JP2017162849A - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

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layer
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conductive layer
conductive
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一 坂本
Hajime Sakamoto
一 坂本
清水 敬介
Keisuke Shimizu
敬介 清水
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

【課題】強度を向上することができる配線基板の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の配線基板10は、複数の絶縁樹脂層11,14,16のうち積層方向の一端に配置された第1絶縁樹脂層11と、第1絶縁樹脂層11に貫通した状態に形成され、半導体素子30を収容するキャビティ20と、複数の絶縁樹脂層11,14,16のうち第1絶縁樹脂層11と反対側の端部に配置され、上面に複数のパッド26を有する第4導電層17が積層され、繊維状又は布状の補強材19を含む第3絶縁層16と、を備え、複数の絶縁樹脂層11,14,16のうち第3絶縁層16を除く残りを占める絶縁樹脂層11,14の全てが、繊維状又は布状の補強材19を含まない。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数の導電層と複数の絶縁層とを積層してなる配線基板及びその製造方法に関する。
この種の配線基板として、半導体素子が内蔵されているものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−059992(段落[0021]、図11)
上述した配線基板においては、強度の向上が求められている。
本発明に係る配線基板は、導電路を含んでなる複数の導電層と複数の絶縁層とを積層してなり、前記絶縁層により導電層同士の間が絶縁されている配線基板において、前記複数の絶縁層のうち積層方向の一端に配置される第1絶縁層と、前記第1絶縁層を貫通する収容部と、前記収容部に収容される半導体素子と、前記複数の導電層のうち前記積層方向の一端と反対側の端部に配置され、複数のパッドを有する最外導電層と、前記複数の絶縁層のうち前記第1絶縁層と反対側の端部に配置され、前記積層方向の一端と反対側の面に前記最外導電層が積層され、繊維状又は布状の補強材を含む最外絶縁層と、を備え、前記複数の絶縁層のうち前記最外絶縁層を除く残りを占める絶縁層の全てが、前記繊維状又は布状の補強材を含まない。
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 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 配線基板の使用状態を示す側断面図 配線基板の拡大側断面図 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16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、絶縁樹脂層11,14,16(本発明の「絶縁層」に相当する)と導電路を含む導電層12,13,15,17とが複数ずつ交互に積層されてなるビルドアップ層24を有している。
ビルドアップ層24の複数の絶縁樹脂層11,14,16のうち積層方向の一端には、本発明の第1絶縁樹脂層11が配置されている。第1絶縁樹脂層11のうち積層方向の一端と反対側の面である主面11Aには、第2導電層13が積層されている。一方、第1絶縁樹脂層11のうち主面11Aと反対側の副面11B側には第1導電層12が配されている。この第1導電層12は、第1絶縁樹脂層11の副面11B側に埋め込まれかつ副面11Bに一部が露出している。また、第1導電層12における第1絶縁樹脂層11の副面11B側の面は、第1絶縁樹脂層11の副面11Bよりも内側に位置している。なお、本実施形態においては、第1絶縁樹脂層11の副面11Bから主面11Aに向かう方を「上方」とする。また、第1絶縁樹脂層11は、後述する第2及び第3の絶縁樹脂層14,16よりも厚くなっている。
また、第1絶縁樹脂層11には、ビアホール11Hとキャビティ20(本発明の「収容部」に相当する)とが形成されている。ビアホール11Hは、主面11A側から副面11B側に向かって徐々に縮径したテーパー状になっている。ビアホール11H内にめっきが充填されてビア導体11Dが形成されている。そして、この第1絶縁樹脂層11のビア導体11Dによって、第1導電層12と第2導電層13との間が接続されている。
キャビティ20は、主面11A側から副面11B側に向かって徐々に縮径した四角錐台状の空間を有する形状をなし、第1絶縁樹脂層11を貫通している。また、第1導電層12のうちキャビティ20の下方部分はプレーン部18になっていて、プレーン部18の上面がキャビティ20内に底面として露出している。
キャビティ20には、半導体素子30が収容されている。半導体素子30は、第1絶縁樹脂層11の主面11A側に、端子30A,30Aを有するアクティブ面30Cを備える一方、第1絶縁樹脂層11の副面11B側に、端子を有しない非アクティブ面30Dを備えていて、非アクティブ面30Dがプレーン部18に接着剤31によって接合されている。また、半導体素子30はキャビティ20から僅かに突出し、端子30A,30Aの上面が第2導電層13の上面と略面一になっている。
第1絶縁樹脂層11の主面11A上には、第2導電層13を覆う第2絶縁樹脂層14が積層されている。第2絶縁樹脂層14の一部は、半導体素子30とキャビティ20の内側面との間に入り込み、半導体素子30を覆っている。また、第2絶縁樹脂層14の上面には第3導電層15が形成されている。
第2絶縁樹脂層14上には、複数の絶縁樹脂層11,14,16のうち第1絶縁樹脂層11と反対側の端部に配されている本発明の「最外絶縁層」に相当する第3絶縁樹脂層16が積層されている。第3絶縁樹脂層16上には、第4導電層17(本発明の「最外導電層」に相当する)が形成され、第4導電層17上には、ソルダーレジスト層25が積層されている。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4導電層17のうちパッド用孔から露出した部分がパッド26になっている。なお、パッド26には、ニッケル層、パラジウム層、金層からなる金属膜27が形成されている。
また、第2及び第3の絶縁層14,16にも、複数のビアホール14H,16Hが形成され、それらビアホール14H,16H内にめっきが充填されて複数のビア導体14D,16Dが形成されている。そして、第2絶縁樹脂層14のビア導体14Dによって、第2導電層13と第3導電層15との間及び半導体素子30の端子30A,30Aと第3導電層15との間が接続され、第3絶縁樹脂層16のビア導体16Dによって、第3導電層15と第4導電層17との間が接続されている。
さて、絶縁樹脂層11,14,16はいずれもBステージの樹脂シート(例えば、プリプレグ、ビルドアップ基板用の絶縁性フィルムなど)から形成されている。ここで、本実施形態の配線基板10では、複数の絶縁樹脂層11,14,16のうち、第3絶縁樹脂層16は、例えばガラスクロス等からなる繊維状又は布状の補強材19(図16参照)を含んでいるのに対し、第1及び第2の絶縁樹脂層11,14は、繊維状又は布状の補強材を含んでいない。以降、繊維状又は布状の補強材を単に「補強材」という。
次に、本実施形態の配線基板10の製造方法について説明する。
(1)図2(A)に示すように、支持基板50の表側の面であるF面50Fと裏側の面であるB面50Bとに、銅製のキャリア34,34(本発明の「支持部材」に設けられている「金属膜」に相当する)が積層されている支持部材51が用意される。支持基板50は、樹脂層50Aの表裏の両面に銅箔50Bが積層されてなり、支持基板50の銅箔50Bとキャリア34とは外周部同士が接着されている。
なお、支持基板50のF面50F側のキャリア34上とB面50B側のキャリア34上とには同じ処理が施されるため、以降、F面50F側のキャリア34上を例にして説明する。
(2)図2(B)に示すように、支持部材51のキャリア34上に所定パターンのめっきレジスト35が形成される。
(3)図2(C)に示すように、Ni電解めっき処理が行われてキャリア34上のうちめっきレジスト35から露出している部分にNiめっき層36が形成され、さらに、Cu電解めっき処理が行われてNiめっき層36上に銅めっき層37が形成される。
(4)めっきレジスト35が剥離され、図3(A)に示すように、残された銅めっき層37より、導電路とプレーン部18とを含む第1導電層12が形成される。
(5)図3(B)に示すように、第1導電層12上に第1絶縁樹脂層11としての補強材なしの樹脂シートが積層されて、加熱プレスされる。
(6)図4(A)に示すように、第1絶縁樹脂層11にCO2レーザが照射されて、ビアホール11Hが形成される。ビアホール11Hは、第1導電層12における導電路上に配置される。
(7)無電解めっき処理が行われ、第1絶縁樹脂層11上と、ビアホール11H内とに無電解めっき膜(図示せず)が形成される。
(8)図4(B)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。
(9)電解めっき処理が行われ、図5(A)に示すように、めっきがビアホール11H内に充填されてビア導体11Dが形成され、さらには、第1絶縁樹脂層11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41が形成される。
(10)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5(B)に示すように、残された電解めっき膜41及び無電解めっき膜により、第1絶縁樹脂層11上に第2導電層13が形成される。そして、第1導電層12と第2導電層13とがビア導体11Dによって接続される。
(11)図6(A)に示すように、第1絶縁樹脂層11のうちプレーン部18上に、CO2レーザによってキャビティ20が形成される。
(12)図6(B)に示すように、キャビティ20内に接着剤31が注入され、その後、半導体素子30がマウンター(図示せず)によってキャビティ20に収められる。このとき、半導体素子30は、端子30A,30Aが上方を向くように配される。
(13)図7(A)に示すように、第1絶縁樹脂層11上に、第2導電層13の上から第2絶縁樹脂層14としての補強材なしの樹脂シートが積層されて加熱プレスされる。その際、第2導電層13同士の間が樹脂シートにて埋められると共に、樹脂シートから染み出た熱硬化性樹脂がキャビティ20の内面と半導体素子30との隙間に充填される。
(14)図7(B)に示すように、第2絶縁樹脂層14の第2導電層13上にCO2レーザが照射されて、複数のビアホール14Hが形成される。
(15)図8(A)に示すように、第2絶縁樹脂層14における半導体素子30の端子30A上にUVレーザが照射されて、第2導電層13上のビアホール14Hよりも径が小さいビアホール14Hが形成される。
(16)無電解めっき処理が行われ、第2絶縁樹脂層14上と、ビアホール14H内とに無電解めっき膜(図示せず)が形成される。
(17)図8(B)に示すように、第2絶縁樹脂層14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42が形成される。
(18)電解めっき処理が行われ、図9(A)に示すように、めっきがビアホール14H内に充填されてビア導体14Dが形成され、さらには、第2絶縁樹脂層14上の無電解めっき膜(図示せず)のうちめっきレジスト42から露出している部分に電解めっき膜43が形成される。
(19)めっきレジスト42が剥離されると共に、めっきレジスト42の下方の無電解めっき膜(図示せず)が除去され、図9(B)に示すように、残された電解めっき膜43、及び無電解めっき膜により、第2絶縁樹脂層14上に第3導電層15が形成される。そして、第3導電層15の一部と第2導電層13とがビア導体14Dによって接続されると共に、第3導電層15の他の一部と半導体素子30とがビア導体14Dによって接続された状態になる。
(20)第2絶縁樹脂層14上に、第3導電層15の上から第3絶縁樹脂層16としての補強材19(図16参照)入りの樹脂シートが積層されて加熱プレスされた後、上記した(14)〜(19)と同様の処理が施されることにより、図10に示すように、第3導電層15上に補強材19入りの第3絶縁樹脂層16と第4導電層17とが形成されて、第4導電層17と第3導電層15とがビア導体16Dによって接続された状態になる。
(21)図11に示すように、第4導電層17上にソルダーレジスト層25が積層される。
(22)図12に示すように、ソルダーレジスト層25の所定箇所にテーパー状のパッド用孔が形成され、第4導電層17のうちパッド用孔から露出した部分がパッド26になる。
(23)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13に示した金属膜27が形成される。なお、金属膜27の代わりに、OSP(プリフラックス)による表面処理をおこなっても良い。
(24)図14に示すように、支持基板50から剥離される。
(25)キャリア34とNiめっき層36とがそれぞれエッチングにより除去される。以上で図1に示される配線基板10が完成する。
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、図15に示すように、第4導電層17側がマザーボード90に接続される一方、第1導電層12側にCPU等の電子部品95が搭載されて使用される。具体的には、パッド26上に半田バンプ28が形成され、その半田バンプ28をマザーボード90に向けた状態でマザーボード90上に載置され、かつ、第1導電層12における導電路の一部の下面上にも半田バンプ28が形成され、その半田バンプ28上に電子部品95が実装されている。
ところで、本実施形態の配線基板10では、複数の絶縁樹脂層11,14,16の中に補強材19入りの樹脂シートにより構成されているもの(第3絶縁樹脂層16)が含まれているため、全ての絶縁樹脂層が補強材19なしの樹脂シートにより構成されているものと比べて、強度を向上することができる。
ここで、全ての絶縁樹脂層を補強材19入りの樹脂シートにより構成することも考えられるが、一般的に、補強材19入りの樹脂シートでは、補強材19なしの樹脂シートよりも、ビア導体のビア径を小さくしにくいし、配線パターンを密(ファイン)にしにくいと考えられる。これに伴い、全ての絶縁樹脂層を補強材19入りの樹脂シートにより構成すると、配線板の厚みが大きくなってしまうという問題も発生し得る。
これに対して、本実施形態の配線基板10では、複数の絶縁樹脂層11,14,16のうち第3絶縁樹脂層16のみに補強材19を含有させているため、強度を向上しつつ、ビア導体のビア径が大きくなることや配線パターンが疎になることを、最小限に抑えることができる。
しかも、補強材19入りの絶縁樹脂層として、マザーボード90側に配される第3絶縁樹脂層16を選択したので、比較的密であることが望まれる電子部品95側の配線パターンをマザーボード90側の配線パターンよりも密にしやすくなる。
また、本実施形態の配線基板10では、第1導電層12が第1絶縁樹脂層11に埋め込まれているので、第1導電層12を第1絶縁樹脂層11の副面11B上に形成するものよりも配線基板10全体の厚さを小さくすることができる。さらに、第1導電層12の下面が第1絶縁樹脂層11の副面11Bよりも内側に位置しているので、第1導電層12と電子部品95との不必要な接触を抑えることができる。
[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、1つのキャビティ20に半導体素子30が1つ収容されていたが、1つのキャビティ20に複数の半導体素子30が収容されていてもよい。
(2)上記実施形態では、第1絶縁樹脂層11が第2及び第3の絶縁樹脂層14,16よりも厚くなっていたが、第2及び第3の絶縁樹脂層14,16が厚くなっていてもよいし、両者の厚さが同じであってもよい。
(3)上記実施形態では、第4導電層17側がマザーボード90に接続される一方、第1導電層12側にCPU等の電子部品95が搭載されて使用されていたが、逆であってもよい。
(4)上記実施形態では、キャリア34上にNiめっき層36が形成された後、第1導電層12となる銅めっき層37が形成される構成であったが、キャリア34上に第1導電層12となる銅めっき層37が直接形成される構成であってもよい。
(5)上記実施形態では、絶縁樹脂層の数が3層であったが、2層であってもよいし、4層以上であってもよい。
(6)上記実施形態では、第1導電層12が第1絶縁樹脂層11に埋め込まれていたが、第1絶縁樹脂層11上に積層される構成であってもよい。
(7)上記実施形態では、第1導電層12に、半導体素子30が接合されるプレーン部18が設けられていたが、図17に示すように、プレーン部18が設けられず、半導体素子30の下の接着剤31が露出する構成であってもよい。
(8)「繊維状又は布状の補強材」はガラスクロスであってもよいし、炭素繊維、ガラス不織布、アラミドクロス又はアラミド不織布等であってもよいし、これらを組み合わせたものであってもよい。
(9)上記実施形態では、第2絶縁樹脂層14が1層構造であったが、図18に示すように、第1層14Aと第2層14Bとからなる2層構造であってもよい。この場合、キャビティ20を、第1絶縁樹脂層11と第2絶縁樹脂層14のうちの第1層14Aとを合わせて貫通して形成し、第2絶縁樹脂層14のうちの第2層14Bをこのキャビティ20の中に入り込ませて半導体素子30を覆う構成とすることで、キャビティ20が形成された後にプレーン部18上の樹脂残渣を除去するときなどに、誤って第2導電層13の一部が除去されることを防ぐことができる。
10 配線基板
11 第1絶縁樹脂層(第1絶縁層)
11A 主面
11B 副面
16 第3絶縁樹脂層(最外絶縁層)
17 第4導電層(最外導電層)
18 プレーン部
19 補強材(繊維状又は布状の補強材)
20 キャビティ(収容部)
30 半導体素子
30A 端子
30C アクティブ面
30D 非アクティブ面
34 キャリア(第1金属膜)
36 Niめっき層(第2金属膜)
50 支持基板
51 支持部材

Claims (13)

  1. 導電路を含んでなる複数の導電層と複数の絶縁層とを積層してなり、前記絶縁層により導電層同士の間が絶縁されている配線基板において、
    前記複数の絶縁層のうち積層方向の一端に配置される第1絶縁層と、
    前記第1絶縁層を貫通する収容部と、
    前記収容部に収容される半導体素子と、
    前記複数の導電層のうち前記積層方向の一端と反対側の端部に配置され、複数のパッドを有する最外導電層と、
    前記複数の絶縁層のうち前記第1絶縁層と反対側の端部に配置され、前記積層方向の一端と反対側の面に前記最外導電層が積層され、繊維状又は布状の補強材を含む最外絶縁層と、を備え、
    前記複数の絶縁層のうち前記最外絶縁層を除く残りを占める絶縁層の全てが、前記繊維状又は布状の補強材を含まない。
  2. 請求項1に記載の配線基板であって、
    前記第1絶縁層のうち前記積層方向の一端側の面である副面側に形成されている第1導電層と、
    前記第1絶縁層のうち前記積層方向の一端と反対側の面である主面に積層されている第2導電層と、
    前記第1絶縁層に積層されて前記第2導電層と前記半導体素子とを覆うと共に前記収容部内の前記半導体素子との隙間を充填し、かつ、前記繊維状又は布状の補強材を含まない第2絶縁層と、を備える。
  3. 請求項2に記載の配線基板であって、
    前記第1導電層は、前記第1絶縁層の前記副面側に埋め込まれかつ前記副面に一部が露出している。
  4. 請求項3に記載の配線基板であって、
    前記第1導電層における前記第1絶縁層の前記副面側の面は、前記第1絶縁層の前記副面よりも内側に位置している。
  5. 請求項2乃至4の何れか1の請求項に記載の配線基板であって、
    前記半導体素子は、前記第1絶縁層の前記主面側に、端子を有するアクティブ面を備える一方、前記第1絶縁層の前記副面側に、端子を有しない非アクティブ面を備え、
    前記第1導電層は、前記収容部に一部が露出して前記半導体素子の前記非アクティブ面が接合されるプレーン部を備える。
  6. 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、
    前記繊維状又は布状の補強材は、ガラスクロス、炭素繊維、ガラス不織布、アラミドクロス、及びアラミド不織布のうちの少なくとも1種類からなる。
  7. 導電路を含んでなる複数の導電層と複数の絶縁層とを積層してなり、前記絶縁層により導電層同士の間が絶縁されている配線基板の製造方法であって、
    支持部材を準備することと、
    主面と、前記主面と反対側の面である副面とを有し、繊維状又は布状の補強材を含まない第1絶縁層を、前記副面が前記支持部材に向くように、前記支持部材上に積層することと、
    前記第1絶縁層を貫通する収容部を形成することと、
    前記収容部に半導体素子を収容すること、
    前記第1絶縁層を、前記複数の絶縁層のうち積層方向の一端に配することと、
    前記複数の導電層のうち前記積層方向の一端と反対側の端部に、複数のパッドを有する最外導電層を配することと、
    前記複数の絶縁層のうち前記第1絶縁層と反対側の端部に、前記積層方向の一端と反対側の面である主面に前記最外導電層が積層され、かつ、繊維状又は布状の補強材を含む最外絶縁層を配することと、
    前記支持部材を剥離することと、を行うと共に、
    前記収容部の形成及び前記半導体素子の収容を、前記支持部材を剥離する前に行う。
  8. 請求項7に記載の配線基板の製造方法であって、
    前記第1絶縁層の前記主面に第2導電層を形成することと、
    前記第1絶縁層に前記繊維状又は布状の補強材を含まない第2絶縁層を積層し、その第2絶縁層により前記第2導電層と前記半導体素子とを覆うと共に前記収容部内の前記半導体素子との隙間を充填することと、を行う。
  9. 請求項7又は8に記載の配線基板の製造方法であって、
    前記第1絶縁層の積層に先立って、さらに、前記支持部材上に第1導電層を形成することを含み、
    前記第1絶縁層の積層を、前記第1導電層を前記第1絶縁層の前記副面側に埋め込むように行う。
  10. 請求項9に記載の配線基板の製造方法であって、
    さらに、前記支持部材として、支持基板の上面に第1金属膜を有するものを使用することと、
    前記第1金属膜付きの前記第1絶縁層を前記支持基板から剥離した後、前記第1金属膜をエッチングにより除去することと、を含む。
  11. 請求項10に記載の配線基板の製造方法であって、
    さらに、前記第1導電層を形成する前に、前記第1金属膜上のうち前記第1導電層が形成される箇所に、前記第1金属膜及び前記第1導電層と異種の材料からなる第2金属膜を形成することと、
    前記第1金属膜をエッチングにより除去した後に、前記第2金属膜を選択性エッチングにより除去することと、を含む。
  12. 請求項9乃至11の何れか1の請求項に記載の配線基板の製造方法であって、
    前記半導体素子を収容するときに、前記第1絶縁層の前記主面側に端子を有するアクティブ面を配し、かつ、前記第1絶縁層の前記副面側に端子を有しない非アクティブ面を配することと、
    前記支持部材上に、前記第1導電層の一部として、前記収容部に露出して前記半導体素子の前記非アクティブ面が接合されるプレーン部を積層することと、を行う。
  13. 請求項7乃至12の何れか1の請求項に記載の配線基板の製造方法であって、
    前記繊維状又は布状の補強材を、ガラスクロス、炭素繊維、ガラス不織布、アラミドクロス、及びアラミド不織布のうちの少なくとも1種類から構成する。
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