JP2007081433A - 接続基板、および該接続基板を用いた多層配線板と半導体パッケージ用基板と半導体パッケージ、ならびにこれらの製造方法 - Google Patents

接続基板、および該接続基板を用いた多層配線板と半導体パッケージ用基板と半導体パッケージ、ならびにこれらの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】1又は2以上の層を形成してなる絶縁樹脂組成物層、および少なくとも導体回路を接続する箇所に該絶縁樹脂組成物層を厚さ方向に貫くように形成されている接続用導体からなることを特徴とする接続基板、および該接続基板を用いた多層配線板と半導体パッケージ用基板と半導体パッケージ、ならびにこれらを製造する方法を提供する。
【解決手段】少なくともキャリアとなる第2の金属層と、当該第2の金属層と除去条件の異なる第1の金属層からなる複合金属層の、当該第1の金属層を選択的に除去して接続用導体を形成する工程、少なくとも前記接続用導体の側面を覆うように1又は2以上の絶縁樹脂組成物層を形成する工程、および前記接続用導体が露出するように前記絶縁樹脂組成物層を研磨する工程を含むことを特徴とする接続基板の製造方法。
【選択図】図2

Description

本発明は、接続基板、および該接続基板を用いた多層配線板と半導体パッケージ用基板と半導体パッケージ、ならびにこれらの製造方法に関する。
近年、我々を取り巻く社会環境は、情報通信網の進展と共に大きく変化している。その中に、携帯機器の成長があり、小型・高機能化と共にその市場は拡大している。このため、半導体パッケージの更なる小型化と、それらを高密度に実装できる多層配線基板が要求され、高密度配線が可能な層間接続、すなわち高密度多層化技術が重要となっている。
主な多層化方法としては、ドリル穴明けとめっきプロセスを組み合わせたスルーホール接続があり、広く一般に知られているが、全ての層にわたって穴があくので、配線収容量に限界がある。
そこで、接続部の穴体積を減らすため、絶縁樹脂組成物層の形成−穴あけ−回路形成を繰り返すビルドアップ技術が主流となりつつある。このビルドアップ技術は、大別して、レーザ法とフォトリソ法があり、レーザ法は、絶縁樹脂組成物層に穴をあけるのにレーザ照射を行うものであり、一方、フォトリソ法は、絶縁樹脂組成物層に感光性の硬化剤(光開始剤)を用い、フォトマスクを重ねて、露光・現像して穴を形成する。
また、更なる低コスト化・高密度化を目的とするいくつかの層間接続方法が提案されている。その中に、穴明けと導電層めっき工程を省略できる工法が注目されている。この方法は、まず、基板の配線上に導電性ペーストの印刷でバンプを形成した後、Bステージ状態にある層間接続絶縁材と金属層を配置して、プレスによりバンプを成形樹脂内に貫挿させ金属層と導通接続させるものである。このバンプを貫挿する方法は、学会や新聞でも発表されており、プリント板業界で広く認知されている(太平 洋、他2名:新製法によるプリント配線板の提案、第9回 回路実装学術講演大会講演論文集、ISSN 0916−0043,15A−10,PP.55−56,(1995.3.14〜16)、森崇浩,他5名:バンプによる層間接続技術を用いた基板の応用と微細化,第10回 回路実装学術講演大会講演論文集,ISSN 0916−0043,15A−09,PP.79−80,(1996.3.13〜15)。
また、シリコンゴムなどのエラストマの中にめっきしたワイヤを厚さ方向に埋め込んだものが開発され、2層の導体を接続する簡易ツールとして利用されている。
しかしながら、従来の技術のうちレーザ法は、絶縁材料の選択範囲が広く、隣接する層間の穴あけだけでなく、さらに隣接する層までの穴あけも行えるが、レーザ照射して蒸散した樹脂かすを除去するためにデスミア処理を必要とし、穴数に比例した加工費増大を伴うという課題がある。
また、フォトリソ法は、従来の配線板製造設備を利用でき、穴加工も一度に行うことができ低コスト化に有利ではあるが、層間絶縁材料の解像度と、耐熱性および回路と絶縁樹脂組成物層間の接着強度の両立が困難であるという課題がある。
また、バンプは導電ペーストの印刷やめっきなどを利用して形成されるため、その形成精度が印刷技術の限度に依存してしまい、もしくはめっきによる場合は、バンプ高さのばらつきを抑制することが、特に穴径が異なるときに困難であるという課題がある。さらに、導電ペーストによるバンプは機械強度が小さく、プレス圧力によって破壊されるおそれがあり、穴明け工程を必要とする場合には接続信頼性が低くなるおそれがある。
また、シリコンゴムなどのエラストマの中にめっきしたワイヤを厚さ方向に埋め込み2層の導体を接続する方法は、簡便ではあるが、所望の接続箇所にだけワイヤを埋め込むことが困難であり、格子状に埋め込んだ場合には接触させたくない箇所においてワイヤが邪魔になるという課題がある。
本発明は、上記を鑑みて、1)穴あけ工程を行わずに必要な箇所のみの層間接続を形成することができ、2)強固なフィルドビア構造を形成することができ、3)接続信頼性に優れた微細配線回路を形成することができ、4)機械的熱的精度に優れ、5)一括積層により多層化することが可能な接続基板、および該接続基板を用いた多層配線板と半導体パッケージ用基板と半導体パッケージ、ならびにこれらを製造する方法を提供することを目的とする。
即ち、本発明は、以下のことを特徴とする。
(1)1又は2以上の層を形成してなる絶縁樹脂組成物層、および少なくとも導体回路を接続する箇所に該絶縁樹脂組成物層を厚さ方向に貫くように形成された接続用導体からなることを特徴とする接続基板。
(2)少なくとも一方の面に接続用導体と電気的に接続された導体回路を有することを特徴とする上記(1)に記載の接続基板。
(3)導体回路が金属層であることを特徴とする上記(2)に記載の接続基板。
(4)接続用導体の露出部が金属で覆われていることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の接続基板。
(5)表裏の最外層にある絶縁樹脂組成物の一方または両方が主に熱可塑性樹脂からなることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の接続基板。
(6)少なくともキャリアとなる第2の金属層と、当該第2の金属層と除去条件の異なる第1の金属層からなる複合金属層の、当該第1の金属層を選択的に除去して接続用導体を形成する工程、少なくとも接続用導体の側面を覆うように1又は2以上の絶縁樹脂組成物層を形成する工程、および接続用導体が露出するように絶縁樹脂組成物層を研磨する工程を含むことを特徴とする接続基板の製造方法。
(7)複合金属層が、第1の金属層と、第2の金属層と、当該第1の金属層および当該第2の金属層の中間に位置し、これらと除去条件の異なる第3の金属層とからなり、第1の金属層を選択的に除去して接続用導体を形成した後、当該第3の金属層を選択的に除去することを特徴とする上記(6)に記載の接続基板の製造方法。
(8)第2の金属層の、絶縁樹脂組成物層が形成される表面に対して粗化処理を行うことを特徴とする上記(6)または(7)に記載の接続基板の製造方法。
(9)接続用導体が露出するように絶縁樹脂組成物層を研磨した後に、第2の金属層を選択的に除去し、導体回路を形成する工程をさらに含むことを特徴とする上記(6)〜(8)のいずれかに記載の接続基板の製造方法。
(10)接続用導体が露出するように絶縁樹脂組成物層を研磨した後に、露出した接続用導体の表面および/または接続用導体表面上に形成された導体回路の表面にさらに導体回路を追加形成する工程をさらに含むことを特徴とする上記(6)〜(9)のいずれかに記載の接続基板の製造方法。
(11)少なくとも1枚以上の絶縁樹脂組成物よりなる接着剤シートを前記接続用導体を覆うように載置し、これを加熱・加圧することで絶縁樹脂組成物層を形成することを特徴とする上記(6)〜(10)のいずれかに記載の接続基板の製造方法。
(12)接続用導体が形成された複合金属層の当該接続用導体が形成されていない面側を当該面よりも面積が大きくかつ剛性の高い支持基板の片面もしくは両面に向かい合わせて載置し、所定の製造工程が全て終了した後にこれを支持基板から離脱させることを特徴とする上記(6)〜(11)のいずれかに記載の接続基板の製造方法。
(13)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の接続基板から任意に選択して得られた少なくとも2つ以上の接続基板のそれぞれの接続用導体同士または接続用導体と導体回路が、固相金属拡散または溶融接合により合金化して導通接続され、かつ接続基板間が絶縁樹脂組成物で機械的に接続されていることを特徴とする多層配線板。
(14)前記接続基板の絶縁樹脂組成物層が液晶ポリマーであることを特徴とする上記(13)に記載の多層配線板。
(15)上記(6)〜(12)のいずれかに記載の接続基板の製造方法により得られた少なくとも2つ以上の接続基板を位置合わせする工程、位置合わせされた各接続基板を加熱・加圧し一括積層することで、それぞれの接続用導体同士または接続用導体と導体回路を固相金属拡散または溶融接合により合金化して導通接続すると共に接続基板間が絶縁樹脂組成物で機械的に接続する工程を含むことを特徴とする多層配線板の製造方法。
(16)前記接続基板の絶縁樹脂組成物層に液晶ポリマーを用いることを特徴とする上記(15)に記載の多層配線板の製造方法。
(17)加熱・加圧して一括積層後に外層回路をさらに形成する工程を含むことを特徴とする上記(15)または(16)に記載の多層配線板の製造方法。
(18)接続基板と共に導体回路および/または金属箔を有する基板を一括積層することを特徴とする上記(15)〜(17)のいずれかに記載の多層配線板の製造方法。
(19)上記(13)または(14)に記載の多層配線板、または上記(15)〜(18)のいずれかに記載の製造方法により得られた多層配線板を用いて製造された半導体パッケージ用基板。
(20)半導体チップを搭載する箇所にキャビティを有することを特徴とする上記(19)に記載の半導体パッケージ用基板。
(21)上記(15)〜(18)のいずれかに記載の多層配線板の製造方法を含むことを特徴とする半導体パッケージ用基板の製造方法。
(22)半導体チップを搭載する箇所にキャビティを形成する工程をさらに含むことを特徴とする上記(21)に記載の半導体パッケージ用基板の製造方法。
(23)上記(19)または(20)に記載の半導体パッケージ用基板を用いて製造された半導体パッケージ。
(24)上記(21)または(22)に記載の半導体パッケージ用基板の製造方法を含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
(25)半導体チップと導体回路とを接続する工程をさらに含むことを特徴とする上記(24)に記載の半導体パッケージの製造方法。
(26)半導体チップを樹脂で封止する工程をさらに含むことを特徴とする上記(24)または(25)に記載の半導体パッケージの製造方法。
本出願は、同出願人により先にされた日本国特許出願、すなわち、特願2001−391799号(出願日2001年12月25日)、特願2002−126594号(出願日2002年4月26日)、および特願2002−230095号(出願日2002年8月7日)に基づく優先権主張を伴うものであって、これらの明細書を参照のためにここに組み込むものとする。
本発明によれば、1)穴あけ工程を行わずに必要な箇所のみの層間接続を形成することができ、2)強固なフィルドビア構造が形成され、3)接続信頼性に優れた微細配線回路が形成され、4)機械的熱的精度に優れ、5)一括積層により多層化することが可能な接続基板、および該接続基板を用いた多層配線板と半導体パッケージ用基板と半導体パッケージ、ならびにこれらを製造する方法を提供することが可能となる。
本発明の接続基板11は、例えば、図1(a)に示すように、金属箔101、102を接続する基板であって、少なくとも絶縁樹脂組成物層121と接続用導体13とからなり、該接続用導体13が少なくとも導体回路を接続する箇所に絶縁樹脂組成物層121を厚さ方向に貫くように形成され、絶縁樹脂組成物層121の少なくとも一方の面から露出している構造である。接続用導体13の露出の状態は、絶縁樹脂組成物層121の表面から突出してもよいし、絶縁樹脂組成物層121の表面から、内部に入り込んでいてもよい。前者は、後述のように平坦に研磨後、新たに金属層112を追加するなどして突出させることができる。後者は、例えば、銅のエッチング液でエッチバックすることで可能である。
また、本発明の接続基板は、図1(b)に示すように、絶縁樹脂組成物層121の一方の面に導体回路103を有するものでもよく、その導体回路103が、図1(c)に示すように、金属層111であってもよい。好ましくは、図1(d)に示すように、少なくなくとも接続用導体13の露出部を含む両面側が金属112で覆われている構造である。このような金属としては、例えば、銅、インジウム、亜鉛、鉛、金、白金、ニッケル、パラジウム、錫などの金属若しくはこれらの金属を1種以上含む合金または2層以上の金属層が挙げられる。2層以上の導体回路を接続するにあたっては、これらが固相金属拡散して界面で合金化すること、あるいは、加熱・加圧して一括積層する際の加熱温度以下で溶融接合することが金属間の接続信頼性を高める上で望ましい。
以下には、本発明の接続基板の製造方法の一形態を図2を参照して説明する。
接続用導体となる第1の金属層21と、その第1の金属層21と除去条件の異なる第2の金属層22からなる複合金属層24(図2(a))の、第1の金属層21を選択的に除去して接続用導体13を形成する(図2(b))。
ここで第1の金属層21の厚さは、接続用導体13を形成するため、所望の絶縁層厚さより厚めに形成する事が望ましい。その程度は、次工程の絶縁樹脂組成物層121の研磨工程で第1の金属層21が研磨除去される量に応じて決めなければならないが、5〜100μmの範囲であることが好ましい。厚さが5μm未満であると、接続しようとする導体回路の距離が小さくなり、絶縁性が低下することがあり、厚さが100μmを越えると、金属箔の不要な箇所をエッチング除去するときの加工精度が低下し、好ましくない。より好ましくは、20〜80μmの範囲である。
また、第2の金属層22の厚さは、5〜100μmの範囲であることが好ましい。厚さが5μm未満であると機械的強度が低下し、第1の金属層21を選択的にエッチング除去したときに折れたり曲がりやすくなり、100μmを越えると、その後に第2の金属層22を除去する場合に時間がかかり経済的でない。より好ましくは10〜80μmの範囲である。
また、接続用導体は、上記のように銅箔などの金属箔の不要な個所を選択的にエッチング除去して形成しても、除去条件の異なる金属箔の上に接続用導体の形状に金属めっきにより形成してもよく、特に限定されない。また、その厚みは、5〜100μmの範囲であることが好ましい。厚さが5μm未満であると、接続しようとする導体回路の層間距離が小さくなり、絶縁性が低下することがあり、厚さが100μmを越えると、金属箔の不要な箇所をエッチング除去するときの加工精度が低下し、好ましくない。より好ましくは、20〜80μmの範囲である。
次いで、接続用導体13を覆うように絶縁樹脂組成物層121を形成する(図2(c))。
この絶縁樹脂組成物層は、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の絶縁性樹脂を少なくとも含む組成物が半硬化および/または硬化した層である。
上記熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、シアノアクリレート樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリイソシアネート樹脂、フラン樹脂、レゾルシノール樹脂、キシレン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性ポリアミドイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、などのうちから選択された1種以上と、必要な場合に、その硬化剤、硬化促進剤などを混合したものを加熱し半硬化状にしたもの、あるいは、硬化したものが使用できる。
上記光硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエステルアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、シリコーンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、などのうちから選択された1種以上と、必要な場合に、その光開始剤、硬化剤、硬化促進剤などを混合したものを露光あるいは加熱し半硬化状にしたもの、あるいは硬化したものが使用できる。
上記熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、四フッ化ポリエチレン樹脂、六フッ化ポリプロピレン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリオキシベンゾエート樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、液晶ポリマーなどのうちから選択された1種以上を使用することができる。さらに、上記熱可塑性樹脂の少なくとも1種以上を加熱し、成型・冷却してフィルム化したものを使用できる。
本発明の接続基板の絶縁樹脂組成物層には、上記のような絶縁樹脂を単独で用いても、異種の絶縁樹脂の混合体を用いてもよく、さらに、充填剤として無機フィラーを含むものを用いてもよい。無機フィラーとしては、従来公知のものでよく、特に限定されないが、例えば、ニッケル、金、銀などの導電粒子、シリカ、金属酸化物、あるいはこれらを金属めっきした樹脂粒子等が挙げられる。望ましくは、絶縁樹脂組成物の絶縁性を確保するために、不導体のものがよい。
また、本発明に用いる絶縁樹脂組成物は、熱可塑性樹脂を含むことが、多層化する際に基板表面に改めて樹脂を塗布する手間を省くことができ、好ましい。より好ましくは熱可塑性樹脂である液晶ポリマーを含む絶縁樹脂組成物である。液晶ポリマーを含む絶縁樹脂組成物を用いた場合、その線膨張係数を銅の線膨張係数に近付けることができるため、接続用導体の接続と同時に絶縁樹脂組成物を一括積層する上で効果的である。本発明において用いられる液晶ポリマーとしては、スメクチック相からネマチック相への相転移温度が180℃以上のものが好ましく、280℃以上のものが鉛レスはんだのリフロー処理温度に耐えられる点でより好ましい。具体的には、Xydar SRT−300、SRT−500、FSR−315、RC−210、FC−110、FC−120、FC−130(以上、日本石油化学(株)製、商品名)、エコノールE2000(住友化学工業(株)製、商品名)シリーズ、エコノールE6000(住友化学工業(株)製、商品名)シリーズ、ベクトラA950、ベクトラA130、ベクトラC130、ベクトラA230、ベクトラA410(以上、ポリプラスチックス(株)製、商品名)、EPE−240G30(三菱化成(株)製、商品名)、ロッドランLC−5000H(ユニチカ(株)製、商品名)、ノバキュレートE322G30、E335G30、EPE−240G30(以上、三菱化学(株)製、商品名)、BIAC(ジャパンゴアテックス(株)製、商品名)などがある。
また、絶縁樹脂組成物層を形成する方法としては、直接、接続用導体を形成した基板面に絶縁樹脂組成物を塗布して形成することもできるが、ポリエチレンテレフタレートフィルムのようなプラスチックフィルムや銅箔、アルミニウム箔のような金属箔をキャリアとし、その表面に絶縁樹脂組成物を塗布し、加熱乾燥してドライフィルム状にした接着剤シートを必要な大きさに切断し、接続用導体を形成した基板にラミネートやプレスすることで形成することもできる。
また、絶縁樹脂組成物層の厚さは、1〜100μmの範囲であることが好ましい。1μm未満では、絶縁樹脂組成物を接着強度が低下しない程度に均一な厚さに形成するのが困難となり、100μmを越えると、接続基板の薄型化に不利となる。より好ましくは、3〜70μmの範囲である。
また、接続用導体を覆う絶縁性樹脂組成物層中に気泡が巻き込まれていると、接続信頼性の上で好ましくないため、できる限り気泡が存在しないようにすることがより好ましい。
また、絶縁性樹脂組成物層は1層でも2層以上でもよいが、2層以上形成することが、加圧や研磨等の工程で基板表面に発生する熱的な応力を緩和し、接続基板の反りを低減することができるため、好ましい。絶縁樹脂組成物層を2層以上形成する場合、2層の場合を例にとって説明すると、図3(a)に示すように絶縁樹脂組成物層121を構成する各絶縁樹脂組成物層121a、121bの側面が両方とも接続用導体13の側面に面した構造をとってもよいし、または図3(b)に示すように絶縁樹脂組成物層121aのみが接続用導体13に面した構造をとってもよい。また、2層以上の絶縁樹脂組成物層を形成する場合、用いる絶縁樹脂組成物の種類は勿論、成形後の樹脂の硬さや成形後の樹脂の厚さ、分子の配向性の違い、充填剤の有無、充填剤の種類或いはその含有量、充填剤の平均粒径、充填剤の粒子形状、充填剤の比重などによって区別されるものであることが好ましい。また、上記のように絶縁樹脂組成物層を多層構造とするのに液晶ポリマーを用いる場合、成形した際に分子配向性に基づいて自ら多層構造を形成し易いという性質を利用し、液晶ポリマーを単独で用いて多層構造とすることもできる。
また、絶縁樹脂組成物層を形成する前に、露出した第2の金属層の表面を粗化処理することが絶縁樹脂組成物との密着強度を向上させる上で、好ましい。
次いで、上記のようにして形成した絶縁樹脂組成物層121を接続用導体13が露出するように研磨することで、接続用導体が絶縁樹脂組成物層を厚さ方向に貫くように形成された本発明の接続基板を得ることができる(図2(d))。さらに、図2(d)に示す第2の金属層22を選択的に除去することで図2(e)に示すような導体回路103を有する接続基板とすることができる。
本発明においては、接続用導体が少なくとも導体回路の接続する箇所に絶縁樹脂組成物層を厚さ方向に貫くように形成されていることが重要である。従来の技術のうち、エラストマにワイヤを埋め込んだ接続ツールでは、一定間隔でワイヤが埋め込まれているため、接続を行う2層の回路導体の位置がすこしでもずれると、接続ができなかったり、あるいは予定していない箇所が接続される恐れがあり、微細な導体回路を精度よく接続することが困難であったのに対し、本発明は接続を予定していない箇所に接続用導体が形成されないため、精度よく微細回路を形成することができる。
また、絶縁樹脂組成物層121を研磨して露出した接続用導体の表面および/または該接続用導体表面上に形成された導体回路の表面には、さらに金属箔を重ねたり、金属めっき、エッチング等の処理を行うことで、導体回路を追加形成もしくは金属皮膜を施すことができる。金属皮膜は、例えば、パラジウム付与後に無電解銅めっきを施す方法、銅スパッタやクロム下地銅スパッタ等の真空製膜法、銀ペースト等の金属ペースト印刷、置換もしくは無電解金めっき、ニッケル/金の電解または無電解めっき、ニッケル/パラジウム/金めっきの電解または無電解めっき、錫もしくは錫合金の電解または無電解めっきなどのめっきによって形成することが出来る。
また、接続用導体に接続された導体回路上にバンプと呼ばれる突起状の導体を形成してもよい。このバンプを本発明の接続基板に形成するには、比較的厚い導体の突起部分以外の個所を厚さ方向にハーフエッチングして突起の部分を形成し、さらに薄くなった導体回路部分と突起部分を残してほかの部分をエッチング除去することによって形成できる。別の方法では、回路を形成した後に、接続端子の個所だけめっきによって厚くする方法でも形成できる。
上記では2層の複合金属層を用いて本発明の接続基板を作製したが、本発明に用いる複合金属層としては、図4(a)に示すような3層の複合金属層4を用いることが経済的に好ましい。
というのも、第1の金属層には経済的な理由から銅を用いることが好ましく、その銅とエッチング除去条件の異なる第2の金属層には、ニッケルやその合金を用いることが考えられるが、ニッケルやその合金は銅に比べて高価である。しかし、複合金属層が2層からなる場合、第1の金属層から形成される接続用導体の支えとなる第2の金属層には、高い機械的強度が要求されるため、一定の厚みを必要とし、高価な金属を大量に使用せざるをえない。その点、第3の金属層として、第1と第2の金属層とエッチング除去条件が異なる高価な金属層をこれらの間に比較的薄く形成して得られる3層の複合金属層は、第2の金属層を第1の金属層と同じ銅とすることができるため、経済的でありかつ機械的強度にも優れている。
このような3層からなる複合金属層の第3の金属層の厚みは上記の通り薄い方がよく、0.05〜5μmの範囲であることが好ましい。0.05μm未満であると、ニッケルやその合金の層を形成するめっき膜に析出欠陥があると薄いために十分にめっき膜で覆われないので、いわゆるピット(めっき欠け)が発生し、第1の金属層をエッチング除去するときに、第2の金属層を浸食したり、そのエッチング液が残り、接続の信頼性が低下するおそれがある。5μmを越えても工程上では支障がないが、材料の費用が高くなり、経済的でない。また、3層の複合金属層において第1および第2の金属層の厚さは、上記2層の複合金属層の場合と同様でよい。
以下には、3層の複合金属層4を用いて本発明の接続基板を効率的に製造する方法を示す。
まず、図4(a)に示すような第1の金属層41、第2の金属層42、第3の金属層43からなる複合金属層4を準備し、図4(b)に示すように第1の金属層41の表面に、接続用導体13の形状にエッチングレジスト44をラミネート、露光、現像により形成し、裏面は全面にラミネート、全面露光により保護して、第1の金属層41を選択的にエッチング除去する。レジストを剥離した後、引き続き、第3の金属層をエッチング除去することで接続用導体13が形成された複合金属層46を得る(図4(c))。なお、複合金属層46に複数個の回路を多面取りすれば、接続基板をより効率的に大量に生産することができる。
次に接続用導体13が形成された複合金属層46よりも剛性および面積が大きな支持基板444の片面若しくは両面に、複合金属層46の接続用導体13が形成されていない面側を向かい合わせて載置し、さらに複合金属層46よりも面積が大きい絶縁樹脂組成物よりなる接着剤シートを接続用導体13の上に載置し、両側から加熱・加圧して、絶縁樹脂組成物層121を形成する。(図4(d))その後、絶縁樹脂組成物層121を研磨して(図4(e))接続用導体13の表面を露出させ、所定の工程を経た後、所定の寸法に裁断し、支持基板444から離脱して接続基板を得る(図4(f))。なお、上記所定の工程には、めっきやスパッタリングなどによって露出した接続用導体13の表面に金属皮膜を形成する工程、該金属皮膜をエッチングする工程など導体回路形成に必要な一般的工程を含みうる。
以上のような工程を経ることにより得ることのできる接続基板は、図4(f)のような形態に限定されず、例えば、図4(f)の第2の金属層42を選択的に除去した後、導体回路103を形成したもの(図4(g))、あるいは、第2の金属層42を全て除去した後に露出した第3の金属層43を除去したもの(図4(h))、また、導体回路103を形成した場合には、導体回路103が形成されていない箇所の第3の金属層43を除去したものなど必要に応じて種々の形態の接続基板を得ることができる。
また、絶縁樹脂組成物層は絶縁樹脂組成物よりなる接着剤シートを用いて形成することが効率的で好ましく、異種又は同種のシートを複数枚重ねて用いてもよい。
また、複合金属層46は支持基板444に接着していないので、所定の寸法に裁断するだけで、接続基板を容易に離脱させることができ、非常に効率的に接続基板を製造することができる。
本発明の多層配線板は上記のようにして得た接続基板の中から少なくとも2つ以上を位置合わせした後、加熱・加圧して一括積層することで得ることができる。また、本発明の接続基板と共に導体回路および/または金属箔を有する基板を一括積層して本発明の多層配線板としてもよい。
本発明の多層配線板は、対向する接続基板の当該導体回路同士又は、当該接続用導体と当該導体回路又は、当該接続用導体同士が固相金属拡散又は溶融接合により合金化して導通接続すると共に、当該導体回路同士又は、当該接続用導体と当該導体回路又は、当該接続用導体同士以外の接触面が絶縁樹脂組成物によって機械的に接続していることを特徴とする。「機械的に接続される」とは、接着によって接続しているの意であり、剥離するのに機械的な外力を要するという意味である。またここでは、電気的な接続すなわち導通接続と区別する意味で用いている。対向する接続基板のうち、当該導体回路同士又は、当該接続用導体と当該導体回路又は、当該接続用導体同士以外の接触面には、絶縁樹脂組成物層同士、絶縁樹脂組成物層と接続用導体、絶縁樹脂組成物層と導体回路などがある。
また、一括積層の際、例えば、図5(a)に示すように接続基板IもしくはVの接続用導体13と、接続基板IIもしくはIVの接続用導体13とが互いに接続基板を貫く方向の延長線上にない、クランク状の構造をとる場合が生じうるが、この場合、導体回路に変形が発生し、接続抵抗の安定性を損なう恐れがある。そこで、多層配線板の内側となる接続基板II、IIIおよびIVの絶縁樹脂組成物層121には弾性率が高い絶縁樹脂組成物を用いることが好ましい。絶縁樹脂組成物層121が2層以上からなる場合には、導体回路に接している樹脂層の弾性率が高いことが望ましい。例えば、図3(a)または(b)では、絶縁樹脂組成物層121aの弾性率が高いことが望ましい。弾性率の具体的な数値としては、加熱時の温度で0.0001GPa以上あることが好ましく、0.001GPa以上であることがより好ましく、0.01GPa以上あることが特に好ましい。なお、絶縁樹脂組成物の動的弾性率はレオメトリック社製ARES(パラレルプレート、周波数1Hz、5℃/min.で昇温)を用いて測定することができる。
また、接続基板の最外層となる絶縁樹脂組成物層は熱可塑性樹脂を含む絶縁樹脂組成物を用いることが好ましく、液晶ポリマーを含むものであることがより好ましい。さらに、一括積層後、多層配線板の最外層にめっきやエッチングにより外層回路を形成してもよい。
本発明の半導体パッケージ用基板は上記のような接続基板もしくは多層配線板を用いて製造される。さらに、本発明の半導体パッケージ用基板は半導体チップを搭載する箇所にキャビティを有しうる。
このような半導体パッケージ用基板の製造方法は、上記接続基板もしくは多層配線板の製造方法を含み、さらに、加熱・加圧して一括積層化する工程の後に、半導体チップを搭載する箇所にキャビティを形成する工程を有しうる。
本発明の半導体パッケージは、前述の接続基板、多層配線板、もしくは半導体パッケージ用基板を用いて製造される。それゆえ、その製造方法は前述の接続基板、多層配線板、もしくは半導体パッケージ用基板の製造方法を含み、さらには半導体チップを搭載する工程を設けてもよく、また、半導体チップと外層導体回路とを接続する工程を設けてもよい。さらには、半導体チップを樹脂で封止する工程を設けてもよい。
半導体チップを搭載する際には、半導体パッケージ用基板下から通常200℃前後の加熱を行うが、この熱で、基板が反る現象が発生する恐れがあり、これによりチップ浮きが生じたり、ワイヤボンド工程が困難になる場合がある。これは、絶縁樹脂組成物と配線層の熱膨張係数の差によって生じる。このため、絶縁樹脂組成物の熱膨張係数を配線層の銅の熱膨張係数約18ppm/℃に近づけることが重要である。接続基板の絶縁樹脂組成物層として熱硬化性樹脂を用いた場合は、半導体チップ搭載後に基板の反りはもとに戻るが、熱可塑性樹脂を用いた場合では、熱可塑性樹脂内の傾斜性のため熱ひずみがそのまま残り、半導体チップ搭載後も基板の反りが元にもどらないで、捩れた状態となることがある。したがって、本発明において熱可塑性樹脂を用いる場合には、前述したとおり、2層以上の絶縁樹脂組成物層を形成することが好ましく、さらに、接着剤シートを用いる場合にはその厚さが異なるものを複数枚重ねて絶縁樹脂組成物層を形成する事が好ましい。例えば、50μmと25μmの接着剤シートを順次重ねることで絶縁樹脂組成物層を形成し、樹脂研磨を20μm行った場合、基材のコア部には、研磨されていない50μmの層と研磨で残った5μm層があるが、5μm層は、反りの発生に影響するが、50μmの層は影響しないため、半導体チップ搭載時に反りが生じない。このような構造をとるためには、例えば、25μm厚さのものを3枚プレスしてもよい。
実施例1
図4(a)に示すように、第1の金属層41が厚さ70μmの銅であり、第3の金属層43が厚さ0.2μmのニッケルであり、第2の金属層42が厚さ35μmの銅からなる複合金属層4を準備し、図4(b)に示すように、第1の金属層41の表面にエッチングレジスト44であるレジストNCP225またはNIT225(ニチゴー・モートン株式会社製、商品名)をロール温度110℃、ロール速度0.6m/minの条件でラミネートし、積算露光量約80mJ/cmの露光条件で焼き付け、炭酸ナトリウム水溶液で現像し、レジストの密着を確実なものとするために200mJ/cmで後露光した。裏面は、上記と同様の条件でエッチングレジスト44をラミネートし、これを露光することで全面を保護した。
次に、ニッケルを浸食しないエッチング液であるアルカリエッチングAプロセス液(メルテクス株式会社製、商品名)をスプレー噴霧して、第1の金属層41を選択的にエッチング除去して、接続用導体13を形成した。このときの作業条件は、銅濃度135〜145g/l、塩素濃度145〜170g/l、アンモニア濃度8.0〜9.2N、pHを8.1〜8.5、比重を1.2〜1.215の範囲で調整した。温度は、50℃にして、スプレー圧力を上下、0.9〜1.5kg/cmの範囲とした。なお、この条件は、コンベア速度の調整、噴霧時間等を変更しながら、第3の金属層43であるニッケル層が接続用導体以外の部分全体に見える最適な条件出しを行い、決定したものである。この後、水酸化ナトリウム水溶液でエッチングレジスト44を剥離・除去した。次に、ニッケルのエッチング液であるメルストリップN950(メルテックス社製、商品名)を用いて、第3の金属層43であるニッケル層を選択的にエッチング除去し、第2の金属層42である銅層を露出させた。このときの作業条件は、メルストリップN950のN−950Aを500ml/l、Nー950Bを100ml/l、30%過酸化水素水を100ml/l、および水を残量混合して建浴した液を40℃に加温して、バッチ、もしくはスプレー(上下、0.9〜1.5kg/cmの範囲)することで、第3の金属であるニッケル層を選択的にエッチング除去した。ついで、露出表面に表面処理液CZ8100(メック社製)をスプレー噴霧して、露出した銅表面の粗化処理を行い、図4(c)に示す接続用導体13が形成された複合金属層46を得た。
次に、この複合金属層46を、これよりも剛性および面積の大きい約0.5mm厚さの支持基板444の両面側に接続用導体13が外側になるように載置した。この際、支持基板444の両面に載置されたそれぞれの複合金属層46の位置が同じになるよう載置した。この位置合わせは、あらかじめ支持基板444およびその両面に載置する複合金属層46の所定箇所にガイド穴を設けておき、これらのガイド穴にガイドピンを通して位置決めを行った後、マイラテープやポリイミドテープなどで四隅を固定し、ガイドピンを抜くことにより実施した。ここで用いた支持基板444は、1)銅またはSUS単体、2)基材がポリイミドまたはテフロン(登録商標)(デュポン社登録商標)で、その表面に金属層が形成されたもの、3)コア基材が銅またはSUSで、その表面にポリイミドまたはテフロン(登録商標)(デュポン社登録商標)が形成されたものなどが効果的である。次いで、支持基板444の両面に載置された複合金属層46全体を覆うようにして絶縁樹脂組成物の接着剤シートである液晶ポリマーBIAC(ジャパンゴアテックス社製)を50μm、25μm厚の順に載置した。さらに、離型用として、ポリイミドフィルム(宇部興産製)を接着剤シートを覆うようにして載置した。その後、両側から333℃の温度と、4MPaの圧力を、5分間加えて加熱・加圧を行い、離型用フィルムを手で剥離し、図4(d)に示す構造体500を得た。
次に図4(e)に示すように、ロール研磨で構造体500の両面を一度に研磨した。この際、研磨ロール47の回転速度および間隙においてかかる荷重を調整した。研磨は1回4μmの減厚条件で、4回から5回行い、接続用導体の先端が全面露出した。従って研磨量は両面とも約20μmであった。研磨後、支持基板の端部を裁断して支持基板の界面から接続基板を離脱した。端部を裁断することなく、支持基板の界面から接続基板を離脱できれば、支持基板を繰り返し使用することができるので生産効率があがる。コア基材が銅またはSUSで、その表面にポリイミドまたはテフロン(登録商標)が形成されたものは、端部を裁断することなく、接続基板を離脱できた。一方、基材がポリイミドまたはテフロン(登録商標)(デュポン社登録商標)で、その表面に金属層が形成されたものや銅単体またはSUS単体では界面から離脱できなかったが、支持基板と絶縁樹脂が触れない部分で、複合金属層を切断することができ図4(f)に示すように金属層と導通し接続用導体が内蔵された接続基板を得ることができた。これにより生産性が飛躍的に向上することが確かめられた。
この後、第2の金属層42を選択的にエッチングして図4(g)に示すような導体回路103を有し接続用導体13を内蔵する接続基板を得た。また、第2の金属層42をすべて除去したあと、第3の金属層43を除去して図4(h)に示すような接続用導体13を内蔵する接続基板を得た。
図4(f)、(g)、(h)では、その厚みが50μm、25μmの液晶ポリマーBIAC2層を用いて絶縁樹脂組成物層を形成しているが、75μm厚の液晶ポリマーを1層用いてもほぼ同様の形状の接続基板を得ることができた。
実施例2
実施例1で得た各種接続基板の表面に、無電解ニッケル、無電解パラジウム、無電解金めっきを順次行った。めっき処理後の接続基板を、図5(a)に示すように、接続したい部分をガイドピンにより位置合わせして、333℃で再プレスして一括積層することで、図5(b)に示すような多層配線板を作製し、金−金の合金化による導通接続を確認した。このとき、接続基板間は、絶縁樹脂組成物が再溶融して接着されていることを確認した。また、接続基板への表面めっきとして、置換タイプ、還元タイプの何れの無電解錫めっきを用いた場合でも、同様に多層配線を作製することができた。また、最外層の接続基板に無電解ニッケル、無電解パラジウム、無電解金めっきを行い、内層の接続基板に無電解錫めっきを行い、上記と同様に多層配線板を作製し、金−錫や錫−錫の合金化による導通接続を確認した。また、絶縁樹脂層が75μm厚1層の場合では、最外層の配線が転写された構造となる場合があることも確認できた。配線を絶縁樹脂に埋設して転写配線する場合には絶縁樹脂層を1層にしてもよい。
実施例3
実施例1で得た図4(f)の接続基板を用いて半導体パッケージ用基板および半導体パッケージを作製した。まず、金属層111に微細回路をエッチングで形成するために、100g/L過酸化水素、硫酸、硫酸銅を混合して、銅濃度が30g/Lになるように調整したエッチング液を図6(a)の両側に液温35℃にてスプレー噴霧して、金属層111の厚さを18μmに減厚するハーフエッチングを行った(図6(b))。このときに、同時に接続用導体の先端が減厚するので、後にこの部分にはんだボールが載せ易くなる。
この後に、図6(c)に示すように、金属層111を選択的にエッチングすることにより導体回路103を形成し、図6(d)に示すように導体表面に、無電解めっきによって、順次ニッケル、パラジウム、金めっきを行い、半導体パッケージ用基板を作製した。
次に、図6(e)に示すように、半導体パッケージ用基板に接着材を裏面貼りした半導体チップを接着固定した。その後、図6(f)に示すように、φ25μmの金ワイヤをボンディングし、トランスファーモールドで樹脂封止した。さらに、この後、はんだボールを窒素雰囲気下で、高温リフロー処理してはんだボールを接続し半導体パッケージとした。
実施例4
接続確認実験
3層箔(銅/ニッケル/銅=70μm/0.5μm/35μm厚)を準備した。
70μm厚銅箔をエッチングし、図7に示すように仕様の異なる2種類の上側パタン及び下側パタンを形成した。
このパタンを100μm厚のLCP(Liquid Crystal Polymer(液晶ポリマー))に70μm厚銅箔側がLCP側になるように転写して35μm厚銅箔を全面エッチングした。さらに0.5μmニッケル箔を全面エッチング後、露出した70μm厚銅箔パタン表面に無電解ニッケルめっきをし、続いて無電解金めっきして、接続基板を得た(図8(a))。このときのめっき層22はニッケル厚みを5μm、金厚みを0.5μmとした。
上側パタンからなる接続基板72と下側パタンからなる接続基板73を位置合わせし、330℃5分4MPaでプレスした(図8(b))。
上側パタンの末端の端子部を座繰り出してパタン間の4端子接続抵抗を測定した。測定はn=3で行い、平均値を求め、以下の要領で接触点1点あたりの接続抵抗を求めた。
接続抵抗は、パタンNo.1及びパタンNo.2のパタン長の差(9mm)から単位長さの配線抵抗を算出し、上側パタンと下側パタンが接触していない部分(パタンNo.1の場合9mm、パタンNo.2の場合18mm)は配線抵抗のみに、上側パタンと下側パタンが接触している部分(10点、1点あたり面積1mmφ)は接続抵抗のみに寄与するものとした。
接触点1点あたりの接続抵抗=(A−B×C)/D
ただし、A;パタン間の接続抵抗測定値
B;単位長当たり配線抵抗
C;上側パタンと下側パタンが接触していな
い部分の配線長
D;上側パタンと下側パタンの接触点数
この値から1端子当たりの接続抵抗が求められた。
作製した試験片についてTCT(Thermal Cycle Test)試験を行った。条件は−55℃15分〜125℃15分及び−65℃15分〜150℃15分の2種類とし、各1000サイクル試験を行った結果、図9のように1000サイクル後も0.2mΩ以下で高い接続信頼性が得られた。
前述したところが、この発明の好ましい実施態様であること、多くの変更及び修正をこの発明の精神と範囲とにそむくことなく実行できることは当業者によって了承されよう。
本発明の実施の形態を説明するための断面図である。 本発明の接続基板の製造方法の一形態を示す断面図である。 本発明の実施の形態を示す断面図である。 本発明の接続基板の製造方法の一形態を示す断面図である。 本発明の接続基板を一括積層して多層配線板を製造する様子を示す断面図である。 本発明の接続基板より半導体パッケージ用基板および半導体パッケージを製造する工程の一形態を示す断面図である。 本発明の実施例4で用いる接続抵抗測定用パタンの仕様図である。 (a),(b)は、本発明の実施例4で用いる接続抵抗測定サンプル作製の工程断面図である。 本発明の実施例4で評価した接続抵抗信頼性試験結果を示す図である。

Claims (26)

  1. 少なくともキャリアとなる第2の金属層と、当該第2の金属層と除去条件の異なる第1の金属層からなる複合金属層の、当該第1の金属層を選択的に除去して接続用導体を形成する工程、少なくとも前記接続用導体の側面を覆うように1又は2以上の絶縁樹脂組成物層を形成する工程、および前記接続用導体が露出するように前記絶縁樹脂組成物層を研磨する工程を含むことを特徴とする接続基板の製造方法。
  2. 前記複合金属層が、前記第1の金属層と、前記第2の金属層と、当該第1の金属層および当該第2の金属層の中間に位置し、これらと除去条件の異なる第3の金属層とからなり、前記第1の金属層を選択的に除去して前記接続用導体を形成した後、当該第3の金属層を選択的に除去することを特徴とする請求項1に記載の接続基板の製造方法。
  3. 前記第2の金属層の、前記絶縁樹脂組成物層が形成される表面に対して粗化処理を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の接続基板の製造方法。
  4. 前記接続用導体が露出するように前記絶縁樹脂組成物層を研磨した後に、第2の金属層を選択的に除去し、導体回路を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の接続基板の製造方法。
  5. 前記接続用導体が露出するように前記絶縁樹脂組成物層を研磨した後に、露出した前記接続用導体の表面および/または前記接続用導体表面を含むように形成された導体回路の表面にさらに金属皮膜を追加形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の接続基板の製造方法。
  6. 少なくとも1枚以上の絶縁樹脂組成物よりなる接着剤シートを前記接続用導体を覆うように載置し、これを加熱・加圧することで前記絶縁樹脂組成物層を形成することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の接続基板の製造方法。
  7. 前記接続用導体が形成された複合金属層の当該接続用導体が形成されていない面側を当該面よりも面積が大きくかつ剛性の高い支持基板の片面もしくは両面に向かい合わせて載置し、所定の製造工程が全て終了した後にこれを前記支持基板から離脱させることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の接続基板の製造方法。
  8. 前記絶縁樹脂組成物層が熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の接続基板の製造方法。
  9. 請求項1〜8のいずれかに記載の接続基板の製造方法により得られた少なくとも2つ以上の接続基板のそれぞれの接続用導体同士または接続用導体と導体回路が、固相金属拡散または溶融接合により合金化して導通接続され、かつ前記接続基板間が絶縁樹脂組成物で機械的に接続されていることを特徴とする多層配線板。
  10. 前記接続基板の絶縁樹脂組成物層が熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項9に記載の多層配線板。
  11. 請求項1〜8のいずれかに記載の接続基板の製造方法により得られた少なくとも2つ以上の接続基板を位置合わせする工程、位置合わせされた各接続基板を加熱・加圧し一括積層することで、それぞれの接続用導体同士または接続用導体と導体回路を固相金属拡散または溶融接合により合金化して導通接続すると共に接続基板間が絶縁樹脂組成物で機械的に接続する工程を含むことを特徴とする多層配線板の製造方法。
  12. 前記接続基板の絶縁樹脂組成物層が熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項11に記載の多層配線板の製造方法。
  13. 加熱・加圧して一括積層後に外層回路をさらに形成する工程を含むことを特徴とする請求項11または12に記載の多層配線板の製造方法。
  14. 前記接続基板と共に導体回路および/または金属箔を有する基板を一括積層することを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載の多層配線板の製造方法。
  15. 請求項9または10に記載の多層配線板、または請求項11〜14のいずれかに記載の製造方法により得られた多層配線板を用いて製造された半導体パッケージ用基板。
  16. 半導体チップを搭載する箇所にキャビティを有することを特徴とする請求項15に記載の半導体パッケージ用基板。
  17. 請求項11〜14のいずれかに記載の多層配線板の製造方法を含むことを特徴とする半導体パッケージ用基板の製造方法。
  18. 半導体チップを搭載する箇所にキャビティを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体パッケージ用基板の製造方法。
  19. 請求項15または16に記載の半導体パッケージ用基板を用いて製造された半導体パッケージ。
  20. 請求項17または18に記載の半導体パッケージ用基板の製造方法を含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
  21. 半導体チップと導体回路とを接続する工程をさらに含むことを特徴とする請求項20に記載の半導体パッケージの製造方法。
  22. 半導体チップを樹脂で封止する工程をさらに含むことを特徴とする請求項20または21に記載の半導体パッケージの製造方法。
  23. 第1の金属層と当該第1の金属層と除去条件の異なる第2の金属層とからなる複合金属層の、当該第1の金属層を選択的に除去して形成される接続用導体と、前記接続用導体の側面を覆うように形成される1又は2以上の絶縁樹脂組成物層と、を備え、前記絶縁樹脂組成物層は、前記接続用導体を絶縁樹脂組成物で覆った後、該接続用導体上面が露出するように該絶縁樹脂組成物を研磨して形成されることを特徴とする接続基板。
  24. 前記第2の金属層を選択的に除去して形成された導体回路を有することを特徴とする請求項23に記載の接続基板。
  25. 前記接続用導体の露出部が金属で覆われていることを特徴とする請求項23または24に記載の接続基板。
  26. 表裏の最外層にある前記絶縁樹脂組成物の一方または両方が主に熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項23〜25のいずれかに記載の接続基板。
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