JP2002260444A - 導電性ぺースト、プリント配線基板とその製造方法および半導体装置とその製造方法 - Google Patents
導電性ぺースト、プリント配線基板とその製造方法および半導体装置とその製造方法Info
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Abstract
エア巻き込みによる不良がない導電性ペーストを用いた
プリント配線基板の実現を課題とする。 【解決手段】 回路パターンおよびスルーホールを有す
るプリント配線基板1のスルーホールに、熱可塑性樹脂
からなるバインダー中に高融点金属粒子と低融点金属粒
子(はんだ粒子)3とが混在し、低融点金属粒子3の平
均粒子径が高融点金属粒子のそれよりも大きい導電性ペ
ースト2を充填導体として充填する。
Description
プリント配線基板とその製造方法および半導体装置とそ
の製造方法に関する。
年春号「プラスチック多層基板による超薄型多層配線板
技術」などに示されるように、熱可塑性樹脂基材と自己
融着性のある導電性ペーストをプリント配線基板材料と
して用いることが報告されている。この方法によると、
誘電率などの高周波対応特性や低吸水性に優れた熱可塑
性樹脂を用い、ことにスルーホールの導通に関してはメ
ッキなどに比べて遥かに容易に回路を構成することがで
きる利点がある。
充填は、場合に因ってはエア巻き込み等によるボイドが
発生しやすく、信頼性の低下を招く虞がある。また、プ
リント配線板への部品実装は、はんだ接続が一般的であ
るが、導電性ペーストは構造上樹脂を成分として含むの
で、一般に、はんだ付け性が金属の場合に比して乏しく
なる。ただし、熱可塑性樹脂溶媒型の導電性ペースト
は、焼成時の溶媒揮発によって硬化後は焼成された熱可
塑性樹脂が多孔性を示す。このため、樹脂網目構造中に
はんだが入りこみ、樹脂網目の空隙にある導電粒子との
接触表面積を稼ぐことが出来るため、熱硬化性樹脂の無
溶媒型の導電性ペーストに比較すると、はんだ付けが良
好であることが分かった。
で部品を搭載する場合は、この多孔性の樹脂網目構造が
災いして、溶融状態のはんだが網目構造に吸われて接続
不良になったり、接着剤など基板上に塗布した樹脂の染
み込みにより実装不良が生じるという問題がある。
4において、符号1は基板、符号2は硬化後の導電性ペ
ースト、符号4はICチップ、符号6はIC固定用接着
樹脂、符号7ははんだ、符号8はマザー基板、符号9は
マザー基板8上のランドである。
のモデルを示している。例えば、基板1上に塗布された
封止樹脂やレジスト、接着樹脂6等の粘性樹脂が、導電
性ペースト2の樹脂網目構造中に吸われ、この樹脂6が
電極面側(ランド9側)に染み出すようになると、その
部分のはんだ付け性が悪化し、はんだ付け不良や接触不
良などの実装不良を生じることになる。図5は樹脂染み
出しのモデル図である。図5において符号3は導電粒
子、符号2−2は網目状の熱可塑性バインダー(多孔
質)である。基板上に塗布された樹脂が電極面側に染み
出すような条件では、はんだと導電粒子との接触も当然
悪化する。
ackage)半導体装置の製作途上のインターポーザ
基板の断面図を示す。図6において、符号1はインター
ポーザ基板、符号2−3はスルーホール2a中の導電性
ペースト、符号2−4は配線パターン中の導電性ペース
ト、符号6はIC固定用接着樹脂、符号10は裏面電極
である。図6に示すように、プリント配線基板をICパ
ッケージ基板として用いる場合の用途においては、IC
チップ封止用の接着剤6として液状接着剤を用いること
があるが、この接着剤6が導電性ペースト2−3内部に
吸われて実装電極面に達し、裏面電極10のはんだ付け
面を覆う部分が生じ、マザー基板へのはんだ付け性が著
しく低下したり、実装オープン不良が生じたりする。
のモデルを示している。導電性ペースト2上に直接はん
だ接合を行ってマザー基板8上に半導体装置を搭載する
場合、図4の符号(b)のように溶融状態のはんだが焼
結後の導電性ペースト2の樹脂網目構造の内部に吸われ
る現象が生じることがある。調査の結果、はんだが吸わ
れる量は、導電性ぺースト体積の50%近くに及ぶ場合
があることが分かった。例えば、φ400μm程度の導
電性ペースト充填スルーホールの場合、はんだ吸われ量
は、実装時のクリームはんだ塗布量と同等程度に達する
場合がある。また、接着樹脂とはんだ粒子のみのはんだ
ペーストは、樹脂染み出し、はんだ付げ性等の問題も解
決できるが、形成される回路特性や高温時の形状不安定
さなどの問題が多い。
ペーストをプリント配線基板材料として用いる場合、充
填時はエア巻き込み等でボイドを発生する虞があった。
また、熱硬化性樹脂の無溶媒型の導電性ペーストははん
だ付け性に劣る面があり、熱可塑性樹脂溶媒型の導電性
ペーストははんだ付け性では優れているものの、焼結後
の網目構造中に樹脂やはんだを多量に吸い込んで実装不
良の原因となる虞があった。本発明は、比較的簡単な方
法でこの問題を解決して、はんだ付け性に優れ、実装不
良や充填時のエア巻き込みがない導電性ぺーストと、こ
の導電性ぺーストを配線材料に用いたプリント配線基板
とその製造方法、およびこのプリント配線基板を用いた
半導体装置とその製造方法の提供を課題とする。
め、本発明は、導電性ぺーストにおいて熱可塑性樹脂か
らなるバインダー中に高融点金属粒子と低融点金属粒子
とが混在して含有されていることを特徴とする。これに
より、はんだ付け性に優れ、実装不良や充填時のエア巻
き込みがない導電性ペーストを実現することができる。
有するプリント配線基板において、熱可塑性樹脂からな
るバインダー中に、高融点金属粒子と低融点金属粒子を
混練した導電性ぺーストを前記スルーホールの充填導体
として用いたことを特徴とする。これにより、はんだ付
け性に優れ、実装不良や充填時のエア巻き込みによる不
良がない導電性ペーストを用い、はんだ付け、実装の面
で信頼性の高いプリント配線基板を実現することができ
る。
いて、絶縁基板のスルーホールに熱可塑性樹脂からなる
バインダー中に高融点金属粒子と低融点金属粒子とが混
在した導電性ぺーストを充填する導電性ぺースト充填工
程と、熱処理を行って前記低融点金属粒子を前記バイン
ダー中に拡散させる拡散工程とを有することを特徴とす
る。これにより、はんだ付け性に優れ、実装不良や充填
時のエア巻き込みによる不良がない導電性ペーストを用
い、はんだ付け、実装の面で信頼性の高いプリント配線
基板を実現する製造方法を提供することができる。
ント配線基板の前記スルーホールの充填導体である前記
導電性ぺーストに半導体電子部品の接続用金属バンプを
接続して実装したことを特徴とする。これにより、信頼
性の高いCSP(Chip Size Packag
e)半導体装置を実現することができる。
上記の製造方法で製造したプリント配線基板の前記スル
ーホールに充填された前記導電性ぺーストに半導体電子
部品の接続用金属バンプを接続して加熱により接合する
ことを特徴とする。
上記の製造方法で製造したプリント配線基板の前記スル
ーホールに充填された前記導電性ぺーストに半導体電子
部品の接続用金属バンプを接続して加熱、加圧して接合
することを特徴とする。
上記の製造方法で製造したプリント配線基板に半導体電
子部品を接着剤にて固定し、さらにこの半導体電子部品
の接続用金属バンプを前記スルーホールに充填された前
記導電性ぺーストに接続して加熱して接合することを特
徴とする。これらにより、信頼性の高いCSP(Chi
p Size Package)半導体装置を実現する
ことが可能な半導体装置の製造方法を提供することがで
きる。
スト、プリント配線基板とその製造方法および半導体装
置とその製造方法を添付図面を参照にして詳細に説明す
る。
法について説明する。ここでのプリント配線基板はスル
ーホール付き片面インターポーザ基板用途としての実施
例について示す。高融点金属粒子にAg(融点962
℃)、低融点金属粒子に共晶はんだ(融点183℃)、
また絶縁材料に高耐熱熱可塑性樹脂(融点280℃)を
それぞれ用いる。実際には、市販の熱可塑性樹脂系導電
性Agペーストに、体積比で50vol%の共晶はんだ
粉体を混練した。Ag粒子の平均粒子サイズは10μm
であり、共晶はんだ粉体の平均粒子サイズは100μm
である。
ず、融点280℃を有する高耐熱熱可塑性樹脂基板を熱
プレスすることにより、回路パターンに相当する溝(最
小線幅60μm、深さ60μm)と位置認識マーク等の
補助パターンを基板に成形する。また、スルーホールに
相当する貫通孔は、通常プリント配線基板作製で用いら
れるタイプのドリルを用いてφ300μmとして形成す
る。
パターン溝およびスルーホール内に充填する。実験的に
は、このように粒径の異なる比較的大きな導電粒子を含
有している導電性ペーストは、充填時のエア巻き込みの
発生を抑制し、ボイドの発生を抑えることが確かめられ
ている。実験データによると、導電性ぺーストに高融点
金属粒子と低融点金属粒子が混練された導電性ペースト
で、金属粒子のいずれか一方の径の大きい側の平均粒子
径をRaとし、他方の径の小さい側の平均粒子径をRb
としたとき、これらの径Ra、Rbとスルーホールの直
径Rthとの間に、
発生が抑制されることが知られた。今回の例では、Rt
h=300μm、共晶はんだ粉体の平均粒子サイズすな
わちRa=100μm、Ag粒子の平均粒子サイズすな
わちRb=10μmであるから 300>18(0.18×100)>10 となり、この条件を満足する。
50℃〜170℃、30分)で硬化する。この時、導電
性ペーストの溶媒が揮発し、樹脂網目構造が残される。
この時の基板の断面図を図1に示す。図1において、符
号1は高耐熱熱可塑性樹脂基板、符号2は硬化した導電
性ペースト(導電性Agペースト)、符号3ははんだ粒
子である。
ことで、図2に示すように導電性ペースト内部の樹脂網
目構造中の空隙に溶融したはんだが行き渡る。図2にお
いて符号1は高耐熱熱可塑性樹脂基板、符号2−1は硬
化した導電性ペーストにはんだが拡散した層である。こ
こで、パターン溝幅60μmに対して、低融点はんだ粒
子は粒径100μmを超えるため、回路パターン部分で
は細線パターン内に低融点はんだ粒子を直接充填するこ
とは出来ないが、はんだ溶融温度で熱処理を行う時点
で、細線パターン内にも溶融はんだが行き渡ることが実
験的に確かめられている。
法について説明したが、この製造方法で得られるプリン
ト配線基板および、以上で使用した導電性ペーストも本
発明の対象とするものである。
ターボーザ基板を用いたCSP(Chip Size
Package)タイプの半導体装置の製造方法につい
て説明する。図3が本発明のCSPタイプの半導体装置
の構成を示す断面図である。図3において、符号1は熱
可塑性樹脂のインターボーザ基板、符号2−1ははんだ
が拡散した導電性ペースト、符号4はICチップ、符号
5はICチップ4のAuバンプ、符号6はIC固定用接
着樹脂である。
着樹脂6を塗布し、基板接続用のAuバンプ5を形成し
たICチップ4を、熱硬化性接着樹脂6を介してインタ
ーポーザ基板1に熱圧着する。熱圧着条件は、Auバン
プの導電性ペーストパターンヘのめり込み深さを考慮す
ると、温度は185℃〜200℃、30秒〜60秒、圧
力30〜60g/1バンプが望ましい。導電性ペースト
2−1の樹脂分は熱可塑性樹脂としているので、ICチ
ップ4の熱圧着時に一旦軟化し、冷却後は導電性ペース
ト2−1中の接着樹脂により強固に固定される。
ンターボーザ基板の導電性ペースト2−1の多孔質部分
がはんだの拡散によって塞がれているため、熱硬化性接
着樹脂がスルーホールを通して基板裏面の接続電極表面
に染み出ることを抑制する。このため、部品実装の障害
とはならない。また、このようにして生まれたCSP半
導体装置のマザー基板への実装時においても、導電性ペ
ーストが既に、はんだ飽和状態となっているため、はん
だ吸われ現象も抑制され、実装オープン不良を誘発する
ことはない。図3に示すようにICチップ4上に形成さ
れているAuバンプ5とインターポーザ基板1上に形成
されている導電性ペースト配線2−1は、マザー実装リ
フロー時に、含有しているはんだと合金接合を伴い、さ
らに強固な接続が可能となる。
上に熱硬化性接着樹脂を塗布して熱圧着するよう説明し
ているが、場合によっては、熱硬化性接着樹脂を用い
ず、ICのAuバンプとインターポーザ基板上に形成さ
れている導電性ペースト配線に含有されているはんだと
合金接合することだけでも接続を十分に行うことが可能
である。さらに、合金接合の時に加圧することによって
一層接続が安全強固になる。以上、CSP半導体装置の
製造方法について説明したが、このようにして製造され
た半導体装置も本発明の対象とするものである。
発明は、導電性ぺーストにおいて、熱可塑性樹脂からな
るバインダー中に高融点金属粒子と低融点金属粒子とが
混在して含されていることを特徴とする。これにより、
はんだ付け性向上と樹脂染み出し抑制という、相反する
要求をカバーできる導電性ペーストを実現することがで
きる。
電性ぺーストで低融点金属粒子または高融点金属粒子の
いずれか一方の大きい側の平均粒子径Raと他方の小さ
い側の平均粒子径Rbとの間に 0.18Ra≧Rb なる関係があることを特徴とする。これにより、スルー
ホールヘの導電性ペーストの完全充填が容易な導電性ペ
ーストを実現することができる。
からなるバインダーの融点が高融点金属粒子の融点と低
融点金属粒子の融点との間にあることを特徴とする。こ
れにより、バインダーの融点以下の熱処理によって、低
融点金属粒子(はんだ粒子)を溶融して行き渡らせるこ
とができ、基板に充填したときの樹脂染み出しと接続時
のはんだの吸い込みを防止可能な導電性ペーストを実現
することができる。
およびスルーホールを有するプリント配線基板におい
て、上記の導電性ぺーストをスルーホールの充填導体と
して用いたことを特徴とする。これにより、スルーホー
ルヘの導電性ペーストの完全充填が容易であり、また、
熱処理によりはんだが導電性ペーストの網目構造の空隙
に入りこむため、導電性ペースト内部へのICチップ固
定用接着剤の染み込みを抑えることができ、かつはんだ
の吸い込みも防止することができ、実装不良を起こさ
ず、ICチップ電極上に形成するAuバンプとのはんだ
接合が容易なプリント配線基板を実現することができ
る。
トのバインダーに混練された高融点金属粒子と低融点金
属粒子のいずれか一方の大きい側の平均粒子径Raと他
方の小さい側の平均粒子径Rbとスルーホールの直径R
thとの間に、 Rth>0.18Ra≧Rb なる関係があることを特徴とする。これにより、スルー
ホールヘの導電性ペーストの完全充填が容易でボイドな
どの発生が少なく、実装不良を起こさず、ICチップ電
極上に形成するAuバンプとのはんだ接合が容易なプリ
ント配線基板を実現することができる。
基板の製造方法において、絶縁基板のスルーホールに導
電性ぺーストを充填する工程と、熱処理を行って低融点
金属粒子を拡散させる工程とを有することを特徴とす
る。これにより、スルーホールヘの導電性ペーストの完
全充填が容易であり、また、熱処理によりはんだが導電
性ペーストの網目構造の空隙に入りこむため、導電性ペ
ースト内部へのICチップ固定用接着剤の染み込みを抑
えることができ、かつはんだの吸い込みも防止すること
ができ、実装不良を起こさず、ICチップ電極上に形成
するAuバンプとのはんだ接合が容易なプリント配線基
板を実現可能な、プリント配線基板の製造方法を提供す
ることができる。
基板の製造方法において、導電性ぺースト充填工程後、
拡散工程に先立って、熱処理によってバインダーを硬化
させるバインダー硬化工程と、バインダー硬化工程で硬
化した前記バインダーの不要部分を除去する不要バイン
ダー除去工程とを有することを特徴とする。これによ
り、はんだを拡散する前に導電性ペーストの網目構造を
形成し、かつ導電性ペーストの不要部分を除去すること
で、配線の短絡や実装不良を起こさず、仕上がりに優れ
たプリント配線基板を実現可能な、プリント配線基板の
製造方法を実現することができる。
基板の製造方法において、低融点金属粒子の融点がバイ
ンダー硬化工程での熱処理温度よりも高く、拡散工程で
の熱処理温度は低融点金属粒子の融点よりもさらに高
く、かつ、高融点金属粒子の融点よりも低いことを特徴
とする。これによりバインダー硬化、はんだの拡散を順
序よく実行することが可能な、プリント配線基板の製造
方法を実現することができる。
おいて、プリント配線基板のスルーホールの導電性ぺー
ストに半導体電子部品の接続用金属バンプを接続して実
装したことを特徴とする。これにより、導電性ペースト
内部へのICチップ固定用接着剤の染み込みを抑え、実
装不良を防止し、バンプとのはんだ接合に優れた半導体
装置を実現することができる。
の製造方法において、上記のプリント配線基板のスルー
ホールに充填された導電性ぺーストに半導体電子部品の
接続用金属バンプを接続して加熱により接合することを
特徴とする。これにより、実装不良が少なく、プリント
配線基板と半導体電子部品の接続が容易な半導体装置を
実現可能な、半導体装置の製造方法を提供することがで
きる。
の製造方法において、上記のプリント配線基板のスルー
ホールに充填された導電性ぺーストに半導体電子部品の
接続用金属バンプを接続して加熱加圧して接合すること
を特徴とする。これにより、実装不良が少なく、プリン
ト配線基板と半導体電子部品の接続が容易で強固な半導
体装置を実現可能な、半導体装置の製造方法を提供する
ことができる。
の製造方法において、半導体装置の製造方法において、
上記のプリント配線基板に半導体電子部品を接着材にて
固定し、さらにこの半導体電子部品の接続用金属バンプ
を前記スルーホールに充填された前記導電性ぺーストに
接続して加熱して接合することを特徴とする。これによ
り、実装不良が少なく、プリント配線基板と半導体電子
部品の接続が強固な半導体装置を実現可能な、半導体装
置の製造方法を提供することができる。
ペーストを硬化した後の基板の断面図。
溶融温度以上で熱処理を行った後の基板の断面図。
目構造によって生じる不良の説明図。
目構造の樹脂染み出しのモデル図。
基板の断面図。
板、2…硬化後の導電性ペースト、2a…スルーホー
ル、2−1…はんだが拡散した導電性ペースト、2−2
…網目状の熱可塑性バインダーー、2−3…スルーホー
ル中の導電性ペースト、2−4…配線パターン中の導電
性ペースト、3…導電粒子、はんだ粒子、4…ICチッ
プ、5…Auバンプ、6…IC固定用接着樹脂、7…は
んだ、8…マザー基板、9…ランド、10…裏面電極。
Claims (12)
- 【請求項1】 熱可塑性樹脂からなるバインダー中に高
融点金属粒子と低融点金属粒子とが混在して含有されて
いることを特徴とする導電性ぺースト。 - 【請求項2】 前記低融点金属粒子または前記高融点金
属粒子のいずれか一方の大きい側の平均粒子径Raと他
方の小さい側の平均粒子径Rbとの間に 0.18Ra≧Rb なる関係があることを特徴とする請求項1に記載の導電
性ぺースト。 - 【請求項3】 前記熱可塑性樹脂からなるバインダーの
融点が前記高融点金属粒子の融点と前記低融点金属粒子
の融点との間にあることを特徴とする請求項1に記載の
導電性ぺースト。 - 【請求項4】 回路パターンおよびスルーホールを有す
るプリント配線基板において、 熱可塑性樹脂からなるバインダー中に、高融点金属粒子
と低融点金属粒子を混練した導電性ぺーストを前記スル
ーホールの充填導体として用いたことを特徴とするプリ
ント配線基板。 - 【請求項5】 前記導電性ぺーストのバインダーに混練
された前記高融点金属粒子と前記低融点金属粒子のいず
れか一方の大きい側の平均粒子径Raと他方の小さい側
の平均粒子径Rbと前記スルーホールの直径Rthとの
間に、 Rth>0.18Ra≧Rb なる関係があることを特徴とする請求項4に記載のプリ
ント配線基板。 - 【請求項6】 絶縁基板のスルーホールに熱可塑性樹脂
からなるバインダー中に高融点金属粒子と低融点金属粒
子とが混在した導電性ぺーストを充填する導電性ぺース
ト充填工程と、 熱処理を行って前記低融点金属粒子を前記バインダー中
に拡散させる拡散工程とを有することを特徴とするプリ
ント配線基板の製造方法。 - 【請求項7】 前記導電性ぺースト充填工程後、前記拡
散工程に先立って、 熱処理によって前記バインダーを硬化させるバインダー
硬化工程と、 前記バインダー硬化工程で硬化した前記バインダーの不
要部分を除去する不要バインダー除去工程とを有するこ
とを特徴とする請求項6に記載のプリント配線基板の製
造方法。 - 【請求項8】 前記低融点金属粒子の融点は前記バイン
ダー硬化工程での熱処理温度よりも高く、前記拡散工程
での熱処理温度は前記低融点金属粒子の融点よりもさら
に高く、かつ、前記高融点金属粒子の融点よりも低いこ
とを特徴とする請求項7に記載のプリント配線基板の製
造方法。 - 【請求項9】 回路パターンおよびスルーホールを有す
るプリント配線基板の前記スルーホールの充填導体であ
る導電性ぺーストに半導体電子部品の接続用金属バンプ
を接続して実装した半導体装置であって、 前記導電性ぺーストは、熱可塑性樹脂からなるバインダ
ー中に高融点金属粒子と低融点金属粒子を混練したもの
であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項10】 所定の製造方法で製造したプリント配
線基板のスルーホールに充填された導電性ぺーストに半
導体電子部品の接続用金属バンプを接続して加熱により
接合する半導体装置の製造方法であって、 前記所定の製造方法は、絶縁基板のスルーホールに熱可
塑性樹脂からなるバインダー中に高融点金属粒子と低融
点金属粒子とが混在した導電性ぺーストを充填する導電
性ぺースト充填工程と、 熱処理を行って前記低融点金属粒子を前記バインダー中
に拡散させる拡散工程とを有することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項11】 所定の製造方法で製造したプリント配
線基板のスルーホールに充填された導電性ぺーストに半
導体電子部品の接続用金属バンプを接続して加熱、加圧
して接合する半導体装置の製造方法であって、 前記所定の製造方法は、絶縁基板のスルーホールに熱可
塑性樹脂からなるバインダー中に高融点金属粒子と低融
点金属粒子とが混在した導電性ぺーストを充填する導電
性ぺースト充填工程と、 熱処理を行って前記低融点金属粒子を前記バインダー中
に拡散させる拡散工程とを有することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項12】 所定の製造方法で製造したプリント配
線基板に半導体電子部品を接着剤にて固定し、さらにこ
の半導体電子部品の接続用金属バンプをスルーホールに
充填された導電性ぺーストに接続して加熱して接合する
半導体装置の製造方法であって、 前記所定の製造方法は、絶縁基板のスルーホールに熱可
塑性樹脂からなるバインダー中に高融点金属粒子と低融
点金属粒子とが混在した導電性ぺーストを充填する導電
性ぺースト充填工程と、 熱処理を行って前記低融点金属粒子を前記バインダー中
に拡散させる拡散工程とを有することを特徴とする半導
体装置の製造方法。
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