JP2008135530A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、信号線路とグランド導体層との間の距離を所望の値に効果的に近づけることによって、生産性の優れた配線基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】信号線路５ａが形成された基体上に、上面にグランド導体層５ｂを有した樹脂フィルム層８を、樹脂接着層７を介し配置してなる配線基板であって、信号線路５ａと樹脂フィルム層８との間に位置する樹脂接着層７中に非金属無機フィラ１０が含有されていることを特徴とする配線基板。
【選択図】図２

Description

本発明は、配線基板およびその製造方法に関する。

従来より、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）などの半導体素子などを上面に搭載する配線基板として、樹脂製の配線基板が存在する。

かかる配線基板として、基体上に形成された信号線路上に、絶縁層を介してグランド導体層を積層したものが知られている（下記特許文献１参照）。

なお、信号線路とグランド導体層との間の距離は、所望の電気特性を得られるように、所定の値に設計する必要がある。
特開２００１−２５１０６０号公報

ところが、上述した従来の配線基板において、一般的に信号線路とグランド導体層との間に位置する絶縁層は、樹脂を固化することによって形成されるため、流動性を有する樹脂であっては、絶縁層の厚み寸法を設定することは容易でない。そのため、信号線路とグランド導体層との間の距離が所定の値から外れないように、該距離を調整することは難しい。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであって、信号線路とグランド導体層との間の距離を所定の値に効果的に近づけることによって、生産性に優れた配線基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、信号線路が形成された基体上に、上面にグランド導体層を有した樹脂フィルム層を、樹脂接着層を介し配置してなる配線基板であって、前記信号線路と前記樹脂フィルム層との間に位置する前記樹脂接着層中に非金属無機フィラが含有されていることを特徴とする配線基板である。

また本発明は、前記非金属無機フィラの比誘電率が前記樹脂接着層の比誘電率に比し小さいことを特徴とする配線基板である。

また本発明は、前記非金属無機フィラがシリカから成ることを特徴とする配線基板である。

また本発明は、前記非金属無機フィラが前記信号線路の上面および前記樹脂フィルム層の下面に当接していることを特徴とする配線基板である。

また本発明は、上面に信号線路が形成されている基体と、非金属無機フィラを含有する樹脂接着剤と、樹脂フィルムとを準備する工程と、前記信号線路と前記樹脂フィルムとの間に前記非金属無機フィラが介在されるようにして前記基体上に前記樹脂接着剤を介して前記樹脂フィルムを載置させる工程と、前記樹脂フィルムを前記基体側へ押圧しつつ前記樹脂接着剤を硬化させる工程と、前記樹脂フィルムの上面に該樹脂フィルムを介して前記信号線路と対向するグランド導体層を形成する工程と、を含む配線基板の製造方法である。

また本発明は、上面に信号線路が形成されている基体と、非金属無機フィラを含有する樹脂接着剤と、上面にグランド導体層が被着されている樹脂フィルムとを準備する工程と、前記信号線路と前記樹脂フィルムとの間に前記非金属無機フィラが介在され、且つ前記信号線路上に前記グランド導体層が位置するようにして、前記基体上に前記樹脂接着剤を介し前記樹脂フィルムを載置させる工程と、前記樹脂フィルムを前記基体側へ押圧しつつ前記樹脂接着剤を硬化させる工程と、を含む配線基板の製造方法である。

本発明によれば、信号線路とグランド導体層との間の距離を設定し易くすることができ、生産性に優れた配線基板およびその製造方法を提供することができる。

以下に、本発明にかかる配線基板およびその製造方法を実施するための形態について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る配線基板の断面図、図２は図１に示す配線基板の信号線路及びグランド導体層の断面図である。

本実施形態に係る配線基板は、半導体素子の実装構造体を構成するものであって、半導体素子の実装構造体は、配線基板１と、配線基板１上に実装されるＩＣ、ＬＳＩ等の例えばシリコンから成る半導体素子２とを含んでいる。ここでは、半導体素子２は、接合材としての機能を有する半田等のバンプ３を介して配線基板１に実装されている。以下、配線基板１を中心に説明する。

＜配線基板＞
配線基板１は、例えば各種オーディオビジュアル機器や家電機器、通信機器、コンピュータ装置又はその周辺機器などの電子機器に使用されるものであり、平板状に形成されたコア基板４と、コア基板４の上面及び下面に積層された導体層５と絶縁層６とを含んで構成されている。また、絶縁層６は、樹脂接着層７と樹脂フィルム層８とを積層して形成されるとともに、上下位置の異なる導体層５同士を電気的に接続するためのビア導体９が埋設されている。なお、樹脂接着層７には、非金属無機フィラ１０が含有されている。

コア基板４は、絶縁性を有し、例えばガラス繊維を縦横に織り込んだガラスクロスにエポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂又はシアネート樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させたシートなどを積層して固化することによって実現される。

コア基板４には、コア基板４の厚み方向を貫通するスルーホール１１が形成されている。かかるスルーホール１１の内壁面には、導電性を有する銅めっき等からなるスルーホール導体１２が形成されている。また、スルーホール１１には、コア基板４の平坦性を良好にするために絶縁性の樹脂からなる絶縁体１３が充填されている。なお、スルーホール導体１２は、コア基板４の上面又は下面に形成された導体層５同士を電気的に接続している。

導体層５は導電性を有し、電気信号を伝達する機能を備えた信号線路５ａと、電位を共通にする機能を備えたグランド導体層５ｂとが含まれている。なお、信号線路５ａと、その信号線路５ａに対向するグランド導体層５ｂからなるものを回路配線Ｋとする。また、信号線路５ａとグランド導体層５ｂとは、絶縁層６を介して互いに対向するように配置されている。

かかる導体層５は、導電性を有し、例えば銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル又はクロム等の金属材料からなる。また、導体層５は、少なくともコア基板４の厚み方向の表面上に形成され、配線パターンを形成するためにコア基板４の表面の全域にわたって積層されず、コア基板４の表面上に部分的に形成される。

絶縁層６を構成する樹脂接着層７は、導体層５の表面上に形成される。そして、絶縁層６を構成する構成する樹脂フィルム層８が樹脂接着層７の表面上に形成される。このように所望の導体層５の積層数に応じて、絶縁層６と導体層５とが交互に積層される。また、絶縁層６の厚み方向に貫通するビア導体９は、導体層５同士の間に形成されている。

樹脂フィルム層８は、精密に厚さが制御されている。また、樹脂フィルム層８は、コア基板４に樹脂接着剤を介して絶縁層６を接着する際に、印加される温度や圧力によって厚み寸法が変化するのを防止するために、耐熱性と硬さに優れた特性の材料であることが望ましい。この様な特性を有する樹脂フィルム層８としては、例えばポリベンゾオキサゾール樹脂、全芳香族ポリアミド樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂又は液晶ポリマー樹脂のうち少なくともいずれか一つを用いることが望ましい。特に、樹脂フィルム層８は、樹脂接着層７がポリイミド樹脂のとき該樹脂層と接着性の良好なポリベンゾオキサゾール樹脂であることがより望ましい。なお、樹脂フィルム層８の厚み寸法は、例えば１μｍから１０μｍとなるように設定されている。

樹脂接着層７は、絶縁性を有し、樹脂フィルム層８を導体層に対して固着させるためのものであって、熱硬化性または熱可塑性の樹脂が使用できる。熱硬化性樹脂としては、例えばポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シアネート樹脂、シリコン樹脂又はビスマレイミドトリアジン樹脂のうち少なくともいずれか一つからなるように実現されている。熱可塑性樹脂としては、半田付け時の加熱に耐える耐熱性を有する必要があることから、構成する材料の軟化温度が２００℃以上であることが望ましく、ポリエーテルケトン樹脂、又は液晶ポリマー樹脂が用いられる。また、これらの材料から成る樹脂接着層７の比誘電率は、例えば３．５から４．５となる。

また、樹脂接着層７に含有されている非金属無機フィラ１０は、例えばシリカ（二酸化ケイ素）、又は酸化アルミニウム等の無機材料からなり、本実施の形態では、シリカが用いられている。また、これらの材料から成る非金属無機フィラ１０の比誘電率は、例えば２．３から３．５となり、樹脂接着層７の誘電率よりも小さい値となるように設定されている。

非金属無機フィラ１０の形状は、例えば略球状、多角形状などがあり、樹脂接着層７内に充填する観点から、略球状に設定されている。かかる略球状の粒子径は、例えば３００ｎｍ以上３μｍ以下である。なお、非金属無機フィラ１０の粒子径は、全て配線基板の設計時に規定した大きさよりも小さいことが重要である。仮に、規定の大きさよりも大きい粒子径の粒子が信号線路５ａ上に載置された場合、信号配線５ａと樹脂フィルム層８との間の距離を縮めようとしても上記粒子が邪魔をして、樹脂接着層７の厚み寸法が所望の値よりも厚くなり、後述する特性インピーダンスＺ_Ｏの値に悪影響を及ぼすことになる。

非金属無機フィラ１０は、少なくとも、信号線路５ａの上面及び樹脂フィルム層８の下面に当接するように配置されている。樹脂接着層７は、樹脂フィルム層８を張り合わせた状態で、コア基板４及び導体層５に対して積層され、例えば加熱プレス装置を用いて加熱加圧することによって、回路配線Ｋの間に非金属無機フィラ１０が配置された状態で固化される。樹脂接着層７は、乾燥後の厚み寸法が例えば３００ｎｍ以上３μｍ以下となるように設定されている。

なお、非金属無機フィラ１０は、信号線路５ａの上面及び樹脂フィルム層８の下面に当接し、信号線路５ａの上面と樹脂フィルム層８の下面との距離ｄを一定にする観点から、図３に示すように、樹脂接着層７内に多数充填し、非金属無機フィラ１０同士が当接することによって、距離ｄを一定にするように形成してもよい。この場合、非金属無機フィラ１０は、信号線路５ａの上面と樹脂フィルム層８の下面との間に少なくとも配置されており、回路配線Ｋの間で非金属無機フィラ１０同士が当接し、距離ｄを一定に形成している。

ここで、特性インピーダンスＺ_Ｏについて説明する。特性インピーダンスＺ_Ｏは、半導体素子２等を実装する配線基板１における回路配線Ｋの信号伝送特性を表すものであって、回路配線Ｋの単位長さ当たりの容量をＣ、インダクタンスをＬとするとき、Ｚ_Ｏ＝（Ｌ／Ｃ）^１／２で定義されるが、容量ＣやインダクタンスＬの値は、絶縁層６の厚み寸法、すなわち回路配線Ｋにおける信号線路５ａの上面からグランド導体層５ｂの下面までの距離ｄや、絶縁層６の比誘電率等に依存する。かかる特性インピーダンスＺ_Ｏは、配線基板に実装される半導体素子等の有する入力，出力インピーダンスと整合していないと、信号の反射が生じやすく、該信号の反射が雑音となって伝送信号の質が低下する。なお、絶縁層６の比誘電率は小さくなるにつれて、回路基板Ｋの伝送信号の速度が速くなり半導体素子２の高速演算が実現できる。

ところが、上述した従来の配線基板は、一般的に信号線路とグランド導体層との間に位置する絶縁層に硬化性樹脂を用いており、該絶縁層が硬化する前は、絶縁層の粘土が低下しているため、基体周辺部から絶縁層を構成する材料が流れ出ることがある。そのため、基体周辺部は基体中央よりも絶縁層の厚み寸法が小さくなるため、場所によって距離ｄが異なることがあり、特性インピーダンスＺ_Ｏの値を調整しにくいことがある。なお、本明細書における基体とは、配線基板が作製される前の導体層５又は絶縁層６を積層可能な基板のことをいう。

上記実施の形態によれば、絶縁層６を構成する樹脂フィルム層８は、予め厚み寸法が所定の値に規定されたフィルムを使用することができ、樹脂接着層７の厚み寸法を調整することで、絶縁層６の厚み寸法を決定することができる。樹脂接着層７には、非金属無機フィラ１０が含有されており、樹脂フィルム層８を樹脂接着層７を介して信号線路５ａに押圧し、非金属無機フィラ１０を信号線路５ａに対して当接させて、樹脂接着層７の厚みを調整することによって、絶縁層６の厚みを所定の値に近づけることができる。かかる非金属無機フィラ１０は、信号線路５ａとグランド導体層５ｂとの間に介在されるとともに、基体上に多数配置されることによって、場所によって距離ｄが異なるのを抑制することができる。その結果、特性インピーダンスＺ_Ｏの値を調整することができ、電気特性が良好であると共に生産性に優れた配線基板を提供することができる。

また、上記実施の形態によれば、非金属無機フィラ１０の比誘電率を樹脂接着層７の比誘電率よりも小さくしたことによって、絶縁層６全体の比誘電率を低くすることができ、半導体素子２の高速演算に十分対応することができる。

さらに、上記実施の形態によれば、非金属無機フィラ１０をシリカとした場合、シリカは熱膨張率が樹脂接着層７よりも比較的小さいため、絶縁層６の熱膨張係数を小さくすることができる。その結果、配線基板１が熱膨張に起因して、導体層５に対して樹脂接着層７が剥離するのを低減することができる。

またさらに、非金属無機フィラ１０が信号線路５ａおよび樹脂フィルム層５ｂの下面に当接させて、非金属無機フィラ１０を信号線路５ａと樹脂フィルム層５ｂとの間に挟みこむように配置し、非金属無機フィラ１０の径の値と樹脂接着層７の厚み寸法とを合わせることによって、より絶縁層６の厚み寸法を調整しやすくすることができる。

＜配線基板の製造方法＞
本実施形態に係る配線基板１は、例えば、以下の工程を経て作製される。

まず、準備工程においては、コア基板４と、樹脂フィルムと、非金属無機フィラ１０を含有する樹脂接着剤とを準備する。樹脂フィルムは、ポリベンゾオキサゾール樹脂からなるシートであって、樹脂接着剤は、硬化前のポリイミドである。なお、樹脂接着剤に多数の非金属無機フィラ１０を混入し攪拌することで、非金属無機フィラ１０を樹脂接着剤内に一様に入れることができる。このとき、樹脂接着剤内に、信号線路５ａ上に非金属無機フィラ１０を配置する観点から、樹脂接着剤と非金属無機フィラ１０の含有比を、例えば１対０．１から１対０．３の割合とすることが望ましい。

コア基板４は、ガラス繊維を縦横に織り込んだガラスクロスにエポキシ樹脂及びビスマレイミドトリアジン樹脂又はシアネート樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを銅箔とともに熱プレスして硬化することによって形成する。コア基板４は、厚み寸法が例えば０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下に設定されている。

次に、コア基板４に、従来周知のドリル加工などによって、厚み方向にスルーホール１１を形成し、電解めっきなどにより、スルーホール１１内にスルーホール導体１２を形成する。スルーホール１１は、複数形成され、直径が例えば０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定されている。そのあと、スルーホール１１内に例えばポリイミド等の樹脂を充填し、絶縁体１３を形成する。次に、コア基板４の上面及び下面に、従来周知の蒸着法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法等によって、信号配線５ａを構成する材料を被着する。そして、その表面にレジストを塗布し、露光現像を行った後、エッチング処理をしてコア基板４の上面及び下面に信号配線５ａを形成する。

そして、信号線路５ａの上面に対して、従来周知のスピンコート法等によって、樹脂接着剤を被着し、被着層上に樹脂フィルムを載置させる。この際、信号線路５ａと樹脂フィルムとの間に非金属無機フィラ１０を介在されるようにする。

次に、樹脂フィルムを信号線路５ａ側に押圧しつつ樹脂接着剤を硬化させることによって、信号線路５ａ上に樹脂接着層７を介して樹脂フィルム層８を形成する。このとき、樹脂フィルムを信号線路５ａに対して水平状態に維持しながら、樹脂フィルムに均一な力を印加して、信号線路５ａ上に非金属無機フィラ１０を介して樹脂フィルムが配置されるようにする。また、樹脂フィルムに印加する力は、信号線路５ａ上における樹脂接着層７の厚み寸法が均一の厚みとなるように制御する。なお、樹脂接着剤は、熱や光を照射することによって、硬化することができる。ここで、樹脂接着層７は、固化後の樹脂接着剤に該当し、樹脂フィルム層８は、押圧して固定した後の樹脂フィルムに該当する。なお、樹脂フィルム層８の厚み寸法は、例えば７．５μｍであって、樹脂接着層７の厚み寸法は３μｍとなるように設定されている。

そして、絶縁層６に、例えばＹＡＧレーザー装置、又はＣＯ_２レーザー装置を用いて、絶縁層６を貫通する貫通孔を形成する。貫通孔は、樹脂フィルム層８の表面に対して垂直方向から、樹脂フィルム層８の表面に向けてレーザー光が照射されることによって、形成される。さらに、貫通孔に、例えば従来周知のめっき処理を施し、導電性材料を充填することによってビア導体９を形成する。

さらに、樹脂フィルム８の上面に対して、従来周知の蒸着法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法等によって、グランド導体層５ｂを構成する材料を被着する。そして、その表面にレジストを塗布し、露光現像を行った後、エッチング処理をしてグランド導体層５ｂを形成する。なお、グランド導体層５ｂは、樹脂フィルム層８の上面に樹脂フィルム層８を介して信号線路５ａと対向する箇所に、形成される。

さらに、上述した積層工程を繰り返すことで、配線基板１を作製することができる。そして、配線基板１に対してバンプ３を介して半導体素子２を実装することによって、半導体素子の実装構造体を実現することができる。

なお、上述した準備工程において、予め上面にグランド導体層５ｂを形成した樹脂フィルムを準備し、該樹脂フィルムを樹脂接着剤を介して信号線路５ａ上に載置して、上述した製造方法によって、配線基板１を作製しても構わない。なおこの場合、樹脂フィルムを信号線路５ａ上に載置する工程においては、グランド導体層５ｂが信号線路５ａに樹脂接着剤を介して対向するように位置決めし、信号線路５ａとグランド導体層５ｂとの間には、非金属無機フィラ１０が介在されるようにする。

なお、本発明は上述の形態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において種々の変更、改良等が可能である。

本発明の実施形態に係る配線基板の断面図である。 本発明の実施形態に係る回路配線の拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る回路配線の拡大断面図である。

符号の説明

１ 配線基板
２ 半導体素子
３ バンプ
４ コア基板
５ 導体層
５ａ 信号線路
５ｂ グランド導体層
６ 絶縁層
７ 樹脂接着層
８ 樹脂フィルム層
９ ビア導体
１０ 非金属無機フィラ
１１ スルーホール
１２ スルーホール導体
１３ 絶縁体
Ｋ 回路配線
ｄ 距離
Ｚ_Ｏ 特性インピーダンス

Claims (6)

1. 信号線路が形成された基体上に、上面にグランド導体層を有した樹脂フィルム層を、樹脂接着層を介し配置してなる配線基板であって、
   前記信号線路と前記樹脂フィルム層との間に位置する前記樹脂接着層中に非金属無機フィラが含有されていることを特徴とする配線基板。
2. 請求項１に記載の配線基板において、
   前記非金属無機フィラの比誘電率が前記樹脂接着層の比誘電率に比し小さいことを特徴とする配線基板。
3. 請求項１又は請求項２に記載の配線基板において、
   前記非金属無機フィラがシリカから成ることを特徴とする配線基板。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の配線基板において、
   前記非金属無機フィラが前記信号線路の上面および前記樹脂フィルム層の下面に当接していることを特徴とする配線基板。
5. 上面に信号線路が形成されている基体と、非金属無機フィラを含有する樹脂接着剤と、樹脂フィルムとを準備する工程と、
   前記信号線路と前記樹脂フィルムとの間に前記非金属無機フィラが介在されるようにして前記基体上に前記樹脂接着剤を介して前記樹脂フィルムを載置させる工程と、
   前記樹脂フィルムを前記基体側へ押圧しつつ前記樹脂接着剤を硬化させる工程と、
   前記樹脂フィルムの上面に該樹脂フィルムを介して前記信号線路と対向するグランド導体層を形成する工程と、を含む配線基板の製造方法。
6. 上面に信号線路が形成されている基体と、非金属無機フィラを含有する樹脂接着剤と、上面にグランド導体層が被着されている樹脂フィルムとを準備する工程と、
   前記信号線路と前記樹脂フィルムとの間に前記非金属無機フィラが介在され、且つ前記信号線路上に前記グランド導体層が位置するようにして、前記基体上に前記樹脂接着剤を介し前記樹脂フィルムを載置させる工程と、
   前記樹脂フィルムを前記基体側へ押圧しつつ前記樹脂接着剤を硬化させる工程と、を含む配線基板の製造方法。

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