CN109729638A - 布线基板 - Google Patents

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Abstract

本发明的布线基板具有：第一绝缘层，其具有包含凹凸的表面；第二绝缘层，其具有包含凹凸的表面且层叠于第一绝缘层，包含与第一绝缘层相同种类的绝缘材料；多个绝缘粒子，其以40～80wt％的比例分别包含于第一绝缘层及第二绝缘层，且包括部分露出粒子；第一布线导体，其位于第一基底金属层的表面，第一基底金属层位于第一绝缘层的从表面至表层内的位置；以及第二布线导体，其位于第二基底金属层的表面，第二基底金属层位于第二绝缘层的从表面至表层内的位置，第二绝缘层的表面中的第二布线导体所在的区域的凹凸的第二高低差比第一绝缘层的表面中的第一布线导体所在的区域的凹凸的第一高低差小，第二高低差为绝缘粒子的平均粒径的2/5以下。

Description

布线基板
技术领域
本发明涉及布线基板。
背景技术
目前，开发出了将微细的布线导体在绝缘层上高密度地配置的布线基板。这样的布线基板使用于以服务器或超级计算机等为代表的高性能的电子设备。需要说明的是，这样的布线基板所使用的绝缘层包含绝缘树脂和分散地位于绝缘树脂中的绝缘粒子。
就布线基板的布线导体而言，特别是从高效率地传送高频信号这点出发，希望布线导体的表面为平坦状。另一方面，从使布线导体与绝缘层较强地紧贴这点出发，希望绝缘树脂为粗面化。为了使这样的布线基板的布线导体与绝缘层较强地紧贴，日本特开2013-012726号公报提出了相对于100重量部的环氧树脂而含有10～60重量部的两种无机填料的绝缘层形成用的组成物。
上述那样的布线基板所使用的绝缘层为了抑制布线基板的热膨胀率并防止布线导体的断线而有时具有高密度地分散了的绝缘粒子。这样的情况下，如果为了抑制由绝缘粒子产生的凹凸的影响而减小绝缘树脂的粗面化，则布线导体的紧贴强度下降。另一方面，如果为了提高紧贴强度而增大绝缘树脂的粗面化，则布线导体的表面的凹凸变大而导致高频信号的传送特性下降。如此，存在难以同时实现传送特性和紧贴性的可能性。
发明内容
本公开的布线基板具有：第一绝缘层，所述第一绝缘层具有包含凹凸的表面；第二绝缘层，所述第二绝缘层具有包含凹凸的表面且层叠于所述第一绝缘层，包含与第一绝缘层相同种类的绝缘材料；多个绝缘粒子，所述多个绝缘粒子以40～80wt％的比例分别包含于第一绝缘层及第二绝缘层，且包括表面的一部分从第一绝缘层的表面及第二绝缘层的表面露出的部分露出粒子；第一基底金属层，所述第一基底金属层位于第一绝缘层的从表面至表层内的位置；第二基底金属层，所述第二基底金属层位于第二绝缘层的从表面至表层内的位置；第一布线导体，所述第一布线导体位于第一基底金属层的表面；以及第二布线导体，所述第二布线导体位于第二基底金属层的表面。第二绝缘层的表面中的第二布线导体所在的区域的凹凸的第二高低差比第一绝缘层的表面中的第一布线导体所在的区域的凹凸的第一高低差小，第二高低差为绝缘粒子的平均粒径的2/5以下。
本公开的布线基板在高频信号的传送特性以及布线导体与绝缘层的紧贴性这些方面优异。
附图说明
图1是表示本公开的一实施方式的布线基板的简要剖视图。
图2是本公开的一实施方式的布线基板的第一绝缘层的放大剖视图。
图3是本公开的一实施方式的布线基板的第二绝缘层的放大剖视图。
图4是本公开的一实施方式的布线基板的布线导体及其周边的放大剖视图。
图5是表示本公开的布线基板的另一实施方式的简要剖视图。
具体实施方式
基于图1～图4来说明本公开的一实施方式的布线基板。布线基板20具有芯用绝缘层1、积层用绝缘层2、绝缘粒子3、基底金属层4、布线导体5、阻焊层6。布线基板20例如在上表面搭载高性能集成电路S及多个宽带存储器M。
芯用绝缘层1包含例如通过使环氧树脂或双马来酰亚胺三嗪树脂等含浸于加强用的玻璃布而成的绝缘材料。芯用绝缘层1具有作为布线基板20中的加强用的支承体的功能。芯用绝缘层1具有上下贯通的多个通孔(through hole)7。芯用绝缘层1的厚度设定为例如200～1200μm。通孔7的直径设定为例如50～200μm。布线基板20在俯视观察下为四边形形状的平板状。布线基板20的一边的长度为20～80mm，厚度为0.3～1.6mm左右。
芯用绝缘层1通过将使环氧树脂或双马来酰亚胺三嗪树脂等热固化性树脂含浸于强化用的玻璃布而成的预成型体层叠多个并在加热下进行加压加工而形成为平板状。通孔7通过对芯用绝缘层1进行钻孔加工、激光加工或等离子体加工等处理而形成。芯用绝缘层1的上下表面的布线导体5彼此经由通孔7内的布线导体5而电连接。
积层用绝缘层2包含第一绝缘层2a及第二绝缘层2b。在处于芯用绝缘层1的上侧的第一绝缘层2a的上表面设有主要用于将高性能集成电路S与位于布线基板20下表面的布线导体5连结的布线导体5。在处于第一绝缘层2a的上侧的第二绝缘层2b的上表面设有用于将高性能集成电路S与宽带存储器M连结的布线导体5。第一绝缘层2a及第二绝缘层2b分别具有包含凹凸的表面。
第一绝缘层2a及第二绝缘层2b包含例如环氧树脂或酚醛树脂或氰酸酯等相同种类的绝缘材料。由此，在第一绝缘层2a与第二绝缘层2b之间能够抑制热伸缩差，对于布线基板20的翘曲的抑制等有利。相同种类的绝缘材料是指基本上第一绝缘层2a与第二绝缘层2b为相同的树脂组成物。但是，只要是以上述树脂为主成分的网状聚合物所能形成的组合即可。只要是由这样的网状聚合物构成的任一个组合即可。
积层用绝缘层2具有如下功能：在芯用绝缘层1的上下表面覆盖后述的布线导体5并确保相互相邻的布线导体5彼此的绝缘性。积层用绝缘层2具有以布线导体5为底部的多个过孔(via hole)8。过孔8具有位于第一绝缘层2a的第一过孔8a及位于第二绝缘层2b的第二过孔8b。
第一绝缘层2a的厚度设定为例如30～40μm。第一绝缘层2a具有以布线导体5为底部的多个第一过孔8a。第一过孔8a的直径设定为例如30～60μm。
第二绝缘层2b的厚度设定为例如5～15μm。第二绝缘层2b具有以布线导体5为底部的多个第二过孔8b。第二过孔8b的直径设定为例如10～20μm。
例如将在环氧树脂等热固化性树脂中分散有绝缘粒子3而成的绝缘层用的膜在真空下以覆盖布线导体5的方式附着于芯用绝缘层1的上下表面并进行热固化，从而形成积层用绝缘层2。
绝缘粒子3位于第一绝缘层2a及第二绝缘层2b。绝缘粒子3可列举例如二氧化硅(SiO2)或玻璃或氧化铝等。绝缘粒子3具有例如球状的形状，平均粒径设定为例如0.1～0.5μm。第一绝缘层2a及第二绝缘层2b中的绝缘粒子3的含有比例设定为例如40～80wt％。球状的形状对于高密度地含有绝缘粒子3来说是有利的。绝缘粒子3在第一绝缘层2a及第二绝缘层2b中，具有减小热膨胀系数而抑制布线导体5的断线等的作用。
绝缘粒子3包含表面的一部分向第一绝缘层2a的表面及第二绝缘层2b的表面露出的部分露出粒子3a。在俯视观察下，在第一绝缘层2a的表面占据的部分露出粒子3a的露出部分的面积比例设定为例如20～30％。如图2所示，剖视观察下的由绝缘粒子3产生的第一绝缘层2a的凹凸的第一高低差L1设定为例如160～600nm。面积比例是指俯视观察下的部分露出粒子3a的露出部分的面积(A)在第一绝缘层2a或第二绝缘层2b的表面(包含上述A)所占的比例。
在俯视观察下，在第二绝缘层2b的表面占据的部分露出粒子3a的露出部分的面积比例设定为例如5～12％。如图3所示，剖视观察下的由绝缘粒子3产生的第二绝缘层2b的凹凸的第二高低差L2设定为例如10～100nm。上述那样的部分露出粒子3a的面积比例通过例如XPS分析能够算出。
为了使绝缘粒子3在这样的第一绝缘层2a的表面及第二绝缘层2b的表面露出，只要进行例如氧等离子体、氮等离子体或氩等离子体处理即可。等离子体处理与基于蚀刻液的处理相比需要处理时间，但是能够进行微细的研磨，因此有利于绝缘粒子3的露出量的精度提高。
如图4所示，基底金属层4包含第一基底金属层4a及第二基底金属层4b。基底金属层4设置在后述的位于布线导体5的下侧的积层用绝缘层2的从表面至表层内的位置。而且，基底金属层4还位于在过孔8的底部露出的布线导体5的表面。
第一基底金属层4a包含例如铜等良导电性金属。这样的第一基底金属层4a通过例如非电解镀敷施工方法而形成。这样的镀敷施工方法在加工时间比较短这点上是有利的。
第二基底金属层4b位于与后述的第二布线导体5b的下侧对应的积层用绝缘层2的从表面至表层内的位置。而且，第二基底金属层4b还位于在过孔8的底部露出的布线导体5的表面。
第二基底金属层4b包括：包含例如钛等属于元素周期表中的第4族的金属或者铬及钼等属于元素周期表中的第6族的金属的金属层；位于该金属层上的铜层。该金属层的厚度设定为例如20～25nm。铜层的厚度设定为例如200～220nm。通过使金属层的厚度比铜层的厚度薄，从而能够通过没有结晶粒的凝聚的连续的均质的结晶粒来构成位于第二基底金属层4b上的第二布线导体5b。
此外，金属层在例如抑制作为构成布线导体5的材料而使用的铜的扩散这点上是有利的。由此，能够实现布线导体5与绝缘层的紧贴强度的提高，抑制由于铜在绝缘层内扩散而产生的迁移。
第二基底金属层4b位于积层用绝缘层2的从表面至与该表面在厚度方向上相距小于200nm的深度的表层内的位置。上述那样的第二基底金属层4b的厚度通过例如俄歇分析能够算出。
包含第4族或第6族的金属的金属层、及位于该金属层上的铜层通过例如溅射施工方法来形成。这样的溅射施工方法用于进行将第4族或第6族的金属层、及铜层从积层用绝缘层2的表面朝向表层内打入的处理，与非电解镀敷施工方法相比在提高积层用绝缘层2与第二基底金属层4b的紧贴强度这方面是有利的。由此，由于第二布线导体5b与积层用绝缘层2的紧贴强度提高，因此特别是在第二布线导体5b为微细布线时有利。
布线导体5所在的区域以外的基底金属层4为了防止短路而通过蚀刻来除去。
布线导体5位于芯用绝缘层1的上下表面、通孔7内、积层用绝缘层2的表面及过孔8内。布线导体5包括第一布线导体5a及第二布线导体5b。布线导体5通过例如半添加法等镀敷施工方法来形成，包含铜等良导电性金属。
第一布线导体5a位于第一绝缘层2a的表面及第一过孔8a内，如上所述主要具有将高性能集成电路S与位于布线基板20下表面的布线导体5连结的作用。第一布线导体5a的线宽设定为例如15～20μm，厚度设定为例如10～20μm。这样，第一布线导体5a具有比较大的线宽及厚度，因此即使上述的第一绝缘层2a的凹凸的第一高低差L1为160～600nm这样比较大的值，也难以受到凹凸的影响。
第二布线导体5b位于第二绝缘层2b的表面及第二过孔8b内，如上所述主要具有将高性能集成电路S与宽带存储器M连结的作用。第二布线导体5b的线宽设定为例如2～6μm，厚度设定为例如2～15μm。这样，第二布线导体5b具有微细的线宽及厚度，但是由于上述的第二绝缘层2b的凹凸的第二高低差L2为10～100nm这样比较小的值，因此凹凸的影响小。
阻焊层6位于布线基板20的最上层及最下层的第二绝缘层2b表面。阻焊层6具有使最上层的第二布线导体5b露出的开口6a及使最下层的第二布线导体5b露出的开口6b。例如将丙烯酸改性环氧树脂等具有感光性的热固化性树脂的膜粘贴于第二绝缘层2b的表面，通过曝光及显影来形成开口6a、6b并进行热固化，由此形成阻焊层6。
如上所述，本公开的布线基板20中，第二绝缘层2b表面的凹凸的第二高低差L2比第一绝缘层2a表面的凹凸的第一高低差L1小。并且，第二高低差L2被抑制为绝缘粒子的平均粒径的2/5以下。由此，能够使与第一布线导体5a的布线宽度及厚度相比微细且具有平坦状的表面的第二布线导体5b位于第二绝缘层2b的表面。
第二高低差L2只要为绝缘粒子3的平均粒径的2/5以下(也包括L2＝0)即可，作为平均值，使绝缘粒子3(特别是部分露出粒子3a)中的位于第二绝缘层2b内的部分比露出的部分大，有利于抑制绝缘粒子3的脱落。
第二高低差L2如果小于绝缘粒子3的平均粒径的1/10，则会强烈受到使第二绝缘层2b热固化时生成的脆弱的表面层的影响而可能导致第二布线导体5b与第二绝缘层2b的紧贴性变得不充分。而且，在通过蚀刻来除去第二绝缘层2b表面的第二基底金属层4b时，蚀刻液容易浸入第二布线导体5b正下方的第二基底金属层4b，存在第二布线导体5b容易剥落的可能性。
如果第二高低差L2为绝缘粒子3的平均粒径的2/5以下且1/10以上，则能够得到适于在第二绝缘层2b的表面形成第二布线导体5b的树脂表面状态。因此，在提高第二绝缘层2b与第二布线导体5b的紧贴强度且形成高频信号的传送特性优异的布线这些方面是有利的。
如果第二高低差L2超过绝缘粒子3的平均粒径的2/5，则位于第二绝缘层2b的绝缘粒子3容易脱落。因此，第二绝缘层2b的表层的凹凸变大，微细布线加工变得困难。而且，强烈受到第二绝缘层2b的表层的凹凸的影响而导致第二布线导体5b表面的凹凸变大，高频信号的传送特性可能会下降。
第一高低差L1相对于绝缘粒子3的粒径可以任意设定。从抑制位于第一绝缘层2a的绝缘粒子3的脱落的观点出发，优选为绝缘粒子3的平均粒径的4/5以下。
本公开的布线基板20由于第二基底金属层4b位于积层用绝缘层2的从表面至表层内的位置，因此积层用绝缘层2与第二基底金属层4b的紧贴强度强。由此，位于第二基底金属层4b上的第二布线导体5b与积层用绝缘层2的紧贴强度也变强。
在上述的实施方式的一例中，示出了第一基底金属层4a由非电解镀铜构成的一例，但是也可以与第二基底金属层4b同样包括例如包含钛等属于元素周期表中的第4族的金属或铬及钼等属于元素周期表中的第6族的金属在内的金属层。
在第一基底金属层4a包括属于第4族或第6族的金属层的情况下，第一基底金属层4a位于第一绝缘层2a的从表面至与该表面在厚度方向上相距小于600nm的深度的表层内的位置。这种情况下，在提高第一绝缘层2a与第一布线导体5a的紧贴强度这方面是有利的。
如图5所示，在第二过孔8b的壁面与第二基底金属层4b之间也可以设置中间层9。中间层9包含例如第二绝缘层2b的一部分、绝缘粒子3、及含有铜的金属相。含有铜的金属相包括构成位于第二过孔8b内的第二布线导体5b的金属相的一部分。在第二过孔8b的壁面中，都是含有铜的第二布线导体5b与中间层9夹着第二基底金属层4b地设置。中间层9中的金属相只不过是存在于与中间层9整体相同程度的范围，因此省略图示。
中间层9的厚度设定为例如100～1000nm左右。在小于100nm时，可能无法期望第二布线导体5b与第二过孔8b的紧贴力的提高。在大于1000nm时，第二过孔8b彼此之间的绝缘可靠性可能会下降。
这样的中间层9例如可以如下形成。首先，在第二绝缘层2b，通过激光加工来形成以布线导体5为底面的孔。此时，在孔的壁面，由于激光加工时的热量而形成微细的凹凸。凹凸的表面由第二绝缘层2b及绝缘粒子3构成。凹凸的程度设定成最大高度为300～500nm左右。激光加工条件例如将照射能量设定为0.05～0.7W。而且，如果进行限定的话，则0.1～0.3W的范围能够更显著地展现本技术。
接下来，通过去沾污处理对孔的内表面进行清洗，由此形成第二过孔8b。去沾污处理条件是例如将包含浓度0.2～0.5mol/l的过猛酸盐和碱金属氢氧化物的药液调整成温度30～80℃，进行时间为0.5～10分钟的处理。
接下来，在第二过孔8b的壁面及布线导体5的表面形成第二基底金属层4b。关于第二基底金属层4b的厚度，为了避免将孔的壁面的凹凸完全覆盖，而将在元素周期表中属于第4族或第6族的金属层的厚度设定为例如5～20nm左右，将铜的厚度设定为50～150nm左右。
最后，在第二过孔8b内通过半添加法形成含有铜的第二布线导体5b。此时，构成第二布线导体5b的金属相的一部分经由第二基底金属层4b也进入孔的壁面的凹凸，与构成凹凸表面的第二绝缘层2b及绝缘粒子3紧贴。该第二绝缘层2b的凹凸部分、绝缘粒子3及进入的金属相成为层状。由此，形成包含第二绝缘层2b的一部分、绝缘粒子3及含有铜的金属相的中间层9。
这样，在中间层9中，构成第二布线导体5b的金属相的一部分以经由第二基底金属层4b而与第二绝缘层2b及绝缘粒子3紧贴的状态设置。位于中间层9的金属相与构成第二布线导体5b的金属相由连续的结晶构成。因此，第二布线导体5b能够与第二过孔8b那样接触面积小的小径的过孔8也以大的紧贴力设置。
中间层9除了位于第二过孔8b的壁面之外也可以位于底面的周边。这样的底面周边的中间层9存在于例如距底面最大为6μm的范围内。这种情况下，有利于提高第二布线导体5b与第二过孔8b的紧贴力。
在第一过孔8a的壁面与第一基底金属层4a之间也可以设置中间层9。这种情况下，有利于提高第一布线导体5a与第一过孔8a的紧贴力。
本公开没有限定为上述的实施方式的一例，在技术方案所限定的范围内能够进行各种变更或改良。

Claims (11)

1.一种布线基板，其特征在于，具有：
第一绝缘层，所述第一绝缘层具有包含凹凸的表面；
第二绝缘层，所述第二绝缘层具有包含凹凸的表面且层叠于所述第一绝缘层，包含与该第一绝缘层相同种类的绝缘材料；
多个绝缘粒子，所述多个绝缘粒子以40～80wt％的比例分别包含于所述第一绝缘层及所述第二绝缘层，且包括表面的一部分从所述第一绝缘层的表面及所述第二绝缘层的表面露出的部分露出粒子；
第一基底金属层，所述第一基底金属层位于所述第一绝缘层的从表面至表层内的位置；
第二基底金属层，所述第二基底金属层位于所述第二绝缘层的从表面至表层内的位置；
第一布线导体，所述第一布线导体位于所述第一基底金属层的表面；以及
第二布线导体，所述第二布线导体位于所述第二基底金属层的表面，
所述第二绝缘层的表面中的所述第二布线导体所在的区域的凹凸的第二高低差比所述第一绝缘层的表面中的所述第一布线导体所在的区域的凹凸的第一高低差小，所述第二高低差为所述绝缘粒子的平均粒径的2/5以下。
2.根据权利要求1所述的布线基板，其特征在于，
所述第二基底金属层包含在元素周期表中属于第4族或第6族的金属。
3.根据权利要求1或2所述的布线基板，其特征在于，
所述第二基底金属层位于所述第二绝缘层的从表面至与该表面在厚度方向上相距小于200nm的深度的所述表层内的位置。
4.根据权利要求1或2所述的布线基板，其特征在于，
所述第二布线导体含有铜，所述第二绝缘层具有包括所述第二基底金属层所在的壁面的过孔，在所述第二基底金属层与所述过孔的所述壁面之间设有中间层，该中间层包含所述第二绝缘层的一部分、所述绝缘粒子及含有铜的金属相。
5.根据权利要求1或2所述的布线基板，其特征在于，
所述第二基底金属层包括：包含在元素周期表中属于第4族或第6族的金属的金属层；以及位于所述金属层上的铜层，所述金属层的厚度比铜层的厚度薄。
6.根据权利要求1或2所述的布线基板，其特征在于，
所述第二高低差为所述绝缘粒子的平均粒径的1/10以上～2/5以下。
7.根据权利要求1或2所述的布线基板，其特征在于，
所述第一高低差为所述绝缘粒子的平均粒径的4/5以下。
8.根据权利要求1或2所述的布线基板，其特征在于，
所述第一基底金属层包含在元素周期表中属于第4族或第6族的金属。
9.根据权利要求1或2所述的布线基板，其特征在于，
所述第一基底金属层位于所述第一绝缘层的从表面至与该表面在厚度方向上相距小于600nm的深度的所述表层内的位置。
10.根据权利要求1或2所述的布线基板，其特征在于，
所述第一布线导体含有铜，所述第一绝缘层具有包括所述第一基底金属层所在的壁面的过孔，在所述第一基底金属层与所述过孔的所述壁面之间设有中间层，该中间层包含所述第一绝缘层的一部分、所述绝缘粒子及含有铜的金属相。
11.根据权利要求8所述的布线基板，其特征在于，
所述第一布线导体含有铜，所述第一绝缘层具有包括所述第一基底金属层所在的壁面的过孔，在所述第一基底金属层与所述过孔的所述壁面之间设有中间层，该中间层包含所述第一绝缘层的一部分、所述绝缘粒子及含有铜的金属相。
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