JP3867284B2

JP3867284B2 - Method of forming solder bump

Info

Publication number: JP3867284B2
Application number: JP11590898A
Authority: JP
Inventors: 良平桐田
Original assignee: Senju Metal Industry Co Ltd; Tokyo Electronic Industry Co Ltd
Current assignee: Senju Metal Industry Co Ltd; Tokyo Electronic Industry Co Ltd
Priority date: 1998-04-13
Filing date: 1998-04-13
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2018-04-13
Also published as: JPH11297890A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品の基板やパッケージ、チップ素子等のワークにはんだバンプを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にＢＧＡ（Ball Grid Arry）、ＣＳＰ（Chip Size Package）、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）、ＭＣＭ（Multi Chip Module）等の多機能部品をプリント基板へ実装する際は、はんだバンプで行っている。つまり多機能部品では予め電極にはんだバンプを形成しておき、プリント基板への実装時、該はんだバンプをプリント基板の電極にあてがってからリフロー炉のような加熱装置で加熱してはんだバンプを溶融させるのである。すると多機能部品に形成されたはんだバンプが多機能部品の電極とプリント基板の電極とをはんだ付けして導通させるようになる。
【０００３】
また前記多機能部品やＱＦＰ、ＳＯＩＣ等のチップ素子を搭載した電子部品では、チップ素子の電極とチップ素子を搭載するワークの電極間を極細の金線で接続するというワイヤーボンディングを行っている。現在のワイヤーボンディング技術は接続作業が非常に高速であり、一箇所の接続に０．１秒以下という短時間で行えるものである。しかしながら、ワイヤーボンディングは如何に高速作業が行えるといえども電極一箇所毎に接続を行うため、電極が多数設置された電子部品では全ての電極を接続するのに或る程度の時間がかかっていた。また金線は貴金属であるため材料自体が高価であるばかりでなく、数十μｍの極細線に加工しなければならないため、その加工に多大な手間がかかって、やはり高価となるものであった。さらにワイヤーボンディングは、電極がワークの中央部に多数設置されたものに対しては、金線同士が接触してしまうため接続が不可能であった。
【０００４】
そこで近時では、チップ素子とパッケージとの導通を金線を使わずに互いの電極同士を直接接続するというＤＣＡ（Direct Chip Attachment）方式も採り入れられるようになってきている。このＤＣＡ方式とは、チップ素子の電極に予めはんだバンプを形成しておき、チップ素子をパッケージに実装するときに、パッケージの電極にはんだバンプをあてがって、はんだバンプを溶融させることにより両者間で導通をとるようにする。ＤＣＡ方式は、金線を使わないため安価に製造でき、しかも一度の作業で全ての電極の接続ができるため生産性にも優れている。従って、最近では多機能部品の実装やＤＣＡ方式での電極の接続に、はんだバンプでの接続が多く採用されるようになってきた。このはんだバンプによる接続は、電極がワークの中央部に多数設置されていても、ワークと搭載物の電極を向かい合わせにして、この間をはんだバンプで接続するため、ワイヤーボンディングのように接続物同士が接触することは決して起こらない。
【０００５】
ワークにはんだバンプを形成する方法としては、はんだボールを使用したり、ソルダペーストを使用したりするのが一般的である。
【０００６】
はんだボールによるはんだバンプの形成方法としては、転写式、マスク式、キャリアテープ式がある。
【０００７】
転写式とは、ワークの電極と一致したところにはんだボールよりも小さい穴が穿設された吸着ヘッドを用いるものである（参照：特開昭６１−２４２７５９号、同６４−７３６２５号、特開平４−６５１３０号、同５−１０９８３号、同６−１６３５５０号、同７−１６９７６９号、同７−２０４００号、同７−２０４０１号、同７−２１２０２３号、同７−３０２７９６号）。転写式では、先ず真空装置に接続された吸着ヘッドの穴を吸引状態にして、該穴にはんだボールを吸着させる。そして吸着ヘッドをワーク上に移動させ、粘着性のフラックスが塗布されたワークの電極にはんだボールを近接させてから吸着ヘッドの吸引状態を解いてはんだボールをワークの電極に落下させる。その後、電極にはんだボールが搭載されたワークをリフロー炉で加熱してはんだボールを溶融させることによりはんだバンプを形成する。
【０００８】
マスク式とは、ワークの電極と一致したとことに穴が穿設された金属製マスク、または樹脂製マスクを用いるものである（参照：特開平７−２０２４０３号、同７−２１２０２１号、同８−３００６１３号、同８−３３０７１６号、同９−１６２５３３号）。マスク式では、ワークの電極に粘着性フラックスを塗布しておき、マスクの穴とワークの電極を一致させた状態でマスクをワークに載置する。その後、はんだボールをマスクの穴に落とし込んでから、マスクをワーク上から外し、ワークをリフロー炉で加熱することによりワークの電極にはんだバンプを形成するものである。
【０００９】
キャリアテープ式とは、前述吸着式とマスク式を併用したはんだバンプの形成方法である（参照：特開昭２−２９５１８６号）。このキャリアテープ式は、表面の一部分にマスク、裏面全域に紫外線剥離性接着剤が塗布され、そこにカバーフィルムが接着された長尺のキャリアテープを用いるものである。キャリアテープはワークの電極と一致したところにはんだボールを挿入できる穴が穿設されており、該キャリアテープの表面にはんだボールよりも小さな穴が穿設されたマスクを設置してあって、キャリアテープの裏面には紫外線で粘着性を失う接着剤が塗布されている。このキャリアテープ式は、キャリアテープをはんだボールが収容された真空装置内に置いて、表面のマスクの小さな穴から吸引することによりキャリアテープの裏面から穴の中にはんだボールを吸引装着する。そして裏面のカバーフィルムを剥がし、回路基板の電極とはんだボールを位置合わせしてからキャリアテープを紫外線剥離性接着剤で回路基板に貼り付け、吸引を解除する。その後、マスクの穴からフラックスを塗布し、キャリアテープの下側からホットプレートで加熱してはんだバンプを形成する。はんだバンプが形成されたならば、キャリアテープの上側から紫外線を照射して接着剤の接着力を弱め、その後キャリアテープを回路基板から剥がす。
【００１０】
従来のソルダペーストを用いたはんだバンプの形成方法は特開平８−２６４９３７号にあるように、既にワークの電極と一致したところに穴が穿設されたマスクを用いるものである。この方法は、先ずマスクの穴とワークの電極とを一致させて重ね合わせ、マスクの上にソルダペーストを置いてから該ソルダペーストをスキージーで掻いてマスクの穴の中にソルダペーストを充填する。その後、ワークをマスクとともにリフロー炉のような加熱装置で加熱してソルダペーストを溶融させることにより、ワークの電極にはんだバンプを形成する。そしてはんだバンプ形成後、マスクをワークから除去するものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところではんだボールを用いる転写式は、はんだボールを確実にワークの電極に載置することが困難であるという信頼性の面と、転写装置が非常に高価であるという経済性の面とにおいて問題のあるものであった。即ち転写式は、吸着ヘッドにはんだボールを吸着させた後、吸着ヘッドを移動させて吸着ヘッドのはんだボールをワークの電極と完全に一致させなければならないが、吸着ヘッドの移動を機械的に行うため、その位置合わせの精度を出すのが非常に難しいものであった。特に近時のようにワークや電極が非常に小さくなり、しかも隣り合った電極の間隔が非常に近接したものでは、ほんの少しの誤差でもはんだボールを正確に載置できなくなる。また転写式に用いる吸着ヘッドは金属製や樹脂製のブロックに微少で深い穴を正確に穿設しなければならないため、穴加工に多大な手間がかかり高価となるものであった。
【００１２】
さらに転写式では、はんだボールを吸着ヘッドの穴に吸着させる際に、はんだボールを気体で吹き上げたり、振動で大きく移動させたりするため、はんだボールに静電気が帯電し、はんだボールが静電気で穴以外のところに付着することが往々にしてあった。その結果、はんだボールがワークの不要箇所に載置され、その箇所ではんだボールが溶融してしまい、それが近接した電極間で融合してブリッジを作るという問題もあった。
【００１３】
はんだボールを用いるマスク式は、高価な装置を必要としないため、経済的には転写式よりも優れているが、従来のマスク式は信頼性に問題があるものであった。つまり従来のマスク式は、電極と一致したところにはんだボールを挿入できる穴が穿設された金属製マスクや樹脂製マスクを、フラックスが塗布されたワークの電極と合わせて載置し、その後はんだボールをマスクの穴に挿入してフラックスで粘着させてからマスクを除去するものであった。そのためマスクを除去した後に、少しの振動や衝撃が加わると、はんだボールが電極からずれてしまうことがあり、そのまま加熱装置で溶融されると所定の位置以外のところではんだボールが溶融してしまう。このようにはんだボールが所定の位置以外のところで溶融すると、不要な導通がおきて電子部品が不良となる。
【００１４】
はんだボールを用いるキャリアテープ式は、キャリアテープを紫外線剥離性の接着剤でワークに固定したまま加熱するため、振動や衝撃が加わってもはんだボールがずれるようなことはない。しかしながら、キャリアテープの穴にはんだボールを挿入する際に、キャリアテープの上側から吸引しなければならないため、吸引用の高価な真空装置が必要であり、またキャリアテープをワークに接着した接着剤を剥がすのに高価な紫外線照射装置も必要である等、設備に多大な費用がかかるものであった。しかもキャリアテープ式は、キャリアテープ上に貼り付けたマスクに、該マスクと同一箇所にキャリアテープの穴よりも小径の穴を穿設しなければならず、この穿設作業が工程数を増やして生産価格を高価なものにしていた。
【００１５】
また従来のソルダペーストを用いたはんだバンプの形成方法は、マスクをワークに重ねる際にマスクの穴とワークの電極とを完全に一致させることが非常に難しく、しかもその作業に多大な手間がかかっていた。またこの方法は、マスクをワークに重ねてからソルダペーストをマスクの穴に充填するときに、ソルダペーストをスキージーで強く掻きならすとマスクの穴とワークの電極とがずれてしまうことがあった。
【００１６】
ところで電子部品の基板やパッケージ、チップ素子等のワークは不要箇所へのはんだの付着を防止するためのソルダーレジストが塗布され、はんだバンプ形成箇所となる電極上のソルダーレジストだけに穴があけられている。一般に、はんだバンプ形成箇所に穴をあけるソルダーレジストの塗布方法は、フォトエッチング法で行っている。
【００１７】
フォトエッチング法とは、予め電極が形成されたワークの全面にフォトレジストを塗布し、その上に穴を開ける部分が閉ざされたフォトマスクを乗せる。そしてフォトマスクの上方から光を照射して閉ざされた部分以外のフォトレジストを硬化させる。このとき、フォトマスクで閉ざされた部分、即ちはんだバンプ形成箇所は軟質状態のままとなっている。その後、フォトマスクを外してからワークをレジストエッチング液中に浸漬して軟質部分を溶解する。レジストエッチング液は、腐食性があり、レジストエッチング液が残っていると電極を腐食させてしまうため、エッチング処理後にワークを水で洗浄する。このようにしてソルダーレジストが塗布されたワークには、はんだバンプ形成箇所に穴があけられる。
【００１８】
このフォトエッチング法は、電極と一致したところが正確に閉ざされたマスクの準備、レジストエッチング液、エッチング槽、エッチング後の洗浄作業等が必要であり、高価な設備と多大な手間のかかるものであった。
【００１９】
本発明は、はんだを確実にワークの電極に載置できるばかりでなく、高価な装置を用いなくてもはんだを容易にワークの電極に載置でき、しかもソルダーレジストの穿設に手間のかかる作業を必要としないはんだバンプ形成方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、マスクの穴にはんだを挿入してはんだバンプを形成する方法において、マスクの穴とソルダーレジストの穴とを穿設する作業が一度にできればマスクの穴と電極との位置合わせが容易となり、また近時のレーザー光線照射装置はコンピューター制御を行えば誤差を数μｍ以下にすることができるばかりでなく薄い有機材料であれば１秒間に４００箇所以上の穿設作業が行えること等に着目して本発明を完成させた。
【００２１】
本発明は、電極が形成されたワーク上にソルダーレジストを塗布する工程；該ソルダーレジストの上に耐熱性マスクを耐熱性粘着剤で貼り付ける工程；耐熱性マスクの上方から必要な電極上にレーザー光線を照射し、耐熱性マスク、耐熱性粘着剤、ソルダーレジストを貫通させ電極まで到達した穴を穿設して電極の一部を露出させる工程；穿設された全ての穴の中にはんだを挿入する工程；穴の中にはんだが挿入されたワークを加熱装置で加熱してはんだを電極に接合する工程：はんだを電極に接合した後、耐熱性マスクを耐熱性粘着剤とともに剥離する工程；から成ることを特徴とするはんだバンプの形成方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明においてはんだボールではんだバンプを形成するワークとは、例えばＢＧＡ、ＣＳＰ、ＴＡＢ、ＭＣＭ等の基板やパッケージ或いはＤＣＡ方式で直接基板やパッケージに搭載するチップ素子等である。
【００２３】
本発明で使用するはんだは、はんだボールまたはソルダペーストである。
【００２４】
本発明ではんだボールを使用する場合は、マスクの上に大量のはんだボールを置き、ワークをバイブレーターで微振動させたり、ワークを一定角度交互に傾斜させたり、或いは軟らかい刷毛でマスク上のはんだボールを掃いたりする方法が採用できる。
【００２５】
また本発明でソルダペーストを使用する場合は、マスクの上にソルダペーストを置き、該ソルダペーストをスキージーで掻いてマスクの穴にソルダペーストを充填する。
【００２６】
本発明ではんだボールを使用する場合、フラックスが必要となることがある。このときにはマスクの穴にはんだボールを挿入した後にフラックスを塗布するとよい。このフラックスを塗布する方法としては、スプレーを用いてマスクの上方から均一に塗布する方法が適している。
【００２７】
本発明に使用する耐熱マスクは、はんだ付け温度で変質しない程度の耐熱性を有し、しかもレーザー光線で容易に穴を穿設できるものであれば如何なる材料でも使用可能であるが、はんだバンプ形成後ワークから剥がし取りやすくするため、可撓性や曲げ性のある材料がよい。本発明に使用して好適なマスクの材料としてはポリイミド、ポリテトラフルオロエチレンのような可撓性を有する高分子樹脂、紙等、或いはあまり可撓性はないが容易に曲げて剥がしやすい紙・フェノール、ガラス・エポキシ、ベークライト等である。
【００２８】
本発明で耐熱性マスク、耐熱性粘着剤、ソルダーレジストに穿設する穴は逆円錐台形、即ち上部が広く、下部が狭い形状である。このように穴が逆円錐台形であると穴の中にはんだボールやソルダペーストを挿入しやすくなる。
【００２９】
マスクの穴の穿設方法として使用するレーザー光線は、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、ＵＶレーザー、エキシマレーザー等である。レーザー光線は、穿設する材料に応じて適宜選択するものであり、レーザー光線の照射時間、波長、出力等も穿設する材料、厚さ、穴径等によって調節する。
【００３０】
【実施例】
以下図面に基づいて本発明を説明する。図１〜６は、はんだボールを用いた本発明のはんだバンプ形成方法の各工程を説明する図であり、図７は図１〜６のうち図４と置き換えることによりソルダペーストを用いたはんだバンプの形成方法の各工程を説明する図となる。先ず図１、２、３、４、５、６に基づいてはんだボールを用いたときのはんだバンプの形成方法について説明する。
【００３１】
○ソルダーレジスト塗布工程（図１）
ワーク１の表面には銅箔で電極２・・・が形成されている。ワーク１の表面および電極２上にソルダーレジスト３を均一に塗布する。ソルダーレジストの塗布方法としては、スプレー塗布、スクリーン印刷、カーテンコーター等の方法があるが、薄くしかも均一に塗布するにはスプレー塗布が適している。
【００３２】
○耐熱性マスクの貼り付け工程（図２）
前記ソルダーレジスト２の上に耐熱性マスク４を耐熱性粘着剤５で貼り付ける。耐熱性マスクの貼り付けは、ソルダーレジストに粘着剤を塗布してから、その上に耐熱性マスクを貼り付けてもよいが、耐熱性マスクに予め粘着剤を塗布しておいたものを使用した方が貼り付け作業が簡便となる。
【００３３】
○穿設工程（図３）
耐熱性マスク４の上方からはんだバンプを形成すべき電極２に向けてレーザー光線６を照射する。するとレーザー光線備は耐熱性マスク４、耐熱性粘着剤５、ソルダーレジスト３を貫通して穴７・・・を穿設する。レーザー光線は、種類、パワー、周波数、照射時間を適宜選択、調整することにより、樹脂や紙等の有機質だけを高熱で瞬時に溶融、蒸発、解離、分解等の作用で穴をあけ、金属に対しては何らの影響も及ぼさないようにできる。レーザー光線は、焦点を結ぶようにしてあるため、先細り形状となっている。従って、レーザー光線で穿設した穴は、逆円錐台形となる。
【００３４】
○はんだボール挿入工程（図４）
穴７・・・が穿設された耐熱性マスク４上に多数のはんだボール８・・・を載置し、全ての穴７・・・に挿入する。はんだボールの挿入は、ワーク１を左右を交互に傾斜させてはんだボールを耐熱性マスク上で転がすとはんだボールが穴の中に入っていく。このとき電極上に穿設された穴７は逆円錐台形、つまり上部の開口部が下部よりも広くなっているため、耐熱性マスク上で転がっているはんだボールは容易に穴の中に落ち込んでいく。
【００３５】
○はんだ接合工程（図５）
全ての穴の中にはんだボールが挿入されたならば、上方から図示しないスプレーフラクサーでフラックスを全面に吹き付ける。その後、ワーク１を図示しないリフロー炉のような加熱装置で加熱してはんだボールを溶融させ、電極２に接合させてはんだバンプ９を形成する。
【００３６】
○耐熱性マスクの剥離工程（図６）
電極２上にはんだバンプ９を形成させた後、耐熱性マスク４を矢印Ａのように引き上げて耐熱性粘着剤５とともにソルダーレジスト３から剥離する。
【００３７】
続いてはんだボールを用いたはんだバンプ形成方法の具体例について説明する。
【００３８】
ワークは５個並んだ所謂５個取りのエポキシ製フリップチップパッケージであり、基板表面には直径０．２mmの円形の電極が計１８８０個設置されている。該基板表面にソルダーレジストを基板面からの厚さが０．０２５mmになるようにスプレーで塗布する。一方、厚さが０．１２５mmのポリイミド製の耐熱性マスクの片面に耐熱性の粘着剤を０．０３５mmの厚さで塗布したものを用意しておく。そして基板表面のソルダーレジスト塗布面にマスクを粘着剤で貼り付ける。その後、炭酸ガスレーザー照射装置を用い、マスク上方から電極に照射して穴を穿設する。該穴は逆円錐台形で穴の上部は直径が０．２mm、穴の下部の直径は０．１５mmとなっている。マスクの上に直径が０．１４mmのはんだボール（６３Ｓｎ−Ｐｂ）を多数載置した後、基板を交互に傾斜させて、全ての穴の中にはんだボールを挿入する。全ての穴の中にはんだボールが挿入されたならば、基板上方からスプレーフラクサーで液状フラックスを均一に塗布し、その後、リフロー炉中２３０℃で加熱してはんだボールを溶融させ電極上にはんだバンプを形成した。はんだが凝固後、マスクを剥がしたところ全ての電極には、はんだバンプが形成されていた。
【００３９】
次に図１、２、３、７、５、６に基づいてソルダペーストを用いたはんだバンプの形成方法について説明する。
【００４０】
○ソルダーレジスト塗布工程（図１）
ワーク１の表面には銅箔で電極２・・・が形成されている。ワーク１の表面および電極２上にソルダーレジスト３を均一に塗布する。
【００４１】
○耐熱性マスクの貼り付け工程（図２）
前記ソルダーレジスト２の上に耐熱性マスク４を耐熱性粘着剤５で貼り付ける。
【００４２】
○穿設工程（図３）
耐熱性マスク４の上方からはんだバンプを形成すべき電極２に向けてレーザー光線６を照射する。するとレーザー光線は耐熱性マスク４、耐熱性粘着剤５、ソルダーレジスト３を貫通して穴７・・・を穿設する。レーザー光線は、焦点を結ぶようにしてあるため、先細り形状となっている。従って、レーザー光線で穿設した穴は、逆円錐台形となる。
【００４３】
○ソルダペースト挿入工程（図７）
穴７・・・が穿設された耐熱性マスク４上にソルダペースト１０を載置し、スキージー１１で矢印Ｂ方向に掻いて全ての穴７・・・にソルダペーストを挿入する。このときマスクの穴は逆円錐台形となっているため、ソルダペーストは穴の中に容易に、しかも確実に充填されるようになる。
【００４４】
○ソルダペースト接合工程（図５）
全ての穴の中にソルダペーストが挿入されたならば、ワーク１を図示しないリフロー炉のような加熱装置で加熱してソルダペーストを溶融させ、電極２に接合させてはんだバンプ９を形成する。
【００４５】
○耐熱性マスクの剥離工程（図６）
電極２上にはんだバンプ９を形成させた後、耐熱性マスク４を矢印Ａのように引き上げて耐熱性粘着剤５とともにソルダーレジスト３から剥離する。
【００４６】
上記ソルダペーストを用いたはんだバンプの形成方法の具体例を説明する。
【００４７】
ソルダペーストを用いたはんだバンプの形成方法は、前述はんだボールを用いたはんだバンプ形成方法の具体例と同一のワーク、耐熱性マスク、耐熱性粘着剤、レーザー照射装置を用い、同一形状の穴を穿設した。そして耐熱性マスク上に６３Ｓｎ−Ｐｂ粉末とペースト状フラックスから成るソルダペーストを置き、スキージーで掻いて全ての穴の中にソルダペーストを充填した。その後、リフロー炉中２３０℃で加熱してソルダペーストを溶融させ電極上にはんだバンプを形成した。はんだが凝固後、マスクを剥がしたところ全ての電極には、はんだバンプが形成されていた。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば微少で多数の電極を有するワークへのはんだバンプの形成が真空装置、搭載装置、紫外線照射装置のような高価な設備を必要とせず安価に行えるばかりでなく、はんだ挿入用のマスクへの穿設とソルダーレジストの穿設が一度の工程でできるため、従来のようにソルダーレジストに予め電極を露出させる作業が必要ないという省力化が図られるものである。また本発明では、マスクに穿設する穴が逆円錐台形であるため、はんだボールやソルダペーストの挿入を確実に行うことができることから、はんだの未挿入が皆無となって全ての電極にはんだバンプが必ず形成できるという経済性、信頼性において従来にない優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ソルダーレジスト塗布工程
【図２】耐熱性マスクの貼り付け工程
【図３】穿設工程
【図４】はんだボール挿入工程
【図５】はんだ接合工程
【図６】耐熱性マスクの剥離工程
【図７】ソルダペースト挿入工程
【符号の説明】
１ワーク
２電極
３ソルダーレジスト
４耐熱性マスク
５耐熱性粘着剤
６レーザー光線
７穴
８はんだボール
９はんだバンプ
１０ソルダペースト
１１スキージー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of forming solder bumps on a workpiece such as a substrate, package, or chip element of an electronic component.
[0002]
[Prior art]
In general, when mounting multi-functional parts such as BGA (Ball Grid Arry), CSP (Chip Size Package), TAB (Tape Automated Bonding), MCM (Multi Chip Module) on a printed circuit board, solder bumps are used. In other words, in multi-function parts, solder bumps are formed in advance on the electrodes, and when mounting on a printed circuit board, the solder bumps are applied to the electrodes on the printed circuit board and then heated with a heating device such as a reflow furnace to melt the solder bumps. To make it happen. Then, the solder bumps formed on the multi-functional component solder the electrodes of the multi-functional component and the electrodes of the printed circuit board so as to conduct.
[0003]
In addition, in the electronic component on which the chip element such as the multifunctional component or QFP or SOIC is mounted, wire bonding is performed in which the electrode of the chip element and the electrode of the work on which the chip element is mounted are connected with a fine gold wire. The current wire bonding technology is very fast in connection work, and can be performed in a short time of 0.1 second or less for connection at one place. However, even though wire bonding can be performed at high speed, connection is performed at each electrode, so it took some time to connect all the electrodes in an electronic component with a large number of electrodes. . In addition, since the gold wire is a precious metal, the material itself is not only expensive, but also has to be processed into an ultrathin wire of several tens of μm. . Further, wire bonding cannot be connected to a case where a large number of electrodes are installed at the center of the work because the gold wires come into contact with each other.
[0004]
Therefore, recently, a DCA (Direct Chip Attachment) method in which the electrodes are directly connected to each other without using a gold wire has been adopted. In this DCA method, solder bumps are formed in advance on the chip element electrodes, and when the chip elements are mounted on a package, the solder bumps are applied to the package electrodes, and the solder bumps are melted. Try to get continuity. The DCA method can be manufactured at a low cost because it does not use a gold wire, and is excellent in productivity because all electrodes can be connected in one operation. Therefore, recently, connection by solder bumps has been widely adopted for mounting of multi-functional parts and connection of electrodes by the DCA method. In this solder bump connection, even if a large number of electrodes are installed at the center of the workpiece, the workpiece and the electrode of the mounted object face each other and the connection is made with the solder bump. Never touch.
[0005]
As a method for forming solder bumps on a workpiece, it is common to use solder balls or solder paste.
[0006]
As a method for forming solder bumps using solder balls, there are a transfer method, a mask method, and a carrier tape method.
[0007]
The transfer type uses a suction head in which a hole smaller than a solder ball is formed at a position coincident with a workpiece electrode (see: Japanese Patent Laid-Open Nos. 61-242759 and 64-73625, Japanese Patent Laid-Open No. 4-65130, 5-10983, 6-163550, 7-169769, 7-20400, 7-20401, 7-212023, 7-302796). In the transfer type, first, the hole of the suction head connected to the vacuum apparatus is brought into a suction state, and the solder ball is sucked into the hole. Then, the suction head is moved onto the workpiece, the solder ball is brought close to the workpiece electrode to which the adhesive flux is applied, and then the suction state of the suction head is released to drop the solder ball onto the workpiece electrode. Then, a solder bump is formed by heating the work in which the solder ball is mounted on the electrode in a reflow furnace to melt the solder ball.
[0008]
The mask type uses a metal mask or a resin mask in which holes are formed in accordance with the workpiece electrodes (refer to: JP-A-7-202403, JP-A-7-212021, 8-300613, 8-330716, 9-162533). In the mask type, adhesive flux is applied to the workpiece electrode, and the mask is placed on the workpiece with the mask hole and the workpiece electrode aligned. Thereafter, the solder balls are dropped into the holes of the mask, and then the mask is removed from the work, and the work is heated in a reflow furnace to form solder bumps on the work electrodes.
[0009]
The carrier tape type is a method for forming solder bumps using both the adsorption type and the mask type (refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-295186). This carrier tape type uses a long carrier tape in which a mask is applied to a part of the front surface, an ultraviolet peelable adhesive is applied to the entire back surface, and a cover film is adhered thereto. The carrier tape is provided with a hole into which a solder ball can be inserted at a position coincident with the workpiece electrode, and a mask having a hole formed smaller than the solder ball is provided on the surface of the carrier tape. An adhesive that loses tackiness with ultraviolet rays is applied to the back surface of the tape. In this carrier tape type, the carrier tape is placed in a vacuum apparatus in which solder balls are accommodated, and sucked from the small holes of the mask on the surface, and the solder balls are sucked into the holes from the back surface of the carrier tape. Then, the cover film on the back surface is peeled off, the electrodes of the circuit board and the solder balls are aligned, and the carrier tape is attached to the circuit board with an ultraviolet peelable adhesive to release the suction. Then, a flux is applied from the hole of the mask and heated by a hot plate from the lower side of the carrier tape to form solder bumps. If the solder bump is formed, the adhesive tape is irradiated with ultraviolet rays from the upper side to weaken the adhesive force, and then the carrier tape is peeled off from the circuit board.
[0010]
A conventional method for forming solder bumps using solder paste is to use a mask in which holes are already drilled at positions corresponding to the electrodes of the workpiece, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-264937. In this method, first, the mask hole and the workpiece electrode are made to coincide with each other, the solder paste is placed on the mask, the solder paste is scraped with a squeegee, and the solder paste is filled into the mask hole. Thereafter, the workpiece is heated together with a mask by a heating device such as a reflow furnace to melt the solder paste, thereby forming solder bumps on the workpiece electrodes. Then, after forming the solder bumps, the mask is removed from the workpiece.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the transfer type using a solder ball is problematic in terms of reliability in that it is difficult to reliably place the solder ball on the workpiece electrode and economical aspect in which the transfer device is very expensive. There was something. That is, in the transfer type, after the solder ball is attracted to the suction head, the suction head must be moved so that the solder ball of the suction head completely coincides with the electrode of the workpiece, but the suction head is moved mechanically. For this reason, it is very difficult to obtain the accuracy of the alignment. In particular, when the workpiece or electrode becomes very small as in recent times and the distance between adjacent electrodes is very close, the solder ball cannot be placed accurately even with a slight error. Further, the suction head used for the transfer type has to make a minute and deep hole accurately in a metal or resin block, so that the hole processing takes a lot of time and is expensive.
[0012]
Furthermore, in the transfer type, when the solder ball is sucked into the hole of the suction head, the solder ball is blown up with a gas or moved largely by vibration. Often attached to the place. As a result, the solder ball is placed on an unnecessary part of the workpiece, the solder ball is melted at that part, and it fuses between adjacent electrodes to form a bridge.
[0013]
The mask type using solder balls is economically superior to the transfer type because it does not require an expensive device, but the conventional mask type has a problem in reliability. In other words, in the conventional mask type, a metal mask or resin mask with a hole through which a solder ball can be inserted at a position corresponding to the electrode is placed together with the electrode of the workpiece coated with flux, and then soldered. The ball was inserted into the hole of the mask and adhered with flux, and then the mask was removed. Therefore, if a slight vibration or impact is applied after the mask is removed, the solder ball may be displaced from the electrode, and if it is melted as it is with a heating device, the solder ball is melted at a place other than a predetermined position. When the solder ball melts at a place other than the predetermined position in this way, unnecessary conduction occurs and the electronic component becomes defective.
[0014]
In the carrier tape type using a solder ball, since the carrier tape is heated while being fixed to the workpiece with an ultraviolet-peelable adhesive, the solder ball does not shift even if vibration or impact is applied. However, when inserting the solder ball into the hole of the carrier tape, it must be sucked from the upper side of the carrier tape, so an expensive vacuum device for suction is necessary, and an adhesive that bonds the carrier tape to the workpiece is used. The equipment is very expensive, for example, an expensive ultraviolet irradiation device is required for peeling off. Moreover, the carrier tape type has to make a hole with a smaller diameter than the hole of the carrier tape in the same place as the mask on the mask affixed on the carrier tape, which increases the number of steps. The production price was expensive.
[0015]
Also, in the conventional solder bump forming method using solder paste, it is very difficult to completely match the mask hole with the workpiece electrode when the mask is overlaid on the workpiece, and it takes a lot of work to do so. It was. In this method, when the solder paste is strongly stirred with a squeegee when the mask is overlaid on the workpiece and then the solder paste is filled into the mask hole, the mask hole and the workpiece electrode may be displaced.
[0016]
By the way, a solder resist for preventing the adhesion of solder to an unnecessary part is applied to a workpiece such as a substrate, package, or chip element of an electronic component, and a hole is made only in the solder resist on the electrode to be a solder bump forming part. Yes. In general, a solder resist coating method for forming holes in solder bump formation locations is performed by a photoetching method.
[0017]
In the photo-etching method, a photoresist is applied to the entire surface of a work on which electrodes have been formed in advance, and a photomask in which a portion for making a hole is closed is placed thereon. Then, the photoresist other than the closed portion is cured by irradiating light from above the photomask. At this time, the portion closed by the photomask, that is, the solder bump formation portion remains in a soft state. Then, after removing the photomask, the work is immersed in a resist etching solution to dissolve the soft portion. The resist etching solution is corrosive, and if the resist etching solution remains, the electrode is corroded. Therefore, the workpiece is washed with water after the etching process. In the work to which the solder resist is applied in this manner, holes are formed in the solder bump formation locations.
[0018]
This photo-etching method requires preparation of a mask that is exactly closed with the electrode, a resist etchant, an etching bath, cleaning work after etching, etc., and requires expensive equipment and a lot of labor. It was.
[0019]
The present invention not only enables the solder to be reliably placed on the workpiece electrode, but also allows the solder to be easily placed on the workpiece electrode without using an expensive device, and also requires a labor-intensive work for drilling the solder resist. It is an object of the present invention to provide a method for forming solder bumps that does not require any solder.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In the method of forming solder bumps by inserting solder into the mask hole, the present inventor can align the mask hole and the electrode if the work of drilling the mask hole and the solder resist hole can be performed at once. In addition, the recent laser beam irradiation device can not only reduce the error to a few μm or less by computer control, but can also drill more than 400 points per second if it is a thin organic material. The present invention was completed with attention.
[0021]
The present invention includes a step of applying a solder resist on a work on which an electrode is formed; a step of attaching a heat resistant mask onto the solder resist with a heat resistant adhesive; a laser beam on a necessary electrode from above the heat resistant mask The process of drilling a hole reaching the electrode through the heat-resistant mask, heat-resistant adhesive, and solder resist, exposing part of the electrode; inserting solder into all the holes A step of heating the work in which the solder is inserted into the hole with a heating device to join the solder to the electrode: a step of joining the solder to the electrode and then peeling the heat-resistant mask together with the heat-resistant adhesive; A method for forming a solder bump characterized by comprising:
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the work for forming solder bumps with solder balls is, for example, a substrate or package such as BGA, CSP, TAB, or MCM, or a chip element that is directly mounted on the substrate or package by the DCA method.
[0023]
The solder used in the present invention is a solder ball or a solder paste.
[0024]
When solder balls are used in the present invention, a large number of solder balls are placed on the mask, the work is vibrated with a vibrator, the work is tilted alternately at a fixed angle, or the solder balls on the mask with a soft brush. The method of sweeping can be adopted.
[0025]
When using the solder paste in the present invention, the solder paste is placed on the mask, and the solder paste is scraped with a squeegee to fill the hole of the mask with the solder paste.
[0026]
When solder balls are used in the present invention, flux may be required. At this time, it is preferable to apply the flux after inserting solder balls into the holes of the mask. As a method of applying this flux, a method of applying uniformly from above the mask using a spray is suitable.
[0027]
Any material can be used for the heat-resistant mask used in the present invention as long as it has heat resistance that does not change at the soldering temperature and can be easily drilled with a laser beam. In order to make it easy to peel off from the workpiece, a flexible or bendable material is preferable. Suitable mask materials for use in the present invention include flexible polymer resins such as polyimide and polytetrafluoroethylene, paper, etc., or paper that is not very flexible but easy to bend and peel. Phenol, glass / epoxy, bakelite, etc.
[0028]
In the present invention, the holes formed in the heat-resistant mask, heat-resistant adhesive, and solder resist have an inverted frustoconical shape, that is, a shape having a wide upper portion and a narrow lower portion. Thus, when the hole has an inverted frustoconical shape, it becomes easy to insert a solder ball or solder paste into the hole.
[0029]
A laser beam used as a method for drilling a mask hole is a carbon dioxide gas laser, a YAG laser, a UV laser, an excimer laser, or the like. The laser beam is appropriately selected according to the material to be drilled, and the irradiation time, wavelength, output and the like of the laser beam are adjusted according to the material to be drilled, the thickness, the hole diameter, and the like.
[0030]
【Example】
The present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 6 are diagrams for explaining each step of the solder bump forming method of the present invention using solder balls, and FIG. 7 is a solder bump using a solder paste by replacing FIG. It becomes a figure explaining each process of this formation method. First, a method for forming solder bumps when using solder balls will be described with reference to FIGS.
[0031]
○ Solder resist coating process (Figure 1)
Electrodes 2... Are formed of copper foil on the surface of the work 1. A solder resist 3 is uniformly applied on the surface of the work 1 and the electrode 2. As a method for applying the solder resist, there are methods such as spray coating, screen printing and curtain coater. Spray coating is suitable for thin and uniform coating.
[0032]
○ Heat-resistant mask application process (Figure 2)
A heat resistant mask 4 is pasted on the solder resist 2 with a heat resistant adhesive 5. The heat-resistant mask may be applied by applying an adhesive to the solder resist and then applying the heat-resistant mask on top of it, but using a pre-applied adhesive to the heat-resistant mask This makes the pasting work easier.
[0033]
○ Drilling process (Fig. 3)
A laser beam 6 is irradiated from above the heat resistant mask 4 toward the electrode 2 on which a solder bump is to be formed. Then, the laser beam preparation penetrates the heat resistant mask 4, the heat resistant adhesive 5, and the solder resist 3 to form holes 7. By selecting and adjusting the type, power, frequency, and irradiation time as appropriate, the laser beam can be used to instantly melt and evaporate only organic matter such as resin and paper with high heat, by action such as evaporation, dissociation, and decomposition. Can be made to have no effect. Since the laser beam is focused, it has a tapered shape. Therefore, the hole drilled with the laser beam has an inverted frustoconical shape.
[0034]
○ Solder ball insertion process (Fig. 4)
A large number of solder balls 8 are placed on the heat-resistant mask 4 in which the holes 7 are formed, and are inserted into all the holes 7. The solder balls are inserted by tilting the work 1 alternately left and right and rolling the solder balls on the heat-resistant mask so that the solder balls enter the holes. At this time, the hole 7 drilled on the electrode has an inverted frustoconical shape, that is, the upper opening is wider than the lower part, so that the solder balls rolling on the heat resistant mask easily fall into the hole. Go.
[0035]
○ Solder joining process (Figure 5)
When the solder balls are inserted into all the holes, the flux is sprayed on the entire surface with a spray fluxer (not shown) from above. Thereafter, the workpiece 1 is heated by a heating device such as a reflow furnace (not shown) to melt the solder balls and bonded to the electrodes 2 to form solder bumps 9.
[0036]
○ Heat-resistant mask peeling process (Fig. 6)
After the solder bumps 9 are formed on the electrodes 2, the heat resistant mask 4 is pulled up as indicated by an arrow A and peeled off from the solder resist 3 together with the heat resistant adhesive 5.
[0037]
Next, a specific example of a solder bump forming method using solder balls will be described.
[0038]
The workpiece is a so-called five-piece epoxy flip chip package in which five workpieces are arranged, and a total of 1880 circular electrodes having a diameter of 0.2 mm are provided on the substrate surface. A solder resist is applied to the surface of the substrate by spraying so that the thickness from the substrate surface becomes 0.025 mm. On the other hand, a polyimide heat-resistant mask having a thickness of 0.125 mm is prepared by applying a heat-resistant adhesive to a thickness of 0.035 mm on one side. And a mask is affixed on the soldering resist application surface of a board | substrate surface with an adhesive. Thereafter, a hole is formed by irradiating the electrode from above the mask using a carbon dioxide laser irradiation device. The hole has an inverted frustoconical shape, the diameter of the upper part of the hole being 0.2 mm, and the diameter of the lower part of the hole being 0.15 mm. After a large number of solder balls (63Sn-Pb) having a diameter of 0.14 mm are placed on the mask, the substrate is inclined alternately and the solder balls are inserted into all the holes. If solder balls are inserted into all the holes, liquid flux is uniformly applied from above the substrate with a spray fluxer, and then heated at 230 ° C. in a reflow oven to melt the solder balls and solder onto the electrodes. Bumps were formed. When the solder was solidified and the mask was removed, solder bumps were formed on all the electrodes.
[0039]
Next, a solder bump forming method using a solder paste will be described with reference to FIGS.
[0040]
○ Solder resist coating process (Figure 1)
Electrodes 2... Are formed of copper foil on the surface of the work 1. A solder resist 3 is uniformly applied on the surface of the work 1 and the electrode 2.
[0041]
○ Heat-resistant mask application process (Figure 2)
A heat resistant mask 4 is pasted on the solder resist 2 with a heat resistant adhesive 5.
[0042]
○ Drilling process (Fig. 3)
A laser beam 6 is irradiated from above the heat resistant mask 4 toward the electrode 2 on which a solder bump is to be formed. Then, the laser beam penetrates the heat resistant mask 4, the heat resistant adhesive 5 and the solder resist 3 to form holes 7. Since the laser beam is focused, it has a tapered shape. Therefore, the hole drilled with the laser beam has an inverted frustoconical shape.
[0043]
○ Solder paste insertion process (Figure 7)
The solder paste 10 is placed on the heat resistant mask 4 in which the holes 7... Are drilled, and the solder paste is inserted into all the holes 7. At this time, the mask hole has an inverted frustoconical shape, so that the solder paste is easily and reliably filled into the hole.
[0044]
○ Solder paste joining process (Fig. 5)
When the solder paste is inserted into all the holes, the work 1 is heated by a heating device such as a reflow furnace (not shown) to melt the solder paste and join the electrode 2 to form the solder bumps 9.
[0045]
○ Heat-resistant mask peeling process (Fig. 6)
After the solder bumps 9 are formed on the electrodes 2, the heat resistant mask 4 is pulled up as indicated by an arrow A and peeled off from the solder resist 3 together with the heat resistant adhesive 5.
[0046]
A specific example of a method for forming solder bumps using the solder paste will be described.
[0047]
The method of forming solder bumps using solder paste uses the same workpiece, heat resistant mask, heat resistant adhesive, and laser irradiation device as the specific example of the solder bump forming method using the solder balls described above. Drilled. Then, a solder paste composed of 63Sn-Pb powder and paste-like flux was placed on the heat-resistant mask, and the solder paste was filled in all the holes by scratching with a squeegee. Thereafter, the solder paste was melted by heating at 230 ° C. in a reflow furnace to form solder bumps on the electrodes. When the solder was solidified and the mask was removed, solder bumps were formed on all the electrodes.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the formation of solder bumps on a work having a small number of electrodes can be performed at low cost without requiring expensive equipment such as a vacuum device, a mounting device, and an ultraviolet irradiation device. In addition, since the drilling in the mask for solder insertion and the drilling of the solder resist can be performed in a single process, the labor saving that the work of exposing the electrode to the solder resist in advance is unnecessary is achieved. . In the present invention, since the hole drilled in the mask has an inverted frustoconical shape, solder balls and solder paste can be reliably inserted, so that no solder is inserted and solder bumps are applied to all electrodes. Therefore, the present invention has an unprecedented effect in terms of economy and reliability.
[Brief description of the drawings]
[FIG. 1] Solder resist coating process [FIG. 2] Heat resistant mask application process [FIG. 3] Drilling process [FIG. 4] Solder ball insertion process [FIG. 5] Solder bonding process [FIG. 6] Heat resistant mask peeling Process [Figure 7] Solder paste insertion process [Explanation of symbols]
1 Work 2 Electrode 3 Solder Resist 4 Heat Resistant Mask 5 Heat Resistant Adhesive 6 Laser Beam 7 Hole 8 Solder Ball 9 Solder Bump 10 Solder Paste 11 Squeegee

Claims

Applying a solder resist on the workpiece on which the electrodes are formed;
Attaching a heat-resistant mask on the solder resist with a heat-resistant adhesive;
Irradiating a laser beam on a necessary electrode from above the heat-resistant mask, through the heat-resistant mask, the heat-resistant adhesive, and the solder resist to form a hole reaching the electrode to expose a part of the electrode;
Inserting solder into all drilled holes;
The process of heating the work in which the solder is inserted into the hole with a heating device to join the solder to the electrode:
A step of peeling the heat-resistant mask together with the heat-resistant adhesive after joining the solder to the electrode;
A method for forming solder bumps, comprising:

The method of forming a solder bump according to claim 1, wherein the solder is a solder ball.

The method of forming a solder bump according to claim 1, wherein the solder is a solder paste.

2. The solder bump forming method according to claim 1, wherein the heat-resistant mask is made of polyimide, polytetrafluoroethylene, phenol, epoxy, bakelite, paper, or the like.