JP4670005B2 - メタルマスク、スクリーン印刷版及びはんだバンプ形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に表面実装されるＩＣ、ＬＣＩ等のチップ、該チップがモールドされたＢＧＡ、ＣＳＰ等のパッケージ、コネクタ等の部品にバンプ電極を形成する際に使用するクリームはんだ等のスクリーン印刷用のメタルマスク、このメタルマスクを金属枠に貼り付けたスクリーン印刷版、及びこの印刷版を用いてクリームはんだを印刷してなるはんだバンプ形成方法に関する。

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、ＩＣ、ＬＣＩ等のチップ、該チップがモールドされたＢＧＡ、ＣＳＰ等のパッケージ、コネクタ等の部品がバンプ電極を介して基板に表面実装されるようになってきた。又、特にＩＣ、ＬＳＩはパッケージングせずにフリップチップとして基板上にバンプ電極を介して実装される。このような部品の基板上へ実装するために部品にバンプ電極を形成する。

上記部品にバンプ電極を形成する方法としては、メッキ法、はんだボール法等が実用に供されている。又、クリームはんだを電極パターン状の開口部を有するマスクを通して印刷する、所謂スクリーン印刷法で形成する方法も提案されている。前記したスクリーン印刷に用いられるマスクとしては、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がある。又、マスクの電極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、メタルや樹脂フィルム又は板にフォトリソグラフ法を用いてメタル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メタルや樹脂フィルム又は板に開口穴を開けるレーザー法、更にメタル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、電気メッキにより製作するアディティブ法等がある。

アディティブ法で作られるメタルマスクは開口部の壁面が比較的平滑なため、クリームはんだの開口部からの抜け性に優れるためにバンプ電極形成に用いられている。しかしながら、通常該方法においては金属として剛直なニッケルが用いられ、印刷面との密着性が低下し、クリームはんだの滲みが生じ易い。又該方法においても開口部の壁面のクリームはんだの濡れ特性が未だ不十分で、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、転写性の低下を惹起したり、印刷版の版離れが悪くなる。その結果転写されたクリームはんだが滲んだり、形成されたはんだバンプに欠け、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。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１０−１２９１４０には、金属マスクの被印刷面側を鏡面にし、開口にテーパーをつけた金属マスクが提案されている。 特開２０００−３１３１７９には、金属マスクの被印刷物側の開口部の外側に凹部を設け、印刷版の版離れを改良した印刷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２に開示されたマスクは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り、従来のクリームはんだを高速で印刷した場合、クリームはんだの開口部からの抜け性が未だ十分ではなく、形成したはんだバンプに欠け、抜け、割れ等の欠陥が発生する。又、前記特許文献３に開示されたマスクにおいても、その開口部の壁面は電解研摩しても平滑化は不十分で、且つクリームはんだの開口部壁面への濡れ性は改良されず、クリームはんだの開口部からの抜け性が十分ではなく、形成したはんだバンプに欠け、抜け、割れ等の欠陥が発生する。
従って前記文献に開示されたし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バンプ、特にはんだバンプ電極をスクリーン印刷で高密度、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に、クリームはんだの開口部からの抜け性に優れ、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の滲み、形成したはんだバンプに欠け、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、連続して繰返し印刷しても開口部の位置精度にズレの生じないメタルマスクを煩雑でない製法で提供することにある。

すなわち、本発明は、
印刷用の開口部を有し、電鋳法により作られたニッケル又はニッケル合金からなる印刷用メタルマスクであって、Ｘ
線回折により測定したメタルの結晶の配向性において、（ １ １１ ） 面、（ ２ ０ ０ ） 面及び（ ２ ２ ０ ） 面のピーク強度の合計に対する（ ２ ２ ０
） 面のピーク強度比が０．１２ 以上、０ ． ４未満であることを特徴とするメタルマスク、及び
開口部の大きさが２０〜５００μｍである前記メタルマスク、及び
厚さが２０〜１００μｍである前記いずれかのメタルマスク、及び
前記のいずれかのメタルマスクを紗を介して金属枠に貼り付けてなるスクリーン印刷版、及び
前記のスクリーン印刷版を用いてクリームはんだを印刷してなるはんだバンプ形成方法、である。

本発明のスクリーン印刷用のメタルマスクは印刷面との密着性に優れ、高精細で壁面が滑らかで且つクリームはんだの濡れ特性に優れた開口部を高密度に有し、その結果開口部からのクリームはんだの抜け性に優れ、版離れ性にも優れるので、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バンプの割れ、抜け、欠け等の欠陥の発生も防止することができ、はんだバンプ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。
本発明のメタルマスクは電鋳法により作られたニッケル、又はニッケル合金からなり、ニッケル合金としては、ニッケルを主成分とし、コバルト、鉄、クロム、タングステン、錫、銅、バナジウム、リン、ホウ素等の合金が挙げられる。勿論本発明のメタルマスクには電鋳の際にメッキ浴に添加した光沢剤、高硬度化剤等の添加剤を含有していても構わない。

本発明のメタルマスクは金属枠に紗を介して貼り合わされてスクリーン印刷版になる。該スクリーン印刷版をスクリーン印刷機にセットし、メタルマスク上にクリームはんだを供給して、スキージを摺動させながクリームはんだを開口部を介して被印刷体に印刷する。この際メタルマスクと印刷面との密着性が十分でない場足、又クリームはんだの開口部からの抜け性が悪い場合、更にスクリーン印刷版の版離れ性が悪い場合、クリームはんだの滲みが発生し、又形成されるはんだバンプに割れ、抜け、欠け等の欠陥が発生する。このような欠陥の発生を起こりにくくするには、ニッケル又はニッケル合金からなるメタルマスクのＸ線回折により測定したメタルの結晶の配向性において、（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面のピーク強度の合計に対する（２２０）面のピーク強度比、Ｉ（２２０）／Ｉ（１１１）＋Ｉ（２００）＋Ｉ（２２０）が０．４未満が好ましい。一方、前記（２２０）面のピーク強度比が０．０５を超えない場合は、形成されるはんだバンプに前記したような欠陥は生じないが、メタルマスクがスキージの応力により変形し易くなり好ましくない。この変形の点からは（２２０）面のピーク強度比は０．１以上が更に好ましい。前記した(２２０)面のピーク強度比は、メッキ液組成、メッキ浴温度、ＰＨ、電流密度、攪拌条件、添加剤等のメッキ条件により大きく変化する。それ故、該（２２０）面のピーク強度比の前記した好ましい値は、前記種々のメッキ条件を最適化することにより得られる。

メッキ法によるメタルマスクの製法は、ステンレス等の導電性基板に感光性樹脂を積層し、露光及び現像して感光性樹脂で開口部に相当する部分を形成し、開口部に相当する部分以外は感光性樹脂を取り除き、導電性基板表面を露呈させる。次に金属の電気メッキを行い、ステンレス基板から剥離する。
この際用いられる感光性樹脂としては、光、特に紫外線に感光するものであればよく、液状であっても、所謂ドライフィルムレジストと称される固形状であってもよい。又、感光性樹脂を積層するには、塗布やラミネートすればよい。感光性樹脂を露光する際、通常は配線パターンが描かれた樹脂マスク又はガラスマスクを通して紫外線露光が行われる。本発明においては、開口部のテーパー、壁面の平滑さからマスクとしてはガラスマスクが好ましい。更に、マスクを使用せずに、紫外線レーザー、例えば半導体紫外線レーザーの光を感光性樹脂層に直接照射して配線パターン状に走査し露光を行う、所謂直接描画も好ましい。

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、長円形、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の大きさは２０〜５００μｍが好ましい。開口部の繰返しピッチは５０〜５００μｍ程度である。

本発明において、電気メッキに用いられる金属としては、ニッケル又はニッケル合金が好ましい。 ニッケル又はニッケル合金メッキをする際に用いられるメッキ液組成、メッキ温度、電流密度、ＰＨ、攪拌条件、添加剤等のメッキ条件はメタルマスクの種々の特性に大きく影響する。それ故、ニッケルの(２２０)面のピーク強度比表が所望の値が得られるように、前記したメッキ条件をコントロールして行えばよい。又、本発明のメタルマスクの厚みは、形成するはんだバンプの形状、用途によって異なるが、はんだバンプ電極としては印刷特性からは２０〜１００μｍが好ましく、２０〜８０μｍが更に好ましい。厚さが２０μｍ未満の場合はメタルマスクが使用中に延伸し、形成される端子の位置精度が低下する。一方、板厚が厚すぎるとメッキ時間が長くなり、又、クリームはんだの転写量が多すぎ、はんだが溶融した際に広がり過ぎたり、はんだの抜け性が低下して印刷不良を起こし易い。

次に、導電性基板からメタルマスクを剥離し、アルカリ溶液で洗浄して残存するレジスト膜を除去すると、メタルマスクができ上がる。尚、本発明に於いては、前記したメタルマスクをそのまま、又は該メタルマスクにクリームはんだ用の開口部が設けられたポリイミドフィルム、フッ素系樹脂フィルム等を積層して金属枠に取り付けて印刷版にしてもよい。
前記したメタルマスクと樹脂フィルムを積層したメタルマスクの製造方法としては、導電性金属をスパッターしたポリイミドフィルム、又は導電性金属を貼り合わせたポリイミドフィルムに印刷用の開口部の加工を行った後、ニッケルメッキを行うことによっても作ることができる。

本発明のメッキ法で作ったメタルマスクは、その開口部の壁面は前記したように滑らかであるが、より滑らかにするために電解研摩を行ってもよい。
又、本発明の作用効果をより発現させるために、本発明のメタルマスクをフッ素樹脂微粒子を含有する金属メッキ被膜で被覆したり、プラズマフッ素処理等を行ってもよい。

本発明のメタルマスクは、アルミ、アルミ合金、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スクリーン印刷用版になる。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。本発明のメタルマスクを用いたスクリーン印刷版の印刷特性は紗のテンションの影響を受け難く、版の製造が容易に行える。

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、はんだバンプが形成される。形成されたはんだバンプの大きさは通常、２０〜５００μｍ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。

板厚０．２ｍｍ、５５０×６５０ｍｍのＳＵＳ３０４の基板の表面を整面（バフ研磨）し、ドライフィルムレジスト（ＮＩＴ２５０、ニチゴー・モートン(株)製）をラミネートした。次に、電子部品搭載用のはんだバンプパターンとして、直径５０μｍの紫外線を透過する円を繰り返しピッチ１００μｍで２５００（５０×５０）個からなる基本パターンを４つ面取りしたパターンを有するガラスマスクを使用して、ミラー反射型平行光露光機で露光し、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の基板にドライフィルムレジスト膜のはんだバンプパターンを形成した。

次に、スルファミン酸Ｎｉ５７０ｇ／ｌ、ＮｉＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ１０５ｇ／ｌ、ホウ酸４０ｇ／ｌ、ＰＨ４．６〜４．７、循環液流量４０ｌ／ｍｉｎ、浴温度５８℃からなるメッキ浴に入れて、電流密度２．０Ａ／ｄｍ２で前記基板上に厚さ８０μｍのニッケル膜を形成した。該ニッケル膜が形成された基板からニッケル膜を剥離し、得られたニッケル膜を５０℃の１．０％水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してレジスト膜を除去して４００×４８０ｍｍのニッケル製のメタルマスクを作製した。
該メタルマスクのＸ線回折装置（ＪＤＸ−３５３０、日本電子(株)製）により測定したニッケルピーク強度の合計に対する（２２０）面のピーク強度比は０．２５であった。

次に、１８０メッシュのポリエステル製の紗が張られた外形５５０×６５０ｍｍのアルミ製枠の中心部に、前記メタルマスクの外周部をエポキシ系接着剤を用いて貼り付け、接着部の内側の紗を切り取りスクリーン印刷版を作製した。

前記して作られたスクリーン印刷版をスクリーン印刷機（ＫＸＦ−１Ｈ４Ｃ、パナソニック ファクトリーソリューションズ(株)製）に搭載し、プリント配線基板上にクリームはんだ（ＬＦ−７１Ｓ−３、タムラ化研(株)製）を２０００回印刷し、はんだバンプを形成した。結果は、クリームはんだの滲み、はんだバンプの割れ、抜け、欠け等の欠陥は全く生じなかった。

メッキ浴のＰＨを５．０にする以外は実施例１と同じ方法でメタルマスク、及びスクリーン印刷版を製作し、クリームはんだの印刷評価を行った。該メタルマスクの（２２０）面のピーク強度比は０．３３であった。又、評価結果は実施例１と同じであった。

メッキ浴の液温を４８度、循環液流量を２０ｌ／ｍｉｎにする以外は実施例１と同じ方法でメタルマスク、及びスクリーン印刷版を製作し、クリームはんだの印刷評価を行った。該メタルマスクの（２２０）面のピーク強度比は０．１２であった。又、評価結果は実施例１と同じであった。

メッキ条件として、スルファミン酸をＮｉ３８０ｇ／ｌ、ＮｉＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏを７０ｇ／ｌ、ホウ酸を４０ｇ／ｌ、ＰＨ４．８、浴温度４０℃、循環液流量３０ｌ／ｍｉｎ、を用いる以外は実施例１と同じ方法で、メタルマスク及びスクリーン印刷版を作り、評価した。結果は、（２２０）面のピーク強度比は０．３８、印刷結果は実施例１と同じであった。

メッキ浴のＰＨ４．５、循環液流量６０ｌ／ｍｉｎにする以外は実施例４と同じ方法で、メタルマスク及びスクリーン印刷版を作り、評価した。結果は、（２２０）面のピーク強度比は０．１７、印刷結果は実施例４と同じであった。
〔比較例１〕

スルファミン酸Ｎｉ５７０ｇ／ｌ、ＮｉＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ１０５ｇ／ｌ、ホウ酸４０ｇ／ｌ、ＰＨ３．１、浴温度４５℃、循環液流量１５ｌ／ｍｉｎからなるめっき浴に入れて、電流密度１．５Ａ／ｄｍ２でメッキする以外は実施例１と同じ方法で、メタルマスク及びスクリーン印刷版を作り、評価した。結果は、（２２０）面のピーク強度比は０．５０、印刷結果はクリームはんだの滲みが発生し、且つ版抜けが悪く、はんだバンプに欠けが生じた。
〔比較例２〕

メッキ条件として、スルファミン酸Ｎｉを３８０ｇ／ｌ、ＮｉＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏを７０ｇ／ｌ、ホウ酸を３０ｇ／ｌ、ＰＨ３．６、浴温度４５℃、電流密度１．０Ａ／ｄｍ２、循環液流量２０ｌ／ｍｉｎを用いる以外は実施例１と同じ方法で、メタルマスク及びメタルマスク印刷版を作り、評価した。
結果は、（２２０）面のピーク強度比は０．６７、又印刷結果は比較例１と同じようにクリームはんだの滲みが発生し、且つはんだバンプに欠けが生じた。

本発明のメタルマスクは、高精細なパターンを高密度に、高速にクリームはんだを印刷してもクリームはんだの滲みは発生せず、優れた版離れ性、優れた転写性（版抜け性）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バンプの製作に利用できる。

Claims (5)

1. 印刷用の開口部を有し、電鋳法により作られたニッケル又はニッケル合金からなる印刷用メタルマスクであって、Ｘ
   線回折により測定したメタルの結晶の配向性において、（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面のピーク強度の合計に対する（２２０）面のピーク強度比が０．１２以上、０．４未満であることを特徴とするメタルマスク。
2. 開口部の大きさが２０〜５００μｍである請求項１記載のメタルマスク。
3. 厚さが２０〜１００μｍである請求項１又は２いずれか記載のメタルマスク。
4. 請求項１〜３いずれか記載のメタルマスクを紗を介して金属枠に貼り付けてなるスクリーン印刷版。
5. 請求項４記載のスクリーン印刷版を用いてクリームはんだを印刷してなるはんだバンプ形成方法。