JP2004319607A - 多層配線回路基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数ｎの多層配線回路基板分の大きさのコア配線板の主表面にバンプ付配線板を積層しその後積層体を複数に分割して複数の多層配線回路基板を同時に形成する技術において、寸法精度を、量産性を徒に低めることなく、高める。
【解決手段】コア配線板２として多層配線回路基板複数ｎ（例えば９）個分一体に形成したものを用意し、バンプ付配線板１０として、１個の多層配線回路基板分の大きさのものをコア配線板２の一搭載主面当たりｎ（例えば９）個用意することとし、その各バンプ付配線板１０のコア配線板２へ積層するに際しての位置合わせを、該各バンプ付配線板１０毎に互いに独立して個々に順次に行うこととする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＩＣ、ＬＳＩ等の電子デバイス実装用の配線回路基板、特に高密度実装を実現できる配線回路基板と、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人会社は、多層配線回路基板製造技術として、バンプ形成用の銅層（厚さ例えば１００μｍ）の一方の主面に例えばニッケルからなるエッチングバリア層（厚さ例えば１μｍ）を例えばメッキにより形成し、更に、該エッチングバリア層の主表面に導体回路形成用の銅箔（厚さ例えば１８μｍ）を形成した配線回路基板形成用部材をベースとして用い、それを適宜加工することにより多層配線回路基板を得る技術を開発し、その開発した技術について例えば特願２００２−２３０１４２（：特開２００２−４３５０６号公報）、特願２００２−６６４１０等の出願により各種の技術的提案をした。
【０００３】
このようなバンプを活かした配線回路基板として図４に示すようにコア配線板と、バンプ付配線板からなるものがあった。同図において、ａはコア配線板で、樹脂からなるベースｂの両主面に配線膜ｃが形成されている。該コア配線板ａは配線回路基板複数（ｎ：正の整数。例えば６或いはそれ以上）個分の大きさを有する。ｄは該コア配線板ａの両面に積層されるバンプ付配線板であり、バンプ付配線板ａも配線回路基板複数（ｎ）個分の大きさを有する。ｅは後で選択的にエッチングされて配線膜となる銅からなる金属膜、ｆは該金属膜ｅの表面にニッケルからなるエッチングバリア層ｇを介して選択的に形成されたバンプであり、銅からなり、層間接続手段となる。ｈは金属膜ｅのバンプ形成側の面に形成された層間絶縁膜で、例えばポリイミド、エポキシ、ポリエステル、液晶ポリマー等の樹脂からなる。
【０００４】
そして、多層配線回路基板は、上記コア配線板ａの例えば両方の主表面上に、各バンプ付配線板ｄを、上記コア配線板ａの配線膜ｃと上記各バンプ付配線板ｄのバンプｆとを接続して積層することにより、構成される。図４は積層前の、コア配線板ａとそのの両主表面上に積層されるバンプ付配線板ｂを示す。
この多層配線回路基板は、積層後、両主表面の金属膜ｅをパターニングすることにより配線膜を形成するための選択的エッチング処理を施される。
【０００５】
そして、金属膜ｅの選択エッチング処理により配線膜を形成した後、該コア配線板ａ及びバンプ付配線板ｄの積層体をカットすることにより分割して複数の多層配線回路基板を得るようにしていた。
このように、多層配線回路基板を複数同時に形成するようにするのは、多層配線回路基板の量産化を図るためである。
そして、従来においては、コア配線板ａも、その主表面に積層されるバンプ付配線板ｄも複数の配線回路基板分の大きさを有するものを用意していた。例えば、ワークサイズが５００ｍｍ×４５０ｍｍで、配線回路基板６個分或いはそれ以上というような相当に大きなものを用いるようにしていた。というのは、大きくするほど工程に要する工数が変わらず製品が多く取れることに繋がり、延いては、製品のコストダウンに直結する量産性を高くすることができるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の技術には、大きなコア配線板ａに、それと同程度の大きさのバンプ付配線板ｄを積層する場合、その間の位置合わせが難しく、位置合わせ不良が生じることが少なくなかった。
それには主として４つの原因があった。その第１の原因は、コア配線板の個々の寸法バラツキが５００ｍｍに対して±５０μｍ程度にも達し、寸法精度が充分には高くないことにある。第２の原因は、位置合わせ誤差（例えばコア配線板にバンプ付配線板を位置合わせ〔Ｘ（横）方向、Ｙ（縦）方向及びθ（回転方向）における位置合わせをして仮接続する装置の位置合わせ誤差］が、コア配線板とバンプ付配線板の各々のマーク位置に穴あけし、両者を貫通ピンを通すことによって位置合わせするピン合わせ方式では、５００×４５０ｍｍのワークサイズに対して±５０μｍ程度のバラツキがあり、これも無視できない寸法誤差をもたらすことにある。
【０００７】
第３の原因は、バンプ付配線板のバンプの位置の仕上がり寸法誤差が５００×４５０ｍｍのワークサイズに対して±５０μｍ程度あり、仕上がり精度が充分には高くないことにある。
第４の原因は、多層配線回路基板とコア配線板とを積層し、加熱加圧により一体化するプレス工程等により、熱膨張係数の違う層間で膨張、収縮が生じ、熱的なヒステリシスから来る合わせずれも発生することにある。
【０００８】
そして、位置合わせには、それらの合わせ精度のバラツキが累積するので、５００×４５０ｍｍのワークサイズの場合、実際的には、±１００μｍ以内の精度に抑えた製品を製造するのが精一杯であり、上述の個々のバラツキ要因をつめて、漸次改善することは可能であるが、大幅な合わせ精度の向上を図ることはできなかった。
このため、現状の合わせ精度、バラツキを勘案の上、コア配線板の配線膜のバンプ付配線板のバンプと当接する部分のランドパターンの大きさは寸法バラツキを考慮した充分なマージンを持つような大きさの径のランドを設計する必要があった。
【０００９】
そのため、目的とする多層配線基板の配線密度を高めることが制約された。
従って、本願出願人会社は、上述の現行の高密度配線板の製造を阻んでいた合わせ精度の大幅改善と量産性の向上を両立させるという課題が与えられたのである。
本発明はこのような課題を解決すべく為されたもので、複数の多層配線回路基板分の大きさのコア配線板の主表面にバンプ付配線板を積層しその後積層体を複数に分割して複数の多層配線回路基板を同時に形成する技術において、寸法精度を、量産性を徒に低めることなく、高めることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の多層配線回路基板は、少なくとも一方の主表面に配線膜又は該配線膜となる金属膜を有する一つのコア配線板と、該コア配線板を複数に分割した分割領域程度かそれより稍狭い、その分割数と同数又は倍数のバンプ付配線板と、からなり、上記各バンプ付配線板は、それぞれ、上記配線膜乃至配線膜となる金属膜の一方の側に上記コア配線板の配線膜と接続されるバンプを形成してなり、上記コア配線板の一方又は両方の主表面の上記各分割領域上に、上記各バンプ付配線板を、上記コア配線板の配線膜と上記各バンプ付配線板の上記バンプとの間に層間絶縁膜を介在させつつ該コア配線板の上記配線膜に上記各バンプ付配線板の上記各バンプを接続することにより積層してなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の多層配線回路基板の製造方法は、少なくとも一方の主表面に配線膜を有する一つのコア配線板と、配線膜又は該配線膜となる金属膜の一方の側に上記コア配線板の配線膜と接続されるバンプを形成し更に該配線膜のバンプ形成側に層間絶縁膜を形成したところの、上記コア配線板を複数に分割した分割領域程度かそれより稍狭い、上記分割数と同数又は倍数のバンプ付配線板とを用意し、上記コア配線板の主表面の各分割領域上に、上記各バンプ付配線板を、それぞれ独立して位置合わせをしたうえで、上記各バンプの上記各コア配線板の上記配線膜上への接続をすることにより積層することを特徴とする。
【００１２】
請求項３の多層配線回路基板の製造方法は、請求項２記載の配線回路基板の製造方法において、前記積層の後、前記コア配線板及び前記バンプ付配線板を、カットすることにより前記分割領域に分割して上記分割数と同数の多層配線回路基板を得ることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の製造方法は、請求項２又は３記載の配線回路基板の製造方法において、前記各バンプ付配線板の前記バンプのうちの一部のバンプと、前記コア配線板の上記一部のバンプと接続されるべき配線膜とを、前記の位置合わせに際しての位置合わせ指標にすることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施形態に従って詳細に説明する。
図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態のコア配線板と、その両面に積層されるバンプ付配線板を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【００１５】
図において、２はコア配線板、４は該コア配線板２の例えば樹脂からなるベース、６は該ベース４の両面に形成された例えば銅からなる配線膜である。本コア配線板２は複数ｎ（正の整数、本実施例では９）個の多層配線回路基板分の大きさを有する。コア配線板２は、該ベース４を貫通してその両面の配線膜６・６間を接続する層間接部（スルーホール、ビアホール等）があるものが殆どであるが、図１では便宜上それを省略している。
また、本実施例ではコア配線板２は両面に配線膜６を有するが、片面にのみ配線膜６を有するタイプのコア配線板を用い、その片面にのみ複数ｎ個バンプ付配線板１０を積層する態様でも本発明を実施することができる。
【００１６】
１０はバンプ付配線板で、本実施例ではコア配線板２の片面当たりｎ個ずつ、本実施例では９個ずつ存在している。但し、これは飽くまで一例であり、バンプ付配線板の個数に関しては種々の態様があり得る。その点について従来と本発明による場合を比較すると次の通りである。
従来においては、一個のコア配線板２の片面に対してそれと同程度の大きさの一個のバンプ付配線板が用意され、積層されて多層配線回路基板とされた。即ち、バンプ付配線板がコア配線板２の各片面に積層されるようにしていたのである。
【００１７】
しかし、本発明においては、コア配線板２として多層配線回路基板複数ｎ（本実施例においては９）個分の大きさを有するものを用意し、バンプ付配線板１０として、多層配線回路基板一個分の配線膜形成用金属膜１４、バンプ１６を有し、従って多層配線回路基板一個分の大きさを有するものをｎ（本実施例では９）個、コア配線板２の片面分として用意することとしている。
【００１８】
このように、多層配線回路基板１個分の配線膜、大きさを有するバンプ付配線板１０を９個用意するのは、一つの大きなバンプ付配線板をコア配線板２に精確に位置合わせするのは難しいが、それを例えば９つに分割した大きさのバンプ付配線板１０をそれぞれ独立して位置合わせすることにより精度の高い位置合わせをするのは容易であるからである。
即ち、例えば、一個の半導体ウェハ分の大きさのバンプ付配線板１０をコア配線板２に位置合わせして取り付けた場合において該部材１０、２の寸法誤差、熱膨張係数によるヒステリシス等により生じる最大誤差が、９個のバンプ付配線板１０を用いた場合には縦横各々３分の１になり、位置合わせ誤差の最大値を小さくすることができ、延いては精度の高い位置合わせが可能となるのである。
【００１９】
１２は該各バンプ付配線板１０の層間絶縁膜で、例えばポリイミド、ポリエステル、液晶ポリマー等の樹脂からなる。１４はバンプ付配線板１０の一方の主表面に形成された金属膜で、銅からなる。該金属膜１４は後で選択的エッチング処理を施されて配線膜になる。尚、この金属膜１４をバンプ付配線板１０のコア配線板２への積層前に選択的エッチング処理して配線膜にしておいても良い。１６はベース１２を貫通して上下両面の配線膜１４・１４間を層間接続する銅からなるバンプである。
【００２０】
図１に示すように、コア配線板２の両面にバンプ付配線板１０が各面当たり９個ずつ用意され、その後、図２に示すように、積層されて多層配線回路基板２０が複数ｎ（本例では９）個一体化したものが出来上がるのである。
ところで、その積層は、各バンプ付配線板１０の各バンプ１６を、コア配線板２の各配線膜６に接続し、仮位置決めし、その後、更に、加圧及び加熱装置を用いて層間絶縁膜１２を加熱溶融し、該層間絶縁膜１２によりコア配線板２とバンプ付配線板１０との間を接着する状態にすることにより行う。
その後、コア配線板２とバンプ付配線板１０とによる積層体をカットすることにより図３に示すように個々の多層配線回路基板２０に分割するのである。２２はカットするラインである。
【００２１】
ここで、そのコア配線板２とバンプ付配線板１０との積層について、より詳細に説明をする。
（１）コア配線板２を一方の主表面を上向きにして図示しない接合装置のワーク支持用のテーブルにセットする。該テーブルはコア配線板２等のワークを真空吸着等により保持できる機能を有し、ＸＹ（Ｘ：横方向、Ｙ：縦方向に移動可能）ステージ上に設けられており、ＸＹ方向における位置制御を受ける。
【００２２】
（２）次に、上記接合装置の上記テーブルより適宜高いところに置かれたトレー上に１個のバンプ付配線板１０をバンプのある面を下向きに位置させる。
ところで、該トレーより上側には、該トレー上のバンプ付配線板をその上からヘッド（ボンディングヘッド）にて保持する吸着機構を有し、且つＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に数値制御可能な可動機構がついたボンディング機構を有している。該ボンディング機構は上記ヘッドにてバンプ付配線板１０をコア配線板２に加熱加圧することが可能である。
そして、上記ボンディング機構のボンディングヘッドが上記トレー上に移動し、該トレー上のバンプ付配線板１０を真空吸着し、その状態でコア配線板の所定位置までＸ、Ｙ方向に移動する。
【００２３】
（３）上記粗位置合わせが終わると、ボンディングヘッドで保持されたバンプ付配線板１０と、上記テーブル上のコア配線板２との間に、上下の物体の位置関係を撮影する二視野カメラのヘッド部分（上と下を撮像するためのハーフミラーが設けられている。）を移動させ、バンプ付配線板１０の位置合わせ指標１６ａと、コア配線板２の位置合わせ指標６ａとの位置関係をその二視野カメラにより検出する。この位置関係の検出はバンプ付配線板１０の例えば一対の対角のある２点において行う。バンプ付配線板１０のＸ、Ｙ方向の位置ずれをも検出できるようにするためである。
尚、バンプ付配線板１０の位置合わせ指標として特定の位置合わせ用バンプ１６ａを、コア配線板２の位置合わせ指標としてその位置合わせ用バンプ１６ａと接続される配線膜６ａを用いるようにすると良い。位置合わせ指標を形成するためだけの工程を必要としないようにするためである。
【００２４】
そして、二視野カメラによりバンプ付配線板１０のコア配線板２の分割領域に設けられた対角乃至両端の指標に対する位置ずれ（Ｘ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置ずれ）を検出し、その検出結果を位置制御系にネガティーブフィードバックすることによりそのずれがなくなるように位置制御を行う。具体的には、上記検出結果から角度θの補正値Δθ、Ｘ方向の位置の補正値ΔＸ、Ｙ方向の位置の補正値ΔＹを計算し、上記ボンディングヘッドの位置をそのΔθ、ΔＸ、ΔＹ分補正移動させる。これによりそのバンプ付配線板１０が、コア配線板２のそのバンプ付配線板１０を積層すべき領域上にＸ及びＹ方向並びにθ方向に精確に位置合わせされた状態になる。
【００２５】
（４）その後、ボンディングヘッドを下降させ、バンプ付配線板１０をコア配線板２のそのバンプ付配線板１０と対応する領域に重ねる。これによりそのバンプ付配線板１０の各バンプ１６が、コア配線板２のその各バンプ１６と対応する配線膜６と接触せしめられる。そして、予め、コア配線板２上にの製品とならない部分上に、例えばディスペンサユニットにより接着剤を滴下させておき、その接着剤により、該バンプ付配線板１０がコア配線板２に仮接着されるようにする。これにより位置決めされた状態が保持されるからである。
尚、この仮固定は、接着剤を使用せず、ボンデングヘッドの加熱加圧機構を利用して、層間絶縁樹脂を軟化圧着して、仮固定するようにしてもよい。
【００２６】
これで一つのコア配線板２の仮接着が終わる。次に、上述した（２）〜（４）のステップを繰り返すことにより順次コア配線板２を一つずつ仮接続してゆく。
そして、コア配線板２の一方の主表面に対するｎ個（例えば９個）のバンプ付配線板１０の仮接着が終わると、そのコア配線板２を裏返しにして上記テーブルにセットし、上向きにされた主表面上に、同様にしてバンプ付配線板１０を１個ずつ順次仮接着してゆく。
【００２７】
（５）全バンプ付配線板１０の仮接着が終了したコア配線板２は、同じく全バンプ付配線板１０の仮接着が終了した別の多数のコア配線板２と共に、加熱加圧装置により所定温度下で所定の圧力で加圧して本積層する。即ち、層間絶縁膜１２を加熱圧着し、該層間絶縁膜１２によりコア配線板２とバンプ付配線板１０との間を接着すると共に、各バンプ１６とそれに対応する配線膜６との加圧接合が為される。
（６） その後、コア配線板２とバンプ付配線板１０とによる積層体をカットすることにより図３に示すように個々の多層配線回路基板２０に分割するのである。２２はカットラインである。小型製品の場合には多層配線基板２０は更に細分割されることもある。
【００２８】
しかる後、各バンプ付配線板１０の金属膜１４が選択的にエッチングされて配線膜とされる。尚、この配線膜形成工程は必ずしもこの段階ではなく、それより前の段階で行うようにしても良い。このようにすればその後の配線回路板製造プロセスである露光、現像、ソルダーレジスト印刷、メッキ工程など、大型基板のまま流せるので、生産性が高いのである。
【００２９】
本実施の形態例は、全体工程で従来方式に比して、レイアップの工程ではバンプ付配線板を分割し、高精度合わせ装置で分割合わせが必要となる工数が増えるという支障があるものの、その他の全体工程は従来の生産性のよい大形基板のまま扱えるので、全体的には生産性の低下はわずかであり、生産性の低下を補って余りある付加価値の高い高精度な高密度多層配線回路板が得られるものであり、それによるメリットは甚だ大きい。
【００３０】
具体的には、精度では５００×４５０ｍｍのガラスエボキシ基板をベースとするコア配線板に１００×１００ｍｍサイズのバンプ付配線版を搭載し、機械精度として、±２μｍの合わせ精度を有する装置を用いて、４層の多層基板を製造した実施例の場合、バンプとコア配線板のランドとの合わせ精度のバラツキを±７μｍ以内に抑えることが実現できた。量産化での実際上のマージンを考慮しても±１０μｍで製品製造が可能であることが実証できた。
これによればランドはバンプ直径より、２０μｍ大きい直径で設計すればよく、ランド間に従来より、多くのパターンを這わせることが可能となり、高密度配線の多層基板が製造可能となった。
【００３１】
このように、本実施の形態によれば、コア配線板２として多層配線回路基板複数ｎ個分一体に形成したものを用意するも、バンプ付配線板１０として、１個の多層配線回路基板分の大きさのものをｎ個用意することとし、その各バンプ付配線板１０のコア配線板２への位置合わせは、該各バンプ付配線板１０毎に互いに独立して個々に行う。従って、精確な位置合わせが比較的容易に為し得るのである。それでいて、多層配線回路基板の母体となるコア配線板２として多層配線回路基板複数ｎ個分一体に形成したものを用いるので、多層配線回路基板の量産性は徒に低下することはない。
本実施の形態例では４層の多層配線回路板を例としていたが、４層の配線膜形成後、さらに同様な工程を繰り返すことにより、６層、８層、９層等の更なる多層配線回路板が可能であることは明らかである。
【００３２】
【発明の効果】
上に述べたように、本発明によれば、コア配線板として多層配線回路基板複数ｎ個分一体に形成したものを用意するも、バンプ付配線板として、１個の多層配線回路基板分の大きさのものをコア配線板の一主面当たりｎ個用意することとし、その各バンプ付配線板のコア配線板への位置合わせは、該各バンプ付配線板毎に互いに独立して個々に行う。従って、精確な位置合わせが比較的容易に為し得るのである。
そして、多層配線回路基板の母体となるコア配線板として多層配線回路基板複数ｎ個分一体に形成したものを用いるので、多層配線回路基板の量産性は徒に低下することはない。
従って、量産性を徒に低下することなく、精確な位置合わせをすることができる。
【００３３】
尚、各バンプ付配線板の前記バンプのうちの一部のバンプと、前記コア配線板の上記一部のバンプと接続されるべき配線膜とを、前記の位置合わせに際しての位置合わせ指標にすることとすれば、バンプの形成工程及びコア配線板の配線膜の形成工程で位置合わせ指標を形成することができ、工程数を増やすことなく位置合わせ指標を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明多層配線回路基板の第１の実施の形態のコア配線板と、その両主表面に積層されるバンプ付配線板を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図２】上記第１の実施の形態における積層工程後の状態を示す断面図である。
【図３】上記第１の実施の形態における分割後の状態を示す平面図である。
【図４】一つの従来例における、コア配線板及びバンプ付配線板を示す断面図である。
【符号の説明】
２・・・コア配線板、４・・・ベース、６・・・配線膜、
６ａ・・・位置合わせ指標となる配線膜、
１０・・・バンプ付配線板、１２・・・ベース（層間絶縁膜）、
１６・・・バンプ、１６ａ・・・位置合わせ指標となるバンプ、
２０・・・多層配線回路基板、
２２・・・分割のためのカットライン。

Claims (4)

1. 少なくとも一方の主表面に配線膜又は該配線膜となる金属膜を有する一つのコア配線板と、
   上記コア配線板を複数に分割した分割領域程度かそれより稍狭い、その分割数と同数又は倍数のバンプ付配線板と、
   からなり、
   上記各バンプ付配線板は、それぞれ、上記配線膜又は配線膜となる金属膜の一方の側に上記コア配線板の配線膜と接続されるバンプを形成してなり、
   上記コア配線板の一方又は両方の主表面の上記各分割領域上に、上記各バンプ付配線板を、上記コア配線板の配線膜と上記各バンプ付配線板の上記バンプとの間に層間絶縁膜を介在させつつ該コア配線板の上記配線膜に上記各バンプ付配線板の上記各バンプを接続することにより積層してなる
   ことを特徴とする多層配線回路基板。
2. 少なくとも一方の主表面に配線膜を有する一つのコア配線板と、配線膜又は該配線膜となる金属膜の一方の側に上記コア配線板の配線膜と接続されるバンプを形成し更に該配線膜のバンプ形成側に層間絶縁膜を形成したところの、上記コア配線板を複数に分割した分割領域程度かそれより稍狭い、上記分割数と同数又は倍数のバンプ付配線板とを用意し、
   上記コア配線板の主表面の各分割領域上に、上記各バンプ付配線板を、それぞれ独立して位置合わせをしたうえで、上記各バンプの上記各コア配線板の上記配線膜上への接続をすることにより積層する
   ことを特徴とする多層配線回路基板の製造方法。
3. 前記積層の後、前記コア配線板及び前記バンプ付配線板を、カットすることにより前記分割領域に分割して上記分割数と同数の多層配線回路基板を得る
   ことを特徴とする請求項２記載の配線回路基板の製造方法。
4. 前記各バンプ付配線板の前記バンプのうちの一部のバンプと、前記コア配線板の上記一部のバンプと接続されるべき配線膜とを、前記の位置合わせに際しての位置合わせ指標にする
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の配線回路基板の製造方法。

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