JP2008112987A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 スタックドビアを構成するビア導体の連続数が従来のものよりも増加しても、ビア導体の接続界面に亀裂が生じることのない、電気的信頼性の良好な配線基板を提供する。
【解決手段】 本発明の配線基板は、板状のコア材２を板厚方向に貫通する貫通孔２１Ｈの内壁に沿って貫通導体２１が形成され、その内側に穴埋め材３が充填された基板コア部ＣＢと、基板コア部ＣＢの主面上に導体層（Ｍ１１〜Ｍ１５，Ｍ２１〜Ｍ２５）と層状の層間絶縁材４（Ｂ１１〜Ｂ１４，Ｂ２１〜Ｂ２４）とが交互に積層され、層間絶縁材４中に導体層間の導通を図るビア導体５が埋設された配線積層部Ｌ１，Ｌ２と、を備える配線基板１Ａであって、
各々の層間絶縁材４に埋設されたビア導体５が、板厚方向に４層以上連なって、貫通導体２１と導通するスタックドビア５Ｓを形成するとともに、
層間絶縁材４は、線熱膨張係数が３５ｐｐｍ／Ｋ以上５０ｐｐｍ／Ｋ以下の樹脂材料からなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配線基板に関する。

従来より、半導体集積回路素子（以下「ＩＣチップ」という）が搭載される配線基板には、オーガニックパッケージ基板が用いられている。かかる配線基板は、板状のコア材を板厚方向に貫通する貫通孔の内壁に沿って貫通導体が形成され、その内側に穴埋め材が充填された基板コア部と、基板コア部の主面上に導体層と層状の層間絶縁材とが交互に積層され、層間絶縁材中に導体層間の導通を図るビア導体が埋設された配線積層部とを備える。

特開平１１−１０３１７１号公報 特開２００５−２０３７６４号公報

近年、配線基板には更なる高機能化が求められており、配線の高密度化や高積層化が必須となっている。例えば、ビア導体について見ると、層間絶縁材の貫通孔内に充填されたフィルドビアが板厚方向に複数連なるスタックドビアを形成することによって、省スペース化を図り、配線密度を向上させることが考えられている。また、配線の積層数を増やすことによって、更なる高機能化を図ることも考えられている。

しかしながら、配線基板では、樹脂材料からなるコア材，穴埋め材，層間絶縁材等と、金属材料からなる配線やビア導体等とが一体に形成されていることから、これらの熱膨張係数差に起因する内部応力が配線やビア導体等に集中するという問題がある。特に、かかる内部応力は、ビア導体が板厚方向に複数連なったスタックドビアに集中しやすく、また、ビア導体の連続数（すなわち、層間絶縁材の積層数）が多ければ多いほど増大しやすい傾向にあることから、従来の配線基板における層間絶縁材の積層数（例えば３層）よりも積層数を増やした配線基板を製造しようとした場合、スタックドビアを構成するビア導体の接続界面に亀裂が生じて、電気的信頼性が得られない可能性が高い。

本発明は、上記問題を鑑みて為されたものであり、スタックドビアを構成するビア導体の連続数が従来のものよりも増加しても、ビア導体の接続界面に亀裂が生じることのない、電気的信頼性の良好な配線基板を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するため、本発明の配線基板は、
板状のコア材を板厚方向に貫通する貫通孔の内壁に沿って貫通導体が形成され、その内側に穴埋め材が充填された基板コア部と、基板コア部の主面上に導体層と層状の層間絶縁材とが交互に積層され、層間絶縁材中に導体層間の導通を図るビア導体が埋設された配線積層部と、を備える配線基板であって、
各々の層間絶縁材に埋設されたビア導体が、板厚方向に４層以上連なって、貫通導体と導通するスタックドビアを形成するとともに、
層間絶縁材，コア材，穴埋め材が以下の特徴を有する。
なお、本発明では、以下の（１）〜（３）の少なくともいずれか１つを満たせば、その効果を得ることができるが、好ましくはいずれか２つ、更に好ましくはその全てを満たしていると良い。

（１）層間絶縁材について
層間絶縁材は、線熱膨張係数が３５ｐｐｍ／Ｋ以上５０ｐｐｍ／Ｋ以下の樹脂材料にて構成することができる。層間絶縁材は、スタックドビアを取り囲んでいることから、スタックドビアに加わる応力の最も大きな要因となっている。そこで、層間絶縁材の線熱膨張係数を５０ｐｐｍ／Ｋ以下とすることで、４層以上に連なったスタックドビアに加わる応力を、ビア導体の接続界面に亀裂が生じない程度に低減することができ、ひいては電気的信頼性の高い配線基板を得ることができる。より好ましくは４５ｐｐｍ／Ｋ以下、更に好ましくは４２ｐｐｍ／Ｋ以下である。他方、下限は、特には限定されないが、例えば現状では３５ｐｐｍ／Ｋ程度が限度である。

また、上記の線熱膨張係数を実現するため、層間絶縁材は、シリカフィラーを３０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下含むエポキシ系の樹脂材料にて構成することができる。層間絶縁材の線熱膨張係数は、樹脂材料中に添加する無機フィラーの量によって調整することができる。特に、上記の線熱膨張係数を充足することに加え、層間絶縁材として必要とされる誘電特性などの他の特性も同時に充足することを考慮すると、樹脂成分にはエポキシ系樹脂を、無機フィラーにはシリカフィラーを用いることが好ましい。ここで、シリカフィラーの添加量を３０ｗｔ％以上とすることで、上述の如く層間絶縁材の線熱膨張係数を十分に低減できる。好ましくは３５ｗｔ％以上、更に好ましくは４０ｗｔ％以上である。他方、シリカフィラーを過度に添加すると、誘電率が低下して層間絶縁材として必要とされる誘電特性を充足しなくなる惧れがあることから、５０ｗｔ％以下とする。好ましくは４５ｗｔ％以下である。

（２）コア材について
コア材は、線熱膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以上３０ｐｐｍ／Ｋ以下の樹脂材料にて構成することができる。コア材は、配線基板中に占める体積割合が最も大きいことから、スタックドビアに加わる応力の大きな要因となっている。そこで、コア材の線熱膨張係数を３０ｐｐｍ／Ｋ以下とすることで、４層以上に連なったスタックドビアに加わる応力を、ビア導体の接続界面に亀裂が生じない程度に低減することができ、ひいては電気的信頼性の高い配線基板を得ることができる。より好ましくは２８ｐｐｍ／Ｋ以下、更に好ましくは２５ｐｐｍ／Ｋ以下である。他方、下限は、特には限定されないが、例えば現状では２０ｐｐｍ／Ｋ程度が限度である。

上記のコア材には、ガラス繊維とともにシリカフィラーを含むエポキシ系の樹脂材料にて構成することができる。従来より、コア材には繊維強化樹脂板（例えば、ガラス繊維で強化したエポキシ樹脂からなる板）が用いられているが、上記の如く線熱膨張係数を十分に低減するには、ガラス繊維に加えて更にシリカフィラーをも含んだエポキシ系の樹脂材料をコア材として好適に利用できる。

また、上記の線熱膨張係数を実現するため、コア材は、シリカフィラーを４０ｗｔ％以下含むエポキシ系の樹脂材料にて構成することができる。上記のようなコア材の線熱膨張係数は、エポキシ系樹脂中に含まれるガラス繊維およびシリカフィラーの量によって調整することができる。特に、シリカフィラーを５ｗｔ％以上、更には１０ｗｔ％以上添加することで、上述の如くコア材の線熱膨張係数を十分に低減できる。他方、シリカフィラーを過度に添加すると、コア材として必要なエポキシ系樹脂の量を確保できなくなるので、４０ｗｔ％以下とする。

（３）穴埋め材について
穴埋め材は、線熱膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以上３５ｐｐｍ／Ｋ以下の樹脂材料にて構成することができる。穴埋め材は、貫通導体の内側を充填するものであり、その上にある配線積層部を局所的に突き上げるように膨張することから、例えば、貫通孔の端面を覆う蓋導体上にスタックドビアが形成されている場合等において、スタックドビアに加わる応力の大きな要因となっている。そこで、穴埋め材の線熱膨張係数を３５ｐｐｍ／Ｋ以下とすることで、４層以上に連なったスタックドビアに加わる応力を、ビア導体の接続界面に亀裂が生じない程度に低減することができ、ひいては電気的信頼性の高い配線基板を得ることができる。より好ましくは３０ｐｐｍ／Ｋ以下、更に好ましくは２７ｐｐｍ／Ｋ以下である。他方、下限は、特には限定されないが、例えば現状では２０ｐｐｍ／Ｋ程度が限度である。

また、上記の線熱膨張係数を実現するため、穴埋め材は、シリカフィラーを６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下含むエポキシ系の樹脂材料にて構成することができる。穴埋め材は、周囲を金属材料に取り囲まれることから、上述の如く特に線熱膨張係数を低減する必要があり、そのためには、シリカフィラーの添加量を６０ｗｔ％以上とする必要がある。好ましくは６５ｗｔ％以上、更に好ましくは７０ｗｔ％以上である。他方、シリカフィラーを過度に添加すると、穴埋め材として必要なエポキシ系樹脂の量を確保できなくなるので、８０ｗｔ％以下とする。

（４）相互関係について
コア材および穴埋め材は、ともに基板コア部を構成するものであるため、配線積層部内のスタックドビア等に集中する応力を可能な限り低減するべく、基板コア部の熱膨張をなるべく均一なものとすることが好ましい。すなわち、例えば、基板コア部のうち穴埋め材側が突出するように熱膨張すると、配線積層部のうち穴埋め材上の部分にあるスタックドビア等に応力が集中してしまう。そのため、コア材および穴埋め材は、その線熱膨張係数が凡そ近似していることが好ましく、具体的には、線熱膨張係数の比（コア材の線熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ）／穴埋め材の線熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ））が０．８以上１．２以下程度であることが好ましい。

層間絶縁材およびコア材は、それぞれ配線積層部および基板コア部として板厚方向に並ぶものである。ここで、基板コア部のコア材は、配線基板中に占める体積割合が最も大きいことから、熱膨張により配線積層部を突き上げる力が大きい。そのため、両者の線熱膨張係数の比（層間絶縁材の線熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ）／コア材の線熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ））を１．４以上１．９以下程度とすることにより、基板コア部の全体が突き上げる力と、配線積層部がそれに抗う力との均衡を図ることができるので好ましい。

層間絶縁材と穴埋め材は、それぞれ配線積層部および基板コア部として板厚方向に並ぶものである。ここで、基板コア部の穴埋め材は、貫通導体に周囲を取り囲まれていることから、熱膨張により配線積層部を局所的に突き上げる力が大きい。そのため、両者の線熱膨張係数の比（層間絶縁材の線熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ）／穴埋め材の線熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ））を１．４以上１．９以下程度とすることにより、基板コア部の穴埋め材が局所的に突き上げる力と、配線積層部がそれに抗う力との均衡を図ることができるので好ましい。

（５）位置関係について
スタックドビアは、貫通孔の端面を覆う蓋導体を介して貫通導体と導通するとともに、貫通孔上の中央領域に位置するように構成することが好ましい。貫通孔の端面が蓋導体で覆われている場合、蓋導体に接続する貫通導体と、その内側の穴埋め材および外側のコア材との線熱膨張係数差が大きいことから、蓋導体は、穴埋め材およびコア材の熱膨張によって、貫通導体と接続した部分付近が引き下げられ、その他の部分が押し上げられたような形状に変形してしまう。この際、蓋導体のうち引き下げられた形状となった貫通導体と接続した部分付近は、勾配が大きくなることから、この近辺に４層以上に連なったスタックドビアが接続された場合、蓋導体との接続界面に応力が集中しやすい。そこで、かかる応力が集中しやすい箇所から離れた位置にスタックドビアを形成するべく、スタックドビアを、貫通孔上の中央領域に位置するように構成することができる（図１及び図２参照）。

ここで、上方向とは、板厚方向（貫通方向）のうち基板コア部から離間する方向（配線積層部の積層方向）を意味し、貫通孔上とは、貫通孔を板厚方向に延伸した領域に含まれる位置、換言すると、基板コア部の主面に対して板厚方向に投影した場合に貫通孔の端面に含まれることになる位置を意味する。また、貫通孔上の中央領域とは、例えば、貫通孔の径（円でない場合は円相当径）の１／２程度（好ましくは１／３程度）の径を有し、貫通孔と中心を同じとする円の範囲内とすることができる。

また、スタックドビアは、貫通孔上ではない領域に位置するように構成することも好ましい。貫通孔の端面が蓋導体で覆われている場合、上述したように、蓋導体のうち貫通導体と接続した部分付近が引き下げられた形状となって、この近辺に４層以上に連なったスタックドビアが接続された場合、蓋導体との接続界面に応力が集中しやすい。そこで、かかる応力が集中しやすい箇所から離れた位置にスタックドビアを形成するべく、上記の場合とは逆に、スタックドビアを、貫通孔上ではない領域に位置するように構成することができる（図３参照）。また、このように貫通孔上ではない領域に位置する場合は、蓋導体が形成されずに、貫通孔の開口端の周囲に鍔導体が形成されている場合にも有効である（図４参照）。なお、更には、スタックドビアは、貫通孔の開口端から貫通孔の径（円でない場合は円相当径）の１／６程度（好ましくは１／５程度）離間した位置に形成されることがより好ましい。

ここで、「連なったスタックドビア」とは、例えば、層間絶縁材にフィルドビアが形成され、一層上方向の層間絶縁材にフィルドビアが形成されている場合、下層のフィルドビアの一部と上層のフィルドビアの一部とが直接接続している状態をいう。よって「４層以上に連なったスタックドビア」とは、かかる関係のフィルドビアが４層以上形成されている状態である。

また、スタックドビアは、板厚方向に複数連なるビア導体のうち、軸線を基板コア部の主面に沿ってシフトして位置するシフトビア導体を含むことが好ましい（図５参照）。４層以上に連なったスタックドビアが全て同軸に形成され、蓋導体に接続されている場合、４層以上に連なったスタックドビアと、蓋導体との接続界面にクラックが発生する場合がある。これは、スタックドビアの積層方向の熱膨張量と、層間絶縁材の積層方向の熱膨張量との差から生じる応力が、スタックドビアと、蓋導体との接続界面に集中するためである。よって、４層以上に連なったスタックドビアのうち少なくとも一つのビアをシフトさせることにより、応力を分散することができる。特に、シフトビア導体の軸線のシフト量は、自身のビア径の半分以上に設定されていることが好ましい。なお、シフトビア導体を含むスタックドビアは、見方を換えれば、板厚方向に第１軸線を有する複数の第１ビア導体（群）と、第１軸線から基板コア部の主面に沿ってシフトされた第２軸線を有する第２ビア導体（シフトビア導体）とからなると言える。その場合には、第１軸線と第２軸線との軸線間距離が、第２ビア導体（シフトビア導体）のビア径の半分以上に設定されていることが好ましい。

なお、導体層やビア導体には、金属材料として例えば銅を用いることができ、銅の線熱膨張係数は１６ｐｐｍ／Ｋ以上１８ｐｐｍ／Ｋ以下程度ある。したがって、線熱膨張係数の差に起因する内部応力の観点からすると、スタックドビアに加わる応力を低減（緩和）させるために、層間絶縁材においてもコア材や穴埋め材のように、シリカフィラー（無機フィラー）を大量に添加して線熱膨張係数を２０ｐｐｍ／Ｋ程度まで低減させて、両者の線熱膨張係数をほぼ等しくすることが望ましいが、シリカフィラー（無機フィラー）を過度に添加すると、上記した誘電率の低下の問題だけでなく、層間絶縁材の表面に粗面化処理を施した際に過度のシリカフィラーが脱落してしまい適正な粗度を有する表面に仕上げることが困難となる。すなわち、層間絶縁材においては、線熱膨張係数が３５ｐｐｍ／Ｋよりも下回るようにシリカフィラーを過度に添加すると粗面化処理をすることができなくなる。

ひいては、積層される導体層やビア導体などの十分な密着がとれなくなり、またビア導体（スタックドビア）の接続界面に亀裂が生じ易くなり、電気的信頼性を有する配線基板とすることができない惧れがある。すなわち、層間絶縁材においては、導体層やビア導体の線熱膨張係数（銅の線熱膨張係数）に極力近づけるとともに、粗面化処理をすることができる程度にシリカフィラーの添加量を制限して、線熱膨張係数が上記範囲となるようにすることが好適である。

また、層間絶縁材の線熱膨張係数を導体層やビア導体の線熱膨張係数に近づけるとともに、層間絶縁材の１層分の厚みを２０μｍ以上４０μｍ以下程度に薄く形成することにより、線熱膨張係数の差に起因する内部応力を緩和することができる。ここで、層間絶縁材の１層分の厚みとは、導体層（配線）から導体層（配線）までの距離（厚み）を意味する。

本発明の配線基板の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る配線基板１Ａの断面構造を概略的に表す図である。なお、本実施形態において基板コア部ＣＢは、図中で上側に表れている面を第１主面ＭＰ１とし、下側に表れている面を第２主面ＭＰ２とする。配線基板１Ａは、ＩＣチップとマザーボード等の主基板との間に配置されるものであり、第１主面ＭＰ１側に形成されたＰｂ−Ｓｎ系等の半田からなる半田バンプ７には、ＩＣチップがフリップチップ接続され、他方、第２主面ＭＰ２側に形成されたパッド導体５７には、図示しない半田ボール等が設置され、これを介して主基板が接続される。

基板コア部ＣＢは、ガラス繊維２３で強化したエポキシ系の樹脂材料からなるコア材の板（以下、コア材という）２で主に構成されている。コア材２は、ガラス繊維２３の他にシリカフィラーも含んでおり（図示せず）、詳細は上述した通りである。また、コア材２には、板厚方向に貫通する貫通孔２１Ｈが形成され、その内壁には配線積層部Ｌ１，Ｌ２間の導通を図る貫通導体２１がＣｕメッキにより形成されている。貫通孔２１Ｈの径は、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下で構成される。また、貫通導体２１の内側には、シリカフィラーを含んだエポキシ系の樹脂材料からなる穴埋め材３が充填されている。穴埋め材３の詳細は上述した通りである。

基板コア部ＣＢの両主面ＭＰ１，ＭＰ２には、貫通孔２１Ｈの端面（貫通導体２１及び穴埋め材３の端面）を覆うＣｕメッキからなる蓋導体５２が形成されている。蓋導体５２は、後述する配線積層部Ｌ１，Ｌ２の最下層の導体層Ｍ１１，Ｍ２１を為す。第１主面ＭＰ１側の蓋導体５２は、裏面が貫通導体２１に接続されるとともに、表面が後述するスタックドビア５Ｓに接続されており（すなわち、最下層の樹脂絶縁層Ｂ１１に埋設されたビア導体５の受け皿となっており）、両者の間の導通を仲介している。第２主面ＭＰ２側の蓋導体５２は、裏面が貫通導体２１に接続されるとともに、表面が最下層の樹脂絶縁層Ｂ２１に埋設されたビア導体（コンフォーマルビア）５Ｃの受け皿となっており、両者の間の導通を仲介している。また、蓋導体５２は、貫通孔２１Ｈの端面を包含する形状、すなわち貫通孔２１Ｈの開口周縁を覆う形状となっている。

基板コア部ＣＢの両主面ＭＰ１，ＭＰ２上に設けられた配線積層部Ｌ１，Ｌ２は、樹脂絶縁層（Ｂ１１〜Ｂ１４，Ｂ２１〜Ｂ２４）と導体層（Ｍ１１〜Ｍ１５，Ｍ２１〜Ｍ２５）とが交互に積層された構造を有する。導体層Ｍ１１〜Ｍ１５，Ｍ２１〜Ｍ２５は、Ｃｕメッキからなる蓋導体５２やパッド導体５５，５６，５７、配線等（図示せず）を含むものであり、その層間はビア導体５によって層間接続がなされている。ここで、パッド導体５５は、導体層Ｍ１２〜Ｍ１４，Ｍ２２〜Ｍ２４において、ビア導体５の受け皿となる導体部分である。パッド導体５６，５７は、導体層Ｍ１５，Ｍ２５において、半田バンプ７や半田ボール（図示せず）を形成するためのものであり、その表面にはＮｉ−Ａｕメッキが施されている。

樹脂絶縁層Ｂ１１〜Ｂ１４，Ｂ２１〜Ｂ２４は、シリカフィラーを含むエポキシ系の樹脂材料である層間絶縁材４からなり、詳細は上述した通りである。樹脂絶縁層Ｂ１１〜Ｂ１４，Ｂ２１〜Ｂ２４は、導体層Ｍ１１〜Ｍ１５，Ｍ２１〜Ｍ２５間を絶縁するとともに、貫通形成されたビア孔５Ｈ内に層間接続のためのビア導体（フィルドビア）５が充填形成されている（樹脂絶縁層Ｂ２１はコンフォーマルビア５Ｃ（後述））。なお、本実施形態に係る配線基板１Ａでは、配線積層部Ｌ１，Ｌ２において、樹脂絶縁層Ｂ１１〜Ｂ１４，Ｂ２１〜Ｂ２４が４層積層されており（従来のものより多い）、各層の厚さが例えば２０μｍ以上４０μｍ以下で構成される。また、導体層Ｍ１５，Ｍ２５上には、同様の樹脂材料６からなるソルダーレジスト層ＳＲ１，ＳＲ２が形成され、パッド導体５６，５７を露出させるための開口７Ｈ，８Ｈが穿設されている。

また、樹脂絶縁層Ｂ１１〜Ｂ１４，Ｂ２１〜Ｂ２４の各層におけるビア導体５の径は、例えば最大径（上方向側の径）が６５μｍ以上７５μｍ以下、最小径（下方向側の径）が５０μｍ以上６０μｍ以下となるように構成されている。

第１主面ＭＰ１側の配線積層部Ｌ１では、樹脂絶縁層Ｂ１１〜Ｂ１４にそれぞれ埋設されたビア導体５が、板厚方向に４層連なってスタックドビア５Ｓを構成している。スタックドビア５Ｓでは、各々のビア導体５は、ほぼ同心状に連なっており、中心軸を揃える形で配列している。また、スタックドビア５Ｓは、貫通孔２１Ｈ上のほぼ中央に位置している。このようなスタックドビア５Ｓは、連続数が多いほど（長さが長いほど）、根元となる蓋導体５２との接続界面付近に集中する応力がより強くなる傾向にあるが、本発明では上述した層間絶縁材４，コア材２，穴埋め材３を用いていることから、ビア導体５が４層連なったスタックドビア５Ｓを構成しても、その応力が低減されており蓋導体５２との接続界面に亀裂が生じない。

第２主面ＭＰ２側の配線積層部Ｌ２では、樹脂絶縁層Ｂ２１〜Ｂ２４にそれぞれ埋設されたビア導体５，５Ｃが、板厚方向に重ならないように互い違いに位置して配列している。これは、ビア導体５，５Ｃに加わる応力を分散させるためである。すなわち、第１主面ＭＰ１側の配線積層部Ｌ１では、半田バンプ７同士が近接して形成されるため（図示せず）、蓋導体５２から半田バンプ７に至る経路をスタックドビア５Ｓにより構成して配線の高密度化を実現する必要があるが、これに対して、第２主面ＭＰ２側の配線積層部Ｌ２では、パッド導体５７が大きく、蓋導体５２からパッド導体５７に至る経路が他の経路と近接することがないことから、配線の高密度化があまり要求されず、互い違いに位置する配列が可能となっている。また、配線積層部Ｌ２の最下層の樹脂絶縁層Ｂ２１に埋設され、蓋導体５２に接続されたビア導体５Ｃは、コンフォーマルビアにて構成されている。コンフォーマルビア５Ｃは、ビア孔５Ｈの内壁に沿ってＣｕメッキが形成され、その内側に樹脂絶縁層Ｂ２２の層間絶縁材４が充填されたものである。コンフォーマルビア５Ｃは、層間絶縁材４が充填されている分、ビア孔５Ｈ内を全て充填するフィルドビア５と比べて応力に強いため、穴埋め材３からの突き上げ等によって最も応力の集中しやすい蓋導体５２に接続するのに好適である。

以上の配線基板１Ａは、基板コア部ＣＢの両主面ＭＰ１，ＭＰ２上に、樹脂絶縁層（Ｂ１１〜Ｂ１４，ＳＲ１，Ｂ２１〜Ｂ２４，ＳＲ２）と、導体層（Ｍ１１〜Ｍ１５，Ｍ２１〜Ｍ２５）とを交互に積層して配線積層部Ｌ１，Ｌ２を形成することによって得ることができる。これは、公知のビルドアップ工程（セミアディティブ法，フィルム状樹脂材料のラミネート形成技術，フォトリソグラフィー技術などを組み合わせた工程）を用いることで実現できる。

また、基板コア部ＣＢは、以下の手順により得ることができる。まず、コア材２に、ドリル加工により板厚方向に貫通する貫通孔２１Ｈを形成し、Ｃｕメッキ（無電解Ｃｕメッキ後に電解Ｃｕメッキ）を全面に施すことによって貫通孔２１Ｈの内壁に貫通導体２１を形成した後、その内側に穴埋め材３を充填する。次に、更にＣｕメッキを全面に施すことによって蓋導体５２を形成し、その後、不要なＣｕメッキをエッチングにより除去する。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態の配線基板１Ａと異なる部分について主に述べ、重複する部分については同番号を付して説明を省略する。

図２は、第２実施形態の配線基板１Ｂの断面構造を概略的に表す図である。スタックドビア５Ｓにおけるビア導体５の連続数は、第１実施形態のように４層に限らず、それ以上であってもよい。配線基板１Ｂでは、５層のビア導体５が連続したスタックドビア５Ｓを有している。すなわち、配線基板１Ｂの配線積層部Ｌ１，Ｌ２は、５層の樹脂絶縁層Ｂ１１〜Ｂ１５，Ｂ２１〜Ｂ２５を有しており、配線積層部Ｌ１では、各層に埋設されたビア導体５が５層連なってスタックドビア５Ｓを形成している。本発明では上述した層間絶縁材４，コア材２，穴埋め材３を用いていることから、ビア導体５が５層連なったスタックドビア５Ｓを構成しても、その応力が低減されており蓋導体５２との接続界面に亀裂が生じない。また、同様にして、樹脂絶縁層の層数を増やして、ビア導体５が６層（更には７層）連続したスタックドビア５Ｓを形成することもできる。

図３は、第３実施形態の配線基板１Ｃの断面構造を概略的に表す図である。スタックドビア５Ｓは、貫通孔２１Ｈ上ではない領域に位置するように構成されている。すなわち、スタックドビア５Ｓは、蓋導体５２のうち貫通孔２１Ｈの開口周縁を覆う部分に接続されており、下側にコア材２があって穴埋め材３からの突き上げの影響を受けない位置に存在する。また、スタックドビア５Ｓの位置は、貫通孔２１Ｈの開口端から貫通孔２１Ｈの径の１／６程度（好ましくは１／５程度）離間していることが好ましい。これにより、蓋導体５２の変形によってスタックドビア５Ｓの接続界面付近に加わる応力を十分に低減できる。

図４は、第４実施形態の配線基板１Ｄの断面構造を概略的に表す図である。配線基板１Ｄは、蓋導体５２を有しておらず、貫通孔２１Ｈの開口周縁を覆う鍔導体５３を有する。鍔導体５３は、貫通導体２１と一体に形成されている。配線基板１Ｄは、蓋導体５２を有さない分、上記実施形態の配線基板１Ａ〜１Ｃと比べて製造工程が少なくて済む。スタックドビア５Ｓは、鍔導体５３に接続されているため、貫通孔２１Ｈ上ではない領域に位置するように構成されている。また、上記第３実施形態の配線基板１Ｃと同様に、スタックドビア５Ｓの位置は、貫通孔２１Ｈの開口端から貫通孔２１Ｈの径の１／６程度（好ましくは１／５程度）離間していることが好ましい。

図５は、第５実施形態の配線基板１Ｅの断面構造を概略的に表す図である。スタックドビア５Ｓは、複数のビア導体５がほぼ同心状に連なり中心軸を揃える形で配列されるなかで、その中心軸（軸線）を基板コア部ＣＢの主面に沿ってシフトして位置するビア導体（シフトビア導体）５ｉを含むように構成されている。すなわち、樹脂絶縁層Ｂ１１に埋設されたビア導体５ｉが他の樹脂絶縁層Ｂ１２〜Ｂ１４の各層に埋設されたビア導体５が有する中心軸（軸線）と異なる中心軸を有して形成されている。本発明では上述した層間絶縁材４，コア材２，穴埋め材３を用いており、さらに少なくとも一つのシフトビア導体５ｉを含み構成されているので、その応力が分散されており蓋導体５２との接続界面に亀裂が生じない。また、シフトビア導体５ｉのシフト量は、自身のビア径の半分以上であることが好ましい。これにより、配線の高密度化を実現するとともに、蓋導体５２の変形によってスタックドビア５Ｓの接続界面付近に加わる応力を十分に低減できる。また同様にして、上記実施形態の配線基板１Ａ〜１Ｄにおける各諸条件下（層数、蓋導体の有無、貫通孔２１Ｈに対する位置）においても好適に採用することができる。なお、第５実施形態として、シフトビア導体５ｉを樹脂絶縁層Ｂ１１に形成したが、樹脂絶縁層Ｂ１２〜Ｂ１４のいずれかでもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの形式に限定されるものではなく、これらに具現された発明と同一性の範囲内において適宜変更して実施し得る。

以下、本発明の効果を確認するために行った試験について説明する。

（実施例）
上述の要件を満たすコア材，穴埋め材，層間絶縁材を用いて配線基板を作製し、それを実施例とした。具体的には、次の材料を使用した。
・コア材：日立社製Ｅ６７９Ｆ
（エポキシ系樹脂，ＣＴＥ：２５ｐｐｍ／Ｋ，シリカフィラー量：４０ｗｔ％）
・穴埋め材：エポキシ樹脂、硬化剤及びフィラーを混合し、３本ロールミルを用いて混練して、充填材である貫通孔充填用ペーストを調製した。具体的には、エポキシ樹脂として、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を６３重量部、アミノフェノール型エポキシ樹脂を３３重量部、硬化剤として、ジシアンジアミド系硬化剤４重量部を混合し、フィラーとして、平均粒径６μｍ、最大粒径２４μｍに分級したシリカ粉末２２０重量部を混合した。少量の触媒核、増粘剤、消泡剤を添加した。
（エポキシ系樹脂，ＣＴＥ：２６ｐｐｍ／Ｋ，シリカフィラー量：７０ｗｔ％）
・層間絶縁材：味の素社製ＡＢＦ−ＧＸ１３
（エポキシ系樹脂，ＣＴＥ：４１ｐｐｍ／Ｋ，シリカフィラー量４２ｗｔ％）
また、樹脂絶縁層（層間絶縁材）は４層積層し、各層に埋設したビア導体により４層連なったスタックドビアを形成した。樹脂絶縁層の厚さは４０μｍ，ビア導体の径は６５μｍ，貫通孔の径は３００μｍとした。

（比較例）
従来のコア材，穴埋め材，層間絶縁材を用いて配線基板を作製し、それを比較例とした。具体的には、次の材料を使用した。
・コア材：松下電工社製Ｒ−１５１５Ｔ
（エポキシ系樹脂，ＣＴＥ：４６ｐｐｍ／Ｋ）
・穴埋め材：太陽インキ社製ＴＨＰ−１００ＤＸ１
（エポキシ系樹脂，ＣＴＥ：３２ｐｐｍ／Ｋ，シリカフィラー量５０ｗｔ％）
・層間絶縁材：味の素社製ＡＢＦ−ＧＸ３
（エポキシ系樹脂，ＣＴＥ：５５ｐｐｍ／Ｋ）
なお、その他の構成は上記実施例と同様である。

本発明における穴埋め材、層間絶縁材の硬化体の平均熱膨張係数は、下記のような方法により測定可能である。まず、上述した方法によって穴埋め材、層間絶縁材からφ５ｍｍ×２０ｍｍの円柱状試験片を作製し、これを試料として用いてＴＭＡ法による測定を行う。ここにいう「ＴＭＡ」とは、熱機械分析をいい、例えばＪＩＳ−Ｋ７１９７（プラスチックの熱機械分析による線膨張率試験方法）に規定されるものをいう。そして、スパン２０ｍｍにて試験片の厚さ方向に約１ｇの圧縮荷重を加えた状態で、−５５℃まで冷却し、１０℃／分の昇温速度で２１５℃まで加熱する。このとき、−５５℃，２５℃，１２５℃での試料の長さを測定し、得られた測定結果を式２に代入して平均熱膨張係数の値（ｐｐｍ／Ｋ）を計算する。なお、コア材について平均熱膨張係数を測定する場合には、貫通孔形成前のコア材を適宜カットして試験片とすればよい。

α＝{（Ｌ125−Ｌ-55）／（Ｌ25×（１２５−（−５５）））} ・・・式２

α：平均熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ）

Ｌ125：１２５℃における試料の長さ（ｍｍ）

Ｌ-55：−５５℃における試料の長さ（ｍｍ）

Ｌ25：室温（２５℃）における試料の長さ（ｍｍ）

（１）信頼性試験
実施例および比較例の配線基板について、ＪＥＤＥＣ規格に基づいて以下の試験を行った。ここで、Ｔ／Ｓ（Thermal shock）とは液槽式冷熱衝撃試験をいい、さらし時間は３０分に設定されている。また、Ｔ／Ｃ（Thermal cycle）とは気槽式冷熱衝撃試験をいい、さらし時間は５分に設定されている。そして、各冷熱衝撃試験において、コンディションＡの場合は０℃〜１００℃、コンディションＢの場合は−５５℃〜１２５℃の範囲で試験を行った。なお、試験には、実施例および比較例ともにスタックドビアが貫通孔上の中央に位置したものを用いた（図１参照）。
・Ｔ／Ｓ−Ｂ（Thermal shock-コンディションＢ）：１０００サイクル（−５５℃〜１２５℃）
・Ｔ／Ｃ−Ｂ（Thermal cycle-コンディションＢ）：５００サイクル，１０００サイクル（−５５℃〜１２５℃）
・Ｔ／Ｃ−Ａ（Thermal cycle-コンディションＡ）：３０００サイクル（０℃〜１００℃）
・ＨＡＳＴ（Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test）：１３５℃，８５％ＲＨ，９６時間

以上の試験後、スタックドビアにおける亀裂の有無を電子顕微鏡により観察した。観察は、それぞれ５個のスタックドビアに対して行い、１個でも亀裂が見つかったものを「亀裂有り」とし、亀裂が全く見つからなかったものを「亀裂なし」とした。図６に結果を示す。

これによると、実施例では、いずれの試験後もスタックドビアに亀裂が生じなかったのに対して、比較例では、Ｔ／Ｓ−Ｂ，Ｔ／Ｃ−Ａ試験の後にスタックドビアに亀裂が生じた。すなわち、実施例では、上述の要件を満たすコア材，穴埋め材，層間絶縁材を用いることによって、スタックドビアに集中する応力を低減できていることがわかる。

（２）位置依存性
実施例および比較例の配線基板を、図７に示すようにスタックドビアの位置を変えたものを５種類ずつ（各１００個）用意し、Ｔ／Ｓ−Ｂ試験を所定サイクル（１００サイクル，５００サイクル，１０００サイクル）行った後に、スタックドビアにおける亀裂の有無を電子顕微鏡により観察した。観察は、１個でも亀裂が見つかったものを「亀裂有り」とし、亀裂が全く見つからなかったものを「亀裂なし」とした。図８に結果を示す。

これによると、実施例では、いずれの位置（Type Ａ〜Ｅ）のスタックドビアに亀裂が生じなかった。すなわち、応力集中の少ない貫通孔上の中央（Type Ａ），貫通孔上の外（Type Ｅ:開口端から９０μｍ程度外）で亀裂が生じなかったのみならず、応力集中しやすい貫通導体上の近辺（Type Ｂ〜Ｄ）においても亀裂が生じなかった。これに対して、比較例では、１００サイクル後は亀裂が生じなかったものの、５００，１０００サイクル後では、いずれの位置（Type Ａ〜Ｅ）のスタックドビアにも亀裂が生じた。すなわち、実施例では、上述の要件を満たすコア材，穴埋め材，層間絶縁材を用いることによって、スタックドビアに集中する応力を低減できていることがわかる。

次に、比較例に係る配線基板について、コア材の直上からスタックドビアが何層まで連なって形成可能であるか調査するために、積層数（３層から６層まで）に応じて貫通孔の中央上と貫通孔の端上、及び１層目にシフトビア導体を形成したものについて試験を行った（Ｔ／Ｓ：１００サイクル，５００サイクル）。

以上の試験後、スタックドビアにおけるＲ−ｓｈｉｆｔ、亀裂（クラック）、ビアポップの有無を電子顕微鏡により観察した。Ｒ−ｓｈｉｆｔは、抵抗変化率を意味し、ＴＳ−Ｃ（昇温―冷却の温度サイクル）処理前後での抵抗変化率によってスタックドビアにクラック、デラミが発生しているか否かを確認する方法である。抵抗変化率が１０％以上の場合には発生とする。また、ビア−パッド導体のビア接続強度を検査するために、細い針でビアの底を突いてビアが剥がれるか否か（ビアポップ）を調査する。図９に結果、図１０に図９の結果をまとめた図（表）を示す。

これによると、１層目にシフトビア導体を形成すると３層連なったスタックドビアまで形成可能であった。すなわち、シフトビア導体を形成しない場合には、３層においても位置的な制約（貫通孔の中央上にのみスタックドビアを形成することができる。）が必要となってくる。そして、４層以上連なったスタックドビアは、どのような位置及び構造であっても信頼性に対するリスクが高いことが分かった。

さらに、再度本発明の効果を確認するために、上述の要件を満たすコア材、穴埋め材、層間絶縁材を用いて図１１に示すようにスタックドビアの位置を変えた配線基板を作成し、信頼性試験を行った。図１２に結果を示す。なお、具体的には、次の材料を使用した。
・コア材：日立社製ＦＲ−５（Ｅ６７９Ｆ）
（エポキシ系樹脂，ＣＴＥ：２６ｐｐｍ／Ｋ，シリカフィラー量：３５ｗｔ％）
・穴埋め材：太陽インキ社製ＴＨＰ−１００ＤＸ１
（エポキシ系樹脂，ＣＴＥ：３２ｐｐｍ／Ｋ，シリカフィラー量：５０ｗｔ％）
・層間絶縁材：味の素社製ＡＢＦ−ＧＸｃｏｄｅ１３
（エポキシ系樹脂，ＣＴＥ：３９ｐｐｍ／Ｋ，シリカフィラー量４０ｗｔ％）
また、樹脂絶縁層（層間絶縁材）は４層積層し、各層に埋設したビア導体により４層連なったスタックドビアを形成した。樹脂絶縁層の厚さは３０μｍ、ビア導体の径は７５μｍ（Ｔｏｐ）／６０μｍ（Ｂｏｔｔｏｍ）又は６５μｍ（Ｔｏｐ）／５０μｍ（Ｂｏｔｔｏｍ）、貫通孔の径は３００μｍとした。

これによると、ビア径を６５μｍ（Ｔｏｐ）で形成したＤｅｓｉｇｎＩにおけるＴ／Ｓ−Ｂ試験（１０００サイクル）及びＤｅｓｉｇｎＩＩにおけるＴ／Ｃ−Ｂ試験（１０００サイクル）で僅かにスタックドビアに亀裂が生じてしまっていたが、ビア径を７５μｍ（Ｔｏｐ）で形成したものにはスタックドビアに亀裂が生じたものは存在せず（特に応力が集中し易い貫通孔の端上においても亀裂が生じていない）、上述の要件を満たすコア材、穴埋め材、層間絶縁材を用いることによって、スタックドビアに集中する応力を低減できていることがわかる。

本発明の第１実施形態に係る配線基板の断面構造を概略的に表す図。 本発明の第２実施形態に係る配線基板の断面構造を概略的に表す図。 本発明の第３実施形態に係る配線基板の断面構造を概略的に表す図。 本発明の第４実施形態に係る配線基板の断面構造を概略的に表す図。 本発明の第５実施形態に係る配線基板の断面構造を概略的に表す図。 信頼性試験の結果を示す図。 スタックドビアの位置バリエーションを示す図。 熱サイクル試験の結果を示す図。 比較例の積層数に応じた信頼性試験の結果を示す表。 図９の結果をまとめた表。 スタックドビアの位置バリエーションを示す別の図。 熱サイクル試験の結果を示す別の図。

符号の説明

１Ａ〜１Ｅ 配線基板
ＣＢ 基板コア部
２ コア材
２１ 貫通導体
２１Ｈ 貫通孔
２３ ガラス繊維
３ 穴埋め材
４ 層間絶縁材
５２ 蓋導体
５ ビア導体（フィルドビア）
５Ｃ ビア導体（コンフォーマルビア）
５ｉ シフトビア導体
５Ｓ スタックドビア
Ｂ 樹脂絶縁層
Ｍ 導体層
Ｌ 配線積層部

Claims (11)

1. 板状のコア材を板厚方向に貫通する貫通孔の内壁に沿って貫通導体が形成され、その内側に穴埋め材が充填された基板コア部と、前記基板コア部の主面上に導体層と層状の層間絶縁材とが積層され、前記層間絶縁材中に前記導体層間の導通を図るビア導体が埋設された配線積層部と、を備える配線基板であって、
   各々の前記層間絶縁材に埋設された前記ビア導体が、板厚方向に４層以上連なって、前記貫通導体と導通するスタックドビアを形成するとともに、
   前記層間絶縁材は、線熱膨張係数が３５ｐｐｍ／Ｋ以上５０ｐｐｍ／Ｋ以下の樹脂材料からなることを特徴とする配線基板。
2. 板状のコア材を板厚方向に貫通する貫通孔の内壁に沿って貫通導体が形成され、その内側に穴埋め材が充填された基板コア部と、前記基板コア部の主面上に導体層と層状の層間絶縁材とが積層され、前記層間絶縁材中に前記導体層間の導通を図るビア導体が埋設された配線積層部と、を備える配線基板であって、
   各々の前記層間絶縁材に埋設された前記ビア導体が、板厚方向に４層以上連なって、前記貫通導体と導通するスタックドビアを形成するとともに、
   前記コア材は、線熱膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以上３０ｐｐｍ／Ｋ以下の樹脂材料からなり、
   前記穴埋め材は、線熱膨張係数が２０ｐｐｍ／Ｋ以上３５ｐｐｍ／Ｋ以下の樹脂材料からなることを特徴とする配線基板。
3. 前記コア材及び前記穴埋め材は、エポキシ系の樹脂材料を含む請求項１または請求項２に記載の配線基板。
4. 板状のコア材を板厚方向に貫通する貫通孔の内壁に沿って貫通導体が形成され、その内側に穴埋め材が充填された基板コア部と、前記基板コア部の主面上に導体層と層状の層間絶縁材とが積層され、前記層間絶縁材中に前記導体層間の導通を図るビア導体が埋設された配線積層部と、を備える配線基板であって、
   各々の前記層間絶縁材に埋設された前記ビア導体が、板厚方向に４層以上連なって、前記貫通導体と導通するスタックドビアを形成するとともに、
   前記コア材は、ガラス繊維とともにシリカフィラーを含むエポキシ系の樹脂材料からなり、
   前記穴埋め材は、シリカフィラーを含むエポキシ系の樹脂材料からなることを特徴とする配線基板。
5. 前記層間絶縁材は、線熱膨張係数が３５ｐｐｍ／Ｋ以上５０ｐｐｍ／Ｋ以下の樹脂材料からなる請求項２ないし４のいずれか１項に記載の配線基板。
6. 前記コア材は、シリカフィラーを４０ｗｔ％以下含むエポキシ系の樹脂材料からなる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の配線基板。
7. 前記穴埋め材は、シリカフィラーを６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下含むエポキシ系の樹脂材料からなる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の配線基板。
8. 前記層間絶縁材は、シリカフィラーを３０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下含むエポキシ系の樹脂材料からなる請求項１ないし７のいずれか１項に記載の配線基板。
9. 前記スタックドビアは、貫通孔の端面を覆う蓋導体を介して貫通導体と導通することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の配線基板。
10. 前記スタックドビアは、前記板厚方向に複数連なる前記ビア導体のうち、軸線を前記基板コア部の主面に沿ってシフトして位置するシフトビア導体を含む請求項１ないし９のいずれか１項に記載の配線基板。
11. 前記シフトビア導体の軸線のシフト量は、自身のビア径の半分以上に設定されている請求項１０に記載の配線基板。

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