JP2010251684A - 複合材料構造、複合材料を含む回路基板構造、及び複合材料回路基板構造を形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複合材料を含む回路基板構造と、複合材料回路基板構造を形成する方法を提供する。
【解決手段】複合材料回路基板構造は基板と、複合材料誘電層と、パターン化導線層とを含む。複合材料誘電層は基板の上に位置し、触媒誘電層とパシベーション誘電層を含む。触媒誘電層は誘電材料と触媒顆粒を含んで基板に接触する。パシベーション誘電層は誘電材料を含んで触媒誘電層に接触する。パターン化導線層は触媒誘電層の上に位置する。
【選択図】 図２

Description

本発明は複合材料を含む回路基板構造と複合材料回路基板構造を形成する方法に関し、特に触媒顆粒を含む複合材料と、触媒顆粒を含む複合材料を用いて回路基板構造を形成する方法に関する。

回路基板は電子装置の中で重要な素子である。製品の薄型化、配線の微細化、エッチングの信頼性を改善するために、埋め込み式配線構造が注目されている。埋め込み式配線構造は配線パターンが基板に埋め込まれているので、実装後の厚さが抑えられている。

従来の技術では前述のような回路基板を形成するために、数種類の方法が考案されている。そのうち１つは、レーザーアブレーションで基板をパターン化してダマシン構造を形成し、更に基板上の穴に導電材料を埋め込んで、埋め込み式配線構造とするのを内容とする。

導電材料を基板上の穴に埋め込む（通常は無電解めっきで行われる）ために、一般に基板の表面を活性化しておくことが必要である。従来の技術では製作方法として直接配線設計を利用する。例えば前述のように、レーザーアブレーションで基板をパターン化してダマシン構造を形成し、更に基板上の穴に導電材料を埋め込んで、埋め込み式配線構造を作成する。

図１を参照する。図１では従来の無電解めっきに見られるオーバープレーティング現象を示す。無電解めっきで銅などの導電材料１３０を、基板１０１上あらかじめ形成された穴１２２に埋め込む過程では、オーバープレーティング現象が発生しやすい。オーバープレーティング現象が発生すると、導電材料１３０は穴１２２の開口部から周辺へあふれ出る。配線の微細化を重視する先行技術では同じ配線層の中にある配線の線幅をできるだけ小さくしているので、穴１２２の開口部から周辺へあふれ出る導電材料１３０は、隣接した導線間の短絡確率を引き上げる要因である。また、基板１０１の穴１２２に埋め込まれた導電材料１３０は穴１２２の立体形状に応じてコンフォーマル堆積が発生し、平面でない表面１３１を形成する。以上はいずれも当業者にとって好ましくなく、克服すべき点である。

台湾公開２００８０５６１１号公報 台湾特許第Ｉ２８８５９１号明細書

本発明では、複合材料を含む回路基板構造と、複合材料回路基板構造を形成する方法を提供する。

本発明では複合材料構造を開示する。当該複合材料構造は触媒誘電層とパシベーション誘電層を含む。触媒誘電層は誘電材料と触媒顆粒を含む。パシベーション誘電層は誘電材料を含んで触媒誘電層に接触する。触媒顆粒の材料は金属の配位化合物を含み、金属の配位化合物は例えば金属酸化物、金属窒化物、金属錯体化合物、及び／または金属キレート化合物である。当該金属は例えば亜鉛、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、白金、コバルト、ロジウム、イリジウム、インジウム、鉄、マンガン、アルミニウム、クロム、タングステン、バナジウム、タンタル、及び／またはチタニウムである。

本発明では更に複合材料回路基板構造を開示する。当該複合材料回路基板構造は基板と、複合材料誘電層と、パターン化導線層とを含む。複合材料誘電層は基板の上に位置し、触媒誘電層とパシベーション誘電層を含む。触媒誘電層は誘電材料と触媒顆粒を含んで基板に接触する。パシベーション誘電層は誘電材料を含んで触媒誘電層に接触する。パターン化導線層は触媒誘電層の上に位置する。

本発明による複合材料回路基板構造の中の誘電材料は例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリエステル、アクリレート、フッ素重合体、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリイミド、フェノール樹脂、ポリスルホン、珪素重合体、ＢＴ樹脂（ビスマレイミドトリアジン変性エポキシ樹脂）、ポリシアネート、ポリエチレン、ポリカーボネート樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ナイロン６、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、またはシクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）である。

本発明では更に、複合材料回路基板構造を形成する方法を開示する。当該方法ではまず複合材料構造を提供する。当該複合材料構造は基板と複合材料誘電層を含む。複合材料誘電層は基板の上に位置し、触媒誘電層とパシベーション誘電層を含む。触媒誘電層は誘電材料と触媒顆粒を含んで基板に接触する。パシベーション誘電層は誘電材料を含んで触媒誘電層に接触する。その後、複合材料誘電層をパターン化して触媒顆粒を活性化し、更に触媒誘電層の上に導線層を形成する。望ましくは、導線層の表面の最高点と最低点の差は３μｍを超えず、或いは、導線層は単一種類の銅から構成される。

本発明による複合材料を含む回路基板構造の中の複合材料は、オーバープレーティング現象を抑制し、導電材料が穴の開口部から周辺へあふれ出るのを防ぐことができる。オーバープレーティング現象が抑制されるので、基板の穴に埋め込まれた導電材料はコンフォーマル堆積が発生せず、導電材料の表面の平坦性もそれによって改善される。

従来の無電解めっきに見られるオーバープレーティング現象を表す説明図である。 本発明による複合材料構造を示す説明図である。 本発明による複合材料回路基板構造を表す説明図である。 本発明による複合材料回路基板構造の形成方法を表す説明図である。 本発明による複合材料回路基板構造の形成方法を表す説明図である。 本発明による複合材料回路基板構造の形成方法を表す説明図である。 本発明による複合材料回路基板構造の形成方法を表す説明図である。

本発明では複合材料構造、複合材料を含む回路基板構造、及び複合材料回路基板構造を形成する方法を開示する。本発明による複合材料は、無電解めっきの実行時、複合材料回路基板構造に発生しうるオーバープレーティング現象を抑制し、導電材料が穴の開口部から周辺へあふれ出るのを防ぐことができる。また、基板の穴に埋め込まれた導電材料はコンフォーマル堆積が発生せず、導電材料の表面の平坦性はそれによって確保される。

本発明ではまず複合材料構造を提供する。図２は本発明による複合材料構造を示す説明図である。図２に示すように、本発明による複合材料構造２００は触媒誘電層２１０と、パシベーション誘電層２２０を含む。触媒誘電層２１０は誘電材料２１１と、少なくとも１つの触媒顆粒２１２を含む。触媒顆粒２１２は誘電材料２１１の中に散布されている。レーザーなどで活性化すれば、触媒誘電層２１０は触媒顆粒２１２の助けにより導電層が形成されるのを援助する。パシベーション誘電層２２０は誘電材料２１１を含んで触媒誘電層２１０に接触し、その厚さは線幅によって異なるが、最大１５μｍである。

図２に示すように、本発明による複合材料構造２００は要求に応じてパターン化導線層２３０を含みうる。パターン化導線層２３０は複合材料構造２００に埋め込まれており、触媒誘電層２１０の上に位置して触媒誘電層２１０に直接接触している。望ましくは、パターン化導線層２３０の表面の最高点と最低点の差は３μｍを超えない。また、化学的工程から得られた銅とめっき工程から得られた複種の銅は性質が完全には同じではないので、パターン化導線層２３０として構造上、物理的特性が異なった銅から構成されたもの（例えば化学的工程から得られた銅とめっき工程から得られた銅を混合したもの）ではなく、単一種類の銅からなるもの（例えば化学的工程から得られたもの）を使用することが望ましい。

本発明による複合材料構造２００の誘電材料２１１は例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリエステル、アクリレート、フッ素重合体、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリイミド、フェノール樹脂、ポリスルホン、珪素重合体、ＢＴ樹脂（ビスマレイミドトリアジン変性エポキシ樹脂）、ポリシアネート、ポリエチレン、ポリカーボネート樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ナイロン６、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、またはシクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）などの高分子材料である。

本発明による複合材料構造２００の触媒顆粒２１２は例えば、金属の配位化合物からなる複数のナノ顆粒である。本発明に適した金属の配位化合物は金属酸化物、金属窒化物、金属錯体化合物、及び／または金属キレート化合物である。金属配位化合物の金属は例えば亜鉛、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、白金、コバルト、ロジウム、イリジウム、インジウム、鉄、マンガン、アルミニウム、クロム、タングステン、バナジウム、タンタル、及び／またはチタニウムである。

本発明では更に、複合材料回路基板構造を開示する。望ましくは、複合材料回路基板構造は前述のような複合材料構造を含む。図３は本発明による複合材料回路基板構造を表す説明図である。図３に示すように、本発明による複合材料回路基板構造３００は基板３０１と、複合材料誘電層３０２と、パターン化導線層３３０とを含む。

複合材料誘電層３０２は触媒誘電層３１０とパシベーション誘電層３２０を含む。触媒誘電層３１０は誘電材料３１１と、少なくとも１つの触媒顆粒３１２とを含む。触媒顆粒３１２は誘電材料３１１の中に散布されている。パシベーション誘電層３２０は誘電材料３２１を含んで触媒誘電層３１０に接触し、その厚さは線幅によって異なるが、最大１５μｍである。パターン化導線層３３０は複合材料誘電層３０２に埋め込まれており、触媒誘電層３１０の上に位置して触媒誘電層３１０に直接接触している。レーザーなどで活性化すると、触媒誘電層３１０は触媒顆粒３１２の助けによりパターン化導線層３３０が形成されるのを援助する。

本発明による複合材料回路基板構造３００の基板３０１は例えば多層回路基板であり、導電配線層は例えば埋め込み式配線構造及び／または非埋め込み式配線構造である。また、誘電材料３１１は高分子材料を含み、触媒顆粒３１２は金属の配位化合物からなる複数のナノ顆粒を含みうる。誘電材料３１１と触媒顆粒３１２の好ましい実施例については、前記誘電材料２１１と触媒顆粒２１２の説明を参照すればよく、ここで説明を省略する。

本発明の好ましい実施例では、パターン化導線層３３０の表面の最高点と最低点の差は３μｍを超えない。また、化学的工程から得られた銅とめっき工程から得られた銅は性質が完全には同じではないので、パターン化導線層３３０として構造上、物理的特性が異なった複種の銅から構成されたもの（例えば化学的工程から得られた銅とめっき工程から得られた銅を混合したもの）ではなく、単一種類の銅からなるもの（例えば化学的工程から得られたもの）を使用することが望ましい。

本発明では更に、複合材料回路基板構造の形成方法を提供する。図４〜図７は本発明による複合材料回路基板構造の形成方法を表す説明図である。図４に示すように、本発明による複合材料回路基板構造の形成方法は、まず複合材料構造４０４を提供する。この複合材料構造４０４は基板４０１と複合材料誘電層４０２を含む。

本発明による複合材料構造４０４の基板４０１は例えば多層回路基板であり、導電配線層は例えば埋め込み式配線構造及び／または非埋め込み式配線構造である。複合材料誘電層４０２は触媒誘電層４１０とパシベーション誘電層４２０を含む。触媒誘電層４１０は誘電材料４１１と、少なくとも１つの触媒顆粒４１２とを含む。触媒顆粒４１２は誘電材料４１１の中に散布されている。レーザーなどで活性化すると、触媒誘電層４１０は触媒顆粒４１２の助けにより導電層が形成されるのを援助する。パシベーション誘電層４２０は誘電材料４１１を含んで触媒誘電層４１０に接触し、その厚さは線幅によって異なるが、最大１５μｍである。

次に図５に示すように、複合材料誘電層４０２をパターン化して溝４２２を作成すると同時に、触媒顆粒４１２を活性化する。複合材料誘電層４０２のパターン化は物理的な方法（例えばレーザーアブレーションまたはプラズマエッチング）で実行することができる。レーザーアブレーションのレーザー光源として赤外レーザー、紫外レーザー、エキシマレーザー、または遠赤外レーザーを利用することができる。
次に図６に示すように導線層４３０を形成する。導線層４３０はパターン化複合材料誘電層４０２の溝４２２に埋め込まれるので、触媒誘電層４１０の上に位置して触媒誘電層４１０に直接接触することができる。導線層４３０は、無電解めっきで化学銅（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｐｐｅｒ）などの導電材料を、複合材料誘電層４０２に対するパターン化で形成された溝４２２に埋め込むことで形成することが可能である。本発明による複合材料は、複合材料回路基板構造のめっき時のオーバープレーティングを抑制し、導電材料が溝４２２の開口部から周辺へあふれ出るのを防ぐことができる。

パシベーション誘電層４２０の誘電材料４２１は化学銅を成長しにくくする。それに対して、導線層４３０は活性化された触媒顆粒４１２の助けによって容易に形成できる。したがって、オーバープレーティングは発生しにくくなり、導電材料が溝４２２の開口部から周辺へあふれ出るのが防止されるほか、基板の溝４２２に埋め込まれためっき材料もコンフォーマル堆積が発生しにくくなり、複合材料誘電層４０２に対するパターン化で形成された溝４２２に均一に埋め込まれるようになる。したがって、導線層４３０の表面の平坦性は改善され、導線層４３０の表面の最高点と最低点の差は３μｍを超えない。

化学的工程から得られた銅とめっき工程から得られた銅は性質が完全には同じではないので、導線層４３０として構造上、物理的特性が異なった複種の銅から構成されたもの（例えば化学的工程から得られた銅とめっき工程から得られた銅を混合したもの）ではなく、単一種類の銅からなるもの（例えば化学的工程から得られたもの）を使用することが望ましい。本発明による複合材料構造４０４の誘電材料４１１と触媒顆粒４１２の好ましい実施例については、前記誘電材料２１１と触媒顆粒２１２の説明を参照すればよく、ここで説明を省略する。

また、本発明の実施例では図７に示すように、複合材料誘電層４０２は状況に応じて水溶性薄膜４４０を含むことが可能である。水溶性薄膜４４０はパシベーション誘電層４２０の外表面の上に位置する。複合材料誘電層４０２をパターン化した後に生成された不純物が、導線層４３０の形成に影響するのを防ぐために、水溶性薄膜４４０を複合材料誘電層４０２のパターン化後、導線層４３０を形成する前に除去することができる。

水溶性薄膜４４０はパシベーション誘電層４２０を保護する。水溶性薄膜４４０は、必要時に水洗いで除去できるように、親水性高分子を含む。親水性高分子の特性官能基は例えばヒドロキシ基（−ＯＨ）、アミド基（−ＣＯＮＨ_２）、スルホ基（−ＳＯ_３Ｈ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）のいずれかか、またはその任意の組み合わせである。

以上は本発明に好ましい実施例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、本発明の精神の下においてなされ、本発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。

１０１、３０１、４０１ 基板
１２２ 穴
１３０ 導電材料
１３１ 表面
２００、４０４ 複合材料構造
２１０、３１０、４１０ 触媒誘電層
２１１、３１１、４１１ 誘電材料
２２０、３２０、４２０ パシベーション誘電層
２３０、３３０ パターン化導線層
３００ 複合材料回路基板構造
３０２、４０２ 複合材料誘電層
３１２、４１２ 触媒顆粒
４２２ 溝
４３０ 導線層
４４０ 水溶性薄膜

Claims (12)

1. 複合材料回路基板構造であって、
   基板と、
   前記基板の上に位置し、誘電材料と触媒顆粒を含んで前記基板に接触する触媒誘電層と、当該誘電材料を含んで当該触媒誘電層に接触するパシベーション誘電層とを含む複合材料誘電層と、
   前記触媒誘電層の上に位置するパターン化導線層とを含む、複合材料回路基板構造。
2. 前記基板は多層回路基板である、請求項１に記載の複合材料回路基板構造。
3. 前記誘電材料は高分子材料を含み、当該高分子材料は、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリエステル、アクリレート、フッ素重合体、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリイミド、フェノール樹脂、ポリスルホン、珪素重合体、ＢＴ樹脂（ビスマレイミドトリアジン変性エポキシ樹脂）、ポリシアネート、ポリエチレン、ポリカーボネート樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ナイロン６、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、またはシクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）からなる群れから選ばれる、請求項１に記載の複合材料回路基板構造。
4. 前記触媒顆粒の材料は金属配位化合物のナノ顆粒を含む、請求項１または３に記載の複合材料回路基板構造。
5. 複合材料回路基板構造を形成する方法であって、
   基板と、
   前記基板の上に位置し、誘電材料と触媒顆粒を含んで前記基板に接触する触媒誘電層と、当該誘電材料を含んで当該触媒誘電層に接触するパシベーション誘電層とを含む複合材料誘電層とを含む複合材料構造を提供する段階と、
   前記複合材料誘電層をパターン化して前記触媒顆粒を活性化する段階と、
   前記触媒誘電層の上に導線層を形成する段階とを含む、複合材料回路基板構造の形成方法。
6. 前記基板は多層回路基板である、請求項５に記載の複合材料回路基板構造の形成方法。
7. 前記誘電材料は高分子材料を含み、当該高分子材料は、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリエステル、アクリレート、フッ素重合体、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリイミド、フェノール樹脂、ポリスルホン、珪素重合体、ＢＴ樹脂（ビスマレイミドトリアジン変性エポキシ樹脂）、ポリシアネート、ポリエチレン、ポリカーボネート樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ナイロン６、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、またはシクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）からなる群れから選ばれる、請求項５に記載の複合材料回路基板構造の形成方法。
8. 前記複合材料誘電層は、パシベーション誘電層の上に水溶性薄膜を含み、当該水溶性薄膜は前記導線層を形成する前に除去される、請求項５に記載の複合材料回路基板構造の形成方法。
9. 前記触媒顆粒の材料は金属配位化合物のナノ顆粒を含む、請求項５または７に記載の複合材料回路基板構造の形成方法。
10. 複合材料構造であって、
    誘電材料と触媒顆粒を含む触媒誘電層と、
    前記誘電材料を含んで前記触媒誘電層に接触するパシベーション誘電層とを含む、複合材料構造。
11. 前記複合材料構造は更に、前記触媒誘電層の上に位置して前記パシベーション誘電層に接触するパターン化導線層を含み、当該パターン化導線層の表面の最高点と最低点の差は３μｍを超えない、請求項１０に記載の複合材料構造。
12. 前記触媒顆粒の材料は金属配位化合物のナノ顆粒を含む、請求項１０に記載の複合材料構造。

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