JP2012248891A - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クラックの発生を抑制してパッドの密着強度を高め、製品としての信頼性の向上を図り、ひいてはマザーボード等との接続信頼性の向上に寄与すること。
【解決手段】配線基板１０は、パッド１１Ｐと、パッド１１Ｐを覆い、その表面からパッド１１Ｐの表面が露出し、その裏面にパッド１１Ｐの裏面が露出する開口部ＶＨ１が設けられた最外層の絶縁層１２と、開口部ＶＨ１内に形成されたビアと、絶縁層１２の裏面に形成され、ビア１３に接続された配線層１３とを備え、パッド１１Ｐは絶縁層１２に埋設されて、パッド１１Ｐの側面及び裏面が絶縁層１２に接している。このパッド１１Ｐは、第１の金属層２１と、第１の金属層２１上に設けられた第２の金属層２２と、第２の金属層２２上に設けられ、ビア１３に接続された第３の金属層２３とを有し、第２の金属層２２の周縁部がパッド１１Ｐの周縁部から内側に後退している。
【選択図】図１

Description

本発明は配線基板及びその製造方法に関し、より詳細には、半導体素子（チップ）等の電子部品の搭載用もしくは外部接続端子の接合用として供されるパッド（配線層の一部）を備えた配線基板及びその製造方法に関する。

かかる配線基板は、半導体素子（チップ）等を搭載するパッケージとしての機能を果たすという点で、以下の記述では便宜上、「半導体パッケージ」ともいう。

配線基板において最外層の配線層にはその所定の箇所にパッドが画定されており、このパッドに、当該配線基板をマザーボード等に実装する際に使用される外部接続端子（はんだボールやピン等）や当該配線基板に搭載される半導体素子の電極端子等が接続されるようになっている。そして、このパッドの部分を除いて当該配線層が絶縁層（典型的には、樹脂層）によって覆われている。つまり、最外層の絶縁層の対応する部分が開口されており、その開口部からパッドが露出している。このパッドは、その表面が当該絶縁層（樹脂層）の表面と同一面となるように、もしくは当該絶縁層（樹脂層）の表面から基板内に後退した位置となるように形成されている。

パッドは、その層構成として、一般に複数の金属層が積層された構造を有している。その典型的な層構成として、金（Ａｕ）層とニッケル（Ｎｉ）層からなる２層構造のものがある。このパッドのＡｕ層は絶縁層（樹脂層）から露出しており、このＡｕ層上のＮｉ層には、ビア（基板内の樹脂層に形成されたビアホールに充填された導体で、各配線層間を接続するもの）が接続されるようになっている。このＮｉ層は、ビアに含まれる金属（典型的には、銅（Ｃｕ））がＡｕ層に拡散するのを防止するためのものである。

しかしながら、Ｎｉ層は酸化され易いため、かかる２層（Ａｕ／Ｎｉ）構造のパッドを備えた配線基板、特に、「コアレス基板」と呼ばれているタイプのものを製造する際に不都合が生じる。このコアレス基板の基本的なプロセスは、先ず支持体としての仮基板を用意し、この仮基板上にパッドを形成し、次いで所要数のビルドアップ層（ビアホールを含む樹脂層、ビアホールの内部を含めた配線層）を順次形成した後、最終的に仮基板を除去するものである。つまり、パッドを形成した後、ビアが形成されて当該パッドのＮｉ層に接続されることになる。このため、パッド形成後のＮｉ層の表面には、Ｎｉの酸化物が形成されてしまう。その結果、酸化物が形成されたＮｉ層にビアを接続させると、その酸化物の影響により、パッドとビアとの密着性が低下して、パッドとビアとの間の電気的接続信頼性が損なわれる。

そこで、かかる不都合に対処する方法として、Ｎｉ層とビアとの間に、少なくともＮｉ層よりも酸化され難い金属層（代表的にはＣｕ層）を介在させる技術が知られている。この構造（Ａｕ／Ｎｉ／Ｃｕの３層構造）によれば、パッドとビアとの間に酸化物が形成されないため、パッドとビアとの密着性向上を図ることができる。

このようなパッドを備えた配線基板（特定的には、コアレス基板）においては、外力を受けた際、ビルドアップ層における配線層（Ｃｕ等の導体層）と樹脂層（エポキシ系樹脂等の絶縁層）との界面付近に応力が集中しやすくなるという問題がある。特に、パッドに外部接続端子等を接合する際に行うリフロー（２４０℃前後）等の熱履歴に晒されると、導体層と樹脂層の熱膨張係数が異なるため、その界面付近にはその熱膨張係数の違いに起因した相当の熱応力が集中する。最外層の配線層の一部に画定されるパッドについては、最外層の樹脂層の開口部から表面露出しており、パッドと樹脂層との接着面積が小さいために、応力集中が起きた際、特にパッドの端部においてクラックが発生し易い。

図４（ｂ）はそのクラックが発生している様子を例示したものである。図中、１はパッド、２は最外層の樹脂層、３は基板内部のビア（樹脂層２に形成されたビアホールに充填された導体）、２０はパッド１に接合されたはんだボール（外部接続端子）を示す。パッド１は、はんだボール２０が直接接合されるＡｕ層１ａと、このＡｕ層１ａ上に設けられたＮｉ層１ｂと、このＮｉ層１ｂとビア３の間に設けられたＣｕ層１ｃとを有している。熱履歴等に起因してパッド１と樹脂層２との界面に応力が集中すると、図示のように特にパッド１の端部（Ｃｕ層１ｃの外縁）にクラックＣが発生し易い。かかるクラックが形成されると、パッドの密着強度が低下し、製品としての信頼性の低下を招くことになる。

かかる不都合に対する対策の一例は、以下の特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された技術では、配線基板の少なくとも一方の面側の誘電体層の開口内に金属端子パッドを設け、このパッドを、上記開口内に露出面を有し、かつ該露出面の裏面で配線基板内部の導体層とビア接続されるパッド本体と、該パッド本体の外縁から配線基板の内層方向に上記開口の壁部に沿って形成される壁面導体部とから構成している。つまり、パッド本体に壁面導体部を付設することで、クラックの発生を防止している。

特開２００５−２４４１０８号公報

上述したようにクラックの発生を防止するための技術（特許文献１）が提案されているが、この特許文献１に開示された技術では、パッド本体の外縁から基板の内層方向に特定の形状をもって壁面導体部が付加的に形成されている。そのため、一般的なパッドを形成するのに必要とされる通常のプロセスの他に、この壁面導体部を形成するための追加的なプロセスを必要とし、配線基板を製造する工程が全体として複雑化するといった不利があった。

このような問題は、必ずしもコアレス基板に特有のものではなく、コア基板を有した形態の配線基板においても同様に起こり得る。すなわち、上述したように積層された複数の金属層からなるパッドを備えた配線基板であれば、上記の問題は同様に起こり得る。

本発明は、かかる従来技術における課題に鑑み創作されたもので、クラックの発生を抑制してパッドの密着強度を高め、製品としての信頼性の向上を図り、ひいてはマザーボード等との接続信頼性の向上に寄与することができる配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

さらに本発明は、上記の目的を達成する配線基板におけるパッドを簡単に形成することができ、ひいてはプロセスの簡素化に寄与することができる配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

上述した従来技術の課題を解決するため、本発明の一形態によれば、パッドと、前記パッドを覆い、その表面から前記パッドの表面が露出し、且つ、その裏面に前記パッドの裏面が露出する開口部が設けられた最外層の絶縁層と、前記最外層の絶縁層の開口部内に形成され、前記パッドの裏面に接続されたビアと、前記最外層の絶縁層の裏面に形成され、前記ビアに接続された配線層とを備え、前記最外層の絶縁層は樹脂からなり、前記パッドは前記最外層の絶縁層に埋設されて、前記パッドの側面及び裏面が前記最外層の絶縁層に接していて、前記パッドが、前記最外層の絶縁層の表面からその表面が露出した第１の金属層と、該第１の金属層上に設けられた第２の金属層と、該第２の金属層上に設けられ、前記ビアに接続された第３の金属層とを有し、前記第２の金属層の周縁部が前記パッドの周縁部から内側に後退して、前記第２の金属層の平面形状が前記パッドの平面形状に対して小さく形成されていることを特徴とする配線基板が提供される。

この形態に係る配線基板の構成によれば、パッドを構成する第１、第２、第３の金属層のうち中間層の第２の金属層の平面形状をパッドの平面形状に対して小さく形成しているので、パッドの側面には段差状部分が形成され、パッドとその周囲の絶縁層との接着面積が相対的に大きくなる。これにより、熱履歴等に起因した応力がパッドと当該絶縁層の界面に及ぼされた場合でも、その段差状部分において応力が分散されて、パッドの端部に加わる応力を有効に緩和することができる。

これにより、従来技術（図４（ｂ））に見られたような、パッドの端部におけるクラックＣの発生を抑制することができ、パッドの密着強度を高めることができる。これは、製品（配線基板）としての信頼性の向上に寄与し、ひいてはマザーボード等との接続信頼性の向上に寄与する。

また、上述した従来技術の課題を解決するため、本発明の他の形態によれば、支持基材上に、めっき法により、第１の金属層、第２の金属層及び第３の金属層を順次積層してパッドを形成する工程と、前記第２の金属層の周縁部をエッチングして、前記第２の金属層の周縁部を前記パッドの周縁部から内側に後退させる工程と、前記支持基材上に、前記パッドの上面及び側面を被覆するように樹脂からなる絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層に、前記第３の金属層が露出する開口部を形成する工程と、前記絶縁層の開口部内に、前記第３の金属層に接続されるビアを形成するとともに、前記絶縁層上に、該ビアに接続される配線層を形成する工程と、前記支持基材を除去する工程とを含むことを特徴とする配線基板の製造方法が提供される。

この形態に係る配線基板の製造方法によれば、上記の形態に係る配線基板で得られた効果に加えて、さらに、第２の金属層の周縁部をエッチングするだけで、所要の段差状部分をその側面に備えたパッドが形成されるので、上記の特許文献１に開示されたプロセスと比べて、プロセスの簡素化を図ることができる。

本発明に係る配線基板及びその製造方法の他の構成上の特徴及びそれに基づく有利な利点等については、以下に記述する発明の実施の形態を参照しながら説明する。

本発明の第１の実施形態に係る配線基板（半導体パッケージ）の構成を示す断面図である。 図１の配線基板の製造工程の一例（その１）を示す断面図である。 図２の製造工程に続く製造工程（その２）を示す断面図である。 発明技術の配線基板によって得られる「クラック抑制」の効果を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る配線基板（半導体パッケージ）の構成を示す断面図である。 図５の配線基板の製造工程の一例（その１）を示す断面図である。 図６の製造工程に続く製造工程（その２）を示す断面図である。 第１の実施形態に係る配線基板に半導体素子を搭載したときの構成例を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態…図１〜図４参照）
図１は本発明の第１の実施形態に係る配線基板（半導体パッケージ）の構成を断面図の形態で示したものである。

本実施形態に係る配線基板１０は、図示のように、複数の配線層１１，１３，１５が絶縁層（具体的には、樹脂層）１２，１４を介在させて積層され、各絶縁層１２，１４に形成されたビアホールＶＨ１，ＶＨ２に充填された導体（それぞれ配線層１３，１５を構成する材料の一部分）を介して層間接続された構造を有している。つまり、一般的なビルドアップ法を用いて作製される配線基板（支持基材としてのコア基板の両面もしくは片面に所要数のビルドアップ層を順次形成して積み上げていくもの）とは違い、支持基材を含まない「コアレス基板」の形態を有している。

このコアレス基板の表層（図示の例では上側）には、保護膜として機能する絶縁層（ソルダレジスト層）１６が、最外層の配線層（図示の例では配線層１５）の所定の箇所に画定されたパッド１５Ｐを除いて表面を覆うように形成されている。また、この絶縁層１６が形成されている側と反対側（図示の例では下側）の面には、本発明を特徴付けるパッド１１Ｐ（配線層１１の所定の箇所に画定された部分）が露出しており、このパッド１１Ｐは、その下面が絶縁層（樹脂層）１２の下面と同一面となるように形成されている。

パッド１１Ｐは、図示のように金属層２１と、金属層２２と、金属層２３とが順次積層された３層構造からなっている。絶縁層１２から露出している側に配置される金属層２１は、この露出している部分に外部接続端子もしくは半導体素子（チップ）等の電極端子が直接接合されるので、コンタクト性（はんだ付け性）の良好な材料から構成されるのが望ましい。例えば、金（Ａｕ）、金／パラジウム（Ａｕ／Ｐｄ）、錫（Ｓｎ）等を用いることができる。金属層２１としてＡｕ／Ｐｄの２層構造を用いる場合には、Ａｕ層が外部に露出するよう、Ａｕ層とＰｄ層を積層した構造とする。

金属層２２は、金属層２１と金属層２３の間に介在することで、ビア（ビアホールＶＨ１に充填された導体）に含まれる金属（典型的には、銅（Ｃｕ））が金属層２１に拡散するのを防止する役割を果たす。このような機能を実現するための材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）を用いることができる。

金属層２３は、この部分にビア（Ｃｕ）が直接接続されるので、良好な導電性を有し、かつ、その下層の金属層２２よりも酸化され難い材料から構成されるのが望ましい。例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等を用いることができる。また、この金属層２３は、その周囲の樹脂材（絶縁層１２）と接する表面積が相対的に大きいので、樹脂との密着性が良好な材料から構成されるのが望ましい。これらの条件を考慮して、本実施形態では、金属層２３の材料として銅（Ｃｕ）を用いている。

そして、本発明の所期の目的を達成するため、Ｎｉ層（金属層２２）のみをパッド１１Ｐの径に対して小さく形成している。つまり、Ｎｉ層２２の周縁部がパッド１１Ｐの周縁部から内側に後退した位置となるようにＮｉ層２２を形成している。その後退させるべき量は、好適には、後述するようにＮｉ層２２の厚さと同じ程度に選定されている。

このように本実施形態のパッド１１Ｐの構造では、Ｎｉ層（金属層２２）のみを他の金属層２１，２３の径より小径となるように形成しているので、このパッド１１Ｐの側面には、図示のようにＮｉ層２２の周縁部近傍において段差状部分が形成される。このため、金属層２１は、その側面と共に上面の一部が絶縁層（樹脂層）１２に覆われ、金属層２２は、その側面のみが絶縁層（樹脂層）１２に覆われ、金属層２３は、その側面と共に下面の一部及び上面の一部が絶縁層（樹脂層）１２に覆われることになる。つまり、パッド１１Ｐとその周囲の樹脂層（絶縁層１２）との接着面積が相対的に大きくなっている。

上側の絶縁層（ソルダレジスト層）１６から露出するパッド１５Ｐには、本配線基板１０に搭載される半導体素子（チップ）等の電極端子がはんだバンプ等を介してフリップチップ接続され、下側の絶縁層（樹脂層）１２から露出するパッド１１Ｐには、本配線基板１０をマザーボード等に実装する際に使用されるはんだボール等の外部接続端子が接合されるようになっている。つまり、上側の面はチップ搭載面、下側の面は外部接続端子接合面となっている。

ただし、本配線基板１０が使用される条件、状況等によっては、チップ搭載面と外部接続端子接合面を上下反対の形態としてもよい。この場合、上側のパッド１５Ｐに外部接続端子が接合され、下側のパッド１１Ｐに半導体素子等の電極端子が接続される。

なお、本配線基板１０の片面に形成されるソルダレジスト層１６は、保護膜としての機能の他に、補強層としての役割も果たす。すなわち、本配線基板１０は剛性の小さいコアレス基板であってその厚さも薄いため、基板の強度が少なからず低下することは否めないが、図示のように基板の片面にソルダレジスト層１６を形成することで基板の補強を図っている。

本実施形態に係る配線基板１０を構成する各部材の具体的な材料や大きさ、厚さ等については、以下に記述するプロセスに関連させて具体的に説明する。

次に、本実施形態に係る配線基板１０（図１）を製造する方法について、その製造工程の一例を示す図２及び図３を参照しながら説明する。

先ず最初の工程では（図２（ａ）参照）、仮基板としての支持基材３０を用意する。この支持基材３０の材料としては、後述するように最終的にはエッチングされることを考慮して、エッチング液で溶解可能な金属（典型的には、銅（Ｃｕ））が用いられる。また、支持基材３０の形態としては、基本的には金属板もしくは金属箔で十分である。具体的には、例えば、プリプレグ（補強材のガラス布にエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ、半硬化のＢステージ状態にした接着シート）上に下地層及び銅箔を配置して加熱・加圧することにより得られた構造体（例えば、特開２００７−１５８１７４号公報に開示された支持基材）を、支持基材３０として好適に使用することができる。

次の工程では（図２（ｂ）参照）、支持基材３０上に、パターニング材料を使用してめっき用レジストを形成し、所定の部分を開口する。この開口する部分は、形成すべき所要の配線層（特定的にはパッド）の形状に従ってパターニング形成される。パターニング材料としては、感光性のドライフィルム又は液状のフォトレジストを用いることができる。例えば、ドライフィルムを使用する場合には、支持基材３０の表面を洗浄した後、ドライフィルムを熱圧着により貼り付け、このドライフィルムを、所要の配線層の形状にパターニングされたマスク（図示せず）を用いて紫外線（ＵＶ）照射による露光を施して硬化させ、さらに所定の現像液を用いて当該部分をエッチング除去し（開口部ＯＰ）、所要の配線層（パッド１１Ｐ）の形状に応じためっきレジスト層３１を形成する。液状のフォトレジストを用いた場合にも、同様の工程を経て、めっきレジスト層３１を形成することができる。

次の工程では（図２（ｃ）参照）、めっきレジスト層３１の開口部ＯＰから露出している支持基材（Ｃｕ）３０上に、この支持基材３０を給電層として利用した電解めっきにより、配線層１１を形成する。この配線層１１の一部（所定の箇所に画定された部分）は、外部接続端子（図４のはんだボール２０）を接合するためのパッド１１Ｐ（もしくは半導体素子（チップ）を搭載するためのパッド）として機能する。

パッド１１Ｐが円形の場合、その大きさ（直径）は、外部接続端子接合用として用いる場合には２００〜１０００μｍ程度に選定され、チップ搭載用として用いる場合には５０〜１５０μｍ程度に選定される。また、パッド１１Ｐは、上述したように３層の金属層２１，２２，２３が積層された構造を有しており、その最下層の金属層２１を構成する材料としては、これに接触する支持基材３０が最終的にエッチングされることを考慮して、そのエッチング液で溶解されない金属種を選定する。本実施形態では、支持基材３０の材料として銅（Ｃｕ）を用いているので、これとは異なる金属として、良好なコンタクト性を確保できるという点を考慮し、金（Ａｕ）を使用している。

具体的には、先ず支持基材（Ｃｕ）３０上にＡｕフラッシュめっきを施して厚さ５ｎｍ以上（好適には４０ｎｍ）のＡｕ層を形成し、さらにＡｕ層上にパラジウム（Ｐｄ）フラッシュめっきを施して厚さ５ｎｍ以上（好適には２０ｎｍ）のＰｄ層を形成して、Ａｕ／Ｐｄ層（金属層２１）を形成する。次いで、このＡｕ／Ｐｄ層（金属層２１）上にニッケル（Ｎｉ）めっきを施して厚さ１〜１０μｍ（好適には５μｍ）のＮｉ層（金属層２２）を形成し、さらにＮｉ層（金属層２２）上に銅（Ｃｕ）めっきを施して厚さ３〜２０μｍ（好適には１５μｍ）のＣｕ層（金属層２３）を形成する。ここに、金属層２１の上層部分であるＰｄ層は、その下層部分であるＡｕ層の酸化を防止するために形成され、Ｎｉ層（金属層２２）は、その上層の金属層２３に含まれるＣｕが下層のＡｕ／Ｐｄ層（金属層２１）に拡散するのを防止するために形成されている。

つまり、この工程では、Ａｕ／Ｐｄ層２１とＮｉ層２２とＣｕ層２３の３層（厳密には４層）構造からなるパッド１１Ｐ（配線層１１）を形成している。そして、樹脂との密着性が良好なＣｕ層２３の厚さを比較的厚く形成している。なお、本工程ではＡｕとＰｄの２層構造からなる金属層２１を形成しているが、Ｐｄ層については必ずしも形成する必要はなく、Ａｕ層のみからなる金属層２１としてもよい。

次の工程では（図２（ｄ）参照）、めっきレジスト層３１（図２（ｃ））として用いたドライフィルムレジストを、例えば、水酸化ナトリウムやモノエタノールアミン系などのアルカリ性の薬液を用いて除去する。

次の工程では（図２（ｅ）参照）、支持基材（Ｃｕ）３０上に形成されたパッド１１Ｐ（Ａｕ／Ｐｄ層２１、Ｎｉ層２２、Ｃｕ層２３）に対し、Ｎｉ層２２（周縁部）のみを選択的にエッチングする。例えば、過水／硝酸系のエッチング液の入った処理槽中に処理対象物（図２（ｄ）の構造体）を浸漬し、あるいはそのエッチング液を処理対象物にスプレーする（この後、水洗してエッチング液を洗い落とす）ことにより、Ｎｉ層２２の周縁部のみを選択的に除去することができる。これにより、図示のようにＮｉ層２２の周縁部はパッド１１Ｐの周縁部から内側に後退した位置となり、パッド１１Ｐの側面（Ｎｉ層２２の周縁部近傍）に段差状部分（図中、破線で囲んだＡの部分）が形成される。

Ｎｉ層２２（周縁部）のエッチング量は、Ｎｉ層２２の厚さ（１〜１０μｍ、好適には５μｍ）に対して０．１〜３倍程度、好適には１倍（Ｎｉ層２２の厚さと同じ）程度に選定されている。

次の工程では（図３（ａ）参照）、Ｎｉ層２２のみを選択エッチングしたパッド１１Ｐ及び支持基材３０上に、パッド１１ＰのＣｕ層２３が露出するように絶縁層１２を形成する。具体的には、先ず全面に、エポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる絶縁層１２を形成する。例えば、エポキシ系樹脂フィルムを支持基材３０及び配線層１１（パッド１１Ｐ）上にラミネートし、この樹脂フィルムをプレスしながら１３０〜１５０℃の温度で熱処理して硬化させることにより、絶縁層１２を形成することができる。

次いで、この絶縁層１２の所定の箇所（パッド１１Ｐに対応する部分）に、ＣＯ２ レーザ、エキシマレーザ等による穴明け処理により、パッド１１Ｐに達する開口部（ビアホールＶＨ１）を形成する。なお、絶縁層１２は、感光性樹脂膜をフォトリソグラフィによりパターニングして形成してもよいし、あるいは、スクリーン印刷により開口部が設けられた樹脂膜をパターニングして形成してもよい。

次の工程では（図３（ｂ）参照）、ビアホールＶＨ１が形成された絶縁層１２上に、ビアホールＶＨ１を充填して（ビアの形成）配線層１１（パッド１１Ｐ）に接続される所要の配線層（パターン）１３を形成する。この配線層１３は、例えば、セミアディティブ法により形成される。具体的には、先ず、無電解めっきやスパッタリング等により、ビアホールＶＨ１の内部を含めて絶縁層１２上に銅（Ｃｕ）のシード層（図示せず）を形成した後、形成すべき配線層１３の形状に応じた開口部を備えたレジスト膜（図示せず）を形成する。次に、このレジスト膜の開口部から露出しているシード層（Ｃｕ）上に、このシード層を給電層として利用した電解銅（Ｃｕ）めっきにより、導体（Ｃｕ）パターン（図示せず）を形成する。さらに、レジスト膜を除去した後に、導体（Ｃｕ）パターンをマスクにしてシード層をエッチングすることで、所要の配線層１３が得られる。なお、上記のセミアディティブ法以外に、サブトラクティブ法など各種の配線形成方法を用いることも可能である。

次の工程では（図３（ｃ）参照）、図３（ａ）及び（ｂ）の工程で行った処理と同様にして、絶縁層と配線層を交互に積層する。図示の例では、簡単化のため、１層の絶縁層と１層の配線層が積層されている。すなわち、絶縁層（樹脂層）１２及び配線層１３上に絶縁層（樹脂層）１４を形成し、この絶縁層１４に、配線層１３のパッド（図示せず）に達するビアホールＶＨ２を形成した後、このビアホールＶＨ２の内部を含めて絶縁層１４上に所要の配線層（パターン）１５を形成する。この配線層１５は、本実施形態では最外層の配線層を構成する。

さらに、この最外層の配線層１５の所定の箇所に画定されるパッド１５Ｐを除いてその表面（絶縁層１４及び配線層１５）を覆うようにソルダレジスト層１６を形成する。このソルダレジスト層１６は、図２（ｂ）の工程で行った処理と同様の手法を用いて形成することができる。すなわち、感光性のドライフィルムレジストをラミネートし、又は液状のフォトレジストを塗布し、当該レジストを所要の形状にパターニングすることでソルダレジスト層１６を形成することができる。これによって、ソルダレジスト層１６の開口部からパッド１５Ｐが露出する。

このパッド１５Ｐには、搭載される半導体素子等の電極端子や、マザーボード等に実装する際に使用されるはんだボールやピン等の外部接続端子が接合されるので、コンタクト性を良くするためにＡｕめっきを施しておくのが望ましい。その際、パッド（Ｃｕ）１５Ｐ上に無電解Ｎｉめっきを施してから無電解Ａｕめっきを施す。つまり、Ｎｉ層とＡｕ層の２層構造からなる導体層（図示せず）をパッド１５Ｐ上に形成しておく。

最後の工程では（図３（ｄ）参照）、仮基板として用いた支持基材３０（図３（ｃ））を、パッド１１Ｐ、樹脂層１２、パッド１５Ｐ及びソルダレジスト層１６に対して選択的に除去する。例えば、塩化第二鉄水溶液、塩化第二銅水溶液、過硫酸アンモニウム水溶液等を用いたウェットエッチングにより、パッド１１Ｐ（その表層部にＡｕ／Ｐｄ層２１が形成されている）、樹脂層１２、パッド１５Ｐ（その表層部にＡｕ層が形成されている）及びソルダレジスト層１６に対して、支持基材（Ｃｕ）３０を選択的にエッチングして除去することができる。

以上の工程により、本実施形態の配線基板１０（図１）が製造されたことになる。

以上説明したように、第１の実施形態に係る配線基板（半導体パッケージ）１０及びその製造方法（図１〜図３）によれば、パッド１１Ｐを構成する３層の金属層２１，２２，２３のうち中間層のＮｉ層（金属層２２）のみをパッド１１Ｐの径に対して小さく形成しているので、パッド１１Ｐの側面（Ｎｉ層２２の周縁部近傍）に段差状部分が形成され、このパッド１１Ｐと周囲の樹脂層（絶縁層１２）との接着面積が相対的に大きくなる。これにより、熱履歴等に起因した応力がパッド１１Ｐと樹脂層１２の界面に及ぼされた場合でも、その段差状部分において応力が分散されるので、パッド１１Ｐの端部（Ｃｕ層２３の外縁）に加わる応力を有効に緩和することができる。

その結果、従来技術（図４（ｂ））に見られたような、パッドの端部におけるクラックＣの発生を抑制することができ、パッド１１Ｐの樹脂層１２に対する密着強度を高めることができる。このことは、製品（配線基板１０）としての信頼性の向上につながり、ひいては、配線基板１０に半導体素子等を搭載もしくは配線基板１０をマザーボード等に実装する際の接続信頼性の向上に寄与する。

また、本実施形態に係る製造方法によれば、Ｎｉ層２２の周縁部のみを選択的にエッチングするだけで（図２（ｅ）の工程）、所要の段差状部分Ａを有したパッド１１Ｐが形成されるので、特許文献１に開示された技術（通常のパッド形成プロセスの他に、壁面導体部を形成するための追加的なプロセスを必要とする技術）と比べて、プロセスの簡素化を図ることができる。

図４は、発明技術の配線基板（特定的には図１の配線基板１０）によって得られる「クラック抑制」の効果を示したものである。図中、（ａ）は配線基板１０におけるパッド１１Ｐの近傍部分の拡大図であり、図示の例では、このパッド１１Ｐに外部接続端子としてのはんだボール２０を接合した状態を示している。また、（ｂ）は現状技術のパッド１の拡大図であり、同様に、このパッド１（Ａｕ層１ａ／Ｎｉ層１ｂ／Ｃｕ層１ｃ）にはんだボール２０を接合した状態を示している。

現状技術では（図４（ｂ））、熱履歴等に起因してパッド１と樹脂層２との界面に応力が集中すると、パッド１の端部（Ｃｕ層１ｃの外縁）にクラックＣが発生している。これに対し、発明技術（図４（ａ））では、パッド１１Ｐの側面に段差状部分Ａが形成され、このパッド１１Ｐと樹脂層（絶縁層１２）との接着面積が相対的に大きいため、熱履歴等に起因する応力が界面に集中した場合でも、段差状部分Ａで応力が分散されて、パッド１１Ｐの端部（Ｃｕ層２３の外縁）に加わる応力が緩和され、クラックの発生を抑制している。

（第２の実施形態…図５〜図７参照）
図５は本発明の第２の実施形態に係る配線基板（半導体パッケージ）の構成を断面図の形態で示したものである。

本実施形態に係る配線基板１０ａは、第１の実施形態に係る配線基板１０（図１）の構成と比べて、下側の絶縁層（樹脂層）１２ａから露出しているパッド１１Ｐの下面（金属層２１の下面）が、当該絶縁層（樹脂層）１２ａの下面から基板内に後退した位置となるように形成されている（つまり、樹脂層１２ａの当該部分に凹部ＤＰが形成され、この凹部ＤＰにパッド１１Ｐが露出している）点で相違している。他の構成については、第１の実施形態の配線基板１０と同様であるのでその説明は省略する。

本実施形態に係る配線基板１０ａは、一例として図６及び図７に示す製造方法により製造することができる。図６、図７の各工程で行う処理は、基本的には、第１の実施形態に係る製造方法の各工程（図２、図３）で行った処理と同様である。重複的な説明を避けるため、相違する処理についてのみ説明する。

先ず、図２（ａ）及び（ｂ）の工程で行った処理と同様にして、仮基板としての支持基材３０を用意し（図６（ａ））、この支持基材３０上に、所定の部分に開口部ＯＰを備えためっきレジスト層３１を形成する（図６（ｂ））。

次の工程では（図６（ｃ）参照）、めっきレジスト層３１の開口部ＯＰから露出している支持基材（Ｃｕ）３０上に、この支持基材３０を給電層として利用した電解めっきにより、金属層２４（本実施形態では、犠牲導体層として機能する）を形成し、さらにこの金属層２４上に、図２（ｃ）の工程で行った処理と同様にして、Ａｕ／Ｐｄ層２１、Ｎｉ層２２及びＣｕ層２３を順次積層してパッド１１Ｐ（配線層１１）を形成する。パッド１１Ｐの大きさ（直径）については、第１の実施形態の場合と同じである（外部接続端子接合用：２００〜１０００μｍ程度、チップ搭載用：５０〜１５０μｍ程度）。

この工程で形成する最下層の金属層（犠牲導体層）２４を構成する材料としては、これに接触する支持基材３０と共に最終的にエッチングされることを考慮して、そのエッチング液で溶解され得る金属種、この場合、銅（Ｃｕ）を選定する。また、形成すべきＣｕ層２４の厚さは、要求される凹部ＤＰ（図５）の深さに応じて決定され、例えば、１〜３０μｍ程度（好適には２０μｍ程度）の厚さに形成される。

次いで、図６（ｄ）、図６（ｅ）、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）の各工程において、それぞれ図２（ｄ）、図２（ｅ）、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）の工程で行った処理と同様の処理を行う。

最後の工程では（図７（ｄ）参照）、図３（ｄ）の工程で行った処理と同様の手法を用いて、支持基材（Ｃｕ）３０及び犠牲導体層（Ｃｕ層）２４を、パッド１１Ｐ（その表層部にＡｕ／Ｐｄ層２１が形成されている）、樹脂層１２ａ、パッド１５Ｐ（その表層部にＡｕ層が形成されている）及びソルダレジスト層１６に対して選択的にエッチングし、除去する。これによって、図示のように除去したＣｕ層２４の厚さに応じた凹部ＤＰが形成され、この凹部ＤＰにパッド１１Ｐの最下層（Ａｕ／Ｐｄ層２１）が露出する。つまり、下側の絶縁層（樹脂層）１２ａから露出しているパッド１１Ｐの下面（Ａｕ／Ｐｄ層２１の下面）が、当該樹脂層１２ａの下面から基板内に後退した位置となる。

以上の工程により、本実施形態の配線基板１０ａ（図５）が製造されたことになる。

この第２の実施形態に係る配線基板（半導体パッケージ）１０ａ及びその製造方法（図５〜図７）においても、その基本的な構成及びプロセスは第１の実施形態（図１〜図３）の場合と同じであるので、同様の作用効果を奏することができる。

上述した第１、第２の各実施形態に係る配線基板１０，１０ａには、それぞれ使用される条件、状況等に応じて、当該配線基板の一方の面から露出するパッドに半導体素子（チップ）等の電極端子が接合され、他方の面から露出するパッドに外部接続端子が接合される。図８はその場合の構成例を示したものである。

図８の例では、第１の実施形態に係る配線基板１０に半導体素子（チップ）４１を搭載した状態、すなわち、半導体装置５０（５０ａ）として構成した場合の断面構造を示している。半導体チップ４１は、図中（ａ）に示すように配線基板１０のパッド１５Ｐが形成されている側の面に搭載してもよいし（この場合、反対側の面のパッド１１Ｐにはんだボール２０が接合される）、あるいは、図中（ｂ）に示すように配線基板１０のパッド１１Ｐが形成されている側の面に搭載してもよい（この場合、反対側の面のパッド１５Ｐにはんだボール２０が接合される）。なお、４２は半導体チップ４１の電極端子、４３は配線基板１０と搭載した半導体チップ４１との間に充填されたアンダーフィル樹脂を示す。

図８の例では、第１の実施形態に係る配線基板１０に半導体チップ４１を搭載した状態を例示しているが、かかる構成に限定されることなく、第２の実施形態に係る配線基板１０ａについても同様に半導体チップ４１を搭載できることはもちろんである。

また、図示の例では、パッド１１Ｐ（もしくは１５Ｐ）にはんだボール２０を接合したＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）の形態としているが、当該パッドにピンを接合したＰＧＡ（ピン・グリッド・アレイ）や、当該パッド自体を外部接続端子としたＬＧＡ（ランド・グリッド・アレイ）の形態としてもよい。

また、上述した第１、第２の各実施形態では、配線基板１０，１０ａの形態として支持基材を含まない「コアレス基板」を使用した場合を例にとって説明したが、本発明の要旨からも明らかなように、コアレス基板に限定されないことはもちろんである。要は、積層された複数の金属層からなるパッドを備えた配線基板であれば、コア基板を有した配線基板についても本発明は同様に適用することが可能である。

１０，１０ａ…配線基板（半導体パッケージ）、
１１，１３，１５…配線層、
１２，１２ａ，１４…樹脂層（絶縁層）、
１１Ｐ，１５Ｐ…パッド、
１６…ソルダレジスト層（絶縁層）、
２０…はんだボール（外部接続端子）、
２１，２２，２３…（パッドを構成する）金属層、
２４…金属層（犠牲導体層）、
４１…半導体素子（チップ）、
５０，５０ａ…半導体装置、
Ａ…パッド側面の段差状部分、
ＤＰ…凹部、
ＶＨ１，ＶＨ２…ビアホール。

Claims (12)

1. パッドと、
   前記パッドを覆い、その表面から前記パッドの表面が露出し、且つ、その裏面に前記パッドの裏面が露出する開口部が設けられた最外層の絶縁層と、
   前記最外層の絶縁層の開口部内に形成され、前記パッドの裏面に接続されたビアと、
   前記最外層の絶縁層の裏面に形成され、前記ビアに接続された配線層と
   を備え、
   前記最外層の絶縁層は樹脂からなり、
   前記パッドは前記最外層の絶縁層に埋設されて、前記パッドの側面及び裏面が前記最外層の絶縁層に接していて、
   前記パッドが、前記最外層の絶縁層の表面からその表面が露出した第１の金属層と、該第１の金属層上に設けられた第２の金属層と、該第２の金属層上に設けられ、前記ビアに接続された第３の金属層とを有し、
   前記第２の金属層の周縁部が前記パッドの周縁部から内側に後退して、前記第２の金属層の平面形状が前記パッドの平面形状に対して小さく形成されていることを特徴とする配線基板。
2. 前記第１の金属層の周縁部と前記第３の金属層の周縁部とが同じ位置にあることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記第１の金属層はＡｕもしくはＡｕ／Ｐｄからなり、前記第２の金属層はＮｉからなり、前記第３の金属層はＣｕからなることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
4. 前記ビアは前記最外層の絶縁層の開口部を充填していて、
   前記ビアと前記配線層とが一体に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の配線基板。
5. 前記パッド、前記ビア及び前記配線層は、めっき法により形成された導体からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の配線基板。
6. 前記最外層の絶縁層から露出する前記パッドの第１の金属層の表面が、前記最外層の絶縁層の表面から基板内に後退した位置にあることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の配線基板。
7. 支持基材上に、めっき法により、第１の金属層、第２の金属層及び第３の金属層を順次積層してパッドを形成する工程と、
   前記第２の金属層の周縁部をエッチングして、前記第２の金属層の周縁部を前記パッドの周縁部から内側に後退させる工程と、
   前記支持基材上に、前記パッドの上面及び側面を被覆するように樹脂からなる絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層に、前記第３の金属層が露出する開口部を形成する工程と、
   前記絶縁層の開口部内に、前記第３の金属層に接続されるビアを形成するとともに、前記絶縁層上に、該ビアに接続される配線層を形成する工程と、
   前記支持基材を除去する工程とを含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
8. 前記パッドを形成する工程が、前記支持基材上に、めっき法により、犠牲導体層を形成し、さらに前記第１の金属層、前記第２の金属層及び前記第３の金属層を順次積層して前記パッドを形成する工程を含み、
   前記支持基板を除去する工程が、前記支持基材及び前記犠牲導体層を除去する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の配線基板の製造方法。
9. 前記パッドを形成する工程では、前記第１の金属層の周縁部と前記第３の金属層の周縁部とを同じ位置にすることを特徴とする請求項７又は８に記載の配線基板の製造方法。
10. 前記パッドを形成する工程では、前記第１の金属層をＡｕもしくはＡｕ／Ｐｄにより形成し、前記第２の金属層をＮｉにより形成し、前記第３の金属層をＣｕにより形成することを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
11. 前記ビア及び前記配線層を形成する工程では、前記ビアは前記絶縁層の開口部を充填し、
    前記ビアと前記配線層とを一体に形成することを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
12. 前記ビア及び前記配線層を形成する工程は、
    前記開口部の内面を含む前記絶縁層上にシード層を形成する工程と、
    前記シード層上に、前記シード層を給電層とする電解めっき法により、前記ビア及び前記配線層となる導体パターンを形成する工程とを含むことを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。

Images