(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に高分子材料からなる保護フィルムを貼り付ける工程と、
前記保護フィルムと前記基材に貫通孔を設ける工程と、
前記貫通孔の内面にフラックス剤を被覆するフラックス剤塗布工程と、
半田が溶融されている半田浴の中に、前記フラックス剤が被覆された高分子基材を侵漬して引き上げることにより、半田組成物を前記貫通孔の内部に充填する半田浴侵漬工程と、
前記保護フィルムを前記基材から剥離する工程と、を備えることを特徴とする実装構造体の製造方法。
【請求項２】
前記フラックス剤塗布工程の後で、常温風または温風を吹きつけて前記フラックス剤に含まれる揮発性の有機溶剤成分を揮発させる工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の実装構造体の製造方法。
【請求項３】
前記半田浴漬工程において、前記高分子基材を侵漬して引き上げた後で、前記保護フィルムの表面に付着した溶融半田を冷却前にローラまたはドクターブレードを用いて均一化することを特徴とする請求項１に記載の実装構造体の製造方法。
【請求項４】
基材の表面に高分子材料からなる保護フィルムを貼り付ける工程と、前記保護フィルムと前記基材に貫通孔を設ける工程と、前記貫通孔の内面にフラックス剤を被覆するフラックス剤塗布工程と、半田が溶融されている半田浴の中に、前記フラックス剤が被覆された高分子基材を侵漬して引き上げることにより、半田組成物を前記貫通孔の内部に充填する半田浴侵漬工程と、前記保護フィルムを前記基材から剥離する工程により実装構造体を作製し、
前記実装構造体の前記貫通孔に回路基板の電極と半導体パッケージの電極とをそれぞれ位置あわせして、
前記実装構造体を介して前記回路基板に前記半導体パッケージを加熱実装することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高密度かつ小型化が要求される半導体パッケージや液晶モジュールなどの電子部品を実装する場合の実装構造体や、高性能化や高機能化および小型化が急速に進んでいる携帯電話やビデオカメラなどのモバイル電子機器において電子部品を実装する場合に用いられる実装構造体およびその製造方法に関する。また、高密度で小型薄型のエリア実装に関わる広範なニーズに対応した実装構造体およびその製造方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体集積回路（以下、その英文Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔを省略してＩＣと略記する）パッケージなどの接合部材とプリント回路基板などの被接合部材とを半田を用いて接合する場合は、接合部材と被接合部材のどちらか一方の接合端子にあらかじめ半田が付けられた状態で行うのが通常である。このとき、接合端子表面に球形形状の半田が格子状に配列されている場合には、半田が付けられている方の部材をボールグリッドアレイ（Ｂａｌｌ・Ｇｒｉｄ・Ａｒｒａｙ）パッケージ（以下、ＢＧＡパッケージと称す）と呼んでいる。通常、ＩＣパッケージがＢＧＡパッケージとなる。
【０００３】
このようなＢＧＡパッケージを用いた電子部品の従来の実装の一例について図５を用いて説明する。図５は、従来の実装配置の一例を示した模式的断面図である。ＩＣパッケージ１０１の接合端子１０２とプリント回路基板の接合端子１０５とは精密に位置を合わせて半田１０３によって接合され、ＩＣパッケージ１０１とプリント回路基板１０４とを電気的に接続して１つの電気回路を構成するようになっている。また、この球形半田１０３による接合は、ＩＣパッケージの接合端子１０２とプリント回路基板の接合端子１０５の界面で球形半田１０３との合金を形成して機械的にも強固に結合している。最近では図示したように、ＩＣパッケージの接合端子１０２とプリント回路基板の接合端子１０５の配置に対応した位置に貫通孔を持った熱可塑性樹脂などで形成された高分子基材からなるアンダーフィル樹脂シート１０６をＩＣパッケージ１０１とプリント回路基板１０４との間に挿入して半田接合と同時にこれら部材を熱圧着する方法も用いられるようになってきた（特開２００１−２４０２９号公報）。このように構成することにより、接合時に発生するソルダーボールなどによる短絡を防ぐことができる上に、接合端子や半田近傍の保温性を向上させることができるために、熱的に安定した接合が可能となる。
【０００４】
また、ＩＣパッケージ１０１の接合端子１０２とプリント回路基板１０４の接合端子１０５とを半田１０３によって接合した後、ディスペンサなどを用いてＩＣパッケージ１０１とプリント回路基板１０４との隙間に高分子接着剤を注入硬化してアンダーフィル剤を形成する場合も多い。このようにアンダーフィル剤を注入硬化することによってＩＣパッケージ１０１とプリント回路基板１０４とを接着固定できるため、接合の機械的強度を向上させることができる上に、ＩＣパッケージ１０１とプリント回路基板１０４との隙間をなくして外部からのゴミの混入を防止して短絡などの接続不良をなくすることもできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のようにＢＧＡをあらかじめＩＣパッケージやプリント回路基板に形成する方法には、以下のような課題があった。すなわち、ＢＧＡをＩＣパッケージに形成する場合、例えば球形半田１０３をＩＣパッケージの接合端子１０２に溶着させるためにＩＣパッケージやプリント回路基板を加熱しなければならない上に、実装時に球形半田を溶融半田にするために、再びこれらの実装部品を加熱しなければならず、ＩＣパッケージやプリント回路基板に熱損傷を与えやすいという問題点を有していた。
【０００６】
さらにまた、ＢＧＡを形成する場合に、例えばＩＣパッケージの接合端子１０２上に球形半田１０３が正常に形成できなかった場合は、これらの球形半田１０３をＩＣパッケージの接合端子１０２から一旦除去した後、再び球形半田１０３を再配列させてＢＧＡを再生するリボール作業を行ったり、それが不可能な場合は不良を生じた高価なＩＣパッケージを廃棄したりしなければならないという問題点を有していた。特に、近年では環境汚染を防止するため、半田合金としては鉛を含有しない鉛フリー半田が多用されるようになってきており、そのため半田接合時の温度も２２０〜２４０℃と高温にしなければならなくなってきた。そのため、上述した半田接合時の電子部品の熱損傷に関する問題点はますますクローズアップされるようになってきている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱可塑性材料または熱硬化性材料から形成され、かつ接合部材および被接合部材の接合端子の配置に対応した位置に貫通孔を有する高分子基材からなる実装構造体において、貫通孔に半田組成物が充填されてなることを特徴とする実装構造体を用いた。
【０００８】
アンダーフィル剤の代わりにこのような実装構造体を用いることにより、ＢＧＡを用いることなく容易に半田接合実装が可能となり、そのためＢＧＡの球形半田形成不良もなくなるため上記問題点を解決することができた。
【０００９】
本発明の実装構造体を貫通孔内面と半田組成物との界面には金属膜が形成されてなることを特徴とする構造とした。
【００１０】
このようにすることにより、半田組成物と高分子基材との密着力を高めることができ、その結果ＢＧＡを用いなくてもより安定な半田接合が可能となり問題点を解決した。
【００１１】
本発明の実装構造体において、高分子基材は、高耐熱性高分子材料からなる主基材と、主基材の両面を被覆した主基材よりも低温で軟化する熱硬化性高分子材料または熱可塑性高分子材料からなる融着基材とから形成された３層構造の高分子基材からなる構造とした。
【００１２】
このような構造にすることにより、ＩＣパッケージのような接合部材とプリント回路基板などの被接合部材とを、３層構造の高分子基材によって強固に熱融着することが可能となり、その結果ＢＧＡを用いなくてもより安定な半田接合が可能となり上記問題点を解決した。
【００１３】
本発明の実装構造体を、上記高分子基材の両面に１対のフラックス剤層が形成されている構造とした。
【００１４】
このような構造にすることにより、より信頼性の高い半田接合が可能となると同時に、ＩＣパッケージのような接合部材とプリント回路基板などの被接合部材と高分子基材の界面での密着力を向上させることができ上記問題点を解決した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明による実装構造体は、接合部材および被接合部材の接合端子の配置に対応する位置に貫通孔を有する高分子基材と、貫通孔に充填された半田組成物を備えることとする。
【００１６】
さらに、貫通孔の内面と半田組成物との界面に金属膜を設けることとする。
【００１７】
さらに、高分子基材が、高耐熱性高分子材料からなる主基材と、主基材よりも低温で軟化する高分子材料からなる融着基材を備えることとする。
【００１８】
また、本発明による実装構造体の製造方法は、基材の両面に高分子材料からなる保護フィルムを貼り付け、保護フィルムと基材に貫通孔を設け、この貫通孔の内面にフラックス剤を被覆し、その後、半田が溶融されている半田浴の中に、フラックス剤が被覆された高分子基材を浸漬して引き上げて、半田組成物を貫通孔の内部に充填させ、保護フィルムを基材から剥離することとする。
【００１９】
さらに、フラックス剤を塗布した後で、常温風または温風を吹きつけて揮発性の有機溶剤成分を揮発させることとする。
【００２０】
また、半田浴に高分子基材を浸漬して引き上げた後で、保護フィルムの表面に付着した溶融半田を冷却前にローラまたはドクターブレードを用いて均一化することとする。
【００２１】
また、本発明による実装構造体の製造方法は、基材に高分子材料からなる保護フィルムを貼り付ける工程と、保護フィルムと基材に貫通孔を設ける工程と、基材の両面に、半田合金粉末、フラックス、及びペースト剤の混合物を印刷することにより、貫通孔の内面にこの混合物を充填する工程と、保護フィルムを基材から剥離する工程と、を備えることとする。
【００２２】
【実施例】
以下に、本発明の実装構造体およびそれを用いた実装方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実装構造体に関する実施例の一形態を示す模式的断面図である。高分子基材１には、ＩＣパッケージなどの接合部材やプリント回路基板などの被接合部材に形成されている接合端子の配置に対応した位置に貫通孔が形成されている。この貫通孔の内部には半田組成物２が充填されている。半田組成物２としては、スズと鉛を主成分としてそれに銅や銀やアンチモンを添加した鉛半田や、スズを主成分としてそれに銅や銀やアンチモンを添加した鉛フリー半田を用いることができる。近年における、公害汚染等の環境問題を考えると、半田組成物２としては鉛フリー半田を用いることが好ましい。この半田組成物２の表面形状は曲面となっており、高分子基材１のどちらかの面の方向に偏って充填されている。
【００２４】
一般に、接合端子の形状は円または矩形である場合が多い。また、接合端子には配線の一部、または、その端部がそのまま用いられる場合も多い。貫通孔も接合端子も円形形状をしている場合は、貫通孔の直径は接合端子の直径とほぼ同程度かやや大きくする。貫通孔が矩形形状で接合端子が円形形状の場合には、貫通孔の内接円の直径が接合端子の直径とほぼ同程度かやや大きくなるようにする。貫通孔が円形形状で接合端子が矩形形状の場合には、貫通孔の直径が接合端子の外接円の直径とほぼ同じ程度かやや大きくなるようにする。貫通孔も接合端子も矩形形状の場合は、貫通孔の内接円（または外接円）の直径が接合端子の内接円（または外接円）の直径とほぼ同程度かやや大きくなるようにする。接合端子として配線の一部または端部が用いられる場合は、接合端子形状が矩形形状の場合に準じて貫通孔の大きさが決められる。また、高分子基材の厚みは貫通孔の大きさと同程度かそれよりも薄くする。
【００２５】
また、高分子基材１としては、熱可塑性ポリイミド樹脂、熱可塑性ポリエチレンテレフタレート樹脂、熱可塑性エポキシ樹脂、熱可塑性アクリル樹脂、熱可塑性ポリオレフィン樹脂、熱可塑性塩化ビニル樹脂、熱可塑性フェノール樹脂、熱可塑性ナフタレン樹脂、熱可塑性エステル樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂あるいは熱可塑性シリコン樹脂を主成分とする有機高分子材料が用いることができる。あるいは、高分子基材１を、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱硬化性ポリエチレンテレフタレート樹脂、熱硬化性エポキシ樹脂、熱硬化性アクリル樹脂、熱硬化性ポリオレフィン樹脂、熱硬化性塩化ビニル樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、熱硬化性ナフタレン樹脂、熱硬化性エステル樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂あるいは熱硬化性シリコン樹脂を主成分とする有機高分子材料で形成する。
【００２６】
次に、図１に示した本発明の実装構造体を製造する方法について、図６を用いて説明する。
【００２７】
保護フィルム貼り付け工程９において、高分子基材１に塩化ビニルやポリウレタンあるいはＰＥＴなどの高分子材料からなる保護フィルムを貼り付ける。この保護フィルムは、貼り付け面に粘着剤が塗布形成されており、高分子基材との隙間に気泡が入らないように均一に押し付けることによってその高分子基材に貼り付けることができる。この保護フィルム貼り付け工程９は、保護フィルムの粘着剤面を被覆している粘着防止テープを剥離しながら、保護フィルムと高分子基材の端面同士を合わせ、ウレタンなどの弾力性のある材料で表面を被覆した圧延ロールを用いて端面から順次圧延していくことにより容易に行うことができる。この保護フィルムは、高分子基材の両面に貼り付けられる。本実施例で用いた保護フィルムの厚さは３０〜１００μｍであるが、使用目的によってはさらに薄い保護フィルムを用いても良い。
【００２８】
貫通孔形成工程１０において、ＩＣパッケージの接合端子およびプリント回路基板の接合端子に対応した位置に、保護フィルムと一緒に高分子基材に貫通孔を穿孔する。この工程で用いる穿孔手段としては、接合端子の配列に対応した型が形成された打ち抜き金型を用いて機械的に穿孔したり、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザやエキシマレーザなどの高出力レーザ光を接合端子の配列に対応した箇所に照射して高分子材料を溶融蒸発または分解蒸発させて穿孔したりする方法を用いることができる。打ち抜き金型を用いる場合は、バリが発生するため、バリ取り工程が必要となる場合がある。このようにして、本工程では高分子基材とその両面に貼り付けられた保護フィルムの両方に、接合端子の配列に対応した貫通孔が形成されることになる。
【００２９】
次のフラックス剤塗布工程１１では、浴槽に入れたフラックス剤に貫通孔形成工程１２で貫通孔を形成した高分子基材を浸漬あるいはディッピングして、フラックス剤を高分子基材の両面に均一に塗布し、被覆する。このとき、フラックス剤は、貫通孔の内面と保護フィルムの表面に一様に塗布される。このとき、浸漬あるいはディッピングの後で、ローラやドクターブレード等の平坦化手段を用いることにより、フラックス剤の均一化をはかることもできる。
【００３０】
フラックス剤は半田付けする場合に接合面を清浄化して半田の濡れ性や接合強度を改善するなどの作用を有しており、マツヤニ溶剤または四ホウ酸ナトリウムと塩化アンモニウム混合溶剤などからなる融剤である。電子部品に用いられるフラックス剤には塩化物を可能な限り排除するのが通常である。近年では、環境汚染や公害を防止する目的で鉛を成分として含まない鉛フリー半田が多く使用されるようになってきたが、フラックス剤もそれに応じて種々のものが使用されるようになった。
【００３１】
さらに、このフラックス剤塗布工程１１では、上述のようにして高分子基材の両面に塗布されたフラックス剤を、常温風または温風を吹きつけ揮発性の有機溶剤成分を揮発させてフラックス剤を乾燥する。この工程によって、貫通孔や保護フィルムの表面に余分に付き過ぎたフラックス剤を適量でかつ一様に被膜することができる。
【００３２】
次の半田浴浸漬工程１２は、２００〜２４０℃で半田が溶融されている半田浴の中に、フラックス剤が塗布された高分子基材を浸漬して引き上げ、溶融半田を高分子基材の両面に塗布した後冷却して、半田組成物を貫通孔内部に充填する工程である。ここで、溶融半田の冷却前に、ローラまたはドクターブレードを用いて溶融半田の均一化を図ることもできる。この半田浴浸漬工程により、高分子基材が半田浴に浸漬されるとこの高分子基材の全面が溶融半田で濡れ、貫通孔内部にも入り込む。半田浴から高分子基材を取り出すときに表面を覆っていた溶融半田は自重のために流れ落ち、さらにローラやドクターブレードで削ぎ取られるために高分子基材を覆っている保護フィルムの表面には半田の薄層が残るだけである。しかしながら、高分子基材に開けられた貫通孔内部の溶融半田は表面張力のために貫通孔内部に留まろうとし、またローラやドクターブレードの作用も受けないために、図１に示すように半田は表面形状を球形あるいは曲面に保った状態で貫通孔内部に残留する。また、このとき溶融半田は重力の方向に力を受けるために、高分子基材のどちらかの面の方向に偏った位置で冷却固化される。
【００３３】
最後に、保護フィルム剥離工程１３で、保護フィルムを剥離すれば、貫通孔内部に半田組成物が充填された清浄な表面を持った高分子基材が得られ、本発明の実装構造体を形成することができる。この場合、高分子基材の両面に対称な力が作用するように保護フィルムを剥離することが重要である。さもないと、貫通孔近傍での保護フィルム上に残存した半田被膜が厚かった場合に、どちらか力が偏った方向に半田被覆と一緒に貫通孔内部に充填された半田組成物が抜け落ちることがあるからである。
【００３４】
上述した例では、高分子基材の貫通孔内部に半田組成物として半田合金を充填する場合について説明したが、半田組成物として半田合金粉末とフラックスおよびペースト剤の混合物である、いわゆる半田ペーストを充填する場合もほぼ同様にして実現することができる。貫通孔内部に半田合金を充填する場合と異なっている点は、充填方法としては高分子基材の両面に前記半田ペーストをローラ印刷やスクリーン印刷などの印刷法で形成する点だけである。この場合、半田ペーストは粘度が高いために、貫通孔充填後の半田ペーストの表面形状はほぼ平面を保っている。なお、半田組成物として半田ペーストを貫通孔内部に充填した本発明の実装構造体は、使用するまで長時間保管しなければならない場合は、冷暗所で保管することが好ましい。
【００３５】
次に、以上のようにして作製した実装構造体を用いた実装方法について、図４を用いて説明する。
【００３６】
本発明の実装構造体を用いた実装では、図４に示すように、ＩＣパッケージの接合端子６には球形半田が形成されていない。すなわち、本発明の実装構造体を用いる限り、ＩＣパッケージ５やプリント回路基板７に球形半田を形成してＢＧＡパッケージとする必要がないのである。
【００３７】
また、本発明の実装構造体は、半田組成物２が偏った方向の面をプリント回路基板７に向けて配置されている。これは、ＩＣパッケージの接合端子６の平坦度に比べて、プリント回路基板の接合端子８の平坦度が悪いために、このような配置にすることによって、より確実な接合が可能となるのである。
【００３８】
次に、上記で説明した実装構造体の実装工程について説明する。図７は本発明の実装構造体を用いた実装工程の１実施形態を示した工程流れ図である。
【００３９】
実装部品供給工程１４において、実装部材であるＩＣパッケージ、実装構造体および被実装部材であるプリント回路基板を所定の実装装置に供給する。この工程では部品を供給するばかりでなく、実装構造体に形成されている半田組成物の欠損のあるなしをあらかじめ検査しておくことが望ましい。
【００４０】
実装部品位置出し工程１５では、実装部材であるＩＣパッケージ、本発明の実装構造体、および被実装部材であるプリント回路基板を実装装置上で位置合わせをする工程である。
【００４１】
このときの位置関係は図４に既に示した。図示していないが、このときＩＣパッケージの接合端子７とプリント回路基板の接合端子９の表面にはフラックス剤が印刷で塗布された状態にある。
【００４２】
実装部品位置出し工程１５では、図４に示したように、ＩＣパッケージの接合端子６とプリント回路基板の接合端子８とが相対向するように配置され、これら接合端子の配置に対応した位置に本発明の実装構造体に形成した半田組成物２が配置されるように位置出しされる。
【００４３】
次の被実装部材と実装構造体との合わせ工程１６では、上記のようにしてプリント回路基板の接合端子８の位置に本発明の実装構造体の半田組成物２が対向するように配置してから、実装構造体をプリント回路基板に押し付けて固定する。
【００４４】
上記に示した実装部材と被実装部材の位置出しは、本発明の実装構造体とプリント回路基板７とにアライメントマークを形成しておき、そのアライメントマークを画像処理装置により読み取ってこれらのアライメントマークの位置を合わせることによってこれらの部材の位置出しを自動的に行う。また、ＩＣパッケージ５の位置出しは、本発明の実装構造体に形成したアライメントマークに、このＩＣパッケージ５の所定の位置を合わせることによって行う。ＩＣパッケージを合わせるためのアライメントマークは、プリント回路基板７の位置出しで用いたものと同じものを併用しても構わないし、プリント回路基板７の位置出しで用いたものとは別のものを形成して用いても構わない。
【００４５】
次の工程は、実装部品予熱工程である。この工程では、上記のプリント回路基板の接合端子８の位置に実装構造体の半田組成物２が対向するように配置し、押し付けて固定した状態で、１８０〜２００℃の温度でＩＣパッケージ、実装構造体、およびプリント回路基板を予熱して、ＩＣパッケージの接合端子６やプリント回路基板の接合端子８の上に形成されたフラックス剤を溶融反応させる。このことによって、ＩＣパッケージやプリント回路基板の接合端子６や８の表面が清浄化されて半田との反応性を向上させることができる。
【００４６】
次の工程は、実装部品加熱工程である。この工程は、上記ＩＣパッケージや本発明の実装構造体、およびプリント回路基板を２００〜２４０℃に加熱して、本発明の実装構造体に形成されている半田組成物２を溶融させる工程である。
【００４７】
次の工程は、実装部品溶着工程１９である。この工程では、上記ＩＣパッケージや本発明の実装構造体、およびプリント回路基板を２００〜２４０℃に加熱した状態でＩＣパッケージを移動させて、半田組成物２を溶融してなる溶融半田とＩＣパッケージの接合端子６およびプリント回路基板の接合端子８とを接触させて合金化すると同時に、本発明の実装構造体を介してＩＣパッケージ５をプリント回路基板７に加圧して本発明の実装構造体と密着させる工程である。
【００４８】
この工程により、ＩＣパッケージ５およびプリント回路基板７と本発明の実装構造体の界面が密着し、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂で構成された実装構造体を構成する高分子基材１が、ＩＣパッケージ５およびプリント回路基板７と溶融接着されてこれらの部品が完全に接合される。
【００４９】
次の工程は、実装部品冷却工程２０である。この工程では、加熱密着された実装部材、実装構造体、非実装部材を上記溶融半田が固化する温度まで冷却する工程である。
【００５０】
最後の工程は、上記のようにして得られた実装完成体を実装装置から取り出す工程である。このようにして取り出された実装完成体は、図８に示されるような構造となっている。図８は本発明の実装構造体を用いて実装を行った実装完成体の構造を示す模式的断面図である。なお、図８の説明において、図４の説明で用いたのと同じ作用を有する要素には同一の符号を付し、その説明を省略した。これらの図から分かるように、本発明の実装構造体を用いた実装部品の実装は、ＩＣパッケージの接合端子６とプリント回路基板の接合端子８とを半田組成物２で強固に固定すると同時に電気的な接合を実現し、さらに高分子基材１でＩＣパッケージ５とプリント回路基板７とを熱接着するために極めて機械的強度に優れた実装となっている。
【００５１】
次に、本発明による実装構造体の他の実施例を示す。図２は本実施例の実装構造体を示す模式的断面図である。なお、図２の説明において、図１と同様の機能を有する要素には同一の符号を付しその説明を省略した。図２に示す実装構造体の構造において図１に示したものと異なっている点は、高分子基材１に開けられた貫通孔の内面と半田組成物２との間に金属膜３が形成されている点と、半田組成物２の表面形状が高分子基材１の両面で非対称になっている点だけである。
【００５２】
半田組成物２と金属膜３は界面で合金化して接合されているために、この金属膜３がない場合に比較して半田組成物２は高分子基材１と極めて強固に密着している。このことにより、半田組成物２は外力に対して強固に耐えることができ、落下欠損などの不良はほとんど生じなくなる。また、半田組成物２の表面形状が高分子基材１の両面で非対称になっているのは、半田組成物２が前記貫通孔の端面までしっかりと付着しているためである。
【００５３】
金属膜３として用いられる金属材料としては、半田との濡れ性が良く、半田と合金化しやすい金属であればどのような金属でも用いることができる。そのような金属として、例えば、金、銀、銅、ビスマス、アンチモン、スズ、亜鉛、あるいは鉛などの金属やこれらの合金を用いることができる。
【００５４】
金属膜３は、貫通孔の内面に一様に形成されていることが望ましいが、貫通孔の内面の１部に形成されていても良い。
【００５５】
図２に示す実装構造体の製造方法が図１に示す実装構造体の製造方法と異なっている点は、図６に示した貫通孔形成工程１０の後に金属膜形成工程が入るだけである。この金属膜形成工程は、浴槽に入れた有機金属化合物ペーストに貫通孔を形成した保護フィルムが貼り付けられた高分子基材を浸漬あるいはディッピングして、有機金属化合物ペーストを高分子基材の両面に貼り付けられた保護フィルムの表面と貫通孔の内面に均一に塗布する工程である。このとき、浸漬あるいはディッピングの後で、ローラまたはドクターブレードを用いて均一化することが望ましい。有機金属化合物ペーストとしては、有機配位子金属錯体を含有する有機化合物を溶媒に分散させて形成したものである。金属錯体を構成する金属元素としては、金、銀、亜鉛、ビスマス、クロム、鉛、アンチモン、コバルト、銅、スズなどを用いることができる。有機配位子金属錯体の有機配位子としては、安息香酸、ステアリン酸、ナフテン酸、オクチル酸、カブリル酸、ラウリル酸、バルミチン酸、リノール酸、オレイン酸などを用いることができる。さらに、有機金属化合物を溶解する溶媒としては、石油系溶媒、ベンゼン、アルコール系溶媒、トルエン系溶媒などの通常の有機溶媒を用いることができる。また、有機金属化合物が前記溶媒に溶解しにくい場合は、トリオクチルフォスフィンオキシドやリン酸トリブチルやアミンなどの付加錯体を生成する配位子を添加すると良い。
【００５６】
有機金属化合物ペーストの塗布は、上記の浸漬やディッピング以外にもスピンコーティングや印刷などを用いることができる。ただし、スピンコーティングや印刷法を用いる場合は、高分子基材の両面に均一に塗布するように注意しなければならない。そのためには、有機金属化合物ペーストの粘度を充分最適化しておくことが重要である。
【００５７】
次に、高分子基材の両面に温風を吹き付けることにより、この高分子基材の両面に塗布された有機金属化合物ペーストに含有されている溶媒を揮発除去するとともに、有機金属化合物を反応・熱分解して金属元素を析出させて金属膜を形成する。ここで、温風の温度は１００〜３００℃程度であり、温度が低すぎると充分溶媒が揮発除去できない上に有機金属化合物の反応や熱分解が起こらない。また、温度が高すぎると高分子フィルムが溶融したり析出金属が酸化したりしてしまう。ただし、有機金属化合物は１００％熱分解させる必要はなく、部分的に金属元素が析出している状態でも実装接合時の半田の濡れ性を著しく改善することができる。そのため、図６に示す半田浴浸漬工程１２において、溶融半田に重力が作用しても半田組成物２が前記貫通孔の端面までしっかりと付着させることができる。
【００５８】
上記の説明では、有機金属化合物を用いた金属膜の形成方法について説明したが、この有機金属化合物を用いる代わりに、真空蒸着法やスパッタ法などの物理的気相成長法やＣＶＤなどの化学的気相成長法あるいはメッキ法などを用いて金属膜を形成しても良いことは言うまでもない。しかし、上記に説明した有機金属化合物を用いる方法は、これらの気相成長法やメッキ法に比較して、安価な方法で、再現性良く、安全に上記金属膜を形成することが可能である。
【００５９】
このように貫通孔の内面に金属膜３を形成しておくと、図７で示した実装部品溶着工程１９において、貫通孔の内面に金属膜３が形成されていない場合に比べると、半田組成物２が貫通孔の端面までしっかりと付着しているためにＩＣパッケージの接合端子とプリント回路基板の接合端子とが確実に半田で接合することが可能となる。
【００６０】
さらにまた、保護フィルム剥離工程で高分子基材の両面に対称な力が作用するように保護フィルムを剥離することに対しては、金属膜によって半田組成物が強固に高分子基材に密着しているため、それほど注意を払う必要はない。
【００６１】
図２に示した実装構造体を用いて実装した実装完成体の模式的断面図を図９に示す。図９からも分かるように、金属膜３は実装完成体の構造として残存しているが、実装前の金属膜の厚み、材質や実装温度、実装時間によっては、溶融半田と完全に固溶して消失している場合が多い。
【００６２】
また、他の実施形態を図３に示す。図３は３層構造を有する高分子基材を用いた実施形態の１例を示す模式的断面図であり、主基材１ａの表面に融着基材４ａおよび４ｂが設けられている。なお、図３の説明において、図２と同様の作用を有する要素には同一の符号を付しその説明を省略した。
【００６３】
主基材１ａを形成する材料としては、ポリイミドやシリコン系高分子材料あるいはこれらと無機フィラーとの混合物などの高耐熱性高分子材料を用いることができる。また、融着基材４ａおよび４ｂとしては、高耐熱性高分子材料よりも低い軟化点を有する熱硬化性ＰＥＴ樹脂、熱硬化性エポキシ樹脂、熱硬化性アクリル樹脂、熱硬化性ポリオレフィン樹脂、熱硬化性塩化ビニル樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、熱硬化性ナフタレン樹脂、熱硬化性エステル樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂などの低融点熱硬化性高分子材料を用いることができる。また、融着基材４ｂ、４ｂとしては、低融点熱硬化性高分子材料の代わりに、高耐熱性高分子材料よりも低い軟化点を有する熱可塑性ポリエチレンテレフタレート樹脂、熱可塑性エポキシ樹脂、熱可塑性アクリル樹脂、熱可塑性ポリオレフィン樹脂、熱可塑性塩化ビニル樹脂、熱可塑性フェノール樹脂、熱可塑性ナフタレン樹脂、熱可塑性エステル樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂などの低融点熱可塑性高分子材料を用いても良い。
【００６４】
図３に示した本発明の３層構造を有する実装構造体の最適厚みは、上記実装部材や被実装部材に設けられている接合端子の大きさやピッチに依存するが、５０〜５００μｍの範囲に存在しており、多くの場合は１００〜４００μｍの範囲に存在している。また、このときの主基材１ａの厚みは３０〜３００μｍ、融着基材４ａ、４ｂの厚みは２０〜１００μｍである。
【００６５】
さらに、融着基材４ａの厚みと融着基材４ｂの厚みは、同じであっても良いし異なっていても良い。ただし、本発明の実装構造体を用いた実装条件出しは、融着基材４ａと４ｂの厚みがほぼ同じである方が条件を出しやすい場合が多い。これらの融着基材２ａと２ｂの厚みを異ならせる場合は、例えば、融着基材４ａ側と融着基材４ｂ側との実装時温度が異なるような場合である。実装装置の構成によっては、このような場合がしばしば発生することがある。さらに、上記のように、融着基材４ａ側と融着基材４ｂ側との実装時温度が異なるような場合に、融着基材４ａの厚みと融着基材４ｂの厚みを変える代わりに、これら融着基材を形成する材料として異なった材料を用いても良い。
【００６６】
図３に示す実装構造体を用いることによって、図７で示した実装部品溶着工程１９において、主基材１ａの表面を覆っている熱硬化性樹脂からなる溶着基材４ａ、４ｂは、高温のため充分軟化溶融しており、実装構造体とＩＣパッケージやプリント回路基板との界面の隅々まで入り込む。一方、高耐熱性高分子からなる主基材は、２００〜２４０℃という高温にも関わらずまだその機械的強度を充分保っており、加圧によるわずかな変形だけでＩＣパッケージ５とプリント回路基板７との間隙を所定の厚みに保つ役割を果たす。すなわち、この主基材１ａは圧着時の圧力の作用を分散させずに、溶着基材４ａ、４ｂに集中させることによって、より強固な熱融着を可能とするものである。
【００６７】
図３に示す実装構造体を用いて実装を行った後の実装完成体の模式的断面図を図１０に示す。なお、図１０において図３および図４と同様の作用を有する要素には同一の符号を付しその説明を省略した。図１０からも分かるように、図９に示したのと同様に金属膜４は実装完成体の構造として残存しているが、実装前の金属膜の厚み、材質や実装温度、実装時間によっては、溶融半田と完全に固溶して消失している場合が多い。
【００６８】
さらにまた、図１に示す本発明の実装構造体の表面にフラックス剤層を形成することによって、さらに信頼性の高い実装を実現することができる。図１１はフラックス剤層を形成した本発明の実装構造体の１実施の形態を示した模式的断面図であり、２２ａ、２２ｂはフラックス剤層である。なお、図１１において、図１と同様の機能を有する要素には同一の符号を付してその説明を省略した。図１１に示すように、高分子基材１の表面および半田組成物２の表面にフラックス剤層２２ａ、２２ｂを形成することによって、ＩＣパッケージの接合端子とプリント回路基板の接合端子との密着性を改善することができるばかりでなく、高分子基材１とＩＣパッケージやプリント回路基板界面の密着性をも向上させることができる。
【００６９】
フラックス剤は半田付けする場合に接合面を清浄化して半田の濡れ性や接合強度を改善するなどの作用を有しており、マツヤニ溶剤または四ホウ酸ナトリウムと塩化アンモニウム混合溶剤などからなる融剤である。電子部品に用いられるフラックス剤には塩化物を可能な限り排除するのが通常である。近年では、環境汚染や公害を防止する目的で鉛を成分として含まない鉛フリー半田が多く使用されるようになってきたが、フラックス剤もそれに応じて種々のものが使用されるようになった。
【００７０】
図１１に示したフラックス剤層を有する実装構造体の製造方法は、上述した貫通孔内面に金属膜を有する実装構造体の製造方法と同様に、高分子基材の両面に保護フィルムを貼り付けた後、ＩＣパッケージの接合端子やプリント回路基板の接合端子の配置に対応した位置に、金属加工やレーザ加工などで貫通孔を形成する。その後、半田浴に浸漬して半田組成物を貫通孔の内部に充填する。さらに、浴槽に入れたフラックス剤にこの高分子基材を浸漬あるいはディッピングした後、ローラまたはドクターブレードを用いて均一化をはかり、高分子基材の両面に均一に塗布し前記フラックス剤層２２ａ、２２ｂを形成する。その後、保護フィルムを剥離して完成する。
【００７１】
このようにしてフラックス剤層２２ａ、２２ｂを形成された本発明の実装構造体は、図７に示す本発明の実装構造体を用いた実装方法において、前記半田組成物２の表面が活性化しているため、溶融半田の表面に形成されている酸化被膜が早期に破壊されて、より速やかにＩＣパッケージの接合端子やプリント回路基板の接合端子と合金化してより強固で確実な半田実装が可能となる。
【００７２】
さらにまた、図７における実装部品予熱工程１８でフラックス剤が反応して高分子基材１の表面を清浄化・活性化しているために図７に示す実装部品溶着工程１９において、ＩＣパッケージやプリント回路基板と本発明の実装構造体の高分子基材１との界面で融着ムラのない強固な熱融着が可能となるのである。
【００７３】
このようにして、フラックス剤層を有する３層構造の実装構造体は、フラックス剤層がない場合に比べてより強固な密着力を有し、信頼性の高い実装を実現することができるのである。実装後の実装完成体の構造は、図８に示したフラックス剤層を有していない場合の構造と同じ構造となっている。これは半田溶着実装の過程でこのフラックス剤層２２ａ、２２ｂは、溶融半田と反応したり、あるいは過熱された高分子基材１の表面で反応したりして消失したからである。
【００７４】
フラックス剤層形成による実装強度や信頼性の向上は、これを図２に示す金属膜を有する実装構造体や図３に示す３層構造の実装構造体に適用することによってさらに増加させることができることは言うまでもない。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の実装構造体は、本発明は、熱可塑性材料または熱硬化性材料から形成され、かつ接合部材および被接合部材の接合端子の配置に対応した位置に貫通孔を有する高分子基材からなる実装構造体において、貫通孔に半田組成物が充填されてなる構造とすることにより、ＩＣパッケージやプリント回路基板に球形半田を形成したいわゆるＢＧＡを形成することなく半田接合が可能となるため、これら電子部材にかける熱を最小に抑えることができるためこれら電子部材の熱損傷を最小に抑えることができ、より信頼性の高い半田実装が可能となるという効果を有する。
【００７６】
また、ＢＧＡを用いる必要がなくなるため、ＢＧＡを用いる場合に発生するＩＣパッケージなどへの球形半田形成不良に対するリボール再生などの工程が不要となり、高価なＩＣパッケージへの加熱処理を最小に抑えることができ、またこれら電子部品の使用効率も向上するという効果を有する。
【００７７】
万一、本発明の実装構造体に形成されている半田組成物が欠損したり、隣り合う半田組成物がつながったりする不良が発生したとしても、これらの不良は実装前に容易に検査し除去することができる上に、そのコストも極めて少ないために、より低コストで電子部品の半田実装が可能となるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実装構造体に関する実施形態の１例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の実装構造体に関する実施形態の１例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の実装構造体に関する実施形態の１例を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の実装構造体を用いた実装時の各部品の位置関係を示す模式的断面図である。
【図５】従来のＢＧＡパッケージを用いた実装配置の１例を示した模式的断面図である。
【図６】本発明の実装構造体の製造方法に関する１実施の形態を示す工程流れ図である。
【図７】本発明の実装構造体を用いた実装工程の１実施形態を示した工程流れ図である。
【図８】本発明の実装構造体を用いて実装を行った実装完成体の構造を示す模式的断面図である。
【図９】本発明の金属膜を有する実装構造体を用いて実装した実装完成体の模式的断面図である。
【図１０】本発明の３層構造を有する実装構造体を用いて実装を行った後の実装完成体の模式的断面図である。
【図１１】フラックス剤層を形成した本発明の実装構造体の１実施の形態を示した模式的断面図である。
【符号の説明】
１  高分子基材
１ａ  主基材
２  半田組成物
３  金属膜
４ａ、４ｂ  融着基材
５  ＩＣパッケージ
６  ＩＣパッケージの接合端子
７  プリント回路基板
８  プリント回路基板の接合端子
９  保護フィルム貼り付け工程
１０  貫通孔形成工程
１１  フラックス剤塗布工程
１２  半田浴浸漬工程
１３  保護フィルム剥離工程
２２ａ、２２ｂ  融着基材
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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