JP2005322825A

JP2005322825A - 配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP2005322825A
Application number: JP2004140800A
Authority: JP
Inventors: Hirohito Miyazaki; 廣仁宮崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】バンプ形成用金属のリフロー処理を工夫することで、ソルダーレジスト層にダメージを与えることなくバンプ形成用レジスト層を除去して、モジュール製品の信頼性を確保するとともにプロセスの短時間化を可能とする。
【解決手段】基板１１上に形成されたソルダーレジスト層１２に、基板１２に形成された電極（図示せず）に連通する第１孔１３を形成し、ソルダーレジスト層１２上にバンプ形成用レジスト層１４を形成し、バンプ形成用レジスト層１４にバンプを形成するための第２孔１５を第１孔１３上に形成し、第２、第１孔１５、１３を埋め込むバンプ形成用金属２１を充填する工程を備え、バンプ形成用金属２１の熱処理を、バンプ形成用金属２１が溶融しかつバンプ形成用レジスト層１４のみにクラックが生じる温度で行い、その後バンプ形成用レジスト層１４をソルダーレジスト層１２上より剥離する。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板にバンプを形成する際に用いるものでソルダーレジスト上に形成されるバンプ形成用レジストの剥離が容易な配線基板の製造方法に関するものである。

近年、携帯電子機器の発展により、小型／高密度実装技術を使用した、モジュール製品の要求が強くなってきている。これに対応するため、各種基板材料を用い、その基板上に高密度な金属バンプを形成し実装する手法がよくとられている。

従来、高密度で狭ピッチのバンプを高さ５０μｍ以上に形成する製造方法の一例としては、基板上に形成したソルダーレジスト層上にレジスト用樹脂層を形成し、露光、現像処理もしくはレーザ処理によって、レジスト用樹脂層に半田バンプ形成用開口部となる領域上に貫通孔を形成した半田ペースト印刷用レジストを形成する。この半田ペースト印刷用レジストを介して半田バンプ形成用開口に半田ペーストを印刷し、この半田ペーストにリフロー処理を施して半田バンプを形成した後、バンプを印刷やめっき法などにより形成し加熱して金属を溶融させ、バンプを形成した後、半田ペースト印刷用レジストを有機溶剤等で剥離または除去する製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、従来の技術では、半田バンプ（金属バンプ）を形成するためのレジストを除去する際に、ソルダーレジスト層と金属バンプを形成するための半田ペースト印刷用レジスト（バンプ形成用レジスト）層の主成分が両方とも樹脂成分ということもあり、両者の密着性が強く、なかなか溶液では剥離できないという問題点があった。さらに、剥離が難しいために、高温で長時間、アルカリ溶剤等を用いた浸漬処理もしくはスプレー処理する必要が生じ、これによって、ソルダーレジスト層にもダメージが加わり、モジュール製品の信頼性にも影響を与えていた。

特開２００２−２６１４３２号公報

解決しようとする問題点は、ソルダーレジスト層との密着性を確保した金属バンプを形成するためのバンプ形成用レジスト層は、ソルダーレジスト層上から剥離することが困難である点である。また、剥離するために高温で長時間溶液に浸漬もしくはスプレー処理する場合には、ソルダーレジスト層にもダメージが加わり、モジュール製品の信頼性に悪影響を与えるという点である。

本発明の配線基板の製造方法は、基板上に形成されたソルダーレジスト層に前記基板に形成された電極に連通する第１孔を形成し、前記ソルダーレジスト層上にバンプ形成用レジスト層を形成する工程と、前記バンプ形成用レジスト層にバンプを形成するための第２孔を前記第１孔上に形成する工程と、前記第２孔および第１孔を埋め込むようにバンプ形成用金属を加熱しながら充填する工程とを備え、前記バンプ形成用金属を加熱する熱処理を、前記バンプ形成用金属を溶融するとともに前記バンプ形成用レジスト層のみにクラックを生じさせる温度で行い、その後前記バンプ形成用レジスト層を前記ソルダーレジスト層上より剥離することを最も主要な特徴とする。

本発明の配線基板の製造方法は、バンプ形成用金属を溶融する熱処理によってバンプ形成用レジスト層のみにクラックを生じさせるため、ソルダーレジスト層上よりバンプ形成用レジスト層のみを剥離することができるので、ソルダーレジスト層にダメージを与えることがなくなり、モジュール製品の信頼性の確保ができるという利点がある。またバンプ形成用レジスト層を剥離する液温度を従来技術よりも上昇させる必要がなく、バンプ形成用レジスト層の剥離装置は従来のものを使用することができ、プロセスコストの増大を抑制できる。

ソルダーレジスト層にダメージを与えることなくバンプ形成用レジストの除去を可能にして、モジュール製品の信頼性の確保するとともにプロセスの短時間化という目的を、バンプ形成用レジスト層のみにクラックを生じさせる温度で熱処理を行うことで実現した。

本発明の配線基板の製造方法に係る一実施例を、図１の製造工程図によって説明する。

図１（１）に示すように、基板１１上に形成されたソルダーレジスト層１２にこの基板１１に形成された電極（図示せず）に連通するバンプ形成用の第１孔１３を形成し、上記ソルダーレジスト層１２上にバンプ形成用レジスト層１４を形成する。上記ソルダーレジスト層１２は、一般的に、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂が用いられている。上記バンプ形成用レジスト層１４の材料としては、酸または酸化剤に難溶性の樹脂で、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテル樹脂などを用いることができるが、ソルダーレジスト層１２との密着性に優れた材料を選択することが好ましく、例えばソルダーレジストと同種の材料を用いる。

上記工程の一例として、上記ソルダーレジスト材料には、主剤の成分は、エポキシ系樹脂３４．０％、グリコール系溶剤２３．６％、芳香族系溶剤１４．０％、顔料２０．３％、光重合開始剤４．８％、添加剤３．３％を有するものを用いた。このソルダーレジストは塗布、露光、現像後、１５０℃で６０分のベーキング工程により最終硬化を行った。または上記ソルダーレジスト材料には、１−メトキシ−２−プロピルアセテート４０．２％、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂中間体２５．３％、ノボラック樹脂及び感光剤３４．５％を有するものを用いた。このソルダーレジスト材料は塗布、露光、現像を行って、はんだバンプと上記電極とを接続する箇所を開口して第１孔１３を形成した後、１３５℃で３０分と２０５℃で１３５分のベーキング工程により最終硬化を行った。このように、上記ソルダーレジスト層１２はソルダーレジストを塗布した後に行うベーキング工程により硬化されて形成される。

上記ソルダーレジスト材料としては、バンプ形成用レジストと同種のソルダーレジストであるアクリレート系樹脂でももちろん可能であり、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテル樹脂でも対応可能である。

その後、バンプ形成用レジスト層１４を、例えば２層構造のレジストを使用して形成した。例えば、スピンコーターを用いて、上記ソルダーレジスト層１２表面に、上記ソルダーレジスト層１２表面と剥離しやすいアクリル系樹脂２０％〜３０％（乳酸エチル７０％〜８０％）含んだレジストを例えば約５μｍの厚さに塗布した後、９０℃でプリベークを行って、バンプ形成用レジスト層１４の１層目を形成した。その後、アクリル系樹脂２７％〜３７％（多官能アクリレートＡ：１５％〜２１％、多官能アクリレートＢ：１％〜１０％、感光剤Ａ：３％〜２１％、感光剤Ｂ：１％〜１０％、乳酸エチル：３２％〜４２％）有するレジストを例えば４０μｍ〜１２０μｍの厚さに塗布した。ここでは、一例として約１２０μｍの厚さに塗布した後、１２０℃でプリベークを行って、バンプ形成用レジスト層１４の２層目を形成した。

上記バンプ形成用レジスト材料としては、半硬化状態で使用し、後工程で除去してしまう特徴を有していることから、アクリル系樹脂の他にも、エポキシ系樹脂、ポリイミド樹脂は対応可能である。

次に、図１（２）に示すように、上記バンプ形成用レジスト層１４にバンプを形成するための第２孔を上記第１孔１３上に形成するように、露光マスク３１を用いて露光を行う。

続いて図１（３）に示すように、バンプ形成用レジスト層１４の現像、ポスト露光、ポストベークを行い、上記第１孔１３上のはんだバンプを形成する箇所に第２孔１５を形成する。上記ポストベークは例えば１００℃で行う。これによって、バンプ形成用レジスト層１４の硬化処理が終了する。

このように、上記金属バンプ形成用レジスト層１４のプリベークおよびポストベークでは８０℃〜１５０℃の熱が加えられ、バンプ形成用レジスト層１４の硬化が進行する。このバンプ形成用レジスト層１４は、後の工程で行う金属バンプを形成するための金属を溶融させるリフロー時に加えられる熱によっても硬化が進行される。したがって、ポストベーク終了時においても、半硬化状態となっているのが特徴である。

次に、図１（４）に示すように、上記第２孔１５および第１孔１３を埋め込むようにバンプ形成用の金属を充填する。例えば、真空印刷機で真空度を例えば１３３Ｐａまで下げ、上記第２孔１５および第１孔１３にバンプ形成用金属（例えばはんだペーストを用いる、以下、はんだペーストとして説明する）２１を埋め込んだ。その際、バンプ形成用レジスト層１４上の余剰なはんだペースト２１１は、例えばスキージ４１によって除去する。

その後に、図２の熱処理（リフロー処理）温度と処理時間との関係図に一例を示すように、実装分野で標準的な鉛（Ｐｂ）フリーリフロープロファイルになるような温度プロファイル、例えば、プリヒートを１５０℃〜１８０℃で７５秒〜９０秒間行い、リフローのピーク温度を上記はんだペーストが溶融し、かつ上記バンプ形成用レジスト層１４のみにクラックが生じる温度である２６０℃〜２８０℃に設定し、かつ２３０℃以上の温度を５５秒〜７５秒間保持するようにリフロー炉を調整してリフローを行った。

このように、従来技術で行われてきた通常のリフロー温度（２４０℃〜２５０℃）よりも１０℃〜３０℃程度高い温度でリフロー処理（熱処理）することにより、表面の金属バンプを形成するためのレジストにクラックもしくはソルダーレジストとの間に界面剥離を生じさせることができる。この界面剥離は、例えば、十分に硬化されていなかった（半硬化状態）のはんだバンプ用レジスト層１４中の溶剤が気化して、その一部がはんだバンプ用レジスト層１４と十分に硬化処理（ベーキング）がなされたソルダーレジスト層１２との界面に溜まって生じたものと考えられる。したがって、はんだバンプ用レジスト層１４を形成した時点では、十分な硬化処理を行わず、半硬化状態としておくことが重要である。一方、通常の金属を溶融させる温度（２４０℃〜２５０℃）でリフロー処理（熱処理）を行うと、バンプ形成用レジスト層１４の硬化は進行していくが、クラックが生じない場合がある。他方、リフロー温度を２８０℃よりも高温にし過ぎると基板材料にダメージを与える可能性がある。したがって、上記温度範囲に設定した。

なお、参考として、従来技術のリフロー処理温度と処理時間との関係図を図３に示す。図３に示すように、例えば、プリヒートを１５０℃〜１８０℃で７５秒〜９０秒間行い、リフローのピーク温度を上記はんだペーストが溶融する温度である２４０℃〜２５０℃に設定し、かつ２３０℃以上の温度を２０秒〜４０秒間保持するようにリフロー炉を調整してリフローを行っていた。

上記プロセスでは、バンプ形成用レジスト層１４にクラックや界面剥離が生じさせているが、その時点では、はんだ埋め込み、リフローによる金属の溶解は終了し、金属バンプは形成されていることから、クラックや界面剥離発生による問題は生じない。また、はんだが溶融された状態のときにバンプ形成用レジスト層１４にクラックが発生したとしても、そのクラックの隙間は非常に狭いものであり、表面張力の大きな溶融はんだがクラック内に侵入することはなく、そのような事実がないことも確認している。

その後、図１（５）に示すように、アルカリ溶液を用いて、上記バンプ形成用レジスト層１４〔前記図１（４）参照〕を上記ソルダーレジスト層１２上より剥離する。この結果、ソルダーレジスト層１２上に、基板１１に形成された電極（図示せず）に第１孔１３を通じて接続するものではんだペースト２１からなるバンプ２２が形成される。上記アルカリ溶液には、例えばＤＭＳＯ（ジメチルスルフォキシド）を用いた。このＤＭＳＯ（ジメチルスルフォキシド）を用いた剥離処理は、例えばＤＭＳＯの液温を、３０℃〜５０℃、処理時間を１０分〜３０分とすればよい。一例として、ＤＭＳＯの液温を３０℃とした場合、処理時間を１０分〜３０分間とすることで、バンプ形成用レジスト層１４を完全に剥離することができた。一方、従来のリフロー処理を行ったバンプ形成用レジスト層の場合、ＤＭＳＯの液温が３０℃の低温では９０分間処理しても剥離が完了せず、またＤＭＳＯの液温を８０℃の高温にすると剥離は１０分ほどで完了するが、有機基板の下地のソルダーレジスト層がエポキシ系樹脂３４％を含んでいるため、ＤＭＳＯで剥離時にダメージを受けてしまい、パターン間絶縁性などに問題を生じる可能性があった。そこで、上記リフロー条件およびＤＭＳＯ処理条件を採用した。また、上記ＤＭＳＯを用いてバンプ形成用レジスト層１４を除去する工程では、１層目のレジストがまずＤＭＳＯにより膨潤し、２層目も含めたバンプ形成用レジスト層１４全体をソルダーレジスト層１２から除去することを容易にするという特長を持っている。なお、バンプ形成用レジスト層１４は１層構造であっても上記同様なる剥離作用が得られる。

上記バンプ形成用レジスト層１４のみを上記ソルダーレジスト層１２上より除去する処理では、上記リフロー処理（熱処理）によって上記バンプ形成用レジスト層１４にクラックもしくはバンプ形成用レジスト層１４とソルダーレジスト層１２との間に界面剥離を生じさせたことにより、アルカリ溶液に浸漬もしくはアルカリ溶液のスプレー処理を行うことにより、ソルダーレジスト層１２とバンプ形成用レジスト層１４との間の液の浸透性が良くなり、短時間で剥離することが可能となる。実験では、従来技術では３０分以上かかっていた剥離処理が本発明の製造方法における剥離処理は１０分程度となり、処理時間の大幅な短縮が可能となった。さらにアルカリ溶液の温度を高めることにより、さらなる処理時間の短縮が可能となる。その短時間化により、ソルダーレジスト層１２へのアルカリ溶剤へのアタックも低減されるため、モジュール基板等の信頼性向上が図れる。このソルダーレジストのダメージについては、従来では青緑色の市販のソルダーレジストインクが白色化しダメージを受けていたものが、変色はほとんど起こらなかったことで確認ができている。

本発明の配線基板の製造方法は、通常のはんだバンプを形成する配線基板の製造方法という用途に適用するのに好適である。

本発明の配線基板の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。本発明の配線基板の製造方法にかかる熱処理（リフロー処理）温度と処理時間との関係図である。従来のリフロー処理温度と処理時間との関係図である。

符号の説明

１１…基板、１２…ソルダーレジスト層、１３…第１孔、１４…バンプ形成用レジスト層、１５…第２孔

Claims

基板上に形成されたソルダーレジスト層に前記基板に形成された電極に連通する第１孔を形成し、前記ソルダーレジスト層上にバンプ形成用レジスト層を形成する工程と、
前記バンプ形成用レジスト層にバンプを形成するための第２孔を前記第１孔上に形成する工程と、
前記第２孔および第１孔を埋め込むようにバンプ形成用金属を加熱しながら充填する工程とを備え、
前記バンプ形成用金属を加熱する熱処理を、前記バンプ形成用金属を溶融するとともに前記バンプ形成用レジスト層のみにクラックを生じさせる温度で行い、その後前記バンプ形成用レジスト層を前記ソルダーレジスト層上より剥離する
ことを特徴とする配線基板の製造方法。
前記ソルダーレジスト層はソルダーレジストを塗布した後に行うベーキング工程により硬化させて形成され、
前記バンプ形成用レジスト層はバンプ用レジストを塗布した後にベーキング工程を行う際に当該レジストの硬化温度よりも低い温度でベーキングを行うことで半硬化状態に形成される
ことを特徴とする請求項１記載の配線基板の製造方法。
前記バンプ形成用レジスト層は前記ソルダーレジスト層と同種の材料で形成される
ことを特徴とする請求項１記載の配線基板の製造方法。