JP2009111299A - バンプ付き基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、基板のコア部に、ファインピッチのＣＳＰ実装ランド部と、ラフピッチの単品部品実装ランド部を有するバンプ付き基板の製造方法に関する。
【解決手段】コア基板にエポキシ系樹脂のＰＳＲを塗布して第１レジスト層を形成し、単品部品実装ランド部の第１レジスト層を露光、現像処理で除去し、上記基板上に非光感応性レジストを塗布して第２レジスト層を形成し、前記ＣＳＰ実装ランド部は前記第１レジスト層の上に第２レジスト層を被覆し、単品部品実装ランド部は第２レジスト層のみで被覆し、前記ＣＳＰ実装ランド部の第１および第２レジスト層の上に高エネルギービームを照射して孔を穿設し、該孔の底面の残渣を除去し、該孔底面に露出するランド表面をソフトエッチングして半田部材を装着し、該半田ぺーストを溶融してＣＳＰ実装ランド部に半田バンプを成形し、前記第２レジスト層を溶解処理により除去してなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、基板のコア部に、ファインピッチのＣＳＰ実装ランド部と、ラフ寸法の単品部品実装ランド部を有するバンプ付き基板の製造方法に関する。

電子機器の小型化は年々とめどもなく進んでいる。この小型化を達成させるには大きくいって、電子回路ユニット（ＬＳＩ）の小型化とＬＣＲ電子部品（受動部品）を代表とする単品部品の小型化およびこれらの部品を実装する実装技術、さらにはこれらを構成品として一体化させるベースとしての基板の相互連携の上に成立しているといえる。
上記ＬＳＩは周知のように年々配線ルールの微細化が進んでおり、それに伴い単位面積あたりのＩ／Ｏ数も増加している。従って、ＬＳＩ1チップあたりのＩ／Ｏ数の増加とフットプリントのピッチおよびＬＳＩパッケージ基板の基板実装サイドのフットプリントの微細化が進んでいる。一方、ＬＣＲの様な単品部品の実装ランド部は形状的に、正方形・長方形・半円形・円形等の任意形状からなっており、形状の小型化は進むものの前記パッケージ基板微細化に比べればまだラフな寸法である。
即ち、基板の実装面には、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）に関連するファインピッチで一律の丸ランドからなるグリットランドと、それよりもラフピッチで種々形状からなる実装ランド部が存在する。
この異なつた２種類のランド仕様を満足する基板の半田レジストの形成法に関しては、今まで十分な解決手段がなかった。
また、仮にＣＳＰ部分のレジストが形成されても、接続用の半田バンプ形成時に半田バンプ高さ（クリーム半田印刷の際の半田量）の不均一化に伴う実装不良等の問題があつた。
前記のようにＣＳＰ部分のファインピッチ化が進むとランドとレジストの開孔後のクリアランスが狭くなる。
このクリアランス仕様は０．４（ｍｍ）ｐｃｓｐで２５μｍ、０．３（ｍｍ）ｐｃｓｐでは２０μｍレベルとなる。一方、従来の有機材料フィルムからなる露光フィルムおよび一括（全面を一回で露光する）露光装置では整合精度限界が５０μｍであり、ＰＳＲマスク露光では生産不可能な寸法といえる。
一方、単品部品ランドのクリアランスは５０μｍ以上あり、従来のマスク露光方式で十分対応できる寸法である。
この様なクリアランスのレジスト仕様を形成する方法として、従来は、以下のような手段が用いられていた。
（１）分割露光方式
基板ワークサイズの全体を一括露光する従来法では、既形成済みのランドとレジストの位置整合がとれないため、全体を１／２又は１／４に分割して整合をとれやすくする方法。
（２）フォトマスクをなくし、ＰＳＲを露光するＬＤＩ（レーザーダイレクトイメージ）方法。部分的に露光することによって整合精度を上げ、数値データでランド位置決めを行い、精度を向上させる。この場合、予め露光位置を数値補正し、整合させることができる。
（３）炭酸ガスレーザーで非感光性レジストに実装ランド部を開孔する方法。この場合、レーザー加工の加工位置は数値データであり、（２）と同様に補正を加えることにより整合位置を向上させることができる。
しかし、前記（１）の分割露光法は分割するだけ露光時間が必要で、スループットが悪い。また精度を上げるためにはフォトツールをガラスマスクに変える必要があり、マスクのコストや手間がかかるなどの欠点がある。
前記（２）の方法では、ＰＳＲの露光感度を高めると吸水特性や耐薬品性
が悪化するために高感度化が困難で、ＬＤＩの露光時間が長くなり、結果的にスループットが上がらない問題がある。 前記（３）の方法では、炭酸ガスレーザーはＣＳＰ部分の画一的な加工はできるが単品部品のランド形状である異形部分のレーザー加工に多くの時間を要し、実用的でない。
また、上記いずれの方法も半田の形成は、完成基板に後工程でクリーム半田を印刷し形成する方法である。この方法は、半田印刷マスクの精度、半田の抜け性等で一定の半田量を確保することはランド径が小さくなる程困難になる。
特開２００２−１６４６５０号 めっき装置

この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、
基板上のファインピッチのＣＳＰ実装ランド部のレジスト位置の精度を高めながら、ラフピッチの単品部品ランドを同時に形成すると共に、前記ＣＳＰ実装ランド部に同一高さの半田バンプを容易に形成することができる実装性に優れたバンプ付き基板の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明では、
コア基板上に、ファインピッチのＣＳＰ実装ランド部と、ラフピッチの単品部品実装ランド部を有するバンプ付き基板の製造方法において、
まず、コア基板の全域にエポキシ系樹脂のフォトソルダーレジスト（ＰＳＲ）を印刷法やカーテンコート法やスプレー法などで塗布して第１レジスト層を形成する。
次に、前記ラフピッチの単品部品実装ランド部の第１レジスト層をあらかじめ作成された露光フィルムを介して露光し、現像処理により除去して単品部品実装ランド部を形成する。この時、ＣＳＰ実装ランド部の第１レジスト層はそのまま残しておく。
次に、上記基板上にエポキシ系以外の非光感応樹脂、例えば、フェノール系樹脂のレジストを印刷法や、カーテンコート法やスプレー法などで塗布して第２レジスト層を形成する。この時、前記ＣＳＰ実装ランド部は前記第１レジスト層の上に第２レジスト層を被覆した構成になり、一方、単品部品実装ランド部は第２レジスト層のみで被覆された構成になる。
次に、前記ＣＳＰ実装ランド部の第１および第２レジスト層の上から炭酸ガスレーザー等の高エネルギービームをランド上に位置決めしながら照射して、第１および第２レジスト層を同時に除去し孔を穿設する。短パルス炭酸ガスレーザー等は、この様な樹脂材料を加工する際、エネルギー照射時間に樹脂を昇華させ、エネルギーを照射させない時間に冷却するので、熱エネルギー影響による溶融された形状が加工周辺に極めて少なく、最適な加工形状が得られる。
次に、前記ＣＳＰ実装ランド部の前記孔の底面に露出するランド表面の残渣を過マンガン酸カリウムなど化学的にエッチング可能な薬品により除去する。
前記除去されたランド表面は酸化されており電気的に抵抗体を形成しており、ランド表面として機能しないため、硫酸過水系のソフトエッチング剤により、この酸化膜を除去する。
次に、前記孔底面に露出するランド表面に例えば半田ボール等の半田部材を装着又は半田メッキを施し、該半田部材を溶融してＣＳＰ実装ランド部に半田バンプを成形する。
最後に、ＣＳＰ実装ランド部および単品部品実装ランド部の第２レジスト層をアルカリ系薬品で溶解処理により除去する。第１レジストはエポキシ、第２レジストはエポキシ以外の樹脂系例えば、フェノール系であり、この境界より明確に溶解できる。
以上のような、処理工程を行うことにより、ラフピッチとファインピッチの混在する基板上に合理的にランドを形成し、且つ、ファインピッチの小径ランド上に半田量が一定なバンプを形成することができる。

この発明では、基板上のファインピッチのＣＳＰ実装ランド部のレジスト位置の精度を高めながら、ラフピッチの単品部品ランドを同時に形成すると共に、前記ＣＳＰ実装ランド部に同一高さの半田バンプを容易に形成することができる実装性に優れたバンプ付き基板を製造することができる。

以下に、この発明のバンプ付き基板の製造方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
このバンプ付き基板は、図１に示すように、基板１の表層導体にファインピッチのＣＳＰ実装ランド部３と、ラフピッチの単品部品実装ランド部２を有している。

次に、図２に示すように、上記基板１の全域に、印刷法やカーテンコート法やスプレー法などによりエポキシ系樹脂のフォトソルダーレジスト（ＰＳＲ）を塗布して第１レジスト層４を形成する。

次に、図３に示すように、前記単品部品実装ランド部２の第１レジスト層４を露光し、現像処理により不要部分５を除去する。一方、ＣＳＰ実装ランド部３の第１レジスト層４は残しておく。

次に、図４に示すように、上記基板１上にエポキシ系樹脂以外の例えば、フェノール系樹脂を塗布して第２レジスト層６を形成する。前記ＣＳＰ実装ランド部３は前記第１レジスト層４の上に第２レジスト層６を被覆し、単品部品実装ランド部２は第２レジスト層６のみで被覆する。

次に、図５に示すように、前記ＣＳＰ実装ランド部３の第１レジスト層４および第２レジスト層６の上から炭酸ガスレーザーをガルバノミラー等で位置決めしながら照射して袋状の孔７を穿設する。

次に、図６に示すように、前記ＣＳＰ実装ランド部３の前記孔７の底面に露出するランド表面８の残渣を除去する。
これは前記レーザー加工後にランド表面８に付着する有機物（残渣）を化学的に処理し、さらにランド表面８の銅酸化物をソフトエッチングなどで除去して導電性を高めるためである。

次に、図７に示すように、前記孔７底面に露出するランド表面８に半田部材を装着し、上記半田部材を溶融してＣＳＰ実装ランド部３の孔７内に半田バンプ９を成形する。
ここで半田部材の装着としては、半田ボールの搭載や、半田ぺーストの塗布・印刷や、半田メッキなどの方法がある、
そして、この半田部材を溶融し再固化して半田バンプ９を形成する。

次に、図８に示すように、ＣＳＰ実装ランド部３および単品部品実装ランド部２の第２レジスト層６を化学的手法により溶解剥離を行う。
これにより、前記ハンダバンプ９はその先端が第１レジスト層４より外に突出し、且つ均一の高さのハンダバンプ１０となる。
また、単品部品実装ランド部２は、印刷実装パッド面となり、その後、図示しないクリームハンダ印刷工程などによりリフロー実装が行われる。

上記製造方法では、実装ランド部工程それぞれに違った工法と材料を使用している。
即ち、単品部品実装ランド部２の形成にはＰＳＲと露光・現像処理を用いている。 ＣＳＰ実装ランド部３の狭ピッチグリッドランド形成にはフェノール系レジストのオーバーコートと炭酸ガスレーザー加工、および後処理を用いている。

ＣＳＰ実装ランド部３の半田形成に用いる半田量は、前記第１レジスト層４と第２レジスト層６の厚みの合計で適宜実験的に定める。
半田の溶融再固化後、第１レジスト層４の上面より突出する量を、上記第２レジスト層６のマスク厚みで自由に設定することができる。
この第２レジスト層６のフェノールマスク厚みは印刷法で行い、一般にはｍａｘ５０μｍである。
第１レジスト層の厚みは２０μｍとして、合計７０μｍのマスク厚みが可能である。

第２レジスト層６のフェノールマスク厚と第１レジスト層４の孔７の加工は炭酸ガスレーザーで行う。
この炭酸ガスレーザーの加工は、径がψ１００μｍ〜φ２５０μｍの範囲内が最も適しており、これは半田マスク径とも良くリンクしているので加工の最適化がとれやすい。
また、ランドと孔位置は１５μｍ以下での加工が可能であり整合精度も確保される。
ちなみに、レーザーショット数は２〜３ショット、バースト加工（位置決め後レーザーを連続的に照射する方法で加工スピードが早い。）で行うことができ、２００７年現在の基板用レーザー加工機で５００穴／秒の高速で加工可能であり工業的に充分成立する。

レーザー加工後には、必ず加工後のランド銅表面は熱加工によって生じた樹脂系の皮膜（残渣）で被覆されており、この残渣を化学的な処理（一般的にはデスミア処理）や物理的処理（一般的にはプラズマ処理）で除去し、さらにランドの銅表面酸化膜を除去するためにソフトエッチング処理を行い純度の高い銅を露出させる必要がある。

この銅に半田を前記３種の方法で形成する。半田が銅に充分拡散させることを目的とする。
その後、半田を溶融し再固化して半田バンプを形成する。
最後にフェノール系レジスト樹脂をアルカリ系薬品で残存する第１レジスト層のＰＳＲとの境界から剥離し、ＰＳＲ表面を露出させる．

以上の工程を経ることによってＣＳＰ向けのファインピッチランドの正しい位置に半田バンプを形成し、単品部品実装ランド部はクリーム半田印刷可能なランド露出部を形成することができる。

レーザー加工機の穴位置指定（ランドとレーザー穴の位置）は、例えばワークサイズ中の１ピースにＬＤＩ基準のＣＣＤ原点を銅（Ｃｕ）ランドに用いれば実装時に整合ズレは無視できるレベルまで微少にでき、且つ、開孔径（炭酸ガスレーザーの加工寸法）も、炭酸ガスレーザーのアパーチャー精度と光波長で決るので極めて高精度にできる。
従って、本方法を用いれば微少ピッチのＣＳＰの半導体チップ側のランド形成にも有効に活用できる。

半導体実装用のサブストレートの場合、エリアバンプタイプ半導体では円型ランドが殆んどであるため、本方法は最も適している。
また前記ＰＳＲではなくエポキシ系のレジスト（非光感応性）が使用できるため、物理的・化学的・電気的にも良好なレジストとなるため、最適なサブストレート材料構成も達成できる。

さらに本方法の２層目のフェノール系レジストには光感光材が不要なため、化学的・熱的に安定で耐薬品性にも優れ、半田メッキ浴へのレジスト成分の溶出が少なく、安定した無電解半田メッキが可能である。
その他、要するにこの発明の要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうること勿論である。

基板の表層導体にＣＳＰ実装ランド部と単品部品実装ランド部を設けた状態を模式的に示す断面図である。 第１レジスト層を形成する工程を模式的に示す断面図である。 単品部品実装ランド部の不要部分を除去する工程を模式的に示す断面図である。 第２レジスト層を形成する工程を模式的に示す断面図である。 ＣＳＰ実装ランド部袋状の孔を穿設する工程を模式的に示す断面図である。 ＣＳＰ実装ランド部のランド表面の残渣を除去する工程を模式的に示す断面図である。 ＣＳＰ実装ランド部の孔内に半田バンプを成形する工程を模式的に示す断面図である。 ＣＳＰ実装ランド部および単品部品実装ランド部の第２レジスト層を溶解剥離する工程を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ コア基板
２ 単品部品実装ランド部
３ ＣＳＰ実装ランド部
４ 第１レジスト層
５ 不要部分
６ 第２レジスト層
７ 孔
８ ランド表面
９ 半田バンプ

Claims (1)

1. コア基板上に、ファインピッチのＣＳＰ実装ランド部と、ラフピッチの単品部品実装ランド部を有するバンプ付き基板の製造方法において、
   コア基板の全域にエポキシ系樹脂のフォトソルダーレジストを塗布して第１レジスト層を形成する工程と、
   前記単品部品実装ランド部の第１レジスト層の少なくとも一部を露光し現像処理して除去する工程と、
   上記基板上にエポキシ系以外の樹脂系非光感応性レジストを塗布して第２レジスト層を形成する工程と、
   前記ＣＳＰ実装ランド部の第１および第２レジスト層の上に炭酸ガスレーザー等の高エネルギービームを照射して袋状の孔を穿設する工程と、
   前記ＣＳＰ実装ランド部の前記孔の底面に露出するランド表面の残渣を除去する工程と、
   前記ランドの表面層をエッチング処理して酸化物層を除去する工程と、
   前記ランド表面に半田部材を装着し、該半田部材を溶融してＣＳＰ実装ランド部に半田バンプを成形する工程と、
   ＣＳＰ実装ランド部および単品部品実装ランド部の第２レジスト層をアルカリ系薬品で溶解処理により除去する工程からなることを特徴とするバンプ付き基板の製造方法。

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