JP2018107172A - 内層配線基板の製造方法、内層配線基板および半導体パッケージ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】メカニカルドリル加工にて形成した直径１００μｍ以下の小径で接続信頼性のある貫通孔を有する内層配線基板およびその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】絶縁樹脂層１の表裏面に導体パターン１１を備え、表面の導体パターンと裏面の導体パターンとを電気的に接続するランドパターン１２を備えた内層配線基板１０であって、導体パターンは、絶縁樹脂層側から無電解銅めっき層と電解銅めっき層を備えてなり、ランドパターンは、絶縁樹脂層の所望の位置に形成された貫通孔９を覆う形で備えられており、貫通孔の内部は絶縁樹脂層より薄い絶縁樹脂５が充填されており、絶縁樹脂と、貫通孔の内壁面との間および絶縁樹脂の貫通孔の開口部に面した２つの面には、無電解銅めっき層と電解銅めっき層が備えられていることを特徴とする内層配線基板。【選択図】図１

Description

本発明は半導体パッケージ基板に関する。更に詳しくは、半導体パッケージ基板に使用する内層配線基板とその製造方法およびその内層配線基板を使用した半導体パッケージ基板に関するものである。

半導体パッケージ基板の製造方法としては、配線が形成された導体層（配線層）と絶縁層（層間絶縁層）を交互に積み上げていくビルドアップ工法が広く用いられている。ビルドアップ工法における層間導通を行うためには、先ず、内層材に対してメカニカルドリルにより貫通孔を形成する。ここで内層材とは、絶縁樹脂層の表裏面に銅箔が貼り付けられた材料を指す。

次に貫通孔の内壁に金属めっきを行う。金属めっきを行う前に、貫通孔の内壁面に付着した樹脂（スミア）を除去するため、デスミア処理を行うのが通常である。次に、その貫通孔を液体状の樹脂で充填した後、熱処理などにより固化し、その上に蓋めっきを行うことで貫通孔の上下部分を塞ぐ。次に、前記貫通孔の周りへ所望の導体層パターンを形成することにより、内層配線基板を製造する。次に、その内層配線基板の表裏へ、外層として極薄の絶縁樹脂層のラミネートと、その絶縁樹脂層へのレーザー加工によるビア穴の孔あけ（ブラインド・ビア）とブラインド・ビアへの金属めっきによる充填を繰り返すことによりビルドアップ層を形成するのが一般的である。

また、近年の電子機器の小型化・高性能化に伴い、電子部品を実装する半導体パッケージ基板も導体層パターンの微細化・高精度化が望まれている。また、内層配線基板への貫通孔の形成において、メカニカルドリル径の小径化に機械的限界があることや、貫通孔の蓋めっきとの位置精度の問題で、導体層パターンの微細化・高精度化に限界があった。

この問題を改善するため、例えば、特許文献１では、貫通孔をメカニカルドリルで形成する方法の代わりに、レーザー加工で貫通孔を形成することで微小化する技術が提案されている。厚い内層配線基板に貫通孔を形成するためには、生産性の問題により表裏面からレーザー加工を行うことにより、メカニカルドリルで実現不能な微小な貫通孔を形成できるとしている。

特許文献１では、内層配線基板の上面側と下面側とから中央部に向けてレーザー加工しビアを形成している。すなわち、炭酸ガスレーザーで、内層配線基板の上面側と下面側から形成した２つのビア穴を深掘し、１つの貫通孔へと成形させるため、位置合わせが大変重要であることを記している。

また、内層配線基板の上面側の開口径を大きくして、下面側の開口径を小さくすることにより、位置ずれを吸収させるため、内層配線基板の上面側のビア穴の開口径が大きくなり、上面側の開口径が１００μｍより小さな貫通孔を形成できない。

また、表面側と裏面側から形成した２つのビア穴の位置合わせ精度が十分でないと、表面側と裏面側からのビア穴の重なりがずれて、貫通孔の形が歪む問題があった。すなわち、表面側と裏面側から形成したビア穴が重なって形成される貫通孔形状は、表裏のビア穴の位置合わせのずれ量に従い、ビア穴が貫通する部位において、貫通孔の孔径が小さく、歪（いびつ）になるという問題をはらんでいる。

このビア穴が貫通する部位である貫通孔の孔径最小部分の付近において、めっき等の薬液処理中に気泡の滞留を生じさせる。その気泡によってめっき液等の薬液の流入が阻害され、貫通孔への無電解銅めっき層にボイドを生じさせるため、貫通孔の電解銅めっき層の付きまわりが不十分になり、導通信頼性を低下させる問題もあった。

このように、表裏側からレーザー加工しても、内層配線基板の最小ドリルピッチが２００μｍ程度必要となり、メカニカルドリルでのドリルピッチに対して劇的に優位になれなかった。

特許第４２５６６０３号公報

上記の事情に鑑み、本発明は、メカニカルドリル加工にて形成した直径１００μｍ以下の小径で接続信頼性のある貫通孔を有する内層配線基板およびこの内層配線基板を使用した半導体パッケージ基板を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、内層材の表裏面に有する導体パターンを電気的に接続する貫通孔を備えた内層配線基板の製造方法であって、
内層材の所望の位置にメカニカルドリル加工にて直径１００μｍ以下の貫通孔を形成する工程と、
貫通孔内を含めて、第１無電解銅めっき層と第１電解銅めっき層を形成する工程と、
貫通孔内を絶縁樹脂で穴埋めした後、絶縁樹脂を乾燥固化させる工程と、
絶縁樹脂をデスミア処理することにより、貫通孔に窪みを形成する工程と、
貫通孔内の絶縁樹脂によって被覆された部分を除き、第１電解銅めっき層と第１無電解銅めっき層と銅箔をエッチング除去する工程と、
セミアディティブ工法により導体パターンと貫通孔の位置にランドパターンを形成する工程と、を備えていることを特徴とする内層配線基板の製造方法である。

また請求項２に記載の発明は、内層材の表裏面の銅箔をパターニングして形成された導体パターンを電気的に接続する貫通孔を備えた内層配線基板の製造方法であって、
内層材の所望の位置にメカニカルドリル加工にて直径１００μｍ以下の貫通孔を形成する工程と、
貫通孔内を含めて、第１無電解銅めっき層と第１電解銅めっき層を形成する工程と、
貫通孔内を絶縁樹脂で穴埋めした後、絶縁樹脂を乾燥固化させる工程と、
貫通孔内の絶縁樹脂によって被覆された部分と銅箔を除き、エッチング除去する工程と、
貫通孔内において、露出した絶縁樹脂層の一部をデスミア処理により除去することで貫通孔内の絶縁樹脂の上下部に隣接する絶縁樹脂層に凹部を形成する工程と、
セミアディティブ工法により導体パターンと貫通孔の位置にランドパターンを形成する工程と、を備えていることを特徴とする内層配線基板の製造方法である。

また請求項３に記載の発明は、絶縁樹脂層の表裏面に導体パターンを備え、表面の導体パターンと裏面の導体パターンとを電気的に接続する貫通孔の位置にランドパターンを備えた内層配線基板であって、
導体パターンは、絶縁樹脂層側から無電解銅めっき層と電解銅めっき層を備えてなり、
ランドパターンは、絶縁樹脂層の所望の位置に形成された貫通孔を覆う形で備えられて
おり、
貫通孔の内部は絶縁樹脂層より薄い絶縁樹脂が充填されており、
絶縁樹脂と、貫通孔の内壁面との間および絶縁樹脂の貫通孔の開口部に面した２つの面には、無電解銅めっき層と電解銅めっき層が備えられていることを特徴とする内層配線基板である。

また請求項４に記載の発明は、絶縁樹脂層の表裏面に導体パターンを備え、表面の導体パターンと裏面の導体パターンとを電気的に接続する貫通孔の位置にランドパターンを備えた内層配線基板であって、
導体パターンは、絶縁樹脂層側から銅箔と無電解銅めっき層と電解銅めっき層を備えてなり、
ランドパターンは、絶縁樹脂層の所望の位置に形成された貫通孔を電解銅めっき層で覆う形で備えられており、
貫通孔の内部は絶縁樹脂層より薄い絶縁樹脂が充填されており、
絶縁樹脂と、貫通孔の内壁面との間および絶縁樹脂の貫通孔の開口部側の２つの面には、無電解銅めっき層と電解銅めっき層が備えられており、
貫通孔内壁部の絶縁樹脂層の上端部と下端部には、凹部が形成されていることを特徴とする内層配線基板である。

また請求項５に記載の発明は、請求項３また４に記載の内層配線基板を使用した半導体パッケージ基板であって、
前記内層配線基板の表裏面上に、ビルドアップ多層配線を備えていることを特徴とする半導体パッケージ基板である。

本発明の内層配線基板の製造方法によれば、セミアディティブ工法を使用して配線を形成し、１００μｍ以下の貫通孔の中に、無電解銅めっき層と電解銅めっき層を備え、内層材の絶縁樹脂層より薄い絶縁樹脂を充填しているため、配線密度の高い、接続信頼性が高い内層配線基板を提供可能である。

また、本発明の内層配線基板の製造方法によれば、貫通孔内の絶縁樹脂の上下部に隣接する絶縁樹脂層に凹部を形成するため、更に接続信頼性が高い内層配線基板を提供することが可能である。

また、本発明の内層配線基板によれば、配線密度の高い、接続信頼性が高い内層配線基板であるため、更にその表裏面にセミアディティブ工法を使用したビルドアップ層を形成するため、その表裏面に配線密度が高く、接続信頼性が高い半導体パッケージ基板を提供することが可能である。

本発明の半導体パッケージ基板によれば、配線密度が高く、接続信頼性が高いため、より高い実装密度で、高い接続信頼性を持つ半導体実装基板を提供可能である。

本発明の内層配線基板の製造方法を説明する概略断面図である。 本発明の内層配線基板の製造方法を説明する概略断面図である。 本発明の内層配線基板の製造方法の変形例を説明する概略断面図である。

＜内層配線基板の製造方法＞
以下、本発明の内層配線基板の製造方法について図１〜図３を参照して説明する。

（工程１）
図１（ａ）の概略断面図のように、絶縁樹脂層１、銅箔２を積層した内層配線基板１０の所望する位置に、最小径１００μｍのメカニカルドリルで貫通孔９を開ける。絶縁樹脂層１の厚みは０．４ｍｍ〜１．２ｍｍ、銅箔２の厚みはそれぞれ６μｍ〜１８μｍの範囲内であることが好ましい。

（工程２）
図１（ｂ）に示したように、内層配線基板１０を過マンガン酸処理液によりデスミア処理し、メカニカルドリルでの削りカスなど異物を除去し、続いて貫通孔内９の絶縁樹脂１の表面や銅箔２の表面に、第１無電解めっき層３を形成し、更に電解銅めっき層４を形成する。

（工程３）
次に、図１（ｃ）のように、内層配線基板１０の貫通孔９内の空洞部分にスクリーン印刷などで、絶縁樹脂５を埋め込み、ベークによって溶媒除去し、絶縁樹脂５をＢステージまで乾燥硬化させる。
更にまた、過マンガン酸処理液にてデスミア処理し、内層配線基板１０の表裏面に溢れ出た絶縁樹脂の一部と貫通孔９内の絶縁樹脂の上面側とその反対の下面側を削り、オーブンにて完全硬化させ、貫通孔９内に絶縁樹脂５を形成する。
このとき絶縁樹脂５のデスミアによる削り量は、銅箔２表面より５μｍ〜２０μｍである。

（工程４）
次に、図１（ｄ）のように、内層配線基板１０の表裏面に露出している銅箔２と第１電解銅めっき層４及び第１無電解めっき層３をエッチングアウトし、絶縁樹脂層１を露出させる。貫通孔９内の第１電解銅めっき層４と第１無電解銅めっき層３は残す。

（工程５）
次に、図１（ｅ）のように、露出した絶縁樹脂層１の表面に第２無電解めっき層６を形成し、更に所望する導体パターンとランドパターンのネガパターンのレジスト層７をパターン形成する。

（工程６）
次に、図２（ｆ）のように、レジスト層７から露出する第２無電解めっき層６に給電し、１５μｍ厚の第２電解銅めっき層８を形成する。次に図２（ｇ）に示した様に、レジスト層7をアルカリ剥離後、第２無電解めっき層６を選択的にエッチングすることにより、所望する導体パターン１１とランドパターン１２のパターンを形成する。ランドパターン１２は貫通孔９の位置に形成する。
なお、工程５と工程６は、セミアディティブ工法と称する処理工程に相当するものである。

（変形例１）
図１（ｄ）に示す様に、工程４で、貫通孔９内の銅パターン以外をエッチアウトしたが、変形例１では、図３（ａ）に示すように、表裏面の第１電解銅めっき層４と第１無電解銅めっき層３を除去し、その下地の銅箔２だけを残すようにエッチングする。

次いで、図３（ｂ）に示すように、貫通孔９の内壁面において、絶縁樹脂５の上部と下部で第１銅箔２と第１電解銅めっき４の隙間から露出した絶縁樹脂層１の一部を更にデスミアすることにより、貫通孔９の内側の絶縁樹脂層１の上端部および下端部を当方的に腐食し、除去することで、くさび効果が期待できる凹部が形成される。

上記の工程４から工程６のうち、工程４を変形例１の様にすることにより、所望する導体パターン１１とランドパターン１２を形成し、より絶縁樹脂層１と、第２無電解銅めっき層と第２電解銅めっき層とのくさび効果が向上し、密着性を向上させ、接続信頼性の向上効果がある。

＜内層配線基板＞
次に、本発明の内層配線基板について説明する。
本発明の内層配線基板の第一の実施形態は、絶縁樹脂層の表裏面に導体パターンを備え、表面の導体パターンと裏面の導体パターンとを電気的に接続するランドパターンを備えた内層配線基板である。ランドパターンは、貫通孔の位置に重ねる様にして形成される。

導体パターンは、絶縁樹脂層側から無電解銅めっき層と電解銅めっき層を備えてなり、
ランドパターンは、絶縁樹脂層の所望の位置に形成された貫通孔を覆う形で備えられている。また、貫通孔の内部は絶縁樹脂層より薄い絶縁樹脂が充填されている。また、絶縁樹脂と、貫通孔の内壁面との間および絶縁樹脂の貫通孔の開口部に面した２つの面には、無電解銅めっき層と電解銅めっき層が備えられている。

次に、本発明の内層配線基板の第二の実施形態について説明する。
本発明の内層配線基板の別の実施形態は、絶縁樹脂層の表裏面に導体パターンを備え、表面の導体パターンと裏面の導体パターンとを電気的に接続するランドパターンを備えた内層配線基板であることは、第一の実施形態と同じであるが、導体パターンは、絶縁樹脂層側から銅箔と無電解銅めっき層と電解銅めっき層を備えている。なお、第一の実施形態と同様に、ランドパターンは、貫通孔の位置に重ねる様にして形成される。

そして、貫通孔内壁部の絶縁樹脂層の上端部と下端部には、凹部が形成されていることを除き、第一の実施形態と同様な構成である。この凹部により、絶縁樹脂層と第２無電解銅めっき層と第２電解銅めっき層との密着力が増強され、接続信頼性をより高めることが可能である。

＜実施例１＞
下記に示す工程で、内層配線基板１０の作製方法を具体的に示す。

まず、図１（ａ）のように、内層材１３に、ＣＳ−３３５７（利昌工業社製、厚さ０．８ｍｍ）を用い、所望する位置にメカニカルドリルで１００μｍ径の貫通孔９を開け、本内層材１３をデスミア処理工程にて、膨潤後、過マンガン酸溶液にてデスミア処理を行い、メカニカルドリルで生じた削りカスなどの異物を除去した。

次に、図１（ｂ）のように、前記メカニカルドリルで形成した内層材１３に、無電解銅めっきラインにて、まずパラジウム触媒を付与し、続いて無電解銅めっき槽に浸漬して、メカニカルドリルで形成した貫通孔９と、内層材１３の表裏面に、無電解銅めっき液（上村工業社製 スルカップＰＥＡ）を用いて無電解めっき銅３を１．０μｍ析出させ、更に電解銅めっきラインにて、電解銅めっき液（奥野製薬社製、トップルチナＮＳＶ）を用いて第１電解銅めっき層４を１５.0μｍ析出させた。

次に、第１電解銅めっき層４で覆われた内層材１３の貫通孔９に、貫通孔９に符合する開口のスクリーン印刷版を用い、孔埋め用の絶縁樹脂（太陽インキ製、ＴＨＰ−１００Ｚ２）を印刷し、メカニカルドリルで形成した貫通孔９よりはみ出た孔埋め用の絶縁樹脂は、ウレタンスキージにて掻き取った後、８０℃オーブンにて３０ｍｉｎ加熱し、Ｂステージ化した。次に、デスミア処理ラインにてデスミア処理し、内層材１３の表裏面から１０μｍ深さの孔埋め用の絶縁樹脂を溶解除去後、１８０℃オーブンにて１時間加熱硬化させ、図１（ｃ）に例示したような、貫通孔９の表裏面の第１電解銅めっき層４の表面から絶縁樹脂が除去されたため、絶縁樹脂が約１０μｍほど貫通孔の奥に形成された構造を作製した。

次に、図１（ｄ）に示したように、５０℃の塩化第二銅エッチング液を用いたスプレーエッチングにより、内層材１３の表裏面に露出している銅箔２及び第１無電解銅めっき層３をエッチングアウトした。

次に、図１（ｅ）に示したように、無電解銅めっき液（上村工業社製、スルカップＰＥＡ）を用いてまず第２無電解銅めっき層６を１．０μｍ厚形成し、その両面にフォトレジストＲＹ−３５２５（日立化成工業社製 厚さ２５μｍ）をラミネート後、所望する配線パターン１１とランドパターン１２のパターンの露光・現像し、パターン形成されたフォトレジスト７を形成した。

次に、図２（ｆ）に示したように、電解銅めっき液（奥野製薬社製、トップルチナＮＳＶ）を用いて、フォトレジスト７が開口し、露出している第２無電解銅めっき層６に給電し、第２電解銅めっき層８を形成した。次いで、３％水酸化ナトリウム溶液にてフォトレジスト７を剥離させ、図２（ｇ）に示した内層配線基板１０を作製した。

以上のようにして、微小な貫通孔径を有し、かつ接続信頼性のある貫通孔を有する内層配線基板が完成する。このような高密度なパターン形成ができる内層配線基板に更にビルドアップ工法により、絶縁樹脂層と配線層からなるビルドアップ多層配線を形成することにより、半導体パッケージ基板を提供することが可能となる。

１・・・絶縁樹脂層
２・・・銅箔
３・・・第１無電解銅めっき層
４・・・第１電解銅めっき層
５・・・絶縁樹脂
６・・・第２無電解銅めっき層
７・・・レジスト層
８・・・第２電解銅めっき層
９・・・貫通孔
１０・・・内層配線基板
１１・・・導体パターン
１２・・・ランドパターン
１３・・・内層材

Claims (5)

1. 内層材の表裏面に有する導体パターンを電気的に接続する貫通孔を備えた内層配線基板の製造方法であって、
   内層材の所望の位置にメカニカルドリル加工にて直径１００μｍ以下の貫通孔を形成する工程と、
   貫通孔内を含めて、第１無電解銅めっき層と第１電解銅めっき層を形成する工程と、
   貫通孔内を絶縁樹脂で穴埋めした後、絶縁樹脂を乾燥固化させる工程と、
   絶縁樹脂をデスミア処理することにより、貫通孔に窪みを形成する工程と、
   貫通孔内の絶縁樹脂によって被覆された部分を除き、第１電解銅めっき層と第１無電解銅めっき層と銅箔をエッチング除去する工程と、
   セミアディティブ工法により導体パターンと貫通孔の位置にランドパターンを形成する工程と、を備えていることを特徴とする内層配線基板の製造方法。
2. 内層材の表裏面の銅箔をパターニングして形成された導体パターンを電気的に接続する貫通孔を備えた内層配線基板の製造方法であって、
   内層材の所望の位置にメカニカルドリル加工にて直径１００μｍ以下の貫通孔を形成する工程と、
   貫通孔内を含めて、第１無電解銅めっき層と第１電解銅めっき層を形成する工程と、
   貫通孔内を絶縁樹脂で穴埋めした後、絶縁樹脂を乾燥固化させる工程と、
   貫通孔内の絶縁樹脂によって被覆された部分と銅箔を除き、エッチング除去する工程と、
   貫通孔内において、露出した絶縁樹脂層の一部をデスミア処理により除去することで貫通孔内の絶縁樹脂の上下部に隣接する絶縁樹脂層に凹部を形成する工程と、
   セミアディティブ工法により導体パターンと貫通孔の位置にランドパターンを形成する工程と、を備えていることを特徴とする内層配線基板の製造方法。
3. 絶縁樹脂層の表裏面に導体パターンを備え、表面の導体パターンと裏面の導体パターンとを電気的に接続する貫通孔の位置にランドパターンを備えた内層配線基板であって、
   導体パターンは、絶縁樹脂層側から無電解銅めっき層と電解銅めっき層を備えてなり、
   ランドパターンは、絶縁樹脂層の所望の位置に形成された貫通孔を覆う形で備えられており、
   貫通孔の内部は絶縁樹脂層より薄い絶縁樹脂が充填されており、
   絶縁樹脂と、貫通孔の内壁面との間および絶縁樹脂の貫通孔の開口部に面した２つの面には、無電解銅めっき層と電解銅めっき層が備えられていることを特徴とする内層配線基板。
4. 絶縁樹脂層の表裏面に導体パターンを備え、表面の導体パターンと裏面の導体パターンとを電気的に接続する貫通孔の位置にランドパターンを備えた内層配線基板であって、
   導体パターンは、絶縁樹脂層側から銅箔と無電解銅めっき層と電解銅めっき層を備えてなり、
   ランドパターンは、絶縁樹脂層の所望の位置に形成された貫通孔を電解銅めっき層で覆う形で備えられており、
   貫通孔の内部は絶縁樹脂層より薄い絶縁樹脂が充填されており、
   絶縁樹脂と、貫通孔の内壁面との間および絶縁樹脂の貫通孔の開口部側の２つの面には、無電解銅めっき層と電解銅めっき層が備えられており、
   貫通孔内壁部の絶縁樹脂層の上端部と下端部には、凹部が形成されていることを特徴とする内層配線基板。
5. 請求項３また４に記載の内層配線基板を使用した半導体パッケージ基板であって、
   前記内層配線基板の表裏面上に、ビルドアップ多層配線を備えていることを特徴とする半導体パッケージ基板。

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