有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)及其制造方法，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體裝 置用焊料凸點(diǎn)的細(xì)距化的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)、及用于在半導(dǎo)體裝置的焊盤(pán)電極上形成有芯 結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)的制造方法。
[0002] 本申請(qǐng)主張基于2013年12月27日于日本申請(qǐng)的專(zhuān)利申請(qǐng)2013-270852號(hào)的優(yōu)先 權(quán)，并將其內(nèi)容援用于此。
【背景技術(shù)】
[0003] 近年來(lái)，為了半導(dǎo)體的高密度安裝，通常使用焊料凸點(diǎn)來(lái)進(jìn)行接合，但為了實(shí)現(xiàn)更 進(jìn)一步的高密度化，要求焊料凸點(diǎn)形成的細(xì)距化。
[0004] 并且，為了響應(yīng)該要求，關(guān)于用于實(shí)現(xiàn)細(xì)距化的焊料凸點(diǎn)或者其制造法，一直以來(lái) 提出有幾個(gè)方案。
[0005] 例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中提出有通過(guò)在半導(dǎo)體基板表面的導(dǎo)體焊盤(pán)上依次形成支柱金 屬(pillar metal)、覆蓋支柱金屬上表面的凸點(diǎn)下金屬層及與導(dǎo)體焊盤(pán)的直徑幾乎相等的 焊料金屬層，并進(jìn)行焊料金屬的回流處理來(lái)形成焊料凸點(diǎn)。并且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中提出有與 專(zhuān)利文獻(xiàn)1的記載同樣地通過(guò)依次形成與導(dǎo)體焊盤(pán)13的直徑幾乎相等的焊料金屬層(阻擋 金屬層14)后，減小支柱金屬層15的直徑，接著，進(jìn)行焊料金屬17的回流處理，并形成如圖1 所示的焊料凸點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)距化。
[0006] 并且，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中還提出有使半導(dǎo)體芯片上的焊盤(pán)電極朝下并與熔融焊 料的噴流面接觸來(lái)在該焊盤(pán)電極上形成一次焊料凸點(diǎn)，使形成有該一次焊料凸點(diǎn)的焊盤(pán)電 極朝上，并在其上通過(guò)絲網(wǎng)印刷方法來(lái)載置焊膏，使該焊膏朝下，在該朝下且被施加重力的 狀態(tài)下對(duì)所述焊膏進(jìn)行回流來(lái)形成二次焊料凸點(diǎn)，由此，制造能夠?qū)崿F(xiàn)焊盤(pán)電極的細(xì)距化 的焊料凸點(diǎn)。
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2013-187258號(hào)公報(bào)(A)
[0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2006-332694號(hào)公報(bào)(A)
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本專(zhuān)利第3961876號(hào)公報(bào)(B)
[0010] 如上述現(xiàn)有技術(shù)所示，在半導(dǎo)體的高密度安裝中要求焊料凸點(diǎn)的細(xì)距化，但在確 保焊料凸點(diǎn)的粘附性、導(dǎo)電性的基礎(chǔ)之上的細(xì)距化技術(shù)尚未確立。
[0011] 例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2所記載的技術(shù)中，在晶片或有機(jī)基板的電極上利用電鍍法形 成小徑的支柱，在其之上利用電鍍法形成焊料金屬，并實(shí)施回流處理來(lái)形成焊料凸點(diǎn)，且將 凸點(diǎn)的高度形成至一定程度。然而，因通過(guò)電鍍法來(lái)形成支柱并形成焊料金屬，因此工藝的 生產(chǎn)能力較差，并且由于熔融時(shí)的焊料金屬的自重及表面張力，凸點(diǎn)變得扁平且凸點(diǎn)高度 受到限制，因此與焊料凸點(diǎn)直徑相比，無(wú)法獲得太高的縱橫比，即使增加焊料金屬的載置 量，也存在有可能與相鄰的其他焊料凸點(diǎn)接觸而引起短路的問(wèn)題。
[0012] 并且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3所記載的技術(shù)中，對(duì)于一次焊料凸點(diǎn)表面的焊膏，通過(guò)使其朝 下進(jìn)行回流，從而形成縱橫比較高的凸點(diǎn)，但在裝配時(shí)等再熔融時(shí)，縱橫比很自然地受到焊 料金屬的自重及表面張力的限制，通過(guò)與相鄰的熔融焊料金屬凸點(diǎn)接觸，有可能成為電導(dǎo) 通不良的原因。
[0013] 因此，為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的高密度安裝，期待一種能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)距化的高縱橫比的焊 料凸點(diǎn)及其簡(jiǎn)單的制造法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 為了使焊料凸點(diǎn)的細(xì)距化成為可能，本發(fā)明人等對(duì)焊料凸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)及其制造方法 進(jìn)行深入研究的結(jié)果，得到以下見(jiàn)解。
[0015] 即，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)在制作焊料凸點(diǎn)時(shí)，例如在半導(dǎo)體基板的規(guī)定位置(例如，在 半導(dǎo)體封裝用有機(jī)基板上形成的焊盤(pán)電極表面或者半導(dǎo)體封裝用晶片上形成的UBM(凸點(diǎn) 下金屬））預(yù)先涂布由規(guī)定的材料構(gòu)成的芯用漿料并進(jìn)行回流處理，從而形成具有規(guī)定高度 的燒結(jié)芯，接著，通過(guò)印刷法在該燒結(jié)芯的周?chē)坎己父嘀?，?duì)該焊膏進(jìn)行回流處理，從 而能夠形成有芯結(jié)構(gòu)的焊料凸點(diǎn)。
[0016] 并且發(fā)現(xiàn)，該有芯結(jié)構(gòu)的焊料凸點(diǎn)難以產(chǎn)生因凸點(diǎn)的自重而產(chǎn)生的扁平化，因此 成為凸點(diǎn)高度較高的高縱橫比的焊料凸點(diǎn)，并且，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇燒結(jié)芯的材質(zhì)來(lái)提高與 焊料金屬的粘附性，隨此，凸點(diǎn)與半導(dǎo)體基板之間的粘附性也得到提高，進(jìn)而，該高縱橫比 的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)具備與以往的凸點(diǎn)相比毫不遜色的導(dǎo)電性。
[0017] 而且，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，所述有芯結(jié)構(gòu)的焊料凸點(diǎn)能夠通過(guò)普通的絲網(wǎng)印刷法來(lái) 簡(jiǎn)單地進(jìn)行制作。
[0018] 即發(fā)現(xiàn)，首先，作為第1工序，在半導(dǎo)體基板的規(guī)定位置(例如，形成于半導(dǎo)體封裝 用有機(jī)基板上的焊盤(pán)電極表面或者形成于半導(dǎo)體封裝用晶片上的UBM(凸點(diǎn)下金屬））上安 裝掩模，該掩模具有露出少許焊盤(pán)電極或者UBM的程度的開(kāi)口，并在焊盤(pán)電極或者UBM的中 央部印刷成為燒結(jié)芯的芯用漿料，接著，卸下掩模，以與焊膏的回流溫度接近或其以下的溫 度來(lái)對(duì)涂布于焊盤(pán)電極或者UBM的芯用漿料進(jìn)行燒結(jié)，從而在焊盤(pán)電極或者UBM的大致中央 部制作具有規(guī)定高度的燒結(jié)芯，接著，作為第2工序，以露出在大致中央部形成有燒結(jié)芯的 焊盤(pán)電極或者UBM的方式，安裝具有比焊盤(pán)電極或者UBM的直徑更大直徑的開(kāi)口的掩模，并 以覆蓋焊盤(pán)電極或者UBM及燒結(jié)芯整體的方式涂布焊膏，接著，卸下掩模，并以焊膏的回流 溫度對(duì)以覆蓋焊盤(pán)電極或者UBM及燒結(jié)芯整體的方式涂布印刷的焊膏進(jìn)行回流處理，從而 能夠以簡(jiǎn)單的工序制造有芯結(jié)構(gòu)的焊料凸點(diǎn)。
[0019] 本申請(qǐng)發(fā)明是基于上述見(jiàn)解而完成的，其具有以下所示的方式。
[0020] (1) -種形成于半導(dǎo)體基板上的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)，其特征在于，所述焊料凸點(diǎn)由 燒結(jié)芯和被覆于所述燒結(jié)芯的周?chē)暮噶辖饘俚挠行窘Y(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述燒結(jié)芯形成于焊料凸 點(diǎn)的內(nèi)部且沿與半導(dǎo)體基板垂直的方向延伸，所述燒結(jié)芯由以焊膏的回流處理溫度附近或 其以下的溫度燒結(jié)而成的燒結(jié)體構(gòu)成。
[0021] (2)根據(jù)所述（1)所記載的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)，其特征在于，所述燒結(jié)芯由第一群 粉末和第二群粉末的粉末燒結(jié)體、合金燒結(jié)體或它們的混合燒結(jié)體構(gòu)成，所述第一群粉末 含有第一 A群粉末及第一 B群粉末中的至少任一個(gè)，所述第一 A群粉末由選自Cu、Ag、Au、Pt、 PcUTi、Ni、Fe和Co中的一種或兩種以上的金屬粉末構(gòu)成，并且，所述第一 B群粉末由選自液 相線(xiàn)溫度為450°C以上的釬焊合金粉末及液相線(xiàn)溫度為280°C以上的高溫焊料合金粉末的 一種或兩種以上的合金粉末構(gòu)成。
[0022] (3)根據(jù)所述（1)所記載的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)，其特征在于，所述燒結(jié)芯由第一群 粉末和第二群粉末的粉末燒結(jié)體、合金燒結(jié)體或它們的混合燒結(jié)體構(gòu)成，所述第二群粉末 含有第二A群粉末及第二B群粉末中的至少任一個(gè)，所述第二A群粉末由選自Sn、In、Bi和Ga 中的一種或兩種以上的金屬粉末構(gòu)成，并且，所述第二B群粉末由液相線(xiàn)溫度為240°C以下 的焊料合金的合金粉末構(gòu)成。
[0023] (4) -種形成于半導(dǎo)體基板上的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)的制造方法，其特征在于，對(duì)形 成于半導(dǎo)體基板上的焊盤(pán)電極或者凸點(diǎn)下金屬的表面印刷涂布芯用漿料，并以焊膏的回流 處理溫度附近或其以下的溫度對(duì)芯用漿料進(jìn)行燒結(jié)，從而在焊盤(pán)電極或者凸點(diǎn)下金屬的表 面的大致中央部形成燒結(jié)芯，接著，以覆蓋在焊盤(pán)電極或者凸點(diǎn)下金屬的大致中央部形成 的燒結(jié)芯整體的方式印刷涂布焊膏，并以焊膏的回流處理溫度進(jìn)行回流處理，從而在焊盤(pán) 電極表面上或者凸點(diǎn)下金屬的表面上形成有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)。
[0024] 根據(jù)本申請(qǐng)發(fā)明的一方式的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)（以下，稱(chēng)作本申請(qǐng)發(fā)明的有芯結(jié) 構(gòu)凸點(diǎn)），不易產(chǎn)生由凸點(diǎn)的自重引起的扁平化，且能夠形成高縱橫比的焊料凸點(diǎn)，并且形 成于焊料凸點(diǎn)內(nèi)部的燒結(jié)芯與焊料金屬之間的粘附性?xún)?yōu)異，其結(jié)果，焊料凸點(diǎn)牢固地粘附 于焊盤(pán)電極、半導(dǎo)體基板，并且不會(huì)降低導(dǎo)電性，因此，用于實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的高密度安裝的細(xì) 距化成為可能。
[0025] 并且，根據(jù)本申請(qǐng)發(fā)明的另一方式的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)的制造方法（以下，稱(chēng)作本 申請(qǐng)發(fā)明的有芯結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)的制造法），以印刷法來(lái)涂布芯用漿料32之后以燒結(jié)來(lái)形成燒結(jié) 芯，接著，同樣地以印刷法來(lái)涂布焊膏34并進(jìn)行回流處理的簡(jiǎn)單的制造法，從而能夠得到有 芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)焊料凸點(diǎn)的制造工序的簡(jiǎn)單化和低成本化。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)(專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載的技術(shù))中的焊料凸點(diǎn)的示意圖。
[0027] 圖2中示出本申請(qǐng)發(fā)明的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)的制造工序的示意圖。
[0028] 圖3中示出通過(guò)本申請(qǐng)發(fā)明的制造法得到的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)的剖面示意圖。 [0029]圖4表示使用由Cu粉及Sn粉的混合粉構(gòu)成的芯用漿料E并以240°C的燒結(jié)溫度形成 的燒結(jié)芯的SEM圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下，參考附圖對(duì)本申請(qǐng)發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0031] 圖2中示出本申請(qǐng)發(fā)明的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)的制造工序的示意圖，圖3中示出通過(guò) 本申請(qǐng)發(fā)明的制造法得到的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)的剖面示意圖。
[0032] 如圖2所示，本申請(qǐng)發(fā)明的有芯結(jié)構(gòu)焊料凸點(diǎn)能夠通過(guò)(a)~(d)工序(稱(chēng)作第1工 序)及(e)~(h)工序(稱(chēng)作第2工序)制作。第1工序如下。
[0033] 首先，在形成有焊盤(pán)電極2的半導(dǎo)體基板1的表面（當(dāng)然也包括在半導(dǎo)體封裝用晶 片上設(shè)置有UBM的情況，但在以下省略對(duì)于UBM的說(shuō)明。）上安裝金屬掩模33(參考圖2的 (a))，