(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高耐熱性高分子材料からなる主基材と、前記主基材の両面をそれぞれ被覆する一対の融着基材からなる３層構造の高分子基材を備え、
前記３層構造の高分子基材には、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ように、貫通孔が形成され、
前記貫通孔の内面の少なくとも一部に金属膜が形成されていることを特徴とする実装構造体。
【請求項２】
前記金属膜の表面がフラックス剤層で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の実装構造体。
【請求項３】
高耐熱性高分子材料からなる主基材と、前記主基材の両面をそれぞれ被覆する一対の融着基材からなる３層構造の高分子基材に貫通孔を設け、前記貫通孔の内面の少なくとも一部に金属膜を設ける工程と、
接合部材の接合端子に球形はんだを設ける工程と、
前記接合部材の接合端子に前記球形はんだを介して接続するための接合端子を有する被接合部材を作製する工程と、
前記被接合部材の接合端子と前記貫通孔が合うように、前記３層構造の高分子基材と前記被接合部材を密着させる工程と、
前記接合部材の球形はんだと前記貫通孔が対向するように、前記接合部材と前記３層構造の高分子基材を配置する工程と、
前記接合部材、前記被接合部材、および前記３層構造の高分子基材を加熱して、前記球形はんだを溶かし、前記貫通孔に押し込み、溶かした半田を前記貫通孔の内面に形成された前記金属膜と反応させる工程と、
前記接合部材、前記被接合部材、および前記３層構造の高分子基材を加圧して融着させる工程と、
前記接合部材、前記被接合部材、および前記３層構造の高分子基材を冷却して前記溶かした半田を固化させる工程と、を備えることを特徴とする接合部材の実装方法。
【請求項４】
前記球形はんだを溶かす前に、前記接合部材、前記被接合部材、および前記３層構造の高分子基材に予熱を与え、前記被接合部材の接合端子と前記３層構造の高分子基板の少なくとも一方の表面に設けられたフラックス剤に溶融反応を起こさせることを特徴とする請求項３に記載の接合部材の実装方法。
【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、半田を用いて半導体集積回路（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るために、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パッケージと略記する）と呼んでいる。ほとんどの場合、ＩＣパッケージ側をＢＧＡパッケージとするのが通常である。
【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例について図面を用いて説明する。図９は、従来のＢＧＡパッケージの実装形態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１０４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。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との隙間にアンダーフィル剤１０６が注入され、硬化される。このようにアンダーフィル剤１０６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との隙間がなくなるので、外部からのゴミの混入が防止され、短絡などの接続不良をなくすることもできる。一般に、アンダーフィル剤１０６には高分子接着剤が適している。
【０００４】
また、最近ではアンダーフィル剤を注入する代わりに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実装構造体を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）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のＢＧＡパッケージを用いた接合方法、特に高分子基材からなる実装構造体を用いる接合方法においては、単一材料からなる高分子基材を用いているために、この高分子基材の材料としてポリイミド（以下、ＰＩと略記する）などの高耐熱性熱可塑性高分子材料を用いると熱圧着温度を高く設定しないと充分な接合強度が得られないし、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記する）などの低融点熱硬化性高分子材料を用いると低温で熱圧着接合が可能となるが耐湿性などの環境の悪影響を受けやすくなるという問題点を有していた。
【０００６】
また、上記のことにより実装構造体と実装部材や被実装部材との接合界面に気泡が発生したり、溶着不良部分が発生したりしやすく、密着強度のバラツキが大きくなるという問題点を有していた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の実装構造体は、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、高分子基材が高耐熱性高分子材料からなる主基材と、主基材の両面を被覆した主基材よりも低温で軟化する低融点熱硬化性高分子材料または低融点熱可塑性高分子材料からなる融着基材とからなる３層構造の高分子基材からなっており、３層構造の高分子基材の厚みと貫通孔の直径との比が０．５〜１．５の範囲にあることとした。
【０００８】
このような構造にすることによって、接合部材と被接合部材とを低融点熱硬化性高分子材料または低融点熱可塑性高分子材料が軟化・溶融する低温で圧着接合することが可能となると同時に、湿度などの環境からの悪影響を受けにくくすることができ上述した問題点を解決することができた。
【０００９】
本発明の３層構造を有する実装構造体の構造を、高耐熱性高分子材料はポリイミドであり、熱硬化性高分子材料はポリエチレンテレフタレートであることとする。これにより、容易に入手できる材料を用いて低温で圧着接合することが可能となると同時に、湿度などの環境からの悪影響を受け難くくすることができ上記問題点を解決することができた。
【００１０】
本発明の３層構造を有する実装構造体において、３層構造の高分子基材に形成された貫通孔内面の１部または全部に金属膜が形成されている構造とした。
【００１１】
このような構造にすることにより、本発明の実装構造体を用いた半田実装を、より機械的強度が強く安定した半田接合を可能とすることができ上記問題点を解決することができた。
【００１２】
本発明の実装構造体の構造として、３層構造の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おり、金属膜の表面がフラックス剤層で被覆されている構造とした。
【００１３】
このような構造とすることにより、本発明の実装構造体と実装部材や被実装部材との接合界面に気泡が発生したり、溶着不良部分が発生したりすることなく、密着強度のバラツキがほとんどない実装を可能とし、上記問題点を解決することができた。
【００１４】
本発明の３層構造を有する実装構造体を用いた実装方法として、以下の（ａ）〜（ｉ）の工程からなる実装方法とした。
（ａ）接合端子にあらかじめ球形半田が形成されている接合部材、被接合部材、および前記接合部材および前記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３層構造を有する実装構造体を供給する工程。
（ｂ）前記接合部材、前記被接合部材、および前記３層構造を有する実装構造体を、前記接合端子と貫通孔との位置を合わせて配置する工程。
（ｃ）前記被接合部材の接合端子を前記貫通孔に合わせて押し込み、前記３層構造を有する実装構造体と密着させる工程。
（ｄ）前記接合部材、前記被接合部材、および前記３層構造を有する実装構造体を１５０〜２００℃の温度で予熱する工程。
（ｅ）前記接合部材、前記被接合部材、および前記３層構造を有する実装構造体を２０００〜２４０℃の温度で加熱して、前記接合部材の接合端子にあらかじめ形成されていた球形半田を溶かして溶融半田とする工程。
（ｆ）前記接合部材の接合端子を前記貫通孔に押し込み、前記溶融半田と前記貫通孔の内面または前記貫通孔内面に形成されている金属膜と反応させる工程。
（ｇ）前記接合部材、前記被接合部材、および前記３層構造を有する実装構造体を加圧して融着させる工程。
（ｈ）前記接合部材、前記被接合部材、および前記３層構造を有する実装構造体を冷却して、前記溶融半田を固化させて実装完成体とする工程。
（ｉ）前記実装完成体を取り出す工程。
【００１５】
この実装方法を用いることによって本発明の３層構造を有する実装構造体を用いた実装が可能となり上記問題点を解決することができた。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明による実装構造体は、高耐熱性高分子材料からなる主基材と、主基材の両面をそれぞれ被覆する一対の融着基材からなる３層構造の高分子基材を備え、３層構造の高分子基材には、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ように、貫通孔が形成され、３層構造の高分子基材の厚みと前記貫通孔の直径との比が０．５〜１．５の範囲にあることとした。
【００１７】
また、本発明による実装構造体は、高耐熱性高分子材料からなる主基材と、主基材の両面をそれぞれ被覆する一対の融着基材からなる３層構造の高分子基材を備え、３層構造の高分子基材には、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ように貫通孔が形成され、貫通孔の内面の少なくとも一部に金属膜が形成されていることとした。
【００１８】
さらに、前記融着基材が、前記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こととする。
【００１９】
さらに、３層構造の高分子基材の両面にフラックス剤層が形成されており、金属膜の表面がフラックス剤層で被覆されていることとする。
【００２０】
また、本発明による接合部材の実装方法は、接合端子に球形はんだが設けられた接合部材と、前記接合部材の接合端子と前記球形はんだを介して接続する接合端子が設けられた被接合部材と、前記接合部材の球形はんだと前記被接合部材の接合端子の配置に対応するように貫通孔が形成された３層構造を有する高分子基材を配置する工程と、  被接合部材の接合端子と貫通孔が合うように３層構造を有する高分子基材と被接合部材を密着させる工程と、  接合部材、被接合部材、および３層構造を有する高分子基材に予熱を加える予熱工程と、  球形はんだを溶かして溶融半田とする加熱工程と、  接合部材の接合端子を貫通孔に押し込み溶融半田と被接合部材の接合端子を融着させる工程と、  溶融半田を冷却して、固化させる工程を備えることとする。
【００２１】
また、接合端子に球形はんだが設けられた接合部材と、接合部材の接合端子と球形はんだを介して接続する接合端子が設けられた被接合部材と、接合部材の球形はんだと被接合部材の接合端子の配置に対応するように貫通孔が形成された３層構造を有する高分子基材を配置する工程と、  被接合部材の接合端子と貫通孔が合うように、３層構造を有する高分子基材と被接合部材を密着させる工程と、接合部材、被接合部材、および３層構造を有する高分子基材に予熱を加える予熱工程と、  接合部材、被接合部材、および３層構造を有する高分子基材を加熱して、球形はんだを溶かして溶融半田とする加熱工程と、  接合部材の接合端子を貫通孔に押し込み、溶融半田を貫通孔の内面に形成された金属膜と反応させる工程と、  接合部材、被接合部材、および３層構造を有する高分子基材を加圧して融着させる工程と、  接合部材、被接合部材、および３層構造を有する高分子基材を冷却して、溶融半田を固化させる工程を備えることとする。
【００２２】
さらに、３層構造を有する高分子基材が、高耐熱性高分子材料からなる主基材と、主基材の両面をそれぞれ被覆する一対の融着基材からなることとする。
【００２３】
さらに、融着基材が、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こととする。
【００２４】
さらに、予熱工程において、被接合部材の接合端子と３層構造を有する高分子基板の少なくとも一方の表面に設けられたフラックス剤に溶融反応を起こさせることとする。また、このような温度として１５０〜２００℃の範囲で予熱することとする。
【００２５】
【実施例】
以下に本発明の３層構造を有する実装構造体およびそれを用いた製造方法について、図面を参照して説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の３層構造を有する実装構造体の実施例を示す模式的断面図である。主基材１の両面に融着基材２ａ、２ｂが設けられている。これらを貫通する貫通孔３が設けられている。貫通孔３は、ＩＣパッケージなどの実装部材に設けられた接合端子、および、プリント回路基板などの被実装部材に設けられた接合端子に対応する位置に設けられている。
【００２６】
主基材１の材料には、ＰＩ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の高分子材料を用いることができる。また、融着基材２ａおよび２ｂとしては、主基材に用いられる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、これらの低融点熱硬化性高分子材料の代わりに、主基材に用いられる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。
【００２７】
前述したように、図１に示す実装構造体には、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、主基材１に貫通孔３が形成されている。この貫通孔３を穿孔する手段としては、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前記接続端子の配列に対応した箇所に照射して主基材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、主基材１と融着基材２ａと２ｂに前記接続端子の配列に対応した貫通孔３を形成することができる。
【００２８】
図１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、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。一般には、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１の厚みは３０〜３００μｍ、融着基材２ａ、２ｂの厚みは２０〜１００μｍである。
【００２９】
さらに、融着基材２ａの厚みと融着基材２ｂ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２ａと２ｂ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２ａ側と融着基材２ｂ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２ａ側と融着基材２ｂ側との実装時温度が異なるような場合に、融着基材２ａの厚みと融着基材２ｂ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。
【００３０】
次に、図１に示した本発明の実装構造体を用いた実装方法について説明する。図５は、本発明の実装構造体を用いた実装方法の１実施の形態を示した工程流れ図である。
【００３１】
実装部品供給工程６では、ＩＣパッケージなどの実装部材、本発明の実装構造体、及び、プリント回路基板などの被実装部材が実装装置に供給される。
【００３２】
次に、実装部品位置出し工程７について、図6を用いて説明する。図６は実装部材、本発明の実装構造体、および被実装部材の実装時における配置関係を示す模式的断面図である。実装部品位置出し工程７では、図６に示すように、ＩＣパッケージ１４の接合端子１５とプリント回路基板１８の接合端子１７とが互いに対向するように配置され、これら接合端子と対応する位置に実装構造体の貫通孔３が配置されるように位置あわせされる。なお、これらの図において、ＩＣパッケージ１４とＩＣパッケージの接合端子１５とが実装部材に、プリント回路基板の接合端子１７とプリント回路基板１８とが被接合部材に相当する。
【００３３】
図６のように実装部材と本発明の実装構造体と被実装部材とが位置決めされて配置された後、被実装部材と実装構造体との合わせ工程８において、プリント回路基板の接合端子の位置に本発明の実装構造体の貫通孔３が合うように、実装構造体をプリント回路基板に押し付けて固定する。さらに、ＩＣパッケージの接合端子１５と実装構造体の貫通孔３が合うようにＩＣパッケージと実装構造体を固定する。
【００３４】
ここで、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１８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１４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１４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１４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１８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１８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。
【００３５】
このようにして位置出しされた接合部材、本発明の実装構造体、および被実装部材は、次の実装部品予熱工程９で予熱される。この工程では、プリント回路基板の接合端子１７の位置に本発明の実装構造体の貫通孔３が対向するように配置し押し付けて固定した状態で、１５０〜２００℃の温度でＩＣパッケージ１４、実装構造体、およびプリント回路基板１８を予熱して、本発明の実装構造体や、ＩＣパッケージの接合端子１５やプリント回路基板の接合端子１７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、本発明の実装構造体の表面や貫通孔内部や、ＩＣパッケージやプリント回路基板の接合端子１５や１７の表面が清浄化される。
【００３６】
次の工程は、実装部品加熱工程１０である。この工程は、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、球形半田１６を溶融させる工程である。
【００３７】
次の工程は、実装部品溶着工程１１である。この工程では、ＩＣパッケージ１４や本発明の実装構造体、およびプリント回路基板１８を２００〜２４０℃に加熱した状態で、ＩＣパッケージ１４を移動させて球形半田１６を溶融してなる溶融半田を貫通孔３に挿入してこれらの３部品を嵌合させる工程である。このＩＣパッケージの移動過程で、溶融半田はまず貫通孔の端部に接触した後その中に入り、ＩＣパッケージ１４と本発明の実装構造体およびプリント回路基板１８との界面は押し付けられ密着する。このとき、本発明の実装構造体における主基材の表面を覆っている熱硬化性樹脂からなる溶着基材は、高温のため充分軟化溶融しており、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℃という高温にもかかわらず、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１４とプリント回路基板１８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１は圧着時の圧力の作用を分散させずに、溶着基材２ａ、２ｂ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。
【００３８】
次の実装部品冷却工程１２によって、加熱されたＩＣパッケージ１４や本発明の実装構造体やプリント回路基板１８などは自然冷却されて常温にもどる。このとき、軟化溶融していた溶着基材は固化して、ＩＣパッケージ１４とプリント回路基板１８とを強固に接合すると同時に、溶融半田も固化してＩＣパッケージの接合端子１５とプリント回路基板の接合端子１７とを電気的かつ機械的に接合する。
【００３９】
図５に示す本発明の実装構造体を用いた実装工程の１実施の形態における最後の工程は、実装部品取り出し工程１３によって、上述のようにして完成した実装完成体を実装装置から取り出す工程である。
【００４０】
このようにして取り出された実装完成体の構造を図７に示す。図７は貫通孔内面に金属被膜を有しない本発明の実装構造体を用いた実装完成体の構造を示す模式的断面図である。なお、図７の説明において、図６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ＢＧＡパッケージの実装は、ＩＣパッケージの接合端子１５とプリント回路基板の接合端子１７とを半田１９で強固に固定すると同時に電気的な接合を実現し、さらに主基材１とその両面に形成された融着基材２ａ、２ｂによりＩＣパッケージ６とプリント回路基板１０とを熱接着している。さらにまた、主基材１に高耐熱性高分子材料を用いることにより、高耐熱性高分子基板が外界からの湿度を完全に遮断するために極めて機械的強度および信頼性に優れた実装となる。
（実施例２）
次に、貫通孔内面に金属膜を有する実装構造体の模式的断面を図２に示す。なお、図２において、図１と同様の機能を有する要素には同一の番号を付しその説明を省略した。図２に示す本実施例の実装構造体の構造と図１に示す実装構造体の構造とで異なっている部分は、貫通孔３の内面に金属膜４が形成されているか否かのみである。従って、図２に示す本実施例の実装構造体については、金属膜４の製造方法とその作用に重点を置いて説明する。
【００４１】
ＢＧＡパッケージとプリント回路基板とを実装する場合、金属膜４は溶融半田と容易に合金化して、貫通孔内部での溶融半田の流れをスムーズにしてプリント回路基板の接合端子との半田接合を確実なものとするばかりでなく、半田固化後に貫通孔内面と半田との密着性を増加させて機械的強度の強い実装を実現させることができる。
【００４２】
金属膜４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。
【００４３】
金属膜４は、貫通孔３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３の内面の１部に形成されていても良い。
【００４４】
金属膜４を形成するために、実装構造体に貫通孔３を穿孔する前に、溶着基材２ａ、２ｂの表面の保護フィルムを予め被覆しておく。保護フィルムには、塩化ビニルやポリウレタンあるいはポリエチレンテレフタレートなどの高分子材料からなる高分子フィルムを用いることができる。この保護フィルムには、貼り付け面に粘着剤が塗布形成されており、溶着基材２ａと２ｂ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貼り付けることができる。すなわち、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、この保護フィルムと溶着基材２ａと２ｂ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。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ものを用いても良い。
【００４５】
次に、浴槽に入れた有機金属化合物ペーストに貫通孔３を形成した保護フィルムが貼り付けられた３層構造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して、有機金属化合物ペーストを３層構造の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３の内面に均一に塗布する。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。
【００４６】
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、３層構造の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。
【００４７】
次に、３層構造の高分子基材の両面に温風を吹き付けて、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、前記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。温風の温度は１００〜３００℃程度が好ましく、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、有機金属化合物を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。
【００４８】
以上、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（Ｃｈｅｍｉｃａｌ・Ｖａｐｏｒ・Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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、上述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。
【００４９】
このように貫通孔３の内面に金属膜４を形成しておくと、図５に示した実装構造体を用いた実装方法における実装部品溶着工程１１において、貫通孔３の内面に金属膜４が形成されていない場合に比べると、極めて滑らかに溶融半田が貫通孔３内に流れ込むため、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。
【００５０】
さらにまた、図１に示したように、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り、さらに信頼性の高い実装を実現することができる。フラックス剤層を形成した実装構造体の模式的断面図を図３に示す。なお、図３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３に示すように、融着基材２ａ、２ｂの表面および貫通孔３の内面にフラックス剤層５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、融着基材２ａ、２ｂ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。
【００５１】
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。通常、電子部品に用いられるフラックス剤には塩化物を用いていない。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。
【００５２】
図３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、図２に示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、３層構造を有する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３を形成した後、浴槽に入れたフラックス剤に前記貫通孔３を形成した３層構造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図り、３層構造を有する高分子基材の両面に均一に塗布しフラックス剤層５を形成する。実装時には、保護フィルムは剥離して使用する。
【００５３】
このようにしてフラックス剤層５が形成された実装構造体は、図５に示す本発明の実装構造体を用いた実装方法において、貫通孔３の端部や内面にフラックス剤が形成されているため、実装部品予熱工程９でフラックス剤が反応して高分子基材の表面を清浄化・活性化されることとなり、溶融半田が貫通孔３の端部に接触すると直ちに表面酸化被膜が破壊され、貫通孔３の端部と溶融半田との濡れ性が良くなっている。そのため、溶融半田が小さな接触抵抗で貫通孔３に挿入されるために、貫通孔３への溶融半田挿入時に端面でのひっかかりはほとんどなくなる。つまり、貫通孔３の端部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、より滑らかに貫通孔３に挿入することができる。このようにして、溶融半田は貫通孔３の内面と反応して内面を濡らしながら内部に挿入されていき、反対側のプリント回路基板の接合端子に到達してこれと確実に反応合金化する。
【００５４】
さらにまた、実装部品予熱工程９においてフラックス剤の反応により高分子基材の表面が清浄化・活性化されているために、図5に示す実装部品溶着工程１１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溶着基材２ａ、２ｂ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。
【００５５】
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５は、溶融半田と反応したり、あるいは過熱された融着基材２ａ、２ｂの表面で反応したりして消失したからである。
【００５６】
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。
【００５７】
次に、フラックス剤層を形成した貫通孔内面に金属膜を有する３層構造の実装構造体の模式的断面を図４に示す。図４では、図１〜図３と同様の作用を有する要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図４に示した実装構造体の製造方法に関しては、図３の実装構造体の製造方法において、図２に示す貫通孔内面に金属膜を形成した実装構造体を用いることを除き同一であるため、その説明を省略する。
【００５８】
このように、貫通孔内面に金属膜を有する実装構造体にフラックス剤層を設けた実装構造体を用いた実装方法においては、貫通孔３の端部や内面にフラックス剤が形成されているため、上述したように、貫通孔３の端部に溶融半田が接触すると直ちにその酸化被膜が破壊される。このようにして、金属面をあらわにした溶融半田は金属膜４と直ちに合金を形成し、貫通孔３の内面で速い速度で次々とその合金化を伝播させ、反対側のプリント回路基板の接合端子に到達してこれと合金化接合する。この合金化移動速度がＩＣパッケージの移動速度よりも早い場合は、ＩＣパッケージの接合端子、貫通孔３の内面に形成された金属膜４、およびプリント回路基板の接合端子が先に溶融半田で濡れてしまい、貫通孔３の内部に空洞が生じる場合がある。この空洞は、溶融半田の量や、ＩＣパッケージの移動速度あるいは接合温度を適切に選択することによって発生させないようにすることができる。
【００５９】
さらにまた、実装部品予熱工程９でフラックス剤が反応して高分子基材の表面を清浄化・活性化しているために図5に示す実装部品溶着工程１１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溶着基材２ａ、２ｂ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。
【００６０】
実装後の実装完成体の構造は、図８に示すように、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５は、溶融半田と反応したり、あるいは過熱された融着基材２ａ、２ｂの表面で反応したりして消失したからである。金属膜５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。
【００６１】
本発明の貫通孔内面に金属膜を有していない３層構造の実装構造体に様々な直径の円形貫通孔を開けたものを使用して実装実験を行ったときの、貫通孔径と実装構造体の厚みの比と実装結果との関係を表１に示す。表中の○は良好な実装結果が得られた場合を、×は何らかの実装不良が発生した場合を示している。表１に示す結果は、フラックス剤層を有しているか否かに関わらずほぼ同様の結果が得られている。
【００６２】
【表１】
0003767805.tif 000002
【００６３】
また、本発明の貫通孔内面に金属膜を有する３層構造の実装構造体に様々な直径の円形貫通孔を開けたものを使用して実装実験を行ったときの、貫通孔径と実装構造体の厚みの比と実装結果との関係を表２に示す。表中の○は良好な実装結果が得られた場合を、×は何らかの実装不良が発生した場合を示している。表２に示す結果も、フラックス剤層を有しているか否かに関わらずほぼ同様の結果が得られている。
【００６４】
【表２】
0003767805.tif 000003
【００６５】
表１および表２から分かるように、貫通孔内面に金属膜を有しない３層構造実装構造体は、貫通孔直径と３層実装構造体の厚みとの比が、０．５〜１．０の範囲内であれば良好な接合が可能であり、貫通孔内面に金属膜を有する３層構造実装構造体は、貫通孔直径と前記３層実装構造体の厚みとの比が、０．５〜１．５の範囲内であれば良好な接合が可能であることが分かる。このことは、貫通孔直径と実装構造体の厚みに関しては、貫通孔内面に金属膜を有する３層構造実装構造体の方が、貫通孔内面に金属膜を有しない３層構造実装構造体よりも冗長度の高い設計が可能であることを示している。
【００６６】
もちろん、上記に示した貫通孔直径と実装構造体の厚みが実装良否に及ぼす影響は、実装温度や時間、あるいは球形半田の大きさなど様々な実装条件によって若干異なる結果が得られることは言うまでもない。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の３層構造を有する実装構造体は、これを構成する高分子基材を高耐熱性高分子材料からなる主基材とそれを被覆する熱硬化性または熱可塑性高分子材料からなる融着基材によって形成された３層構造とすることによって、ＩＣ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低温で容易に融着させることができると同時に、接合後の端子間を外部の湿度などから完全に隔離することが可能となり、高い環境信頼性の接合を実現できるという効果を有する。
【００６８】
さらにまた、上記のような構造とすることによって、接合部材と被接合部材との密着を、半田接合部の接合ばかりでなく、接合部材や被接合部材と本発明の３層構造を有する実装構造体の界面での密着で行うことができ、より機械的密着強度に優れた実装を可能とすることができるという効果を有する。
【００６９】
また、本発明の３層構造を有する実装構造体の貫通孔内面に金属膜を形成したり、実装構造体の表面にフラックス剤層を形成したりすることによって、より不良の少ない安定した実装が可能となり、安価で生産性に優れた実装方法を実現できるという効果を有する。
【００７０】
さらに、本発明の３層構造を有する実装構造体は、これに形成された貫通孔の直径と実装構造体の厚みとの比が０．５〜１．５という広い範囲内で安定した実装が可能となり、その結果この実装構造体の設計自由度が向上するという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の３層構造を有する実装構造体の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図２】貫通孔の内面に金属膜を有する３層構造の実装構造体の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図３】フラックス剤層を形成した３層構造を有する実装構造体の一実施形態を示した模式的断面図である。
【図４】フラックス剤層を形成した貫通孔の内面に金属膜を有する３層構造の実装構造体の一実施形態を示した模式的断面図である。
【図５】本発明の３層構造を有する実装構造体を用いた実装方法を説明する工程流れ図である。
【図６】貫通孔を有する３層構造の実装構造体を用いた実装完成体の構造を示す模式的断面図である。
【図７】貫通孔を有する３層構造の実装構造体を用いた実装完成体の構造を示す模式的断面図である。
【図８】貫通孔内面に金属被膜を有する３層構造の実装構造体を用いた実装完成体の構造を示す模式的断面図である。
【図９】従来のＢＧＡパッケージの実装形態の１例を示した模式的断面図である。
【符号の説明】
１  主基材
２ａ、２ｂ  融着基材
３  貫通孔
４  金属膜
５  フラックス剤層
６  実装部品供給工程
７  実装部品位置出し工程
８  被実装部材と実装構造体との合わせ工程
９  実装部品予熱工程
１０  実装部品加熱工程
１１  実装部品溶着工程
１２  実装部品冷却工程
１３  実装部品取り出し工程
１４  ＩＣパッケージ
１５  ＩＣパッケージの接合端子
１６  球形半田
１７  プリント回路基板の接合端子
１８  プリント回路基板
１９  半田
【図１】
0003767805.tif 000004
【図２】
0003767805.tif 000005
【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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