はんだバンプの形成方法及びその装置
【課題】微細狭ピッチ電子回路のはんだバンプ形成を可能にし、バンプ形状とバンプ高さの均一化を図る技術を提供する。
【解決手段】電極パッドに該当する部分が開口したマスク４の開口部を電子回路基板１の電極パッドの位置に合わせて貼り付けたワークを、高温の有機脂肪酸溶液１０中に浸漬して静置しパッド部表面の酸化層を除去・清浄化するとともに有機脂肪酸の保護皮膜を形成せしめる第１のプロセスと、上部からはんだ粒子６を下方に向けて散布することにより、有機脂肪酸溶液１０中で溶融状態のはんだ粒子をマスクの開口部から電極パッドに落下到達せしめはんだ粒子６を融着凝集融合させて、マスク開口部をはんだで満たす第２のプロセスと、スキージーによりマスク開口部最上面まで溶融はんだを充填する第３のプロセスと、はんだ皮膜を凝固させる第４のプロセスを行うことによりはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる方法。
【解決手段】電極パッドに該当する部分が開口したマスク４の開口部を電子回路基板１の電極パッドの位置に合わせて貼り付けたワークを、高温の有機脂肪酸溶液１０中に浸漬して静置しパッド部表面の酸化層を除去・清浄化するとともに有機脂肪酸の保護皮膜を形成せしめる第１のプロセスと、上部からはんだ粒子６を下方に向けて散布することにより、有機脂肪酸溶液１０中で溶融状態のはんだ粒子をマスクの開口部から電極パッドに落下到達せしめはんだ粒子６を融着凝集融合させて、マスク開口部をはんだで満たす第２のプロセスと、スキージーによりマスク開口部最上面まで溶融はんだを充填する第３のプロセスと、はんだ皮膜を凝固させる第４のプロセスを行うことによりはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に半導体ウエハー、半導体チップ、インターポーザー（配線基板）、半導体装置、実装基板（以下、これらを電子回路基板と弥す）の電極パッドまたはリードにはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる方法及びその装置に関するものであって、特に、微小面積の電極パッドまたはリードが狭ピッチで多数個配置された微細回路の電子回路基板にはんだバンプをまたははんだ皮膜を形成させる方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器はますます高集積高密度小型軽量化され、品質的に高信頼性が要求されている。これに相応して、とりわけ半導体チップ、ウエハー、半導体装置、抵抗器、コンデンサー、コネクターなどの電子部品も小型高密度化され、これらを実装基板に搭載しはんだ接合された電子装置もますます小型高密度化されている。
半導体装置の中でも、特にＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）の半導体チップやインターポーザー（配線基板）は、小型微小化に伴い、マトリックス状に配列された各電極パッドの面積は微小化され、また各電極パッド間ピッチも微小狭ピッチ化が進み、各電極パッドに形成されるはんだバンプもますます微小化されてきている。
しかしながら、例えば、はんだボールまたはソルダーペーストを用いる現行のはんだバンプ形成方法では、一般に電極パッドの最小幅は２００μｍ、隣接電極パッド間ピッチは１５０μｍが限界と言われており、これ以上微細、狭ピッチの微細回路にブリッジオーバーによるリーク不良のない、品質の安定したバンプを大量生産することは難しいと言われている。
【０００３】
この電極パッドにはんだバンプを形成させる方法としては、一般的には、はんだボール搭載融着方式とソルダーペースト塗布融着方式が工業的に広く実用されている。
【０００４】
はんだボール搭載融着方式では、先ず前処理として、通常、（１）ワークである半導体チップやインターポーザー（配線基板）の電極パッド以外をはんだレジスト膜で被覆した後、（２）電極パッドに粘着性のフラックスを塗布し、（３）電極パッドに対応する部分が穿孔加工されて開口孔を有するマスクを、該開口孔と電極パッドとの位置を合致させて重ねた上で、印刷用スキージーで所定の大きさのはんだボールをマスクの開口孔を通して各電極パッド上に振り込み、該フラックスの粘着性を利用してはんだボールを電極バッドに粘着させた後、該マスクを外し、（４）ワークをそのまま高温のフロー炉またはリフロー炉中を通過させることによりフラックスの還元力を利用して電極パッド表面の酸化膜とはんだボール表面の酸化膜を除去してはんだぬれ性を良くして、電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させる。（特許文献１，２）
前記（３）のマスクとスキージーを使用する代わりに、電極パッド配列位置と同じ位置にはんだボール径より小さい孔が穿孔された治具を内部から真空（低圧）吸引して該穿孔部外側にはんだボールを吸着させる機構のボールマウンター機を使用して、はんだボールを吸着した該治具を各電極パッドの直上の配列位置まで移動させたのち、該治具内部の真空（低圧）を解除して、各はんだボールを一括して各電極パッド内に振り込み、前記フラックスの粘着性を利用してはんだボールを電極バッド部に粘着させた後、ボールマウンター治具を元の位置に移動させ、その後前記（４）の工程を経てワークの電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させることも一部では行われている。（特許文献３）
これらのはんだボール搭載融着方式では、高温のフロー炉またはリフロー炉内でフラックスの化学作用を利用し電極表面の酸化膜とはんだボール表面の酸化膜を還元・活性化し、はんだぬれ性を改善して電極パッドにはんだボールを融着接合してはんだバンプを形成させているが、その際、フラックスが沸騰状態になり飛散するため、大気をも巻き込んで接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずることが多い。（非特許文献１）
このようなはんだ接合界面やはんだバンプ層内の微小な気泡や空隙を有する半導体装置やそれをプリント基板に搭載してなる電子装置は、特に長期に亘り高温暴露されると経時的に微小な気泡や空隙が転移し、更に所謂カーケンダルボイドの発生と相俟って、衝撃力が加わると接合破断を生ずる危険性が高く、接続品質信頼性が損なわれることが知られている。（非特許文献１，２，３，４）
また、フラックスを使用するので、フラックスの成分が接合界面やはんだバンプ内部に残留し、あるいは周囲に飛散したフラックス成分により、経時的腐食の原因にもなり、搭載された電子機器の故障を招くこともあり、長期品質信頼性の点でも必ずしも充分とは言い切れない。
また、マスク精度、はんだボール径のばらつき、更にはフローまたはリフロー条件のばらつきに因るはんだバンプ形状ならびにバンプ高さの不揃い（コプラナリティー）などのばらつきも大きく後工程での組立性に問題を生ずることも多い難点がある。
一方、特殊な方法としては、ワーク全面にソルダーレジストを塗布し、その上に耐熱性粘着剤で耐熱性マスク材を貼付け、該耐熱性マスク材の上方から電極パッド上にレーザー光線を照射して耐熱性マスク、耐熱性粘着剤、ソルダーレジストを貫通させ電極まで到達した穴を穿設して電極の一部を露出させ、穿設された全ての孔の中にはんだボールを挿入した後、前記（４）の工程を経てワークの電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させる方法も提案されている。（特許文献４、５）
しかしながら、この方法でもフラックスを使用するため、はんだボールを電極パッドに融着接合する際、フラックスが沸騰状態になり飛散し、大気をも巻き込んで接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避することはできず、従って、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題がある。
【０００５】
一方、ソルダーペースト塗布融着方式では、先ず前処理として、通常、（１）ワークである半導体チップやインターポーザー（配線基板）の電極パッド以外をはんだレジスト膜で被覆した後、（２）電極パッドに相当する部分のみ開孔された所定の厚さを有するマスクを、該開孔の位置と電極パッドの位置を合致させて載せた上で、スキージーなどを用いて開口部の電極パッド上に所定の厚さにソルダーペーストを塗布した後、該マスクを外し、（４）ワークをそのまま高温のフロー炉またはリフロー炉中を通過させることにより、ソルダーペースト中に存在するフラックス成分の還元力を利用して、電極パッド表面の酸化膜とはんだボール表面の酸化膜を除去しはんだぬれ性を良くして、該電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させる。
しかしながら、この方法では均一で充分な大きさのバンプ形状を形成させることは難しいため、ソルダーペーストを塗布後、金属マスクなど使ってソルダーペーストの上にはんだボールを積載させてフロー炉またはリフロー炉を通過させることによりはんだバンプを形成させることが一般的である。これは、前記ソルダーペーストの上に半導体装置のバンプや、トランジスタ、コンデンサー、抵抗器などの電子部品のはんだ被覆されたアウターリードを電子回路基板上の電極パッド、ランド、またはリードに搭載してフロー炉またはリフロー炉を通過させることによりはんだ接合させる電子装置の表面実装の場合と同じ工法である。
このソルダーペースト塗布融着方式でも、高温のフロー炉またはリフロー炉内でソルダーペースト中に存在するフラックス成分の化学作用を利用し電極表面の酸化膜を還元し活性化すると共にはんだぬれ性を改善して、ソルダーペースト中に存在する粉状もしくは粒状はんだを溶融凝縮させながら電極パッド表面上に融着接合してはんだバンプを形成させている。このため、前記はんだボール搭載融着方式と同様に、フロー炉またはリフロー炉内ではフラックス成分が沸騰状態になり飛散するため、大気をも巻き込んで接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずることが多い。
従って、この場合も、はんだ接合界面やはんだバンプ層内の微小な気泡や空隙は、特に長期に亘り高温暴露されると経時的に転移し、更に所謂カーケンダルボイドの発生と相俟って、衝撃力が加わると接合破断を生ずる危険性が高く、接続品質信頼性が損なわれる。
また、ソルダーペースト中にはフラックス成分やいろいろな樹脂成分が含まれているため、それらの成分が接合界面やはんだバンプ内部に一部残留することも少なくなく、あるいは周囲に飛散したそれらの成分により、経時的腐食の原因になり、搭載された電子機器の故障を招くこともあり、長期品質信頼性の点でも必ずしも充分とは言い切れないことも同様である。
また、マスク精度、ソルダーペーストと塗布量のばらつき、更にはリフロー条件のばらつきに因るはんだバンプ形状ならびにバンプ高さの不揃い（コプラナリティー）などのばらつきも必ずしも小さいとは言えず、後工程での組立性に問題を生ずることも少なくない難点がある。
【０００６】
一方、特殊な方法としては、ワーク全面にソルダーレジストを塗布し、その上に耐熱性粘着剤で耐熱性マスク材を貼付け、該耐熱性マスク材の上方から電極パッド上にレーザー光線を照射して耐熱性マスク、耐熱性粘着剤、ソルダーレジストを貫通させ電極まで到達した穴を穿設して電極の一部を露出させ、穿設された全ての穴の中にソルダーペーストを塗布した後、前記（４）の工程を経てワークの電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させる方法も提案されている。（特許文献４，５）
しかしながら、この方法でも前述の通り、ソルダーペースト中にフラックス成分を使用するため、はんだボールを電極パッドに融着接合する際、フラックス成分が沸騰状態になり飛散し、大気をも巻き込んで接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避することはできず、従って、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題がある。
【０００７】
更に、ソルダーペースト塗布融着方式の一種の変形方式として、バンプ高さを均一化し、コプラナリティーの不揃いを少なくして、多ピン狭ピッチの高密度半導体集積回路ＬＳＩのバンプを形成させるため、はんだ粉と沸点を有する添加剤を含有する樹脂を使用した一種のソルダーペーストを所定の厚さで実装基板の全面に塗布した後、その上に平板を当て固定し、前記添加剤を沸騰させて前記樹脂中に気泡を発生させ、前記気泡が前記樹脂中を対流することによって実装基板の電極上に前記はんだ粉を集合させてバンプを形成させる方法も提案されている。（特許文献６）
しかしながら、この方法も実質的にフラックス成分を含有させており、コプラナリティー（バンプの高さ）はほぼ均一化できるが、実質的には接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避することはできず、従って、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題を解決できるとはいえない。
【０００８】
また、バンプサイズに打ち抜いたはんだ箔を、フラックスを含有する接着剤を介して電極パッドに配置してリフロー工程を経てバンプを形成させる方法も提案されている。（特許文献７）
この方法も実質的にフラックス成分を含有させており、コプラナリティー（バンプの高さ）はほぼ均一化できるが、実質的には接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避することはできず、従って、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題を解決できるとはいえない。
【０００９】
一方、はんだ接合される電極パッド、ランドまたはリード部以外がソルダーレジストなどの保護膜で覆われているプリント基板の電極パッド、ランドまたはリードなどに、はんだ合金を接合する技術の１つに、溶融はんだ液の上層に高温の有機脂肪酸溶液を配した上下２層構造の貯槽を用いてはんだ接合する技術がある。（特許文献８，９）
この技術は、嘗て発明者らが長年の研究により開発したものであるが、まず前記プリント基板などのワークを上層の有機脂肪酸溶液に浸漬して電極パッド、ランドまたはリード表面の金属酸化物を洗浄除去し、清浄化された金属表面に有機脂肪酸による保護皮膜を形成させた後、下層の溶融はんだ液に浸漬して前記電極パッド、ランドまたはリードにマイクロボイドのない良好なはんだ接合を行い、次いで再びワークを上層の有機脂肪酸溶液中を通過させて引き上げる際に接合されたはんだ表面に有機脂肪酸の保護皮膜をコーティングするものである。
このはんだ接合方法ではフラックスを全く使用しないため、現行のはんだボール搭載融着方式とソルダーペースト塗布融着方式の難点であるはんだ接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずることは全くない。また、はんだ合金中の酸素濃度が１０ｐｐｍ以下のものを使用すると、経時的長期高温暴露後のカーケンダルボイドの発生が極めて少なく、接続信頼性が高く、耐衝撃破断性に優れたはんだ接合が得られることが判っている。（特許文献９）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】 特開平７−２０２４０３
【特許文献２】 特開平８−３００６１３
【特許文献３】 特開平７−３０２７９６
【特許文献４】 特開平１１−２９７８９０
【特許文献５】 特開２０００−１００８６３
【特許文献６】 特開２００６−１００７７５
【特許文献７】 特開平１１−２７４２０３
【特許文献８】 特開２００２−２３３９９４
【特許文献９】 特開ＷＯ２００８−０８４６７３
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】 Ｒ．Ａｓｐａｎｄｉａｒ，”Ｖｏｉｄ ｉｎ Ｓｏｌｄｅｒ Ｊｏｉｎｔｓ”ＳＭＴＡ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｃｈａｐｔ．Ｍｅｅｔｉｎｇ（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２１，２００５）
【非特許文献２】 Ｃ．Ｈｉｌｌｍａｎ”Ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｐｂ−ｆｒｅｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｐ．６９（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００５）
【非特許文献３】 伴充行、島内優”電子部品の信頼性評価および不具合解析技術”ＪＦＥ技報第１３巻ｐ．９７−１０２、２００６年８月
【非特許文献４】 石川信二他：”高温はんだとＣｕ板の接合部におけるカーケンダルボイドの生成“、エレクトロニクス実装学会誌、第９巻４号ｐ．２６９−２７７、２００６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、電子回路基板の電極パッドまたはリード（以下、単にパッドと弥す）にはんだバンプまたははんだ皮膜を形成する方法として、従来から広く実用されているはんだボール搭載融着方式やソルダーペースト塗布融着方式、あるいはそれに類する先行技術の難点、即ち、フラックス成分を含有するが故の接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避し、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題、更には長期高温暴露後に経時的に発生するカーケンダルボイドの問題を解決し、更にはんだバンプまたははんだ皮膜形状とはんだバンプまたははんだ皮膜高さの均一化を図ることにより品質信頼性の高い電子部品の製造技術を提供すること、更にはパッド幅が１００μｍ以下で、隣接回路ピッチが１５０μｍ以下の微細狭ピッチ電子回路用はんだバンプまたははんだ皮膜を工業的に安定量産できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、パッドに該当する部分が開口したマスクの該開口部を電子回路基板のパッド位置に合わせて貼り付けたワークを、高温の有機脂肪酸溶液中に浸漬し静置して、該有機脂肪酸の化学作用により該パッド部表面の酸化層を除去・清浄化するとともに、清浄化された該パッド金属表面に有機脂肪酸の保護皮膜を形成せしめる第１のプロセスと、上部からはんだ微粒子を下方に向けて散布することにより、高温の該有機脂肪酸液中で溶融状態のはんだ微粒子をマスクの開口部からワークの該パッド部表面に落下到達せしめて、該はんだ粒子を次々と融着凝集融合させて、マスク開口部がほぼはんだで満たされるかそれ以上にマスク上面に溶融はんだが溢れる状態にする第２のプロセスの後、スキージー、またはローラーなどにより該マスクの開口部最上面に溶融はんだが充填され、余剰の溶融はんだを除去する第３のプロセスとを経て、前記マスクを電子回路基板から外した後、はんだバンプまたははんだ皮膜高さを揃えるために所定の間隙を開けてワーク（電子回路基板）の上に金属平板を搭載した上で、静かにワークを引き上げて、はんだバンプを凝固させる第４のプロセスを行うことにより、はんだバンプを形成させる技術を提供するものである。
【００１４】
本発明内容について、一例としてＢＧＡのインターポーザー（配線基板）の電極パッドにはんだバンプを形成させる事例について、更に詳しく述べると、第１のプロセスにおいては、図１の露出している電極パッド２以外ははんだレジスト３で被覆されているＢＧＡのインターポーザー（ワーク）１のパイロットホールと、自動制御式三次元移動装置のロボットアーム１７の先端に取付けられている金属製ワーク固定平板治具１６のパイロットピン１８を利用して、ワーク１を金属製ワーク固定平板治具１６の上に搭載し、同様にして、更にその上に図１のマスク４のパイロットホールと、前記パイロットピン１８を利用して、マスク４をワーク１の上に搭載し、ワーク１の電極パッド２の位置とマスク４の開口部（貫通孔）５の位置を相互に重ね合わせて、それぞれを固定する（図２０、図１、図２）。
具体的にマスク４を重ねたワーク１の固定方法の一事例としては、図２０に示したように、ワーク４の長手の両縁端部を上部から金属製ホルダー１９で押え付けて固定する。また、マスク４は第４のプロセスで単独に取外し出来るように、ワークよりも一回り小さい面積のものを使用して、その長手の両縁端部を上部から金属製固定板２０で押え付けて固定する。
【００１５】
その上で、自動制御式三次元移動装置でロボットアーム１７を操作して、図９のように貯槽１１に蓄えられた高温の有機脂肪酸溶液１０の中の高温の下液層ゾーン中に、マスク４とワーク１が固定されている金属製ワーク固定平板治具１６浸漬して、静置する。
該有機脂肪酸溶液１０の中における金属製ワーク固定平板治具１６の静置位置は水平でもよいし、角度０〜３０度程度の範囲で傾斜させて静置してもよい。
このとき、露出している該ワークの電極パッド表面は有機脂肪酸の化学作用により反応して表面の酸化層が除去清浄化されるとともに、清浄化された金属表面に有機脂肪酸の保護皮膜が形成される。
【００１６】
このプロセスで使用するマスクの材質は通常の広く使用されているステンレス、チタン、アルミニウム、モリブデン、タングステン、またはそれらの合金などのはんだが付着しにくい金属薄板、あるいははんだが付着し易い金属薄板であってもその表面にはんだが付着しにくい皮膜を形成処理したもの、更には、樹脂薄板、特殊加工紙（ペーパーマスク）でもよい。特に剛性と靭性が高いステンレスマスク、チタン合金マスク、アルミ合金マスク、耐熱樹脂マスク、ペーパーマスクなどが好適である。板厚はバンプ形成またははんだ被覆に必要な容量から算出して厚さを決める。開口孔は電子回路形成の工法として一般的なフォトエッチング法、レーザー加工、またはＮＣ制御式穿孔機、放電加工、水流加工、金型による打ち抜き加工などによる精密穿孔加工により形成される。
【００１７】
また、このプロセスで使用する有機脂肪酸は、カプロン酸、カプリル酸、２−エチルヘキ酸、ノナン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキジン酸、アラキドン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸、などがよい。
これらの内、望ましくは１８０〜３００℃で使用する溶媒に溶解し分解などせず安定している有機脂肪酸がよい。沸点が低い有機脂肪酸の場合は高圧にして使用することも可能であるが、安全性、実用性の点で好ましくはない。
経済性や取扱い上から工業的により実用に適するものは、例えば、炭素数１３〜２０の有機脂肪酸、即ち、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキジン酸、アラキドン酸などであり、本発明の目的に合致した効果が大きく、特に有用である。
有機脂肪酸は炭素数１２以下でも使用可能ではあるが吸水性があり、高温で使用する関係からあまり好ましくないこと、更に接合後のはんだ表面に保護膜としてコーティングされても吸水性があるため長期保存時の品質に障害をもたらすこともあり好ましくない。また、炭素数２１以上の有機脂肪酸でも使用は可能であるが、融点が高いこと及び浸透性が悪くまた取扱いし難く処理後のはんだ表面の防錆効果もやや不充分になる。特に望ましいのは、工業的にも大量に生産され使用されて入手もしやすい炭素数１６のパルミチン酸、炭素数１８のステアリン酸が最適であり、そのいずれか１種以上を１〜８０重量％と残部が１８０℃〜３５０℃の高温領域で安定な油系溶媒からなる液温１８０〜３００℃の溶液を使用すると本発明の効果も大きい。
本発明にカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を有する有機脂肪酸溶液を使用する目的は、パッド、ランドおよびリードの金属表面をケン化反応により酸化膜を除去し清浄活性化することと、同時に清浄活性化された表面を保護すること、更には併用する酸素濃度１０ｐｐｍ以下の低酸素濃度溶融はんだ液の酸化を防止する役割を果たすとともに、形成されたはんだバンプおよびはんだ皮膜の表面にも化学吸着保護膜としてコーティングすることにある。この他に付随的に第１のプロセスでワークの保護膜表面に付着した余分な粒子をある程度洗い流す効果もある。尚、これらの作用、効果ならびに表面処理技術としては前述の通り、既に特許文献８および９により公知である。
【００１８】
前記溶液中の有機脂肪酸の濃度については１質量％以下でも効果はあるが、連続して大量に処理する場合は補充管理などが煩雑なこと、また８０質量％以上あるいは１００質量％単体液でも本発明の効果はあり使用可能であるが、発煙性と臭気の問題もきつくなるため、好ましくは５〜８０質量％である。
該有機脂肪酸溶液の液温は使用する溶融はんだ液の融点温度±５０℃の範囲内であることが効率的で望ましい。但し、少なくとも本発明の第２のプロセス及び第３のプロセスにおける該有機脂肪酸溶液の液温は、使用する溶融はんだ液の融点温度以上の温度に保持されていることが必須条件である。上限温度は発火性、発煙性、安全性を考慮すると、３２０℃程度であるが、臭気の問題、及び省エネの観点からは使用する溶融はんだ液の融点温度〜＋５０℃の範囲内で使用することが望ましい。例えば、融点が２１７℃近辺の錫銀銅（Ａｇ３．０質量％、Ｃｕ０．５質量％、残部Ｓｎ）３元系はんだ合金の場合であれば、はんだパン部接合、または形成に必要な該有機脂肪酸溶液の温度は２５０〜２６０℃が最適である。この場合のはんだ接合、ならびにバンプ形成の効率は、有機脂肪酸溶液の温度を２６０℃〜３００℃まで上げた場合と有意差はない。
この点でも、本発明方法は、現行のはんだボール搭載融着方式とソルダーペースト塗布融着方式のようにはんだバンプ形成効率を上げるために、フロー炉、またはリフロー炉の実質ピーク温度を２８０〜３５０℃に上げて製造しているケースに較べて、エネルギー使用量は約１０〜４０％程度低減可能である。
また、本発明方法は、前記の通り第２のプロセス、第３のプロセスが行われる下液層ゾーンの有機脂肪酸溶液の温度と、第４のプロセスの後半の接合されたはんだバンプまたははんだ皮膜を凝固させる過程の上液層ゾーン有機脂肪酸溶液の温度とで、上液層に行くほど低温になるように温度勾配を付けることも、有効である。この場合の上液層の液温は使用するはんだの融点温度より低いことが好ましく、具体的には２０〜５０℃低いことが望ましい。
【００１９】
また本発明に使用する有機脂肪酸の溶媒としては、前記有機化合物を溶かし前記高温領域で安定な溶媒であれば、鉱物油、植物油、合成油のいずれでもよいが、特に安定性、安全性、経済性、取扱い性の点でエステル合成油が最適である。高温で安定な溶媒を使用する目的と理由は、前記有機化合物の高温発煙性ならびに臭気の緩和抑制、更にははんだ接合処理後に過剰に付着した有機脂肪酸溶液を洗い落とす際の洗浄性がよいこと、また、若干ではあるが液粘性を下げ浸透性も改善される効果が大きいからである。その濃度は前記有機化合物濃度で決まる。
【００２０】
本発明の第２のプロセスにおいては、図２、図１０、または図１４に示したように、上方からはんだ粒子６を高温の有機脂肪酸溶液１０の下方に向けて散布することにより、該はんだ粒子６をマスクの開口部からワークの電極パッド部表面２に落下到達せしめて（図３）、該パッド表面２に該はんだ粒子６を次々と融着凝集融合させて溶融はんだ層７を形成させ（図４）、最終的には電極パッド２上のマスク開口部がほぼはんだで満たされるかそれ以上にマスク上面に溶融はんだが溢れる状態（図５、図１１）にする。
散布するはんだ粒子の大きさは、ワークのパッド径または最小幅が０．２ｍｍ以上の比較的大きい場合は、数１０μｍφ〜パッド径または最小幅以下の粒径のはんだ粒子を散布すればよく、そのはんだ粒子は固体であっても、溶融はんだ粒子であってもよい。また、この場合のはんだ粒子散布方法は、図１４のように有機脂肪酸溶液の外から万遍なく散布してもよいし、噴射ノズルを使用してはんだ粒子を有機脂肪酸溶液中に万遍なく分散沈降するように散布してもよい。前記噴射ノズルを使用する場合は、多孔ノズルから溶融はんだ粒を該有機酸溶液中に噴射させて万遍なく分散散布することが有効であり、特に１〜２０μｍφの微細溶融はんだ粒子を噴射するには超音波を利用するとよい。
【００２１】
即ち、ワークのパッド径または最小幅が０．１ｍｍ以下の微小な場合は、数１０μｍφ以下の微小なはんだ粒子でないとマスクの開口部から電極パッド表面に到達することが出来ない。しかも、出来るだけ多くのはんだ微粒子を開口部内に沈降させなければならないので、１〜３０μｍφ程度のはんだ微粒子を沢山万遍なく散布する必要がある。
通常、３０μｍ以下のはんだ微粒子を製造することは非常に難しい。このため、発明者らは試行錯誤でいろいろな方法を検討した結果、超音波振動子を取り付けたノズルから高温の有機脂肪酸溶液中に超音波振動をさせながら溶融はんだを噴射すると、特定の周波数の超音波発振により１〜２０μｍφ程度の溶融はんだ微粒子が安定して散布できることを突き止めた。これを利用して本発明の方法を行えば、隣接電極パッド間ピッチ４０μｍ、パッド面積２０μφの微小電極パッドですら、良好なはんだバンプを形成させることが出来ることを実際に検証した。
この場合の、溶融はんだ微粒子の粒径は超音波周波数に依存し、周波数が高ければ高いほど得られる微粒子の粒径は小さくなる傾向があり、例えば、周波数３５ｋＨｚの場合は９０％以上は１〜１０μｍφの微粒子が得られる。また、周波数２２ｋＨｚの場合は粒度分布が広くなり３〜２５μｍφの粒子が９０％を占める。
【００２２】
図１２においては、真上から超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置１２により、下方のワーク１に溶融はんだ粒子６を噴射している事例を示したが、超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置１２の向きは、角度をつけて斜上方からワーク１のある下方に向けて、溶融はんだ粒子６を噴射してすることも有効である。いずれの場合でも、ワーク１の表面に出来るだけ広範囲にかつ極力均一に溶融はんだ粒子６を散布しなければならないため、専用の自動制御式３次元移動装置のアームに超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置１２を取付けて、ワーク１に万遍なく溶融はんだ粒子が広がるようにするとよい。
ワーク１と超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置１２の距離は、噴射するノズルの位置と形状または溶融はんだの噴出量（溶融はんだの給液量）にも因るが、真上から真下に向けて溶融はんだを噴射する場合は、噴射される溶融はんだ粒子の拡がり角度が４５〜９０度の場合は、１０〜３０ｍｍ程度が望ましい。
【００２３】
超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置１２の具体的構造事例としては、図１９に示したように、超音波出力ケーブル２１が接続された超音波振動子２２が冷却用フィンブースター２３を介して接続された保持用ブースター２４の先端に溶融はんだ注入用管路２６とノズル２７が導通している超音波ホーン２５が取り付けられた構造の装置が挙げられる。
【００２４】
本発明方法の第３のプロセスでは、図６、図１２、図１３、図１５、または図１６に示したように、スキージー８またはローラー１５をマスクの上面に押し当てて、一方の端部から他方の端部に向けて移動させることにより、溶融はんだの充填量がやや不足している開口部には満杯になるように充填子ながら、マスク上面に溢れた余剰の溶融はんだを取り除き、マスクの全ての開口部が一様に充填された状態（図７、図１３、図１６）にする。
【００２５】
本発明方法の第４のプロセスでは、図１７に示したように、ワークを固定している金属製治具からマスク４を静かに外して取り除いた後に、溶融はんだバンプ９が電極パッド２に密着している状態のままのワークを金属製固定治具ごと台座から外して静かに貯槽外に取り出しはんだバンプを凝固させる（図８、図１８）。
尚、溶融はんだバンプが完全に凝固するまえに、バンプ高さ調整用の金属平板をワーク固定用治具に押し当てて外溶融はんだバンプを凝固させると、均一な高さでコプラナリティの揃った良好なはんだバンプが形成される。
この操作は、上層部に行くほど低温になるように温度勾配がつけられた有機脂肪酸溶液中の上層部で行うと効果的である。
【００２６】
本発明で使用する溶融はんだは、電子部品に広く使用されている通常のはんだでなんら問題はない。しかしながら、長期高温暴露された場合に生じやすいカーケンダルボイドを抑制するために、発明者らこれまで試行錯誤しながら種々研究した結果、例えば、酸素濃度が１０ｐｐｍ以下のはんだを使用し、有機脂肪酸溶液を上層に配した該溶融はんだ液に浸漬してはんだ接合させると、非常に効果があることを発明した。（特許文献９）
その後、前記酸素濃度は５ｐｐｍ以下のはんだを用いるとカーケンダルボイドの発生を殆ど皆無にでき、更に効果的であることを検証したので、本発明においてもこれを適用してはんだ接合すると、経時的に１２０℃以上の高温で長期加熱後の耐衝撃破断性に優れた品質信頼性の高い電子部品、半導体装置、及び電子装置が得られる。
【発明の効果】
【００２７】
上述の通り、本発明の方法は、はんだボール、はんだボールを振込むための吸着式ボールマウンター、更にフラックスを一切使用しないため、従来法の欠点であるフラックスの沸騰飛散による接合界面及びはんだ層内微小気泡・空隙発生がなく、かつ、有機脂肪酸溶液中ではんだ接合するので、その際、接合界面およびはんだ層内部への酸化物の巻き込みが全くないので、長期高温暴露後のカーケンダルボイド（マイクロボイド）の発生が圧倒的に少ない。従って、本発明方法によるはんだ接合部品は長期高温暴露後の耐衝撃破断性が格段に優れている。また、形成されるはんだバンプまたははんだ皮膜のはんだ量、形状、高さ（厚さ）を比較的自由に制御することが可能であり、かつそのばらつきを従来法より小さくできる効果がある。
更に、従来法では殆ど不可能なパッド径または最小幅０．０２〜０．１ｍｍ、隣接パッド間ピッチ０．０４から０．１５ｍｍの微小・狭ピッチ電子回路のバンプ形成が可能である。
また、ワークとはんだ粒子を有機脂肪酸溶液中で接合処理するため、その際大気を巻き込むこともなく、常にはんだをぬれ性の良い状態が保持されているので、はんだ酸化物の巻き込みもなく、出来上がったバンプまたはリードのはんだ表面には有機脂肪酸保護膜が自動的にコーティングされているので、その後の電子装置組立時のはんだぬれ性が従来法で製造された物より安定して優れている。
また、本発明方法では有機脂肪酸溶液中でバンプまたははんだ皮膜を形成させるメリットの１つに、隣接はんだバンプまたははんだ皮膜間のはんだブリッジが全く生じにくいことが挙げられる。これは有機脂肪酸溶液が隣接電極パッド間の溶融はんだの移動を抑制防止する効果を有することに起因している。このため、従来法では一般に０．１〜数％の頻度で発生する「隣接パッド間のはんだブリッジ不良」や「ミッシング不良」（電極パッドまたはリードの一部にはんだ欠落している不良）は全く皆無にできるので、それによる従来必要とされて来た膨大な手直し再生加工がほとんど不要になる。
また、前述の通り、本発明方法は、現行方法より低温で、かつ効率よくはんだバンプ形成が出来るため、エネルギー効率がよく、現行方法より少なくとも２０％以上省エネ効果が期待できる。
以上の通り、本発明の効果は工業的に極めて価値が高いものである。
これを更に詳しく具体的事例で以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】 本発明の第１プロセスにおける実施形態として使用する電子回路基板とマスクの構造事例を模式的に示した平面図である。
【図２】 本発明の第１プロセスにおける実施形態として使用する電子回路基板にマスクを貼り付けた事例の断面を拡大して模式的に示した部分拡大断面図である。
【図３】 本発明の第２プロセスの初期段階における実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板に、上部から散布されるはんだ粒子が降り注がれている状態事例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図４】 本発明の第２プロセスの中間段階における実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板に、上部から散布されるはんだ粒子が高温の有機脂肪酸溶液中で溶融はんだ粒子となり、マスクの開口部から電極パッド表面に達して密着接合し、その上に順次溶融はんだ粒子同志が融合して行く状態事例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図５】 本発明の第２プロセスの最終段階における実施形態として、有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板の開口部がほぼ融合はんだで満たされた状態事例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図６】 本発明の第３プロセスにおける実施形態として、有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスク開口部の上部に溢れた余剰の溶融はんだをスキージーにより除去している中間段階の状態事例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図７】 本発明の第３プロセスにおける実施形態例として、有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスク開口部の上部に溢れた余剰の溶融はんだをスキージーにより除去した状態を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図８】 本発明の第４プロセスにおける実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスクを剥がした後の電子回路基板上の電極パッドに形成されたはんだバンプの状態事例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図９】 本発明の第１プロセスにおける実施形態として使用する電子回路基板にマスクを貼り付けた状態で、高温の有機脂肪酸溶液中に浸漬して静置固定した状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１０】 本発明の第２プロセスの初期段階における実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板に、上部から超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置によりはんだ粒子を散布して状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１１】 本発明の第２プロセスの最終段階における実施形態として、有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板に、上部から散布されるはんだ粒子が高温の有機脂肪酸溶液中で溶融はんだ粒子となり、マスクの開口部から電極パッド表面に達して密着接合し、その上に順次溶融はんだ粒子同志が融合して、マスク付き電子回路基板の開口部がほぼ融合はんだで満たされた状態事例を模式的に示した断面図である
【図１２】 本発明の第３プロセスにおける実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスク開口部の上部に溢れた余剰の溶融はんだをスキージーにより除去する構造状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１３】 本発明の第３プロセスにおける実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスク開口部の上部に溢れた余剰の溶融はんだをスキージーにより完全に除去した状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１４】 本発明の第２プロセスの初期段階における実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板に、上部から固体のはんだ粒子を高温の有機脂肪酸溶液中に散布している状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１５】 本発明の第３プロセスにおける実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスク開口部の上部に溢れた余剰の溶融はんだをローラーにより除去する構造状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１６】 本発明の第３プロセスにおける実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスク開口部の上部に溢れた余剰の溶融はんだをローラーにより完全に除去した状態事事例を模式的に示した断面図である。
【図１７】 本発明の第４プロセスにおける前段の実施形態として、有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスクを剥がした状態事例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図１８】 本発明の第４プロセスにおける後段の実施形態として、バンプが形成された電子回路基板を高温の有機脂肪酸溶液中から静かに引き上げて空気中に取り出した状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１９】 本発明の第２プロセスにおける溶融はんだ粒子散布方法の事例として、超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置の構造形態を模式的に示した断面図である。
【図２０】 本発明の第１プロセスにおけるワークとマスクを固定する治具及びそれを３次元的に移動搬送させる装置の実施形態事例を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ 電子回路基板（半導体チップ、インターポーザー（配線基板）、ウエハー、半導体 装置、または実装基板）
２ 電極パッドまたはリード
３ はんだレジスト
４ マスク
５ マスクの開口部（貫通孔）
６ 溶融はんだ液
７ 電極パッドまたはリード表面に接合した溶融はんだ粒子が融合して形成された溶融 はんだ層
８ スキージー
９ 電極パッドまたはリード表面に接合したはんだバンプまたははんだ皮膜
１０ 有機脂肪酸溶液
１１ 有機脂肪酸溶液の貯槽
１２ 超音波発振機付き溶融はんだ粒子発生装置
１３ スキーキー、スクレパー、またはローラーなどで取り除かれた余剰溶融はんだ
１４ 散布容器に入れられたはんだ粒子（固体）
１５ ローラー
１６ ワーク固定用金属製平板治具
１７ 自動制御式３次元移動装置（ロボット）に取り付けられたロボットアーム
１８ パイロットピン
１９ ワーク固定用専用ホルダー
２０ マスク固定及びリムーブ用専用ホルダー
２１ 超音波出力ケーブル
２２ 超音波振動子
２３ 冷却用フィンブースター
２４ 保持用ブースター
２５ 超音波ホーン
２６ 溶融はんだ注入用管路（供給用導管路）
２７ 溶融はんだ噴射ノズル
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００３０】
先ず、実施例１として、図１、図２及び図９のように、バンプを形成させる電子回路基板１（ワーク）として、外形サイズ１０ｍｍＸ１０ｍｍのＢＧＡインターポーザー（外表面に直径０．３２ｍｍφの電極パッド（銅）が、０．６０ｍｍピッチでマトリックス状に３８０個整列。電極バット以外の部分ははんだレジストで覆われている）が２列×４個配置されているものを使用した。
はんだ組成は、Ａｇ２．５質量％、Ｃｕ０．５質量％、残部Ｓｎからなる酸素濃度５ｐｐｍ以下の３元系はんだ合金を使用した。
ワークへのバンプ形成は、先ず第１プロセスとして、電極パッド部２に該当する部分が開口したマスク４（厚さ０．５ｍｍのステンレス製、開口径０．２８ｍｍφ）の該開口部５をワークの電極パット部２の位置に合わせて貼り付けたものを、専用のステンレス製固定治具に固定して、
上液層ゾーンの液温が１７０℃で下液層ゾーンの液温が２６０℃のステアリン酸溶液１０（ステアリン酸濃度６０質量％と残部合成エステル油からなる溶液）中にワークを浸漬して、前記下液層ゾーンの中にワークを静置した。この際、ワークの該電極パッド表面は該ステアリン酸溶液と接触することにより化学反応して、該電極パッド表面の酸化汚れが洗浄除去されるとともに、清浄化した表面には有機脂肪酸のコーティング層が形成される（第１のプロセス）。
次に、図１０のように、ワークの３０ｍｍ真上の下液層ゾーン内から、超音波振動子を取り付けたステンレス製溶融はんだ微粒子発生装置内の管路に前記組成の溶融はんだを給液して、該溶融はんだ微粒子発生装置内後方に設置されている超音波振動子により周波数２２ｋＨｚ，出力５００Ｗの超音波振動を発生させながら、該溶融はんだ微粒子発生装置先端のノズル（口径２．０ｍｍφ）から高温の有機脂肪酸溶液中に溶融はんだ微粒子をワークが固定されている下方に向けて３０秒間噴射しながら該溶融はんだ微粒子発生装置をワークに万遍なく溶融はんだ微粒子が降りかかるように移動させながら散布した（図３、図４、図１０）。散布量は全ての開口部が溶融はんだで完全に充填される理論容量値の約３倍量を散布した。
その後、前記下層部のワークの上部に光ファイバー式カメラを挿入して、各開口部に溶融はんだがほぼ充填されていること（図５、図１１）を画像処理したモニター画面で確認後（第２のプロセス）、スキージー８をマスクの上面に押し当てて、一方の端部から他方の端部に向けて移動させることにより、溶融はんだの充填量がやや不足している開口部には満杯になるように充填しながら、マスク上面に溢れた余剰の溶融はんだを取り除き、マスクの全ての開口部が一様に充填された状態（図７、図１３）にした（第３のプロセス）。
その上で、マスクを外した後、バンプの高さを均一にするために０．３０ｍｍのギャップを開けて板厚２ｍｍのステンレス平板をワークの上面に載せて、それを前記金属固定治具もろとも一体で固定台座から外して、ワークの水平を保持しながら、静かにステアリン酸溶液の上液層ゾーンに移動させて該バンプを凝固させた上で、ワークを液外に取り出した。（第４のプロセス）
【００３１】
実施例２として、図１、図２及び図９のように、バンプを形成させる電子回路基板（ワーク）として、外形サイズ７ｍｍ×７ｍｍのＣＳＰ（外表面に０．０４ｍｍ□の電極パッド（銅めっきされている）が、０．０８ｍｍピッチでマトリックス状に３２００個整列、電極バット以外の部分ははんだレジストで覆われている）が２列×４個並んだものを使用した。
はんだ組成は、Ａｇ２．５質量％、Ｃｕ０．５質量％、Ｎｉ０．０１質量％、Ｇｅ０．００５質量％、残部Ｓｎからなる酸素濃度５ｐｐｍ以下の５元系はんだ合金を使用した。
ワークへのバンプ形成は、先ず第１プロセスとして、電極パッド部２に該当する部分が開口したマスク４（厚さ０．０６ｍｍのステンレス製、開口径０．０４ｍｍ□）の該開口部５をワークの電極パッド部２の位置に合わせて貼り付けたものを、専用のステンレス製固定治具に固定して、
上液層ゾーンの液温が１７０℃で下液層ゾーンの液温が２６０℃のステアリン酸溶液１０（ステアリン酸濃度６０質量％と残部合成エステル油からなる溶液）中にワークを浸漬して、前記下液層ゾーンの中にワークを静置した。この際、ワークの該電極パッド表面は該ステアリン酸溶液と接触することにより化学反応して、該電極パッド表面の酸化汚れが洗浄除去されるとともに、清浄化した表面には有機脂肪酸のコーティング層が形成される（第１のプロセス）。
次に、図１０のように、ワークの３０ｍｍ真上の下液層ゾーン内から、超音波振動子を取り付けたステンレス製溶融はんだ微粒子発生装置内の管路に前記組成の溶融はんだを給液して、該溶融はんだ微粒子発生装置内後方に設置されている超音波振動子により周波数３５ｋＨｚ，出力５００Ｗの超音波振動を発生させながら、該溶融はんだ微粒子発生装置先端のノズル（口径２．０ｍｍφ）から高温の有機脂肪酸溶液中に溶融はんだ微粒子をワークが固定されている下方に向けて６０秒間噴射しながら該溶融はんだ微粒子発生装置をワークに万遍なく溶融はんだ微粒子が降りかかるように移動させながら散布した（図３、図４、図１０）。散布量は全ての開口部が溶融はんだで完全に充填される理論容量値の約６倍量を散布した。
その後、前記下層部のワークの上部に光ファイバー式カメラを挿入して、各開口部に溶融はんだがほぼ充填されていること（図５、図１１）を画像処理したモニター画面で確認後（第２のプロセス）、スキージー８をマスクの上面に押し当てて、一方の端部から他方の端部に向けて移動させることにより、溶融はんだの充填量がやや不足している開口部には満杯になるように充填しながら、マスク上面に溢れた余剰の溶融はんだを取り除き、マスクの全ての開口部が一様に充填された状態（図７、図１３）にした（第３のプロセス）。
その上で、マスクを外した後、バンプの高さを均一にするために０．０５ｍｍのギャップを開けて板厚２ｍｍのステンレス平板をワークの上面に載せて、それを前記金属固定治具もろとも一体で固定台座から外して、ワークの水平を保持しながら、静かにステアリン酸溶液の上液層ゾーンに移動させて該バンプを凝固させた上で、ワークを液外に取り出した。（第４のプロセス）
【００３２】
実施例１，２の評価としては、先ず外観は４０倍の双眼式実体顕微鏡で観察した結果、所謂ミッシングはなく、全てのバンプが均一に形成され、３次元自動測定器で測定した結果、実施例１については、バンプ高さは０．２８±０．０２ｍｍ（σ＝０．００４、ｎ＝５０）の範囲に入っていた。また、実施例２については、同様にバンプ高さは０．０４３±０．００５ｍｍ（σ＝０．０００７、ｎ＝５０）の範囲に全て入っていた。
バンプの顕微鏡断面観察の結果は、常態においてもマイクロボイドは全くなく、また１５０℃２４０時間恒温加熱エージング後においても、所謂カーケンダルボイドの発生は皆無であった。
従って、本発明の方法を用いれば、現行のはんだボール搭載融着方式とソルダーペースト塗布融着方式のような、フラックス成分を使用するが故の、フラックス成分の沸騰飛散による大気も巻き込んだ接合界面やはんだ層内の所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）の発生はなく、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題、更に電極パッド幅０．１ｍｍ以下で隣接パッド間ピッチ０．１２以下の微細狭ピッチ電子回路形成の問題も解決できる。
【産業上の利用の可能性】
【００３３】
以上の通り、本発明は、はんだボール、ソルダーペースト、フラックス、金属マスク、更には高価な真空吸着式ボールマウンターもリフロー炉も全く使用せず、電極パッドに直接はんだバンプを形成させるため、従来法ならびにそれに類する先行技術の難点である、フラックス成分を含有するが故の接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）発生現象を回避し、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題、更には長期高温暴露後に経時的に発生するカーケンダルボイドの問題を解決し、更に電極パッド径または最小幅０．０２〜０．１ｍｍ、隣接パッド間ピッチ０．０４〜０．１５ｍｍの微細狭ピッチ電子回路のはんだバンプ形成をも可能にし、しかもはんだバンプ形状とバンプ高さの均一化を図ることを可能にする技術を提供するものであり、工業的価値が極めて高い画期的な技術である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に半導体ウエハー、半導体チップ、インターポーザー（配線基板）、半導体装置、実装基板（以下、これらを電子回路基板と弥す）の電極パッドまたはリードにはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる方法及びその装置に関するものであって、特に、微小面積の電極パッドまたはリードが狭ピッチで多数個配置された微細回路の電子回路基板にはんだバンプをまたははんだ皮膜を形成させる方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器はますます高集積高密度小型軽量化され、品質的に高信頼性が要求されている。これに相応して、とりわけ半導体チップ、ウエハー、半導体装置、抵抗器、コンデンサー、コネクターなどの電子部品も小型高密度化され、これらを実装基板に搭載しはんだ接合された電子装置もますます小型高密度化されている。
半導体装置の中でも、特にＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）の半導体チップやインターポーザー（配線基板）は、小型微小化に伴い、マトリックス状に配列された各電極パッドの面積は微小化され、また各電極パッド間ピッチも微小狭ピッチ化が進み、各電極パッドに形成されるはんだバンプもますます微小化されてきている。
しかしながら、例えば、はんだボールまたはソルダーペーストを用いる現行のはんだバンプ形成方法では、一般に電極パッドの最小幅は２００μｍ、隣接電極パッド間ピッチは１５０μｍが限界と言われており、これ以上微細、狭ピッチの微細回路にブリッジオーバーによるリーク不良のない、品質の安定したバンプを大量生産することは難しいと言われている。
【０００３】
この電極パッドにはんだバンプを形成させる方法としては、一般的には、はんだボール搭載融着方式とソルダーペースト塗布融着方式が工業的に広く実用されている。
【０００４】
はんだボール搭載融着方式では、先ず前処理として、通常、（１）ワークである半導体チップやインターポーザー（配線基板）の電極パッド以外をはんだレジスト膜で被覆した後、（２）電極パッドに粘着性のフラックスを塗布し、（３）電極パッドに対応する部分が穿孔加工されて開口孔を有するマスクを、該開口孔と電極パッドとの位置を合致させて重ねた上で、印刷用スキージーで所定の大きさのはんだボールをマスクの開口孔を通して各電極パッド上に振り込み、該フラックスの粘着性を利用してはんだボールを電極バッドに粘着させた後、該マスクを外し、（４）ワークをそのまま高温のフロー炉またはリフロー炉中を通過させることによりフラックスの還元力を利用して電極パッド表面の酸化膜とはんだボール表面の酸化膜を除去してはんだぬれ性を良くして、電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させる。（特許文献１，２）
前記（３）のマスクとスキージーを使用する代わりに、電極パッド配列位置と同じ位置にはんだボール径より小さい孔が穿孔された治具を内部から真空（低圧）吸引して該穿孔部外側にはんだボールを吸着させる機構のボールマウンター機を使用して、はんだボールを吸着した該治具を各電極パッドの直上の配列位置まで移動させたのち、該治具内部の真空（低圧）を解除して、各はんだボールを一括して各電極パッド内に振り込み、前記フラックスの粘着性を利用してはんだボールを電極バッド部に粘着させた後、ボールマウンター治具を元の位置に移動させ、その後前記（４）の工程を経てワークの電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させることも一部では行われている。（特許文献３）
これらのはんだボール搭載融着方式では、高温のフロー炉またはリフロー炉内でフラックスの化学作用を利用し電極表面の酸化膜とはんだボール表面の酸化膜を還元・活性化し、はんだぬれ性を改善して電極パッドにはんだボールを融着接合してはんだバンプを形成させているが、その際、フラックスが沸騰状態になり飛散するため、大気をも巻き込んで接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずることが多い。（非特許文献１）
このようなはんだ接合界面やはんだバンプ層内の微小な気泡や空隙を有する半導体装置やそれをプリント基板に搭載してなる電子装置は、特に長期に亘り高温暴露されると経時的に微小な気泡や空隙が転移し、更に所謂カーケンダルボイドの発生と相俟って、衝撃力が加わると接合破断を生ずる危険性が高く、接続品質信頼性が損なわれることが知られている。（非特許文献１，２，３，４）
また、フラックスを使用するので、フラックスの成分が接合界面やはんだバンプ内部に残留し、あるいは周囲に飛散したフラックス成分により、経時的腐食の原因にもなり、搭載された電子機器の故障を招くこともあり、長期品質信頼性の点でも必ずしも充分とは言い切れない。
また、マスク精度、はんだボール径のばらつき、更にはフローまたはリフロー条件のばらつきに因るはんだバンプ形状ならびにバンプ高さの不揃い（コプラナリティー）などのばらつきも大きく後工程での組立性に問題を生ずることも多い難点がある。
一方、特殊な方法としては、ワーク全面にソルダーレジストを塗布し、その上に耐熱性粘着剤で耐熱性マスク材を貼付け、該耐熱性マスク材の上方から電極パッド上にレーザー光線を照射して耐熱性マスク、耐熱性粘着剤、ソルダーレジストを貫通させ電極まで到達した穴を穿設して電極の一部を露出させ、穿設された全ての孔の中にはんだボールを挿入した後、前記（４）の工程を経てワークの電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させる方法も提案されている。（特許文献４、５）
しかしながら、この方法でもフラックスを使用するため、はんだボールを電極パッドに融着接合する際、フラックスが沸騰状態になり飛散し、大気をも巻き込んで接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避することはできず、従って、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題がある。
【０００５】
一方、ソルダーペースト塗布融着方式では、先ず前処理として、通常、（１）ワークである半導体チップやインターポーザー（配線基板）の電極パッド以外をはんだレジスト膜で被覆した後、（２）電極パッドに相当する部分のみ開孔された所定の厚さを有するマスクを、該開孔の位置と電極パッドの位置を合致させて載せた上で、スキージーなどを用いて開口部の電極パッド上に所定の厚さにソルダーペーストを塗布した後、該マスクを外し、（４）ワークをそのまま高温のフロー炉またはリフロー炉中を通過させることにより、ソルダーペースト中に存在するフラックス成分の還元力を利用して、電極パッド表面の酸化膜とはんだボール表面の酸化膜を除去しはんだぬれ性を良くして、該電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させる。
しかしながら、この方法では均一で充分な大きさのバンプ形状を形成させることは難しいため、ソルダーペーストを塗布後、金属マスクなど使ってソルダーペーストの上にはんだボールを積載させてフロー炉またはリフロー炉を通過させることによりはんだバンプを形成させることが一般的である。これは、前記ソルダーペーストの上に半導体装置のバンプや、トランジスタ、コンデンサー、抵抗器などの電子部品のはんだ被覆されたアウターリードを電子回路基板上の電極パッド、ランド、またはリードに搭載してフロー炉またはリフロー炉を通過させることによりはんだ接合させる電子装置の表面実装の場合と同じ工法である。
このソルダーペースト塗布融着方式でも、高温のフロー炉またはリフロー炉内でソルダーペースト中に存在するフラックス成分の化学作用を利用し電極表面の酸化膜を還元し活性化すると共にはんだぬれ性を改善して、ソルダーペースト中に存在する粉状もしくは粒状はんだを溶融凝縮させながら電極パッド表面上に融着接合してはんだバンプを形成させている。このため、前記はんだボール搭載融着方式と同様に、フロー炉またはリフロー炉内ではフラックス成分が沸騰状態になり飛散するため、大気をも巻き込んで接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずることが多い。
従って、この場合も、はんだ接合界面やはんだバンプ層内の微小な気泡や空隙は、特に長期に亘り高温暴露されると経時的に転移し、更に所謂カーケンダルボイドの発生と相俟って、衝撃力が加わると接合破断を生ずる危険性が高く、接続品質信頼性が損なわれる。
また、ソルダーペースト中にはフラックス成分やいろいろな樹脂成分が含まれているため、それらの成分が接合界面やはんだバンプ内部に一部残留することも少なくなく、あるいは周囲に飛散したそれらの成分により、経時的腐食の原因になり、搭載された電子機器の故障を招くこともあり、長期品質信頼性の点でも必ずしも充分とは言い切れないことも同様である。
また、マスク精度、ソルダーペーストと塗布量のばらつき、更にはリフロー条件のばらつきに因るはんだバンプ形状ならびにバンプ高さの不揃い（コプラナリティー）などのばらつきも必ずしも小さいとは言えず、後工程での組立性に問題を生ずることも少なくない難点がある。
【０００６】
一方、特殊な方法としては、ワーク全面にソルダーレジストを塗布し、その上に耐熱性粘着剤で耐熱性マスク材を貼付け、該耐熱性マスク材の上方から電極パッド上にレーザー光線を照射して耐熱性マスク、耐熱性粘着剤、ソルダーレジストを貫通させ電極まで到達した穴を穿設して電極の一部を露出させ、穿設された全ての穴の中にソルダーペーストを塗布した後、前記（４）の工程を経てワークの電極パッド表面にはんだを融着させてはんだバンプを形成させる方法も提案されている。（特許文献４，５）
しかしながら、この方法でも前述の通り、ソルダーペースト中にフラックス成分を使用するため、はんだボールを電極パッドに融着接合する際、フラックス成分が沸騰状態になり飛散し、大気をも巻き込んで接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避することはできず、従って、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題がある。
【０００７】
更に、ソルダーペースト塗布融着方式の一種の変形方式として、バンプ高さを均一化し、コプラナリティーの不揃いを少なくして、多ピン狭ピッチの高密度半導体集積回路ＬＳＩのバンプを形成させるため、はんだ粉と沸点を有する添加剤を含有する樹脂を使用した一種のソルダーペーストを所定の厚さで実装基板の全面に塗布した後、その上に平板を当て固定し、前記添加剤を沸騰させて前記樹脂中に気泡を発生させ、前記気泡が前記樹脂中を対流することによって実装基板の電極上に前記はんだ粉を集合させてバンプを形成させる方法も提案されている。（特許文献６）
しかしながら、この方法も実質的にフラックス成分を含有させており、コプラナリティー（バンプの高さ）はほぼ均一化できるが、実質的には接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避することはできず、従って、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題を解決できるとはいえない。
【０００８】
また、バンプサイズに打ち抜いたはんだ箔を、フラックスを含有する接着剤を介して電極パッドに配置してリフロー工程を経てバンプを形成させる方法も提案されている。（特許文献７）
この方法も実質的にフラックス成分を含有させており、コプラナリティー（バンプの高さ）はほぼ均一化できるが、実質的には接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避することはできず、従って、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題を解決できるとはいえない。
【０００９】
一方、はんだ接合される電極パッド、ランドまたはリード部以外がソルダーレジストなどの保護膜で覆われているプリント基板の電極パッド、ランドまたはリードなどに、はんだ合金を接合する技術の１つに、溶融はんだ液の上層に高温の有機脂肪酸溶液を配した上下２層構造の貯槽を用いてはんだ接合する技術がある。（特許文献８，９）
この技術は、嘗て発明者らが長年の研究により開発したものであるが、まず前記プリント基板などのワークを上層の有機脂肪酸溶液に浸漬して電極パッド、ランドまたはリード表面の金属酸化物を洗浄除去し、清浄化された金属表面に有機脂肪酸による保護皮膜を形成させた後、下層の溶融はんだ液に浸漬して前記電極パッド、ランドまたはリードにマイクロボイドのない良好なはんだ接合を行い、次いで再びワークを上層の有機脂肪酸溶液中を通過させて引き上げる際に接合されたはんだ表面に有機脂肪酸の保護皮膜をコーティングするものである。
このはんだ接合方法ではフラックスを全く使用しないため、現行のはんだボール搭載融着方式とソルダーペースト塗布融着方式の難点であるはんだ接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずることは全くない。また、はんだ合金中の酸素濃度が１０ｐｐｍ以下のものを使用すると、経時的長期高温暴露後のカーケンダルボイドの発生が極めて少なく、接続信頼性が高く、耐衝撃破断性に優れたはんだ接合が得られることが判っている。（特許文献９）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】 特開平７−２０２４０３
【特許文献２】 特開平８−３００６１３
【特許文献３】 特開平７−３０２７９６
【特許文献４】 特開平１１−２９７８９０
【特許文献５】 特開２０００−１００８６３
【特許文献６】 特開２００６−１００７７５
【特許文献７】 特開平１１−２７４２０３
【特許文献８】 特開２００２−２３３９９４
【特許文献９】 特開ＷＯ２００８−０８４６７３
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】 Ｒ．Ａｓｐａｎｄｉａｒ，”Ｖｏｉｄ ｉｎ Ｓｏｌｄｅｒ Ｊｏｉｎｔｓ”ＳＭＴＡ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｃｈａｐｔ．Ｍｅｅｔｉｎｇ（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２１，２００５）
【非特許文献２】 Ｃ．Ｈｉｌｌｍａｎ”Ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｐｂ−ｆｒｅｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｐ．６９（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００５）
【非特許文献３】 伴充行、島内優”電子部品の信頼性評価および不具合解析技術”ＪＦＥ技報第１３巻ｐ．９７−１０２、２００６年８月
【非特許文献４】 石川信二他：”高温はんだとＣｕ板の接合部におけるカーケンダルボイドの生成“、エレクトロニクス実装学会誌、第９巻４号ｐ．２６９−２７７、２００６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、電子回路基板の電極パッドまたはリード（以下、単にパッドと弥す）にはんだバンプまたははんだ皮膜を形成する方法として、従来から広く実用されているはんだボール搭載融着方式やソルダーペースト塗布融着方式、あるいはそれに類する先行技術の難点、即ち、フラックス成分を含有するが故の接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）を生ずる現象を回避し、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題、更には長期高温暴露後に経時的に発生するカーケンダルボイドの問題を解決し、更にはんだバンプまたははんだ皮膜形状とはんだバンプまたははんだ皮膜高さの均一化を図ることにより品質信頼性の高い電子部品の製造技術を提供すること、更にはパッド幅が１００μｍ以下で、隣接回路ピッチが１５０μｍ以下の微細狭ピッチ電子回路用はんだバンプまたははんだ皮膜を工業的に安定量産できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、パッドに該当する部分が開口したマスクの該開口部を電子回路基板のパッド位置に合わせて貼り付けたワークを、高温の有機脂肪酸溶液中に浸漬し静置して、該有機脂肪酸の化学作用により該パッド部表面の酸化層を除去・清浄化するとともに、清浄化された該パッド金属表面に有機脂肪酸の保護皮膜を形成せしめる第１のプロセスと、上部からはんだ微粒子を下方に向けて散布することにより、高温の該有機脂肪酸液中で溶融状態のはんだ微粒子をマスクの開口部からワークの該パッド部表面に落下到達せしめて、該はんだ粒子を次々と融着凝集融合させて、マスク開口部がほぼはんだで満たされるかそれ以上にマスク上面に溶融はんだが溢れる状態にする第２のプロセスの後、スキージー、またはローラーなどにより該マスクの開口部最上面に溶融はんだが充填され、余剰の溶融はんだを除去する第３のプロセスとを経て、前記マスクを電子回路基板から外した後、はんだバンプまたははんだ皮膜高さを揃えるために所定の間隙を開けてワーク（電子回路基板）の上に金属平板を搭載した上で、静かにワークを引き上げて、はんだバンプを凝固させる第４のプロセスを行うことにより、はんだバンプを形成させる技術を提供するものである。
【００１４】
本発明内容について、一例としてＢＧＡのインターポーザー（配線基板）の電極パッドにはんだバンプを形成させる事例について、更に詳しく述べると、第１のプロセスにおいては、図１の露出している電極パッド２以外ははんだレジスト３で被覆されているＢＧＡのインターポーザー（ワーク）１のパイロットホールと、自動制御式三次元移動装置のロボットアーム１７の先端に取付けられている金属製ワーク固定平板治具１６のパイロットピン１８を利用して、ワーク１を金属製ワーク固定平板治具１６の上に搭載し、同様にして、更にその上に図１のマスク４のパイロットホールと、前記パイロットピン１８を利用して、マスク４をワーク１の上に搭載し、ワーク１の電極パッド２の位置とマスク４の開口部（貫通孔）５の位置を相互に重ね合わせて、それぞれを固定する（図２０、図１、図２）。
具体的にマスク４を重ねたワーク１の固定方法の一事例としては、図２０に示したように、ワーク４の長手の両縁端部を上部から金属製ホルダー１９で押え付けて固定する。また、マスク４は第４のプロセスで単独に取外し出来るように、ワークよりも一回り小さい面積のものを使用して、その長手の両縁端部を上部から金属製固定板２０で押え付けて固定する。
【００１５】
その上で、自動制御式三次元移動装置でロボットアーム１７を操作して、図９のように貯槽１１に蓄えられた高温の有機脂肪酸溶液１０の中の高温の下液層ゾーン中に、マスク４とワーク１が固定されている金属製ワーク固定平板治具１６浸漬して、静置する。
該有機脂肪酸溶液１０の中における金属製ワーク固定平板治具１６の静置位置は水平でもよいし、角度０〜３０度程度の範囲で傾斜させて静置してもよい。
このとき、露出している該ワークの電極パッド表面は有機脂肪酸の化学作用により反応して表面の酸化層が除去清浄化されるとともに、清浄化された金属表面に有機脂肪酸の保護皮膜が形成される。
【００１６】
このプロセスで使用するマスクの材質は通常の広く使用されているステンレス、チタン、アルミニウム、モリブデン、タングステン、またはそれらの合金などのはんだが付着しにくい金属薄板、あるいははんだが付着し易い金属薄板であってもその表面にはんだが付着しにくい皮膜を形成処理したもの、更には、樹脂薄板、特殊加工紙（ペーパーマスク）でもよい。特に剛性と靭性が高いステンレスマスク、チタン合金マスク、アルミ合金マスク、耐熱樹脂マスク、ペーパーマスクなどが好適である。板厚はバンプ形成またははんだ被覆に必要な容量から算出して厚さを決める。開口孔は電子回路形成の工法として一般的なフォトエッチング法、レーザー加工、またはＮＣ制御式穿孔機、放電加工、水流加工、金型による打ち抜き加工などによる精密穿孔加工により形成される。
【００１７】
また、このプロセスで使用する有機脂肪酸は、カプロン酸、カプリル酸、２−エチルヘキ酸、ノナン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキジン酸、アラキドン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸、などがよい。
これらの内、望ましくは１８０〜３００℃で使用する溶媒に溶解し分解などせず安定している有機脂肪酸がよい。沸点が低い有機脂肪酸の場合は高圧にして使用することも可能であるが、安全性、実用性の点で好ましくはない。
経済性や取扱い上から工業的により実用に適するものは、例えば、炭素数１３〜２０の有機脂肪酸、即ち、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキジン酸、アラキドン酸などであり、本発明の目的に合致した効果が大きく、特に有用である。
有機脂肪酸は炭素数１２以下でも使用可能ではあるが吸水性があり、高温で使用する関係からあまり好ましくないこと、更に接合後のはんだ表面に保護膜としてコーティングされても吸水性があるため長期保存時の品質に障害をもたらすこともあり好ましくない。また、炭素数２１以上の有機脂肪酸でも使用は可能であるが、融点が高いこと及び浸透性が悪くまた取扱いし難く処理後のはんだ表面の防錆効果もやや不充分になる。特に望ましいのは、工業的にも大量に生産され使用されて入手もしやすい炭素数１６のパルミチン酸、炭素数１８のステアリン酸が最適であり、そのいずれか１種以上を１〜８０重量％と残部が１８０℃〜３５０℃の高温領域で安定な油系溶媒からなる液温１８０〜３００℃の溶液を使用すると本発明の効果も大きい。
本発明にカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を有する有機脂肪酸溶液を使用する目的は、パッド、ランドおよびリードの金属表面をケン化反応により酸化膜を除去し清浄活性化することと、同時に清浄活性化された表面を保護すること、更には併用する酸素濃度１０ｐｐｍ以下の低酸素濃度溶融はんだ液の酸化を防止する役割を果たすとともに、形成されたはんだバンプおよびはんだ皮膜の表面にも化学吸着保護膜としてコーティングすることにある。この他に付随的に第１のプロセスでワークの保護膜表面に付着した余分な粒子をある程度洗い流す効果もある。尚、これらの作用、効果ならびに表面処理技術としては前述の通り、既に特許文献８および９により公知である。
【００１８】
前記溶液中の有機脂肪酸の濃度については１質量％以下でも効果はあるが、連続して大量に処理する場合は補充管理などが煩雑なこと、また８０質量％以上あるいは１００質量％単体液でも本発明の効果はあり使用可能であるが、発煙性と臭気の問題もきつくなるため、好ましくは５〜８０質量％である。
該有機脂肪酸溶液の液温は使用する溶融はんだ液の融点温度±５０℃の範囲内であることが効率的で望ましい。但し、少なくとも本発明の第２のプロセス及び第３のプロセスにおける該有機脂肪酸溶液の液温は、使用する溶融はんだ液の融点温度以上の温度に保持されていることが必須条件である。上限温度は発火性、発煙性、安全性を考慮すると、３２０℃程度であるが、臭気の問題、及び省エネの観点からは使用する溶融はんだ液の融点温度〜＋５０℃の範囲内で使用することが望ましい。例えば、融点が２１７℃近辺の錫銀銅（Ａｇ３．０質量％、Ｃｕ０．５質量％、残部Ｓｎ）３元系はんだ合金の場合であれば、はんだパン部接合、または形成に必要な該有機脂肪酸溶液の温度は２５０〜２６０℃が最適である。この場合のはんだ接合、ならびにバンプ形成の効率は、有機脂肪酸溶液の温度を２６０℃〜３００℃まで上げた場合と有意差はない。
この点でも、本発明方法は、現行のはんだボール搭載融着方式とソルダーペースト塗布融着方式のようにはんだバンプ形成効率を上げるために、フロー炉、またはリフロー炉の実質ピーク温度を２８０〜３５０℃に上げて製造しているケースに較べて、エネルギー使用量は約１０〜４０％程度低減可能である。
また、本発明方法は、前記の通り第２のプロセス、第３のプロセスが行われる下液層ゾーンの有機脂肪酸溶液の温度と、第４のプロセスの後半の接合されたはんだバンプまたははんだ皮膜を凝固させる過程の上液層ゾーン有機脂肪酸溶液の温度とで、上液層に行くほど低温になるように温度勾配を付けることも、有効である。この場合の上液層の液温は使用するはんだの融点温度より低いことが好ましく、具体的には２０〜５０℃低いことが望ましい。
【００１９】
また本発明に使用する有機脂肪酸の溶媒としては、前記有機化合物を溶かし前記高温領域で安定な溶媒であれば、鉱物油、植物油、合成油のいずれでもよいが、特に安定性、安全性、経済性、取扱い性の点でエステル合成油が最適である。高温で安定な溶媒を使用する目的と理由は、前記有機化合物の高温発煙性ならびに臭気の緩和抑制、更にははんだ接合処理後に過剰に付着した有機脂肪酸溶液を洗い落とす際の洗浄性がよいこと、また、若干ではあるが液粘性を下げ浸透性も改善される効果が大きいからである。その濃度は前記有機化合物濃度で決まる。
【００２０】
本発明の第２のプロセスにおいては、図２、図１０、または図１４に示したように、上方からはんだ粒子６を高温の有機脂肪酸溶液１０の下方に向けて散布することにより、該はんだ粒子６をマスクの開口部からワークの電極パッド部表面２に落下到達せしめて（図３）、該パッド表面２に該はんだ粒子６を次々と融着凝集融合させて溶融はんだ層７を形成させ（図４）、最終的には電極パッド２上のマスク開口部がほぼはんだで満たされるかそれ以上にマスク上面に溶融はんだが溢れる状態（図５、図１１）にする。
散布するはんだ粒子の大きさは、ワークのパッド径または最小幅が０．２ｍｍ以上の比較的大きい場合は、数１０μｍφ〜パッド径または最小幅以下の粒径のはんだ粒子を散布すればよく、そのはんだ粒子は固体であっても、溶融はんだ粒子であってもよい。また、この場合のはんだ粒子散布方法は、図１４のように有機脂肪酸溶液の外から万遍なく散布してもよいし、噴射ノズルを使用してはんだ粒子を有機脂肪酸溶液中に万遍なく分散沈降するように散布してもよい。前記噴射ノズルを使用する場合は、多孔ノズルから溶融はんだ粒を該有機酸溶液中に噴射させて万遍なく分散散布することが有効であり、特に１〜２０μｍφの微細溶融はんだ粒子を噴射するには超音波を利用するとよい。
【００２１】
即ち、ワークのパッド径または最小幅が０．１ｍｍ以下の微小な場合は、数１０μｍφ以下の微小なはんだ粒子でないとマスクの開口部から電極パッド表面に到達することが出来ない。しかも、出来るだけ多くのはんだ微粒子を開口部内に沈降させなければならないので、１〜３０μｍφ程度のはんだ微粒子を沢山万遍なく散布する必要がある。
通常、３０μｍ以下のはんだ微粒子を製造することは非常に難しい。このため、発明者らは試行錯誤でいろいろな方法を検討した結果、超音波振動子を取り付けたノズルから高温の有機脂肪酸溶液中に超音波振動をさせながら溶融はんだを噴射すると、特定の周波数の超音波発振により１〜２０μｍφ程度の溶融はんだ微粒子が安定して散布できることを突き止めた。これを利用して本発明の方法を行えば、隣接電極パッド間ピッチ４０μｍ、パッド面積２０μφの微小電極パッドですら、良好なはんだバンプを形成させることが出来ることを実際に検証した。
この場合の、溶融はんだ微粒子の粒径は超音波周波数に依存し、周波数が高ければ高いほど得られる微粒子の粒径は小さくなる傾向があり、例えば、周波数３５ｋＨｚの場合は９０％以上は１〜１０μｍφの微粒子が得られる。また、周波数２２ｋＨｚの場合は粒度分布が広くなり３〜２５μｍφの粒子が９０％を占める。
【００２２】
図１２においては、真上から超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置１２により、下方のワーク１に溶融はんだ粒子６を噴射している事例を示したが、超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置１２の向きは、角度をつけて斜上方からワーク１のある下方に向けて、溶融はんだ粒子６を噴射してすることも有効である。いずれの場合でも、ワーク１の表面に出来るだけ広範囲にかつ極力均一に溶融はんだ粒子６を散布しなければならないため、専用の自動制御式３次元移動装置のアームに超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置１２を取付けて、ワーク１に万遍なく溶融はんだ粒子が広がるようにするとよい。
ワーク１と超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置１２の距離は、噴射するノズルの位置と形状または溶融はんだの噴出量（溶融はんだの給液量）にも因るが、真上から真下に向けて溶融はんだを噴射する場合は、噴射される溶融はんだ粒子の拡がり角度が４５〜９０度の場合は、１０〜３０ｍｍ程度が望ましい。
【００２３】
超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置１２の具体的構造事例としては、図１９に示したように、超音波出力ケーブル２１が接続された超音波振動子２２が冷却用フィンブースター２３を介して接続された保持用ブースター２４の先端に溶融はんだ注入用管路２６とノズル２７が導通している超音波ホーン２５が取り付けられた構造の装置が挙げられる。
【００２４】
本発明方法の第３のプロセスでは、図６、図１２、図１３、図１５、または図１６に示したように、スキージー８またはローラー１５をマスクの上面に押し当てて、一方の端部から他方の端部に向けて移動させることにより、溶融はんだの充填量がやや不足している開口部には満杯になるように充填子ながら、マスク上面に溢れた余剰の溶融はんだを取り除き、マスクの全ての開口部が一様に充填された状態（図７、図１３、図１６）にする。
【００２５】
本発明方法の第４のプロセスでは、図１７に示したように、ワークを固定している金属製治具からマスク４を静かに外して取り除いた後に、溶融はんだバンプ９が電極パッド２に密着している状態のままのワークを金属製固定治具ごと台座から外して静かに貯槽外に取り出しはんだバンプを凝固させる（図８、図１８）。
尚、溶融はんだバンプが完全に凝固するまえに、バンプ高さ調整用の金属平板をワーク固定用治具に押し当てて外溶融はんだバンプを凝固させると、均一な高さでコプラナリティの揃った良好なはんだバンプが形成される。
この操作は、上層部に行くほど低温になるように温度勾配がつけられた有機脂肪酸溶液中の上層部で行うと効果的である。
【００２６】
本発明で使用する溶融はんだは、電子部品に広く使用されている通常のはんだでなんら問題はない。しかしながら、長期高温暴露された場合に生じやすいカーケンダルボイドを抑制するために、発明者らこれまで試行錯誤しながら種々研究した結果、例えば、酸素濃度が１０ｐｐｍ以下のはんだを使用し、有機脂肪酸溶液を上層に配した該溶融はんだ液に浸漬してはんだ接合させると、非常に効果があることを発明した。（特許文献９）
その後、前記酸素濃度は５ｐｐｍ以下のはんだを用いるとカーケンダルボイドの発生を殆ど皆無にでき、更に効果的であることを検証したので、本発明においてもこれを適用してはんだ接合すると、経時的に１２０℃以上の高温で長期加熱後の耐衝撃破断性に優れた品質信頼性の高い電子部品、半導体装置、及び電子装置が得られる。
【発明の効果】
【００２７】
上述の通り、本発明の方法は、はんだボール、はんだボールを振込むための吸着式ボールマウンター、更にフラックスを一切使用しないため、従来法の欠点であるフラックスの沸騰飛散による接合界面及びはんだ層内微小気泡・空隙発生がなく、かつ、有機脂肪酸溶液中ではんだ接合するので、その際、接合界面およびはんだ層内部への酸化物の巻き込みが全くないので、長期高温暴露後のカーケンダルボイド（マイクロボイド）の発生が圧倒的に少ない。従って、本発明方法によるはんだ接合部品は長期高温暴露後の耐衝撃破断性が格段に優れている。また、形成されるはんだバンプまたははんだ皮膜のはんだ量、形状、高さ（厚さ）を比較的自由に制御することが可能であり、かつそのばらつきを従来法より小さくできる効果がある。
更に、従来法では殆ど不可能なパッド径または最小幅０．０２〜０．１ｍｍ、隣接パッド間ピッチ０．０４から０．１５ｍｍの微小・狭ピッチ電子回路のバンプ形成が可能である。
また、ワークとはんだ粒子を有機脂肪酸溶液中で接合処理するため、その際大気を巻き込むこともなく、常にはんだをぬれ性の良い状態が保持されているので、はんだ酸化物の巻き込みもなく、出来上がったバンプまたはリードのはんだ表面には有機脂肪酸保護膜が自動的にコーティングされているので、その後の電子装置組立時のはんだぬれ性が従来法で製造された物より安定して優れている。
また、本発明方法では有機脂肪酸溶液中でバンプまたははんだ皮膜を形成させるメリットの１つに、隣接はんだバンプまたははんだ皮膜間のはんだブリッジが全く生じにくいことが挙げられる。これは有機脂肪酸溶液が隣接電極パッド間の溶融はんだの移動を抑制防止する効果を有することに起因している。このため、従来法では一般に０．１〜数％の頻度で発生する「隣接パッド間のはんだブリッジ不良」や「ミッシング不良」（電極パッドまたはリードの一部にはんだ欠落している不良）は全く皆無にできるので、それによる従来必要とされて来た膨大な手直し再生加工がほとんど不要になる。
また、前述の通り、本発明方法は、現行方法より低温で、かつ効率よくはんだバンプ形成が出来るため、エネルギー効率がよく、現行方法より少なくとも２０％以上省エネ効果が期待できる。
以上の通り、本発明の効果は工業的に極めて価値が高いものである。
これを更に詳しく具体的事例で以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】 本発明の第１プロセスにおける実施形態として使用する電子回路基板とマスクの構造事例を模式的に示した平面図である。
【図２】 本発明の第１プロセスにおける実施形態として使用する電子回路基板にマスクを貼り付けた事例の断面を拡大して模式的に示した部分拡大断面図である。
【図３】 本発明の第２プロセスの初期段階における実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板に、上部から散布されるはんだ粒子が降り注がれている状態事例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図４】 本発明の第２プロセスの中間段階における実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板に、上部から散布されるはんだ粒子が高温の有機脂肪酸溶液中で溶融はんだ粒子となり、マスクの開口部から電極パッド表面に達して密着接合し、その上に順次溶融はんだ粒子同志が融合して行く状態事例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図５】 本発明の第２プロセスの最終段階における実施形態として、有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板の開口部がほぼ融合はんだで満たされた状態事例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図６】 本発明の第３プロセスにおける実施形態として、有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスク開口部の上部に溢れた余剰の溶融はんだをスキージーにより除去している中間段階の状態事例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図７】 本発明の第３プロセスにおける実施形態例として、有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスク開口部の上部に溢れた余剰の溶融はんだをスキージーにより除去した状態を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図８】 本発明の第４プロセスにおける実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスクを剥がした後の電子回路基板上の電極パッドに形成されたはんだバンプの状態事例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図９】 本発明の第１プロセスにおける実施形態として使用する電子回路基板にマスクを貼り付けた状態で、高温の有機脂肪酸溶液中に浸漬して静置固定した状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１０】 本発明の第２プロセスの初期段階における実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板に、上部から超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置によりはんだ粒子を散布して状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１１】 本発明の第２プロセスの最終段階における実施形態として、有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板に、上部から散布されるはんだ粒子が高温の有機脂肪酸溶液中で溶融はんだ粒子となり、マスクの開口部から電極パッド表面に達して密着接合し、その上に順次溶融はんだ粒子同志が融合して、マスク付き電子回路基板の開口部がほぼ融合はんだで満たされた状態事例を模式的に示した断面図である
【図１２】 本発明の第３プロセスにおける実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスク開口部の上部に溢れた余剰の溶融はんだをスキージーにより除去する構造状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１３】 本発明の第３プロセスにおける実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスク開口部の上部に溢れた余剰の溶融はんだをスキージーにより完全に除去した状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１４】 本発明の第２プロセスの初期段階における実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板に、上部から固体のはんだ粒子を高温の有機脂肪酸溶液中に散布している状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１５】 本発明の第３プロセスにおける実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスク開口部の上部に溢れた余剰の溶融はんだをローラーにより除去する構造状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１６】 本発明の第３プロセスにおける実施形態として、高温の有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスク開口部の上部に溢れた余剰の溶融はんだをローラーにより完全に除去した状態事事例を模式的に示した断面図である。
【図１７】 本発明の第４プロセスにおける前段の実施形態として、有機脂肪酸溶液中に静置されたマスク付き電子回路基板のマスクを剥がした状態事例を模式的に示した部分拡大断面図である。
【図１８】 本発明の第４プロセスにおける後段の実施形態として、バンプが形成された電子回路基板を高温の有機脂肪酸溶液中から静かに引き上げて空気中に取り出した状態事例を模式的に示した断面図である。
【図１９】 本発明の第２プロセスにおける溶融はんだ粒子散布方法の事例として、超音波振動子付き溶融はんだ粒子発生装置の構造形態を模式的に示した断面図である。
【図２０】 本発明の第１プロセスにおけるワークとマスクを固定する治具及びそれを３次元的に移動搬送させる装置の実施形態事例を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ 電子回路基板（半導体チップ、インターポーザー（配線基板）、ウエハー、半導体 装置、または実装基板）
２ 電極パッドまたはリード
３ はんだレジスト
４ マスク
５ マスクの開口部（貫通孔）
６ 溶融はんだ液
７ 電極パッドまたはリード表面に接合した溶融はんだ粒子が融合して形成された溶融 はんだ層
８ スキージー
９ 電極パッドまたはリード表面に接合したはんだバンプまたははんだ皮膜
１０ 有機脂肪酸溶液
１１ 有機脂肪酸溶液の貯槽
１２ 超音波発振機付き溶融はんだ粒子発生装置
１３ スキーキー、スクレパー、またはローラーなどで取り除かれた余剰溶融はんだ
１４ 散布容器に入れられたはんだ粒子（固体）
１５ ローラー
１６ ワーク固定用金属製平板治具
１７ 自動制御式３次元移動装置（ロボット）に取り付けられたロボットアーム
１８ パイロットピン
１９ ワーク固定用専用ホルダー
２０ マスク固定及びリムーブ用専用ホルダー
２１ 超音波出力ケーブル
２２ 超音波振動子
２３ 冷却用フィンブースター
２４ 保持用ブースター
２５ 超音波ホーン
２６ 溶融はんだ注入用管路（供給用導管路）
２７ 溶融はんだ噴射ノズル
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００３０】
先ず、実施例１として、図１、図２及び図９のように、バンプを形成させる電子回路基板１（ワーク）として、外形サイズ１０ｍｍＸ１０ｍｍのＢＧＡインターポーザー（外表面に直径０．３２ｍｍφの電極パッド（銅）が、０．６０ｍｍピッチでマトリックス状に３８０個整列。電極バット以外の部分ははんだレジストで覆われている）が２列×４個配置されているものを使用した。
はんだ組成は、Ａｇ２．５質量％、Ｃｕ０．５質量％、残部Ｓｎからなる酸素濃度５ｐｐｍ以下の３元系はんだ合金を使用した。
ワークへのバンプ形成は、先ず第１プロセスとして、電極パッド部２に該当する部分が開口したマスク４（厚さ０．５ｍｍのステンレス製、開口径０．２８ｍｍφ）の該開口部５をワークの電極パット部２の位置に合わせて貼り付けたものを、専用のステンレス製固定治具に固定して、
上液層ゾーンの液温が１７０℃で下液層ゾーンの液温が２６０℃のステアリン酸溶液１０（ステアリン酸濃度６０質量％と残部合成エステル油からなる溶液）中にワークを浸漬して、前記下液層ゾーンの中にワークを静置した。この際、ワークの該電極パッド表面は該ステアリン酸溶液と接触することにより化学反応して、該電極パッド表面の酸化汚れが洗浄除去されるとともに、清浄化した表面には有機脂肪酸のコーティング層が形成される（第１のプロセス）。
次に、図１０のように、ワークの３０ｍｍ真上の下液層ゾーン内から、超音波振動子を取り付けたステンレス製溶融はんだ微粒子発生装置内の管路に前記組成の溶融はんだを給液して、該溶融はんだ微粒子発生装置内後方に設置されている超音波振動子により周波数２２ｋＨｚ，出力５００Ｗの超音波振動を発生させながら、該溶融はんだ微粒子発生装置先端のノズル（口径２．０ｍｍφ）から高温の有機脂肪酸溶液中に溶融はんだ微粒子をワークが固定されている下方に向けて３０秒間噴射しながら該溶融はんだ微粒子発生装置をワークに万遍なく溶融はんだ微粒子が降りかかるように移動させながら散布した（図３、図４、図１０）。散布量は全ての開口部が溶融はんだで完全に充填される理論容量値の約３倍量を散布した。
その後、前記下層部のワークの上部に光ファイバー式カメラを挿入して、各開口部に溶融はんだがほぼ充填されていること（図５、図１１）を画像処理したモニター画面で確認後（第２のプロセス）、スキージー８をマスクの上面に押し当てて、一方の端部から他方の端部に向けて移動させることにより、溶融はんだの充填量がやや不足している開口部には満杯になるように充填しながら、マスク上面に溢れた余剰の溶融はんだを取り除き、マスクの全ての開口部が一様に充填された状態（図７、図１３）にした（第３のプロセス）。
その上で、マスクを外した後、バンプの高さを均一にするために０．３０ｍｍのギャップを開けて板厚２ｍｍのステンレス平板をワークの上面に載せて、それを前記金属固定治具もろとも一体で固定台座から外して、ワークの水平を保持しながら、静かにステアリン酸溶液の上液層ゾーンに移動させて該バンプを凝固させた上で、ワークを液外に取り出した。（第４のプロセス）
【００３１】
実施例２として、図１、図２及び図９のように、バンプを形成させる電子回路基板（ワーク）として、外形サイズ７ｍｍ×７ｍｍのＣＳＰ（外表面に０．０４ｍｍ□の電極パッド（銅めっきされている）が、０．０８ｍｍピッチでマトリックス状に３２００個整列、電極バット以外の部分ははんだレジストで覆われている）が２列×４個並んだものを使用した。
はんだ組成は、Ａｇ２．５質量％、Ｃｕ０．５質量％、Ｎｉ０．０１質量％、Ｇｅ０．００５質量％、残部Ｓｎからなる酸素濃度５ｐｐｍ以下の５元系はんだ合金を使用した。
ワークへのバンプ形成は、先ず第１プロセスとして、電極パッド部２に該当する部分が開口したマスク４（厚さ０．０６ｍｍのステンレス製、開口径０．０４ｍｍ□）の該開口部５をワークの電極パッド部２の位置に合わせて貼り付けたものを、専用のステンレス製固定治具に固定して、
上液層ゾーンの液温が１７０℃で下液層ゾーンの液温が２６０℃のステアリン酸溶液１０（ステアリン酸濃度６０質量％と残部合成エステル油からなる溶液）中にワークを浸漬して、前記下液層ゾーンの中にワークを静置した。この際、ワークの該電極パッド表面は該ステアリン酸溶液と接触することにより化学反応して、該電極パッド表面の酸化汚れが洗浄除去されるとともに、清浄化した表面には有機脂肪酸のコーティング層が形成される（第１のプロセス）。
次に、図１０のように、ワークの３０ｍｍ真上の下液層ゾーン内から、超音波振動子を取り付けたステンレス製溶融はんだ微粒子発生装置内の管路に前記組成の溶融はんだを給液して、該溶融はんだ微粒子発生装置内後方に設置されている超音波振動子により周波数３５ｋＨｚ，出力５００Ｗの超音波振動を発生させながら、該溶融はんだ微粒子発生装置先端のノズル（口径２．０ｍｍφ）から高温の有機脂肪酸溶液中に溶融はんだ微粒子をワークが固定されている下方に向けて６０秒間噴射しながら該溶融はんだ微粒子発生装置をワークに万遍なく溶融はんだ微粒子が降りかかるように移動させながら散布した（図３、図４、図１０）。散布量は全ての開口部が溶融はんだで完全に充填される理論容量値の約６倍量を散布した。
その後、前記下層部のワークの上部に光ファイバー式カメラを挿入して、各開口部に溶融はんだがほぼ充填されていること（図５、図１１）を画像処理したモニター画面で確認後（第２のプロセス）、スキージー８をマスクの上面に押し当てて、一方の端部から他方の端部に向けて移動させることにより、溶融はんだの充填量がやや不足している開口部には満杯になるように充填しながら、マスク上面に溢れた余剰の溶融はんだを取り除き、マスクの全ての開口部が一様に充填された状態（図７、図１３）にした（第３のプロセス）。
その上で、マスクを外した後、バンプの高さを均一にするために０．０５ｍｍのギャップを開けて板厚２ｍｍのステンレス平板をワークの上面に載せて、それを前記金属固定治具もろとも一体で固定台座から外して、ワークの水平を保持しながら、静かにステアリン酸溶液の上液層ゾーンに移動させて該バンプを凝固させた上で、ワークを液外に取り出した。（第４のプロセス）
【００３２】
実施例１，２の評価としては、先ず外観は４０倍の双眼式実体顕微鏡で観察した結果、所謂ミッシングはなく、全てのバンプが均一に形成され、３次元自動測定器で測定した結果、実施例１については、バンプ高さは０．２８±０．０２ｍｍ（σ＝０．００４、ｎ＝５０）の範囲に入っていた。また、実施例２については、同様にバンプ高さは０．０４３±０．００５ｍｍ（σ＝０．０００７、ｎ＝５０）の範囲に全て入っていた。
バンプの顕微鏡断面観察の結果は、常態においてもマイクロボイドは全くなく、また１５０℃２４０時間恒温加熱エージング後においても、所謂カーケンダルボイドの発生は皆無であった。
従って、本発明の方法を用いれば、現行のはんだボール搭載融着方式とソルダーペースト塗布融着方式のような、フラックス成分を使用するが故の、フラックス成分の沸騰飛散による大気も巻き込んだ接合界面やはんだ層内の所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）の発生はなく、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題、更に電極パッド幅０．１ｍｍ以下で隣接パッド間ピッチ０．１２以下の微細狭ピッチ電子回路形成の問題も解決できる。
【産業上の利用の可能性】
【００３３】
以上の通り、本発明は、はんだボール、ソルダーペースト、フラックス、金属マスク、更には高価な真空吸着式ボールマウンターもリフロー炉も全く使用せず、電極パッドに直接はんだバンプを形成させるため、従来法ならびにそれに類する先行技術の難点である、フラックス成分を含有するが故の接合界面やはんだ層内に所謂マイクロボイド（微小な気泡や空隙）発生現象を回避し、経時的接続信頼性の問題、腐食性の問題、更には長期高温暴露後に経時的に発生するカーケンダルボイドの問題を解決し、更に電極パッド径または最小幅０．０２〜０．１ｍｍ、隣接パッド間ピッチ０．０４〜０．１５ｍｍの微細狭ピッチ電子回路のはんだバンプ形成をも可能にし、しかもはんだバンプ形状とバンプ高さの均一化を図ることを可能にする技術を提供するものであり、工業的価値が極めて高い画期的な技術である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路基板の電極パッドまたはリードにはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる方法において、
電極パッドまたはリードに該当する部分が開口したマスクの該開口部を電子回路基板の電極パッドまたはリードの位置に合わせて貼り付けた後、これを高温の有機脂肪酸溶液中に浸漬して静置する過程で、該有機脂肪酸の化学作用により該電極パッドまたはリード表面の酸化層を除去・清浄化するとともに、清浄化された該電極パッドまたはリードの金属表面に有機脂肪酸の保護皮膜を形成せしめる第１のプロセスと、
上部からはんだ粒子を下方に向けて散布することにより、該有機脂肪酸液中で溶融状態のはんだ粒子をマスクの開口部から該電極パッドまたはリード表面に落下到達せしめて、該はんだ粒子を次々と融着凝集融合させて、マスク開口部がほぼはんだで満たされるかそれ以上にマスク上面に溶融はんだが溢れる状態にする第２のプロセスの後、
スキージー、またはローラーを該マスク上面に押し付けながら一方の端から他方の端に向けて移動させることにより、該マスクの開口部最上面まで溶融はんだを充填し、余剰の溶融はんだを除去する第３のプロセスとを経て、
前記マスクを電子回路基板から外した後、所定の間隙を空けて金属平板を電子回路基板の上に搭載して、静かに電子回路基板を引き上げて、はんだバンプまたははんだ皮膜を凝固させる第４のプロセスを行うことを特徴とする電子回路基板にはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法。
【請求項２】
前記請求項１のはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法において、使用する有機脂肪酸溶液としてパルミチン酸またはステアリン酸５〜８０質量％と残部エステル合成油からなる溶液を使用することを特徴とする電子回路基板にはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法。
【請求項３】
前記請求項１のはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法において、はんだ粒子を散布する際、超音波振動子を有する溶融はんだ粒子発生装置を使用してはんだ粒子を散布することを特徴とする電子回路基板にはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法。
【請求項４】
前記請求項１のはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法において、使用する有機脂肪酸溶液は下層部がはんだの融点より高温に温度制御され、上層部に行くほど温度勾配がつけられて、上層部の温度が１５０〜２００℃に温度制御されていることを特徴とする電子回路基板にはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法。
【請求項５】
電子回路基板の電極パッドまたはリードにはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる装置において、
複数の電極パッドまたはリードを有する電子回路基板の上に、該電極パッドまたはリード位置に対応した開口部を有するマスクをパイロットピンを介して重ね合わせて搭載し、それらを固定する金属製平板治具と、該金属製平板治具をロボットアームに取付けて三次元移動搬送を自動制御する装置と、有機脂肪酸溶液の入った貯槽と加熱機と温度制御システムで構成された処理装置と、はんだ粒子を散布する装置と、該有機脂肪酸溶液中で該マスク上の余剰な溶融はんだ液を排除する装置と、更にはんだバンプまたははんだ皮膜の高さを均一化する装置とを、有することを特徴とするはんだバンプまたはリード皮膜を形成させる装置。
【請求項６】
前記請求項５のはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる装置において、貯槽に溶融はんだ液とパルミチン酸またはステアリン酸５〜８０質量％と残部エステル合成油からなる溶液が入れたことを特徴とするはんだバンプまたははんだ被膜形成装置。
【請求項７】
前記請求項５のはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる装置において、はんだ粒子を散布する装置として、超音波発振子と、溶融はんだ粒子を噴出するノズルと連通する溶融はんだ液の給液導管路とを具備している装置を、専用のロボットアームに取り付けて３次元移動させながら使用することを特徴とする、はんだバンプまたははんだ被膜形成装置。
【請求項１】
電子回路基板の電極パッドまたはリードにはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる方法において、
電極パッドまたはリードに該当する部分が開口したマスクの該開口部を電子回路基板の電極パッドまたはリードの位置に合わせて貼り付けた後、これを高温の有機脂肪酸溶液中に浸漬して静置する過程で、該有機脂肪酸の化学作用により該電極パッドまたはリード表面の酸化層を除去・清浄化するとともに、清浄化された該電極パッドまたはリードの金属表面に有機脂肪酸の保護皮膜を形成せしめる第１のプロセスと、
上部からはんだ粒子を下方に向けて散布することにより、該有機脂肪酸液中で溶融状態のはんだ粒子をマスクの開口部から該電極パッドまたはリード表面に落下到達せしめて、該はんだ粒子を次々と融着凝集融合させて、マスク開口部がほぼはんだで満たされるかそれ以上にマスク上面に溶融はんだが溢れる状態にする第２のプロセスの後、
スキージー、またはローラーを該マスク上面に押し付けながら一方の端から他方の端に向けて移動させることにより、該マスクの開口部最上面まで溶融はんだを充填し、余剰の溶融はんだを除去する第３のプロセスとを経て、
前記マスクを電子回路基板から外した後、所定の間隙を空けて金属平板を電子回路基板の上に搭載して、静かに電子回路基板を引き上げて、はんだバンプまたははんだ皮膜を凝固させる第４のプロセスを行うことを特徴とする電子回路基板にはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法。
【請求項２】
前記請求項１のはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法において、使用する有機脂肪酸溶液としてパルミチン酸またはステアリン酸５〜８０質量％と残部エステル合成油からなる溶液を使用することを特徴とする電子回路基板にはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法。
【請求項３】
前記請求項１のはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法において、はんだ粒子を散布する際、超音波振動子を有する溶融はんだ粒子発生装置を使用してはんだ粒子を散布することを特徴とする電子回路基板にはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法。
【請求項４】
前記請求項１のはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法において、使用する有機脂肪酸溶液は下層部がはんだの融点より高温に温度制御され、上層部に行くほど温度勾配がつけられて、上層部の温度が１５０〜２００℃に温度制御されていることを特徴とする電子回路基板にはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる方法。
【請求項５】
電子回路基板の電極パッドまたはリードにはんだバンプまたははんだ皮膜を形成させる装置において、
複数の電極パッドまたはリードを有する電子回路基板の上に、該電極パッドまたはリード位置に対応した開口部を有するマスクをパイロットピンを介して重ね合わせて搭載し、それらを固定する金属製平板治具と、該金属製平板治具をロボットアームに取付けて三次元移動搬送を自動制御する装置と、有機脂肪酸溶液の入った貯槽と加熱機と温度制御システムで構成された処理装置と、はんだ粒子を散布する装置と、該有機脂肪酸溶液中で該マスク上の余剰な溶融はんだ液を排除する装置と、更にはんだバンプまたははんだ皮膜の高さを均一化する装置とを、有することを特徴とするはんだバンプまたはリード皮膜を形成させる装置。
【請求項６】
前記請求項５のはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる装置において、貯槽に溶融はんだ液とパルミチン酸またはステアリン酸５〜８０質量％と残部エステル合成油からなる溶液が入れたことを特徴とするはんだバンプまたははんだ被膜形成装置。
【請求項７】
前記請求項５のはんだバンプまたははんだ被膜を形成させる装置において、はんだ粒子を散布する装置として、超音波発振子と、溶融はんだ粒子を噴出するノズルと連通する溶融はんだ液の給液導管路とを具備している装置を、専用のロボットアームに取り付けて３次元移動させながら使用することを特徴とする、はんだバンプまたははんだ被膜形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−４０６９６（Ｐ２０１１−４０６９６Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９８９１９（Ｐ２００９−１９８９１９）
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【出願人】（５０６３５６４５０）ホライゾン技術研究所株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【出願人】（５０６３５６４５０）ホライゾン技術研究所株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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