JP2003198110A - 半田バンプ付き配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平坦でかつ径が均一な頂面を有する半田バン
プを備えており、電子部品の電極と配線基板の半田バン
プとを良好に接続することが可能な半田バンプ付き配線
基板を提供すること。 【解決手段】 配線基板１の上面に半田接合パッド９を
複数個配置し、半田接合パッド９上に、頂面がプレスに
より平坦化された半田バンプ３を形成して成る配線基板
において、半田バンプ３は、前記頂面を有する円錐台形
状の頭部３ａの下に該頭部３ａよりも横に広がるように
潰れた基部３ｂを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や抵抗
器等の電子部品を搭載するための半田バンプ付き配線基
板およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子や抵抗器等の電子部品
を搭載するために用いられる配線基板には、ガラス基材
および熱硬化性樹脂から成る絶縁板と銅箔等から成る配
線導体層とを交互に複数積層して成るプリント基板や、
絶縁板上に熱硬化性樹脂およびフィラーから成る絶縁層
と銅めっき層から成る配線導体層とを複数積層して成る
ビルドアップ基板が用いられてきている。そして、この
ようなプリント基板やビルドアップ基板等の配線基板の
上面には、半導体素子等の電子部品の電極を接続するた
めの半田接合パッドが形成されており、さらに、半田接
合パッド上には電子部品と半田接合パッドとを接合する
ための半田バンプが形成されている。

【０００３】そして、このような半田バンプ付きの配線
基板においては、電子部品をその各電極がそれぞれ対応
する半田バンプに当接するようにして配線基板の上面に
載置するとともに、これらを例えば電気炉等の加熱装置
で加熱して半田バンプを溶融させて半田バンプと電子部
品の電極とを接合させることによって、電子部品が配線
基板上に搭載固定される。

【０００４】ところで、このような半田バンプ付きの配
線基板においては、その上面に電子部品を良好に搭載固
定するために、半田バンプの頂部を平坦化して高さを一
定に揃えている。半田バンプの頂部を平坦化するには、
半田接合パッド上に設けた半田バンプの頂部を平板状の
コイニング治具でプレスして平坦化する方法や、半田バ
ンプに対向する位置に底面が平坦で半田バンプを完全に
収容可能な凹部を有するコイニング治具で半田バンプ全
体をコイニング治具の凹部に対応した形状にプレスする
方法等が採用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半田バンプ付き配線基板は、半田バンプの頂部が平板状
のコイニング治具でプレスされて平坦化されている場合
には、配線基板の反りや半田バンプの半田量のばらつき
が大きいと、半田バンプの頂面の径が不揃いとなり、電
子部品の電極を半田バンプに接続する際に電子部品の電
極と半田バンプとを正確に位置合わせすることが困難と
なるとともに、両者の接触面積が大きくばらついてしま
い、その結果、電子部品の電極と配線基板の半田バンプ
とを正常かつ安定して電気的に接続することが困難とな
ってしまう。また、半田バンプ全体がコイニング治具に
設けた凹部に対応した形状にプレスされて半田バンプの
頂部が平坦化されている場合には、配線基板の反りや半
田バンプの半田量のばらつき大きいと、全ての半田バン
プを凹部で十分にプレスすることができず、半田バンプ
の頂部の平坦化が部分的に不十分となることがあり、こ
の場合にも電子部品の電極と配線基板の半田バンプとを
正常かつ安定して電気的に接続することが困難となって
しまうという問題を有していた。

【０００６】本発明は、かかる従来の問題点に鑑み完成
されたものであり、その目的は、配線基板の反りや半田
バンプの半田量のばらつきがあったとしても、平坦でか
つ径が均一な頂面を有する半田バンプが形成されてお
り、電子部品の電極と配線基板の半田バンプとを良好に
接続することが可能な半田バンプ付き配線基板を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の半田バンプ付き
配線基板は、配線基板の上面に半田接合パッドを複数個
配置し、該半田接合パッド上に、頂面がプレスにより平
坦化された半田バンプを形成して成る半田バンプ付き配
線基板において、前記半田バンプは、前記頂面を有する
円錐台形状の頭部の下に該頭部よりも横に広がるように
潰れた基部を有していることを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明の半田バンプ付き配線基板の
製造方法は、配線基板の上面に複数の半田接合パッドを
設ける工程と、前記半田接合パッド上に表面が球面状の
半田バンプを形成する工程と、前記半田バンプに対向す
る位置に前記半田バンプの高さより浅い円錐台状の凹部
を形成したコイニング冶具で前記半田バンプの上端から
途中までをプレスして、平坦な頂面を有する円錐台形状
の頭部の下に該頭部よりも横に広がるように潰れた基部
を有する半田バンプを形成する工程とを順次行なうこと
を特徴とするものである。

【０００９】本発明の半田バンプ付き配線基板によれ
ば、半田バンプは、プレスにより平坦化された頂面を有
する円錐台形状の頭部の下に該頭部よりも横に広がるよ
うに潰れた基部を有していることから、配線基板に反り
があったり、半田バンプの半田量にばらつきがあったり
したとしても、半田バンプの頂面が平坦かつ均一な径と
なり、電子部品の電極と半田バンプとを正確に位置合わ
せすることが容易であるとともに、両者の接触面積を均
一とすることができ、その結果、電子部品の電極と配線
基板の半田バンプとを正確かつ安定に接続することがで
きる。

【００１０】また、本発明の半田バンプ付き配線基板の
製造方法によれば、半田バンプに対向する位置に、前記
半田バンプの高さより浅い円錐台状の凹部を形成したコ
イニング冶具で半田バンプの上端から途中までをプレス
して、平坦な頂面を有する円錐台形状の頭部の下に該頭
部よりも横に広がるように潰れた基部を有する半田バン
プを形成することから、配線基板の反りや半田バンプの
半田量のばらつきが大きくても、基部の潰れ具合が変わ
るだけで、頭部の形状は常に一定とすることができる。
したがって、全ての半田バンプの頂面が平坦かつ均一な
径の半田バンプを備えた半田バンプ付き配線基板を提供
することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付の図面に基づ
き詳細に説明する。図１は、本発明の半田バンプ付き配
線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は
その要部拡大断面図である。また、図３は本発明の半田
付き配線基板の製造方法を説明するための工程毎の要部
断面図である。

【００１２】図１において、１は配線基板、３は半田バ
ンプ、11は外部リードピンであり、これらの配線基板１
と半田バンプ３と外部リードピン11とで本例の半田バン
プ付き配線基板が構成されている。なお、この例では外
部リードピン11を有する例を示したが、外部リードピン
11は必ずしも必要ではなく、外部リードピン11に代えて
例えば半田から成る外部接続用の端子を設けてもよい。

【００１３】配線基板１は、例えばガラス繊維を縦横に
織り込んだガラス織物にエポキシ樹脂やビスマレイミド
トリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る板状
の芯体１ａの上下面にエポキシ樹脂やビスマレイミドト
リアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る絶縁層１ｂをそ
れぞれ複数層ずつ積層するとともに最表層に耐半田樹脂
層１ｃを積層して成り、芯体１ａや各絶縁層１ｂの表面
には銅箔や銅めっき膜等の導体層から成る複数の配線導
体２が形成されている。

【００１４】配線基板１を構成する芯体１ａは、厚みが
0.3〜1.5ｍｍ程度であり、その上面から下面にかけて直
径が0.1〜1.0ｍｍ程度の複数の貫通孔４を有している。
そして、各貫通孔４の内壁には貫通導体５が被着されて
おり、芯体１ａの上下面に形成された配線導体２同士が
貫通導体５を介して電気的に接続されている。

【００１５】このような芯体１ａは、ガラス織物に未硬
化の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを熱硬化させた
後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すこと
により製作される。なお、芯体１ａの上下面の配線導体
２は、芯体１ａ用のシートの上下全面に厚みが３〜50μ
ｍ程度の銅箔を貼着しておくとともに、この銅箔をシー
トの硬化後にエッチング加工することにより芯体１ａの
上下面に所定のパターンに形成される。また、貫通導体
５は、芯体１ａに貫通孔４を設けた後に、この貫通孔４
の内壁に無電解めっき法および電解めっき法により厚み
が３〜50μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより
貫通孔４の内壁に被着形成される。

【００１６】さらに、芯体１ａは、その貫通孔４の内部
にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱
硬化性樹脂から成る樹脂柱６が充填されている。樹脂柱
６は、貫通孔４を塞ぐことにより貫通孔４の直上および
直下に絶縁層１ｂを形成可能とするためのものであり、
未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂を貫通孔４内にスク
リーン印刷法により充填し、これを熱硬化させた後、そ
の上下面を略平坦に研磨することにより形成される。そ
して、この樹脂柱６を含む芯体１ａの上下面に絶縁層１
ｂが積層されている。

【００１７】芯体１ａの上下面に積層された絶縁層１ｂ
は、それぞれの厚みが20〜60μｍ程度であり、各層の上
面から下面にかけて直径が30〜100μｍ程度の複数の貫
通孔７を有しており、これらの貫通孔７内には貫通導体
８が形成されている。これらの絶縁層１ｂは、配線導体
２を高密度に配線するための絶縁間隔を提供するための
ものである。そして、上層の配線導体２と下層の配線導
体２とを貫通導体８を介して電気的に接続することによ
り高密度配線を立体的に形成可能としている。

【００１８】このような絶縁層１ｂは、厚みが20〜60μ
ｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂のフィルムを芯体１ａ上
下面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザー加
工により貫通孔７を穿孔し、さらにその上に同様にして
次の絶縁層１ｂを順次積み重ねることによって形成され
る。なお、各絶縁層１ｂ表面および貫通孔７内に被着さ
れた貫通導体８は、各絶縁層１ｂを形成する毎に各絶縁
層１ｂの表面および貫通孔７内に５〜50μｍ程度の厚み
の銅めっき膜を公知のセミアディティブ法やサブトラク
ティブ法等のパターン形成法により所定のパターンに被
着させることによって形成される。

【００１９】さらに、最表層の絶縁層１ｂ上には耐半田
樹脂層１ｃが被着されている。耐半田樹脂層１ｃは、例
えばアクリル変性エポキシ樹脂にシリカやタルク等の無
機物粉末フィラーを30〜70質量％程度分散させた絶縁材
料から成り、表層の配線導体２同士の電気的絶縁信頼性
を高めるとともに、後述する半田接合パッド９・ピン接
合パッド10の絶縁基板１への接合強度を大きなものとす
る作用をなす。

【００２０】このような耐半田樹脂層１ｃは、その厚み
が10〜50μｍ程度であり、耐半田樹脂層１ｃ用の感光性
を有する未硬化樹脂ペーストをロールコーター法やスク
リーン印刷法を採用して最表層の絶縁層１ｂ上に塗布
し、これを乾燥させた後、露光および現像処理を行なっ
て半田接合パッド９・ピン接合パッド10を露出させる開
口部を形成した後、これを熱硬化させることによって形
成される。あるいは、耐半田樹脂層１ｃ用の未硬化の樹
脂フィルムを最上層の絶縁層１ｂ上に貼着した後、これ
を熱硬化させ、しかる後、半田接合パッド９・ピン接合
パッド10に対応する位置にレーザービームを照射し、硬
化した樹脂フィルムを部分的に除去することによって半
田接合パッド９・ピン接合パッド10を露出させる開口部
を有するように形成される。

【００２１】絶縁基板１の上面から下面にかけて形成さ
れた配線導体２は、電子部品の各電極を外部電気回路基
板に接続するための導電路として機能し、絶縁基板１の
上面の実装領域に設けられた部位の一部が電子部品の各
電極に例えば鉛−錫共晶合金から成る半田バンプ３を介
して接合される半田接合パッド９を、絶縁基板１の下面
に露出した部位の一部が外部電気回路基板に接続される
外部リードピン11を接合するためのピン接合パッド10を
形成している。このような半田接合パッド９・ピン接合
パッド10は、配線導体２に接続された導体層から成る略
円形のパターンの外周部を耐半田樹脂層１ｃにより0.15
〜0.35μｍ程度の幅で被覆してその外周縁を画定するこ
とによりその直径が、半田接合パッド９であれば70〜20
0μｍ程度に、ピン接合パッド10であれば0.5〜2.5ｍｍ
程度になるように形成されている。なお、このように半
田接合パッド９およびピン接合パッド10の外周部を耐半
田樹脂層１ｃにより被覆することによって、半田接合パ
ッド９同士やピン接合パッド10同士の電気的な短絡が有
効に防止されるとともに、半田接合パッド９やピン接合
パッド10の絶縁基板１に対する接合強度が高いものとな
っている。

【００２２】なお、通常であれば、半田接合パッド９・
ピン接合パッド10の露出する表面には、半田接合パッド
９・ピン接合パッド10の酸化腐蝕の防止と半田バンプ３
や外部リードピン11との接続を良好にするために、ニッ
ケル・金等の良導電性で耐腐蝕性に優れた金属をめっき
法により１〜20μｍの厚さに被着することが好ましい。

【００２３】また、半田接合パッド９には、半田バンプ
３が固着形成されている。半田バンプ３は、鉛−錫、錫
−亜鉛、錫−銀−ビスマス等の半田材料から成り、半田
接合パッド９と電子部品とを電気的および機械的に接続
する端子として機能する。

【００２４】そして、本発明の半田バンプ付き配線基板
においては、半田バンプ３は、図２に要部拡大断面図で
示すように、平坦な頂面を有する円錐台形状の頭部３ａ
の下に、頭部３ａよりも横に広がるように潰れた基部３
ｂを有するようにプレスされている。このように、半田
バンプ３は、平坦な頂面を有する円錐台形状の頭部３ａ
の下に、頭部３ａよりも横に広がるように潰れた基部３
ｂを有するようにプレスされていることから、配線基板
１に反りがあったり、半田バンプ３の半田量にばらつき
があったりしたとしても、基部３ｂの潰れ具合が変わる
だけで頭部３ａの形状は常に一定となり、それにより半
田バンプ３の頂面を平坦でかつ均一な径として、電子部
品の電極と半田バンプとを正確に位置合わせすることが
容易であるとともに両者の接触面積を均一とすることが
でき、その結果、電子部品の電極と配線基板の半田バン
プとを正確かつ安定に接続することができる。

【００２５】なお、本発明において、このような形状の
半田バンプ３を半田接合パッド９上に形成するには、ま
ず、図３（ａ）に要部断面図で示すように、上面に半田
接合パッド９を設けた配線基板１を準備する。

【００２６】次に、図３（ｂ）に要部断面図で示すよう
に、半田接合パッド９上に例えば錫：鉛＝９：１〜４：
６から成る半田粒子を含有する半田ペースト12を印刷塗
布する。

【００２７】次に、図３（ｃ）に要部断面図で示すよう
に、半田ペースト12を印刷した配線基板１をリフロー炉
に通し、半田粒子の融点以上の230〜280℃に加熱して、
半田接合パッド９上に半田ペースト12を溶融させて表面
が球面状の半田バンプ13を形成する。

【００２８】最後に、図３（ｄ）に要部断面図で示すよ
うに、半田バンプ13に対向する位置に半田バンプ13の高
さよりも浅い円錐台形の凹部14ａを配置したコイニング
冶具14を用いて半田バンプ13をその上端から途中までプ
レスして、平坦な頂面を有する円錐台形状の頭部３ａの
下に頭部３ａよりも横に広がるように潰れた基部３ｂを
有する半田バンプ３を形成する。このとき、半田バンプ
13の高さよりも浅い円錐台形の凹部14ａを配置したコイ
ニング冶具14を用いて半田バンプ13をその上端から途中
までプレスして、平坦な頂面を有する円錐台形状の頭部
３ａの下に頭部３ａよりも横に広がるように潰れた基部
３ｂを有する半田バンプ３を形成することから、たとえ
配線基体１に反りがあったり、半田バンプ13の半田量に
ばらつきがあったりしたとしても、基部３ｂの潰れ具合
が変わるだけで頭部３ａの形状は常に一定となる。した
がって、本発明の製造方法によれば、平坦でかつ均一な
径の頂面を有する半田バンプ３を備えた半田バンプ付き
配線基板を得ることができる。

【００２９】なお、半田バンプ３は、その高さが略５〜
35μｍ程度、頂面の径が略80〜150μｍ程度である。ま
た、頭部３ａの側面の角度は30〜85度程度であり、基部
３ｂの厚みに対する頭部３ａの高さの比率は２〜６倍程
度である。このように頭部３ａの側面の角度を30〜85度
程度とするとともに、基部３ｂに対する頭部３ａの高さ
の比率を２〜６倍程度とすることにより、上述の形状の
半田バンプ３を容易かつ良好に形成することができる。

【００３０】また、ピン接合パッド10には、銅や鉄−ニ
ッケル−コバルト合金等の金属から成る外部リードピン
11が半田バンプ３よりも融点が高い半田を介して接合さ
れている。外部リードピン11は、配線基板に実装される
電子部品を外部電気回路基板に電気的に接続するための
端子部材として機能し、外部リードピン11を外部電気回
路基板の配線導体に半田やソケットを介して接続するこ
とにより、電子部品が外部電気回路に電気的に接続され
ることとなる。

【００３１】かくして本発明により提供される半田バン
プ付き配線基板によると、配線基板１の上面に電子部品
をその電極が半田バンプ３に当接するようにして載置す
るとともに、半田バンプ３を溶融させて電子部品の電極
と半田接合パッド９とを接合させることにより電子装置
となる。

【００３２】なお、本発明は、上述の実施形態の一例に
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲であれば種々の変更が可能であることはいうまでもな
い。

【００３３】

【発明の効果】本発明の半田バンプ付き配線基板によれ
ば、半田バンプは、プレスにより平坦化された頂面を有
する円錐台形状の頭部の下に該頭部よりも横に広がるよ
うに潰れた基部を有していることから、配線基板に反り
があったり、半田バンプの半田量にばらつきがあったり
したとしても、半田バンプの頂面が平坦かつ均一な径と
なり、電子部品の電極と半田バンプとを正確に位置合わ
せすることが容易であるとともに、両者の接触面積を均
一とすることができ、その結果、電子部品の電極と配線
基板の半田バンプとを正確かつ安定に接続することがで
きる。

【００３４】また、本発明の半田バンプ付き配線基板の
製造方法によれば、半田バンプに対向する位置に、前記
半田バンプの高さより浅い円錐台状の凹部を形成したコ
イニング冶具で半田バンプの上端から途中までをプレス
して、平坦な頂面を有する円錐台形状の頭部の下に該頭
部よりも横に広がるように潰れた基部を有する半田バン
プを形成することから、配線基板の反りや半田バンプの
半田量のばらつきが大きくても、基部の潰れ具合が変わ
るだけで、頭部の形状は常に一定とすることができる。
したがって、全ての半田バンプの頂面が平坦かつ均一な
径の半田バンプを備えた半田バンプ付き配線基板を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半田バンプ付き配線基板の実施形態例
の断面図である。

【図２】図１に示す半田バンプ付き配線基板の要部拡大
断面図である。

【図３】本発明の配線基板の製造方法を説明するための
工程毎の要部断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・配線基板 ３・・・・・半田バンプ ９・・・・・半田接合パッド 13・・・・・プレスされる前の半田バンプ 14・・・・・コイニング冶具 14ａ・・・・円錐台状の凹部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配線基板の上面に半田接合パッドを複数
   個配置し、該半田接合パッド上に、頂面がプレスにより
   平坦化された半田バンプを形成して成る半田バンプ付き
   配線基板において、前記半田バンプは、前記頂面を有す
   る円錐台形状の頭部の下に該頭部よりも横に広がるよう
   に潰れた基部を有していることを特徴とする半田バンプ
   付き配線基板。
2. 【請求項２】 配線基板の上面に複数の半田接合パッド
   を設ける工程と、前記半田接合パッド上に表面が球面状
   の半田バンプを形成する工程と、前記半田バンプに対向
   する位置に前記半田バンプの高さより浅い円錐台状の凹
   部を形成したコイニング冶具で前記半田バンプの上端か
   ら途中までをプレスして、平坦な頂面を有する円錐台形
   状の頭部の下に該頭部よりも横に広がるように潰れた基
   部を有する半田バンプを形成する工程とを順次行なうこ
   とを特徴とする半田バンプ付き配線基板の製造方法。