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特開2015-173156プリント配線板の製造方法と金属ポストを搭載するためのマスク
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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2015-173156(P2015-173156A)
(43)【公開日】2015年10月1日
(54)【発明の名称】プリント配線板の製造方法と金属ポストを搭載するためのマスク
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/12 20060101AFI20150904BHJP
   H05K 3/34 20060101ALI20150904BHJP
   H05K 1/14 20060101ALI20150904BHJP
   H01L 25/10 20060101ALI20150904BHJP
   H01L 25/11 20060101ALI20150904BHJP
   H01L 25/18 20060101ALI20150904BHJP
【FI】
   H01L23/12 K
   H05K3/34 501Z
   H05K1/14 H
   H01L25/14 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2014-47793(P2014-47793)
(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】野田 宏太
(72)【発明者】
【氏名】足立 武馬
(72)【発明者】
【氏名】海田 雄三
(72)【発明者】
【氏名】木邨 麻理子
【テーマコード(参考)】
5E319
5E344
【Fターム(参考)】
5E319AA03
5E319AA07
5E319AC16
5E319BB01
5E319BB04
5E319BB20
5E319CC33
5E319CC70
5E319CD04
5E319CD26
5E319GG15
5E344AA01
5E344AA02
5E344AA22
5E344BB10
5E344CD13
5E344DD03
5E344DD07
5E344EE21
(57)【要約】      (修正有)
【課題】高い歩留まりで下基板に金属ポストを形成するためのプリント配線板の製造方法と金属ポストを搭載するためのマスクを提供する。
【解決手段】下基板101に金属ポスト77を形成するためのマスク80は第1面FFと第2面SSを有すると共に、貫通孔82を有する。そして、貫通孔82は第1面FFから第2面SSに向かって曲がっている。これにより金属ポスト77が貫通孔82に入りやすくなり、貫通孔82の側面に沿って、落下することにより、パッド710P上に金属ポスト77を搭載する歩留りを向上させることができる。
【選択図】図6
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属ポストを搭載するためのパッドを有する回路基板を準備することと、
前記パッドの位置に対応している貫通孔を有するマスクを準備することと、
前記パッドの位置と前記貫通孔の位置が合うように、前記回路基板上に前記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に固定することと、を有するプリント配線板の製造方法であって、
前記マスクは第1面と前記第1面と反対側の第2面を有し、前記マスクの前記第2面が前記回路基板と対向し、前記貫通孔は前記第1面に第1開口を有し、前記貫通孔は前記第2面に第2開口を有し、前記第1開口の径は前記第2開口の径より大きい。
【請求項2】
請求項1のプリント配線板の製造方法であって、前記貫通孔の側壁は、前記第1面から前記第2面に向かって曲がっている。
【請求項3】
請求項2のプリント配線板の製造方法であって、前記側壁は前記第2面まで曲がっている。
【請求項4】
請求項2のプリント配線板の製造方法であって、前記側壁は前記第1面から前記第2面に向かって曲がっている曲線と前記第2面から前記第1面に向かっている直線で形成されていて、前記直線は前記第1面に対して垂直である。
【請求項5】
請求項2のプリント配線板の製造方法であって、前記貫通孔の側壁は、凸状に曲がっている。
【請求項6】
請求項2のプリント配線板の製造方法であって、前記貫通孔の側壁は、凹状に曲がっている。
【請求項7】
請求項1のプリント配線板の製造方法であって、前記金属ポストの形状は、円柱である。
【請求項8】
請求項1のプリント配線板の製造方法であって、前記金属ポストを置くことは、さらに前記マスクに振動を与えることを含む。
【請求項9】
請求項1のプリント配線板の製造方法であって、前記固定することは、接合部材で前記金属ポストと前記パッドを接合することを含む。
【請求項10】
第1面と前記第1面と反対側の第2面を有するマスク用部材と前記マスク用部材を貫通する貫通孔とを有する金属ポストを搭載するためのマスクであって、
前記貫通孔は前記第1面に第1開口を有すると共に前記第2面に第2開口を有し、前記第1開口の径は前記第2開口の径より大きく、前記金属ポストは前記第1面側から前記貫通孔内に入る。
【請求項11】
請求項10のマスクであって、前記貫通孔の側壁は、前記第1面から前記第2面に向かって曲がっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属ポストを有するプリント配線板の製造方法と金属ポストを搭載するためのマスクに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1は、図17から図22に金属ピンを回路基板上に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の製造方法を提供することである。別の目的は、高歩留りで金属ポストを下基板に形成することである。その他の目的は、高歩留りで金属ポストを下基板に形成するためのマスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係るプリント配線板の製造方法は、金属ポストを搭載するためのパッドを有する回路基板を準備することと、前記パッドの位置に対応している貫通孔を有するマスクを準備することと、前記パッドの位置と前記貫通孔の位置が合うように、前記回路基板上に前記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に固定することと、を有する。そして、前記マスクは第1面と前記第1面と反対側の第2面を有し、前記マスクの前記第2面が前記回路基板と対向し、前記貫通孔は前記第1面に第1開口を有し、前記貫通孔は前記第2面に第2開口を有し、前記第1開口の径は前記第2開口の径より大きい。
【0007】
本発明に係る金属ポストを搭載するためのマスクは、第1面と前記第1面と反対側の第2面を有するマスク用部材と前記マスク用部材を貫通する貫通孔とを有する。そして、前記貫通孔は前記第1面に第1開口を有すると共に前記第2面に第2開口を有し、前記第1開口の径は前記第2開口の径より大きく、前記金属ポストは前記第1面側から前記貫通孔内に入る。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の断面図。
図2】第1実施形態のプリント配線板の応用例を示す図。
図3】第1実施形態のプリント配線板の製造工程図。
図4図4(A)は実装面の平面図である。図4(B)は金属ポストを有する実装面を示す。
図5】第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図。
図6図6(A)は、第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図であり、図6(B)はマスクの貫通孔の断面図であり、図6(C)はマスクの貫通孔の平面図である。
図7】第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図。
図8】第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程図と改変例に係るプリント配線板の製造工程図。
図9】第1実施形態に係るプリント配線板の応用例の製造工程図。
図10】第1例のマスクの製造工程図。
図11図11(A)はマスクの平面図であり、図11(B)はシード層の平面図であり、図11(C)はめっきレジストの平面図である。
図12】第2例のマスクの製造工程図。
図13】第1実施形態の改変例に係るマスクの貫通孔の形状を示す断面図及び平面図。
図14】第1実施形態の改変例に係るマスクの貫通孔の形状を示す断面図及び平面図。
図15】第1実施形態の第2改変例に係る製造工程図。
図16】マスクの貫通孔と鋳型の断面図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係るプリント配線板10が図1に示され、その応用例が図2に示されている。
プリント配線板10は、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)710Iと、上基板110を搭載するためのパッド(第2パッド)710Pを有する。上基板110にメモリなどの電子部品900が実装される。複数のパッド710Iでパッド群C4(図4(A)参照)が形成されている。パッド群C4は、プリント配線板10の略中央に形成されている。第2パッド710Pは、パッド群C4の周りの外周領域P4(図4(A)参照)に形成されている。第2パッド上に金属ポスト77が形成されている。金属ポストで上基板と下基板101が接続される。下基板101は図3に示される。図1に示されているように、金属ポスト77は下面BFと下面と反対側の上面UFを有する。金属ポストの下面はプリント配線板と対向している。
【0010】
図1に示されるように金属ポストの長さh1は、金属ポスト77の上面UFから下面BFまでの距離である。金属ポスト77の形状として、円柱が好ましい。図1に示されている金属ポストの形状は直円柱である。金属ポスト77は、下基板101と上基板110を電気的に接続する。
【0011】
図4(A)は実装面を示している。図4(A)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710Iと第2パッド710Pが示されている。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。
【0012】
ピッチp1が0.3mm以下でも、金属ポスト77により、第1実施形態の下基板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。
【0013】
第1実施形態のプリント配線板や下基板や上基板は、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。
【0014】
図1に示されるように、第1実施形態のプリント配線板10は、コア基板30を有する。コア基板30は第1面Fとその第1面と反対側の第2面Sとを有する絶縁基板20zと絶縁基板の第1面F上に形成されている第1導体層34Fと絶縁基板の第2面上に形成されている第2導体層34Sを有する。コア基板はさらに、絶縁基板20zに形成されているスルーホール導体用の貫通孔28をめっき膜で充填しているスルーホール導体36を有する。スルーホール導体36は、第1導体層34Fと第2導体層34Sを接続している。コア基板の第1面と絶縁基板の第1面は同じ面であり、コア基板の第2面と絶縁基板の第2面は同じ面である。
【0015】
コア基板30の第1面F上に層間樹脂絶縁層(最上の層間樹脂絶縁層)50Fが形成されている。層間樹脂絶縁層50F上に導体層(最上の導体層)58Fが形成されている。導体層58Fと第1導体層34Fやスルーホール導体は、層間樹脂絶縁層50Fを貫通するビア導体(最上のビア導体)60Fで接続されている。層間樹脂絶縁層50Fと導体層58Fとビア導体60Fで上側のビルドアップ層55Fが形成されている。第1実施形態では、上側のビルドアップ層は1層である。最上の導体層はパッド710I、710Pを有している。パッド710I、710Pは、最上の導体層に含まれる導体回路の上面や最上のビア導体の上面である。
【0016】
コア基板30の第2面Sに層間樹脂絶縁層(最下の層間樹脂絶縁層)50Sが形成されている。層間樹脂絶縁層50S上に導体層(最下の導体層)58Sが形成されている。導体層58Sと第2導体層34Sやスルーホール導体は、層間樹脂絶縁層50Sを貫通するビア導体(最下のビア導体)60Sで接続されている。層間樹脂絶縁層50Sと導体層58Sとビア導体60Sで下側のビルドアップ層55Sが形成されている。第1実施形態では、下側のビルドアップ層は1層である。最下の導体層はマザーボードと接続するためのBGAパッド71SPを有している。パッド71SPは、最下の導体層に含まれる導体回路の上面や最下のビア導体の上面である。
【0017】
上側のビルドアップ層上に上側のソルダーレジスト層70Fが形成され、下側のビルドアップ層上に下側のソルダーレジスト層70Sが形成されている。ソルダーレジスト層70Fは、第1パッド710Iを露出するための開口(第1開口)71Iと、第2パッド710Pを露出するための開口(第2開口)71Pを有する。ソルダーレジスト層70Sは、BGAパッド71SPを露出する開口71Sを有する。第1パッド710IやBGAパッド71SP上に保護膜72が形成される。第2パッド710P上に保護膜72が形成されても良い。保護膜は、Ni/AuやNi/Pd/Au、Pd/Au、OSPである。Pd/Auが落下衝撃に強い。
第1パッド710IやBGAパッド71SP上に電子部品やマザーボードと接続するための半田バンプやSn膜などの接続部材76F、76Sが形成される。
接続部材76F、76Sは保護膜72上に形成される。接続部材はパッド上に直接形成されても良い。保護膜がOSPの場合、OSP除去後、接続部材はパッド上に直接形成される。接続部材は無くてもよい。
【0018】
図3は、第1実施形態の下基板101の断面図である。図4(A)は、第1実施形態の下基板の実装面を示す。図4(A)のX1−X1間の下基板101の断面が図3に示される。パッド710P上に金属ポスト77が形成される。図4(B)に金属ポスト77の上面UFとソルダーレジスト層70Fの上面と、ソルダーレジスト層の開口及び金属ポストから露出するパッド710I、710Pが示される。図4(B)のX2−X2間のプリント配線板10の断面が図1に示される。
【0019】
第2パッド710Pの径d2は55μm〜210μmである。パッドの径はソルダーレジスト層から露出している部分の導体(導体回路やビア導体)の径である。金属ポスト77の径d1は、径d2より小さい。金属ポストの径d1とパッドの径d2の比(d1/d2)は、0.5から0.9であることが好ましい。パッド間のピッチを小さくすることができる。ピッチp1が0.3mm以下でも、下基板101と上基板との間の接続信頼性が高い。また、金属ポスト間の絶縁信頼性が高い。ピッチp1は、100μm〜300μmである。ピッチp1が100μmより小さいと、金属ポスト間の絶縁信頼性が低下しやすい。また、金属ポストが細くなるので、上基板と下基板間の接続信頼性が低下する。ピッチp1が300μmを越えると、プリント配線板10のサイズが大きくなる。そのため、金属ポストに働く応力が大きくなるので、上基板と下基板間の接続信頼性が低下する。
【0020】
ピッチp1が0.3mm以下の場合、金属ポスト77の高さh1は50μm〜150μmである。金属ポストの高さ(長さ)h1は上面UFから下面BFまでの距離である。接合部材16の厚みc1は、15μm〜30μmである。金属ポスト77の上面からパッドの上面までの高さ(金属ポストの高さ+接合部材の厚み)Hは、65μm〜180μmである。
【0021】
金属ポストのアスペクト比(高さh1/径d1)は1より大きいことが好ましい。金属ポストで上基板と下基板間の応力が緩和される。接続信頼性が高くなる。アスペクト比(h1/d1)は、1.5〜3であることが好ましい。上基板と下基板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。上基板と下基板間の接続信頼性が高くなる。
【0022】
第2パッド710P上に保護膜72を形成することができる。第2パッド上に保護膜が形成されると、接合部材16は保護膜上に形成される。接合部材を第2パッド上に直接形成することができる。保護膜72の例として、Ni/AuやNi/Pd/Au、Sn、OSPなどが挙げられる。保護膜72がOSPの場合、OSPが除去され、第2パッド上に保護膜を介することなく接合部材16が形成される。
【0023】
金属ポストは所定の径を有する金属線を所定長さで切断することで製造される。その他、金属ポストは金属箔を打ち抜くことで製造される。金属箔の厚みや金型を選定することで、所望の金属ポストが製造される。例えば、パッド上に接合部材が形成され、その接合部材上に金属ポストがマウンターで搭載される。そして、リフローで金属ポストがパッドに接合部材で固定される。金属ポストの表面にめっきやスパッタなどで半田やSnなどの低融点金属から成る金属膜が形成されてもよい。金属ポストの表面に金や錫などの保護膜が形成されても良い。低融点金属から成る金属膜は保護膜を介して金属ポスト上に形成されてもよい。低融点金属から成る金属膜で金属ポストが覆われると、金属ポスト上に形成されている低融点金属から成る金属膜で応力が緩和される。金属ポストの信頼性が向上する。金属ポストの表面は金属ポストの上面と下面と側面を含む。金属ポストの下面だけに低融点金属から成る金属膜や保護膜が形成されても良い。例えば、金属ポストがめっきレジストなどの樹脂に埋められ、金属ポストの下面が研磨などで露出される。そして、金属ポストの下面に低融点金属から成る金属膜や保護膜が形成される。このように、接合部材付金属ポストが形成される。接合部材付金属ポストが用いられる場合、リフローや超音波でパッド710Pに直接接合部材付金属ポストが接合されても良い。あるいは、パッド上に形成されている半田やSnなどの接合部材を介して接合部材付金属ポストがリフローや超音波でパッドに接合されても良い。
【0024】
金属ポストはプリント配線板と別に製造される。
金属線や金属箔は銅や銅合金で形成されていることが好ましい。金属ポストは銅や銅合金で形成されていることが好ましい。接合部材として、Sn/Ag半田やSn/Ag/Cu半田が好ましい。
【0025】
第1実施形態のプリント配線板は、パッド710P上に下基板と別に製造されている金属ポスト77を有する。金属ポストは接合部材16でパッド710Pに接合されている。
第1実施形態では、金属ポストが下基板10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、第1実施形態の金属ポストの太さや長さのバラツキは小さい。従って、金属ポストを介して下基板に上基板を搭載する歩留りが高い。実装しやすいプリント配線板10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、第1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。
【0026】
プリント配線板と別に形成される金属ポストの径d1はパッドの径d2より小さい。そのため、ピッチp1が小さくなっても、隣接する金属ポスト間のスペースの距離を大きくすることができる。第1実施形態では、ピッチp1を小さくすることができる。隣接する金属ポスト間のスペースの距離が大きいので、ピッチp1が0.3mm以下でも、金属ポスト間の絶縁信頼性が高い。ピッチp1が0.25mm以下になると、金属ポストが細くなる。接続信頼性を高くするため、金属ポストのアスペクト比(h1/d1)は1.5以上であることが好ましい。パッド710Pの数が多くなると、プリント配線板のサイズが大きくなる。しかしながら、金属ポストのアスペクト比(h1/d1)が2以上であると、上基板の物性と下基板の物性の違いに起因する応力が金属ポストで緩和される。h1/d1が3.5を越えると金属ポストがヒートサイクルで劣化する。物性の例は熱膨張係数やヤング率である。
【0027】
図2に示されるように、下基板と上基板は、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。接合部材は半田が好ましい。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下基板を有する電子機器の強度が保たれる。
第1実施形態では、金属ポストが金属箔や金属線から形成される。そして、リフローや超音波などで金属ポストがパッド上に搭載される。従って、製造方法が簡略化される。
【0028】
以下にプリント配線板へ金属ポスト77を接合する方法が示される。
図3に示される下基板101が準備される。図3に示されている下基板はパッド710Pを有し、そのパッド710Pに金属ポストが搭載される。図3に示されている下基板は、例えば、特開2012−069926号公報に示される方法で製造される。下基板のソルダーレジスト層70Fの開口71I、71Pにより露出されるパッド710I、710PにOSP(Organic Solderability Preservative)膜72が形成されている。ここで、OSP膜の代わりに、パッド上にニッケル−金膜、ニッケル−パラジウム−金膜などの保護膜が形成されてもよい。
【0029】
0.1mmΦの銅線を切断することで金属ポスト77が形成される(図6(B)参照)。金属ポスト77の径d1は0.1mmΦで、長さh1は0.12mmである。図3に示される下基板101の第1パッド710Iに第1半田76Fが形成され、第2パッド710Pに第2半田16が形成される(図5)。第2半田16の融点は第1半田76Fの融点より高い。第1半田と第2半田の融点の差は約20から約40度である。BGAパッド71SPに第3半田76Sが形成されている。第3半田の融点は、第1半田の融点より低い。第1半田76Fの融点と第3半田の融点の差は20度〜40度である。第3半田は無くても良い。
【0030】
貫通孔82を有するマスク80が準備される(図5)。マスク80の平面図が図11(A)に示され、図11(A)のX3−X3間のマスクの断面が図5に示される。マスク80は図5図11(A)に示されるように、第1面FFと第1面と反対側の第2面SSを有する。図5に示されるように、マスクの第2面が下基板と対向している。
【0031】
マスク80は、第2パッド710Pに金属ポストを搭載するための開口(貫通孔)82を有する。下基板101の第2パッド710Pの位置と貫通孔82の位置が合うように、マスク80の貫通孔82は、マスク用部材800に形成されている。マスクの第1例を図6(B)に示す。図6(B)は、貫通孔82の断面の拡大図を示している。貫通孔の径が第1面から第2面に向かって小さくなっている。図6(B)に示されるように、貫通孔82の側壁L1は第1面から第2面に向かって曲がっている。
図6(C)は、第1面FFからマスク80を観察することで得られる平面図である。貫通孔82はマスクの第1面に第1開口82Uを有し、マスクの第2面に第2開口82Bを有する。第1開口82Uの径b3は、第2開口の径b2より大きい。
【0032】
図6(B)は、第1開口82Uの重心を通り第1面FFに垂直な平面でマスク82を切断することで得られる図である。
図6(B)では、マスクの貫通孔82の側壁L1は湾曲していて、湾曲は第1面から第2面に至っている。図6(B)で、第1開口の外周と第2開口の外周を結ぶ線は線L2と称される。図6(B)では、貫通孔82の側壁L1は線L2から突出している。このような側壁は凸状に曲がっている。図6(B)に示されている側壁で形成される側面は外側に湾曲している。第1例のマスクの貫通孔82の側面は外側に湾曲している。
【0033】
図14(A)にマスクの第2例の断面図を示す。図14(A)は貫通孔82を拡大して示している。マスクの切断方法は第1例と同様である。第2例のマスクの貫通孔82の側面は、第1面FFから第2面SSに向かって曲がっている。但し、図14(A)に示されるように、第2例では、マスクの貫通孔の側面は第1面と第2面の間の途中まで曲がっている。貫通孔82の側面は所定位置FSまで凸状に曲がっている。所定位置から第2面まで、貫通孔82の側面はストレートである。第2例のマスクの貫通孔の側面は第1面FFから所定位置(途中位置)FSまで外側に湾曲している。そして、所定位置FSから第2面SSまで、第2例のマスクの貫通孔の側面はストレートである。所定位置から第2面に至る側壁は第1面に対して垂直である。第2例のマスクの側壁は曲線と直線で形成されている。所定位置FSから第1面FFまでの距離と所定位置FSから第2SSまでの距離は略等しいことが好ましい。第2例の貫通孔の側壁は凸状の曲線と垂線で形成されている。垂線は第1面FFに垂直である。
【0034】
図13(B)にマスクの第3例の断面図を示す。図13(B)は貫通孔82を拡大して示している。マスクの切断方法は第1例と同様である。第3例では、マスクの貫通孔82の側壁は凹状に曲がっていて、貫通孔82の側壁は第1面FFから第2面SSまで曲がっている。第3例では、マスクの貫通孔82の側面は凹状に湾曲している。
【0035】
図14(B)にマスクの第4例の断面図を示す。図14(B)は貫通孔82を拡大して示している。マスクの切断方法は第1例と同様である。第4例のマスクの貫通孔82の側面は、第1面FFから第2面SSに向かって曲がっている。但し、図14(B)に示されるように、第4例では、マスクの貫通孔の側面は第1と第2面の間の途中まで曲がっている。貫通孔82の側面は所定位置FSまで凹状に曲がっている。所定位置から第2面まで、貫通孔82の側面はストレートである。第4例のマスクの貫通孔の側面は第1面FFから所定位置(途中位置)FSまで内側に湾曲している。そして、所定位置FSから第2面SSまで、第4例のマスクの貫通孔の側面はストレートである。ストレートな側壁は第1面に対し垂直である。第4例の貫通孔の側壁は凹状の曲線と垂線で形成されている。所定位置FSから第1面FFまでの距離と所定位置FSから第2SSまでの距離は略等しいことが好ましい。
【0036】
図14(C)にマスクの第5例の断面図を示す。図14(C)は貫通孔82を拡大して示している。マスクの切断方法は第1例と同様である。第5例では、貫通孔82が円錐82Xと円柱82Yで形成されている。円錐82Xは直円錐であることが好ましい。円錐82Xの底面はマスクの第1面FFに形成されている。円柱82Yの底面はマスクの第2面SSに形成されている。円柱82Xの底面の半径82Xrは円柱82Yの底面の半径82Yrより大きい。円錐82Xの底面の中心を通り円錐82Xの底面に垂直な直線は円錐の垂線82XLである。円柱82Yの底面の中心を通り円錐82Yの底面に垂直な直線は円柱の垂線82YLである。垂線82XLと垂線82YLは一致することが好ましい。但し、垂線82XLと垂線82YLは一致しなくても良い。両者が一致しない場合、垂線82XLと垂線82YL間の距離は、円錐82Xの底面の直径の10%以下である。さらに、距離は、10μm以下であることが好ましい。
第5例のマスクは円錐82Xと第1面FFの交点CMにR面を有することが好ましい。
第5例のマスクは円錐82Xと円柱82Yの交点FMにR面を有することが好ましい。
図14(C)に示されているように、交点FMに形成されているR面は凸状に曲がっていることが好ましい。
各マスクの例で、貫通孔82の側面と第1面FFとの交点(コーナー部)CMが面取りされていることが好ましい。そのため、マスクの第1面FF上に置かれている金属ポストが貫通孔82内に入りやすい。貫通孔82の側面と第1面FFとのコーナー部は凸状に曲がっていることが好ましい。
【0037】
貫通孔82の側壁が曲がっている。そのため、貫通孔内に金属ポストが入ると、金属ポストは貫通孔82の側面に沿って、下に落下する。パッド上に金属ポストを搭載する歩留りが向上する。
第1例や第2例では、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。貫通孔82の側面が凸状の曲面であると、マスクの第1面から第2面に向かって、落下速度が速くなる。従って、貫通孔82の側壁の形状で歩留りが比較されると、凸状の側壁を有するマスクを用いて金属ポストを搭載することは有利である。
【0038】
貫通孔82の側壁の形状が所定位置からストレートであると、金属ポストの落下速度がさらに速くなるので、金属ポストの搭載歩留りが高くなる。また、貫通孔82の側面の形状が所定位置から円柱であるので、金属ポストがパッド上に真っ直ぐ立つ。
実施形態のマスクを用いることで、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きる。
【0039】
第1開口82Uの径b3と第2開口82Bの径b2との差は、マスクの厚みa1と略等しい。この例では、マスクの厚みa1は0.09mmであり、金属ポスト77の径d1は0.1mmΦであり、金属ポスト77の高さh1は0.12mmであり、第2開口82Bの径b2は0.11mmΦであり、第1開口82Uの径b3は、0.20mmΦである。金属ポストの長さ(高さ)h1は、第2開口の径b2より大きい。従って、横向きの金属ポストは貫通孔を通過しない。
【0040】
図8(B)に示されるように、下基板101とマスク80との間のクリアランスC2は、金属ポスト77の高さh1より短い。これにより、リフロー等の他工程中、マスク80の貫通孔82で金属ポストが保持される。
【0041】
図6(A)に示されるように、マスク80のアライメントマーク88と下基板101のアライメントマーク78を用いて、第2半田16を有する下基板101上にマスク80が配置される。マスクの位置と下基板の位置は合っている。つまり、マスク80の各貫通孔82は各第2パッド710P上に位置する。下基板とマスク間にスペーサー89が配置されている。スペーサー89の高さC2は、図8(B)に示されているクリアランスC2に相当する。マスク80上に金属ポスト77が多数置かれる。
【0042】
マスク80に振動が与えられる。例えば、倒れている金属ポスト77の下面BFが第1開口82U上に至る(図7(A))。そして、第1開口82Uを介して、金属ポストが貫通孔82内に入る。この時、コーナー部が面取りされているので、金属ポストが開口内に入りやすい。貫通孔82の曲がっている側面(側壁)に沿って金属ポストが開口内を落下する(図7(B))。金属ポストの径と第2開口82Bの径の差が5μm〜20μmであるので、落下中に、図7(C)に示されるように、金属ポストは立つ。側面が凸状に曲がっていたり、第2面FF側の貫通孔の形状が円柱であると、金属ポストはパッド上に真っ直ぐ立ちやすい。図14(A)や図14(C)に示されている貫通孔82は、所定位置FS、FMから第2面SSまで円柱の開口を有する。図14(A)や図14(C)では、第2面FF側に形成されている開口の形状は直円柱である。図8(A)に示されるように金属ポスト77は、接合部材上でマスク80の貫通孔82により保持される。この時、金属ポストは第2パッドに対し略垂直に立っている。
【0043】
図8(A)に示されている状態でリフローが行われる。第2パッド710P上に接合部材16を介して金属ポスト77が固定される(図8(B))。その後、マスクが除去される。図1に示されているプリント配線板10が完成する。
金属ポスト形成後、半田バンプ76Fを形成することができる。半田バンプ76Fは、金属ポスト搭載前に形成されても良い。図8(B)では、BGAパッド71SP上に半田バンプ76Sが形成されているが、下基板に金属ポストが固定されてから、半田バンプ76Sを形成することができる。
その後、下基板上に上基板が搭載される。上基板と金属ポストが接合部材で接続される。POP基板(POPパッケージ)が完成する。
【0044】
図2に示される応用例(POP基板)の製造方法が図9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。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。モールド樹脂で金属ポスト77や電子部品はモールドされる(図9(A))。金属ポスト77はモールド樹脂180内に埋まっている。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(図9(B))。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が接合部材(半田)112を介して金属ポスト77に接合される。上基板がプリント配線板10に搭載される(図2)。POP(Package on Package)基板が完成する。POP基板はBGAパッド71SP上の半田バンプ76Sを有していなくてもよい。
【0045】
上基板と金属ポストを繋ぐ接合部材(半田)112で開口181が充填される。金属ポストの上面と側壁の一部を介して半田と金属ポストが接合される。両者間の接合強度が高くなる。金属ポストを介する接続信頼性が高くなる。図9(A)、(B)に示されるように、モールド樹脂の上面180Tは金属ポストの上面UFより上に位置している。なお、開口181から露出する金属ポストの上面と側壁に保護膜を形成することができる。保護膜として、例えば、ニッケル/金膜、ニッケル/パラジウム/金膜を形成することもできる。
【0046】
[マスクの製造方法]
図10にマスクの製造工程の第1例が示される。図10にX軸、Y軸とZ軸が示される。X軸とY軸は支持板202の主面と平行であり、Z軸は支持板202の主面と垂直である。
樹脂製の支持板202上に開口204aを有するシード層204が無電解めっきで形成される(図10(A))。シード層204の平面図が図11(B)に示される。図11(B)のX4−X4間のシード層の断面が図10(A)に示されている。開口204aの位置は、図11(A)に示されている貫通孔82の第1開口82Uの位置に対応している。開口204aの径は第1開口82Uの径b3と略等しい。シード層の厚みは1μm以下であり、薄い。支持板202に4方向からテンションを加えることができる。支持板の平坦性が保たれる。
【0047】
シード層を有する支持板202が電解めっき液内に浸漬される。シード層204を介して電流が流され、シード層204上に電解めっき膜206が形成される(図10(B))。開口204aにより露出するシード層の側壁とシード層の上面に電解めっき膜206が形成される。シード層の開口204aは、支持板202により塞がれている。そのため、電解めっきの開始時、各軸方向のめっき膜の成長速度は略等しい。しかしながら、シード層上にめっき膜が析出すると、支持板に近い領域では、X軸方向やY軸方向の成長速度が大きく、支持板から遠い領域では、Z軸方向の成長速度が大きい。このめっき方法によれば、マスクの貫通孔の側面は凸状の曲面になりやすい。
【0048】
上述のめっき法によれば、第2開口82Bの径b2は0.11mmΦであり、第2開口82Bの径b2は、開口204aの径と電解めっき膜206の厚み(a1)の和である。シード層の厚みは薄いので、マスクの厚みはほぼ電解めっき膜206の厚みである。支持板202が剥離され、マスク80が完成する(図10(C))。図10(C)に示されるように、マスクの貫通孔の側壁(側面)は、第1面FFから第2面SSまで曲がっている。
【0049】
図12にマスクの製造工程の第2例が示される。
支持板212上に金属板214が形成される(図12(A))。金属板の厚みはマスクの厚みa1と同じである。金属板として、銅、アルミニウム、ニッケル等の種々の金属板や金属箔が用いられる。金属めっきで支持板上に金属板が形成されても良い。
【0050】
金属板214上に、開口216aを有するエッチングレジスト216が形成される。(図12(B))。エッチングレジスト216の平面図が図11(C)に示される。図11(C)のX5−X5間の断面が図12(B)に示される。開口216aの位置は、図11(A)に示される第1開口82Uの位置と一致している。開口216aの径b4は第1開口82Uの径より小さい。開口216aの径b4と第1開口82Uの径b3の差は5μmから20μmである。
【0051】
エッチングレジストから露出する金属板がエッチングされる。金属板に貫通孔82が形成される(図12(C))。エッチングレジストと支持板202が除去される。マスク80が完成する(図12(D))。第2例では、貫通孔82がサブトラクティブ法で形成されている。従って、貫通孔82は凹状の側面を有する。
【0052】
鋳型を用いる方法でマスクを製造することができる。図16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Z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、マスクと鋳型が分離される。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である。
【0053】
図13は、マスク80の貫通孔82の別の形状を示す。
図13(A)に示される貫通孔82は、円錐の一部である。円錐の底面と第1面FFは同じ面である。そして、円錐の頂点は、マスクの外に位置している。図13(A)では、開口の側壁は第1面から第2面に向かってテーパーしている直線である。図13(A)では、第1面と開口の交点(コーナー部)CMにR面が存在していないが、R面を形成することが好ましい。
【0054】
図8(C)に改変例に係る金属ポストをパッドに接続する方法が示される。
図8(C)に示される改変例では、第2パッド710P上にSn、Sn/Ag/Cu等の接合部材16が形成されている。更に、接合部材16上にフラックス18が形成されている。その後、第1実施形態と同様な方法で金属ポストがパッド上に置かれる。リフロー等で金属ポストと第2パッドが接合部材を介して接合される。金属ポスト形成後、フラックスの洗浄処理が行われる。金属ポストと第2パッド間の接続性が高くなる。
【0055】
[第1実施形態の第2改変例]
第1実施形態の第2改変例の金属ポストの搭載方法が以下に示される。
図15(A)に示される第1基板1003が準備される。
図15(A)に示される第1基板は、第1パッド710I上に半田バンプ76Fを有する。図15(D)に第1実施形態の第2改変例に係る金属ポスト77が示されている。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。金属膜178はSnやSn/Ag/Cuなどで形成されている。金属膜178をめっきで形成することができる。
【0056】
第1実施形態と同様に、第1基板1003上にマスク80が配置される。その後、マスク80上に金属ポスト77が多数置かれる(図15(B))。第1実施形態と同様に、マスクに振動が与えられる。図15(C)に示されるように、第2パッド710P上に金属ポストが置かれる。半田バンプ上に金属ポストが置かれると、半田バンプの表面形状は曲面なので、半田バンプ上に形成される金属ポストは傾きやすい。それに対し、第1実施形態の第2改変例では、第1基板が第2パッド上に半田バンプを有していない。そのため、第1実施形態の第2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。
【0057】
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2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が形成される。
図1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。
各実施形態や各改変例で、図15(D)に示される金属ポストが用いられてもよい。
【符号の説明】
【0058】
10 プリント配線板
16 接合部材
70F 上側のソルダーレジスト層
71P 第2開口
710P 第2パッド
77 金属ポスト
80 マスク
82 貫通孔
82U 第1開口
82B 第2開口
90 電子部品
110 上基板
112 接合部材
L1 側壁
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
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図16