JPH11321146A - はんだ印刷用マスク及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 版離れ性が良好で、高い信頼性ではんだを転
写できるはんだ印刷用マスクを提供することである。 【解決手段】 本はんだ印刷用マスク１０は、印刷法に
より基板の電極パッドにはんだバンプを形成する際に使
用するはんだ印刷用のメタルマスクである。マスク１０
は、下面１２で基板に接触し、スキージが上面１４を移
動し、基板の電極パッドの配置に相当する所定のパター
ンでマスク板１１を貫通する貫通孔１６に加えて、下面
１２に開口する多数個の離散的な凹部１８を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、はんだ印刷用マス
ク及びその作製方法に関し、更に詳細には、クリームは
んだ等のはんだペーストを平坦な基板上に印刷法により
転写する場合に使用するはんだ印刷用マスク及びその作
製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品の高密度実装化の進展に伴い、
半導体パッケージの小型化が要求されている。小型化さ
れた半導体パッケージの一つとして、半導体チップの電
極パッド上にはんだバンプを形成し、このはんだバンプ
と実装基板の端子とを電気的に接続するフリップチップ
が注目されていて、電子部品の小型化のためには必要不
可欠な技術となっている。フリップチップの作製方法
は、ウエハ状態でフリップチップに加工する方法と、ウ
エハをＩＣチップに切断し、ＩＣチップ毎にフリップチ
ップに加工する方法とに大別できるが、生産コスト的な
観点からは、ウエハ状態で一括形成する方法が好まし
い。

【０００３】ウエハ状態でフリップチップに加工する際
に使用するはんだバンプの形成方法の一つは、はんだと
してクリームはんだを使用し、はんだ印刷用マスクを使
った高精度な印刷法によりはんだをＩＣチップの電極パ
ッドに転写してはんだバンプを形成する方法である。ま
た、別の方法は、銅ぺーストなどによりバリアメタルと
なる配線パターンを印刷手法で形成する方法である。こ
のような高精度な印刷を行うためには、はんだ印刷用マ
スクとウエハの隙間からはんだが入り込む、いわゆる、
はんだのにじみを抑制するために、コンタクト印刷法が
必須となる。このため、一般には、メタルマスクのはん
だ印刷用マスクを使用したコンタクト印刷を行う。

【０００４】はんだコンタクト印刷法で使用する従来の
はんだ印刷用マスク４０（以下、簡単にマスク４０と言
う）は、図７に示すように、ウエハの電極パッドの配置
に相当する所定のパターンでマスク板４１を貫通する貫
通孔４６を備え、下面４２でウエハと面接触し、はんだ
ペーストをスキージングするスキージを上面４４で移動
させて、貫通孔４６内にはんだペーストを充填させるよ
うになっている。貫通孔５６は、通常、メタルマスク板
にエッチング加工、レーザ加工、めっき加工等を施すこ
とにより、形成される。

【０００５】ここで、図８（ａ）〜（ｃ）を用いて、ウ
エハ面が平坦なウエハＷ上にはんだペーストを印刷する
場合を例にして、従来のはんだ印刷用マスクを用いたは
んだ印刷方法を説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は、従来
のはんだ印刷方法を実施する際の各工程毎のマスク及び
ウエハの断面模式図である。先ず、図８（ａ）に示すよ
うに、所定パターンの貫通孔３６を有するマスク４０を
ウエハＷ上に面接触させる。次いで、はんだペーストＰ
をスキージＳの内側に置いてスキージＳの先端をマスク
４０に接触させ、押圧しつつ矢印方向に移動して、はん
だペーストＰをローリングさせ、図８（ｂ）に示すよう
に、マスク４０の貫通孔３６に充填する。次いで、スキ
ージＳをマスク４０から引き離し、続いてウエハＷから
マスク４０を引き離す、いわゆる版離れを行う。これに
より、理想的には、図８（ｃ）に示すように、貫通孔３
６に充填されたはんだペーストＰが形を崩すことなくウ
エハ上に転写、残留し、はんだバンプが、ウエハＷ上に
所定のパターン通りに形成されることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のはんだ印刷方法では、ウエハＷのウエハ面及びマスク
４０のウエハＷとの接触面、即ち下面４２が平坦な場
合、図９（ａ）に示すように、スキージの機械的な押圧
力（印圧）が加わるので、ウエハＷとマスク４０との接
触面同士が相互に密着し、密着強度が強くなって、分離
に大きな力を要する。従って、ウエハＷからマスク４０
を分離する、いわゆる版離れを行う際、マスク４０をウ
エハＷから分離し難くなる。ウエハＷとマスク４０とが
相互に密着した状態で、ウエハＷからマスク４０を無理
に引き剥がすと、図９（ｂ）に示すように、貫通孔３６
に充填したはんだＰが貫通孔３６の孔壁に付着して印刷
パターン形状が崩れたり、図９（ｃ）のように印刷パタ
ーンを形成するはんだが飛散したりして、ウエハ上に転
写したはんだペーストの量が少なくなる。はんだバンプ
を電極パッドに形成する場合、転写したはんだ粒子１個
の差がはんだバンプの高さに直接的に影響する。フリッ
プチップを実装基板に接続させる時に、このバンプ高さ
がばらついていると、接触うき、接触ズレなどの接続不
良がフリップチップと実装基板との間に生じ、電子部品
の信頼性に影響するトラブルとなる。

【０００７】プリント基板へのクリームはんだ印刷など
では、プリント基板の表面に凹凸のうねりがあるため、
版離れの問題はあまり起こらなかった。むしろ、プリン
ト基板の凸部を避けるために、プリント基板にハーフエ
ッチング加工する場合もあるほどである。仮に、版離れ
性に問題があっても、プリント基板側に数十μｍ〜数百
μｍ深さのＶカットの溝を加工して、版離れを容易にす
ることができる。しかし、半導体ウエハには、数十μｍ
オーダーの溝を加工することは、半導体ウエハの強度、
半導体ウエハ上のスペース等の問題から、現実的には、
難しい。版離れ性が悪いという問題は、にじみのない印
刷を行うためにコンタクト印刷を行っているが故に起き
る問題であるが、コンタクト印刷法に代えて、オフコン
タクト印刷法にすれば、印刷量のバラツキが多くなるこ
とは明白であって、版離れ性を解決することにはならな
い。これまでは、版離れの速度を多段階で可変にするこ
とができる機構をはんだ印刷機に採り入れて対応してき
たが、これだけでは限界がある。よって、高精度なはん
だ印刷を行うことのできる信頼性の高い印刷用マスクを
提供するには、このような版離れ性を阻害する問題を解
決する必要がある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、版離れ性が良好
で、高い信頼性ではんだを転写できるはんだ印刷用マス
クを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る印刷用マスク（以下、簡単に第１の発
明と言う）は、基板の平坦な基板面と面接触する接触面
を備え、基板面に面接触して印刷法によりはんだを所定
パターンで基板に転写するはんだ印刷用マスクであっ
て、はんだ印刷用マスクの基板との接触面に、接触面で
開口する凹部が離散的に設けてあることを特徴としてい
る。

【００１０】第１の発明では、凹部を接触面に設けて、
基板面とマスクの接触面との接触面積を小さくすること
により、基板とマスクとの密着力を低減し、基板からの
マスクの版離れを容易にしている。凹部の形状及び大き
さは、マスクの剛性や平坦性を維持しつつ基板とマスク
との密着力を小さくできる限り任意であるものの、マス
クの剛性や平坦性を勘案して凹部の数や形状、面積を最
適設計するようにする。

【００１１】本発明に係る別の印刷用マスク（以下、簡
単に第２の発明と言う）は、基板の平坦な基板面と面接
触する接触面を備え、基板面に面接触して印刷法により
はんだを所定パターンで基板に転写するはんだ印刷用マ
スクであって、はんだ印刷用マスクの基板との接触面
に、はんだ印刷用マスクの側面で開口し、かつ接触面で
開口しつつ連続的に延在する溝が設けてあることを特徴
としている。

【００１２】第２の発明では、溝を介して基板とはんだ
印刷用マスクの隙間に空気を導入して基板とはんだ印刷
用マスクとの密着を緩めることにより、版離れを容易に
することができる。溝の平面形状、断面形状及び断面積
は、マスクの剛性や平坦性を維持しつつ空気の導入によ
り基板とマスクとの密着力を小さくできる限り任意であ
るものの、マスクの剛性や平坦性を勘案して溝の平面形
状、断面形状及び断面積を最適設計するようにする。

【００１３】第１及び第２の発明は、基板の種類を問わ
ず適用でき、例えばウエハに形成されたＩＣチップ毎の
電極パッドにはんだバンプを形成する際に使用するはん
だ印刷用マスクとして好適に適用できる。

【００１４】第１及び第２のはんだ印刷用マスクを作製
する本発明に係る方法は、基板の電極パッドに対応する
パターンでマスク板に貫通孔を形成する工程と、マスク
板の基板との接触面に感光性レジストフィルムを貼着
し、所定のパターンを有する遮光マスクを介して感光性
レジストフィルムに紫外線露光を施し、現像してエッチ
ングマスクを形成する工程と、形成したエッチングマス
クを使ってマスク板をエッチングし、接触面に開口する
凹部、又ははんだ印刷用マスクの側面に開口し、かつ接
触面に開口しつつ連続的に延在する溝をマスク板に形成
する工程とを備えていることを特徴としている。凹部を
形成する別法として、上記エッチングマスク（レジスト
マスク）を用い、サンドブラストによりハーフエッチン
グしたり、ＹＡＧレーザーによってスポット的に所定の
位置でマスク板に穴加工する方法もある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、第１の発明に係るはんだ印刷用マスク
の実施形態の一例であって、図１（ａ）は本実施形態例
のはんだ印刷用マスクの斜視図、図１（ｂ）は図１
（ｂ）の矢視Ｉ−Ｉの断面図である。本実施形態例のは
んだ印刷用マスク１０（以下、簡単にマスク１０と言
う）は、ウエハに形成されたＩＣチップの電極パッドに
印刷法によりはんだバンプを形成する際に使用するはん
だ印刷用のメタルマスクである。マスク１０は、図１
（ａ）に示すように、下面１２でウエハに接触し、スキ
ージが上面１４を移動し、ウエハ上のＩＣチップの電極
パッドの配置に相当する所定のパターンでマスク板１１
を貫通する貫通孔１６に加えて、下面１２に離散的に開
口する多数個の凹部１８を有する。凹部１８は、図１
（ｂ）に示すように、下面で開口する未貫通の凹状の穴
である。

【００１６】次に、図２（ａ）から（ｃ）を参照して、
本実施形態例のマスク１０を使って行うはんだ印刷方法
を説明する。図２（ａ）から（ｃ）は実施形態例１のは
んだ印刷用マスクを使ったはんだ印刷方法の各工程を説
明する模式図である。まず、ウエハＷ上にマスク１０を
接触させる。続いて、マスク１０の上面１４にはんだペ
ーストＰを供給し、スキージＳを移動させてはんだペー
ストＰをローリングさせることにより、図２（ａ）に示
すように、貫通孔１６にはんだペーストＰを充填する。
次に、版離れ工程に入り、図２（ｂ）に示すようにウエ
ハＷからマスク１０を分離する。

【００１７】本実施形態例のマスク１０は、下面１２、
即ちウエハとの接触面に多数個の凹部１８を備えてい
て、そのため、図２（ｃ）に示すように、ウエハＷとマ
スク１０との接触面積（図２（ｃ）の破線で示した領
域）が小さく、従って密着力が弱いので、版離れ工程で
は、ウエハＷとマスク１０との版離れがスムーズに行わ
れ、転写されたはんだぺースト１６が、図２（ｂ）に示
すように、パターン通りにウエハＷ上に残留する。

【００１８】上述のように、本実施形態例のはんだ印刷
用マスク１０では、凹部１４を付加的に下面１２に設け
ることにより、ウエハＷとの接触面積がそれだけ減少
し、ウエハとの密着力が低減するので、はんだ印刷後の
版離れ工程で、はんだ印刷用マスクをウエハから離す版
離れが容易になる。

【００１９】実施形態例のはんだ印刷用マスクの作製方
法 次に、図３及び図４を参照して、マスク１０の作製方法
を説明する。図３（ａ）から（ｃ）及び図４（ｄ）と
（ｅ）ははんだ印刷用マスク１０を作製する際の各工程
毎のマスク板の断面を示す模式的断面図である。先ず、
図３（ａ）に示すように、エッチング加工又はレーザ加
工により、所定のパターンの貫通孔１６をステンレス鋼
製マスク板１１に形成する。また、Ｎｉめっき法のアデ
ィティブなどによっても良い。次に、下方に向け開口す
る凹部１８をマスク板１１の下面１２に形成する。それ
には、図３（ｂ）に示すように、マスク板１１の下面１
１にドライフィルム状の感光性レジストフィルムＲを貼
る。続いて、ガラス、プラスチックフィルム、メタル等
で形成した、所定のパターンを有する遮光マスクＭをマ
スク板１１の下面１２上に位置合わせし、紫外線露光を
行う。次に、現像液をレジストフィルムＲにスプレーし
たり、又はレジストフィルムＲを貼ったマスク板１１を
現像液中に浸漬したりして、感光したレジストフィルム
Ｒを現像し、図３（ｃ）に示すように、レジストフィル
ムからなるエッチング用マスクパターンＲを形成する。

【００２０】次に、図４（ｄ）に示すように、レジスト
フィルムＲを介して下方からマスク板１１にエッチング
液をスプレー塗布してマスク板１１をエッチングし、マ
スクパターンＲに従って凹部１８を形成する。例えば、
マスク板１１がステンレス鋼板のときには、エッチング
液として第二塩化鉄水溶液を使用する。このとき、スキ
ージと接触するマスク板１１の上面１４をエッチング液
から保護するために上面１４にドライフィルムを貼って
も良い。エッチング液の濃度によりエッチング・レート
を調整したり、或いはエッチング時間を調整することに
より、貫通しない程度の深さでハーフエッチング加工
し、凹部１８を形成する。エッチング後、マスクパター
ンＲを剥離除去すると、図４（ｅ）に示すように、所定
パターンの貫通孔１６と、下面１２に開口した未貫通の
凹部１８を有するマスク１０を得ることができる。

【００２１】凹部１８を形成する別法として、上記レジ
ストマスクを使用し、サンドブラストによりハーフエッ
チングしたり、ＹＡＧレーザーによってスポット的に所
定の位置でマスク板１１に穴加工する方法もある。この
場合は上述のようなレジストフィルム等を使用してエッ
チング加工を行う必要の無い、工程の単純な方法であ
る。

【００２２】実施形態例２ 本実施形態例は、第２の発明に係るはんだ印刷用マスク
の実施形態の別の例であって、図５は本実施形態例のは
んだ印刷用マスクの斜視図である。本実施形態例２のは
んだ印刷用マスク２０（以下、簡単にマスク２０と言
う）は、印刷法によりウエハの電極パッドにはんだバン
プを形成する際に使用するはんだ印刷用のメタルマスク
であって、実施形態例１のマスク１０の凹部１８の形状
とは異なる形状の凹部２２を有することを除いて、実施
形態例１のマスク１０と同じ構成を備え、同じ方法で作
製したものである。本実施形態例のマスク２０の凹部２
２は、中央に設けられた、長方形の比較的大きな開口を
有する凹部２２Ａと、四隅に設けられた、長方形の比較
的小さな開口を有する凹部２２Ｂとからなる。

【００２３】実施形態例３ 本実施形態例は、第２の発明に係るはんだ印刷用マスク
の実施形態の一例であって、図６（ａ）は本実施形態例
のはんだ印刷用マスクの斜視図、図６（ｂ）はウエハ上
に重ねた際の斜視図である。本実施形態例のはんだ印刷
用マスク３０（以下、簡単にマスク３０と言う）は、印
刷法によりウエハの電極パッドにはんだバンプを形成す
る際に使用するはんだ印刷用のメタルマスクである。マ
スク３０は、図６（ａ）に示すように、下面３２でウエ
ハに接触し、スキージが上面３４を移動し、ウエハ上の
ＩＣチップの電極パッドの配置に相当する所定のパター
ンでマスク板３１を貫通する貫通孔３６に加えて、マス
ク板１１の側面で開口し、かつ下面３２で開口しつつ連
続的に延在する十字状溝３８を有する。

【００２４】本実施形態例のマスク３０では、溝３８を
介してウエハＷとマスク３０の隙間に空気を導入してウ
エハＷとマスク３０との密着を緩めることにより、ウエ
ハＷからマスク３０を引き離す版離れが容易になる。
尚、溝３８を介して空気をウエハＷとマスク３０の間に
導入し易いように、マスク３０は、図６（ｂ）に示すよ
うに、印刷を行う対象のウエハＷよりよりも大きいこと
が望ましい。溝３８は、実施形態例１のマスク１０で凹
部１８を形成した手法と同じハーフエッチング加工法に
より、形成することができる。

【００２５】上述の実施形態例のマスク１０、２０、３
０は、それぞれ、ウエハＷのＩＣチップの電極パッド上
にはんだパンプをコンタクト印刷法により形成する際の
はんだ印刷用マスクとして機能する例である。コンタク
ト印刷法に加えて、いわゆるオフコンタクト印刷に使用
されるメッシュスクリーンやプラスチックマスクなどに
本発明を適用し、未貫通のハーフエッチングパターンを
スクリーンやマスクに形成しても、同じ効果が得られ
る。オフコンタクト印刷は、つまりマスクと基板が線接
触する印刷方式であるが、線接触とは言え、ミクロ的に
は面接触しており、本発明を適用して接触面積を小さく
することによりスムーズな版離れができ、印刷の作業性
を向上させる手法として有効である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、はんだ印刷用マスクの
基板との接触面に、接触面で開口する凹部を離散的に設
けることにより、基板からのはんだ印刷用マスクの版離
れを容易にすることができる。また、はんだ印刷用マス
クの基板との接触面に、はんだ印刷用マスクの側面で開
口し、かつ接触面で開口しつつ連続的に延在する溝を設
けることにより、版離れに際して、溝を介して基板とは
んだ印刷用マスクとの間に空気を導入して基板とはんだ
印刷用マスクとの密着を緩め、基板からのはんだ印刷用
マスクの版離れを容易にすることができる。本発明に係
るはんだ印刷用マスクを使用することにより、はんだ印
刷用マスクと基板との版離れ性が向上し、小さい開口孔
サイズのパターンでも高精度ではんだを転写することが
できる。更に言えば、本発明に係るはんだ印刷用マスク
を使用することにより、ＣＳＰやフリップチップ等の微
細なＩＣチップの電極パッドに正確にバンプ形成を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本実施形態例のはんだ印刷用マス
クの斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢視Ｉ−Ｉの断
面図である。

【図２】図２（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態
例１のはんだ印刷用マスクを使ったはんだ印刷方法の各
工程を説明する模式図である。

【図３】図３（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態
例１のはんだ印刷用マスクを作製する際の各工程毎のマ
スク板の断面を示す模式的断面図である。

【図４】図４（ｄ）と（ｅ）は、それぞれ、図３（ｃ）
に続く、実施形態例１のはんだ印刷用マスクを作製する
際の各工程毎のマスク板の断面を示す模式的断面図であ
る。

【図５】実施形態例２のはんだ印刷用マスクの斜視図で
ある。

【図６】図６（ａ）は実施形態例３のはんだ印刷用マス
クの斜視図、図６（ｂ）は基板上に重ねた際のはんだ印
刷用マスクの斜視図である。

【図７】従来のはんだ印刷用マスクの斜視図である。

【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、従来のはん
だ印刷方法を実施する際の各工程毎のマスク及び基板の
断面模式図である。

【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、従来のはん
だ印刷用マスクの問題点を説明する図である。

【符号の説明】

１０……実施形態例１のはんだ印刷用マスク、１１……
マスク板、１２……下面、１４……上面、１６……貫通
孔、１８……凹部、２０……実施形態例２のはんだ印刷
用マスク、２２……凹部、３０……はんだ印刷用マス
ク、３１……マスク板、３２……下面、３４……上面、
３６……貫通孔、３８……十字状溝３８、４０……従来
のはんだ印刷用マスク、４２……下面、４４……上面、
４６……貫通孔。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０２ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０２Ｚ ５０５ ５０５Ｄ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の平坦な基板面と面接触する接触面
   を備え、基板面に面接触して印刷法によりはんだを所定
   パターンで基板に転写するはんだ印刷用マスクであっ
   て、 はんだ印刷用マスクの基板との接触面に、接触面で開口
   する凹部が離散的に設けてあることを特徴とするはんだ
   印刷用マスク。
2. 【請求項２】 基板の平坦な基板面と面接触する接触面
   を備え、基板面に面接触して印刷法によりはんだを所定
   パターンで基板に転写するはんだ印刷用マスクであっ
   て、 はんだ印刷用マスクの基板との接触面に、はんだ印刷用
   マスクの側面で開口し、かつ接触面で開口しつつ連続的
   に延在する溝が設けてあることを特徴とするはんだ印刷
   用マスク。
3. 【請求項３】 基板は、多数個のＩＣチップが形成され
   ているウエハであることを特徴とする請求項１又は２に
   記載のはんだ印刷用マスク。
4. 【請求項４】 基板の電極パッドに対応するパターンで
   マスク板に貫通孔を形成する工程と、 マスク板の基板との接触面に感光性レジストフィルムを
   貼着し、所定のパターンを有する遮光マスクを介して感
   光性レジストフィルムに紫外線露光を施し、現像してエ
   ッチングマスクを形成する工程と、 形成したエッチングマスクを使ってマスク板をエッチン
   グし、接触面に開口する凹部、又ははんだ印刷用マスク
   の側面に開口し、かつ接触面に開口しつつ連続的に延在
   する溝をマスク板に形成する工程とを備えていることを
   特徴とするはんだ印刷用マスクの作製方法。