JP3462363B2 - 半田バンプを有する配線基板の製造方法及び半田バンプ形成用メタルマスク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半田バンプを用い
て半導体素子と配線基板とが接合される半田バンプを有
する配線基板の製造方法及び半田バンプ形成用メタルマ
スク関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、いわゆるフリップチップ法に
よって、半導体素子（以下フリップチップと記す）をフ
リップチップ搭載用基板（以下単に配線基板と記す）に
実装する場合には、下記の手順が採用されている。

【０００３】例えば、フリップチップのパッド上に、高
温半田からなるバンプを形成し、配線基板のパッド上
に、高温半田より融点の低い共晶半田からなるバンプを
形成し、お互いのバンプを接触させて加熱して、共晶半
田のみを溶融させることで接合を行っている。

【０００４】ここで、配線基板上に半田バンプを形成す
る手法の一つに、下記(1)〜(6)の手順で行うメタルマス
クを用いた半田ペースト印刷法がある。 1)まず、配線基板となる基材の表面には、パッドとソル
ダーレジストが設けられている（図１０（ａ）参照）。

【０００５】2)次に、ソルダーレジスト上にメタルマス
クを載置する（図１０（ｂ））。 3)次に、メタルマスクを用いてスキージ印刷を行って、
開口部分に半田ペーストを充填する（図１０（ｃ））。 4)次に、メタルマスクを除去する（図１０（ｄ））。

【０００６】5)次に、リフロー炉に入れて、共晶半田粒
を溶融させ、その後冷却して半田バンプを形成する（図
１０（ｅ））。 6)次に、フラックスを除去し、表面に半田バンプを備え
た配線基板を完成する（図１０（ｆ））。

【０００７】そして、上述した半田ペーストの印刷に用
いられるメタルマスクの種類としては、製法の違いによ
って、下記〜の３種類がある。 エッチングマスク 図１１（ａ）に示す様に、エッチングマスクは、ステン
レス板に感光性エッチングレジストを塗布し、露光現像
で開口部にしたい所のエッチングレジストを除去し、硫
フッ酸などでステンレス板の不要部分をエッチング除去
し、その後エッチングレジストを除去して完成する。

【０００８】レーザー穴空けマスク 図１１（ｂ）に示す様に、レーザー穴空けマスクは、ス
テンレス板にＹＡＧレーザーで１つづつ穴をあけて製作
する。尚、使用時には表裏を逆さまにして使用する。

【０００９】電鋳（アディティブ）マスク 図１１（ｃ）に示す様に、電鋳マスクは、感光性樹脂を
塗布し、露光現像で開口部にしたい所以外の感光性樹脂
を除去し、ステンレス板上に電解Ｎｉメッキを所定のマ
スク厚み分だけ行い、電解Ｎｉ製のマスクをステンレス
板から外して完成する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記〜
のメタルマスクは、下記のような問題があり、一層の改
善が求められている。 エッチングマスクは、その製作が容易であるという利
点はあるが、図１１（ａ）に示す様に、半田ペーストの
転写性が悪いという問題があった。つまり、従来のエッ
チングマスクは、開口部断面中央付近にバリがあるの
で、半田ペーストを塗布した後、マスクを基板から離す
ときに、半田ペーストがバリにひっかかってマスクに持
っていかれ、基板へ転写される開口内の半田ペーストの
量が少なくなるという問題があった。

【００１１】レーザー穴空けマスクは、製造時にエッ
チングレジストや感光性樹脂などのフィルム作成の作業
が要らず、しかも、開口部断面がテーパ状となるので、
開口部に半田ペーストが残ることが少なく、基板への転
写性が良いという利点があるが、個々の穴空けにレーザ
ーを使用するため、穴数が多い場合にはコストが高くな
るという問題があった。また、特にマスク開口径を小さ
くした場合には、図１１（ｂ）に示す様に、断面形状が
下に広がるテーパとなるため、開口部上部の開口径もか
なり小さくする必要があるので、この小さな上部開口径
から半田ペーストを充填することになる。このため、半
田ペーストの充填性が悪く、半田バンプの高さのバラツ
キが大きくフリップチップの接合性が低下するという問
題があった。

【００１２】また、マスク厚みが薄い場合には、穴明け
時の加熱によるマスク素材の熱膨張により、寸法精度が
低下するため、厚さ７０μｍ未満、特に５０μｍ以下の
薄いマスクを精度よく製作することは困難である。さら
に、マスク開口部内壁が荒れているため、開口部内への
半田ペーストの充填性が低下する欠点もある。

【００１３】電鋳マスクは、開口部内周面が板面に対
して垂直に切り立っているので、開口部が小さくても、
半田ペーストの充填性、転写性ともに優れるという利点
があるが、メッキでマスクを形成するためコストが高い
という問題があった。また、マスク材質がＮｉ等のメッ
キで形成できる材質に限定され、Ｎｉ等はステンレスに
比べて柔らかいので、マスク寿命が短いという問題があ
った。更に、マスク強度が低いため、マスク板厚が７０
μｍ未満、更に言えば５０μｍ以下のものは製作困難
で、かつ取扱も難しい、それを回避するため板厚を増や
すと、開口内に充填される半田ボリュームが大きくなっ
て、隣接バンプ間で半田ブリッジが生じ易いという問題
があった。また、図１１（ｃ）に示す様に、開口部の側
壁が板面に略垂直であるので、開口部の側壁に半田ペー
ストが付着してしまい、所望の量の半田ペーストを印刷
できないことや、この付着量がばらつくので半田ペース
トの量もばらつくことがあった。

【００１４】そのため、従来では、求める半田バンプの
高さに対して、使用するメタルマスクの板厚、開口径が
精度良く計算で求めることができないので、手間のかか
るマスク条件出しの作業、即ち、数種類のマスクを製作
して実際に半田ペースト印刷を行ない、試行錯誤でマス
ク仕様を決定する作業が必要となり、製品開発、製造が
容易ではないという大きな問題があった。

【００１５】本発明は、メタルマスクの仕様（板厚、開
口径等）を精度良く算出でき、マスクの製造が容易で、
コストも低く、好適に半田バンプを形成できる半田バン
プ形成用メタルマスクを提供するとともに、半田バンプ
を有する配線基板の製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項１の半田バンプ形成用メタルマスクの発明で
は、半田バンプを形成するために、配線基板に対して半
田ペーストを印刷する際に用いられるメタルマスクにお
いて、形成する半田バンプに対応したパターン穴の縦断
面形状が、開口端の径より中央部の径が大きい略樽形状
であることを特徴とする。

【００１７】本発明では、メタルマスクのパターン穴の
縦断面形状が略樽形状であるので、半田ペーストの印刷
体積を正確に設定することができる。つまり、例えば従
来の電鋳マスクでは、パターン穴の側壁に付着する半田
ペーストの状態によって印刷体積にバラツキが生じる
が、本発明では、図１（ａ）に示す様に、パターン穴の
側壁の中央部に一定量の半田ペーストが安定して付着
し、その印刷体積はパターン穴の（中央部より径の小さ
な）開口端の径とマスク板厚によって規定される円柱の
体積となるので、常に所望の印刷体積とすることができ
る。また、従来のエッチングマスクの様に、パターン穴
側壁の中央にバリがないので、その点からも転写性が向
上する。そのため、高さのバラツキが小さく高さの揃っ
たバンプを形成できる。従って、例えばフリップチップ
等の電子部品との接合性が向上する。

【００１８】また、メタルマスクのパターン穴に、半田
ペーストを例えばスキージ印刷で充填する場合には、図
１（ｂ）に示す様に、パターン穴の図中上部の開口端
で、開口側壁とマスク上面とがなす角が鋭角になってい
るので、例えば従来の上部開口端での角が略直角の電鋳
マスクと比べて、確実に半田ペーストを充填することが
できる。よって、この点からも、バンプ高さのバラツキ
を低減できる。

【００１９】従って、本発明では、所望の半田バンプの
高さを得るのに適するメタルマスクの板厚、開口端径を
精度良く計算で求めることができるので、手間のかかる
マスク条件出しの作業が不要となり、製品開発、製造が
容易となる。ここで、半田ペースト印刷法による印刷体
積（メタルマスクのパターン穴内やソルダーレジストの
開口部等の開口部分に充填される半田ペーストの体積）
の計算方法について説明する。尚、通常、基板表面に
は、パッドの周囲に（絶縁用の）ソルダーレジストが形
成されているので、ソルダーレジストを有する場合を例
に挙げて説明する。

【００２０】図２に示す様に、半田ペーストの印刷を行
う場合には、予め配線基板上のパッドの周囲にソルダー
レジストを形成し、ソルダーレジスト上にメタルマスク
を配置する。このとき、ソルダーレジストの開口部とメ
タルマスクのパターン穴とが、図の上下方向に連通する
様にメタルマスクを配置する。

【００２１】つまり、このパターン穴及び開口部からな
る開口部分に半田ペーストが充填されるので、開口部分
の容積が、充填される半田ペーストの体積となる。ま
た、半田ペースト中の半田の割合は決められているの
で、開口部分の容積を決めることにより、半田バンプの
体積、ひいては、その体積から決まる半田バンプの高さ
を設定することができる。

【００２２】例えば、図２及び下記の様に各部の寸法を
設定した場合には、充填される半田ペーストの体積ＶS
は、下記式（１）にて算出される。 メタルマスクの開口端径 ；ＤMMO メタルマスクの厚み ；ＴMM ソルダーレジストの開口径；ＤSRO ソルダーレジストの厚み ；ＴSR パッド径 ；ＤP パッドの厚み ；ＴP ＶS＝π（ＤSRO／２）²×ＴSR＋π（ＤMMO／２）²×ＴMM −π（ＤP／２）²×ＴP …（１） 尚、半田ペースト中約半分が半田（残りはフラックス）
なので、半田ペーストの体積ＶSの約半分が形成される
半田バンプの体積Ｖとなる。

【００２３】一方、半田ペーストから形成される半田バ
ンプは、溶融時には表面張力によって概略球を切断した
形状になるため、その体積Ｖは、パッド径ＤPとバンプ
高さＴから、以下ａ）、ｂ）の様に場合分けして計算で
きる。従って、パッド径ＤPと希望バンプ高さＴから、
メタルマスクの板厚ＴMMとパターン穴の開口端の径ＤMM
Oを計算できる。

【００２４】尚、以下の計算では、バンプ形状を構成す
る切断された球の半径をＬ、球の半径Ｌとバンプ高さＴ
との差をｔとする。 ａ）図３（ａ）に示す様に、バンプが半球状より小さい
場合Ｌ²＝ｒ²＋ｔ²、 Ｔ＝Ｌ−ｔ から Ｌ＝（ｒ²／Ｔ＋Ｔ）／２ …（２） ｔ＝（ｒ²／Ｔ−Ｔ）／２ …（３）

【００２５】

【数１】

【００２６】ｂ）図３（ｂ）に示す様に、バンプが半球
状より大きい場合Ｌ²＝ｒ²＋ｔ²、 Ｔ＝Ｌ＋ｔ
から Ｌ＝（ｒ²／Ｔ＋Ｔ）／２ …（２’） ｔ＝（Ｔ−ｒ²／Ｔ）／２ …（３’）

【００２７】

【数２】

【００２８】従って、半田体積Ｖを２倍したもの（２
Ｖ）が印刷体積ＶSとなるので、メタルマスクの開口端
径ＤMMOは式（４）または（４’）と式（１）とから算
出できる。請求項２の半田バンプ形成用メタルマスクの
発明では、メタルマスクのパターン穴は、メタルマスク
用のメタル板をその両表面からエッチングして形成され
てなることを特徴とする。

【００２９】つまり、本発明では、図４に示す様に、例
えばメタル板の両側にエッチングレジストを設けて、メ
タル板の両側からエッチングを行ない、従来のエッチン
グマスクよりもエッチングを進めて、オーバーエッチン
グ状態とすることで、パターン穴の縦断面形状が略樽形
状になり、前記請求項１にて述べた様に、従来のエッチ
ングマスクの（中央部のバリによる）短所であった転写
性が改善される。また、従来のレーザー穴空けマスクや
電鋳マスクと比べても、その製造が容易であり、コスト
も約１０分の１と大幅に低減できる。

【００３０】尚、本発明では、オーバーエッチングを行
なうことにより、エッチングレジスト径に対して、従来
よりもパターン穴の開口端径が大きくなるので、エッチ
ングレジストの径を小さめに設定することが望ましい。
請求項３の半田バンプ形成用メタルマスクの発明では、
メタルマスクの厚さが、２５〜５０μｍであることを特
徴とする。

【００３１】つまり、従来の電鋳マスクやレーザー穴明
けマスクでは製造困難な厚さ７０μｍ未満、特に２５〜
５０μｍの厚さのメタルマスクを使用することにより、
小さな半田バンプをその体積及び高さのバラツキを抑制
して、精密に形成することができる。

【００３２】このメタルマスクの板厚を薄くすることに
よって、メタルマスクを配線基板から離す時にメタルマ
スク内に残る半田ペーストの量が減少し、メタルマスク
のオーバーエッチングで開口部中央のバリがないことと
合わせて、転写性が向上する。また、板厚を薄くするこ
とで、同じ印刷体積を得るためにマスク開口端径を大き
くできるので、さらにパターン穴内への半田ペーストの
充填性を向上させることができる。また、印刷される半
田ペーストの体積が、メタルマスクの板厚、メタルマス
クの開口端径から計算される体積とほぼ一致する様にな
り、計算によって希望通りの体積の半田バンプを形成で
きるようになる。よって、半田バンプ高さのバラツキも
小さくなる。

【００３３】尚、前記請求項１〜３のメタルマスクは、
単体で使用しても良いし、メッシュに貼り付けていわゆ
るコンビネーションマスクとしても良い。このコンビネ
ーションマスクとすることで、板厚の薄いマスクでも、
歪みなくまっすぐに延ばされ、配線基板に密着するた
め、半田印刷でのペーストだれが発生しにくく、これに
よる半田ブリッジの発生も減少する。

【００３４】また、前記請求項１〜３のいずれかに記載
のメタルマスクの製造方法であって、該メタルマスク用
のメタル板の両表面側からエッチングして、前記メタル
マスクのパターン穴を、縦断面形状が開口端の径より中
央部の径が大きい略樽形状とする工程を有することを特
徴とする半田バンプ形成用メタルマスクの製造方法を採
用できる。

【００３５】このようにすると、従来のエッチングマス
クの手法において、エッチングの時間等を調整するだけ
で容易にマスクを製造することができる。

【００３６】

【００３７】

【００３８】請求項４の半田バンプを有する配線基板の
製造方法の発明では、電子部品との接続用の半田バンプ
を有する配線基板の製造方法において、請求項１〜３の
いずれかに記載のメタルマスクを用いて、半田ペースト
を配線基板のパッド上に印刷し、加熱して半田を溶融す
ることにより、半田バンプを形成することを特徴とす
る。

【００３９】本発明では、前記請求項１〜３のメタルマ
スクを用いて、半田バンプを形成するので、小さな半田
バンプを形成する場合にも、バンプ高さのバラツキを少
なくすることができる。それによって、例えばフリップ
チップとの接合性が向上する。

【００４０】尚、電子部品との接続用の半田バンプを有
する配線基板の製造方法において、前記請求項１〜３の
いずれかに記載のメタルマスクを用いて、半田ペースト
を配線基板のパッド上に印刷し、加熱して半田を溶融す
ることにより、パッドの径が１５０μｍ以下で、かつ該
パッド上に形成された半田バンプの高さが平均値で７０
μｍ以下で、その高さのバラツキが該平均値の±２０％
の範囲内である半田バンプを形成することを特徴とする
半田バンプを有する配線基板の製造方法を採用できる。

【００４１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態の例
（実施例）について説明する。ここでは、半導体素子で
ある集積回路チップ（以下フリップチップと称す）を、
フェースダウンで実装する樹脂積層基板（フリップチッ
プ搭載用配線基板、以下単に配線基板と称す）を例を挙
げる。

【００４２】本実施例では、個々の半田バンプに対応す
る多数のパターン穴（透孔）を有するメタルマスク及び
その製造方法、並びにこのメタルマスクを使用し半田ペ
ースト印刷法によって半田バンプを形成した配線基板及
びその製造方法について説明する。

【００４３】ａ）まず、本実施例におけるフリップチッ
プ及び配線基板について説明する。図５（ａ）に示す様
に、フリップチップ１は、外径１２．５×１８ｍｍ、板
厚０．４ｍｍのＳｉ製のＬＳＩ素子であり、その板状の
基材２の（接合側の）片面には、素子側半田バンプ３
が、所定の配置パターンにて多数設けられている。

【００４４】つまり、図５（ｂ）に拡大して示す様に、
基材２上（図では下方）には、パッド径１４０μｍ×厚
み１μｍのパッド（素子側パッド）４が、所定の配置パ
ターンにて多数設けられ、その素子側パッド４上に、高
さ７０μｍの９５Ｐｂ−５Ｓｎ（融点３１４℃）の高温
半田からなる略半球状の素子側半田バンプ４が形成され
ている。尚、素子側パッド４は、Ｃｒ蒸着膜４ａの上に
Ｃｕ蒸着膜４ｂが形成されたものである。

【００４５】一方、図６（ａ）に示す様に、フリップチ
ップ１を搭載する配線基板６は、特願平８−７６９６０
号の実施例１に示したものと同様なものであり、外径２
５×２５ｍｍ、板厚約１ｍｍの板状の基材７の（接合側
の）片面には、基板側半田バンプ８が所定の配置パター
ンにて多数設けられている。

【００４６】つまり、図６（ｂ）に拡大して示す様に、
基材７上（図では上方）には、パッド径ＤP＝１４０μ
ｍ×厚みＴP＝１５μｍのパッド（基板側パッド）９
が、所定の配置パターンにて多数設けられ、その基板側
パッド９上に、高さＴ＝６０μｍの３７Ｐｂ−６３Ｓｎ
（融点１８３℃）の共晶半田からなる球を切断した形状
の基板側半田バンプ８が形成されている。

【００４７】前記基板側パッド９は、Ｃｕの表面にＮｉ
メッキを約５μｍ施したものであり、この基板側パッド
９の周囲に、厚みＴSR＝２０μｍのソルダーレジスト１
１が形成されている。このソルダーレジスト１１は、共
晶半田の溶融時に共晶半田が他の場所に付着することを
防止する絶縁層として設けられており、基板側パッド９
の周囲を所定の間隔を保って囲む様に、直径ＤSRO＝２
００μｍの開口部１２を備えている。

【００４８】ｂ）次に、本実施例の要部である基板側半
田バンプ８の形成に用いられるメタルマスク及びその形
成方法に説明する。図７に示す様に、厚さ４０μｍのス
テンレス板２１に、厚さ２５μｍの感光性エポキシ樹脂
によるエッチングレジスト２２を上下両面に貼り付け
る。

【００４９】次に、露光・感光を行なって、メタルマス
ク１３の透孔１４の形成予定箇所のエッチングレジスト
２２に、直径１４０μｍの穴を開ける。次に、エッチン
グレジスト２２を備えたステンレス板２１の両側に対し
て、硫フッ酸溶液を２ｋｇ／ｃｍ²の圧力でシャワーし
て吹き付け、１３分間エッチングを行なう。

【００５０】これによって、ステンレス板２１に、開口
端の径が１６０μｍ、中央部の径が１８０μｍの縦断面
が略樽形状の透孔１４が形成される。その後、エッチン
グレジスト２２を除去することにより、本実施例のメタ
ルマスク１３が完成する。

【００５１】尚、本実施例では、以下に述べる様に、配
線基板６の基板側パッド９上に、高さ６０μｍの共晶半
田からなる基板側半田バンプ８を半田ペースト印刷法で
形成するので、基板側半田バンプ８は、製品１個当り１
５００バンプ有り、また、半田印刷は製品９個に対して
同時に行なうので、メタルマスク１３の透孔１４は１３
５００穴開いている。

【００５２】ｃ）次に、このメタルマスク１３を用いて
行われる半田バンプを有する配線基板及びその製造方法
について説明する。半田ペーストとして、半田粒径１５
〜３５μｍの共晶半田粒とフラックスとを有する半田ペ
ーストを用いた。尚、フラックスとしては、還元力の弱
い順に、Ｒ、ＲＭＡ、ＲＡの各タイプや、水溶性フラッ
クスなど、どれでも使用できる。また、半田ペースト中
のフラックスの含有量は体積で約半分である。

【００５３】まず、基板側半田バンプ８形成前の配線
基板６は、図８（ａ）に示す様に、内部に導通部（図示
せず）を有する樹脂積層基板である基材７の表面に、基
板側パッド９とソルダーレジスト１１が設けられたもの
である。ソルダーレジスト１１は、一般のフォトリソグ
ラフィ技術により、基板側パッド９及びその周囲を除い
た箇所に形成する。具体的には、ネガ型紫外線硬化のエ
ポキシ樹脂接着剤を基材７の表面に印刷・乾燥し、ソル
ダーレジスト１１を形成したいところに紫外線を照射し
て、エポキシ樹脂を硬化させ、その後、炭酸ナトリウム
溶液で不要部分の樹脂を溶解除去して、ソルダーレジス
ト１１を形成する。

【００５４】次に、図８（ｂ）に示す様に、ソルダー
レジスト１１上にメタルマスク１３を載置する。このと
き、ソルダーレジスト１１の各開口部１２とメタルマス
ク２３の各透孔１４とが一致する様にして載置する。前
記メタルマスク１３の厚みＴMMは４０μｍとごく薄くさ
れており、開口端径ＤMMOは、高さの低い基板側半田バ
ンプ８を形成するために、１６０μｍと従来よりかなり
小さく設定してある。

【００５５】ここで、基板側パッド９の寸法、ソルダー
レジスト１１の開口部１２の寸法、及びメタルマスク１
３の透孔１４の寸法により規定される半田ペーストの充
填量について説明する。既に、前記図２にて説明した様
に、ソルダーレジスト１１の開口部１２やメタルマスク
１３の透孔１４等により形成される開口部分１６に充填
される半田ペーストの体積ＶSは、前記式（１）にて算
出することができる。

【００５６】また、前記図３にて説明した様に、半田バ
ンプの体積Ｖは前記式（４）又は（４’）から算出する
ことができる。さらに、前述したように、半田ペースト
中の半田体積は約半分であるので、半田ペーストの体積
ＶSは半田バンプの体積Ｖの約２倍となる。

【００５７】従って、この体積ＶSとなる様に、与えら
れたソルダーレジスト１１の開口部１２及び基板側パッ
ド９の寸法に応じて、メタルマスク１３の透孔１４の寸
法（板厚、透孔径）を設定する。これによって体積ＶS
の半田ペーストを充填すれば、所望の体積及び高さの基
板側半田バンプ８が得られる。

【００５８】次に、図８（ｃ）に示す様に、半田ペー
スト１７として、半田粒径１５〜３５μｍの共晶半田粒
１７ａとフラックス１７ｂからなる半田ペースト１７を
使用し、前記メタルマスク１３を用いてスキージ印刷を
行う。これにより、前記開口部分１６に、所定の体積Ｖ
Sに相当する半田ペースト１７が充填される。

【００５９】次に、図８（ｄ）に示す様に、メタルマ
スク１３を除去する。 次に、図８（ｅ）に示す様に、この半田ペースト１７
を充填した状態で、最高温度２１０℃の遠赤外線リフロ
ー炉に入れて、共晶半田粒１７ａを溶融させ、その後冷
却して基板側半田バンプ８を形成する。

【００６０】次に、図８（ｆ）に示す様に、フラック
ス１７ｂを除去し、表面に基板側半田バンプ８を備えた
配線基板６を完成する。尚、計算上の基板側パッド１個
当りの基板側半田バンプの印刷体積は、約６．０×１０
^-4ｍｍであり、高さ６２μｍの基板側半田バンプが形成
される計算になる。

【００６１】この様に、本実施例では、上述した構成に
より下記の効果を奏する。 (1)本実施例における実際の基板側半田バンプ８の高さ
は、平均６１μｍ、最小５０μｍ、最大７０μｍにな
り、バラツキが少なく、バンプ高さもほぼ計算通りであ
る。これは、半田ペーストは粘性が高いため、メタルマ
スク１３の透孔１４の壁面に付着して転写されない分が
あり、若干の半田量が減少する。しかし、本例では、透
孔１４が略樽形状でその中央部の径が大きくなってお
り、付着量が安定して透孔１４の開口端径を直径とする
略円柱形状部分の半田ペーストが安定して転写されるた
めである。

【００６２】従って、本実施例では、求める基板側半田
バンプ８の高さによって、使用するメタルマスク１３の
板厚、透孔径（開口端径）が精度良く計算で求められる
ので、手間のかかるマスク条件出しの必要がなく、製品
開発、製造が容易になるという利点がある。

【００６３】また、バンプ高さのバラツキが少ないの
で、フリップチップ１の接合性に優れている。 (2)従来の電鋳マスクでは、その透孔の壁面がマスク板
面に対して垂直で本実施例の様に鋭角ではないため充填
性が悪い。このため、本実施例のメタルマスク１３の様
なパッド径、バンプ高さが小さい基板側半田バンプ８を
バンプ高さのバラツキを小さくしつつ形成することはで
きない。また、その材質の強度不足のためにマスク板厚
を薄くできない。また、従来のレーザー穴明けマスク
（レーザーマスク）でも、透孔の壁面が荒れているた
め、また、上面の開口端径を比較的小さく設計する必要
があるため、半田ペーストの充填性が悪い。このため、
バンプ高さのバラツキを小さくしつつ、高さの小さい半
田バンプを形成することができない。また、寸法精度不
良となるため、マスク板厚を薄くすることができない。

【００６４】一方、本実施例のようなエッチングマスク
を用いれば、メタル板厚最小２５μｍ程度、透孔径を最
小１４０μｍまで小さくできるため、より小さな基板側
半田バンプ８の形成にも対応できる。例えば、ソルダー
レジスト１１の開口径１６０μｍ、ソルダーレジスト１
１の厚み２０μｍ、パッド径１２０μｍ、パッド厚み１
５μｍとしたときに、半田バンプ高さ５０±８μｍの基
板側半田バンプ８を形成することもできる。

【００６５】(3)本実施例では、エッチングによりメタ
ルマスク１３を形成できるため、レーザー穴空けマスク
や電鋳マスクに比べて、マスクコストが低い。 (4)本実施例では、メタルマスク１３の材質として、ス
テンレス板を使用できるので、Ｎｉからなる電鋳マスク
に比べてマスク寿命が長く、製造コストを低減できる。

【００６６】(5)本実施例では、マスク製作の設備は、
従来のエッチングマスクと全く同じであり、エッチング
条件を変更するだけで良いので、量産が容易である。 ＜実験例＞次に、本実施例の効果を確認するために行っ
た実験例について説明する。

【００６７】本実験例では、前記実施例のメタルマスク
を使用して半田バンプ（基板側半田バンプ）を形成し、
その半田バンプ高さのバラツキを測定したものである。 （実験条件）図９（ａ）、（ｂ）に示す様に、非ビア部
パッド２１箇所とビア部パッド４箇所が配置され（合計
２５箇所）、ソルダーレジスト開口径：２００μｍ、ソ
ルダーレジスト厚み：２０μｍ、基板側パッド径：１４
０μｍ、基板側パッド厚み（下地Ｃｕパッド厚さ）：１
５μｍの構成を有する配線基板に対して、下記表１に示
す様な本実施例のエッチングマスクを使用して、半田バ
ンプを形成した。

【００６８】ここで、ビア部パッドとは、半田バンプを
形成するパッドが下層の配線層と接続するビアの役割を
も兼ねて形成され、凹みを持つ表面を有するパッドを指
す。この凹みの大きさは、絶縁層の厚さ等によって適宜
決定されるが、本例では、深さ４０μｍ、直径７０μｍ
の略円柱形の凹部となっている。一方、非ビア部パッド
とは、半田バンプを形成するパッドがビアの役割を兼ね
ないタイプのパッドであり、平坦な表面を有するパッド
を指す。

【００６９】また、比較例として、同じく電鋳マスク
（板厚７０μｍ、開口径１８０μｍ）、レーザーマスク
（板厚７０μｍ、上端開口径１６０μｍ、下端開口径１
７０μｍ）を用いて、同様に半田バンプを形成した。
尚、同じ種類のマスクを使用してそれぞれ３枚の配線基
板に対して半田バンプを形成した。

【００７０】そして、各パッド上に形成される半田バン
プ高さを、下記〜の手順で測定した。 「下地Ｃｕパッドの厚み」の測定 顕微鏡を用い、焦点をまず樹脂層表面で合わせる。次
に、焦点をＣｕパッドの上部に合わせ、この間の顕微鏡
鏡筒部の上下移動量から、下地Ｃｕパッド厚みを測定す
る。

【００７１】前記実施例の手法にて半田バンプを形成
する。 「下地Ｃｕパッドの厚み＋半田バンプ高さ」の測定 顕微鏡を用い、焦点をまず樹脂層表面で合わせる。次
に、焦点を半田バンプの頂部に合わせ、この間の顕微鏡
鏡筒部の上下移動量から、「下地Ｃｕパッドの厚み＋半
田バンプ高さ」を測定する。

【００７２】「半田バンプ高さ」の計算 前記「下地Ｃｕパッドの厚み＋半田バンプ高さ」−前
記「下地Ｃｕパッドの厚み」によって、半田バンプ高
さを計算で求める。その結果を、下記表１に記す。

【００７３】

【表１】

【００７４】尚、前記表１において、計算バンプ高さ
は、メタルマスク等の寸法から算出される計算上のバン
プ高さである。また、ＡＶＥは平均値を示し、ＳＤは標
準偏差を示し、ＭＡＸは最大値を示し、ＭＩＮは最小値
を示し、Ｒはレンジ（範囲）を示している。

【００７５】この表１において、計算バンプ高さと実測
したバンプ高さとの差が小さければ、計算によってマス
クの透孔の寸法等を決定できることを示す。本例のエッ
チングマスクでは、計算バンプ高さ６３μｍに対し、実
測値は３枚の配線基板の各々の非ビア部とビア部の２５
箇所のパッド（計７５箇所）を総合して、平均６１μｍ
とほぼ等しい値となった。即ち、本例でのエッチングマ
スクによれば、ほぼ計算通りの高さを有する半田バンプ
が得られることが判る。

【００７６】一方、電鋳マスクでは、計算バンプ高さ９
２μｍに対して実測平均で６４μｍと大きく食い違って
いる。従って、所望の高さのバンプを得るのに計算だけ
でなく、繰り返し試作してマスクの各寸法を決める条件
出し作業が必要となる。同様に、レーザーマスクでも、
計算バンプ高さ８７μｍに対して実測平均で６７μｍ
と、電鋳マスクを用いた場合ほどではないにしろ、かな
り食い違った値となった。従って、レーザーマスクでも
条件出し作業が必要となる。

【００７７】次いで、各バンプの高さのバラツキについ
て検討する。非ビアパッド部上に形成した半田バンプ
（各２１個×３）について見ると、本例のエッチングマ
スクは、平均６１μｍ、最大７０μｍ、最小５３μｍで
あり、バラツキは小さい（６１±９μｍ＝６１μｍ±１
５％程度）。これは、本例のマスクが、転写性、充填性
とも良好で、安定した量の半田ペーストを印刷できるこ
とを示している。

【００７８】一方、電鋳マスクでは、平均６６μｍ、最
大７７μｍ、最小５５μｍと、バラツキがやや大きくな
っている（６６±１１μｍ＝６６μｍ±１７％程度）。
これは、電鋳マスクの透孔側壁に付着する半田ペースト
量が安定しないために、印刷される半田ペースト量も安
定しないためと思われる。

【００７９】また、レーザーマスクでは、平均６９μ
ｍ、最大８２μｍ、最小４７μｍとバラツキがかなり大
きい（６９±２２μｍ＝６９μｍ±３２％程度）。これ
は、レーザーマスクにおいては、上端開口径が小さいた
めあるいは開口の内壁が荒れているため充填性が悪く、
十分に充填されない場合があるために、各々のバンプに
おける半田量が安定しないためと考えられる。

【００８０】更に、ビア部パッドに形成した半田バンプ
（各４個×３）について検討する。本例のエッチングマ
スクでは、平均６１μｍ、最大７０μｍ、最小５０μｍ
であり、やはりバラツキは小さい（６１±１１μｍ＝６
１μｍ±１８％程度）。これは、本例のマスクによれ
ば、透孔の側壁に付着する半田ペースト量が安定してい
るためである。

【００８１】一方、電鋳マスクでは、平均５７μｍ、最
大６７μｍ、最小４５μｍであり、バラツキはやや大き
くなっている（５７±１２μｍ＝５７μｍ±２１％程
度）。これは、透孔の側壁に付着する半田ペースト量が
安定していないためと考えられる。

【００８２】また、レーザーマスクでは、平均５７μ
ｍ、最大７１μｍ、最小４０μｍであり、バラツキが大
きい（５７±１７μｍ＝５７μｍ±３０％程度）。更
に、非ビア部パッドとビア部パッドとの間でバンプ高さ
を比較すると、本例のエッチングマスクでは、非ビア
部、ビア部とも、平均６１μｍとバンプ高さに差が生じ
ない。

【００８３】これは、本例のマスクは、半田ペーストの
充填性がよく、パッド凹部内まで十分に半田ペーストが
充填されるため、凹部のあるビア部パッドと凹部のない
非ビア部パッド間で、バンプ高さに違いを生じなかった
ためと考えられる。このため、本例のマスクでは、非ビ
ア部及びビア部の全てのパッド（各２５個×３）で統計
をとっても、平均６１μｍ、最大７０μｍ、最小５０μ
ｍであり、バラツキは小さい（６１±１１μｍ＝６１μ
ｍ±１８％程度） 一方、電鋳マスクでは、非ビア部は平均６６μｍ、ビア
部は平均５７μｍと高さが大きく異なっている。これ
は、電鋳マスクでは、半田ペーストの充填性が良くない
ために、パッド凹部内に半田ペーストを十分に充填でき
ないため、結果として、この凹部のある分、半田バンプ
の高さが小さくなったものと考えられる。また、全ての
パッドについて見ると、平均６４μｍ、最大７７μｍ、
最小４５μｍと、さらにバラツキが大きくなる（６４±
１９μｍ＝６４μｍ±３０％程度）。 また、レーザー
マスクでは、非ビア部は平均６９μｍ、ビア部は平均５
７μｍと、さらに差が大きくなっている。これは、レー
ザーマスクでは、半田ペーストの充填性が悪いために、
パッド凹部内に半田ペーストを十分に充填できないた
め、その分、半田バンプの高さが小さくなったものと考
えられる。さらに、全てのパッドで統計をとると、平均
６７μｍ、最大８２μｍ、最小４０μｍと、非常にバラ
ツキが大きい（６７±２７μｍ＝６７μｍ±４０％程
度）。

【００８４】このように、半田バンプの高さバラツキの
大きい配線基板では、この半田バンプを介してフリップ
チップを接続する場合に、接続不良を生じる危険があ
る。なお、充填性が悪いために、ビア部パッドにおいて
パッド凹部内に半田ペーストが十分に充填されないま
ま、リフローして半田バンプを形成した場合、凹部内に
閉じ込められた空気により、半田バンプ内にボイドが形
成される場合がある。この場合には逆に、見掛けの半田
バンプ高さが高くなったり、ボイド内の空気が外部に抜
けてボイドがつぶれる時に、溶融した半田を吹き飛ばし
て不具合を生じる危険があり、この点からも充填性が悪
いのは好ましくない。

【００８５】このように、本例のエッチングマスクで形
成した半田バンプは、計算（設計）通りの高さ（体積）
を持つ。従って、何度もマスクを試作する条件出し作業
は不要となる。また、充填性、転写性が良好であるの
で、一定量の半田ペーストを印刷でき、高さのバラツキ
の小さい半田バンプを形成できるので、フリップチップ
等の電子部品との接続において、安定・確実に接続でき
る。

【００８６】特に本例では、高さのバラツキやすい寸法
の小さなバンプにおいて、高さバラツキを２０％以下に
抑えることができる。更に、本例のマスクは、同一高さ
の半田バンプとするのに、異なる量の半田（半田ペース
ト）を要するパッドが混在しているパッド群（例えば具
体的にはビア部パッドと非ビア部パッドの両方）を持つ
配線基板に適用するのが好ましい。充填性が良好なた
め、必要な量の半田ペーストを十分に充填でき、パッド
の違いに拘らず、高さバラツキが小さい半田バンプを形
成できるからである。

【００８７】尚、本発明は前記実施例になんら限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

【００８８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の半田バ
ンプ形成用メタルマスクの発明では、パターン穴の縦断
面形状が略樽形状であるので、充填性に優れるととも
に、メタルマスクを剥す際の転写性に優れており、よっ
て、精密に所望の印刷体積とすることができる。そのた
め、バンプ高さのバラツキを低減でき、例えばフリップ
チップの接合性が向上する。

【００８９】また、求める半田バンプの高さに対して、
使用するメタルマスクの板厚、透孔径が精度良く計算で
求めることができるので、手間のかかるマスク条件出し
の作業が不要となり、製品開発、製造が容易であり、コ
ストも低減できる。請求項２の半田バンプ形成用メタル
マスクの発明では、メタルマスクのパターン穴は、メタ
ルマスク用のメタル板をその両表面からエッチングして
形成するので、従来のレーザー穴空けマスクや電鋳マス
クと比べても、その製造が容易であり、コストも低減で
きる。

【００９０】請求項３の半田バンプ形成用メタルマスク
の発明では、メタルマスクの厚さが、２５〜５０μｍと
薄いので、小さな半田バンプを形成する場合には、その
体積及び高さのバラツキを抑制して、精密に半田バンプ
を形成することができる。請求項４の半田バンプを有す
る配線基板の製造方法の発明では、前記請求項１〜３の
メタルマスクを用いて、半田バンプを形成するので、小
さな半田バンプを形成する場合にも、バンプ高さのバラ
ツキを少なくすることができる。それによって、例えば
フリップチップと接合性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のメタルマスクによる作用を説明する
説明図である。

【図２】 充填される半田ペーストの体積の設定方法を
示す説明図である。

【図３】 半田バンプの各部の寸法の関係を示す説明図
である。

【図４】 エッチングによりメタルマスクを形成する手
順を示す説明図である。

【図５】 実施例にかかるフリップチップを示し、
（ａ）はその平面図、（ｂ）は素子側半田バンプ近傍を
拡大して示す断面図である。

【図６】 実施例にかかる配線基板を示し、（ａ）はそ
の平面図、（ｂ）は基板側半田バンプ近傍を拡大して示
す断面図である。

【図７】 実施例にかかるメタルマスクをエッチングに
より形成する手順を示す説明図である。

【図８】 実施例にかかる基板側半田バンプの形成方法
を示す説明図である。す断面図である。

【図９】 実験例にかかり、（ａ）は半田バンプ形成前
の配線基板を示す平面図、（ｂ）は半田バンプ及びその
近傍を示す断面図である。

【図１０】 従来技術を示す説明図である。

【図１１】 従来技術を示す説明図である。

【符号の説明】

１…フリップチップ（集積回路チップ，半導体素子） ２…基材 ３…素子側半田バンプ ４…素子側パッド ６…配線基板（フリップチップ搭載用配線基板） ８…基板側半田バンプ ９…基板側パッド

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−74778（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−275491（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−99216（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−267964（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−326155（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−283855（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−129848（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 21/92

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半田バンプを形成するために、配線基板
   に対して半田ペーストを印刷する際に用いられるメタル
   マスクにおいて、 前記形成する半田バンプに対応したパターン穴の縦断面
   形状が、開口端の径より中央部の径が大きい略樽形状で
   あることを特徴とする半田バンプ形成用メタルマスク。
2. 【請求項２】 前記メタルマスクのパターン穴は、該メ
   タルマスク用のメタル板をその両表面からエッチングし
   て形成されてなることを特徴とする前記請求項１に記載
   の半田バンプ形成用メタルマスク。
3. 【請求項３】 前記メタルマスクの厚さが、２５〜５０
   μｍであることを特徴とする前記請求項１又は２に記載
   の半田バンプ形成用メタルマスク。
4. 【請求項４】 電子部品との接続用の半田バンプを有す
   る配線基板の製造方法において、 前記請求項１〜３のいずれかに記載のメタルマスクを用
   いて、半田ペーストを配線基板のパッド上に印刷し、加
   熱して半田を溶融することにより、前記半田バンプを形
   成することを特徴とする半田バンプを有する配線基板の
   製造方法。