JP2014072372A - プリント配線板の製造方法及びプリント配線板 - Google Patents

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opening
wiring board
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solder resist
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Fumitaka Takagi
史貴 高木
Nobuhisa Kuroda
展久 黒田
Mariko Kimura
麻里子 木邨
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

【課題】 接続信頼性の高いプリント配線板を提供する。
【解決手段】 層間樹脂絶縁層と、
該層間樹脂絶縁層上に設けられ、半導体素子を実装するためのパッドと、
該層間樹脂絶縁層上に設けられ、前記パッドの表面と側面の一部とを露出する開口を備えるソルダーレジスト層とを有し、前記パッドの表面は、前記開口の底部を形成する前記ソルダーレジスト層の表面よりも突出していることを特徴とする。
【選択図】 図5

Description

本発明は、上面に半導体素子が実装されると共に、プリント配線板が搭載されるプリント配線板に関する。
半導体の高集積化に伴い、ペリフェラル実装用パッドのピッチが狭くなっている。ペリフェラル実装用パッドのピッチが狭くなるとアンダーフィル材の充填が上手くいかず、ボイドが残り、ボイドに起因するマイグレーションが発生し、信頼性が低下する。また、ピッチが狭いとパッド表面の半田めっきが隣のパッドと接触し、半田ブリッジが発生することがある。
特許文献1では、ペリフェラル実装用パッド間にソルダーレジスト層を充填することで、アンダーフィル材の充填性を改善している。
特開2012−9586号
しかしながら、特許文献1では、ICチップとプリント配線板との間のクリアランスを保つスペーサーとして半田を用いているため、半田の高さがバラツキ、アンダーフィル材の充填が上手くいかないことも考えられる。また、半田の高さ分、ICチップとプリント配線板との配線距離が長くなる。更に、特許文献1では、サンドブラスト法を用いてソルダーレジスト層を薄くしているため、製造工程が複雑になり、コストが嵩むと考えられる。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ICチップとの接続信頼性の高いプリント配線板、及び、その製造方法を提供することにある。
本願発明のプリント配線板は、
層間樹脂絶縁層と、
該層間樹脂絶縁層上に設けられ、半導体素子を実装するためのパッドと、
該層間樹脂絶縁層上に設けられ、前記パッドの表面と側面の一部とを露出する開口を備えるソルダーレジスト層とを有し、
前記パッドの表面は、前記開口の底部を形成する前記ソルダーレジスト層の表面よりも突出していることを技術的特徴とする。
本願発明のプリント配線板の製造方法は:
層間樹脂絶縁層を設けることと、
該層間樹脂絶縁層上に半導体素子を実装するためのパッドを設けることと、
該層間樹脂絶縁層上に前記パッドの表面と側面の一部とを露出するとともに、開口を備えるソルダーレジスト層を設けることとを含み、
前記パッドの表面を、前記開口の底部を形成する前記ソルダーレジスト層の表面よりも突出させることを技術的特徴とする。
本願発明のプリント配線板においては、複数のパッド間がソルダーレジスト層により充填され、前記パッドは、表面と側面の一部を露出するので、前記パッドの表面と複数のパッド間のソルダーレジスト層表面との段差が小さくなり、アンダーフィル材の充填が容易で、ボイドが生じ難くなる。ボイドの発生を抑制できるので、ボイドを起因とするマイグレーションを抑制できる。また、前記パッドは、表面と側面の一部が複数のパッド間のソルダーレジスト層表面から僅かに突出しているので、前記パッドの表面と側面に形成する半田めっきの量を制御し易く、半田めっき過多による半田ブリッジの発生を回避することができる。ソルダーレジスト層の開口部形成方法は、露光後、未硬化ソルダーレジスト組成物を、エッチング液により表面から徐々に除去する方法であるため、開口部におけるソルダーレジスト層の厚みを制御することが可能となる。
本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の製造方法を示す工程図。 第1実施形態のプリント配線板の製造方法を示す工程図。 第1実施形態のプリント配線板の製造方法を示す工程図。 第1実施形態のプリント配線板の製造方法を示す工程図。 第1実施形態のプリント配線板の断面図。 第1実施形態のプリント配線板の断面図。 第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程中の平面図。 第1実施形態に係るプリント配線板の製造工程中の平面図。 第1実施形態に係るプリント配線板の一部拡大断面図。 第1実施形態に係るプリント配線板の一部拡大断面図。 第1実施形態に係るプリント配線板の一部拡大断面図。 第1実施形態の改変例に係るプリント配線板のパッドの拡大断面図。
[第1実施形態]
図5に示されるように第1実施形態のプリント配線板10は、コア基板30を有する。そのコア基板は第1面Fとその第1面と反対側の第2面Sとを有する絶縁基板20zと絶縁基板の第1面F上に形成されている第1導体層34Fと絶縁基板の第2面上に形成されている第2導体層34Sを有する。コア基板はさらに第1導体層34Fと第2導体層34Sとを接続しているスルーホール導体36を有する。スルーホール導体36は絶縁基板を貫通している貫通孔31に形成されている。貫通孔31の形状やスルーホール導体36の形状は、コア基板の第1面Fと第2面Sのそれぞれの表面に開口を有するそれぞれの開口部が中心に向かってテーパし、中心部で接続する砂時計形状である。図4に示されているコア基板は例えば、US7786390に開示されている方法で製造される。コア基板の導体層は複数の導体回路やスルーホール導体36の周りに形成されているスルーホールランドを含む。プリント配線板及びコア基板の第1面と絶縁基板の第1面は同じ面であり、プリント配線板及びコア基板の第2面と絶縁基板の第2面は同じ面である。
コア基板30の第1面Fと第1導体層34F上に層間樹脂絶縁層50Fが形成されている。この層間樹脂絶縁層50F上に導体パターン58Fおよびパッド59が形成されている。導体パターン58Fおよびパッド59と第1導体層34Fやスルーホール導体36は、層間樹脂絶縁層50Fを貫通するビア導体60Fで接続されている。層間樹脂絶縁層50F、導体パターン58F、パッド59とビア導体60Fで第1面側のビルドアップ層55Fが形成されている。
コア基板30の第2面Sと第2導体層34S上に層間樹脂絶縁層50Sが形成されている。この層間樹脂絶縁層50S上に導体パターン58Sが形成されている。導体パターン58Sと第2導体層34Sやスルーホール導体36は、層間樹脂絶縁層50Sを貫通するビア導体60Sで接続されている。層間樹脂絶縁層50Sと導体パターン58Sとビア導体60Sで第2面側のビルドアップ層55Sが形成されている。
第1面側のビルドアップ層上にソルダーレジスト層70Fが形成され、第2面側のビルドアップ層上にソルダーレジスト層70Sが形成されている。第1面側のソルダーレジスト層70Fは、導体パターン58Fとビア導体(ビアランド)60Fの上面を露出する半田バンプ用の開口71Fと、パッド59の上面を露出する半導体素子90実装用の開口70MLおよび開口70TMを有する。第2面側のソルダーレジスト層70Sは、導体パターン58Sやビア導体(ビアランド)60Sの上面を露出する開口71Sを有する。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の断面が図5に示され、平面が図8(B)に示されている。図8(B)のX−X断面が、図5に対応する。
プリント配線板10は、第1面側の層間樹脂絶縁層50F上に設けられ半導体素子90を実装するためのパッド59と、前記層間樹脂絶縁層50F上に設けられ前記パッド59の表面と側面の一部とを露出する第2開口部70MLおよび半導体素子90をその内部に収容する第1開口部70TMを備えるソルダーレジスト層70Fとを有する。前記パッド59の表面は、前記第2開口部70MLの底部を形成する第2開口部底面70FLよりも突出している。前記第2開口部70MLは、半導体素子90のパッド92と接続するためのパッド59を露出させる開口であるため、半導体素子90を収容するための前記第1開口部70TMの内部に存在し、前記前記第2開口部70MLの開口面積は、前記第1開口部70TMの開口面積より小さい。半導体素子90は、前記第1開口部70TMの内部に収容されるので、半導体素子90を固定するアンダーフィル材96がプリント配線板10の表面から流出しない。前記パッド59は、その表面と側面の一部が露出されるのみで、複数のパッド59間は、ソルダーレジスト層70Fで充填されている。前記複数のパッド59の間隔が狭くても、ソルダーレジスト層70Fで充填されているため、アンダーフィル材96を半導体素子90と第2開口部70MLの間に流入したとき、複数のパッド59間に、ボイドが残留しにくく、ボイドの発生に起因するマイグレーションを抑制できると考えられる。
前記パッド59は、前記第2開口部底面70FLから表面と側面の一部が露出している。前記パッド59の露出された表面と側面には半導体素子90のパッド92と接合するための半田めっき層77が形成されている(図9(B))。前記半田めっき層77は、Snめっき、Ni/Auめっき、Ni/Pd/Auめっきから成る群から選択される少なくとも1種が選択されることが望ましい。
前記パッド59は、該パッドの表面から3〜8μmの厚み分露出することが望ましい。露出する前記パッドの厚みが、3μm未満の場合、半導体素子90と前記ソルダーレジスト層70Fの第2開口部底面70FLとの間隔が狭くなり、アンダーフィル材96が流れにくくなると思われる。さらに、前記パッド59の露出面積が小さくなるので、表面に形成する半田めっき77の量も少なくなるので、半導体素子90のパッド92との接続信頼性が低下すると推測される。露出する前記パッド59の厚みが、8μmを超える場合、複数のパッド59間に、ボイドが残留する不具合が生じると思われる。さらに、パッド59の露出面積が大きくなるので、表面に形成される半田めっき77の量が多くなり、半田ブリッジを発生する可能がある。
前記パッドの厚みに対して、該パッドの表面から露出する厚みは、該パッドの厚みの20〜50%であることが望ましい。露出する前記パッドの厚みが、20%未満の場合、半導体素子90と前記ソルダーレジスト層70Fの第2開口部底面70FLとの間隔が狭くなり、アンダーフィル材96が流れにくくなると思われる。さらに、前記パッド59の露出面積が小さくなるので、表面に形成する半田めっき77の量も少なくなるので、半導体素子90のパッド92との接続信頼性が低下すると推測される。露出する前記パッドの厚みが、50%を超える場合、複数のパッド59間に、ボイドが残留する不具合が生じると思われる。さらに、パッド59の露出面積が大きくなるので、表面に形成される半田めっき77の量が多くなり、半田ブリッジを発生する可能がある。
第1実施形態のプリント配線板においては、前記パッド59は、その表面と側面の一部が露出されるのみで、複数のパッド59間は、ソルダーレジスト層70Fで充填されている。前記複数のパッド59の間隔が狭くても、ソルダーレジスト層70Fで充填されているため、アンダーフィル材96を半導体素子90と第2開口部70MLの間に流入したとき、複数のパッド59間に、ボイドが残留しにくく、ボイドの発生に起因するマイグレーションを抑制できると考えられる。
[第1実施形態のプリント配線板の製造方法]
第1実施形態のプリント配線板10の製造方法が図1〜図4に示される
(1)第1面Fとその第1面と反対側の第2面Sを有する絶縁基板20zとその両面に積層されている金属箔22、22からなる両面銅張積層板20が準備される(図1(A))。両面銅張積層板として住友ベークライト社製のELC4785TH−Gを用いることができる。絶縁基板の第1面F及び第2面S上に銅箔22,22がそれぞれラミネートされている。
絶縁基板は樹脂と補強材で形成されていて、その補強材として例えばガラスクロス、アラミド繊維、ガラス繊維などが挙げられる。樹脂としてエポキシ樹脂、BT(ビスマレイミドトリアジン)樹脂などが挙げられる。
(2)両面銅張積層板が加工され、スルーホール導体36、第1導体層34F、第2導体層34Sを備えるコア基板30が完成する(図1(B))。コア基板の第1面と絶縁基板の第1面は同じ面であり、コア基板の第2面と絶縁基板の第2面は同じ面である。コア基板30はUS7786390に開示されている方法で製造される。
(3)コア基板30の第1面F上及び第2面S上に、無機繊維とシリカなどの無機粒子とエポキシ等の熱硬化性樹脂を含むプリプレグと銅箔48が順に積層される。その後、加熱プレスでプリプレグから層間樹脂絶縁層50Fと層間樹脂絶縁層50Sが形成され、銅箔48が層間樹脂絶縁層に接着される(図1(C))。ここでは、無機繊維を備える層間樹脂絶縁層が積層されたが、心材を備えない層間樹脂絶縁層を用いることもできる。
(4)次に、CO2ガスレーザにて層間樹脂絶縁層50F,50Sにそれぞれビア導体用の開口51F,51Sが形成される(図1(D))。
(5)銅箔48上と開口51F、51Sの内壁に無電解銅めっき層52,52が形成される(図2(A))。
(6)無電解銅めっき層52上にめっきレジスト54が形成される(図2(B))。
(7)めっきレジスト54から露出する無電解銅めっき層52上に、電解銅めっき層56が形成される(図2(C))。
(8)めっきレジスト54が除去される。電解銅めっき層52間の無電解銅めっき層56と銅箔48がエッチングで除去されることで、層厚が18μmのパッド59、導体パターン58F,58S及びビア導体60F,60Sが形成される(図2(D))。ビア導体60F、60Sは、ビアランド60FR、60SRを備える。第1面側と第2面側のビルドアップ層55F、55Sが形成される。図2(D)のプリント配線板の平面図が図7(A)中に示される。図2(D)は、図7(A)のX1−X1断面に相当する。導体パターン58Fの端部59は、後工程で被覆されるソルダーレジスト層70Fから露出される。導体パターン58Fの露出する部位がパッド59を構成する。
(9)第1面側のビルドアップ層上に第1面側のソルダーレジスト組成物70Fが被覆され、第2面側のビルドアップ層上に第2面側のソルダーレジスト組成物70Sが被覆される(図3(A))。ソルダーレジスト組成物は、例えば、特開2011−71406号に開示されている多段化可能な樹脂から成る。
(10)第1露光用マスク80がソルダーレジスト組成物70F上に載置され、露光が行われる(図3(B))。該第1露光用マスクには非硬化箇所に対応する黒点81aが設けられている(図3(B))。前記第1露光用マスクを使用した露光により、プリント配線板10の周縁部のビア導体60Fとビアランド60FRを被覆するソルダーレジスト層70Fが枠形状に硬化するとともに、メモリー実装基板との接続用パッド上部は露光されずに未硬化になる(図3(B))。図示しないが、同様に第2面側のソルダーレジスト組成物70Sが硬化される。なお、露光は、露光マスクを使用せず光源を走査して未硬化ソルダーレジスト組成物を照射する露光方法を用いてもよい。
(11)前工程の露光により硬化されず未硬化状態のソルダーレジスト組成物70F、70Sが、エッチング液によりエッチングされる第1の開口工程が行われる。このとき、第1面側において、第1開口部70TMおよび前記第1開口部底面70FM、接続パッド部開口71F、および露光により硬化された部位の最上面70FTが形成される(図3(C))。前記第1開口部70TMおよび、接続パッド部開口71Fの開口部の深さは、エッチング時間により調整される。エッチング液としては、例えば、特開2011−71406号に開示されている物が用いられる。
(12)第2露光用マスク82がソルダーレジスト組成物70F上に載置され、露光が行われる。該第2露光用マスクには非硬化箇所に対応する黒点82aが設けられている(図3(D))。前記第2露光用マスクを使用した露光により、第2開口部形成部以外の第1開口部底面70FMのソルダーレジスト層70Fが硬化される。即ち、パッド59と接続する導体パターン58の上部のソルダーレジスト層70Fが硬化される。
(13)前工程の露光により硬化されず未硬化状態のソルダーレジスト組成物70Fが、エッチング液によりエッチングされる第2の開口工程が行われる。このとき、第1面側において、露光により硬化された第1開口部底面70FM、第2開口部70MLおよび前記第2開口部底面70FLが形成され、パッド59の表面と側面の一部が露出される。パッド59は、該パッドの表面から前記第2開口部底面70FLまで5μm分だけ突出している。本実施例では、パッド59の層厚は18μmなので、層厚の25.3%分だけ突出していることになる。同時に、最上面70FTに半田バンプ用の開口71Fが形成されパッド71FOが露出され、第2面側のソルダーレジスト層70Sに開口71Sが形成されパッド71SOが露出される(図4(A))。そして、ソルダーレジスト組成物が加熱硬化されソルダーレジスト層70F、70Sが形成される。図4(A)のプリント配線板の平面図が図7(B)中に示される。図4(A)は、図7(B)のX2−X2断面に相当する。これにより、第1開口部70TM、第2開口部70ML、最上面70FT、第1開口部底面70FM、第2開口部底面70FLを有するソルダーレジスト層70Fが完成する。
ここで、エッチング処理の時間を調整することで、最上面70FT、第1開口部底面70FM、第2開口部底面70FLの粗度を変えることが可能である。
(14)パッド71FO、パッド71SOにニッケルめっき層72が形成され、さらにニッケルめっき層72上に金めっき層74が形成される(図4(B))。ニッケル−金層の代わりにニッケル−パラジウム−金層が形成されてもよい。
(15)図10は、パッド59の形成された第2開口部底面70FLを拡大して示す。パッド59の表面に半田めっき77が被覆される(図10(A))。半田めっき77は、Snめっき、Ni/Auめっき、Ni/Pd/Auめっきから成る群から選択される少なくとも1種から被覆される。
(16)ソルダーレジスト層70Fのパッド71FO、ソルダーレジスト層70Sのパッド71SOに半田ボールが搭載され、リフローにより半田バンプ76F、76Sが形成され、プリント配線板が完成する(図5)。
パッド59を介して半導体素子90が実装される。図10(B)に示すように半導体素子90の下面には導体ポスト92が形成されており、該導体ポスト92の先端には半田94が設けられている。
図10(C)及び図10(C)中のY1−Y1断面を拡大して示す図9(B)に示すように、導体ポスト92とパッド59とが半田めっき77及び半田94を介して接続され、半導体素子90が実装される。第1実施形態では、パッド59の表面および側面の一部がソルダーレジスト層70Fの第2開口部底面70FLから僅かに露出しているので、パッド59の露出部に形成する半田めっき77の量を制御し易く、半田めっき77過多による半田ブリッジの発生を回避することができる。露出しているパッド59の側面にも半田めっき77が形成されているので接続信頼性が高い。
図11に示すように、半導体素子90とソルダーレジスト層70Fとの間にアンダーフィル材96が充填される。第1実施形態では、パッド59の表面および側面の一部が、ソルダーレジスト層Fの第2開口部底面70FLから露出するので、パッド59とソルダーレジスト層70Fとの間の段差が小さくなり、アンダーフィル材96の充填が容易で、ボイドが生じ難く、マイグレーションの発生を抑制できると推測される。
プリント配線板110が半田バンプ76Fを介して搭載される。そして、半田バンプ76Sを介してプリント配線板10がマザーボード120に搭載される(図6)。図6の平面図を図8(A)に示す。図6は、図8(A)のX3−X3断面に相当する。
[第1実施形態の第1改変例]
図12(A)は、第1実施形態の第1改変例に係るプリント配線板のパッド59を示している。第1実施形態の第1改変例では、パッド39の表面がソルダーレジスト層Fの第2開口部底面70FLと同じ高さになっている。第1実施形態の第1改変例では、パッド39がアンダーフィル材96と干渉しないので、アンダーフィル材96の信頼性を更に高めることができる。
[第1実施形態の第2改変例]
図12(B)は、第1実施形態の第2改変例に係るプリント配線板のパッド59を示している。第1実施形態の第2改変例では、パッド59の表面がソルダーレジスト層Fの第2開口部底面70FLよりも低い高さになっている。第1実施形態の第1改変例では、パッド59がアンダーフィル材96と干渉しないので、アンダーフィル材96の信頼性を更に高めることができる。
上述した実施形態では、本発明の構成をビルドアップ多層基板に適用する例を例示したが、本発明の構成は種々のプリント配線板に応用可能である。
30 コア基板
50F 第1層間樹脂絶縁層
50S 第2層間樹脂絶縁層
58F 第1導体パターン
59 パッド
70F ソルダーレジスト層
70FT 最上面
70FM 第1開口部底面
70FL 第2開口部底面
71F 開口
76F 半田バンプ
77 半田
90 半導体素子
110 パッド

Claims (13)

  1. 層間樹脂絶縁層と、
    該層間樹脂絶縁層上に設けられ、半導体素子を実装するためのパッドと、
    該層間樹脂絶縁層上に設けられ、前記パッドの表面と側面の一部とを露出する開口を備えるソルダーレジスト層とを有し、
    前記パッドの表面は、前記開口の底部を形成する前記ソルダーレジスト層の表面よりも突出している。
  2. 請求項1のプリント配線板であって、
    前記開口は、前記ソルダーレジスト層に開口する第1開口部と、該第1開口部内部に設けられる第2開口部とから成る。
  3. 請求項1または請求項2のプリント配線板であって、
    前記第2開口部の開口面積は、前記第1開口部の開口面積より小さい。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか1のプリント配線板であって、
    前記半導体素子は、前記開口の内部に収容される。
  5. 請求項1〜請求項4のいずれか1のプリント配線板であって、
    前記半導体素子は、前記第1開口部の内部に収容される。
  6. 請求項1〜請求項5のいずれか1のプリント配線板であって、
    前記パッドは、該パッドの表面から3〜8μmの厚み分露出している。
  7. 請求項1〜請求項6のいずれか1のプリント配線板であって、
    前記パッドは、該パッドの表面から該パッドの厚みの20〜50%の厚み分露出している。
  8. 請求項1〜請求項7のいずれか1のプリント配線板であって、
    前記パッドの露出部分は、Snめっき、Ni/Auめっき、Ni/Pd/Auめっきから成る群から選択される少なくとも1種から被覆される。
  9. 層間樹脂絶縁層を設けることと、
    該層間樹脂絶縁層上に半導体素子を実装するためのパッドを設けることと、
    該層間樹脂絶縁層上に前記パッドの表面と側面の一部とを露出するとともに、開口を備えるソルダーレジスト層を設けることとを含み、
    前記パッドの表面を、前記開口の底部を形成する前記ソルダーレジスト層の表面よりも突出させる
    ことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
  10. 請求項9のプリント配線板の製造方法であって、
    前記開口は、
    前記ソルダーレジスト層の表面に開口し、前記パッドの表面を露出させない第1開口部を設けることと、
    前記第1開口部の内部に位置し、前記パッドの表面と側面の一部とを露出する第2開口部を設けることと、により形成される。
  11. 請求項9または請求項10のプリント配線板の製造方法であって、
    前記パッドを、該パッドの表面から3〜8μmの厚みを露出させるように、前記第2開口部を形成する。
  12. 請求項9〜請求項11のいずれか1のプリント配線板の製造方法であって、
    前記パッドを、該パッドの表面から該パッドの厚みの20〜50%の厚み分露出させるように、前記第2開口部を形成する。
  13. 請求項9〜請求項12のいずれか1のプリント配線板の製造方法であって、
    前記パッドの露出部分に、Snめっき、Ni/Auめっき、Ni/Pd/Auめっきから成る群から選択される少なくとも1種を形成する。
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