JP2004140110A - 半田バンプ付き配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半田バンプの平坦化された上端面の面積のばらつきが小さく、搭載される電子部品の電極と半田バンプとを正確かつ良好に接続することが可能な接続信頼性の高い半田バンプ付き配線基板を供給すること。
【解決手段】反りを有する絶縁基板１の電子部品搭載部Ａに複数の半田接合パッド３を設けるとともに半田接合パッド３上にそれぞれの上端が略同一平面上となるようにプレスにより平坦化された半田バンプ５を接合させて成る半田バンプ付き配線基板であって、半田バンプ５は、電子部品搭載部Ａの高さが低い領域でその体積が大きく、電子部品搭載部Ａの高さが高い領域でその体積が小さい。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路素子等の半導体素子や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配線基板として、例えばガラス−エポキシ板等から成る絶縁板やエポキシ樹脂等から成る絶縁層を複数層積層して成り、上面に電子部品が搭載される電子部品搭載部を有するとともに内部および／または表面に銅箔や銅めっき層から成る配線導体を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の電子部品搭載部に前記配線導体に電気的に接続されるようにして形成された複数の半田接合パッドと、前記半田接合パッドに接合された半田バンプとを備えた有機材料系の半田バンプ付き配線基板が用いられるようになってきている。
【０００３】
このような有機材料系の配線基板は、セラミック材料系の配線基板と比較して軽量であり、かつ配線導体の電気抵抗が小さいという有利な面を有している。
【０００４】
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電子部品搭載部に搭載するとともに、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。
【０００５】
ところで、このような半田バンプ付き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。そのような半田バンプを形成するには、まず絶縁基板の電子部品搭載部に設けた各半田接合パッド上に半田ペーストをスクリーン印刷法により略一定量ずつ印刷塗布し、次にこれを加熱して半田ペースト中の半田を溶融させた後、常温に冷却し各半田接合パッド上に表面が球面の略同一体積の半田バンプを形成し、最後にこれらの半田バンプの上端部をその上端が略同一平面上となるようにセラミックまたは金属の平坦なプレス治具でプレスして平坦化する方法が採用されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１００８６３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の半田バンプ付き配線基板においては、内部および／または表面に設けられた配線導体の配線密度の偏り等の影響により有機材料系から成る絶縁基板に１０〜２００μｍ程度の反りが発生している。そして、このように反りが発生した絶縁基板上の各半田接合パッドに半田ペーストをスクリーン印刷法により略一定量ずつ印刷塗布し、これを加熱して半田接合パッド上に表面が球面の略同一体積の半田バンプを形成し、その後半田バンプの上端部をその上端が略同一平面上となるようにセラミックまたは金属の平坦なプレス治具でプレスして平坦化すると、半田バンプの潰れ量に絶縁基板の反りに応じた差異が現れ、その結果、平坦化された半田バンプの上端面の面積が大きくばらついたものとなってしまう。
【０００８】
このように半田バンプの上端面の面積が大きくばらつくと、半導体素子等の電子部品を搭載する際に、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。
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、半田バンプの平坦化された上端面の面積のばらつきが小さく、搭載される電子部品の電極と半田バンプとを正確かつ良好に接続することが可能な接続信頼性の高い半田バンプ付き配線基板を供給することにある。
【００１０】
【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、反りを有する絶縁基板の上面に設けた電子部品搭載部に複数の半田接合パッドを形成するとともにその半田接合パッド上にそれぞれの上端が略同一平面上となるようにプレスにより平坦化された半田バンプを接合させ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、電子部品搭載部の高さが低い領域でその体積が大きく、電子部品搭載部の高さが高い領域でその体積が小さいことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方法は、反りを有する絶縁基板の上面に設けた電子部品搭載部に複数の半田接合パッドを形成する工程と、半田接合パッド上に電子部品搭載部の高さが低い領域で体積が大きく、電子部品搭載部の高さが高い領域で体積が小さな表面が略球面の半田バンプを形成する工程と、半田バンプの上端部をその上端が略同一平面上となるようにプレスして平坦化する工程と、を行なうことを特徴とするものである。
【００１２】
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、反りを有する絶縁基板上面の電子部品搭載部の高さが低い領域でその体積が大きく、電子部品搭載部の高さが高い領域でその体積が小さいことから、電子部品搭載部の高さの低い領域に接合された半田バンプと電子部品搭載部の高さの高い領域に接合された半田バンプとの潰れ量を近似させて各半田バンプの上端面の面積に大きなばらつきがない半田バンプ付き配線基板とすることができる。
【００１３】
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、反りを有する絶縁基体の電子部品搭載部に形成した半田接合パッド上に、電子部品搭載部の高さが低い領域で体積が大きく、電子部品搭載部の高さが高い領域で体積が小さな、表面が略球面の半田バンプを形成した後、それらの半田バンプの上端部をその上端が略同一平面上となるようにプレスして平坦化することから、電子部品搭載部の高さの低い領域に接合された半田バンプと電子部品搭載部の高さの高い領域に接合された半田バンプとの潰れ量を近似させて各半田バンプの上端面の面積に大きなばらつきがない半田バンプ付き配線基板を提供することができる。
【００１４】
【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を半導体素子を搭載するための半田バンプ付き配線基板に適用した場合の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基板、２は配線導体、３は半田接合パッド、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。　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る有機材料系の多層板であり、その上面中央部に電子部品を搭載するための電子部品搭載部Ａを有しており、また芯体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。
【００１５】
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０．１〜１ｍｍ程度の複数の貫通孔７を有している。そして、その上下面および各貫通孔７の内壁には配線導体２の一部が被着されており、上下面の配線導体２が貫通孔７を介して電気的に接続されている。
【００１６】
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所定のパターンに形成される。また、貫通孔７内壁の配線導体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形成される。
【００１７】
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。
【００１８】
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。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の上下面に貼着し、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の表面および貫通孔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上にはソルダーレジスト層４が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を有するようにして被着されている。ソルダーレジスト層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】
このようなソルダーレジスト層４は、その厚みが１０〜５０μｍ程度であり、ソルダーレジスト層４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、フォトリソグラフィー技術を採用して露光および現像処理を行な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、ソルダーレジスト層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】
絶縁基板１の上面の電子部品搭載部Ａ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の電子部品搭載部Ａに被着形成さ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接続端子としてのリードピン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およびピン接合パッド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ソルダーレジスト４により１５〜３５μｍ程度の幅で被覆してその露出する外周縁を画定することによりその露出する直径が、半田接合パッド３であれば略７０〜２００μｍ程度に、ピン接合パッド１０であれば略０．５〜２．５ｍｍ程度になるように形成されている。なお、このようなソルダーレジスト層４により半田接合パッド３同士あるいはピン接合パッド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およびピン接合パッド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】
また、半田接合パッド３には半田バンプ５がソルダーレジスト層４の開口部４ａを埋めるとともにソルダーレジスト層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等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、図２に要部断面図で示すように、絶縁基板１はこれに被着形成された配線導体２の配線密度の偏り等による影響で反りが発生している。なお、図２では絶縁基板１の反りを強調して描いている。そして、この反りを有する絶縁基板１の電子部品搭載部Ａに形成された半田接合パッド３に接合された半田バンプ５は、電子部品搭載部Ａの高さが低い領域ではその体積が大きく、電子部品搭載部Ａの高さが高い領域ではその体積が小さいものとなっているとともに、それぞれの上端が略同一平面上となるようにプレスにより平坦化されている。このように、半田バンプ５は、反りを有する絶縁基板１の電子部品搭載部Ａの高さが低い領域ではその体積が大きく、電子部品搭載部Ａの高さが高い領域ではその体積が小さいものとなっているとともに、それぞれの上端が略同一平面上となるようにプレスにより平坦化されていることから、電子部品搭載部Ａの高さの低い領域に接合された半田バンプ５と電子部品搭載部Ａの高さの高い領域に接合された半田バンプ５との潰れ量を近似させて各半田バンプ５の上端面の面積に大きなばらつきがない半田バンプ付き配線基板とすることができる。したがって、電子部品を電子部品搭載部Ａに搭載する際に、面積が均一な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。なお、各半田接合パッド３に接合させる半田バンプ５の体積は、半田バンプ５の潰れ具合により半田バンプ５の上端面が略同一面積となるように加減すればよい。
【００２４】
次に、本発明において、このような半田バンプ５を形成する方法を説明する。まず、図３（ａ）に要部断面図で示すように、反りを有する絶縁基板１の電子部品搭載部Ａに、半田接合パッド３を形成する。なお、半田接合パッド３は、最表層の絶縁層１ｂ上に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銅めっき膜を所定のパターンに被着することによって形成される。
【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、電子部品搭載部Ａの高さが低い領域では多量に、電子部品搭載部Ａの高さが高い部位では少量となるように印刷塗布する。半田ペースト１１の印刷塗布は、半田接合パッド３に対応する位置に開口部を有するメタルマスクを用いたスクリーン印刷により行なえばよく、各半田接合パッド３への印刷量の調節はメタルマスクの開口部の大きさをそれぞれ異ならせることにより行なえばよい。
【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各半田接合パッド３上に電子部品搭載部Ａの高さが低い領域で体積が大きく、電子部品搭載部Ａの高さが高い領域で体積が小さな、表面が略球面の半田バンプ５を形成する。
【００２７】
次に、図３（ｄ）に要部断面図で示すように、半田バンプ５の上端部をそれぞれの上端が略同一平面上となるように平坦なプレス面を有するプレス治具１２によりプレスして平坦化する。このとき、半田バンプ５は、電子部品搭載部Ａの高さが低い領域で体積が大きく、電子部品搭載部Ａの高さが高い領域で体積が小さいことから、これらをプレスした際に、それぞれの潰れ量を近似させて各半田バンプ５の上端面に面積の大きなばらつきのない半田バンプ付き配線基板を提供することができる。
【００２８】
このように本発明の製造方法によれば、絶縁基板１に反りがあったとしても各半田バンプ５の上端面に面積の大きなばらつきがなく、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。
【００２９】
なお、ピン接合パッド１０に接合されたリードピン６は搭載する電子部品を外部電気回路に接続するための外部接続端子として機能する。
【００３０】
そして、この半田バンプ付き配線基板においては、半田接合パッド３に電子部品の各電極を半田バンプ５を介して接合するとともにリードピン６をソケットや半田を介して外部電気回路基板の配線導体に接続することにより電子部品の電極が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００３１】
なお、本発明は、上述の実施の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。
【００３２】
【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、反りを有する絶縁基板に設けた電子部品搭載部の高さが低い領域でその体積が大きく、電子部品搭載部の高さが高い領域でその体積が小さいことから、電子部品搭載部の高さの低い領域に接合された半田バンプと電子部品搭載部の高さの高い領域に接合された半田バンプとの潰れ量を近似させて各半田バンプの上端面の面積に大きなばらつきがなく、搭載される電子部品の電極と半田バンプとを正確かつ良好に接続することができる。
【００３３】
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、反りを有する絶縁基体の電子部品搭載部に形成した半田接合パッド上に、電子部品搭載部の高さが低い領域で体積が大きく、電子部品搭載部の高さが高い領域で体積が小さな、表面が略球面の半田バンプを形成した後、それらの半田バンプの上端部をその上端が略同一平面上となるようにプレスして平坦化することから、電子部品搭載部の高さの低い領域に接合された半田バンプと電子部品搭載部の高さの高い領域に接合された半田バンプとの潰れ量を近似させて各半田バンプの上端面の面積に大きなばらつきがなく、搭載される電子部品の電極と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一例を示す断面図である。
【図２】本発明の半田バンプ付き配線基板の要部平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）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
３・・・・・半田接合パッド
５・・・・・半田バンプ
Ａ・・・・・電子部品搭載部

Claims (2)

1. 反りを有する絶縁基板の上面に設けた電子部品搭載部に複数の半田接合パッドを形成するとともに該半田接合パッド上にそれぞれの上端が略同一平面上となるようにプレスにより平坦化された半田バンプを接合させ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、前記電子部品搭載部の高さが低い領域でその体積が大きく、前記電子部品搭載部の高さが高い領域でその体積が小さいことを特徴とする半田バンプ付き配線基板。
2. 反りを有する絶縁基板の上面に設けた電子部品搭載部に複数の半田接合パッドを形成する工程と、前記半田接合パッド上に前記電子部品搭載部の高さが低い領域で体積が大きく、前記電子部品搭載部の高さが高い領域で体積が小さな、表面が略球面の半田バンプを形成する工程と、前記半田バンプの上端部をその上端が略同一平面上となるようにプレスして平坦化する工程と、を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。

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