JPH10126047A - ボールグリッドアレイプリント配線板の半田バンプ形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールグリッドプリント配線板の多数の電極
ボンディングパッドに半田バンプを形成する方法におい
て、半田ボールを用いることなくＢＧＡプリント配線板
に半田バンプを形成でき、実装端子面の面積が大きくな
っても平面度を良く保つことができるようにし、特殊な
専用実装機を不要にする。 【解決手段】 以下の工程を有する。(a) 電極ボンディ
ングパッドに対応する位置に窪みを形成した表面の半田
濡れ性が悪いボール保持板を用意する工程；(b)このボ
ール保持板の窪みにこの窪みより盛り上がるようにクリ
ーム半田を供給する工程；(c) この窪みに盛り上げたク
リーム半田をリフローにより溶融し表面張力によりボー
ル状に凝固させて半田ボールを形成する工程；(d) 半田
ボールに電極ボンディングパッドを位置合せしつつプリ
ント配線板をボール保持板に重ねる工程；(e) 半田ボー
ルをリフローにより溶融させて対応する電極ボンディン
グパッドに半田付けする工程；(f) 半田の凝固後にボー
ル保持板をプリント配線板から取り外す工程；

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボールグリッドアレイ
プリント配線板の半田バンプ形成方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線板の高密度実装化が近年一
層進展し、プリント配線板を他のプリント配線板に実装
するための電極ボンディングパッド（以下接合パッドと
いう）間隔がますます小さくなって来ている。また接続
が必要な接合パッドの数も著しく多くなって来ている。
このため接合パッドのプリント配線板上の占有面積が無
視できなくなり、接合パッドの縮小化が必要となってい
る。

【０００３】そこで接合パッドを二次元的にグリッド
（格子）状に配列することが考えられている。この方法
は、各接合パッドに半田バンプと呼ばれる突起電極を設
け、この電極を接合相手となる他のプリント配線板の接
合パッドに位置合せしてリフロー半田付けするものであ
る。

【０００４】図２の（Ａ）〜（Ｆ）はこの方法の一例を
示す工程図である。この図２において１０は一方のボー
ルグリッドアレイプリント配線板（以下ＢＧＡプリント
配線板という）、３０はその相手側となる他のプリント
配線板である。ＢＧＡプリント配線板１０は、基板１２
の上面に格子状に配列された多数の接合パッド１４を持
つ。この接合パッド１４は、基板１２に貼着した銅箔を
公知のフォトエッチング法によりエッチングすることに
より形成される。

【０００５】基板１２には、メタルマスクを用いた印刷
などによりソルダーレジスト１６が塗布される。このソ
ルダーレジスト１６は、接合パッド１４の周縁に僅かに
重なるようにして接合パッド１４以外の部分を覆う。そ
して基板１０の接合パッド１４にはフラックス１８が塗
布される。このフラックス１８は、メタルマスク等を用
い印刷により、あるいはディスペンサ等を用い塗布され
る。図２の（Ａ）はこの状態を示している。

【０００６】次に各接合パッド１４上に共晶半田で予め
作られて用意された球形の半田ボール２０が１つずつ供
給され、フラックス１８により仮止めされる（図２の
（Ｂ））。そしてこの基板１０をリフロー炉に入れて加
熱し、半田ボール２０を加熱溶融（リフロー）する。こ
の時溶融半田はその表面張力により、ソルダーレジスト
１６の縁から半球状に盛り上がり、凝固によって突起状
の半田バンプ２２となる（図２の（Ｃ））。

【０００７】他のプリント配線板３０には、基板３２
と、接合パッド３４を含む回路パターンとが形成されて
いる。接合パッド３４は、前記プリント配線板１０の接
合パッド１４すなわち半田バンプ２２に対応してグリッ
ド状に配列されている。接合パッド３４にはメタルマス
クを用いて共晶クリーム半田３６が約２００μｍの厚さ
に印刷される（図２の（Ｄ））。このクリーム半田３６
は、接合部の半田量を確保しつつ半田付け性の向上のた
めに印刷されるが、その厚さ（約２００μｍ）は、この
プリント配線板３０に表面実装するチップ部品やＱＦＰ
型ＬＳＩ等のリフロー半田付けに現在広く用いられてい
る厚さと同一にするのが望ましい。

【０００８】次に前記のように半田バンプ２２を形成し
たＢＧＡプリント配線板１０を表裏反転させ、半田バン
プ２２を他のプリント配線板３０の接合パッド３４すな
わちクリーム半田３６に位置合せして重ねる（図２の
（Ｅ））。そしてリフロー炉に入れて加熱し、半田バン
プ２２とクリーム半田３６とを溶融（リフロー）させれ
ば、半田バンプ２２とクリーム半田３６とが混ざり合い
一体化する。半田が凝固すれば両プリント配線板１０、
３０の接合パッド１４と３４とが半田３８により接合さ
れる（図２の（Ｆ））。

【０００９】

【従来技術の問題点】以上説明した方法においては、半
田ボール２０をＢＧＡプリント配線板１０の各接合パッ
ド１４に１個ずつ正確に供給する必要がある。特に接続
パッド数が著しく増加して例えば２２５個以上の接続パ
ッドを設けた場合などは、実際上人手による供給は不可
能となる。

【００１０】このため、この半田ボール２０を一個ずつ
または一括して真空吸着により治具に吸い付け、これを
配線板の電極に直接置くかまたはここに印刷されたクリ
ーム半田の上に置くために、コンピュータ制御の専用実
装機が必要になる。しかしこの実装機の開発が必要にな
るばかりでなく、設備投資が高額になるという問題も生
じる。

【００１１】またＢＧＡプリント配線板では、実装端子
面の平面度（コプラナリティ）を良好にすることが半田
付けの信頼性向上のために必要になる。すなわち半田バ
ンプの先端の高さが揃っていることが必要である。しか
しこの実装端子面の面積が増え、電極数すなわち半田バ
ンプの数も増えると、この平面度も悪化し易くなる。こ
のためＢＧＡプリント配線板の大型化が困難になり、こ
のプリント配線板を用いるＬＳＩやＨＩＣ（ハイブリッ
ドＩＣ）などの半導体パッケージの大型化が困難であっ
た。

【００１２】

【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、半田ボールを用いることなくＢＧＡプリン
ト配線板に半田バンプを形成でき、実装端子面の面積が
大きくなっても平面度を良く保つことができ、特殊な専
用実装機が不要な半田バンプ形成方法を提供することを
目的とする。

【００１３】

【発明の構成】本発明によればこの目的は、ボールグリ
ッドプリント配線板の多数の電極ボンディングパッドに
半田バンプを形成する方法において、 (a) 前記電極ボンディングパッドに対応する位置に窪み
を形成した表面の半田濡れ性が悪いボール保持板を用意
する工程； (b) このボール保持板の窪みにこの窪みより盛り上がる
ようにクリーム半田を供給する工程； (c) この窪みに盛り上げたクリーム半田をリフローによ
り溶融し表面張力によりボール状に凝固させて半田ボー
ルを形成する工程； (d) 半田ボールに前記電極ボンディングパッドを位置合
せしつつ前記プリント配線板をボール保持板に重ねる工
程； (e) 前記半田ボールをリフローにより溶融させて対応す
る前記電極ボンディングパッドに半田付けする工程； (f) 半田の凝固後にボール保持板をプリント配線板から
取り外す工程；とを有することを特徴とするボールグリ
ッドアレイプリント配線板の半田バンプ形成方法、によ
り達成される。

【００１４】ここにボール保持板の窪みにクリーム半田
を供給する工程(b) は、窪みにクリーム半田を充填し、
その上にステンシルマスクを用いた印刷により所定の厚
さにクリーム半田を供給するのが望ましい。このように
すれば、窪みへのクリーム半田の供給量を簡単かつ正確
に管理できるからである。

【００１５】この場合窪みへのクリーム半田の充填は、
ボール保持板の表面を直接へらで擦ることにより行うこ
とができる。この窪みにクリーム半田を充填した後、１
００〜１３０℃に加熱して乾燥するのがよい。この加熱
・乾燥処理により、充填したクリーム半田の中の溶剤が
蒸発し、後工程でこの上に印刷されるクリーム半田との
一体化が良好になる。

【００１６】ここに用いるボール保持板の表面は、十分
に良い平面度を持つのは当然であり、工程(e) では多数
の半田ボールはこの平面度が良いボール保持板に保持さ
れた状態でプリント配線板側にリフロー半田付けされる
から、半田バンプの平面度も十分に高く確保することが
できる。なお工程(f) でプリント配線板をボール保持板
から剥がして取外した後で、半田バンプの先端の突起を
平面度が良い平板に押し当てれば、半田バンプの平面度
は一層向上する。

【００１７】

【実施例】図１の（Ａ）〜（Ｇ）は本発明の方法を示す
工程図である。まずボール保持板４０を用意する（図１
の（Ａ））。このボール保持板４０はステンレススチー
ル板やセラミック板などの平面度の良い板で作られ、そ
の表面にはプリント配線板５０（図１の（Ｆ）〜
（Ｇ））の接合パッドに対応する位置に窪み４２が形成
されている。これらの窪み４２は、例えばドリル加工し
た一定の径と深さを持つ小孔でよい。

【００１８】このボール保持板４０の表面は、窪み４２
の内面を含めて半田の濡れ性が悪いもの、換言すれば溶
融半田をはじくものであることが必要である。ステンレ
ススチール板を用いる場合にこの半田濡れ性を十分に悪
くするために、表面および窪み４２の内面をテフロンコ
ーティングするのがよい。

【００１９】このボール保持板４０の窪み４２には、ク
リーム半田４４が充填される（図１の（Ｂ））。この工
程は、ステンシルマスクを用いずに、クリーム半田を載
せたボール保持板４０の表面で直接へらを擦ることによ
り行うことができる。この場合にはへらで不用なクリー
ム半田をきれいに除去しておく。なおこの窪み４４に充
填したクリーム半田４４の量は一定になる。

【００２０】次にこのボール保持板４０を１００〜１３
０℃に加熱し、クリーム半田４２を乾燥する。そしてこ
の乾燥したクリーム半田４２の上にステンシルマスクを
用いた印刷によって所定の厚さにクリーム半田４６を載
せる（図１の（Ｃ））。ステンシルマスクには各窪み４
２に対応する位置に窪み４２より大径の開口が形成さ
れ、この開口を窪み４２に位置合せして、ステンシルマ
スクの上に置いたクリーム半田をへらで擦ることによ
り、所定厚さのクリーム半田４６を各窪み４２に供給で
きる。

【００２１】このボール保持板４０はリフロー炉に入れ
られて加熱され、クリーム半田４４、４６が同時に溶融
（リフロー）される（図１の（Ｄ））。この時クリーム
半田４４は予め１００〜１３０℃で乾燥され、内部の溶
剤が蒸発しているから、後で追加されたクリーム半田４
６との一体化が円滑に行われる。溶融したクリーム半田
４４、４６は一体となり、表面張力によって窪み４２か
ら突出した部分が球形になる。

【００２２】そしてそのまま冷えて凝固すれば半田ボー
ル４８となる。クリーム半田４４、４６の供給量は一定
であるから、この半田ボール４８の径も一定であり、全
ての半田ボール４８の頂点は共通な平面上に高精度に並
ぶことになる。

【００２３】この半田ボール４８には、ＢＧＡプリント
配線板としての半導体パッケージ５０が載せられる。こ
こに半導体パッケージ５０はＬＳＩやＨＩＣなどの半導
体部品５２を上面に搭載し、これを樹脂５４で気密封止
したものであり、プリント配線板からなる基板５６の下
面には接合パッドが形成されている。

【００２４】これらの接合パッドを半田ボール４８に位
置合せして、この半導体パッケージ５０はボール保持板
４０に上から重ねられる。そしてこれらをリフロー炉に
入れて半田ボール４８をリフローすれば、溶融した半田
ボール４８が半導体パッケージ５０の基板５６の接合パ
ッドに半田付けされる（図１の（Ｅ））。

【００２５】半田が十分に凝固してからボール保持板４
０を半導体パッケージ５０から取外せば、半田ボール４
８が半導体パッケージ５０側に固着してボール保持板４
０から離脱する（図１の（Ｆ））。この時窪み４２内の
クリーム半田４４がリフローされて半田ボール４８の先
端に突起４４Ａとなって残る。この結果突起４４Ａ付き
の半田バンプ５８が完成する。

【００２６】ボール保持板４０の表面は十分に平面度良
く仕上げられているから、ここに保持された多数の半田
ボール４８も平面度良く並ぶ。従って半導体パッケージ
５０側に移された半田バンプ５８の突起４４Ａも平面度
良く並ぶ。しかしボール保持板４０を半導体パッケージ
５０から剥がす際に、一部の半田バンプ５８が多少傾い
たりすることはあり得る。

【００２７】そこでその後突起４４Ａを平面度の良い平
板６０に押し付け、突起４４Ａの先端の配列の平面度を
向上させるのが望ましい（図１の（Ｇ））。なおこの平
板６０の表面も半田濡れ性の悪い材料で作ることが望ま
しい。

【００２８】以上の実施態様では、窪み４２にクリーム
半田４４をへらを用いて充填した後、一定量のクリーム
半田４６をステンシルマスクを用いた印刷により載せて
いるが、一定量のクリーム半田を各窪み４２に供給でき
るのであれば他の方法で供給してもよい。例えば窪み４
２を浅くかつ開口が大きい形状とし、ステンシルマスク
を用いた一度の印刷で一定量のクリーム半田を供給して
もよい。

【００２９】窪み４２は前記実施態様のように小径の孔
にすれば、半田バンプ５８の先端に十分長い突起４４Ａ
を形成することができる。この突起４４Ａは平板６０に
押し当てることにより容易につぶれるから、平面度を高
めるのに特に都合が良い。

【００３０】また使用するクリーム半田４４、４６は同
一性状の共晶半田を用いるのがよい。この場合は、クリ
ーム半田４４、４６は瞬時に溶融が起こり、リフローが
速やかに行われ、かつ半田の成分組成が不均一になるこ
とがない。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、ボール
保持板の窪みにこの窪みよりも盛り上がるように所定量
のクリーム半田を供給し、リフローすることにより表面
張力を利用して半田をボール状に凝固させ、この半田ボ
ールをプリント配線板側へリフロー半田付けして、半田
ボールの先端に突起を持った半田バンプを形成したもの
である。従って予め球形の半田ボールを用意して１つず
つ各接合パッドに供給する必要が無くなり、特殊な専用
実装機が不要になる。このため通常の印刷装置やリフロ
ー炉などの設備で足りる。

【００３２】またボール保持板の平面度を十分良くする
ことにより半田バンプの先端の平面度も良くすることが
できるから、実装端子面の面積が大きい半導体パッケー
ジなどを信頼性高く半田付けすることが可能になる。

【００３３】ここにボール保持板に一定量のクリーム半
田を供給するためには、窪みにクリーム半田を充填した
後、この上にステンシルマスクを用いた印刷により所定
厚さにクリーム半田を印刷するのがよい（請求項２）。
このようにすれば簡単に一定量のクリーム半田を高精度
に供給できる。なおこの場合、窪みに充填したクリーム
半田を１００〜１３０℃で加熱し乾燥しておけば、その
後のステンシルマスクを用いた印刷を円滑に行うことが
できると共に、両クリーム半田の一体化に適する（請求
項３）。

【００３４】また工程(f) でボール保持板をプリント配
線板から剥がす際に、半田バンプの高さが不揃いになる
ことがあり得るので、この場合には平面度の高い平板に
突起を押し当ててつぶすことにより平面度を良くするこ
とが可能である（請求項４）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図

【図２】半田ボールを用いる従来の方法を示す図

【符号の説明】

４０ ボール保持板 ４２ 窪み ４４、４６ クリーム半田 ４４Ａ 突起 ４８ 半田ボール ５０ プリント配線板としての半導体パッケージ ５８ 半田バンプ ６０ 平板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボールグリッドプリント配線板の多数の
   電極ボンディングパッドに半田バンプを形成する方法に
   おいて、 (a) 前記電極ボンディングパッドに対応する位置に窪み
   を形成した表面の半田濡れ性が悪いボール保持板を用意
   する工程； (b) このボール保持板の窪みにこの窪みより盛り上がる
   ようにクリーム半田を供給する工程； (c) この窪みに盛り上げたクリーム半田をリフローによ
   り溶融し表面張力によりボール状に凝固させて半田ボー
   ルを形成する工程； (d) 半田ボールに前記電極ボンディングパッドを位置合
   せしつつ前記プリント配線板をボール保持板に重ねる工
   程； (e) 前記半田ボールをリフローにより溶融させて対応す
   る前記電極ボンディングパッドに半田付けする工程； (f) 半田の凝固後にボール保持板をプリント配線板から
   取り外す工程；とを有することを特徴とするボールグリ
   ッドアレイプリント配線板の半田バンプ形成方法。
2. 【請求項２】 工程(b) は、 (b-a) ボール保持板の窪みにクリーム半田を充填する
   工程； (b-b) 窪みに充填したクリーム半田の上に、ステンシ
   ルマスクを用いてさらに他のクリーム半田を所定厚さに
   印刷する工程；とを有する請求項１のボールグリッドア
   レイプリント配線板の半田バンプ形成方法。
3. 【請求項３】 工程(b-a) において、窪みにクリーム半
   田を充填した後１００°〜１３０℃に加熱し乾燥する請
   求項２のボールグリッドアレイプリント配線板の半田バ
   ンプ形成方法。
4. 【請求項４】 工程(f) の後に次の工程、 (g) 半田ボールの先端に形成された窪みの形状に対応す
   る突起を、平板に押圧して、突起先端の平面度を確保す
   る工程：を付加した請求項１のボールグリッドアレイプ
   リント配線板の半田バンプ形成方法。