JP2008300805A - 回路基板の製造方法および回路基板の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に予め反りを付与する際の加工時反り変形量を低減することが可能な回路基板の製造方法および回路基板の製造装置を提供すること。
【解決手段】外縁部上下クランプ１１、１２で回路基板９１の外縁部９１２とスティフナ９５を挟持し、実装部上下クランプ３１、３２で回路基板９１の半導体素子実装部９１１を挟持し、ヒータ１１Ａ、１２Ａにより受熱した外縁部上下クランプ１１、１２および実装部上下クランプ３１、３２で基材が熱可塑性樹脂である回路基板９１を加熱した後に、実装部上下クランプ３１、３２を変位させて事前反り加工を行う。
【選択図】図８

Description

本発明は、加熱による反り変形を防止するため予め逆方向に反らせた回路基板の製造方法およびそれに用いる製造装置に関する。

従来技術として、下記特許文献１に開示された回路基板の反り量調整装置がある。この反り量調整装置は、可撓性のダイヤフラムの後背側に加圧エアを供給して圧力を印加し、ダイヤフラムに沿うように保持された熱可塑性樹脂を基材とする回路基板を反り加工するものである。そして、この加工により、半導体素子実装に際する導体ボールリフロー時の熱歪みによる反り量を相殺するだけ、予め回路基板を逆方向に反らせるようになっている。
特開２００７−１１００５１号公報

近年、半導体素子の大型化や、導体ボールの鉛フリー化によるリフロー温度の上昇等により、半導体素子実装に際する導体ボールリフロー時の熱歪みによる回路基板の反り量が増大傾向にあり、これを相殺するために予め回路基板に付与すべき反り量も増大している。

しかしながら、上記従来技術の反り量調整装置を用いた予め反りを与える回路基板の製造方法では、圧力除荷後に回路基板に比較的大きな反りを回路基板に付与するためには、圧力印加する加工時の反り変形量を極めて大きくしなければならないという問題がある。加工時の反り変形量の増大は、回路基板の層間接続の信頼性を低下するという不具合を引き起こす。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、回路基板に予め反りを付与する際の加工時反り変形量を低減することが可能な回路基板の製造方法および回路基板の製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明の回路基板の製造方法では、
基材が熱可塑性樹脂からなり半導体素子（９６）を実装するための回路基板（９１）に、実装時の加熱による反りと逆方向の反りを予め付与する回路基板の製造方法であって、
回路基板（９１）の外縁部（９１２）を外縁部挟持部材（１１、１２）により両面から挟持する外縁部挟持工程と、
外縁部（９１２）より内側にある回路基板（９１）の半導体素子（９６）の実装位置（９１１）を実装位置挟持部材（３１、３２）により両面から挟持する実装位置挟持工程と、
回路基板（９１）を加熱する加熱工程と、
外縁部挟持工程、実装位置挟持工程、および加熱工程を行った後に、回路基板（９１）の外縁部（９１２）に対する実装位置（９１１）を、半導体素子（９６）が実装される面とは反対面の方向に変位させる変位工程とを備えることを特徴としている。

これによると、外縁部挟持工程で回路基板（９１）の外縁部（９１２）を挟持し、実装位置挟持工程で回路基板（９１）の実装位置（９１１）を挟持し、加熱工程で回路基板（９１）を加熱した後に、変位工程を行うことができる。基材が熱可塑性樹脂である回路基板（９１）を加熱した後に変位工程を行うので、変位工程における回路基板（９１）の外縁部（９１２）に対する実装位置（９１１）の変位量、すなわち加工時反り変形量を小さくしたとしても、挟持拘束を解除した後の反りを容易に確保することができる。このようにして、回路基板（９１）に予め反りを付与する際の加工時反り変形量を低減することができる。

また、請求項２に記載の発明の回路基板の製造方法では、実装位置挟持工程では、回路基板（９１）への接触面（３１１、３２１）が平面である実装位置挟持部材（３１、３２）により回路基板（９１）の実装位置（９１１）を両面から挟持することを特徴としている。

これによると、回路基板（９１）の半導体素子（９６）を実装する位置（９１１）の平坦度を確保することが容易である。

また、請求項３に記載の発明の回路基板の製造方法では、実装位置挟持工程を行う前に、回路基板（９１）の実装位置（９１１）には半導体素子（９６）を回路基板（９１）に接続するための導体ボール（９２）が配置されており、実装位置挟持工程では、導体ボール（９２）との干渉をさけるための凹部（３１２）が形成された実装位置挟持部材（３１、３２）により実装位置（９１１）を両面から挟持することを特徴としている。

これによると、実装位置挟持工程を行っても導体ボール（９２）が変形することを防止できる。

また、請求項４に記載の発明の回路基板の製造方法では、外縁部挟持工程では、回路基板（９１）への接触面（１１１、１２１）が平面である外縁部挟持部材（１１、１２）により回路基板（９１）の外縁部（９１２）を両面から挟持することを特徴としている。

これによると、回路基板（９１）の外縁部（９１２）の平坦度を確保することが容易である。

また、請求項５に記載の発明の回路基板の製造方法では、
外縁部挟持工程では、回路基板（９１）の厚さ方向における外縁部（９１２）と実装位置（９１１）との位置関係を変化させないように外縁部挟持部材（１１、１２）により回路基板（９１）の外縁部（９１２）を両面から挟持し、
実装位置挟持工程では、回路基板（９１）の厚さ方向における外縁部（９１２）と実装位置（９１１）との位置関係を変化させないように前記実装位置挟持部材（３１、３２）により回路基板（９１）の実装位置（９１１）を両面から挟持することを特徴としている。

これによると、外縁部挟持工程と実装位置挟持工程とを行う際に、例えば回路基板（９１）に若干の反り等が挟持前からあり、回路基板（９１）の厚さ方向における外縁部（９１２）と実装位置（９１１）との位置にずれがあったとしても、回路基板（９１）の外縁部（９１２）および実装位置（９１１）のそれぞれの位置において挟持することができる。したがって、変位工程の前の外縁部挟持工程および実装位置挟持工程において、回路基板（９１）に不要な変位を与えることを防止できる。

また、請求項６に記載の発明の回路基板の製造方法では、外縁部挟持工程および実装位置挟持工程が行う前に、熱を発生する発熱手段（１１Ａ、１２Ａ）から受熱させて外縁部挟持部材（１１、１２）および実装位置挟持部材（３１、３２）を昇温し、外縁部挟持工程および実装位置挟持工程を行うことに伴って、外縁部挟持部材（１１、１２）および実装位置挟持部材（３１、３２）により回路基板を加熱する加熱工程を行うことを特徴としている。

これによると、比較的熱容量の大きな外縁部挟持部材（１１、１２）および実装位置挟持部材（３１、３２）により回路基板（９１）を加熱できるので、回路基板（９１）の昇温を速やかに行うことができる。

また、請求項７に記載の発明の回路基板の製造方法では、外縁部挟持部材（１１、１２）および実装位置挟持部材（３１、３２）を互いに接して配置するとともに、発熱手段（１１Ａ、１２Ａ）を外縁部挟持部材（１１、１２）に設け、実装位置挟持部材（３１、３２）を、外縁部挟持部材（１１、１２）を介して発熱手段（１１Ａ、１２Ａ）から受熱させて昇温させることを特徴としている。

外縁部挟持部材（１１、１２）は実装位置挟持部材（３１、３２）の外周側に配置されるものであるので、発熱手段（１１Ａ、１２Ａ）を外縁部挟持部材（１１、１２）に設けることが容易であり、実装位置挟持部材（３１、３２）に発熱手段を設ける必要がないので、構造が複雑になることを防止できる。

また、請求項８に記載の発明の回路基板の製造装置では、
基材が熱可塑性樹脂からなり半導体素子（９６）を実装するための回路基板（９１）に、実装時の加熱による反りと逆方向の反りを予め付与する回路基板の製造装置であって、
回路基板（９１）の外縁部（９１２）を両面から挟持する外縁部挟持部材（１１、１２）と、
外縁部（９１２）より内側にある回路基板（９１）の半導体素子（９６）が実装される位置（９１）を両面から挟持する実装位置挟持部材（３１、３２）と、
回路基板（９１）を加熱するための加熱手段（１１、１２、３１、３２）と、
回路基板（９１）の外縁部（９１２）を挟持した外縁部挟持部材（１１、１２）に対する回路基板（９１）の実装位置（９１１）を挟持した実装位置挟持部材（３１、３２）の位置を、回路基板（９１）の半導体素子（９６）が実装される面とは反対方向に変位させる変位手段（３７）とを備えることを特徴としている。

これによると、請求項１に記載の回路基板の製造方法を行うことができる。

また、請求項９に記載の発明の回路基板の製造装置では、実装位置挟持部材（３１、３２）は、回路基板（９１）への接触面（３１１、３２１）が平面であることを特徴としている。

これによると、請求項２に記載の回路基板の製造方法を行うことができる。

また、請求項１０に記載の発明の回路基板の製造装置では、実装位置挟持部材（３１、３２）は、回路基板（９１）の実装位置（９１１）に配置され半導体素子（９６）を回路基板（９１）に接続するための導体ボール（９２）との干渉をさけるための凹部（３１２）を有することを特徴としている。

これによると、請求項３に記載の回路基板の製造方法を行うことができる。

また、請求項１１に記載の発明の回路基板の製造装置では、外縁部挟持部材（１１、１２）は、回路基板（９１）への接触面（１１１、１２１）が平面であることを特徴としている。

これによると、請求項４に記載の回路基板の製造方法を行うことができる。

また、請求項１２に記載の発明の回路基板の製造装置では、実装位置挟持部材（３１、３２）は、外縁部挟持部材（１１、１２）に対し、回路基板（９１）の厚さ方向において変位自在であることを特徴としている。

これによると、請求項５に記載の回路基板の製造方法を行うことができる。

また、請求項１３に記載の発明の回路基板の製造装置では、熱を発生する発熱手段（１１Ａ，１２Ａ）を備え、加熱手段（１１、１２、３１、３２）は、発熱手段（１１Ａ、１２Ａ）から受熱して昇温した外縁部挟持部材（１１、１２）および実装位置挟持部材（３１、３２）であることを特徴としている。

これによると、請求項６に記載の回路基板の製造方法を行うことができる。

また、請求項１４に記載の発明の回路基板の製造装置では、外縁部挟持部材（１１、１２）および実装位置挟持部材（３１、３２）は互いに接して配置され、発熱手段（１１Ａ、１２Ａ）は、外縁部挟持部材（１１、１２）に設けられていることを特徴としている。

これによると、請求項７に記載の回路基板の製造方法を行うことができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明を適用した実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用した一実施形態において回路基板製造装置に相当する回路基板の反り量調整装置１の概略構成を示す模式構成図である。図２は、反り量調整装置１で反り量を調整される被加工物であるワーク９０の概略構成を示す外観斜視図であり、図３は、反り量調整装置１で反り量を調整されたワーク９０の縦断面図である。

図２に示すように、ワーク９０は、半導体素子を実装する前のパッケージであり、基材が熱可塑性樹脂（本例では、ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドとの混合物）からなり矩形状もしくは正方形状の回路基板９１を備えている。回路基板９１上には、回路基板９１の外縁部９１２に重なるように額縁状の枠体である金属製（本例では、表面にニッケルめっきを施した銅製）のスティフナ９５が接合されている。また、回路基板９１上の中央部は半導体素子の実装部となっており、はんだ材等からなり半導体素子の接合に用いるバンプとしての導体ボール９２が設けられている。

このような回路基板９１に半導体素子を実装する際の導体ボール９２リフロー工程では、回路基板９１には半導体素子との熱膨張係数差等に基づく熱歪みにより実装面側に凸状の反りが発生する。本実施形態の反り量調整装置１は、半導体素子実装に際する導体ボール９２リフロー時の熱歪みによる反り量を相殺するだけ、図３に示すように、予め回路基板９１を逆方向（半導体素子を実装する面とは反対側の面方向）に反らせるものである。

図１に示すように、反り量調整装置１は、下端をボトムプレート２に固定され上下方向に平行に延びる一対の円柱軸５を有しており、この一対の円柱軸５には、両上端部同士を繋ぐようにトッププレート４が固定されている。また、トッププレート４よりもやや下方には、一対の円柱軸５の中間部同士を繋ぐようにミドルプレート３が固定されている。

反り量調整装置１は、上述したボトムプレート２、ミドルプレート３、トッププレート４、円柱軸５からなる構成に、回路基板９１の外縁部９１２（図２参照）をスティフナ９５とともに両面から挟持するための外縁部クランプユニット１０と、回路基板９１の半導体素子の実装位置（実装部）９１１（図２参照）を両面から挟持するための実装部クランプユニット３０とを備えている。

外縁部クランプユニット１０は、外縁部挟持部材である外縁部上クランプ１１および外縁部下クランプ１２、昇降プレート１３、ワーククランプシリンダ１４等から構成されている。一対のワーククランプシリンダ１４はボトムプレート２の両端部上面側に固定されており、ワーククランプシリンダ１４のピストンロッド先端はフローティングジョイント機構で昇降プレート１３に連結されている。

昇降プレート１３には、上下方向に延びる円柱形状の樹脂製（本例ではフッ素樹脂製）の一対のガイド１５が固定されており、ガイド１５内に前述の円柱軸５が摺接するように挿通して、昇降プレート１３が円柱軸５に対して昇降自在となっている。

ミドルプレート３には、下面側に断熱材１７を介して外縁部上クランプ１１が固定されている。一方、昇降プレート１３には、上面側に断熱材１８を介して外縁部下クランプ１２が固定されている。そして、図４に要部を拡大して示すように、外縁部上クランプ１１の平面状の下面１１１と外縁部下クランプ１２の平面状の上面１２１とが、スティフナ９５を含む回路基板９１への接触面として上下方向において対向するように配置されている。

また、外縁部上クランプ１１内には発熱手段であるヒータ１１Ａが挿設されており、外縁部下クランプ１２内にも発熱手段であるヒータ１２Ａが挿設されている。

図４では図示を省略しているが、図１に示すように、外縁部上クランプ１１には下方に延びる複数の（本例では４本の）位置決めピン１９が固定されており、位置決めピン１９の先端は、外縁部下クランプ１２に設けられた図示を省略した孔内に摺動可能に挿設されている。

本実施形態の反り量調整装置１は、上方側ほど図１図示紙面裏側方向となるように、鉛直方向に対して若干傾斜して配置されるものであり、手前側から奥側に向かって（図１図示紙面表側から裏側に向かって）外縁部上下クランプ１１、１２間にワーク９０を滑り込ませることにより、奥側に設けた複数の位置決めピン１９によりワーク９０の位置決めがなされるようになっている。

実装部クランプユニット３０は、実装位置挟持部材（実装部挟持部材）である実装部上クランプ３１および実装部下クランプ３２、クランプ上プレート３３、クランプ下プレート３４、連結軸３５、クランプシリンダ３６、フォーミングシリンダ３７等から構成されている。

前述の昇降プレート１３には、一対のガイド１５よりも内側に、上下方向に延びる円柱形状の樹脂製（本例ではフッ素樹脂製）の一対のガイド１６が固定されている。また、前述のミドルプレート３には、ガイド１６と同軸上に上下方向に延びる円柱形状の樹脂製（本例ではフッ素樹脂製）の一対のガイド６が固定されている。そして、ガイド６、１６内に一対の連結軸３５が摺接するように挿通している。

一対の連結軸３５には、両上端部同士を繋ぐようにクランプ上プレート３３が固定され、両下端部同士を繋ぐようにクランプ下プレート３４が固定されている。

クランプ上プレート３３には、下面側に実装部上クランプ３１が固定されている。一方、クランプ下プレート３４には、下面側にクランプシリンダ３６が固定されており、クランプ下プレート３４を挿通して上方に突出したクランプシリンダ３６のピストンロッド先端部は、フローティングジョイント機構で実装部下クランプ３２に連結されている。

図４にも示すように、実装部上クランプ３１の下方先端部分は外縁部上クランプ１１中央部の貫通孔内に挿設され、実装部上クランプ３１は外縁部上クランプ１１に対し上下方向に摺動可能に嵌合している。一方、実装部下クランプ３２の上方先端部分は外縁部下クランプ１２中央部の貫通孔内に挿設され、実装部下クランプ３２は外縁部下クランプ１２に対し上下方向に摺動可能に嵌合している。

そして、実装部上クランプ３１の平面状の下面３１１と実装部下クランプ３２の平面状の上面３２１とが、回路基板９１への接触面として上下方向において対向するように配置されている。

図４に示すように、外縁部下クランプ１２の上面１２１には、回路基板９１を反り加工（矯正加工）する際に基板の変形した部分を受け入れるための凹部１２２が形成されている。凹部１２２は外形が外縁部上下クランプ１１、１２間で位置決めされたワーク９０のスティフナ９１の内側形状と重なり合うようになっている。

そして、実装部下クランプ３２は、上端部が外縁部下クランプ１２の凹部１２２内の中央に露出するようになっている。

また、実装部上クランプ３１は、下端部が外縁部上クランプ１１下面１２１の中央部に露出するようになっており、実装部上クランプ３１の下面３１１中央部には、回路基板９１を反り加工（矯正加工）する際に、バンプである導体ボール９２を変形しないようにするための逃がし構造としての凹部３１２が形成されている。したがって、凹部３１２の外形は、外縁部上下クランプ１１、１２間で位置決めされたワーク９０の導体ボール９２配設位置を取り囲むようになっている。

図１に示すように、トッププレート４には、上面側に本実施形態の変位手段であるフォーミングシリンダ３７が固定されており、トッププレート４を挿通して下方に突出したフォーミングシリンダ３７のピストンロッド先端部がクランプ上プレート３３の上端面を押圧可能となっている。

実装部クランプユニット３０は、例えばミドルプレート３とクランプ上プレート３３との間に設けた図示しないばね部材等の弾性部材により、外縁部クランプユニット１０に対して浮いた状態となっている。すなわち、実装部クランプユニット３０は、外縁部クランプユニット１０に対して、反り加工（矯正加工）される回路基板９１の厚さ方向においてフリーとなっている。

そして、ボトムプレート２には変形量計測器３８が固定されており、変形量計測器３８の測定子先端はクランプ下プレート３４下面に当接している。これにより、変形量計測器３８は、フォーミングシリンダ３７のピストンロッド先端部が実装部クランプユニット３０を押圧する際の変位量を計測できるようになっている。

次に、上記構成に基づき反り量調整装置１の作動について説明する。

図４〜９は、反り量調整装置１の要部の工程別断面図である。

反り量調整装置１を用いてワーク９０の回路基板９１に予め反りを形成するときには、まず、図４に示すように、ワーク９０を外縁部上クランプ１１と外縁部下クランプ１２との間に滑り込ませ、図４では図示を省略した位置決めピン１９に当接させて位置決めし所定位置にセットする。この際には、既に発熱手段であるヒータ１１Ａ、１２Ａに通電し発熱させて、外縁部上下クランプ１１、１２、およびこれらに接する実装部上下クランプ３１、３２を昇温させ１７０℃に温度調節している。

外縁部上下クランプ１１、１２、および実装部上下クランプ３１、３２は、発熱手段であるヒータ１１Ａ、１２Ａから受熱して昇温した、本実施形態における加熱手段である。

図４に示すようにワーク９０をセットしたら、次に、図１に示すワーククランプシリンダ１４を上昇させ、図５に示すように、ワーク９０を外縁部上クランプ１１と外縁部下クランプ１２とで挟んで固定する。外縁部下クランプ１２にはワーク９０のスティフナ９５部以外をクランプしない様に逃がし部としての凹部１２２が設けられているので、回路基板９１の外縁部９１２およびスティフナ９５のみが挟持される。ちなみに、凹部１２２の深さは矯正加工時に十分な加工そり量を得られるように２ｍｍとしている。

ワーク９０を外縁部上クランプ１１の下面１１１と外縁部下クランプ１２の上面１２１とで挟持したら、図１に示すクランプシリンダ３６を上昇させ、図６に示すように、実装部下クランプ３２と実装部上クランプ３１とで半導体素子実装部９１１をクランプする。このとき、実装部上クランプの下面（ワーク当接面）３１１には逃がし部としての凹部３１２が設けられているので、クランプした際にワーク９０上の導体ボール（ＦＣバンプ）９２を変形させることはない。

図６に示すようにクランプされたワーク９０は、所定温度（本例では１７０℃）に温度調節された外縁部上下クランプ１１、１２、および実装部上下クランプ３１、３２から受熱し、外周部と中央部とから加熱されて速やかに（本例では６０秒以内に）所定温度にまで昇温する。回路基板９１外縁部９１２とスティフナ９５との重ね合わせ部は、平面状の外縁部上クランプ１１下面１１１と外縁部下クランプ１２上面１２１とに挟持されて、平坦度が保障される。また、回路基板９１実装部（半導体素子実装領域）９１１は、平面状の実装部上クランプ３１下面３１１と実装部下クランプ３２上面３２１とに挟持されて、平坦度が保障される。

また、実装部クランプユニット３０は、外縁部クランプユニット１０に対して、回路基板９１の厚さ方向においてフリーとなる構成としているので、構成部品の熱膨張や加工誤差による不所望な反り量が基板に作用することを防止できる。

例えば、図７に示すように、回路基板９１に若干の反り等が実装部上下クランプ３１、３２による実装部９１１挟持前から存在する場合には、回路基板９１の厚さ方向において外縁部９１２と実装部９１１とに位置ずれがあるが、回路基板９１の実装部９１１がある位置において実装部上下クランプ３１、３２により挟持することができる。したがって、回路基板９１に不要な変位を与え、内部応力を発生することを防止できる。

図６に示すようにワーク９０をクランプし昇温を完了したら、図１に示すフォーミングシリンダ３７でクランプ上プレート３３を下方向に押圧して下降させる。これにより、図８に示すように、実装部上クランプ３１と実装部下クランプ３２とが回路基板９１実装部９１１を挟持したまま所定寸法（もしくは所定位置まで）下降変位する。下降変位量はボトムプレート２に設けた変形量計測器３８で確認することができる。要部を図８に示す状態における反り量調整装置１の全体の状態は、図１０に示すようになっている。

図８に示すように実装部上下クランプ３１、３２で回路基板９１の実装部９１１を変位したら、その状態を所定時間（本例では１５分間）維持した後、図９に示すように、外縁部上下クランプ１１、１２間、および実装部上下クランプ３１、３２間を開いてワーク９０の拘束を解除し、ワーク９０を取り出す。

以上の工程により、図３に示すような反り量を調整されたワーク９０が形成される。ワーク９０は、外周部すなわち回路基板９１外縁部９１２とスティフナ９５との重ね合わせ部と、回路基板９１実装部（半導体素子実装領域）９１１とが、平坦度が良好なフラット部に形成され、回路基板９１外縁部９１２と実装部９１１との間が、矯正部として変形されている。これにより、ワーク９０に半導体素子を実装する前に、予め回路基板９１を逆方向（半導体素子を実装する面とは反対側の面方向）に反り量（深さ）Ｅだけ反らせたものとしている。

図１１に、本発明者らが本実施形態の反り量調整装置１を用いて行った回路基板の事前反り加工の結果を示す。本例では回路基板サイズ４５×４５ｍｍ、半導体素子サイズ２０×２０ｍｍ、接続バンプ数５０００の場合の反り量矯正目標値０．２５ｍｍに対して、昇温時間６０ｓｅｃ、フォーミングシリンダ３７による下降量０．４２ｍｍで１５ｍｉｎ加工し、±０．０２ｍｍの誤差範囲で目標反り量に調整することができた。

ちなみに、反り量矯正目標値と下降量との関係は、予め実験やシミュレーション等により決定することができる。

これにより、従来技術を採用した場合よりも回路基板９１に与えるダメージ（目標反り量を得るための変位量）を１／５に低減する事ができ、半導体素子の大型化や導体ボールの鉛フリーはんだへの対応が可能となることを確認できた。また、回路基板９１の半導体素子実装部９１１の平坦度は３０μｍ以下とすることができ、スティフナ９５部の平坦度は２０μｍ以下とすることができることを確認した。

加工前のスティフナ９５の平坦度は約８０μｍであり、予めコールドプレス等により平坦度を向上しておくことが一般的であったが、回路基板９１への反り付与加工時に平坦度を向上することが可能であることを確認した。

図３に示すような事前反り加工を終了したワーク９０には、回路基板９１の実装部９１１上に、その中央部に設けられた導体ボール９２のリフローを通じて半導体素子が実装され、更にそのスティフナ７３上に金属製の（本例ではステンレス製の）リッドが抵抗溶接等により接合されて、実装された半導体素子を封止した半導体パッケージが形成される。

ここでの半導体素子９６の実装に際しては、図１２に示すように、回路基板９１は、外部基板への電気接続用のランド９４の設けられたその裏面側が凸状となるように予め反らされており、その反り量Ｅは反り量矯正目標値となるように正確に調整されている。

こうした回路基板９１に半導体素子９６を実装すると、熱処理による導体ボール９２のリフローに伴う熱歪みのため、回路基板９１は上面側に凸状となるように反り変形するようになる。ところが、回路基板９１は、上述したように予め裏面側に凸状となるように反らされていることから、熱歪みによる反り変形によっては、回路基板９１の裏面側への反り量が減少していくこととなる。そして、最終的には、図１３に示されるように、回路基板９１は平坦となる。これにより、半導体素子９６実装後の回路基板９１の反り量を、外部基板に対するランド９４の接続に十分問題の無いレベルに留めることができる。

こうして半導体素子９６が実装された回路基板９１には、図１４に示すように、リッド９７が接合されるが、このときの回路基板９１上のスティフナ９５は既に十分平坦化されていることから、容易に良好な密封状態を形成することができる。

ここで、図５に示す工程が、本実施形態における外縁部挟持工程であり、図６に示す工程が、本実施形態における実装位置挟持工程であり、図５および図６に示す工程が、本実施形態における加熱工程であると言える。また、図８に示す工程が、本実施形態における変位工程である。

なお、図４〜９で図示していた、例えばコンデンサ等の他の実装部品を接合するためのバンプ９３は、図２、３、１２〜１４等では図示を省略している。

上述の構成および作動によれば、外縁部上下クランプ１１、１２で回路基板９１の外縁部９１２とスティフナ９５を挟持し、実装部上下クランプ３１、３２で回路基板９１の半導体素子実装部９１１を挟持し、外縁部上下クランプ１１、１２および実装部上下クランプ３１、３２で回路基板９１を加熱した後に、実装部上下クランプ３１、３２を変位させて事前反り加工（矯正加工）を行うことができる。

このように、基材が熱可塑性樹脂である回路基板９１を加熱した後に変位を行うので、実装部上下クランプ３１、３２の変位量、すなわち加工時反り変形量を小さくしたとしても、挟持拘束を解除した後の反りを容易に確保することができる。このようにして、回路基板９１に予め反りを付与する際の加工時反り変形量を低減することができる。

事前矯正加工時の変形量を低減することにより、回路基板９１において半導体素子９６を実装するためのバンプ９２、９３と外部基板との接続のためのランド９４との間を電気的に接続する内部導体回路がダメージを受けることを防止することができる。

また、実装部上下クランプ３１、３２の回路基板９１への接触面が平面となっており、回路基板９１の半導体素子実装部９１１を挟持して加熱するようになっている。したがって、回路基板９１の半導体素子９６を実装する位置９１１の平坦度を確保し、半導体素子９６を実装した際の接続不良を防止することができる。

また、外縁部上下クランプ１１、１２の回路基板９１外縁部９１２およびスティフナ９５への接触面が平面となっており、回路基板９１外縁部９１２およびスティフナ９５を挟持して加熱するようになっている。したがって、回路基板９１外縁部９１２およびスティフナ９５上面の平坦度を確保し、リッド９７を接合した際の封止性を向上することができる。

図１５は、比較例としてのワーク９９０を示した断面図である。例えば、回路基板９９１実装部の平坦度確保を目的として回路基板９９１実装部の片面側にブロック体等を配置し、ワーク全体を上面側から加圧した場合には、図１５に示すような予め反りを付与された回路基板９９１を有するワーク９９０が得られる。ところが、このワーク９９０の場合には、片面からの加圧によりスティフナ９９５の変形を防止することができず、リッド接合時にリッド・スティフナ間に隙間を生じる場合がある。

本実施形態によれば、このような隙間を防止し、リッド接合による封止性を向上することが容易である。

また、本実施形態によれば、事前反り加工（矯正加工）する際に、外縁部上下クランプ１１、１２で回路基板９１の外縁部９１２とスティフナ９５を挟持し、実装部上下クランプ３１、３２で回路基板９１の半導体素子実装部９１１を挟持しているので、回路基板９１の実装部９１１および外縁部９１２の樹脂が変形部（図３に示す矯正部）へ流動し難い。したがって、フラット面を形成するために片面のみを支持する場合よりも、実装部９１１および外縁部９１２の平坦度の確保が容易である（フラット形状を形成しやすい）。

また、回路基板９１を事前反り加工することにより半導体素子９６実装後の回路基板９１背面（ランド９４形成面）の反りを抑止できる。したがって、半導体パッケージと外部基板との接触不良を好適に抑制することができる。

また、外縁部上下クランプ１１、１２で回路基板９１の外縁部９１２とスティフナ９５を挟持し、実装部上下クランプ３１、３２で回路基板９１の半導体素子実装部９１１を挟持する前に、ヒータ１１Ａ、１２Ａを発熱させ、外縁部上下クランプ１１、１２および実装部上下クランプ３１、３２を昇温していた。これによると、比較的熱容量の大きな外縁部上下クランプ１１、１２および実装部上下クランプ３１、３２によりワーク９０を外周側および中央部側から加熱できるので、ワーク９０の昇温を速やかに行うことが可能である。

また、ヒータ１１Ａ、１２Ａは、外縁部上下クランプ１１、１２内に配設し、外縁部上下クランプ１１、１２から内側の実装部上下クランプ３１、３２に熱を伝達していた。これによれば、内側の実装部上下クランプ３１、３２にヒータを設ける必要がなく、ヒータは配設が容易な外側の外縁部上下クランプ１１、１２に設けるだけでよいので、構造をシンプルにすることができる。

（他の実施形態）
上記一実施形態では、外縁部挟持工程を行った後、実装位置挟持工程を行い、両工程を行うことで加熱工程を実施し、その後変位工程を行っていたが、外縁部挟持工程、実装位置挟持工程、加熱工程を行う順はこれに限定されるものではない。例えば、実装位置挟持工程を行った後、外縁部挟持工程を行い、両工程を行うことで加熱工程を実施し、その後変位工程を行うものであってもよい。また、加熱手段を別体で設けて、外縁部挟持工程および実装位置挟持工程を行う前に加熱工程を行うものであってもよい。

また、上記一実施形態では、発熱手段であるヒータ１１Ａ、１２Ａを外縁部上下クランプ１１、１２内に設けていたがこれに限定されるものではない。例えば、ヒータを外縁部上下クランプ１１、１２の側面部等に配設するものであってもよいし、ヒータを実装部上下クランプ３１、３２に設けるものや、両上下クランプ１１、１２、３１、３２に設けるものであってもよい。

また、上記一実施形態では、変位工程においてフォーミングシリンダ３７を一回作動させて加工を一回で行っていたが、フォーミングシリンダ３７を複数回作動させて下降を多段回行うものであってもよい。

また、上記一実施形態では、反り量調整装置１の本体部についてのみ説明していたが、この本体部に加えて制御手段である制御装置、加工開始スイッチ手段等を設け、制御装置が、加工開始スイッチ手段からのスイッチ信号、変形量計測器３８からの位置信号等を取得し、上記一実施形態と同様に、ヒータ１１Ａ、１２Ａの発熱制御、各シリンダ１４、３６、３７の作動制御等を行うものであってもよい。

また、上記一実施形態では、ワーク９０は、回路基板９１上にスティフナ９５が設けられており、半導体素子９６実装後にリッド９７により密封されるものであったが、被加工物であるワークは、密封しない（封止しない）タイプであってもよい。例えば、スティフナやリッドを設けないものであってもよい。

本発明を適用した一実施形態における回路基板の反り量調整装置１の概略構成を示す模式構成図である。 被加工物であるワーク９０の概略構成を示す外観斜視図である。 反り量調整装置１で反り量を調整されたワーク９０の縦断面図である。 反り量調整装置１の要部の工程別断面図の一部である。 反り量調整装置１の要部の工程別断面図の一部である。 反り量調整装置１の要部の工程別断面図の一部である。 反り量調整装置１の要部の工程別断面図の一部である。 反り量調整装置１の要部の工程別断面図の一部である。 反り量調整装置１の要部の工程別断面図の一部である。 変位工程を完了した時点の反り量調整装置１の状態を示す模式構成図である。 反り量調整装置１の作動例を示すタイムチャートである。 反り量調整装置１で事前反り加工を行った後のワークの工程別断面図の一部である。 反り量調整装置１で事前反り加工を行った後のワークの工程別断面図の一部である。 反り量調整装置１で事前反り加工を行った後のワークの工程別断面図の一部である。 比較例のワークの断面図である。

符号の説明

１ 反り量調整装置
１１ 外縁部上クランプ（外縁部挟持部材の一部、加熱手段の一部）
１２ 外縁部下クランプ（外縁部挟持部材の一部、加熱手段の一部）
１１Ａ、１２Ａ ヒータ（発熱手段）
３１ 実装部上クランプ（実装位置挟持部材の一部、加熱手段の一部）
３２ 実装部下クランプ（実装位置挟持部材の一部、加熱手段の一部）
３７ フォーミングシリンダ（変位手段）
９１ 回路基板
９２ 導体ボール（バンプ）
９６ 半導体素子
１１１ 下面（外縁部上クランプ１１の下面、接触面）
１２１ 上面（外縁部下クランプ１２の上面、接触面）
３１１ 下面（実装部上クランプ３１の下面、接触面）
３１２ 凹部
３２１ 上面（実装部下クランプ３２の上面、接触面）
９１１ 実装部（実装位置）
９１２ 外縁部

Claims (14)

1. 基材が熱可塑性樹脂からなり半導体素子（９６）を実装するための回路基板（９１）に、実装時の加熱による反りと逆方向の反りを予め付与する回路基板の製造方法であって、
   前記回路基板（９１）の外縁部（９１２）を外縁部挟持部材（１１、１２）により両面から挟持する外縁部挟持工程と、
   前記外縁部（９１２）より内側にある前記回路基板（９１）の前記半導体素子（９６）の実装位置（９１１）を実装位置挟持部材（３１、３２）により両面から挟持する実装位置挟持工程と、
   前記回路基板（９１）を加熱する加熱工程と、
   前記外縁部挟持工程、前記実装位置挟持工程、および前記加熱工程を行った後に、前記回路基板（９１）の前記外縁部（９１２）に対する前記実装位置（９１１）を、前記半導体素子（９６）の実装面とは反対方向に変位させる変位工程とを備えることを特徴とする回路基板の製造方法。
2. 前記実装位置挟持工程では、前記回路基板（９１）への接触面（３１１、３２１）が平面である前記実装位置挟持部材（３１、３２）により前記実装位置（９１１）を両面から挟持することを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
3. 前記実装位置挟持工程を行う前に、前記回路基板（９１）の前記実装位置（９１１）には前記半導体素子（９６）を前記回路基板（９１）に接続するための導体ボール（９２）が配置されており、
   前記実装位置挟持工程では、前記導体ボール（９２）との干渉をさけるための凹部（３１２）が形成された前記実装位置挟持部材（３１、３２）により前記実装位置（９１１）を両面から挟持することを特徴とする請求項２に記載の回路基板の製造方法。
4. 前記外縁部挟持工程では、前記回路基板（９１）への接触面（１１１、１２１）が平面である前記外縁部挟持部材（１１、１２）により前記外縁部（９１２）を両面から挟持することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
5. 前記外縁部挟持工程では、前記回路基板（９１）の厚さ方向における前記外縁部（９１２）と前記実装位置（９１１）との位置関係を変化させないように前記外縁部挟持部材（１１、１２）により前記外縁部（９１２）を両面から挟持し、
   前記実装位置挟持工程では、前記回路基板（９１）の厚さ方向における前記外縁部（９１２）と前記実装位置（９１１）との位置関係を変化させないように前記実装位置挟持部材（３１、３２）により前記実装位置（９１１）を両面から挟持することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
6. 前記外縁部挟持工程および前記実装位置挟持工程が行う前に、熱を発生する発熱手段（１１Ａ、１２Ａ）から受熱させて前記外縁部挟持部材（１１、１２）および前記実装位置挟持部材（３１、３２）を昇温し、
   前記外縁部挟持工程および前記実装位置挟持工程を行うことに伴って、前記外縁部挟持部材（１１、１２）および前記実装位置挟持部材（３１、３２）により前記回路基板（９１）を加熱する前記加熱工程を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
7. 前記外縁部挟持部材（１１、１２）および前記実装位置挟持部材（３１、３２）を互いに接して配置するとともに、前記発熱手段（１１Ａ、１２Ａ）を前記外縁部挟持部材（１１、１２）に設け、
   前記実装位置挟持部材（３１、３２）を、前記外縁部挟持部材（１１、１２）を介して前記発熱手段（１１Ａ、１２Ａ）から受熱させて昇温させることを特徴とする請求項６に記載の回路基板の製造方法。
8. 基材が熱可塑性樹脂からなり半導体素子（９６）を実装するための回路基板（９１）に、実装時の加熱による反りと逆方向の反りを予め付与する回路基板の製造装置であって、
   前記回路基板（９１）の外縁部（９１２）を両面から挟持する外縁部挟持部材（１１、１２）と、
   前記外縁部（９１２）より内側にある前記回路基板（９１）の前記半導体素子（９６）の実装位置（９１）を両面から挟持する実装位置挟持部材（３１、３２）と、
   前記回路基板（９１）を加熱するための加熱手段（１１、１２、３１、３２）と、
   前記外縁部（９１２）を挟持した前記外縁部挟持部材（１１、１２）に対する前記実装位置（９１１）を挟持した前記実装位置挟持部材（３１、３２）の位置を、前記回路基板（９１）の前記半導体素子（９６）の実装面とは反対方向に変位させる変位手段（３７）とを備えることを特徴とする回路基板の製造装置。
9. 前記実装位置挟持部材（３１、３２）は、前記回路基板（９１）への接触面（３１１、３２１）が平面であることを特徴とする請求項８に記載の回路基板の製造装置。
10. 前記実装位置挟持部材（３１、３２）は、前記回路基板（９１）の前記実装位置（９１１）に配置され前記半導体素子（９６）を前記回路基板（９１）に接続するための導体ボール（９２）との干渉をさけるための凹部（３１２）を有することを特徴とする請求項９に記載の回路基板の製造装置。
11. 前記外縁部挟持部材（１１、１２）は、前記回路基板（９１）への接触面（１１１、１２１）が平面であることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の回路基板の製造装置。
12. 前記実装位置挟持部材（３１、３２）は、前記外縁部挟持部材（１１、１２）に対し、前記回路基板（９１）の厚さ方向において変位自在であることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載の回路基板の製造装置。
13. 熱を発生する発熱手段（１１Ａ，１２Ａ）を備え、
    前記加熱手段（１１、１２、３１、３２）は、前記発熱手段（１１Ａ、１２Ａ）から受熱して昇温した前記外縁部挟持部材（１１、１２）および前記実装位置挟持部材（３１、３２）であることを特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれかに記載の回路基板の製造装置。
14. 前記外縁部挟持部材（１１、１２）および前記実装位置挟持部材（３１、３２）は互いに接して配置され、
    前記発熱手段（１１Ａ、１２Ａ）は、前記外縁部挟持部材（１１、１２）に設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の回路基板の製造装置。

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