JP2016197766A

JP2016197766A - 配列用マスク

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Publication number: JP2016197766A
Application number: JP2016171741A
Authority: JP
Inventors: 良弘小林; Yoshihiro Kobayashi; 裕仁田丸; Hirohito Tamaru
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2032-11-22
Also published as: JP6277239B2

Abstract

【課題】ワーク上の電極の配列パターンに対応した半田ボールが挿通可能な開口を備え、
配列用マスクを提供する。
【解決手段】所定の配列パターンに対応した開口１２を備え、開口１２内に半田ボール２を振り込むことで、ワーク３上の所定位置に半田ボール２を搭載する配列用マスクであって、開口１２は、多角形状であることを特徴とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、半田バンプを形成するために使用される配列用マスクに関する。

半田バンプの形成方法としては、半田ボールをワーク上に搭載する方法が知られており、ワークの電極の配列パターンに対応し、半田ボールが挿通可能な開口を有する配列用マスクを用いて半田ボールを搭載後、リフローして半田ボールを溶融している。係る配列用マスクとしては、特許文献１及び２が開示されており、配列用マスクの開口形状は円形状に形成され、その直径寸法Ｄは半田ボール直径寸法ｄより大きなもの（Ｄ＝１．２〜１．３ｄ）となっている。

特開２００６−２８７２１５号公報特開２００６−３２４６１８号公報

ところで、近年では電子機器の小型化に伴い、ワークにおける電極のピッチ間隔の狭小化が進んできており、半田ボールは電極の中央位置に搭載されることがより求められている。しかしながら、配列用マスクの開口が円形状であって、この開口の直径寸法Ｄが半田ボールの直径寸法ｄに対して１．２〜１．３倍で形成されているため、折角開口の中心と電極の中心が位置合わせされていても、開口内に搭載された半田ボールが電極の中心位置から開口直径寸法Ｄと半田ボール直径寸法ｄとの差分の位置ズレが生じやすく、全ての半田ボールが各電極の中心に搭載できていなかった。このため、配列用マスクの開口直径寸法Ｄを半田ボールの直径寸法ｄより僅かに大きく形成すること、つまり、開口直径寸法Ｄと半田ボール直径寸法ｄとを限りなく近づけること（Ｄ≒ｄ）が理想的であるが、そうすると、半田ボールを開口に挿通させる際に、開口端と接触する部分（面）が多くなるため、接触抵抗が増して半田ボールを開口に挿通しづらくなってしまう。

本発明の目的は、上述した課題を解決することができる配列用マスクを提供することにある。

本発明は、所定の配列パターンに対応した開口を備え、開口内に半田ボールを振り込むことで、ワーク上の所定位置に半田ボールを搭載する配列用マスクであって、開口が多角形状であることを特徴とする。この開口は、四角形状であることが好ましい。

また、開口寸法は、半田ボールの直径寸法の１．０１以上１．２倍未満であることを特徴とする。

さらに、開口は第一開口と第二開口とを有し、第一開口は多角形状に形成され、第二開口は円形状に形成されていることを特徴とする。

本発明に係る配列用マスクによれば、所定の配列パターンに対応した開口が多角形状であるので、円形状に比べ、開口端部における半田ボールとの接触する部分（点接触・線接触・面接触）を少なくすることができ、半田ボールを開口内へと挿通しやすくすることができる。

本発明に係る配列用マスクとワークの全体構成を示す斜視図である。本発明に係る配列用マスクを模式的に示す縦断側面図である。本発明に係る別の配列用マスクを模式的に示す縦断側面図である。本発明に係る配列用マスクを示す平面図である。本発明に係る配列用マスクの製造方法の説明図である。本発明に係る配列用マスクの製造方法の説明図である。本発明に係る更に別の配列用マスクを模式的に示す縦断側面図である。本発明の第１実施形態に係る配列用マスクの説明図である。本発明の第１実施形態に係る別の配列用マスクの部分平面図である。本発明の第２実施形態に係る配列用マスクの部分縦断側面図である。

（配列用マスクの概要）
図１乃至図３に、本発明に係る配列用マスクを示す。この配列用マスク（以下、単にマスクと記す場合がある）１は、半田バンプ形成における半田ボール２の配列工程において使用に供されるものである。図２における符号３は、マスク１による半田ボール２の搭載対象となるワークを示す。このワーク３にはリジッドタイプやフレキシブルタイプと種々のものがあり、具体的にはウエハや基板があるが、例えば、ガラスエポキシ基板のベース４に複数個の半導体チップ５を搭載し、ワイヤボンドで配線した後トランスファモールド封止してなるものであり、半導体チップ５を囲むように、ワーク３の上面には、入出力端子である電極６が所定のパターンで形成されている。なお、ワーク３は、バンプの形成後に個片に切断され、個々のＬＳＩチップとされる。

図１に示すように、マスク１は、ニッケルやニッケルコバルト等のニッケル合金、銅、その他の金属を素材として形成されたマスク本体１０から成り、このマスク本体１０にはこれを囲むように枠体１１を装着できる。マスク本体１０と枠体１１とは、メッシュを介して接合しても良い。マスク本体１０の盤面中央部には、各半導体チップ５に対応して、半田ボール２を投入するための多数独立の開口１２からなるパターン領域が多数形成されている。開口１２は、図２に示すように、ワーク３上における各半導体チップ５の電極６の配列位置に対応した配列パターンとなっている。半田ボール２は、１００μｍ以下の直径寸法を有するものであり、各開口１２は、当該ボール２が挿通できるように形成されている。

マスク本体１０には、補強用の枠体１１を装着することができる。この枠体１１は、アルミ、４２アロイ、インバー材、ＳＵＳ４３０等の材質からなる平板体であり、その盤面中央に、マスク本体１０に対応する一つの四角形状の開口を備えており、一枚のマスク本体１０を一枚の枠体１１で保持している。枠体１１は、マスク本体１０よりも肉厚の成形品であり、マスク本体１０の外周縁と不離一体的に接合される。この枠体１１の厚み寸法は、例えば、０．０５〜１．０ｍｍ程度とし、ここでは、０．５ｍｍに設定した。また、マスク本体１０の厚みは、１０μｍ以上が好ましく、ここでは、２００μｍに設定した。

マスク本体１０（マスク１）の下面側、すなわち、ワーク３との対向面側には、下方向に突出状の突起部１５を設けることができる。詳しくは、図２及び図４（ａ）に示すように、パターン領域の外周（パターン領域間）にこのパターン領域を囲むように桟状の突起部１５ａを設けることができ、また、パターン領域内の開口１２が形成されていない位置に突起部１５ｂを設けることができる。この突起部１５については、図３に示すように、突起部１５ａのみを設ける形態であっても良いし、図４（ｃ）に示すように、突起部１５ｂのみを設ける形態であっても良い。このように、係る突起部１５を設けていれば、配列作業時において、ワーク３の上面に当接してマスク本体１０とワーク３との対向間隙を確保できる。各々の突起部１５、特に突起部１５ｂにおいては、図２および図３に示すように、開口１２間であって、マスク本体１０の下面から先窄まるように形成されていることが好ましく、円錐台状を呈している。もちろん、四角錐台状であっても良い。また、突起部１５の高さとマスク本体１０の厚みとの比が２対１以上とするのが好ましく、上記マスク本体１０の厚さが１０〜３００μｍの範囲内において、これを満足することがより好ましい。また、突起部１５の先端寸法Ｌ１と付け根寸法Ｌ２との比が１対３以上であることが好ましい。さらに言えば、突起部１５の先端寸法Ｌ１と付け根寸法Ｌ２と開口１２間の幅との比が１対３対３以上であることが好ましい。また、この突起部１５は、アスペクト比（突起部１５の高さと先端寸法との比）が大きいものが好ましく、アスペクト比３としている。なお、図２、図３、図４（ａ）に示すように、隣り合うパターン領域間にはパターン領域を囲むようにして突起部１５ａを設けて、マスク１をワーク３に載置した時に当接するようにしているが、図４（ｂ）に示すように、隣り合うパターン領域間全体が突起部１５ａとした形態であっても良いし、図４（ｃ）に示すように、突起部１５ａを設けない形態であっても良い。また、突起部１５を設けずにマスク本体１０のみの形態であっても良い。また、図４において、符号１５で図示しているのは、突起部１５の下端面であり、突起部１５の付け根は図示していない。

ここで、図１の斜視図、図２の縦断面図、図３の縦断面図、および図４の平面図は、実際のマスク１の様子を示したものではなく、それを模式的に示している。さらに言うと、図１等における開口１２の開口寸法やマスク本体１０等の厚み寸法等は、図面作成の便宜上、そのような寸法に示したものである。

マスク１を用いた半田ボール２の配列作業は、以下のような手順で行われる。なお、この配列作業は、専用の配列装置（特許文献１の図１、図５等を参照）によって行われる。まず、ワーク３の電極６上にフラックス１７（図２参照）を印刷塗布する。次に、開口１２と電極６とが一致するように、ワーク３上にマスク１を位置合わせしたうえで、マスク１を固定する。かかる位置合わせ作業は、実際にはワーク３とマスク本体１０の外周縁、もしくはマスク本体１０に形成したアライメントマーク（不図示）と位置合わせすることで行われる。位置合わせ作業終了後、突起部１５の下端面をワーク３の表面に当接することで、マスク本体１０は、図２及び図３に示すようなワーク３との対向間隙が確保された離間姿勢に姿勢保持される。ワーク３の表面が僅かにうねっている場合にも、突起部１５の下端面をワーク３の表面に当接させて、該ワーク３の表面のうねりに合わせて、マスク本体１０を不離一体的に固定することができる。なお、ワーク３の下方に磁石を配置させ、この磁石の磁力を作用させてマスク１とワーク３とを固定させても良い。

次に、マスク１上に多数個の半田ボール２を供給し、スキージブラシを用いてマスク１上で半田ボール２を分散させて、各開口１２内に一つずつ半田ボール２を投入する。これにて、半田ボール２はフラックス１７に仮止め状に粘着保持される。かかるスキージブラシを用いた半田ボール２の投入作業において、スキージブラシ圧がマスク１に大きくかかったとしても突起部１５によってマスク１が撓むことを防止でき、投入作業を作業効率良くスムーズに進めることができる。

係る構成のマスク１によれば、マスク本体１０とワーク３との対向間隙を形成する突起部１５を備えているので、突起部１５によってワーク３との対向間隙を確実に確保でき、開口１２内への半田ボール２の投入作業を効率的に漏れなく進めることが可能となる。

また、マスク本体１０の外周縁に、補強用の枠体１１を設けることができ、マスク本体１０がそれ自体に内方に収縮する方向の応力が作用するようなテンションを加えた状態で形成すれば、周囲温度の変化に伴うマスク本体１０の膨張分を、当該収縮方向へのテンションで吸収できる。これにて、ワーク３に対するマスク本体１０の位置ズレの発生を防ぐことができる。また、マスク本体１０の全体に均一なテンションを与えることができるので、ワーク３に対して半田ボール２を位置精度良く搭載させることができる。

次に、係る構成の配列用マスク１の製造方法を図５及び図６に示す。まず、例えば、導電性を有するステンレス製や真ちゅう鋼製の母型３０の表面にフォトレジスト層３１を形成する。このフォトレジスト層３１は、ネガタイプの感光性ドライフォトレジストを、所定の高さに合わせて一枚ないし数枚ラミネートして熱圧着により形成した。ついで、図５（ａ）に示すごとく、フォトレジスト層３１の上に、突起部１５に対応する透光孔３２ａを有するパターンフィルム（ガラスマスク）３２を密着させたのち、紫外光ランプ３３で紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図５（ｂ）に示すように、先窄まり状の突起部１５に対応するレジスト体３４ａを有する一次パターンレジスト３４を母型３０上に形成した。この時、紫外線が透過しにくいフォトレジストを用いたり、露光量を弱めたりして、レジスト体３４ａにテーパが付いたものが好ましい。

続いて、上記母型３０を所定の条件に建浴した電鋳槽に入れ、図５（ｃ）に示すごとく、先のレジスト体３４ａの高さの範囲内で、母型３０のレジスト体３４ａで覆われていない表面にニッケルや銅等の電着金属を電鋳して、一次電鋳層３５を形成した。ここでは、母型３０の略全面にわたって、一次電鋳層３５を形成した（第一の電鋳工程）。次に、図５（ｄ）に示すごとく、一次パターンレジスト３４を除去する。ここで、一次電鋳層３５の表面に研磨処理を施しておくと良い。

次いで、図６（ａ）に示すごとく、一次電鋳層３５および母型３０の表面の全体に、フォトレジスト層３６を形成したうえで、当該フォトレジスト層３６の表面に、前記開口１２に対応する透光孔３７ａを有するパターンフィルム（ガラスマスク）３７を密着させたのち、紫外光ランプ３３で紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図６（ｂ）に示すように、マスク本体１０に対応するレジスト体３８ａを有する二次パターンレジスト３８を一次電鋳層３５の表面に形成した。

続いて、所定の条件に建浴した電鋳槽に入れ、図６（ｃ）に示すごとく、先のレジスト体３８ａの高さの範囲内で、母型３０及びのレジスト体３８ａで覆われていない一次電鋳層３５の表面にニッケルや銅等の電着金属を電鋳して、二次電鋳層３９を形成した（第二の電鋳工程）。次に、二次パターンレジスト３８を溶解除去したうえで、母型３０及び一次電鋳層３５から二次電鋳層３９を剥離することにより、図６（ｄ）および図３に示すようなマスク１を得た。そして、マスク１に枠体１１を装着すれば、図１に示すような配列用マスク１が得られる。

二次電鋳層３９、つまりマスク１は、それ自体に内方に収縮する方向の応力が作用するようなテンションを加えた状態で、枠体１１に保持することが可能である。かかる応力の付与は、例えば、枠体１１とマスク１との熱膨張係数の差を利用して、高温環境下でマスク１の外周縁に枠体１１の装着作業を行い、常温時ではマスク１を内方側に収縮させることで実現できる。

以上のようなマスク１の製造方法によれば、電鋳法により高精度に配列用マスクを作製することができるので、半田ボール２を位置精度良くワーク３上に搭載させることができる。突起部１５を有するマスク１を一回の電鋳作業（第二の電鋳工程）により不離一体に形成するようにすれば、突起部１５を後付けする形態に比べて、該突起部１５の破損などの不都合が生じるおそれが少なく、信頼性に優れたマスク１を高精度に得ることができる点でも優れている。また、突起部１５をマスク本体１０の下面に近づくにつれて大きくなるよう先窄まり状に形成すれば、突起部１５の特に付け根（根元）に応力が集中することが回避されるため、突起部１５の強度をしっかりと補強できつつ、突起部１５をフラックス１７が塗布された電極６から離間した状態で電極６間に当接できるので、電極６に塗布されたフラックス１７がマスク本体１０に付着することによる半田ボール２の搭載不良を防止することができる。この時、突起部１５の先端寸法と付け根寸法との比を１対３以上とすること、突起部１５のアスペクト比を３以上とすることでより効果的となる。

また、レジストパターンを調整することによって所望のアスペクト比を有する突起部１５が容易に得られる。なお、係る構成のマスク１において、開口１２及び突起部１５の形状はストレート状としてもテーパ状としても良い。かかる形状は、フォトレジスト層３１・３６の感光度や露光条件を変更することによって得られる。

また、図７に示すように、突起部１５はマスクの下面に近づくにつれて寸法が大きくなる末拡がり形状であって、突起部１５の側面（特に付け根部分）を円弧状としても良い。これにより、突起部１５の特に根元に応力が集中することにより生じる破損の防止、フラックス１７の開口１２への回り込み防止が可能となる。

上記マスク１においては、突起部１５が一体となったものとしているが、突起部１５が別部材で一体的に形成されたものでも良い。これは、上記マスク１において、例えば、マスク本体１０を鉄、ニッケル等といった磁性体で形成し、突起部１５を銅やアルミ等といった非磁性体で形成すれば、上述したように磁石（不図示）の磁力吸引力によってワーク３にマスク１を固定する場合に、マスク１に対して磁力が均一に働くことになるので、マスク１が不用意に撓むおそれがなく、電極６に対する開口１２の位置精度を向上することができる。

また、突起部１５を非磁性体で形成するものにおいて、金属に限らず樹脂によって形成したものであっても良い。これによれば、当該樹脂の弾力性に由来するクッション作用が発揮され、突起部１５がワーク３に当接した際に、ワーク３が損傷するおそれが少なくなる。この効果を顕著に奏するために、マスク１においては、ワーク３と当接する全ての突起部１５を樹脂で形成するのが好ましい。これによって、マスク１に対して磁力が均一に働くことにもなるので、マスク１が不用意に撓むおそれがなく、電極６に対する開口１２の位置精度を向上させることもできる。

また、突起部１５の下端面の形状は、円に限らず、楕円でも良いし、四角形状・ひし形状・六角形状などといった多角形状でも良い。さらに、これら形状を構成する角や突起部１５の下端面と側面との境界部分は、アール状とするのが好ましい。これにより、例えば、マスク１の突起部１５形成面を洗浄する際に、洗浄をスムーズに行うことができるとともに、洗浄手段（布やスポンジなど）が突起部１５に引っかかることによる洗浄手段及び突起部１５の破損のおそれを可及的に防止することができる。

（第１実施形態）
続いて、第１実施形態に係る配列用マスクについて説明する。なお、上記構成と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の配列用マスク１は、多角形状の開口１２を備えることに特徴を有する。具体的には、図８（ａ）〜図８（ｆ）に示すように、開口１２が三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、五角星形状、六角星形状と多角形状に形成されており、半田ボール２は、各開口１２内面に内接するように挿通される。このように、開口１２の形状の角の数が少なければ少ないほど、開口１２端部と半田ボール１２外面との接触する面が少なくなり、半田ボール２の開口１２内への挿通がしやすくなる。そして、出願人の実験によれば、開口１２の形状（面積）・寸法と半田ボール２の直径寸法ｄとの関係において、例えば、開口１２の形状を四角形状とした場合に、開口１２の一辺の長さＬを半田ボール２の直径寸法ｄの１．０１〜１．２倍未満、好ましくは、１．０５〜１．１５倍を満たすことにより、半田ボール２を開口１２に挿通しやすくしつつ、電極６の中心に搭載することが可能となる。なお、図９（ａ）〜図９（ｆ）に示すように、各開口１２内面と半田ボール２とに隙間が設けてあっても良い。また、図８（ｇ）は、図８（ａ）〜図８（ｆ）の断面を模式的に示す図であり、図９（ｇ）は、図９（ａ）〜図８（ｆ）の断面を模式的に示す図である。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る配列用マスクについて説明する。なお、上記構成と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の配列用マスク１の開口１２は、円形状の開口と多角形状の開口を有することに特徴を有する。具体的には、図１０（ａ）〜図１０（ｆ）に示すように、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、五角星形状、六角星形状と多角形状で形成された第一開口１２ａ上に円形状の第二開口１２ｂが形成されている。係る開口１２形状とすることにより、円形状の第二開口１２ｂによって半田ボール２を誘い込み、四角形状（多角形状）の第一開口１２ａによってワーク３上の電極６中心位置に半田ボール２を搭載することができる。なお、図１０（ｇ）は、図１０（ａ）〜図１０（ｆ）の断面を模式的に示す図である。ここで、開口１２の形状としては、円形状に形成した第一開口１２ａ上に多角形状に形成した第二開口１２ｂを形成したものであっても良く、多角形状に形成した第一開口１２ａ上に多角形状に形成した第二開口１２ｂを形成したものであっても良い。また、第一開口１２ａの深さは第二開口１２ｂの深さ以上（第一開口１２ａ≧第二開口１２ｂ）に形成されていることが好ましい。また、第二開口１２ｂは、２個以上の半田ボール２の挿通を防ぐため、必ずしも多角形状の第一開口１２ａの角を外接するような円形状に形成しなくても良く、第一開口１２ａを構成する外形の内側に重なるように形成しても良い。

上記各実施形態において、開口１２の形状は、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、五角星形状、六角星形状に限らず、六角形状・六角星形状より角の多い多角形状であっても良い。また、手裏剣形状、万字（卍）形状であっても良い。また、図では正多角形状としているが、もちろん正多角形状でなくても良い。また、マスク１の半田ボール２が供給される側の開口１２端部をアール状に形成することが好ましい。さらに、マスク１の半田ボール２が供給される側の開口１２周辺を開口１２に向かって傾斜されるようにスロープ状に形成することが好ましい。さらには、第二開口１２ｂ側において、第一開口１２ａ端部をアール状に形成したり、開口１２周辺を開口１２に向かって傾斜されるようにスロープ状に形成したりすることが好ましい。

１配列用マスク（マスク）
２半田ボール
３ワーク
６電極
１０マスク本体
１２開口
１２ａ第一開口
１２ｂ第二開口
１５突起部
１５ａ突起部
１５ｂ突起部
３０母型
３１フォトレジスト層
３４一次パターンレジスト
３５一次電鋳層
３６フォトレジスト層
３８二次パターンレジスト
３９二次電鋳層

本発明は、所定の配列パターンに対応した開口を備え、開口内に半田ボールを振り込むことで、ワーク上の所定位置に半田ボールを搭載する配列用マスクであって、開口が多角形状に形成された第一開口と円形状に形成された第二開口とを有し、第一開口はワークと対向する側に位置し、第二開口は半田ボールが供給される側に位置しており、第二開口は、第一開口に内接する、もしくは、第一開口を構成する外形の内側に重なるように形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、所定の配列パターンに対応した開口を備え、開口内に半田ボールを振り込むことで、ワーク上の所定位置に半田ボールを搭載する配列用マスクであって、開口が円形状に形成された第一開口と多角形状に形成された第二開口とを有し、第一開口はワークと対向する側に位置し、第二開口は半田ボールが供給される側に位置しており、第二開口は、第一開口に内接する、もしくは、第一開口を構成する外形の内側に重なるように形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、所定の配列パターンに対応した開口を備え、開口内に半田ボールを振り込むことで、ワーク上の所定位置に半田ボールを搭載する配列用マスクであって、開口が多角形状に形成された第一開口と多角形状に形成された第二開口とを有し、第一開口はワークと対向する側に位置し、第二開口は半田ボールが供給される側に位置しており、第二開口は、第一開口に内接する、もしくは、第一開口を構成する外形の内側に重なるように形成されていることを特徴とする。

本発明に係る配列用マスクによれば、第二開口によって半田ボールを誘い込み、第一開口によってワーク上の電極中心位置に半田ボールを搭載することができる。

Claims

所定の配列パターンに対応した開口（１２）を備え、前記開口（１２）内に半田ボール（２）を振り込むことで、ワーク（３）上の所定位置に前記半田ボール（２）を搭載する配列用マスクであって、
前記開口（１２）は、多角形状であることを特徴とする配列用マスク。
前記開口（１２）は、四角形状であることを特徴とする請求項１に記載の配列用マスク。
前記開口（１２）寸法は、前記半田ボール（２）の直径寸法の１．０１以上１．２倍未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の配列用マスク。
前記開口（１２）は、第一開口（１２ａ）と第二開口（１２ｂ）とを有し、前記第一開口（１２ａ）は多角形状に形成され、前記第二開口（１２ｂ）は円形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の配列用マスク。