JP2015095587A - 多層配線基板 - Google Patents

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真宏 井上
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照幸 小林
拓弥 鳥居
Takuya Torii
拓弥 鳥居
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Abstract

【課題】コア基板を薄型化した場合であっても、コンデンサを確実に収容することが可能な多層配線基板を提供すること。【解決手段】多層配線基板10は、シート状コンデンサ素子101、樹脂充填材92及びビア導体43,47を備える。シート状コンデンサ素子101は、素子主面102及び素子裏面103を有し、素子主面102側に露出する主面側電極層105と素子裏面103側に露出する裏面側電極層106とで誘電体層107を直接挟み込むことによって構成され、コア主面12と素子主面102とを同じ側に向けた状態で少なくとも一部が収容穴部90に収容される。樹脂充填材92は、収容穴部90の内壁面91とシート状コンデンサ素子101との隙間に充填される。ビア導体43,47は、少なくともコア主面12側に形成された層間絶縁層33〜38内に設けられ、少なくとも主面側電極層105に接続される。【選択図】図1

Description

本発明は、コア基板と、コア基板の少なくともコア主面上に形成される配線積層部とを備えた多層配線基板に関するものである。
コンピュータのマイクロプロセッサ等として使用される半導体集積回路素子(ICチップ)は、近年ますます高速化、高機能化しており、これに付随して端子数が増え、端子間ピッチも狭くなる傾向にある。一般的にICチップの底面には多数の端子が密集してアレイ状に配置されており、このような端子群はマザーボード側の端子群に対してフリップチップの形態で接続される。但し、ICチップ側の端子群とマザーボード側の端子群とでは端子間ピッチに大きな差があることから、ICチップをマザーボード上に直接的に接続することは困難である。そのため、通常は、ICチップを多層配線基板上に搭載してなるパッケージを作製し、そのパッケージをマザーボード上に搭載するという手法が採用される。また、この種のパッケージを構成する多層配線基板においては、ICチップのスイッチングノイズの低減や電源電圧の安定化を図るために、コンデンサを設けることが提案されている。その一例として、コア基板内にコンデンサを埋め込むとともに、コア基板の表面及び裏面に樹脂絶縁層及び導体層を積層してなるビルドアップ層を形成した多層配線基板が従来提案されている。また、コンデンサの機能を有するシート(電極層及び誘電体層)を積層してなるビルドアップ層を形成した多層配線基板も従来提案されている(例えば特許文献1,2参照)。
ところで、近年では、ICチップの高速化に伴い、使用される信号周波数が高周波帯域となってきている。この場合、コア基板を貫通する配線(即ち、表面及び裏面に形成されたビルドアップ層間の導通を図るための配線)が大きなインダクタンスとして寄与し、高周波信号の伝送ロスや回路誤動作の発生につながり、高速化の妨げとなってしまう。この問題を解決するために、例えば、厚さ40〜50μm程度に薄型化したコア基板を有する多層配線基板を作製することが検討されている。これらの配線基板は、比較的厚いコア基板を薄型化することにより全体の配線長を短くしたものであるため、高周波信号の伝送ロスが低減され、ICチップを高速で動作させることが可能となる。
特開2008−218966号公報(図1L等) 特開2008−112815号公報(図2(n)等)
ところが、コア基板内に埋め込まれるコンデンサは、チップコンデンサなどのMLCC(multi-layer ceramic capacitor )や、誘電体層を介して複数の内部電極層が積層配置された構造を有し、複数の内部電極層に接続される複数のビア導体を備え、複数のビア導体が全体としてアレイ状に配置されたビアアレイタイプのコンデンサなどである。しかしながら、チップコンデンサの厚さは150〜550μm、ビアアレイタイプのコンデンサの厚さは400μm以上であり、薄型化したコア基板よりも肉厚であるため、コンデンサをコア基板内に埋め込むことが不可能である。また、特許文献1,2に記載の従来技術のように、コンデンサの機能を有するシートを積層してビルドアップ層を形成する場合には、エッチングなどを用いて不要な金属部分を除去する工程が必要であるため、コンデンサの寸法精度の低下や、コンデンサの製造コストの上昇につながるなどの問題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コア基板を薄型化した場合であっても、コンデンサを確実に収容することが可能な多層配線基板を提供することにある。
そして、上記課題を解決するための手段(手段1)としては、コア主面及びコア裏面を有し、少なくとも前記コア主面側にて開口する収容穴部を有するコア基板と、層間絶縁層及び導体層を少なくとも前記コア主面上にて交互に積層してなる配線積層部とを備える多層配線基板であって、素子主面及び素子裏面を有し、前記素子主面側に露出する主面側電極層と前記素子裏面側に露出する裏面側電極層とで1層の誘電体層を直接挟み込むことによって構成され、前記コア主面と前記素子主面とを同じ側に向けた状態で少なくとも一部が前記収容穴部に収容されたシート状コンデンサ素子と、前記コア基板に形成された前記収容穴部の内壁面と前記シート状コンデンサ素子との隙間に充填された樹脂充填材と、少なくとも前記コア主面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、少なくとも前記主面側電極層に接続されるビア導体とを備えることを特徴とする多層配線基板がある。
従って、上記手段1の多層配線基板によると、収容穴部に収容されるコンデンサが、主面側電極層と裏面側電極層と1層の誘電体層とからなる比較的薄いシート状コンデンサ素子であるため、コア基板を薄型化した場合であっても、コンデンサを収容穴部に確実に収容することができる。また、主面側電極層を素子主面全体に露出させることが可能であるため、主面側電極層に接続されるビア導体の位置や数の自由度が高くなる。同様に、裏面側電極層を素子裏面全体に露出させることが可能であるため、裏面側電極層に接続されるビア導体の位置や数の自由度が高くなる。さらに、主面側電極層を素子主面全体に露出させることにより、主面側電極層に接続されるビア導体の数を増やすことができ、裏面側電極層を素子裏面全体に露出させることにより、裏面側電極層に接続されるビア導体の数を増やすことができるため、ビア導体の接続信頼性が向上する。しかも、ビア導体を接続可能な範囲(即ち、主面側電極層や裏面側電極層が存在する領域)を素子主面全体及び素子裏面全体に設定可能であるため、ビア導体が素子主面や素子裏面の面方向に位置ズレしていたとしても、ビア導体を確実に電極層に接続させることができる。
上記多層配線基板を構成するコア基板は、コア主面及びその反対側に位置するコア裏面を有する板状に形成されており、シート状コンデンサ素子を収容するための収容穴部を有している。この収容穴部は、コア主面側のみにて開口する非貫通穴であってもよいし、コア主面側及びコア裏面側の両方にて開口する貫通穴であってもよい。
コア基板を形成する材料は特に限定されないが、好適なコア基板は高分子材料を主体として形成される。コア基板を形成するための高分子材料の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などがある。その他、これらの樹脂とガラス繊維(ガラス織布やガラス不織布)やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料を使用してもよい。
なお、コア基板の厚さは特に限定されないが、例えば15μm以上100μm以下であることがよい。仮に、コア基板の厚さが15μm未満であると、コア基板が肉薄になるため、コア基板の強度、ひいては多層配線基板の強度が低下してしまう。一方、コア基板の厚さが100μmよりも大きくなると、コア基板を貫通する配線が大きなインダクタンスとして寄与し、高周波信号の伝送ロスや回路誤動作の発生につながってしまう。
シート状コンデンサ素子は、素子主面及び素子裏面を有し、コア主面と素子主面とを同じ側に向けた状態で収容穴部に収容されている。シート状コンデンサ素子は、全体が収容穴部に収容されていてもよいし、一部のみが収容穴部に収容されていてもよい。なお、シート状コンデンサ素子の全体が収容穴部に収容される場合には、収容穴部の開口部からのシート状コンデンサ素子の突出を防止できる。よって、コア主面に接する配線積層部の表面やコア裏面に接する配線積層部の表面を平坦にすることができ、配線積層部の寸法精度が向上する。
また、シート状コンデンサ素子の平面視での形状は、任意に設定することが可能であるが、特には、複数の辺を有する平面視多角形状であることがよい。平面視多角形状としては、例えば、平面視略矩形状、平面視略三角形状、平面視略六角形状などを挙げることができるが、特には、一般的な形状である平面視略矩形状であることがよい。ここで、「平面視略矩形状」とは、平面視で完全な形状のみをいうのではなく、角部が面取りされた形状や、辺の一部が曲線となっている形状も含むものとする。
さらに、シート状コンデンサ素子は、素子主面側に露出する主面側電極層と素子裏面側に露出する裏面側電極層とで1層の誘電体層を直接挟み込むことによって構成される。なお、シート状コンデンサ素子の全体の厚さは特に限定されないが、例えば20μm以上100μm以下であることがよい。シート状コンデンサ素子の全体の厚さが20μm未満であると、十分な強度を確保できず、シート状コンデンサ素子を単体として取り扱うことが困難になる。一方、シート状コンデンサ素子の全体の厚さが100μmよりも大きいと、多層配線基板の高密度化や小型化の達成を阻害するおそれがある。また、シート状コンデンサ素子を収容穴部に収容した際に、収容穴部の開口部からシート状コンデンサ素子が突出し、素子主面とコア主面との間や素子裏面とコア裏面との間に段差が発生しやすくなる。その結果、コア主面に接する配線積層部の表面やコア裏面に接する配線積層部の表面の平滑性を確保しにくくなるおそれがある。
ここで、主面側電極層及び裏面側電極層の形成用材料としては、例えば、銀、金、白金、銅、チタン、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、タングステンなどを挙げることができるが、特には、導電性が高い銅を用いることがよい。このようにした場合、主面側電極層及び裏面側電極層が比較的安価な材料によって形成されるため、シート状コンデンサ素子の低コスト化を図ることができる。また、主面側電極層及び裏面側電極層の厚さをエッチングによって調整できるため、主面側電極層及び裏面側電極層をエッチングで薄くすることにより、シート状コンデンサ素子の全体の厚さを薄くすることができる。よって、シート状コンデンサ素子の厚みを薄型化されたコア基板の厚みに対応させやすくなる。
主面側電極層及び裏面側電極層の厚さは、例えば1μm以上30μm以下であることがよい。主面側電極層及び裏面側電極層の厚さが1μm未満であると、電気的信頼性を確保しにくくなるおそれがある。また、主面側電極層及び裏面側電極層の厚さをエッチングによって調整することが困難になる。一方、主面側電極層及び裏面側電極層の厚さが30μmよりも大きくなると、シート状コンデンサ素子が厚くなり、シート状コンデンサ素子を収容穴部に収容できなくなるおそれがある。その点、1μm以上30μm以下の範囲内で厚さを設定すれば、電気的信頼性を確保しつつシート状コンデンサ素子の厚肉化を防止することができる。
上記シート状コンデンサ素子を構成する誘電体層とは、誘電率の高い無機物(例えば誘電体セラミックなど)を主成分とする層のことをいう。ここで、誘電体セラミックとは、誘電率が高いセラミック(比誘電率が10以上のセラミックと定義する。)のことをいい、例えば、ペロブスカイト型結晶構造を有した複合酸化物がこれに該当する。かかる複合酸化物の具体例としては、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸鉛及びチタン酸ストロンチウムから選択される1種または2種以上にて構成された化合物を挙げることができる。
誘電体層の厚さは、例えば3μm以上5μm以上であることがよい。誘電体層が薄いことはシート状コンデンサ素子の高容量化にとって好都合であるが、その反面でこれが薄くなりすぎて3μm未満になると、主面側電極層−裏面側電極層間の絶縁を確保しにくくなるおそれがある。一方、誘電体層の厚さが5μmよりも大きくなると、高容量化の達成が困難になるばかりでなく、シート状コンデンサ素子が厚くなり、シート状コンデンサ素子を収容穴部に収容できなくなるおそれがある。
なお、主面側電極層及び裏面側電極層の厚さは、誘電体層の厚さよりも厚く、かつコア基板の厚さよりも薄くてもよい。このようにした場合、主面側電極層及び裏面側電極層の厚さを確保しやすくなるため、主面側電極層及び裏面側電極層をエッチングで薄くすること、ひいては、シート状コンデンサ素子を薄くすることが容易になる。また、主面側電極層及び裏面側電極層がコア基板よりも薄いため、シート状コンデンサ素子を収容穴部に収容した際に、収容穴部の開口部からのシート状コンデンサ素子の突出を防止することができる。よって、コア主面に接する配線積層部の表面やコア裏面に接する配線積層部の表面を平坦にすることができ、配線積層部の寸法精度が向上する。
なお、収容穴部の内壁面とシート状コンデンサ素子との隙間には、樹脂充填材が充填される。なお、樹脂充填材は、絶縁性、耐熱性、耐湿性等を考慮して適宜選択することができる。樹脂充填材を形成する高分子材料の好適例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。
上記多層配線基板を構成する配線積層部は、高分子材料を主体とする層間絶縁層及び導体層を少なくともコア主面上にて交互に積層した構造を有している。層間絶縁層は、絶縁性、耐熱性、耐湿性等を考慮して適宜選択することができる。層間絶縁層を形成するための高分子材料の好適例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、キシレン樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂等が挙げられる。
なお、導体層は、導電性を有する金属材料などによって形成することが可能である。導体層を構成する金属材料としては、例えば銅、銀、鉄、コバルト、ニッケルなどが挙げられる。特に、導体層は、導電性が高く安価な銅からなることがよい。また、導体層は、めっきによって形成されることよい。このようにすれば、導体層を簡単かつ低コストで形成することができる。しかし、導体層は、金属ペーストを印刷することによって形成されていてもよい。
また、少なくともコア主面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内には、少なくとも主面側電極層に接続されるビア導体が設けられている。例えば、ビア導体は、コア主面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、主面側電極層に接続される主面側ビア導体と、コア裏面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、裏面側電極層に接続される裏面側ビア導体とからなる。この場合、主面側ビア導体の数と裏面側ビア導体の数とが等しくなっていてもよい。このようにすれば、コア主面側(主面側ビア導体が存在する側)の熱膨張係数と、コア裏面側(裏面側ビア導体が存在する側)の熱膨張係数とが互いに等しくなる。よって、両者の熱膨張係数差に起因した、主面側ビア導体と主面側電極層との接続部分への応力集中や、裏面側ビア導体と裏面側電極層との接続部分への応力集中を防止することができる。
さらに、ビア導体が主面側ビア導体と裏面側ビア導体とからなり、主面側ビア導体及び裏面側ビア導体がそれぞれ複数存在する場合、複数の主面側ビア導体は、シート状コンデンサ素子の外周部に配置された主面側電極層に接続されるのに加えて、一部がシート状コンデンサ素子の中央部に配置された主面側電極層に接続され、複数の裏面側ビア導体は、シート状コンデンサ素子の外周部に配置された裏面側電極層に接続されるのに加えて、一部がシート状コンデンサ素子の中央部に配置された裏面側電極層に接続されていてもよい。このようにした場合、主面側電極層の外周部にも中央部にも主面側ビア導体を接続でき、裏面側電極層の外周部にも中央部にも裏面側ビア導体を接続できるため、電極層に接続されるビア導体の位置の自由度が高くなる。
本発明を具体化した一実施形態の多層配線基板を示す概略断面図。 シート状コンデンサ素子を示す概略断面図。 シート状コンデンサ素子と主面側ビア導体との接続状態を示す概略断面図。 シート状コンデンサ素子と裏面側ビア導体との接続状態を示す概略断面図。 スルーホール導体、充填樹脂及び導体層を形成する工程と、収容穴部形成工程とを示す説明図。 収容工程を示す説明図。 充填工程を示す説明図。 ビア孔を形成する工程を示す説明図。 導体層及びビア導体を形成する工程を示す説明図。 チップコンデンサの問題点を説明するための図。 図10のA−A線断面図。 他の実施形態におけるシート状コンデンサ素子を示す概略断面図。 他の実施形態において、シート状コンデンサ素子と主面側ビア導体との接続状態を示す概略断面図。
以下、本発明の多層配線基板を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図1に示されるように、本実施形態の多層配線基板10は、ICチップ搭載用の配線基板である。多層配線基板10は、略矩形板状のコア基板11と、コア基板11のコア主面12(図1では上面)上に形成される主面側ビルドアップ層31(配線積層部)と、コア基板11のコア裏面13(図1では下面)上に形成される裏面側ビルドアップ層32(配線積層部)とからなる。
本実施形態のコア基板11は、縦25mm×横25mmの平面視矩形状である。また、コア基板11の厚さは、15μm以上100μm以下(本実施形態では46μm)である。コア基板11は、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)からなり、平面方向(XY方向)における熱膨張係数が10〜30ppm/℃程度(具体的には18ppm/℃)となっている。なお、コア基板11の熱膨張係数は、0℃〜ガラス転移温度(Tg)間の測定値の平均値をいう。
図1に示されるように、コア基板11には、複数のスルーホール導体16がコア主面12及びコア裏面13を貫通するように形成されている。かかるスルーホール導体16は、コア基板11のコア主面12側とコア裏面13側とを接続導通している。なお、スルーホール導体16の内部は、例えばエポキシ樹脂などの充填樹脂17で埋められている。また、コア基板11のコア主面12には、銅からなる主面側導体層14(厚さ2μm)がパターン形成され、コア基板11のコア裏面13には、同じく銅からなる裏面側導体層15(厚さ2μm)がパターン形成されている。各導体層14,15は、スルーホール導体16に電気的に接続されている。さらに、コア基板11は、コア主面12の中央部及びコア裏面13の中央部にて開口する平面視で矩形状の収容穴部90を1つ有している。即ち、収容穴部90は貫通穴である。
そして、収容穴部90内には、シート状コンデンサ素子101が埋め込まれた状態で収容されている。なお、シート状コンデンサ素子101は、コア基板11のコア主面12と素子主面102(図1では上面)とを同じ側に向け、かつ、コア基板11のコア裏面13と素子裏面103(図1では下面)と同じ側に向けた状態で収容されている。本実施形態のシート状コンデンサ素子101は、3mm角以上5mm角以下(本実施形態では5mm角)の平面視矩形状をなしている。また、シート状コンデンサ素子101の全体の厚さは、20μm以上100μm以下(本実施形態では50μm)である。即ち、シート状コンデンサ素子101の厚さは、コア基板11の厚さ(46μm)と主面側導体層14の厚さ(2μm)と裏面側導体層15の厚さ(2μm)との合計と等しくなっている。
図1,図2に示されるように、シート状コンデンサ素子101は、1つの素子主面102(図1では上面)、1つの素子裏面103(図1では下面)、及び、4つの素子側面104を有している。また、シート状コンデンサ素子101は、銅からなる主面側電極層105と同じく銅からなる裏面側電極層106とで、チタン酸バリウムからなる1層の誘電体層107を直接挟み込んだ構造を有している。主面側電極層105は素子主面102全体に露出しており、裏面側電極層106は素子裏面103全体に露出している。なお、本実施形態では、主面側電極層105及び裏面側電極層106の厚さが1μm以上30μm以下(本実施形態では20μm)、誘電体層107の厚さが3μm以上5μm以下(本実施形態では5μm)に設定されている。即ち、主面側電極層105及び裏面側電極層106の厚さは、誘電体層107の厚さよりも厚く、かつコア基板11の厚さ(46μm)よりも薄くなっている。また、誘電体層107の熱膨張係数は、15ppm/℃未満、具体的には12〜13ppm/℃程度となっている。なお、誘電体層107の熱膨張係数は、30℃〜250℃間の測定値の平均値をいう。
そして、このような構成のシート状コンデンサ素子101に通電を行い、主面側電極層105と裏面側電極層106との間に所定の電圧を加えると、一方の電極層にプラスの電荷が蓄積し、他方の電極層にマイナスの電荷が蓄積する。その結果、シート状コンデンサ素子101がコンデンサとして機能する。
図1に示されるように、収容穴部90の内壁面91とシート状コンデンサ素子101の素子側面104との隙間には、高分子材料(本実施形態では、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂)からなる樹脂充填材92が充填されている。この樹脂充填材92は、シート状コンデンサ素子101をコア基板11に固定する機能を有している。
図1に示されるように、主面側ビルドアップ層31は、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)からなる3層の層間絶縁層33,35,37と、銅からなる導体層41とを交互に積層した構造を有している。本実施形態において、主面側ビルドアップ層31の熱膨張係数は、10〜60ppm/℃程度(具体的には20ppm/℃程度)となっている。なお、主面側ビルドアップ層31の熱膨張係数は、30℃〜ガラス転移温度(Tg)間の測定値の平均値をいう。また、層間絶縁層33,35,37内には、それぞれ銅めっきによって形成された平面視円形状の主面側ビア導体43が複数存在している。
なお、図3に示されるように、本実施形態では、層間絶縁層33内に設けられた主面側ビア導体43のうち、一部(本実施形態では9個)の主面側ビア導体43が、シート状コンデンサ素子101の主面側電極層105に接続されている。詳述すると、主面側電極層105に接続されている主面側ビア導体43は、全体としてアレイ状に配置されている。そして、大部分(8個)の主面側ビア導体43が、主面側電極層105においてシート状コンデンサ素子101の外周部に位置する領域に接続され、一部(1個)の主面側ビア導体43が、主面側電極層105においてシート状コンデンサ素子101の中央部に位置する領域に接続されている。
図1に示されるように、層間絶縁層37の表面上には、導体層41が形成されるとともに、複数の端子パッド44がアレイ状に形成されている。本実施形態の端子パッド44は、いわゆるC4パッド(Controlled Collapsed Chip Connectionパッド)である。さらに、層間絶縁層35の表面は、ソルダーレジスト層50によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト層50の所定箇所には、端子パッド44を露出させる開口部46が形成されている。端子パッド44の表面上には、複数のはんだバンプ45が配設されている。
そして、各はんだバンプ45は、ICチップ21(半導体集積回路素子)の面接続端子22に電気的に接続されている。本実施形態のICチップ21は、縦12.0mm×横12.0mm×厚さ0.9mmの平面視矩形状をなす板状物であって、熱膨張係数が3〜4ppm/℃程度(具体的には3.5ppm/℃程度)のシリコンからなる。なお、各端子パッド44及び各はんだバンプ45からなる領域は、ICチップ21を搭載可能なICチップ搭載領域23である。ICチップ搭載領域23は、ソルダーレジスト層50の表面39に設定されている。
図1に示されるように、裏面側ビルドアップ層32は、上述した主面側ビルドアップ層31とほぼ同じ構造を有している。即ち、裏面側ビルドアップ層32は、熱膨張係数が10〜60ppm/℃程度(具体的には20ppm/℃程度)であり、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)からなる3層の層間絶縁層34,36,38と、導体層42とを交互に積層した構造を有している。また、層間絶縁層34,36,38内には、それぞれ銅めっきによって形成された平面視円形状の裏面側ビア導体47が複数存在している。即ち、本実施形態では、主面側ビア導体43の平面視の形状と裏面側ビア導体47の平面視の形状とが同じである。
なお、図4に示されるように、本実施形態では、層間絶縁層34内に設けられた裏面側ビア導体47のうち、一部(本実施形態では9個)の裏面側ビア導体47が、シート状コンデンサ素子101の裏面側電極層106に接続されている。即ち、本実施形態では、主面側電極層105に接続される主面側ビア導体43の数と裏面側電極層106に接続される裏面側ビア導体47の数とが等しくなっている。詳述すると、裏面側電極層106に接続されている裏面側ビア導体47は、全体としてアレイ状に配置されている。そして、大部分(8個)の裏面側ビア導体47が、裏面側電極層106においてシート状コンデンサ素子101の外周部に位置する領域に接続され、一部(1個)の裏面側ビア導体47が、裏面側電極層106においてシート状コンデンサ素子101の中央部に位置する領域に接続されている。
図1に示されるように、第3層の層間絶縁層38の下面上における複数箇所には、裏面側ビア導体47を介して導体層42に電気的に接続されるパッド48が格子状に形成されている。また、層間絶縁層38の下面は、ソルダーレジスト層51によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト層51の所定箇所には、パッド48を露出させる開口部40が形成されている。パッド48の表面上には、図示しないマザーボードとの電気的な接続を図るための複数のはんだバンプ49が配設されている。そして、各はんだバンプ49により、図1に示される多層配線基板10は図示しないマザーボード上に実装される。
次に、本実施形態の多層配線基板10の製造方法を説明する。
まず、コア基板準備工程では、コア基板11の中間製品を従来周知の手法により作製し、あらかじめ準備しておく。具体的に言うと、縦400mm×横400mm×厚さ46μmの基材の両面に銅箔が貼付された銅張積層板(図示略)を準備し、コア基板11の中間製品を得る。なお、コア基板11の中間製品とは、コア基板11となるべき領域を平面方向に沿って縦横に複数配列した構造の多数個取り用コア基板である。
次に、コア基板11(銅張積層板)に対してドリル機を用いて孔あけ加工を行い、スルーホール導体16を形成するための貫通孔を所定位置にあらかじめ形成しておく。次に、貫通孔の内壁面、コア主面12及びコア裏面13を含むコア基板11の表面全体に対して無電解銅めっきを行った後に電解銅めっきを行う。その結果、貫通孔の内壁面に、スルーホール導体16となるめっき層71が形成される(図5参照)。さらに、コア主面12に主面側導体層14となるめっき層72が形成されるとともに、コア裏面13に裏面側導体層15となるめっき層73が形成される(図5参照)。その後、スルーホール導体16となるめっき層71の空洞部を絶縁樹脂材料(エポキシ樹脂)で穴埋めし、充填樹脂17を形成する(図5参照)。
次に、従来公知の手法に従って無電解銅めっきを行うことにより、めっき層72,73の表面にめっき層74(図5参照)を形成する。次に、めっき層74のエッチングを行ってめっき層74を例えばサブトラクティブ法によってパターニングする。具体的には、コア主面12側のめっき層74及びコア裏面13側のめっき層74に対してドライフィルムをラミネートし、同ドライフィルムに対して露光及び現像を行うことにより、ドライフィルムを所定パターンに形成する。この状態で、不要なめっき層74をエッチングで除去した後、ドライフィルムを剥離する。その結果、コア主面12上に主面側導体層14が形成されるとともに、コア裏面13上に裏面側導体層15が形成される(図5参照)。このとき、コア主面12側のめっき層74の一部が、スルーホール導体16のコア主面12側の端面を覆う蓋めっき層となり、コア裏面13側のめっき層74の一部が、スルーホール導体16の基板裏面13側の端面を覆う蓋めっき層となる。
続く収容穴部形成工程では、コア基板11(銅張積層板)に対してルータを用いて孔あけ加工を行い、収容穴部90を所定位置にあらかじめ形成しておく(図5参照)。なお、収容穴部90は、一辺が7mmで、四隅に曲線を有する平面視略正方形状の孔である。
また、シート状コンデンサ素子準備工程では、シート状コンデンサ素子101を従来周知の手法により作製し、あらかじめ準備しておく。
シート状コンデンサ素子101は以下のように作製される。まず、以下の手順で誘電体スラリーを調製する。平均粒径0.7μmのチタン酸バリウム粉末(誘電体粉)、エタノールとトルエンとの混合溶剤、分散剤、可塑剤をポットで湿式混合し、十分に混合された時点で、有機バインダを添加してさらに混合する。その結果、誘電体グリーンシートを形成する際の出発材料となる誘電体スラリーを得る。このとき、各成分の配合比率を適宜変更することにより、誘電体スラリーを約0.5Pa・sの粘度(リオン株式会社製ビスコテスター VT−04型粘度計 No.1ロータ 62.5rpm 1分値 25℃で測定した粘度をいう。)に調製する。次に、この誘電体スラリーを用いて誘電体グリーンシートの形成を以下のように行う。即ち、所定幅のPETフィルムのロールを用意して、このロールをキャスティング装置の供給側にセットし、ドクターブレード法やリップコーティングなどの従来周知の手法によりPETフィルムの上面に誘電体スラリーを薄く均一な厚さでキャスティング(塗工)する。その後、シート上にキャスティングされた誘電体スラリーをキャスティング装置の供給側と巻き取り側との間に配置されているヒータで加熱乾燥し、厚さ5μmの誘電体グリーンシート(誘電体層107となる未焼結誘電体層)を形成する。
そして、打ち抜き金型等を用いて、誘電体グリーンシートを5mm角に切断する。この段階ではまだ誘電体グリーンシートは硬化していないため、比較的簡単に打ち抜きを行うことができ、しかもクラックの発生を未然に防止することができる。
次に、上記誘電体グリーンシートを大気中にて250℃で10時間脱脂し、さらに還元雰囲気中1260℃にて所定時間焼成する。その結果、チタン酸バリウムが加熱されて同時焼結し、厚さ5μmの誘電体層107となる。次に、得られた誘電体層107が有する主面及び裏面のそれぞれに対して無電解銅めっき(厚さ20μm程度)を行う。その結果、誘電体層107の主面上に主面側電極層105が形成されるとともに、誘電体層107の裏面上に裏面側電極層106が形成され、シート状コンデンサ素子101が完成する。
続く収容工程では、まず、収容穴部90のコア裏面13側開口を、剥離可能な粘着テープ151でシールする(図6参照)。なお、粘着テープ151は、支持テーブル(図示略)によって支持されている。次に、マウント装置(ヤマハ発動機株式会社製)を用いて、コア主面12と素子主面102とを同じ側に向け、かつ、コア裏面13と素子裏面103とを同じ側に向けた状態で、収容穴部90内にシート状コンデンサ素子101を収容する(図6参照)。このとき、シート状コンデンサ素子101は、素子裏面103が粘着テープ151の粘着層に貼り付けられることにより仮固定される。
続く充填工程では、収容穴部90の内壁面91とシート状コンデンサ素子101の素子側面104との隙間に、ディスペンサ装置(Asymtek社製)を用いて、熱硬化性樹脂製の樹脂充填材92(株式会社ナミックス製)を充填する(図7参照)。続く固定工程では、樹脂充填材92を硬化させることにより、シート状コンデンサ素子101を収容穴部90内に固定する。そして、固定工程後、粘着テープ151を剥離する。その後、コア基板11のコア主面12及びコア裏面13などの粗化を行う。
次に、従来周知の手法に基づいてコア主面12の上に主面側ビルドアップ層31を形成するとともに、コア裏面13の上に裏面側ビルドアップ層32を形成する。具体的に言うと、まず、コア主面12及び素子主面102上に熱硬化性エポキシ樹脂を被着することにより、層間絶縁層33を形成する(図8参照)。また、コア裏面13及び素子裏面103上に熱硬化性エポキシ樹脂を被着することにより、層間絶縁層34を形成する(図8参照)。
さらに、YAGレーザーまたは炭酸ガスレーザーを用いてレーザー孔あけ加工を行い、主面側ビア導体43が形成されるべき位置にビア孔121を形成するとともに、裏面側ビア導体47が形成されるべき位置にビア孔122を形成する(図8参照)。具体的には、層間絶縁層33を貫通するビア孔121を形成し、シート状コンデンサ素子101を構成する主面側電極層105の表面(素子主面102)を露出させる。また、層間絶縁層34を貫通するビア孔122を形成し、シート状コンデンサ素子101を構成する裏面側電極層106の表面(素子裏面103)を露出させる。そして、層間絶縁層33,34の表面上、及び、ビア孔121,122の内面に対する無電解銅めっきを行った後にエッチングレジストを形成し、次いで電解銅めっきを行う。さらに、エッチングレジストを除去してソフトエッチングを行う。その結果、層間絶縁層33上に導体層41がパターン形成されるとともに、層間絶縁層34上に導体層42がパターン形成される(図9参照)。これと同時に、各ビア孔121,122の内部にビア導体43,47が形成される。
次に、層間絶縁層33上に熱硬化性エポキシ樹脂を被着し、レーザー孔あけ加工を行うことにより、主面側ビア導体43が形成されるべき位置にビア孔(図示略)を有する層間絶縁層35を形成する。また、層間絶縁層34上に熱硬化性エポキシ樹脂を被着し、レーザー孔あけ加工を行うことにより、裏面側ビア導体47が形成されるべき位置にビア孔(図示略)を有する層間絶縁層36を形成する。次に、層間絶縁層35,36の表面上、及び、ビア孔の内面に対する無電解めっきを行った後にエッチングレジストを形成し、次いで電解銅めっきを行う。さらに、エッチングレジストを除去してソフトエッチングを行う。その結果、ビア孔の内部にビア導体43,47が形成されるとともに、樹脂絶縁層35,36上に導体層41,42がパターン形成される。
次に、層間絶縁層35,36上に熱硬化性エポキシ樹脂を被着し、レーザー孔あけ加工を行うことにより、ビア導体43,47が形成されるべき位置にビア孔(図示略)を有する層間絶縁層37,38を形成する。次に、従来公知の手法に従って電解銅めっきを行い、ビア孔の内部にビア導体43,47を形成する。これと同時に、層間絶縁層37上に端子パッド44を形成するとともに、層間絶縁層38上にパッド48を形成する。
次に、層間絶縁層37,38上に感光性エポキシ樹脂を塗布することにより、ソルダーレジスト層50,51を形成する。次に、所定のマスクを配置した状態で露光及び現像を行い、ソルダーレジスト層50,51に開口部40,46を形成する。さらに、端子パッド44上にはんだバンプ45を形成し、かつ、パッド48上にはんだバンプ49を形成する。なお、この状態のものは、多層配線基板10となるべき製品領域を平面方向に沿って縦横に複数配列した多数個取り用配線基板であると把握することができる。さらに、多数個取り用配線基板を分割すると、個々の製品である多層配線基板10が多数個同時に得られる。
次に、多層配線基板10を構成する主面側ビルドアップ層31のICチップ搭載領域23にICチップ21を載置する。このとき、ICチップ21側の面接続端子22と、各はんだバンプ45とを位置合わせするようにする。そして、220℃〜240℃程度の温度に加熱して各はんだバンプ45をリフローすることにより、各はんだバンプ45と面接続端子22とを接合し、多層配線基板10側とICチップ21側とを電気的に接続する。その結果、ICチップ搭載領域23にICチップ21が搭載される(図1参照)。
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
(1)本実施形態の多層配線基板10によれば、収容穴部90に収容されるコンデンサが、主面側電極層105と裏面側電極層106と1層の誘電体層107とからなる比較的薄いシート状コンデンサ素子101となっている。このため、コア基板11を薄型化した本実施形態の多層配線基板10においても、コンデンサを収容穴部90に確実に収容することができる。
また、主面側電極層105が素子主面102全体に露出しているため、主面側電極層105に接続される主面側ビア導体43の位置や数の自由度が高くなる。同様に、裏面側電極層106が素子裏面103全体に露出しているため、裏面側電極層106に接続される裏面側ビア導体47の位置や数の自由度が高くなる。さらに、主面側電極層105を素子主面102全体に露出させることにより、主面側電極層105に接続される主面側ビア導体43の数を増やすことができ、裏面側電極層106を素子裏面103全体に露出させることにより、裏面側電極層106に接続される裏面側ビア導体47の数を増やすことができるため、ビア導体43,47の接続信頼性が向上する。しかも、主面側ビア導体43を接続可能な範囲(即ち、主面側電極層105が存在する領域)を素子主面102全体に設定可能であり、裏面側ビア導体47を接続可能な範囲(即ち、裏面側電極層106が存在する領域)を素子裏面103全体に設定可能である。このため、ビア導体43,47が素子主面102や素子裏面103の面方向に位置ズレしていたとしても、ビア導体43,47を確実に電極層105,106に接続させることができる。
(2)本実施形態では、シート状コンデンサ素子101がICチップ搭載領域23に搭載されたICチップ21の直下に配置されている。このため、シート状コンデンサ素子101とICチップ21とをつなぐ配線が短くなり、配線のインダクタンス成分の増加が防止される。従って、シート状コンデンサ素子101によるICチップ21のスイッチングノイズを確実に低減できるとともに、電源電圧の確実な安定化を図ることができる。また、ICチップ21とシート状コンデンサ素子101との間で侵入するノイズを極めて小さく抑えることができるため、誤動作等の不具合を生じることもなく高い信頼性を得ることができる。
(3)ところで、コア基板11の収容穴部90にシート状コンデンサ素子101を収容する代わりに、図10,図11に示すチップコンデンサ111を収容穴部90に収容することが考えられる。チップコンデンサ111は、セラミック誘電体層112を介して電源用内部電極層113とグランド用内部電極層114とが交互に積層されたセラミック焼結体115を備えている。また、セラミック焼結体115において互いに対向する一対の側面には、電源用電極116及びグランド用電極117がそれぞれ設けられている。電源用電極116のコンデンサ主面側端部及びコンデンサ裏面側端部は、同一方向に突出し、それぞれコンデンサ主面118上及びコンデンサ裏面119上に位置している。同様に、グランド用電極117のコンデンサ主面側端部及びコンデンサ裏面側端部も、同一方向に突出し、それぞれコンデンサ主面118上及びコンデンサ裏面119上に位置している。さらに、電源用電極116は複数の電源用内部電極層113に接続され、グランド用電極117は複数のグランド用内部電極層114に接続されている。
ところが、チップコンデンサ111の外周部は、通常、湾曲しているため(図11参照)、湾曲部分にビア導体43,47を接続することは困難である。また、電極116,117のコンデンサ主面側端部はコンデンサ主面118の一部にしか露出していないため、コンデンサ主面側端部には少数(ここでは3個)の主面側ビア導体43しか接続することができない(図10参照)。同様に、電極116,117のコンデンサ裏面側端部はコンデンサ裏面119の一部にしか露出していないため、コンデンサ裏面側端部には少数の裏面側ビア導体47しか接続することができない。
そこで、本実施形態では、コア基板11の収容穴部90にシート状コンデンサ素子101を収容している。この場合、シート状コンデンサ素子101の外周部は湾曲していないため、主面側電極層105の外周部に主面側ビア導体43を接続することができ、裏面側電極層106の外周部に裏面側ビア導体47を接続することができる。また、主面側電極層105が素子主面102全体に露出し、裏面側電極層106が素子裏面103全体に露出しているため、電極層105,106に対して多数のビア導体43,47を接続することができる。
なお、上記実施形態を以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、シート状コンデンサ素子101の主面側電極層105に接続される主面側ビア導体43の数(9個)と、シート状コンデンサ素子101の裏面側電極層106に接続される裏面側ビア導体47の数(9個)とが等しくなっていた。しかし、主面側電極層105に接続される主面側ビア導体43の数、及び、裏面側電極層106に接続される裏面側ビア導体47の数は、互いに異なっていてもよい。
・上記実施形態では、主面側電極層105に接続される主面側ビア導体43、及び、裏面側電極層106に接続される裏面側ビア導体47が、いずれもアレイ状に配置されていたが、異なる配置であってもよい。例えば、ビア導体43,47を、電極層105,106の4隅に配置してもよいし、電極層105,106の中央部に1個だけ配置してもよい。なお、主面側電極層105に接続される主面側ビア導体43の配置、及び、裏面側電極層106に接続される裏面側ビア導体47の配置は、互いに異なるものであってもよい。
・上記実施形態では、シート状コンデンサ素子101の電極層105,106がプレーン状パターン(ベタパターン)となっていたが、電極層105,106は異なる形状であってもよい。例えば、図12,図13のシート状コンデンサ素子131に示されるように、主面側電極層132が、シート状コンデンサ素子131の外周部に配置された主面側電極層である矩形環状の外周部側電極層133と、シート状コンデンサ素子131の中央部に配置された主面側電極層である平面視矩形状の中央部側電極層134とに分けられていてもよい。なお、主面側電極層132は、誘電体層135内に設けられたビア導体136を介して裏面側電極層137に電気的に接続されている。この場合、主面側ビア導体43は、外周部側電極層133に接続されるのに加えて、一部(ここでは1個)が中央部側電極層134に接続されるようになる。
なお、主面側電極層132を外周部側電極層133と中央部側電極層134とに分ける代わりに、裏面側電極層137を、シート状コンデンサ素子の外周部に配置された裏面側電極層である外周部側電極層と、シート状コンデンサ素子の中央部に配置された裏面側電極層である中央部側電極層とに分けるようにしてもよい。この場合、裏面側ビア導体47は、外周部電極層に接続されるのに加えて、一部が中央部側電極層に接続されるようになる。また、主面側電極層132を外周部側電極層133と中央部側電極層134とに分けるとともに、裏面側電極層137を外周部側電極層と中央部側電極層とに分けるようにしてもよい。
・上記実施形態では、収容穴部90内に1個のシート状コンデンサ素子101のみが収容されていたが、2個以上のシート状コンデンサ素子101が収容されていてもよい。
次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
(1)上記手段1において、前記ビア導体は、前記コア主面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、前記主面側電極層に接続される主面側ビア導体と、前記コア裏面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、前記裏面側電極層に接続される裏面側ビア導体とからなり、前記主面側ビア導体の平面視の形状と裏面側ビア導体の平面視の形状とが同じであることを特徴とする多層配線基板。
(2)上記手段1において、前記コア主面に主面側導体層が形成されるとともに、前記コア裏面に裏面側導体層が形成され、前記シート状コンデンサ素子の厚さは、前記コア基板の厚さと、前記主面側導体層の厚さと、前記裏面側導体層の厚さの合計と等しいことを特徴とする多層配線基板。
(3)上記手段1において、前記ビア導体は、前記コア主面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、前記主面側電極層に接続される主面側ビア導体と、前記コア裏面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、前記裏面側電極層に接続される裏面側ビア導体とからなり、前記主面側ビア導体は複数存在しており、複数の前記主面側ビア導体は、前記シート状コンデンサ素子の外周部に配置された前記主面側電極層に接続されるのに加えて、一部が前記シート状コンデンサ素子の中央部に配置された前記主面側電極層に接続されることを特徴とする多層配線基板。
(4)上記手段1において、前記ビア導体は、前記コア主面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、前記主面側電極層に接続される主面側ビア導体と、前記コア裏面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、前記裏面側電極層に接続される裏面側ビア導体とからなり、前記裏面側ビア導体は複数存在しており、複数の前記裏面側ビア導体は、前記シート状コンデンサ素子の外周部に配置された前記裏面側電極層に接続されるのに加えて、一部が前記シート状コンデンサ素子の中央部に配置された前記裏面側電極層に接続されることを特徴とする多層配線基板。
10…多層配線基板
11…コア基板
12…コア主面
13…コア裏面
31…配線積層部としての主面側ビルドアップ層
32…配線積層部としての裏面側ビルドアップ層
33,34,35,36,37,38…層間絶縁層
41,42…導体層
43…ビア導体としての主面側ビア導体
47…ビア導体としての裏面側ビア導体
90…収容穴部
91…収容穴部の内壁面
92…樹脂充填材
101,131…シート状コンデンサ素子
102…素子主面
103…素子裏面
105,132…主面側電極層
106,137…裏面側電極層
107,135…誘電体層

Claims (5)

  1. コア主面及びコア裏面を有し、少なくとも前記コア主面側にて開口する収容穴部を有するコア基板と、
    層間絶縁層及び導体層を少なくとも前記コア主面上にて交互に積層してなる配線積層部と
    を備える多層配線基板であって、
    素子主面及び素子裏面を有し、前記素子主面側に露出する主面側電極層と前記素子裏面側に露出する裏面側電極層とで1層の誘電体層を直接挟み込むことによって構成され、前記コア主面と前記素子主面とを同じ側に向けた状態で少なくとも一部が前記収容穴部に収容されたシート状コンデンサ素子と、
    前記コア基板に形成された前記収容穴部の内壁面と前記シート状コンデンサ素子との隙間に充填された樹脂充填材と、
    少なくとも前記コア主面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、少なくとも前記主面側電極層に接続されるビア導体と
    を備えることを特徴とする多層配線基板。
  2. 前記コア基板の厚さは15μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の多層配線基板。
  3. 前記主面側電極層及び前記裏面側電極層の厚さは、前記誘電体層の厚さよりも厚く、かつ前記コア基板の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項1または2に記載の多層配線基板。
  4. 前記ビア導体は、
    前記コア主面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、前記主面側電極層に接続される主面側ビア導体と、
    前記コア裏面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、前記裏面側電極層に接続される裏面側ビア導体と
    からなり、
    前記主面側ビア導体の数と前記裏面側ビア導体の数とが等しい
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の多層配線基板。
  5. 前記ビア導体は、
    前記コア主面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、前記主面側電極層に接続される主面側ビア導体と、
    前記コア裏面側に形成された配線積層部を構成する層間絶縁層内に設けられ、前記裏面側電極層に接続される裏面側ビア導体と
    からなり、
    前記主面側ビア導体及び前記裏面側ビア導体はそれぞれ複数存在しており、
    複数の前記主面側ビア導体は、前記シート状コンデンサ素子の外周部に配置された前記主面側電極層に接続されるのに加えて、一部が前記シート状コンデンサ素子の中央部に配置された前記主面側電極層に接続され、
    複数の前記裏面側ビア導体は、前記シート状コンデンサ素子の外周部に配置された前記裏面側電極層に接続されるのに加えて、一部が前記シート状コンデンサ素子の中央部に配置された前記裏面側電極層に接続される
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の多層配線基板。
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