JP2006186051A - 微小ボール配列用マスク - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ウエハや基板等に大きさの異なる微小ボールを所定位置に確実に配列するためのマスクを提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の微小ボール配列用マスクは、直径の異なる複数種類の微小ボールを所定のパターンに配列するための貫通孔が形成された振込み用の微小ボール配列用マスクにおいて、 貫通孔の大きさは振込まれる微小ボールの直径に合わせて形成されており、マスクの上面は振込まれた時の微小ボールの頂点とほぼ同一高さになるように形成されていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定サイズの微小ボールを所定箇所に配列するためのマスクに係わり、特に電子部品のバンプ形成に用いられる半田ボールに対し好適な配列用マスクに関する。

近年、携帯端末機器やノート型パソコンなどの電子機器は、高速化と高機能化及び軽量化、小型化と薄型化が進み、それらに内蔵される半導体部品や半導体部品を実装する基板に対しては、その小型化、薄型化と接続端子数の増加という相反する性能が要求されている。その要求に応ずるものとして、電極に半田ボールを搭載して接続端子（以下半田バンプとも言う）を形成したＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型又はＦＣ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）型の半導体部品や半導体部品実装用の基板がある。一般に前記半田バンプは、電極に半田ペーストもしくはフラックスを印刷する印刷工程と、半田ペーストもしくはフラックスが印刷された電極に半田ボールを搭載する半田ボール搭載工程と、その半田ボールを加熱し溶解する半田ボール加熱工程を経て形成される。

ＢＧＡ型又はＦＣ型の半導体部品は、ウエハ上に多数形成された状態で前記処理が行なわれた後切出して提供されることが多く、一般にチップと呼ばれている。生産性を高めるためウエハのサイズは年々大きくなっており、１枚のウエハから得られるチップの数は数万個にも及ぶ場合がある。しかし、チップの種類も多種であり、１枚のウエハから、同一仕様のチップだけを多数製造するよりも、異なった仕様のチップを各々所定数の製造する方がチップ製造上効率的となる場合がある。このためには、１枚のウエハに大きさの異なった半田ボールを所定の配列で搭載することが望まれてくる。

これに係わる技術としては、特許文献１に示すものが開示されている。これは、大きさの異なる２種以上の半田ボールをプリント板に供給する方法であって、大半田ボールと小半田ボールをそれぞれ位置決めする大パッド用孔と小パッド用孔を有し、大パッド用孔の周囲に小半田ボールが大半田ボール用孔に入るのを防ぐ畝部又は段部を形成したマスクを用い、このマスクをプリント板上の所定位置に載せて、小半田ボールを小半田ボール用孔に供給した後、小パッド用孔に対応する位置に設けたガス抜き孔と前記畝部又は段部をよけて設けた抜き孔とを有するマスクカバーで前記マスクを覆い、大半田ボールを抜き孔を介して大パッド用孔に供給する、というものである。
特開平２−２３８６９３号公報（特許請求の範囲）

半田ボールを電極に供給する方法としては、吸着方式と振込み方式が知られている。特許文献１には供給方法は明示されていないが、マスクを用いることから振込方式であることがわかる。振込み方式は、マスク上に供給された半田ボールを、スキージを移動させたりマスクを傾斜させたりして移動させ、マスク表面に形成された貫通孔に落下させる方式である。この点で、小半田ボールを小パッド用孔に供給するためにマスク上を移動させる時、大パッド用孔周囲に畝部又は段部（約０．４ｍｍ程度と説明されている）が形成されていても、大パッド用孔は開口したままであり、小半田ボールが段部を乗越えて入ってしまう可能性が大きく、半田ボール搭載の信頼性に問題がある。また、マスクカバーは、大半田ボールを大パッド用孔に入れるために上面が畝部又は段部と同一面となるような厚さに形成され、リフロー時の小半田ボールからのガスを逃がすためのガス抜き用孔が小パッド用孔部に形成されており、加工工程が多く製作が面倒である。

本発明は、ウエハや基板等に大きさの異なる微小ボールを所定位置に確実に配列するためのマスクを提供することを目的としている。

本発明者は、マスクを用いた振込み方式による微小ボールの供給について長年研究開発を行ない、対象とするボールの直径とマスクの厚さ及び貫通孔の関係について知見を得、特許出願も行なっている。本発明はその知見をもとに成したものである。
即ち、本発明の微小ボール配列用マスクは、直径の異なる複数種類の微小ボールを所定のパターンに配列するための貫通孔が形成された振込み用の微小ボール配列用マスクにおいて、貫通孔の大きさは振込まれる微小ボールの直径に合わせて形成されており、マスクの上面は振込まれた時の微小ボールの頂点とほぼ同一高さになるように形成されていることを特徴としている。また、本発明におけるマスクは、同一直径の微小ボールが配列されるエリアの上面と、異なった直径の微小ボールが配列されるエリアの上面とは、その微小ボールの直径差に相当する段差が形成されていることが好ましい。また、本発明におけるマスクは、貫通孔の直径は振込まれる微小ボール直径の１．０３から１．３倍で、貫通孔が形成されているマスクの厚さは振込まれる微小ボールの直径の０．６から１．２倍とすることが望ましい。

本発明の微小ボール配列用マスクは、１枚のマスクで、大きさの異なる２種以上の微小ボールを所定配列位置に振込むことができるので、マスクの枚数を減らして段取換え回数を少なくすることができ、チップ等の製造費を低減することができる。特に多種少量のチップを製造する場合効果的である。

以下、微小ボールとして、チップのバンプ形成に用いられる半田ボール（以下、ボールと称する。）を例にし、大サイズバンプが形成されたチップと小サイズパンプが形成されたチップの２種類のチップを、１枚のウエハから切出して所定数形成する場合について説明する。図１は本発明のマスク１の外観略図、図２は図１のＡ−Ａから見たマスク１の断面図でウエハ２上に配置されてボールが装入された状態、図３はマスク除去後のウエハ２上に配列された大径ボールと小径ボールの状態を示している。

マスク１は、ウエハ２に形成された大サイズバンプ用電極と小サイズバンプ用電極の配置状態に合わせて、大径ボールエリア１１と小径ボールエリア１２に分けられている。大径ボールエリア１１には、バンプ形成前のチップ２ａの電極２１のパターンに対応した位置に貫通孔１１１が形成され、少なくとも貫通孔１１１が形成される部分は大径ボール３１の直径Ｄに応じた厚さＴとされている。小径ボール用エリア１２は、バンプ形成前のチップ２ｂの電極２２のパターンに対応した位置に貫通孔１２１が形成され、少なくとも貫通孔１２１が形成される部分は小径ボール３２の直径ｄに応じた厚さｔとされている。

貫通孔１１１、１２１の直径は、装入対象のボール３１、３２の直径より１．０５から１．３倍とすると、ボール３１、３２を１個だけ信頼性高く装入することができて好ましい。マスク１は、ウエハ２に対してセットした時、貫通孔１１１、１２１の上端開口面が、その貫通穴に振り込まれたボール３１、３２の頂部とほぼ一致するように形成される。また、マスク１は、ウエハ２に対してセットした時、貫通孔１１１、１２１の周辺の下面がウエハ２の電極２１、２２及び電極２１、２２に塗布されたフラックスに接しないよう、下面に逃げ部が形成されたり、スペーサを介してセットされてもよい。したがって、貫通孔１１１、１２１の周囲におけるマスク１の厚さは、マスク１の上下面の形成状況に合わせて設定されるが、装入されるボール３１、３２の直径に対し０．６から１．２倍の寸法とするとよい。

このように、マスク１は、その上面が装入されたボール３１、３２の頂部とほぼ一致するか所定範囲内にあるように形成されるので、図１、２に示すように大径ボールエリア１１と小径ボールエリア１２との境界には段差が生じ、その段差は大小のボール３１、３２の直径差に係わり、通常は直径差に係数を掛けた値になっている。従って、このマスク１は、１枚の板内で厚さを違え、大きさや配置の異なった貫通孔３１、３２を形成しなければならないが、電鋳法により異径の孔を有する厚板を形成し、エッチングで薄板部を形成することで製造することができ、ニッケル合金製や銅合金製とするとよい。

次に、前記マスク１を使用したボールの振込方法について説明する。
図２に示すように、大径ボール３１を搭載する電極２１及び小径ボール３２を搭載する電極２２にフラックスが塗布されたウエハ２に、各貫通孔１１１、１２１が対応する電極２１、２２と合致するようにマスク１をセットする。次に、大径ボール３１をマスク１の主として大径ボールエリア１１上に供給し、マスク１上をブラシ（図示せず）で掃くことにより大径ボール３１を移動させ、大径ボール用貫通孔１１１に振込んで電極２１上に搭載する。この時、大径ボール３１の中には小径ボールエリア１２を移動するものもあるが、大径ボール３１は小径ボール用貫通孔１２１より大きいので、軽く引っかかるものはあっても振込まれることはない。その後、マスク１の上をブラシで掃く等により残った大径ボール３１をマスク１上から除去する。この時、大径ボール３１が小径ボール用貫通孔１２１に引っかかっていたとしても除去される。

次いで、小径ボール３２をマスク１の主として小径ボールエリア１２上に供給し、前記と同様にマスク１の上をブラシで掃くことにより小径ボール３２を移動させ、小径ボール用貫通孔１２１に振込んで電極２２上に搭載する。この時、小径ボール３２の中には、エリア１１、１２間の段差を越えたりして大径ボールエリア１１で移動するものもあるが、大径ボール用貫通孔１１１には既に大径ボール３１が装入されており、小径ボール３２が軽く引っかかることはあっても入り込むことはない。その後、マスク１上をブラシで掃く等により残った小径ボール３１をマスク１上から除去する。この操作で、大径ボール用貫通孔１１１に引っかかっていた小径ボール３２も一緒に除去される。

以上、本発明のマスク１を用いた２種の異径ボールの振込み方法について説明したが、小径ボール３２と大径ボール３１との直径差がかなり大きいと、大径ボール用貫通孔１１１に大径ボール３１が装入されていても、小径ボール振込み時に、小径ボール３２が大径ボール用貫通孔１１１と大径ボール３１の間に強く引っかかることが考えられる。また、大径ボール振込み時に、大径ボール３１が全ての大径ボール用貫通孔１１１に装入されずに空の大径ボール用貫通孔１１１が残っていると、小径ボール振込み時に、その貫通孔１１１に小径ボール３２が振込まれることも考えられる。このため、大径ボール振込み後、大径ボールエリア１１の上面をシール板（図示せず）で蓋をし、大径ボール用貫通孔１１１を閉止するようにするとさらによい。シール板は大径ボール用貫通孔１１１に小径ボール３２が入らないようにするだけの作用があればよく、大径ボール用エリア１１の上面とほぼ密接する平板であればよく、金属材、樹脂材、セラミックス材などを用いることができる。

なお、前記シール板を用いて大径ボールエリア１１を蓋をする場合には、前述した振込み順序に変えて、まず大径ボールエリア１１に蓋をし、次いで小径ボールの振込みを行なって小径ボール３２を小径ボール用貫通孔１２１に装入し、その後シール板を除去し、次いで大径ボール振込み動作を行なって大径ボール３１を大径ボール用貫通孔１１１に装入するようにしてもよい。この場合、小径ボール用貫通孔１２１には既に小径ボール３２が装入されているので、大径ボール３１が小径ボール用貫通孔１２１で引っかかるようなことはない。

上述した振込み動作が終了し、マスク１を除去すると、ウエハ２上には図３に示すように、チップ２ａのエリアには大径ボール３１が所定配列に搭載され、チップ２ｂのエリアには小径ボール３２が所定配列に搭載される。その後、リフローでボール３１、３２を加熱し半田バンプを形成する。その後、ウエハ２を図３の破線で示すように切断して所定サイズのチップに分離し、１枚のウエハから所定数の２種類のチップを得る。

以上、本発明のマスクを、１枚のウエハ２に直径の異なる２種類の半田ボール３１、３２を搭載するとした例で説明したが、３種類以上の半田ボールを搭載する場合でも適応することができる。また、１枚のウエハ２から１種のチップだけを形成する場合でも、チップ内に異なった大きさの半田バンプを形成するような時にも適用できる。また、ウエハ２に搭載するに限らず、半導体部品を実装する基板に大きさの異なる半田ボールを搭載する場合にも適用することができる。このように、１枚のマスク１で２種以上の半田ボールを搭載することができるので、マスク数を減らすことができるとともに、段取換え数も減らすことができる。また、ボールは半田ボールに限らず、ハンダメッキされた銅ボールや銀ボールなどを用いることができる。

本発明の微小ボール配列用マスクを示す外観略図である。 微小ボール配列用マスクをウエハにセットし半田ボールが振込まれた状態を示す断面図である。 大径と小径の微小ボールが配列されたウエハを示す外観略図である。

符号の説明

１…マスク、
１１…大径ボールエリア、１２…小径ボールエリア、
１１１…大径ボール用貫通孔、１２１…小径ボール用貫通孔、
２…ウエハ、
２１…大径ボール用電極、２２…小径ボール用電極、
３１…大径ボール、３２…小径ボール。

Claims (3)

1. 直径の異なる複数種類の微小ボールを所定のパターンに配列するための貫通孔が形成された振込み用の微小ボール配列用マスクにおいて、
   貫通孔の大きさは振込まれる微小ボールの直径に合わせて形成されており、マスクの上面は振込まれた時の微小ボールの頂点とほぼ同一高さになるように形成されていることを特徴とする微小ボール配列用マスク。
2. 同一直径の微小ボールが配列されるエリアの上面と、異なった直径の微小ボールが配列されるエリアの上面とは、その微小ボールの直径差に相当する段差が形成されている請求項１記載の微小ボール配列用マスク。
3. 貫通孔の直径が、振込まれる微小ボール直径の１．０３から１．３倍であり、貫通孔が形成されている領域の総厚が振込まれる微小ボールの直径の０．６から１．２倍である請求項１又は２記載の微小ボール配列用マスク。