JP5020123B2 - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は配線基板の製造方法に関する。

電子部品としての半導体素子をフリップチップ方式で搭載面に搭載する配線基板としては、図８に示す配線基板１０が下記特許文献１に提案されている。
図８に示す配線基板１０では、その搭載面にソルダレジスト２０，２０から露出した導体パターン１６，１６・・が形成されている。この導体パターン１６，１６・・の各露出部には、図９に示す様に、導体パターン１６，１６・・の露出面の全面に付着した金属ろう材粉としてのはんだ粉を溶融して形成したはんだ層が形成されている。
かかる配線基板１０に、図９に示す様に、半導体素子１２をフリップチップ方式で搭載する際に、下記特許文献１では、導体パターン１６，１６・・の露出面に形成したはんだ層を溶融した後、溶融状態のはんだ１００によって覆われている導体パターン１６，１６・・の各幅広部１６ａに対応する半導体素子１２のバンプ２２の先端を当接する。このとき、導体パターン１６の露出面の全面を覆う溶融状態のはんだ１００は、半導体素子１２のバンプ２２の周面に表面張力によって集まり、バンプ２２と導体パターン１６とを接合して電気的に接続する。
特開２００５−２６８３５３号公報

前掲の特許文献１に提案された配線基板（図８に示す配線基板１０）によれば、導体パターン１６の露出面全面を覆う溶融状態のはんだ１００を、半導体素子１２のバンプ２２と導体パターン１６との接合に利用でき、両者を確実に電気的に接続できる。
しかし、図８及び図９に示す配線基板１０では、はんだで覆われた導体パターン１６，１６・・は、平坦な搭載面に形成されている。このため、配線基板１０に導体パターン１６，１６・・の高密度化等を図るべく、導体パターン１６，１６・・を狭ピッチで形成すると、図１０に示す如く、隣接する導体パターン１６，１６間で溶融はんだ１００のブリッジが発生したり、はんだ残が発生することがある。かかる溶融はんだ１００のブリッジやはんだ残が発生すると、その後に工業的な除去手段がなく、溶融はんだ１００のブリッジやはんだ残が発生した配線基板１０は不良品とせざるを得ない。
そこで、本発明は、搭載面に露出して形成された複数本の導体パターンの各露出面の全面が金属ろう材層で覆われた配線基板であって、導体パターンの狭ピッチ化によって、隣接する導体パターン間で金属ろう材のブリッジが発生したり、金属ろう材残が発生する従来の配線基板及びその製造方法の課題を解決し、導体パターンを狭ピッチ化しても、隣接する導体パターン間で金属ろう材のブリッジが発生したり、金属ろう材残が発生することを解消し得る配線基板の製造方法に関する。

本発明者は、前記課題を解決すべく、先ず、図１１に示す様に、配線基板１０の搭載面に形成した導体パターン１６，１６間を樹脂層１０２によって充填し、導体パターン１６の電子部品１２のバンプ２２と当接する当接面のみが露出する配線基板１０を形成した。
図１１に示す配線基板１０の導体パターン１６の露出面である当接面のみに付着したはんだ粉を溶融しても、樹脂層１０２によって溶融はんだ１００は、隣接する導体パターン１６の方向に広がることはなかった。
しかしながら、はんだ粉は、導体パターン１６の当接面のみに付着しているに過ぎず、電子部品１２のバンプ２２と導体パターン１６との当接を確実に固定するには、溶融はんだ１００の量が不足していることが判明した。

このため、本発明者は、更に検討を重ねた結果、配線基板１０の搭載面に形成した導体パターン１６，１６間を充填する樹脂層に、導体パターン１６の側壁面が露出する溝を形成することによって、導体パターン１６の当接面と側壁面とをはんだ粉が付着する露出面に形成でき、且つ隣接する導体パターン１６,１６間に隔壁を形成できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、電子部品をフリップチップ方式で搭載する搭載面に形成した複数本の導体パターンのうち、前記電子部品のバンプが当接する当接面及び両側面から成る露出面の全面を金属ろう材層によって覆い、前記金属ろう材層を溶融して、前記導体パターンに対応する電子部品のバンプを当接して電気的に接続する配線基板の製造方法において、前記電子部品のバンプが当接する前記導体パターンの露出面を金属層で被覆する工程と、該金属層で被覆した複数本の導体パターン間および導体パターン上を絶縁層で覆った後、上面の絶縁層を除去して前記金属層で被覆した導体パターンの少なくとも上面を露出させる工程と、前記金属層を除去することにより、前記導体パターンの側面が露出する溝を形成するとともに、前記導体パターン間に、前記金属ろう材層を溶融したとき、溶融状態の金属ろう材が隣接する導体パターン側に流出することを防止する隔壁を形成する工程と、前記導体パターンの露出面を金属ろう材層で覆う工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法にある。

かかる本発明において、溝及び隔壁を、配線基板の搭載面に形成した複数本の導体パターンの露出面のみを厚さが均一で且つ所定厚さのめっき金属層で被覆した後、前記めっき金属層で被覆した導体パターンを覆う絶縁層の表面を研磨して、前記めっき金属層を露出し、次いで、前記めっき金属層のみをエッチングで除去して形成することによって、溝及び隔壁を容易に形成できる。
この導体パターンの露出面を覆うめっき金属層を、無電解めっきによって形成することによって、給電が困難な導体パターンの露出面でも容易にめっき金属層を形成できる。
また、金属ろう材層を、導体パターンの露出面に付着した金属ろう材粉を溶融して形成し、前記導体パターンの両側面の各々に沿って、露出する導体パターンの側壁面に前記金属ろう材粉を付着できる幅の溝を形成することによって、金属ろう材粉を導体パターンに振り掛けることにより、導体パターンの露出面を被覆する金属ろう材層を形成できる。
更に、導体パターンの両側に沿って、幅の等しい溝を形成することによって、溝内に露出する導体パターンの側壁面に均一厚さの金属ろう材層を形成でき、溶融金属ろう材量のバラツキを可及的に小さくできる。
この様にして形成した隔壁を、導体パターンと等しい高さに形成することによって、隔壁及び溝を容易に形成できる。
一方、隔壁を、導体パターンよりも高く形成することによって、隣接する導体パターン方向への溶融金属ろう材の流出を更に防止できる。
他方、隔壁を、導体パターンよりも低く形成することによって、導体パターンの側壁面に金属ろう材層を容易に形成できる。

本発明によれば、導体パターンの側壁面が溝内に露出しているため、導体パターンの電子部品のバンプが当接する当接面及び両側面から成る露出面の全面を金属ろう材層によって覆うことができる。このため、導体パターンと電子部品のバンプとの当接状態を確実に固定できる充分な量の溶融金属ろう材を確保でき、且つ溶融金属ろう材量のバラツキを可及的に少なくできる。
しかも、隣接する導体パターン間には、溶融金属ろう材が他方の導体パターン方向に流出することを防止する隔壁が設けられている。このため、充分な量の溶融金属ろう材を提供できる金属ろう材層を導体パターンの露出面に確保しても、隣接する導体パターン間で金属ろう材のブリッジが発生したり、金属ろう材残が発生することを防止できる。
その結果、配線基板の導体パターンの狭ピッチ化を図っても、導体パターンと電子部品のバンプとの当接状態を確実に固定できる充分な量の溶融金属ろう材を確保しつつ、隣接する導体パターン間での金属ろう材のブリッジや金属ろう材残の発生を防止できる。

本発明に係る配線基板は、図８に示す配線基板１０と同様に、電子部品としての半導体素子１２をフリップチップ方式で搭載する搭載面に、銅から成る導体パターン１６，１６・・がソルダレジスト２０，２０から露出して形成されている。この導体パターン１６，１６・・の各露出部には、半導体素子１２のバンプが当接する幅広部１６ａが形成されている。
かかる導体パターン１６，１６・・の各両側には、図１（ａ）に示す様に、各導体パターン１６に沿って同一幅の溝３４，３４が形成され、各導体パターン１６の側壁面が溝３４，３４内に露出している。
従って、導体パターン１６，１６・・・の各々は、半導体素子１２のバンプが当接する当接面及び側壁面が露出しており、図１（ａ）に示す様に、金属ろう材層としてのはんだ層３０によって覆われている。
更に、導体パターン１６，１６・・の露出部間には、図１（ａ）に示す様に、絶縁層としての樹脂層３２が形成されている。かかる樹脂層３２は、図１（ｂ）に示す様に、導体パターン１６と同一高さであって、後述する様に、導体パターン１６のはんだ層３０を溶融した際に、溶融はんだが隣接する導体パターン１６の方向に流出することを防止する隔壁としての役割を果たす。
この溝３４の幅Ｗは、導体パターン１６に付着したはんだ粉を溶融してはんだ層３０を形成する場合は、導体パターン１６の側壁面にはんだ粉を付着できる幅、具体的には５〜２０μｍ程度とすることが好ましい。

図１に示す配線基板１０を形成する際には、先ず、図２（ａ）に示す様に、配線基板１０の搭載面に、所定箇所をソルダレジスト２０から露出する銅から成る導体パターン１６，１６・・を形成する。かかる導体パターン１６，１６・・は、公知のアディティブ法、セミアディティブ法或いはサブトラクティブ法によって形成できる。この導体パターン１６，１６・・には、図８に示す様に、配線基板１０の搭載面にソルダレジスト２０，２０から露出した露出部が形成されている。この露出部には、図８に示す様に、半導体素子１２のバンプ２２の先端と当接する幅広部１６ａが形成されており、その横断面形状は、図２（ａ）に示す様に、四辺形であって、電子部品１２のバンプ２２が当接する当接面及び両側面の三面が露出する。
図２（ａ）に示す導体パターン１５は、半導体素子１２のバンプと当接することのないものであって、ソルダレジスト２０によって覆われている。

かかる導体パターン１６，１６・・の露出面は、図２（ｂ）に示す様に、厚さが均一で且つ所定厚さのニッケルから成るめっき金属層１８によって被覆する。このめっき金属層１８の厚さは、形成予定の溝３４の厚さと等しくする。
このめっき金属層１８は、無電解めっきによって形成することによって、給電が困難な導体パターン１６の露出面にも容易にめっき金属層１８を形成できる。
かかる無電解めっきとして、無電解ニッケルめっきについて説明すると、めっき対象面を脱脂してからソフトエッチング及び酸洗浄した後、Ｐｄ活性化処理を施す。この際に、導体パターン１６の露出面のみに選択的にＰｄの核付けを行う。次いで、所定の無電解ニッケルめっき液に配線基板を浸漬し、その浸漬時間を調整することによって、導体パターン１６，１６・・の露出面のみに均一厚さで且つ所定厚さのニッケルめっき金属層１８を形成できる。

次いで、図２（ｃ）に示す様に、露出面をめっき金属層１８によって被覆した導体パターン１６，１６・・を樹脂層３２によって覆った後、樹脂層３２の表面を研磨して、図２（ｄ）に示す様に、導体パターン１６の表面を露出する。この様に、導体パターン１６の表面を露出したとき、導体パターン１６の側面はめっき金属層１８で被覆されている。
更に、図２（ｄ）に示す配線基板１０を、導体パターン１６を形成する銅をエッチングしないが、めっき金属層１８を形成するニッケルをエッチングするエッチング液に浸漬し、めっき金属層１８をエッチングして除去する。
めっき金属層１８を除去することによって、図２（ｅ）に示す様に、導体パターン１６，１６・・の各側面に、導体パターン１６の側壁面が露出する溝３４が形成される。かかる溝３４，３４・・は均一幅であって、導体パターン１６の側壁面に金属ろう材層３０（図１）を形成できる幅である。例えば、金属ろう材層３０としてのはんだ層を、導体パターン１６の露出面に付着したはんだ粉を溶融して形成する場合には、導体パターン１６の露出面にはんだ粉が付着できる幅、はんだ粉の平均粒径の２〜３倍、具体的には５〜２０μｍ程度とすることが好ましい。
この際に、隣接する導体パターン１６，１６の間には、樹脂層３２から成る隔壁が形成される。

その後、図２（ｅ）に示す導体パターン１６，１６・・の各露出面に付着したフラックス等の粘着剤に、はんだ粉を振り掛けて付着させた後、はんだ粉を溶融することによって、図１に示す様に、導体パターン１６，１６・・の各露出面に金属ろう材層としてのはんだ層３０が形成される。
図１に示す導体パターン１６，１６・・の各露出面に形成されたはんだ層３０を溶融し、図９に示す様に、半導体素子１２のバンプ２２の先端を当接すると、導体パターン１６の露出面の全面を覆う溶融状態のはんだは、半導体素子１２のバンプ２２の周面に表面張力によって集まり、バンプ２２と導体パターン１６とを接合して電気的に接続する。この際に、図１に示す導体パターン１６，１６・・では、その露出面である半導体素子１２のバンプ２２が当接する当接面及び両側面の三面に存在する溶融状態のはんだをバンプ２２と導体パターン１６との接合に利用できる。このため、バンプ２２と導体パターン１６とを確実に電気的に接合できる。
しかも、隣接する導体パターン１６，１６の間には、樹脂層３２から成る隔壁が設けられている。このため、導体パターン１６，１６・・の各露出面に充分な量のはんだ層３０が形成されていても、はんだ層３０を溶融しても、隣接する導体パターン１６，１６の間ではんだのブリッジが発生したり、はんだ残が発生することを防止できる。
従って、図１に示す導体パターン１６，１６・・を具備する配線基板１０では、導体パターン１６，１６・・の狭ピッチ化を図っても、導体パターン１６と半導体素子１２等の電子部品のバンプ２２との当接状態を確実に固定できる充分な量のはんだを確保しつつ、隣接する導体パターン１６，１６の間でのはんだブリッジやはんだ残の発生を防止できる。

図１及び図２では、ソルダレジスト２０によって覆われており、半導体素子１２のバンプと当接することのない導体パターン１５は、ソルダレジスト２０，２０から露出する露出面を具備する導体パターン１６よりも薄く形成していたが、図３（ａ）に示す様に、導体パターン１６と同一厚さに形成してもよい。
この場合には、図３（ａ）に示す導体パターン１６，１６・・の露出面を、厚さが均一で且つ所定厚さのめっき金属層１８によって被覆し樹脂層３２によって覆った後、図３（ｂ）に示す様に、導体パターン１６，１６・・に対応する樹脂層３２の部分のみをブラスト研磨して凹部を形成し、凹部の底面に導体パターン１６，１６・・のめっき金属層１８を露出する。その際に、めっき金属層１８を除去したとき、導体パターン１６，１６・・の表面と凹部底面とが同一面となるように、ブラスト研磨量を調整する。
次いで、めっき金属層１８のみをエッチングで除去することによって、図３（ｃ）に示す様に、導体パターン１６，１６・・の各側面に、導体パターン１６の側壁面が露出する溝３４を形成できる。

図１〜図３に示す配線基板１０では、導体パターン１６と樹脂層３２から成る隔壁とが同一高さであったが、図４に示す様に、隔壁を形成する樹脂層３２が導体パターン１６よりも高くてもよい。この様に、樹脂層３２を導体パターン１６よりも高くすると、導体パターン１６，１６・・の各露出面に充分な量のはんだ層３０が形成されていても、はんだ層３０を溶融しても、隣接する導体パターン１６，１６の間ではんだによるブリッジの発生を更に確実に防止できる。
図４に示す配線基板１０を製造するには、図２（ｃ）に示す様に、配線基板１０のニッケルから成るめっき金属層１８によって被覆した、銅から成る導体パターン１６，１６・・を被覆する樹脂層３２をブラスト研磨等によって研磨して、図５（ａ）に示す様に、導体パターン１６を覆うめっき金属層１８の表面を露出する。
次いで、めっき金属層１８を形成するニッケルのみをエッチングして、導体パターン１６を形成する銅をエッチングしないエッチング液によって、めっき金属層１８のみをエッチングして除去する。かかるエッチング処理によって、図５（ｂ）に示す様に、導体パターン１６，１６の間に隔壁として残る樹脂層３２よりも低い導体パターン１６を得ることができる。この導体パターン１６の両側面には、導体パターン１６に沿って、導体パターン１６の側壁面が露出する溝３４，３４が形成される。

また、図６に示す様に、隔壁を形成する樹脂層３２が導体パターン１６よりも低い配線基板１０であってもよい。図６に示す配線基板１０では、導体パターン１６の側壁面にはんだ層３０を容易に形成でき、充分な量の溶融はんだを提供できるはんだ層３０を形成できる。
図６に示す配線基板１０を製造するには、図２（ｃ）に示す様に、配線基板１０のニッケルから成るめっき金属層１８によって被覆した、銅から成る導体パターン１６，１６・・を被覆する樹脂層３２を、研磨粒子を研磨面に吹き付けるブラスト研磨によって研磨する。かかるブラスト研磨では、金属から成るめっき金属層１８及び導体パターン１６よりも柔らかい樹脂層３２が研磨され易い。このため、樹脂層３２に対してブラスト研磨を所定時間施すと、図７（ａ）に示す様に、樹脂層３２からめっき金属層１８及び導体パターン１６が突出する。
次いで、めっき金属層１８を形成するニッケルのみをエッチングして、導体パターン１６を形成する銅をエッチングしないエッチング液によって、めっき金属層１８のみをエッチングして除去する。かかるエッチング処理によって、図７（ｂ）に示す様に、導体パターン１６，１６の間に隔壁として残る樹脂層３２よりも高い導体パターン１６を得ることができる。この導体パターン１６の両側面には、導体パターン１６に沿って、導体パターン１６の側壁面が露出する溝３４，３４が形成される。
以上、説明してきた図１〜図７に示す配線基板の製造方法では、溝３４を導体パターン１６の露出面に形成した金属めっき層１８をエッチングして形成しているが、溝３４の幅のバラツキが許容できる場合には、樹脂層３２として感光性樹脂を用いて溝３４を形成してもよい。
また、溝３４を樹脂層３２，３２間に形成したが、樹脂層３２に代えてセラミックから成る絶縁層であってもよい。

本発明に係る配線基板の一例を説明する部分断面図である。 図１に示す配線基板の製造方法を説明する工程図である。 図１に示す配線基板の他の製造方法を説明する工程図である。 本発明に係る配線基板の他の例を説明する部分断面図である。 図３に示す配線基板の製造方法を説明する工程図である。 本発明に係る配線基板の他の例を説明する部分断面図である。 図５に示す配線基板の製造方法を説明する工程図である。 配線基板の一例を説明する正面図である。 従来の配線基板に半導体素子をフリップチップ方式で搭載する状態を説明する説明図である。 従来の配線基板の課題を説明する説明図である。 従来の配線基板の改良例を説明する説明図である。

符号の説明

１０ 配線基板
１２ 電子部品（半導体素子）
１５，１６ 導体パターン
１６ 導体パターン
１６ａ 導体パターン１６の幅広部
１８ めっき金属層
２０ ソルダレジスト
２２ バンプ
３０ はんだ層（金属ろう材層）
３２ 樹脂層（絶縁層）
３４ 溝

Claims (4)

1. 電子部品をフリップチップ方式で搭載する搭載面に形成した複数本の導体パターンのうち、前記電子部品のバンプが当接する当接面及び両側面から成る露出面の全面を金属ろう材層によって覆い、前記金属ろう材層を溶融して、前記導体パターンに対応する電子部品のバンプを当接して電気的に接続する配線基板の製造方法において、
   前記電子部品のバンプが当接する前記導体パターンの露出面を金属層で被覆する工程と、
   該金属層で被覆した複数本の導体パターン間および導体パターン上を絶縁層で覆った後、上面の絶縁層を除去して前記金属層で被覆した導体パターンの少なくとも上面を露出させる工程と、
   前記金属層を除去することにより、前記導体パターンの側面が露出する溝を形成するとともに、前記導体パターン間に、前記金属ろう材層を溶融したとき、溶融状態の金属ろう材が隣接する導体パターン側に流出することを防止する隔壁を形成する工程と、
   前記導体パターンの露出面を金属ろう材層で覆う工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 溝及び隔壁を、配線基板の搭載面に形成した複数本の導体パターンの露出面のみを厚さが均一で且つ所定厚さのめっき金属層で被覆した後、前記めっき金属層で被覆した導体パターンを覆う絶縁層の表面を研磨して、前記めっき金属層を露出し、次いで、前記めっき金属層のみをエッチングで除去して形成する請求項１記載の配線基板の製造方法。
3. 導体パターンの露出面を覆うめっき金属層を、無電解めっきによって形成する請求項２記載の配線基板の製造方法。
4. 金属ろう材層を、導体パターンの露出面に付着した金属ろう材粉を溶融して形成し、前記導体パターンの両側面の各々に沿って、露出する導体パターンの側壁面に前記金属ろう材粉を付着できる幅の溝を形成する請求項１〜３のいずれか一項記載の配線基板の製造方法。

Images