專利名稱：布線基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及布線基板及其制造方法。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)1日本專利特開平10-112514號(hào)公報(bào)。
非專利文獻(xiàn)1“高可靠性Sn-Ag系列無(wú)鉛焊料的開發(fā)”豐田中央研究所R&D評(píng)論Vol.35 No.2(2000)39頁(yè)。
在以BGA(Ball Grid Array球格陣列)連接為前提的有機(jī)封裝件中，構(gòu)成BGA的焊料連接部由焊料球形成。通常，在形成于基板上的Cu系列焊盤上放置焊料球，經(jīng)回流處理形成BGA焊料連接部。以前，焊料球的材質(zhì)使用Pb含量高的高溫焊料。高溫焊料回流溫度高，對(duì)Cu系列焊盤的浸濕性也比共晶焊料等差，因此容易導(dǎo)致連接不良。在專利文獻(xiàn)1中，還公開了在Cu系列焊盤上涂敷膏以改善焊料浸濕性的常規(guī)性的技術(shù)，但效果不夠好。另一方面，可以考慮在Cu系列焊盤上涂敷共晶焊料膏，將其熔融，預(yù)先在Cu系列焊盤上形成輔助連接用的焊料層。預(yù)先在焊盤上形成浸濕性良好的共晶焊料層，可望提高焊料球的連接強(qiáng)度。
但是，最近因?yàn)榄h(huán)境污染問(wèn)題，開始使用不含Pb，即無(wú)Pb焊料來(lái)取代以前的Sn-Pb共晶焊料。無(wú)Pb焊料存在如下問(wèn)題因?yàn)榛亓鳒囟雀?，?duì)Cu系列焊盤的浸濕性差，因此，即使熔融形成連接輔助用的焊料層，在焊盤表面上也不會(huì)很好地浸濕擴(kuò)散，露出面殘留多，作為連接輔助的作用不充分。另外，不浸濕擴(kuò)散而造成大量的無(wú)Pb焊料在焊盤上高高隆起，因此容易產(chǎn)生以下問(wèn)題在放置、安裝焊料球時(shí)，球在焊盤上會(huì)變得不穩(wěn)定，也會(huì)給定位精度帶來(lái)障礙。特別是，如果為了使焊盤上的露出面減少而增加焊料膏的涂敷量，則該問(wèn)題就越發(fā)容易產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于提供一種仍然使用Pb含量低的Sn系列高溫焊料，但是能均勻地覆蓋Cu系列的焊盤表面的布線基板的制造方法以及可利用此方法而制造的布線基板。
為解決上述課題，本發(fā)明的布線基板的制造方法如下，本發(fā)明的布線基板具有布線層疊部，由高分子材料構(gòu)成的電介質(zhì)層和導(dǎo)體層交替層疊而構(gòu)成；多個(gè)金屬焊盤，配置在由該布線層疊部的電介質(zhì)層形成的主表面上；以及焊料抗蝕劑層，配置在上述布線層疊部的上述主表面上，形成了用于使上述金屬焊盤露出的開口部，金屬焊盤具有主體層，由Cu鍍層構(gòu)成；以及Sn系列焊料覆蓋層，由以Sn為主成分的液相線溫度大于等于185℃小于232℃的Sn系列高溫焊料構(gòu)成，以面積覆蓋率大于等于81％而與該主體層相接的方式，覆蓋位于焊料抗蝕劑層的上述開口部?jī)?nèi)的上述主體層的表面，并且，在上述開口部的中央位置，厚度最大；在上述開口部的內(nèi)周邊位置，厚度最小，并且，具有在上述中央位置的厚度h小于上述開口部的深度H的凸彎曲面狀的表面形狀，該布線基板的制造方法的特征在于，按如下順序?qū)嵤╊A(yù)鍍工序，在開口部?jī)?nèi)形成焊料抗蝕劑層并使金屬焊盤的主體層露出，用Sn系列預(yù)鍍層覆蓋該露出的主體層的表面；焊料膏涂敷工序，在Sn系列預(yù)鍍層上，以比Sn系列預(yù)鍍層更厚的方式，涂敷由Sn系列高溫焊料構(gòu)成了所含有的焊料粉末的焊料膏；以及焊料熔融工序，通過(guò)以超過(guò)Sn系列高溫焊料的液相線溫度的高溫對(duì)覆蓋主體層上的Sn系列預(yù)鍍層的表面的焊料膏涂敷層進(jìn)行加熱，使其和Sn系列預(yù)鍍層一起熔融、在主體層表面浸濕擴(kuò)散，從而形成Sn系列焊料覆蓋層。
一般常用的Sn-Pb共晶焊料具有Sn-38質(zhì)量％Pb的共晶成分，熔點(diǎn)是183℃。從該成分向Pb多的一側(cè)移動(dòng)，或向Sn多的一側(cè)移動(dòng)，合金的熔點(diǎn)(液相線)都會(huì)上升。單質(zhì)的Sn金屬相當(dāng)于從共晶焊料中簡(jiǎn)單除去了全部的Pb后的物質(zhì)，熔點(diǎn)為232℃。在本發(fā)明中采用的Sn系列高溫焊料中，“以Sn為主要成分”是指共晶焊料中含有大于等于62質(zhì)量％的Sn。而且，把該焊料的熔點(diǎn)設(shè)定為大于等于185℃，意味著用使Pb含量從Sn-Pb共晶焊料中減少后的Sn合金來(lái)構(gòu)成合金(熔點(diǎn)的上限就是Sn單質(zhì)的232℃)。從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，構(gòu)成上述高溫焊料構(gòu)件的Sn合金優(yōu)選的是Pb含量小于等于5質(zhì)量％(更優(yōu)選的是小于等于1質(zhì)量％，再優(yōu)選的是，除了不能避開的雜質(zhì)水平的物質(zhì)，盡可能不含有Pb)。
根據(jù)本發(fā)明的布線基板的制造方法，在由從焊料抗蝕劑層露出的Cu鍍層構(gòu)成的焊盤的主體層表面上，由上述Sn系列高溫焊料形成Sn系列焊料覆蓋層。此時(shí)，不是把由Sn系列高溫焊料構(gòu)成的焊料膏直接涂敷在焊盤的主體層表面上，而是先在主體層表面上薄薄地形成Sn系列預(yù)鍍層，再在其上涂敷焊料膏，使其熔融。這樣，就能夠使對(duì)Cu的浸濕不那么良好的Sn系列高溫焊料在構(gòu)成主體層的Cu鍍層上均勻地浸濕擴(kuò)散，因而即使少量涂敷焊料膏，也能夠以高的覆蓋率均勻地覆蓋焊盤的表面。
結(jié)果，就能夠首次實(shí)現(xiàn)以前不可能實(shí)現(xiàn)的下述本發(fā)明的布線基板的結(jié)構(gòu)。即，該布線基板，其特征在于，具有布線層疊部，由高分子材料構(gòu)成的電介質(zhì)層和導(dǎo)體層交替層疊而構(gòu)成；多個(gè)金屬焊盤，在由該布線層疊部的上述絕緣層形成的主表面上配置；以及焊料抗蝕劑層，配置在布線層疊部的上述主表面上，形成了用于使上述金屬焊盤露出的開口部，金屬焊盤具有主體層，由Cu鍍層構(gòu)成；以及Sn系列焊料覆蓋層，由以Sn為主成分的液相線溫度大于等于185℃小于232℃的Sn系列高溫焊料構(gòu)成，以面積覆蓋率大于等于81％而連接該主體層的方式，覆蓋位于焊料抗蝕劑層的上述開口部?jī)?nèi)的上述主體層的表面，并且，在上述開口部的中央位置的厚度為最大，在上述開口部的內(nèi)周邊位置的厚度為最小，并且，具有在上述中央位置的厚度h小于上述開口部的深度H的凸彎曲面狀的表面形狀。
即，仍然使用對(duì)Cu的浸濕性差的Sn系列高溫焊料，但首次能夠以適當(dāng)?shù)暮穸仍谟蒀u鍍層構(gòu)成的主體層的表面上形成面積覆蓋率大于等于81％，在開口部的中央位置厚度為最大，在開口部的內(nèi)邊緣位置厚度為最小，而且在中央位置的厚度h小于開口部的深度H的凸彎曲面狀的表面形態(tài)的Sn系列焊料覆蓋層，也就是，使熔融金屬在焊盤的主體層上均勻地浸濕擴(kuò)散而得到的形狀的Sn系列焊料覆蓋層。
具體而言，能夠帶來(lái)以下的效果。
(1)焊盤表面因?yàn)橛蓽p少Pb含量的Sn系列焊料覆蓋層來(lái)覆蓋，所以在環(huán)境對(duì)策上有效，并且，即使以對(duì)Cu的浸濕性差的Sn系列高溫焊料，也可以形成均勻地覆蓋焊盤表面的Sn焊料覆蓋層，因此還能促進(jìn)其普及。
(2)金屬焊盤能夠形成為球格陣列焊盤，該球格陣列焊盤在布線基板的背面?zhèn)扔啥鄠€(gè)排列成格子狀或者鋸齒狀，分別與用于與作為連接目標(biāo)的基板的端子連接的焊料球構(gòu)件結(jié)合。在這種情況下，Sn系列焊料覆蓋層雖然減少了Pb含量，但是焊料不完全覆蓋的露出面從焊盤表面大幅減少，能夠提高焊料球構(gòu)件的連接強(qiáng)度，并且顯著改善了其偏差。
(3)因?yàn)镾n系列高溫焊料的浸濕擴(kuò)散性良好，所以即使不增加Sn系列焊料覆蓋層的厚度，也能均勻地覆蓋焊盤表面，所以能使該Sn系列焊料覆蓋層的中央位置的厚度h比焊料抗蝕劑層的開口部的深度H小。這就使在焊料抗蝕劑層的開口部放置焊料球構(gòu)件時(shí)的定位穩(wěn)定性大幅提高。
(4)金屬焊盤也能夠作為形成于布線基板的表面?zhèn)鹊墓鈱W(xué)定位用的標(biāo)記焊盤，在這種情況下，焊盤表面由反射率良好的Sn系列焊料覆蓋層均勻地覆蓋，能提高其光學(xué)檢測(cè)精度。
Sn系列焊料覆蓋層，優(yōu)選的是，由以Sn為主要成分的液相線溫度大于等于190℃小于232℃的Sn系列高溫焊料構(gòu)成，使得以面積覆蓋率大于等于90％而與該主體層相接的方式，來(lái)覆蓋位于焊料抗蝕劑層的上述開口部?jī)?nèi)的上述主體層的表面；特別優(yōu)選的是，由以Sn為主要成分的液相線溫度大于等于200℃小于232℃的Sn系列高溫焊料構(gòu)成，使得以面積覆蓋率大于等于95％而與該主體層相接的方式，來(lái)覆蓋位于焊料抗蝕劑層的上述開口部?jī)?nèi)的上述主體層的表面。如果是液相線溫度大于等于200℃的Sn系列高溫焊料，就可以再大幅減少Pb的含量。例如，在非專利文獻(xiàn)1的表1中列舉的各種組成的無(wú)Pb焊料中，熔點(diǎn)(液相線溫度)Ts也都大于等于200℃。另外，Sn系列焊料覆蓋層做成以面積覆蓋率大于等90％，優(yōu)選的是大于等于95％而與該主體層相接的方式，來(lái)覆蓋主體層的表面，就能進(jìn)一步提高上述(1)～(4)的效果。


圖1是表示布線基板的一實(shí)施方式的俯視圖。
圖2是其背面圖。
圖3是表示本發(fā)明的布線基板的剖面結(jié)構(gòu)的一例的圖。
圖4是示意表示BGA焊盤側(cè)的結(jié)構(gòu)的放大剖視圖。
圖5是示意表示相對(duì)圖4的比較例的結(jié)構(gòu)的放大剖視圖。
圖6是表示本發(fā)明的基板制造方法的概要的工序說(shuō)明圖。
圖7表示本發(fā)明的BGA焊盤側(cè)的結(jié)構(gòu)的實(shí)例的剖面光學(xué)顯微鏡觀察圖像。
圖8表示比較例的BGA焊盤側(cè)的結(jié)構(gòu)的實(shí)例的剖面光學(xué)顯微鏡觀察圖像。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖3是示意性地表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的布線基板1的剖面構(gòu)造的圖。布線基板1在用耐熱性樹脂板(例如雙馬來(lái)酰亞胺三嗪(ビスマレイミド一トリアジン)樹脂板)或纖維強(qiáng)化樹脂板(例如玻璃纖維強(qiáng)化環(huán)氧樹脂)等構(gòu)成的板狀芯子2的兩表面上分別形成了按規(guī)定的圖形而構(gòu)成布線金屬層的芯子導(dǎo)體層M1、M11(簡(jiǎn)稱導(dǎo)體層)。這些芯子導(dǎo)體層M1、M11形成為覆蓋板狀芯子2的表面的大部分的面導(dǎo)體圖形，用作電源層或接地層。另一方面，在板狀芯子2上形成了由打孔機(jī)等穿設(shè)的通孔12，在其內(nèi)壁面形成了使芯子導(dǎo)體層M1、M11互相導(dǎo)通的通孔導(dǎo)體30。還有，通孔12由環(huán)氧樹脂等樹脂制填充材料31來(lái)填充。
還有，在芯子導(dǎo)體層M1、M11的上層分別形成了用熱固化性樹脂組成物6構(gòu)成的第一通路(ビア)層(沉積層(ビルドアツプ層)電介質(zhì)層)V1、V11。而且，在該表面上通過(guò)鍍Cu分別形成了具有金屬布線7的第一導(dǎo)體層M2、M12。另外，芯子導(dǎo)體層M1、M11和第一導(dǎo)體層M2、M12分別通過(guò)通路層34而形成層間連接。同樣，在第一導(dǎo)體層M2、M12的上層分別形成了使用了熱固化性樹脂組成物6的第二通路層(沉積層(ビルドアツプ層)電介質(zhì)層)V2、V12。在其表面形成了具有金屬端子焊盤10、17的第二導(dǎo)體層M3、M13。這些第一導(dǎo)體層M2、M12和第二導(dǎo)體層M3、M13分別通過(guò)通路層34形成層間連接。通路層34具有通路孔(ビアホ一ル)34h、在其內(nèi)周面設(shè)置的通路導(dǎo)體34s、設(shè)置成靠底面?zhèn)扰c通路導(dǎo)體34s導(dǎo)通的通路焊盤34p、以及在通路焊盤34p的相反側(cè)從通路孔34h的開口周邊向外伸出的通路焊盤341。
在板狀芯子2的第一主表面MP1上，芯子導(dǎo)體層M1、第一通路層V1、第一導(dǎo)體層M2、以及第二通路層V2形成了第一布線層疊部L1。另外，在板狀芯子2的第二主表面MP2上，芯子導(dǎo)體層M11、第一通路層V11、第一導(dǎo)體層M12、以及第二通路層V12形成了第二布線層疊部L2。電介質(zhì)層和導(dǎo)體層交替層疊，且總是在最上層形成電介質(zhì)層6，分別形成了各多個(gè)金屬端子焊盤10至17。第一布線層疊部L1側(cè)的金屬端子10構(gòu)成用來(lái)倒裝連接集成電路部件的焊盤即焊料焊盤。
另外，第二布線層疊部L2側(cè)的金屬端子17用作背面焊盤，該背面焊盤用于通過(guò)球格陣列(BGA)把布線基板本身連接于母插件等。如圖2所示，第二導(dǎo)體層M13內(nèi)的第二側(cè)焊盤17也排列形成為格子狀。而且，在各第二導(dǎo)體層M3、M13上，分別形成了由感光性樹脂組成物構(gòu)成的焊料抗蝕劑層8、18(SR1，SR2)。全都為了使第一側(cè)焊盤10或第二側(cè)焊盤17露出，與各焊盤一一對(duì)應(yīng)地形成了開口部8h、18h。
通路層V1、V11、V2、V12和焊料抗蝕劑層8、18按例如如下方式來(lái)制造。即，使感光性樹脂組成物漆薄膜化，對(duì)這樣制成的感光性粘接薄膜進(jìn)行層疊(貼合)，再疊加具有對(duì)應(yīng)于通路孔34h的圖形的透明掩膜(例如玻璃掩膜)，進(jìn)行曝光。通路孔34h以外的薄膜部分經(jīng)過(guò)該曝光而硬化，而通路孔34h部分未硬化而保持原樣，因此，如果將其溶解于溶劑中除去的話，則能用期望的圖形簡(jiǎn)單地形成通路孔34h(所謂的光通路處理)。
在圖3中第二側(cè)焊盤17是作為本發(fā)明的適用對(duì)象的金屬焊盤(以下也記載成金屬焊盤17)。金屬焊盤17排列成如圖2所示的大致格子狀(或鋸齒狀)，如圖3所示，與焊料球構(gòu)件97分別結(jié)合。圖4是上下翻轉(zhuǎn)表示其細(xì)節(jié)的圖，金屬焊盤17具有由Cu鍍層構(gòu)成的主體層17m和由液相線溫度大于等于185℃小于232℃(優(yōu)選的是大于等于190℃小于232℃，更優(yōu)選的是大于等195℃小于232℃，再優(yōu)選的是大于等于200℃小于232℃)的Sn系列高溫焊料構(gòu)成的Sn系列焊料覆蓋層87。Sn系列焊料覆蓋層87以面積覆蓋率大于等于81％(優(yōu)選的是大于等于85％，更優(yōu)選的是大于等于90％，再優(yōu)選的是大于等于95％，面積覆蓋率越高越好)而與該主體層17m接連的形狀來(lái)覆蓋位于焊料抗蝕劑層18的開口部18h內(nèi)的主體層17m的表面，并且，在開口部18h的中央位置厚度為最大，在開口部18h的內(nèi)邊緣位置厚度為最小，并且，具有在中央位置的厚度h小于開口部18h的深度H的凸彎曲面狀的表面形狀。再者，焊料球構(gòu)件97的材質(zhì)也是Sn系列高溫焊料。
對(duì)構(gòu)成Sn系列焊料覆蓋層87的Sn系列高溫焊料詳細(xì)進(jìn)行說(shuō)明。單質(zhì)的Sn金屬相當(dāng)于從共晶焊料簡(jiǎn)單地除去全部的Pb，但熔點(diǎn)為232℃，比共晶焊料的熔點(diǎn)高出近50℃，很難直接作為代替焊料來(lái)采用。在這種情況下，對(duì)可采用的Sn系列高溫焊料，以Sn作為主要成分(如上述的，指在共晶焊料中大于等于62質(zhì)量％的含量)，從Pb以外的元素探尋共晶形成成分的主體。在要用從Sn-Pb共晶焊料中大幅降低了Pb含量的Sn合金構(gòu)成焊料構(gòu)件的情形下，高溫焊料的熔點(diǎn)肯定會(huì)超過(guò)185℃(有些是200℃)(上限是Sn單質(zhì)的232℃)。從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，Sn系列高溫焊料優(yōu)選的是Pb含量小于等于5質(zhì)量％(更優(yōu)選的是小于等于1質(zhì)量％，最優(yōu)選的是除了不能避開的雜質(zhì)水平的物質(zhì)，盡可能不含有Pb)。
在Sn系列高溫焊料中給Sn添加的副成分，條件為熔點(diǎn)降低效果盡量大，此外價(jià)格便宜，或即使稍微昂貴但添加量少也解決問(wèn)題，焊料附著性以及流動(dòng)性良好，抗蝕性優(yōu)，等等。但是，均衡地較好具備這些條件的副成分的種類格外有限，不過(guò)Zn、Bi、Ag以及Cu等數(shù)個(gè)元素。Sn-Zn系列在15質(zhì)量％Zn附近有共晶點(diǎn)，用該組成，熔點(diǎn)下降到195℃。但是，Zn在抗蝕性上有缺點(diǎn)，通常限于7～10質(zhì)量％左右的添加量，用該組成附近的二元系列，熔點(diǎn)只降到215℃左右。于是，添加1～5質(zhì)量％的Bi進(jìn)行熔點(diǎn)調(diào)整，但最終很難得到小于200℃的熔點(diǎn)。而且，Bi昂貴，也是戰(zhàn)略物資，所以在供給的穩(wěn)定性上有困難。
另一方面，Ag和Cu單獨(dú)和Sn相比遠(yuǎn)是高熔點(diǎn)，就Sn-Ag系列而言在5質(zhì)量％Ag附近，就Sn-Cu系列而言在2質(zhì)量％Cu附近，都在Sn多的一側(cè)存在共晶點(diǎn)。另外，Ag-Cu系列也是共晶系列，通過(guò)利用Sn-Ag-Cu的三元共晶能進(jìn)一步降低熔點(diǎn)。但是，Sn-Ag系列也好、Sn-Cu系列也好，都是二元共晶溫度為220℃左右，即使采用三元共晶系列也不可能把熔點(diǎn)降到小于等于200℃。
從低熔點(diǎn)化的角度，Sn系列焊料覆蓋層87優(yōu)選的是采用以下的Sn系列高溫焊料Sn的含量為94質(zhì)量％～99質(zhì)量％，作為共晶形成副成分，Ag和Cu的一方或雙方合計(jì)含有在1質(zhì)量％～6質(zhì)量％。例如，在Sn-Ag系列合金的情況下，從低熔點(diǎn)化的角度來(lái)看的推薦組成為，對(duì)于Sn，Ag的含量為3質(zhì)量％～6質(zhì)量％。同樣，在Sn-Cu系列合金的情況下，對(duì)于Sn，Cu的含量為1質(zhì)量％～3質(zhì)量％。再有，在Sn-Ag-Cu合金的情況下，Ag+Cu為3質(zhì)量％～6質(zhì)量％，Cu/(Ag+Cu)質(zhì)量比為0.1～0.5。無(wú)論在哪種情形，焊料的熔點(diǎn)也大于等于200℃。
在本發(fā)明中，有必要使用上述的Sn系列高溫焊料，在由從焊料抗蝕劑層18露出的Cu鍍層構(gòu)成的焊盤的主體層17m的表面上，由上述Sn系列高溫焊料形成Sn系列焊料覆蓋層87。如圖5所示，通過(guò)在Cu鍍層構(gòu)成的主體層17m的表面上直接涂敷焊料膏并使其回流，熔融形成Sn系列焊料覆蓋層87，即使如此，Sn系列高溫焊料由于回流溫度高，對(duì)Cu的浸濕性差，也不會(huì)很好地浸濕擴(kuò)散。結(jié)果出現(xiàn)以下問(wèn)題露出面17e剩余很多，焊料球97的連接強(qiáng)度降低，或者強(qiáng)度不勻。另外，容易產(chǎn)生以下問(wèn)題因?yàn)椴唤駭U(kuò)散，大量的焊料87’在主體層17m上高高隆起，所以也容易產(chǎn)生在放置、安裝焊料球97時(shí)，在焊盤上球97變得不穩(wěn)定，給定位精度帶來(lái)障礙。
因此，在本發(fā)明中，采用圖6所示的工序。首先，按工序1所示，在開口部18h內(nèi)按金屬焊盤17的主體層17m露出的方式形成焊料抗蝕劑層18，通過(guò)非電解鍍Sn或電解鍍Sn，用Sn系列預(yù)鍍層91覆蓋該露出的主體層17m的表面(預(yù)鍍工序)。其次，在Sn系列預(yù)鍍層91上，比Sn系列預(yù)鍍層91更厚地涂敷由Sn系列高溫焊料組成所含的焊料粉末的焊料膏87p(焊料膏87p涂敷工序)。然后，對(duì)覆蓋主體層17m上的Sn系列預(yù)鍍層91的表面的焊料膏87p涂敷層加熱至超過(guò)Sn系列高溫焊料的液相線溫度的高溫，使其和Sn系列預(yù)鍍層91一起熔融、在主體層17m表面浸濕擴(kuò)散，從而形成Sn系列焊料覆蓋層87(焊料熔融工序)。
即，不是直接在焊盤的主體層17m表面涂敷由Sn系列高溫焊料構(gòu)成的焊料膏87p，而是先在主體層17m的表面薄薄形成Sn系列預(yù)鍍層91，再在其上涂敷焊料膏87p并使其熔融。因此，能使對(duì)Cu的浸濕性不怎么好的Sn系列高溫焊料，在構(gòu)成主體層17m的Cu鍍層上均勻地浸濕擴(kuò)散，因而即使焊料膏87p的涂敷量較少，也能夠以較高的覆蓋率均勻覆蓋焊盤的表面。
結(jié)果，Sn系列焊料覆蓋層87雖然減少了Pb的含量，但是從焊盤表面大幅減少了因焊料不完全覆蓋引起的露出面，能提高焊料球構(gòu)件的連接強(qiáng)度，并且其偏差也被顯著改善。另外，因?yàn)镾n系列高溫焊料的浸濕擴(kuò)散良好，盡管不增加Sn系列焊料覆蓋層87的厚度，也能均勻地覆蓋焊盤表面，因此能使該Sn系列焊料覆蓋層87的中央位置的厚度h小于焊料抗蝕劑層18的開口部18h的深度H。這使把焊料球構(gòu)件放置在焊料抗蝕劑層18的開口部18h時(shí)的定位穩(wěn)定性大幅提高。
由于采用上述方法，使得極其容易在開口部18h內(nèi)由Sn系列焊料覆蓋層87以滿足h＜H且面積率大于等于95％的方式覆蓋主體層17m的表面，根據(jù)情形，也可以得到大于等于98％或幾乎近于100％的覆蓋狀態(tài)。如圖5所示，無(wú)需說(shuō)明，該狀態(tài)與用現(xiàn)有方法的覆蓋狀態(tài)(例如小于等于80％)相比是良好的，在連接了焊料球97的情形下的可靠性以及定位精度上是優(yōu)秀的。
Sn系列預(yù)鍍層91優(yōu)選的是用0.9μm～5μm的厚度形成。如果Sn系列預(yù)鍍層92的厚度小于0.9μm，則很難由Sn系列預(yù)鍍層91均勻地覆蓋主體層17m的表面，因而有時(shí)也不能充分確保Sn系列焊料覆蓋層87的覆蓋率。另一方面，Sn系列預(yù)鍍層91的厚度大于等于5μm，則招致電鍍工序的長(zhǎng)時(shí)間化，帶來(lái)生產(chǎn)效率的下降。
為了使Sn系列焊料覆蓋層87的浸濕擴(kuò)散性充分提高，Sn系列預(yù)鍍層91優(yōu)選的是用具有Sn的含量大于等于95％的組成的物質(zhì)形成。在這種情況下，Sn系列預(yù)鍍層91使用含有Au的物質(zhì)作為副成分，能提高由Cu鍍層構(gòu)成的主體層71和Sn系列預(yù)鍍層91的親和性，從使Sn系列焊料覆蓋層87的浸濕擴(kuò)散性更好的觀點(diǎn)來(lái)看是有利的。如果Sn系列預(yù)鍍層91的Au的含量小于0.1質(zhì)量％，則效果不夠；超過(guò)5質(zhì)量％，則Au-Sn系列金屬間化合物的形成量增加，導(dǎo)致焊料球97的連接強(qiáng)度降低。
在BGA用焊盤的情況下，位于金屬焊盤17的表面的開口部18h內(nèi)的區(qū)域的直徑通常設(shè)定為200μm～600μm。在這種情況下，Sn系列焊料覆蓋層87的中央位置的厚度形成為10μm～20μm是合適的。對(duì)于焊料膏87p涂敷層，要調(diào)整其涂敷層厚度，使得最終得到的Sn系列焊料覆蓋層87的中央位置的厚度成為10μm～20μm。如果設(shè)定Sn系列焊料覆蓋層87的中央位置的厚度為小于10μm，則把金屬焊盤17的表面用Sn系列焊料覆蓋層87均勻覆蓋就變得困難。另外，如果Sn系列焊料覆蓋層87的中央位置的厚度h超過(guò)20μm，則難以把上述厚度h設(shè)定得小于BGA用的焊盤所通常使用的焊料抗蝕劑層18的開口深度H(通常設(shè)定為10μm～35μm)，有時(shí)給焊料球97的定位精度帶來(lái)障礙。優(yōu)選的是，厚度h設(shè)為小于等于開口深度H的一半。
依靠焊料膏的涂敷以及熔融而形成的Sn系列焊料覆蓋層87，通過(guò)采用本發(fā)明的制法，能形成大致球面狀的表面形狀。
在這種情況下，優(yōu)選的是，設(shè)主體層17m的表面為底面，形成表面的曲率半徑為260μm～4000μm的球冠狀的形狀。如果設(shè)定表面的曲率半徑超過(guò)4000μm的值，則Sn焊料覆蓋層87變得過(guò)薄，用Sn系列焊料覆蓋層87均勻地覆蓋金屬焊盤17的表面就變得困難。另外，如果表面的曲率半徑小于260μm，則Sn系列焊料覆蓋層87在中央位置的厚度h變得過(guò)大，有時(shí)給焊料球97的定位精度帶來(lái)障礙。
再者，在布線基板的倒裝連接側(cè)形成和金屬焊盤17相同的焊盤結(jié)構(gòu)，還能把此用作在布線基板的表面?zhèn)刃纬傻墓鈱W(xué)定位用的標(biāo)識(shí)焊盤。在這種情況下，在焊盤上不連接焊料球，而是在焊盤表面均勻地覆蓋反射率良好的Sn系列焊料覆蓋層，來(lái)提高其光學(xué)檢測(cè)精度。
圖7是Sn系列焊料覆蓋層的剖面光學(xué)顯微鏡觀察圖像，該Sn系列焊料覆蓋層按以下方法制成對(duì)開口徑250μm、開口深度H為25μm的焊料抗蝕劑層開口部，在由Cu鍍層構(gòu)成的主體層上通過(guò)非電解鍍以厚度約1μm形成具有Sn-1質(zhì)量％Au的成分的Sn鍍層，作為Sn系列預(yù)鍍層，再以厚度40μm涂敷Sn-Ag-Cu焊料的膏，在252℃下進(jìn)行回流。開口內(nèi)的主體層的表面由大致100％Sn系列焊料覆蓋層來(lái)覆蓋，中央位置的層的厚度h約是10μm。另一方面，圖8是作為比較例，省略Sn系列預(yù)鍍層的形成而形成的Sn系列焊料覆蓋層的剖面光學(xué)顯微鏡觀察圖像?？梢钥闯?，開口內(nèi)的主體層的表面覆蓋率小到70％，中央位置的層的厚度h約為35μm，Sn系列焊料覆蓋層隆起，達(dá)到和開口深度H大致相同的程度。
權(quán)利要求
1.一種布線基板的制造方法，該布線基板具有布線層疊部，由高分子材料構(gòu)成的電介質(zhì)層和導(dǎo)體層交替層疊而構(gòu)成；多個(gè)金屬焊盤，配置在由該布線層疊部的電介質(zhì)層形成的主表面上；以及焊料抗蝕劑層，配置在所述布線層疊部的所述主表面上，形成了用于使所述金屬焊盤露出的開口部，金屬焊盤具有主體層，由Cu鍍層構(gòu)成；以及Sn系列焊料覆蓋層，由以Sn為主成分的液相線溫度大于等于185℃小于232℃的Sn系列高溫焊料構(gòu)成，以面積覆蓋率大于等于81％而與該主體層相接的方式，覆蓋位于焊料抗蝕劑層的所述開口部?jī)?nèi)的所述主體層的表面，并且，在所述開口部的中央位置，厚度最大；在所述開口部的內(nèi)周邊位置，厚度最小，并且，具有在所述中央位置的厚度h小于所述開口部的深度H的凸彎曲面狀的表面形狀，該布線基板的制造方法的特征在于，按如下順序?qū)嵤╊A(yù)鍍工序，在所述開口部?jī)?nèi)形成所述焊料抗蝕劑層并使所述金屬焊盤的所述主體層露出，用Sn系列預(yù)鍍層覆蓋該露出的所述主體層的表面；焊料膏涂敷工序，在所述Sn系列預(yù)鍍層上，以比所述Sn系列預(yù)鍍層更厚的方式，涂敷由所述Sn系列高溫焊料構(gòu)成了所含有的焊料粉末的焊料膏；以及焊料熔融工序，通過(guò)以超過(guò)所述Sn系列高溫焊料的液相線溫度的高溫對(duì)覆蓋所述主體層上的所述Sn系列預(yù)鍍層的表面的所述焊料膏涂敷層進(jìn)行加熱，使其和所述Sn系列預(yù)鍍層一起熔融、在所述主體層表面浸濕擴(kuò)散，從而形成所述Sn系列焊料覆蓋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線基板的制造方法，其中，所述Sn系列焊料覆蓋層由以Sn為主要成分的液相線溫度大于等于200℃小于232℃的Sn系列高溫焊料構(gòu)成，以面積覆蓋率大于等于95％而與該主體層相接的方式，來(lái)覆蓋位于焊料抗蝕劑層的所述開口部?jī)?nèi)的所述主體層的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的布線基板的制造方法，其中，以0.9μm～1.8μm的厚度形成所述Sn系列預(yù)鍍層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的布線基板的制造方法，其中，所述Sn系列預(yù)鍍層形成為其組成中Sn的含量大于等于95％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的布線基板的制造方法，其中，所述Sn系列預(yù)鍍層采用含有Au的物質(zhì)作為副成分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的布線基板的制造方法，其中，所述Sn系列預(yù)鍍層的Au含量為0.1質(zhì)量％～5質(zhì)量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的布線基板的制造方法，其中，對(duì)所述焊料膏涂敷層調(diào)整其涂敷厚度，使得在最終得到的所述Sn系列焊料覆蓋層的所述中央位置的厚度為10μm～20μm。
8.一種布線基板，其特征在于，具有布線層疊部，由高分子材料構(gòu)成的電介質(zhì)層和導(dǎo)體層交替層疊而構(gòu)成；多個(gè)金屬焊盤，配置在由該布線層疊部的所述電介質(zhì)層形成的主表面上；以及焊料抗蝕劑層，配置在所述布線層疊部的所述主表面上，形成了用于使所述金屬焊盤露出的開口部，金屬焊盤具有主體層，由Cu鍍層構(gòu)成；以及Sn系列焊料覆蓋層，由以Sn為主成分的液相線溫度大于等于185℃小于232℃的Sn系列高溫焊料構(gòu)成，以面積覆蓋率大于等于81％而與該主體層相接的方式，覆蓋位于焊料抗蝕劑層的所述開口部?jī)?nèi)的所述主體層的表面，并且，在所述開口部的中央位置，厚度最大；在所述開口部的內(nèi)周邊位置，厚度最小，并且，具有在所述中央位置的厚度h小于所述開口部的深度H的凸彎曲面狀的表面形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的布線基板，其中，所述Sn系列焊料覆蓋層由以Sn為主要成分的液相線溫度大于等于200℃小于232℃的Sn系列高溫焊料構(gòu)成，以面積覆蓋率大于等于95質(zhì)量％而與該主體層相接的方式，來(lái)覆蓋位于焊料抗蝕劑層的所述開口部?jī)?nèi)的所述主體層的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的布線基板，其中，所述Sn系列焊料覆蓋層由Sn系列高溫焊料構(gòu)成，該Sn系列高溫焊料中，Sn含量為94質(zhì)量％～99質(zhì)量％，作為共晶形成副成分，含有Ag和Cu中的一種或全部?jī)煞N，其含量為1質(zhì)量％～6質(zhì)量％。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中的任一項(xiàng)所述的布線基板，其中，在所述Sn系列焊料覆蓋層的所述中央位置的厚度為10μm～20μm，位于所述金屬焊盤的表面的所述開口部?jī)?nèi)的區(qū)域的直徑為200μm～600μm。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的布線基板，其中，所述Sn系列焊料覆蓋層以所述主體層的表面為底面，構(gòu)成表面曲率半徑為260μm～4000μm的球冠狀的形狀。
13.權(quán)利要求8中12中的任一項(xiàng)所述的布線基板，其中，所述金屬焊盤形成球格陣列焊盤，該球格陣列焊盤在布線基板的背面?zhèn)扔啥鄠€(gè)排列成格子狀或者鋸齒狀，分別與用于與作為連接目標(biāo)的基板的端子連接的焊料球構(gòu)件結(jié)合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種布線基板的制造方法，仍然使用Pb含量低的Sn系列高溫焊料，但能均勻地覆蓋Cu系列的焊盤表面。按如下順序?qū)嵤╊A(yù)鍍工序，在開口部(18h)內(nèi)形成焊料抗蝕劑層(18)并使金屬焊盤(17)的主體層(17m)露出，用Sn系列預(yù)鍍層(91)覆蓋該露出的主體層(17m)的表面；涂敷工序，在Sn系列預(yù)鍍層(91)上，以比Sn系列預(yù)鍍層(91)更厚的方式，涂敷由Sn系列高溫焊料構(gòu)成了所含有的焊料粉末的焊料膏(87p)；以及焊料熔融工序，通過(guò)以超過(guò)Sn系列高溫焊料的液相線溫度的高溫對(duì)覆蓋主體層(17m)上的Sn系列預(yù)鍍層(91)的表面的焊料膏(87p)涂敷層進(jìn)行加熱，使其和Sn系列預(yù)鍍層(91)一起熔融、在主體層表面(17m)浸濕擴(kuò)散，從而形成Sn系列焊料覆蓋層(87)。
文檔編號(hào)H01L21/60GK1776892SQ200510007010
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者井場(chǎng)政宏, 齊木一, 林貴廣 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社