JP3315871B2

JP3315871B2 - 半田バンプを有する配線基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP3315871B2
Application number: JP23316996A
Authority: JP
Inventors: 晴彦村田; 幸広木村
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 2002-08-19
Anticipated expiration: 2016-09-03
Also published as: JPH1079404A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップ実
装用基板やボールグリッドアレイ基板等の半田バンプを
有する配線基板及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば集積回路チップ（フリ
ップチップ）を配線基板に実装する場合には、フリップ
チップ及び配線基板の接合面に、格子状又は千鳥状に複
数の端子を形成し、これによって両者を接合する方式が
知られている。

【０００３】前記フリップチップを搭載した配線基板と
プリント基板（マザーボード等）との接合においては、
他方の接合面（フリップチップを搭載しない面）に、接
合用の高融点半田やＣｕ等からなるボールを用いて格子
状に複数の端子（半田バンプ）を形成し、これによって
プリント基板と接合する方式も知られている。

【０００４】ところで、上述した半田バンプを高融点の
ボールを用いて形成する場合には、図６（ａ）に示す様
に、下記〜の手順で行われている。凹版Ｐ１の凹部Ｐ２に、例えば高融点半田からなるボ
ールＰ３を振り込む（落し込む）。

【０００５】一方、配線基板Ｐ４のうち、ボールＰ３
を配置したい位置に、例えば共晶半田を含む半田ペース
トＰ５を印刷する。次に、凹版Ｐ１の凹部Ｐ２中のボールＰ３を、孔Ｐ６
があけられた吸引部材Ｐ７を用いて真空吸着して、配線
基板Ｐ４の半田ペーストＰ５上に移載する。

【０００６】次に、約２００℃のリフロー炉で共晶半
田を融解し、中心にボールＰ３を有する半田バンプＰ８
を形成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な方法で半田バンプＰ８を形成する場合には、下記のよ
うな問題があり、一層の改善が求められている。 (1)前記の工程にてボールＰ３を移載する場合に、吸
着し損なって（配線基板Ｐ４上のボールＰ３の配列にお
いて）ボールＰ３の欠損が発生することがある。

【０００８】(2)また、使用するボールＰ３の種類とし
て、ボールＰ３の外周に共晶半田をコーティングしてい
ないものを用いる場合には、前記の工程における接合
の際に、図６（ｂ）に示す様に、ボールＰ３と配線基板
Ｐ４との接合強度が低いという問題がある。それに対し
て、ボールＰ３の外周に共晶半田Ｐ９をコーティングし
たものは、加熱時にボールＰ３表面の共晶半田Ｐ９も溶
けて半田ペーストＰ５と混じりあうため、ボールＰ３と
配線基板Ｐ４との接合強度が大きいが、共晶半田Ｐ９を
コーティングしたボールＰ３は高価であるという別の問
題がある。

【０００９】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであり、ボール欠損が生じることなく、低コス
トでしかもボールの接合強度が高い半田バンプを有する
配線基板及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項１の発明は、配線基板に形成された複数の半田
バンプ用パッドに対応する位置に形成された複数の凹部
を有する凹版の該凹部に、高融点のボールを入れる工程
と、前記ボールを入れた前記凹部に、該ボールより低融
点の半田を含む半田ペーストを充填する工程と、前記凹
部を前記パッドの位置に合わせるように、前記凹版と前
記配線基板とを重ねる工程と、その状態で、前記半田ペ
ースト中の半田を溶融させる温度以上で且つ前記ボール
を溶融させない温度で加熱して半田バンプを形成する工
程と、冷却した後に、前記凹版を除去する工程と、を有
することを特徴とする半田バンプを有する配線基板の製
造方法を要旨とする。

【００１１】・前記ボールの材料としては、半田ペース
ト中の材料を溶融させる温度では溶融しない材料、例え
ば高温半田、Ｃｕ、Ａｇなどを使用できる。・前記半田ペースト中の半田材料としては、Ｐｂ−Ｓｎ
系の軟ろうの他、例えばバンプ材料として使用されるＡ
ｕ−Ｓｎ系、Ａｕ−Ｓｉ系等、例えば４５０℃以下の低
融点を有する広義のろう材を使用できる。

【００１２】・前記凹部に半田ペーストを充填する方法
としては、例えば印刷による擦り込みの方法や、ディス
ペンサーによる注入の方法が挙げられる。・前記加熱溶融温度としては、半田ペーストの融点（即
ち半田の融点）以上でかつボールの融点より低い温度で
あればよいが、例えば半田の融点より１０〜４０℃高い
温度を採用できる。

【００１３】請求項２の発明は、前記ボールが高温半田
からなり、前記半田ペースト中の半田が、共晶半田から
なることを特徴とする前記請求項１に記載の半田バンプ
を有する配線基板の製造方法を要旨とする。

【００１４】前記高温半田としては、例えば９０Ｐｂ−
１０Ｓｎ，９５Ｐｂ−５Ｓｎ，９３．５Ｐｂ−５Ｓｎ−
１．５Ａｇ等が挙げられ、共晶半田としては、例えば３
７Ｐｂ−６３Ｓｎ，４０Ｐｂ−６０Ｓｎ，３６Ｐｂ−６
２Ｓｎ−２Ａｇ等が挙げられる。

【００１５】請求項３の発明は、前記ボールが、Ａｇま
たはＣｕの少なくともいずれかを主成分とすることを特
徴とする前記請求項１または２に記載の半田バンプを有
する配線基板の製造方法を要旨とする。

【００１６】例えば、Ａｇ単体、Ｃｕ単体、ＡｇとＣｕ
の合金、或はこれらに他の成分を加えたもの、さらに
は、これらの表面にＮｉメッキを施したものなどが挙げ
られる。請求項４の発明は、前記加熱して半田バンプを
形成する工程において、前記凹部の底面により該半田バ
ンプの頂部を規制して、該頂部が平坦な半田バンプを形
成することを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに
記載の半田バンプを有する配線基板の製造方法を要旨と
する。

【００１７】請求項５の発明は、前記ボールの直径をＢ
［ｍｍ］、前記凹部の径をＤ［ｍｍ］、深さをＷ［ｍ
ｍ］としたときに、下記関係式１．２Ｂ≦Ｄ≦１．７Ｂおよび１．０Ｂ≦Ｗ≦１．
３Ｂを満たす凹部を有する前記凹版を用いることを特徴とす
る前記請求項１〜４のいずれかに記載の半田バンプを有
する配線基板の製造方法を要旨とする。

【００１８】請求項６の発明は、配線基板に形成された
複数の半田バンプ用パッドに対応する位置に形成された
複数の凹部を有する第２の凹版と、該第２の凹版の該凹
部に対応する位置に形成された複数の凹部を有する第１
の凹版とを用意し、前記第１の凹版の該凹部に、高温半
田ペーストを充填する工程と、前記高温半田ペースト中
の高温半田を加熱溶融させて高温半田ボールを形成する
工程と、前記第１の凹版の凹部中のフラックスを洗浄し
て除去する工程と、前記第１の凹版の凹部中の高温半田
ボールを、前記第２の凹版の対応する前記凹部に移す工
程と、前記高温半田ボールが入っている前記第２の凹版
の前記凹部に、該高温半田ボールより低融点の半田を含
む半田ペーストを充填する工程と、前記第２の凹版の凹
部を前記パッドの位置に合わせるように、前記第２の凹
版と前記配線基板とを重ねる工程と、その状態で、前記
半田ペースト中の半田を溶融させる温度以上で且つ前記
高温半田ボールを溶融させない温度で加熱して半田バン
プを形成する工程と、冷却した後に、前記凹版を除去す
る工程と、を有することを特徴とする半田バンプを有す
る配線基板の製造方法を要旨とする。

【００１９】・前記第２の凹版の凹部に対応する位置に
設けた第１の凹版の凹部の位置としては、第２の凹版の
凹部と同様の配列で設ける場合と、第２の凹版と重ねた
ときに両者の凹部が対向するように、第２の凹版の凹部
と左右対称の配列で設ける場合がある。

【００２０】・前記高温半田ペースト中の高温半田の材
料としては、例えば９０Ｐｂ−１０Ｓｎ，９５Ｐｂ−５
Ｓｎ，９３．５Ｐｂ−５Ｓｎ−１．５Ａｇ等が挙げられ
る。・前記半田ペースト中の半田材料としては、Ｐｂ−Ｓｎ
系の軟ろうの他、例えばバンプ材料として使用されるＡ
ｕ−Ｓｎ系等、例えば３００℃以下の融点を有する広義
のろう材を使用できる。

【００２１】・前記凹部に半田ペーストを充填する方法
としては、例えば印刷による擦り込みの方法や、ディス
ペンサーによる注入の方法が挙げられる。・前記加熱溶融温度としては、半田ペーストの融点（即
ち半田の融点）以上でかつ高温半田ボールの融点より低
い温度であればよいが、例えば半田の融点より１０〜４
０℃高い温度を採用できる。

【００２２】請求項７の発明は、配線基板に形成された
複数の半田バンプ用パッドに対応する位置に形成された
複数の凹部を有する凹版の該凹部に、高温半田ペースト
を充填する工程と、前記高温半田ペースト中の高温半田
を加熱溶融させて高温半田ボールを形成する工程と、前
記凹部中のフラックスを洗浄して除去する工程と、前記
高温半田ボールが入っている前記凹部に、該高温半田ボ
ールより低融点の半田を含む半田ペーストを充填する工
程と、前記凹部を前記パッドの位置に合わせるように、
前記凹版と前記配線基板とを重ねる工程と、その状態
で、前記半田ペースト中の半田を溶融させる温度以上で
且つ前記高温半田ボールを溶融させない温度で加熱して
半田バンプを形成する工程と、冷却した後に、前記凹版
を除去する工程と、を有することを特徴とする半田バン
プを有する配線基板の製造方法を要旨とする。

【００２３】前記高温半田ペースト中の高温半田の材
料、半田ペースト中の半田材料、凹部に半田ペーストを
充填する方法、加熱溶融温度に関しては、前記請求項６
の発明と同様である。請求項８の発明は、頂部に平坦部
を有し、内部に高融点のボールを有する複数の半田バン
プを備えたことを特徴とする半田バンプを有する配線基
板を要旨とする。

【００２４】前記高融点のボールとしては、例えば高温
半田ボール、ＡｇやＣｕを主成分とするボール等が挙げ
られ、その外周に付着した半田としては、高融点のボー
ルより低い融点を有する例えば共晶半田が挙げられる。

【００２５】

【発明の実施の形態】前記目的を達成するための請求項
１の発明では、凹版の凹部に高融点のボールを入れ、そ
の凹部に低融点の半田ペーストを充填し、凹版と配線基
板とを重ねて所定の温度で加熱して半田バンプを形成す
る。

【００２６】(1)これにより、中心に高融点のボールを
有すると共に、その外周に低融点の半田を有する半田バ
ンプを、簡易な工程にて形成することができる。 (2)また、本発明では、従来のように、ボールを吸着し
て移載しないので、移載時にボール欠損が生じることが
ない。また、ボールの外周に半田をコーティングした市
販の高コスト品を使用しなくても、半田バンプを形成す
る際にボールの外周に半田を配置することができるの
で、配線基板との接合強度が高くなる。

【００２７】(3)前記凹部に入れるボールの個数は通常
１個であるが、必ずしも１個には限定されず、複数個入
れてもよい。つまり、１個とすればバンプの大きさは小
さくなり通常のバンプならこれで足りるが、大きな径の
バンプを形成してこの大きなバンプによって接合強度を
得ようとする場合には、複数個入れてもよい。

【００２８】(4)本発明では、前記加熱して半田バンプ
を形成する工程において、低融点の半田でボールを覆う
ので、頂部が酸化していない構造を有する半田バンプを
形成することができる。従来、半田コートされていない
ボールをパッド上に塗布した半田ペースト上に載せて溶
融させると、ボールの頂部まで半田が広がらず、頂部に
半田がないので、他の基板（プリント基板等）と接続す
る場合、接続性の低い半田バンプとなることがあった。
また、半田コートされているボールを用いる場合に、パ
ッドに半田ペーストやフラックスを塗布しその上に半田
コートされたボールを載せて溶融させても、頂部までフ
ラックスが広がらないために、頂部近傍が酸化したバン
プとなることがあった。このようなバンプでは、接続性
が低く、また、いわゆるミラーボール現象（表面が細か
い多面体になる現象）を生じ易くなるという問題があっ
た。

【００２９】これに対して、本発明によって半田バンプ
を形成すると、ボールをフラックスの入った半田ペース
トで覆いつつ溶融するので、ボールを半田が覆うことに
なり、頂部の半田が酸化することはなく、従って、接続
性の高いバンプを形成できる。

【００３０】請求項２の発明では、ボールの材料として
高温半田を採用でき、半田ペースト中の半田の材料とし
て、共晶半田を採用できる。この様な材料の組み合せに
より、所定温度で加熱することによって、ボールの外周
を共晶半田で覆った半田バンプを形成することができる
ので、通常用いられる温度のリフロー炉などで他の基板
等と接続することができる。

【００３１】請求項３の発明では、ボールの材料とし
て、ＡｇまたはＣｕの少なくともいずれかを主成分とす
る材料を採用できる。このようにすると、ボールに低融
点の半田がよく濡れるので、ボールが半田に覆われたバ
ンプを確実に形成できる。また、ボールの融点が高いの
で、高い温度でバンプを形成し、あるいは他の基板と接
続しても、バンプが潰れることがない。

【００３２】さらに、Ｎｉメッキを施したものにおいて
は、ボールの成分（Ａｇ，Ｃｕ）等が半田に溶け込む、
いわゆる半田くわれを防止できるので、ボール形状をよ
り良く保つことができる。また、半田の成分変化による
融点の変動を抑制することができる。

【００３３】請求項４の発明では、半田バンプを形成す
る際に、凹部の底面により（溶融した）半田バンプの頂
部を規制するので、半田バンプの頂部が平坦になる。平
坦にすると、他の基板との接続時に、半田が溶融して頂
部が高くなるので、他の基板のパッド等と確実に接続で
きる。

【００３４】請求項５の発明では、凹部の寸法として、
下記〜の理由により、下記関係式、１．２Ｂ≦Ｄ≦
１．７Ｂおよび１．０Ｂ≦Ｗ≦１．３Ｂ、（但し、
ボールの直径；Ｂ［ｍｍ］、凹部の径；Ｄ［ｍｍ］、深
さ；Ｗ［ｍｍ］）を採用できる。

【００３５】穴径Ｄが小さいと凹部側壁とボールの間
の間隔が狭く、ボール下の部分にペーストが充填し難く
なるので、１．２Ｂ≦Ｄとする。凹部にボールを１個だけ入れるには、穴径が広すぎる
と余分なボールが入ってしまうため、Ｄ≦１．７Ｂとす
る。

【００３６】凹部深さＷがボール径より小さいと、ボ
ールがはみ出して平坦なバンプがつくれず、また、ペー
ストが充填し難いため、１．０Ｂ≦Ｗとする。凹部深さＷが深すぎると、ボールを入れたときに余分
なボールが入り込んで出にくくなるので、Ｗ≦１．３Ｂ
とする。

【００３７】従って、以上のような寸法とすると、凹部
に１個のボールを確実にしかも容易に振り込むことがで
きる。また、ペーストも確実に充填できる。請求項６の
発明では、まず、第１の凹版の凹部に、高温半田ペース
トを充填し加熱して高温半田ボールを形成する。次に、
この高温半田ボールを第２の凹版の凹部に移し、低融点
の半田ペーストを充填して所定温度で加熱することによ
り半田バンプを形成する。

【００３８】(1)これにより、中心に高融点の高温半田
ボールを有すると共に、その外周に低融点の半田を有す
る半田バンプを、簡易な工程にて形成することができ
る。 (2)また、前記請求項１と同様に、ボール欠損を生じる
ことがない。また、半田バンプ形成の際に高温半田ボー
ルの外周に半田を配置することができるので、配線基板
との接続性を高くすることができる。しかも、従来の半
田コーティング品より低コストである。

【００３９】(3)本発明によって半田バンプを形成する
と、高温半田ボールをフラックスの入った半田ペースト
で覆いつつ溶融するので、高温半田ボールを低融点の半
田が覆うことになり、しかも頂部の半田が酸化すること
はない。 (4)特に本発明では、第１の凹版を高温半田ボールの形
成に使用し、第２の凹版を半田バンプの形成に使用して
おり、各凹版をその目的に応じて区別して使用してい
る。従って、各凹版の凹部の寸法を適宜設定することに
より、高温半田ボールの寸法や半田バンプの寸法を所望
のものとすることができる。

【００４０】なお、ここでは、更に下記〜の構成を
採用できる。第１の凹版の凹部中の高温半田ボールを第２の凹版の
対応する凹部に移す工程が、第１の凹版の凹部の開口部
と第２の凹版の凹部の開口部との位置を合わせるように
して第１の凹版の上に第２の凹版を重ね、第１と第２の
凹版を上下逆転させて高温半田ボールを第２の凹版の凹
部に移すことを特徴とする半田バンプを有する配線基板
の製造方法。

【００４１】これにより、第１の凹版中の高温半田ボー
ルを第２の凹版の凹部に、簡単にしかも確実に移すこと
ができる。第１の凹版の凹部中のフラックスを洗浄して除去する
際に、凹部から高温半田ボールが出ないように、凹部の
開口部を網で覆うことを特徴とする半田バンプを有する
配線基板の製造方法。

【００４２】これにより、洗浄の際に、第１の凹版の凹
部中より高温半田ボールが誤って飛び出ることがないの
で、充分な洗浄を行なうことができ、しかもボール欠損
が生じることがない。請求項７の発明は、まず、凹版の
凹部に高温半田ペーストを充填し、加熱して高温半田ボ
ールを形成する。次に、この凹版の凹部に高温半田ボー
ルを入れたまま、凹部に低融点の半田ペーストを充填
し、所定温度で加熱することにより半田バンプを形成す
る。

【００４３】これにより、前記請求項６の発明の(1)〜
(3)と同様な作用効果を奏するとともに、１種類の凹版
を使用するだけであるので、作業工程が簡易化されると
いう利点がある。請求項８の発明では、配線基板上の複
数の半田バンプは、頂部に平坦部を有し、内部に高融点
のボールを有している。

【００４４】つまり、本発明では、半田バンプの頂部が
平坦なので、他の基板（プリント基板等）との接続性に
優れている。半田バンプの低融点の半田を溶融させた時
に、バンプ頂部の高さが高くなるからである。また、内
部にボールを有しているので、外周を覆っている半田
（共晶半田等）を溶融させてもバンプが潰れないため、
配線基板と他の基板との間隔を保つことができる。更
に、バンプが潰れて横方向に拡がることがないので、隣
接するバンプ間でブリッジしてショートするような不具
合を生じ難い。

【００４５】

【実施例】次に、本発明の半田バンプを有する配線基板
及びその製造方法の実施例について説明する。ここで
は、一方の側に集積回路チップ（以下単にフリップチッ
プと称す）を実装し、他方の側にプリント基板を接合す
る樹脂製の回路基板（以下単に配線基板と称す）を例に
挙げるが、以下の実施例においては、高融点のボールを
中心に含む半田バンプは配線基板のうちプリント基板と
接合される面側に形成される。（実施例１）本実施例では、配線基板の表面に、予め用
意してある高融点ボールを使用して半田バンプを形成す
る。

【００４６】図１（ａ）に示すように、本実施例により
製造される配線基板３は、外径が約２５ｍｍ角、板厚約
１ｍｍの樹脂製であり、片側の面３ａ（プリント基板を
接合する側の面；図の上面）に、高融点ボールを中心に
備えたＢＧＡ用の半田バンプ１を有する多層配線基板で
ある。

【００４７】なお、配線基板３の他方の面には、フリッ
プチップ接合用の半田バンプ（図示せず）を形成する
が、以下の説明では、プリント基板接合用の（高融点ボ
ールを含む）半田バンプ１を形成する方法について述べ
る。まず、配線基板３を製造する場合には、図１（ｂ）に
拡大及び破断して示すように、ＢＴコア基板５上にエポ
キシ樹脂による絶縁層７を形成すると共に、ＢＴコア基
板５及び絶縁層７にわたって、無電解Ｃｕメッキ及び電
解Ｃｕメッキを用いたセミアディティブ法によってＣｕ
内部配線９を形成して積層する。なお、Ｃｕ内部配線９
の形成法としては、サブトラクティブ法やフルアディテ
ィブ法によってもよい。

【００４８】次に、配線基板３の最表面では、前記Ｃ
ｕ内部配線９と接合されるＣｕ配線１１の耐食のため及
び半田との密着性を向上させるために、無電解Ｎｉ−Ｐ
メッキによって約３μｍのＮｉ−Ｐ層１３を形成し、更
にその上に、無電解Ａｕメッキによって約０．１μｍの
Ａｕ層１５を形成して、Ｎｉ−Ｐ層１３及びＡｕ層１５
からなる直径約１．０ｍｍの下地導電性パッド（以下単
にパッドと称す）１７を作成する。なお、その他の部位
には、アクリルやエポキシ樹脂などにより、ソルダーレ
ジスト層１９を形成する。

【００４９】なお、上述したメッキ方法は、周知の多層
プリント配線板のメッキ方法と同様であるので詳述しな
い（例えば、「多層プリント配線板ステップ３６５」；
藤平・藤森共著；工業調査会；１９８９年発行参照）。次に、図２に模式的に示すように、パッド１７（な
お、以下ではパッドは図示しない）と同じ配列に凹部２
１を形成したステンレス製の凹版２３の凹部２１に、各
々９０Ｐｂ−１０Ｓｎの高温半田（融点３０１℃）から
なる高融点ボール２５を振り込む。なお、高温半田から
なるボール以外に、ＣｕやＡｇを主成分とする高融点の
ボールを使用することもできる。

【００５０】前記凹版２３の材質は、半田に濡れないス
テンレスやチタン等の金属又は窒化珪素等のセラミック
である。また、凹部２１は、エッチングやＮＣ加工機等
によって形成され、個々の凹部の底面（平面）２１ｃの
深さは揃えられており、各底面２１ｃをつなげた仮想的
な面の持つ平面度は、例えば０．１μｍ／ｍｍである。

【００５１】また、前記凹部２１は、各々直径１．５ｍ
ｍ、深さ１．０ｍｍであり、高融点ボール２５は、直径
１．０ｍｍである。これらの寸法は、下記の範囲のもの
が好適である。凹部の直径；ボール直径×１．２≦凹部穴径≦ボール直
径×１．７凹部の深さ；ボール直径×１．０≦凹部深さ≦ボール直
径×１．３これは、この寸法の範囲内であれば、１つの凹部２１の
中にボールを１個だけ確実かつ容易に入れることがで
き、しかも凹部２１全体に隙間なく半田ペースト２７を
充填できるからである。

【００５２】この状態を、図３に示す。図３（ａ）は１
つの凹部２１中に高融点ボール２５が１個のみ入れられ
且つ半田ペースト２７の充填も十分な最適状態を示し、
図３（ｂ）は穴径が過大で高融点ボール２５が２個入る
場合を示し、図３（ｃ）は穴深さが過大で高融点ボール
２５が２個入る場合を示し、図３（ｄ）は穴径が過小で
半田ペースト２７の充填が不十分な場合を示している。

【００５３】次に、前記図２に示すように、高融点半
田ボール２５を入れた凹部２１中に、３７Ｐｂ−６３Ｓ
ｎからなる共晶半田ペースト（融点１８３℃）２７を、
スキージ印刷にて充填する。本実施例の場合、高融点ボ
ール２５の体積は、０．５２ｍｍ³、凹部２１の容積は
１．７７ｍｍ³であるので、充填される共晶半田ペース
ト２７の量は、その差の１．２５ｍｍ³である。

【００５４】次に、凹部２１を上に向けて凹版２３を
配置した状態で、凹版２３の上面に配線基板３を載置す
る。このとき、凹版２３は、配線基板３の各パッド１７
と各凹部２１が一致するように配置する。次に、この凹版２３上に配線基板３を載置した状態
で、図示しないリフロー炉内に配置して、高融点ボール
２５が溶融しない温度で、且つ共晶半田２７ａの融点
（この場合は１８３℃）より１０〜４０℃高い温度（例
えば２００℃）に加熱する。この加熱により、共晶半田
２７ａを溶融させて未溶融の高融点ボール２５の外周に
凝集させる。その後冷却して、共晶半田２７ａを凝固さ
せて半田バンプ１を形成し、次いで、凹版２３を取り除
いて、フラックスの除去等のために洗浄を行う。

【００５５】これによって、配線基板３のパッド１７
（図２では下面側）上に、高さが揃うと共にその頂部が
平坦とされた半田バンプ１が複数形成される。特に、こ
の半田バンプ１は、中心に高融点ボール２５を有すると
ともに、その外周に共晶半田２７ａを有している。

【００５６】なお、前記共晶半田ペースト２５は、体積
の５０％が共晶半田（粉末）であり、残り５０％がフラ
ックスであるので、形成された半田バンプ１の体積は、
１．１５ｍｍ³（０．５２ｍｍ³＋１．２５／２ｍｍ³）
である。また、形成された半田バンプ１の形状は、配線
基板３に接合していない場合は、直径１．３ｍｍの球状
となるが、本実施例の場合には、配線基板３と凹部２１
の底面に挟まれてその高さが規制されるので、頂部の平
坦部の直径が１．０ｍｍ、高さ１．０ｍｍ、直径１．３
ｍｍの樽形となる。

【００５７】このように、本実施例によれば、凹部２１
が上を向くように配置した凹版２３の凹部２１に、高融
点ボール２５を入れ、その後該凹部２１に共晶半田ペー
スト２７を充填し、この凹版２３上に配線基板３を載置
して加熱することにより、中心に高融点ボール２５を有
し且つ外周に共晶半田２７ａを有する半田バンプ１を形
成することができる。

【００５８】従って、本実施例では、従来のように、ボ
ール移載の際の吸着ミスによるボール欠損の発生がない
という効果がある。また、高価な共晶半田コーティング
ボールを使用しなくとも、半田バンプの形成時に高融点
ボール２５の外周を共晶半田２５ａが覆う状態となるの
で、低コストで済む。さらに、高融点ボール２５のパッ
ド１７との接合強度が高く、頂部が酸化しないので、他
の基板のパッド等との接続性も良好であるという利点が
ある。

【００５９】なお、使用する高融点ボール２５として、
市販されている各種のＢＧＡ中心核用のボールを使用す
ることが可能である。また、本実施例の方法で製造され
た半田バンプ１を有する配線基板３においては、半田バ
ンプ１の頂部が平坦なので、他の基板（プリント基板
等）との接続性に優れている。接続時に共晶半田が溶融
してバンプ頂部の高さが高くなるので、他の基板のパッ
ド等との間隔に不揃いがあっても、バンプ頂部の高さの
変化によって吸収し、接続できるからである。また、半
田バンプ１の内部に高融点ボール２５を有しているの
で、外周を覆っている共晶半田２７ａを溶融させても半
田バンプ１が潰れないため、配線基板３と他の基板との
間隔を保つことができる。更に、半田バンプ１は潰れな
いので、隣接するバンプ間でブリッジしてショートする
ような不具合を生じ難い。（実施例２）次に、実施例２について説明する。

【００６０】特に本実施例では、凹版を用いて高融点ボ
ールを製造し、この高融点ボールを使用して半田バンプ
を形成するものである。なお、前記実施例１と同様な部
分の説明は、省略又は簡略化する。前記実施例１の，の工程と同様にて、同様な形状
及び構造の樹脂製の配線基板３１を形成する。

【００６１】次に、図４に模式的に示すように、後述
する第２の凹版４３と重ね合わせたときに、第２の凹版
４３に形成された凹部４５に対向する位置、したがっ
て、パッド１７（図示せず）と左右対称の位置（配列）
に凹部３３を形成したステンレス製の第１の凹版３５を
用意し、この第１の凹版３５の凹部３３に、９０Ｐｂ−
１０Ｓｎの高温半田ペースト３７を、スキージ印刷によ
り充填する。

【００６２】前記第１の凹版３５の材質は、前記実施例
１と同様に、ステンレスやチタン等の金属又は窒化珪素
等のセラミックである。また、凹部２１の寸法は、直径
１．１５ｍｍ×深さ１．０ｍｍ、体積１．０４ｍｍ³で
ある。なお、この第１の凹版３５は、高融点ボール形成
用であるので、後に示す半田バンプ形成用の第２の凹版
４３とは、凹部３３の寸法が若干異なり、凹部３３の形
成位置は、第２の凹版４３の凹部４５と左右対称の位置
にある。なお、第２の凹版４３の凹部４５は、基板３１
のバンプ１７の位置に合わせて形成されている。

【００６３】次に、高温半田ペースト３７を凹部３３
に充填した凹版３５を、図示しないリフロー炉内に配置
して、高温半田の融点（３０１℃）より１０〜４０℃高
い温度（例えば３２０℃）に加熱し、その後冷却して、
凹部３３中にて高温半田からなる高融点ボール３９を形
成する。なお、使用した高温半田ペースト３７中の高温
半田の体積は約半分であるから、高温半田の体積は０．
５２ｍｍ³であり、よって、直径１．０ｍｍの高融点ボ
ール３９が形成される。

【００６４】次に、高融点ボール３９が入っている凹
部３３上に、高融点ボール３９が飛び出さないように網
４１をかぶせ、第１の凹版３５ごとフラックス洗浄機に
通して洗浄して、フラックス等を除去し、凹部３３中に
高融点ボール３９のみが残るようにする。

【００６５】次に、網４１を取り除いてから、第１の
凹版３５の上に第２の凹版４３を重ね合わせる。つま
り、高融点ボール３９が入った凹部３３が上を向いた状
態にて、その上から、第２の凹版４３の凹部４５が下を
向くようにして、互いの凹部３３，４５の開口部の位置
が一致するように、即ち、両者が対向するようにして、
第１の凹版３５と第２の凹版４３とを重ね合わせる。

【００６６】次に、この第１の凹版３５と第２の凹版
４３とを重ね合わせたまま、その上下を逆にする。これ
によって、上側となった第１の凹版３５の凹部３３中か
ら、下側となった第２の凹版４３の凹部４５中に、高融
点ボール３９が落ちてその移載が完了する。

【００６７】その後、前記実施例１の〜と同様な
工程により、第２の凹版４３の凹部４５中に共晶半田ペ
ースト４７を充填し、同様な温度で加熱し冷却すること
によって、配線基板３１のパッド（図では下面側）上
に、高さが揃うと共にその頂部が平坦とされた半田バン
プ４７を形成する。即ち、中心に高融点ボール３９を有
するとともに、その外周に共晶半田４９を有する前記実
施例１と同様な半田バンプ４７を形成する。

【００６８】このように、本実施例によれば、高融点ボ
ール形成用の第１の凹版３５を用いて高融点ボール３９
を形成し、この高融点ボール３９を半田バンプ形成用の
第２の凹版４３の凹部４５に移載し、その後該凹部４５
に共晶半田ペースト４９を充填し、この凹版２３上に配
線基板３を載置して加熱することにより、中心に高融点
ボール２５を有し外周に共晶半田２７ａを有する半田バ
ンプ１を形成することができる。

【００６９】従って、本実施例では、前記実施例１と同
様に、ボール移載の際の吸着ミスによるボール欠損の発
生がないという効果がある。また、高価な共晶半田コー
ティング品ボールを使用しなくともよく、高融点ボール
３９の接合強度も高い。

【００７０】特に、本実施例では、高融点ボール形成用
の第１の凹版３５の凹部３３の形状を変えることで、各
種のサイズの高融点ボール３９ひいては各種のサイズの
半田バンプ４９を形成でき、従来のように、各サイズの
高融点ボール３９の在庫を持ったり、使わなくなった高
融点ボール３９が余って無駄になることがない。

【００７１】なお、第１の凹版３５の凹部３３にある高
融点ボール２５を吸着して、第２の凹版４３の凹部４５
へ各々移載してもよい。（実施例３）次に、実施例３について説明する。

【００７２】特に本実施例では、第１の凹版から第２の
凹版への移載方法のみが前記実施例２と異なる。なお、
前記実施例２と同様な部分の説明は、省略又は簡略化す
る。前記実施例２の，の工程と同様にて、同様な形状
及び構造の樹脂製の配線基板５０を形成する。

【００７３】次に、図５に模式的に示すように、前記
実施例２の〜の工程と同様にて、第１の凹版５１の
凹部５３中に（高温半田ペースト５４から）高融点ボー
ル５５を形成する。次に、高融点ボール５５が入った凹部５３上に網５７
をかぶせたまま、上下逆さまにして、高融点ボール５５
を別の（半田バンプ形成用の）第２の凹版５９の凹部６
１に移し変える。つまり、第２の凹版５９をその凹部６
１が上を向くように配置するとともに、この凹部６１と
第１の凹版５１の凹部５３とが向き合うように配置し、
この状態で網５７を除去すると、高融点ボール５５は、
第１の凹版５１の凹部５３から第２の凹版５９の凹部６
１に落下して、移載が完了する。

【００７４】その後、前記実施例２の〜と同様な
工程にて、凹部６１に共晶半田ペースト６５を充填して
加熱することによって、配線基板５０の図示しないパッ
ド（図では下面側）上に、高さが揃うと共にその頂部が
平坦とされた半田バンプ６３、即ち、中心に高融点ボー
ル５５を有するとともに、その外周に共晶半田６５を有
する前記実施例２と同様な半田バンプ６３が形成され
る。

【００７５】これにより、前記実施例２と同様な効果を
奏する。なお、本発明は前記実施例になんら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において
種々の態様で実施しうることはいうまでもない。（１）例えば、前記実施例１〜３では、配線基板３の一
方の側にＢＧＡ用の半田バンプ１を形成する場合につい
て述べたが、フリップチップ接合用の半田バンプを形成
するのに適用してもよい。また、必要に応じて配線基板
の両側に、前記実施例１，２の手法を用いて、ＢＧＡ用
やフリップチップ接合用の半田バンプを形成してもよ
い。

【００７６】なお、上記では、配線基板を凹版上に載置
して半田バンプを形成する例を示したが、配線基板を下
にして、その上に凹版を載置して半田バンプを形成して
もよい。また、基板両面に半田バンプを設ける場合に
は、基板を２つの凹版で挟むようにして、バンプを形成
してもよい。

【００７７】（２）前記配線基板の材料としては、樹脂
以外に、アルミナ等のセラミックスを採用することもで
きる。（３）前記各実施例で使用する半田ペースト中の半田の
材質としては、用途に応じて、Ｐｂ９０％半田などの高
融点半田や、ＡｇやＩｎ入り半田等を使用可能である。
また、半田ペースト中に含まれるフラックスの種類も、
（還元性の小さなものから）Ｒタイプ、ＲＭＡタイプ、
ＲＡタイプのどれでも使用できる。なお、ここでは、ボ
ールの外周に設けられるバンプ材料として、通常、半田
と称されるＰｂ−Ｓｎ系のろう材以外に、Ａｕ−Ｓｎ
系、Ａｕ−Ｓｉ系等の合金も使用できる。

【００７８】（４）前記凹版の凹部は、エッチングやＮ
Ｃ加工機によって形成した例を示したが、その他、凹部
に対応する貫通穴を設けたステンレス板と平板状のステ
ンレス板とを貼り合わせる方法や、凹部に対応する貫通
穴を設けたセラミックグリーンシートと平板状のグリー
ンシートとを積層後焼成する方法によって、凹部を有す
る凹版を形成してもよい。

【００７９】（５）前記実施例２，３では、高融点ボー
ルの形成と半田バンプの形成の際に、異なる形状の凹部
を有する凹版を使用したが、それとは別の方法として、
両工程に同じ凹版を用いてもよい。この場合、半田バン
プを構成する低融点の半田の量や半田バンプの形状に制
約があるものの、中心に高融点ボールを有しその外周に
低融点の半田を有する半田バンプを、より簡単に形成す
ることができる。

【００８０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明で
は、中心に高融点のボールを有すると共に、その外周に
低融点の半田を有する半田バンプを、簡易な工程にて形
成することができる。また、従来のように、移載時にボ
ール欠損が生じることがない。更に、低コストであり、
しかもボールの接合強度が高く配線基板との接続性に優
れている。

【００８１】請求項２の発明では、ボールの材料として
高温半田を採用でき、半田ペースト中の半田の材料とし
て、共晶半田を採用できる。請求項３の発明では、ボー
ルの材料として、ＡｇまたはＣｕの少なくともいずれか
を主成分とする材料を採用できる。

【００８２】請求項４の発明では、半田バンプを形成す
る際に、半田バンプの頂部を平坦にすることができる。
請求項５の発明では、凹部に１個のボールを入れ、しか
も半田バンプを形成するのに充分な半田ペーストを充填
することができる。それにより、所望の形状の半田バン
プを確実に形成することができる。請求項６の発明で
は、中心に高融点の高温半田ボールを有し、その外周に
低融点の半田を有する半田バンプを、簡易な工程にて形
成することができる。また、前記請求項１と同様に、ボ
ール欠損が生じることがなく、低コストであり、しかも
配線基板との接続性に優れている。特に、本発明では、
第１，第２の凹版をその目的に応じて区別して使用して
いるので、各凹版の凹部の寸法を適宜設定することによ
り、高温半田ボールの寸法や半田バンプを寸法を所望の
ものとすることができる。

【００８３】請求項７の発明では、前記請求項６の発明
と同様な効果を奏するとともに、１種類の凹版を使用す
るだけであるので、作業工程が簡易化されるという利点
がある。請求項８の発明では、半田バンプの頂部が平坦
なので、他の基板との接続性に優れている。また、内部
にボールを有しているので、外周を覆っている半田を溶
融させてもバンプが潰れず、配線基板と他の基板との間
隔を保つことができる。更に、バンプは潰れないので、
隣接するバンプ間でブリッジしてショートするような不
具合を生じ難い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の半田バンプを有する配線基板を示
し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその一部を拡大して
示す断面図である。

【図２】実施例１の半田バンプを有する配線基板の製
造方法を示す説明図である。

【図３】凹部に入れられる高融点ボール及び半田ペー
ストの状態を示す説明図である。

【図４】実施例２の半田バンプを有する配線基板の製
造方法を示す説明図である。

【図５】実施例３の半田バンプを有する配線基板の製
造方法を示す説明図である。

【図６】従来技術を示す説明図である。

【符号の説明】

１，４９，６３…半田バンプ３，３１，５０…配線基板２１，３３，４５，５３，６１…凹部２３…凹版３５，５１…第１の凹版４３，５９…第２の凹版２５，３９，５５…高融点ボール３７，５５…高温半田ペースト２７，４７，６５…共晶半田ペースト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−69282（ＪＰ，Ａ) 特開平６−120230（ＪＰ，Ａ) 特開平７−249631（ＪＰ，Ａ) 特開平７−307341（ＪＰ，Ａ) 特開平10−32283（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】配線基板に形成された複数の半田バンプ
用パッドに対応する位置に形成された複数の凹部を有す
る凹版の該凹部に、高融点のボールを入れる工程と、前記ボールを入れた前記凹部に、該ボールより低融点の
半田を含む半田ペーストを充填する工程と、前記凹部を前記パッドの位置に合わせるように、前記凹
版と前記配線基板とを重ねる工程と、その状態で、前記半田ペースト中の半田を溶融させる温
度以上で且つ前記ボールを溶融させない温度で加熱して
半田バンプを形成する工程と、冷却した後に、前記凹版を除去する工程と、を有することを特徴とする半田バンプを有する配線基板
の製造方法。
【請求項２】前記ボールが高温半田からなり、前記半
田ペースト中の半田が、共晶半田からなることを特徴と
する前記請求項１に記載の半田バンプを有する配線基板
の製造方法。
【請求項３】前記ボールが、ＡｇまたはＣｕの少なく
ともいずれかを主成分とすることを特徴とする前記請求
項１または２に記載の半田バンプを有する配線基板の製
造方法。
【請求項４】前記加熱して半田バンプを形成する工程
において、前記凹部の底面により該半田バンプの頂部を規制して、
該頂部が平坦な半田バンプを形成することを特徴とする
前記請求項１〜３のいずれかに記載の半田バンプを有す
る配線基板の製造方法。
【請求項５】前記ボールの直径をＢ［ｍｍ］、前記凹
部の径をＤ［ｍｍ］、深さをＷ［ｍｍ］としたときに、
下記関係式１．２Ｂ≦Ｄ≦１．７Ｂおよび１．０Ｂ≦Ｗ≦１．
３Ｂを満たす凹部を有する前記凹版を用いることを特徴とす
る前記請求項１〜４のいずれかに記載の半田バンプを有
する配線基板の製造方法。
【請求項６】配線基板に形成された複数の半田バンプ
用パッドに対応する位置に形成された複数の凹部を有す
る第２の凹版と、該第２の凹版の該凹部に対応する位置
に形成された複数の凹部を有する第１の凹版とを用意
し、前記第１の凹版の該凹部に、高温半田ペーストを充
填する工程と、前記高温半田ペースト中の高温半田を加熱溶融させて高
温半田ボールを形成する工程と、前記第１の凹版の凹部中のフラックスを洗浄して除去す
る工程と、前記第１の凹版の凹部中の高温半田ボールを、前記第２
の凹版の対応する前記凹部に移す工程と、前記高温半田ボールが入っている前記第２の凹版の前記
凹部に、該高温半田ボールより低融点の半田を含む半田
ペーストを充填する工程と、前記第２の凹版の凹部を前記パッドの位置に合わせるよ
うに、前記第２の凹版と前記配線基板とを重ねる工程
と、その状態で、前記半田ペースト中の半田を溶融させる温
度以上で且つ前記高温半田ボールを溶融させない温度で
加熱して半田バンプを形成する工程と、冷却した後に、前記凹版を除去する工程と、を有することを特徴とする半田バンプを有する配線基板
の製造方法。
【請求項７】配線基板に形成された複数の半田バンプ
用パッドに対応する位置に形成された複数の凹部を有す
る凹版の該凹部に、高温半田ペーストを充填する工程
と、前記高温半田ペースト中の高温半田を加熱溶融させて高
温半田ボールを形成する工程と、前記凹部中のフラックスを洗浄して除去する工程と、前記高温半田ボールが入っている前記凹部に、該高温半
田ボールより低融点の半田を含む半田ペーストを充填す
る工程と、前記凹部を前記パッドの位置に合わせるように、前記凹
版と前記配線基板とを重ねる工程と、その状態で、前記半田ペースト中の半田を溶融させる温
度以上で且つ前記高温半田ボールを溶融させない温度で
加熱して半田バンプを形成する工程と、冷却した後に、前記凹版を除去する工程と、を有することを特徴とする半田バンプを有する配線基板
の製造方法。
【請求項８】頂部に平坦部を有し、内部に高融点のボ
ールを有する複数の半田バンプを備えたことを特徴とす
る半田バンプを有する配線基板。