(57)【要約】【課題】はんだボール等の金属ボールを電子回路の電極パターンに対応した配列でシートに保持した、金属ボールを電極に転写するためのボール転写用シート。保管可能で、ユーザーが検査せずに使用でき、比較的低温の加熱でボールの転写が可能なもの。【解決手段】シート２の片面に離型層７を設けて離型性とし、その面に金属ボールを収容する底面に粘着層５が露出した穴８を電極と同じパターンで形成し、その穴に金属ボール１を収容した後、その上から、常温では固体状であるが加温すると溶融または軟化する、フラックス成分を含有させた、水溶性の皮膜３を形成したボール転写用シート。このシートをボールを電極に対向させて加圧下に加熱し、前記皮膜を溶融させ、冷却すると、ボールは電極に転写される。その後、リフロー加熱してボールを溶融させると、電極上にバンプが形成される。最後に水洗して前記皮膜を除去することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路の電極パターンに対応する配列で金属ボールを保持している、電極へのボール転写用シートであって、該シートの電極に対向させる側の表面が離型性を有することを特徴とするボール転写用シート。
【請求項２】
金属ボールがシートに形成された穴に収容されている、請求項１に記載のボール転写用シート。
【請求項３】
穴が粘着性の底面を有する有底穴である、請求項２に記載のボール転写用シート。
【請求項４】
シートの前記表面が離型層を有する請求項１〜３のいずれかに記載のボール転写用シート。
【請求項５】
穴の側壁の少なくとも一部が離型層を有する請求項２〜４のいずれかに記載のボール転写用シート。
【請求項６】
前記離型層がシリコーン系およびフッ素系の樹脂から選ばれた少なくとも１種を主成分とするものである、請求項４または５に記載のボール転写用シート。
【請求項７】
シートの離型性を有する表面が、金属ボールの上から、常温では固体状で加温すると溶融または軟化する材料からなる皮膜で被覆されている、請求項１〜６のいずれかに記載のボール転写用シート。
【請求項８】
前記皮膜が溶融または軟化する温度が40〜250 ℃の範囲内である、請求項７に記載のボール転写用シート。
【請求項９】
前記皮膜が水溶性である、請求項７または８に記載のボール転写用シート。
【請求項１０】
前記皮膜がフラックス機能を有する成分を含有する、請求項７〜９のいずれかに記載のボール転写用シート。
【請求項１１】
請求項７〜10のいずれかに記載のボール転写用シートを電子回路の電極上に位置合わせをして配置し、加圧下に前記皮膜が溶融または軟化する温度に加熱した後、冷却し、該シートを取り外して、金属ボールを該電極上に残すことを特徴とする、金属ボールの転写方法。
【請求項１２】
電子回路の電極表面に、常温では固体状で加温すると溶融または軟化する材料からなる皮膜を形成し、この電極上に請求項１〜10のいずれかに記載のボール転写用シートを位置合わせして配置し、加圧下に該皮膜が溶融または軟化する温度に加熱した後、冷却し、該シートを取り外して、金属ボールを該電極上に残すことを特徴とする、金属ボールの転写方法。
【請求項１３】
前記皮膜がフラックス機能を有する成分を含有する、請求項12に記載の金属ボールの転写方法。
【請求項１４】
請求項11〜13のいずれかに記載の方法より金属ボールが電極上に転写された電子回路を、該金属ボールが溶融する温度にリフロー加熱して、該電極上に金属バンプを形成することを特徴とする、バンプ形成方法。
【請求項１５】
前記皮膜が水溶性であって、リフロー加熱後に電極表面を水洗することをさらに含む、請求項14に記載のバンプ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路の電極上にはんだボールなどの金属ボールを転写するためのボール転写用シートと、この転写用シートを使用した金属ボールの転写方法およびバンプ形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、はんだ、銅、金などの微小な金属ボールを電子回路の電極上に搭載し、それを溶融してバンプを形成するバンプ形成技術が実用化されるようになった。この技術では、直径が数十〜数百ミクロンと微小な金属ボールを電子回路の電極パターンに一致させて配列して、電極上に搭載する必要がある。
【０００３】
従来の一般的な金属ボールの搭載方法は、電極パターンと同じパターンで小さな穴をあけた吸着ヘッドに金属ボールを吸着させ、電子回路上でヘッドの吸着力を解放して金属ボールを電極上に放出する方法である。
【０００４】
しかし、この吸着ヘッドによる金属ボールの搭載方法は、バンプの微小化に伴う金属ボールの微小化に対応できず、微小な金属ボールでは吸着ミスが多発するという問題に加えて、ボールの吸着→位置決め→搭載という工程順を繰り返すため、生産性にも劣るものであった。
【０００５】
そこで、プラスチック等のシートに、電子回路の電極パターンに対応した所定の配列で金属ボールを保持させたシートを利用して金属ボールを搭載することが考えられた。これまでに提案されたそのようなシートは、特開平８−309523号公報 (特許文献１) および特開2001−196730号公報 (特許文献２) に記載されている。いずれのシートも、金属ボールを粘着シートによる粘着力だけで保持した状態、即ち、金属ボールの球の頂部だけが粘着シートと接触して粘着シートからぶら下がった状態で、ボールが電極上に搭載される。実際には、その状態でボールの検査 (配列パターンの全ての位置にボールが保持されていることを確認する検査) も行わねばならないため、検査や電極への搭載のための移動時に、一部のボールがシートから脱落したり、所定位置から動いたりする可能性が否定できず、搭載の確実性の面で不安がある。
【０００６】
また、特許文献１に記載のシートは、これに金属ボールを保持させた状態で保管することができない。従って、ユーザー側で金属ボールをシートに搭載し、このシートを検査した後、ただちに電極へのボールの搭載に使用することになる。金属ボールを保持したボール転写用シートの保管が可能であれば、ユーザーはシートへのボールの保持やボールの検査を行うことなく、ボール転写用シートをそのまま電子回路の電極への搭載に使用することができるので、ユーザーにおけるバンプ形成プロセスが著しく簡略化される。
【０００７】
一方、特許文献２に記載のシートは、検査時まではボールの上下で支持されるため保管可能である。しかし、検査前に下側の支持部材を取り外して、上側の粘着シートだけで金属ボールを保持した状態で検査と電極への搭載を行うので、検査はユーザー側で行うことになる。また、このシートは、粘着シートとマスクとの接触が避けられず、マスク上部に粘着剤成分が堆積するため、ボール配列に支障が出易い。従って、マスクを頻繁に掃除しなければならないという欠点がある。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−309523号公報
【特許文献２】特開2001−196730号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、検査や電極への搭載の際や移動の際にシートからボールが脱落したり、動いたりすることがないように金属ボールをシートに確実に保持させたボール転写用シートと、それを利用したボール転写方法およびバンプ形成方法を提供することである。
【００１０】
本発明の別の課題は、保管が可能であって、ユーザーがシートへのボール搭載や検査を行うことなく、直ちに電子回路の電極上へのボールの搭載に使用できる、ユーザーにとって使い易いボール転写用シートと、それを利用したボール転写方法およびバンプ形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは先に、上記課題を解決する手段として、ボール転写用シートに所定配列で設けた穴にはんだボールを少なくとも不完全に収容し、その穴にはんだボールを収容したまま、ボール転写用シートを穴の開口部が対応する電極と向かい合う向きで電子回路上に配置するようにした、はんだボール転写用シートを提案した (特願2002−359405号および特願2003−283955号) 。こうして転写用シートの穴に収容したまま電子回路の電極上に配置されたはんだボールは、ボール転写用シートごとリフロー炉で加熱され、はんだボールが穴内で溶融して電極に付着し、電極上にはんだバンプが形成される。最後にシートを除去すると、電子回路の電極上に形成された電極だけが残る。つまり、この転写用シートでは、はんだボールの電極への搭載とバンプ形成がリフロー時に同時に起こる。
【００１２】
このボール転写用シートでは、シートごとリフロー加熱されるため、シートはリフロー温度で溶融しない耐熱性を有するか、あるいはリフロー温度で完全に分解して消失するものがよい。シートがリフロー中に溶融すると、シートが形成されたバンプに融着して、シートの除去が困難になったり、バンプと電極との接続を阻害することがあるからである。リフロー中に消失するシート材料は少ないので、通常は耐熱性の良好なシート材料を使用する。しかし、はんだの融点にもよるが、そのような耐熱性シート材料は一般に高価である。特に、最近ではSn−Pb共晶はんだよりも融点が高いものが多い鉛フリーはんだの使用が増えており、使用できるシート材料が限られ、その費用が問題となる。さらに、このボール転写用シートは、金や銅といった、はんだ以外の金属ボールの搭載に対しては、ボールの溶融温度が非常に高くなってシートがその温度に耐えられないため、適用することができない。
【００１３】
そこで、本発明者らは、このボール転写用シートの長所である、ボールをシートに設けた穴の中に収容したまま電極上に搭載することにより検査および搭載時のシートからのボールの脱落防止が可能であるが、ボールの電極への搭載を、ボールの融点に関係しない低温で行うことができる手段について検討した結果、本発明に到達した。
【００１４】
１側面において、本発明は、電子回路の電極パターンに対応する配列で金属ボールを保持している電極へのボール転写用シートであって、該シートの電極に対向させる側の表面が離型性（換言すると、撥水・撥油性）を有することを特徴とするボール転写用シートである。
【００１５】
好適態様において、本発明のボール転写用シートに保持された各金属ボールは、シートに形成された穴に収容されている。この穴の形状は、好ましくは粘着性の底面を有する有底穴である。
【００１６】
このボール転写用シートの前記表面（即ち、電極に対向させる側の表面）は離型層を有することが好ましい。電極がシートに形成された穴に収容されている態様においては、穴の側壁の少なくとも一部にも、必要に応じて離型層を形成することができる。離型層は、好ましくはシリコーン系およびフッ素系の樹脂から選ばれた少なくとも１種を主成分とするものである。
【００１７】
好適態様において、本発明のボール転写用シートの離型性を有するシート表面は、シートに保持された金属ボールの上から、常温では固体状であるが、加温すると溶融または軟化する材料からなる皮膜により被覆されている。
【００１８】
別の側面において、本発明は、上記のボール転写用シートを電子回路の電極上に位置合わせをして配置し、加圧下に加熱 (即ち、熱圧着) により金属ボールを電極上に転写することを特徴とする、金属ボールの転写方法である。
【００１９】
この金属ボールの転写方法の１態様では、電子回路の電極表面に、常温では固体状で加温すると溶融または軟化する材料からなり、好ましくはフラックス機能を有する成分を含有する皮膜を形成し、この電極の上に上記ボール転写用シートを位置合わせして配置し、加圧下に該皮膜が溶融または軟化する温度に加熱した後、冷却し、該シートを取り外して、金属ボールのみを該電極上に残す。
【００２０】
電極の上から上記の皮膜を有するボール転写用シートを使用する別の態様では、このボール転写用シートを電子回路の電極上に位置合わせをして配置し、加圧下に前記皮膜が溶融または軟化する温度に加熱した後、冷却し、該シートを取り外して、金属ボールのみを該電極上に残すことにより、金属ボールが電極上に転写される。
【００２１】
本発明はまた、上記方法より金属ボールが電極上に転写された電子回路を、該金属ボールが溶融する温度にリフロー加熱して、該電極上に金属バンプを形成することを特徴とする、バンプ形成方法にも関する。
【００２２】
本発明において「転写」とは、電子回路の電極パターンに対応する配列で金属ボールを保持しているボール転写用シートから金属ボールを電子回路の対応する電極上に搭載することを意味する。この転写は、ボール転写用シートを電子回路の上に位置決めして載せ、加圧下に加熱した後、シートを剥がす際に、ボールからシートを剥がす際の抵抗力がボールと電極との結合力を下回る時に起こる。
【００２３】
金属ボールと電極との界面や周囲に材料が全く存在しない場合、ボールと電極との結合力は、加熱によるボールと電極の間での金属の拡散による金属間化合物の形成により生ずる。従って、十分な結合力を得るにはある程度以上の温度に加熱しなければならない。一般には、金属間化合物は融点以上の温度への加熱により形成させるが、融点より低温でも形成される場合があることが確認されている。
【００２４】
本発明では、まず、ボール転写用シートの電極に相対させる側の表面に離型性を付与することにより、ボールや電極からの剥離の抵抗力を弱めている。また、転写時に、比較的低温で溶融または軟化する固体材料からなる皮膜を、電子回路の電極とシートの金属ボールとの間に介在させる（この皮膜は、ボール転写用シートと電子回路のいずれの表面に形成してもよい）ことにより、この皮膜の溶融または軟化と冷却固化により金属ボールを電極上に固定することができるため、前述した金属間化合物の形成による結合が生じないか、又は不足している場合においても、金属ボールを電極に転写して電極上に保持させることが可能となる。その結果、転写を、金属ボールの融点に関係なく、皮膜材料が溶融または軟化する比較的低い温度で確実に行うことができる。
【００２５】
その理由は次のように考えられる。上記皮膜を電極と金属ボールとの間に介在させてボール転写用シートを載置した電子回路を加圧下に加熱して、上記皮膜を溶融または軟化させると、皮膜材料は金属ボールと電極との密着部から周囲に押し出される。その後、冷却すると、皮膜材料は金属ボールの周囲で固化して、金属ボールをその位置に拘束する。その結果、ボールは周囲の固化した皮膜材料による拘束力で電極上に固定されるので、ボールと電極との間の金属間化合物の生成がなくても、シートを剥離した際に、ボールは電極上に残り、ボールは確実に電極上に転写される。この剥離時に、電極と接するシート表面は離型性を有しているため、シートと皮膜材料との間で剥離が起こり、皮膜材料は電極やボールと接触したまま残り、シートを剥離した後も、ボールを電極上の所定位置に固定する。
【００２６】
もし、前記シート表面が離型性を有していないと、シートの剥離時に皮膜の一部はシートに付着し、他の一部は電極に付着するので、ボールの転写が不安定になる。また、皮膜が常温で液状の皮膜である場合も、シート表面が離型性を有していても、剥離時に皮膜の一部はシートに、別の一部は電極に付着することが起こり易く、ボールの転写が不確実になる。
【００２７】
皮膜は、好ましくはフラックス機能を有する成分（以下、フラックス成分ともいう）を含有する。それにより、通常は行われる電極へのフラックスの塗布を実施しなくても、搭載した金属ボールからバンプを形成するためにリフローする間に皮膜が再び溶融して、それに含まれるフラックス成分がフラックス機能を果たすことができる。また、皮膜は好ましくは水溶性の皮膜とする。それにより、バンプ形成後に電極表面を水洗すると、皮膜の少なくとも一部を除去することができ、残存皮膜による電子回路への悪影響を避けることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のボール転写用シートでは、金属ボールを電子回路の電極上に搭載する際に、ボールはシート内に設けた穴の中に入れたままとすることができるので、検査や搬送の際のシートからのボールの脱落や搭載時のボールの移動が防止され、所定位置に確実にボールを搭載することができる。また、本発明のボール転写用シートは、この状態で保管および検査できるので、このボール転写用シートを入手したユーザは、直ちに電極へのボール搭載に使用することができる。
【００２９】
また、低温で溶融または軟化する固体材料からなる皮膜をシートの離型性の表面 (電極に対向させる表面) を覆うように配置するか、または電子回路の電極表面に配置することによって、上述したように、この皮膜が溶融または軟化する低温での加熱により、金属ボールを電極上に確実に転写することができる。従って、ボール転写用シートのシート材料は、この低温での加熱温度に耐えるものであればよく、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）といった、安価な汎用ポリマーのシートを使用することができる。さらに、シート自体はリフロー温度に曝されないので、繰り返し使用することができるので、製造コストはさらに安価となり、廃棄物の量も少なくなる。
【００３０】
この皮膜を利用すれば、金属ボールと電極との間で金属間化合物を形成せずにボールを電極上に固定することができるため、加熱温度は、金属ボールの融点には依存せず、皮膜が溶融または軟化する温度であればよい。従って、本発明は、はんだボールのように250 ℃以下で溶融するような金属ボールに加えて、銅ボールや金ボールといった、はんだボール以外の金属ボールの電極への搭載にも適用でき、適用範囲が広い。また、加熱時間も、金属間化合物の形成に必要な時間より短くなるので、エネルギーコストが少なくなる。
【００３１】
さらに、転写のための加圧下での加熱中に皮膜が溶融または軟化し、これが金属ボールの周囲で再固化することによりボールは電極上の所定位置に拘束されて固定されるため、シートの剥離によるボールの転写が確実になると共に、電極上に転写されたボールを確実にその位置に保持することができる。
【００３２】
この皮膜を形成する固体材料にフラックス成分を含有させることにより、電極へのフラックス塗布を省略することができ、あるいは皮膜を電極表面に形成する場合には、通常のフラックス塗布に代えて、フラックスを含有する固体材料の皮膜を形成すればよいので、工程数が増えることはない。また、この皮膜を水溶性とすることにより、リフロー加熱によりバンプを形成した後に、皮膜は水洗により少なくとも部分的に除去できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、添付図面に示す具体的態様に基づいて本発明を説明する。但し、以下の説明は例示にすぎず、本発明はこの具体的態様に制限されるものではない。当業者であれば、本発明の範囲内で各種の変更をなすことができよう。
【００３４】
図１は、本発明のボール転写用シートの１例を示す。ボール転写用シートは、金属ボール１を電子回路の電極パターンに対応する所定位置に保持したシート２からなる。図示のボール転写用シートでは、シート２は、下から順に、支持層４、粘着層５、ボール配列用の穴あき層６、電極と対向する表面を形成する離型層７からなる、多層構造の有孔シートである。電極と対向するシート表面が離型性を有する限り、他のシート構成をとることもできる。図示例では、低融点の固体材料からなる皮膜３が、シートの離型性の表面 (即ち、離型層７の表面) を、この表面から突出している金属ボール１の上から覆っている。
【００３５】
金属ボール１は、多層構造のシート２に形成された穴８の中に挿入されていて、その位置に保持されている。図示例では、穴８は有底穴であり、底面に粘着層５が露出しているため、底面が粘着性である。この粘着層５に金属ボール１が接触することにより、ボール１は穴８内に保持され、転写時にボール転写用シートを上下逆さまにしても、ボールが穴から脱出することはない。
【００３６】
図示例では、穴の壁面がシート面に垂直な方向に直立したストレート形状の穴であり、穴の深さはボール直径の半分（半径）にほぼ等しい。穴の深さをより小さくし、対応して穴の直径をより小さくすることもできる。その場合、穴の深さは、ボール直径の少なくとも１／３とすることが好ましい。穴の深さがそれより小さくなると、ボールの保持が不確実となることがある。穴の形状は、底面に向かって先細のテーパー形状としてもよい。
【００３７】
穴の深さは、ボール直径の半分より大きくすることもできる。その場合や、穴がテーパー形状である場合に、金属ボールが穴の壁面と接触する位置がシート表面 (穴の開口面) ではない時には、穴の側壁の少なくとも一部にも離型層を形成することが好ましい。この穴の側壁の離型層は、金属ボールと接触する位置の穴の側壁部分に離型層が存在するように形成することが好ましい。金属ボールと接触する穴の側壁部分に離型層があると、転写時にシートをボールから剥がす時の抵抗が少なくなる。
【００３８】
粘着層５は、加熱すると粘着性を失う熱剥離性の粘着層とすることもでき、それによりボールの転写はより確実となるが、シートの繰り返し使用はできなくなる。本発明では、粘着層が熱剥離性でなくても、離型層を上記のような適切な位置に存在させ、かつ電極に向ける側のシート表面を離型性にすることにより、金属ボールを確実に転写できる。  
【００３９】
穴８は、図示のように有底穴である必要はない。テーパー形状の穴であれば、底面がなくても、金属ボールは穴の中に一定の深さで保持することができるので、穴をシートの厚み方向に貫通した貫通穴とすることができる。その場合、図示例の底面の粘着層の代わりに、適当な粘着材料を穴の中に充填するか、或いは粘着層を、ボールが穴の壁面と接触する穴の中間高さに配置することにより、穴の中のボールをその位置に保持することができる。
【００４０】
穴の形状がいずれであっても、金属ボールは穴の内部に埋没するのではなく、穴に挿入したボールの頂部が穴の開口面から突出する (即ち、有底穴の場合は穴の深さをボール直径より大きくする) ことが好ましい。それにより、金属ボールを電子回路の電極上に転写する際に、ボールと電極との密着が確実になる。より好ましくは、金属ボールの直径の少なくとも５％、より好ましくは少なくとも50％が穴から突出するようにする。
【００４１】
図示した多層構造のシート２は、例えば、次のようにして作製することができる。
離型層がシート片面の表面だけに存在する場合には、片面に離型層を有するシート材料をまず用意する。離型層はシート材料の片面に離型剤を含有する離型処理液を塗布することにより形成することが簡便であるが、別に形成した離型層を接着剤または熱融着などによりシート材料の片面に接合することも可能である。こうして片面に離型層を形成したシート材料の電子回路の電極に対応する位置に、金属ボールを収容する大きさの貫通穴を穿孔して、穴あきシート (即ち、片面に離型層７を有する穴あき層６) を形成する。この穿孔は、パンチング加工、ドリル加工、放電加工、マスクを利用したフォトリソグラフィーなどの手段でも可能であるが、精度と生産性の点から、レーザー加工により行うことが好ましい。
【００４２】
離型層を穴の側壁にも形成する場合には、まずシート材料を上記のように穿孔して貫通穴を設けた後、得られた穴あきシートを、離型剤を含有する離型処理液に浸漬して、シートの片面または両面と貫通穴の壁面の少なくとも途中の深さまでに離型層を形成する。シート両面に離型層が形成された場合には、片面の離型層を適当な化学的または機械的手段で剥離しておくことが好ましい。
【００４３】
その後、この穴あきシートの離型層７とは反対側の表面に、粘着層５を介して支持シート４を接合して、穴あきシートの貫通穴を塞ぐと、図１に示した、底面に粘着層５が露出した有底穴８を有する多層構造シート２が得られる。離型層７と同様に、粘着層５も、支持シート４の片面に予め粘着剤を塗布することにより形成することが簡便であるが、別に用意した粘着層を貼りあわせてもよい。
【００４４】
支持シートの片面に粘着層を塗布または他の手段で接合した、各種の片面粘着シートが市販されているので、市販の粘着シートをその粘着層の粘着力により上記の穴あきシートに貼りあわせることにより、本発明で用いる多層構造のシート２を簡単に作製することができる。
【００４５】
この多層構造シート２の穴８への金属ボール１の挿入は、例えば、シート上に多数の金属ボールを載せた後、ソフトブラシ、ゴム、布、紙などで掃きならすことにより、容易に実施できる。穴に挿入された金属ボールは穴の底面の粘着層により穴の中に粘着保持され、本発明のボール転写用シートが得られる。その後、シートの全ての穴に金属ボールが挿入されたことを、適当な手段 (例、光学検査装置) により検査することができる。
【００４６】
上述したように、金属ボールは、Sn−Pb共晶はんだ、各種の鉛フリーはんだを含む多様なはんだ合金のボールでもよく、或いははんだ以外の金属のボールでもよい。はんだ以外の金属としては、銅、金、銀、およびそれらの金属間およびそれらの金属と他の金属との合金が挙げられる。金属ボールの直径は、形成すべきバンプのサイズ (大きさと厚み) に応じて選択すればよいが、通常は数十〜数百ミクロン程度である。
【００４７】
シートの各層の厚みは特に制限されない。支持シート４は微小な金属ボールの重みを支えることができればよく、通常は金属ボールの直径の１／４以上の厚みであればよい。離型層７は例えば、１μｍまたはそれ以下とごく薄くてもよい。粘着層も、粘着力を付与できれば薄くてよく、通常は５〜20μｍ程度である。穴あき層６の厚みは穴８の深さを規定するので、穴の深さに応じて決定する。穴の直径は、金属ボールが容易に挿入できるように選択する。図示例のように、穴の深さがボールの半径またはそれ以上であるストレート形状の穴の場合で、穴の直径は、金属ボールの直径より５〜15％程度大きくすることが好ましい。穴の直径のゆとりが大きすぎると、電極転写時のボールの位置ずれが起こり易くなる。穴のシート面に平行な方向の断面形状は通常は円形であるが、角型などの他の形状であってもよい。
【００４８】
上述したように、本発明のボール転写用シートは、ボールが溶融したり、あるいはボールと電極との間に金属間化合物が形成するような高温に加熱する必要がないので、耐熱性が要求されない。従って、穴あきシート６や支持シート４は耐熱シートとする必要はなく、汎用の各種のプラスチックシートから形成することができる。これらのシートの材料は典型的にはＰＥＴであるが、アクリル樹脂をはじめとする他の多様なプラスチックシートも使用可能である。
【００４９】
粘着剤は、上記のシート材料に応じて選択すればよい。例えば、アクリル系や酢酸ビニル系の粘着剤が使用可能である。
離型剤も周知の各種のものを使用できる。代表的な離型剤は、ポリシロキサンの基本骨格を持つシリコーン樹脂系またはフッ素樹脂系の離型剤であり、本発明でもそれらを使用することが好ましい。
【００５０】
本発明の好適態様においては、図１に示すように、金属ボール１を保持したボール転写用シートは、金属ボールの上からシートの離型性の表面を覆う皮膜３をさらに備えている。この皮膜３は、前述したように、比較的低温で溶融または軟化する固体材料からなる。即ち、室温では固体状であるが、好ましくは40〜250 ℃の温度に加温すると溶融または軟化する材料から構成される。この溶融または軟化温度は、より好ましくは50〜150 ℃である。皮膜３の作用は既に述べた通りである。この皮膜３は、塗布 (コーティング) により形成してもよく、あるいは予め形成されたフィルムをシートに被せることにより配置してもよい。塗布する場合、シート表面が離型性であるため、固体皮膜３を形成するための塗布液は主に金属ボールに付着してシート全体にコーティングされる。この離型性シート表面とボール上部に皮膜材料をコーティングする際に、塗布液が穴内に入りこまないように、塗布液の表面張力を適宜調整することが好ましい。
【００５１】
皮膜３の厚みは、ボール直径の好ましくは１／30〜１／３、より好ましくは１／20〜１／５の範囲とすることが好ましい。皮膜の材料は、軟化点または融点（以下「融点」という）の低い、室温で固体の樹脂、オリゴマー、ワックス、界面活性剤などから広く選ぶことができる。環境の観点から、後で水洗により除去できるように、水溶性である材料が好ましい。水溶性の皮膜材料の例としては、ポリエチレングリコールなどのポリアルキレングリコールとその誘導体、変性澱粉、ポリビニルブチラール、ポリビニールアルコール、セルロース誘導体、ポリビニルピロリドン、ゼラチン等を挙げることができる。
【００５２】
上述したように、皮膜３は、これがフラックス機能を発揮できるように、フラックス成分を含有することが好ましい。上に例示した水溶性の皮膜材料はいずれもフラックス性能に乏しいので、公知のフラックス成分、例えば、有機酸、アミン、ハロゲン化合物などから選んだ１種または２種以上を、皮膜材料に適宜添加して、皮膜にフラックス成分を含有させることができる。このフラックス成分は上記の皮膜材料より多量に使用することもできる。また、融点調整のために、グリセリン等の液状材料を皮膜材料に添加してもよい。これらの添加成分を含有させた場合、形成された皮膜が固体で、好ましくは40〜250 ℃の温度で溶融または軟化するように材料を選択すればよい。
【００５３】
本発明のボール転写用シートは、積み重ねて保管することができる。図示例では、粘着層５により金属ボール１が保持されていることと、ボール１を覆う皮膜３が存在するため、保管のためにシートを動かしても、シートからボールが脱落することはない。保管中のシート間の密着を防止するため、適当にスペーサーを配置するか、または表面が離型性のシートを間に挟んでもよい。あるいは、シートの電極に対向させない側の表面 (即ち、図示の支持シート４の下面) に離型性を付与してもよい。
【００５４】
本発明のボール転写用シートから金属ボールを電子回路の電極上に転写するには、まずシートの金属ボールが電子回路の対応する電極に向かい合うように、シートを電子回路上に位置決めして載置する。即ち、ボール転写用シートは図１に示す位置から上下逆向きにして電子回路上に載置される。
【００５５】
図示例では、金属ボール１はシートの粘着層５によって粘着保持されており、かつ皮膜３で覆われているので、ボール転写用シートを逆さまにしても、ボールがシートから脱落することはない。粘着保持がない場合のように、シートを逆さまにすると金属ボールが脱落する可能性がある場合には、図示の位置のボール転写用シートの上に、電子回路をその電極を下向きにして位置決めしながら載置し、必要であればクランプ等により固定した後、全体を上下反転させればよい。従って、図示のような粘着保持は必ずしも必要なく、穴にボールを挿入することでボールを所定位置に保持するだけでもよい。皮膜３がフラックス成分を含有している場合には、通常行われている、電子回路の電極へのフラックス塗布を省略することができる。
【００５６】
こうして電子回路の上に位置決めして載置されたボール転写用シートを、次いで適当な加熱手段により加圧下に加熱する。この加圧下での加熱は、ホットプレスのような加熱加圧装置を使用して行ってもよく、あるいはクランプ等で加圧力を加えながら適当な加熱炉 (リフロー炉でもよい) で加熱することによっても実施できる。加熱温度は、図示のように、ボール転写用シートの電極と相対する側の表面が比較的低融点の固体材料からなる皮膜３で被覆されている場合には、この皮膜を構成する固体材料の溶融または軟化に十分な温度とする。加圧力は、金属ボールが電極と確実に密着するように設定するが、図示のようにボールがシート面から突出している場合には、例えば５〜30 kgf程度で十分である。加熱時間は、皮膜３が完全に溶融または軟化すればよく、通常は10〜30秒程度で十分である。上述したように、加圧下での加熱とその後の冷却により、溶融または軟化した皮膜材料は金属ボールの周囲に押しやられて再固化し、金属ボールを電極上に密着保持する拘束材として機能する。本発明では、この加熱中に金属ボールがシートに設けた穴の中に保持されているため、横方向の移動がほとんど制限される。従って、加圧力が小さい場合や加圧力を負荷する前のボールの移動による位置ずれが起こらない。
【００５７】
ボール転写用シートが上記の皮膜３を有していない場合には、皮膜３と同様の低融点の固体材料からなる皮膜を、予め電子回路の電極表面の方に形成しておけばよい。その場合、皮膜はフラックス成分を含有することが望ましい。そうすれば、通常の電極へのフラックス塗布の代わりに、フラックス成分を含有する低融点固体皮膜を形成するための組成物をホットメルトさせて塗布・冷却するか、溶媒に溶解させて塗布・乾燥することにより、電極上に該皮膜を形成することができる。その後、この電子回路の上にボール転写用シートを位置決めして載置し (この場合もシート上に電子回路を載せて反転させてもよい) 、上記と同様に皮膜が溶融または軟化する温度で加圧下に加熱する。ボール転写用シートが皮膜３を有する場合でも、この方法 (即ち、電極への皮膜の形成) を採用することができる。その場合には、加熱温度を、電子回路の電極表面に形成した皮膜とボール転写用シートの皮膜の両方が溶融または軟化するような温度とする。
【００５８】
上記のように配置したシートと電子回路を加圧下で加熱した後、冷却して、上記の皮膜を固化させてから、シートを取り外す。シートの電極に対向する側の表面が離型性であるため、この離型性の表面で剥離が起こって、シートを容易に取り外すことができる。従って、上記の皮膜は電極表面に残る。金属ボールは、上記のようにボールの周囲で固化した皮膜材料により電極上に固定されているので、粘着剤があっても電極上に残り、電極に転写される。穴の側壁、特に金属ボールと接触する位置の穴の側壁が離型性であると、ボールの剥離抵抗はより小さくなる。取り外されたシートはリサイクルが可能である。即ち、このシートの穴に、再び、上記のようにして金属ボールを挿入し、場合によりその後に上記皮膜を形成して、本発明のボール転写用シートを作製することができる。
【００５９】
金属ボールが電極上に転写された電子回路は、常法に従ってリフロー炉などでボールが溶融する温度に加熱すると、電極上にバンプが形成される。上記皮膜が水溶性である場合には、最後に好ましくは温水で水洗して、皮膜の少なくとも一部を除去する。
【００６０】
当業者には周知のように、電子回路は、半導体チップまたはウェーハ、半導体パッケージ用回路基板、プリント配線板、或いは他の電子部品に形成された電子回路でよい。
【実施例】
【００６１】
(実施例１) 
図１に示した構成のボール転写用シートを作製した。
片面にシリコーン樹脂系の離型剤の塗布により約１μｍ厚みの離型層を予め形成しておいた膜厚50μｍのポリエチレンテレフタレート (ＰＥＴ) フィルムに、レーザー加工によって穴あけ加工を施した。穴あけ加工は、電子回路基板の電極パターンに対応して、直径110 μｍの穴を200 μｍピッチで1600個 (40個×40列) 形成した。このＰＥＴフィルムの離型性ではない方の表面に、アクリル系粘着剤の塗布により厚み10μｍの粘着層が片面に形成されている膜厚50μｍのＰＥＴフィルム (市販品) を、その粘着層を利用して貼りあわせることにより接合した。
【００６２】
こうして、図１に示す、下から厚み50μｍのＰＥＴ製支持シート４、厚み10μｍのアクリル系粘着層５、厚み50μｍのＰＥＴ製穴あきシート６、厚み約１μｍのシリコーン系離型層７からなる多層構造シート２が形成された。このシート２は、その離型性表面 (電極に対向させる側の表面) に開口した、直径110 μｍ、深さ約51μｍの有底穴８を電子回路の電極パターンに対応した配列で有しており、穴の底面は粘着層５の露出により粘着性であった。
【００６３】
この多層シートの開口面を上にして、その上に、直径100 μｍのSn-3.5Ag-0.5Cu (融点217 ℃) のはんだボールを多数置いて、ソフトブラシで掃きならすことにより、各穴に１個ずつのはんだボールを挿入した。図示のように、穴８に挿入された各はんだボール１は、穴の深さがボール直径の約半分 (より正確には、穴あきシートの厚みがボール直径の半分) であるため、離型層７の位置で穴の壁面と接触することになる。また、穴に挿入された各ボールは、穴の底面に露出した粘着層により粘着保持されるため、仮にシートを上下逆さまにしても、急激な振動を加えなければ、穴から脱落することはない。
【００６４】
その後、質量部で、軟化温度75℃のポリビニルブチラール樹脂50部、フラックス成分であるグリコール酸100 部、ノニオン系界面活性剤１部を含有する水溶液を、シートの離型性の表面に挿入されたボールの上から塗布し、乾燥して、膜厚約10μｍの皮膜３を形成した。この皮膜は常温では固体状であるが、150 ℃に加温すると完全に溶融し、常温まで冷却すると再び固体状になる。
【００６５】
上記方法で作製された図１に示す構造のボール転写用シートを、上下逆さまにして、対応するボールと電極が対向するように電子回路基板上に位置合せして載置した後、10 kgfの加圧下で150 ℃に20秒間加熱し、次いで室温まで放冷した。その後、基板からシートを剥がした。シートは簡単に剥がれ、全てのはんだボールがシートから基板の電極上に転写できた。電子回路基板へのフラックス塗布は行わなかった。
【００６６】
こうしてはんだボールが各電極上に転写された電子回路基板を、次いで270 ℃のリフロー炉に通すと、はんだボールは電極に融着し、各電極上にはんだバンプが形成された。その後、基板を50℃の温度で湯洗して、過剰な皮膜残渣を除去した。この基板を顕微鏡観察したところ、1600個の電極の全てに良好なはんだバンプが形成されていた。
【００６７】
(実施例２) 
実施例１で使用したのと同じ皮膜形成用の水溶液を、実施例１のようにボール転写用シートのボールの上から塗布するのではなく、基板の電極表面に塗布して、膜厚が約10μｍの皮膜を基板の電極表面に形成した点を除いて、実施例１と同様に、ボール転写用シートの作製、はんだボールの転写、リフロー加熱、湯洗を行った。従って、ボール転写用シートには皮膜３を形成しなかった。基板の1600個の電極の全てに良好なはんだバンプが形成されたことが確認できた。
【００６８】
(実施例３) 
離型層２が、シリコーン系離型剤に代えて、フッ素含有モノマーを櫛型グラフト重合させたフッ素系櫛型ポリマーをポリエステル樹脂中に５質量％含有させた樹脂液の塗布と乾燥により形成した厚み約１μｍの層であった点を除いて、実施例１と同様に、ボール転写用シートの作製、はんだボールの転写、リフロー加熱、湯洗を行った。皮膜３は、実施例１と同様に、ボール転写用シートに形成した。基板の1600個の電極の全てに良好なはんだバンプが形成されたことが確認できた。
【００６９】
（比較例１）
実施例１において、穴あき加工に使用したＰＥＴフィルムが離型処理をしていないものであった (即ち、多層シート２が離型層７を有していなかった) 点を除いて、実施例１と同様に、ボール転写用シートの作製とはんだボールの転写を行った。その結果、ボール転写の段階で、加圧下の加熱後に冷却して、シートを剥がした時に、約40％のボールが電極に転写されずに、シート側に残った。
【００７０】
（比較例２）
実施例１において、常温で固体状の皮膜３を形成する代わりに、一般的な液状の水溶性フラックスをボール転写用シートのボール上から塗布して、液状の皮膜を形成した。その後、実施例１と同様に電子回路基板の電極上にはんだボールを転写したところ、約10％のボールが電極に転写されずに、シート側に残った。この原因は、皮膜が液状であるため、シートを剥がした時に液の１部がシートに残り、ボール転写への抵抗が発生したためと、電極へのボールの固定が不十分であったためであると考えられる。また、この液状フラックスを、基板の電極表面に塗布しても、結果は同じであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明によるはんだボールが配列されたシート構成を示す一態様である。
【符号の説明】
【００７２】
１：金属 (はんだ) ボール、２：穴を有する多層シート、３：固体皮膜、４：支持シート、５：粘着層、６：穴あきシート、７：離型層、８：穴
【図１】
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