(57)【要約】【課題】個々のバンプに均等に押圧力を加えることによりフラッタニング後のバンプ高さばらつきを小さくするフラッタニング治具、フラッタニング方法およびこれらを用いた多層基板の製造方法を提供する。【解決手段】チップ搭載面にバンプを、チップ非搭載面にソルダーレジスト開口部を形成した多層基板１を、表面が平坦なチップ搭載面を押圧する治具５と、表面にソルダーレジスト開口部に勘合する凸部３が設けられているチップ非搭載面を押圧する治具４とで挟み込み、バンプの頂部を平坦化する。なお、治具の表面は、金属材料、または、金属材料による平坦面とレジストパターンによる凸部からなること、一つのソルダーレジスト開口部につき一つの凸部が設けられていることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ搭載面にバンプをチップ非搭載面にソルダーレジスト開口部を形成した多層基板を、チップ搭載面を押圧する治具とチップ非搭載面を押圧する治具とで挟み込み、バンプの頂部を平坦化するフラッタニング処理に用いられる治具であって、前記チップ非搭載面側の治具の表面に、ソルダーレジスト開口部に嵌合する凸部が設けられていることを特徴とするフラッタニング用治具。
【請求項２】
前記治具の表面は、金属材料、または、金属材料による平坦面とレジストパターンによる凸部からなることを特徴とする請求項１記載のフラッタニング用治具。
【請求項３】
一つのソルダーレジスト開口部につき一つの凸部が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のフラッタニング用治具。
【請求項４】
チップ搭載面にバンプを、チップ非搭載面にソルダーレジスト開口部を形成した多層基板を、表面が平坦なチップ搭載面を押圧する治具と、表面にソルダーレジスト開口部に嵌合する凸部が設けられているチップ非搭載面を押圧する治具とで挟み込み、バンプの頂部を平坦化することを特徴とするフラッタニング方法。
【請求項５】
チップ搭載面にバンプを、チップ非搭載面にソルダーレジスト開口部を形成した多層基板を、表面が平坦なチップ搭載面を押圧する治具と、表面にソルダーレジスト開口部に嵌合する凸部が設けられているチップ非搭載面を押圧する治具とで挟み込み、バンプの頂部を平坦化するフラッタニング工程を含むことを特徴とする多層基板の製造方法。
【請求項６】
前記多層基板の厚さが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の多層基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバンプのフラッタニング用治具及びフラッタニング方法、並びに多層基板の製造方法に関するものである
【０００２】
【従来の技術】
一般に多層基板の表層には、導体回路を保護するためにソルダーレジスト層が形成されている。チップ搭載面側のソルダーレジスト層には導体回路の一部であるソルダーレジスト開口部が配置されている。ソルダーレジスト開口部底面の導体上に、ニッケルめっき層や金めっき層等を設けられ、更に半球状のバンプが設けられる。バンプは、一般に次の方法で形成させることができる。メタルマスクを介してはんだペーストを転写させるはんだぺースト印刷法、はんだボールを直接搭載させるボール搭載方法、化学反応を利用してはんだを析出させる方法、めっきではんだを析出させる方法などである。このように形成されたバンプを介してＩＣチップを多層基板に搭載することにより、ＩＣチップ側と多層基板が、電気的に接続されるようになっている。
【０００３】
しかしながら、微小なはんだバンプを多数形成しようとすると、頂部の高さがばらつきやすくなる。頂部が低くなったはんだバンプについてはＩＣチップ側の端子との接触が不十分になり、結果としてＩＣチップ側と多層基板側との間に高い接続信頼性を確保することが困難になる。
【０００４】
そこでバンプを形成した後、チップ搭載面におけるバンプ形成エリアを多層基板の厚さ方向に押圧する、という対策が提案されている。このような処理工程はフラッタニング工程あるいはコイニング工程と呼ばれている（特許文献１参照）。そして、このような処理を行えば、バンプの頂部が平坦化されて、頂部がすべて均一な高さに揃えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
多層基板がＢＧＡやＣＳＰ用途として用いられる場合、基板との接続のために、チップ非搭載面に導体回路の一部であるソルダーレジスト開口部が配置されている。ところが、チップ搭載面のバンプをフラッタニングする際、多層基板のチップ非搭載面を平坦な治具で支持して多層基板の上から押圧力を加えると、チップ非搭載面側のソルダーレジスト開口部の裏側に対応する部分のチップ搭載面のはんだバンプは、チップ非搭載面のソルダーレジストの支えが無いため、押圧力が加わりにくいことから、バンプがつぶれにくいという問題点があった。そのためソルダーレジスト開口部の裏にあるバンプとそうでないバンプではつぶれ方が異なるため、高さばらつきの原因となる。特に厚さが１ｍｍ以下の多層基板では、この問題が顕著に表れる。
【０００６】
本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は個々のバンプに均等に押圧力を加えることによりフラッタニング後のバンプ高さばらつきを小さくするフラッタニング治具、フラッタニング方法およびこれらを用いた多層基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２０３４４５号公報
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、チップ搭載面にバンプをチップ非搭載面にソルダーレジスト開口部を形成した多層基板を、チップ搭載面を押圧する治具とチップ非搭載面を押圧する治具とで挟み込み、バンプの頂部を平坦化するフラッタニング処理に用いられる治具であって、前記チップ非搭載面側の治具の表面に、ソルダーレジスト開口部に嵌合する凸部が設けられていることを特徴とするフラツタニング用治具をその要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記治具の表面は、金属材料、または、金属材料による平坦面とレジストパターンによる凸部からなることをその要旨とした。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１〜２記載の治具において、チップ非搭載面側の一つのソルダーレジスト開口部につき凸部が一つ設けられているとした。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載の治具を用いたバンプのフラッタニング方法であるとした。また請求項５記載の発明は、請求項４記載のフラッタニングする工程を経ることを特徴とする多層基板の製造方法をその要旨とした。
【００１２】
そして、請求項１、４、５、６記載の発明によれば、フラッタニング処理の際、治具の基板当接面の凸部がチップ非搭載面側のソルダーレジスト開口部と嵌合するので、チップ搭載面のバンプに均一に押圧力が加わることになる。このように、厚さ方向の圧力がバンプに均等にかかることで、フラッタニング後のバンプ高さのばらつきを小さくすることができるので、実装不良が低減される。なお、多層基板の厚さが１ｍｍ以下のフレキシブルな基板である場合に特に有効である。
【００１３】
請求項２記載の発明によるとソルダーレジスト開口部に接する凸部をレジストパターンで形成することによって、フラッタニングの際、個々のバンプより均等に押圧力を加えることができる。また金属板上にレジストパターンを搭載させることで、治具の破損や変形を防ぐことができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によると、ソルダーレジスト開口部に接触する凸部が基板の非搭載面側のソルダーレジスト開口部一つ一つに当接することにより、より精度の高いフラッタニングを行なうことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態にかかる多層基板の製造方法の概要を示している。同図において、１は前記した多層基板であり、この多層基板の上面に端子が約０．１〜０．３ｍｍの間隔で格子状に形成されている。
【００１６】
多層基板を製造するには、多層板上１の端子に複数のバンプ２を形成させる。ついで、複数のバンプ２を一対の治具で押圧しすることでバンプ２の高さを揃えるフラッタニングを行なう。
【００１７】
約０．１〜０．３ｍｍという微細間隔で配列された端子にはんだバンプを形成するには、開口部の導体に対する金属めっき層の形成を行なった後バンプを形成させる。バンプの形成は次のいずれかの方法で行なう。メタルマスクを介してはんだペーストをパッド上に転写させるはんだぺースト印刷法、はんだボールを直接パッドに搭載させるボール搭載方法、化学反応を利用してパッド上にはんだを析出させる方法、めっきではんだを析出させる方法などである。これらの内いずれかの方法ではんだをパッド上に設けた後、リフローすることによりはんだバンプが開口部内に固定された状態となる。この時点でバンプは半球状を呈している。
【００１８】
続いて、下記のような治具を用いてフラッタニング処理を行なう。図１に示されるように、チップ非搭載面を押圧する治具４（下治具）は多層基板１の下面（チップ非搭載面）１ａ側を押圧するための治具である。
【００１９】
前記下治具４の表面には、凸部３が設けられる。凸部はソルダーレジストの開口に対して必ずしも１つ１つに当接、嵌合する必要はないが、平坦化の効果から１つ１つに当接、嵌合することが好ましい。
【００２０】
前記下治具４は金属上にチップ非搭載面のソルダーレジスト開口部を模った凸型のパターンをエッチング、めっきなどの方法により直接形成させる、もしくは金属材料の上に凸型のパターンをレジストで作られる。
【００２１】
一方多層基板１の上面（チップ搭載面）１ｂ側を押圧するための治具５（上治具）は金属材料からなることが好ましい。このような前記上治具５は多層基板１の上方に配置される。前記上治具５の外形寸法はチップ搭載面１ｂにあるバンプ形成エリアと同程度またはそれよりも大きめに設定されている。なお、前記治具４、５の多層基板当接面４ａ、５ａには、はんだペーストの付着を防止するため離型剤がコーティングされていても良い。
【００２２】
上治具５は平板またはロールが好ましく、治具４、５は図示しない駆動装置によって駆動される。治具５が平板状の場合は垂直に、治具５がロール状の場合は水平に駆動される。この場合下治具４のみを移動させてもよく、または両者４、５の双方を駆動させても良い。
【００２３】
そしてフラッタニング処理においてはこれらの治具４、５を用いて多層基板の厚さ方向に押圧力を加えることにより、はんだパンプ２の頂部を容易に平坦化できる。
【００２４】
フラッタニング処理は常温下で行なわれるよりは、むしろ加熱下で行なわれることが望ましい。その理由は、加熱下であるとはんだが軟化するため、それほど大きくない押圧力でもはんだバンプ２の頂部を容易に平坦化することができるからである。なお加熱下でフラッタニング処理を行なう場合、一方または両方の治具４，５は電熱ヒーター等のような加熱手段を備えるものであることが望ましい。なお、加熱手段は治具４，５自体に設けられてもよいほか、治具４，５の近傍に設けられてもよい。
【００２５】
フラッタニング処理の際の温度は、６０℃から使用するはんだの融点より１０℃低い（液相線・固相線がある場合、液相線よりも１０℃低い温度）温度に設定されることがよい。６０℃未満であると、バンプ２が十分に軟化しないので、大きな押圧力を付加する必要が生じ、バンプ２の破損につながるおそれがある。一方、融点を超えると、バンプ２が溶融してしまい、バンプ２としての好適な形状が損なわれるおそれがある。また、溶融したバンプ２間にブリッジが生じるおそれもある。
【００２６】
フラッタニング処理の際の押圧力は１０ｋｇｆ／ｃｍ２〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内で設定されることがよい。上記の範囲内であれば、バンプ２の頂部を最も効率よく平坦化することができるからである。押圧力が１０ｋｇｆ／ｃｍ２未満であると、バンプ２の頂部を確実に平坦化することができない。逆に、押圧力が１５０ｋｇｆ／ｃｍ２より高いとはんだバンプ２が破損するおそれがある。なお押圧力は３０ｋｇｆ／ｃｍ２〜１００ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内で設定されることが望ましい。
【００２７】
治具４、５によって加圧される時間は２分以内に設定されることがよい。加圧時間が２分を超えると、生産性が低下することに加え、熱が伝わりすぎてバンプ２の破損につながるおそれがある。
【００２８】
フラッタニング処理を経た時点でのバンプ２の頂部の高さ（具体的にはソルダーレジスト層から露出した導体回路を基準としたときの頂部の高さ）は１０μｍ〜５０μｍであることが望ましい。
【００２９】
なお頂部の好適な高さは、ソルダーレジスト層の厚さによっても若干異なる。例えばソルダーレジスト層の厚さが２０μｍである場合、高さの均一性や接続の確実性を向上させるためには、頂部の高さは２０μｍ〜７０μｍに設定されることが望ましい。つまり、バンプ３においてソルダーレジスト層から突出している量は０μｍ〜５０μｍに設定されることが望ましい。この突出量が０μｍ以下であると実装不良の原因となる。
【００３０】
【実施例】
以下、多層基板１のバンプのフラッタニング方法を更に説明する。
【００３１】
［実施例１］
上述した構造を有する一対の金属製治具４，５を用いて、厚さが０．３ｍｍ多層基板１のフラッタニング処理を下記の条件で行なった。下治具４は金属をエッチング加工して作製し、上治具は平坦な平板とした。本実施例では、図示しない電熱ヒーターを備える治具４，５を選択するとともに、その電熱ヒーターへの通電によって両治具４，５を１００℃に加熱して用いるようにした。
【００３２】
まず、下治具４の多層基板当接面４ａを上に向けて配置した。そして、開口部支え凸部にチップ非搭載面のＢＧＡパッドがちょうど配置されるように位置決めしてから、基板当接面４ａ上に多層基板１を水平に載置させた。そして上治具５を鉛直方向に沿って下方に移動させることにより、多層基板１の厚さ方向に押圧力を加え、バンプ２の頂部を平坦化して、均一な高さにした。本実施例では押圧力を５０ｋｇｆ／ｃｍ２に設定するとともに加圧時間を３０秒に設定した。
【００３３】
その結果、前記処理を経て得られたバンプ２の頂部には直径６０〜７０μｍの平坦面が形成されていた。また、各バンプ２の頂点の高さはいずれも３０〜３５μｍであって、等しい高さに揃えられていた。
【００３４】
［実施例２］
実施例２では厚さが１ｍｍの多層基板について実施例１と同様のフラッタニング処理を行なった。
【００３５】
［実施例３］
実施例３では、厚さ０．３ｍｍの多層基板に対し、前記両治具３，４の電熱ヒーターに通電することなく常温下（約２５℃）にてフラッタニング処理を行なった。
【００３６】
［比較例１］
比較例１では、実施例１の治具４に代えて基板当接面がフラットなステンレス製の下治具を用いることとし、実施例１と同じ条件にて厚さ１ｍｍの多層基板に対し、フラッタニング処理を行なった。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
［比較試験の方法および結果］
実施例１〜３および比較例１で得られた多層基板１について、まず、はんだバンプ２の高さ（平均および公差（μｍ））を測定した。
【００３９】
実施例１、３についてはバンプ２の頂部に、ＩＣチップの実装に十分な面積を有する平坦面を形成することができた。しかも、フラッタニング処理を経て、はんだバンプ２の頂部の高さが均一に揃えられていた。実施例２については、バンプの高さばらつきも大きくＩＣチップの実装に不十分な平坦面のバンプもあった。
【００４０】
比較例１についてはバンプの高さｔは均一に揃えられていなかった。また、バンプ２の頂部に、ＩＣチップの実装に不十分な平坦面のバンプもあった。従って比較例１の多層基板１は信頼性に優れるとは言い難いものであった。
【００４１】
従って本実施例１、２によれば以下のような効果を得ることができる。
【００４２】
請求項１、４および５では、フラッタニング処理の際、下治具４の多層板当接面１ａに設けられた凸部が開口部に接触することになる。このため押圧力がソルダーレジスト非開口部裏面のはんだバンプと同様に、チップ非搭載面のソルダーレジスト開口部裏面のはんだバンプにも加わることになるので、はんだバンプの高さおよび径のばらつきが小さくなる。
【００４３】
請求項２では金属の治具４、５を用いている。このため、フラッタニング治具の押圧力によって治具４，５自身が変形したり破壊したりするようなことが無い。従って、より高い精度でフラッタニング処理を行なうことができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１、４および５記載の発明によれば、チップ非搭載面にソルダーレジストの開口部を有する多層基板のフラッタニング処理では、個々のバンプに均等に押圧力を加えることができるので、フラッタニング処理後のバンプの高さばらつきが小さく、またＩＣチップを実装するのに十分な径得ることができる。また、請求項３の発明によれば、特に厚さが１ｍｍ以下の多層基板に有効である。
【００４５】
請求項２の発明によれば、治具の変形を防ぐことができるのでフラッタニング処理後のバンプの高さばらつきを小さくすることができる。また、凸部がレジストパターンであれば、開口部の変更に対応した作製が容易である。
【００４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層基板の製造方法の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  多層基板
２  バンプ
３  凸部
４  チップ非搭載面を押圧する治具（下治具）
５  チップ搭載面を押圧する治具（上治具）
【図１】
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