JP2012094815A - プリント基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック材料または有機材料で構成されたベース部材を採用し、前記ベース部材の表面に絶縁膜層を形成してベース部材の表面を平坦化することにより、ベース部材に形成されたアラインキー（Ａｌｉｇｎ Ｋｅｙ）を容易に認識することが可能なプリント基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るプリント基板１００は、ベース部材１１０と、ベース部材１１０の両面に形成され、ベース部材１１０の表面を平坦化する絶縁膜層１２０と、絶縁膜層１２０に形成された回路層１３０と、ベース部材１１０の両面に形成された回路層１３０同士を接続するビア１４０とを含んでなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板およびその製造方法に関する。

プリント基板は、電子部品間の電気的接続を通じて信号伝達、電源供給などを担当する部品であって、独自的な技術の開発よりは、能動素子と半導体部品の微細化および電子製品の軽薄短小化を受け入れる方向に発展してきた。

従来のプリント基板は、回路層の形成されたコア層に絶縁層と回路層を繰り返し積層することにより多層プリント基板を形成することが一般的であった。通常の多層プリント基板を形成するにおいて、絶縁層が正確に積層されること、および回路層が目的に応じて適切に形成されることが、プリント基板の信頼性を決定する重要な要素として取り扱われた。このため、プリント基板にアラインキー（Ａｌｉｇｎ Ｋｅｙ）を形成し、アラインキー認識装置と協力してビルドアップ工程を行った。

最近、電子産業は、軽量化、小型化、高速化および多機能化の趨勢を示し、高い信頼性を持つ製品を低廉に製造する方向に進んでいる。これらの実現を可能とする重要な技術の一つが、パッケージ（ｐａｃｋａｇｅ）技術である。パッケージ技術の中でも、三次元構造と小型化を実現したものがインターポーザー基板（ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）である。

従来のインターポーザー基板は、半導体ウエハーをコア層として用いた。供給されたＳｉウエハーの厚さを調節するためにグラインディング（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）を行い、貫通孔を形成した後、酸化工程によってウエハーの外面および貫通孔の内壁に酸化絶縁膜を形成し、メッキ工程によってビアおよび再配線層を形成してインターポーザー基板を形成した。この際、再配線層は、通常のビルドアップ工程によって多層構造を持つように形成することができる。

このような方式で製造されたＳｉインターポーザー基板は、高価の原資材を使用し、半導体工程を用いて製造するので、製造工程が複雑であって生産性が低下するという欠点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的は、セラミック材料または有機材料で構成されたベース部材を採用し、前記ベース部材の表面に絶縁膜層を形成してベース部材の表面を平坦化することにより、ベース部材に形成されたアラインキーを容易に認識することができるプリント基板を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記プリント基板の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、ベース部材と、前記ベース部材の両面に形成され、前記ベース部材の表面を平坦化する絶縁膜層と、前記絶縁膜層に形成された回路層と、前記ベース部材の両面に形成された前記回路層同士を接続するビアとを含んでなることを特徴とするプリント基板を提供する。

ここで、前記ベース部材は、セラミックまたは有機材料で構成されたことを特徴とする。

また、前記回路層に形成された保護層をさらに含むことを特徴とする。

また、前記回路層は、外部に露出されたパッド部、および前記パッド部上に形成されたパッド保護層をさらに含むことを特徴とする。

また、前記回路層は、多層構造であることを特徴とする。

また、前記保護層は、前記回路層のパッド部または前記ビアを露出させる開口部が形成されたことを特徴とする。

また、前記開口部は、前記ベース部材から遠くなるほど直径が大きくなる形状を持つようにラウンド処理されたことを特徴とする。

また、前記保護層は、液状の感光性材料を用いたフォトレジストで形成され、前記保護層の前記開口部は、露光工程、現像工程によって形成されたことを特徴とする。

また、前記保護層に接触する前記回路層の一面から前記保護層の露出面までの厚さは、１５μｍ以下であることを特徴とする。

本発明の他の観点によれば、ベース部材を提供する段階と、前記ベース部材の両面に絶縁膜層を形成する段階と、前記ベース部材を貫通する貫通孔を形成する段階と、前記貫通孔にビアを形成する段階と、前記ビアを介して接続される回路層を前記ベース部材の両面に形成する段階とを含んでなるプリント基板の製造方法を提供する。

ここで、前記ベース部材は、セラミックまたは有機材料で構成されたことを特徴とする。

また、前記回路層形成段階の後、前記回路層をカバーする保護層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする。

また、前記保護層は、前記回路層のパッド部または前記ビアを露出させるように開口部が形成されたことを特徴とする。

また、前記開口部は、前記ベース部材から遠くなるほど直径が大きくなる形状を持つようにラウンド処理されたことを特徴とする。

また、前記保護層は、液状の感光性材料を用いたフォトレジストで形成され、前記保護層の前記開口部は、露光工程、現像工程によって形成されたことを特徴とする。

また、前記保護層は、前記回路層に含まれたパッド部を露出させるように形成し、前記パッド部上にパッド保護層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする。

本発明は、前記ビア、および前記ビアを介して接続される回路層はメッキ法によって同時に形成されることを特徴とする。

本発明に係るプリント基板は、セラミック材料または有機材料で構成されたベース部材を採用して基板の生産コストを節減させ、特にインターポーザー基板を形成する場合、Ｓｉウエハーを代替して生産コスト節減効果がさらに増加する。

また、本発明に係るプリント基板は、ベース部材に絶縁膜層を形成してベース部材の表面を平坦化することにより、ベース部材に形成されたアラインキーを明確に認識することができるので、ビルドアップ工程が円滑に行われるうえ、回路層の信頼性が増加し、特にインターポーザー基板の場合には再配線層の形成が容易である。

本発明に係るプリント基板は、セラミック材料または有機材料で構成されたベース部材を採用して、従来の半導体工程を用いることなく、通常のビルドアップ工程を適用するので、基板の製造時間が短縮され且つ生産性が向上する。

本発明の好適な実施例に係るプリント基板を示す概略断面図である。 図１に示したプリント基板の変形例を示す概略断面図（１）である。 図１に示したプリント基板の変形例を示す概略断面図（２）である。 図１〜図３に示したプリント基板の製造工程を示す概略断面図（１）である。 図１〜図３に示したプリント基板の製造工程を示す概略断面図（２）である。 図１〜図３に示したプリント基板の製造工程を示す概略断面図（３）である。 図１〜図３に示したプリント基板の製造工程を示す概略断面図（４）である。 図１〜図３に示したプリント基板の製造工程を示す概略断面図（５）である。 図１〜図３に示したプリント基板の製造工程を示す概略断面図（６）である。 図１〜図３に示したプリント基板の製造工程を示す概略断面図（７）である。 図１〜図３に示したプリント基板の製造工程を示す概略断面図（８）である。 図１〜図３に示したプリント基板の製造工程を示す概略断面図（９）である。 図１〜図３に示したプリント基板の製造工程を示す概略断面図（１０）である。

本発明の目的、特定の利点および新規の特徴は、添付図面に連関する以下の詳細な説明と好適な実施例からさらに明白になるであろう。

これに先立ち、本明細書および請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的で辞典的な意味で解釈されてはならず、発明者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。

本発明において、各図面の構成要素に参照番号を付加するにおいて、同一の構成要素については、他の図面上に表示されても、出来る限り同一の番号を付することに留意すべきであろう。なお、本発明を説明するにおいて、関連した公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を無駄に乱すおそれがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の好適な実施例に係るプリント基板を示す概略断面図である。図２および図３は、図１に示したプリント基板の変形例を示す概略断面図である。これらの図を参照して、本実施例に係るプリント基板について説明する。

図１に示すように、プリント基板１００は、有機材料またはセラミック材料で構成されたベース部材１１０を採用する。特に、従来のインターポーザー基板は、Ｓｉウエハーを採用したが、これに対し、本発明のプリント基板１００は、これを前記材料で代替するため、本発明に係るプリント基板１００をインターポーザー基板として使用する場合、原資材のコスト節減効果はさらに大きくなる。

有機材料のベース部材１１０は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂などのプラスチック樹脂で構成され、紙またはガラス繊維などの補強基材を用いて強度および温度による寸法変化を減少させる。セラミック材料のベース部材１１０は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの無機材料または非金属固体から構成され、電気伝導性が非常に低く、有機材料に比べて高温にもよく耐える。

ベース部材１１０は、一般に平面略四角形状を持つが、これに限定されず、その形状は、変形して実施されてもよい。

絶縁膜層１２０は、ベース部材１１０の両面に形成され、ベース部材１１０の表面を平坦化させる機能を行う。一般なベース部材１１０は、表面粗さが発生するため、回路層を形成するときに信頼性が低下し、アラインキーの認識が困難であるという問題点があった。

さらに詳しく検討すると、回路層を形成するときにエッチング工程を経るが、表面粗さを有するベース部材１１０の場合、隣接する回路パターン間のショートを防止するために過度なエッチングが行われた。これは却って回路層の不良率（回路パターンが不均一な不良）を増加させるという問題点があった。また、赤外線を透過してアラインキーを認識した後、露光、現像工程または積層工程を行うが、表面粗さはアラインキーの識別を妨害するという問題点があった。

絶縁膜層１２０は、ベース部材１１０の表面を平坦にして表面粗さを相殺することにより、上述した問題点を解決することができる。この際、絶縁膜層１２０は、薄膜の形状をし、有機材料で構成される。

回路層１３０は、絶縁膜層１２０上に形成される。絶縁膜層１２０がベース部材１１０の両面に形成されるので、回路層１３０もベース部材１１０の両面に形成される。それにより、プリント基板１００は、当該回路基板が実装されるメイン回路基板と、当該回路基板に実装される電子素子とを電気的に接続する。この際、回路層１３０は、通常のメッキ工程によって形成され、銅などの伝導性材料で構成される。

特に、本発明に係るプリント基板１００をインターポーザー基板として使用する場合、回路層１３０は再配線層の機能を行う。

ビア１４０は、ベース部材１１０の両面に形成された回路層１３０同士を接続する。ビアは、ベース部材１１０に貫通孔１１５を形成した後、メッキ工程によって形成することが一般的である。ビア１４０の構造および形状は、容易に変形して実施できる。

そして、図２に示したプリント基板１００−１は、前記回路層１３０に形成された保護層１５０をさらに含む。このような保護層１５０は回路層１３０の酸化を防止する役割を果たす。この際、保護層１５０としては、液状の感光性（Ｌｉｑｕｉｄ ｐｈｏｔｏ−ｄｅｆｉｎａｂｌｅ）材料を用いたフォトレジスト（ＰＲ：Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｉｓｔ）を採用することが好ましい。前記液状の感光性材料は、ヒドロキシスチレン（Ｈｙｄｒｏｘｙｓｔｙｒｅｎｅ）、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）、アクリル（Ａｃｒｙｌ）などの樹脂（Ｒｅｓｉｎ）、感光性架橋剤（Ｐｈｏｔｏ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｒ）および溶媒（Ｓｏｌｖｅｎｔ）を含むことが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、当業界における公知の全種類の感光性材料を用いることができるのは勿論である。上述したように、液状の感光性材料を用いたフォトレジストで保護層１５０を形成することにより、保護層１５０に接触する回路層１３０の一面から保護層１５０の露出面までの厚さＴを、従来の技術に比べて非常に薄い１５μｍ以下に実現することができる。

一方、保護層１５０は、電子素子を実装するパッド部１３２が外部に露出されるように開口部１５５が形成されることが好ましい。また、保護層１５０の開口部１５５は、パッド部１３２だけでなく、ビア１４０が外部に露出されるように形成できる（図２の拡大図を参照）。ここで、保護層１５０の開口部１５５は、露光、現像工程などによって形成することができるが、具体的な製造工程については、後述する。

また、保護層１５０の開口部１５５は、ベース部材１１０から遠くなるほど直径が大きくなる形状を持つようにラウンド処理１５７が施されることが好ましい（図２の拡大図を参照）。このように、保護層１５０の開口部１５５に対してラウンド処理１５７が施されることにより、スパッタ（Ｓｐｕｔｔｅｒ）でシード層（Ｓｅｅｄ Ｌａｙｅｒ）を形成するとき、スパッタで直進性を持つ物質を保護層１５０の垂直に放出しても、ラウンド処理１５７の施された部分にシード層を蒸着させることができる。

一方、パッド部１３２は、電子素子がプリント基板１００−１に実装されるとき或いはプリント基板１００−１が別の回路基板に実装されるとき、バンプが位置する連結部の役割を果たす。

パッド部１３２上にパッド保護層１３４がさらに形成できる。パッド保護層１３４は、外部に露出されたパッド部１３２を酸化から保護するうえ、部品の半田付け性および伝導性を向上させる。パッド保護層１３４は、例えば、錫や銀、金などのように腐食性は低く且つ伝導性は高い金属を含む。

また、図３に示すように、プリント基板１００−２の回路層１３０は、絶縁層５０と回路層１３０とが繰返し積層された多層構造を持つことができる。特に、本発明に係るプリント基板１００をインターポーザー基板として使用する場合、回路層１３０は、再配線層の機能をするので、多層構造を形成することにより、その目的に応じて配線構造を変更する役割を果たす。一方、前記絶縁層５０は、保護層１５０と同様に、液状の感光性材料を使用したフォトレジスト（ＰＲ：Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｉｓｔ）を用いて形成することができる。また、絶縁層５０を貫通するビアホールも、保護層１５０の開口部１５５と同様に、ベース部材１１０から遠くなるほど直径が大きくなる形状を持つようにラウンド処理できる。

以下、図４〜図１３を参照して、本発明の好適な実施例に係るプリント基板の製造方法を説明する。

まず、図４に示すように、ベース部材１１０を提供する。このようなベース部材１１０は、プリント基板１００のコア層を成し、有機材料またはセラミック材料で構成できる。

その後、図５に示すように、ベース部材１１０の両面に絶縁膜層１２０を形成する。有機材料（例えば、プラスチック樹脂）またはセラミック材料を用いて絶縁膜層１２０を形成するが、ローラーコーティング法、カーテンコーティング法、スプレーコーティング法が適用できる。このように形成された絶縁膜層１２０は、凸凹により発生した表面粗さを除去して平坦な表面を形成する。

その次、図６に示すように、ベース部材１１０に貫通孔１１５を形成する。この際、ドリルビットを用いた機械的ドリル方式と、ＹＡＧレーザー、ＣＯ_２レーザーを用いたレーザー加工方式が使用できる。

次いで、貫通孔１１５にビア１４０を形成する。図７に示すように、伝導性材料を貫通孔１１５に充填してビア１４０を形成し、或いは無電解銅メッキと電解銅メッキを施して貫通孔１１５の内壁にメッキされたビア１４０を形成することができる。

その後、図８に示すように、ビア１４０を介して接続される回路層１３０をベース部材１１０の両面に形成する。ベース部材１１０の両面にメッキ層（メッキ層は絶縁膜層に形成される）を形成し、マスターフィルムをラミネートした後、露光および現像工程を経て、エッチング工程によって回路層を形成する。

また、図９に示すように、回路層１３０をカバーする保護層１５０を形成し、保護層１５０には、パッド部１３２またはビア１４０を露出させる開口部１５５を形成する。

保護層１５０を形成する工程について具体的に考察すると、まず、液状の感光性材料を用いたフォトレジストを絶縁膜層１２０にコートし、６０〜１５０℃で１〜１０分間プリベーク（Ｐｒｅｂａｋｅ）工程を行った後、フォトレジストの種類に応じて、開口部１５５が形成されるべき部分（ポジティブ型フォトレジスト）またはその他の部分（ネガティブ型フォトレジスト）に光を照射する露光工程を行う。その後、現像工程によって、開口部１５５が形成されるべき部分を溶解させて除去する。最終的に、１８０〜２５０℃で３０分〜２時間硬化工程を行って保護層１５０を完成する。但し、上述した保護層１５０を形成する工程は、一例に過ぎないものであり、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではない。

一方、保護層１５０の開口部１５５は、プリベーク工程、露光工程、現像工程などの工程条件（温度、時間、露光量など）によって様々な形状に形成することができる。特に、開口部１５５は、硬化工程で液状の感光性材料中の樹脂が収縮しながら、ベース部材１１０から遠くなるほど直径が大きくなる形状を持つようにラウンド処理（１５７）が施され得る（図９の拡大図を参照）。

また、外部に露出されたパッド部１３２を保護するパッド保護層１３４を形成する工程をさらに含むことができるが、このような工程は、ＨＡＳＬ（ｈｏｔ ａｉｒ ｓｏｌｄｅｒ ｌｅｖｅｌｌｉｎｇ）法、プリフラックス（ｐｒｅ−ｆｌｕｘ）コーティング法、無電解メッキ法などの外面処理工程によって行われ得る。或いは、パッド保護層１３４として、アンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）を採用することができる。また、アンダーバンプメタライゼーションは、電子素子の実装されるバンプと接合される濡れ層（ｗｅｔｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）、バンプがパッド部１３２へ拡散するのを防止する拡散防止層（ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｙｅｒ）、およびバンプ部とパッド部１３２との間の接着を強化する接合層（ａｄｈｅｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ）から構成できる。

本発明の好適な別の実施例に係るプリント基板の製造方法は、ビア１４０、およびビア１４０を介して接続される回路層１３０をメッキ方式によって同時に形成することを特徴とする。

以下、図１０〜図１３を参照して、本実施例に係るプリント基板の製造方法を説明する。

図１０に示すように、貫通孔１１５の形成されたベース部材１１０にシード層１３６を形成する。シード層１３６は、貫通孔１１５の内壁および絶縁膜層１２０に形成されるが、これは、無電解銅メッキ法によって行われる。無電解銅メッキ法は、析出反応を用いる方法であって、パラジウム−錫化合物を含有する触媒が使用され、有機材料またはセラミック材料などの不導体の表面をメッキするのに好ましい。

次いで、図１１に示すように、メッキ層１３８を形成し、シード層１３６とメッキ層１３８をパターニングする。メッキ層１３８は、電気銅メッキ法によるもので、シード層１３６上に同様に形成される。そして、マスターフィルム（エッチングレジストフィルム）とエッチング液を用いてパターニングを行う。

この際、貫通孔１１５の内壁に形成されたシード層１３６およびメッキ層１３８を保護するために、埋め込み用インクで貫通孔を充填するホール埋め込み法、マスターフィルムを用いるテンティング法が適用できる（パネルメッキ法）。

また、図１２および図１３に示すように、保護層１５０を形成し、パッド部１３２にパッド保護層１３４をさらに形成することができる。

図１０〜図１３を参照して説明したように、ビアと回路層を同時に形成することにより、製造工程が単純になるので、生産性が増加する。一方、ビアと回路層を同時に形成するために、ホール埋め込み法またはテンティング法を用いるパネルメッキ法だけでなく、無電解メッキ後にレジストを形成し、選択的にメッキ層を形成するパターンメッキ法も本実施例に適用できる。

一方、図３に示したプリント基板１００−２は、ベース部材１１０の一面に形成された回路層１３０が多層構造を持つ。このようなプリント基板１００−２は、図８を参照して説明したように、ベース部材１１０に単層の回路層１３０を形成した後、その上に絶縁層５０を積層し回路層１３０を形成する工程を繰返し行って（ビルドアップ工程）製造できる。

本発明は、上述した実施例に限定されず、本発明の思想および範囲から逸脱することなく多様な修正および変形を加え得ることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には自明である。よって、それらの変形例または修正例についても本発明の特許請求の範囲に属するものと理解すべきである。

本発明は、セラミック材料または有機材料で構成されたベース部材を採用し、前記ベース部材の表面に絶縁膜層を形成してベース部材の表面を平坦化することにより、ベース部材に形成されたアラインキーを容易に認識することができるプリント基板およびその製造方法に適用可能である。

１００、１００−１、１００−２ プリント基板
５０ 絶縁層
１１０ ベース部材
１１５ 貫通孔
１２０ 絶縁膜層
１３０ 回路層
１３２ パッド部
１３４ パッド保護層
１３６ シード層
１３８ メッキ層
１４０ ビア
１５０ 保護層
１５５ 開口部
１５７ ラウンド処理

Claims (17)

1. ベース部材と、
   前記ベース部材の両面に形成され、前記ベース部材の表面を平坦化する絶縁膜層と、
   前記絶縁膜層に形成された回路層と、
   前記ベース部材の両面に形成された前記回路層同士を接続するビアとを含むことを特徴とするプリント基板。
2. 前記ベース部材はセラミックまたは有機材料で構成されたことを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記回路層に形成された保護層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
4. 前記回路層は外部に露出されたパッド部、および前記パッド部上に形成されたパッド保護層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
5. 前記回路層は多層構造であることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
6. 前記保護層は前記回路層のパッド部または前記ビアを露出させる開口部が形成されたことを特徴とする請求項３に記載のプリント基板。
7. 前記開口部は前記ベース部材から遠くなるほど直径が大きくなる形状を持つようにラウンド処理されたことを特徴とする請求項６に記載のプリント基板。
8. 前記保護層は液状の感光性材料を用いたフォトレジストで形成され、
   前記保護層の前記開口部は露光工程、現像工程によって形成されたことを特徴とする請求項６に記載のプリント基板。
9. 前記保護層に接触する前記回路層の一面から前記保護層の露出面までの厚さは１５μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のプリント基板。
10. ベース部材を提供する段階と、
    前記ベース部材の両面に絶縁膜層を形成する段階と、
    前記ベース部材を貫通する貫通孔を形成する段階と、
    前記貫通孔にビアを形成する段階と、
    前記ビアを介して接続される回路層を前記ベース部材の両面に形成する段階とを含んでなることを特徴とするプリント基板の製造方法。
11. 前記ベース部材はセラミックまたは有機材料で構成されたことを特徴とする請求項１０に記載のプリント基板の製造方法。
12. 前記回路層形成段階の後に、前記回路層をカバーする保護層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のプリント基板の製造方法。
13. 前記保護層は前記回路層のパッド部または前記ビアを露出させるように開口部が形成されたことを特徴とする請求項１２に記載のプリント基板の製造方法。
14. 前記開口部は前記ベース部材から遠くなるほど直径が大きくなる形状を持つようにラウンド処理されたことを特徴とする請求項１３に記載のプリント基板の製造方法。
15. 前記保護層は液状の感光性材料を用いたフォトレジストで形成され、
    前記保護層の前記開口部は露光工程、現像工程によって形成されたことを特徴とする請求項１３に記載のプリント基板の製造方法。
16. 前記保護層は、前記回路層に含まれたパッド部を露出させるように形成し、前記パッド部上にパッド保護層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のプリント基板の製造方法。
17. 前記ビア、および前記ビアを介して接続される回路層はメッキ法によって同時に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のプリント基板の製造方法。

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