JP5014397B2

JP5014397B2 - バンプ印刷装置

Info

Publication number: JP5014397B2
Application number: JP2009231862A
Authority: JP
Inventors: コンキム、ジュン; スチョイ、サン
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2029-10-05
Also published as: US20100288818A1; KR20100122643A; US7845539B1; JP2010264744A

Description

本発明はバンプ印刷装置に関するもので、さらに詳細には回路基板上に印刷される半田バンプの印刷性を向上させることができるバンプ印刷装置に関する。

一般的にフリップチップ（ＦｌｉｐＣｈｉｐ）、ＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）、ワイヤボンディング（ＷｉｒｅＢｏｎｄｉｎｇ）方式等が印刷回路基板（ＰＣＢ）やウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）等のような外部基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）にチップを連結する方式として使用される。

その中でも単位面積当たりのパッドの数を増加させることができるという長所があるため、フリップチップ方法が携帯用電子製品の製造に広く利用されている。

このようなフリップチップ方法は、チップと外部基板のボンディングを良好にするためにウェハに半田バンプを形成するもので、特に半田バンプの製作技術は伝導性が良好で、高さが均一で、微細ピッチ（ＦｉｎｅＰｉｔｃｈ）を有する半田バンプを形成する方法として発達してきた。

このようなフリップチップの半田バンプ形成技術は、バンピングされる物質によって半田バンプの特性及びその応用範囲が決定されるという特徴があるが、代表的な半田バンプ形成技術としては溶融半田にパッド電極を接触させる溶融半田方法、パッド電極上に半田バンプ（ＳｏｌｄｅｒＢｕｍｐ）をスクリーン印刷した後リフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）するスクリーン印刷法、パッド電極上に半田ボール（ＳｏｌｄｅｒＢａｌｌ）を搭載してリフローする半田ボール法、パッド電極に半田メッキを行うメッキ法等がある。

このうちスクリーン印刷法は半田バンプを形成するための工程が簡単で、製造費用が安く、所望の金属成分を有したバンプを形成することができるという点で半田バンプの形成方法として最も多く使用されている。

このようなスクリーン印刷法はホール（ｈｏｌｅ）が特定パターンによって形成された（メタル）マスクを印刷回路基板上に密着させた状態で上記マスクの上面にスキージを利用して半田ペーストを圧着移動させ、上記ホールを埋めながら半田バンプの印刷を行う。

しかし、現在のスクリーン印刷法は印刷回路基板の上面にマスクが備えられ、単純に密着するだけの構造で、スクリーン印刷工程時に基板とマスクの間に隙間（ｇａｐ）が発生するという問題が生じる。

このような隙間は、特にマスクと面接する基板の角の部分において主に発生し、その部分を中心に半田ペーストの広がり、ショート（ｓｈｏｒｔ）、バンプが形成されないミッシングバンプ（ＭｉｓｓｉｎｇＢｕｍｐ）等のような印刷不良が大量に発生する原因となる。

従って、半田バンプの印刷性を低下させ、回路基板の製品不良及び信頼性を減少させるという問題を発生させる。

従って、本発明は上述した従来技術の問題点を解決するために案出されたもので、印刷不良の発生を防止し、半田バンプの印刷性を向上させることは勿論、半田バンプの不良発生を防止して基板の信頼性を増加させることができるバンプ印刷装置を提供することをその目的とする。

本発明の実施例によるバンプ印刷装置は、基板が取り付けられる印刷テーブルと、上記基板上に密着し、印刷後分離されながら上記基板上に半田バンプを印刷するマスクと、上記印刷テーブルから上記マスクの端部まで延長され、上記マスクの端部を吸引して上記マスクの端部が真空状態で密着するマスクテーブルと、を含むことができる。

また、上記印刷テーブル及び上記マスクテーブル内に備えられ、上記基板とマスクが夫々上記印刷テーブル及びマスクテーブル上に密着するようにエア（ａｉｒ）を吸引し、上記マスクが上記基板と分離されるようにエアを噴射するエアノズル部をさらに含むことができる。

また、上記マスクテーブルは、上記印刷テーブルの外側面方向に延長され一体で形成されることができる。

また、上記マスクテーブルは、上記印刷テーブルの外側面に分離可能なように備えられることができる。

また、上記マスクテーブルは、その上部面が上記印刷テーブル上に取り付けられる上記基板の上部面と同一の水平面上に位置することができる。

また、上記マスクテーブルは、上記印刷テーブルを中心に相互対向して配置され、上記基板の厚さに対応する高さだけ突出されて上記印刷テーブルと段差を成すことができる。

また、上記エアノズル部は、上記印刷テーブルの上部面に沿って複数備えられ、上記基板が上記印刷テーブル上に密着するようにエアを吸引する基板ノズルと、上記マスクテーブルの上部面に沿って複数備えられ、上記マスクが上記基板とマスクテーブル上に密着するようにエアを吸引し、上記マスクが上記基板と分離するようにエアを噴射するマスクノズルと、を含むことができる。

また、上記マスクノズルは、上記マスクテーブル及び上記印刷テーブルの上部面に沿って複数備えられることができる。

また、上記基板は、上記エアノズル部から噴射されるエアが上記基板を通過して上記基板の上部側に移動するようにエアホール（ａｉｒｈｏｌｅ）を貫通形成して備えることができる。

また、上記エアノズル部を制御する制御部をさらに含むことができる。

本発明によるバンプ印刷装置は、半田バンプの不良発生を効果的に防止し、印刷性及び歩留まりが向上し、基板の信頼性を増加させることが可能である。

また、製品の生産性の向上とともに、装置の構造が簡単で、適用及び工程管理が容易であるという長所がある。

本発明の実施例によるバンプ印刷装置を概略的に示す斜視図である。本発明の実施例によるバンプ印刷装置を概略的に示す断面図である。図１に図示したバンプ印刷装置におけるマスクテーブルと印刷テーブルの一実施例を概略的に示す断面図である。図１に図示したバンプ印刷装置におけるマスクテーブルと印刷テーブルの一実施例を概略的に示す断面図である。図１に図示したマスクテーブルと印刷テーブルにおけるマスクテーブルの一実施例を概略的に示す平面図である。図１に図示したマスクテーブルと印刷テーブルにおけるマスクテーブルの一実施例を概略的に示す平面図である。（ａ）、（ｂ）は、図１に図示したマスクテーブルと印刷テーブルにおける基板ノズル及びマスクノズルの一実施例及び他の実施例を概略的に示す断面図である。（ａ）は、図３ａに図示したマスクテーブルと印刷テーブルにおける基板が取り付けられた状態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）においてｙ−ｙ軸に沿って切開した状態を示す拡大断面図である。図３ｂに図示したマスクテーブルと印刷テーブルにおいて基板が取り付けられた状態を示す平面図である。（ａ）から（ｄ）は、本発明の実施例によるバンプ印刷装置を通じた半田バンプの印刷工程を示す概略図である。

本発明によるバンプ印刷装置の実施例に関する具体的な事項を図面を参照して説明する。

図１ａ、図１ｂは、本発明の実施例によるバンプ印刷装置を概略的に示す斜視図及び断面図であり、図２ａ、図２ｂは、図１に図示したバンプ印刷装置におけるマスクテーブルと印刷テーブルの一実施例及び他の実施例を概略的に示す断面図である。図３ａ、図３ｂは図１に図示したマスクテーブルと印刷テーブルにおけるマスクテーブルの一実施例及び他の実施例を概略的に示す平面図であり、図４（ａ）、図４（ｂ）は、図１に図示したマスクテーブルと印刷テーブルにおける基板ノズル及びマスクノズルの一実施例及び他の実施例を概略的に示す断面図である。

そして、図５（ａ）は図３ａに図示したマスクテーブルと印刷テーブルにおいて基板が取り付けられた状態を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）においてｙ−ｙ軸に沿って切開した状態を示す拡大断面図である。図６は図３ｂに図示したマスクテーブルと印刷テーブルにおいて基板が取り付けられた状態を示す平面図である。

図１から図６を参照すると、本発明の実施例によるバンプ印刷装置１は印刷テーブル１０、マスク２０、マスクテーブル３０、エアノズル部４０を含んで構成される。

上記印刷テーブル１０は、その上部面に取り付けられる基板ｂを固定させ半田バンプ７０を印刷するためのスクリーンプリント工程を行う治具部材である。

上記印刷テーブル１０は図面のように、基板ｂの形状に対応する四角形の形状を有するものが一般的であるが、必ずしもこれに限定するものではない。

そして、上記基板ｂとしては硬性及び軟性回路基板を含む樹脂材質の印刷回路基板、セラミック基板等一般的な基板をすべて使用することができる。

この時、上記基板ｂには複数のエアホール（ａｉｒｈｏｌｅ）ｈが貫通形成され、上記エアノズル部４０から噴射されるエアが上記基板ｂを通過して上記基板ｂの上部側に移動することができるようにする。

上記エアホールｈは、上記印刷テーブル１０から噴射されるエアが、上記基板ｂによる干渉を受けずに上記基板ｂ上に密着したマスク２０を分離させるためのもので、これに対する詳細な説明は後述する。

上記印刷テーブル１０上に取り付けられる上記基板ｂの上部面には、特定パターンのパターンホール２１が形成され、治具２２によって支持されるマスク２０が備えられる。

上記マスク２０は上記基板ｂの上面に密着して固定され、スキージｓを利用して半田ペーストｐを圧着移動させながら、半田バンプ７０を印刷した後に再び上記基板ｂと分離されながら上記基板ｂ上に半田バンプ７０を形成する。

この時、上記マスク２０と基板ｂとの間には実質的に真空状態が形成され、スクリーン印刷工程時に上記マスク２０と基板ｂのずれが発生せず、設計位置に半田バンプ７０を精密に印刷することができるようにする。

上記マスク２０は一般的なメタルマスクであることができるが、これに限定するものではなく他の材質のマスクで備えられることも可能である。

一方、上記マスクテーブル３０は、上記印刷テーブル１０から上記マスク２０の端部まで延長され、上記マスク２０の端部を吸引して上記マスク２０の端部が真空状態で密着するようにする。

すなわち、スクリーン印刷のためのマスク２０は、印刷テーブル１０より大きいサイズで形成され、基板ｂが取り付けられた上記印刷テーブル１０上に密着される場合、上記マスク２０の端部は上記印刷テーブル１０の外部に備えられる。

この場合、上記マスク２０は水平状態を維持することができず、上記マスク２０と基板ｂとの間には隙間が発生することがある。

従って、上記マスクテーブル３０を通じて上記マスク２０の端部が支持されるようにすることによって、上記マスク２０が水平状態を維持して上記基板ｂ上に密着するようにし、基板ｂとの間に隙間が発生しないようにする。

特に、上記マスクテーブル３０は複数のマスクノズル４２、４４を備え、上記マスク２０の端部を吸引して上記マスク２０の端部が真空状態で密着するようにし、これに対する具体的な説明は後述する。

図２ａのように、上記マスクテーブル３０は、ダイキャスティングまたは切削加工等を通じて上記印刷テーブル１０の外側面方向に延長され、上記印刷テーブル１０と一体で形成されることができる。

そして、図２ｂのように、上記マスクテーブル３０は上記印刷テーブル１０の外側面に分離可能なように備えられることも可能である。

この場合、上記印刷テーブル１０とは別途に形成される上記マスクテーブル３０を、上記印刷テーブル１０の外側面に着脱する構造を通じて、上記マスク２０または基板ｂのサイズ、厚さ等に従って上記マスクテーブル３０を換えることが可能である。

尚、装置の維持補修が容易であるという長所がある。

上記マスクテーブル３０は、上記印刷テーブル１０を中心に相互対向して配置され、上記基板ｂの厚さｔに対応する高さｈだけ突出され、上記印刷テーブル１０と段差を成す。

すなわち、図３ａのように、上記マスクテーブル３０は一対が上記印刷テーブル１０の左右両側面に配置され、相互対向する構造で備えられることができる。

そして、図３ｂのように、上記マスクテーブル３０は二対が上記印刷テーブル１０を取り囲むように四側面に配置され、相互対向する構造で備えられることもできる。

この時、上記マスクテーブル３０と印刷テーブル１０の間の高さの差に該当する上記段差の高さｈは、上記基板ｂの厚さｔと実質的に同一である。

従って、上記マスクテーブル３０は、その上部面が上記印刷テーブル１０上に取り付けられる上記基板ｂの上部面と同一の水平面上に位置する。

これを通じて上記基板ｂとマスクテーブル３０上に備えられる上記マスク２０は、たるまずに水平状態を維持し、上記基板ｂ上に密着することができる。

一方、エアノズル部４０は、上記印刷テーブル１０及び上記マスクテーブル３０内に備えられ、上記基板ｂとマスク２０が夫々上記印刷テーブル１０及びマスクテーブル３０上に密着するようにエアを吸引し、上記マスク２０が上記基板ｂと分離するようにエアを噴射する。

図４（ａ）のように、上記エアノズル部４０は、上記基板ｂが上記印刷テーブル１０上に密着するようにエアを吸引する基板ノズル４１と、上記マスク２０が上記基板ｂとマスクテーブル３０上に密着するようにエアを吸引し、上記マスク２０が上記基板ｂと分離するようにエアを噴射するマスクノズル４２、４４で構成される。

上記基板ノズル４１は、上記印刷テーブル１０の上部面に沿って複数備えられ、一定の圧力でエアを吸引して上記印刷テーブル１０の上面に取り付けられる上記基板ｂを真空吸着方式で固定させる。

そして、上記マスクノズル４２、４４は、上記マスクテーブル３０及び上記印刷テーブル１０の上部面に沿って複数備えられ、一定の圧力でエアを吸引して、真空吸着方式で上記マスク２０を上記基板ｂとマスクテーブル３０の上面に固定させる。

従って、上記マスクテーブル３０を通じて水平状態を維持する上記マスク２０は、上記マスクノズル４２、４４のエア吸引を通じて上記基板ｂと密着することによって、上記マスク２０と基板ｂの間に隙間が発生するのを防止することが可能である。

また、上記マスクノズル４２、４４は、上記マスク２０と上記基板ｂの間にエアを噴射して真空状態で密着した上記マスク２０と上記基板ｂの間に空気圧を発生させ、上記マスク２０と上記基板ｂを相互分離させる。

特に、上記マスクノズル４２、４４は、上記基板ｂと分離される上記マスク２０が上記基板ｂと水平状態を維持して分離するように噴射されるエアの圧力を調節してエアを噴射する。

すなわち、半田バンプ７０を印刷する過程では、上記基板ノズル４１のようにエアを吸引して上記マスク２０が基板ｂの上面により確実に密着するようにし、印刷が完了する時点で上記基板ｂとマスク２０を相互分離させる際、従来のように上記マスク２０がたるんだ状態で強制的に分離されず、エアブローイング（ａｉｒｂｌｏｗｉｎｇ）による空気圧で水平状態を維持して板分離が成されるようにすることによって、半田バンプ７０の抜け性を向上させることができる。

上記マスクノズル４４は、図４（ｂ）のように上記マスクテーブル３０の上部面のみに沿って複数備えられることも可能である。これはマスクノズルの構造が簡単でマスクテーブル３０及び印刷テーブル１０の製作が容易であるという長所がある。

このような基板ノズル４１とマスクノズル４２、４４は、相互連通せず個別にエアが流れるように案内する導管４７、４８と夫々連結され、上記導管４７、４８は、夫々上記印刷テーブル１０の外部に備えられるエアバンプ５１、５２と連結される。

そして、上記エアバンプ５１、５２は相互独立して制御され、上記基板ノズル４１を通じたエア吸引と上記マスクノズル４２、４４を通じたエア吸引及び噴射が個別に進行させる。

このようなエアバンプ５１、５２の駆動を通じたエアノズル部４０の制御は、別途に備えられる制御部６０を通じてより精密に制御されることができる。

一方、図７を参照して本発明の実施例によるバンプ印刷装置を通じた半田バンプの印刷工程について詳細に説明する。

図７（ａ）から（ｄ）は本発明の実施例によるバンプ印刷装置を通じた半田バンプの印刷工程を示す概略図である。

図７（ａ）のように、先ず複数の基板ノズル４１とマスクノズル４２、４４を備える印刷テーブル１０の上面には、半田バンプ７０を印刷するための基板ｂが備えられる。

上記基板ｂには複数のエアホールｈが貫通形成されており、上記基板ｂが上記印刷テーブル１０上に取り付けられる場合、上記エアホールｈとマスクノズル４２が相互重畳して連通するように上記基板を整列して配置する。

そして、上記基板ノズル４１と連結されたエアバンプ５１を作動させ、上記基板ノズル４１を通じてエアを吸引して上記基板ｂを上記印刷テーブル１０上に真空吸着して固定させる。

次に、図７（ｂ）のように特定パターンのパターンホール２１が形成され治具２２によって支持されるマスク２０を上記基板ｂ上に密着させる。

この時、上記マスクノズル４２、４４と連結されるエアバンプ５２を作動させてエアを吸引することによって、上記基板ｂ上に密着する上記マスク２０が水平状態を維持し、真空吸着させる。

このように上記基板ｂとマスク２０が相互面接した状態で、上記マスク２０の上面にスキージｓを利用して半田ペーストｐを圧着移動させると、上記半田ペーストｐが上記マスク２０のパターンホール２１を埋めながら印刷を行う。

印刷工程が完了した後には、図７（ｃ）のように上記マスクノズル４２、４４と連結された上記エアバンプ５２を逆に作動させて上記マスクノズル４２、４４を通じてエアを噴射し、上記マスク２０を上記基板ｂと分離させる。

ここで、上記マスクノズル４２は上記基板ｂのエアホールｈと連通するため上記マスクノズル４２から噴射されるエアは、上記エアホールｈを通過して上記基板ｂの上面に移動することが可能である。

従って、上記基板ｂとマスク２０の間に流入されるエアを通じて、上記マスク２０が上記基板ｂと分離させる空気圧を発生させる。

この時、上記基板ノズル４１は持続的にエアを吸引し、上記基板ｂが上記印刷テーブル１０上に継続して固定するようにする。

次に、図７（ｄ）のように、上記マスク２０が基板ｂと分離された後には、上記マスクノズル４２、４４を通じたエア噴射を中断し、上記基板ノズル４１を通じたエア吸引を中断して上記基板ｂを上記印刷テーブル１０から除去する。

そして、上記印刷テーブル１０上には新たな基板ｂを配置し、連続して印刷工程を行う。

上記基板ノズル４１及びマスクノズル４２、４４と連結される夫々のエアバンプ５１、５２は、別途の制御部６０を通じて個別に制御されることができ、特にマスクノズル４２、４４から噴射されるエアの圧力を調節してマスク２０の水平状態を維持させる。

従って、従来のようにたるみが発生したマスク２０において板分離のための細かい管理が不要になる。

このように、マスクテーブル３０を通じて上記マスク２０が水平状態を維持するように支持する一方、上記マスクノズル４２、４４のエア吸引による空気圧で上記マスク２０を上記基板ｂに密着させることによって、上記マスク２０と基板ｂとの間に隙間が発生することを効果的に防止することができる。

また、上記マスクノズル４２、４４のエアブローイングによる空気圧で上記マスク２０が水平状態を維持し、上記基板ｂと分離させることによって印刷された半田バンプ７０の抜け性を向上させることができる。

従って、半田バンプ７０の不良発生を効果的に防止し、印刷性及び歩留まりが向上し、これは基板ｂの信頼性を増加させる効果をもたらすことができる。

Claims

基板が取り付けられる印刷テーブルと、
前記基板上に密着して前記基板上に半田バンプを印刷し、印刷後に分離されるマスクと、
前記印刷テーブルから前記マスクの端部まで延長され、前記マスクの端部を吸引して前記マスクの端部を真空状態で密着させるマスクテーブルと、
を含み、
前記印刷テーブル及び前記マスクテーブル内に備えられ、前記基板と前記マスクが夫々前記印刷テーブル及び前記マスクテーブルの上に密着するようにエアを吸引し、前記マスクが前記基板と分離するようにエアを噴射するエアノズル部をさらに含むことを特徴とするバンプ印刷装置。
前記マスクテーブルは、前記印刷テーブルの外側面方向に延長され一体で形成されることを特徴とする請求項１に記載のバンプ印刷装置。
前記マスクテーブルは、前記印刷テーブルの外側面に分離可能なように備えられることを特徴とする請求項１に記載のバンプ印刷装置。
前記マスクテーブルは、その上部面が前記印刷テーブル上に取り付けられる前記基板の上部面と同一の水平面上に位置することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のバンプ印刷装置。
前記マスクテーブルは、前記印刷テーブルを中心に相互対向して配置され、前記基板の厚さに対応する高さだけ突出されて前記印刷テーブルと段差を成すことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のバンプ印刷装置。
前記エアノズル部は、
前記印刷テーブルの上部面に沿って複数備えられ、前記基板が前記印刷テーブル上に密着するようにエアを吸引する基板ノズルと、
前記マスクテーブルの上部面に沿って複数備えられ、前記マスクが前記基板と前記マスクテーブルの上に密着するようにエアを吸引し、前記マスクが前記基板と分離するようにエアを噴射するマスクノズルと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のバンプ印刷装置。
前記マスクノズルは、前記マスクテーブル及び前記印刷テーブルの上部面に沿って複数備えられることを特徴とする請求項６に記載のバンプ印刷装置。
前記基板は、前記エアノズル部から噴射されるエアが前記基板を通過し前記基板の上部側に移動するようにエアホール（ａｉｒｈｏｌｅ）を貫通形成して備えることを特徴とする請求項１に記載のバンプ印刷装置。
前記エアノズル部を制御する制御部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバンプ印刷装置。