JP2005276861A

JP2005276861A - 配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP2005276861A
Application number: JP2004083522A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Takarakura; 正昭宝蔵; Tatsuumi Sakamoto; 達海坂元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】半田バンプと第２の接続パッド間の電気抵抗を測定する際や半田バンプの頂部を平坦化する際に半田バンプに異物の付着がないとともに、半田バンプと第２の接続パッドとの間の電気抵抗の測定および半田バンプの平坦化を効率良く行なう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】電子部品６の電極が接続される第１の接続パッド３に、球状の半田バンプ５を溶着した後、半田バンプ５の頂部に金属から成る平坦なプレス面２１ａを有するプレス治具２１のプレス面２１ａを押し当てて、半田バンプ５の頂部を平坦化し、次にプレス治具２１を半田バンプ５に押し当てたままで第２の接続パッド４に電気検査用の測定端子２４を接触させるとともにプレス治具２１と測定端子２４との間の電気抵抗を測定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、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の製造方法に関する。

従来、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は、例えばガラス−エポキシ板等から成る絶縁層やエポキシ樹脂等から成る絶縁層を複数層積層して成る絶縁基板の内部および表面に銅箔や銅めっき膜等の導体層から成る複数の配線導体を設けて成る。このような配線基板においては、絶縁基板の上面に設けた導体層の一部が半導体素子等の電子部品の電極に半田バンプを介して電気的に接続される電子部品接続用の複数の第１の接続パッドを形成しているとともに絶縁基板の下面に設けた導体層の一部が外部電気回路基板に半田ボール等の外部接続端子を介して電気的に接続される外部接続用の複数の第２の接続パッドを形成しており、これらの第１の接続パッドと第２の接続パッドとは絶縁基板の内部に設けた配線導体を介して電気的に接続されている。また、電子部品接続用の第１の接続パッドには半導体素子等の電子部品の電極と第１の接続パッドとの半田バンプを介した電気的な接続を容易なものとするために、第１の接続パッド上に半田バンプが予め溶着されているとともに、それらの半田バンプの頂部がプレス治具によりプレスされて平坦化され、高さが一定に揃えられている。

電子部品接続用の第１の接続パッドに半田バンプを溶着するには、第１の接続パッド上に半田ペーストをスクリーン印刷法を採用して印刷塗布した後、温風加熱装置や赤外線加熱装置を備えたリフロー炉により加熱して半田ペースト中の半田を溶融させる方法が採用されている。また、半田バンプの頂部を平坦にするには、平坦なプレス面を有する金属製のプレス治具やセラミック製のプレス治具を用いて半田バンプの頂部にプレス面を押し付けて平坦にする方法が採用されている。

そして、第１の接続パッド上に溶着された、頂部が平坦化された半田バンプ上に電子部品の電極を当接させるとともに半田バンプを加熱溶融させることにより電子部品の電極と第１の接続パッドとが半田バンプを介して電気的に接続され、しかる後、外部接続用の第２の接続パッドを外部電気回路基板の配線導体に半田ボール等の外部接続端子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。

なお、このような配線基板においては、電子部品接続用の第１の接続パッドと外部接続用の第２の接続パッドとの間の電気的な接続の状態を確認するために、第１の接続パッドに半田バンプを溶着した後、半田バンプと第２の接続パッドとの間の電気抵抗を測定することにより第１の接続パッドと第２の接続パッドとを接続する配線導体の断線の有無を検査するとともに第２の接続パッド同士の間の絶縁抵抗を測定することにより第１の接続パッドと第２の接続パッドとを接続する配線導体間の電気的な短絡の有無を検査している。このように半田バンプと第２の接続パッドとの間の電気抵抗および第２の接続パッド同士の間の絶縁抵抗を測定するには、例えば、第１の接続パッド上に半田バンプを溶着させた後、半田バンプにシート状の導電性ゴムから成る共通端子を押し当てて全ての半田バンプを共通端子により電気的に共通に接続するとともにその状態で第２の接続パッドに各々が電気的に独立した針状の測定端子を接触させて共通端子と各測定端子との間の電気抵抗を測定することによって各半田バンプと第２の接続パッドとの間の電気抵抗を測定した後、導電性ゴムから成る共通端子を半田バンプから離して各半田バンプを電気的に独立させるとともにその状態で第２の接続パッドに、各々が電気的に独立した針状の測定端子を接触させて各測定端子間の絶縁抵抗を測定することによって各第２の接続パッド間の絶縁抵抗を測定する方法が採用されている。そして、そのような配線導体間の電気的な検査が行なわれた後、半田バンプの頂部をプレス治具によりプレスして平坦化している。
特開２００３−２１８１６１号公報特開２００１−５２７９３号公報

しかしながら、従来の製造方法によると、電子部品接続用の第１の接続パッドに溶着された半田バンプにシート状の導電性ゴムから成る共通端子を押し付けた際に、導電性ゴムから成る共通端子に含有される導電性成分が脱落して半田バンプ上に異物として付着することがあり、そのような異物の付着があると、半田バンプの頂部をプレス治具によりプレスして平坦化する際に半田バンプの頂面に異物が圧着されてしまい、その結果、頂部が平坦化された半田バンプに電子部品の電極を当接させるとともに半田バンプを溶融させて電子部品の電極と第１の接続パッドとを半田バンプを介して電気的に接続させると、半田バンプの頂面に圧着された異物により電子部品の電極と第１の接続パッドとの半田バンプを介した電気的な接続が阻害されて両者を電気的に良好に接続することができないという問題があった。そこで、半田バンプの頂部を平坦化した後に半田バンプに導電性ゴムから成る共通端子を押し付けて半田バンプと第２の接続パッド間の電気抵抗を測定することも考えられる。しかし、この場合も、半田バンプの平坦化された頂面と側面との間に角が形成されるので、この角と導電性ゴムから成る共通端子とが強く当たり、半田バンプの角により導電性ゴムから成る共通端子が削られてその屑が半田バンプに異物として付着して電子部品の電極と第１の接続パッドとの間の半田バンプを介した良好な電気的接続を阻害してしまうという同様の問題が発生する。

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、半田バンプと第２の接続パッドとの間の電気抵抗を測定する際に半田バンプに異物の付着がないととともに、半田バンプと第２の接続パッドとの間の電気抵抗の測定を効率良く行なうことが可能な配線基板の製造方法を提供することにある。

本発明の配線基板の製造方法は、内部に配線導体を有する絶縁基板の上面に、電子部品の電極が電気的に接続される半田バンプが溶着された第１の接続パッドが複数形成されているとともに、前記絶縁基板の下面に前記第１の接続パッドに前記配線導体を介して電気的に接続された外部接続用の第２の接続パッドが形成されており、前記複数の半田バンプの頂部が同一平面にあるように平坦化された配線基板を製造する方法であって、前記第１の接続パッドに、球状の半田バンプを溶着する工程と、前記半田バンプの頂部に平坦なプレス面を有する金属から成るプレス治具の前記プレス面を押し当てて、前記複数の半田バンプの頂部を平坦化する工程と、前記プレス面を前記複数の半田バンプの頂部に押し当てたままで前記第２の接続パッドに電気検査用の測定端子を接触させるとともに前記プレス治具と前記測定端子との間の電気抵抗を測定することによって前記第１の接続パッドと前記第２の接続パッドとの間の電気的な接続の良否を判定する工程とを具備することを特徴とするものである。

本発明の配線基板の製造方法は、電子部品の電極が接続される複数の第１の接続パッドに球状の半田バンプを溶着した後、半田バンプの頂部に平坦なプレス面を有する金属から成るプレス治具のプレス面を押し当てて、半田バンプの頂部を平坦化し、次にプレス治具を半田バンプに押し当てたままで第２の接続パッドに電気検査用の測定端子を接触させるとともにプレス治具と測定端子との間の電気抵抗を測定することによって第１の接続パッドと第２の接続パッドとの間の電気的な接続の良否を判定することから、金属から成るプレス治具が電気検査用の共通端子となるので電気検査の際に半田バンプへの異物の付着を有効に防止することができるとともに同じプレス治具を用いて半田バンプの平坦化および第１の接続パッドと第２の接続パッドとの間の電気的な接続の良否を効率良く行なうことができる。

つぎに、本発明の配線基板の製造方法を添付の図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の製造方法により製造される配線基板の実施形態の一例を示す断面図である。図１において１は絶縁基板、２は配線導体、３は第１の接続パッド、４は第２の接続パッド、５は半田バンプであり、主としてこれらで電子部品としての半導体素子６を搭載するための配線基板が構成される。

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絶縁層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がそれぞれ複数層ずつ積層されて成り、その上面から下面にかけて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。

絶縁基板１を構成する絶縁層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０．２〜１．０ｍｍ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の内面には配線導体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の内面を介して電気的に接続されている。

このような絶縁層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、絶縁層１ａ上下面の配線導体２は、絶縁層１ａ用のシートの上下全面に厚みが５〜５０μｍ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内面の配線導体２は、絶縁層１ａに貫通孔７を設けた後に、この貫通孔７内面に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが５〜５０μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより形成される。

さらに、絶縁層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を含む絶縁層１ａの上下面に絶縁層１ｂが積層されている。

絶縁層１ａの上下面に積層された絶縁層１ｂは、それぞれの厚みが２０〜５０μｍ程度であり、各層の上面から下面にかけて直径が３０〜１００μｍ程度の複数のビア孔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り、絶縁層１ｂにはその表面およびビア孔９内に配線導体２の一部が被着されている。そして、上層の配線導体２と下層の配線導体２とをビア孔９の内壁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２０〜５０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂フィルムを絶縁層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加工によりビア孔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表面およびビア孔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の表面およびビア孔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。

さらに、この例では最表層の絶縁層１ｂ上にソルダーレジスト層１０が被着されている。ソルダーレジスト層１０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、後述する第１の接続パッド３や第２の接続パッド４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。

このようなソルダーレジスト層１０は、その厚みが１０〜５０μｍ程度であり、感光性を有するソルダーレジスト層１０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第１の接続パッド３や第２の接続パッド４を露出させる開口部を形成した後、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１０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、第１の接続パッド３や第２の接続パッド４に対応する位置にレーザ光を照射し、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第１の接続パッド３や第２の接続パッド４を露出させる開口部を有するように形成される。

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、半導体素子６の各電極を外部電気回路基板に電気的に接続するための導電路として機能し、絶縁基板１の上面に露出している部位が半導体素子６の各電極が半田バンプ５を介して接続される電子部品接続用の第１の接続パッド３を、絶縁基体１の下面に露出した部位が外部電気回路基板に図示しない半田ボール等の外部接続端子を介して電気的に接続される外部接続用の第２の接続パッド４を形成している。

また、電子部品接続用の第１の接続パッド３には、錫−銀合金や錫−銀−銅合金等の低融点半田から成る半田バンプ５が溶着されているとともに半田バンプ５の頂部がプレスにより平坦化されて高さが揃えられている。それにより第１の接続パッド３の変色や酸化が防止されるとともに半導体素子６の各電極と第１の接続パッド３との半田バンプ５を介した電気的な接続が容易なものとなっている。なお、第２の接続パッド４の表面には第２の接続パッド４の変色や酸化を防止するとともに第２の接続パッド４と半田ボール等の外部接続端子との接続を容易とするためにニッケルめっきおよび金めっきを順次被着させたり、あるいは薄い半田層を被着させたりすることが好ましい。

次に、本発明の製造方法に従って上述の配線基板における半田バンプ５の頂部を平坦化するとともに第１の接続パッド３と第２の接続パッド４との間の電気的な接続の良否を検査する方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、絶縁基板１の上面に設けた電子部品接続用の第１の接続パッド３に球状の半田バンプ５を溶着する。第１の接続パッド３に表面が球面状の半田バンプ５を溶着するには、第１の接続パッド３上に錫−銀合金や錫−銀−銅合金等の半田粉末とフラックスとを含有する半田ペーストをスクリーン印刷法により印刷塗布した後、温風加熱装置や赤外線加熱装置を備えたリフロー炉により加熱して半田ペースト中の半田を溶融させる方法が採用される。

次に、図２（ｂ）に示すように、第１の接続パッド３に球状の半田バンプ５が溶着された配線基板をプレス装置兼電気検査装置内にセットする。プレス装置兼電気検査装置は、半田バンプ５をプレスするためのプレス治具２１と、配線基板を押えて固定するための押え板２２と、配線基板を載置するためのテーブル２３と、テーブル２３を貫通して互いに電気的に独立して配置された測定端子２４とを具備している。プレス治具２１は、ステンレスや超硬合金等の金属から成り、その下面に好ましくは算術平均粗さが０．００２μｍ以下の平滑な面で形成されたプレス面２１ａを有しており、図示しない油圧装置あるいは空気圧装置により下方に向かって所定のプレス圧を加えることが可能である。なお、プレス面２１ａは導電性のダイヤモンドライクカーボン膜により被覆されていると、半田バンプ５をプレスする際にプレス面２１ａに半田バンプ５の半田が付着し難い。したがってプレス面２１ａは導電性のダイヤモンドライクカーボン膜により被覆されていることが好ましい。また、押え板２２は、ステンレス等の金属やアクリル樹脂等の樹脂から成り、図示しない昇降装置により上下動し、配線基板を上方から押さえ込むことによりテーブル２３上に配線基板を固定する。また、テーブル２３は、アクリル等の樹脂や強化ガラス、セラミックス等の絶縁物あるいはステンレス等の金属から成り、外部接続用の第２の接続パッド４に対応する位置に測定端子２４を保持するための複数の貫通孔を有しており、貫通孔内に測定端子２４が各々電気的な絶縁を保って嵌入されている。なお、テーブル２３が金属から成る場合には、貫通孔の内面と測定端子２４との間に樹脂やセラミックス等の絶縁物を介在させることにより測定端子２４とテーブル２３との間の電気的な絶縁を保っている。テーブル２３の貫通孔内に嵌入された測定端子２４は、金属製の円筒状のソケット内に金属製の針状の接触子が挿入されて成り、ソケット内に備えた金属製のバネにより針状の接触子が上下動可能となっている。

次に、図２（ｃ）に示すように、押え板２２を下降させて配線基板をテーブル２３上に固定するとともにプレス治具２１を下降させてプレス面２１ａで半田バンプ５の頂部を押圧して平坦化して高さを揃える。このとき、プレス治具２１は、全ての半田バンプ５に接触して全ての半田バンプ５を電気的に共通に接続する。また、各測定端子２４は、針状の接触子がバネの力により第２の接続パッド４に押し付けられた状態で接触する。そして、この状態でプレス治具２１と各測定端子２４との間の電気抵抗を図示しない自動測定装置により自動的に測定して各第１の接続パッド３と第２の接続パッド４とを接続する配線導体２の断線の有無を検査する。このとき、各半田バンプ５は、金属から成るプレス治具２１が押し付けられることにより電気的に共通に接続されるので、プレス治具から導電粒子が脱落して半田バンプ５の頂面に異物として付着することはない。したがって、頂部が平坦化された半田バンプ５に半導体素子６の電極を当接させるとともに半田バンプ５を溶融させて半導体素子６の電極と第１の接続パッド３とを半田バンプ５を介して電気的に接続させる際に、半導体素子６の電極と半田バンプ５との間に異物が介在することはなく、両者を電気的に良好に接続することができる。また、金属から成るプレス治具２１が電気検査用の共通端子を兼ねるので半田バンプ５の平坦化および第１の接続パッド３と第２の接続パッド４とを接続する配線導体２の断線の有無を確認するための検査を効率良く行なうことができる。

次に、図２（ｄ）に示すように、プレス治具２１を上昇させて各半田バンプ５を電気的に独立させた後、各測定端子２４同士の間の絶縁抵抗を図示しない自動測定装置により自動的に測定して第１の接続パッド３と第２の接続パッド４とを接続する配線導体２間の電気的な短絡の有無を検査する。そして、第１の接続パッド３と第２の接続パッド４とを接続する各配線導体２に断線や短絡があったものを不良品として除去することにより、半田バンプ５に異物の付着がなく、第１の接続パッド３と第２の接続パッド４とを接続する各配線導体２に断線や短絡のない配線基板を極めて効率良く提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態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は可能であり、例えば上述した実施の形態例では、第１の接続パッド３と第２の接続パッド４とを接続する配線導体２の断線の有無を検査した後に、第１の接続パッド３と第２の接続パッド４とを接続する配線導体２間の短絡を検査したが、第１の接続パッド３と第２の接続パッド４とを接続する配線導体２間の短絡を検査した後、第１の接続パッド３と第２の接続パッド４とを接続する配線導体２の断線の有無を検査するようにしてもよい。その場合、第１の接続パッド３に表面が球面状の半田バンプ５が溶着された配線基板をプレス装置兼電気検査装置にセットした後、プレス治具２１を下降させずに押え板２２のみを下降させて半田バンプ５を電気的に独立させたままで配線基板をテーブル２３上に固定した状態で各測定端子２４間の絶縁抵抗を測定した後、プレス治具２１を降下させて半田バンプ５の頂部をプレスして平坦化することによって高さを揃え、プレス治具２１を半田バンプ５に押し当てた状態でプレス治具２１と各測定端子２４との間の電気抵抗を測定すればよい。

本発明の製造方法により製造される配線基板の一例を示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の配線基板の製造方法を実施するための最良の形態例を説明するための工程毎の断面図である。

符号の説明

１：絶縁基板
２：配線導体
３：第１の接続パッド
４：第２の接続パッド
５：半田バンプ
６：電子部品としての半導体素子
２１：プレス治具
２１ａ：プレス治具２１のプレス面
２４：測定端子

Claims

内部に配線導体を有する絶縁基板の上面に、電子部品の電極が電気的に接続される半田バンプが溶着された第１の接続パッドが複数形成されているとともに、前記絶縁基板の下面に前記第１の接続パッドに前記配線導体を介して電気的に接続された外部接続用の第２の接続パッドが形成されており、前記複数の半田バンプの頂部が同一平面にあるように平坦化された配線基板を製造する方法であって、前記第１の接続パッドに、球状の半田バンプを溶着する工程と、前記半田バンプの頂部に平坦なプレス面を有する金属から成るプレス治具の前記プレス面を押し当てて、前記複数の半田バンプの頂部を平坦化する工程と、前記プレス面を前記複数の半田バンプの頂部に押し当てたままで前記第２の接続パッドに電気検査用の測定端子を接触させるとともに前記プレス治具と前記測定端子との間の電気抵抗を測定することによって、前記第１の接続パッドと前記第２の接続パッドとの間の電気的な接続の良否を判定する工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法。