JP4618549B2 - バンプ形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板と電子部品同士の電極間を接続するバンプの形成方法に関するものである。

近年、携帯端末機器やノート型パソコンの高機能高速化、及び、薄型小型化が進むにつれて、それに内蔵される半導体部品や半導体部品を実装するパッケージには、薄型小型化と接続端子数の増加という、相反する性能が要求されている。この要求に応えるものとして、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプやＦＣ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）等のエリアアレイ型の接続バンプを電極に形成した半導体部品、基板、ウェハ、又は、パッケージ等（以下、総じて電子部品と称する）が採用されている。

従来、電子部品の接続に用いるバンプを電極上に形成する方法としては、はんだ、銅や銀など接続材の粉末を含んだペーストを電極に印刷するペースト方式、導電性の微小ボール（実装球）を電極に搭載するボール搭載方式、接続材をめっきや蒸着する膜付け方式などがある。中でも、接続端子数増加の為、電極の配列は高密度化し、それに伴って接続バンプの大きさも小型化する近年の傾向に応じては、小型の接続バンプを形成する場合、接続バンプの配列精度や生産性の面で有利なボール搭載方式が採用されることが多い。

ボール搭載方式によれば、接続バンプは、少なくとも、接続面となる電極上にはんだペーストもしくはフラックスペースト（以下、総じてペーストと称する）を塗布する印刷工程と、該ペーストが塗布された電極に微小な実装球を搭載する搭載工程と、その実装球を加熱するなどして接続バンプを形成するバンプ形成工程を経て製造される方法が用いられている。

ペーストを所定位置に塗布する印刷工程は、例えば特許文献１に記載されるように、ペーストをプリント基板に塗布する方法として、プリント基板を位置決め支持するステージ部と、印刷パターンを備え、プリント基板と狭小の間隙を存して張設されるスクリーンと、このスクリーン上にペーストを供給する供給装置と、スクリーンを介してプリント基板に印圧を付与しながら移動しスクリーン上のペーストを掃引し、印刷するスキージと、このスキージに加わる荷重を検出する荷重検出器と、この荷重検出器による荷重検出信号にもとづいてスクリーン上のはんだペースト残存量を算出し、供給装置のはんだペースト供給量を制御する制御部とを具備した構成をしており、スクリーン上のペースト残量を常に把握して、印刷条件に適応した最適のペースト量を保持して確実に塗布する方法が提案されている。
特開平０８−３３２７１１号公報

上述した特許文献１に開示される手法は、プリント基板にペーストの滲みやかすれが無い、確実な印刷方法である。しかし、本発明者の検討によれば、図１に示す様に、プリント基板１においての実装球の搭載位置である電極２は、レジストに囲まれた凹状空間となっており、ここにペースト４を、前述の方法である電極２の配列に合わせて孔を開けたメタルマスク３を介して、印刷スキージ５で印刷塗布すると、ペースト４が凹状を蓋する様に印刷され、その凹状空間に空気６が閉じ込められる。つまり、その閉じ込められた空気６により凹状空間をもった電極２には、必要量のペースト４を送り込むことができないという問題の発生を確認した。

そして、これ以外にも、多量にペーストを供給して凹状空間に必要量のペーストを配置すると、その凹状空間周辺と実装球搭載の治工具にまで余剰ペーストが付着する問題、更にはペーストが必要量印刷されなかった凹状空間位置に実装球を搭載しても、実装球が仮固定できず、搭載性が悪化する問題の発生も確認した。これらの問題は、ペーストを所定の位置に確実に安定して必要量塗布することと、その塗布した位置に実装球を搭載し接続バンプを形成するという観点から、解決の重要な課題である。

本発明の目的は、少なくとも、電極にペーストを塗布する印刷工程と、電極に実装球を搭載する工程と、実装球をバンプに形成する工程でなるバンプの形成方法においては、プリント基板にある凹状空間の位置に、ペーストを確実に安定して必要量塗布する方法を提供することである。

本発明者は、インクジェット方式によるペーストの塗布方法が、プリント基板のレジストで囲まれた凹状空間位置にペーストを塗布する場合において、スクリーン印刷方式で行うと凹状空間にある空気を巻き込んでしまい必要量ペーストが塗布印刷できないという課題を大きく改善できることを見いだし、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、少なくとも、プリント基板上の電極位置にペーストを塗布する印刷工程と、該ペーストが塗布された電極位置に実装球を搭載する工程と、該実装球をバンプに形成する工程でなるバンプ形成方法において、
印刷工程は、プリント基板上においてレジストで囲まれた凹状をなす電極位置に、ペーストをノズルより射出して配置し、
ついで前記電極位置に実装球を搭載する工程は、実装球が通り抜ける大きさの貫通孔を多数開けたメタルマスクを、該貫通孔の位置と電極の位置を合わせてプリント基板に密着させ、実装球をメタルマスクの貫通孔に落し込んでから、メタルマスクをプリント基板から外すことを特徴とするバンプ形成方法である。

本発明によれば、実装球を仮固定するための、プリント基板上の凹状空間へ、ペーストを必要量塗布でき、実装球の搭載性を飛躍的に改善することができる。そのため、本発明は、プリント基板上の凹状の電極に対してボール搭載方式を使い実装球を載せてバンプを形成する方法と、そのバンプを利用する接続方法の実用化にとって欠くことのできない技術となる。

以下、本発明の作用効果を、実装球を使って接続バンプを形成するボール搭載方式に従って説明する。接続バンプは、少なくとも、接続面である電極上にペーストを塗布する印刷工程と、該ペーストが塗布された電極に実装球を搭載する搭載工程と、その実装球を加熱するなどして接続バンプを形成するバンプ形成工程を経て製造される。なお、実装球とは、電子部品の電極間を導電接続するためのバンプ形成用微小ボールである。

つまり公知の実装球も含むことに加えて、例えばＳｎ又はＣｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｌなどの金属を主体とした導電性ボール、若しくは、ポリプロピレン又はポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド、酢酸セルロース、ポリエステル系などの樹脂を主体としたボール表面に、はんだなどの導電性金属をコーティングした導電性ボールを指し、概ね１０００μｍ径以下の微小ボールである。そして、本発明において使用する実装球としては、３００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下の実装球に適用するのが好ましい。その理由は、大きな実装球であると他の電極と短絡が発生し易い為である。

また、本発明に適用するプリント基板について述べておくと、その基板上、レジストによって形成される電極の凹部深さは、５０〜１μｍのプリント基板に適用することが望ましい。その理由は、電極の凹部深さが浅いと実装球の位置が電極よりずれてしまい、他電極との短絡を起し易い為であり、逆に凹部深さが深いと、形成した接続バンプがプリント基板より突出しない為である。

本発明を実施する印刷工程について図２を用いて説明する。まず、接続バンプを形成したいプリント基板１をステージ７に取付け、ステージ７をＸＹ方向に移動させて、レジストで囲まれた凹状空間位置にある電極２の位置に、インクジェット方式によるペースト塗布装置８のノズル位置を合わせる。そして、塗布装置８に信号を与え、プリント基板１の電極２にペースト９を射出し塗布する。続いては、同様に、ステージ７をＸＹ方向に移動させて、実装球を載せる全ての電極２の位置にペースト９を塗布する。更には、印刷工程の効率を良くする為、図３に示す様に、２つ以上のノズルが付いたインクジェット方式塗布装置１０で塗布することが好ましい。

なお本発明においては、上記のインクジェット方式の塗布装置として、ドロップオンディマインド式のインクジェットプリンタの他、帯電制御式のインクジェットプリンタも含む。そして、インクジェットのノズル径は１０〜１００μｍであることが好ましい。これは、射出したペーストの大きさを、実装球を搭載する電極の大きさ以内に収めるためであり、搭載工程での落し込みメタルマスク等の冶工具等に余剰ペーストの汚染を発生させない為でもある。ペーストの粘度は、インクジェット方式を採用したため、１０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。そして、特にペーストがフラックスの場合には、ノズルを詰らせないために、ロジン系フラックスより水溶性フラックスの方が好ましい。

また、電極位置に配置するペースト量は、３００〜３０μｍの電極径に対して、１００〜１ｐＬ（ピコリットル）が望ましい。これは、電極表面をペーストで十分に覆うことができ、且つ、実装球を仮固定できるからである。

続く搭載工程を、図４，５を用いて説明する。搭載工程では、図４に示す様に、プリント基板１上のペースト付き電極１１の位置に合わせて、実装球が通り抜ける大きさの貫通孔を多数開けた、ペースト塗布用のものとは別のメタルマスク（以下、落し込みメタルマスク１２と称する）を準備する。次に、図５に示す様に、落し込みメタルマスク１２の孔位置と、プリント基板１上のペースト付き電極１１の位置を合わせてから、落し込みメタルマスク１２とプリント基板１を密着させる。そして、実装球１３を落し込みメタルマスク１２の孔に落し込んで、落し込みメタルマスク１２をプリント基板１から外すことで、実装球１３をプリント基板上の凹状電極位置に搭載できる。更に、落し込みメタルマスク１２を外す前には、その上面をスキージ１４することで余剰な実装球を排除することが好ましい。

そして、バンプ形成工程は、所定位置に搭載後の実装球に外部から熱、光や振動を与えて、電極上の実装球を接続バンプに形成する工程である。例えば、実装球がはんだで構成されている場合は、リフロー炉で、実装球を電極上で溶融させて、接続バンプにする工程である。以上の本発明を実施したことで、所定の電極位置にはペーストが必要量塗布されかつ、これによる落し込みメタルマスクへの余剰ペーストの汚れもなく、所定位置に実装球が安定して仮固定される。

ボール搭載方式におけるペースト印刷工程での、スクリーン印刷方式の一例を説明する断面図である。 ボール搭載方式におけるペースト印刷工程での、インクジェット方式の一例を説明する構成図である。 ボール搭載方式におけるペースト印刷工程での、インクジェット方式の一例を説明する構成図である。 ボール搭載方式における実装球の搭載工程の一例を説明する構成図である。 ボール搭載方式における実装球の搭載工程の一例を説明する構成図である。

符号の説明

１．プリント基板、２．電極、３．メタルマスク、４．ペースト、５．印刷スキージ、６．空気、７．ステージ、８．インクジェット方式塗布装置、９．ペースト、１０．インクジェット方式塗布装置、１１．ペースト付き電極、１２．落し込みメタルマスク、１３．実装球、１４．スキージ

Claims (1)

1. 少なくとも、プリント基板上の電極位置にペーストを塗布する印刷工程と、該ペーストが塗布された電極位置に実装球を搭載する工程と、該実装球をバンプに形成する工程でなるバンプ形成方法において、
   印刷工程は、プリント基板上においてレジストで囲まれた凹状をなす電極位置に、ペーストをノズルより射出して配置し、
   ついで前記電極位置に実装球を搭載する工程は、実装球が通り抜ける大きさの貫通孔を多数開けたメタルマスクを、該貫通孔の位置と電極の位置を合わせてプリント基板に密着させ、実装球をメタルマスクの貫通孔に落し込んでから、メタルマスクをプリント基板から外すことを特徴とするバンプ形成方法。