(57)【要約】【課題】はんだボールを使用しボールを電極パターンに対応させシート内に配列する方法では、近年の電子機器の小型化により微細なサイズのはんだを使用したはんだバンプ形成用シートが要求されているが、はんだバンプ形成用シートは高価であり、また１回の使用で捨てられていた。本発明は何度も使用可能なはんだバンプ形成用シートを提案するものである。【解決手段】鉄系の金属からなる支持体上に電極配置パターンに対応した位置関係でレジストによって形成された開口部を有するはんだバンプ転写用シートを用いて、シートごと電着塗装の電着塗料中に浸漬、通電することにより、粘着被膜を得ることができる。粘着皮膜にはんだ粉末を付着させたシートから電極にはんだを熱転写させる。転写後の粘着被膜は、水系で洗浄することにより容易に剥離し、繰り返し使用できるはんだ転写シートを得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系の金属からなる支持体上に電極配置パターンに対応した位置関係でレジストによって形成された開口部を有するシートを電着塗料液中に浸漬、通電して、開口部の支持体上に粘着層を電着塗装で形成した後、開口部の粘着層上にはんだ粉末を配置したことを特徴とするはんだバンプ転写用シート。
【請求項２】
前記はんだバンプ転写用シートは、ガラス転位温度が−２０℃以下のアニオン電着塗料またはカチオン電着塗料に浸漬、通電して、開口部の支持体上に粘着層を電着塗装で形成した後、開口部の粘着層上にはんだ粉末を配置したことを特徴とする請求項１に記載のはんだバンプ形転写用シート。
【請求項３】
鉄系の金属からなる支持体上に電極配置パターンに対応した位置関係でレジストによって形成された開口部を有するシートを電着塗料液中に浸漬、通電して、開口部の支持体上に粘着層を電着塗装で形成した後、開口部の粘着層上にはんだ粉末を配置したことをはんだバンプ転写用シートを電子機器に加熱圧着を経て転写することよりはんだ付けする電子機器のはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品の電極上にはんだバンプを形成するためのはんだバンプ転写用シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
BGAやCSPのような多機能部品は、多機能部品用基板の裏面に多数の電極が設置されている。該多機能部品をプリント基板に実装する際は、はんだで接続する。一例として多機能部品を構成する基板の電極には予めはんだバンプを形成しておき、該はんだバンプをプリント基板上に印刷したソルダペーストと位置合わせをし、リフロー炉で加熱してはんだバンプを溶融させることにより多機能部品とプリント基板のはんだ付けを行っている。
【０００３】
ところで多機能部品の内部では、ウエハー素子と多機能部品用基板とが電気的に接続されている。この接続方法としてはワイヤーボンディング法とフェースダウン法がある。ワイヤーボンディング法とは、ベース基板上にウエハー素子を接着剤やはんだで固定した後、ウエハー素子の電極とベース基板の電極とを細い金線で接続するものである。このワイヤーボンディング法は、ウエハー素子の周囲だけに電極があるような場合は、ベース基板と金線で接続できるが、電極がウエハー素子全体に存在するような場合は金線での接続ができない。なぜならば周囲の電極を金線で接続してから中心部の電極を接続する場合、中心部を接続した金線は周囲の電極を接続した金線の上を通ってベース基板の電極に接続しなければならないため、周囲の金線と中心部の金線とが接触する恐れがあるからである。またワイヤーボンディング法は、高価な金を使用すること、そして金を数十μｍまでの細さに加工すること等から、材料費が非常に高価となるという問題がある。
【０００４】
フェースダウン法とは、前述多機能部品をプリント基板に実装する際と同様に、はんだバンプで導通を行う方法である。例えば、ウエハー素子の電極に予めはんだバンプを形成しておき、該はんだバンプとベース基板の電極とを一致させてから、加熱および加圧下ではんだバンプを溶融させることによりウエハー素子とベース基板とを電気的に接続する。このフェースダウン法では、ウエハー素子全体に電極が存在していてもワイヤーボンディングのように金線同士が接触するような心配が全くない。またバンプとなるはんだは、金線よりも安価であるばかりでなく、一度の処理で全てのウエハー素子の電極とベース基板の電極とを接続できるため生産性にも優れたものである。
【０００５】
フェースダウン法のはんだバンプを形成するために従来からシートやマスクを用いてはんだバンプを形成する方法が提案されていた。本出願人は、空気透過性を有する多孔質であるプラスチック又は金属からなる板上にマスクを配置し、マスクの凹部にはんだボールを配置するはんだボール配置法（特許文献１）や所定パターンで設けられた複数のはんだボール挿入孔を備えたマスクと、該挿入孔に収容されたはんだボールと、該挿入孔の中にはんだボールを保持する固着剤と、さらに必要により前記挿入孔へのはんだボールの入り側において前記マスクに張り付けた保護フィルムとから構成されているはんだボール配置シート（特許文献２）、有底穴の内部に粘着層が露呈していて、しかも有底穴の中にははんだボールが該粘着層で粘着保持されているはんだバンプ転写用シート（特許文献３）などの発明を開示している。
【特許文献１】特開２００３−２０４１４４号公報
【特許文献２】特開２００４−８００２４号公報
【特許文献３】特開２００４−１９３３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献1のはんだバンプ形成用シートでは、多孔質の板を通してはんだボールを減圧下吸着しているので、シートの減圧を停止するとはんだボールが脱落し易く、又多孔質の非吸引部が存在するためはんだボールの配置によってははんだボールの吸着力に差が発生し、欠陥がでるなどの問題があった。
特許文献２のはんだバンプ形成用シートでは、はんだボールのマスクへの配列は、多孔質台上で吸引下で行うと好都合であるが、その後固着剤塗布で多孔質台を汚染しやすく、生産性を低下させる欠点を有していた。また転写の際には固着剤の量が過多になると転写を阻害する欠点があった。
特許文献３のはんだバンプ形成用シートでは、有底穴内の粘着層によってはんだボールを固定するが、粘着層が有底穴の壁面に露呈しているものは粘着層加工の生産性が低く、且つ高価になり易い。有底穴の底面に粘着層が露呈しているものは熱サイクルが加わると粘着層の成分が熱分解するので、再利用が難しい。またシート使用後の粘着層を完全除去して再形成しようとしても除去が困難なので、再利用できずに一回使用すると廃棄するしかなかった。
【０００７】
各特許文献に記載のようにフェースダウン法のはんだバンプを形成するためには、はんだボールなどのはんだを紙、プラスチック、金属などにマスク加工したはんだボール形成用シートとして供給し、半導体などの電子部品の上に乗せてシート上からヒーターで熱及び圧を加えることにより、はんだボールなどのはんだが半導体などの電子部品に熱転写されてはんだバンプが得られる。尚、本発明のはんだバンプ転写シートとは、フェースダウン法のはんだバンプを形成するために使用するはんだの付着した紙、プラスチック、金属などからなるシートで、本発明でははんだ粉末が付着する以前のシートおよび転写後にはんだが転写されたシートに対しても便宜上用いることとする。
フェースダウン法によるはんだバンプの形成は、はんだ厚が正確にコントロールができ、ボール径が0.1mmレベルの微細なはんだバンプの形成が可能である。また、フェースダウン法によるはんだバンプの形成は、電子回路の中の一部分だけをモジュール化することにより、部分的なはんだバンプの形成が可能で、機種変更がし易く、現在の多品種少量生産に適している、などの利点を有しているが、コストが高くなることが難点である。つまり、はんだバンプを形成後の転写シートは固着剤、粘着剤が熱により変質してしまい、転写シート作成後は一回のみの使用しか耐えられない。そのため使用後のはんだバンプ転写シートは、廃棄されていた。本発明が解決しようとする課題は、フェースダウン法のはんだバンプを形成するために何回でも再利用可能なはんだ転写用シートおよびそれを用いたはんだ付け方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、はんだバンプ転写シート構成について鋭意研究した結果、転写の開口部の微細加工には写真現像型のレジストが適していること、転写シートの開口部にはんだ粉末が付着する粘着層をガラス転移点が低い水溶性電着塗料で形成すると、従来構成の有機系の固着剤や粘着剤と異なり水系で簡単に洗浄し再使用が出来ることを見出し本発明を完成させた。
本発明は、鉄系の金属からなる支持体上に電極配置パターンに対応した位置関係でレジストによって形成された開口部を有するシートを電着塗料液中に浸漬して、対極との間に通電させることにより開口部の支持体上に粘着層を電着塗装で形成した後、開口部の粘着層上にはんだ粉末を配置したことを特徴とするはんだバンプ形成用シートである。
【０００９】
電着塗装とは、被塗物を電着塗料と呼ばれる固形分が１０〜２０質量％前後の比較的低濃度の水溶性塗料中に浸漬させ、対極との間に直流電流を通じさせることにより、電気的に塗装する方法である。被塗物を陽極とするものをアニオン型電着塗装、被塗物を陰極とするものをカチオン型電着塗装と区別している。電着塗装に使用される電着塗料は、水溶液中で塗料粒子が正または負に帯電していることが必要で、アニオン電着塗料ならばカルボキシル基を持った樹脂、カチオン電着塗料ならばアミノ基を含んでいる樹脂が用いられており、その主体となる樹脂として、アニオン電着塗料ならばマレイン化油、ポリエステル、ポリブタジエン、アクリル樹脂など、カチオン電着塗料ならば、ポリアミノ樹脂を有機酸で中和した系や各種変性エポキシ樹脂系などが用いられている。電着塗料は、これらの主体となる樹脂の他、顔料、中和剤、溶剤、添加剤および多量の水からできている。本発明に用いられる電着塗料は、はんだ粉末を粘着、固定することが必要であるから、ガラス転移点が低い樹脂を用いる。本発明ではガラス転移点が−２０℃以下と低い樹脂を用いることにより、はんだ粉末を固定するに充分な粘着性を得ることができる。より好ましくはガラス転移点が−３０℃以下のものである。そのような条件を満たす樹脂として、分子量が５万〜３０万前後のアクリル共重合樹脂、アミノ樹脂などが挙げられる。本発明による電着塗料の有利な点は従来の電着塗料では電着塗装後、加熱処理が不可欠であるが本発明では必ずしも必要としないので生産性も向上する。
【００１０】
本発明の鉄系の支持体上に電極配置パターンに対応した位置関係で形成する開口部は、写真現像型のレジストにより形成される。レジストはその用途によって、エッチングレジスト、ソルダレジスト、文字インクなどの種類があり、その作業方法によりドライフィルムフォトレジスト、液状レジスト、電着レジストなどがあるが、本発明ではどれも使用可能である。本発明では鉄系の支持体上に電極配置パターンに対応した位置関係で形成する開口部を写真現像型のレジストにより形成された転写用の治具と呼ぶべきものを電着塗料中に浸漬、通電させるので、開口部を形成するレジストは耐薬品性が必要であり、開口部に形成された電着塗料の塗布膜上にはんだ粉末が配置されて転写シートと呼ばれるものとなり、そのまま加熱・加圧されるので、開口部を形成するレジストは、耐熱性も必要である。
本発明は、耐熱性および耐薬品性に優れている二液タイプのソルダレジストを用いることにより、電着塗装の電着塗料中でレジストが膨れて剥離したり、レジストに亀裂が入ったりすることもない。特により好ましくは、レジスト硬化皮膜のガラス転移温度が１００℃以上を示すソルダレジストが良好である。商品名を例示すると太陽インキ製造株式会社製「ＰＳＲ−４０００シリーズ」（ガラス転位温度は約１２０℃）が挙げられる。これらはアミン系の硬化剤タイプの二液性フォトレジストで、一液タイプに比較して塗膜硬度が硬く、金めっきに耐えられるなど耐薬品性も優れている。
【００１１】
本発明のはんだバンプ転写用シートは、そのまま電着塗装の電着塗料中に投入され、通電によりシートの開口部の部分にだけ電着塗料が塗布される。本発明のはんだバンプ転写シートの電着塗装方法は、シートを電着塗料中に懸架浸漬して通電する方法が一般的である。
一般的な電着塗装は、電着塗料の塗布を行った後に必ず加熱による硬化工程が行われる。しかし本発明では電着塗装の硬化工程は必ずしも必要ない。本発明のはんだボール転写シートを再利用するには、はんだの転写後にシートを水系洗浄して、電着塗料を除去する必要がある。つまり本発明のはんだバンプ転写シートは、一時的にはんだ粉末を固定できれば良いのであり、硬化工程で完全に電着塗料を硬化させてしまうと、再利用のとき電着塗料の除去に困難が生じる。
【００１２】
本発明のはんだバンプ転写用シートは、電着によって塗布した粘着層上にはんだ粉末を固定した後、被覆層が形成される。その後はんだバンプを形成する電極上に配置され、はんだバンプ転写用シートと電極を加熱圧着することによりはんだが電極に転写される。支持体の加熱圧着は、各種ヒーター類を使用しても良いし、熱風で加熱しても良い。本発明のはんだバンプ転写用シートは、電極へ熱転写を行う保存時間が短時間であれば、はんだ粉末が酸化することはないが、長期間保存する場合は、はんだ粉末上にポリエチレングリコールを主成分とする被覆層を形成すれば、長期間の保存が可能となる。ポリエチレングリコールを主成分とする被覆層とは、固形分がポリエチレングリコール９０質量％以上、他の固形分として非イオン活性剤などの成分を水やアルコールなどに溶解したものを指す。この被覆層形成には、スプレーなどでシート全面に塗布すれば良い。本発明のポリエチレングリコールを主成分とする塗布厚は、１〜１０μｍで良い。
本発明のはんだバンプ転写用シートは、鉄系の支持体を使用しているので熱の伝わりが良好で、またはんだに対してぬれ性が悪いので熱転写時に支持体にはんだがぬれて残ってしまうこともない。熱転写後のはんだバンプ転写用シートは、脱脂目的の洗浄で再度利用が可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を用いることで、熱転写後の該シートは使用後は廃棄されることもなく、フェースダウン法のはんだバンプを形成後、何回でも繰り返し使用することが可能になる。本発明によるはんだバンプ転写シートの使用により、はんだボールを使用しなくてもはんだ厚が正確にコントロールができ、はんだボールに換算して直径が0.1mmレベルの微細なはんだバンプの形成が可能である。電子回路の中の一部分だけをモジュール化することにより、部分的なはんだバンプの形成が可能で、機種変更がし易く、現在の多品種少量生産に適している、などの利点を有している。生産コストが高いために普及の阻害ともなっていた従来のフェースダウン法のはんだバンプを安価に製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のはんだバンプ転写用シートは、支持体上に直接レジスト加工により得た開口部に電着塗装により粘着部が形成されている。はんだバンプ転写用シートの開口部配置パターンは、電極配置パターンに対応して作製する。本発明のはんだバンプ転写用シートから得られるはんだバンプの高さは、はんだバンプ転写用シートの開口部に配置されたはんだ粉末の量、つまりは一層で付着される開口径面積で決まる。本発明のはんだバンプ転写シートのレジストの厚みは重要である。即ち、開口部内に付着したはんだ粉末が全て一体化しボール状となった時、電極と接触できることが転写への必要要件である。レジストの厚みが厚過ぎると接触できなくなって転写不良を招き、薄すぎるとブリッジを発生しやすくなる。本発明では、レジストインキをスプレー法又はカーテンコーター法で塗布することにより、支持体上に塗布するレジストの厚みを確保することができるため、はんだ厚が厚く要求されるはんだバンプにおいても対応可能である。
【実施例】
【００１５】
電極径７０μｍ、電極ピッチ１５０μｍ、縦横６０個の格子状に配列された合計３６００個の電極を有するワークに対して電極位置とピッチが対応したアートワーク開口径φ１３５μｍパターンを作製し、該パターンを用いて支持体厚さ１５０μｍのＳＵＳ３１６シートからなる耐熱性支持体（１）上にソルダーレジスト商品名「太陽インキ製造株式会社製ＰＳＲ−４０００ＳＣ０２」をカーテンコーターによって塗布し乾燥後、平行光露光装置を用いて露光し、現像を行い、最後に１５０℃３０分の後加熱処理を経て２５μｍのレジストパターン部（２）を得た。
該３６００個の開口部底部はステンレス面が露出し、レジストにはクラックはなかった。その後、該パターンシートに電圧８０Ｖ、通電時間５０秒のアニオン電着塗装を行って該開口部底部に重量分子量約５万、酸価５０、ガラス転移温度−３０℃のアクリル共重合樹脂粘着皮膜を厚さ７μｍの電着塗料部（３）を形成した。該樹脂表面は常温で粘着性があった。該樹脂表面に２６μｍから３５μｍに分級したSn-Ag-Cu組成のはんだ粉末（４）を全面に散布しブラシで異動させて付着させた後、過剰な粉末をエアーブローで取り去り、はんだバンプ転写用シートを得た。
【００１６】
はんだ粉末付着面の全体に下記に示す組成からなる溶液をスプレーし常温ではタックがない被覆層を厚さ約２μmで形成し、はんだバンプ転写用シートを得た。被覆層の役割ははんだ粉末の酸化防止と脱落防止である。次いでワークの電極面に市販の水溶性フラックスを約３μm厚さでスプレー塗布した。その後、該ワークと該シートを位置合わせ機能を有する転写装置にて位置合わせし、圧力設定３０Ｎ、温度設定２５０℃、時間1分間の条件で転写したところワーク電極数３６００個全てにはんだの転写ができた。次いでバンプ形状を丸くする為に窒素雰囲気下リフロー、更には洗浄の順に行いバンプ高さ５０μm、標準偏差１．５のはんだバンプが形成できた。
【００１７】
ポリエチレングリコールを主成分とする被覆層の配合
１．固形分
ポリエチレングリコール分子量約4000    ９５部
変性ポリビニールアルコール               ４部  
非イオン界面活性剤                       １部
２．溶剤分
水                                   ３００部
イソプロピルアルコール               １００部
【００１８】
次に再使用が出来る本発明の特徴を説明する。転写済の上記シートをｐH10〜11に調整したモノエタノールアミン水溶液４０℃中で洗浄したところ粘着層、被覆層およびフラックス残渣はきれいに溶解しパターンシートには何等変化はなかった。このシートを再び上述と同じ組成と同じ条件の電着塗料で電着を行った。電着以降の工程は上述と全く同じような条件で転写用シートを得、更に同条件でワークに転写したところ1回目と同様、良好なはんだバンプが形成され再使用が容易に出来ることが判った。
【００１９】
次に比較例として、実施例と同様な金属支持体のＳＵＳ３１６のシートに７μm厚さのガラス転移温度約−２０℃のアクリル系粘着層をコーティングによって得た。該粘着層上に実施例１と同じレジストパターンを定法によって得たところレジスト開口部は正常であったがレジスト面にクラックが無数発生した。該シートに実施例と同じはんだ粉末を付着し被覆層を設けはんだバンプ転写用シートを得て該ワークと位置合わせして同様に転写したところブリッジが１０ヶ所発生した。ブリッジの原因は、アクリル系粘着層がレジストを浸食してクラックが発生し、クラック部分から溶融したはんだが隣接した電極に移動して発生したことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電着塗装を行ったはんだバンプ転写用シートの断面図
【図２】電着塗装上にはんだ粉末を挿入したはんだバンプ転写用シートの断面図
【符号の説明】
【００２１】
１  耐熱性支持体  
２  レジストパターン部
３  電着塗料部
４  はんだ粉末
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明のはんだバンプ転写用シートは、ＢＧＡやＣＳＰのような半導体とプリント基板の接続に用いられるだけでなく、モジュール基板とメインボード基板との接続やＦＰＣとメインボード基板との接続用などに容易にはんだバンプが形成でき、かつ短時間ではんだ付けすることが可能であるため、熱に弱い電子部品のはんだ付けなどに応用可能である。
【図１】
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【図２】
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