JP2020053512A - Wiring circuit board, semiconductor device, and manufacturing method of wiring circuit board - Google Patents
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- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Abstract
Description
本発明は、配線回路基板及び半導体装置に係り、特に、パッケージ基板とICチップとの間に介在する配線回路基板に関するものである。 The present invention relates to a printed circuit board and a semiconductor device, and more particularly to a printed circuit board interposed between a package substrate and an IC chip.
ICチップをマザーボードなどのプリント配線基板に直接的に接続することはできない。それはICチップの電極端子のピッチが数十μm〜数百μmであるのに対し、プリント配線基板に形成可能な電極端子のピッチは、数百μm以上であるためである。
その様な電極ピッチが違うICチップとプリント配線基板のピッチを整合させる物品としてパッケージ基板が使用されている。
The IC chip cannot be directly connected to a printed wiring board such as a motherboard. This is because the pitch of the electrode terminals of the IC chip is several tens μm to several hundred μm, whereas the pitch of the electrode terminals that can be formed on the printed wiring board is several hundred μm or more.
A package substrate is used as an article for matching the pitch between an IC chip having a different electrode pitch and a printed wiring board.
パッケージ基板の材料としては、セラミック又は樹脂が用いられている。ここで、セラミックパッケージ基板は、焼成して作製された金属配線を用いるため抵抗値が高くなる。更に、セラミックの誘電率は高く、高周波で動作する高性能のICを搭載することが難しい。一方、樹脂製パッケージ基板は、めっきによる銅配線を使用できるため、配線抵抗を下げることができる。また、樹脂の誘電率は低く、高周波で動作する高性能のICを搭載することが相対的に容易である。
ここで、パッケージ基板とICチップとの間に配線回路基板を介在させる技術としては、例えば、特許文献1および特許文献2を挙げることができる。
Ceramic or resin is used as the material of the package substrate. Here, the resistance value of the ceramic package substrate is high because a metal wiring manufactured by firing is used. Further, the dielectric constant of ceramic is high, and it is difficult to mount a high-performance IC that operates at a high frequency. On the other hand, the resin package substrate can use copper wiring by plating, so that the wiring resistance can be reduced. Further, the dielectric constant of the resin is low, and it is relatively easy to mount a high-performance IC operating at a high frequency.
Here, as a technique for interposing a printed circuit board between a package substrate and an IC chip, for example,
また、近年ハイエンド向けの配線回路基板として、基板の材質にシリコンやガラスを用いた配線回路基板の研究が活発に行われるようになり、注目されている。 In recent years, as a high-end printed circuit board, a printed circuit board using silicon or glass as a material of the board has been actively researched and attracted attention.
基板としてシリコンやガラスを用いた配線回路基板では、内部に貫通孔を形成しその孔を導電性物質で充填するTSV(Through−Silicon Via)やTGV(Through−Glass Via)と呼ばれる技術が用いられることが大きな特徴である。この技術により形成された貫通電極は、表裏を最短距離で接続することで配線長が短縮され、信号伝送速度の高速化などに対応可能な優れた電気特性が期待されている。また、線膨張係数がICチップと同等もしくはICチップに近い値となるため、加熱時の基板寸法変化が小さくなり、より高密度な実装・高密度配線が実現できる可能性がある。さらに貫通電極を採用することで、多ピン並列接続が可能となり、LSI自体を高速化させる必要なく、優れた電気特性が得られるため、低消費電力化が実現できると期待されている。 In a printed circuit board using silicon or glass as a substrate, a technique called TSV (Through-Silicon Via) or TGV (Through-Glass Via) in which a through hole is formed inside and a hole is filled with a conductive material is used. This is a major feature. The through-electrode formed by this technique has a short wiring length by connecting the front and back surfaces at the shortest distance, and is expected to have excellent electrical characteristics that can cope with an increase in signal transmission speed. In addition, since the coefficient of linear expansion is equal to or close to that of an IC chip, a change in the dimensions of the substrate during heating is small, and higher-density mounting and higher-density wiring may be realized. Further, by employing through electrodes, multi-pin parallel connection becomes possible, and it is expected that low power consumption can be realized because excellent electrical characteristics can be obtained without the need to speed up the LSI itself.
特に近年、ガラス基板を用いた配線回路基板に大きな注目が集まっている。そのガラス基板を用いた配線回路基板への大きな関心の1つとして、低コスト化の実現が挙げられる。それは、シリコン基板を用いた配線回路基板がウエハサイズでしか製造できないのに対し、ガラス基板を用いた配線回路基板は、大型パネルでの大量処理が可能であると考えられており、これまでハイエンド向けの配線回路基板で大きな課題とされていたコストの問題を解決できる可能性がある。 In particular, in recent years, great attention has been paid to a printed circuit board using a glass substrate. One of the great interests in a printed circuit board using a glass substrate is realization of cost reduction. It is considered that a printed circuit board using a silicon substrate can be manufactured only in a wafer size, whereas a printed circuit board using a glass substrate is considered to be capable of mass processing on a large panel. There is a possibility that the problem of cost, which has been regarded as a major problem in a printed circuit board intended for use, can be solved.
しかしながら、ガラス基板を用いた配線回路基板を製造するにあたり、いくつかの克服すべき課題がある。その1つに、ガラス基板は、銅などの導電性材料との熱膨張率やヤング率の差が大きいことがある。また、銅などの導電性材料のガラス基板との密着強度が充分ではないため、配線回路基板の製造工程や実装時の高温プロセスや信頼性試験の温度サイクルなどにより、導電性材料からなる配線パターンがガラス基板の表面から剥離してしまうという現象が上げられる。 However, when manufacturing a printed circuit board using a glass substrate, there are some problems to be overcome. One of them is that a glass substrate has a large difference in thermal expansion coefficient and Young's modulus from a conductive material such as copper. In addition, since the adhesion strength of a conductive material such as copper to a glass substrate is not sufficient, a wiring pattern made of a conductive material is required in a manufacturing process of a printed circuit board, a high-temperature process during mounting, and a temperature cycle of a reliability test. Is separated from the surface of the glass substrate.
上述した問題点を解決するため、本発明は、貫通孔を有するガラス基板を使用した配線回路基板において、熱膨張係数の差による配線パターンの剥離を防止すると共に、充分な信頼性を有した配線回路基板を提供することを課題とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a wiring circuit board using a glass substrate having a through hole, which prevents peeling of a wiring pattern due to a difference in thermal expansion coefficient and has sufficient reliability. It is an object to provide a circuit board.
上記の課題を解決する手段として、本発明の請求項1に記載の発明は、貫通孔を備えたガラス基板の表裏面に導電性材料からなる配線パターンを備え、配線パターンは貫通孔内に備えられた導電性材料からなる貫通電極パターンによって導通してなるコア基板を使用した配線回路基板において、
配線パターンと貫通電極パターンは、ガラス基板の表面と貫通孔内において導電性材料からなる無機密着層を介して備えられており、
無機密着層に発生する応力と膜厚を乗じて得られる値と、配線パターンにおいて発生する応力と膜厚を乗じて得られる値と、の和が2250(N/m)以下であることを特徴とする配線回路基板である。
As means for solving the above problems, the invention according to
The wiring pattern and the through electrode pattern are provided on the surface of the glass substrate and in the through hole via an inorganic adhesive layer made of a conductive material,
The sum of a value obtained by multiplying the stress generated in the inorganic adhesion layer by the film thickness and a value obtained by multiplying the stress generated in the wiring pattern by the film thickness is 2250 (N / m) or less. Is a printed circuit board.
また、請求項2に記載の発明は、前記貫通孔の直径が前記貫通電極パターンの厚さの上限膜厚の2倍より大きく、前記貫通電極パターンの形態が前記貫通孔の長手方向に沿った中心線部が空洞となる筒状であることを特徴とする請求項1に記載の配線回路基板である。
In the invention described in
また、請求項3に記載の発明は、前記貫通孔の直径が前記貫通電極パターンの厚さの上限膜厚の2倍以下であり、前記貫通電極パターンの形態が、前記貫通孔が前記導電性材料で充填された円柱状であることを特徴とする請求項1に記載の配線回路基板である。
Further, in the invention according to
また、請求項4に記載の発明は、前記無機密着層が、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛、ニッケル、ニッケルリン、クロム、酸化クロム、チッ化アルミ、酸化アルミ、タンタル、チタン、銅の中から選ばれたいずれか1種の材料またはいずれか2種以上の材料からなる単層体または2層以上の積層体、からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の配線回路基板である。
The invention according to
また、請求項5に記載の発明は、前記導電性材料が、銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、ルテニウム、錫、錫銀、錫銀銅、錫銅、錫ビスマス、錫鉛の中から選ばれたいずれか1種の材料またはその化合物、またはいずれか2種以上の材料またはそれらの化合物、のいずれかからなる単層体または2層以上の積層体、またはいずれか1種以上の材料からなる粉体と樹脂材料との混合物、のいずれかであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の配線回路基板である。
The invention according to
また、請求項6に記載の発明は、前記絶縁樹脂層として、エポキシ/フェノール、ポリイミド、シクロオレフィン、PBOのいずれかまたはそれらの複合材料を用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の配線回路基板である。
The invention according to
また、請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の配線回路基板の一方
の面に備えられた導通パッド部を介して、半導体素子が接続されていることを特徴とする半導体装置である。
According to a seventh aspect of the present invention, a semiconductor element is connected via a conductive pad portion provided on one surface of the printed circuit board according to the first aspect. Semiconductor device.
また、請求項8に記載の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の配線回路基板の製造方法であって、
前記ガラス基板に貫通孔を形成する工程と、
前記ガラス基板の表裏面と、前記貫通孔の内壁と、に前記無機密着層を形成する工程と、
前記無機密着層の上に、前記導電性材料からなる前記第1配線パターンと、前記貫通電極パターンと、を形成する工程と、
前記第1配線パターンと前記貫通電極パターン以外の部位に露出している前記無機密着層を除去することによりコア基板を作製する工程と、
コア基板の表裏面に前記絶縁樹脂層を形成する工程Aと、
前記第1配線パターン上の前記絶縁樹脂層の所望の部位に前記導通ビアとなるビア孔を形成する工程Bと、
ビア孔が形成された前記絶縁樹脂層の上に、前記配線パターンと前記導通ビアを形成する工程Cと、
前記工程A〜工程Cを必要な回数繰り返す工程と、を備えていることを特徴とする配線回路基板の製造方法である。
The invention according to
Forming a through hole in the glass substrate,
Forming the inorganic adhesive layer on the front and back surfaces of the glass substrate and the inner wall of the through-hole,
Forming the first wiring pattern made of the conductive material and the through electrode pattern on the inorganic adhesion layer;
A step of manufacturing a core substrate by removing the inorganic adhesive layer exposed at a portion other than the first wiring pattern and the through electrode pattern;
A step A of forming the insulating resin layer on the front and back surfaces of the core substrate;
Forming a via hole serving as the conductive via at a desired portion of the insulating resin layer on the first wiring pattern;
A step C of forming the wiring pattern and the conductive via on the insulating resin layer in which the via hole is formed;
And a step of repeating steps A to C as many times as necessary.
本発明の配線回路基板は、ガラス基板と、電解銅めっきによる配線パターン貫通電極やパターンと、の間に、(応力×膜厚)の値が2250N/mである無機密着層が備えられているため、熱膨張係数の差が緩和される。その結果、配線パターンや貫通電極パターンが、ガラス基板から剥離することを防止することが可能であると同時に、ヒートサイクル試験などにおける接続信頼性を向上させることができる。 The printed circuit board of the present invention is provided with an inorganic adhesion layer having a value of (stress × film thickness) of 2250 N / m between a glass substrate and a wiring pattern penetrating electrode or pattern formed by electrolytic copper plating. Therefore, the difference in the coefficient of thermal expansion is reduced. As a result, it is possible to prevent the wiring pattern and the through electrode pattern from peeling off from the glass substrate, and at the same time, it is possible to improve the connection reliability in a heat cycle test or the like.
<配線回路基板>
本発明の配線回路基板は、貫通孔を備えたガラス基板の表裏面に導電性材料からなる配線パターンを備え、配線パターンは貫通孔内に備えられた導電性材料からなる貫通電極パターンによって導通してなるコア基板を使用した配線回路基板である。
<Wiring circuit board>
The printed circuit board of the present invention includes a wiring pattern made of a conductive material on the front and back surfaces of a glass substrate having a through-hole, and the wiring pattern is electrically connected by a through-electrode pattern made of a conductive material provided in the through-hole. This is a printed circuit board using a core substrate made of:
本発明の配線回路基板においては、配線パターンと貫通電極パターンは、ガラス基板の表面と貫通孔内において導電性材料からなる無機密着層を介して備えられている。その無機密着層に発生する応力と膜厚を乗じて得られる値と、配線パターンにおいて発生する応力と膜厚を乗じて得られる値と、の和が2250(N/m)以下であることが特徴である。 In the wired circuit board of the present invention, the wiring pattern and the through electrode pattern are provided on the surface of the glass substrate and in the through hole via an inorganic adhesive layer made of a conductive material. The sum of the value obtained by multiplying the stress generated in the inorganic adhesion layer by the film thickness and the value obtained by multiplying the stress generated in the wiring pattern by the film thickness is 2250 (N / m) or less. It is a feature.
また、本発明の配線回路基板においては、貫通孔を備えたガラス基板の表裏面に導電性材料からなる第1配線パターンを備え、第1配線パターンは貫通孔内に備えられた導電性材料からなる貫通電極パターンによって導通してなるコア基板の少なくとも一方の面に、絶縁樹脂層と導電性材料からなる配線パターンとが交互に1組以上備えられており、第1
配線パターンと配線パターンとは、絶縁樹脂層に備えられた導通ビアを介して電気的に接続されており、最上層の絶縁樹脂層の上には、外部回路と接続する開口部である導通パッド部が形成されたソルダーレジスト層を備えている配線回路基板であっても構わない。
Further, in the wired circuit board of the present invention, a first wiring pattern made of a conductive material is provided on the front and back surfaces of a glass substrate having a through hole, and the first wiring pattern is made of a conductive material provided in the through hole. At least one surface of the core substrate which is electrically connected by the through electrode pattern is provided with at least one set of an insulating resin layer and a wiring pattern made of a conductive material alternately.
The wiring pattern is electrically connected to the wiring pattern via a conductive via provided in the insulating resin layer, and a conductive pad serving as an opening for connecting to an external circuit is provided on the uppermost insulating resin layer. The printed circuit board may be provided with a solder resist layer in which a portion is formed.
無機密着層は、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛、ニッケル、ニッケルリン、クロム、酸化クロム、チッ化アルミ、酸化アルミ、タンタル、チタン、銅の中から選ばれたいずれか1種の材料またはいずれか2種以上の材料からなる、単層体または2層以上の積層体、であることが好ましい。 The inorganic adhesion layer is made of any one material selected from tin oxide, indium oxide, zinc oxide, nickel, nickel phosphorus, chromium, chromium oxide, aluminum nitride, aluminum oxide, tantalum, titanium, and copper. It is preferably a single layer or a laminate of two or more layers made of two or more materials.
また、導電性材料は、銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、ルテニウム、錫、錫銀、錫銀銅、錫銅、錫ビスマス、錫鉛の中から選ばれたいずれか1種の材料またはその化合物、またはいずれか2種以上の材料またはそれらの化合物、のいずれかからなる単層体または2層以上の積層体、またはいずれか1種以上の材料からなる粉体と樹脂材料との混合物、のいずれかであることが好ましい。 The conductive material is any one material selected from copper, silver, gold, nickel, platinum, palladium, ruthenium, tin, tin silver, tin silver copper, tin copper, tin bismuth, and tin lead. Or a compound thereof, or a single-layer body or a laminate of two or more layers of any two or more materials or a compound thereof, or a powder and a resin material of any one or more materials. Or a mixture thereof.
また、絶縁樹脂層は、エポキシ/フェノール、ポリイミド、シクロオレフィン、PBOのいずれかまたはそれらの複合材料であることが好ましい。 The insulating resin layer is preferably made of any one of epoxy / phenol, polyimide, cycloolefin, and PBO, or a composite material thereof.
また、本発明の配線回路基板においては、貫通孔の直径が、貫通電極パターンの厚さの上限膜厚の2倍より大きい場合は、貫通電極パターンの形態が貫通孔の長手方向に沿った中心線部が空洞となる筒状となる。また、上限膜厚の2倍以下の場合は、貫通電極パターンの形態が、貫通孔が前記導電性材料で充填された円柱状であることが好ましい。 In the printed circuit board of the present invention, when the diameter of the through hole is larger than twice the upper limit of the thickness of the through electrode pattern, the form of the through electrode pattern is centered along the longitudinal direction of the through hole. The line portion has a hollow cylindrical shape. When the thickness is not more than twice the upper limit film thickness, it is preferable that the shape of the through electrode pattern is a column shape in which the through holes are filled with the conductive material.
なお、ここで上限膜厚とは、ガラス基板の表面および貫通孔の内壁面の表面に形成された無機密着層と、その上に形成した第1配線パターンおよび貫通電極パターンが、ガラス基板から剥れない最大膜厚を指す。 Here, the upper limit film thickness means that the inorganic adhesion layer formed on the surface of the glass substrate and the inner wall surface of the through hole, and the first wiring pattern and the through electrode pattern formed thereon are peeled off from the glass substrate. Refers to the maximum film thickness that cannot be obtained.
以上の様な構成を備えた本発明の配線回路基板は、製造工程ないし信頼性試験における熱膨張、熱収縮により、配線パターンとガラス基板との剥離を防止し、充分な信頼性を備えている。
以下に、本発明の配線回路基板について詳細に説明する。
The printed circuit board of the present invention having the above-described configuration has sufficient reliability by preventing peeling between the wiring pattern and the glass substrate due to thermal expansion and contraction in the manufacturing process or the reliability test. .
Hereinafter, the printed circuit board of the present invention will be described in detail.
ガラス基板の熱膨張率は、低膨張ガラスで3から4ppm/℃、ソーダガラスで8から9ppm/℃であり、製造方法やNaなどの金属成分の添加により3から9ppm/℃の制御が可能である。ガラス基板のヤング率は成分により変動するが77GPa程度である。
また、導電性材料としてよく使用される銅の熱膨張率16ppm/℃程度、ヤング率は110GPa程度である。
The coefficient of thermal expansion of the glass substrate is 3 to 4 ppm / ° C for low expansion glass and 8 to 9 ppm / ° C for soda glass, and can be controlled at 3 to 9 ppm / ° C by the manufacturing method and addition of metal components such as Na. is there. The Young's modulus of the glass substrate varies depending on the component, but is about 77 GPa.
Copper, which is often used as a conductive material, has a coefficient of thermal expansion of about 16 ppm / ° C. and a Young's modulus of about 110 GPa.
ガラス基板に形成した貫通孔と表裏両面に、導電性材料より応力が低い無機密着層を形成することで、導電性材料と基板との応力差による、導電性材料自体の圧縮応力によるガラス基板へのクラックの発生を防止すると共に、ガラス基板と導電性材料の密着力を向上させることができる。 By forming an inorganic adhesive layer with a lower stress than the conductive material on the through hole formed on the glass substrate and on both front and back surfaces, the difference in stress between the conductive material and the substrate causes the compressive stress of the conductive material itself to the glass substrate. Can be prevented, and the adhesion between the glass substrate and the conductive material can be improved.
導電性材料はガラス基板に対して圧縮する応力を有し、無機密着層の応力は導電性材料の応力より小さい圧縮応力が望ましく、無機密着層の応力は導電性材料の圧縮応力の絶対値と同等の引っ張り応力であっても良い。 The conductive material has a compressive stress with respect to the glass substrate, the stress of the inorganic adhesive layer is preferably a compressive stress smaller than the stress of the conductive material, and the stress of the inorganic adhesive layer is the absolute value of the compressive stress of the conductive material. An equivalent tensile stress may be used.
また導電層と無機密着層との積層膜からなる配線パターンの各層の(応力×膜厚)の総和がガラス基板を引っ張る単位巾あたり薄膜にかかる力は2250N/m以下が望ましい
。これより数値が高くなると、工程内の熱履歴で配線パターンがガラス基板より剥離する現象が発生する。
Further, it is desirable that the sum of (stress × film thickness) of each layer of the wiring pattern composed of the laminated film of the conductive layer and the inorganic adhesive layer exerts a force of 2250 N / m or less on the thin film per unit width of pulling the glass substrate. If the value is higher than this, a phenomenon occurs in which the wiring pattern peels off from the glass substrate due to the heat history in the process.
導電性材料が銅めっきの場合ガラス基板を引っ張る方向の応力が働き、配線パターンの総厚が25μmで(応力×膜厚)の値が2250N/mに相当する。これより銅めっき厚が厚くなるとガラス基板から配線パターンが剥離する領域に入り、ガラスからなるコア基板が製造工程の熱履歴にて破損することになる。 When the conductive material is copper plating, a stress acts in the direction of pulling the glass substrate, and the total thickness of the wiring pattern is 25 μm, and the value of (stress × film thickness) is equivalent to 2250 N / m. When the thickness of the copper plating increases, the wiring pattern is separated from the glass substrate into the region where the wiring pattern is peeled off, and the core substrate made of glass is damaged by the heat history of the manufacturing process.
本発明の配線回路基板で、使用する無機密着層の応力が引っ張り応力でれば、各層の力の働く方向が一致するため銅めっきの厚みは25μmより薄くする必要がある。 In the printed circuit board of the present invention, if the stress of the inorganic adhesion layer used is a tensile stress, the directions in which the forces of the respective layers act are the same, so that the thickness of the copper plating needs to be less than 25 μm.
また、無機密着層が圧縮応力であれば、力が打ち消す方向に働くため、銅めっきの厚みは(応力×膜厚)の総和が2250N/mを越えない範囲で25μmより厚く設定できる。 If the inorganic adhesive layer has a compressive stress, the force acts in a direction to cancel the force. Therefore, the thickness of the copper plating can be set to be larger than 25 μm within a range where the sum of (stress × film thickness) does not exceed 2250 N / m.
薄膜にかかる力は、応力と膜厚から算出でき、応力は熱膨張率やヤング率から算出できる。
熱膨張率は、JIS R3102、JIS K7197に従い、TMAにて測定した。
シリコンウェハ上に成膜した薄膜にかかる応力は、レーザ光を用いた測定により求めた基板の反りに関する曲率半径Rを使用して、Stoneyの式より求めた。
ヤング率は、応力と歪量より求めた。
(Stoneyの式)
σ(応力)=Es×tS 2/(6×(1−Vs)×R×tF)・・・・(1)
σ :応力
Es:基板のヤング率
Vs:基板のポアッソン比
ts:基板の厚み
tF:薄膜の厚さ
R :曲率半径
応力を測定する際、基板として厚さが525μmのシリコンウェハを使用した。
薄膜にかかる力=σ×導電層膜厚(N/m)・・・・・・・・・・・(2)
として算出することができる。
The force applied to the thin film can be calculated from the stress and the film thickness, and the stress can be calculated from the coefficient of thermal expansion and the Young's modulus.
The coefficient of thermal expansion was measured by TMA according to JIS R3102 and JIS K7197.
The stress applied to the thin film formed on the silicon wafer was determined by the Stoney equation using the radius of curvature R relating to the warpage of the substrate determined by measurement using laser light.
The Young's modulus was determined from the stress and strain.
(Stoney equation)
σ (stress) = Es × t S 2 / (6 × (1−Vs) × R × t F ) (1)
σ: stress Es: Young's modulus of the substrate Vs: Poisson's ratio of the substrate ts: thickness of the substrate t F : thickness of the thin film R: radius of curvature When measuring the stress, a 525 μm-thick silicon wafer was used as the substrate.
Force on thin film = σ x conductive layer thickness (N / m) ... (2)
Can be calculated as
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して更に詳しく説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
本発明の配線回路基板の断面構成を図1に基づいて以下に説明する。
本実施の形態に係る配線回路基板100は、図1に示す構造を有している。図1に示すように配線回路基板100は、SiO2を主成分とするガラス基板1の表裏両面と貫通孔13内に無機密着層4を介して、導電性材料からなる配線パターン5と貫通電極パターン3(または3−1)とが形成されている(図3(a)〜(c)参照)。
The sectional configuration of the printed circuit board of the present invention will be described below with reference to FIG.
The printed
配線回路基板100の構造は、貫通孔の内壁面を含めてガラス基板1上に無機密着層4を有し、無機密着層4上に配線パターン5と貫通電極パターン3とからなる導電層14を有し、導電層14上に絶縁樹脂層7を有している。更に絶縁樹脂層7上に第2層目の配線パターン8を有し、導電層14と配線パターン8とは導通ビア9を介して電気的に接続ており、絶縁樹脂層7と配線パターン8とは、必要層数が繰り返しその順に積層された多層構造を備えた貫通電極付き配線回路基板となっている。
なお、図1に記載の必要層数や、貫通電極パターンの金属層の形態は、1つの例として図示したものであり、特にこの構成に限定するものではない。
The structure of the printed
Note that the required number of layers and the form of the metal layer of the through electrode pattern shown in FIG. 1 are shown as an example, and are not particularly limited to this configuration.
次に、本発明の半導体装置の断面構成を図2に基づいて以下に説明する。
本発明の配線回路基板100(図1)の片面に、半導体素子11を搭載し、配線回路基板100のもう一方の面でプリント基板に搭載する。各々の接続にはハンダボールを使用している。
配線回路基板100に半導体素子11を搭載する側の接合には、通常は、より小さなはんだボールであるマイクロバンプを使用したフリップチップ実装(マイクロバンプ接合)される。その後、半導体素子11と配線回路基板100の間にアンダーフィルが充填される。また、配線回路基板100とマザーボードの様なプリント配線板との接合には、マイクロバンプより大きいはんだボールを使用したフリップチップ実装(バンプ接合)が行われる。
なお、図2に記載の半導体素子11の形状や接続方式は、1つの例として図示したものであり、これに限定するものではない。
Next, a sectional configuration of the semiconductor device of the present invention will be described below with reference to FIG.
The
For bonding on the side on which the
The shape and connection method of the
<配線回路基板の構成>
本発明の配線回路基板100の構成は、貫通孔13を形成したガラス基板1(図3(a)参照)に、ガラス基板1の表裏両面と貫通孔13の内壁に無機密着層4を積層し、その無機密着層4に導電性材料からなる配線パターン5と貫通電極パターン3を積層したコア基板10−1の両面を絶縁樹脂層7にて被覆し(図3(d)、(e)参照)、絶縁樹脂層7の上に第2層目の配線パターン8を形成し、コア基板10−1の表面の配線パターン5と、絶縁樹脂層7上の第2層目の配線パターン8と、を電気的に接続する為に、導通ビア9を形成した構成(図3(e)参照)からなる。
<Structure of printed circuit board>
The configuration of the printed
(貫通孔)
貫通孔13(図3(a)参照)の形成方法は特に規定しないが、CO2レーザやUVレーザや短パルスレーザや放電加工などにより形成することができ、貫通孔13自体の熱歪を解消する為に、ガラス基板1を高温焼成する方法やフッ酸エッチングにより熱歪部分を除去することが可能である。
(Through hole)
The method of forming the through hole 13 (see FIG. 3A) is not particularly limited, but it can be formed by a CO 2 laser, a UV laser, a short pulse laser, electric discharge machining, or the like, and eliminates thermal distortion of the through
貫通孔13の径は、使用する製品仕様により決定すれば良いが、貫通電極パターン3内部の構造は、ガラス基板1の上に形成できる導電性材料の膜厚に上限が設けられる為、導電性材料の上限膜厚以内とすることを目的として、筒状構造または充填構造を選択すべきである。
筒状構造の場合、コア基板10−1(図3(d)参照)を被覆する絶縁樹脂層7により充填すればよい(図3(e)参照)。
貫通電極パターン3内でも導電層14と無機密着層4の応力が発生しており、許容膜厚以上で形成すると、貫通電極パターン3がガラス基板1の貫通孔13の内壁面(図3参照)から剥離する現象が発生する。
The diameter of the through-
In the case of a cylindrical structure, it may be filled with the insulating
The stress between the
(無機密着層)
無機密着層4としては、ガラス基板1と導電層14を形成する導電性材料との密着性が高く、且つ熱膨張率がガラス基板1より高い、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛、ニッケル(15ppm/℃)、無電解ニッケルリンめっき、クロム(8ppm/℃)、酸化クロム、チッ化アルミ、酸化アルミ、タンタル(6ppm/℃)、チタン(9ppm/℃)、銅(16ppm/℃)などの材料が使用可能である。
(Inorganic adhesion layer)
As the
無機密着層4の熱膨張率の上限は、導電層14を形成する導電性材料より低いことが望ましい。
It is desirable that the upper limit of the coefficient of thermal expansion of the inorganic
無機密着層4を使用することで、導電層14を形成する導電性材料とガラス基板1の熱膨張率の差によって発生する層間にかかる応力を低減し、導電性材料の剥離を回避するこ
とができる。
By using the
上記で例示した無機密着層4の材料の単体ないし、ITO膜(9ppm/℃)の如く2種類以上の複合材料を単層にて使用する事が可能である。また、クロム/銅、チタン/銅の如く2層以上の積層膜にて使用することも可能である。
It is possible to use a single layer of the material of the
無機密着層4の膜厚は特に規定しないが、0.1μm以上、1μm以下あれば、ガラス基板1との密着性と、熱膨張率の差を緩和する効果を得ることができる。
The thickness of the
無機密着層4の形成方法は特に規定しないが、スパッタ成膜法、無電解めっき法などで形成する事が可能である。
Although the method for forming the
(導電層)
導電層14を形成する導電性材料は、銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、ルテニウム、錫、錫銀、錫銀銅、錫銅、錫ビスマス、錫鉛の中から選択した1つの材料からなる層、またはいずれか2つ以上の単体材料を積層した積層体、またはそれらのいずれかの金属や合金を含む化合物、が使用可能である。無機密着層4との密着性や、電気的に接続安定性の高い材料を選定すれば良い。またはこれらの金属のいずれか1つ以上を含む金属粉と樹脂材料との混合物である導電性ペーストも使用可能である。
(Conductive layer)
The conductive material forming the
導電層14を形成方法は特に規定しないが、無電解めっき法、電解めっき法が可能である。
The method for forming the
めっき法で形成する貫通電極パターン3を筒状構造で形成する場合はコンフォーマルめっきにて形成し、充填構造で形成する場合フィルドめっきにて形成すれば良い。
When the through
(絶縁樹脂層)
絶縁樹脂層7として、エポキシ/フェノール,ポリイミド,シクロオレフィン,PBO(ポリベンゾオキサゾール)のいずれかもしくはそれらの複合材料を用いることが可能である。
(Insulating resin layer)
As the insulating
絶縁樹脂層7は、熱膨張率が30から100ppm/℃と導電性材料よりも高く、かつ弾性率が高い為、導電層14を覆うことで導電層14とガラス基板1との層間にかかる応力をある程度減少させ、導電層14の剥離を抑制する効果が付与される。
絶縁樹脂層7としてはドライフィルムや液状レジストが使用可能であり、特に規定するものではない。
Since the insulating
As the insulating
<配線回路基板の製造方法>
次に、図3を用いて、本発明の配線回路基板100の製造方法について説明する。
本発明の配線回路基板100の製造方法は、ガラス基板1に貫通孔13を形成する工程と、ガラス基板1の表裏面と、貫通孔13の内壁と、に無機密着層4を形成する工程と、無機密着層4の上に、導電性材料からなる第1配線パターン5と、貫通電極パターン3−1と、を形成する工程と、第1配線パターン5と貫通電極パターン3−1以外の部位に露出している無機密着層4を除去することによりコア基板10−1を作製する工程と、コア基板10−1の表裏面に絶縁樹脂層7を形成する工程Aと、第1配線パターン5上の前記絶縁樹脂層7の所望の部位に導通ビア9となるビア孔を形成する工程Bと、ビア孔が形成された絶縁樹脂層7の上に、第2層目以降の配線パターン8と導通ビア9を形成する工程Cと、工程A〜工程Cを必要な回数繰り返す工程と、を備えている。
<Method of manufacturing printed circuit board>
Next, a method for manufacturing the printed
The method for manufacturing the printed
(ビア孔を形成する方法)
絶縁樹脂層7に導通ビア9となるビア孔を形成する方法は、使用する絶縁樹脂層7により選択すれば良い。熱硬化性樹脂であればCO2レーザやUVレーザなどが使用可能であり、レーザ加工の後はレーザ加工で発生したスミアを除去する為にデスミア処理を行えば良い。
感光性レジストの場合は、フォトリソ法にてビア孔を形成すれば良い。
(Method of forming via hole)
A method of forming a via hole serving as the conductive via 9 in the insulating
In the case of a photosensitive resist, via holes may be formed by a photolithography method.
(第2層目以降の配線パターンの形成方法)
絶縁樹脂上の第2層目以降の配線パターン8の形成方法は特に規定しないが、無電解めっきまたはスパッタ膜をシード層として、電解めっきにて厚付けし、セミアディティブ法やサブトラクティブ法によりパターン形成すれば良い。
また、絶縁樹脂層7と配線パターン8の層数は特に規定せず、製品の設計により設定すれば良い。
また、配線パターンの他、誘電体材料からなるキャパシタ部品やコイル構造からなるインダクタ部品を配線回路基板上にパターンとして形成することや、実装部品として埋め込むことも可能である。
(Method of forming second and subsequent wiring patterns)
The method of forming the second and
Further, the number of layers of the insulating
In addition to a wiring pattern, a capacitor component made of a dielectric material and an inductor component made of a coil structure can be formed as a pattern on a printed circuit board or embedded as a mounted component.
以上に説明した製造方法で作製した配線回路基板100は、表裏両面の配線パターン5、8間で高い導通信頼性を実現することができる。
また、回線回路基板100に半導体素子を搭載して得られた半導体装置200(図2参照)は、接続対象である半導体素子11やプリント基板との間で導通パッドの材料を最適化することで高い接続強度を得ると共に、実装時の熱変形の最適化により高い接続信頼性を実現することができる。
The printed
Further, the semiconductor device 200 (see FIG. 2) obtained by mounting the semiconductor element on the
次に、本発明の配線回路基板の実施例を説明する。 Next, an embodiment of the wired circuit board of the present invention will be described.
<実施例1>
ガラス基板1として、厚さ0.3mm、大きさ200×200mm、熱膨張率4ppm/℃の低膨張ガラスを使用し、直径70μmの貫通孔13を、CO2レーザを使用して形成した。
<Example 1>
As the
次に、無機密着層4をスパッタ法にて、まずTi膜(熱膨張率8.4ppm/℃、ヤング率106Gpa)を、続いてCu膜を、それぞれ、0.1μm厚、0.2μm厚にて積層形成した。
Next, the
更に、スパッタ装置により形成したNi/Cu膜の上に無電解Niめっき膜(熱膨張率15ppm/℃、ヤング率200Gpa)を厚さ0.1μmで形成した。Ni膜のみの(応力×膜厚)の値を20N/mとなる様に実施した。 Further, an electroless Ni plating film (coefficient of thermal expansion: 15 ppm / ° C., Young's modulus: 200 Gpa) was formed to a thickness of 0.1 μm on the Ni / Cu film formed by the sputtering apparatus. The test was performed so that the value of (stress × film thickness) of only the Ni film was 20 N / m.
一方、厚さ525μmのシリコンウェハ上に上記の積層膜を形成し、シリコンウェハに生じた反りの曲率半径を計測することにより応力σを算出した。応力σの算出にはStoneyの式を用いた。その応力σに膜厚を乗ずることによって、応力×膜厚の値を算出した。 On the other hand, the above-mentioned laminated film was formed on a silicon wafer having a thickness of 525 μm, and the stress σ was calculated by measuring the radius of curvature of the warpage generated in the silicon wafer. To calculate the stress σ, the Stoney equation was used. The value of stress × film thickness was calculated by multiplying the stress σ by the film thickness.
以下に、具体的な計算を示す。
まず、応力σを下記の様に算出した。
σ(応力)=1.805×1011×(525×10−6)2/(6×414×0.1×10−6)≒200(Mpa)(1Pa=1N/m2)
次に、算出した応力σに膜厚を乗じて(応力×膜厚)の値を算出した。
(応力×膜厚)の値=200(MPa)×0.1×10−6(m)=20(N/m)
The specific calculation is shown below.
First, stress σ was calculated as follows.
σ (stress) = 1.805 × 10 11 × (525 × 10 −6 ) 2 /(6×414×0.1×10 −6 ) ≒ 200 (Mpa) (1 Pa = 1 N / m 2 )
Next, a value of (stress × film thickness) was calculated by multiplying the calculated stress σ by the film thickness.
The value of (stress × film thickness) = 200 (MPa) × 0.1 × 10 −6 (m) = 20 (N / m)
次に、貫通孔13が形成され、無機密着層4と無電解Niめっき層が形成されたガラス基板1に、電解銅めっき(熱膨張率:16ppm/℃、ヤング率:110Gpa)を、8μmt形成した。
Next, 8 μmt of electrolytic copper plating (thermal expansion coefficient: 16 ppm / ° C., Young's modulus: 110 Gpa) is formed on the
次に、貫通電極パターン3を、コンフォーマルめっきにて、厚さ8μmの筒状構造で形成した。この際の無機密着層4と導電層14との積層膜の(応力×膜厚)の総和は870N/mであった。
Next, the through
シリコンウェハ上に上記積層膜と同じ構成の積層膜を形成し、曲率半径より応力を算出し、膜厚をかけて薄膜にかかる応力σを算出した。
σ=1.805×1011×(525×10−6)2/(6×9.77×8×10−6)
≒106(MPa)
(応力×膜厚)の総和=(無機密着層4の応力×膜厚の値)+(導電層14の応力×膜厚の値) =20(N/m)+106×8×10−6(MPa)
=20+848(N/m)
≒870(N/m)
A laminated film having the same configuration as the above-mentioned laminated film was formed on a silicon wafer, the stress was calculated from the radius of curvature, and the stress σ applied to the thin film was calculated by multiplying the film thickness.
σ = 1.805 × 10 11 × (525 × 10 −6 ) 2 /(6×9.77×8×10 −6 )
$ 106 (MPa)
Sum of (stress × film thickness) = (stress of
= 20 + 848 (N / m)
≒ 870 (N / m)
絶縁樹脂層7にはエポキシ系樹脂からなるABFフィルム(味の素(株)製の層間絶縁樹脂フィルム)を使用し、第2層目の配線パターン8はシード層に無電解銅めっきを使用し、電解銅めっきの厚みを8μm、配線パターンのLS(Line&Space)値は20μmとして、配線形成はセミアディティブ法により実施した。
この際、導通ビア9は、UV−YAGレーザを使用してTop径50μmにて開口し、電解銅めっきは、コンフォーマルめっきにて実施した。
An ABF film (an interlayer insulating resin film manufactured by Ajinomoto Co., Inc.) made of an epoxy resin is used for the insulating
At this time, the conductive via 9 was opened with a Top diameter of 50 μm using a UV-YAG laser, and the electrolytic copper plating was performed by conformal plating.
導通パッド部はNi/Auめっきにて形成した。これは、半導体素子との接合をハンダで実施することを想定したためである。 The conductive pad portion was formed by Ni / Au plating. This is because it is assumed that the bonding with the semiconductor element is performed by soldering.
次に、図3(a)〜(f)を用いて、本発明の配線回路基板100−1の製造工程を、更に詳細に説明する。 Next, the manufacturing process of the printed circuit board 100-1 of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS.
まず、ガラス基板1にCO2レーザとフッ酸エッチング処理にて貫通孔13を形成した(図3(a))。具体的には、まずCO2レーザを用いてガラス基板1の所定の位置にΦ70μmの貫通孔13を形成した。次に、フッ化水素酸を使用したガラスのエッチング液に浸漬することにより、レーザ加工による残渣を除去した。
First, through
次に、ガラス基板1の両面より、直流マグネトロンスパッタ装置を使用して、Ti膜(厚さ0.1μm)とCu膜(厚さ0.2μm)を連続して成膜した。さらに無電解Niめっき膜(厚さ0.1μm)を積層形成し、両表面と貫通孔内に無機密着層4を形成した(図3(b))。
Next, a Ti film (thickness: 0.1 μm) and a Cu film (thickness: 0.2 μm) were continuously formed from both surfaces of the
次に、無機密着層4の上に、剥離可能な感光性レジストからなる非配線パターン16を形成した。次に、両表面と貫通孔13内の無機密着層4の上に電解銅めっき(第1銅めっき)を形成した。この電解銅めっきにより、貫通孔13が形成されたガラス基板1の表裏面の非配線パターン16が形成されていない部分には配線パターン5やランド6が形成されると同時に、貫通孔13内には、筒状構造の貫通電極パターン3−1が形成された(図3(c))。
Next, a non-wiring pattern 16 made of a peelable photosensitive resist was formed on the inorganic
次に、非配線パターン16を除去した。次に、非配線パターン16が除去されることによって露出した、配線パターン5やランド6以外の部分の無機密着層4を、wetエッチ
ングにて除去し、ガラス基板1に貫通電極パターン3−1と配線パターン5を配置したコア基板10−1を形成した(図3(d))。
Next, the non-wiring pattern 16 was removed. Next, the inorganic
次に、コア基板10−1の両面に絶縁樹脂層7をラミネートし、貫通電極パターン3−1の筒状構造の中央部を絶縁樹脂層7にて充填した。次に、配線パターン5のランド部6にUV−YAGレーザにて導通ビア9を形成し、UV−YAGレーザ加工にて生じた導通ビア9内の塵をアルカリ水溶液系の処理液でデスミア処理してクリーニングした(図3(e))。
Next, the insulating
次に、セミアディティブ法により絶縁樹脂層7の上に配線パターン8と導通ビア電極15を形成した。
具体的には、まずシード層として無電解銅めっき層を全面に形成した。そのシード層の上に、ネガ形レジストにて配線パターン8と導通ビア9部が開口したレジストパターンを形成した。次に、厚さ8μmの電解銅めっき層を形成した。次に、レジストパターンと第2層目の配線パターン8以外の部分のシード層を除去し、配線パターン8と導通ビア電極15を形成した。
Next, the
Specifically, first, an electroless copper plating layer was formed on the entire surface as a seed layer. On the seed layer, a resist pattern in which the
次に、上記で作製した基板に感光性のソルダーレジスト12を積層し、露光、現像を行う事により、基板の表裏面に導通パッド部2を形成した。
Next, a
この様に、導通ビア電極15は、ガラス基板1の貫通孔13内に形成された貫通電極パターン3−1を介して、ガラス基板1の表裏面に形成された配線パターン5同士を接続するものであり、更に配線パターン5と導通されている導通ビア9を介して、表裏面にそれぞれ形成された導通パッド部2の導通をとるものである。
最後に、両面の導通パッド部2の表面にはNi/Au層を形成する表面処理を行い、本発明の配線回路基板100−1を作製した(図3(f))。
As described above, the conductive via
Finally, a surface treatment for forming a Ni / Au layer was performed on the surfaces of the
なお、本実施例では、片面の配線パターンの層数を2層、表面の被覆層をソルダーレジスト12、導通パッド部2の表面の表面処理をNi/Auとしたが、これらに限定するものではない。配線パターンの層数が3層以上であっても良いし、表面の被覆層がソルダーレジスト以外の材料からなる層であっても良い。また導通パッド部2の表面処理がNi/Pd/Auであっても構わない。
In the present embodiment, the number of layers of the wiring pattern on one side is two, the coating layer on the surface is solder resist 12, and the surface treatment on the surface of the
以上により、電解銅めっきからなる導電層14より応力の小さい無機密着層4を形成し、導電層14の膜厚を薄膜にかかる力が規定値以下になる領域にすることで、ガラス基板1と、配線パターン8および貫通電極パターン3と、が剥離する現象を回避するとともに、製造工程内の熱履歴や信頼性試験にて配線パターン8と貫通電極パターン3に十分な密着性を有するコア基板10−1および配線回路基板100−1を得ることができた。
As described above, the
これらによって、ガラス基板1からの配線パターン8と貫通電極パターン3の剥離を防止すると共に、充分な信頼性を有した配線回路基板100−1を使用した半導体装置200(図2参照)を提供することが可能である。
With these, the peeling of the
<実施例2>
本発明の実施例2について図4に基づいて以下に説明する。
<Example 2>
ガラス基板1として、厚み0.2mm、大きさ200×200mm、熱膨張率4ppm/℃の低膨張ガラスを使用し、CO2レーザを使用し直径40μmの貫通孔13を形成した。
As the
次に、無機密着層4は、直流マグネトロンスパッタ装置を使用して、Ti膜(熱膨張率8.4ppm/℃、ヤング率106GPa)と、Cu膜を、それぞれ、厚さ0.1μm、厚さ0.2μmにて積層形成した。 Next, a Ti film (coefficient of thermal expansion: 8.4 ppm / ° C., Young's modulus: 106 GPa) and a Cu film were each formed to a thickness of 0.1 μm and a thickness of 0.1 μm using a DC magnetron sputtering apparatus. A layer was formed at a thickness of 0.2 μm.
更に、スパッタ膜の上に無電解Niめっき膜(熱膨張率15ppm/℃、ヤング率200GPa)を厚さ0.1μmで形成し、Ni膜のみの(応力×膜厚)の値を20N/mとなるように設計した。
また、シリコンウェハ上に積層膜を形成し、曲率半径より応力を算出し、その応力に膜厚を乗じた値を薄膜にかかる力として算出した。
σ(応力)=1.805×1011×(525×10−6)2/(6×414×0.1×10−6)≒200(Mpa) (1Pa=1N/m2)
次に、算出した応力σに膜厚を乗じて(応力×膜厚)の値を算出した。
(応力×膜厚)の値=200(MPa)×0.1×10−6(m)=20(N/m)
Further, an electroless Ni plating film (thermal expansion coefficient: 15 ppm / ° C., Young's modulus: 200 GPa) is formed on the sputtered film to a thickness of 0.1 μm, and the value of (stress × film thickness) of the Ni film alone is set to 20 N / m. It was designed to be.
Further, a laminated film was formed on a silicon wafer, stress was calculated from the radius of curvature, and a value obtained by multiplying the stress by the film thickness was calculated as a force applied to the thin film.
σ (stress) = 1.805 × 10 11 × (525 × 10 −6 ) 2 /(6×414×0.1×10 −6 ) ≒ 200 (Mpa) (1 Pa = 1 N / m 2 )
Next, a value of (stress × film thickness) was calculated by multiplying the calculated stress σ by the film thickness.
The value of (stress × film thickness) = 200 (MPa) × 0.1 × 10 −6 (m) = 20 (N / m)
次に、導電性材料として電解銅めっき(熱膨張率16ppm/℃、ヤング率110GPa)を20μmの厚さで形成した。また、貫通電極パターン3−2をフィルドめっきにて充填構造で形成した。
この際の無機密着層4と導電層14の積層膜より、(応力×膜厚)の総和は1870N/mであった。
シリコンウェハ上に積層膜を形成し、曲率半径より応力を算出し、膜厚をかけて薄膜にかかる力として、応力σを下記の様に算出した。
σ=1.805×1011×(525×10−6)2/(6×4.48×20×10−6)
=92.5(MPa)
(応力×膜厚)の総和=(無機密着層4の値)+(導電層14の値)
=20(N/m)+92.5×20×10−6(MPa)
=1870(N/m)
Next, electrolytic copper plating (thermal expansion coefficient: 16 ppm / ° C., Young's modulus: 110 GPa) was formed as a conductive material to a thickness of 20 μm. Further, the through electrode pattern 3-2 was formed in a filling structure by filled plating.
From the laminated film of the inorganic
A laminated film was formed on a silicon wafer, stress was calculated from the radius of curvature, and stress σ was calculated as the force applied to the thin film by multiplying the film thickness as follows.
σ = 1.805 × 10 11 × (525 × 10 −6 ) 2 /(6×4.48×20×10 −6 )
= 92.5 (MPa)
Sum of (stress x film thickness) = (value of inorganic adhesion layer 4) + (value of conductive layer 14)
= 20 (N / m) + 92.5 × 20 × 10 −6 (MPa)
= 1870 (N / m)
絶縁樹脂層7にはエポキシ系樹脂からなるABFフィルムを使用し、第2層目の配線パターン8はシード層に無電解銅めっきを使用し、電解銅めっきの厚みを8μm、配線パターン8のLS値は20μm、配線形成はセミアディティブ法により実施した。
また、この際、導通ビア9はUV−YAGレーザを使用してTop径40μmにて開口し、コンフォーマルめっきにて形成した。
導通パッド部2には、Ni/Auめっきを施し、半導体素子との接続はハンダを使用した。
An ABF film made of an epoxy resin is used for the insulating
At this time, the conductive via 9 was opened with a Top diameter of 40 μm using a UV-YAG laser, and was formed by conformal plating.
The
次に、図4(a)〜(f)を用いて、本発明の配線回路基板200の製造工程を詳細に説明する。
Next, the manufacturing process of the printed
まず、ガラス基板1にCO2レーザとフッ酸エッチング処理にて貫通孔を形成した(図4(a))。具体的には、まずCO2レーザを用いてガラス基板1の所定の位置にΦ70μmの貫通孔13を形成した。次に、フッ化水素酸を使用したガラスのエッチング液に浸漬することにより、レーザ加工による残渣を除去した。
First, through holes were formed in the
次に、ガラス基板1の両面より、直流マグネトロンスパッタ装置を使用して、Ti膜(厚さ0.1μm)とCu膜(厚さ0.2μm)を連続して成膜した。さらに無電解Niめっき膜(厚さ0.1μm)を積層形成し、両表面と貫通孔内に無機密着層4を形成した(図4(b))。
Next, a Ti film (thickness: 0.1 μm) and a Cu film (thickness: 0.2 μm) were continuously formed from both surfaces of the
次に、無機密着層4の上に、剥離可能な感光性レジストからなる非配線パターン16を
形成した。次に、両表面と貫通孔13内の無機密着層4の上に電解銅めっき(第1銅めっき)を形成した。この電解銅めっきにより、貫通孔13が形成されたガラス基板1の表裏面の非配線パターン16が形成されていない部分には配線パターン5やランド6が形成されると同時に、貫通孔13内には、フィルド電解銅めっきにて充填構造の貫通電極パターン3−2が形成された(図4(c))。
Next, a non-wiring pattern 16 made of a peelable photosensitive resist was formed on the inorganic
次に、非配線パターン16を除去した。次に、非配線パターン16が除去されることによって露出した、配線パターン5やランド6以外の部分の無機密着層4を、wetエッチングにて除去し、ガラス基板1に貫通電極パターン3−2と配線パターン5を配置したコア基板10−2を形成した(図4(d))。
Next, the non-wiring pattern 16 was removed. Next, the inorganic
次に、コア基板10−2の両面に絶縁樹脂層7をラミネートし、貫通電極パターン3−2の筒状構造の中央部を絶縁樹脂7にて充填した。次に、配線パターン5のランド部6にUV−YAGレーザにて導通ビア9を形成し、UV−YAGレーザ加工にて生じた導通ビア9内の塵をアルカリ水溶液系の処理液でデスミア処理してクリーニングした(図4(e))。
Next, the insulating
次に、セミアディティブ法により絶縁樹脂層7の上に配線パターン8と導通ビア電極15を形成した。
具体的には、まずシード層として無電解銅めっき層を全面に形成した。そのシード層の上に、ネガ形レジストにて配線パターン8と導通ビア9部が開口したレジストパターンを形成した。次に、厚さ8μmの電解銅めっき層を形成した。次に、レジストパターンと第2層目の配線パターン8以外の部分のシード層を除去し、配線パターン8と導通ビア電極15を形成した(図4(f))。
Next, the
Specifically, first, an electroless copper plating layer was formed on the entire surface as a seed layer. On the seed layer, a resist pattern in which the
次に、上記で作製した基板に感光性のソルダーレジスト12を積層し、露光、現像を行う事により、基板の表裏面に導通パッド部2を形成した。
両面の導通パッド部2の表面にはNi/Auからなる表面処理を行い、本発明の配線回路基板100−2を作製した。
Next, a
The surface of the
なお、本実施例では、片面の配線パターンの層数を2層、表面の被覆層をソルダーレジスト12、導通パッド部2の表面の表面処理をNi/Auとしたが、これらに限定するものではない。配線パターンの層数が3層以上であっても良いし、表面の被覆層がソルダーレジスト以外の材料からなる層であっても良い。また導通パッド部2の表面処理がNi/Pd/Auであっても構わない。
In the present embodiment, the number of layers of the wiring pattern on one side is two, the coating layer on the surface is solder resist 12, and the surface treatment on the surface of the
以上により、電解銅めっきからなる導電層14より応力の小さい無機密着層4を形成し、導電層14の膜厚を薄膜にかかる力が規定値以下になる領域で設計することで、ガラス基板1と、配線パターン8および貫通電極パターン3−2と、が剥離する現象を回避するとともに、製造工程内の熱履歴や信頼性試験にて配線パターン8と貫通電極パターン3−2に十分な密着性を有するコア基板10−2および配線回路基板100−2を得ることができた。
As described above, the
さらに、これらによって、ガラス基板1より配線パターン8と貫通電極パターン3−2の剥離を防止すると共に、充分な信頼性を有した配線回路基板100−2、及び、配線回路基板100−2を使用した半導体装置を提供することが可能である。
Further, the wiring circuit board 100-2 and the wiring circuit board 100-2 which have sufficient reliability while preventing peeling of the
<比較例>
次に、本発明の比較例について図5に基づいて以下に説明する。
<Comparative example>
Next, a comparative example of the present invention will be described below with reference to FIG.
ガラス基板1として、厚み0.3mm、大きさ200×200mm、熱膨張率4ppm/℃の低膨張ガラスを使用し、CO2レーザを使用して、直径70μmの貫通孔13を形成した。
As the
無機密着層4は、直流マグネトロンスパッタ装置を使用してTi膜(熱膨張率8.4ppm/℃、ヤング率106GPa)とCu膜をそれぞれ、厚さ0.1μm、厚さ0.2μmにて積層形成した。
The
更に、スパッタ膜の上に無電解Niめっき膜(熱膨張率15ppm/℃、ヤング率200GPa)を、厚さ0.1μmで形成し、Ni膜のみの(応力×膜厚)の値は20N/mとした。 Further, an electroless Ni plating film (coefficient of thermal expansion: 15 ppm / ° C., Young's modulus: 200 GPa) is formed on the sputtered film to a thickness of 0.1 μm, and the value of (stress × film thickness) of the Ni film alone is 20 N / m.
導電性材料は電解銅めっき(熱膨張率16ppm/℃、ヤング率110GPa)にて厚さ30μm形成し、貫通電極パターン3−3はコンフォーマルめっきにて厚さ30μmの筒状構造で形成した。この際の無機密着層4と導電層14との積層膜より、(応力×膜厚)の値の総和は2620N/mであった。
The conductive material was formed in a thickness of 30 μm by electrolytic copper plating (coefficient of thermal expansion: 16 ppm / ° C., Young's modulus: 110 GPa), and the through-electrode pattern 3-3 was formed in a cylindrical structure having a thickness of 30 μm by conformal plating. From the laminated film of the inorganic
薄膜にかかる力は、シリコンウェハ上に積層膜を形成し、曲率半径より応力σを算出し、それに膜厚を乗じることで、下記の様に算出した。
σ(応力)=1.805×1011×(525×10−6)2/(6×3.19×30×10−6)=86.6(MPa)
(応力×膜厚}の総和=20(N/m)+86.6(MPa)×30×10−6(m)
≒2620(N/m)
The force applied to the thin film was calculated as follows by forming a laminated film on a silicon wafer, calculating the stress σ from the radius of curvature, and multiplying the stress σ by the film thickness.
σ (stress) = 1.805 × 10 11 × (525 × 10 −6 ) 2 /(6×3.19×30×10 −6 ) = 86.6 (MPa)
(Sum of stress × film thickness = 20 (N / m) +86.6 (MPa) × 30 × 10 −6 (m)
≒ 2620 (N / m)
絶縁樹脂7にはエポキシ系樹脂からなるABFを使用し、第2層目の配線パターン8はシード層に無電解銅めっきを使用し、電解銅めっきの厚みを8μm、配線パターンのLS値は20μm、配線形成はセミアディティブ法により作製した。
また、導通ビア9はUV−YAGレーザを使用してTop径50μmにて開口し、コンフォーマルめっきにて形成した。
An ABF made of an epoxy resin is used for the insulating
The conductive via 9 was opened with a Top diameter of 50 μm using a UV-YAG laser, and was formed by conformal plating.
まず、ガラス基板1にCO2レーザとフッ酸エッチング処理にて貫通孔13を形成した(図5(a))。
First, a through
次に、ガラス基板1の両面より、スパッタTi膜とスパッタCu膜を連続して成膜し、さらに無電解Niめっき膜を積層形成し、表裏面と貫通孔13内に無機密着層4を形成した(図5(b))。
Next, a sputtered Ti film and a sputtered Cu film are continuously formed on both sides of the
次に、無機密着層4の上に、剥離可能な感光性レジストからなる非配線パターン16を形成した後、貫通電極パターン3−3は、コンフォーマル電解銅めっきにて筒状構造とした(図5(c))。
Next, after a non-wiring pattern 16 made of a peelable photosensitive resist is formed on the inorganic
次に、表裏面の配線パターン5以外の部分の無機密着層4を、wetエッチングにて除去し、ガラス基板1に貫通電極パターン3−3と配線パターン5を配置したコア基板10−3を形成した(図5(d))。
Next, the portions of the inorganic
次に、コア基板10−3の両面に絶縁樹脂7をラミネートし、貫通電極パターン3−3の筒状構造の中央部を絶縁樹脂7にて充填した。配線パターン5のランドパターン部にUV−YAGレーザにて導通ビア9を形成し、UV−YAGレーザ加工にて生じた導通ビア9の孔内の塵をアルカリ水溶液系の処理液で膨潤分解して除去した(図5(e))。
Next, the insulating
次に、絶縁樹脂7の上に、シード層として無電解銅めっきを形成した。その上にネガ形レジストにて配線パターン8と導通ビア9部が開口したレジストパターンを形成し、セミアディティブ法により、まず導電性材料として電解銅めっきを8μm厚で形成した後、レジストパターンと第2層目の配線パターン8以外の部分のシード層を除去し、配線パターン8と導通ビア電極15を形成した(図5(f))。
Next, electroless copper plating was formed on the insulating
以上で説明した製造方法では、表裏面の配線パターン間で導通の取れた配線回路基板100−3を得ることはできた。しかし、コア基板10−3の配線パターン5を形成した時点で配線パターン5とコア基板10−3の界面に微小なガラスクラックが発生し、高温低温サイクル試験の配線回路基板100−3に熱ストレスのかかる試験において、配線パターン5の圧縮応力が、コア基板10−3と配線パターン5との密着力より大きくなり、貫通電極パターン3−3と、配線パターン5と、がコア基板10−3より剥離し、配線回路基板100−3を破壊する不具合を生じた。
In the manufacturing method described above, it was possible to obtain the printed circuit board 100-3 in which electrical continuity was obtained between the wiring patterns on the front and back surfaces. However, when the
1…ガラス基板
2…導電パッド部
3−1、3−2…貫通電極パターン
4…無機密着層
5…第1配線パターン
6…ランド
7…絶縁樹脂層
8…(第2層目以降の)配線パターン
9…導通ビア
10−1、10−2、10−3…コア基板
11…半導体素子
12…ソルダーレジスト
13…貫通孔
14…導電層
15…導通ビア電極
16…(剥離可能な感光性レジストからなる)非配線パターン
100、100−1、100−2、100−3…配線回路基板
200…半導体装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
配線パターンと貫通電極パターンは、ガラス基板の表面と貫通孔内において導電性材料からなる無機密着層を介して備えられており、
無機密着層に発生する応力と膜厚を乗じて得られる値と、配線パターンにおいて発生する応力と膜厚を乗じて得られる値と、の和が2250(N/m)以下であることを特徴とする配線回路基板。 Wiring using a core substrate provided with a wiring pattern made of a conductive material on the front and back surfaces of a glass substrate provided with a through hole, wherein the wiring pattern is conducted by a through electrode pattern made of a conductive material provided in the through hole. On the circuit board,
The wiring pattern and the through electrode pattern are provided on the surface of the glass substrate and in the through hole via an inorganic adhesive layer made of a conductive material,
The sum of a value obtained by multiplying the stress generated in the inorganic adhesion layer by the film thickness and a value obtained by multiplying the stress generated in the wiring pattern by the film thickness is 2250 (N / m) or less. Printed circuit board.
前記ガラス基板に貫通孔を形成する工程と、
前記ガラス基板の表裏面と、前記貫通孔の内壁と、に前記無機密着層を形成する工程と、
前記無機密着層の上に、前記導電性材料からなる前記第1配線パターンと、前記貫通電極パターンと、を形成する工程と、
前記第1配線パターンと前記貫通電極パターン以外の部位に露出している前記無機密着層を除去することによりコア基板を作製する工程と、
コア基板の表裏面に前記絶縁樹脂層を形成する工程Aと、
前記第1配線パターン上の前記絶縁樹脂層の所望の部位に前記導通ビアとなるビア孔を形成する工程Bと、
ビア孔が形成された前記絶縁樹脂層の上に、前記配線パターンと前記導通ビアを形成する工程Cと、
前記工程A〜工程Cを必要な回数繰り返す工程と、を備えていることを特徴とする配線回路基板の製造方法。 It is a manufacturing method of the printed circuit board in any one of Claims 1-6, Comprising:
Forming a through hole in the glass substrate,
Forming the inorganic adhesive layer on the front and back surfaces of the glass substrate and the inner wall of the through-hole,
Forming the first wiring pattern made of the conductive material and the through electrode pattern on the inorganic adhesion layer;
A step of manufacturing a core substrate by removing the inorganic adhesive layer exposed at a portion other than the first wiring pattern and the through electrode pattern;
A step A of forming the insulating resin layer on the front and back surfaces of the core substrate;
Forming a via hole serving as the conductive via at a desired portion of the insulating resin layer on the first wiring pattern;
A step C of forming the wiring pattern and the conductive via on the insulating resin layer in which the via hole is formed;
Repeating the steps A to C a required number of times.
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