特開 2022-118307 半田ボール搭載用プリント配線板およびその製造方法

(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】P2022118307

(43)【公開日】2022-08-15

(54)【発明の名称】半田ボール搭載用プリント配線板およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/34 20060101AFI20220805BHJP

   H05K 3/28 20060101ALI20220805BHJP

   H05K 3/00 20060101ALI20220805BHJP

【ＦＩ】

H05K3/34 502E

H05K3/34 505A

H05K3/28 B

H05K3/00 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021014736

(22)【出願日】2021-02-02

(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】110001542

【氏名又は名称】弁理士法人銀座マロニエ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】戸川 良樹

【テーマコード（参考）】

5E314

5E319

【Ｆターム（参考）】

5E314BB06

5E314BB10

5E314DD04

5E314DD07

5E314FF01

5E319AA01

5E319AC13

5E319AC18

5E319BB04

5E319CC03

5E319CD04

5E319CD21

5E319CD26

(57)【要約】

【課題】半田ボールのリフローにより半田バンプを形成する際やその半田バンプによる部品実装の際の接続不良の発生を防止する。
【解決手段】
絶縁層と、その絶縁層上に位置するとともに接続パッドを有する導体層と、その導体層上に位置するとともに前記接続パッド上に開口を形成されているソルダーレジスト層と、を備える半田ボール搭載用プリント配線板であって、前記開口の内壁面のうち、上端縁からその上端縁と下端縁との中間位置までの上側内壁面では、前記上端縁から前記中間位置に向かって内径が縮径され、前記中間位置から前記下端縁までの下側内壁面では、前記中間位置から前記下端縁まで内径が一定とされ、または前記中間位置から前記下端縁に向かって内径が前記上側内壁面におけるよりも少なく縮径されている。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁層と、その絶縁層上に位置するとともに接続パッドを有する導体層と、その導体層上に位置するとともに前記接続パッド上に開口を形成されているソルダーレジスト層と、を備える半田ボール搭載用プリント配線板であって、
前記開口の内壁面のうち、上端縁からその上端縁と下端縁との中間位置までの上側内壁面では、前記上端縁から前記中間位置に向かって内径が縮径され、
前記中間位置から前記下端縁までの下側内壁面では、前記中間位置から前記下端縁まで内径が一定とされ、または前記中間位置から前記下端縁に向かって内径が前記上側内壁面におけるよりも少なく縮径されている。

【請求項2】

請求項１記載の半田ボール搭載用プリント配線板であって、前記開口の前記上側内壁面は、環状の凸曲面を形成するように内径が縮径されている。

【請求項3】

請求項１記載の半田ボール搭載用プリント配線板であって、前記開口の前記上側内壁面は、環状の凹曲面を形成するように内径が縮径されている。

【請求項4】

請求項１から３までの何れか１項記載の半田ボール搭載用プリント配線板であって、前記開口の内壁面の上端縁の内径Ｄ１と中間位置の内径Ｄ２との半径差（Ｄ１－Ｄ２）／２は、３μｍ以上かつ１０μｍ以下である。

【請求項5】

絶縁層と、その絶縁層上に位置するとともに接続パッドを有する導体層と、その導体層上に位置するとともに前記接続パッド上に開口を形成されているソルダーレジスト層と、を備えるプリント配線板の製造方法であって、
前記開口の上端縁から下端縁までレーザによって孔明け加工して筒状の内壁面を形成することと、
前記開口の上端縁からその上端縁と下端縁との中間位置までレーザによって前記内壁面を削って環状の曲面を上側内壁面として形成するとともに、その中間位置から下端縁まで前記内壁面をそのまま残して下側内壁面とすることと、
を含んでいる。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半田ボール搭載用プリント配線板およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、プリント配線板において導体層に接続パッドを設けるとともに、その接続パッド上に位置する開口を持つソルダーレジスト層を導体層上に設け、そのソルダーレジスト層の開口を介して接続パッド上に半田ボールを搭載し、その半田ボールを加熱によりリフローさせて接続パッド上に半田バンプを形成することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

この半田バンプの形成の際には、先にソルダーレジスト層の表面上および開口内にフラックスを塗布し、次いでソルダーレジスト層の開口上に位置する開口を持つ半田ボール整列用マスクをソルダーレジスト層上に配置し、半田ボール搭載装置によってそのマスク上を転動される微細な半田ボールを、マスクの開口を介してソルダーレジスト層の開口内に１つの開口につき１個ずつ落下させて接続パッド上に搭載し、その半田ボールを、先に塗布したフラックスでリフローまでソルダーレジスト層の開口内に保持する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－０７４００２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来のソルダーレジスト層の開口の内壁面は、半田ボールのリフローまでおよびリフローの際の保持性を高めるために、内径が上端縁から下端縁まで一定の円筒状または上端縁から下端縁まで直線的に縮径する裁頭円錐状に形成されており、それゆえ半田ボールが、開口の上端縁の僅かに外側に位置していても、開口内に落下せずにそこに留まり、半田ボールのリフローにより半田バンプを形成する際やその半田バンプによる部品実装の際に接続不良を生じさせる可能性があった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の半田ボール搭載用プリント配線板は、絶縁層と、その絶縁層上に位置するとともに接続パッドを有する導体層と、その導体層上に位置するとともに前記接続パッド上に開口を形成されているソルダーレジスト層と、を備え、
前記開口の内壁面のうち、上端縁からその上端縁と下端縁との中間位置までの上側内壁面では、前記上端縁から前記中間位置に向かって内径が縮径され、
前記中間位置から前記下端縁までの下側内壁面では、前記中間位置から前記下端縁まで内径が一定とされ、または前記中間位置から前記下端縁に向かって内径が前記上側内壁面におけるよりも少なく縮径されている。

【0007】

本発明の半田ボール搭載用プリント配線板の製造方法は、絶縁層と、その絶縁層上に位置するとともに接続パッドを有する導体層と、その導体層上に位置するとともに前記接続パッド上に開口を形成されているソルダーレジスト層と、を備えるプリント配線板の製造方法であって、
前記開口の上端縁から下端縁までレーザによって孔明け加工して筒状の内壁面を形成することと、
前記開口の上端縁からその上端縁と下端縁との中間位置までレーザによって前記内壁面を削って環状の曲面を上側内壁面として形成するとともに、その中間位置から下端縁まで前記内壁面をそのまま残して下側内壁面とすることと、
を含んでいる。

【0008】

本発明において、前記開口の前記上側内壁面は、環状の凹曲面もしくは凸曲面または、階段状に繋がる複数の円筒面もしくは漏斗状に繋がる複数の裁頭円錐面を形成するように縮径していると好ましい。また、前記開口の内壁面の上端縁の内径Ｄ１と中間位置の内径Ｄ２との半径差（Ｄ１－Ｄ２）／２は、３μｍ以上かつ１０μｍ以下であると好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】図１Ａは、本発明の半田ボール搭載用プリント配線板の一実施形態を示す断面図である。

【図1B】図１Ｂは、上記実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板を示す平面図である。

【図2A】図２Ａは、本発明の半田ボール搭載用プリント配線板の他の一実施形態を示す断面図である。

【図2B】図２Ｂは、上記他の実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板を示す平面図である。

【図3A】図３Ａは、前者の上記実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板への半田ボールの搭載方法の一工程を例示する説明図である。

【図3B】図３Ｂは、上記前者の実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板への半田ボールの搭載方法の次工程を例示する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の半田ボール搭載用プリント配線板の一実施形態を示す断面図および平面図である。図１Ａ，Ｂ中に符号１で示すこの実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板は、例えば多層プリント配線板の最外層の絶縁層２と、その絶縁層２上に位置するとともに接続パッド３ａを有する最外層の導体層３と、それら最外層の絶縁層２および最外層の導体層３上に位置するとともに前記接続パッド３ａ上に開口４ａを有するソルダーレジスト層４と、を備えている。

【0011】

ここで、開口４ａの内壁面４ｂのうち、上端縁４ｃからその上端縁４ｃと下端縁４ｄとの中間位置４ｅまでの上側内壁面４ｆでは、内径が上端縁４ｃのＤ１から中間位置４ｅのＤ２に向かって縮径され、中間位置４ｅから下端縁４ｄまでの下側内壁面４ｇでは、内径が中間位置４ｅから下端縁４ｄまで一定のＤ２とされている。なお、開口４ａ内に露出する接続パッド３ａ上には、図示しないニッケルめっき膜および金めっき膜が積層形成されていると好ましい。

【0012】

この実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板１は、例えば、絶縁層２と、電気回路を構成する導体層３とを交互に複数層ずつ積層するとともに、絶縁層２を貫通するように形成した図示しないビア導体を介してその絶縁層２の上下の導体層３同士を接続してビルドアップ多層プリント配線板を構成し、そのビルドアップ多層プリント配線板の、最外層の絶縁層２および、接続パッド３ａを有する最外層の導体層３上に、例えばドライフィルムや塗料を用いてソルダーレジスト層４を積層し、そのソルダーレジスト層４の、接続パッド３ａ上の位置に、例えばＣＯ_２、ＵＶ－ＹＡＧ、エキシマなどの既知のレーザでの孔明け加工あるいは既知のエッチング液での溶解処理によって開口４ａを形成することで製造することができる。

【0013】

ここで、レーザでの孔明け加工によって、開口４ａの上側内壁面４ｆを上端縁４ｃから中間位置４ｅに向かって内径Ｄが縮径される環状の凸曲面とするとともに、開口４ａの下側内壁面４ｇを内径Ｄが一定の円筒面とするには、例えば先に上端縁４ｃから下端縁４ｄまでレーザによって孔明け加工して、円筒面を持つ内壁面４ｂを形成し、次いで上端縁４ｃから中間位置４ｅまでレーザによって内壁面４ｂを削って、上側内壁面４ｆを環状の凸曲面にするとともに、下側内壁面４ｇとして円筒面の内壁面４ｂのまま残せばよい。

【0014】

また、エッチング液での溶解処理によって、開口４ａの上側内壁面４ｆを上端縁４ｃから中間位置４ｅに向かって内径Ｄが縮径される環状の凸曲面とするとともに、開口４ａの下側内壁面４ｇを内径Ｄが一定の円筒面とするには、例えば感光性のエッチングレジストフィルムでソルダーレジスト層４を覆うとともにそのフィルムの、開口４ａ上の部分以外を露光し、次いでそのフィルムの露光部分を現像および加熱処理により硬化させてから、そのフィルムの硬化していない開口４ａ上の部分を溶解除去して開口とする。

【0015】

そしてそのフィルムの、開口４ａ上の開口からエッチング液をソルダーレジスト層４に供給し、上端縁４ｃから中間位置４ｅまでは特にエッチング液の供給および循環を多くすることによって、中間位置４ｅから下端縁４ｄまでよりも多くソルダーレジスト層４を溶解除去し、上側内壁面４ｆを環状の凸曲面として形成するとともに下側内壁面４ｇを円筒面として形成すればよい。

【0016】

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の半田ボール搭載用プリント配線板の他の一実施形態を示す断面図および平面図であり、図２Ａ，Ｂ中、図１Ａ，Ｂと同様の部分はそれと同一の符号にて示す。すなわち、この実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板１も、例えば多層プリント配線板の最外層の絶縁層２と、その絶縁層２上に位置するとともに接続パッド３ａを有する最外層の導体層３と、それら最外層の絶縁層２および導体層３上に位置するとともに前記接続パッド３ａ上に開口４ａを形成されているソルダーレジスト層４と、を備えている。

【0017】

ここで、開口４ａの内壁面４ｂは、内径が上端縁４ｃのＤ１からその上端縁４ｃと下端縁４ｄとの中間位置４ｅのＤ２まで縮径されるとともに、その中間位置４ｅから下端縁４ｄまで内径が一定のＤ２とされており、この実施形態では開口４ａの内壁面４ｂは、上端縁４ｃから中間位置４ｅまで、例えば環状の凹曲面を形成するように内径が縮径されるとともに、その中間位置４ｅから下端縁４ｄまで、例えば円筒面を形成するように内径が一定とされている。

【0018】

この実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板１も、例えば、絶縁層２と電気回路を構成する導体層３とを交互に複数層ずつ積層するとともに絶縁層２を貫通するように形成したビア導体を介して導体層３同士を接続して多層プリント配線板を構成し、その多層プリント配線板の、最外層の絶縁層２および、接続パッド３ａを有する最外層の導体層３上に、例えばドライフィルムや塗料を用いてソルダーレジスト層４を積層し、そのソルダーレジスト層４の、接続パッド３ａ上の位置に、上述した先の実施形態と同様にして、例えばＣＯ_２、ＵＶ－ＹＡＧ、エキシマなどの既知のレーザでの孔明け加工あるいは既知のエッチング液での溶解処理によって開口４ａを形成することで製造することができる。

【0019】

図３Ａおよび図３Ｂは、前者の上記実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板への半田ボールの搭載方法の２つの工程を順次に例示する説明図である。この実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板１に半田ボールＢを搭載するには、先ず、図示しない工程で、ソルダーレジスト層４の所定範囲の表面上および開口４ａ内に例えばロジン系のフラックスを塗布し、それを加熱して半硬化状態の薄いフラックス層Ｆを形成する。

【0020】

次いで、例えば先に特許４１１８２８６号にて本願出願人が開示した半田ボール搭載装置の吸引テーブルＴ上に上記半田ボール搭載用プリント配線板１を吸引して位置決め保持し、次いでその半田ボール搭載装置の図示しないアライメントカメラで、半田ボール搭載用プリント配線板１に接続パッド３ａと一緒に形成されてソルダーレジスト層４の開口４ａから露出するアライメントマーク５を撮影して、そのアライメントマーク５の画像から吸引テーブルＴ上の半田ボール搭載用プリント配線板１の位置を認識する。

【0021】

次いで、吸引テーブルＴ上の半田ボール搭載用プリント配線板１の上に半田ボール整列用マスクＭを配置し、そのマスクＭの各開口Ｍｏがソルダーレジスト層４の各開口４ａに対し上下方向に整列するように、先に認識した吸引テーブルＴ上の半田ボール搭載用プリント配線板１の位置に基づきマスクＭの位置を調整する。

【0022】

次いで、図３Ａに示すように、上記半田ボール搭載装置が、図示しない半田ボール供給部から例えば直径４０μｍ以上で２００μｍ未満の微小な半田ボールＢをマスクＭ上に多数供給した後、半田ボール搭載用ノズルＮをマスクＭの上方に所定クリアランスで配置してそのノズルＮ内の空気を図中矢印で示すように吸引することで、半田ボールＢをノズルＮの直下のマスクＭ上に集合させる。

【0023】

その後、図３Ｂに示すように、ノズルＮをマスクＭに沿って水平移動させることで、集合状態の半田ボールＢをノズルＮと一緒にマスクＭ上で移動させ、マスクＭの開口Ｍｏを介して半田ボールＢをソルダーレジスト層４の開口４ａ内に１つの開口４ａにつき１個ずつ落下させてフラックス層Ｆの接続パッド３ａ上の位置に搭載し、その半田ボールＢを、フラックス層Ｆの粘着力でリフローまでソルダーレジスト層４の開口４ａ内に保持する。

【0024】

その保持の際、上記実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板１のソルダーレジスト層４の各開口４ａの内壁面４ｂは、上端縁４ｃから中間位置４ｅまでの上側内壁面４ｆでは内径がＤ１からＤ２まで縮径されるとともに、中間位置４ｅから下端縁４ｄまでの下側内壁面４ｇでは内径が一定のＤ２とされているので、半田ボール搭載用プリント配線板１の搬送の際に加わった振動等で半田ボールＢが僅かに位置ずれしても開口４ａの上端縁４ｃの外側に出ず、それゆえリフローの際に半田ボールＢが上側内壁面４ｆに沿って開口４ａの内側に落下または溶けて流れ落ちて、下側内壁面４ｇで接続パッド３ａ上に位置決めされる。

【0025】

従って、上記前者の実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板１によれば、半田ボールＢのリフローにより半田バンプを形成する際やその半田バンプによる部品実装の際の接続不良の発生を有効に防止することができる。そして上記後者の実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板１によっても、同様にして半田ボールＢのリフローにより半田バンプを形成する際やその半田バンプによる部品実装の際の接続不良の発生を有効に防止することができる。

【0026】

なお、前者および後者の何れの実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板１においても、各開口４ａの内壁面４ｂの上端縁４ｃの内径Ｄ１と中間位置４ｅの内径Ｄ２とに関して、それらの半径差（Ｄ１－Ｄ２）／２は３μｍ以上かつ１０μｍ以下であると好ましい。半径差が３μｍ未満では、半田ボールＢを開口４ａの内側に落下または流下させることができる上側内壁面４ｆの領域が十分に得られず、その一方半径差が１０μｍを超えると、半田ボールＢを開口４ａ内に落下または流下させるには上側内壁面４ｆの傾斜が不足するからである。

【0027】

以上、図示例に基づき説明したが、本発明の半田ボール搭載用プリント配線板はこれに限られず、例えば、上記実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板１のソルダーレジスト層４の開口４ａの上側内壁面４ｆは環状の凸曲面または凹曲面を形成するように内径が縮径されているものとしたが、これに代えて１つの裁頭円錐面を形成するように縮径されているものでもよく、あるいは階段状に繋がる複数の円筒面もしくは漏斗状に繋がる複数の裁頭円錐面を形成するように縮径されているものでもよい。また、下側内壁面４ｇは円筒面としたが、これに代えて１つの裁頭円錐面を形成するように内径が縮径されているものでもよい。

【0028】

さらに、上記実施形態の半田ボール搭載用プリント配線板１は何れも片面に半田バンプを持つ多層プリント配線板を構成するものとしたが、両面に半田バンプを持つ多層プリント配線板を構成するものとしてもよく、また、単層の絶縁層を備える片面または両面プリント配線板を構成するものとしてもよい。

【符号の説明】

【0029】

１ 半田ボール搭載用プリント配線板
２ 絶縁層
３ 導体層
３ａ 接続パッド
４ ソルダーレジスト層
４ａ 開口
４ｂ 内壁面
４ｃ 上端縁
４ｄ 下端縁
４ｅ 中間位置
４ｆ 上側内壁面
４ｇ 下側内壁面
５ アライメントマーク
Ｂ 半田ボール
Ｆ フラックス層
Ｍ 半田ボール整列用マスク
Ｍｏ 開口
Ｎ 半田ボール搭載用ノズル
Ｔ テーブル

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】