JP2005254246A - Solder ball and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器基板の表面実装に用いるマイクロソルダリング用のはんだボール及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solder ball for micro soldering used for surface mounting of an electronic device substrate and a method for manufacturing the same.
はんだボールは、製造した直後は表面が非常にきれいな状態であるが、容器に入れて需用者に輸送した後に黒化してしまうという問題があった。また、搭載装置ではんだボールをＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）に搭載するときにも黒化現象が発生していた。このはんだボールの黒化は、はんだボールが大量に入れられた収納容器を振動させたり、圧縮ガスで浮遊させたり、収納容器とＢＧＡ基板の電極を密着嵌合させて回転させたりする時に生じるものである。 The solder balls have a very clean surface immediately after production, but have a problem of blackening after being put in a container and transported to a consumer. Further, when the solder balls are mounted on a BGA (Ball Grid Array) or CSP (Chip Scale Package) by the mounting device, a blackening phenomenon has occurred. This blackening of the solder balls occurs when the storage container containing a large amount of solder balls is vibrated, floated with compressed gas, or the storage container and the BGA substrate electrode are closely fitted and rotated. It is.
このはんだボールの黒化に関して、はんだボールの表面に滑剤を均一に被覆することで黒化を抑制できることが特開２０００−２８８７７１号公報に開示されている。 Regarding the blackening of the solder balls, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-287771 discloses that blackening can be suppressed by uniformly coating the surface of the solder balls with a lubricant.
ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）のような半導体パッケージの基板にはんだボールを実装する方法の一つに振り込み法がある。これは粒径０．０５〜１．０ｍｍのはんだボールを、メタルマスクを用いて半導体パッケージ基板の電極位置に正確に設置し、その後、リフロー炉で加熱してはんだ付けするものである。この振り込み法では、はんだボールがパッケージ基板の電極位置に正しく設置されたかどうかの判断を、はんだボールに光を当てて、その反射量を検出することにより良否の判定をしている。 One method of mounting solder balls on a substrate of a semiconductor package such as BGA (Ball Grid Array) or CSP (Chip Scale Package) is a transfer method. In this method, a solder ball having a particle size of 0.05 to 1.0 mm is accurately placed at an electrode position of a semiconductor package substrate using a metal mask, and then heated and soldered in a reflow furnace. In this transfer method, whether or not the solder ball is correctly placed at the electrode position of the package substrate is determined by irradiating the solder ball with light and detecting the amount of reflection.
この振り込み法では、はんだボールのメタルマスク通過をスムーズにするためにメタルマスクを振動させる。そのため、ボール同士の摩擦によってボール表面が黒化し、光を当てての良否判定時に認識不良となることが多々あった。また、ボール表面の黒化によりはんだの濡れ不良が生じるという問題もあった。特にＰｂフリーのＳｎ−Ａｇ系のはんだボールではこの傾向が顕著であった。 In this transfer method, the metal mask is vibrated to make the solder balls pass through the metal mask smoothly. For this reason, the surface of the ball is blackened by friction between the balls, which often results in poor recognition when determining whether the light is good or bad. In addition, there is a problem that solder wettability occurs due to blackening of the ball surface. In particular, this tendency was remarkable in the Pb-free Sn—Ag solder balls.
これらの問題を改善するには、はんだボール表面の黒化及び酸化膜を除去するような強力なフラックスが必要となるが、このようなフラックスを使用すると強力な洗浄力を有する洗浄工程が新たに必要になるなどの問題が生じてくる。このように、粒径の大きいはんだボールについては、今まで十分な黒化防止策や酸化抑制策などがなされていなかった。 In order to improve these problems, a strong flux that removes the blackened surface of the solder ball and removes the oxide film is required. However, when such a flux is used, a cleaning process having a strong detergency is newly added. Problems such as becoming necessary arise. As described above, for the solder balls having a large particle diameter, there has not been sufficient measures for preventing blackening or suppressing oxidation.
先行技術として、はんだボールの表面に滑剤を被覆することで黒化を抑制できることが記載されているが、はんだボールの凝集に対する検討は十分になされていない。 As a prior art, it has been described that blackening can be suppressed by coating the surface of a solder ball with a lubricant, but the examination of solder ball aggregation has not been sufficiently performed.
本発明の目的は、機械的磨耗環境下で変色等の表面特性を防止でき、さらにはんだボールの凝集を抑制できるはんだボール及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solder ball that can prevent surface characteristics such as discoloration under a mechanical wear environment and that can suppress agglomeration of the solder ball, and a method for manufacturing the solder ball.
本発明者らは、はんだボールの表面に粘着性を持たず、はんだリフロー温度において分解消失してはんだ付け性に影響を与えず、はんだボールと強固に結合する極薄の有機化合物皮膜形成について鋭意検討した結果、はんだボール表面をベンゾトリアゾール誘導体，アミン及び有機酸塩で処理することで、十分な変色防止や酸化抑制効果があることを見い出し、本発明に至ったものである。 The inventors of the present invention are keen to form an ultra-thin organic compound film that does not have adhesiveness on the surface of the solder ball, decomposes and disappears at the solder reflow temperature, does not affect the solderability, and is firmly bonded to the solder ball. As a result of the study, the present inventors have found that the surface of the solder ball is treated with a benzotriazole derivative, an amine and an organic acid salt to sufficiently prevent discoloration and suppress oxidation, and have led to the present invention.
また、前記はんだボールは粒径が０．０５〜１．０ｍｍであるＳｎ−Ａｇ系，Ｓｎ−Ｚｎ系のＰｂフリーはんだであることを特徴とする。さらに、本発明は、はんだボール粒径が
０．０５〜１．０ｍｍのＳｎ−Ｐｂ共晶はんだにも有効である。
The solder balls are Sn-Ag-based or Sn-Zn-based Pb-free solder having a particle size of 0.05 to 1.0 mm. Furthermore, the present invention is also effective for Sn—Pb eutectic solder having a solder ball particle size of 0.05 to 1.0 mm.
また、本発明のはんだボールの製造方法において、前記はんだボールの溶融温度よりも低い温度で分解消失する有機化合物皮膜はベンゾトリアゾール誘導体，アミン及び有機酸塩を含む溶液とＳｎ−Ａｇ系，Ｓｎ−Ｚｎ系及びＳｎ−Ｐｂ系はんだボールとを接触させることにより、前記はんだボールの表面に、前記有機化合物皮膜を形成する工程から成ることを特徴とする。 In the method for producing a solder ball of the present invention, the organic compound film that decomposes and disappears at a temperature lower than the melting temperature of the solder ball is a solution containing a benzotriazole derivative, an amine and an organic acid salt, an Sn-Ag-based, Sn-- It is characterized by comprising the step of forming the organic compound film on the surface of the solder ball by bringing it into contact with a Zn-based and Sn-Pb-based solder ball.
具体的にはベンゾトリアゾール誘導体，アミン及び有機酸塩を含む溶液中に、はんだボールを浸漬し、大気に取り出し乾燥処理することにより、前記はんだボールの表面に、前記有機化合物皮膜を形成することを特徴とするはんだボールの製造方法にある。 Specifically, the organic compound film is formed on the surface of the solder ball by immersing the solder ball in a solution containing a benzotriazole derivative, an amine and an organic acid salt, taking it out to the atmosphere and drying it. It is in the manufacturing method of the solder ball characterized.
また、本発明は、ベンゾトリアゾール誘導体，アミン及び有機酸塩を含む溶液中に浸漬後のはんだボールを大気に取り出し、加熱，振動させることにより、前記はんだボール同士の凝集を防止することを特徴とするはんだボールの製造方法にある。 Further, the present invention is characterized in that the solder balls after immersion in a solution containing a benzotriazole derivative, an amine and an organic acid salt are taken out into the atmosphere, heated and vibrated to prevent aggregation of the solder balls. A solder ball manufacturing method.
以上説明したように、本発明は、はんだボールの表面を常温では固体状態で、リフローソルダリングプロセスで加熱された際には、はんだ溶融温度で分解消失する有機化合物皮膜で被覆したので、従来では難しいとされていたはんだボールの機械的磨耗環境下での変色等の表面特性の変化を無くすことができる。また、はんだボールの保存環境の差によるはんだ濡れ不良も低減することができ、半導体パッケージへの実装時における認識不良やはんだ濡れ性が大幅に改善した。 As described above, according to the present invention, the surface of the solder ball is in a solid state at room temperature and coated with an organic compound film that decomposes and disappears at the solder melting temperature when heated by the reflow soldering process. It is possible to eliminate changes in surface characteristics such as discoloration under the mechanical wear environment of solder balls, which has been considered difficult. In addition, solder wetting defects due to differences in the storage environment of solder balls can be reduced, and recognition defects and solder wettability during mounting on a semiconductor package have been greatly improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は本発明の一実施例のはんだボールを模型化した断面図である。すなわち、球状のはんだボール合金１の表面にベンゾトリアゾール誘導体，アミン及び有機酸塩とはんだ合金成分とから生成した有機化合物皮膜２が厚さ約５ｎｍの厚さで形成されている。
FIG. 1 is a sectional view showing a model of a solder ball according to an embodiment of the present invention. That is, an
図２は本発明のはんだボールを適用した一実施例の半導体パッケージである。３はＢＧＡと呼ばれる半導体パッケージ、４は半導体素子、５はボンディングワイヤ、６はインターポーザ、７は銅電極、８ははんだボールである。 FIG. 2 shows a semiconductor package of one embodiment to which the solder ball of the present invention is applied. 3 is a semiconductor package called BGA, 4 is a semiconductor element, 5 is a bonding wire, 6 is an interposer, 7 is a copper electrode, and 8 is a solder ball.
はんだ付けは、インターポーザ６の銅電極７上にはんだボール８を設置し、リフローはんだ付け装置で所定の温度プロファイルで加熱する。その際、はんだボールの表面を被覆している有機化合物皮膜２は、はんだが溶融温度に達する前に分解して消失するため、はんだ接合部に影響を及ぼすことはない。つまり、はんだ付け時にはんだボールの表面を被覆している有機化合物皮膜２が消失するため、はんだ金属の清浄面が露出することとなる。
For soldering, a solder ball 8 is placed on the
なお、上記の実施の形態では、ベンゾトリアゾール誘導体として、主にベンゾトリアゾール（ＢＴＡ），トリルトリアゾール（ＴＴＡ），ベンゾトリアゾール・カルボン酸
（ＢＴＡ−ＣＯＯＨ）を用いる。
In the above embodiment, benzotriazole (BTA), tolyltriazole (TTA), and benzotriazole carboxylic acid (BTA-COOH) are mainly used as the benzotriazole derivative.
また、本発明のアミンは第一アミン，第二アミン，第三アミンのいずれでもよく、また脂肪族，芳香族，脂環式のいずれの種類の化合物でもよい。本発明で、はんだボールの表面処理に使用するのに適したアミンの例として、トリデシルアミン，ジエタノールアミン，トリエタノールアミン，シクロへキシルアミン，シクロベンチルアミン，ジフェニルグアニジン，ジエチルアニリン等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。 The amine of the present invention may be any of primary amines, secondary amines, and tertiary amines, and may be any kind of aliphatic, aromatic, and alicyclic compounds. Examples of amines suitable for use in the surface treatment of solder balls in the present invention include tridecylamine, diethanolamine, triethanolamine, cyclohexylamine, cyclobenthylamine, diphenylguanidine, diethylaniline and the like. It is not limited to.
また、本発明の有機酸塩は脂肪酸塩であることが好ましく、炭素数が１１以上の脂肪酸塩がさらに好ましい。このような脂肪酸塩としては、ラウリン酸，ミリスチン酸，バルミチン酸及びステアリン酸塩から選ばれる少なくとも１つの脂肪酸の塩が挙げられる。これらの脂肪酸塩は汎用性が高く安全である。具体的にはフタル酸銅，クエン酸銅，ラウリン酸銅，ミリスチン酸銅，バルミチン酸銅及びステアリン酸銅が好適である。 The organic acid salt of the present invention is preferably a fatty acid salt, and more preferably a fatty acid salt having 11 or more carbon atoms. Examples of such fatty acid salts include salts of at least one fatty acid selected from lauric acid, myristic acid, valmitic acid and stearates. These fatty acid salts are versatile and safe. Specifically, copper phthalate, copper citrate, copper laurate, copper myristate, copper valmitate and copper stearate are suitable.
有機化合物皮膜２の厚さは約５ｎｍ程度で十分であるが、これより厚くてもなんら差し支えない。さらに、上記の実施の形態では、はんだボールとしてＰｂフリーのＳｎ−Ａｇ系やＳｎ−Ｚｎ系のはんだを用いるが、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだを用いてもよい。
A thickness of about 5 nm is sufficient for the
つぎに本発明の根拠となった実験結果について述べる。 Next, the experimental results that became the basis of the present invention will be described.
はんだボールとしてＰｂフリーの粒径０．３ｍｍのＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ及び粒径０．７６ｍｍのＳｎ−９Ｚｎはんだを用い、ベンゾトリアゾール誘導体であるＢＴＡ及びＴＴＡの過飽和溶液に浸漬して、はんだボール表面に有機化合物皮膜を形成した。処理はイオン交換水５００ｍｌにＢＴＡ及びＴＴＡをそれぞれ１０ｇを添加した過飽和溶液を作成し、おのおのに上記はんだボール１００ｍｇを入れ、マグネットスターラを用いて約８００ｒｐｍで１０分間攪拌後、大気に取り出し、乾燥して溶液とはんだボールとを分別した。 Pb-free Sn-3Ag-0.5Cu solder with a particle size of 0.3 mm and Sn-9Zn solder with a particle size of 0.76 mm were used as solder balls, and immersed in a supersaturated solution of BTA and TTA, which are benzotriazole derivatives, An organic compound film was formed on the solder ball surface. The treatment is to create a supersaturated solution in which 10 g each of BTA and TTA is added to 500 ml of ion-exchanged water, and 100 mg of the solder balls are added to each, stirred for about 10 minutes at about 800 rpm using a magnetic stirrer, taken out to the atmosphere, and dried. Then, the solution and the solder ball were separated.
表１はこのはんだボールを直径２．５ｃｍ，長さ４ｃｍのガラス瓶に入れ、回転器を用いて約６０ｒｐｍで最長２０ｈ攪拌後に、はんだボールの表面状態を調べた結果である。２０時間試験後のＢＴＡ及びＴＴＡ処理のはんだボールの表面はいずれも試験前と同じ状態を示しており、黒化のような変色は無かった。ＢＴＡ及びＴＴＡ処理をしない場合は１０時間で変色が発生した。 Table 1 shows the results of examining the surface state of the solder balls after placing the solder balls in a glass bottle having a diameter of 2.5 cm and a length of 4 cm and agitating at about 60 rpm for a maximum of 20 hours using a rotator. The surfaces of the BTA and TTA-treated solder balls after the 20-hour test all showed the same state as before the test, and there was no discoloration such as blackening. When BTA and TTA treatment were not performed, discoloration occurred in 10 hours.
はんだボールのアミンによる処理は、溶媒にイソプロピルアルコールを用い、ステアリルアミン及びジフェニルグアニジンの０．５％溶液を作成し、この溶液に上述のＰｂフリーはんだボールを浸漬し、マグネットスターラを用いて約８００ｒｐｍで５分間攪拌後、大気に取り出し、乾燥して溶液とはんだボールとを分別した。 The treatment of the solder balls with amine uses isopropyl alcohol as a solvent, prepares a 0.5% solution of stearylamine and diphenylguanidine, immerses the above-mentioned Pb-free solder balls in this solution, and uses a magnetic stirrer to achieve about 800 rpm. After stirring for 5 minutes, the solution was taken out to the atmosphere and dried to separate the solution from the solder balls.
また、はんだボールの有機酸塩による処理は、溶媒にエチルアルコールを用い、クエン酸銅及びステアリン酸銅の過飽和溶液を作成し、この溶液に上述のＰｂフリーはんだボールを浸漬し、マグネットスターラを用いて約８００ｒｐｍで５分間攪拌後、大気に取り出し、乾燥して溶液とはんだボールとを分別した。 In addition, the treatment of the solder balls with the organic acid salt uses ethyl alcohol as a solvent, creates a supersaturated solution of copper citrate and copper stearate, immerses the above-mentioned Pb-free solder balls in this solution, and uses a magnetic stirrer After stirring at about 800 rpm for 5 minutes, the solution was taken out into the atmosphere and dried to separate the solution from the solder balls.
表２はこれらの処理をしたはんだボールを上記と同じガラス瓶に入れ、回転器を用いて約６０ｒｐｍで最長２０ｈ攪拌後に、はんだボールの表面状態を調べた結果である。アミン及び有機酸塩で処理した場合のいずれも２０時間試験後のボール表面は試験前と同じ状態を示しており、黒化のような変色は無かった。 Table 2 shows the results of examining the surface state of the solder balls after placing the solder balls subjected to these treatments in the same glass bottle as described above and agitating at about 60 rpm for a maximum of 20 hours using a rotator. In both cases of treatment with amine and organic acid salt, the ball surface after 20 hours test showed the same state as before the test, and there was no discoloration such as blackening.
つぎに、粒径０．３ｍｍのＳｎ−３Ａｇ−０．５ＣｕはんだボールをＢＴＡの過飽和溶液に浸漬し、ボール表面に有機化合物皮膜を形成させて試験した結果を示す。皮膜形成はイオン交換水５００ｍｌにＢＴＡ１０ｇを添加して過飽和溶液を作成し、溶液中にはんだボール１００ｍｇを入れ、マグネットスターラを用いて約８００ｒｐｍで１０分間攪拌後、大気に取り出し、乾燥して溶液とはんだボールとを分別した。その後、はんだボール表面をオージェ電子分光装置（ａｕｇｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｙｏｓｃｏｐｙ：ＡＥＳ）で分析した。分析は最表面とＡｒガスによるスパッタを３０秒行って、はんだボール内面の状態も調べた。 Next, a test result is shown in which an Sn-3Ag-0.5Cu solder ball having a particle size of 0.3 mm is immersed in a supersaturated solution of BTA to form an organic compound film on the ball surface. To form the film, add 10 g of BTA to 500 ml of ion-exchanged water to make a supersaturated solution, put 100 mg of solder balls in the solution, stir at about 800 rpm for 10 minutes using a magnetic stirrer, take it out to the atmosphere, dry it, The solder balls were separated. Thereafter, the solder ball surface was analyzed with an Auger electron spectroscopy (AES). The analysis was performed by sputtering with the outermost surface and Ar gas for 30 seconds, and the state of the inner surface of the solder ball was also examined.
表３はＡＥＳによる定量分析結果を示す。最表面及び内部の分析結果から、ＢＴＡ処理品は処理無し品に比べてＣ量が多く、Ｏ量が少ないことから、はんだボール表面には有機化合物皮膜が形成されているものと考えられる。ここで、ＡＥＳのＡｒガスによるスパッタレートから換算すると皮膜の厚さは約５〜１０ｎｍと推定される。 Table 3 shows the results of quantitative analysis by AES. From the results of analysis of the outermost surface and the inside, it is considered that the BTA-treated product has a larger amount of C and a smaller amount of O than the untreated product, and therefore an organic compound film is formed on the solder ball surface. Here, when converted from the sputtering rate of AES Ar gas, the thickness of the film is estimated to be about 5 to 10 nm.
図３はＢＴＡ処理したＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだボールを５０℃，８０％ＲＨの高温高湿度環境下において最長５００時間の試験を行い、はんだボール重量の経時変化を調べた結果である。比較のため、ＢＴＡ処理無しの結果も併記した。ＢＴＡ処理品は処理無し品に比べて、酸化によると推定される重量変化が小さく、２８０時間までは初期の重量と同じであり、その後若干増加する傾向を示した。 FIG. 3 shows the result of examining the time-dependent change of the weight of the solder ball by performing a test for up to 500 hours in a high temperature and high humidity environment of 50 ° C. and 80% RH on the Sn-3Ag-0.5Cu solder ball treated with BTA. For comparison, the results without BTA treatment are also shown. The BTA-treated product had a smaller change in weight estimated to be due to oxidation than the untreated product, and was the same as the initial weight until 280 hours, and then showed a tendency to increase slightly.
表４は５００時間試験後のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだボール表面をＡＥＳにより調べた結果を示す。定量分析結果から、Ｏ量をＢＴＡ処理の有無で比較するとＢＴＡ処理品は処理無し品に比べて少なく、Ｃ量は多くなっている。この傾向は試験前と同じであった。このことから、はんだボールの表面は５００時間試験後でもＢＴＡによる有機化合物皮膜により、酸化が抑制されているものと考えられる。 Table 4 shows the results of examining the Sn-3Ag-0.5Cu solder ball surface after 500 hours test by AES. From the quantitative analysis results, when the amount of O is compared with and without the BTA treatment, the BTA-treated product is smaller than the untreated product, and the C amount is larger. This tendency was the same as before the test. From this, it is considered that the surface of the solder ball is suppressed from being oxidized by the organic compound film by BTA even after the test for 500 hours.
図４はＳｎ−９Ｚｎの高温高湿度環境下におけるはんだボール重量の経時変化である。はんだボールの粒径は０．７６ｍｍである。はんだボールに対するＢＴＡ処理法は上述した方法と同じである。ＢＴＡ処理は一回処理と同じ処理をもう一度繰り返した二回処理の結果を示す。図から、ＢＴＡ処理品は処理無し品に比べて、酸化によると思われる重量変化が小さい。２００時間までは初期の重量とほほ同じ値を示し、その後増加する傾向を示した。また、ＢＴＡ処理二回品は一回処理処理品に比べて若干重量変化が小さい傾向を示したが、５００時間後には一回処理品とほぼ同じ値となった。このことから、高温高湿度環境下においてＳｎ−９ＺｎはんだボールもＢＴＡによる有機化合物皮膜により、酸化が抑制されているものと考えられる。 FIG. 4 shows the change over time in the weight of the solder ball in a high temperature and high humidity environment of Sn-9Zn. The particle size of the solder balls is 0.76 mm. The BTA treatment method for the solder balls is the same as the method described above. The BTA process shows the result of a two-time process in which the same process as the one-time process is repeated once more. From the figure, the BTA-treated product has a smaller change in weight that appears to be due to oxidation than the untreated product. Up to 200 hours, it showed almost the same value as the initial weight, and then showed a tendency to increase. In addition, the BTA-treated twice product tended to have a slightly smaller weight change than the once-treated product, but after 500 hours, it was almost the same value as the once-treated product. From this, it is considered that the oxidation of Sn-9Zn solder balls is suppressed by the organic compound film of BTA in a high temperature and high humidity environment.
図５はＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの高温高湿度環境下におけるはんだボール重量の経時変化を示したものである。はんだボールの粒径は０．７６ｍｍである。また、はんだボールに対するＢＴＡ処理法は上述した方法と同じである。図から、ＢＴＡ処理品は処理無し品に比べて、酸化によると推定される重量変化が小さい。また、ＢＴＡ二回処理品は一回処理品に比べてさらに重量変化が小さく、５００時間経過後でも初期の重量とほとんど変わらない結果であった。このことから、高温高湿度環境下においてＳｎ−Ｐｂ共晶はんだボールもＢＴＡによる有機化合物皮膜により、酸化が抑制されているものと考えられる。 FIG. 5 shows the change over time in the weight of the solder ball of Sn—Pb eutectic solder in a high temperature and high humidity environment. The particle size of the solder balls is 0.76 mm. The BTA treatment method for the solder balls is the same as the method described above. From the figure, the weight change estimated to be due to oxidation is smaller in the BTA-treated product than in the untreated product. In addition, the BTA twice-treated product had a smaller change in weight than the one-time treated product, and was almost the same as the initial weight even after 500 hours. From this, it is considered that the oxidation of Sn—Pb eutectic solder balls is also suppressed by the organic compound film of BTA in a high temperature and high humidity environment.
つぎに、本発明のはんだボールの製造方法について、以下に説明する。はんだボールは遠心噴霧法あるいはガス噴霧法等の従来から用いられてきた方法により作成する。また、はんだボールとともに、ベンゾトリアゾール誘導体で飽和した溶液が作成される。 Next, a method for producing a solder ball according to the present invention will be described below. The solder balls are prepared by a conventionally used method such as a centrifugal spray method or a gas spray method. In addition, a solution saturated with a benzotriazole derivative is produced together with the solder balls.
表５はベンゾトリアゾール誘導体としてのＢＴＡ及びＴＴＡの物理的性質及び各種溶媒における溶解度を示す。溶媒は適用する製造方法に応じて適宜選択される。例えば、はんだボールを溶液中に浸漬させることにより、ボール表面に有機化合物皮膜を形成させる方法では、そのベンゾトリアゾール誘導体が可溶である溶媒が好ましい。このような溶媒として、例えばＢＴＡ及びＴＴＡの場合にはイオン交換水、あるいはメチルアルコール等の有機溶媒が挙げられる。但し、イオン交換水の場合の溶解度が非常に小さい。飽和溶液の作製は、例えばＢＴＡ及びＴＴＡを溶媒に過飽和となる状態まで溶解し、この過飽和溶液をろ過することにより調整できる。また、ろ過せずにＢＴＡ及びＴＴＡの過飽和溶液として用いてもなんら差し支えない。 Table 5 shows the physical properties of BTA and TTA as benzotriazole derivatives and the solubility in various solvents. A solvent is suitably selected according to the manufacturing method to apply. For example, in a method of forming an organic compound film on the surface of a ball by immersing a solder ball in a solution, a solvent in which the benzotriazole derivative is soluble is preferable. As such a solvent, for example, in the case of BTA and TTA, ion-exchanged water or an organic solvent such as methyl alcohol can be used. However, the solubility in the case of ion-exchanged water is very small. The production of the saturated solution can be adjusted, for example, by dissolving BTA and TTA in a solvent until they become supersaturated and filtering this supersaturated solution. Moreover, it does not interfere even if it uses as a supersaturated solution of BTA and TTA without filtering.
以下、はんだボールの製造方法の第１の実施例を説明する。ここでは、はんだボールをＢＴＡ及びＴＴＡの過飽和溶液に浸漬して、はんだボールの表面に有機化合物皮膜を形成させる方法について述べる。有機化合物皮膜の厚さは過飽和溶液の濃度，はんだボールの添加量，攪拌時間等により制御される。一例としてＳｎ−３Ａｇ−０．５ＣｕのはんだボールにＢＴＡによる有機化合物皮膜を形成する方法について説明する。イオン交換水１０００ｍｌにＢＴＡを２０ｇ添加した過飽和溶液に、粒径０．７６ｍｍのはんだボール１ｇを添加し、マグネットスターラを用いて約８００ｒｐｍで１０分間攪拌する。その後、過飽和溶液からはんだボールを大気中に取り出し、５０℃に保持した恒温槽で約１０分間程度乾燥させる。このはんだボール表面には上述したように有機化合物皮膜が形成されている。 A first embodiment of the solder ball manufacturing method will be described below. Here, a method for immersing a solder ball in a supersaturated solution of BTA and TTA to form an organic compound film on the surface of the solder ball will be described. The thickness of the organic compound film is controlled by the concentration of the supersaturated solution, the added amount of solder balls, the stirring time, and the like. As an example, a method of forming an organic compound film with BTA on a Sn-3Ag-0.5Cu solder ball will be described. To a supersaturated solution obtained by adding 20 g of BTA to 1000 ml of ion-exchanged water, 1 g of a solder ball having a particle diameter of 0.76 mm is added and stirred for 10 minutes at about 800 rpm using a magnetic stirrer. Thereafter, the solder balls are taken out from the supersaturated solution into the atmosphere and dried in a thermostatic bath maintained at 50 ° C. for about 10 minutes. As described above, the organic compound film is formed on the surface of the solder ball.
図６は本発明のはんだボールをＢＧＡと呼ばれる半導体パッケージに実装する場合を示した図である。通常、はんだボール１の実装は、ボールの粒径に応じた穴の開いたメタルマスク９にボールを通過させて、半導体パッケージの銅電極７上にはんだボール８を設置する。その際、はんだボール１のメタルマスク穴の通過をスムーズにするため、メタルマスク９を振動させるが、この時のはんだボール同士の摩擦によって表面が黒化する。しかし、本発明の有機化合物皮膜が形成されたはんだボールでは、いずれの材質のものも表面が黒化することは無かった。
FIG. 6 is a view showing a case where the solder ball of the present invention is mounted on a semiconductor package called BGA. Normally, the
つぎに、はんだボールの製造方法の第２の実施例を説明する。 Next, a second embodiment of the solder ball manufacturing method will be described.
一例として、ＢＴＡ及びＴＴＡの過飽和溶液からはんだボールを大気に取り出す際に生じるボール同士の凝集を防止する方法について説明する。 As an example, a method for preventing the balls from aggregating when the solder balls are taken out from the supersaturated solution of BTA and TTA to the atmosphere will be described.
凝集防止法としては、ＢＴＡ及びＴＴＡの過飽和溶液から大気に取り出す際に熱風乾燥機を用いて加熱する方法あるいは超音波機器を用いて振動を与える方法がある。熱風乾燥の場合は、加熱によりはんだボールの表面から溶媒が蒸発し、凝集したはんだボールが個々に分離する。一方、超音波振動の場合は、適度な振動により凝集したはんだボールが個々に分離するものである。いずれの方法もこれらの処理によってはんだボール表面に形成された有機化合物皮膜が損傷することはない。 As the aggregation preventing method, there are a method of heating using a hot air dryer when taking out from a supersaturated solution of BTA and TTA to the atmosphere, or a method of applying vibration using an ultrasonic device. In the case of hot air drying, the solvent evaporates from the surface of the solder ball by heating, and the agglomerated solder balls are separated individually. On the other hand, in the case of ultrasonic vibration, the agglomerated solder balls are separated individually by moderate vibration. In any of these methods, the organic compound film formed on the solder ball surface is not damaged by these treatments.
また、アミンによる表面処理により有機化合物皮膜が形成されるはんだボールの製造方法も上述したＢＴＡ及びＴＴＡの場合と同じである。例えば、アミンを適当な溶媒に溶解させた溶液にはんだボールを浸漬し、大気に取り出し、乾燥処理によって溶媒を除去すればよい。溶媒としては、イオン交換水，エチルアルコール，イソプロピルアルコール，トルエン，アセトン等が例示されるが、これら以外の溶媒でも使用可能である。また、溶媒を用いずにアミンの蒸気で処理することも可能である。 Also, the method for producing a solder ball in which an organic compound film is formed by surface treatment with amine is the same as in the case of BTA and TTA described above. For example, a solder ball may be immersed in a solution in which an amine is dissolved in an appropriate solvent, taken out to the atmosphere, and the solvent may be removed by a drying process. Examples of the solvent include ion-exchanged water, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, toluene, acetone and the like, but other solvents can also be used. It is also possible to treat with an amine vapor without using a solvent.
つぎに、有機酸塩をはんだボール表面に付着させて有機化合物皮膜が形成されるはんだボールの製造方法について説明する。この方法は、はんだボールを有機酸の過飽和溶液に浸漬させて、ボール表面に有機酸塩を付着させる方法である。 Next, a method for manufacturing a solder ball in which an organic acid salt is deposited on the surface of the solder ball to form an organic compound film will be described. In this method, a solder ball is immersed in a supersaturated solution of an organic acid, and an organic acid salt is attached to the ball surface.
一例として、Ｓｎ−９Ｚｎはんだボールの表面にステアリン酸銅を付着させる方法について説明する。エタノール３００ｍｌにステアリン酸銅９ｇを添加した過飽和溶液に、はんだボール９ｇを入れ、マグネットスターラを用いて約８００ｒｐｍで１５分間攪拌する。その後、はんだボールを溶液から大気中に取り出し、６０℃に保持した恒温槽で３０分間乾燥させる。このはんだボールの表面を走査型電子顕微鏡で分析したところ、はんだボールの表面にステアリン酸銅が付着していた。 As an example, a method of attaching copper stearate to the surface of a Sn-9Zn solder ball will be described. 9 g of solder balls are placed in a supersaturated solution obtained by adding 9 g of copper stearate to 300 ml of ethanol, and stirred for 15 minutes at about 800 rpm using a magnetic stirrer. Thereafter, the solder ball is taken out from the solution into the atmosphere and dried in a thermostatic bath maintained at 60 ° C. for 30 minutes. When the surface of this solder ball was analyzed with a scanning electron microscope, copper stearate was adhered to the surface of the solder ball.
以上のように、はんだボールの製造方法について説明したが、これらの方法は製造効率に優れており、過飽和溶液の濃度と吹き付け量とを調整すれば、はんだボールの表面に形成する有機化合物皮膜の厚さを容易に制御できる利点もある。また、上記方法によれば、飽和溶液の濃度と乾燥温度との管理をするだけで、有機化合皮膜が均一に形成されたはんだボールを低コストで量産できる。さらに、この皮膜は膜厚は約５〜１０ｎｍと薄いが、はんだボールの取り扱い時におけるボール同士の摩擦によって表面が黒化するような不具合が無くなる。本発明のはんだボールを半導体パッケージに実装した場合には、はんだと電極との接続強度の低下は見られず、信頼性の高い半導体パッケージが提供できる。 As described above, the method for producing solder balls has been described. However, these methods are excellent in production efficiency. If the concentration of the supersaturated solution and the amount of spraying are adjusted, the organic compound film formed on the surface of the solder ball can be obtained. There is also an advantage that the thickness can be easily controlled. Further, according to the above method, it is possible to mass-produce solder balls on which the organic compound film is uniformly formed at a low cost only by controlling the concentration of the saturated solution and the drying temperature. Further, although this film has a thin film thickness of about 5 to 10 nm, there is no problem that the surface becomes black due to friction between the balls during handling of the solder balls. When the solder ball of the present invention is mounted on a semiconductor package, the connection strength between the solder and the electrode is not lowered, and a highly reliable semiconductor package can be provided.
１…はんだボール、２…有機化合物皮膜、３…半導体パッケージ、４…半導体素子、５…ボンディングワイヤ、６…インターポーザ、７…銅電極、８…はんだボール、９…メタルマスク。
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