JP4118286B2

JP4118286B2 - 半田ボール搭載方法

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Publication number: JP4118286B2
Application number: JP2005190499A
Authority: JP
Inventors: 洋一郎川村; 茂樹澤; 克彦丹野; 勇雄土屋; 義之馬渕; 治木村
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2025-06-29
Also published as: JP2006074002A

Description

本発明は、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板に搭載するための半田ボール搭載方法に関するものである。

パッケージ基板とＩＣチップとの電気接続のために半田バンプが用いられている。半田バンプは、以下の工程により形成されている。
（１）パッケージ基板の形成された接続パッドにフラックスを印刷する工程。
（２）フラックスの印刷された接続パッドに半田ボールを搭載する工程。
（３）リフローを行い半田ボールから半田バンプを形成する工程。

上述した半田ボールを接続パッドに搭載する工程では、例えば、特許文献１に示されている印刷技術が用いられている。この印刷技術では、図１４（Ａ）に示すようにプリント配線板３０上に接続パッド７５と対向した位置に開口１１６ａの設けられたボール整列用マスク１１６を載置し、スキージ１２４で半田ボール７８ｓを接続パッド７５上に落下させていた。
特開２００１−２６７７３１号

ＩＣの高集積化に伴い、パッケージ基板の半田バンプは更に小径化、狭ピッチ化が求められている。このため、半田ボールは２００μｍΦ未満の砂粒よりも小径となり、上述したボール整列用マスクとスキージを併用する方法では、半田バンプの高さのばらつきがでて品質が低下していた。

即ち、半田ボールが小径化すると、表面積に対する重量比が小さくなり、分子間力による半田ボールの吸着現象が生じる。従来技術では、凝集しやすい半田ボールをスキージを接触させて送るため、半田ボールを傷つけ一部に欠けが生じる。半田ボールの一部が欠けると、各接続パッド上で半田バンプの体積が異なるようになるので、上述したように半田バンプの高さにばらつきが生じる。体積の小さい半田バンプが存在すると、その半田バンプに熱応力が集中するために、接続信頼性が低下する。

また、プリント配線板の表面は平坦ではない。特に、ビルドアップ多層配線板では表面の凹凸が大きく、半田ボールを傷つけないようにスキージで送ることは非常に難しかった。ここで、プリント配線板にボール整列用マスクを載置すると、プリント配線板の凹凸に沿って、ボール整列用マスクにも窪んだ部分ができる。２００μｍΦ未満の半田ボールを扱う際には、図１４（Ｂ）に示すように窪んだ部分ができたボール整列用マスク１１６上では、スキージ１２４が窪みに追従できずに半田ボール７８ｓを上から押すようになって潰してしまい、搬送できなくなる。この対策のためにスキージを柔らかい材質で構成したとしても、図１４（Ｃ）に示すように、スキージ１２４の先端部分が曲がり、その部分に半田ボール７８ｓが入り込み潰れてしまう。このようにスキージを用いる方法では、２００μｍΦ未満の半田ボールを接続パッド上に正常なボリュームで搭載することが困難になった。

本発明の目的は、直径２００μｍΦ未満の半田ボールを接続パッドへ確実に搭載することができる半田ボール搭載方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、
プリント配線板のソルダーレジスト層の開口から露出する電極に対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクを用い、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の電極に搭載するための半田ボール搭載方法であって、
ソルダーレジスト層の表面を平坦化し、
ボール整列用マスクの上方に、開口部を備える筒部材を位置させ、該筒部材で空気を吸引することで、当該筒部材直下のボール整列用マスク上に半田ボールを集合させ、
前記筒部材を水平方向に移動させることで、前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールをボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ搭載させることを技術的特徴とする。

請求項２の発明は、プリント配線板のソルダーレジスト層の開口から露出する電極に、半田バンプとなる半田ボールを搭載するための半田ボール搭載方法であって、
ソルダーレジスト層の表面を平坦化し、
平坦化されたソルダーレジスト層の上方に、開口部を備える筒部材を位置させ、該筒部材で空気を吸引することで、当該筒部材直下のソルダーレジスト層上に半田ボールを集合させ、
前記筒部材を水平方向に移動させることで、前記ソルダーレジスト層の上に集合させた半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ搭載させることを技術的特徴とする。

請求項１の半田ボール搭載装置によれば、ボール整列用マスクの上方に筒部材を位置させ、該筒部材の開口部から空気を吸引することで半田ボールを集合させ、筒部材を水平方向に送ることで、集合させた半田ボールをボール整列用マスクの上を移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させる。このため、微細な半田ボールを確実にプリント配線板の全ての接続パッドに搭載させることができる。また、半田ボールを非接触で移動させるため、スキージを用いる場合とは異なり、半田ボールに傷を付けることなく接続パッドに搭載でき、半田バンプの高さを均一にすることができる。また、非接触なため、半田ボールの凝集が起こり難いので、接続パッド上に確実に１個の半田ボールを搭載できる。

ここで、ビルドアップ多層配線板の様に、表面に起伏の多いプリント配線板でも、半硬化又は乾燥状態のソルダーレジスト層の表面を平坦部材で押圧して、当該表面を平坦化するため、プリント配線板上のボール整列用マスクの表面も平坦になるので半田ボールを、該ボール整列用マスク上を容易に移動することができる。このため、半田ボールを接続パッド上に１個の半田ボールを載置させることができる。

請求項２では、半硬化又は乾燥状態のソルダーレジスト層の表面を平坦部材で押圧して平坦化し、平坦化したソルダーレジスト層の上方に筒部材を位置させ筒部材の開口部から空気を吸引することで半田ボールを集合させ、筒部材を水平方向に送ることで、プリント配線板上を、半田ボールを移動させ、接続パッドに１個の半田ボールを載置させることができる。ボール整列用マスクを用いないため、プリント配線板側ソルダーレジスト層の開口が微細になっても、ボール整列用マスクの開口との位置ズレの問題を無くすことが可能となる。

先ず、本発明の実施例に係る半田ボール搭載方法及び搭載装置を用いて製造する多層プリント配線板１０の構成について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、該多層プリント配線板１０の断面図を、図９は、図８に示す多層プリント配線板１０にＩＣチップ９０を取り付け、ドータボード９４へ載置した状態を示している。図８に示すように多層プリント配線板１０では、コア基板３０の両面に導体回路３４が形成されている。コア基板３０の上面と裏面とはスルーホール３６を介して接続されている。

更に、コア基板３０の導体回路３４の上に層間樹脂絶縁層５０を介して導体回路層を形成する導体回路５８が形成されている。導体回路５８は、バイアホール６０を介して導体回路３４と接続されている。導体回路５８の上に層間樹脂絶縁層１５０を介して導体回路１５８が形成されている。導体回路１５８は、層間樹脂絶縁層１５０に形成されたバイアホール１６０を介して導体回路５８に接続されている。

バイアホール１６０、導体回路１５８の上層にはソルダーレジスト層７０が形成されており、該ソルダーレジスト層７０の開口７１にニッケルめっき層７２及び金めっき層７４を設けることで、接続パッド７５が形成されている。上面の接続パッド７５上には半田バンプ７８Ｕが、下面の接続パッド７５上にはＢＧＡ（ボールグリッドアレー）７８Ｄが形成されている。

図９中に示すように、多層プリント配線板１０の上面側の半田バンプ７８Ｕは、ＩＣチップ９０のランド９２へ接続される。一方、下側のＢＧＡ７８Ｄは、ドータボード９４のランド９６へ接続されている。

図１０（Ａ）は、多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａの平面図である。多層プリント配線板１０Ａは、マトリクス状に接続パッド７５が配列された接続パッド領域７５Ａを備える個々の多層プリント配線板１０を、図中の一点鎖線で切断することで切り分ける。図７は、多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａに半田バンプを形成する工程の説明図であり、図１０（Ａ）中のＹ１−Ｙ１断面図に相当する。ここで、接続パッド領域は、図１０（Ａ）中の７５Ａの領域であって、最外周に位置する接続パッドを含み、その面積が最小となる矩形領域を言う。なお、図１０（Ｂ）に示すように接続パッド７５が矩形状に配置されていない場合は、接続パッド領域は、最外周の接続パッドを含み接続パッド領域７５Aの矩形面積が最小となるように設定する。

図７（Ａ）に示す多層プリント配線板の製造方法について図５及び図６を参照して説明する。図５（Ａ）に示す多層プリント配線板３０の表面にソルダーレジスト層７０を設け、これを半硬化させる（図５（Ｂ））。このソルダーレジスト層７０には、多層プリント配線板３０の導体回路１５８に起因する凹凸（差分Ｘ１）が有る（図５（Ｂ）の一部を拡大して示す図１１参照）。そして、半硬化状態のソルダーレジスト層７０の両面にＰＥＴフィルム７３を貼り付け、ＰＥＴフィルム７３を介して圧力を加えてソルダーレジスト層７０の表面を平坦化する（図５（Ｃ））。その後、開口に対応する円パターン６９ａの描かれたフォトフィルム６９を密着させて載置し、紫外線で露光する（図６（Ａ））。その後、現像処理してから、８０℃で１時間、１２０℃で１時間、１５０℃で３時間の条件で加熱処理して、接続パッドの形成位置に対応した開口（開口径：１００μｍ）７１を有するソルダーレジスト層７０を形成する（図６（Ｂ））。開口７１内の接続パッド７５上に、ニッケルめっき膜７２及び金めっき膜７４を形成する（図６（Ｃ））。

図７（Ａ）に示すように表面のソルダーレジスト層７０の開口７１に接続パッド７５を形成した多層プリント配線板１０Ａの表面にフラックス８０を印刷する。図７（Ｂ）に示すように多層プリント配線板１０Ａの上側の接続パッド７５上に後述する半田ボール搭載装置を用いて微少な半田ボール７８ｓ（例えば日立金属社製、タムラ社製、直径４０μｍΦ以上、２００μｍΦ未満）を搭載する。ファイン化対応のため直径２００μｍΦ未満の半田ボールが望ましい。直径４０μｍΦ未満では半田ボールが軽すぎるため接続パッド上に落下しない。一方、直径２００μｍΦ以上になると逆に重すぎるため筒部材内に半田ボールを集合させることができず、半田ボールが載っていない接続パッドが存在するようになる。本発明では、直径４０μｍΦ〜直径２００μｍΦ未満の半田ボールを使う意義が高い。この範囲ではファイン化に有利である。また、吸着ヘッドで半田ボールを吸着して接続パッド上に半田ボールを搭載する方法では、半田ボールが小さいので吸着するのが困難になるため、実施例の方法の優位性が明らかになる。

その後、図７（Ｃ）に示すように多層プリント配線板１０Ａの下側の接続パッド７５上に、従来技術（例えば、特許１９７５４２９号）に係る吸着ヘッドで通常径（直径２５０μｍΦ）の半田ボール７８Ｌを吸着して載置する。その後、リフロー炉で過熱し、図８に示すように多層プリント配線板１０Ａの上側に６０μｍ以上２００μｍ未満のピッチで半田バンプ７８Ｕを、例えば２０００〜３００００個、下側に２mmピッチでＢＧＡ７８Ｄを、例えば２５０個形成する。６０μｍピッチ未満となると、そのピッチに適した半田ボールを製造するのが困難になる。２００μｍピッチ以上になると、本方法においても何ら問題なく製造できるが、従来技術の方法でも製造可能である。更に、図９に示すように、多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａを個片の多層プリント配線板１０に切り分けてから、リフローにより半田バンプ７８Ｕを介してＩＣチップ９０を搭載させた後、ＩＣチップ９０を搭載した多層プリント配線板１０を、ＢＧＡ７８Ｄを介してドータボード９４へ取り付ける。

図７（Ｂ）を参照して上述した多層プリント配線板の接続パッド上に微少（直径２００μｍΦ未満）な半田ボール７８ｓを搭載する半田ボール搭載装置について、図１を参照して説明する。
図１（Ａ）は、本発明の一実施例に係る半田ボール搭載装置の構成を示す構成図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の半田ボール搭載装置を矢印Ｂ側から見た矢視図である。

半田ボール搭載装置２０は、多層プリント配線板１０Ａを位置決め保持するＸＹθ吸引テーブル１４と、該ＸＹθ吸引テーブル１４を昇降する上下移動軸１２と、多層プリント配線板の接続パッド７５に対応する開口を備えるボール整列用マスク１６と、ボール整列用マスク１６上を移動する半田ボールを誘導する搭載筒（筒部材）２４と、搭載筒２４に負圧を与える吸引ボックス２６と、余剰の半田ボールを回収するための吸着ボール除去筒６１と、該吸着ボール除去筒６１に負圧を与える吸引ボックス６６と、回収した半田ボールを保持する吸着ボール除去吸引装置６８と、ボール整列用マスク１６をクランプするマスククランプ４４と、搭載筒２４及び吸着ボール除去筒６１をＸ方向へ送るＸ方向移動軸４０と、Ｘ方向移動軸４０を支持する移動軸支持ガイド４２と、多層プリント配線板１０Ａを撮像するためのアライメントカメラ４６と、搭載筒２４下にある半田ボールの残量を検出する残量検出センサ１８と、残量検出センサ１８により検出された残量に基づき半田ボールを搭載筒２４側へ供給する半田ボール供給装置２２と、を備える。図１に示す半田ボール搭載装置２０では、搭載筒２４及び吸着ボール除去筒６１をＸ方向へ送るＸ方向移動軸４０のみ示したが、Ｙ方向へ送る移動機構を備えることも可能である。

図１０（Ａ）の平面図に示すように多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａの上に、半田ボール搭載装置２０の搭載筒２４及び吸着ボール除去筒６１は、個々の接続パッド領域７５Ａに対応させてＹ方向へ複数並べてある。なお、ここでは、１の接続パッド領域７５Ａに１の搭載筒２４を対応させたが、搭載筒２４を複数の接続パッド領域７５Ａに対応した大きさにしてもよい。ここで、Ｙ方向は便宜的であり、Ｘ方向に並べても良い。ＸＹθ吸引テーブル１４は、半田ボールの搭載される多層プリント配線板１０Ａを位置決め、吸着、保持、補正する。アライメントカメラ４６は、ＸＹθ吸引テーブル１４上の多層プリント配線板１０Ａのアライメントマークを検出し、検出された位置に基づき、多層プリント配線板１０Ａとボール整列用マスク１６との位置が調整される。残量検出センサ１８は光学的な手法により半田ボールの残量を検出する。

引き続き、半田ボール搭載装置２０による半田ボールの搭載工程について図２〜図４を参照して説明する。
（１）多層プリント配線板の位置認識、補正
図２（Ａ）に示すように多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａのアライメントマーク３４Ｍをアライメントカメラ４６により認識し、ボール整列用マスク１６に対して多層プリント配線板１０Ａの位置をＸＹθ吸引テーブル１４によって補正する。即ち、ボール整列用マスク１６の開口１６ａがそれぞれ多層プリント配線板１０Ａの接続パッド７５に対応するように位置調整する。

（２）半田ボール供給
図２（Ｂ）に示すように半田ボール供給装置２２から半田ボール７８ｓを搭載筒２４側へ定量供給する。なお、予め搭載筒内に供給しておいても良い。

（３）半田ボール搭載
図３（Ａ）に示すように、ボール整列用マスク１６の上方に、該ボール整列用マスクとの所定のクリアランス（例えば、ボール径の０．５〜４倍）を保ち搭載筒２４を位置させ、吸引部２４ｂから空気を吸引することで、搭載筒とプリント配線板間の隙間の流速を５m/sec〜３５m/secにして、当該搭載筒２４の開口部２４Ａ直下のボール整列用マスク１６上に半田ボール７８ｓを集合させた。

その後、図３（Ｂ）、図４（Ａ）及び図１０（Ａ）に示すように、図１（Ｂ）及び図１（Ａ）に示す多層プリント配線板１０ＡのＹ軸沿って並べられた搭載筒２４を、Ｘ方向移動軸４０を介してＸ軸に沿って水平方向へ送る。これにより、ボール整列用マスク１６の上に集合させた半田ボール７８ｓを搭載筒２４の移送に伴い移動させ、ボール整列用マスク１６の開口１６ａを介して、半田ボール７８ｓを多層プリント配線板１０Ａの接続パッド７５へ落下、搭載させて行く。これにより、半田ボール７８ｓが多層プリント配線板１０Ａ側の全接続パッド上に順次整列される。

（４）付着半田ボール除去
図４（Ｂ）に示すように、搭載筒２４により余剰の半田ボール７８ｓをボール整列用マスク１６上に開口１６ａの無い位置まで誘導した後、吸着ボール除去筒６１により吸引除去する。

（５）基板取り出し
ＸＹθ吸引テーブル１４から多層プリント配線板１０Ａを取り外す。

本実施例の半田ボール搭載方法、半田ボール搭載装置２０によれば、ボール整列用マスク１６の上方に搭載筒２４を位置させ、該搭載筒２４の吸引部２４Ｂ（図２（Ｂ）参照）から空気を吸引することで半田ボール７８ｓを集合させ、搭載筒２４を水平方向に移送させることで、集合させた半田ボール７８ｓをボール整列用マスク１６の上を移動させ、ボール整列用マスク１６の開口１６ａを介して、半田ボール７８ｓを多層プリント配線板１０Ａの接続パッド７５へ落下させる。このため、微細な半田ボール７８ｓを確実に多層プリント配線板１０Ａの全ての接続パッド７５に搭載させることができる。また、半田ボール７８ｓを非接触で移動させるため、スキージを用いる場合とは異なり、半田ボールを傷を付けることなく接続パッド７５に搭載でき、半田バンプ７８Ｕの高さを均一にすることができる。このため、ＩＣ等の電子部品の実装性、実装後のヒートサイクル試験、高温・高湿試験等の耐環境試験に優れる。また、微少な半田ボールを確実に接続パッド上に載置することができるので、接続パッドピッチが６０〜１５０μｍピッチでソルダーレジストの開口径が４０〜１００μｍのプリント配線板においても全てのバンプにおいてバンプ高さが安定した半田バンプとすることができる。

特に、ビルドアップ多層配線板の様に、表面に起伏の多いプリント配線板でも、半硬化又は乾燥状態のソルダーレジスト層の表面をＰＥＴフィルム等の平坦部材で押圧して平坦化するため、プリント配線板上のボール整列用マスクの表面も平坦になり、該ボール整列用マスク上を移動させて半田ボールを接続パッドに適切に載置させることができる。

更に、吸引力により半田ボールを誘導するため、半田ボールの凝集、付着を防止することができる。更に、搭載筒２４の数を調整することで、種々の大きさのワーク（ワークシートサイズの多層プリント配線板）に対応することができるので、多品種、少量生産にも柔軟に適用することが可能である。

本実施例の半田ボール搭載装置では、図１（Ｂ）に示すように搭載筒２４をワーク（ワークシートサイズの多層プリント配線板）の幅に対応させてＹ方向へ複数並べてあるため、複数の搭載筒２４を、列方向に対して垂直方向（Ｘ方向）へ送るだけで、半田ボールを確実に多層プリント配線板１０Ａの全ての接続パッド７５に搭載させることができる。

更に、吸着ボール除去筒６１によりボール整列用マスク１６上に残った半田ボール７８ｓを回収できるので、余剰の半田ボールが残り、故障等の障害の原因となることがない。

[実施例１]
（１）プリント配線板の作製
出発材料として両面銅張積層板（例えば、日立化成工業株式会社製ＭＣＬ−Ｅ−６７）を用い、この基板に周知の方法でスルーホール導体及び導体回路を形成した。その後、周知の方法（例えば、２０００年６月２０日日刊工業新聞社発行の「ビルドアップ多層プリント配線板」（高木清著）で層間絶縁層と導体回路層とを交互に積層し、最外層の導体回路層において、ＩＣへ電気的に接続するための接続パッド群を形成した。ここで、バイアホールからなる接続パッド（バイアホールの直上に半田バンプを形成）は、フィルドビアとし、その凹み量、凸量（図１５参照）は、導体回路１５８の導体厚さに対し、−５〜５μｍの範囲が望ましい。フィルドビアの凹み量が５μｍを越える（−５μｍ）と、半田ボールとフィルドビアからなる接続パッドの接点が少なくなるので、半田バンプとするとき濡れ性が悪くなり、半田内にボイドを巻き込んだり、未搭載（ミッシングバンプ）になりやすい。一方、５μｍを越えると導体回路１５８の厚みが厚くなるので、ファイン化に向かない。また、後述する平坦化も難しくなる。接続パッド群は、１２０μｍΦ、導体厚：１５μｍ〜２０μｍの接続パッドを接続パッド領域（７０mm² :１０mm×７mm）内に２０００個形成し、その大半が１５０μｍピッチで格子状に配置されている。

接続パッドを形成した面にスクリーン印刷法により市販のソルダーレジストインクを下記の印刷条件で印刷により形成した。
ソルダーレジストインク：ＲＰＺ−１（日立化成工業社製）
スクリーン版：ポリエステル繊維製
スキージ速度：１００〜２００mm／秒
その後、５０度で１０分乾燥したのち、もう一方の面にも同条件でソルダーレジストインクを印刷し、６０〜７０度で２０〜２５分乾燥して半硬化状態のソルダーレジスト層を形成した。その後、接続パッド領域の一部の凹凸を表面粗さ計（例えば、東京精密機器社製「SURFCOM480A」、ビーコ社製WYKO「NT2000」）で測定した（測定数は５）。
「凹凸測定部と凹凸量：接続パッド上ソルダーレジスト層表面の高さと隣接する非接続パッド部（導体回路の無い部分）ソルダーレジスト層表面高さの界面を測定し（図５（Ｂ）、及び図５（Ｂ）の測定部を拡大して示す図１１参照）、その高さ差を凹凸量（図中Ｘ１）とする」。図表中には測定値の最小値（min）と最大値（max）を示す。

次いで、ソルダーレジスト層の両面にＰＥＴフィルムを貼付し、ＰＥＴフィルムを介してソルダーレジスト層に圧力をかけてソルダーレジスト表面を平坦化した。その際の条件は、プレス温度：３０〜１００℃、プレス圧：１．０〜１０ＭＰａ、プレス時間：２０秒〜５分が望ましい。３０℃未満だと、ソルダーレジストが硬いので平坦化が困難となる。一方、１００℃を越えると、軟化し過ぎ、プレスすると、ソルダーレジストの厚みが薄くなり過ぎる。プレス圧が１．０ＭＰａ未満だと平坦化が難しく、１０ＭＰａを越えると、ソルダーレジストの厚みの維持と、平坦化の両立が難しい。プレス時間が２０秒未満であると、平坦化が難しく、５分を超えるとソルダーレジストの厚みが薄くなる。本実施形態では、プレス温度：８０℃、プレス圧：５ＭＰａ、プレス時間：２分で行った。その後のソルダーレジスト表面の形状を図５（Ｃ）に示す。凹凸量の測定点は図５（Ｂ）と同点である。ソルダーレジスト層の平坦化した表面に対して、円パターン（マスクパターン）が描画された厚さ５mmのフォトマスクフイルム（図示せず）を密着させて載置し、１０００ｍｊ／ｃｍ^２の紫外線で露光し、炭酸ナトリウムで現像処理した。そしてさらに、８０℃で１時間、１２０℃で１時間、１５０℃で３時間の条件で加熱処理して、接続パッドの形成位置に対応した開口（開口径：１００μｍΦ）を有する硬化状態のソルダーレジスト層を形成した。

（２）半田ボール搭載
（１）で作製したプリント配線板の表面（ＩＣ実装面）に市販のロジン系フラックスを塗布した。その後上述した本願発明の半田ボール搭載装置の吸着テーブルに搭載し、プリント配線板およびボール整列用マスクのアライメントマークをＣＣＤカメラを用いて認識し、プリント配線板とボール整列用マスクを位置合わせした。ここで、ボール整列用マスクは、プリント配線板の接続パッドに対応した位置に１１０μｍΦの開口を有するＮｉ製のメタルマスクを用いた。メタルマスクの厚みは、半田ボールの１／４〜３／４が好ましい。ここでは、Ｎｉ製のメタルマスクを用いたが、ＳＵＳ製やポリイミド製のボール整列用マスクを用いることも可能である。尚、ボール整列用マスクに形成する開口径は、使用するボールの径に対して１．１〜１．５倍が好ましい。次に、接続パッド領域に対応した大きさ（接続パッドが形成されている領域に対して１．１〜４倍）で、高さ２００mmのＳＵＳ製の搭載筒を半田ボール径の０．５〜４倍のクリアランスを保ってメタルマスク（ボール整列用マスク）上に位置させ、その周囲近辺のボール整列用マスク上にボール直径８０μｍΦのＳｎ６３Ｐｂ３７半田ボール（日立金属社製）を載せた。実施例では、半田ボールにＳｎ／Ｐｂ半田を用いたが、ＳｎとＡｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｚｎ等の群から選ばれるＰｂフリー半田であってもよい。

そして、搭載筒上部の吸引部（５〜２０mmΦ）２４Ｂ（図２（Ｂ）参照）より空気を吸引し、半田ボールを搭載筒内のボール整列用マスク上に集合させた。

その後、搭載筒を移動速度２０mm／secで送って半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口部から半田ボールを落下させて接続パッド上に半田ボールを搭載した。実施例１では、搭載筒２４がＳＵＳステンレス、Ｎｉ、Ｃｕ等の導電性金属で構成され、半田ボール搭載装置２０側にアースされている。次に、ボール整列用マスクの余分な半田ボールを除去したのち、半田ボール整列用マスクとプリント配線板を半田ボール搭載装置から別個に取り外した。最後に、前記で作製したプリント配線板を２３０度に設定してあるリフローに投入して半田ボール付きプリント配線板とした。

半田バンプとしたのち、半田バンプを介してＩＣチップを実装し、その後、ＩＣチップとソルダーレジスト間に市販のアンダーフィル剤を充填し硬化し、ＩＣ搭載プリント配線板とした。

[実施例２]
実施例２では、実施例１において、接続パッド数を２０００から４０００、電子部品搭載エリア（接続パッド領域）面積を７０mm^２から１３０mm^２に変更した。

[実施例３]
実施例３では、実施例１において、接続パッド数を２０００から１００００、電子部品搭載エリア面積を７０mm^２から３１０mm^２に変更した。

[実施例４]
実施例４では、実施例１において、接続パッド数を２０００から３００００、電子部品搭載エリア面積を７０mm^２から１２００mm^２に変更した。

[実施例５〜８]
実施例５〜８では、実施例１〜４において、ソルダーレジストの平坦化条件を圧力５Ｍｐａ、時間２分、温度６０度に変更した。

[実施例９〜１２]
実施例９〜１２では、実施例１〜４において、ソルダーレジストの平坦化条件を圧力３Ｍｐａ、時間２分、温度８０度に変更した。

[実施例１３〜１６]
実施例１３〜１６では、実施例１〜４において、ソルダーレジストの平坦化条件を圧力１Ｍｐａ、時間２分、温度８０度に変更した。

[実施例１７]
実施例１７は、実施例１と同様であるが、ソルダーレジスト厚さを２５μｍとし、８０μｍΦの半田ボールを用いた。そして、ボール整列用マスクを用いることなく半田ボールをプリント配線板上に直接移動させて搭載した。即ち、図１２（Ａ）に示すプリント配線板の開口７１内にフラックス８０を充填し、図１２（Ｂ）に示すように、プリント配線板１０Ａの上に搭載筒２４を移送させ、半田ボール７８ｓを開口７１内に搭載した。

[比較例１〜４]
比較例１〜４では、実施例１〜４において、ソルダーレジストの平坦化を行わなかった。

[比較例５]
比較例５では、実施例１において、半田ボールの代わりに半田ペーストを用いて半田バンプを形成した。

（評価試験）
１：異常バンプの観察
半田バンプ形成後、１０倍の顕微鏡で半田バンプの大きさを全半田バンプ観察した。その結果、２個以上の半田ボールからなる異常バンプの有無を観察した。全半田バンプ中、異常バンプが１バンプあっても×とした。全バンプとも、１個の半田ボールからなる半田バンプであった場合を○とした。

２：ＨＡＳＴ試験
実施例１〜１７、比較例１〜４に従って製造したＩＣ搭載プリント配線板について、独立したバンプ間に電圧をかけながらＨＡＳＴ試験（高温・高湿・バイアス試験：８５℃×８５％／３．３Ｖ）に投入した。５０時間、１００時間、１５０時間後に、電圧を印加してあったバンプ間の絶縁抵抗を測定した。測定結果が１０の７乗Ω以上であれば合格（○）、未満であれば不良（×）である。なお、５０時間のＨＡＳＴ試験に耐えれば、実用上要求される性能を備えるが、１００時間耐え得ることがより望ましい。

３：ヒートサイクル試験
実施例１〜１７、比較例１〜４に従って製造したＩＣ搭載プリント配線板について、−５５℃×５分⇔１２５℃×５分のヒートサイクル試験を、５００回、１０００回、１５００回行い、ＩＣ搭載プリント配線板の裏面（ＩＣ実装面とは反対面）からＩＣを介して再びＩＣ搭載プリント配線板の裏面に繋がっている特定回路の接続抵抗の変化量を測定し、接続信頼性を調べた。なお、接続抵抗の変化量は、（（ヒートサイクル後の接続抵抗値−初期値の接続抵抗値）／初期値の接続抵抗値）×１００で表され、その値が±１０％以内なら合格（○）、それ以外を不良（×）とした。なお、５００回のヒートサイクル試験に耐えれば、実用上要求される性能を備えるが、１０００回耐え得ることがより望ましい。

評価試験から、プリント配線板を平坦化することで、異常バンプの発生を防げる。更に、ＨＡＳＴ試験、ヒートサイクル試験での成績を改善できることが明らかになった。上述した凹凸量は、０．３〜６．５μｍが望ましく、さらに０．８〜５μｍが望ましく、特に０．８〜３μｍが好ましい。凹凸量は実施例に限らず、上述したプレス圧力、プレス温度、プレス時間の範囲内で組み合わせることで、上記実施例以外の組み合わせでも実現可能である。０．３μｍ未満では半田ボール搭載に関しては問題が無いが、ＩＣとソルダーレジスト間に充填されるアンダーフィルとの密着力が低下し、接続信頼性や絶縁信頼性が低下すると推測している。一方、７．０μｍを超えると、ソルダーレジスト表面にボール整列用マスクが追従せず、接続パッド表面からボール整列用マスクの開口部の表面（接続パッド表面から遠い側）までの距離のバラツキが大きくなるので、距離が大きな接続パッドでは２個以上の半田ボールが搭載される。そのため異常バンプが生じ、接続パッド間で絶縁抵抗が低下してしまうと推測される。また、半田バンプに高いバンプと低いバンプとが共存すると、低いバンプにＩＣとプリント配線板の熱膨張係数差に起因する応力が集中するため、接続信頼性が低下すると考えている。

ソルダーレジストの平坦化方法としては、（１）ソルダーレジスト組成物を塗布後、それを乾燥または硬化する前（半硬化状態を含む）にソルダーレジスト層表面をスキージ、ブレード、ロールコ一ター、へら等でならすことにより行われるか、あるいは、（２）ソルダーレジスト組成物を塗布または貼り付けた後、それを乾燥または硬化した後（半硬化状態を含む）にソルダーレジスト層表面をプレス、または研削、研磨することによって行われるのが望ましい。

特に、上記（２）において、乾燥または硬化した後（半硬化）に、例えばＰＥＴ等の樹脂フィルムを貼り付けた後に、樹脂フィルム上からプレスすることで平坦化することが望ましい。プレス条件は、プレス温度：３０〜１００度、プレス圧：１．０〜１０ＭＰａ、時間：２０ｓｅｃ〜３ｍｉｎの範囲内で行うのが好ましい。平坦化することで、ＩＣとソルダーレジスト間の間隔のバラツキが小さくなるので、アンダーフィルの充填性も良くなり、アンダーフィルないのボイドも減少する。

ソルダーレジストは、市販品を使用することができ、例えば、日立化成工業社製：ＲＰＺ−１、アサヒ化学研究所社製：ＤＰＲ−８０５ＧＴ７、太陽インキ製造社製：ＰＳＲ−４０００シリーズを使用できる。

実施例１と比較例５の半田バンプの高さ（ソルダーレジストから突出している高さ）をビーコ社製WYKO「NT2000」で５００測定し、そのバラツキ（σ）を算出した。その結果は以下の通りであった。
σ
実施例１１．２６
比較例５２．８４

また、実施例１と比較例５のプリント配線板にＩＣを実装し、ＩＣとプリント配線板間にアンダーフィルを充填してＩＣ搭載プリント配線板とした。その後、ＩＣ搭載プリント配線板の裏面（ＩＣ実装面とは反対側）からＩＣを介して再びＩＣ搭載プリント配線板の裏面に繋がっている特定回路の接続抵抗を測定し初期値とした。初期値測定後、８５℃×８０％の雰囲気中に１５hr放置したのち、−５５℃×５分⇔１２５℃×５分を１サイクルとするヒートサイクル試験を１０００回継続して行い、再度接続抵抗を測定して接続信頼性を調べた。なお、接続抵抗の変化量は、（（ヒートサイクル後の接続抵抗値−初期値の接続抵抗値）／初期値の接続抵抗値）×１００で表され、その値が±１０％以内なら合格、それを越えると不良である。結果は、実施例１が「合格」、比較例５が「不良」であった。

図１（Ａ）は、本発明の一実施例に係る半田ボール搭載装置の構成を示す構成図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の半田ボール搭載装置を矢印Ｂ側から見た矢視図である。図２（Ａ）は多層プリント配線板の位置決めの説明図であり、図２（Ｂ）は搭載筒への半田ボールの供給の説明図である。図３（Ａ）は搭載筒による半田ボールの集合の説明図であり、図３（Ｂ）は搭載筒による半田ボールの集合、誘導の説明図である。図４（Ａ）は半田ボールの接続パッドへの落下の説明図であり、図Ｂ（Ｂ）は吸着ボール除去筒による半田ボールの除去の説明図である。図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）は多層プリント配線板の製造工程の説明図である。図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は多層プリント配線板の製造工程の説明図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）は多層プリント配線板の製造工程の説明図である。多層プリント配線板の断面図である。図８に示す多層プリント配線板にＩＣチップを取り付け、ドータボードへ載置した状態を示す断面図である。図１０（Ａ）は多数個取り用の多層プリント配線板の平面図であり、図１０（Ｂ）は接続パッド領域の別例の平面図である。図５（Ｂ）中の多層プリント配線板を拡大して示す断面図である。図１２（Ａ）は、実施例１７のプリント配線板の断面図であり、図１２（Ｂ）は、該プリント配線板への半田ボールの搭載の説明図である。実施例及び比較例の評価結果を示す図表である。図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）は、従来技術のボール整列用マスクを用いる半田ボールの搭載を示す模式図である。フィルドビアの凹凸量の説明図である。

符号の説明

１０プリント配線板
１６ボール整列用マスク
１６ａ開口
２０半田ボール搭載装置
２２半田ボール供給装置
２４搭載筒（筒部材）
２４Ａ開口部
４２移動軸支持ガイド
６１吸着ボール除去筒
６８吸着ボール除去吸引装置
７３ＰＥＴフィルム
７５接続パッド
７５Ａ接続パッド領域
７８ｓ半田ボール
７８Ｇ半田ボール群

Claims

プリント配線板のソルダーレジスト層の開口から露出する電極に対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクを用い、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の電極に搭載するための半田ボール搭載方法であって、
ソルダーレジスト層の表面を平坦化し、
ボール整列用マスクの上方に、開口部を備える筒部材を位置させ、該筒部材で空気を吸引することで、当該筒部材直下のボール整列用マスク上に半田ボールを集合させ、
前記筒部材を水平方向に移動させることで、前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールをボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ搭載させることを特徴とする半田ボール搭載方法。
プリント配線板のソルダーレジスト層の開口から露出する電極に、半田バンプとなる半田ボールを搭載するための半田ボール搭載方法であって、
ソルダーレジスト層の表面を平坦化し、
平坦化されたソルダーレジスト層の上方に、開口部を備える筒部材を位置させ、該筒部材で空気を吸引することで、当該筒部材直下のソルダーレジスト層上に半田ボールを集合させ、
前記筒部材を水平方向に移動させることで、前記ソルダーレジスト層の上に集合させた半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ搭載させることを特徴とする半田ボール搭載方法。
前記ソルダーレジスト層の表面の平坦化は、半硬化又は乾燥状態のソルダーレジスト層を平坦部材で押圧して行うことを特徴とする請求項１又は請求項２の半田ボール搭載方法。