JP2012015201A

JP2012015201A - 貫通配線基板および製造方法

Info

Publication number: JP2012015201A
Application number: JP2010148087A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Chiba; 義幸千葉
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: JP5485818B2

Abstract

【課題】ボイドが生じた貫通配線基板で気密性を保つ。
【解決手段】貫通ビアが設けられた貫通配線基板であって、貫通孔が設けられた基板と、貫通孔に充填された導電体の貫通ビアと、貫通ビアと貫通孔の間のボイドに充填された樹脂を備える貫通配線基板および製造方法を提供する。基板は、ガラス基板であってよい。樹脂は、ポリイミドであってよい。また、樹脂は、ポリマーであってもよい。また、樹脂は、光に反応して固体に変化する光硬化樹脂であってもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、貫通配線基板および製造方法に関する。

従来、基板に導電性金属を充填した貫通ビアを形成して、基板の両面に形成された配線間を電気的に接続していた。ここで、基板と導電性金属とで熱膨張率が異なる場合、導電性金属と基板との間に導電性ろう材を充填して、基板の破損を防止すると共に基板と導電性金属との間に隙間が形成されることを防止していた（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１特開２００６−６０１１９号公報

このような、ろう材を充填した貫通ビアは、ろう材と基板と導電性金属とでそれぞれ熱膨張率が異なるので、製造過程の高温熱処理または加工工程の熱処理の加熱温度および加熱時間によって、基板と貫通ビアとの間にボイドと呼ばれる空洞が生じる。ボイドが生じた基板を用いてデバイスを封止した場合、ボイドから外気が進入してデバイスの機能を劣化させていた。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、貫通ビアが設けられた貫通配線基板であって、貫通孔が設けられた基板と、貫通孔に充填された導電体の貫通ビアと、貫通ビアと貫通孔の間のボイドに充填された樹脂を備える貫通配線基板を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る貫通配線基板１００の構成例を示す。本実施形態に係る貫通配線基板１００の製造フローを示す。本実施形態に係る貫通配線基板１００の製造方法を示す。本実施形態に係る貫通配線基板１００の製造方法の変形例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る貫通配線基板１００の構成例を示す。図１（ａ）は、貫通配線基板１００の上面図である。図１（ｂ）は、貫通配線基板１００の図１（ａ）におけるＡ−Ａ'の断面図である。貫通配線基板１００は、基板と導電性金属との間に生じたボイドに樹脂を充填して、気密性を保持した貫通ビアが設けられる。貫通配線基板１００は、基板１１０と、貫通ビア１３０と、樹脂１４０とを備える。

基板１１０は、ガラス基板、シリコン等の半導体基板、または、セラミック基板等の各種の基板であってよい。基板１１０は、貫通孔１２０が設けられる。

貫通ビア１３０は、貫通孔１２０内に充填される。貫通ビア１３０は、基板１１０の上面と下面の間を電気的に接続する。貫通ビア１３０は、導電体１３２と、ろう材１３４とを有する。

導電体１３２は、タングステン、モリブデン、ステンレス鋼、コバール（鉄、ニッケル、コバルトの合金）、または鉄ニッケル等であってよい。導電体１３２は、熱膨張率が基板１１０に近い材質を用いてよい。例えば、基板１１０が熱膨張率３．３［ｐｐｍ／Ｋ］程度の硼硅酸系ガラスの場合、導電体１３２は、熱膨張率５．３［ｐｐｍ／Ｋ］程度のコバールを用いる。導電体１３２は、円柱状の形状であってよく、これに代えて、円筒状の形状であってもよい。

ろう材１３４は、導電性を有し、金属を接合する。ろう材１３４は、接合する金属に比べて低い融点を有する合金であって、接合する金属自体を溶融させずに接合する。基板１１０が金属の場合、ろう材１３４は、基板１１０と導電体１３２とを接合してよい。これに代えて、基板１１０が金属ではない場合、予め貫通孔１２０の内周面にアンカー金属と呼ばれる金属膜を蒸着またはスパッタ等によって形成して、ろう材１３４は、アンカー金属と導電体１３２とを接合してもよい。アンカー金属は、クロムまたはチタンであってよい。ろう材１３４は、銀ろうであってよい。

樹脂１４０は、貫通ビア１３０と貫通孔１２０の間のボイドに充填される。樹脂１４０は、ポリアミド酸の溶液を塗布乾燥後に熱処理でイミド化させて絶縁性の固定となるポリイミドであってよい。これに代えて、樹脂１４０は、熱処理または水分蒸発等で固化する脱ガス性の少ないポリマーであってもよい。これに代えて、樹脂１４０は、光に反応して固体に変化する光硬化樹脂であってもよい。

図２は、本実施形態に係る貫通配線基板１００の製造フローを示す。図３は、本実施形態に係る貫通配線基板１００の製造方法を示す。図３（ａ）において、貫通孔１２０内に貫通ビア１３０が設けられた基板１１０の一例を示す。基板１１０は、ろう材１３４と基板１１０と導電体１３２とでそれぞれ熱膨張率が異なるので、製造過程の高温熱処理または加工工程の熱処理の加熱温度および加熱時間によって、基板１１０と貫通ビア１３０との間にボイド２１０と呼ばれる空洞が生じる。

基板１１０の上面に樹脂１４０を塗布して、貫通ビア１３０と貫通孔１２０の間の隙間に樹脂１４０を充填する（Ｓ２００）。図３（ｂ）において、貫通ビア１３０と貫通孔１２０の間のボイドに樹脂１４０を充填した基板１１０の一例を示す。ここで、樹脂１４０を基板１１０の上面に塗布して、スピンコータ等で基板１１０を回転させて樹脂１４０を基板１１０上に均一に被膜形成させてよい。これに代えて、樹脂１４０をスプレーコータによって基板１１０上に噴霧して被膜形成させてよい。

次に、ポリイミド塗布液に含有する溶媒を揮発させ、ポリイミドの被膜を形成および定着させるプリベークを実行する（Ｓ２１０）。プリベークの温度は、１００℃程度でよい。次に、基板１１０の表面の樹脂１４０を除去する（Ｓ２２０）。図３（ｃ）において、基板１１０の表面の樹脂１４０を除去すべく、マスク２２０を介して光２３０を樹脂１４０に照射する例を示す。ここで、樹脂１４０は、感光性のある樹脂であってよい。例えば、基板１１０の上面において、貫通ビア１３０の外周から貫通孔１２０の少なくとも内周までをマスク２２０で覆って光を照射する。次に、現像液で樹脂１４０の露光部分を除去すると、マスクされて感光されなかった部分の樹脂１４０が残る（図３（ｄ））。

次に、樹脂１４０を硬化させる（Ｓ２３０）。樹脂１４０は、熱処理によって硬化させる。基板１１０は、オーブン等で２００〜３５０℃程度の温度で熱処理されてよい。これに代えて、ホットプレート等によって基板１１０は、２００〜３５０℃程度の温度で熱処理されてもよい。これによって、ポリイミド膜のイミド化が促進し、樹脂１４０は硬化する。このようにして形成された貫通配線基板１００を、図３（ｄ）に示す。

図３（ｄ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ'断面と略同一であり、上面図も図１（ａ）と略同一となる。貫通配線基板１００の表面上に、導電体１３２を円形に露出させつつ、貫通孔１２０と貫通ビア１３０の隙間に充填された樹脂１４０に蓋をする形で樹脂１４０が残っている。これにより、貫通孔１２０と樹脂１４０との境界および樹脂１４０と導電体１３２との境界に蓋をしているので、それぞれの境界にボイドを発生させず、気密性を高めることができる。ここで、導電体１３２を露出する形状および蓋状の樹脂１４０の外形は、円形でなくてよい。基板１１０上の少なくとも一部の樹脂１４０を除去して貫通ビア１３０の上面を露出させてよい。

以上の本実施例に係る製造方法によれば、基板１１０の貫通孔１２０と貫通ビア１３０との間の隙間に充填および硬化された樹脂１４０は残り、貫通ビア１３０は基板１１０の表面に露出しつつ貫通孔１２０と樹脂１４０との境界および樹脂１４０と導電体１３２との境界に樹脂１４０の蓋を形成できる。これによって、基板１１０と貫通ビア１３０との間に発生したボイドに樹脂１４０を充填しつつ、各素材の境界に樹脂１４０の蓋を形成して気密性を向上することができる。また、樹脂１４０が感光性を有する場合、貫通孔１２０と貫通ビア１３０の隙間に充填された樹脂１４０に光が届かないように、蓋状の樹脂１４０で保護できる。

また、本例のポリイミド樹脂は脱ガスが少ないので、デバイスを封止する基板として貫通配線基板１００を用いることができる。また、ポリイミド樹脂は耐熱性も優れているので、デバイスを封止する基板として貫通配線基板１００を用いる場合に、電解を印加しつつ熱処理して接合する陽極接合を用いることができる。この場合、樹脂１４０の蓋を形成しているので、熱処理によるボイドの形成または気密性の劣化を防ぐことができる。また、ポリイミド樹脂は充填性にも優れているので、容易に貫通配線基板１００を形成することができる。

なお、樹脂１４０を少なくとも２回に分けて充填し、先に充填する樹脂１４０は、後に充填する樹脂１４０よりも粘性を高くしてよい。このように、粘度を変えた樹脂１４０を複数回に分けて充填することにより、貫通ビア１３０と貫通孔１２０の間の隙間に気泡等が生じることを防ぐことができる。次に、樹脂１４０を熱処理によって硬化させる。ここで、樹脂１４０を熱処理によって、ポリアミド酸の溶液に含有する溶媒を揮発させ、ポリイミド膜を形成する。

本実施例は樹脂１４０をポリイミドとして説明したが、これに代えて、樹脂１４０は、光に反応して固体に変化する光硬化樹脂であり、基板１１０に光を照射して樹脂１４０を硬化させてもよい。これによって、ポリイミドまたはポリマー等を硬化させる熱処理を省くことができ、熱処理に起因するボイドの形成を抑制することができる。また、本実施例は樹脂１４０を硬化前に除去する例を説明したが、樹脂１４０を硬化後にエッチングによって除去してもよい。例えば、ドライエッチングまたはウェットエッチングによって、精度よく除去することができる。ここで、マスクを用いてエッチングすることで、基板１１０の表面で硬化した樹脂のうち、マスクの形状を残して除去することができる。

図４は、本実施形態に係る貫通配線基板１００の製造方法の変形例を示す。本変形例の貫通配線基板１００の製造方法において、図３に示された本実施形態に係る貫通配線基板１００の製造方法と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。図４（ａ）において、基板１１０に支持基盤４１０を張り合わせ材４２０によって張り合わせる。基板１１０と支持基盤４１０とは、１００℃程度の加熱によって張り合わされてよい。張り合わせ材４２０は、接着樹脂等であってよく、これに代えて、１００℃程度の加熱によって粘着力が低下して容易に剥離できる両面粘着シートであってよい。

図４（ｂ）において、基板１１０の支持基盤４１０を張り合わせた面と反対側の面に樹脂１４０を塗布して、貫通孔１２０と貫通ビア１３０の間の隙間に樹脂１４０を充填する。次に、樹脂１４０をプリベークする。

一例として、１００℃程度の温度でプリベークすることによって、ポリアミド酸の溶液に含有する溶媒を揮発させ、ポリイミドの被膜を形成する。次に、張り合わせ材４２０を剥離液によって融解し、基板１１０と支持基盤４１０とを分離する。ここで剥離液は、ポリイミド膜は融解させずに張り合わせ材４２０を融解するアセトン等の溶剤でよい。これに代えて、張り合わせ材４２０は、熱処理によって融解して基板１１０と支持基盤４１０とが分離してもよい。樹脂１４０を硬化させる温度に比べて低い温度で融解する張り合わせ材４２０を用いることで、ポリイミドの被膜を形成しつつ、張り合わせ材４２０を分離することができる（図４（ｃ））。

図４（ｄ）および図４（ｅ）において、基板１１０の表面のポリイミドを除去する。除去する方法は、図３（ｃ）および図３（ｄ）において説明した内容と略同一なので省略する。次に、基板１１０を熱処理して、樹脂１４０を硬化させる。以上の本変形例の貫通配線基板１００の製造方法によれば、支持基盤４１０を張り付けてから樹脂１４０を塗布するので、ボイド２１０が基板１１０を貫通している場合でも樹脂１４０をボイド２１０内に充填させることができる。

以上の本変形例の貫通配線基板１００の製造方法において、支持基盤４１０は、張り合わせ材４２０によって基板１１０と張り合わされる例を説明した。これに代えて、基板１１０上にレジストを塗布して固化されたレジストを支持基盤４１０としてもよい。これによって、張り合わせ材４２０を用いずに、基板１１０に支持基盤４１０を張り合わせることができる。この場合、樹脂１４０が硬化した後に支持基盤４１０であるレジストを現像液または剥離液によって基板１１０と分離してよい。

また、支持基盤４１０は、張り合わせ材４２０によって基板１１０と張り合わされる場合においても、樹脂１４０が硬化した後に張り合わせ材４２０を剥離液によって融解し、基板１１０と支持基盤４１０とを分離してもよい。剥離液は、アセトン等の溶剤でよく、これによって熱処理の回数を減らすことができる。特に、樹脂１４０を光硬化樹脂とする場合と組み合わせることで、本実施例または本変形例の熱処理の回数を無くすことができる。

以上の本実施例において、樹脂１４０は感光性のある樹脂として説明した。これに代えて、樹脂１４０が感光性をもたない場合、マスク２２０を介して光２３０の代わりに反応性ガス、反応性イオン、またはイオンビーム等を用いたドライエッチングによって樹脂１４０を除去してよい。これに代えて、エッチング液によるウェットエッチングで樹脂１４０を除去してもよい。いずれの場合においても、マスク２２０は、基板１１０の表面上にレジスト等で形成されてよい。また、エッチングで樹脂１４０を除去する場合、図４（ｃ）の段階で熱処理して樹脂１４０を硬化させ、硬化した樹脂１４０をエッチングして除去してもよい。

また、以上の本実施例において、貫通配線基板１００の上面に、蓋状の樹脂１４０を形成することを説明した。これに加えて、貫通配線基板１００の裏面側にも、樹脂１４０を塗布して略同一のマスク２２０を介して感光させ、現像液で除去することで、貫通孔１２０と貫通ビア１３０の隙間に充填された樹脂１４０に蓋をする形で樹脂１４０を形成してよい。貫通配線基板１００の両方の面で蓋状の樹脂１４０を形成することで、より気密性を高めることができる。また、蓋状の樹脂１４０を形成しているので、デバイスを封止する基板として用いる場合に、貫通配線基板１００を陽極接合しても、熱処理によるボイドの形成または気密性の劣化を防ぐことができる。

これに代えて、蓋状の樹脂１４０を残さず、基板１１０の上面の樹脂１４０を除去してもよい。一例として、基板１１０の表面で硬化したポリイミドを研磨によって除去する。ここで、基板１１０の表面まで研磨してよく、これによって、貫通ビア１３０を露出させることができる。これによって、単純な研磨行程を用いて貫通配線基板１００を形成することができる。この場合、蓋状の樹脂１４０は形成されないが、製造後の貫通配線基板１００に追加する熱処理が無い場合またはボイドが生じるほどの熱処理を施さない場合等は、このような製造方法を選択してよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００貫通配線基板、１１０基板、１２０貫通孔、１３０貫通ビア、１３２導電体、１３４ろう材、１４０樹脂、２１０ボイド、２２０マスク、２３０光、４１０支持基盤、４２０張り合わせ材

Claims

貫通ビアが設けられた貫通配線基板であって、
貫通孔が設けられた基板と、
前期貫通孔に充填された導電体の貫通ビアと、
前記貫通ビアと前記貫通孔の間のボイドに充填された樹脂を備える貫通配線基板。
前記基板は、ガラス基板である請求項１に記載の貫通配線基板。
前記樹脂は、ポリイミドである請求項１または２に記載の貫通配線基板。
前記樹脂は、ポリマーである請求項１または２に記載の貫通配線基板。
前記樹脂は、光に反応して固体に変化する光硬化樹脂である請求項１または２に記載の貫通配線基板。
基板を貫通する貫通孔内に貫通ビアが設けられた貫通配線基板を製造する製造方法であって、
前記基板上に樹脂を塗布して、前記貫通ビアと前記貫通孔の間のボイドに前記樹脂を充填する充填段階と、
前記基板の表面の前記樹脂を除去する除去段階と、
前記樹脂を硬化させる硬化段階と、
を備える貫通配線基板を製造する製造方法。
前記基板は、ガラス基板である請求項６に記載の製造方法。
前記樹脂は、ポリイミドである請求項６または７に記載の製造方法。
前記樹脂は、ポリマーである請求項６または７に記載の製造方法。
前記充填段階は、少なくとも前記樹脂を２回に分けて充填し、先に充填する前記樹脂は、後に充填する前記樹脂よりも粘性の高い請求項８または９に記載の製造方法。
前記樹脂は、光に反応して固体に変化する光硬化樹脂であり、
前記硬化段階は、前記基板に光を照射して前記樹脂を硬化させる請求項６または７に記載の製造方法。
前記硬化段階は、前記樹脂を熱処理によって硬化させる、請求項６から１０のいずれかに記載の製造方法。
前記樹脂は感光性を有し、
前記除去段階は、前記基板の表面に塗布された前記樹脂にマスクを介して光を照射し、現像液で前記樹脂の露光部分を除去し、
前記硬化段階は、前記除去段階において除去されなかった前記樹脂を硬化する請求項１２に記載の製造方法。
前記除去段階は、前期基板の上面において、前期貫通ビアの外周から前記貫通孔の少なくとも内周までを前記マスクで覆って光を照射し、前記樹脂の露光部分を除去する請求項１３に記載の製造方法。
前記除去段階は、前期基板上の少なくとも一部の前記樹脂を除去して前記貫通ビアの上面を露出させる請求項１３に記載の製造方法。
前記除去段階は、前記硬化段階において前記基板の表面で硬化した前記樹脂をエッチングによって除去する請求項６から１２のいずれかに記載の製造方法。
前記基板に支持基盤を張り合わせる張り合わせ段階をさらに備える請求項６から１６のいずれかに記載の製造方法。
前記張り合わせ段階は、前記基板と前記支持基盤とを張り合わせ材によって張り合わせ、
前記硬化段階は、前記張り合わせ材を熱処理によって融解して、前記基板と前記支持基盤とを分離する請求項１７に記載の製造方法。
前記張り合わせ段階は、前記基板と前記支持基盤とを張り合わせ材によって張り合わせ、
前記硬化段階は、前記張り合わせ材を剥離液によって融解し、前記基板と前記支持基盤とを分離する請求項１７に記載の製造方法。
前記張り合わせ段階は、前記基板上にレジストを塗布して固化されたレジストを前記支持基盤とし、
前記硬化段階は、前記レジストを現像液または剥離液によって前記基板と分離する請求項１７に記載の製造方法。