JP2005175453A - メタルマスク及びメタルマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品を高密度に搭載するためのはんだ電極を、クリームはんだのスクリーン印刷で形成する際に、高精細なパターンを高密度、且つ高速に印刷しても、版離れの不良や開口部からのクリームはんだの抜け性の不良に起因するはんだ電極の割れ、抜け、欠け等の欠陥が発生する。又、メタルマスクを製造が煩雑である。
【解決手段】メッキ法で製作したメタルマスクであって、フォトリソグラフ法で感光性樹脂により開口部に相当するパターンを導電性基板に形成する際、収束した紫外線レーザー光を感光性樹脂に直接走査しながら照射することにより露光を行う。
【選択図】なし

Description

本発明は、基板上に表面実装されるＩＣ、ＬＣＩ等のチップ、該チップがモールドされたＢＧＡ、ＣＳＰ等のパッケージ、コネクタ等の部品にバンプ電極を形成する際に使用するクリームはんだ等のスクリーン印刷用のマスク、及びその製造方法に関する。

携帯電話、デジタルカメラ等を筆頭に、電子回路の小型軽量化の要請から、ＩＣ、ＬＣＩ等のチップ、該チップがモールドされたＢＧＡ、ＣＳＰ等のパッケージ、コネクタ等の部品がバンプ電極を介して基板に表面実装されるようになってきた。又、特にＩＣ、ＬＳＩはパッケージングせずにフリップチップとして基板上にバンプ電極を介して実装される。このような部品の基板上へ実装するために部品にバンプ電極を形成する。

上記部品にバンプ電極を形成する方法としては、メッキ法、はんだボール法等が実用に供されている。又、クリームはんだを電極パターン状の開口部を有するマスクを通して印刷する、所謂スクリーン印刷法で形成する方法も提案されている。前記したスクリーン印刷に用いられるマスクとしては、メタル製マスク、樹脂製マスク、メタルと樹脂の積層マスク等がある。又、マスクの電極パターン状の開口部を形成する方法（マスクの製造法）としては、金属や樹脂フィルム又は板にフォトリソグラフ法を用いて金属や樹脂をエッチングして作られるエッチング法、レーザーによりパターン状に直接金属や樹脂フィルム又は板に開口穴を開けるレーザー法、更に金属マスクの別の製造法としては導電性金属表面にレジスト膜で配線パターンを形成し、電気メッキにより製作するアディティブ法等がある。

アディティブ法で作られるメタルマスクは開口部の壁面が比較的平滑なため、クリームはんだの開口部からの抜け性に優れるためにバンプ電極形成に用いられている。しかしながら、該方法においては製造工程が複雑であるだけでなく、開口部の壁面の平滑性が未だ不十分で、パターンが高精細且つ高密度になればなる程、クリームはんだの版からの抜けが悪くなり、転写性の低下を惹起したり、印刷版の版離れが悪くなる。その結果転写されたクリームはんだが滲んだり、形成されたはんだ電極に欠け、割れ、抜け等の欠陥が発生し、歩留まり低下の大きな原因となっていた。特に印刷スピードを上げると、前記した欠陥がより発生しやすくなり、印刷スピードを早くすることもできなかった。

又、メタルマスクの製造工程が煩雑なために開口部の位置精度に限界があり、特に印刷を繰り返すと形成されたはんだ電極に許容限界以上の位置ズレが生じると言う問題も発生している。
更に、近年環境上の配慮から鉛を含有しない、所謂鉛フリーはんだが使用されるようになってきたが、該鉛フリーのクリームはんだは従来のクリームはんだに比して転写性に劣り、前記した欠陥が発生し易い。

前記した印刷上の問題点を改良するために、
特開２０００２−２８３７６１号公報には、ポリイミドに開口部を設けてからプラズマフッ素化処理を行い、開口壁面及びポリイミド表面を撥水処理し、クリームはんだの抜け性を改善したマスクが提案されている。 特開平７−３２７５９号公報には、エッチングにより開口部を設けたメタルマスクを電解研摩して、開口部を平滑化し、クリームはんだの抜け性を改良したメタルマスクが開示されている。

しかし、前記特許文献１に開示されたマスクはプラズマフッ素処理が煩雑で、且つ、鉛フリーのクリームはんだを、高精細パターンを高密度に印刷した場合、クリームはんだの開口部からの抜け性が未だ十分ではなく、形成したはんだ電極に欠け、抜け、割れ等の欠陥が発生する。又印刷スピードを速くすると前記問題が更に顕著に現れる。更に、マスクがポリイミド樹脂からなるため、クリープ特性上の問題から印刷中に開口部の位置にズレが生じる。
又、前記特許文献２に開示されたマスクにおいても、その開口部の壁面は電解研摩しても平滑化は不十分で、クリームはんだの開口部からの抜け性が十分ではなく、形成したはんだ電極に欠け、抜け、割れ等の欠陥が発生する。
従って前記文献に開示されたしたいずれのクリームはんだ印刷用のマスクも高密度、高精細印刷には必ずしも十分とは言えず、その更なる改良が求められている。

本発明の目的は、ウエハーやプリント配線基板等に高密度実装用のはんだ電極、特にはんだバンプ電極をスクリーン印刷で高密度、高精細に形成するためのメタルマスクであって、微細で且つ壁面の滑らかな開口部を高密度に有し、その結果クリームはんだを印刷した際に、クリームはんだの開口部からの抜け性に優れ、版離れ性に優れ、鉛フリーのクリームはんだを印刷してもクリームはんだの滲み、形成したはんだ電極に欠け、抜け、割れ等の欠陥の発生がなく、且つ印刷スピードを早くでき、連続して繰返し印刷しても開口部の位置精度にズレの生じないメタルマスクを煩雑でない製法で提供することにある。

本発明者らは、クリームはんだを高精細且つ高密度に印刷するためのメタルマスクの製造において、その開口部の形成方法の検討を行い、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、
クリームはんだ印刷用の開口部を有するメタルマスクであって、該メタルマスクは感光性樹脂層を積層した導電性基板に、紫外線の収束ビームを感光性樹脂層に直接照射・露光し、現像することにより感光性樹脂で開口部に相当するパターンを形成した後、ニッケル又はニッケル合金の電気メッキにより作られたことを特徴とするメタルマスク、及び
前記の露光の際に用いる紫外線の光源が半導体レーザーであることを特徴とする前記記載のメタルマスク、及び
前記記載のメタルマスクがバンプ電極形成用で、バンプ電極形成の開口部群からなる基本パターンを複数有する多面取り型である前記いずれか記載のメタルマスク、及び
厚さが２０〜１００μｍである前記いずれか記載のメタルマスク、及び
前記メタルマスクの開口部の大きさが２０〜５００μｍである前記いずれか記載のメタルマスク、及び
前記の記載のいずれかのメタルマスクを紗を介して金属枠に貼り付けてなるスクリーン印刷用の版、及び
導電性基板に感光性樹脂を積層し、該感光性樹脂層に紫外線の収束ビームを直接照射・露光を行い、現像して感光性樹脂層で開口部に相当するパターンを作り、該基板にニッケル又はニッケル合金の電気メッキを行うことを特徴とするメタルマスクの製造方法、及び
前記の露光に用いる紫外線の光源が半導体レーザーであることを特徴とする前記記載のメタルマスクの製造方法、及び
製造するメタルマスクがバンプ電極形成用で、バンプ電極形成の開口部群からなる基本パターンを複数有する多面取り型である前記いずれか記載のメタルマスクの製造方法、及び
メタルマスクの厚さが２０〜１００μｍである前記いずれか記載のメタルマスクの製造方法、である。

本発明のスクリーン印刷用のメタルマスクはその製造工程が煩雑でなく、且つ高精細で壁面が滑らかな開口部を高密度に有し、その結果開口部からのクリームはんだの抜け性に優れ、版離れ性にも優れるので、印刷スピードを早くしてもクリームはんだの滲みの発生はなく、クリームはんだの転写性不良に由来するはんだ電極の割れ、抜け、欠け等の欠陥の発生も防止することができ、はんだ電極形成工程の生産性及び歩留まりが大きく向上する。

以下、本発明のメタルマスクについて詳細に説明する。
スクリーン印刷用のメタルマスクは、ニッケルやその合金、又はステンレス等の金属板に印刷パターンの開口部が設けられている。そして該開口部の形成方法としては、化学的エッチング法、レーザーによるアブレーション法、機械加工法、及びメッキ法等が挙げられるが、本発明のメタルマスクの開口部の形成方法としては、壁面に凹凸が比較的少なく、且つテーパーも小さい開口部の形成が容易な点からメッキ法が好ましい。

メッキ法によるメタルマスクの製法は、ステンレス等の導電性基板に感光性樹脂を積層し、露光及び現像して感光性樹脂で開口部に相当する部分を形成し、開口部に相当する部分以外は感光性樹脂を取り除き、導電性基板表面を露呈させる。次に金属の電気メッキを行い、ステンレス基板から剥離する。
この際用いられる感光性樹脂としては、光、特に紫外線に感光するものであればよく、液状であっても、所謂ドライフィルムレジストと称される固形状であってもよい。又、感光性樹脂を積層するには、塗布やラミネートすればよい。

感光性樹脂を露光する際、通常は配線パターンが描かれたマスクを通して紫外線露光が行われる。しかし、本発明においては、紫外線の収束ビームを感光性樹脂層に直接照射して配線パターン状に走査し露光を行う、所謂直接描画する。
紫外線の光源としては、エキシマレーザー、ＹＡＧの高調波、半導体レーザー等が用いることができるが、本発明においては、装置の小型化、維持の容易さ、経済性の点等から半導体レーザーが好ましい。紫外線半導体レーザーの具体例としては、発振波長が４００〜４１０ｎｍのＧａＮ系レーザーが挙げられる。
例えば、複数の紫外線半導体レーザーをアレー状に配置し、各レーザー光を感光性樹脂層に焦点が合致するように収束し、走査しながら、開口部を描画する。
又は、ポリゴンミラーでレーザー光を走査しながら描画したり、ミラーでレーザー光を複数のビームに分割して描画する。

本発明のメタルマスクの開口部の形状は特に制限はなく、例えば、円形、長円形、楕円形、正方形、長方形、菱形、台形等の四角形、六角形及び八角形等の多角形、その他瓢箪形、ダンベル形等の不定形等が挙げられ、その大きさは、高密度実装のためには、前記した種々の形状の最大の開口部が２０〜５００μｍ程度が好ましく、２０〜２５０μｍが更に好ましい。

本発明において、メタルを作る際の電気メッキに用いられる金属としては、ニッケル又はニッケル合金が好ましい。又、本発明のメタルマスクの厚みは、形成するはんだ電極の形状、用途によって異なるが、はんだバンプ電極としては印刷特性からは２０〜１００μｍが好ましく、２０〜８０μｍが更に好ましい。一般にメタルマスクの厚が薄くなればメタルマスクの強度の点から印刷特性に変化はなくても、変形が生じ易い。

本発明のメッキ法で作ったメタルマスクは、その開口部の壁面は前記したように滑らかであるが、より滑らかにするために電解研摩を行ってもよい。
又、本発明の作用効果をより発現させるために、本発明のメタルマスクをフッ素樹脂微粒子を含有する金属メッキ被膜で被覆したり、プラズマフッ素処理等を行ってもよい。

本発明のメタルマスクは、アルミ、ステンレス、銅等からなる金属枠に紗を介して貼り付けてスクリーン印刷用の版になる。紗を介してメタルマスクを貼り付ける具体的な方法は、前記した金属枠に紗を接着剤で貼り付け、該紗の中心部に金属枠の大きさよりも小さくした本発明のメタルマスクの外周部を接着剤を用いて紗に貼り付ける。次に接着部以外の内側の紗を切り取ることによって作ることができる。

前記して作成した印刷用版をスクリーン印刷機に装着し、プリント配線基板上にセットし、版の上にクリームはんだを載せ、スキージで扱きながらクリームはんだをマスクの開口部に充填した後、印刷版をプリント配線基板から離すと開口部に充填されていたクリームはんだがプリント配線基板の上に転写され、はんだ電極が形成される。形成されたはんだ電極の大きさは通常、２０〜５００μｍ程度である。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。ただし、本発明は、これらの実施例により限定されるものではない。

板厚０．２ｍｍ、５５０×６００ｍｍのＳＵＳ３０４の基板の表面を整面（バフ研磨）し、ドライフィルムレジスト（ＮＩＴ２５０、ニチゴー・モートン株式会社製）を２枚ラミネートした。次に、電子部品搭載用のはんだ電極パターンとして、直径５０μｍの円を繰り返しピッチ１００μｍで縦横それぞれ６８(合計４６２４)個からなる３０ｍｍ×３０ｍｍの正方形を基本パターンとし、該基本パターンを繰返しピッチ４３ｍｍで３×５個の計１５個を配置したパターンを、発振波長４０５ｎｍの紫外線半導体レーザーを搭載した露光装置（ＤＩ−２０８０、ペンタックス(株)製）を用いて直接描画した。１５分エージングした後、１．０％の炭酸ナトリウム水溶液で現像、水洗してＳＵＳ３０４の基板に５０μｍの円形のドライフィルムレジスト膜のはんだ電極パターン群を形成した（はんだ電極に相当する部分以外はＳＵＳ３０４の基板の表面を露呈させた）。

上記のパターンを形成したＳＵＳ３０４基板をスルファミン酸ニッケルメッキ浴に入れて、２Ａ／ｄｍ２、浴温度４５℃で前記基板上に厚さ８０μｍのニッケル膜を形成した後、形成したニッケル膜をＳＵＳ３０４基板から剥離し、４００×４８０ｍｍに切断してメタルマスクを製作した。

前記して作成したメタルマスクの外周より１ｃｍ内側の部分を、１８０メッシュのポリエステル製の紗が張られた外形５５０×６５０ｍｍのアルミ製枠に、エポキシ系接着剤を用いて紗に貼り付けた後、印刷用マスクの外周より１ｃｍ内側の部分の紗を切り取りスクリーン印刷版を作製した。

前記して作られた印刷版をスクリーン印刷機（ＳＰ２８Ｐ−ＤＨ、パナソニックファクトリーソリューション(株)製）に装着し、プリント配線基板上に鉛フリーのクリームはんだ（ＬＦ−７１Ｓ−３、タムラ化研(株)製）を印刷し、乾燥し、直径略５０μｍのはんだ電極を形成した。形成したはんだ電極を観察したが、クリームはんだの滲み、はんだ電極の割れ、抜け、欠け等の欠陥は全く生じなかった。又、クリームはんだを５千回繰り返し印刷しても形成したはんだ電極には全く異常は生じなかった。

〔比較例１〕
実施例１において、露光する際に前記はんだ電極パターンを有するガラスマスクを用い、ミラー反射型平行光露光機（ＥＸＭ−１２０１、オーク(株)製）で露光する以外は実施例１と同じ方法でメタルマスク、及びスクリーン印刷版を作製し、クリームはんだの印刷評価を行った。印刷結果は、形成したはんだ電極の略全てにクリームはんだの転写性不良による欠けが発生していた。又、クリームはんだを繰り返し印刷したところ、前記転写不良による欠けがより激しくなっていった。

実施例１において、ニッケルメッキの膜厚を６０μｍにする以外は実施例１と同じ方法でメタルマスク、及びスクリーン印刷版を製作し、クリームはんだの印刷評価を行った。印刷結果は、形成した全てのはんだ電極には滲み、欠け、割れ、抜け等の欠陥は発生していなかった。又、５千回繰り返し印刷し続けても異常は生じなかった。

〔比較例２〕
実施例２において、比較例１の露光方法（ガラスマスクを用いた露光）を用いる以外は実施例２と全く同じ方法でメタルマスク、及びスクリーン印刷版を製作し、クリームはんだの印刷評価を行った。形成したはんだ電極の略全てにクリームはんだの転写性不良による欠けが発生していた。又、クリームはんだを繰り返し印刷したところ、前記転写不良による欠けがより激しくなっていった。

実施例１において、はんだ電極パターンを、直径１００μｍの円を繰り返しピッチ２００μｍで縦横それぞれ６８(合計４６２４)個からなる４０ｍｍ×４０ｍｍの正方形を基本パターンとし、該基本パターンを繰返しピッチ３３ｍｍで３×５個の計１５個を配置したパターンとし、且つニッケルメッキの膜厚を１００μｍにする以外は実施例１と同じ方法でメタルマスク、及びスクリーン印刷版を製作し、クリームはんだの印刷評価を行った。印刷結果は略実施例１の場合と同じであった。

実施例１において、ドライフィルムレジストとしてＮＩＴ２２５（ニチゴー・モートン株式会社製）を用い、ニッケルメッキの膜厚を３５μmにする以外は実施例１と同じ方法で、メタルマスク及びスクリーン印刷版を製作し、クリームはんだの印刷評価を行った。印刷結果は２千回繰り返し印刷し続けても異常は生じなかった。

実施例４において、はんだ電極パターンの大きさを直径５０μｍから３５μｍに、繰返しピッチを８０μｍする以外は実施例４と同じ方法で、メタルマスク及びスクリーン印刷版を製作し、クリームはんだの印刷評価を行った。印刷結果は２千回繰り返し印刷し続けても異常は生じなかった。

本発明のメタルマスクは製造工程が煩雑でなく、且つ、高精細なパターンを高密度に、高速にクリームはんだを印刷しても優れた転写性で印刷することができ、電子部品の高密度実装向けのはんだバンプ電極の作成に利用できる。

Claims (10)

1. クリームはんだ印刷用の開口部を有するメタルマスクであって、該メタルマスクは感光性樹脂層を積層した導電性基板に、紫外線の収束ビームを感光性樹脂層に直接照射・露光し、現像することにより感光性樹脂で開口部に相当するパターンを形成した後、ニッケル又はニッケル合金の電気メッキにより作られたことを特徴とするメタルマスク。
2. 紫外線の光源が半導体レーザーであることを特徴とする請求項１記載のメタルマスク。
3. バンプ電極形成用で、バンプ電極形成の開口部群からなる基本パターンを複数有する多面取り型である請求項１、又は２記載のメタルマスク。
4. 開口部の大きさが２０〜５００μｍである請求項１〜３いずれか記載のメタルマスク。
5. 厚さが２０〜１００μｍである請求項１〜４いずれか記載のメタルマスク。
6. 請求項１〜５記載のいずれかのメタルマスクを紗を介して金属枠に貼り付けてなるスクリーン印刷用の版。
7. 導電性基板に感光性樹脂を積層し、該感光性樹脂層に紫外線の収束ビームを直接照射・露光を行い、現像して感光性樹脂で開口部に相当するパターンを作り、該基板にニッケル又はニッケル合金の電気メッキを行うことを特徴とするメタルマスクの製造方法。
8. 紫外線の光源が半導体レーザーであることを特徴とする請求項７記載のメタルマスクの製造方法。
9. メタルマスクがバンプ電極形成用で、バンプ電極形成の開口部群からなる基本パターンを複数有する多面取り型である請求項７、又は８記載のメタルマスクの製造方法。
10. メタルマスクの厚さが２０〜１００μｍである請求項７〜９いずれか記載のメタルマスクの製造方法。