JP2003218161A - 半田バンプ平坦化用プレス治具およびこれを用いた配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線基板の実装領域に形成された半田バンプ
の高さを一定に揃えるための半田バンプ平坦化用プレス
治具およびこれを用いた配線基板の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 配線基板４の主面上の電子部品が実装さ
れる実装領域に形成された複数の半田バンプ５の頂部を
同一平面をなすように平坦にするための半田バンプ平坦
化用プレス治具１であって、プレス面２が中心線表面粗
さが0.002μｍ以下のセラミックスから成り、その周囲
に平坦化した後の半田バンプ５高さと同等の厚みを有
し、配線基板４の主面に当接する枠体３が形成されてい
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、配線基板の実装領
域に形成された半田バンプの高さを一定に揃えるための
半田バンプ平坦化用プレス治具およびこれを用いた配線
基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、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は、例えばガラス
基材−エポキシ樹脂から成る絶縁基板上に、エポキシ樹
脂および無機絶縁性フィラーから成る絶縁層と銅箔等か
ら成る配線導体層とを交互に複数層積層して成り、この
配線基板の実装領域には、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いる。
そして、この配線基板の実装領域の半田接合パッドに半
田バンプを介して電子部品の電極を接合して電子部品を
搭載することにより電子装置となる。

【０００３】近年、電子装置は小型・薄型・高性能・高
機能・高信頼性が要求されており、小型・高精密な電子
部品を配線基板上へ高密度に実装することが重要となっ
てきている。このため、電子部品の配線基板への高密度
実装方法がリード挿入実装部品のスルーホール実装から
半田バンプを介して実装するフリップチップ等の表面実
装へ移行している。

【０００４】このようなフリップチップ等の表面実装
は、電子部品を良好に実装するため、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
部を平坦化する方法は、一般には、金属製のプレス治具
を用いて半田バンプの頂部をプレスして平坦にする方法
が採用されている。なお、このようなプレス治具のプレ
ス面の中心線表面粗さは、通常0.05〜0.2μｍ程度であ
った。

【０００５】このような配線基板は、配線基板の実装領
域に半田接合パッドの中央部を露出するように開口部を
形成して耐半田樹脂層を被着し、開口部の半田接合パッ
ド上に半田ペーストを充填した後に、半田接合パッド上
の半田ペーストを加熱溶融し半田バンプを形成して、し
かる後、金属製のプレス治具で140〜170℃に加温し半田
バンプの頂部をプレスして高さを一定に揃えて製造さ
れ、さらに、レーザ光を半田バンプの頂部に照射して半
田バンプの高さを測定して出荷されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
半田バンプ平坦化用プレス治具として、金属製のものを
用いていることから、半田バンプ頂部の半田が金属製の
プレス治具のプレス面へ微量転写され、半田バンプ頂部
が微小な凹凸となり白化してしまい、その結果、レーザ
で半田バンプの高さを測定する場合、半田バンプの高さ
が一定の高さに揃っている場合においても、半田バンプ
の頂部に照射したレーザ光が散乱し正確な高さを測定で
きないという問題点を有していた。

【０００７】また、従来のプレス治具を用いた配線基板
の製造方法は、金属製のプレス治具で140〜170℃に加温
し半田バンプの頂部をプレスしていることから、半田バ
ンプが軟らかくなり、半田バンプ頂部の半田が金属製の
プレス治具のプレス面へ過剰に転写されるので、プレス
治具のプレス面が汚染されていまい、プレス面を頻繁に
清掃しなければならないという問題点を有していた。

【０００８】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
完成されたものであり、その目的は、配線基板の実装領
域に形成された半田バンプの高さを一定に揃えるための
半田バンプ平坦化用プレス治具およびこれを用いた配線
基板の製造方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半田バンプ平坦
化プレス治具は、配線基板の主面上の電子部品が実装さ
れる実装領域に形成された複数の半田バンプの頂部を同
一平面をなすように平坦にするための半田バンプ平坦化
用プレス治具であって、プレス面が中心線表面粗さが0.
002μｍ以下のセラミックスから成り、その周囲に平坦
化した後の半田バンプ高さと同等の厚みを有し、配線基
板の主面に当接する枠体が形成されていることを特徴と
するものである。

【００１０】また、本発明の配線基板の製造方法は、配
線基板の主面上の電子部品が実装される実装領域に、実
装領域に形成された複数の半田接合パッドのそれぞれの
中央部を露出するように複数の開口部を形成して耐半田
樹脂層を被着する工程と、開口部に半田ペーストを充填
する工程と、半田ペーストを加熱溶融して半田接合パッ
ド上に半田バンプを形成する工程と、上記の半田バンプ
平坦化用プレス治具を用い室温でプレス面を複数の半田
バンプの頂部に、枠体を配線基板の主面に押し付けて、
複数の半田バンプの頭部を同一平面をなすように平坦に
する工程とを順次行なうことを特徴とするものである。

【００１１】本発明の半田バンプ平坦化プレス治具によ
れば、プレス面が中心線表面粗さが0.002μｍ以下のセ
ラミックスから成ることから、半田バンプ頂部の半田が
プレス治具のプレス面へ転写されることはなく、その結
果、半田バンプの頂部が鏡面となり、半田バンプの頂部
にレーザ光を照射して半田バンプの高さを測定する際
に、レーザ光が散乱することはなく正確な半田バンプの
高さの値が得られる半田バンプ平坦化プレス治具とする
ことができる。

【００１２】また、本発明の配線基板の製造方法によれ
ば、上記の半田バンプ平坦化用プレス治具を用い室温で
半田バンプの頂部を同一平面をなすように平坦にするこ
とから、半田バンプが軟らかくなることはなく、その結
果、半田バンプの頂部の半田がセラミックスから成るプ
レス面へ過剰に転写されることはなく、プレス面の汚染
が少なくなりプレス面を頻繁に清掃する必要はなく、効
率良く半田バンプの頂部を平坦化できる配線基板の製造
方法とすることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の半田バンプ平坦化
用プレス治具について、添付の図面に基づいて詳細に説
明する。図１は半田バンプ平坦化用プレス治具およびこ
の半田バンプ平坦化用プレス治具を用いて半田バンプが
形成される配線基板の実施の形態の一例を示す断面図で
ある。図１において、１は半田バンプ平坦化用プレス治
具、２はプレス面、３は枠体、４は配線基板、５は半田
バンプである。

【００１４】半田バンプ平坦化用プレス治具１は、配線
基板４の主面上の電子部品が実装される実装領域に形成
された複数の半田バンプ５の頂部を同一平面をなすよう
に平坦にするために用いられ、その大きさは、配線基板
の面積とほぼ同じ面積で20〜50ｍｍ×20〜50ｍｍ×５〜
20ｍｍの大きさであり、上治具１ａと下治具１ｂとで構
成されている。上治具１ａの下面の配線基板４の外周部
には、平坦化した後の半田バンプ５の高さと同等の厚み
を有し、配線基板４の主面に当接する金属製の枠体３が
形成されている。

【００１５】このような半田バンプ平坦化用プレス治具
１は、そのプレス面２が半田に濡れ難いセラミックス、
例えば、ジルコニアやアルミナ等で製作されており、中
心線表面粗さが0.002μｍ以下に鏡面化されていること
が好ましい。なお、ここで中心線表面粗さとは、ＪＩＳ
−Ｂ−０６０１で定義される算術平均粗さＲａである。

【００１６】プレス面２の中心線表面粗さが0.002μｍ
より大きくなると半田バンプ５のプレス面に接する半田
がプレス面２へ転写され易くなり、半田バンプ５の頂部
に微小な凹凸が形成され白化してしまい、レーザ光を半
田バンプ５の頂部に照射して半田バンプ５の高さを測定
する際に、レーザ光が散乱し正確な高さを測定できなく
なる危険性がある。従って、半田バンプ平坦化用プレス
治具１のプレス面２は中心線表面粗さが0.002μｍ以下
のセラミックスであることが好ましい。なお、プレス面
２の中心線表面粗さが0.0005μｍより小さくなるとダイ
ヤモンド研磨が難しく、鏡面加工が困難となるとともに
製作するために長時間を要する傾向にあり、従って、好
適には0.0005〜0.002μｍの範囲が好ましい。

【００１７】また、この半田バンプ平坦化用プレス治具
１は、その周囲に平坦化した後の半田バンプ５の高さと
同等の厚みを有し、配線基板４の主面に当接する枠体３
が形成されている。枠体３は、半田バンプ５の高さを一
定にする機能を有し、平坦化した後の半田バンプ５の高
さと同等の厚みの枠状の金属板を接着剤等の接合材で接
合することにより形成されている。

【００１８】なお、半田バンプ平坦化用プレス治具１の
材質およびプレス面２の中心線表面粗さと、半田バンプ
５の頂部の状態、レーザによる半田バンプ５の高さ測定
の可否、プレス面２の汚染状態との関係を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】ここで、プレス面２の汚染は、半田バンプ
５をプレスした後、プレス面２に微量の半田が残り、半
田バンプ５頂部も白化した状態になることを示す。汚染
した場合、細かいセラミックシート研磨紙で擦りプレス
面２の微量の半田を落とし、ふき取っている。

【００２１】表１からは、プレス面が金属製の場合、中
心線表面粗さが0.0002〜0.015μｍの範囲において、半
田バンプ５の頂部の状態が白化することがわかる。それ
に対して、プレス面がセラミックス製の場合、中心線表
面粗さが0.0002〜0.002μｍの範囲において、半田バン
プ５の頂部を鏡面状態のまま平坦とすることができるこ
とがわかる。

【００２２】かくして、本発明の半田バンプ平坦化プレ
ス治具１によれば、プレス面２が中心線表面粗さが0.00
2μｍ以下のセラミックスから成ることから、半田バン
プ５の頂部の半田がプレス治具のプレス面２へ転写され
ることはなく、その結果、半田バンプ５の頂部が鏡面と
なり、半田バンプ５の頂部にレーザ光を照射して半田バ
ンプの高さを測定する場合、レーザ光が散乱することは
なく正確な半田バンプの高さの値が得られる半田バンプ
平坦化プレス治具とすることができる。また、プレス面
２の周囲に頂部を平坦化した後の半田バンプ５の高さと
同等の厚みを有し、配線基板４の主面に当接する枠体３
を形成したことから、多数の半田バンプ５を同時に均一
な高さのものとすることができる。

【００２３】次に、本発明の半田バンプ平坦化用プレス
治具１を用いた配線基板４の製造方法を図２（ａ）〜
（ｃ）に基づいて説明する。図２（ａ）〜（ｃ）はそれ
ぞれ、上記の半田バンプ平坦化プレス治具１を用いた配
線基板４の製造方法を説明するための各工程毎の断面図
である。なお、この図において、６は半田接合パッド、
７は開口部、８は耐半田樹脂層、であり、その他は図１
と同じ符号を付してある。

【００２４】配線基板４は、主面上の電子部品が実装さ
れる実装領域に複数の半田接合パッド６が形成され、半
田接合パッド６のそれぞれの中央部を露出する複数の開
口部７を形成した耐半田樹脂層８を被着して成り、電子
部品（図示せず）を搭載するための支持板となるととも
に、内部の配線導体層（図示せず）および表面の半田接
合パッド６により、電子部品の各電極を外部電気回路
（図示せず）に電気的に接続する機能を有する。

【００２５】本発明の製造方法により製造される配線基
板４は、プリント基板やビルドアップ基板と呼ばれるも
のであり、例えば、配線基板４がプリント基板である場
合、上下両面に銅めっきや銅箔等から成る配線導体層を
有する絶縁板を接着用樹脂を介して複数積層するととも
に加熱・加圧して硬化した後、ドリル等で貫通孔を形成
するとともに貫通孔の内壁に銅めっきを施し配線導体層
間を電気的に接続して積層基板を製作し、しかる後、積
層基板の表面に半田接合パッド６を形成し、さらに、半
田接合パッド６の中央部が露出する開口部７を形成して
耐半田樹脂層８を被着することにより製作される。ま
た、配線基板４がビルドアップ基板である場合、コア基
板の上下両面に絶縁層を被着した後、絶縁層にレーザで
貫通孔を形成し、しかる後に絶縁層表面および貫通孔内
部に銅めっきで配線導体層を形成し、さらに絶縁層と配
線導体層との積層を繰返すことにより積層基板を製作
し、しかる後この表面に半田接合パッド６を形成し、さ
らに、半田接合パッド６の中央部が露出する開口部７を
形成して耐半田樹脂層８を被着することにより製作され
る。

【００２６】そして、配線基板４の表面の実装領域の半
田接合パッド６上に半田ペースト９を印刷した後、リフ
ロー炉を通して半田ペーストを過熱溶融することによ
り、半球状で高さが20〜100μｍ程度の半田バンプ５を
形成し、さらに、半田バンプ平坦化用プレス治具１を用
い室温（10〜30℃）でプレス面２を複数の半田バンプ５
の頂部に、枠体３を配線基板４の主面に押し付けて、複
数の半田バンプ５の頭部を同一平面をなすように平坦に
して高さが10〜30μｍ程度の半田バンプ５が形成され
る。これらの半田バンプ５は配線基板４の配線導体層と
電子部品の各電極（図示せず）とを電気的に接続する機
能がある。なお、上述の例では、半田バンプ５に半田ペ
ーストを使用して形成した例を示したが、半田バンプ５
とし、錫−鉛合金や錫−鉛−アンチモン合金、鉛−亜鉛
合金、錫−銀−ビスマス合金等の半田ボールを用いても
良い。また、銅めっきや銅箔から成る半田接合パッド６
の露出する表面には、半田接合パッド６の酸化・腐食を
防止するとともに導体バンプ５との接合を良好となすた
めに、ニッケルおよび金めっきが施されている。

【００２７】一方、配線基板４の半田バンプ５が形成さ
れた面の反対側の面には、半田を介して外部電気回路基
板（図示せず）の電極と接続するための半田接合パッド
（図示せず）が形成されている。

【００２８】そしてまず、図２（ａ）に断面図で示すよ
うに、絶縁板両面に絶縁層を積層した後、絶縁層にレー
ザで貫通孔を形成し、しかる後に絶縁層表面および貫通
孔内部に銅めっきで配線導体層を形成し、さらに絶縁層
と配線導体層との積層を繰返すことにより配線基板４を
製作する。次に、配線基板４の主面上の電子部品が実装
される実装領域に半田接合パッド６を形成する。さら
に、感光性樹脂とフィラーとから成る耐半田樹脂層８を
配線基板４の実装領域および半田接合パッド６上に10〜
50μｍの厚みに被着した後、露光・現像することによっ
て、耐半田樹脂層８に半田接合パッド６の少なくとも中
央部を露出する開口部７を形成する。

【００２９】次に、図２（ｂ）に断面図で示すように、
例えば、錫：鉛＝９：１〜４：６の半田ペースト９を用
い、露出した半田接合パッド６上に半田ペースト９を印
刷する。なお、半田ペーストの粘度としては、150〜250
ＰａＳが好ましい。さらに、半田ペースト９を印刷した
配線基板４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６上に半田ペー
スト９を溶融して半球状の高さが20〜100μｍの半田バ
ンプ５を形成する。

【００３０】次に、図２（ｃ）に断面図で示すように、
プレス面２が中心線表面粗さが0.002μｍ以下のセラミ
ックスから成り、その周囲に平坦化した後の半田バンプ
５高さと同等の厚みを有し、配線基板４の主面に当接す
る枠体３が形成されている半田バンプ平坦化用プレス治
具１を用い、温度が10〜30℃の室温でプレス面２を複数
の半田バンプ５の頂部に、枠体３を配線基板４の主面に
バンプ１個当たり50〜200ｇ程度の圧力で押し付けて、
複数の半田バンプ５の頭部を同一平面をなすように平坦
にし、高さが10〜30μｍ程度、頭部の径が40〜170μｍ
程度の半田バンプ５を形成する。ここで、プレス圧力は
バンプ１個当たり50〜200ｇ程度であることが好まし
い。プレス圧力が50ｇより低いと頭部の平坦部分が少な
く電子部品の電極を良好に接続できなくなる傾向にあ
り、200ｇを超えると半田バンプ５が潰され過ぎて半田
バンプ５の高さが低くなり過ぎてしまう傾向にある。従
って、プレス圧力はバンプ１個当たり50〜200ｇ程度で
あることが好ましい。また、半田バンプ５の高さは10〜
30μｍ程度であることが好ましい。高さが10μｍより低
いと低すぎるため電子部品の電極と良好に接続できなく
なる傾向にあり、30μｍより高いと熱履歴の繰返しの応
力により半田バンプ５にクラックが生じ、断線してしま
う危険性がある。従って、半田バンプ５の高さは10〜30
μｍ程度であることが好ましい。さらに、半田バンプ５
の頭部の径は40〜170μｍ程度であることが好ましい。
径が40μｍより狭いと頭部の平坦部分が少なく搭載する
電子部品の電極を良好に接続できなくなる傾向にあり、
170μｍを超えると隣接する半田バンプ５と接触して短
絡してしまう傾向にある。従って、半田バンプ５の頭部
の径は40〜170μｍ程度であることが好ましい。

【００３１】ここで、プレス温度とプレス面２のふき取
り回数との関係を表２に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】表２からは、プレス面が金属製の場合、温
度が20〜170℃の条件で100〜1000回プレスする毎に、プ
レス面の拭き取り掃除が必要なことがわかる。それに対
してプレス面がセラミックス製の場合、温度が室温（10
〜30℃）の条件で10000回以上プレスしても、拭き取り
掃除をする必要がないことがわかる。

【００３４】かくして、本発明の配線基板４の製造方法
によれば、上記の半田バンプ平坦化用プレス治具１を用
い室温（10〜30℃）でプレス面２を複数の半田バンプ４
の頂部に、枠体３を配線基板４の主面に押し付けて、複
数の半田バンプ４の頂部を同一平面をなすように平坦に
することから、半田バンプ４が軟らかくなることはな
く、その結果、半田バンプ４頂部の半田がセラミックス
から成るプレス面２へ過剰に転写されることはなく、プ
レス面２の汚染が少なくなりプレス面２を頻繁に清掃す
る必要はなく、効率良く半田バンプ５の頂部を平坦化で
きる配線基板４の製造方法とすることができる。

【００３５】なお、本発明の配線基板４の製造方法は、
上述の実施形態の一例に限定されるものでなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更・改良を
施すことは何ら差し支えない。

【００３６】

【発明の効果】本発明の半田バンプ平坦化プレス治具に
よれば、プレス面が中心線表面粗さが0.002μｍ以下の
セラミックスから成ることから、半田バンプ頂部の半田
がプレス治具のプレス面へ転写されることはなく、その
結果、半田バンプの頂部が鏡面となり、半田バンプの頂
部にレーザ光を照射して半田バンプの高さを測定する際
に、レーザ光が散乱することはなく正確な半田バンプの
高さの値が得られる半田バンプ平坦化プレス治具とする
ことができる。

【００３７】また、本発明の配線基板の製造方法によれ
ば、上記の半田バンプ平坦化用プレス治具を用い室温で
半田バンプの頂部を同一平面をなすように平坦にするこ
とから、半田バンプが軟らかくなることはなく、その結
果、半田バンプの頂部の半田がセラミックスから成るプ
レス面へ過剰に転写されることはなく、プレス面の汚染
が少なくなりプレス面を頻繁に清掃する必要はなく、効
率良く半田バンプの頂部を平坦化できる配線基板の製造
方法とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半田バンプ平坦化プレス治具およびこ
れを用いて製作される配線基板の実施の形態の一例を示
す断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、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断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・・・半田バンプ平坦化用プレス治具 ２・・・・・・・・・・プレス面 ３・・・・・・・・・・枠体 ４・・・・・・・・・・配線基板 ５・・・・・・・・・・半田バンプ ６・・・・・・・・・・半田接合パッド ７・・・・・・・・・・開口部 ８・・・・・・・・・・耐半田樹脂層 ９・・・・・・・・・・半田ペースト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配線基板の主面上の電子部品が実装され
   る実装領域に形成された複数の半田バンプの頂部を同一
   平面をなすように平坦にするための半田バンプ平坦化用
   プレス治具であって、プレス面が中心線表面粗さが０．
   ００２μｍ以下のセラミックスから成り、その周囲に平
   坦化した後の前記半田バンプ高さと同等の厚みを有し、
   前記配線基板の主面に当接する枠体が形成されているこ
   とを特徴とする半田バンプ平坦化用プレス治具。
2. 【請求項２】 配線基板の主面上の電子部品が実装され
   る実装領域に、該実装領域に形成された複数の半田接合
   パッドのそれぞれの中央部を露出するように複数の開口
   部を形成して耐半田樹脂層を被着する工程と、前記開口
   部に半田ペーストを充填する工程と、該半田ペーストを
   加熱溶融して前記半田接合パッド上に半田バンプを形成
   する工程と、請求項１に記載の半田バンプ平坦化用プレ
   ス治具を用い室温で前記プレス面を複数の前記半田バン
   プの頂部に、前記枠体を前記配線基板の主面に押し付け
   て、複数の前記半田バンプの頭部を同一平面をなすよう
   に平坦にする工程とを順次行なうことを特徴とする配線
   基板の製造方法。