(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
所定の配列パターンに対応した開口(12)を備え、前記開口(12)内に半田ボール(2)を振り込むことで、ワーク(3)上の所定位置に前記半田ボール(2)を搭載する配列用マスクであって、
前記開口(12)は、多角形状に形成され、前記開口(12)内に挿通される前記半田ボール(2)は、前記開口(12)の各内面に内接することを特徴とする配列用マスク。
前記開口(12)は、第一開口(12a)と第二開口(12b)とを有し、前記第一開口(12a)は前記ワーク(3)と対向する側に位置し、前記第二開口(12b)は前記半田ボール(2)が供給される側に位置しており、
前記第一開口(12a)は、多角形状に形成され、前記第一開口(12a)内に挿通される前記半田ボール(2)は、前記第一開口(12a)の各内面に内接することを特徴とする請求項1に記載の配列用マスク。
所定の配列パターンに対応した開口(12)を備え、前記開口(12)内に半田ボール(2)を振り込むことで、ワーク(3)上の所定位置に前記半田ボール(2)を搭載する配列用マスクであって、
前記開口(12)は、多角星形状に形成され、前記開口(12)内に挿通される前記半田ボール(2)は、前記開口(12)の各優角に内接することを特徴とする配列用マスク。
前記開口(12)は、第一開口(12a)と第二開口(12b)とを有し、前記第一開口(12a)は前記ワーク(3)と対向する側に位置し、前記第二開口(12b)は前記半田ボール(2)が供給される側に位置しており、
前記第一開口(12a)は、多角星形状に形成され、前記第一開口(12a)内に挿通される前記半田ボール(2)は、前記第一開口(12a)の各優角に内接することを特徴とする請求項3に記載の配列用マスク。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、近年では電子機器の小型化に伴い、ワークにおける電極のピッチ間隔の狭小化が進んできており、半田ボールは電極の中央位置に搭載されることがより求められている。しかしながら、配列用マスクの開口が円形状であって、この開口の直径寸法Dが半田ボールの直径寸法dに対して1.2〜1.3倍で形成されているため、折角開口の中心と電極の中心が位置合わせされていても、開口内に搭載された半田ボールが電極の中心位置から開口直径寸法Dと半田ボール直径寸法dとの差分の位置ズレが生じやすく、全ての半田ボールが各電極の中心に搭載できていなかった。このため、配列用マスクの開口直径寸法Dを半田ボールの直径寸法dより僅かに大きく形成すること、つまり、開口直径寸法Dと半田ボール直径寸法dとを限りなく近づけること(D≒d)が理想的であるが、そうすると、半田ボールを開口に挿通させる際に、開口端と接触する部分(面)が多くなるため、接触抵抗が増して半田ボールを開口に挿通しづらくなってしまう。
【0005】
本発明の目的は、上述した課題を解決することができる配列用マスクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、所定の配列パターンに対応した開口を備え、開口内に半田ボールを振り込むことで、ワーク上の所定位置に半田ボールを搭載する配列用マスクであって、開口が多角形状に形成され、開口内に挿通される半田ボールは、開口の各
内面に内接することを特徴とする。開口が第一開口と第二開口とを有し、第一開口はワークと対向する側に位置し、第二開口は半田ボールが供給される側に位置しており、第一開口は、多角形状に形成され、第一開口内に挿通される半田ボールは、第一開口の各
内面に内接することを特徴とする。
【0007】
また、本発明は、所定の配列パターンに対応した開口を備え、開口内に半田ボールを振り込むことで、ワーク上の所定位置に半田ボールを搭載する配列用マスクであって、開口は、
多角星形状に形成され、開口内に挿通される半田ボールは、開口の各
優角に内接することを特徴とする。開口が第一開口と第二開口とを有し、第一開口はワークと対向する側に位置し、第二開口は半田ボールが供給される側に位置しており、第一開口は、
多角星形状に形成され、第一開口内に挿通される半田ボールは、第一開口の各
優角に内接することを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係る配列用マスクによれば、所定の配列パターンに対応した開口が多角形状であるので、円形状に比べ、開口端部における半田ボールとの接触する部分(点接触・線接触・面接触)を少なくすることができ、半田ボールを開口内へと挿通しやすくすることができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
(配列用マスクの概要)
図1乃至
図3に、本発明に係る配列用マスクを示す。この配列用マスク(以下、単にマスクと記す場合がある)1は、半田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における符号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にはリジッドタイプやフレキシブルタイプと種々のものがあり、具体的にはウエハや基板があるが、例えば、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。
【0012】
図1に示すように、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、銅、その他の金属を素材として形成されたマスク本体10から成り、このマスク本体10にはこれを囲むように枠体11を装着できる。マスク本体10と枠体11とは、メッシュを介して接合しても良い。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開口12からなるパターン領域が多数形成されている。開口12は、
図2に示すように、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となっている。半田ボール2は、100μm以下の直径寸法を有するものであり、各開口12は、当該ボール2が挿通できるように形成されている。
【0013】
マスク本体10には、補強用の枠体11を装着することができる。この枠体11は、アルミ、42アロイ、インバー材、SUS430等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。この枠体11の厚み寸法は、例えば、0.05〜1.0mm程度とし、ここでは、0.5mmに設定した。また、マスク本体10の厚みは、10μm以上が好ましく、ここでは、200μmに設定した。
【0014】
マスク本体10(マスク1)の下面側、すなわち、ワーク3との対向面側には、下方向に突出状の突起部15を設けることができる。詳しくは、
図2及び
図4(a)に示すように、パターン領域の外周(パターン領域間)にこのパターン領域を囲むように桟状の突起部15aを設けることができ、また、パターン領域内の開口12が形成されていない位置に突起部15bを設けることができる。この突起部15については、
図3に示すように、突起部15aのみを設ける形態であっても良いし、
図4(c)に示すように、突起部15bのみを設ける形態であっても良い。このように、係る突起部15を設けていれば、配列作業時において、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できる。各々の突起部15、特に突起部15bにおいては、
図2および
図3に示すように、開口12間であって、マスク本体10の下面から先窄まるように形成されていることが好ましく、円錐台状を呈している。もちろん、四角錐台状であっても良い。また、突起部15の高さとマスク本体10の厚みとの比が2対1以上とするのが好ましく、上記マスク本体10の厚さが10〜300μmの範囲内において、これを満足することがより好ましい。また、突起部15の先端寸法L1と付け根寸法L2との比が1対3以上であることが好ましい。さらに言えば、突起部15の先端寸法L1と付け根寸法L2と開口12間の幅との比が1対3対3以上であることが好ましい。また、この突起部15は、アスペクト比(突起部15の高さと先端寸法との比)が大きいものが好ましく、アスペクト比3としている。なお、
図2、
図3、
図4(a)に示すように、隣り合うパターン領域間にはパターン領域を囲むようにして突起部15aを設けて、マスク1をワーク3に載置した時に当接するようにしているが、
図4(b)に示すように、隣り合うパターン領域間全体が突起部15aとした形態であっても良いし、
図4(c)に示すように、突起部15aを設けない形態であっても良い。また、突起部15を設けずにマスク本体10のみの形態であっても良い。また、
図4において、符号15で図示しているのは、突起部15の下端面であり、突起部15の付け根は図示していない。
【0015】
ここで、
図1の斜視図、
図2の縦断面図、
図3の縦断面図、および
図4の平面図は、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等における開口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る。
【0016】
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2参照)を印刷塗布する。次に、開口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、実際にはワーク3とマスク本体10の外周縁、もしくはマスク本体10に形成したアライメントマーク(不図示)と位置合わせすることで行われる。位置合わせ作業終了後、突起部15の下端面をワーク3の表面に当接することで、マスク本体10は、
図2及び
図3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、突起部15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、ワーク3の下方に磁石を配置させ、この磁石の磁力を作用させてマスク1とワーク3とを固定させても良い。
【0017】
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、各開口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、スキージブラシ圧がマスク1に大きくかかったとしても突起部15によってマスク1が撓むことを防止でき、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。
【0018】
係る構成のマスク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突起部15を備えているので、突起部15によってワーク3との対向間隙を確実に確保でき、開口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。
【0019】
また、マスク本体10の外周縁に、補強用の枠体11を設けることができ、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れば、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。
【0020】
次に、係る構成の配列用マスク1の製造方法を
図5及び
図6に示す。まず、例えば、導電性を有する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、
図5(a)に示すごとく、フォトレジスト層31の上に、突起部15に対応する透光孔32aを有するパターンフィルム(ガラスマスク)32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、先窄まり状の突起部15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。この時、紫外線が透過しにくいフォトレジストを用いたり、露光量を弱めたりして、レジスト体34aにテーパが付いたものが好ましい。
【0021】
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や銅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5(d)に示すごとく、一次パターンレジスト34を除去する。ここで、一次電鋳層35の表面に研磨処理を施しておくと良い。
【0022】
次いで、
図6(a)に示すごとく、一次電鋳層35および母型30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、前記開口12に対応する透光孔37aを有するパターンフィルム(ガラスマスク)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6(b)に示すように、マスク本体10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の表面に形成した。
【0023】
続いて、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38aの高さの範囲内で、母型30及びのレジスト体38aで覆われていない一次電鋳層35の表面にニッケルや銅等の電着金属を電鋳して、二次電鋳層39を形成した(第二の電鋳工程)。次に、二次パターンレジスト38を溶解除去したうえで、母型30及び一次電鋳層35から二次電鋳層39を剥離することにより、
図6(d)および
図3に示すようなマスク1を得た。そして、マスク1に枠体11を装着すれば、
図1に示すような配列用マスク1が得られる。
【0024】
二次電鋳層39、つまりマスク1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に保持することが可能である。かかる応力の付与は、例えば、枠体11とマスク1との熱膨張係数の差を利用して、高温環境下でマスク1の外周縁に枠体11の装着作業を行い、常温時ではマスク1を内方側に収縮させることで実現できる。
【0025】
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。突起部15を有するマスク1を一回の電鋳作業(第二の電鋳工程)により不離一体に形成するようにすれば、突起部15を後付けする形態に比べて、該突起部15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1を高精度に得ることができる点でも優れている。また、突起部15をマスク本体10の下面に近づくにつれて大きくなるよう先窄まり状に形成すれば、突起部15の特に付け根(根元)に応力が集中することが回避されるため、突起部15の強度をしっかりと補強できつつ、突起部15をフラックス17が塗布された電極6から離間した状態で電極6間に当接できるので、電極6に塗布されたフラックス17がマスク本体10に付着することによる半田ボール2の搭載不良を防止することができる。この時、突起部15の先端寸法と付け根寸法との比を1対3以上とすること、突起部15のアスペクト比を3以上とすることでより効果的となる。
【0026】
また、レジストパターンを調整することによって所望のアスペクト比を有する突起部15が容易に得られる。なお、係る構成のマスク1において、開口12及び突起部15の形状はストレート状としてもテーパ状としても良い。かかる形状は、フォトレジスト層31・36の感光度や露光条件を変更することによって得られる。
【0027】
また、
図7に示すように、突起部15はマスクの下面に近づくにつれて寸法が大きくなる末拡がり形状であって、突起部15の側面(特に付け根部分)を円弧状としても良い。これにより、突起部15の特に根元に応力が集中することにより生じる破損の防止、フラックス17の開口12への回り込み防止が可能となる。
【0028】
上記マスク1においては、突起部15が一体となったものとしているが、突起部15が別部材で一体的に形成されたものでも良い。これは、上記マスク1において、例えば、マスク本体10を鉄、ニッケル等といった磁性体で形成し、突起部15を銅やアルミ等といった非磁性体で形成すれば、上述したように磁石(不図示)の磁力吸引力によってワーク3にマスク1を固定する場合に、マスク1に対して磁力が均一に働くことになるので、マスク1が不用意に撓むおそれがなく、電極6に対する開口12の位置精度を向上することができる。
【0029】
また、突起部15を非磁性体で形成するものにおいて、金属に限らず樹脂によって形成したものであっても良い。これによれば、当該樹脂の弾力性に由来するクッション作用が発揮され、突起部15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くなる。この効果を顕著に奏するために、マスク1においては、ワーク3と当接する全ての突起部15を樹脂で形成するのが好ましい。これによって、マスク1に対して磁力が均一に働くことにもなるので、マスク1が不用意に撓むおそれがなく、電極6に対する開口12の位置精度を向上させることもできる。
【0030】
また、突起部15の下端面の形状は、円に限らず、楕円でも良いし、四角形状・ひし形状・六角形状などといった多角形状でも良い。さらに、これら形状を構成する角や突起部15の下端面と側面との境界部分は、アール状とするのが好ましい。これにより、例えば、マスク1の突起部15形成面を洗浄する際に、洗浄をスムーズに行うことができるとともに、洗浄手段(布やスポンジなど)が突起部15に引っかかることによる洗浄手段及び突起部15の破損のおそれを可及的に防止することができる。
【0031】
(第1実施形態)
続いて、第1実施形態に係る配列用マスクについて説明する。なお、上記構成と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。
【0032】
本実施形態の配列用マスク1は、多角形状の開口12を備えることに特徴を有する。具体的には、
図8(a)〜
図8(f)に示すように、開口12が三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、五角星形状、六角星形状と多角形状に形成されており、半田ボール2は、各開口12内面に内接するように挿通される。このように、開口12の形状の角の数が少なければ少ないほど、開口12端部と半田ボール12外面との接触する面が少なくなり、半田ボール2の開口12内への挿通がしやすくなる。そして、出願人の実験によれば、開口12の形状(面積)・寸法と半田ボール2の直径寸法dとの関係において、例えば、開口12の形状を四角形状とした場合に、開口12の一辺の長さLを半田ボール2の直径寸法dの1.01〜1.2倍未満、好ましくは、1.05〜1.15倍を満たすことにより、半田ボール2を開口12に挿通しやすくしつつ、電極6の中心に搭載することが可能となる。なお、
図9(a)〜
図9(f)に示すように、各開口12内面と半田ボール2とに隙間が設けてあっても良い。また、
図8(g)は、
図8(a)〜
図8(f)の断面を模式的に示す図であり、
図9(g)は、
図9(a)〜
図8(f)の断面を模式的に示す図である。
【0033】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る配列用マスクについて説明する。なお、上記構成と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。
【0034】
本実施形態の配列用マスク1の開口12は、円形状の開口と多角形状の開口を有することに特徴を有する。具体的には、
図10(a)〜
図10(f)に示すように、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、五角星形状、六角星形状と多角形状で形成された第一開口12a上に円形状の第二開口12bが形成されている。係る開口12形状とすることにより、円形状の第二開口12bによって半田ボール2を誘い込み、四角形状(多角形状)の第一開口12aによってワーク3上の電極6中心位置に半田ボール2を搭載することができる。なお、
図10(g)は、
図10(a)〜
図10(f)の断面を模式的に示す図である。ここで、開口12の形状としては、円形状に形成した第一開口12a上に多角形状に形成した第二開口12bを形成したものであっても良く、多角形状に形成した第一開口12a上に多角形状に形成した第二開口12bを形成したものであっても良い。また、第一開口12aの深さは第二開口12bの深さ以上(第一開口12a≧第二開口12b)に形成されていることが好ましい。また、第二開口12bは、2個以上の半田ボール2の挿通を防ぐため、必ずしも多角形状の第一開口12aの角を外接するような円形状に形成しなくても良く、第一開口12aを構成する外形の内側に重なるように形成しても良い。
【0035】
上記各実施形態において、開口12の形状は、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、五角星形状、六角星形状に限らず、六角形状・六角星形状より角の多い多角形状であっても良い。また、手裏剣形状、万字(卍)形状であっても良い。また、図では正多角形状としているが、もちろん正多角形状でなくても良い。また、マスク1の半田ボール2が供給される側の開口12端部をアール状に形成することが好ましい。さらに、マスク1の半田ボール2が供給される側の開口12周辺を開口12に向かって傾斜されるようにスロープ状に形成することが好ましい。さらには、第二開口12b側において、第一開口12a端部をアール状に形成したり、開口12周辺を開口12に向かって傾斜されるようにスロープ状に形成したりすることが好ましい。