(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭載する電子部品の電極群に対応する接続パッド群を少なくとも一主面に有する実装用配線板であって、
前記実装用配線板面の接続パッド群が、
それぞれ底面側から先端部に向って細くなる先端部の尖った断面形状を有し、実装する電子部品の電極の汚染層に押し当て応力を作用させたときに該汚染層を排除できる程度の硬度を有する、導電性粉末を樹脂と混合して調製した導電性組成物から形成された導電性バンプを備え、かつ前記導電性バンプ群を備えた面が、搭載される電子部品の固着とともに回路部及び接続部を保護する未硬化状の絶縁樹脂層で被覆されている
ことを特徴とする実装用配線板。
【請求項２】
請求項１記載の実装用配線板であって、前記導電性粉末が、銀、金、銅、ハンダ粉、これらの合金粉末もしくは複合の金属粉末であり、前記樹脂が、ポリカーボネ−ト樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、又はポリイミド樹脂であることを特徴とする実装用配線板。
【請求項３】
少なくとも一主面に底面側から先端部に向って細くなる先端部の尖った断面形状を有し、実装する電子部品の電極の汚染層に押し当て応力を作用させたときに該汚染層を排除できる程度の硬度を有する、導電性粉末を樹脂と混合して調製した導電性組成物から形成された導電性バンプを備えた接続パッド群が形成され、かつ前記導電性バンプ群を備えた面が、搭載される電子部品の固着とともに回路部及び接続部を保護する未硬化状の絶縁樹脂層で被覆されて成る配線板面上に、前記導電性バンプ群に対応する電極群を有する電子部品を位置合わせして搭載・配置する工程と、
前記位置合わせした配線板の導電性バンプ群および電子部品の電極群の間にそれぞれ応力が作用するように電子部品を実装する工程と、
前記配線基板面の絶縁樹脂層を硬化する工程とを具備して成ることを特徴とする実装方法。
【請求項４】
請求項３記載の実装方法であって、前記導電性粉末が、銀、金、銅、ハンダ粉、これらの合金粉末もしくは複合の金属粉末であり、前記樹脂が、ポリカーボネ−ト樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、又はポリイミド樹脂であることを特徴とする実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電子部品の面実装に適する実装用配線板およびこの実装用配線板を用いた実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器類の軽小化ないしコンパクト化を目的として、回路機構の小形化なども図られている。すなわち、面実装用のパッドを有する配線板面に、所要の電子部品を実装して成る実装回路装置（実装回路ユニット）が、各種の電子機器類で広く実用に供されつつある。そして、前記電子部品の実装には、ハンダ付けによる実装方法が多用されている。具体的には、実装用配線板の導体ターンの所定位置、すなわち搭載する電子部品の電極に対応して設けられている各接続パッド面に、クリーム状にしたハンダペーストを印刷した後、電子部品の電極群を対応する接続パッド面に位置を合わせて搭載・配置し、リロフー炉を通過させてハンダーペーストを溶かし、冷却固化し、電子部品を配線板上に固定する方法が一般的に採用されている。なお、この工程においては、前記配線板面の各接続パッド、もしくは電子部品の電極面に金属バンプを設けておく場合もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、配線板面への電子部品の実装は、ハンダ付け（ハンダ接続）法が一般的であるが、ハンダ付け法にはいろいろの問題点がある。具体的には、（ａ）ハンダを溶融するために  ２００℃〜  ３００℃の温度が必要であり、したがって、実装用の配線板については、前記温度に耐える耐熱性が要求され、また、搭載する電子部品も、前記温度に耐え得るように耐熱保護を予め施しておくことを要する。こうした要求に対しては、比較的高価な材料を使う必要があり、また使用環境に対して、必要以上の耐熱保護が必要になるという問題がある。
【０００４】
（ｂ）また、前記  ２００℃〜  ３００℃のハンダ溶融温度にて、ストレスフリーでハンダ付けされた電子部品は冷却過程で、電子部品と配線板の熱膨張率の差によって、常温時に大きなストレスを内蔵することになる。このため、各種環境での長期使用により、接続固定部、特に応力の集中するハンダ付け部が金属疲労を起こして、断線するといった不具合が生じる場合がある。
【０００５】
（ｃ）さらに、ハンダ付けにはフラックスが必要であり、クリームハンダの場合は、予めハンダペーストの中に配合してある。そして、このフラックスは、ハンダ溶融時に分解して酸性あるいはアルカリ性を呈して、配線板の導体パターン面（たとえば銅箔面），あるいは電子部品の電極の酸化物を除去して、ハンダ付けを助長する作用がある。しかし、一方では、フラックスの分解物が電気回路の絶縁性を低下させるという有害作用があるので、ハンダ付け後、洗浄処理などにより除去する必要がある。この除去には、一般的にフロンもしくは他の有機溶剤の使用を要し、その廃液の地球環境に対する悪影響から、代替策が求められている。    （ｄ）高密度実装回路化に伴って、配線板の配線ピッチが微細になると、溶融ハンダが隣接する配線パターン同士がブリッジするという不具合も増大してきている。
【０００６】
本発明は前記ハンダ付け実装における問題を解消（回避）し、低コストでありながら、信頼性の高い実装回路装置の構成に適する実装用配線板および実装方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る実装用配線は、搭載する電子部品の電極群に対応する接続パッド群を少なくとも一主面に有する実装用配線板であって、前記実装用配線板面の接続パッド群が、それぞれ底面側から先端部に向って細くなる先端部の尖った断面形状を有し、実装する電子部品の電極の汚染層に押し当て応力を作用させたときに該汚染層を排除できる程度の硬度を有する、導電性粉末を樹脂と混合して調製した導電性組成物から形成された導電性バンプを備え、かつ前記導電性バンプ群を備えた面が、搭載される電子部品の固着とともに回路部及び接続部を保護する未硬化状の絶縁樹脂層で被覆されていることを特徴とし、また、本発明に係る実装方法は、少なくとも一主面に底面側から先端部に向って細くなる先端部の尖った断面形状を有し、実装する電子部品の電極の汚染層に押し当て応力を作用させたときに該汚染層を排除できる程度の硬度を有する、導電性粉末を樹脂と混合して調製した導電性組成物から形成された導電性バンプを備えた接続パッド群が形成され、かつ前記導電性バンプ群を備えた面が、搭載される電子部品の固着とともに回路部及び接続部を保護する未硬化状の絶縁樹脂層で被覆されて成る配線板面上に、前記導電性バンプ群に対応する電極群を有する電子部品を位置合わせして搭載・配置する工程と、前記位置合わせした配線板の導電性バンプ群および電子部品の電極群の間にそれぞれ応力が作用するように電子部品を実装する工程と、前記配線基板面の絶縁樹脂層を硬化する工程とを具備して成ることを特徴とする。
【０００８】
そして、本発明は次のよう知見に基づいて成されたものである。つまり、通常の金属は、表面が酸化物ないし有機物で汚れており、導電性の液体、たとえば導電ペーストなどを接触もしくは塗布固着させても、その界面にかなり大きな界面抵抗が存在する。しかも、その界面抵抗は、温度，湿度などの環境で容易に大きく変動し易く、電子回路には適用し得なかったが、適度の硬度を有した導電性バンプに、電子部品の電極を成す金属を押し当て、さらに応力を作用させると、金属表面の汚れが機械的に排除されて新生面を露出し、金属の新生面および導電バンプの新生面が、界面抵抗零の接合を容易に形成することを見出して、この現象を利用して本発明を完成するに至ったものである。
【０００９】
本発明において、実装用配線板は、たとえばソルダーレジストを印刷し、仕上げ処理する前の、外層回路パターン上の所定位置に、導電性バンプ群を形成する一方、それら導電性バンプ群をほぼ埋める程度の厚さに、未硬化の絶縁性樹脂を一体的に設けることにより構成される。なお、未硬化の絶縁性樹脂層は、前記導電性バンプ群を形成した面全体に設ける必要はなく、たとえば各導電性バンプの周辺部など、島状に形成した形態を採ってもよい。
【００１０】
ここで、印刷配線板の外層回路を形成する銅パターンなどは、各種の工程履歴において、表面が汚染されているので、機械研磨ないし化学研磨を行い清浄面にしてから、導電性バンプ群を形成することが望ましく、清浄面化しておくことにより、銅パターンと導電性バンプ群との界面抵抗の発生防止を助長し得る。また、前記導電性バンプは、たとえば銀，金，銅，ハンダ粉などの導電性粉末、これらの合金粉末もしくは複合の金属粉末と、たとえばポリカーボネート樹脂，ポリスルホン樹脂，ポリエステル樹脂，フェノキシ樹脂，エポキシ樹脂、フェノール樹脂，ポリイミド樹脂などのバインダー成分とを混合して調製された導電性組成物、あるいは導電性金属、導電性有機半導体などで構成される。そして、導電性組成物で形成する場合は、たとえば比較的厚いメタルマスクを用いた印刷法により、アスペクト比の高い導電性バンプを形成でき、その導電性バンプの高さは、一般的に１０〜  ４００μｍ  程度の広範囲で形成できる。
【００１１】
一方、導電性金属でバンプを形成する手段としては、  （ａ）銅箔を外層回路パターンとした場合は、メッキレジストを印刷・パターニングして、銅，錫，金，銀，ハンダなどをメッキして、選択的に微小な金属柱（バンプ）群の形成するか、
（ｂ）外層回路パターン面にハンダレジストの塗布・パターニングを行ってから、ハンダ浴に浸漬して選択的に微小な金属柱（バンプ）の形成などが挙げられる。ここで、導電性バンプに相当する微小金属魂ないし微小な金属柱は、異種金属を組合わせて成る多層構造、多層シェル構造でもよい。
【００１２】
なお、本発明において、導電性バンプを導電性組成物で形成する場合は、メッキ法などの手段で行う場合に較べて、さらに工程など簡略化し得るので、低コスト化の点で有効である。また、適度の硬度を有する導電性バンプとは、搭載・実装する電子部品の電極を成す金属面の酸化物や有機物などの汚染物層を、押圧力などによって対接面から機械的に排除し、金属の新生面を露出できる程度以上の応力を作用させた場合、電子部品の電極を変形ないし破壊しない程度の硬度を要し、一般的にはジュロメータ硬度で７０〜  １２０が好適である。
【００１３】
また、前記導電性バンプの大きさは、搭載・実装する電子部品の電極の大きさに対応させるが、上記導電性バンプの形成手段によって、径１０〜  ４００μｍ  程度で任意に形成できる。またバンプの形状は底面が大きく先端部向かって細くなる形状が好適であり、山形ないし半球状などでもよい。
【００１４】
前記導電性バンプを埋める程度の厚さに配線板面上に、一体的に配置形成されている未硬化状の絶縁樹脂層は、前記配線板の全面に配置形成してもよいし、必要部分にのみ、選択的に配置形成してもよいし、また、電子部品を搭載する直前に未硬化状の絶縁樹脂層を塗布形成する形態を採ってもよい。この絶縁樹脂層は、搭載された電子部品を固着する役割と、配線板の回路部を保護する役割と、接続部を保護する役割とを兼ね備える。そして、この絶縁樹脂層は、熱硬化型樹脂や紫外線硬化型樹脂、嫌気性硬化樹脂、もしくはそれらの混合タイプなどで形成しておき、電子部品搭載後紫外線ないし加熱で硬化させるのが好ましく、たとえばソルダーレジストとして市販されている樹脂が好適である。
【００１５】
さらに、本発明の実装方法において、電子部品の電極と配線板の導電性バンプとを、応力の作用によって界面抵抗がほぼ零の接続を形成して実装する際、前記応力の付与は、通常、  ０．５〜２０  Ｎ／バンプ当たり程度の力、導電性バンプの形状や材質によっては、未硬化状樹脂の硬化収縮性などでもよい。つまり、搭載・実装する電子部品は、通常、異なるメーカー製品の寄せ集めであるため、その保存期間も一定でなく、電極材料の種類も違うので、表面の汚れをなす酸化物層や有機物の種類、また、その厚さなども多様であるが、一般的に通常の電子部品では、汚染層の厚みがサブミクロンオーダーである。そして、この程度の厚みの汚染層は、前記適度の硬度を有した先端部の尖った導電性バンプを押し当てると、導電性バンプの突き当たり面で汚染層を排除できる。この具体的な手段としては、個々の電子部品の搭載時にもしくは全電子部品を搭載後に治具板など用いて一括して、電極部の上から力を作用させることにより行われる。
【００１６】
なお、本発明において、実装する電子部品としては、セラミック材料から構成されるチップ型抵抗体、コンデンサー、或いはフラットリード、ガルリング型リード、Ｊリードなど各種の形状のリードあるＩＣパッケージ、コネクターなどの電子部品、また高密度実装のために、希に使用されるベアＩＣチップなどもが挙げられる。また、これら電子部品の電極は、貴金属製であってよいし、一般的な材料である錫鉛系ハンダ材料、錫メッキ仕上げ、ニッケルメッキ仕上げ、銅、アルミニューム薄膜などの材質で形成されていてもよい。
【００１７】
【作用】
上記本発明に係る実装用配線板においては、搭載・実装する電子部品の電極に対応した導電性バンプが未硬化な絶縁樹脂層に埋め込まれた形に設置されており、また、前記導電性バンプは応力の作用によって薄い酸化物層などを破壊して新しい金属面を露出させる機能を呈する。したがって、位置合わせ後、応力を作用させることにより、前記導電性バンプに対して、搭載・実装する電子部品の電極を界面抵抗零の状態で電気的な接続を達成する。しかも、前記未硬化な絶縁樹脂層が各接続部を互いに絶縁離隔する一方、硬化するとその接続部などを外界から保護するとともに、実装電子部品と配線板との一体・固定化を助長するので、信頼性の高い実装回路装置を提供し得ることになる。
【００１８】
【実施例】
以下図１  （ａ），  （ｂ），  （ｃ）、図２  （ａ），  （ｂ），  （ｃ）、および図３  （ａ），  （ｂ），（ｃ）を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１９】
実施例１
図１  （ａ）は、本発明に係る実装用配線板例を断面的に、また図１  （ｂ）は図１  （ａ）に図示した実装用配線板に電子部品を実装する態様を模式的に示す断面図、図１  （ｃ）は図１  （ｂ）に図示した実装する態様で応力を作用させて電子部品を実装した後の状態を模式的に示す断面図である。
【００２０】
先ず、図１  （ａ）において、１は両面型実装用配線板本体、２ａは前記両面型実装用配線板本体１の接続パッドを成す銅パターン、２ｂは回路パターン、３は前記接続パッド２形成面に一体的に積層配置された未硬化状の絶縁性樹脂層、４は前記接続パッド２面に形成配置された導電性バンプである。さらに具体的には、両面型実装用配線板本体１は、ガラスクロス入りエポキシ樹脂を基材とし、接続パッド２ａ，回路パターン２ｂの厚さが３５μｍ  、接続パッド２ａの形状が  ０．９×  １．２ｍｍ、導電性バンプ４が高さ６０μｍ  の山形、未硬化状の絶縁性樹脂層３が厚さ４０μｍ  の室温硬化型シリコーン樹脂層で、１６０８タイプの抵抗素子を搭載・実装可能な、全体の厚さが  １．０ｍｍの実装用配線板５である。
【００２１】
そして、前記構成の実装用配線板５は、次のようにして製造し得る。すなわち、一般的な手段で製造した両面型実装用配線板本体１を先ず用意し、接続パッド２ａ形成面を回転式ブラシで研磨してから、水洗後空冷乾燥した。次いで、手早く、板厚  ３００μｍ  のアルミ板の所定箇所に  ０．３ｍｍ径の穴を明けたメタルマスクを用いて、前記両面型実装用配線板本体１の接続パッド２ａ面上に、前記メタルマスクの穴を位置決め配置して、ポリマータイプの銀系の導電性ペーストを印刷し、高さ約６０μｍ  の山形の導電性パンブ４を形成（形設）した。その後、  １２０℃で３０分間加熱硬化し、粘着絶縁樹脂層（未硬化状の絶縁樹脂層）３として室温硬化型シリコーン樹脂（信越化学ＫＫ製，商品名，  ＲＴＶゴム，ＫＦ３４９８）を４０μｍ  厚さで塗布することにより製造した。
【００２２】
前記構成の実装用配線板５に対する電子部品６の実装、たとえばチップ形の抵抗素子の実装は、次のように行われる。すなわち、前記実装用配線板５の導電性パンブ４に、チップマウンターを用いて、図１  （ｂ）に示すごとく、前記チップ形の抵抗素子６の電極６ａ，６ｂを対応させて位置決め配置する。この位置決め配置に当たって、チップマウンターに瞬間的に  ５．０  Ｎの加重を加えたところ、図１  （ｃ）に示したように、前記導電性バンプ４の先端部が潰れた形になり、導電性バンプ４の高さは３０μｍ  に減じた。次いで、これを２４時間室温下に放置して、シリコーン樹脂３を硬化させた。
【００２３】
上記実装した実装回路において、チップ形の抵抗素子６は抵抗素子として、電気的に十分な機能を有し、熱衝撃試験（−６５℃〜  １２５℃，１０００ｈ）、加熱試験（  １２５℃，１０００ｈ）、耐湿試験（８０℃，８５％総耐湿度，１０００ｈ）など加速信頼性試験にも問題はなかった。
【００２４】
実施例２
図２  （ａ）は、本発明に係る他の実装用配線板例を断面的に、また図２  （ｂ）は図２  （ａ）に図示した実装用配線板に電子部品を実装する態様を模式的に示す断面図、図２  （ｃ）は図２  （ｂ）に図示した実装する態様で応力を作用させて電子部品を実装した後の状態を模式的に示す断面図である。
【００２５】
実施例１の場合に準じて、図２  （ａ）に断面的に示すような、２８ピンのリードを有するガルリングタイプのＦＰパッケージタイプのＩＣメモリ６を実装し得る導電性パンブ４を備えた構成の実装用配線板５を用意した。なお、前記実装用配線板５の接続パッド２ａの形状は、  ０．８×  １．６ｍｍ角で、最小１．２５ｍｍピッチであり、また導電性バンプ４は高さ約５０μｍ  の山形を成していた。そして、前記実装用配線板５面に、ＩＣメモリ６のリード６ａを対応する導電性パンブ４と位置合わせ・配置し、図２  （ｂ）に断面的に示すごとく、リード６ａ，６ｂの平坦面に２０  Ｎの力を作用させ、導電性パンブ４の高さが約３５μｍ  程度になるよう押圧して実装を行った。
【００２６】
こうして構成した図２  （ｃ）に断面的に示すような、ＩＣメモリー実装回路装置は、電気的に十分な機能を呈し、熱衝撃試験（−６５℃〜  １２５℃，１０００ｈ）、加熱試験（  １２５℃，１０００ｈ）、耐湿試験（８０℃，８５％総耐湿度，１０００ｈ）など加速信頼性試験にも問題はなかった。
【００２７】
実施例３
先ず、基材がガラスクロス入りエポキシ樹脂からなる常法により製造した厚みは１．０ｍｍで銅パターンの厚みは１８μｍ  で、  １００μｍ  角，最小ピッチ  １５０μｍ  ，表面を薄いニッケル、金メッキで被覆した接続パッド２ａ群を備えた、図３  （ａ）に断面的に示すような配線板を素材とし、実施例１の場合に準じてメタルマスクを介して高さ約３０μｍ  の山形状の導電性バンプ４を設け、かつその導電性バンプ４形設置面に、未硬化状の絶縁性樹脂層３を設けて成る実装用配線板５を用意した。一方、  １００μｍ  角で，約  １μｍ  厚，最小ピッチ  １５０μｍ  のアルミニューム薄膜製Ｉ／Ｏ端子を有するＩＣメモリーチップ（チップ寸法，１５×１０ｍｍ角）を電子部品として用意した。ここで、実装用配線板５の導電性バンプ４は、平均粒径  ０．５μｍの鱗片状銀粉とビスフェノールタイプのエポキシ樹脂とから成る導電性ペーストを印刷し、  １２０℃で３０分間加熱硬化処理して形成し、また未硬化状の絶縁性樹脂層３は、ソルダーレジスト（商品名．ＵＶＲ−１５０Ｒ，太陽インキＫＫ）を約３０μｍ  の厚さに塗布して形成した。
【００２８】
前記実装用配線板５面にＩＣメモリーチップ６を、図３  （ｂ）に断面的に示すごとく、相互の導電性バンプ４および  Ｉ／Ｏ端子６ａ，６ｂを位置合わせして搭載・配置した後、ＩＣメモリーチップ６の上から均一に加重がかかるように、２０  Ｎの加重をかけたところ、前記導電性バンプ４の高さが１５μｍ  に減じ、これを紫外線照射炉に収容し、未硬化状の絶縁性樹脂層３を硬化させ、さらに  １２０℃で３０分間加熱して完全硬化させて、図３  （ｃ）に断面的に示すような、実装回路装置を構成した。  上記、構成した実装回路装置は、電気的に十分な機能を有し、熱衝撃試験（−６５℃〜  １２５℃，１０００ｈ）、加熱試験（  １２５℃，１０００ｈ）、耐湿試験（８０℃，８５％総耐湿度，１０００ｈ）など加速信頼性試験にも問題はなかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る実装用配線板によれば、従来電子部品の実装において提起しているハンダ接続による問題を容易に回避し得る。具体的には、  （１）常温ないし  １００℃程度のプロセス温度で電子部品の実装・接続が可能となり、高級な耐熱材料を配線板や電子部品にも使わなくてもよくなる。  （２）前記のように低温での接続が可能であるため、配線板と電子部品との熱膨張率の差によるストレスも小さく押さえられ、接続部の剥離などの発生が抑制されて長期使用に耐えるようになる。（３）ハンダ接続に使用するフラックスなど電気的に有害物を使用しないですむので、環境上の問題も発生しない。  （４）配線のピッチが微細になっても、導電性バンプを微細に形成することにより、電子部品との確実な電気的な接合が図られ、かつ隣接する接続部同士のパターンがブリッジするという不具合も生じない。かくして、本発明に係る実装用配線板、およびこの実装用配線板を用いる実装方法は、実用上多くの利点をもたらすものといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実装用配線板および実装方法を例示するもので、  （ａ）は実装用配線板の断面図、  （ｂ）はチップ形電子部品の搭載した状態を模式的に示すの断面図、（Ｃ）  電子部品を実装して形成した実装回路装置の断面図。
【図２】本発明に係る実装用配線板および実装方法の他の例を示するもので、  （ａ）は実装用配線板の断面図、  （ｂ）はリード付きＩＣの搭載した状態を模式的に示すの断面図、（Ｃ）  電子部品を実装して形成した実装回路装置の断面図。
【図３】本発明に係る実装用配線板および実装方法のさらに他の例を示するもので、  （ａ）は実装用配線板の断面図、  （ｂ）はベアのチップＩＣの搭載した状態を模式的に示すの断面図、（Ｃ）  電子部品を実装して形成した実装回路装置の断面図。
【符号の説明】
１…両面型実装用配線板本体    ２ａ…接続パッド    ２ｂ…回路パターン    ３…未硬化の絶縁性樹脂層    ４…導電性バンプ    ５…実装用配線板    ６…搭載・実装電子部品    ６ａ，６ｂ…電極（端子）    ７…潰れた導電性バンプ
【図１】
0003560996.tif 000002
【図２】
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【図３】
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