JP3705152B2

JP3705152B2 - 半田バンプの形成方法

Info

Publication number: JP3705152B2
Application number: JP2001156570A
Authority: JP
Inventors: 忠彦境; 憲前田; 光鬼崎
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2021-05-25
Also published as: JP2002353263A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や基板の回路電極上に半田バンプを形成する半田バンプの形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の実装方法として半田バンプを用いる方法が知られている。この方法は電子部品の回路電極上に予め半田の突出電極である半田バンプを形成し、この半田バンプを基板などの回路電極に半田接合するものである。半田バンプを形成する方法として、従来より電極上への半田の供給を印刷によって行う方法が知られている。この方法は基板上に電極位置に応じてパターン孔が形成されたスクリーンマスクを装着し、スキージングによりパターン孔を介して回路電極上に半田を印刷するものである。
【０００３】
このバンプ形成において、ＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）など、パッケージを構成するテープ状の基板の片側の面に回路電極が形成され、この回路電極が形成された面の反対側にバンプが形成される場合がある。この場合には、基板の回路電極位置に設けられた貫通孔を介して半田が印刷され、この貫通孔内において溶融半田と回路電極とを接合させて半田バンプが形成される。
【０００４】
ところで、良好な実装構造を得るためには、電子部品に形成される半田バンプはできるだけ大きいサイズであることが望まれる。上述の半田印刷によってバンプを形成する場合には、形成される半田バンプのサイズはスクリーンマスクのパターン孔に充填される半田量によって規定されることから、大きなサイズの半田バンプを形成しようとするためには、パターン孔のサイズを大きく設定する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子部品のファインピッチ化によって基板の回路電極の幅は狭くなっていることから、前述のような回路電極が形成された面の反対側にバンプを形成する場合において、回路電極位置に設けられる貫通孔の大きさは小さくなる傾向にある。したがって、上述のような大きなパターン孔が設けられたスクリーンマスクによって半田印刷を行う場合には、以下のような不具合が生じる。
【０００６】
すなわち、パターン孔を基板の貫通孔に重ねた状態では、スキージングによって半田が押し込まれるパターン孔の方が貫通孔よりもサイズ的に大きいことから、パターン孔内の半田を貫通孔内に押し込む際に、貫通孔内がエアポケットとなって半田の回路電極上面への接触が妨げられる場合がある。そしてこのような印刷不良の状態でリフローが行われると、エアポケットを生じた回路電極上では、半田は回路電極に接合されることなく固化して脱落し、半田バンプが欠落する結果となる。このように、貫通孔を介して半田バンプを形成する場合においては、従来は大きなサイズのバンプを形成しようとすると半田の未接合が発生して半田バンプの欠落が生じやすいという問題点があった。
【０００７】
そこで本発明は、接合信頼性が高く大きなサイズの半田バンプを安定して形成することができる半田バンプの形成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の半田バンプの形成方法は、絶縁基板に形成された回路電極に対応する位置に開孔された貫通孔を介して回路電極に導通する半田バンプを形成する半田バンプの形成方法であって、前記貫通孔よりも小さいサイズの第１のパターン孔を有する第１のスクリーンマスクを用いて前記回路電極に半田を印刷する第１の印刷工程と、この第１の印刷工程後に前記第１のパターン孔よりも大きいサイズの第２のパターン孔を有する第２のスクリーンマスクを用いて前記回路電極に半田を重ねて印刷する第２の印刷工程と、第２の印刷工程後に前記絶縁基板を加熱することにより半田を溶融させて回路電極上に半田バンプを形成するリフロー工程とを含む。
【０００９】
請求項２記載の半田バンプの形成方法は、請求項１記載の半田バンプの形成方法であって、前記第１の印刷工程と第２の印刷工程において、それぞれ融点の異なる半田を用いる。
【００１０】
本発明によれば、絶縁基板に設けられた貫通孔よりも小さいサイズの第１のパターン孔を有する第１のスクリーンマスクを用いて回路電極に半田を印刷した後に第１のパターン孔よりも大きいサイズの第２のパターン孔を有する第２のスクリーンマスクを用いて回路電極に半田を重ねて印刷することにより、貫通孔内への半田の充填不良を防止して、接合信頼性を確保することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、図２は本発明の一実施の形態の半田バンプの形成方法の工程説明図である。図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）、図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、半田バンプの形成方法を工程順に示すものである。
【００１２】
図１（ａ）において、絶縁基板１はポリイミドテープやガラエポ樹脂などの絶縁材料から成り、絶縁基板１には貫通孔２が形成されている。貫通孔２は絶縁基板１の下面に形成された回路電極３の位置に対応して回路電極３のサイズよりも小さい開孔径ｄ１で開孔されている。貫通孔２は、絶縁基板１の回路電極３の反対面（図１において上面）に回路電極３と導通する半田バンプを形成するためのものである。
【００１３】
次に絶縁基板１の上面にクリーム半田が印刷される（第１の印刷工程）。絶縁基板１はスクリーン印刷装置に送られ、図１（ｂ）に示すように、スクリーンマスク４（第１のスクリーンマスク）の下面に装着される。スクリーンマスク４にはパターン孔５が絶縁基板１の回路電極３の位置に対応して形成されている。ここで、パターン孔５のサイズを示す開孔径ｄ２は、絶縁基板１に設けられた貫通孔２の開孔径ｄ１よりも小さく設定されている。
【００１４】
この後、図１（ｃ）に示すように、スクリーンマスク４上に第１の半田であるクリーム半田６が供給される。そして、スクリーンマスク４上でスキージ７を摺動させることにより、パターン孔５を介してクリーム半田６が押し込まれて貫通孔２内に充填され、クリーム半田６は回路電極３の上面まで到達する。このスキージングにおいて、パターン孔５の開孔径ｄ２は、貫通孔２の開孔径ｄ１よりも小さく設定されていることから、クリーム半田６が貫通孔２内に充填される際に内部の空気は絶縁基板１とスクリーンマスク４との間の隙間から外部へ排出される。したがって、開孔径ｄ１よりも大きいパターン孔を有するスクリーンマスクを用いる場合に発生する不具合、すなわち貫通孔２内の上部がクリーム半田６によって完全に閉塞され、貫通孔２内に空気が残留してエアポケットを形成することによるクリーム半田６の充填不良が発生しない。
【００１５】
この後、絶縁基板１をスクリーンマスク４の下面から離隔させることにより、クリーム半田６はパターン孔５から版抜けし、図１（ｄ）に示すように絶縁基板１上に半田部６ａが形成される。この半田部６ａは、貫通孔２内を満たし回路電極３の上面に接触するとともに絶縁基板１の上面にパターン孔５の径に相当する大きさの柱状の突出部を有する形状となっている。ここで印刷されるクリーム半田６は、フラックス中に鉛と錫の共晶半田の半田粒子を混合したものであり、液相線温度は１８３℃となっている。
【００１６】
次に第１の印刷工程後の絶縁基板１に対し、さらにクリーム半田６の印刷が行われる（第２の印刷工程）。すなわち、絶縁基板１は図２（ａ）に示すように、スクリーンマスク１４（第２のスクリーンマスク）の下面に装着される。スクリーンマスク１４にはパターン孔１５が絶縁基板１の回路電極３の位置に対応して形成されている。ここで、パターン孔１５のサイズを示す開孔径ｄ３は、スクリーンマスク４のパターン孔５の開孔径ｄ２よりも大きく設定されている。
【００１７】
この後、図２（ｂ）に示すように、スクリーンマスク１４上に第２の半田であるクリーム半田６’が供給される。そして、スクリーンマスク１４上でスキージ７を摺動させることにより、パターン孔１５内にクリーム半田６’が押し込まれる。そして押し込まれたクリーム半田６’は、パターン孔１５内で第１の印刷工程において印刷された半田部６ａの周囲に充填される。この後、絶縁基板１をスクリーンマスク１４の下面から離隔させることにより、クリーム半田６’はパターン孔１５から版抜けし、図２（ｃ）に示すように、絶縁基板１の表面上に突出し半田部６ａの周囲を取り巻く半田部６ｂが形成される。ここで印刷されるクリーム半田６’は、銀と錫の共晶半田の半田粒子をフラックス中に混合したものであり、その液相線温度は２２０℃である。すなわち、第１の印刷工程、第２の印刷工程においては、融点温度または液相線温度が異なる半田を用いるようにしている。
【００１８】
この後、絶縁基板１はリフロー工程に送られ加熱される。そして加熱温度がクリーム半田６の液相線温度である１８３℃を超えると半田部６ａが溶融し、貫通孔２内において回路電極３の表面に濡れ拡がる。この後更に温度が上昇してクリーム半田６’の液相線温度２２０℃を超えると、半田部６ｂが溶融し、これによりクリーム半田６とクリーム半田６’がそれぞれ溶融した溶融半田は構造的に一体化して回路電極３に半田接合され、その後固化することにより、図２（ｄ）に示すように半田バンプ６ｃが形成される。
【００１９】
このとき、第１の印刷工程において、クリーム半田６は確実に貫通孔２内に充填されることから、リフロー工程において半田粒子が回路電極３の表面に接触しない状態で溶融する事態が発生せず、したがって溶融半田は確実に回路電極３の表面に濡れ広がり、固化した後の半田バンプ６ｃは確実に回路電極３に半田接合される。
【００２０】
またスクリーンマスク１４（第２のスクリーンマスク）として大きな開孔径ｄ３のパターン孔１５を用いることができることから、回路電極３に印刷するクリーム半田６の印刷量を十分に確保することができ、大きなサイズの半田バンプ６ｃを安定して形成することが可能となっている。
【００２１】
なお上記実施の形態では、融点の低いクリーム半田６によって半田部６ａを、融点の高いクリーム半田６’によって半田部６ｂを形成するようにしているが、半田種類を入れ替えてクリーム半田６によって半田部６ｂを、クリーム半田６’によって半田部６ａを形成するようにしてもよい。この場合には、回路電極３と直接接触していない半田部６ｂが先に溶融するが、この溶融半田は貫通孔２内に充填された半田部６ａ中の半田粒子の間を回路電極３の表面に向かって移動し、確実に回路電極３の表面に到達する。そして回路電極３の表面に濡れ広がることにより、未接合部を生じることなく、回路電極３に半田接合される。
【００２２】
また上記実施の形態では、第１の半田、第２の半田としてそれぞれ鉛・錫の共晶半田、銀・錫の共晶半田を用いる例を示しているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、要は融点の異なる種類の半田を組み合わせて用いれば、上記以外の種類の半田を用いてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁基板に形成された回路電極に対応する位置に開孔された貫通孔よりも小さいサイズの第１のパターン孔を有する第１のスクリーンマスクを用いて回路電極に半田を印刷した後に第１のパターン孔よりも大きいサイズの第２のパターン孔を有する第２のスクリーンマスクを用いて回路電極に半田を重ねて印刷するようにしたので、貫通孔内への半田の充填不良を防止して接合信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の半田バンプの形成方法の工程説明図
【図２】本発明の一実施の形態の半田バンプの形成方法の工程説明図
【符号の説明】
１絶縁基板
２貫通孔
３回路電極
４，１４スクリーンマスク
５，１５パターン孔
６，６’ クリーム半田
６ａ，６ｂ半田部
６ｃ半田バンプ

Claims

絶縁基板に形成された回路電極に対応する位置に開孔された貫通孔を介して回路電極に導通する半田バンプを形成する半田バンプの形成方法であって、前記貫通孔よりも小さいサイズの第１のパターン孔を有する第１のスクリーンマスクを用いて前記回路電極に半田を印刷する第１の印刷工程と、この第１の印刷工程後に前記第１のパターン孔よりも大きいサイズの第２のパターン孔を有する第２のスクリーンマスクを用いて前記回路電極に半田を重ねて印刷する第２の印刷工程と、第２の印刷工程後に前記絶縁基板を加熱することにより半田を溶融させて回路電極上に半田バンプを形成するリフロー工程とを含むことを特徴とする半田バンプの形成方法。
前記第１の印刷工程と第２の印刷工程において、それぞれ融点の異なる半田を用いることを特徴とする請求項１記載の半田バンプの形成方法。