JP2005203764A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】スルーホール部の開口部を塞ぐ蓋状導体やその周辺の導体部分にクラックやデラミネーションが生じにくく、接続信頼性に優れた多層配線基板を提供すること。
【解決手段】本発明の多層配線基板１１を構成するコア基板１２は、スルーホール部１５を有する。スルーホール部１５は、直径２００μｍ以下の貫通孔１６の内壁面にスルーホール導体１７を設けた構造である。層間絶縁層３１，３２は、コア基板１２の第１主面１３側及び第２主面１４側に配置されている。配線層２３，２４は層間絶縁層３１，３２の表面上に配置されている。充填材の硬化体１８はスルーホール部１５に充填されている。蓋状導体２１，２２はスルーホール部１５の開口部を塞いでいる。充填材の硬化体１８の線膨張の値が、室温からはんだリフロー温度までの温度域において１．２％以下である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小径のスルーホール部を有するとともに、そのスルーホール部に充填材の硬化体が充填され、かつスルーホール部の開口部が蓋状導体によって塞がれた多層配線基板に関するものである。

近年、電子機器の小型化、高性能化に伴って電子部品の高密度実装化が要求されており、このような高密度実装化を達成するにあたり配線基板の多層化技術が重要視されている。多層化技術を用いた具体例としては、直径３００μｍ程度のスルーホール部を設けたコア基板の片面または両面に、層間絶縁層及び配線層を交互に積層形成したビルドアップ層を設けた多層配線基板がよく知られている。

このような多層配線基板の製造時には、ビルドアップ層の平坦性を確保するために、あらかじめスルーホール部をスルーホール充填用ペースト等の充填材で穴埋めし、これを加熱して硬化させておく工程が必要となる。そして、スルーホール部の穴埋めに関する技術に関しては、従来いくつか提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１には、樹脂成分及び硬化剤の種類をそれぞれ特定した樹脂充填材を用いてスルーホール部の穴埋めを行うことで、層間絶縁層におけるクラック等を防止する技術が開示されている。特許文献２には、硬化体の収縮率に特徴のある充填材を用いてスルーホール部の穴埋めを行うことで、層間絶縁層などにおけるクラックを防止する技術が開示されている。

特開平１０−７５０２７号公報

特開平１１−１９９７５９号公報

ところで最近では、さらなる高密度実装化の要求があり、小径のスルーホール部を形成するケースが増えつつある。しかしながら、スルーホール径が２００μｍよりも小さくなると、今までに見られなかったような不具合が発生するようになる。

つまり、図５に概略的に示されるように、充填材の硬化体１０１が充填されたスルーホール部１０２の開口部を塞ぐ蓋めっき１０３とその直上に有るビア１０６との界面にデラミネーションが生じやすくなり、高い接続信頼性の確保が困難になる。また、蓋めっき１０３とスルーホールめっき１０５との界面や、蓋めっき１０３自身にクラックが生じ、同様に高い接続信頼性の確保が困難になる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スルーホール部の開口部を塞ぐ蓋状導体やその周辺の導体部分にクラックやデラミネーションが生じにくく、接続信頼性に優れた多層配線基板を提供することにある。

そこで、上記課題を解決すべく本願発明者が鋭意研究を行ったところ、スルーホール部の開口部を塞ぐ蓋状導体やその周辺の導体部分におけるデラミネーションやクラックの発生メカニズムに関して、下記のように推察した。

通常の多層配線基板製造プロセスにおいては、はんだリフローを１回または複数回行って配線基板を作製した後、その配線基板に対する各種評価試験（外観評価試験など）を実施して、最終製品を得ている。ところで、充填材の硬化体は、はんだリフロー時の加熱、冷却によって熱膨張する。特に充填材の硬化体のＺ軸方向（即ち配線基板の厚さ方向、スルーホール部の軸線方向）の膨張により充填材の硬化体が、スルーホール部の開口部に位置する蓋状導体を押し上げ、蓋状導体やその周辺の導体部分には圧縮・引張応力が加わる。このように圧縮・引張応力が内在した状態で、配線基板に熱衝撃を与える信頼性評価試験を行うと、とりわけスルーホール部が小径である場合に、その開口部に位置する蓋状導体やその周辺の導体部分にクラックやデラミネーションが発生しやすくなるのである。このような推察の下、本願発明者は充填材の硬化体の物性値、特に線膨張の値に着目し、その値の好適化を図れば、クラックやデラミネーションの発生を効果的に防止しうることを知見した。そして、本願発明者はこのような知見をさらに発展させ、最終的に下記の課題解決手段を想到したのである。

即ち、上記課題を解決するための手段としては、第１主面及び第２主面を有し、前記第１主面及び前記第２主面にて開口する直径２００μｍ以下の貫通孔の内壁面にスルーホール導体を設けた構造のスルーホール部を有するコア基板と、前記コア基板の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方側に配置された層間絶縁層と、前記層間絶縁層の表面上に配置された配線層と、前記スルーホール部に充填された充填材の硬化体と、前記スルーホール部の開口部を塞ぐ蓋状導体とを備え、前記充填材の硬化体の線膨張の値が、室温からはんだリフロー温度までの温度域において１．２％以下であることを特徴とする多層配線基板、がある。

従って、本発明によると、充填材の硬化体の線膨張の値が、室温からはんだリフロー温度までの温度域において１．２％以下という極めて低い値に抑えられている。それゆえ、はんだリフローを行ったときの充填材の硬化体の熱膨張量が少なくなり、蓋状導体やその周辺の導体部分に内在する圧縮・引張応力もおのずと小さくなる。よって、熱衝撃を伴う信頼性評価試験を行ったとしても、蓋状導体やその周辺の導体部分にクラックやデラミネーションが発生しにくくなり、高い接続信頼性を付与することができる。

ここで、充填材の硬化体の線膨張の値は、室温からはんだリフロー温度までの温度域において１．２０％以下（ただし０％は除く。）であり、好ましくは０．３０％以上１．２０％以下、特に好ましくは０．８０％以上１．２０％以下である。前記線膨張の値が１．２０％を越えると、充填材の硬化体の熱膨張量を十分に少なくすることができず、クラックやデラミネーションの発生率を十分に減らすことができなくなる。また、前記線膨張の値が０．３０％未満になると、充填材の硬化体が硬くなってしまい、充填材の硬化体自身にクラックが生じたり、スルーホール導体にクラックが生じたりする可能性がある。

上記発明において「線膨張」とは、多層配線基板を構成する充填材の硬化体を試料とし、室温（２５℃）からはんだリフロー温度までの間をＴＭＡ装置（熱機械分析装置）にて測定したときの試料の伸び率（％）のことをいう。なお、多層配線基板の構成要素として使用されるべきはんだ材料として錫鉛共晶はんだ（Ｓｎ／３７Ｐｂ：融点１８３℃）を選択するような場合、前記はんだリフロー温度は、錫鉛共晶はんだ用のリフロー温度（例えば２１５℃）に設定される。つまり、リフロー温度とは、このようにはんだの融点プラスおよそ３０℃の温度ということができる。また、錫鉛共晶はんだ以外のＳｎ／Ｐｂ系はんだ、例えばＳｎ／３６Ｐｂ／２Ａｇという組成のはんだ（融点１９０℃）などを使用し、同程度のはんだリフロー温度を設定してもよい。
さらに、多層配線基板の構成要素として使用されるべきはんだ材料としては、上記のような鉛入りはんだ以外にも、鉛フリーはんだを選択することが可能である。鉛フリーはんだとは、鉛を全くまたは殆ど含まないはんだのことを意味し、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだ等を挙げることができる。なお、上記各系のはんだには微量元素（例えばＡｕ，Ｎｉ，Ｇｅ等）が含まれていてもよい。
Ｓｎ−Ａｇ系はんだの具体例としては、例えば、Ｓｎ／３．５Ａｇという組成のはんだ（融点２２１℃）や、Ｓｎ／３Ａｇ／６−８Ｉｎという組成のはんだ等がある。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの具体例としては、Ｓｎ／３．０Ａｇ／０．５Ｃｕという組成のはんだ（融点２１７℃）等がある。Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだの具体例としては、Ｓｎ／３．５Ａｇ／０．５Ｂｉ／３．０Ｉｎという組成のはんだ（融点２１４℃）や、Ｓｎ／３．２Ａｇ／２．７Ｂｉ／２．７Ｉｎという組成のはんだ（融点２１０℃）等がある。Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系はんだの具体例としては、Ｓｎ／２．５Ａｇ／１．０Ｂｉ／０．５Ｃｕという組成のはんだ（融点２１４℃）等がある。Ｓｎ−Ｚｎ系はんだの具体例としては、Ｓｎ／９．０Ｚｎという組成のはんだ（融点１９９℃）等がある。Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだの具体例としては、Ｓｎ／８Ｚｎ／３Ｂｉという組成のはんだ（融点１９８℃）等がある。

充填材の硬化体に対する線膨張の測定は、実際にスルーホール部に充填された状態の充填材の硬化体について行われることが、本来的には望ましい。しかし、下記のような簡便な方法により測定して得た結果を、線膨張の測定結果として代用してもよい。

まず、熱硬化性の充填材を１０ｍｍ×１０ｍｍ×５０ｍｍ程度の成形用空間を有する型に流し込み、通常用いる工程と同じ条件でその充填材を熱硬化させる。その後、旋盤等の加工装置を用いてφ５ｍｍ×２０ｍｍの円柱状試験片を作製し、これを試料として用いてＴＭＡ法による測定を行う。ここにいう「ＴＭＡ」とは、熱機械分析をいい、例えばＪＩＳ−Ｋ７１９７（プラスチックの熱機械分析による線膨張率試験方法）に規定されるものをいう。そして、スパン２０ｍｍにて試験片の長手方向に約１ｇの圧縮荷重を加えた状態で、−５５℃まで冷却し、１０℃／分の昇温速度で２１５℃まで加熱する。このとき、２５℃，２１５℃での試料の長さを測定し、得られた測定結果を式１に代入して線膨張の値（％）を計算する。なお、コア基板について線膨張を測定する場合には、スルーホール部形成前のコア基板を適宜カットして試験片とすればよい。

εｂ＝（Ｌ₂₁₅−Ｌ₂₅）／Ｌ₂₅×１００ ・・・式１

εｂ：線膨張（％）

Ｌ₂₁₅：２１５℃における試料の長さ（ｍｍ）

Ｌ₂₅：室温（２５℃）における試料の長さ（ｍｍ）

また、前記充填材の硬化体の軸線方向（Ｚ軸方向）における平均熱膨張係数の値は、例えば５ｐｐｍ／Ｋ以上５０ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましく、特には２０ｐｐｍ／Ｋ以上４０ｐｐｍ／Ｋ以下であることがより好ましい。また、充填材の硬化体の軸線方向における平均熱膨張係数の値は、前記コア基板の厚さ方向（Ｚ軸方向）の平均熱膨張係数に近いことが望ましく、具体的には両者の差の絶対値が２０ｐｐｍ／Ｋ以下であることがよい。両者の差の絶対値を２０ｐｐｍ／Ｋ以下に設定しておけば、信頼性評価試験の際にスルーホール導体などにかかる応力を低減することができるからである。なお、両者の差の絶対値は１０ｐｐｍ／Ｋ以下であることがよりよい。

本発明における前記充填材の硬化体の平均熱膨張係数は、下記のような方法により測定可能である。まず、上述した方法によって充填材からφ５ｍｍ×２０ｍｍの円柱状試験片を作製し、これを試料として用いてＴＭＡ法による測定を行う。ここにいう「ＴＭＡ」とは、熱機械分析をいい、例えばＪＩＳ−Ｋ７１９７（プラスチックの熱機械分析による線膨張率試験方法）に規定されるものをいう。そして、スパン２０ｍｍにて試験片の厚さ方向に約１ｇの圧縮荷重を加えた状態で、−５５℃まで冷却し、１０℃／分の昇温速度で２１５℃まで加熱する。このとき、−５５℃，２５℃，１２５℃での試料の長さを測定し、得られた測定結果を式２に代入して平均熱膨張係数の値（ｐｐｍ／Ｋ）を計算する。なお、コア基板について平均熱膨張係数を測定する場合には、スルーホール部形成前のコア基板を適宜カットして試験片とすればよい。

α＝{（Ｌ₁₂₅−Ｌ_-55）／（Ｌ₂₅×（１２５−（−５５）））} ・・・式２

α：平均熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ）

Ｌ₁₂₅：１２５℃における試料の長さ（ｍｍ）

Ｌ_-55：−５５℃における試料の長さ（ｍｍ）

Ｌ₂₅：室温（２５℃）における試料の長さ（ｍｍ）

また、前記充填材の硬化体のＺ軸方向の平均熱膨張係数と、前記スルーホール導体のＺ軸方向の平均熱膨張係数との差の絶対値は、２０ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましく、１５ｐｐｍ／Ｋ以下であることがより好ましい。さらに、前記コア基板の厚さ方向の平均熱膨張係数と、前記スルーホール導体のＺ軸方向の平均熱膨張係数との差の絶対値は、３０ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましく、２５ｐｐｍ／Ｋ以下であることがより好ましい。いずれ場合においても、差の絶対値を小さくすることにより、信頼性評価試験の際にスルーホール導体、蓋状導体、層間絶縁層などに加わる応力を低減することができるからである。

加えて、前記層間絶縁層のＺ軸方向の平均熱膨張係数は、２０ｐｐｍ／Ｋ以上６０ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましく、２０ｐｐｍ／Ｋ以上５５ｐｐｍ／Ｋ以下であることがより好ましい。この平均熱膨張係数が６０ｐｐｍ／Ｋ以下を超えると、信頼性評価試験時の熱膨張量が大きくなって、配線層やビアのパッド部に応力が加わり、クラックが生じやすくなるからである。一方、この平均熱膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋよりも低くなると、層間絶縁層が硬くなる結果、配線層との隙間を十分に埋めることが困難になったり、層間絶縁層自体にクラックが生じやすくなったりするおそれがある。

本発明において使用可能なコア基板としては、樹脂基板、セラミック基板、金属基板などが挙げられるが、なかでも樹脂基板が好ましい。好適な樹脂基板としては、ＥＰ樹脂（エポキシ樹脂）、ＰＩ樹脂（ポリイミド樹脂）、ＢＴ樹脂（ビスマレイミド−トリアジン樹脂）、ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル樹脂）等からなる基板が挙げられる。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布）との複合材料からなる基板を使用してもよい。その具体例としては、ガラス−ＢＴ複合基板、高Ｔgガラス−エポキシ複合基板（ＦＲ−４、ＦＲ−５等）等の高耐熱性積層板などがある。また、これらの樹脂とポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料からなる基板を使用してもよい。あるいは、連続多孔質ＰＴＦＥ等の三次元網目状フッ素系樹脂基材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料からなる基板等を使用してもよい。この場合、コア基板は、線膨張や平均熱膨張係数の値が小さいものであることが望ましく、その点において高耐熱性積層板などを使用することが好適である。さらに、内部に配線層を有するコア基板であってもよい。

樹脂基板をコア基板として用いる場合には、粉末状または繊維状の無機フィラーを含むものを選択することが好適である。このような無機フィラーとしては、セラミックフィラー、金属フィラー、ガラスフィラーなどがある。好適なセラミックフィラーとしては、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタニア、硫酸バリウムなどが挙げられる。樹脂中に無機材料が含まれていると、線膨張や平均熱膨張係数の値が低くなり、かつ、耐熱性も向上するからである。

前記コア基板は、第１主面及び第２主面にて開口する貫通孔の内壁面にスルーホール導体を設けた構造のスルーホール部を有している。スルーホール導体は、導電性を有する金属を貫通孔の内壁面上に設けることよって形成される。この場合、例えば貫通孔の内壁面上に無電解銅めっきを析出させることによって形成されるスルーホールめっきが、製造上、コスト上の観点から好適である。また、前記コア基板の厚さ方向における線膨張の値が、室温からはんだリフロー温度までの温度域において０．３％以上１．４％以下であることがよく、０．８％以上１．３％以下であることが好ましい。

スルーホール導体の表面は、凹凸が少ないことがよく、具体的にはＲａ＜１μｍの平滑面であることが好ましい。例えば、樹脂中にフィラーを添加した充填材を印刷して貫通孔内に充填する場合、凹凸部があるとそこに樹脂が取られてしまう。このため、貫通孔の出口側近くになるほどフィラーの含有量が増加して充填材の粘度が極端に増大し、充填性が悪くなる。また、貫通孔内に充填材を充填できたとしても、貫通孔の出口側付近と入口側付近とで、フィラーの含有量の相違に起因する熱膨張差が生じる。そのため、充填材の硬化体にクラックが生じやすくなる可能性がある。ＲａとはＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４で規格されている算術平均粗さのことをいう。

本発明において前記スルーホール部は、従来のものに比べて小径であり、直径２００μｍ以下（ただし、０μｍは除く。）の貫通孔内にスルーホール導体を設けた構造となっている。その理由は、スルーホール部の開口部を塞ぐ蓋状導体やその周辺の導体部分におけるクラックやデラミネーションの発生、という問題は、貫通孔の直径が２００μｍ以下になることで顕在化するからである。つまり、本願特有の解決課題は、貫通孔が直径２００μｍ以下である場合に生じうるからである。ここで、小径のスルーホール部がある場合において本願特有の解決課題が発生する詳細な理由は不明であるが、従来サイズのスルーホール部に比べて蓋状導体等に与える応力の負荷が大きくなることにその原因があると予想される。なお、貫通孔の直径は１００μｍ以下（ただし、０μｍは除く。）であってもよい。

本発明において使用される充填材は、耐熱性が高いことが望ましく、特にガラス転移点が高いことが望ましい。一般にガラス転移点を超えると平均熱膨張係数が増加するため、ガラス転移点が低い充填材の線膨張は大きいものとなるからである。ガラス転移点としては、好ましくは１４０℃以上、さらに好ましくは１５０℃以上がよい。前記充填材は、例えば熱硬化性を付与した樹脂材料をベースにして形成されたものであることが好ましく、スルーホール部内に充填した後に硬化される。前記充填材としては、エポキシ樹脂をベースにして形成されたものが好適である。エポキシ樹脂は一般に硬化収縮が少なく、硬化後であっても端面に窪みが生じにくいからである。

前記エポキシ樹脂のなかでも、耐熱性、耐湿性、耐薬品性に優れる芳香族エポキシ、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等を用いることが望ましい。さらに、３官能以上の多官能のエポキシ樹脂（アミノフェノール型等）の使用は、線膨張の低減を達成するうえで有効である。

前記充填材は、エポキシ樹脂に、熱硬化性を付与するための硬化剤を添加したものであることが好ましい。このような硬化剤としては、耐熱性や耐薬品性に優れるという点で、イミダゾール系硬化剤や、ジシアンアミド等のアミン系硬化剤が好適である。硬化剤の性状は特に限定されないが、粉末状であると調製後の寿命の管理が容易になるという利点がある。

前記充填材は、エポキシ樹脂に、硬化剤に加えてさらに最大粒径が５μｍ以上６０μｍ以下のフィラーを添加したものであることが好ましい。このようなフィラーとしては、セラミックフィラー、金属フィラー、ガラスフィラー等のような無機フィラーであることが好ましい。無機フィラーの添加は、充填材の硬化体の線膨張や平均熱膨張係数の低減につながるからである。好適なセラミックフィラーとしては、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタニア、硫酸バリウムなどの粒子が挙げられる。好適な金属フィラーとしては、銅、銀、スズ、鉛、チタン、鉄、ニッケル等の粒子が挙げられる。なお、セラミックフィラーの表面を金属でコーティングした粒子を用いてもよい。セラミックフィラー及び金属フィラーの両方を用いてもよい。

前記フィラーの最大粒径は５μｍ以上６０μｍ以下であることが好ましい。最大粒径が５μｍ未満であると、充填材を高密度で充填できなくなるため、充填材の硬化体の線膨張や平均熱膨張係数を低い値に抑えることが困難になる。一方、最大粒径が６０μｍを超えると、直径２００μｍ以下の貫通孔に充填材を充填する際に、内部で目詰まりが発生しやすくなる。よって、充填材を充填する作業が困難になるおそれがある。

前記スルーホール部に充填する際の前記充填材を粘度は、２２±３℃において剪断速度が２１ｓ^-1のとき、３００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、さらには１０Ｐａ・ｓ以上２００Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましい。粘度が１０Ｐａ・ｓ未満であると、充填された充填材がスルーホール部の外に垂れてしまうおそれがある。一方、粘度が２００Ｐａ・ｓを超えるような場合には、充填材の流動性が小さくなりすぎて、スルーホール部に充填材を充填する作業が困難になる。なお、スルーホール部に充填材を充填する好適な手法としては、印刷法がある。この場合、マスクを介して充填材を印刷してもよいほか、マスクを介さずに充填材を直接印刷してもよい。

本発明では、実質的に影響を及ぼさない範囲で、充填材に上記以外の他の成分を混合してもよい。例えば、絶縁性及び耐湿性等に実質的に影響を及ぼさない範囲で、消泡剤、揺変剤、着色剤、レベリング剤、カップリング剤等を添加することが許容される。

前記層間絶縁層は、コア基板の第１主面側、第２主面側、または、第１主面及び第２主面の両側に配置される。層間絶縁層は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂などをベースとしてそれに硬化剤等を添加したものを用いて形成されることが好ましい。このようなものであれば、層間絶縁層の線膨張や平均熱膨張係数を低い値に設定しやすくなる。層間絶縁層は単層からなるものでも複数層からなるものでもよい。

前記層間絶縁層の表面上には配線層が配置されている。配線層を形成する手法や金属材料は、導電性や層間絶縁層との密着性などを考慮して適宜選択される。配線層の形成に用いられる金属材料の例としては、銅、銅合金、銀、銀合金、ニッケル、ニッケル合金、スズ、スズ合金などが挙げられる。配線層を形成する手法としては、サブトラクティブ法、セミアディティブ法、フルアディティブ法などといった公知の手法を採用することができる。具体的にいうと、例えば、銅箔のエッチング、無電解銅めっきあるいは電解銅めっき、無電解ニッケルめっきあるいは電解ニッケルめっきなどの手法を用いることができる。なお、スパッタやＣＶＤ等の手法により金属層を形成した後にエッチングを行うことで配線層を形成したり、導電性ペースト等の印刷により配線層を形成したりすることも可能である。また、前記層間絶縁層の最表層上には、必要に応じて、配線層を保護するためのソルダーレジストが配置されていてもよい。

スルーホール部の開口部には、スルーホール部を塞ぐ蓋状導体が配置されている。このような蓋状導体は、導電性金属を用いて従来公知の手法によりスルーホール部の開口部に導体層を形成することにより得られる。蓋状導体の好適例としては、銅めっきを施すことにより形成された蓋めっき（蓋めっき層）を挙げることができる。かかる蓋めっきの厚さは例えば５μｍ以上５０μｍ以下に設定され、特には１０μｍ以上３０μｍ以下に設定されることがよい。

前記層間絶縁層において前記蓋状導体の表面上の位置には、ビアが配置されていてもよく、特にビア凹部にめっきを充填したフィルドビアが配置されていることがよい。ビア凹部にめっきが充填されたフィルドビアは、ビア凹部にめっきが充填されていないビアに比べて、スルーホール部からの押し上げに弱く、自身の塑性変形によって応力を逃がすことが難しい。従って、その位置にフィルドビアがあると、蓋状導体やその周辺の導体部分におけるクラックやデラミネーションの発生、という本願特有の解決課題が生じやすくなるからである。フィルドビアは、例えば、層間絶縁層にビア凹部を開口した後、そのビア凹部の内部に電解銅めっきを施して上面を略平坦にすることにより形成される。またフィルドビアは、層間絶縁層にビア凹部を開口した後、そのビア凹部の内部に無電解銅めっきを施し、さらにビア内の窪みに電解銅めっきや導電性ペーストなどを充填して上面を略平坦にすることにより形成される。

また、上記課題を解決するための別の手段としては、第１主面及び第２主面を有し、前記第１主面及び前記第２主面にて開口する直径２００μｍ以下の貫通孔の内壁面にスルーホール導体を設けた構造のスルーホール部を有するコア基板と、前記コア基板の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方側に配置された層間絶縁層と、前記層間絶縁層の表面上に配置された配線層と、前記スルーホール部に充填された充填材の硬化体と、前記スルーホール部の開口部を塞ぐ蓋状導体とを備え、室温からはんだリフロー温度までの温度域における前記充填材の硬化体の線膨張の値と、室温からはんだリフロー温度までの温度域における前記コア基板の厚さ方向における線膨張の値との差の絶対値が、０．１％以下であることを特徴とする多層配線基板、がある。
従って、本発明によると、室温からはんだリフロー温度までの温度域における前記充填材の硬化体の線膨張の値と、当該温度域における前記コア基板の厚さ方向における線膨張の値との差の絶対値が、０．１％以下という極めて低い値に抑えられている。それゆえ、はんだリフローを行ったときの充填材の硬化体の熱膨張量が少なくなり、蓋状導体やその周辺の導体部分に内在する圧縮・引張応力もおのずと小さくなる。よって、熱衝撃を伴う信頼性評価試験を行ったとしても、蓋状導体やその周辺の導体部分にクラックやデラミネーションが発生しにくくなり、高い接続信頼性を付与することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態の多層配線基板１１を、図１〜図４に基づき詳細に説明する。
図１に示されるように、この多層配線基板１１は、両面にビルドアップ層を備える両面ビルドアップ多層配線基板である。多層配線基板１１を構成するコア基板１２は、平面視で略矩形状の板状部材（厚さ０．８ｍｍ）であり、上面１３（第１主面）及び下面１４（第２主面）を有している。コア基板１２における複数箇所には、上面１３及び下面１４を貫通するスルーホール部１５が等間隔に形成されている。これらのスルーホール部１５は、上面１３及び下面１４にて開口する貫通孔１６の内壁面にスルーホールめっき１７（スルーホールめっき部）を設けた構造を有している。本実施形態の場合、スルーホールめっき１７は無電解銅めっきの後の電界銅めっきからなり、その析出厚さは約２０μｍに設定されている。スルーホールめっき１７の表面は平滑面であって凹凸を殆ど有しておらず、Ｒａも１μｍ未満になっている。スルーホール部１５内には充填材の硬化体１８が充填されている。ここでは充填材として、エポキシ樹脂をベースとしてそれに硬化剤及びフィラーを添加したペーストを用いている。その詳細については後述する。スルーホール部１５における上側の開口部には上側蓋めっき２１（蓋状導体）が形成され、スルーホール部１５における下側の開口部には下側蓋めっき２２（蓋状導体）が形成されている。その結果、これらの蓋めっき２１，２２によってスルーホール部１５が塞がれている。本実施形態では、無電解めっきの後、電解銅めっきにより蓋めっき２１，２２を形成するとともに、その厚さ（詳細には充填材の硬化体１８の端面に接する箇所の厚さ）を１５μｍ〜２５μｍ程度に設定している。スルーホール部１５のランド部分に接する箇所の蓋めっき２１，２２の厚さは、これよりも厚く、３５μｍ〜４５μｍ程度になっている。

コア基板１２の上面１３には層間絶縁層３１が形成され、コア基板１２の下面１４には層間絶縁層３２が形成されている。層間絶縁層３１，３２はいずれもその厚さが約３０μｍであって、例えば連続多孔質ＰＴＦＥにエポキシ樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料からなる。上面１３側に位置する第１層めの層間絶縁層３１の表面上には配線層２３がパターン形成され、下面１４側に位置する第１層めの層間絶縁層３２の表面上には配線層２４がパターン形成されている。また、第１層めの層間絶縁層３１における所定箇所、即ちスルーホール部１５の直上部には、直径約７０μｍのビア凹部４１が設けられている。第１層めの層間絶縁層３２における所定箇所、即ちスルーホール部１５の直下部には、同様に直径約７０μｍのビア凹部４４が設けられている。ビア凹部４１，４４にはビア導体である電解銅めっきが充填され、これによりフィルドビア４３，４６が形成されている。上面１３側のフィルドビア４３は、その内側面が蓋めっき２１に対して接続される一方、その外側面が配線層２３に対して接続されている。その結果、フィルドビア４３を介してスルーホール部１５と配線層２３とが導通している。また、下面１４側のフィルドビア４６は、その内側面が蓋めっき２２に対して接続される一方、その外側面が配線層２４に対して接続されている。その結果、フィルドビア４６を介してスルーホール部１５と配線層２４とが導通している。

第１層めの層間絶縁層３１の表面上には第２層めの層間絶縁層５１が形成され、第１層めの層間絶縁層３２の表面上には第２層めの層間絶縁層５２が形成されている。層間絶縁層５１，５２はいずれもその厚さが約３０μｍであって、連続多孔質ＰＴＦＥにエポキシ樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料からなる。第２層めの層間絶縁層５１，５２の表面上には、それぞれソルダーレジスト７１，７２が設けられている。第２層めの層間絶縁層５１，５２における所定箇所には、それぞれ直径約７０μｍのビア凹部６１，６４が設けられている。ビア凹部６１，６４にはビア導体である電解銅めっきが充填され、これによりフィルドビア６３，６６が形成されている。

上面１３側のフィルドビア６３は、その内側面が配線層２３に対して接続される一方、その外側面がソルダーレジスト７１の開口部８１によって露出されている。そして、フィルドビア６３の外側面上には、図示しないＩＣチップ側のパッドとの接続に用いられるはんだバンプ８３が設けられている。下面１４側のフィルドビア６６は、その内側面が配線層２４に対して接続される一方、その外側面がソルダーレジスト７２の開口部８４によって露出されている。そして、フィルドビア６６の外側面上には、図示しないマザーボード側のパッドとの接続に用いられるはんだバンプ８６が設けられている。

以下、本実施形態をより具体化した実施例について説明する。
（１）スルーホール部１５を充填するための充填材の作製

表１の組成になるように、エポキシ樹脂、硬化剤及びフィラーを混合し、３本ロールミルを用いて混練して、充填材であるスルーホール部充填用ペーストを調製した。ここで用いた原材料の詳細は以下のとおりである。表１では、エポキシ樹脂と硬化剤との和が１００部となるようにして、各成分の量を重量部にて表示している。下記の成分以外に、スルーホール部充填用ペーストには、少量の触媒核、増粘剤、消泡剤を添加した。

＜充填材＞

・Ｅ−８２８：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン製）

・Ｅ−８０７：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン製）

・Ｅ−６３０：アミノフェノール型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン製）

＜硬化剤＞

・２ＭＡＺ−ＰＷ：イミダゾール系硬化剤（四国化成工業製）

・ＤＩＣＹ７：ジシアンジアミド系硬化剤（ジャパンエポキシレジン製）

＜フィラー＞

・ｆ１：平均粒径３μｍ、最大粒径１０μｍに分級したアトマイズＣｕ粉末

・ｆ２：平均粒径６μｍ、最大粒径２４μｍに分級したシリカ粉末

・ｆ３：平均粒径２μｍ、最大粒径１０μｍ未満に分級した炭酸カルシウム粉末の表面処理品
（２）多層配線基板１１の作製

多層配線基板１１の作製にあたり、下記のようなコア基板１２を使用した。その物性については表２に示す。

＜コア基板＞

・コア基板Ａ：ＢＴ／ガラスクロス複合基板Ａ

・コア基板Ｂ：エポキシ／ガラスクロス／フィラー複合基板

・コア基板Ｃ：ＢＴ／ガラスクロス複合基板Ｃ

そして、まず、上記のコア基板１２（厚さ０．８ｍｍ）に、直径１００μｍ、２００μｍまたは３００μｍの貫通孔１６を設けた。その後、従来公知の手法に従って無電解銅めっき、電解めっきを行い、前記貫通孔１６の内壁面にスルーホールめっき１７を設け、スルーホール部１５とした。次に、表１に示す充填材を従来公知の印刷方法にて印刷することにより、スルーホール部１５内に充填材を充填した。そして、コア基板１２を１５０℃×５時間の条件で加熱硬化させ、充填材の硬化体１８とした。このような熱硬化処理の後、ベルトサンダー研磨によってコア基板１２の上面１３及び下面１４を平滑化したうえで、充填材の硬化体１８の端面を含むコア基板１２全体に無電解めっきの後、電解銅めっきを施した。次に、形成された導体層上にドライフィルムを設けて露光・現像を行った後にエッチングを行い、導体層をパターニングした。これによりスルーホール部１５の開口部に蓋めっき２１，２２を形成した。さらに、ビルドアップ法により層間絶縁層３１，３２（味の素製：ＡＢＦ−ＧＸ、Ｚ軸方向の平均熱膨張係数が５５ｐｐｍ／Ｋ）を形成した後、スルーホール部１５の直上部を炭酸ガスレーザにて穴明けした。そして、この穴明けにより形成されたビア凹部４１，４４内を無電解めっきの後、電解銅めっきで埋めてフィルドビア４３，４６を形成し、併せて層間絶縁層３１，３２の表面上に配線層２３，２４を形成した。さらに、同様の手法により、層間絶縁層５１，５２の形成、レーザ穴明け、無電解めっき、電解銅めっき等によるフィルドビア６３，６６の形成を行い、次いでソルダーレジスト７１，７２の形成を行った。そして最後に、ソルダーレジスト７１，７２から露出しているフィルドビア６３，６６にはんだを印刷し、２１５℃×１０秒の加熱条件でリフローを行って、はんだバンプ８３，８６を有する図１の多層配線基板１１を完成させた。なお、はんだバンプ８３，８６を形成するはんだ材料として、本実施例では錫鉛共晶はんだ（Ｓｎ／３７Ｐｂ：融点１８３℃）を用いた。

表３に示されるように、ここではコア基板Ａと充填材Ｆ１との組み合わせを「サンプル番号１」とし、コア基板Ａと充填材Ｆ２との組み合わせを「サンプル番号２」とし、コア基板Ａと充填材Ｆ３との組み合わせを「サンプル番号３」とし、コア基板Ａと充填材Ｆ４との組み合わせを「サンプル番号４」とした。また、コア基板Ｂと充填材Ｆ１との組み合わせを「サンプル番号５」とした。そして、コア基板Ｃと充填材Ｆ１との組み合わせを「サンプル番号６」とし、コア基板Ｃと充填材Ｆ４との組み合わせを「サンプル番号７」とした。
（３）熱衝撃試験

上記（２）に従って作製された多層配線基板１１について、接続信頼性の良否を比較するために、下記の要領で熱衝撃試験を実施した。具体的には、−５５℃×５分〜１２５℃×５分を１サイクルとして、このヒートサイクルを５００回行った時点でスルーホール部１５の軸線方向に沿ってコア基板１２を切断し、その切断面をＳＥＭで観察した。そして、蓋めっき２１，２２及びそれに接する導体部分（スルーホール部１５のランド部分、フィルドビア４３，４６）におけるクラックやデラミネーションの発生状況を調査した。その結果を表３に示す。ちなみに、熱衝撃試験を行う前の多層配線基板１１では、特にクラックやデラミネーション等の不良は認められなかった。
（４）充填材の硬化体１８及びコア基板１２の線膨張、平均熱膨張係数の測定

・充填材の硬化体１８：まず、充填材を１０ｍｍ×１０ｍｍ×５０ｍｍ程度の成形用空間を有する型に流し込み、１５０℃×５時間の条件（即ち通常用いる工程と同じ条件）でその充填材を熱硬化させた。その後、旋盤を用いてφ５ｍｍ×２０ｍｍの円柱状試験片を作製し、これを試料として用いてＴＭＡ法による測定を行った。即ち、スパン２０ｍｍにて試験片の長手方向に約１ｇの圧縮荷重を加えた状態で、−５５℃まで冷却し、１０℃／分の昇温速度で２１５℃まで加熱した。このとき、２５℃，２１５℃での試料の長さを測定し、得られた測定結果を上記式１に代入して線膨張の値（％）を計算した。また、−５５℃，２５℃，１２５℃での試料の長さを測定し、この測定結果を上記式２に代入して平均熱膨張係数の値（ｐｐｍ／Ｋ）を計算した。それらの結果を表１，２に示す。

・コア基板１２：ダイシング装置を用いて厚さ０．８ｍｍ×縦横５．０ｍｍに切断して正方形状の試験片とし、これを試料として用いてＴＭＡ法による測定を行った。即ち、試験片の厚さ方向に約１ｇの圧縮荷重を加えた状態で、−５５℃まで冷却し、１０℃／分の昇温速度で２１５℃まで加熱した。このとき、２５℃，２１５℃での試料の厚さを測定し、この測定結果を上記式１に代入して線膨張の値（％）を計算した。また、−５５℃，２５℃，１２５℃での試料の厚さを測定し、この測定結果を上記式２に代入して平均熱膨張係数の値（ｐｐｍ／Ｋ）を計算した。それらの結果も表１，２に示す。
（５）結果及び考察

・充填材の硬化体１８の線膨張：表１に示すように、充填材Ｆ１，Ｆ２の硬化体１８では、いずれも線膨張の値が１．２０％以下となり、その値は好適範囲に属していた。これに対し、充填材Ｆ３，Ｆ４の硬化体１８では、いずれも線膨張の値が１．２０％を超えてしまい、その値は好適範囲に属していなかった。従って、充填材Ｆ１，Ｆ２を選択した場合に好結果が得られるであろうことが示唆された。

・コア基板１２の線膨張、平均熱膨張係数：表２に示すように、コア基板Ａ，Ｂについては線膨張の値がいずれも１．３０％以下となり、その値は好適範囲に属していた。これに対し、コア基板Ｃについては線膨張の値が１．３０％を超えてしまい、その値は好適範囲に属していなかった。なお、平均熱膨張係数についても同様の傾向が認められ、コア基板Ａ，Ｂのほうがコア基板Ｃに比べて低い値となった。以上の結果から、コア基板Ａ，Ｂを選択した場合に好結果が得られるであろうことが示唆された。

・コア基板１２に対する充填材の印刷性：サンプル番号１，２，３，５，６では、１００μｍという極めて小径のスルーホール部１５に対しても良好な印刷性を示した。これに対し、サンプル番号４，７では、小径のスルーホール部１５に対する印刷性が悪く、充填が不十分になることがわかった。つまり、印刷性の観点からすると、充填材Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を使用したほうが充填材Ｆ４を使用した場合よりも好結果が得られることがわかった。

・熱衝撃試験による接続信頼性：サンプル番号１，２，５では、スルーホール部１５の直径が１００μｍになったときでも、クラックやデラミネーションの発生率を０％に抑えることができた。従って、サンプル番号１，２，５の多層配線基板１１においては、蓋めっき２１，２２やその周辺の導体部分に極めて高い接続信頼性が確保されていた。一方、他のサンプルでは、スルーホール部１５が２００μｍ以下になると、クラックやデラミネーションが高頻度で発生した。
（６）結論

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。即ち、充填材の硬化体１８の線膨張の値が、室温（２５℃）からはんだリフロー温度（２１５℃）までの温度域において１．２％以下という極めて低い値に抑えられている。また、室温（２５℃）からはんだリフロー温度（２１５℃）までの温度域における充填材の硬化体１８の線膨張の値と、当該温度域におけるコア基板１２の厚さ方向における線膨張の値との差の絶対値が、０．１％以下という極めて低い値に抑えられている。それゆえ、はんだリフローを行ったときの充填材の硬化体１８の熱膨張量が少なくなり、蓋めっき２１，２２やその周辺の導体部分に内在する圧縮・引張応力もおのずと小さくなる。よって、上記のような熱衝撃試験を行ったとしても、蓋めっき２１，２２やその周辺の導体部分にクラックやデラミネーションが発生しにくくなり、多層配線基板１１に高い接続信頼性を付与することができる。

次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）第１主面及び第２主面を有し、前記第１主面及び前記第２主面にて開口する直径２００μｍ以下の貫通孔の内壁面にスルーホール導体を設けた構造のスルーホール部を有するコア基板と、前記コア基板の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方側に配置された層間絶縁層と、前記層間絶縁層の表面上に配置された配線層と、前記スルーホール部に充填された充填材の硬化体と、前記スルーホール部の開口部を塞ぐ蓋状導体とを備え、前記充填材の硬化体の線膨張の値が、室温からはんだリフロー温度までの温度域において０．３０％以上１．２０％以下であることを特徴とする多層配線基板。

（２）前記充填材の硬化体の平均熱膨張係数と、前記コア基板の厚さ方向の平均熱膨張係数との差の絶対値が、２０ｐｐｍ／Ｋ以下であることを特徴とする技術的思想１に記載の多層配線基板。

（３）前記充填材の硬化体の平均熱膨張係数と、前記スルーホール導体の平均熱膨張係数との差の絶対値が、２０ｐｐｍ／Ｋ以下であることを特徴とする技術的思想１または２に記載の多層配線基板。

（４）前記コア基板の厚さ方向の平均熱膨張係数と、前記スルーホール導体の平均熱膨張係数との差の絶対値が、３０ｐｐｍ／Ｋ以下であることを特徴とする技術的思想１乃至３のいずれか１項に記載の多層配線基板。

（５）前記層間絶縁層の平均熱膨張係数が、２０ｐｐｍ／Ｋ以上６０ｐｐｍ／Ｋ以下であることを特徴とする技術的思想１乃至４のいずれか１項に記載の多層配線基板。

（６）第１主面及び第２主面を有し、前記第１主面及び前記第２主面にて開口する直径２００μｍ以下の貫通孔の内壁面にスルーホール導体を設けた構造のスルーホール部を有するコア基板と、前記コア基板の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方側に配置された層間絶縁層と、前記層間絶縁層の表面上に配置された配線層と、前記スルーホール部に充填された充填材の硬化体と、前記スルーホール部の開口部を塞ぐ蓋状導体と、前記蓋状導体の表面上に配置されたビアとを備え、前記充填材の硬化体の線膨張の値が、室温からはんだリフロー温度までの温度域において１．２％以下であることを特徴とする多層配線基板。

（７）直径２００μｍ以下のスルーホール部を有する多層配線基板の前記スルーホール部に充填されるペースト状の充填材であって、前記充填材の硬化体の線膨張の値が、室温からはんだリフロー温度までの温度域において１．２％以下であることを特徴とする多層配線基板用スルーホール部充填材。

（８）配線基板製造用のコア基板であって、第１主面と、第２主面と、前記第１主面及び前記第２主面にて開口する直径２００μｍ以下の貫通孔の内壁面にスルーホール導体を設けた構造のスルーホール部と、前記スルーホール部に充填された充填材の硬化体と、前記スルーホール部の開口部を塞ぐ蓋状導体とを備え、前記充填材の硬化体の線膨張の値が、室温からはんだリフロー温度までの温度域において１．２％以下であることを特徴とする配線基板製造用コア基板。

（９）基板に形成された直径２００μｍ以下の貫通孔の内壁面にスルーホール導体を設けたスルーホール部構造であって、室温からはんだリフロー温度までの温度域において線膨張の値が１．２％以下である充填材の硬化体によってその内部が充填され、その開口部が蓋状導体によって塞がれていることを特徴とするスルーホール部構造。

本発明を具体化した一実施形態の多層配線基板の要部拡大断面図。 実施例の熱衝撃試験にて用いる充填材の組成及び物性を示す表。 実施例の熱衝撃試験にて用いるコア基板の物性等を示す表。 実施例の熱衝撃試験の結果等を示す表。 従来技術の問題点を説明するための多層配線基板の要部拡大断面図。

符号の説明

１１…多層配線基板
１２…コア基板
１３…第１主面としての上面
１４…第２主面としての下面
１５…スルーホール部
１６…貫通孔
１７…スルーホール導体としてのスルーホールめっき
１８…充填材の硬化体
２３，２４…配線層
２１，２２…蓋状導体としての蓋めっき
３１，３２，５１，５２…層間絶縁層
４１，４４，６１，６４…ビア凹部
４３，４６，６３，６６…フィルドビア

Claims (8)

1. 第１主面及び第２主面を有し、前記第１主面及び前記第２主面にて開口する直径２００μｍ以下の貫通孔の内壁面にスルーホール導体を設けた構造のスルーホール部を有するコア基板と、
   前記コア基板の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方側に配置された層間絶縁層と、
   前記層間絶縁層の表面上に配置された配線層と、
   前記スルーホール部に充填された充填材の硬化体と、
   前記スルーホール部の開口部を塞ぐ蓋状導体と
   を備え、
   前記充填材の硬化体の線膨張の値が、室温からはんだリフロー温度までの温度域において１．２％以下であることを特徴とする多層配線基板。
2. 前記スルーホール導体はスルーホールめっきであることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
3. 前記コア基板の厚さ方向における線膨張の値が、室温からはんだリフロー温度までの温度域において１．３％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の多層配線基板。
4. 前記蓋状導体の表面上には、ビア凹部にめっきを充填したフィルドビアが配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多層配線基板。
5. 前記スルーホール部に充填する際の前記充填材の粘度は、２２±３℃において剪断速度が２１ｓ^-1のとき、３００Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の多層配線基板。
6. 前記スルーホール導体の表面は、Ｒａ＜１μｍの平滑面であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の多層配線基板。
7. 前記充填材は、エポキシ樹脂に、硬化剤及び最大粒径が５μｍ以上６０μｍ以下のフィラーを添加したものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の多層配線基板。
8. 第１主面及び第２主面を有し、前記第１主面及び前記第２主面にて開口する直径２００μｍ以下の貫通孔の内壁面にスルーホール導体を設けた構造のスルーホール部を有するコア基板と、
   前記コア基板の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方側に配置された層間絶縁層と、
   前記層間絶縁層の表面上に配置された配線層と、
   前記スルーホール部に充填された充填材の硬化体と、
   前記スルーホール部の開口部を塞ぐ蓋状導体と
   を備え、
   室温からはんだリフロー温度までの温度域における前記充填材の硬化体の線膨張の値と、室温からはんだリフロー温度までの温度域における前記コア基板の厚さ方向における線膨張の値との差の絶対値が、０．１％以下であることを特徴とする多層配線基板。

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