JP4798631B2 - 半田ボールの配列用マスクとその製造方法 - Google Patents

半田ボールの配列用マスクとその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、BGA(BallGridArray)方式の半田バンプの作成に使用される、半田ボールの配列用マスクに関する。
近年の携帯電話やデジタルカメラなどの様々な機器の小型化、高機能化に伴い、LSIやLSIパッケージの電子部品の小型化を実現するバンプ・ピッチの微細化技術、および高精度接続技術への要求が急速に高まっている。このようなLSIやLSIパッケージの実装面積の縮小化に対応し得る接続方法としては、半田バンプを溶融させて接続するフリップチップ接続が広く知られている。
かかるフリップチップ接続における半田バンプの形成方法としては、半田ボールを用いたBGA(BallGridArray)と称される方法が知られている。このBGA方式では、ウエハやフレックス基板などのワーク上の電極にフラックスを塗布する印刷工程と、フラックス上に半田ボールを配列・搭載する配列工程と、半田ボールを加熱・溶解する加熱工程を経てバンプを形成している。
前述の配列工程において、ワーク上に半田ボールを配列する方式としては、吸着ヘッドを使用した吸着方式とマスクを用いた振込方式がある。後者の方式では、電子部品の電極の配列パターンに対応して半田ボールが挿通可能な位置決め用の通孔を有する配列用マスク(以下、適宜に単に「マスク」と称す)を用いて、半田ボールをワーク上に搭載させている。具体的には、通孔と電極とが一致するようにワークに対しマスクを位置合わせしたうえで、マスクの上に置かれた半田ボールをスキージやブラシ等で掃引して、各通孔に一つずつ半田ボールを投入する。そして、フラックスに半田ボールを吸着させることにより、ワーク上の所定位置に半田ボールを仮止め的に搭載させている。
以上のようなマスクを用いた振込方式においては、マスク側にフラックスが付着すると、通孔内に挿入された半田ボールがワークに捕捉されずにマスク側に捕捉され、その結果、半田ボールがマスク側に残留して、半田ボールの搭載不良を引き起こすおそれがある。そのため、前述の配列工程においては、マスクはワークに対して所定の対向間隙を有する離間姿勢に姿勢保持しておく必要がある。
このようにマスクを離間姿勢に保つ方法としては、特許文献1および2のように、通孔を有するマスク本体の下面に多数本の支持用突起を設ける方法や、治具を用いてワークから所定の対向間隙を置いた離間姿勢でマスクを保持する方法(文献不詳)などがある。特許文献1および2に係るマスクでは、支持用突起の突出寸法は同一寸法に設定されており、ワーク上にマスクを設置した状態において、全ての支持用突起の下端がワークの上面に当接することで、通孔を有するマスク本体とワークとの対向間隙が確保されるようになっている。
特開2006−287215号公報 特開2006−324618号公報
本発明者等の知見によれば、マスクは可撓性を有するものであって、僅かに上下方向に振幅し得るものであるほうが、つまりマスクは上下方向に微振動し得るものであるほうが、通孔に対する半田ボールの投入作業をスムーズに進めることができ、各通孔内に半田ボールを効率的に漏れなく投入することが可能であると考えている。
しかし、特許文献1および2のように、均一な突出寸法を有する支持用突起を具備するマスクを用いた場合には、全ての支持用突起がワークに当接しているため、マスク本体は撓み難く、通孔内への半田ボールの投入作業をスムーズに進めることができない。尤も、支持用突起を疎らに設ければ、マスク本体を撓ませることが可能となるが、その場合にもマスク本体の撓み具合によってはマスク本体とワークとが接触するおそれが残り、半田ボールの搭載不良の問題を完全に払拭することはできない。
一方、治具でマスクの外周縁を保持することにより、ワークから所定の対向間隙を置いた離間姿勢でマスクを保持する方法を採れば、マスクの中央部は何らの支持もされていない浮遊状態にあるため、当該中央部を撓ませることは容易であり、マスクを微振動させて、半田ボールの投入作業をスムーズに進めることができる。
しかし、接続バンプの微細化が進んで行くと、治具による方法を採ることは困難になると予想できる。つまり、接続バンプの微細化を図った場合には、より小さな径寸法を有する微小な半田ボールを用いるため、マスクとワークとの対向間隙をより小さく(具体的には数十μm程度)に設定する必要があり、当該対向間隙を治具によって安定的に確保することは非常に困難となる。このため、マスクを僅かでも撓み変形させると、マスク本体とワークとが接触することが避けられず、マスク本体の下面にフラックスが付着して、半田ボールの搭載不良が生じやすい。
本発明の目的は、マスク本体を撓ませて僅かに微振動させることができることと、マスク本体をワークから所定の対向間隙を置いた離間姿勢に確実に保つことができることとの相反する使用上の要求を同時に満足することができ、したがって半田ボールの通孔への投入作業を効率的に漏れなく進めることができるとともに、マスク本体の下面へのフラックスの付着に起因する半田ボールの搭載不良の発生を防ぐことができる、半田ボールの配列用マスク、およびその製造方法を提供することにある。
本発明は、図1、図2および図7に示すごとく、所定の配列パターンに対応した通孔12を有し、この通孔12内に半田ボール2を振り込むことで、ワーク3上の所定位置に半田ボール2を搭載する配列用マスクを対象とする。この配列用マスクは、前記パターンに対応する多数個の通孔12を有する平板状のマスク本体10と、該マスク本体10の下面から突設されて、ワーク3との対向間隙を確保する支持用突起15とを備えている。そして、前記支持用突起15が、ワーク3の上面に当接してマスク本体10とワーク3との対向間隙を形成する第一突起15aと、該第一突起15aよりも突出寸法が小さい第二突起15bとで構成されていることを特徴とする。
本発明において第二突起15bの突出寸法は、均一であることに限られず、部分的に高さ寸法が異なる一種、或いは数種の突起を含めることができる。つまり、本発明における第二突起15bとは、高さ寸法の異なる複数種の突起をも含む概念であり、要は第一突起15aよりも高さ寸法のことなるものであればよい。
第一突起15aおよび第二突起15bの形状としては、図示例のようなストレート状の円柱体に限られず、下窄まりのテーパー状を採ることができる。平面視で長方形状や線状であってもよい。
図10(e)および図12(b)に示すように、ワーク3の上面に当接してマスク本体10とワーク3との対向間隙を形成する第一突起15aとしての機能は、枠体11に担わせることができる。つまり、枠体11がワーク3との対向間隙を形成する場合には、該第一突起15aを略することができ、本発明はこのような形態をも含む。要はマスク本体10が撓み変形していない状態では、第二突起15bがワーク3に非接触となっていればよい。
本発明におけるワーク3の具体例としては、例えばシリコン基板やガラスエポキシ基板などを挙げることができる。
図3に示すように、第二突起15bは、第一突起15aよりも通孔12寄りに形成することが好ましく、とくに各通孔12を囲むように、第二突起15bを形成することが好ましい。
具体的には、通孔12が、マスク本体10の盤面中央部に形成されたパターン領域13に配置されており、第一突起15aがパターン領域13を囲むように形成されており、第二突起15bがパターン領域13内に形成されている形態を採ることが好ましい。
本発明においては、図2に示すように、個々のチップ単位でパターン領域13を形成して、各々のチップを囲むように第一突起15aを形成してもよいし、図7に示すように、多数個の通孔12で構成されるパターン領域13を囲むように第一突起15aを形成してもよい。なお、図7においては、第一突起15aとしての機能は、枠体11が担っている。
マスク本体10の外周縁に補強用の枠体11が設けられており、マスク本体10が、それ自体に内方に収縮する方向の応力が作用するようなテンションを加えた状態で形成することが好ましい。
かかる応力の付与は、マスク本体10となる電鋳層を作成する際の電鋳槽中に添加する第2種光沢剤中のカーボンの含有比率を調製することで実現できる。さらに、母型30を42アロイやインバー、SUS430(ステンレス)その他の低熱線膨張係数の材質からなるものとしたうえで、マスク本体10となる電鋳層の形成時における電鋳槽内の温度が高くなることで、かかる温度差に起因して、母型30と母型上に形成されるニッケルやニッケル合金等の電着金属との熱膨張係数の差によって、母型から剥離したマスク本体10となる電着層が常温時には内方側に収縮するように設定することによっても実現できる。
図12(b)に示すように、第二突起15bは、非磁性体で形成することができる。図示例では、レジストで第二突起15bを形成している。尤も、図13に示すように、第二突起15bだけでなく、第一突起15aを非磁性体で形成してもよく、本発明は当該概念をも含む。
また、本発明は、図1および図2に示すごとく、平板状のマスク本体10と、所定の配列パターンに対応してマスク本体10に開設された多数個の通孔12からなるパターン領域13と、マスク本体10の下面から突設されて、ワーク3との対向間隙を確保する支持用突起15とを備えており、前記支持用突起15が、ワーク3の上面に当接してマスク本体10とワーク3との対向間隙を形成する第一突起15aと、該第一突起15aよりも突出寸法が小さい第二突起15bとで構成されており、前記第一突起15aは、前記パターン領域13を囲むように形成され、前記第二突起15bは、前記パターン領域13内に形成されており、通孔12に半田ボール2を振り込むことで、ワーク3上の所定位置に半田ボール2を搭載する半田ボールの配列用マスクの製造方法において、図4(b)に示すごとく、母型30の表面に、レジスト体34aを有する一次パターンレジスト34を形成する工程と、図4(c)に示すごとく、レジスト体34aを用いて、母型30上に電着金属を電鋳して、一次電鋳層35を形成する第一の電鋳工程と、図5(b)に示すごとく、一次電鋳層35およびレジスト体34aの表面に、レジスト体38aを有する二次パターンレジスト38を形成する工程と、図5(c)に示すごとく、レジスト体38aを用いて、一次電鋳層35上に二次電鋳層39を形成する第二の電鋳工程と、図5(d)に示すごとく、一次及び二次パターンレジスト34・38を除去する工程と、図6(b)に示すごとく、二次電鋳層39上に、レジスト体44aを有する三次パターンレジスト44を形成する工程と、図6(c)に示すごとく、レジスト体44aを用いて、母型30、一次及び二次電鋳層35・39上に電着金属を電鋳して、第一突起15aと第二突起15bとを一体に有するマスク本体10となる三次電鋳層45を形成する第三の電鋳工程と、図6(e)に示すごとく、母型30、一次及び二次電鋳層35・39から三次電鋳層45を剥離する工程とを含む。
また、本発明は、図7および図10(e)に示すごとく、平板状のマスク本体10と、所定の配列パターンに対応してマスク本体10に開設された多数個の通孔12からなるパターン領域13と、マスク本体10の下面から突設されて、ワーク3との対向間隙を確保する支持用突起15とを備えており、マスク本体10の外周縁には補強用の枠体11が設けられており、前記支持用突起15が、第一突起15aと、第二突起15bとで構成されており、第一突起15a及び枠体11は、ワーク3の上面に当接してマスク本体10とワーク3との対向間隙を確保しており、第二突起15bは、第一突起15aよりも突出寸法を小さく形成しており、前記第一突起15aは、前記パターン領域13を囲むように形成され、前記第二突起15bは、前記パターン領域13内に形成されており、通孔12に半田ボール2を振り込むことで、ワーク3上の所定位置に半田ボール2を搭載する半田ボールの配列用マスクの製造方法において、図8(b)に示すごとく、母型30の表面に、レジスト体54aを有する一次パターンレジスト54を形成する工程と、図8(c)に示すごとく、レジスト体54aを用いて、母型30上に電着金属を電鋳して、マスク本体10となる一次電鋳層55を形成する第1の電鋳工程と、図9(b)に示すごとく、一次電鋳層55およびレジスト体54aの表面に、レジスト体58aを有する二次パターンレジスト58を形成する工程と、図9(c)に示すごとく、レジスト体58aを用いて、一次電鋳層55上に電着金属を電鋳して、二次電鋳層59を形成する第二の電鋳工程と、図10(b)に示すごとく、二次電鋳層59およびレジスト体58aの表面に、レジスト体64aを有する三次パターンレジスト64を形成する工程と、図10(c)に示すごとく、レジスト体64aを用いて、二次電鋳層59上に電着金属を電鋳して、三次電鋳層65を形成する第三の電鋳工程と、図10(d)に示すごとく、一次、二次および三次パターンレジスト54・58・64を除去する工程と、図10(e)に示すごとく、母型30から、一次、二次および三次電鋳層55・59・65を剥離する工程とを含み、第二の電鋳工程及び第三の電鋳工程において、レジスト体58aの近傍に位置する二次電鋳層59が第二突起15bとなり、レジスト体58aの近傍以外に位置する二次電鋳層59とこの二次電鋳層59上に形成された三次電鋳層65とが第一突起15a及び枠体11となることを特徴とする。
本発明に係る半田ボールの配列用マスクにおいては、マスク本体10とワーク3との対向間隙を形成する第一突起15aに加えて、該第一突起15aよりも突出寸法が小さい第二突起15bを形成した。これによれば、第二突起15bを形成したことによるマスクの補強効果(強度の向上効果)が期待できる。また、第一突起15aによってワーク3との対向間隙を確実に確保できるとともに、該第一突起15aで支持されていないマスク本体10の部分に可撓性を付与することができ、したがって、マスク本体10を微振動させながら、通孔12内への半田ボール2の投入作業を効率的に漏れなく進めることができる。 加えて、マスク本体10が下方に撓み変形して、ワーク3との対向間隙が小さくなった場合でも、ワーク3への接触に先立って、第二突起15bがワーク3の表面に当接して、マスク本体10の下方への撓み限界が規制される。したがって、マスク本体10の下面へのフラックス17の付着に起因する半田ボール2の搭載不良の問題を確実に防ぐことができる。
第二突起15bを、第一突起15aよりも通孔12寄りに形成していると、上記効果に加えて、マスクの撓み過ぎによる通孔12からの半田ボール2の抜け出し防止効果が期待できる。当該作用効果は、各通孔12を囲むように、第二突起15bを形成した場合に顕著となる。
多数個の通孔12がマスク本体10の盤面中央部に形成されたパターン領域13に配置されており、当該パターン領域13を囲むように第一突起15aが形成されており、加えて第二突起15bがパターン領域13内に形成されたマスク形態を採ることができる。これによれば、第一突起15aで支持されていないパターン領域13内においては、マスク本体10に良好な可撓性を付与することができるので、パターン領域13を微振動させながら、半田ボール2の通孔12への投入作業を効率的に漏れなく進めることができる。また、パターン領域13が下方に撓み変形して、ワーク3との対向間隙が小さくなった場合でも、ワーク3への接触に先立って、第二突起15bがワーク3の表面に当接して、パターン領域13の下方への撓み限界が規制され、したがって、パターン領域13にフラックス17が付着することを確実に防ぐことができる。
マスク本体10の外周縁に、補強用の枠体11が設けられており、マスク本体10が、それ自体に内方に収縮する方向の応力が作用するようなテンションを加えた状態で形成されていると、周囲温度の変化に伴うマスク本体10の膨張分を、当該収縮方向へのテンションで吸収できる。これにて、ワーク3に対するマスク本体10の位置ズレの発生を防ぐことができる。また、マスク本体10の全体に均一なテンションを与えることができるので、ワーク3に対して半田ボール2を位置精度良く搭載させることができる。
半田ボール2の搭載作業に際しては、配列用マスクは、磁力によってワーク3に対して、遊動不能に吸着保持される(特許文献1の図1、図5等を参照)。このため、第二突起15bが磁性体で形成されていると、当該第二突起15bがワーク3側(下方側)に強く引っ張られて、マスク本体10が不用意に撓み、その結果、電極6に対する通孔12の位置がずれるおそれがある。これに対して、第二突起15bを、銅、アルミニウム、樹脂等といった非磁性体で形成していると、マスク本体10に対して磁力が均一に働くことになるため、第二突起15bの形成箇所に係るマスク本体10が不用意に撓むおそれがなく、電極6に対する通孔12の位置精度が向上する。特に、第一および第二突起15a・15bをレジストで形成していると、当該レジストの弾力性に由来するクッション作用が発揮され、第一および第二突起15a・15bがワーク3に当接した際に、ワーク3を損傷するおそれがない点で優れている。
本発明に係る半田ボールの配列用マスクの製造方法によれば、電鋳法により高精度に配列用マスクを作製することができるので、半田ボール2を位置精度良くワーク3上に搭載させることができる。
請求項6に係る製造方法によれば、第一および第二突起15a・15bを有するマスク本体10を不離一体的に形成することができるので、これら突起15a・15bを後付けする形態に比べて、破損などのおそれが少なく、信頼性に優れたマスク本体10を高精度に得ることができる点でも優れている。
請求項7に係る製造方法によれば、電鋳法によりマスク本体10と枠体11とを一体に形成することができるので、マスク本体10を電鋳法で形成したのちに、これを別途形成された枠体11に貼り付ける形態に比べて、両者10・11が一体不可分的に形成された強固なマスクを得ることができる点で優れている。
請求項8に係る製造方法によれば、接着レジスト76の粘着性を利用して、一次電鋳層75上に枠体11を形成したので、別途接着剤等により枠体11を貼り付ける形態に比べて、マスクの生産工程が少なくて済み、マスクの製造コストの削減化に貢献できる。また、この製造方法では、接着レジスト76を変質させて第二突起15bとしているため、非磁性体の第二突起15bを有するマスクを生産効率良く形成できる点でも優れている。
(第1実施形態)
図1乃至図3に、本発明の第1実施形態に係る半田ボールの配列用マスクを示す。この配列用マスク(以下、単にマスクと記す)1は、BGA方式のバンプ形成における半田ボール2の配列工程において使用に供されるものである。
図2において、符号3は、マスク1による半田ボール2の搭載対象となるワークを示す。このワーク3は、ガラスエポキシ基板のベース4に複数個の半導体チップ5を搭載し、ワイヤボンドで配線した後トランスファモールド封止してなるものであり、半導体チップ5を囲むように、ワーク3の上面には、入出力端子である電極6が所定のパターンで形成されている。なお、ワーク3は、バンプの形成後に個片に切断され、個々のLSIチップとされる。
マスク1は、ニッケルやニッケルコバルト等のニッケル合金、その他の電着金属を素材として電鋳方法によって形成されたマスク本体10と、このマスク本体10を囲むように装着された枠体11とからなる。マスク本体10の盤面中央部には、各半導体チップ5に対応して、半田ボール2を投入するための多数独立の通孔12からなるパターン領域13が多数形成されている。
図2に示すように、通孔12は、ワーク3上における各半導体チップ5の電極6の配列位置に対応した配列パターンに対応している。半田ボール2は、50μm以下の半径寸法を有するものであり、これに合わせて各通孔12は、当該ボール2の半径寸法よりも僅かに大きな内径寸法を有する平面視で円形状に形成されている。
マスク本体10には、補強用の枠体11が装着される。この枠体11は、42アロイ、インバー材、SUS430等の低熱線膨張係数の材質からなる平板体であり、その盤面中央に、マスク本体10に対応する一つの四角形状の開口を備えており、一枚のマスク本体10を一枚の枠体11で保持している。枠体11は、マスク本体10よりも肉厚の成形品であり、マスク本体10の外周縁と不離一体的に接合される。ここでは枠体11の厚み寸法は、例えば0.05〜1.0mm程度とし、本実施形態においては0.5mmに設定した。また、マスク本体10の厚みは、好ましくは50μm以上の範囲として、本実施形態では200μmに設定した。
図1に示すように、マスク1の下面側、すなわちワーク3に対する対向面側には、ワーク3との対向間隙を確保する支持用突起15が、下方向に突出状に設けられている。支持用突起15は、配列作業時においてワーク3の上面に常に当接してマスク本体10とワーク3との対向間隙を確保する第一突起15aと、該第一突起15aよりも突出寸法が小さい第二突起15bとからなる。図1および図3に示すように、第一突起15aは、パターン領域13を囲むように形成されており、各々の第一突起15aは、径寸法の異なる二つのストレート状の円柱体で構成される段付き状を呈している。第二突起15bは、円柱状を呈しており、パターン領域13内に形成されている。この第二突起15bは、マスク本体10のパターン領域13が下方への撓み変形状態となった際に、マスク本体10の下面とワーク3の上面との接触を防止することを目的として形成される。
なお、図1の斜視図、および図2の縦断面図は、実際のマスク1の様子を示したものではなく、それを模式的に示している。さらに言うと、図1等における通孔12の開口寸法やマスク本体10等の厚み寸法等は、図面作成の便宜上、そのような寸法に示したものであって実寸法とは大きく異なる。また、通孔12の開口数も実際とは異なる。
マスク1を用いた半田ボール2の配列作業は、以下のような手順で行われる。なお、この配列作業は、専用の配列装置(特許文献1の図1、図5等を参照)によって行われる。
まず、ワーク3の電極6上にフラックス17(図1参照)を印刷塗布する。次に、通孔12と電極6とが一致するように、ワーク3上にマスク1を位置合わせしたうえで、マスク1を固定する。かかる位置合わせ作業は、実際には枠体11とワーク3との外周縁を位置合わせすることで行われる。位置合わせ作業が終了すると、ワーク3の下方に磁石を配置して、該磁石の磁力吸引力によりワーク3にマスク1を不離一体的に固定する。かかる固定状態において、第一突起15aの下端面がワーク3の表面に当接することで、マスク本体10は、図1に示すようなワーク3との対向間隙が確保された離間姿勢に姿勢保持される。ワーク3の表面が僅かにうねっている場合にも、第一突起15aの下端面をワーク3の表面に当接させて、該ワーク3の表面のうねりに合わせて、マスク本体10を不離一体的に固定することができる。なお、この状態において、原則として、第二突起15bはワーク3に対して非接触の状態にある。
次に、マスク1上に多数個の半田ボール2を供給し、スキージブラシを用いてマスク1上で半田ボール2を分散させて、通孔12内に一つずつ半田ボール2を投入する。これにて、半田ボール2はフラックス17に仮止め状に粘着保持される。かかるスキージブラシを用いた半田ボール2の投入作業においては、第一突起15aで支持されていないパターン領域13の部分が僅かに撓み変形して微振動するため、投入作業を作業効率良くスムーズに進めることができる。また、パターン領域13の部分が下方に撓み変形した場合にも、第二突起15bがワーク3の表面に先当たりするため、マスク本体10がワーク3に接触して、マスク本体10にフラックス17が付着することがない。つまり、第二突起15bにより、マスク本体10が必要以上に撓み変形することを防いで、マスク本体10の下面へのフラックス17の付着を防いでいる。
以上のように本実施形態に係るマスク1によれば、マスク本体10とワーク3との対向間隙を形成する第一突起15aに加えて、該第一突起15aよりも突出寸法が小さい第二突起15bを形成したので、第一突起15aによってワーク3との対向間隙を確実に確保できるとともに、該第一突起15aで支持されていないマスク本体10の部分に可撓性を付与することができる。つまり、第一突起15aで支持されていないパターン領域13内においては、マスク本体10に可撓性を付与することができる。これにより、マスク本体10を微振動させながら、通孔12内への半田ボール2の投入作業を効率的に漏れなく進めることが可能となる。
また、マスク本体10が下方に撓み変形して、ワーク3との対向間隙が小さくなった場合でも、ワーク3への接触に先立って、第二突起15bがワーク3の表面に当接して、マスク本体10の下方への撓み限界が規制される。したがって、マスク本体10の下面へのフラックス17の付着に起因する半田ボール2の搭載不良の問題を確実に解消できる。
マスク本体10の外周縁に、補強用の枠体11が設けられており、マスク本体10が、それ自体に内方に収縮する方向の応力が作用するようなテンションを加えた状態で形成されていると、周囲温度の変化に伴うマスク本体10の膨張分を、当該収縮方向へのテンションで吸収できる。これにて、ワーク3に対するマスク本体10の位置ズレの発生を防ぐことができる。また、マスク本体10の全体に均一なテンションを与えることができるので、ワーク3に対して半田ボール2を位置精度良く搭載させることができる。
図4乃至図6は本実施形態に係る配列用マスク1の製造方法を示す。まず、図4(a)に示すごとく、導電性を有する例えばステンレス製や真ちゅう鋼製の母型30の表面にフォトレジスト層31を形成する。このフォトレジスト層31は、ネガタイプの感光性ドライフォトレジストを、所定の高さに合わせて一枚ないし数枚ラミネートして熱圧着により形成した。ついで、フォトレジスト層31の上に、前記の第一突起15aに対応する透光孔32aを有するパターンフィルム32(ガラスマスク)を密着させたのち、紫外光ランプ33で紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図4(b)に示すように、第一突起に対応するレジスト体34aを有する一次パターンレジスト34を母型30上に形成した。
続いて、上記母型30を所定の条件に建浴した電鋳槽に入れ、図4(c)に示すごとく先のレジスト体34aの高さの範囲内で、母型30のレジスト体34aで覆われていない表面にニッケル等の電着金属を電鋳して、一次電鋳層35を形成した。ここでは、母型30の略全面にわたって、一次電鋳層35を形成した(第一の電鋳工程)。次に、図4(d)に示すごとく、一次電鋳層35およびレジスト体34aの表面に研磨処理を施して、両者の表面を面一状とした。
次いで、図5(a)に示すごとく一次電鋳層35およびレジスト体34aの表面の全体に、フォトレジスト層36を形成したうえで、当該フォトレジスト層36の表面に、前記の第一突起15aおよび第二突起15bに対応する透光孔37aを有するパターンフィルム37を密着させたのち、紫外光ランプ33で紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図5(b)に示すように、第一突起15aおよび第二突起15bに対応するレジスト体38aを有する二次パターンレジスト38を一次電鋳層35およびレジスト体34aの表面に形成した。
続いて、上記母型30を所定の条件に建浴した電鋳槽に入れ、図5(c)に示すごとく、先のレジスト体38aの高さの範囲内で、一次電鋳層35のレジスト体38aで覆われていない表面にニッケル等の電着金属を電鋳して、二次電鋳層39を形成した。ここでは、一次電鋳層35の略全面にわたって、二次電鋳層39を形成した(第二の電鋳工程)。次に、二次電鋳層39およびレジスト体38aの表面に研磨処理を施して、両者の表面を面一状としてから、図5(d)に示すように、一次および二次パターンレジスト34・38(レジスト体34a・38a)を溶解除去して、母型30と一次電鋳層35と二次電鋳層39とからなる型体40を得た。
次に、図6(b)に示すごとく、二次電鋳層39上に、前記の半田ボール2用の通孔12に対応するレジスト体44aを有する三次パターンレジスト44を形成した。具体的には、図6(a)に示すごとく、母型30および一次、二次電鋳層35・39からなる型体40の表面に、所定の厚み寸法のフォトレジスト層42を塗布形成したうえで、該フォトレジスト層42の表面に、通孔12に対応する透光孔43aを有するパターンフィルム43を密着させたのち、紫外光ランプ33で紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図6(b)に示すような、通孔12に対応するレジスト体44aを有する三次パターンレジスト44を二次電鋳層39上に形成した。
続いて、上記型体40を所定の条件に建浴した電鋳槽に入れ、図6(c)に示すごとく、先のレジスト体44aの高さの範囲内で、型体40のレジスト体44aで覆われていない表面にニッケル等の電着金属を電鋳して、三次電鋳層45を形成した(第三の電鋳工程)。ここでは、型体40の全面にわたって、三次電鋳層45を形成した。次に、図6(d)に示すように、三次パターンレジスト44を溶解除去したうえで、型体40から三次電鋳層45を剥離することにより、図6(e)および図1に示すようなマスク本体10を得た。最後に、マスク本体10を枠体11に装着することで、図2に示すような半田ボール2の配列用マスク1を得た。
三次電鋳層45、つまりマスク本体10は、それ自体に内方に収縮する方向の応力が作用するようなテンションを加えた状態で、枠体11に保持されている。かかる応力の付与は、例えば、枠体11とマスク本体10との熱膨張係数の差を利用して、高温環境下でマスク本体10の外周縁に枠体11の装着作業を行い、常温時ではマスク本体10を内方側に収縮させることで実現できる。
以上のようなマスク1の製造方法によれば、電鋳法により高精度に配列用マスクを作製することができるので、半田ボール2を位置精度良くワーク3上に搭載させることができる。第一および第二突起15a・15bを有するマスク本体10を、型体40を利用して一回の電鋳作業(第三の電鋳工程)により不離一体的に形成することができるので、これら突起15a・15bを後付けする形態に比べて、該突起15a・15bの破損などの不都合が生じるおそれが少なく、信頼性に優れたマスク本体10を高精度に得ることができる点でも優れている。
(第2実施形態)
図7に本発明の第2実施形態に係る半田ボールの配列用マスクを示す。この第2実施形態に係る配列用マスクでは、第一突起15aおよび第二突起15bの形成個所が、先の第1実施形態と大きく相違する。すなわち、この配列用マスクでは、マスク本体10の盤面中央部に、多数個の半導体チップ5に対応する多数個の通孔12で構成される一つパターン領域13が形成されており、この一つのパターン領域13を囲むように第一突起15aが形成され、パターン領域13内に第二突起15bが形成されている。
加えて、この第2実施形態に係るマスクでは、枠体11が直接的にワーク3の上面に当接して、マスク本体10とワーク3との対向間隙が確保されるようになっており、換言すれば枠体11が、ワーク3との対向間隙を形成する第一突起15aとして作用するようになっている点が、先の第1実施形態と大きく相違する。それ以外の点は、先の第1実施形態と実質的に同様であるので、同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図8乃至図10に、第2実施形態に係る配設用マスクの製造方法を示す。まず、図8(a)に示すごとく、導電性を有する例えばステンレス製や真ちゅう鋼製の母型30の表面にフォトレジスト層51を形成する。このフォトレジスト層51は、ネガタイプの感光性ドライフォトレジストを、所定の高さに合わせて一枚ないし数枚ラミネートして熱圧着により形成した。ついで、フォトレジスト層51の上に、通孔12に対応する透光孔52aを有するパターンフィルム52(ガラスマスク)を密着させたのち、紫外光ランプ33で紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図8(b)に示すように、通孔12に対応するレジスト体54aを有する一次パターンレジスト54を母型30上に形成した。
続いて、上記母型30を所定の条件に建浴した電鋳槽に入れ、図8(c)に示すごとく先のレジスト体54aの高さの範囲内で、母型30のレジスト体54aで覆われていない表面にニッケル等の電着金属を電鋳して、マスク本体10に対応する一次電鋳層55を形成した。ここでは、母型30の略全面にわたって、一次電鋳層55を形成した(第一の電鋳工程)。次に、図8(d)に示すごとく、一次電鋳層55およびレジスト体54aの表面に研磨処理を施して、両者の表面を面一状とした。
次いで、図9(a)に示すごとく一次電鋳層55およびレジスト体54aの表面の全体に、フォトレジスト層56を形成したうえで、当該フォトレジスト層56の表面に、通孔12に対応する透光孔57aを有するパターンフィルム57を密着させたのち、紫外光ランプ33で紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図9(b)に示すように、通孔12に対応するレジスト体58aを有する二次パターンレジスト58を一次電鋳層55およびレジスト体54aの表面に形成した。
続いて、上記母型を所定の条件に建浴した電鋳槽に入れ、図9(c)に示すごとく、先のレジスト体58aの高さの範囲内で、一次電鋳層55のレジスト体58aで覆われていない表面にニッケル等の電着金属を電鋳して、二次電鋳層59を形成した。ここでは、一次電鋳層55の略全面にわたって、二次電鋳層59を形成した(第二の電鋳工程)。次に、二次電鋳層59およびレジスト体58aの表面に研磨処理を施して、図9(d)に示すように両者の表面を面一状とした。なお、レジスト体58aの近傍に位置する二次電鋳層59は、第二突起15bに対応している。
次に、図10(a)に示すごとく、レジスト体58aおよび二次電鋳層59の表面の全体に、フォトレジスト層62を形成したうえで、当該フォトレジスト層62の表面に、枠体11の開口部に対応する透光孔63aを有するパターンフィルム63を密着させたのち、紫外光ランプ33で紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図10(b)に示すように、枠体11の開口部に対応するレジスト体64aを有する三次パターンレジスト64を、二次電鋳層59およびレジスト体58aの表面に形成した。
続いて、上記母型30を所定の条件に建浴した電鋳槽に入れ、図10(c)に示すごとく、先のレジスト体64aの高さの範囲内で、二次電鋳層59のレジスト体64aで覆われていない表面にニッケル等の電着金属を電鋳して、三次電鋳層65を形成した(第三の電鋳工程)。次に、図10(d)に示すように、一次〜三次パターンレジストに係るレジスト体54a・58a・64aを溶解除去したうえで、母型30から一次〜三次の電鋳層55・59・65を剥離することにより、図10(e)および図7に示すようなマスクを得た。
この第2実施形態に係る製造方法によれば、電鋳法によりマスク本体10と枠体11とを一体に形成することができるので、マスク本体10を電鋳法で形成したのちに、これを別途形成された枠体11に貼り付ける形態に比べて、両者10・11が一体不可分的に形成された強固なマスクを得ることができる点で優れている。
(第3実施形態)
この第3実施形態に係る配列用マスクでは、図12(b)に示すように、第二突起15bが、レジスト体77aで形成されている点が、先の第2実施形態と大きく相違する。また、枠体11がレジスト体77aを介してマスク本体10に装着されている点が、先の第2実施形態と大きく相違する。それ以外の点は、第2実施形態と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図11および図12に、本発明の第3実施形態に係る半田ボールの配列用マスクの製造方法を示す。まず、図11(a)に示すごとく、導電性を有する例えばステンレス製や真ちゅう鋼製の母型30の表面にフォトレジスト層71を形成する。このフォトレジスト層71は、ネガタイプの感光性ドライフォトレジストを、所定の高さに合わせて一枚ないし数枚ラミネートして熱圧着により形成した。ついで、フォトレジスト層71の上に、通孔12に対応する透光孔72aを有するパターンフィルム72(ガラスマスク)を密着させたのち、紫外光ランプ33で紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図8(b)に示すように、通孔12に対応するレジスト体74aを有する一次パターンレジスト74を母型30上に形成した。
続いて、上記母型30を所定の条件に建浴した電鋳槽に入れ、図11(c)に示すごとく先のレジスト体74aの高さの範囲内で、母型30のレジスト体74aで覆われていない表面にニッケル等の電着金属を電鋳して、マスク本体10に対応する一次電鋳層75を形成した。ここでは、母型30の略全面にわたって、一次電鋳層75を形成した(第一の電鋳工程)。一次電鋳層75の表面に研磨処理を施したのち、図11(d)に示すように、レジスト体74aを溶解除去した。
次いで、図11(e)に示すように、一次電鋳層75の表面上に、ソルダーレジスト層76(接着レジスト)を形成した。このソルダーレジスト層76は、所定の高さに合わせて一枚ないし数枚ラミネートして形成した。次に、図11(f)に示すように、ソルダーレジスト層76の粘着性を利用して、一次電鋳層75上に枠体11を固定した。
次いで、周知の方法で露光、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図12(a)に示すごとく、第二突起15bに対応するレジスト体77aを有する二次パターンレジスト77を一次電鋳層75上に形成した。なお、二次パターンレジスト77aを形成した後にベーキングなどのといった脱落防止処理を行うことが好ましい。これにより、レジスト体77aと一次電鋳層75、および枠体11とレジスト体77aとの密着がより強固なものとなる。最後に、図12(b)に示すように、母型30から一次電鋳層75、その表面に形成されたレジスト体77a、および枠体11とを剥離することによって、レジスト体77aからなる第二突起15bを有する配列用マスクを得た。
このように第二突起15bを、非磁性体で形成していると、マスク本体10に対して磁力が均一に働くことになるので、第二突起15bの形成箇所に係るマスク本体10が不用意に撓むおそれがなく、電極6に対する通孔12の位置精度が向上する。特に、本実施形態のように第二突起15bをレジストで形成していると、当該レジストの弾力性に由来するクッション作用が発揮され、第二突起15bがワーク3に当接した際に、ワーク3が損傷するおそれが少ない。
接着レジストであるソルダーレジスト76の粘着性を利用して、一次電鋳層75上に枠体11を形成したので、別途接着剤等により枠体11を貼り付ける形態に比べて、マスクの生産工程が少なくて済み、マスクの製造コストの削減化に貢献できる。また、この製造方法では、ソルダーレジスト76を変質させて第二突起15bとしているため、非磁性体の第二突起15bを有するマスクを生産効率良く形成できる点でも優れている。
(第4実施形態)
図13に、本発明の第4実施形態に係る半田ボールの配列用マスクを示す。この図13では、第二突起15bに加えて、第一突起15aをレジストで形成した点が、第3実施形態と相違する。このマスクによれば、レジストの弾力性に由来するクッション作用が発揮されるため、第一突起15aがワーク3に当接した際に、ワーク3が損傷するおそれが少ない。
それ以外の点は、先の第3実施形態と実質的に同様であるので、同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
上記実施形態においては、第一突起15aや第二突起15bの下端部は、上下方向に均一な径寸法を有するストレート状の外周面を有する円柱状を呈していたが、本発明はこれに限られず、例えば、第一突起15a・第二突起15bは、下方に行くに従って径寸法が小さくなる下窄まりのテーパー状に形成することができる。このような形態の突起15a・15bは、突起15aに対応するレジスト体44a(図6(b))や、突起15bに対応するレジスト体38a(図5(b))をテーパー状とすることで実現できる。
また、第一突起15a・第二突起15bは、円柱状に限られず、例えば、平面視で四角形状(正方形状や長方形状)などにすることができ、その形状は問わない。
枠体11の材質としては、実施形態に示すインバー材等のような金属材料のほか、できる限り被蒸着基板であるガラス等に近い低熱線膨張係数の材料、例えばガラスやセラミックのようなものを選択することができる。さらに、形成されたマスク本体10を引っ張り状態で、その外周縁に別途ステンレス、アルミ等の固定枠を周知の方法で固定しても良い。
本発明の第1実施形態に係る半田ボールの配列用マスクを模式的に示す縦断側面図である。 配列用マスクとワークの全体構成を示す斜視図である。 配列用マスクとワークとの位置関係を説明するための平面図である。 本発明の第1実施形態に係る半田ボールの配列用マスクの製造方法を説明するための図である。 本発明の第1実施形態に係る半田ボールの配列用マスクの製造方法を説明するための図である。 本発明の第1実施形態に係る半田ボールの配列用マスクの製造方法を説明するための図である。 本発明の第2に実施形態に係る配列用マスクの全体構成を示す斜視図である。 本発明の第2実施形態に係る半田ボールの配列用マスクの製造方法を説明するための図である。 本発明の第2実施形態に係る半田ボールの配列用マスクの製造方法を説明するための図である。 本発明の第2実施形態に係る半田ボールの配列用マスクの製造方法を説明するための図である。 本発明の第3実施形態に係る半田ボールの配列用マスクの製造方法を説明するための図である。 本発明の第3実施形態に係る半田ボールの配列用マスクの製造方法を説明するための図である。 本発明の第4実施形態に係る半田ボールの配列用マスクを示す縦断側面図である。
符号の説明
1 マスク
2 半田ボール
3 ワーク
6 電極
10 マスク本体
11 枠体
12 通孔
13 パターン領域
15 支持用突起
15a 第一突起
15b 第二突起
30 母型
31 フォトレジスト層
32 パターンフィルム
34 一次パターンレジスト
34a レジスト体
35 一次電鋳層
36 フォトレジスト層
37 パターンフィルム
38 二次パターンレジスト
38a レジスト体
39 二次電鋳層
42 フォトレジスト層
44 三次パターンレジスト
45 三次電鋳層
54 一次パターンレジスト
54a レジスト体
55 一次電鋳層
58 二次パターンレジスト
58a レジスト体
59 二次電鋳層
64 三次パターンレジスト
64a レジスト体
65 三次電鋳層
74 一次パターンレジスト
74a レジスト体
75 一次電鋳層
76 接着レジスト
77 二次パターンレジスト
77a レジスト体

Claims (7)

  1. 所定の配列パターンに対応した通孔(12)を有し、この通孔(12)内に半田ボール(2)を振り込むことで、ワーク(3)上の所定位置に半田ボール(2)を搭載する配列用マスクであって、
    前記通孔(12)からなるパターン領域(13)を有する平板状のマスク本体(10)と、該マスク本体(10)の下面から突設されて、ワーク(3)との対向間隙を確保する支持用突起(15)とを備えており、
    前記支持用突起(15)が、ワーク(3)の上面に当接してマスク本体(10)とワーク(3)との対向間隙を形成する第一突起(15a)と、該第一突起(15a)よりも突出寸法が小さい第二突起(15b)とで構成されており、
    前記第一突起(15a)は、前記パターン領域(13)を囲むように形成され、前記第二突起(15b)は、前記パターン領域(13)内に形成されていることを特徴とする半田ボールの配列用マスク。
  2. 第二突起(15b)が、第一突起(15a)よりも通孔(12)寄りに形成されている請求項1記載の半田ボールの配列用マスク。
  3. マスク本体(10)の外周縁に補強用の枠体(11)が設けられており、
    マスク本体(10)が、それ自体に内方に収縮する方向の応力が作用するようなテンションを加えた状態で形成されている請求項1又は2に記載の半田ボールの配列用マスク。
  4. 第二突起(15b)が、非磁性体で形成されている請求項1乃至3のいずれかに記載の半田ボールの配列用マスク。
  5. 第一突起(15a)が、非磁性体で形成されている請求項1乃至4のいずれかに記載の半田ボールの配列用マスク。
  6. 平板状のマスク本体(10)と、所定の配列パターンに対応してマスク本体(10)に開設された多数個の通孔(12)からなるパターン領域(13)と、マスク本体(10)の下面から突設されて、ワーク(3)との対向間隙を確保する支持用突起(15)とを備えており、
    前記支持用突起(15)が、ワーク(3)の上面に当接してマスク本体(10)とワーク(3)との対向間隙を形成する第一突起(15a)と、該第一突起(15a)よりも突出寸法が小さい第二突起(15b)とで構成されており、
    前記第一突起(15a)は、前記パターン領域(13)を囲むように形成され、前記第二突起(15b)は、前記パターン領域(13)内に形成されており、
    通孔(12)に半田ボール(2)を振り込むことで、ワーク(3)上の所定位置に半田ボール(2)を搭載する半田ボールの配列用マスクの製造方法であって、
    母型(30)の表面に、レジスト体(34a)を有する一次パターンレジスト(34)を形成する工程と、
    レジスト体(34a)を用いて、母型(30)上に電着金属を電鋳して、一次電鋳層(35)を形成する第一の電鋳工程と、
    一次電鋳層(35)およびレジスト体(34a)の表面に、レジスト体(38a)を有する二次パターンレジスト(38)を形成する工程と、
    レジスト体(38a)を用いて、一次電鋳層(35)上に二次電鋳層(39)を形成する第二の電鋳工程と、
    一次及び二次パターンレジスト(34・38)を除去する工程と、
    二次電鋳層(39)上に、レジスト体(44a)を有する三次パターンレジスト(44)を形成する工程と、
    レジスト体(44a)を用いて、母型(30)、一次及び二次電鋳層(35・39)上に電着金属を電鋳して、第一突起(15a)と第二突起(15b)とを一体に有するマスク本体(10)となる三次電鋳層(45)を形成する第三の電鋳工程と、
    母型(30)、一次及び二次電鋳層(35・39)から三次電鋳層(45)を剥離する工程とを含むことを特徴とする半田ボールの配列用マスクの製造方法。
  7. 平板状のマスク本体(10)と、所定の配列パターンに対応してマスク本体(10)に開設された多数個の通孔(12)からなるパターン領域(13)と、マスク本体(10)の下面から突設されて、ワーク(3)との対向間隙を確保する支持用突起(15)とを備えており、マスク本体(10)の外周縁には補強用の枠体(11)が設けられており、
    前記支持用突起(15)が、第一突起(15a)と、第二突起(15b)とで構成されており、
    第一突起(15a)及び枠体(11)は、ワーク(3)の上面に当接してマスク本体(10)とワーク(3)との対向間隙を確保しており、第二突起(15b)は、第一突起(15a)よりも突出寸法を小さく形成しており、
    前記第一突起(15a)は、前記パターン領域(13)を囲むように形成され、前記第二突起(15b)は、前記パターン領域(13)内に形成されており、
    通孔(12)に半田ボール(2)を振り込むことで、ワーク(3)上の所定位置に半田ボール(2)を搭載する半田ボールの配列用マスクの製造方法であって、
    母型(30)の表面に、レジスト体(54a)を有する一次パターンレジスト(54)を形成する工程と、
    レジスト体(54a)を用いて、母型(30)上に電着金属を電鋳して、マスク本体(10)となる一次電鋳層(55)を形成する第1の電鋳工程と、
    一次電鋳層(55)およびレジスト体(54a)の表面に、レジスト体(58a)を有する二次パターンレジスト(58)を形成する工程と、
    レジスト体(58a)を用いて、一次電鋳層(55)上に電着金属を電鋳して、二次電鋳層(59)を形成する第二の電鋳工程と、
    二次電鋳層(59)およびレジスト体(58a)の表面に、レジスト体(64a)を有する三次パターンレジスト(64)を形成する工程と、
    レジスト体(64a)を用いて、二次電鋳層(59)上に電着金属を電鋳して、三次電鋳層(65)を形成する第三の電鋳工程と、
    一次、二次および三次パターンレジスト(54・58・64)を除去する工程と、
    母型(30)から、一次、二次および三次電鋳層(55・59・65)を剥離する工程とを含み、
    第二の電鋳工程及び第三の電鋳工程において、レジスト体(58a)の近傍に位置する二次電鋳層(59)が第二突起(15b)となり、レジスト体(58a)の近傍以外に位置する二次電鋳層(59)とこの二次電鋳層(59)上に形成された三次電鋳層(65)とが第一突起(15a)及び枠体(11)となることを特徴とする半田ボールの配列用マスクの製造方法。
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