JP2014131026A

JP2014131026A - 印刷回路基板及び印刷回路基板の表面処理方法

Info

Publication number: JP2014131026A
Application number: JP2013248923A
Authority: JP
Inventors: Kyung Moo Har; ハ・キョン・ム; Chang Bae Lee; イ・チャン・ベ; Jin-Gu Kim; キム・ジン・グ; Yong-Do Kwon; クォン・ヨン・ド
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2014-07-10
Also published as: US20140182905A1; KR20140087509A; KR101431918B1

Abstract

【課題】本発明は、ソルダレジストの高さと同等な高さの鉛フリーはんだ（Ｐｂ‐ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒ）で表面処理された銅箔層を含む印刷回路基板、及び印刷回路基板の表面処理方法に関する。
【解決手段】本発明によると、超微細ピッチ（３００μｍ以下）サイズのパッケージ基板やインターポーザ基板の表面処理を低価の工程で容易に実現することができる。また、鉛フリーはんだ（Ｐｂ‐ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒ）を用いることで環境にやさしい工程で印刷回路基板の表面処理を実現することができ、高温に敏感な有機物に基づくパッケージ基板やインターポーザ基板の表面処理を容易にすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、印刷回路基板及び印刷回路基板の表面処理方法に関する。

電子産業は、次第に軽量化、小型化、高速化、多機能化、及び高性能化され、高い信頼性を有する製品を安価で製造する方向に行われている。これにより、ＩＣのＩ／Ｏ数の急激な増加とともに高密度のパッケージング技術が求められており、これを可能にする重要な技術の一つがＳＩＰ（ｓｙｓｔｅｍｉｎｐａｃｋａｇｅ）技術である。

ＳＩＰ技術において、パッケージ基板の微細ピッチ（Ｆｉｎｅｐｉｔｃｈ）技術は、ＩＣのＩ／Ｏ数の急激な増加による微細ピッチ化に適切に対応できていない。そのため、ＩＣとパッケージ基板との電気的連結（Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を可能にする基板としてインターポーザ（Ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ）基板が台頭している。

このようなインターポーザ基板は、非常に小さいピッチ（ｐｉｔｃｈ）とパッドサイズを有しており、基板の特性上、非常に薄い厚さを有する。また、有機物に基づくインターポーザは、高温工程時に熱によって深刻な損傷を受ける恐れがある。特に、このようなインターポーザ基板やパッケージ基板は、非常に小さいパッドサイズとピッチを有する。そのため、従来の表面処理方式では、このような特殊な基板において多くの問題が生じると予想される。

ＰＣＢ表面処理とは、印刷回路基板（ＰＣＢ）の銅線回路の酸化防止及び搭載部品との接続容易性のために施すＰＣＢの銅露出部位コーティング方式である。このようなＰＣＢ表面処理方式は、ＰＣＢの表面にＩＣ及び電子部品を配置するために開放しておいた銅箔層の銅露出部位をコーティングして銅露出部位の酸化を防止し、また、電子部品の表面実装時にＩＣや電子部品の接合力を強化する役割をする。

このようなＰＣＢの表面処理方式としては、ＨＡＳＬ（ＨｏｔＡｉｒＳｏｌｄｅｒＬｅｖｅｌｉｎｇ）、無電解金（Ｇｏｌｄ）メッキ、ＯＳＰ（ＯｒｇａｎｉｃＳｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙＰｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ）、無電解スズ（Ｓｎ）メッキ、無電解銀（Ａｇ）メッキ、無電解パラジウム（Ｐｄ）メッキなどが挙げられる。

このうち、前記ＨＡＳＬ（ＨｏｔＡｉｒＳｏｌｄｅｒＬｅｖｅｌｉｎｇ）は、溶融点以上の液体はんだコータ上をＰＣＢ製品が通過することではんだの表面張力による濡れ性を用いてＰＣＢ銅箔層にはんだがコーティングされる方式である。しかし、前記方法は、はんだを均一にコーティングすることができないため微細ピッチには適用することができず、また、所望しない部位にはんだが付いている場合にその部分のみ微細に除去することも困難であるという問題がある。

韓国公開特許第２００６-０９１１９８号公報

本発明の目的は、鉛フリーはんだ（Ｐｂ‐ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒ）を用いて表面処理された銅箔層を含む印刷回路基板を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、従来のＨＡＳＬ処理方式においてスループット（Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）の長所を最大化して超微細ピッチ（１００μｍ以下）サイズの基板パッドにも安定した表面処理が可能な印刷回路基板の表面処理方法を提供することにある。

本発明による印刷回路基板は、ソルダレジストの高さと同等な高さの鉛フリーはんだ（Ｐｂ‐ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒ）で表面処理された銅箔層を含むことを特徴とする。

前記鉛フリーはんだはＳｎを主成分とし、これにＢｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｚｎ、及びＣｕから選択される１種以上を含むことができる。

前記鉛フリーはんだは融点１１０〜２２０℃であることが好ましい。

前記印刷回路基板はパッケージ基板またはインターポーザ基板であることができる。

前記銅箔層は、パッドサイズが２００μｍ以下であり、パッドピッチが３００μｍ以下である微細ピッチの銅パッドが好ましい。

また、本発明による印刷回路基板の表面処理方法は、銅箔層以外のオープン（ｏｐｅｎ）パッドをマスクで覆う段階と、前記銅箔層に鉛フリーはんだ粉末を加える段階と、前記マスクを除去する段階と、前記銅箔層に加えられた鉛フリーはんだ粉末をリフローして前記鉛フリーはんだ粉末を凝集する段階と、前記凝集された鉛フリーはんだ粉末を高温水蒸気流入噴射法（ＨｏｔＡｉｒＦｌｕｘＳｐｒａｙ）で平坦化させる段階と、を含むことができる。

前記銅箔は、パッドサイズが２００μｍ以下であり、パッドピッチが３００μｍ以下である微細ピッチの銅パッドが好ましい。

前記鉛フリーはんだ粉末はＳｎを主成分とし、これにＢｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｚｎ、及びＣｕから選択される１種以上を含むことができる。

前記鉛フリーはんだ粉末は融点１１０〜２２０℃であることが好ましい。

前記鉛フリーはんだ粉末の平均粒径は前記オープンパッド径の１／２以下であることができる。

前記リフローは、前記鉛フリーはんだ粉末の溶融点以上で行われることができる。

本発明によると、超微細ピッチ（３００μｍ以下）サイズのパッケージ基板やインターポーザ基板の表面処理を低価の工程で容易に実現することができる。

また、鉛フリーはんだ（Ｐｂ‐ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒ）を用いることで環境にやさしい工程で印刷回路基板の表面処理を実現することができ、高温に敏感な有機物に基づくパッケージ基板やインターポーザ基板の表面処理を容易にすることができる。

本発明による印刷回路基板の表面処理過程を示す図面である。実施例により表面処理された銅箔層を含む印刷回路基板の銅箔層パッドのサイズを測定した結果である。

以下、本発明をより詳細に説明すると次のとおりである。

本明細書で用いられる用語は、特定の実施例を説明するために用いられ、本発明を限定しようとするものではない。本明細書に用いられたように、単数形は文脈上異なる場合を明白に指摘するものでない限り、複数形を含むことができる。また、本明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素、及び／またはこれらの組み合わせが存在することを特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、段階、動作、部材、要素、及び／またはこれらの組み合わせの存在または付加を排除するものではない。

本発明は、印刷回路基板と印刷回路基板の表面処理方法に関する。

本発明では、印刷回路基板の銅線回路の酸化防止及び搭載部品との接続容易性のためのＰＣＢ銅露出部位の表面処理を鉛フリーはんだを用いて施し、前記鉛フリーはんだで表面処理された銅箔層はソルダレジストの高さと同等な高さを有することを特徴とする。

前記鉛フリーはんだで表面処理された銅箔層の高さがソルダレジストの高さと同等になると、プレソルダ（ｐｒｅ‐ｓｏｌｄｅｒ）の上部にバンプを形成する際にディンプル（ｄｉｍｐｌｅ）形成を防止することでチップと基板との間のインターコネクションボイド（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｖｏｉｄ）を防止することができるという効果を有する。

本発明による前記鉛フリーはんだ（Ｐｂ‐ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒ）は、Ｓｎを主成分とし、これにＢｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｚｎ、及びＣｕから選択される１種以上を含むものであり、例えば、ＳｎＣｕ、ＳｎＺｎ、ＳｎＢｉ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＣｕなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。

本発明による表面処理は、鉛（Ｐｂ）成分を含まない鉛フリーはんだを用いるものであり、環境にやさしい工程で印刷回路基板の表面処理を実現することができ、高温に敏感な有機物に基づくパッケージ基板やインターポーザ基板の表面処理を容易にすることができる。

また、前記鉛フリーはんだは融点が１１０〜２２０℃の低融点はんだを用いることが有機板が受ける熱的ストレスを低減する点において好ましい。

また、本発明による前記鉛フリーはんだは、平均粒径がオープンパッド径の１／２以下であることが好ましく、本発明の鉛フリーはんだが前記銅パッド内に適切にプレソルダリング（ｐｒｅ‐ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）されるようにそのサイズを調節して用いることが好ましい。

また、本発明による前記印刷回路基板は、パッケージ基板またはインターポーザ基板であってもよく、特にこれに限定されず、微細なピッチサイズを有する全ての基板に用いることができる。

本発明の前記銅箔層は、パッドサイズが２００μｍ以下であり、パッドピッチが３００μｍ以下である微細ピッチの銅パッドが好ましく用いられることができる。

また、本発明による印刷回路基板の表面処理は、銅箔層以外のオープン（ｏｐｅｎ）パッドをマスクで覆う段階と、前記銅箔層に鉛フリーはんだ粉末を加える段階と、前記マスクを除去する段階と、前記銅箔層に加えられた鉛フリーはんだ粉末をリフローして前記鉛フリーはんだを凝集する段階と、前記凝集された鉛フリーはんだ粉末を高温水蒸気流入噴射法（ＨｏｔＡｉｒＦｌｕｘＳｐｒａｙ）で平坦化させる段階を経て製造されることができる。

具体的には、本発明による印刷回路基板の表面処理工程について記載して図１を参照して説明する。

まず、インターポーザ基板１１０の微細なピッチＡ（パッドサイズ２００μｍ以下、パッドピッチ３００μｍ以下）の銅パッド１１１が適切にプレソルダリング（Ｐｒｅ‐ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）されるように粉末状の鉛フリーはんだ１１２を用いる。この際、前記鉛フリーはんだ粉末１１２のサイズはオープンパッド径（Ｄｉａｍｅｔｅｒ）の１／２以下のサイズ（オープンパッドは１００μｍ以下）を有するようにしてパッド中に十分な量が入るようにする。

また、前記鉛フリーはんだ粉末１１２が基板１１０の不要な部分に付かず、プレソルダリングが施されるべきインターポーザ基板のオープンパッドが存在する適切な箇所に位置するように、マスク１１３（銅パッドが存在するチップ単位部分がオープンする）でスクリーンする。

既存のはんだディッピング（ＳｏｌｄｅｒＤｉｐｐｉｎｇ）やはんだプリンティング（ＳｏｌｄｅｒＰｒｉｎｔｉｎｇ）を用いて高密度の微細ピッチとサイズを有するＰＣＢ（Ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ）にプレソルダリングを施す場合、非常に小さいオープンパッドでははんだが効果的に濡れないこともある。しかし、本発明のようにマスクを用いる場合、微細なピッチとサイズを有するＰＣＢでもプレソルダリングを効果的に行うことができる。

本発明では、鉛フリーはんだ粉末１１２を吹き付ける前にはんだ付け時に鉛フリーはんだ粉末１１２をよく濡らす（ｗｅｔｔｉｎｇ）ために、油性のフラックスをスプレー方式で噴射し、フラックスが活性化されるように基板を適切な温度に予め昇温させる。

次に、前記マスク１１３を除去し、適切な温度に昇温してリフローにより鉛フリーはんだ粉末１１２を銅パッド１１１上によく濡らして前記鉛フリーはんだ粉末１１２を凝集する段階である。この際、溶融はんだが形成されて前記銅パッド１１１を完全に充填し、余分の溶融はんだが基板のパッシベーション層上に溢れ出すようになる。

次に、前記凝集された鉛フリーはんだ粉末１１２に高温水蒸気流入噴射１１５（ＨｏｔＡｉｒＦｌｕｘＳｐｒａｙ）により不要な鉛フリーはんだ粉末１１２を除去してはんだを平坦化させる。この際、銅パッド１１１の範囲を限定する外部パッシベーション（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）の適切な厚さと高温水蒸気流入噴射の噴射角度を調節してプレソルダと同一の高さになるように平坦化させる。

前記鉛フリーはんだ粉末１１２は、各はんだの溶融点以上でリフローを施すことが好ましい。

以下、本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。以下の実施例は本発明を例示するためのものにすぎず、本発明の範囲がこれら実施例によって制限されると解釈してはならない。

実施例
以下、図１のような工程によって本発明による印刷回路基板の表面処理を行った。

まず、銅回路が印刷された印刷回路基板に、前記銅箔層以外のＣｕパッドが露出された部分をマスクで覆った。

次に、ソルダ粉末がよく濡れるように油性の特殊フラックスをスプレー方式で前記銅箔層に噴射した。

また、前記銅箔層に前記オープンパッド径の１／３のサイズ（６０μｍ）を有する鉛フリーはんだ粉末（ＳｎＢｉ、融点１３８℃）を充填し、前記マスクを除去した。

前記銅箔層に加えられた鉛フリーはんだを１６０℃で１分以下の間リフローさせて前記鉛フリーはんだがよく凝集されるようにし、前記凝集された鉛フリーはんだに高温水蒸気を噴射（ＨｏｔＡｉｒＦｌｕｘＳｐｒａｙ）して平坦化させると同時に、パッシベーション層に付いている鉛フリーはんだを除去して、ソルダレジストの高さと同等な高さの鉛フリーはんだ（Ｐｂ‐ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒ）で表面処理された銅箔層を有するように印刷回路基板の表面処理を施した。

比較例
前記凝集された鉛フリーはんだに高温水蒸気を噴射（ＨｏｔＡｉｒＦｌｕｘＳｐｒａｙ）して平坦化させる代りに従来のＨＡＳＬ（ＨｏｔＡｉｒＳｏｌｄｅｒＬｅｖｅｌｉｎｇ）方法で平坦化させること以外は、前記実施例と同一の方法で印刷回路基板の表面処理を施した。

実験例：表面処理した印刷回路基板のパターンサイズ測定
前記実施例と比較例によって表面処理された銅箔層を含む印刷回路基板の銅箔層パッドのサイズを測定し、その結果を以下の表１と添付の図２に示した。

前記表１と添付の図２を参照すると、本発明のＨＡＦＳ方法で表面処理された銅箔層はそのパッドサイズが２００μｍ以下と非常に微細な反面、従来のＨＡＳＬ方法で表面処理された銅箔層のパッドサイズは４００μｍ以上と測定された。

このような結果から本発明の方法で印刷回路基板の銅箔回路に表面処理を効果的に施すことができ、銅線回路の酸化防止及び搭載部品との接続を容易にすることができる。

１１０基板
１１１銅パッド
１１２鉛フリーはんだ
１１３マスク
１１４フラックス
１１５高温水蒸気流入噴射

Claims

ソルダレジストの高さと同等な高さの鉛フリーはんだ（Ｐｂ‐ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒ）で表面処理された銅箔層を含む、印刷回路基板。
前記鉛フリーはんだはＳｎを主成分とし、これにＢｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｚｎ、及びＣｕから選択される１種以上を含む、請求項１に記載の印刷回路基板。
前記鉛フリーはんだは融点１１０〜２２０℃の低融点はんだを用いる、請求項２に記載の印刷回路基板。
前記印刷回路基板はパッケージ基板またはインターポーザ基板である、請求項１に記載の印刷回路基板。
前記銅箔層は、パッドサイズが２００μｍ以下であり、パッドピッチが３００μｍ以下である微細ピッチの銅パッドである、請求項１に記載の印刷回路基板。
銅箔層以外のオープン（ｏｐｅｎ）パッドをマスクで覆う段階と、
前記銅箔層に鉛フリーはんだ粉末を加える段階と、
前記マスクを除去する段階と、
前記銅箔層に加えられた鉛フリーはんだ粉末をリフローして前記鉛フリーはんだ粉末を凝集する段階と、
前記凝集された鉛フリーはんだ粉末を高温水蒸気流入噴射法（ＨｏｔＡｉｒＦｌｕｘＳｐｒａｙ）で平坦化させる段階と、を含む、印刷回路基板の表面処理方法。
前記銅箔層は、パッドサイズが２００μｍ以下であり、パッドピッチが３００μｍ以下である微細ピッチの銅パッドである、請求項６に記載の印刷回路基板の表面処理方法。
前記鉛フリーはんだ粉末はＳｎを主成分とし、これにＢｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｚｎ、及びＣｕから選択される１種以上を含む、請求項６に記載の印刷回路基板の表面処理方法。
前記鉛フリーはんだ粉末は融点１１０〜２２０℃の低融点はんだを用いる、請求項６に記載の印刷回路基板の表面処理方法。
前記鉛フリーはんだ粉末の平均粒径は前記オープンパッド径の１／２以下である、請求項６に記載の印刷回路基板の表面処理方法。
前記リフローは、前記鉛フリーはんだ粉末の溶融点以上で行われる、請求項６に記載の印刷回路基板の表面処理方法。