JP2001077144A - 半田ボール形成方法 - Google Patents

半田ボール形成方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクリーン印刷により、より高い半田ボール
（バンプ）を形成したい。 【解決手段】 第１の印刷工程Ｓ１０により第１層目の
半田層を印刷する。次に、乾燥工程Ｓ２０において乾燥
させた後、第２の印刷工程Ｓ３０において第１層目の半
田層の上に第２層目の半田層を印刷する。最後に、リフ
ロー処理工程Ｓ４０においてリフロー処理を行い、第１
層目と第２層目の半田層を溶融し、球状に固化させて半
田ボール（バンプ）を形成する。半田ペーストを積層印
刷するので、半田ペーストの量が多くなり、高い半田ボ
ール（バンプ）が形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＢＧＡ（ボール
グリッドアレイ）などの基板（ワーク）に対して半田ボ
ールを形成する半田ボール形成方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図１２は、ＢＧＡ５１の斜視図である。
ＢＧＡ５１には、複数の半田ボール（バンプ）４５が配
列されて設けられている。半田ボール（バンプ）４５
は、所定のピッチＰで等間隔に配列されている。これら
の半田ボール（バンプ）４５を形成する方法として、印
刷マスクを用いてワークの電極上に半田ペーストをスク
リーン印刷した後、この半田ペーストをリフロー処理し
て電極上に半田ボール（バンプ）を形成する技術が知ら
れている。近年、電子部品の高密度化により半田ボール
（バンプ）のピッチＰが小さくなり、印刷マスクの開口
サイズＤを小さくしなければならないという要求が高ま
っている。また、ＢＧＡ５１を他の基板に半田付けする
場合に、半田ボール（バンプ）の高さＨは、より高いこ
とが望まれている。その理由は、半田ボール（バンプ）
の高さＨが高い方がＢＧＡ５１が半田付けされる基板の
そりや返りなどによる基板の高低差及びＢＧＡ５１自身
の基板のそりや返りなどによる基板表面の高低差をより
吸収し、かつ、熱膨張量の差を吸収して、全ての半田ボ
ール（バンプ）４５を確実に電気的に接続することがで
きるからである。このため、ＢＧＡ５１の電極上に塗布
される半田ペーストの量をできるだけ多くして、半田ボ
ール（バンプ）の高さＨを高くしなければならない。
【０００３】図１３は、従来のスクリーン印刷による半
田ボール（バンプ）４５の形成手順を示す図である。ワ
ーク３１には、電極３３が設けられている。電極３３の
周囲にはレジスト３４が設けられている。印刷マスク２
１には、電極３３に対応して開口部２３が設けられてい
る。ワーク３１に印刷マスク２１が重ね合わされ、スキ
ージ２５の矢印方向への移動により半田ペースト２４が
ワーク３１の表面に印刷される。図１３の（ａ）は、印
刷状態を示している。（ｂ）は、ワーク３１から印刷マ
スク２１を引き剥がした印刷後の状態を示している。
（ｃ）は、リフロー処理を行った結果、半田ペースト２
４により半田ボール（バンプ）４５が形成された場合を
示している。（ｃ）に示した半田ボール（バンプ）の高
さＨを大きくするためには、（ａ）に示した印刷マスク
の厚さＷを厚くしなければならない。しかし、印刷マス
クの厚さＷを厚くすればするほど、印刷マスクの側壁と
半田ペースト２４の密着力が高まり、印刷マスク２１を
ワーク３１から引き剥がすときに半田ペースト２４がワ
ーク３１に残らず、印刷マスク２１とともに引き剥がさ
れてしまい、印刷不良の状態となってしまう。印刷マス
クの厚さＷを厚くした場合には、半田ペースト２４の粘
度を小さくすればよいが、半田ペースト２４の粘度を小
さくすることによって、スクリーン印刷後に半田ペース
ト２４が電極３３の周囲に広がってしまい、隣接する半
田ペースト２４同士がくっついてしまい、電気的接続不
良、或いは、半田ブリッジの発生等の不具合が生じてし
まう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の好適な実施
の形態は、ワークに対してスクリーン印刷により半田ボ
ール（バンプ）を形成する場合により、ワークの電極上
に塗布される半田ペーストの量をできるだけ多くして、
より高い半田ボール（バンプ）を形成することができる
半田ボール（バンプ）形成方法を提供することを目的と
する。
【０００５】また、半田ペーストの量をできるだけ多く
しても、半田ブリッジの生じにくい半田ボール（バン
プ）の形成方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半田ボー
ル（バンプ）形成方法は、ワークの電極に半田ペースト
を用いて半田ボール（バンプ）を形成する半田ボール
（バンプ）形成方法において、ワークの電極上に半田ペ
ーストを載置して第１半田層を形成する第１半田層形成
工程と、第１半田層形成工程後、ワークの電極上に形成
された第１半田層上に半田ペーストを載置して第２半田
層を形成する第２半田層形成工程と、第２半田層形成工
程後、リフロー処理により第１層目と第２層目の半田層
の半田を加熱溶融固化させて半田ボール（バンプ）を形
成する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００７】上記第１半田層形成工程と第２半田層形成
工程とは、印刷マスクを用いて半田ペーストをスクリー
ン印刷することを特徴とする。
【０００８】上記第２半田層形成工程は、第１半田層形
成工程で用いた印刷マスクの開口サイズより小さな開口
サイズを有する印刷マスクを用いることを特徴とする。
【０００９】上記第２半田層形成工程は、第１半田層形
成工程で用いた印刷マスクの厚さより厚い厚さを有する
印刷マスクを用いることを特徴とする。
【００１０】上記第２半田層形成工程は、第１半田層形
成工程で用いた半田ペーストの粘度より小さい粘度の半
田ペーストを用いることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の半田ボール（バンプ）形成方法の一実施の形態におけ
る動作フローチャートを示す図である。図２は、印刷マ
スク２１とワーク３１の部分斜視図である。図３は、第
１の印刷工程Ｓ１０と第２の印刷工程Ｓ３０の印刷条件
比較図である。図４は、各工程の状態を示す図である。
【００１２】図２に示すように、ワーク３１には、複数
の電極３３が露出している。これらの電極３３は、等し
い直径Ｅを有しており、等しいピッチＱで配列されてい
る。一方、印刷マスク２１は、電極３３に対応して複数
の開口部２３を有している。印刷マスク２１は、メッシ
ュのないメタルマスク、或いは、プラスチックマスクを
用いるのが望ましい。メッシュがあるよりもメッシュの
ない方が半田ペーストを多く印刷することができるから
である。これら開口部２３は、等しい開口サイズＤを有
している。また、これら開口部２３は、等しいピッチＰ
（Ｐ＝Ｑ）で配列されている。印刷マスクの開口サイズ
Ｄは、電極の直径Ｅと同じであっても構わないし、違っ
ていても構わない。印刷する半田ペーストの量を多くす
るためには、印刷マスクの開口サイズＤは、大きい方が
望ましい。しかし、大きくしすぎると、隣同士の半田ペ
ーストがくっついてしまい、半田ブリッジ等の障害を起
こしやすくなる。印刷マスクの厚さＷは、半田ペースト
が電極３３に残ることができる範囲でできるだけ厚い方
が望ましい。印刷マスクの厚さＷと印刷マスクの開口サ
イズＤと半田ペーストの粘度Ｎとの関係は相対的なもの
であり、いずれかの値の変更に伴い他の値を変更する必
要が生じる場合が多い。
【００１３】この実施の形態においては、図３に示すよ
うに、第１の印刷工程Ｓ１０と第２の印刷工程Ｓ３０に
用いる印刷条件は等しいものとする。即ち、第１の印刷
工程Ｓ１０と第２の印刷工程Ｓ３０において用いる印刷
マスクと半田ペーストは、全く同一のものを用いるもの
とする。
【００１４】以下、図１と図４を用いて動作の詳細につ
いて説明する。第１の印刷工程Ｓ１０においては、ま
ず、Ｓ１１でスクリーン印刷機へワークを搬入する。Ｓ
１２において、ワークをスクリーン印刷機のテーブルに
位置決めする。Ｓ１３において、ワークに対して印刷マ
スク２１を用いてスクリーン印刷を行う。図４の（ａ）
は、この印刷状態を示している。この印刷により、電極
３３の上に半田ペースト２４が印刷される。次に、Ｓ１
４において、スクリーン印刷機からワークを搬出する。
図４の（ｂ）は、スクリーン印刷後のワーク３１に第１
半田層４３が形成された場合を示している。その後、半
田ペーストが液状（ペースト状）のため、半田ペースト
が周囲に広がり、第１半田層４３のサイズＦは、印刷マ
スクの開口サイズＤよりも大きくなる。
【００１５】次に、乾燥工程Ｓ２０において、スクリー
ン印刷されたワーク３１を乾燥させる。この乾燥によ
り、図４の（ｃ）に示すように、半田ペーストが電極３
３の周囲に広がった状態で半田ペーストが固まる。図４
の（ｃ）に示す第１半田層のサイズＦは、印刷マスクの
開口サイズＤよりも大きくなり、約１０％〜２０％サイ
ズが大きくなる。このサイズの増加量は、半田ペースト
２４の粘度が大きければ小さくなるし、粘度が小さけれ
ば大きくなる。第１半田層のサイズＦが大きすぎると、
隣接する第１半田層と接触し、半田ブリッジの原因とな
ってしまう。従って、乾燥工程Ｓ２０の後に形成される
第１半田層のサイズＦの大きさを考慮して印刷マスクの
開口サイズＤと半田ペーストの粘度Ｎを予め設定してお
かなければならない。
【００１６】次に、第２の印刷工程Ｓ３０において、第
１の印刷工程Ｓ１０で行ったＳ１１〜Ｓ１４までの動作
と同じ動作をＳ３１〜Ｓ３４において実行する。Ｓ３２
におけるワークの位置決めは、前回印刷した場所と全く
同じ場所に開口部２３が位置するように正確に位置決め
を行う。図４の（ｄ）は、Ｓ３３の第２層目の半田層の
印刷状態を示している。図４の（ｅ）は、スクリーン印
刷後の状態を示しており、第１半田層４３の上に第２半
田層４４が重ねて印刷されている状態を示している。第
１半田層４３の形状はドーム型をしており、その上に、
印刷マスク２１の開口部２３が重ねられるため、ドーム
型の第１半田層４３の頂部が印刷マスク２１の開口部２
３に入り込み、印刷マスク２１の開口部２３の体積全て
の分だけ半田ペースト２４が充填されない。印刷マスク
２１の開口部２３の体積を１．０とすると、約０．５程
度は半田ペーストが充填され印刷される。
【００１７】次に、リフロー処理工程Ｓ４０において、
リフロー処理が行われる。第１半田層４３と第２半田層
４４は、リフロー処理により加熱され溶けて一体とな
り、その後、冷却されることにより固化し、表面張力に
より球状の半田ボール（バンプ）４５を形成する。半田
ボール（バンプ）の高さＨは、二層印刷しているため、
半田ペーストの量が約１．５倍程度になり、より高いも
のとなる。また、第１半田層４３の上に第２半田層４４
を印刷していること及び第１半田層４３と第２半田層４
４は同一の半田ペーストであることから、第１半田層４
３と第２半田層４４は、互いに吸着力を持ち、第１半田
層のサイズＦ以上に第２半田層４４が広がる可能性が少
ない。即ち、第２半田層４４に用いられている溶剤は、
乾燥して固化している第１半田層４３に吸収されやすい
ため、第２半田層４４が周囲に広がろうとしても、溶剤
が第１半田層４３に吸収されてしまうため、第２半田層
４４は周囲に広がりにくく、第２半田層４４は第１半田
層４３の上部に完全に積層された形で印刷される。この
ようにして、半田ペーストの量が１．５倍になった場合
でも、第１半田層のサイズＦのサイズ以上に半田ペース
トが広がることがなく、半田ブリッジを形成する危険が
少なくなる。
【００１８】実施の形態２．図５は、第１の印刷工程Ｓ
１０と第２の印刷工程Ｓ３０との印刷条件の内、印刷マ
スクの開口サイズＤを変えた場合を示している。図５に
示すように、第１の印刷工程Ｓ１０に用いる印刷マスク
の開口サイズＤ１より第２の印刷工程Ｓ３０に用いる印
刷マスクの開口サイズＤ２を小さくすることにより、多
くの半田量を第２の印刷工程で稼ぐことができる。前述
したとおり、第１半田層４３はドーム型の形状をしてお
り、第２の印刷工程Ｓ３０において、第１の印刷工程Ｓ
１０と開口サイズが同じ印刷マスクを用いると、ドーム
型の第１半田層４３の頂部が印刷マスクの開口部に入り
込んでしまい、半田ペーストの量が半減する可能性があ
る。そこで、第２の印刷工程Ｓ３０の開口サイズを小さ
くすることにより、開口部に入り込むドーム型の第１半
田層４３の頂部が少なくなり、開口部のほぼ全体積分だ
け半田ペーストを充填でき、多くの半田ペーストを印刷
できる。また、図７に示すように、印刷マスク２１とワ
ーク３１との位置決めが正確に行われない場合は、半田
ペースト２４が第１半田層４３の片側にずれて印刷され
ることになるが、第１の印刷工程Ｓ１０に用いる印刷マ
スクの開口サイズＤ１より第２の印刷工程Ｓ３０に用い
る印刷マスクの開口サイズＤ２を小さくすることによ
り、第１半田層４３の上に半田ペースト２４が印刷され
るというメリットもある。
【００１９】実施の形態３．図８は、印刷条件の内、印
刷マスクの厚さＷと半田ペーストの粘度Ｎとを変えた場
合を示している。図８は、第１の印刷工程Ｓ１０に比べ
て第２の印刷工程Ｓ３０の場合は、印刷マスクの厚さＷ
を厚くし半田ペーストの粘度Ｎを低くする場合を示して
いる。図９は、印刷状態を示している。図９の（ａ）の
印刷マスクの厚さＷ１よりも、図９の（ｂ）の印刷マス
クの厚さＷ２の方が厚い（Ｗ２＞Ｗ１）。こうすること
により、より多くの半田ペーストを積層印刷することが
できる。また、印刷マスク２６の印刷マスクの厚さＷ２
が厚くなったことにより、半田ペースト２７の粘度を低
くする（Ｎ２＞Ｎ１）。半田ペースト２７の粘度Ｎを半
田ペースト２４の粘度Ｎ１より低くすることにより、印
刷マスクの厚さＷ２を厚くしても半田ペースト２７が第
１半田層４３に残るようにしている。この実施の形態の
ように、印刷マスクの厚さＷを厚くし半田ペーストの粘
度Ｎを低くした場合でも、第２半田層４４の半田ペース
ト２７は、第１半田層４３の上に印刷されるため、半田
ペースト２７と第１半田層４３との吸着力が印刷マスク
２６と半田ペースト２７との吸着力よりも大きくなるこ
とにより、半田ペースト２７は確実に第１半田層４３の
上に残される。また、半田ペーストの粘度Ｎが低くても
第１半田層４３の上に印刷されるため、半田ペースト２
７の溶剤は第１半田層４３に吸収され、第１半田層４３
の周囲に半田ペースト２７が広がることを防いでくれ
る。
【００２０】この実施の形態に示すように、印刷マスク
の厚さＷを厚くすることにより、半田ペーストの量を更
に多くすることができ、より高い半田ボール（バンプ）
を形成することができる。
【００２１】実施の形態４．図１０は、実施の形態２と
実施の形態３の両方を実行する場合を示している。即
ち、印刷条件の内、印刷マスクの開口サイズＤと印刷マ
スクの厚さＷと半田ペーストの粘度Ｎを変化させる場合
を示している。図１０に示す場合は、印刷の位置ずれが
発生してもボール（バンプ）の高さばらつきを小さくす
ることができるとともに、より多くの半田ペーストを印
刷でき、半田ボール（バンプ）の高さを高くすることが
できる。なお、図示していないが、印刷マスクの厚さＷ
のみを変化させる場合、或いは、半田ペーストの粘度Ｎ
のみを変化させる場合であっても構わない。また、図示
していないが、その他の印刷条件を変更する場合であっ
ても構わない。
【００２２】上記実施の形態においては、開口部２３と
電極３３との形状がともに円形の場合を示したが、形状
は円形に限らず、楕円形、四角形や多角形や不規則な形
状をしている場合であっても構わない。また、開口部２
３と電極３３との形状が異なっていてもよい。また、上
記実施の形態においては、開口部２３と電極３３が規則
正しく配列されている場合を示したが、ランダムに配置
されている場合であっても構わない。また、上記実施の
形態においては、第１層目と第２層目の印刷を行う場合
を示したが、第３層目の印刷を行う場合でも構わない。
また、３層以上の印刷を行う場合であっても構わない。
また、上記実施の形態においては、スクリーン印刷する
ことにより第１半田層４３と第２半田層４４を形成する
場合を示したが、スクリーン印刷以外の方法で第１半田
層４３又は第２半田層４４を形成しても構わない。ディ
スペンスの方法を用いたり、インクジェット法を用いる
ことにより第１半田層４３又は第２半田層４４を形成し
ても構わない。
【００２３】
【実施例】図１１は、具体例を示す図である。第１の印
刷工程Ｓ１０においては、印刷マスクの開口サイズＤ＝
０．８ｍｍ、印刷マスクの厚さＷ＝０．２５ｍｍの印刷
マスクを用い、第２の印刷工程Ｓ３０においては、印刷
マスクの開口サイズＤ＝０．７ｍｍ、印刷マスクの厚さ
Ｗ＝０．２５ｍｍの印刷マスクを用いた場合、半田ボー
ル（バンプ）のピッチＰ＝１．０ｍｍ、半田ボール（バ
ンプ）の直径Ｂ＝０．５ｍｍ、半田ボール（バンプ）の
高さＨ＝０．４ｍｍの半田ボール（バンプ）を形成する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の半田ボール（バンプ）形成方法の
一実施の形態を示すフローチャート図である。
【図２】 印刷マスク２１とワーク３１の部分斜視図で
ある。
【図３】 実施の形態１の印刷条件を示す図である。
【図４】 実施の形態１の各工程の状態を示す図であ
る。
【図５】 実施の形態２の印刷条件を示す図である。
【図６】 実施の形態２の各工程の状態を示す図であ
る。
【図７】 印刷マスクの開口サイズＤが同一の場合の位
置ずれを起こした場合の積層印刷の状態を示す図であ
る。
【図８】 実施の形態３の印刷条件を示す図である。
【図９】 実施の形態３の各工程の状態を示す図であ
る。
【図１０】 実施の形態４の印刷条件を示す図である。
【図１１】 この発明の実施例を示す図である。
【図１２】 ＢＧＡの斜視図である。
【図１３】 従来の半田ボール（バンプ）形成方法を示
す状態図である。
【符号の説明】
２１，２６ 印刷マスク、２３ 開口部、２４，２７
半田ペースト、２５スキージ、３１ ワーク、３３ 電
極、３４ レジスト、４３ 第１半田層、４４ 第２半
田層、４５ 半田ボール（バンプ）、５１ ＢＧＡ、Ｂ
半田ボール（バンプ）の直径、Ｄ，Ｄ１，Ｄ２ 印刷
マスクの開口サイズ、Ｅ 電極の直径、Ｆ 第１半田層
のサイズ、Ｈ 半田ボール（バンプ）の高さ、Ｎ，Ｎ
１，Ｎ２半田ペーストの粘度、Ｐ 半田ボール（バン
プ）のピッチ、Ｑ 電極のピッチ、Ｓ１０ 第１の印刷
工程、Ｓ２０ 乾燥工程、Ｓ３０ 第２の印刷工程、Ｓ
４０ リフロー処理工程、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２ 印刷マスク
の厚さ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワークの電極に半田ペーストを用いて半
    田ボールを形成する半田ボール形成方法において、 ワークの電極上に半田ペーストを載置して第１半田層を
    形成する第１半田層形成工程と、 第１半田層形成工程後、ワークの電極上に形成された第
    １半田層上に半田ペーストを載置して第２半田層を形成
    する第２半田層形成工程と、 第２半田層形成工程後、リフロー処理により第１層目と
    第２層目の半田層の半田を加熱溶融固化させて半田ボー
    ルを形成する工程とを備えたことを特徴とする半田ボー
    ル形成方法。
  2. 【請求項２】 上記第１半田層形成工程と第２半田層形
    成工程とは、印刷マスクを用いて半田ペーストをスクリ
    ーン印刷することを特徴とする請求項１記載の半田ボー
    ル形成方法。
  3. 【請求項３】 上記第２半田層形成工程は、第１半田層
    形成工程で用いた印刷マスクの開口サイズより小さな開
    口サイズを有する印刷マスクを用いることを特徴とする
    請求項２記載の半田ボール形成方法。
  4. 【請求項４】 上記第２半田層形成工程は、第１半田層
    形成工程で用いた印刷マスクの厚さより厚い厚さを有す
    る印刷マスクを用いることを特徴とする請求項２記載の
    半田ボール形成方法。
  5. 【請求項５】 上記第２半田層形成工程は、第１半田層
    形成工程で用いた半田ペーストの粘度より低い粘度の半
    田ペーストを用いることを特徴とする請求項２記載の半
    田ボール形成方法。
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