JP2006013188A

JP2006013188A - 多層配線板

Info

Publication number: JP2006013188A
Application number: JP2004189359A
Authority: JP
Inventors: Susumu Maniwa; 進馬庭
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】ロールラミネート方式で多層配線板を作製する際、配線層領域で、配線層間に間隔が生じても適正なダミーパターンを設けることにより、シワ、折れ曲がり等の発生を防止でき、信頼性に優れた多層配線板を提供することを目的とする。
【解決手段】絶縁層を介して少なくとも２層以上の配線層が形成されてなる可撓性を有する多層配線板において、前記配線層間の間隔が５００μｍ以上の場合、前記配線層間に少なくとも一個のダミーパターンを配し、前記ダミーパターンの大きさが０．２ｍｍ²以下で、前記ダミーパターンと前記配線層との間隔及び前記ダミーパターン間の間隔が１００μｍ以上、５００μｍ以下に設定されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路（以下、チップと称する）を少なくとも一つ搭載した半導体パッケージ用の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、高性能化しており、これに伴ってこれらの電子部品を基板に接続、搭載するための多層配線板（インターポーザ）についても、小型化と配線の高密度化が求められている。
多層配線板（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多層にして、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成されるインターポーザー用多層配線板の一例としては、樹脂フィルム等の絶縁基材の両面に金属導体層が形成された両面銅箔付フィルムの所定位置にレーザー加工、パンチング等によってビア用孔を形成し、無電解、電解めっき等によりビアホールを形成した後にフォトエッチング加工等によって配線パターンを形成してコア材を作製し、さらに、樹脂フィルム等の絶縁基材の片面に金属導体層が形成されたバッキング材を、前記コア材の配線パターン上に積層し、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により、所望層数の多層配線板を得ている。
ここで、絶縁基材の樹脂としては、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。

これらの絶縁基材は、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ように薄く設定される。本発明はこのうちの後者に関するものである。
このような可撓性をもったコア材、バッキング材を積層して多層配線板を製造する場合、各工程においてリール・トゥ・リール工法を用いると、生産性の面で大きな効果がある。リール・トゥ・リール工法を用いて、多層配線板を製造する場合には、配線パターンが形成されたコア材に、金属導体層が形成されたバッキング材を連続的に積層することが行われ、他の方法よりも高い生産性を得ることができる。

コア材、バッキング材をロールラミネータで積層する場合、積層に用いられる接着剤層を、配線パターンの間隙に行きわたらせ、空隙を作らないようにするために、ロールの素材としてシリコンゴムなどの弾性を有するものを使用しており、配線パターンによっては、ラミネート時のシワ、折れ曲がり等の問題が生じる。

以下、コア材、バッキング材をロールラミネータで積層し、多層配線板を作製する事例について説明する。
図8（ａ）はコア材２００、接着剤層４１０及びバッキング材３００を、図８（ｂ）はコア材２００とバッキング材３００とをロールラミネータでラミネートしている状態をそれぞれ示す。
コア材２００は樹脂フィルムからなる絶縁基材２１１の両面に配線層２２１および配線層
２２２が、バッキング材３００は樹脂フィルムからなる絶縁基材３１１の片面に金属導体層３２１が形成されたものである。
コア材２００とバッキング材３００は接着剤層４１０を介してロールラミネータのロール５１０にて積層される。このとき、ロール５１０はその弾性のために、配線層２２１の凹凸にある程度追従する。

ここで、配線層２２１間の間隔Ｄが小さい場合には、ロール５１０が凹部に入り込む深さは小さく、配線層２２１端部の境界付近のＡ部にかかるストレスが問題となることはない。
しかし、配線層２２１間の間隔Ｄが大きい場合には、ロール５１０は凹部に深く入り込み、その結果、配線層２２１端部の境界付近のＡ部に大きなストレスがかかり、シワ、折れ曲がり等が発生する。
そのような問題を解決する手段として、配線層間の間隔Ｄが大きい場合には、その間にダミーパターンを配置する多層配線板が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１２４６３７号公報

一般に多層配線板は、程度の差はあるが、その表面あるいは側面から水分を吸湿する。この状態で半導体チップ及びプリント配線板と実装するために加熱炉で加熱すると、多層配線内部の水分が気化膨張し、応力が発生する。多層配線板中にこの応力に耐えるに十分でない部分があると、膨れ、剥がれ等の不良が発生する場合がある。
そして、配線層の金属導体層の部分は、吸湿によって多層配線板内部に入り込んだ水分が、加熱時に外部に抜けるのを阻害する傾向がある。とくに、ダミーパターンを配した場合は通常の配線と比較して、大面積となりやすく、その傾向が強い。

本発明は上記問題点に鑑み考案されたもので、ロールラミネート方式で多層配線板を作製する際、配線層領域で、配線層間に間隔が生じても適正なダミーパターンを設けることにより、シワ、折れ曲がり等の発生を防止でき、信頼性に優れた多層配線板を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を達成するために、まず請求項１においては、絶縁層を介して少なくとも２層以上の配線層が形成されてなる可撓性を有する多層配線板において、前記配線層間の間隔が５００μｍ以上の場合、前記配線層間に少なくとも一個のダミーパターンを配し、前記ダミーパターンの大きさが０．２ｍｍ²以下であることを特徴とする多層配線板としたものである。

また、請求項２においては、前記ダミーパターンと前記配線層との間隔及び前記ダミーパターン間の間隔が１００μｍ以上、５００μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の多層配線板としたものである。

本発明に係わる多層配線板によると、配線層間にダミーパターンを配して、配線層間に５００μｍ以上の間隙が存在しなくなるようにすることによって、ロールラミネータを用いた積層工程におけるシワ、折れ曲がり等の発生を防止することができる。
また、ダミーパターンを適切な大きさに制限することによって、多層配線板内の水分が加熱時に効率的に放出され、膨れ、層間の剥離などを抑えることができ、高信頼性の多層配線板を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明の多層配線板の一実施例を示す多層配線板１００の模式構成断面図を示す。
多層配線板１００は、コア材１０ａとバッキング材３０とを接着剤層５１を介してロールラミネータにて積層したもので、コア材１０ａの配線層２１ａ間に本発明に係わるダミーパターン２２を、配線層２１ｂ間に本発明に係わるダミーパターン２３及びダミーパターン２４をそれぞれ配し、ロールラミネータにて積層時の配線層２１ａ及び配線層２１ｂ端部のシワ、折れ曲がり等の発生を防止し、高信頼性の多層配線板が得られるようにしている。

以下本発明の多層配線板の作製方法について説明する。
図２（ａ）〜（ｂ）、図３（ｃ）〜（ｅ）及び図４（ｆ）〜（ｉ）は、本発明の多層配線板の製造方法の一実施例を工程順に示す模式構成断面図である。
まず、絶縁基材１１の両面に銅箔等からなる金属導体層２１が形成された両面銅箔付樹脂フィルム１０を準備する（図２（ａ）参照）。
絶縁基材１１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、そのほかに、絶縁性、寸法安定性など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樹脂などの中から適宜選択される。
また、絶縁基材１０に金属導体層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択してよい。

次に、レジストを塗布するか、感光性のドライフィルムをラミネートする等の方法で感光層を形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行ってレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして金属導体層２１を腐食液でエッチングし、レジストパターンを剥離処理して配線層２１ａ、配線層２１ｂ、配線層２１ａ間にダミーパターン２２、配線層２１ｂ間にダミーパターン２３及びダミーパターン２４を形成したコア材１０ａを作製する（図２（ｂ）参照）。

コア材１０ａの配線層間に設けたダミーパターン２２、ダミーパターン２３及びダミーパターン２４の配置例を図５（ｂ）及び（ｃ）に示す。
ダミーパターン２２は、配線層２１ａ間に円形状のダミーパターン２２を３列格子状に、ダミーパターン２３は、配線層２１ｂ間に円形状のダミーパターン２３を１列に、ダミーパターン２４は、配線層２１ｂ間に円形状のダミーパターン２４を２列格子状に、それぞれ配したものである。
ダミーパターンは、配線層間の間隔が５００μｍ以上の場合に配し、大きさが０．２ｍｍ²以下で、ダミーパターンと配線層との間隔及びダミーパターン間の間隔が１００μｍ以上、５００μｍ以下になるように、ダミーパターンの大きさと配列を設定する。

ダミーパターンの具体的な配置例について説明する。
図６（ａ）及び（ｂ）に配線層間の間隔が6００μｍの場合のダミーパターンの配置例を、図７（ａ）及び（ｂ）に配線層間の間隔が１０００μｍの場合のダミーパターンの配置例をそれぞれ示す。
間隔が6００μｍの配線層間に１列配置でダミーパターンを配した場合、図６（ａ）に示すように、３６０μｍφの円形のダミーパターンで、配線層とダミーパターンの間隔は１２０μｍとなる。
間隔が6００μｍの配線層間に２列の格子配置でダミーパターンを配した場合、図６（ｂ
）に示すように、１２０μｍφの円形のダミーパターンで、配線層とダミーパターンの間隔及びダミーパターン同士の間隔は１２０μｍとなる。
また、間隔が１０００μｍの配線層間に１列配置でダミーパターンを配した場合、図７（ａ）に示すように、７００μｍφの円形のダミーパターンで、配線層とダミーパターンの間隔は１５０μｍとなる。
間隔が１０００μｍの配線層間に３列の格子配置でダミーパターンを配した場合、図７（ｂ）に示すように、１８０μｍφの円形のダミーパターンで、配線層とダミーパターンの間隔が１１０μｍ、ダミーパターン同士の間隔は１２０μｍとなる。

上記のダミーパターンの大きさと、配置例はあくまでも一例であって、本発明の権利範囲で主張しているように、ダミーパターンは、配線層間の間隔が５００μｍ以上の場合に配し、大きさが０．２ｍｍ²以下で、ダミーパターンと配線層との間隔及びダミーパターン間の間隔が１００μｍ以上、５００μｍ以下になっていればよい。
一つのダミーパターンを配置しただけでは、間隙を５００μｍ以下にできない場合には、複数のダミーパターンを配置するが、この場合に、ダミーパターン同士の間隔が小さすぎると、ダミーパターン個々が規準を満たした大きさであっても、ダミーパターン間から水分が放出される効果が十分でなく、膨れや剥がれの原因となるので、ダミーパターン間の間隔は１００μｍ以上、５００μｍ以下の範囲で適宜設定する。
また、ダミーパターンの形状については特に制限はなく、円形、多角形、その他の形状などから、多層配線板の電気的、機械的性能を考慮し、適切なものを選択してよい。

次に、配線層２１ａ間にダミーパターン２２が、配線層２１ｂ間にダミーパターン２３及び２４が形成されたコア材１０ａの一方の面もしくは両面に、バッキング材３０を積層する(図３(ｃ)参照)。
バッキング材３０は、樹脂フィルム等からなる絶縁基材３１の片面上に、金属導体層４１が積層された構造をとっているが、絶縁基材の材質、金属導体層４１の積層方法については、コア材１０の場合と同様である。
バッキング材３０は、その金属導体層４１が外側になるような向きで、コア材１０ａと積層される。コア材１０ａとバッキング材３０の間には、接着剤層５１が配置される。接着剤層５１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。

次に、積層はロールラミネータのロール９１によって行われ、コア材１０ａの両面にバッキング材３０が積層された積層基材を作製する（図３（ｄ）参照）。ロールの温度、圧力、硬度、ラインの搬送速度などについては、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。

次に、ＣＯ₂レーザー、ＵＶレーザー等を用いたレーザー加工により、積層基材の金属導体層４１及び絶縁基材３１を貫通し配線層２１ａ及び配線層２１ｂに達するビア用孔３２を形成し、ビア用孔３２底及び内壁に付着した樹脂残渣を、デスミア処理にて除去する（図３（ｅ）参照）。

次に、無電解銅めっき等によりビア用孔３２内に銅薄膜層からなるめっき下地導電層（特に図示せず）を形成し、金属導体層４１及びめっき下地導電層を給電層にしてフィルドビア用銅めっき液を用いて、電解銅めっきを行い、導体層４２及びビアホール４３を形成する（図４（ｆ）参照）。

次に、レジストを塗布するか、感光性のドライフィルムをラミネートする等の方法で感光層を形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行ってレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして導体層４２を腐食液でエッチングし、レジ
ストパターンを剥離処理して電極４２ａ及び４２ｂを形成する（図４（ｇ）参照）。

次に、電極上に開口部６２及び６３を有するソルダーレジスト層６１を形成し（図４（ｈ）参照）、ソルダーレジスト層６１をマスクにしてニッケル、金皮膜を形成し、一方の面にパッド７１を、他方の面にはんだボール８１を形成し、配線層間に所望のダミーパターンが形成された多層配線板１００を得る（図４（ｉ）参照）。
ここで、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んでよい。
さらに、必用であれば上記バッキング材の積層、パターニング処理工程を繰り返すことにより、所望の多層配線板を得ることができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
まず、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からなる絶縁基材１１の両面に厚さ１２μｍの電解銅箔からなる金属導体層２１を積層した銅箔付フィルム（三井化学製ネオフレックスＮＥＸ）１０を、巾１０５ｍｍ、長さ１００ｍのテープ状とし、３００ｍｍφのリールに巻いて使用した（図２（ａ）参照）。
以下、すべての工程について、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行った。

次に、銅箔付フィルム１０の両面にフォトレジストとしてＰＭＥＲ（東京応化工業製）をコーティングし、８０℃の温度下で３０分間乾燥させて感光層を形成し、所定のパターンを有するフォトマスクを介して、露光、現像を行い、レジストパターンを形成した。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、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パターンを剥離除去して、配線層２１ａ、配線層２１ｂ、配線層２１ａ間にダミーパターン２２、配線層２１ｂ間にダミーパターン２３及びダミーパターン２４を形成したコア材１０ａを作製した（図２（ｂ）参照）。

上記配線層２１ａ間のダミーパターン２２は、配線層２１ａ間の間隔が１ｍｍであったので、図７(ｂ)に示すような、配線層２１ａとダミーパターン２２の間隔が１１０μｍ、ダミーパターン２２同士の間隔は１２０μｍとなる１８０μｍφの円形のダミーパターンを３列の格子配列で配した。
配線層２１ｂ間のダミーパターン２３は、配線層２１ｂ間の間隔が６００μｍであったので、図６(ａ)に示すような、配線層２１ｂとダミーパターン２３の間隔が１２０μｍとなる３６０μｍφの円形のダミーパターンを１列で配した。
配線層２１ｂ間のダミーパターン２４は、配線層２１ａ間の間隔が６００μｍであったので、図６(ｂ)に示すような、配線層２１ｂとダミーパターン２４の間隔が１２０μｍ、ダミーパターン２４同士の間隔は１２０μｍとなる１２０μｍφの円形のダミーパターンを２列の格子配列で配した。

次に、配線層２１ａ間にダミーパターン２２が、配線層２１ｂ間にダミーパターン２３及び２４が形成されたコア材１０ａの両面に厚さ１５μｍのフィルム状接着剤層５１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からなる絶縁基材３１の片面に厚さ１２μｍの電解銅箔からなる金属導体層４１が積層された銅箔付樹脂フィルム（三井化学製ネオフレックスＮＥＸ）からなるバッキング材３０をロールラミネータのロール９１によってラミネートして積層基材を作製した（図３（ｄ）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９１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。

次に、積層基材の所定の位置の金属導体層４１及び絶縁基材３１をエキシマレーザー加工機によって穴あけ加工し、配線層２１ａ及び配線層２１ｂに達する５０μｍφのビア用孔３２を形成し、ビア用孔３２底及び内壁に付着した樹脂残渣を、デスミア処理にて除去した（図３（ｅ）参照）。

次に、無電解銅めっき等によりビア用孔３２内に銅薄膜層からなるめっき下地導電層（特に図示せず）を形成し、金属導体層４１及びめっき下地導電層を給電層にしてフィルドビア用銅めっき液を用いて、電解銅めっきを行い、導体層４２及びビアホール４３を形成した（図４（ｆ）参照）。

次に、感光性のドライフィルムをラミネートして感光層を形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行ってレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして導体層４２を５０℃、４０°Ｂｅの塩化第２鉄溶液でエッチングし、レジストパターンを剥離処理して電極４２ａ及び電極４２ｂを形成した（図４（ｇ）参照）。

次に、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を形成し、ポストベークした後、フォトエッチング法によって電極４２ａ及び４２ｂの所定位置に開口部６２及び６３を有するソルダーレジスト層６１を形成した（図４（ｈ）参照）。
次に、ソルダーレジスト層６１をマスクにして開口部６２及び６３の電極４２ａ及び４２ｂ上にニッケル、金皮膜を形成し、一方の面にパッド７１を、他方の面にはんだボール８１を形成し、配線層間に所望のダミーパターンが形成された多層配線板１００を得た（図４（ｉ）参照）。

多層配線板１００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てないかどうか、目視にて観察した結果、シワ、折れ曲がり等の不良は全く認められなかった。
また、８５℃、８５％の環境下、１６８時間前処理を行った後、２６０℃を１０秒の条件で３回、リフロー炉に投入してリフロー試験を行い、外観を光学顕微鏡で観察した結果、膨れ、層間の剥離等の外観上の問題は認められなかった。
このように、配線層間に適正なダミーパターンを設けた多層配線板１００は、ロールラミネータによる加工性も良好であり、またリフロー試験においても合格することができた。

本発明の多層配線板の一実施例を示す模式構成断面図である。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の多層配線板の製造方法における工程の一部を模式的に示す構成断面図である。（ｃ）〜（ｅ）は、本発明の多層配線板の製造方法における工程の一部を模式的に示す構成断面図である。（ｆ）〜（ｉ）は、本発明の多層配線板の製造方法における工程の一部を模式的に示す構成断面図である。（ａ）は、コア材１０ａの構成の一例を模式的に示す構成断面図である。（ｂ）は、コア材１０ａの上面図である。（ｃ）は、コア材１０ａの下面図である。（ａ）〜（ｂ）は、配線層間のダミーパターンの配置例を示す説明図である。（ａ）〜（ｂ）は、配線層間のダミーパターンの配置例を示す説明図である。（ａ）及び（ｂ）は、コア材、バッキング材をロールラミネータで積層する工程を示す説明図である。

符号の説明

１０……銅箔付樹脂フィルム
１０ａ、２００……コア材
１１、３１、２１１、３１１……絶縁基材
２１、４１、３２１……金属導体層
２１ａ、２１ｂ、２２１、２２２……配線層
２２、２３、２４……ダミーパターン
３０、３００……バッキング材
３２……ビア用孔
５１、４１０……接着剤層
４２……導体層
４２ａ、４２ｂ……電極
４３……ビアホール
６２、６３……開口部
７１……パッド
８１……はんだボール
９１、５１０……ロール
１００……多層配線板

Claims

絶縁層を介して少なくとも２層以上の配線層が形成されてなる可撓性を有する多層配線板において、前記配線層間の間隔が５００μｍ以上の場合、前記配線層間に少なくとも一個のダミーパターンを配し、前記ダミーパターンの大きさが０．２ｍｍ²以下であることを特徴とする多層配線板。
前記ダミーパターンと前記配線層との間隔及び前記ダミーパターン間の間隔が１００μｍ以上、５００μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の多層配線板。