JP4461903B2

JP4461903B2 - 積層基板の製造方法とこれに用いる製造設備

Info

Publication number: JP4461903B2
Application number: JP2004140778A
Authority: JP
Inventors: 幹夫西村; 和彦本城; 潤一木村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2024-05-11
Also published as: JP2005322822A

Description

本発明は、小型化が要求される携帯用電子機器等に用いる積層基板の製造方法に関するものである。

以下、従来の積層基板の製造方法について図面を用いて説明する。図２４は、従来の積層基板の製造フローチャートであり、図２５から図２９は、従来の積層基板製造工程における各工程の詳細図である。

図２４において、従来の積層基板の製造方法は、基板１にクリームはんだ２を印刷するクリームはんだ印刷工程３と、このクリームはんだ印刷工程３の後で電子部品４を装着する装着工程５と、この装着工程５の後に設けられたリフロー工程６と、このリフロー工程６の後で半導体素子７を装着する半導体装着工程８と、この半導体装着工程８の後で中間材９を注入する中間材注入工程１０と、この中間材注入工程１０の後に設けられた乾燥工程１１と、この乾燥工程１１の後でプリプレグ１２を積層するプリプレグ積層工程１３と、このプリプレグ積層工程１３の後に設けられ、基板とプリプレグとを一体化する一体化工程１４とを有していた。なお、この一体化工程１４は、真空工程１４と、この真空化工程１４の後に設けられた加熱・圧着工程１５とより構成されるものであった。

では、これらの工程について、図面を用いて詳細に説明する。図２５には、従来の積層基板の製造方法の装着工程５における装着手段の断面図である。図２５に示すように、基板１の上面に形成された接続パターン２１上にクリームはんだ２をスクリーン印刷で印刷していた。そして、このクリームはんだ２上に電子部品４を装着し、リフロー工程６で加熱することで、電子部品４を基板１へ接続していた。

図２６は、従来の半導体素子の装着工程であり、この半導体装着工程８では、半導体素子７が基板１上へ装着される。図２７は、従来の積層基板の製造方法の中間材注入工程における中間材注入手段の断面図である。図２６に示すように半導体装着工程８で、電子部品４が接続された基板１へ半導体素子７を装着し、中間材注入工程１０では、半導体素子７と基板１との間とを接続するとともに、半導体素子７と基板１間の隙間３１を埋めるために、ディスペンサ３２などで半導体素子７と基板１との間に中間材３３を注入していた。また、電子部品４と基板１との間にも中間材を注入する場合もあった。そして、乾燥工程１１でこれらの中間材３３を乾燥させることによって、半導体素子７に形成されたバンプ３４と半導体素子接続パターン２１ａとを電気的、機械的に接続していた。

次に、積層工程１３では、乾燥工程１１で半導体素子７が固定された基板１上に、熱硬化樹脂製のプリプレグ４１と銅箔４２とを積層する。なお、このプリプレグ４１には、電子部品４に対応する位置に設けた孔４３と、半導体素子７に対応する位置に設けた孔４４とを有している。

図２８は、従来の積層基板の製造方法の一体化工程における一体化手段の断面図である。この一体化手段は、プラテン３５ａ，３５ｂと、これらの間に設けられた伸縮壁３６と、プラテン３５ａに設けられた孔３７とによって構成される密封容器３８と、プラテン３５ａを駆動するための駆動部（図示せず）とを有していた。そして、この一体化工程１４における真空化工程１５では、まずプリプレグ４１が積層された基板１をプラテン４５ａ上に載置される。そしてこの状態で、孔３７から密封容器３８内の空気を吸引し、略真空化する。

図２８は、加熱・圧着工程における一体化手段の断面図である。まず、図２８に示すように、加熱・圧着工程１６では、プラテン４５ａによって基板１とプリプレグ４１とを挟み、略一定の傾斜で加熱するとともに略一定の速度で圧縮していた。これによって、プリプレグ４１を軟化、溶融させて、プリプレグ中の樹脂を孔４３や孔４４へ流入させていた。なお、この加熱・圧着工程１６の間も真空状態が維持されている。

なお、従来の積層基板の製造方法においては、プラテン４５の温度を、略一定の傾きで増加させ、約１７５℃から１８０℃の温度で約９０分から１２０分程度の時間保持する。このプラテン４５の温度が略安定した後に、プラテン４５に約２ＭＰａの圧力を加えることで、プラテン４５が略一定の速度でプリプレグ４１を圧縮する。そして、プリプレグ４１が規定の厚みとなったところでプラテン４５の移動を止めるものであった。なお、熱硬化性樹脂製であるプリプレグ４１は、８５℃までの間は、板体状であり、１１０℃から１５０℃までの温度範囲で流動可能となり、１５０℃以上の温度範囲では硬化する。

図２９は、従来の積層基板の製造方法によって製造された積層基板の断面図である。以上のような工程によって、プラテン４５でプリプレグ４１を加熱しながら圧縮することで、プリプレグ４１を孔４３や孔４４へ流入させ、さらに樹脂が硬化する温度まで上昇させることによって得ていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１や特許文献２あるいは特許文献３などが知られている。
特開２００２−９３９５７号公報特開２００３−２８９１２８号公報特開２００３−８６９４９号公報

本願の中では、説明の便宜上抵抗４を２個と、半導体素子７を１個しか基板１上に装着されていない。しかしながら、一般にはさらに多くの電子部品が基板１上に装着されている。従って、このような従来の積層基板の製造方法では、真空化工程１５で空気を吸引しても、空気が残ってしまう箇所が発生していた。そして、加熱・圧着工程１６の間も真空状態であるので、加熱によるプリプレグ４１の軟化により、内包された空気の体積が膨張し、ボイドが発生してしまう課題を有していた。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、ボイドの発生を少なくできる積層基板の製造方法を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために本発明は、シートと電子部品とが互いに隙間を有した宙吊り状態で対向して保持された状態で、空隙内の空気を吸引し、その後にシートを電子部品上に積層して一体化するものである。これにより、ボイドの発生を少なくできる。

以上のように本発明によれば、シートと前記電子部品とが対向して載置されるとともに、前記シートと前記基板のうちのいずれか一方が、前記電子部品と前記シートとの間に空隙を設けて保持される宙吊り工程と、この宙吊り工程の後で、前記空隙内の空気を吸引するとともに前記シートを前記電子部品上に載置する減圧・積層工程と、この減圧・積層工程の後で前記シートと前記基板を加熱圧着して一体化する一体化工程とを有したものである。これにより、シートは、宙吊り状態で、空隙内の空気が吸引されることとなる。従って、シート積層前に空隙を確実に真空にすることができるので、空隙内を略真空化することができる。そして、空隙を略真空化した後にシートを積層するので、空隙部分の真空度を大きくでき、ボイドの発生を少なくできる。

また、半導体素子と基板との間や、抵抗と基板との間にある狭い隙間も真空度が大きくできる。従って、樹脂が流入しやすくなるので、樹脂は隙間へ充填されやすくなる。

更に、積層工程の前に空隙の空気を抜いておくので、シートと基板あるいはシートと電子部品とが粘着しても、ボイドの発生を少なくできる。

その上さらに、シートに積層段階で既に粘性を有したような粘度の低いシートを用いても、シートと基板あるいはシートと電子部品とが粘着が無い。従って、例えば既に常温状態で既に粘性を有したようなシートなどを用いることができる。これにより、低温で粘度を小さくできるので、加熱、圧着工程においての加熱を小さくできる。従って、省エネルギーである。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における積層基板の製造方法のフローチャートであり、図２は、同積層基板の断面図であり、図３から図１６は、本実施の形態１における積層基板の製造方法における各工程の詳細図である。なお、図１から図１６において、従来と同じものは同じ番号とし、その説明は簡略化してある。

まず図２を用いて本実施の形態１における積層基板の構成を説明する。図２において、１０１は熱硬化性の樹脂基板であり多層に形成されている。そして、この層内はインナービア（図示せず）で各層の上面と下面が接続されている。また、各層の上面には銅箔パターン（図示せず）が敷設され、各電子回路を形成している。

そして、この基板１０１の上面には、ランドパターン１０４ａ，１０４ｂが形成されており、この基板１０１の上面に載置された半導体素子（電子部品の一例として用いた）１０５とランドパターン１０４ａの間ははんだバンプ１０２で接続され、一方抵抗（電子部品の一例として用いた）１０６とランドパターン１０４ｂとの間は、はんだ（接続固定材の一例として用いた）１０７で接続されている。

なお、このはんだ１０７には、錫・銀・銅系を用いた鉛フリーはんだを用いている。これは有害な物質を含まず、環境へ悪影響を与えないためである。また、このはんだ１０７の代わりに、熱硬化性を有する導電性接着剤を用いることもできる。導電性接着剤を用いると、この導電性接着剤ははんだより溶融温度が高いので、例えば、近傍ではんだ接続等をして高温環境にしても半導体素子１０５や抵抗１０６が基板１０１から外れることはない。

１０８は、基板１０１と銅箔パターン１０９との間に挟まれた熱硬化性の樹脂であり、半導体素子１０５や抵抗１０６の外周を隙間がないように覆っている。

次に、本実施の形態１における積層基板の製造方法における各工程について、図１に示す工程の順に図３から図１６を用いて説明する。図１は本実施の形態１における積層基板の製造フローチャートであり、図３は、フラックス塗布工程における積層基板の断面図である。図１、図３において、１１１は、フラックス塗布工程である。このフラックス塗布工程１１１では、半導体素子１０５（図５に示す）を装着するためのランドパターン１０４ａ上に、メタルスクリーン（図示せず）によってフラックス１１２を印刷する。

図４は、本実施の形態１におけるクリームはんだ印刷工程における積層基板の断面図である。図１、図４において、１１３は、フラックス塗布工程１１１の後に設けられたクリームはんだ印刷工程である。このクリームはんだ印刷工程１１３では、抵抗１０６（図５に示す）を装着するためのランドパターン１０４ｂ上にスクリーン１３１を用いて、クリームはんだ２（接続固定材の一例として用いた）を印刷する。なお、このスクリーンはステンレス製のメタルスクリーンを用い、このスクリーン１３１には、フラックス１１２が塗布された位置に凹部１２６を形成してある。そしてこの凹部１２６は、クリームはんだ２印刷時に、フラックス１１２がスクリーン１３１に付着することを防ぐものである。

図５は、本実施の形態１の電子部品装着工程における積層基板の断面図である。図１、図５において、１１４はクリームはんだ印刷工程の後に設けられた電子部品装着工程であり、この電子部品装着工程１１４では、半導体素子１０５や抵抗１０６などが、自動実装機によって基板１０１の所定位置に装着される。なお、この半導体素子１０５の下面１０５ｂ側には、複数のはんだバンプ１０２が形成されているものを用いる。

図６は、本実施の形態１のリフロー工程における積層基板の断面図である。図１、図６において、１１５は電子部品装着工程の後に設けられたリフロー工程であり、このリフロー工程１１５では、クリームはんだ２を融点温度よりも高くすることによって、クリームはんだ２を溶融させて、抵抗１０６とランドパターン１０４ｂ、半導体素子１０５のバンプ１０２とランドパターン１０４ａとをはんだ付け固定している。なお、本実施の形態１においては、このリフロー工程１１５は窒素雰囲気で行っている。これによって、基板１０１の表面の酸化を抑えることができ、基板１０１とプリプレグとの密着性を良くしている。

なお、このリフロー工程１１５の後に洗浄工程（図示せず）で洗浄し、フラックス１１２の残渣やはんだボールなどを清浄化している。そしてさらに、Ｏ₂アッシャー処理や、シランカップリング処理などを行うとさらに良い。これは、これらの表面改質処理によって、基板１０１とプリプレグとの密着性を向上させることができるためである。

なお、本実施の形態１において、リフローはんだ付けを用いているのは、品質が高く良質なはんだ付けをするためであり、このリフローはんだ付けによれば、セルフアライメント効果によって、リフローはんだ付けされた部品は定位置に固定される。従って、部品が精度良く固定されるので、この部品に続くパターン線路の長さが一定になる。つまり、パターン線路をインダクタとして用いるような場合において、インダクタンス値が一定になり、電気性能が定められた値になる。このことは高周波回路においては特に重要なことである。

１１６は、リフロー工程の後に設けられた宙吊り工程であり、この宙吊り工程１１６では予め孔加工工程１１７で孔１３６，１３７が加工されたプリプレグ１２を、それぞれの基板１０１の上方に宙吊り状態で保持させる。そして、このようにして宙吊りされたプリプレグ１２は、減圧・積層工程１１８で基板１０１上に積層され、この減圧・積層工程１１８の後の一体化工程１１９で基板１０１と一体化される。

図７は、本実施の形態１の一体化手段の断面図であり、この一体化手段１３２は、宙吊り工程と真空化・積層工程ならびに一体化工程１１９を通して使用するものである。図７において、１４１，１４２はプラテン（圧縮手段の一例として用いた）であり、プラテン１４２側に基板１０１が搭載される。

そしてこのプラテン１４１，１４２と、伸縮壁１４３とによって、密封容器１４４（密閉手段の一例として用いた）が構成される。そして、この密封容器１４４には吸引機（真空化手段の一例として用いた、図示せず）が接続されている。なお、本実施の形態１においては、プラテン１４２の外周部近傍に設けられた孔１４５から密封容器１４４内の空気を吸引する。

１４６は、プラテン１４１，１４２内に埋め込まれたヒータ（加熱手段の一例として用いた）であり、このヒータ１４６によってプリプレグ１５２を加熱する。１４７は、サーボモータ（駆動手段の一例として用いた）であり、プラテン１４２側に連結され、プラテン１４２を駆動するために用いている。なお、本実施の形態１においてはプラテン１４２に対して良好な応答性を得る為にサーボモータを用いている。そしてさらに、サーボモータ１４７とプラテン１４２との間には、減速機構１４８が挿入される。そしてこの減速機構１４８では、サーボモータ１４７の回転運動を往復運動へと変換するとともに、サーボモータ１４７を減速している。なお、本実施の形態１における減速機構１４８にはボールナット軸受けを用いている。従ってプラテン１４２の位置を精密に制御できる。

そして、プラテン１４１，１４２には温度センサと、圧力センサと、位置センサ（図示せず）とを設け、これらセンサの出力と、メモリ（図示せず）とが、制御回路（図示せず、駆動手段制御回路、ならびに加熱手段制御回路の一例として用いた）の入力へ接続されている。そして、この制御回路の出力はサーボモータ１４７の入力、ヒータ１４６の入力と、真空化手段へ接続され、それらの動作を制御している。なお、この制御回路には、クロックタイマの出力が接続されており、一体化工程１１９における時間の管理も行っている。また、本実施の形態１においては、エポキシ樹脂１０８は温度によって粘度が変化するため、このエポキシ樹脂１０８の粘度を温度に置き換えて管理している。さらに、メモリには、一体化工程１１９におけるセンサ出力に対する判定条件をデータとして格納し、制御回路はこれらのデータと各センサからの出力とを比較・判定し、ヒータ１４６やサーボモータ１４７あるいは真空化手段などを制御しているものである。

なお、プラテン１４１には、このプラテン１４１に設けられた支軸１３３へ回動自在に連結された保持爪１５１を有している。この保持爪１５１は、バネ（図示なし）によって内側方向に向けて付勢されており、プリプレグ１５２（シートの一例として用いた）を挟んで保持する。なお、この保持爪１５１の先端には突起１５１ａが設けられており、この突起１５１ａによってプリプレグ１５２が落下しないように保持されている。そして、本実施の形態１においては、これらプラテン１４１と保持爪１５１とによって宙吊り手段を構成する。

そして、１１６は、リフロー工程１１５の後に設けられた宙吊り工程であり、基板１０１上方にプリプレグ１５２を宙吊りで保持する工程である。そして、この宙吊り工程１１６における宙吊り手段は、プリプレグ１５２を保持爪１５１で挟むことで、プリプレグ１５２が基板１０１と対向するように保持し、プリプレグ１５２と半導体素子１０５や抵抗１０６とが接触しないようにしている。これによって、半導体素子１０５や抵抗１０６とプリプレグ１５２との間、さらに基板１０１とプリプレグ１５２との間に隙間１５３を形成させる。

ここで、プリプレグ１５２は、孔加工工程１１７で予め孔１５４，１５５が加工されたものであり、孔１５４は、半導体素子１０５に対応する位置に設け、孔１５５は、抵抗１０６に対応する位置に設けている。そして、プラテン１４２の所定の位置に基板１０１を搭載したときに、プリプレグ１５２は、孔１５４，１５５と半導体素子１０５、抵抗１０６との位置が対応するように宙吊り保持される。

なお、プリプレグ１５２とプラテン１４１との間には、プリプレグ１５２上面全体に銅箔１５６が設けられている。

なお、本実施の形態１におけるプリプレグ１５２は、ガラス不織布に熱硬化性樹脂を含侵させ、乾燥させたものである。また、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いているが、これは、フェノールなど他の熱硬化性樹脂を用いても良い。さらに、ガラス不織布を用いたが、これはガラス織布であるとか、他のアラミド樹脂などの樹脂系繊維などによる布を用いても良い。

図８、図９は、本実施の形態１の真空化・積層工程における一体化手段の断面図である。図１、図８、図９において、１１８は、宙吊り工程１１６の後に設けられた真空化・積層工程である。この真空化・積層工程１１８では、吸引機によって、孔１４５から密封容器１４４内の空気を抜き取り、密封容器１４４内を略真空状態となるまで減圧化する。

本実施の形態１においては、密封容器１４４内の圧力が低下するに従って、伸縮壁１４３が縮まり、図８に示すように、プラテン１４２が矢印Ａ方向へと持ち上げられる。そして、図９に示すように、基板１０１とプリプレグ１５２と銅箔１５６とは完全にプラテン１４１とプラテン１４２との間に挟まれて保持される。このように密封容器１４４内を真空化することによって、プリプレグ１５２には、約０．２ＭＰａの負圧がかかった状態で、基板１０１上へ積層されることとなる。

このとき、孔１５４，１５５と半導体素子１０５あるいは抵抗１０６との間にできる空隙１６１，１６２内が略真空となることが重要である。つまり、本実施の形態１において、基板１０１と半導体素子１０５との間の狭い隙間１６３は、約４０μｍから約３５０μｍの寸法であり、基板１０１と抵抗１０６間の狭い隙間１６４は約１０μｍから約４０μｍであり、共に非常に小さいものである。

従って、このような狭い隙間１６３，１６４へ樹脂を充填するのは困難である。そこで、宙吊り工程１１６の後に真空化・積層工程を設けることで、隙間１５３を有した状態で空気を抜き取ることができる。これにより、プリプレグ１５２を基板積層前に、空隙１６１，１６２内を真空とすることができるので、隙間１６３，１６４も真空とすることができる。これにより、後述する強制流入工程１２２で、エポキシ樹脂１０８を、隙間１６３や隙間１６４へ確実に充填することができる。

以上のような工程を有しているので、隙間１６３や１６４へ樹脂が確りと充填され、これらの隙間１６３，１６４や空隙１６１，１６２内にはボイドが発生し難くなる。従って、隙間１６３，１６４に予め中間材などを注入せずとも、信頼性の良好な積層基板を実現できる。

なおここで、プリプレグ１５２は、空隙１６１，１６２を設けているので、半導体素子１０５や抵抗１０６などの電子部品が装着された基板１０１上にプリプレグ１５２を容易に積層することができる。

また、半導体素子１０５や抵抗１０６はリフローはんだ付けによって装着されるので、クリームはんだ２の溶融によるセルフアライメント効果で、位置精度良く所定の位置へ装着される。つまり、半導体素子１０５や抵抗１０６の位置精度が良好であるので、空隙１６１，１６２を小さくすることができる。これにより、エポキシ樹脂１０８が隙間１６３，１６４へ流入しやすくなる。なお、本実施の形態１において、空隙１６１における半導体素子１０５の側面方向の空隙１６１ａは、約０．４ｍｍである。空隙１６２における抵抗１０６の側面方向の空隙１６２ａは、約０．２ｍｍとしている。これにより、空隙１６１ａ，１６２ａを有しているので、たとえ半導体素子１０５や抵抗１０６の装着位置が、所定の位置よりもずれて装着されたとしても容易にプリプレグ１５２を積層することができる。

なお、本実施の形態１においてプリプレグ１５２は、厚さ０．２ｍｍのプリプレグ１５２ａ〜１５２ｆの６枚からなるプリプレグ１５２がこの順に積層されている。この内、プリプレグ１５２ａから１５２ｄまでの４枚のシートは、半導体素子１０５が挿入される孔１５４と、抵抗１０６が挿入される孔１５５とが形成されている。

また、プリプレグ１５２ｄの上面に積層されるプリプレグ１５２ｅには抵抗１０６が挿入される孔１５５だけが設けられており、半導体素子１０５が挿入される孔１５４は設けられていない。即ち、電子部品の高さに応じた孔を設ける訳である。なおこの場合、半導体素子１０５や抵抗１０６の上方にも空隙１６１ｂ，１６２ｂを設けておくと良い。これは、後述する一体化工程１１９で加えられる圧縮圧力により、半導体素子１０５や抵抗１０６が、破壊しないようにするためである。つまりこれは、エポキシ樹脂１０８が軟化する前に、半導体素子１０５や抵抗１０６へ圧縮圧力がかかることを防ぐものである。

なお、本実施の形態１において基板１０１上には、半導体素子１０５と、抵抗１０６の２種類の電子部品しか搭載していない。従って、プリプレグの積層枚数は６枚としている。しかしながら、さらに多種の電子部品が搭載される場合には、電子部品の高さも多種存在するので、これら種々の電子部品の高さに応じた隙間の高さを設定する必要が生じる。従って、そのような場合においては、さらに厚みの薄いプリプレグを用い積層枚数を増やしても良い。例えば０．１ｍｍの厚みのプリプレグを用いて、それを１２枚積層することや、２種類以上の厚みのプリプレグを混ぜて積層しても構わない。しかしその場合には、プリプレグの積層回数が増加することとなるので、電子部品の高さの差へ対応できる範囲内で、できる限り積層枚数を少なくなるようにすることが望ましい。

１１９（図１に示す）は、プリプレグ積層工程で積層された基板１０１とプリプレグ１５２と銅箔１５６とを、はんだ１０７が溶融しない程度の温度で加熱圧着し、一体化する一体化工程である。以下にこの一体化工程１１９について、図１に示す工程の順で説明をする。

図１０は、本実施の形態１の軟化工程における一体化手段の断面図である。図１、図１０において、１２０は、真空化工程の後に設けられた軟化工程（第１の加熱工程の一例として用いた）である。この軟化工程１２０においては、ヒータ１４６を熱することにより、プリプレグ１５２に含浸されたエポキシ樹脂１０８を軟化させる。本実施の形態１においてエポキシ樹脂１０８の温度は、約１１０℃まで上昇させ、粘度を約２１００ｐｓまで低下させる。なお、この粘度は、本実施の形態１における真空化手段による真空化によって生じる圧力（０．２ＭＰａ）において、エポキシ樹脂１０８が流動を開始する粘度である。

プリプレグ１５２は、プラテン１４１，１４２によって０．２ＭＰａの微小な圧力で圧縮されているので、プラテンを銅箔１５６の表面に密着させることができる。従って、ヒータ１４６の熱を確実にプリプレグ１５２へ伝えることができ、エネルギー効率が良く、省エネルギーな加熱手段を実現できる。

図１１は樹脂流動抑制工程における一体化手段の断面図である。図１、図１１において、１２１（図１に示す）は、軟化工程の後に設けられた樹脂流動抑制工程である。ここで、ヒータ１４６は、エポキシ樹脂１０８を流動できる粘度以上にまで加熱する。これは、後述する強制流入工程１２２において、樹脂１０８の粘度は、できるだけ小さい方が隙間１６３，１６４へ流入しやすくなるためである。

そのため、たとえ真空化によって発生する程度の微小な圧力（０．２ＭＰａ）であっても、エポキシ樹脂１０８は基板１０１の外側や、空隙１６１，１６２や隙間１６３，１６４へと流れ出してしまうこととなる。例えば、エポキシ樹脂１０８が基板１０１よりも外へ流れ出した場合、本来後述する強制流入工程１２２で流れるエポキシ樹脂１０８の量が少なくなるので、隙間１６３，１６４などへの樹脂が流入し難くなってしまう。

また軟化工程１２０においてプラテン１４１，１４２は、基板１０１やプリプレグ１５２を上下方向から挟んで加熱するので、これらプラテン１４１，１４２に設けられたヒータ１４６から近い場所と、遠い場所との間に温度差が生じ易い。一般に隙間１６３，１６４は、プラテン１４１，１４２から離れた位置に形成される。つまり、この隙間１６３，１６４の温度はエポキシ樹脂１０８の温度よりも低くなり易い。従って強制流入工程１２２以前に、隙間１６３，１６４へエポキシ樹脂１０８が流入してしまうと、エポキシ樹脂１０８の温度が低下する。その結果、隙間１６３，１６４へ流入したエポキシ樹脂１０８の粘度が大きくなり、強制流入工程１２２においてそれ以上にエポキシ樹脂１０８が隙間へ流れ込まず、ボイドなどの発生要因となってしまう。

そこで、本実施の形態１では、軟化工程１２０と強制流入工程１２２との間に樹脂流動抑制工程１２１を設けている。そしてこの樹脂流動抑制工程において、エポキシ樹脂１０８の流動開始から、エポキシ樹脂１０８を強制的に流入させるまでの間、プラテン１４１，１４２によるプリプレグ１５２への圧縮圧力を緩和し、エポキシ樹脂が流動しないようにするものである。これによって、エポキシ樹脂１０８が外へ流れ出したりすることが少なくなる。また、エポキシ樹脂１０８が隙間に入り易くなり、強制流入工程１２２において、エポキシ樹脂を確りと隙間へ充填することができる。

なお、本実施の形態１においては、圧縮圧力を緩和させるためにプラテン１４２に接続したサーボモータ１４７を圧縮樹脂流動抑制手段としても用いている。つまり、温度センサの信号に基づき、このサーボモータが、プラテン１４２を図１１に示すＢ方向へ広げることによって、エポキシ樹脂１０８に加わる圧縮圧力を緩和している。なお、エポキシ樹脂１０８は温度によって粘度が変化するため、このエポキシ樹脂１０８の粘度は、温度に置き換えて管理している。つまりメモリには、エポキシ樹脂１０８が流動を始める流動開始温度データを格納している。そして、制御回路は、温度センサで検出した信号と、流動開始温度データとを比較し、エポキシ樹脂１０８が流動開始温度に到達したと判定した場合に、サーボモータ１４７を駆動する。そして制御回路は、圧力センサからの圧力信号を入力し、サーボモータ１４７を制御することで、プラテン１４２の圧力が所定の圧力となるように制御している。

なお、エポキシ樹脂１０８の流動を抑制するためには、プラテン１４１，１４２と基板１０１、プリプレグ１５２とは、接触可能な範囲において、できるだけ低い圧力で保持することが望ましい。そこで、本実施の形態１の樹脂流動抑制工程１２１における圧力は、約０．１ＭＰａとしている。これによって、エポキシ樹脂１０８が流動することを少なくでき、後述する強制流入工程１２２において、隙間１６３，１６４へエポキシ樹脂１０８を確りと充填することができる。

次に図１２は、本実施の形態１の強制流入工程における一体化手段の断面図である。図１および図１２において、１２２は、樹脂流動抑制工程の後に設けられた強制流入工程である。この強制流入工程１２２では、プリプレグ１５２は略３分の２の厚みにまで圧縮され、プリプレグ１５２のガラス不織布に含まれたエポキシ樹脂１０８が流出し、空隙１６１，１６２や隙間１６３，１６４全体に充填される。つまり、図１２における矢印Ｃ方向へプラテン１４２を高速に移動させ、プリプレグ１５２を高速で圧縮する。これによって、軟化したエポキシ樹脂１０８を、一気に空隙１６１ａ，１６１ｂ，１６２ａ，１６２ｂならびに隙間１６３，１６４へと流入させるものであり、プラテン１４２の圧縮速度を大きくし、短時間で隙間１６３，１６４にまで樹脂を注入させる。

ここで、隙間１６３，１６４は、空隙１６１，１６２に比べて非常に小さいので、エポキシ樹脂１０８がこの隙間１６３，１６４へ流れ込むときに大きな圧力損失が発生する。また、エポキシ樹脂１０８は粘性流体であるので、基板１０１や半導体素子１０５や抵抗１０６との接触面で摩擦が発生する。

さらに、半導体素子１０５はバンプ１０２を有しているので、エポキシ樹脂１０８が流れる通路の幅は、バンプ１０２によって縮小、拡大が繰り返される。従って特にこの隙間１６３におけるエポキシ樹脂１０８の圧力損失は大きくなる。そこで、このエポキシ樹脂１０８の流速を大きくすることで、このエポキシ樹脂１０８の隙間１６３，１６４への充填が完了するまでに、圧力損失や摩擦力によって流れが止まらないようにするものである。

さらに、本実施の形態１においては、この強制流入工程１２２の間においても、ヒータ１４６で加熱を継続して行っている。従って、この空隙１６１，１６１ａ，１６１ｂや、１６２，１６２ａ，１６２ｂへの充填は短時間で完了することが必要となる。これは、プリプレグ１５２が熱硬化性樹脂であるために、ヒータ１４６からの加熱によって、エポキシ樹脂１０８の温度が上昇し、硬化することを防ぐためである。

なお、本実施の形態１におけるプラテン１４２は、約３００ｍｍ／秒以上の高速で圧縮する。これによって、エポキシ樹脂１０８へ流れを発生させ、空隙１６１，１６１ａ，１６１ｂ，１６２，１６２ａ，１６２ｂや隙間１６３，１６４へエポキシ樹脂１０８を一気に注入するわけである。本実施の形態１においてプラテン１４２の駆動のために応答性の良好なサーボモータ１４７を用いているので、プラテン１４２に対して急激な加速度を与えることができる。そして、プラテン１４２の移動は、保持爪１５１の先端がプラテン１４２へ当接することで静止する。

この強制流入工程１２２において、隙間１６３，１６４の周囲は、粘性が高いエポキシ樹脂１０８で密封された状態となるので、強制流入工程１２２と略同時に真空を解除しても隙間１６３，１６４の真空は維持されると考えられる。つまり、強制流入工程において真空を解除状態としておいてやれば、プリプレグ１５２は、内側へ圧縮される方向の圧力を受けることとなる。

そこで、本実施の形態１においては、強制流入工程１２２と略同時に真空状態を解除し、略大気圧へ復帰させている。これによって、強制流入工程１２２において、エポキシ樹脂１０８は、プラテン１４１，１４２によって上下方向から圧縮されると同時に側面方向からも圧力が加わるので、エポキシ樹脂１０８は、隙間１６３，１６４へ流入しやすくなる。従って、空隙１６１ａ，１６１ｂ，１６２ａ，１６２ｂや隙間１６３，１６４内に、真空ボイドは発生し難くなる。

ここで、半導体素子１０５のバンプ部にこの真空ボイドが発生すると、半導体素子１０５とランドパターン１０４ａとの間での接続が外れたり、隣接同士のバンプ同士がショートしたりする。つまり、リフローはんだ付け等の加熱によってバンプが溶融し、この溶融したバンプが真空ボイドによって吸引されることによって、接続が外れる。また、基板などの吸水による真空ボイドへの水滴の侵入などが原因となり、リフローはんだ付けなどで水蒸気爆発が起こり、接続が外れたりする。従って本実施の形態１においては、強制流入工程１２２と略同時に真空解除することによって真空ボイドを防止している。これにより、リフロー工程などにおいてバンプの接続が外れることが無く、信頼性の高い積層基板を実現できる。

そして、このようにしてエポキシ樹脂１０８を隙間１６３，１６４へ充填した後に、硬化工程１２３（図１に示す）によってエポキシ樹脂１０８を硬化させる。この硬化工程１２３は、はんだバンプ１０２やはんだ１０７の液相線温度以下で加熱し、プリプレグ１５２の流動性を失わせる第２の加熱工程と、この第２の加熱工程の後で、プリプレグ１５２を完全に硬化させる第３の加熱工程とを有している。

ここで第２の加熱工程では、はんだバンプ１０２、はんだ１０７の液相線温度よりも低い温度で、プリプレグ１５２が流動性を失うようにすることが重要となる。ここで、はんだバンプ１０２、はんだ１０７には、融点が約２１７℃の鉛フリーはんだを用いているので、第２の加熱工程でのエポキシ樹脂１０８が流動性を失う温度は、少なくとも約２００℃以下とすることが望ましい。そこで、本実施の形態１においては、約１５０℃でエポキシ樹脂１０８の流動性を失わせている。そのために、１５０℃におけるエポキシ樹脂１０８の粘度が、約２４０００ｐｓであるので、この粘度以上では流動しないように、第２の加熱工程における圧力は約４ＭＰａとしている。

これによって、第２の加熱工程でエポキシ樹脂１０８の流動性を失わせ、その後に、第３の加熱工程でエポキシ樹脂１０８の温度を１８０℃まで上昇し、エポキシ樹脂１０８を確実に硬化させる。従って、第２の加熱工程において、エポキシ樹脂１０８は約１５０℃で流動性を失うこととなるので、半導体素子１０５と基板１０１との間や、抵抗１０６と基板１０１との間での接続が外れることはない。

このようにしてプリプレグ１５２の硬化が完了すると、冷却工程１２４（図１に示す）へ移る。この冷却工程１２４では、ゆっくりとした勾配で冷却を行う。そのために、プラテン１４１，１４２に挟んだ状態のままで、ヒータ１４６の温度を制御しながら徐冷する。なおこの徐冷は、ガラス転移点以下（ＴＭＡ測定法で１６０℃）の温度となるまで行い、その後プラテン１４１，１４２を開放して自然冷却する。これにより、銅箔１５６やエポキシ樹脂１０８との線膨張係数の差によって生じる縮み量の差を小さくでき、積層基板のソリを小さくできる。また、基板１０１上の導体と、エポキシ樹脂１０８との界面での剥離などを防止することができる。

図１３は、本実施の形態１の切断工程における切断手段の断面図である。図１、図１３において、１２５は、強制流入工程１２２によって、基板１０１の外側へ流れ出した樹脂１７２を切除する切断工程である。この切断工程１２５において、１７１は積層基板を切断するダイシング歯であり、この切断工程１２５でダイシング歯１７１を回転させて、不要な樹脂１７２を切除する。なお、本実施の形態１においては、不要な樹脂１７２部分のみを切除するのではなく、基板１０１と樹脂１７２との双方を切断している。これは、基板１０１の端部より内側を切断することにより、積層基板の寸法を、基板１０１の伸縮などによらず、略一定寸法とするためである。

以上のように、一体化工程１１９では、軟化工程１２０によって流動可能な温度まで加熱し、加熱・圧縮工程１１８ａによって、プリプレグ１５２と基板１０１へ与える温度やプラテン１４２の圧力や速度を、エポキシ樹脂１０８の粘度あるいは温度等に応じて制御しながら加熱・圧縮し、基板１０１とプリプレグ１５２とを一体化することで、積層基板（図２に示す）を完成する。なお、図２において最上層に設けた銅箔１５６をエッチングし、配線パターン１０９を形成している。従って、このパターン１０９を用い、最上層に電気回路やその配線および端子等を形成することができる。また、この銅箔１５６のエッチングを行わずにグランドへ接続すれば、グランドプレーンとしての使用やシールドとしての使用をすることができる。

次に、一体化工程１１９において、エポキシ樹脂１０８が隙間１６３，１６４へ注入される動作について説明する。そこでまずエポキシ樹脂１０８の温度と、圧力ならびに粘度特性との関係について図面を用いて説明する。図１４は、エポキシ樹脂１０８の特性図であり、横軸２０１が温度であり、第１の縦軸２０２は粘度であり、第２の縦軸２０３が圧縮圧力を示している。図１４において、２０４はプリプレグ中に含まれるエポキシ樹脂１０８の粘度特性を示し、２０５はプリプレグが受ける（プラテン１４１，１４２の圧力）である。

まずこの樹脂１０８は、常温においては粘性を有せず、温度が上昇するにつれて軟化し粘度が低下する。温度２０６において最低粘度２０７となり、この温度２０６以上で粘度が増加し、硬化が促進される。本実施の形態１におけるエポキシ樹脂１０８における温度２０６が、約１３３℃であり、そのときの最低粘度２０７は約１１５０ｐｓである。

なおここで注意しなければならないのは、上述の一体化工程１１９中においてエポキシ樹脂１０８には、常に圧力が加えられていることである。つまり、エポキシ樹脂１０８の流動は、このエポキシ樹脂１０８へ加えられる圧力と、エポキシ樹脂１０８の粘度（温度）によって決定づけられることである。

そこで次に、本実施の形態１におけるプラテン１４１，１４２の圧力特性を見てみると、軟化工程１２０では圧力２０８が加えられ、硬化工程１２３では圧力２０９が加えられ、強制流入工程１２２では、圧力２０９の２倍以上の瞬間ピーク圧力２１０が加わる。

そして、エポキシ樹脂１０８は、圧力２０８においては温度２１１で流動を開始する流動開始粘度２１２となる。つまり、エポキシ樹脂１０８は、常温から温度２１１までの温度領域２１３（第１の温度領域の一例として用いた）において板体状であり、流動はしない。本実施の形態１において圧力２０８は、０．２ＭＰａであるので、流動開始粘度は２１００ｐｓであり、そのときの、温度２１１は約１１０℃である。

次に、この温度２１１を超えると、エポキシ樹脂１０８の粘度は、温度２０６で最低粘度２０７まで低下する。そして強制流入工程１２２は、温度２１１と温度２０６との間の温度領域２１４（第２の温度範囲の一例として用いた）で行われる。

この強制流入工程１２２が完了すると、硬化工程１２３でエポキシ樹脂１０８を硬化するが、この硬化工程１２３では圧力２０９が印加される。エポキシ樹脂１０８は、温度２０６以上の温度領域２１５（第３の温度範囲の一例として用いた）になると徐々に硬化を始め、圧力２０９では温度２１６で流動性を失う粘度２１７となる。なお、圧力２０９が４ＭＰａにおいて、温度２１６は、１５０℃、粘度２１７は２４０００ｐｓである。

なお、本実施の形態１における硬化工程１２３では、エポキシ樹脂１０８を約１８０℃の温度まで上昇させて、６０分間その温度で保持する。その後、プラテン１４１，１４２に挟んだままで、ヒータ１４６の温度を調節しながら、約１℃／分の割合で徐冷する徐冷工程を有している。

以上の方法によって、温度２１１（流動開始粘度２１２）と温度２０６（最低粘度２０７）との間に強制流入工程１２２を設け、プラテン１４２で圧力２１０を加える。これによって急激な加速度を発生させ、強制的にエポキシ樹脂１０８を流動させる。なお、このプラテンの移動開始から終了までの間の時間は、略１秒以内という短時間で完了させる。そして、最小粘度２０７となる温度２０６を超えて、さらに加熱することによって付加重合反応が進み硬化が始まる。そして、温度２１６以上の温度まで加熱されると、エポキシ樹脂１０８は略流動しなくなり、硬化した状態となる。

図１５は、本実施の形態１の強制流動工程における半導体素子１０５の要部拡大図である。図１５において、エポキシ樹脂１０８は、図１２に示すようにプラテン１４２によって圧縮され、その先端１０８ａが隙間１６３へ流入する。このとき、空隙１６１に比べて隙間１６３は非常に小さく、エポキシ樹脂１０８ａは、縮小管を通過する流体として考えれば良い。従って、半導体素子１０５の角１０５ａに近傍で渦２０１が発生し、圧力損失が発生する。

また、はんだバンプ１０２においては、縮小管の後に拡大管を通過する流体として考えれば良い。従って、縮小管と拡大管とを通過するのであるから、はんだバンプ１０２を通過するエポキシ樹脂１０８も、大きな圧力損失が発生することとなる。

さらに、強制流入工程１２２は、温度２１１（流動開始粘度２１２）と温度２０６（最低粘度２０７）との間で行う。つまりエポキシ樹脂１０８の粘性は、約２１００ｐｓから１１５０ｐｓにあるので、隙間１６３，１６４へ流入させるエポキシ樹脂１０８は、粘性流体である。従って、エポキシ樹脂１０８ａと半導体素子１０５の下側表面１０５ｂとの間で摩擦が生じる。そこで、この圧力損失や摩擦抵抗によってエポキシ樹脂１０８ａの流速が０とならないように、プラテン１４２に圧力２１０を加えてエポキシ樹脂１０８を高速に流動させる。

そして、エポキシ樹脂１０８ａの流速をできるだけ大きくするために、強制流入工程１２２におけるエポキシ樹脂１０８の温度は、できる限り最低粘度に近い温度である方が望ましい。しかし、圧力損失や摩擦によるエネルギー損失分は、熱エネルギーへの変換によって発熱する。つまり、この発熱によりエポキシ樹脂１０８ａの温度は、強制流入工程１２２におけるエポキシ樹脂１０８の温度よりも高くなると考えられる。ここで、エポキシ樹脂１０８ａは、温度２０６を超えると粘度が大きくなるので、温度２０６（図１４）以下の温度で隙間１６３，１６４へ流入させることが必要となる。

以上のように強制流入工程１２２では、エポキシ樹脂１０８が硬化することを防ぐために、プリプレグ１５２の温度（粘度）は、硬化を始める温度２０６（粘度２０７）に対してエポキシ樹脂１０８ａの発熱による温度上昇分だけ低い温度（高い粘度）となるように設定している。

また、エポキシ樹脂１０８ａの流入速度が大きいと、発熱も大きくなる。従って、プラテン１４２の移動速度は、摩擦熱によって上昇するエポキシ樹脂１０８ａの温度が、温度２０６を超えない速度とすることも必要である。

また、ここでは説明の便宜上半導体素子１０５が１個、抵抗が２個としているが、実際にはもっと多くの種類の部品がさらに数多く装着される。そのような場合、エポキシ樹脂１０８がそれぞれの隙間へ流入する時間のタイミングは異なる。これは、空隙１６１や空隙１６２の大きさや、ヒータ１４６の配置などに起因して発生するプリプレグ１５２内での温度ばらつきなどによるものと考えられる。

以上の理由により、強制流入工程１２２は、プラテン１４２の速度を大きくする一方で、温度２０６（粘度２０７）に対して約８℃低い温度（１００ｐｓ高い粘度）で行う。これにより、強制流入工程１２２において、隙間１６３，１６４に流入するエポキシ樹脂１０８ａの温度は、摩擦熱などによって上昇しても温度２０６より高くならない。従って、エポキシ樹脂１０８は、隙間１６３，１６４へ流入しやすくなる。

また、強制流入工程１２２は、短時間で終了させるので、強制流入工程１２２開始時点でのエポキシ樹脂１０８の粘度を低くできる。従って、エポキシ樹脂１０８を隙間１６３，１６４へ流入させることができる。

以上のような積層基板の製造法を用いることにより、半導体素子１０５や抵抗１０６と基板１０１との間の隙間１６３，１６４へエポキシ樹脂１０８を容易に流入させることができるので、中間材などを用いなくても半導体素子１０５や抵抗１０６と基板１０１との間にエポキシ樹脂１０８を確実に充填することができる。従って、予め半導体素子１０５や抵抗１０６などと基板１０１との間の隙間１６３，１６４に、中間材などを充填することなく、プリプレグ１５２と基板１０１との一体化工程１１９で同時に隙間１６３，１６４へエポキシ樹脂１０８を確実に充填することができる積層基板の製造方法を提供することができる。

また、中間材を別途注入する工程が必要なく、また中間材も不必要となるので、低価格な積層基板を実現できる。

さらに、強制流入工程１２２において狭い隙間１６３，１６４へ確りとエポキシ樹脂１０８を充填できる。従って、ボイドの発生もしにくくなり、信頼性の高い積層基板を実現することができる。

以下に、本実施の形態１における積層基板の製造設備に関する一連の制御について、図面を用いて説明する。図１６は、この制御を示すためのタイミング図である。図１６（ａ）は、プラテン圧力のタイムチャートであり、図１６（ｂ）は、基板とプリプレグとを合算した厚みの変化特性を示し、図１６（ｃ）は、真空化手段のタイムチャートである。図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、横軸２７１は、時間を示し、図１６（ａ）の縦軸２７２は圧力、図１６（ｂ）の縦軸２７３は厚み、図１６（ｃ）の縦軸２７４は気圧を示している。

まず樹脂流動抑制工程１２１について説明する。なお、図１６において、２７５はプラテンの圧力特性を示し、２７６は厚み特性を示し、２７７は真空度特性を示している。真空化・積層工程１１８においてプリプレグ１５２は、０．２ＭＰａの圧力を受けている。そしてこの圧力を受けたままで、軟化工程１２０へ移行し、温度上昇に伴って粘度が小さくなり、温度２１１で流動する温度に達する。そのため、そのまま圧力が加えられると、エポキシ樹脂１０８は、基板の外側や隙間１６３，１６４へ流れ出てしまう。

そこで、制御回路は、温度センサからの信号によって、エポキシ樹脂１０８が温度２１１に達したことを検出すると、一旦プラテン１４２の圧力を圧力２７８まで下げる。このとき制御回路は、圧力センサからの信号を入力し、この信号によってプラテン１４２の圧力が２７８に達したことを検出し、プラテン１４２の動作を停止する。これによって、エポキシ樹脂１０８へ加えられる圧力が緩和され、エポキシ樹脂１０８が流動することを抑制している。

なお、本実施の形態１において、圧力２７８は、約０．１５ＭＰａとしている。これによって、強制流入工程１２２において、エポキシ樹脂１０８の空隙１６１，１６２側へ流入する量を多くできる。また、強制流入工程１２２より前に、エポキシ樹脂１０８が隙間１６３，１６４へ流入し難くなるので、エポキシ樹脂１０８の温度低下なく、均一温度に維持することができる。従って、強制流入工程１２２において隙間１６３，１６４へエポキシ樹脂１０８を確りと充填することができる。

次に、強制流入工程１２２における制御について説明する。この強制流入工程１２２では、プラテン１４２を高速で移動させて、エポキシ樹脂１０８を隙間１６３，１６４へ強制的に流入させる。このとき制御回路は、位置センサからの出力とクロックタイマからの信号によって、プラテン１４２が所定速度で移動しているかどうかを判定する。つまり、制御回路は、ある時間におけるプラテン１４２の位置と、予め定められた位置情報とを比較することで、規定の移動速度であるかどうかを判定する。

そして、これらの位置情報の差によってサーボモータ１４７（図１２）へ供給するパルス信号の幅を変更することで、プラテン１４２の圧縮速度を制御し、一気にプリプレグ１５２を圧縮する。これによって、この強制流入工程１２２においてのプリプレグ１５２に移動速度を大きくしている。従って、図１６（ｂ）に示すように、プリプレグ１５２の厚みは、この強制流入工程１２２において厚み２８３から厚み２８４へと一気に小さくなる。なお、本実施の形態１における強制流入工程１２２において、プリプレグ１５２の厚みは、約０．４ｍｍ減少する。

また、制御回路には、圧力センサから出力される圧力情報信号も入力されている。そこで制御回路は、この圧力が規定の値以上とならないようにプラテン１４２の圧力を監視している。これは、エポキシ樹脂１０８ａが、隙間１６３，１６４の四方より流入し、隙間１６３，１６４の略中心で衝突する。そのとき、プラテン１４２の圧力に応じて、エポキシ樹脂１０８の流速は大きくなり、隙間１６３，１６４での衝突時の力は大きくなる。この衝突による力は、半導体素子１０５や抵抗１０６を基板１０１から引き剥がそうとする方向へ加わる。そこで、この衝撃による力で半導体素子１０５と基板１０１とを接続するバンプ１０２や抵抗１０６と基板とを接続するはんだ２などの破壊を防ぐために、制御回路がプラテン１４２の圧力を監視する。そしてこの制御回路は、圧力が予め定めた限界圧力２７９以下となるようにサーボモータを停止させる。

ここで、この強制流入工程１２２の時間は非常に短いので、圧力センサから圧力情報信号が出力されてからサーボモータが駆動するまでの間の応答時間が問題となる。これは、特にボールナット軸受け部分の応答性が遅い（慣性モーメントが大きい）ことが最大の要因となる。つまり、制御回路が、限界圧力２７９に達したと判定した後にサーボモータ１４７を停止したのでは、軸受けの慣性力によって、プラテン１４２の圧力は限界圧力２７９を超えてしまうこととなる。従って、本実施の形態１において制御回路は、タイミングクロックの信号と圧力情報信号とから、圧力曲線２７５の増加の傾きを演算することで、プラテン１４２の圧力が限界圧力２７２に達する時間２８０を予測し、この時間２８０よりも制御系が応答するまでに必要な応答時間２８１だけ前の時間２８２でサーボモータ１４７を停止させる。

これにより制御回路は、圧力センサからの圧力情報信号を基に、プラテン１４２をフィードフォアードバック制御する。従って、バンプ１０２や、はんだ２などの破断が発生し難くなり、信頼性の良好な積層基板を得ることができる。また、応答性の良好な積層基板の製造装置を実現できる。

本実施の形態１においては、半導体素子１０５や抵抗１０６へ加わる衝突による力を緩和するために、限界圧力２１０に達した後に、圧縮圧力を圧力２０９まで下げる圧力緩和工程１２２ａ（図１に示す）を設けている。この圧力緩和工程１２２ａにおいて制御回路は、圧力センサからの圧力信号が限界圧力２１０となったことを検知すると、サーボモータを逆方向へ回転させる。このサーボモータの逆回転によって、プラテン１４２を開く方向へ移動させて、圧力を小さくする。

また、強制流入工程１２２と略同時に、真空状態を解除している。これは、エポキシ樹脂１０８の温度（粘度）が温度２０６（最低粘度２０７）を超える前に、真空を解除するので、たとえ隙間１６３，１６４内に真空ボイドが発生しても、エポキシ樹脂１０８が真空ボイドへ流れ込むことができる。従って、真空ボイドが消失するので、真空ボイドの発生が少ない積層基板を実現することができる。

さらに、強制流入工程１２２の開始と略同時に真空状態を解除するので、プリプレグ１５２は、プラテン１４２による上下方向からの圧縮と同時に、真空化解除による増圧で側面方向からの圧力も増加することとなる。これにより、さらにエポキシ樹脂１０８は隙間１６３，１６４などへ流入しやすくなる。

以上のように本実施の形態１においては、プラテンの圧縮圧力や、移動速度や温度を管理・制御することによって、エポキシ樹脂１０８の流動を制御し、小さな隙間１６３，１６４へもエポキシ樹脂１０８を充填することができるものである。これによって、隙間１６３，１６４に対し、ボイドなどを発生しにくくすることができ、信頼性の高い積層基板を実現することができる。

なお、このプリプレグ１５２は熱硬化性樹脂であるので、一旦熱硬化された後は、たとえ再度加熱されても可塑状態には戻らない。従って、一旦樹脂１０８で封止された半導体素子１０５の固定は保持される。また、エポキシ樹脂１０８は略１５０℃の温度までは粘度はだんだん下がる。従って、このように樹脂１０８は、粘度が小さくなり、流動性が増して、狭い隙間にも十分に充填することができる。また、ガラス不織布にエポキシ樹脂が含浸されているので、軟化工程１２０や、強制流入工程１２２において、エポキシ樹脂１０８を流動させても、基板としての体裁を維持することができるので、寸法精度の良好な積層基板を実現することができる。

また、この加熱圧着ではんだ１０７の雰囲気温度をはんだ１０７の内部温度がはんだ１０７の溶融点以下にしておくことが望ましい。従って、はんだ１０７には硬化工程１２３の温度より溶融点の高いはんだを用いると良い。

さらに、プリプレグ１５２には半導体素子１０５と抵抗１０６との間に空隙１６１を有する孔１５４，１５５が設けられているので、たとえ基板１０１から突出する電子部品が装着されていたとしても容易に遊挿することができ、組み立ては容易である。

また、この強制流入工程における温度は半導体素子１０５や抵抗１０６を接続固定するはんだが溶融しない程度に低い温度（１５０℃）で一体化するので、この一体化により接続固定が破壊されることはなく、半導体素子１０５と抵抗１０６は強固な接続固定を保つことができる。

更に、加熱圧着時における軟化で、狭い隙間１６３，１６４にも樹脂１０８が充填される。また、熱硬化性のプリプレグ１５２を用いているので、熱硬化された後に加熱されても再度可塑状態には戻らず、封止された半導体素子１０５と抵抗１０６の安定した固定状態が保たれる。

更にまた、半導体素子１０５と抵抗１０６は基板１０１に装着されているので、この基板１０１の状態で検査をすることができ、積層基板完成後における良品率が向上する。

なお、本実施の形態１においては、プリプレグ１５２を６枚用いたが、これは厚みの厚いプリプレグ１枚でも良い。その場合、積層工程１１８を短時間で行うことができるので、低価格な積層基板を得ることができる。

さらに、本実施の形態１において強制流入工程１２２で真空状態を解除しているが、これは、エポキシ樹脂１０８の粘度が、大きくなり、各プリプレグ１５２間に隙間がなくなる温度以上で、エポキシ樹脂１０８が流動性を失う温度までの間であれば良い。これは、この温度範囲内で真空を解除しても、空気が空隙１６１，１６２や隙間１６３，１６４へ入らないので、強制流入工程１２２においてそれらの真空は維持されているためである。これによって、強制流入工程１２２において、確りとエポキシ樹脂１０８を隙間１６３，１６４へ流入させることができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図面を用いて説明する。図１７は、本発明の実施の形態２における積層基板の製造方法のフローチャートである。なお、図１８から図２０において、図１から図１３と同じものは同じ番号とし、その説明は簡略化してある。実施の形態１においては、基板１０１上に６枚のプリプレグ１５２を積層したが、本実施の形態２においては、基板１０１上に厚さが約１ｍｍのプリプレグを１枚積層している。

では、図１７の工程の順序に従って、各工程の詳細を説明する。本実施の形態２において、実施の形態１と同様に、基板１０１上に半導体素子や抵抗１０６を装着し、リフロー工程１１５ではんだ付けする。３００は、リフロー工程１１５の後に設けられ、プリプレグ（シートの一例として用いた）を基板１０１上に宙吊りする宙吊り工程であり、３０１は、宙吊り工程３００の後に設けられた減圧・積層工程である。以下に、この宙吊り工程３００と減圧・積層工程３０１について、図１８、図１９を用いて説明する。図１８は、本実施の形態２における宙吊り工程における宙吊り手段の断面図であり、図１９は同、減圧・積層工程における減圧・積層手段の断面図である。

まず、宙吊り工程３００（図１７）について説明する。図１８において、密封容器３１１（密閉手段の一例として用いた）は、プラテン１４２（圧縮手段の一例として用いた）と、基板１０１の側面側を囲むガイド３１２と、このガイド３１２の上端部に設けられた傾斜部３１３とを有し、このガイド３１２の上方に開口部３１４を有する構成としている。このように構成された密封容器３１１のガイド３１２内へ基板１０１を挿入する。ここで、ガイド３１２と基板１０１との間の隙間は、片側で約０．５ｍｍとし、このガイド３１２によって基板１０１が位置決めされる。

そして、この開口部３１４を覆うように、プリプレグ（シートの一例として用いた）３０２を載置する。このとき、プリプレグ３０２の幅３１５は、ガイド３１２の幅３１６よりも大きく、傾斜部３１３の開口寸法３１３ａよりも小さな寸法としておく。このようにして、宙吊り工程３００において、プリプレグ３０２は、傾斜部３１３によって宙吊り状態で保持されることとなる。そして、このプリプレグ３０２の上に銅箔１５６が積層される。つまり、本実施の形態２において傾斜部３１３は、プリプレグ３０２と半導体素子１０５や抵抗１０６とが接触しないようにそれらの間に隙間を形成させるために、プリプレグ３０２を宙吊りする宙吊り手段となる。

なお、本実施の形態２におけるプリプレグ３０２は、できる限り早く粘性を低下させることによって加熱を小さくし、少ないエネルギーで積層基板を製造できるようにするために、常温において粘性を有したエポキシ樹脂３１７を用いている。従って、プリプレグ３０２の端部３０２ａが、傾斜部３１３に密着する。これによって、プラテン１４２、ガイド３１２、傾斜部３１３およびプリプレグ３０２とによって密封されることとなる。つまり、本実施の形態２においては、プリプレグ３０２自体が密封容器３１１の蓋を成すものである。

そして、真空化手段（図示せず）は、プリプレグ３０２によって蓋された状態で、ガイド３１２に設けた孔３１８から空気を吸引する。この減圧化によって密封容器３１１内が負圧となり、プリプレグ３０２は傾斜部３１３とガイド３１２に沿って下方へ移動する。本実施の形態２においては、孔３１８はガイド３１２の下端部の近傍に設けてある。なお、孔３１８は、減圧によって降下するプリプレグ面よりも下側に設けておくことが望ましい。これによって、孔３１８から空気を抜いてもプリプレグ３０２が吸引されず、確実に真空化することができる。

図１９は、本実施の形態２の減圧・積層工程における減圧積層手段の断面図である。図１９に示すように、プリプレグ３０２は、半導体素子１０５上面や抵抗１０６の上面に接する状態で停止し、プリプレグ３０２が基板１０１上へ積層される。この状態において、プリプレグ３０２は、真空化による負圧がかかった状態で保持される。

これによって、半導体素子１０５や抵抗１０６とプリプレグ３０２との間に空気が入った気泡が残ることがない。従って、プリプレグ３０２と半導体素子１０５の上面１０５ｃや抵抗１０６の上面１０６ａとの間での密着性を向上することができ、信頼性の高い積層基板を得ることができる。

図２０は、一体化工程３０３における一体化手段の断面図である。図２０において、３０３は、減圧・積層工程の後に設けられた一体化工程である。この一体化工程３０３では、上側プラテン３２１がプリプレグ３０２を加熱・圧縮・冷却することで、隙間１６３，１６４へもエポキシ樹脂３１７を充填するとともに、基板１０１とプリプレグ３０２とを一体化している。

この一体化工程３０３において、まず３０４は、減圧・圧縮工程３０１の後に設けられた軟化工程であり、この軟化工程３０４では、プラテン１４２と上側プラテン３２１に設けられたヒータ１４６を加熱し、プリプレグ３０２を流動可能な温度まで軟化させる。なお、本実施の形態２におけるプリプレグ３０２は、常温において略流動性を有する状態となっているものを用いているので、軟化工程における熱の供給を少なくできる。従って省エネルギーである。

そして、軟化工程３０４の後に設けた強制流入工程３０５において、実施の形態１と同様に、急激な圧力（速度）でエポキシ樹脂３１７を流入する訳である。そこで、この流入による摩擦熱や圧力損失などによる温度上昇によって、隙間１６３，１６４へ流入するエポキシ樹脂３１７が、硬化を始める温度を超えないようにプラテン３２１を移動させる。このように、エポキシ樹脂３１７の温度が約１００℃の状態で、急激な圧力（速度）を付加し、隙間１６３，１６４へ強制的に流入させるので、隙間１６３，１６４へ別途中間材を注入する必要はない。なお、本実施の形態２において、エポキシ樹脂３１７が硬化を始める温度は、約１１０℃から１５０℃であり、この１１０℃から１５０℃において約１０分保持するとエポキシ樹脂３１７は付加重合反応が始まるものを用いている。

なお、本実施の形態２の上側プラテン３２１には、位置センサ（図示せず）を設けてある。制御回路は、この位置センサからの信号と、メモリ（図示せず）に予め記憶した上側プラテン３２１の位置データとを比較し、上側プラテン３２１が規定の位置であると判定したときに、上側プラテン３２１へ接続されたサーボモータへ停止する旨の命令を送る。

ここで、プリプレグ３０２に孔を設けないので、本実施の形態２において半導体素子１０５や抵抗１０６の周囲に形成される隙間３３１は、実施の形態１で形成される空隙１６１，１６２よりも大きくなる。そこで、本実施の形態２における強制流入工程３０５の温度は１００℃とすることで、確りと隙間３３１や隙間１６３，１６４へエポキシ樹脂３１７を充填できる。

３０６は強制流入工程３０５の後に設けられた硬化工程であり、この硬化工程３０６で１５０℃とすることでエポキシ樹脂３１７を完全に硬化させている。そして、硬化工程３０６で完全に硬化させた後、徐冷工程１２４で徐々に冷却し、その後に切断工程１２５で切断する。

以上のように一体化工程３０３の前に減圧・積層工程３０１を有しているので、半導体素子１０５や抵抗１０６とプリプレグ３０２との間に空気が入った気泡が残ることがない。従って、プリプレグ３０２と半導体素子１０５の上面１０５ｃや抵抗１０６の上面１０６ａとの間での密着性を向上することができ、信頼性の高い積層基板を得ることができる。

また、実施の形態１のようにプリプレグ３１７には、予め半導体素子１０５や抵抗１０６に対応した孔を設けなくても良いので、実施の形態１における孔加工工程１１７が不要となる。従って、低価格な積層基板を得ることができる。

さらに、本実施の形態２においては、部品の高さに応じた孔が不要となるので、プリプレグ３１７は、１枚でも良い。従って、プリプレグ３１７を１枚積層すれば良いので、低価格な積層基板を得ることができる。

さらにまた、プリプレグ３１７は、傾斜部３１３の上に載せるだけで良いので、積層作業を非常に容易に行うことができる。従って低価格な積層基板を実現できる。

その上さらに、孔３１８はガイド３１２に設けてあるので、基板１０１とガイド３１２との間の隙間を小さくできる。従って、ガイド３１２は、基板１０１を精度良く位置決めするとともに、プリプレグ３０２が外側へ流出することを防止する。従って、エポキシ樹脂３１７は、隙間３３１や隙間１６３,１６４へ流れるので、ボイドなどの発生がなく、確りと隙間１６３，１６４へエポキシ樹脂３１７を充填することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態３は、実施の形態２における減圧・積層手段の他の例である。本実施の形態３における各工程は、実施の形態２と同じである。そこで本実施の形態３においては、減圧・積層工程の減圧・積層手段に関してのみ説明する。図２１、図２２は本実施の形態３の減圧・積層工程における減圧・積層手段の断面図であり、図２３は、同強制流入工程における積層基板の断面図である。なお、図２１、図２２、図２３において、図１８から図２０と同じものは、同じ番号とし、その説明は簡略化している。

図２１において、プラテン１４１，１４２と伸縮壁１４３とによって密封容器１４４（密封手段の一例として用いた）が形成される。そして、予め半導体素子１０５や抵抗１０６などの電子部品がリフローはんだ付けされた基板１０１が、プラテン１４２の所定位置に搭載される。

４０１は、プラテン１４１に設けられた支軸４０２へ回動自在に連結された保持爪である。この保持爪４０１は、バネ（図示なし）によって内側方向に向けて付勢されており、プリプレグ３０２を挟んで保持している。このとき、保持爪４０１とプラテン１４１は、プリプレグ３０２が基板１０１と対向する位置となるように保持する。そして、このプラテン１４１と保持爪４０１より成る宙吊り手段は、プリプレグ３０２と半導体素子１０５や抵抗１０６とが接触しないようにしている。これによって、プリプレグ３０２と半導体素子１０５や抵抗１０６との間に、隙間４０３が形成される。そして吸引機（図示せず）によって、孔１４５から空気を抜き、減圧・真空化することによって、密封容器１４４内が負圧となり、プラテン１４２が上昇する。

図２２は、本実施の形態２の減圧・積層工程における減圧積層手段の断面図である。図２２に示すように、真空化によってプリプレグ３０２は、半導体素子１０５上面や抵抗１０６の上面に接する状態で停止し、プリプレグ３０２が基板１０１上へ積層される。この状態において、プリプレグ３０２は、真空化による負圧が加わった状態で保持される。

図２３は、一体化工程３０３における一体化手段の断面図である。図２３に示したように一体化工程３０３では、上側プラテン３２１がプリプレグ３０２を加熱・圧縮・冷却することで、隙間１６３，１６４へもエポキシ樹脂３１７を充填するとともに、基板１０１とプリプレグ３０２とを一体化している。

なお、この場合保持爪４０１の先端４０１ａがプラテン１４２へ当接する位置で停止する。つまり、この保持爪４０１は、実施の形態１におけるストッパとしての役割も行っている。

本実施の形態３において、保持爪４０１はプリプレグ３０２の全周を覆うように設けている。これによって、一体化工程３０３において、エポキシ樹脂３１７の流動時に保持爪４０１は、エポキシ樹脂３１７の外側への流出を阻止する。従って、エポキシ樹脂３１７は、隙間３３１や隙間１６３，１６４へ流れるので、ボイドなどの発生がなく、確りと隙間１６３，１６４へエポキシ樹脂３１７を充填することができる。また、プリプレグ３０２の外への流出を少なくできるので、その分プリプレグを小さくできる。従って、使用するプリプレグ３０２を少なくできるので低価格な積層基板を得ることができる。ここで、熱硬化性樹脂は、一般に一旦硬化させると再利用できない。従って、プリプレグ３０２の使用量を削減することは、環境的な側面においても非常に重要な点になる。

そして、一体化工程３０３が完了すると、保持爪４０１が外側（図２３の矢印方向）へ回動し、プリプレグ３０２を開放する。これによって、プラテン１４１が上方向へ開放され、基板１０１が取り出せることとなる。

さらに、実施の形態２においては、部品の高さに応じた孔が不要となるので、プリプレグ３１７は、１枚でも良い。従って、プリプレグ３１７を１枚積層すれば良いので、低価格な積層基板を得ることができる。

さらにまた、プリプレグ３１７は、保持爪４０１内に挟み込むだけで良いので、積層作業を非常に容易に行うことができる。従って低価格な積層基板を実現できる。

なお、本実施の形態３においては、プリプレグ３０２を宙吊り状態としたが、これは基板１０１側を宙吊りしても良く、この場合においても同様の効果を奏することができる。

本発明にかかる積層基板の製造方法は、予め電子部品と基板との間の隙間に、中間材などを充填することなく、樹脂シートと基板との一体化工程で同時に隙間へ樹脂を確実に充填することができるという効果を有し、特に小型化が必要な携帯用電子機器等に対して利用すると有用である。

本発明の実施の形態１における積層基板の製造方法の製造フローチャート同、積層基板の断面図同、フラックス塗布工程における積層基板の断面図同、クリームはんだ印刷工程における積層基板の断面図同、電子部品装着工程における積層基板の断面図同、リフロー工程における積層基板の断面図同、宙吊り工程における一体化手段の断面図同、真空化・積層工程における一体化手段の断面図同、真空化・積層工程における一体化手段の断面図同、軟化工程における一体化手段の断面図同、樹脂流動抑制工程における一体化手段の断面図同、強制流入工程における一体化手段の断面図同、切断工程における積層基板の断面図同、エポキシ樹脂の粘度特性と、プラテンの圧力特性図同、半導体素子の隙間の拡大図（ａ）同、一体化工程における圧力特性図、（ｂ）同、一体化工程における基板とプリプレグとの合算厚さの変化特性図、（ｃ）同、一体化工程における気圧特性図実施の形態２，３における積層基板の製造フローチャート実施の形態２における減圧・積層手段の断面図実施の形態２における減圧・積層手段の断面図実施の形態２の強制流入工程における積層基板の断面図実施の形態３における減圧・積層手段の断面図実施の形態３における減圧・積層手段の断面図実施の形態３の強制流入工程における積層基板の断面図従来の積層基板における製造フローチャート同、電子部品装着工程における積層基板の断面図同、半導体素子装着工程における積層基板の断面図同、中間材注入工程における積層基板の断面図同、加熱・圧着工程における積層基板の断面図同、積層基板の断面図

符号の説明

１０１基板
１１６宙吊り工程
１１８真空化・積層工程
１１９一体化工程

Claims

複数個の電子部品を埋設するために、上面に設けられたランドと電子部品の電極とが接続固定された基板とシートとを一体化する積層基板の製造方法であって、前記シートは、第１の温度範囲において粘性を有した板状体であり、前記第１の温度範囲よりも高い第２の温度範囲において熱流動性を有するとともに、前記第２の温度範囲よりも高い第３の温度範囲において硬化する熱硬化性の樹脂を用いる積層基板の製造方法において、前記積層基板の製造方法は、前記シートと前記電子部品とが対向して載置されるとともに、前記シートと前記基板のうちのいずれか一方を、前記電子部品と前記シートとの間に空隙を設けて保持させる宙吊り工程と、この宙吊り工程の後で、前記空隙内の空気を吸引するとともに前記シートを前記電子部品上に載置する減圧・積層工程と、この減圧・積層工程の後で前記シートと前記基板を加熱圧着して一体化する一体化工程とを有した積層基板の製造方法。
複数個の電子部品を埋設するために、上面に設けられたランドと電子部品の電極とが接続固定された基板とシートとを一体化する積層基板の製造設備において、前記シートは、常温を含む第１の温度範囲では粘性を有した板状体であり、前記第１の温度範囲よりも高い第２の温度範囲において熱流動性を有するとともに、前記第２の温度範囲よりも高い第３の温度範囲において硬化する熱硬化性の樹脂を用い、前記積層基板の製造設備では、少なくとも前記基板を囲んで設けられるとともに外気を遮断する密閉手段と、前記基板が搭載される第１のプラテンと、この第１のプラテン上に前記基板が搭載された状態において前記電子部品と前記シートとの間に空隙を設けるように前記シートを保持する宙吊り手段と、前記シートの上方に配置される第２のプラテンと、少なくとも前記第１と第２のプラテンのいずれか一方に設けられて前記シートを加熱する加熱手段と、少なくとも前記空隙の空気を吸引し略真空化する真空化手段とを有し、前記基板と前記シートとが前記第１と第２のプラテンの間に挟まれて、加熱・圧縮されることにより前記基板と前記シートとが一体化される積層基板の製造設備。
前記密閉手段は、前記第１のプラテン上に立設されるとともに、前記基板の外周を囲んで設けられたガイド部と、このガイド部に設けられるとともに前記基板の上方となる位置に設けられた開口部とから構成され、前記シートが前記開口部を塞ぐように載置されることで外気から遮断される請求項２に記載の積層基板の製造設備。
前記ガイド部には、前記密閉手段内の空気を吸引するために孔を設けると共に、前記孔を前記ガイド部の下端部近傍に設けた請求項３に記載の積層基板の製造設備。
前記宙吊り手段には、前記第１のプラテン上に立設されるとともに、前記基板の側面を囲むように設けられたガイド部と、このガイド部の上端に設けられるとともに、上方に向けてその幅が広がる方向の傾斜を有した保持部と、前記基板の上方に形成される開口部とを設けた請求項２記載の積層基板の製造設備。
前記宙吊り手段は、前記第２のプラテンに設けられた保持爪とした請求項２に記載の積層基板の製造設備。
前記保持爪は、前記第２のプラテンに回動自在に設けた請求項６に記載の積層基板の製造設備。
前記保持爪は、前記シートの全周を覆って設けられた請求項６に記載の積層基板の製造設備。