(57)【要約】【課題】  フィラー噛み込みによる接続不良を減少させる。【解決手段】  電極１２を有するプリント配線板１の電極１２近傍にアンダーフィル樹脂２を塗布し、この電極１２の上部の少なくとも一部にマウンタ５を用いてはんだバンプ３３を介し回路部品３部品を実装する。このように回路部品３が実装されたプリント配線板１に対し、フィラー射出器６からアンダーフィル樹脂２にフィラー２２を射出する。任意の位置にフィラー２２の射出が完了した後に、リフロー加熱を実施する。【選択図】  図５
2006332354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電極を表面に有するプリント配線板の前記電極近傍にアンダーフィル樹脂を塗布する樹脂塗布工程と、
前記電極の上部の少なくとも一部の上にはんだバンプを介し回路部品を実装する部品実装工程と、
前記部品実装工程が施されたプリント配線板の内、前記回路部品と前記プリント配線板との間に塗布されている前記アンダーフィルに対し、フィラーを射出する射出工程と、    前記フィラー射出工程が施されたプリント配線板をリフロー加熱することで、前記はんだバンプの接合と、前記アンダーフィル樹脂の樹脂封止とを一括して行うリフロー工程と
を有することを特徴とするプリント回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記射出工程におけるフィラーは、結晶又は溶融のシリカを用いることを特徴とする請求項１に記載のプリント回路基板の製造方法。
【請求項３】
少なくとも１つの電極を表面に有するプリント配線板と、
前記プリント配線板の前記電極近傍に塗布されたアンダーフィル樹脂と、
前記電極の上部の少なくとも一部の上にはんだバンプを介して実装された回路部品と、
前記回路部品と前記プリント配線板との間に塗布されている前記アンダーフィルに対し、射出されたフィラーと、
を有することを特徴とするプリント回路基板。
【請求項４】
前記フィラーの材質は、結晶又は溶融のシリカであることを特徴とする請求項３に記載のプリント回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント回路基板に係り、特にアンダーフィル樹脂材にフィラーを射出して形成されたプリント回路基板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップなど半導体素子に接続用電極であるバンプが設けられた電子部品の実装方法として、バンプを基板の電極に半田接合する方法が広く用いられている。この実装方法において、バンプと基板との半田接合部を補強する目的で電子部品と基板との間に補強樹脂であるアンダーフィルを設けることが行われる。このアンダーフィルは、バンプと電極との半田接合部を補強する接合部補強機能と、電子部品と基板との間に介在して基板と電子部品の各材質の熱膨張係数の差に起因する熱応力を緩和する応力緩和機能とを有している。
【０００３】
このように接合部補強機能と応力緩和機能とを両立させた補強樹脂部を備えた電子部品実装構造の実現は困難であるところ、例えば特許文献１では、接合部補強機能と応力緩和機能とを両立させた補強樹脂部を備え、信頼性に優れた電子部品実装構造が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１５８２２３号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１等の技術は、事前にフィラーがアンダーフィル材に混入されている為、基板側のパッドである電極と回路部品側との間にフィラーが噛み込んでしまい、接合不良が多発するという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題を解決する為になされたものであり、アンダーフィル樹脂の塗布及び回路部品の実装後にフィラーを混入させることで、基板側のパッドである電極と回路部品側との間にフィラーが噛み込んでしまうことによる接合不良を減少させるプリント回路基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のプリント回路基板の製造方法は、少なくとも１つの電極を表面に有するプリント配線板の前記電極近傍にアンダーフィル樹脂を塗布する樹脂塗布工程と、前記電極の上部の少なくとも一部の上にはんだバンプを介し回路部品を実装する部品実装工程と、前記部品実装工程が施されたプリント配線板の内、前記回路部品と前記プリント配線板との間に塗布されている前記アンダーフィルに対し、フィラーを射出する射出工程と、前記フィラー射出工程が施されたプリント配線板をリフロー加熱することで、前記はんだバンプの接合と、前記アンダーフィル樹脂の樹脂封止とを一括して行うリフロー工程とを有することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明のプリント回路基板は、少なくとも１つの電極を表面に有するプリント配線板と、前記プリント配線板の前記電極近傍に塗布されたアンダーフィル樹脂と、前記電極の上部の少なくとも一部の上にはんだバンプを介して実装された回路部品と、前記回路部品と前記プリント配線板との間に塗布されている前記アンダーフィルに対し、射出されたフィラーとを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
フィラー噛み込みによる接続不良を減少させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図７を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るプリント回路基板の製造方法の工程を示した図である。図１に示すように、本発明に係るプリント回路基板の製造方法は、プリント配線板準備工程（ステップＳ０）と、アンダーフィル塗布工程（ステップＳ１）と、回路部品実装工程（ステップＳ２）と、フィラー射出工程（ステップＳ３）と、リフロー工程（ステップＳ４）とを主たる工程としている。
【００１０】
次に各工程の詳細を説明する。
【００１１】
まず、プリント配線板準備工程（ステップＳ０）を説明する。図２は、プリント配線板準備工程を示した図である。図２に示すように、プリント配線板準備工程（ステップＳ０）は、基板１１の少なくとも一方の面上に電極１２を有したプリント配線板１を準備する工程である。
【００１２】
基板１１は、絶縁層と、この絶縁層の上に積層された配線層とで構成された銅張積層板の配線層に、所定のエッチング加工を施し、電極１２、配線パターン（不図示）を作成することで得られる。絶縁層の材質は、例えばガラスエポキシ、ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）レジン、セラミックなどである。尚、基板１１はマスキングやパンチングなどの手法により電極１２の上部をマスク設定して得られるソルダーレジストが積層されていても良い。
【００１３】
また、プリント配線板１上の電極１２は、例えばメッキ法やレベラ法などによりはんだがプリコートされていることが望ましい。尚、このはんだは、はんだ粉末と溶剤を含むペースト状フラックスとを均一混合したものであり、本実施の形態に使用し得るはんだ合金としては、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ系合金、Ｓｎ−Ａｇ系合金、及びＳｎ−Ｚｎ系合金等が挙げられる。尚、プリント配線板１は、複数の配線層やプレーン層で構成された多層のプリント配線板であっても良い。
【００１４】
次に、アンダーフィル塗布工程（ステップＳ１）を説明する。図３は、アンダーフィル塗布工程を示した図である。図３に示すように、アンダーフィル塗布工程（ステップＳ１）は、プリント配線板準備工程（ステップＳ０）で準備したプリント配線板１の電極１２の近傍（領域α）にアンダーフィル樹脂２を塗布する工程である。
【００１５】
アンダーフィル樹脂２は、図３に示すように、例えば専用の塗布機器であるディスペンサ４を用いて塗布を行い、ディスペンサ４の一部であるニードル４１の径と塗布時間を制御すること塗布量と塗布の領域を制御することが可能である。
【００１６】
ここで、ディスペンサ４のニードル４１の径は、対象とするプリント配線板やその他の状況を考慮して例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍの間で任意に変えて良い。
【００１７】
また、アンダーフィル樹脂２の材質は、例えば液状エポキシ樹脂・芳香族アミン系硬化剤またはフェノール樹脂硬化剤にフラックス成分としてオレイン酸、リンゴ酸等を含んでいる。フェノール樹脂硬化剤はフラックスとしての機能も果たす。但し、本発明ではアンダーフィル樹脂２は、アンダーフィル塗布工程（ステップＳ１）が実施されたプリント配線板１においては、アンダーフィル樹脂２の中に未だ後述するフィラー２２（図５参照）は充填されていない。
【００１８】
従って、このフラックス機能を有するアンダーフィル樹脂２は、後述する回路部品実装工程（ステップＳ２）で電極１２上に回路部品３を搭載する前に塗布されることとなる。
【００１９】
また、このフラックス機能を有するアンダーフィル樹脂２は、その硬化促進温度が予備加熱温度より高く、かつ、はんだバンプ３３の溶融温度より高く、そして、加熱のピーク温度以下で硬化が完了し得るものを使用する。これにより、フラックス機能を有するアンダーフィル樹脂２の熱硬化は、はんだバンプ３３と電極１２との接合が完了してから促進される。従って、はんだバンプ３３の接合前にフラックス機能を有するアンダーフィル樹脂２の熱硬化が完了することはなく、はんだバンプ３３の接合支障や接続信頼性の低下を防止できる。
【００２０】
次に、回路部品実装工程（ステップＳ２）を説明する。図４は、回路部品実装工程を示した図である。図４に示すように、回路部品実装工程（ステップＳ２）は、アンダーフィル塗布工程（ステップＳ１）が実施されたプリント配線板１に回路部品３を実装する工程である。
【００２１】
但し、この回路部品実装工程では、回路部品３は、はんだバンプ３３を介して電極１２上に搭載するのみであり、実際のはんだ接合は行わない。しかし、はんだバンプ３３は粘着性を有するので、搭載された回路部品３は後述するリフロー工程（ステップＳ４）により加熱接合されるまでの間、はんだバンプ３３または、電極１２上に塗布されているはんだペーストによって固定できる。
【００２２】
ここで実装される回路部品３は、例えば、半導体集積回路部品やパッケージ部品等の、はんだ接合以外にその接続強度を確保する必要がある比較的大きい回路部品であり、例えば５ｍｍ角の略平板の部品本体３１の一方の表面に電極３２が設けられ、その電極３２の上面にはんだバンプ３３を有していることが好ましい。尚、プリント配線板１の電極１２は、回路部品３の電極３２が実装されるように、これに対応した位置に電極１２が設けられている。
【００２３】
また、はんだバンプ３３の接合温度は、フラックス機能を有するアンダーフィル樹脂２の硬化促進温度の上限、即ち、熱硬化完了温度より低い。また、この接合温度は、硬化促進温度の下限温度より高くても良いが、硬化促進温度と同等またはそれ以下であることが好ましい。
【００２４】
回路部品３は、プリント配線板１の電極１２上に確実に搭載されるように、例えば、部品を実装するマウンタ５等の専用の実装機で回路部品３の部品本体３１の電極３２が設けられていない方の面を吸着し、はんだバンプ３３を介して電極３２と電極１２とが対応する位置に移動し、所定の力（Ｆ）で鉛直下方向に実装（マウント）することで実現する。
【００２５】
ここで、マウントに要する荷重は回路部品３の１つのはんだバンプ３３当たり、例えば５０ｇｆであり、マウントに要する時間は、例えば１００ｍｓｅｃ〜２ｓｅｃ等、回路部品３の大きさや形状により異なる。
【００２６】
尚、図４に示している回路部品３は、電極３２は２つのみを図示しているが、回路部品３の種類により、例えば約１２０μｍ間隔で並べられていても良い。また、はんだバンプ３３の高さは、例えば１０μｍの略球形状のものであり、その組成としてはＳｎ、Ｓｎ／Ｐｂ、Ｐｂ／Ｉｎ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ａｇ等がある。
【００２７】
次に、フィラー射出工程（ステップＳ３）を説明する。図５は、フィラー射出工程を示した図である。図５に示すように、フィラー射出工程（ステップＳ３）は、回路部品実装工程（ステップＳ２）が実施されたプリント配線板１のアンダーフィル樹脂２部分にフィラー（充填材）を射出する工程である。
【００２８】
図５に示すように、回路部品３が実装されたプリント配線板１に、回路部品３とプリント配線板１との間に塗布されているアンダーフィル樹脂２にフィラー射出器６を用いてフィラー２２を射出する。このフィラー２２の材質は、例えば結晶シリカ・溶融シリカ等を用いる。また、フィラー２２の形状は球状が望ましく、フィラー２２は粒径が小さくなると粘度が上がる為、射出後の流動性を考慮してフィラー２２の球径は０．４μｍ〜５μｍ程度が望ましい。また、フィラー２２の球径はバンプスタンドオフ／バンプ間のピッチにより任意に設定することができる。更に、フィラー射出器６からのフィラー２２の射出速度の条件は２００ｋｍ／ｈ〜３００ｋｍ／ｈの範囲で調整し、アンダーフィル樹脂２の粘度及び回路部品３のはんだバンプ３３の配列により調整する。
【００２９】
フィラー射出器６からのフィラー２２の射出速度を調整することによりフィラー２２のアンダーフィル樹脂２の内部への到達度も制御が可能となる。例えば、回路部品３とプリント配線板１との間のアンダーフィル樹脂２に図５で示すように横からフィラー射出器６によりフィラー２２を高速で射出することで回路部品３の中央部付近にフィラー２２を到達させることも可能となる。
【００３０】
また、場合により、フィラー射出器６の射出速度や射出位置を調節し、プリント配線板１の曲げなどにより回路部品３とプリント配線板１との接合が破壊されないように応力が集中しやすい部分に集中的に射出しても良い。例えば、回路部品３が略平板の場合は、４隅のコーナの電極３２付近に集中して射出するようにしても良い。
【００３１】
尚、フィラー２２の射出は、フィラー射出器６の径が例えばφ１０μｍ程度のノズルを用いて圧縮空気もしくはジェット方式等で行うことで実現できる。
【００３２】
次に、リフロー工程（ステップＳ４）を説明する。図６は、リフロー工程を示した図である。図６に示すように、リフロー工程（ステップＳ４）は、フィラー射出工程（ステップＳ３）を経て所望の位置にフィラー２２を射出した状態のプリント配線板１において、所定の温度プロファイルでリフローを実施することで、電極１２とはんだバンプ３３とのはんだ接合、そして、フラックス機能を有するアンダーフィル樹脂２の封止が一括して行われ、プリント回路基板１００を得る工程である。
【００３３】
このリフロー工程（ステップＳ４）は、一般的なはんだリフローの温度プロファイルと同様に、予備加熱処理と加熱処理の２つの処理工程で行う。即ち、予備加熱処理を行った後、さらに昇温して加熱処理を行い、はんだバンプ３３（場合により電極１２上のはんだペースト）の接合のみならず、フラックス機能を有するアンダーフィル樹脂２の熱硬化を行う。
【００３４】
このリフロー工程（ステップＳ４）の加熱温度の詳細について、図７を用いて説明する。
【００３５】
図７は、リフロー工程の温度特性の一例を示した図である。図７において、縦軸は温度、横軸は時間を表す。そして、Ｙ１は予備加熱温度、Ｐ０はフラックス機能を有するアンダーフィル樹脂２の硬化促進下限温度、Ｐ１はピーク温度を示し、Ｔ１は予備加熱温度保持時間、Ｔ２はピーク温度保持時間を表す。また、Ａ点は予備加熱昇温終端、Ｂ点はリフロー加熱昇温部、そして斜線部Ｃは硬化範囲を表す。
【００３６】
このリフロー工程（ステップＳ４）の第１ステップとして、図１のＳ０〜Ｓ３の工程で製造されたプリント回路基板１００予備加熱処理を行う。予備加熱処理は、予備加熱温度Ｙ１の温度に設定されて、予備加熱温度保持時間Ｔ１の時間行われる。
【００３７】
この予備加熱処理を行うことで、回路部品３の熱衝撃を緩和できる。また、はんだペーストが存在している場合にはその中の揮発材料の大部分を蒸発させて除去し、はんだを乾燥し、はんだ粉末とはんだ付けされる金属表面とをある程度清浄できる。
【００３８】
更に、この予備加熱処理を行うことで、例えばプリント配線板１上に回路部品３の他に小型チップ部品が実装されていれば、当該部品の立ち上がり現象、例えばマンハッタン、ツームストン現象、及びはんだの吸い上がり現象、例えばウィッキングを防止することができる。
【００３９】
尚、予備加熱温度Ｙ１は、ピーク温度Ｐ１より低い温度（例えば１４０〜１７５℃）で、予備加熱保持時間Ｔ１は、６０秒以上が目安とされる。
【００４０】
リフロー工程（ステップＳ４）の第２ステップとして、更に加熱を行い、温度をピーク温度Ｐ１まで一気に上昇させる。
【００４１】
ここで、はんだペーストとはんだバンプ３３は、その接合の温度特性が異なることもある。しかし、これらの接合温度は予備加熱温度Ｙ１より高く、ピーク温度Ｐ１より低い温度であるので、加熱温度が予備加熱温度Ｙ１からピーク温度Ｐ１に達するまでの間に、電極１２と電極３２とのはんだ接合を完了することができる。
【００４２】
尚、加熱温度がピーク温度Ｐ１に達するまでの間に、この加熱温度がフラックス機能を有するアンダーフィル樹脂２の硬化促進下限温度Ｐ０を通過するため、この通過時点からフラックス機能を有するアンダーフィル樹脂２の硬化が開始する。
【００４３】
リフロー工程（ステップＳ４）の最終ステップとして、ピーク温度Ｐ１の温度を保ちつつ、ピーク温度保持時間Ｔ２の間、加熱処理を行う。
【００４４】
ここで、ピーク温度Ｐ１及びピーク温度保持時間Ｔ２の具体例としては、はんだバンプ３３中に、溶融温度１８３℃のＳｎ−Ｐｂ系合金はんだを使用した場合、ピーク温度Ｐ１が２００℃〜２３０℃で、ピーク温度保持時間Ｔ２が２０ｓｅｃ〜６０ｓｅｃ程度が目安とされる。
【００４５】
この予備加熱処理〜加熱処理からなるリフロー工程（ステップＳ４）を行うことにより、フラックス機能を有するアンダーフィル樹脂２の硬化が完了する。
【００４６】
以上述べてきたプリント配線板準備工程Ｓ０〜リフロー工程Ｓ４の全ての工程を経ることで、プリント回路基板１００が完成する。
【００４７】
フィラー２２は、予備加熱及び硬化が始まる前の昇温工程において、アンダーフィル樹脂２の粘性が下がり、流動性が高まることと、アンダーフィル樹脂２の構成分子の熱運動が活発になることから、一般に回路部品３下の中央付近まで一部の粒子が到達する。
【００４８】
本発明による工法では、フィラーレスのアンダーフィル樹脂２を基板側に先に塗布するためフィラー噛み込みによる接続不良を減少させることが出来る。
【００４９】
また、派生的効果として以下も得られる。例えば、回路部品３の実装後にフィラー２２を外部から封入するため、アンダーフィル樹脂２の場所によりフィラーの封入量をコントロールすることが可能である。従って、フィラーによる応力緩和効果により高い接合信頼性が確保できる。更に、リフロー一括でＣ４／アンダーフィルキュアが実施できるという先入れアンダーフィル工法のメリットを活かしつつ、アンダーフィル樹脂２の中に先にフィラー２２を含有しないことによる長期接続信頼性が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係るプリント回路基板の製造方法の工程を示した図。
【図２】プリント配線板準備工程を示した図。
【図３】アンダーフィル塗布工程を示した図。
【図４】回路部品実装工程を示した図。
【図５】フィラー射出工程を示した図。
【図６】リフロー工程を示した図。
【図７】リフロー工程の温度特性の一例を示した図。
【符号の説明】
【００５１】
１    プリント配線板１
１１  基板１１
１２  電極１２
２    アンダーフィル樹脂２
２２  フィラー２２
３    回路部品３
３１  部品本体３１
３２  電極３２
３３  はんだバンプ３３
４  ディスペンサ４
４１  ニードル４１
５    マウンタ５
６    フィラー射出器６
１００  プリント回路基板１００
【図１】
2006332354.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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