JP2015128100A - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の小型化に寄与し、優れた信号伝送特性を実現して、しかも接続部の直上にバンプの形成が可能な信頼性の高い配線基板及びその製造方法を提供する。【解決手段】複数層の配線１２，１３を備えた基板１に非貫通孔１ｂを形成し、非貫通孔１ｂ内の底部に導電材料１６を配し、非貫通孔１ｂ内に、非貫通孔１ｂの孔径よりも幅狭の導電細線１７を挿入して導電細線１７の下端部１７ａを導電材料１６と接合し、非貫通孔１ｂ内における導電細線１７と非貫通孔１ｂの側壁面との間隙を、絶縁材料１８で充填する。【選択図】図４

Description

本発明は、配線基板及びその製造方法に関する。

近年では、電子機器における半導体装置の性能向上に伴い、半導体装置内を伝送する信号の周波数も、高速化が進んでいる。
搭載部品間の高速信号を伝送させるための伝送線路を有する多層配線基板では、高い信号密度を処理するために、基板表面近傍の表層配線のみならず、基板内部の内層配線も高速信号の伝送経路として用いる場合がある。

多層配線基板において、内層配線と表層配線とを接続する構造としては、多層配線基板に貫通孔を形成し、貫通孔の内壁をメッキした構造が一般的である。
ところがこの構造では、表層から内層に信号伝送する信号経路に、信号伝送に直接寄与しない箇所となるいわゆるスタブ構造が残存する。このスタブ構造の存在は、高周波帯域では信号品質を低下させる要因となる。

スタブ構造に起因する問題を解消する一手法として、いわゆるバックドリル工法を用いる旨が開示されている（特許文献１を参照）。バックドリル工法は、内壁をメッキ処理した貫通孔に基板裏面から貫通孔よりも大きい径のドリルを用いて内層配線の手前まで切削し、貫通孔の内壁のメッキ膜を除去する手法である。
スタブ構造対策の他の手法として、内層配線までの非貫通孔を形成して、非貫通孔内を導電性ペーストで充填する構造が開示されている（特許文献２，３を参照）。

特許第３７９７２０５号公報 特表平９−５１２９５４号公報 特開２０１３−５５２２１号公報

バックドリル工法を用いる場合には、基板裏面から内層配線までのメッキ膜が除去された領域は信号の伝送経路として使用することができない。そのため、この除去領域を避けて配線をレイアウトする必要があり、多層配線基板の小型化が阻害される。また、ドリルの加工精度の観点から、スタブ構造の残存も懸念される。

非貫通孔を導電性ペーストで充填する手法では、インピーダンスを調整するために非貫通孔の孔径を小さくしたい場合に、充填プロセスが不十分なことによる気泡の混入や抵抗値が不均一となるという問題が生じる。

更に、バックドリル工法で加工された貫通孔、或いは電性ペーストを充填した非貫通孔の直上に、ＬＳＩを有するパッケージ基板等の電子部品を搭載するためのバンプを形成することは、貫通孔或いは非貫通孔の形状から困難である。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、基板の小型化に寄与し、優れた信号伝送特性を実現して、しかも接続部の直上にバンプの形成が可能な信頼性の高い配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

配線基板の製造方法の一態様は、複数層の配線を備えた基板に非貫通孔を形成する工程と、前記非貫通孔内の底部に導電材料を配する工程と、前記非貫通孔内に、前記非貫通孔の孔径よりも幅狭の導電細線を挿入し、前記導電細線の下端部を前記導電材料と接合する工程と、前記非貫通孔内における前記導電細線と前記非貫通孔の側壁面との間隙を、絶縁材料で充填する工程とを含む。

配線基板の一態様は、複数層の配線を備えた基板と、前記基板の表面に非貫通状態に形成された接続部とを含み、前記接続部は、底部に配された導電材料と、下端部が前記導電材料と接合して立設された導電細線と、前記導電細線の側面を覆う絶縁材料とを有する。

上記の諸態様によれば、接続部にスタブ構造を生ぜしめることなく、接続部の孔内における気泡の混入や接続部の抵抗値が不均一となる懸念のないことから、基板の小型化に寄与し、優れた信号伝送特性を実現して、しかも接続部の直上にバンプの形成が可能な信頼性の高い配線基板が得られる。

第１の実施形態による多層配線基板の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１に引き続き、第１の実施形態による多層配線基板の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図２に引き続き、第１の実施形態による多層配線基板の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 第２の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。

（第１の実施形態）
以下、配線基板及びその製造方法の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、複数の配線層が積層されてなる多層配線基板を開示し、その構成を製造方法と共に説明する。
図１〜図３は、第１の実施形態による多層配線基板の製造方法を工程順に示す概略断面図である。

先ず、図１（ａ）に示すように、多層基板１を形成する。
詳細には、一主面のみに配線が形成された単層基板、又は両主面にそれぞれ配線が形成された両面基板、或いは単層基板及び両面基板の双方の基板を用意する。各基板は、熱可塑性樹脂等の絶縁層の厚みが例えば１００μｍ程度〜２００μｍ程度、銅（Ｃｕ）又はＣｕ合金等の配線の厚みが例えば１０μｍ程度〜３０μｍ程度とされている。当該基板を複数積層し、一括してプレスする。これにより、多層基板１が形成される。多層基板１は、上記の積層により、絶縁層１１内に埋設形成された複数の内層配線１２と、絶縁層１１の表面及び裏面に形成された表層配線等、ここでは表層配線１３及びランド１４とを備えて構成される。多層基板１の内部に所定の電子部品を組み込み形成する場合もある。

続いて、図１（ｂ）に示すように、多層基板１に貫通孔１ａを形成する。
詳細には、ランド１４で規定された径、例えば１５０μｍ程度〜３００μｍ程度の径のドリルを用いて、多層基板１のランド１４の部位に貫通孔１ａを形成する。貫通孔１ａは、その側壁面に所定の内層配線１２の端面が露出する。

続いて、図１（ｃ）に示すように、貫通孔１ａの側壁面にメッキ膜１５を形成する。
詳細には、貫通孔１ａの側壁面を電解メッキ処理又は無電解メッキ処理し、例えばＣｕのメッキ膜１５を形成する。メッキ膜１５は、例えば１０μｍ程度〜３０μｍ程度の厚みに形成される。以上により、多層基板１に、メッキ膜１５を介して端面が側壁面から露出する内層配線１２とランド１４とが電気的に接続されてなる貫通ビア２が形成される。

続いて、図２（ａ）に示すように、多層基板１に非貫通孔１ｂを形成する。
詳細には、所定径、例えば１５０μｍ程度〜３００μｍ程度の径のドリルを用いて、多層基板１に有底の非貫通孔１ｂを形成する。非貫通孔１ｂは、その側壁面に所定の内層配線１２の端面が露出する。

続いて、図２（ｂ）に示すように、非貫通孔１ｂの底部にハンダ１６を配置する。
詳細には、非貫通孔１ｂ内に導電材料、例えばボール状のハンダ１６を供給する。これにより、非貫通孔１ｂの底部にハンダ１６が配置される。ハンダ１６は、例えば８０μｍ程度〜１００μｍ程度の径のボール状のものである。ボール状のハンダ１６を用いる代わりに、例えばスクリーン印刷によりハンダペーストを非貫通孔１ｂの底部に供給するようにしても良い。

続いて、図２（ｃ）に示すように、非貫通孔１ｂ内に金属棒１７を挿入し、金属棒１７の下端部１７ａをハンダ１６と接合する。
詳細には、非貫通孔１ｂ内に、例えば１００μｍ程度〜２００μｍ程度の径で非貫通孔１ｂの孔径よりも幅狭の導電細線、ここでは導電性に優れた金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）製の金属棒１７を挿入し、金属棒１７の下端部をハンダ１６と当接する。この状態でハンダ１６を加熱して溶融させ、金属棒１７の下端部１７ａをハンダ１６内に押し込み、ハンダ１６を固化する。以上により、金属棒１７が下端部１７ａでハンダ１６と接合される。

続いて、図３（ａ）に示すように、非貫通孔１ｂ内を絶縁性樹脂１８で封止する。
詳細には、絶縁材料、ハンダ１６よりも硬化温度が低い、例えばエポキシ系の絶縁性樹脂１８を用いて、金属棒１７と非貫通孔１ｂの側壁面との間隙を絶縁性樹脂１８で充填し、非貫通孔１ｂ内を封止する。絶縁性樹脂１８は、硬化温度がハンダ１６よりも低いため、溶融した状態で非貫通孔１ｂ内に供給しても、ハンダ１６の固化状態に影響を与えない。そのため、絶縁性樹脂１８の供給時においても、金属棒１７とハンダ１６との良好な接合が保持される。

続いて、図３（ｂ）に示すように、金属棒１７及び絶縁性樹脂１８の上面を平坦化する。
詳細には、金属棒１７及び絶縁性樹脂１８の上面を切削又は研磨し、平坦化する。平坦化された当該上面は、多層基板１の表面よりも所定量だけ高い位置に規定される。

続いて、図３（ｃ）に示すように、金属棒１７を絶縁性樹脂１８から突出させる。
詳細には、絶縁性樹脂１８をアッシング処理し、絶縁性樹脂１８の上端部を選択的に除去する。これにより、絶縁性樹脂１８の上面から、非貫通孔１ｂ内で立設する金属棒１７の上端部１７ｂが所定量だけ突出する。上端部１７ｂを適宜突出させることにより、電子部品の接続端子との接続をより確実に行うことができる。

以上により、多層基板１の非貫通孔１ｂに、ハンダ１６を介して端面が側壁面から露出する内層配線１２と金属棒１７とが電気的に接続されてなる接続部３が形成され、本実施形態による多層配線基板が形成される。

本実施形態による多層配線基板では、接続部３は、非貫通孔１ｂ内でその側壁面と金属棒１７との間隙を絶縁性樹脂１８で充填し、金属棒１７の側面が絶縁性樹脂１８で覆われて封止されている。この場合、接続部３における信号伝達は、非貫通孔１ｂの径よりも細い金属棒１７が担うことになる。金属棒１７は、非貫通孔１ｂの径に比べて内層配線１２の厚みに近い幅（径）であり、高速の信号伝達を可及的に妨げない構成とされている。

更に本実施形態では、多層配線基板の表面で露出する、電子部品との接続部分が非貫通孔１ｂよりも小径の金属棒１７の上端部１７ｂのみとされており、上端部１７ｂを除く金属棒１７の周囲が絶縁性樹脂１８で覆われる構成を採る。この構成により、隣り合う接続部３間、接続部３とランド１４との間における確実な絶縁を確保し、これらの間におけるショートが抑止される。そのため、隣り合う接続部３間の距離、接続部３とランド１４との間の距離を狭める設計が可能となり、多層配線基板の更なる小型化に貢献することができる。

また本実施形態では、多層配線基板の非貫通孔１ｂの下方部分を配線領域として活用することができるため、配線レイアウトの自由度が増加する。
また、接続部３においてスタブ構造が生じないため、信号伝送特性が向上する。
また、接続部３では、その信号伝達に寄与する実質的な径がドリル径ではなく金属棒１７の径となるため、接続部の小径化が実現する。
また、接続部３を形成する際に、溶融したハンダ１６に金属棒１７の下端部１７ａを押し込み、ハンダ１６を固化するため、接続部３の接続信頼性が向上する。

以上説明したように、本実施形態によれば、接続部３にスタブ構造を生ぜしめることなく、接続部３の非貫通孔１ｂ内における気泡の混入や接続部３の抵抗値が不均一となる懸念がない。そのため、多層配線基板の小型化に寄与し、優れた信号伝送特性を実現して、しかも接続部３の直上にバンプの形成が可能な信頼性の高い多層配線基板が得られる。

（第２の実施形態）
以下、半導体装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、第１の実施形態による多層配線基板に、電子部品としてＬＳＩを有するパッケージ基板を搭載してなる半導体装置を開示し、その構成を製造方法と共に説明する。
図４は、第２の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に、図１〜図３の諸工程により、多層配線基板を形成する。形成された多層配線基板１０を図４（ａ）に例示する。

続いて、図４（ｂ）に示すように、多層配線基板１０の接続部３上及びランド１４上にハンダバンプ２１を付与する。
詳細には、多層配線基板１０において、接続部３の突出する金属棒１７の上端部１７ｂ上と及びランド１４上にバンプ、ここではハンダバンプ２１を付与する。

続いて、図４（ｃ）に示すように、多層配線基板１０にパッケージ基板２０を接合する。
詳細には、多層配線基板１０の表面に、所定のパッケージ基板２０の表面を対向させる。多層配線基板１０の接続部３及びランド１４と、パッケージ基板２０の接続パッド２２とをハンダバンプ２１により電気的に接続する。
しかる後、所定の後工程を経て、多層配線基板１０にパッケージ基板２０が接合されてなる半導体装置が形成される。

本実施形態によれば、多層配線基板１０の接続部３において、金属棒１７の上端部１７ｂがパッケージ基板２０との接続端子として機能し、接続部３の直上におけるパッケージ基板２０の搭載が可能になり、半導体装置の更なる小型化が実現する。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）複数層の配線を備えた基板に非貫通孔を形成する工程と、
前記非貫通孔内の底部に導電材料を配する工程と、
前記非貫通孔内に、前記非貫通孔の孔径よりも幅狭の導電細線を挿入し、前記導電細線の下端部を前記導電材料と接合する工程と、
前記非貫通孔内における前記導電細線と前記非貫通孔の側壁面との間隙を、絶縁材料で充填する工程と
を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。

（付記２）前記導電細線の上面及び前記絶縁材料の上面を平坦化し、前記絶縁材料の上面から前記導電細線の上面を露出させる工程を更に含むことを特徴とする付記１に記載の配線基板の製造方法。

（付記３）前記平坦化の後、前記絶縁材料の一部を選択的に除去して、前記絶縁材料の上面から前記導電細線の上端部を突出させる工程を更に含むことを特徴とする付記２に記載の配線基板の製造方法。

（付記４）前記導電細線の上面にバンプを形成する工程を更に含むことを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。

（付記５）前記配線と前記導電材料とが電気的に接続されることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。

（付記６）前記基板に貫通ビアが形成されることを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。

（付記７）複数層の配線を備えた基板と、
前記基板の表面に非貫通状態に形成された接続部と
を含み、
前記接続部は、
底部に配された導電材料と、
下端部が前記導電材料と接合して立設された導電細線と、
前記導電細線の側面を覆う絶縁材料と
を有することを特徴とする配線基板。

（付記８）前記導電細線は、その上面が前記絶縁材料の上面から露出していることを特徴とする付記７に記載の配線基板。

（付記９）前記導電細線は、その上端部が前記絶縁材料の上面から突出していることを特徴とする付記８に記載の配線基板。

（付記１０）前記導電細線の上面にバンプが形成されることを特徴とする付記７〜９のいずれか１項に記載の配線基板。

（付記１１）前記導電材料は、前記配線と電気的に接続されていることを特徴とする付記７〜１０のいずれか１項に記載の配線基板。

（付記１２）前記基板を貫通する貫通ビアを含むことを特徴とする付記７〜１１のいずれか１項に記載の配線基板。

１ 多層基板
１ａ 貫通孔
１ｂ 非貫通孔
２ 貫通ビア
３ 接続部
１０ 多層配線基板
１１ 絶縁層
１２ 内層配線
１３ 表層配線
１４ ランド
１５ メッキ膜
１６ ハンダ
１７ 金属棒
１７ａ 下端部
１７ｂ 上端部
１８ 絶縁性樹脂
２０ パッケージ基板
２１ ハンダバンプ
２２ 接続パッド

Claims (8)

1. 複数層の配線を備えた基板に非貫通孔を形成する工程と、
   前記非貫通孔内の底部に導電材料を配する工程と、
   前記非貫通孔内に、前記非貫通孔の孔径よりも幅狭の導電細線を挿入し、前記導電細線の下端部を前記導電材料と接合する工程と、
   前記非貫通孔内における前記導電細線と前記非貫通孔の側壁面との間隙を、絶縁材料で充填する工程と
   を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 前記導電細線の上面及び前記絶縁材料の上面を平坦化し、前記絶縁材料の上面から前記導電細線の上面を露出させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。
3. 前記平坦化の後、前記絶縁材料の一部を選択的に除去して、前記絶縁材料の上面から前記導電細線の上端部を突出させる工程を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の配線基板の製造方法。
4. 前記導電細線の上面にバンプを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。
5. 複数層の配線を備えた基板と、
   前記基板の表面に非貫通状態に形成された接続部と
   を含み、
   前記接続部は、
   底部に配された導電材料と、
   下端部が前記導電材料と接合して立設された導電細線と、
   前記導電細線の側面を覆う絶縁材料と
   を有することを特徴とする配線基板。
6. 前記導電細線は、その上面が前記絶縁材料の上面から露出していることを特徴とする請求項５に記載の配線基板。
7. 前記導電細線は、その上端部が前記絶縁材料の上面から突出していることを特徴とする請求項６に記載の配線基板。
8. 前記導電細線の上面にバンプが形成されることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の配線基板。

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