制造具有凸块的电子组件的方法

专利名称：制造具有凸块的电子组件的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造具有布线基板(wiring substrate)和凸块(bump) 的电子组件的方法和安装基板的方法，更具体而言，涉及制造电子组 件的方法，所述电子组件具有抑制连接时良率降低的能力。
背景技术：
用于将安装有半导体芯片的布线基板安装在诸如母板的其他基板 的技术，提供了一种将凸块作为外部连接端子安装在布线基板上以通 过凸块连接布线基板和其他基板的技术。
在日本专利特开No.2003-218161中，公开了一种涉及焊料凸块平 坦化按压模具(jig)的技术，用于将多个焊料凸块的顶点部分平坦化，使 得它们彼此齐平。在日本专利特开No.2007-208080中，公开了一种使 焊料凸块能够通过加热和施加压力加工而呈盘形的技术。在日本专利 特开No.10-126047中，公开了一种按压焊料凸块使得提供平板来保证 凸块边缘度数的技术。在这些现有技术中，凸块边缘形状是平的。
在日本专利特开No.2001-085558中，公开了一种根据印刷布线板 的弯曲量形成具有不同高度的凸块的技术。在日本专利特开 No.2001-007132中，公开了一种涉及焊料凸块形成设备的技术。在这 些现有技术中，凸块形状是球形的。
在日本专利特开No.2000-243772中，公开了一种通过使用形成有 凹部的硅模板将导电球连接到电极焊盘的技术。在日本专利特开No.11-97471中，公开了一种将具有棱锥形的突出电极连接到在半导体 芯片上布置的各个焊盘电极的技术。在日本专利特开No.2004-221502 中，公开了如下的一种技术通过镀层工艺嵌入形成有凹陷的Si模板 和其上形成有镀层抗蚀剂的开口部Au，并且通过热压等方法将芯片上 的电极(焊盘)键合到模板上。在日本专利特开No.9-172021中，公开 了如下的一种技术向在半导体器件的一个表面上形成的多个电极提 供导电材料，以将这些导电材料连接到多个电极，从而将导电材料模 制成具有钟形。在这些现有技术的互连工艺中，凸块没有被熔化，并
且凸块的形状是圆椎形或棱锥形。
在日本专利特开No.ll-126863中，公开了一种使焊料凸块能够成 柱状端子以便获得高连接可靠性的技术。在该技术中，柱状端子的高 度大于最大直径。另外，进行了如下描述焊料附着到柱状端子，以 将布线基板通过焊料连接到附着基板上。在该互连工艺中，柱状端子 没有被熔化。因此，柱状端子相对于布线基板的弯曲变形而膨胀/收縮 变形，使得布线基板和附着基板之间的连接可靠性增强。另外，公开 的是，在凸块底表面提供凹部。
然而，本发明的发明人从以上提及的文献中发现了以下问题不能 得以解决。为了使凸块能够连接到其他电子组件的端子，需要在该电 子组件的端子上充分地润湿通过回流熔化的凸块材料。然而，存在以
下可能性即使加热凸块使得温度变为等于熔点或更高，对于其他基
板的端子，凸块也没有充分润湿，由此使布线基板和其他电子组件遭 受不合要求的连接，使得良率降低。提出解决凸块前端形状被加工使 得提供凹部来增大面积的现象。然而，发生的问题是，当在形成这种 不平坦部分的过程中在一端和另一端之间的接触表面处存在相对于外 围的闭合凹部时，助熔剂积聚在该部分，使得助熔剂没有充分传送到 外围
发明内容
根据本发明，提供了一种制造电子组件的方法，该方法包括将 凸块形成材料安装在第一布线基板上的步骤；熔化凸块形成材料以在 第一布线基板上形成凸块的步骤；以及将模具按压到所形成的凸块上 以形成具有前端部的凹部的步骤，其中，在形成凸块的具有前端部的
凹部的步骤中，从凸块的前端部向着凸块外围形成凹部。
另外，根据本发明，提供了一种制造电子组件的方法，该方法包 括将凸块形成材料安装在第一布线基板上的步骤；在第一布线基板 上形成凸块的步骤；将模具按压到所形成的凸块上以形成具有前端部 的凹部的步骤；将焊料膏或助熔剂印刷在第二布线基板的电极上的步 骤；在印刷有焊料膏的第二布线基板的电极上对第一布线基板上的凸 块执行位置对准以使前端部与凸块接触的步骤；以及加热在其上安装 有第一布线基板的第二布线基板的步骤，其中，从与焊料膏接触的凸 块的前端部向着外围形成凹部。
已经发现的是，即使在熔点或更高温度下加热凸块，凸块也没有 充分在其他电子组件的端子上润湿的原因在于在凸块表面上形成诸 如氧化物膜的厚钝化膜，并且即使在凸块内部熔化之后该钝化膜也被 保持。
已经得到了下面的发现在焊料膏内具有去除钝化膜作用的助熔
剂通过与焊料膏接触的凸块前端部在凸块外围方向上润湿和散布；即
使在相同布线基板上，凸块的前端位置也由于布线基板的弯曲而没有
完全齐平，并且悍料膏的印刷高度不相等等；出于此原因，凸块前端 部和焊料膏之间的接触面积对于每个凸块是不同的；在凸块与悍料膏
的接触面积小的情况下，助熔剂对凸块表面没有充分润湿和散布；以 及在熔化时，保持钝化膜。在本发明中，从凸块前端部向着凸块外围 形成凹部。因此，凸块外围部的助熔剂的润湿和散布特性被提高，因 而具有抑制钝化膜保持的能力。因此，可以抑制当布线基板连接到其
他电子组件时的良率降低。此外，已经发现的是，在执行与其他组件的连接时，由于加热工艺中的温度升高，使得布线基板的弯曲形状发生改变，因此以前已经与焊料膏接触的凸块远离焊料膏。在凸块远离焊料膏的情况下，即使凸块熔化，也不发生与焊料膏的连接。此外，由于在该状态下停止从焊料膏向着凸块表面提供助熔剂，因此当凸块表面上存在的助熔剂组分耗尽或挥发时，钝化膜将会再次形成在凸块表面上。此后，即使再次回复到与焊料膏接触的状态，也不会发生通过表面上重新形成的钝化膜进行连接的情况。在本发明中，由于凹部从凸块前端部向着凸块外围形成，因此使焊料膏和凸块前端部彼此接触，使得大量的助熔剂保持在凹部的内壁表面上。
此后，即使导致凸块和焊料膏彼此远离的情况，由于在凸块表面上保持大量的助熔剂，所以可以抑制由于助熔剂组分耗尽而导致钝化膜重新形成在凸块表面上。因此，抑制了当布线基板连接到其他电子组件时良率的降低。


从下面结合附图的描述中，本发明的以上和其他目的、优点和特征将更清楚，在附图中
图1A和图1B是用于说明根据第一实施例的电子组件安装方法的横截面图2是用于说明图1中所示的电子组件的横截面图；图3A至图3C是示出凸块形状的第一示例的视图，其中图3A是从侧面方向看凸块时的视图，图3B是当从上方向看凸块时的视图，并且图3C是在图3A的A-A'平面的剖面中从上方向看凸块时的视图4A至图4D是示出凸块形状的第二示例的视图，图4A是当从侧面方向看时凸块的视图，图4B是示出从上方向看的凸块的视图，并且图4C是示出在图4A的平面A-A'的剖面中从上方向看凸块的视图，并且图4D是示出在图4B的B-B'平面的剖面的凸块的视图；图5A至图5D是示出凸块形状的第三示例的视图，其中，图5A是从侧面方向看凸块的视图，图5B是示出从上方向看凸块的视图，图5C是示出在图5A中的A-A'平面的剖面中从上方向看凸块的视图，并且图5D是示出沿着图5B的B-B'平面从侧面方向看凸块的视图6A和图6B是示出图1中所示的电子组件的制造方法的横截面
图7A、图7B是示出图1中所示的电子制造方法的横截面图；图7C、图7D是当从凸块加工侧看图7B中所示的前端加工模具时的视图，并且图7E是图7D的C-C'平面的横截面图8A是根据本发明第二实施例的电子组件的横截面图，并且图8B是示出在图8A中的A-A'平面的剖面的凸块的视图9A至图9D是示出凹槽的剖面形状的示意图IOA是示出变形前凸块的晶体形态的模型视图，并且图IOB是示出变形后凸块的晶体形态的模型视图；以及
图11是示出根据本发明第三实施例的电子组件制造方法的示意图。
具体实施例方式
现在，在本文中将参照示例性实施例来描述本发明。本领域的技术人员将认识到，使用本发明的教导可以实现许多可替选的实施例，并且本发明不限于为了说明目的而示出的实施例。
现在将参照附图描述本发明的优选实施例。在所有附图中，类似的附图标记分别赋予类似的组件，并且根据情况要求将省略对其的描述。
图1A和图1B是涉及本发明的电子组件的横截面图。图1A示出已经使第二布线基板400经受相对于第一布线基板100定位的状态，并且图1B是示出如下状态的视图在使第二布线基板400经受定位之后执行热处理使得第一布线基板和第二布线基板彼此连接。第一布线基板100包括电极120，在该电极120上形成凸块200。第二布线基板400包括电极410，在该电极上印刷焊料膏420。图1A示出在经受定位之后第一布线基板100的凸块200和第二布线基板400的电极410彼此接触的状态。
如图1A所示，当在凸块200和焊料膏420彼此接触的状态下加热第一布线基板100和第二布线基板400，使得如图1B中所示，在凸块200熔化之后，第一布线基板100和第二布线基板400通过凸块200连接。在图1A中，在图1A中的连接之前的凸块200的表面上，存在第一布线基板100上形成凸块200的过程中所形成的钝化膜210。
在用于连接第一布线基板100和第二布线基板400的加热之前，使凸块200和焊料膏420通过前端部202彼此接触。焊料膏420是通过如下方法得到的用具有粘性的溶剂使焊料材料形成为非常小的颗粒形状。在溶液内包括助熔剂。助熔剂的功能在于清洁所连接的金属表面或者去除钝化膜。在用于连接第一布线基板100和第二布线基板400的过程中，助熔剂被润湿并散布在凸块200的外表面上方。在凸块200处形成从前端部202到外围230的凹部220。助熔剂沿着该凹部润湿散布。
现在，将参照图1至图5描述本发明。
图2是根据第一实施例的其中凸块200安装在第一布线基板100上的电子组件的横截面图。布线基板IOO是用于例如BGA(球栅阵列)的布线基板。然而，可以使用用在其他安装结构中的布线基板。图3A是当从凸块的侧面方向看凸块200的第一示例时的视图。图3B是当从上方向看凸块200时的视图，并且图3C是沿着图3A中的A-A'平面切割之后的从上方向看凸块200时的视图。图1A和图2中的凸块剖面对应于图3B中的B-B'平面的剖面。通过熔化凸块200以将熔化的凸块
10200连接到电极120，除了与电极120连接的表面之外，凸块是球形的。 此后，通过前端加工模具形成凹部220。例如，在图3C中的凸块剖面 表面240中，在形成凹部220的区域中，在剖面表面240的内部形成 在凸起方向上的形状。
在本实施例中，凸块200是例如焊料凸块，并且通过在布线基板 IOO上安装并熔化作为凸块形成材料的焊料球或焊料膏，再一次使熔化 的凸块焊料材料凝固，使凸块200被形成为利用凸块形成材料连接到 电极120的状态。
当在熔化凸块形成材料的过程中不使用模板等时，凸块200在熔 化时呈球形，并且以该形状被凝固。球形凸块200的凸块高度和/或凸 块宽度由凸块形成材料的量和电极120的连接表面面积等来确定。
接着，将前端加工模具按压到连接到电极120的处于固态的凸块 200的表面上，使得形成凹部220。凹部220从凸块前端部202向着凸 块外围230形成。
当假设从布线基板100的上表面到在凸块200的表面上最远的点 的距离，即凸块高度被设定为h时，凸块在横截面中的最大宽度被设 定为w,与电极120垂直并且穿过凸块重心位置的中心的线被设定为 凸块中心线，并且相邻凸块的中心线之间的距离被设定为s，保持表示 为h《s的关系。
另外，当在电极120上形成凸块200时，形成由例如连接中使用 的助熔剂残留物或通过由于熔化等时的热滞后形成的厚氧化物膜组成 的钝化膜210。
在本实施例中，由于在形成钝化膜210之后对前端加工模具进行 按压来形成凹部，所以通过这样的变形使钝化膜210在凹部220处或在其附近变形。因而，钝化膜210局部破裂，并且凸块200的表面积 变大。出于此原因，钝化膜210局部变薄。因此，凹部220的表面上 的钝化膜210的平均厚度变得比凸块其他部分的钝化膜210的平均厚 度薄，具体来讲，比没有经受凸块变形动作的凸块200的根部薄。
在本实施例中，从凸块前端部202向着凸块外围230形成凹部220。 在凹部220具有凹槽形状的情况下，在凸块前端部202上方形成端部 221,在外围230上方形成另一端部222。
在该示例中，凸块前端部202表示与焊料膏420接触的区域。
当布线基板100安装在布线基板400上时，允许布线基板100与 焊料膏稳定接触的凸块表面区域是在凸块高度方向上从距离凸块表面 上的布线基板100最远的凸块表面的位置延伸到h/5的位置的区域。另 外，该凸块表面区域是最大程度在h/4内延伸的区域，此外，基于布线 基板100安装在布线基板400上的安装条件等发生略微差异。
在焊料膏420内包括助熔剂，并且助熔剂用于对连接金属表面进 行清洁并且用于去除钝化膜。在用于第一布线基板100和第二布线基 板400之间连接的加热过程中，该助熔剂向着凸块200的外表面润湿 并散布。在凸块200处，从前端部202向着外围230形成凹部220。沿 着凹部，助熔剂润湿并散布。当焊料膏420内的助熔剂润湿并散布到 凸块外围230时，凸块外围230的钝化膜210有破裂的趋势。即使在 凸块前端部202的钝化膜210没有破裂的情况下，凸块外围230的钝 化膜210也出现破裂，使得在安装过程中通过加热熔化的凸块200内 的凸块材料将会连接到焊料膏420。凸块外围230是从凸块侧方向可以 看到的区域中的凸块表面，在将布线基板100安装到布线基板400时， 所述区域不能稳固地与焊料膏直接接触。
应该注意的是，凸块外围230在安装布线基板100的时间点没有
12与焊料膏420直接接触，但是经受由于在加热过程中在凸块内熔化而 导致的凸块形状改变、布线基板100的弯曲和/或通过自对准的布线基 板100的横向方向移动等。出于该原因，可能性大的是，凸块外围230 在熔化时开始与焊料膏接触，以去除在那部分处的钝化膜，由此使得 可以通过钝化膜抑制不满意的连接。
在更具体的条件中，按照从最远离布线基板100的凸块200的表 面上的位置在布线基板IOO侧上的凸块高度方向上的距离，与h/4或更 多相对应的凸块表面区域的助熔剂被润湿并散布，使得凸块200和电 极410容易彼此连接。另外，按照从与布线基板100相距最远的凸块 200表面上的位置在布线基板IOO侧上的凸块高度方向上的距离，如果 助熔剂润湿并散布到与h/2或更多相对应的凸块表面区域，在凸块200 的高度方向上对应于一半或更多的区域中的凸块表面由助熔剂覆盖。 这是更可优选的情况。出于此原因，可优选地，凹部的另一端部222 位于至少h/4或更多的位置，并且更可优选地，另一端部222位于h/2 或更多的位置。
图4中的附图是示出凸块200的第二示例的视图。图4A是当从侧 方向看凸块时的视图，图4B是当从上方向看凸块时的视图，图4C是 示出在沿图4A中的A-A'平面切割的剖面中从上方向看凸块的视图， 并且图4D是示出当沿着B-B'平面切割时从切割表面侧看凸块的视图。 A-A'平面是穿过凸块外围230的切割平面。如图4A中所示，在凸块 200的第二示例中，形成凹部220，使得它们在凸块前端部202彼此接 触。另外，凸块前端部202被切割成凹部220并且形成为多个区域。 另外，在图4C中的凸块剖面表面240中，在形成有凹部的区域内，在 剖面表面240内部形成凸起形状。
图5中的附图是示出凸块200的第三示例的视图。图5A是当从侧 方向看时的视图，图5B是当从上方向看凸块时的视图，图5C是当沿 着图5A中的A-A'平面切割的从上方向看凸块时的视图，并且图5D是
13当从沿着图5B中的B-B'平面切割剖面表面侧看凸块时的视图。在图 4A、图4D和图5A、图5D中，省略对布线基板100上的电极120的图示。
如图5A至图5D中所示，在凸块200的第三示例中，凹部220的 形成方式为使曲率减小并且其宽度增大。因此，凸块200在其前端 侧的侧表面具有由多个凹表面形成的多边形棱锥形。各个凹表面彼此 连接在脊线204。另外，在图5C中的凸块剖面表面240中，在形成有 凹部220的区域内，在剖面表面240内部形成凸起形状。虽然在图2D 中前端侧面形状大致是四棱锥，但是可以采用大致的五棱锥，或者大 致三棱锥或者大致六棱锥。
当凸块前端部202的区域内的体积极端地减小时，直接与焊料膏 420接触的凸块前端部202的表面积减小。出于此原因，当如图5C和 图5D中所示凸块高度表示为h并且最大宽度表示为w时，例如，期望 的是，凸块的纵横比h/w小于1。
现在将描述图1中的电子组件制造方法。图6和图7是示出图1 中所示的电子组件制造方法的视图。首先，如图6A中的横截面图和图 6B中的横截面放大图所示，在布线基板IOO上形成要与电极120连接 的凸块200。在该加工步骤中，布线基板IOO没有被分割并且多个布线 基板彼此连接。
在通过使用焊料球形成凸块200的情况下，在电极120上涂覆助 熔剂(未示出)，用作凸块形成材料的焊料球安装在涂覆有助熔剂的 电极120上。另外，熔化焊料球，并且熔化的焊料球随后凝固，使得 形成凸块200。此外，在通过使用焊料膏形成凸块200的情况下，通过 使用橡胶滚轴印刷焊料膏。因而，焊料膏设置在电极120上。接着， 熔化焊料膏，此后将熔化的焊料膏凝固，使得形成凸块200。要注意的 是，即使使用上述任何方法，凸块200具有表面能变成最小值的形状，即球形，并且在凸块200的表面上形成钝化膜210。
接着，如图7A的横截面图中所示，布线基板100被分割。接着， 如图7B中所示，将前端加工模具300按压到分割出的布线基板100的 凸块200上。可优选地，此时的按压速度是1000mm/秒或更小，并且 更可优选的是，按压速度是50mm/秒或更小。进行这种设置，通过在 加工前端部时向凸块200施加包括与布线基板平行的方向分量的冲击 应力，防止凸块200在凸块200的形成位置彼此略微移动等的情况下 减小。因此，凸块200的前端部在固态下变形，使得最终导致图1中 所示的形式。
此外，在按压前端加工模具300过程中的温度会落入没有超过凸 块形成材料的熔点的范围内。另外，例如，采用一种控制布线基板100 的温度的方法，使得导致通过将凸块形成材料的熔点(K)或固相线温 度(K)乘以0.75至0.95得到的温度(K)，由此具有在与其他电子组 件连接回流的预加热工艺步骤时再现布线基板100的弯曲形状的能力； 以及通过在该状态下加工其前端部，由此有利地提高进行预加热工艺 步骤时凸块前端位置的平坦程度。应该注意的是，由于即使在低于熔 点的温度下也对凸块表面的进行了氧化等，因此可以结合温度高的情 况来对气氛和/或加热时间等进行控制。
在该示例中，基于例如负载传感器的检测值来控制前端加工模具 300的按压量(挤压量)。此外，例如对前端加工模具300的表面进行 DLC (类金刚石碳)涂覆或氮化，使得凸块200的薄片难以附着到该 表面。
另外，如图7B中所示，在前端加工模具300处，凹入形状部310 被形成在与模具表面301的凸块200相对应的位置处。不是必须需要 的是，使模具表面301内的凹入形状部310的形成位置对应于每种布 线基板要被加工的布线基板100的位置，但是如图7C中所示，凹入形状部可以以相等间隔布置成矩阵形式。因此，即使采用了不同种类的 布线基板，当凸块节距相同时，前端加工模具300可以是通用的。另
外，图7D是当从模具表面301侧看凹入形状部310时的放大视图，并 且图7E是沿着图7D中的C-C'表面切割的横截面图。如这些附图中所 示，形成凸起形状部320，用于在凹入形状部310的表面上形成凸块表 面的凹部220。
要注意的是，半导体芯片(未示出)安装在布线基板100的与存 在凸块200 —侧相对的表面上。另外，在例如半导体芯片上设置树脂 层(未示出)，使得在通过前端加工模具300进行加工时可以保护半 导体芯片。
在例如图6A中所示的加工步骤之前，在布线基板IOO上安装半导 体芯片，但是可以在图6B中所示的加工步骤之后，在布线基板100上 安装半导体芯片。在后者的情况下，可以在分割布线基板100之前， 将半导体芯片安装在布线基板IOO上。可替选地，可以采用如下方法 在进行与其他组件的互连工艺步骤之前，布置其中形成有球形凸块的
布线基板，以对凸块200执行加工/变形加工。
在另一情况下，由于在加工/变形加工过程中没有发生凸块200的 体积改变，并且在与其他组件的互连步骤中凸块再次熔化，因此在连 接到其他组件之后，凸块形状或其尺寸固定，而不管存在/不存在前端 加工模具300或使用前端加工模具300的加工步骤次序如何。因此， 根据本实施例，要连接到布线基板100的其他组件的设计或连接可靠 性没有发生改变。
接着，制备具有电极410的第二布线基板400，以对电极410上的 焊料膏420执行印刷。执行定位，使得布线基板100的凸块200放置 在电极410上方的焊料膏上，并且布线基板100安装在第二布线基板 400上，由此提供了图1A中的状态。此时的凸块前端部202变成与焊料膏420接触。
接着，使图1A中的状态下的布线基板400经受例如回流加热，由 此熔化凸块200和焊料膏420，此后凝固这些组件。因此，凸块200和 焊料膏420形成一体，使得它们在上下方向上彼此相对的电极120和 410之间再次呈球形，并且电极120和电极410彼此连接，使得提供了 图1B中的状态。因此，布线基板100安装在第二布线基板400上。
现在将描述本实施例的优点/效果。在该实施例中，从凸块的前端 部202向着凸块外围230形成凹部220。当布线基板100安装在第二布 线基板400上时，凸块前端部202变成与焊料膏接触。焊料膏中的助 熔剂通过凸块前端部202向着凸块外围230润湿并散布，因此去除凸 块外围230处的钝化膜210。
此时，在凸块200的表面没有凹部的情况下，或者在即使形成凹 部的情况下，也没有从与焊料膏接触的凸块前端部202向着凸块外围 203形成凹部，存在助熔剂不会充分流入凸块外围的情况。
在本实施例中，从凸块前端部202向着凸块外围203，在凸块200 处形成凹部220。因此，助熔剂通过毛细管作用等从凸块前端部202流 入凹部220，这导致助熔剂向着凸块外围203的润湿/散布得以增强。 因此，甚至在没有与焊料膏直接接触的区域中，也传送了充足的助熔 剂量。结果，可以在凸块200表面的钝化膜210没有破裂的情况下抑 制没有连接钝化膜210。
另外，实际上由于温度导致布线基板IOO发生形状改变。出于此 原因，在从示出布线基板100安装在布线基板400上的状态的图1到 其中凸块200熔化使得完成与布线基板100的连接的图1B的工艺中， 凸块200不能一直保持与焊料膏接触。现在，将通过使用图1A以更具体的方式给出说明。实际上，大量
的凸块被设置在图1A中的左右方向上或深度方向上。图1A是示出其 一部分的视图。
在一般的温度下，将布线基板100安装在布线基板400上。当布 线基板100处于图1A的状态时，在例如布线基板100中心附近的部分 向着图1A的下面弯曲并且外围部分向着图1A的上面弯曲的情况下， 凸块200的前端部具有相类似的高度分布。在这种情况下，可以釆用 如下技术在安装布线基板100时，向着布线基板400侧稍微推进布 线基板100，由此允许所有凸块200的凸块前端部202与焊料膏接触。 此时，焊料膏对应于在每个凸块200的高度方向上的位置而变形。在 这种状态下，助熔剂传送到凸块前端部202。
接着，在执行加热步骤直至凸块200的熔点的过程中，当布线基 板100的温度升高成使得例如弯曲形状发生改变使得布线基板中心部 高并且其外围部低时，布线基板100附近的凸块被提高，使得因此变 形的凸块远离焊料膏。
此后，当温度的升高被抬升时，温度达到凸块形成材料的熔点， 使得每个凸块开始熔化。此后，因为保持与焊料膏接触的布线基板外 围部的凸块200熔化或对电极420进行连接的情形的结果，布线基板 100的位置向着布线基板400移动。结果，布线基板100中心附近的凸 块200变成与焊料膏再次接触，使得凸块与布线基板也进行连接。因 此，导致了包括布线基板100中心部附近的凸块200的图1B中的状态， 在布线基板100中，以延迟的方式执行了连接。
要注意的是，在温度升高过程中提高并且放置在凸块远离焊料膏 状态中的凸块200进入以下情况 一直没有传送新助熔剂，直到凸块 200变成与焊料膏再次接触位置。即使在这种状态下，通过向此时与焊 料膏接触的凸块200润湿和散布的助熔剂对钝化膜210进行去除。助熔剂随着时间逐渐挥发并且进行反应，使得最终耗尽。当其作用丧失
时，在表面上再次形成新钝化膜210。此后，即使凸块200变成与焊料 膏接触，新形成的钝化膜210也防止或阻止连接。
在凸块200处没有形成凹部的情况下，由于己经在凸块表面上润 湿和散布的助熔剂量小，所以助熔剂在较短的时间内耗尽。在与悍料 膏接触的区域内形成凹部的情况下，由于在凹部内保持大量的助熔剂， 所以可以延长直到凹部中的助熔剂耗尽的时间。然而，在没有向着凸 块外围203形成凹部的情况下，保持助熔剂的区域将会受到限制。
在本实施例中，从凸块前端部202向着凸块外围203形成凹部220。 因此，在凹部内保持了大量的助熔剂。即使发生由于布线基板100的 弯曲等而使凸块从焊料膏悬浮的情况，也提供抑制凸块200处钝化膜 重新形成的优点。另外，由于所保持的区域向着凸块外围形成，因此 可以提供的另一个优点是，当凸块与焊料膏再次接触时的连接变得容 易。
艮P,在本实施例中，从凸块前端部202向着凸块外围230形成凹 部220。出于此原因，凹部220用作从与焊料膏接触的凸块前端部202 向着凸块外围230有效传送助熔剂的路径。同时，凹部220也用作容 纳助熔剂。另外，在凸块前端由于安装时的弯曲等而远离焊料膏之后， 凹部220抑制在凸块表面上重新形成钝化膜。
另外，由于从凸块的前端部220向着凸块外围230形成凹部220， 因此可以向凸块200的外部耗尽由助熔剂的溶剂组分或熔化时的焊料 膏产生的挥发气体。当凸块前端部202被平坦化或者只在凸块前端部 202设置凹部时，挥发气体组分被捕获到凸块材料中，使得即使凸块连 接到悍料膏，也可阻止连接或保持作为空隙的组分，从而降低可靠性。 在本发明中，凹部220用作挥发组分的流出通路，因此具有抑制由于 捕获气体组分而造成连接可靠性降低的能力。另外，如上所述，在凸块200的表面上，在形成布线基板100时 通过滞后现象形成钝化膜210。由于钝化膜210的熔点高于组成凸块 200的焊料的熔点，因此，在用于将布线基板IOO安装到第二布线基板 400上的工艺中，可以保持在凸块200的钝化膜210内熔化的焊料。然 而，在布线基板100上形成凸块前端部的加工步骤之后以及安装在第 二布线基板400的电极410上之前，凸块200的前端部200或其附近 的部分发生变形。钝化膜210在前端部202或者在其附近部分处发生 变形。钝化膜210在变形部分有破裂的趋势。因此，可以在钝化膜210 没有破裂的情况下，抑制凸块200与电极410的不令人满意的连接。
另外，使熔化的焊料经受形状的改变，使得其表面及变为最小， 即，球形。如上所述，从凸块的前端部220向着凸块外围230形成凹 部220。出于此原因，在凸块200被熔化之后，凸块200企图变形为球 形。具体而言，凹部220企图从在凸块内部方向上的凸起形状变形为 在凸块外部方向上的凸起形状。由于发生这些变形时的机械作用，导 致钝化膜210有破裂的趋势。因此，可以进一步抑制在钝化膜210没 有破裂的情况下凸块200没有连接到电极410的情形。
另外，由于形成具有前端部的凹部，或者由于凹部220的形成宽 度被如凸块的第二示例所示地增大，以使得凸块200的前端部侧具有 由多个凹部组成的多边形棱锥形，因此特别在相对于外围230的前端 侧处允许凸块200具有逐渐变细的形状。当由于布线基板100和半导 体芯片的重量施加到与第二布线基板400的电极410上印刷的焊料膏 接触的焊料膏200时，在与布线基板平行的方向推进支撑凸块200的 焊料膏，布线基板100存在一定程度的下沉。在凸块形状是逐渐变细 的形状的情况下，用于支撑凸块200的焊料膏的突出量变大，结果， 布线基板IOO的下沉量变大。因此，即使在布线基板100中发生弯曲， 也可以抑制没有与焊料膏接触的凸块200。
20另外，因为在布线基板100安装在第二布线基板400上时凸块200 被推进电极410上印刷的焊料膏中的情形，所以当使凸块200具有逐 渐变细的形状时，基板平面方向上的加宽量减小。因此，相邻凸块200 短路的风险小。因此，当布线基板100的凸块200安装在第二布线基 板的电极410上涂覆的焊料膏上时产生的突出量可以增大。因而，即 使基于布线基板100的弯曲等凸块高度存在不均匀，由于高凸块可以 安装在与之更靠近的第二布线基板400上，所以也可以牢固地建立具 有高度低的凸块与焊料膏之间的接触。因此，助熔剂润湿/散布的量增大，因而使得可以进一步抑制在钝 化膜210没有破裂的情况下凸块200没有连接到电极410的情形。另外，凸块200的高度h小于多个凸块200的中心间隔s或更小。 出于此原因，当凸块200熔化并压縮以连接到第二布线基板400的电 极410时，可以抑制相邻凸块200短路的情形。另外，在本实施例中，在连接到第二布线基板400之后的安装形 式与没有执行凸块200的加工变形的情况相同。出于此原因，在不损 失安装之后的可靠性，即不执行可靠性的重新确认等的情况下，可以 有利地提高安装良率。在该实施例中要注意的是，可以采用在布线基板IOO和其他同时 连接的电子组件的耐热温度内熔化的任何材料替代焊料凸块作为凸块 200的材料。此外，可以在任何时间，例如，在布线基板100上形成凸块200 之后的时间或者在第二布线基板400上安装布线基板100之前的时间 中的任一个，对凸块200进行加工变形。另外，多个凸块200不需要满足前端部202的形状都相同。例如，前端部202以及位于布线基板100中心部的凸块200和位于外围部的 凹部220的形状彼此不同。图8A是示出根据本发明第二实施例的用在电子组件中的凸块200 形状的横截面图，并且图8B是示出沿着图8A中的A-A'表面切割的剖 面中的从上方向看凸块200的视图。在根据该实施例的电子组件中， 当凸块200连接到布线基板100，此后将前端加工模具300按压在凸块 200上以形成凹部220时，使凸块高度h小于在连接时的凸块高度。通 过改变前端加工模具300内的形状，可以执行当凸块高度h小于连接 时凸块高度h时用于降低凸块高度h的加工过程。另外，例如，在第 一实施例中，仅使前端加工模具300的凹入形状部310内的凸起形状 部320与凸块200接触，可以存在一种使凸起形状部320能够与凹入 形状部310的内表面接触的结构，或者可以存在一种增大前端加工模 具300的推进量由此使整个凸块产生变形的结构。要注意的是，不是 必须要求与形成凹部220同时地执行当凸块高度h小于连接时凸块高 度时用于降低凸块高度h的加工过程。在本实施例中，在前端加工模具受到按压之后，S卩，在图8A的状 态下的凸块200的高度h小于当凸块形成材料熔化成将熔化的凸块形 成材料连接到布线基板IOO并且形成凸块时，即，在图6B的状态下的 凸块的高度h。当如此变形使得其高度减小的凸块200被加热并且再次 熔化时，凸块的高度h相对于布线基板100变为连接和形成时的凸块 高度h，因为凸块形状在熔化的同时回复到球形的情形。即，通过熔化 导致形状改变，使得凸块高度h增大。通过这样的形状改变，提供了 加速损坏钝化膜的优点和在最有利于连接的时刻，即凸块200熔化并 且氧化物膜被机械地损坏的状态下，使凸块与焊料膏接触的优点。现在，将以更实际的方面描述上述实施例。如上所述，在安装工艺步骤中的加热过程中，布线基板100的弯曲形状改变。结果，凸块200的一部分被提高，使得凸块200变得远 离电极上的焊料膏。此后，当温度升高使得当温度达到凸块形成材料 的熔点时，各个凸块200开始熔化。然而，即使关注相邻的凸块200, 各个凸块200也具有开始熔化的时间差异。在凸块高度h小于凸块200形成在布线基板100上状态中的凸块 高度的情况下，熔化之前和之后的凸块形状都是球形的，并且凸块高 度基本上相同。出于此原因，即使处于提高状态的凸块200熔化，凸 块也保持远离焊料膏。此后，其他凸块200熔化，使得布线基板100 与布线基板400之间的距离减小。结果，可以不进行连接，直到凸块 200与焊料膏420接触为止。在本发明的实施例中，由于凸块200的高度由于加工而降低并且 由于前端加工模具300使作为熔化状态下的形状的球形变形，因此布 线基板100和400的这些电极之间的距离已经接近布线基板100安装 在第二布线基板400上的状态。另外，同样在处于悬浮状态的凸块200 被熔化的情况下，凸块通过熔化再次回复到球形，使得发生了凸块高 度出现增大的变化，在凸块熔化的时刻，即在凸块最有利于连接的状 态下，凸块200与相对电极410上的焊料膏接触。因此，出现以下情 况是可能的因为由于布线基板100的弯曲等造成的凸块高度不相等 或改变以及每个凸块熔化的时间差，所以凸块200没有连接到电极410。由于球形的凸块高度h变得等于接近凸块宽度的最大宽度w的值， 因此进行设置，使得在通过前端加工模具进行的加工变形工艺中保持 h<w。因此，可以期待以上提及的优点。另外，更期望的是，凸块高度 h被设定为等于通过将凸块宽度的最大值w乘以0.8或更小的值所得到 的值。要注意的是，当使凸块形状太扁圆时，相邻凸块之间的间隙变 窄。结果，由于安装时的短路风险增大，因此期望凸块高度是比凸块 宽度的最大宽度w大的0.4倍或更大的值。此外，当凸块200表面中距离布线基板100上表面最远的点被假 设为凸块顶点时，在凸块200连接到要形成的布线基板100上时，该 凸块顶点存在于当凸块200连接到布线基板100时与电极120平面垂 直并且穿过电极120中心位置的直线上。然而，期望在加工和变形前 后，基板平面方向上的位置不改变。采用这种方法的原因如下。布线 基板100的安装工艺步骤中的定位变得困难，或者凸块顶点偏离印刷 焊料膏420，因此与焊料膏420的接触面积变小，使得变得不利于与助 熔剂接触。另外，在本实施例中，如图8B中所示，使将形成在凸块200表面 上的凹部的剖面形状呈V形凹槽，并且从前端向着凸块侧表面延伸设 置的凹槽达到凸块宽度w的最大值点。因此，提供的优点是助熔剂 更有效地向着凸块200的侧表面进行润湿和散布。图9中的附图是示出凹槽220的剖面形状的示意图。在图9A中， 凹槽220的底表面具有锐角，并且具有凸块200表面的边界部变得缓 和。在图9B中，凹槽220是弧形，并且具有凸块200表面的边界部缓 和。在图9C中，具有底部的边界部和具有凸块200表面的边界部处的 凹槽220都呈现锐角。图9D中，凹槽220被设置成具有凸块200表面 的边界部是锐角，但是底部是缓和的。在任一种情况下，可优选的是， 凹槽220的宽度大于凹槽220的深度，例如凹槽220的宽度是落入从 比深度大2倍至比深度大4倍的范围内的值。另外，根据该实施例，可以提供与第一实施例类似的优点效果。 此外，形成凹槽220是通过以下手段第一实施例中所示的钝化膜210 在凹槽220中变薄，使得钝化膜210有破裂的趋势。因此，可以进一 步抑制在钝化膜220没有破裂的状态下凸块200没有连接到电极410 的情形。此外，在凹槽220的剖面形状具有图9A或图9C中所示形状的情况下，第二布线基板400的电极410上的焊料膏中包括的助熔剂的润湿和散布通过更有效的毛细管作用向着凸块外围加速进行。因此，凸块200有进一步连接到电极410的趋势。另外，在凹槽220的剖面形状具有图9B中所示形状的情况下，附 着到前端加工模具300的焊料废物减少。因此，前端加工模具300的 寿命或者清洁时间间隔延长。另外，可以提供稳定的成品质量。要注意的是，图9中所示的凹槽形状可以应用于第一实施例，并 且可以提供与第二实施例的效果相类似的效果。图10A是示出在加工和变形之前凸块200的晶体组织的模型图。 如上所述，通过对晶体组织进行熔化以使熔化的晶体组织凝固在电极 120上，来形成凸块200。图10B是示出加工和变形之后凸块200的组织的模型图。凸块200 的前端部被变形成构成前端部202。出于此原因，与突出表面附近中的 其他部分相比，晶粒变得精细。具体来讲，在突出部的表面附近，与 在平行于表面的方向上的晶粒直径相比，突出部的表面方向上的晶粒 直径减小。图11是示出根据第三实施例的电子组件制造方法的示意图。除了 前端加工模具300的构造之外，该电子组件制造方法与第一实施例中 所示出的电子组件制造方法相同。前端加工模具300包括基板保持部330、基础构件340和前端按压 部350。布线基板保持部330从背表面侧保持布线基板100。基础构件 340布置在由基板保持部330所保持的布线基板100的表面上方，并且 包括在与凸块200相对的位置处的开口 342。多个延伸部332从基板保 持部330延伸。允许延伸部从基础构件340的与凸块200相对侧进入前端按压部350分别附着到多个延伸部332。前端按压部350是例 如板状构件，并且一个侧面352通过使用旋转轴334旋转地附着在延 伸部332的前端部。在前端按压部的与一个侧面350相对的一侧是开 口端354。前端按压部350在非操作时间段内在彼此远离的方向上被开 口，因此其从一个侧面352指向到开口端354。在这种状态下，当从平 面表面看时，开口端354布置在开口 342的外部。当凸块200变形时，驱动机构(未示出)縮短基板保持部330和 基础构件340之间的相对距离。因此，凸块200被插入到由前端按压 部350包围的空间中。此外，使基础构件340的开口模具342的边缘 与前端按压部350的一个侧面352和开口端354之间的空间接触，并 且在该空间处推动前端按压部350。因此，前端按压部350在使开口端 354靠近另一开口端354的方向上围绕旋转轴334旋转。结果，凸块 200由前端按压部350按压，并且随后变形。另外，根据本实施例，可以提供与第一实施例的优点/效果相类似 的优点/效果。此外，允许凸块200进入由前端按压部350包围的空间。 此后，将凸块200置于前端按压部350之间，使得凸块200变形。出 于此原因，即使在布线基板100的位置在水平方向上移动的情况下， 在凸块200置于前端按压部350时，调节该位置移动，从而使凸块200 变形。如上所述，虽然己经参照附图描述了本发明的优选实施例，但是 这些实施例只是作为示例来描述，并且可以采用除了以上构造之外的 各种构造。例如，布线基板100可以通过凸块200连接到不同于第二布线基 板400的电子组件。可以将第一实施例和第二实施例组合在一起。另外，在第二布线基板400上，可以印刷助熔剂来替代印刷焊料膏。清楚的是，本发明不限于以上实施例，而是可以在不脱离本发明 的范围和精神的情况下进行修改和变化。另外，根据优选实施例，公开了如下的本发明的另一个方面 一种电子组件，该电子组件包括 第一布线基板；以及凸块，该凸块连接到布线基板，并且具有第一端部和凹部，其中， 凹部从前端部向着凸块外围形成。2权利要求
1.一种制造电子组件的方法，包括在第一布线基板上形成凸块；以及将模具按压在形成的凸块上以形成凹部，其中，从所述凸块的前端部向着凸块外围形成所述凹部。
2. 根据权利要求l所述的制造电子组件的方法，其中，所述凸块的前端部形成在凸块中心线上。
3. 根据权利要求l所述的制造电子组件的方法，其中，所述凸块的前端部形成为多个。
4. 根据权利要求1所述的制造电子组件的方法，其中，所述凹部形成在所述凸块的表面上，使得呈现椭圆形状。
5. 根据权利要求1所述的制造电子组件的方法， 其中，所述凸块由焊料组成。
6. 根据权利要求1所述的制造电子组件的方法，其中，通过在将焊料形成材料安装在所述第一布线基板上之后熔 化所述焊料形成材料，形成在所述第一布线基板上形成的所述凸块。
7. 根据权利要求6所述的制造电子组件的方法，其中，所述凸块形成材料被熔化，使得在所述第一布线基板上形 成的所述凸块具有球形形状。
8. 根据权利要求6所述的制造电子组件的方法，其中，所述将所述模具按压到形成的凸块上以形成凹部的步骤包 括使得在按压所述模具之后的凸块高度小于当所述凸块形成材料熔化以在所述第一布线基板上形成所述凸块时的凸块高度。
9. 根据权利要求1所述的制造电子组件的方法， 其中，所述模具包括模具表面，其与所述第一布线基板表面相对，并且所述凸块位于 所述模具表面和所述第一布线基板表面之间；凹入形状部，其在所述模具表面上设置成矩阵；以及具有突起形状部的图案，其形成在所述凹入形状部的内表面上。
10. 根据权利要求1所述的制造电子组件的方法，其中，在具有所述凸块形成材料的熔点或更低的温度下，执行在 所述前端部形成所述凹部。
11. 根据权利要求1所述的制造电子组件的方法， 其中，所述凹部形成为多个。
12. 根据权利要求1所述的制造电子组件的方法， 其中，所述凹部形成为凹槽形。
13. 根据权利要求12所述的制造电子组件的方法，其中，所述凹槽的一端形成在所述凸块的前端部处，并且所述凹 槽的另一端形成在所述凸块外围处。
14. 根据权利要求13所述的制造电子组件的方法，其中，所述凹槽的所述另一端相对于距离h形成在与最远离所述 第一布线基板的凸块表面上的位置相距h/4或更多的位置处，所述距离 h是从所述第一布线基板的上表面直到与所述第一布线基板相距最远 的凸块表面上的位置。
15. 根据权利要求13所述的制造电子组件的方法，其中，所述凹槽的所述另一端相对于距离h形成在与最远离所述第一布线基板的凸块表面上的位置相距h/2或更多的位置，所述距离h是从所述第一布线基板的上表面直到与所述第一布线基板相距最远的 凸块表面上的位置。
16. —种制造电子组件的方法，包括 将凸块形成材料安装在第一布线基板上；熔化所述凸块形成材料，以在所述第一布线基板上形成凸块； 将模具按压到形成的凸块上，以形成凹部； 将焊料膏印刷在第二布线基板的电极上；在印刷有所述焊料膏的所述第二布线基板的电极上，对所述第一 布线基板上的所述凸块执行位置对准，以使前端部能够与所述凸块接 触；以及加热在其上安装有所述第一布线基板的所述第二布线基板， 其中，所述凹部从与所述焊料膏接触的所述凸块的前端部向着外 围形成。
17. 根据权利要求16所述的制造电子组件的方法， 其中，所述加热在其上安装有所述第一布线基板的所述第二布线 基板的步骤包括所述凸块被形成为使得其再次呈现球形。
18. —种制造电子组件的方法，包括将模具按压到其上形成有多个凸块的第一布线基板的凸块上以形 成凹部；将焊料膏或助熔剂印刷在第二布线基板的电极上； 在印刷有所述焊料膏的所述第二布线基板的电极上，对在所述第一布线基板上的凸块执行位置对准，以使前端部与所述凸块接触；以及 加热在其上安装有所述第一布线基板的所述第二布线基板， 其中，所述凹部从与所述焊料膏接触的所述凸块的前端部向着外围形成。
全文摘要
本发明提供一种制造具有凸块的电子组件的方法。一种电子组件制造方法包括将凸块形成材料安装在第一布线基板(100)上，熔化凸块形成材料以在布线基板(100)上形成凸块(200)的步骤；将模具按压到凸块(200)上以形成具有前端部(202)的凹部(220)的步骤；将焊料膏(420)印刷到第二布线基板(400)的电极(410)上的步骤；在焊料膏(420)上对布线基板(100)上的凸块(200)执行位置对准以使前端部(202)与凸块接触的步骤；以及加热在其上安装有布线基板(100)的布线基板(400)的步骤，其中，从与焊料膏(420)接触的凸块前端部(202)向着外围(230)形成凹部(220)。
文档编号H01L21/48GK101656216SQ20091016348
公开日2010年2月24日 申请日期2009年8月21日 优先权日2008年8月21日
发明者小川健太 申请人:恩益禧电子股份有限公司