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Title:
WATER SOLUBLE PRESSURE SENSITIVE ADHESIVE FOR FINE SOLDER BALL REPLACEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/114711
Kind Code:
A1
Abstract:
[PROBLEMS] A solder ball mounter is used in mounting solder balls on a printed board. Fine solder balls having a particle diameter of not more than 0.2 mm have a small self-weight and, thus, upon the generation of static electricity, necessary solder balls are also disadvantageously dropped by air spraying or impact. Further, solder balls, which have been once dropped, have a small self-weight and are disadvantageously again deposited by generated static electricity to an adsorption head. [MEANS FOR SOLVING PROBLEMS] A process is used in which solder balls are placed in a bulk form on a mask such as a metal mask and are scraped out with a squeegee such as polyurethane to drop the solder balls through holes of the mask opened at the same position as an electrode in a module substrate to fix the balls with a pressure sensitive adhesive coated onto the module substrate, whereby redeposition of the solder balls onto the mask is avoided. The pressure sensitive adhesive used in this process has a molecular weight of not less than 200, a viscosity of not less than 5000 mPa s, and an adhesive strength of 50 to 300 gf. Suitable pressure sensitive adhesives are pressure sensitive adhesive materials selected from highly viscous liquid materials, i.e., ethylene oxide-polyoxyethylene copolymer nonionic active agents, ethylene oxide-propylene oxide condensation added ethylenediamines, or water soluble urethane oligomers, or systems produced by mixing water soluble resins, i.e., PVA ethylene oxide adducts, ether polymers, or vinylpyrrolidone-vinyl acetate copolymers, with a liquid material.

Inventors:
KURAMOTO TAKEO (JP)
TSURUTA KAICHI (JP)
HORI TAKASHI (JP)
SAITOH TAKEO (JP)
NOMOTO SHINICHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/054711
Publication Date:
September 25, 2008
Filing Date:
March 14, 2008
Export Citation:
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Assignee:
SENJU METAL INDUSTRY CO (JP)
KURAMOTO TAKEO (JP)
TSURUTA KAICHI (JP)
HORI TAKASHI (JP)
SAITOH TAKEO (JP)
NOMOTO SHINICHI (JP)
International Classes:
C09J171/02; C09J11/06; C09J129/00; C09J139/06; H01L23/12; H05K3/34
Domestic Patent References:
WO2007026410A12007-03-08
Foreign References:
JPH11297886A1999-10-29
JPH03268891A1991-11-29
JPH02104494A1990-04-17
JP2006245469A2006-09-14
JP2006148146A2006-06-08
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Claims:
沸点が200℃以上であり、分子量が200以上、粘度が5000mPa・s以上、粘着力が50~300gfであってエチレンオキサイドープロピレンオキサイド共重合体、エチレンオキサイドープロピレンオキサイド縮合付加エチレンジアミン、ウレタンオリゴマーから選択される高粘調液体物質から構成させていることを特徴とするはんだボール配置用水溶性粘着剤。
前記、高粘調液体物質が、エチレンオキサイド-プロピレンオキサイド共重合体、エチレンオキサイドープロピレンオキサイド縮合付加エチレンジアミン反応物であることを特徴とする請求項1に記載のはんだボール配置用水溶性粘着剤。
前記、高粘調液体物質が、水溶性ウレタンオリゴマーであることを特徴とする請求項1に記載のはんだボール配置用水溶性粘着剤。
PVAエチレンオキサイド付加物、ポリエーテル樹脂、ビニールピロリドンー酢酸ビニール共重合樹脂の水溶性樹脂から選択される1つ以上と、グリコール類、グリセリン類から選択される沸点が200℃以上の水溶性液状物質を樹脂:液状物質の質量比2:1~1:7の割合で混合し粘着力を50~300gfとした水溶性粘着剤。
前記、水溶性樹脂類が、PVAエチレンオキサイド付加物、ポリエーテルポリマー及びビニールピロリドン-酢酸ビニル共重合体であることを特徴とする請求項4に記載のはんだボール配置用水溶性粘着剤。
電極部以外をソルダレジストによってマスクしたプリント基板の電極にはんだボール配置用水溶性粘着剤を塗布した後、はんだ配置用マスクの開口部を電極部と一致させてプリント基板のレジスト上に載せ、スキージでプリント基板の電極と同位置、同一形状にはんだボールを掃くことによってはんだボールをプリント基板の電極上に配置させるプリント基板のはんだボールの配置方法。
Description:
[規則26に基づく差替え 31.03.2008] 微細はんだボール配置用水溶性粘 剤

 本発明は、モジュール基板などのプリン 基板にはんだバンプを形成するために用い れる微細なはんだボールを配置する配置方 およびそれに使用するはんだボール配置用 溶性粘着剤に関する。

 BGAやCSPのような多機能部品は、モジュー 基板と呼ばれる多機能部品用基板の裏面に 数の電極が設置されている。該多機能部品 プリント基板に実装する際は、はんだで接 する。一例として多機能部品を構成する基 の電極には予めはんだバンプを形成してお 、該はんだバンプをプリント基板上に印刷 たソルダペーストと位置合わせをし、リフ ー炉で加熱してはんだバンプを溶融させる とにより多機能部品とプリント基板のはん 付けを行っている。

 ところで多機能部品用のはんだバンプは モジュール基板上にはんだボールを使用し 作られるのが一般的である。直接モジュー 基板上にはんだボールを配置するときは、 んだボールをはんだボールマウンターと呼 れる装置を用いて基板上にはんだボールを 置させる。はんだボールマウンターによる んだボールの搭載方法は、特開平11-330123号 報(特許文献1)などで開示されているように 瓶のはんだボールを升状の収納容器に入れ 収納容器からはんだボールマウンターの吸 ヘッドに吸着させ、吸引を止めて基板上に 下させるというのが主な工程である。

 また、はんだボールシートと呼ばれるモジ ール基板の電極配置と同一の位置にはんだ 有したシートが用いられることもある。本 願人は、特開2004-80024号公報(特許文献2)の所 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から構成されている ことを特徴とするはんだボール配置シートを 開示している。

特開平11-330123号公報

特開2004-80024号公報

 はんだボールマウンターによるはんだボー の配置では、はんだボールが升状の収納容 上で転がされて吸引孔上に移動するため、 電気によるはんだボール同士の吸着が問題 なる。そのため特許文献1で開示されている ように、余分に付着したはんだボールにエア ーを吹き付けたり、吸着ヘッド自体に衝撃を 与えて不要なはんだボールを除去する方法が 行われている。ところが、はんだボールマウ ンターによるはんだボールの配置は、粒径が 0.3mm位までは問題なく使用できるが、0.2mm以 では、はんだボールの自重が軽いため静電 が発生すると、エアーの吹きつけや衝撃に って必要なはんだボールまで落下してしま 。さらに特許文献1に記載のように、フラッ スが塗布されたモジュール基板へのはんだ ールの配置は、吸着ヘッドの吸引孔に食い んだはんだボールを衝撃を与えることによ て落下させるのが一般的であるが、はんだ ールが0.2mm以下の微細なはんだボールでは 一回落下したはんだボールが自重が軽いた 発生した静電気によって、再度吸着ヘッド 付着してしまう。BGAやCSPなどのモジュール 板のはんだバンプを形成するために使用す はんだボールのサイズは微細化しており、 電気の問題は避けて通れなくなっている。
 本発明が解決しようとする課題は、モジュ ル基板のはんだバンプを形成するために、 電気を発生させないではんだボールを搭載 る搭載方法を提供する事である。

 本発明者らは、はんだボールの配置方法に いて鋭意研究した結果、静電気を発生させ いで0.2mm以下の微細なはんだボールをモジ ール基板上に配置させるには、従来のはん ボールマウンターでは不可能であること。 ルダペーストのように、マスク上に置かれ はんだボールをスキージでマスクの孔に入 込む方がはんだボールに発生する静電気が なく、効果的で有ること。この方法で、マ クの孔から落下したはんだボールを支持す 粘着剤が特定のものでなければ、再度マス に付着してしまうことを見出し本発明を本 明を完成させた。
本発明は基板電極パターンに対応して開口部 を形成したメタルマスクなどのマスクを位置 合せ後該マスク上にはんだボールをバルク状 に置き、ゴムスキージなどで掻き均して該開 口部にボールを落とし込みボールを配列させ その後にマスクを剥がして該電極状にボール を残す工法に際して該電極上にボール搭載前 に供給する仮固定用の粘着剤と粘着層形成方 法に関する。
200μmピッチ以下のような微細ピッチパターン には従来技術のはんだボールマウンター法は 前述のように無理であることが判っている。 一方微細ボールを直接基板に載せる要請が強 くあり、検討されている一般的な方法はボー ル搭載用フラックスをスクリーン印刷などの 手段によって電極部に供給した後、ボール配 列用マスクを基板と位置合せしてボールを配 列させて該フラックスと接し仮固定された後 、該マスクを剥がすとボールの一部がマスク に付着して基板にボール欠損部が発生しやす い。この原因は微細パターンではフラックス 印刷に際して位置ズレが避けられずフラック スの一部がレジスト上にかかるためマスクと そのフラックスが接触しその部分のボールが マスクに取られることになる。

本発明ではそのような現状を考え鋭意研究し た結果、フラックス供給方法を印刷法ではな く簡便でありながらも搭載性が優れる供給法 を見出すとともに効果的な粘着剤を見出し本 発明に到達した。

本発明に使用する粘着剤と特許文献2の粘着 の違いを下記に述べる。
本発明では粘着剤の上のはんだボールが溶融 して電極に濡れ広がる際にその粘着剤ははん だ濡れ性を妨げないことが重要であり更には 溶融後の水系洗浄が充分できる両方の性能を 備えている。一方特許文献2ではその粘着層 直接電極に接する構成でないため濡れ性は く考慮しなくてもよく転写に際してのフラ クスが濡れに直接関与する。次に本発明の 着層は水溶性であり且つ粘着力が50~300gfの粘 着剤であり架橋反応は全く行っていないため に洗浄性が本質的に大変優れている。一般の 粘着剤は凝集力を高めるため架橋反応を行っ ており水溶性を兼ね備えることは一般には困 難である。それを証明するために特許文献2 使用したウレタン系粘着剤を本発明に使用 た時の性能を参考例として示す。
 ウレタン系粘着剤は150℃1分間熱架橋後、室 温下3日間エージングして使用する。この粘 剤の粘着力は本発明粘着剤のタック力を決 て下回ってはいないが濡れ性および洗浄性 劣り本用途には使用できないことが判る。

 本発明は分子量が200以上、粘度が5000mPa・ s以上、粘着力が50~300gfであってエチレンオキ サイドープロピレンオキサイド共重合体、エ チレンオキサイドープロピレンオキサイド縮 合付加エチレンジアミン、ウレタンオリゴマ ーの一つから選択される水溶性高粘調液状物 質を粘着剤とする。更には他の粘着剤として PVAエチレンオキサイド付加物、ポリエーテル 樹脂、ビニールピロリドンー酢酸ビニール共 重合樹脂の水溶性樹脂1つと沸点が200℃以上 水溶性液状物質を樹脂:液状の質量比2:1~1:7の 割合で混合し粘着力を50~300gfとした水溶性粘 剤である。これらの粘着剤を微細はんだボ ル配列用の電極部に予め形成し該ボールを 固定する。粘着層の形成法は従来のスクリ ン印刷によるフラックス供給法と異なり該 着剤を溶媒に希釈し基板上に過剰に供給し ムスキージにより掻き均して窪みにある電 部に充填する。その後溶媒を乾燥炉中で揮 し粘着層が窪み内に形成できる。従来の印 法のフラックス供給の問題点は前に述べた 本発明による効果を説明する。本発明では 粘着剤を溶媒に溶解して基板上に過剰に供 しスキージし乾燥する工程であるが基板上 残存する粘着剤は乾燥後極めて微量であり ール配列時のマスクと接触しても実用上問 ないレベルにあることが基礎になっている つまり印刷法での位置ズレによる基板上の ラックス量の方が多いのである。

 本発明を用いることによって、はんだボ ルマウンターでは静電気の発生によってモ ュール基板上へのはんだボールの配置がで ない0.2mm以下の微細なはんだボールの使用 も、確実にモジュール基板上へのはんだボ ルの配置が可能で、本発明の粘着剤を使用 ることによって、静電気や粘着剤の粘着性 よってマスクに微細なはんだボールが付着 ることもない。

 本発明に使用する粘着剤は、熱による架橋 工程を経ずとも静電気が発生しやすい微細 はんだボールをモジュール基板上に固定で る粘着性が必要であり、また粘着剤の粘着 が強すぎるとマスクを剥がすときにモジュ ル基板から剥がれなくなり、マスクを剥が 時に強い力を加えるとはんだボールがマス と一緒に剥がれてしまうことがある。
 粘着剤の粘着力が粘着力50gf 以下であると ール固定が不安定になる。粘着力が300gfを えると強過ぎのため基板上に微量でも残存 た場合にマスクを剥がす時に支障が出る場 がある。そのため本発明の粘着剤の粘着力 、常温(25℃)で50~300gfあることが必要である より好ましくは、70~250gfである。本発明の粘 着剤であるエチレンオキサイド-プロピレン キサイド共重合体、エチレンオキサイド-プ ピレンオキサイド縮合付加エチレンジアミ 、水溶性ウレタンオリゴマーから選ばれる 溶性高粘調液状物質及びPVAエチレンオキサ ド付加物、エーテルポリマー、ビニールピ リドン-酢酸ビニル共重合体の水溶性樹脂が 液状物質であるグリコール類、グリセリン類 と質量比2:1~1:7の範囲に混合されて、JIS Z 328 4 付属書9の粘着性試験を行ったときに、50~30 0gfの良好値を示す。

 本発明の粘着剤を使用することで配置さ たプリント基板の電極上のはんだボールは プリント基板にスプレーや発泡などではん 付けフラックスが塗布され、リフロー加熱 れることによりはんだ付けされる。そのた 本発明の粘着剤は、特にはんだ付け性を有 る必要性は無いが、はんだ付け性を阻害し いことが必要である。一般的な粘着テープ 使用している粘着剤や同じウレタン系でも 許文献2に記載の架橋が必要なウレタン系固 着剤では、リフローはんだ付け時のはんだ付 け性を阻害してしまい、良好なはんだバンプ が形成できない。本発明の粘着剤であるエチ レンオキサイド-プロピレンオキサイド共重 体、エチレンオキサイド-プロピレンオキサ ド縮合付加エチレンジアミン、水溶性ウレ ンオリゴマー、PVAエチレンオキサイド付加 、カルボキシル基含有ポリマー、ビニール ロリドン-酢酸ビニル共重合体及びグリコー ル類、グリセンリン類は、すべて後工程での はんだ付け性を阻害しないで、良好なはんだ 付けを可能とする。

 本発明に使用する高粘調液状粘着剤は次の のが好適である。
1. エチレンオキサイドープロピレンオキサ ド共重合体
三洋化成工業製 ニューポール75H-90000(高粘調 、分子量15000)などが該当
2. エチレンオキサイドープロピレンオキサ ド縮合付加エチレンジアミン
 アデカ製 プルロニックTR-704(高粘調、分子 約300) などが該当
3. ウレタンオリゴマー
根上工業製 UN-1000(高粘調、分子量約12000) な どが該当
水溶性樹脂と沸点200℃以上の液状物質混合系 粘着剤の例は
4. PVAエチレンオキサイド付加物
日本合成化学製 ゴーセファイマーLW-100(水溶 性樹脂) などが該当
5. ポリエーテル樹脂
日本触媒製 PX3-EH1000N(水溶性樹脂) などが該
6. ビニールピロリドンー酢酸ビニール共重
ISP TECHNOLOGIES, INC. 社製 PVP/VA I-535(水溶性樹 脂) などが該当
7. グリコール類(液状)
ポリエチレングリコール#600(分子量約600、沸 約250℃)などが該当
8. グリセリン類(液状)
 グリセリン(分子量90、沸点290℃) などが該

 本発明の水溶性粘着剤を作製し、その粘着 を比較する。
 水溶性粘着剤の組成および試験結果を表1に 示す。

 水溶性粘着剤の作製方法は、次の通り。
 高粘調液状物質単独、水溶性樹脂と液状物 混合系のいずれの場合も水単独又は水ーア コール又は水可溶性溶剤混合溶媒中で攪拌 解することによって溶液を得ることができ 。水溶性ウレタンオリゴマーの例では水と ソプロピルアルコール1:1混合溶媒中に水溶 ウレタンオリゴマーを加え攪拌し粘着性溶 を得る。
 作製した水溶性粘着剤の粘着性をJIS Z 3284 付属書9の手順に従って、測定する。
測定装置として、レスカ社製タッキネス テ ター、スライドガラスの代わりに50×50mmの フピッチ銅板を用いた。測定結果を表1に示 。

 次に、本発明の水溶性粘着剤がはんだ付 を阻害しないか調べる。JIS Z 3284 付属書9 粘着性の試料調製方法と同様に、50×50mmの フピッチ銅に厚さ0.2mmで直径6.5mmの孔が開け れたメタルマスクを用いて、水溶性粘着剤 印刷する。水溶性粘着剤の中央にはんだ組 Sn-3.0Ag-0.5Cuで、直径0.3mmのはんだボールを置 き、千住金属製フラックスをスプレーで塗布 する。加熱方法およびはんだ広がりの測定方 法は、JIS Z 3197.8.3.1.1 はんだ広がり法に準 る。本発明では、ぬれ性を阻害しないこと 確認できればよいので、判定方法として、 がり率70%以上を○、広がり率70%未満を×と判 定した。

 最後に、本発明の水溶性粘着剤の水に対 る洗浄性を調べる。JIS Z 3284 付属書9の粘 性の試料調製方法と同様に、3×3mmのタフピ チ銅に厚さ0.2mmで直径6.5mmの孔が開けられた メタルマスクを用いて、水溶性粘着剤を印刷 する。20℃に調製した非イオン水中に1分間揺 動、浸漬する。完全に水溶性粘着剤が洗浄さ れているものを○。少しでも残渣が残ってい るものを×と判定した。

 次に、プリント基板のはんだボールの配 方法として、水溶性ウレタンオリゴマーの を示す。電極ピッチ150μmで電極数10000個を し、電極部開口径80μmで高さ20μmのソルダレ ストが塗布されたプリント基板を準備して 表1に記載の水溶性ウレタンオリゴマー組成 物をスプレーでプリント基板一面に塗布した 。その後ゴムブレードでプリント基板表面を 掻き落とした。これを観察するとソルダレジ スト表面には目視では殆ど目立たないが実体 顕微鏡下では若干の液滴が残っていた。電極 部には液状の粘着剤組成物が充填されていた 。その後このプリント基板を乾燥のため、150 ℃で2分間乾燥炉に入れ取り出し常温に戻し 。この基板を実体顕微鏡で観察するとソル レジスト表面には全く液滴は観察されなか たが、電極部には粘着物が充填されていた 該電子部品電極の位置に対応して作成した さ100μmで、開口径φ100μmの磁石に付くステン レススチール製マスクと、該プリント基板を 位置合せし、プリント基板裏に配置した電磁 式マグネットを作動させて密着させた。次い ではんだ組成が錫:銀:銅質量比率96.5:3.0:0.5で って、直径が70μmのはんだボールを穴数よ 過剰の量をマスク上に載せ、ブラシで移動 せて該マスク開口部に該はんだボールを100% 列した。その後、該マグネットの電源を切 、該マスクを水平に引き上げたところ、配 していた該ボールは該電極上に形成してい 粘着性組成物に固定され100%が搭載できた。 該マスク裏面には該粘着性組成物は一切付着 せず、同様な工程を繰り返しても問題なくボ ール搭載が確認出来た。次いで窒素雰囲気の リフロー炉中、ピーク温度設定270℃、7秒間 通過する温度プロファイルによって、該は だボールは該電極に濡れてはんだバンプが 成できた。従って電極上の粘着性組成物は んだぬれ性を阻害しないことが確認できた

 本発明の水溶性粘着剤は、そのまま粘着 としての使用の他に、水溶性フラックス成 と混合して粘着性フラックスとしても用い ことができる。その場合は、後からスプレ などでのフラックス塗布は不要となる。