JP2014168007A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
製造中および製造後における反りの発生が小さく、それにより製造が容易であるとともに、半導体素子Sを正常に搭載することが可能な配線基板を提供すること。
【解決手段】
ガラスクロス入り絶縁樹脂層11a,11bから成る絶縁板11の両面に配線導体12が形成されたコア基板10の片面または両面に、絶縁板11よりも熱膨張係数が大きな絶縁樹脂層21の表面に配線導体22が形成されたビルドアップ層20を、コア基板10の両面で異なる層数積層して成る配線基板Aであって、絶縁板11は、ビルドアップ層20の層数が多い面側の熱膨張係数が反対面側の熱膨張係数よりも小さい。
【選択図】図1

Description

本発明は、コア基板の片面または両面に、コア基板の両面で異なる層数のビルドアップ層を積層して成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、図7に示すように、半導体素子Sを実装するビルドアップ配線基板として、コア基板40の片面にビルドアップ層50を積層して成る配線基板Bが知られている。コア基板40は、スルーホール43を有するコア用の絶縁板41の両面およびスルーホール43内にコア用の配線導体42が被着されて成る。絶縁板41としては、ガラス−エポキシ樹脂等のガラスクロス入り絶縁樹脂層が用いられる。絶縁板41の上下面の配線導体42は、銅箔および銅めっき層により形成されている。スルーホール43内の配線導体42は、銅めっき層により形成されている。さらに、配線導体42が被着されたスルーホール43内は、孔埋め樹脂44によって充填されている。
ビルドアップ層50は、ビルドアップ用の絶縁樹脂層51と配線導体52とを交互に積層して成る。絶縁樹脂層51は、下層の配線導体42または52に通じるビアホール53を有している。配線導体52は、絶縁樹脂層51上およびビアホール53内に被着されている。絶縁樹脂層51は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る。配線導体52は銅めっき層から成る。なお、この配線基板Bでは、さらに上下面にソルダーレジスト層61が被着されている例を示している。ソルダーレジスト層61は、アクリル変性エポキシ樹脂等の感光性の熱硬化性樹脂から成る。
このような配線基板Bは、以下のようにして形成される。まず、図8(a)に示すように、両面銅張板40Pを準備する。両面銅張板40Pは、カラス−エポキシ板等の絶縁樹脂層41Pの両面に銅箔42Fが張着されたものである。絶縁樹脂層41Pの厚みは100〜800μm程度とする。銅箔42Pの厚みは、5〜25μm程度とする。両面銅張板40Pの大きさは縦横がそれぞれ500〜600mm程度とする。これにより1枚の両面銅張板40Pから数百個〜数千個の配線基板Bを同時に製造することが可能となる。なお、図8においては、煩雑さを避けるため、1個の配線導体Bに対応する部分のみを示す。
次に、図8(b)に示すように、この両面銅張板40Pにスルーホール43を形成する。スルーホール43の形成には、ドリル加工やレーザ加工を用いる。スルーホール43の直径は50〜250μm程度とする。
次に、図8(c)に示すように、スルーホール43の内面および銅箔42Fの表面に銅めっき層42Pを被着する。銅めっき層42Pは、無電解銅めっきおよび電解銅めっきを順次施すことにより被着される。銅めっき層42Pの厚みは5〜25μm程度とする。
次に、図8(d)に示すように、銅めっき層42Pが被着されたスルーホール43の内側を孔埋め樹脂44で充填するとともに、上下面を平坦に研磨する。このとき、上下面の銅めっき層42Pは、研磨により削れて薄くなるか消滅する。孔埋め樹脂44には、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いる。
次に、図8(e)に示すように、孔埋め樹脂44上を含む上下面に銅めっき層42Pを再度被着する。銅めっき層42Pは、上述の場合と同様に無電解銅めっきおよび電解銅めっきを順次施すことにより被着される。銅めっき層42Pの厚みは5〜25μm程度とする。
次に図9(f)に示すように、絶縁板41の上下面の銅箔42Fおよび銅めっき層42Pを所定のパターンにエッチングして配線導体42を形成する。エッチングには周知のサブトラクティブ法を用いる。
次に、図9(g)に示すように、コア基板40の上面側のみに絶縁樹脂層51を形成する。絶縁樹脂層51は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の未硬化樹脂シートをコア基板50の上面に積層するとともに熱硬化させ、所定の位置にビアホール53を穿孔することにより形成される。未硬化樹脂シートの積層には、真空プレスが用いられる。ビアホール53の穿孔にはレーザ加工が用いられる。絶縁樹脂層51の厚みは、20〜50μm程度とする。ビアホールの直径は、30〜100μm程度とする。
次に、図9(h)に示すように、ビアホール53内および絶縁樹脂層51の上面に配線導体52を形成する。配線導体52はビアホール53内を完全に充填するとともに、絶縁樹脂層51上の厚みを5〜25μm程度とする。配線導体52は、無電解銅めっきおよび電解銅めっきから成り、周知のセミアディティブ法により所定パターンに形成される。
最後に、図9(i)に示すように、1層目の絶縁樹脂層51および配線導体52の上に2層目の絶縁樹脂層51および配線導体52を同様の方法で形成し、さらに2層目の絶縁樹脂層51および配線導体52の上およびコア基板40の下面にソルダーレジスト層61を形成することにより、配線基板Bが完成する。
しかしながら、この従来の配線基板Bにおいては、コア基板40の絶縁板41には、ガラスクロスが入っているものの、ビルドアップ層50の絶縁樹脂層51にはガラスクロスが入っていない。したがって、絶縁板41の熱膨張係数よりも絶縁樹脂層51の熱膨張係数の方が大きくなる。さらにコア基板40の上に絶縁樹脂層51を形成する際、絶縁樹脂層51に硬化収縮が発生する。その結果、図10に示すように、絶縁樹脂層51の方が大きく収縮し、製造中および製造後の配線基板Bにビルドアップ層50側が凹面となる反りが発生してしまう。このような反りは、配線基板Bの製造を困難とするばかりか、配線基板Bに半導体素子Sを正常に搭載することが困難となる。
特開2004−80027号公報
本発明は、コア基板の片面または両面に、コア基板の両面で異なる層数のビルドアップ層を積層して成る配線基板において、製造中および製造後における反りの発生が小さく、それにより製造が容易であるとともに、半導体素子Sを正常に搭載することが可能な配線基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の配線基板は、ガラスクロス入り絶縁樹脂層から成る絶縁板の両面に配線導体が形成されたコア基板の片面または両面に、前記絶縁板よりも熱膨張係数が大きな絶縁樹脂層の表面に配線導体が形成されたビルドアップ層を、前記コア基板の両面で異なる層数積層して成る配線基板であって、前記絶縁板は、前記ビルドアップ層の層数が多い面側の熱膨張係数が反対面側の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とするものである。
また、本発明の配線基板の製造方法は、第1の熱膨張係数を有する第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層の第1の片面に第1の銅箔が張り付けられた片面銅張板と、硬化後の熱膨張係数が前記第1の熱膨張係数より大きくなるガラスクロス入りのプリプレグと、第2の銅箔とを準備する工程と、前記片面銅張板の第2の片面に前記プリプレグと前記第2の銅箔とを順次重ねるとともに前記プリプレグを熱硬化させて前記第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層と前記プリプレグの硬化体である第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層とが積層一体化された絶縁板の両面に前記第1の銅箔と第2の銅箔とが張り付けられた両面銅張板を形成する工程と、前記両面銅張板の前記第1および第2の銅箔を所定パターンにエッチングして前記絶縁板の両面に配線導体が形成されたコア基板を形成する工程と、前記コア基板の片面または両面に、前記第1の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する絶縁樹脂層と導体層とから成るビルドアップ層を、前記第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層側で層数が多くなるように積層する工程と、を行うことを特徴とするものである。
本発明の配線基板によれば、コア基板を構成する絶縁板は、ビルドアップ層の層数が多い面側の熱膨張係数が反対面側の熱膨張係数よりも小さいことから、層数の多い面側のビルドアップ層の収縮によりコア基板が反ろうとしても、その反対面側の熱膨張係数が大きい側が収縮しようとする力により反りの発生が抑制されるので、反りの小さな配線基板を提供することができる。
また本発明の配線基板の製造方法によれば、第1の絶縁樹脂層の第2の片面に重ねられたプリプレグを熱硬化させる際に、プリプレグが硬化収縮して、コア基板を第2の片面側が凹面となるように反らす力が発生する。そしてコア基板の第1の絶縁樹脂層側面で層数が多くなるようにビルドアップ層を形成した場合、それらのビルドアップ層によりコア基板を反らそうとする力は、熱硬化したプリプレグがコア基板を反らそうとする力と打消し合うので、製造中および製造後の配線基板に大きな反りを発生させることを有効に防止することができる。
図1は、本発明の配線基板の実施形態の一例を示す概略断面図である。 図2は、図1に示す配線基板の製造方法の実施形態の一例を説明するための工程毎の概略断面図である。 図3は、図1に示す配線基板の製造方法の実施形態の一例を説明するための工程毎の概略断面図である。 図4は、図1に示す配線基板の製造方法の実施形態の一例を説明するための概略断面図である。 図5は、図1に示す配線基板における収縮の力を説明するための概略断面図である。 図6は、本発明の配線基板の実施形態の他の例を示す概略断面図である。 図7は、従来の配線基板を示す断面図である。 図8は、図7に示す配線基板の製造方法を説明するための工程毎の概略断面図である。 図9は、図7に示す配線基板の製造方法を説明するための工程毎の概略断面図である。 図10は、図7に示す配線基板における収縮の力を説明するための概略断面図である。
次に、本発明の配線基板における実施形態の一例を、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、コア基板10の一方の主面側のみにビルドアップ層20を積層して成る。このビルドアップ層20の上に半導体素子Sが搭載される。
コア基板10は、スルーホール13を有するコア用の絶縁板11の両面およびスルーホール13内にコア用の配線導体12が被着されて成る。絶縁板11としては、ガラス−エポキシ樹脂等のガラスクロス入り絶縁樹脂層が用いられる。絶縁板11の厚みは100〜800μm程度である。スルーホール13の直径は、50〜250μm程度である。絶縁板11の上下面の配線導体12は、銅箔および銅めっき層により形成されている。スルーホール13内の配線導体12は、銅めっき層により形成されている。配線導体12の厚みは、5〜25μm程度である。さらに、配線導体12が被着されたスルーホール13内は、孔埋め樹脂14によって充填されている。孔埋め樹脂14は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る。
ビルドアップ層20は、ビルドアップ用の絶縁樹脂層21と配線導体22とを交互に積層して成る。絶縁樹脂層21は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成り、絶縁板11よりも大きな熱膨張係数を有している。絶縁樹脂層21の厚みは、20〜50μm程度である。絶縁樹脂層21は、下層の配線導体12または22に通じるビアホール23を有している。ビアホール23の直径は、30〜100μm程度である。配線導体22は、絶縁樹脂層21上およびビアホール23内に被着されている。配線導体22は銅めっき層から成る。なお、配線導体22は、ビアホール23内を完全に充填しているとともに絶縁樹脂層21上での厚みが5〜25μm程度である。この配線基板Aでは、さらに上下面にソルダーレジスト層31が被着されている。ソルダーレジスト層31は、アクリル変性エポキシ樹脂等の感光性の熱硬化性樹脂から成る。ソルダーレジスト層31の厚みは、10〜30μm程度である。
ところで、本例の配線基板Aにおいては、絶縁板11は、ビルドアップ層20が積層された側の熱膨張係数が反対面側の熱膨張係数よりも小さくなっている。具体的には絶縁板11は、熱膨張係数が小さな第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aと、それよりも熱膨張係数が大きな第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bとが積層一体化されている。そのため、図5に示すように、ビルドアップ層20を構成する絶縁樹脂層21の収縮によりコア基板10が反ろうとしても、その反対面側の熱膨張係数が大きい第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bが収縮しようとする力により反りの発生が抑制されるので、反りの小さな配線基板を提供することができる。
第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bの熱膨張係数を第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの熱膨張係数よりも大きなものとするには、例えば第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bにおけるガラスクロスの占有率を、第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aにおけるガラスクロスの占有率よりも低いものとすればよい。この場合、第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bにおける樹脂成分比率が高くなる分、第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bの熱膨張係数が大きなものとなる。あるいは、第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bにおけるガラスクロスに、第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aにおけるガラスクロスの熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有するガラスクロスを採用すればよい。
なお、第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの熱膨張係数は、室温からその樹脂材料のガラス転移点までの温度範囲において1〜20ppm/℃であることが好ましい。第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bの熱膨張係数は、室温からその樹脂材料のガラス転移点までの温度範囲において4〜25ppm/℃であることが好ましく、さらに第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの熱膨張係数よりも3〜5ppm/℃大きいことが好ましい。
また、第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの厚みは、100〜300μm程度であることが好ましい。第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bの厚みは50〜150μm程度であることが好ましく、さらには第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの厚みよりも50〜150μm薄いものであることが好ましい。
次に、上述した配線基板Aを製造するための製造方法の実施形態の一例を添付の図2〜図4を基に説明する。なお、上述の配線基板Aと同様の部分には上述と同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
まず、図2(a)に示すように、両面銅張板10Pを準備する。両面銅張板10Pは、第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aと第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bとが積層一体化されて成る絶縁樹脂層11Pの両面に銅箔12Fが張着されたものである。上述したように、第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの熱膨張係数よりも第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bの熱膨張係数を大きいものとする。第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの熱膨張係数は、室温からその樹脂材料のガラス転移点までの温度範囲において1〜20ppm/℃とする。第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bの熱膨張係数は、室温からその樹脂材料のガラス転移点までの温度範囲において4〜25ppm/℃とし、さらに第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの熱膨張係数よりも3〜5ppm/℃大きいものとする。また、第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの厚みは、100〜300μm程度とする。第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bの厚みは50〜150μm程度とし、さらには第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの厚みよりも50〜150μm薄いものとする。絶縁樹脂層11Pの厚みは150〜500μm程度とする。銅箔12Pの厚みは、5〜25μm程度とする。両面銅張板10Pの大きさは縦横がそれぞれ500〜600mm程度とする。これにより1枚の両面銅張板10Pから数百個〜数千個の配線基板Aを同時に製造することが可能となる。なお、図2においては、煩雑さを避けるため、1個の配線導体Aに対応する部分のみを示す。
ここで、このような両面銅張板10Pの形成方法を図4を基に説明する。まず、図4(a)に示すように、第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの片面のみに銅箔12Fが張り付けられた片面銅張板11aPと、第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bとなるプリプレグ11bPと、もう一枚の銅箔12Fとを準備する。片面銅張板11aPは、第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの両面に銅箔12Fが張り付けられた両面銅張板を準備するとともに、その両面銅張板の片方の銅箔12Fをエッチング除去することにより形成する。なお、プリプレグ11bPにおけるガラスクロスの占有率は第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aにおけるガラスクロスの占有率よりも小さなものとしておく。あるいは、プリプレグ11bPにおけるガラスクロスの熱膨張係数を、第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aにおけるガラスクロスの熱膨張係数よりも大きなものとしておく。
次に、図4(b)に示すように、片面銅張板11aPの銅箔12Fが張付けられた面と反対側の面にプリプレグ11bPともう一枚の銅箔12Fとを順次重ねるとともに、これらを上下からプレスしながら加熱してプリプレグ11bPを熱硬化させることにより、第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aと、プリプレグ11bPが熱硬化した第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bとが積層一体化され、その両面に銅箔12Fが張り付けられた両面銅張板10Pが形成される。このとき、両面銅張板10Pには、プリプレグ11bPが硬化収縮する際の力および熱硬化温度から常温に戻るときの熱収縮の力が加わり、第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bの側が凹面に反ろうとする応力が発生する。
次に、図2(b)に示すように、上述のようにして得られた両面銅張板10Pにスルーホール13を形成する。スルーホール13の直径は上述したように50〜250μm程度とする。スルーホール13の形成には、ドリル加工やレーザ加工を用いる。あるいはサンドブラスト法によりスルーホール13を形成してもよい。
次に、図2(c)に示すように、スルーホール13の内面および銅箔12Fの表面に銅めっき層12Pを被着する。銅めっき層12Pは、無電解銅めっきおよび電解銅めっきを順次施すことにより被着される。無電解銅めっきの厚みは0.1〜0.5μm程度とし、電解銅めっきの厚みは5〜25μm程度とする。
次に、図2(d)に示すように、銅めっき層12Pが被着されたスルーホール13の内側を孔埋め樹脂14で充填するとともに、上下面を平坦に研磨する。このとき、上下面の銅めっき層12Pは、研磨により削れて薄くなるか消滅する。研磨にはベルト研磨装置やロール研磨装置を用いる。孔埋め樹脂14には、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いる。
次に、図2(e)に示すように、孔埋め樹脂14上を含む上下面に銅めっき層12Pを再度被着する。銅めっき層12Pは、上述の場合と同様に無電解銅めっきおよび電解銅めっきを順次施すことにより被着される。無電解銅めっきおよび電解銅めっきの厚みは上述の場合と同程度とする。
次に、図3(f)に示すように、絶縁板11の上下面の銅箔12Fおよび銅めっき層12Pを所定のパターンにエッチングして配線導体12を形成する。エッチングには周知のサブトラクティブ法を用いる。
次に、図3(g)に示すように、コア基板10の上面側のみに絶縁樹脂層21を形成する。絶縁樹脂層21は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の未硬化樹脂シートをコア基板10の上面に積層するとともに熱硬化させ、所定の位置にビアホール23を穿孔することにより形成される。未硬化樹脂シートの積層には、真空プレスが用いられる。ビアホール23の穿孔にはレーザ加工が用いられる。絶縁樹脂層21の厚みは、15〜50μm程度とする。ビアホールの直径は、30〜100μm程度とする。なお、絶縁樹脂層21の熱膨張係数は、室温からその樹脂材料のガラス転移点までの温度範囲において5〜50ppm/℃であり、第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aの熱膨張係数よりも3〜45ppm/℃大きいものである。
次に、図3(h)に示すように、ビアホール23内および絶縁樹脂層21の上面に配線導体22を形成する。配線導体22はビアホール23内を完全に充填するとともに、絶縁樹脂層21上の厚みを5〜25μm程度とする。配線導体22は、無電解銅めっきおよび電解銅めっきから成り、周知のセミアディティブ法により所定パターンに形成される。
最後に、図3(i)に示すように、1層目の絶縁樹脂層21および配線導体22の上に2層目の絶縁樹脂層21および配線導体22を同様の方法で形成し、さらに2層目の絶縁樹脂層21および配線導体22の上およびコア基板10の下面にソルダーレジスト層31を形成することにより、配線基板Aが完成する。
このとき、図5に示すように、ビルドアップ層20を構成する絶縁樹脂層21の収縮によりコア基板10が反ろうとしても、その反対面側の熱膨張係数が大きい第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層11bが収縮しようとする力により反りの発生が抑制されるので、反りの小さな配線基板を提供することができる。したがって、本発明の配線基板およびその製造方法によれば、製造中および製造後における反りの発生が小さく、それにより製造が容易であるとともに、半導体素子を正常に搭載することが可能な配線基板を提供することができる。
なお、本発明の配線基板およびその製造方法は、上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更は可能なことはいうまでもない。例えば上述した実施形態の一例では、コア基板10の片面のみにビルドアップ層20を形成した例を示したが、図6に示すように、コア基板10の両面にビルドアップ層20を、その層数が両面で異なるように形成したものに適用してもよい。この場合、絶縁板11は、ビルドアップ層20の層数が多い面側に熱膨張係数の小さな第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層11aが配置されるようにすればよい。
10 コア基板
11 絶縁板
11a 第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層
11aP 片面銅張板
11b 第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層
11bP プリプレグ
12 配線導体
12F 銅箔
20 ビルドアップ層
21 絶縁樹脂層
22 配線導体

Claims (2)

  1. ガラスクロス入り絶縁樹脂層から成る絶縁板の両面に配線導体が形成されたコア基板の片面または両面に、前記絶縁板よりも熱膨張係数が大きな絶縁樹脂層の表面に配線導体が形成されたビルドアップ層を、前記コア基板の両面で異なる層数積層して成る配線基板であって、前記絶縁板は、前記ビルドアップ層の層数が多い面側の熱膨張係数が反対面側の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする配線基板。
  2. 第1の熱膨張係数を有する第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層の第1の片面に第1の銅箔が張り付けられた片面銅張板と、硬化後の熱膨張係数が前記第1の熱膨張係数より大きくなるガラスクロス入りのプリプレグと、第2の銅箔とを準備する工程と、前記片面銅張板の第2の片面に前記プリプレグと前記第2の銅箔とを順次重ねるとともに前記プリプレグを熱硬化させ、前記第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層と前記プリプレグの硬化体である第2のガラスクロス入り絶縁樹脂層とが積層一体化された絶縁板の両面に前記第1の銅箔と第2の銅箔とが張り付けられた両面銅張板を形成する工程と、前記両面銅張板の前記第1の銅箔および第2の銅箔を所定パターンにエッチングして前記絶縁板の両面に配線導体が形成されたコア基板を形成する工程と、前記コア基板の片面または両面に、前記第1の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する絶縁樹脂層と導体層とから成るビルドアップ層を、前記第1のガラスクロス入り絶縁樹脂層側で層数が多くなるように積層する工程と、を行うことを特徴とする配線基板の製造方法。

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