JP2014150091A

JP2014150091A - 配線基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2014150091A
Application number: JP2013016482A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; 貴加藤; Makoto Nakai; 誠中居
Original assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Current assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-08-21
Also published as: CN103974522A; TW201444440A; KR20140098675A; US20140209361A1

Abstract

【課題】半導体素子Ｓが安定的に作動するとともに、高密度配線化が可能な配線基板を提供することを課題とする。
【解決手段】表面にランド導体層１４を有する第１の絶縁層１と、第１の絶縁層１上に形成された第２の絶縁層５と、第２の絶縁層５上に形成された所定のパターンを有する銅箔８と、銅箔８上面からランド導体層１４に達するビアホール６と、ビアホール６内に形成されためっき金属層から成るビア導体７とを具備して成る配線基板Ａであって、ビアホール６は、その上端部に、銅箔８が第２の絶縁層５上からビアホール６内に向けて突出した突出部８ａを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、高密度配線を有する配線基板およびその製造方法に関するものである。

従来、半導体集積回路素子等の半導体素子を搭載するための配線基板は、図４に示すように、主に絶縁基板２１および絶縁層２５およびソルダーレジスト層３０から構成されている。
絶縁基板２１は、上面から下面にかけて形成された複数のスルーホール２２を有している。絶縁基板２１の上下面には複数の配線導体２３ａが形成されている。スルーホール２２内にはスルーホール導体２４が充填されている。絶縁基板２１上下面の配線導体２３ａ同士は、スルーホール導体２４により電気的に接続されている。
絶縁層２５は、絶縁基板２１の上下面に被着されている。絶縁層２５の表面には、複数の配線導体２３ｂが形成されている。さらに、絶縁層２５には配線導体２３ａの一部を底面とするビアホール２６が形成されている。ビアホール２６内には、ビア導体２７が充填されている。絶縁基板２１および絶縁層２５表面の配線導体２３ａ、２３ｂ同士はビア導体２７を介して電気的に接続されている。なお、配線導体２３ｂとビア導体２７とは一体的に形成されている。
ソルダーレジスト層３０は絶縁層２５の上下面に被着されている。そして、配線導体２３ｂの一部を露出させる開口部３０ａ、３０ｂを有するとともに、残余の配線導体２３ｂを被覆している。

上面側における開口部３０ａから露出された配線導体２３ｂの一部は、半導体素子Ｓの電極Ｔに接続するための半導体素子接続パッド３１として機能する。また、下面側の開口部３０ｂから露出する配線導体２３ｂの一部は、外部の電気回路基板に接続するための外部接続パッド３２として機能する。そして、半導体素子Ｓの電極Ｔを半導体素子接続パッド３１に半田を介して接続するとともに、外部接続パッド３２を外部の電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することにより半導体素子Ｓが外部の電気回路基板に配線導体２３ａ、２３ｂおよびスルーホール導体２４およびビア導体２７を介して電気的に接続される。これにより、外部の電気回路基板および半導体素子Ｓの間で信号の送受信が行われることで半導体素子Ｓが稼働する。

ところで、近年、携帯型のゲーム機や通信機器等に代表される電子機器の小型化が進む中、それらに使用される半導体素子Ｓを搭載する配線基板にも小型化が要求されている。この要求に対応するため、ビア導体２７の小径化や配線導体２３ｂの細線化も進んでいる。このため、ビア導体２７とビアホール２６、あるいは配線導体２３ｂと絶縁層２５との接触面積が小さくなってきている。それにより、ビア導体２７あるいは配線導体２３ｂの密着強度が小さくなってしまい、例えば半導体素子Ｓ稼働時の発熱や停止時の冷却といった熱履歴により生じる応力により、ビア導体２７および配線導体２３ｂの一部がビアホール２６およびその付近から剥離してしまう場合がある。その結果、半導体素子Ｓを安定的に稼働させることができないおそれがある。

特開平１０−３２２０２１号公報

本発明は、接続信頼性に優れる小径のビア導体を有することで、半導体素子が安定的に作動するとともに、高密度配線化が可能な配線基板を提供することを課題とするものである。

本発明の配線基板は、表面にランド導体層を有する第１の絶縁層と、第１の絶縁層上に形成された第２の絶縁層と、第２の絶縁層上に形成された所定のパターンを有する銅箔と、銅箔上面からランド導体層に達するビアホールと、ビアホール内に形成されためっき金属層から成るビア導体とを具備して成る配線基板であって、ビアホールは、その上端部に、銅箔が前記第２の絶縁層上から前記ビアホール内に向けて突出した突出部を有していることを特徴とする。

本発明の配線基板の製造方法は、表面にランド導体層を有する第１の絶縁層上に、第２の絶縁層と、銅箔とが順次積層された絶縁基板を準備する工程と、レーザーにて銅箔上面からランド導体層に達するビアホールを、ビアホールの上端部に銅箔が第２の絶縁層上からビアホール内に向けて突出する突出部を有するようにして形成する工程と、ビアホールを形成後の銅箔表面をエッチングする工程と、ビアホール内にめっき金属層から成るビア導体を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の配線基板によれば、ビアホールはその上端部に、銅箔が第２の絶縁層上からビアホール内に向けて突出した突出部を有している。そして、ビアホール内および突出部を含む銅箔上に、めっき金属層によりビア導体および配線導体が一体的に形成されている。このように、ビア導体および配線導体が突出部を含む状態で一体的に形成されることで、ビアホールにおけるめっき金属層の接触面積が増加してビア導体および配線導体の密着強度が向上する。これにより、例えば先述の熱履歴により生じる応力により、ビア導体および配線導体の一部がビアホールおよびその付近から剥離してしまうことを抑制できる。その結果、半導体素子に安定的に信号を伝送することが可能となり半導体素子が安定的に作動するとともに、高密度配線化が可能な配線基板を提供することができる。

本発明の配線基板の製造方法によれば、ランド導体層を有する第１の絶縁層上に、第２の絶縁層と、銅箔とが順次積層された絶縁基板を準備する。そして、レーザーにて銅箔上面からランド導体層に達するビアホールを、ビアホールの上端部に銅箔が第２の絶縁層上からビアホール内に向けて突出する突出部を有するようにして形成する。次に、突出部を含む銅箔表面をエッチング処理した後、ビアホール内および突出部を含む銅箔上に、めっき金属層によりビア導体および配線導体を一体的に形成する。このように、ビア導体および配線導体が突出部を含む状態で一体的に形成されることで、ビアホールにおけるめっき金属層の接触面積が増加してビア導体および配線導体の密着強度が向上する。これにより、例えば先述の熱履歴により生じる応力により、ビア導体および配線導体の一部がビアホールおよびその付近から剥離してしまうことを抑制できる。その結果、半導体素子に安定的に信号を伝送することが可能となり半導体素子が安定的に作動するとともに、高密度配線化が可能な配線基板を提供することができる。

図１は、本発明の配線基板の実施例を示す概略断面図である。図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明の配線基板の製造工程毎の実施例を示す概略断面図である。図３（ｆ）〜（ｊ）は、本発明の配線基板の製造工程毎の実施例を示す概略断面図である。図４は、従来の配線基板の実施例を示す概略断面図である。

まず、本発明の配線基板の例を図１を基に説明する。図１に示すように本例の配線基板Ａは、主として絶縁基板１および絶縁層５およびソルダーレジスト層１０から構成される。

絶縁基板１は、上面から下面にかけて形成された複数のスルーホール２を有している。絶縁基板１の上下面には複数の配線導体３ａが形成されている。スルーホール２内にはスルーホール導体４が充填されている。絶縁基板１上下面の配線導体３ａ同士は、スルーホール導体４により電気的に接続されている。
絶縁基板１は、ガラス繊維にエポキシ樹脂等の電気絶縁材料を含浸させて成る樹脂基板から成る。樹脂基板の厚みは４０〜３００μｍ程度である。また、配線導体３ａは、例えば銅めっき金属層などの良導電性金属から成り、スルーホール導体４と一体的に形成されている。

絶縁層５は、絶縁基板１の上下面に被着されている。絶縁層５の上下面には複数の配線導体３ｂが形成されている。さらに、絶縁層５には配線導体３ａの一部を底面とするビアホール６が形成されている。ビアホール６内には、ビア導体７が充填されている。絶縁基板１および絶縁層５表面の配線導体３ａ、３ｂ同士はビア導体７を介して電気的に接続されている。
絶縁層５は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を含有する電気絶縁材料から成る。絶縁層５は、この例では単層構造であるが、同一または異なる電気絶縁材料から成る複数の絶縁層を多層に積層した多層構造であってもよい。
ビアホール６は、その上端部に、銅箔８が絶縁層５上からビアホール６内に向けて突出した突出部８ａを有している。なお、突出部８ａの長さは、およそ３〜１５μｍ程度であることが好ましい。３μｍより小さいとビア導体７および配線導体３ｂの密着強度が不十分になるおそれがあり、１５μｍより大きいとビアホール６内への金属めっき層の被着が困難になる。
ビア導体７は、ビアホール６内に充填された、例えば銅めっき金属層から成る。ビアホール６の直径は、およそ５０〜８０μｍ程度である。
配線導体３ｂは、ビア導体７および突出部８ａを含む銅箔８上に被着されている。配線導体３ｂは、例えば銅めっき金属層から成り、ビア導体７と一体的に形成されている。

ソルダーレジスト層１０は絶縁層５の上下面に被着されている。そして、配線導体３ｂの一部を露出させる開口部１０ａ、１０ｂを有するとともに、残余の配線導体３ｂを被覆している。
ソルダーレジスト層５は、アクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂を硬化させた電気絶縁材料から成る。そして、被覆した配線導体３ｂを外部環境から保護している。

上面側の開口部１０ａから露出された配線導体３ｂの一部は、半導体素子Ｓの電極Ｔに接続するための半導体素子接続パッド１１として機能する。また、下面側の開口部１０ｂから露出する配線導体３ｂの一部は、外部の電気回路基板に接続するための外部接続パッド１２として機能する。そして、半導体素子Ｓの電極Ｔを半導体素子接続パッド１１に半田を介して接続するとともに、外部接続パッド１２を外部の電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することにより、半導体素子Ｓが外部の電気回路基板に配線導体３ａ、３ｂおよびスルーホール導体４およびビア導体７を介して電気的に接続される。これにより、外部の電気回路基板および半導体素子Ｓの間で信号の送受信が行われることで半導体素子Ｓが稼働する。

ところで、本発明の配線基板Ａによれば、ビアホール６の上端部に、銅箔８が絶縁層５上からビアホール６内に向けて突出した突出部８ａを有している。そして、ビアホール６内および突出部８ａを含む銅箔８上に、めっき金属層によりビア導体７および配線導体３ｂが一体的に形成されている。このように、ビア導体７および配線導体３ｂが突出部８ａを含む状態で一体的に形成されることで、ビアホールとめっき金属層との接触面積が増加してビア導体７および配線導体３ｂの密着強度が向上する。これにより、例えば先述の熱履歴により生じる応力により、ビア導体７および配線導体３ｂの一部がビアホール６およびその付近から剥離してしまうことを抑制できる。その結果、半導体素子Ｓに安定的に信号を伝送することが可能となり半導体素子Ｓが安定的に作動するとともに、高密度配線化が可能な配線基板を提供することができる。

次に、本発明の配線基板の製造方法の一例について、図２および図３を基にして詳細に説明する。なお、図２および図３において、図１を基に説明した配線基板Ａと同一の箇所には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

まず、図２（ａ）に示すように、スルーホール２が形成された絶縁板１Ｐを準備する。絶縁板１Ｐは、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた電気絶縁材料から成る。絶縁板１Ｐの厚みは４０〜３００μｍ程度である。スルーホール２は、例えばドリルやレーザー、あるいはブラスト加工により形成される。スルーホール２の直径は、５０〜３００μｍ程度である。

次に、図２（ｂ）に示すように、絶縁板１Ｐ表面に無電解めっき層（不図示）を被着した後、スルーホール２内およびその周辺、およびランド導体層１４を形成する位置を露出させる開口部を有するめっきレジスト１３を絶縁板１Ｐの上下面に形成する。

次に、図２（ｃ）に示すように、めっきレジスト１３から露出するスルーホール２内および絶縁板１Ｐ表面に、電解めっき法によりめっき金属層を析出させることでめっき金属層から成るスルーホール導体４およびランド導体層１４および配線導体３ａを形成する。なお、めっき金属層としては、電解銅めっき層が好適に用いられる。

次に、図２（ｄ）に示すように、めっきレジスト１３を剥離除去するとともに、無電解めっき層を除去することで、スルーホール導体４およびランド導体層１４および配線導体３ａを有する絶縁基板１が形成される。

次に、図２（ｅ）に示すように、絶縁基板１の上下面に、絶縁層５と銅箔８とを順次積層した後、加熱プレスをすることで絶縁基板１に被着させる。絶縁層５は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を含有する電気絶縁材料から成る。銅箔８は厚みが３〜１８μｍ程度である。なお、必要に応じて銅箔８の表面を粗化処理しておくことで、レーザー光のエネルギー吸収効率を向上させて均質なビアホール６を形成することができる。

次に、図３（ｆ）に示すように、銅箔８の上面からランド導体層１４に達するビアホール６をレーザーにより形成する。このとき、ビアホール６の上端部は、銅箔８が絶縁層５上からビアホール６内に向けて突出する突出部８ａを有するように形成する。なお、ビアホール６形成時には、レーザーの穿孔により銅箔８のバリ（不図示）が銅箔８表面に被着する。
ビアホール６の直径は、およそ５０〜８０μｍ程度である。また、突出部８ａの長さは、およそ３〜１５μｍ程度であることが好ましい。３μｍより小さいとビア導体７および配線導体３ｂの密着強度が不十分となる恐れがあり、１５μｍより大きいとビアホール６内への金属めっき層の被着が困難になる。なお、突出部８ａを形成するためには、例えばレーザーの照射を２度に分けて行うと良い。このとき、１度目よりも２度目のレーザーの照射エネルギーを弱く設定しておくことが好ましい。２度目のエネルギーを弱くしておくことで銅箔８の穿孔を抑制するとともに、銅箔８よりも穿孔し易い絶縁層５の穿孔を促進させて突出部８ａを形成できる。レーザーの照射エネルギーは１度目が５〜２０ｍｊ程度、２度目が２〜１０ｍｊ程度である。
また、レーザーによる処理後は、ビアホール６形成時に生じた銅箔８のバリをエッチング除去することが重要である。バリを除去しておくことで、後述するめっき金属層を銅箔８の表面に強固に被着させることができる。また、バリを除去するエッチング処理において、銅箔８の厚みを１〜３μｍ程度に薄くしておくことにより、後述する銅箔８および無電解めっき層を除去するときに銅箔８の除去が容易になる。さらに、ビアホール６内部に生じたスミアをデスミア処理により除去しておくと、めっき金属層をビアホール６内壁に強固に被着させることができる。

次に、図３（ｇ）に示すように、銅箔８表面に無電解めっき層（不図示）を被着した後、ビアホール６内およびその周辺を露出させる開口部を有するめっきレジスト１３を上下の銅箔８表面に形成する。

次に、図３（ｈ）に示すように、めっきレジスト１３から露出するビアホール６内および銅箔８上に、電解めっき法によりめっき金属層を析出させる。これにより、ビアホール６内にビア導体７を形成するとともに、ビア導体７および突出部８ａを含む銅箔８上に配線導体３ｂを一体的に形成する。なお、めっき金属層としては、電解銅めっき層が好適に用いられる。

次に、図３（ｉ）に示すように、めっきレジスト１３を剥離除去するとともに、めっきレジスト１３下部にあった銅箔８および無電解めっき層を除去する。

次に、図３（ｊ）に示すように、配線導体３ｂの一部を露出させる開口部１０ａ、１０ｂを有するソルダーレジスト層１０を、絶縁層５および配線導体３ｂ上に形成することで、図１に示す配線基板Ａが形成される。

ところで、本発明の配線基板の製造方法によれば、ランド導体層１４を有する絶縁基板１上に、絶縁層５と、銅箔８とを順次積層して圧着させる。そして、レーザーにて銅箔８上面からランド導体層１４に達するビアホール６を、ビアホール６の上端部に銅箔８が絶縁層５上からビアホール６内に向けて突出する突出部８ａを有するようにして形成する。次に、突出部８ａを含む銅箔８表面のバリをエッチング除去した後、ビアホール６内および突出部８ａを含む銅箔８上に、めっき金属層によりビア導体７および配線導体３ｂを一体的に形成する。このように、ビア導体７および配線導体３ｂが突出部８ａを含む状態で一体的に形成されることで、ビアホール６とめっき金属層との接触面積が増加してビア導体７および配線導体３ｂの密着強度が向上する。これにより、例えば先述の熱履歴により生じる応力により、ビア導体７および配線導体３ｂの一部がビアホール６およびその付近から剥離してしまうことを抑制できる。その結果、半導体素子に安定的に信号を伝送することが可能となり半導体素子が安定的に作動するとともに、高密度配線化が可能な配線基板を提供することができる。

１絶縁基板（第１の絶縁層）
５絶縁層（第２の絶縁層）
６ビアホール
７ビア導体
８銅箔
８ａ突出部
１４ランド導体層
Ａ配線基板

Claims

表面にランド導体層を有する第１の絶縁層と、該第１の絶縁層上に形成された第２の絶縁層と、該第２の絶縁層上に形成された所定のパターンを有する銅箔と、前記銅箔上面から前記ランド導体層に達するビアホールと、該ビアホール内に形成されためっき金属層から成るビア導体とを具備して成る配線基板であって、前記ビアホールは、その上端部に、前記銅箔が前記第２の絶縁層上から前記ビアホール内に向けて突出した突出部を有していることを特徴とする配線基板。
表面にランド導体層を有する第１の絶縁層上に、第２の絶縁層と、銅箔とが順次積層された絶縁基板を準備する工程と、
レーザーにて前記銅箔上面から前記ランド導体層に達するビアホールを、該ビアホールの上端部に前記銅箔が前記第２の絶縁層上から前記ビアホール内に向けて突出する突出部を有するようにして形成する工程と、
該ビアホールを形成後の前記銅箔表面をエッチングする工程と、
該ビアホール内にめっき金属層から成るビア導体を形成する工程と、を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。