CN113366618A - 微小粒子排列用掩模 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于在将直径50μm以下的微小粒子排列于基材上的情况下，抑制微小粒子的缺陷的产生。解决方法为一种微小粒子排列用掩模，其为用于将直径50μm以下的微小粒子排列于基材上的微小粒子排列用掩模，微小粒子排列用掩模具有用于被微小粒子插入的贯通孔，贯通孔的微小粒子供给侧的开口面的面积比微小粒子排出侧的开口面的面积小，在将从微小粒子供给侧的开口面朝向微小粒子排出侧的开口面的方向设为z轴正方向、将贯通孔的与z轴垂直的截面积设为A的情况下，在贯通孔内的z轴方向的整个区域中dA(z)/dz>0成立，并且满足以下数学式(1)。0.4≤t/d≤1.0(1)。

Description

微小粒子排列用掩模

技术领域

本发明涉及微小粒子排列用掩模。

背景技术

例如如专利文献1所公开的那样，已知用于将微小粒子排列于基材上的微小粒子排列用掩模。微小粒子排列用掩模中，以规定的排列图案形成有大量的贯通孔。使用了微小粒子排列用掩模的微小粒子的排列方法大致如下所述。首先，在基材上配置微小粒子排列用掩模，在微小粒子排列用掩模上载置大量的微小粒子。接着，将微小粒子排列用掩模上的微小粒子利用涂刷器(squeegee)等进行挠取(掻き取る)。由此，一部分微小粒子被插入贯通孔，残留的微小粒子被排出至微小粒子排列用掩模之外。然后，除去微小粒子排列用掩模，从而在基材上排列微小粒子。微小粒子的排列图案与贯通孔的排列图案一致。

微小粒子排列用掩模例如在粒子填充膜的制造工序或球栅阵列基板的制造工序中使用。在粒子填充膜的制造工序中，为了在形成有粘着层的膜上排列微小粒子而使用微小粒子排列用掩模。另一方面，在球栅阵列基板的制造工序中，为了在基板上排列焊料球而使用微小粒子排列用掩模。

可是，从将微小粒子精确地配置于基材上这样的观点考虑，需要尽可能地减少微小粒子的缺失、重复、破坏(以下，有时将它们统称为“微小粒子的缺陷”)。这里，所谓微小粒子的缺失，是指暂时插入至贯通孔的微小粒子在微小粒子的挠取时从贯通孔脱出。所谓微小粒子的重复，是指在相同贯通孔中插入2个以上的微小粒子。由于通常在1个贯通孔中仅插入1个微小粒子，因此要求抑制重复。另外，当1个贯通孔中也可以插入2个以上微小粒子的情况下，并不要求一定要抑制重复。微小粒子的破坏是指插入至贯通孔的微小粒子由于某种原因而遭受缺损、开裂等破坏。

为此，在专利文献1中，使贯通孔为锥形形状，并且，使t/d为0.8以上1.4以下。这里，在专利文献1中，将t定义为从基材的表面直至微小粒子排列用掩模的微小粒子供给侧的表面的距离，将d定义为微小粒子的直径。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-327536号公报

发明内容

发明所要解决的课题

可是，专利文献1是以直径100μm以下的微小粒子作为对象。然而，本发明人尝试了使用专利文献1记载的微小粒子排列用掩模将直径50μm以下的微小粒子排列于基材上，结果表明有时发生上述微小粒子的缺陷。

因此，本发明是鉴于上述问题而提出的，本发明的目的在于提供在将直径50μm以下的微小粒子排列于基材上的情况下能够抑制微小粒子的缺陷产生的新的并且改良的微小粒子排列用掩模。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，根据本发明的某一观点，提供一种微小粒子排列用掩模，其为用于将直径50μm以下的微小粒子排列于基材上的微小粒子排列用掩模，微小粒子排列用掩模具有用于被微小粒子插入的贯通孔，贯通孔的微小粒子供给侧的开口面的面积比微小粒子排出侧的开口面的面积小，在将从微小粒子供给侧的开口面朝向微小粒子排出侧的开口面的方向设为z轴正方向、将贯通孔的与z轴垂直的截面积设为A的情况下，在贯通孔内的z轴方向的整个区域中dA(z)/dz>0成立，并且满足以下数学式(1)。

0.4≤t/d≤1.0 (1)

在数学式(1)中，t为微小粒子排列用掩模的厚度，d为微小粒子的直径。

这里，贯通孔的微小粒子供给侧的开口面的直径可以小于100μm。

此外，微小粒子的直径可以为20μm以下。

根据本发明的其它观点，提供一种微小粒子排列用掩模，其为用于将微小粒子排列于基材上的微小粒子排列用掩模，微小粒子排列用掩模具有用于被微小粒子插入的贯通孔，贯通孔的微小粒子供给侧的开口面的面积比微小粒子排出侧的开口面的面积小，在将从微小粒子供给侧的开口面朝向微小粒子排出侧的开口面的方向设为z轴正方向、将贯通孔的与z轴垂直的截面积设为A的情况下，在贯通孔内的z轴方向的整个区域中dA(z)/dz>0成立，并且微小粒子排列用掩模的厚度为50μm以下。

发明的效果

如以上说明的那样，根据本发明，在将直径50μm以下的微小粒子排列于基材上的情况下，能够抑制微小粒子的缺陷的产生。

附图说明

[图1]为表示本发明的实施方式涉及的微小粒子排列用掩模的概略构成的纵截面图。

[图2A]为表示贯通孔形状的变形例的纵截面图。

[图2B]为表示贯通孔形状的变形例的纵截面图。

[图2C]为表示贯通孔形状的变形例的纵截面图。

[图3]为表示贯通孔形状的一例的纵截面SEM图像。

[图4]为用于说明使用了微小粒子排列用掩模的微小粒子排列方法的纵截面图。

[图5]为用于说明使用了微小粒子排列用掩模的微小粒子排列方法的纵截面图。

[图6]为表示比较例涉及的微小粒子排列用掩模的概略构成的纵截面图。

具体实施方式

以下一边参照附图，一边对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，在本说明书和附图中，对于实质上具有相同功能构成的构成要素，附以相同符号，从而省略重复说明。

<1.微小粒子排列用掩模的构成>

首先，基于图1～图4，对本实施方式涉及的微小粒子排列用掩模1的构成进行说明。微小粒子排列用掩模1为用于将直径50μm以下且超过0μm的微小粒子30排列于基材100上的掩模。微小粒子30的直径为所谓球当量直径。微小粒子30的形状基本上为球形，但也可以为其它形状。在微小粒子30的直径具有波动的情况下，可以将由若干微小粒子30测定的直径的算术平均值(平均粒径)作为微小粒子30的直径。

微小粒子排列用掩模1具有大量的贯通孔20。贯通孔20为将微小粒子排列用掩模1在厚度方向(z轴方向)上贯通的孔，图4所示的微小粒子30被插入(被撒入)至贯通孔20内。即，贯通孔20在微小粒子排列用掩模的微小粒子供给侧的表面1a、微小粒子排出侧的表面1b这两者进行开口。这里，微小粒子供给侧的表面1a为使用微小粒子排列用掩模1在基材100上排列微小粒子30时，载置微小粒子30的表面(入口侧表面)。微小粒子排出侧的表面1b为使用微小粒子排列用掩模1在基材100上排列微小粒子30时，与基材100对置的表面(出口侧表面)。

贯通孔20的微小粒子供给侧的开口面20a的面积(入口侧表面1a中的贯通孔20的开口面积)比微小粒子排出侧的开口面20b的面积(出口侧表面1b中的贯通孔20的开口面积)小。然而，开口面20a的面积具有至少能够将微小粒子30插入的程度的大小。例如，在开口面20a为圆形、微小粒子30为球形的情况下，开口面20a的直径成为微小粒子30的直径的1.0倍以上。在1个贯通孔20中插入1个微小粒子30的情况下，开口面20a的直径的上限值为小于微小粒子30的直径的2.0倍。作为一例，开口面20a的直径可以小于100μm。在1个贯通孔20中可以插入多个微小粒子30的情况下，开口面20a的直径的上限值可以为微小粒子30的直径的2.0倍以上。在该情况下，只要根据1个贯通孔20中可插入的微小粒子30的数目等来调整开口面20a的直径的上限值即可。

进一步，在将从开口面20a朝向开口面20b的方向设为z轴方向的正方向、将贯通孔20的与z轴垂直的截面积设为A的情况下，在贯通孔20内的z轴方向的整个区域中，dA(z)/dz>0成立。这里，z为z轴方向的正方向的位置。A(z)为位置z处的贯通孔20的截面积(在相对于z轴方向垂直的截面将贯通孔20切断时的截面积)。“dA(z)/dz”为z轴方向的截面积A(z)的变化率。A(0)相当于开口面20a的面积，A(t)相当于开口面20b的面积。因此，贯通孔20具有所谓扇形展开(末広がり)的形状(换句话说，从开口面20a朝向开口面20b展开的大致锥形形状)。以这样的方式，贯通孔20具有朝向开口面20b扩张的形状，从而能够如图4所示那样，在从微小粒子排列用掩模1的表面1a上挠取剩余的微小粒子30时，抑制微小粒子30的缺失、重复、破坏等。

这里，只要dA(z)/dz>0成立，则不论贯通孔20的纵截面形状(贯通孔20的壁面的纵截面形状)的种类如何。例如，在图1所示的例子中，贯通孔20的纵截面形状成为向下凸的曲线，但也可以如图2A所示那样为直线形状，也可以如图2B所示那样成为向上凸的曲线。进一步，在图1所示的例子中，贯通孔20的纵截面形状成为关于贯通孔20的中心轴(将截面的中心连接的轴)对称的形状，但也可以如图2C所示那样，成为关于中心轴不对称的形状。此外，贯通孔20的纵截面形状可以为折线形状(在z轴方向的中途倾斜度改变)。

进一步，只要dA(z)/dz>0成立，则贯通孔20的与z轴垂直的截面形状(所谓平截面形状)也没有特别限制。平截面形状大多为圆形，但也可以为矩形，也可以为无规形状。

进一步，在本实施方式中，满足以下数学式(1)。

0.4≤t/d≤1.0 (1)

在数学式(1)中，t为微小粒子排列用掩模1的厚度，d为微小粒子30的直径。这里，在微小粒子排列用掩模1的厚度具有波动的情况下，可以将在若干测定点测定到的厚度的算术平均值作为微小粒子排列用掩模1的厚度。

详细情况在实施例中进行说明，但是通过使用满足上述式(1)的条件的微小粒子排列用掩模1，能够在几乎不产生微小粒子30的缺陷的情况下，将微小粒子30排列于基材100上。这里，微小粒子30的直径可以为20μm以下。即使在该情况下，也能够在几乎不产生微小粒子30的缺陷的情况下排列微小粒子30。在t/d成为上述式(1)的范围外的值的情况下，微小粒子30的缺陷会大量产生。详细情况在后文中描述，通过利用挠取器具200来挠取微小粒子排列用掩模1上的微小粒子30，从而在贯通孔20内插入微小粒子30。在t/d成为上述式(1)的范围外的值、例如小于0.4的情况下，存在挠取时微小粒子30与贯通孔20的壁面之间产生的剪切力变大、对微小粒子30造成破坏的可能性。

t/d的优选的上限值为0.9以下，进一步优选为0.8以下。t/d的优选的下限值为0.5以上，进一步优选为0.6以上。在该情况下，能够更确实地抑制微小粒子30的缺陷的产生。

微小粒子排列用掩模1的厚度t优选为50μm以下。由于本实施方式所使用的微小粒子30的直径d为50μm以下，因此如果微小粒子排列用掩模1的厚度t为50μm以下，则t/d必然成为1.0以下。只要以使厚度t的下限值满足数学式(1)的方式进行设定即可，从稳定地制造微小粒子排列用掩模1等观点考虑，厚度t的下限值优选为10μm以上。

微小粒子排列用掩模1的表面1a(与z轴方向垂直的xy平面)上的多个贯通孔20的排列图案可以是恒定的，也可以是无规的。例如，贯通孔20的排列图案可以是六方紧密排列或矩形排列(正方形格子排列等)等。此外，贯通孔20的间距(贯通孔20的中心轴间的距离)没有特别限制。然而，在微小粒子排出侧的开口面20b彼此没有干扰的情况下，插入微小粒子30的工艺稳定，因此优选。从这样的观点考虑，贯通孔20的间距优选比开口面20b的直径大。贯通孔20的具体的排列图案和间距只要根据排列微小粒子30的基材100的用途等适当确定即可。

微小粒子排列用掩模1的材料没有特别限制，可以为与以往的微小粒子排列用掩模同样的材料，例如可以为各种金属材料、树脂材料等。然而，微小粒子排列用掩模1的材料如果考虑耐久性、孔的加工性，则优选使用SUS、Ni等金属材料、或聚酰亚胺等树脂材料。

进一步，可以在微小粒子排列用掩模1的表面上，实施用于提高耐久性、滑动性、防水性、脱模性等的表面处理。作为这样的表面处理，可举出例如，有机硅系或氟系的涂布、或玻璃涂布等。根据涂膜厚度的不同会对于贯通孔20的开口形状带来影响，因此优选在涂布后以成为所期望的形状的方式预先较大地形成贯通孔20。

<2.微小粒子排列用掩模的制造方法>

微小粒子排列用掩模1的制造方法没有特别限制，只要为能够制造具有上述特征的微小粒子排列用掩模1的方法，则怎样的方法都可以。作为制造方法，可举出例如激光烧蚀、蚀刻、添加镀覆(additive plating)等。

在激光烧蚀中，通过对掩模基材照射由透镜集中的激光，赋予高能量，从而使照射位置的基材选择性地分解、熔融、蒸发。由此，在掩模基材上形成贯通孔20。特别是，能够根据由物镜集中的方式和激光的照射角度，控制所形成的贯通孔20的纵截面形状和平截面形状。激光烧蚀的具体方法例如如日本特开2003-170286号公报所记载那样，即使在本实施方式中，也能够没有特别限制地采用该方法。

在该方法中，掩模基材的材料可以为金属材料和树脂材料的任一种，只要选定适于材料的激光光源(具体而言，激光光源的波长和脉冲宽度)即可。例如，如果掩模基材为Ni或SUS等金属材料，则使用YAG激光即可，如果为聚酰亚胺，则使用准分子激光等即可。特别是在形成微细的贯通孔20的情况下，优选使用脉冲宽度为毫微秒以下的激光，防止由热影响导致的孔形状崩溃。

在蚀刻中，对掩模基材涂布抗蚀剂，在将抗蚀剂进行曝光显影之后，进行化学蚀刻。由此，能够在掩模基材上形成多个贯通孔20。通过在曝光时控制抗蚀剂膜内的感光程度，从而能够控制贯通孔20的纵截面形状和平截面形状。蚀刻的具体方法没有特别限制，能够任意适用公知的方法。

在添加镀覆中，在支架材料上涂布抗蚀剂，将抗蚀剂进行曝光显影。在此基础上，在抗蚀剂被除去的地方，使作为掩模基材的镀金材料生长，将支架材料与抗蚀剂化学地和/或物理地剥离除去。由此，能够在掩模基材上形成贯通孔20。通过与蚀刻同样地在曝光时控制抗蚀剂膜内的感光程度，从而能够控制贯通孔20的纵截面形状和平截面形状。添加镀覆的具体方法例如如日本特开2012-19236号公报所记载那样，在本实施方式中，也能够没有特别限制地采用该方法。

图3表示实际上制作的微小粒子排列用掩模1的纵截面SEM图像。如该图像所示那样，贯通孔20具有扇形展开的截面形状。

<3.微小粒子的排列方法>

接下来，基于图4和图5，对于使用了微小粒子排列用掩模1的微小粒子30的排列方法进行说明。

首先，准备基材100。该基材100的表面在后续工序中为排列微小粒子30的对象面。基材100的具体构成不限，只要根据基材100所要求的特性等进行调整即可。例如在制作粒子填充膜的情况下，基材100是在表面形成有粘着层的膜，在制作球栅阵列基板的情况下，基材100成为各种基板。在基板的表面的要排列微小粒子30的位置，通过印刷等形成作为临时固定膜的助熔剂(flux)。另外，本实施方式中的粒子填充膜的用途没有特别限制，只要为本实施方式涉及的粒子填充膜能够适用的用途，则怎样的用途都可以。例如，粒子填充膜可以为各种导电性膜，也能够作为MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微型机电系统)用的膜来使用。

接着，在基材100上配置微小粒子排列用掩模1。这里，使微小粒子排出侧的表面1b与基材100对置。接着，在微小粒子排列用掩模1上载置大量的微小粒子30。这里，微小粒子30的具体构成不限，根据微小粒子30所要求的特性等而不同。例如在制作粒子填充膜的情况下，微小粒子30可以为导电性粒子，也可以为绝缘性粒子(例如树脂粒子等)。根据粒子填充膜的用途等来决定微小粒子30的特性。例如，在对于粒子填充膜要求导电性的情况下，微小粒子30成为导电性粒子。在制作球栅阵列基板的情况下，微小粒子30为焊料球。微小粒子30的直径如上所述为50μm以下。微小粒子30的直径可以为20μm以下。微小粒子30的直径的下限值没有特别限制，例如可以为3μm以上。

接着，如图4所示那样，将微小粒子排列用掩模1上的微小粒子30利用涂刷器、刮刀等挠取器具200进行挠取。由此，一部分微小粒子30被插入贯通孔20，残留的微小粒子(剩余的微小粒子)30被排出至微小粒子排列用掩模1之外。这里，在基材100的表面形成有粘着层的情况下，粘着层配置在微小粒子排列用掩模1的下方。因此，挠取时微小粒子30沉入至粘着层(＝弹性层)，能够降低对于微小粒子30的破坏。因此，微小粒子30的缺陷变得更不易产生。然后，通过除去微小粒子排列用掩模1，从而如图5所示那样，在基材100上以规定的排列图案排列微小粒子30。微小粒子30的排列图案与贯通孔20的排列图案一致。

这里，由于微小粒子排列用掩模1具有上述特性，因此在排列微小粒子30时，能够抑制微小粒子30的缺陷。

实施例

<1.实施例1>

(1-1.微小粒子排列用掩模的准备)

通过以下工序来制作微小粒子排列用掩模。首先，作为掩模基材，准备厚度15μm的SUS304板。接着，通过激光烧蚀在掩模基材上形成大量的贯通孔。这里，贯通孔的排列设为60μm间距的六方最密填充。贯通孔的平截面形状设为圆形。进一步，为了提高微小粒子排列用掩模的脱模性，将氟系的涂布材涂布于微小粒子排列用掩模，并进行干燥。干燥后的微小粒子供给侧的开口面的直径为30μm，微小粒子排出侧的开口面的直径为35μm。贯通孔的纵截面形状设为直线形状。即，dA/dz成为大于0的常数。通过以上工序，制作微小粒子排列用掩模。将微小粒子排列用掩模的特性示于表1中。

(1-2.使用了微小粒子排列用掩模的微小粒子的排列)

通过在厚度100μm的PET膜上形成厚度20μm的粘着层，从而制作基材。进一步，作为微小粒子，准备对丙烯酸系树脂制的核实施了金镀覆的直径20μm的导电性粒子。将微小粒子的特性(直径)示于表1中。

接着，在基材上(粘着层上)配置由上述制作的微小粒子排列用掩模。这里，使微小粒子排出侧的表面与基材对置。

接着，在微小粒子排列用掩模上载置大量的微小粒子(导电性粒子)，将这些微小粒子利用涂刷器进行挠取。由此，将一部分微小粒子插入至贯通孔，将残留的微小粒子(剩余的微小粒子)排出至微小粒子排列用掩模之外。然后，通过除去微小粒子排列用掩模，从而在基材上排列微小粒子。即，制作在粘着层上排列有导电性粒子的粒子填充膜。

接着，使用工业显微镜MX61(Olympus公司制)，在物镜5倍和20倍的条件下观察粒子填充膜，观察被排列的微小粒子的状态。具体而言，对于配置贯通孔的100个位置，观察微小粒子是否分别每次1个地进行了配置。将微小粒子配置于2个以上相同位置的情况记为“重复”缺陷。即，在实施例1和后述的各例中，形成在1个贯通孔中插入1个微小粒子的排列图案。将没有微小粒子的情况判定为“缺失”缺陷，将微小粒子具有缺损、开裂的情况判定为“粒子破坏”缺陷。而且，对于100个位置中存在2个位置以上的种类的缺陷，将评价结果记为“×”。将除此以外的情况下记为“○”。将结果汇总示于表1中。

<2.实施例2～5、比较例1～5>

实施例2～5、比较例1～5中，将微小粒子排列用掩模和微小粒子的特性变更为表1所示的值，除此以外，进行与实施例1同样的试验。将结果汇总示于表1中。另外，在比较例3中，在贯通孔的内壁面形成有突起。专利文献1中公开了在贯通孔中形成突起的技术。图6表示突起的例子。在图6所示的微小粒子排列用掩模300中，贯通孔310中形成有突起320。在形成有这样的突起的情况下，在与突起相比靠上侧(微小粒子供给侧)，dA/dz小于0。

[表1]

(表1)

<3.评价>

实施例1～5中，满足本实施方式的条件，因此微小粒子的缺陷几乎没有产生，任一种类的缺陷中，评价都为“○”。另一方面，比较例1～5中，本实施方式的条件的任一者没有得到满足，因此任一种类的缺陷中评价为“×”。具体而言，比较例1、2中，微小粒子供给侧的开口面的直径、微小粒子排出侧的开口面的直径成为相同的值，在z轴方向的整个区域中，dA/dz＝0。即，贯通孔成为直线形状。因此，“重复”缺陷或“缺失”的评价为“×”。比较例3中，由于形成有突起，因此在与突起相比靠上侧，dA/dz小于0。因此，“粒子破坏”缺陷的评价为“×”。另外，比较例3中，还存在突起对于微小粒子30造成破坏的可能性。比较例4中，t/d超过1.0。因此，“重复”缺陷的评价为“×”。比较例5中，t/d小于0.4。因此，“粒子破坏”缺陷和“缺失”缺陷的评价为“×”。因此，明确了为了在几乎没有产生微小粒子的缺陷的情况下将微小粒子排列于基材上，需要满足本实施方式的条件。

以上，一边参照附图一边对于本发明的优选实施方式进行了详细地说明，但是本发明并不限定于这些例子。显然，如果是具有本发明所属的技术领域中的通常的知识的人，则在权利要求书所记载的技术思想范畴内，能够想到各种变更例或修正例，可以理解，这些变更例或修正例当然也属于本发明的技术范围。

符号的说明

1 微小粒子排列用掩模

20 贯通孔

20a 微小粒子供给侧的开口面

20b 微小粒子排出侧的开口面

30 微小粒子

100 基材

Claims (4)

1.一种微小粒子排列用掩模，其为用于将直径50μm以下的微小粒子排列于基材上的微小粒子排列用掩模，

所述微小粒子排列用掩模具有用于被所述微小粒子插入的贯通孔，

所述贯通孔的微小粒子供给侧的开口面的面积比微小粒子排出侧的开口面的面积小，

在将从所述微小粒子供给侧的开口面朝向所述微小粒子排出侧的开口面的方向设为z轴正方向、将所述贯通孔的与z轴垂直的截面积设为A的情况下，在所述贯通孔内的z轴方向的整个区域中dA(z)/dz>0成立，

并且，满足以下数学式(1)，

0.4≤t/d≤1.0 (1)

在数学式(1)中，t为所述微小粒子排列用掩模的厚度，d为所述微小粒子的直径。

2.根据权利要求1所述的微小粒子排列用掩模，所述贯通孔的所述微小粒子供给侧的开口面的直径小于100μm。

3.根据权利要求1或2所述的微小粒子排列用掩模，所述微小粒子的直径为20μm以下。

4.一种微小粒子排列用掩模，其为用于将微小粒子排列于基材上的微小粒子排列用掩模，

所述微小粒子排列用掩模具有用于被所述微小粒子插入的贯通孔，

所述贯通孔的微小粒子供给侧的开口面的面积比微小粒子排出侧的开口面的面积小，

在将从所述微小粒子供给侧的开口面朝向所述微小粒子排出侧的开口面的方向设为z轴正方向、将所述贯通孔的与z轴垂直的截面积设为A的情况下，在所述贯通孔内的z轴方向的整个区域中dA(z)/dz>0成立，

并且，所述微小粒子排列用掩模的厚度为50μm以下。

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