(57)【要約】【課題】  本発明は、Ｐｂフリーハンダを用いたバンプを有しつつも、接続信頼性の高い配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  上記課題を解決するため、本発明の配線基板の製造方法では、基板表面に配されたＰｂフリーハンダ材料をリフローし、基板側よりも頂部側にボイド（空隙）を多く有するバンプを形成するバンプ形成工程と、前記バンプの頂部を押圧して平坦な頂面とするバンプ平坦化工程と、をこの順に行うことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に配されたＰｂフリーハンダ材料をリフローし、基板側よりも頂部側にボイドを多く有するバンプを形成するバンプ形成工程と、前記バンプの頂部を押圧して平坦な頂面とするバンプ平坦化工程と、をこの順に行うことを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項２】
前記Ｐｂフリーハンダ材料は、平均粒径が８．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。
【請求項３】
前記Ｐｂフリーハンダ材料は、粒径が５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板の製造方法。
【請求項４】
基板表面にバンプが形成された配線基板であって、前記バンプは、Ｐｂフリーハンダ材料から構成されてなるとともに、頂部が平坦な頂面とされ、且つ当該頂部にボイドを有しないことを特徴とする配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣチップなどの半導体素子や、チップコンデンサ、チップ抵抗などのチップ部品、これらを搭載する基板などの電子部品を搭載するための配線基板においては、電気的接続のための端子として、その接続面から盛り上がったバンプをハンダによって形成することがある。このようなハンダバンプ（以下、単にバンプともいう）には、近年になって地球環境保全の立場から、Ｐｂを含まないハンダ（Ｐｂフリーハンダ）を用いることが求められるようになってきている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８０４０４公報
【特許文献２】特開２００４−６８１８公報
【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、これまで多数のＰｂフリーハンダ合金が提案されているものの、Ｐｂフリーハンダ合金は、Ｓｎ−Ｐｂ合金ハンダと比べて濡れ性に劣るため、バンプ内にボイド（空隙）を形成しやすく、バンプとして接続信頼性を確保することが困難であるといった欠点を持つ。
【０００５】
本発明は、上記問題に問題に鑑みてなされたものであり、Ｐｂフリーハンダを用いたバンプを有しつつも、接続信頼性の高い配線基板及びその製造方法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・発明の効果】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の配線基板の製造方法では、基板表面に配されたＰｂフリーハンダ材料をリフローし、基板側よりも頂部側にボイド（空隙）を多く有するバンプを形成するバンプ形成工程と、前記バンプの頂部を押圧して平坦な頂面とするバンプ平坦化工程と、をこの順に行うことを特徴とする。
【０００７】
上記本発明によると、まず基板に、基板側よりも頂部側にボイドを多く有するバンプ（すなわち、ボイドが頂部に集中しているバンプ）を形成する。そして、その後、バンプの頂部を押圧して平坦な頂面とすることで、頂部に集中しているボイドが潰れて（弾けて）消滅するので、搭載する電子部品との接続が良好で、且つ、ボイドが著しく低減されたバンプを得ることが可能となる。
【０００８】
具体的には、上記のようなバンプを形成するには、Ｐｂフリーハンダ材料は、「平均粒径が８．０μｍ以下（より好ましくは、６．０μｍ以下）」及び／又は「粒径が５μｍ以上１０μｍ以下」であることが好ましい。
【０００９】
本発明者等が鋭意研究を重ねた結果、平均粒径が８．０μｍ以下（若しくは、粒径が５μｍ以上１０μｍ以下）のＰｂフリーハンダ材料を用いてバンプを形成した場合、ボイドがバンプの頂部に集中して発生することを見出した。
そこで、そのようなバンプを形成しておき、その後、頂部を押圧して平坦な頂面とすることで、頂部に集中しているボイドが潰れて（弾けて）消滅するので、搭載する電子部品との接続が良好で、且つ、ボイドが著しく低減されたバンプを得ることが可能となる。
【００１０】
バンプに通常用いられるハンダ材料は、小さいもので、その平均粒径が１１μｍ程度である。そして、これよりも平均粒径が小さくなった場合、表面酸化が進むために、ボイドの発生を抑制するのに不利となるという認識が従来より当業者の間にあった。
しかしながら、本発明は、そのような認識に逆行するものであり、従来よりも平均粒径の小さなＰｂフリーハンダ材料（「平均粒径が８．０μｍ以下」及び／又は「粒径が５μｍ以上１０μｍ以下」）をバンプに用いることで、ボイドの発生を許容するとともに、頂部に集中したボイドを事後的に消滅させて、結果的にボイドが著しく低減されたバンプを得るものである。
この点で、本発明は当業者が容易に成し得なかったものであるといえる。
【００１１】
以上の製造方法により得られる本発明の配線基板は、基板表面にバンプが形成された配線基板であって、前記バンプは、Ｐｂフリーハンダ材料から構成されてなるとともに、頂部が平坦な頂面とされ、且つ当該頂部にボイドを有しないことを特徴とする。
【００１２】
上記配線基板では、バンプの頂部が平坦な頂面で、且つボイドを有しないことから、搭載する電子部品との接続信頼性が極めて良好となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る配線基板１の断面構造を模式的に示すものである。該配線基板は、耐熱性樹脂板（例えばビスマレイミド−トリアジン樹脂板）や、繊維強化樹脂板（例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂）等で構成された板状コア２の両表面に、所定のパターンに配線金属層をなすコア導体層Ｍ１、Ｍ１１がそれぞれ形成される。これらコア導体層Ｍ１、Ｍ１１は板状コア２の表面の大部分を被覆する面導体パターンとして形成され、電源層又は接地層として用いられるものである。他方、板状コア２には、ドリル等により穿設されたスルーホール２０が形成され、その内壁面にはコア導体層Ｍ１、Ｍ１１を互いに導通させるスルーホール導体３０が形成されている。また、スルーホール１２は、エポキシ樹脂等の樹脂製穴埋め材３１により充填されている。
【００１４】
また、コア導体層Ｍ１、Ｍ１１の上層には、感光性樹脂組成物６にて構成された第一ビルドアップ層（誘電体層）Ｂ１、Ｂ１１がそれぞれ形成されている。さらに、その表面にはそれぞれ金属配線７を有する第一導体層Ｍ２、Ｍ１２がＣｕメッキにより形成されている。なお、コア導体層Ｍ１、Ｍ１１と第一導体層Ｍ２、Ｍ１２とは、それぞれビア３４により層間接続がなされている。同様に、第一導体層Ｍ２、Ｍ１２の上層には、感光性樹脂組成物６を用いた第二ビルドアップ層（誘電体層）Ｂ２、Ｂ１２がそれぞれ形成されている。その表面には、金属端子パッド８、１８を有する第二導体層Ｍ３、Ｍ１３が形成されている。これら第一導体層Ｍ２、Ｍ１２と第二導体層Ｍ３、Ｍ１３とは、それぞれビア３４により層間接続がなされている。
【００１５】
ビア３４は、フィルドビアにて構成され、ビアホール３４ｈとその内部を充填するビア導体３４ｆと、底面側にてビア導体３４ｆと導通するように設けられたビアパッド３４ｐとを有している。
【００１６】
また、各第二導体層Ｍ３、Ｍ１３上には、それぞれ、エポキシ樹脂を主成分とし、シリカフィラーを含有する感光性樹脂組成物よりなるソルダーレジスト層９、１９（ＳＲ１、ＳＲ１１）が形成されている。いずれも金属端子パッド８、１８を露出させるために、各パッドに一対一に対応する形で開口部９ａ、１９ａが形成されている。
【００１７】
ビルドアップ層Ｂ１、Ｂ１１、Ｂ２、Ｂ１２、及びソルダーレジスト層ＳＲ１、ＳＲ１１は例えば以下のようにして製造されたものである。すなわち、感光性樹脂組成物ワニスをフィルム化した感光性接着フィルムをラミネート（貼り合わせ）し、ビアホール３４ｈに対応したパターンを有する透明マスク（例えばガラスマスクである）を重ねて露光する。ビアホール３４ｈ以外のフィルム部分は、この露光により硬化する一方、ビアホール３４ｈ部分は未硬化のまま残留するので、これを溶剤に溶かして除去すれば、所期のパターンにてビアホール３４ｈを簡単に形成することができる（いわゆるフォトビアプロセス）。また、レーザー加工によりビアホール３４ｈを穿設することもできる（いわゆるレーザビアプロセス）。
【００１８】
板状コア２の第一主表面ＭＰ１上においては、コア導体層Ｍ１、第一ビルドアップ層Ｂ１、第一導体層Ｍ２及び第二ビルドアップ層Ｂ２が主面側配線積層部Ｌ１を形成している。また、板状コア２の第二主表面ＭＰ２上においては、コア導体層Ｍ１１、第一ビルドアップ層Ｂ１１、第一導体層Ｍ１２及び第二ビルドアップ層Ｂ１２が裏面側配線積層部Ｌ２を形成している。
【００１９】
以上のように構成された配線基板１は、主面ＯＰ及び裏面ＲＰがいずれも誘電体層（ソルダーレジスト層９、１９）にて形成されており、該主面ＯＰ及び該裏面ＲＰには、複数の金属端子パッド８、１８がそれぞれ形成されている。主面側配線積層部Ｌ１側の金属端子パッド８は、集積回路チップなどをフリップチップ接続するためのパッドであるハンダランドを構成する。また、裏面側配線積層部Ｌ２側の金属端子パッド１８は、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）等により接続するための裏面ランドとして利用されるものである。
【００２０】
主面ＯＰでは、図２に示すように、略中央部分にハンダランド（金属端子パッド８）が格子状に配列形成され、各々その上に形成されたバンプ１０（図１）とともにチップ搭載部４０を形成している。また、裏面ＲＰでは、図３に示すように、裏面ランド（金属端子パッド１８）も格子状に配列形成されている。
【００２１】
バンプ１０は、Ｐｂフリーハンダ（実質的にＰｂを含まないハンダ）材料により構成されている。本実施形態では、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系（具体的には、Ｓｎ／３．０Ａｇ／０．５Ｃｕ）のハンダを用いているが、これに限らず、Ｓｎ／３．５Ａｇ，Ｓｎ／０．７Ｃｕ，Ｓｎ／Ｚｎ等、他のＰｂフリーハンダである、Ｓｎ−Ａｇ系，Ｓｎ−Ｃｕ系，Ｓｎ−Ｚｎ系，Ｓｎ−Ｓｂ系，Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系などを用いることもできる。また、図１に示すように、バンプ１０は、頂部が平坦な頂面１０ｆとされており、当該頂面１０ｆの高さが揃えられている。さらに、上述のごとく、全体的にボイド（空隙）が低減されてなるとともに、特に、平坦な頂面１０ｆとされた頂部にはボイドを有していない。以上のように構成されることにより、バンプ１０は、フリップチップ接続される集積回路チップとの接続信頼性が高いものとなっている。
【００２２】
以下、本発明の配線基板の製造方法の実施形態について説明する。
配線基板１は、上述の通り、スルーホール導体３０を有する板状コア２の両主面に、導体層及びビルドアップを有する配線積層部Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ、周知のビルドアップ法及びフォトビアプロセスにより形成される。そして、その後、以下に説明するバンプ形成工程及びバンプ平坦化工程がこの順に行われる。
【００２３】
（バンプ形成工程）
まず、図４の工程１〜４に示すバンプ形成工程を行う。なお、以下のそれぞれの工程図は、主面ＯＰ側の配線積層部Ｌ１の最上層近傍を拡大した図である。
工程１に示すように、最上層に形成されたソルダーレジスト層９には、開口９ａが形成され、その内部に金属端子パッド８が露出している。なお、金属端子パッド８の表面には、例えば、Ｎｉ−Ａｕメッキ等の表面メッキを施しておくことができる。その後、スクリーン印刷によってそれぞれの金属端子パッド８にハンダペーストＳＰを配置する。
具体的には、まず、工程２に示すように、金属端子パッド８が露出するようにスクリーンマスクＭを形成する。スクリーンマスクＭとソルダーレジスト層９とは、それぞれの開口縁が略一致するようにしてある。
次に、工程３に示すように、スクリーン印刷により、ハンダペーストＳＰを開口９ａ，ｍａ内に充填する。ここで、ハンダペーストＳＰは、平均粒径が８．０μｍ以下のＰｂフリーハンダ材料からなり、通常のＰｂフリーハンダ材料（最小でも平均粒径が１１μｍ程度）よりも平均粒径が小さいものである。
その後、工程４に示すように、スクリーンマスクＭを除去し、ハンダペーストＳＰをリフローし、バンプ１０とする。この際、バンプ１０の頂部は、球状に変化していき、それぞれの高さが不均一なものとなる。なお、Ｐｂフリーハンダは一般にリフローに要する温度が高いため、リフローの最高温度を、例えば、２００℃以上（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のＰｂフリーハンダを用いた場合、例えば、２３０〜２５０℃程度）とする。
以上によりバンプ形成工程が終了する。
なお、本発明では、ハンダペーストＳＰとして、平均粒径が８．０μｍ以下のＰｂフリーハンダ材料を用いているため、バンプ１０は、図のように、頂部にボイドＶが集まった状態で形成される。すなわち、バンプ形成工程後において、バンプ１０は、基板側よりも頂部側にボイドＶを多く有するのである。
【００２４】
（バンプ平坦化工程）
次に、上記バンプ形成工程により得られた、頂部にボイドＶが集まった状態のバンプ１０に対し、図５の工程５〜７に示すバンプ平坦化工程を行う。
バンプ１０の頂部を押圧するには、例えば、周知の平坦化装置等（例えば、特許文献１参照）を用いることにより行うことができる。
具体的には、工程５及び６に示すように、平坦化装置のヘッドＨを、主面ＯＰから離間した位置からバンプ１０に向けて降下させていき、バンプ１０の頂部を押圧する。ヘッドＨの押圧面ＨＰは、主面ＯＰと平行に構成されている。これにより、全てのバンプの高さが揃えられることになる。なお、このようにバンプ１０の頂部が押圧されることにより、当該頂部に集まっていたボイドＶが潰れて（弾けて）消滅するため、これによってボイドＶの数が著しく低減されたバンプ１０を得ることができる。
その後、工程７に示すように、ヘッドＨが引き上げられると、頂部に平坦な頂面１０ｆを有し、且つ、当該頂面１０ｆの高さが揃えられたバンプ１０が完成する。
なお、バンプ平坦化工程は、平坦な頂面１０ｆを良好に形成するため、１００〜１５０℃程度に加熱した状態で行うことが好ましい。
以上によりバンプ平坦化工程が終了し、配線基板１が完成する。
【００２５】
以上、本発明の実施形態を示したが、これはあくまで例示であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、当事者の知識に基づき種々の改良ないし変形を加えた態様でも実施可能であることはいうまでもない。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の効果を確認するために行った試験について説明する。
Ｐｂフリーハンダ材料（Ｓｎ／３．０Ａｇ／０．５Ｃｕ）を用いたバンプをリフローして形成し、配線基板（図１参照）とした。そして、当該バンプについてボイドの発生位置及び発生頻度を調べた。Ｐｂフリーハンダ材料は、図６に示すように、平均粒径が７μｍ程度のものを「実施例」、１２μｍ程度のものを「比較例」とした。
【００２７】
（ボイド発生位置の調査）
リフロー後の実施例及び比較例のそれぞれについて、断面観察によりボイドの発生位置を調査した。なお、ボイドの発生位置は、バンプにおいて、ソルダーレジスト層の表面（ＳＲ面：図１でいうソルダーレジスト層９の主面ＯＰにあたる）を基準とし、それよりも上下いずれにあるかで統計を行った。図７に結果を示す。
これによると、実施例は、比較例と比較して、ＳＲ面よりも上側により多くボイドが発生している。すなわち、平均粒径が７μｍ程度のＰｂフリーハンダ材料をバンプに用いた場合、バンプに発生するボイド（空隙）が頂部に集中することがわかる。
【００２８】
（ボイド発生頻度の調査）
リフロー後の実施例及び比較例のそれぞれについて、Ｘ線観察により粗大なボイドが発生したものを３０点ずつ抽出し、平坦化処理を行った後、再度リフローを行った。その後、Ｘ線観察を行い、ボイドの発生頻度を調査した。図８に結果を示す。黒色の帯が「ボイドが発生した場合」、白色の帯が「ボイドが発生しなかった場合」を表す。
これによると、実施例は、比較例と比較して、ボイドの発生の頻度が極端に低いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の配線基板の断面構造の一例を示す模式図
【図２】本発明の配線基板の一実施形態を示す平面図
【図３】同じく裏面図
【図４】本発明の配線基板の製造工程を表す図
【図５】図４の工程に続く図
【図６】実施例及び比較例のハンダ材料の平均粒径を表す図
【図７】実施例及び比較例におけるボイド発生位置の統計を表す図
【図８】実施例及び比較例におけるボイド発生頻度の統計を表す図
【符号の説明】
【００３０】
１        配線基板
５        メッキ層
８、１８  金属端子パッド
９、１９  ソルダーレジスト層
１０      バンプ（ハンダバンプ）
１０ｆ    バンプ頂面
【図１】
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【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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【図８】
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