JP3860355B2 - 半田バンプの形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの電極に搭載された半田ボールを溶融させて電極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】
電子部品や基板などのワークの電極に半田の突出電極である半田バンプを形成する方法として、半田ボールを用いる方法が広く知られている。この方法は、まず電極上に半田ボールを搭載し、次いで加熱により半田ボールを溶融させて電極に接合することにより半田バンプを形成するものである。半田ボールの搭載に際し、半田ボールと電極との接合部にはフラックスが供給されるが、このフラックス中に半田粒子を混入して半田ペーストとしたものを用いる場合がある。この半田ペーストは加熱工程において半田ボールが溶融した溶融半田が半田粒子を順次濡らして移動することにより、溶融半田を電極に導くセルフアライメント効果を有する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このセルフアライメント効果は、半田ペースト中の半田粒子の含有量に大きく影響される。例えば含有量が低い場合には溶融半田を電極に導く作用が小さくセルフアライメント効果は低い。また含有量が過大になると半田ペースト中のフラックス量の相対的な割合が少なくなる結果、半田表面を活性化する作用が弱くなることにより半田濡れ性が低下し、同様にセルフアライメント効果は低下する。また半田含有量が増加すると半田ペーストの粘度が増大して印刷後の版抜きに時間を要することから、半田含有量の高い半田含有量の高い半田ペーストを用いる場合には、電極上に半田ペーストを高速で安定して印刷することが難しい。このように従来の半田ペーストを用いて半田ボールによって半田バンプを形成する方法には、効率よく安定したバンプ形成が困難であるという問題点があった。
【0004】
そこで本発明は、効率よく安定した半田バンプの形成が行え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】
本発明の半田バンプの形成方法は、ワークの電極上に体積百分率で5〜35%の半田を含有する半田ペーストを印刷する工程と、半田ペーストが印刷された前記電極上に半田ボールを搭載する工程と、加熱により前記半田ボールおよびまたは半田ペーストを溶融させて前記電極上に半田バンプを形成する工程とを含み、前記半田ペーストを印刷する工程において、スクリーンマスクの下面をワークの上面から離隔させた状態で印刷を行うオフコンタクト印刷を用いる。
【0009】
本発明によれば、体積百分率で5〜35%の半田を含有する半田ペーストを半田接合を用いることにより、良好なセルフアライメント効果によって効率よく安定した半田バンプの形成を行うことができる。
【0010】
【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は本発明の一実施の形態の半田ボールの搭載装置の正面図、図2(a),(b),(c)は同半田ペーストの印刷方法の工程説明図、図3(a),(b),(c),(d)は同半田バンプ形成方法の工程説明図である。
【0011】
まず図1を参照して半田ボールの搭載装置の構造を説明する。図1において、基台1上にはペースト印刷部2およびボール搭載部3が配設されている。ペースト印刷部2について説明する。基台1上にはXテーブル5およびYテーブル6より成る移動テーブル4が配設されており、Yテーブル6にはベースプレート7が装着されている。ベースプレート7には、ロッド9およびガイド8を組合せた昇降ガイド部が立設されており、ロッド9の上端部には昇降プレート11が結合されている。
【0012】
昇降プレート11はベースプレート7上に配置された昇降機構10によって昇降し、昇降プレート11上には基板支持部材12が装着されている。またベースプレート7の両端部には柱部材13が立設されており、柱部材13の上端部はコンベア機構を有する基板搬送部14Aを支持している。基板搬送部14Aの上流側(図1において左側)には、同様のコンベア機構を有する搬送路15が設けられており、搬送路15上で基板16が図外のローダから供給されて搬送される。Xテーブル5を駆動させることにより基板搬送部14Aは矢印a方向に移動し、これにより基板搬送部14Aは搬送路15と連結される。搬送路15上を上流側から搬送された基板16は、この状態で基板搬送部14上に乗り移る。
【0013】
基板搬送部14Aの上方には、スクリーンマスク17を備えたペースト印刷機構が配設されている。スクリーンマスク17の上方には印刷ヘッド19を水平移動させる移動テーブル18が設けられている。印刷ヘッド19は、シリンダ20によって上下動する一対のスキージ21を備えている。基板16をスクリーンマスク17の下方に位置させ、昇降機構10を駆動すると基板保持部材12によって基板16は所定高さまで上昇し、その位置で保持される。この状態でスクリーンマスク17上にペーストを供給してスキージ21をスクリーンマスク17上に下降させることにより、スクリーンマスク17は下方に撓み、基板16の表面に当接する。この状態でスキージ21を水平移動させてスクリーンマスク17上で摺動させることにより、スクリーンマスク17に形成されたパターン孔17a(図2(b),(c)参照)を介して基板16上にペーストが印刷される。
【0014】
次にボール搭載部3について説明する。基台1上のペースト印刷部2の下流側には、ベースプレート7を支持する支持台25が設けられている。ベースプレート7はペースト塗布部1と同様の構成で基板保持部材12を昇降自在に支持し、基板搬送部14Bを支持している。ペースト印刷部1のXテーブル4を駆動させて基板搬送部14Aを矢印b方向に移動させることにより、基板搬送部14Aは基板搬送部14Bと連結され、基板搬送部14A上の基板16は基板搬送部14B上へ乗り移ることが可能となる。
【0015】
基板搬送部14Bの上方には、ボール搭載機構が配設されている。ボール搭載機構は2基のY軸テーブル26上に架設されたX軸テーブル27を備えており、X軸テーブル27にはZ軸テーブル28が結合されている。Z軸テーブル28には昇降ブロック29が装着され、昇降ブロック29の下端部には半田ボールを移載する移載ヘッド30が装着されている。
【0016】
基板搬送部14B上に基板16を位置させ、昇降機構10によって基板保持部材12上昇させることにより、基板16は所定高さ位置に保持される。図外のボール供給部より半田ボールを吸着してピックアップし、半田ボールを吸着保持した状態でボール搭載部3まで移動した移載ヘッド30を基板16上に下降させ、吸着状態を解除することにより、基板16上には半田ボールが移載される。
【0017】
この半田ボールの搭載装置は上記の様に構成されており、以下半田ボールの搭載方法および半田バンプの形成方法について説明する。まず図2を参照して、ペースト印刷部1において行われるペースト印刷について説明する。ここでは、基板16に形成された電極16a上に半田ペースト22が印刷される。図2(a)に示すように、基板16を保持した基板保持部材12をスクリーンマスク17の下方の所定位置に位置決めする。
【0018】
この所定位置は、図2(b),(c)に示すように、電極16aの位置がスクリーンマスク17の各パターン孔17aの位置に合致する位置である。そして基板保持部材12を上昇させて、基板16の上面をスクリーンマスク17の装着レベルLよりも所定高さh隔てられた下方に位置させる。すなわち、本実施の形態では、基板16をスクリーンマスク17に密着させずに印刷を行うオフコンタクト印刷を用いる。
【0019】
ここで、印刷に用いられる半田ペースト22について説明する。半田ペースト22は、活性作用を有するペースト状のフラックスに、接合対象の半田バンプの液相線温度より高い液相線温度を有する材質の半田粒子を、体積百分率で5〜35%の割合で含有させたものである。このような範囲の半田含有率の半田ペーストは、粘度が低く抑えられることからスクリーン印刷に用いた場合に版抜け性が良好であるという利点を有している。
【0020】
この半田ペースト22が供給されたスクリーンマスク17に対して、シリンダ20のロッド20aの下端に結合されたスキージ21を下降させると、スクリーンマスク17は下方に撓み、スキージ21の下端部はスクリーンマスク17を基板16に押し付ける。この状態で、スキージ21を水平方向に移動させることにより、半田ペースト22は掻き寄せられてスクリーンマスク17のパターン孔17aの内部に充填される。そして図2(b)に示すように、スキージ21の先端部がパターン孔17a上を移動する際に、パターン孔17aの内部に充填された半田ペースト22aは、電極16a上に印刷される。
【0021】
この後図2(c)に示すように、スキージ21が通過した後には、スクリーンマスク17は元の装着レベルLに復帰する方向に変位するため、パターン孔17a内にあった半田ペースト22aを電極16a上に残したまま、スクリーンマスク1のみが基板16から離隔する。このとき、半田ペースト22は半田含有量が前述の5〜35%の範囲であるためパターン孔17aからの版抜け性が良好であり、本実施の形態に示すようなオフコンタクト印刷用の半田ペーストとして用いることができる。オフコンタクト印刷では、版抜きのための時間を必要としないことから、1枚の基板について10秒以下の短時間で印刷を行うことができ、従来の半田含有率の高い半田ペーストを用いたコンタクト印刷に通常30秒程度の印刷時間を要していたのと比較して、印刷品質を確保しつつ印刷作業の効率を格段に向上させることを可能としている。
【0022】
次に図3を参照して、半田ペーストが印刷された基板16へ半田ボールを搭載して半田バンプを形成する半田バンプの形成方法について説明する。図3(a)に示すように、基板16の各電極16a上には半田ペースト22aが印刷されている。この基板16に対し、図3(b)に示すように半田ボール31を吸着して保持した移載ヘッド30を位置合わせして下降させ、半田ボール31の吸着を解除することにより、図3(c)に示すように電極16aに印刷された半田ペースト22a上に半田ボール31が搭載される。
【0023】
この後半田ボール31が搭載された基板16はリフロー工程に送られ加熱される。このとき半田粒子の液相線温度は半田ボール31の液相線温度より高いことから、半田ボール31が加熱によりまず溶融し、この溶融半田は半田ペースト内の未溶融状態の半田粒子の表面を濡らしながら電極16aの表面に導かれ、電極16aに半田接合されて半田バンプ31aが形成される。
【0024】
このとき、半田ペースト22a中のフラックス成分により良好な半田接合性が確保されるとともに、半田ペースト22a中の半田の含有量は体積百分率で5〜35%の範囲となっているため、溶融半田が隣接する電極16a間で連結された状態で固化することにより生じる半田ブリッジを形成することなく、安定した半田バンプの形成ができる。なお、この半田接合過程において、半田ペースト22a中の半田粒子の溶融温度以上に加熱して半田粒子を含めて溶融させるようにしても、また加熱温度を半田粒子の溶融温度よりも低くして半田ボール31のみを溶融させるようにしてもよい。
【0025】
また、本実施の形態の半田ペーストは半田ペースト中のフラックスの相対的な割合が高いことから、低活性のフラックスを使用しても良好な半田接合性を得ることができる。したがって、高活性フラックスを使用する場合に必須とされる半田接合後の洗浄工程を省略することができる。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、体積百分率で5〜35%の半田を含有する半田ペーストを半田接合を用いるようにしたので、良好なセルフアライメント効果によって効率よく安定した半田バンプの形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の半田ボールの搭載装置の正面図
【図2】(a)本発明の一実施の形態の半田ペーストの印刷方法の工程説明図
(b)本発明の一実施の形態の半田ペーストの印刷方法の工程説明図
(c)本発明の一実施の形態の半田ペーストの印刷方法の工程説明図
【図3】(a)本発明の一実施の形態の半田バンプ形成方法の工程説明図
(b)本発明の一実施の形態の半田バンプ形成方法の工程説明図
(c)本発明の一実施の形態の半田バンプ形成方法の工程説明図
(d)本発明の一実施の形態の半田バンプ形成方法の工程説明図
【符号の説明】
16 基板
16a 電極
17 スクリーンマスク
17a パターン孔
22、22a クリーム半田
31 半田ボール
31a 半田バンプ
Claims (1)
- ワークの電極上に体積百分率で5〜35%の半田を含有する半田ペーストを印刷する工程と、半田ペーストが印刷された前記電極上に半田ボールを搭載する工程と、加熱により前記半田ボールおよびまたは半田ペーストを溶融させて前記電極上に半田バンプを形成する工程とを含み、
前記半田ペーストを印刷する工程において、スクリーンマスクの下面をワークの上面から離隔させた状態で印刷を行うオフコンタクト印刷を用いることを特徴とする半田バンプの形成方法。
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