JP2004253433A - プリント配線板とこれを用いたモジュール部品およびプリント配線板の製造方法 - Google Patents

プリント配線板とこれを用いたモジュール部品およびプリント配線板の製造方法 Download PDF

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    • H01L2924/19105Disposition of discrete passive components in a side-by-side arrangement on a common die mounting substrate

Abstract

【課題】数少ない工程で製造でき、かつ生産性に優れたプリント配線板とこれを用いたモジュール部品およびプリント配線板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】基板10の上に設けた配線パターンの所定部分に金属材料からなる突起部11を設け、突起部11の高さのばらつきを±5μm以下とするプリント配線板12であり、実装する電子部品の外部電極と突起部11とのギャップが小さくでき、接続の信頼性が向上する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種電子機器に用いられるプリント配線板とこれを用いたモジュール部品およびプリント配線板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化要望に加え、多機能化や高周波化が進む中で、各機能ブロックを部品化したモジュール部品の開発が盛んに検討されてきている。
【0003】
従来のプリント配線板およびモジュール部品としては、図7に示すものがある。
【0004】
図7は従来のプリント配線板およびモジュール部品の断面図である。プリント配線板3およびモジュール部品は図7に示すようにLCR等の受動部品5や半導体ベアチップ4の能動部品等の様々な電子部品をプリント配線板3の上に実装し、回路が形成される。シールド効果や外装を形成する目的で、さらに電子部品の周囲をモールド樹脂6により密封される場合が一般的である。受動部品5には1.0×0.5mmのサイズや0.6×0.3mmのサイズのような小型の表面実装部品が使用され、これらを実装する方法として半田1を用いた表面実装方式が一般的に用いられる。半導体ベアチップ4のような外部端子が狭ピッチの電子部品については、ワイヤーボンディング2等の既存の半導体ベアチップ4の実装方式を用いて実装するのが一般的である。
【0005】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば非特許文献1が知られている。
【0006】
【非特許文献1】
西山和夫著「デジタル家電の実装ニーズと半導体パッケージング技術」エレクトロニクス実装学会誌、vol.4、No.3、2001年5月、p166−169
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、半田1により実装した受動部品5をモールド樹脂6により密封した構造となりリフロー等の再度熱を加える工程を通した場合、半田1が再溶融してモールド樹脂6の中に流れ出すという現象が発生し、断線などが発生する。さらに受動部品5は半田1による表面実装、半導体ベアチップ4は別の半導体ベアチップ実装を用いるため、数多くの工程が必要となり、生産性が低下する。なお半導体ベアチップ4をワイヤーボンディング2だけではなく、フェイスダウン実装したものも存在し、半導体ベアチップ4も受動部品5と同一の半田による実装工程が可能と考えられるが、半田1による半導体ベアチップ4の実装は外部端子が狭ピッチな半導体ベアチップ4に不向きなため、全ての半導体ベアチップ4に適用できないという問題がある。
【0008】
本発明は数少ない工程で製造でき、かつ生産性に優れたプリント配線板とこれを用いたモジュール部品およびプリント配線板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、以下の構成を有する。
【0010】
本発明の請求項1に記載の発明は、基板上に設けた配線パターンの所定部分に金属材料からなる突起部を設け、この突起部の高さのばらつきを±5μm以下とするプリント配線板であり、実装する電子部品の外部電極と突起部とのギャップが小さくでき、接続において高い信頼性が得られる。
【0011】
請求項2に記載の発明は、突起部の高さを少なくとも異なる2つの高さからなる構成とした請求項1に記載のプリント配線板であり、実装した半導体ベアチップの上にさらに他の半導体ベアチップを実装し、プリント配線板の同じ実装面積が活用できるため、プリント配線板の小型化が可能となる。
【0012】
請求項3に記載の発明は、少なくとも異なる2つの高さの突起部について、高い方の突起部を低い方の突起部の外側周辺に形成した請求項2に記載のプリント配線板であり、実装した半導体ベアチップの上にさらに他の半導体ベアチップを実装し、プリント配線板の同じ実装面積が活用できるため、プリント配線板の小型化が可能となる。
【0013】
請求項4に記載の発明は、突起部の少なくとも異なる2つの高さの差を半導体ベアチップの厚み以上とする請求項2に記載のプリント配線板であり、実装した半導体ベアチップの上にさらに他の半導体ベアチップを実装し、プリント配線板の同じ実装面積が活用できるため、プリント配線板の小型化が可能となる。
【0014】
請求項5に記載の発明は、基板上に設けた配線パターンの所定部分に表面を粗面状態とする金属材料からなる突起部を設けたプリント配線板であり、粗面状態の突起部によりアンカー効果が向上し、突起部に付着させる導電ペーストを所定以上とすることができる。
【0015】
請求項6に記載の発明は、請求項1に記載のプリント配線板の突起部の表面を金メッキ、チップ部品および半導体ベアチップ等の電子部品の電極を金またはアルミニウムで形成し、前記プリント配線板の突起部に電子部品の電極を超音波接合により実装したモジュール部品であり、高い接続の信頼性が実現できる。
【0016】
請求項7に記載の発明は、請求項1に記載のプリント配線板の突起部に導電ペーストを転写してチップ部品および半導体ベアチップ等の電子部品を実装したモジュール部品であり、粗面状態の突起部によりアンカー効果が向上し、突起部に付着させる導電ペーストを所定以上とすることができるため、実装する電子部品の外部電極との接続において高い信頼性が実現できる。
【0017】
請求項8に記載の発明は、請求項3に記載のプリント配線板の低い方の突起部に小さい方の半導体ベアチップを実装し、前記小さい方の半導体ベアチップの上に大きい方の半導体ベアチップを実装したモジュール部品であり、実装した半導体ベアチップの上にさらに他の半導体ベアチップを実装し、プリント配線板の同じ実装面積が活用できるため、モジュール部品の小型化が実現できる。
【0018】
請求項9に記載の発明は、基板上に形成した配線パターン上の所定部分に開口部を設けるようにレジスト膜を形成し、前記開口部にメッキ工法により金属からなる突起部を形成し、前記突起部の先端およびレジスト膜の表面を研磨により平坦化してレジスト膜を除去するプリント配線板の製造方法であり、突起部とレジスト膜とを同時に研磨することにより、面全体を研磨することとなり微細な突起部を研磨することができる。
【0019】
請求項10に記載の発明は、基板上に形成した配線パターン上の所定部分に開口部を設けるようにレジスト膜を形成し、前記開口部にメッキ工法により金属からなる突起部を形成し、前記突起部の先端およびレジスト膜の表面を粗面化してレジスト膜を除去するプリント配線板の製造方法であり、突起部とレジスト膜とを同時に粗面化することにより、面全体を粗面化することとなり微細な突起部を粗面化することができ、かつ損傷または断線等を防止することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0021】
(実施の形態1)
実施の形態1について、図1を用いて説明する。
【0022】
図1(a)〜(c)は実施の形態1におけるモジュール部品の製造プロセスを示す断面図である。
【0023】
図1において、10は基板、11は突起部、12はプリント配線板、13は半導体ベアチップ、14は受動部品、15はモールド樹脂をそれぞれ示す。
【0024】
実施の形態1でのモジュール部品は、図1(a)に示すように半導体ベアチップ13や受動部品14等の電子部品を実装する箇所に金属材料からなる突起部11を形成するプリント配線板12の上に、図1(b)に示すように半導体ベアチップ13や受動部品14等の電子部品をマウントし、各種電子部品の外部電極(図示せず)と突起部11を接合し、図1(c)に示すように電子部品の周囲をモールド樹脂15により密封して形成する。また各種電子部品の外部電極と突起部11の接合は超音波による金属結合を用いる。
【0025】
本発明の実施の形態1では受動部品14や半導体ベアチップ13のように、別の方式で実装していた電子部品を全て金属からなる突起部11で接続することにより、工程数を大幅に削減できる。また半導体ベアチップ13を突起部11に対し、フェイスダウン実装することにより、ワイヤーボンディングのようなフェイスアップ実装に比べ、モジュール部品の大幅な小型化が実現できるだけでなく、フェイスダウン実装で課題となる半導体ベアチップ13とプリント配線板12の間での電気的な干渉の問題も、突起部11によるスタンドオフにより抑制可能となる。さらに半田を用いていないことで、リフローにおいて再溶融が発生せず断線が防止でき、環境問題として重要視されている鉛フリーについても全く問題がなくなる等の効果が得られる。
【0026】
また、実施の形態1ではもう一つの特徴として、金属材料からなる突起部11を有したプリント配線板12の形成方法がある。そこでその形成方法について図2を用いて説明する。
【0027】
図2(a)〜(d)は実施の形態1でのプリント配線板の製造プロセスを示す断面図である。
【0028】
図2において、10は基板、11は突起部、12はプリント配線板、16はレジスト膜、16aは開口部、17は配線パターンをそれぞれ示す。
【0029】
図2(a)に示すように突起部11の形成は、既に主要な配線パターン17を形成したプリント配線板12にレジスト膜16を形成し、フォトリソ工法を用いて、配線パターン17の電子部品を実装する所定箇所にレジスト膜16の開口部16aを形成し、図2(b)に示すように開口部16aにメッキ工法により、金属材料からなる突起部11を形成する。そして図2(c)に示すように突起部11の先端面が平坦になるまで研磨し、図2(d)に示すようにレジスト膜16を剥離し形成する。
【0030】
電子部品の外部電極と突起部11を超音波接合するためには、外部電極と突起部11との間のギャップが外部電極とプリント配線板12の突起部11のそれぞれが弾性変形する量以下でなければならないため、突起部11の先端の高さばらつきは少なくとも±5μm以下として最小限にしておく必要がある。
【0031】
また、信頼性の観点から電子部品の外部電極の表面と突起部11の先端面との接地面積を大きくして外部電極と突起部11の接合強度をできるだけ大きくする必要があるが、図2(b)に示すようにメッキ工法で形成した突起部11の先端部は、球面状となり、外部電極と突起部11とは点接触にしかならない。そこで実施の形態1のようにメッキ工法により、金属材料からなる突起部11を形成して研磨することにより、突起部11の先端の高さを揃え、表面を平坦化する処理を加えることが有効となる。
【0032】
さらに、研磨においてレジスト膜16を残しておくことにより、研磨における微細な突起部11を折り曲げるような問題が防止でき均一な高さに突起部11を研磨できる。
【0033】
(実施の形態2)
実施の形態2でのモジュール部品は、実施の形態1でのモジュールにおける超音波による金属結合を容易にするために、金属からなる突起部の少なくとも表面には金メッキが施されており、電子部品の外部電極の少なくとも表面が金またはアルミで形成され、構造は実施の形態1と同様である。
【0034】
本発明の実施の形態2のように、金と金、金とアルミは、ワイヤーボンディング工法では超音波接合技術として既に実用化されており、200℃程度の低温化と低い超音波出力で容易に金属結合が実現でき、プリント配線板12に多く用いられる樹脂製基板のように、耐熱性に弱く、低剛性な材料でも対応できる。
【0035】
(実施の形態3)
実施の形態3について、図3を用いて説明する。
【0036】
図3(a)〜(d)は実施の形態3におけるモジュール部品の製造プロセスを示す断面図である。
【0037】
図3において、10は基板、11は突起部、12はプリント配線板、13は半導体ベアチップ、14は受動部品、15はモールド樹脂、18は導電ペースト、19は転写皿をそれぞれ示す。
【0038】
実施の形態3でのモジュール部品は、図3(a)に示すようにプリント配線板12に形成した金属からなる突起部11の先端部を転写皿19の上に塗布した導電ペースト18に浸し、図3(b)に示すようにプリント配線板12を引き上げ、突起部11に適量の導電ペースト18を転写する。図3(c)に示すように導電ペースト18を転写した突起部11の上に半導体ベアチップ13や受動部品14等の電子部品をマウントし、導電ペースト18を乾燥させ、図3(d)に示すようにマウントした電子部品の周囲をモールド樹脂15で密封して形成する。なお突起部11を有したプリント配線板の形成方法は実施の形態1と同様である。
【0039】
実施の形態3では、実施の形態1と同様の効果が得られるだけでなく、電子部品の外部電極とプリント配線板12に形成した突起部11とのギャップばらつきを導電ペースト18の潰れ量で許容できるため、モジュール形成が容易となり、電子部品とプリント配線板12の間に柔軟な導電ペースト18を介することにより、熱ストレスに対する信頼性の向上が図れる。
【0040】
また、実施の形態3では、金属材料からなる突起部11を有したプリント配線板12の形成方法がある。そこでその形成方法について、図を用いて説明する。
【0041】
図4(a)〜(d)は実施の形態3でのプリント配線板の製造プロセスを示す断面図である。
【0042】
図4において、11は突起部、12はプリント配線板、16はレジスト膜、16aは開口部、17は配線パターンをそれぞれ示す。
【0043】
図4(a)に示すように突起部11の形成は既に主要な配線パターン17を形成したプリント配線板12にレジスト膜16を形成し、フォトリソ工法を用いて、配線パターン17の電子部品を実装する所定箇所にレジスト膜16の開口部16aを形成し、図4(b)に示すように開口部16aにメッキ工法により、金属材料からなる突起部11を形成し、図4(c)に示すようにプリント配線板12の突起部11の面、特に突起部11の先端部の表面をサンドブラストまたはエッチング等の化学研磨処理により粗面化し、図4(d)に示すようにレジスト膜16を剥離して形成する。
【0044】
実施の形態3では導電ペースト18を突起部11に安定して転写することが電子部品の外部電極と突起部11とを確実に接続するための必要条件になるが、図4(c)のように、突起部11の先端部の表面を粗面化することで導電ペースト18の喰い付きが良くなり、安定した量の導電ペースト18を突起部11に転写できる。
【0045】
さらに、粗面化においてレジスト膜16を残しておくことにより、粗面化での微細な配線パターン17の損傷や断線を防止することができる。特に配線パターン17の微細化ルールに伴って、配線強度が益々弱くなる中で実施の形態3を用いることは、非常に有効な手段となる。
【0046】
(実施の形態4)
実施の形態4について、図5を用いて説明する。
【0047】
図5は実施の形態4におけるモジュール部品の断面図を示す。図5において、10は基板、11a〜11cは突起部、12はプリント配線板、13aは小さいサイズの半導体ベアチップ、13bは中程度のサイズの半導体ベアチップ、13cは大きなサイズの半導体ベアチップ、14は受動部品、15はモールド樹脂をそれぞれ示す。
【0048】
実施の形態4でのモジュール部品の形成方法は、実施の形態1と同様に金属材料からなる突起部11a〜11cの上に半導体ベアチップ13a〜13cや受動部品14等の電子部品を超音波接合により実装して、モールド樹脂により密封して形成する。異なる点は図5に示すように半導体ベアチップ13a〜13cを実装する突起部11a〜11cの高さの差を半導体ベアチップ13の厚み以上とし、かつ高い方の突起部11cおよび11bを低い方の突起部11bおよび11aよりも外側周辺に配し、低い方の突起部11aから順に小さいサイズの半導体ベアチップ13a〜13cを実装する。
【0049】
突起部11bは小さいサイズの半導体ベアチップ13aを実装する突起部11aの高さと小さいサイズの半導体ベアチップ13aの厚みを足した高さ以上とし、この突起部11bに中程度のサイズの半導体ベアチップ13bを実装する。
【0050】
突起部11cは中程度のサイズの半導体ベアチップ13bを実装する突起部11bの高さと中程度のサイズの半導体ベアチップ13bの厚みを足した高さ以上とし、この突起部11cに大きなサイズの半導体ベアチップ13cを実装する。
【0051】
これは大きさの異なる半導体ベアチップ13a〜13cを複数個実装する場合、各半導体ベアチップ13a〜13cの入出力端子の位置が一回り小さい半導体ベアチップ13よりも大きい場合に有効となる。
【0052】
これは3次元実装方式と呼ばれる半導体ベアチップ13a〜13cを厚み方向に実装する方式の一種であるが、これまで提案されている方式では、ワイヤーボンディング実装を応用したものやインターポーザー基板を介して積層する等、受動部品等の一般部品と同じ工程で実装できないという課題を有していたが、実施の形態4では全て同じ工程で実装可能となり、大幅なリードタイムの短縮とコストダウンを図ることができる。
【0053】
また、実施の形態4にも示すように高さの異なる突起部を有するプリント配線板の形成方法については、図6(a)〜(g)を用いて説明する。
【0054】
図6(a)〜(g)は実施の形態4でのプリント配線板の製造プロセスを示す断面図である。
【0055】
図6において、10は基板、11は突起部、12はプリント配線板、16はレジスト膜、16aは開口部、16bは2層目のレジスト膜、16cは2層目の開口部、17は配線パターンをそれぞれ示す。
【0056】
突起部11の形成は、既に主要な配線パターン17を形成したプリント配線板12にレジスト膜16を形成し、図6(a)に示すようにフォトリソ工法を用いて、配線パターン17の電子部品を実装する所定箇所に、レジスト膜16の開口部16aを形成し、図6(b)に示すように開口部16aにメッキ工法により、金属材料からなる突起部11を形成し、図6(c)に示すように突起部11の先端面が平坦になるまで研磨し、図6(d)に示すようにプリント配線板12の突起部11の形成面にさらに2層目のレジスト膜16bを形成してフォトリソ工法により、さらに高くする必要のある突起部11のみ2層目のレジスト膜16bに2層目の開口部16cを形成し、図6(e)に示すように2層目の開口部16cにメッキ工法により金属材料からなる突起部11を形成し、図6(f)に示すように2層目の開口部16cに形成した突起部11の先端面が平坦になるまで研磨し、図6(g)に示すように2層目のレジスト膜16bとレジスト膜16を剥離して形成する。
【0057】
なお、図6では、突起部11の高さが2種類の場合を説明したが同様の処理を繰り返すことにより、複数の高さの異なる突起部11を形成することも可能である。
【0058】
その結果、半導体ベアチップ13を厚み方向に多段に積み上げて実装可能なプリント配線板12を提供することができる。
【0059】
【発明の効果】
以上のように本発明は、基板上に設けた配線パターンの所定部分に金属材料からなる突起部を設け、この突起部の高さのばらつきを±5μm以下とするプリント配線板であり、実装する電子部品の外部電極と突起部とのギャップが小さくでき、接続の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)実施の形態1におけるモジュール部品の製造プロセスを示す断面図
【図2】(a)〜(d)実施の形態1でのプリント配線板の形成方法を示す断面図
【図3】(a)〜(d)実施の形態3におけるモジュール部品の製造プロセスを示す断面図
【図4】(a)〜(d)実施の形態3でのプリント配線板の形成方法を示す断面図
【図5】実施の形態4におけるモジュール部品の断面図
【図6】(a)〜(g)実施の形態4でのプリント配線板の形成方法を示す断面図
【図7】従来のプリント配線板およびモジュール部品の断面図
【符号の説明】
11 突起部
11a 突起部
11b 突起部
11c 突起部
12 プリント配線板
13 半導体ベアチップ
13a 半導体ベアチップ
13b 半導体ベアチップ
13c 半導体ベアチップ
14 受動部品
15 モールド樹脂
16 レジスト膜
16a 開口部
16b 2層目のレジスト膜
16c 2層目の開口部
17 配線パターン
18 導電ペースト
19 転写皿

Claims (10)

  1. 基板上に設けた配線パターンの所定部分に金属材料からなる突起部を設け、この突起部の高さのばらつきを±5μm以下とするプリント配線板。
  2. 突起部の高さを少なくとも異なる2つの高さからなる構成とした請求項1記載のプリント配線板。
  3. 少なくとも異なる2つの高さの突起部について、高い方の突起部を低い方の突起部の外側周辺に形成した請求項2に記載のプリント配線板。
  4. 突起部の少なくとも異なる2つの高さの差を半導体ベアチップの厚み以上とする請求項2に記載のプリント配線板。
  5. 基板上に設けた配線パターンの所定部分に表面を粗面状態とする金属材料からなる突起部を設けたプリント配線板。
  6. 請求項1に記載のプリント配線板の突起部の表面を金メッキ、チップ部品および半導体ベアチップ等の電子部品の電極を金またはアルミニウムで形成し、前記プリント配線板の突起部に電子部品の電極を超音波接合により実装したモジュール部品。
  7. 請求項1に記載のプリント配線板の突起部に導電ペーストを転写してチップ部品および半導体ベアチップ等の電子部品を実装したモジュール部品。
  8. 請求項3に記載のプリント配線板の低い方の突起部に小さい方の半導体ベアチップを実装し、前記小さい方の半導体ベアチップの上に大きい方の半導体ベアチップを実装したモジュール部品。
  9. 基板上に形成した配線パターン上の所定部分に開口部を設けるようにレジスト膜を形成し、前記開口部にメッキ工法により金属からなる突起部を形成し、前記突起部の先端およびレジスト膜の表面を研磨により平坦化してレジスト膜を除去するプリント配線板の製造方法。
  10. 基板上に形成した配線パターン上の所定部分に開口部を設けるようにレジスト膜を形成し、前記開口部にメッキ工法により金属からなる突起部を形成し、前記突起部の先端およびレジスト膜の表面を粗面化してレジスト膜を除去するプリント配線板の製造方法。
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