(57)【要約】【課題】大量生産をするのに容易な方法ではんだ材料を金属導体上に付着させるための新規かつユニークな方法を提供すること。【解決手段】開口部の複数のパターンを有するスクリーンを基板の第１の表面に配置する工程と、はんだ材料を選択された導体上に付着させる工程と、このはんだ材料を有する前記金属導体のうちの前記選択された導体上にはんだフラックス材料を滴下し、前記はんだ材料を広げて前記金属導体のうちの前記選択された各導体を実質的に完全に被覆するはんだ層を形成する工程と、前記金属導体のうちの前記選択された導体を実質的に完全に被覆する前記はんだ層を加熱する工程と、を含むこと。【選択図】図７
2007116145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板の製造方法であって、
絶縁層上に第１の表面を備える基板を提供する工程と、
この基板の第１の表面に複数の金属導体を間隔を置いたパターンで提供する工程と、
開口部の複数のパターンを有するスクリーンを、その開口部のパターンのうちの選択されたパターンが前記金属導体のうちの選択された導体に整合するように、前記基板の第１の表面に配置する工程と、
はんだ材料を、前記金属導体全体を被覆しないように前記スクリーンの開口部の複数のパターンのうちの選択されたパターンを通して前記金属導体のうちの前記選択された導体上に付着させる工程と、
このはんだ材料を有する前記金属導体のうちの前記選択された導体上にはんだフラックス材料を滴下し、前記はんだ材料を広げて前記金属導体のうちの前記選択された各導体を実質的に完全に被覆するはんだ層を形成する工程と、
前記金属導体のうちの前記選択された導体を実質的に完全に被覆する前記はんだ層を加熱する工程と、
を含む回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁層は、ガラス繊維で補強されたエポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、シアン酸樹脂、フォトイメージ可能な材料、およびそれらの組み合わせからなる材料の群から選択される材料から形成されることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
前記金属導体は、裸の銅または銅合金の形態で提供されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記はんだ材料を、前記金属導体全体を被覆しないように前記スクリーンの開口部の複数のパターンのうちの選択されたパターンを通して前記金属導体のうちの前記選択された導体上に付着させる工程は、はんだ印刷操作を用いて達成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記はんだ材料は、ペースト状の形態で付着されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記はんだ材料を有する前記金属導体のうちの前記選択された導体上にはんだフラックス材料を滴下し、前記はんだ材料を広げて前記金属導体のうちの前記選択された各導体を実質的に完全に被覆するはんだ層を形成する工程は、前記はんだフラックス材料の微細な吹付けまたは噴霧によって達成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記はんだフラックス材料は、液体状で滴下されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記はんだ層を加熱する工程は、対流加熱によって達成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記加熱工程は、摂氏約２００度から約２５０度の温度で行われることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記はんだ材料を前記スクリーンの開口部の複数のパターンのうちの選択されたパターンを通して前記金属導体のうちの前記選択された導体上に付着させる工程の前に、前記金属導体のうちの前記選択された導体に隣接して実質的に包囲するはんだマスクを提供する工程を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属導体のうちの前記選択された導体上に付着される前記はんだは、前記はんだマスクよりも高く突出するように、前記はんだマスクの高さよりも高くペースト状に付着され、かつ前記加熱工程の後に前記はんだ層の厚みが、前記はんだマスクの前記高さよりも低くなることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記スクリーンは前記開口部の前記パターンを備えており、前記開口部の各パターンが各金属導体に提供されるように前記スクリーンを前記金属導体に整合して、前記金属導体のうちの選択された金属導体のそれぞれに前記はんだ材料からなる付着部を間隔を置いて形成するために、前記はんだ材料を前記開口部を通して各々適量付着することができることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属導体は、表面にメッキを備えないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
電気組立体を形成するために少なくとも一つの電子部品の外部導体に前記はんだ層のそれぞれを電気的に接続する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記電子部品の前記外部導体は、はんだ球であることを特徴とする請求項１４の方法。
【請求項１６】
情報処理システム内に前記電気組立体を配置する工程と、この電気組立体が前記情報処理システムの一部となるようにこの電気組立体を前記情報処理システムの回路に電気的に接続する工程とを更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【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（またはカード）やチップキャリアなどの回路基板上に電子部品を接続するためのはんだ接続部の形成に関する。詳細には、密度が高く、よって極めて小さなはんだ接続部に関する。本発明は更に、係る回路基板を使用する情報処理システムなどの電気組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
（同時係属出願に対する相互参照）
２００４年１０月２１日に出願された米国特許出願第１０/９６８,９２９号において、同じかまたは異なる冶金による二つのはんだ付着部（ｓｏｌｄｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔ）が少なくとも二つの異なる金属または金属合金導体およびめっきスルーホール（Ｐｌａｔｅｄ-ｔｈｒｏｕｇｈ-ｈｏｌｅｓ (ＰＴＨＳ))に形成される回路基板を製造する方法が記載されている。別の実施例において、同じ組成物を異なる金属もしくは金属合金組成物の導体およびめっきスルーホールに付着（ｄｅｐｏｓｉｔ）してもよい。各実施例において、単一の一般的な層（例えば銅）が使用され、第１の付着の後に部分的に除去される。このはんだは、電気メッキ処理（無電解または電解）および両方の付着ステップにおいてコモンバーを使用して付着される。この出願は、本発明と同じ譲受人に譲渡された。
【０００３】
はんだ付けは、半導体チップ、チップキャリア、モジュール、抵抗器、コンデンサなどの電子部品と、印刷回路板やチップキャリアなどの回路基板の外面にある導電パッド（または導電箇所（ｓｉｔｅ））との間を電気的に接続するのに使用されることが知られている。係るはんだ付け処理のいくつかの異なる形態が近年開発されてきている。そのなかには、係る部品を組み込まれたプリント回路基板が溶解はんだ波の波頂を超えるウェーブはんだ付けや、加熱されたフラックス浴槽に浸漬された従来のはんだウェーブが用いられる浸漬ウェーブはんだ付けや、不活性フッ化有機化合物の飽和蒸気に蓄えられた気化熱を利用する気相リフローはんだ付け（例えば、ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ (３Ｍ) Ｃｏｍｐａｎｙ)のフルオリナート（Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ））がある。様々なはんだ処理の更なる記載が下記に記載される。
【０００４】
今日の電子産業は、トレンドがより小さい部品になるとともに、集積回路の集積密度がより高くなるにつれ、多くの製品、特に回路基板を用いた製品がより小型化することを要求している。顧客は、多機能を有するとともに、より小型化したコンピュータ、計算機、プリンター、電話機などを求める。これらの要求に応えるために、回路基板の製造会社は、極めて小さな領域に精密に制御されたはんだ量を好適に（素早く、比較的安価で、大量生産可能に）適用するための新しい処理方法を開発する必要がある。係る処理方法をいっそう複雑なものにするために、この接続部は、隣り合うはんだ接続部間を「架橋」してしまう程、または過剰な「ドーム形成」（特に最終のはんだ構成が典型的な球状のはんだ球に最終的に結合する場合）する程に接近していてはならない。
【０００５】
広く使用されている処理方法（特にボードまたはモジュール上の半導体チップ、チップキャリアなどの部品の直接接合のためのもの）は、表面実装技術（ＳＭＴ）として当該産業では知られる。係る技術の１態様は、はんだ「予備形成部」（所望のフラックス（溶剤）を含む可能性がある）として呼ばれるものを利用するものであって、はんだ接続部を形成するべき箇所に適用される。係る予備形成部は、指定された基板パッド上へ配置され、形成された（凝固された）はんだであって、このはんだは、一旦部品が配置されたら、凝固が再び起こり最終の結合（接続）が実現するまで加熱される。はんだ予備形成部の利用は、各予備形成部に含まれるはんだの量を比較的正確に制御することができるため、小型かつ狭い間隔のはんだ接続部を形成するために比較的有効であることを証明している。しかしながら、係る予備形成部は、大量生産を基本として効果的に利用されるように、自動化された配置装置によって処理される必要があるため、係る処理のためにある程度の大きさが必要となり、今日の多くの用途で要求される大きさになるように小型化することを妨げてしまう。
【０００６】
別の公知の処理方法は、ステンシルを介した印刷によって適用されるペースト状の粘着性結合材を粉砕したはんだ物質を使用するものであり、単にステンシリングとも呼ばれる。係るペーストは、各所定箇所に適用され、その上面を覆う。この処理は、はんだ予備形成が使用される箇所よりも小さくて間隔が狭い箇所にはんだを付着させるのにはかなり有効であるが、はんだが分配される量を制御する正確さは制限されてしまう。はんだ付けに関する条件が比較的過酷なため（主に高温による）、ステンシリングは、汚染の可能性があるという欠点があり、ステンシルマスク（これを介してペーストが押し出される）に損傷および損害を被り得る。不規則なはんだペーストの付着は一または二以上の接続部が機能しないという結果になり得、完成された最終製品（例えば、複数の部品を上面に有するプリント回路基板）の廃棄や再加工が必要となってコストが高くなり、望ましくない結果となる。不規則なはんだペーストの分配は、はんだペーストが付着された基板表面からステンシルマスクを分離することによって引き起こされ得る。更に、形成されるはんだ材料に使用される粒子の最小の大きさは、その粒子自身が形成される工程によって制限される。
【０００７】
すなわち、より小さい粒子が液状はんだの噴霧および凝固によって一般的に形成され、大きさが減少するにつれて容積に対する表面積の比率の増加を引き起こし、粒子の表面の酸化物の定厚により金属量に対する酸化物量の増加と、粒子を含むペーストの所定の金属負荷によるペーストの粘度の増加とを引き起こす。金属負荷および粘度を低下することは、アスペクト比のより高い開口部を有する所望の金属容量を得るためにより厚いステンシルを要求する。このことは、高アスペクト比のステンシル開口部（および高粘着度）がステンシルから放出されるペーストの性能を減じるので、小さな形状を収容するためのステンシルのための標準かつ所望の動作要件に反する。従って、付着部の大きさを制限する処理方法の複雑さおよび要件と、達成可能なステンシリング解像度と、ペーストまたははんだのいずれかが流れる箇所の制御との間に妥協点が生じ得る。更に、はんだステンシリング処理およびマスク（ステンシリングがこれを介してなされる）の成形処理は、フォトリソグラフィー技術（回路の画成処理の一部として一般的に使用される）によって形成することができるはんだ接続箇所の狭い間隔またはファインピッチを支持しない可能性がある。ステンシルを接続箇所に位置決めすることは、接続部同士の間隔が極めて狭いことが要求される場合にも困難になる。
【０００８】
更に、銅導体にはんだ接続部を形成する工程において（基板の回路パターンの基板パッド、ラインなど）、いくらかの銅がパッドから除去されてはんだ接続材料の一部となることが知られている。このことは、マイクロエレクトロニクス製造においてのいくつかの用途において、特に高温作動および温度サイクルに曝される機器においては重大である。なぜなら、スズ−銅の金属間化合物の析出物が形成され得る（ほとんどのはんだでよく知られているように、スズがはんだ組成物の一部である場合）ためである。更に、一般的なはんだ材料において銅の可溶性は一般的に非常に低く、およそ０.３%のみである。従って、はんだ材料において最も過剰な銅は、そうした金属間化合物の形態になろう。はんだ材料における不適当な量の銅は、はんだのリフロー特性を劣化させ得る。具体的には、複数の導体が密に間隔が置かれている場合は、はんだは、接続部が形成される導体（パッド）に向かって「後退」し、近接する導体から離れることが望ましい。この挙動は更に、最終基板製品が使用された（例えばコンピュータの一部として）後に正常および異常温度によって軟化した場合においても、その導体材料が最大限接続されるようにし、はんだ材料が安定した構成となるようにする。係るリフローは、周囲の基板上の少量のはんだによって悪影響を受け、係る領域が部分的に濡らされ、橋絡される。現在知られる明確な解決策は、はんだ内の係る銅の付着部を溶解することか（はんだ材料における銅の可溶性が比較的低いため、特に導体がはんだ材料内に銅溶質の原料をも提供する場合には困難であることが多い。）、はんだの銅を他の材料に反応させるか、強力な溶剤を使用することである。これらの「解決策」は一般的に、より長いリフロー時間を必要とし、形成されたはんだ接続の完全性を損なう恐れさえある。金などの他の材料は、はんだにおいて可溶性が低いことも知られ、はんだ接続部およびリフローに対して類似する悪影響を露呈する。
【０００９】
はんだ付け技術において、特にプリント回路基板に関わるものにおいて、はんだマスク材料を利用することが知られている。はんだマスク材料は、高いリフロー温度に耐えることができる絶縁層材料から形成されて、はんだを受けるために最終的な導電性パッドまたは信号ラインをその開口部を通して画成するパターンで基板上に置かれる。このはんだは、選択されたパッドまたはライン上に開口部を通して付着され、次に、基板上に配置された電子部品の接合部またははんだ球に係合する場合にリフローされる。いくつかのタイプのはんだマスク材料が公知となっており、ドライフィルムはんだマスク（ＤＦＳＭ）材料（例としては、Ｅ.Ｉ. ｄｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ & Ｃｏｍｐａｎｙの 商品名「ＶＡＣＲＥＬ」およびｔｈｅ Ｓｈｉｐｌｅｙ Ｃｏｍｐａｎｙの商品名「ＤｙｎａＭＡＳＫ」のはんだが含まれる）や、液状フォトイメージ可能な材料(例としては、同じくｔｈｅ Ｓｈｉｐｌｅｙ Ｃｏｍｐａｎｙの商品名「Ｒｏｎａｓｃｒｅｅｎ ＳＰＳＲ５６００」として販売される)として知られるものが含まれる。
【００１０】
以上の各従来技術は、特許文献１〜特許文献１５に詳しい。
【特許文献１】米国特許第４，１０４，１１１号（マック）
【特許文献２】米国特許第４,３２５,７８０号（シュルツ）
【特許文献３】米国特許第４,４８７,６５４号（コッピン）
【特許文献４】米国特許第４,５２８,２５９号（サリバン）
【特許文献５】米国特許第４,７４５,００４（シュベリーン）
【特許文献６】米国特許第４,９７８,４２３号（ダーンワースジュニア他）
【特許文献７】米国特許第５,２３４,１５７号（フレッチャー）
【特許文献８】米国特許第５,３９８,８６５号（ミッターク）
【特許文献９】米国特許第５,５９７,４６９号（ケアリー他）
【特許文献１０】米国特許第５,６７２,２６０号（ケアリー他）
【特許文献１１】米国特許第５,８６３,８１２号（マンテギ）
【特許文献１２】米国特許第５,８７３,５１１号（シャピロ）
【特許文献１３】米国特許第６,０２２,４６６号（タマラキン他）
【特許文献１４】米国特許第６,５８６,６８３号（アリントン）
【特許文献１５】米国特許第６,６４５,８４１号（ケバー）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１において、プリント回路基板製造工程が記載されており、そこにおいて、予め穿設された基板上に銅の第１の化学的付着を施し、続いて電気メッキ積層を施す。次に、この導体は、機械的に耐久性があり化学的に不動態化する金属（ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ｐａｓｓｉｖｅ  ｍｅｔａｌ）を伴う薄めっきによって不動態化される（皮膜で覆われる）（ｐａｓｓｉｖａｔｅ）。プリント回路への接合部を形成しようとする領域にはんだ適合性を提供するために、スズ・鉛のメッキがこれらの領域に施される一方、他全ての領域からメッキを除去するようにする。次に、残留する露出した銅はエッチングされる。そして、絶縁はんだマスクが置かれる。
【００１２】
特許文献２において、回路基板の導電パッドおよび孔にはんだを付着させる方法が記載されてり、そこにおいて、スズ−鉛はんだ合金層が銅層上に電解によって析出される。電解析出は、可塑化して浴槽に入れられる溶融はんだに固有の問題点を回避するために必要となる。したがって、本特許は、基板に「全体的な」熱衝撃が無く、穿孔に栓をする可能性が避けられ、回路素子間の橋絡の可能性及び結果として生じる短絡の可能性は、最小限に抑えられる。溶剤化学品への露出の除去は、科学的に能動汚染物質を回路基板へ導入することを避けると言われている。端部パッド基部または融合接合金物は、他の導電性材料（例えば、スズ単体、銀、または、コンピュータ回路基板の場合には金）を使用することもできるが、スズ−鉛はんだ合金になるように一般的に選択される。
【００１３】
特許文献３において、回路トレースおよびグラウンド面のための裸の銅の上にはんだマスクを用いるプリント回路基板を製造する方法が記載されている。この方法は、スズ−鉛のはんだプレートの比較的厚いコーティングを伴うパッドおよび孔のみを選択的にコーティングする前に、回路トレース、グランド層、孔および回路パッド上のスズ−鉛の超薄膜に電気めっきをするステップを含んでいる。選択的なはんだコーティングのための領域を画定するメッキレジストを除去した後に、基板が化学的にエッチングされ、そして薄いはんだプレートの表面をこすって粗くするとともに、その厚みを減少させる。はんだマスクは、はんだプレートの厚いコーティングを再流動化する前に、回路トレースおよびグラウンド層の上に置かれてもよい。次に、組み立てられたプリント回路基板はウェーブはんだ付けがなされる。
【００１４】
特許文献４において、プリント回路基板はんだ処理が記載されており、そこにおいて、はんだマスクが、更なる処理のために孔および接続パッドを介するなどして、これらの回路トレース位置を露出するために付着され、露光され、現像される液体フォトポリマーはんだマスク層によって平坦面に置かれる。次に、非常に薄い銅層が、化学的に表面領域上に付着され、レジスト層が平坦面にカバー絶縁層として置かれて銅のより厚い層が露出した回路トレースの上に電解によってめっきされ得る。このように、各接続パッドの導電領域は、この接続パッドを取り囲むはんだマスク層の側壁にメッキを施すことによって増加する。加えて、フォトポリマー平坦面は、側壁および導体パッド領域がそうであるように、光沢性があり、付着された薄い銅層に強く付着しない。
【００１５】
特許文献５において、ワークステーションに対向する経路に沿って、ワークステーションを過ぎて連続する位置まで延びる経路に沿って工作物を移動することによって一連の工作物処理ステーションを通して工作物を移動し、各ポジションにおいて、その工作物を処理するために各ステーション内にこの工作物を差し出し、このステーションからこの工作物を引き出す方法および装置が記載されている。
【００１６】
特許文献６において、プリント回路基板の選択された部分にはんだを提供する方法が記載されている。はんだは、第１のフォトレジスト層によって基板上の銅の導体パターン上に第１の電気メッキが施される。第１のフォトレジストを剥離した後、第２のフォトレジスト層が基板に積層され、はんだの選択された部分を露出するために現像される。この露出された部分は、選択的に剥離される。次に、選択的に剥離することによって露出される銅が研磨を施され、一方、フォトレジストが残りのはんだを保護する。次に、この第２のフォトレジストは除去される。
【００１７】
特許文献７において、部品およびコネクターリードが、リードと金属化された領域の一つを分離するために手動で加熱された先端から加熱することによってコアとなるはんだを使用して回路基板上の裸の銅の金属化領域にはんだ付けされる。この熱が加えられるにつれ、はんだがリード領域もしくは金属化領域またはそれらの両方の領域に適用される領域に吸引装置が入れられ、はんだを加熱する際に生じた溶剤の蒸気を吸い出す。同時に、熱風が、はんだが適用される領域に送られ、はんだを加熱する際に生じた溶剤の蒸気を蒸気の状態に保つことによって蒸気が吸い出されることを促進し、よって、はんだ処理の結果として生じる溶剤の残留量を減少させる。
【００１８】
特許文献８において、組立およびはんだ接続のために、部品および基板等の表面を前処理する装置および処理工程が記載されている。酸化物および他のコーティングは、接続の前にはんだ付けされる表面をはんだコーティングすること無しに、その表面から除去される。ポリマーおよびアクティベータの組成物は表面に適用され、このポリマーは、熱的に解重合可能（ｄｅ−ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｂｌｅ）である。この特許では、この組成物がその表面から酸化物を除去することができるとしている。ポリマーを解重合のためにポリマーおよび活性剤の適用の後に、その表面が加熱される。次にはんだはその表面をはんだ接続するために適用される。
【００１９】
特許文献９において、はんだ材料の密接に間隔を置かれた付着部が形成される工程が記載されており、この付着部は、開口部もしくは凹部（例えばブラインド開口部）ならびにこれらの開口部もしくは凹部によって露出された導体もしくはパッドまたはこれらの両方を有する絶縁層の表面上に導電材料層を付着することと、更なるパターン化された絶縁層を伴う導電材料の領域をマスキングすることと、このマスクによって露出された導電材料の領域にはんだ材料に電気めっきを施すことと、選択的なエッチングによってこのマスクと前記導電材料の部分を除去することと、開口された絶縁層の表面の少なくとも一部からはんだをリフローすることと、によって形成される。流体ジェットおよびカソード撹拌（ｃａｔｈｏｄｅ  ａｇｉｔａｔｉｏｎ）も使用される。その結果物であるはんだ付着部における過剰な導電材料は、処理の電気メッキステップの前に浸漬浴において導電材料をはんだ材料の構成要素に置き換えることによって避けられるとのことである。
【００２０】
特許文献１０（上記特許文献９の継続出願）において、はんだぬれ性材料上にはんだ付着部を形成する方法が記載されており、この方法は、開口部を有する非はんだぬれ性材料の第１の層上に導電層の部分上にはんだ材料を電気メッキするステップと、はんだぬれ性材料（ｓｏｌｄｅｒ  ｗｅｔｔａｂｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の一部分を覆うステップを備える。導電層の部分は、非はんだぬれ性材料の第２の層に付加的な開口部によって電気メッキの間に露出され、これらの付加的な開口部は、電気メッキのステップによって付着されるべきはんだ材料の量を規定するために設定された大きさを有している。次に、付着されたはんだ材料は、非はんだぬれ性材料の第１の層の表面の一部からリフローされる。
【００２１】
特許文献１１において、チップサイズパッケージを形成する方法が記載されており、この方法は、絶縁層および高導電層からなる積層された基板を形成するステップを含む。孔が絶縁層に穿設される。所望のパターンが導電層に適用される。シリコンダイおよび絶縁層からなるチップ構造体が形成される。金のバンプがビンディングパッドの上面に適用される。積層基板は、孔および金のバンプを介してチップ構造体に結合される。はんだマスクは、選択的なはんだ領域を形成するように、積層基板の導電層の上面に適用される。最後に、はんだ球が選択的なはんだ領域に取り付けられる。
【００２２】
特許文献１２において、ボールグリッドアレイ（BGA）パッケージ内のはんだ「球」の配置は、このボールグリッドアレイキャリアの上面に接触するはんだ帯板を配置することによって達成される。離散的な位置においてはんだに当てられるパルス状のレーザーは、活性化された時にレーザー出力のレジストリにおいてキャリア上のはんだを金「ドット」（「ドット」のアレイ）に変換する。選択的にはんだの配置することは可能であって、処理能力は、配列の複数のドットにはんだ移動を同時に作用させるためのレーザダイオード棒および光ファイバーファンの使用によって高められる。全処理は、経路（これに沿って、キャリアおよびはんだ帯板が並列に移動される位置にはんだ帯板が移動する）に沿って配置されるリサイクルステーションを介して連続的にはんだ帯板を形成することによって自動化することができるとして記載されている。はんだペーストを充填された孔のパターンを伴う透明な帯板の使用は、レーザビームでレジストリのキャリア上にはんだを金のドットにまたは島状に容易に移動することを可能にする。
【００２３】
特許文献１３において、多層プリント回路基板に金メッキをする処理工程が記載されている。一実施例において、金メッキをするための第１の銅の特徴および銅メッキするための第２の銅の特徴は、基板の外表面で選択される。第１の銅の特徴は、第２の銅の特徴に内部的に接続されている。エッチレジストは、第１および第２の銅の特徴に付着される。第２の銅の特徴がマスクで覆われ、一方、第１の銅の特徴を含む領域が露出される。この領域から銅がエッチングされる。第１の銅の特徴上のエッチレジストが除去される。次に、金が第１の銅の特徴にメッキされる。
【００２４】
特許文献１４において、電気的に絶縁する基板とこの基板の上面に形成された導体の第１、第２および第３組とを含むプリント回路基板を形成する方法が記載されている。この方法は、導体の１組上に酸化物層を形成することと、この酸化物層上にはんだマスクを形成することと、導体の別の組上に複合材料層を形成することと、導体の残りの組の少なくとも一部にはんだ層を形成することを含む。コモンバーがこの方法一部において使用される。この特許では、導体が異なる金属で形成されてもよいことが記載されている。
【００２５】
特許文献１５において、集積回路パッケージにおいてはんだ「バンプ」の選択的な適用が記載されている。これらのはんだバンプは、回路の部分が効果的に機能しなくなるように、はんだバンプ集積回路パッケージ処理工程に選択的に適用される。このバンプは、ダイおよび複数のはんだマスクを使用する基板のどちらかに選択的に適用される。一つは、所望のはんだバンプの各パターンのために、そうでなければ、これらは、回路のどの部分が活性化され、どの部分が動作不能にされるかによって多数のパターンに適応される。
【００２６】
下記において理解されるように、本発明は、チップキャリアおよびプリント回路基板などの回路基板を製造するための新規でユニークな工程を提供し、そこにおいてはんだ層は、はんだが「半球形に膨らむ（ｄｏｍｉｎｇ）」のを実質的に減少するように個々の導体の導電面に付着され、よって、はんだ球などの接触子がはんだ球を有する部品に最終的に電気的に接続するように係合するための適切な表面を形成する。最小のはんだの使用が可能である一方、はんだの細密な層を伴って、各導体の実質的全導電面の効果的な濡れ性を確実にする。本明細書において規定される処理方法は、互換性を持つ使用のために特に設計された少なくとも一つの他の要素とともに、従来の製造装置で実現することができ、よってこの処理方法に掛かるコストを相対的に減少させることを確実にする。本発明の他の有益な特徴は、以下の記載から認識されよう。この処理方法によって回路基板技術が著しく前進することが理解されよう。
【００２７】
すなわち、本発明の目的とするところは、回路基板技術を向上することにある。
【００２８】
本発明の別の目的は、大量生産をするのに容易な方法ではんだ材料を金属導体上に付着させるための新規かつユニークな方法を提供することにある。
【００２９】
本発明の更に別の目的は、はんだメッキを高密度のパターンで導体に施すことができる方法を提供することにある。
【００３０】
本発明の更に別の目的は、従来の製造装置をほとんどにおいて使用して好適に達成することができる方法を提供することであり、よってこの方法を使用して製造される製品のコストを抑えることができる。
【００３１】
本発明の更に別の目的は、今日のフォトリソグラフィー処理に対応できる大きさおよび間隔ではんだ接続部を形成する方法を提供することにある。
【００３２】
本発明の更に別の目的は、高温でも安定した形状を有するはんだ接続部を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明の一態様によると、回路基板の製造方法であって、絶縁層上に第１の表面を備える基板を提供する工程と、この基板の第１の表面に複数の金属導体を間隔を置いたパターンで提供する工程と、開口部の複数のパターンを有するスクリーンを、その開口部のパターンのうちの選択されたパターンが前記金属導体のうちの選択された導体に整合するように、前記基板の第１の表面に配置する工程と、はんだ材料を、前記金属導体全体を被覆しないように前記スクリーンの開口部の複数のパターンのうちの選択されたパターンを通して前記金属導体のうちの前記選択された導体上に付着させる工程と、このはんだ材料を有する前記金属導体のうちの前記選択された導体上にはんだフラックス材料を滴下し、前記はんだ材料を広げて前記金属導体のうちの前記選択された各導体を実質的に完全に被覆するはんだ層を形成する工程と、前記金属導体のうちの前記選択された導体を実質的に完全に被覆する前記はんだ層を加熱する工程と、を含む回路基板の製造方法が提供される。
【００３４】
本明細書中で使用される「導体（ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）」という用語は、パッド、ラインもしくはこれらに類似する部材と別の導電要素（チップやチップキャリアと結合するはんだ球など）との間にはんだ接続部を形成することができるように、基板上に配置されるとともに、その上に付着したはんだ材料を有することができる金属パッド、ライン（当該技術分野ではしばしば「トレース」とも呼ばれる）、またはこれらの類似する部材を意味する。
【００３５】
本明細書で使用される「電気メッキ」という用語は、無電解メッキ方法と、電解メッキ方法との両方、またはこれら両方の様々な態様の組合せを含む。その最も簡素な態様において、係る処理工程は、電解質を介してアノードから電流を流すことを含み、メッキ金属の陽イオンをカソードに導く。次にこれは、カソードによって生じた陰電子に結合されて、金属コーティングに変換される。この金属コーティングはカソードに結合し、よってこの電気メッキ処理工程が完了する。係るメッキの理論は、下記の簡単な公式で説明することができる。
【数１】
2007116145.tif 000003
【００３６】
そこにおいて、Ｍはメッキ金属を表し（Ｍ電荷は、各種類の金属で変更される）、ｙはこの電荷を相殺するために必要な電子の数に等しい。これらの組み合わされたものは、最終的な金属コーティングまたはＭ（度）をなす。本発明の最も重要な態様の一つは、プリント回路基板およびチップキャリアなどの基板に使用される多くの従来の導体において必要であることが多い上記形成前の導体の電気メッキを必要とすることなく、金属導体の表面上への正確な量のそれぞれ分離したはんだ部の形成を可能にすることである。
【００３７】
本明細書において使用される「回路基板」という用語は、少なくとも一つ（好ましくは二以上）の絶縁層とその上の複数の金属導体を有する基板を含む。係る基板は更に、最終製品において信号層、グランド層および電源層、またはそれらの任意のものとして機能する、一以上の内部導体層を含む。多くの場合において、係る基板は更に、複数のメッキスルーホール（ＰＴＨＳ）を有する。
【００３８】
係る基板での使用に好適な絶縁層材料の例は、ガラス繊維で補強されたエキポシ樹脂（当該技術分野においていくつかは「ＦＲ−４」絶縁層材料として呼ばれる）、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン）（登録商標）、ポリイミド、ポリアミド、シアン酸樹脂、フォト画像可能な材料および他の類似する材料が含まれる。係る材料の好適な例の一つは、商品名「ドリクラッド（ＤｒｉＣｌａｄ）」絶縁層材料として本発明の譲受人であるエンディコット・インターコネクト・テクノロジーズ・インクによって製造される（「ドリクラッド」は、エンディコット・インターコネクト・テクノロジーズ・インクの登録商標である）。
【００３９】
内部導体層が使用される場合、この層は通常、銅または銅合金などの金属からなり、その選択された部分にニッケルや金などのメッキ精錬（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）を含んでいてもよい。基板の外部の導体のための好適な金属は、銅または銅合金である。
【００４０】
更なる例を挙げて、以下に詳細を記述する。基板の絶縁層材料が感光することで像を形成する材料（フォトイメージ可能な材料：ｐｈｏｔｐｉｍａｇｅｎａｂｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）である場合、感光によって作像され、光でパターン化され、そして現像し、所望の回路パターンを作り上げ、必要であればメッキスルーホールを備える。誘電体をカーテンコート処理したり、スクリーンを適用したり、乾燥膜として提供することができる。感光することで像を形成する材料の最終硬化により、所望の電気回路が形成された誘電体による、強化された基体が提供される。
【００４１】
特に有用な、感光して像を形成する誘電体の例は、ＡＳＭＤＦ（発展的はんだ被覆用乾燥膜：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｏｌｄｅｒｍａｓｋ Ｄｒｙ Ｆｉｌｍ）である。この組成は、１９９１年６月２５日発行の米国特許第５，０２６，６２４号公報、及び１９９４年４月２５日発行の米国特許第５，３００，４０２号公報に詳細に記述されているが、約８６.５％〜８９％の固体内容物を含んでおり、その固体内容物は、約２７.４４％のＰＫＨＣ（フェノキシ樹脂）、４１.１６％のＥｐｉｒｅｚ ５１８３（テトラブロモビスフェノールＡ）、２２.８８％のＥｐｉｒｅｚ ＳＵ−８（８官能エポキシビスフェノールＡフォルムアルデヒドノボラック樹脂）、４.８５％のＵＶＥ １０１４光重合開始剤、０.０７％のエチルバイオレット染料、０.０３％のＦＣ ４３０（３Ｍ社のフッ化ポリエーテル非イオン界面活性剤）、３.８５％のＡｅｒｏｓｉｌ ３８０（固化するためのＤｅｇｕｓｓａのアモルファス二酸化珪素）を含む。
【００４２】
溶媒は、感光することによって像を形成する誘電体組成物全体の約１１％から約１３.５％である。絶縁層は、一般的に約５．０８ミクロンメートルから約１０．１６ミクロンメートル（約２ミルから約４ミル）の厚さを有するが、必要ならば、より厚くしたり薄くすることもできる。上記のファイバーガラス強化エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ））、ポリイミド、ポリアミド、シアン酸樹脂、及び感光によって像を形成する材料が誘電体材料として使用されるときの、回路基板の例としては、プリント回路基板（またはカード）とチップキャリアがある。本発明はまた、「フレックス」回路（ポリイミドのような誘電体を使用）として知られるものや、セラミックや他の非ポリマタイプの絶縁層を使用するものに適用でき、後者の一つの例としては、その上に搭載された一つまたは複数の半導体チップを有する多層セラミック（ＭＬＣ）モジュールと称せられるものがある。
【００４３】
本明細書において使用される「電子部品」という用語は、半導体チップ、レジスタ、コンデンサ等の部品を意味し、これらの部品は、プリント回路基板やチップキャリアなどの基板の外部導体表面上に配置され、例えばプリント回路基板もしくはチップキャリアの内部回路もしくは外部回路またはそれらの両方を使用して他の部品および互いに電気的に接続され得る。
【００４４】
本明細書で使用する「電気組立体」という用語は、電気的に接続され、組立体の一部を形成する少なくとも一つの電気的構成要素を組み合わせて定義される少なくとも一つの回路基板を意味する。そのような組立体の既知の例としては、電気的構成要素として、通常は基板上に配置され、基板の外面上の配線（例えば、パッド）に結合されるか、一つまたは複数のスルーホールに接続する内部の導電体に接続される半導体チップを含むチップキャリアがある。おそらく、最も良く知られているそのような組立体は、従来のプリント回路基板（ＰＣＢ）であり、一般的に、プリント回路基板に搭載され、プリント回路基板の内部回路に結合されるモジュール（一つまたは複数のチップを含む）や半導体チップなどのようないくつかの外部構成要素を有する。このタイプのチップキャリアの一例としては、本発明の譲受人であるエンディコットインターコネクトテクノロジーズインクによって販売される商品名「ＨｙｐｅｒＢＧＡ」がある。ＨｙｐｅｒＢＧＡは、エンディコットインターコネクトテクノロジーズインクの登録商標である。
【発明の効果】
【００４５】
本発明は、主として、
「回路基板の製造方法であって、絶縁層上に第１の表面を備える基板を提供する工程と、この基板の第１の表面に複数の金属導体を間隔を置いたパターンで提供する工程と、開口部の複数のパターンを有するスクリーンを、その開口部のパターンのうちの選択されたパターンが前記金属導体のうちの選択された導体に整合するように、前記基板の第１の表面に配置する工程と、はんだ材料を、前記金属導体全体を被覆しないように前記スクリーンの開口部の複数のパターンのうちの選択されたパターンを通して前記金属導体のうちの前記選択された導体上に付着させる工程と、このはんだ材料を有する前記金属導体のうちの前記選択された導体上にはんだフラックス材料を滴下し、前記はんだ材料を広げて前記金属導体のうちの前記選択された各導体を実質的に完全に被覆するはんだ層を形成する工程と、前記金属導体のうちの前記選択された導体を実質的に完全に被覆する前記はんだ層を加熱する工程と、を含む回路基板の製造方法」
ことにその構成上の特徴があり、これにより、
・大量生産をするのに容易な方法ではんだ材料を金属導体上に付着させることができる
・はんだメッキを高密度のパターンで導体に施すことができる
・従来の製造装置をほとんどにおいて使用して好適に達成することができ、この方法を使用して製造される製品のコストを抑えることができる
今日のフォトリソグラフィー処理に対応できる大きさおよび間隔ではんだ接続部を形成することができる
・高温でも安定した形状を有するはんだ接続部を提供することができる
といった優れた効果を発揮することができるのであり、その結果、回路基板技術を向上することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
他の更なる目的、効果および機能とともに、本発明のより良好な理解のために、添付の図面に沿って、下記の開示および添付の請求項を参照されたい。図面において、類似する番号は同類の要素を示している。
【００４７】
図１において、複数の導体２３を有する絶縁材料からなる絶縁層２１を備える基板１９が示されている。この基板１９は、その最も簡略化した形態にて示されており、より多くの絶縁材料の層および示された５つよりも多くの導体を備えていてもよい。基板が、本明細書によって形成される最終回路基板において電源層、グランド層、信号層の少なくとも一つとして機能する一以上の内部導電層を備えることも可能である。係る付加的な層（絶縁層、導電層共に）は、上記の一以上の特許において例示されているように、公知技術であり、更なる説明は必要ではないと思われる。ここでは、５つの導体２３のみが示されているが、この発明はそれに限定されない。
【００４８】
一例において、最終製品の機能要件にもよるが、合計約１０，０００個もの導体を基板の上面に形成することができる。例えば、基板がチップキャリアとして使用され、その上に一以上の半導体チップが実装される場合、この導体の数は比較的多いことが望ましい。あるいは、基板がプリント回路基板であって、その上にチップキャリア（またはキャリア）を含む一以上の電子部品を実装し、接続することが望まれる場合、この導体の数が多いことが望ましい。絶縁層２１の好適な絶縁材料は、前記の材料の一つから成り、ガラス繊維で補強したエキポシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、シアン酸樹脂、フォトイメージ可能な材料、またはこれらの材料の二以上の組合せを含む。
【００４９】
具体的に参照した「ドリクラッド」絶縁材料は、好適な一例である。絶縁材料がセラミックもしくはそれに類似する非ポリマー材料、またはプリント回路基板層よりもかなり薄い可撓性のある絶縁材料であってもよいことが現在想定される。後者の一例としては、多くの「フレキシブル」な基板において従来使用されてはいるがより厚い従来のプリント回路基板においてはその使用の頻度が低い前記のポリイミド材料である。
【００５０】
一実施例において、絶縁層２１は約３０マイクロメータ（ｕｍ）以上の厚みを有することができ、各導体２３は約１２マイクロメータから約２５マイクロメータの厚みを有する。これらの導体は、好ましくは円筒状であって、上から見た場合、丸い（環状）形状を呈する。係る形状は、図４および５の二点鎖線にて示される。この実施例において、それぞれが約５５０マイクロメータの直径を有し、最も近い導体から約４５０マイクロメータの間隔を置かれている。
【００５１】
本明細書に規定される方法ではんだ層で好適に覆われたこの大きさの各導体の極めて狭い間隔は、非常に密度の高い回路パターン上に係るはんだの付着を達成する本発明の能力を示す。導体２３は好ましくは、裸の銅または銅合金であって、付加的な冶金のメッキ（例えば、ニッケルまたは金）をその上に施されない。これらの導体は、絶縁層２１に銅または銅合金のシートを最初に結合することによって形成され得る。次に、このシートには、フォトレジスト材料が付着され、露出され、「現像」される、従来のフォトリソグラフィー処理が施され、後のエッチングのために銅または銅合金の開口パターンを残す。よって、この露出された銅または銅合金は、エッチングされ、残りに示されるように導体パターンを残す。あるいは、この導体は、フルパネル酸銅メッキ処理（ｆｕｌｌ  ｐａｎｅｌ  ａｃｉｄ  ｃｏｐｐｅｒ  ｐｌａｔｉｎｇ）として呼ばれるものを用いて形成することもでき、後にサブトラクティブ回路化（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ  ｃｉｒｃｕｉｔｉｚａｔｉｏｎ）される。
【００５２】
結果として形成される導体パターンは、関連する電子部品の導体のパターンに適応するように設計され、基板に実装され、その電子部品に結合される。係るパターンは、プリント回路基板およびチップキャリア技術においては周知であり、更なる記載は必要ではないと思われる。
【００５３】
図２において、はんだマスク２５が図示されており、導体２３に隣接して絶縁層２１上に置かれる。このはんだマスク２５は、絶縁層２１の上面の実質的に全面に固体層の形態で配置され、その後、金属導体の全てを露出するために従来のフォトリソグラフィー処理を用いて露出され、現像されることが好ましい。
【００５４】
このような方法において、このはんだマスクは、各導体を包囲して、露出された導体の上面（またはその一部）のみを残す（図２に示される一例によって示される）。一例において、このはんだマスクは、ネバダ州カーソン市のタイヨーアメリカインク（Ｔａｉｙｏ Ａｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ.）によって「ＰＳＲ４０００」という商品名で販売される。係るマスクが使用されるのであれば、このマスクは僅か約１５ミクロンメートルから約４０ミクロンメートルの厚みであることが好ましい。重要なことは、この厚みは、マスクの上面が、導体の上面の露出された表面よりも少なくとも１５ミクロンメートル高くするのに十分な厚みとなっていることである。このことは、最終的に導体上に形成されるはんだの薄層が、この層の加熱の後にマスクの上面の高さを超えないことを確実にする。しかしながら、下記に詳細に規定されるスクリーニング処理の後、はんだペーストの最初の高さは、はんだマスク２５の高さを超えてもよく、なぜなら、後の加熱によって、ペースト内にある揮発性物質のいくらかまたは実質的全てが除去されるからである。
【００５５】
他のはんだマスク材料も、本発明において使用することができ、他の乾燥塗膜はんだマスク（ＤＦＳＭ）（例として、Ｅ.Ｉ. ｄｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ & Ｃｏｍｐａｎｙによって「ＶＡＣＲＥＬ」という商品名で販売されるものおよび Ｓｈｉｐｌｅｙ Ｃｏｍｐａｎｙによって「ＤｙｎａＭＡＳＫ」という商品名で販売されるもの）ならびに液体フォトイメージ可能な材料（一例として、前記Ｓｈｉｐｌｅｙ Ｃｏｍｐａｎｙによって「Ｒｏｎａｓｃｒｅｅｎ ＳＰＳＲ ５６００」という商品名で販売される）を含む。よって、これらの材料は、発明を限定するものではないことが理解されよう。
【００５６】
本発明の次の工程においては、図３に示されるように、ペーストを受け入れるために選択された各導体用に設定されたパターンを有する、複数の開口部３５を備えるスクリーン３３を使用し、はんだ材料３１が各導体２３の上面に置かれる。このスクリーン３３は、従来のスクリーン材料である、ニッケルからなり、約２５ミクロンメートルから約１００ミクロンメートルの厚みを有することが好ましい。スキージ３７の使用を含む従来のスクリーン印刷法がこのはんだの付着のために利用される。スクリーンの第１の開口部（または連続する開口部）のみが、導体２３の上面にその開口部を通して流し込まれるはんだ材料３１で充填されていることが示されているが、残りの開口部にもはんだ材料３１を導体２３まで流し込むことが理解されよう。はんだ材料３１は、スズと鉛の割合が６３対３７の公知の組成物であって、ペースト状であることが好ましい。他のはんだ組成物も、本発明において使用することができ、ごく最近開発された無鉛はんだもこれに含まれる。係るはんだの例としては、ビスマ‐スズ、ビスマス‐スズ‐鉄、スズ‐銀、スズ‐金、スズ‐銀‐亜鉛、スズ‐銀‐亜鉛‐銅、スズ‐ビスマス‐銀、スズ‐銅、スズ‐銅‐銀、スズ‐インジウム‐銀、スズ‐アンチモン、スズ‐亜鉛、スズ‐亜鉛‐インジウム、銅を主成分とするはんだ、およびこれらの合金から成るものが含まれる。
【００５７】
図４および５は、個々の導体が上記はんだ材料を受けるために使用される開口部のパターン（および導体２３上に形成されたはんだ「島状部」の対応するパターン）の２例を示す。図４において、合計２１個の開口部３５が形成されており、スクリーン３３内に斜め方向に配置されている。この特定のパターンは垂直および水平方向に配置された開口部をも表す。
【００５８】
図５において、図４のものよりも少ない（ここでは１２個のみ）開口部３５がスクリーン３３’内に形成されて、これらの開口部は実質的に矩形の３×４のグリッドパターンを形成する。これらの複数の開口部パターンは、本発明においての使用することができるパターンのいくつかの例を示すのみであると理解されよう。さらに、本発明は、一つのパターンにおいての開口部の数を限定しない。例えば、各パターンは約３個から５０個の開口部３５を備え、これは、関連する導体パッドの上面の外形寸法や、付着されるペーストの粘度などによる。各導体のはんだペーストの好適な量は、約４０から７０立方ミル（０.０００,０００,０４０から０.０００,０００,０７０立方インチ）である。
【００５９】
このように、この量は様々である。重要なことは、はんだ付着部３９のそれぞれの厚さは、約２５ミクロンメートルから約３５ミクロンメートルであり、これらの付着部は、隣接するマスク２５の上面よりも高く突出している。上記のように（下記に更に説明される）、係る付着部は、係るペーストに関する揮発性物質を含む。これに引き続く形成された層（図８の４１’の加熱（リフロー）によって、これらの揮発性物質を除去し、加熱された層４１’の高さはこれを包囲しているマスク２５の高さよりも低くなるであろう。
【００６０】
一例において、リフロー時に発生する熱によって、層４１’の厚みは約３０パーセント減少するであろう。例えば、上で規定されたペースト量を使用する場合、リフロー後のはんだ層４１’の上面からはんだマスクの上面までが約５ミクロンメートルから約２５ミクロンメートルの範囲であってもよい。
【００６１】
図７において、液状はんだフラックス材料４１が、はんだはんだ付着部３９のパターン上に滴下される。一例では、複数のノズル４５をその一部として有するマニホルド４３を使用することができる。最も簡略化した形態において、手持ち式のエアブラシ器具を使用することができる。後者の例として、米国イリノイ州のバジャー・エアー・ブラッシュ・カンパニー（Ｂａｄｇｅｒ Ａｉｒ Ｂｒｕｓｈ Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手できるエクスターナル・ミックス・シングル・アクション・エアー・ブラッシュ、モデル２５０（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｍｉｘ Ｓｉｎｇｌｅ Ａｃｔｉｏｎ Ａｉｒ Ｂｒｕｓｈ, Ｍｏｄｅｌ ２５０）を使用することができる（この器具は、約１５ｐ.ｓ.ｉ.から約５０ｐ.ｓ.ｉ.の範囲内の低圧にてその内容物を適用することができることを示す）。
【００６２】
これらの例は代表的なものであって、異なる塗布器具、ノズルが図よりも少ないかまたは多い（導体に一つのみのもを含む）マニホルド４３、および類似するものを使用することも可能である。好適なはんだフラックス材料は、クックソン・エレクトロニクス（Ｃｏｏｋｓｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）の一部であって、ニュージャージー州のジャージー市に事業拠点を置くアルファ・メタルズ(Ａｌｐｈａ Ｍｅｔａｌｓ)によって販売される「オルガノ・フラックス（Ｏｒｇａｎｏ Ｆｌｕｘ）３３５５-１１」という商品名のはんだ材料である。他のはんだフラックス材料は、ニューヨーク、シャンプランのアブラ・エレクトロニクス（Ａｂｒａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）から入手可能な「１０-４２０２ リキッドソルダーフラックス（Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｏｌｄｅｒ Ｆｌｕｘ）」および「１０-４２１６ リキッドソルダーフラックス」という商品名のはんだフラックスが含まれる。フラックス塗布工程は、本発明の重要な態様を示す。
【００６３】
フラックスが過剰に高圧で塗布される場合、はんだは分散し、少なくともこのはんだの幾分かは隣接するマスク上に流れ出てしまう。結果として導体上のはんだの層は、均一にならない恐れがある。一実施例において、フラックスの「微細スプレー」は、フラックスの小滴または粒子が、ペーストがマスク上に流れ出ることなく導体の上面にわたって実質的に均一にペースト分散が起こるのにちょうど十分な圧力で滴下されて、はんだ付着部３９に接触するように滴下される。フラックスの塗布によって、導体の上面にわたって、フラックス材料およびはんだ材料が組合されて実質的に均一な「灰色（Ｇｒａｙｉｎｇ）」になり、更に、層の厚みが実質的に均一になる。
【００６４】
スプレーは非常に微細なため、「霧状である（ａｔｏｍｉｚｅｄ）」ともいわれる。フラックスは、室温で塗布される。結果としてこのフラックス塗布は、互いに混合されて分散されたはんだとフラックスとを含む実質的に均一な厚みのはんだ材料の実質的に連続する層４１’の形態となる。この層４１’は、図８に示される。
【００６５】
一旦、層４１’が形成されると、上記の揮発性物質を除去するために加熱されることが好ましい。係る加熱の前には層４１’が包囲しているマスクの高さを超えていても、記載されたように加熱によって揮発性物質が除去され、層４１’の厚みを約３０パーセント減少させる。重要なことは、この層４１’の厚みが減少することによって、隣接するマスクのほうが高くなり、隣接する加熱後の層の上面よりも高くなる。
【００６６】
更に重要なことは、この加熱された層は、「実質的に均一な厚み」といえる。加熱の後のはんだ層４１’を定義するために使用されるこの「実質的に均一な厚み」という用語は、軽微な「ドーム」の存在を含むことを意味する。すなわち、ドーム（一般的に、層のほぼ中央にある）の高さは非常に低いので、このドームの上面はマスク２５の上面の平面よりも高く突出しない。これは、マスクの上面よりも高く突出するはんだにおける著しいドーム形成と比較される。本発明において形成されるはんだ層は更に、係る過剰なドーム形成を実質的に防止するような厚みである。一例では、加熱の後のはんだ層４１’の厚みは、約８ミクロンメートルから約２０ミクロンメートルの範囲である。
【００６７】
図９において、係る外部導体（すなわち、はんだ球５１）が、形成されたはんだ層４１’の上に配置され、これらのはんだおよび導体は加熱（リフロー）されて互いに接合されて電気的接続がなされていることが示されている。一例において、この導体は、半導体チップ５３などの電子部品の下面から延びる複数のはんだ球（ｓｏｌｄｅｒ  ｂａｌｌ）の一つである。係る導体の数および待機する導体（控え）の対応する数は、上記のように、特定の部品の物理的性質による。
【００６８】
図９に示される構成は、層４１’のはんだが外部導体に接合していることを示しているだけである。示されているものより顕著に異なる構成は、当然、はんだ球の材料に比較してはんだ層４１’がより多くの材料を含むという結果となる。はんだ材料およびはんだ球のこの加熱（リフロー）は、はんだ層４１’の上記記載の最初の加熱に引き続き、第２のリフロー処理としてなされることが好ましい。しかしながら、好ましいアプローチは、層４１’内のはんだ材料を加熱し、冷却し、凝固させ、次にこの第２のリフローおよび接続がなされる。ここで形成される基板が、はんだ球の接続がなされる別のワークステーションに最終的に保存もしくは移動またはこれらの両方がなされる場合、接続の前にははんだ層４１’の加熱のみが望ましい。
【００６９】
すなわち、はんだ接続は、はんだ層を形成し、凝固するまで冷却した後になされてもよく、あるいは、これらと同時になされてもよい。本発明のユニークな教示は、両方の可能性を与える。本発明の一例において、単一の層（はんだ球なしで）としてのはんだ層４１’の加熱は、標準的な対流式オーブン内に基板を配置することと、この基板を摂氏約２００度から約２５０度（使用されるはんだの溶解温度による）で３０秒間加熱することによって達成される。上記のスズ対鉛が６３対３７である組成物が使用される一例において、このオーブンは、約２２０度から約２３０度で前記の時間保たれる。
【００７０】
上記のように、はんだ層４１’は、例示したはんだ球の他の外部導体に接合できる。例えば、デュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）電子部品または類似するものの一部を形成することができるような金属リード線にはんだを接合することも可能ある。更に、電気的接続部の形成の後に、はんだマスク２５を除去することが可能である。一例において、このマスク材料は、ベンジルアルコールから成る公知の「ストリッピング（はがし）」溶液を使用することによって除去することができる。
【００７１】
図１０は、本発明の一実施例による、情報処理システム１２１を示す。システム１２１は、パーソナルコンピュータ、メインフレームコンピュータ、コンピュータサーバ等（これらのいくつかのタイプが当該技術分野で周知である）を含む。
【００７２】
システム１２１は、本明細書に教示されるように、上記に記載されているような電気組立体を形成する電子部品を有する、本明細書で教示される一以上の回路基板をその一部として含むことができる。この形態において、回路基板（１０７によって示される）は、プリント回路基板、チップキャリア、または類似する構造体であり得る。その上に配置された電子部品は、１０５によって示される。この組立体をシステムの回路に電気的に接続することは、一般的に今日のコンピュータ、サーバー等を製造する場合に使用される従来の組立方法を用いて達成される。更に、必要とされれば、隠れた組立体がより大きなプリント回路基板または他の基板（一例としては、はるかに大きい「マザーボード」）上に搭載される。（これらの部品は、システム１２１の一部を形成する様々な電子部品および他の部品を収容するように設計された好適な筐体１２３内および後方に入れられているため、隠れている。基板１０７が係る「マザーボード」であれば、一般的に、多くの付加的な電気組立体を更に含み、その上に搭載された付加的な印刷回路「カード」を含み、係る付加的な「カード」も、その一部に付加的な電子部品を含む可能性がある。
【００７３】
本明細書のユニークな教示によって作られる電気組立体は、情報処理システム１２１といったはるかに大きなシステムの一部としていくつかの様々な構造体に利用されることができることが理解されよう。更なる記載は、必要ではないと思われる。現段階で本発明の好適な実施例だと考えられるものを示し、記載してきたが、添付の請求の範囲に定義された発明の範疇から逸脱することなく様々な変更および改造がなされ得ることは、当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施例による回路基板を製造する様々な工程を例示する基板の縦断面図である。
【図２】図１の部分拡大縦断面図である。
【図３】図１に示した基板上にはんだ材料を塗布している様子を示す基板の部分拡大縦断面図である。
【図４】本発明を実施する際に使用されるスクリーンの開口パターンを例示する部分平面図である。
【図５】同スクリーンの他の開口パターンを例示する部分平面図である。
【図６】本発明の他の実施例による回路基板を製造する様々な工程を例示する基板の縦断面図である。
【図７】図６に示した基板上にはんだ材料を塗布している様子を示す基板の部分拡大縦断面図である。
【図８】図６に示した基板上のはんだが平滑化された様子を示す基板の部分拡大縦断面図である。
【図９】本発明の一実施例による電気組立体を形成するために電子部品の基板の外部導体に本発明の技術を使用してなされたはんだ結合を例示する基板の部分拡大縦断面図である。
【図１０】本発明によって製造された回路基板を使用することができる情報処理システムを例示する斜視図である。
【符号の説明】
【００７５】
１９    基板
２１    絶縁層
２３    導体
２５    はんだマスク
３１    はんだ材料
３３・３３´  スクリーン
３５    開口部
３７    スキージ
３９    はんだ付着部
４１    はんだフラックス材料
４１´    層
４３    マニホルド
４５    ノズル
５１    はんだ球
５３    半導体チップ
１０５    電子部品
１０７    回路基板
１２１    システム
１２３    筺体
【図１】
2007116145.tif 000004
【図２】
2007116145.tif 000005
【図３】
2007116145.tif 000006
【図４】
2007116145.tif 000007
【図５】
2007116145.tif 000008
【図６】
2007116145.tif 000009
【図７】
2007116145.tif 000010
【図８】
2007116145.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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