JP4543544B2

JP4543544B2 - フリップチップ実装用基板及びその製造方法

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Publication number: JP4543544B2
Application number: JP2000368154A
Authority: JP
Inventors: 輝代隆塚田; 輝正二の丸
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2020-12-04
Also published as: JP2002170899A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，フリップチップを実装するためのフリップチップ実装用基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
フリップチップは，回路上に端子を有するチップであり，実装時には，裏返して，端子を下に向け，フリップチップ実装用基板上の端子部に半田接合される。
図７に示すごとく，フリップチップ実装用基板９１は，端子部９２の上に半田バンプ９３が予め接合されており，加熱溶融によりフリップチップ９４の端子９４１と接合する。端子部９２の周囲は，ソルダーレジスト膜９５により被覆されている。
【０００３】
【解決しようとする課題】
フリップチップ実装においては，電気的接続信頼性の確保のため，フリップチップの端子部に対する接合強度が重要である。たとえば，図８に示すごとく，フリップチップ９４が，フリップチップ実装用基板９１に対して傾斜してしまう。
また，図９に示すごとく，半田バンプ９３の大きさにバラツキがあると，フリップチップ９４とフリップチップ実装用基板９１と間の電気接続信頼性が得られない。
【０００４】
本発明はかかる従来の問題点に鑑み，フリップチップとの電気的接続信頼性に優れた接合部を有するフリップチップ実装用基板及びその製造方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，フリップチップを実装するための複数の端子部を有するフリップチップ実装用基板において，
上記端子部は，導電材を打抜いて形成されてなるとともに絶縁基板に埋め込まれ且つ一端を上記絶縁基板の裏面に露出している打抜き導電材と，該打抜き導電材の他端に接合され且つ上記絶縁基板の表面に露出しているバンプとからなり，
上記バンプは，上記導電材と積層されたバンプ形成材を打抜いて上記打抜き導電材とともに形成された打抜きバンプであることを特徴とするフリップチップ実装用基板である。
【０００６】
本発明において最も注目すべきことは，フリップチップ実装用の端子部を，打抜き技術により形成した，打抜き導電材と打抜きバンプとから構成している点にある。
導電材及びバンプ形成材を打抜くと，これらの打抜き片は絶縁基板に埋め込まれる。その埋め込み量は，パンチなどの埋め込み装置により容易に制御することできる。このため，均一量で均一高さのバンプを形成することができる。したがって，かかるバンプにフリップチップを接合すると，フリップチップをフリップチップ実装用基板に対して平行に実装することができ，接合強度が向上する。また，それゆえ，フリップチップとの電気導通を確実に行うことができる。
【０００７】
また，打抜き導電材は，絶縁基板に埋め込まれていることから，絶縁基板の上下間の導通を行う導電ビアの役目を果たす。このため，打抜きバンプにフリップチップを接合すると，打抜き導電材を通じて，電気信号を絶縁基板の内部や実装反対側面へ容易に導通させることができる。
【０００８】
請求項２の発明のように，上記打抜き導電材は，フリップチップ実装時の加熱温度では溶融しない材料であり，かつ上記打抜きバンプは，フリップチップ実装時の加熱温度で溶融する材料であることが好ましい。これにより，フリップチップを更に平行に接合することができる。
【０００９】
上記打抜きバンプは，半田，導電性接着材などの低融点材料からなることが好ましい。導電性接着材は，樹脂に金属粒子を添加したものである。
上記打抜き導電材は，銅，ニッケル，銀，錫、鉛，これら導電性金属粉末をポリイミドなどの高耐熱性樹脂に分散した複合材などの高融点材料からなることが好ましい。
【００１０】
打抜きバンプの先端部は，絶縁基板表面に露出している。たとえば，打抜きバンプは，絶縁基板の穴の中にその一部を露出させて埋め込まれている。打抜きバンプの先端部は，実装前には，穴開口部よりも内部に位置していてもよいが，実装時には加熱溶融によって開口部よりも高くなる必要がある。
実装前における，打抜きバンプの先端部の絶縁基板からの突出高さＡは，−０．０１０〜＋０．０８ｍｍであることが好ましい（図３参照）。突出高さが−０．０１０ｍｍよりも低い場合には，実装時の加熱溶融によって，打抜きバンプの先端部が穴開口部よりも高くならないおそれがある。この場合，フリップチップと打抜きバンプとの接合面積が小さくなり，接合強度が低下するおそれがある。突出高さが＋０．０８ｍｍを超える場合には，バンプの機械的強度が低下して，バンプが傾いたり，倒れたりするおそれがある。
【００１１】
請求項３の発明は，フリップチップを実装するための複数の端子部を有するフリップチップ実装用基板の製造方法において，
絶縁基板の上に，導電材及びバンプ形成材を積層する工程と，
互いに積層された上記導電材及び上記バンプ形成材をパンチにより一度に打抜いて，打抜き導電材及び打抜きバンプを得るとともにこれらを互いに接合した状態で上記絶縁基板の端子部形成部分に一度に埋め込むとともに、上記打抜き導電材の一端を上記絶縁基材の裏面に露出させ且つ上記打抜きバンプを上記絶縁基板の表面に露出させる工程とを含むことを特徴とするフリップチップ実装用基板の製造方法である。
【００１２】
本製造方法においては，フリップチップ実装用の端子部を，パンチによる打抜き技術により形成している。
絶縁基板の上に導電材およびバンプ形成材を積層し，その上からパンチにより所定箇所を局所的に打抜く。すると，導電材及びバンプ形成材から打抜き導電材及び打抜きバンプが形成される。また，これにともない，打抜き導電材及び打抜きバンプがその下に位置する絶縁基板に埋め込まれ，打抜きバンプの先端部は，絶縁基板に露出させる。
ここで，導電材及びバンプ形成材の打抜きはパンチにより行っている。このため，パンチの移動量を制御することにより，打抜き導電材及び打抜きバンプの埋め込み量を正確に制御することができる。
【００１３】
このため，均一量で均一高さのバンプを形成することができる。したがって，形成されたバンプは，フリップチップを平行に実装することができ，接合強度が向上し，電気導通を確実に行うことができる。
また，打抜き導電材は，絶縁基板に埋め込むため，導通ビアの役目を果たす。したがって，上記パンチによる埋め込みにより，バンプと導通ビアの双方を形成することができる。
【００１４】
請求項４の発明のように，上記導電材及びバンプ形成材は，端子部の数に対応した複数のパンチにより打抜くことが好ましい。これにより，複数の端子部を別々に形成した場合に比べて，容易にバンプを形成することができる。
【００１５】
請求項５の発明のように，上記複数のパンチは，上記絶縁基板のバンプ形成部分に対する打ち込み量が同一になるように制御されていることが好ましい。これにより，打抜き導電材及び打抜きバンプの埋め込み量を同じにすることができる。ゆえに，打抜きバンプの高さを均一にすることができる。
【００１６】
請求項６の発明のように，上記複数のパンチの打抜き面は，互いに同一の形状を有することが好ましい。これにより，同一形状の打抜きバンプを形成することができる。
【００１７】
上記バンプ形成材は，厚みが均一な導電性シートであることが好ましい。これにより，バンプ形成材のどの部分を打抜いても同じ厚みの打抜きバンプを得ることができる。このため，バンプの突出高さを均一にすることができる。
【００１８】
上記導電性シートとしては，銅箔，ハンダ箔，金属粉末が樹脂の中に分散した導電性接着材などを用いることができる。
このうち，導電性シートは，半田，導電性接着材が好ましい。これらは，低融点材料であるため，フリップチップ実装を低温で行うことができる。
【００１９】
上記導電材は，厚みが均一な導電性シートであることが好ましい。これにより，導電材のどの部分を打抜いても同じ厚みの打抜き導電材を得ることができ，打抜き導電材に接合された打抜きバンプの突出高さを均一にすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態に係るフリップチップ実装用基板について，図１〜図４を用いて説明する。
本例のフリップチップ実装用基板５は，図１，図２に示すごとく，フリップチップ６を実装するための複数の端子部３を有する。
端子部３は，導電材を打抜いて形成されているとともに絶縁基板７に埋め込まれた打抜き導電材２と，バンプ形成材を打抜いて形成された打抜きバンプ１とからなる。打抜きバンプ１は，打抜き導電材２の端部に接合され且つ絶縁基板７表面に露出している。
【００２１】
フリップチップ実装用の端子部３は，フリップチップの裏面に対応する位置に，ピッチ０．２５０ｍｍ間隔で格子状に形成されている。
打抜き導電材２は銅からなり，打抜きバンプ１は半田からなる。
絶縁基板７の表面には，導体層８が設けられている。
【００２２】
打抜きバンプ１及び打抜き導電材２は，絶縁基板７の打抜き穴７０の中に埋め込まれている。
図３（ａ）に示すごとく，打抜きバンプ１だけでなく打抜き導電材２も打抜き穴７０の開口部７１から突出していてもよい。この場合，フリップチップ６実装時に，打抜きバンプ１が溶融して，突出している打抜き導電材２の先端部分の周囲を覆う帽子状バンプ１２が形成される。この場合のフリップチップ実装前のバンプ突出高さＡは最大０．０８０ｍｍであることが好ましい。０．０８０ｍｍを超える場合にはバンプの機械的強度が低下して，バンプが傾いたり，倒れたりするおそれがある。
【００２３】
また，図３（ｂ）に示すごとく，打抜きバンプ１の高さだけ打抜き穴７０の開口部７１から突出していてもよい。この場合には，フリップチップ６実装時に，絶縁基板７上にバンプ材だけからなる扁平球状バンプ１３が形成される。
【００２４】
また，図３（ｃ）に示すごとく，打抜きバンプ１が絶縁基板７に露出した状態で打抜き穴７０の中に入り込んでいても良い。この場合，フリップチップ実装の溶融によって，台形バンプ１４となりその先端が打抜き穴７０の開口部７１から突出する必要がある。突出しない場合には，台形バンプ１４がフリップチップ６と接合しないおそれがあるからである。この場合のフリップチップ実装前のバンプ突出高さＡは最小−０．０１０ｍｍであることが好ましい。−０．０１０ｍｍよりも低い場合には，フリップチップ実装の溶融によって，台形バンプ１４となりその先端が打抜き穴７０の開口部７１から突出しないおそれがある。
【００２５】
次に，本例のフリップチップ実装用基板の製造方法について説明する。
絶縁基板の表面に導体回路を形成した後に，図４（ａ）に示すごとく，絶縁基板７の上に，バンプ形成材１１及び導電材２１を順に積層して，積層体７７を得る。絶縁基板７は，厚み０．０４０ｍｍのガラスエポキシ基板である。バンプ形成材１１は，厚み０．０２０ｍｍの半田箔である。導電材２１は，厚み０．０３５ｍｍの銅箔である。
バンプ形成材１１と導電材２１は，あらかじめ箔を圧延時に接合して供給される。
【００２６】
次に，図４（ｂ）に示すごとく，積層体７０をダイ４２の上に載置する。ダイ４２には，積層体７０の絶縁基板７の側を対面させる。ダイ４２には，絶縁基板７の端子部形成部分に対応する位置に，打抜き用パンチ４１の上下の動きをガイドするためのガイド穴４３があいている。積層体７０の上には，端子形成部分に対応する位置に，打抜き用パンチ４１を配置する。打抜き用パンチ４１の打抜き面４１１の直径は，０．０９ｍｍでありダイ４２の穴径は０．１００ｍｍである。
複数の打抜き用パンチ４１は，埋め込み量が同一になるように制御されている。パンチの高さの制御は、平面研削盤で複数のパンチを同時に加工して、平面を出し均一化してつくる。
【００２７】
次に，図４（ｃ）に示すごとく，導電材２１及びバンプ形成材１１を複数の打抜きパンチ４１により打抜いて，打抜き穴２０，１０を形成するとともに打抜き導電材２及び打抜きバンプ１を得る。また，これらの押圧力により絶縁基板７に打抜き穴７０を形成するとともにその中にこれらを埋め込み，打抜きバンプ１を絶縁基板７表面から露出させる。打抜きパンチ４１の数，配置は，端子部の数，位置に対応している。これにより，絶縁基板７に，打抜き導電材２が埋め込まれ，打抜き導電材２の先端には打抜きバンプ１が接合された端子部３が形成される。
以上により，フリップチップ実装用基板５が得られる。
【００２８】
本例においては，打抜き導電材２及び打抜きバンプ１の埋め込み量は，打抜き用パンチ４１により制御している。このため，均一量で均一高さの打抜きバンプ１を形成することができる。したがって，かかる打抜きバンプ１にフリップチップ６を接合すると，フリップチップ６をフリップチップ実装用基板５に対して平行に実装することができ，接合強度が向上する。また，それゆえ，フリップチップとの電気導通を確実に行うことができる。
【００２９】
また，打抜き導電材２は，絶縁基板７に埋め込まれていることから，絶縁基板７の上下間の導通を行う導電ビアの役目を果たす。このため，打抜きバンプ１にフリップチップ６を接合すると，打抜き導電材２を通じて，電気信号を絶縁基板７の内部や実装反対側面へ容易に導通させることができる。
【００３０】
実施形態例２
本例は，図５に示すごとく，打抜き導電材１１を絶縁基板７に埋め込む際に，打抜き用パンチ４１だけでなく，戻し用パンチ４４も用いている点が，実施形態例１と異なる。
図５（ａ）に示すごとく，打抜き前では，打抜き用パンチ４１は，ダイ４２のガイド穴４３の中に配置させる。打抜き用パンチ４１による打ち抜きの際には，戻し用パンチ４４は，打抜かれた打抜き導電材１１及び打抜き絶縁材３１を受ける。続いて，図５（ｃ）に示すごとく，打抜き用パンチ４１及び戻し用パンチ４４を上方に戻し，打抜き導電材１１を絶縁基板７の打抜き穴７０内に戻し入れる。以上により，絶縁基板７に打抜き導電材２を埋め込みその先端に打抜きバンプ１を露出させた端子部３が形成される。
本例においても，実施形態例１と同様の効果が得られる。
【００３１】
実施形態例３
本例は，図６に示すごとく，導電材２１とバンプ形成材１１の積層順序が実施形態例１と逆である。
図６（ａ）に示すごとく，絶縁基板７の上に導電材２１を，更にその上にバンプ形成材１１を積層する。この状態で，これらをダイ４２の上に載置し，打抜き用パンチ４１を配置する。
【００３２】
次に，図６（ｂ）に示すごとく，打抜き用パンチ４１により，バンプ形成材１１及び導電材２１を打抜いて，打抜きバンプ１及び打抜き導電材２を絶縁基板７に埋めこむ。打抜きバンプ１の先端は，絶縁基板７から露出させる。
本例においても，実施形態例１と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば，フリップチップとの電気的接続信頼性に優れた接合部を有するフリップチップ実装用基板及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，フリップチップ実装用基板の断面図。
【図２】実施形態例１における，フリップチップ実装用基板の端子部の部分拡大断面図。
【図３】実施形態例１における，打抜きバンプの突出高さの説明図（ａ）〜（ｃ）。
【図４】実施形態例１における，フリップチップ実装用基板の製造方法の説明図（ａ）〜（ｃ）。
【図５】実施形態例２における，フリップチップ実装用基板の製造方法の説明図（ａ）〜（ｃ）。
【図６】実施形態例３における，フリップチップ実装用基板の製造方法の説明図（ａ）〜（ｂ）。
【図７】従来例のフリップチップ実装用基板の断面図。
【図８】従来例における，フリップチップ実装用基板に対してフリップチップが傾斜して接合された状態を示す説明図。
【図９】従来例における，バンプ量が異なる場合の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．打抜きバンプ，
１０，２０，７０．．．打抜き穴，
１１．．．バンプ形成材，
２．．．打抜き導電材，
２１．．．導電材，
３．．．端子部，
４１．．．打抜き用パンチ，
４２．．．ダイ，
４３．．．ガイド穴，
４４．．．戻し用パンチ，
５．．．フリップチップ実装用基板，
６．．．フリップチップ，
７．．．絶縁基板，

Claims

フリップチップを実装するための複数の端子部を有するフリップチップ実装用基板において，
上記端子部は，導電材を打抜いて形成されてなるとともに絶縁基板に埋め込まれ且つ一端を上記絶縁基板の裏面に露出している打抜き導電材と，該打抜き導電材の他端に接合され且つ上記絶縁基板の表面に露出しているバンプとからなり，
上記バンプは，上記導電材と積層されたバンプ形成材を打抜いて上記打抜き導電材とともに形成された打抜きバンプであることを特徴とするフリップチップ実装用基板。
請求項１において，上記打抜き導電材は，フリップチップ実装時の加熱温度では溶融しない材料であり，かつ上記打抜きバンプは，フリップチップ実装時の加熱温度で溶融する材料であることを特徴とするフリップチップ実装用基板。
フリップチップを実装するための複数の端子部を有するフリップチップ実装用基板の製造方法において，
絶縁基板の上に，導電材及びバンプ形成材を積層する工程と，
互いに積層された上記導電材及び上記バンプ形成材をパンチにより一度に打抜いて，打抜き導電材及び打抜きバンプを得るとともにこれらを互いに接合した状態で上記絶縁基板の端子部形成部分に一度に埋め込むとともに、上記打抜き導電材の一端を上記絶縁基材の裏面に露出させ且つ上記打抜きバンプを上記絶縁基板の表面に露出させる工程とを含むことを特徴とするフリップチップ実装用基板の製造方法。
請求項３において，上記導電材及びバンプ形成材は，端子部の数に対応した複数のパンチにより打抜くことを特徴とするフリップチップ実装用基板の製造方法。
請求項４において，上記複数のパンチは，上記絶縁基板のバンプ形成部分に対する打ち込み量が同一になるように制御されていることを特徴とするフリップチップ実装用基板の製造方法。
請求項４または５において，上記複数のパンチの打抜き面は，互いに同一の形状を有することを特徴とするフリップチップ実装用基板の製造方法。