(57)【要約】【課題】微細なパッドと半田バンプとを強固に接合することが可能な半田バンプ付き配線基板の製造方法を提供すること。【解決手段】配線基板の製造方法は、配線導体２を有する絶縁基板１の表面に、配線導体２に接続された複数の半田接合用のパッド３および該パッド３の中央部を露出させる開口部４ａを有する樹脂層４を形成する工程と、開口部４ａの内側面に半田との固溶体を形成する金属層１１を被着する工程と、開口部４ａの内面に半田ペーストを塗布し加熱することによって半田バンプ５を形成する工程とを具備している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線導体を有する絶縁基板の表面に、前記配線導体に接続された複数の半田接合用のパッドおよび該パッドの中央部を露出させる開口部を有する樹脂層を形成する工程と、前記開口部の内側面に半田との固溶体を形成する金属層を被着する工程と、前記開口部の内面に半田ペーストを塗布し加熱することによって半田バンプを形成する工程とを具備していることを特徴とする半田バンプ付き配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や抵抗器等の電子部品を搭載するための半田バンプ付き配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板には、ガラス繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて成る絶縁板と銅箔等から成る配線導体層とを交互に複数積層して成るプリント基板や、絶縁板上に熱硬化性樹脂およびフィラーから成る絶縁層と銅めっき層から成る配線導体層とを複数積層して成るビルドアップ基板が用いられてきている。そして、このようなプリント基板やビルドアップ基板等の配線基板の上面には、半導体素子等の電子部品の電極を接続するためのパッドが形成されているとともに、パッドの中央部を露出させる開口部を有する樹脂層が被着されており、さらに、開口部内で露出したパッド上には電子部品とパッドとを接合するための半田バンプが形成されている。
【０００３】
そして、このような半田バンプ付きの配線基板においては、電子部品をその各電極がそれぞれ対応する半田バンプに当接するようにして配線基板の上面に載置し、これらを電気炉等の加熱装置で加熱して半田バンプを溶融させて半田バンプと電子部品の電極とを接合することによって、電子部品が配線基板上に実装される。この際使用される半田バンプ形成用の半田ペーストに含まれる半田粉末としては、Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田等の共晶半田が使用されるのが一般的である。
【０００４】
なお、このような半田バンプ付きの配線基板は、内部および表面の少なくとも一方に複数の配線導体を有する絶縁基板の表面に、配線導体に接続された円形状の複数のパッド、およびこれらのパッドの中央部を露出させる開口部を有する樹脂層を被着し、次にパッド上にフラックスおよび半田粉末から成る半田ペーストを従来周知のスクリーン印刷法により半田バンプの形成に必要な量だけ印刷塗布し、これを加熱して半田ペースト中の半田粉末を溶融させ固化させてパッド上に半田バンプを形成することによって製作されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１７５３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、高集積化が進むＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージや各種電子部品を搭載する混成集積回路装置等に適用される配線基板においては、電子部品接続用のパッドの小型化および高密度配列化が要求されており、例えばパッドの開口部に露出した部位の直径が９０μｍ以下で配列間隔（パッド中心間の間隔）が１５０μｍ以下のものが出現するようになってきている。
【０００７】
このように微細で、樹脂層の開口部内に露出したパッド上にＳｎ−Ｐｂ共晶半田等の半田粉末を含む半田ペーストを印刷塗布し、半田粉末を加熱すると、共晶温度に達した時点で半田が固相から液相へと瞬時に変化して溶融するため、瞬時に液相となって溶融した半田の表面張力により、半田がパッドに十分に濡れる前にパッドから浮き上がった状態で球状となってしまい、その結果、半田バンプとパッドとが良好に接合されないという問題点を有していた。
【０００８】
したがって、本発明はかかる従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、パッドと半田バンプとを確実に接合することが可能な半田バンプ付き配線基板およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板の製造方法は、配線導体を有する絶縁基板の表面に、前記配線導体に接続された複数の半田接合用のパッドおよび該パッドの中央部を露出させる開口部を有する樹脂層を形成する工程と、前記開口部の内側面に半田との固溶体を形成する金属層を被着する工程と、前記開口部の内面に半田ペーストを塗布し加熱することによって半田バンプを形成する工程とを具備していることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方は、樹脂層に形成された開口部の内側面に半田との固溶体を形成する金属層を被着し、開口部内に内側に半田ペーストを塗布し加熱することによって開口部の内側に接合された半田バンプを形成することから、半田バンプは開口部の内側面に被着させた金属層に良好に濡れて接合されるため、開口部内に十分に入り込んだ状態でパッドと接合される。その結果、半田バンプとパッドとが強固に接合された接続信頼性に優れる半田バンプ付き配線基板を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の半田バンプ付き配線基板を以下に詳細に説明する。図１は、本発明の半田バンプ付き配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は図１の半田バンプ付き配線基板の要部拡大断面図である。また、図３は本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方法を説明するための工程毎の要部拡大断面図である。
【００１２】
まず、本発明の半田バンプ付き配線基板（以下、単に配線基板ともいう）について説明する。図１において、１は絶縁基板、２は配線導体、３は半田接合用のパッド、４は樹脂層、５は半田バンプであり、主にこれらで本発明の配線基板が構成されている。なお、図１の例では外部リードピン６を有する例を示したが、外部リードピン６は必ずしも必要ではなく、外部リードピン６に代えて半田から成る外部接続用の端子等を設けてもよい。
【００１３】
本発明における絶縁基板１は、例えばガラス繊維を縦横に織り込んだガラス織物にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る板状の芯体１ａの上下面に、エポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る絶縁層１ｂをそれぞれ複数層ずつ積層して成り、芯体１ａや各絶縁層１ｂの表面には銅箔や銅めっき層等の導体層から成る複数の配線導体２が形成されている。
【００１４】
芯体１ａは、厚みが０．３〜１．５ｍｍ程度であり、その上面から下面にかけて直径０．１〜１．０ｍｍ程度の複数の貫通孔７を有している。各貫通孔７の内面には配線導体２の一部が被着されており、芯体１ａの上下面に形成された配線導体２同士が貫通孔７内の配線導体２を介して電気的に接続されている。
【００１５】
この芯体１ａは、ガラス織物に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを作製して熱硬化性樹脂を熱硬化させた後、これに上下面間にわたる貫通孔７をドリル等を用いて形成することにより製作される。また、芯体１ａの上下面の配線導体２は、芯体１ａ用のシートの上下面の全面に厚みが３〜５０μｍ程度の銅箔を貼着し、この銅箔をシートの硬化後にエッチング加工することにより、芯体１ａの上下面に所定のパターンに形成される。また、貫通孔７内の配線導体２は、芯体１ａに貫通孔７を設けた後に、貫通孔７の内面に無電解めっき法や電解めっき法により厚みが３〜５０μｍ程度の銅めっき層を形成することにより貫通孔７の内面に被着形成される。
【００１６】
さらに、芯体１ａは、貫通孔７の内部にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る樹脂柱８が充填されている。樹脂柱８は、貫通孔７を塞ぐとともに貫通孔７の直上および直下の絶縁層１ｂの部位にそれぞれ接続されることにより、芯体１ａの上下面の絶縁層１ｂを強固に固定することができる。この樹脂柱８は、未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂を貫通孔７内にスクリーン印刷法により充填し、これを熱硬化させた後、その上下端面を平坦に研磨することにより形成される。そして、樹脂柱８を有する芯体１ａの上下面に絶縁層１ｂが積層される。
【００１７】
芯体１ａの上下面に積層された絶縁層１ｂは、それぞれの厚みが２０〜６０μｍ程度であり、各絶縁層１ｂの上下面間にわたって直径３０〜１００μｍ程度の複数の貫通孔９が形成されており、これらの貫通孔９内には配線導体２の一部が被着形成されている。これらの絶縁層１ｂは、配線導体２を高密度に配線するための絶縁間隔を形成するためのものである。そして、絶縁層１ｂの上層側の配線導体２と下層側の配線導体２とを、貫通孔９内の配線導体２を介して電気的に接続することにより高密度配線を立体的に形成可能としている。
【００１８】
この絶縁層１ｂは、厚みが２０〜６０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂のフィルムを芯体１ａの上下面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザ加工により貫通孔９を穿孔し、さらにその上に次の絶縁層１ｂを同様にして順次積層することによって形成される。なお、各絶縁層１ｂの表面および貫通孔９内に被着された配線導体２は、各絶縁層１ｂを形成する毎に各絶縁層１ｂの表面および貫通孔９内に５〜５０μｍ程度の厚みの銅めっき層を公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法等のパターン形成法により所定のパターンに被着させることによって形成される。
【００１９】
さらに、最表層の絶縁層１ｂ上には樹脂層４が被着されている。樹脂層４は、例えば耐半田性を有する（半田の融点では変形等を生じない）アクリル変性エポキシ樹脂にシリカやタルク等の無機物粉末フィラーを３０〜７０質量％程度分散させた絶縁材料から成り、表層の配線導体２同士の電気的絶縁信頼性を高めるとともに、パッド３やピン接合パッド１０の絶縁基板１への接合強度を大きくする作用をなす。
【００２０】
この樹脂層４は、厚みが１０〜５０μｍ程度であり、感光性を有する未硬化樹脂ペーストをロールコーター法やスクリーン印刷法により最表層の絶縁層１ｂ上に塗布し、これを乾燥させた後、露光および現像処理を行なってパッド３やピン接合パッド１０の中央部を露出させる開口部４ａ，４ｂを形成した後、これを熱硬化させることによって形成される。または、樹脂層４用の未硬化の樹脂フィルムを最上層の絶縁層１ｂ上に貼着した後、これを熱硬化させ、しかる後、パッド３やピン接合パッド１０に対応する位置にレーザ光を照射し、硬化した樹脂フィルムを部分的に除去することによってパッド３やピン接合パッド１０を露出させて成る開口部４ａ，４ｂを有するように形成される。
【００２１】
また、絶縁基板１の上下面間にわたって形成された配線導体２は電子部品の各電極を外部電気回路基板の配線導体等に接続するための導電路として機能し、絶縁基板１の上面の電子部品の実装領域にある配線導体２の部位の一部が、電子部品の各電極に、錫を６３質量％および鉛を３７質量％含む錫６３−鉛３７共晶半田、錫９６．５−銀３．５共晶半田、錫９６−銀３．５−銅０．５非共晶半田等の低融点半田から成る半田バンプ５を介してパッド３に接合される。また、絶縁基板１の下面に露出した配線導体２の部位の一部が、外部電気回路基板の配線導体等に接続される外部リードピン６を接合するためのピン接合パッド１０に電気的に接続されている。
【００２２】
パッド３やピン接合パッド１０は、配線導体２に接続された導体層から成る円形状のパターンの外周部を樹脂層４により１５〜３５μｍ程度の幅で被覆してその外周縁を画定することにより、露出する直径が、パッド３であれば５０〜２００μｍ程度、ピン接合パッド１０であれば０．５〜２．５ｍｍ程度になるように形成されている。このように、パッド３およびピン接合パッド１０の外周部を樹脂層４により被覆することによって、パッド３同士やピン接合パッド１０同士の電気的な短絡が有効に防止されるとともに、パッド３やピン接合パッド１０の絶縁基板１に対する接合強度を高くすることができる。
【００２３】
また、パッド３には半田バンプ５が接合されている。半田バンプ５は、錫６３−鉛３７共晶半田、９６．５−銀３．５共晶半田、錫９６−銀３．５−銅０．５非共晶半田等の低融点半田から成り、パッド３と電子部品とを電気的および機械的に接続する接続端子として機能する。そして、電子部品の各電極がそれぞれ対応する半田バンプ５に当接するようにして絶縁基板１上に電子部品を載置し、これらを電気炉などの加熱装置で加熱して半田バンプ５を溶融させ固化させることにより半田バンプ５と電子部品の電極とが接続される。
【００２４】
また、ピン接合パッド１０には、銅や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る外部リードピン６が半田バンプ５よりも融点が高い半田を介して接合されている。外部リードピン６は、絶縁基板１に実装される電子部品を外部電気回路基板に電気的に接続するための端子部材として機能し、外部リードピン６を外部電気回路基板の配線導体に半田やソケットを介して接続することにより、電子部品が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００２５】
次に、本発明の配線基板の製造方法について以下に説明する。
【００２６】
先ず、図３（ａ）に示すように、配線導体２を有する絶縁基板１の上面に、配線導体２に接続されたパッド３、およびパッド３の中央部を露出させる開口部４ａを有する樹脂層４を形成する。パッド３は、絶縁基板１を構成する最上層の絶縁層１ｂ上に、５〜２０μｍ程度の厚みの銅めっき層を公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法等のパターン形成法により所定のパターンに被着させることによって形成される。
【００２７】
また、樹脂層４は、感光性を有する未硬化樹脂ペーストをロールコーター法やスクリーン印刷法によって最上層の絶縁層１ｂ上に塗布し、これを乾燥させた後、露光および現像処理を行なってパッド３の中央部を露出させる開口部４ａを形成した後、これを熱硬化させることによって形成される。または、樹脂層４用の未硬化の樹脂フィルムを最上層の絶縁層１ｂ上に貼着した後、これを熱硬化させ、しかる後、パッド３に対応する位置にレーザ光を照射し、硬化した樹脂フィルムを部分的に除去することによって、パッド３の中央部を露出させる開口部４ａを有するように形成される。
【００２８】
次に図３（ｂ）に示すうように、樹脂層４の開口部４ａの内側面に半田との固溶体を形成する金属層１１を被着する。金属層１１を被着するには、樹脂層４の表面に開口部４ａを露出させるめっきレジスト層を被着し、露出している開口部４ａの内側面に無電解めっき法により半田との固溶体を形成する金属層１１を被着した後、めっきレジスト層を剥離する方法等が採用される。
【００２９】
なお、金属層１１としては、厚みが０．０１〜０．１μｍの無電解金めっき層や厚みが０．１〜１μｍ程度の無電解銅めっき層が好ましい。金属層１１を厚みが０．０１〜０．１μｍの無電解金めっき層や厚みが０．１〜１μｍ程度の無電解銅めっき層とすることにより金属層１１が半田バンプ５中に良好に固溶する。また、半田バンプ５用の半田ペーストに含有される半田よりも先に溶融しないように融点が半田バンプ５用の半田ペーストに含有される半田よりも１０℃以上高いものが好ましい。
【００３０】
次に、図３（ｃ）に示すように、樹脂層４の開口部４ａ内に露出したパッド３の中央部に、半田粉末およびフラックスを含有する半田ペースト２１を従来周知のスクリーン印刷法を採用して印刷塗布する。半田粉末としては粒径が３〜２５μｍ程度の球状の半田が使用される。このような半田粉末としては、錫６３−鉛３７共晶半田、錫９６．５−銀３．５共晶半田、錫９６−銀３．５−銅０．５非共晶半田等の低融点半田が使用できる。
【００３１】
次に、図３（ｄ）に示すように、半田ペースト２１を加熱することにより半田ペースト２１中の半田粉末および金属層１１を溶融させてパッド３に接合された半田バンプ５を形成する。このとき、本発明の製造方法によれば、溶融した半田が開口部４ａの内側面の金属層１１と良好に濡れて溶融することにより、開口部４ａ内に十分に入り込でパッド３に接合され、その結果、半田バンプ５とパッド３とが良好に接合された半田バンプ付き配線基板を提供することができる。なお、金属層１１は半田バンプ５中に固溶して層としては消滅する。
【００３２】
本発明において、金属層１１は開口部４ａの内側面に形成されているが、開口部４ａの内側面ばかりでなく、開口部４ａの底面（パッド３の露出表面）にも形成されていてもよい。この場合、溶融した半田が開口部４ａの内側面および底面の金属層１１に良好に濡れて接合されるため、さらに半田バンプ５の接合性が高まることとなる。
【００３３】
かくして、本発明の配線基板は、絶縁基板１の上面に電子部品をその電極が半田バンプ５に当接するようにして載置し、半田バンプ５を加熱溶融させて電子部品の電極とパッド３とを接合することにより製品としての電子装置となる。
【００３４】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何ら差し支えない。例えば上述の実施の形態例では、金属層１１は無電解めっき法により被着させたが、真空蒸着法やスパッタリング法により被着させてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方は、樹脂層に形成された開口部の内側面に半田との固溶体を形成する金属層を被着し、開口部内に内側に半田ペーストを塗布し加熱することによって開口部の内側に接合された半田バンプを形成することから、半田バンプは開口部の内側面に被着させた金属層に良好に濡れて接合されるため、開口部内に十分に入り込んだ状態でパッドと接合される。その結果、半田バンプとパッドとが強固に接合された接続信頼性に優れる半田バンプ付き配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法により製作される半田バンプ付き配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方法を説明するための工程毎の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基板
２：配線導体
３：パッド
４：樹脂層
４ａ：樹脂層の開口部
５：半田バンプ
１１：金属層
２１：半田ペースト
【図１】
2004327742.tif 000003
【図２】
2004327742.tif 000004