JP3686717B2 - はんだペースト印刷用マスク - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだペースト印刷用マスクに関し、更に詳しくはＳＭＴ（Surface Mount Technology）やＣＯＢ（Chip On Board ）実装によるプリント基板のスクリーン印刷に使用して好適なるはんだペースト印刷用マスクに関する。
【０００２】
近年、電子機器の小型化の要求に伴い、半導体パッケージのリードピッチの微細化が進み、これらを接合するためのフットプリント（ランド）も微細化・狭小化の傾向にある。
【０００３】
【従来の技術】
図６，図７は従来技術を説明する図（１），（２）である。
従来は、一様な板厚のメタルマスクを使用してはんだペースト（クリーム状はんだ）のスクリーン印刷を行っていた。
具体的に言うと、図６（Ａ）において、プリント基板１０の表面には、リード幅０．１５ｍｍ、リードピッチ０．３ｍｍのＱＦＰ（Quad Flat Package)を搭載（ＳＭＴ実装）すべく、幅０．１５ｍｍ、ピッチ０．３ｍｍのフットプリント１１が矩形状に配列されている。
【０００４】
図６（Ｂ）において、各フットプリント１１の厚みは５０μｍ程度であり、それらを囲むようにしてソルダレジスト１２が厚み３０〜４０μｍで塗布されている。そして、この様な基板１０の上に、はんだ供給量に応じて板厚１００〜２００μｍのメタルマスク７０を重ね合わせ、その各微細マスク孔に不図示のスキージによりはんだペースト３０をスクリーン印刷する。
【０００５】
図６（Ｃ）において、印刷後の基板１０からメタルマスク７０を取り外すと、各フットプリント１１の上には適量のはんだペースト３０が載っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、部品の小型化が進み、フットプリント１１がこれよりも微細化・狭小化すると、必要なはんだが少量化し、これに応じて微細マスク孔の開口寸法も小さくなることから、従来のエッチング法ではマスク開口寸法の精度確保が困難となる問題があった。
【０００７】
即ち、一般にエッチングによるマスク製版の限界はアスペクト比＝ｂ／ａが「１」までと言われており、アスペクト比が「１」以下になると、エッチングによるマスク開孔壁は垂直とはならず、微細マスク孔寸法の精度確保が極めて困難となる。
更に図７（Ａ）において、一般に基板１０の表面には信号線やアース等の銅パターン１３が縦横にプリントされており、その上には５〜１００μｍ程度のソルダレジスト１２が塗布されることから、この部分が高く盛り上がる傾向にある。
【０００８】
しかし、従来の様にメタルマスク７０の板厚が一様であると、図示の如くメタルマスク７０とフットプリント１１との間にソルダレジスト塗布分のギャップが生じてしまう。しかも、はんだペースト３０の粒子径は一般に５〜５０μｍ程度であることから、スクリーン印刷時にはこのギャップを通してはんだペースト３０が基板側ににじみ出し、これらがはんだブリッジやはんだボールの原因となっていた。更に、各種目的で使用するマーキング印刷（シルク印刷）等を含めると、膜厚は最大１５０μｍにも達し、ギャップは更に広がってしまう。
【０００９】
また図７（Ｂ）において、プリント基板１０への部品実装の高密度化に伴い、特にＳＭＴやＣＯＢの混在実装においては、ベアチップ実装部分への封止材充填によりこの部分が顕著に盛り上がり、スクリーン印刷が益々困難な状況にある。この場合に、先にＳＭＴ実装を行うことも考えられるが、後のＣＯＢ実装（ワイヤボンディング・樹脂封止等）を適正に行うためにはＳＭＤ（Surface Mount Device）のはんだ付けに使用したフラックスを完全に洗浄する必要があり、トータルの部品実装工程が極めて煩雑となる。
【００１０】
本発明の目的は、基板表面の凹凸やフットプリントのサイズに関わらず、常に適量のハンダペーストのスクリーン印刷が行えるはんだペースト印刷用マスクを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は例えば図１の構成により解決される。即ち、本発明（１）のはんだペースト印刷用マスクは、マスクを貫通する微細マスク孔を通して対向する基板表面にはんだペーストを印刷するはんだペースト印刷用マスクであって、金属製の薄板からなる母材の一方の面に基板表面の凸部を収容するための凹部を設けた樹脂層を有し、かつ該母材の他方の面の一部に微細マスク孔へのはんだ供給量を調節するための樹脂層を備えるものである。
【００１２】
本発明（１）によれば、金属製母材の少なくとも一方の面に部分的に厚みの異なる樹脂層を有するので、基板表面の凹凸にマスク裏面の樹脂厚みを対応させことが可能であり、もってスクリーン印刷時の樹脂層とフットプリント間の密着性を解決できる。従って、はんだペーストのダレやニジミを防止でき、はんだブリッジやはんだボールの発生を有効に阻止できる。
【００１３】
また、樹脂層の厚みは後述の如く比較的簡単な加工法により予め精密に調整できるので、基板表面の凹凸に適応した印刷用マスクを容易に提供できる。
更にまた、樹脂層を有する分、金属製母材の厚みを薄くできるので、フットプリントの微細化・狭小化が進んでも、母材の各微細マスク孔のアスペクト比を「１」以上に保てる。従って、高精度な母材を生成できる。
【００１４】
一方、例えば樹脂層を感光性樹脂で構成した場合には、フォトリソグラフィー技術により微細マスク孔の生成は金属に対するエッチングよりも高精度で行えるので、高精度な微細マスク孔が得られる。
【００１５】
ところで、搭載する半導体パッケージによってはそのリード幅及びリードピッチが大きい場合もある。この場合は、必要なはんだ量が増すが、本発明（１）によれば、微細マスク孔が母材の他方の面の側に延長されることになるので、このようなフットプリントに対しても十分なはんだ量を供給できる。
また好ましくは、本発明（２）においては、微細マスク孔の壁面を樹脂層でコートした構造を備える。
【００１６】
微細マスク孔の壁面を樹脂層でコートすれば、壁面の形状（垂直性、平面性）、寸法を高精度に形成できる。従って、各フットプリントのサイズ・ピッチに応じて夫々に適量のはんだペーストを供給できると共に、このような微細マスク孔の壁面は表面平滑によりはんだペーストの抜けが良く、高品位なスクリーン印刷特性が得られる。
【００１７】
好ましくは、このはんだペースト印刷用マスクの製法は、微細マスク孔を有する母材の一方の面から感光性樹脂を塗布し、乾燥後の樹脂層に前記微細マスク孔を含む所定パターンを露光し、現像する工程を備えるものである。
即ち、この方法によれば、感光性樹脂を塗布・乾燥し、これに微細マスク孔を含む所定パターンを露光、現像するので、微細マスク孔の形状・寸法のみならず、部分的に厚みの異なる樹脂層も精密に形成できる。
【００１８】
好ましくは、更に、予め母材の他方の面に感光性フィルムを貼り付ける工程を備える。
感光性フィルムを貼り付ける工程は、機械的かつ容易に行える。また予め母材の他方の面に感光性フィルムを貼り付けておけば、一方の面からの感光性樹脂の塗布が容易であると共に、感光性樹脂が微細マスク孔に隙間無く浸透し、反対側から漏れ出す心配もない。
【００１９】
また好ましくは、感光性樹脂の塗布、露光及び現像の工程を繰り返すことにより部分的に厚みの異なる樹脂層を形成する。
この場合に、例えばある段階では特定の部分に露光を行わず（又は露光を行い）、塗布した樹脂層を現像に関わらず残す。また次の段階では特定の部分に露光を行い（又は露光を行なわず）、塗布した樹脂層を現像により削除する。こうした単純な作業を繰り返すことで、部分的に厚みの異なる樹脂層を容易に形成できる。
【００２０】
また好ましくは、露光エネルギーを可変制御することにより部分的に厚みの異なる樹脂層を形成する。
この場合は、予め感光性樹脂を厚めに塗布すると共に、例えばポジティブ法の場合は、樹脂塗布面の深く削り取りたい部分に対しては長時間又は高エネルギー（ｍＪ／ｃｍ² ）で露光を行い、その部分を深く光に反応させる。それ以外の部分には露光を行わず、光に反応させない。後の現像工程では、樹脂層から露光の深さに応じた層が削り取られる。従って、感光性樹脂の塗布、露光及び現像を繰り返すことなく部分的に厚みの異なる樹脂層を容易に形成できる。なお、ネガティブ法の場合はこの逆である。
【００２１】
また、このはんだペースト印刷用マスクの使用方法は、例えば図１（Ｂ）に示す如く、ベアチップ実装後のプリント基板に、該実装部分に凹部を有するはんだペースト印刷用マスクを重ね合わせ、その上よりはんだペーストをスクリーン印刷するものである。
この方法によれば、ベアチップを先にＣＯＢ実装するので、ワイヤボンディング及び封止材の充填等がクリーンな状態で行える。また、ＣＯＢ実装後に、はんだペースト印刷用マスクを使用してＳＭＴ実装を行うので、中間にフラックス等の洗浄工程を必要としない。
【００２２】
しかも、基板の同一面にＣＯＢ実装とＳＭＴ実装とを任意に混在させることが可能となり、もって部品実装密度が高くなるのみならず、基板面積を小さくできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に好適なる実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。
図２，図３は実施の形態によるはんだペースト印刷用マスクの製造方法を説明する図（１），（２）である。
【００２４】
図２は母材２１となるメタルマスク部分の製法を示している。
図２（Ａ）において、ニッケル又はステンレス等の金属により一様な板厚５０〜７０μｍの母材２１を形成する。
図２（Ｂ）において、母材２１の上面に例えばジアゾ系の感光性樹脂（ホトレジスト）５１を塗布し、硬化させる。更に、樹脂５１の上面に微細マスク孔パターンを有するホトマスク６１を重ね合わせ、上から平行な紫外線ＵＶにより露光を行う。なお、必要なら、母材２１の下面にもジアゾ系の感光性樹脂５１を塗布し、上記と同様のことを行う。
【００２５】
図２（Ｃ）において、上記露光後の樹脂層５１を現像液で現像し、露光部分の樹脂層を除去する。
図２（Ｄ）において、上記現像後の母材２１をエッチング液でエッチングし、微細マスク孔を形成する。更に、表面の樹脂層５１を剥離し、母材２１を完成する。この場合に、母材２１の板厚は５０〜７０μｍ程度と薄いので、微細マスク孔の径が７０〜１００μｍであってもアスペクト比は「１」以下とはならず、孔の精密なエッチング加工を行える。
【００２６】
図３ははんだペースト印刷用マスクの表層を成す樹脂層の製法を示している。図３（Ａ）において、予め母材２１の上面に例えばジアゾ系の透明の感光性フィルム５２を貼り付ける。次に、母材２１の下面側よりジアゾ系の感光性樹脂５３を例えば全体が必要な板厚となるように塗布する。
好ましくは、母材２１の微細マスク孔の内側にも隙間なく感光性樹脂５３を充填する。母材２１の上面には、予め感光性フィルム５２が貼り付けられているので、感光性樹脂５３は微細マスク孔内に隙間なく充填されると共に、外部には漏れ出さない。しかる後、感光性樹脂５３を乾燥する。
【００２７】
図３（Ｂ）において、上記乾燥後のマスク部材にホトマスク６２を重ね合わせ、その下から平行な紫外線ＵＶで露光を行う。
この様なホトマスク６２は、予めプリント基板１０のＣＡＤデータ（回路データ，実装設計データ等）を利用して制作される。因みに、この例のホトマスク６２の微細マスク孔の径は、母材２１のそれよりも幾分小さく形成されている。
【００２８】
なお、図は母材２１を下側から露光しているが、母材２１の上側にホトマスク６２を重ね合わせ、上側から露光しても良い。又は上下両方から同時に露光しても良い。
図３（Ｃ）において、上記露光後の感光性フィルム５２及び感光性樹脂５３を現像液（例えば水性）で現像し、露光部分を溶解除去する。
【００２９】
このように、感光性樹脂の塗布、露光、現像によれば、微細マスク孔の形状、寸法を高精度に加工できる。また、図示の如く母材２１の微細マスク孔の内壁を感光性樹脂でコーティングした形にすれば、その壁面は平らで滑らかなものとなり、はんだペーストの抜け性が良くなる。
なお、感光性フィルム５２は必ずしも必要では無いし、また微細マスク孔の内壁のコーティング加工も必ずしも必要では無い。
【００３０】
図４は実施の形態による他の様々なはんだペースト印刷用マスクの一部構造を説明する図である。
図４（Ａ）は、印刷用マスク２０の板厚を部分的に厚くし、はんだ供給量を部分的に多く供給可能とした一例を示している。
図４（Ｂ）は、基板表面の凹凸に対応させたものであり、樹脂部５３の板厚を部分的に薄くした一例を示している。また、この例では母材２１の上面に感光性フィルム５２を備えていない。
【００３１】
図４（Ｃ）は、一例の印刷用マスク２０の一部裏面斜視図を示している。
樹脂部５３の一部には基板１０のＣＯＢ実装部分に対応させた凹部が形成されている。また、その近傍にはＳＭＤ（Surface Mount Device）実装用の多数の微細マスク孔が配列形成されている。
他にも本発明思想を逸脱しない範囲内で様々な構造が考えられる。
【００３２】
実際上どの様な構造であっても、感光性樹脂５３の塗布とホトリソグラフィ処理（露光、現像）とを繰り返すことにより、比較的容易に製造可能である。この場合に使用するホトマスク６２は、二次元のＣＡＤデータでは不十分であり、更に基板実装高のデータを加えた三次元データに基づき製作される。
あるいは、厚めに塗布した感光性樹脂５３に対する露光エネルギーを制御することで、板厚を調整しても良い。この場合は基板実装高のデータが露光エネルギーの制御データに変換される。
【００３３】
図５は実施の形態によるはんだペースト印刷用マスクの使用態様を説明する図である。
図５（Ａ）はソルダレジスト１２の塗布や不図示のシルク印刷等により基板１０の一部が盛り上がっている場合を示している。
本発明による印刷用マスク２０を使用すれば、マスク下面の樹脂部５３に設けた凹部により、盛り上がりの悪影響は生じない。また、これにより各フットプリント１１と各微細マスク孔とは夫々に不要なギャップを生じること無く適正にフィットするので、はんだペースト３０の「ニジミ」や「ダレ」は生じない。
【００３４】
ところで、この印刷用マスク２０の下面凹部には樹脂層が無く、母材２１が剥き出しになっている。このような場合も、本発明に言う、部分的に厚みの異なる樹脂層の概念に含まれることは言うまでもない。
また、多めのはんだペースト３０を必要とする様な右側のフットプリント１１に対しては、母材２１の上面にも樹脂部５３が展開しており、この部分の微細マスク孔は実質的に大きめの空間を有している。従って、このフットプリント１１に対してのみ多めのはんだペースト３０を供給できる。
【００３５】
なお、スクリーン印刷の際には、母材上面に突出した樹脂部５３とスキージ先端部とが当たることが懸念される。しかし、樹脂部５３の突出厚は小さいのみならず、もしこのスキージをプラスチックス等の柔軟性を有する樹脂加工とすれば、その胴部や先端部がたわむ等することにより、両者の接触部に適当な逃げが生じるので、スクリーン印刷に支障は生じない。
【００３６】
図５（Ｂ）は、プリント基板１０の同一面にＳＭＴ実装とＣＯＢ実装とを混在させた場合を示している。
まず、基板１０にベアチップ４０をＣＯＢ実装する。即ち、基板１０の凹部にベアチップ４０をダイスボンディングし、該ベアチップ４０と周囲の各導体素片との間で信号線等のワイヤボンディングを行う。更に、これらの全体を封止材４２で封止し、ＣＯＢ実装を完了する。これらの作業は物理的方法でかつ局部的に行えるので、基板１０の他の部分は汚れたりしない。
【００３７】
次に、上記ＣＯＢ実装したプリント基板１０の上にはんだペースト印刷用マスク２０を重ね合わせる。印刷用マスク２０のＣＯＢ実装部に対応する部分は図示の如く凹部となっているので、各フットプリント１１と各微細マスク孔とは夫々に不要なギャップを生じること無く適正にフィットする。従って、はんだペースト３０の「ニジミ」や「ダレ」は生じない。
【００３８】
かくして、プリント基板１０に対するＣＯＢ実装及びＳＭＴ実装を無洗浄により効率良く行えると共に、これらを基板１０の同一面に実装できることから、部品実装密度は従来比の約２倍となり、プリント基板１０のサイズを従来の約１／２とすることができる。
なお、上記各実施の形態による感光性樹脂５１，５３を塗布する工程に代えて、感光性フィルム５２を必要な厚み分だけ重ねて貼り合わせる様にしても良い。
【００３９】
また、上記実施の形態では感光性樹脂部５１〜５３の露光部分が現像により削除されるポジティブ形の場合を述べたが、逆に露光部分が現像により削除されないネガティブ形の場合でも良いことは明らかである。感光性樹脂のポジタイプ／ネガタイプに対してはホトマスクで対処可能であり両タイプとも使用できる。
また、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で、構成、製法、使用方法の様々な変更が行えることは言うまでも無い。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、基板表面の凹凸やフットプリントのサイズに関わらず、常に適量のハンダペーストのスクリーン印刷が行える。また基板の同一面にＣＯＢ実装とＳＭＴ実装とを任意に混在でき、もって部品実装密度を高め、基板サイズを小さくできる。従って、電子機器の小型化、高信頼性化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の原理を説明する図である。
【図２】図２は実施の形態によるはんだペースト印刷用マスクの製造方法を説明する図（１）である。
【図３】図３は実施の形態によるはんだペースト印刷用マスクの製造方法を説明する図（２）である。
【図４】図４は実施の形態による他の様々なはんだペースト印刷用マスクの一部構造を説明する図である。
【図５】図５は実施の形態によるはんだペースト印刷用マスクの使用態様を説明する図である。
【図６】図６は従来技術を説明する図（１）である。
【図７】図７は従来技術を説明する図（２）である。
【符号の説明】
２１ 母材
５２ 感光性フィルム
５３ 感光性樹脂

Claims (2)

1. マスクを貫通する微細マスク孔を通して対向する基板表面にはんだペーストを印刷するはんだペースト印刷用マスクであって、金属製の薄板からなる母材の一方の面に基板表面の凸部を収容するための凹部を設けた樹脂層を有し、かつ該母材の他方の面の一部に微細マスク孔へのはんだ供給量を調節するための樹脂層を備えることを特徴とするはんだペースト印刷用マスク。
2. 微細マスク孔の壁面を樹脂層でコートした構造を備えることを特徴とする請求項１のはんだペースト印刷用マスク。

Images