JP2015142024A

JP2015142024A - 半田バンプ付基板の製造方法

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Publication number: JP2015142024A
Application number: JP2014014378A
Authority: JP
Inventors: 雄三海田; Yuzo Kaida; 拓也高木; Takuya Takagi
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2015-08-03

Abstract

【課題】従来より反りを抑えた半田バンプ付基板を製造することが可能な半田バンプ付基板の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半田バンプ付基板１０の製造方法では、第１基板２０上に配置される第１半田バンプ群３５用の第１半田ボール３３と、第２半田バンプ群３６用の第２半田ボール３４とを１度にリフローするので、半田バンプ群の種類が２種類に増えても、従来のようにリフローによる熱伸縮の繰り返し回数が増えることがなくなる。これにより従来より反りを抑えた半田バンプ付基板の製造が可能になる。また、フラックスの洗浄を１度で済ますことができ、工程数が従来に比べて少なくなるので、製造コストが抑えられる。【選択図】図２

Description

本発明は、基板上に電子部品を接続するための半田バンプ群を有する半田バンプ付基板の製造方法に関する。

従来、この種の半田バンプ付基板の製造方法として、基板に備えたパッド群の上に半田を配置後、リフローする（即ち、半田を溶融させて各パッドに半田付けする）ことで半田バンプ群（即ち、半田のこぶ状の突部群）を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようにして製造される半田バンプ付基板は、近年、パッケージ基板に別のパッケージ基板を重ねてなるＰｏＰ（ＰａｃｋａｇｅｏｎＰａｃｋａｇｅ）にも使用されている。

特願２０１０−２６０７０８号公報（段落［００２６］、図２）

しかしながら、従来の製造方法では半田バンプ付基板に形成する半田バンプ群が２種類に増えたことに伴いリフローによる熱伸縮の繰り返し回数が増え、半田バンプ付基板の反りが大きくなることが考えられる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来より反りを抑えた半田バンプ付基板を製造することが可能な半田バンプ付基板の製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、電子部品を搭載するための第１パッド群と第１パッド群の周囲に形成されていて第２基板を搭載するための第２パッド群を含む実装面を有する第１基板を準備することと、第１パッド群を形成する第１パッドに第１半田を搭載することと、第２パッド群を形成する第２パッドに第２半田を搭載することと、第１半田から第１パッド上に第１半田バンプを形成することと、第２半田から第２パッド上に第２半田バンプを形成することと、を有する半田バンプ付基板の製造方法であって、第１半田バンプを形成することと第２半田バンプを形成することはリフローで同時に行われる。

請求項２の発明は、第１半田及び第２半田として半田ボールを使用する請求項１に記載の半田バンプ付基板の製造方法である。

請求項１の半田バンプ付基板の製造方法によれば、第１基板上に配置された第１半田バンプ群用の第１半田と第２半田バンプ群用の第２半田とが１度にリフローされるので、第１基板上の半田バンプ群の種類が２種類に増えても、従来のようにリフローによる熱伸縮の繰り返し回数が増えることがなくなる。これにより従来より反りを抑えた半田バンプ付基板の製造が可能になる。

ここで、半田は、ボール形状にして第１又は第２のパッド上に配置してもよいし、第１又は第２のパッドを覆う層状にスクリーン印刷等して配置してもよい。ここで請求項２及び３の発明のように半田を半田ボールにして第１及び第２のパッド上に配置すれば、半田ペーストをスクリーン印刷等する方法に比べて第１及び第２の半田バンプそれぞれの高さを均一にしやすくなる。

また、第１パッド群上に第１半田を配置する方法と第２パッド群上に第２半田を配置する方法とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。さらに、半田を印刷する場合には、各パッド毎に分けて印刷してもよい。

（Ａ）本発明の第１実施形態に係る第１基板の側断面図、（Ｂ）第１フラックス付与工程後の第１基板の側断面図，（Ｃ）第１半田配置工程後の第１基板の側断面図、（Ｄ）第２フラックス付与工程後の第１基板の側断面図（Ａ）第２半田配置工程後の第１基板の側断面図、（Ｂ）半田バンプ付基板の側断面図、（Ｃ）ＰｏＰの側断面図第１基板の平面図第１基板と第１供給管の斜視図第１基板と第１供給管の側断面図第１基板と第２供給管の斜視図第１基板と第２供給管の側断面図本発明の第２実施形態の第１基板と供給管の側断面図本発明の変形例に係る半田バンプ付基板の側断面図

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１（Ａ）には、本発明に係る半田バンプ付基板の製造方法に使用される第１基板２０の断面が示されている。この第１基板２０は、例えば、平面視四角形の多層プリント配線板であって、Ｆ面２０Ａ（Ｆｒｏｎｔ面）とＢ面２０Ｂ（Ｂａｃｋ面）とに複数のパッド３０を備え、所定のパッド３０，３０同士が第１基板２０内の図示しないプリント配線やビア等により接続されている。また、第１基板２０のＦ面２０Ａ及びＢ面２０Ｂは、パッド３０以外の部分をソルダレジスト２１Ａ，２１Ｂで被覆され、各パッド３０の露出面がソルダレジスト２１Ａ，２１Ｂの表面に対して陥没している。

なお、第１基板２０の上記「Ｆ面２０Ａ」は、説明の便宜上の名称であって、第１基板２０が電気機器に組み込まれて使用されたときに第１基板２０の上記「Ｆ面２０Ａ」が上方、下方、側方の何れの方向を向くかは問わない。第１基板２０の「Ｂ面２０Ｂ」に関しても同様である。

第１基板２０のＦ面２０Ａ側のパッド３０群は、例えば、露出面積が比較的小さい複数の第１パッド３１と比較的大きい複数の第２パッド３２の２種類からなる。また、各第１パッド３１を露出させるソルダレジスト２１Ａの孔２１Ｃは、後述する直径４０〜１００［μｍ］の第１半田ボール３３を、各第１パッド３１上に１つは配置することができるが、２つは配置することできない大きさになっている。一方、各第２パッド３２を露出させるソルダレジスト２１Ａの孔２１Ｄは、後述する直径１１０〜５００［μｍ］の第２半田ボール３４を、各第２パッド３２上に１つは配置することができるが、２つは配置することできない大きさになっている。そして、図３に示すように、比較的小さい第１パッド３１群が、例えば、第１基板２０のＦ面２０Ａにおける中央の四角形の領域（以下、「第１パッド配置領域Ｒ１」という）にマトリクス状に配置され、その第１パッド配置領域Ｒ１の周りの枠状の領域（以下、「第２パッド配置領域Ｒ２」という）に比較的大きい第２パッド３２群がマトリクス状に配置されている。

なお、Ｂ面２０Ｂ側の複数のパッド３０（図１（Ａ）参照）は、全て略同一の大きさになっている。

本実施形態の半田バンプ付基板の製造方法では、以下の各工程を順番に行って第１基板２０（図１（Ａ）参照）から半田バンプ付基板１０（図２（Ｂ）参照）を製造する。

＜第１フラックス付与工程＞
この工程では、図１（Ｂ）に示すように、第１パッド３１をフラックスで覆う。具体的には、第１基板２０の第１パッド配置領域Ｒ１全体を覆うようにフラックス層３１Ｆを塗布する。なお、フラックスには、例えば、樹脂系のものを使用する。

＜第１半田配置工程＞
この工程では、図１（Ｃ）に示すように、フラックス層３１Ｆの上面のうち各第１パッド３１の真上となる位置に、直径４０〜１００［μｍ］の第１半田ボール３３を配置する。そのために、第１基板２０の上方から図４に示した第１供給管８１を降下させる。第１供給管８１は、例えば、上下に延びた角管構造をなし、下端を第１マスク８０によって閉塞されている。第１マスク８０は、例えば、第１基板２０の第１パッド配置領域Ｒ１と略同一形状をなし、第１半田ボール３３が丁度１つ通過可能な大きさの複数のボール通過孔８０Ａを、第１パッド３１群と同じ配置にして備えている。また、例えば、第１供給管８１の下端側部には、第１半田ボール３３が通過できない程度の大きさの通気孔８１Ａが設けられている。

上記フラックス付与が終了したら図５に示すように、第１供給管８１の第１マスク８０が第１基板２０におけるフラックス層３１Ｆの上面に対して第１半田ボール３３の直径未満の隙間をあけた位置に配置され、かつ、各ボール通過孔８０Ａと各第１パッド３１とが対向した状態に保持される。この状態で、第１供給管８１を通して複数の第１半田ボール３３が第１マスク８０上に落とされ、例えば第１マスク８０に微振動が付与される。これにより、第１半田ボール３３がボール通過孔８０Ａに転落して、第１パッド３１上のフラックス層３１Ｆに付着する。そして、第１マスク８０上に残った余りの第１半田ボール３３群を、例えば第１供給管８１を通して吸引してから、第１供給管８１を上方に待避させる。これにより、フラックス層３１Ｆのうち各第１パッド３１上のみに１つずつ第１半田ボール３３が配置された状態になる。

＜第２フラックス付与工程＞
この工程では、図１（Ｄ）に示すように、第２パッド３２をフラックスで覆う。具体的には、インクジェット塗布にて第２パッド３２毎に別個にフラックスを塗布してフラックス層３２Ｆを形成する。そのフラックスには、例えば、第１フラックス付与工程と同じ樹脂系のフラックスを使用する。

＜第２半田配置工程＞
この工程では、図２（Ａ）に示すように、各第２パッド３２のフラックス層３２Ｆ上に、例えば、直径１１０〜５００［μｍ］の第２半田ボール３４を配置する。その第２半田ボール３４を構成する半田としては、例えば第１半田ボール３３と同一融点のものを使用する。また、第２半田ボール３４を第２パッド３２上に配置するために、第１半田配置工程と同様に、第１基板２０の上方から図６に示した第２供給管８４を降下させる。その第２供給管８４は、例えば、上下に延びた角筒状の外側管８４Ｓの内側にそれより小さい角筒状の内側管８４Ｔを備えた二重管構造をなし、外側管８４Ｓと内側管８４Ｔとの下端間の開口は第２マスク８３によって閉塞されている。また、その第２マスク８３は、第２パッド配置領域Ｒ２と略同一形状をなし、例えば第２半田ボール３４が丁度１つ通過可能な大きさの複数のボール通過孔８３Ａを、第２パッド３２群と同じ配置にして備えている。さらに、例えば、第２供給管８４の下端側部には、第２半田ボール３４が通過できない程度の大きさの通気孔８４Ａが設けられている。そして、上記第２フラックス付与工程が終了したら、第１半田配置工程と同様に、図７の如く、第２マスク８３がフラックス層３２Ｆ上の上面に対して第２半田ボール３４の直径未満の隙間をあけた位置に配置され、かつ、各ボール通過孔８３Ａと各第２パッド３２とが対向した状態に保持される。そして、この状態で、第２供給管８４を通して第２マスク８３上に落とした第２半田ボール３４を、ボール通過孔８３Ａを通して第２パッド３２上のフラックス層３２Ｆに付着させ、残った余りの第２半田ボール３４を吸引してから第２供給管８４を待避させる。これにより、各第２パッド３２上のフラックス層３２Ｆに１つずつ第２半田ボール３４が配置された状態になる。

＜抜け検査工程＞
この工程では、ＣＣＤカメラで第１基板２０のＦ面２０Ａを撮影し、画像処理にて全ての第１及び第２のパッド３１，３２の上に第１及び第２の半田ボール３３，３４が配置されているか否かを検査する。そして、第１又は第２の半田ボール３３，３４の抜けがあった第１基板２０をＮＧ品として排除し、抜けがなかった第１基板２０をＯＫ品として次述するリフロー工程に送る。

＜リフロー工程＞
この工程では、第１及び第２の半田ボール３３，３４群が付着した第１基板２０を予め設定された温度のリフロー炉に通して加熱し、冷却する。これにより、各第１半田ボール３３及び各第２半田ボール３４がフラックスと共に溶融して各第１パッド３１及び第２パッド３２に半田付けされ、それぞれ本発明に係る第１半田バンプ３５及び第２半田バンプ３６になり、第１基板２０が半田バンプ付基板１０となる。

＜フラックス洗浄工程＞
この工程では、上記した半田バンプ付基板１０を洗浄槽に沈めて、フラックス残渣を除去する。以上により、第１基板２０に第１半田バンプ３５群及び第２半田バンプ３６群が付いた半田バンプ付基板１０が完成する。

このように本実施形態の半田バンプ付基板１０の製造方法では、第１基板２０上に配置される第１半田バンプ群３５用の第１半田ボール３３と、第２半田バンプ群３６用の第２半田ボール３４とを１度にリフローするので、半田バンプ群が２種類に増えても、従来のようにリフローによる熱伸縮の繰り返し回数が増えることがなくなる。これにより従来より反りを抑えた半田バンプ付基板の製造が可能になる。また、フラックスの洗浄を１度で済ますことができ、工程数が従来に比べて少なくなるので、製造コストが抑えられる。

ところで、上記の如く製造された半田バンプ付基板１０は、例えば、図２（Ｃ）に示したＰｏＰ５０の製造に利用される。半田バンプ付基板１０からＰｏＰ５０を製造するには、まずは、電子部品４０（例えば、ＣＰＵ）と、その電子部品４０とは別の電子部品４３（例えば、メモリ）を第２基板４２に実装してなる第２パッケージ基板４４を用意しておく。

それら電子部品４０と第２パッケージ基板４４とが用意できたら、第１半田バンプ３５群の上に電子部品４０を配置して、電子部品４０の下面のパッド群（図示せず）を第１半田バンプ３５群に密着させる。そして、第２半田バンプ３６の上に第２パッケージ基板４４を配置して、第２パッケージ基板４４の下面のパッド群（図示せず）を第２半田バンプ３６群に密着させる。すると、電子部品４０が第２半田バンプ３６群の上端より下方に位置した状態になる。そして、電子部品４０及び第２パッケージ基板４４が配置された半田バンプ付基板１０をリフロー炉に通して、第１半田バンプ３５群及び第２半田バンプ３６群を溶融させた後、冷却する。これにより、電子部品４０と半田バンプ付基板１０とからなる第１パッケージ基板４１の上に、それとは別の第２パッケージ基板４４が積み上げられてＰｏＰ５０になる。

次いで、ＰｏＰ５０のＢ面２０Ｂ（即ち、第１基板２０のＢ面２０Ｂ）に半田バンプ３７を形成する。そのためには、ＰｏＰ５０のＢ面２０Ｂを上に向けた状態にして、上記した第１半田バンプ３５及び第２半田バンプ３６の形成と同様に、Ｂ面２０Ｂのパッド３０をフラックス層で覆い、図示しない第３半田ボールを配置してから加熱する。ここで使用する第３半田ボールの半田は、上記第１半田バンプ３５及び第２半田バンプ３６の半田より融点が低いものを使用する。そして、第１半田バンプ３５及び第２半田バンプ３６を溶かさずに、第３半田ボールをリフローして半田バンプ３７を形成する。以上により、ＰｏＰ５０が完成する。

ここで、本実施形態の半田バンプ付基板１０を使用してＰｏＰ５０を製造した場合には、第１基板２０は３回に亘って加熱されることになる。即ち、半田バンプ付基板１０の製造過程での加熱と、電子部品４０及び第２パッケージ基板４４の実装工程での加熱と、半田バンプ３７の形成工程での加熱との合計３回に亘って第１基板２０が加熱されることになる。しかしながら、上述したように、半田バンプ付基板１０の製造過程での加熱回数は従来の２回から１回に減るので、ＰｏＰ５０に組み込まれる半田バンプ付基板１０の反りも抑えられる。

なお、一般に「パッケージ基板」とは、狭義では、基板に電子部品等を実装してから樹脂でパッケージしたものであるが、広義では、樹脂でパッケージせずに単に基板に電子部品等を実装しただけのものも含まれ、本実施形態の上記ＰｏＰ５０を構成する第１及び第２のパッケージ基板４１，４４は、樹脂でパッケージされていない構造になっている。

［第２実施形態］
前記実施形態では、「フラックス付与工程」及び「半田配置工程」をそれぞれ２回に分けて行っていたが、本実施形態では、それら各工程を２回に分けずに行う点が異なる。具体的には、本実施形態の半田バンプ付基板の製造方法では、図８に示すように、第１基板２０のＦ面２０Ａ全体をソルダレジスト２１Ａの上からフラックス層３９Ｆで覆ってから、図８に示した供給管８５を第１基板２０の上方から降下させる。

その供給管８５は、上記した第２供給管８４と同様に、外側管８５Ｓと内側管８５Ｔとで構成された二重管構造になっていて、その内側管８５Ｔの先端開口が第１パッド３１群に対応した複数のボール通過孔８６Ａを有する第１マスク８６で閉塞される一方、外側管８５Ｓと内側管８５Ｔの先端間の開口が、第２パッド群３２群に対応した複数のボール通過孔８７Ａを有する第２マスク８７で閉塞されている。また、第１と第２のマスク８６，８７の下面は面一になっている。さらに、第１マスク８６の縁部には、第１半田ボール３３より小さい通気孔８９Ａが形成されると共に、外側管８５Ｓの下端側部には、第２半田ボール３４より小さい通気孔８９Ｂが形成されている。

上記フラックス付与が終了したら、第１と第２のマスク８６，８７の下面が、第１基板２０のフラックス層３９Ｆに対して第１半田ボール３３の直径未満の隙間を空けかつ、各第１パッド３１に各ボール通過孔８６Ａが対向し、さらに、各第２パッド３２に各ボール通過孔８７Ａが対向した状態に保持される。そして、供給管８５を通して第１マスク８６上に第１半田ボール３３が落とされる一方、第２マスク８７上に第２半田ボール３４が落とされ、前記第１実施形態と同様に、ボール通過孔８６Ａ，８７Ａを通して第１半田ボール３３及び第２半田ボール３４が第１パッド３１上及び第２パッド３２上に配置される。その後、第１実施形態と同様に、「抜け検査工程」、「リフロー工程」及び「フラックス洗浄工程」を経て半田バンプ付基板１０が完成する。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１及び第２の実施形態では、第１半田バンプ３５と第２半田バンプ３６の２種類の半田バンプを有した半田バンプ付基板１０の製造に本発明を適用した例を示したが、３種類以上のバンプを有した半田バンプ付基板の製造に本発明を適用してもよい。具体的には、例えば、図９に示すように、第１半田バンプ９１群を囲むように第２半田バンプ９２群を備え、さらに、第２半田バンプ９２群を囲むように第３半田バンプ９３群を備えた半田バンプ付基板１０Ｖを製造するために本発明を適用してもよい。つまり、３種類の半田バンプ９１，９２，９３用に３種類の半田ボール（図示せず）を第１基板２０上に配置してから、一度にそれら３種類の半田ボールをリフローして図９に示した半田バンプ付基板１０Ｖを製造してもよい。なお、同図に示すように、半田バンプ付基板１０Ｖの第１基板２０に電子部品４０を搭載して第１パッケージ基板４１とし、その第１基板２０に対して電子部品４０を間に挟んだ状態に第２パッケージ基板４４を搭載した上に、さらに、第１基板２０に対して第２パッケージ基板４４を間に挟んだ状態に第３パッケージ基板４９を搭載することで３層構造のＰｏＰ５０Ｖを製造することができる。

（２）前記第１実施形態では、第１パッド配置領域Ｒ１全体を覆うようにフラックスを塗布し、第２パッド３２毎に別個にフラックスを塗布していたが、第１パッド３１及び第２パッド３２へのフラックスの塗布はパッド毎に別個に行ってもよい。

（３）前記第２実施形態において、上記した供給管８５の代わりに、例えば、前記第１実施形態の第１供給管８１を使用して第１基板２０上に第１半田ボール３３群を配置してから、第１供給管８１と第２供給管８４とを入れ替えて第１基板２０上に第２半田ボール３４群を配置してもよいし、それとは逆の順序で、第１半田ボール３３群及び第２半田ボール３４群を配置してもよい。

１０，１０Ｖ半田バンプ付基板
２０第１基板
３１第１パッド
３２第２パッド
３３第１半田ボール
３４第２半田ボール
３５，９１第１半田バンプ
３６，９２第２半田バンプ
４０，４３電子部品
９３第３半田バンプ

Claims

電子部品を搭載するための第１パッド群と前記第１パッド群の周囲に形成されていて第２基板を搭載するための第２パッド群を含む実装面を有する第１基板を準備することと、
前記第１パッド群を形成する第１パッドに第１半田を搭載することと、
前記第２パッド群を形成する第２パッドに第２半田を搭載することと、
前記第１半田から前記第１パッド上に第１半田バンプを形成することと、
前記第２半田から前記第２パッド上に第２半田バンプを形成することと、を有する半田バンプ付基板の製造方法であって、
前記第１半田バンプを形成することと前記第２半田バンプを形成することはリフローで同時に行われる。
前記第１半田及び前記第２半田として半田ボールを使用する請求項１に記載の半田バンプ付基板の製造方法。