JP2008041751A - 異種ボール搭載用振込みマスク - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、異種の微小ボールを、ウエハや基板等被搭載体の電極等被搭載部に信頼性及び精度高く搭載するとともに、熱負荷を受けることのないマスクを提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の一の振込みマスクは、異なった種類のボールを順次被搭載体の所定位置に搭載するための２番目以降の搭載作業に用いられる振込みマスクであって、搭載対象のボールを振込むための振込孔と、既に搭載されたボールを逃がすための逃げ孔とを有し、逃げ孔は、既に搭載されたボールの各々に対し形成され、その側面形状は上方に向かって直径が小さくなるような円錐状であることを特徴としている。前記一の振込みマスクにおいて、逃げ孔は、その上部が閉塞されていることが好ましい。さらに加えて、前記逃げ孔は、そのテーパ角度が、振込孔の側面形状が円錐状の場合には、振込孔のテーパ角度より大きいことが望ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、異種のボールを順次被搭載体に搭載するために用いられる振込みマスクに係わり、特に電子部品のバンプ形成に用いられる微小な半田ボールに対し好適なマスクに関する。

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リフロー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製造する方がチップ製造上効率的となる場合がある。また、同一チップ上に異なった種類の半田バンプを形成することが要求される場合もある。このためには、１枚のウエハに大きさ或いは材質が異なった２種以上の半田ボールを所定の配列となるように搭載することが望まれる。

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、従来の、小パッド用マスクと大パッド用マスクを用い、小パッド用マスクを用いて小半田ボールを供給し、プリント板を加熱して小半田を溶かした後、大パッド用マスクを用いて大半田ボールを供給し、再びプリント板を加熱して大半田を溶かすという方法では、小半田ボールを供給したのち大半田ボールを供給するので工数が増えること、プリント板の加熱を２回行うので熱履歴を余分に要するという問題があるとし、これを解決することを目的としたものである。すなわち、特許文献１に示された技術は、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するとともに、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装入した後、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装入する、という手段を用いたものである。
特開平２−２３８６９３号公報（特許請求の範囲、従来技術、発明が解決しようとする課題）

ところで、半田ボールを電極に供給する方法として、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り、吸着方式のようにボールを吸引力で保持しないため、吸引に係わるミッシングトラブルがなく、かつ吸引回路等複雑な設備構成も不要であり、多数の微小なボールを高密度で供給するには優れた方式である。しかし、特許文献１の方法は、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、半田ボール供給の信頼性に問題がある。なお、特許文献１の方法は、プリント板に同時に大小半田ボールを供給するので工数を減少できるとしているが、大半田ボールの供給は、小半田ボールを供給した後、マスク上にマスクカバーをセットしてから行うもので同時に供給しているとは言えず、半田ボールの振込みという作業に関しては、引用の従来技術におけるものと工数は同じである。

また、リフロー工程が一回で済み、プリント板に対する熱履歴を減少することができる
としているが、マスク及びマスクカバーに関しては、ガス抜き孔が形成されていることやパッドにはフラックスが塗布されていないことから、リフロー時には装着されたままであり、熱負荷を受けることがわかる。半田ボールが例えば直径１００μｍ以下というように微小となると、マスクやマスクカバーの厚さは数十μｍと極めて薄くなり、熱負荷を受けると変形したり、ついには破損に至ってしまう。変形すると、パッド用孔位置がずれたり、プリント板等と密接できなくなったりし、半田ボールを位置精度良く供給することができなくなる。なお、半田ボール供給工程において特許文献１の技術におけるマスク及びマスクカバーが受ける熱履歴回数と、引用の従来技術における小パッド用マスクと大パッド用マスクとが受ける熱履歴回数はともに１回で変わりはない。

本発明は、異種の微小ボールを、ウエハや基板等被搭載体の電極等被搭載部に信頼性及び精度高く搭載するとともに、熱負荷を受けることのない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ふまえて成したものである。
即ち、本発明の一の振込みマスクは、異なった種類のボールを順次被搭載体の所定位置に搭載するための２番目以降の搭載作業に用いられる振込みマスクであって、搭載対象のボールを振込むための振込孔と、既に搭載されたボールを逃がすための逃げ孔とを有し、逃げ孔は、既に搭載されたボールの各々に対し形成され、その側面形状は上方に向かって直径が小さくなるような円錐状であることを特徴としている。
また、本発明の二の振込みマスクは、異なった種類のボールを順次被搭載体の所定位置に搭載するための２番目以降の搭載作業に用いられる振込みマスクであって、搭載対象のボールを振込むための振込孔と、既に搭載されたボールを逃がすための逃げ孔とを有し、 逃げ孔は、既に搭載されたボールの各々に対し形成され、かつマスクに固定された部材で上部が閉塞されていることを特徴としている。
本発明の振込みマスクは、既にボールがフラックス等の粘着材を介して搭載されている状態の被搭載体にセットされ、次のボールを被搭載体のフラックス等の粘着材が塗布された搭載位置に搭載する時に用いられもので、搭載が完了したのち被搭載体から取り除いても、搭載されたボールは固定状態を維持される。

また、前記一の振込みマスクにおいて、逃げ孔は、その上部が閉塞されていることが好ましい。さらに加えて、前記逃げ孔は、そのテーパ角度が、振込孔の側面形状が円錐状の場合には、振込孔のテーパ角度より大きいことが望ましい。
また、前記一又は二の振込みマスクにおける実施態様として、前記振込孔は、マスク下面側直径が、搭載対象のボール直径ｄ２に対し（１．１〜１．４）×ｄ２なる寸法であり、前記逃げ孔は、マスク下面側直径が、既に搭載されたボールの直径ｄ１に対し（１．５〜２）×ｄ１なる寸法であり、マスクは、被搭載体にセットした時、被搭載体の搭載対象ボールの搭載面からマスク上面までの距離ｔが、搭載対象のボール直径ｄ２に対し０．８≦ｔ／ｄ２≦１．２となる寸法であることが好ましい。

本発明によれば、複数の異なる種類のボールを被搭載体に信頼性及び精度高く搭載することができる。本発明のマスクは熱による変形や破損などを受けることがなく、長時間にわたり精度が維持され寿命も長い。

（実施の形態１）
本発明の振込みマスクは、種類の異なったボール毎に該ボール用のマスクを用いてウエハに搭載する方法において、後から搭載されるボールを振込むためのマスクである。以下、１枚のウエハ上に直径の異なった２種類の半田ボール（以下、ボールと総称する）３１、３２が搭載される場合を例に説明する。図３は、ウエハ９上に搭載された直径の異なるボール３１、３２の配置例を示したもので、ボール３１とボール３２は、フラックスが塗布された所定の電極上に、例えば、まずボール３１郡を該ボール用マスクを用いて振込み、次いでボール３２郡を該ボール用マスク、すなわち本発明の振込みマスクを用いて振込むことで搭載される。以下、ウエハに最初に搭載されるボールを先ボール３１、次に搭載されるボールを後ボール３２と呼び、小径ボールを先ボール３１とし、大径ボールを後ボール３２とした場合で説明する。

図１（ａ）に、ウエハ９にセットされて、後ボール３２がウエハ９上に搭載された状態の本発明の振込みマスク（以降、マスクと略す）１の縦断面図を示す。この時、既に先ボール３１は所定の電極８１上にフラックス７１を介して搭載されている。この先ボール３１は、公知の振込み用マスクと振込み方法を用いて搭載することができるので、説明は省略する。マスク１は、ウエハ９と略同形状で、先ボール３１の搭載範囲を含むような大きさの平板状部材であるが、下面がフラックス７と接触しないようウエハ面と僅かに隙間を成すようセットされることが好ましく、例えばマスク下面に突起１１を形成するとよい。

マスク１には、後ボール３２を後ボール用電極８２に搭載するための振込孔５が、後ボール用電極８２に相対した位置に形成されている。後ボール３２は、マスク１上面に供給された後、ブラシ等で移動されて振込孔５に落とし込まれるが、振込孔５に１個だけ信頼性高く振込まれるためには、振込孔５の直径は、後ボールの直径ｄ２に対し（１．１〜１．４）×ｄ２となる寸法とされるとよい。さらに、マスク１は、ウエハ９にセットした時、後ボール用電極８２面からマスク上面までの距離ｔが、０．８≦ｔ／ｄ２≦１．２となるような厚さとされるのがよい。図１（ａ）はｔ／ｄ２＝０．８の場合を、図１（ｂ）はｔ／ｄ２＝１．２の場合を模式的に示したものである。振込孔５は、後ボール３２が落下できればその側面形状は限定されず、円筒状や、わずかに円錐状、逆円錐状などであってもよく、上記で言う振込孔５の直径とはマスク下面側の直径を言うものとする。

さらに、マスク１には、既に搭載されている先ボール３１を逃がすような逃げ孔６が、先ボール３１の各々に対して形成されている。逃げ孔６は、先ボール３１が正常位置範囲に搭載されている場合には、先ボール３１を接触することなく収納することができ、先ボール３１が位置ずれを起こしている場合には、接触して位置修正を行わせることができるようにされる。このために、逃げ孔６は、図１（ａ）に示すように、側面が上面に向かって直径が小さくなるような円錐状に形成され、かつそのテーパ角度は、振込孔５が円錐状に形成されている場合では、振込孔５のテーパ角度より大きくなるように形成される。先ボール３１は、フラックス７１の粘着力だけで電極８１に固定されているので、先ボール３１がテーパ状の側面と接触すると問題なく横方向に移動することができる。

逃げ孔６のマスク１下面側の直径は、逃げ孔６が下広がりのテーパ孔であって、側面テーパ部を正常位置範囲の先ボール３１とは接触させず、かつ位置のずれた先ボール３１とは接触させて位置修正をさせることから大きい方がよい。すなわち、逃げ孔６の下面側の直径における先ボール３１の直径ｄ１に対する比率を、前述した振込み孔５の下面側直径における後ボール３２の直径ｄ２に対する比率より大きくなるようにする。逃げ孔６の下面側直径は、位置修正量をいくらにするかで異なってくるが、先ボール３１の直径ｄ１に対し（１．５〜２）×ｄ１程度とするとよい。テーパ角度は、マスク上面における開口孔寸法を、後ボール３２が嵌まり込んだり引っ掛かることがないような寸法にしなければならないことに加え、先ボール３１の位置修正範囲が大きくとれることから大きい方がよいが、逃げ孔６の下面側直径によってほぼ規定される。一方、逃げ孔６を円筒状又は逆円錐状にした場合は、逃げ孔６の直径を大きくすれば先ボール３１とは接触しないが、位置修正ができないだけでなく後ボール３２が入り込む恐れが増大し、位置修正をすべく直径を小さくすると、先ボール３１は側面でなく孔エッジ部と当接するため、弾き飛んでしまうという難しさがある。なお、マスク１は、ニッケル合金又は銅合金製とし電鋳法で形成するとよい。振込孔５及び逃げ孔６は、電鋳プロセスで形成することができるが、レーザ加工、エッチング等で形成することもできる。

上記の説明では、小径ボールを先に搭載し、その後で大径ボールをマスク１で振込むとしたが、大径ボールを先ボール３１として先に搭載し、小径ボールを後ボール３２としてマスク１で振込むようにすることもできる。図１（ｂ）に、この時のボール３１、３２とマスク１の状態を示す。マスク１に関しては、前記説明と変わるところはないので説明は省略するが、異なるのは、後ボール３２を振込む時に、先ボール３１が逃げ孔６から突き出ていることである。このため、後ボール３２が逃げ孔６に入り込むことはほとんどないが、小径ボールと大径ボールとの直径差が大きい場合には、先ボール３１の突き出し量が大きくなり、先ボール３１が後ボール３２のスキージ時に跳ね飛ばされてしまう恐れがある。このため、ｄ１＜２×ｄ２好ましくはｄ１＜（４／３）×ｄ２を満足する範囲の時に適応するのがよい。

（実施の形態２）
本実施の形態２のマスク２は、実施の形態１のマスク１の逃げ孔６の上部が開放されているのに対し、蓋４で閉塞されていることを特徴としている。図２（ａ）、（ｂ）にその例を示すが、逃げ孔６に収納された先ボール３１は、後ボール３２の振込み時に、後ボール３２やスキージと接触することがなく、逃げ孔６から跳び出すことはない。また、マスク２の上面には、後ボール３２の振込孔５だけが開口しているため、後ボール３２が逃げ孔６に引っ掛かることもない。なお、先ボール３１は、マスク２をセットした時に蓋４と干渉しないような大きさとされるので、必然的に、先ボール３１は小径ボール、後ボール３２は大径ボールとされる。また、逃げ孔６の側面形状は円錐状に限定されず、円筒状、逆円錐状であってもよい。これは、位置ずれしていた先ボール３１が孔エッジ部と当接しても、逃げ孔６から跳び出すことがないからである。

図２（ａ）の例は、蓋４１を、その上面がマスク２の上面にほぼ一致するよう逃げ孔６内部に形成した形態である。この形態では、マスク上面がほぼフラットになるため、スキージの移動はスムースで、後ボール３２を良好に移動させることができる。図２（ｂ）の例は、蓋４２を、その下面がマスク２の上面に接して逃げ孔６を覆うように取り付けた形態である。蓋４２は、先ボール３１が搭載されている領域の全ての逃げ孔６を一括して覆うか、或いは何分割して覆うような大きさの薄膜状の部材を用いることができ、例えば、図３に示すように、先ボール３１の搭載エリアと後ボール３２の搭載エリアの境界が直線的でシンプルな場合に適用するとよい。蓋４２は、予めマスク２の上面に接着材等で固定的或いは着脱可能に取り付けておくとよいが、後ボール３２の振込み動作に先立って、マスク２上にねじ止め、或いは接着力の弱い粘着材を介して取り付けるようにしてもよい。

以上、二つの実施の形態をもとに本発明を説明したが、本発明は、全搭載ボールをフラックスの粘着力でウエハに固定した後、一括してリフローで溶解してバンプを形成する製造方法で用いられるものである。従って、リフロー時にウエハに装着しておく必要がなく加熱されないため、熱損傷や熱変形を受けることはない。また、異種のボールとして直径の異なる２種のボールを例に説明したが、直径が同じであっても材質等が異なるボールに対しても、同一仕様のボール毎に振込み搭載がなされる限り、本発明のマスクを使用することができる。また、種類が３種類以上の場合であっても、２番目以降の振込み動作に用いるマスクとして適用することができることは言うまでもない。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。

本発明の振込みマスクの一構成例を示す縦断面図である。 本発明の振込みマスクの他の構成例を示す縦断面図である。 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、２…マスク、 ３（３１，３２）…ボール、 ４（４１，４２）…蓋、
５…振込孔、 ６…逃げ孔、 ７（７１，７２）…フラックス、
８（８１，８２）…電極、 ９…ウエハ、 ｄ１…既に搭載されているボールの直径、
ｄ２…振込まれるボールの直径

Claims (5)

1. 異なった種類のボールを順次被搭載体の所定位置に搭載するための２番目以降の搭載作業に用いられる振込みマスクであって、
   搭載対象のボールを振込むための振込孔と、既に搭載されたボールを逃がすための逃げ孔とを有し、
   逃げ孔は、既に搭載されたボールの各々に対し形成され、その側面形状は上方に向かって直径が小さくなるような円錐状であることを特徴とする振込みマスク。
2. 異なった種類のボールを順次被搭載体の所定位置に搭載するための２番目以降の搭載作業に用いられる振込みマスクであって、
   搭載対象のボールを振込むための振込孔と、既に搭載されたボールを逃がすための逃げ孔とを有し、
   逃げ孔は、既に搭載されたボールの各々に対し形成され、かつマスクに固定された部材で上部が閉塞されていることを特徴とする振込みマスク。
3. 前記逃げ孔は、その上部が閉塞されていることを特徴とする請求項１記載の振込みマスク。
4. 前記逃げ孔は、そのテーパ角度が、振込孔の側面形状が円錐状の場合には、振込孔のテーパ角度より大きいことを特徴とする請求項１又は３記載の振込みマスク。
5. 前記振込孔は、マスク下面側直径が、搭載対象のボール直径ｄ２に対し（１．１〜１．４）×ｄ２なる寸法であり、
   前記逃げ孔は、マスク下面側直径が、既に搭載されたボールの直径ｄ１に対し（１．５〜２）×ｄ１なる寸法であり、
   マスクは、被搭載体にセットした時、被搭載体の搭載対象ボールの搭載面からマスク上面までの距離ｔが、搭載対象のボール直径ｄ２に対し０．８≦ｔ／ｄ２≦１．２となる寸法であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の振込みマスク。

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