JP2006066597A - Printed wiring board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント配線板に関し、詳しくは、コア基板の少なくとも片面に導体回路層と絶縁層とが交互に形成され各導体回路層間が前記絶縁層を貫通するスルーホール導体又はバイアホールを介して電気的に接続されると共に実装面に実装される電子部品が前記導体回路層と電気的に接続されるプリント配線板に関する。 The present invention relates to a printed wiring board, and more specifically, via a through-hole conductor or via hole in which a conductor circuit layer and an insulating layer are alternately formed on at least one surface of a core substrate, and each conductor circuit layer passes through the insulating layer. The present invention relates to a printed wiring board which is electrically connected and electronic components mounted on a mounting surface are electrically connected to the conductor circuit layer.
近年、携帯情報端末や通信端末に代表される電子機器では、高機能化及び小型化がめざましい。これらの電子機器に用いられる半導体チップを多層プリント配線板に高密度実装する形態として、半導体チップを直接多層プリント配線板に表面実装するフリップチップ方式が採用されている。このような多層プリント配線板としては、コア基板と、このコア基板上に形成されたビルドアップ層と、このビルドアップ層の上面にはんだバンプを介して半導体チップが実装される実装用電極とを備えたものが知られている。ここで、コア基板としては、エポキシ樹脂やBT(ビスマレイミド・トリアジン)樹脂、ポリイミド樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂等をガラス繊維等の強化材と共に成形したものが用いられるが、これらのコア基板の熱膨張係数は約12〜20ppm/℃(30〜200℃)であり、半導体チップのシリコンの熱膨張係数(約3.5ppm/℃)と比較すると、約4倍以上も大きい。したがって、前述のフリップチップ方式では、半導体チップの発熱に伴う温度変化が繰り返し生じた場合、半導体チップとコア基板との熱膨張量及び熱収縮量の違いにより、はんだバンプが破壊されるおそれがあった。 In recent years, electronic devices typified by portable information terminals and communication terminals have been remarkably improved in function and size. As a form in which a semiconductor chip used in these electronic devices is mounted on a multilayer printed wiring board at a high density, a flip chip system in which the semiconductor chip is directly mounted on the multilayer printed wiring board is employed. As such a multilayer printed wiring board, a core substrate, a buildup layer formed on the core substrate, and a mounting electrode on which a semiconductor chip is mounted on the upper surface of the buildup layer via a solder bump are provided. What you have is known. Here, as the core substrate, epoxy resin, BT (bismaleimide / triazine) resin, polyimide resin, polybutadiene resin, phenol resin or the like molded with a reinforcing material such as glass fiber is used. The thermal expansion coefficient is about 12 to 20 ppm / ° C. (30 to 200 ° C.), which is about 4 times or more larger than the thermal expansion coefficient of silicon of the semiconductor chip (about 3.5 ppm / ° C.). Therefore, in the above-described flip chip method, when the temperature change accompanying the heat generation of the semiconductor chip repeatedly occurs, the solder bump may be destroyed due to the difference in thermal expansion amount and thermal contraction amount between the semiconductor chip and the core substrate. It was.
この問題を解決するために、ビルドアップ層上に低弾性率の応力緩和層を設け、この応力緩和層の上面に実装用電極を設け、ビルドアップ層上の導体回路層と実装用電極とを導体ポストで接続した多層プリント配線板が提案されている(特許文献1,2参照)。例えば特許文献2には、図11に示すように、ビルドアップ層130の上面に低弾性率層140が積層され、ビルドアップ層130の上面の導体回路層132と低弾性率層140の上面に形成された実装用電極152とをバイアホール150で接続した多層プリント配線板100が開示されている。
しかしながら、この多層プリント配線板100では、バイアホール150を形成する材料は銅が主体であるため、加熱・冷却を繰り返し行うと電気抵抗が大きく変化することがあり、搭載したICチップ50への電源供給が不十分となるおそれがあった。
However, in this multilayer printed
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、熱膨張・熱収縮による電子部品との接続破壊を防止すると共に電子部品へ安定して電源を供給することができるプリント配線板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and prevents the breakage of connection with an electronic component due to thermal expansion and contraction, and can provide a stable power supply to the electronic component. The purpose is to provide a board.
本発明は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。 The present invention employs the following means in order to achieve at least a part of the above-described object.
本発明のプリント配線板は、コア基板の少なくとも片面に導体回路層と絶縁層とが交互に形成され各導体回路層間が前記絶縁層を貫通するスルーホール導体又はバイアホールを介して電気的に接続されると共に実装面に実装される電子部品が前記導体回路層と電気的に接続されるプリント配線板であって、
前記複数の導体回路層のうち外層に最も近い外層導体回路層を覆うように形成され前記絶縁性樹脂よりも弾性率の低い材料からなる応力緩和層と、
前記応力緩和層を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔の内壁に形成されたバリア層と該バリア層の内側に形成されたはんだ製の芯体とからなり前記外層導体回路層と前記電子部品とを電気的に接続する導体ポストと、
を備えたものである。
In the printed wiring board of the present invention, conductor circuit layers and insulating layers are alternately formed on at least one surface of the core substrate, and each conductor circuit layer is electrically connected through a through-hole conductor or via hole penetrating the insulating layer. And a printed wiring board in which an electronic component mounted on the mounting surface is electrically connected to the conductor circuit layer,
A stress relaxation layer made of a material having a lower elastic modulus than the insulating resin, which is formed so as to cover the outer layer conductor circuit layer closest to the outer layer among the plurality of conductor circuit layers;
A through hole penetrating the stress relaxation layer;
A conductor post comprising a barrier layer formed on the inner wall of the through-hole and a solder core formed inside the barrier layer, and electrically connecting the outer conductor circuit layer and the electronic component;
It is equipped with.
このプリント配線板では、導体ポストはほとんどが銅で形成された従来のものとは異なりはんだからなる芯体を有するものである。ここで、一般にはんだは銅よりも弾性率(例えばヤング率)が低いことから、この導体ポストが応力緩和層の弾性変形を大きく妨げることはない。また、バリア層ははんだからなる芯体と応力緩和層とを密着させるため、応力緩和層が弾性変形したときに芯体と応力緩和層との間で剥離が生じることもない。したがって、コア基板と電子部品との熱膨張差に起因する応力が発生したとしても、その応力は応力緩和層によって確実に緩和されるしクラックの起点になりやすい剥離が生じることもない。この結果、外層配線パターンと電子部品との接続破壊を防止することができるし、加熱・冷却を繰り返したときの電気抵抗の変化率を小さく抑え電子部品へ安定して電源を供給することができる。 In this printed wiring board, the conductor post has a core made of solder, unlike the conventional one that is mostly made of copper. Here, since the solder generally has a lower elastic modulus (for example, Young's modulus) than copper, this conductor post does not greatly hinder the elastic deformation of the stress relaxation layer. In addition, since the barrier layer causes the core made of solder and the stress relaxation layer to adhere to each other, peeling does not occur between the core and the stress relaxation layer when the stress relaxation layer is elastically deformed. Therefore, even if a stress due to a difference in thermal expansion between the core substrate and the electronic component occurs, the stress is surely relieved by the stress relaxation layer, and peeling that tends to become a starting point of a crack does not occur. As a result, it is possible to prevent breakage of the connection between the outer layer wiring pattern and the electronic component, and it is possible to stably supply power to the electronic component while suppressing the rate of change in electrical resistance when heating and cooling are repeated. .
本発明のプリント配線板において、前記導体ポストは、アスペクト比(高さ/直径)が1.5以上であることが好ましい。こうすれば、導体ポストの柔軟性が高まり変形しやすくなるため、導体ポストが応力緩和層の弾性変形を妨げることがない。 In the printed wiring board of the present invention, the conductor post preferably has an aspect ratio (height / diameter) of 1.5 or more. By doing so, the flexibility of the conductor post is increased and the conductor post is easily deformed, so that the conductor post does not hinder the elastic deformation of the stress relaxation layer.
本発明のプリント配線板において、前記芯体は、超音波探傷法によるヤング率が40GPa以上70GPa未満のはんだからなることが好ましい。芯体のヤング率が40GPa未満になると、導体ポストが応力緩和層の変形を規制できずその変形量が大きくなりすぎるため不具合を生じるおそれがあり、芯体のヤング率が70GPa以上になると、導体ポストが応力緩和層の変形を阻止しすぎるため不具合を生じるおそれがあるからである。 In the printed wiring board of the present invention, it is preferable that the core body is made of solder having a Young's modulus of 40 GPa or more and less than 70 GPa by an ultrasonic flaw detection method. When the Young's modulus of the core is less than 40 GPa, the conductor post cannot regulate the deformation of the stress relaxation layer, and the amount of deformation becomes too large, which may cause a problem. When the Young's modulus of the core is 70 GPa or more, the conductor This is because the post may prevent deformation of the stress relaxation layer and may cause a problem.
ここで、超音波探傷法によるヤング率Eは、常温にて縦波の伝搬時間と横波の伝搬時間を測定し、それらに基づいて縦波音速(VL)と横波音速(VS)を求め、例えば下記式により算出することができる。なお、σは密度である。また、超音波探傷器としては、例えば栄進化学(株)のSONICシリーズが利用可能である。
E={σVS 2(3VL 2−4VS 2)}/(VL 2−VS 2)
Here, the Young's modulus E by the ultrasonic flaw detection method is determined by measuring the propagation time of the longitudinal wave and the propagation time of the transverse wave at room temperature, and obtaining the longitudinal wave velocity (V L ) and the transverse wave velocity (V S ) based on them. For example, it can be calculated by the following formula. Here, σ is a density. In addition, as an ultrasonic flaw detector, for example, the SONIC series of Eisin Chemical Co., Ltd. can be used.
E = {σV S 2 (3V L 2 −4V S 2 )} / (V L 2 −V S 2 )
本発明のプリント配線板において、前記芯体は、Sn,Ag,Cu,In,Bi及びZnからなる群より選ばれる少なくとも2種の金属からなる鉛フリーはんだからなるものが好ましい。このような鉛フリーはんだは、超音波探傷法によるヤング率が40GPa以上70GPa未満であることが多いからである。 In the printed wiring board of the present invention, the core is preferably made of lead-free solder made of at least two metals selected from the group consisting of Sn, Ag, Cu, In, Bi, and Zn. This is because such lead-free solder often has a Young's modulus of 40 GPa or more and less than 70 GPa by an ultrasonic flaw detection method.
本発明のプリント配線板において、前記バリア層は、厚みが0.03〜5μmであることが好ましい。バリア層の厚みが0.03μm未満だと、はんだの濡れ性が悪くなり芯体を設ける際にバリア層と芯体との間にボイドが発生するおそれがあり、バリア層の厚みが5μmを超えると、導体ポストが硬くなるため応力緩和層の変形を阻止しすぎて不具合が生じるおそれがあるからである。 In the printed wiring board of the present invention, the barrier layer preferably has a thickness of 0.03 to 5 μm. If the thickness of the barrier layer is less than 0.03 μm, solder wettability may be deteriorated, and voids may be generated between the barrier layer and the core when the core is provided. The thickness of the barrier layer exceeds 5 μm. This is because the conductor post becomes hard, so that deformation of the stress relaxation layer is prevented so that a problem may occur.
本発明のプリント配線板において、前記バリア層は、Cu,Au,Pd,Ni−Au,Ni−Pd−Au及びNi−Pdからなる群より選ばれた金属からなることが好ましい。これらの金属は、はんだ濡れ性が良好なため、芯体を設ける際にバリア層と芯体との間にボイドが発生しにくいからである。 In the printed wiring board of the present invention, it is preferable that the barrier layer is made of a metal selected from the group consisting of Cu, Au, Pd, Ni—Au, Ni—Pd—Au, and Ni—Pd. This is because these metals have good solder wettability, so that voids are not easily generated between the barrier layer and the core when the core is provided.
本発明のプリント配線板において、前記応力緩和層は、JIS K7113に準拠したヤング率が10MPa〜1GPaであることが好ましい。このヤング率は常温での値である。こうすれば、応力緩和層は熱膨張差に起因する応力を確実に緩和することができる。また、この応力緩和層は、ヤング率が10MPa〜500MPaであることがより好ましく、10MPa〜100MPaであることが最も好ましい。例えば、熱可塑性樹脂であるポリオレフィン系樹脂やポリイミド系樹脂、熱硬化性樹脂であるシリコーン樹脂やNBR等を含有する変性エポキシ樹脂などが挙げられる。 In the printed wiring board of the present invention, the stress relaxation layer preferably has a Young's modulus in accordance with JIS K7113 of 10 MPa to 1 GPa. This Young's modulus is a value at room temperature. If it carries out like this, the stress relaxation layer can relieve | moderate the stress resulting from a thermal expansion difference reliably. The stress relaxation layer has a Young's modulus of more preferably 10 MPa to 500 MPa, and most preferably 10 MPa to 100 MPa. Examples thereof include polyolefin resins and polyimide resins that are thermoplastic resins, silicone resins that are thermosetting resins, and modified epoxy resins containing NBR and the like.
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態であるプリント配線板の使用状態を表す断面図である。なお、本明細書において「上」や「下」と表現することがあるが、これは相対的な位置関係を便宜的に表現したものに過ぎないので、例えば上と下を入れ替えたり上下を左右に置き換えたりしてもよい。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a use state of a printed wiring board according to an embodiment of the present invention. In this specification, it may be expressed as “upper” or “lower”, but this is merely a representation of the relative positional relationship for convenience. Or you may.
本実施形態のプリント配線板10は、実装面40に半導体素子であるICチップ50が実装されるものである。本実施形態では、ICチップ50は、3GHz以上のクロック周波数で動作するものであり、下面に多数のパッド52が格子状又は千鳥状に配設されている。このICチップ50は、熱膨張係数が約3.5ppm/℃である。
In the printed
このプリント配線板10は、各層を形成するためのベースとなるコア基板12と、このコア基板12の上下両面に積層されたビルドアップ層20と、このビルドアップ層20に積層され低弾性率材料からなる応力緩和層30と、この応力緩和層30の上面に形成された実装面40とを備えている。
The printed
コア基板12は、BT(ビスマレイミド−トリアジン)樹脂やガラスエポキシ樹脂等からなるコア基板本体14の上下両面に銅からなる配線パターン16,16と、コア基板本体14を貫通するスルーホールの内周面に形成された銅からなるスルーホール導体18とを有しており、両配線パターン16,16はスルーホール導体18を介して電気的に接続されている。
The
ビルドアップ層20は、コア基板12の上下両面に絶縁層22と導体回路層24とを交互に積層したものであり、コア基板12の配線パターン16とビルドアップ層20の導体回路層24との電気的な接続やビルドアップ層20における導体回路層24,24同士の電気的な接続は絶縁層22を貫通するフィルドビア26によって確保されている。ここで絶縁層22は、JIS K7113に準拠した常温でのヤング率が3〜7GPaの絶縁性樹脂からなる。このビルドアップ層20は、周知のサブトラクティブ法やアディティブ法(セミアディティブ法やフルアディティブ法を含む)を利用することにより形成される。具体的には、例えば以下のようにして形成される。すなわち、まず、コア基板12の上下両面に絶縁層22となる樹脂シートを貼り付ける。この樹脂シートは、変成エポキシ系樹脂シート、ポリフェニレンエーテル系樹脂シート、ポリイミド系樹脂シート、シアノエステル系樹脂シートなどで形成され、その厚みは概ね20〜80μmである。次に、貼り付けた樹脂シートに炭酸ガスレーザやUVレーザ、YAGレーザ、エキシマレーザなどにより穴開けを行う。続いて、樹脂シートの表面(穴の内壁や底面を含む)に無電解銅めっきを施し、無電解銅めっき層の上にフォトレジストを形成しパターンマスクを通じて露光・現像してパターン化する。次いで、フォトレジストの非形成部に電解銅めっきを施したあとフォトレジストを剥離し、そのフォトレジストが存在していた部分の無電解銅めっきをエッチングで除去する。これにより、絶縁層22の表層には導体回路層24が形成され、絶縁層22に開けた穴には銅めっきで充填されたフィルドビア26が形成される。あとは、この手順を繰り返すことによりビルドアップ層20が形成される。この手法はビルドアップ法と呼ばれるものであり、例えば「ビルドアップ多層プリント配線板技術」(日刊工業新聞社、2000年6月20日発行)などに記載されている。なお、コア基板12の上下両面にビルドアップ層20が形成されたものを多層プリント配線板Aと称する。
The
応力緩和層30は、ビルドアップ層20の絶縁層22よりも弾性率が低い弾性材料、具体的にはJIS K7113に準拠した常温でのヤング率が10〜1000MPa(好ましくは10〜300MPa、より好ましくは10〜100MPa)の弾性材料で形成されている。応力緩和層30のヤング率がこの範囲だと、実装面40に実装されるICチップ50と多層プリント配線板A(主にコア基板12)との間に両者の熱膨張差に起因する応力が発生したとしても応力緩和層30が弾性変形してその応力を緩和することができる。また、応力緩和層30に用いられる弾性材料としては、例えばエポキシ樹脂、イミド系樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリオレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、イミド系樹脂等の熱可塑性樹脂にポリブタジエン、シリコーンゴム、ウレタン、SBR、NBR等のゴム系成分やシリカ、アルミナ、ジルコニア等の無機成分が分散した樹脂などのうち上述したヤング率に合致したものが挙げられる。なお、樹脂に分散させる成分は、1種でも2種以上でもよく、ゴム成分と無機成分の両方を分散させてもよい。
The
この応力緩和層30は、複数の貫通孔32と、各貫通孔32内に形成された導体ポスト34とを備えている。複数の貫通孔32は、ICチップ50の各パッド52に対応するように格子状又は千鳥状に形成されている。また、導体ポスト34は、貫通孔32の内壁及び底面を覆うように形成されたバリア層36と、このバリア層36によって囲まれた空間内に形成されたはんだ芯体37とから構成されている。この導体ポスト34は、径Dが30〜50μmでアスペクト比(高さh/径D)が1.5以上となるように形成されている。このうち、バリア層36は、はんだ濡れ性が良好な金属例えばCu,Au,Pd,Ni−Au,Ni−Pd−Au及びNi−Pdからなる群より選ばれた金属で厚さが0.03〜5μmとなるように形成されている。このバリア層36は、応力緩和層30の貫通孔32の内壁表面が粗化された状態で形成されているため貫通孔32との密着性に優れ、またはんだ濡れ性が良好なためはんだ芯体37との密着性にも優れる。つまり、バリア層36により応力緩和層30とはんだ芯体37とは密着性が確保されている。また、バリア層36は、貫通孔32の開口周辺にも形成され、この開口周辺の鍔状の部分はランド部36aとなっている。一方、はんだ芯体37は、超音波探傷法で測定したヤング率が40GPa以上70GPa未満の鉛フリーはんだ例えばSn,Ag,Cu,In,Bi及びZnからなる群より選ばれる少なくとも2種の金属からなる鉛フリーはんだにより形成されている。はんだ芯体37の上部には、応力緩和層30の上面より上に突出するように形成されたはんだバンプ部38が形成されている。このはんだバンプ部38は、ICチップ50と電気的に接続される。
The
なお、プリント配線板10の下面には、図示しないマザーボードに電気的に接続するためのはんだバンプ48が多数形成されている。
Note that a large number of solder bumps 48 are formed on the lower surface of the printed
次に、このように構成されたプリント配線板10の使用例について説明する。まず、プリント配線板10のはんだバンプ部38に、ICチップ50の下面に配設された複数のパッド52が接触するように載置し、リフローする。次いで、プリント配線板10の下面に形成された複数のはんだバンプ48を、図示しないマザーボードのパッドに載置し、リフローする。この結果、はんだバンプ部38を介してICチップ50とプリント配線板10とが接合され、はんだバンプ48を介してプリント配線板10とマザーボードとが接合される。これにより、ICチップ50はプリント配線板10を介してマザーボードに電気的に接続されるため、電源が供給されたり接地されたり信号のやり取りを行ったりする。なお、プリント配線板10とマザーボードとの接続は、これ以外に、プリント配線板10に立設したピンを介して行ってもよいし、マザーボード側に設けた針状端子を介して行ってもよい。
Next, a usage example of the printed
次に、プリント配線板10の製造方法を図2〜図8を参照して説明する。ここでは、ビルドアップ層20まで形成されているものとし、応力緩和層30の作製手順を中心に説明する。まず、ビルドアップ層20の外層導体回路層24a(図2参照)の上面に、低弾性率材料シート300を貼り付けた(図3参照)。ここでは、低弾性率材料として、ナフタレン型のエポキシ樹脂(日本化薬(株)製、商品名:NC−7000L)100重量部、フェノール−キシリレングリコール縮合樹脂(三井化学製、商品名:XLC−LL)20重量部、架橋ゴム粒子としてTgが−50℃のカルボン酸変性NBR(JSR(株)製、商品名:XER−91)90重量部、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール4重量部を乳酸エチル300重量部に溶解した樹脂組成物からなる材料を使用した。この低弾性率材料は、JIS K7113に準拠した30℃におけるヤング率が500MPaである。
Next, a method for manufacturing the printed
続いて、炭酸ガスレーザやUVレーザ、YAGレーザ、エキシマレーザなどにより、低弾性率材料シート300のうちICチップ50の各パッド52と対応する位置に貫通孔32を形成した(図4参照)。続いて、過マンガン酸カリウム溶液を用いて貫通孔32内の銅表面のスミアを除去すると共に低弾性率材料シート300のうち外部に露出している露出面(貫通孔32の内壁を含む)を粗面化したあと、この露出面に無電解めっき触媒を付与し、その後無電解銅めっき水溶液中に浸漬することにより、厚さ0.03〜5.0μmの無電解銅めっき膜360を形成した(図5参照)。ここで、先ほど露出面を粗面化したため、無電解銅めっき膜360はいわゆるアンカー効果によって良好に密着した。なお、無電解銅めっきの代わりにスパッタ等の物理的蒸着を採用してもよい。
Subsequently, through
次に、作製途中の基板の全面を覆うようにフォトレジストであるドライフィルムをラミネートしたあとパターンマスクを通して露光、現像することによりパターン化したレジスト362を形成した(図6参照)。このレジスト362は貫通孔32の開口を塞ぐようにパターン化した。そして、レジスト362で覆われていない部分つまり無電解銅めっき膜360のうち表面に露出している部分をエッチング等の化学的方法又は逆スパッタやブラスト等の物理的方法により除去したあと、レジスト362を剥離した(図7参照)。これにより、貫通孔32の内壁にはバリア層36が形成された。ここでは、バリア層36を貫通孔32の開口周辺まで及ぶように形成し、開口周辺のツバ状に形成された部分をランド部36aとした。また、低弾性率材料シート300は応力緩和層30となった。
Next, a dry film as a photoresist was laminated so as to cover the entire surface of the substrate being fabricated, and then exposed and developed through a pattern mask to form a patterned resist 362 (see FIG. 6). The resist 362 was patterned so as to close the opening of the through
最後に、マスクを用いたスキージ印刷法により貫通孔32の内部(つまりバリア層36に囲まれた領域)にはんだを充填すると共にランド部36aの上部にもはんだを積層し、その後リフローによりはんだを溶融させたあと冷却し、貫通孔32内にはんだ芯体37を形成した(図8参照)。ここでは、はんだとして、Sn−Ag系の鉛フリーはんだであって、超音波探傷法によるヤング率が40GPa以上70GPa未満のものを使用した。また、バリア層36ははんだ濡れ性が良好な銅からなるため、貫通孔32の内部にははんだがボイドを生じることなく充填された。また、はんだバンプ部38をはんだ芯体37と一体に形成した。このはんだバンプ部38は、ランド部36aよりも上側のはんだが一旦溶融してから冷却固化したものである。
Finally, the squeegee printing method using a mask is used to fill the inside of the through-hole 32 (that is, the region surrounded by the barrier layer 36) with solder and to stack the solder on the
以上詳述した本実施形態のプリント配線板10では、導体ポスト34は従来使用されていた銅よりもヤング率の低いはんだ芯体37を有しているため、導体ポスト34が応力緩和層30の弾性変形を妨げることはない。また、バリア層36ははんだ芯体37と応力緩和層30とを密着させるため、応力緩和層30が弾性変形したときに導体ポスト34と応力緩和層30との間で剥離が生じることもない。したがって、ICチップ50とコア基板12の熱膨張差に起因する応力が発生したとしても、その応力は応力緩和層30によって確実に緩和されるしクラックの起点になりやすい剥離が生じることもない。この結果、外層導体回路層24aとICチップ50との接続破壊を防止することができるし、加熱・冷却を繰り返したときの電気抵抗の変化率を小さく抑えICチップ50へ安定して電源を供給することができる。
In the printed
また、導体ポスト34はアスペクト比(高さ/直径)が1.5以上であり柔軟性が高まり変形しやすくなるため、この点でも、導体ポスト34が応力緩和層30の弾性変形を妨げることがない。
Further, since the
更に、はんだ芯体37は、超音波探傷法によるヤング率が40GPa以上70GPa未満のはんだからなるため、導体ポスト34が応力緩和層30の変形を適度に規制することができる。つまり、導体ポスト34が応力緩和層30の変形を規制できずその変形量が大きくなりすぎて不具合を生じることもないし、導体ポスト34が応力緩和層30の変形を阻止しすぎて不具合を生じることもない。
Furthermore, since the
更にまた、バリア層36は厚みが0.03〜5μmであるため、バリア層36とはんだ芯体37との密着性が良く、導体ポスト34が硬くなり過ぎて応力緩和層30の変形を阻止し過ぎることもない。
Furthermore, since the
そしてまた、応力緩和層30はヤング率が10〜1000MPaの低弾性率材料からなるため、熱膨張差に起因する応力を確実に緩和することができる。
Moreover, since the
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
例えば、上述した実施形態では、導体ポスト34のバリア層36にランド部36aを設けたが、ランド部36aを設けなくてもよい。また、はんだ芯体37の上部にはんだバンプ部38を設けたが、はんだバンプ部38を設けずにはんだ芯体37をバリア層36に囲まれた領域のみにとどめてもよい。この場合、はんだバンプを導体ポスト34の上面に後から形成してもよいし、はんだバンプをICチップ50のパッド52に形成してもよい。また、ビルドアップ層20の導体回路層24,24同士の層間接続をフィルドビア26により行ったが、導体を充填していないビアホールにより行ってもよい。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態の作製手順の代わりに、図9の手順で応力緩和層30を形成してもよい。まず、図5に示すように低弾性率材料シート300に貫通孔32を開け全表面に無電解銅めっき膜360を形成するまでは、上述した実施形態の作製手順と同様にして行った後、フォトレジストであるドライフィルムをラミネートしたあとパターンマスクを通して露光、現像することによりパターン化したレジスト364を形成した(図9(a)参照)。このレジスト364は貫通孔32の開口及び開口周辺を除く領域を覆うようにパターン化した。そして、レジスト364で覆われていない部分つまり無電解銅めっき膜360のうち表面に露出している部分にはんだめっきを行い、バリア層36に囲まれた領域とその領域の上方空間であってレジスト364で囲まれた領域にはんだ380を充填した(図9(b)参照)。続いて、レジスト364を剥離し、アルカリエッチングにより低弾性率材料シート300の上面に露出した無電解銅めっき膜360を除去した(図9(c)参照)。その後、リフローによりはんだを溶融させたあと冷却し、貫通孔32内にはんだ芯体37とバリア層36からなる導体ポスト34を形成した(図9(d)参照)。この結果、低弾性率材料シート300が応力緩和層30となった。なお、ここでも、はんだとして、Sn−Ag系の鉛フリーはんだであって、超音波探傷法によるヤング率が40GPa以上70GPa未満のものを使用した。
Moreover, you may form the
あるいは、図10の作製手順で応力緩和層30を形成してもよい。まず、図4に示すように低弾性率材料シート300に貫通孔32を開けるまでは、上述した実施形態の製造手順と同様にして行った後、過マンガン酸カリウム溶液を用いて貫通孔32内の銅表面のスミアを除去すると共に低弾性率材料シート300の露出面(貫通孔32の内壁を含む)を粗面化したあと、フォトレジストであるドライフィルムをラミネートし、続いてパターンマスクを通して露光、現像することによりパターン化したレジスト366を形成した(図10(a)参照)。このレジスト366は貫通孔32の開口及び開口周辺を除く領域を覆うようにパターン化した。続いて、作製途中の基板の表面全体(レジスト366上も含む)にスパッタリングによりNi/Auの金属被膜368を形成したあと(図10(b)参照)、レジスト366を剥離することにより不要部分の金属被膜368をレジスト366と共に除去した(図10(c)参照)。この結果、残った金属被膜368がバリア層36となった。この手法はリフトオフ法として広く知られている。その後、上述した実施形態と同様、印刷法により貫通孔32の内部(つまりバリア層36に囲まれた領域)にはんだを充填すると共にランド部36aの上部にもはんだを積層し、その後リフローによりはんだを溶融したあと冷却し、貫通孔32内にはんだ芯体37を形成した(図10(d)参照)。この結果、低弾性率材料シート300が応力緩和層30となった。ここでも、はんだとして、Sn−Ag系の鉛フリーはんだであって、超音波探傷法によるヤング率が40GPa以上70GPa未満のものを使用した。また、バリア層36ははんだ濡れ性が良好なニッケル−金からなるため、貫通孔32の内部にははんだがボイドを生じることなく充填された。また、はんだバンプ部38をはんだ芯体37と一体に形成した。このはんだバンプ部38は、ランド部36aよりも上側のはんだが一旦溶融してから冷却固化したものである。
Or you may form the
以下に、本発明のプリント配線板の効果を実証するための実験例について説明する。まず、上述した実施形態の製法手順に準じて作製した実験例1〜15のプリント配線板につき、表1に示すバリア層材料、バリア層厚さ、はんだ組成(フラックス入り)、ポスト径及びアスペクト比のものを作製した。続いて、各プリント配線板にICチップを実装し、その後ICチップとプリント配線板との間に封止樹脂を充填した。そして、ICチップを介して特定回路の電気抵抗(プリント配線板のICチップ搭載面とは反対側の面に露出しICチップと導通している一対の電極間の電気抵抗)を測定し、その値を初期値とした。その後、ICチップを搭載したプリント配線板に、−55℃×30分、125℃×30分を1サイクルとしこれを1000サイクル繰り返すヒートサイクル試験を行った。1000サイクル目が終了した時点で先ほどと同様にして電気抵抗を測定し、初期値との変化率(100×(測定値−初期値)/初期値(%))を求めた。そして、電気抵抗の変化率が±5%以内のものを「○」、±5を超えるが±10%以下のものを「△」、±10%を超えたものを「×」とした。その結果を1000サイクル後の抵抗変化(以下、単に抵抗変化という)として表1に示す。 Below, the experiment example for demonstrating the effect of the printed wiring board of this invention is demonstrated. First, for the printed wiring boards of Experimental Examples 1 to 15 manufactured according to the manufacturing procedure of the above-described embodiment, the barrier layer material, barrier layer thickness, solder composition (with flux), post diameter, and aspect ratio shown in Table 1 Was made. Subsequently, an IC chip was mounted on each printed wiring board, and then a sealing resin was filled between the IC chip and the printed wiring board. Then, the electrical resistance of the specific circuit (the electrical resistance between the pair of electrodes exposed to the surface opposite to the IC chip mounting surface of the printed wiring board and conducting to the IC chip) is measured via the IC chip, The value was taken as the initial value. Thereafter, a heat cycle test was performed on the printed wiring board on which the IC chip was mounted, with −55 ° C. × 30 minutes and 125 ° C. × 30 minutes as one cycle and repeating this 1000 cycles. When the 1000th cycle was completed, the electrical resistance was measured in the same manner as described above, and the rate of change from the initial value (100 × (measured value−initial value) / initial value (%)) was obtained. The change rate of electrical resistance was within ± 5%, “◯”, over ± 5 but within ± 10%, “Δ”, and over ± 10%, “×”. The results are shown in Table 1 as resistance change after 1000 cycles (hereinafter simply referred to as resistance change).
表1から明らかなように、バリア層を設けずはんだのみで形成した導体ポストの場合には抵抗変化が著しく大きかったのに対して(実験例15)、バリア層を設けた導体ポストの場合には抵抗変化を小さく抑えることができた(実験例1〜14)。これは、バリア層が存在しないと応力緩和層と導体ポスト(はんだのみ)との間に剥離が発生し、この剥離部分を起点としてICチップやビルドアップ層にクラックが入ることによると推察される。また、アスペクト比が1では抵抗変化の抑制効果が小さかった(実験例1)のに対して、1.5以上では抵抗変化の抑制効果が大きかった(実験例2〜8,10〜14)。更に、導体ポストの径が25μmでアスペクト比が9.6のものでは抵抗変化の抑制効果が小さかった(実験例9)のに対して、導体ポストの径が30〜50μmでアスペクト比が1.5〜8のものでは抵抗変化の抑制効果が大きかった(実験例2〜8,10〜14)。バリア層の材料は銅、Ni/Au、Pd/Au、Au、Ni/Pdのいずれも問題なく使用でき、バリア層の厚さは0.03〜0.5μmでいずれも問題なく使用できることがわかった。はんだ組成は、Sn−Agの2成分系、Sn−Ag−Biの3成分系、Sn−Cuの2成分系のいずれも問題なく使用できることがわかった。 As is clear from Table 1, the resistance change was remarkably large in the case of the conductor post formed only by solder without providing the barrier layer (Experimental Example 15), whereas in the case of the conductor post provided with the barrier layer. Was able to suppress the resistance change small (Experimental Examples 1 to 14). This is presumably because if there is no barrier layer, peeling occurs between the stress relaxation layer and the conductor post (solder only), and the IC chip or build-up layer cracks starting from this peeling portion. . Further, when the aspect ratio was 1, the resistance change suppressing effect was small (Experimental Example 1), whereas when the aspect ratio was 1.5 or more, the resistance change suppressing effect was large (Experimental Examples 2-8, 10-14). Further, when the diameter of the conductor post was 25 μm and the aspect ratio was 9.6, the effect of suppressing the resistance change was small (Experimental Example 9), whereas the diameter of the conductor post was 30 to 50 μm and the aspect ratio was 1. In the case of 5-8, the resistance change suppression effect was large (Experimental Examples 2-8, 10-14). As for the material of the barrier layer, any of copper, Ni / Au, Pd / Au, Au, and Ni / Pd can be used without any problem, and the thickness of the barrier layer is 0.03 to 0.5 μm. It was. As for the solder composition, it was found that any of a two-component system of Sn-Ag, a three-component system of Sn-Ag-Bi, and a two-component system of Sn-Cu can be used without any problem.
同じく上述した実施形態の製法に準じて作製した実験例16〜26のプリント配線板につき、表2に示すはんだ組成、はんだ組成(フラックス入り)、はんだヤング率、ポスト径及びアスペクト比のものを作製した。なお、実験例16〜26では、応力緩和層の厚さはすべて75μm、導体ポストのポスト径はすべて50μm、バリア層はすべて厚さ0.3μmの銅層とした。また、はんだヤング率は、超音波探傷法により求めた。各プリント配線板にICチップを実装し、その後ICチップとプリンと配線板との間に封止樹脂を充填した。そして、先ほどと同様のヒートサイクル試験を行い、1000サイクル後の抵抗変化を測定した。その結果を表2に示す。 Similarly, the printed wiring boards of Experimental Examples 16 to 26 manufactured according to the manufacturing method of the above-described embodiment are manufactured with the solder composition, solder composition (with flux), solder Young's modulus, post diameter, and aspect ratio shown in Table 2. did. In Experimental Examples 16 to 26, the thicknesses of the stress relaxation layers were all 75 μm, the post diameters of the conductor posts were all 50 μm, and the barrier layers were all copper layers having a thickness of 0.3 μm. Further, the solder Young's modulus was obtained by an ultrasonic flaw detection method. An IC chip was mounted on each printed wiring board, and then a sealing resin was filled between the IC chip, the pudding, and the wiring board. Then, the same heat cycle test as before was performed, and the resistance change after 1000 cycles was measured. The results are shown in Table 2.
表2から明らかなように、はんだヤング率が37GPaの場合(実験例16)や70GPaの場合(実験例26)では抵抗変化の抑制効果が小さかったが、はんだヤング率が40,62.3,63.7,67,68GPaの場合には抵抗変化の抑制効果が大きかった(実験例17,18,20,24,25)。この点につき、はんだヤング率が37GPaでは、応力緩和層と導体ポストがプリント配線板と一緒に動いて変形量が大きくなり、応力緩和層で応力をあまり吸収できなかったことが原因で抵抗変化の抑制効果が小さかったと推察される。また、はんだヤング率が70GPaでは、導体ポストが応力緩和層の変形を阻止しすぎたことが原因で抵抗変化の抑制効果が小さかったと推察される。 As apparent from Table 2, when the solder Young's modulus was 37 GPa (Experimental Example 16) or 70 GPa (Experimental Example 26), the resistance change suppressing effect was small, but the solder Young's modulus was 40, 62.3. In the case of 63.7, 67, 68 GPa, the resistance change suppression effect was large (Experimental Examples 17, 18, 20, 24, 25). With respect to this point, when the solder Young's modulus is 37 GPa, the stress relaxation layer and the conductor post move together with the printed wiring board to increase the amount of deformation, and the resistance change due to the fact that the stress relaxation layer cannot absorb much stress. It is inferred that the inhibitory effect was small. Further, when the solder Young's modulus is 70 GPa, it is presumed that the effect of suppressing the resistance change was small because the conductor post prevented the deformation of the stress relaxation layer too much.
10 プリント配線板、12 コア基板、14 コア基板本体、16 配線パターン、18 スルーホール導体、20 ビルドアップ層、22 絶縁層、24 導体回路層、24a 外層導体回路層、26 フィルドビア、30 応力緩和層、32 貫通孔、34 導体ポスト、36 バリア層、36a ランド部、37 はんだ芯体、38 はんだバンプ部、40 実装面、48 はんだバンプ、50 ICチップ、52 パッド、300 低弾性率材料シート、360 無電解銅めっき膜、362 レジスト、364 レジスト、366 レジスト、368 金属被膜、380 はんだ。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数の導体回路層のうち外層に最も近い外層導体回路層を覆うように形成され前記絶縁性樹脂よりも弾性率の低い材料からなる応力緩和層と、
前記応力緩和層を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔の内壁に形成されたバリア層と該バリア層の内側に形成されたはんだ製の芯体とからなり前記外層導体回路層と前記電子部品とを電気的に接続する導体ポストと、
を備えたプリント配線板。 Conductor circuit layers and insulating layers are alternately formed on at least one surface of the core substrate, and each conductor circuit layer is electrically connected through a through-hole conductor or via hole penetrating the insulating layer and mounted on the mounting surface. A printed wiring board in which the electronic component is electrically connected to the conductor circuit layer,
A stress relaxation layer made of a material having a lower elastic modulus than the insulating resin, which is formed so as to cover the outer layer conductor circuit layer closest to the outer layer among the plurality of conductor circuit layers;
A through hole penetrating the stress relaxation layer;
A conductor post comprising a barrier layer formed on the inner wall of the through-hole and a solder core formed inside the barrier layer, and electrically connecting the outer conductor circuit layer and the electronic component;
Printed wiring board with
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