JP4134327B2 - メタルマスク及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品や半導体チップを高密度に実装するための接続用の端子を形成する際に使用するクリームはんだ等の孔版印刷用のマスクに関する。

携帯電話、デジタルカメラ等を筆頭に、電子回路の小型軽量化の要請から、ＬＳＩ回路の高集積化、プリント配線基板への電子部品の高密度実装化、特にプリント配線基板の両面への電子部品の高密度実装化等が広く行われている。このＬＳＩ回路の高集積化やプリント配線基板への電子部品の高密度実装化においては、ＬＳＩやプリント配線基板面に電子部品を実装するために、ウエハーやプリント配線基板にクリームはんだを印刷し、はんだ端子の高精細且つ高密度な配線パターンを形成し、該はんだ端子に電子部品や半導体チップを搭載し、はんだリフロー炉を通して電子部品や半導体チップの実装を行うことが広く行われている。
この際、はんだ端子の配線パターンを欠陥なく、且つ高精細且つ高密度に印刷するための孔版印刷用の版が種々提案され、実用に供されている。

例えば、配線パターン状の開口部が形成されたメタル製マスク、樹脂製マスク、メタルと樹脂の積層マスク等は、高精細・高密度印刷性、印刷精度の耐久性、印刷版の作り易さ等から広く用いられている。前記した孔版印刷用マスクに配線パターン状の開口部を形成する方法（マスクの製造法）としては、金属や樹脂フィルム又は板にフォトリソグラフ法を用いて金属や樹脂をエッチングして作られるエッチング法、レーザーによりパターン状に直接金属や樹脂フィルム又は板に開口穴を開けるレーザー法、更に金属マスクの別の製造法としては導電性金属表面にレジスト膜で配線パターンを形成し、電鋳により製作するアディティブ法等があり、電子部品の実装密度と経済性等の点から使い分けられている。

前記したような方法で作られた孔版印刷用マスクを用いてウエハーやプリント配線基板にクリームはんだを印刷し、電子部品の実装用のはんだ端子を形成した場合、パターンが高精細且つ高密度になればなる程、クリームはんだの版からの抜けが悪くなり、印刷版の版離れが悪くなったり、クリームはんだの転写性の悪化を生じる。その結果転写されたクリームはんだが滲んだり、形成されたはんだ端子に欠け、割れ、抜け等の欠陥が発生し、歩留まり低下の大きな原因となっていた。特に印刷スピードを上げると、前記した欠陥がより発生しやすくなり、印刷スピードを早くすることもできなかった。又、マスク材質のクリープ特性の関係から、印刷中にスキージの応力によって開口部に変形や位置のズレが発生し、クリームはんだが滲んだり、はんだ端子の位置精度が低下するためにマスクの印刷耐久性が低下すると言う問題も発生している。

更に、近年環境上の配慮から鉛を含有しない、所謂鉛フリーはんだが使用されるようになってきたが、該鉛フリーのクリームはんだは従来のクリームはんだに比して転写性に劣り、前記した欠陥が発生し易い。

前記した印刷上の問題点を改良するために、
特開平４−３５７０９３号公報には、クリームはんだ供給孔を有するメタルマスクの少なくとも前記供給孔内周壁にフッ素含有化合物粒子が共析分散された複合めっき皮膜を形成し、クリームはんだの抜け性を改善したメタルマスクが提案されている。 特開平７−３２７５９号公報には、エッチングにより開口部を設けたメタルマスクを電解研摩して、開口部を平滑化し、クリームはんだの抜け性を改良したメタルマスクが開示されている。

しかし、前記特許文献１及び文献２に開示されたマスクを用いてクリームはんだを、特に、鉛フリーのクリームはんだを、高精細パターンを高密度に印刷した場合、クリームはんだの開口部からの抜け性が十分ではなく、版離れ性が悪く、クリームはんだが滲んだり、形成されたはんだ端子に欠け、抜け、割れ等の欠陥が発生する。又印刷スピードを速くすると前記問題が更に顕著に現れる。
従って前記文献に開示されたいずれのクリームはんだ印刷用のマスクも高密度、高精細印刷には必ずしも十分とは言えず、その更なる改良が求められている。

本発明の目的は、ウエハーやプリント配線基板等に高密度実装用のはんだ端子を高密度、高精細に形成するためのメタルマスクであって、微細で且つ壁面の滑らかな開口部を高密度に有し、その結果クリームはんだを印刷した際、クリームはんだは開口部から抜け易く、版離れ性に優れ、鉛フリーのクリームはんだを印刷してもクリームはんだは滲まず、形成したはんだ端子に欠け、抜け、割れ等の欠陥の発生がなく、且つ印刷スピードを早くでき、マスクの印刷耐久性にも優れたメタルマスクを提供することにある。

本発明者らは、クリームはんだを高精細且つ高密度に印刷するには、メタルマスクの開口部の形成方法、及びマスクの表面処理方法等を鋭意検討を行い、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、
クリームはんだ印刷用の開口部が設けられたメタルマスク原板に、間歇電解研磨処理を施した後、該メタルマスク原板の少なくとも開口部壁面をフッ素樹脂微粒子を含有する金属メッキ皮膜で被覆したことを特徴とするメタルマスクの製造方法であって、前記間歇電解研磨処理が、通電工程、逆通電工程、及び非通電工程からなることを特徴とするメタルマスクの製造方法、及び
メタルマスク原板が、金属板にレーザー光を照射して開口部を形成して作られたことを特徴とする上記記載のメタルマスクの製造方法、及び
メタルマスク原板が、導電性基板に感光性樹脂層を積層し、フォトリソグラフ法により開口部に対応するパターンを感光性樹脂で形成した後、電気ニッケル又はニッケル合金メッキにより作られたことを特徴とする上記記載のメタルマスクの製造方法、及び
フォトリソグラフ法において感光性樹脂層に光を照射する際に、ガラスマスクを通して露光することを特徴とする上記記載のメタルマスクの製造方法、及び
上記記載のいずれかの方法で製造したメタルマスクを紗を介して金属枠に貼り付けてなる孔版印刷用の版の製造方法、である。

本発明の孔版印刷用のメタルマスクは高精細で且つ壁面が滑らかな開口部を高密度に有し、その結果開口部からクリームはんだは抜け易く、版離れ性に優れるので、印刷スピードを早くしてもクリームはんだの滲みの発生はなく、クリームはんだの転写性不良に由来するはんだ端子の割れ、抜け、欠け等の欠陥の発生も防止することができ、はんだ端子形成工程の生産性及び歩留まりが大きく向上する。

以下、本発明のメタルマスクについて詳細に説明する。
孔版印刷用のメタルマスクは、ニッケルやその合金、又はステンレス等の金属板に印刷パターンの開口部が設けられている。そして該開口部の形成方法としては、化学的エッチング法、金属板に直接レーザー光を照射する法、機械加工法、及びメッキ法等が挙げられるが、本発明のメタルマスク原板の開口部の形成方法としては、壁面に凹凸が比較的少なく、且つテーパーも小さい開口部の形成が容易な点から金属板に直接レーザー光を照射する法、又はメッキ法が好ましい。

金属板に直接レーザー光を照射する法は、ステンレス等の金属板に直接レーザー光を照射して開口部を形成する。レーザーとしては公知の固体レーザー、半導体レーザー、ガスレーザー等が挙げられ、中でもＹＡＧレーザーが好ましく、その波長は基本波、高調波、又はそれらの混合波のいずれでもよい。

メッキ法によるメタルマスク原板の製法は、ステンレス等の導電性基板に感光性樹脂を積層し、露光・現像を行うフォトリソグラフ法により開口部に対応するパターンを感光性樹脂で形成し、開口部に対応する部分以外は導電性基板の表面を露呈させる。この際、開口部の位置精度、及び開口部のテーパーを小さくできる点等から、フォトリソグラフ法において、感光性樹脂を露光する際に用いられるマスクはガラスマスクが好ましい。ガラスマスクとはガラス基板に光を遮蔽する部分に銀塩やクロム等の層を設けたマスクであり、フィルムマスクに比して寸法安定性に優れ、且つ露光面とのギャップを小さくできる。

本発明の一つの様態としては、前記した方法で開口部を形成したメタルマスク原板を間歇電解研磨処理を行い、その後フッ素樹脂微粒子を含有する金属メッキ皮膜で被覆したメタルマスクである。
間歇電解研磨とは電解研磨を間歇的に行う方法であり、研磨液にメタルマスク原板を浸漬し、一定時間通電し、その後一定時間通電しない。この通電と非通電のサイクルを繰り返えす。この際、通電工程と非通電工程の間に短時間逆通電を行うと更に好ましい。具体的には、通電工程は電流密度が５〜３５Ａ／ｄｍ２、好ましくは１０〜３０Ａ／ｄｍ２、通電時間が５〜３０秒、逆通電工程は電流密度が−３〜−０．３Ａ／ｄｍ２、通電時間が０．５〜５秒、非通電工程は時間が１０〜６０秒程度である。
又、当然のことながら、研磨液は研磨する材料に適した電解液を用いることは言うまでもない。

次に前記の間歇電解研磨処理を施したメタルマスク原板をフッ素樹脂微粒子を含有した金属メッキ浴に浸漬して金属の電気メッキを行い、フッ素樹脂微粒子含有金属メッキ皮膜で少なくとも開口部壁面を被覆する。勿論開口部壁面以外の被印刷物面やスキージ面も被覆されてもよい。金属の電気メッキの金属としては、メタルマスクの強度、硬さ等からニッケル又はニッケル合金が好ましい。
メッキ浴の具体例としてはニッケル又はニッケル合金メッキの際に通常用いられる、ワット浴、硫酸浴、スルファミン酸浴、塩化物浴、無機又は有機化合物による錯化浴、ホウフッ化浴等にフッ素樹脂微粒子添加した浴が挙げられる。
フッ素樹脂微粒子を含有する金属メッキ皮膜の膜厚は本発明の効果の発現上から１μｍ以上が好ましい。

フッ素樹脂微粒子を含有する金属メッキ皮膜を成膜する際に、基材面との密着性を改善するために機械的処理、化学的処理等の種々の表面処理を行ってもよい。特に、塩化ニッケルを用いたストライクメッキは密着性を改善するためには好ましい処理である。

本発明において使用されるフッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、トリフルオロプロピレン等のホモポリマー又はコポリマー、及び他のモノマーとのコポリマー等が挙げられ、その粒子の平均粒子径は０．１〜０．５μｍ程度が好ましい。又、フッ素樹脂微粒子の添加量はメッキ方法によって異なり、本発明の効果を発現するには該被膜中のフッ素樹脂微粒子の含有量が４〜２０重量％になるように制御するのが好ましく、５〜１５重量％が特に好ましい。
該被膜中のフッ素樹脂微粒子の含有量は該被膜を硝酸等で金属を溶解し、残存するフッ素樹脂微粒子の重量を測定することによって求めることができる。

本発明のメタルマスクの開口部の形状は特に制限はなく、例えば、円形、楕円形、正方形、長方形、菱形、台形等の四角形、六角形及び八角形等の多角形、その他瓢箪形、ダンベル形等の不定形等が挙げられ、その大きさは、高密度実装のためには、前記した種々の形状の最大の開口部が３０〜５００μｍ程度である。
又、本発明のメタルマスクの厚みは、形成するはんだ端子の形状にもよるが、２０〜５００μｍ程度である。

本発明のメタルマスクは、アルミ、ステンレス、銅等からなる金属枠に紗を介して貼り付けて孔版印刷用の版になる。紗を介してメタルマスクを貼り付ける具体的な方法は、前記した金属枠に紗を接着剤で貼り付け、該紗の中心部に金属枠の大きさよりも小さくした本発明のメタルマスクの外周部を接着剤を用いて紗に貼り付ける。次に接着部以外の内側の紗を切り取ることによって作ることができる。

前記して作成した印刷用版をスクリーン印刷機に装着し、プリント配線基板上にセットし、版の上にクリームはんだを載せ、スキージで扱きながらクリームはんだをマスクの開口部に充填した後、印刷版をプリント配線基板から離すと開口部に充填されていたクリームはんだがプリント配線基板の上に転写され、はんだ端子が形成される。形成されたはんだ端子の大きさは通常、３０〜５００μｍ程度である。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。ただし、本発明は、これらの実施例により限定されるものではない。

（参考例）
板厚０．２ｍｍ、５５０×６５０ｍｍのＳＵＳ３０４の基板の表面を整面（バフ研磨）ドライフィルムレジスト（ＦＰ２４０、東京応化工業（株）製）をラミネートした。次に、電子部品搭載用のはんだ端子パターンとして、直径５０μｍの円を繰り返しピッチ１０μｍで縦横それぞれ６８（合計４６２４）個からなる３０ｍｍ×３０ｍｍの正方形を基本パターンとし、該基本パターンを繰り返しピッチ４３ｍｍで３×５個の計１５個を配置したパタ０ンを有し、円の部分は紫外線を透過し、円の部分以外は紫外線を透過しないガラスマスクを使用して、ミラー反射型並行光露光機（ＥＸＭ−１２０１、オーク(株)製）で露光し、１５分エージングした後、１．０％の炭酸ナトリウム水溶液で現像、水洗してＳＵＳ３０４の基板に５０μｍの円形のドライフィルムレジスト膜のはんだ端子パターン群を形成した（はんだ端子に相当する部分以外はＳＵＳ３０４の基板の表面を露呈させた）。

上記のパターンを形成したＳＵＳ３０４基板をスルファミン酸ニッケルメッキ浴に入れて、２Ａ／ｄｍ２、浴温度４５℃で前記基板上に厚さ８０μｍのニッケル膜を形成した。次に該ニッケル膜をＳＵＳ３０４基板から剥離してニッケルからなるメルタルマスク原板を製作した。

前記のメタルマスク原板に、塩化ニッケルのストライクメッキを施した後、フッ素樹脂微粒子を含有する電気ニッケルメッキ液、ニムフロンＦＲＳ（上村工業(株)製）を用いてフッ素樹脂微粒子を含有するニッケルメッキ皮膜を成膜した。該皮膜の膜厚は２μｍ、又該皮膜を硝酸に溶解して測定したところ、フッ素樹脂微粒子が８重量％含有されていた。外形を４００ｍｍ×４８０ｍｍとなるように切断して本発明のメタルマスクを製作した。

前記して作成したマスクの外周より１ｃｍ内側の部分を、１８０メッシュのポリエステル製の紗が張られた外形５５０×６５０ｍｍのアルミ製枠に、エポキシ系接着剤を用いて紗に貼り付けた後、印刷用マスクの外周より１ｃｍ内側の部分の紗を切り取り孔版印刷版を作製した。

前記して作られた印刷版をスクリーン印刷機（ＳＰ２８Ｐ−ＤＨ、パナソニックファクトリーソリューション(株)製）に装着し、プリント配線基板上に鉛フリーのクリームはんだ（ＬＦ−７１Ｓ−３、タムラ化研(株)製）を印刷し、乾燥し、直径略５０μｍのはんだ端子を形成した。形成したはんだ端子を観察したが、クリームはんだの滲み、はんだ端子の割れ、抜け、欠け等の欠陥は全く生じなかった。又、クリームはんだを繰り返し５千回印刷しても形成したはんだ端子には全く異常は生じなかった。

（実施例１）
参考例において、フッ素樹脂微粒子を含有するニッケルメッキ皮膜を成膜する前に、メタルマスク原板を、燐酸濃度が６００ｍｌ／ｌ、硫酸濃度が１８０ｍｌ／ｌからなる電解液を用い、４５℃の条件で、メタルマスク原板を陽極にして下記の間歇電解研磨条件を１サイクルとし、２０サイクルの間歇電解研磨処理を行った後、フッ素樹脂微粒子を含有するニッケルメッキ皮膜を成膜してメタルマスクを作製した。
電流密度 通電時間
通電 ： １５Ａ／ｄｍ２ １５秒
逆通電： −０．５Ａ／ｄｍ２ ３秒
非通電： ０Ａ／ｄｍ２ ２０秒
次に参考例と同じようにして孔版印刷版を作製し、クリームはんだの印刷テストを行った。７千回印刷しても形成したはんだ端子には全く異常は生じなかった。

ステンレス板にＹＡＧレーザー光を照射して実施例１と同じパターンの開口部を形成し、メタルマスク原板を作製した。該メタルマスク原板を下記の電解研磨条件で間歇電解研磨を行った。
電流密度 通電時間
通電 ： ２５Ａ／ｄｍ２ １０秒
逆通電： −１．５Ａ／ｄｍ２ １秒
非通電： ０Ａ／ｄｍ２ ４０秒
次に実施例１と同じ方法でフッ素樹脂微粒子を含有するニッケルメッキ皮膜を成膜し、メタルマスクを作製した。該メタルマスクを用いて実施例１と同じようにして孔版印刷版を作製し、クリームはんだの印刷評価を行った。形成したはんだ端子には、クリームはんだの滲み、はんだ端子の割れ、抜け、欠け等の欠陥は全く生じなかった。又、クリームはんだを繰り返し７千回印刷しても形成したはんだ端子には全く異常は生じなかった。

〔比較例２〕
実施例３において、塩化ニッケルのストライクメッキ、及びフッ素樹脂微粒子を含有するニッケルメッキを施さない以外は実施例３と全く同じ方法でメタルマスク及び孔版印刷版を製作し、クリームはんだの印刷評価を行った。形成したはんだ端子の略全てにクリームはんだの転写性不良による欠けが発生していた。又、クリームはんだを繰り返し印刷したところ、前記転写不良による欠けがより激しくなっていった。

実施例３において、フッ素樹脂微粒子を含有する電気ニッケルメッキ液（ニムフロンＦＲＳ、上村工業(株)製）の代わりに、下記の電気ニッケルメッキ液を用い、電流密度２．５Ａ／ｄｍ２、浴温度４０℃の条件で電気メッキを行う以外は実施例３と同じ方法でメタルマスクを製作した。フッ素樹脂微粒子（平均粒子系が０．３μｍのポリテトラフルオロエチレン）を含有する皮膜の膜厚は５μｍ、皮膜中のフッ素樹脂微粒子の含有量は６重量％であった。次に実施例１と同じ方法で孔版印刷版を製作し、クリームはんだの印刷評価を行った。印刷結果は実施例３と略同じであった。
スルファミン酸ニッケル ４００ｇ／ｌ
塩化ニッケル ３０ｇ／ｌ
ホウ酸 ３０ｇ／ｌ
フッ素樹脂微粒子 ８０ｇ／ｌ

本発明のメタルマスクはクリームはんだを、高精細なパターンを高密度に、且つ高速で印刷しても優れた転写性で印刷することができ、電子部品の高密度実装向けのはんだ端子の作成に利用できる。

Claims (5)

1. クリームはんだ印刷用の開口部が設けられたメタルマスク原板に、通電工程と非通電工程の間に逆通電工程を設けてなる間歇電解研磨処理を施した後、該メタルマスク原板の少なくとも開口部壁面をフッ素樹脂微粒子を含有する金属メッキ皮膜で被覆したことを特徴とするメタルマスクの製造方法。
2. メタルマスク原板が、金属板にレーザー光を照射して開口部を形成して作られたことを特徴とする請求項１記載のメタルマスクの製造方法。
3. メタルマスク原板が、導電性基板に感光性樹脂層を積層し、フォトリソグラフ法により開口部に対応するパターンを感光性樹脂で形成した後、電気ニッケル又はニッケル合金メッキにより作られたことを特徴とする請求項１記載のメタルマスクの製造方法。
4. フォトリソグラフ法において感光性樹脂層に光を照射する際に、ガラスマスクを通して露光することを特徴とする請求項１記載のメタルマスクの製造方法。
5. 請求項１〜４記載のいずれかの方法で製造したメタルマスクを紗を介して金属枠に貼り付けてなる孔版印刷用の版の製造方法。