JP2009200376A - 電子部品モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半田接合部に破断の起点となる欠陥部が発生することを防止して、接合信頼性を確保することができる電子部品モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】上面に配線パターン３が金属薄膜によって形成されたベース配線層１に電子部品７を装着し、ベース配線層１の上面に形成された封止樹脂層１０＊によって電子部品７とその周囲の配線パターン３とを封止して成る電子部品モジュール１９を製造する電子部品モジュールの製造方法において、ベース配線層１の上面を粗化処理することにより配線パターン３を含む金属薄膜の表面を粗化する粗化工程をまず実行し、粗化工程後のベース配線層１を対象として、接合材配置工程、電子部品接着工程、プレス工程を順次実行する。これにより、粗化処理において半田接合部にマイクロクラックが発生する事態を排除し、接合信頼性を確保することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、配線パターンが形成されたベース配線層に電子部品を装着し、電子部品および配線パターンを封止樹脂層によって封止した構成の電子部品モジュールを製造する電子部品モジュールの製造方法に関するものである。

半導体素子などの電子部品は、一般に樹脂基板などのベース配線層に実装された電子部品を樹脂封止した電子部品モジュールの形で電子機器に組み込まれる。電子部品モジュールにおける実装密度の高度化が求められる傾向に伴い、電子部品モジュールとして、複数積層された電極パターンの内層に電子部品を実装したいわゆる部品内蔵基板の形態のものが用いられるようになっている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例においては、複数の電極パターンの間に封止樹脂層を形成するための熱硬化シートであるプリプレグを順次積層することによって、電子部品を内層に埋設するようにしている。

ベース配線層は薄型の樹脂基板に銅箔などの金属薄膜を貼り合わせて形成されている。この金属薄膜は部分的にパターニングされて電子部品を電気的に接続する配線パターンとして用いられるとともに、薄型で撓みやすい樹脂基板の剛性を補う役割を有している。部品実装後のベース配線層と熱硬化シートであるプリプレグとを積層する際には、プリプレグを金属薄膜の表面と密着させる必要があるが、プリプレグを構成する熱硬化性樹脂は金属薄膜の表面との密着性が良くないため、積層工程に先立って金属薄膜の表面を粗化して微細なアンカーパターンを形成することにより密着性を向上させる粗化処理が行われる。この粗化処理においては、一般に強酸や強アルカリなど金属表面を化学的に浸食する作用を有する処理液に浸漬する湿式の粗化処理が用いられる。
国際公開第２００５／００４５６７号パンフレット

しかしながら上述の粗化処理を電子部品が実装された後のベース配線層を対象として実行すると、粗化処理の作用がベース配線層のランド部と電子部品の端子部とを接続する半田接合部にも作用することに起因して、以下のような不都合が生じる。すなわち、上述のように粗化処理に用いられる処理液は金属の表面を浸食する作用を有するため、粗化処理において半田接合部の表面に対しても浸食が生じる。このとき、半田接合部の半田フィレットの止端部は特に浸食を受けやすく、この部分が浸食されると破断の起点となるマイクロクラックなどの欠陥部が形成されやすい。

そしてこのような欠陥部が生じた状態のまま、部品実装後のベース層に樹脂封止層形成のために熱硬化シートを積層して加圧・加熱が行われると、このような欠陥部を起点として半田接合部の破断などの致命的な不具合を招くおそれがある。このように、従来の電子部品モジュールの製造方法においては、熱硬化シートとの密着性を向上させるために行われる粗化処理において半田接合部に欠陥部が発生しやすく、接合信頼性を確保することが困難であるという課題があった。

そこで本発明は、半田接合部に破断の起点となる欠陥部が発生することを防止して、接合信頼性を確保することができる電子部品モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品モジュールの製造方法は、上面に電子部品接続用のランド部を有する配線パターンが金属薄膜によって形成されたベース配線層に、本体部と端子部を有する電子部品を前記ランド部に前記端子部を接続した状態で装着し、前記ベース配線層の上面および前記本体部に密着して形成された封止樹脂層によって前記電子部品とその周囲の配線パターンとを封止して成る電子部品モジュールを製造する電子部品モジュールの製造方法であって、前記ベース配線層の上面を粗化処理することにより前記配線パターンを含む金属薄膜の表面を粗化する粗化工程と、前記粗化工程後の前記ベース配線層の上面であって少なくとも前記ランド部を覆う範囲に、熱硬化性樹脂に半田粒子を含有させた接合材を配置する接合材配置工程と、前記端子部を前記ランド部に位置合わせして少なくとも前記端子部を前記ランド部を覆う接合材に接着することにより前記電子部品を前記ベース配線層によって保持する電子部品保持工程と、前記封止樹脂層を形成するための熱硬化シートを前記電子部品保持工程後の前記ベース配線層の上面に貼り合わせて熱圧着を行うことにより、前記熱硬化シートの硬化、前記接合材の硬化および前記端子部の前記ランド部への半田接合を同時に行うプレス工程とを含む。

本発明によれば、ベース配線層の上面を粗化処理することにより配線パターンを含む金属薄膜の表面を粗化する粗化工程をまず実行し、粗化工程後のベース配線層を対象として、接合材配置工程、電子部品接着工程、プレス工程を順次実行することにより、粗化処理において半田接合部にマイクロクラックが発生する事態を排除し、接合信頼性を確保することができる。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、図２、図３は本発明の一実施の形態の電子部品モジュールの製造方法を示す工程説明図である。

まず電子部品モジュールの製造方法について説明する。図１，図２、図３は、上面に電子部品接続用のランド部を有する配線パターンが金属薄膜によって形成されたベース配線層に、本体部と端子部を有する電子部品をランド部に端子部を接続した状態で装着し、ベース配線層の上面および本体部に密着して形成された封止樹脂層によって、電子部品とその周囲の配線パターンとを封止して成る電子部品モジュールを製造する方法を工程順に示すものである。

図１（ａ）においてベース配線層１は、絶縁性の樹脂基板２の上面２ａ、下面２ｂに、それぞれ銅箔などの金属薄膜よりなる配線パターン３および配線パターン４を形成した構成となっている。配線パターン３の一部は、電子部品の端子を接続するためのランド部３ａとなっており、ベース配線層１は上面２ａに電子部品接続用のランド部３ａを有する配線パターン３が形成された形態となっている。ランド部３ａには、抵抗やコンデンサなど両端部に接続用の端子が形成されたチップ型の小型部品や、下面に接続用の端子部としての金属バンプが形成された半導体チップなどの電子部品が実装される。なお、ここで言う配線パターン３，４には、実際の配線回路としての機能を有するもの以外に、パターニングにおいてベース配線層１の表面に残置されて、配線回路としての機能を有しない単なる金属薄膜の部分も含まれる。

ベース配線層１は、まず後工程におけるプリプレグとの密着性向上を目的とした粗化処理の対象となり、ベース配線層１の上面を粗化処理することにより、配線パターン３、配線パターン４を含む金属薄膜の表面を粗化する（粗化工程）。すなわち図１（ｂ）に示すように、ベース配線層１を強酸溶液などの処理液５に浸漬する黒化処理を行うことにより、配線パターン３の表面３ｂや配線パターン４の表面４ａが酸化により粗化されて、これらの表面には微細な凹凸よりなるアンカーパターンが形成される。

このように、ベース配線層１に電子部品がまだ実装されていない状態で黒化処理を行うことにより、電子部品をベース配線層１に半田接合により実装した後に黒化処理を実行する場合における不具合、すなわち粗化処理に用いられる処理液が半田接合部の表面を浸食することによってマイクロクラックなどの欠陥部が発生しないという利点がある。なお、粗化処理の方法として、処理液中にベース配線層１を浸漬する黒化処理以外にも、プラズマ処理などを用いてもよい。

次いで、図１（ｃ）に示すように、粗化工程後のベース配線層１の表面（上面２ａ）であって少なくともランド部３ａを覆う範囲に、半田の酸化膜を除去する活性作用を有する熱硬化性樹脂６ｂに半田粒子６ａを含有させた接合材６を配置する（接合材配置工程）。また半田粒子６ａとしては、例えば組成がＳｎＢｉ５８で融点温度が約１３９℃の半田の粒子が用いられ、熱硬化性樹脂６ｂとしては、例えばエポキシ樹脂、アクリレート樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂が用いられる。

接合材６をベース配線層１の表面に配置する方法としては、スクリーン印刷や、ディスペンサによる塗布、予めフィルム状に成形された樹脂膜を貼着する方法など、配置対象の形状や範囲などに応じて各種の方法を選択することができる。ここでは、ランド部３ａの表面を覆う範囲のみならず、樹脂基板２の上面２ａにおいて配線パターン３を含む金属薄膜が存在する全範囲を覆うように、接合材６を配置するようにしている。図１（ｃ）に示す例では、接合材６を配置する範囲が樹脂基板２の上面２ａにおいて配線パターン３を含む金属薄膜が形成された全範囲を対象としていることから、接合材６をフィルム状にした樹脂膜を貼着することにより接合材６を配置する方法を示している。

この後、図２（ａ）に示すように、接合材６がランド部３ａに配置されたベース配線層１に対して、本体部７ａと本体部７ａの両端部に設けられた端子部７ｂを有するチップ型の電子部品７が搭載される。ここでは、電子部品７の端子部７ｂをランド部３ａに位置合わせして、少なくともこの端子部７ｂをランド部３ａの表面を覆う接合材６に接着することにより、電子部品７をベース配線層１によって保持する（電子部品保持工程）。

これにより電子部品７は、粘着性の接合材６を介してベース配線層１によって保持される。このとき、図２（ｂ）に示すように、ベース配線層１の上面にはランド部３ａを覆う部分のみならず電子部品７の本体部７ａに対応する範囲にも接合材６が配置されていることから、電子部品７は端子部７ｂのみならず本体部７ａも接合材６に接着された状態となり、十分な固定力で接合材６を介してベース配線層１に保持される。

次いで、電子部品７が搭載されたベース配線層１はキュア装置に送られて、図２（ｃ）に示すように加熱される。これにより接合材６に含有される熱硬化性樹脂６ｂの熱硬化反応が進行する。このとき加熱制御により熱硬化性樹脂６ｂを完全に硬化させることなく熱硬化反応を中途で停止させていわゆる半硬化の状態とする。すなわちここでは、電子部品保持工程後に電子部品７を接着した接合材６を加熱して半硬化させる（接合材仮硬化工程）。これにより、接合材６による電子部品７の保持力を増大させることができる。なお、この接合材仮硬化工程は必須の工程ではなく、接合材６の粘性による電子部品７の固着力が十分で電子部品７の脱落や位置ずれが生じるおそれがない場合には、接合材仮硬化工程を省略してもよい。

この後、ベース配線層１はプレス工程に送られる。このプレス工程においては、ベース配線層１を構成する樹脂基板２の上面２ａにおいて、電子部品７とその周囲の配線パターン３とを封止する封止樹脂層を形成するための熱硬化シートであるプリプレグおよび複数の配線層が積層され、加熱装置を備えたプレス装置によって熱圧着される。ここで封止樹
脂層は、樹脂基板２の上面２ａおよび電子部品７に密着し電子部品７を周囲から囲んで形成される。

まず図３（ａ）に示すように、電子部品７の位置に対応して開口部１０ａが設けられたプリプレグ１０およびプリプレグ１２の上面側に銅箔１３を貼着した構成の配線層１１を、ベース配線層１の上面２ａ側に順次重ね合わせるとともに、プリプレグ１５の下面側に銅箔１６を貼着した構成の配線層１４をベース配線層１の下面側に重ね合わせる。

次いで、図３（ｂ）に示すように、配線層１４、ベース配線層１、プリプレグ１０および配線層１１より成る積層体１７を、プレス装置によって３０ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で加圧しながら、１５０℃〜２００℃程度の温度で加熱する。このときの加熱温度は、接合材６の半田粒子６ａの融点温度よりも高くなるように設定される。この加熱により、プリプレグ１２、１０、１５の各層に含浸された樹脂が一旦軟化して、相接する界面が相互に融着するとともに、表面３ｂおよび表面４ａにプリプレグ１０、プリプレグ１５がそれぞれ密着する。このとき、粗化処理工程において表面３ｂおよび表面４ａの表面には微細なアンカーパターンが形成されていることから、良好な密着性が確保される。

さらにプリプレグ１２、１０中に含浸された樹脂が、加圧・加熱により開口部１０ａ内において隙間部分を充填して電子部品７に密着する。そしてさらに加熱が継続することにより、電子部品７および接合材６が加熱される。このとき、プレス工程における加熱温度は接合材６に含有される半田粒子６ａの融点温度よりも高いことから半田粒子６ａは溶融し、端子部７ｂをランド部３ａに半田を介して接合する半田接合が行われる。すなわち電子部品７においては、半田粒子６ａが溶融した溶融半田がランド部３ａと端子部７ｂの表面を濡らすことにより、半田フィレット状の半田接合部６ａ＊が形成される。

この半田接合とともに、加熱により接合材６の熱硬化性樹脂６ｂが熱硬化する。これにより、第１の電子部品６の下面側の隙間を封止するとともに半田接合部６ａ＊を覆う樹脂部６ｂ＊が形成される。そして加熱によるこれらの反応が同時並行的に進行することにより、プリプレグ１０中の樹脂は樹脂部６ｂ＊との界面で融合して、樹脂基板２の上面２ａにおいて電子部品７、樹脂部６ｂ＊や配線パターン３を封止する封止樹脂層１０＊を形成する。

すなわちこのプレス工程においては、電子部品７とその周囲の配線パターン３とを封止する封止樹脂層１０＊を形成するための熱硬化シートであるプリプレグ１０を、接合材仮硬化工程後のベース配線層１の上面２ａに貼り合わせて熱圧着を行うことにより、プリプレグ１０の硬化、接合材６の硬化および端子部７ｂのランド部３ａへの半田接合を同時に行うようにしている。そしてこのようにして形成された封止樹脂層１０＊は、ベース配線層１の上面２ａおよび電子部品７の本体部７ａに密着する形態となっている。

そしてこのプレス工程において、端子部７ｂのランド部３ａへの半田接合を同時に行うことにより、従来方法において課題とされていた粗化処理工程における半田接合部のマイクロクラックなどの欠陥部の発生を排除することが可能となっている。すなわち本実施の形態に示す電子部品モジュールの製造方法では、ベース配線層１へのプリプレグの密着性を向上させることを目的とする粗化処理を、ベース配線層１へ電子部品を実装する前に実行するようにしていることから、電子部品を半田接合した後に粗化処理を行うことに起因する上述の欠陥部の発生がない。

したがって、従来方法においてこれら欠陥部に起因して生じていた不具合、すなわちこのような欠陥が生じた状態のまま、部品実装後のベース配線層１を対象としてプレス工程を実行した場合に欠陥部を起点として半田接合部が破断するという致命的な不具合を排除
することができ、接合信頼性を安定して確保することができる。

次いで図３（ｃ）に示すように、積層体１７を貫通するスルーホールの内面にメッキ層を形成することにより、ベース配線層１の配線パターン３と配線層１１，１４の銅箔１３、１６とを接続する層間配線部１８を形成し（層間配線工程）、さらに配線層１１，１４の銅箔１３、銅箔１６にパターニングを施すことにより、配線回路１３ａ、１６ａを形成する（回路形成工程）。

これにより、上面に電子部品接続用のランド部３ａを有する配線パターン３が形成されたベース配線層１に、本体部７ａと端子部７ｂを有する電子部品７をランド部３ａに端子部７ｂを接続した状態で装着し、ベース配線層１の上面２ａおよび本体部７ａに密着して形成された封止樹脂層１０＊によって電子部品７とその周囲の配線パターン３とを封止して成る電子部品モジュール１９が完成する。このようにして製造された電子部品モジュール１９はさらに部品実装の対象となり、表面層の配線層１１、さらに必要に応じて下面層の配線層１４に電子部品が実装され実装基板が完成する。

本発明の電子部品モジュールの製造方法は、半田接合部に破断の起点となる欠陥部が発生することを防止して、接合信頼性を確保することができるという利点を有し、複数の配線層を積層して構成された電子部品モジュールの製造分野に有用である。

本発明の一実施の形態の電子部品モジュールの製造方法を示す工程説明図 本発明の一実施の形態の電子部品モジュールの製造方法を示す工程説明図 本発明の一実施の形態の電子部品モジュールの製造方法を示す工程説明図

符号の説明

１ ベース配線層
２ 樹脂基板
３ 配線パターン
３ａ ランド部
５ 処理液
６ 接合材
６ａ 半田粒子
６ｂ 熱硬化性樹脂
７ 電子部品
７ａ 本体部
７ｂ 端子部
１０ プリプレグ
１１、１４ 配線層
１７ 積層体
１９ 電子部品モジュール

Claims (3)

1. 上面に電子部品接続用のランド部を有する配線パターンが金属薄膜によって形成されたベース配線層に、本体部と端子部を有する電子部品を前記ランド部に前記端子部を接続した状態で装着し、前記ベース配線層の上面および前記本体部に密着して形成された封止樹脂層によって前記電子部品とその周囲の配線パターンとを封止して成る電子部品モジュールを製造する電子部品モジュールの製造方法であって、
   前記ベース配線層の上面を粗化処理することにより前記配線パターンを含む金属薄膜の表面を粗化する粗化工程と、
   前記粗化工程後の前記ベース配線層の上面であって少なくとも前記ランド部を覆う範囲に、熱硬化性樹脂に半田粒子を含有させた接合材を配置する接合材配置工程と、
   前記端子部を前記ランド部に位置合わせして少なくとも前記端子部を前記ランド部を覆う接合材に接着することにより前記電子部品を前記ベース配線層によって保持する電子部品保持工程と、
   前記封止樹脂層を形成するための熱硬化シートを前記電子部品保持工程後の前記ベース配線層の上面に貼り合わせて熱圧着を行うことにより、前記熱硬化シートの硬化、前記接合材の硬化および前記端子部の前記ランド部への半田接合を同時に行うプレス工程とを含むことを特徴とする電子部品モジュールの製造方法。
2. 前記電子部品保持工程後に前記電子部品を接着した前記接合材を加熱して半硬化の状態とする接合材仮硬化工程を含むことを特徴とする請求項１記載の電子部品モジュールの製造方法。
3. 前記接合材配置工程において、前記ベース配線層において前記接合材を少なくとも前記金属薄膜が形成された範囲に配置することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電子部品モジュールの製造方法。
   

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