有芯结构焊料凸点及其制造方法_2

文档序号:9829975阅读:来源:国知局
所述金属掩模33具有露出焊盘电极2的大致中央部的表面程度的开口,利用橡胶滚轴 31在从金属掩模33的开口至焊盘电极2的大致中央部的表面上印刷芯用浆料32(参考图2的 (b))。由此,芯用浆料印刷填充于上述的开口(SI)。
[0034]接着,卸下金属掩模33(参考图2的(c)),以与芯用浆料32的种类相应的温度(与焊 膏34的回流温度接近或其以下的温度)进行烧结(S2),从而在焊盘电极2的大致中央部形成 沿与半导体基板1垂直的方向延伸,且高度比最终形成的焊料凸点的高度H更低的烧结芯3。 [0035]图4中作为烧结芯3的一例而示出使用芯用浆料E(参考表2)并以240°C的烧结温度 形成的9个烧结芯3的SEM图像。
[0036]另外,图2中省略了形成于焊盘电极2表面的UBM的图示,但UBM设置于焊盘电极2之 上的情况也包含于本申请发明的范围。
[0037]在所述第1工序中形成的烧结芯3能够作为第一群粉末和第二群粉末的烧结体而 构成。
[0038]并且,所述烧结芯3能够作为含有构成所述第一群粉末和所述第二群粉末的构成 成分元素的合金烧结体而构成,或者也可以作为所述粉末烧结体和合金烧结体的混合烧结 体而构成。
[0039]这里,第一群粉末是含有第一 A群粉末及第一 B群粉末中的至少任一个的粉末,并 且,作为第一 A群粉末,能够使用选自〇1^8、六11^?(1、1^、附、?6和(:〇中的一种或两种以上 的金属粉末,并且,作为第一 B群粉末,能够使用选自液相线温度为450°C以上的钎焊合金粉 末及液相线温度为280°C以上的高温焊料合金粉末的一种或两种以上的合金粉末。
[0040]并且,第二群粉末是含有第二A群粉末及第二B群粉末中的至少任一个的的粉末, 并且,作为第二A群粉末,能够使用选自Sn、In、Bi和Ga中的一种或两种以上的金属粉末,并 且,作为第二B群粉末,能够使用液相线温度为240°C以下的焊料合金的合金粉末。
[0041]用于形成烧结芯3的烧结温度应为与对在第2工序中印刷涂布于烧结芯3的周围的 焊膏34进行回流的温度接近或其以下的温度。这是由于,即使在进行焊膏回流处理时,也需 要烧结芯3不软化、不熔融,并且维持着作为烧结芯3的形状来使焊料金属4附着于烧结芯3 的周围。由此,形成高纵横比的焊料凸点5,并且烧结芯3与焊料金属4具有较大的接触面积, 从而能够防止焊料凸点因自重而扁平化。而且,焊料金属4与烧结芯3的粘附性得到提高,进 而发挥提高凸点与焊盘电极2、半导体基板1之间的粘附性的作用。
[0042]在此,若构成烧结芯3的第一群粉末的含量小于10质量%,则在回流时熔融的第二 群粉末过多,导致芯崩坏,无法成为芯柱状的烧结芯3。并且,导致在第2次回流时,在构成芯 柱状的烧结芯3的第一群粉末和第二群粉末中发生由第二群粉末引起的再熔融。
[0043] 另一方面,若第一群粉末的含量超过90质量%,则在回流时熔融的第二群粉末过 少而无法进行烧结,导致在作为第2工序的焊料金属浆料的印刷时形状崩坏,因此在本申请 发明中,优选将混合粉末中的第一群粉末的含量设为10~90质量%,更优选设为30~80质 量%。
[0044] 并且,根据焊料金属4的种类和构成烧结芯3的材质的组合的不同而在焊料金属4 和烧结芯3的界面产生扩散反应,焊料金属4和烧结芯3的粘附性提高,形成粘附性更加优异 的高纵横比的焊料凸点。
[0045] 作为本申请发明的有芯结构凸点的烧结芯3,若从烧结芯3的形成难易度的观点, 即能够以焊膏34的回流处理温度附近或其以下的比较低的温度进行烧结的烧结性的观点 考虑,进而从与焊料金属4的润湿性、粘附性优异的观点考虑,则作为构成烧结芯3的第一A 群的金属粉末,优选使用选自Cu、Ag和Au中的一种或两种以上的金属粉末,并且,作为第二A 群的金属粉末,优选使用选自Sn、In和Bi中的一种或两种以上的金属粉末。
[0046] 为了形成所述烧结芯3而使用的芯用浆料32例如能够以如下顺序制备。
[0047] 作为芯用浆料用原料粉末,准备含有第一 A群粉末及第一 B群粉末中的至少任一个 的第一群粉末、及含有第二A群粉末及第二B群粉末中的至少任一个的第二群粉末。
[0048] 对于这些粉末,以将芯用浆料用粉末的总重量设为100质量%时第一群粉末为10 ~90质量%,并且剩余部分为第二群粉末的方式进行配合来制作混合粉末。
[0049] 将该混合粉末在V型混合机等通常使用的粉末混合机中进行混合。
[0050] 接着,将芯用浆料32的总重量设为100质量%时,优选以助焊剂为5~40质量%,且 剩余为所述混合粉末的方式进行配合,并且将该芯用浆料32在机械捏合机等通常使用的捏 合机中进行混合,从而制作出为了形成本申请发明的有芯结构凸点的烧结芯3而使用的芯 用浆料32。
[0051] 作为芯用浆料32的助焊剂,能够使用通常所使用的一般的助焊剂,并没有特别的 限制,但从浆料的润湿性的观点等来看,优选RA或RMA助焊剂。并且,在该助焊剂中,含有通 常所使用的松香、活性剂、溶剂及触变剂等也无妨。
[0052]并且,若芯用浆料32中的助焊剂含量小于5质量%,则不会成为浆料状。另一方面, 若助焊剂含量超过40质量%,则芯用浆料32的粘度过低,在印刷时会产生塌边(夕''P),在回 流时导致芯崩坏而无法确保作为芯柱状的烧结芯3的充分的高度。从以上理由来看,优选将 芯用浆料32中的助焊剂含量设为5~40质量%,更优选将助焊剂含量设为6~15质量%。 [0053]在所述第1工序中,通过对芯用浆料32进行烧结来形成烧结芯3,但用于形成烧结 芯3的烧结温度需要为与在第2工序中使用的焊膏34的回流处理温度(这依赖于焊料金属4 的种类)接近或者更低的温度。
[0054]因此,需要根据所使用的焊料金属4的种类来决定芯用浆料32中所含有的混合粉 末的种类、配合比例。
[0055] 例如,作为焊料金属4而使用Pb-Sn系合金(回流处理温度约为210°C)时,需要使用 以该回流温度进行烧结的芯用浆料,在形成烧结芯3之后,印刷Pb-Sn系合金浆料,并以该回 流温度形成凸点。并且,使用Sn、SnAg系合金、SnCu合金、SnAgCu系合金(回流处理温度约为 240°C)时,需要使用以该回流温度进行烧结的芯用浆料,在形成烧结芯3之后,印刷Sn、SnAg 系合金、SnCu合金、SnAgCu系合金衆料,并以该回流温度形成凸点。
[0056]如上所述,本申请发明中使用的芯用浆料32需要确定第一群粉末和第二群粉末的 种类、配合比例,以便在它们的回流处理温度下进行烧结。通常,烧结是通过第二群粉末熔 融而与第一群粉末发生反应来进行。
[0057] 另外,对于烧结芯3(或者芯用浆料32的混合粉末)和焊料金属4,使用相同成分系 的材料来形成焊料凸点时,与烧结芯3的界面上的焊料金属4的整合性较高,因此能够形成 粘附性更高的焊料凸点。
[0058] 在所述第1工序(图2的(a)~(d))中,在焊盘电极2的大致中央部形成沿与半导体 基板1垂直的方向延伸,且高度低于最终形成的焊料凸点的高度H的烧结芯3之后,在第2工 序中,印刷涂布焊膏34,从而制作有芯结构的焊料凸点。
[0059] 即,安装金属掩模35,该金属掩模35具有比烧结芯3形成于大致中央部的焊盘电极 2的直径更大的开口,且具有烧结芯3的高度以上的厚度(参考图2的(e)),并从金属掩模35 的开口起,以覆盖焊盘电极2的露出部分及烧结芯3整体的方式利用橡胶滚轴36来印刷涂布 焊膏34(参考图2的(f))。由此,焊膏34印刷填充于上述开口(S3)。
[0060] 接着,卸下金属掩模35(参考图2的(g)),以与焊膏34的种类相应的回流处理温度 进行回流处理(S4),并在焊盘电极2的表面上且以将烧结芯3封入于其内部的方式形成焊料 凸点(参考图2的(h))。
[0061] 通过所述第1工序(图2的(a)~(d))及第2工序(图2的(e)~(h)),形成本申请发明 的有芯结构焊料凸点。
[0062] 图3中示出本申请发明的有芯结构焊料凸点的纵剖面放大示意图。
[0063] 如图3所示,本申请发明的有芯结构焊料凸点为烧结芯3包含于凸点内部,且焊料 金属4被覆于该烧结芯3的周围的所谓卵型形状,并以此来构成有芯结构的焊料凸点。
[0064] 以往的焊料凸点中,在凸点内部未形成有烧结芯3,因此由于焊料凸点本身的自 重,凸点扁平化,无法提高凸点高度,但根据本申请发明,通过使焊料金属4粘附于构成有芯 结构的焊料凸点内部的烧结芯3,由此不会导致导电性的下降,且焊料凸点与烧结芯3、乃至 焊料凸点与焊盘电极2、半导体基板1之间的粘附力提尚。
[0065] 而且,烧结芯3沿与半导体基板1垂直的方向延伸,且在该周围附着有焊料金属4而 构成焊料凸点,因此能够提高焊料凸点的高度H。
[0066] 其结果,与将现有技术中的焊料凸点的高度设为h,并且将焊料凸点直径设为d时 的以往的焊料凸点的纵横比h/d相比,本申请发明的有芯结构的焊料凸点的高度H和焊料凸 点的直径D之比Η/D的值(即,本申请发明的焊料凸点的纵横比)成为较大的值(即,H/D>h/ d),形成高纵横比的焊料凸点,因此能够实现焊料凸点的细距化。
[0067]另外
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