JP2006120999A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 多層配線基板の配線導体の実装信頼性および接続信頼性が高く、配線導体層の狭ピッチ化に対応することができる多層配線基板を提供すること。
【解決手段】 樹脂から成る絶縁層２と配線導体層３とが交互に複数層積層されて成る多層配線基板において、最上層の絶縁層２に、配線導体層３に電気的に接続された貫通導体６が形成されており、最上層の絶縁層２の貫通導体６の直下の部位に支持部材８が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は多層配線基板に関し、より詳細には半導体集積回路素子を収容するための半導体素子収納用パッケージ等の電子部品収納用パッケージや、半導体集積回路等の電気的な検査をするためのプローブカード等に使用される多層配線基板に関するものである。

近年、半導体集積回路は半導体素子の高集積化および処理信号数の増加によって、半導体基板上に形成される端子数が増加するとともに端子の狭ピッチ化が進んでいる。これにより、半導体集積回路素子を収容する半導体素子収納用パッケージの接続端子や、半導体集積回路の電気的な検査を行なうプローブカードのプローブも狭ピッチ化が要求されている。

この狭ピッチ化の要求に対して、半導体素子収納用パッケージにおいては半導体素子の実装形態がワイヤボンディング接続からフリップチップ接続へ、またプローブカードは、カンチレバー方式のものからニードル状のプローブを細密に格子状に配置したものへと移り変わってきている。

また、それら半導体素子収納用パッケージやプローブカードに使われる多層配線基板の構成は、ガラス繊維から成る基材に有機樹脂を含浸硬化させた絶縁層に銅箔をパターン加工した配線導体層を形成して成るプリント配線板から、配線導体層の狭ピッチ化に優れるとともに、配線導体層を細密な格子状に配置することが可能な、基板の上面に薄膜の絶縁層と配線導体層とから成る多層配線部を形成したビルドアップ方式の多層配線基板へと移り変わってきている。

かかるビルドアップ方式の多層配線基板は、基板の上面に、ポリイミド樹脂等から成り、カーテンコート法やスピンコート法等によって樹脂の前駆体を塗布し加熱硬化させることによって形成される絶縁層と、銅やアルミニウム等の金属から成り、めっき法や気相成膜法等の薄膜形成技術およびフォトリソグラフィ技術を採用することによって形成される配線導体層とを交互に多層に積層させた構造となっている。
特開平１１−１６３５２０号公報 特開平１１−３８０４４号公報

しかしながら、基板の上面にポリイミド樹脂等から成る絶縁層が多層に積層された多層配線基板では、最表層の接続用の配線導体層に導体バンプやプローブを熱圧着による拡散接合（加熱と加圧とによる接合）を行い接続すると、接続用の配線導体層の下側が樹脂から成る絶縁層が熱負荷の影響により柔らかくなるため、導体バンプやプローブを熱圧着する際の圧力により接続用の配線導体層が沈み込み、配線導体層が断線するという問題点があった。また、接続用の配線導体層の沈み込みにより、導体バンプやプローブと接続用の配線導体層との熱圧着に十分な圧力が加わらず、これらの接続不良が生じるという問題点もあった。

本発明は上記のような背景技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、多層配線基板の配線導体層の実装信頼性および接続信頼性が高く、配線導体層の狭ピッチ化に対応することができる多層配線基板を提供することにある。

本発明の多層配線基板は、樹脂から成る絶縁層と配線導体層とが交互に複数層積層されて成る多層配線基板において、最上層の前記絶縁層に、前記配線導体層に電気的に接続された貫通導体が形成されており、前記絶縁層の前記貫通導体の直下の部位に支持部材が設けられていることを特徴とする。

本発明の多層配線基板において、好ましくは、前記支持部材の剛性率が１０ＧＰａ以上であることを特徴とする。

本発明の多層配線基板において、好ましくは、前記支持部材は絶縁体であることを特徴とする。

本発明の多層配線基板によれば、最上層の絶縁層に、配線導体層に電気的に接続された貫通導体が形成されており、この最上層の絶縁層の貫通導体の直下の部位に支持部材が設けられていることにより、最表層の絶縁層に形成された貫通導体の直上の配線導体層に導体バンプやプローブを熱圧着により接続する際に、加圧、加熱による配線導体層の沈み込みを有効に防止して接続することができる。

すなわち、導体バンプやプローブを接続する際にかかる応力に対して、支持部材により配線導体層を有効に支持することができ、その結果、配線導体層の断線を有効に防止できるとともに、導体バンプやプローブを配線導体層に熱圧着する際に十分な圧力を加えることができ、接続信頼性を高めることができる。

本発明の多層配線基板によれば、好ましくは、支持部材の剛性率が１０ＧＰａ以上であることから、硬い支持部材によって、配線導体層の沈み込みをより有効に防止でき、導体バンプやプローブを配線導体層に熱圧着する際に十分な圧力を安定して加えることが可能となる。

本発明の多層配線基板によれば、好ましくは、支持部材は絶縁体であることにより、配線導体層や貫通導体を通過する電気信号に与える影響を少なくすることができ、電気特性に優れるものとすることができる。

よって、樹脂の絶縁層と配線導体層とを積み重ねている多層配線基板の構造にしても、最表層の配線導体層にプローブを接続するために加圧、加熱の応力を加えても配線導体層の断線が無く、接続信頼性が高いとともにプローブの配列の侠ピッチ化に対応できる多層配線基板となる。

以下、図面に基づいて本発明の多層配線基板を詳細に説明する。

図１は本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は図１に示す多層配線基板における支持部材の周辺の状態を示す要部拡大断面図である。これらの図において、１は基板、２は絶縁層、３は配線導体層、４は絶縁層２の一部としての絶縁フィルム層、５は絶縁層２の一部としての絶縁性接着剤層、６は貫通導体、７は貫通孔、８は最表層の貫通導体６を支える支持部材である。

基板１は、その上面に複数の絶縁フィルム層４を間に絶縁性接着剤層５を介して積層した絶縁層２と配線導体層３とを多層に積層した多層配線部が配設されており、この多層配線部を支持する支持体として機能する。

基板１は、酸化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等の酸化物系セラミックス、表面に酸化物膜を有する窒化アルミニウム質焼結体，炭化珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックス、ガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂、あるいはガラス繊維から成る基材にビスマレイミドトリアジン樹脂を含浸させたもの等の電気絶縁材料で形成されている。

基板１が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合には、アルミナ，シリカ，カルシア，マグネシア等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれをドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとともに高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。あるいは、アルミナ等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して原料粉末を調製するとともにこの原料粉末をプレス成形機によって所定形状に成形し、最後にこの成形体を高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。また、ガラスエポキシ樹脂から成る場合は、例えばガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、このエポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させることによって製作される。

また、基板１には、その上面に複数の絶縁層２と配線導体層３とを多層に積層した多層配線部が配設されている。絶縁層２は上下に位置する配線導体層３を電気的に絶縁し、配線導体層３は電気信号を伝達するための伝達路として機能する。

多層配線部の絶縁層２は、例えば、絶縁フィルム層４と絶縁性接着剤層５とから構成されており、絶縁フィルム層４はポリイミド樹脂，ポリフェニレンサルファイド樹脂，全芳香族ポリエステル樹脂，フッ素樹脂等から成る。また、絶縁性接着剤層５はシロキサン変性ポリアミドイミド樹脂，シロキサン変性ポリイミド樹脂，ポリイミド樹脂,ビスマレイミドトリアジン樹脂等から成る。

絶縁層２は、例えば、まず１２．５〜５０μｍ程度の絶縁フィルムに絶縁性接着剤をドクターブレード法等を用いて乾燥厚みで５〜２０μｍ程度に塗布し乾燥させたものを準備し、この絶縁フィルム層４を基板１や下層の絶縁層２の上面の間に絶縁性接着剤層５が配されるように積み重ね、これを加熱プレス装置を用いて加熱加圧し接着することによって形成される。

これらに使われる絶縁フィルム層４と絶縁性接着剤層５との組み合わせとしては、例えば、絶縁フィルム層４をポリイミド樹脂とし、絶縁性接着剤層５をシロキサン変性ポリアミドイミド樹脂とする組み合わせがある。この組み合わせによれば、シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂とポリイミド樹脂との接着性も良好であり、かつ耐熱性が高いものであるため、これらにより形成した多層配線基板をプリント基板等に実装する際の耐半田耐熱性等が良好なものとなる。

また、より耐熱性が高い組み合わせとしては、絶縁フィルム層４をポリイミド樹脂とし、絶縁性接着剤層５を絶縁フィルム層４よりも融点が低い熱可塑性のポリイミド樹脂としておくのがよい。この組み合わせの場合には、耐熱性が高いものになるとともに、絶縁フィルム層４と絶縁性接着剤層５の線膨張係数差を小さくできるための線膨張係数の差による応力を低くすることができ、これにより、配線導体層３と貫通導体６との界面における剥離を生じる応力を小さくすることができる。また、多層配線基板の全体の反りを低減することができるようになることにより、その表面に実装される半導体集積回路素子の端子の狭ピッチ化にもよりよく対応することができるような多層配線基板にすることができる。

さらに、各絶縁層２には表面に配線導体層３が配設されるとともに、絶縁層２を挟んで上下に位置する配線導体層３同士を電気的に接続するため、その絶縁層２に設けた貫通孔７に貫通導体６が埋設されている。これら配線導体層３および貫通導体６は、銅，金，アルミニウム，ニッケル，クロム，モリブデン，チタンおよびそれらの合金等の金属材料をスパッタリング法，蒸着法，めっき法等の薄膜形成技術を採用することによって形成することができる。

貫通導体６は配線導体層３と別々に形成してもよいが、これらは同時に形成した方が、工程数を少なくできる点で好ましいものとなるとともに、両者の電気的な接続信頼性の点でも良好なものとなる。また、配線導体層３と貫通導体６とを一体的に形成する場合には、それぞれを所望の厚みに調整してめっき膜で形成することができるように、主として電解めっき法を用いて形成しておくのがよい。

配線導体層３および貫通導体６の形成方法は、例えば、まず絶縁層２の表面に貫通導体６用の貫通孔７を形成する。貫通孔７は、例えばレーザを使い、所定位置の絶縁層２を除去することにより形成される。特に、貫通孔７の開口の径が小さな場合は、貫通孔７の内壁面の角度をコントロールすることが容易で貫通孔７の内壁面が滑らかに加工される紫外線レーザ等で形成することが望ましい。

次に、絶縁層２の上面の全面に、クロム，モリブデン，チタン等から成る拡散防止層（バリア層）とその上に被着された主に銅から成る銅層とで構成された下地導体層を無電解めっき法やスパッタリング法等によって形成する。そして、下地導体層が形成された基板１をフォトリソグラフィ法を用いて配線導体層３となる部分以外を覆うようにレジストパターンを形成した後、配線導体層３および貫通導体６の主導体層の部分を、電解めっき法にて形成する。その後、レジストパターンを除去し、レジストパターンにより覆われていた余分な下地導体層をケミカルエッチング法やドライエッチング法等にて除去することにより配線導体層３が形成される。

最表層の絶縁層２に形成された貫通導体６の直上には、導体バンプやプローブを接続するための配線導体層３が形成されており、この最表層の絶縁層２の貫通導体６の直下には支持部材８が設けられている。支持部材８は、その上面と最表層の絶縁層２に形成された貫通導体６の下面との間に絶縁層２が設けられていてもよく、また、支持部材８の下面と基板１の上面との間に絶縁層２が設けられていてもよい。好ましくは、支持部材８の上下面が貫通導体６の下面および基板１の上面にそれぞれ接続されているのがよい。これにより、基体１と貫通導体６とが樹脂から成る絶縁層２を介すことなく、硬い支持部材８のみで接続されるので、貫通導体６の直上に形成された配線導体層３に導体バンプやプローブを接続する際に配線導体層３が沈み込むのをきわめて有効に防止できる。

最表層の貫通導体６の直下に形成される支持部材８は、絶縁層２を形成する樹脂よりも剛性率が高いものであればよく、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属材料や、ガラス、セラミックス等の絶縁性材料、金属粉末または無機粉末を含有した樹脂、またはこれらの複合材料等が用いられる。好ましくは、剛性率が１０ＧＰａの材料から成るのがよい。ここで、剛性率とは、せん断力による変形のしやすさを決める指数であり、せん断弾性係数ともよばれるものである。

支持部材８の剛性率が１０ＧＰａ未満であると、支持部材８による導体バンプやプローブを接続するための配線導体層３の沈み込みを防止する効果が小さくなりやすい。

また、支持部材８は、電気信号が支持部材８中に流れて電気特性を劣化させないように電気伝導率の低い、例えば０〜１０×１０^６ジーメンス/ｍのものが用いられるのがよい。より好ましくは、支持部材８は絶縁体であることがよく、これにより、配線導体層３や貫通導体６を通過する電気信号に与える影響を非常に少なくすることができ、電気特性に優れた多層配線基板とすることができる。

本発明の最表層の配線導体層３に接続する貫通導体６の直下に形成された支持部材８の形成方法については、例えば、レーザを使い、所定位置の絶縁層２を除去して貫通孔７を形成した後に、その貫通孔７にガラスペーストまたは金属ペーストを印刷し、加熱してガラスまたは金属を溶融させて互いに結合させて支持部材８を形成し、さらに上述した方法により配線導体層３および貫通導体６を形成する。さらに別の絶縁層２，貫通孔７，支持部材８，配線導体層３，貫通導体６の形成を繰り返して多層化する。そして、最表層の絶縁層２については、下層に形成された支持部材８の直上に貫通導体６を形成することにより、最表層の配線導体層３に接続する貫通導体６の直下に形成された支持部材８の形成することができる。

このように最表層の貫通導体６の直下に支持部材８を形成することにより、最表層の絶縁層２に形成された貫通導体６の直上の配線導体層３に導体バンプやプローブを熱圧着により接続する際に、加圧、加熱による配線導体層３の沈み込みを有効に防止して接続することができる。すなわち、導体バンプやプローブを接続する際にかかる応力に対して、支持部材８により配線導体層３を有効に支持することができ、その結果、配線導体層３の断線を有効に防止できるとともに、導体バンプやプローブを配線導体層３に熱圧着する際に十分な圧力を加えることができ、接続信頼性を高めることができる。

なお、最表層の絶縁層２に形成された貫通導体６の直上には、導体バンプやプローブを接続するための配線導体３を形成しなくともよく、その場合、最表層の絶縁層２に形成された貫通導体６の上面に直接導体バンプやプローブを接続すればよい。

また、多層配線基板の最上層となる絶縁層２の表面に形成される配線導体層３の主導体層には、電気的な特性や接続信頼性の観点から、主導体層が銅層から成るものとすることがよく、また、その場合には接続信頼性および耐環境信頼性の観点から主導体層の上にニッケル層や金層を形成するとよい。

かくして、本発明の多層配線基板によれば、最上層の絶縁層２の表面に露出した貫通導体６の上面に、または、貫通導体６の上面に形成された配線導体層３に半導体集積回路の導体バンプを実装するとともに、多層配線基板を外部電気回路に電気的に接続することによって半導体装置となる。

あるいは、本発明の多層配線基板によれば、最上層の絶縁層２の表面に露出した貫通導体６の上面に、または、貫通導体６の上面に形成された配線導体層３にプローブを接続し、固定するともに多層配線基板を外部電気回路に電気的および機械的に接続することによって、半導体集積回路等の電気的な検査をするためのプローブカードとなる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の例においては、絶縁層２は絶縁フィルム層４と絶縁性接着剤層５との２層構造のものを多層に積層したが、例えば絶縁フィルム層４を挟んで上下に絶縁性接着剤層５を形成したものを多層に積層したものを用いてもよい。

本発明の多層配線基板について以下に実施例を示す。

絶縁フィルム４としてポリイミドフィルム（宇部興産株式会社製ポリイミドフィルム「ユーピレックスＳ」）の12.5μｍ厚みのものに絶縁性接着剤５としてシロキサン変性ポリアミドイミドを10μｍ厚みに塗布し、絶縁層２となる絶縁性接着剤層５付きの絶縁フィルム層４を準備した。

次に、表面にタングステンの配線導体層を形成したアルミナ質焼結体からなる基板１（１００ｍｍ角）に圧力３ＭＰａ，２６０℃，６０分間の加熱加圧条件で先の絶縁フィルム層４を絶縁性接着剤層５を間にして積層し絶縁層２を形成した。その後、エキシマレーザ法にて１００μｍの開口径の貫通孔の加工を行ない、次いでスパッタリング法にて銅から成る配線導体層３や貫通導体６を絶縁フィルム層の上面および貫通孔の内部に形成した。さらに同様の方法で絶縁層２および配線導体層３を積層した。

そして、この積層した絶縁層２にエキシマレーザ法にて１００μｍの開口径の貫通孔を基体１の表面が露出するように加工を行ない、この貫通孔内に種々のガラス粉末、金属粉末（Ｆｅ，Ｔｉ）、アルミナ粉末をエポキシ樹脂に混合することで得られるペーストを充填し、２００℃に加熱して硬化させることにより種々の剛性率の支持部材８を形成した。

さらに、この支持部材８を形成した絶縁層２の上面に別の絶縁層２および配線導体層３を形成して、サンプルとしての多層配線基板を作製した。

この各剛性率の材料の支持部材８が形成されたサンプルの表面の配線導体層３にＡｕリボンを同条件で接続し、Ａｕリボンと配線導体層３との接続強度を比較することによって、サンプルの評価を行なった。

Ａｕリボンと配線導体層３との接続強度は、引っ張り試験により行なった。その結果を図３に示す。

図３の結果から明らかなように、剛性率が１０ＧＰａ以下では、Ａｕリボンを配線導体層３に接続する際に配線導体層３が沈み込み、Ａｕリボン引っ張り時の破断荷重が４０ｇ程度であった（図中に△で示す）。

これに対して、１０ＧＰａ以上では、Ａｕリボン引っ張り時の破断荷重がより高い結果を得た（図中に○で示す）。また、Ａｕリボンの破断加重が大きく１００ｇ以上にならないのは、Ａｕリボンの接着強度よりも、Ａｕリボン自体が先に切断されたためである。

このように、支持部材８の剛性率を１０ＧＰａ以上とすることでより接続信頼性の高い結果が得られ、より好ましいことがわかった。

本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 図１の多層配線基板における支持部材の周辺の状態を示す要部拡大断面図である。 異なる剛性率の支持部材を用いた多層配線基板の評価結果を示すグラフである。

符号の説明

１・・・・基板
２・・・・絶縁層
３・・・・配線導体層
６・・・・貫通導体
８・・・・支持部材

Claims (3)

1. 樹脂から成る絶縁層と配線導体層とが交互に複数層積層されて成る多層配線基板において、最上層の前記絶縁層に、前記配線導体層に電気的に接続された貫通導体が形成されており、前記絶縁層の前記貫通導体の直下の部位に支持部材が設けられていることを特徴とする多層配線基板。
2. 前記支持部材の剛性率が１０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
3. 前記支持部材は絶縁体であることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。

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