(57)【要約】【課題】電気部品と配線基板の距離をできるだけ短くするために、はんだの流れ出しを抑えられる薄い保護皮膜を形成する配線基板の提供と、この配線基板に電気部品を搭載する方法を提供する。【解決手段】最上層に電極を有する金属製の配線パターン１１が設けられた配線基板１００において、電極を含めて配線パターン１１を覆う電気絶縁性の保護皮膜２が形成されている。そして、絶縁基板１００の最も高い箇所に、保護皮膜２が位置している。保護皮膜の厚さは、電極を含めた金属製の配線パターン１１の厚み未満であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最上層に電極を有する金属製の配線パターンが設けられた配線基板において、
前記電極を含めて前記配線パターンを覆う電気絶縁性の保護皮膜が形成され、
前記絶縁基板の最も高い箇所に、前記保護皮膜が位置している、
ことを特徴とした配線基板。
【請求項２】
保護皮膜の厚さが、前記電極を含めた前記金属製の配線パターンの厚み未満であることを特徴とする請求項１に記載された配線基板。
【請求項３】
前記保護皮膜は、防錆皮膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
【請求項４】
配線基板の最上層にある電極を有する金属製の配線パターンを覆うように、電気絶縁性を持った保護皮膜を形成する工程と、
上記配線基板を１５０℃以上で加熱する工程と、
上記電極にはんだを搭載する工程と、
を含むことを特徴とした配線基板の製造方法。
【請求項５】
前記はんだが鉛を含まないことを特徴とした請求項４に記載の配線基板の製造方法。
【請求項６】
配線基板の最上層にある電極を有する金属製の配線パターンを覆うように、電気絶縁性を持った保護皮膜を形成する工程と、
上記配線基板に熱を加える工程と、
上記電極に導電性物質を押し付ける工程と、
前記押し付けられた導電性物質に超音波を印加する工程と、
を含むことを特徴とした配線基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１から３に記載の配線基板、または請求項４から６に記載された方法で製造された配線基板に、半導体素子が搭載されることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板に関するものである。配線基板としては、たとえば、ＢＧＡ基板も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
配線基板上の電極と配線基板及びリード線などをはんだによって接続する際に、はんだが隣接する電極へと流出することを防ぐ目的としてソルダーレジストを配線基板の表面に積層することが行われている。
【０００３】
ところが昨今の半導体パッケージの開発においては高周波駆動、高機能かつ小型化を行うため、配線間隔を狭くしてより集積度を上げる試みが行われている。
【０００４】
そのため、このソルダーレジストの厚みにより半導体チップと配線基板、とりわけＢＧＡ基板との接続において、はんだ電極の高さをソルダーレジストの厚み分高くする必要がある。
【０００５】
はんだ電極をソルダーレジストの厚み分高くしようとすると、はんだ電極の直径も大きくなってしまい配線間隔を狭くすることに逆行してしまったり、電極が接続できなくなってしまうなどの問題が発生する。
【０００６】
このことを克服するため、構造的にバンプそのものを高くする方法により、ソルダーレジストの高さを克服する方法が考えられているが、これらの方法では工程数が増えてしまうという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１５１５８７
【特許文献２】特開平８−１９６７０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の問題点を鑑みて、形成される保護皮膜がソルダーレジストと同等のはんだ流れ出し防止の機能を持ち、その厚みが従来のソルダーレジストよりも薄くなり、電極が基板上で最も高い位置に存在する配線基板を提供することで、配線基板と電気部品の接続距離を短くすることである。またこの配線基板を用いて電気部品を搭載する際に保護皮膜が接合を阻害しないようにする配線基板と、その製造方法において工程数を増やさない手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１は、最上層に電極を有する金属製の配線パターンが設けられた配線基板において、前記電極を含めて前記配線パターンを覆う電気絶縁性の保護皮膜が形成され、前記絶縁基板の最も高い箇所に、前記保護皮膜が位置していることを特徴とした配線基板である。
言い換えると、本発明の請求項１にかかわる発明は、電気部品を接続する配線基板において電極を有しており、少なくとも、この電極を含む最上層に存在する金属層上に電気絶縁性を持った保護皮膜が形成されていること、金属層上に形成された保護皮膜は１種類のみで、他の種類の有機・無機、絶縁性、導電性を問わず保護皮膜が存在しないことを特徴とする配線基板である。
【００１０】
すなわち、金属層上に形成された保護皮膜の最表面が、配線基板の構成物のなによりも厚み方向でもっとも外側にあることを特徴とした配線基板である。
【００１１】
請求項２は、保護皮膜の厚さが、前記電極を含めた前記金属製の配線パターンの厚み未満であることを特徴とする請求項１に記載された配線基板である。
言い換えると、本発明の請求項３にかかわる発明は、形成された保護皮膜の厚さが配線基板の最上層に設けられた電極を構成する金属層の厚みよりも薄いことを特徴とした請求項２か３に記載された配線基板である。
【００１２】
請求項３は、前記保護皮膜は、防錆皮膜であることを特徴とする請求項１または２に配線基板である。
言い換えると、本発明の請求項３にかかわる発明は、上記保護皮膜が電極や配線層の金属に対して防錆効果を発揮する保護膜を形成することを特徴とした請求項１または２に記載の配線基板である。
【００１３】
請求項４は、配線基板の最上層にある電極を有する金属製の配線パターンを覆うように、電気絶縁性を持った保護皮膜を形成する工程と、上記配線基板を１５０℃以上で加熱する工程と、上記電極にはんだを搭載する工程とを含むことを特徴とした配線基板の製造方法である。
言い換えると、本発明の請求項４にかかわる発明は、配線基板の少なくとも最上層にある金属層に電気絶縁性を持った保護皮膜を形成する工程と、その後に上記配線基板を１５０℃で過熱してエージング処理を行う工程と、上記配線基板上にある電極部分にはんだを接合する工程を含む配線基板を製造する方法である。
【００１４】
請求項５は、前記はんだが鉛を含まないことを特徴とした請求項４に記載の配線基板の製造方法である。
言い換えると、本発明の請求項５にかかわる発明は、配線基板の製造方法において、電極との接合に用いるはんだに鉛を含まない種類を使用することを特徴とした請求項４に記載の配線基板の製造方法である。
【００１５】
請求項６は、配線基板の最上層にある電極を有する金属製の配線パターンを覆うように、電気絶縁性を持った保護皮膜を形成する工程と、上記配線基板に熱を加える工程と、上記電極に導電性物質を押し付ける工程と、前記押し付けられた導電性物質に超音波を印加する工程とを含むことを特徴とした配線基板の製造方法である。
言い換えると、本発明の請求項６にかかわる発明は、配線基板の少なくとも最上層にある金属層に電気絶縁性を持った保護皮膜を形成する工程と、上記配線基板に熱を加えて予備過熱を行う工程と、上記配線基板の電極に、電気部品との通電を担う導電性物質を押し付けておく工程と、その導電性物質に超音波を印加し電極と導電性物質を溶着させることを特徴とした配線基板の製造方法である。
【００１６】
請求項７は、請求項１から３に記載の配線基板、または請求項４から６に記載された方法で製造された配線基板に、半導体素子が搭載されることを特徴とする半導体装置である。
言い換えると、本発明の請求項７にかかわる発明は、請求項１から３に記載された配線基板、または請求項４から６に記載された製造方法で製造された配線基板に接続する電気部品が半導体素子であることを特徴とした配線基板である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、配線基板上の最も高い位置には配線基板上の電極に形成された絶縁性保護膜が存在するため、電極上の保護皮膜だけを除去することで、配線基板と電気部品の間の距離を狭くすることができる。さらに本発明によれば、電極上のすべてに保護皮膜が形成されていても接続が可能であることから、露光現像といった工程が不必要で、工程短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る配線基板の構成を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る配線基板を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る配線基板を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る配線基板１００は、絶縁基材層（絶縁基板または配線基板）３上の主面に金属層１を有し、金属層１には保護皮膜２が形成されている。なお、図１ではビアや対面の配線等は省略してある。また、電極を有する配線パターン１１は金属層１の一部である。
保護皮膜２はこの配線基板１００上の金属層１上に形成することが望ましい。図１は金属層１上のみ保護皮膜２を形成した例であるが、皮膜は金属層１に限らずに絶縁基材層３上に形成されていてもよい。しかし少なくとも金属層１には保護皮膜２が形成されている必要があり、金属層１の上に形成された保護皮膜２が、配線基板１００上で最も高い位置に存在する必要がある。これにより配線基板１００の電極１１と電気部品４の電極間距離は保護皮膜２のみに依存することになり、保護皮膜２を薄くする手段を講じることで、電極間距離をより狭くすることが可能である。
【００２０】
配線基板１００は、絶縁基材層３と金属層１とをそれぞれ一層以上積層して構成される。絶縁基材層３を一層とし、金属層１を一層として、これらを互いに積層し、最上面の金属層１に保護皮膜２を積層したものである。
【００２１】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、配線基板１００は絶縁基材層３のそれぞれ両面に金属層１を形成したものであり、多層構成のものを表している。図２（ａ）及び図２（ｂ）では、絶縁基材層３の両面に金属層１と保護皮膜２が形成されているが、絶縁基材層３の片面だけに形成できるため本発明はこれに限定されるわけではない。絶縁基材層３と金属層１とをそれぞれ複数層として、これら絶縁基材層３と金属層１とを交互に積層して構成されるビルドアップ配線基板に適用することができる。
【００２２】
金属層１は、銅箔からなる層、銅めっき層及び金属ペーストからなる層等が使用できるが本発明はこれらに限定されるわけではない。銅以外では、アルミ、銀等の配線に用いることができる金属材料を使用することができる。金属箔又は金属めっき層を金属層１として使用する場合には、絶縁基材層３上にこれら銅箔又は銅めっき層を形成した後、エッチングして金属層１を形成することができる。また、金属ペーストを金属層１として使用する場合には、この金属ペーストを所望のパターンに印刷することができる。金属層１の配線パターンを同時に形成することにより、金属層１が形成される。
【００２３】
保護皮膜２は電気絶縁性の物質であれば特に制限はなく、回路基板そのものを外部から保護するためにガラス皮膜や塩化ビニル系の材料を基板上に薄く形成することで、金属層１を保護することができるが、本発明ではこれらの材料に限定されるわけではない。さらには、保護皮膜２は、金属層１の酸化を防止することを目的とした防錆剤を使用することができ、特に金属層１が銅である場合、銅上にのみ形成するベンゾトリアゾール系、イミダゾール系、ホウ素系などから選択することができるが、これらに限定されるわけではない。
すなわち、基板表面に、金属層１が酸化しない様に薄いガラス膜を塗布したり、防錆皮膜薬液処理により形成することなとで、これを保護皮膜２とすることができる。電気部品を実装する際はこの保護皮膜２を超音波や熱を使って除去することで配線基板の電極が露出し接続が可能になる。
【００２４】
さらに、保護皮膜２の厚さを金属層１の厚みよりも薄くすることで、金属層１以外に付着した保護皮膜２が存在しても、その厚さは金属層１以下であるために電気部品４との接合を阻害する要因にはならないため、この厚さは重要である。
【００２５】
絶縁基材層３は、ポリイミド樹脂やガラス／エポキシ樹脂等の有機系絶縁基材のほか、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック系絶縁基材を使用することができるが本発明ではこれらに限定されるわけではない。
【００２６】
図３を例に本発明の実施の形態を示す。図３（ａ）は保護皮膜２が金属層１上に形成された配線基板１００上の配線パターン１１に、はんだ電極４１がついた電気部品４を乗せる。このとき、金属層１が銅である場合に使用する保護皮膜２は銅表面のみに保護皮膜をつくる防錆剤を使用するのが適している。これらの保護皮膜は非常に薄く、またはんだとの接合時に保護皮膜を容易に除去することが可能であることがその理由である。
【００２７】
配線基板１００上の電気部品４を搭載する際に、その接続にはんだを用いれば、そのはんだを溶融させる熱を加えることで保護皮膜２が除去でき、配線基板１００と電子部品４を接続することができる。
【００２８】
さらに保護皮膜２が、銅皮膜の防錆を目的とすることを特徴とする薬液を使用する場合は、配線基板１００と電気部品４とをはんだを用いて接続する前に保護皮膜の耐熱温度を超える１５０℃以上で加熱しておくことで、保護皮膜２が変質し金属層１が酸化する。これによりはんだの濡れ性を低下させ流れ出しを抑制することができる。しかし、はんだを必要としている部分はフラックスにより酸化膜が除去されその接続性に問題は発生しない。
【００２９】
さらに、配線基板１００と電気基板４を接合するのに使用するはんだが鉛を含まない場合は、そのはんだの濡れ性が鉛を含むはんだに比べて悪いため、流れ出しを抑制の効果が大きくなる。
【００３０】
図３（ｂ）は、電気部品４の電極に突起電極４２（たとえば金バンプ）を用いて配線基板１００と接合するような、主に半導体素子の場合である。このときに使用する皮膜は、先の防錆剤だけでなく基板全体を保護する皮膜まで使用することができる。この場合、防錆皮膜とは皮膜の形成方法が異なるためにごく薄い保護皮膜を形成することは困難であるが、塗布方法、たとえばスプレー塗布や蒸着法によってこの問題は解決が可能である。また手法はこれに限定されるものではない。
【００３１】
配線基板１００と電気部品４との接合に突起電極４２を使用した場合の接続方法は、まず予備加熱した配線基板１００の上に電気部品４を所定の場所に固定し、一定の力で突起電極４２を電極１１に押し付け、突起電極４２に超音波を印加する、ことで突起電極４２が振動し予備加熱との作用ともあいまって配線基板１００と電極１１の間に熱を発生する。発生した熱により保護皮膜２が変質し、また振動により皮膜を削り、同時にその熱で突起電極４２と金属配線１１が溶融して配線基板１００と電気部品４が接続される。この接続方法は公知の超音波溶着の原理と同じである。
【００３２】
上記の接合に使用される電気部品は、抵抗、コンデンサ、インダクタ、などが挙げられるがこれに限られることはなく、ダイオードやトランジスタ、半導体チップの等の半導体素子を接合することも可能である。
【００３３】
上記のいずれの実施形態においても既存のソルダーレジストのように、電極部分に開口を作る必要がないため、保護皮膜２を形成するだけで露光、現像が必要なく工程短縮が可能である。また、既存の設備を使用することが可能である。
（実施例１）
【００３４】
ポリイミド樹脂を絶縁基材層３として両面に銅箔を積層した銅張り積層板を使用して、脱脂、酸洗、洗浄、乾燥の各工程の後、その片面に、四国化成（株）製、商品名「タフエースＦ２（ＬＸ）ＰＫ」で表示されるプリフラックス剤を常温で１分間浸漬し洗浄の後、１００℃で１分間過熱し配線基板を乾燥させた。
このとき、この基板にはソルダーレジストは形成されていない。
【００３５】
次に、この保護皮膜２を形成した配線基板を１７５℃で３０分間乾燥させ、防錆皮膜を酸化させた。
【００３６】
乾燥させた配線基板に印刷法を用いて鉛フリーはんだを電極の面積と等しくなるように印刷し、その上に電極部分が鉛フリーはんだであるチップコンデンサを搭載し、最大温度２４０℃になるように過熱してチップコンデンサと配線基板を接続した。
【００３７】
接合後の外観は、電極より先の配線パターンへの流れ出しが1mmでチップコンデンサ電極上部から配線基板電極の端部まで滑らかな弓状のフィレットを形成していた。また導通テストにより配線基板１００とチップコンデンサが通電していることを確認し、この発明が有効であることを確認した。
（実施例２）
【００３８】
実施例１と同じ基板を準備し、墨東化成工業（株）製、商品名「シラグシタールーA6200」で表示される常温ガラスコーティング剤をエアースプレーにて塗布し、２４時間乾燥させ基板表面にガラス薄膜を形成し、このガラス皮膜の厚さは触針計で測定し、その厚さは金属層未満であることを確認した。
このとき、この基板にはソルダーレジストは形成されていない。
【００３９】
次に、この基板上に半導体素子を搭載し配線基板と半導体素子を金バンプで接続する。バンプの径は25umであり、加熱温度は２２０℃、１バンプあたりの超音波出力130mW  加重50g  打ち付け時間は5mSecとした。
【００４０】
接続後に配線基板と半導体素子の導通試験を実施し、導通されていることを確認し、この発明が有効であることを確認した。
【符号の説明】
【００４１】
１：金属層
１１：配線パターン、電極
２：保護皮膜
３：絶縁基材層
４：電気部品
４１：はんだ電極
４２：金属電極
１００： 配線基板 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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