| 【発明の名称】 |
はんだバンプの形成方法およびはんだバンプ形成用マスク |
| 【発明者】 |
【氏名】桐田 良平
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| 【要約】 |
【課題】基板やチップ素子等にはんだバンプを形成する方法としては吸着ヘッドではんだボールを吸着させたり、金属製マスクや樹脂製マスクではんだボールを載置したりする方法があるが、いずれもの方法も信頼性、経済性の面で問題があった。本発明はマスクではんだボールを載置する方法において確実に載置ができる方法およびそれに使用するマスクである。
【解決手段】耐熱性を有する可撓性または曲げ性のあるマスクに円錐台形の穴を穿設し、該マスクを基板に貼り付けてから穴の中にはんだボールを落とし込み、加熱してはんだバンプを形成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 耐熱性を有するマスクにワークの電極と同一箇所に穴を穿設する工程：穴が穿設されたマスクをマスクの穴とワークの電極とを一致させてワークに耐熱性粘着剤で貼り付ける工程：ワークに貼り付けたマスクの全ての穴にマスクの上部からはんだボールを挿入する工程：穴にはんだボールが挿入されたワークを加熱してはんだボールを溶融させ、しかる後はんだを凝固させる工程：ワークに貼り付けたマスクを剥離する工程：から成ることを特徴とするはんだバンプの形成方法。
【請求項２】 マスクの本体は耐熱性を有する材料から成り、ワークの電極と同一箇所にはんだボールを挿入できる円錐台形の穴が穿設されていて、しかも裏面に耐熱性の粘着剤が塗布されているとともに、粘着剤の塗布面には剥離紙が貼付されていることを特徴とするはんだバンプ形成用マスク。
【請求項３】 前記マスクの本体は、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン等の可撓性を有する樹脂であることを特徴とする請求項２記載のはんだバンプ形成用マスク。
【請求項４】 前記マスクの本体は、紙であることを特徴とする請求項２記載のはんだバンプ形成用マスク。
【請求項５】 前記マスクの本体は、紙・フェノール、ガラス・エポキシ等の曲げやすい材料であることを特徴とする請求項２記載のはんだバンプ形成用マスク。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子部品の基板やパッケージ、チップ素子等にはんだボールではんだバンプを形成する方法およびそれに使用するマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にＢＧＡ（Ball Grid Arry）、ＣＳＰ（Chip Size Package）、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）、ＭＣＭ（Multi Chip Module）等の多機能部品をプリント基板へ実装する際は、はんだバンプで行っている。つまり多機能部品では予め電極にはんだバンプを形成しておき、プリント基板への実装時、該はんだバンプをプリント基板の電極にあてがってからリフロー炉のような加熱装置で加熱してはんだバンプを溶融させる。すると多機能部品に形成されたはんだバンプが多機能部品の電極とプリント基板の電極とをはんだ付けして導通させるようになる。
【０００３】また前記多機能部品やＱＦＰ、ＳＯＩＣ等チップ素子を搭載した電子部品では、チップ素子の電極とチップ素子を搭載するワークの電極間を極細の金線で接続するというワイヤーボンディングを行っていた。現在のワイヤーボンディング技術は接続作業が非常に高速であり、一箇所の接続に０．１秒という短時間で行えるものである。しかしながら、ワイヤーボンディングは如何に高速作業が行えるといえども電極一箇所毎に接続を行うため、電極が多数設置された電子部品では全ての電極を接続するのに相当の時間がかかっていた。また金線は貴金属であるため材料自体が高価であるばかりでなく、数十μｍの極細線に加工しなければならないため、その加工に多大な手間がかって、やはり高価となるものであった。さらにワイヤーボンディングは、電極がワークの中央部に多数設置されたものに対しては、金線が同士が接触してしまうため接続が不可能であった。
【０００４】そこで近時では、チップ素子とパッケージとの導通を金線を使わずに互いの電極同士を直接接続するというＤＣＡ（Direct Chip Attachment）方式も採り入れられるようになってきている。このＤＣＡ方式とは、チップ素子の電極に予めはんだバンプを形成しておき、チップ素子をパッケージに実装するときに、パッケージの電極にはんだバンプをあてがって、はんだバンプを溶融させることにより両者間で導通をとるようにする。ＤＣＡ方式は、金線を使わないため安価に製造でき、しかも一度の作業で全ての電極の接続ができるため生産性にも優れている。従って、最近では多機能部品の実装やＤＣＡ方式での電極の接続に、はんだバンプでの接続が多く採用されるようになってきた。このはんだバンプによる接続は、電極がワークの中央部に多数設置されていても、ワークと搭載物の電極を向かい合わせにして、この間をはんだバンプで接続するため、ワイヤーボンディングのように接続物同士が接触することは決して起こらない。
【０００５】従来のはんだボールによるはんだバンプの形成方法としては、転写式、マスク式、キャリアテープ式がある。
【０００６】転写式とは、ワークの電極と一致したところにはんだボールよりも小さい穴が穿設された吸着ヘッドを用いるものである（参照：特開昭６１−２４２７５９号、同６４−７３６２５号、特開平４−６５１３０号、同５−１０９８３号、同６−１６３５５０号、同７−１６９７６９号、同７−２０４００号、同７−２０４０１号、同７−２１２０２３号、同７−３０２７９６号）。転写式では、先ず真空装置に接続された吸着ヘッドの穴を吸引状態にして、該穴にはんだボールを吸着させる。そして吸着ヘッドをワーク上に移動させ、粘着性のフラックスが塗布されたワークの電極にはんだボールを近接させてから吸着ヘッドの吸引状態を解いてはんだボールをワークの電極に落下させる。その後、電極にはんだボールが搭載されたワークをリフロー炉で加熱してはんだボールを溶融させることによりはんだバンプを形成する。
【０００７】マスク式とは、ワークの電極と一致したとことに穴が穿設された金属製マスク、または樹脂製マスクを用いるものである（参照：特開平７−２０２４０３号、同７−２１２０２１号、同８−３００６１３号、同８−３３０７１６号、同９−１６２５３３号）。マスク式では、ワークの電極に粘着性フラックスを塗布しておき、マスクの穴とワークの電極を一致させた状態でマスクをワークに載置する。その後、はんだボールをマスクの穴に落とし込んでから、マスクをワーク上から外し、ワークをリフロー炉で加熱することによりワークの電極にはんだバンプを形成するものである。
【０００８】キャリアテープ式とは、前述吸着式とマスク式を併用したはんだバンプの形成方法である（参照：特開昭２−２９５１８６号）。このキャリアテープ式は、表面の一部分にマスク、裏面全域に紫外線剥離性接着剤が塗布され、そこにカバーフィルムが接着された長尺のキャリアテープを用いるものである。キャリアテープはワークの電極と一致したところにはんだボールを挿入できる穴が穿設されており、該キャリアテープの表面にはんだボールよりも小さな穴が穿設されたマスクを設置してあって、キャリアテープの裏面には紫外線で粘着性を失う接着剤が塗布されている。このキャリアテープ式は、キャリアテープをはんだールが収容された真空装置内に置いて、表面のマスクの小さな穴から吸引することによりキャリアテープの裏面から穴の中にはんだボールを吸引装着する。そして裏面のカバーフィルムを剥がし、回路基板の電極とはんだボールを位置合わせしてからキャリアテープを紫外線剥離性接着剤で回路基板に貼り付け、吸引を解除する。その後、マスクの穴からフラックスを塗布し、キャリアテープの下側からホットプレートで加熱してはんだバンプを形成する。はんだバンプが形成されたならば、キャリアテープの上側から紫外線を照射して接着剤の接着力を弱めることによりキャリアテープを回路基板から剥がす。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで転写式は、はんだボールを確実にワークの電極に載置することが困難であるという信頼性の面と、転写装置が非常に高価であるという経済性の面とにおいて問題のあるものであった。即ち転写式は、吸着ヘッドにはんだボールを吸着させた後、吸着ヘッドを移動させて吸着ヘッドのはんだボールをワークの電極と完全に一致させなければならないが、吸着ヘッドの移動を機械的に行うため、その精度を出すのが非常に難しいものであった。特に近時のようにワークや電極が非常に小さくなり、しかも隣り合った電極の間隔が非常に近接したものでは、ほんの少しの誤差でもはんだボールを正確に載置できなくなる。また転写式に用いる吸着ヘッドは金属製や樹脂製のブロックに微少で深い穴を正確に穿設しなければならないため、穴加工に多大な手間がかかり高価となるものであった。
【００１０】さらに転写式では、はんだボールを吸着ヘッドの穴に吸引して吸着させる際に、はんだボールを気体で吹き上げたり、振動で大きく移動させたりするため、はんだボールに静電気が帯電し、はんだボールが静電気で穴以外のところに付着することが往々にしてあった。その結果、はんだボールがワークの不要箇所に載置され、その箇所ではんだボールが溶融してしまい、それが近接した電極間で融合してブリッジを作るという問題もあった。
【００１１】マスク式は、高価な装置を必要としないため、経済的には転写式よりも優れているが、従来のマスク式は信頼性に問題があるものであった。つまり従来のマスク式は、電極と一致したところにはんだボールを挿入できる穴が穿設された金属製マスクや樹脂製マスクを、フラックスが塗布されたワークの電極と合わせて載置し、その後はんだボールをマスクの穴に挿入してフラックスで粘着させてからマスクを除去するものであった。そのためマスクを除去した後に、少しの振動や衝撃が加わると、はんだボールが電極からずれてしまうが、そのまま加熱装置で溶融されると所定の位置以外のところではんだボールが溶融する。このようにはんだボールが所定の位置以外のところで溶融すると、不要な導通がおきて電子部品が不良となってしまう。
【００１２】キャリアテープ式は、キャリアテープを紫外線剥離性の接着剤でワークに固定したまま加熱するため、振動や衝撃が加わってもはんだボールがずれるようなことはない。しかしながら、キャリアテープの穴にはんだボールを挿入する際に、キャリアテープの上側から吸引しなければならないため、吸引用の高価な真空装置が必要となる。またキャリアテープをワークに接着した接着剤を剥がすのに高価な紫外線照射装置も必要であった。
【００１３】またキャリアテープ式におけるキャリアの穴は円柱状、即ち穴の壁面が垂直となっているため、はんだバンプ形成後、はんだバンプが穴内で穴の壁面に接触した状態となっていると、キャリアテープをワークから剥がし取るときに、はんだバンプが穴の壁面に引っ掛かって、キャリアテープを剥がしにくくするとともに、はんだバンプが剥がれることもあった。しかもキャリアテープ式は、キャリアテープ上に貼付したマスクに、該マスクと同一箇所にキャリアテープの穴よりも小径の穴を穿設しなければならず、この穿設作業が工程数を増やして生産価格を高価なものにしていた。
【００１４】本発明は、はんだボールを確実にワークの電極に載置できるばかりでなく、高価な装置を用いなくてもはんだボールを容易にワークの電極に載置でき、しかもマスクの剥がし取りも容易に行えるという、はんだバンプ形成方法およびはんだバンプ形成用マスクを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、マスクを耐熱性の粘着剤でワークに粘着させてからマスクの穴にはんだボールを挿入させれば高価な真空装置が必要とならず、しかもそのまま加熱を行えばワークに振動や衝撃が加わってもはんだボールは絶対に他所にずれるようなことがなくなり、またマスクの穴の上部の径を下部の径よりも小さくすれば、穴の中に挿入されたはんだボールは穴から抜け出にくくなること等に着目して本発明を完成させた。
【００１６】本発明は、耐熱性を有するマスクにワークの電極と同一箇所に穴を穿設する工程：穴が穿設されたマスクをマスクの穴とワークの電極とを一致させてワークに耐熱性粘着剤で貼り付ける工程：ワークに貼り付けたマスクの全ての穴にマスクの上部からはんだボールを挿入する工程：穴にはんだボールが挿入されたワークを加熱してはんだボールを溶融させ、しかる後はんだを凝固させる工程：ワークに貼り付けたマスクを剥離する工程：から成ることを特徴とするはんだバンプの形成方法である。
【００１７】またもう一つの本発明は、マスクの本体は耐熱性を有する材料から成り、ワークの電極と同一箇所にはんだボールを挿入できる円錐台形の穴が穿設されていて、しかも裏面に耐熱性の粘着剤が塗布されているとともに、粘着剤の塗布面には剥離紙が貼付されていることを特徴とするはんだバンプ形成用マスクである。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明ではんだボールではんだバンプを形成するワークとは、例えばＢＧＡ、ＣＳＰ、ＴＡＢ、ＭＣＭ等の基板やパッケージ或いはＤＣＡ方式で直接基板やパッケージに搭載するチップ素子等である。
【００１９】本発明のはんだバンプの形成方法は、ワークの電極とマスクの穴とを一致させてワークにマスクを貼り付け、その後でマスクの穴にはんだボールを挿入するものである。マスクの穴へはんだボールを挿入するには、マスクの上に大量のはんだボールを置き、ワークをバイブレーターで微振動させたり、ワークを一定角度往復傾斜させたり、或いは軟らかい刷毛でマスクの上を掃いたりする方法が採用できる。
【００２０】本発明のはんだバンプの形成方法でフラックスを使う場合、予めワークの電極にフラックスを塗布しておく場合と、マスクの穴にはんだボールを挿入した後で穴の中にフラックスを塗布する場合がある。マスクのワーク貼り付け前に予めフラックスをワークの電極に塗布する方法としては、スクリーンを用いた印刷法、ディスペンサーを用いた吐出法、多数のピンを用いたピン転写法等がある。またマスクのワーク貼り付け後にフラックスを塗布する方法としては、スプレーを用いたスプレー塗布法、刷毛を用いた刷毛塗り法等がある。
【００２１】本発明のはんだバンプ形成用マスクは、はんだ付け温度で変質しない程度の耐熱性を有するものであれば如何なる材料でも使用可能であるが、はんだバンプ形成後ワークから剥がし取りやすくするため、可撓性や曲げ性のある材料がよい。本発明に使用して好適なマスクの材料としてはポリイミド、ポリテトラフルオロエチレンのような可撓性を有する高分子樹脂、紙、或いは可撓性はないが容易に曲げて剥がしやすい紙・フェノール、ガラス・エポキシ、等である。
【００２２】本発明のはんだバンプ形成用マスクに穿設する穴は円錐台形、即ち上部が狭く、下部が広い形状であるが、上部の狭い部分ははんだボールが容易に通過する大きさとなっていなければならない。つまり穴が円錐台形であると、一度穴に入ったはんだボールは、はんだボールの挿入作業中に多少の振動や衝撃、刷毛での強い掃きならし等があっても狭い上部から抜け出にくくなり、またはんだバンプ形成後、はんだバンプが穴の壁面に接触した状態となっても、穴の壁面に引っ掛かることなく簡単に剥がし取ることができるからである。
【００２３】マスクの穴の穿設方法としては、ドリル、パンチング、レーザー光線、等如何なる装置を用いることができる。
【００２４】
【実施例】以下図面に基づいて本発明を説明する。図１は本発明のはんだバンプ形成用マスクの拡大断面図、図２は本発明のはんだバンプの形成方法を説明するものである。
【００２５】先ず始めに本発明のはんだバンプ形成用マスクについて説明する。
【００２６】本発明のはんだバンプ形成用マスクは、本体１がはんだ付け温度で変質しない耐熱材料から成っている。本体１の裏面には耐熱性の粘着剤２が塗布され、該粘着剤塗布面には剥離紙３が貼り付けられている。
【００２７】また本体１にはワークの電極と一致したところに、粘着剤２、剥離紙３を貫通して円錐台形の穴４・・・が穿設されている。穴４の上部は、ワークの電極に載置するはんだボールの直径よりも僅かに大きくなっており、はんだボールが容易に穴の中に挿入できるようになっている。
【００２８】次に本発明のはんだバンプの形成方法について説明する。
【００２９】■本体１の裏面に耐熱性の粘着剤２が塗布され、該粘着剤の塗布面に剥離紙３が貼り付けられた耐熱性のあるマスクを準備する。本体１、粘着剤２、剥離紙３が一体となったマスクには後述ワーク５の電極６と一致したところに円錐台形の穴４を穿設する。
【００３０】■マスクの本体１から剥離紙２を剥がし取り、穴４をワーク５の電極６に位置させてマスクを粘着剤２でワーク５に貼り付ける。
【００３１】■次いでマスクの上に多量のはんだボール７を載置し、ワーク５に微少な振動を与えながらワーク５を両側に互い違いに傾斜させて、マスクの全ての穴４にはんだボール７を挿入する。穴へのはんだボール挿入後、液状フラックスをスプレー装置でマスクの全面に吹き付け、穴の中にフラックスを染み込ませる。
【００３２】■マスクの全ての穴４にはんだボール７を挿入してフラックスを塗布したならば、ワーク５を図示しないリフロー炉で加熱して、はんだボールを溶融させる。はんだボールが溶融して電極６に融着した後、ワークを冷却して溶融したはんだを凝固させ、はんだバンプ８を形成する。
【００３３】■ワーク５の電極６にはんだバンプ８が形成された後、ワーク５からマスクを剥がし取る。
【００３４】ここで本発明を用いたフリップチップパッケージへのはんだバンプの形成について説明する。
【００３５】５個並んだ所謂５個取りのフリップチップパッケージはエポキシ製であり、基板表面には直径０．１mmの円形の電極が計１８８０個設置されている。はんだバンプ形成用のマスクは、厚さが０．１２５mmのポリイミド製であり、裏面には耐熱性の粘着剤が０．０４５mmの厚さで塗布され、該塗布面には剥離紙が貼り付けられている。マスクにはフリップチップパッケージの電極と一致したところに円錐台形の穴が穿設されている。円錐台形の穴の上部は直径が０．１５mm、穴の下部の直径は０．２mmとなっている。先ずマスクの剥離紙を剥がしてからマスクの穴とワークの電極とを一致させてマスクをワークに粘着させる。該穴の中に直径が０．１４mmのはんだボール（６３Ｓｎ−Ｐｂ）を挿入し、リフロー炉中２３０℃で加熱してはんだボールを溶融させる。はんだが凝固後、マスクを剥がしたところ全ての電極には、はんだバンプが形成されていた。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば微少で多数の電極を有するワークへのはんだバンプの形成が真空装置、搭載装置、紫外線照射装置のような高価な設備を必要とせず安価に行える。また本発明のマスクは一度穴の中に入ったはんだボールが抜け出にくくなるため、はんだボールをワークの電極に確実に載置できるばかりでなく、さらにははんだバンプが形成されない未はんだやはんだボールが重複して載置される過剰はんだが皆無となるという経済性、信頼性において従来にない優れた効果を奏するものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１９９１９７
【氏名又は名称】千住金属工業株式会社
【識別番号】５９７０３３６０５
【氏名又は名称】東京電子工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月２５日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２４３２７４ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月７日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−５９０４５ |
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