JP2006210473A

JP2006210473A - 多層配線基板

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Publication number: JP2006210473A
Application number: JP2005017864A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Oyamada; 毅小山田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2025-01-26
Also published as: JP4578254B2

Abstract

【課題】表面の平坦性が良好であるとともに、電気特性および導通信頼性に優れた多層配線基板を提供すること。
【解決手段】上面に導体層３を有する配線基板１上に、樹脂絶縁層４と配線導体層５とを交互に積層するとともに、上下に位置する配線導体層５と導体層３とをそれらの間の樹脂絶縁層４に形成した貫通導体６を介して電気的に接続して成る多層配線基板において、配線基板１を、絶縁基体２と、その上面に直接密着された貫通孔を有する樹脂被覆層１０と、貫通孔を埋めるように設けられた導体層３とで構成しており、導体層３を、主導体部と、その側面および底面を連続して覆う主導体部よりも熱膨張係数の小さい下地導体部とで構成した。
【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半導体素子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、基板の上面に樹脂絶縁層と薄膜の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、図４に示すように、配線基板１１の上面に、エポキシ樹脂や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樹脂絶縁層１４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１５とを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、従来のビルドアップ方式の多層配線基板は、ガラスクロスに樹脂を含浸させた絶縁基体１２の主面に銅箔を積層し、この銅箔を配線パターン状にエッチングして導体層１３を形成することにより、またはセラミックスから成る絶縁基体１２の主面にメタライズ層から成る導体層１３を形成することにより、配線基板１１を構成していたため、配線基板１１の表面は導体層１３が突出した状態となって凹凸形状になっていた。このような配線基板１１の上面に樹脂絶縁層１４を積層すると、配線基板１１の表面の凹凸形状に応じて樹脂絶縁層１４の上面も凹凸形状になっていた。さらに樹脂絶縁層１４の積層数を増加させると、最上層の樹脂絶縁層１４の表面の凹凸形状がより大きくなり、その表面に形成される配線導体層１５の表面の高さにばらつきが生じてプローブカードや半導体素子収納用パッケージとしては、配線導体層１５と半導体素子との電気的な接続を行なうための接続部材の長さが変わり電気抵抗などの電気的な特性が悪くなるとともに、接続部材の長さの違いにより接続部材の接続部分に応力が偏って集中しやすくなり接続部が破断するなどの電気的導通不良が生じるという問題点があった。

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、表面の平坦性が良好であるとともに、電気特性および導通信頼性に優れた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、上面に導体層を有する配線基板上に、樹脂絶縁層と配線導体層とを交互に積層するとともに、上下に位置する前記配線導体層と前記導体層とをそれらの間の前記樹脂絶縁層に形成した貫通導体を介して電気的に接続して成る多層配線基板において、前記配線基板を、絶縁基体と、その上面に直接密着された貫通孔を有する樹脂被覆層と、前記貫通孔を埋めるように設けられた前記導体層とで構成しており、前記導体層を、主導体部と、その側面および底面を連続して覆う前記主導体部よりも熱膨張係数の小さい下地導体部とで構成したことを特徴とするものである。

また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、前記下地導体部は、前記導体層の下面側の部位が前記導体層の側面側の部位よりも厚いことを特徴とするものである。

また、本発明の多層配線基板は、上記それぞれの構成において、前記下地導体部は、その下面が前記絶縁基体の上面よりも内部に埋入していることを特徴とするものである。

本発明の多層配線基板によれば、配線基板を、絶縁基体と、その上面に直接密着された貫通孔を有する樹脂被覆層と、貫通孔を埋めるように設けられた導体層とで構成しており、導体層を、主導体部と、その側面および底面を連続して覆う主導体部よりも熱膨張係数の小さい下地導体部とで構成したことから、樹脂絶縁層と絶縁基体との間に導体層がないため、導体層の厚みによる樹脂絶縁層の表面に生じる凹凸がなくなり、多層配線基板の表面の平坦性を非常に高めることができる。

また、導体層を、主導体部と、その側面および底面を連続して覆う主導体部よりも熱膨張係数の小さい下地導体部とで構成することによって、主導体部の熱膨張を下地導体部で拘束して導体層全体の熱膨張を抑制することができる。よって、熱膨張係数の異なる絶縁基体、導体層および樹脂絶縁層の３種の材料の接点が存在したとしても、その接点で生じる応力を有効に抑制することができ、導体層と貫通導体との導通信頼性をきわめて高くすることができる。

また、本発明の多層配線基板によれば、下地導体部は、導体層の下面側の部位が導体層の側面側の部位よりも厚いことから、樹脂絶縁層を多層に積層するとともに各樹脂絶縁層に形成された貫通導体を導体層の直上に重ねた構造、いわゆるスタック構造とした場合でも、導体層と絶縁基体との界面に生じる応力をより有効に抑制できる。つまり、スタック構造とした場合、導体層は、上下方向に重なりあった貫通導体全体の熱膨張による応力が加わるだけでなく、熱膨張係数の異なる絶縁基体にも接しているため、導体層と絶縁基体との界面において特に応力が集中するが、この応力に対して下地導体部を厚くすることにより、応力をより有効に抑制できる。

また、本発明の多層配線基板によれば、下地導体部は、その下面が絶縁基体の上面よりも内部に埋入していることから、樹脂絶縁層と絶縁基体との界面、および下地導体部と絶縁基体との界面を同一平面上からずらすことができ、熱膨張によってそれらの界面に生じる応力が合わさって大きな応力になるのを有効に防止し、貫通導体と導体層との接続信頼性をより向上させることができるようになる。

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導体層３の周辺の状態を示す要部拡大断面図である。また、図３は本発明の多層配線基板の実施の形態の他の例における導体層３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は配線基板、２は絶縁基体、３は導体層、４は樹脂絶縁層、５は配線導体層、６は貫通導体、７は主導体部、８は下地導体部、９は貫通孔、１０は樹脂被覆層である。

配線基板１は、絶縁基体２の上面に貫通孔９を有する樹脂被覆層１０を直接密着させるとともに、貫通孔９を埋めるように導体層３を設けることにより構成されている。そして、この配線基板１の上面に、樹脂絶縁層４と配線導体層５とを積層した薄膜配線部が配設されており、この薄膜配線部を支持する支持部材として機能する。

絶縁基体２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、あるいは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、ガラスクロスなどで補強されたエポキシ樹脂等の電気絶縁材料で形成されている。

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。

樹脂被覆層１０は絶縁性を有する種々の樹脂が用いられ、例えば、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絶縁フィルム１０ａの主面に、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性接着剤層１０ｂを形成したものが用いられる。

また、樹脂絶縁層４は樹脂被覆層１０と異なる材料でもよく、同じ材料でもよい。好ましくは、熱膨張係数差を小さくするために、樹脂被覆層１０と同じ材料であるのがよい。このような樹脂絶縁層４は、例えば、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絶縁フィルム４ａの主面に、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性接着剤層４ｂを形成したものが用いられる。

樹脂被覆層１０や樹脂絶縁層４は、例えば、まず５〜２０μｍ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５〜１０μｍ程度に塗布し乾燥させたものを準備し、これを絶縁基体２上や樹脂被覆層１０上に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と絶縁性接着剤層との組み合わせとしては、例えば、絶縁フィルム層をポリイミド樹脂とし、絶縁性接着剤層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、絶縁フィルム層をポリイミド樹脂とし、絶縁性接着剤層をシロキサン変性ポリイミド樹脂としておくと、耐熱性が高いものになるとともに、絶縁基体２をセラミックスで構成したとしても、この組み合わせで形成された樹脂被覆層１０、樹脂絶縁層４、絶縁基体２の各熱膨張係数差を小さくできるため熱膨張係数の差による応力を低くすることができる。よって、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。

また、樹脂被覆層１０の貫通孔９は導体層３で埋められている。導体層３は、主導体部７と、その側面および底面を連続して覆う主導体部７よりも熱膨張係数の小さい下地導体部８とから成る。

主導体部７は、銅，金，アルミニウム等の低電気抵抗金属からなる。また、下地導体部８は、主導体部７よりも熱膨張係数の小さい金属から成り、例えば、ニッケル，クロム，モリブデン，タングステン,タンタル,ルテニウム,チタンおよびそれらの合金等の金属材料からなる。このような金属材料を用いることにより、下地導体部８は、主導体部７に対する拡散防止層（バリア層）および接着層としての機能をも有する。

好ましくは、下地導体部８の熱膨張係数は主導体部７の熱膨張係数の０．２〜０．９倍であるのがよい。０．９倍を超える場合、主導体部７の熱膨張を下地導体部８で拘束して導体層３全体の熱膨張を抑制する効果が小さくなりやすい。また、０．２倍未満の場合、主導体部７と下地導体部８との熱膨張係数差が大きくなり、これらの界面に応力が生じて導体層３の導通信頼性が低下しやすくなる。

導体層３は、先ず、絶縁基体２に樹脂被覆層１０を積層し、この樹脂絶縁層４に導体層３のパターン形状の貫通孔９を形成する。このような貫通孔９は、例えば金属膜をマスクとして樹脂絶縁層４の上面側を酸素プラズマ処理すること、もしくはレーザを使うことによって樹脂絶縁層４の上面側の一部を貫通除去することにより形成される。

次に、樹脂絶縁層４の上面の全面、貫通孔９の内面、および貫通孔９内に露出した絶縁基体２表面にスパッタリング法，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、下地導体部８を被着させる。その後、次に、その下地導体部８上面の全面に主導体部７を、電解めっき法などで貫通孔９が埋め込まれるまで形成する。その後、不必要な厚みにまで形成した電解めっき膜を研磨法やケミカルエッチング法等にて所定厚みまで除去することにより、所望のパターン形状の導体層３に加工することができる。

好ましくは、下地導体部８は、導体層３の下面側の部位が導体層３の側面側の部位よりも厚くなっているのがよい。これにより、樹脂絶縁層４を多層に積層するとともに各樹脂絶縁層４に形成された貫通導体６を導体層３の直上に重ねた構造、いわゆるスタック構造とした場合でも、導体層３と絶縁基体２との界面に生じる応力をより有効に抑制できる。つまり、スタック構造とした場合、導体層３は、上下方向に重なりあった貫通導体６全体の熱膨張による応力が加わるだけでなく、熱膨張係数の異なる絶縁基体２にも接しているため、導体層３と絶縁基体２との界面において特に応力が集中するが、この応力に対して下地導体部８を厚くすることにより、応力をより有効に抑制できる。

特に導体層３の側面側に形成される下地導体部８は金属膜の内部応力による樹脂絶縁層４への影響をなくすため、その厚みを０．０１μｍ以上０．３μｍ以下とし、導体層３の下面側に形成される下地導体部８は、絶縁基体２との熱膨張差を十分に緩和できるように、その厚みを０．５μｍ以上３μｍ以下しておくのがよい。

また、好ましくは、下地導体部８は、図３に示すように、その下面が絶縁基体２の上面よりも内部に埋入しているのがよい。これにより、樹脂絶縁層４と絶縁基体２との界面、および下地導体部８と絶縁基体２との界面を同一平面上からずらすことができ、熱膨張によってそれらの界面に生じる応力が合わさって大きな応力になるのを有効に防止し、貫通導体６と導体層３との接続信頼性をより向上させることができるようになる。

また、配線基板１の上面には、樹脂絶縁層４と配線導体層５とが交互に積層されているとともに、上下に位置する配線導体層５と導体層３とがそれらの間の樹脂絶縁層４に形成した貫通導体６を介して電気的に接続されている。配線導体層５や貫通導体６は、銅，金，アルミニウム等の低電気抵抗金属からなり、スパッタリング法，蒸着法，めっき法等の薄膜形成技術等により形成することができる。

なお、多層配線基板の最上層となる樹脂絶縁層４の表面に形成される配線導体層５は、接続信頼性および耐環境信頼性の観点から、その露出した表面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の最上層に位置する樹脂絶縁層４の表面に形成された配線導体層５に半導体集積回路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。

また、本発明の多層配線基板の最上層に位置する樹脂絶縁層４の表面に形成された配線導体層５と接触させてプローブを配置、固定するとともに、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、樹脂絶縁層４は絶縁フィルム層と絶縁性接着剤層との２層構造のものを積層したが、例えば絶縁フィルム層を中心に上下に絶縁性接着剤層を形成したものを積層したものや液状の樹脂をコーティングして加熱し架橋させたものを用いてもよい。また、樹脂絶縁層４と配線導体層５を複数層形成してもよい。

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導体層の周辺の状態を示す要部拡大断面図である。本発明の多層配線基板の実施の形態の他の例における導体層の周辺の状態を示す要部拡大断面図である。従来の多層配線基板の断面図である。

符号の説明

１・・・・配線基板
２・・・・絶縁基体
３・・・・導体層
４・・・・樹脂絶縁層
５・・・・配線導体層
６・・・・貫通導体
７・・・・主導体部
８・・・・下地導体部
９・・・・貫通孔
１０・・・樹脂被覆層

Claims

上面に導体層を有する配線基板上に、樹脂絶縁層と配線導体層とを交互に積層するとともに、上下に位置する前記配線導体層と前記導体層とをそれらの間の前記樹脂絶縁層に形成した貫通導体を介して電気的に接続して成る多層配線基板において、前記配線基板を、絶縁基体と、その上面に直接密着された貫通孔を有する樹脂被覆層と、前記貫通孔を埋めるように設けられた前記導体層とで構成しており、前記導体層を、主導体部と、その側面および底面を連続して覆う前記主導体部よりも熱膨張係数の小さい下地導体部とで構成したことを特徴とする多層配線基板。
前記下地導体部は、前記導体層の下面側の部位が前記導体層の側面側の部位よりも厚いことを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
前記下地導体部は、その下面が前記絶縁基体の上面よりも内部に埋入していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の多層配線基板。