JP2005129617A - 多層配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の金属配線層を積層し形成して、各金属配線層と、該層上に絶縁層とを順番に積層した構造であり、なおかつ可撓性を有する多層配線板において、アライメントマーク周辺の伸縮率を配線パターン内部の金属残存率と近くすることによって、アライメントマーク間の距離測定による、配線パターン内部の位置合わせが正確にできるようにし、信頼性の高い多層配線板を高い歩留まりで提供する。
【解決手段】前記金属配線層の配線パターンを形成時、金属配線層用基材１１上の所定の領域内に配線パターン３３が形成され、所定の領域外にダミーパターン３２が形成され、ダミーパターンが、前記所定の領域内の配線パターンの金属残存率と同等の金属残存率をそなえたことを特徴とする多層配線板。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体集積回路（以下、チップと称する）を一つ、または複数搭載した後、プリント配線基板に接続するために用いる半導体パッケージ用多層配線板のうち可撓性を有する多層配線板に関する。

近年、電子機器はますます小型化、多機能化、高機能化が進んでいる。これらに搭載される電子部品も小型化、高機能化しており、これに伴ってこれらの電子部品を基板に接続、搭載するためのインターポーザーについても、小型化と配線の高密度化が求められている。

インターポーザーのサイズを小さくして、なおかつ配線の高密度化を実現するための方法として、インターポーザーの配線層を複数にして垂直方向に積層し、配線層相互の接続をとるビルドアップ工法がある。ビルドアップ工法においては、各配線層間での短絡のないように、配線層間に絶縁層を設け、配線層間の接続は所定の位置に配置されたビアホールを介して行われるのが通常である。

このようなビルドアップ工法で作製されるインターポーザー用多層配線板（以下多層配線板と記す）の一例としては、絶縁層の両面に金属導体層を積層した構造のコア材に、レーザー加工、パンチング等によってビアホールを形成した後にフォトリソグラフィー等によって配線パターンを形成し、さらに絶縁層の片面に金属導体層を積層したバッキング材を、前記配線パターンの上に積層し、ビアホール形成、配線パターン形成という工程を繰り返すことが挙げられる。ここで、絶縁樹脂層としては、ＢＴ（ビスマレイド・トリアジン）レジン系樹脂やガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたもの、あるいはポリイミドフィルム、液晶ポリマーフィルムなどが用いられている。

これらの絶縁樹脂層は、堅固な支持体であることが必要な場合には、それに十分な厚さと剛性をもった形態がとられ、小型化、軽量化、あるいは可撓性が必要とされる場合には、それらの性質を得るために薄く設定される。本発明は、このうちの後者に対するものである。このようにして多層配線板を製造する場合、各工程での製造部位を正確に位置合わせすることが重要になる。例えば、製造部位がビアホールの場合、配線パターンの所定の位置から大きく外れると導通異常となり不良が発生する。

そのため、各工程の位置合わせのために、基材に予めアライメントマークを形成しておき、それを規準に各工程での製造を行うのが一般的である。アライメントマークの種類としては、パターンエッチングによって設けられるもの、予め形成した貫通孔等の中から、適宜選択される。

ところで、アライメントマークを基材上に設ける場合の位置は、通常配線パターンが基材上の中心付近に設けられるため、その外側、基材上の端付近となる場合が多い。

そして、基材は各工程を経る毎に、配線パターンに依存する金属導体層の金属残存率、基材の含水率、基材の内部残存応力などが変化するために、基材面内で均等に伸縮せずに、微妙に伸縮する。とくにコア材とバッキング材をラミネートする工程においては、基材のかかる熱的、力学的ストレスが大きく、伸縮量は大きくなる。そして通常、その伸縮量はアライメントマーク間の距離の変化を測定することで算出し、配線パターン内の伸縮率はアライメントマーク間の伸縮率に等しいと仮定されることが通常である。すなわち、基材面内では、均一の伸縮率による位置補正が行われる（特許文献１参照）。

以下に、公知文献を記す。
特開２００２−３５９３１８号公報

しかし、実際には配線パターン内とアライメントマーク周辺では金属残存率が異なっているのが通常であり、その場合には、配線パターン内部とアライメントマーク周辺の伸縮率が異なる可能性がある。とくに基材のハンドリング性低下を防ぐために、配線パターンの外側の金属をすべて残して枠とした場合には、配線パターン内部とアライメントマーク周辺の金属残存率の差が大きく、アライメントマーク間の伸縮率から配線パターン内部の伸縮率を推定するのは難しくなる。

本発明の目的は、アライメントマーク周辺の伸縮率を配線パターン内部の金属残存率と近くすることによって、アライメントマーク間の距離測定による、配線パターン内部の位置合わせが正確にできるようにし、信頼性の高い多層配線板を高い歩留まりで提供することである。

本発明において上記課題の解決を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、複数の金属配線層を積層し形成して、各金属配線層と、該層上に絶縁層とを順番に積層した構造であり、なおかつ可撓性を有する多層配線板において、前記金属配線層の配線パターンを形成時、金属配線層用基材上の所定の領域内に配線パターンが形成され、所定の領域外にダミーパターンが形成され、ダミーパターンが、前記所定の領域内の配線パターンの金属残存率と同じか、若しくは±１０％の範囲の金属残存率をそなえたことを特徴とする多層配線板である。

また本発明の請求項２に係る発明は、前記ダミーパターンが、格子状のパターンであることを特徴とする請求項１に記載の多層配線板である。

また本発明の請求項３に係る発明は、前記格子状のダミーパターンの線巾が、配線パターン幅以上から１ｍｍ以下の範囲により形成したことを特徴とする請求項１、又は２に記載の多層配線板である。

上記したように、本発明に係わる多層配線板によると、アライメントマーク周辺の伸縮率を配線パターン内部の金属残存率と近くすることによって、アライメントマーク間の距離測定による、配線パターン内部の位置合わせが正確にできるようにし、信頼性の高い多層配線板を高い歩留まりで提供することができるようになる。

図１は、本発明の多層配線板の一例を示す側断面図である。コア材の絶縁樹脂層１３の両面に金属導体層１４，１５を積層形成したコア材１１を中心に、図面上方向に、金属導体層１５、バッキング材の絶縁樹脂層１７、バッキング材の金属導体層１８、該金属導体層１８にはプリント配線基板側に出力する電極部２２が形成され、該電極部２２以外にはソルダーレジスト層２０が形成されている。一方、コア材１１を中心に、図面下方向に、金属導体層１４、バッキング材の絶縁樹脂層１７、バッキング材の金属導体層１８、該金属導体層１８にはチップ側に出力する電極部２３が形成され、該電極部２３以外にはソルダーレジスト層２１が形成されている。前記コア材の絶縁樹脂層１３を貫通するビアホー
ル１６を介して金属導体層１４と、金属導体層１５とを導通されている。更に、前記バッキング材の絶縁樹脂層１７を貫通するビアホール１６を介して金属導体層１５と、金属導体層１８とを導通され、金属導体層１４と、金属導体層１８とを導通されている。図１の本発明の多層配線板では、チップ搭載側のチップ側電極部２３と、プリント配線基板に接続する電極部２２とを複数個のビアホール１６を介して回路形成されている。

以下に図１を用いて、本発明を詳細に説明する。コア材１１は、コア材の絶縁樹脂層１３の両面に金属導体層１４，１５を積層形成した銅箔付絶縁性樹脂を材料としている。絶縁樹脂層１３については、多層配線板の支持体となるのに十分な剛性を有していなければならず、また多層配線板が可撓性を有するのに十分な可撓性、絶縁性、寸法安定性も有していなければならない。樹脂の種類については、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミドなどの高分子フィルム、あるいはガラスクロスに含浸させたエポキシ、ＢＴ樹脂などの中から自由に選んでよい。

また、絶縁樹脂層１３と金属導体層１４、１５を積層する方法については、接着剤法、熱融着法、キャスト法、スパッタリング法などの中から自由に選んでよい。

コア材１１には以後の工程で位置の規準となるべきアライメントマーク３１が形成される。アライメントマークの形状、加工方法にとくに制限はないが、パンチングによって直径数百μｍの円形の貫通孔を設ける方法が一般的である。また、アライメントマークを形成する位置については、のちにコア材１１の上にバッキング材１２を積層する関係上、バッキング材が積層される場所よりも外側とし、積層後にも隠れないようにしなければならない。

コア材１１には、両面の金属導体層１４および１５の導通をとるために、所定の位置にビアホール１６が形成される。形成方法については、位置や大きさの正確性の面から、レーザー加工法が好適に用いられるが、本発明においては、とくにこの方法に限定されるものではない。孔形成後に内部に導電性物質を充填する方法についても、ダイレクトプレーティング法、めっき法、導電性ペースト充填法などの中から自由に選んでよい。

さらに、コア材１１の金属導体層１４および１５に回路パターンを形成して、導体配線層とするが、回路パターン形成の方法についても、フォトリソグラフィとエッチングの組み合わせ等から自由に選んでよい。

図２は、本発明の多層配線板の配線パターンの一例を示す平面図である。コア材１１には、その有効領域内に３面付きの配線パターン３３が形成され、有効領域外にはダミーパターン３２が形成されている。図２に示すように、金属導体層１４および１５に配線パターンを形成する際には、予め実際に製品として使用する部分３３の金属残存率を計算しておき、製品として使用する部分以外についても、同等の金属残存率でダミーパターン３２を形成する。なお、本発明において同等とは、±１０％以内であることをいう。ダミーパターン３２の形状にとくに制限はないが、島状に大きく金属が残っている部分があると、リフロー時に基材内部の水分が外部に放出される妨げになり、また不均一に金属が残っていると、リール・トゥ・リール工法にて加工する際に、基材にテンションが不均一にかかる場合があり、加工不良の原因となるため、ダミーパターン３２はなるべく緻密で均一な幾何学模様とするのが好ましい。

次に、配線パターンが形成されたコア材１１の少なくとも一方の面上に、バッキング材１２を積層する。バッキング材１２は、絶縁樹脂層１７の片面上に金属導体層１８が積層された構造をとっているが、絶縁樹脂層１７の材質、金属導体層１８の積層方法については、コア材１１と同様である。

バッキング材１２は、その金属導体層１８が外側になるような向きで、コア材１１と積層される。コア材１１とバッキング材１２の間には接着層１９が配置される。接着層１９の材質については、エポキシ系、ブタジエン系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、あるいはそれらの混合系などから自由に選択することができる。

積層はロールラミネータを用いておこなわれ、ロールの温度、圧力、硬度、ラインの搬送速度等の加工条件については、加工が好適におこなわれるように、自由に選択することができる。

バッキング材１２の積層が終了した後には、コア材１１の場合と同様に、ビアホール形成、配線パターン形成という工程を繰り返すが、ラミネート工程において、コア材１１の配線パターン形成部は伸縮している可能性があるため、アライメントマーク間の距離を適切な部位について測定し、その伸縮率を算出し、それをもって配線パターン形成部の伸縮率とみなしたうえで、ビアホール形成位置、配線パターン形成位置を決定する。

なおも導体配線層が必要な場合には、さらにバッキング材の積層をしたうえで、同様の工程を繰り返す。

この場合、バッキング材１２を積層する面については、なるべくコア材１１を中心として、対称性を保つようにするのが、多層配線板の反り防止という意味で望ましい。

必要な導体配線層の加工が終了したら、最表層にはソルダーレジスト層２０及び２１を配置する。ソルダーレジスト層の種類にはとくに制限はなく、エポキシ系、フェノール樹脂系、キシレン系、アクリル系、ポリイミド系などのなかから、用途に合わせて自由に選択してよい。

ソルダーレジスト層２０および２１の配置後には、電極部２２および２３が設けられる部位の近傍においてのみソルダーレジストを取り除くが、この方法についてはとくに制限はない。フォトエッチング法などのなかから自由に選んでよい。

ソルダーレジスト層２０および２１の積層、加工のあとに、電極部２２および２３を設ける。電極部の種類については、とくに制限はない。はんだ、導電性ペーストなどのなかから、用途に合わせて自由に選択してよい。

以下に、本発明の具体的実施例について説明する。

以下、本発明を実施例を図４（ａ）〜（ｇ）及び図５（ｈ）〜（ｌ）により具体的に説明する。キャスティング法によって、厚さ２５μｍのポリイミドフィルムの基材１両面に厚さ１２μｍの電解銅箔を積層した銅箔付樹脂フィルム（三井化学（株）製、商品名ネオフレックスＮＥＸ）を、巾１０５ｍｍ、長さ１００ｍのテープ状とし、３００ｍｍφのリールに巻いてコア材とした。以下すべての工程において、この大きさのリールを用いたリール・トゥ・リール工法によっておこなった。コアー材１１を製造した（図４ａ参照）。

まず、プレスパンチング加工により、上記コア材１１の巾方向左右端から各１０ｍｍの位置に長手方向の間隔１００ｍｍにて３００μｍφの貫通孔を形成した。以降の加工では、これをアライメントマーク３１として使用した（図４ｂ参照）。

次に、上記コア材の所定の位置に、エキシマレーザー加工機によって、５０μｍφの大
きさで、上記銅箔の導体層２、ポリイミドの基材層１を貫通し、下面の銅箔層は貫通しないビアホール用孔６を形成した後（図４ｃ参照）、前記導体層２からビアホール用孔６孔内までの全面に無電解めっき、電解めっきを施して、前記ビアホール１６を形成し、該ビアホールを介して両面の銅箔の導通層（５，２）間で導通をとった（図４ｄ参照）。

さらに、コア材１１の両面にフォトレジストとしてＰＭＥＲ（商品名、東京応化工業（株）製）をコーティングし、８０℃の温度下で３０分間乾燥させ、レジスト層４を形成した（図４ｅ参照）。

次に、所定のパターンを有するフォトマスクを介して、露光、現像をおこない、フォトレジストパターンを形成した。なお、このレジストパターンには製品に必要な配線パターン３３の他に、それが形成されている以外の場所にダミーパターン３２が形成されている。配線パターン３３の銅残存率は３０％であったので、ダミーパターン３２の銅残存率も３０％とし、ダミーパターンは線巾１００μｍ、線の間隔が６００μｍの格子とした（図４ｆ参照）。

さらに、５０℃、４０°Ｂｅの塩化第２鉄溶液で銅露出部を溶解除去して配線パターンを形成し、さらに３％ｗｔの水酸化ナトリウム水溶液にてすべてのレジストを剥離除去した。コア材１１の両面には、上側の金属導体層１４と、その反対側には、下側の金属導体層１５を形成した（図４ｇ参照）。

次に、配線パターンを有する金属導体層１４，１５の上に厚さ１５μｍのフィルム状接着剤を介して、キャスティング法によって厚さ１３μｍのポリイミドフィルムの片面に厚さ１２μｍの電解銅箔を積層してなる樹脂付銅箔フィルム１７，１８（三井化学（株）製、商品名ネオフレックスＮＥＸ）をバッキング材１２としてラミネートした（図５ｈ参照）。

ラミネートにはリール・トゥ・リール方式のロールラミネータを用い、ロールの硬度は上下ともに７０度、ロール温度は上下ともに１８０℃とした。ロール圧は線圧にて３ｋｇ／ｃｍとした。ラミネートは、コア材の両面について、順次おこなった。

続いて、片方のバッキング材の金属導体層５に、コア材のときと同様の方法でビアホールを形成して、コア材の配線パターンを形成した金属導体層１５との導通をとり（図５ｉ参照）、ついでコア材の金属導体層に配線パターンを形成したのと同様な方法で、プリント配線基板と接続するための電極部２２のパッドパターンを形成した（図５ｊ参照）。

さらに、もう一方のバッキング材の金属導体層５には、同様にビアホールを形成して、コア材の配線パターンを形成した金属導体層１４との導通をとり（図５ｉ参照）、半導体チップを接続するための電極部２３のパッドパターンを形成した（図５ｊ参照）。

そして、最外層にはスクリーン印刷法によって、約２０μｍの厚さにソルダーレジスト層２０，２１を形成し、ポストベークしたのちに、フォトエッチング法によって、両面のパッドパターンの所定の位置が露出するように、開口部を形成した（図５ｋ参照）。

最後にパンチング加工によって、テープ状の積層体から所定の大きさに切り分け、可撓性を有する多層配線板を得た（図５ｌ参照）。

以下に、本発明の比較例について説明する。

配線パターンが形成される部分以外の場所にダミーパターンを形成せず、その部分は金属導体を残したことを除いては、実施例と全く同様の製造工程によって、可撓性を有する従来の多層配線板を得た。

ダミーパターンとして、半径１００μｍの円状の金属層が、間隔３２０μｍにて行列状に整列したものを採用したことを除いては、実施例と全く同様の製造工程によって、可撓性を有する従来の多層配線板を得た。

ダミーパターンを、線巾２ｍｍ、線の間隔が１２ｍｍの格子としたことを除いては、実施例と全く同様の製造工程によって、可撓性を有する従来の多層配線基板を得た。

実施例１および比較例の実施例２〜４によって得られた多層配線板について、ロールラミネータによる積層工程時に、シワ、折れ曲がり等の不良が発生しないかどうか、すなわち、ロールラミネータによる加工性の可否を目視にて観察した。シワ、折れ曲がり等の不良が全く見られなかったものを○、不良が認められたものを×として結果を下記の表１に記載した。

各工程間の位置整合性の指標として、バッキング材状に形成したビアホールの底面の中心が、コア層上の所定の円状パターン（ランド）の中心からどれだけ離れて位置しているかということがある。実施例１および実施例２〜４においては、ビアの底面の直径は５０μｍであり、ランドの直径は１００μｍである。

各工程間の整合性を調べるにあたって、理想的にはバッキング材上のすべてのビアホールについて、それが対応するランドとの位置ずれ量を測定し、統計的な処理を施すのが望ましいが、処理時間の問題から、今回は四角形状の配線パターン領域の四隅近くに位置する四つと中心近くに位置する一つ、計五つのビアを予め決めておき、それを対象にして評価を行った。

図３は、本評価に用いたビアの位置を示す平面図である。配線パターン３３の各四隅近傍に４個と、中心部に１個の合計５個の評価位置を示している。五つのビアには、それぞれ図３のようにＶ₁〜Ｖ₅という名前を割り振った。なお、一つ一つのビアは小さすぎて、その正確な位置を図示するのが困難なため、図３においては、所望のビアが属する基材状の位置をおおまかに示してある。

評価にあたっては、Ｘ線検査装置を用い、画像解析によってビアホール、それに対応するランドそれぞれの重心をもとめ、これを中心とした。双方の中心のずれ量をＸ座標、Ｙ座標それぞれについて求め、これをΔＸ、ΔＹとし、次式で求められる値Δαをもって加工位置精度パラメータとした。Ｖ₁〜Ｖ₅に対応する加工精度パラメータをそれぞれΔα₁〜Δα₅とし、結果については、表の１に記載した。なお表中の数値の単位はμｍである。加工位置精度パラメータは、
Δα＝√（ΔＸ²＋ΔＹ²） ――――――――式１
ΔＸ：Ｘ座標上の設計値よりのずれ量
ΔＹ：Ｙ座標上の設計値よりのずれ量
表１より、加工位置精度パラメータの評価では、データのバラツキ幅（Ｒ値）が最小で、面内の伸縮が安定した状態を示し、平均値も最小で、配線パターンの内部の位置合わせ
が容易になる。さらに、加工性においても問題はない。

本発明の多層配線板の一例を示す側断面図である。 本発明の多層配線板の一例を示す平面図である。 本評価に用いたビアの位置を示す平面図である。 （ａ）〜（ｇ）は、本発明の多層配線板の一例の製造方法を示す側断面図である。 （ｈ）〜（ｌ）は、本発明の多層配線板の一例の製造方法を示す側断面図である。

符号の説明

１…基材
２…導体層
３…めっき層
４…レジスト層
５…めっき導体層（導体層上にめっき層を積層の）
６…ビアホール用孔
１１…コア材
１２…バッキング材
１３…コア材の絶縁樹脂層
１４…コア材の金属導体層（上側）
１５…コア材の金属導体層（下側）
１６…ビアホール
１７…バッキング材の絶縁樹脂層
１８…バッキング材の金属導体層
１９…接着剤層
２０…ソルダーレジスト層（プリント配線基板側）
２１…ソルダーレジスト層（チップ側）
２２…電極部（プリント配線基板側）
２３…電極部（チップ）側
３１…アライメントマーク
３２…ダミーパターン
３３…（製品として使用する部分の）配線パターン
Ｖ１〜Ｖ５…各工程間の位置整合性を評価するためのビアのおおまかな位置

Claims (3)

1. 複数の金属配線層を積層し形成して、各金属配線層と、該層上に絶縁層とを順番に積層した構造であり、なおかつ可撓性を有する多層配線板において、前記金属配線層の配線パターンを形成時、金属配線層用基材上の所定の領域内に配線パターンが形成され、所定の領域外にダミーパターンが形成され、ダミーパターンが、前記所定の領域内の配線パターンの金属残存率と同じか、若しくは±１０％の範囲の金属残存率をそなえたことを特徴とする多層配線板。
2. 前記ダミーパターンが、格子状のパターンであることを特徴とする請求項１に記載の多層配線板。
3. 前記格子状のダミーパターンの線巾が、配線パターン幅以上から１ｍｍ以下の範囲により形成したことを特徴とする請求項１、又は２に記載の多層配線板。

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