JP2025160098A - 回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法を提供する。
【解決手段】表面に分布した複数の半田点を覆うフラックスが設けられた回路基板を準備するステップと、回路基板を作業領域内に送り、光学撮影レンズを用いて回路基板を撮影し、演算後に位置情報を出力する光学位置合わせ作業を行うステップと、レーザー発振器を用いてレーザー光線を発生させ、位置情報に基づいて複数の半田点の周囲の余分なフラックスを除去し、半田点の天面に分布したフラックスのみを残すレーザークリーニング作業を行うステップと、回路基板が良品又は不良品であるかを判定するための自動光学検査作業を行うステップを含み、これにより回路基板上の複数の半田点の天面に、分布領域が同じフラックスを形成し、後続の半田付け品質を向上させ、かつ後の工程でリフロー炉を介し、残ったフラックスがあれば完全に除去でき、回路基板の余分なフラックスを洗浄する工程を省く。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板上にフラックスを形成する技術分野に関し、特に回路基板にフラックスの分布位置を正確に調整する方法に関する。

半田付けで使用されるフラックスの作用原理は、フラックス成分が化学方式で被半田付け物と接合物との間の接合面の金属表面酸化物を除去し、被半田付け物と接合物との間の金属インターフェイスに半田を密着させて固定できるように湿潤延伸することにより、強固な接合物を得る。

半導体プロセスにおいて、後続の半田付け作業を円滑に進めるために、ある回路基板には半田バンプ(solder bump)を形成する技術を採用する必要があり、この技術は、予め回路基板の複数の半田点にフラックスを塗布し、半田ボールと呼ばれる球状の半田を使用して、フラックスが塗布された半田点に半田ボールを積載し、リフロー炉を介して加熱し、最終的に回路基板の半田点に突起した半田バンプを形成する。

そして、近年の電子部品のサイズは縮小するにつれて、回路基板の配線パターンが微細化し、形成される半田バンプの間の間隔が狭くなり、それに応じてサイズがより小さく、間隔がより狭い半田バンプも必要となり、この目的を達成するために、前期に回路基板の表面にフラックスを形成する時に、各半田点の位置におけるフラックスの分布領域をより正確でなければならない。しかしながら、半田点の間隔とサイズが縮小するにつれて、フラックスはインクジェット方式又はシルクスクリーン印刷で回路基板表面に形成される際に、拡散又は分布領域が大きすぎるという問題があり。これに対し、本発明者は加工方法を提案し、作業中に余分なフラックスを効果的に除去し、フラックスを回路基板の半田点が位置する領域内のみに分布させ、後続で半田バンプを正確に形成することを円滑に進める。

本発明の主な目的は、回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法を提供し、回路基板上にフラックスが形成した後、光学的な位置合わせ及びレーザークリーニング作業を利用して、回路基板上の半田点の周囲の余分なフラックスを除去し、かつレーザークリーニングを使用して作業領域を正確に制御できるため、最終的にフラックスを対応する半田点のみに分布させ、従来のフラックスが拡散しやすく、分布領域が大きすぎるという問題を克服し、それによって後続のパッケージ作業に必要な精度を満たす。

上記目的を達成するために、本発明は以下の技術的解決手段を採用する。

本発明は、回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法であって、表面に分布した複数の半田点を覆うフラックスが設けられた前記回路基板を用意するステップと、前記回路基板を作業領域内に送り、光学撮影レンズを用いて前記回路基板を撮影し、演算後に位置情報を出力する光学位置合わせ作業を行うステップと、レーザー発振器を用いてレーザー光線を発生させ、前記位置情報に基づいて複数の前記半田点の周囲の余分な前記フラックスを除去し、前記半田点の天面に分布した前記フラックスのみを残すレーザークリーニング作業を行うステップと、前記回路基板が良品又は不良品であるかを判定するための自動光学検査作業を行うステップと、を含む。

好ましい実施形態の１つとして、回路基板を用意する際に、前記回路基板上の前記フラックスが位置する領域は、同時に複数の前記半田点を覆う。

好ましい実施形態の１つとして、回路基板を用意する際に、前記回路基板上の各前記半田点には前記フラックスを１層覆って、前記フラックスの被覆面積は、前記半田点の面積よりも大きい。

好ましい実施形態の１つとして、インクジェット方式で前記回路基板上に前記フラックスを形成する。

好ましい実施形態の１つとして、前記半田点における前記フラックスの厚さは１～１００μmである。

好ましい実施形態の１つとして、前記半田点における前記フラックスの厚さは２～５０μmである。

好ましい実施形態の１つとして、前記半田点の形状は円形であり、円形の直径は１～１０００μmである

好ましい実施形態の１つとして、前記半田点の形状は方形であり、方形のいずれかの辺の長さは１～１０００μmである。

好ましい実施形態の１つとして、隣接する前記半田点の間の間隔は２０～１００μmである。

好ましい実施形態の１つとして、印刷方式で前記回路基板上に前記フラックスを形成する。

従来技術と比べて、本発明が使用する方法は、回路基板上にフラックスの分布位置を正確に調整することができ、かつ半田点の間隔及びサイズが小さくなる場合に、フラックスを対応する半田点の天面のみに分布させる目的を満たすことができ、最終的に回路基板上に半田バンプ(solder bump)を形成する加工作業を行うことを円滑に進める。また、本発明の方法を用いてレーザークリーニングを行った後、回路基板に残ったフラックスは極めて少量であり、その後、後の工程においてリフロー炉を介して、残ったフラックスは完全に除去され、回路基板の表面の余分なフラックスを洗浄する工程を省き、生産の流れを簡略して洗浄コストを削減することもできる。

本発明のフローチャートである。 本発明の回路にフラックスを形成する模式図である。 本発明の回路基板に光学位置合わせ作業を行う模式図である。 本発明の回路基板にレーザークリーニング作業を行う模式図である。 本発明の回路基板に自動光学検査作業を行う模式図である。 本発明の回路基板にインクジェット方式でフラックスを形成する部分拡大図である。

以下に具体的な実施例と図面を組み合わせて、本発明の技術的解決手段を明確にかつ十分に説明する。説明すべきことは、部品が他の部品に「取り付ける又は固定する」と呼ばれる場合は、他の部品に直接に位置されると理解しても良く、また、さらに介在する部品があると理解しても良い。部品が他の部品に「接続」されていると考えられる場合は、他の部品に直接に接続されると理解しても良く、また、これらに介在する部品があると理解しても良い。

図示された実施例において、方向の表現である上、下、左、右、前、後などは相対的であり、本願における異なる部品の構造と運動が相対的であることを説明するために使用されている。部品が図に示す位置にある場合、これらの表現は適切である。しかし、部品の位置説明が変更すると、これらの表現もそれに応じて変化すると考えられる。

特に定義がない限り、本説明書で使用されるすべての技術と科学技術用語は、本発明の技術分野における当業者が一般的に理解するものと同じ意味である。本説明書で使用される技術用語は、本発明を制限するものではなく、具体的な実施例を説明するための目的である。本明細書において使用される技術用語「及び/又は」は、１つ又は複数の挙げられた関連項目の任意及びすべての組み合わせを含む。

本発明は、回路基板上のフラックスの分布位置を調整する方法であり、最終的な目的は、回路基板上の各半田点の天面に正確にフラックスを１層形成し、その後半田バンプ(ｓｏｌｄｅｒ ｂｕｍｐ)を形成する加工作業を行える。この半田バンプを形成する技術は、フラックスが存在する半田点に半田ボールを積載し、リフロー炉を介して加熱してから、最終的に回路基板の半田点に半田バンプを形成することであり、この部分は本発明の重点ではないので、これ以上述べない。

図１に示すように、本発明に係る回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法のフロー図であり、以下のステップを含む。

ステップ１０１:回路基板を用意し、回路基板の表面に複数の半田点が分布し、回路基板上に半田点を覆うフラックスが設けられる。

ステップ１０２:光学位置合わせ作業を行い、回路基板を作業領域内に送り、光学撮影レンズを用いて回路基板を撮影し、演算後に位置情報を出力する。

ステップ１０３:レーザークリーニング作業を行い、レーザー発振器を用いてレーザー光線を発生させ、位置情報に基づいて複数の半田点の周囲の余分なフラックスを除去し、前記半田点の天面に分布した前記フラックスのみを残す。

ステップ１０４:回路基板が良品又は不良品であるかを判定するための自動光学検査作業を行う。

次に、図２～図５を参照して、本発明の各ステップについて詳細に説明する。

図２に示すように、本発明で使用される回路基板１０には、複数の半田点１１が分布しており、本実施例において回路基板１０は、表面実装技術(Surface Mount Technology，ＳＭＴ)に応用され、この技術はピンのない又は短リードの電子部品を用いて、電子部品を回路基板１０に直接取り付けるため、回路基板１０には、対応する電子部品に応じて数の多い半田点１１が分布しており、本実施例では各半田点１１の間の間隔が、２０～１００μmのみであるため、数が多くてかなり密集している。半田点の形状は、円形又は方形である。円形であれば、その直径が１～１０００μm、方形であれば、そのいずれかの辺の長さが１～１０００μmである。ステップ１０１では、図２に示すように、本実施例においてインクジェット設備３０を用いてインクジェット方式で回路基板１０の表面にフラックス２０を１層形成する。図２において、フィラっクス２０に覆われた半田点１１は破線で示され、覆われていない半田点１１は実線で示されるが、インクジェット作業が完了すると、フラックス２０はすべての半田点１１を覆う。

図３に示すように、ステップ１０２では、本発明は光学撮影レンズ４０を用いて回路基板１０を撮影し、回路基板１０上のアライメント線又はアライメント記号(図に示されない)に基づいて撮影画像の割合を調整して、回路基板１０の作業エリア内の座標情報を取得する。また、座標情報を取得すると同時に、データベースに接続して回路基板１０上の複数の半田点１１の分布位置を取得し、最後に前記情報をまとめて演算補正した後に位置情報を取得し、この位置情報は、後続のレーザー発振器５０の操作根拠として使用される。もちろん、光学撮影レンズ４０は、回路基板１０を撮影している際に識別コード(例えばＱＲコード)を取得することもでき、識別コードからデータベースを経て回路基板１０の各データを取得し、かつ演算過程においても同時に検証して、今回加工された製品であるかどうかを確認し、加工ミスの発生を減らすことができる。

図４に示すように、ステップ１０３では、本発明に用いられるレーザー発振器５０はレーザー光線５１を発生し、レーザー光線５１の波長が３５５nmであり、パワーが５ｗであり、パルスエネルギーが１００μJであり、周波数が２０～２００KHzであり、速度が１～５０００(mm/sec)であり。レーザー発振器５０は、取得された位置情報に基づいてレーザー光線５１で半田点１１の周囲の余分なフラックス２０を除去し、さらにフラックス２０を半田点１１のみに残して、図に右側の半田点１１には、フラックス２０がすでに存在するため、線が太線で示し、本実施例においてフラックス２０の厚さが１～１００μmであり、最適な厚さが２～５０μmであることが好ましい。

図５に示すように、ステップ１０４では、本発明は自動光学検査(Automated Optical Inspection，略称ＡＯＩ)を用いて品質管理を行い、メーカーが必要に応じて適切な自動光学検査装置６０(図にブロックのみで簡単に示す)を選択することができ、回路基板１０を検査する。自動光学検査装置６０は、高速高精度の光学映像検出システムを備え、機械視覚を検出標準技術としてフラックス２０の厚さ、分布位置、及び半田点１１にフラックス２０が分布しているかどうかなどを測定する。各半田点１１の天面にすべてフラックス２０が存在する場合、回路基板１０を良品と判定し、一部の半田点にはフラックス２０が存在しない又は分布面積が少なすぎる場合、不良品と判定し、不良品は回収して洗浄した後に再加工することができ、良品は収集した後、次の加工作業へ進む。

以上の通り、本発明の回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法は、光学位置合わせ及びレーザークリーニング作業を利用して、回路基板１０上の半田点１１の周囲の余分なフラックス２０をレーザー光線５１で除去する。また、インクジェット方式で回路基板１０上にフラックス２０を１層形成するため、厚さが比較的薄いフラックス２０を形成することができ、レーザー光線５１を使用する際に余分なフラックス２０を効果的かつ確実に除去することができ、かつ除去領域を正確に制御することができ、最終的にフラックス２０を半田点１１の天面のみに分布させ、現在の半田点１１のサイズ及び間隔が縮小するとフラックス２０の分布位置を正確に制御することができない難題を解決する。これにより、後続で半田点１１上に半田バンプを形成する加工作業を円滑に進める。

上記ステップ１０１では、本発明はインクジェット方式で回路基板１０の表面にフラックス２０を１層形成するが、これに限定されるものではなく、印刷方式で回路基板１０にフラックス２０を１層形成することもできる。本実施例では、鋼板のシルクスクリーン印刷(シルク印刷)方式を採用してフラックス２０を回路基板１０に形成する。

また、インクジェット方式を採用しフラックス２０を形成する場合、インクジェット方式はインクジェット領域を正確に制御できるため、図６に示すように、インクジェット方式でフラックス２０の各分布領域２１が各半田点１１の位置する領域に対応する。本実施はサイズの微小な表面実装技術(ＳＭＴ)に応用されるため、複数の半田点１１が、サイズが小さくて間隔が２０～１００μmのみであり、一部のフラックス２０の分布領域２１の被覆面積が半田点１１の面積よりも大きくする可能性がある。この場合でも、後続で本発明の方法を用いてフラックス２０の分布領域２１の大きさを調整及び修正することができ、フラックス２０の分布位置及び形状を半田点と一致させる。本実施例の対応する半田点１１に少量のフラックス２０をスプレー塗布する利点は、フラックス２０の使用量をより低減でき、これにより生産コストを低減できる。

以上の通り、本発明の方法で回路基板１０上に各半田点１１の天面に対応する形状のフラックス２０を正確に形成することができ、後続でフラックス２０が存在する半田点１１に半田ボールを積載することができ、リフロー炉で加熱することにより、最終的に半田点１１上に半田バンプを形成する。また、本発明はレーザー光線６１を採用してフラックス２０を除去するため、回路基板１０に残ったフラックス２０の量は極めて少なく、回路基板１０がリフローの半田付け過程へ進むと、高温により回路基板１０に残った極めて少ないフラックス２０を完全に除去され、このように回路基板１０の表面の余分なフラックス２０を洗浄する工程を省き、これによって生産の流れを簡略し、洗浄コストを削減できる。

以上は、本発明の好ましい実施例であり、本発明の実施例の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の請求の範囲による均等な変化及び修飾は、すべて本発明の請求の範囲に含まれる。

１０１～１０４ ステップ
１０ 回路基板
１１ 半田点
２０ フラックス
２１ 分布領域
３０ インクジェット設備
４０ 光学撮影レンズ
５０ レーザー発振器
５１ レーザー光線
６０ 自動光学検査設備

Claims (10)

1. 回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法であって、
   表面に分布した複数の半田点を覆うフラックスが設けられた前記回路基板を用意するステップと、
   前記回路基板を作業領域内に送り、光学撮影レンズを用いて前記回路基板を撮影し、演算後に位置情報を出力する光学位置合わせ作業を行うステップと、
   レーザー発振器を用いてレーザー光線を発生させ、前記位置情報に基づいて複数の前記半田点の周辺の余分な前記フラックスを除去し、前記半田点の天面に分布した前記フラックスのみを残すレーザークリーニング作業を行うステップと、
   前記回路基板が良品又は不良品であるかを判定するための自動光学検査作業を行うステップと、を含む、
   回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法。
2. 前記回路基板を用意する際に、前記回路基板上の前記フラックスが位置する領域は、同時に複数の前記半田点を覆う、
   請求項１に記載の回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法。
3. 前記回路基板を用意する際に、前記回路基板上の各前記半田点には前記フラックスを１層覆って、前記フラックスの被覆面積は前記半田点の面積よりも大きい、
   請求項１に記載の回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法。
4. インクジェット方式で前記回路基板上に前記フラックスを形成する、
   請求項２又は３に記載の回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法。
5. 前記半田点における前記フラックスの厚さは１～１００μmである、
   請求項１に記載の回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法。
6. 前記半田点における前記フラックスの厚さは２～５０μmである、
   請求項５に記載の回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法。
7. 前記半田点の形状は円形であり、円形の直径は１～１０００μmである、
   請求項１に記載の回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法。
8. 前記半田点の形状は方形であり、方形のいずれかの辺の長さは１～１０００μmである、
   請求項１に記載の回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法。
9. 隣接する前記半田点の間の間隔は２０～１００μmである、
   請求項１に記載の回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法。
10. 印刷方式で前記回路基板上に前記フラックスを形成する、
    請求項２に記載の回路基板上にフラックスの分布位置を調整する方法。