JP2015065224A - 基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂材料の硬化タイミングの違いに起因する基板の反りを小さくすることができる基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】（ｉ）導電部材１６を、導電部材１６の第１の主面１６ａの一部を残して第１の主面１６ａ側から加工して、導電部材１６に第１の除去部１６ｘを形成し、（ii）第１の除去部１６ｘに、未硬化状態の第１の樹脂材料を充填し、硬化させることによって、導電部材１６に接合する第１の樹脂層１４ａを形成し、（iii）導電部材１６を、導電部材１６の第２の主面１６ｂの一部を残して第２の主面１６ｂ側から加工して、導電部材１６に第２の除去部１６ｙを形成し、（iv）第２の除去部１６ｙに、未硬化状態の第２の樹脂材料を充填し、硬化させることによって、導電部材１６及び第１の樹脂層１４ａに接合する第２の樹脂層１４ｂを形成する。第１の樹脂材料と第２の樹脂材料とは、異なる材料である。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板及びその製造方法に関し、詳しくは、基板本体が樹脂で形成された基板及びその製造方法に関する。

例えば、図７の断面図に示す基板は、金属箔６を一方側の面から所定パターン形状にハーフエッチングして第１の露出面３を形成した後、樹脂材料を充填、硬化し、次いで、金属箔６を反対側の面から所定パターン形状にエッチングして第２の露出面４を形成した後、樹脂材料を充填、硬化することによって製造され、硬化した樹脂によって基板本体２が形成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２７８３７９号公報

この基板の基板本体２は、製造プロセスの前半で樹脂材料が硬化した部分と、製造プロセスの後半で樹脂材料が硬化した部分とが混在しており、硬化タイミングの違いによって両者の界面に引っ張り応力が発生し、基板に反りが発生することがある。基板に反りが発生すると、基板への実装部品の実装が困難となる。

本発明は、かかる実情に鑑み、樹脂材料の硬化タイミングの違いに起因する基板の反りを小さくすることができる基板及びその製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した基板の製造方法を提供する。

基板の製造方法は、（ｉ）互いに対向する第１及び第２の主面を有する導電部材を、前記第１の主面の一部を残して前記第１の主面側から加工し、前記導電部材に第１の除去部を形成する第１の工程と、（ii）前記第１の除去部に、未硬化状態の第１の樹脂を主成分とする第１の樹脂材料を充填し、硬化させることによって、前記導電部材に接合する第１の樹脂層を形成する第２の工程と、（iii）前記第１の樹脂層の形成後に、前記導電部材を、前記第２の主面の一部を残して前記第２の主面側から加工して、前記導電部材に第２の除去部を形成する第３の工程と、（iv）前記第２の除去部に、未硬化状態の第２の樹脂を主成分とする第２の樹脂材料を充填し、硬化させることによって、前記導電部材及び前記第１の樹脂層に接合する第２の樹脂層を形成する第４の工程とを備えている。前記第１の樹脂材料と前記第２の樹脂材料とは、異なる材料である。

上記方法によれば、第１及び第２の樹脂材料を変えることによって、第１及び第２の樹脂材料が同一である場合よりも、基板の反りを小さくすることができる。

好ましい一態様において、前記第１の樹脂材料の硬化状態でのヤング率は、前記第２の樹脂材料の硬化状態でのヤング率よりも大きい。

第２の工程において第１の樹脂材料を硬化させた段階で反りが発生していなくても、第４の工程において第２の樹脂材料を硬化させた段階で反りが発生することがある。これは、第４の工程で第２の樹脂材料が硬化するときに、導電部材の第２の主面側に配置されている第２の樹脂層の第２の樹脂の硬化収縮に伴う力によって、導電部材の第１の主面側の第１の絶縁層が引っ張られるからである。第２の樹脂材料のヤング率を小さくすると、硬化収縮に伴って発生する第２の樹脂層の引っ張り力を小さくし、結果として、導電部材の第１の主面側の第１の樹脂層の変形を低減でき、基板の反りを小さくする効果が得られる。

好ましい他の態様において、前記第１の樹脂材料の硬化状態での線膨張係数は、前記第２の樹脂材料の硬化状態での線膨張係数よりも大きい。

第２の樹脂の硬化収縮に伴い、基板は、導電部材の第１の主面側が凸状に、導電部材の第２の主面側が凹状に反る。第２の樹脂の硬化完了後、室温までの冷却過程では、第１の樹脂材料の線膨張係数が第２の樹脂材料の線膨張係数よりも大きいと、温度変化に伴う熱収縮量は、第１の樹脂層が配置されている導電部材の第１の主面側が相対的に大きく、第２の樹脂層が配置されている導電部材の第２の主面側が相対的に小さいため、基板には、導電部材の第１の主面側が凹状になり、導電部材の第２の主面側が凸状になる反りが発生する。この基板の反りは、第２の樹脂の硬化収縮に伴う基板の反りとは逆方向の基板の反りであるため、第２の樹脂の硬化温度から室温までの冷却したときに、結果として、基板の反りを小さくすることができる。

また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した基板を提供する。

基板は、（ａ）互いに対向する第１及び第２の主面を有する基板本体と、（ｂ）前記基板本体の内部に配置され、前記第１及び第２の主面に露出する第１及び第２の露出面を有し、前記第１及び第２の露出面間が連続する導電部材とを備えている。前記導電部材は、前記第１の露出面側が除去加工された第１の除去部と、前記第２の露出面側が除去加工された第２の除去部とを有している。前記基板本体は、（ｉ）第１の樹脂を主成分とする第１の樹脂材料からなり、前記第１の除去部に充填され、前記第１の主面を形成する第１の樹脂層と、（ii）第２の樹脂を主成分とする第１の樹脂材料からなり、前記第２の除去部に充填され、前記第２の主面の少なくとも一部を形成する第２の樹脂層とを含む。前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層とは互いに接合している。前記第１の樹脂材料と前記第２の樹脂材料は、異なる材料である。

上記構成によれば、第１及び第２の樹脂材料を変えることによって、第１及び第２の樹脂材料が同一である場合よりも、基板の反りを小さくすることができる。

好ましい一態様において、前記第１の樹脂材料の硬化状態でのヤング率は、前記第２の樹脂材料の硬化状態でのヤング率よりも大きい。

好ましい他の態様において、前記第１の樹脂材料の硬化状態での線膨張係数は、前記第２の樹脂材料の硬化状態での線膨張係数よりも大きい。

さらに、本発明は、上記構成の基板を用いたモジュールを提供する。

モジュールは、上記構成の基板と、実装部品とを備えている。前記実装部品は、前記基板の前記導電部材の前記第１及び第２の露出面のうち前記第２の露出面のみに接合されている。

上記構成において、実装部品はＳｉやセラミックで形成されているため、実装部品の熱膨張係数は、樹脂を主成分とする第１及び第２の樹脂材料の熱膨張係数よりも小さい。基板の片面のみに実装部品が接合されたモジュール状態での基板の反りを小さくするには、実装部品と、実装部品が接合されている基板の片面との熱膨張係数の差が小さい方がよい。したがって、熱膨張係数が相対的に小さい第２の樹脂層が配置されている側の導電部材の第２の露出面に実装部品を接合した方が、熱膨張係数が相対的に大きい第１の樹脂層が配置されている側の導電部材の第１の露出面に実装部品を接合する場合よりも、基板の片面のみに実装部品が接合された状態での基板の反りを小さくすることができる。

本発明によれば、樹脂材料の硬化タイミングの違いに起因する基板の反りを小さくすることができる。

基板の製造工程を示す断面図である。（実施例１） 基板の製造工程を示す断面図である。（実施例１） 基板の断面図である。（実施例１） 基板の断面図である。（実施例３） 基板の反りの説明図である。（比較例１） 基板の反り量の説明図である。（説明例１） 基板の断面図である。（従来例１）

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。

＜実施例１＞ 実施例１の基板１０について、図１〜図３を参照しながら説明する。

図３は、実施例１の基板１０の断面図である。図３に示すように、基板１０は、互いに対向する第１及び第２の主面１２ａ，１２ｂを有する基板本体１２の内部に、導電部材１６が配置されている。導電部材１６は、基板本体１２の第１及び第２の主面１２ａ，１２ｂに露出する第１及び第２の露出面１６ｐ，１６ｑを有し、第１及び第２の露出面１６ｐ，１６ｑの間が連続するように、金属箔や金属板などの一部材を除去加工することによって形成されている。導電部材１６は、第１の露出面１６ｐ側が除去加工された第１の除去部１６ｘと、第２の露出面１６ｑ側が除去加工された第２の除去部１６ｙとを有している。基板本体１２は、異なる材料からなる第１及び第２の樹脂層１４ａ，１４ｂを含む。第１の樹脂層１４ａは、第１の除去部１６ｘに充填され、基板本体１２の第１の主面１２ａを形成する。第２の樹脂層１４ｂは、第２の除去部１６ｙに充填され、基板本体１２の第２の主面１２ｂの一部を形成する。

基板１０は、両面に実装部品１８ａ，１８ｂを実装することができる。すなわち、導電部材１６の第１及び第２の露出面１６ｐ，１６ｑに、実装部品１８ａ，１８ｂの端子を、バンプやはんだなどの接合部材１９ａ，１９ｂを介して接合することができる。

次に、基板１０を製造する方法について、図１及び図２の断面図を参照しながら、説明する。

（１）まず、互いに対向する第１及び第２の主面１６ａ，１６ｂを有する導電部材１６を、第１の主面１６ａの一部を残して第１の主面１６ａ側から加工し、導電部材１６に第１の除去部１６ｘを形成する。

詳しくは、図１（１）に示すように、支持体としてのベース基板８０上に剥離自在に、導電部材１６の第２の主面１６ｂを貼り付け、第１の主面１６ａ側から第１の導電部材１６を所定の形状にパターンニングする。導電部材１６には、厚みが５００μｍの銅板を用い、必要部分をテープ等で覆った状態で、酸などによる化学的エッチングにより、所定の形状にパターニングする。

そして、図１（２）に示すように、導電部材１６の第１の主面１６aの上に所定形状にレジストパターン５０を形成した後、図１（３）に示すように、酸などにより化学的にハーフエッチングし、導電部材１６に第１の除去部１６ｘを形成する。そして、図１（４）に示すように、導電部材１６からレジストパターン５０を除去する。

なお、第１の除去部１６ｘは、導電部材１６がハーフエッチングされた部分だけでなく、図１（１）に示すように、導電部材１６を所定形状にエッチングするときに導電部材１６から除去された部分１６ｚも含む。

（２）次いで、導電部材１６の第１の除去部１６ｘに、未硬化状態の第１の樹脂を主成分とする第１の樹脂材料を充填し、硬化させることによって、導電部材１６に接合する第１の樹脂層１４ａを形成する。

詳しくは、図１（５）に示すように、第１の樹脂材料として無機フィラー含有エポキシ樹脂材料を用い、パターニングされた導電部材１６上に第１の樹脂層１４ａを形成する。第１の樹脂材料の硬化物特性（硬化状態での特性）は、ヤング率が３０ＧＰａ、熱膨張率が１３ｐｐｍ／Ｋである。第１の樹脂材料としてシート状のものを用い、真空下でラミネートすることによって、第１の樹脂層１４ａを形成してもよいし、液状の第１の樹脂材料を塗布することによって第１の樹脂層１４ａを形成してもよい。第１の樹脂材料の硬化条件は、１８０℃、６０分とする。

（３）次いで、第１の樹脂層１４ａの形成後に、導電部材１６を、第２の主面１６ｂの一部を残して第２の主面１６ｂ側から加工して、導電部材１６に第２の除去部１６ｙを形成する。

詳しくは、図１（６）に示すように、第１の樹脂層１４ａと導電部材１６の複合体を、ベース基板８０から剥離し、導電部材１６の第２の主面１６ｂを露出させる。そして、図２（１）に示すように、導電部材１６を覆う第１の樹脂層１４ａの主面１４ｋに、支持体としてベース基板８２を、剥離自在に貼り付ける。そして、図２（２）に示すように、導電部材１６の第２の主面１６ｂに所定の形状のレジストパターン５２を形成する。そして、図２（３）に示すように、酸などにより化学的に導電部材１６をハーフエッチングして、第２の除去部１６ｙを形成した後、図２（４）に示すように、レジストパターン５２を除去する。

（４）次いで、第２の除去部１６ｙに、未硬化状態の第２の樹脂を主成分とする第２の樹脂材料を充填し、硬化させることによって、導電部材１６及び第１の樹脂層１４ａに接合する第２の樹脂層１４ｂを形成する。

詳しくは、図２（５）に示すように、ハーフエッチングされた導電部材１６の第２の除去部１６ｙに、第２の樹脂材料として、液状の無機フィラー含有エポキシ樹脂材料を充填して、硬化させた後、導電部材１６の第２の主面１６ｂ、すなわち第２の露出面１６ｑが露出するまで研磨することによって、第２の樹脂層１４ｂを形成する。第２の樹脂層１４ｂは、導電部材１６と第１の樹脂層１４ａとに接合する。第２の樹脂材料の硬化物特性は、ヤング率が１９ＧＰａ、熱膨張率が１３ｐｐｍ／Ｋである。第１の樹脂材料の主成分である第１の樹脂と、第２の樹脂材料の主成分である第２の樹脂は、いずれも、エポキシ樹脂であるため、第２の樹脂材料の硬化条件は、第１の樹脂材料の硬化条件と同じとする。

そして、図２（６）に示すように、ベース板８２を第１の樹脂層１４ａの主面１４ｋから剥離し、図２（７）に示すように、第１の樹脂層１４ａの主面１４ｋ側を、導電部材１６の第１の主面１６ａ、すなわち第１の露出面１６ｐが露出するまで研磨すると、基板１０が完成する。

以上の（１）〜（４）の手順によって、第１及び第２の樹脂材料の硬化タイミングの違いに起因する基板の反りを小さくすることができる。

すなわち、第１の樹脂材料を使用して第１の樹脂層を形成する前半段階では反りが発生していないにもかかわらず、第２の樹脂材料を使用して第２の樹脂層を形成する後半段階で反りが発生することがあるのは、第２の樹脂材料の硬化収縮に伴う力で第１の樹脂層を引っ張るからである。実施例１では、第２の樹脂材料のヤング率（１９ＧＰａ）を第１の樹脂材料のヤング率（３０ＧＰａ）よりも小さくしているので、硬化収縮時に第２の樹脂層は、第１の樹脂層を大きく変形させるほどの引っ張り力を持つことができない。その結果、基板の反りを低減する効果が得られる。

＜実施例２＞ 実施例２の基板について説明する。実施例２の基板は、第１の樹脂材料として、硬化物特性がヤング率１９ＧＰａ、熱膨張率２０ｐｐｍ／Ｋの樹脂材料を使用する。第２の樹脂材料として、硬化物特性がヤング率１９ＧＰａ、熱膨張率１３ｐｐｍ／Ｋの樹脂材料を使用する。それ以外は、実施例１と同じである。

基板の反りは第２の樹脂材料の硬化完了後、室温までの冷却過程で発生する。これは、第１の樹脂材料の収縮量よりも、第２の樹脂材料の収縮量の方が大きいためである。この収縮量の差は、未硬化状態の第２の樹脂材料が硬化する際に硬化収縮するのに対し、第１の樹脂層は硬化済みであり、硬化収縮しないことに起因している。この硬化収縮の差は、第２の樹脂材料の熱収縮量が第１の樹脂材料の熱収縮量よりも小さければ緩和することが可能であり、結果として、基板の反りを低減することができる。

実施例２では、室温から第２の樹脂材料の硬化温度までの平均の熱膨張係数について、第１の樹脂材料（２０ｐｐｍ）より第２の樹脂材料（１３ｐｐｍ）を小さくしているため、基板の反りを低減する効果がある。

＜比較例１＞ 比較例１の基板は、第１の樹脂材料として、硬化物特性がヤング率１９ＧＰａ、熱膨張率１３ｐｐｍ／Ｋの樹脂材料を使用する。第２の樹脂材料として、硬化物特性がヤング率３０ＧＰａ、熱膨張率１３ｐｐｍ／Ｋの樹脂材料を使用する。それ以外は、実施例１と同じである。

図５の説明図に示すように、網線を付した第２の樹脂層１４ｂの硬化収縮によって、矢印で示すように第１の樹脂層１４ｂを引っ張る力が作用し、これによって、第１の樹脂層１４ａが湾曲変形する。

比較例１の基板は、後から硬化する第２の樹脂材料のヤング率の方が、先に硬化が完了する第１の樹脂材料のヤング率より大きいため、第１の樹脂層１４ａを引っ張る力が大きくなり、第１の樹脂層１４ａの変形量も大きくなり、基板の反りは大きくなる。

＜比較例２＞ 比較例２の基板は、第１の樹脂材料と第２の樹脂材料に、硬化物特性がヤング率１９ＧＰａ、熱膨張率１３ｐｐｍ／Ｋの同じ樹脂材料を使用する。それ以外は、実施例１と同じである。

比較例２では、先に硬化する第１の樹脂層と、後から硬化する第２の樹脂層とに使用する樹脂材料が同じである。しかしながら、後から硬化する第２の樹脂層の硬化収縮量分の力が発生するため、その分だけ基板の反りが発生する。

＜比較例３＞ 比較例３の基板は、第１の樹脂材料として硬化物特性がヤング率１９ＧＰａ、熱膨張率１３ｐｐｍ／Ｋの樹脂材料を使用し、第２の樹脂材料として、硬化物特性がヤング率１９ＧＰａ、熱膨張率２０ｐｐｍ／Ｋの樹脂材料を使用する。それ以外は、実施例１と同じである。

比較例３では、第２の樹脂層は、硬化収縮量分による反りに加えて、第１の樹脂層よりも熱膨張率が大きいことに起因する熱膨張率による冷却収縮量分の反りが発生するので、基板の反りがより大きくなる。

＜作製例＞ 実施例１、実施例２、比較例１、比較例２、比較例３の試料を作製し、基板の反り量を測定した。

基板の反り量は、図６の説明図に示すように、試料２０を平面８４に載置し、矢印２０ｘで示すように、試料２０の一端２０ｓ側を押えた状態での他端２０ｔの高さＨである。試料には、基板から個片サイズ（３０ｍｍ×３０ｍｍ）にカットしたものを用いた。

次の表１に、それぞれの試料の基板の反り量の計測結果を示す。
表１から、実施例１及び実施例２によって、基板の反りが小さくなることが分かる。また図３に示すように、汎用の各種部品を実装するためには、基板１０の反りを１００μｍ以下に抑えることが望ましいため、表１から、実施例１及び実施例２は、基板の反りは十分に小さいことが分かる。

＜実施例３＞ 図４は、実施例３の基板１０ａの断面図である。基板１０ａは、第１の樹脂層１４ａは、第２の主面１２ｂには達していない。第２の樹脂層１４ｂは、基板本体１２の第２の主面１２ｂの全部を形成している。

実施例３の基板１０ａは、例えば複数回エッチングを行うなどの方法で、第１及び第２の除去部１６ｘ，１６ｙの少なくとも一方について深さが異なるものを形成し、一部の第１及び第２の除去部１６ｘ，１６ｙを連通させることによって、作製することができる。

＜実施例４＞ 図３に示したように基板１０の両面に実装部品１８ａ，１８ｂを実装する代わりに、基板１０の片面のみに実装部品を実装してモジュールを作製する場合、導電部材１６の第１及び第２の露出面１６ｐ，１６ｑのうち、第１の露出面１６ｐのみに実装部品を接合することが好ましい。

実装部品はＳｉやセラミックで形成されているため、実装部品の熱膨張係数は、第１及び第２の樹脂層の熱膨張係数よりも小さい。実装部品と、実装部品が接合される基板の片面との熱膨張係数の差が小さい方が、基板の片面のみに実装部品が接合されたモジュールの温度変化に伴う反りは小さくなる。したがって、熱膨張係数が相対的に小さい第２の樹脂層側の導電部材の第２の露出面に実装部品を接合した方が、熱膨張係数が相対的に大きい第１の樹脂層側の導電部材の第１の露出面に実装部品を接合する場合よりも、基板の片面のみに実装部品が接合されたモジュール状態での温度変化に伴う基板の反りを小さくすることができる。

＜まとめ＞ 以上に説明したように、第１及び第２の樹脂材料を異なる材料にすることによって、第１及び第２の樹脂材料の硬化タイミングの違いに起因する基板の反りを小さくすることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

例えば、導電部材の第１及び第２の除去部を、エッチング以外の除去加工、例えばレーザ加工によって形成してもよい。

１０，１０ａ 基板
１２ 基板本体
１２ａ 第１の主面
１２ｂ 第２の主面
１４ａ 第１の樹脂層
１４ｂ 第２の樹脂層
１４ｋ 主面
１６ 導電部材
１６ａ 第１の主面
１６ｂ 第２の主面
１６ｐ 第１の露出面
１６ｑ 第２の露出面
１６ｘ 第１の除去部
１６ｙ 第２の除去部
１８ａ，１８ｂ 実装部品
１９ａ，１９ｂ 接合部材
５０，５２ レジストパターン
８０，８２ ベース板

Claims (7)

1. 互いに対向する第１及び第２の主面を有する導電部材を、前記第１の主面の一部を残して前記第１の主面側から加工し、前記導電部材に第１の除去部を形成する第１の工程と、
   前記第１の除去部に、未硬化状態の第１の樹脂を主成分とする第１の樹脂材料を充填し、硬化させることによって、前記導電部材に接合する第１の樹脂層を形成する第２の工程と、
   前記第１の樹脂層の形成後に、前記導電部材を、前記第２の主面の一部を残して前記第２の主面側から加工して、前記導電部材に第２の除去部を形成する第３の工程と、
   前記第２の除去部に、未硬化状態の第２の樹脂を主成分とする第２の樹脂材料を充填し、硬化させることによって、前記導電部材及び前記第１の樹脂層に接合する第２の樹脂層を形成する第４の工程と、
   を備え、
   前記第１の樹脂材料と前記第２の樹脂材料とは、異なる材料であることを特徴とする、基板の製造方法。
2. 前記第１の樹脂材料の硬化状態でのヤング率は、前記第２の樹脂材料の硬化状態でのヤング率よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の基板の製造方法。
3. 前記第１の樹脂材料の硬化状態での線膨張係数は、前記第２の樹脂材料の硬化状態での線膨張係数よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の基板の製造方法。
4. 互いに対向する第１及び第２の主面を有する基板本体と、
   前記基板本体の内部に配置され、前記第１及び第２の主面に露出する第１及び第２の露出面を有し、前記第１及び第２の露出面間が連続する導電部材と、
   を備え、
   前記導電部材は、前記第１の露出面側が除去加工された第１の除去部と、前記第２の露出面側が除去加工された第２の除去部とを有し、
   前記基板本体は、
   第１の樹脂を主成分とする第１の樹脂材料からなり、前記第１の除去部に充填され、前記第１の主面を形成する第１の樹脂層と、
   第２の樹脂を主成分とする第２の樹脂材料からなり、前記第２の除去部に充填され、前記第２の主面の少なくとも一部を形成する第２の樹脂層とを含み、
   前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層とは互いに接合し、
   前記第１の樹脂材料と前記第２の樹脂材料は、異なる材料であることを特徴とする、基板。
5. 前記第１の樹脂材料の硬化状態でのヤング率は、前記第２の樹脂材料の硬化状態でのヤング率よりも大きいことを特徴とする、請求項４に記載の基板。
6. 前記第１の樹脂材料の硬化状態での線膨張係数は、前記第２の樹脂材料の硬化状態での線膨張係数よりも大きいことを特徴とする、請求項４に記載の基板。
7. 請求項６に記載の基板と、
   実装部品と、
   を備え、
   前記実装部品は、前記基板の前記導電部材の前記第１及び第２の露出面のうち前記第２の露出面のみに接合されていることを特徴とするモジュール。