JP2949072B2

JP2949072B2 - ボールグリッドアレイタイプ部品の製造方法

Info

Publication number: JP2949072B2
Application number: JP9752596A
Authority: JP
Inventors: 誠森
Original assignee: SUSUMU KOGYO KK
Current assignee: SUSUMU KOGYO KK
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1999-09-13
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JPH09260531A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ボールグリッド
アレイタイプ電子部品の製造方法に属する。

【０００２】

【従来の技術】チップ抵抗器、半導体等の電子部品、又
は抵抗体、コンデンサ、後付け部品用電極等の異種の回
路素子をパターン形成した複合回路パッケージと配線基
板とを接続する手段としてボールグリッドアレイ（以
下、「ＢＧＡ」）技術が知られている。ＢＧＡ技術を施
した電子部品又は複合回路パッケージ（以下、「ＢＧＡ
部品」という。）は、その主面に多数個の電極が設けら
れ、それら各々の電極に予め粒状の半田が接着され、そ
の半田を介してマザーボードに実装されるもので、その
半田の粒がほぼ球であること、通常、格子状に配列して
いることの故にボールグリッドアレイと呼ばれる。そし
て、ＢＧＡ部品は、マザーボードとの接続距離及び接続
面積が短小であることから、高い周波数の回路に適し、
情報・通信機器の電気特性の向上及び高密度小型化に寄
与する点で、望ましいとされている。

【０００３】従来、ＢＧＡ部品を製造する方法として
は、(1)先ず、溶融した半田を油に投入し自らの表面張
力によって半田を球状にし、得られた半田球をＢＧＡ部
品の電極上に位置決めして溶かすと同時に固着する、
(2)ＢＧＡ部品の前駆体としての絶縁基板表面に、回路
素子や電極の他にメッキ用の共通配線を各電極と接続す
るように設けておき、電極を陰極として共通配線に通電
して半田メッキした後、半田を溶かして球状にし、切断
により共通配線を除去する、の２つが主に知られてい
る。いずれにしても回路素子の抵抗値や容量値は、近似
値をパターン形成した後、トリミングで微調整され、環
境に汚染されないようにバンプ部分を除く全体が保護膜
で覆われる。

【０００４】方法(1)によるＢＧＡ部品の製造方法によ
れば、半田球が微小で静電気を帯びているために、互い
に反発し合ったり、逆に凝集したりして、電極上に位置
決めされにくい。しかも半田球を電極上に位置決めする
装置が複雑で高価である。この点、方法(2)では、フォ
トリソグラフィ技術や厚膜印刷技術によって高精度に形
成された電極に直接半田をメッキするので、高価な位置
決め装置は不要であるし、各々の電極に確実に半田がメ
ッキされる。しかも多数のバンプを同時に形成すること
ができる、メッキ液の調整次第で半田の組成を制御する
ことができる、メッキの電流値と積算電流の設定により
半田の体積を制御することができる、等の多大の利点を
備えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、方法(2)でＢ
ＧＡ部品を製造する場合は、各電極間で電位差が発生す
るので、均一にメッキすることができない。すなわち、
図７に示すように各回路素子２の両端の電極３，４のう
ち、一方の側の電極群のみを共通配線５で接続してメッ
キすると、共通配線５に接続したコモン側電極３と抵抗
素子２を介した対向電極４とで電流密度が異なり、メッ
キされる半田の量や組成に差が生じる。ＢＧＡ部品にお
いては、その半田をマザーボードの各々の電極と接触さ
せ、一斉に半田付けされるから、半田の粒の大きさが揃
っていないと、図８に示すようにＢＧＡ部品Ｓとマザー
ボードＢとの間隔が大きい粒の半田Ｐによって規制され
てしまい、小さい粒の半田ＱはマザーボードＢ側の電極
Ｅと接触できず、接続不良となる。また、コンデンサや
後付け部品のための対向電極４ａ，４ｂには電流が流れ
ずメッキされない。

【０００６】他方、共通配線を対向電極とも接続して
（この場合、コモン側電極と対向電極の区別が無くな
る。）、電極間電位差を無くしてメッキすることも考え
られるが、抵抗素子やコンデンサ素子を並列に接続した
閉回路構成となり、メッキ前に素子毎に個別の抵抗値や
容量値を測定しながらトリミングすることができない。
かといって、メッキ後に共通配線を切断してトリミング
するためには、回路素子がメッキ液に浸食されないよう
に一旦保護膜でマスクしてメッキし、トリミングの際に
保護膜を除去し、トリミング後に再び保護膜を設けなけ
ればならず、工程が煩雑である。また、既述のように保
護膜は最終的に製品に残されるべきものであるから、ト
リミング後に所定パターンの保護膜を形成しメッキする
という順の方が、保護膜形成と同時にバンプの位置決め
もなされるので好都合である。

【０００７】それ故、この発明の目的は、バンプをメッ
キで形成する利点を活かしつつ、高精度の回路素子とサ
イズの揃ったバンプを有するＢＧＡ部品を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】その目的を達成するため
に、この発明のＢＧＡ部品の製造方法は、絶縁基板と、
その表面に薄膜で形成された複数の回路素子、それらの
回路素子の一端に形成されたコモン側電極及び他端に形
成された対向電極を含む電子回路と、電極上に固着した
ろう材からなるバンプと、電子回路を保護する保護膜と
を備えたボールグリッドアレイタイプ部品において、下
記の工程を順に経ることを特徴とする。

【０００９】（ａ）絶縁基板の表面に、電子回路と、コ
モン側電極群に接続し対向電極群とも接続可能な薄膜の
共通配線を形成する工程。（ｂ）各回路素子の抵抗値又は容量値をトリミングによ
り調整する工程。（ｃ）電子回路を保護膜で覆うとともに、ろう材を固着
する予定の位置にホールを設ける工程。ここで、保護膜
は、有機物無機物いずれでもよいが、耐食性の点で無機
物が良い。無機物の場合はＳｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂などが挙
げられ、プラズマ照射、ＣＶＤ、スパッタ等の膜形成技
術によって全面に膜形成し、その上に所定パターンのフ
ォトレジスト膜を設け、ホール部をガスエッチング等の
ドライエッチングした後、不要のフォトレジストを除去
することによって形成することができる。有機物の場合
はポリイミドが良い。フォトリソ技術によってホールを
容易に設けることができるからである。

【００１０】（ｄ）対向電極群と共通配線とを接続する
メッキ配線を基板表面に形成する工程。メッキ配線用の
材料としては、それ自体の抵抗による電位差を少なくす
るために銅等の低抵抗金属が望ましい。

【００１１】（ｅ）前記ホールから露出している電極の
部分を陰極とし、共通配線及びメッキ配線を介して通電
し、ろう材をメッキする工程。この段階で、各陰極を中
心として、個別に半球状ないし茸状のろう材が形成され
る。ろう材としては、メッキ可能であれば特に限定され
ないが、マザーボードとの接続を容易にするために錫鉛
共晶半田等の低融点ろう材が望ましい。（ｆ）ろう材を溶かしてバンプ形状にする工程。この段
階で、ろう材が前記形状からほぼ球状に変形する。（ｇ）電子回路から共通配線及びメッキ配線を切断する
工程。

【００１２】この発明によれば、トリミング段階では各
回路素子が電気的に独立しているので、素子毎に個別の
抵抗値又は容量値を測定しながらトリミングすることが
できる。そして、その後のメッキ段階ではコモン側電極
は直接に、対向電極はメッキ配線を介して、いずれも共
通配線と接続しているので、電極間に電位差はない。従
って、メッキされるろう材の量及び組成がコモン側電極
と対向電極とで同等である。また、コンデンサ素子や後
付け部品用の対向電極にもメッキ配線を介して通電し、
メッキすることができる。さらに、回路素子を環境から
保護するための保護膜が、バンプの位置決め機能も果た
すので、バンプの位置決め工程を別途設ける必要が無
い。

【００１３】

【発明の実施の形態】この発明のＢＧＡ部品の製造方法
の実施形態を図面に沿って説明する。図１〜図５は、Ｂ
ＧＡ部品の製造過程をＢＧＡ部品の各薄膜の厚み方向の
断面視で工程順に説明した図である。

【００１４】先ず、図１に示すように、セラミックスか
らなる絶縁基板１表面にＮｉＣｒ合金からなる薄膜の抵
抗体をスパッタリングし、その上にフォトレジストを塗
布し、パターン感光を行った後、現像して不要箇所のフ
ォトレジストを除去した後、露出した抵抗体の部分をエ
ッチング液で除去することによって、抵抗素子、コンデ
ンサ素子等の回路素子２（図１〜図５には抵抗素子のみ
示した。）を形成する。その上に同様のフォトリソ技術
にて、Ｃｕからなる所定形状のコモン側電極３及び対向
電極４を各回路素子２の両端に形成し、同時にコモン側
電極３の群及び対向電極４の群全体を包囲するように共
通配線５を形成する。共通配線５は、この段階でコモン
側電極３と接続しているが、対向電極とは後工程で他の
配線と交差することなく接続可能なパターンにしてお
く。

【００１５】続いて回路素子２、コモン側電極３、対向
電極４及び共通配線５を覆うように窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ₄
からなる保護膜６を形成する。ただし、電極３，４上の
バンプ形成予定部分をホール３１，４１とするほか、対
向電極４の外側端縁４２とその近くの共通配線５の対向
電極４側の端縁５１は露出させておく。保護膜６は、厚
膜、薄膜のどちらでもよい。厚膜の場合、所定形状のマ
スクを介して窒化ケイ素含有ペーストをスクリーン印刷
した後、焼成することによって形成される。薄膜の場
合、窒化ケイ素を全面蒸着した後、必要部分をマスク
し、エッチング液で不要部分を除去することによって形
成される。そして、対向電極４及び共通配線５の各端縁
４２，５１とそれらに挟まれた絶縁基板１の余白部分１
１を残し、保護膜６をマスク材料としてのフォトレジス
ト７で覆う。フォトレジスト７が対向電極４や共通配線
５の端縁４２，５１にかからないようにするため、パタ
ーン精度を考慮して、保護膜６の端縁６１，６２も露出
させておくと良い。次に、図２に示すように上記ホール
３１，４１、各端縁４２，５１，６１，６２及びフォト
レジスト７の全体をＣｕからなる導体膜８で覆う。

【００１６】そして、導体膜８に粘着テープ９を貼り、
図３に示すように粘着テープ９とともに、接着強度の差
を利用してフォトレジスト７上の導体膜８１，８２を引
き剥がし、端縁４２，５１，６１上の導体膜８３はその
まま残す。従って、各々の表面間の接着強度は、（絶縁
基板１と導体膜８），（電極４及び共通配線５と導体膜
８）＞（導体膜８と粘着テープ９）＞（導体膜８とフォ
トレジスト７）の順となるように各膜材料を選定するの
が望ましい。絶縁基板１としてのセラミック、導体膜８
としてのＣｕ、電極４及び共通配線５としてのＣｕ、フ
ォトレジスト７としてのポリケイ皮酸ビニル及び粘着テ
ープ９としてのアクリル系接着剤の組み合わせは、この
不等式条件を満たす。

【００１７】次に、図４に示すように、フォトレジスト
７を専用の剥離液で剥離し、残された導体膜８３をメッ
キ配線とする。こうしてコモン側電極３だけでなく対向
電極４もメッキ配線８３を介して共通配線５と接続し、
絶縁基板１上の回路構成は図６の通りとなり、両電極
３，４の電位は等しくなる。

【００１８】前記ホール３１，４１から露出している電
極３，４の部分を陰極とし、共通配線５及びメッキ配線
８３（導体膜）を介して通電し、図５に示すようにろう
材３２，４３をメッキする。そして、絶縁基板１の上方
及び下方の少なくともいずれかに配備されたヒータ（図
示省略）に通電して、ろう材３２，４３を加熱し、球に
近いバンプ形状に溶融変形させるとともに、ろう材３
２，４３と電極３，４との接着強度を向上させる。ろう
材が共晶半田であるときは、２００〜２５０℃で加熱す
ると良い。最後に電子回路から共通配線５及びメッキ配
線８３を切断する。尚、メッキ配線は、切除されるの
で、メッキされても良いし、メッキ時にマスク材料で覆
っておいても良い。

【００１９】こうしてＢＧＡ部品が製造される。得られ
たＢＧＡ部品は、バンプを形成する以前に回路素子毎に
個別にトリミング調整されているので、回路素子の電気
特性にばらつきがほとんど無い。また、そのバンプは、
メッキ時に電極上の同一面積に同じ電位でメッキされた
ろう材からなるので、各々のろう材量が等しく、大きさ
が揃っている。さらに、コンデンサ素子を介した対向電
極４ａや後付け部品用の対向電極４ｂにもメッキ配線８
３を通じて同量のろう材がメッキされる。従って、マザ
ーボードとの接続を確実に行うことができる。

【００２０】

【発明の効果】この発明によれば、回路素子毎の個別の
抵抗値又は容量値を測定しながらトリミングするので、
それら値の精度が高い。また、電極間の電位差が無い状
態でメッキするので、サイズの揃ったバンプが形成され
る。従って、得られるＢＧＡ部品をマザーボードに接続
して各種電子機器の要素として適用する場合、マザーボ
ードとの接続の信頼性及び各回路素子の機能の信頼性は
共に高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態のＢＧＡ部品の製造方法の(d-1)工
程を薄膜の厚み方向の断面視で示した図である。

【図２】実施形態のＢＧＡ部品の製造方法の(d-2)工
程を薄膜の厚み方向の断面視で示した図である。

【図３】実施形態のＢＧＡ部品の製造方法の(d-3)工
程を薄膜の厚み方向の断面視で示した図である。

【図４】実施形態のＢＧＡ部品の製造方法の(d-4)工
程を薄膜の厚み方向の断面視で示した図である。

【図５】実施形態のＢＧＡ部品の製造方法の（ｅ）工
程を薄膜の厚み方向の断面視で示した図である。

【図６】 (d-4)工程終了後の絶縁基板上の回路構成を
示す平面図である。

【図７】従来のメッキ工程における絶縁基板上の回路
構成を示す平面図である。

【図８】ろう材の大きさが揃わない従来のＢＧＡ部品
とマザーボードとの接続状態を示した図である。

【符号の説明】

１絶縁基板２回路素子３コモン側電極４対向電極５共通配線６保護膜７フォトレジスト（マスク材料）８導体膜８３メッキ配線９粘着テープＳＢＧＡ部品

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板と、その表面に薄膜で形成され
た複数の回路素子、それらの回路素子の一端に形成され
たコモン側電極及び他端に形成された対向電極を含む電
子回路と、電極上に固着したろう材からなるバンプと、
電子回路を保護する保護膜とを備えたボールグリッドア
レイタイプ部品において、下記の工程を順に経ることを
特徴とするボールグリッドアレイタイプ部品の製造方
法。（ａ）絶縁基板の表面に、電子回路と、コモン側電極群
に接続し対向電極群とも接続可能な薄膜の共通配線を形
成する工程。（ｂ）各回路素子の抵抗値又は容量値をトリミングによ
り調整する工程。（ｃ）電子回路を保護膜で覆うとともに、ろう材を固着
する予定の位置にホールを設ける工程。（ｄ）対向電極群と共通配線とを接続するメッキ配線を
基板表面に形成する工程。（ｅ）前記ホールから露出している電極の部分を陰極と
し、共通配線及びメッキ配線を介して通電し、ろう材を
メッキする工程。（ｆ）ろう材を溶かしてバンプ形状にする工程。（ｇ）電子回路から共通配線及びメッキ配線を切断する
工程。
【請求項２】（ｄ）対向電極群と共通配線とを接続する
メッキ配線を基板表面に形成する工程が、(d-1)対向電
極群及び共通配線のうち両者間の接続に必要な面積の端
縁とそれら端縁に挟まれた基板表面の余白部分を露出さ
せる以外は、電子回路及び共通配線をマスク材料で覆
い、(d-2)前記各端縁及びマスク材料を導体膜で覆った
後、(d-3)導体膜に粘着テープを貼り、粘着テープとと
もにマスク材料上の導体膜を引き剥がし、(d-4)マスク
材料を除去して前記端縁上に残された導体膜をメッキ配
線とする、請求項１に記載のボールグリッドアレイタイ
プ部品の製造方法。
【請求項３】マスク材料が、フォトレジストである請
求項２に記載のボールグリッドアレイタイプ部品の製造
方法。
【請求項４】導体膜が、銅Ｃｕ、アルミニウムＡｌ、
銀Ａｇ、金Ａｕ及びそれらを主成分とする合金から選ば
れる１種以上からなる請求項２又は３に記載のボールグ
リッドアレイタイプ部品の製造方法。