回路基板及び電子部品の実装方法
【課題】回路基板及び電子部品の実装方法において、実装時に回路基板が受けるダメージを低減すること。
【解決手段】回路基板１の電極パッド３の上に、上面が凸状の予備はんだ１１を形成する工程と、予備はんだ１１の上に、上面が平坦又は凹状の樹脂台座３１ａを形成する工程と、はんだバンプ２２が形成された半導体素子２０を樹脂台座３１ａの上にはんだバンプ２２を下側にして載せる工程と、予備はんだ１１、樹脂台座３１ａ、及びはんだバンプ２２をリフローすることにより、予備はんだ１１とはんだバンプ２２とを接合する工程とを有する電子装置の実装方法による。
【解決手段】回路基板１の電極パッド３の上に、上面が凸状の予備はんだ１１を形成する工程と、予備はんだ１１の上に、上面が平坦又は凹状の樹脂台座３１ａを形成する工程と、はんだバンプ２２が形成された半導体素子２０を樹脂台座３１ａの上にはんだバンプ２２を下側にして載せる工程と、予備はんだ１１、樹脂台座３１ａ、及びはんだバンプ２２をリフローすることにより、予備はんだ１１とはんだバンプ２２とを接合する工程とを有する電子装置の実装方法による。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板及び電子部品の実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子部品を回路基板に実装する方法としては様々な方法があるが、なかでもフリップチップ実装は、電子部品の多端子化が容易である点で他の実装方法よりも有利である。
【０００３】
そのようなフリップチップ実装では、電子部品に形成されたはんだバンプをリフローすることにより、はんだバンプを介して回路基板と電子部品とが機械的かつ電気的に接続される。例えば、FC-BGA(flip Chip-Ball Grid Array)では、電子部品にマトリックス状に形成されたはんだバンプによって、電子部品が回路基板上に実装される。
【０００４】
そのフリップチップ実装では、電子部品と回路基板とが電気的に確実に接続されることは勿論のこと、実装時に回路基板が受けるダメージをなるべく少なくして回路基板の信頼性を維持することが望ましい。
【特許文献１】特開２００２−１１８２０９号公報
【特許文献２】特開２００７−１２３３５４号公報
【特許文献３】特開平１０−２２３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回路基板及び電子部品の実装方法において、回路基板の予備はんだ形成時に回路基板が受けるダメージを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の開示の一観点によれば、回路基板の電極パッドの上に、上面が凸状の予備はんだを形成する工程と、前記予備はんだの上に、上面が平坦又は凹状の樹脂台座を形成する工程と、はんだバンプが形成された電子部品を前記樹脂台座の上に前記はんだバンプを下側にして載せる工程と、前記予備はんだ、前記樹脂台座、及び前記はんだバンプをリフローすることにより、前記予備はんだと前記はんだバンプとを接合する工程とを有する電子部品の実装方法が提供される。
【０００７】
また、その開示の別の観点によれば、基材と、前記基材の素子搭載領域に形成された複数の電極パッドと、前記複数の電極パッドのそれぞれに接合され、上面が凸状の複数の予備はんだと、少なくとも一つの前記予備はんだの上に形成され、上面が平坦又は凹状の樹脂台座とを有する回路基板が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
以下の開示では、予備はんだの上に樹脂台座を形成し、その樹脂台座の平坦若しくは凹状の上面上に電子部品のはんだバンプを載せるので、はんだバンプが樹脂台座から滑り落ち難くなり、はんだバンプと予備はんだとの位置合わせが簡単になる。
【０００９】
そのため、位置合わせの容易化のために予備はんだを加圧して平坦化する必要がなくなり、加圧が原因で回路基板にダメージが加わるのを防止でき、電子部品を実装した後でも回路基板の信頼性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（１）予備的事項
本実施形態について説明する前に、本実施形態の予備的事項について説明する。
【００１１】
図１〜図３は、予備的事項に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図である。
【００１２】
この実装方法は、電子部品の多端子化に有利なフリップチップ実装であって、図１（ａ）に示すような回路基板１を実装用の基板として利用する。
【００１３】
その回路基板１は、例えばガラスエポキシ（FR-4タイプ）等よりなる樹脂基材２を有する。その樹脂基材２の一方の主面には半導体素子等の電子部品が搭載される素子搭載領域Aが確定されており、その素子搭載領域Aには銅膜をパターニングしてなる電極パッド３が形成される。
【００１４】
なお、図示の例では樹脂基材２の主面上に電極パッド３が直接形成されているが、樹脂基材２の主面上に多層配線構造を形成し、その多層配線構造の最上層に電極パッド３を形成するようにしてもよい。
【００１５】
また、電極パッド３の材料は銅に限定されず、銅膜の上にニッケル膜又は金膜を形成してなる金属積層膜をパターニングして電極パッド３としてもよい。このようにニッケル膜や金膜を形成することで、後の工程で電極パッド３上に形成される予備はんだが濡れ広がるのを抑制し易くなる。
【００１６】
電極パッド３の上には、後の工程で溶融したはんだによって電極パッド３同士が電気的にショートすることを防止するためのソルダレジスト層４が形成される。そのソルダレジスト層４は、各電極パッド３の上に複数の開口４ａを備えており、この開口４ａから電極パッド３が露出する。
【００１７】
次いで、図１（ｂ）に示すように、ソルダレジスト層４の上に複数の孔５ａを備えたメタルマスク５を載置する。載置に際しては、開口４ａの上に孔５ａが位置するように、回路基板１とメタルマスク５とが位置合わせされる。
【００１８】
そのメタルマスク５の材料は特に限定されないが、この例では厚さが約３０〜５０μmのSUS板をメタルマスク５として用いる。また、孔５ａの直径は、例えば開口４ａの直径が１００μ程度の場合は、１２０〜１４０μm程度である。
【００１９】
次に、図１（ｃ）に示すように、メタルマスク５の上に、はんだ粉末とフラックスとを混練してなるはんだペースト８を供給する。はんだ粉末の材料は、環境に配慮して鉛フリーとするのが好ましく、本例ではSn-3Ag-0.5Cuを使用する。
【００２０】
そして、メタルマスク５の表面に沿ってスキージ７を移動させることにより、孔５ａ内にはんだペースト８を供給する。
【００２１】
その後に、図２（ａ）に示すように、回路基板１からメタルマスク５を外し、開口４ａ内とその周囲のソルダレジスト４上にのみはんだペースト８を残す。
【００２２】
ここまでの工程により、メタルマスク５を用いた印刷法によって回路基板１上にはんだペースト８が印刷されたことになる。
【００２３】
ところで、このはんだペースト８には、はんだ粉末の酸化膜を除去するためのフラックスが多量に添加されており、この状態では半導体素子を実装した後にフラックスを除去するのが困難となる。
【００２４】
そこで、次の工程では、図２（ｂ）に示すように、はんだペースト８をリフローして半球状の予備はんだ１１にすると共に、はんだペースト８に添加されていたフラックスを予備はんだ１１の外側表面にしみ出させる。
【００２５】
そして、予備はんだ１１が冷却して固化した後に、イソプロピルアルコール等の洗浄液中に回路基板１を浸し、上記のリフロー時に予備はんだ１１の表面にしみ出したフラックスを洗浄して除去する。
【００２６】
ここで、上記のようにリフローを行ったことにより、予備はんだ１１の上面は溶融時の表面張力によって凸状となっている。
【００２７】
しかしながら、この状態で回路基板１に半導体素子を実装しようとしても、半導体素子のはんだバンプが半球状の予備はんだ１１から滑り落ちてしまい、半導体素子と回路基板１との間に位置ずれが発生してしまう。
【００２８】
このような位置ずれを防止するために、次の工程では、図２（ｃ）に示すように、予備はんだ８に押圧板１２を押し当て、機械的圧力によって予備はんだ８の上面を平坦化する。
【００２９】
その後に、図３（ａ）に示すように、回路基板１の上に半導体素子２０を載せる。その半導体素子２０には電極パッド２１に接合されたはんだバンプ２２が設けられており、このはんだバンプ２２が予備はんだ１１の上に載せられる。
【００３０】
このとき、予備はんだ１１の上面を予め平坦にしておいたので、はんだバンプ２２が予備はんだ１１から滑り落ちる危険性が低減され、半導体素子２０と回路基板１との位置ずれを防止することが可能となる。
【００３１】
そして、図３（ｂ）に示すように、予備はんだ１１とはんだバンプ２２とをリフローしてそれらを接合することにより、回路基板１に半導体素子２０を実装する。
【００３２】
その後に、図３（ｃ）に示すように、回路基板１と半導体素子２０との間の熱膨張率差を緩和するためのアンダーフィル剤２８をこれらの間に充填し、回路基板１と半導体素子２０との接続信頼性を高めるようにする。
【００３３】
ここで、図２（ｂ）の工程において予備はんだ１１に付着していたフラックスを予め洗浄しておいたので、フラックスが原因でアンダーフィル材２８が未充填となる部分が発生するのを抑制できる。
【００３４】
以上により、この実装方法の主要工程を終了する。
【００３５】
このような実装方法によれば、図２（ｂ）に示したように、電極パッド３の上に予備はんだ１１を形成する。
【００３６】
予備はんだ１１を形成しないと、回路基板１に反りが生じている場合に、図３（ａ）の工程で電極パッド３に届かないはんだバンプ２２が発生し、電極パッド３とはんだバンプ２２との間に接続不良が発生することがある。これと同じことが製造誤差等によって各々のはんだバンプ２２の高さにばらつきがある場合にも生じ得る。
【００３７】
更に、本例のようにソルダレジスト４が形成される場合には、ソルダレジスト４の厚みによってはんだバンプ２２が電極パッド３に届き難くなり、上記のような接続不良が助長されるおそれがある。
【００３８】
予備はんだ１１は、このような不都合を解消するために形成されるものであり、リフロー時に溶融してはんだバンプ２２と溶け合うことにより、はんだバンプ２２を電極パッド３に確実に接合させ、実装構造の信頼性を向上させる役割を担う。
【００３９】
その一方で、図２（ｃ）を参照して説明したように、回路基板１と半導体素子２０との位置ずれを防止するために、押圧板１２によって予備はんだ８の上面を機械的圧力によって平坦化する必要がある。
【００４０】
一つの回路基板１には数千個の予備はんだ１１が形成される場合があり、その場合には予備はんだ１１の各々に十分な広さの平坦面を形成するために、押圧板１２に数百キログラムにも及ぶ荷重を与えなければならない。
【００４１】
しかしながら、回路基板１にこのような高荷重を与えると、基板内の配線等が損傷し、回路基板１の信頼性を著しく低下させてしまうことになる。
【００４２】
本願発明者は、このような知見に鑑み、以下に説明するような実施形態に想到した。
【００４３】
（２）第１実施形態
図４〜図６は、本実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図である。なお、これらの図において予備的事項で説明したのと同じ要素には予備的事項におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００４４】
この実装方法では、まず既述の図１（ａ）〜図２（ｂ）と同じ工程を行う。これにより、図４（ａ）に示すように、各電極パッド３上に予備はんだ１１が接合された回路基板１を作製する。
【００４５】
なお、予備的事項で説明したように、樹脂基材２と電極パッドとの間に多層配線構造が形成された回路基板１を作製してもよい。そのような回路基板１は、ビルドアップ基板とも呼ばれる。
【００４６】
次いで、図４（ｂ）に示すように、複数の孔３０ａを備えたメタルマスク３０をソルダレジスト層４の上に載置し、各孔３０ａから予備はんだ１１を露出させる。
【００４７】
そのメタルマスク３０の材料は特に限定されない。本実施形態では厚さが約３０〜５０μmのSUS板をメタルマスク３０として用いる。また、孔３０ａの直径は、例えば１１０〜１４０μm程度である。
【００４８】
そして、図４（ｃ）に示すように、メタルマスク３０の上にフラックス３１を供給し、メタルマスク３０の表面に沿ってスキージ３２を移動させることにより、印刷法により孔３０ａ内の予備はんだ１１上にフラックスを供給する。
【００４９】
そのフラックス３１の組成は特に限定されない。
【００５０】
本実施形態では、樹脂酸（ロジン）と溶媒とを混練してなるペーストをフラックス３１として用いる。このうち、樹脂酸としては、融点がなるべく高いものを使用するものが好ましく、アビエチン酸、ネオアビエチン酸、デヒドロアビエチン酸、パルストリン酸、及びピマル酸のいずれか一つ、若しくはこれらの混合物を使用し得る。
【００５１】
一方、溶媒は特に限定されないが、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テルピネオール、及びイソプロピルアルコールのいずれか又はこれらの混合物を使用し得る。
【００５２】
フラックス３１における溶媒の濃度は特に限定されず、例えば１０〜９９重量％の濃度とし得る。その溶媒濃度を高めることにより、フラックス３１の粘度が低下して孔３０ａ内にフラックス３１が容易に供給され、フラックス３１の印刷が簡単となる。
【００５３】
更に、フラックス３１の粘度を調節するために、ガムロジンやウッドロジン等の天然ロジン、若しくは水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、及び酸変成ロジン等のロジンエステル等をフラックス３１に添加するようにしてもよい。
【００５４】
また、印刷時のフラックス３１のチキソ性を調節するために、フラックス３１に増粘剤を添加してもよい。本実施形態で使用し得る増粘剤としては、例えば、高級脂肪酸アミド、硬化ひまし油、及び油脂系ワックス等があり、これらのいずれか一つ又は混合物を１〜２０重量％の濃度でフラックス３１に添加し得る。
【００５５】
なお、フラックス３１は、添加されている樹脂酸の作用によって、予備はんだ１１の表面の自然酸化膜の除去や、予備はんだ１１の酸化防止の機能も有しており、その機能を高めるための活性剤をフラックス３１に添加してもよい。そのような活性剤としては、特に限定されないが、例えば、アジピン酸、コハク酸、無水コハク酸、グルタル酸、セバシン酸、クエン酸等の有機酸や、トリエタノールアミン等の有機物があり、これらのいずれか一つ又は混合物をフラックス３１に添加し得る。その活性剤の濃度も特に限定されないが、例えばフラックス３１に１〜２０重量％の濃度で添加される。
【００５６】
その後に、図５（ａ）に示すように、回路基板１からメタルマスク３０を外すことにより、各予備はんだ１１の上に樹脂台座３１ａを形成する。その樹脂台座３１ａは、平坦な上面３１ｂを有しており、複数の予備はんだ１１のそれぞれの上に互いに間隔をおいて複数形成される。
【００５７】
ここで、樹脂台座３１ａの粘度が低すぎると、メタルマスク３０を除去した後に樹脂台座３１ａが型崩れするおそれがあるので、型崩れをしない程度にフラックス３１中の溶媒濃度を低めるのが好ましい。
【００５８】
このように、フラックス３１の粘度はその溶媒濃度によって調節し得るものであり、樹脂台座３１ａの型崩れの防止とフラックス３１の印刷のし易さとを両立できるような溶媒濃度にするのが好ましい。
【００５９】
また、フラックス３１に添加する溶媒に低沸点の溶媒成分を添加することによって、印刷後、５０℃〜１００℃程度の加熱ベーキングによって溶媒成分を揮発させて、フラックス３１の形状を維持することも可能である。
【００６０】
図７は、この工程を終了した後の回路基板１の平面図である。
【００６１】
これに示されるように、樹脂台座３１ａは、回路基板１の矩形状の素子搭載領域Aにマトリックス状に互いに間隔をおいて形成される。
【００６２】
次に、図５（ｂ）に示すように、はんだバンプ２２が形成された半導体素子２０をチップマウンタで把持し、回路基板１の素子搭載領域Ａ（図７参照）にその半導体素子２０を搭載する。
【００６３】
搭載に際しては、半導体素子２０は、はんだバンプ２２を下側にして樹脂台座３１ａの上に載せられる。このとき、上記のように樹脂台座３１ａの上面３１ｂを平坦に形成したため、半球状のはんだバンプ２２が樹脂台座３１ａから滑るのを防止でき、予備はんだ１１とはんだバンプ２２との位置合わせが容易となる。
【００６４】
そのため、本実施形態では、図２（ｃ）で説明したような平坦化のための加圧を予備はんだ１１に対して行う必要がなく、加圧時の圧力によって回路基板１内の配線等にダメージが入るのを防止できる。
【００６５】
なお、はんだバンプ２２の材料は特に限定されない。本実施形態では、鉛フリーはんだであるSn-3Ag-0.5Cuをはんだバンプ２２の材料として使用する。
【００６６】
次いで、図５（ｃ）に示すように、窒素雰囲気中において予備はんだ１１、樹脂台座３１ａ、及びはんだバンプ２２をリフローし、予備はんだ１１とはんだバンプ２２とを接合する。
【００６７】
このとき、樹脂台座３１ａの融点がはんだバンプ２２の融点よりも高いと、樹脂台座３１ａよりも先にはんだバンプ２２が溶け出し、隣接するはんだバンプ２２同士が繋がってしまうおそれがある。そのため、樹脂台座３１ａの融点は、はんだバンプ２２の融点よりも低いのが好ましい。
【００６８】
但し、樹脂台座３１ａの融点がはんだバンプ２２の融点よりも低すぎると、はんだバンプ２２が溶けるはるか以前に樹脂台座３１ａが溶け出してその形状が崩れてしまい、はんだバンプ２２と予備はんだ１１とが位置ずれするおそれがある。
【００６９】
そのような位置ずれを防止するには、樹脂台座３１ａが溶融してから約１０秒以内にはんだバンプ２２が溶融するのが好ましい。約１０秒の時間差を確保するための樹脂台座３１ａとはんだバンプ２２との融点の差は、リフロー雰囲気の温度プロファイルやはんだバンプ２２の融点に依存する。
【００７０】
例えば、本実施形態のようにはんだバンプ２２の材料がSn-3Ag-0.5Cuである場合、はんだバンプ２２の融点は２１７℃である。このとき、リフロー雰囲気の温度プロファイルが１５０℃〜１６０℃の温度から一分程度で２４０℃の最高温度に達する場合、樹脂台座３１ａとはんだバンプ２２との融点の差を２０℃以内とすることで、上記した時間差を確保できると推測される。
【００７１】
フラックス３１の融点は、その中に含まれる樹脂酸の融点によって実質的に決定される。本実施形態で使用し得る樹脂酸の融点は次の表１の通りである。
【００７２】
【表１】
これらの中からはんだバンプ２２の融点との差が２０℃以内になるような樹脂酸を選択することにより、リフロー時に樹脂台座３１ａが顕著に型崩れするのを防止することが可能となる。
【００７３】
典型的なはんだバンプ２２の融点はSn-Pb系はんだの１８３℃〜Sn-Ag系はんだの２２１℃であるから、２０℃以内の融点の差を確保するためには、表１に列挙されるような１６０℃以上の融点の樹脂酸を使用するのが好ましい。
【００７４】
そして、はんだバンプ２２が自然冷却した後に、図６（ａ）に示すように樹脂台座３１ａを洗浄して除去する。その洗浄に使用される洗浄液は、樹脂台座３１ａの組成によって選択され、例えばイソプロピルアルコール、キシレン、及びグリコール系の洗浄液等を使用し得る。
【００７５】
本実施形態では、各樹脂台座３１ａを間隔をおいて形成したので、間隔をおかずに各樹脂台座３１ａを一体的に形成する場合と比較して樹脂台座３１ａの総量が少なくなり、本工程において樹脂台座３１ａを洗浄し易くすることができる。
【００７６】
続いて、図６（ｂ）に示すように、回路基板１と半導体素子２２との間にアンダーフィル材２８を充填し、回路基板１と半導体素子２２との接続信頼性を高める。
【００７７】
以上により、本実施形態に係る実装方法の主要工程が終了した。
【００７８】
上記した本実施形態によれば、図５（ｂ）を参照して説明したように、予備はんだ１１の上に樹脂台座３１ａを形成し、その上に半導体素子２０のはんだバンプ２２を載せるようにした。樹脂台座３１ａの上面は平坦であるため、半導体素子２０の自重によって球状のはんだバンプ２２が樹脂台座３１ａから滑落し難くなり、リフロー時の予備はんだ１１とはんだバンプ２２との位置合わせが容易となる。
【００７９】
従って、位置合わせの容易化を目的とした予備はんだ１１の平坦化が不要となり、図２（ｃ）で説明したような加圧を予備はんだ１１に対して行う必要がなくなる。これにより、加圧時の圧力によって回路基板１内の配線等にダメージが入るのを防止でき、半導体素子２０を実装した後でも回路基板１の信頼性を維持することが可能となる。
【００８０】
更に、樹脂台座３１ａの材料としてフラックスを用いることにより、樹脂台座３１ａを予備はんだ１１に対する酸化防止材としても機能させることができるようになる。そのため、半導体素子２０を実装する前に回路基板１を大気中に長時間放置しておいても、予備はんだ１１の表面に酸化皮膜が形成され難くなり、予備はんだ１１とはんだバンプ２２とをリフローするときにはんだの濡れ性が良好となる。
【００８１】
次に、本実施形態の効果について確かめるために行われた調査結果について説明する。
【００８２】
この調査では、一辺の長さが４５mmの正方形の回路基板１の上に、直径が１００μmの予備はんだ１１を２５０μmのピッチで４０個×４０個のマトリックス状に配置した。
【００８３】
また、フラックス３１としては、以下の材料を混練したものを用いた。
【００８４】
・樹脂酸（アビエチン酸、ビマル酸、重合ロジン）・・・６５重量％
・溶媒（ジエチレングリコールジメチルエーテル、テルピネオール）・・・２０重量％
・活性剤（無水コハク酸、n−ブチルアミン）・・・１０重量％
・増粘剤（ステアリン酸アミド）・・・５重量％
そして、メタルマスク３０としては、厚さが５０μmで孔３０ａの直径が１４０μmのものを用いた。
【００８５】
更に、はんだバンプ２２の材料として、鉛フリーはんだであるSn-3Ag-0.5Cuはんだを用いた。
【００８６】
図５（ｃ）のリフローに際しては、雰囲気の最高温度が２４５℃となるように、窒素雰囲気中ではんだバンプ２２を加熱した。
【００８７】
そして、はんだバンプ２２が自然冷却した後、回路基板１の導通測定が行われた。その導通測定では、回路基板１内の回路がショートしていないかどうかや、回路が電気的にオープンになっていないかどうかが測定された。
【００８８】
そのような測定を１０個のサンプルに対して行ったところ、本実施形態では導通不良となるものがなかった。
【００８９】
一方、予備的事項の図１（ａ）〜図６（ｂ）に従って作製したサンプルに対してこれと同じ測定を行ったところ、１０個のサンプルのうち２個の導通不良が発生した。その導通不良は、加圧によって予備はんだ１１を平坦化する際（図２（ｃ））に加わった力が原因で発生したと推測される。
【００９０】
このことから、本実施形態によれば、実装時に回路基板１が受けるダメージを低減でき、回路基板１の信頼性を維持できることが確認できた。
【００９１】
（３）第２実施形態
図８及び図９は、本実施形態に係る電子部品の実装方法について示す拡大断面図である。なお、これらの図において第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００９２】
本実施形態では、図８に示すように、各樹脂台座３１ａを形成後にその上面３１ｂに凸状の治具４０を押し当て、上面３１ｂを凹状にする。樹脂台座３１ａは柔らかなフラックスよりなるため、図２（ｃ）のように加圧によって予備はんだ１１を平坦にする場合よりも治具４０に加える力が少なくて済み、回路基板１中の配線等に加わるダメージは少ない。
【００９３】
このようにすると、図９に示されるように、はんだバンプ２２が凹状の上面３１ｂの最深部に自動的にガイドされ、はんだバンプ２２と予備はんだ１１との位置合わせが簡単になる。
【００９４】
（４）第３実施形態
第１実施形態では、図５（ａ）に示したように、複数の樹脂台座３１ａを間隔をおいて形成した。樹脂台座３１ａの配置はこれに限定されず、以下のように樹脂台座３１ａを形成してもよい。
【００９５】
図１０〜図１１は、本実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図である。なお、これらの図において第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００９６】
また、本実施形態が第１実施形態と異なる点は、回路基板１にフラックス３１を印刷する工程のみであるから、以下ではその工程についてのみ説明する。
【００９７】
本実施形態では、図１０（ａ）に示すようなメタルマスク３０を用いる。そのメタルマスク３０は、回路基板１の素子搭載領域Aにおける全ての予備はんだ１１を含むような単一の孔３０ａを有する。そして、このメタルマスク３０の表面に沿ってスキージ３２を移動させることにより、孔３０ａ内にフラックス３１を充填する。
【００９８】
そして、図１０（ｂ）に示すように、回路基板１からメタルマスク３０を外すことにより、予備はんだ１１の全てを共通に覆う樹脂台座３１ａを形成する。
【００９９】
続いて、図１１（ａ）に示すように、はんだバンプ２２を下側にして半導体素子２０を樹脂台座３１ａの上に載せる。
【０１００】
この後は、既述の図５（ｃ）〜図６（ｂ）の工程を行うことにより、図１１（ｂ）に示すように回路基板１に半導体素子２０を実装する。
【０１０１】
本実施形態では、図１０（ａ）に示したように、メタルマスク３０には単一の孔３０ａしか形成されていないので、複数の孔３０ａを形成する第１実施形態と比較してメタルマスク３０の製造が簡略化される。
【０１０２】
次に、本実施形態の効果について確かめるために行われた調査結果について説明する。
【０１０３】
この調査では、一辺の長さが４５mmの正方形の回路基板１の上に、直径が１００μmの予備はんだ１１を２５０μmのピッチで４０個×４０個のマトリックス状に配置した。
【０１０４】
また、フラックス３１としては、以下の材料を混練したものを用いた。
【０１０５】
・樹脂酸（アビエチン酸、ビマル酸、重合ロジン）・・・６５重量％
・溶媒（ジエチレングリコールジメチルエーテル、テルピネオール）・・・２０重量％
・活性剤（無水コハク酸、n−ブチルアミン）・・・１０重量％
・増粘剤（ステアリン酸アミド）・・・５重量％
なお、回路基板１における素子搭載領域Aの大きさは、一辺が１１mmの正方形である。メタルマスク３０の厚さは５０μmであり、その孔３０ａは上記の素子搭載領域Aと同じ大きさと形にした。
【０１０６】
更に、はんだバンプ２２の材料としてSn-3Ag-0.5Cuはんだを用いた。
【０１０７】
図５（ｃ）のリフローに際しては、雰囲気の最高温度が２４５℃となるように、窒素雰囲気中ではんだバンプ２２を加熱した。
【０１０８】
そして、はんだバンプ２２が自然冷却した後、第１実施形態と同様にして回路基板１の導通測定が行われた。
【０１０９】
そのような測定を１０個のサンプルに対して行ったところ、本実施形態では導通不良となるものがなかった。
【０１１０】
一方、予備的事項の図１（ａ）〜図６（ｂ）に従って作製したサンプルに対してこれと同じ測定を行ったところ、１０個のサンプルのうち２個の導通不良が発生した。その導通不良は、加圧によって予備はんだ１１を平坦化する際（図２（ｃ））に加わった力が原因で発生したと推測される。
【０１１１】
このことから、本実施形態のように予備はんだ１１の全てを覆うように樹脂台座３１ａを形成しても、第１実施形態と同様に実装時に回路基板１が受けるダメージを低減でき、回路基板１の信頼性を維持できることが確認できた。
【０１１２】
（５）第４実施形態
本実施形態では、樹脂台座３１ａの様々な平面レイアウトについて説明する。
【０１１３】
・第１例
図１２は、本例に係る回路基板１の平面図である。
【０１１４】
本例では、素子搭載領域Aのコーナ部の予備はんだ１１の上にのみ樹脂台座３１ａを形成する。
【０１１５】
コーナ部の樹脂台座３１ａは洗浄により除去し易いので、リフロー後に行われる樹脂台座３１ａの洗浄工程において樹脂台座３１ａの洗い残しが発生する危険性が低減される。したがって、樹脂台座３１ａの洗い残しが原因でアンダーフィル材２８（図６（ｂ）参照））が未充填となる部分が発生するのを抑制でき、半導体素子２０と回路基板１との接合強度を維持することが可能となる。
【０１１６】
・第２例
図１３は、本例に係る樹脂台座３１ａの平面図である。
【０１１７】
本例では、素子搭載領域Aの最外周における予備はんだ１１の上にのみ、リング状に樹脂台座３１ａを形成する。
【０１１８】
最外周の樹脂台座３１ａは、素子搭載領域Aの中心近くの樹脂台座３１ａよりも洗浄が容易である。よって、本例でも、樹脂台座３１ａの洗い残しを抑制することができる。
【０１１９】
以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態は上記に限定されない。
【０１２０】
例えば、上記では回路基板１に実装する電子部品として半導体素子２０を例に挙げたが、半導体素子２０に代えて抵抗素子やキャパシタ等の電子部品を実装するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、予備的事項に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その１）である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、予備的事項に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その２）である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、予備的事項に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その３）である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その１）である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その２）である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その３）である。
【図７】図７は、第１実施形態に係る回路基板の平面図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る電子部品の実装方法について示す拡大断面図（その１）である。
【図９】図９は、第２実施形態に係る電子部品の実装方法について示す拡大断面図（その２）である。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その１）である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その２）である。
【図１２】図１２は、第４実施形態の第１例に係る回路基板の平面図である。
【図１３】図１３は、第４実施形態の第２例に係る回路基板の平面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１…回路基板、２…樹脂基材、３…電極パッド、４…ソルダレジスト層、４ａ…開口、５…メタルマスク、５ａ…孔、７…スキージ、８…はんだペースト、１１…予備はんだ、１２…押圧板、２０…半導体素子、２１…電極パッド、２２…はんだバンプ、２８…アンダーフィル剤、３０…メタルマスク、３０ａ…孔、３１…フラックス、３１ａ…樹脂台座、３１ｂ…上面、３２…スキージ、４０…治具、A…素子搭載領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板及び電子部品の実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子部品を回路基板に実装する方法としては様々な方法があるが、なかでもフリップチップ実装は、電子部品の多端子化が容易である点で他の実装方法よりも有利である。
【０００３】
そのようなフリップチップ実装では、電子部品に形成されたはんだバンプをリフローすることにより、はんだバンプを介して回路基板と電子部品とが機械的かつ電気的に接続される。例えば、FC-BGA(flip Chip-Ball Grid Array)では、電子部品にマトリックス状に形成されたはんだバンプによって、電子部品が回路基板上に実装される。
【０００４】
そのフリップチップ実装では、電子部品と回路基板とが電気的に確実に接続されることは勿論のこと、実装時に回路基板が受けるダメージをなるべく少なくして回路基板の信頼性を維持することが望ましい。
【特許文献１】特開２００２−１１８２０９号公報
【特許文献２】特開２００７−１２３３５４号公報
【特許文献３】特開平１０−２２３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回路基板及び電子部品の実装方法において、回路基板の予備はんだ形成時に回路基板が受けるダメージを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の開示の一観点によれば、回路基板の電極パッドの上に、上面が凸状の予備はんだを形成する工程と、前記予備はんだの上に、上面が平坦又は凹状の樹脂台座を形成する工程と、はんだバンプが形成された電子部品を前記樹脂台座の上に前記はんだバンプを下側にして載せる工程と、前記予備はんだ、前記樹脂台座、及び前記はんだバンプをリフローすることにより、前記予備はんだと前記はんだバンプとを接合する工程とを有する電子部品の実装方法が提供される。
【０００７】
また、その開示の別の観点によれば、基材と、前記基材の素子搭載領域に形成された複数の電極パッドと、前記複数の電極パッドのそれぞれに接合され、上面が凸状の複数の予備はんだと、少なくとも一つの前記予備はんだの上に形成され、上面が平坦又は凹状の樹脂台座とを有する回路基板が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
以下の開示では、予備はんだの上に樹脂台座を形成し、その樹脂台座の平坦若しくは凹状の上面上に電子部品のはんだバンプを載せるので、はんだバンプが樹脂台座から滑り落ち難くなり、はんだバンプと予備はんだとの位置合わせが簡単になる。
【０００９】
そのため、位置合わせの容易化のために予備はんだを加圧して平坦化する必要がなくなり、加圧が原因で回路基板にダメージが加わるのを防止でき、電子部品を実装した後でも回路基板の信頼性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（１）予備的事項
本実施形態について説明する前に、本実施形態の予備的事項について説明する。
【００１１】
図１〜図３は、予備的事項に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図である。
【００１２】
この実装方法は、電子部品の多端子化に有利なフリップチップ実装であって、図１（ａ）に示すような回路基板１を実装用の基板として利用する。
【００１３】
その回路基板１は、例えばガラスエポキシ（FR-4タイプ）等よりなる樹脂基材２を有する。その樹脂基材２の一方の主面には半導体素子等の電子部品が搭載される素子搭載領域Aが確定されており、その素子搭載領域Aには銅膜をパターニングしてなる電極パッド３が形成される。
【００１４】
なお、図示の例では樹脂基材２の主面上に電極パッド３が直接形成されているが、樹脂基材２の主面上に多層配線構造を形成し、その多層配線構造の最上層に電極パッド３を形成するようにしてもよい。
【００１５】
また、電極パッド３の材料は銅に限定されず、銅膜の上にニッケル膜又は金膜を形成してなる金属積層膜をパターニングして電極パッド３としてもよい。このようにニッケル膜や金膜を形成することで、後の工程で電極パッド３上に形成される予備はんだが濡れ広がるのを抑制し易くなる。
【００１６】
電極パッド３の上には、後の工程で溶融したはんだによって電極パッド３同士が電気的にショートすることを防止するためのソルダレジスト層４が形成される。そのソルダレジスト層４は、各電極パッド３の上に複数の開口４ａを備えており、この開口４ａから電極パッド３が露出する。
【００１７】
次いで、図１（ｂ）に示すように、ソルダレジスト層４の上に複数の孔５ａを備えたメタルマスク５を載置する。載置に際しては、開口４ａの上に孔５ａが位置するように、回路基板１とメタルマスク５とが位置合わせされる。
【００１８】
そのメタルマスク５の材料は特に限定されないが、この例では厚さが約３０〜５０μmのSUS板をメタルマスク５として用いる。また、孔５ａの直径は、例えば開口４ａの直径が１００μ程度の場合は、１２０〜１４０μm程度である。
【００１９】
次に、図１（ｃ）に示すように、メタルマスク５の上に、はんだ粉末とフラックスとを混練してなるはんだペースト８を供給する。はんだ粉末の材料は、環境に配慮して鉛フリーとするのが好ましく、本例ではSn-3Ag-0.5Cuを使用する。
【００２０】
そして、メタルマスク５の表面に沿ってスキージ７を移動させることにより、孔５ａ内にはんだペースト８を供給する。
【００２１】
その後に、図２（ａ）に示すように、回路基板１からメタルマスク５を外し、開口４ａ内とその周囲のソルダレジスト４上にのみはんだペースト８を残す。
【００２２】
ここまでの工程により、メタルマスク５を用いた印刷法によって回路基板１上にはんだペースト８が印刷されたことになる。
【００２３】
ところで、このはんだペースト８には、はんだ粉末の酸化膜を除去するためのフラックスが多量に添加されており、この状態では半導体素子を実装した後にフラックスを除去するのが困難となる。
【００２４】
そこで、次の工程では、図２（ｂ）に示すように、はんだペースト８をリフローして半球状の予備はんだ１１にすると共に、はんだペースト８に添加されていたフラックスを予備はんだ１１の外側表面にしみ出させる。
【００２５】
そして、予備はんだ１１が冷却して固化した後に、イソプロピルアルコール等の洗浄液中に回路基板１を浸し、上記のリフロー時に予備はんだ１１の表面にしみ出したフラックスを洗浄して除去する。
【００２６】
ここで、上記のようにリフローを行ったことにより、予備はんだ１１の上面は溶融時の表面張力によって凸状となっている。
【００２７】
しかしながら、この状態で回路基板１に半導体素子を実装しようとしても、半導体素子のはんだバンプが半球状の予備はんだ１１から滑り落ちてしまい、半導体素子と回路基板１との間に位置ずれが発生してしまう。
【００２８】
このような位置ずれを防止するために、次の工程では、図２（ｃ）に示すように、予備はんだ８に押圧板１２を押し当て、機械的圧力によって予備はんだ８の上面を平坦化する。
【００２９】
その後に、図３（ａ）に示すように、回路基板１の上に半導体素子２０を載せる。その半導体素子２０には電極パッド２１に接合されたはんだバンプ２２が設けられており、このはんだバンプ２２が予備はんだ１１の上に載せられる。
【００３０】
このとき、予備はんだ１１の上面を予め平坦にしておいたので、はんだバンプ２２が予備はんだ１１から滑り落ちる危険性が低減され、半導体素子２０と回路基板１との位置ずれを防止することが可能となる。
【００３１】
そして、図３（ｂ）に示すように、予備はんだ１１とはんだバンプ２２とをリフローしてそれらを接合することにより、回路基板１に半導体素子２０を実装する。
【００３２】
その後に、図３（ｃ）に示すように、回路基板１と半導体素子２０との間の熱膨張率差を緩和するためのアンダーフィル剤２８をこれらの間に充填し、回路基板１と半導体素子２０との接続信頼性を高めるようにする。
【００３３】
ここで、図２（ｂ）の工程において予備はんだ１１に付着していたフラックスを予め洗浄しておいたので、フラックスが原因でアンダーフィル材２８が未充填となる部分が発生するのを抑制できる。
【００３４】
以上により、この実装方法の主要工程を終了する。
【００３５】
このような実装方法によれば、図２（ｂ）に示したように、電極パッド３の上に予備はんだ１１を形成する。
【００３６】
予備はんだ１１を形成しないと、回路基板１に反りが生じている場合に、図３（ａ）の工程で電極パッド３に届かないはんだバンプ２２が発生し、電極パッド３とはんだバンプ２２との間に接続不良が発生することがある。これと同じことが製造誤差等によって各々のはんだバンプ２２の高さにばらつきがある場合にも生じ得る。
【００３７】
更に、本例のようにソルダレジスト４が形成される場合には、ソルダレジスト４の厚みによってはんだバンプ２２が電極パッド３に届き難くなり、上記のような接続不良が助長されるおそれがある。
【００３８】
予備はんだ１１は、このような不都合を解消するために形成されるものであり、リフロー時に溶融してはんだバンプ２２と溶け合うことにより、はんだバンプ２２を電極パッド３に確実に接合させ、実装構造の信頼性を向上させる役割を担う。
【００３９】
その一方で、図２（ｃ）を参照して説明したように、回路基板１と半導体素子２０との位置ずれを防止するために、押圧板１２によって予備はんだ８の上面を機械的圧力によって平坦化する必要がある。
【００４０】
一つの回路基板１には数千個の予備はんだ１１が形成される場合があり、その場合には予備はんだ１１の各々に十分な広さの平坦面を形成するために、押圧板１２に数百キログラムにも及ぶ荷重を与えなければならない。
【００４１】
しかしながら、回路基板１にこのような高荷重を与えると、基板内の配線等が損傷し、回路基板１の信頼性を著しく低下させてしまうことになる。
【００４２】
本願発明者は、このような知見に鑑み、以下に説明するような実施形態に想到した。
【００４３】
（２）第１実施形態
図４〜図６は、本実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図である。なお、これらの図において予備的事項で説明したのと同じ要素には予備的事項におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００４４】
この実装方法では、まず既述の図１（ａ）〜図２（ｂ）と同じ工程を行う。これにより、図４（ａ）に示すように、各電極パッド３上に予備はんだ１１が接合された回路基板１を作製する。
【００４５】
なお、予備的事項で説明したように、樹脂基材２と電極パッドとの間に多層配線構造が形成された回路基板１を作製してもよい。そのような回路基板１は、ビルドアップ基板とも呼ばれる。
【００４６】
次いで、図４（ｂ）に示すように、複数の孔３０ａを備えたメタルマスク３０をソルダレジスト層４の上に載置し、各孔３０ａから予備はんだ１１を露出させる。
【００４７】
そのメタルマスク３０の材料は特に限定されない。本実施形態では厚さが約３０〜５０μmのSUS板をメタルマスク３０として用いる。また、孔３０ａの直径は、例えば１１０〜１４０μm程度である。
【００４８】
そして、図４（ｃ）に示すように、メタルマスク３０の上にフラックス３１を供給し、メタルマスク３０の表面に沿ってスキージ３２を移動させることにより、印刷法により孔３０ａ内の予備はんだ１１上にフラックスを供給する。
【００４９】
そのフラックス３１の組成は特に限定されない。
【００５０】
本実施形態では、樹脂酸（ロジン）と溶媒とを混練してなるペーストをフラックス３１として用いる。このうち、樹脂酸としては、融点がなるべく高いものを使用するものが好ましく、アビエチン酸、ネオアビエチン酸、デヒドロアビエチン酸、パルストリン酸、及びピマル酸のいずれか一つ、若しくはこれらの混合物を使用し得る。
【００５１】
一方、溶媒は特に限定されないが、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テルピネオール、及びイソプロピルアルコールのいずれか又はこれらの混合物を使用し得る。
【００５２】
フラックス３１における溶媒の濃度は特に限定されず、例えば１０〜９９重量％の濃度とし得る。その溶媒濃度を高めることにより、フラックス３１の粘度が低下して孔３０ａ内にフラックス３１が容易に供給され、フラックス３１の印刷が簡単となる。
【００５３】
更に、フラックス３１の粘度を調節するために、ガムロジンやウッドロジン等の天然ロジン、若しくは水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、及び酸変成ロジン等のロジンエステル等をフラックス３１に添加するようにしてもよい。
【００５４】
また、印刷時のフラックス３１のチキソ性を調節するために、フラックス３１に増粘剤を添加してもよい。本実施形態で使用し得る増粘剤としては、例えば、高級脂肪酸アミド、硬化ひまし油、及び油脂系ワックス等があり、これらのいずれか一つ又は混合物を１〜２０重量％の濃度でフラックス３１に添加し得る。
【００５５】
なお、フラックス３１は、添加されている樹脂酸の作用によって、予備はんだ１１の表面の自然酸化膜の除去や、予備はんだ１１の酸化防止の機能も有しており、その機能を高めるための活性剤をフラックス３１に添加してもよい。そのような活性剤としては、特に限定されないが、例えば、アジピン酸、コハク酸、無水コハク酸、グルタル酸、セバシン酸、クエン酸等の有機酸や、トリエタノールアミン等の有機物があり、これらのいずれか一つ又は混合物をフラックス３１に添加し得る。その活性剤の濃度も特に限定されないが、例えばフラックス３１に１〜２０重量％の濃度で添加される。
【００５６】
その後に、図５（ａ）に示すように、回路基板１からメタルマスク３０を外すことにより、各予備はんだ１１の上に樹脂台座３１ａを形成する。その樹脂台座３１ａは、平坦な上面３１ｂを有しており、複数の予備はんだ１１のそれぞれの上に互いに間隔をおいて複数形成される。
【００５７】
ここで、樹脂台座３１ａの粘度が低すぎると、メタルマスク３０を除去した後に樹脂台座３１ａが型崩れするおそれがあるので、型崩れをしない程度にフラックス３１中の溶媒濃度を低めるのが好ましい。
【００５８】
このように、フラックス３１の粘度はその溶媒濃度によって調節し得るものであり、樹脂台座３１ａの型崩れの防止とフラックス３１の印刷のし易さとを両立できるような溶媒濃度にするのが好ましい。
【００５９】
また、フラックス３１に添加する溶媒に低沸点の溶媒成分を添加することによって、印刷後、５０℃〜１００℃程度の加熱ベーキングによって溶媒成分を揮発させて、フラックス３１の形状を維持することも可能である。
【００６０】
図７は、この工程を終了した後の回路基板１の平面図である。
【００６１】
これに示されるように、樹脂台座３１ａは、回路基板１の矩形状の素子搭載領域Aにマトリックス状に互いに間隔をおいて形成される。
【００６２】
次に、図５（ｂ）に示すように、はんだバンプ２２が形成された半導体素子２０をチップマウンタで把持し、回路基板１の素子搭載領域Ａ（図７参照）にその半導体素子２０を搭載する。
【００６３】
搭載に際しては、半導体素子２０は、はんだバンプ２２を下側にして樹脂台座３１ａの上に載せられる。このとき、上記のように樹脂台座３１ａの上面３１ｂを平坦に形成したため、半球状のはんだバンプ２２が樹脂台座３１ａから滑るのを防止でき、予備はんだ１１とはんだバンプ２２との位置合わせが容易となる。
【００６４】
そのため、本実施形態では、図２（ｃ）で説明したような平坦化のための加圧を予備はんだ１１に対して行う必要がなく、加圧時の圧力によって回路基板１内の配線等にダメージが入るのを防止できる。
【００６５】
なお、はんだバンプ２２の材料は特に限定されない。本実施形態では、鉛フリーはんだであるSn-3Ag-0.5Cuをはんだバンプ２２の材料として使用する。
【００６６】
次いで、図５（ｃ）に示すように、窒素雰囲気中において予備はんだ１１、樹脂台座３１ａ、及びはんだバンプ２２をリフローし、予備はんだ１１とはんだバンプ２２とを接合する。
【００６７】
このとき、樹脂台座３１ａの融点がはんだバンプ２２の融点よりも高いと、樹脂台座３１ａよりも先にはんだバンプ２２が溶け出し、隣接するはんだバンプ２２同士が繋がってしまうおそれがある。そのため、樹脂台座３１ａの融点は、はんだバンプ２２の融点よりも低いのが好ましい。
【００６８】
但し、樹脂台座３１ａの融点がはんだバンプ２２の融点よりも低すぎると、はんだバンプ２２が溶けるはるか以前に樹脂台座３１ａが溶け出してその形状が崩れてしまい、はんだバンプ２２と予備はんだ１１とが位置ずれするおそれがある。
【００６９】
そのような位置ずれを防止するには、樹脂台座３１ａが溶融してから約１０秒以内にはんだバンプ２２が溶融するのが好ましい。約１０秒の時間差を確保するための樹脂台座３１ａとはんだバンプ２２との融点の差は、リフロー雰囲気の温度プロファイルやはんだバンプ２２の融点に依存する。
【００７０】
例えば、本実施形態のようにはんだバンプ２２の材料がSn-3Ag-0.5Cuである場合、はんだバンプ２２の融点は２１７℃である。このとき、リフロー雰囲気の温度プロファイルが１５０℃〜１６０℃の温度から一分程度で２４０℃の最高温度に達する場合、樹脂台座３１ａとはんだバンプ２２との融点の差を２０℃以内とすることで、上記した時間差を確保できると推測される。
【００７１】
フラックス３１の融点は、その中に含まれる樹脂酸の融点によって実質的に決定される。本実施形態で使用し得る樹脂酸の融点は次の表１の通りである。
【００７２】
【表１】
これらの中からはんだバンプ２２の融点との差が２０℃以内になるような樹脂酸を選択することにより、リフロー時に樹脂台座３１ａが顕著に型崩れするのを防止することが可能となる。
【００７３】
典型的なはんだバンプ２２の融点はSn-Pb系はんだの１８３℃〜Sn-Ag系はんだの２２１℃であるから、２０℃以内の融点の差を確保するためには、表１に列挙されるような１６０℃以上の融点の樹脂酸を使用するのが好ましい。
【００７４】
そして、はんだバンプ２２が自然冷却した後に、図６（ａ）に示すように樹脂台座３１ａを洗浄して除去する。その洗浄に使用される洗浄液は、樹脂台座３１ａの組成によって選択され、例えばイソプロピルアルコール、キシレン、及びグリコール系の洗浄液等を使用し得る。
【００７５】
本実施形態では、各樹脂台座３１ａを間隔をおいて形成したので、間隔をおかずに各樹脂台座３１ａを一体的に形成する場合と比較して樹脂台座３１ａの総量が少なくなり、本工程において樹脂台座３１ａを洗浄し易くすることができる。
【００７６】
続いて、図６（ｂ）に示すように、回路基板１と半導体素子２２との間にアンダーフィル材２８を充填し、回路基板１と半導体素子２２との接続信頼性を高める。
【００７７】
以上により、本実施形態に係る実装方法の主要工程が終了した。
【００７８】
上記した本実施形態によれば、図５（ｂ）を参照して説明したように、予備はんだ１１の上に樹脂台座３１ａを形成し、その上に半導体素子２０のはんだバンプ２２を載せるようにした。樹脂台座３１ａの上面は平坦であるため、半導体素子２０の自重によって球状のはんだバンプ２２が樹脂台座３１ａから滑落し難くなり、リフロー時の予備はんだ１１とはんだバンプ２２との位置合わせが容易となる。
【００７９】
従って、位置合わせの容易化を目的とした予備はんだ１１の平坦化が不要となり、図２（ｃ）で説明したような加圧を予備はんだ１１に対して行う必要がなくなる。これにより、加圧時の圧力によって回路基板１内の配線等にダメージが入るのを防止でき、半導体素子２０を実装した後でも回路基板１の信頼性を維持することが可能となる。
【００８０】
更に、樹脂台座３１ａの材料としてフラックスを用いることにより、樹脂台座３１ａを予備はんだ１１に対する酸化防止材としても機能させることができるようになる。そのため、半導体素子２０を実装する前に回路基板１を大気中に長時間放置しておいても、予備はんだ１１の表面に酸化皮膜が形成され難くなり、予備はんだ１１とはんだバンプ２２とをリフローするときにはんだの濡れ性が良好となる。
【００８１】
次に、本実施形態の効果について確かめるために行われた調査結果について説明する。
【００８２】
この調査では、一辺の長さが４５mmの正方形の回路基板１の上に、直径が１００μmの予備はんだ１１を２５０μmのピッチで４０個×４０個のマトリックス状に配置した。
【００８３】
また、フラックス３１としては、以下の材料を混練したものを用いた。
【００８４】
・樹脂酸（アビエチン酸、ビマル酸、重合ロジン）・・・６５重量％
・溶媒（ジエチレングリコールジメチルエーテル、テルピネオール）・・・２０重量％
・活性剤（無水コハク酸、n−ブチルアミン）・・・１０重量％
・増粘剤（ステアリン酸アミド）・・・５重量％
そして、メタルマスク３０としては、厚さが５０μmで孔３０ａの直径が１４０μmのものを用いた。
【００８５】
更に、はんだバンプ２２の材料として、鉛フリーはんだであるSn-3Ag-0.5Cuはんだを用いた。
【００８６】
図５（ｃ）のリフローに際しては、雰囲気の最高温度が２４５℃となるように、窒素雰囲気中ではんだバンプ２２を加熱した。
【００８７】
そして、はんだバンプ２２が自然冷却した後、回路基板１の導通測定が行われた。その導通測定では、回路基板１内の回路がショートしていないかどうかや、回路が電気的にオープンになっていないかどうかが測定された。
【００８８】
そのような測定を１０個のサンプルに対して行ったところ、本実施形態では導通不良となるものがなかった。
【００８９】
一方、予備的事項の図１（ａ）〜図６（ｂ）に従って作製したサンプルに対してこれと同じ測定を行ったところ、１０個のサンプルのうち２個の導通不良が発生した。その導通不良は、加圧によって予備はんだ１１を平坦化する際（図２（ｃ））に加わった力が原因で発生したと推測される。
【００９０】
このことから、本実施形態によれば、実装時に回路基板１が受けるダメージを低減でき、回路基板１の信頼性を維持できることが確認できた。
【００９１】
（３）第２実施形態
図８及び図９は、本実施形態に係る電子部品の実装方法について示す拡大断面図である。なお、これらの図において第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００９２】
本実施形態では、図８に示すように、各樹脂台座３１ａを形成後にその上面３１ｂに凸状の治具４０を押し当て、上面３１ｂを凹状にする。樹脂台座３１ａは柔らかなフラックスよりなるため、図２（ｃ）のように加圧によって予備はんだ１１を平坦にする場合よりも治具４０に加える力が少なくて済み、回路基板１中の配線等に加わるダメージは少ない。
【００９３】
このようにすると、図９に示されるように、はんだバンプ２２が凹状の上面３１ｂの最深部に自動的にガイドされ、はんだバンプ２２と予備はんだ１１との位置合わせが簡単になる。
【００９４】
（４）第３実施形態
第１実施形態では、図５（ａ）に示したように、複数の樹脂台座３１ａを間隔をおいて形成した。樹脂台座３１ａの配置はこれに限定されず、以下のように樹脂台座３１ａを形成してもよい。
【００９５】
図１０〜図１１は、本実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図である。なお、これらの図において第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００９６】
また、本実施形態が第１実施形態と異なる点は、回路基板１にフラックス３１を印刷する工程のみであるから、以下ではその工程についてのみ説明する。
【００９７】
本実施形態では、図１０（ａ）に示すようなメタルマスク３０を用いる。そのメタルマスク３０は、回路基板１の素子搭載領域Aにおける全ての予備はんだ１１を含むような単一の孔３０ａを有する。そして、このメタルマスク３０の表面に沿ってスキージ３２を移動させることにより、孔３０ａ内にフラックス３１を充填する。
【００９８】
そして、図１０（ｂ）に示すように、回路基板１からメタルマスク３０を外すことにより、予備はんだ１１の全てを共通に覆う樹脂台座３１ａを形成する。
【００９９】
続いて、図１１（ａ）に示すように、はんだバンプ２２を下側にして半導体素子２０を樹脂台座３１ａの上に載せる。
【０１００】
この後は、既述の図５（ｃ）〜図６（ｂ）の工程を行うことにより、図１１（ｂ）に示すように回路基板１に半導体素子２０を実装する。
【０１０１】
本実施形態では、図１０（ａ）に示したように、メタルマスク３０には単一の孔３０ａしか形成されていないので、複数の孔３０ａを形成する第１実施形態と比較してメタルマスク３０の製造が簡略化される。
【０１０２】
次に、本実施形態の効果について確かめるために行われた調査結果について説明する。
【０１０３】
この調査では、一辺の長さが４５mmの正方形の回路基板１の上に、直径が１００μmの予備はんだ１１を２５０μmのピッチで４０個×４０個のマトリックス状に配置した。
【０１０４】
また、フラックス３１としては、以下の材料を混練したものを用いた。
【０１０５】
・樹脂酸（アビエチン酸、ビマル酸、重合ロジン）・・・６５重量％
・溶媒（ジエチレングリコールジメチルエーテル、テルピネオール）・・・２０重量％
・活性剤（無水コハク酸、n−ブチルアミン）・・・１０重量％
・増粘剤（ステアリン酸アミド）・・・５重量％
なお、回路基板１における素子搭載領域Aの大きさは、一辺が１１mmの正方形である。メタルマスク３０の厚さは５０μmであり、その孔３０ａは上記の素子搭載領域Aと同じ大きさと形にした。
【０１０６】
更に、はんだバンプ２２の材料としてSn-3Ag-0.5Cuはんだを用いた。
【０１０７】
図５（ｃ）のリフローに際しては、雰囲気の最高温度が２４５℃となるように、窒素雰囲気中ではんだバンプ２２を加熱した。
【０１０８】
そして、はんだバンプ２２が自然冷却した後、第１実施形態と同様にして回路基板１の導通測定が行われた。
【０１０９】
そのような測定を１０個のサンプルに対して行ったところ、本実施形態では導通不良となるものがなかった。
【０１１０】
一方、予備的事項の図１（ａ）〜図６（ｂ）に従って作製したサンプルに対してこれと同じ測定を行ったところ、１０個のサンプルのうち２個の導通不良が発生した。その導通不良は、加圧によって予備はんだ１１を平坦化する際（図２（ｃ））に加わった力が原因で発生したと推測される。
【０１１１】
このことから、本実施形態のように予備はんだ１１の全てを覆うように樹脂台座３１ａを形成しても、第１実施形態と同様に実装時に回路基板１が受けるダメージを低減でき、回路基板１の信頼性を維持できることが確認できた。
【０１１２】
（５）第４実施形態
本実施形態では、樹脂台座３１ａの様々な平面レイアウトについて説明する。
【０１１３】
・第１例
図１２は、本例に係る回路基板１の平面図である。
【０１１４】
本例では、素子搭載領域Aのコーナ部の予備はんだ１１の上にのみ樹脂台座３１ａを形成する。
【０１１５】
コーナ部の樹脂台座３１ａは洗浄により除去し易いので、リフロー後に行われる樹脂台座３１ａの洗浄工程において樹脂台座３１ａの洗い残しが発生する危険性が低減される。したがって、樹脂台座３１ａの洗い残しが原因でアンダーフィル材２８（図６（ｂ）参照））が未充填となる部分が発生するのを抑制でき、半導体素子２０と回路基板１との接合強度を維持することが可能となる。
【０１１６】
・第２例
図１３は、本例に係る樹脂台座３１ａの平面図である。
【０１１７】
本例では、素子搭載領域Aの最外周における予備はんだ１１の上にのみ、リング状に樹脂台座３１ａを形成する。
【０１１８】
最外周の樹脂台座３１ａは、素子搭載領域Aの中心近くの樹脂台座３１ａよりも洗浄が容易である。よって、本例でも、樹脂台座３１ａの洗い残しを抑制することができる。
【０１１９】
以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態は上記に限定されない。
【０１２０】
例えば、上記では回路基板１に実装する電子部品として半導体素子２０を例に挙げたが、半導体素子２０に代えて抵抗素子やキャパシタ等の電子部品を実装するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、予備的事項に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その１）である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、予備的事項に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その２）である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、予備的事項に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その３）である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その１）である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その２）である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その３）である。
【図７】図７は、第１実施形態に係る回路基板の平面図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る電子部品の実装方法について示す拡大断面図（その１）である。
【図９】図９は、第２実施形態に係る電子部品の実装方法について示す拡大断面図（その２）である。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その１）である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る電子部品の実装方法を工程順に示す断面図（その２）である。
【図１２】図１２は、第４実施形態の第１例に係る回路基板の平面図である。
【図１３】図１３は、第４実施形態の第２例に係る回路基板の平面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１…回路基板、２…樹脂基材、３…電極パッド、４…ソルダレジスト層、４ａ…開口、５…メタルマスク、５ａ…孔、７…スキージ、８…はんだペースト、１１…予備はんだ、１２…押圧板、２０…半導体素子、２１…電極パッド、２２…はんだバンプ、２８…アンダーフィル剤、３０…メタルマスク、３０ａ…孔、３１…フラックス、３１ａ…樹脂台座、３１ｂ…上面、３２…スキージ、４０…治具、A…素子搭載領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板の電極パッドの上に、上面が凸状の予備はんだを形成する工程と、
前記予備はんだの上に、上面が平坦又は凹状の樹脂台座を形成する工程と、
はんだバンプが形成された電子部品を前記樹脂台座の上に前記はんだバンプを下側にして載せる工程と、
前記予備はんだ、前記樹脂台座、及び前記はんだバンプをリフローすることにより、前記予備はんだと前記はんだバンプとを接合する工程と、
を有することを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記樹脂台座の融点は、前記はんだバンプの融点よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
前記樹脂台座はフラックスよりなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品の実装方法。
【請求項４】
前記フラックスは樹脂酸を含み、
前記はんだバンプの融点と前記樹脂酸の融点との差は２０℃以下であることを特徴とする請求項３に記載の電子部品の実装方法。
【請求項５】
基材と、
前記基材の素子搭載領域に形成された複数の電極パッドと、
前記複数の電極パッドのそれぞれに接合され、上面が凸状の複数の予備はんだと、
少なくとも一つの前記予備はんだの上に形成され、上面が平坦又は凹状の樹脂台座と、
を有することを特徴とする回路基板。
【請求項６】
前記樹脂台座は、前記複数の予備はんだのそれぞれの上に互いに間隔をおいて複数形成されることを特徴とする請求項５に記載の回路基板。
【請求項１】
回路基板の電極パッドの上に、上面が凸状の予備はんだを形成する工程と、
前記予備はんだの上に、上面が平坦又は凹状の樹脂台座を形成する工程と、
はんだバンプが形成された電子部品を前記樹脂台座の上に前記はんだバンプを下側にして載せる工程と、
前記予備はんだ、前記樹脂台座、及び前記はんだバンプをリフローすることにより、前記予備はんだと前記はんだバンプとを接合する工程と、
を有することを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記樹脂台座の融点は、前記はんだバンプの融点よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
前記樹脂台座はフラックスよりなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品の実装方法。
【請求項４】
前記フラックスは樹脂酸を含み、
前記はんだバンプの融点と前記樹脂酸の融点との差は２０℃以下であることを特徴とする請求項３に記載の電子部品の実装方法。
【請求項５】
基材と、
前記基材の素子搭載領域に形成された複数の電極パッドと、
前記複数の電極パッドのそれぞれに接合され、上面が凸状の複数の予備はんだと、
少なくとも一つの前記予備はんだの上に形成され、上面が平坦又は凹状の樹脂台座と、
を有することを特徴とする回路基板。
【請求項６】
前記樹脂台座は、前記複数の予備はんだのそれぞれの上に互いに間隔をおいて複数形成されることを特徴とする請求項５に記載の回路基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１１８５４７（Ｐ２０１０−１１８５４７Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９１２９６（Ｐ２００８−２９１２９６）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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