JP2004055827A - 配線基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ピンとパッドとを接合するハンダ層内にボイドが発生するのを抑制することが可能な配線基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】基板本体のパッド13へ、ハンダ印刷を行う際には、パッドの配列パターンと同一のパターンで配列された貫通孔44を有するメタルマスク43を用いる。この工程では、まず貫通孔をパッドから所定距離ずらすようにして、メタルマスクを基板本体の表面に載置する。この後、メタルマスクの表面から、ハンダペースト41を貫通孔内に押し込むことにより、貫通孔に対向する各パッドの表面とソルダーレジスト層表面に、ハンダペーストを印刷する。このように印刷すると、パッドの一部は露出されたままの状態にされる。この状態でハンダペーストをリフローすると、溶融したハンダペーストは、パッド全面に流動する。この流動により、ハンダペースト内のボイドは解消され、リフロー後においてピンとパッドとを接合するハンダ層のボイド発生率は、減少する。
【選択図】 図4
【解決手段】基板本体のパッド13へ、ハンダ印刷を行う際には、パッドの配列パターンと同一のパターンで配列された貫通孔44を有するメタルマスク43を用いる。この工程では、まず貫通孔をパッドから所定距離ずらすようにして、メタルマスクを基板本体の表面に載置する。この後、メタルマスクの表面から、ハンダペースト41を貫通孔内に押し込むことにより、貫通孔に対向する各パッドの表面とソルダーレジスト層表面に、ハンダペーストを印刷する。このように印刷すると、パッドの一部は露出されたままの状態にされる。この状態でハンダペーストをリフローすると、溶融したハンダペーストは、パッド全面に流動する。この流動により、ハンダペースト内のボイドは解消され、リフロー後においてピンとパッドとを接合するハンダ層のボイド発生率は、減少する。
【選択図】 図4
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板本体表面のパッドに、ピンを取り付けてなる配線基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、配線基板としては、基板本体表面に形成されたパッドに、金属端子としてのピンを取り付けてなるPGA(ピン・グリッド・アレイ)パッケージ用の配線基板が知られている。
【0003】
また、この種の配線基板としては、アルミナ等のセラミックや、合成樹脂(例えば、エポキシ樹脂)などからなる基板本体の表面に銅メッキでパッドを形成したものが知られている。一方、基板本体に取り付けられるピンとしては、基端部が先端に延びるピン本体より大径の釘頭状にされたものが知られている。
【0004】
また、上記構成の基板本体にピンを取り付ける方法としては、予め、ピンの基端部をハンダ付けするためのハンダペーストを、パッド表面に印刷しておき、このハンダペーストをリフローすることにより、ピンの基端部をパッドにハンダ付けする方法が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の方法でピンの基端部をパッドにハンダ付けしようとすると、ハンダペーストのリフロー後において形成されるパッド表面のハンダ層に、ボイド(空孔)が発生することが問題となっていた。ハンダ層は、ピンの基端部とパッドとを接合するものであるから、ハンダ層にボイドが発生すると、ピンとパッドとの間の接合強度が弱くなり、この結果として、ピンと基板本体との間の電気的接続を、長期に渡って良好に保つことができなくなってしまう。
【0006】
また、ハンダ層にボイドが発生すると、パッドへのピン取付後に、フラックス洗浄を行っても、ボイド部分のフラックスが上手く洗浄できず、このフラックス残さにより、ピンと基板本体との間の接合部分が腐食する可能性があった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、ピンとパッドとを接合するハンダ層内にボイドが発生するのを抑制することが可能な配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明は、基板本体表面に露出された状態で配列されたパッドに、ピンの基端部をハンダ付けしてなる配線基板の製造方法であって、基板本体表面に配列された各パッド表面に、その各パッド表面の一部を露出させたままの状態で、ハンダペーストを印刷する印刷工程と、印刷工程後、各パッド表面にピンの基端部を配置して、パッド表面に印刷されたハンダペーストをリフローすることにより、ピンの基端部をパッドにハンダ付けするピン取付工程と、を備えることを特徴とする。
【0008】
請求項1に記載の配線基板の製造方法によれば、従来のようにハンダペーストをパッド表面全体に印刷しないので、リフロー時にハンダペーストがパッド全面に広がるように流動し、ハンダペースト内に閉じこめられていた空気がそのハンダペーストの流動と共に外部に吐き出される。したがって、請求項1に記載の製造方法によって配線基板を製造すれば、ピンの基端部とパッドとを接合するハンダ層内にボイドが発生するのを抑制することができる。
【0009】
結果、請求項1に記載の製造方法によって配線基板を製造すれば、配線基板完成後におけるパッドとピンとの間の接合を良好に保つことができ、熱サイクル等によりボイド部分にクラックが発生して、パッドとピンとの間の電気的接続が悪化するのを抑制することができる。また、ボイドが発生しにくいので、パッドとピンとの間の接合部分にあるフラックスを、洗浄によって綺麗に取り除くことができ、結果としてフラックス残さによりパッドとピンとの間の接合部分で腐食が生じるのを抑制することができる。
【0010】
尚、請求項1に記載の配線基板の製造方法における印刷工程では、請求項2に記載のように、各パッド表面を一部露出させたままの状態で、各パッド表面における端部にハンダペーストを印刷するのが好ましい。
パッド表面における端部にハンダペーストを印刷すると、中央側にハンダペーストを印刷する場合と比較してリフロー時におけるハンダペーストの流動量が多くなる。つまり端部にハンダペーストを印刷すると、そのハンダペーストはリフロー時に反対側の端部まで広がるように流動し、その流動と共にハンダペースト内の空気を効果的に外部に吐き出す。したがって、請求項2に記載の配線基板の製造方法によれば、ピンの基端部とパッドとを接合するハンダ層内にボイドが生じるのを効果的に抑制することができる。
【0011】
この他、請求項1又は請求項2に記載の配線基板の製造方法における印刷工程では、請求項3に記載のように、各パッド表面を一部露出させたままの状態で、各パッド表面の複数箇所にハンダペーストを印刷するとよい。
複数箇所にハンダペーストを印刷すると、ハンダペーストの表面積を大きくすることができる結果、ハンダペースト内にボイドが発生するのを抑制することができる。したがって、請求項3に記載の配線基板の製造方法によれば、リフロー時に、効果的にハンダペースト内の空気を外部に排出することができて、リフロー後のハンダ層にボイドが発生するのを抑制することができる。
【0012】
この他、請求項1〜請求項3に記載の配線基板の製造方法のようにして、ハンダペーストをパッド表面に印刷するためには、印刷工程で、各パッド表面の一部にハンダペーストを吐出することが可能な複数の貫通孔を有するマスクを、基板本体の表面に配置し、そのマスク表面からハンダペーストを、貫通孔内に押し込むことにより、各パッド表面にハンダペーストを印刷すればよい。
【0013】
このようにしてハンダペーストを印刷する請求項4に記載の配線基板の製造方法によれば、印刷工程後においてもパッド表面の一部を露出したままの状態にすることができ、リフロー後のハンダ層にボイドが発生するのを抑制することができる。特に、マスクの貫通孔にハンダペーストを押し込む際には、空気がハンダペースト内に閉じこめられボイドが発生しやすいから、パッド表面の一部を露出させたままの状態にして、ハンダペーストをリフローすることは非常に有効である。
【0014】
また、マスクを用いてハンダペーストをパッド表面に印刷する場合には、請求項5に記載のように構成されたマスクを基板本体表面に配置して、各パッド表面にハンダペーストを印刷すると良い。
請求項5に記載の配線基板の製造方法においては、印刷工程で、基板本体表面に配列されたパッドの配列パターンと同一のパターンで配列された貫通孔を有するマスクを、その貫通孔がパッドから所定距離ずれた位置に配置されるように、基板本体表面に配置した後、マスク表面からハンダペーストを、貫通孔内に押し込むことにより、各パッド表面にハンダペーストを印刷する。
【0015】
請求項5に記載の配線基板の製造方法によれば、簡単に本発明を実施することができて、従来の製造ラインに大幅な改良を加えることなく、低コストにボイドの発生を抑えることができる。この結果、信頼性の高い配線基板を安価に製造することができる。
【0016】
尚、請求項5に記載の配線基板の製造方法においては特に、パッドの直径の36%に対応する距離以上パッドからずれた位置に貫通孔が配置されるように、上記マスクを、基板本体表面に配置すると良い。このようにすると、ピンとパッドとを接合するハンダ層内にボイドが発生するのを効果的に抑制することができる。
【0017】
この他、上記配線基板の製造方法における印刷工程では、基板本体表面に平行な断面が四角形状の一対の貫通孔を各パッドに対応した位置に有するマスクを、基板本体の表面に配置して、ハンダペーストを印刷してもよい。
また、マスクは、貫通孔がトラック形状にされたものであってもよいし、貫通孔がY字形状にされたものであってもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例について、図面とともに説明する。
図1は、ICチップ3が取り付けられた配線基板1の側面の構成を表す概略側面図である。また、図2は、配線基板1の断面構成を表す概略拡大断面図である。
【0019】
本発明が適用された配線基板1は、基板本体10を備え、その基板本体10の両面に銅メッキからなるパッド11,13を備えている。基板本体10は、エポキシ樹脂などの合成樹脂から構成される基体20と、銅メッキ21,22,26,33からなる配線層と、樹脂絶縁層29,35と、を備えている。
【0020】
この基板本体10には、第一面の中央部に、最上層の配線層として、ICチップ3の入出力端子の配列パターンに対応する配列で、複数の上記パッド11(以下、「FCパッド11」とも表現する。)が形成されている。また、基板本体10の第二面には、配線基板1を取り付けるマザーボード等の外部基板の入出力端子の配列パターンに対応する配列で複数の円状の上記パッド13(以下、「PGAパッド13」とも表現する。)が形成されている。
【0021】
また、基板本体10の表面には、FCパッド11及びPGAパッド13を構成する銅メッキ21,22の一部を露出した状態で、ソルダーレジスト層15が形成されている。即ち、両面のパッド(FCパッド11及びPGAパッド13)は、基板本体10最上部のソルダーレジスト層15に周囲(周縁)を包囲されており、そのソルダーレジスト層15が形成されていない基板本体10の凹部16,17内に位置している。
【0022】
この基板本体10の第一面に配列されたFCパッド11には、フリップチップ実装方式にてICチップ3を接合するためのPb−Sn共晶ハンダからなるハンダバンプ18がソルダーレジスト層15より突出するようにして形成されている。尚、このハンダバンプ18は、FCパッド11の表面を被覆するように形成されている。また、第二面に配列されたPGAパッド13には、ピン5をPGAパッド13に接合するハンダ層19が、そのPGAパッド13の表面を被覆するように形成されている。
【0023】
ピン5は、棒状の先端部6と、先端部6より大径の基端部7と、から構成されている。基端部7は、その先端部6に接続された板状の大径部8の上記先端部6とは反対側の端面に、PGAパッド13に当接される当接部9を有している。当接部9は、上記ハンダ層19より高融点のハンダにて形成されており、大径部8の端面の略全面から基端方向に略球面状に膨出している。尚、本実施例の当接部9はハンダで形成されているが、当接部9は、Ag−Cuなどの銀ロウ材で形成されていてもよいし、Au−Siなどの金ロウ材で形成されていてもよい。
【0024】
この他、ハンダ層19は、Sn−Sb共晶ハンダからなり、フィレット形状にされている。そしてハンダ層19は、当接部9の周囲を包囲して、ピン5の基端部7をPGAパッド13に接合している。
次に、上記構成の配線基板1の製造方法について、第一実施例から第六実施例までを説明する。この第一〜第六実施例では、基板本体10の作製工程、印刷工程、ピン取付工程を順に実行することにより、配線基板1を製造している。尚、第一〜第六実施例では、周知の技法を用いて基板本体10を作製しているので、基板本体10の作製工程については、図2の配線基板1の断面図を用いて簡単に説明することにする。
【0025】
基板本体10の作製工程では、まず基体20の両面に、銅箔25を形成する。この後、ドリル等で基体20にスルーホール(貫通孔)を形成し、銅箔25が形成された基体20の両面及びスルーホール内の側面に銅メッキ26を施して、基体20の両面の銅メッキ26をスルーホールを介して接続する。更に、基体20上の銅メッキ26表面を粗化し、スルーホールを充填材27(例えば、エポキシ樹脂)にて充填する。
【0026】
そして、両面の銅メッキ26上にエッチングレジスト層(図示せず)を形成し、配線パターンに対応するガラスマスクを用いて露光、現像処理を施すことにより、エッチングレジスト層を一部除去し、更に、このエッチングレジスト層上部からエッチング液を用いてエッチング処理を施すことにより、銅メッキ26及びそれより下層の上記銅箔25を一部除去して、銅メッキ26による配線層(配線パターン)を形成する。
【0027】
この後、残留するエッチングレジスト層を基体20から除去して、銅メッキ26を表面粗化し、この上に絶縁フィルムによる樹脂絶縁層29を形成する。この樹脂絶縁層29の形成後、露光、現像により一部の樹脂絶縁層29を除去してビア31(孔)を形成し、更に、樹脂絶縁層29を熱硬化、表面粗化する。そして、樹脂絶縁層29の表面に所定パターンのめっきレジストを形成して、選択的に銅メッキ33を施し、一層目の銅メッキ26(配線層)に接続するようにして、二層目の配線層を形成する。また更に、二層目の配線層が形成された基体20上に樹脂絶縁層35を形成する。尚、本実施例では、このような方法(公知のフォトリソグラフィ技術、アディティブ法、サブトラクティブ法など)で銅メッキによる配線層の形成及び樹脂絶縁層の形成を繰り返すことにより多層に配線層を形成する。
【0028】
そして最上層の配線層を形成した後に、その配線層を構成する銅メッキ21,22の表面を粗化し、この上にソルダーレジスト層15を形成する。このソルダーレジスト層15の形成後には、露光、現像により、配列するパッド11,13表面のソルダーレジスト層15のみを選択的に除去して上記凹部16,17を形成し、これにより銅メッキ21,22を露出させてパッド11,13を基板本体表面に形成する。
【0029】
このパッド11,13形成後には、ソルダーレジスト層15に対して熱硬化、表面粗化などの処理を施す。以上の処理により、FCパッド11とPGAパッド13とを下層の配線層を介して電気的に接続する基板本体10が完成する。また、基板本体10の完成後には、必要に応じて、ハンダ濡れを良くするためのニッケルメッキ層や、ニッケルメッキ層表面の酸化を防止するための金メッキ層などをパッド11,13に形成する。この後、パッド11,13表面に、ハンダベーストを、スクリーン印刷する(印刷工程)。
【0030】
印刷工程では、まず最初にFCパッド11へのハンダ印刷を行う(第一ハンダ印刷工程)。このFCパッド11へのハンダ印刷では、FCパッド11に対応する配列パターンの貫通孔を有するメタルマスク(図示せず)が用いられる。尚、貫通孔の開口径及びメタルマスクの厚みは、形成するハンダバンプ18の形状に合わせて設定されている。
【0031】
第一ハンダ印刷工程では、メタルマスクを基板本体10上面(即ち第一面)に載置し、ハンダペースト41を、そのメタルマスクの上面から塗布することにより、貫通孔を介して基板本体10の第一面に形成されたFCパッド11表面にハンダペースト41を印刷する。この工程を終えると、次にPGAパッド13へのハンダ印刷を行う(第二ハンダ印刷工程)。
【0032】
第二ハンダ印刷工程では、まず、円状のPGAパッド13と略同形の複数の貫通孔44が、PGAパッド13の配列パターンと同一のパターンで配列されたメタルマスク43を、PGAパッド13が露出された基板本体10の第二面に載置する。ただし、この際には、貫通孔44を、PGAパッド13から所定距離A(以下、この距離を「オフセット量」と表現する。)ずらすようにして、基板本体10の第二面に配置する(図3及び図4参照)。尚、このように貫通孔44をPGAパッド13からずらして配置するのは、所謂オフセット印刷にて、ハンダペースト41を基板本体10に印刷するためである。図3は、メタルマスク43載置後におけるPGAパッド13及び貫通孔44の位置関係を表した基板本体10の概略断面図であり、図4は、メタルマスク43載置後におけるPGAパッド13及び貫通孔44の位置関係を表した基板本体10の概略上面図である。ただし図3においては、基板本体10の内部構造を省略して図示する。
【0033】
図3及び図4の上図に示すようにしてメタルマスク43を配置した後には、メタルマスク43表面から、ハンダペースト41をスキージ(図示せず)等を用いて貫通孔44内に押し込むことにより、ハンダペースト41を各PGAパッド13の表面に、印刷する(図3下図)。
【0034】
この押し込みにより、ハンダペースト41は、各貫通孔44から、その貫通孔44の下方に位置する各PGAパッド13表面の一部に吐出され、各PGAパッド13からオフセット量Aだけずれた位置(即ち、PGAパッド13の端部)に、印刷される。即ち、ハンダペースト41の印刷後にメタルマスク43を基板本体10の第二面から取り除くと、その第二面は、貫通孔44に対応したPGAパッド13及びソルダーレジスト層15表面に、ハンダペースト41が印刷された状態にされる(図4下図)。
【0035】
また、メタルマスク43に閉塞されていたPGAパッド13の一部表面は、第二ハンダ印刷工程後においても、露出されたままの状態にされる。この第二ハンダ印刷工程が完了すると、続いてピン取付工程を行う。
ピン取付工程では、ピン5の先端部6を挿入するための貫通孔51が、PGAパッド13の配列パターンに合わせて形成された治具50を用いる。治具50には、基板本体10を位置決めして載置するための基板本体収容部53が設けられている。尚、図5は、治具50の構成を表す説明図である。
【0036】
この工程では、まず、上記構成のピン5及び治具50を用意し、当接部9を基板本体収容部53に収容するようにして、ピン5の先端部6を貫通孔51に挿入する。尚、ピン5には、良好なハンダ付け性を得るために、前処理として、予めニッケルメッキや金メッキなどの金属メッキを施しておくと良い。
【0037】
そして、治具50をリフローポート55に載置し、基板本体10の第二面側の端部を、治具50の基板本体収容部53に収容する。この状態で、ピン5の当接部9は、PGAパッド13の表面に形成されたハンダペースト41に接触し、基端部7は、PGAパッド13表面に対向配置される。尚、図6は、基板本体10の端部を、治具50の基板本体収容部53に収容した際の態様を表す説明図である。
【0038】
この後、基板本体10を、治具50と共にリフロー炉内に投入して、ハンダペースト41をリフローし、ピン5の基端部7をPGAパッド13にハンダ付けする。図7は、リフロー時におけるハンダペースト41の態様を表わした説明図である。この図では、リフロー時におけるハンダペースト41の態様を理解しやすいように示すために治具50等の構成を示さないが、実際の工程においては、ピン5及び基板本体10端部を、治具50に収容した状態にしている。
【0039】
図7上図に示すように、リフロー開始直後において、ハンダペースト41は溶融し、PGAパッド13の表面各部に流動して濡れ広がる(図中矢印で示す)。この際、ハンダペースト41内部の空孔(ボイド)内に閉塞されていた空気は、そのハンダペースト41の流動と共に外部に排出される。つまり、ハンダペースト41内のボイドは、ハンダペースト41の流動と共に解消され、リフロー後における基板本体10のPGAパッド13には、従来よりボイド発生率の少ないハンダ層19が完成する。尚、リフロー後におけるハンダ層19は、図7下図に示すように、フィレット形状にされ、ピン5の当接部9を、PGAパッド13に当接した状態で固定する。
【0040】
また、図示しないがこのリフローによって同時に、ハンダバンプ18は、FCパッド11表面に完成する。以上の工程により、配線基板1は完成する。尚、この後に、配線基板1の第一面にはICチップ3が実装され、更に、ICチップ3が実装された配線基板1は、ピン5を介してマザーボードなどの外部基板に装着される。
【0041】
以上、第一実施例の配線基板1の製造方法について説明したが、第一実施例の製造方法で作製した配線基板1では、ハンダ層19におけるボイド発生率に関して、表1に示すような結果を得ることができた。
【0042】
【表1】
【0043】
表1には、円状のPGAパッド13の直径が1.4mmである配線基板1において、上記オフセット量を0mmとした場合(即ち、従来の製造方法で作製した場合)のボイド発生率と、オフセット量を0.5mmとした場合のボイド発生率と、オフセット量を0.75mmとした場合のボイド発生率と、オフセット量を1.00mmとした場合のボイド発生率と、オフセット量を1.25mmとした場合のボイド発生率と、を表す。尚ここでは、X線透過にてハンダ層19内部を観察することにより、ハンダ層19にボイドが発生しているPGAパッド13の数をカウントし、そのボイドが発生しているPGAパッド13の数を、検査したPGAパッド13の数で除算し、それを百分率で表してボイド発生率を評価している。
【0044】
表1からも理解できるように、オフセット量が0.5mmである場合には、ボイド発生率が67%、オフセット量が0.75mmである場合には、ボイド発生率が55%、オフセット量が1.00mmである場合には、ボイド発生率が7%、オフセット量が1.25mmである場合には、ボイド発生率が4%となった。また表1には示さないが、オフセット量を0.5mm未満とした場合でも、オフセット量を0mmとする場合より良い結果を得ることができた。
【0045】
したがって、第一実施例における上記第二ハンダ印刷工程においては、オフセット量Aを、PGAパッド13の直径の概ね36%以上とするのが良い。また、PGAパッド13の直径が1.4mmである基板本体10を取り扱う場合には、メタルマスク43の貫通孔44を、PGAパッド13から0.5mm以上ずらす(即ち、A≧0.5mm)ようにしてメタルマスク43を配置するのがよい。このようなオフセット量で貫通孔44を配置すると、ハンダ層19におけるボイドの発生率を抑えることができる。
【0046】
次に、第二実施例の配線基板1の製造方法について、図8を示しつつ説明する。ただし、以下に説明する第二実施例〜第六実施例の配線基板1の製造方法は、基本的に、第二ハンダ印刷工程におけるハンダペースト41の印刷方法が異なるだけであるので、第一実施例と同様に行われる基板本体10の作製工程、第一ハンダ印刷工程、及び、ピン取付工程の説明については省略する。
【0047】
図8は、基板本体10の第二面に載置されたメタルマスク60の構成を表す説明図(上図)、及び、そのメタルマスク60を用いてハンダペースト41を印刷した後の基板本体10の第二面の構成を表す説明図(下図)である。図8に示すように、第二実施例の第二ハンダ印刷工程では、基板本体10の円状のPGAパッド13の中心点を挟んで対向するPGAパッド13の端部に、一対の円状の貫通孔61を配置するようにして、メタルマスク60を、基板本体10の第二面に載置している。尚、メタルマスク60には、PGAパッド13の中心点を挟んで対向するPGAパッド13の端部に一対の貫通孔61を配置可能なパターンで、その貫通孔61が形成されている。また、貫通孔61の直径は、PGAパッド13の直径の概ね0.7倍にされている。即ち、一対の貫通孔61の総体積は、第一実施例の一つの貫通孔44の体積と略同一にされている。
【0048】
このメタルマスク60載置後には、第一実施例と同様に、スクリーン印刷法にて、メタルマスク60表面からハンダペースト41を貫通孔61内に押し込むことにより、ハンダペースト41をメタルマスク60裏面の貫通孔61先端から吐出させて、PGAパッド13表面端部の複数箇所(具体的には二箇所)にハンダペースト41を印刷する。この工程後において、ハンダペースト41は、PGAパッド13に対して図8下図に示すような関係で、基板本体10の第二面に印刷された状態にされる。
【0049】
即ち、第二ハンダ印刷工程後における基板本体10の第二面は、メタルマスク60により閉塞されていたPGAパッド13の一部表面が露出されたままの状態にされ、貫通孔61が対向配置された各PGAパッド13表面端部の複数箇所(具体的には二箇所)及びソルダーレジスト層15表面に、ハンダペースト41が印刷された状態にされる。この状態で、第二ハンダ印刷工程は完了する。
【0050】
続いて、第三実施例について図9を用いて説明する。
図9は、基板本体10の第二面に載置されたメタルマスク70の構成を表す説明図(上図)、及び、そのメタルマスク70を用いてハンダペースト41を印刷した後の基板本体10第二面の構成を表す説明図(下図)である。
【0051】
第三実施例の第二ハンダ印刷工程では、基板本体10の各PGAパッド13毎に、計4つの円状の貫通孔71をPGAパッド13の円弧状の端縁に沿って等間隔に配置するようにして、メタルマスク70を基板本体10の第二面に載置する。
【0052】
尚、メタルマスク70の貫通孔71の直径は、PGAパッド13の直径の半分程度にされており、メタルマスク70は、貫通孔71の中心点を、PGAパッド13の円弧状の端縁より若干径方向内側に配置するようにしつつ、PGAパッド13の端縁に沿って貫通孔71を等間隔で、4つ配置可能なパターンで、その貫通孔71を有する構造にされている。また、上記貫通孔71の構成により、4つの貫通孔71の総体積は、第一実施例における一つの貫通孔44の体積と略同一にされている。
【0053】
このメタルマスク70の載置後には、第一実施例と同様に、メタルマスク70表面からハンダペースト41を貫通孔71内に押し込むことにより、ハンダペースト41を貫通孔71を介してPGAパッド13表面に印刷する。
印刷が完了すると、ハンダペースト41は、PGAパッド13に対して図9下図に示すような関係で、基板本体10の第二面に配置される。
【0054】
即ち、第二ハンダ印刷工程後における基板本体10の第二面は、各PGAパッド13の一部表面を露出した状態で、貫通孔71に対向されたPGAパッド13表面の四箇所に、ハンダペースト41を有する状態にされる。この状態で、第二ハンダ印刷工程は完了する。
【0055】
続いて、第四実施例について図10を用いて説明する。尚、図10は、基板本体10の第二面に載置されたメタルマスク80の構成を表す説明図(上図)、及び、そのメタルマスク80を用いてハンダペースト41を印刷した後の基板本体10第二面の構成を表す説明図(下図)である。
【0056】
第四実施例の第二ハンダ印刷工程では、長方形部82の両側に一対の半円部83を結合した端縁がトラック形状の貫通孔81を、各PGAパッド13に対応する位置に有するメタルマスク80を用いる。メタルマスク80の半円部83の直径は、概ねPGAパッド13の直径の0.7倍にされており、長方形部82の半円部83に結合された辺の長さは、その半円部83の直径と同一長さにされている。また、長方形部82の他方の辺の長さは、そのPGAパッド13の直径の概ね半分にされている。即ち、貫通孔81の体積は、第一実施例の貫通孔44の体積と略同一にされている。
【0057】
この工程では、まず貫通孔81の一方の半円部83を概ねPGAパッド13の端縁よりPGAパッド13内側に配置するようにして、メタルマスク80を、基板本体10の第二面に載置する。
このメタルマスク80の載置後には、第一実施例と同様に、メタルマスク80表面からハンダペースト41を貫通孔81内に押し込むことにより、ハンダペースト41を貫通孔81を介してPGAパッド13表面に印刷する。そして第二ハンダ印刷工程は完了する。
【0058】
尚、第二ハンダ印刷工程後における基板本体10の第二面は、PGAパッド13に対して図10下図に示すような関係で、ハンダペースト41を有する状態にされる。即ち、第二ハンダ印刷工程後における基板本体10の第二面は、一部PGAパッド13を露出した状態で、貫通孔81のパターンに対応する各PGAパッド13の端部及びソルダーレジスト層15表面に、トラック形状のハンダペースト41を有する状態にされる。
【0059】
続いて、第五実施例について図11を用いて説明する。図11は、基板本体10の第二面に載置されたメタルマスク90の構成を表す説明図(上図)、及び、そのメタルマスク90を用いてハンダペースト41を印刷した後の基板本体10の第二面の構成を表す説明図(下図)である。
【0060】
第五実施例の第二ハンダ印刷工程では、PGAパッド13の概ね1.3倍の直径を有する円における角度150°分の円弧とPGAパッド13の概ね0.57倍の直径を有する円における角度150°分の円弧とを繋ぎ合わせた形状の円弧部92と、その円弧部92から長方形状に延びる延長部93と、からなる概略Y字形状の貫通孔91を、基板本体10の各PGAパッド13に対応する位置に有するメタルマスク90が用いられる。尚、貫通孔91の体積は、第一実施例の貫通孔44の体積と略同一にされている。
【0061】
この工程では、まず、円弧部92の中心をPGAパッド13の端縁に沿って配置するようにして、メタルマスク90を、基板本体10の第二面に載置する。
メタルマスク90の載置後には、第一実施例と同様に、メタルマスク90の上方からハンダペースト41を貫通孔91内に押し込むことにより、貫通孔91のメタルマスク裏面側からハンダペースト41を吐出させて、ハンダペースト41をPGAパッド13の端部表面に印刷する。
【0062】
印刷後において、ハンダペースト41は、PGAパッド13に対して図11下図に示すような関係で、基板本体10の第二面に印刷された状態にされる。即ち、第二ハンダ印刷工程後における基板本体10の第二面は、一部PGAパッド13を露出した状態で、貫通孔91のパターンに対応するPGAパッド13表面端部及びソルダーレジスト層15表面に、上記Y字形状のハンダペースト41を有する状態にされる。この状態で、第二ハンダ印刷工程は完了する。
【0063】
続いて、第六実施例について図12を用いて説明する。図12は、基板本体10の第二面に載置されたメタルマスク100の構成を表す説明図(上図)、及び、そのメタルマスク100を用いてハンダペースト41を印刷した後の基板本体10の構成を表す説明図(下図)である。
【0064】
第六実施例の第二ハンダ印刷工程では、基板本体10の各PGAパッド13の中心点を挟んだ両側に対応する位置に、一対の長方形状の貫通孔101を有するメタルマスク100が用いられる。尚、本実施例の貫通孔101は、PGAパッド13の内側に配置される一辺の長さが、概ねPGAパッド13の直径の0.64倍にされ、それと直交する他方の辺の長さが、概ねPGAパッド13の直径の0.54倍にされている。また、貫通孔101の体積は、第一実施例の貫通孔44の体積と略同一にされている。
【0065】
この工程では、貫通孔101の一辺をPGAパッド13内側に配置すると共に、その一辺と対向する辺を、PGAパッド13の中心点から、PGAパッド13の直径の概ね0.8倍の長さ離れた位置に配置するようにして、メタルマスク100を、基板本体10の第二面に載置する。
【0066】
メタルマスク100の載置後には、第一実施例と同様に、メタルマスク100の上方からハンダペースト41を貫通孔101内に押し込むことにより、ハンダペースト41を、PGAパッド13表面端部の複数箇所(二箇所)に印刷する。このように印刷を行うと、ハンダペースト41は、PGAパッド13に対して図12下図に示すような関係で、基板本体10の第二面に印刷された状態にされる。
【0067】
即ち、第二ハンダ印刷工程後における基板本体10の第二面は、各PGAパッド13の一部表面を露出した状態で、貫通孔101が対向配置されたPGAパッド13表面の二箇所及びソルダーレジスト層15表面に、一対の上記長方形状のハンダペースト41を有する状態にされる。この状態で、第二ハンダ印刷工程は完了する。
【0068】
以上、第二実施例から第六実施例までの配線基板1の製造方法について説明したが、これらの製造方法にて製造した配線基板1におけるボイドの発生率は表2に示す結果となった。尚、ボイド発生率の評価方法は、第一実施例の評価方法と同一である。
【0069】
【表2】
【0070】
表2に示すように、第二実施例のメタルマスク60を用いて、ハンダペースト41を基板本体10に印刷した場合のボイド発生率は、91%である。従来の方法でハンダペースト41を印刷した場合には、表1で示したようにボイド発生率が100%となるから、第二実施例の製造方法で配線基板1を製造すれば、ボイドの発生を従来より抑えることができて、ボイドの発生による接合強度や、フラックス残さによる接合部分の腐食などの諸問題を解消することができる。したがって、第二実施例の配線基板の製造方法によれば、信頼性の高い配線基板を製造することができる。
【0071】
また、第三実施例のメタルマスク70を用いて、ハンダペースト41を基板本体10に印刷する場合には、ボイド発生率を89%まで抑えることができる。この他、第四実施例のメタルマスク80を用いる場合には、ボイド発生率を61%まで抑えることができ、第五実施例のメタルマスク90を用いる場合には、ボイド発生率を38%まで抑えることができ、第六実施例のメタルマスク100を用いる場合には、ボイド発生率を26%まで抑えることができる。したがって、上記第三実施例〜第六実施例の方法でハンダペースト41を印刷すれば、更に、信頼性の高い配線基板を製造することができる。
【0072】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の配線基板の製造方法は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、第二ハンダ印刷工程におけるハンダペースト41の印刷パターンとしては、上記実施例で例示した以外のものを採用してもよい。上記印刷パターンに限らず、リフロー時においてハンダの流動性が確保できるパターンでハンダペーストを印刷すれば、ボイドの発生率を抑えることができ、結果として、信頼性の高い配線基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】配線基板1の側面の構成を表す概略側面図である。
【図2】配線基板1の断面構成を表す概略拡大断面図である。
【図3】PGAパッド13及び貫通孔44の位置関係を表した基板本体10の概略断面図である。
【図4】PGAパッド13及び貫通孔44の位置関係を表した基板本体10の概略上面図である。
【図5】治具50の構成を表す説明図である。
【図6】基板本体10の端部を、治具50の基板本体収容部53に収容した際の態様を表す説明図である。
【図7】リフロー時におけるハンダペースト41の態様を表す説明図である。
【図8】第二実施例の第二ハンダ印刷工程に関する説明図である。
【図9】第三実施例の第二ハンダ印刷工程に関する説明図である。
【図10】第四実施例の第二ハンダ印刷工程に関する説明図である。
【図11】第五実施例の第二ハンダ印刷工程に関する説明図である。
【図12】第六実施例の第二ハンダ印刷工程に関する説明図である。
【符号の説明】
1…配線基板、5…ピン、6…先端部、7…基端部、8…大径部、9…当接部、10…基板本体、11,13…パッド、15…ソルダーレジスト層、16,17…凹部、18…ハンダバンプ、19…ハンダ層、20…基体、21,22,26,33…銅メッキ、29,35…樹脂絶縁層、41…ハンダペースト、43,60,70,80,90,100…メタルマスク、44,61,71,81,91,101…貫通孔、50…治具、53…基板本体収容部、55…リフローポート、82…長方形部、83…半円部、92…円弧部、93…延長部
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板本体表面のパッドに、ピンを取り付けてなる配線基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、配線基板としては、基板本体表面に形成されたパッドに、金属端子としてのピンを取り付けてなるPGA(ピン・グリッド・アレイ)パッケージ用の配線基板が知られている。
【0003】
また、この種の配線基板としては、アルミナ等のセラミックや、合成樹脂(例えば、エポキシ樹脂)などからなる基板本体の表面に銅メッキでパッドを形成したものが知られている。一方、基板本体に取り付けられるピンとしては、基端部が先端に延びるピン本体より大径の釘頭状にされたものが知られている。
【0004】
また、上記構成の基板本体にピンを取り付ける方法としては、予め、ピンの基端部をハンダ付けするためのハンダペーストを、パッド表面に印刷しておき、このハンダペーストをリフローすることにより、ピンの基端部をパッドにハンダ付けする方法が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の方法でピンの基端部をパッドにハンダ付けしようとすると、ハンダペーストのリフロー後において形成されるパッド表面のハンダ層に、ボイド(空孔)が発生することが問題となっていた。ハンダ層は、ピンの基端部とパッドとを接合するものであるから、ハンダ層にボイドが発生すると、ピンとパッドとの間の接合強度が弱くなり、この結果として、ピンと基板本体との間の電気的接続を、長期に渡って良好に保つことができなくなってしまう。
【0006】
また、ハンダ層にボイドが発生すると、パッドへのピン取付後に、フラックス洗浄を行っても、ボイド部分のフラックスが上手く洗浄できず、このフラックス残さにより、ピンと基板本体との間の接合部分が腐食する可能性があった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、ピンとパッドとを接合するハンダ層内にボイドが発生するのを抑制することが可能な配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明は、基板本体表面に露出された状態で配列されたパッドに、ピンの基端部をハンダ付けしてなる配線基板の製造方法であって、基板本体表面に配列された各パッド表面に、その各パッド表面の一部を露出させたままの状態で、ハンダペーストを印刷する印刷工程と、印刷工程後、各パッド表面にピンの基端部を配置して、パッド表面に印刷されたハンダペーストをリフローすることにより、ピンの基端部をパッドにハンダ付けするピン取付工程と、を備えることを特徴とする。
【0008】
請求項1に記載の配線基板の製造方法によれば、従来のようにハンダペーストをパッド表面全体に印刷しないので、リフロー時にハンダペーストがパッド全面に広がるように流動し、ハンダペースト内に閉じこめられていた空気がそのハンダペーストの流動と共に外部に吐き出される。したがって、請求項1に記載の製造方法によって配線基板を製造すれば、ピンの基端部とパッドとを接合するハンダ層内にボイドが発生するのを抑制することができる。
【0009】
結果、請求項1に記載の製造方法によって配線基板を製造すれば、配線基板完成後におけるパッドとピンとの間の接合を良好に保つことができ、熱サイクル等によりボイド部分にクラックが発生して、パッドとピンとの間の電気的接続が悪化するのを抑制することができる。また、ボイドが発生しにくいので、パッドとピンとの間の接合部分にあるフラックスを、洗浄によって綺麗に取り除くことができ、結果としてフラックス残さによりパッドとピンとの間の接合部分で腐食が生じるのを抑制することができる。
【0010】
尚、請求項1に記載の配線基板の製造方法における印刷工程では、請求項2に記載のように、各パッド表面を一部露出させたままの状態で、各パッド表面における端部にハンダペーストを印刷するのが好ましい。
パッド表面における端部にハンダペーストを印刷すると、中央側にハンダペーストを印刷する場合と比較してリフロー時におけるハンダペーストの流動量が多くなる。つまり端部にハンダペーストを印刷すると、そのハンダペーストはリフロー時に反対側の端部まで広がるように流動し、その流動と共にハンダペースト内の空気を効果的に外部に吐き出す。したがって、請求項2に記載の配線基板の製造方法によれば、ピンの基端部とパッドとを接合するハンダ層内にボイドが生じるのを効果的に抑制することができる。
【0011】
この他、請求項1又は請求項2に記載の配線基板の製造方法における印刷工程では、請求項3に記載のように、各パッド表面を一部露出させたままの状態で、各パッド表面の複数箇所にハンダペーストを印刷するとよい。
複数箇所にハンダペーストを印刷すると、ハンダペーストの表面積を大きくすることができる結果、ハンダペースト内にボイドが発生するのを抑制することができる。したがって、請求項3に記載の配線基板の製造方法によれば、リフロー時に、効果的にハンダペースト内の空気を外部に排出することができて、リフロー後のハンダ層にボイドが発生するのを抑制することができる。
【0012】
この他、請求項1〜請求項3に記載の配線基板の製造方法のようにして、ハンダペーストをパッド表面に印刷するためには、印刷工程で、各パッド表面の一部にハンダペーストを吐出することが可能な複数の貫通孔を有するマスクを、基板本体の表面に配置し、そのマスク表面からハンダペーストを、貫通孔内に押し込むことにより、各パッド表面にハンダペーストを印刷すればよい。
【0013】
このようにしてハンダペーストを印刷する請求項4に記載の配線基板の製造方法によれば、印刷工程後においてもパッド表面の一部を露出したままの状態にすることができ、リフロー後のハンダ層にボイドが発生するのを抑制することができる。特に、マスクの貫通孔にハンダペーストを押し込む際には、空気がハンダペースト内に閉じこめられボイドが発生しやすいから、パッド表面の一部を露出させたままの状態にして、ハンダペーストをリフローすることは非常に有効である。
【0014】
また、マスクを用いてハンダペーストをパッド表面に印刷する場合には、請求項5に記載のように構成されたマスクを基板本体表面に配置して、各パッド表面にハンダペーストを印刷すると良い。
請求項5に記載の配線基板の製造方法においては、印刷工程で、基板本体表面に配列されたパッドの配列パターンと同一のパターンで配列された貫通孔を有するマスクを、その貫通孔がパッドから所定距離ずれた位置に配置されるように、基板本体表面に配置した後、マスク表面からハンダペーストを、貫通孔内に押し込むことにより、各パッド表面にハンダペーストを印刷する。
【0015】
請求項5に記載の配線基板の製造方法によれば、簡単に本発明を実施することができて、従来の製造ラインに大幅な改良を加えることなく、低コストにボイドの発生を抑えることができる。この結果、信頼性の高い配線基板を安価に製造することができる。
【0016】
尚、請求項5に記載の配線基板の製造方法においては特に、パッドの直径の36%に対応する距離以上パッドからずれた位置に貫通孔が配置されるように、上記マスクを、基板本体表面に配置すると良い。このようにすると、ピンとパッドとを接合するハンダ層内にボイドが発生するのを効果的に抑制することができる。
【0017】
この他、上記配線基板の製造方法における印刷工程では、基板本体表面に平行な断面が四角形状の一対の貫通孔を各パッドに対応した位置に有するマスクを、基板本体の表面に配置して、ハンダペーストを印刷してもよい。
また、マスクは、貫通孔がトラック形状にされたものであってもよいし、貫通孔がY字形状にされたものであってもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例について、図面とともに説明する。
図1は、ICチップ3が取り付けられた配線基板1の側面の構成を表す概略側面図である。また、図2は、配線基板1の断面構成を表す概略拡大断面図である。
【0019】
本発明が適用された配線基板1は、基板本体10を備え、その基板本体10の両面に銅メッキからなるパッド11,13を備えている。基板本体10は、エポキシ樹脂などの合成樹脂から構成される基体20と、銅メッキ21,22,26,33からなる配線層と、樹脂絶縁層29,35と、を備えている。
【0020】
この基板本体10には、第一面の中央部に、最上層の配線層として、ICチップ3の入出力端子の配列パターンに対応する配列で、複数の上記パッド11(以下、「FCパッド11」とも表現する。)が形成されている。また、基板本体10の第二面には、配線基板1を取り付けるマザーボード等の外部基板の入出力端子の配列パターンに対応する配列で複数の円状の上記パッド13(以下、「PGAパッド13」とも表現する。)が形成されている。
【0021】
また、基板本体10の表面には、FCパッド11及びPGAパッド13を構成する銅メッキ21,22の一部を露出した状態で、ソルダーレジスト層15が形成されている。即ち、両面のパッド(FCパッド11及びPGAパッド13)は、基板本体10最上部のソルダーレジスト層15に周囲(周縁)を包囲されており、そのソルダーレジスト層15が形成されていない基板本体10の凹部16,17内に位置している。
【0022】
この基板本体10の第一面に配列されたFCパッド11には、フリップチップ実装方式にてICチップ3を接合するためのPb−Sn共晶ハンダからなるハンダバンプ18がソルダーレジスト層15より突出するようにして形成されている。尚、このハンダバンプ18は、FCパッド11の表面を被覆するように形成されている。また、第二面に配列されたPGAパッド13には、ピン5をPGAパッド13に接合するハンダ層19が、そのPGAパッド13の表面を被覆するように形成されている。
【0023】
ピン5は、棒状の先端部6と、先端部6より大径の基端部7と、から構成されている。基端部7は、その先端部6に接続された板状の大径部8の上記先端部6とは反対側の端面に、PGAパッド13に当接される当接部9を有している。当接部9は、上記ハンダ層19より高融点のハンダにて形成されており、大径部8の端面の略全面から基端方向に略球面状に膨出している。尚、本実施例の当接部9はハンダで形成されているが、当接部9は、Ag−Cuなどの銀ロウ材で形成されていてもよいし、Au−Siなどの金ロウ材で形成されていてもよい。
【0024】
この他、ハンダ層19は、Sn−Sb共晶ハンダからなり、フィレット形状にされている。そしてハンダ層19は、当接部9の周囲を包囲して、ピン5の基端部7をPGAパッド13に接合している。
次に、上記構成の配線基板1の製造方法について、第一実施例から第六実施例までを説明する。この第一〜第六実施例では、基板本体10の作製工程、印刷工程、ピン取付工程を順に実行することにより、配線基板1を製造している。尚、第一〜第六実施例では、周知の技法を用いて基板本体10を作製しているので、基板本体10の作製工程については、図2の配線基板1の断面図を用いて簡単に説明することにする。
【0025】
基板本体10の作製工程では、まず基体20の両面に、銅箔25を形成する。この後、ドリル等で基体20にスルーホール(貫通孔)を形成し、銅箔25が形成された基体20の両面及びスルーホール内の側面に銅メッキ26を施して、基体20の両面の銅メッキ26をスルーホールを介して接続する。更に、基体20上の銅メッキ26表面を粗化し、スルーホールを充填材27(例えば、エポキシ樹脂)にて充填する。
【0026】
そして、両面の銅メッキ26上にエッチングレジスト層(図示せず)を形成し、配線パターンに対応するガラスマスクを用いて露光、現像処理を施すことにより、エッチングレジスト層を一部除去し、更に、このエッチングレジスト層上部からエッチング液を用いてエッチング処理を施すことにより、銅メッキ26及びそれより下層の上記銅箔25を一部除去して、銅メッキ26による配線層(配線パターン)を形成する。
【0027】
この後、残留するエッチングレジスト層を基体20から除去して、銅メッキ26を表面粗化し、この上に絶縁フィルムによる樹脂絶縁層29を形成する。この樹脂絶縁層29の形成後、露光、現像により一部の樹脂絶縁層29を除去してビア31(孔)を形成し、更に、樹脂絶縁層29を熱硬化、表面粗化する。そして、樹脂絶縁層29の表面に所定パターンのめっきレジストを形成して、選択的に銅メッキ33を施し、一層目の銅メッキ26(配線層)に接続するようにして、二層目の配線層を形成する。また更に、二層目の配線層が形成された基体20上に樹脂絶縁層35を形成する。尚、本実施例では、このような方法(公知のフォトリソグラフィ技術、アディティブ法、サブトラクティブ法など)で銅メッキによる配線層の形成及び樹脂絶縁層の形成を繰り返すことにより多層に配線層を形成する。
【0028】
そして最上層の配線層を形成した後に、その配線層を構成する銅メッキ21,22の表面を粗化し、この上にソルダーレジスト層15を形成する。このソルダーレジスト層15の形成後には、露光、現像により、配列するパッド11,13表面のソルダーレジスト層15のみを選択的に除去して上記凹部16,17を形成し、これにより銅メッキ21,22を露出させてパッド11,13を基板本体表面に形成する。
【0029】
このパッド11,13形成後には、ソルダーレジスト層15に対して熱硬化、表面粗化などの処理を施す。以上の処理により、FCパッド11とPGAパッド13とを下層の配線層を介して電気的に接続する基板本体10が完成する。また、基板本体10の完成後には、必要に応じて、ハンダ濡れを良くするためのニッケルメッキ層や、ニッケルメッキ層表面の酸化を防止するための金メッキ層などをパッド11,13に形成する。この後、パッド11,13表面に、ハンダベーストを、スクリーン印刷する(印刷工程)。
【0030】
印刷工程では、まず最初にFCパッド11へのハンダ印刷を行う(第一ハンダ印刷工程)。このFCパッド11へのハンダ印刷では、FCパッド11に対応する配列パターンの貫通孔を有するメタルマスク(図示せず)が用いられる。尚、貫通孔の開口径及びメタルマスクの厚みは、形成するハンダバンプ18の形状に合わせて設定されている。
【0031】
第一ハンダ印刷工程では、メタルマスクを基板本体10上面(即ち第一面)に載置し、ハンダペースト41を、そのメタルマスクの上面から塗布することにより、貫通孔を介して基板本体10の第一面に形成されたFCパッド11表面にハンダペースト41を印刷する。この工程を終えると、次にPGAパッド13へのハンダ印刷を行う(第二ハンダ印刷工程)。
【0032】
第二ハンダ印刷工程では、まず、円状のPGAパッド13と略同形の複数の貫通孔44が、PGAパッド13の配列パターンと同一のパターンで配列されたメタルマスク43を、PGAパッド13が露出された基板本体10の第二面に載置する。ただし、この際には、貫通孔44を、PGAパッド13から所定距離A(以下、この距離を「オフセット量」と表現する。)ずらすようにして、基板本体10の第二面に配置する(図3及び図4参照)。尚、このように貫通孔44をPGAパッド13からずらして配置するのは、所謂オフセット印刷にて、ハンダペースト41を基板本体10に印刷するためである。図3は、メタルマスク43載置後におけるPGAパッド13及び貫通孔44の位置関係を表した基板本体10の概略断面図であり、図4は、メタルマスク43載置後におけるPGAパッド13及び貫通孔44の位置関係を表した基板本体10の概略上面図である。ただし図3においては、基板本体10の内部構造を省略して図示する。
【0033】
図3及び図4の上図に示すようにしてメタルマスク43を配置した後には、メタルマスク43表面から、ハンダペースト41をスキージ(図示せず)等を用いて貫通孔44内に押し込むことにより、ハンダペースト41を各PGAパッド13の表面に、印刷する(図3下図)。
【0034】
この押し込みにより、ハンダペースト41は、各貫通孔44から、その貫通孔44の下方に位置する各PGAパッド13表面の一部に吐出され、各PGAパッド13からオフセット量Aだけずれた位置(即ち、PGAパッド13の端部)に、印刷される。即ち、ハンダペースト41の印刷後にメタルマスク43を基板本体10の第二面から取り除くと、その第二面は、貫通孔44に対応したPGAパッド13及びソルダーレジスト層15表面に、ハンダペースト41が印刷された状態にされる(図4下図)。
【0035】
また、メタルマスク43に閉塞されていたPGAパッド13の一部表面は、第二ハンダ印刷工程後においても、露出されたままの状態にされる。この第二ハンダ印刷工程が完了すると、続いてピン取付工程を行う。
ピン取付工程では、ピン5の先端部6を挿入するための貫通孔51が、PGAパッド13の配列パターンに合わせて形成された治具50を用いる。治具50には、基板本体10を位置決めして載置するための基板本体収容部53が設けられている。尚、図5は、治具50の構成を表す説明図である。
【0036】
この工程では、まず、上記構成のピン5及び治具50を用意し、当接部9を基板本体収容部53に収容するようにして、ピン5の先端部6を貫通孔51に挿入する。尚、ピン5には、良好なハンダ付け性を得るために、前処理として、予めニッケルメッキや金メッキなどの金属メッキを施しておくと良い。
【0037】
そして、治具50をリフローポート55に載置し、基板本体10の第二面側の端部を、治具50の基板本体収容部53に収容する。この状態で、ピン5の当接部9は、PGAパッド13の表面に形成されたハンダペースト41に接触し、基端部7は、PGAパッド13表面に対向配置される。尚、図6は、基板本体10の端部を、治具50の基板本体収容部53に収容した際の態様を表す説明図である。
【0038】
この後、基板本体10を、治具50と共にリフロー炉内に投入して、ハンダペースト41をリフローし、ピン5の基端部7をPGAパッド13にハンダ付けする。図7は、リフロー時におけるハンダペースト41の態様を表わした説明図である。この図では、リフロー時におけるハンダペースト41の態様を理解しやすいように示すために治具50等の構成を示さないが、実際の工程においては、ピン5及び基板本体10端部を、治具50に収容した状態にしている。
【0039】
図7上図に示すように、リフロー開始直後において、ハンダペースト41は溶融し、PGAパッド13の表面各部に流動して濡れ広がる(図中矢印で示す)。この際、ハンダペースト41内部の空孔(ボイド)内に閉塞されていた空気は、そのハンダペースト41の流動と共に外部に排出される。つまり、ハンダペースト41内のボイドは、ハンダペースト41の流動と共に解消され、リフロー後における基板本体10のPGAパッド13には、従来よりボイド発生率の少ないハンダ層19が完成する。尚、リフロー後におけるハンダ層19は、図7下図に示すように、フィレット形状にされ、ピン5の当接部9を、PGAパッド13に当接した状態で固定する。
【0040】
また、図示しないがこのリフローによって同時に、ハンダバンプ18は、FCパッド11表面に完成する。以上の工程により、配線基板1は完成する。尚、この後に、配線基板1の第一面にはICチップ3が実装され、更に、ICチップ3が実装された配線基板1は、ピン5を介してマザーボードなどの外部基板に装着される。
【0041】
以上、第一実施例の配線基板1の製造方法について説明したが、第一実施例の製造方法で作製した配線基板1では、ハンダ層19におけるボイド発生率に関して、表1に示すような結果を得ることができた。
【0042】
【表1】
【0043】
表1には、円状のPGAパッド13の直径が1.4mmである配線基板1において、上記オフセット量を0mmとした場合(即ち、従来の製造方法で作製した場合)のボイド発生率と、オフセット量を0.5mmとした場合のボイド発生率と、オフセット量を0.75mmとした場合のボイド発生率と、オフセット量を1.00mmとした場合のボイド発生率と、オフセット量を1.25mmとした場合のボイド発生率と、を表す。尚ここでは、X線透過にてハンダ層19内部を観察することにより、ハンダ層19にボイドが発生しているPGAパッド13の数をカウントし、そのボイドが発生しているPGAパッド13の数を、検査したPGAパッド13の数で除算し、それを百分率で表してボイド発生率を評価している。
【0044】
表1からも理解できるように、オフセット量が0.5mmである場合には、ボイド発生率が67%、オフセット量が0.75mmである場合には、ボイド発生率が55%、オフセット量が1.00mmである場合には、ボイド発生率が7%、オフセット量が1.25mmである場合には、ボイド発生率が4%となった。また表1には示さないが、オフセット量を0.5mm未満とした場合でも、オフセット量を0mmとする場合より良い結果を得ることができた。
【0045】
したがって、第一実施例における上記第二ハンダ印刷工程においては、オフセット量Aを、PGAパッド13の直径の概ね36%以上とするのが良い。また、PGAパッド13の直径が1.4mmである基板本体10を取り扱う場合には、メタルマスク43の貫通孔44を、PGAパッド13から0.5mm以上ずらす(即ち、A≧0.5mm)ようにしてメタルマスク43を配置するのがよい。このようなオフセット量で貫通孔44を配置すると、ハンダ層19におけるボイドの発生率を抑えることができる。
【0046】
次に、第二実施例の配線基板1の製造方法について、図8を示しつつ説明する。ただし、以下に説明する第二実施例〜第六実施例の配線基板1の製造方法は、基本的に、第二ハンダ印刷工程におけるハンダペースト41の印刷方法が異なるだけであるので、第一実施例と同様に行われる基板本体10の作製工程、第一ハンダ印刷工程、及び、ピン取付工程の説明については省略する。
【0047】
図8は、基板本体10の第二面に載置されたメタルマスク60の構成を表す説明図(上図)、及び、そのメタルマスク60を用いてハンダペースト41を印刷した後の基板本体10の第二面の構成を表す説明図(下図)である。図8に示すように、第二実施例の第二ハンダ印刷工程では、基板本体10の円状のPGAパッド13の中心点を挟んで対向するPGAパッド13の端部に、一対の円状の貫通孔61を配置するようにして、メタルマスク60を、基板本体10の第二面に載置している。尚、メタルマスク60には、PGAパッド13の中心点を挟んで対向するPGAパッド13の端部に一対の貫通孔61を配置可能なパターンで、その貫通孔61が形成されている。また、貫通孔61の直径は、PGAパッド13の直径の概ね0.7倍にされている。即ち、一対の貫通孔61の総体積は、第一実施例の一つの貫通孔44の体積と略同一にされている。
【0048】
このメタルマスク60載置後には、第一実施例と同様に、スクリーン印刷法にて、メタルマスク60表面からハンダペースト41を貫通孔61内に押し込むことにより、ハンダペースト41をメタルマスク60裏面の貫通孔61先端から吐出させて、PGAパッド13表面端部の複数箇所(具体的には二箇所)にハンダペースト41を印刷する。この工程後において、ハンダペースト41は、PGAパッド13に対して図8下図に示すような関係で、基板本体10の第二面に印刷された状態にされる。
【0049】
即ち、第二ハンダ印刷工程後における基板本体10の第二面は、メタルマスク60により閉塞されていたPGAパッド13の一部表面が露出されたままの状態にされ、貫通孔61が対向配置された各PGAパッド13表面端部の複数箇所(具体的には二箇所)及びソルダーレジスト層15表面に、ハンダペースト41が印刷された状態にされる。この状態で、第二ハンダ印刷工程は完了する。
【0050】
続いて、第三実施例について図9を用いて説明する。
図9は、基板本体10の第二面に載置されたメタルマスク70の構成を表す説明図(上図)、及び、そのメタルマスク70を用いてハンダペースト41を印刷した後の基板本体10第二面の構成を表す説明図(下図)である。
【0051】
第三実施例の第二ハンダ印刷工程では、基板本体10の各PGAパッド13毎に、計4つの円状の貫通孔71をPGAパッド13の円弧状の端縁に沿って等間隔に配置するようにして、メタルマスク70を基板本体10の第二面に載置する。
【0052】
尚、メタルマスク70の貫通孔71の直径は、PGAパッド13の直径の半分程度にされており、メタルマスク70は、貫通孔71の中心点を、PGAパッド13の円弧状の端縁より若干径方向内側に配置するようにしつつ、PGAパッド13の端縁に沿って貫通孔71を等間隔で、4つ配置可能なパターンで、その貫通孔71を有する構造にされている。また、上記貫通孔71の構成により、4つの貫通孔71の総体積は、第一実施例における一つの貫通孔44の体積と略同一にされている。
【0053】
このメタルマスク70の載置後には、第一実施例と同様に、メタルマスク70表面からハンダペースト41を貫通孔71内に押し込むことにより、ハンダペースト41を貫通孔71を介してPGAパッド13表面に印刷する。
印刷が完了すると、ハンダペースト41は、PGAパッド13に対して図9下図に示すような関係で、基板本体10の第二面に配置される。
【0054】
即ち、第二ハンダ印刷工程後における基板本体10の第二面は、各PGAパッド13の一部表面を露出した状態で、貫通孔71に対向されたPGAパッド13表面の四箇所に、ハンダペースト41を有する状態にされる。この状態で、第二ハンダ印刷工程は完了する。
【0055】
続いて、第四実施例について図10を用いて説明する。尚、図10は、基板本体10の第二面に載置されたメタルマスク80の構成を表す説明図(上図)、及び、そのメタルマスク80を用いてハンダペースト41を印刷した後の基板本体10第二面の構成を表す説明図(下図)である。
【0056】
第四実施例の第二ハンダ印刷工程では、長方形部82の両側に一対の半円部83を結合した端縁がトラック形状の貫通孔81を、各PGAパッド13に対応する位置に有するメタルマスク80を用いる。メタルマスク80の半円部83の直径は、概ねPGAパッド13の直径の0.7倍にされており、長方形部82の半円部83に結合された辺の長さは、その半円部83の直径と同一長さにされている。また、長方形部82の他方の辺の長さは、そのPGAパッド13の直径の概ね半分にされている。即ち、貫通孔81の体積は、第一実施例の貫通孔44の体積と略同一にされている。
【0057】
この工程では、まず貫通孔81の一方の半円部83を概ねPGAパッド13の端縁よりPGAパッド13内側に配置するようにして、メタルマスク80を、基板本体10の第二面に載置する。
このメタルマスク80の載置後には、第一実施例と同様に、メタルマスク80表面からハンダペースト41を貫通孔81内に押し込むことにより、ハンダペースト41を貫通孔81を介してPGAパッド13表面に印刷する。そして第二ハンダ印刷工程は完了する。
【0058】
尚、第二ハンダ印刷工程後における基板本体10の第二面は、PGAパッド13に対して図10下図に示すような関係で、ハンダペースト41を有する状態にされる。即ち、第二ハンダ印刷工程後における基板本体10の第二面は、一部PGAパッド13を露出した状態で、貫通孔81のパターンに対応する各PGAパッド13の端部及びソルダーレジスト層15表面に、トラック形状のハンダペースト41を有する状態にされる。
【0059】
続いて、第五実施例について図11を用いて説明する。図11は、基板本体10の第二面に載置されたメタルマスク90の構成を表す説明図(上図)、及び、そのメタルマスク90を用いてハンダペースト41を印刷した後の基板本体10の第二面の構成を表す説明図(下図)である。
【0060】
第五実施例の第二ハンダ印刷工程では、PGAパッド13の概ね1.3倍の直径を有する円における角度150°分の円弧とPGAパッド13の概ね0.57倍の直径を有する円における角度150°分の円弧とを繋ぎ合わせた形状の円弧部92と、その円弧部92から長方形状に延びる延長部93と、からなる概略Y字形状の貫通孔91を、基板本体10の各PGAパッド13に対応する位置に有するメタルマスク90が用いられる。尚、貫通孔91の体積は、第一実施例の貫通孔44の体積と略同一にされている。
【0061】
この工程では、まず、円弧部92の中心をPGAパッド13の端縁に沿って配置するようにして、メタルマスク90を、基板本体10の第二面に載置する。
メタルマスク90の載置後には、第一実施例と同様に、メタルマスク90の上方からハンダペースト41を貫通孔91内に押し込むことにより、貫通孔91のメタルマスク裏面側からハンダペースト41を吐出させて、ハンダペースト41をPGAパッド13の端部表面に印刷する。
【0062】
印刷後において、ハンダペースト41は、PGAパッド13に対して図11下図に示すような関係で、基板本体10の第二面に印刷された状態にされる。即ち、第二ハンダ印刷工程後における基板本体10の第二面は、一部PGAパッド13を露出した状態で、貫通孔91のパターンに対応するPGAパッド13表面端部及びソルダーレジスト層15表面に、上記Y字形状のハンダペースト41を有する状態にされる。この状態で、第二ハンダ印刷工程は完了する。
【0063】
続いて、第六実施例について図12を用いて説明する。図12は、基板本体10の第二面に載置されたメタルマスク100の構成を表す説明図(上図)、及び、そのメタルマスク100を用いてハンダペースト41を印刷した後の基板本体10の構成を表す説明図(下図)である。
【0064】
第六実施例の第二ハンダ印刷工程では、基板本体10の各PGAパッド13の中心点を挟んだ両側に対応する位置に、一対の長方形状の貫通孔101を有するメタルマスク100が用いられる。尚、本実施例の貫通孔101は、PGAパッド13の内側に配置される一辺の長さが、概ねPGAパッド13の直径の0.64倍にされ、それと直交する他方の辺の長さが、概ねPGAパッド13の直径の0.54倍にされている。また、貫通孔101の体積は、第一実施例の貫通孔44の体積と略同一にされている。
【0065】
この工程では、貫通孔101の一辺をPGAパッド13内側に配置すると共に、その一辺と対向する辺を、PGAパッド13の中心点から、PGAパッド13の直径の概ね0.8倍の長さ離れた位置に配置するようにして、メタルマスク100を、基板本体10の第二面に載置する。
【0066】
メタルマスク100の載置後には、第一実施例と同様に、メタルマスク100の上方からハンダペースト41を貫通孔101内に押し込むことにより、ハンダペースト41を、PGAパッド13表面端部の複数箇所(二箇所)に印刷する。このように印刷を行うと、ハンダペースト41は、PGAパッド13に対して図12下図に示すような関係で、基板本体10の第二面に印刷された状態にされる。
【0067】
即ち、第二ハンダ印刷工程後における基板本体10の第二面は、各PGAパッド13の一部表面を露出した状態で、貫通孔101が対向配置されたPGAパッド13表面の二箇所及びソルダーレジスト層15表面に、一対の上記長方形状のハンダペースト41を有する状態にされる。この状態で、第二ハンダ印刷工程は完了する。
【0068】
以上、第二実施例から第六実施例までの配線基板1の製造方法について説明したが、これらの製造方法にて製造した配線基板1におけるボイドの発生率は表2に示す結果となった。尚、ボイド発生率の評価方法は、第一実施例の評価方法と同一である。
【0069】
【表2】
【0070】
表2に示すように、第二実施例のメタルマスク60を用いて、ハンダペースト41を基板本体10に印刷した場合のボイド発生率は、91%である。従来の方法でハンダペースト41を印刷した場合には、表1で示したようにボイド発生率が100%となるから、第二実施例の製造方法で配線基板1を製造すれば、ボイドの発生を従来より抑えることができて、ボイドの発生による接合強度や、フラックス残さによる接合部分の腐食などの諸問題を解消することができる。したがって、第二実施例の配線基板の製造方法によれば、信頼性の高い配線基板を製造することができる。
【0071】
また、第三実施例のメタルマスク70を用いて、ハンダペースト41を基板本体10に印刷する場合には、ボイド発生率を89%まで抑えることができる。この他、第四実施例のメタルマスク80を用いる場合には、ボイド発生率を61%まで抑えることができ、第五実施例のメタルマスク90を用いる場合には、ボイド発生率を38%まで抑えることができ、第六実施例のメタルマスク100を用いる場合には、ボイド発生率を26%まで抑えることができる。したがって、上記第三実施例〜第六実施例の方法でハンダペースト41を印刷すれば、更に、信頼性の高い配線基板を製造することができる。
【0072】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の配線基板の製造方法は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、第二ハンダ印刷工程におけるハンダペースト41の印刷パターンとしては、上記実施例で例示した以外のものを採用してもよい。上記印刷パターンに限らず、リフロー時においてハンダの流動性が確保できるパターンでハンダペーストを印刷すれば、ボイドの発生率を抑えることができ、結果として、信頼性の高い配線基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】配線基板1の側面の構成を表す概略側面図である。
【図2】配線基板1の断面構成を表す概略拡大断面図である。
【図3】PGAパッド13及び貫通孔44の位置関係を表した基板本体10の概略断面図である。
【図4】PGAパッド13及び貫通孔44の位置関係を表した基板本体10の概略上面図である。
【図5】治具50の構成を表す説明図である。
【図6】基板本体10の端部を、治具50の基板本体収容部53に収容した際の態様を表す説明図である。
【図7】リフロー時におけるハンダペースト41の態様を表す説明図である。
【図8】第二実施例の第二ハンダ印刷工程に関する説明図である。
【図9】第三実施例の第二ハンダ印刷工程に関する説明図である。
【図10】第四実施例の第二ハンダ印刷工程に関する説明図である。
【図11】第五実施例の第二ハンダ印刷工程に関する説明図である。
【図12】第六実施例の第二ハンダ印刷工程に関する説明図である。
【符号の説明】
1…配線基板、5…ピン、6…先端部、7…基端部、8…大径部、9…当接部、10…基板本体、11,13…パッド、15…ソルダーレジスト層、16,17…凹部、18…ハンダバンプ、19…ハンダ層、20…基体、21,22,26,33…銅メッキ、29,35…樹脂絶縁層、41…ハンダペースト、43,60,70,80,90,100…メタルマスク、44,61,71,81,91,101…貫通孔、50…治具、53…基板本体収容部、55…リフローポート、82…長方形部、83…半円部、92…円弧部、93…延長部
Claims (5)
- 基板本体表面に露出された状態で配列されたパッドに、ピンの基端部をハンダ付けしてなる配線基板の製造方法であって、
前記基板本体表面に配列された前記各パッド表面に、該各パッド表面の一部を露出させたままの状態で、ハンダペーストを印刷する印刷工程と、
該印刷工程後、前記各パッド表面に前記ピンの基端部を配置して、前記パッド表面に印刷された前記ハンダペーストをリフローすることにより、前記ピンの基端部を前記パッドにハンダ付けするピン取付工程と、
を備えることを特徴とする配線基板の製造方法。 - 前記印刷工程では、前記各パッド表面の一部を露出させたままの状態で、前記各パッド表面における端部に前記ハンダペーストを印刷することを特徴とする請求項1に記載の配線基板の製造方法。
- 前記印刷工程では、前記各パッド表面の一部を露出させたままの状態で、前記各パッド表面の複数箇所に前記ハンダペーストを印刷することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の配線基板の製造方法。
- 前記印刷工程では、前記各パッド表面の一部にハンダペーストを吐出することが可能な複数の貫通孔を有するマスクを、前記基板本体表面に配置した後、該マスク表面からハンダペーストを、該貫通孔内に押し込むことにより、前記各パッド表面にハンダペーストを印刷することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
- 前記印刷工程では、前記基板本体表面に配列されたパッドの配列パターンと同一のパターンで配列された貫通孔を有するマスクを、該貫通孔が前記パッドから所定距離ずれた位置に配置されるように、前記基板本体表面に配置した後、該マスク表面からハンダペーストを、該貫通孔内に押し込むことにより、前記各パッド表面にハンダペーストを印刷することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
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- 2002-07-19 JP JP2002211234A patent/JP2004055827A/ja active Pending
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