JPH09181429A

JPH09181429A - はんだペースト印刷用マスク並びにその製法及び使用方法

Info

Publication number: JPH09181429A
Application number: JP33751595A
Authority: JP
Inventors: Shin Hirano; 慎平野; Tetsuo Kurokawa; 哲夫黒川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-12-25
Filing date: 1995-12-25
Publication date: 1997-07-11
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JP3686717B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】基板表面の凹凸に関わらず、常に適量のハン
ダペーストのスクリーン印刷が行えるはんだペースト印
刷用マスクの製法及び使用方法。【解決手段】金属製の薄板からなる母材２１の他方の
面の一部にも樹脂層を有し、これに微細マスク孔を貫通
させた構造を備える。また、微細マスク孔の壁面を樹脂
層でコートした構造を備える。更に、微細マスク孔を有
する母材の一方の面から感光性樹脂５３を塗布し、乾燥
後の樹脂層に前記微細マスク孔を含む所定パターンを露
光し、現像する工程を備えるはんだペースト印刷用マス
ク、また、ベアチップ実装後のプリント基板に、該実装
部分に凹部を有するはんだペースト印刷用マスクを重ね
合わせ、その上よりはんだペーストをスクリーン印刷す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、はんだペースト印
刷用マスク並びにその製法及び使用方法に関し、更に詳
しくはＳＭＴ（Surface Mount Technology）やＣＯＢ
（Chip On Board ）実装によるプリント基板のスクリー
ン印刷に使用して好適なるはんだペースト印刷用マスク
並びにその製法及び使用方法に関する。

【０００２】近年、電子機器の小型化の要求に伴い、半
導体パッケージのリードピッチの微細化が進み、これら
を接合するためのフットプリント（ランド）も微細化・
狭小化の傾向にある。

【０００３】

【従来の技術】図６，図７は従来技術を説明する図
（１），（２）である。従来は、一様な板厚のメタルマ
スクを使用してはんだペースト（クリーム状はんだ）の
スクリーン印刷を行っていた。具体的に言うと、図６
（Ａ）において、プリント基板１０の表面には、リード
幅０．１５ｍｍ、リードピッチ０．３ｍｍのＱＦＰ（Qu
ad Flat Package)を搭載（ＳＭＴ実装）すべく、幅０．
１５ｍｍ、ピッチ０．３ｍｍのフットプリント１１が矩
形状に配列されている。

【０００４】図６（Ｂ）において、各フットプリント１
１の厚みは５０μｍ程度であり、それらを囲むようにし
てソルダレジスト１２が厚み３０〜４０μｍで塗布され
ている。そして、この様な基板１０の上に、はんだ供給
量に応じて板厚１００〜２００μｍのメタルマスク７０
を重ね合わせ、その各微細マスク孔に不図示のスキージ
によりはんだペースト３０をスクリーン印刷する。

【０００５】図６（Ｃ）において、印刷後の基板１０か
らメタルマスク７０を取り外すと、各フットプリント１
１の上には適量のはんだペースト３０が載っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、部品の小型化
が進み、フットプリント１１がこれよりも微細化・狭小
化すると、必要なはんだが少量化し、これに応じて微細
マスク孔の開口寸法も小さくなることから、従来のエッ
チング法ではマスク開口寸法の精度確保が困難となる問
題があった。

【０００７】即ち、一般にエッチングによるマスク製版
の限界はアスペクト比＝ｂ／ａが「１」までと言われて
おり、アスペクト比が「１」以下になると、エッチング
によるマスク開孔壁は垂直とはならず、微細マスク孔寸
法の精度確保が極めて困難となる。更に図７（Ａ）にお
いて、一般に基板１０の表面には信号線やアース等の銅
パターン１３が縦横にプリントされており、その上には
５〜１００μｍ程度のソルダレジスト１２が塗布される
ことから、この部分が高く盛り上がる傾向にある。

【０００８】しかし、従来の様にメタルマスク７０の板
厚が一様であると、図示の如くメタルマスク７０とフッ
トプリント１１との間にソルダレジスト塗布分のギャッ
プが生じてしまう。しかも、はんだペースト３０の粒子
径は一般に５〜５０μｍ程度であることから、スクリー
ン印刷時にはこのギャップを通してはんだペースト３０
が基板側ににじみ出し、これらがはんだブリッジやはん
だボールの原因となっていた。更に、各種目的で使用す
るマーキング印刷（シルク印刷）等を含めると、膜厚は
最大１５０μｍにも達し、ギャップは更に広がってしま
う。

【０００９】また図７（Ｂ）において、プリント基板１
０への部品実装の高密度化に伴い、特にＳＭＴやＣＯＢ
の混在実装においては、ベアチップ実装部分への封止材
充填によりこの部分が顕著に盛り上がり、スクリーン印
刷が益々困難な状況にある。この場合に、先にＳＭＴ実
装を行うことも考えられるが、後のＣＯＢ実装（ワイヤ
ボンディング・樹脂封止等）を適正に行うためにはＳＭ
Ｄ（Surface MountDevice）のはんだ付けに使用したフ
ラックスを完全に洗浄する必要があり、トータルの部品
実装工程が極めて煩雑となる。

【００１０】本発明の目的は、基板表面の凹凸に関わら
ず、常に適量のハンダペーストのスクリーン印刷が行え
るはんだペースト印刷用マスク並びにその製法及び使用
方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題は例えば図１
の構成により解決される。即ち、本発明（１）のはんだ
ペースト印刷用マスクは、金属製の薄板からなる母材の
少なくとも一方の面に部分的に厚みの異なる樹脂層を有
し、かつこれらに微細マスク孔を貫通させた構造を備え
るものである。

【００１２】本発明（１）によれば、金属製母材の少な
くとも一方の面に部分的に厚みの異なる樹脂層を有する
ので、基板表面の凹凸にマスク裏面の樹脂厚みを対応さ
せことが可能であり、もってスクリーン印刷時の樹脂層
とフットプリント間の密着性を解決できる。従って、は
んだペーストのダレやニジミを防止でき、はんだブリッ
ジやはんだボールの発生を有効に阻止できる。

【００１３】また、樹脂層の厚みは後述の如く比較的簡
単な加工法により予め精密に調整できるので、基板表面
の凹凸に適応した印刷用マスクを容易に提供できる。更
にまた、樹脂層を有する分、金属製母材の厚みを薄くで
きるので、フットプリントの微細化・狭小化が進んで
も、母材の各微細マスク孔のアスペクト比を「１」以上
に保てる。従って、高精度な母材を生成できる。

【００１４】一方、例えば樹脂層を感光性樹脂で構成し
た場合には、フォトリソグラフィー技術により微細マス
ク孔の生成は金属に対するエッチングよりも高精度で行
えるので、高精度な微細マスク孔が得られる。好ましく
は、本発明（２）においては、母材の他方の面の一部に
も樹脂層を有し、かつこれに微細マスク孔を貫通させた
構造を備える。

【００１５】搭載する半導体パッケージによってはその
リード幅及びリードピッチが大きい場合もある。この場
合は、必要なはんだ量が増すが、本発明（２）によれ
ば、微細マスク孔が母材の他方の面の側に延長されるこ
とになるので、このようなフットプリントに対しても十
分なはんだ量を供給できる。また好ましくは、本発明
（３）においては、微細マスク孔の壁面を樹脂層でコー
トした構造を備える。

【００１６】微細マスク孔の壁面を樹脂層でコートすれ
ば、壁面の形状（垂直性、平面性）、寸法を高精度に形
成できる。従って、各フットプリントのサイズ・ピッチ
に応じて夫々に適量のはんだペーストを供給できると共
に、このような微細マスク孔の壁面は表面平滑によりは
んだペーストの抜けが良く、高品位なスクリーン印刷特
性が得られる。

【００１７】また本発明（４）のはんだペースト印刷用
マスクの製法は、微細マスク孔を有する母材の一方の面
から感光性樹脂を塗布し、乾燥後の樹脂層に前記微細マ
スク孔を含む所定パターンを露光し、現像する工程を備
えるものである。本発明（４）によれば、感光性樹脂を
塗布・乾燥し、これに微細マスク孔を含む所定パターン
を露光、現像するので、微細マスク孔の形状・寸法のみ
ならず、部分的に厚みの異なる樹脂層も精密に形成でき
る。

【００１８】好ましくは、本発明（５）においては、予
め母材の他方の面に感光性フィルムを貼り付ける工程を
備える。感光性フィルムを貼り付ける工程は、機械的か
つ容易に行える。また予め母材の他方の面に感光性フィ
ルムを貼り付けておけば、一方の面からの感光性樹脂の
塗布が容易であると共に、感光性樹脂が微細マスク孔に
隙間無く浸透し、反対側から漏れ出す心配もない。

【００１９】また好ましくは、本発明（６）において
は、感光性樹脂の塗布、露光及び現像の工程を繰り返す
ことにより部分的に厚みの異なる樹脂層を形成する。こ
の場合に、例えばある段階では特定の部分に露光を行わ
ず（又は露光を行い）、塗布した樹脂層を現像に関わら
ず残す。また次の段階では特定の部分に露光を行い（又
は露光を行なわず）、塗布した樹脂層を現像により削除
する。こうした単純な作業を繰り返すことで、部分的に
厚みの異なる樹脂層を容易に形成できる。

【００２０】また好ましくは、本発明（７）において
は、露光エネルギーを可変制御することにより部分的に
厚みの異なる樹脂層を形成する。この場合は、予め感光
性樹脂を厚めに塗布すると共に、例えばポジティブ法の
場合は、樹脂塗布面の深く削り取りたい部分に対しては
長時間又は高エネルギー（ｍＪ／ｃｍ²）で露光を行
い、その部分を深く光に反応させる。それ以外の部分に
は露光を行わず、光に反応させない。後の現像工程で
は、樹脂層から露光の深さに応じた層が削り取られる。
従って、感光性樹脂の塗布、露光及び現像を繰り返すこ
となく部分的に厚みの異なる樹脂層を容易に形成でき
る。なお、ネガティブ法の場合はこの逆である。

【００２１】また、本発明（８）のはんだペースト印刷
用マスクの使用方法は、例えば図１（Ｂ）に示す如く、
ベアチップ実装後のプリント基板に、該実装部分に凹部
を有するはんだペースト印刷用マスクを重ね合わせ、そ
の上よりはんだペーストをスクリーン印刷するものであ
る。本発明（８）によれば、ベアチップを先にＣＯＢ実
装するので、ワイヤボンディング及び封止材の充填等が
クリーンな状態で行える。また、ＣＯＢ実装後に、はん
だペースト印刷用マスクを使用してＳＭＴ実装を行うの
で、中間にフラックス等の洗浄工程を必要としない。

【００２２】しかも、基板の同一面にＣＯＢ実装とＳＭ
Ｔ実装とを任意に混在させることが可能となり、もって
部品実装密度が高くなるのみならず、基板面積を小さく
できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
好適なる実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通
して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。図
２，図３は実施の形態によるはんだペースト印刷用マス
クの製造方法を説明する図（１），（２）である。

【００２４】図２は母材２１となるメタルマスク部分の
製法を示している。図２（Ａ）において、ニッケル又は
ステンレス等の金属により一様な板厚５０〜７０μｍの
母材２１を形成する。図２（Ｂ）において、母材２１の
上面に例えばジアゾ系の感光性樹脂（ホトレジスト）５
１を塗布し、硬化させる。更に、樹脂５１の上面に微細
マスク孔パターンを有するホトマスク６１を重ね合わ
せ、上から平行な紫外線ＵＶにより露光を行う。なお、
必要なら、母材２１の下面にもジアゾ系の感光性樹脂５
１を塗布し、上記と同様のことを行う。

【００２５】図２（Ｃ）において、上記露光後の樹脂層
５１を現像液で現像し、露光部分の樹脂層を除去する。
図２（Ｄ）において、上記現像後の母材２１をエッチン
グ液でエッチングし、微細マスク孔を形成する。更に、
表面の樹脂層５１を剥離し、母材２１を完成する。この
場合に、母材２１の板厚は５０〜７０μｍ程度と薄いの
で、微細マスク孔の径が７０〜１００μｍであってもア
スペクト比は「１」以下とはならず、孔の精密なエッチ
ング加工を行える。

【００２６】図３ははんだペースト印刷用マスクの表層
を成す樹脂層の製法を示している。図３（Ａ）におい
て、予め母材２１の上面に例えばジアゾ系の透明の感光
性フィルム５２を貼り付ける。次に、母材２１の下面側
よりジアゾ系の感光性樹脂５３を例えば全体が必要な板
厚となるように塗布する。好ましくは、母材２１の微細
マスク孔の内側にも隙間なく感光性樹脂５３を充填す
る。母材２１の上面には、予め感光性フィルム５２が貼
り付けられているので、感光性樹脂５３は微細マスク孔
内に隙間なく充填されると共に、外部には漏れ出さな
い。しかる後、感光性樹脂５３を乾燥する。

【００２７】図３（Ｂ）において、上記乾燥後のマスク
部材にホトマスク６２を重ね合わせ、その下から平行な
紫外線ＵＶで露光を行う。この様なホトマスク６２は、
予めプリント基板１０のＣＡＤデータ（回路データ，実
装設計データ等）を利用して制作される。因みに、この
例のホトマスク６２の微細マスク孔の径は、母材２１の
それよりも幾分小さく形成されている。

【００２８】なお、図は母材２１を下側から露光してい
るが、母材２１の上側にホトマスク６２を重ね合わせ、
上側から露光しても良い。又は上下両方から同時に露光
しても良い。図３（Ｃ）において、上記露光後の感光性
フィルム５２及び感光性樹脂５３を現像液（例えば水
性）で現像し、露光部分を溶解除去する。

【００２９】このように、感光性樹脂の塗布、露光、現
像によれば、微細マスク孔の形状、寸法を高精度に加工
できる。また、図示の如く母材２１の微細マスク孔の内
壁を感光性樹脂でコーティングした形にすれば、その壁
面は平らで滑らかなものとなり、はんだペーストの抜け
性が良くなる。なお、感光性フィルム５２は必ずしも必
要では無いし、また微細マスク孔の内壁のコーティング
加工も必ずしも必要では無い。

【００３０】図４は実施の形態による他の様々なはんだ
ペースト印刷用マスクの一部構造を説明する図である。
図４（Ａ）は、印刷用マスク２０の板厚を部分的に厚く
し、はんだ供給量を部分的に多く供給可能とした一例を
示している。図４（Ｂ）は、基板表面の凹凸に対応させ
たものであり、樹脂部５３の板厚を部分的に薄くした一
例を示している。また、この例では母材２１の上面に感
光性フィルム５２を備えていない。

【００３１】図４（Ｃ）は、一例の印刷用マスク２０の
一部裏面斜視図を示している。樹脂部５３の一部には基
板１０のＣＯＢ実装部分に対応させた凹部が形成されて
いる。また、その近傍にはＳＭＤ（Surface Mount Devi
ce）実装用の多数の微細マスク孔が配列形成されてい
る。他にも本発明思想を逸脱しない範囲内で様々な構造
が考えられる。

【００３２】実際上どの様な構造であっても、感光性樹
脂５３の塗布とホトリソグラフィ処理（露光、現像）と
を繰り返すことにより、比較的容易に製造可能である。
この場合に使用するホトマスク６２は、二次元のＣＡＤ
データでは不十分であり、更に基板実装高のデータを加
えた三次元データに基づき製作される。あるいは、厚め
に塗布した感光性樹脂５３に対する露光エネルギーを制
御することで、板厚を調整しても良い。この場合は基板
実装高のデータが露光エネルギーの制御データに変換さ
れる。

【００３３】図５は実施の形態によるはんだペースト印
刷用マスクの使用態様を説明する図である。図５（Ａ）
はソルダレジスト１２の塗布や不図示のシルク印刷等に
より基板１０の一部が盛り上がっている場合を示してい
る。本発明による印刷用マスク２０を使用すれば、マス
ク下面の樹脂部５３に設けた凹部により、盛り上がりの
悪影響は生じない。また、これにより各フットプリント
１１と各微細マスク孔とは夫々に不要なギャップを生じ
ること無く適正にフィットするので、はんだペースト３
０の「ニジミ」や「ダレ」は生じない。

【００３４】ところで、この印刷用マスク２０の下面凹
部には樹脂層が無く、母材２１が剥き出しになってい
る。このような場合も、本発明に言う、部分的に厚みの
異なる樹脂層の概念に含まれることは言うまでもない。
また、多めのはんだペースト３０を必要とする様な右側
のフットプリント１１に対しては、母材２１の上面にも
樹脂部５３が展開しており、この部分の微細マスク孔は
実質的に大きめの空間を有している。従って、このフッ
トプリント１１に対してのみ多めのはんだペースト３０
を供給できる。

【００３５】なお、スクリーン印刷の際には、母材上面
に突出した樹脂部５３とスキージ先端部とが当たること
が懸念される。しかし、樹脂部５３の突出厚は小さいの
みならず、もしこのスキージをプラスチックス等の柔軟
性を有する樹脂加工とすれば、その胴部や先端部がたわ
む等することにより、両者の接触部に適当な逃げが生じ
るので、スクリーン印刷に支障は生じない。

【００３６】図５（Ｂ）は、プリント基板１０の同一面
にＳＭＴ実装とＣＯＢ実装とを混在させた場合を示して
いる。まず、基板１０にベアチップ４０をＣＯＢ実装す
る。即ち、基板１０の凹部にベアチップ４０をダイスボ
ンディングし、該ベアチップ４０と周囲の各導体素片と
の間で信号線等のワイヤボンディングを行う。更に、こ
れらの全体を封止材４２で封止し、ＣＯＢ実装を完了す
る。これらの作業は物理的方法でかつ局部的に行えるの
で、基板１０の他の部分は汚れたりしない。

【００３７】次に、上記ＣＯＢ実装したプリント基板１
０の上にはんだペースト印刷用マスク２０を重ね合わせ
る。印刷用マスク２０のＣＯＢ実装部に対応する部分は
図示の如く凹部となっているので、各フットプリント１
１と各微細マスク孔とは夫々に不要なギャップを生じる
こと無く適正にフィットする。従って、はんだペースト
３０の「ニジミ」や「ダレ」は生じない。

【００３８】かくして、プリント基板１０に対するＣＯ
Ｂ実装及びＳＭＴ実装を無洗浄により効率良く行えると
共に、これらを基板１０の同一面に実装できることか
ら、部品実装密度は従来比の約２倍となり、プリント基
板１０のサイズを従来の約１／２とすることができる。
なお、上記各実施の形態による感光性樹脂５１，５３を
塗布する工程に代えて、感光性フィルム５２を必要な厚
み分だけ重ねて貼り合わせる様にしても良い。

【００３９】また、上記実施の形態では感光性樹脂部５
１〜５３の露光部分が現像により削除されるポジティブ
形の場合を述べたが、逆に露光部分が現像により削除さ
れないネガティブ形の場合でも良いことは明らかであ
る。感光性樹脂のポジタイプ／ネガタイプに対してはホ
トマスクで対処可能であり両タイプとも使用できる。ま
た、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べた
が、本発明思想を逸脱しない範囲内で、構成、製法、使
用方法の様々な変更が行えることは言うまでも無い。

【００４０】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、基板表
面の凹凸に関わらず、常に適量のハンダペーストのスク
リーン印刷が行える。また基板の同一面にＣＯＢ実装と
ＳＭＴ実装とを任意に混在でき、もって部品実装密度を
高め、基板サイズを小さくできる。従って、電子機器の
小型化、高信頼性化に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の原理を説明する図である。

【図２】図２は実施の形態によるはんだペースト印刷用
マスクの製造方法を説明する図（１）である。

【図３】図３は実施の形態によるはんだペースト印刷用
マスクの製造方法を説明する図（２）である。

【図４】図４は実施の形態による他の様々なはんだペー
スト印刷用マスクの一部構造を説明する図である。

【図５】図５は実施の形態によるはんだペースト印刷用
マスクの使用態様を説明する図である。

【図６】図６は従来技術を説明する図（１）である。

【図７】図７は従来技術を説明する図（２）である。

【符号の説明】

２１母材５２感光性フィルム５３感光性樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の薄板からなる母材の少なくとも
一方の面に部分的に厚みの異なる樹脂層を有し、かつこ
れらに微細マスク孔を貫通させた構造を備えることを特
徴とするはんだペースト印刷用マスク。
【請求項２】母材の他方の面の一部に樹脂層を有し、
かつこれに微細マスク孔を貫通させた構造を備えること
を特徴とする請求項１のはんだペースト印刷用マスク。
【請求項３】微細マスク孔の壁面を樹脂層でコートし
た構造を備えることを特徴とする請求項１のはんだペー
スト印刷用マスク。
【請求項４】微細マスク孔を有する母材の一方の面か
ら感光性樹脂を塗布し、乾燥後の樹脂層に前記微細マス
ク孔を含む所定パターンを露光し、現像する工程を備え
ることを特徴とするはんだペースト印刷用マスクの製
法。
【請求項５】予め母材の他方の面に感光性フィルムを
貼り付ける工程を備えることを特徴とする請求項４のは
んだペースト印刷用マスクの製法。
【請求項６】感光性樹脂の塗布、露光及び現像の工程
を繰り返すことにより部分的に厚みの異なる樹脂層を形
成することを特徴とする請求項４のはんだペースト印刷
用マスクの製法。
【請求項７】露光エネルギーを可変制御することによ
り部分的に厚みの異なる樹脂層を形成することを特徴と
する請求項４のはんだペースト印刷用マスクの製法。
【請求項８】ベアチップ実装後のプリント基板に、該
実装部分に凹部を有するはんだペースト印刷用マスクを
重ね合わせ、その上よりはんだペーストをスクリーン印
刷することを特徴とするはんだペースト印刷用マスクの
使用方法。