JP2015231004A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】コア層としてガラス基板を備える配線基板において、ガラス基板に損傷が生じることを抑制する。
【解決手段】配線基板は、ガラス基板と、第１配線と第１樹脂層と第１ビア配線とを含む第１層と、第１層上に配置され、第２配線と第２樹脂層と第２ビア配線とが少なくとも１組以上積層された第２層と、を備える。そして、この配線基板は、第１層の体積に対する第１配線および第１ビア配線の体積割合が、第２層の体積に対する第２配線および第２ビア配線の体積割合よりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板に関する。

配線基板として、ＩＣパッケージ基板やインターポーザとして利用されるビルドアップ配線基板が知られている。ビルドアップ配線基板は、多層構造を有しており、コア層の片面または両面に、絶縁層としての樹脂層と、配線層とが交互に積層されている。例えば、特許文献１〜３には、コア層としてガラス基板を用いることが記載されている。

特表２０１３−５２１６６３号公報 特開平０５−６７８７８号公報 特開２００２−３５９４４６号公報 特開平０９−２３２７５６号公報

コア層としてガラス基板を用いた場合には、樹脂層とガラス基板との熱膨張差に起因して、樹脂層の熱硬化処理後にガラス基板の表面に応力が残留する場合がある。そうすると、配線基板を個片に切断する際などにおいて、その残留応力によってガラス基板が側面から破損してしまう可能性がある。特に樹脂層が複数形成された多層基板では、層を形成する度に熱硬化処理が行われるため、残留応力も大きくなり、破損が生じやすくなる。ガラス基板が破損すると、ガラス基板上に直接的に形成された配線も断線してしまう可能性がある。そのため、コア層としてガラス基板を備える配線基板において、ガラス基板に損傷が生じることを抑制可能な技術が求められている。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、配線基板が提供される。この配線基板は、ガラス基板と；前記ガラス基板上に配置され、前記ガラス基板に接する第１配線と、前記第１配線を覆う第１樹脂層と、前記第１樹脂層を貫通して前記第１配線と接続される第１ビア配線とを含む第１層と；前記第１層上に配置され、第２配線と、前記第２配線を覆う第２樹脂層と、前記第２樹脂層を貫通して前記第２配線と接続される第２ビア配線とが少なくとも１組以上積層された第２層と、を備える。そして、この配線基板は、前記第１層の体積に対する前記第１配線および前記第１ビア配線の体積割合が、前記第２層の体積に対する前記第２配線および前記第２ビア配線の体積割合よりも小さい。このような形態の配線基板であれば、第１層のヤング率を第２層のヤング率よりも小さくすることができるので、ガラス基板にかかる応力を緩和することができる。そのため、ガラス基板に損傷が生じることを抑制することができる。この結果、ガラス基板上に配置された第１配線が断線することも抑制することができる。

（２）上記形態の配線基板において、前記第１樹脂層は無機材料を含まず、前記第２樹脂層は無機材料を含んでもよい。このような形態の配線基板であれば、第２層に対して、第１層のヤング率をより小さくすることができるので、ガラス基板に損傷が生じることをより効果的に抑制することができる。

（３）上記形態の配線基板において、前記無機材料が、二酸化ケイ素であってもよい。このような形態の配線基板であれば、第２樹脂層の材料の入手性を高めることができる。

（４）上記形態の配線基板において、前記第１配線の厚みは、前記第２配線の厚み以下でもよい。このような形態の配線基板であれば、第１層に対する第１配線の体積割合を小さくすることが容易になるので、第１層のヤング率を下げるための配線設計の自由度を高めることができる。

本発明は、上述した配線基板としての形態に限らず、種々の形態で実現することが可能である。例えば、配線基板の製造方法や、配線基板を備えた電子機器等の形態で実現することができる。

配線基板の要部を模式的に示す断面図である。 配線基板の製造方法を示す工程図である。 図２の各工程における配線基板の製造状態を示す図である。 図２の各工程における配線基板の製造状態を示す図である。 図２の各工程における配線基板の製造状態を示す図である。 各サンプルの形態を模式的に示す図である。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての配線基板１の要部を模式的に示す断面図である。配線基板１は、例えば、ＩＣパッケージ基板やインターポーザとして利用される基板である。配線基板１は、ガラス基板５と、ガラス基板５に接して設けられた第１層１０と、第１層１０に接して設けられた第２層２０と、を備えている。第１層１０と第２層２０とは、ガラス基板５の片面または両面に設けられている。

第１層１０は、第１配線１２と第１樹脂層１４と第１ビア配線１６とを含む。第１配線１２は、ガラス基板５に接する配線である。第１樹脂層１４は、第１配線１２を覆う樹脂層である。第１ビア配線１６は、第１樹脂層１４を貫通して第１配線１２と電気的に接続されるビア配線である。

第２層２０は、第２配線２２と第２樹脂層２４と第２ビア配線２６とを含む。第２層２０には、これら第２配線２２と第２樹脂層２４と第２ビア配線２６とが少なくとも１組以上積層されている。第２配線２２は、隣接する層に形成されているビア配線（例えば、第１ビア配線１６）と電気的に接触する配線である。第２樹脂層２４は、第２配線２２を覆う樹脂層である。第２ビア配線２６は、第２樹脂層２４を貫通して第２配線２２と電気的に接続されるビア配線である。

第１配線１２、第１ビア配線１６、第２配線２２、および、第２ビア配線２６は、いずれも銅によって構成されている。配線の材料としては、その他、金や銀、白金、アルミニウム、ニッケル、タングステン等を用いることも可能であるが、導電性、加工性、コストなどを勘案すると銅を用いることが好ましい。

本実施形態では、第１層１０全体の体積Ｖ_１０に対する、第１配線１２の体積Ｖ_１２と第１ビア配線１６の体積Ｖ_１６との合計の割合ＶＰ１が、第２層２０全体の体積Ｖ_２０に対する、第２配線２２の体積Ｖ_２２と第２ビア配線２６の体積Ｖ_２６との合計の割合ＶＰ２よりも小さい。つまり、本実施形態の配線基板１は、以下の式（１）を満たしている。なお、以下では、ＶＰ１、ＶＰ２のことを、「銅体積割合」ともいう。「銅体積割合」という用語を用いれば、式（１）は、「第１層１０の銅体積割合ＶＰ１は、第２層２０の銅体積割合ＶＰ２よりも小さい」、ということを示している。

ＶＰ１＜ＶＰ２ ・・・（１）
ただし、
ＶＰ１＝（Ｖ_１２＋Ｖ_１６）／Ｖ_１０
ＶＰ２＝（Ｖ_２２＋Ｖ_２６）／Ｖ_２０

本実施形態では、第１層１０を構成する第１樹脂層１４には、無機材料が含まれていないことが好ましい。また、第２層２０を構成する第２樹脂層２４には、無機材料が含まれていることが好ましい。これらの理由は後述する。無機材料としては、例えば、二酸化ケイ素によって構成された球状あるいは繊維状のフィラー（シリカフィラー）を用いることができる。こうしたフィラーは、一般的に利用されているものであるため、無機材料として二酸化ケイ素を採用すれば、第２樹脂層２４の材料の入手性を高めることができる。なお、無機材料としては、その他、例えば、酸化アルミニウム（アルミナフィラー）を採用することも可能である。

更に、本実施形態では、第１層１０に含まれる第１配線１２の厚みＴ１は、第２層２０に含まれる第２配線２２の厚みＴ２以下であることが好ましい。その理由は後述する。

Ｂ．製造方法：
図２は、配線基板１の製造方法を示す工程図である。また、図３〜５は、この製造方法の各工程における配線基板１の製造状態を示す図である。

本実施形態の製造方法では、まず、ガラス基板５が準備される（ステップＳ１０）。本実施形態では、１５０ｍｍ四方で厚さが０．１ｍｍのホウケイ酸系ガラスによって構成されたガラス基板５を準備した。ガラス基板５の表面粗さ（Ｒａ）は、１０ｎｍ以下が好ましく、本実施形態のガラス基板５の表面粗さ（Ｒａ）は、０．２ｎｍである。なお、以下では、製造途中の配線基板１のことを、単に「基板」という。

続いて、必要に応じて、ガラス基板５に、貫通電極６を形成する（ステップＳ２０）。貫通電極６は、エキシマレーザ加工や炭酸ガスレーザ加工、ドリル加工やサンドブラスト加工といった周知の手法でガラス基板５に貫通孔を形成し、その貫通孔に、めっき法や金属ペーストの充填などの手法により電極を形成することで、形成することができる。

ステップＳ１０またはステップＳ２０の後には、ガラス基板５上に、ガラス基板５に接触する第１配線１２が形成される（ステップＳ３０）。第１配線１２は、例えば、インクジェット印刷法、スパッタリング法、スクリーン印刷法、めっき法（無電解めっき法または電解めっき法）などにより形成される。インクジェット印刷法、スパッタリング法、めっき法であれば、より微細な配線パターンを形成することができる。本実施形態では、スパッタリング法（より具体的には、周知のリフトオフ法）によって、第１配線１２を形成した。

続いて、基板に樹脂ラミネート加工を施すことにより、ガラス基板５上に第１樹脂層１４が積層される（ステップＳ４０）。第１樹脂層１４の材料としては、例えば、シクロオレフィン樹脂や、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、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のうちのいずれかを用いることができる。本実施形態では、上記ステップＳ４０において、圧力０．２ＭＰａ、１１０℃の条件で、シクロオレフィン樹脂シートを熱プレスによりガラス基板５に積層することにより、厚さ１５μｍの第１樹脂層１４を形成した。このステップＳ４０では、ラミネート加工を施す前に、ガラス基板５と第１樹脂層１４との接着性を高めるために、シランカップリング処理を基板に対して施すことが好ましい。また、上述のように、第１樹脂層１４は、無機材料を含まないことが好ましい。

第１樹脂層１４をガラス基板５上に積層した後には、必要に応じて、第１樹脂層１４に、第１ビア配線１６を形成するためのビア孔（層間ビア）１５が形成される（ステップＳ５０）。ビア孔は、例えば、炭酸ガスレーザ加工などの周知の手法により形成することができる。

ステップＳ４０またはステップＳ５０の後には、周知のセミアディティブ法またはサブトラクティブ法によって配線が形成される。本実施形態では、セミアディティブ法によって配線を形成した。このセミアディティブ法では、まず、無電解銅めっきによってシード層１７が基板の表面全体に形成される（ステップＳ６０）。シード層１７はスパッタ法によって形成することも可能である。

シード層１７が形成されると、ドライフィルムレジストがラミネートされ、露光および現像が行われて所定の形状にレジスト３０がパターンニングされる（ステップＳ７０）。そして、電解銅めっきが行われ（ステップＳ８０）、レジストが除去されてエッチングが行われる（ステップＳ９０）。すると、基板上に、第２配線２２および第１ビア配線１６が形成される。以上で説明した処理により、第１配線１２と第１樹脂層１４と第１ビア配線１６とを含む第１層１０がガラス基板５上に形成される。こうして第１層１０がガラス基板５上に形成されると、第１樹脂層１４を硬化させるための熱硬化処理が行われる。

続いて、第１層１０上に、多層配線を形成するための周知のビルドアップ処理が行われる（ステップＳ１００）。このビルドアップ処理では、既に基板上に形成されている配線（第２配線２２）を覆う樹脂層（第２樹脂層２４）のラミネートと、その樹脂層を貫通するビア孔の形成と、電解銅めっきによる配線（第２配線２２）およびビア配線（第２ビア配線２６）の形成と、その後の熱硬化処理とが所定回数繰り返される。つまり、このビルドアップ処理では、上述したステップＳ４０〜Ｓ９０と同様の処理が所定回数繰り返される。図５には、図示の都合上、ビルドアップ処理が１回だけ行われた例を示している。このビルドアップ処理により、第１層１０上に、第２配線２２と第２樹脂層２４と第２ビア配線２６とを少なくとも１組以上含む第２層２０が形成される。このビルドアップ処理によって形成される第２樹脂層２４の材料は、第１樹脂層１４と同様の材料を用いることが可能である。本実施形態では、シクロオレフィン樹脂シートを、最高０．７ＭＰａ、１１０℃の条件でラミネートして第２樹脂層２４を形成した。上述したように、本実施形態では、第２樹脂層２４は、無機材料を含むことが好ましい。そのため、例えば、上記ステップＳ１００では、無機材料（シリカフィラー）を含有するシクロオレフィン樹脂シートを用いて第２樹脂層２４を形成することが可能である。

第１層１０上に第２層２０が形成されると、基板表面にソルダーレジスト（Ｓ／Ｒ）３２とはんだバンプ３４とが形成される（ステップＳ１１０）。ソルダーレジスト３２とはんだバンプ３４とが形成された後には、ダイサーによって切断加工が施され、基板が所定のサイズ（本実施形態では、２０ｍｍ四方）に個化片される（ステップＳ１２０）。以上で説明した一連の処理によって、配線基板１の製造が完了する。

Ｃ．評価結果：
次に、上述した方法に従って製造した配線基板１に対して評価試験を行った結果について説明する。以下に示す表１には、この試験において評価した９種類の配線基板のサンプルの特性と評価結果とが示されている。いずれのサンプルについても、第１樹脂層１４には無機材料が含まれず（換言すれば、第１樹脂層１４は樹脂のみによって形成されている）、第２樹脂層２４には、無機材料（シリカフィラー）が４５体積％含まれている。

図６は、表１に示した各サンプルの形態を模式的に示す図である。図６に示されているように、いずれのサンプルもガラス基板５の上面および下面に、第１層１０と第２層２０とがそれぞれ１組ずつ形成されている。そして、いずれのサンプルについても、第２層２０には、第２配線２２と第２樹脂層２４とが２組形成されている。また、各サンプルの製造にあたり、ソルダーレジスト３２とはんだバンプ３４の形成は省略している。ソルダーレジスト３２とはんだバンプ３４とは、この評価試験の結果に影響を与えないためである。

各サンプルは、表１および図６に示されているように、
（１）第１層１０に含まれる第１配線の厚みＴ１、
（２）第２層２０に含まれる各第２配線２２の厚みＴ２、
（３）ガラス基板５に対する第１配線１２の被覆率、
（４）ガラス基板５（第１層１０）に対する第２配線２２の被覆率、
（５）第１層１０、第２層２０およびガラス基板５におけるビア配線の有無、
をそれぞれ変更して形成されている。また、表１には、各サンプルについて、第１層１０の銅体積割合ＶＰ１と第２層２０の銅体積割合ＶＰ２とが算出された結果が示されている。各層における銅の体積は、配線の被覆率と厚みとから配線の体積を求め、これに、各ビア孔の加工デザインと個数とに基づき算出されたビア配線の体積を加算することで算出することができる。なお、ガラス基板５にビア配線が形成されているサンプルも存在しているが（サンプル６）、ガラス基板５中のビア配線は、銅体積割合ＶＰ１および銅体積割合ＶＰ２のどちらにも算入されない。この評価試験では、銅体積割合ＶＰ１，ＶＰ２の異なるサンプルを用意する便宜上、ビア配線を有していないサンプルを作製したが、配線基板の表裏面間の導通を確保する上で、ビア配線は配線基板に必須の構成である。

表１には、各サンプルに対する評価結果として、外観試験の評価結果と加速試験の評価結果とが示されている。
外観試験では、各サンプルの製造後（個片切断後）にガラス基板５の側面にクラックが発生しているか否か、および、ガラス基板５と第１層１０との剥がれが生じているか否か、を拡大鏡を用いて目視にて確認した。そして、クラックおよび剥がれのいずれか一方でも発生している場合には、不合格、クラックも剥がれも発生していない場合には、合格と判定した。

加速試験では、各サンプルの製造後（個片切断後）に、−６５℃の低温から＋１５０℃の高温まで、昇温および降温を１０００サイクル繰り返す熱衝撃試験（環境試験規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｄ）を実施し、その後に、ガラス基板５の破損を外観試験と同様に確認した。

表１に示した外観試験および加速試験の評価結果（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、１つのサンプルにつき、同一形態の配線基板を２５個作製し、その２５個のうちの合格した配線基板の割合を示している。作製した２５個の配線基板のうち、９５％以上の配線基板が合格であれば（つまり、合格率が９５％以上であれば）、そのサンプルについては、評価結果を「Ａ」とした。また、合格率が８０％以上９５％未満であれば、そのサンプルについては、評価結果を「Ｂ」とした。また、合格率が６０％以上８０％未満であれば、評価結果を「Ｃ」とした。また、合格率が６０％未満であれば、評価結果を「Ｄ」とした。なお、「−」については、その試験を行わなかったことを示している。

表１に示した評価結果によれば、サンプル１〜７については、外観試験の評価結果がいずれも良好であった（「Ａ」または「Ｂ」）。これに対して、サンプル８，９では、ガラス基板５の側面に破損が多く見られ、外観試験の評価結果が低かった（「Ｄ」）。これは、サンプル１〜７では、第２層２０の銅体積割合ＶＰ２よりも第１層１０の銅体積割合ＶＰ１の方が小さいのに対して、サンプル８，９では、第２層２０の銅体積割合ＶＰ２よりも第１層１０の銅体積割合ＶＰ１の方が大きいためであると考えられる。よって、これらのサンプルの外観試験の評価結果から、第１層１０の銅体積割合ＶＰ１と、第２層２０の銅体積割合ＶＰ２とは、上記式（１）の通り、ＶＰ１＜ＶＰ２の関係を満たすことが好ましいことが確認できた。このように、第２層２０の銅体積割合ＶＰ２に比べて第１層１０の銅体積割合ＶＰ１が小さければ、第１層１０全体のヤング率を低くすることができるため、ガラス基板５にかかる応力が緩和されるためであると考えられる。

また、表１によれば、サンプル７については、外観試験の評価結果は良好であるものの（「Ｂ」）、加速試験の結果は、他のサンプル１〜６（「Ｂ」）よりもやや劣っている（「Ｃ」）。これは、第２層２０の銅体積割合ＶＰ２（５１体積％）が、サンプル１〜６の銅体積割合ＶＰ２（２７〜３９体積％）よりも大きいためであると考えられる。よって、表１によれば、第２層２０の銅体積割合ＶＰ２は、５０％未満であることが好ましい。第２層２０の銅体積割合ＶＰ２が５０％以上であると、第２層２０のヤング率が高くなり、第１層１０での応力緩和の効果が低減するためであると推測される。

以上で説明した本実施形態の配線基板１によれば、ガラス基板５の破損を抑制することができるので、ガラス基板５上に直接的に形成された第１配線１２に断線が生じることも抑制することができる。そのため、第１配線１２の幅や配線間の距離を狭くすることができる。この結果、第１配線１２の設計の自由度が高まり、例えば、配線層の数を削減することも可能になる。配線層の数が削減されれば、製造コストの低減につながるだけではなく、ガラス基板５に加わる応力も低減されるので、ガラス基板５が破損することを更に抑制することができる。

また、本実施形態の配線基板１によれば、コア層として平滑な表面を有するガラス基板５を採用することができるので、第１配線１２の厚みを小さくすることができる。そのため、第１配線１２を形成した直後に、ガラス基板５と第１配線１２との熱膨張差に起因して応力が発生することを抑制することができる。よって、第１配線１２の幅や配線間の距離をより一層、狭くすることができる。なお、第１配線１２の厚みを小さくするためには、ガラス基板５の表面粗さＲａは、上述のように、１０ｎｍ以下であることが好ましい。

また、上記実施形態において、第１樹脂層１４に無機材料を含ませないこととすれば、第１樹脂層１４とガラス基板５との密着性を向上させることができる。更に、第１樹脂層１４を形成するのに先立ち、ガラス基板５にシランカップリング処理を施せば、第１樹脂層１４とガラス基板５の密着性を更に高めることができる。また、第１樹脂層１４に無機材料を含ませないこととすれば、第１層１０のヤング率を一層小さくすることができるので、ガラス基板５にかかる応力をより一層、緩和することができる。

また、上記実施形態によれば、耐熱性の高いガラス基板５をコア層として採用することができるので、高い温度での焼成が必要とされるインクジェット法による配線の形成が容易となる。そのため、電気伝導性に優れた微細配線を形成することができる。また、ガラス基板５は、高周波特性に優れるので、ＦＲ−４などの樹脂製コア基板を採用する場合よりも、伝送特性の優れた配線基板を製造することができる。

なお、上記実施形態では、上述したとおり、第１層１０に含まれる第１配線１２の厚みＴ１は、第２層２０に含まれる第２配線２２の厚みＴ２以下であることが好ましい。ガラス基板５上に形成される第１配線１２の厚みＴ１を小さくすれば、第１層１０のヤング率を下げるための配線設計（例えば、ビア密度、被覆率）の自由度が高まるためである。

また、第１配線１２の厚みＴ１はガラス基板５の厚みに対して、１／２００〜１／１０の範囲内であることが好ましい。第１配線１２の厚みＴ１が、ガラス基板５の厚みの１／２００未満であると、ガラスと配線（銅）との熱膨張差によって第１配線１２が断線してしまう可能性が有り、１／１０を超えると、これらの熱膨張差によってガラス基板５に反りが生じてしまう可能性があるからである。

また、第１層１０と第２層２０とを合計した厚みは、ガラス基板５の厚みよりも小さいことが好ましい。ガラス基板５の厚みが小さい場合には、第１層１０および第２層２０と、ガラス基板５と、の熱膨張差に起因する応力が大きくなり、第１層１０のヤング率を小さくすることによる応力緩和の効果が低減するからである。

なお、上記実施形態における製造方法では、配線基板１は、最終的に個片化が行われているが、大きな配線基板を形成する際などには、個片化は行われなくてもよい。また、上記実施形態において説明した各種材料は例であり、配線基板の仕様に応じて、適宜、種々の材料を使用可能である。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態や実施例、変形例の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…配線基板
５…ガラス基板
６…貫通電極
１０…第１層
１２…第１配線
１４…第１樹脂層
１６…第１ビア配線
１７…シード層
２０…第２層
２２…第２配線
２４…第２樹脂層
２６…第２ビア配線
３０…レジスト
３２…ソルダーレジスト
３４…はんだバンプ
４５…ガラス基板

Claims (4)

1. ガラス基板と、
   前記ガラス基板上に配置され、前記ガラス基板に接する第１配線と、前記第１配線を覆う第１樹脂層と、前記第１樹脂層を貫通して前記第１配線と接続される第１ビア配線とを含む第１層と、
   前記第１層上に配置され、第２配線と、前記第２配線を覆う第２樹脂層と、前記第２樹脂層を貫通して前記第２配線と接続される第２ビア配線とが少なくとも１組以上積層された第２層と、
   を備える配線基板であって、
   前記第１層の体積に対する前記第１配線および前記第１ビア配線の体積割合が、前記第２層の体積に対する前記第２配線および前記第２ビア配線の体積割合よりも小さいことを特徴とする配線基板。
2. 請求項１に記載の配線基板であって、
   前記第１樹脂層は無機材料を含まず、前記第２樹脂層は無機材料を含むことを特徴とする配線基板。
3. 請求項２に記載の配線基板であって、
   前記無機材料が、二酸化ケイ素であることを特徴とする配線基板。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された配線基板であって、
   前記第１配線の厚みが、前記第２配線の厚み以下であることを特徴とする配線基板。

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