JP2009182106A - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発現した反りを平坦に矯正した樹脂製の配線基板の一面側に形成した、はんだから成る又ははんだを含有する所定形状の複数個の突起物をリフローしてはんだバンプを形成する際に、樹脂基板に反りが再発し易い従来の配線基板の製造方法の課題を解消する。
【解決手段】樹脂製の配線基板６２の一面側の複数個所の各々に、はんだをリフローしてはんだバンプを形成する際に、耐熱性基板５０の平坦な一面側に、はんだペーストから成る所定形状の複数個の突起物５２を形成した後、突起物５２，２５・・の各々を、平坦に矯正した配線基板６２の対応箇所に転写するように、耐熱性基板５０と配線基板６２とを一対の押圧板５６の間に挟み込んで押圧し、次いで、一対の押圧板５６の間に挟み込んだ状態で、配線基板６２に転写した突起物５２をリフローしてはんだバンプを形成した後、配線基板６２の平坦状態を固定できるように、配線基板６２にリフロー温度未満の温度に加熱する加熱操作と冷却操作とを繰り返す。
【選択図】図３

Description

本発明は配線基板の製造方法に関し、更に詳細には樹脂製の配線基板の一面側の複数個所の各々に、はんだをリフローしてはんだバンプを形成する配線基板の製造方法に関する。

近年、樹脂製の配線基板、特に回路が多層に積層された多層配線基板が汎用されている。この配線基板の一面側には、半導体素子等の電子部品をフリップチップ法で搭載できるように、はんだバンプが形成されることも多い。
かかる配線基板の一面側に、フリップチップ用のはんだバンプは、図７に示すスクリーン印刷機を用いて、はんだペーストを配線基板の一面側に塗布して形成した突起物を、リフローして形成する。
このスクリーン印刷機では、Ｙ軸テーブル１２、Ｘ軸テーブル１４、θ軸テーブル１６及びＺ軸テーブル１８が積層されて成る位置決め部１０上に保持部２０が設けられている。かかる保持部２０上には、配線パターンが形成された基板面を上面となるように配線基板２２が載置され、クランパ２０ａによって保持されている。
この配線基板２２上には、昇降可能に設けられた枠体２４によって保持されたマスクプレート２６が位置している。マスクプレート２６には、配線基板２２の基板面の所定領域に、はんだペーストが塗布されるように、所定形状の開口部が形成されている。
かかるマスクプレート２６の上方には、配線基板２２の基板面に下面が被着されたマスクプレート２６の上面に、はんだペーストを塗布するスキージ２８ａ，２８ｂが昇降可能に設けられている。
更に、マスクプレート２６の上方には、配線基板２２の一面側の向き等を撮像するカメラ３１も設けられている。

一方、樹脂製の配線基板では、その製造工程等で加えられた種々の歪に起因して反りが発現し易い。
この様に、反りが発生した配線基板を、図７に示すスクリーン印刷機の保持部２０上に載置して、図８に示す様に、透孔２６ａ，２６ａ・・が形成されたマスクプレート２６を積層し、はんだペースト３０をスキージ２８ａ，２８ｂで塗布することによって、図９に示す如く、反りが発生した配線基板１００の一面側にはんだペースト３０から成る複数の突起物１０２，１０２・・を形成できる。
しかし、反りが発生した配線基板１００の一面側に形成された突起物１０２，１０２・・は、図９に示す如く、その高さが異なるものとなる。
かかる突起物１０２，１０２・・にリフローを施して形成されたバンプは、その大きさや高さが異なり、フリップチップ用のバンプとしては到底採用できないものであった。

かかる樹脂製の配線基板１００の反りを平坦に矯正する加熱・冷却装置が、下記特許文献に提案されている。この加熱・冷却装置を図１０に示す。
図１０に示す加熱・冷却装置２００では、加熱装置２０４の固定熱板２０２と可動熱板２０４との間に挟み込んで平坦に矯正した配線基板１００に加熱処理を施した後、搬送手段２１２によって冷却手段２１４の冷却板２１０，２１０間に配線基板１００を挟み込んで冷却を施すことができる。
特開平６−２９１４４９号公報

特許文献１に示す加熱・冷却装置を用いて反りが発生した樹脂製の配線基板１００を平坦な配線基板に矯正できる。
このため、反りを矯正して平坦とした配線基板の一面側に、図７に示すスクリーン印刷機ではんだペーストを塗布することによって、配線基板の一面側に均一高さのはんだペーストから成る複数の突起物を形成できる。
しかしながら、配線基板の一面側に形成した複数の突起物にリフローを施して、はんだバンプを形成する際には、樹脂製の配線基板を再加熱するため、反りが再発し易い。
この様に、反りが再発した樹脂基板は、その一面側に形成したバンプの大きさが揃っていても、高さが不揃いとなるため、フリップチップ用の樹脂基板としては採用できない。
そこで、本発明は、発現した反りを平坦に矯正した樹脂製の配線基板の一面側に形成した、はんだから成る又ははんだを含有する所定形状の複数個の突起物をリフローしてはんだバンプを形成する際に、樹脂基板に反りが再発し易い従来の配線基板の製造方法の課題を解消し、発現した反りを平坦に矯正した樹脂製の配線基板の一面側に形成した、はんだから成る又ははんだを含有する均整な複数個の突起物にリフローを施してはんだバンプを形成する際に、樹脂基板に反りが再発することを防止し得る配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は前記課題を解決すべく検討した結果、予め平坦な耐熱性基板の一面側に、はんだペーストから成る均整な複数の突起物を形成した後、反りが発現した樹脂製の配線基板を平坦に矯正した状態で拘束しつつ、耐熱性基板に形成した複数の突起物を配線基板の一面側に転写してリフローを施すことによってはんだバンプを形成し、次いで、配線基板に冷却操作と加熱操作とを繰り返して施すことによって、平坦状態が固定された配線基板の一面側に均整なはんだバンプを形成できることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、樹脂製の配線基板の一面側の複数個所の各々に、はんだをリフローしてはんだバンプを形成する際に、前記はんだのリフロー温度に対して耐熱性を有する耐熱性基板の平坦な一面側に、前記はんだから成る又は前記はんだを含有する所定形状の複数個の突起物を形成した後、前記耐熱性基板の一面側に形成した突起物の各々を、平坦に矯正した配線基板の対応箇所に転写できるように、前記耐熱性基板と配線基板とを一対の押圧板間に挟み込んで押圧し、次いで、前記一対の押圧板間に耐熱性基板と配線基板とを挟み込んだ状態で、前記配線基板に転写した突起物をリフローしてはんだバンプを形成した後、前記一対の押圧板間に挟み込んだ状態の前記配線基板に、その平坦状態を固定できるように、前記はんだバンプのリフロー温度未満の温度に加熱する加熱操作と冷却操作とを繰り返すことを特徴とする配線基板の製造方法にある。
かかる本発明において、耐熱性基板を載置する押圧板の載置面の一部を、前記載置面に対向する他方の押圧板の対向面に対して近接可能に設けた稼動部に形成し、前記耐熱性基板の一面側に形成した突起物の各々を配線基板の対応箇所に転写する際に、前記配線基板の転写面と前記耐熱性基板の一面側との間隔をリフローの工程よりも狭間隙となるように、前記稼動部を移動することによって、複数個の突起物を確実に配線基板の一面側に転写できる。
この突起物は、はんだペースト又ははんだボールによって好適に形成できる。
また、加熱操作の温度を、はんだバンプのリフロー温度未満で且つ配線基板を形成する樹脂のガラス転移点近傍の温度とすることによって、はんだバンプを再溶融することなく配線基板の歪を除去できる。

本発明に係る配線基板の製造方法によれば、はんだから成る又ははんだを含有する複数の均整な突起物を一面側に形成した平坦な耐熱性基板と反りが発現した配線基板とを、一対の押圧板間に挟み込んで配線基板を平坦に矯正しつつ、耐熱性基板に形成した複数の突起物を配線基板の一面側に転写する。このため、配線基板の一面側に、はんだから成る又ははんだを含有する高さ及び大きさが揃った複数の均整な突起物を形成できる。
かかる配線基板に転写した突起物は、一対の押圧板間に耐熱性基板と配線基板とを挟み込んだ状態でリフローしてはんだバンプを形成するため、配線基板の一面側に高さ及び大きさが揃った均整なはんだボールを形成できる。
更に、一対の押圧板間に挟み込んだ状態の配線基板に、はんだバンプのリフロー温度未満の温度に加熱する加熱操作と冷却操作とを繰り返すことによって、形成したはんだバンプを再溶融することなく配線基板の平坦状態を固定できる。
その結果、平坦な樹脂製の配線基板の一面側に、高さ及び大きさが揃った均整なはんだバンプを形成できる。

本発明では、先ず、図１に示す様に、使用するはんだのリフロー温度に対して耐熱性を有する耐熱性基板５０の平坦な一面側に、はんだを含有するはんだペーストによって所定形状の複数個の突起物５２，５２・・を形成する。
はんだのリフロー温度は、使用するはんだによって異なり、共晶はんだでは２２０〜２４０℃程度であるが、鉛フリーはんだでは２６０℃程度である。このため、共晶はんだでは、ポリイミド等の耐熱性プラスチックから成る耐熱性基板５０を用いることができるが、鉛フリーはんだではシリコン（Ｓｉ）から成る耐熱性基板５０を用いることが好ましい。
図１に示す耐熱性基板５０は、平坦な一面側の突起物５２，５２・・を形成する箇所に凹部５４が形成されている。この凹部５４は、形成するはんだバンプ用に充分なはんだ量を確保するためであって、その深さは２０μｍ程度である。

図１に示す耐熱性基板５０の凹部５４，５４・・の各々に、はんだペーストによって所定形状の突起物５２を形成するには、図７に示すスクリーン印刷機を用いて行うことができる。
つまり、図１に示す耐熱性基板５０を、図７に示すスクリーン印刷機の保持部２０上に載置して、図２に示す様に、透孔２６ａ，２６ａ・・が形成された厚さ３０μｍ程度のマスクプレート２６を積層し、はんだを含むはんだペースト３０をスキージ２８ａ，２８ｂで塗布することによって、耐熱性基板５０の平坦な一面側に形成された凹部５４，５４・・の各々に、はんだペースト３０から成る突起物５２を形成できる。この際に、凹部５４，５４・・の各々にフラックスを塗布しておくことが好ましい。
スクリーン印刷機のマスクプレート２６は、図２に示す様に、耐熱性基板５０の凹部５４，５４・・が形成された平坦な一面側に密着して当接でき、高さ及び大きさが揃った均整な突起物５２，５２・・を形成できる。

次いで、図３に示す様に、平坦な一面側に高さ及び大きさが揃った均整な突起物５２，５２・・を形成した耐熱性基板５０と反りが発現した樹脂製の配線基板６２とを一対の押圧板５６の間に挟み込んで押圧し、図４に示す様に、配線基板６２の反りを平坦に矯正しつつ、耐熱性基板５０の一面側に形成した突起物５２，５２・・を配線基板６２の一面側に転写する。この際にも、配線基板６２の突起物５２，５２・・を転写する箇所に、フラックスを塗布しておくことが好ましい。
この一対の押圧板５６は、上側押圧板５６ａが可動板であって、固定板である下側押圧板５６ｂに対して接離可能に設けられている。更に、上側押圧板５６ａ及び下側押圧板５６ｂには、加熱装置５８，５８と冷却装置６０，６０とが内装されており、突起物５２，５２・・及び配線基板６２に対して加熱と冷却とを施すことができる。
耐熱性基板５０は、図３に示す様に、突起物５２，５２・・の先端が下側押圧板５６ｂの上面から突出するように、下側押圧板５６ｂに形成された凹部６４内に挿入されている。この際に、耐熱性基板５０の上面と下側押圧板５６ｂの上面との間に若干の段差を形成することによって、後述するリフローの際に、良好な形状のはんだボールを形成できる。

図４に示す様に、耐熱性基板５０と配線基板６２とを一対の押圧板５６の間に挟み込んで押圧した状態で、上側押圧板５６ａ及び下側押圧板５６ｂの加熱装置５８，５８によって加熱し、配線基板６２の一面側に転写した突起物５２，５２・・をリフローして、はんだバンプ６６，６６・・を形成する。
この際のリフロー温度は、共晶はんだでは２２０〜２４０℃程度とし、鉛フリーはんだでは２６０℃程度とすることが好ましい。

反りが発現した配線基板６２は、一対の押圧板５６の間に挟み込んで押圧して平坦に矯正された状態でのリフローの際に加熱されているが、一対の押圧板５６を開いて配線基板６２を取り出すと、反りが再発するおそれがある。
このため、一対の押圧板５６の間に挟み込んで配線基板６２の平坦に矯正した状態を固定できるように、配線基板６２に加熱と冷却とを繰り返して施す。
この際の加熱温度は、形成したはんだバンプ６６が再溶融しないように、はんだバンプ６６のリフロー温度未満の温度とする。特に、加熱温度は、はんだバンプ６６のリフロー温度未満で且つ配線基板６２を形成する樹脂のガラス転移点近傍の温度とすることによって、はんだバンプ６６を再溶融することなく配線基板６２の平坦状態を固定できる。
このため、一対の押圧板５６から配線基板６２を取り出しても、配線基板６２の平坦状態を保持できる。
この様にして得られた平坦状態の配線基板６２の一面側には、高さ及び大きさの揃った均整なはんだバンプ６６，６６・・を形成できる。その結果、配線基板６２の一面側に、半導体素子等の電子部品をフリップチップ法で搭載可能である。
尚、一対の押圧板５６の間に挟み込んで配線基板６２に加熱と冷却とを繰り返す際の冷却温度は、１４０〜１９０℃程度とすることが好ましい。

図３及び図４に示す一対の押圧板５６の下側押圧板５６ｂに形成された凹部６４内に、突起物５２，５２・・の先端が下側押圧板５６ｂの上面から突出し且つ耐熱性基板５０の上面と下側押圧板５６ｂの上面との間に若干の段差を形成するように、耐熱性基板５０を挿入しているが、耐熱性基板５０の厚さ等のバラツキによって、その位置決めが困難となる場合がある。
この場合には、図５に示す様に、下側押圧板５６ｂとして、耐熱性基板５０を挿入する凹部６４の底面（耐熱性基板５０を載置する載置面でもある）の一部を、この底面に対向する上側押圧板５６ａの下面に対して近接可能に設けた可動部６８に形成した下側押圧板５６ｂを用いることが好ましい。
尚、可動部６８内の温度勾配を可及的に少なくできるように、可動部６８にも、加熱装置５８と冷却装置６０とが内装されている。

図５に示す一対の押圧板５６を用いることによって、凹部６４内に挿入された耐熱性基板５０の位置を可動部６８によって調整し、耐熱性基板５０の一面側に形成した突起物５２，５２・・の各々を配線基板６２の対応箇所に転写する際に、突起物５２，５２・・の各々を配線基板６２の転写面に確実に転写されるように、配線基板６２の転写面と耐熱性基板５０の一面側との間隔を調整することができる。
また、配線基板６２の転写面に転写された突起物５２，５２・・をリフローする際には、配線基板６２の転写面と耐熱性基板５０の一面側との間隔を、良好な形状のはんだバンプが形成されるように、可動部６８を移動して調整できる。
通常、配線基板６２の転写面と耐熱性基板５０の一面側との間隔は、突起物５２，５２・・を転写する際に、突起物５２，５２・・のリフロー工程よりも狭間隙とすることが好ましい。

図１〜図５に示す耐熱性基板５０の一面側の突起物５２，５２・・の各々を形成する箇所に凹部５４が形成されていたが、図６（ａ）に示す様に、凹部５４を形成することなく平坦な耐熱性基板５０の一面側に突起物５２，５２・・を形成してもよい。
また、耐熱性基板５０の一面側に突起物５２，５２・・として、図６（ｂ）に示す様に、はんだボールを用いて形成してもよい。はんだボールを用いる場合には、図６（ｂ）に示す様に、耐熱性基板５０の一面側に当接させたマスクプレート７０に穿設された透孔７０ａ，７０ａ・・の各々にはんだボールを落とし込むことによって突起物５２を形成できる。
この際に、耐熱性基板５０の突起物５２，５２・・を形成する箇所に凹部を形成、或いはフラックスを塗布しておくことが好ましい。
更に、図３、図４及び図５に示す押圧板５６では、上側押圧板５６ａ及び下側押圧板５６ｂに加熱装置５８と冷却装置６０とが内装されているが、上側押圧板５６ａと下側押圧板５６ｂとの一方側に、加熱装置５８と冷却装置６０とが内装されていてもよい。
或いは、上側押圧板５６ａと下側押圧板５６ｂとの両方又は一方を、押圧板５６と別体に形成された加熱装置５８と冷却装置６０とに接離するようにしてもよい。

耐熱性基板の一面側に、はんだペーストによって複数個の突起物を形成した状態を示す縦断面図である。 スクリーン印刷機によって図１に示す複数個の突起物を耐熱性基板の一面側に形成する状況を説明する説明図である。 本発明で用いる一対の押圧板の間に、反りが発現した配線基板と耐熱性基板とを挟み込む状況を説明する説明図である。 一対の押圧板の間に配線基板及び耐熱性基板とを挟み込んだ状況を説明する説明図である。 本発明で用いる他の一対の押圧板の間に、反りが発現した配線基板と耐熱性基板とを挟み込む状況を説明する説明図である。 耐熱性基板の一面側に形成する他の突起物を説明する縦断面図である。 図２に示すスクリーン印刷機の概略図である。 図７に示すスクリーン印刷機を用いた従来のはんだバンプの形成方法を説明する説明図である。 図８に示す従来のバンプの形成方法によって、反りが発現した配線基板の一面側に形成された、はんだペーストから成る突起物の状態を説明する説明図である。 反りが発現した樹脂製の配線基板を平坦に矯正する矯正装置を説明する概略図である。

符号の説明

２６，７０ マスクプレート
２６ａ，７０ａ 透孔
２８ａ，２８ｂ スキージ
３０ ペースト
５０ 耐熱性基板
５２ 突起物
５４，６４ 凹部
５６ 押圧板
５６ｂ 下側押圧板
５６ａ 上側押圧板
５８ 加熱装置
６０ 冷却装置
６２ 配線基板
６６ バンプ
６８ 可動部

Claims (4)

1. 樹脂製の配線基板の一面側の複数個所の各々に、はんだをリフローしてはんだバンプを形成する際に、
   前記はんだのリフロー温度に対して耐熱性を有する耐熱性基板の平坦な一面側に、前記はんだから成る又は前記はんだを含有する所定形状の複数個の突起物を形成した後、
   前記耐熱性基板の一面側に形成した突起物の各々を、平坦に矯正した配線基板の対応箇所に転写するように、前記耐熱性基板と配線基板とを一対の押圧板間に挟み込んで押圧し、
   次いで、前記一対の押圧板間に耐熱性基板と配線基板とを挟み込んだ状態で、前記配線基板に転写した突起物をリフローしてはんだバンプを形成した後、
   前記一対の押圧板間に挟み込んだ状態の前記配線基板に、その平坦状態を固定できるように、前記はんだバンプのリフロー温度未満の温度に加熱する加熱操作と冷却操作とを繰り返すことを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 耐熱性基板を載置する押圧板の載置面の一部を、前記載置面に対向する他方の押圧板の対向面に対して近接可能に設けた稼動部に形成し、
   前記耐熱性基板の一面側に形成した突起物の各々を配線基板の対応箇所に転写する際に、前記配線基板の転写面と前記耐熱性基板の一面側との間隔をリフローの工程よりも狭間隙となるように、前記稼動部を移動する請求項１記載の配線基板の製造方法。
3. 突起物を、はんだペースト又ははんだボールによって形成する請求項１又は請求項２記載の配線基板の製造方法。
4. 加熱操作の温度を、はんだバンプのリフロー温度未満で且つ配線基板を形成する樹脂のガラス転移点近傍の温度とする請求項１〜３のいずれか一項記載の配線基板の製造方法。

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