專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)鉛凸點(diǎn)及該凸點(diǎn)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)鉛凸點(diǎn)及該凸點(diǎn)的形成方法，更具體地講，涉及通過(guò)將調(diào)整了鍍膜中的Ag濃度的Sn-Ag類(lèi)焊錫合金鍍膜進(jìn)行回流所得到的抑制空隙產(chǎn)生的無(wú)鉛凸點(diǎn)及該凸點(diǎn)的形成方法，以及形成無(wú)鉛凸點(diǎn)形成用電鍍裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體元件等的表面安裝技術(shù)中，可靠性良好地進(jìn)行焊錫加工是非常重要的。迄今為止，作為焊錫廣泛使用的是含有鉛的共晶焊錫(Sn∶Pn＝63∶37)，但是由于環(huán)境污染和由鉛產(chǎn)生的α射線問(wèn)題，因此正在進(jìn)行無(wú)鉛焊錫的開(kāi)發(fā)。
例如正在進(jìn)行通過(guò)印刷法和電鍍法的無(wú)鉛焊錫的研究，但是在印刷法中存在與通過(guò)金屬掩模形成的精細(xì)節(jié)距所對(duì)應(yīng)的界限，因此在形成晶片凸點(diǎn)中，電鍍法正成為主流。
可是以電鍍法形成晶片凸點(diǎn)(bump)的情況下，為了使形成的鍍膜成為球形，通常進(jìn)行加熱操作(回流，reflowing)。為了避免對(duì)基板上存在的其它部件造成熱損傷，該回流溫度優(yōu)選為盡可能低的溫度。因此可以認(rèn)為在多數(shù)合金的開(kāi)發(fā)中，利用共晶點(diǎn)，使合金的組成比非常接近共晶組成。
但是在回流通過(guò)電鍍法形成的凸點(diǎn)時(shí)，存在所謂在凸點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生空隙的問(wèn)題。特別是在Sn-Ag類(lèi)合金的凸點(diǎn)情況下，空隙的產(chǎn)生率高，從而使得作為凸點(diǎn)的可靠性顯著降低。

發(fā)明內(nèi)容
因而本發(fā)明的課題是尋求一種通過(guò)電鍍法形成在回流后不產(chǎn)生空隙的Sn-Ag類(lèi)的無(wú)鉛凸點(diǎn)的方法的開(kāi)發(fā)，并提供這樣的方法。
本發(fā)明者們?yōu)榱说玫讲划a(chǎn)生空隙的無(wú)鉛凸點(diǎn)進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在通過(guò)電鍍Sn-Ag類(lèi)焊錫合金形成凸點(diǎn)的情況下，該鍍膜所含有的Ag濃度對(duì)于空隙的產(chǎn)生影響較大。更具體地講，如果Sn-Ag類(lèi)無(wú)鉛凸點(diǎn)所含有的Ag濃度由Sn-Ag的共晶組成比附近變?yōu)榻M成比或以上，則可以判定回流后在凸點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生空隙。并且進(jìn)行了進(jìn)一步地研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在凸點(diǎn)中使用Sn-Ag類(lèi)焊錫合金鍍膜時(shí)，為了確實(shí)防止凸點(diǎn)內(nèi)空隙的產(chǎn)生，必需使用Ag濃度比Sn-Ag的共晶組成比(重量比、Sn∶Ag＝96.5∶3.5/Ag含量為3.5質(zhì)量％)低的合金鍍膜，從而形成凸點(diǎn)。
并且可以認(rèn)為，如果Ag濃度比Sn-Ag的共晶組成比還低，回流溫度上升，即使Ag含有濃度下降，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)熔點(diǎn)有大的上升，也沒(méi)有必要使得回流溫度大大地上升。
本發(fā)明是基于上述發(fā)現(xiàn)完成的，提供一種無(wú)鉛凸點(diǎn)，其是通過(guò)電鍍形成Ag含量比Sn-Ag的共晶形成濃度低的Sn-Ag類(lèi)合金膜，并通過(guò)回流該合金鍍膜得到的。
另外，本發(fā)明提供一種無(wú)鉛凸點(diǎn)的形成方法，其是在欲形成凸點(diǎn)的部分中，一邊控制鍍?cè)〗M成和電析條件一邊進(jìn)行Sn-Ag類(lèi)合金電鍍，以形成Ag含量比Sn-Ag的共晶形成濃度低的Sn-Ag類(lèi)合金膜，接著回流得到的該合金鍍膜。
再者，本發(fā)明提供一種無(wú)鉛凸點(diǎn)形成用電鍍裝置，其具有裝有含有Ag離子和Sn離子的鍍液的鍍槽、陽(yáng)極、保持被處理物并對(duì)該被處理物供電的電極夾、對(duì)用上述陽(yáng)極和上述電極夾保持的各個(gè)被處理物供電的電析用電源、補(bǔ)充Ag離子和Sn離子的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、監(jiān)測(cè)Ag離子和Sn離子的分析裝置、和基于來(lái)自上述分析裝置的分析信息而將在上述被處理物的表面上形成的Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜中的Ag含量控制到低于Sn-Ag的共晶形成濃度的控制機(jī)構(gòu)。


圖1是表示合金鍍液中Ag離子和Sn離子濃度比和鍍膜中的Ag含有濃度的關(guān)系的圖。
圖2是表示在連續(xù)地外加直流進(jìn)行電鍍時(shí)的電流密度和鍍膜中的Ag的含有濃度的關(guān)系的圖。
圖3是表示在連續(xù)地外加直流進(jìn)行電鍍時(shí)(連續(xù)直流電鍍)和間歇地外加直流進(jìn)行電鍍時(shí)(間歇電鍍)鍍膜中的Ag的含有濃度的差異的圖。
圖4是表示一例本發(fā)明電鍍裝置的圖。
圖5是表示一例回流處理中使用的紅外線加熱爐的圖。
圖6A是表示在實(shí)施例1中進(jìn)行Ag的定量分析時(shí)試樣回流前的采集部分的圖，圖6B表示在實(shí)施例1中進(jìn)行Ag的定量分析時(shí)試樣回流后的采集部分的圖。
圖7A是表示實(shí)施例1中回流前的凸點(diǎn)的SEM照片，圖7B是圖7A中所示的凸點(diǎn)在225℃下回流后的SEM照片，圖7C是圖7A中所示的凸點(diǎn)在230℃下回流后的SEM照片，圖7D是圖7A中所示的凸點(diǎn)在238℃下回流后的SEM照片。
圖8是Ag濃度為2.6質(zhì)量％的Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜在238℃下回流而形成的凸點(diǎn)截面的SEM照片。
圖9是Ag濃度為3.4質(zhì)量％的Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜在238℃下回流而形成的凸點(diǎn)截面的SEM照片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的無(wú)鉛凸點(diǎn)，是通過(guò)控制電析條件以使Ag濃度為低于Sn-Ag的共晶形成濃度中的含量(3.5質(zhì)量％或以下)的Sn-Ag類(lèi)合金電鍍(以下簡(jiǎn)單稱(chēng)為“合金電鍍”)來(lái)使Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜析出，接著通過(guò)將其回流而得到的。
從防止空隙產(chǎn)生的觀點(diǎn)來(lái)看，只控制合金鍍膜中的Ag濃度的上限為上述濃度即可，但是如果Ag濃度在2.6～3.5質(zhì)量％之間，有時(shí)產(chǎn)生空隙有時(shí)不產(chǎn)生空隙，因此從完全避免空隙的角度考慮，合金鍍膜中的Ag濃度優(yōu)選在2.6質(zhì)量％或以下。
另外從實(shí)用性方面來(lái)看，優(yōu)選回流溫度基本不升高(例如最高回流溫度在240℃或以下)。為此合金鍍膜所含有的Ag濃度的下限優(yōu)選為1.6質(zhì)量％。即，為了在實(shí)際應(yīng)用中形成優(yōu)選的凸點(diǎn)，合金鍍膜中的Ag濃度優(yōu)選為1.6～2.6質(zhì)量％，象這樣地，在本發(fā)明中，必需一邊將合金鍍膜中的Ag濃度控制在3.5質(zhì)量％或以下、優(yōu)選為1.6～2.6質(zhì)量％，一邊進(jìn)行電鍍。
另外如上所述，通過(guò)回流合金鍍膜所得到的無(wú)鉛凸點(diǎn)，其表面放出的α射線放出量?jī)?yōu)選在0.02cph/cm2或以下。
在鉛中，存在含有天然放射線元素的多個(gè)同位素。鉛的同位素是鈾和釷衰變系列中的中間產(chǎn)物或者最終產(chǎn)物，在衰變過(guò)程中放出α射線。α射線在作用于半導(dǎo)體集成電路的半導(dǎo)體元件時(shí)存在引起軟錯(cuò)誤的問(wèn)題。對(duì)于Sn和其它元素也少量含有這些天然放射性元素，因此在Sn-Ag類(lèi)無(wú)鉛凸點(diǎn)中將α射線放出及其放出量抑制到較低也是很重要的。因此通過(guò)控制由無(wú)鉛凸點(diǎn)的表面放出的α射線放出量低至0.02cph/cm2或以下，可以抑制由于α射線對(duì)半導(dǎo)體集成電路元件的影響而產(chǎn)生的軟錯(cuò)誤。
一般在合金電鍍中的析出成分的組成取決于鍍液中各種成分的濃度和電析條件。因此在本發(fā)明的合金電鍍中，也可以通過(guò)調(diào)整合金鍍液中的Ag離子和Sn離子的濃度比或控制電析條件，使得合金鍍膜中的Ag濃度在上述范圍內(nèi)。具體地講可以通過(guò)(a)固定鍍?cè)≈蠥g離子和Sn離子的濃度比、改變電析條件來(lái)控制合金鍍膜中的Ag濃度的方法，或(b)固定電析條件、改變鍍?cè)≈械腁g離子和Sn離子的濃度比來(lái)控制合金鍍膜中的Ag濃度。
即在合金鍍液中，除了形成合金的金屬離子以外，還可以混合使得金屬離子穩(wěn)定化的絡(luò)合劑、用于完美地形成鍍膜表面的光澤劑或者其它添加劑。但是主要決定合金鍍膜中的Ag濃度的是合金鍍?cè)≈械腁g離子和Sn離子的濃度比，由此發(fā)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)上的優(yōu)選的范圍，通過(guò)一邊維持該濃度比一邊進(jìn)行電鍍，可以制得Ag濃度被控制的合金鍍膜。實(shí)際上，在固定電析條件的狀態(tài)下進(jìn)行合金電鍍的情況下，如圖1所示意地表示的那樣，所示合金鍍膜中的Ag濃度，與鍍液中存在的Ag離子和Sn離子的濃度比存在比例關(guān)系。
因此，如果在Ag離子和Sn離子濃度為預(yù)定濃度比的合金鍍液中浸漬被處理物，并且在一定的電析條件下電鍍，可以制得控制了Ag濃度的合金鍍膜，通過(guò)將其回流，可以得到?jīng)]有產(chǎn)生空隙的凸點(diǎn)。
作為本發(fā)明中使用的一例合金鍍液，可以列舉以下的鍍液。組成Sn離子(Sn2+)10～100g/L(優(yōu)選的是35～50g/L)Ag離子(Ag+)0.3～8g/L(優(yōu)選的是0.6～4g/L)甲磺酸100g/L另外，在合金電鍍中，已知的是由于電析條件的不同導(dǎo)致析出成分的組成不同，在本發(fā)明的合金電鍍中也可以通過(guò)改變電析條件而改變合金鍍膜中的Ag濃度。
本發(fā)明的合金電鍍可以在各種電流模式下進(jìn)行，既可以是連續(xù)地外加直流電流進(jìn)行電鍍的直流電鍍，也可以是通過(guò)間歇地外加直流電流進(jìn)行電鍍的周期性的存在停止期的間歇電鍍。
在連續(xù)地外加直流電流進(jìn)行電鍍的直流電鍍情況下，如圖中2示意地表示的那樣，由于存在電流密度越高則合金鍍膜中的Ag的含有濃度越低的關(guān)系，因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定優(yōu)選的電流條件，只要一邊維持該條件一邊電鍍即可。直流電鍍時(shí)優(yōu)選的電流密度是10～100mA/cm2左右。
另外，在通過(guò)間歇地外加直流電流進(jìn)行電鍍周期性地存在停止期的間歇電鍍的情況下，如圖3示意地所表示的那樣，連續(xù)地外加直流時(shí)與間歇地外加同樣電流時(shí)Ag的含有濃度不同，因此在這種情況下，也通過(guò)實(shí)驗(yàn)決定優(yōu)選的外加電壓和間隙時(shí)間的比例等，一邊維持該條件一邊進(jìn)行電鍍即可。這種間歇電鍍時(shí)的優(yōu)選外加時(shí)電流密度是10～200mA/cm2左右，間隙時(shí)間(0電流)在外加時(shí)間的1/10～1的范圍。
上述兩種電鍍中的外加電壓是根據(jù)電流強(qiáng)度、底層材料、厚度、電鍍液、陽(yáng)極等條件也會(huì)有變動(dòng)，但是優(yōu)選為1～5V左右。
作為用于實(shí)施上述合金電鍍的裝置，沒(méi)有特別的限制，可以使用一般浸漬式電鍍裝置等。但是在實(shí)際操作時(shí)，優(yōu)選使用考慮了被處理物的機(jī)械條件的夾具結(jié)構(gòu)、用于向晶片(wafer)等被處理物的整個(gè)表面均勻并且迅速供給金屬離子的攪拌機(jī)構(gòu)(槳片結(jié)構(gòu))、考慮用于使得電場(chǎng)分布均勻的掩模的形狀和大小、除去雜物、防止鍍液的變質(zhì)、用于均勻并且迅速向被處理物整個(gè)表面提供金屬離子的鍍液循環(huán)系統(tǒng)等的裝置。
另外如上所述，由于需要一邊調(diào)整鍍液中Ag離子和Sn離子的濃度以及控制電析條件一邊進(jìn)行合金電鍍，因此優(yōu)選使用補(bǔ)充Ag離子以及Sn離子的補(bǔ)充機(jī)構(gòu)、監(jiān)測(cè)Ag離子和Sn離子的分析裝置和具有將在來(lái)自分析裝置的分析信息基礎(chǔ)上，用于調(diào)整合金鍍液中Ag離子和Sn離子的濃度和/或控制電析條件的控制機(jī)構(gòu)的電鍍裝置。該電鍍裝置的一例如圖4中所示。
圖4中，1表示電鍍裝置，2表示電鍍槽，3表示陽(yáng)極，4表示夾具，5表示被處理物，6表示電析用電源，7表示導(dǎo)電線，8a～8c表示補(bǔ)充機(jī)構(gòu)，9表示分析裝置，10表示控制機(jī)構(gòu)，11表示自動(dòng)取樣器，12a～12c表示送液泵，13表示開(kāi)關(guān)閥，14表示排液口。
其中分析裝置9是作為控制電鍍的指針，其是對(duì)由于電鍍裝置運(yùn)轉(zhuǎn)中消耗或損失所產(chǎn)生的Ag離子和Sn離子濃度變化進(jìn)行定期或者連續(xù)地分析并監(jiān)測(cè)的裝置，例如可以使用原子吸光分析裝置等。
另外，控制機(jī)構(gòu)10例如是控制用的計(jì)算機(jī)，根據(jù)來(lái)自分析裝置9的分析信息，求得Ag離子(溶液)、Sn離子(溶液)等的最佳補(bǔ)充量，使得與補(bǔ)充機(jī)構(gòu)8a～8c連接的送液泵12a～12c運(yùn)轉(zhuǎn)，向鍍液中添加Ag離子(溶液)和Sn離子(溶液)等。
另外，在補(bǔ)充機(jī)構(gòu)8a～8c中，除了補(bǔ)充Ag離子溶液和Sn離子溶液部分之外，還可以追加補(bǔ)充用于調(diào)整鍍液組成的水和添加劑的部分。
上述陽(yáng)極3、夾具4和電鍍槽2是用可以將α射線放出量抑制到較低的材料構(gòu)成的，以使從由電鍍裝置1形成的Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜表面上放出的α射線放出量在0.02cph/cm2或以下。這樣一來(lái)，通過(guò)將在由電鍍形成的合金鍍膜構(gòu)成的凸點(diǎn)中放出的上述天然放射線元素抑制到較低，從而將由凸點(diǎn)放出的α射線量抑制到較低，進(jìn)而可以抑制由于α射線對(duì)半導(dǎo)體集成電路元件的影響所產(chǎn)生的軟錯(cuò)誤。
陽(yáng)極3既可以是不溶解性陽(yáng)極，也可以是溶解性陽(yáng)極。通過(guò)將陽(yáng)極3設(shè)定為不溶解性陽(yáng)極，不用交換即可以繼續(xù)使用。另外在使用溶解性陽(yáng)極作為陽(yáng)極3的情況下，通過(guò)使用Sn陽(yáng)極，可以在由陽(yáng)極電鍍Sn離子的過(guò)程中供給鍍液，由此可以減輕鍍液的管理和金屬離子的補(bǔ)給操作。
上述控制機(jī)構(gòu)10優(yōu)選控制為相對(duì)于鍍液組成最佳的電析條件(上述外加電流密度和電壓外加方法)，必須至少維持根據(jù)上述Ag離子和Sn離子的補(bǔ)充量進(jìn)行控制的任何一方。
實(shí)際電鍍的析出操作，不僅受到上述合金鍍液中的Ag離子和Sn離子的濃度比和電析條件的影響，還要受到多種因素的影響。例如根據(jù)鍍液中添加的多種添加劑，也會(huì)使得合金鍍膜中的Ag濃度發(fā)生改變。但是在多數(shù)情況下，這些添加劑的物質(zhì)名和添加量作為添加劑制造商的竅門(mén)而未公開(kāi)。
因而，在形成本發(fā)明的凸點(diǎn)時(shí)，在一定的合金鍍液中，必須預(yù)先通過(guò)改變電鍍的電流密度、電壓外加方法、鍍液中的Ag離子和Sn離子的濃度比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定形成的凸點(diǎn)所含有的Ag的重量濃度，在此基礎(chǔ)上求得最佳條件進(jìn)行合金電鍍。
由此可以使得鍍液的組成穩(wěn)定化，另外可以穩(wěn)定地形成具有所希望的Ag含有濃度的凸點(diǎn)。
將按照上述形成的合金鍍膜，接著進(jìn)行回流處理使之成為凸點(diǎn)。該回流處理例如通過(guò)使用圖5中所示的裝置(紅外線加熱爐)、在惰性氣體氛圍(例如氮和氬氣氛)中加熱進(jìn)行。圖5中20表示紅外線加熱爐，21表示燃燒室，22表示載物臺(tái)，23表示石英玻璃窗，24表示紅外燈，25表示被處理物。
通過(guò)該裝置的回流，例如通過(guò)在燃燒室21中固定進(jìn)行合金電鍍的被處理物25，向該燃燒室21中以8～30L/min左右的速度通入氮?dú)?，進(jìn)行充分地氣體交換后，通過(guò)石英玻璃窗23，用紅外燈24加熱來(lái)進(jìn)行。
在本發(fā)明的凸點(diǎn)形成中，回流溫度是重要的。凸點(diǎn)在印刷電路板等上形成，但一般電子部件的耐熱溫度通常認(rèn)為是240℃。因此在通過(guò)合金電鍍形成的合金鍍膜的回流工序中的最高溫度需要控制在240℃或以下。另外一般來(lái)說(shuō)Sn-Ag類(lèi)焊錫的熔點(diǎn)是221℃，一般可以回流的最低溫度是需要在熔點(diǎn)+10℃下保持15秒～45秒。作為考慮這種條件時(shí)的回流溫度條件的一例，可以列舉出，在231℃下保持30秒鐘、最高到達(dá)溫度為238℃的溫度條件。
以上所說(shuō)明的本發(fā)明的無(wú)鉛凸點(diǎn)，例如可以用作實(shí)裝基板中的配線襯墊上的球狀凸點(diǎn)。
該球狀凸點(diǎn)的形成，首先在形成金屬焊墊(bond pad)后，殘留凸點(diǎn)的形狀涂覆抗蝕劑，形成抗蝕劑圖案。接著根據(jù)上述方法形成Ag濃度被控制的Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜。然后剝離抗蝕劑，通過(guò)在規(guī)定的回流溫度下處理來(lái)進(jìn)行。
在上述方法中，金屬焊墊的形成、抗蝕劑圖案的形成和抗蝕劑的去除，可以根據(jù)該技術(shù)領(lǐng)域中任何一種常規(guī)方法進(jìn)行。
另外本發(fā)明的無(wú)鉛凸點(diǎn)是為了在各種半導(dǎo)體基板上形成配線襯墊而被使用的。具體地講，通過(guò)如下(I)～(IV)的工序可以在半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基板上形成無(wú)鉛凸點(diǎn)。
(I)在半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基板上形成配線襯墊的工序。
(II)在形成的配線襯墊上形成阻障金屬(barrier metal)的工序。
(III)在阻障金屬上形成Sn-Ag類(lèi)鍍層的工序。
(IV)將Sn-Ag類(lèi)鍍層回流的工序。
作為上述(I)的半導(dǎo)體元件，包含集成電路(IC)等。另外作為配線襯墊中形成的(II)的阻障金屬，可以使用公知的阻障金屬。
其次列舉實(shí)施例和比較例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不受到這些實(shí)施例的任何限制。
實(shí)施例1(1)Sn-Ag類(lèi)凸點(diǎn)的調(diào)制在晶片上涂覆120μm厚的抗蝕劑以形成多個(gè)開(kāi)口徑Φ為100μm的孔，作為試樣。該試樣的電鍍面積是149.63cm2。針對(duì)該試樣在如下的工序和條件下進(jìn)行電鍍。
(電鍍工序)脫氣(10分鐘)→用10％硫酸前洗滌(1分鐘)→鍍銅→水洗→鍍Ni→水洗→電鍍Sn-Ag類(lèi)合金(電鍍條件)(a)鍍銅鍍?cè)〗M成Cu2+220g/LH28O4200g/LHCl5mL/L添加劑 5mL/L電鍍溫度25℃攪拌機(jī)械攪拌(槳片攪拌速度10m/min)鍍液循環(huán)流量2.5L/min電極銅陽(yáng)極、電極間距離約7.5mm、陽(yáng)極掩模Φ250mm陰極電流密度(總電流)5A/dm2(7.48A)鍍層厚度2μm(b)鍍Ni鍍?cè)〗M成
Ni(NH2SO4)·4H2O 450g/LH3BO330g/LNiCl2·6H2O 10g/L添加劑 2mL/L電鍍溫度50℃攪拌機(jī)械攪拌(槳片攪拌速度10m/min)鍍液循環(huán)流量2.5L/min電極鎳陽(yáng)極、電極間距離約75mm、陽(yáng)極掩模Φ250mm陰極電流密度(總電流)3A/dm2(4.49A)鍍層厚度3μm(c)鍍Sn-Ag鍍?cè)〗M成Sn2+40g/LAg+1.5g/L甲磺酸 100g/L添加劑 10g/L(將聚氧乙烯類(lèi)表面活性劑、硫脲、鄰苯二酚以重量比計(jì)為2∶2∶1的物質(zhì))電鍍溫度25℃攪拌機(jī)械攪拌(槳片攪拌速度10m/min)鍍液循環(huán)流量2.5L/min電極鈦陽(yáng)極、電極間距離約7.5mm、陽(yáng)極掩模Φ250mm陰極電流密度(總電流)10A/dm2(14.9A)、直流電鍍鍍層厚度140μm(2)回流處理上述(1)電鍍后，除去抗蝕劑，使得電鍍部分露出。針對(duì)該電鍍部分，使用圖5中所示的紅外線加熱爐進(jìn)行回流處理。紅外線加熱爐的溫度控制是通過(guò)將在中心最外層中埋入的熱電偶的2英寸硅晶片(SensArray公司制造、溫度測(cè)量晶片)置于紅外線加熱爐的載物臺(tái)上來(lái)進(jìn)行。另外，回流試樣置于接近其硅晶片上的熱電偶的位置?；亓鳒囟葪l件是在150～170℃下預(yù)先加熱90秒，然后用30秒升溫至最高溫度。最高溫度為238℃，在可以回流的最低溫度即231℃或以上保持30秒鐘后，冷卻。
另外該加熱爐氛圍氣體用氮?dú)庵脫Q，在加熱時(shí)也一邊以8L/min的流量通入氮?dú)庖贿呥M(jìn)行。紅外線加熱爐由于具有所謂容易進(jìn)行快速加熱、快速冷卻的特征而被使用。
(3)凸點(diǎn)的組成分析按照如下方法評(píng)價(jià)Sn-Ag合金的元素組成比。將該凸點(diǎn)埋入樹(shù)脂中，刮平截面并研磨后，用電子線微量分析(電子探針微量分析EPMA)進(jìn)行元素映射，同時(shí)在圖6A和圖6B中所示的截面內(nèi)約10μm×10μm的微小區(qū)域中的3個(gè)地方(l、c、r)進(jìn)行Ag的定量分析，其平均值作為Ag的含量。
還有，如果使用μ熒光X線分析裝置，即使不刮平截面，也可以粗略測(cè)定組成比，另外也可以將凸點(diǎn)溶解在酸中，通過(guò)電感耦合等離子體質(zhì)量分析計(jì)(電感耦合等離子體質(zhì)譜ICP-MS)進(jìn)行晶片內(nèi)組成分布的分析。
(4)凸點(diǎn)形狀的確認(rèn)在進(jìn)行Sn-Ag合金電鍍后，用SEM觀察除去例如抗蝕劑的電鍍部分和在各溫度下回流后的凸點(diǎn)形狀。圖7A表示回流前的凸點(diǎn)的SEM照片，圖7B表示在225℃下回流后的SEM照片，圖7C表示在230℃下回流后的SEM照片，圖7D表示在238℃下回流后的SEM照片。
(5)空隙的確認(rèn)用SEM觀察在回流溫度為238℃下回流后的凸點(diǎn)的截面形狀。觀察是在連晶片一起埋入樹(shù)脂、刮平截面、研磨后進(jìn)行。其結(jié)果是，在該實(shí)施例的Ag濃度為2.6質(zhì)量％的合金鍍膜(凸點(diǎn))中，如圖8中所示沒(méi)有空隙，與此相反在通過(guò)Ag濃度為3.4質(zhì)量％的合金鍍膜形成的凸點(diǎn)中，有時(shí)產(chǎn)生圖9中所示的空隙。
實(shí)施例2使得相對(duì)于合金鍍液中整個(gè)金屬的Ag的比例、電鍍時(shí)的電流密度、電流外加法分別改變進(jìn)行合金電鍍，再使之在238℃下回流。針對(duì)得到的凸點(diǎn)，與實(shí)施例1同樣調(diào)查凸點(diǎn)中Ag的含量、形狀和有無(wú)空隙。該結(jié)果顯示在表1中。
表1


注)表中，DC是指直流電鍍，CHOP是指間歇電鍍。
由該結(jié)果可以明顯看出，在凸點(diǎn)(合金鍍膜)中的Ag含量在2.9％或以下的情況下不會(huì)出現(xiàn)空隙，特別是在Ag含量為1.8～2.6％的情況下，在最高回流溫度為238℃下球化并且不會(huì)出現(xiàn)空隙，因此可以得到實(shí)用性高的無(wú)鉛凸點(diǎn)。
本發(fā)明的無(wú)鉛凸點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生空隙，并且即使上升不到那樣的溫度，也會(huì)形成優(yōu)選形狀的凸點(diǎn)。另外該凸點(diǎn)不含鉛，不會(huì)由于放出α射線導(dǎo)致集成電路的誤操作和對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。
這樣一來(lái)本發(fā)明的無(wú)鉛凸點(diǎn)可以廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體元件等表面安裝技術(shù)(SMT)中，無(wú)鉛的同時(shí)也可以很可靠地進(jìn)行焊錫。
本發(fā)明涉及一種通過(guò)將調(diào)整了鍍膜中的Ag濃度的Sn-Ag類(lèi)焊錫合金鍍膜進(jìn)行回流而得到的抑制空隙產(chǎn)生的無(wú)鉛凸點(diǎn)及該凸點(diǎn)的形成方法。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)鉛凸點(diǎn)，其是通過(guò)電鍍形成Ag含量比Sn-Ag的共晶形成濃度低的Sn-Ag類(lèi)合金膜，并通過(guò)回流該合金鍍膜得到的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)，其中Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜中的Ag濃度為1.6～2.6質(zhì)量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)，其中回流所述合金鍍膜時(shí)的最高溫度在240℃或以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)，其中在通過(guò)電鍍形成所述Sn-Ag類(lèi)合金膜時(shí)，控制鍍?cè)〗M成和電析條件，將該合金鍍膜所含有的Ag濃度調(diào)整至低于Sn-Ag的共晶形成濃度的量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)，其中由表面放出的α射線放出量在0.02cph/cm2或以下。
6.一種無(wú)鉛凸點(diǎn)的形成方法，其特征在于，以在欲形成凸點(diǎn)的部分上，一邊控制鍍?cè)〗M成和電析條件一邊進(jìn)行Sn-Ag類(lèi)合金電鍍，以形成Ag含量比Sn-Ag的共晶形成濃度低的Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜，接著回流得到的該合金鍍膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)的形成方法，其中Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜中的Ag濃度為1.6～2.6質(zhì)量％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)的形成方法，其中回流所述合金鍍膜時(shí)的最高溫度在240℃或以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)的形成方法，其中鍍?cè)〗M成和電析條件的控制是通過(guò)固定鍍?cè)≈械腁g離子和Sn離子的濃度比而改變電析條件來(lái)進(jìn)行的。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)的形成方法，其中鍍?cè)〗M成和電析條件的控制是通過(guò)固定電析條件而改變鍍?cè)≈械腁g離子和Sn離子的濃度比來(lái)進(jìn)行的。
11.一種無(wú)鉛凸點(diǎn)形成用電鍍裝置，其具有裝有含有Ag離子和Sn離子的鍍液的鍍槽，陽(yáng)極，保持被處理物并對(duì)該被處理物供電的電極夾，對(duì)用所述陽(yáng)極和所述電極夾保持的各個(gè)被處理物供電的電析用電源，補(bǔ)充Ag離子和Sn離子的補(bǔ)充機(jī)構(gòu)，監(jiān)測(cè)Ag離子和Sn離子的分析裝置，和基于來(lái)自所述分析裝置的分析信息，將在所述被處理物的表面上形成的Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜中的Ag含量控制到低于Sn-Ag的共晶形成濃度的控制機(jī)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)形成用電鍍裝置，其中將Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜中的Ag含量控制為1.6～2.6質(zhì)量％。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)形成用電鍍裝置，其中Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜中的Ag含量的控制是通過(guò)調(diào)整所述鍍液中的Ag離子和Sn離子的濃度和/或改變電析條件來(lái)進(jìn)行的。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)形成用電鍍裝置，其特征在于，為使由Sn-Ag類(lèi)合金鍍膜的表面放出的α射線放出量為0.02cph/m2或以下，所述陽(yáng)極、電極夾和鍍槽是由將α射線放出量抑制到較低的材料構(gòu)成的。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)形成用電鍍裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極為不溶解性陽(yáng)極。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)形成用電鍍裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極為溶解性陽(yáng)極。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所記載的無(wú)鉛凸點(diǎn)形成用電鍍裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極為Sn陽(yáng)極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)將調(diào)整了鍍膜中的Ag濃度的Sn－Ag類(lèi)焊錫合金鍍膜進(jìn)行回流得到的抑制空隙產(chǎn)生的無(wú)鉛凸點(diǎn)及該凸點(diǎn)的形成方法。本發(fā)明的無(wú)鉛凸點(diǎn)是通過(guò)電鍍形成Ag含量比Sn－Ag的共晶形成濃度低的Sn－Ag類(lèi)合金膜，并通過(guò)回流該合金鍍膜得到的。
文檔編號(hào)C25D7/12GK1732291SQ20038010747
公開(kāi)日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者下山正, 橫田洋, 黃海冷, 栗山文夫, 齋藤信利 申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所