JP5163840B2 - 孔版印刷用のマスク及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品や半導体チップを高密度に実装するための接続用のはんだ端子を、クリームはんだ等の導電性ペーストの印刷により形成する際に用いられる孔版印刷用のマスク、及びその製造方法に関し、特に薄膜マスクの製造時のハンドリングやマスクの厚さの制御が容易で、且つクリームはんだがスキージによって押出される開口部の壁面が平滑であり、且つ開口部周辺のマスク表面に盛上りの発生やドロス等の付着がなく、その結果、クリームはんだの滲みの発生がなく、版離れ性に優れ、クリームはんだの転写性に優れたマスク、及び該マスクを容易に製造する方法に関する。

携帯電話を筆頭に、電子回路の小型軽量化の要請から、プリント配線基板に電子部品を高密度に実装するために、プリント配線基板にクリームはんだを孔版印刷し、はんだ端子の高精細な配線パターンを形成し、該はんだ端子に電子部品や半導体チップを搭載し、はんだリフロー炉を通して電子部品や半導体チップの実装を行う。

特に近年、基板に表面実装されるＩＣ、ＬＳＩ等のチップ、該チップがモールドされたＢＧＡ、ＣＳＰ等のパッケージ、コネクタ等の部品に孔版印刷によりはんだバンプ電極を形成し、該バンプ電極を介して部品を実装することにより、より電子回路の小型軽量化が進んでいる。この際、高精細且つ高密度、更にはんだ量の変化のないバンプ電極の形成が求められ、特に、壁面が平滑でエッジがシャープな開口部を有し、印刷面との密着性に優れた孔版印刷用のマスク、及び該マスクの厚さの制御がやり易く、且つ薄膜のマスクの製造が容易な孔版印刷用のマスクの製造方法が求められている。

孔版印刷版用のマスクの製造方法としては、例えば、金属や樹脂からなるマスク用基板にレーザー光を照射して配線パターン状の開口部を形成したマスク（レーザー法）、支持基板にレジスト膜で開口部に対応する部分を形成し、金属メッキにより製作されたマスク（電鋳法）等が知られ、広く実用に供されている。
特開昭６２−９０２４１ 特開昭５４−１０００４

孔版印刷用のマスクを製作する前記方法において、レーザー法は開口部の形成は容易であるが、マスクの厚さが薄くなるほどマスク基板のハンドリングが煩雑で、且つ難しくなる。又、マスクの厚さを任意にコントロールするのが困難である。

更に、レーザー法においては、マスク基板が溶融、アブレーション等し、開口部のエッジがだれたり、レーザー光の出射側の開口部壁面に突起（引きちぎれ痕）が残ったり、又開口部分の基板が飛散するために開口部周辺のマスク表面が盛上ったり、所謂ドロスが付着したりする。更に、開口部周辺に熱歪が生じ、その結果開口部に変形が生じる。そのためマスクと被印刷物との密着性が低下し、クリームはんだが滲んだりする。又開口部の壁面に凹凸が生じ、クリームはんだの抜け性が悪くなり、転写性が低下する。

上記問題を解決する方法として、マスクをサンドブラスト処理する方法、電解研磨する方法が提案されている。
特開平６−３９９８８ 特開平６−９１８３９６しかし上記したような方法で作られたマスクにおいては、開口部のエッジのだれは一層大きくなり、又開口部周辺部のマスク面の盛上り、ドロス付着は十分には解消せず、且つ開口部壁面の平滑性も不十分である。

一方、電鋳法においては、マスクの厚さのコントロールが容易で、且つ薄膜のマスクの製造が容易であるが、開口部の形成のためにリソグラフ法等の煩雑な工程を必要とし、マスクの製作に時間を必要とし、歩留まりも悪く、経済上も不利であった。

更に、近年環境上の配慮から鉛を含有しない、所謂鉛フリーはんだが使用されるようになってきたが、該鉛フリーのクリームはんだは従来のクリームはんだに比してクリームはんだの版抜け性が悪く、転写性に劣り、形成したはんだバンプに欠け、割れ、抜け等の欠陥が生じ、はんだ量がばらつき易い。

本発明の目的は、ウエハーやプリント配線基板等に高密度実装用のはんだバンプの形成において、孔版印刷によりクリームはんだを印刷した際に、印刷面との密着性、版離れ性及びクリームはんだの抜け性に優れ、その結果前記したクリームはんだの滲み、はんだ端子の欠け、抜け、割れ等の欠陥の発生を防止し、且つ印刷スピードを早くできる孔版印刷用のマスク、及び該マスクを容易に製造する方法、及びマスクの厚さのコントロールが容易な製造方法を提供することにある。

本発明者らは、レーザー法において、シャープなエッジと平滑な壁面を有する開口部を形成し、開口部周辺部の盛上りやドロスの発生を防止し、且つマスクの膜厚を自由に制御できる方法を検討し、本発明を完成した。

即ち本発明は、
孔版印刷用のマスクであって、支持基板の少なくとも片方の面に、金属のメッキ法により、金属膜層であるマスク基材層を積層し、該マスク基材層側からレーザー光を照射して印刷パターンの貫通開口部を該マスク基材層と該支持基板に形成し、支持基板からレーザー入射側のマスク基材層を剥離してなる孔版印刷用のマスク、及び
貫通開口部を形成した後、電解研磨を行い、支持基板からレーザー入射側のマスク基材層を剥離してなる前記孔版印刷用のマスク、及び

孔版印刷用のマスクの製造方法であって、支持基板の少なくとも片方の面に、金属のメッキ法により、金属膜層であるマスク基材層を積層する工程、マスク基材層側からレーザー光を照射して印刷パターンの貫通開口部を該マスク基材層と該支持基板に形成する工程、支持基板からレーザー入射側のマスク基材層を剥離する工程、からなる孔版印刷用のマスクの製造方法、及び
前記マスクの製造方法において、貫通開口部を形成する工程の次に、電解研磨を行う工
程を追加してなる前記孔版印刷用のマスクの製造方法、及び

前記孔版印刷用のマスクにおいて、マスク基材層がニッケル又はニッケル合金である前記記載の孔版印刷用のマスク、及び
電解研磨を行った後、フッ素樹脂微粒子を含有する金属共メッキを行い、支持基板からレーザー入射側のマスク基材層を剥離してなる前記孔版印刷用のマスク、である。

本発明の孔版印刷用のマスクは、壁面が平滑でエッジがシャープな開口部を有し、開口部周辺に盛上りやドロスの付着がない。従ってクリームはんだを印刷した際、クリームはんだの滲みが生じなく、クリームはんだの抜け性及び版離れ性が改良されるため、印刷スピードを早くしてもクリームはんだの転写性不良に由来するはんだ端子の割れ、抜け、欠け等の欠陥を防止することができ、はんだ端子形成工程の生産性及び歩留まりが大きく向上する。又、本発明の孔版印刷用のマスクの製造方法においては、前記した開口部を有するマスクを容易に作製できるだけでなく、マスクの厚さを自由にコントロールでき、且つ薄膜のマスクを製造する際でもハンドリングが容易で、製造し易い。

以下、本発明の孔版印刷用のマスク、及びその製造方法について図を用いて詳細に説明する。図１（ａ）は支持基板１にマスク基材層２及び３を形成した断面を表す。支持基板の材料としては、薄膜のマスクを製造する際にマスク基材を補強でき、マスク基材から剥離が容易で、且つレーザー光で開口部を形成する際に悪影響を及ぼさなければ特に限定はなく、種々の金属や樹脂が挙げられる。該支持基板の厚さは、基板材料の強度、マスク基材層の膜厚、及び開口部の形成に用いられるレーザー加工機の能力にもよるが、５〜３００μｍ程度である。

一方、マスク基材層としては、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、鉄、アルミ、ステンレス等の金属、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、PPS、PES、PEEK、液晶樹脂等の高強度で且つ耐熱性に優れた熱可塑性樹脂、及び前記金属と樹脂の積層体等が挙げられ。前記したマスク基材層を支持基板に積層するには、前記したマスク基材の薄膜を接着剤や熱融着で貼り合わせる方法、前記した金属をメッキ、スパッタ、蒸着等で積層する方法、ポリイミド樹脂の前駆体を塗布・加熱硬化する方法、前記した熱可塑性樹脂を溶融積層する方法等が挙げられる。

前記したマスク基材層を積層する方法の中で、薄膜のマスクの製作とマスクの膜厚のコントロールが容易な点、及び支持基板との間に間隙が発生せず、且つ適度な密着性と適度な剥離性を有する点から、支持基板に金属をメッキして積層する方法が好ましい。この際のマスク基材としては、機械特性等も考慮するとニッケルまたはニッケル合金が好ましい。又、メッキ法でマスク基材層を積層する場合、支持基板としては、導電性基板が好ましく、ニッケル、銅、アルミ、鉄やこれらの合金、及びステンレス等の金属が挙げられ、経済性、使い勝手の良さ、マスク基材との剥離のし易さ等からステンレスが更に好ましい。

図１（ａ）においては支持基板の両面にマスク基材層を積層しているが、該マスク基材層を片面にだけ積層し、他方の面は何も積層しなくてもよく、又は樹脂膜層や異なる金属膜層等を積層してもよい。マスク基材層をメッキ法で積層する場合においては、カールの防止ため、又製造工程を煩雑にしないために、支持基板の両面にマスク基材層を積層するのが好ましい。該マスク基材層の膜厚は、形成するはんだ端子の仕様にもよるが、通常５〜３００μｍ程度である。

次に図１（ｂ）に示したように、マスク基材層側からレーザー光４を照射して所望の印刷パターン状に開口部を形成する。照射するレーザー光としては、固体レーザー、ガスレーザー、半導体レーザーが挙げられ、具体的にはＹＡＧレーザーが好ましい。ＹＡＧレーザーは基本波、高調波及びそれらの混合波を用いることができる。

図１（ｂ）においては、開口部は両面のマスク基材層及び支持基板を貫通して形成されているが、光入射面側のマスク基材層だけが貫通していてもよい。しかし、レーザー光で開口部を形成した際、開口部壁面のレーザー光出射側近辺に突起（引きちぎれ痕）が生じやすい。そのため該突起の発生を防止するためには、開口部は支持基板を貫通し、もし光出射側にもマスク基材層が積層されている場合は、図１（ｂ）のように該マスク基材層をも貫通して形成するのが好ましい。又、前記突起が生じないようにするには、光入射面側のマスク基材層を本発明のマスクとする場合、支持基板の膜厚と光出射面のマスク基材層（積層されていない場合は０μｍ）の合計膜厚は、２０μｍ以上が好ましく、３０μｍ以上が更に好ましい。又、全膜厚はレーザー加工機の加工限界を越えない程度にするのが好ましい。

次に図１（ｃ）に示したように、両方のマスク基材層を支持基板から剥離すると、本発明のマスク２’ができあがる。マスクを支持基板から剥離するには、物理的な方法や化学的な方法で行える。化学的な方法としては、マスク基材又は支持基板のどちらか一方を選択的に侵し易い液を用いると容易に剥離できる。例えば、マスク基材層としてニッケルを、支持基板としてステンレスを用いた場合は強アルカリ液を用いればよい。

本発明のマスク２’には開口部周辺部には盛上りは発生せず、且つドロスの付着も観測されなかった。又開口部のエッジは非常にシャープであり、開口部の壁面は平滑であった。一方、図２（ｃ）のレーザー光の出射側のマスク３’も用途やマスクの製造条件等によっては孔版印刷用のマスクとして用いることもできる。即ち、本発明では、支持基板の両側に材質の異なるマスク基材を積層したり、マスク基材の膜厚を変えることにより、同じ印刷パターンを有しながら異なるマスクを作ることができ、開発、試作等に利用できる。

本発明な於いては、開口部を形成した後に電解研磨処理、中でも間歇電解研磨を行えば、マスクの表面や開口部壁面が更に平滑化され、印刷特性が一層改良され好ましい。更に、電解研磨処理した後、フッ素樹脂微粒子を含有する金属の共メッキを行えば、クリームはんだの抜け性や版離れ性がより一層良好になり、更に好ましい。該フッ素樹脂微粒子を含有する金属の共メッキはマスクを支持基板から剥離してから行うこともできる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。但し、本発明は、この実施例に限定されるものではない。

５５０×６５０ｍｍで厚さ１００μｍのＳＵＳ３０４の基板の両面をバフ研磨し、表面を整面た。該基板をスルファミン酸ニッケルメッキ浴に入れて、浴温４５℃、電流密度２Ａ／ｄｍ２で電気メッキを行い、ＳＵＳ３０４基板の両面にマスク基材層として４０μｍのニッケル膜を積層した。次に、ＹＡＧレーザー加工機（ＨＰＳ３６２Ｂ／Ｐ、ハイパー・フォトン・システム社製）を用いて、直径５０μｍの開口部を繰返しピッチ１００μｍで５０×５０（２５００）個からなる基本パターンを４つ面取りした印刷パターンの開口部を形成した後、支持基板から光入射面側のマスク２’を剥離し、本発明のマスクを製作した。
本発明のマスクには開口部周辺部に盛上り、ドロスの付着等は観測されなかった。開口部の壁面も略平滑であった。又、開口部のエッジは非常にシャープであった。

次に、得られたマスクを４００×４８０ｍｍに切断し、アルミ枠に１８０メッシュのポリエステル製の紗を介して貼り合わせて孔版印刷版を作製し、該印刷版をスクリーン印刷機（ＳＰ２８Ｐ−ＤＨ、パナソニックファクトリーソリューション(株)製）にセットし、鉛フリーのクリームはんだ（ＬＦ−７１Ｓ−３、タムラ化研(株)製）をプリント配線基板上に印刷し、はんだ端子を形成した。印刷版のマスクの被印刷面への密着性は良好で、クリームはんだの滲みは発生しなかった。又、印刷版の版離れ性に優れ、クリームはんだの抜け性は良好であった。その結果、形成したはんだ端子には割れ、抜け、欠け等の欠陥の発生も殆どなかった。

マスクの印刷特性を更に向上させるために、実施例１において開口部を形成した後、燐酸６００ｍｌ／ｌ、硫酸１８０ｍｌ／ｌからなる電解液を用い、４５℃でニッケルメッキ膜が積層されたＳＵＳ基板を陽極にして下記の条件を１サイクルとし、２０サイクルの電解研磨を行った。
電流密度 通電時間
・通電 ： １５Ａ／ｄｍ２ １５秒
・逆通電： −０．５Ａ／ｄｍ２ ３秒
・非通電： ０Ａ／ｄｍ２ ２０秒

次に、マスク２’を支持基板から剥離し、本発明のマスクを作製した。該マスクを実施例１と同じ方法で、アルミ枠にポリエステル製の紗を介して貼り合わせて孔版印刷版を作製し、鉛フリーのクリームはんだをプリント配線基板上に印刷し、はんだ端子を形成した。印刷版マスクの被印刷面への密着性は非常に優れ、クリームはんだの滲みは発生しなかった。一方、印刷版の版離れ性及びクリームはんだの抜け性は実施例１よりも更に優れていた。その結果、形成したはんだ端子には割れ、抜け、欠け等の欠陥の発生は全くなく、はんだ量のばらつきも非常に小さかった。

本発明の孔版印刷用のマスクは電子部品搭載用のはんだ端子を高密度に形成する際に、クリームはんだの印刷用マスクとして使用できる。本発明のマスクを用いてクリームはんだを印刷した場合、クリームはんだを高速、且つ、優れた転写性で印刷することができ、電子部品の高密度実装向けのはんだバンプ端子の形成に利用できる。

本発明の孔版印刷用のマスクの製造工程を表す。

符号の説明

１ 支持基板
２ マスク基材層
２’ 孔版印刷用のマスク
３ マスク基材層
３’ （孔版印刷用のマスク）
４ レーザー光
５ 開口部

Claims (6)

1. 孔版印刷用のマスクであって、支持基板の少なくとも片方の面に、金属のメッキ法により、金属膜層であるマスク基材層を積層し、該マスク基材層側からレーザー光を照射して、印刷パターンの貫通開口部を該マスク基材層と該支持基板に形成し、支持基板からレーザー入射側のマスク基材層を剥離してなることを特徴とする孔版印刷用のマスク。
2. 貫通開口部を形成した後、電解研磨を行い、支持基板からレーザー照射側のマスク基材層を剥離してなる請求項１記載の孔版印刷用のマスク。
3. 孔版印刷用のマスクの製造方法であって、支持基板に金属のメッキ法により、金属膜層であるマスク基材層を積層する工程、マスク基材層側からレーザー光を照射して印刷パターンの貫通開口部を該マスク基材層と該支持基板に形成する工程、支持基板からレーザー入射側のマスク基材層を剥離する工程、からなることを特徴とする孔版印刷用のマスクの製造方法。
4. 貫通開口部を形成する工程の次に、電解研磨を行う工程を追加してなる請求項３記載の孔版印刷用のマスクの製造方法。
5. マスク基材層がニッケル又はニッケル合金であることを特徴とする請求項１、又は２記載の孔版印刷用のマスク。
6. 電解研磨を行った後、フッ素樹脂微粒子を含有する金属共メッキを行い、支持基板からレーザー入射側のマスク基材層を剥離してなる請求項５記載の孔版印刷用のマスク。
   

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