特開2015-173155(P2015-173155A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-173155(P2015-173155A)
(43)【公開日】2015年10月1日
(54)【発明の名称】金属ポストの搭載方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 25/10 20060101AFI20150904BHJP
   H01L 25/11 20060101ALI20150904BHJP
   H01L 25/18 20060101ALI20150904BHJP
   H01L 23/12 20060101ALI20150904BHJP
【FI】
   H01L25/14 Z
   H01L23/12 501B
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2014-47792(P2014-47792)
(22)【出願日】2014年3月11日
(71)【出願人】
【識別番号】000000158
【氏名又は名称】イビデン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100095795
【弁理士】
【氏名又は名称】田下 明人
(72)【発明者】
【氏名】足立 武馬
(72)【発明者】
【氏名】後藤 寛志
(57)【要約】
【課題】 回路基板に高い歩留まりで金属ポストを形成するための製造方法の提供
【解決手段】 金属ポストを搭載する方法は、最外の層間樹脂絶縁層上に金属ポストを搭載するためのパッドを形成することと、パッドを露出するための開口を有するソルダーレジスト層を最外の層間樹脂絶縁層上に形成することと、ソルダーレジスト層上にパッドの位置と対応する位置に貫通孔を有する金属ポスト搭載用のマスクを配置することと、貫通孔を介してパッド上に金属ポストを置くことと、金属ポストをパッド上に固定すること、とを有する。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
最外の層間樹脂絶縁層上に金属ポストを搭載するためのパッドを形成することと、
前記パッドを露出するための開口を有するソルダーレジスト層を前記最外の層間樹脂絶縁層上に形成することと、
前記ソルダーレジスト層上に前記パッドの位置と対応する位置に貫通孔を有する金属ポスト搭載用のマスクを配置することと、
前記貫通孔を介して前記パッド上に前記金属ポストを置くことと、
前記金属ポストを前記パッド上に固定すること、とを有する金属ポストの搭載方法。
【請求項2】
請求項1の金属ポストの搭載方法であって、さらに、低融点金属を前記パッド上に形成することと、第1のリフローで前記低融点金属から半田を形成することを含み、前記金属ポストを置くことは、前記半田上に前記金属ポストを置くことを含み、前記固定することは、第2のリフローにより前記半田で前記金属ポストを前記パッドに固定することを含み、前記固定することは、前記金属ポストを置くことより後に行われる。
【請求項3】
請求項2の金属ポストの搭載方法であって、さらに、前記半田上にフラックスを形成することを含み、前記フラックスを形成することは、前記半田を形成することと前記金属ポストを置くことの間に行われる。
【請求項4】
請求項2の金属ポストの搭載方法であって、前記低融点金属は、低融点金属を含むペーストを印刷すること、または、めっきにより形成される。
【請求項5】
請求項1の金属ポストの搭載方法であって、さらに、金属ポストの下面に半田を形成することを含み、前記金属ポストを置くことは、前記金属ポストの前記下面上の前記半田が前記パッドと対向するように前記パッド上に前記金属ポストを置くことを含み、前記固定することは、リフローにより前記金属ポストの前記下面上の前記半田で前記金属ポストを前記パッドに固定することを含む。
【請求項6】
請求項5の金属ポストの搭載方法であって、さらに、前記パッド上にフラックスを形成することを含み、前記金属ポストを置くことは、前記フラックスを形成することより後に行われ、前記置くことは、前記金属ポストを前記フラックス上に置くことを含む。
【請求項7】
請求項1の金属ポストの搭載方法であって、さらに、前記金属ポスト上に低融点金属で形成されている金属膜を形成することを含む。
【請求項8】
請求項7の金属ポストの搭載方法であって、さらに、前記パッド上にフラックスを形成することを含む。
【請求項9】
請求項7の金属ポストの搭載方法であって、前記金属ポストは前記金属膜で覆われていて、前記金属ポストは前記パッドに前記低融点金属のみで固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板に金属ポストを搭載する製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1は、図17から図22で回路基板上に金属ピンを形成する方法を開示している。特許文献1の図17によれば、金属プレートと金属プレートに形成されている穴を有する治具が準備される。特許文献1の図18によれば、金属ピンが治具の穴に形成されている。そして、特許文献1の図19図20によれば、金属ピンを有する治具が回路基板上に積層され、リフロープロセスが行われている。また、特許文献1の図21図22によれば、回路基板から金属プレートが分離されている。その結果、金属ピンが回路基板上に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】US2012/0015481A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1は、治具を用いることで、回路基板上に金属ピンを形成している。特許文献1の図18によれば、金属ピンは治具に固定されている。従って、特許文献1では、金属ピンの太さと治具の穴の径は略同一と考えられる。そのため、治具の穴に金属ピンを高歩留りで形成することは難しいと推察される。
【0005】
本発明の目的は、高歩留りで金属ポストを回路基板に形成することである。別の目的は、高い信頼性を有するPOPパッケージを提供するための金属ポストを有するプリント配線板を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る金属ポストの搭載方法は、最外の層間樹脂絶縁層上に金属ポストを搭載するためのパッドを形成することと、前記パッドを露出するための開口を有するソルダーレジスト層を前記最外の層間樹脂絶縁層上に形成することと、前記ソルダーレジスト層上に前記パッドの位置と対応する位置に貫通孔を有する金属ポスト搭載用のマスクを配置することと、前記貫通孔を介して前記パッド上に前記金属ポストを置くことと、前記金属ポストを前記パッド上に固定すること、とを有する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1図1(A)は本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造方法を示し、図1(B)は金属ポストの断面を示し、図1(C)は実装面の平面図を示す。
図2図2(A)、2(B)はマスクの貫通孔の断面図であり、図2(C)はマスクの製造方法を示す図であり、図2(D)、図2(E)、図2(F)、図2(G)は金属ポストの断面図である。
図3】第1実施形態のプリント配線板の製造工程図。
図4】第1実施形態のプリント配線板の製造工程図。
図5】第1実施形態のプリント配線板の製造工程図と第1実施形態の第2改変例の製造工程図。
図6】第1実施形態に係るプリント配線板の応用例の断面図。
図7】第1実施形態の第1改変例に係るプリント配線板の製造工程図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係る金属ポストの搭載方法が以下に示されている。図1(A)に示される回路基板(第1基板)101が準備される。第1基板101は、最外の層間樹脂絶縁層50Fと最外の層間樹脂絶縁層50F上に形成されている金属ポスト搭載用のパッド(第2パッド)75Pと最外の層間樹脂絶縁層50F上に形成されているソルダーレジスト層(上側のソルダーレジスト層)70Fを有する。ソルダーレジスト層70Fは、第2パッド75Pを露出する開口71Pを有する。
明細書内で回路基板は下基板とも称される。
【0009】
第1実施形態の第1基板(下基板)101は、コア基板を有するプリント配線板であってもコアレス基板であっても良い。コア基板を有するプリント配線板やその製造方法は、例えば、JP2007227512Aに示されている。コアレス基板やその製造方法は、例えば、JP2005236244Aに示されている。コアレス基板は、交互に積層されている層間樹脂絶縁層と導体層を有し、全ての層間樹脂絶縁層の厚みが例えば60μm以下である。
第2基板110は、コア基板を有するプリント配線板やコアレス基板である。
【0010】
第1実施形態では、図3(A)に示されるように、第2パッド75P上に半田16が形成されている。第2パッド上に印刷法やボール搭載法やめっき法により低融点金属が形成され、その後、リフロー(第1のリフロー)により低融点金属から半田(半田バンプ)16が形成される。半田バンプなどの接合部材16は、SnやSn/CuやSn/Ag/Cuで形成されている。
【0011】
半田バンプ上にフラックス18が形成される。フラックスは図3(B)に示されるように各半田バンプ上にインクジェット法で形成される。もしくは、フラックスは図3(C)に示されるように半田バンプと上側のソルダーレジスト層上に塗布法で形成される。図3(B)では、各半田バンプ上に個々にフラックスが形成されている。図3(B)に示されている基板は第1例の中間基板1001であり、図3(C)に示されている基板は第2例の中間基板1002である。
【0012】
図1(A)に示される金属ポスト搭載用のマスク80が準備される。図1(A)に示されるマスクは第1例である。マスク80は第1面FFと第1面と反対側の第2面SSを有するマスク部材80Mとマスク部材を貫通する貫通孔82で形成されている。マスクの貫通孔82は、第1面FFに第1開口82Uを有し、第2面に第2開口82Bを有する。第1開口82Uの径は第2開口82Bの径より大きい。そして、マスクの貫通孔82の側壁は第1面FFから第2面SSに向かって曲がっている。貫通孔82の側壁は、図1(A)に示されるように凸状に曲がっている。貫通孔82の側壁の勾配は第1面から第2面に向かって大きくなっている。図2(A)にマスクの第2例が示されている。第2例では、側壁の途中から勾配が90度である。図2(B)にマスクの第3例が示されている。第3例では、貫通孔82の側壁は凹状に曲がっている。
鋳型を用いる方法でマスクを製造することができる。図2(C)に鋳型82ZZの形状の例を示す。鋳型は貫通孔82の形状に対応する型82Zを有している。型82Zの位置はマスク80の貫通孔82の位置と一致している。鋳型にマスク部材の材料が入れられる。そして、マスク部材と鋳型が分離される。この例では、第1例のマスクが製造される。様々な貫通孔の形状を有するマスクが形成される。マスク部材の材料は樹脂や金属などである。
【0013】
図1(B)に示される金属ポスト77が準備される。図1(B)の金属ポストは第1例の金属ポストである。金属ポストの形状は円柱である。直円柱が好ましい。金属ポストは底面BFと底面と反対側の上面UFと側面WFを有する。図1(B)に示されるように、金属ポストは長さaと径bを有する。長さaは下面から上面までの距離であり、径bは下面の直径である。金属ポストの下面BFが第2パッドに置かれると下面BFが第2パッドと対向する。
金属ポストは所望の径を有する金属線を切断することで製造される。金属線の径は、0.07mmΦから0.2mmΦである。
金属ポストの長さaは0.07mmから0.2mmである。
【0014】
図2(D)に第2例の金属ポストが示されている。図2(D)では、金属ポストの表面に低融点金属で形成されている金属膜178が形成されている。金属膜の例はSnやSn/Ag/CuやSn/Cuである。金属ポストは金属膜178で覆われている。金属膜178の厚みは、3μm〜10μmである。
【0015】
図2(E)に第3例の金属ポストが示されている。第3例では、金属膜178は保護膜179を介して金属ポスト上に形成されている。保護膜はAuやPdやAg等であり、金属ポストの腐食が抑制される。また、金属ポスト上の低融点金属の濡れが改善される。保護膜179は金属ポストを覆っていて、金属膜178は保護膜179を覆っている。
【0016】
図2(F)に第4例の金属ポストが示されている。第4例では、金属ポスト上に保護膜179が形成されている。保護膜はAuやPdやAg等であり、金属ポストの腐食が抑制される。また、接合部材と金属ポスト間の接合強度が改善される。
【0017】
図2(G)に第5例の金属ポストが示されている。第5例の金属ポストは、金属ポストの下面BFに低融点金属で形成されている半田(半田バンプ)16Bを有する。下基板に半田バンプを形成する工程を省くことができる。
【0018】
金属ポストのアスペクト比(長さa/径b)は1より大きいことが好ましい。金属ポストで上基板110と下基板101間の応力が緩和される。上基板110は図6に示される。接続信頼性が高くなる。アスペクト比(a/b)は、1.5〜3であることが好ましい。上基板110と下基板101間の応力が緩和される。また、金属ポストが疲労で劣化しない。
【0019】
金属ポストが下基板101と別に作られる。例えば、金属ポストは金属箔や金属線から形成される。そのため、金属ポストの太さ(径)bや長さaのバラツキは小さい。従って、金属ポストを介して下基板101に上基板110を搭載する歩留りが高い。実装しやすい下基板101を提供することができる。金属ポストの太さや長さのバラツキが大きいと、特定の金属ポストに応力が集中しやすいので、接続信頼性が低い。しかしながら、実施形態では、金属ポストの太さや長さのバラツキが小さいので、上基板と下基板との間の接続信頼性が高い。
【0020】
図4(A)に示されるように、中間基板1002上にマスクが配置される。中間基板のアライメントマーク78とマスクのアライメントマーク88を用いて、中間基板1002とマスク80は位置合わせされている。各第2パッド75P上にマスクの各貫通孔82が位置している。図4(A)に示されるように、中間基板とマスク間にスペーサー89が形成されている。スペーサーにより、中間基板とマスク間の距離が一定に保たれる。図4(A)では、中間基板の例として、第2例の中間基板1002が示されている。中間基板は第1例の中間基板1001でもよい。
【0021】
図4(B)に示されるように、図1(B)に示される金属ポスト77がマスク上に多数置かれる。
【0022】
図4(C)に示されるように、マスクに超音波などで振動が与えられる。マスク上の金属ポストがマスク上を移動する。金属ポストの下面BFが貫通孔上に移動すると、金属ポスト77がマスクの側壁に沿って貫通孔内に入る。
【0023】
さらに、金属ポストは貫通孔の側壁に沿って貫通孔内を落下する。この時、マスクの側壁の勾配が第1面FFから第2面SSに向かって大きくなっているので、金属ポストは上を向く。つまり、金属ポストの下面BFが第2パッドと対向するように、金属ポストは上を向く。
【0024】
そして、図5(A)に示されるように、金属ポスト77は第2パッド上に着地する。第2パッド上のフラックスは必須でないが、第1実施形態では、第2パッド上にフラックスが形成されている。フラックスは粘着性を有するので、フラックスにより、金属ポストは傾き難い。金属ポスト77は、第2パッド上に上向きで置かれる。金属ポストは第2パッド上に上向きで立っている。第2パッドと金属ポストの下面が対向すると、金属ポストは第2パッド上で上を向いている。それに対し、第2パッドと金属ポストの側面が対向すると、金属ポストは第2パッド上で横を向いている。
フラックスなしで半田バンプ16上に直接金属ポストを置くことが出来る。
【0025】
図5(A)に示されている状態でリフローが行われる。半田バンプにより、金属ポスト77は第2パッドに固定される。図5(A)に示されるように、第2パッドとマスクの下面間の距離は金属ポストの長さより短い。そのため、リフロー処理時、マスクの貫通孔により、金属ポストの姿勢は保たれる。従って、金属ポストは上向きで第2パッド上に固定される。
【0026】
図5(B)に示されているように、マスクとスペーサーが除去される。フラックスが洗浄で除去される。図5(B)に示される第1実施形態のプリント配線板10が完成する。
実施形態の方法によれば、第2パッドに上向きの金属ポストを固定することができる。そのため、上基板を搭載しやすいプリント配線板10を提供することができる。
【0027】
図5(B)は、第1基板101と第1基板上の金属ポスト77を示している。図5(B)に示される第1基板(下基板)101は、第2パッド以外に、ICチップ等の電子部品90を実装するためのパッド(第1パッド)75Iを有する。図1(C)にパッド75I、75Pや上側のソルダーレジスト層70Fが示されている。図1(C)は実装面を示している。図1(C)では、上側のソルダーレジスト層70Fとソルダーレジスト層70Fの開口から露出している第1パッド75Iと第2パッド75Pが示されている。
【0028】
複数のパッド75Iでパッド群C4(図1(C)参照)が形成されている。パッド群C4は、第1基板101の略中央に形成されている。第2パッド75Pは、パッド群C4の周りの外周領域P4(図1(C)参照)に形成されている。隣接する第2パッド間のピッチp1は0.3mm以下である。隣接するパッドの重心間の距離がピッチである。もしくは、隣接するパッドの中心間の距離がピッチである。
ピッチp1が0.3mm以下でも、金属ポスト77により、下基板101と上基板110との間の距離が確保される。また、隣接するパッド間で絶縁が確保される。
【0029】
図6に実施形態のプリント配線板の応用例111が示されている。応用例111は、POP(Package on Package)基板であり、第1基板(下基板)101上に金属ポストを介して第2基板(上基板)110が積層されている。第2基板と金属ポストは第2基板のパッド113と金属ポスト77間の接合部材112で接合されている。
金属ポスト77により、第1基板101と第2基板110との間の距離が確保される。また、金属ポスト77により、第1基板101と第2基板110が電気的に接続される。
下基板101と上基板110は、高い剛性を有する金属ポスト77と金属ポスト77を挟む接合部材16、112で接続される。接合部材の剛性は金属ポストの剛性より低い。上基板と下基板間の熱応力が接合部材で緩和される。金属ポストで上基板とプリント配線板を有する電子機器の強度が保たれる。
【0030】
応用例の製造方法が以下に示される。
半田バンプ76Fを介してICチップ90の電極92がプリント配線板10の半田バンプ76Fに接続される。ICチップ90がプリント配線板10に実装される。半田バンプ76Fは第1パッド75I上に形成されていて、金属ポスト搭載前に形成される。
【0031】
その後、プリント配線板10の実装面上にモールド樹脂180が形成される。図6に示されているように、モールド樹脂で金属ポスト77や電子部品90はモールドされる。金属ポスト77はモールド樹脂180内に埋まっている。図6に示されているように、金属ポスト77の上面UF及び上面に繋がっている側壁を露出する開口181がモールド樹脂180に形成される。金属ポストの側面は部分的に露出される。開口181はレーザで形成される。上基板110が半田などの接合部材112を介して金属ポスト77に接合される。POP基板が完成する。
【0032】
[第1実施形態の第1改変例]
図7(A)に示される第1基板1003が準備される。
図7(A)に示される第1基板は、第1パッド上に半田バンプ76Fを有する。図7(A)の基板は第3例の中間基板1003である。
【0033】
第1実施形態と同様に、第3例の中間基板上にマスク80が配置される。その後、マスク80上に第2例の金属ポスト(図2(D)参照)が多数置かれる(図7(B))。第1実施形態と同様に、マスクに振動が与えられる。図7(C)に示されるように、第2パッド上に第2例の金属ポストが置かれる。第1実施形態では、半田バンプ上に金属ポストが置かれる。半田バンプの表面形状は曲面なので、半田バンプ上に置かれる金属ポストは傾くことがある。それに対し、第1実施形態の第1改変例では、中間基板が第2パッド上に半田バンプを有していないので、第1実施形態の第1改変例では、平坦な第2パッド上に金属ポストが置かれる。そのため、金属ポストは直立しやすい。そして、第2パッド上の金属ポストは、その後、その姿勢を維持しやすい。
第1実施形態と同様に、リフローやマスク除去などが行われる。第1実施形態の第1改変例では、金属ポスト上に形成されている金属膜178で金属ポストと第2パッドは接合される。金属ポスト上の金属膜から接合部材16が形成される。
図5(B)に示される第1実施形態のプリント配線板10が完成する。
【0034】
[第1実施形態の第2改変例]
第1実施形態の第2改変例では、第1実施形態の第1改変例にフラックス形成工程とフラックス洗浄工程が追加されている。
第3例の中間基板の第2パッド上にインクジェットでフラックス18が形成される(図5(C))。図5(C)の基板は第4例の中間基板1004である。
第4例の中間基板の第2パッド上に第1実施形態の第1改変例と同様な方法で金属ポストが接合される。その後、フラックスが洗浄で除去される。
【0035】
[第1実施形態の第3改変例]
第5例の金属ポスト(図2(G)参照)が準備される。
第3例、または、第4例の中間基板が準備される。
第3改変例の製造方法は第1実施形態、または、第1改変例、または、第2改変例と同様である。中間基板上にマスクが配置される。その後、第2パッド上に第5例の金属ポスト(図2(G)参照)が置かれる。それから、第2パッド上に金属ポストが固定される。第1実施形態の第3改変例では、金属ポスト上に形成されている半田バンプ16Bで金属ポストと第2パッドは接合される。そして、図5(B)に示される第1実施形態のプリント配線板10が製造される。第1実施形態の第3改変例では、第1基板に行われるリフローが少ない。そのため、第1基板の反りが小さい。
第1実施形態と第1実施形態の各改変例で、金属ポストと第2パッド間の低融点金属の融点は第1パッド上の低融点金属の融点より高いことが好ましい。第1基板に電子部品が実装される時、第2パッド上の低融点金属が溶けない。
また、第2パッド上にフラックスを形成することで、第2パッドや接合部材16の酸化が防止される。第2パッドと金属ポスト間の接合強度が高くなる。
【符号の説明】
【0036】
10 プリント配線板
16 接合部材
70F ソルダーレジスト層
75I 第1パッド
75P 第2パッド
77 金属ポスト
80 マスク
82 貫通孔
90 電子部品
110 上基板
112 接合部材
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7