JP2006108344A

JP2006108344A - はんだ印刷用マスクおよびはんだバンプの形成方法

Info

Publication number: JP2006108344A
Application number: JP2004292221A
Authority: JP
Inventors: Hideki Niimi; 秀樹新見; Takafumi Kashiwagi; 隆文柏木; Yuji Yagi; 優治八木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】本発明は、半導体パッケージや回路部品を回路基板上に実装してなる電子機器の製造において、回路基板上にはんだペーストを充填する際、ばらつきが小さく、かつ短タクトのはんだペーストの充填方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】所望の形状をした貫通孔３を有する高耐熱性材料の板体１の片面に、前記貫通孔３と同一位置に貫通孔４を有する弾性材料からなる膜２を形成してはんだ印刷用マスク５を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体パッケージや回路部品を回路基板上に実装してなる電子機器の製造時に関係するはんだ印刷用マスクおよびはんだバンプの形成方法に関するものである。

近年電子機器には、携帯機器等に代表される高機能化、小型化の要求が高まっている。それらの機器に使用される部品実装方法においては、半導体パッケージを用いるものや、半導体ベアチップのアクティブ素子面を基板表面側に向けて直接接合させた、いわゆるフリップチップ実装を用いるものがあるが、電子機器の高機能化、小型化に伴い、どちらも多ピン、狭ピッチ化が進行し、より高精度な実装が必要になってきている。

以下、半導体パッケージを回路基板に実装する際の電子機器の製造工程を、図を用いて説明する。

図５（ａ）に示すように、回路基板２０の表面には、はんだバンプ形成用パッド２１とソルダレジスト２２があらかじめ形成されている。まず、図５（ｂ）に示すように、回路基板２０のはんだバンプを形成する側の面の、ソルダレジスト２２の表面に少量のフラックス２３を塗布する。

次に、図５（ｃ）に示すように、回路基板２０とはんだバンプ形成用治具２５とはんだバンプ形成用パッド２１とはんだバンプ形成用貫通孔２４とが重なるように位置合わせして押し付け、回路基板２０とはんだバンプ形成用治具２５との間がなるべく狭くなるようにした。この状態で回路基板２０およびはんだバンプ形成用治具２５を乾燥機に入れ、１２０℃で１５分加熱して乾燥させた後、乾燥機から取り出して常温に戻した。これにより、回路基板２０の表面には、はんだバンプ形成用治具２５が固定された。

次に、図５（ｄ）に示すように、はんだペースト２７をメタルマスク２９上に供給し、はんだバンプ形成用治具２５を貼り付けた回路基板２０上にはんだペースト２７を印刷した。これにより、はんだバンプ形成用治具２５のはんだバンプ形成用貫通孔２４とメタルマスク２９の貫通孔３０にはんだペースト２７が充填され、この後、メタルマスク２９を回路基板２０から取り外した。はんだペースト２７の充填が完了したときの状態を図５（ｅ）に示す。

次に、図５（ｆ）に示すように、はんだペースト２７が充填されたはんだバンプ形成用治具２５および回路基板２０を、窒素リフロー装置に入れて、ピーク温度２４０℃として加熱し、はんだペースト２７を溶融させて、はんだバンプ２８とした。

次に、図５（ｇ）に示すように、溶融されたはんだが凝固した後、はんだバンプ形成用治具２５が固定された回路基板２０をリフロー装置から取り出し、超音波洗浄した。これにより、はんだバンプ２８が形成された回路基板２０からはんだバンプ形成用治具２５が剥離した。さらに、回路基板２０とはんだバンプ形成用治具２５とを別々に５分間超音波洗浄し、フラックス残さを除去した。

以上のように、はんだバンプ形成用治具と回路基板とをフラックスにより密着させた状態でリフローすることにより、はんだペーストの充填量のばらつきを小さくすることができる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００１−４４２３１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、はんだバンプ形成用治具２５を回路基板２０上に固定するためにフラックスを使用し、熱硬化させるための時間が必要であるとともに、リフロー後にはんだバンプ形成用治具２５を回路基板２０上から剥離させるために超音波洗浄を用いる等、極めて工数が多いという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、回路基板上にはんだペーストを充填する際、短タクトかつ、ばらつきの小さいはんだペーストの充填方法を提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明のはんだ印刷用マスクは、所望の形状をした貫通孔を有する高耐熱性材料の板体片面に、前記板体に配設した前記貫通孔と同一位置に貫通孔を有する弾性材料からなる膜を設けたものである。

本発明の印刷用マスクは、はんだペーストを充填する回路基板の表面との密着性が良好となり、はんだペーストを回路基板の表面に印刷用マスクを用いて充填する際、はんだペーストの充填量のばらつきが極めて小さくなるとともに、短タクトで充填できる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるはんだ印刷用マスクおよびその印刷方法について図面を参照しながら説明する。

図１は、実施の形態１におけるはんだ印刷用マスクの断面図、図２は同実施の形態におけるはんだ印刷用マスクを説明する模式図であり、（ａ−１），（ａ−２）は高耐熱性材料の板体の平面図および断面図、（ｂ−１），（ｂ−２）は弾性材料の膜の平面図および断面図、（ｃ）高耐熱性材料の板体と弾性材料の膜を貼り合わせた断面図を示す。図３は同実施の形態におけるはんだバンプの形成方法を説明する模式図であり、（ａ）はんだ印刷用マスクと回路基板とを位置合わせする工程の断面図、（ｂ）はんだ印刷用マスクと回路基板とを位置合わせが完了した時の断面図、（ｃ）はんだ印刷用マスクを介して、回路基板にはんだペーストを印刷する工程の断面図、（ｄ）回路基板へのはんだペーストの充填が完了した時の断面図、（ｅ）はんだ印刷用マスクを回路基板から取り外した時の断面図、（ｆ）回路基板に印刷したはんだペーストを溶融した後の断面図を示す。

まず、本実施の形態１に係る印刷用マスクについて説明する。図１に示すように、本実施の形態１に係る印刷用マスクは、はんだペースト印刷用の貫通孔３を有する高耐熱性材料の板体１とはんだペースト印刷用の貫通孔４を有する弾性材料の膜２の２つの積層体から構成されている。図２（ａ−１），（ａ−２）に示すように、板体１はＳＵＳ材料を用いて、一辺が６ｍｍ、厚みは１００μｍの正方形のものを使用した。後に回路基板に、はんだペーストを充填する位置に、はんだペースト印刷用の貫通孔３が設けられている。このときの貫通孔３は、０．５ｍｍピッチで縦横１１列ずつ設け、合計１２１個とした。ここでの貫通孔３の形状は、直径０．３ｍｍの円形としたが、はんだペーストが充填できれば、楕円形でも四角形でも構わない。

次に、図２（ｂ−１），（ｂ−２）に示す、板体１と同一の外形寸法を有する弾性材料の膜２を用いて、回路基板に接する側の印刷マスクを作製した。膜２の厚みは２０μｍとし、弾性により回路基板のパターンの厚みを吸収できる厚みとした。

膜２の厚みについては、回路基板のパターン等の凹凸を吸収するため、１０μｍ以上が望ましく、また、厚すぎるとはんだペースト印刷用の貫通孔４の形状が安定しないため、印刷後のはんだペーストの形状の精度が悪化することから、１００μｍ以下が望ましい。膜２は、シリコン系のゴムで形成し、後に回路基板にはんだペーストを充填する際に、シリコンゴムと回路基板とが隙間なく密着するようにした。これにより、印刷後にはんだペーストがにじむことなく、所望の形状に回路基板に印刷される。

次に、図２（ｃ）に示すように、膜２のはんだペースト印刷用の貫通孔４がない領域に熱硬化系のエポキシ樹脂６を塗布し、板体１のはんだペースト印刷用の貫通孔３と膜２のはんだペースト印刷用の貫通孔４とを位置合わせし、密着させた後、硬化炉へ入れ、１５０℃２０分加熱し、熱硬化系のエポキシ樹脂６を硬化させることにより、高耐熱性材料の板体１と弾性材料の膜２とを固定した。

次に、本実施の形態１に係る印刷用マスクを用いたはんだバンプの形成方法について説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、ＳＵＳ製の高耐熱性材料の板体１とシリコン系ゴム材からなる弾性材料の膜２とで構成されたはんだ印刷用マスク５と回路基板２０のはんだバンプ形成用パッド２１とを対向させ、位置合わせした後、はんだ印刷用マスク５を回路基板２０に密着させた。このとき、回路基板２０のはんだバンプ形成用パッド２１の周辺の凹凸は、はんだ印刷用マスク５の弾性材料の膜２の弾性により吸収され、はんだ印刷用マスク５と回路基板２０とは隙間なく完全に密着させることができた。このときの状態を図３（ｂ）に示す。

次に、図３（ｃ）に示すように、回路基板２０上のはんだバンプ形成用パッド２１に印刷用マスク５とスキージ２６を用いて、はんだペースト２７を印刷する。供給されたはんだペースト２７をスキージ２６により掻き取ることにより、印刷用マスク５のはんだペースト印刷用の貫通孔３、およびはんだペースト印刷用の貫通孔４を通して回路基板２０上のはんだバンプ形成用パッド２１へはんだペースト２７が配置される。回路基板２０上のはんだバンプ形成用パッド２１へはんだペースト２７が充填されたときの断面図を図３（ｄ）に示す。

次に、図３（ｅ）に示すように、印刷用マスク５を回路基板２０から取り外した後、はんだペースト２７を印刷した回路基板２０をピーク温度２４５℃でリフローすることにより、はんだペースト２７を溶融し、はんだバンプ２８を形成した。このときの断面図を図３（ｆ）に示す。このようにして、回路基板２０のはんだバンプ形成用パッド２１へはんだバンプ２８を形成した。

なお、本実施の形態では板体１用の高耐熱性材料として、ＳＵＳ材料を用いたが、他の例として、ポリイミド等の樹脂材料を用いても同様の効果が得られる。また、膜２用の弾性材料としてシリコン系のゴムを使用したが、回路基板２０のパターンの厚みを吸収できる程度の弾性があり、かつ回路基板２０に密着しやすい材料であれば、他の材料であっても構わない。

以上のように、本実施の形態では、所望の形状をした貫通孔３を有する高耐熱性材料の板体１片面に、前記貫通孔３と同一位置に貫通孔４を有する弾性材料からなる膜２を形成したはんだ印刷用マスク５を用いて、はんだ印刷用マスク５を回路基板２０に載置する工程と、はんだ印刷用マスク５を介してはんだペースト２７を回路基板２０に印刷する工程と、回路基板２０からはんだ印刷用マスク５を取り外す工程と、回路基板２０に印刷されたはんだペースト２７を溶融する工程によりはんだバンプ２８を形成するものであり、はんだ印刷用マスク５の表面に弾性材料からなる膜２を形成することにより、はんだ印刷用マスク５と回路基板２０との密着性が良好となり、はんだペースト２７を回路基板２０の表面に印刷用マスク５を用いて充填する際、はんだペースト２７の充填量のばらつきを極めて小さくすることができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２におけるはんだ印刷用マスクおよびその印刷方法について図４を参照しながら説明する。

本実施の形態２に係る印刷用マスクおよび、その作製方法については、本実施の形態１と同様であるため、説明は省き、図４を参照しながらはんだバンプの形成方法を説明する。

図４は同実施の形態におけるはんだバンプの形成方法を説明する模式図であり、（ａ）はんだ印刷用マスクと回路基板とを位置合わせする工程の断面図、（ｂ）はんだ印刷用マスクと回路基板とを位置合わせが完了した時の断面図、（ｃ）はんだ印刷用マスクを介して、回路基板にはんだペーストを印刷する工程の断面図、（ｄ）回路基板へのはんだペーストの充填が完了した時の断面図、（ｅ）回路基板に印刷したはんだペーストを溶融した後の断面図、（ｆ）はんだ印刷用マスクを回路基板から取り外した時の断面図を示す。

本実施の形態２に係る印刷用マスクを用いたはんだバンプの形成方法について説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、ＳＵＳ製（高耐熱性材料）の板体１とシリコン系ゴム材等の弾性材料の膜２とで構成されたはんだ印刷用マスク５と、回路基板２０のはんだバンプ形成用パッド２１とを対向させ、位置合わせした後、はんだ印刷用マスク５を回路基板２０に密着させた。このとき、回路基板２０のはんだバンプ形成用パッド２１の周辺の凹凸は、はんだ印刷用マスク５の弾性材料製の膜２の弾性により吸収され、はんだ印刷用マスク５と回路基板２０とは隙間なく完全に密着させることができた。このときの状態を図４（ｂ）に示す。

次に、図４（ｃ）に示すように、回路基板２０上のはんだバンプ形成用パッド２１に印刷用マスク５とスキージ２６を用いて、はんだペースト２７を印刷する。供給されたはんだペースト２７をスキージ２６により掻き取ることにより、印刷用マスク５のはんだペースト印刷用の貫通孔３、およびはんだペースト印刷用の貫通孔４を通して回路基板２０上のはんだバンプ形成用パッド２１へはんだペースト２７が配置される。回路基板２０上のはんだバンプ形成用パッド２１へはんだペースト２７が充填されたときの断面図を図４（ｄ）に示す。

次に、図４（ｅ）に示すように、印刷用マスク５を回路基板２０に密着させたまま、はんだペースト２７を印刷した回路基板２０をピーク温度２４５℃でリフローすることにより、はんだペースト２７を溶融し、はんだバンプ２８を形成した。

次に、図４（ｆ）に示すように、印刷用マスク５を回路基板２０から取り外し、回路基板２０上に形成したはんだバンプ２８のみを残した。

なお、本実施の形態では高耐熱性材料製の板体１として、ＳＵＳ材料を用いたが、他の例として、ポリイミド等の樹脂材料を用いても同様の効果が得られる。また、弾性材料の膜２としてシリコン系のゴムを使用したが、回路基板２０のパターンの厚みを吸収できる程度の弾性があり、かつ回路基板２０に密着しやすい材料であれば、他の材料であっても構わない。

以上のように、本実施の形態では、所望の形状をした貫通孔３を有する高耐熱性材料製の板体１の片面に、貫通孔３と同一位置に貫通孔４を有する弾性材料からなる膜２を形成したはんだ印刷用マスク５を用いて、はんだ印刷用マスク５を回路基板２０に載置する工程と、はんだ印刷用マスク５を介してはんだペースト２７を回路基板２０に印刷する工程と、はんだ印刷用マスク５と回路基板２０とを密着させたまま、回路基板２０に印刷したはんだペースト２７を溶融させる工程と、回路基板２０からはんだ印刷用マスク５を取り外す工程によりはんだバンプ２８を形成するものである。はんだ印刷用マスク５の表面に弾性材料からなる膜２を形成することにより、はんだ印刷用マスク５と回路基板２０との密着性が良好となり、はんだペースト２７を回路基板２０の表面に印刷用マスク５を用いて充填する際、はんだペースト２７の充填量のばらつきを極めて小さくすることができる。また、はんだ印刷用マスク５と回路基板２０とを密着させたまま、はんだペースト２７を溶融させた後に、はんだ印刷用マスク５を取り外すことにより、はんだペースト２７のにじみが極めて小さくなるため、狭ピッチのはんだバンプ２８の形成にも有用である。

以上のように、本発明にかかるはんだ印刷用マスクおよびはんだバンプの形成方法は、はんだ印刷用マスクと回路基板との密着性が良好となり、はんだペーストを回路基板の表面に印刷用マスクを用いて充填する際、はんだペーストの充填量のばらつきを小さくすることが可能となるので、半導体パッケージや回路部品を回路基板上に実装してなる電子機器の製造等にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるはんだ印刷用マスクの断面図同実施の形態におけるはんだ印刷用マスクを説明する模式図であり、（ａ−１），（ａ−２）高耐熱性材料の板体の平面図および断面図、（ｂ−１），（ｂ−２）弾性材料の膜の平面図および断面図、（ｃ）高耐熱性材料の板体と弾性材料の膜を貼り合わせた断面図同実施の形態におけるはんだバンプの形成方法を説明する模式図であり、（ａ）はんだ印刷用マスクと回路基板とを位置合わせする工程の断面図、（ｂ）はんだ印刷用マスクと回路基板とを位置合わせが完了した時の断面図、（ｃ）はんだ印刷用マスクを介して、回路基板にはんだペーストを印刷する工程の断面図、（ｄ）回路基板へのはんだペーストの充填が完了した時の断面図、（ｅ）はんだ印刷用マスクを回路基板から取り外した時の断面図、（ｆ）回路基板に印刷したはんだペーストを溶融した後の断面図本発明の実施の形態２におけるはんだバンプの形成方法を説明する模式図であり、（ａ）はんだ印刷用マスクと回路基板とを位置合わせする工程の断面図、（ｂ）はんだ印刷用マスクと回路基板とを位置合わせが完了した時の断面図、（ｃ）はんだ印刷用マスクを介して、回路基板にはんだペーストを印刷する工程の断面図、（ｄ）回路基板へのはんだペーストの充填が完了した時の断面図、（ｅ）回路基板に印刷したはんだペーストを溶融した後の断面図、（ｆ）はんだ印刷用マスクを回路基板から取り外した時の断面図従来のはんだバンプの形成方法を説明する模式図で、（ａ）〜（ｇ）は断面図

符号の説明

１高耐熱性材料の板体
２弾性材料の膜
３はんだペースト印刷用の貫通孔
４はんだペースト印刷用の貫通孔
５印刷用マスク

Claims

所望の形状をした貫通孔を有する高耐熱性材料の板体の片面に、この板体に設けた前記貫通孔と同一位置に貫通孔を有する弾性材料からなる膜を設けたことを特徴とするはんだ印刷用マスク。
膜はシリコン系のゴム材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のはんだ印刷用マスク。
膜は、１０μｍ以上１００μｍ以下とすることを特徴とする請求項１または２記載のはんだ印刷用マスク。
請求項１記載のはんだ印刷用マスクを被印刷体に載置する工程と、前記はんだ印刷用マスクを介してはんだペーストを前記被印刷体に印刷する工程と、前記被印刷体から前記はんだ印刷用マスクを取り外す工程と、前記被印刷体に印刷されたはんだペーストを溶融する工程からなることを特徴とするはんだバンプの形成方法。
請求項１記載のはんだ印刷用マスクを被印刷体に載置する工程と、前記はんだ印刷用マスクを介してはんだペーストを前記被印刷体に印刷する工程と、前記はんだ印刷用マスクと前記被印刷体とを密着させたまま、前記被印刷体に印刷した前記はんだペーストを溶融させる工程と、前記被印刷体から前記はんだ印刷用マスクを取り外す工程からなることを特徴とするはんだバンプの形成方法。