JP4214945B2 - 積層基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、小型化が要求される携帯用電子機器等に用いる積層基板の製造方法に関するものである。

以下、従来の積層基板の製造方法について図面を用いて説明する。図２４は、従来の積層基板の製造フローチャートであり、図２５から図２９は、従来の積層基板製造工程における各工程の詳細図である。

図２４において、従来の積層基板の製造方法は、基板１にクリームはんだ２を印刷するクリームはんだ印刷工程３と、このクリームはんだ印刷工程３の後で電子部品４を装着する装着工程５と、この装着工程５の後に設けられたリフロー工程６と、このリフロー工程６の後で半導体素子７を装着する半導体装着工程８と、この半導体装着工程８の後で中間材９を注入する中間材注入工程１０と、この中間材注入工程１０の後に設けられた乾燥工程１１と、この乾燥工程１１の後でプリプレグ１２を積層するプリプレグ積層工程１３と、このプリプレグ積層工程１３の後に設けられた加熱・圧着工程１４とを有していた。

では、これらの工程について、図面を用いて詳細に説明する。図２５は、従来の積層基板の製造方法の装着工程５における装着手段の断面図である。図２５に示すように、基板１の上面に形成された接続パターン２１上にクリームはんだ２をスクリーン印刷で印刷していた。そして、このクリームはんだ２上に電子部品４を装着し、リフロー工程６で加熱することで、電子部品４を基板１へ接続していた。

図２６は、従来の半導体素子の装着工程であり、この半導体装着工程８では、半導体素子７が基板１上へ装着される。図２７は、従来の積層基板の製造方法の中間材注入工程における中間材注入手段の断面図である。図２６に示すように半導体装着工程８で、電子部品４が接続された基板１へ半導体素子７を装着し、中間材注入工程１０では、半導体素子７と基板１との間とを接続するとともに、半導体素子７と基板１間の隙間３１を埋めるために、ディスペンサ３２などで半導体素子７と基板１との間に中間材３３を注入していた。また、電子部品４と基板１との間にも中間材を注入する場合もあった。そして、乾燥工程１１でこれらの中間材３３を乾燥させることによって、半導体素子７に形成されたバンプ３４と半導体素子接続パターン２１ａとを電気的、機械的に接続していた。

次に、プリプレグ積層工程１３では、乾燥工程１１で半導体素子７が固定された基板１上に、熱硬化樹脂製のプリプレグ４１と銅箔４２とを積層する。なお、このプリプレグ４１には、電子部品４に対応する位置に設けた孔４３と、半導体素子７に対応する位置に設けた孔４４とを有している。

図２８は、従来の積層基板の製造方法の加熱・圧着工程における加熱・圧着手段の断面図である。図２８に示すように、加熱・圧着工程１４では、プラテン４５間に基板１とプリプレグ４１とを挟み、略一定の傾斜で加熱するとともに略一定の速度で圧縮していた。これによって、プリプレグ４１を軟化、溶融させて、プリプレグ中の樹脂を孔４３や孔４４へ流入させていた。

なお、従来の積層基板の製造方法においては、プラテン４５の温度を、略一定の傾きで増加させ、約１７５℃から１８０℃の温度で約９０分から１２０分程度の時間保持する。このプラテン４５の温度が略安定した後に、プラテン４５に約２ＭＰａの圧力を加えることで、プラテン４５が略一定の速度でプリプレグ４１を圧縮する。そして、プリプレグ４１が規定の厚みとなったところでプラテン４５の移動を止めるものであった。なお、熱硬化性樹脂製であるプリプレグ４１は、８５℃までの間は、板状体であり、１１０℃から１５０℃までの温度範囲で流動可能となり、１５０℃以上の温度範囲では硬化する。

図２９は、従来の積層基板の製造方法によって製造された積層基板の断面図である。以上のような工程によって、プラテン４５でプリプレグ４１を加熱しながら圧縮することで、プリプレグ４１を孔４３や孔４４へ流入させ、さらに樹脂が硬化する温度まで上昇させることによって得ていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１や特許文献２あるいは特許文献３などが知られている。
特開２００２−９３９５７号公報 特開２００３−２８９１２８号公報 特開２００３−８６９４９号公報

しかしながらこのような従来の積層基板の製造方法では、基板上に樹脂シートを積層して樹脂シートと基板とを一体化する工程の前に、予め基板と電子部品との間の隙間に中間材などを埋めていた。従って、中間材を充填し、乾燥する工程が必要となるという問題を有していた。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、予め電子部品と基板との間の隙間に、中間材などを充填することなく、樹脂シートと基板との一体化工程で同時に隙間へ樹脂を確実に充填することができる積層基板の製造方法を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために本発明の積層基板の製造方法における一体化工程は、前記樹脂を軟化させる加熱工程と、この加熱工程の後で前記シートを圧縮し、前記電子部品と前記基板との間に形成される隙間へ前記樹脂を第１の圧力で強制的に流動させる強制流入工程と、この強制流入工程の後で前記樹脂硬化させる硬化工程とを有し、前記強制流入工程と前記硬化工程の間には圧縮圧力緩和工程を設け、前記強制流入工程では前記シートを秒速３００ｍｍ以上の速度で圧縮するとともに、前記圧縮圧力緩和工程では、前記強制流入工程の圧縮による前記樹脂の衝突によって前記電子部品へ加わる力を緩和するために、前記第１の圧力からこの第１の圧力より小さな第２の圧力へと圧縮圧力を変化させるものである。

これによって予め電子部品と基板との間の隙間に、中間材などを充填しなくとも信頼性の高い積層基板を実現することができる。

以上のように本発明によれば、一体化工程は、前記樹脂を軟化させる加熱工程と、この加熱工程の後で前記シートを圧縮し、前記電子部品と前記基板との間に形成される隙間へ前記樹脂を第１の圧力で強制的に流動させる強制流入工程と、この強制流入工程の後で前記樹脂硬化させる硬化工程とを有し、前記強制流入工程と前記硬化工程の間には圧縮圧力緩和工程を設け、前記強制流入工程では前記シートを秒速３００ｍｍ以上の速度で圧縮するとともに、前記圧縮圧力緩和工程では、前記強制流入工程の圧縮による前記樹脂の衝突によって前記電子部品へ加わる力を緩和するために、前記第１の圧力からこの第１の圧力より小さな第２の圧力へと圧縮圧力を変化させるものである。これにより、強制流入工程の後に圧縮圧力緩和工程を有しているので、隙間へ流入した樹脂の衝突による力を小さくできる。これによって、電子部品と基板との間に流れ込む樹脂による衝突力を小さくでき、電子部品と基板とを接続する接続固定材に加わる応力を小さくできる。従って、この接続固定材の破壊などが発生し難くなり、電子部品と基板との間の接続信頼性を高くでき、予め電子部品と基板との間の隙間に、中間材などを充填しなくとも信頼性の高い積層基板を実現することができる積層基板の製造方法を提供することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における積層基板の製造方法のフローチャートであり、図２は、同積層基板の断面図であり、図３から図１８は、本実施の形態１における積層基板の製造方法の各工程の詳細図である。なお、図１から図１８において、従来と同じものは同じ番号とし、その説明は簡略化してある。

まず図２を用いて本実施の形態１における積層基板の構成を説明する。図２において、１０１は熱硬化性の樹脂基板であり多層に形成されている。そして、この層内はインナービア（図示せず）で各層の上面と下面が接続されている。また、各層の上面には銅箔パターン（図示せず）が敷設され、各電子回路を形成している。

そして、この基板１０１の上面には、ランドパターン１０４ａ，１０４ｂが形成されており、この基板１０１の上面に載置された半導体素子（電子部品の一例として用いた）１０５とランドパターン１０４ａの間ははんだバンプ１０２で接続され、一方抵抗（電子部品の一例として用いた）１０６とランドパターン１０４ｂとの間は、はんだ（接続固定材の一例として用いた）１０７で接続されている。

なお、このはんだ１０７には、錫・銀・銅系を用いた鉛フリーはんだを用いている。これは有害な物質を含まず、環境へ悪影響を与えないためである。また、このはんだ１０７の代わりに、熱硬化性を有する導電性接着剤を用いることもできる。導電性接着剤を用いると、この導電性接着剤ははんだより溶融温度が高いので、例えば、近傍ではんだ接続等をして高温環境にしても半導体素子１０５や抵抗１０６が基板１０１から外れることはない。

１０８は、基板１０１と銅箔パターン１０９との間に挟まれた熱硬化性の樹脂であり、半導体素子１０５や抵抗１０６の外周を隙間がないように覆っている。

次に、本実施の形態１における積層基板の製造方法における各工程について、図１に示す工程の順に図３から図１８を用いて説明する。図１は本実施の形態１における積層基板の製造フローチャートであり、図３は、フラックス塗布工程における積層基板の断面図である。図１、図３において、１１１は、フラックス塗布工程である。このフラックス塗布工程１１１では、半導体素子１０５（図５に示す）を装着するためのランドパターン１０４ａ上に、メタルスクリーン（図示せず）によってフラックス１１２を印刷する。

図４は、本実施の形態１におけるクリームはんだ印刷工程における積層基板の断面図である。図１、図４において、１１３は、フラックス塗布工程１１１の後に設けられたクリームはんだ印刷工程である。このクリームはんだ印刷工程１１３では、抵抗１０６（図５に示す）を装着するためのランドパターン１０４ｂ上にスクリーン１３１を用いて、クリームはんだ２（接続固定材の一例として用いた）を印刷する。なお、このスクリーンはステンレス製のメタルスクリーンを用い、このスクリーン１３１には、フラックス１１２が塗布された位置に凹部１２６を形成してある。そしてこの凹部１２６は、クリームはんだ２印刷時に、フラックス１１２がスクリーン１３１に付着することを防ぐものである。

図５は、本実施の形態１の電子部品装着工程における積層基板の断面図である。図１、図５において、１１４はクリームはんだ印刷工程の後に設けられた電子部品装着工程であり、この電子部品装着工程１１４では、半導体素子１０５や抵抗１０６などが、自動実装機によって基板１０１の所定位置に装着される。なお、この半導体素子１０５の下面１０５ａ側には、複数のはんだバンプ１０２が形成されているものを用いる。

図６は、本実施の形態１のリフロー工程における積層基板の断面図である。図１、図６において、１１５は電子部品装着工程の後に設けられたリフロー工程であり、このリフロー工程１１５では、クリームはんだ２を融点温度よりも高くすることによって、クリームはんだ２を溶融させて、抵抗１０６とランドパターン１０４ｂ、半導体素子１０５のバンプ１０２とランドパターン１０４ａとをはんだ付け固定している。なお、本実施の形態１においては、このリフロー工程１１５は窒素雰囲気で行っている。これによって、基板１０１の表面の酸化を抑えることができ、基板１０１とプリプレグとの密着性を良くしている。

なお、このリフロー工程１１５の後に洗浄工程（図示せず）で洗浄し、フラックス１１２の残渣やはんだボールなどを清浄化している。そしてさらに、Ｏ₂アッシャー処理や、シランカップリング処理などを行うとさらに良い。これは、これらの表面改質処理によって、基板１０１とプリプレグとの密着性を向上させることができるためである。

なお本実施の形態１において、リフローはんだ付けを用いているのは、品質が高く良質なはんだ付けをするためであり、このリフローはんだ付けによれば、セルフアライメント効果によって、リフローはんだ付けされた部品は定位置に固定される。従って、部品が精度良く固定されるので、この部品に続くパターン線路の長さが一定になる。つまり、パターン線路をインダクタとして用いるような場合において、インダクタンス値が一定になり、電気性能が定められた値になる。このことは高周波回路においては特に重要なことである。

図７は、本実施の形態１のプリプレグ積層工程における積層基板の断面図である。図１、図７において、１１６はリフロー工程の後に設けられたプリプレグ積層工程である。このプリプレグ積層工程１１６では、基板１０１上に孔付プリプレグ１４１（シートの一例として用いた）を積層する工程であり、この孔付プリプレグ１４１は、孔加工工程１１７で、プリプレグ１２に予め半導体素子１０５が挿入される孔１４６と、抵抗１０６が挿入される孔１４２とが加工されたものを用いる。なお、本実施の形態１におけるプリプレグ１２は、ガラス不織布に熱硬化性樹脂を含浸させ、乾燥させたものである。本実施の形態１においては、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いているが、これは、フェノールなど他の熱硬化性樹脂を用いても良い。また、本実施の形態１においては、ガラス不織布を用いたが、これはガラス織布であるとか、他のアラミド樹脂などの樹脂系繊維などによる布を用いても良い。

ここで、孔１４６には、半導体素子１０５との間に空隙１４３を設けている。従って、半導体素子１０５が装着された基板１０１に孔付プリプレグ１４１を容易に積層することができる。また、同様に、孔１４２と抵抗１０６の外周との間にも空隙１４４が設けられているので、抵抗１０６が装着された基板１０１に、孔付プリプレグ１４１を容易に積層することができる。

また、半導体素子１０５や抵抗１０６はリフローはんだ付けによって装着されるので、クリームはんだ２の溶融によるセルフアライメント効果で、位置精度良く所定の位置へ装着される。つまり、半導体素子１０５や抵抗１０６の位置精度が良好であるので、空隙１４３，１４４を小さくすることができる。従って、エポキシ樹脂１０８が隙間１５６，１５７へ流入しやすくできる。なお、本実施の形態１において、空隙１４３における半導体素子１０５の側面方向の空隙１４３ａは、約０．４ｍｍである。空隙１４４における抵抗１０６の側面方向の空隙１４４ａは、約０．２ｍｍとしている。これにより、空隙１４３ａ，１４４ａを有しているので、たとえ半導体素子１０５や抵抗１０６の装着位置が、所定の位置よりもずれて装着されたとしても容易にプリプレグを積層することができる。

本実施の形態１においては、基板１０１の上面に厚さ０．２ｍｍのプリプレグ１４１ａ〜１４１ｆの６枚からなるプリプレグ１４１がこの順に積層されている。この内、基板１０１の上面には、プリプレグ１４１ａから１４１ｄまでの４枚のシートがこの順に積層されており、これらのシートに関しては、半導体素子１０５が挿入される孔１４６と、抵抗１０６が挿入される孔１４２とが形成されている。

また、プリプレグ１４１ｄの上面に積層されるプリプレグ１４１ｅには抵抗１０６が挿入される孔１４２だけが設けられており、半導体素子１０５が挿入される孔１４６は設けられていない。即ち、電子部品の高さに応じた孔を設ける。なおこの場合、半導体素子１０５や抵抗１０６の上方にも空隙１４３ａ，１４４ａを設けておくと良い。これは、後述する一体化工程１１８で加えられる圧縮圧力により、半導体素子１０５や抵抗１０６が、破壊しないようにするためである。つまりこれは、エポキシ樹脂１０８が軟化する前に、半導体素子１０５や抵抗１０６へ圧縮圧力がかかることを防ぐものである。

なお、本実施の形態１において基板１０１上には、半導体素子１０５と、抵抗１０６の２種類の電子部品しか搭載していない。従って、プリプレグの積層枚数は６枚としている。しかしながら、さらに多種の電子部品が搭載される場合には、電子部品の高さも多種存在するので、これら種々の電子部品の高さに応じた隙間の高さを設定する必要が生じる。従って、そのような場合においては、さらに厚みの薄いプリプレグを用い積層枚数を増やしても良い。例えば０．１ｍｍの厚みのプリプレグを用いて、それを１２枚積層することや、２種類以上の厚みのプリプレグを混ぜて積層しても構わない。しかしその場合には、プリプレグの積層回数が増加することとなるので、電子部品の高さの差へ対応できる範囲内で、できる限り積層枚数を少なくなるようにすることが望ましい。

そして、プリプレグ１４１ｅの上面には孔１４６，１４２ともに形成されていないプリプレグ１４１ｆが載置され、さらにこのプリプレグ１４１ｆの上面全体に銅箔１４５が設けられる。

１１８（図１に示す）は、プリプレグ積層工程で積層された基板１０１とプリプレグ１４１と銅箔１４５とを、はんだ１０７が溶融しない程度の温度で加熱圧着し、一体化する一体化工程である。以下にこの一体化工程１１８について、図１に示す工程の順で説明する。

図８は、本実施の形態１の一体化工程における一体化手段の断面図であり、図８を用いて、この一体化手段について詳細に説明する。

１５１，１５２はプラテン（圧縮手段の一例として用いた）であり、このプラテン１５２側に基板１０１が搭載される。そしてこれらプラテン１５１，１５２と、伸縮壁１５３とで密封容器１５４（密閉手段の一例として用いた）が構成される。そして、この密封容器１５４には吸引機（真空化手段の一例として用いた、図示せず）が接続されている。本実施の形態１においては、プラテン１５２の外周部近傍に設けられた孔１５５から密封容器１５４内の空気を吸引する。

１６０は、プラテン１５１，１５２内に埋め込まれたヒータであり、このヒータ（加熱手段の一例として用いた）によってプリプレグ１４１を加熱する。

１６２は、サーボモータ（駆動手段の一例として用いた）であり、プラテン１５２を応答性良く駆動するために用いている。そしてさらに、サーボモータ１６２とプラテン１５２との間には、減速機構１６３が挿入される。そしてこの減速機構１６３では、回転運動を往復運動へと変換するとともに、サーボモータ１６２の回転を減速している。なお、本実施の形態１における減速機構１６３にはボールナット軸受けを用いている。従ってプラテン１５２の位置を精密に制御できる。

プラテン１５１，１５２には温度センサと、圧力センサと、位置センサ（図示せず）とを設け、これらセンサの出力と、メモリ（図示せず）とが、制御回路（図示せず、駆動手段制御回路、ならびに加熱手段制御回路の一例として用いた）の入力へ接続されている。そして、この制御回路の出力はサーボモータ１６２の入力、ヒータ１６０の入力と、真空化手段へ接続され、それらの動作を制御している。なお、この制御回路には、クロックタイマの出力が接続されており、一体化工程１１８における時間の管理も行っている。また、本実施の形態１においては、エポキシ樹脂１０８は温度によって粘度が変化するため、このエポキシ樹脂１０８の粘度を温度に置き換えて管理している。さらに、メモリには、一体化工程におけるセンサ出力に対する判定条件をデータとして格納し、制御回路はこれらのデータと各センサからの出力とを比較・判定し、ヒータ１６０やサーボモータ１６２あるいは真空化手段などを制御している。

では、次にこのようにして構成された一体化手段を用いた一体化工程について詳細に説明する。図９は、本実施の形態１の真空化工程における一体化手段の断面図である。図１、図８、図９において、１１９は、プリプレグ積層工程の後に設けられた真空化工程である。この真空化工程１１９において、プリプレグ積層工程１１６でプリプレグ１４１が基板１０１上に積層された積層基板を、プラテン１５１，１５２と、伸縮壁１５３によって構成された密封容器１５４内に収納する。なお、本実施の形態１において、プラテン１５１側は固定であり、プラテン１５２側が可動するものである。

そして、吸引機によって、プラテン１５２に設けられた孔１５５から密封容器１５４内の空気を抜き取り、密封容器１５４内を略真空状態にする。このとき、孔１４６，１４２内を略真空とすることが重要である。これは、孔１４６，１４２内を真空とすることで、後述する強制流入工程１２２で、プリプレグ１４１中のエポキシ樹脂１０８を、空隙１４３，１４４や、基板１０１と半導体素子１０５との間の狭い隙間１５６であるとか、基板１０１と抵抗１０６間の狭い隙間１５７などへ確実に充填するためである。本実施の形態１における隙間１５６は、約４０μｍから約３５０μｍの寸法であり、隙間１５７は約１０μｍから約４０μｍであり、空隙１４３や空隙１４４に比べて非常に小さいものである。

なお、本実施の形態１においては説明の便宜上、半導体素子１０５を１個、抵抗１０６を２個のみ装着したものを用いて説明している。しかし、実際にはさらに多くの電子部品が基板１０１上に装着される。また、積層基板の生産性を考慮すると、基板１０１のサイズは大きい方が望ましい。従って、実際にはもっと多くの箇所に空隙１４３，１４４や隙間１５６，１５７を有することとなる訳である。そこで真空化工程１１９においては、これら数多くの空隙１４３，１４４や隙間１５６，１５７に存在する空気を吸引することが重要と成る。

従って、本実施の形態１におけるプリプレグ１４１は、常温において粘性を有していないものを複数枚用いる。そして、真空化工程１１９を、軟化工程１２０の前に設けることでプリプレグ１４１に粘性が生じ、プリプレグ１４１同士やプリプレグ１４１と基板１０１との間が粘着しないようにしている。つまり、プリプレグ１４１に粘性が生じるまでに真空化工程１１９を完了する訳である。これにより、各プリプレグ１４１同士の間や、プリプレグ１４１と基板１０１との間の隙間などから、空気を抜き、空隙１４３，１４４や隙間１５６，１５７を略真空にすることができる。

本実施の形態においては、密封容器１５４内の圧力が低下するに従って、伸縮壁１５３，１５３が縮まり、図８に示すように、プラテン１５２が矢印Ａ方向へと持ち上げられる。そして、図９に示すように、基板１０１と積層されたプリプレグ１４１と銅箔１４５とは完全にプラテン１５１とプラテン１５２との間に挟まれて保持される。このように密封容器１５４内を真空化することによって、プリプレグ１４１には、約０．２ＭＰａの負圧がかかった状態となる。

図１０は、本実施の形態１の軟化工程における一体化手段の断面図である。図１、図１０において、１２０は、真空化工程の後に設けられた軟化工程（第１の加熱工程の一例として用いた）である。この軟化工程１２０においては、ヒータ１６０を熱することにより、プリプレグ１４１に含浸したエポキシ樹脂１０８を軟化させる。本実施の形態１においてエポキシ樹脂１０８の温度は、約１１０℃まで上昇させ、粘度を約２１００ｐｓまで低下させる。なお、この粘度は、本実施の形態１における真空化手段による真空化によって生じる圧力（０．２ＭＰａ）において、エポキシ樹脂１０８が流動を開始する粘度である。

プリプレグ１４１は、プラテン１５１，１５２によって０．２ＭＰａの微小な圧力で圧縮されているので、プラテンを銅箔１４５の表面に密着させることができる。従って、ヒータ１６０の熱を確実にプリプレグ１４１へ伝えることができ、エネルギー効率が良く、省エネルギーな加熱手段を実現できる。

図１１は樹脂流動抑制工程における一体化手段の断面図である。図１、図１１において、１２１（図１に示す）は、軟化工程の後に設けられた樹脂流動抑制工程である。ここで、ヒータ１６０は、エポキシ樹脂１０８を流動できる粘度以上にまで加熱する。これは、後述する強制流入工程１２２において、樹脂１０８の粘度は、できるだけ小さい方が隙間１５６，１５７へ流入しやすくなるためである。

そのため、たとえ真空化によって発生する程度の微小な圧力（０．２ＭＰａ）であっても、エポキシ樹脂１０８は基板１０１の外側や、空隙１４３，１４４や隙間１５６，１５７へと流れ出してしまうこととなる。例えば、エポキシ樹脂１０８が基板１０１よりも外へ流れ出した場合、本来後述する強制流入工程１２２で流れるエポキシ樹脂１０８の量が少なくなるので、隙間１５６，１５７などへの樹脂が流入し難くなってしまう。

また軟化工程１２０においてプラテン１５１，１５２は、基板１０１やプリプレグ１４１を上下方向から挟んで加熱するので、これらプラテン１５１，１５２に設けられたヒータ１６０から近い場所と、遠い場所との間に温度差が生じ易い。一般に隙間１５６，１５７は、プラテン１５１，１５２から離れた位置に形成される。つまり、この隙間１５６，１５７の温度はエポキシ樹脂１０８の温度よりも低い。従って強制流入工程１２２以前に、隙間１５６，１５７へエポキシ樹脂１０８が流入してしまうと、エポキシ樹脂１０８ａの温度が低下する。その結果、隙間１５６，１５７へ流入したエポキシ樹脂１０８の粘度が大きくなり、強制流入工程１２２においてそれ以上にエポキシ樹脂１０８が隙間へ流れ込まず、ボイドなどの発生要因となってしまう。

そこで、本実施の形態１では、軟化工程１２０と強制流入工程１２２との間に樹脂流動抑制工程１２１を設けている。そしてこの樹脂流動抑制工程において、エポキシ樹脂１０８の流動開始から、エポキシ樹脂１０８を強制的に流入させるまでの間、プラテン１５１，１５２によるプリプレグ１４１への圧縮圧力を緩和し、エポキシ樹脂が流動しないようにするものである。これによって、エポキシ樹脂１０８が外へ流れ出したりすることが少なくなる。また、エポキシ樹脂１０８が隙間に入り難くなり、強制流入工程１２２において、エポキシ樹脂を確りと隙間へ充填することができる。

なお、本実施の形態１においては、圧縮圧力を緩和させるためにプラテン１５２に接続したサーボモータ１６２を圧縮樹脂流動抑制手段としても用いている。つまり、温度センサの信号に基づき、このサーボモータが、プラテン１５２を図１１のＢ方向へ広げることによって、エポキシ樹脂１０８に加わる圧縮圧力を緩和している。なお、エポキシ樹脂１０８は温度によって粘度が変化するため、このエポキシ樹脂１０８の粘度は、温度に置き換えて管理している。つまりメモリには、エポキシ樹脂１０８が流動を始める流動開始温度データを格納している。そして、制御回路は、温度センサで検出した信号と、流動開始温度データとを比較し、エポキシ樹脂１０８が流動開始温度の到達したと判定した場合に、サーボモータを駆動する。そして制御回路は、圧力センサからの圧力信号を入力し、サーボモータ１６２を制御することで、プラテン１５２の圧力が所定の圧力になるように制御している。

なお、エポキシ樹脂１０８の流動を抑制するためには、プラテン１５１，１５２と基板１０１、プリプレグ１４１とは、接触可能な範囲において、できるだけ低い圧力で保持することが望ましい。そこで、本実施の形態１の樹脂流動抑制工程１２１における圧力は、約０．１ＭＰａとしている。これによって、エポキシ樹脂１０８が流動することを少なくでき、後述する強制流入工程１２２において、隙間１５６，１５７へエポキシ樹脂１０８を確りと充填することができる。

次に図１２は、本実施の形態１の強制流入工程における一体化手段の断面図である。図１および図１２において、１２２は、樹脂流動抑制工程の後に設けられた強制流入工程である。この強制流入工程１２２では、プリプレグ１４１は略３分の２の厚みにまで圧縮され、プリプレグ１４１のガラス不織布に含まれたエポキシ樹脂１０８が流出し、空隙１４３，１４４や隙間１５６，１５７全体に充填される。つまり、図１２における矢印Ｃ方向へプラテン１５２を高速に移動させ、プリプレグ１４１を高速で圧縮する。これによって、一気に軟化したエポキシ樹脂１０８を空隙１４３，１４３ａ，１４４，１４４ａならびに隙間１５６，１５７へと流入させるものであり、プラテン１５２の圧縮速度を大きくすることによって、短時間で隙間１５６，１５７まで樹脂を注入させるためである。

ここで、隙間１５６，１５７は、空隙１４３，１４４に比べて非常に小さいので、エポキシ樹脂１０８がこの隙間１５６，１５７へ流れ込むときに大きな圧力損失が発生する。また、エポキシ樹脂１０８は粘性流体であるので、基板１０１や半導体素子１０５や抵抗１０６との接触面で摩擦が発生する。

ここで、半導体素子１０５はバンプ１０２を有しているので、エポキシ樹脂１０８が流れる通路の幅は、バンプ１０２によって縮小、拡大が繰り返される。従って特にこの隙間１５６におけるエポキシ樹脂１０８の圧力損失は大きくなる。そこで、このエポキシ樹脂１０８の流速を大きくすることで、このエポキシ樹脂１０８の隙間１５６，１５７への充填が完了するまでに、圧力損失や摩擦力によって流れが止まらないようにするものである。

さらに、本実施の形態１においては、この強制流入工程１２２の間においても、ヒータ１６０で加熱を継続して行っている。従って、この空隙１４３，１４３ａ，１４４，１４４ａや隙間１５６，１５７への充填は短時間で完了することが必要となる。これは、プリプレグ１４１が熱硬化性樹脂であるために、ヒータ１６０からの加熱によって、エポキシ樹脂１０８の温度が上昇し、硬化することを防ぐためである。

なお、本実施の形態１におけるプラテン１５２は、約３００ｍｍ／秒以上の高速で圧縮する。これによって、エポキシ樹脂１０８へ流れを発生させ、空隙１４３，１４３ａ，１４４，１４４ａ、隙間１５６，１５７へエポキシ樹脂１０８を一気に注入するわけである。本実施の形態１においてプラテン１５２の駆動のために応答性の良好なサーボモータ１６２を用いているので、プラテン１５２に対して急激な加速度を与えることができる。そして、プラテン１５２の移動は、ストッパ１６１に当接することで静止する。

ここで、強制流入工程１２２において隙間１５６，１５７の周囲は、粘性が高いエポキシ樹脂１０８で密封された状態であるので、強制流入工程１２２と略同時に真空を解除しても隙間１５６，１５７の真空は維持されると考えられる。つまり、強制流入工程において真空を解除状態としておいてやれば、プリプレグ１４１は、内側へ圧縮される方向の圧力を受けることとなる。

そこで、本実施の形態１においては、強制流入工程１２２と略同時に真空状態を解除し、略大気圧へ復帰させている。これによって、強制流入工程１２２において、エポキシ樹脂１０８は、プラテン１５１，１５２によって上下方向から圧縮されると同時に側面方向からも圧力が加わるので、エポキシ樹脂１０８は、隙間１５６，１５７へ流入しやすくなる。

そして、このようにしてエポキシ樹脂１０８を隙間１５６，１５７へ充填した後に、硬化工程１２３（図１に示す）によってエポキシ樹脂１０８を硬化させる。この硬化工程１２３は、はんだバンプ１０２やはんだ１０７の液相線温度以下で加熱し、プリプレグ１４１の流動性を失わせる第２の加熱工程と、この第２の加熱工程の後で、プリプレグ１４１を完全に硬化させる第３の加熱工程とを有している。

ここで第２の加熱工程では、はんだバンプ１０２、はんだ１０７の液相線温度よりも低い温度で、プリプレグ１４１が流動性を失うようにすることが重要となる。ここで、はんだバンプ１０２、はんだ１０７には、融点が約２１７℃の鉛フリーはんだを用いているので、第２の加熱工程でのエポキシ樹脂１０８が流動性を失う温度は、少なくとも約２００℃以下とすることが望ましい。そこで、本実施の形態１においては、約１５０℃でエポキシ樹脂１０８の流動性を失わせている。そのために、１５０℃におけるエポキシ樹脂１０８の粘度が、約２４０００ｐｓであるので、この粘度以上では流動しないように、第２の加熱工程における圧力は約４ＭＰａとしている。

これによって、第２の加熱工程でエポキシ樹脂１０８の流動性を失わせ、その後に、第３の加熱工程でエポキシ樹脂１０８の温度を１８０℃まで上昇し、エポキシ樹脂１０８を確実に硬化させる。従って、第２の加熱工程において、エポキシ樹脂１０８は約１５０℃で流動性を失うこととなるので、半導体素子１０５と基板１０１との間や、抵抗１０６と基板１０１との間での接続が外れることはない。

このようにしてプリプレグ１４１の硬化が完了すると、冷却工程１２４（図１に示す）へ移る。この冷却工程１２４では、ゆっくりとした勾配で冷却を行う。そのために、プラテン１５１，１５２に挟んだ状態のままで、ヒータ１６０の温度を制御しながら徐冷する。なおこの徐冷は、ガラス転移点以下（ＴＭＡ測定法で１６０℃）の温度となるまで行い、その後プラテン１５１，１５２を開放して自然冷却する。これにより、銅箔１４５やエポキシ樹脂１０８との線膨張係数の差によって生じる縮み量の差を小さくでき、積層基板のソリを小さくできる。また、基板１０１上の導体と、エポキシ樹脂１０８との界面での剥離などを防止することができる。

図１３は、本実施の形態１の切断工程における切断手段の断面図である。図１、図１３において、１２５は、強制流入工程１２２によって、基板１０１の外側へ流れ出した樹脂１７２を切除する切断工程である。この切断工程１２５において、１７１は積層基板を切断するダイシング歯であり、この切断工程１２５でダイシング歯１７１を回転させて、不要な樹脂１７２を切除する。なお、本実施の形態１においては、不要な樹脂１７２部分のみを切除するのではなく、基板１０１と樹脂１７２との双方を切断している。これは、基板１０１の端部より内側を切断することにより、積層基板の寸法を、基板１０１の伸縮などによらず、略一定寸法とするためである。

以上のように、一体化工程１１８では、軟化工程１２０によって流動可能な温度まで加熱し、加熱・圧縮工程１１８ａによって、プリプレグ１４１と基板１０１へ与える温度やプラテン１５２の圧力や速度を、エポキシ樹脂１０８の粘度あるいは温度等に応じて制御しながら加熱・圧縮し、基板１０１とプリプレグ１４１とを一体化することで、積層基板（図２に示す）を完成する。なお、図２において最上層に設けた銅箔１４５をエッチングし、配線パターン１１０を形成している。従って、このパターン１１０を用い、最上層に電気回路やその配線及び端子等を形成することができる。また、この銅箔１０９のエッチングを行わずにグランドへ接続すれば、グランドプレーンとしての使用やシールドとしての使用をすることができる。

次に、一体化工程１１８において、エポキシ樹脂１０８が隙間１５６，１５７へ注入される動作について説明する。そこでまずエポキシ樹脂１０８の温度と、圧力ならびに粘度特性との関係について図面を用いて説明する。図１４は、エポキシ樹脂１０８の特性図であり、横軸２０１が温度であり、第１の縦軸２０２は粘度であり、第２の縦軸２０３が圧縮圧力を示している。図１４において、２０４はプリプレグ中に含まれるエポキシ樹脂１０８の粘度特性を示し、２０５はプリプレグが受ける（プラテン１５１，１５２の圧力）である。

まずこの樹脂１０８は、常温においては粘性を有せず、温度が上昇するにつれて軟化し粘度が低下する。温度２０６において最低粘度２０７となり、この温度２０６以上で粘度が増加し、硬化が促進される。本実施の形態１におけるエポキシ樹脂１０８における温度２０６が、約１３３℃であり、そのときの最低粘度２０７は約１１５０ｐｓである。

なおここで注意しなければならないのは、上述の一体化工程１１８中においてエポキシ樹脂１０８には、常に圧力が加えられていることである。つまり、エポキシ樹脂１０８の流動は、このエポキシ樹脂１０８へ加えられる圧力と、エポキシ樹脂１０８の粘度（温度）によって決定づけられることである。

そこで次に、本実施の形態１におけるプラテン１５１，１５２の圧力特性を見てみると、軟化工程１２０では圧力２０８が加えられ、硬化工程１２３では圧力２０９が加えられ、強制流入工程１２２では、圧力２０９の２倍以上の瞬間ピーク圧力２１０が加わる。

そして、エポキシ樹脂１０８は、圧力２０８においては温度２１１で流動を開始する流動開始粘度２１２となる。つまり、エポキシ樹脂１０８は、常温から温度２１１までの温度領域２１３（第１の温度領域の一例として用いた）において板体状であり、流動はしない。本実施の形態１において圧力２０８は、０．２ＭＰａであるので、流動開始粘度は２１００ｐｓであり、そのときの、温度２１１は約１１０℃である。

次に、この温度２１１を超えると、エポキシ樹脂１０８の粘度は、温度２０６で最低粘度２０７まで低下する。そして強制流入工程１２２は、温度２１１と温度２０６との間の温度領域２１４（第２の温度範囲の一例として用いた）で行われる。

この強制流入工程１２２が完了すると、硬化工程１２３でエポキシ樹脂１０８を硬化するが、この硬化工程１２３では圧力２０９が印加される。エポキシ樹脂１０８は、温度２０６以上の温度領域２１５（第３の温度範囲の一例として用いた）になると徐々に硬化を始め、圧力２０９では温度２１６で流動性を失う粘度２１７となる。なお、圧力２０９が４ＭＰａにおいて、温度２１６は、１５０℃、粘度２１７は２４０００ｐｓである。

なお、本実施の形態１における硬化工程１２３では、エポキシ樹脂１０８を約１８０℃の温度まで上昇させて、６０分間その温度で保持する。その後、プラテン１５１，１５２に挟んだままで、ヒータ１６０の温度を調節しながら、約１℃／分の割合で徐冷する徐冷工程を有している。

以上の方法によって、温度２１１（流動開始粘度２１２）と温度２０６（最低粘度２０７）との間に強制流入工程１２２を設け、プラテン１５２で圧力２１０を加える。これによって急激な加速度を発生させ、強制的にエポキシ樹脂１０８を流動させる。なお、このプラテンの移動開始から終了までの間の時間は、略１秒以内という短時間で完了させる。そして、最小粘度２０７となる温度２０６を超えて、さらに加熱することによって付加重合反応が進み硬化が始まる。そして、温度２１６以上の温度まで加熱されると、エポキシ樹脂１０８は略流動しなくなり、硬化した状態となる。

図１５は、本実施の形態１の強制流入工程における半導体素子１０５の要部拡大図である。図１５において、エポキシ樹脂１０８は、図１２に示すようにプラテン１５２によって圧縮され、その先端１０８ａが隙間１５６へ流入する。このとき、空隙１４３に比べて隙間１５６は非常に小さく、エポキシ樹脂１０８ａは、縮小管を通過する流体として考えれば良い。従って、半導体素子１０５の角１０５ｂの近傍で渦２６１が発生し、圧力損失が発生する。

また、はんだバンプ１０２においては、縮小管の後に拡大管を通過する流体として考えれば良い。従って、縮小管と拡大管とを通過するのであるから、はんだバンプ１０２を通過するエポキシ樹脂１０８も、大きな圧力損失が発生することとなる。

さらに、強制流入工程１２２は、温度２１４（流動開始粘度２１２）と温度２０６（最低粘度２０７）との間で行う。つまりエポキシ樹脂１０８の粘性は、約２１００ｐｓから１１５０ｐｓにあるので、隙間１５６，１５７へ流入させるエポキシ樹脂１０８は、粘性流体である。従って、エポキシ樹脂１０８ａと半導体素子１０５の下側表面１０５ａとの間で摩擦が生じる。そこで、この圧力損失や摩擦抵抗によってエポキシ樹脂１０８ａの流速が０とならないように、プラテン１５２に圧力２１０を加えてエポキシ樹脂１０８を高速に流動させる。

そして、エポキシ樹脂１０８ａの流速をできるだけ大きくするために、強制流入工程１２２におけるエポキシ樹脂１０８の温度は、できる限り最低粘度に近い温度である方が望ましい。しかし、圧力損失や摩擦によるエネルギー損失分は、熱エネルギーへの変換によって発熱する。つまり、この発熱によりエポキシ樹脂１０８ａの温度は、強制流入工程１２２におけるエポキシ樹脂１０８の温度よりも高くなると考えられる。ここで、エポキシ樹脂１０８ａは、温度２０６を超えると粘度が大きくなるので、温度２０６（図１４）以下の温度で隙間１５６，１５７へ流入させることが必要となる。

以上のように強制流入工程１２２では、エポキシ樹脂１０８が硬化することを防ぐために、プリプレグ１４１の温度（粘度）は、硬化を始める温度２０６（粘度２０７）に対してエポキシ樹脂１０８ａの発熱による温度上昇分だけ低い温度（高い粘度）となるように設定している。

また、エポキシ樹脂１０８ａの流入速度が大きいと、発熱も大きくなる。従って、プラテン１５２の移動速度は、摩擦熱によって上昇するエポキシ樹脂１０８ａの温度が、温度２０６を超えない速度とすることも必要である。

また、ここでは説明の便宜上半導体素子１０５が１個、抵抗が２個としているが、実際にはもっと多くの種類の部品がさらに数多く装着される。そのような場合、エポキシ樹脂１０８がそれぞれの隙間へ流入する時間のタイミングは異なる。これは、空隙１４３や空隙１４４の大きさや、ヒータ１６０の配置などに起因して発生するプリプレグ１４１内での温度ばらつきなどによるものと考えられる。

以上の理由により、強制流入工程１２２は、プラテン１５２の速度を大きくする一方で、温度２０６（粘度２０７）に対して約８℃低い温度（１００ｐｓ高い粘度）で行う。これにより、強制流入工程１２２において、隙間１５６，１５７に流入するエポキシ樹脂１０８ａの温度は、摩擦熱などによって上昇しても温度２０６より高くならない。従って、エポキシ樹脂１０８は、隙間１５６，１５７へ流入しやすくなる。

また、強制流入工程１２２は、短時間で終了させるので、強制流入工程１２２開始時点でのエポキシ樹脂１０８の粘度を低くできる。従って、エポキシ樹脂１０８を隙間１５６，１５７へ流入させることができる。

以上のような積層基板の製造法を用いることにより、半導体素子１０５や抵抗１０６と基板１０１との間の隙間１５６，１５７へエポキシ樹脂１０８を容易に流入させることができるので、中間材などを用いなくても半導体素子１０５や抵抗１０６と基板１０１との間にエポキシ樹脂１０８を確実に充填することができる。従って、予め半導体素子１０５や抵抗１０６などと基板１０１との間の隙間１５６，１５７に、中間材などを充填することなく、プリプレグ１４１と基板１０１との一体化工程１１８で同時に隙間１５６，１５７へエポキシ樹脂１０８を確実に充填することができる積層基板の製造方法を提供することができる。

また、中間材を別途注入する工程が必要なく、また中間材も不必要となるので、低価格な積層基板を実現できる。

さらに、強制流入工程１２２において狭い隙間１５６，１５７へ確りとエポキシ樹脂１０８を充填できる。従って、ボイドの発生もしにくくなり、信頼性の高い積層基板を実現することができる。

以下に、本実施の形態１における積層基板の製造設備に関する一連の制御について、図面を用いて説明する。図１６は、この制御を示すためのタイミング図である。図１６（ａ）は、プラテン圧力のタイムチャートであり、図１６（ｂ）は、基板とプリプレグとを合算した厚みの変化特性を示し、図１６（ｃ）は、真空化手段のタイムチャートである。図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、横軸２７１は、時間を示し、図１６（ａ）の縦軸２７２は圧力、図１６（ｂ）の縦軸２７３は厚み、図１６（ｃ）の縦軸２７４は気圧を示している。

まず樹脂流動抑制工程１２１について説明する。なお、図１６において、２７５はプラテンの圧力特性を示し、２７６は厚み特性を示し、２７７は真空度特性を示している。真空化工程１１９においてプリプレグ１４１は、０．２ＭＰａの圧力を受けている。そしてこの圧力を受けたままで、軟化工程１２０へ移行し、温度上昇に伴って粘度が小さくなり、温度２１１で流動する温度に達する。そのため、そのまま圧力が加えられると、エポキシ樹脂１０８は、基板の外側や隙間１５６，１５７へ流れてしまう。そこで、制御回路は、温度センサからの信号によって、エポキシ樹脂１０８が温度２１１に達したことを検出すると、一旦プラテン１５２の圧力を圧力２７８まで下げる。このとき制御回路は、圧力センサからの信号を入力し、この信号によってプラテン１５２の圧力が２７８に達したことを検出し、プラテン１５２の動作を停止する。これによって、エポキシ樹脂１０８へ加えられる圧力が緩和され、エポキシ樹脂１０８が流動することを抑制している。

なお、本実施の形態１において、圧力２７８は、約０．１５ＭＰａとしている。これによって、強制流入工程１２２において、エポキシ樹脂１０８の空隙１４３，１４４側へ流入する量を多くできる。また、強制流入工程１２２より前に、エポキシ樹脂１０８が隙間１５６，１５７へ流入し難くなるので、エポキシ樹脂１０８の温度低下なく、均一温度に維持することができる。従って、強制流入工程１２２において隙間１５６，１５７へエポキシ樹脂１０８を確りと充填することができる。

次に、強制流入工程１２２における制御について説明する。この強制流入工程１２２では、プラテン１５２を高速で移動させて、エポキシ樹脂１０８を隙間１５６，１５７へ強制的に流入させる。このとき制御回路は、位置センサからの出力とクロックタイマからの信号によって、プラテン１５２が所定速度で移動しているかどうかを判定する。つまり、制御回路は、ある時間におけるプラテン１５２の位置と、予め定められた位置情報とを比較することで、規定の移動速度であるかどうかを判定する。

そして、これらの位置情報の差によってサーボモータ１６２（図１２）へ供給するパルス信号の幅を変更することで、プラテン１５２の圧縮速度を制御し、一気にプリプレグ１４１を圧縮する。これによって、この強制流入工程１２２においてのプリプレグ１５２に移動速度を大きくしている。従って、図１６（ｂ）に示すように、プリプレグ１４１の厚みは、この強制流入工程１２２において厚み２８３から厚み２８４へと一気に小さくなる。なお、本実施の形態１における強制流入工程１２２において、プリプレグ１４１の厚みは、約０．４ｍｍ減少する。

また、制御回路には、圧力センサから出力される圧力情報信号も入力されている。そこで制御回路は、この圧力が規定の値以上とならないようにプラテン１５２の圧力を監視している。これは、エポキシ樹脂１０８ａが、隙間１５６，１５７の四方より流入し、隙間１５６，１５７の略中心で衝突する。そのとき、プラテン１５２の圧力に応じて、エポキシ樹脂１０８の流速は大きくなり、隙間１５６，１５７での衝突時の力は大きくなる。この衝突による力は、半導体素子１０５や抵抗１０６を基板１０１から引き剥がそうとする方向へ加わる。そこで、この衝撃による力で半導体素子１０５と基板１０１とを接続するバンプ１０２や抵抗１０６と基板とを接続するはんだ２などの破壊を防ぐために、制御回路がプラテン１５２の圧力を監視する。そしてこの制御回路は、圧力が予め定めた限界圧力２７９以下となるようにサーボモータを停止させる。

ここで、この強制流入工程１２２の時間は非常に短いので、圧力センサから圧力情報信号出力されてからサーボモータが駆動するまでの間の応答時間が問題となる。これは、特にボールナット軸受け部分の応答性が遅い（慣性モーメントが大きい）ことが最大の要因となる。つまり、制御回路が、限界圧力２７９に達したと判定した後にサーボモータを停止したのでは、軸受けの慣性力によって、プラテン１５２の圧力は限界圧力２７９を超えてしまうこととなる。従って、本実施の形態１において制御回路は、タイミングクロックの信号と圧力情報信号とから、圧力曲線２７５の増加の傾きを演算することで、プラテン１５２の圧力が限界圧力２７９に達する時間２８０を予測し、この時間２８０よりも制御系が応答するまでに必要な応答時間２８１だけ前の時間２８２でサーボモータを停止させる。

これにより制御回路は、圧力センサからの圧力情報信号を基に、プラテン１５２をフィードフォアードバック制御する。従って、バンプ１０２や、はんだ２などの破断が発生し難くなり、信頼性の良好な積層基板を得ることができる。また、応答性の良好な積層基板の製造装置を実現できる。

本実施の形態１においては、半導体素子１０５や抵抗１０６へ加わる衝突による力を緩和するために、限界圧力２１０に達した後に、圧縮圧力を圧力２０９まで下げる圧力緩和工程１２２ａ（図１に示す）を設けている。この圧力緩和工程１２２ａにおいて制御回路は、圧力センサからの圧力信号が限界圧力２１０となったことを検知すると、サーボモータを逆方向へ回転させる。このサーボモータの逆回転によって、プラテン１５２を開く方向へ移動させて、圧力を小さくする。

また、本実施の形態１では、強制流入工程１２２と略同時に、真空状態を解除している。これにより、エポキシ樹脂１０８は、プラテン１５２による上下方向からの圧縮と同時に、真空化解除による増圧で側面方向からの圧力も増加することとなり、エポキシ樹脂１０８は隙間１５６，１５７などへ流入しやすくなる。

また、真空化工程１１９において、プリプレグ１４１中の空気が完全に抜けず、一部の箇所に空気泡が残留した場合、軟化工程１２０での軟化によって空気泡が膨張し、低圧状態のまま気泡（以下真空ボイドと言う）が発生する。そこで、真空解除を強制流入工程１２２と略同時に行い、真空ボイドを縮小させることで、真空ボイドの発生を防止している。

なおこの真空解除は、樹脂１０８の硬化する温度２０６以下で行うことが望ましい。これは、真空の解除によって、樹脂１０８に大気圧を加えたとしても、樹脂１０８の硬化後では真空ボイドの収縮が起こらなくなってしまうためである。そこで、本実施の形態１においては、強制流入工程１２２と同時に真空解除を行っている。

もし、半導体素子１０５のバンプ部にこの真空ボイドが発生したりすると、リフローはんだ付け等の加熱によってバンプが溶融した場合に、溶融したバンプが真空ボイドによって吸引され、半導体素子１０５とランドパターン１０４ａとの間での接続が外れたり、隣接同士のバンプ同士がショートしたりする。また、エポキシ樹脂１０８などの吸湿によって、真空ボイドへ水滴が侵入した場合、この水滴が原因となり、リフローはんだ付けなどで水蒸気爆発が起こり、接続が外れることも生じる。

従って本実施の形態１においては、強制流入工程１２２と略同時に真空解除することで、真空ボイドの発生を防止している。これにより、空隙１４３，１４３ａ，１４４，１４４ａや隙間１５６，１５７内に、真空ボイドは発生し難くなり、リフロー工程などにおけるバンプ接続の外れや、ショートなどの発生の少ない、信頼性の高い積層基板を実現できる。

以上のように本実施の形態１においては、プラテンの圧縮圧力や、移動速度や温度を管理・制御することによって、エポキシ樹脂１０８の流動を制御し、小さな隙間１５６，１５７へもエポキシ樹脂１０８を充填することができるものである。これによって、隙間１５６，１５７に対し、ボイドなどを発生しにくくすることができ、信頼性の高い積層基板を実現することができる。

なお、このプリプレグ１４１は熱硬化性樹脂であるので、一旦熱硬化された後は、たとえ再度加熱されても可塑状態には戻らない。従って、一旦樹脂１０８で封止された半導体素子１０５の固定は保持される。また、エポキシ樹脂１０８は略１５０℃の温度までは粘度はだんだん下がる。従って、このように樹脂１１６は、粘度が小さくなり、流動性が増して、狭い隙間にも十分に充填することができる。また、ガラス不織布にエポキシ樹脂が含浸されているので、軟化工程１２０や、強制流入工程１２２において、エポキシ樹脂１０８を流動させても、基板としての体裁を維持することができるので、寸法精度の良好な積層基板を実現することができる。

また、この加熱圧着ではんだ１０７の雰囲気温度をはんだ１０７の内部温度がはんだ１０７の溶融点以下にしておくことが望ましい。従って、はんだ１０７には硬化工程１２３の温度より溶融点の高いはんだを用いると良い。

さらに、プリプレグ１４１には半導体素子１０５と抵抗１０６との間に空隙１４３を有する孔１４６，１４２が設けられているので、たとえ基板１０１から突出する電子部品が装着されていたとしても容易に遊挿することができ、組み立ては容易である。

また、この強制流入工程における温度は半導体素子１０５や抵抗１０６を接続固定するはんだが溶融しない程度に低い温度（１５０℃）で一体化するので、この一体化により接続固定が破壊されることはなく、半導体素子１０５と抵抗１０６は強固な接続固定を保つことができる。

更に、加熱圧着時における軟化で、狭い隙間１５６，１５７にも樹脂１０８が充填される。また、熱硬化性のプリプレグ１４１を用いているので、熱硬化された後に加熱されても再度可塑状態には戻らず、封止された半導体素子１０５と抵抗１０６の安定した固定状態が保たれる。

更にまた、半導体素子１０５と抵抗１０６は基板１０１に装着されているので、この基板１０１の状態で検査をすることができ、積層基板完成後における良品率が向上する。

なお、本実施の形態１においては、プリプレグ１４１を６枚用いたが、これは厚みの厚いプリプレグ１枚でも良い。その場合、積層工程１１６を短時間で行うことができるので、低価格な積層基板を得ることができる。

さらに、本実施の形態１において強制流入工程１２２で真空状態を解除しているが、これは、エポキシ樹脂１０８の粘度が、大きくなり、各プリプレグ１４１間に隙間がなくなる温度以上で、エポキシ樹脂１０８が流動性を失う温度までの間であれば良い。これは、この温度範囲内で真空を解除しても、空気が空隙１４３，１４４や隙間１５６，１５７へ入らないので、強制流入工程１２２においてそれらの真空は維持されているためである。これによって、強制流入工程１２２において、確りとエポキシ樹脂１０８を隙間１５６，１５７へ流入させることができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図面を用いて説明する。図１７は、本発明の実施の形態２における積層基板の製造方法のフローチャートである。なお、図１８から図２０において、図１から図１３と同じものは同じ番号とし、その説明は簡略化してある。本実施の形態１においては、基板１０１上に６枚のプリプレグ１４１を積層したが、本実施の形態２においては、基板１０１上に厚さが約１ｍｍのプリプレグを１枚積層している。

では、図１７の工程の順序に従って、各工程の詳細を説明する。本実施の形態２において、実施の形態１と同様に、基板１０１上に半導体素子や抵抗１０６を装着し、リフロー工程１１５ではんだ付けする。３００は、リフロー工程１１５の後に設けられ、プリプレグ（シートの一例として用いた）を基板１０１上に宙吊りする宙吊り工程であり、３０１は、宙吊り工程３００の後に設けられた減圧・積層工程である。以下に、この宙吊り工程３００と減圧・積層工程３０１について、図１８、図１９を用いて説明する。図１８は、本実施の形態２における宙吊り工程における宙吊り手段の断面図であり、図１９は同、減圧・積層工程における減圧・積層手段の断面図である。

まず、宙吊り工程３００（図１７）について説明する。図１８において、密封容器３１１（密閉手段の一例として用いた）は、プラテン１５２（圧縮手段の一例として用いた）と、基板１０１の側面側を囲むガイド３１２と、このガイド３１２の上端部に設けられた傾斜部３１３とを有し、このガイド３１２の上方に開口部３１４を有する構成としている。このように構成された密封容器３１１のガイド３１２内へ基板１０１を挿入する。ここで、ガイド３１２と基板１０１との間の隙間は、片側で約０．５ｍｍとし、このガイド３１２によって基板１０１が位置決めされる。

そして、この開口部３１４を覆うように、プリプレグ（シートの一例として用いた）３０２を載置する。このとき、プリプレグ３０２の幅３１５は、ガイド３１２の幅３１６よりも大きく、傾斜部３１３の開口寸法３１３ａよりも小さな寸法としておく。このようにして、宙吊り工程３００において、プリプレグ３０２は、傾斜部３１３によって宙吊り状態で保持されることとなる。そして、このプリプレグ３０２の上に銅箔１４５が積層される。つまり、本実施の形態２において傾斜部３１３は、プリプレグ３０２と半導体素子１０５や抵抗１０６とが接触しないようにそれらの間に隙間を形成させるために、プリプレグ３０２を宙吊りする宙吊り手段となる。

なお、本実施の形態２におけるプリプレグ３０２は、できる限り早く粘性を低下させることによって加熱を小さくし、少ないエネルギーで積層基板を製造できるようにするために、常温において粘性を有したエポキシ樹脂３１７を用いている。従って、プリプレグ３０２の端部３０２ａが、傾斜部３１３に密着する。これによって、プラテン１５２、ガイド３１２、傾斜部３１３およびプリプレグ３０２とによって密封されることとなる。つまり、本実施の形態２においては、プリプレグ３０２自体が密封容器３１１の蓋を成すものである。

そして、真空化手段（図示せず）は、プリプレグ３０２によって蓋された状態で、ガイド３１２に設けた孔３１８から空気を吸引する。この減圧化によって密封容器３１１内が負圧となり、プリプレグ３０２は傾斜部３１３とガイド３１２に沿って下方へ移動する。本実施の形態２においては、孔３１８はガイド３１２の下端部の近傍に設けてある。なお、孔３１８は、減圧によって降下するプリプレグ面よりも下側に設けておくことが望ましい。これによって、孔３１８から空気を抜いてもプリプレグ３０２が吸引されず、確実に真空化することができる。

図１９は、本実施の形態２の減圧・積層工程における減圧積層手段の断面図である。図１９に示すように、プリプレグ３０２は、半導体素子１０５上面や抵抗１０６の上面に接する状態で停止し、プリプレグ３０２が基板１０１上へ積層される。この状態において、プリプレグ３０２は、真空化による負圧がかかった状態で保持される。

これによって、半導体素子１０５や抵抗１０６とプリプレグ３０２との間に空気が入った気泡が残ることがない。従って、プリプレグ３０２と半導体素子１０５の上面１０５ｃや抵抗１０６の上面１０６ａとの間での密着性を向上することができ、信頼性の高い積層基板を得ることができる。

図２０は、一体化工程３０３における一体化手段の断面図である。図２０において、３０３は、減圧・積層工程の後に設けられた一体化工程である。この一体化工程３０３では、上側プラテン３２１がプリプレグ３０２を加熱・圧縮・冷却することで、隙間１５６，１５７へもエポキシ樹脂３１７を充填するとともに、基板１０１とプリプレグ３０２とを一体化している。

この一体化工程３０３において、まず３０４は、減圧・積層工程３０１の後に設けられた軟化工程であり、この軟化工程３０４では、プラテン１５２と上側プラテン３２１に設けられたヒータ１６０を加熱し、プリプレグ３０２を流動可能な温度まで軟化させる。なお、本実施の形態２におけるプリプレグ３０２は、常温において略流動性を有する状態となっているものを用いているので、軟化工程における熱の供給を少なくできる。従って省エネルギーである。

そして、軟化工程３０４の後に設けた強制流入工程３０５において、実施の形態１と同様に、急激な圧力（速度）でエポキシ樹脂３１７を流入する訳である。そこで、この流入による摩擦熱や圧力損失などによる温度上昇によって、隙間１５６，１５７へ流入するエポキシ樹脂３１７が、硬化を始める温度を超えないようにプラテン３２１を移動させる。このように、エポキシ樹脂３１７の温度が約１００℃の状態で、急激な圧力（速度）を付加し、隙間１５６，１５７へ強制的に流入させるので、隙間１５６，１５７へ別途中間材を注入する必要はない。なお、本実施の形態２において、エポキシ樹脂３１７が硬化を始める温度は、約１１０℃から１５０℃であり、この１１０℃から１５０℃において約１０分保持するとエポキシ樹脂３１７は付加荷重反応が始まるものを用いている。

なお、本実施の形態２の上側プラテン３２１には、位置センサ（図示せず）を設けてある。制御回路は、この位置センサからの信号と、メモリ（図示せず）に予め記憶した上側プラテン３２１の位置データとを比較し、上側プラテン３２１が規定の位置であると判定したときに、上側プラテン３２１へ接続されたサーボモータへ停止する旨の命令を送る。

ここで、プリプレグ３０２に孔を設けないので、本実施の形態２において半導体素子１０５や抵抗１０６の周囲に形成される隙間３３１は、実施の形態１で形成される空隙１４３，１４４よりも大きくなる。そこで、本実施の形態２における強制流入工程３０５の温度は１００℃とすることで、確りと隙間３３１や隙間１５６，１５７へエポキシ樹脂３１７を充填できる。

３０６は強制流入工程３０５の後に設けられた硬化工程であり、この硬化工程３０６で１５０℃とすることでエポキシ樹脂３１７を完全に硬化させている。そして、硬化工程３０６で完全に硬化させた後、徐冷工程１２４で徐々に冷却し、その後に切断工程１２５で切断する。

以上のように一体化工程３０３の前に減圧・積層工程３０１を有しているので、半導体素子１０５や抵抗１０６とプリプレグ３０２との間に空気が入った気泡が残ることがない。従って、プリプレグ３０２と半導体素子１０５の上面１０５ｃや抵抗１０６の上面１０６ａとの間での密着性を向上することができ、信頼性の高い積層基板を得ることができる。

また、実施の形態１のようにプリプレグ３０２には、予め半導体素子１０５や抵抗１０６に対応した孔を設けなくても良いので、実施の形態１における孔加工工程１１７が不要となる。従って、低価格な積層基板を得ることができる。

さらに、本実施の形態２においては、部品の高さに応じた孔が不要となるので、プリプレグ３０２は、１枚でも良い。従って、プリプレグ３０２を１枚積層すれば良いので、低価格な積層基板を得ることができる。

さらにまた、プリプレグ３０２は、傾斜部３１３の上に載せるだけで良いので、積層作業を非常に容易に行うことができる。従って低価格な積層基板を実現できる。

その上さらに、孔３１８はガイド３１２に設けてあるので、基板１０１とガイド３１２との間の隙間を小さくできる。従って、ガイド３１２は、基板１０１を精度良く位置決めするとともに、プリプレグ３０２が外側へ流出することを防止する。従って、エポキシ樹脂３１７は、隙間３３１や隙間１５６，１５７へ流れるので、ボイドなどの発生がなく、確りと隙間１５６，１５７へエポキシ樹脂３１７を充填することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態３は、実施の形態２における減圧・積層手段の他の例である。本実施の形態３における各工程は、実施の形態２と同じである。そこで本実施の形態３においては、減圧・積層工程の減圧・積層手段に関してのみ説明する。図２１、図２２は本実施の形態３の減圧・積層工程における減圧・積層手段の断面図であり、図２３は、同強制流入工程における積層基板の断面図である。なお、図２１、図２２、図２３において、図１８から図２０と同じものは、同じ番号とし、その説明は簡略化している。

図２１において、プラテン１５１，１５２と伸縮壁１５３とによって密封容器１５４（密封手段の一例として用いた）が形成される。そして、予め半導体素子１０５や抵抗１０６などの電子部品がリフローはんだ付けされた基板１０１が、プラテン１５２の所定位置に搭載される。

４０１は、プラテン１５１に設けられた支軸４０２へ回転自在に連結された保持爪である。この保持爪４０１は、バネ（図示せず）によって内側方向に向けて付勢されており、プリプレグ３０２をはさんで保持している。このとき、保持爪４０１とプラテン１５１は、プリプレグ３０２が基板１０１と対向する位置となるように保持する。そして、このプラテン１５１と保持爪４０１より成る宙吊り手段は、プリプレグ３０２と半導体素子１０５や抵抗１０６とが接触しないようにしている。これによって、プリプレグ３０２と半導体素子１０５や抵抗１０６との間に、隙間４０３が形成される。そして吸引機（図示せず）によって、孔１５５から空気を抜き、減圧・真空化することによって、密封容器１５４内が負圧となり、プラテン１５２が上昇する。

図２２は、本実施の形態２の減圧・積層工程における減圧積層手段の断面図である。図２２に示すように、真空化によってプリプレグ３０２は、半導体素子１０５上面や抵抗１０６の上面に接する状態で停止し、プリプレグ３０２が基板１０１上へ積層される。この状態において、プリプレグ３０２は、真空化による負圧が加わった状態で保持される。

これによって、半導体素子１０５や抵抗１０６とプリプレグ３０２との間に空気が入った気泡が残ることがない。従って、プリプレグ３０２と半導体素子１０５の上面１０５ｃや抵抗１０６の上面１０６ａとの間での密着性を向上することができ、信頼性の高い積層基板を得ることができる。

図２３は、一体化工程３０３における一体化手段の断面図である。図２３に示したように一体化工程３０３では、上側プラテン３２１がプリプレグ３０２を加熱・圧縮・冷却することで、隙間１５６，１５７へもエポキシ樹脂３１７を充填するとともに、基板１０１とプリプレグ３０２とを一体化している。

なお、この場合保持爪４０１の先端４０１ａがプラテン１５２へ当接する位置で停止する。つまり、この保持爪４０１は、実施の形態１におけるストッパ１６１としての役割も行っている。

本実施の形態３において、保持爪４０１はプリプレグ３０２の全周を覆うように設けている。これによって、一体化工程３０３において、エポキシ樹脂３１７の流動時に保持爪４０１は、エポキシ樹脂３１７の外側への流出を阻止する。従って、エポキシ樹脂３１７は、隙間３３１や隙間１５６，１５７へ流れるので、ボイドなどの発生がなく、確りと隙間１５６，１５７へエポキシ樹脂３１７を充填することができる。また、プリプレグ３０２の外への流出を少なくできるので、その分プリプレグを小さくできる。従って、使用するプリプレグ３０２を少なくできるので低価格な積層基板を得ることができる。ここで、熱硬化性樹脂は、一般に一旦硬化させると再利用できない。従って、プリプレグ３０２の使用量を削減することは、環境的な側面においても非常に重要な点になる。

そして、一体化工程３０３が完了すると、保持爪４０１が外側（図２３の矢印方向）へ回動し、プリプレグ３０２を開放する。これによって、プラテン１５１が上方向へ開放され、基板１０１が取り出せることとなる。

以上のように一体化工程３０３の前に減圧・積層工程３０１を有しているので、半導体素子１０５や抵抗１０６とプリプレグ３０２との間に空気が入った気泡が残ることがない。従って、プリプレグ３０２と半導体素子１０５の上面１０５ｃを抵抗１０６の上面１０６ａとの間での密着性を向上することができ、信頼性の高い積層基板を得ることができる。

また、実施の形態１のようにプリプレグ３０２には、予め半導体素子１０５や抵抗１０６に対応した孔を設けなくても良いので、実施の形態１における孔加工工程１１７が不要となる。従って、低価格な積層基板を得ることができる。

さらに、本実施の形態２においては、部品の高さに応じた孔が不要となるので、プリプレグ３０２は、１枚でも良い。従って、プリプレグ３０２を１枚積層すれば良いので、低価格な積層基板を得ることができる。

さらにまた、プリプレグ３０２は、保持爪４０１内に挟み込むだけで良いので、積層作業を非常に容易に行うことができる。従って低価格な積層基板を実現できる。

なお、本実施の形態３においては、プリプレグ３０２を宙吊り状態としたが、これは基板１０１側を宙吊りしても良く、この場合においても同様の効果を奏することができる。

本発明にかかる積層基板の製造方法は、予め電子部品と基板との間の隙間に、中間材などを充填することなく、樹脂シートと基板との一体化工程で同時に隙間へ樹脂を確実に充填することができるという効果を有し、特に小型化が必要な携帯用電子機器等に対して利用すると有用である。

本発明の実施の形態１における積層基板の製造方法の製造フローチャート 同、積層基板の断面図 同、フラックス塗布工程における積層基板の断面図 同、クリームはんだ印刷工程における積層基板の断面図 同、電子部品装着工程における積層基板の断面図 同、リフロー工程における積層基板の断面図 同、プリプレグ積層工程における積層基板の断面図 同、真空化工程における積層基板の断面図 同、真空化工程における積層基板の断面図 同、軟化工程における積層基板の断面図 同、樹脂流動抑制工程における積層基板の断面図 同、強制流入工程における積層基板の断面図 同、切断工程における積層基板の断面図 同、エポキシ樹脂の粘度特性と、プラテンの圧力特性図 同、半導体素子の隙間の拡大図 （ａ）同、一体化工程における圧力特性図、（ｂ）同、一体化工程における基板とプリプレグとの合算厚さ、（ｃ）同、一体化工程における気圧特性図 実施の形態２、３における積層基板の製造フローチャート 実施の形態２における減圧・積層手段の断面図 実施の形態２における減圧・積層手段の断面図 実施の形態２の強制流入工程における積層基板の断面図 実施の形態３における減圧・積層手段の断面図 実施の形態３における減圧・積層手段の断面図 実施の形態３の強制流入工程における積層基板の断面図 従来の積層基板における製造フローチャート 同、電子部品装着工程における積層基板の断面図 同、半導体素子装着工程における積層基板の断面図 同、中間材注入工程における積層基板の断面図 同、加熱・圧着工程における積層基板の断面図 同、積層基板の断面図

符号の説明

１０１ 基板
１１６ プリプレグ積層工程
１１８ 一体化工程
１２０ 軟化工程
１２２ 強制流入工程
１２３ 硬化工程

Claims (1)

1. 複数個の電子部品が埋設された積層基板の製造方法において、前記積層基板の製造方法は、上面に設けられたランドと電子部品の電極とが接続固定材により接続固定された基板に対し、前記電子部品の外周に空隙を形成させてシートを積層する積層工程と、この積層工程の後で、前記シートと前記基板を加熱圧着して一体化する一体化工程とを有し、前記シートには熱硬化性の樹脂を用い、前記一体化工程は、前記樹脂を軟化させる加熱工程と、この加熱工程の後で前記シートを圧縮し、前記電子部品と前記基板との間に形成される隙間へ前記樹脂を第１の圧力で強制的に流入させる強制流入工程と、この強制流入工程の後で前記樹脂硬化させる硬化工程とを有し、前記強制流入工程と前記硬化工程の間には圧縮圧力緩和工程を設け、前記強制流入工程では前記シートを秒速３００ｍｍ以上の速度で圧縮するとともに、前記圧縮圧力緩和工程では、前記強制流入工程の圧縮による前記樹脂の衝突によって前記電子部品へ加わる力を緩和するために、前記第１の圧力からこの第１の圧力より小さな第２の圧力へと圧縮圧力を変化させる積層基板の製造方法。

Images