JP3730980B2 - 実装回路基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、実装回路基板の製造方法に係り、さらに詳しくは高密度配線型で、信頼性の高い実装回路基板の製造方法に関する。

電子機器類の短小軽薄化などに伴って、電気回路を形成する配線板についても、高密度配線化や短小軽薄化だけでなく高信頼性さが要求されている。このような要求に対応して、多層型配線板に電子部品を搭載、実装して成る実装回路基板が開発されている。即ち、ポリイミド樹脂フイルム（層間絶縁体層）の主面に配線パターンを形成、具備させ、かつ前記配線パターン２層間を層間接続導体で電気的に接続すると共に、外層配線パターン形成面をポリイミド樹脂製のカバーフイルムで被覆して成る多層型配線板をベースとした実装回路装置が実用されている。ここで、配線板の層間絶縁体層とカバーフイルムとは、一般的に、熱硬化性の接着剤層（図示省略）を介して接合、一体化されており、また、層間接続は、スルホール型やビア型があり、これらの層間接続導体は、導電体の埋め込みやスルホール内壁面のメッキ膜化などで行われている。

そして、この種の多層型配線板をベースとした実装回路基板は、次のようにして製造されている。先ず、ポリイミド樹脂フイルムの両主面に、接着剤層を介して銅箔を貼り合わせた銅箔貼りシートを用意する。次いで、この銅箔貼りシートの所定領域に穿孔加工を施し、層間接続用の貫通孔を設けた後、貫通孔内壁面をメッキ導体化するか、あるいは導電性組成物を充填して層間接続導体を形成、配置する。その後、フォトエッチング処理を施して配線パターンを形成し、両面の配線パターン間が接続された第１の配線素板とする。

一方、ポリイミド樹脂フイルムの一主面に、接着剤層を介して銅箔を貼り合わせた銅箔貼りシートを用意し、この銅箔貼りシートの所定領域に穿孔加工を施し、層間接続用の貫通孔を設けた後、貫通孔内壁面をメッキ導体化するか、あるいは導電性組成物を充填して層間接続導体を形成する。次いで銅箔についてフォトエッチング処理を施し、前記第１の配線素板の配線パターンに接続する層間接続導体を有する第２の配線素板を作成する。また、電子部品実装用のため、所要の領域に打ち抜きプレス加工を施したポリイミド樹脂製のカバーシートを用意する。

上記用意した、第１及び第２の配線素板及びカバーシートを位置合わせ、積層配置する。このとき、各配線素板同士、及び配線素板とカバーシートとが対接する領域面に電気的な接続に対する支障を回避し、熱硬化性の接着剤層を介在させる。そして、この積層配置体にプレス加圧、加熱加工を施し、これらを接合、一体化させることにより、多層型配線板を製造する。

次に、上記製造した多層型配線板のカバーシート形成面に、例えばベアチップ、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）などを位置決め、搭載配置し、リフロー処理によって半田を溶融させ、実装電子部品の実装、接続を行っている。ここで、リフローする半田は、実装電子部品の端子バンプそのものである場合と、配線板側にプリコートする場合とがある。そして、この実装工程後に、端子バンプに掛かる微小応力の低減化、外部の湿度や衝撃から実装電子部品を保護するため、被実装面間にアンダーフィル材と呼称される液状材料の注入が行われる（特許文献１）。

なお、上記層間接続の構成を簡略する手段として、次のような構成も知られている。即ち、第１の銅箔の所定領域面に、導電性組成物や導電性金属などを素材として突起状導電体を形設する。次いで、前記銅箔の突起状導電体の形設面に、熱可塑性樹脂層、及び第２の銅箔を順次積層、配置する。その後、この積層体を加熱、加圧して接合一体化して、両面銅箔が熱可塑性樹脂層を貫挿した突起状導電体で電気的に接続した両面銅箔貼り板を製作し、この両面銅箔貼り板の両面銅箔をエッチング処理して配線パターン化する（特許文献２）。この方式は、層間接続導体を容易に、また、微細に形成できるので、生産性及び高密度配線パターン化に適する手段として注目されている。
特開平１１−３０７５８６号公報（［０００２］［０００５］［００１１］［００１８］参照） 特開平８−２６４９３９号公報

上記実装回路基板の製造工程においては、実際的に、アンダーフィル材を毛細管現象の利用で注入、充填する工程が不可欠であり、製造工程上、次のような不都合がある。即ち、(1)被充填間隔が小さいので、注入、充填に長時間を要して生産性が低下すること、(2)端子バンプのパターンによっては、空気を巻き込んでボイドを内部に閉じ込めて信頼性の低下を招き易いこと、(3)実装電子部品が大きいと全体的に均一な注入、充填が難しいこと、(4)アンダーフィル材時間の短縮化のために、低粘度のアンダーフィル材を使用すると注入、充填量が不十分で信頼性の低下を生じること、(5)実装工程が冗長化してコストアップとなることなどの問題かある。

上記アンダーフィル材の注入、充填に係る問題の改善策として、端子バンプ形成部分を、予め、実装時の加熱で溶融、硬化する熱硬化性樹で被覆しておき、実装時の加圧加熱で実装電子部品の接続を行う手段が提案されている。即ち、毛細管現象を利用してアンダーフィル材を注入、充填する代わりに、熱硬化性樹脂を未硬化の状態で端子バンプ形成部分に予め配置しておき、位置決め搭載後の加熱、加圧処理によって、前記熱硬化性樹脂がゲル状から硬化して接続を達成する課程で、アンダーフィル材の注入、充填作用を持たせる方式が知られている（特許文献１）。

なお、上記手段では、端子バンプ形成部分に、実装時の加熱で溶融、硬化する熱硬化性樹で被覆する場合、予め、対応する端子バンプを設けてあるダイシング前の半導体基板ワークを素材とし、前記端子バンプ形成部分に前記熱硬化性樹脂をコーティングして封止樹脂層を設けた後、半導体基板ワークから個々の半導体装置を切り出し分離することを推奨している。

上記改善策の場合は、端子バンプによる実装電子部品の接続と、被実装面間の充填による保護を同時に行えると言う利点がある反面、次のような問題の提起が認められる。即ち、アンダーフィル材が熱硬化性であるため、加熱硬化時の収縮作用によって、実装領域に応力、歪を発生する恐れがある。つまり、実装電子部品の性能低下など、新たな問題提起があり、電子回路としての信頼性が損なわれ易いと言う問題が懸念される。

本発明は、上記事情に対処してなされたもので、信頼性が高くて、よりコンパクト化が図られた実装回路基板が歩留まりよく得られる製造方法の提供を目的とする。

本発明は、第１の樹脂材料層の少なくとも一主面上に配線パターンが形成され、前記配線パターンに接続されかつ前記第１の樹脂材料層を貫挿する突起状の層間接続導体を有する配線素板を作製する工程と、
前記配線素板の前記配線パターン形成面に、前記配線パターンに対する接続端子挿入孔が開口する第２の熱可塑性樹脂層を被覆する工程と、
前記第２の熱可塑性樹脂層の接続端子挿入孔に対して位置合わせされた同軸的な開口部を有し、かつ第２の熱可塑性樹脂よりも融点の低い第３の熱可塑性樹脂層を積層配置する工程と、
前記第２の熱可塑性樹脂層の接続端子挿入孔及び前記第３の熱可塑性樹脂層が形成する同軸的な開口部に実装電子部品の接続端子バンプを位置合わせして搭載配置する工程と、
前記実装電子部品を搭載配置した構造体を加熱処理し、前記第３の熱可塑性樹脂層のフローによって前記実装電子部品の接続端子バンプの挿入された前記第２の熱可塑性樹脂層の接続端子挿入孔を充填しながら前記接続端子バンプを前記配線素板の配線パターンに接合一体化する工程と、
を具備していることを特徴とする実装回路基板の製造方法である。

即ち、本発明は、比較的融点が高くて耐熱性に優れている熱可塑性樹脂を例えば両面面配線板の主面のカバーレイ層として機能させる一方、このカバーレイ層に接続端子バンプの挿入孔を開口し、この層と実装電子部品との間に、接続端子挿入孔に同軸的に配列された開口部を有する比較的融点の低い熱可塑性樹脂をアンダーフィル材層として介挿配置する。そして、実装電子部品を位置決め搭載して接続端子バンプを接続端子挿入孔および同軸的開口部内に挿通した後に、アンダーフィル材層のリフローによって多層型配線板に対して接続、実装することを骨子とする。ここで、アンダーフィル材層のリフローに併せて、要すれば端子バンプの半田リフローによる接続を行ってもよい。そして、このような構成に伴って、短小軽薄化を容易に達成し、また、実装時における実装、接続部に対する加熱処理の影響を抑制しながら、耐湿性や電気的特性などの優れた信頼性の高い実装回路基板を提供するものである。

なお、本発明において、少なくとも第２及び第３の熱可塑性樹脂層が熱可塑性液晶ポリマーであることが望ましい。即ち、熱可塑性液晶ポリマーを絶縁体層として使用した場合は、誘電率の安定性が活かされ、高周波伝送用などにも適するからであり、さらに熱膨張係数を合わせることが容易である。また、第１の樹脂材料層と第２の熱可塑性樹脂層との間に樹脂系接着剤層を介挿配置すると、配線素板を製造する工程での加熱温度及び加圧を低く抑えることが出来、コストダウンなども図れる。

本発明によれば、板配線面の配線パターンに、実装電子部品を搭載、実装するに当たり、比較的融点の高い熱可塑性樹脂をカバーレイ層として使用する一方、比較的融点の低い熱可塑性樹脂をアンダーフィル層として使用する。この使い分けによって、実装課程での加熱、圧着で、融点の低い熱可塑性樹脂が選択的にリフローし、アンダーフィル材の作用、機能を容易に呈するので、配線板に対する信頼性の高い電子部品の実装、接続が行われると共に、実装領域の緻密な充填が同時に成され、信頼性の高い実装回路基板を歩留まり欲提供できる。つまり、実装課程での加熱温度を低く設定できるため，過熱、圧着による歪、応力の発生など回避しながら、信頼性の高い接続及び耐湿性を達成できる。

特に、第１乃至第３の樹脂を熱可塑性の液晶ポリマーとした場合、あるいは第２，第３の熱可塑性樹脂を熱可塑性の液晶ポリマーとした場合などは、熱膨張係数が一様であるため、強固な一体性が保持されて、より信頼性の向上が図られた実装回路基板を提供できる。

以下、図１（ａ）乃至（ｆ）を参照して発明の実施形態を説明する。

図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は、実施形態に係る実装回路基板の製造方法の工程を模式的に示す要部断面図である。先ず、厚さ９〜１８μｍ銅箔を用意し、この銅箔の一主面側に、例えばステンレス薄鋼板の所定箇所０．１〜０．３ｍｍ径の孔を明けたメタルマスクを位置決め配置して導電性ペーストを印刷する。この印刷した導電性ペーストが乾燥後、同一メタルマスクを用いて同一位置に再度印刷する方法で、複数回印刷を繰り返し、略円錐状もしくは角錐状の山形バンプを形設する。

その後、前記銅箔の山形バンプ形設面側に厚さ２５〜５０μｍの液晶ポリマーフィルム、たとえば融点３３５℃のＢＩＡＣフィルム（第１の熱可塑性樹脂）及び厚さ９〜１８μｍの銅箔を積層的に配置して積層体化する。次いで、この積層体の両銅箔面に当て板を配置して、樹脂圧として４〜８Ｍｐａ程度で加圧、一体化し、図１（ａ）に示すような両面銅箔貼り板を製作する。なお、上記加圧、一体化において、突起状の山形バンプ１は、組成変形性を呈する第１の熱可塑性樹脂フイルム２を貫挿し、その先端部が対向する銅箔３面に到達して潰れた状態で、電気的には０．０１Ω以下の抵抗で対接、接続する。

上記第１の樹脂材料としては、たとえばフェノキシ樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンスルフォン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリフェニールエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、液晶ポリマー、ポリテトラフロロエチレン樹脂などが挙げられる。特に、液晶ポリマーの選択は、耐熱性、電気絶縁特性、寸法安定性などが優れているので有利である。なお、第１の熱可塑性樹脂層２の厚さは、配線パターン層数、配線基板の厚さ、仕様などによっても異なるが、一般的に、２５〜５０μｍ程度である。このように第１の樹脂材料を熱可塑性にすることが望ましいが、その他、熱硬化性樹脂なども適用することができるものである。

上記製作した両面銅箔貼り板の両銅箔３、４をフォトエッチング処理し、図１（ｂ）に示すように、所要の配線パターン化を行って両面配線板５を作成する。ここで、各配線パターンは、第１の樹脂フイルム２を貫挿する山形バンプ１によって層間接続されている。

次に、前記両面配線パターンの配線素板５の両面に、カバーフイルム６として、接着剤層７付きの厚さ２５μｍの液晶ポリマーフイルム、例えば融点３２５℃のＣタイプフイルム（第２の熱可塑性樹脂）６を積層、配置し、樹脂圧として４Ｍｐａ程度で加圧、一体化し、図１（ｃ）に示すように、カバーフイルム６を配設する。ここで、接着剤層７付きの第２の熱可塑性樹脂（カバーフイルム）６は、例えば金型やパンチングプレスなどによって、所要の領域、換言すると実装電子部品の半田ボールなどの端子バンプに対応した領域が、予め選択的に開口され接続端子挿入孔８となる。

なお、この例では、第２の熱可塑性樹脂６が接着剤層７付きであったが、第２の熱可塑性樹脂６の融点によっては、接着剤層７を省略することもできる。即ち、第２の熱可塑性樹脂６が融点２７０℃以上の場合、接着剤層７付きとし、１００〜２００℃の温度、２０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２ 程度で積層プレスすることが望ましく、また、第２の熱可塑性樹脂６が融点２７０℃以下の場合、接着剤層７を省略し、２７０〜３５０℃の温度、２０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２ 程度で積層プレスすることが望ましい。

次いで、前記第２の熱可塑性樹脂フイルム６の実装電子部品を配置する領域面上に、この第２の熱可塑性樹脂フイルム６よりも融点の低い第３の熱可塑性樹脂、例えば融点２２０℃以下のアンダーフィル９を図１（ｄ）に示すように、積層的に配置、仮付けする。ここで、第３の熱可塑性樹脂層９は、例えば金型やパンチングプレスなどによって、所要の領域、換言するとカバーレイ７の接続端子挿入孔８に対して同軸的に、予め選択的な開口部１０が形成されている。この開口部１０は接続端子挿入孔８よりもやや小径に形成し、後工程のリフロー時に同挿入孔８を十分に充填できるようにするのが好ましい。

なお、アンダーフィル９に相当する第３の熱可塑性樹脂の融点は、共晶はんだや鉛フリーはんだの融点程度の材料を選定する必要がある。特に、液晶ポリマーの選択は、耐熱性、電気絶縁特性、寸法安定性などが優れているので有利である。

ここで、液晶ポリマーは、例えばキシダール（商品名，Ｄａｒｔｃｏ社製）、ベクトラ（商品名，Ｃｌａｎｅｓｅ社製）で代表される多軸配向の熱可塑性ポリマーである。そして、ベクトランＡタイプ（融点２８５℃）、ベクトランＣタイプ（融点３２５℃）、ＢＩＡＣフイルム（融点３２５℃）などが市販されている。

その後に、図１（ｅ）に示すごとく、実装電子部品１１、例えばＢＧＡ型の半導体装置を位置決め、配置する。即ち、接着剤層７及び第２の熱可塑性樹脂層６の接続端子挿入孔８、第３の熱可塑性樹脂層９の開口部１０に、ボールグリッドアレイ型の半導体装置１１の端子バンプ１１ａを挿入配置する。そして、この状態で、前記第３の熱可塑性樹脂層９が溶融する温度に加熱する一方、半導体装置１１を配線基板５側に圧着する。なお、上記半導体装置１１の位置決め、配置に先立って、要すればベース基板５についてメッキ処理や外形加工を施す。

前記加熱、圧着操作によって、図１（ｆ）に示すように、半導体装置１１が配線基板５側と電気的及び機械的に接続一体化すると共に、半導体装置１１の搭載、実装領域が緻密に充填された実装回路基板が構成される。なお、実装する電子部品は、ＢＧＡ型半導体装置の代わりに、ＣＳＰ型半導体装置、ＱＦＰ半導体装置、チップ抵抗体であってもよい。また、要すれば実装回路基板の裏面側に、同様の操作によって電子部品の搭載、実装を行ってもよい。

本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、発明の主旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。たとえば内蔵される配線パターン数は、３層形や５層以上の多層形でもよく、また、第１の樹脂、第２の熱可塑性樹脂及び第３の熱可塑性樹脂の組み合わせも、液晶ポリマー同士の組み合わせだけでなく、液晶ポリマーと他の熱可塑性樹脂との組み合わせなどであってもよい。

（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は実施例に係る実装回路基板の製造実施態様を工程順に模式的に示す要部断面図。

符号の説明

１：山形バンプ
２：第１の樹脂材料層
３，４：銅箔
５：両面配線板
６：第２の熱可塑性樹脂層
７：接着剤層
８：接続端子挿入孔
９：アンダーフィル（第３の熱可塑性樹脂層）
１０：開口部
１１：半導体装置
１１ａ：半導体装置の端子バンプ

Claims (4)

1. 第１の樹脂材料層の少なくとも一主面上に配線パターンが形成され、前記配線パターンに接続されかつ前記第１の樹脂材料層を貫挿する突起状の層間接続導体を有する配線素板を作製する工程と、
   前記配線素板の前記配線パターン形成面に、前記配線パターンに対する接続端子挿入孔が開口する第２の熱可塑性樹脂層を被覆する工程と、
   前記第２の熱可塑性樹脂層の接続端子挿入孔に対して位置合わせされた同軸的な開口部を有し、かつ第２の熱可塑性樹脂よりも融点の低い第３の熱可塑性樹脂層を積層配置する工程と、
   前記第２の熱可塑性樹脂層の接続端子挿入孔及び前記第３の熱可塑性樹脂層が形成する同軸的な開口部に実装電子部品の接続端子バンプを位置合わせして搭載配置する工程と、
   前記実装電子部品を搭載配置した構造体を加熱処理し、前記第３の熱可塑性樹脂層のフローによって前記実装電子部品の接続端子バンプの挿入された前記第２の熱可塑性樹脂層の接続端子挿入孔を充填しながら前記接続端子バンプを前記配線素板の配線パターンに接合一体化する工程と、
   を具備していることを特徴とする実装回路基板の製造方法。
2. 少なくとも前記第２及び第３の熱可塑性樹脂層が熱可塑性液晶ポリマーであることを特徴とする請求項１記載の実装回路基板の製造方法。
3. 前記第１の樹脂絶縁層、第２及び第３の熱可塑性樹脂層が熱可塑性液晶ポリマーであることを特徴とする請求項１記載の実装回路基板の製造方法。
4. 前記第１の樹脂材料層と前記第２の熱可塑性樹脂層との間に樹脂系接着剤層を配置することを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の実装回路基板の製造方法。

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