JP2015138820A

JP2015138820A - プリント配線板とその製造方法

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Publication number: JP2015138820A
Application number: JP2014008513A
Authority: JP
Inventors: 雅桑原; Masa Kuwahara; 敏弘佐藤; Toshihiro Sato
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2015-07-30

Abstract

【課題】隣接する電極間の絶縁信頼性の向上。
【解決手段】実施形態のプリント配線板は、第１面Ｆと第１面Ｆと反対側の第２面Ｓを有する絶縁層５０と、絶縁層５０の第１面Ｆ上に形成されている導体層５８と、絶縁層５０の第２面Ｓ側に埋まっていて、下面Ｌと下面Ｌと反対側の上面Ｕを有する少なくとも２つの電極４２と、電極４２の下面Ｕ上に形成されているはんだバンプ８１と、絶縁層５０を貫通し電極４２の上面Ｕと導体層５８を接続しているビア導体６０とを有する。そして、電極４２の下面Ｌは絶縁層５０の第２面Ｓより凹んでいて、隣接する電極４２間のピッチがｐであるとき、電極４２の径Ｄはｐ／３〜ｐ／１．３であり、第２面Ｓと下面Ｌとの間の距離ｈはＤ／３００〜Ｄ／３０であり、第２面Ｓの算術平均粗さが０．９μｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線板、およびその製造方法に関する。

特許文献１には、絶縁層と、絶縁層内に埋め込まれ、絶縁層の下面側の凹み内に一方の面を露出する複数の電極と、絶縁層の上面に設けられた配線層と、配線層と電極の他方の面とを接続するビア導体とを有するプリント配線板、およびその製造方法が開示されている。

特開２００２−１９８４６２号公報

特許文献１に示されるプリント配線板は、電極の一方の面にはんだバンプが形成され、このはんだバンプがマザーボード上の接続パッドなどに接合されて使用される。プリント配線板とマザーボードとは熱膨張率が異なるため、はんだバンプには周囲の温度変化により応力が加わることが想定される。

本発明の目的は、狭ピッチの電極を有するプリント配線板を提供することである。別の目的は、マザーボードとの高い接続信頼性を有するプリント配線板を提供することである。さらなる別の目的は、狭ピッチの電極を有するプリント配線板を製造するための製造方法を提供することである。

本発明のプリント配線板は、第１面と前記第１面と反対側の第２面を有する絶縁層と、前記絶縁層の前記第１面上に形成されている導体層と、前記絶縁層の前記第２面側に埋まっていて、下面と前記下面と反対側の上面を有する少なくとも２つの電極と、前記電極の前記下面上に形成されているはんだバンプと、前記絶縁層を貫通し前記電極の前記上面と前記導体層を接続しているビア導体とを有する。そして、前記電極の前記下面は前記絶縁層の前記第２面より凹んでいて、隣接する前記少なくとも２つの電極間のピッチがｐであるとき、前記電極の径Ｄはｐ／３〜ｐ／１．３であり、前記第２面と前記下面との間の距離ｈはＤ／３００〜Ｄ／３０であり、前記第２面の算術平均粗さが、０．９μｍ以下である。

本発明のプリント配線板の製造方法は、支持基板の一面に、算術平均粗さで、０．９μｍ以下の表面粗さを有するシード層を準備または形成することと、前記シード層上にめっきレジストを形成することと、前記めっきレジストから露出する前記シード層上に０．３〜９μｍの厚みを有する第１銅層を形成することと、前記第１銅層上に０．１〜０．３μｍの厚みを有するニッケル層を形成することと、前記ニッケル層上に５〜２０μｍの厚みを有する第２銅層を形成することと、前記めっきレジストを除去することと、絶縁層の下面が前記シード層と対向するように、前記シード層と前記第２銅層上に前記絶縁層を形成することと、前記絶縁層に前記第２銅層に至る開口を形成することと、前記絶縁層上に導体層を形成すると共に、前記開口に前記第２銅層と前記導体層とを接続するビア導体を形成することと、前記支持基板を除去することと、前記シード層を除去することで露出する前記絶縁層の露出面に前記シード層の表面粗さを転写することと、前記第１銅層および前記ニッケル層を除去することで前記第２銅層を露出することとを有する。そして、前記絶縁層の前記露出面に形成されている粗面の表面粗さは、算術平均粗さで、０．９μｍ以下であって、前記絶縁層の前記露出面から前記第２銅層までの距離は０．５〜１０μｍである。

本発明の一実施形態のプリント配線板の断面図。図１のプリント配線板の電極周辺の拡大図。図１に示されるプリント配線板の製造方法の各工程の説明図。図１に示されるプリント配線板の製造方法の各工程の説明図。図１に示されるプリント配線板の製造方法の各工程の説明図。図１に示されるプリント配線板の製造方法の各工程の説明図。図１に示されるプリント配線板の製造方法の各工程の説明図。図１に示されるプリント配線板の製造方法の各工程の説明図。図１に示されるプリント配線板の製造方法の各工程の説明図。図１に示されるプリント配線板の製造方法の各工程の説明図。図１に示されるプリント配線板の製造方法の各工程の説明図。図１に示されるプリント配線板の製造方法の各工程の説明図。図１に示されるプリント配線板の製造方法の各工程の説明図。図１に示されるプリント配線板の変形例の断面図。

つぎに、本発明の実施形態のプリント配線板が図面を参照しながら説明される。本発明の実施形態のプリント配線板１０は、図１に示されるように、第１面Ｆと第１面Ｆと反対側の第２面Ｓを有する絶縁層５０と、絶縁層５０の第１面Ｆ上に形成されている導体層５８と、絶縁層５０の第２面Ｓ側に埋まっていて、下面Ｌと下面Ｌと反対側の上面Ｕを有する電極４２と、電極４２の下面Ｌ上に形成されているはんだバンプ８１と、絶縁層５０を貫通し電極４２の上面Ｕと導体層５８とを接続しているビア導体６０とを有している。そして、電極４２の下面Ｌは絶縁層５０の第２面Ｓより凹んでいる。ここに、電極４２が絶縁層５０の第２面Ｓ側に埋まっている場合、電極４２の下面Ｌが絶縁層５０の第２面Ｓよりも凹んでいる。

図２に２つの電極４２の部分の拡大図が示される。本実施形態では、絶縁層５０の第２面Ｓに形成されている凹部４１に、電極４２の下面Ｌが絶縁層５０の第２面Ｓに向くように、電極４２が絶縁層５０に埋められている。電極４２の下面Ｌに形成されているはんだバンプ８１は、たとえば、マザーボード（図示せず）に接続される。はんだバンプ８１は、主には、はんだボールから形成される。

実施形態では、電極４２の配置ピッチｐに対して電極４２の径Ｄがｐ／３〜ｐ／１．３である。絶縁層５０の第２面Ｓと電極４２の下面Ｌとの間の距離ｈがＤ／３００〜Ｄ／３０である。絶縁層５０の第２面Ｓと電極４２の下面Ｌとの間の距離ｈは、単に距離ｈと称される。絶縁層５０の第２面Ｓの算術平均粗さが、０．９μｍ以下である。すなわち、隣接する電極４２の間のピッチｐが狭くなっても、隣り合うはんだバンプ８１同士でショートが発生し難い。また、マザーボードと実施形態のプリント配線板間の接続信頼性が高くなる。なぜなら、はんだバンプ８１の高さＴを高くするために、電極４２の径に応じて絶縁層５０の第２面Ｓから電極４２までの距離ｈが調整されている。そのうえ、絶縁層５０の第２面Ｓの粗さは０．９μｍ以下である。すなわち、絶縁層５０の第２面Ｓは平滑な面に近い。そのため、絶縁層の第２面Ｓははんだをはじく。よってはんだは絶縁層５０の第２面Ｓ上で拡がらない。従って、距離ｈが小さくなっても、隣接するはんだバンプ８１間でショートが発生し難い。また、はんだバンプ８１の高さＴを高くすることで、マザーボードと実施形態のプリント配線板間の接続信頼性が高くなる。

以下、表面粗さを示す数値は、特に断りが無ければ算術平均粗さを示す。絶縁層５０の第２面Ｓの表面粗さを所定の数値以下にする理由が以下に説明される。但し、以下の理由は誤りを含んでいるかもしれない。はんだバンプ８１はリフロー等で形成される。その際、はんだは溶融する。表面粗さが０．９μｍを越えると、溶融しているはんだが毛細管現象により、絶縁層５０の第２面Ｓ上で拡がる。そのため、隣接するはんだバンプ８１間でショートが発生しやすい。そのリスクは、隣接する電極４２間のピッチｐが狭いときや距離ｈが小さいときや電極４２の径Ｄが大きいとき発生しやすい。ピッチｐが小さいと、拡がる量が小さくても、はんだが隣の電極４２に到達する。電極４２の径Ｄが大きいと、はんだバンプ８１の量が大きくなる。距離ｈが小さいと、はんだが絶縁層５０の第２面Ｓ上に乗りやすい。そのリスクを低くするために絶縁層５０の第２面Ｓの表面粗さは所定の数値以下にされる。たとえば、はんだバンプの形成時やマザーボード（図示せず）にプリント配線板１０が搭載されるとき、はんだが絶縁層５０の第２面Ｓ上に乗っても、表面粗さが所定の数値以下であれば、溶融時、第２面Ｓ上のはんだは電極４２上のはんだに引っ張られる。はんだは第２面Ｓ上で拡がらない。そのため、電極４２のピッチｐが狭い場合でも、隣り合うはんだバンプ８１同士がショートし難い。

ピッチｐと電極の径Ｄとの関係や距離ｈと電極の径Ｄとの関係の理由が以下に説明される。但し、以下の理由は誤りを含んでいるかもしれない。電子機器の小形化に伴い、電極４２間のピッチｐも小さくなる。通常、電極４２の径Ｄを小さくすることで、電極４２間の狭ピッチに対する対策が行われている。しかしながら、電極４２の径Ｄが小さくなり、ピッチｐが狭くなると、はんだバンプ８１によるショートのリスクが大きくなる。そのため、一般的に、電極４２上に供給されるはんだのボリュームが少なくなる。その結果、絶縁層５０の表面から突出するはんだバンプ８１の高さが低くなる。絶縁層５０の表面から突出するはんだバンプ８１の高さが低くなると、マザーボードとプリント配線板間の接続信頼性が低下する。

しかしながら、電極間ピッチｐと電極４２の径Ｄが所定の関係を有し距離ｈと電極４２の径Ｄが所定の関係を有すると、ピッチｐが狭く距離ｈが小さくても、はんだバンプ８１の突出量（絶縁層５０の第２面Ｓからはんだバンプ８１の頂点までの高さＴ）を高くすることができるうえ、はんだバンプ８１間のショートを防止することができる。それらの関係は以下に示される。

隣接する電極４２間のピッチがｐであるとき、電極４２の径Ｄはｐ／３〜ｐ／１．３である。そして、距離ｈはＤ／３００〜Ｄ／３０である。

このように絶縁層５０および電極４２が形成されるので、電極４２が狭ピッチで設けられる場合でも、マザーボードとの接続信頼性および隣接する電極間の絶縁性を良好に保つことができる。なお、具体的には、電極４２のピッチｐが２００〜４００μｍである。また、電極４２の径Ｄが１００〜３００μｍである。距離ｈが０．５〜１０μｍである。

本実施形態では、電極４２は、図２に示されるように、下面Ｌと上面Ｕを有する。電極４２は、絶縁層５０の凹部４１内に形成されている。

絶縁層５０は、たとえばエポキシなどの樹脂と、ガラスなどの無機フィラーまたはガラスクロスなどの補強材で形成されている。また、絶縁層５０の厚さは、２５〜１００μｍ程度である。

はんだバンプ８１は、図１に示されるように、電極４２およびビア導体６０を介して導体層５８に電気的に接続されている。はんだバンプ８１は、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕなどである。

ビア導体６０は、図１に示されるように、電極４２の上面Ｕ上の絶縁層５０を貫き、導体層５８と電極４２の上面Ｕとを接続している。ビア導体６０は、絶縁層５０を貫通しているビア導体６０用の開口５０ａに形成されている。

導体層５８は、絶縁層５０の第１面Ｆ上に形成されている複数の導体回路を含む。さらに、導体層５８は、ビア導体６０を覆う導体とビア導体６０の周囲に形成されている導体で形成されるビアランドを含む。

プリント配線板１０は、導体層５８と絶縁層５０の第１面Ｆ上に形成されているソルダーレジスト層７０（図４参照）を有してもよい。ソルダーレジスト層７０は導体層５８を露出する開口７０ａを有する。ソルダーレジスト層７０の開口７０ａから露出する導体層５８はパッド５８Ｐとして機能する。

図１では、絶縁層５０は１層であるが、絶縁層５０や導体層５８は複数であってもよい（図４参照）。

つぎに、本発明の実施形態のプリント配線板の製造方法が図３Ａ〜３Ｋを参照して説明される。まず、図３Ａに示されるように、銅張積層板３０および、銅箔４０が準備される。銅張積層板３０は、プリント配線板１０（図１参照）が製造されるとき、支持基板として機能する。本実施形態では、銅張積層板３０は両面銅張積層板である。

銅箔４０は、銅張積層板３０上に形成する銅めっき膜のシード層となる。本実施形態では、シード層として銅箔４０が用いられているが、ニッケル箔などの他の金属箔が用いられてもよい。銅箔４０の厚みは、３〜２０μｍであることが好ましい。銅箔４０の少なくとも一方の面に粗面が形成されている。金属箔（銅箔）４０は、金属箔の第１面Ｍに粗面を有する。銅箔４０の粗面の表面粗さは、０．９μｍ以下である。金属箔（銅箔）４０の表面粗さはマット面を形成する条件やエッチング条件を調整することにより制御される。

銅張積層板（支持板）３０に、銅箔４０が固定される。このとき、銅箔４０の第１面Ｍに形成されている粗面は上を向いている。銅箔４０の第１面Ｍは支持板３０と対向していない。支持板３０と銅箔４０は、接着剤または超音波接続により接合される。銅箔４０の外周と支持板３０の外周が枠状に接合される。その後、図３Ｂに示されるように、接合箇所Ｊよりも外側の銅箔４０が除去される。

つぎに、図３Ｃに示されるように、シード層（銅箔）４０上に開口４４ａを有するめっきレジスト４４が形成される。

続いて、図３Ｃに示されるように、めっきレジスト４４の開口４４ａにより露出されるシード層４０上に第１銅層４３ａが形成される。続いて、第１銅層４３ａ上にニッケル層４３ｂおよび第２銅層４２ａが順に形成される。開口４４ａ内に形成される第２銅層４２ａから電極４２が形成されるので、電極４２の径Ｄ（図２参照）は開口４４ａの径Ｄ１と略一致する。従って、めっきレジスト４４の開口４４ａの径Ｄ１は電極４２の径Ｄと関係している。また、第１銅層４３ａは後の工程で除去される。そのため、第１銅層４３ａの厚さは、距離ｈ（図２参照）と関係している。従って、第１銅層４３ａの厚さは、めっきレジスト４４の開口４４ａの径Ｄ１により調整される。第１銅層４３ａの厚さは、Ｄ１／３００〜Ｄ１／３０である。電極４２の径Ｄと開口４４ａの径Ｄ１は同じであることが好ましい。距離ｈは、電極４２上のはんだバンプ８１（図１参照）の高さに関与する。具体的には、第１銅層４３ａの厚さは、０．３〜９μｍである。

ニッケル層４３ｂは、第２銅層４２ａのバリア層として機能する。第１銅層４３ａがエッチングで除去されるとき、第２銅層４２ａのエッチングが防止される。このようにニッケル層４３ｂはバリア層なので、ニッケル層４３ｂは薄く形成されることが好ましい。製造時間が短くなる。またコストが低くなる。具体的には、ニッケル層の厚さは０．１〜０．３μｍである。

第２銅層４２ａは、電極４２（図１参照）となる。したがって、第２銅層４２ａの厚さは５〜２０μｍである。なお、第１銅層４３ａ、ニッケル層４３ｂおよび第２銅層４２ａは、電解めっきにより形成されることが好ましい。第２銅層４２ａの形成後、図３Ｄに示されるように、めっきレジスト４４が除去される。

続いて、図３Ｅに示されるように、第２銅層４２ａと銅箔４０の粗面（第１面Ｍ）上に絶縁層５０が形成される。絶縁層５０は銅箔４０から露出する支持板３０上にも形成されている。

続いて、図３Ｆに示されるように、絶縁層５０の第１面Ｆ側からビア導体６０（図１参照）用の開口５０ａが形成される。ビア導体６０用の開口５０ａは絶縁層５０を貫通し、第２銅層４２ａ（電極）の上面Ｕに至る。

つぎに、図３Ｇに示されるように、セミアディティブ法でビア導体６０用の開口５０ａにビア導体６０が形成される。絶縁層５０の第１面Ｆ上に導体層５８が形成される。導体層５８とビア導体６０は同時に形成されている。導体層５８と第２銅層４２ａ（電極）はビア導体６０で接続されている。銅箔４０と第１銅層４３ａ、ニッケル層４３ｂ、第２銅層４２ａ、絶縁層５０、ビア導体６０、導体層５８を有する中間基板１０ａが支持板３０上に形成される。

つぎに、図３Ｈに示されるように、接合箇所Ｊよりも内側の部分（図３Ｈ中、２つの直線ＫＫでそれぞれ示される部分）で、支持板３０と中間基板１０ａが切断される。これにより、図３Ｉに示されるように銅張積層板（支持板）３０が中間基板１０ａから分離される。

続いて、図３Ｊに示されるように、銅箔４０がエッチングなどにより除去される。銅箔４０を除去することで、銅箔４０の第１面Ｍ（図３Ｉ参照）上の凹凸（粗面）が絶縁層５０の第２面Ｓに転写される。そうすることにより、絶縁層５０の第２面Ｓの表面粗さを０．９μｍ以下にすることができる。エッチング液としてメック社製のＳＦ−５４２０を使用することができる。

つぎに、第１銅層４３ａが、選択的にエッチングにより除去される。第１銅層４３ａを除去するエッチング液はニッケルをほとんど溶解しない。そのようなエッチング液は市販されている。第１銅層４３ａは銅箔４０と同時に除去されても良い。

続いて、第１銅層４３ａの除去により露出するニッケル層４３ｂが選択的にエッチングで除去される。ニッケル層４３ｂを除去するエッチング液は銅をほとんど溶解しない。そのようなエッチング液は市販されている。第１銅層４３ａとニッケル層４３ｂを除去することで、絶縁層５０の第２面Ｓ側に凹部４１が形成される（図３Ｋ参照）。凹部４１内に第２銅層４２ａの下面Ｌが露出する。距離ｈは０．５〜１０μｍである。

実施形態によれば、距離ｈは、第１銅層４３ａ（図３Ｊ参照）の厚さとニッケル層４３ｂ（図３Ｊ参照）の厚さの合計に相当する。そのため、第１銅層４３ａおよびニッケル層４３ｂが形成されるとき、それぞれの厚さを調整することにより簡単に距離ｈを調整することができる。なお、第１銅層４３ａの厚みの制御はニッケル層４３ｂの厚みの制御より容易である。そのため、距離ｈは第１銅層４３ａの厚みにより調整される。従って、第１銅層４３ａの厚みはニッケル層４３ｂの厚みより厚い。第１銅層４３ａの厚み／ニッケル層４３ｂの厚みは５〜１０である。

つぎに、電極４２の下面Ｌにはんだバンプ８１（図１参照）が形成される。はんだバンプ８１は、リフローなどではんだボールから形成される。はんだボールの大きさは、電極４２の直径や距離ｈに応じて調整される。その結果、図１に示されるような構造のプリント配線板１０が完成する。

実施形態によれば、図３Ｊおよび図３Ｋに示されるように、電極４２が埋まっている凹部４１が第１銅層４３ａとニッケル層４３ｂで形成される。第１銅層４３ａが主である。第１銅層４３ａの厚みバラツキは小さく、ニッケル層４３ｂの厚みは薄い。そして、第１銅層４３ａとニッケル層４３ｂはそれぞれ選択エッチングで除去される。従って、各電極４２上の各距離ｈのバラツキが小さくなる。実施形態の距離ｈは目標値とほぼ一致する。各距離ｈは目標値通りに形成される。そのため、各電極４２上のはんだバンプ８１の高さが一定になりやすい。特定のはんだバンプ８１に熱応力が集中しない。電極４２やはんだバンプ８１にクラックが発生しない。プリント配線板１０とマザーボード間の接続信頼性が高くなる。

なお、支持板３０の両面に中間基板１０ａを製造することができる。

また、図４に示されるように、絶縁層５０や導体層５８は複数でもよい。

図４に示されるように、絶縁層５０の第１面Ｆ上に開口７０ａを有するソルダーレジスト層７０を形成することができる。ソルダーレジスト層７０は支持板３０（図３Ｈ参照）上で形成される。

図４に示されるように、ソルダーレジスト層７０の開口７０ａから露出する導体層５８（パッド）上に電子部品を搭載するためのはんだバンプ８０を形成することができる。はんだバンプ８０は支持板３０の除去後に形成される。

１０プリント配線板
１０ａ中間基板
３０銅張積層板
４０銅箔
４１凹部
４２電極
４２ａ第２銅層
４３ａ第１銅層
４３ｂニッケル層
４４めっきレジスト
５０絶縁層
５０ａ開口
５８導体層
６０ビア導体
７０ソルダーレジスト層
８０はんだバンプ
８１はんだバンプ
Ｆ絶縁層の第１面
Ｓ絶縁層の第２面
Ｕ電極（第２銅層）の上面
Ｌ電極（第２銅層）の下面
Ｍ銅箔の第１面
Ｄ電極の直径
ｈ絶縁層の第２面から第２銅層の下面までの距離
ｐ電極のピッチ
Ｔはんだバンプの高さ

Claims

第１面と前記第１面と反対側の第２面を有する絶縁層と、
前記絶縁層の前記第１面上に形成されている導体層と、
前記絶縁層の前記第２面側に埋まっていて、下面と前記下面と反対側の上面を有する少なくとも２つの電極と、
前記電極の前記下面上に形成されているはんだバンプと、
前記絶縁層を貫通し前記電極の前記上面と前記導体層を接続しているビア導体とを有するプリント配線板であって、
前記電極の前記下面は前記絶縁層の前記第２面より凹んでいて、隣接する前記少なくとも２つの電極間のピッチがｐであるとき、前記電極の径Ｄはｐ／３〜ｐ／１．３であり、前記第２面と前記下面との間の距離ｈはＤ／３００〜Ｄ／３０であり、前記第２面の算術平均粗さが、０．９μｍ以下である。
請求項１記載のプリント配線板であって、前記ピッチｐが２００〜４００μｍである。
支持基板の一面に、算術平均粗さで、０．９μｍ以下の表面粗さを有するシード層を準備または形成することと、
前記シード層上にめっきレジストを形成することと、
前記めっきレジストから露出する前記シード層上に０．３〜９μｍの厚みを有する第１銅層を形成することと、
前記第１銅層上に０．１〜０．３μｍの厚みを有するニッケル層を形成することと、
前記ニッケル層上に５〜２０μｍの厚みを有する第２銅層を形成することと、
前記めっきレジストを除去することと、
絶縁層の下面が前記シード層と対向するように、前記シード層と前記第２銅層上に前記絶縁層を形成することと、
前記絶縁層に前記第２銅層に至る開口を形成することと、
前記絶縁層上に導体層を形成すると共に、前記開口に前記第２銅層と前記導体層とを接続するビア導体を形成することと、
前記支持基板を除去することと、
前記シード層を除去することで露出する前記絶縁層の露出面に前記シード層の表面粗さを転写することと、
前記第１銅層および前記ニッケル層を除去することで前記第２銅層を露出することとを有するプリント配線板の製造方法であって、
前記絶縁層の前記露出面に形成されている粗面の表面粗さは、算術平均粗さで、０．９μｍ以下であって、前記絶縁層の前記露出面から前記第２銅層までの距離は０．５〜１０μｍである。