(57)【要約】【課題】微細な半田接合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】絶縁基板１の表面に、複数の半田接合パッド３およびこの半田接合パッド３の中央部を露出させる開口部４ａを有する耐半田樹脂層４を形成する工程と、半田接合パッド３上に、互いに組成が異なるとともに溶融混合させることにより共晶組成となる少なくとも２種類の半田粉末を含有する半田ペースト２１を塗布する工程と、半田ペースト２１中の半田粉末を溶融混合させて半田接合パッド３上に半田バンプ５を形成する工程とを具備する半田バンプ付き配線基板の製造方法。【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パッドおよび該半田接合パッドの中央部を露出させる開口部を有する耐半田樹脂層を形成する工程と、前記開口部内に露出した前記半田接合パッド上に、互いに組成が異なるとともに溶融混合させることにより共晶組成となる少なくとも２種類の半田粉末を含有する半田ペーストを塗布する工程と、該半田ペースト中の前記半田粉末を溶融混合させて前記半田接合パッド上に前記共晶組成の半田バンプを形成する工程とを具備す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。
【請求項２】
前記少なくとも２種類の半田粉末は、それぞれ鉛（Ｐｂ）が６０質量％以下で、残部が錫（Ｓｎ）から成ることを特徴とする請求項１記載の半田バンプ付き配線基板の製造方法。
【請求項３】
前記少なくとも２種類の半田粉末は、これらの混合物における液相線温度と固相線温度との差が３℃以上あることを特徴とする請求項１または請求項２記載の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、半導体素子や抵抗器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半田接合パッドおよびこの半田接合パッドの中央部を露出させる耐半田樹脂層が被着形成されており、さらに、耐半田樹脂層から露出した半田接合パッド上には電子部品と半田接合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するとともに、これらを例えば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させることによって、電子部品が配線基板上に実装される。また、この際使用される半田バンプ用の半田粉末としては、例えばＳｎ−Ｐｂ系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配線基板は、内部および／または表面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略円形の複数の半田接合パッドおよびこの半田接合パッドの中央部を露出させる開口部を有する耐半田樹脂層を被着させ、次に前記半田接合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を採用して半田バンプに対応する量だけ塗布するとともにこれを加熱して、半田ペースト中のフラックスを気化除去するとともに半田ペースト中の半田粉末を溶融させて半田接合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、例えば電子部品接続パッドの直径が９０μｍ以下で、配列ピッチが１５０μｍ以下のものが出現するようになってきている。
【０００７】
このように微細な、耐半田樹脂層の開口部内に露出した半田接合パッド上にＳｎ−Ｐｂ系等の共晶半田ペーストを塗布し、半田ペースト中のフラックスを気化除去するとともに半田ペースト中の半田粉末を溶融させると、共晶温度に達した時点で半田粉末が固相から液相へと瞬時に変化して溶融するため、そのように瞬時に液相となって溶融した半田の表面張力により、半田が半田接合パッドに十分に濡れる前に半田接合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、半田バンプと半田接合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】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、半田接合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】
本発明の半田バンプ付き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パッドおよびこの半田接合パッドの中央部を露出させる開口部を有する耐半田樹脂層を形成する工程と、前記開口部内に露出した前記半田接合パッド上に、互いに組成が異なるとともに溶融混合させることにより共晶組成となる少なくとも２種類の半田粉末を含有する半田ペーストを塗布する工程と、この半田ペースト中の前記半田粉末を溶融混合させて前記半田接合パッド上に前記共晶組成の半田バンプを形成する工程とを具備す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法によれば、耐半田樹脂層の開口部内に露出した半田接合パッド上に、互いに組成が異なるとともに溶融混合させることにより共晶組成となる少なくとも２種類の半田粉末を含有する半田ペーストを塗布し、しかる後、この半田ペースト中の半田粉末を溶融混合させることにより半田接合パッド上に共晶組成の半田バンプを形成することから、半田ペースト中の半田粉末を溶融混合させる際に、互いに組成の異なる半田粉末の固相から液相へ変化する温度がそれぞれ異なることから、半田ペースト中の半田粉末が固相から液相に緩やかに変化して溶融混合されるため、半田粉末が瞬時に液相となって溶融することがなく、したがって半田が半田接合パッドに濡れる時間が十分に確保されて半田バンプが半田接合パッドに良好に接合される。
【００１１】
また、本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方法は、上述の半田ペーストに含有される少なくとも２種類の半田粉末が、それぞれ鉛（Ｐｂ）が６０質量％以下で、残部が錫（Ｓｎ）から成ることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方法によれば、上述の製造方法において、半田ペースト中に含有される少なくとも２種類の半田粉末を、それぞれ鉛（Ｐｂ）が６０質量％以下で、残部が錫（Ｓｎ）から成るものとした場合には、それらの半田粉末を溶融混合させる際に絶縁基板に大きな熱的な過負荷を与えることなく、半田バンプを形成することができる。
【００１３】
さらに、本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方法は、上述の半田ペーストに含有される少なくとも２種類の半田粉末は、これらの混合物における液相線温度と固相線温度との差が３℃以上あることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方法によれば、上述の製造方法において、半田ペースト中に含有される少なくとも２種類の半田粉末の混合物における液相線温度と固相線温度との差を３℃以上とした場合には、半田ペースト中の半田粉末を溶融混合させることにより半田接合パッド上に共晶組成の半田バンプを形成する際に、半田粉末の溶融が極めて緩やかに進行するために、半田バンプと半田接合パッドとをより確実に接合することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方法を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、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り、また、図２（ａ）〜（ｃ）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。
【００１７】
図１において、１は絶縁基板、２は配線導体、３は半田接合パッド、４は耐半田樹脂層、５は半田バンプ、６は外部リードピンであり、主にこれらで本例の半田バンプ付き配線基板が構成されている。なお、こ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に代えて例えば半田から成る外部接続用の端子を設けてもよい。
【００１８】
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膜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。
【００１９】
絶縁基板１を構成する芯体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が０．１〜１．０ｍｍ程度の複数の貫通孔７を有している。そして、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。
【００２０】
このような芯体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熱硬化させた後、これに上面から下面にかけて貫通孔７用のドリル加工を施すことにより製作される。なお、芯体１ａの上下面の配線導体２は、芯体１ａ用のシートの上下全面に厚みが３〜５０μｍ程度の銅箔を貼着しておくとともに、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、この貫通孔７の内面に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが３〜５０μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより貫通孔７の内面に被着形成される。
【００２１】
さらに、芯体１ａは、その貫通孔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を塞ぐことにより貫通孔７の直上および直下に絶縁層１ｂを形成可能とするためのものであり、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、その上下面を平坦に研磨することにより形成される。そして、この樹脂柱８を含む芯体１ａの上下面に絶縁層１ｂが積層されている。
【００２２】
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、各層の上面から下面にかけて直径が３０〜１００μｍ程度の複数の貫通孔９を有しており、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提供するためのものである。そして、上層の配線導体２と下層の配線導体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。
【００２３】
このような絶縁層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、さらにその上に同様にして次の絶縁層１ｂを順次積み重ね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内面に５〜５０μｍ程度の厚みの銅めっき膜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。
【００２４】
さらに、最表層の絶縁層１ｂ上には耐半田樹脂層４が被着されている。耐半田樹脂層４は、例えば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、後述する半田接合パッド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なものとする作用をなす。
【００２５】
このような耐半田樹脂層４は、その厚みが１０〜５０μｍ程度であり、感光性を有する耐半田樹脂層４用の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を採用して最表層の絶縁層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半田接合パッド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。あるいは、耐半田樹脂層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、半田接合パッド３やピン接合パッド１０に対応する位置にレーザビームを照射し、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半田接合パッド３やピン接合パッド１０を露出させる開口部４ａ、４ｂを有するように形成される。
【００２６】
また、絶縁基板１の上面から下面にかけ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の上面の実装領域に設けられた部位の一部が電子部品の各電極に例えば錫（Ｓｎ）を６３質量％、鉛（Ｐｂ）を３７質量％を含有する錫−鉛共晶合金から成る半田バンプ５を介して接合される半田接合パッド３を、絶縁基板１の下面に露出した部位の一部が外部電気回路基板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を形成している。このような半田接合パッド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略円形のパターンの外周部を耐半田樹脂層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その露出する直径が、半田接合パッド３であれば５０〜２００μｍ程度に、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。なお、このように半田接合パッド３およびピン接合パッド１０の外周部を耐半田樹脂層４により被覆することによって、半田接合パッド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、半田接合パッド３やピン接合パッド１０の絶縁基板１に対する接合強度が高いものとなっている。
【００２７】
なお、通常であれば、半田接合パッド３およびピン接合パッド１０の露出する表面には、半田接合パッド３やピン接合パッド１０の酸化腐蝕の防止と半田バンプ５や外部リードピン６との接続を良好にするために、ニッケル、金等の良導電性で耐腐蝕性に優れた金属をめっき法により１〜２０μｍの厚さに被着することが好ましい。
【００２８】
また、半田接合パッド３には、半田バンプ５が固着形成されている。半田バンプ５は、錫（Ｓｎ）を６３質量％、鉛（Ｐｂ）を３７質量％を含有する錫−鉛共晶合金等の半田材料から成り、半田接合パッド３と電子部品とを電気的および機械的に接続するための端子として機能し、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するとともに、これらを例えば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。
【００２９】
また、ピン接合パッド１０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。
【００３０】
次に半田接合パッド３上に半田バンプ５を形成する本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方法について説明する。
【００３１】
先ず、図２（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に接続された半田接合パッド３およびこの半田接合パッド３の中央部を露出させる開口部４ａを有する耐半田樹脂層４を形成する。半田接合パッド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膜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。
【００３２】
また、耐半田樹脂層４は、感光性を有する耐半田樹脂層４用の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を採用して最上層の絶縁層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半田接合パッド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。あるいは、耐半田樹脂層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、半田接合パッド３に対応する位置にレーザビームを照射し、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半田接合パッド３を露出させる開口部４ａを有するように形成される。なお、耐半田樹脂層４の開口部４ａから露出した半田接合パッド３の表面には、半田接合パッド３の酸化腐食を防止するとともに半田バンプ５との接合を強固なものとするために２〜５μｍ程度の厚みのニッケルめっき層と０．０１〜１μｍ程度の厚みの金めっき層を電解めっき法や無電解めっき法により順次被着させる。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示すように、耐半田樹脂層４の開口部４ａから露出した半田接合パッド３上に互いに組成が異なるとともに溶融混合させることにより共晶組成となる少なくとも２種類の半田粉末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程度の球状で、それぞれ鉛（Ｐｂ）が６０質量％以下、残部が錫（Ｓｎ）から成り、これらの混合物における液相線温度と固相線温度との差が３℃以上となる半田粉末が好適に使用される。このような半田粉末としては、例えば錫（Ｓｎ）が６５質量％および鉛（Ｐｂ）が３５質量％から成る半田粉末３３．３３質量％と錫（Ｓｎ）が６２質量％および鉛（Ｐｂ）が３８質量％から成る半田粉末６６．６７質量％との混合物（固相線温度が１８３℃、液相線温度が１８６℃）や錫（Ｓｎ）が１００質量％から成る半田粉末３２．７３質量％と錫（Ｓｎ）が４５質量％および鉛（Ｐｂ）が５５質量％から成る半田粉末６７．２７質量％との混合物（固相線温度が１８３℃、液相線温度が２２７℃）を例示することができる。
【００３４】
なお、ここで上記混合物の固相線温度とは、混合物を加熱した際に混合物が溶融し始める温度であり、液相線温度とは、混合物が完全に溶融する温度を意味する。
【００３５】
次に図２（ｃ）に示すように、半田ペースト２１を加熱して半田ペースト２１中のフラックスを気化除去するとともに、半田ペースト２１中の半田粉末を溶融させて半田接合パッド３上に半田バンプ５を形成する。
【００３６】
このとき、本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方法によれば、半田ペースト２１は、互いに組成が異なるとともに溶融混合させることにより共晶組成となる少なくとも２種類の半田粉末を含有することから、半田ペースト２１中の半田粉末を溶融混合させる際に、互いに組成の異なる半田粉末が固相から液相に緩やかに変化して溶融混合されるため、半田が瞬時に液相となって溶融することがなく、したがって半田が半田接合パッド３に濡れる時間が十分に確保されて半田バンプ５が半田接合パッド３に良好に接合される。
【００３７】
なお、半田バンプ５を鉛−錫共晶合金から形成する場合であれば、半田ペースト２１中に含有される半田粉末の鉛（Ｐｂ）が６０質量％より多くなると、半田粉末の融点が２６０℃以上となり、絶縁基板１の耐熱限界温度を超えた温度で加熱する必要があり、絶縁基板１にふくれ等の不具合を生じる危険性がある。したがって、半田バンプ５を鉛−錫共晶合金から形成する場合であれば、半田ペースト２１中に含有される半田粉末は鉛（Ｐｂ）の含有量を６０質量％以下としておくことが好ましい。
【００３８】
また、半田ペースト２１中に含有される少なくとも２種類の半田粉末の混合物における液相線温度と固相線温度との差が３℃未満の場合、半田を緩やかに溶融させることが困難となる。したがって、半田ペースト２１中に含有される少なくとも２種類の半田粉末の混合物における液相温度と固相温度との差は３℃以上あることが好ましい。
【００３９】
かくして、本発明の製造方法により提供される半田バンプ付き配線基板によると、配線基板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するとともに、半田バンプ５を溶融させて電子部品の電極と半田接合パッド３とを接合させることにより製品としての電子装置となる。
【００４０】
なお、本発明は、上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更が可能であることはいうまでもなく、例えば上述の例では、半田接合パッド上に半田ペーストをスクリーン印刷法を採用して塗布したが、ディスペンサを用いて塗布してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の半田バンプ付き配線基板の製造方法によれば、耐半田樹脂層の開口部内に露出した半田接合パッド上に、互いに組成が異なるとともに溶融混合させることにより共晶組成となる少なくとも２種類の半田粉末を含有する半田ペーストを塗布し、しかる後、この半田ペースト中の半田粉末を溶融混合させることにより半田接合パッド上に共晶組成の半田バンプを形成することから、半田ペースト中の半田粉末を溶融混合させる際に、互いに組成の異なる半田粉末の固相から液相へ変化する温度がそれぞれ異なることから、半田ペースト中の半田粉末が固相から液相に緩やかに変化して溶融混合されるため、半田粉末が瞬時に液相となって溶融することがなく、したがって半田が半田接合パッドに濡れる時間が十分に確保されて半田バンプが半田接合パッドに良好に接合される。
【００４２】
また、上述の製造方法において、半田ペースト中に含有される少なくとも２種類の半田粉末を、それぞれ鉛（Ｐｂ）が６０質量％以下で、残部が錫（Ｓｎ）から成るものとした場合には、それらの半田粉末を溶融混合させる際に絶縁基板に大きな熱的な過負荷を与えることなく、半田バンプを形成することができる。
【００４３】
さらに、上述の製造方法において、半田ペースト中に含有される少なくとも２種類の半田粉末の混合物における液相線温度と固相線温度との差を３℃以上とした場合には、半田ペースト中の半田粉末を溶融混合させることにより半田接合パッド上に共晶組成の半田バンプを形成する際に、半田粉末の溶融が極めて緩やかに進行するために、半田バンプと半田接合パッドとをより確実に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法により製造される半田バンプ付き配線基板の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）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・・・・・半田接合パッド
４・・・・・耐半田樹脂層
４ａ・・・・耐半田樹脂層の開口部
５・・・・・半田バンプ
２１・・・・・半田ペースト
【図１】
2004296924.tif 000003
【図２】
2004296924.tif 000004