JP2004119544A

JP2004119544A - 配線基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004119544A
Application number: JP2002278525A
Authority: JP
Inventors: Osamu Akashi; 明石　理
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】平坦でかつ径が均一な大きな面積の上端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】半田バンプ５は、耐半田樹脂層４から突出した上端面が耐半田樹脂層４の開口部４ａより大径の研磨された平坦面である。
【選択図】図２

Description

【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】
近時、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられる半田バンプ付き配線基板として、例えばガラス−エポキシ板から成る絶縁板やエポキシ樹脂等の絶縁層を複数層積層して成り、その内部および／または表面に銅箔や銅めっき膜から成る複数の配線導体および表面に半田接合パッドを形成して成る絶縁基板と、この絶縁基板の表面に前記半田接合パッドの中央部を露出させる開口部を有するとともに半田接合パッドの外周部を覆うようにして被着された耐半田樹脂層と、この耐半田樹脂層から露出した半田接合パッドに耐半田樹脂層から突出するようにして接合された半田バンプとを具備して成る有機材料系の半田バンプ付き配線基板が採用されるようになってきている。
【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上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実装される。
【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、半田バンプの上端を平坦化して高さを一定に揃えている。半田バンプの上端を平坦化するには、その半田バンプの頂部を平板状のコイニング治具や半田バンプに対向する円錐台形状の凹部を有するコイニング治具でプレスして平坦化する方法が採用されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１００８６３号公報
【０００６】
【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、半田バンプの上端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、半田バンプ上端面の面積にばらつきが発生しやすく、円錐台形状の凹部を有するコイニング治具でプレスして平坦化されている場合には、半田バンプの上端面の面積を一定とすることは可能であるが、半田バンプが円錐台形状となるため半田バンプの上端面の面積が小さいものとなる。そのため、小型で高密度配置された半田バンプを備えた近時の配線基板においては、半田バンプの形成位置に製造ばらつきによる僅かなずれがあると、電子部品を配線基板の上面に載置する際に電子部品の電極と半田バンプとが良好に接触しないことがあり、電子部品の電極と半田バンプとを正確かつ良好に接続させることが困難であった。また、半田バンプの上端部を研磨して平坦化することも考えられるが、小型化された半田バンプの上端部を研磨により平坦化する場合、研磨時に半田バンプと半田接合パッドとの間に印加される応力により半田バンプが半田接合パッドから取れてしまい、大きく研磨することはできないという問題点があった。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、平坦で大きな面積の上端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正確かつ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、表面に半田接合パッドが形成された絶縁基板と、この絶縁基板の表面に被着されており、半田接合パッドの中央部を露出させる開口部を有するとともに半田接合パッドの外周部を被覆する耐半田樹脂層と、前記開口部内に露出した半田接合パッド上に、前記開口部内を埋めるとともに耐半田樹脂層から突出するようにして接合された半田バンプとを具備して成る半田バンプ付き配線基板であって、半田バンプは、その上端に前記開口部よりも大径の研磨された平坦面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、表面に半田接合パッドが形成された絶縁基板の表面に半田接合パッドの中央部を露出させる開口部を有するとともに半田接合パッドの外周部を被覆する耐半田樹脂層を設ける工程と、半田接合パッド上に前記開口部内を埋めるとともに耐半田樹脂層から前記開口部より大径の略球状に突出する半田バンプを形成する工程と、耐半田樹脂層の表面に半田バンプの少なくとも側部を埋没させる保護樹脂層を形成する工程と、半田バンプの上端部を前記開口部よりも大径の部位まで研磨して、半田バンプの上端に前記開口部より大径の研磨された平坦面を形成する工程と、保護樹脂層を剥離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、その上端に耐半田樹脂層の開口部よりも大径の研磨された平坦面を有していることから、半田バンプの上端面の面積が均一で大きなものとなり、その結果、電子部品を配線基板の上面に載置する際に、半田バンプの形成位置に製造ばらつきによる僅かなずれがあったとしても、面積の大きな上端面を有する半田バンプと電子部品の電極とが良好に接触して電子部品の電極と配線基板の半田バンプとを正確かつ良好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、耐半田樹脂層の表面に半田バンプの少なくとも側部を埋没させる保護樹脂層を形成した後、半田バンプの上端部を耐半田樹脂層の開口部よりも大径の部位まで研磨して、半田バンプの上端に耐半田樹脂層の開口部よりも大径の研磨された平坦面を形成した後に、保護樹脂層を剥離することから、研磨時に保護樹脂層内に埋没した半田バンプが取れることはなく、したがって上端に耐半田樹脂層の開口部より大径の研磨された平坦面を有する半田バンプを備えた、電子部品の電極と配線基板の半田バンプとを正確かつ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は本発明の半田バンプ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は絶縁基板、２は配線導体、３は半田接合パッド、４は耐半田樹脂層、５は半田バンプ、６は外部リードピンであり、主にこれら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６を有する例を示したが、外部リードピン６は必ずしも必要ではなく、外部リードピン６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】
絶縁基板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】
絶縁基板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７を有している。そして、各貫通孔７の内壁には配線導体２の一部が被着されており、芯体１ａの上下面に形成された配線導体２同士が貫通孔７内の配線導体２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貫通孔７用の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３〜５０μｍ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、貫通孔７内の配線導体２は、芯体１ａに貫通孔７を設けた後に、この貫通孔７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７の内壁に被着形成される。
【００１６】
さらに、芯体１ａは、その貫通孔７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８が充填されている。樹脂柱８は、貫通孔７を塞ぐことにより貫通孔７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７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８を含む芯体１ａの上下面に絶縁層１ｂ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９を有しており、これらの貫通孔９内には配線導体２の一部が被着形成されている。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とを貫通孔９内の配線導体２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２０〜６０μｍ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９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９内に被着された配線導体２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９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４が被着されている。耐半田樹脂層４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３やピン接合パッド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４は、その厚みが１０〜５０μｍ程度であり、感光性を有する耐半田樹脂層４用の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後述する半田接合パッド３やピン接合パッド１０の中央部を露出させる開口部４ａ、４ｂ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４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３やピン接合パッド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３やピン接合パッド１０を露出させる開口部４ａ、４ｂを有するように形成される。
【００２１】
また、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−錫合金から成る半田バンプ５を介して接合される半田接合パッド３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６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３やピン接合パッド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４により１５〜３５μｍ程度の幅で被覆することによりその露出する直径が、半田接合パッド３であれば７０〜２００μｍ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。このように半田接合パッド３およびピン接合パッド１０の外周部を耐半田樹脂層４により被覆することによって、半田接合パッド３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３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。なお、通常であれば、半田接合パッド３およびピン接合パッド１０の露出する表面には、半田接合パッド３やピン接合パッド１０の酸化腐蝕の防止と半田バンプ５や外部リードピン６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。
【００２２】
また、半田接合パッド３には半田バンプ５が、耐半田樹脂層４の開口部４ａを埋めるとともに耐半田樹脂層４から突出するようにして固着形成されている。半田バンプ５は、鉛−錫合金等の半田材料から成り、半田接合パッド３と電子部品とを電気的および機械的に接続するための端子として機能し、電子部品の各電極がそれぞれ対応する半田バンプ５に当接するようにして電子部品を載置するとともに、これらを例えば電気炉などの加熱装置で加熱して半田バンプ５を溶融させることにより半田バンプ５と電子部品の電極とが接続される。
【００２３】
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５は、図２に要部拡大断面図で示すように、耐半田樹脂層４から突出した部位の上端に耐半田樹脂層４の開口部４ａよりも大径の研磨された平坦面を有している。このように、半田バンプ５は、耐半田樹脂層４から突出した部位の上端に耐半田樹脂層４の開口部４ａよりも大径の研磨された平坦面を有していることから、その上端面の面積が均一で大きなものとなり、電子部品を配線基板の上面に搭載する際に、半田バンプ５の形成位置に製造ばらつきによる僅かなずれがあったとしても、面積の大きな平坦に研磨された上端面を有する半田バンプ５と電子部品の電極とが良好に接触して電子部品の電極と半田バンプ５とを正確かつ良好に接続することができる。
【００２４】
なお、本発明において、このような形状の半田バンプ５を半田接合パッド３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、配線導体２を有する絶縁基板１の上面に、配線導体２に接続された半田接合パッド３およびこの半田接合パッド３の中央部を露出させる開口部４ａを有する耐半田樹脂層４を形成する。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に要部断面図で示すように、半田接合パッド３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１１を印刷塗布する。
【００２６】
次に、図３（ｃ）に要部断面図で示すように、半田接合パッド３上に塗布された半田ペースト１１をその半田粒子の融点以上の２３０〜２８０℃に加熱して半田粒子を溶融させることにより半田接合パッド３上に開口部４ａを埋めるとともに耐半田樹脂層４から開口部４ａよりも大径の略球状に突出する半田バンプ５を形成する。
【００２７】
次に、図３（ｄ）に要部断面図で示すように、耐半田樹脂層４の上に半田バンプ５の少なくとも側部を埋没させる保護樹脂層１２を形成する。このような保護樹脂層１２は、耐半田樹脂層４の上面に熱および紫外線硬化形の樹脂ペーストを塗布するとともにそれを熱および紫外線硬化させることにより形成される。
【００２８】
次に、図３（ｅ）に要部断面図で示すように、図示しない研磨装置により半田バンプ５の上端部を開口部４ａよりも大径の部位まで研磨して除去することにより、半田バンプ５の耐半田樹脂層４から突出した部位の上端に開口部４ａより広い研磨された平坦面を形成する。このとき、半田バンプ５は少なくともその側部が保護樹脂層１２内に埋没しているので、保護樹脂層１２で固定されて半田接合パッド３から取れることはなく、上端に開口部４より大径の均一な面積の平坦面を有する半田バンプ５を形成することができる。
【００２９】
最後に、保護樹脂層１２を耐半田樹脂層４上から剥離除去することにより、耐半田樹脂層４から突出した部位の上端に耐半田樹脂層４の開口部４ａより広い研磨された平坦面を有する半田バンプ付き配線基板を得ることができる。なお、保護樹脂層１２を剥離するには、保護樹脂層１２を剥離可能な溶剤に浸漬するか、あるいは剥離可能な溶剤を噴霧して剥離すればよい。
【００３０】
このように本発明の製造方法によれば、耐半田樹脂層４から突出した部位の上端に耐半田樹脂層４の開口部４ａより大径の研磨された平坦面を有する半田バンプ５を備え、電子部品の電極と半田バンプ５とを正確かつ良好に接続可能な半田バンプ付き配線基板を提供することができる。
【００３１】
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６が半田バンプ５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６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６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。
【００３２】
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、配線基板の上面に電子部品をその電極が半田バンプ５に当接するようにして載置するとともに、半田バンプ５を溶融させて電子部品の電極と半田接合パッド３とを接合させることにより電子装置となる。
【００３３】
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。
【００３４】
【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、その上端に耐半田樹脂層の開口部よりも大径の研磨された平坦面を有していることから、半田バンプの上端面の面積が均一で大きなものとなり、その結果、電子部品を配線基板の上面に載置する際に、半田バンプの形成位置に製造ばらつきによる僅かなずれがあったとしても、面積の大きな上端面を有する半田バンプと電子部品の電極とが良好に接触して電子部品の電極と配線基板の半田バンプとを正確かつ良好に接続することができる。
【００３５】
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、耐半田樹脂層の表面に半田バンプの少なくとも側部を埋没させる保護樹脂層を形成した後、半田バンプの上端部を耐半田樹脂層の開口部よりも大径の部位まで研磨して、半田バンプの上端に耐半田樹脂層の開口部より大径の研磨された平坦面を形成した後に、保護樹脂層を剥離することから、上端に耐半田樹脂層の開口部より大径の研磨された平坦面を有する半田バンプを備えた、電子部品の電極と配線基板の半田バンプとを正確かつ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】（ａ）乃至（ｆ）は本発明の半田バンプ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。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基板
２・・・・・配線導体
３・・・・・半田接合パッド
４・・・・・耐半田樹脂層
４ａ・・・耐半田樹脂層４の開口部
５・・・・・半田バンプ
１２・・・・・保護樹脂層

Claims

表面に半田接合パッドが形成された絶縁基板と、該絶縁基板の表面に被着されており、前記半田接合パッドの中央部を露出させる開口部を有するとともに前記半田接合パッドの外周部を被覆する耐半田樹脂層と、前記開口部内に露出した半田接合パッド上に、前記開口部内を埋めるとともに前記耐半田樹脂層から突出するようにして接合された半田バンプとを具備して成る半田バンプ付き配線基板であって、前記半田バンプは、その上端に前記開口部よりも大径の研磨された平坦面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。
表面に半田接合パッドが形成された絶縁基板の表面に前記半田接合パッドの中央部を露出させる開口部を有するとともに前記半田接合パッドの外周部を被覆する耐半田樹脂層を設ける工程と、前記半田接合パッド上に前記開口部内を埋めるとともに前記耐半田樹脂層から前記開口部よりも大径の略球状に突出する半田バンプを形成する工程と、前記耐半田樹脂層の表面に、前記半田バンプの少なくとも側部を埋没させる保護樹脂層を形成する工程と、前記半田バンプの上端部を前記開口部よりも大径の部位まで研磨して、前記半田バンプの上端に前記開口部より大径の研磨された平坦面を形成する工程と、前記保護樹脂層を剥離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。