JP2016039306A - 配線基板の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】配線基板の生産性を向上させることのできる技術を提供する。
【解決手段】配線(22)を有する基板(24)を形成する。次いで、基板(24)上に熱硬化性樹脂層(25)を形成する。次いで、熱硬化性樹脂層(25)上に開口部(35)を有するメタルマスク(36)を形成する。次いで、開口部(35)から露出する熱硬化性樹脂層(25)を化学的に除去し、基板24を露出する開口部(41)を熱硬化性樹脂層(25)に形成する。次いで、メタルマスク(36)を除去する。
【選択図】図10

Description

本発明は、配線基板の製造技術に適用して有効な技術に関する。
特開2010−199240号公報(以下、「特許文献1」という。)には、配線基板の製造技術が記載されている。
特開2010−199240号公報
半導体素子(半導体チップ)の高密度化、小型化、薄型化が進むにつれて、半導体素子が実装される配線基板の薄型化、高密度化が要求されるようになり、配線基板の直進性、剛性を確保するのが困難になっている。例えば、特許文献1に記載の技術によれば、配線基板の最外層(最表層)のソルダレジストとして絶縁性樹脂を用いることで、反りを抑制し、剛性のある配線基板を製造することが可能となる。しかしながら、絶縁性樹脂(ソルダレジスト)に接続端子用として多くの樹脂開口部を形成するにあたり、特許文献1に記載のレーザ照射のような機械的加工では、開口サイズや点数(個数)に比例して、生産性が低下し、また、製造コストも増加してしまう。
本発明の目的は、配線基板の生産性を向上させることのできる技術を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明の一実施形態に係る配線基板の製造方法は、(a)配線を有する基板を形成する工程と、(b)前記基板上に熱硬化性樹脂層を形成する工程と、(c)前記熱硬化性樹脂層上に第1開口部を有するメタルマスクを形成する工程と、(d)前記第1開口部から露出する前記熱硬化性樹脂層を化学的に除去し、前記基板を露出する第2開口部を前記熱硬化性樹脂層に形成する工程と、(e)前記(d)工程の後、前記メタルマスクを除去する工程とを含むことを特徴とする。
これによれば、レーザ照射のような機械的加工を用いなくとも、化学的に除去すること(例えば、ウエットエッチングなどの化学反応によるエッチング)により容易に第2開口部を形成することができ、配線基板の生産性を向上させることができる。(d)工程の熱硬化性樹脂層を除去する工法として、化学的に除去する工法の他に、物理的に除去する工法(例えば、プラズマエッチングなどのドライエッチング)を行うことができるが、物理的よりも化学的により熱硬化性樹脂層を溶解除去する工法の方が容易に第2開口部を形成することができる。
前記一実施形態に係る配線基板の製造方法において、前記(a)工程では、表面に前記配線を有する前記基板を形成し、前記(b)工程では、前記配線を覆うように前記熱硬化性樹脂層を前記基板上に形成し、前記(c)工程では、前記配線の上方に位置する前記第1開口部を有する前記メタルマスクを前記熱硬化性樹脂層上に形成し、前記(d)工程では、前記配線および前記基板を露出する前記第2開口部を形成することがより好ましい。
仮に、配線(例えば、銅材から構成される)または熱硬化性樹脂層(例えば、エポキシ樹脂材から構成される)の少なくともいずれか一方を露出する第2開口部をレーザ照射で形成する場合、それぞれのレーザ条件が異なるため、配線や基板へのダメージバランスを考慮する必要があり困難を伴う。そこで、例えば、配線および基板の両者に対して熱硬化性樹脂層の選択比を確保することができる化学的な除去方法を用いることによって、ダメージバランスを考慮する必要がなく、熱硬化性樹脂層のみを除去し、熱硬化性樹脂層に容易に第2開口部を形成することができる。
前記一実施形態に係る配線基板の製造方法において、前記(b)工程では、絶縁層として、エポキシ樹脂材から構成される前記熱硬化性樹脂層を形成することがより好ましい。これによれば、反りを抑制し、剛性のある配線基板を得ることができる。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明の一実施形態に係る配線基板の製造方法によれば、配線および基板上の熱硬化性樹脂層に一様の加工条件で開口部を形成することができ、配線基板の生産性を向上させることができる。
本発明の実施形態1に係る製造工程中の配線基板の要部模式的断面図である。 図1に続く製造工程中の配線基板の要部模式的断面図である。 図2に続く製造工程中の配線基板の要部模式的断面図である。 図3に続く製造工程中の配線基板の要部模式的断面図である。 図4に続く製造工程中の配線基板の要部模式的断面図である。 図5に続く製造工程中の配線基板の要部模式的断面図である。 図6に続く製造工程中の配線基板の要部模式的断面図である。 図7に続く製造工程中の配線基板の要部模式的断面図である。 図8に続く製造工程中の配線基板の要部模式的断面図である。 図9に続く製造工程中の配線基板の要部模式的断面図である。 図10に続く製造工程中の配線基板の要部模式的断面図である。 本発明の実施形態2に係る配線基板を備えた半導体装置の一例の要部模式的断面図である。 本発明の実施形態2に係る配線基板を備えた半導体装置の他の一例の要部模式的断面図である。
以下の本発明における実施形態では、必要な場合に複数のセクションなどに分けて説明するが、原則、それらはお互いに無関係ではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細などの関係にある。このため、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、構成要素の数(個数、数値、量、範囲などを含む)については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。
(実施形態1)
本発明の実施形態1に係る配線基板10の製造方法について、図1〜図11を参照して説明する。図1〜図11は、本実施形態に係る製造工程中の配線基板10の要部模式的断面図である。なお、図1などでは、配線基板10の中心(樹脂シート11)に対して上向きおよび下向きへ処理がなされていく様子を示すが、配線基板10は上下逆にしても製造していくことができる。
まず、図1に示すように、樹脂シート11の一方の面上に金属箔12を接着し、また、樹脂シート11の他方の面上に金属箔13を接着する。樹脂シート11は、例えば、ガラスクロス14を含有する熱硬化性樹脂材(例えば、エポキシ樹脂材やポリイミド樹脂材)から構成されたコア材である。また、金属箔12,13は、例えば、銅箔から構成される。具体的には、半硬化状態(Bステージ状態)の樹脂シート11の両面に金属箔12,13を積層した後、金属箔12,13側から治具で加圧(狭圧)しながら所定条件(例えば、180℃〜200℃)で加熱する。これにより、熱硬化性樹脂材(樹脂シート11)が完全に硬化し、その際に、金属箔12,13が樹脂シート11に接着(熱圧着)される。なお、樹脂シート11としては、ガラスクロス14を含有しない熱硬化性樹脂材を用い、コアレスの配線基板10を製造することもできる。
続いて、図2に示すように、樹脂シート11にビア孔15を形成する。具体的には、図2に示すように、レーザ加工やドリル加工などの機械的加工によって、金属箔12,13を貫通すると共に、樹脂シート11にビア孔15(貫通孔)を形成する。その後、必要に応じてビア孔15内の樹脂スミア(樹脂残渣)をデスミア処理により除去する。なお、ビア孔15を形成する際には、金属箔12側から反対側の金属箔13を露出させた状態に止めておくこともできる。
続いて、図3に示すように、ビア孔15を導電性材で充填し、ビア16を形成する。具体的には、図2に示すビア孔15の内周面および金属箔12,13の表面(露出面)を覆うようにめっきシード層(図示せず)を形成し、このめっきシード層および金属箔12,13を給電層として、めっき液(例えば、電解銅めっき液)を用いて電解めっきを行う。これにより、導電性材(例えば、銅材)で充填されたビア孔15がビア16となる。また、導電性材で被覆された金属箔12,13が配線層20,21(厚みが例えば10μm程度)となる。そして、樹脂シート11が2層の配線層20,21の層間絶縁層となり、配線層20,21がビア16を介して電気的に接続される。
続いて、図4に示すように、一方の面で露出する配線22と、他方の面で露出する配線23とを有する基板24(パネル状の基体)を形成(準備)する。具体的には、図3に示す配線層20,21のそれぞれの表面上にドライフィルムレジスト(図示せず)を塗布(形成)し、これらを露光および現像してパターニングする。次いで、このパターニングされたドライフィルムレジストをマスクとして、配線層20,21をパターニングする。配線層20,21が銅材から構成される場合、過水硫酸などの薬液を用いて配線層20,21をパターニングする。その後、マスクとして用いたドライフィルムレジストを剥離(除去)する。これにより、配線層20から構成される配線22(配線パターン)および配線層21から構成される配線23(配線パターン)が形成される。
続いて、図5に示すように、基板24の両面上のそれぞれに熱硬化性樹脂層25,26(絶縁層)を形成する。具体的には、図4に示す基板24の一方の面において配線22を覆うようにシート状の熱硬化性樹脂層25をラミネートし、また、基板24の他方の面において配線23を覆うようにシート状の熱硬化性樹脂層26をラミネートする。これら熱硬化性樹脂層25,26は、例えば、エポキシ樹脂材などの熱硬化性樹脂材から構成される。その後、熱硬化性樹脂層25,26側から治具で加圧(狭圧)しながら所定条件で加熱する。これにより、熱硬化性樹脂層25,26が基板24に接着(熱圧着)される。なお、熱硬化性樹脂層25,26の形成にあたり、例えば180℃〜200℃で加熱して完全に熱硬化させたり、例えば80℃〜130℃で加熱して完全に硬化させずに次の工程に進めたりすることもできる。
続いて、図6に示すように、基板24の両面上のそれぞれに熱硬化性樹脂層25,26を介して金属体30,31(金属層)を形成する。金属体30,31は、例えば銅から構成される。具体的には、熱硬化性樹脂層25,26上の金属体30,31(例えば、厚みが2μm程度)として、熱硬化性樹脂層25,26の形成後に、無電解銅めっきで銅層を形成したり、銅箔を貼り付けたり、あるいは、樹脂に銅箔をつけたもの(例えば、RCC:Resin Coated Copper foil)を積層させたりすることができる。
続いて、図7に示すように、基板24の両面上のそれぞれに金属体30,31を介してパターニングされたドライフィルムレジスト32,33を形成する。具体的には、図6に示す基板24の一方の面において金属体30を覆うようにドライフィルムレジスト32を塗布し、また、基板24の他方の面において金属体31を覆うようにドライフィルムレジスト33を塗布し、その後、これらを露光および現像してパターニングする。
続いて、図8、図9に示すように、パターニングされたドライフィルムレジスト32,33をマスクとして、金属体30,31をパターニングし、メタルマスク36,38を形成する。具体的には、金属体30,31が銅材から構成される場合、過水硫酸などの薬液を用いて金属体30,31をパターニングする。これにより、熱硬化性樹脂層25上に開口部34,35を有するメタルマスク36が形成される。この開口部34,35は、配線22の上方に位置する。また、熱硬化性樹脂層26上に開口部37を有するメタルマスク38が形成される。この開口部37は、配線23の下方に位置する。その後、図8に示すマスクとして用いたドライフィルムレジスト32,33を剥離(除去)する。これにより、金属体30から構成されるメタルマスク36および金属体31から構成されるメタルマスク38が形成される。
続いて、開口部34,35から露出する熱硬化性樹脂層25を化学的に除去し、図10に示すように、熱硬化性樹脂層25に基板24を露出する開口部40,41を形成する。また、開口部37から露出する熱硬化性樹脂層26を化学的に除去し、熱硬化性樹脂層26に基板24を露出する開口部42を形成する。具体的には、熱硬化性樹脂層25,26がエポキシ樹脂材の場合、過マンガン酸などの薬液を用いて開口部40,41,42を形成する。これにより、開口部40の底部では配線22のみが露出する。また、開口部41の底部では配線22と樹脂シート11が露出する。また、開口部42の底部では配線23が露出する。なお、開口部40,41,42を形成するにあたり、化学的な除去する工法を用いて、1回で行うこともできるし、複数回で行うこともできる。
このように、レーザ照射のような機械的加工を用いなくとも、化学的に除去すること(例えば、ウエットエッチングなどの化学反応によるエッチング)により容易に開口部40,41,42を形成することができ、配線基板10の生産性を向上させることができる。仮にレーザ照射で開口部40,41,42を形成しようとした場合、開口位置ごとにレーザ照射をするため、加工時間が長くなってしまう。また、基板24の一方および他方の面側の熱硬化性樹脂層25,26のそれぞれごと(片面ごと)にレーザ照射をするため、加工時間が長くなってしまう。そこで、本実施形態では、化学的に除去することで、両面加工することができ、一度に開口部40,41,42を形成することができる。また、同一の化学的な除去工程において、複数枚の基板24に対して処理することもできる。
また、本実施形態では、基板24を構成する樹脂シート11に熱硬化性樹脂材(例えば、エポキシ樹脂など)が用いられるが、化学的な除去工程においては、基板24と、熱硬化性樹脂層25,26との選択比を確保し、表層となる熱硬化性樹脂層25,26のみを選択的に除去する。なお、基板24が完全に硬化した状態に対して、熱硬化性樹脂層25,26が半硬化の状態の場合、その熱硬化性樹脂層25,26が除去され易く、容易に開口部40,41,42を形成することができる。
開口部40,41,42の形成にあたっては、化学的に除去する工法(例えば、過マンガン酸などを用いたデスミアなどの化学反応によるエッチング)の他に、物理的に除去する工法(例えば、プラズマエッチングなどのドライエッチング)を行うことができるが、物理的よりも化学的により熱硬化性樹脂層25,26を溶解除去する工法の方が容易に形成することができる。なお、開口部40,41,42の形成にあたっては、化学的に除去する工法と、物理的に除去する工法とを併用させることもできる。
また、本実施形態では、化学的に除去する工法により、配線22を含んで基板24の表面を露出するように、すなわち、配線22および基板24の樹脂シート11の表面を露出するように、熱硬化性樹脂層25に開口部41を形成している。仮に、配線22(例えば、銅材から構成される)および樹脂シート11(例えば、エポキシ樹脂材から構成される熱硬化性樹脂材)を露出する開口部41をレーザ照射で形成する場合、それぞれに対するレーザ条件が異なるため、配線22や基板24へのダメージバランスを考慮する必要があり困難を伴う。また、開口サイズによってもレーザ条件が異なる。そこで、本実施形態では、配線22および基板24の両者に対して熱硬化性樹脂層25の選択比を確保することができる化学的に除去する工法を用いることによって、熱硬化性樹脂層25に容易に開口部41を形成することができる。すなわち、製品ごとに大きな条件出しが不要となり、熱硬化性樹脂層25の厚みが決まれば、条件(処理時間など)も決まり、容易に開口部41を形成することができる。
続いて、図11に示すように、メタルマスク36,38を除去する。具体的には、メタルマスク36,38が銅材から構成される場合、過水硫酸などの薬液を用いてメタルマスク36,38を除去する。この薬液を用いる際には、配線22,23も曝されるものもあるが、配線22,23が銅材から構成されるものであったとしても、メタルマスク36,38の厚みが配線22,23のものよりも薄いため、配線22,23は残存する。なお、熱硬化性樹脂層25,26に開口部40,41,42を形成するにあたり、図10を参照して説明した工程において、配線22,23上に故意に薄く樹脂を残して置き、メタルマスク36,38を除去した後に、例えば化学的に除去する工法を用いて、全体的に(それまでメタルマスク36,38が乗っていた部分含め)残存樹脂を除去して配線22,23を露出させることもできる。
この時点で熱硬化性樹脂層25,26が半硬化の状態の場合には、続いて、熱硬化性樹脂層25,26を完全に硬化させる。具体的には、開口部40,41が形成された半硬化状態の熱硬化性樹脂層25や、開口部42が形成された半硬化状態の熱硬化性樹脂層26を完全に硬化させるために、所定条件(例えば、180℃〜200℃)で加熱する。なお、開口部40,41,42が形成されているのであれば、熱硬化性樹脂層25,26を完全に硬化させる工程は、メタルマスク36,38の除去工程の前であっても、後であってもよい。
このようにして、配線基板10が略完成する。このように配線基板10の両面にソルダレジストとして熱硬化性樹脂層25,26を用いることで、一般的な感光性ソルダレジストを用いたものより、反りを抑制し、剛性のある配線基板10を得ることができる。このため、配線基板10(半導体パッケージ基板)を備える半導体装置(半導体パッケージ)を形成(製造)する際に、配線基板10を容易に搬送供給することができる。
また、例えば、配線基板10の一方の面に、熱硬化性樹脂層25(ソルダレジスト)から露出する配線22と電気的に接続された半導体素子(半導体チップ)や電子部品(例えば、チップコンデンサなど)を容易に実装することができる。また、配線基板10の他方の面に、熱硬化性樹脂層26(ソルダレジスト)から露出する配線23と電気的に接続された外部接続端子(例えば、はんだバンプなど)を容易に実装することができる。すなわち、半導体素子などの種々の部品を配線基板10に容易に実装することができ、半導体装置の生産性を向上させることができる。
(実施形態2)
本実施形態では、配線基板10を用いて構成される半導体装置100について、図12および図13を参照して説明する。図12および図13は、配線基板10を備えた半導体装置100の一例の要部模式的断面図である。なお、説明を明解にするために、配線基板10の一部を省略して説明する。
図12に示す半導体装置100は、配線基板10と、配線基板10の実装領域において積層して実装されたチップ状の半導体素子101,102とを備える。半導体素子101は、半導体素子102よりもチップサイズが大きく、半導体素子102周囲の配線基板10(熱硬化性樹脂層25)の表面と、半導体素子101との間には空間が形成される。この配線基板10は、電極パッドとなる配線22を露出する開口部40と、実装領域の周囲を平面視リング状に形成された周溝部43(開口部)とを有する。なお、周溝部43は、前記実施形態1で説明した開口部40,41の形成と同様の工程を経て形成され、樹脂シート11の表面を露出するものの、配線22を露出するものではない。
配線基板10に実装された半導体素子101は、その表面に形成された電極パッド(図示せず)と開口部40で露出する配線22(電極パッド)とをボンディングワイヤ104を介して、配線基板10と電気的に接続される。そして、実装された半導体素子101,102を保護するために、実装領域における配線基板10の表面と半導体素子101との間の空間を埋めるように、保護材105が塗布(アンダーフィル)される。ここで、配線基板10に周溝部43が形成されているので、この周溝部43がダムとなって、保護材105が配線基板10の実装領域以外の表面に広がるのを防止することができる。
図13に示す半導体装置100は、配線基板10と、配線基板10の実装領域においてフリップチップ実装されたチップ状の半導体素子103とを備える。配線基板10に実装された半導体素子103は、その主面(下面)に形成された複数の電極バンプ106と開口部41で露出する複数の配線22(電極パッド)とを接合して、配線基板10と電気的に接続される。そして、実装された半導体素子103を保護するために、実装領域における配線基板10の表面と半導体素子103との間の空間を埋めるように、保護材105が塗布(アンダーフィル)される。ここでも、配線基板10に周溝部43が形成されているので、この周溝部43がダムとなって、保護材105が配線基板10の実装領域以外の表面に広がるのを防止することができる。
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施形態1では、2層の配線層を備えた配線基板(2層板)に適用した場合について説明した。これに限らず、3層以上の多層の配線層を備えた配線基板(多層板)に適用することもできる。例えば、配線を有する基板として、ビルドアップ基板(プリント基板)を用いることもできる。
例えば、前記実施形態1では、配線基板の最外層(ソルダレジスト)としての熱硬化性樹脂層に対して、例えば配線を露出させる開口部を形成する場合について説明した。これに限らず、配線基板の層間絶縁層として熱硬化性樹脂層を用い、その熱硬化性樹脂層に対して、例えばビア孔などの開口部を形成する場合にも用いることができる。
10 配線基板
11 樹脂シート
12,13 金属箔
14 ガラスクロス
15 ビア孔
16 ビア
20,21 配線層
22,23 配線
24 基板
25,26 熱硬化性樹脂層
30,31 金属体
32,33 ドライフィルムレジスト
34,35 開口部
36 メタルマスク
37 開口部
38 メタルマスク
40,41,42 開口部
43 周溝部
100 半導体装置
101,102,103 半導体素子
104 ボンディングワイヤ
105 保護材
106 電極バンプ
本発明の一実施形態に係る配線基板の製造方法は、(a)配線を有する基板を形成する工程と、(b)前記基板上に熱硬化性樹脂層を形成する工程と、(c)前記熱硬化性樹脂層上に第1開口部を有するメタルマスクを形成する工程と、(d)前記第1開口部から露出する前記熱硬化性樹脂層を化学的に除去し、前記基板を露出することとなる第2開口部を前記熱硬化性樹脂層に形成する工程と、(e)前記(d)工程の後、前記メタルマスクを除去する工程とを含み、前記(a)工程では、熱硬化性樹脂材から構成される前記基板を形成し、前記(b)工程では、前記(d)工程の化学的除去における選択比が確保されるように前記熱硬化性樹脂材に対して前記熱硬化性樹脂層を半硬化の状態で形成し、前記(d)工程では、前記第2開口部から少なくとも前記熱硬化性樹脂材を露出することを特徴とする。
前記一実施形態に係る配線基板の製造方法において、前記(a)工程では、表面に前記配線を有する前記基板を形成し、前記(b)工程では、前記配線を覆うように前記熱硬化性樹脂層を前記基板上に形成し、前記(c)工程では、前記配線の上方に位置する前記第1開口部を有する前記メタルマスクを前記熱硬化性樹脂層上に形成し、前記(d)工程では、前記第2開口部から前記熱硬化性樹脂材とともに前記配線を露出することがより好ましい。
本発明の他の実施形態に係る配線基板の製造方法において、(a)表面に配線を有する基板を形成する工程と、(b)前記配線を覆うように前記基板上に熱硬化性樹脂層を形成する工程と、(c)前記熱硬化性樹脂層上に、前記配線の上方に位置する第1開口部を有するメタルマスクを形成する工程と、(d)前記第1開口部から露出する前記熱硬化性樹脂層を化学的に除去し、前記基板を露出することとなる第2開口部を前記熱硬化性樹脂層に形成する工程と、(e)前記(d)工程の後、前記メタルマスクを除去する工程とを含み、前記(d)工程では、前記第2開口部における前記配線上に前記熱硬化性樹脂層を残存させ、前記(e)工程の後、前記配線上に残存する前記熱硬化性樹脂層を化学的に除去し、前記第2開口部から少なくとも前記配線を露出することを特徴とする。

Claims (3)

  1. (a)配線を有する基板を形成する工程と、
    (b)前記基板上に熱硬化性樹脂層を形成する工程と、
    (c)前記熱硬化性樹脂層上に第1開口部を有するメタルマスクを形成する工程と、
    (d)前記第1開口部から露出する前記熱硬化性樹脂層を化学的に除去し、前記基板を露出する第2開口部を前記熱硬化性樹脂層に形成する工程と、
    (e)前記(d)工程の後、前記メタルマスクを除去する工程と
    を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
  2. 請求項1記載の配線基板の製造方法において、
    前記(a)工程では、表面に前記配線を有する前記基板を形成し、
    前記(b)工程では、前記配線を覆うように前記熱硬化性樹脂層を前記基板上に形成し、
    前記(c)工程では、前記配線の上方に位置する前記第1開口部を有する前記メタルマスクを前記熱硬化性樹脂層上に形成し、
    前記(d)工程では、前記配線および前記基板を露出する前記第2開口部を形成する。
  3. 請求項1または2項に記載の配線基板の製造方法において、
    前記(b)工程では、絶縁層として、エポキシ樹脂材から構成される前記熱硬化性樹脂層を形成する。
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