JP2012023373A - 半導体パッケージ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スキージ方式を二重に行うことにより、互いに異なる形態のバンプを同時に形成することができる半導体パッケージ基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体パッケージ基板の製造方法は、スクリーン印刷用マスク１０４の下部に回路基板１０５を位置させる段階と、マスク１０４上に、互いに異なる硬度を有する第１スキージ１０１と第２スキージ１０２からなる一対のスキージを配置する段階と、第１スキージ１０１をマスク１０４の一側から他側へスライドさせて回路基板１０５にバンプを１次印刷する段階と、第２スキージ１０２をマスク１０４の他側から一側へスライドさせて回路基板１０５にバンプを２次印刷する段階とを含んでなる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、半導体パッケージ基板の製造方法に関する。

電子産業の発達に伴い、電子部品の高機能化および小型化の要求が急増している。このような趨勢により、ＩＣおよび基板のバンプピッチの極微細化および製品の多様化が進んでいる。

このため、基板のバンプ形成のための多くの工程が現在開発および量産中にあり、最も多く採用するバンプ形成法としてはメタルマスクを用いた半田ペーストの印刷法である。

ところが、前記メタルマスク印刷法は、微細ピッチバンプではバンプの高さや形状などの品質レベルについていくことが難しい傾向があって、これを解決するための多くの研究および特許が出てきている状態である。

従来では、開放型スキージモジュール、カバー型スキージモジュールおよび密閉型スキージモジュールなどが知られている。

以下、図１〜図５を参照して、従来の技術の一実施例に係るスキージ印刷法を用いて半導体パッケージ基板のバンプを形成する方法について説明する。

まず、図１を参照すると、回路基板１４を真空プレート１５に搭載してメタルマスク1３の下部に位置させる。前記メタルマスク１３の上面にバンプ用半田ペースト１２を供給し、前記メタルマスク１３の一側上にはウレタン素材からなる一対のスキージ１１を備える。

次に、図２を参照すると、前記メタルマスク１３の一側から他側へスキージ１１をスライドさせながら、半田ペースト１２をローリング（ｒｏｌｌｉｎｇ）させる。この際、回転力によってメタルマスク１３のパターン内に半田ペースト１２を充填して回路基板１４にバンプを１次印刷する。

その後、図３および図４を参照すると、一対のスキージ１１を交互にそれぞれ上下駆動してスキージ１１のスライド方向を変換させるための準備を行う。

その次、図５を参照すると、前記メタルマスク１３の他側から一側へスキージ１１をスライドさせながら半田ペースト１２をローリングさせて回路基板１４にバンプを２次印刷する。

一方、従来の技術によれば、一対のスキージとして同一素材のスキージを用いるため、ＰＯＰ（Ｐａｃｋａｇｅ ｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ）などの大きいパターンを持っている仕様では、充填がまともに行われないか、あるいは充填が行われても一定の体積（ｖｏｌｕｍｅ）を持たなくなる。よって、フリップチップボンディング用バンプを別途印刷し、ＰＯＰ用半田バンプを別途の半田ボール付着（ｓｏｌｄｅｒ ｂａｌｌ ａｔｔａｃｈ）工程によって形成することにより、高費用の設備投資が要求され、多数回の別個の工程を経なければならないという問題点がある。

本発明は、従来の技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、スキージ方式を二重に行うことにより、互いに異なる形態のバンプを同時に形成することができる半導体パッケージ基板の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、設備投資および工程数を減らすことができる半導体パッケージ基板の製造方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、フリップチップボンディング用バンプとＰＯＰ用半田バンプを共に形成することができる半導体パッケージ基板の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な一実施形態によれば、スクリーン印刷用マスクの下部に回路基板を位置させる段階と、前記マスク上に、互いに異なる硬度を有する第１スキージと第２スキージからなる一対のスキージを配置する段階と、前記第１スキージを前記マスクの一側から他側へスライドさせて前記回路基板にバンプを１次印刷する段階と、前記第２スキージを前記マスクの他側から一側へスライドさせて前記回路基板にバンプを２次印刷する段階とを含んでなる半導体パッケージ基板の製造方法を提供する。

前記製造方法において、好ましくは、前記第１スキージが前記第２スキージよりソフトな素材からなり、さらに好ましくは、前記第１スキージがウレタンを含み、前記第２スキージがメタルを含んでもよい。

前記マスクは、感光性物質からなることが好ましい。

好ましくは、前記１次印刷の際に、前記一対のスキージを前記マスクの一側から他側へ移動させるが、前記第２スキージを昇降した状態で移動させ、前記２次印刷の際には、前記一対のスキージを前記マスクの他側から一側へ移動させるが、前記第１スキージを昇降した状態で移動させてもよい。

選択的に、前記２次印刷段階の後、前記１次印刷および２次印刷段階を少なくとも１回繰り返し行う段階をさらに含んでもよい。

前記一対のスキージを配置する段階の前または後に、前記マスク上にバンプ用半田ペーストを供給する段階をさらに含んでもよい。

一方、前記バンプは、フリップチップボンディング用バンプおよびＰＯＰ（Ｐａｃｋａｇｅ ｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ）用半田バンプを含んでもよい。

本発明によれば、互いに異なる硬度を有する一対のスキージを使用することにより、多様な形態のバンプを一つの工程で同時に印刷することができる。

また、本発明によれば、既存の半田ボール付着工程などの別途の工程を省略することができるため、設備投資および工程数を減らすことができる。

更に、本発明によれば、フリップチップボンディング用バンプおよびＰＯＰ用半田バンプの印刷を同一の工程で完成することができる。

従来の技術の一実施例に係る半導体パッケージ基板の製造方法を説明するために概略的に示す工程流れ図（１）である。 従来の技術の一実施例に係る半導体パッケージ基板の製造方法を説明するために概略的に示す工程流れ図（２）である。 従来の技術の一実施例に係る半導体パッケージ基板の製造方法を説明するために概略的に示す工程流れ図（３）である。 従来の技術の一実施例に係る半導体パッケージ基板の製造方法を説明するために概略的に示す工程流れ図（４）である。 従来の技術の一実施例に係る半導体パッケージ基板の製造方法を説明するために概略的に示す工程流れ図（５）である。 本発明の好適な一実施形態に係る半導体パッケージ基板の製造方法を説明するために概略的に示す工程流れ図（１）である。 本発明の好適な一実施形態に係る半導体パッケージ基板の製造方法を説明するために概略的に示す工程流れ図（２）である。 本発明の好適な一実施形態に係る半導体パッケージ基板の製造方法を説明するために概略的に示す工程流れ図（３）である。 本発明の好適な一実施形態に係る半導体パッケージ基板の製造方法を説明するために概略的に示す工程流れ図（４）である。 本発明の好適な一実施形態に係る半導体パッケージ基板の製造方法を説明するために概略的に示す工程流れ図（５）である。 本発明の比較例１によって形成されたＰＯＰ用半田バンプの印刷状態を示す写真である。 本発明の実施例１によって形成されたＰＯＰ用半田バンプの印刷状態を示す写真である。

本発明の目的、特定の利点および新規の特徴は、添付図面に連関する以下の詳細な説明と好適な実施例からさらに明白になるであろう。

これに先立ち、本明細書および特許請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的で辞典的な意味で解釈されてはならず、発明者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。

本発明において、各図面の構成要素に参照番号を付加するにおいて、同一の構成要素については、他の図面上に表示されても、出来る限り同一の番号を付することに留意すべきであろう。なお、本発明を説明するにおいて、関連した公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を無駄に乱すおそれがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

本明細書において、「第１」、「第２」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために使用されるもので、構成要素を限定するものではない。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。

図６〜図１０は、本発明の好適な一実施形態に係る半導体パッケージ基板の製造方法を説明するために概略的に示す工程流れ図である。

まず、図６を参照すると、印刷テーブル１０６に回路基板１０５を真空吸着方式によって搭載し、スクリーン印刷用マスク１０４の下部に位置させた後、前記マスク１０４の上面にバンプ用半田ペースト１０３を供給し、互いに異なる硬度を有する第１スキージ１０１と第２スキージ１０２からなる一対のスキージを、それぞれ第１印刷開始点であるマスク１０４上の一側に配置する。前記半田ペースト１０３の供給およびスキージの配置は互いに異なる順序で実現できる。

前記回路基板１０５には、フリップチップボンディング用パッドおよびＰＯＰ用半田パッドなどの接続パッドを有するプリント基板および半導体基板が含まれ得る。これにより、本発明に係る方法によって、上述した各接続パッドにフリップチップボンディング用バンプおよびＰＯＰ用半田バンプを一つの工程内で形成することができる。

前記マスク１０４は、好ましくは感光性物質からなってもよい。

例えば、前記マスクは、前記感光性物質として、既存の回路形成工程で用いられるドライフィルムを使用し、半田ペーストが充填されるべき開口部を通常のフォトリソグラフィー回路形成工程によってオープンさせて使用することができる。この際、前記ドライフィルムは、後続の高温のリフロー工程に耐えられるように高耐熱性素材を使用することが好ましい。

上述したように感光性物質からなるマスクを用いる場合、微細ピッチバンプで要求されるバンプの高さと形状などの品質レベルに対応できるという利点がある。

前記一対のスキージは、マスク１０４の開口部に半田ペースト１０３を押し込んで回路基板１０５にバンプを印刷する役割を行うためのものであって、スキージホルダーに脱着可能に取り付けられ、それぞれのスキージ駆動部によって昇／下降、左／右方向に移動できる。

前記一対のスキージにおいて、好ましくは、前記第１スキージ１０１が前記第２スキージ１０２よりソフトな素材からなり、さらに好ましくは、前記第１スキージ１０１が主成分としてウレタンを含み、前記第２スキージ１０２が主成分としてメタルを含むことにより、前記第１スキージ１０１が前記第２スキージ１０２よりソフトな素材からなってもよい。

前述したように第１スキージ１０１と第２スキージ１０２とを互いに異なる硬度の素材で構成することにより、様々な形態のバンプを一つの工程で同時に印刷することができる。

一方、前記印刷テーブル１０６、回路基板１０５およびマスク１０４は、当業界における公知の技術によって整列させる工程がさらに行われてもよい。

一例として、整列のために印刷テーブル１０６、回路基板１０５およびマスク１０４には整列マーク（ａｌｉｇｎ ｍａｒｋ）が形成され、整列用カメラ（例えば、ＣＣＤカメラ）で整列マークの一致／不一致を判定することができる。印刷テーブル１０６と回路基板１０５の整列は整列部で搭載と同時に行われてもよい。

ここで、整列の精度を高めるために、整列マークは多数形成できる。例えば、整列用カメラを用いて少なくとも整列マークの２箇所を認識して整列精度を向上させることができる。また、整列マークは、回路基板１０５のダミー領域とマスク１０４の縁部に整列孔（ａｌｉｇｎ ｈｏｌｅ）の形で形成できる。

次に、図７を参照すると、前記一対のスキージを前記マスク１０４の一側から他側へ、例えば右の矢印方向に移動させるが、前記一対のスキージのうち第１スキージ１０１をマスク１０４上の第１印刷開始点に下降させてスライドさせる。この過程で半田ペースト１０３が前記第１スキージ１０１によってローリングされて前記マスク１０４の開口部に充填されることにより、前記回路基板１０５上にバンプが１次印刷される。

前記１次印刷の際に前記第１スキージ１０１がスライドされる間に、前記第２スキージ１０２は昇降したままで同時に移動することが好ましい。

次に、図８を参照すると、前記第１スキージ１０１をマスク１０４の他側（第１印刷終了点）までスライドさせた後、第１スキージ１０１を上昇させる。これと同時に、図９に示すように、第２スキージ１０２をマスク１０４の他側（第２印刷開始点）に下降させる。

この際、２次印刷方向（例えば、左の矢印方向）に適するようにスキージの角度を調節し、必要に応じて、第１スキージ１０１によって移動した残存ペースト量が多い場合にこれを用い、そうでない場合、第２スキージ１０２を下降させる前または後にマスク１０４に半田ペースト１０３をさらに塗布してもよい。

次に、図１０を参照すると、前記一対のスキージを前記マスク１０４の他側から一側へ、例えば左の矢印方向に移動させるが、前記一対のスキージのうち第２スキージ１０２をマスク１０４上の第２印刷開始点からスライドさせる。この過程で半田ペースト１０３が第２スキージ１０２によってローリングされて前記マスク１０４の開口部に充填されることにより、前記回路基板１０５上にバンプが２次印刷される。

前記２次印刷の際に前記第２スキージ１０２がスライドされる間、前記第１スキージ１０１は昇降したままで同時に移動することが好ましい。

一方、必要に応じて選択的に、前記２次印刷の後、上述した１次印刷および２次印刷過程を少なくとも１回繰返し行うことができる。

最後に、第２スキージ１０２がマスクの一側（第２印刷終了点）に到達すると、第２スキージ１０２を昇降させた後、必要に応じてマスク１０４を除去し、或いは印刷テーブル１０６を下降させるなどの作業を介してマスク１０４またはバンプを分離させることにより、バンプ印刷過程を完了することができる。

また、実際適用される部材の種類および製品に応じて、マスク１０４と印刷されたバンプの分離の前または後にリフローなどの当業界における公知の追加工程がさらに行われ得るのは勿論のことである。

本発明によれば、上述した互いに異なる硬度を有する一対のスキージ、好ましくはソフトな素材の第１スキージ、例えばウレタンスキージとハードな素材の第２スキージ、例えばメタルスキージからなる二重スキージモジュール（ｄｕａｌ ｓｑｕｅｅｇｅｅ ｍｏｄｕｌｅ）を用いて２次にわたってバンプを印刷することにより、フリップチップボンディング用バンプおよびＰＯＰ用半田バンプを含む様々な形態のバンプを同一の工程内で同時に形成することができる。

以下、下記実施例及び比較例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は、本発明の範疇を限定するものではない。

（比較例１）
フリップチップボンディング用パッドとＰＯＰ用半田パッドを備えた回路基板を準備する。

次に、図１に示すように、前記回路基板１４を真空プレート１５に搭載してメタルマスク１３の下部に位置させた。前記メタルマスク１３の上面にバンプ用半田ペースト１２を供給し、前記メタルマスク１３の一側上にはウレタン素材からなる一対のスキージ１１を配置した。

その後、図２に示すように、前記メタルマスク１３の一側から他側へスキージ１１をスライドさせながら半田ペースト１２をローリングさせ、メタルマスク１３のパターン内に半田ペースト１２を充填することにより、回路基板１４にバンプを１次印刷した。

次いで、図３および図４に示すように、一対のスキージ１１を交互にそれぞれ上下駆動してスキージ１１のスライド方向を変換させるための準備を行い、図５に示すように、前記メタルマスク１３の他側から一側へスキージ１１をスライドさせながら半田ペースト１２をローリングさせて回路基板１４にバンプを２次印刷した。

こうして得られたプリント基板のＰＯＰ用半田パッド上に印刷されたバンプの形状を、図１１に示した。

（実施例１）
フリップチップボンディング用パッドとＰＯＰ用半田パッドを備えた回路基板を準備する。

次に、図６に示すように、印刷テーブル１０６に回路基板１０５を真空吸着方式によって搭載し、スクリーン印刷用マスク１０４の下部に位置させた後、前記マスク１０４の上面にバンプ用半田ペースト１０３を供給し、ウレタンスキージ１０１とメタルスキージ１０２からなる一対のスキージを、それぞれ第１印刷開始点であるマスク１０４上の一側に配置した。

その後、図７に示すように、前記一対のスキージを右の矢印方向に移動させるが、ウレタンスキージ１０１をマスク１０４上の第１印刷開始点に下降させ、スライドさせて回路基板１０５上にバンプを１次印刷した。

次いで、図８に示すように、前記ウレタンスキージ１０１を第１印刷終了点までスライドさせた後、ウレタンスキージ１０１を上昇させ、これと同時に、図９に示すように、メタルスキージ１０２を第２印刷開始点に下降させた。

その後、図１０に示すように、前記一対のスキージを左の矢印方向に移動させるが、金属スキージ１０２をマスク１０４上の第２印刷開始点からスライドさせて回路基板１０５にバンプを２次印刷した。

こうして得られたプリント基板のＰＯＰ用半田パッド上に印刷されたバンプの形状を、図１２に示した。

図１１を参照すると、比較例１によってウレタンスキージで両方向バンプ印刷を行った後、ＰＯＰパッドに半田ペーストがまともに充填されていない。反面、図１２を参照すると、本発明の実施例１によってウレタンスキージとメタルスキージからなる二重スキージモジュールを用いた場合、一定の体積の半田ペーストが良好に印刷および充填されることにより、別途の半田ボール付着工程を行わなくても通常のバンプ形成工程でＰＯＰ用半田バンプを共に形成することができた。

以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは、本発明を具体的に説明するためのものに過ぎず、本発明による半導体パッケージ基板の製造方法は、これに限定されないのは言うまでもない。本発明の技術的思想内で、当該分野における通常の知識を有する者によって多様な変形及び改良が可能であることは明白であろう。本発明の単純な変形ないし変更は、いずれも本発明の範疇内に属するもので、本発明の具体的な保護範囲は、特許請求の範囲によって明らかになるであろう。

本発明は、互いに異なる形態のバンプを同時に形成することができ、設備投資および工程数を減らすことができるとともに、フリップチップボンディング用バンプとＰＯＰ用半田バンプを共に形成することができる半導体パッケージ基板の製造方法に適用可能である。

１１ スキージ
１２ 半田ペースト
１３ メタルマスク
１４ 回路基板
１５ 真空プレート
１０１ 第１スキージ
１０２ 第２スキージ
１０３ 半田ペースト
１０４ スクリーン印刷用マスク（マスク）
１０５ 回路基板
１０６ 印刷テーブル

Claims (9)

1. スクリーン印刷用マスクの下部に回路基板を位置させる段階と、
   前記マスク上に、互いに異なる硬度を有する第１スキージと第２スキージからなる一対のスキージを配置する段階と、
   前記第１スキージを前記マスクの一側から他側へスライドさせて前記回路基板にバンプを１次印刷する段階と、
   前記第２スキージを前記マスクの他側から一側へスライドさせて前記回路基板にバンプを２次印刷する段階とを含んでなることを特徴とする半導体パッケージ基板の製造方法。
2. 前記第１スキージは前記第２スキージよりソフトな素材からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ基板の製造方法。
3. 前記第１スキージは前記第２スキージよりソフトな素材からなり、
   前記第１スキージはウレタンを含み、前記第２スキージはメタルを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ基板の製造方法。
4. 前記マスクは感光性物質からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ基板の製造方法。
5. 前記１次印刷の際に、前記一対のスキージを前記マスクの一側から他側へ移動させるが、前記第２スキージを昇降した状態で移動させることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ基板の製造方法。
6. 前記２次印刷の際に、前記一対のスキージを前記マスクの他側から一側へ移動させるが、前記第１スキージを昇降した状態で移動させることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ基板の製造方法。
7. 前記２次印刷段階の後、前記１次印刷および２次印刷段階を少なくとも１回繰り返し行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ基板の製造方法。
8. 前記一対のスキージを配置する段階の前または後に、前記マスク上にバンプ用半田ペーストを供給する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ基板の製造方法。
9. 前記バンプは、フリップチップボンディング用バンプおよびＰＯＰ（Ｐａｃｋａｇｅ ｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ）用半田バンプを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ基板の製造方法。