JP5365204B2

JP5365204B2 - 配線基板の製造方法

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Publication number: JP5365204B2
Application number: JP2009005496A
Authority: JP
Inventors: 勝幸狩野; 法康藪下
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-01-14
Also published as: JP2010165767A

Description

本発明は、配線基板本体と補強板とその間に配置された接着層とを備える配線基板の製造方法に関する。

配線基板にハンダバンプを形成し半導体チップとフリップチップ接続を行う半導体装置製造方法において、薄型配線基板に半導体チップを実装する際、配線基板の反り量低減、および剛性の増強、実装装置のハンドリング向上を目的として、接着層を介し補強板（スティフナ）と配線基板本体とを接着する方法が知られている。

補強板を配線基板に貼り合せる方法として、まず補強板に液状接着剤をあらかじめ塗布またはフィルム状接着剤を貼り合せた後、配線基板と貼り合せる方式、また、配線基板に接着剤をあらかじめ塗布またはフィルム状接着剤を貼り合せた後、補強板と貼り合せる方式が挙げられる。また、貼り合せ後は加熱工程に送られ接着剤の熱硬化を行い接着される。

液状の接着剤を補強板もしくは配線基板に塗布する方法としては、光学系認識機構と多軸制御機構を併せ持つ定量供給装置を用いる方法が一般的である。

また、フィルム状の接着剤を補強板もしくは配線基板に貼り合せる方法は多様であるが、一般的には形状加工前の補強板材料にあらかじめシート状接着剤を貼り合せた後、金型加工で一括断裁する方法が知られている。また、形状加工された補強板に形状加工したフィルム状接着剤を、光学認識機構及び多軸制御機構を用い双方の位置を合わせ貼り合せる方法が知られている。

補強板と配線基板の貼り合せの方法としては、光学認識機構及び多軸制御機構を用い双方の位置を合わせ貼り合せる方法と、位置決め治具を用い貼り合せる方法が挙げられる。また、一般的な位置決め治具としては配線基板の外形寸法で配線基板厚み分だけ掘り込んだハ゛スタフ゛形状の治具に配線基板を収納し、その上に補強板の外形寸法で孔抜きされた治具を重ね合わせて、孔抜き部分より補強板を挿入し貼り合せを行うものが挙げられる。

まず、上述の配線基板と補強板との貼り合せの際に液状の接着剤を塗布する場合は、補強板の窓抜き内周部及び外周部のはみ出しに起因したチップ実装時の光学認識不良や外観不良を回避するため、また、気泡混入や端面未接着を回避するための塗布量のコントロールが難しいため、一般的に光学認識機構と多軸制御機構を併せ持つ高価な定量供給装置が必要となる。

また、上述のフィルム状の接着剤を使用し、補強板と接着剤を一括断裁で接着剤付き補強板を作製する場合は、補強板と接着剤が同一寸法なため、貼り合わせフ゜レス工程の際に補強板の窓抜き内周部及び貼り合わせ外周部から接着剤のはみ出しが発生する。また、一括抜き用の金型として一般的にダイセット方式のものが主流であるが、高価で且つ接着剤も同時に抜く都合上、頻繁に金型のメンテナンスが必要となる。

また、フィルム状の接着剤にて、外形枠は補強板より小さく、内窓枠は補強板より大きい寸法のものを使用する場合、接着剤と補強板との貼り合せの際に位置合わせが必要となる。この方式にて自動装置化を検討する場合、接着剤の保持機構及びカハ゛ーフィルム剥離機構、補強板の吸着保持機構および光学認識機構と多軸制御機構を併せ持つ位置決め機構が必要で、且つ、接着剤と補強板との貼り合せの後に、再度配線基板と位置を合わせて貼り合せる機
構が必要となり、非常に高価な装置となる。

また、一般的に配線基板および補強板はともにその形状寸法が様々であり、上記加工装置の構成として、それぞれ形状寸法に合わせたツールや治具が必要となる。ツールによっては配線基板や補強板の吸着用途及び加熱用途別にそれぞれ用意しなくてはならず、且つ形状や材質など特殊な構造をとるため高価となる。また、品種換えによるツール組み付け後の位置決め校正やフ゜ロセス条件出しなどの内段取りに時間を要するため、多品種小ロットの製造には適していない。

特願平８−２１８８８３号公報特願２００５−６３５３５号公報

本発明の目的は、補強板と基板から接着剤のはみ出しが無く、また均一な接着面が得られるように、補強板の外形枠より小さく、内窓枠は大きい、フィルム状接着剤を使用し、単純形状の治具を使用することで比較的安価で且つ精度の良い貼り合せ方法を提供することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、配線基板と窓抜き加工された補強板とをフィルム状接着剤を介して貼り合せる製造方法において、前記窓抜きされた補強板とフィルム状接着剤とを位置決め治具を用い貼り合せ、加熱して仮付けさせる工程と、多面配列のシート状もしくは個片状で供給される配線基板と補強板位置決めガイド枠を位置決めピンを用いて重ね合わせ、前記接着剤付き補強板をガイド枠に落とし込み加熱し仮付けさせる工程と、前記仮付けされた状態にてシートラミネータで本圧着を行う工程を特徴とした配線基板の製造方法であって、前記フィルム状接着剤の外形寸法及び窓抜き寸法は、補強板の外形寸法より０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ小さく、窓抜き寸法は０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ大きくし、前記補強板とフィルム状接着剤を貼り合せに使用する位置決め治具は、二部品で構成され、一部品は補強板を外形枠基準で位置決めを行うために用い、二部品はフィルム状接着剤を窓抜き内径枠基準で位置決めを行うために用い、前記配線基板と前記補強板の貼り合せ前の位置決めは、補強板位置決めガイド枠に形成された位置決め穴と、多面配列のシート状配線基板の場合は位置決め穴を、個片状配線基板の場合は基板外形を、共通の位置決めピンにて重ね合わせを行うことを特徴とした配線基板の製造方法である。

また、請求項２に係る発明は、前記補強板と配線基板との貼り合わせ時の位置決めは、前記配線基板の貼り合わせ前の位置決めの際に用いた前記位置決めピンに対し、補強板外形ガイド枠を重ね合わせすることにより行うことを特徴とした請求項１に記載の配線基板の製造方法である。

また、請求項３に係る発明は、前記仮貼りされた補強板付き配線基板の本圧着は、補強位置決めガイド枠及び位置決めピンを取り外し、シートラミネータにて行うことを特徴とした請求項１または２に記載の配線基板の製造方法である。

本発明によれば、接着層を介し補強板（スティフナ）と配線基板本体とを接着する際に、本発明の補強板と配線基板の貼り合せ方法を適用することにより、補強板と配線基板間の接着剤はみ出しを抑制できるため、それに起因する実装不良や外観不良の発生を抑えることができる。また、光学認識機構や多軸制御機構といった高価な装置を必要とせず、比較的安価な治具にて実施可能である。且つ、治具数を最小限に抑えられ、装置加工のような内段取り作業時間、及びフ゜ロセス条件出し時間も節約できるため、多品種小ロットの製造に適している製造方法を提供できる。

本発明による補強板の平面図と断面図本発明によるフィルム状接着剤の外形加工後の平面図と断面図本発明の補強板とフィルム状接着剤の貼り合せ治具断面図本発明の補強板とフィルム状接着剤の治具を用いた貼り合せ工程説明図（１）本発明の補強板とフィルム状接着剤の治具を用いた貼り合せ工程説明図（２）本発明の補強板とフィルム状接着剤の治具を用いた貼り合せ工程説明図（３）本発明の補強板とフィルム状接着剤の治具を用いた貼り合せ工程説明図（４）本発明の補強板とフィルム状接着剤の治具を用いた貼り合せ工程説明図（５）本発明によるフィルム状接着剤付き補強板の平面図と断面図上記状態にて接着剤ベースフィルムを剥離した断面図本発明のシート状多面配線基板と接着剤付き補強板の貼り合せ治具の概要図本発明のシート状多面配線基板と接着剤付き補強板の貼り合せ工程説明図（１）本発明のシート状多面配線基板と接着剤付き補強板の貼り合せ工程説明図（２）本発明のシート状多面配線基板と接着剤付き補強板の貼り合せ工程説明図（３）本発明のシート状多面配線基板と接着剤付き補強板の貼り合せ工程説明図（４）本発明のシート状多面配線基板と接着剤付き補強板の貼り合せ工程説明図（５）本発明のシート状多面配線基板と接着剤付き補強板の貼り合せ工程説明図（６）本発明のシート状多面配線基板と接着剤付き補強板の貼り合せ工程説明図（７）本発明の個片状配線基板と接着剤付き補強板の貼り合せ治具の概要図

本発明は、まず、配線基板と補強板と貼り合せを行う際に、接着材料の塗布面の均一性と定量性を持たせ接着面の気泡を防ぐためにフィルム状の接着剤を選択した。その理由は、接着面内に気泡の残留があると、その後のチップ実装の加熱工程にて気泡内の気体が膨張し、配線基板と補強板との界面にて剥離の原因になりうるためである。

請求項１は、配線基板と窓抜き加工された補強板とをフィルム状接着剤を介して貼り合せる製造方法においては、前記窓抜きされた補強板とフィルム状接着剤とを位置決め治具を用い貼り合せ、加熱して仮付けさせる工程と、多面配列のシート状もしくは個片状で供給される配線基板と補強板位置決めガイド枠を位置決めピンを用いて重ね合わせ、前記接着剤付き補強板をガイド枠に落とし込み加熱し仮付けさせる工程と、前記仮付けされた状態にてシートラミネータで本圧着を行う工程を特徴としたものである。

ここで配線基板とは、絶縁層と配線層を組み合わせたもので、例えばエポキシ、ポリイミド樹脂製の絶縁層と、銅、アルミ、銀等の導電性が高い金属からなる配線層とを複数積層した積層基板が該当する。また、配線基板の表裏面には、パット、ピン、バンプが形成されており、半導体チップ、電子部品、他のプリント配線基板を接続することができる。

また、補強板の材質は、剛性、熱膨張率、熱伝導性などを考慮したものを選択すれば良く、例えば銅、アルミ、ステンレスの金属製のものや、樹脂製、セラミック製のものがそれに該当する。補強板としては半導体チッフ゜、電子部品、他のプリント配線基板の干渉を防ぐための窓穴が加工されたものが該当する。

フィルム状接着剤は、配線基板と補強板との接着力、耐リフロー性、熱膨張率、熱伝導性等を考慮したものを選択すれば良く、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂や熱可塑性のホ゜リイミト゛樹脂、常温接着性をもつ樹脂がそれに該当する。

請求項2は、フィルム状接着剤の外形寸法及び窓抜き寸法が、補強板の外形寸法より少なくとも0.2mm〜1.0mm小さく、窓抜き寸法は0.2ｍｍ〜1.0mm大きいことを特徴としたものである。これは、接着剤の貼り合せ工程における加圧時の伸び広がりによる補強板の外形枠及び内窓枠からの接着剤のはみ出しを防ぎ、以後のチッフ゜実装時の光学認識不良や外観検査不良の原因を無くす為である。接着剤の寸法については加圧時の伸び広がった際に補強板の外形寸法を超えない寸法を選択すれば良いが、上記数値範囲の0.2ｍｍ〜1.0mmが好ましい。

請求項3は、治具の構成部品数は二部品以外で構成されても構わないが、ここで二部品とした理由は、補強板の外形枠基準で補強板の位置決めを行い内窓枠基準でフィルム状接着剤の位置決めを行う為と、補強板の外形枠寸法が同じで内窓枠寸法が異なる品種、もしくは、その逆で内窓寸法が同じで外形枠寸法が異なる品種でも共用できる治具をそのまま使い回すことができ、治具数を少なくできるためである。また、品種換えの内段取り時間も治具を作業場に揃えるだけのため、装置のような締結具による治具の脱着や取り付け、吸着、位置決め、加熱、加圧等のプロセス条件出しの時間も短いため多品種小ロットに最適である。

請求項4は、配線基板の貼り合せ前の位置決めは、補強板位置決めガイド枠に形成された位置決め穴と、多面配列のシート状配線基板の場合は位置決め穴を、個片状配線基板の場合は基板外形を、共通の位置決めピンにて重ね合わせを行うことを特徴としたものである。

請求項5は、前記補強板と配線基板との貼り合せ時の位置決めは、前記で位置決めされている配線基板の位置決めピンに対し、補強板外形ガイド枠を重ね合わせすることにより行うことを特徴としたものである。

請求項6は、前記仮貼りされた補強板付き配線基板の本圧着は、補強位置決めガイド枠及び位置決めピンを取り外し、シートラミネータにて行うことを特徴としたものである。ここでシートラミネータとは、平面面圧式、ロール線圧式、ダイヤフラム均圧式等の加圧装置のことである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。

まず、補強板１とフィルム状接着剤２を貼り合せる方法を説明する。

図１は、補強板１の平面図と断面図の例を示している。寸法Aの正方形に、寸法Bの正方形の内窓が開いている補強板１を示している。

図2は、補強板１に貼り合せるフィルム状接着剤２の平面図と断面図を示している。補強板１の寸法Aより小さい寸法C（＜A）、補強板の寸法Bより大きいD（＞B）で抜き加工されている。また、フィルム状接着剤２の断面図に示すように、あらかじめフィルム状接着剤２のベースフィルム３とセハ゜レートフィルム４が接着された状態で抜き加工される。抜き加工は、比較的コストが低いトムソン型の金型を用い加工を行うことができる。

図3は、補強板１の外形寸法を基準に位置合わせを行う補強板位置決め治具５と、フィルム状接着剤２の内窓寸法を基準に位置合わせを行う接着剤位置決め治具６の断面図である。補強板位置決め治具５には、補強板１の寸法Aの正の公差を持たせた寸法Eで内掘加工されており、さらに寸法Bの負の公差を持たせた寸法Fの深い内掘加工を施している。

補強板位置決め治具５はフィルム状接着剤２の仮貼りを行うため約40〜50℃で保たれたホットフ゜レート（図示せず）上に置かれている。また、接着剤位置決め治具６は寸法Fの負の公差で寸法Gの挿入部を持ち、且つ、接着剤内窓寸法Dより小さくGより大きい寸法Hを持つ。また、接着剤位置決め治具６は、後ほどフィルム状接着剤２の内窓を通し易いように先端はテーパー状に加工されている。

補強板１にフィルム状接着剤２を貼り合せる工程は、図4のように補強板位置決め治具5に補強板１を外形基準にて配置し、補強板位置決め治具5の寸法Fの内掘部に接着剤位置決め治具6の寸法G部を挿入する。この時、接着剤位置決め治具6は、寸法Hが補強板1の内窓寸法Bよりも大きいため、補強板1の内窓部分に支持される。

次に図6に示すように、フィルム状接着剤2からセパレートフィルム3を剥し、図7に示すようにベースフィルム4付きのフィルム状接着剤2を内窓寸法基準として接着剤位置決め治具6に通し補強板1に貼り合せる。この際、補強板1は、補強板位置決め治具5の伝熱により熱を帯びているため、指や押さえ治具（図示せず）でフィルム状接着剤2の上から軽く押さえることで、仮貼りを行うことができる。

その後、図8のように補強板位置決め治具5から、接着剤位置決め治具6を取り外し、接着剤付き補強板7（図9）を取り出す。接着剤付き補強板7は次工程にてベースフィルム4を剥離し、図10のように接着層を露出させる。

次に、接着剤付き補強板7を配線基板10に貼り合せる方法を説明する。

図11は接着剤付き補強板7をシート状多面配列配線基板10に貼り合せる治具類の構成を示している。位置決めヒ゜ン8aを備えたベースプレート8、シート状多面配列配線基板10のハンドリング用途としてのキャリアプレート9、接着剤付き補強板7の外形寸法で窓抜き加工された補強板ガイドプレート11で構成されている。また、キャリアプレート9、配線基板10、補強板ガイドプレート11には、位置決めヒ゜ン8aが貫通する位置決め穴9a、10a、11aがあらかじめ加工されている。
また、ベースフ゜レート8＜キャリアプレート9＜補強板カガイドプレート11の順にフ゜レート外形寸法が大きい仕様となっており、フ゜レート同士を重ね合わせた際に指や治具爪が順に引っかかり、容易に取り外しが可能となっている。

接着剤付き補強板7を配線基板10に貼り合せる工程は、ベースプレート8にキャリアフ゜レート9を位置決めヒ゜ン8aで重ね合わせる（図12）。そしてキャリアフ゜レート9上に、多面付け（図例では2行2列）されたシート状多面配列配線基板10を位置決めヒ゜ン8aで重ね合わせる（図13）。さらに、その上より、補強板ガイドプレート11を位置決めピン8aにて重ね合わせる（図14）。あらかじめベースフィルム4を剥した接着剤付き補強板7を補強板ガイドプレート11の窓枠の外形を基準とし挿入しシート状配線基板10と貼り合せる（図15）。その際、接着剤付き補強板7の上より加熱し仮圧着を行うが、今回はホットプレートにて約40〜50℃の熱を4秒掛け仮圧着した（図示しない）。

次に、補強板ガイドプレート11及びベースプレート8を取り外し（図16）、補強板7が仮圧着されたシート状多面配線基板10がキャリアプレート9に搭載されている状態にし（図17）、その状態のままシートラミネータ工程に掛け本圧着を行う（図示せず）。

最後に、キャリアプレート9を取り外し、補強板7がシート状多面配線基板10に本圧着された状態のものを取り出す（図18）。また、キャリアプレート9にシート状多面配線基板10を搭載したまま、その次工程、接着剤の本キュア工程や配線基板の個片化工程に送る工程としてもよい。

また、配線基板が個片状の配線基板10’の場合を図19に示すが、位置決めピン8’aが個片配線基板10’に対し少なくとも4辺を位置決めするために配置されるだけで、以後、基本的な工程は前述と同様である。

上記で説明した金属補強板付半導体パッケージ基板を製造するにあたり、下記の条件にて実施した。
補強板の寸法A：４０ｍｍ
補強板の寸法B：３０ｍｍ
フィルム状接着剤の寸法C：３９．８ｍｍ
フィルム状接着剤の寸法D：３０．２ｍｍ
フィルム状接着剤のカ゛ラス転移温度：６０℃
補強板位置決め治具の寸法E：４０．１ｍｍ
補強板位置決め治具の寸法F：２９．９ｍｍ
接着剤位置決め治具の寸法G：２９．８５ｍｍ
接着剤位置決め治具の寸法H：３０．１ｍｍ

本実施例の治具使用による補強板7とフィルム状接着剤2との貼り合せに関し、位置ずれ量を測定した。補強板7の重心位置を基準としたフィルム状接着剤2の重心相対位置ずれ量は、X座標±0.05mm以下、Y座標±0.05mm以下となった（N=100）。

さらに、今回の治具使用による補強板7と配線基板10との貼り合せに関し、位置ずれ量を測定した。配線基板10の重心位置を基準とした補強板7の重心相対位置ずれ量は、X座標±0.08mm以下、Y座標も±0.07mm以下となった（N=100）。また、次工程の外観検査においても、補強板7と配線基板10間のフィルム状接着剤2のはみ出し起因による不良発生も0であった。

1・・・補強板
2・・・フィルム状接着剤
3・・・接着剤セパレートフィルム
4・・・接着剤ベースフィルム
5・・・補強板位置決め治具
6・・・接着剤位置決め治具
7・・・接着剤付き補強板
8・・・位置決めベースプレート（シート状多面配線基盤用）
8a・・・ベースプレート位置決めピン（シート状多面配線基盤用）
8’・・・位置決めベースプレート（個片状配線基盤用）
8’a・・・ベースプレート位置決めピン（個片状配線基盤用）
9・・・キャリアプレート（シート状多面配線基盤用）
9a・・・キャリアプレート位置決め穴（シート状多面配線基盤用）
9’・・・キャリアプレート（個片状配線基盤用）
9’a・・・キャリアプレート位置決め穴（個片状配線基盤用）
10・・・シート状多面配線基板
10a・・・シート状多面配線基板位置決め穴
10’・・・個片状配線基板
11・・・補強板ガイドプレート（個片状配線基盤用）
11a・・・補強板ガイドプレート位置決め穴（個片状配線基盤用）
11’・・・補強板カガイドプレート（シート状多面配線基盤用）
11’a・・・補強板ガイドプレート位置決め穴（シート状多面配線基盤用）

Claims

配線基板と窓抜き加工された補強板とをフィルム状接着剤を介して貼り合せる製造方法において、前記窓抜きされた補強板とフィルム状接着剤とを位置決め治具を用い貼り合せ、加熱して仮付けさせる工程と、多面配列のシート状もしくは個片状で供給される配線基板と補強板位置決めガイド枠を位置決めピンを用いて重ね合わせ、前記接着剤付き補強板をガイド枠に落とし込み加熱し仮付けさせる工程と、前記仮付けされた状態にてシートラミネータで本圧着を行う工程を特徴とした配線基板の製造方法であって、
前記フィルム状接着剤の外形寸法及び窓抜き寸法は、補強板の外形寸法より０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ小さく、窓抜き寸法は０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ大きくし、
前記補強板とフィルム状接着剤を貼り合せに使用する位置決め治具は、二部品で構成され、一部品は補強板を外形枠基準で位置決めを行うために用い、二部品はフィルム状接着剤を窓抜き内径枠基準で位置決めを行うために用い、
前記配線基板と前記補強板の貼り合せ前の位置決めは、補強板位置決めガイド枠に形成された位置決め穴と、多面配列のシート状配線基板の場合は位置決め穴を、個片状配線基板の場合は基板外形を、共通の位置決めピンにて重ね合わせを行うことを特徴とした配線基板の製造方法。
前記補強板と配線基板との貼り合わせ時の位置決めは、前記配線基板の貼り合わせ前の位置決めの際に用いた前記位置決めピンに対し、補強板外形ガイド枠を重ね合わせすることにより行うことを特徴とした請求項１に記載の配線基板の製造方法。
前記仮貼りされた補強板付き配線基板の本圧着は、補強位置決めガイド枠及び位置決めピンを取り外し、シートラミネータにて行うことを特徴とした請求項１または２に記載の配線基板の製造方法。