JP3880027B2 - はんだバンプの形成方法 - Google Patents
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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、一箇所の接続が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、チップ素子とワーク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、チップ素子をワークに実装するときに、ワーク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ものである。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、はんだボールやソルダペーストを使用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ろ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挿入してから、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：特開平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】
ところで前述転写式は、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】
前述マスク式は、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る。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。
【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】
本発明は、はんだを確実にワークの電極上に乗せてバンプを形成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るというはんだバンプの形成方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、紙や樹脂等と金属を張り合わせたものに紙や樹脂側からにレーザー光線を照射するとレーザー光線の光源、波長等を適宜選択することにより紙や樹脂だけに容易に穴をあけることができ、しかも金属に対しては反射して穴をあけないこと、そしてレーザー光線はコンピューター制御により微小な穴を正確な位置に、しかも高速で穿設することができ、さらに穴がはんだボールやソルダペーストを挿入しやすい形状になること等、レーザー光線の特性に着目して本発明を完成させた。
【００１８】
本発明は、表面に多数の電極が設置され、その周囲がソルダーレジストで被覆されたワークに紙製または樹脂製のマスクを耐熱性の粘着剤で貼り付ける工程；ワークに貼り付けたマスクの上からワークの電極にレーザー光線を照射してマスクに穴を穿設する工程；マスクの穴にはんだを挿入する工程；穴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溶融させ、しかる後にはんだを凝固させる工程；ワークからマスクを剥し取る工程；からなることを特徴とするはんだバンプの形成方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明において、はんだバンプを形成するワークとは、ＢＧＡ、ＣＳＰ、ＴＡＢ、ＭＣＭ等のパッケージ、これらを搭載する基板、或いはＤＣＡ方式で直接基板に搭載するチップ素子、ウエハー等である。
【００２０】
本発明に使用するマスクは、紙や高分子樹脂のポリイミド、フェノール、エポキシ、ベークライト等、剥離しやすい可撓性のあるものであるが、価格、粘着剤の塗工性、穴の加工性においては紙が最適である。
【００２１】
本発明に使用する粘着剤としては、はんだ付け温度に耐える耐熱性があって、はんだ付け後でも容易に剥がし取ることができるものであれば如何なるものでも採用できる。特に本発明に使用する粘着剤としては加熱することにより粘着性が向上するシリコン・アクリル樹脂系の粘着剤が適している。シリコン・アクリル樹脂系の粘着剤としては日本純薬製のＡＲＪ−１Ａがある。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
このはんだボールの挿入工程では、はんだボールが０．３mm以下の極微小径である場合、はんだボールやワークに少しの静電気でも帯電すると、はんだボールが穴の中に挿入されないことがある。従って、微小径のはんだボールを使用するときには帯電防止が必要である。この帯電防止策としては、粘着剤やはんだ付けに使用するフラックスに予め少量の帯電防止剤を添加しておいたり、或いはワークにマスクを粘着後に帯電防止剤をマスクの上に塗布したりする手段を採用できる。
【００２５】
マスクの穴にはんだボールを挿入後、加熱してはんだボールを溶融し、ワークの電極にはんだ付けするが、このときフラックスを用いた方がはんだ付け性は良好となる。フラックスの用い方としては、はんだボールをマスクの穴に挿入する前にマスクの穴の中に塗布しておいたり、或いははんだボールをマスクの穴に挿入後にはんだボールとマスクの穴の中に塗布したりしてもよい。
【００２６】
はんだボールをマスクの穴に挿入する前にフラックスを塗布する場合、フラックスが粘着性のあるものでは、フラックスが穴以外のところに付いていると、該フラックスにはんだボールが付着して穴の中に挿入されなくなったり、或いははんだボールが穴以外のところに付着したまま加熱されて溶融したはんだが他のはんだボールに融合して部分的にはんだの量が多いバンプとなってしまう。そこでフラックスを使用する場合は、粘着性のないフラックス、例えば固形成分を極めて少なくした水溶性のフラックスがよい。
【００２７】
この水溶性のフラックスにシリコンオイルを添加しておくと、はんだボールの転がりを良好にして穴への挿入をより一層容易にすることができる。また、微小はんだボールを用いる場合、マスクの上ではんだボールを転がすと微小はんだボールが帯電して、穴への挿入が円滑にならないため、水溶性フラックスに帯電防止剤を添加しておくことも微小はんだボール使用上の対策の一つである。
【００２８】
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。
【００２９】
本発明でマスクに穴を穿設するレーザー照射装置としては、炭酸ガスレーザー照射装置が紙や樹脂への精度のよい穿設、高作業性等の点において好適である。
【００３０】
本発明でマスクの穴にはんだを挿入後、はんだを溶融させるには、リフロー炉、赤外線照射装置、レーザー照射装置、ヒーターブロック等の加熱装置を使用する。ＢＧＡ、ＣＳＰのような電子部品にはんだバンプを形成する場合は電子部品全体を加熱するリフロー炉が大量生産に適しているが、電子部品を搭載する基板では、はんだバンプ形成後、電子部品をはんだ付けするために再度加熱しなければならないため、度重なる加熱によりはんだバンプ形成箇所以外の箇所が酸化や劣化する恐れが出てくる。このような場合には、はんだバンプ形成箇所だけが加熱のできる赤外線照射装置、レーザー照射装置、ヒーターブロック等の局部加熱可能な装置が適している。
【００３１】
【実施例】
以下図面に基づいて本発明のはんだバンプの形成方法を説明する。図１〜５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る。図６は図１〜５のうち図３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となる。先ず図１〜５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。
【００３２】
○ワークにマスクを貼り付ける工程（図１）
マスク１に耐熱性の粘着剤２を塗工しておく。またワーク３の表面には多数の電極４・・・が設置されており、その周囲はソルダーレジスト５で被覆されている。マスク１を矢印Ａのように載置して粘着剤２でワーク３の表面に貼り付ける。このとき粘着剤が熱圧着性のものであれば、マスク１の上から加熱されたブロックや鏝等で押圧してマスクをワークに強固に熱圧着する。
【００３３】
○マスクの穿設工程（図２）
マスク１の上から電極４に焦点を合わせたレーザー光線６を照射し、電極４上のマスク１および粘着剤２が貫通された穴７を穿設する。本発明で使用するレーザー光線は、紙や樹脂等を容易に貫通するが、金属である電極に当たると反射して、電極に対しては何の損傷も与えないものである。
【００３４】
○マスクの穴へのはんだボールの挿入工程（図３）
マスク１に穿設された穴７・・・にはんだボール８を挿入する。マスク１の穴７は、はんだボールの直径よりも僅かに大きい状態で穿設されており、各穴にははんだボールが一個しか入らないようになっている。ところで、はんだボールと電極とをはんだ付けするためにはフラックスが必要であるが、フラックスの塗布時期ははんだボールの挿入前、或いは後となる。
【００３５】
○はんだの溶融工程（図４）
マスクの穴にはんだが挿入されたワーク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を溶融させる。溶融したはんだがワークの電極と金属的に接合したならば、はんだの溶融温度以下に冷却してはんだを凝固させ、はんだバンプ９を形成させる。
【００３６】
○マスクの剥離工程（図５）
はんだが凝固してワーク３の電極４にはんだバンプ９が形成されたならば、マスク１を矢印Ｂのように引っ張ってワーク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、直径０．１８mmの円形の電極が１５０個格子状に設置されたＣＳＰ基板である。マスクは厚さが０．２mmの紙であり、片面に熱圧着性の粘着剤が塗工されている。ＣＳＰ基板の電極設置面にマスクの粘着剤塗工面を押し当て、１００℃に加熱されたヒーターブロックで熱圧着する。マスクを圧着したＣＳＰ基板に対し、マスクの上からワークの電極に向けて炭酸ガスレーザー照射装置でレーザー光線を照射してマスクに穴を穿設する。炭酸ガスレーザー照射装置は、予め電極位置を入力したコンピューター制御により電極上部に正確に穴が穿設できるようになっている。穴の断面は逆台形であり、上部の直径が０．３mm、下部の直径が０．２７mmである。穴が穿設されたマスクの上から帯電防止剤とシリコンオイルが添加された水溶性フラックス（溶剤はアルコール）をスプレーで塗布し、溶剤を乾燥させる。その後、直径が０．２mmのはんだボールをマスクの穴に挿入する。はんだボールの挿入作業は、ＣＳＰ基板の周囲を囲いで囲い、マスクの上に大量に載置してから刷毛ではんだボールを掃きならし、全ての穴にはんだボールを挿入する。マスクの全ての穴にはんだボールを挿入したならば、ＣＳＰ基板をリフロー炉の中で加熱してはんだボールを溶融し、電極にはんだバンプを形成する。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、６、４、５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】
○ワークにマスクを貼り付ける工程（図１）
粘着剤２が塗工されたマスク１を多数の電極４・・・が設置されたワーク３の表面に貼り付ける。
【００４１】
○マスクの穿設工程（図２）
マスク１の上方からレーザー光線６を照射し、電極４上に穴７を穿設する。
【００４２】
○マスクの穴へのソルダペーストの挿入工程（図６）
穴７が穿設されたマスク１の上の一側にソルダペースト１０を載置し、該ソルダペーストをスキージー１１で矢印Ｃ方向に掻いて穴７に挿入する。ソルダペーストは、粉末はんだとペースト状フラックスとを混練したものであるため、別途フラックスを塗布する必要がない。
【００４３】
○はんだの溶融工程（図４）
マスクの穴にはんだが挿入されたワーク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を溶融させる。溶融したはんだがワークの電極と金属的に接合したならば、はんだの溶融温度以下に冷却してはんだを凝固させ、はんだバンプ９を形成させる。
【００４４】
○マスクの剥離工程（図５）
はんだが凝固してワーク３の電極４にはんだバンプ９が形成されたならば、マスク１を矢印Ｂのように引っ張ってワーク３から剥離する。
【００４５】
さらに続いてソルダペースト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。
【００４６】
ワークは、直径０．１８mmの円形の電極が１５０個格子状に設置されたＣＳＰ基板である。マスクは厚さが０．３mmの紙であり、片面に熱圧着性の粘着剤が塗工されている。ＣＳＰ基板の電極設置面にマスクの粘着剤塗工面を押し当て１００℃のヒーターブロックで熱圧着する。マスクを圧着したＣＳＰ基板に対し、マスクの上から炭酸ガスレーザー照射装置でレーザー光線を照射して電極上のマスクに穴を穿設する。穴の断面は逆台形であり、上部の直径が０．３２mm、下部の直径が０．２８mmである。穴が穿設されたマスクの上にソルダペースト（６３Ｓｎ−Ｐｂ）を載置し、該ソルダペーストをスキージーで掻いて、穴の中にソルダペーストを挿入する。マスクの全ての穴にソルダペーストを挿入したならば、ＣＳＰ基板をリフロー炉の中で加熱してはんだボールを溶融し、電極にはんだバンプを形成する。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。
【００４７】
【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、マスクへの穴の穿設をレーザー光線で行うため、ワークの電極上だけに正確に、しかもきれいな穴となって、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ものであり、さらにはワークとマスクを粘着剤で付着させておくため、はんだの挿入時、特にソルダペーストの挿入時にスキージーの強い力で掻いてもマスクがずれないことから、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】ワークにマスクを貼り付ける工程
【図２】マスクの穿設工程
【図３】マスクの穴へのはんだボールの挿入工程
【図４】はんだの溶融工程
【図５】マスクの剥離工程
【図６】マスクの穴へのソルダペーストの挿入工程
【符号の説明】
１ マスク
２ 粘着剤
３ ワーク
４ 電極
５ ソルダーレジスト
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
【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、一箇所の接続が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、チップ素子とワーク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、チップ素子をワークに実装するときに、ワーク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ものである。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、はんだボールやソルダペーストを使用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ろ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挿入してから、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：特開平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】
ところで前述転写式は、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】
前述マスク式は、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る。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。
【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】
本発明は、はんだを確実にワークの電極上に乗せてバンプを形成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るというはんだバンプの形成方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、紙や樹脂等と金属を張り合わせたものに紙や樹脂側からにレーザー光線を照射するとレーザー光線の光源、波長等を適宜選択することにより紙や樹脂だけに容易に穴をあけることができ、しかも金属に対しては反射して穴をあけないこと、そしてレーザー光線はコンピューター制御により微小な穴を正確な位置に、しかも高速で穿設することができ、さらに穴がはんだボールやソルダペーストを挿入しやすい形状になること等、レーザー光線の特性に着目して本発明を完成させた。
【００１８】
本発明は、表面に多数の電極が設置され、その周囲がソルダーレジストで被覆されたワークに紙製または樹脂製のマスクを耐熱性の粘着剤で貼り付ける工程；ワークに貼り付けたマスクの上からワークの電極にレーザー光線を照射してマスクに穴を穿設する工程；マスクの穴にはんだを挿入する工程；穴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溶融させ、しかる後にはんだを凝固させる工程；ワークからマスクを剥し取る工程；からなることを特徴とするはんだバンプの形成方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明において、はんだバンプを形成するワークとは、ＢＧＡ、ＣＳＰ、ＴＡＢ、ＭＣＭ等のパッケージ、これらを搭載する基板、或いはＤＣＡ方式で直接基板に搭載するチップ素子、ウエハー等である。
【００２０】
本発明に使用するマスクは、紙や高分子樹脂のポリイミド、フェノール、エポキシ、ベークライト等、剥離しやすい可撓性のあるものであるが、価格、粘着剤の塗工性、穴の加工性においては紙が最適である。
【００２１】
本発明に使用する粘着剤としては、はんだ付け温度に耐える耐熱性があって、はんだ付け後でも容易に剥がし取ることができるものであれば如何なるものでも採用できる。特に本発明に使用する粘着剤としては加熱することにより粘着性が向上するシリコン・アクリル樹脂系の粘着剤が適している。シリコン・アクリル樹脂系の粘着剤としては日本純薬製のＡＲＪ−１Ａがある。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
このはんだボールの挿入工程では、はんだボールが０．３mm以下の極微小径である場合、はんだボールやワークに少しの静電気でも帯電すると、はんだボールが穴の中に挿入されないことがある。従って、微小径のはんだボールを使用するときには帯電防止が必要である。この帯電防止策としては、粘着剤やはんだ付けに使用するフラックスに予め少量の帯電防止剤を添加しておいたり、或いはワークにマスクを粘着後に帯電防止剤をマスクの上に塗布したりする手段を採用できる。
【００２５】
マスクの穴にはんだボールを挿入後、加熱してはんだボールを溶融し、ワークの電極にはんだ付けするが、このときフラックスを用いた方がはんだ付け性は良好となる。フラックスの用い方としては、はんだボールをマスクの穴に挿入する前にマスクの穴の中に塗布しておいたり、或いははんだボールをマスクの穴に挿入後にはんだボールとマスクの穴の中に塗布したりしてもよい。
【００２６】
はんだボールをマスクの穴に挿入する前にフラックスを塗布する場合、フラックスが粘着性のあるものでは、フラックスが穴以外のところに付いていると、該フラックスにはんだボールが付着して穴の中に挿入されなくなったり、或いははんだボールが穴以外のところに付着したまま加熱されて溶融したはんだが他のはんだボールに融合して部分的にはんだの量が多いバンプとなってしまう。そこでフラックスを使用する場合は、粘着性のないフラックス、例えば固形成分を極めて少なくした水溶性のフラックスがよい。
【００２７】
この水溶性のフラックスにシリコンオイルを添加しておくと、はんだボールの転がりを良好にして穴への挿入をより一層容易にすることができる。また、微小はんだボールを用いる場合、マスクの上ではんだボールを転がすと微小はんだボールが帯電して、穴への挿入が円滑にならないため、水溶性フラックスに帯電防止剤を添加しておくことも微小はんだボール使用上の対策の一つである。
【００２８】
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。
【００２９】
本発明でマスクに穴を穿設するレーザー照射装置としては、炭酸ガスレーザー照射装置が紙や樹脂への精度のよい穿設、高作業性等の点において好適である。
【００３０】
本発明でマスクの穴にはんだを挿入後、はんだを溶融させるには、リフロー炉、赤外線照射装置、レーザー照射装置、ヒーターブロック等の加熱装置を使用する。ＢＧＡ、ＣＳＰのような電子部品にはんだバンプを形成する場合は電子部品全体を加熱するリフロー炉が大量生産に適しているが、電子部品を搭載する基板では、はんだバンプ形成後、電子部品をはんだ付けするために再度加熱しなければならないため、度重なる加熱によりはんだバンプ形成箇所以外の箇所が酸化や劣化する恐れが出てくる。このような場合には、はんだバンプ形成箇所だけが加熱のできる赤外線照射装置、レーザー照射装置、ヒーターブロック等の局部加熱可能な装置が適している。
【００３１】
【実施例】
以下図面に基づいて本発明のはんだバンプの形成方法を説明する。図１〜５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る。図６は図１〜５のうち図３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となる。先ず図１〜５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。
【００３２】
○ワークにマスクを貼り付ける工程（図１）
マスク１に耐熱性の粘着剤２を塗工しておく。またワーク３の表面には多数の電極４・・・が設置されており、その周囲はソルダーレジスト５で被覆されている。マスク１を矢印Ａのように載置して粘着剤２でワーク３の表面に貼り付ける。このとき粘着剤が熱圧着性のものであれば、マスク１の上から加熱されたブロックや鏝等で押圧してマスクをワークに強固に熱圧着する。
【００３３】
○マスクの穿設工程（図２）
マスク１の上から電極４に焦点を合わせたレーザー光線６を照射し、電極４上のマスク１および粘着剤２が貫通された穴７を穿設する。本発明で使用するレーザー光線は、紙や樹脂等を容易に貫通するが、金属である電極に当たると反射して、電極に対しては何の損傷も与えないものである。
【００３４】
○マスクの穴へのはんだボールの挿入工程（図３）
マスク１に穿設された穴７・・・にはんだボール８を挿入する。マスク１の穴７は、はんだボールの直径よりも僅かに大きい状態で穿設されており、各穴にははんだボールが一個しか入らないようになっている。ところで、はんだボールと電極とをはんだ付けするためにはフラックスが必要であるが、フラックスの塗布時期ははんだボールの挿入前、或いは後となる。
【００３５】
○はんだの溶融工程（図４）
マスクの穴にはんだが挿入されたワーク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を溶融させる。溶融したはんだがワークの電極と金属的に接合したならば、はんだの溶融温度以下に冷却してはんだを凝固させ、はんだバンプ９を形成させる。
【００３６】
○マスクの剥離工程（図５）
はんだが凝固してワーク３の電極４にはんだバンプ９が形成されたならば、マスク１を矢印Ｂのように引っ張ってワーク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、直径０．１８mmの円形の電極が１５０個格子状に設置されたＣＳＰ基板である。マスクは厚さが０．２mmの紙であり、片面に熱圧着性の粘着剤が塗工されている。ＣＳＰ基板の電極設置面にマスクの粘着剤塗工面を押し当て、１００℃に加熱されたヒーターブロックで熱圧着する。マスクを圧着したＣＳＰ基板に対し、マスクの上からワークの電極に向けて炭酸ガスレーザー照射装置でレーザー光線を照射してマスクに穴を穿設する。炭酸ガスレーザー照射装置は、予め電極位置を入力したコンピューター制御により電極上部に正確に穴が穿設できるようになっている。穴の断面は逆台形であり、上部の直径が０．３mm、下部の直径が０．２７mmである。穴が穿設されたマスクの上から帯電防止剤とシリコンオイルが添加された水溶性フラックス（溶剤はアルコール）をスプレーで塗布し、溶剤を乾燥させる。その後、直径が０．２mmのはんだボールをマスクの穴に挿入する。はんだボールの挿入作業は、ＣＳＰ基板の周囲を囲いで囲い、マスクの上に大量に載置してから刷毛ではんだボールを掃きならし、全ての穴にはんだボールを挿入する。マスクの全ての穴にはんだボールを挿入したならば、ＣＳＰ基板をリフロー炉の中で加熱してはんだボールを溶融し、電極にはんだバンプを形成する。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、６、４、５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】
○ワークにマスクを貼り付ける工程（図１）
粘着剤２が塗工されたマスク１を多数の電極４・・・が設置されたワーク３の表面に貼り付ける。
【００４１】
○マスクの穿設工程（図２）
マスク１の上方からレーザー光線６を照射し、電極４上に穴７を穿設する。
【００４２】
○マスクの穴へのソルダペーストの挿入工程（図６）
穴７が穿設されたマスク１の上の一側にソルダペースト１０を載置し、該ソルダペーストをスキージー１１で矢印Ｃ方向に掻いて穴７に挿入する。ソルダペーストは、粉末はんだとペースト状フラックスとを混練したものであるため、別途フラックスを塗布する必要がない。
【００４３】
○はんだの溶融工程（図４）
マスクの穴にはんだが挿入されたワーク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を溶融させる。溶融したはんだがワークの電極と金属的に接合したならば、はんだの溶融温度以下に冷却してはんだを凝固させ、はんだバンプ９を形成させる。
【００４４】
○マスクの剥離工程（図５）
はんだが凝固してワーク３の電極４にはんだバンプ９が形成されたならば、マスク１を矢印Ｂのように引っ張ってワーク３から剥離する。
【００４５】
さらに続いてソルダペースト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。
【００４６】
ワークは、直径０．１８mmの円形の電極が１５０個格子状に設置されたＣＳＰ基板である。マスクは厚さが０．３mmの紙であり、片面に熱圧着性の粘着剤が塗工されている。ＣＳＰ基板の電極設置面にマスクの粘着剤塗工面を押し当て１００℃のヒーターブロックで熱圧着する。マスクを圧着したＣＳＰ基板に対し、マスクの上から炭酸ガスレーザー照射装置でレーザー光線を照射して電極上のマスクに穴を穿設する。穴の断面は逆台形であり、上部の直径が０．３２mm、下部の直径が０．２８mmである。穴が穿設されたマスクの上にソルダペースト（６３Ｓｎ−Ｐｂ）を載置し、該ソルダペーストをスキージーで掻いて、穴の中にソルダペーストを挿入する。マスクの全ての穴にソルダペーストを挿入したならば、ＣＳＰ基板をリフロー炉の中で加熱してはんだボールを溶融し、電極にはんだバンプを形成する。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。
【００４７】
【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、マスクへの穴の穿設をレーザー光線で行うため、ワークの電極上だけに正確に、しかもきれいな穴となって、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ものであり、さらにはワークとマスクを粘着剤で付着させておくため、はんだの挿入時、特にソルダペーストの挿入時にスキージーの強い力で掻いてもマスクがずれないことから、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】ワークにマスクを貼り付ける工程
【図２】マスクの穿設工程
【図３】マスクの穴へのはんだボールの挿入工程
【図４】はんだの溶融工程
【図５】マスクの剥離工程
【図６】マスクの穴へのソルダペーストの挿入工程
【符号の説明】
１ マスク
２ 粘着剤
３ ワーク
４ 電極
５ ソルダーレジスト
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
Claims (3)
- 表面に多数の電極が設置され、その周囲がソルダーレジストで被覆されたワークに紙製または樹脂製のマスクを耐熱性の粘着剤で貼り付ける工程；ワークに貼り付けたマスクの上からワークの電極にレーザー光線を照射してマスクに穴を穿設する工程；マスクの穴にはんだを挿入する工程；穴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溶融させ、しかる後にはんだを凝固させる工程；ワークからマスクを剥し取る工程；からなることを特徴とするはんだバンプの形成方法。
- 前記はんだは、はんだボールであることを特徴とする請求項１記載のはんだバンプの形成方法。
- 前記はんだは、ソルダペーストであることを特徴とする請求項１記載のはんだバンプの形成方法。
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