JP2010264743A - バンプ印刷装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は基板上に印刷される半田バンプの印刷性を向上させることができるバンプ印刷装置及びその制御方法に関する。
【解決手段】本発明によるバンプ印刷装置は、基板が取り付けられる印刷テーブルと、前記基板上に密着し、印刷後分離されながら前記基板上に半田バンプを印刷するマスクと、前記印刷テーブル内に備えられ、前記基板が前記印刷テーブル上に密着されるようにエアを吸引し、前記マスクが前記基板上から分離されるようにエアを噴射するエアノズル部と、を含む。
【選択図】図１ａ

Description

本発明はバンプ印刷装置及びその制御方法に関するもので、さらに詳細には基板上に印刷される半田バンプの印刷性を向上させることができるバンプ印刷装置及びその制御方法に関する。

一般的にフリップチップ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）、ワイヤボンディング（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式等が印刷回路基板（ＰＣＢ）やウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）等のような外部基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）にチップを連結する方式として使用される。

その中でも単位面積当たりのパッドの数を増加させることができるという長所があるため、フリップチップ方法が携帯用電子製品の製造に広く利用されている。

このようなフリップチップ方法は、チップと外部基板のボンディングを良好にするためにウェハに半田バンプを形成するもので、特に半田バンプの製作技術は伝導性が良好で、高さが均一で、微細ピッチ（Ｆｉｎｅ Ｐｉｔｃｈ）を有する半田バンプを形成する方法として発達してきた。

このようなフリップチップの半田バンプ形成技術は、バンピングされる物質によって半田バンプの特性及びその応用範囲が決定されるという特徴があるが、代表的な半田バンプ形成技術としては溶融半田にパッド電極を接続させる溶融半田方法、パッド電極上に半田ペースト（Ｓｏｌｄｅｒ Ｐａｓｔｅ）をスクリーン印刷した後リフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）するスクリーン印刷法、パッド電極上に半田ボール（Ｓｏｌｄｅｒ Ｂａｌｌ）を搭載しリフローする半田ボール法、パッド電極に半田をメッキするメッキ法等がある。

このうちスクリーン印刷法は半田バンプを形成するための工程が簡単で、製造費用が安く、所望の金属成分を有したバンプを形成することができるという点で半田バンプの形成方法として最も多く使用されている。

そして、スクリーン印刷後マスクと基板を分離する板分離（Ｓｎａｐ Ｏｆｆ）方式としては、マスクとＰＣＢの分離時、ＰＣＢが固定されマスクのみが上昇するマスクスナップオフ（Ｍａｓｋ Ｓｎａｐ Ｏｆｆ）方式と、マスクが固定されＰＣＢが取り付けられたテーブルが下降し分離されるテーブルスナップオフ（Ｔａｂｌｅ Ｓｎａｐ Ｏｆｆ）方式が一般的に使用される。

しかし、このような方式ではマスクとＰＣＢを強制分離する際に上記マスクが下方向に垂れる垂れ現象が発生し、部位別の板分離速度の差異を誘発することによって半田バンプの形状と半田ペーストの印刷量の偏差を発生させる。

従って、半田ペーストの広がり、ショート（ｓｈｏｒｔ）、バンプが形成されないミッシングバンプ（ｍｉｓｓｉｎｇ ｂｕｍｐ）のようなバンプ不良が発生し、バンプの印刷性が低下する問題を発生させ、これは印刷回路基板の信頼性を減少させる原因となる。

従って、本発明は上述した従来技術の問題点を解決するために案出されたもので、半田バンプの抜け性を改善しバンプの形状が維持させることによって半田バンプの印刷性を向上させるとともに、このようなバンプの不良発生を防止し、基板の信頼性を増加させることができるバンプ印刷装置及びその制御方法を提供することをその目的とする。

本発明の実施例によるバンプ印刷装置は、基板が取り付けられた印刷テーブルと、上記基板上に密着され、印刷後分離されながら上記基板上に半田バンプを印刷するマスクと、上記印刷テーブル内に備えられ、上記基板が上記印刷テーブル上に密着するようにエア（ａｉｒ）を吸引し、上記マスクが上記基板上から分離されるようにエアを噴射するエアノズル部と、を含むことができる。

また、上記エアノズル部は、エアを吸引する吸引ノズルと、エアを噴射する噴射ノズルを含み、上記吸引ノズルと噴射ノズルは夫々上記印刷テーブルの上部面に沿って複数備えられることができる。

また、上記噴射ノズルは、真空状態で密着した上記マスクと基板の間に空気圧を発生させ、上記マスクと上記基板が相互分離されるように上記マスクと基板の間にエアを噴射することができる。

また、上記噴射ノズルは、上記基板と分離される上記マスクが上記基板と水平状態を維持して分離されるようにエアを噴射することができる。

また、上記噴射ノズルは、エアが上記印刷テーブルの中心部から外側面方向または内側面方向に向かって噴射されるように傾いて備えられることができる。

また、上記基板は、上記エアノズル部から噴射されるエアが上記基板を通過して上記基板の上部側に移動するようにエアホール（ａｉｒ ｈｏｌｅ）を貫通形成し備えることができる。

また、上記エアノズル部を制御する制御部をさらに含むことができる。

一方、本発明の実施例によるバンプ印刷装置の制御方法は、エアホールが備えられた基板を吸引ノズルを通じて印刷テーブル上に真空吸着し固定させる段階と、上記基板上にマスクを密着させる段階と、上記マスクの上面にスキージを利用して半田ペーストを圧着移動させ、半田バンプを印刷する段階と、噴射ノズルを通じてエアを噴射し、上記マスクを上記基板と分離させる段階と、上記噴射ノズルを通じたエア噴射を中断し、上記吸引ノズルを通じたエア吸引を中断して上記基板を除去する段階と、を含むことができる。

また、上記基板を固定させる段階は、上記エアホールが上記印刷テーブルの噴射ノズル上に位置するように上記基板を整列する段階をさらに含むことができる。

また、上記マスクを密着させる段階は、上記噴射ノズルを通じてエアを吸引する段階をさらに含むことができる。

本発明によるバンプ印刷装置は、半田バンプの抜け性改善及び不良発生を効果的に防止し、印刷性及び歩留まりが向上することができ、従って基板の信頼性を増加させることが可能である。

また、従来のように板分離のための細かい管理が不要で、製造工程が容易である。従って生産性が向上するとともに、装置の構造が簡単で適用が容易であるという長所がある。

本発明の実施例によるバンプ印刷装置を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施例によるバンプ印刷装置を概略的に示す断面図である。 図１に図示したバンプ印刷装置において吸引ノズルと噴射ノズルを備えた印刷テーブルを示す平面図である。 図２に図示した印刷テーブルを示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図３に図示した印刷テーブルにおいて噴射ノズルの他の実施例を概略的に示す断面図及び平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図３に図示した印刷テーブルにおいて噴射ノズルのさらに他の実施例を概略的に示す断面図及び平面図である。 （ａ）は、図２に図示した印刷テーブル上に基板とマスクが取り付けられた状態を概略的に示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）においてｙ−ｙ軸に沿って切開した状態を示す拡大断面図である。 （ａ）から（ｅ）は、本発明の実施例によるバンプ印刷装置の制御方法を通じて行われる印刷工程を示す概略図である。

本発明によるバンプ印刷装置の実施例に関する具体的な事項を図面を参照し説明する。

図１ａ、図１ｂは、本発明の実施例によるバンプ印刷装置を概略的に示す斜視図及び断面図であり、図２は図１に図示したバンプ印刷装置において吸引ノズルと噴射ノズルを備えた印刷テーブルを示す平面図であり、図３は図２に図示した印刷テーブルを示す断面図である。

そして、図４（ａ）と図４（ｂ）は図３に図示した印刷テーブルにおいて噴射ノズルの他の実施例を概略的に示す断面図及び平面図であり、図５（ａ）と図５（ｂ）は図３に図示した印刷テーブルにおいて噴射ノズルのさらに他の実施例を概略的に示す断面図及び平面図であり、図６（ａ）は図２に図示した印刷テーブル上に基板とマスクが取り付けられた状態を概略的に示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）においてｙ−ｙ軸に沿って切開した状態を示す拡大断面図である。

図１から図６を参照すると、本発明の実施例によるバンプ印刷装置１は印刷テーブル１０、マスク２０、エアノズル部３０を含んで構成される。

上記印刷テーブル１０は、その上部面に取り付けられる基板ｂを固定させ、半田バンプ６０を印刷するためのスクリーンプリント工程を行う治具部材である。

上記印刷テーブル１０は図面のように基板ｂの形状に対応する四角形の形状を有するものが一般的であるが、必ずしもこれに限定するものではない。

そして、上記基板ｂには硬性及び軟性回路基板を含む樹脂材質の印刷回路基板、セラミック基板等一般的な基板がすべて使用されることができる。

この時、上記基板ｂには複数のエアホールｈが貫通形成され、上記エアノズル部３０から噴射されるエアが上記基板ｂを通過し上記基板ｂの上部側に移動することができるようにする。

上記エアホールｈは、上記印刷テーブル１０から噴射されるエアが上記基板ｂによる干渉を受けずに上記基板ｂ上に密着したマスク２０を分離させるためのもので、これに対する詳細な説明は後述する。

上記印刷テーブル１０上に取り付けられる上記基板ｂの上部面には特定パターンのパターンホール２１が形成され、治具２２により支持されるマスク２０が備えられる。

上記マスク２０は上記基板ｂ上に密着して固定され、スキージｓを利用して半田ペーストｐを圧着移動させながら、半田バンプ６０を印刷した後には再び上記基板ｂと分離されながら上記基板ｂ上に半田バンプ６０を形成する。

この時、上記マスク２０と基板ｂとの間には実質的に真空状態が形成され、スクリーン印刷工程時上記マスク２０と基板ｂとのずれが発生せず、設計位置に半田バンプ６０を精密に印刷できるようにする。

上記マスク２０は一般的なメタルマスクであることができるが、これに限定するものではなく、異なる材質のマスクで備えられることも可能である。

一方、エアノズル部３０は上記印刷テーブル１０内に備えられ、上記基板ｂが上記印刷テーブル１０上に密着するようにエアを吸引し、上記マスク２０が上記基板ｂ上から分離されるようにエアを噴射する。

図面のように、上記エアノズル部３０はエアを吸引する吸引ノズル３１と、エアを噴射する噴射ノズル３２で構成され、夫々上記印刷テーブル１０の上部面に沿って複数備えられる。

上記吸引ノズル３１は、一定の圧力でエアを吸引し、上記印刷テーブル１０の上面に取り付けられる上記基板ｂを真空吸着方式で固定させる。

そして、上記噴射ノズル３２は、上記マスク２０と上記基板ｂの間にエアを噴射し真空状態で密着した上記マスク２０と上記基板ｂの間に空気圧を発生させ上記マスク２０と上記基板ｂを相互分離させる。

特に、上記噴射ノズル３２は、上記基板ｂと分離される上記マスク２０が上記基板ｂと水平状態を維持して分離されるように、噴射されるエアの圧力を調節してエアを噴射する。

すなわち、半田バンプ６０の印刷が完了する時点で、上記基板ｂとマスク２０を相互分離させる際、従来のように上記マスク２０がたるんだ状態で強制的に分離されず、エアブローイング（ａｉｒ ｂｌｏｗｉｎｇ）による空気圧力で水平状態を維持して板分離が成されるようにすることによって半田バンプの抜け性を向上させることが可能である。

また、図４（ａ）と図４（ｂ）のように、上記噴射ノズル３２はエアが上記印刷テーブル１０の中心部から外側面方向に向かって放射型（ｒａｄｉａｌ）に噴射されるように所定の傾き（Θ）を有して傾いて備えられることができる。

この場合、図面のように、上記マスク２０の中心と一致する上記印刷テーブル１０の中心部に備えられる噴射ノズル３２は、上記印刷テーブル１０の上面と直交する垂直方向に備えられ、上記中心部から離れるにつれ上記印刷テーブル１０の外側面方向に向かって所定の傾き（Θ）で傾いて備えられ、放射型の構造を成すことが好ましい。

従って、通常中心部に向かってたるみが発生するマスク２０に対して、そのたるみの形状と対応する方向にエアを噴射することによって上記マスク２０の水平状態をより容易に維持することができる。

また、図５（ａ）と図５（ｂ）のように、上記噴射ノズル３２はエアが上記印刷テーブル１０の中心部に向かって円錐型（ｃｏｎｅ）に噴射されるように所定の傾き（Θ）を有して傾いて備えられることも可能である。

これは上記放射型と反対に上記中心部から離れるにつれ上記噴射ノズル３２が上記印刷テーブル１０の中心部方向に向かって傾いて備えられ、円錐型構造を成すものである。

この場合、上記マスク２０に対してそのたるみの形状と対向する方向にエアを噴射することによって、たるみの量が大きい部分にエア噴射が集中するようにし、上記マスク２０の水平状態をより容易に維持することができる。

上記噴射ノズル３２が上記印刷テーブル１０に対して垂直方向に備えられる場合のみでなく、所定の傾き（Θ）で傾いて備えられる場合にも、上記印刷テーブル１０の上面に露出される上記噴射ノズル３２の入口の位置は同一である。

そして、上記基板ｂに備えられる上記エアホールｈは、その位置が上記噴射ノズル３２の入口の位置と対応される。

従って、上記印刷テーブル１０上に上記基板ｂが取り付けられても、上記噴射ノズル３２と上記エアホールｈが重畳して相互連通する構造を成すため、上記噴射ノズル３２から噴射されるエアは上記基板ｂによりノズルの入口が塞がらずに上記エアホールｈを通過して上記基板ｂの上部側に移動することが可能である。

一方、上記噴射ノズル３２は、エアを噴射して上記マスク２０を分離させるだけでなく、上記吸引ノズル３１のようにエアを吸引することによって上記基板ｂ上に密着する上記マスク２０の密着力をより高めることも可能である。

すなわち、半田バンプ６０を印刷する過程においては、上記吸引ノズル３１のようにエアを吸引して上記マスク２０が基板ｂの上面により確実に密着するようにし、印刷後には反対にエアを噴射して上記マスク２０が基板ｂから分離されるようにする。

このように噴射ノズル３２を通じてエアを吸引し上記マスク２０を上記基板ｂ上に真空吸着させる場合、上記マスク２０と基板ｂの間に隙間が発生することを防止することができるという長所がある。

このような吸引ノズル３１と噴射ノズル３２は、相互連通せず個別にエアが流れるように案内する導管３３、３４と夫々連結され、上記導管３３、３４は夫々上記印刷テーブル１０の外部に備えられるエアポンプ４１、４２と連結される。

そして、上記エアポンプ４１、４２は相互独立して制御され、上記吸引ノズル３１を通じたエア吸引と、上記噴射ノズル３２を通じたエア吸引及び噴射が個別に進行されるようにする。

このようなエアポンプ４１、４２の駆動を通じたエアノズル部３０の制御は、別途に備えられる制御部５０を通じてより精密に制御されることができる。

一方、図７を参照し、本発明の実施例によるバンプ印刷装置の制御方法に対して詳細に説明する。

図７（ａ）から図７（ｅ）は、本発明の実施例によるバンプ印刷装置の制御方法を通じて行われる印刷工程を示す概略図である。

図７（ａ）のように、先ず複数の吸引ノズル３１と噴射ノズル３２を備える印刷テーブル１０の上面には、半田バンプ６０を印刷するための基板ｂが置かれる。

上記基板ｂには複数のエアホールｈが貫通形成されており、上記基板ｂが上記印刷テーブル１０上に取り付けられる場合、上記エアホールｈと噴射ノズル３２が相互重畳して連通されるように上記基板を整列して配置する。

そして、上記吸引ノズル３１と連結されたエアポンプ４１を作動させ、上記吸引ノズル３１を通じてエアを吸引し、上記基板ｂを上記印刷テーブル１０上に真空吸着して固定させる。

次に、図７（ｂ）のように、特定パターンのパターンホール２１が形成され、治具２２により支持されるマスク２０を上記基板ｂ上に密着させる。

この時、上記噴射ノズル３２と連結されるエアポンプ４２を作動させてエアを吸引することによって、上記基板ｂ上に密着する上記マスク２０が密着力をさらに高めることが可能である。

このように上記基板ｂとマスク２０が相互面接した状態から、図７（ｃ）のように上記マスク２０の上面にスキージｓを利用して半田ペーストｐを圧着移動させると、上記半田ペーストｐが上記マスク２０のパターンホール２１を埋めながら印刷を行うようになる。

印刷工程が完了した後には、図７（ｄ）のように上記噴射ノズル３２と連結されたエアポンプ４２を作動させ、上記噴射ノズル３２を通じてエアを噴射して上記マスク２０を上記基板ｂと分離させる。

ここで、上記噴射ノズル３２は、上記基板ｂのエアホールｈと連通するため、上記噴射ノズル３２から噴射されるエアは上記エアホールｈを通過し上記基板ｂの上面に移動することが可能である。

従って、上記基板ｂとマスク２０の間に流入されるエアを通じて、上記マスク２０が上記基板ｂと分離されるようにする空気圧を発生させる。

この時、上記吸引ノズル３１は持続的にエアを吸引し、上記基板ｂが上記印刷テーブル１０上に継続して固定されるようにする。

次に、図７（ｅ）のように、上記マスク２０が基板ｂと分離された後には、上記噴射ノズル３２を通じたエア噴射を中断し、上記吸引ノズル３１を通じたエア吸引を中断して上記基板ｂを上記印刷テーブル１０から除去する。

そして、上記印刷テーブル１０上には新たな基板ｂを配置し、連続的に印刷工程を行う。

上記吸引ノズル３１及び噴射ノズル３２と連結される夫々のエアポンプ４１、４２は、別途の制御部５０を通じて個別に制御されることができ、特に噴射ノズル３２から噴射されるエアの圧力を調節してマスク２０の水平状態を維持させる。

従って、従来のようにたるみが発生したマスク２０から板分離するための細かい管理が不要になる。

このように、エアブローイングによる空気圧力でマスク２０が水平状態を維持して基板ｂと分離されるようにすることによって、半田バンプ６０の抜け性を向上させることができる。

従って、半田バンプ６０の不良発生を効果的に防止して印刷性及び歩留まりが向上し、これは基板ｂの信頼性を増加させる効果をもたらすことができる。

１０ 印刷テーブル
２０ マスク
３０ エアノズル部
４１、４２ エアポンプ
５０ 制御部
６０ 半田バンプ

Claims (10)

1. 基板が取り付けられる印刷テーブルと、
   前記基板上に密着して前記基板上に半田バンプを印刷し、印刷後に分離されるマスクと、
   前記印刷テーブル内に備えられ、前記基板が前記印刷テーブル上に密着するようにエアを吸引し、前記マスクが前記基板上から分離されるようにエアを噴射するエアノズル部と、
   を含むバンプ印刷装置。
2. 前記エアノズル部は、
   エアを吸引する吸引ノズルと、エアを噴射する噴射ノズルとを含み、前記吸引ノズルと噴射ノズルは夫々前記印刷テーブルの上部面に沿って複数備えられることを特徴とする請求項１に記載のバンプ印刷装置。
3. 前記噴射ノズルは真空状態で密着した前記マスクと前記基板の間に空気圧を発生させ、前記マスクと前記基板が相互分離されるように前記マスクと前記基板の間にエアを噴射することを特徴とする請求項２に記載のバンプ印刷装置。
4. 前記噴射ノズルは、前記基板と分離される前記マスクが前記基板と水平状態を維持して分離されるようにエアを噴射することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のバンプ印刷装置。
5. 前記噴射ノズルは、エアが前記印刷テーブルの中心部から外側面方向または内側面方向に向かって噴射されるように傾いて備えられることを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載のバンプ印刷装置。
6. 前記基板は、前記エアノズル部から噴射されるエアが前記基板を通過して前記基板の上部側に移動するようにエアホールを貫通形成して備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のバンプ印刷装置。
7. 前記エアノズル部を制御する制御部をさらに含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のバンプ印刷装置。
8. エアホールが備えられた基板を吸引ノズルを通じて印刷テーブル上に真空吸着し固定させる段階と、
   前記基板上にマスクを密着させる段階と、
   前記マスクの上面にスキージを利用し、半田ペーストを圧着移動させ、半田バンプを印刷する段階と、
   噴射ノズルを通じてエアを噴射し、前記マスクを前記基板と分離させる段階と、
   前記噴射ノズルを通じたエア噴射を中断し、前記吸引ノズルを通じたエア吸引を中断して前記基板を除去する段階と、
   を含むバンプ印刷装置の制御方法。
9. 前記基板を固定させる段階は、前記エアホールが前記印刷テーブルの噴射ノズル上に位置するように前記基板を整列する段階をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のバンプ印刷装置の制御方法。
10. 前記マスクを密着させる段階は、前記噴射ノズルを通じてエアを吸引する段階をさらに含むことを特徴とする請求項８または９に記載のバンプ印刷装置の制御方法。

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