが通常使用される。このようにしてボンディング階層は使用できるはんだ材料の種類を厳しく制限する。材料が最初に溶融し始める温度は固相線と呼ばれるが、金属の最後の小片が最終的に液相に溶解する温度は液相線と呼ばれる。
有効なはんだ材料の選択肢に対する追加の制限は基板の構築物の材料である。例えば、ポリエステルなどの高温に耐えられない基板にはさらに低温のはんだ付け技法が必要とされる。さらに低いはんだ付け温度での信頼性のある相互接続を作り出すために、一般的には、さらに低い溶融材料を使用することが必要となる。例えば、７０Ｓｎ／３０Ｐｂから７０Ｉｎ／３０Ｐｂへの切り替えの結果、融点温度は１９３℃から１７４℃に低減される。残念なことに、これらのより低い溶融はんだは多くの場合電子部品の動作中に疲労または変形（例えばクリープ）し、信頼性を下げる結果となる。その結果、多くの場合、例えばセラミックなどの高温耐久性基板材料を利用することが必要である。したがって、疲労及び変形の問題を排除する、あるいは低減しつつ、さらに低温で電気接続を行うことができるはんだ組成物を自由に使えることが望ましい。
はんだ材料の使用に関するさらに追加の制限は、一般的にソルダーバンピング及びメタライゼーションで使用される鉛含有材料を排除するニーズを高めてきた最近の環境的に動かされた無鉛イニチアティブに関する。残念なことに、鉛含有材料の最良の代替策は、共晶錫−鉛と比較にしてさらに高い固相線温度を有する。現在、Ｓｎ／Ａｇ３．０／Ｃｕ０．５ソルダーペーストが共晶Ｓｎ／Ｐｂの代替物として検討されている。しかしながら残念なことに、Ｓｎ／Ａｇ３．０／Ｃｕ０．５合金の固相線温度は共晶Ｓｎ／Ｐｂの温度より３４℃高い約２１７℃である。この合金が必要とする熱の可動域の増大は電子部品の時期尚早な故障に繋がる可能性があるという懸念がある。したがって、相対的に低い固相線温度を有する共晶Ｓｎ／Ｐｂの適当な代替物を見つけるというニーズが残っている。
相互接続バンプの形成で使用される従来のソルダーペーストは、ミクロン範囲の直径を有する金属粒子を含んでいる。Ｓａｋｕｙａｍａに対する米国特許番号第６，６３０，７４２Ｂ２号は、直径がマスクの厚さより大きく、この厚さの１．５倍を超えない１０重量％以下の粒子を含むソルダーパウダーを開示しており、５μｍから２０μｍの直径が例示的として開示されている。これにより；マスクがソルダーペーストでコーティングされ、そしてスキージがマスク上を前後に移動するときに、開口部を充填しているソルダーペーストが拭き取られてしまい；さらに、金属マスクの開口部の内壁にぴったりついているソルダーペーストが、マスクが取り除かれるときに取り去られてしまうという危険が低減されると言われている。第‘７４２号特許は、低い割合で、小さな粒子直径を有するソルダーパウダーのさらなる利点として、ソルダーペーストが酸化の影響をより受けにくく、その結果としてソルダーペーストのさらに長い寿命を生じさせることを述べている。
したがって、当該技術分野では、例えばウェハレベルパッケージング用の半導体部品上の相互接続バンプなどの電子部品上でのはんだ領域の形成の方法に対する継続するニーズがある。また、当該技術分野においてはこのような方法により形成できる電子部品に対するニーズもある。該方法及び部品は、最先端技術に関して前述された問題の１つまたは複数を防止するか、あるいは著しく改善することができる。
第１の態様に従って、本発明は電子部品上ではんだ領域を形成する方法を提供する。該方法は、（ａ）１つまたは複数のコンタクトパッドを有する基板を提供することと、（ｂ）コンタクトパッド上にソルダーペーストを付けることとを含む。ソルダーペーストは、キャリヤビヒクル及び金属粒子を有する金属成分を含む。該ソルダーペーストは、ソルダーペーストの溶融及び該溶融物の再固化の後に生じる固相線の温度より低い固相線の温度を有する。
追加の態様に従って、本発明は電子部品を提供する。電子部品は（ａ）１または複数のコンタクトパッドを有する基板と、（ｂ）コンタクトパッド上のソルダーペーストを含む。ソルダーペーストは、キャリヤビヒクル及び金属粒子を有する金属成分を含む。ソルダーペーストは、ソルダーペーストの溶融及び該溶融物の再固化の後に生じる固相線温度より低い固相線温度を有する。
本発明の他の特徴及び優位点は、以下の説明、請求項及び添付される図面の検討時に当業者に明らかになるであろう。
本発明は、類似する参照番号が類似する特徴を示す以下の図面に関して説明されるであろう。
本発明の方法は、本発明の第１の態様に従うはんだ領域形成プロセスの例示的なプロセスフローを描く図１（ａ）から（ｆ）に関してここで説明される。ここに使用されるように、用語「ａ（１つの）」及び「ａｎ（１つの）」は特別の定めがない限り１つまたは複数を意味する。用語ナノ粒子は、５０ｎｍ以下の直径を有する粒子を意味する。用語「金属」は単一成分の金属、金属の混合物、金属合金及び金属間化合物を意味する。本発明の方法は、電子部品上ではんだ領域を形成することを含む。本発明で使用されるはんだは、金属粒子の形を取る金属成分及びキャリヤビヒクル成分を含むソルダーペーストから形成される。金属粒子のサイズは、ソルダーペーストが、ソルダーペーストの溶融及び該溶融物の再固化の後に生じる固相線温度より低い固相線温度を有するように選ばれる。
本発明は、金属ナノ粒子が、バルク金属と同じ固相線温度を有する従来のソルダーペーストに使用されるそれらの、より大きなサイズの対応物よりも低い固相線温度を有するという原則に基づいている。金属の固相線温度は、閾値以下の粒子サイズにおける漸進的低減により漸進的に低減することができる。いったん溶融し、固化すると、結果として生じる金属は再固化した溶融／バルク材料の固相線温度を持つ。ソルダーペーストに取り込まれると、ナノ粒子は同様にそれ以後に溶融、固化した材料に比較してソルダーペーストの固相線温度を低減するために有効である。その結果として、それ以後の熱処理プロセスの間に、その同じ（またはさらに高い）温度でリフローしない、指定温度でのはんだ領域を形成することが可能である。これにより、ソルダーペースト及び他のデバイス材料の選択においてだけではなく、電子部品のボンディング階層においてもかなりの柔軟性が可能になる。
さらに、使用される金属粒子が、有機成分が、例えばフラクシング剤で使用されるときに、ソルダーペーストのリフローの後に留まる可能性がある有機残留物の低減または除去を生じる結果となる場合がある。特定の理論により制限されることを望んでいないが、ソルダーペースト内の金属粒子の相対的に高い表面積が有機材料の分解の触媒速度を高める可能性があると考えられている。
金属粒子の有効サイズは、例えば特定の金属及びソルダーペーストの所望される固相線温度に依存するが、有効な粒子は一般的にはナノメートルサイズの範囲にある。ナノ粒子は、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング、電解堆積、レーザ分解、アーク加熱、高温炎またはプラズマスプレイ、エアゾール燃焼、静電塗装、テンプレーテッド（ｔｅｍｐｌａｔｅｄ）電着、沈殿、凝結、研摩などの物理的気相堆積法（ＰＶＤ）などの多岐に渡る既知の技法により生成できる。例えば、その全体的な内容が本願に援用して引用される国際公開番号ＷＯ第９６／０６７００号は、レーザ、電気アーク、炎、またはプラズマなどのエネルギーソースを使用して開始材料の加熱及び分解により開始材料からナノ粒子を形成する技法を開示している。
本発明で有効な金属粒子は、例えば、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、銀（Ａｇ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）、プラチナ（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ランタニド、これら組み合わせ、及びこれらの合金を含む。これらの内、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｃｕ、これらの組み合わせ、及びこれらの合金は、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｕ及びＳｎ−Ｉｎなどの典型的な錫と錫合金である。さらに詳細には、Ｓｎ−Ｐｂ３７、Ｓｎ−Ｐｂ９５、Ｓｎ−Ａｇ３．５、Ｓｎ／Ａｇ３．０／Ｃｕ０．５（金属成分に基づいた重量％）などが本発明における使用に見出される。
金属粒子サイズ及びソルダーペーストにおけるサイズの分布は、例えば、粒子の種類（複数の場合がある）に依存する所望される固相線温度を提供するために選択できる。例えば、粒子サイズ及び分布は、ソルダーペーストの溶融及び該溶融物の再固化後である、結果として生じる固相線温度よりも３℃以上低い、例えば、５℃以上低い、１０℃以上低い、５０℃以上低い、１００℃以上低い、２００℃以上低い、４００℃以上低い、または５００℃以上低い、ソルダーペーストの固相線温度を提供するために選択することができる。
金属粒子サイズは、通常、ソルダーペーストに基づいて、５０重量％より大きな量で、例えば８５重量％より大きな量でソルダーペースト中に存在する。前述されたように、金属粒子の固相線温度を引き下げるために有効な粒子サイズ及び結果として生じるソルダーペーストは粒子材料の特定の種類（複数の場合がある）に依存するであろう。一般的には、粒子の５０％以上、例えば７５％以上、９０％以上、または９９％以上が、５０ｎｍ以下の直径、例えば、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、または１０ｎｍ以下を有するならば十分であろう。一般的には、金属及び／または金属合金粒子の平均直径は５０ｎｍ以下、例えば３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、または１０ｎｍ以下である。通常、金属粒子のサイズ及びサイズ分布は、固化した溶融物の固相線温度より低い温度でソルダーペーストの溶融を可能にするために有効なものである。しかしながら、結果として生じるはんだ領域は電子部品中に十分に信頼できる電気接続を提供すると仮定すると、粒子のあるパーセンテージが、溶融しないさらに大きなサイズであれば十分である場合がある。さらに大きな粒子の一部はソルダーペーストの溶融された部分に溶解する可能性がある。
１つまたは複数の成分を含むキャリヤビヒクルは、例えば１つまたは複数の溶媒、フラクシング剤及び活性化剤を含むことがある。キャリヤビヒクルは通常、１重量％から２０重量％の量、例えば５重量％から１５重量％でソルダーペースト内に存在する。
溶媒は、通常、例えば５００ｋｃｐｓ（キロセンチポアズ）から１，５００ｋｃｐｓまたは７５０ｋｃｐｓから１，０００ｋｃｐｓなど、通常は１００ｋｃｐｓから２，０００ｋｃｐｓであるソルダーペーストの粘度を調整するためにキャリヤビヒクル内に存在する。適切な溶媒は、例えばエタノールなどの低分子重量アルコール、メチルエチルケトンなどのケトン、エチルアセテートなどのエステル、及びケロシンなどの炭化水素などの有機溶媒を含む。溶媒は、通常１０重量％から５０重量％の量、例えば３０重量％から４０重量％のキャリヤビヒクル中に存在している。
フラクシング剤は、さらにソルダーペーストの基板への接着を改善するためにキャリヤビヒクルに含まれることができる。適当なフラクシング剤としては、例えば、重合ロジン、水素化ロジン、及びエステル化ロジンなどの１つまたは複数のロジン、脂肪酸、グリセリン、またはソフトワックスが挙げられる。使用時、フラクシング剤は通常２５重量％から８０重量％の量でキャリヤビヒクル中に存在する。
活性化剤は、ソルダーペーストが加熱されるときにコンタクトパッドの表面上に、または金属粒子の表面上に形成される酸化物を除去するのに役立つ。適当な活性化剤は当該技術分野において周知であり、例えば琥珀酸またはアジビン酸などの１つまたは複数の有機酸、及び／または尿素などの有機アミン、ＥＤＴＡなどの他の金属性のキレート剤、塩化アンモニウムまたは塩酸などのハロゲン化合物を含む。使用時、活性化剤は、通常０．５重量％から１０重量％の量、例えば１重量％から５重量％でキャリヤビヒクル中に存在する。
任意に、硬化ヒマシ油、ヒドロキシステアリン酸、またはポリヒドリドアルコールなどのチキソトロープ剤などの追加の添加剤がソルダーペースト中で使用されてよい。任意の添加剤は、通常、０重量％から５重量％の量で、例えば０．５重量％から２．０重量％でソルダーペースト中に存在する。
形成された電子部品の腐食及び関連する問題の可能性を低減するために、ソルダーペーストには実質上ハロゲンとアルカリ金属の原子は含まれていなくてよい。通常、はんだ中のハロゲンとアルカリ金属の原子の含有量は１００ｐｐｍ未満であり、例えば１ｐｐｍ未満である。
本発明によるソルダーペーストは、所望される任意の構成要素を含む金属成分をキャリヤビヒクル成分と混合することにより形成できる。非金属成分は、より均一な分散を実現するために最初に混合されてよい。
図１（ａ）から（ｆ）は、本発明の１態様による、電子部品上での相互接続バンプの形を取るはんだ領域の、その形成の多様な段階での断面を示す。図１（ａ）に関して、電子部品の基板２が設けられる。電子部品は、例えば、単結晶シリコンウェハなどの半導体ウェハ、サファイア上シリコン（ＳＯＳ）基板、またはインシュレータ上シリコン（ＳＯＩ）基板、ＩＣチップなどのシンギュレーテッド（ｓｉｎｇｕｌａｔｅｄ）半導体チップ、１つまたは複数の半導体チップを保持してよいモジュール回路、プリント配線板、またはその組み合わせである場合がある。
基板は、その表面上に１つまたは複数のコンタクトパッド４、通常は複数のコンタクトパッド４を有する。コンタクトパッド４は金属、複合金属、または金属合金から形成され、通常はスパッタリングまたは蒸着などの物理的気相成長法（ＰＶＣ）、もしくはメッキによって形成される。典型的なコンタクトパッド材料は、無制限にアルミニウム、銅、窒化チタン、クロム、錫、ニッケル、並びにこれらの組み合わせ及びこれらの合金を含む。通常、パシベーション層がコンタクトパッド４上に形成され、コンタクトパッドに広がる開口部は、エッチングプロセスにより、典型的にはドライエッチングによりその中に形成される。パシベーション層は、通常例えば窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、またはホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）などの酸化ケイ素などの絶縁体である。このような材料は、プラズマエンハンストＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）などの化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスによって堆積できる。コンタクトパッド４は、形成されるはんだ領域のための接着層及び電気コンタクトベースとしての役割を果たす。他の形状が使用されてよいが、通常、コンタクトパッドの形状は、正方形または長方形である。
コンタクトパッドに対応する開口部を有するパターン化されたマスクが基板表面と近接させられるか、あるいは当分野において周知であるように、基板表面上に形成することができる。パターン化されたマスクは、例えばコンタクトパッドに対応する、それを通じて形成される開口部を有する金属プレート（図示されていない）である場合があり、一直線になって、基板表面と接触して、あるいは基板表面とほぼ接触して設置される。代わりに、図１（ｂ）と（ｃ）に図示されるように基板表面上にマスクを形成することができる。このケースでは、例えばマサチューセッツ州、マルボロ（Ｍａｒｌｂｏｒｏｕｇｈ，ＭＡ）のＳｈｉｐｌｅｙ ＣｏｍｐａｎｙＬ．Ｌ．Ｃ．から市販されているＳｈｉｐｌｅｙ ＢＲＭ（商標）１００レジストなどのフォトレジスト材料などのマスク材料６を基板２の表面上にコーティングできる。フォトレジスト層６は標準的なフォトリソグラフィの露光技法と現像技法によってパターン化され、マスク６'を形成する。代わりに、例えば酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはオキシ窒化ケイ素などの誘電層をコーティングし、エッチングすることによって基板表面上にマスクを形成することができる。
マスク開口部は、通常、コンタクトパッド４の周辺部を越えて広がり、はんだの、パッド及びパッドを越えた周辺領域上でのコーティングを可能にする。マスク開口部は多様な幾何学形状となる場合があるが、通常はコンタクトパッド４と同じ形状である。限定するものではないが、マスク６'の厚さは、ソルダーペーストの所望される厚さまでのコーティングを可能にするほど十分に厚いべきである。
次に、前述されたようなソルダーペースト８がコンタクトパッド４上にコーティングされる。厚さは関与する特定のソルダーペースト及び幾何学形状しだいであるが、ソルダーペーストは通常、例えば厚さ５０μｍから１５０μｍ、または２００μｍから４００μｍの厚さまでコンタクトパッド４上にコーティングされる。図１（ｄ）に図示されるように、これは、例えばマスク６'の表面上にソルダーペーストを堆積し、スキージ１０などのツールを使用してマスクの表面にわたってソルダーペーストを移すことによって達成できる。このようにして、ソルダーペーストは図１（ｄ）と（ｅ）の中のソルダーペースト領域１２として図示されるコンタクトパッド上でマスクの穴の中に移される。マスク６'は、通常、必ずしもではないが、取り除かれ、基板２はソルダーペーストを溶かすために加熱され、このようにして図１（ｆ）に図示されるようにソルダーバンプ１２'を形成する。加熱は、ソルダーペーストが溶けて、面取りされた、実質的には球状の形状にフローし、このようにして図１（ｆ）に図示されるようにソルダーバンプ１２'を形成する温度でリフローオーブンの中で伝導することができる。適当な加熱技法は当該技術分野において周知であり、例えば赤外線技法、伝導技法、及び対流技法、ならびにその組み合わせを含む。リフローされた相互接続バンプは、通常、コンタクトパッド構造の端縁と同一の広がりを持つ。熱処理ステップは不活性ガス雰囲気または空気中で実施することができ、特定のプロセス温度及び時間はソルダーペーストの特定の組成及びその中の金属粒子のサイズに依存している。
図２（ａ）から（ｂ）は、相互接続バンプ１２’の形を取るはんだ領域を有する前述されたような電子部品を、ソルダーバンプ１２'に一致するコンタクトパッド１６を有する基板１４にボンディングすることによって形成される電子部品１３を断面図として描くものである。このボンディング技法は、例えばＩＣをデバイスパッケージ、モジュール回路もしくはＰＷＢに直接的に、またはモジュール回路もしくはデバイスパッケージをＰＷＢに、など２つの電子部品を一緒にボンディングするために有効である。部品１４のコンタクトパッド１６は、コンタクトパッド４に関して前述されたような材料から構築されてよい。コンタクトパッド１６は、一般的にはＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＰｄまたはＡｕである。図２（ａ）に関して、一方の電子部品のはんだ領域１２'が部品１４のコンタクトパッド１６と概して合致し接触するように、２つの電子部品が互いに概して合致し、接触させられる。次に部品はソルダーバンプ１２’を溶かすのに有効な温度まで加熱され、これによりコンタクトパッド１６との結合を形成する。加熱は、ソルダーバンプ１２'を形成する際に使用されるソルダーペーストの加熱に関して前述された同じ技法を使用して実施できる。
図３（ａ）から（ｆ）は、本発明のさらなる態様に従った、電子部品上のはんだ領域を、その形成の多様な段階での断面を示す。本発明のこの態様は例えば２つの電子部品を一緒にボンディングする際に有効であり、２つの部品はナノ粒子ソルダーペーストを溶融する前に互いに接触させられる。図１（ａ）から（ｅ）に関する前記説明は、概して図３（ａ）から（ｅ）に適用可能である。ソルダーバンプの形成において使用される厚さ未満のソルダーペースト厚さを利用することは、本発明のこの態様で有益である場合がある。例えば、ソルダーペーストは例えば厚さ１μｍから５０μｍまで、あるいは厚さ１０μｍから２０μｍまでの厚さにコンタクトパッド４上にコーティングされてよい。加えて、はんだ領域を図示されるようなコンタクトパッドに制限することが望ましい場合がある。次にマスク６'が取り除かれ、図３（ｆ）に示すように、このようにしてコンタクトパッド４上に形成されるナノ粒子ソルダーペーストの形を取るはんだ領域１２を有する電子部品を形成する。
図４（ａ）から（ｂ）は、ナノ粒子ソルダーペースト１２の形を取るはんだ領域を有する前述されたような電子部品を、ソルダーバンプ１２に対応するコンタクトパッド１６を有する基板１４にボンディングすることによって形成される電子部品１３を、その断面について示すものである。図２（ａ）から（ｂ）に関して前記の説明は、特に断りのない限り、概して適用可能である。本実施形態の部品１４のコンタクトパッド１６は、コンタクトパッド４に関して前述されたような物質、通常はＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＰｄまたはＡｕから構築されてよい。図４（ａ）に関して、一方の電子部品のはんだ領域１２が部品１４のコンタクトパッド１６と概して合致し、接触するように、２つの電子部品は互いに概して合致し、接触している。次に、部品はソルダーペースト１２を溶融するために有効な温度まで加熱される。該溶融物の固化時、開始ソルダーペーストより高い固相線温度を有する２つの部品の間の結合が形成される。加熱はソルダーバンプを形成する際に使用されるソルダーペーストの加熱に関して図１に関して前述された同じ技法を使用して実施できる。ソルダーペースト領域が、基板を接触させる前にどちらかの基板または両方の基板のコンタクトパッド上に形成できることが明らかであるべきである。
次に示す予言的な例は本発明をさらに説明することを目的としているが、本発明の範囲をいかなる態様においても制限することを目的としていない。
実施例１から１０
本発明によるナノ粒子ソルダーペーストは以下のように調製される。０．２５Ｍの安息香酸溶液が０．９２ｇの安息香酸と２０ｍｌのジエチルエーテルから調製される。８６ｇのはんだ合金ナノ粒子が溶液に添加され、ときおり攪拌しながら１時間浸される。粉末スラリーが洗い流され、乾燥される。ロジンをベースにしたフラックスが５０重量％のロジン、４１重量％のグリコール溶媒、４重量％の琥珀酸、及び５重量％のヒマシ油から調製される。フラックスは金属粒子に添加され、表１に記載されるように重量で８８重量％金属のペーストを形成する。結果として生じるソルダーペーストは、後述されるように電子デバイス上でのはんだ領域を形成するために使用される。
その表面上に形成されるＩＣチップを有する半導体ウェハが設けられる。それぞれのＩＣチップは、１００μｍのピッチで６４個のコンタクトパッド（それぞれの側に２００μｍ）を有する。金属マスクは表面に接触して設置され、マスクはコンタクトパッドを露呈する１５０μｍの直径の開口部を有する。ソルダーペーストはスキージでマスク全体に広げられ、ソルダーペーストはマスクの開口部を充填する。ウェハは表１に図示される推定固相線温度（Ｔｓｏｌ）まで加熱され、このようにしてはんだを溶かし、コンタクトパッド上にソルダーバンプの形を取るはんだ領域を形成する。Ｔｓｏｌと溶融及びその固化の後のソルダーペーストの推定固相線温度の差異（Ｔｓｏｌ−Ｔｂｕｌｋ）は、表１に示されている。認められるように、ナノ粒子ソルダーペーストを使用することで、指定材料について推定固相線温度の顕著な減少が達成できる。さらに、この減少の程度は金属粒子サイズの調整により制御できる。
Figure 2005183904
本発明はその特定の実施形態に関して詳細に説明されてきたが、請求項の範囲から逸脱することなく多様な変更及び変形を加えることができ、同等物が利用できることは当分野にとって明らかであろう。
図１の（ａ）〜（ｆ）は、本発明に従った、電子部品上の相互接続バンプの形でのはんだ領域について、その形成の多様な段階での断面を示す図である。 図２の（ａ）〜（ｂ）は、本発明のさらなる態様に従って、相互接続バンプの形を取るはんだ領域を有する電子部品を基板にボンディングすることによって形成される電子部品について、その形成の多様な段階の断面を示す図である。 図３の（ａ）〜（ｆ）は、本発明のさらなる態様に従った、電子部品上のはんだ領域について、その形成の多様な段階での断面を示す図である。 図４の（ａ）〜（ｂ）は、本発明のさらなる態様に従っが、はんだ領域を有する電子部品の基板へのボンディングについて、その形成の多様な段階での断面を示す図である。
符号の説明
２ 基板
４ コンタクトパッド
６ フォトレジスト
６’ マスク
８ ソルダーペースト
１０ スキージ
１２ ソルダーペースト領域
１２’ソルダーバンプ
１３ 電子部品
１４ 部品
１６ コンタクトパッド

Claims (10)

  1. （ａ）１つまたはそれより多いコンタクトパッドを含む基板を提供し、さらに
    （ｂ）コンタクトパッド上にソルダーペーストを適用すること（ここで、該ソルダーペーストはキャリヤビヒクル及び金属粒子を含む金属成分を含む）
    を含む、電子部品上にはんだ領域を形成する方法であって、
    前記ソルダーペーストが、該ソルダーペーストの溶融及び該溶融物の再固化の後に生じる固相線温度より低い固相線温度を有する、前記方法。
  2. 粒子の５０％以上が５０ｎｍ以下の直径を有する請求項１記載の方法。
  3. 金属及び／または金属合金粒子の平均直径が３０ｎｍ以下である請求項１または２記載の方法。
  4. （ｃ）ソルダーペーストを溶融するために有効な温度にソルダーペーストを加熱し、さらに
    （ｄ）該溶融物を固化すること
    をさらに含む請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
  5. 基板が複数のコンタクトパッド及び該コンタクトパッド上に複数の対応するはんだ領域を含む請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
  6. （ｃ）第１の基板の１つまたはそれより多いコンタクトパッドに対応する、１つまたはそれより多いコンタクトパッドを含む第２の基板を提供し、さらに
    （ｄ）第１の基板と第２の基板を互いに接触させること（ここで、第２の基板のコンタクトパッドが第１の基板のコンタクトパッドと整合している）
    をさらに含む請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
  7. （ｄ）において第２の基板のコンタクトパッドがソルダーペーストと接触しており、かつ
    （ｅ）（ｄ）の後、該ソルダーペーストを溶融するのに有効な温度でソルダーペーストを加熱すること、
    をさらに含む請求項６記載の方法。
  8. （ａ）１つまたはそれより多いコンタクトパッドを含む基板；および
    （ｂ）コンタクトパッド上のソルダーペーストであって、キャリヤビヒクル及び金属粒子を含む金属成分を含む該ソルダーペースト
    を含む電子部品であって、
    前記ソルダーペーストが、該ソルダーペーストの溶融及び該溶融物の再固化の後に生じる固相線温度より低い固相線温度を有する前記電子部品。
  9. 粒子の５０％以上が５０ｎｍ以下の直径を有する請求項８記載の電子部品。
  10. 基板が複数のコンタクトパッド及び該コンタクトパッド上の対応するソルダーバンプを含む請求項８または９記載の電子部品。
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