(57)【要約】【課題】本発明は、電子部品等の被印刷体の一面に、半田ペーストやフラックス等の印刷材料を所定のパターンで印刷するスクリーン印刷方法において、上記所望の形状の印刷材料を被印刷体上に単純な構成により低コストで形成することができるスクリーン印刷方法を提供することを目的としている。【解決手段】本発明は、被印刷体の一面に所定のパターンで印刷材料を印刷するスクリーン印刷方法において、（１）前記パターンに対応する開口部を有したマスクと被印刷体とを位置合わせする位置合あわせ工程と、（２）位置合わせ工程の後に、マスクの開口部を通じて印刷材料を被印刷体の一面に印刷する印刷工程と、（３）印刷工程の後に、マスクを被印刷体から離版する離版工程と、（４）離版工程が完了し所定の時間が経過した後に、印刷材料が印刷された被印刷体の一面にマスクを圧着させる圧着工程とを有するスクリーン印刷方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被印刷体の一面に所定のパターンで印刷材料を印刷するスクリーン印刷方法において、
（１）前記パターンに対応する開口部を有したマスクと被印刷体とを位置合わせする位置合あわせ工程と、
（２）位置合わせ工程の後に、マスクの開口部を通じて印刷材料を被印刷体の一面に印刷する印刷工程と、
（３）印刷工程の後に、マスクを被印刷体から離版する離版工程と、
（４）離版工程が完了し所定の時間が経過した後に、印刷材料が印刷された被印刷体の一面にマスクを圧着させる圧着工程とを有するスクリーン印刷方法。
【請求項２】
前記位置合わせ工程において被印刷体の一面に対しマスクの一面を所定の間隙を形成する状態に位置合わせし、前記印刷工程においてマスクを押圧しつつ印刷材料を被印刷体の一面に印刷する請求項１に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項３】
前記位置合わせ工程において被印刷体の一面に対しマスクの一面が密着した状態に位置合わせし、前記離版工程において被印刷体に対し相対的にマスクを移動してマスクを被印刷体から離版する請求項１に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項４】
前記圧着工程において、マスクを押圧しマスクを被印刷体に圧着させる請求項１乃至３のいずれかに記載のスクリーン印刷方法。
【請求項５】
前記圧着工程において、マスクを引き寄せてマスクを被印刷体に圧着させる請求項１乃至３のいずれかに記載のスクリーン印刷方法。
【請求項６】
前記圧着工程において、更に印刷材料を印刷する請求項１乃至３のいずれかに記載のスクリーン印刷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷材料を被印刷体に印刷するスクリーン印刷方法に係り、特に半導体装置のウエハ又は電子素子が実装される回路基板等の電子部品に半田ペースト、フラックス等を印刷するのに好適なスクリーン印刷方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、ボール振込用マスクを用いて半田ボールをウエハに搭載する、いわゆるボール振込方式を用いた半田ボール搭載方法において、半田ボールを搭載する前にフラックスをウエハに印刷する技術に基づいて本発明の背景を説明するが、本発明は、以下の説明のみに限定されるものではない。
【０００３】
半田ボールを用いてウエハに半田バンプを形成する工法の一例として、半田バンプの形成パターンに対応した開口部を有するボール振込用マスクを使用しウエハの平板状電極等に半田ボールを搭載し、搭載された半田ボールをリフローして半田バンプを形成する工法がある。そして、半田ボールを平板状電極に搭載する前には、図６に示すように、半田ボールＢを仮固定し、リフロー時に半田ボール表面の酸化膜を還元し除去するためのフラックスｆが平板状電極ｐに塗布される。このフラックスｆをウエハＷに塗布する工程では、一般的に、スクリーン印刷法が採用されている。スクリーン印刷法では、印刷用マスクに形成された開口部を通してフラックスｆは平板状電極ｐに印刷される。
【０００４】
ここで、上記フラックスの印刷工程では次のような問題があった。図６（ａ）に示すように、印刷用マスクの開口部が小さく平板状電極ｐの表面を十分に覆いうる程度にフラックスｆが印刷されない場合、図６（ｂ）に示すように、その後のリフロー工程で半田が十分に濡れ広がらず半田バンプの接合不良が生じる。一方で、印刷用マスクの開口部を大きくし、図６（ｃ）に示すように、平板状電極ｐの表面をフラックスｆが十分に覆うことができるようにすると、図６（ｄ）に示すように、その後のボール振込用マスク９１１を用いた半田ボールＢの搭載のとき、フラックスｆがボール振込用マスク９１１の裏面や開口部９１３の内壁に付着する。ボール振込用マスク９１１に付着したフラックスｆは、ボール振込用マスク９１１のウエハＷからの離版性の悪化やエキストラボール等の発生の原因となる。
【０００５】
この問題を解消するためには、フラックスｆが平板状電極ｐの表面全体を覆いつつその体積は過剰とならないよう、例えば図６（ｅ）に示すように平板状電極ｐの外周部に対応する部分は薄肉部ｆ２で中央部では厚肉部ｆ１の略凸状の断面形状となるようフラックスｆを印刷できればよい。そして、かかる形状にフラックスｆを印刷可能なスクリーン印刷方法の一例が下記特許文献１に開示されている。
【０００６】
この特許文献１のスクリーン印刷方法は、前工程で印刷されたフラックスと略同一厚さのスペーサをウエハの上に該フラックスを避けて配置し、ウエハと印刷用マスクの間に該スペーサを介在させて前工程で印刷されたフラックスの上に更にフラックスを重ねて印刷するものである。かかるスクリーン印刷方法によれば、まず上記平板状電極ｐの表面全体にフラックスを薄く印刷して薄肉部ｆ２を形成し、次に平板状電極ｐの中央部にのみフラックスを重ねて印刷し厚肉部ｆ１を形成することにより、図６（ｅ）の断面形状を有するフラックスｆを平板状電極の上に設けることができる。
【０００７】
一方で、特許文献１のスクリーン印刷方法は２枚の印刷用マスクを使用するため、２枚の印刷用マスクの移動機構やアライメント機構等の装置構成が複雑になり、印刷工程において１枚のマスクの場合に比較し長い作業時間を要するという問題がある。また、微小な半田バンプを形成するため使用される半田ボールの直径は１００μｍ程度と非常に小さく、それに応じ要求される薄肉部ｆ２の厚みも数十μｍと薄いため、薄肉部ｆ２と同じ厚みのスペーサを製造することは技術的に非常に困難であり、加えて、２枚の印刷用マスクを重ね合わせたときそれぞれの開口部が一致するよう精度良く印刷用マスクを製造することは極めて困難であり、印刷用マスクが高コストとなるという工業生産上の問題がある。
【特許文献１】特開平７−２８５２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題を鑑みてなされたものであり、電子部品等の被印刷体の一面に、半田ペーストやフラックス等の印刷材料を所定のパターンで印刷するスクリーン印刷方法において、上記所望の形状の印刷材料を被印刷体上に単純な構成により低コストで形成することができるスクリーン印刷方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、被印刷体の一面に所定のパターンで印刷材料を印刷するスクリーン印刷方法において、（１）前記パターンに対応する開口部を有したマスクと被印刷体とを位置合わせする位置合あわせ工程と、（２）位置合わせ工程の後に、マスクの開口部を通じて印刷材料を被印刷体の一面に印刷する印刷工程と、（３）印刷工程の後に、マスクを被印刷体から離版する離版工程と、（４）離版工程が完了し所定の時間が経過した後に、印刷材料が印刷された被印刷体の一面にマスクを圧着させる圧着工程とを有するスクリーン印刷方法である。なお、「印刷材料」とは主に液状のものであり、ペースト状又はゲル状等の粘性のある印刷材料を含む。
【００１０】
かかるスクリーン印刷方法によれば、前記パターンに対応する開口部を有したマスクと被印刷体とを位置合わせし、その後、マスクの開口部を通じて印刷材料を被印刷体の一面に印刷することにより、被印刷体の一面には所定のパターンで印刷材料が印刷される。その印刷が終了した後にマスクを被印刷体から離版すると、それまで開口部の内壁により拘束されていた印刷材料は自由に変形可能な状態となるため、徐々に被印刷体の上で低背化しつつ末広がりに広がっていく。そして、マスクを離版させた後、所定の時間が経過し印刷材料が一定量広がったときに、被印刷体の一面にマスクを圧着させると、マスクの開口部の周囲の非開口部で印刷材料の外周部のみが押圧され更に押し広げられる。以上により、マスクの開口部に対応する部分には印刷材料の厚肉部が、その非開口部で押し広げられた部分には印刷材料の薄肉部が形成される。
【００１１】
上記位置合わせ工程において被印刷体の一面に対しマスクの一面を所定の間隙を形成する状態に位置合わせし、前記印刷工程においてマスクを押圧しつつ印刷材料を被印刷体の一面に印刷する構成とすることができる。かかる構成、具体的にはオフコンタクト印刷方式を採用することにより、印刷時に押圧されたマスクは所定の間隙を有する初期状態に復帰しようとするので、印刷材料が印刷された直後に被印刷体から離版する離版工程を行う。その結果、制御できない印刷材料のマスクの裏面側への滲みを抑制することができ、更に装置構成を簡便にすることができる。
【００１２】
上記位置合わせ工程において被印刷体の一面に対しマスクの一面が密着した状態に位置合わせし、前記離版工程において被印刷体に対し相対的にマスクを移動してマスクを被印刷体から離版する構成とすることができる。かかる構成、具体的にはコンタクト印刷方式を採用することにより、非常に高い印刷精度を実現することができる。
【００１３】
上記圧着工程において、マスクを押圧しマスクを被印刷体に圧着させる、又は、マスクを引き寄せてマスクを被印刷体に圧着させることが好ましい。かかる構成とすることにより、印刷材料が印刷された被印刷体の一面にマスクを確実に圧着させることができる。なお、マスクは、その全面を被印刷体に一度に圧着させることができ、また、部分的に例えばその一端から多端に向かい圧着させることもできる。さらにまた、厚肉部における印刷材料の体積を増加させるためには、上記圧着工程において、更に印刷材料を印刷することが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の態様であるスクリーン印刷方法によれば、印刷材料を印刷した後にマスクを被印刷体から離版させ、所定の時間が経過した後に被印刷体の一面にマスクを圧着させることにより、マスク離版後に自由変形で広がった印刷材料の外周部をマスクの非開口部で押し広げることで印刷材料の厚肉部と薄肉部とを被印刷体上に形成することができる。したがって、マスクが１枚という単純な構成で、しかも作業時間を増加させることなく低コストで厚肉部と薄肉部とを有する印刷材料を被印刷体上に形成することができるスクリーン印刷方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明について、その実施態様に基づき図１〜５を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るスクリーン印刷装置１の概略構成を示す斜視図、図３は図１のスクリーン印刷装置の拡大断面図及び平面図、図４、５は図１のスクリーン印刷装置の動作を説明する図である。なお、以下説明する態様のスクリーン印刷装置で対象とする被印刷体は、図２に示す所定パターンで配列された平板状電極ｐに直径が８０〜１５０μｍ程度の半田ボールＢが搭載されるウエハＷであり、印刷材料であるペースト状のフラックスを平板状電極ｐに印刷するものである。
【００１６】
［マスク］
本態様のスクリーン印刷装置１において符号１１１は弾性を有する平板状のマスクである。マスク１１１は四方から支持部１１２に張設されている。なお、マスク１１１は、弾性を有する部材を介して支持部１１２に張設してもよい。マスク１１１には、上記ウエハＷの平板状電極ｐの配列パターンに対応する複数の開口部１１３が形成されている。また、マスク１１１は、フラックスｆが充填される複数の開口部１１３を含む印刷領域１１４と、平板状電極ｐが配列されたウエハＷの上面（一面）に対し所定の位置関係にて位置合わせされる裏面（一面）１１５とを有している。マスク１１１は磁性ステンレス鋼で構成されており、その厚みは３０μｍ程度である。なお、マスク１１１の厚みは半田ボールの大きさや平板状電極ｐの大きさ等を考慮し適宜設定される。開口部１１３は、例えばレーザ加工やエッチング加工、精密電気鋳造法など周知の加工方法で形成することができる。
【００１７】
ここで、スクリーン印刷装置１はオフコンタクト方式を採用しているので、図３（ａ）に示すように、マスク１１１は、ウエハＷの上面に対し裏面１１５が所定の間隙すなわちスナップオフＧを有するように位置合わせされている。なお、図１における符号１５は上記ウエハＷを載置する平板状のテーブルである。このテーブル１５にウエハＷを真空吸着する真空吸着手段等を組込めば、載置されたウエハＷはテーブル１５に吸着され固定されるので好ましい。
【００１８】
［供給手段］
符号１２は、本態様の供給手段であるプラスティック系やゴム系の材料から成る平板状のスキージである。スキージ１２は、ウエハＷに対して位置合わせされたマスク１１１の上面に、その下端が当接して印刷領域１１４を下方に加圧するように配設されている。また、スキージ１２は、印刷領域１１４を包含可能な大きさを有している。スキージ１２は、図１において矢示するように、マスク１１１の一端から他端に向かい水平に移動可能な水平移動手段１４に取付けられており、マスク１１１の上面に供給されたフラックスｆを印刷領域１１４に供給し、押圧し、開口部１１３に充填する。なお、スキージ１２は、不図示の傾斜角設定手段によりマスク１１１に対する傾斜角θが設定可能になっており、例えば使用するフラックスｆの特性やスキージ１２が移動する方向により傾斜角θを設定することができる。
【００１９】
上記構成のスクリーン印刷装置１の動作について図４、５を参照し説明する。
【００２０】
［位置あわせ工程］
図４（ａ）に示すように、テーブル１５（不図示）の所定位置にウエハＷを載置し、ウエハＷの上面とマスク１１１の裏面１１５との間に所定のスナップオフＧが形成されるようマスク１１１を位置合わせする。
【００２１】
［印刷工程］
図４（ｂ）に示すように、マスク１１１の上面にフラックスｆを供給し、マスク１１１の右端（一端）にスキージ１２の下端を当接しマスク１１１をウエハＷに押し付けながらフラックスｆを加圧する。マスク１１１は弾性を有するので、スキージ１２が当接している部分が下方に湾曲し、当該部分がウエハＷの上面に接触する。
【００２２】
次いで、図４（ｃ）に示すように、マスク１１１の右端から左端（他端）に向かって水平移動手段１４でスキージ１２を移動させる。移動にともない、スキージ１２はフラックスｆを印刷領域１１４に塗り広げていき、印刷領域１１４の開口部１１３にフラックスｆを充填し、押圧して平板状電極ｐの上にフラックスｆを印刷する。
【００２３】
［離版工程］
フラックスｆが開口部１１３に充填された直後のマスク１１１は、その弾性によりスナップオフＧを有する初期の状態に復元するので、図４（ｄ）に示すように、マスク１１１はウエハＷから離版する。ここで、マスク１１１が離版すると、それまで開口部１１３の内壁で拘束されていたフラックスｆは自由に変形可能な状態となる。そのため、図４（ｅ）に示すように、重力によりフラックスｆは低背化しつつ徐々に広がっていく。
【００２４】
［圧着工程］
次いで、離版工程が完了した後所定の時間が経過し、フラックスｆの広がりが所定の大きさに達したとき、具体的には平面的に開口部１１３より大きく平板状電極ｐよりも小さい大きさとなったとき、傾斜角設定手段によりスキージ１２の傾斜角θを変更し、図５（ａ）に示すように、スキージ１２の下端部でマスク１１１を押圧し、図５（ｂ）に示すように、その状態でマスク１１１の左端から右端に向かってスキージ１２を水平移動させる。マスク１１１は弾性を有するので、図５（ｄ）に示すように、スキージ１２が当接している部分が下方に湾曲し、当該部分がウエハＷの上面に圧着する。
【００２５】
ここで、フラックスｆは上記の大きさとなっているので、広がったフラックスｆの外周部は開口部１１３の周囲の非開口部で押圧され更に押し広げられる。そして、図５（ｅ）に示すように、開口部１１３に対応する部分には厚肉部ｆ１が、その非開口部で押し広げられた部分には薄肉部ｆ２が形成される。このようにスクリーン印刷装置１は、１枚のマスク１１１のみで構成されているが、厚肉部ｆ１及び薄肉部ｆ２を有するフラックスｆを平板状電極ｐに形成することができる。なお、フラックスｆの粘度が低く、マスク１１１の離版後のフラックスｆの自由変形が比較的早く進む場合には、マスク離版の完了からマスク圧着の開始までを短時間で行う必要がある。この場合には、例えば上記スキージ１２の後方にスキージ１２と同期して移動する圧着用のスキージを設け、両スキージの間の距離を適宜設定することにより対応することができる。また、図５（ｃ）に示すように、上記印刷工程と同様に圧着工程においても、更にフラックスｆを印刷しフラックスｆを開口部するようにすれば、図５（ｆ）に示すように、印刷されたフラックスｆの厚肉部ｆ１の体積を大きくすることができる。その結果、溶融した半田の平板状電極ｐに対する濡れ性をより向上でき、半田バンプと平板状電極ｐとの界面の接合性をより担保することができる。
【００２６】
上記スクリーン印刷装置１はオフコンタクト方式のスクリーン印刷装置であったが、本発明はコンタクト方式のスクリーン印刷装置で実施することが可能である。コンタクト方式のスクリーン印刷装置の場合、マスクはウエハに密着した状態で位置あわせされる構成であるので、上記離版工程において、ウエハから相対的にマスクを移動し分離することにより離版させるとよい。
【００２７】
また、上記スクリーン印刷装置１では、スキージ１２で押圧することによりマスク１１１をウエハＷに圧着する構成としたが、例えば真空圧又は磁力によりウエハ側に引き寄せてマスクをウエハに圧着させる構成としてもよい。なお、磁力でマスクを引き寄せる場合には、マスクは軟磁性を有するよう例えば磁性ステンレスやニッケル等の軟磁性材を含み構成する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施態様のスクリーン印刷装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のスクリーン印刷装置で対象とするウエハの斜視図である。
【図３】図１のスクリーン印刷装置の拡大断面図、平面図である。
【図４】図１のスクリーン印刷装置の動作を説明する第１の図である。
【図５】図１のスクリーン印刷装置の動作を説明する第２の図である。
【図６】従来技術の問題を説明する図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    ：スクリーン印刷装置
１１１：マスク
１１２：支持部
１１３：開口部
１１４：印刷領域
１１５：裏面
１２  ：スキージ
１４  ：水平移動手段
１５  ：テーブル
Ｇ    ：スナップオフ
Ｗ    ：ウエハ
ｐ    ：平板状電極
ｆ    ：フラックス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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