JP2016219478A

JP2016219478A - 配線基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2016219478A
Application number: JP2015099629A
Authority: JP
Inventors: 公輔池田; Kosuke Ikeda
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2016-12-22
Also published as: US20160338195A1; US9775237B2

Abstract

【課題】従来よりも導体層からのビア導体の剥離を抑え、ビア導体と導体層との接続の信頼性を向上することが可能な配線基板及びその製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の配線基板１０では、第１及び第２の絶縁樹脂層２１，２３のそれぞれが、支持絶縁層２９とその下方の被覆絶縁層２８とからなる二層構造になっていて、支持絶縁層２９上に第１導体層２２又は第２導体層２３が形成されると共に、被覆絶縁層２８がその下の導体回路層１２又は第１導体層２２を覆っている。また、被覆絶縁層２８は支持絶縁層２９よりも無機フィラー含有率が大きくなっていて熱膨張率が小さくなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コア基板に導体層と絶縁樹脂層とが交互に積層されている配線基板及びその製造方法に関する。

この種の配線基板には、絶縁樹脂層を貫通して上下の導体層を接続するビア導体が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３４５５６０（図１）

上述した従来の配線基板においては、熱変形によりビア導体が導体層から剥離してしまうことが考えられる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来よりも導体層からのビア導体の剥離を抑え、ビア導体と導体層との接続の信頼性を向上することが可能な配線基板及びその製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するためなされた請求項１に係る発明は、コア基板と、前記コア基板に交互に積層される導体層及び絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層として設けられ、上面に前記導体層が積層される支持絶縁層と、前記支持絶縁層の下方に重ねられてその下の導体層を被覆しかつ上面に導体層が積層されていない被覆絶縁層と、からなる二層絶縁層と、前記二層絶縁層を貫通して上下の前記導体層を接続するビア導体と、を有する配線基板であって、前記被覆絶縁層と前記支持絶縁層とには、前記被覆絶縁層の熱膨張率が前記支持絶縁層の熱膨張率よりも小さくなりかつそれらの差が３０ｐｐｍ／℃以下となるように、異なる含有率で無機フィラーがそれぞれ含有され、前記被覆絶縁層の無機フィラーの含有率は、６５〜８５質量％であり、前記被覆絶縁層は前記支持絶縁層よりも厚い。

本発明の第１実施形態に係る配線基板の側断面図配線基板の平断面図配線基板の製造工程を示す側断面図配線基板の製造工程を示す側断面図配線基板の製造工程を示す側断面図配線基板の製造工程を示す側断面図配線基板の製造工程を示す側断面図配線基板の製造工程を示す側断面図配線基板の製造工程を示す側断面図変形例に係る配線基板の側断面図変形例に係る配線基板の側断面図

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の配線基板１０は、コア基板１１の表裏の両面にビルドアップ層２０，２０を積層してなる。コア基板１１は、絶縁性部材で構成され、その表側面であるＦ面１１Ｆと裏側面であるＳ面１１Ｓとには、導体回路層１２（本発明の「導体層」に相当する）がそれぞれ形成されている。

コア基板１１には、導電用貫通孔１４が形成されている。導電用貫通孔１４は、コア基板１１のＦ面１１Ｆ及びＳ面１１Ｓの両面からそれぞれ穿孔しかつ奥側に向かって徐々に縮径したテーパー孔１４Ａ，１４Ａの小径側端部を互いに連通させた中間括れ形状をなしている。導電用貫通孔１４内にはめっきが充填されてスルーホール導電導体１５が形成され、そのスルーホール導電導体１５によってＦ面１１Ｆの導体回路層１２とＳ面１１Ｓの導体回路層１２との間が接続されている。

コア基板１１のＦ面１１Ｆ側のビルドアップ層２０も、Ｓ面１１Ｓ側のビルドアップ層２０も共に、コア基板１１側から順番に、第１絶縁樹脂層２１、第１導体層２２、第２絶縁樹脂層２３、第２導体層２４を積層してなり、第２導体層２４上には、ソルダーレジスト層２５が積層されている。なお、第１絶縁樹脂層２１及び第２絶縁樹脂層２３が本発明の「二層絶縁層」に相当する。

ソルダーレジスト層２５には、複数のパッド用孔が形成され、第２導体層２４の一部がパッド用孔内に位置してパッドになっている。配線基板１０全体の表側面であるＦ面１０Ｆにおいては、複数のパッドが、中パッド２６Ａ群と小パッド２６Ｃ群とからなり、小パッド２６Ｃ群が行列状に並べられ、その回りを中パッド２６Ａ群が枠状に並べられて囲んでいる。一方、配線基板１０全体の裏側面であるＳ面１０Ｓのパッドは、中パッド２６Ａより大きな大パッド２６Ｂになっている。

第１絶縁樹脂層２１及び第２絶縁樹脂層２３には、それぞれ複数のビアホール２１Ｈ，２３Ｈが形成され、それらビアホール２１Ｈ，２３Ｈは、共にコア基板１１側に向かって徐々に縮径したテーパー状になっている。これらビアホール２１Ｈ，２３Ｈ内にめっきが充填されて複数のビア導体２１Ｄ，２３Ｄが形成されている。そして、第１絶縁樹脂層２１のビア導体２１Ｄによって、導体回路層１２と第１導体層２２との間が接続され、第２絶縁樹脂層２３のビア導体２３Ｄによって、第１導体層２２と第２導体層２４との間が接続されている。なお、第１及び第２の導体層２２，２４においては、配線パターンの最小幅Ｗ及び配線パターン間の最小距離Ｈがともに１５μｍ以下となっている（図２参照）。また、ビア導体２１Ｄのうち下方の導体回路層１２との接続部分（いわゆる、ビア底）及びビア導体２３Ｄのうち下方の第１導体層２２との接続部分の径が共に５０μｍ以下となっている。

さて、図１に示すように、本実施形態の配線基板１０では、第１絶縁樹脂層２１と第２絶縁樹脂層２３とのそれぞれが、支持絶縁層２９と支持絶縁層２９より厚い被覆絶縁層２８とからなる二層構造になっている。具体的には、支持絶縁層２９の厚みは被覆絶縁層２８の厚みの１５〜５０％となっていて、第１及び第２の絶縁樹脂層２１，２３それぞれにおけるコア基板１１側に被覆絶縁層２８が配され、外側に支持絶縁層２９が配されている。各支持絶縁層２９には上面に第１導体層２２又は第２導体層２４がそれぞれ形成されている。これら支持絶縁層２９の上面は粗化面となっている。また、第１絶縁樹脂層２１の被覆絶縁層２８は、コア基板１１上の導体回路層１２を覆っていて、第２絶縁樹脂層２３の被覆絶縁層２８は、第１絶縁樹脂層２１の支持絶縁層２９上の第１導体層２２を覆っている。

被覆絶縁層２８及び支持絶縁層２９は共に、シリカ、アルミナ又はムライト等の無機フィラーを含有している絶縁樹脂により構成されている。ここで、一般的に絶縁樹脂においては、無機フィラーの含有率が大きくなる程、熱膨張率が小さくなる。本実施形態では、支持絶縁層２９の無機フィラー含有率が４２ｗｔ％、熱膨張率が３９ｐｐｍ／℃になっているのに対し、被覆絶縁層２８の無機フィラー含有率が７７ｗｔ％、熱膨張率が１２ｐｐｍ／℃となっている。つまり、支持絶縁層２９の無機フィラーの含有率は、被覆絶縁層２８の熱膨張率が支持絶縁層２９の熱膨張率よりも小さくかつその差が３０ｐｐｍ／℃以下となる程度の含有率になっている。

また、導体の熱膨張率は１６．８ｐｐｍ／℃である。つまり、ビア導体２１Ｄ，２３Ｄの熱膨張率と被覆絶縁層２８の熱膨張率との差が１０ｐｐｍ／℃以下となっていると共に、ビア導体２１Ｄ，２３Ｄ及び導体層２２，２４の熱膨張率と被覆絶縁層２８の熱膨張率との差（１６．８−１２＝４．８ｐｐｍ／℃）が、ビア導体２１Ｄ，２３Ｄ及び導体層２２，２４の熱膨張率と支持絶縁層２９の熱膨張率との差（３９−１６．８＝２２．２ｐｐｍ／℃）の１／２以下となっている。

また、支持絶縁層２９内の無機フィラーの平均粒径は０．５μｍであり、支持絶縁層２９の誘電正接ｔａｎδ（絶縁体内部での電気エネルギー損失を示す）は０．０１７である一方、被覆絶縁層２８内の無機フィラーの平均粒径は１．０μｍであり、被覆絶縁層２８の誘電正接ｔａｎδは０．００９３となっている。なお、被覆絶縁層２８及び支持絶縁層２９には共にガラスクロスは含有されていない。

本実施形態の配線基板１０は、以下のようにして製造される。
（１）図３（Ａ）に示すように、コア基板１１としてエポキシ樹脂又はＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂とガラスクロスなどの補強材からなる絶縁性基材１１Ｋの表裏の両面に、銅箔１１Ｃがラミネートされているものが用意される。

（２）図３（Ｂ）に示すように、コア基板１１にＦ面１１Ｆ側から例えばＣＯ２レーザが照射されて導電用貫通孔１４（図１参照）を形成するためのテーパー孔１４Ａが穿孔される。

（３）図３（Ｃ）に示すように、コア基板１１のＳ面１１Ｓのうち前述したＦ面１１Ｆ側のテーパー孔１４Ａの真裏となる位置にＣＯ２レーザが照射されてテーパー孔１４Ａが穿孔され、それらテーパー孔１４Ａ，１４Ａから導電用貫通孔１４が形成される。

（４）無電解めっき処理が行われ、銅箔１１Ｃ上と導電用貫通孔１４の内面に無電解めっき膜（図示せず）が形成される。

（５）図４（Ａ）に示すように、銅箔１１Ｃ上の無電解めっき膜上に、所定パターンのめっきレジスト３３が形成される。

（６）電解めっき処理が行われ、図４（Ｂ）に示すように、電解めっきが導電用貫通孔１４内に充填されてスルーホール導電導体１５が形成されると共に、銅箔１１Ｃ上の無電解めっき膜（図示せず）のうちめっきレジスト３３から露出している部分に電解めっき膜３４が形成される。

（７）めっきレジスト３３が剥離されると共に、めっきレジスト３３の下方の無電解めっき膜（図示せず）及び銅箔１１Ｃが除去され、図４（Ｃ）に示すように、残された電解めっき膜３４、無電解めっき膜及び銅箔１１Ｃにより、コア基板１１のＦ面１１Ｆ上に導体回路層１２が形成されると共に、コア基板１１のＳ面１１Ｓ上に導体回路層１２が形成される。そして、Ｆ面１１Ｆの導体回路層１２とＳ面１１Ｓの導体回路層１２とがスルーホール導電導体１５によって接続された状態になる。

（８）図５（Ａ）に示すように、コア基板１１の表裏の導体回路層１２，１２上に、第１絶縁樹脂層２１として、被覆絶縁層２８と支持絶縁層２９とが一体になった絶縁シート３０が、被覆絶縁層２８側を下にして積層されてから加熱プレスされる。その際、コア基板１１上の導体回路層１２，１２同士の間が被覆絶縁層２８にて埋められる。

（９）薬液により支持絶縁層２９の上面が粗化される。

（１０）図５（Ｂ）に示すように、コア基板１１の表裏の両側の第１絶縁樹脂層２１，２１にＣＯ２レーザが照射されて、複数のビアホール２１Ｈが形成される。それら複数のビアホール２１Ｈの一部のビアホール２１Ｈは、導体回路層１２上に配置される。

（１１）無電解めっき処理が行われ、第１絶縁樹脂層２１，２１上と、ビアホール２１Ｈ，２１Ｈ内とに無電解めっき膜（図示せず）が形成される。

（１２）図５（Ｃ）に示すように、無電解めっき膜上に、所定パターンのめっきレジスト４０が形成される。

（１３）電解めっき処理が行われ、図６（Ａ）に示すように、めっきがビアホール２１Ｈ，２１Ｈ内に充填されてビア導体２１Ｄ，２１Ｄが形成され、さらには、第１絶縁樹脂層２１，２１上の無電解めっき膜（図示せず）のうちめっきレジスト４０から露出している部分に電解めっき膜３９，３９が形成される。

（１４）めっきレジスト４０が剥離されると共に、めっきレジスト４０の下方の無電解めっき膜（図示せず）が除去され、図６（Ｂ）に示すように、残された電解めっき膜３９及び無電解めっき膜により、コア基板１１の表裏の各第１絶縁樹脂層２１上に第１導体層２２が形成される。そして、コア基板１１の表裏の各第１導体層２２の一部と導体回路層１２とがビア導体２１Ｄによって接続された状態になる。

（１５）上記した（８）〜（１４）と同様の処理により、図７に示すように、コア基板１１の表裏の各第１導体層２２上に第２絶縁樹脂層２３と第２導体層２４とが形成されて、各第２導体層２４の一部と第１導体層２２とがビア導体２３Ｄによって接続された状態になる。

（１６）図８に示すように、コア基板１１の表裏の各第２導体層２４上にソルダーレジスト層２５，２５が積層される。

（１７）図９に示すように、コア基板１１の表裏のソルダーレジスト層２５，２５の所定箇所にパッド用孔が形成され、コア基板１１の表裏の各第２導体層２４のうちパッド用孔から露出した部分がパッド２６になる。

（１８）パッド２６上に、ニッケル層、パラジウム層、金層の順に積層されて図１に示した金属膜４１が形成される。以上で配線基板１０が完成する。但し、金属膜４１は上記のＮｉ／Ｐｄ／Ａｕだけに限らず、Ｎｉ／Ａｕ、Ｓｎでも良いし、金属膜４１の代わりにＯＳＰ膜を形成しても良い。

本実施形態の配線基板１０の構造及び製造方法に関する説明は以上である。次に配線基板１０の使用例と作用効果とを説明する。本実施形態の配線基板１０は、例えば、Ｆ面１０Ｆ側のパッド２６上に、半田バンプ（図示せず）が形成されて、その上にＣＰＵ等が搭載されて半田付けされると共に、Ｓ面１０Ｓ側のパッド２６がマザーボードのパッドと半田付けされることで使用される。このとき、一部では、ＣＰＵのパッドとマザーボードのパッドとが配線基板１０のビア導体２１Ｄ，２３Ｄを介して接続される。

ここで、例えば、第１絶縁樹脂層２１の熱膨張率が大きい（第１絶縁樹脂層２１の熱膨張率と導体の熱膨張率との差が大きい）と、ビア導体２１Ｄ（特に最小径となるビア底部分）にかかる熱応力が大きくなり、ビア導体２１Ｄがその下方の導体回路層１２から剥離しやすくなるという問題が生じると考えられる。これに対し、本実施形態の配線基板１０では、第１絶縁樹脂層２１のうちの被覆絶縁層２８、即ち、導体回路層１２の上面やビア導体２１Ｄのビア底の周辺を覆う部分の熱膨張率が小さく（被覆絶縁層２８の熱膨張率と導体の熱膨張率との差が小さく）なっているので、ビア導体２１Ｄが第１絶縁樹脂層２１の熱膨張の影響を受けて導体回路層１２から剥離することを防ぐことができ、ビア導体２１Ｄと導体回路層１２との接続の信頼性を向上することができる。同様に、第１導体層２２とビア導体２３Ｄとの接続の信頼性も向上する。

ところで、第１及び第２の絶縁樹脂層２１，２３を、熱膨張率の小さい被覆絶縁層２８のみにより形成すると、第１及び第２の絶縁樹脂層２１，２３全体に亘って無機フィラーの含有率が大きくなる。この場合、第１及び第２の絶縁樹脂層２１，２３の表面にも無機フィラーが多く存在することとなるが、無機フィラー上にはめっきレジスト４０が接着しにくいため、第１及び第２の絶縁樹脂層２１，２３上のめっきレジスト４０を緻密にすることが困難となり、配線パターンを密（ファイン）にすることができなくなる。

これに対し、本実施形態の配線基板１０では、第１絶縁樹脂層２１及び第２絶縁樹脂層２３が、熱膨張率が比較的小さい（無機フィラーの含有率が大きい）被覆絶縁層２８と、熱膨張率が比較的大きい（無機フィラーの含有率が小さい）支持絶縁層２９との二層構造になっている。そして、それらのうち無機フィラーの含有率が小さい支持絶縁層２９に導体層２２，２４が形成されるため、めっきレジスト４０の形成時にアンカー効果が得られ、めっきレジスト４０を緻密にすることができ、配線パターンを密（ファイン）にすることができる。これにより、第１及び第２の導体層２２，２４における配線パターンの最小幅Ｗ及び配線パターン間の最小距離Ｈを１５μｍ以下にすることができる。

また、支持絶縁層２９内の無機フィラーの平均粒径が被覆絶縁層２８内の無機フィラーの平均粒径よりも小さくなっているため、めっきレジスト４０の第１及び第２の絶縁樹脂層２１，２３への接着性をより高めることができる。さらに、支持絶縁層２９の上面が粗化面となっているため、めっきレジスト４０の形成時にアンカー効果がより強まり、めっきレジスト４０を緻密にすることが容易となる。また、導体層２２，２４の支持絶縁層２９への固定強度も高まる。

また、第１及び第２の絶縁樹脂層２１，２３の熱膨張率が大きいと加熱による膨張と冷却による収縮とにより配線基板１０全体が反ってしまうことが考えられるが、第１及び第２の絶縁樹脂層２１，２３が熱膨張率の比較的小さい被覆絶縁層２８を有していることにより、第１及び第２の絶縁樹脂層２１，２３全体の熱膨張率が小さくなり、配線基板１０全体の反りを抑えることもできる。

また、本実施形態の配線基板１０では、配線パターンの上面と側面とが、支持絶縁層２９よりも誘電正接ｔａｎδが小さい被覆絶縁層２８に覆われているため、配線パターンが支持絶縁層２９のみにより覆われている構成よりも電気エネルギー損失を少なくすることができる。

［他の実施形態］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、熱伝導率の大小が無機フィラー含有率の大小により異なっていたが、例えば、無機フィラーの含有率を同じにして、樹脂の種類により熱伝導率の大小を異ならせる構成であってもよい。

（２）上記実施形態では、被覆絶縁層２８と支持絶縁層２９とが一体となった絶縁シート３０を積層する構成であったが、被覆絶縁層２８と支持絶縁層２９とを一層ずつ別個に積層する構成であってもよい。

（３）上記実施形態では、被覆絶縁層２８の無機フィラー含有率が７７ｗｔ％で、支持絶縁層２９の無機フィラー含有率が４２ｗｔ％であったが、これに限られるものではない。なお、被覆絶縁層２８の無機フィラー含有率を６５〜８５ｗｔ％とし、支持絶縁層２９の無機フィラー含有率を３０〜５０ｗｔ％とすることが好ましい。
好ましい

（４）上記実施形態では、コア基板１１の表裏にそれぞれ積層されている絶縁樹脂層が２層ずつであったが、１層ずつであってもよいし、３層以上ずつであってもよい。

（５）上記実施形態では、第１及び第２の絶縁樹脂層２１，２３の全てが被覆絶縁層２８と支持絶縁層２９とからなる二層構造になっていたが、一部のみが二層構造になっている構成であってもよい。

（６）上記実施形態では、コア基板１１に何も収容されていなかったが、図１０に示すように、コア基板１１にキャビティ１６が形成され、そのキャビティ１６に、例えば金属ブロック１７が収容される構成であってもよい。また、図１１に示すように、コア基板１１にキャビティ１６が複数形成され、それらキャビティ１６に、金属ブロック１７と共に積層セラミックコンデンサ１８等の電子部品が収容される構成であってもよい。

１０配線基板
１１コア基板
１２導体回路層（導体層）
２１第１絶縁樹脂層（二層絶縁層）
２１Ｄビア導体
２２第１導体層（導体層）
２３第２絶縁樹脂層（二層絶縁層）
２８被覆絶縁層
２９支持絶縁層

Claims

コア基板と、
前記コア基板に交互に積層される導体層及び絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層として設けられ、上面に前記導体層が積層される支持絶縁層と、前記支持絶縁層の下方に重ねられてその下の導体層を被覆しかつ上面に導体層が積層されていない被覆絶縁層と、からなる二層絶縁層と、
前記二層絶縁層を貫通して上下の前記導体層を接続するビア導体と、を有する配線基板であって、
前記被覆絶縁層と前記支持絶縁層とには、前記被覆絶縁層の熱膨張率が前記支持絶縁層の熱膨張率よりも小さくなりかつそれらの差が３０ｐｐｍ／℃以下となるように、異なる含有率で無機フィラーがそれぞれ含有され、
前記被覆絶縁層の無機フィラーの含有率は、６５〜８５質量％であり、
前記被覆絶縁層は前記支持絶縁層よりも厚い。
請求項１に記載の配線基板であって、
前記被覆絶縁層に含まれる前記無機フィラーの平均粒径は、前記支持絶縁層に含まれる前記無機フィラーの平均粒径よりも大きい。
請求項１又は２に記載の配線基板であって、
前記支持絶縁層の上面は粗化されている。
請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の配線基板であって、
前記被覆絶縁層と前記支持絶縁層とはフィルム状に一体形成された状態で積層されている。
請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載の配線基板であって、
前記被覆絶縁層の誘電正接は、前記支持絶縁層の誘電正接よりも小さく、かつ、０．０１以下である。
請求項１乃至５の何れか１の請求項に記載の配線基板であって、
前記支持絶縁層の上面に形成される前記導体層における配線パターンの最小幅及び前記配線パターン間の最小距離がともに１５μｍ以下である。
請求項１乃至６の何れか１の請求項に記載の配線基板であって、
前記ビア導体の熱膨張率と前記被覆絶縁層の熱膨張率との差が１０ｐｐｍ／℃以下である。
請求項１乃至７の何れか１の請求項に記載の配線基板であって、
前記ビア導体のうち下方の前記導体層との接続部分の径が５０μｍ以下である。
請求項１乃至８の何れか１の請求項に記載の配線基板であって、
前記コア基板に形成されるキャビティに金属ブロックが収容されている。
請求項１乃至９の何れか１の請求項に記載の配線基板であって、
前記ビア導体及び前記導体層の熱膨張率と前記被覆絶縁層の熱膨張率との差が、前記ビア導体及び前記導体層の熱膨張率と前記支持絶縁層の熱膨張率との差の１／２以下である。
請求項１乃至１０の何れか１の請求項に記載の配線基板であって、
前記ビア導体は、前記コア基板側へ向かうにつれて徐々に縮径している。
コア基板に導体層と絶縁樹脂層とを交互に積層することと、
前記絶縁樹脂層として、上面に前記導体層が積層される支持絶縁層と、前記支持絶縁層の下方に重ねられてその下の導体層を被覆しかつ上面に導体層が積層されていない被覆絶縁層と、からなる二層絶縁層を積層することと、
上下の導体層を、前記二層絶縁層を貫通するビア導体により接続することと、を行う配線基板の製造方法であって、
前記被覆絶縁層と前記支持絶縁層とに、前記被覆絶縁層の熱膨張率が前記支持絶縁層の熱膨張率よりも小さくなりかつそれらの差が３０ｐｐｍ／℃以下となるように、異なる含有率で無機フィラーをそれぞれ含有することと、
前記被覆絶縁層の無機フィラーの含有率を、６５〜８５質量％とすることと、
前記被覆絶縁層を前記支持絶縁層よりも厚くすることと、を行う。
請求項１２に記載の配線基板の製造方法であって、
前記二層絶縁層の積層を、前記被覆絶縁層と前記支持絶縁層とがフィルム状に一体形成されている絶縁シートを積層することにより行う。