特開 2015-173155 金属ポストの搭載方法

(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と図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と図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】