專利名稱：焊料預涂敷方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在安裝半導體元件的半導體安裝用襯底上預涂敷焊料的方法，尤其
涉及在用于使具有許多突起狀端子的集成度高的半導體元件與襯底上的電極直接連接的
半導體安裝用襯底(構成封裝的中間襯底(interposer substrate,再布線襯底)或半導體晶片 等)上，預涂敷焊料的方法。
背景技術：
以往，為了在電路襯底等的安裝襯底上搭載半導體元件，已知有使從芯片導出 的多個引線前端電連接到安裝襯底上的布線圖案的引線框法、或者把半導體元件直接搭 載在安裝襯底上并利用金屬線通過引線鍵合法電連接的方法等。 但是，近年來隨著半導體元件集成度的提高，安裝日益高密度化，從安裝操作 困難的以往的引線框法、引線鍵合法演變到使用中間襯底(再布線用樹脂襯底)的安裝方 法。 g卩，在便攜電話、數(shù)碼相機等特別要求小型、薄型、輕量、高性能化的電子設 備中，期望以更高的密度安裝，為了實現(xiàn)它而使用MCP(多芯片封裝)、SiP(系統(tǒng)在封裝 中)等封裝。 例如，已知有把微處理器、存儲器、ASIC等的多個芯片在垂直方向上組合成一 個封裝等的方法等。 這樣的芯片復合型封裝中使用的中間襯底，由于起到以下作用，即以能夠安裝 到對應的電子設備的母板上的方式對封裝內(nèi)的半導體元件的電極排列進行擴大再排列來 進行布線，所以也被稱為再布線襯底。 作為其它的高密度安裝襯底，舉出具有半導體芯片的電路圖案的半導體晶片。
毋庸置疑，由于電路的集成度增大，在上述的再布線襯底、半導體晶片上施加 的電極的間距顯著微細化，其微細化密度有日益增高的傾向。 上述那樣的再布線襯底或半導體晶片等的半導體安裝襯底，需要在接合半導體 等的電子部件的電極上預先涂敷(預涂敷)焊料。 另外，在例如下述的專利文獻1中公開了把半導體元件與半導體安裝襯底的電 極直接連接的方法。<專利文獻1>日本特開平7-335694號公報 另外，本申請人在下面的專利申請中提出了用偽(dummy)電極在上述的再布線
襯底上高質(zhì)量地預涂敷焊料的方法。 <日本特愿2007-133397>
發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的問題) 在上述的半導體安裝襯底的被微細化的電極部位上，必須高質(zhì)量地(確保接合部的可靠性)且定量地(供給量無偏差)、此外還要成本低廉地供給焊料合金，但該方法成為 一個問題。
以往，作為向再布線襯底等的半導體安裝襯底供給焊料合金的方法，已知有下 面的方法(l)接觸印刷法；(2)球搭載法；(3)焊料粉附著法(SJ工藝方法)；(4)鍍敷法。 但是，上述各方法有以下的問題。 首先，在(l)的接觸印刷法中，由于通過轉印在襯底上涂敷焊料漿料(solder paste,又稱"焊糊")材料，所以將用于形成印刷圖案的掩模與襯底接觸。此時，作為 印刷用的版材使用金屬掩模，但能夠形成于金屬掩模上的電極間間距的精度級別為0.2 0.5mm，存在無法在上述高精細的半導體安裝襯底上使用的問題。 其次，在(2)的球搭載法中，通過利用真空吸附來保持焊球的保持頭，把焊球從 其貯存部運到襯底正上方，從保持頭向襯底上供給焊球。 此時，由于能夠以同樣尺寸制造的球的直徑為80ym左右，比所要求的電極間 間距40 ii m左右大很多，所以無法在被微細化的上述襯底上使用。 另外，(3)的焊料粉附著法(SJ工藝方法)是借助于粘接材料在電極上附著、熔融 焊料粉，從而在電極上設置焊料合金的方法，但由于不能形成充足量的焊料合金，所以 無法形成可靠性高的接合部。 而且，在(4)的鍍敷法中也是，在無電解鍍中得不到充足量的焊料合金，而在電 解鍍中需要另行設置用來向各電極施加電壓的布線，不適合微細化。 如上所述，在以往的方法中難以在電極間間距被微細化的安裝襯底上高質(zhì)量地 預涂敷焊料。 除了上述問題外，關于焊料漿料材料熔融時的行為還有以下的問題。 g卩，在圖3所示的半導體安裝襯底1中，在向阻焊劑開口部(邊上的配置了電極
4的區(qū)域3、和未配置電極的拐角部7的區(qū)域5)的整個表面上供給以往的焊料組合物(由
焊料粉和載體(漿料)構成的焊料漿料材料)，并通過回流(reflow)把焊料加熱熔融時，在
拐角部7端的電極上附著的焊料量過多，結果存在相鄰的電極之間短路的問題。 圖4A、 4B的照片示出該狀態(tài)，可以看出阻焊劑開口部的拐角部7的端部電極4T
上附著了過多的焊料量而隆起。 引起這種現(xiàn)象的原因，可以說明如下。 g卩，由于在拐角部7上未配置電極，所以向該部分供給的含有焊料粉的漿料材 料在通過回流加熱熔融時，由端部電極4T取入焊料粉，該電極的焊料量變得過多。
那樣的話，可以簡單地考慮是不是不向未配置電極的拐角部7供給上述漿料材 料就可以了，但實際上這時也會有下述的問題。 g卩，在通過回流加熱熔融而在上述電極上預涂敷焊料時，在拐角部7上沒有上 述漿料材料時焊料組合物向拐角部7的方向流動，結果如圖5C的照片所示，在焊料組合 物流出的附近的電極(圍線部)變得焊料不足。 如果用示意圖表示上述現(xiàn)象，則如圖6(A E)所示。而且，圖7(A D)是示 出通過回流加熱熔融過程的照片，可以觀察到焊料粒子向左方的拐角部7流動的狀態(tài)。
如上所述，在向圖3的包含拐角部7的阻焊劑開口部的整個表面8上供給焊料組 合物13時，端部的電極4T變得焊料過多，而僅向除拐角部7以外的電極配置區(qū)域3上供
4給焊料組合物13時，端部的電極4T變得焊料不足，兩種情況下都經(jīng)不住實用。 上述拐角端的電極成為焊料過多或不足的狀態(tài)，考慮是由焊料組合物的加熱導
致的擴散現(xiàn)象引起的。 —般地，焊料漿料材料(焊料組合物)由焊料粉(A)和稱為載體(B)的漿料成分 構成，其中，上述焊料粉(A)由焊料合金構成。 以往的焊料漿料以焊料粉(A)為90重量％、載體(B)為10重量％的比例構成， 呈在焊料粉中包含載體(B)的形態(tài)。 作為焊料粉(A)，使用軟質(zhì)焊料合金，例如以Zn、 Sn、 Cd、 Bi等的低熔點金屬
為主要成分，為了提高機械強度而向其添加了少量的Cu、 Al、 Sb等的金屬。 作為載體(B)，除了松香、樹脂(合成樹脂)等的樹脂成分以外，作為添加物在溶
劑中混合有機酸(例如丙二酸或丁二酸)、防垂流劑(觸變劑)、耐氧化劑等而構成。 在向包含拐角部7的阻焊劑開口部的整個表面8上供給上述構成的焊料漿料材料
時，向拐角部7供給的焊料粉被拉引到端部的電極4T上。 換言之，焊料粉向端部電極擴散。 另一方面，在僅向電極配置區(qū)域3供給焊料漿料時，向端部的電極供給的焊料 漿料向不存在該漿料的拐角部7擴散。此時，由于載體(B)成分首先擴散，而焊料粉隨 著它擴散，所以端部的電極變得焊料不足。 本發(fā)明人分析了上述現(xiàn)象，針對能否實現(xiàn)即使向包含拐角部7的阻焊劑開口部 的整個表面8上供給漿料材料，端部的電極4T也不會發(fā)生焊料過多或焊料不足的高質(zhì)量 的焊料預涂敷，進行了反復的認真研究。 結果發(fā)現(xiàn)，通過使用兩種漿料材料，即不含焊料粉的漿料材料13和含有焊料粉 的漿料材料14能夠解決上述問題。 在此，針對本說明書和權利要求書中使用的下述術語，S卩，"阻焊劑開口 部"、"排列有電極的區(qū)域"禾P "未排列電極的區(qū)域"，用圖3說明這些術語的定義。
如圖3所示，在大致正方形的襯底1的各邊上排列有電極4。安裝襯底l的部分 11是涂敷了阻焊劑的部分，即阻焊劑不被開口的部分。網(wǎng)眼部分是阻焊劑被開口了的部 分(當然也包含拐角部7)，具有排列有電極4的區(qū)域3和未排列電極4的區(qū)域5(在此是拐 角部7)。這樣，本申請中所說的"阻焊劑開口部"定義為由排列有電極4的區(qū)域3和未 排列電極4的區(qū)域5這兩個區(qū)域構成的部分。 本發(fā)明正是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供在以高密度安裝電子 部件的再布線襯底、半導體晶片等的襯底上的被微細化的電極上，高質(zhì)量地(確保接合部 的可靠性)、定量地(供給量無偏差)、且成本低廉地供給焊料合金的方法。
(用來解決問題的手段) 解決上述問題的本發(fā)明的第1方式是一種在襯底上的電極上預涂敷焊料合金的 方法，在安裝電子部件的襯底上設置的電極上預涂敷焊料合金，其特征在于向上述襯 底上的設置有電極的區(qū)域供給含有焊料粉和載體成分的漿料材料；向與該區(qū)域相鄰的未 設置電極的區(qū)域供給不含焊料粉、由上述載體成分構成的漿料材料；然后，通過加熱上 述襯底使上述焊料粉熔融而在上述電極上預涂敷焊料合金。 本發(fā)明的第2方式是如第1方式所述的襯底上的電極上預涂敷焊料合金的方法，
5其特征在于上述襯底是合成樹脂襯底。 本發(fā)明的第3方式是如第1方式所述的在襯底上的電極上預涂敷焊料合金的方法，其特征在于上述襯底是半導體晶片。 本發(fā)明的第4方式是如第1方式至第3方式中任一種方式所述的在襯底上的電極上預涂敷焊料合金的方法，其特征在于上述載體成分以松香或具有羧基的合成樹脂為主要成分。(發(fā)明的效果) 根據(jù)上述第1方式的發(fā)明，作為焊料漿料材料準備含有焊料粉的和不含焊料粉的這兩種，分別把前者供給到設置有電極的部位(區(qū)域)，把后者供給到未設置電極的部位(區(qū)域)，所以在隨后的加熱熔融時，漿料材料不會擴散，在未配置電極的部位(區(qū)域)端的電極上也能高質(zhì)量地預涂敷焊料。 g卩，由于在上述襯底上的設置有電極的部位(區(qū)域)和與其相鄰的未設置電極的部位(區(qū)域)上存在著由同一成分構成的載體(漿料成分)，所以它們相互牽制不會相互擴散，由此不會發(fā)生端部電極的焊料粉與載體一起向無電極的部位流出而端部電極的焊料不足的現(xiàn)象。 另外，由于在未設置電極的部位(區(qū)域)上存在的漿料材料不含焊料粉，所以不
會發(fā)生焊料粉進入端部的電極而導致端部電極上附著過剩的焊料的現(xiàn)象。 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第l方式，由于在襯底上的各電極上預涂敷大致定量
的焊料，所以不會在特定的電極上附著過多的焊料，或者，相反地，焊料不足。 根據(jù)本發(fā)明的第2方式，由于其特征在于上述襯底是樹脂襯底，所以能在上述
的合成樹脂中間襯底(再布線襯底)中廣泛利用。 根據(jù)本發(fā)明的第3方式，由于其特征在于上述襯底是半導體晶片，所以能在高密度安裝半導體芯片的晶片中使用且其效果顯著。 根據(jù)本發(fā)明的第4方式，由于上述漿料材料以松香或具有羧基的合成樹脂為主要成分，所以容易根據(jù)焊料合金的熔融溫度等進行調(diào)整，抑制相鄰的漿料成分(載體)之間的相互擴散，能夠高質(zhì)量地預涂敷焊料。
圖1是本發(fā)明的實施例1使用的襯底的說明圖。 圖2是本發(fā)明的實施例2使用的襯底的說明圖。 圖3是說明以往的問題的說明圖。 圖4A、 4B是展示以往的問題的照片，圖4C、 4D是展示本發(fā)明的效果的照片。 圖5是說明以往的問題的照片。 圖6是說明以往的問題的說明圖。 圖7是說明以往的問題的照片。
(附圖標記說明)i、電子部件(半導體)安裝襯底； 3、 30、襯底上的配置有電極的區(qū)域(部位)；
4、襯底上配置的電極；
6
4T、位于襯底上的拐角7的端部的電極； 5、 6、襯底上的未配置電極的區(qū)域(部位)； 7、阻焊劑開口部的拐角； 8、阻焊劑開口部； 11、阻焊劑不被開口的部分； 13、含有焊料粉的漿料材料； 14、不含焊料粉的漿料材料； 40、半導體晶片上的中心電極； 41、半導體晶片上的外圍電極
具體實施例方式
下面，基于
本發(fā)明的實施例。
圖l是作為本發(fā)明的對象的再布線襯底l的一例，形狀是大致正方形。
如圖1所示，在襯底1的各邊上配置電極4。 在各拐角部位7上不設置電極。另外，根據(jù)情況，有時在拐角部位7上形成用于與襯底1上安裝的半導體元件進行位置對準用的對準標記。 在此，由于在各邊的拐角部位7上不設置電極4，所以在該部位上供給除去了焊料粉的、由載體成分構成的漿料材料13作為掩蔽材料。 另外，同樣地，在配置有電極4的部位(區(qū)域)3上供給含有30重量％的焊料粉的漿料材料14。 作為上述焊料粉，使用由合金成分Sn96.5-Ag3.0-Cu0.5構成的焊料合金.
通過使用了絲網(wǎng)掩模的絲網(wǎng)印刷法進行漿料材料13、 14的供給。
另夕卜，電極間隔t為80iim，電極寬度w為約40 ii m，電極長度L為200 ii m。
另外，漿料材料13、 14的供給順序，原則上先進行哪一個都可以，但通常先供給不含焊料粉的漿料材料14，然后供給含有焊料粉的漿料材料13。 作為上述實施例的結果，拐角7側的端部的電極4T與其它電極4相比，預涂敷的焊料量沒有太大差別，與在襯底上安裝的半導體元件的接合是高質(zhì)量的、沒有問題的。其狀態(tài)示于圖4C、 4D。 作為含有焊料粉的漿料材料，例如采用在以松香(rosin)為主成分的材料中混合了焊料粉得到的漿料材料。根據(jù)所需的焊料預涂敷的體積調(diào)整混合的焊料粉的量。
另外，作為上述載體成分，如果使用以松脂(colophony)或具有羧基的合成樹脂為主要成分的物質(zhì)，則具有容易根據(jù)焊料合金的熔融溫度等進行調(diào)整，并抑制相鄰的漿料成分(載體成分)之間的相互擴散，能夠高質(zhì)量地預涂敷焊料的效果。
另一方面，為了做比較，在上述實施例的襯底中，不向無電極的拐角部位7供給本發(fā)明的除去了焊料粉的漿料材料，而是向設置了電極的各邊僅供給與以往技術相同的含有焊料粉的漿料材料時，是下述的狀態(tài)。 g卩，通過回流加熱熔融焊料時漿料材料流到四角(拐角7)，各邊的端部的電極4T焊料不足，成為不能與半導體元件接合的狀態(tài)。 另外，在以使?jié){料材料14還能到達四角(各拐角7)的方式供給漿料材料14時，端部的電極4T焊料過剩，發(fā)生隆起現(xiàn)象。而且，在焊料量極端過剩而與半導體元件接合時，發(fā)生了半導體元件的相鄰端子之間短路的不良情形。
該狀態(tài)示于圖4A、 4B。 如從上述實施例1看出的那樣，本發(fā)明的第1方式的有效性明顯得到確認。 圖2示出實施例2中使用的襯底。此時，襯底是硅晶片，在硅晶片中，有時在各
芯片的外周部配置1 3列電極，而且在中央部配置多個電極。圖2是使用圓形電極，
配置兩列外圍電極41和中心部的電極40的例子。 另外，圖2中區(qū)域6是不配置電極的區(qū)域。 上述圓形電極的直徑為50 ii m小，電極間間距為80 ii m。 另外，電極的結構是Cu/Ni/Au，各層的厚度分別是5iim/5iim/0.1iim，用電解
鍍法形成。 另外，各層的厚度當然可以根據(jù)襯底的種類適當調(diào)整，例如，對Au層在0.03 0.3iim之間進行調(diào)整。 在圖2的襯底中，向配置有電極的部分(斜線部分)30供給含有焊料粉的漿料材料(由焊料粉和載體成分構成)13，向未配置電極的部分6供給不含焊料粉的漿料材料(載體成分)14。 上述的含有焊料粉的漿料材料13的焊料含量為25重量％，供給后用回流爐在峰值溫度240度下熔融焊料，預涂敷到電極上。 這樣，實施本發(fā)明的結果，與實施例l同樣地，在電極上預涂敷的焊料量大致
均勻，與在襯底上安裝的半導體元件的接合是高質(zhì)量的、沒有問題的。 另一方面，為了做比較，在圖2的未配置電極的區(qū)域6上不供給本發(fā)明的除去了
焊料粉的漿料材料，而是供給含有焊料粉的漿料材料時，產(chǎn)生下述的問題。 g卩，通過回流加熱熔融焊料時漿料材料流到端部的電極上，電極上附著的焊料
量變得異常多。 另外，雖然可以減少焊料含量而進行與上述同樣的供給，但這時得不到所需的焊料量(必需的平均焊料厚度)。 如從上述實施例2看出的那樣，與實施例1同樣地確認了本發(fā)明的有效性。
本發(fā)明的第2方式、第3方式都是在本發(fā)明的第1方式中，把作為對象的襯底規(guī)定成再布線襯底等的樹脂襯底或半導體晶片。 但是，本發(fā)明并不限于上述規(guī)定，只要是能夠安裝電子部件的襯底，就能廣泛應用。 本發(fā)明的第4方式是規(guī)定上述漿料材料以松香或具有羧基的合成樹脂為主要成分。 但是，本發(fā)明并不限于上述規(guī)定，當然也可以把各種漿料材料組合。 而且，本發(fā)明中使用的軟質(zhì)焊料合金可以廣泛使用先前所述的組成的合金，并
不限于特定的組成，但希望是無鉛的。(產(chǎn)業(yè)上的可利用性) 如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于在電子部件安裝襯底上的各電極上預涂敷大致定量的焊料，所以不會在特定的電極上附著過多的焊料或者相反焊料量不足，可以進行高質(zhì)量的悍料預涂敷。 另外，本發(fā)明可以廣泛應用在中間襯底(再布線襯底)等的樹脂襯底或半導體晶片襯底等中，在產(chǎn)業(yè)上的利用價值高，隨著電子部件的安裝密度的提高，今后本發(fā)明的利用還會飛躍性地增加。
權利要求
一種在襯底上的電極上預涂敷焊料合金的方法，在安裝電子部件的襯底上設置的電極上預涂敷焊料合金，其特征在于向上述襯底上的設置有電極的區(qū)域供給含有焊料粉和載體成分的漿料材料；向與該區(qū)域相鄰的未設置電極的區(qū)域供給不含焊料粉、由載體成分構成的漿料材料；然后，通過加熱上述襯底使上述焊料粉熔融而在上述電極上預涂敷焊料合金。
2. 如權利要求1所述的在襯底上的電極上預涂敷焊料合金的方法，其特征在于 上述襯底是合成樹脂襯底。
3. 如權利要求1所述的在襯底上的電極上預涂敷焊料合金的方法，其特征在于 上述襯底是半導體晶片。
4. 如權利要求1 3中任一項所述的在襯底上的電極上預涂敷焊料合金的方法，其特 征在于上述載體成分以松香或具有羧基的合成樹脂為主要成分。
全文摘要
在再布線襯底或半導體晶片等的半導體安裝襯底(1)上設置的電極(4)隨著安裝密度的提高而微細化，希望有在該電極區(qū)域上高質(zhì)量地預涂敷焊料合金的方法，為此，本發(fā)明提供一種焊料預涂敷方法，即，向上述襯底上的設置有電極(4)的區(qū)域(3)供給含有焊料粉和載體成分的漿料材料(13)；向與該區(qū)域相鄰的未設置電極的區(qū)域(5)供給不合焊料粉、由上述載體成分構成的漿料材料(14)；然后，通過加熱上述襯底使上述焊料粉熔融而在上述電極上預涂敷焊料合金。
文檔編號H01L21/60GK101692429SQ200910134298
公開日2010年4月7日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權日2008年4月18日
發(fā)明者佐佐木公平, 古野雅彥, 平塚篤志, 白井大, 齊藤浩司 申請人:株式會社田村制作所