JP2016032838A - ソルダペースト - Google Patents

Abstract

【課題】微小開口に充填可能なソルダペーストを提供する。【解決手段】開口部が形成されたマスク部材を介して基板に印刷されるソルダペーストであって、減圧下でマスク部材の開口部に供給され、大気圧で開口部内に充填される粘性を持つソルダペーストである。ソルダペーストは、粘度を50〜150Pa・s、チキソ比を0.3〜0.5とすることが好ましい。また、ソルダペーストは、減圧下での揮散が抑えられる沸点を持つ溶剤を含むフラックスと、はんだ粉末が混合されて生成される。フラックスは、沸点が240℃以上の溶剤が用いられ、溶剤はオクタンジオールであることが好ましい。【選択図】無

Description

本発明は、はんだ粉末とフラックスが混合されて生成されたソルダペーストに関し、特に、微小開口に充填可能されてはんだバンプを形成可能なソルダペーストに関する。

電子基板を組み立てるために使用されるＳＭＴ工程の第一段階は、はんだ粉末とフラックスを混合して作成されるソルダペーストを基板上に適量供給することに始まる。ソルダペーストを基板上に供給する方法の中でスクリーン印刷といわれる工法がある。

図１０は、従来におけるスクリーン印刷法の一例を示す動作説明図である。スクリーン印刷では、図１０（ａ）に示すように、基板１０１の電極１０２に合わせて開口部１０３が形成された鋼板で構成されるスクリーン１０４と、基板１０１を、図１０（ｂ）に示すように密着させる。

図１０（ｃ）に示すように、スクリーン１０４上にソルダペーストＳを乗せた状態で、図１０（ｄ）に示すように、スキージ１０５をスクリーン１０４に密着させながら矢印Ｆ方向に滑らせることで、ソルダペーストＳを開口部１０３に充填し、次に、スキージ１０５によって余分なソルダペーストＳを掻き取ることで、図１０（ｅ）に示すように、スクリーン１０４の開口部１０３のみにソルダペーストＳが充填される。

その後、図１０（ｆ）に示すように、スクリーン１０４と基板１０１を離脱させることで、スクリーン１０４の開口部１０３に充填されたソルダペーストＳが基板１０１側に転写される。

スクリーン印刷は、同じ機種の基板を連続的に生産する時に、最も安価で、正確にソルダペーストを供給できる方法として一般化しており、また、基板の小型化及び電極の狭ピッチ化に伴ってより極小極狭化したはんだ付け部にソルダペーストを供給できる方法としてその地位を維持している。

ところで、ＳＭＴ工程は、第一段階でソルダペーストの供給が行われるが、その後、部品搭載、次に加熱によるはんだ付けという工程をたどる。ソルダペーストの供給において不具合が発生すると、その後の工程である部品搭載、加熱によるはんだ付けがいくら最良条件であったとしても、供給の不具合をカバーできるものではない。

従って、ソルダペーストの供給はＳＭＴ工程の中で、最も重要な工程とされている。印刷時の不具合対策には、ソルダペーストの粘性及びはんだ粉末粒径の最適化や、印刷条件の最適化等が過去に検討され、一応の印刷工法が確立されつつある。

他方、電子デバイスの組み立てにおいて、特にデバイスにはんだバンプを形成させる方法としてフィルム法と称される印刷方法がある。図１１は、従来におけるフィルム法の一例を示す動作説明図である。

フィルム法では、図１１（ａ）に示すように、基板１０１上にフィルム１０６を貼り付け、図１１（ｂ）に示すように、ソルダペーストを供給したい場所をエッチングで除去してフィルム１０６に開口部１０７を形成する。

図１１（ｃ）に示すように、フィルム１０６上にソルダペーストＳを乗せた状態で、図１１（ｄ）に示すように、スキージ１０５をフィルム１０６に密着させながら滑らせることで、ソルダペーストＳを開口部１０７に充填し、次に、スキージ１０５によって余分なソルダペーストＳを掻き取ることで、フィルム１０６の開口部１０７のみにソルダペーストＳが充填される。

次に、フィルム１０６が貼着された状態で、基板１０１をリフロー炉に投入し、図１１（ｅ）に示すようにはんだバンプ１０８を形成し、その後、図１１（ｆ）に示すように、フィルム１０６を剥離剤で基板１０１から剥離させる。

上述したスクリーン印刷法では、電極の狭ピッチ化が進み、スクリーンに形成される開口部が微小になると、スクリーンを基板から離すとき、ソルダペーストがスクリーンの開口部に残り、基板から離れてしまい、十分なはんだ量が充填されないことがある。これに対し、フィルム法では、ソルダペーストを溶融してはんだバンプを形成した後、フィルムを剥離することで、はんだバンプが基板の電極側に形成されるため、はんだ量が一定になる。

一方、スクリーン印刷法の分野では、ペースト状またはインク状の塗布物を、大気圧下でスキージにより被印刷物に印刷した後、被印刷物を所定の高真空下に置くことで気泡を発生させ、発生した気泡をスキージで掻き取ると共に、被印刷物を大気圧下に戻し気泡を更に破壊するようにして、塗布物中の気泡を除去できるようにした技術が提案されている（例えは、特許文献１参照）。

特許第４１９８９７２号公報

しかし、スクリーン印刷法及びフィルム法共に、開口部の微小化が進むと、ソルダペーストが開口部に進入する時に完全に開口部内をソルダペーストで充填できず、適量の印刷量が得られない場合がある。

図１２は、従来の問題点を示す説明図である。図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）では、スクリーン印刷法を例に説明する。図１２（ａ）に示すように、スクリーン１０４に形成された開口部１０３の開口巾Ｌ１と、スクリーン１０４の厚さＬ２の割合をアスペクト比（L2/L1）という。アスペクト比が0.5を越えると、スキージによる押圧力では、開口部の全体をソルダペーストで埋めることができなくなる。

開口部にソルダペーストが充填されるには、開口部内の空気がソルダペーストと入れ替わる必要がある。開口部が極小になってアスペクト比が大きくなると、ソルダペーストが開口部に進入する際に空気の逃げ道がなくなるために、図１２（ｂ）に示すように、開口部１０３の底付近に空気層１１０が形成され、ソルダペーストＳが開口部１０３の底の電極１０２に接触しない状態となることがある。

このため、開口部が極小になってアスペクト比が大きくなると、スクリーン印刷法では、図１２（ｃ）に示すように、スクリーン１０４を基板１０１から離脱させると、印刷量が少なくなる等、印刷の状態が不安定になる。また、フィルム法では、形成されるはんだバンプの高さが不安定になる。更に、印刷時にソルダペーストが開口部の底の電極に接触しない状態となることで、加熱時にフィルムの開口部に溶解したはんだが詰まり、基板にはんだバンプが形成されない所謂ミッシングバンプが発生する。

また、ソルダペーストが印刷された基板を真空下に置き、気泡を除去しようとしても、開口部の微小化が進むと、スキージによる押圧力では、気泡除去後の開口部の全体をソルダペーストで埋めることができない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、微小開口に充填可能なソルダペーストを提供することを目的とする。

本発明者らは、所定の減圧状態で基板にソルダペーストの印刷を行って、スクリーンあるいはフィルムの開口部にソルダペーストを供給した後、基板を大気圧下に置くことで、開口部内に空間がある場合にこの空間を負圧にして、大気圧でソルダペーストを開口部に充填できることを見出した。

一方、ソルダペーストが印刷される基板が置かれる環境を減圧下と大気圧下に切り替えての印刷でも、従来のソルダペーストでは、微小化が進む開口部には充填できない場合がある。

そこで、本発明者らは、ソルダペーストの粘性により、ソルダペーストが印刷される基板が置かれる環境を減圧下と大気圧下に切り替えての印刷で、微小開口にソルダペーストが充填可能であることを見出した。更に、ソルダペーストを構成するフラックス中の溶剤の減圧下での揮散を抑えることで、ソルダペーストの粘性の変化を抑えることを見出した。

本発明は、減圧下での揮散が抑えられ、かつ、当該ソルダペーストの加熱によるはんだ付け後のフラックス残渣に残留する沸点を持つ溶剤をフラックスに含み、減圧下でマスク部材の開口部に供給され、大気圧を利用して開口部内に充填される粘性となるように、粘度を５０〜１５０Ｐａ・s、チキソ比を０．３〜０．５としたソルダペーストである。

ソルダペーストは、フラックスとはんだ粉末が混合されて生成される。フラックスは、沸点が240℃以上の溶剤が用いられ、溶剤はオクタンジオールであることが好ましい。

本発明では、開口部が形成されたマスク部材にソルダペーストが供給され、所定の減圧下で基板にソルダペーストの印刷が行われる。減圧下での印刷の後、基板の置かれる環境を大気圧とすることで、ソルダペーストが大気圧で開口部に充填される。減圧下での印刷では、マスク部材上に所定の厚さでソルダペーストの被膜を形成することで、基板の置かれる環境を大気圧とすることにより、マスク部材上のソルダペーストの被膜を利用して、ソルダペーストが大気圧で開口部に充填される。

フィルム法では、マスク部材上の余剰分のソルダペーストを掻き取り、基板を加熱してソルダペーストを溶融させてはんだバンプを形成した後、マスク部材を基板から剥離する。スクリーン印刷法では、マスク部材上の余剰分のソルダペーストを掻き取り、マスク部材を基板から離脱させた後、電子部品等が搭載され、基板を加熱することではんだ付けが行われる。

本発明のソルダペーストは、押圧部材による押圧のみならず、大気圧で微小開口に充填可能な粘性を持つことで、所定の減圧状態で基板にソルダペーストの印刷を行って、マスク部材の開口部にソルダペーストを供給した後、基板を大気圧下に置くことで、開口部内に空間がある場合でも、大気圧でソルダペーストを開口部に充填することができる。

これにより、フィルム法においては、はんだバンプの高さのばらつきを抑制することができると共に、はんだバンプが形成されないミッシングバンプを抑制することができる。

また、スクリーン印刷法においては、微小開口であっても確実に印刷量を確保することができる。

本実施の形態のはんだ印刷機の一例を示す構成図である。 本実施の形態のはんだ印刷機の制御機能の一例を示す機能ブロック図である。 本実施の形態におけるソルダペーストの印刷方法の一例を示す動作説明図である。 真空状態での放置時間と減量の関係を示すグラフである。 ソルダペーストの粘性とはんだバンプの高さの関係を示すグラフである。 ソルダペーストの粘性とはんだバンプの高さの関係を示すグラフである。 実施例としてのはんだバンプの形成状態を示す顕微鏡写真である。 実施例としてのはんだバンプの形成状態を示す顕微鏡写真である。 比較例としてのはんだバンプが形成されなかった状態を示す顕微鏡写真である。 従来におけるスクリーン印刷法の一例を示す動作説明図である。 従来におけるフィルム法の一例を示す動作説明図である。 従来の問題点を示す説明図である。

＜本実施の形態のソルダペーストの組成例＞
本実施の形態のソルダペーストは、マスク部材としてスクリーンを使用したスクリーン法、あるいは、マスク部材としてフィルムを使用したフィルム法で基板に印刷される。本実施の形態のソルダペーストは、スクリーン法またはフィルム法での印刷が、所定の減圧状態、本例では真空状態で行われる。

本実施のソルダペーストは、真空状態での揮散が抑えられる成分の溶剤を含むフラックスが、はんだ粉末と混合されて生成される。また、本実施のソルダペーストは、真空状態での印刷では、スキージによる押圧力でスクリーンまたはフィルムの開口部に押し込まれ、かつ、真空状態から大気圧に開放されると、大気圧で開口部に押し込まれる粘性を持つ。

物質の揮散の度合いはその物質の蒸気圧に依存する。ある物質のある温度における蒸気圧は一意に決まり、蒸気圧が外圧と等しくなる温度である沸点で物質の揮散が最大となる。一般的に、真空状態での物質の揮散は、沸点が高い物質の方が沸点が低い物質より抑えられる傾向がある。

そこで、本実施の形態のソルダペーストでは、沸点が所定温度以上の溶剤を含むフラックスを用いる。本例では、沸点が240℃以上の溶剤を用いることが好ましく、例えば、沸点が243.2℃のオクタンジオールを用いる。

また、ソルダペーストの粘性においては、スキージによる押圧力と大気圧でスクリーンまたはフィルムの開口部にソルダペーストを充填できるようにし、特に、微小開口であってもソルダペーストを充填できるようにするため、粘度を低くすることが好ましい。更に、変位に対する応力が少ない低いチキソ比であることが好ましい。本例では、ソルダペーストの粘度を50〜150Pa・s、チキソ比を0.3〜0.5とすることが好ましい。

＜本実施の形態のはんだ印刷機の構成例＞
図１は、本実施の形態のはんだ印刷機の一例を示す構成図で、マスク部材としてフィルムを使用したフィルム法に適用した場合を示すものである。本実施の形態のはんだ印刷機１Ａは、基板１１にソルダペーストＳの印刷を行う印刷機構２と、印刷機構２でソルダペーストＳが印刷される基板１１を支持する基板支持機構３と、印刷機構２及び基板支持機構３が収容される印刷室４を備える。

はんだ印刷機１Ａでは、基板１１の所定の位置にソルダペーストＳを印刷するため、基板１１に貼着されるフィルム状のフィルム１２が用いられる。フィルム１２は感光性を有し、所定の波長域の光、本例では紫外線（ＵＶ）の照射で硬化する性質を持つ。基板１１は、ソルダペーストＳが印刷される面にフィルム１２が貼着され、ソルダペーストＳを印刷する電極部の位置以外に紫外線が照射される。

基板１１では、紫外線が照射された部位のフィルム１２が硬化して、ソルダペーストＳを印刷しない位置がフィルム１２で被覆される。また、基板１１では、紫外線が照射されない部位のフィルム１２が薬剤等で除去されることで、ソルダペーストＳが印刷される電極等の位置に合わせて、所定の大きさの開口部１３が形成される。

印刷機構２は、フィルム１２が貼着された基板１１に沿った所定の印刷方向に移動して、ソルダペーストＳの充填と掻き取りを行う第１のスキージ２０ａ及び第２のスキージ２０ｂを備える。また、印刷機構２は、第１のスキージ２０ａ及び第２のスキージ２０ｂが設けられたスキージ部２１と、第１のスキージ２０ａ及び第２のスキージ２０ｂを所定の印刷方向に移動させるスキージ移動機構２２を備える。

第１のスキージ２０ａと第２のスキージ２０ｂは、ゴム、樹脂または金属等の単一の材料による板状の部材、あるいは、フィルム１２と接する部位がゴムで構成され、他の部位が金属で構成される等、これらの材料を組み合わせてなる板状の部材で構成される。

印刷機構２は、スキージ移動機構２２によって移動するスキージ部２１の移動方向が、ガイド部材２２ａでガイドされ、フィルム１２が貼着された基板１１に沿ってスキージ部２１が往復移動可能に構成される。印刷機構２は、スキージ部２１の往復移動によって、第１のスキージ２０ａと第２のスキージ２０ｂが、フィルム１２が貼着された基板１１に沿った第１の印刷方向ＦＡと、第１の印刷方向ＦＡと逆向きの第２の印刷方向ＦＢに移動する。

印刷機構２は、第１のスキージ２０ａを昇降させる第１のスキージ昇降機構２３ａと、第２のスキージ２０ｂを昇降させる第２のスキージ昇降機構２３ｂを、スキージ部２１に備える。

印刷機構２は、第１のスキージ昇降機構２３ａによって、第１のスキージ２０ａが昇降方向ＵＡに移動し、フィルム１２が貼着された基板１１に対して第１のスキージ２０ａが離接する方向に移動する。

印刷機構２は、昇降方向ＵＡに沿った第１のスキージ２０ａの移動量が制御されることで、第１のスキージ２０ａの下端とフィルム１２との距離Ｈ、フィルム１２に対して第１のスキージ２０ａの成す角であるアタック角、及び、第１のスキージ２０ａによるフィルム１２に対する押圧力等が調整可能に構成される。

印刷機構２では、第２のスキージ２０ｂ側も同様の構成で、第２のスキージ昇降機構２３ｂによって、第２のスキージ２０ｂが昇降方向ＵＢに移動し、フィルム１２が貼着された基板１１に対して第２のスキージ２０ｂが離接する方向に移動する。

印刷機構２は、昇降方向ＵＢに沿った第２のスキージ２０ｂの移動量が制御されることで、第２のスキージ２０ｂの下端とフィルム１２との距離Ｈ、フィルム１２に対して第２のスキージ２０ｂの成す角であるアタック角、及び、第２のスキージ２０ｂによるフィルム１２に対する押圧力等が調整可能に構成される。

印刷機構２は、第１のスキージ昇降機構２３ａと第２のスキージ昇降機構２３ｂがスキージ部２１に備えられることで、第１のスキージ２０ａと第２のスキージ２０ｂが、独立して昇降方向に移動すると共に、昇降方向における位置を設定された位置で保ち、所定の印刷方向へ移動する。

基板支持機構３は、フィルム１２が貼着された基板１１が載置されるステージ３０と、ステージ３０を移動させるステージ移動機構３１を備える。ステージ３０は、フィルム１２が貼着された任意の大きさの基板１１を、着脱可能に保持するクランプ機構３２を備える。ステージ移動機構３１は、ステージ３０を昇降及び水平移動させる機構を備え、フィルム１２が貼着された基板１１の位置合わせが行われる。

印刷室４は、上述した印刷機構２と基板支持機構３が収容される空間で構成され、真空ポンプ４０とバルブ４１を備える。印刷室４は、バルブ４１を閉じることで気密性が保たれ、真空ポンプ４０により排気が行われることで、所望の真空状態となる。また、印刷室４は、バルブ４１を開くことで、真空状態から大気圧に開放される。

＜本実施の形態のはんだ印刷機の機能構成例＞
図２は、本実施の形態のはんだ印刷機の制御機能の一例を示す機能ブロック図である。はんだ印刷機１Ａは、マイクロコンピュータ等で構成される制御部１００を備える。制御部１００は制御手段の一例で、記憶部１００ａに記憶されたプログラムを実行して、操作部１００ｂでの設定に基づき、基板にソルダペーストを印刷する一連の処理を行う。

制御部１００は、基板１１にソルダペーストＳを印刷する一連の処理を実行するプログラムで予め設定された工程に従い、真空ポンプ４０とバルブ４１を制御して、図１に示す印刷室４を、真空状態と大気圧に開放された状態に切り替える。

また、制御部１００は、スキージ移動機構２２を制御して、図１で説明した第１のスキージ２０ａ及び第２のスキージ２０ｂを、第１の印刷方向ＦＡと第２の印刷方向ＦＢに移動させる。更に、制御部１００は、第１のスキージ昇降機構２３ａを制御して、第１のスキージ２０ａを昇降方向ＵＡに移動させ、第２のスキージ昇降機構２３ｂを制御して、第２のスキージ２０ｂを昇降方向ＵＢに移動させる。また、制御部１００は、ステージ移動機構３１を制御して、ステージ３０を昇降及び水平移動させる。

制御部１００は、印刷室４を真空状態とする工程では、基板１１に貼着されたフィルム１２の開口部１３に、第１のスキージ２０ａまたは第２のスキージ２０ｂの印刷方向の動きでソルダペーストＳを充填する。また、フィルム１２の開口部１３にソルダペーストＳを充填する第１のスキージ２０ａまたは第２のスキージ２０ｂの印刷方向の動きで、フィルム１２上にソルダペーストＳの被膜を形成する。

このため、制御部１００は、印刷室４を真空状態とする工程では、第１のスキージ２０ａまたは第２のスキージ２０ｂの下端と、フィルム１２との間に、所定の隙間が設けられた状態とする。

すなわち、制御部１００では、第１のスキージ２０ａの下端とフィルム１２との間の距離Ｈが、第１のスキージ２０ａの第１の印刷方向ＦＡの動きで、フィルム１２の開口部１３にソルダペーストＳを充填でき、かつ、フィルム１２上にソルダペーストＳの被膜を形成できる所定の隙間に設定される。

あるいは、制御部１００では、第２のスキージ２０ｂの下端とフィルム１２との間の距離Ｈが、第２のスキージ２０ｂの第２の印刷方向ＦＢの動きで、フィルム１２の開口部１３にソルダペーストＳを充填でき、かつ、フィルム１２上にソルダペーストＳの被膜を形成できる所定の隙間に設定される。

一方、制御部１００は、印刷室４を大気圧に開放された状態とする工程では、フィルム１２上で被膜を形成しているソルダペーストＳを、大気圧でフィルム１２の開口部１３に充填する。また、第１のスキージ２０ａまたは第２のスキージ２０ｂの印刷方向の動きで、フィルム１２上のソルダペーストＳの被膜を掻き取る。

このため、制御部１００は、印刷室４を大気圧に開放された状態とする工程では、第１のスキージ２０ａまたは第２のスキージ２０ｂを、フィルム１２に押圧された状態とする。

すなわち、制御部１００では、第１のスキージ２０ａの第１の印刷方向ＦＡの動きで、フィルム１２上のソルダペーストＳの被膜を掻き取ることができるように、フィルム１２に対する第１のスキージ２０ａのアタック角、及び押圧力等が設定される。

あるいは、制御部１００では、第２のスキージ２０ｂの第２の印刷方向ＦＢの動きで、フィルム１２上のソルダペーストＳの被膜を掻き取ることができるように、フィルム１２に対する第２のスキージ２０ｂのアタック角、及び押圧力等が設定される。

制御部１００は、第１のスキージ２０ａ及び第２のスキージ２０ｂの往復移動でソルダペーストＳの印刷を行う設定では、第１のスキージ２０ａと第２のスキージ２０ｂの一方で、フィルム１２の開口部１３にソルダペーストＳを充填すると共に、フィルム１２上にソルダペーストＳの被膜を形成する。また、第１のスキージ２０ａと第２のスキージ２０ｂの他方で、フィルム１２上のソルダペーストＳの被膜を掻き取る。

本例では、制御部１００は、印刷室４を真空状態とする工程では、第１のスキージ２０ａの下端とフィルム１２との間に所定の隙間が設けられた状態とすると共に、第２のスキージ２０ｂを上方に退避させる。そして、第１の印刷方向ＦＡに移動させた第１のスキージ２０ａで、フィルム１２の開口部１３にソルダペーストＳを充填すると共に、フィルム１２上にソルダペーストＳの被膜を形成する。

また、制御部１００は、印刷室４を大気圧に開放された状態とする工程では、第２のスキージ２０ｂをフィルム１２に押圧された状態とすると共に、第１のスキージ２０ａを上方に退避させる。そして、第２の印刷方向ＦＢに移動させた第２のスキージ２０ｂで、フィルム１２上のソルダペーストＳの被膜を掻き取る。

＜本実施の形態のはんだ印刷機の動作例＞
図３は、本実施の形態におけるソルダペーストの印刷方法の一例を示す動作説明図で、次に、各図を参照して、本実施の形態のはんだ印刷機におけるソルダペーストＳの印刷動作について説明する。

基板１１は、上述したように、ソルダペーストＳが印刷される面にフィルム１２が貼着され、ソルダペーストＳを印刷する電極１４等の位置を覆い紫外線が照射される。基板１１では、図３（ａ）に示すように、紫外線が照射された部位のフィルム１２が硬化して、ソルダペーストＳを印刷しない位置がフィルム１２で被覆される。また、基板１１では、紫外線が照射されない部位のフィルム１２が薬剤等で除去されることで、ソルダペーストＳが印刷される電極１４等の位置に合わせて、所定の大きさの開口部１３が形成される。

はんだ印刷機１Ａでは、フィルム１２が貼着された基板１１がステージ３０にセットされる。制御部１００は、ステージ移動機構３１を制御して、ステージ３０を昇降及び水平移動させ、フィルム１２が貼着された基板１１の位置合わせを行う。

制御部１００は、印刷室４を真空状態とする工程では、第１のスキージ昇降機構２３ａを制御して、第１のスキージ２０ａを昇降方向ＵＡに移動させ、基板１１に貼着されたフィルム１２と、第１のスキージ２０ａとの間に所定の隙間が設けられた状態とする。

すなわち、制御部１００は、第１のスキージ２０ａの下端とフィルム１２との間の距離Ｈを、第１のスキージ２０ａの第１の印刷方向ＦＡの動きで、フィルム１２の開口部１３にソルダペーストＳを充填でき、かつ、フィルム１２上にソルダペーストＳの被膜を形成できる所定の隙間とする。本例では、第１のスキージ２０ａの下端とフィルム１２との間の距離Ｈは、約1mmに設定される。なお、印刷室４を真空状態とする工程では、第２のスキージ２０ｂを上方に退避させる。

制御部１００は、バルブ４１を閉じることで印刷室４を気密が保たれた状態とし、真空ポンプ４０を駆動して印刷室４内の排気を行うことで、印刷室４内を所定の真空状態とする。

制御部１００は、スキージ移動機構２２を制御して、基板１１に貼着されたフィルム１２と第１のスキージ２０ａとの間の隙間を保ち、第１のスキージ２０ａを第１の印刷方向ＦＡに移動させる。これにより、図３（ｂ）に示すように、フィルム１２上に供給されたソルダペーストＳは、フィルム１２の開口部１３に充填されると共に、フィルム１２上にソルダペーストＳの被膜が形成される。本例では、フィルム１２上のソルダペーストＳの被膜は、約1mmの厚さを持つ。

ここで、開口部１３が微小になり、アスペクト比が０．５を超えるような場合、スキージによる押圧では、真空下での印刷であっても、図３（ｃ）に示すように、ソルダペーストＳと開口部１３の底との間に隙間１５が残り、ソルダペーストＳが開口部１３の底の電極１４に接触しない状態となることがある。

そこで、大気圧を利用して、ソルダペーストＳを開口部１３に充填する。すなわち、制御部１００は、バルブ４１を開くことで、印刷室４を真空状態から大気圧に開放する。

印刷室４を真空状態から大気圧に開放することで、ソルダペーストＳと開口部１３の底との間に隙間１５が形成されている場合、この隙間１５内が負圧となり、フィルム１２上で被膜を形成しているソルダペーストＳが、図３（ｄ）に示すように、大気圧Ｐで開口部１３に押し込まれる。

印刷室４を真空状態とする工程で、フィルム１２上に所定の厚さでソルダペーストＳの被膜を形成しておくことで、印刷室４を大気圧に開放する工程で、フィルム１２の厚さ方向においても開口部１３の全体をソルダペーストＳで埋めることができる。

制御部１００は、印刷室４を大気圧に開放された状態とする工程では、第２のスキージ昇降機構２３ｂを制御して、第２のスキージ２０ｂを昇降方向ＵＢに移動させ、基板１１に貼着されたフィルム１２に第２のスキージ２０ｂが押圧された状態とする。

すなわち、制御部１００は、フィルム１２に対する第２のスキージ２０ｂのアタック角、及び押圧力等を、第２のスキージ２０ｂの第２の印刷方向ＦＢの動きで、フィルム１２上のソルダペーストＳの被膜を掻き取ることができる値に設定する。なお、印刷室４を大気圧に開放された状態とする工程では、第１のスキージ２０ａを上方に退避させる。

制御部１００は、スキージ移動機構２２を制御して、基板１１に貼着されたフィルム１２に第２のスキージ２０ｂを密着させた状態を保ち、第２のスキージ２０ｂを第２の印刷方向ＦＢに移動させる。これにより、図３（ｅ）に示すように、フィルム１２上に残るソルダペーストＳの被膜を余剰分が掻き取られる。

以上の印刷工程では、印刷室４を真空状態から大気圧に開放された状態に切り替えることで、開口部１３が微小であっても、スキージによる押圧力と大気圧を利用して、ソルダペーストＳをフィルム１２の開口部１３に確実に充填できる。

フィルム１２の開口部１３にソルダペーストＳが充填された基板１１は、リフロー炉で加熱されることでソルダペーストＳを溶融させてはんだバンプが形成され、はんだバンプを形成する工程の後、フィルム１２を剥離する。これにより、基板１１の電極１４にはんだバンプが形成される。ソルダペーストＳの印刷工程で、ソルダペーストＳをフィルム１２の開口部１３に確実に充填できることで、基板１１の各電極１４等に、確実にはんだバンプを形成することができる。

ここで、鋼板によるスクリーンを利用したスクリーン法では、基板にソルダペーストを印刷した後、基板からスクリーンを離し、基板単体でリフロー炉での加熱が行われる。電極の狭ピッチ化が進み、スクリーンに形成される開口部が微小になると、開口部にソルダペーストが確実に充填されていても、スクリーンを基板から離すとき、ソルダペーストがスクリーンの開口部に残り、基板から離れてしまうことがある。

これに対し、フィルム１２を使用したフィルム法では、上述したようにはんだ印刷機１Ａを使用してフィルム１２の開口部１３にソルダペーストＳを充填した後、フィルム１２が貼着された状態で基板１１をリフロー炉で加熱する。そして、基板１１を加熱することでソルダペーストＳを溶融してはんだバンプを形成した後、フィルム１２を剥離する。これにより、はんだバンプは基板１１の電極１４側に残り、フィルム１２側に付いて電極１４から剥離することが抑制される。

なお、以上の印刷方法では、印刷室４を真空状態とする工程では、第１のスキージ２０ａとフィルム１２の間に所定の隙間を設けることで、フィルム１２上にソルダペーストＳの被膜を形成するようにした。これに対して、印刷室４を真空状態とする工程で、第１のスキージ２０ａをフィルム１２に密着させてソルダペーストＳの印刷を行っても良い。

真空状態で第１のスキージ２０ａをフィルム１２に密着させてソルダペーストＳの印刷を行った後、印刷室４を大気圧に開放すると、ソルダペーストＳと開口部１３の底との間に隙間が形成されている場合、この隙間１５内が負圧となり、開口部１３に充填されているソルダペーストＳが、大気圧で開口部１３に押し込まれる。大気圧で開口部１３に押し込まれることによるソルダペーストＳの不足分は、大気圧下での第２のスキージ２０ｂによる動作で充填される。

本実施の形態のソルダペーストＳは、上述したように、はんだ印刷機１Ａの印刷室４を真空状態にして、基板１１に印刷される。このように、ソルダペーストＳは、大気圧に対して減圧環境に晒されるため、ソルダペースト中のフラックスが減圧によって揮散しないこと、及び、印刷室４が減圧状態から大気圧に開放されると、短時間で開口部１３内がソルダペーストＳで埋まるような粘性にする必要がある。

ソルダペーストＳに使用するフラックスは、固形分と溶剤で構成されており、溶剤が真空状態で揮散すると、印刷室４を真空状態として印刷をしている間にソルダペーストＳが粘度変化を起こして、印刷性を不安定にさせる。そこで、真空状態での印刷で溶剤の揮散が発生しにくいものを選定する目的で、真空中での溶剤の揮散度を検証した。

約10ccの溶剤をシャーレに載せ、載せた溶剤の重量を量っておく。これを5Paの真空状態に放置し、１時間おきに大気圧に戻して減量した分を測定する。溶剤は、以下の表１に示すように、沸点の異なる３種類を選んで、溶剤の種類による減量の大きさを測定した。

図４は、真空状態での放置時間と減量の関係を示すグラフである。図４に示すように、溶剤の沸点によって減量の度合いが異なり、沸点の低い溶剤の方が減量が大きく、沸点の高い溶剤の方が真空状態での揮散が少ないことが判った。

上述した真空中での揮散度の検証結果から、ソルダペーストＳに使用するフラックスに含まれる溶剤を、沸点が240℃以上の溶剤、本例では沸点が243.2℃のオクタンジオールとし、以下の表２に示す組成率でフラックスを生成した。なお、以下に示す各組成率は質量％である。

表２に示すＡ〜Ｃのフラックスと、はんだ粉末（組成:Sn-3Ag-0.5Cu, 粒径: 6μｍ以下）を混合し、フラックスが質量％で12％になるようにソルダペーストを生成した。このソルダペーストの粘度及びチキソ比を計測した。

粘度及びチキソ比の計測は、二重円筒管型回転粘度計を使用する。粘度計に試料をセットし、ソルダペーストを25℃ に調整する。以下の表３に示す回転数及び計測時間で順次粘度を測定する。Ｄを粘度値とし、３回転時と３０回転時の粘度から以下の（１）式でチキソ比を求めた。

表２に示すＡ〜Ｃのフラックスを使用して生成したソルダペーストの粘度とチキソ比を以下の表４に示す。

次に、フィルムが貼着された基板として、以下の表５に示す仕様のシリコンウェハを用意し、表４に示す３種類の粘性のソルダペーストを開口部に充填し、250℃のホットプレート上ではんだを溶解させて、はんだバンプを形成させた。その後、炭化水素系洗浄液でフラックス残渣を洗い落とし、超音波顕微鏡でバンプ高さを測定した。計測点数は３０点とした。

実施例として、真空状態と大気圧に開放された状態の切り替えが行える上述した図１に示すようなはんだ印刷機を用い、印刷室４を真空状態とすると共に、スキージと印刷面との間に所定の隙間、本例では1mm程度の隙間を形成して印刷を行い、ソルダペーストを開口部にスキージの押圧力で充填すると共に、ソルダペーストの被膜を形成した。次に、印刷室を真空状態から大気圧に開放し、ソルダペーストを大気圧で開口部に充填すると共に、印刷面にスキージを密着させて余剰分のソルダペーストを掻き取った。比較例として、同じはんだ印刷機を使用し、真空状態での印刷を行わない条件で、大気圧下での印刷を行い、両者の比較を行った。

図５及び図６は、ソルダペーストの粘性とはんだバンプの高さの関係を示すグラフであり、図５は、開口部のアスペクト比が1.3の場合、図６は、開口部のアスペクト比が1.67の場合を示す。

また、図７及び図８は、実施例として、はんだバンプの形成状態を示す顕微鏡写真で、図７はアスペクト比が1.3の場合におけるバンプ形成状態を示し、図８はアスペクト比が1.67の場合におけるバンプ形成状態を示す。図９は、比較例として、はんだバンプが形成されなかった状態を示す顕微鏡写真である。

図５及び図６のグラフでは、矢印の上限はバンプ高さの最大値（max）で、矢印の下限はバンプ高さの最小値（mim）である。バンプ高さの平均をグラフにプロットした。バンプ高さの計測結果から、アスペクト比が大きくなると、バンプ高さがゼロになる、つまり、図９に示すようなはんだバンプが形成されないミッシングバンプＥの発生頻度が増すことが判る。

また、真空状態と大気圧に開放する状態を切り替えての印刷と、大気圧状態のみでの印刷では、真空状態と大気圧に開放する状態を切り替えての印刷の方が、バンプ高さが高くかつ安定していることが判る。これは真空状態と大気圧に開放する状態を切り替えての印刷の方が、開口部にソルダペーストが安定して埋め込まれることを意味している。

一方、ソルダペーストの粘性においては、表４に示す粘性Ａのソルダペーストと粘性Ｂのソルダペーストでは、真空状態と大気圧に開放する状態を切り替えての印刷を行った場合、図５及び図６に示すように、アスペクト比の大小にかかわらず安定したバンプ高さになっていることが判る。これに対して、粘性Ｃのソルダペーストでは、アスペクト比が大きくなると、バンプ高さが低くなる。

以上の検証結果から、真空状態と大気圧に開放する状態を切り替えての印刷を行う場合、適切なソルダペーストの粘性を選択することで、安定したバンプが形成できることが判った。本例では、フラックス中の溶剤を沸点が240℃以上のオクタンジオールとし、ソルダペーストの粘度を50〜150Pa・s、チキソ比を0.3〜0.5とすれば、アスペクト比の大小にかかわらず、ソルダペーストをフィルムの開口部に確実に充填できる。これにより、開口部が微小であっても、基板の電極に、確実にはんだバンプを形成することができ、はんだバンプの高さのばらつきを抑制することができる他、ミッシングバンプが抑制できることが判った。

一方、スクリーン印刷法に適用すれば、アスペクト比の大小にかかわらず、確実に印刷量を確保することができることが判った。

ここで、フラックスを構成する溶剤の沸点が高いと、ソルダペーストを溶融させるための加熱時に揮発しにくくなり、液状のフラックス残渣となる。このため、残渣の洗浄が容易となる。このように、フラックス残渣を洗浄して除去する用途では、フラックスを構成する溶剤の沸点が高いと、フラックス残渣の洗浄が容易になるという効果も得られる。

本発明のソルダペーストは、狭ピッチで多数のはんだバンプが形成される電子部品の製造に適用される。

１Ａ・・・はんだ印刷機、２・・・印刷機構、３・・・基板支持機構、４・・・印刷室、２０ａ・・・第１のスキージ、２０ｂ・・・第２のスキージ、２２・・・スキージ移動機構、２３ａ・・・第１のスキージ昇降機構、２３ｂ・・・第２のスキージ昇降機構、４０・・・真空ポンプ、４１・・・バルブ、１００・・・制御部

Claims (3)

1. 減圧下での揮散が抑えられ、かつ、当該ソルダペーストの加熱によるはんだ付け後のフラックス残渣に残留する沸点を持つ溶剤をフラックスに含み、
   減圧下でマスク部材の開口部に供給され、大気圧を利用して前記開口部内に充填される粘性となるように、粘度を５０〜１５０Ｐａ・s、チキソ比を０．３〜０．５とした
   ことを特徴とするソルダペースト。
2. フラックスは、沸点が２４０℃以上の溶剤が用いられる
   ことを特徴とする請求項１に記載のソルダペースト。
3. 溶剤はオクタンジオールが用いられる
   ことを特徴とする請求項２に記載のソルダペースト。