JP2020141015A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】接合パッドに半田バンプを強固に接合することが可能な配線基板を提供すること。【解決手段】絶縁基板１と、絶縁基板１上に位置する接合パッド８と、接合パッド８上に開口部１０を有して位置するソルダーレジスト層３と、接合パッド８上に位置しており、外周側面が開口部１０の側面に接しているニッケルめっき層１３と、ニッケルめっき層１３上に位置しており、外周側面の少なくとも一部が開口部１０の側面に接しているとともに、開口部１０から突出している部位を有する半田バンプ１２とを備え、開口部１０は、ソルダーレジスト層３の上面から接合パッド８に向けて内径が小さくなる第１領域１０ａと、第１領域１０ａから接合パッド８に向けて内径が大きくなる第２領域１０ｂとを有し、ニッケルめっき層１３は、第２領域１０ｂから第１領域１０ａまで跨って存在している。【選択図】図２

Description

本開示は、配線基板に関するものである。

半導体素子等の電子部品を搭載する配線基板として、絶縁基板の上面に接合パッドが位置するものがある。絶縁基板の上面には、接合パッド上に開口部を有するソルダーレジスト層が位置している。すなわち、接合パッドは、ソルダーレジスト層の開口部の内側に露出している。さらに、接合パッド上には、半田バンプが位置している。この半田バンプを介して電子部品の電極と接合パッドとが接合される。半田バンプは、ソルダーレジスト層の開口部内に位置する基部と、この基部上から開口部の上方に膨出する頭部とを有している。そして、この頭部上に電子部品の電極を接触させた状態で加熱することにより半田バンプと電子部品の電極とを溶着させた後、常温に冷却することで電子部品の電極と接合パッドとが半田バンプを介して接合される。

特許第３８６０７１３号公報

特許文献１には、半田バンプ付きの配線基板が開示されている。特許文献１の開示では、接合パッドを露出させるソルダーレジスト層の開口部の側面を接合パッドに対して６０度〜８５度の角度で狭まる第１の側面と、この第１の側面から接合パッドに向かって広がる第２の側面とで形成している。すなわち、この開口部は、ソルダーレジスト層の表面から接合パッドに向けて縮径する第１の開口領域と、第１の開口領域から接合パッドに向けて拡径する第２の開口領域とを有している。ソルダーレジスト層の開口部の側面をこのような形状にすることにより、接合パッドに半田バンプを介して電子部品の電極を接合させた後、電子部品を長期間にわたり繰り返し作動させたとしても、半田バンプに破断が発生することがなく、搭載する電子部品を長期間にわたり正常に作動させることが可能な信頼性の高い配線基板を提供している。

ところで、特許文献１で開示された配線基板では、半田バンプが接合パッドに直接接合している。この場合には、半田バンプが接合パッドに強固に接合されて半田バンプの破断を有効に防止することができる。しかしながら、配線基板によっては、接合パッドの酸化防止等のために接合パッドの露出表面にニッケルめっき層を被着させる場合がある。すなわち、接合パッドに被着されたニッケルめっき層上に半田バンプが位置することになる。この場合、半田バンプに横からの強いせん断応力が加わると、半田バンプとニッケルめっき層との間で破断が発生することがあった。これは、ニッケルめっき層上に半田バンプを形成する際に、両者の境界にニッケルと錫との脆い金属間化合物層が形成され、この金属間化合物層にせん断応力が集中することにより破断するものと考えられる。

本開示の配線基板は、絶縁基板と、絶縁基板上に位置する接合パッドと、接合パッド上に開口部を有して位置するソルダーレジスト層と、接合パッド上に位置しており、外周側面が開口部の側面に接しているニッケルめっき層と、ニッケルめっき層上に位置しており、外周側面の少なくとも一部が開口部の側面に接しているとともに、開口部から突出している部位を有する半田バンプとを備え、開口部は、ソルダーレジスト層の上面から接合パッドに向けて内径が小さくなる第１領域と、第１領域から接合パッドに向けて内径が大きくなる第２領域とを有し、ニッケルめっき層は、第２領域から第１領域まで跨って存在していることを特徴とするものである。

本開示の構造によれば、電子部品を強固に固定することが可能な配線基板を提供することができる。

図１は、本開示に係る配線基板の実施形態の一例を説明するための概略断面図である。 図２は、本開示に係る配線基板の実施形態の一例を説明するための要部拡大概略断面図である。

図１および図２を基に、本開示における実施形態の一例を説明する。図１は、本開示における実施形態の一例である配線基板Ａの概略断面図を示している。図２は、図１に示す配線基板Ａの要部拡大概略断面図を示している。

図１に示すように、配線基板Ａは、絶縁基板１と配線導体２とソルダーレジスト層３とを備えている。絶縁基板１は、コア絶縁層４およびその上下面に位置する複数のビルドアップ絶縁層５を含んでいる。配線導体２は、コア絶縁層４および各ビルドアップ絶縁層５の表面に延在するとともにコア絶縁層４および各ビルドアップ絶縁層５をそれぞれ貫通するように位置している。ソルダーレジスト層３は、最表層のビルドアップ絶縁層５および最表層の配線導体２上に位置している。

コア絶縁層４は、配線導体２同士の電気的絶縁性を保つとともに配線基板Ａに必要な剛性を付与する機能を有している。コア絶縁層４は、例えばガラスクロスおよび熱硬化性樹脂を含む電気絶縁材料から成る。熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等が用いられている。コア絶縁層４の厚みは、例えば１００〜８００μｍに設定されている。

コア絶縁層４は、複数のスルーホール６を有している。スルーホール６の直径は、例えば１００〜２００μｍに設定されている。コア絶縁層４の上下面およびスルーホール６の内壁には、配線導体２の一部が位置している。

このようなコア絶縁層４は、例えば、ガラスクロスに未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを熱硬化させた後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すことにより形成される。

ビルドアップ絶縁層５は、配線導体２同士の電気的絶縁性を保つとともに微細な多層構造の配線導体２を配置する機能を有している。ビルドアップ絶縁層５は、例えば無機絶縁樹脂および熱硬化性樹脂を含む電気絶縁材料から成る。熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等が用いられている。各ビルドアップ絶縁層５の厚みは、例えば２０〜６０μｍに設定されている。

各ビルドアップ絶縁層５には、複数のビアホール７が形成されている。ビアホール７の直径は、例えば３０〜１００μｍに設定されている。各ビルドアップ絶縁層５の表面およびビアホール７内には、配線導体２の一部が位置している。

このようなビルドアップ絶縁層５は、例えば、厚みが２０〜６０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂のフィルムをコア絶縁層４の上下面または下層のビルドアップ絶縁層５の表面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザー加工によりビアホール７を穿孔することにより形成される。

配線導体２は、配線基板Ａに搭載される電子部品Ｅを外部の電気回路基板に接続するための導電路として機能する。絶縁基板１の上面には、配線導体２の一部から成る複数の接合パッド８が位置している。絶縁基板１の下面には、配線導体２の一部から成る複数の接合パッド９が位置している。これらの接合パッド８と接合パッド９とは、所定のもの同士が絶縁基板１内部の配線導体２を介して電気的に接続されている。配線導体２は、金属を含む良導電性材料から成る。配線導体２に含まれる金属としては、例えば銅が好適に用いられる。配線導体２の厚みは、例えば５〜５０μｍに設定されている。

コア絶縁層４上下面の配線導体２は、例えばコア絶縁層４用のシートの上下面に厚みが５〜５０μｍの銅箔を貼着しておくとともに、この銅箔をシートの硬化後にサブトラクティブ法等により所定のパターンにエッチング加工することにより形成される。スルーホール６内壁の配線導体２は、例えばコア絶縁層４にスルーホール６を設けた後に、このスルーホール６内壁に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが５〜５０μｍの銅めっき膜を析出させることにより形成される。

各ビルドアップ絶縁層５表面およびビアホール７内に被着された配線導体２は、例えば各ビルドアップ絶縁層５を形成する毎に各ビルドアップ絶縁層５の表面およびビアホール７内に厚みが５〜５０μｍの銅めっき膜をセミアディティブ法等により所定のパターンに被着させることによって形成される。

ソルダーレジスト層３は、絶縁基板１上下面の配線導体２の電気的絶縁性を保つとともに絶縁基板１上下面の配線導体２を外部環境から保護する保護層として機能する。ソルダーレジスト層３は、接合パッド８上に位置する開口部１０および接合パッド９上に位置する開口部１１を有している。これにより、接合パッド８は開口部１０の内側に露出している。また、接合パッド９は開口部１１の内側に露出している。

ソルダーレジスト層３は、例えば感光性の熱硬化性樹脂を含む電気絶縁材料から成る。感光性の熱硬化性樹脂としては、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等が用いられる。配線導体２上におけるソルダーレジスト層３の厚みは、例えば５〜３０μｍに設定されている。ソルダーレジスト層３は、例えば感光性を有する未硬化の樹脂層を絶縁基板１の上下面に形成するとともにフォトリソグラフィー技術を採用して開口部１０および１１を形成した後、これを熱硬化させることによって形成される。

接合パッド８および接合パッド９は、それぞれ平面視で例えば円形である。接合パッド８および接合パッド９は、それぞれ例えば格子状等の配列で位置している。開口部１０の内側に露出している接合パッド８の直径は、例えば３０〜８０μｍに設定されている。接合パッド８の配列ピッチは、例えば１００〜２５０μｍに設定されている。接合パッド８上には、半田バンプ１２が位置している。半田バンプ１２には、電子部品Ｅの電極Ｔがフリップチップ接続により接合される。

開口部１１の内側に露出している接合パッド９の直径は、例えば３００〜６００μｍに設定されている。接合パッド９の配列ピッチは、例えば５００〜１０００μｍに設定されている。接合パッド９は、例えば半田ボール等を介して外部電気回路基板に接合される。

本例の配線基板Ａにおいては、接合パッド８を露出させる開口部１０は、図２に示すよ
うに、ソルダーレジスト層３の上面から接合パッド８に向けて内径が小さくなる第１領域１０ａと、第１領域１０ａから接合パッド８に向けて内径が大きくなる第２領域１０ｂとを有している。

第１領域１０ａの側面は、接合パッド８の上面に対して例えば６０〜８５度の角度θ１で傾くように設定されている。第２領域１０ｂの側面は、接合パッド８の上面に対して例えば１０５〜１３５度の角度θ２で傾くように設定されている。

第１領域１０ａの高さｈ１は、例えば３〜２０μｍに設定されている。第２領域１０ｂの高さｈ２は、例えば２〜５μｍに設定されている。高さｈ１とｈ２との比は、例えば、ｈ１：ｈ２＝１０：１〜３：２となるように設定されている。

ソルダーレジスト層３表面における第１領域１０ａの開口径φ１は、例えば５０〜１００μｍに設定されている。接合パッド８上面における第２領域１０ｂの開口径φ２は、例えば３３〜１０５μｍに設定されている。開口径φ１とφ２との比は、例えば、φ１：φ２＝５：４〜１０：１１となるように設定されている。

さらに、本例の配線基板Ａにおいては、接合パッド８の上にニッケルめっき層１３が位置しており、このニッケルめっき層１３上に半田バンプ１２が位置している。ニッケルめっき層１３は、その外周側面が開口部１０の側面に接して接合パッド８上面の露出部を覆っている。ニッケルめっき層１３は、接合パッド８の露出表面が酸化腐食するのを防止する等の機能を有している。ニッケルめっき層１３の厚みは、例えば３〜８μｍに設定されている。ニッケルめっき層１３は、例えば、無電解めっき法や電解めっき法により形成される。

半田バンプ１２は、錫を含む低融点合金から成る。錫を含む低融点合金としては、例えば錫−銀合金や錫−銀−銅合金等が好適に用いられる。半田バンプ１２は、開口部１０内に位置する基部と開口部１０から上方に突出する頭部とを有している。この頭部上に電子部品Ｅの電極Ｔを接触させた状態で加熱することにより半田バンプ１２と電極Ｔとを溶着させた後、常温に冷却することで電極Ｔと接合パッド８とがニッケルめっき層１３および半田バンプ１２を介して接合される。

本例の配線基板Ａにおいては、ニッケルめっき層１３は、その外周側面が第２領域１０ｂから第１領域１０ａに跨って存在している。言い換えれば、ニッケルめっき層１３は、第１領域１０ａにおける開口部１０側面に接する厚みを有している。これにより、半田バンプ１２に横からの強いせん断応力が加わった場合に、その応力が半田バンプ１２とニッケルめっき層１３との境界に大きく集中することを回避できる。その結果、半田バンプ１２に横からの強いせん断応力が加わったとしても、半田バンプ１２とニッケルめっき層１３との間で破断が発生することがなく、電子部品Ｅを強固に固定することが可能な配線基板Ａを提供することができる。

ニッケルめっき層１３がこのように位置することで、半田バンプ１２に横からの強いせん断応力が加わったときに半田バンプ１２とニッケルめっき層１３との境界に発生する応力は、ニッケルめっき層１３の外周側面が第２領域１０ｂにおける開口部１０側面のみに接する場合と比較して約３０％低減することが可能になる。

なお、ニッケルめっき層１３の外周側面が第１領域１０ａにおける開口部１０側面に接する高さが１μｍ未満であると、半田バンプ１２に横からの強いせん断応力が加わった場合に、その応力が半田バンプ１２とニッケルめっき層１３との境界に大きく集中することを回避する効果が小さくなる傾向にある。

また、ニッケルめっき層１３の外周面が第１領域１０ａにおける開口部１０側面に接する高さが３μｍを越えると、ニッケルめっき層１３が不必要に厚くなり、配線基板Ａの生産性が低下してしまう。したがって、ニッケルめっき層１３の外周側面が第１領域１０ａにおける開口部１０側面に接する高さは１〜３μｍの範囲が好ましい。

本開示は、上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。

１ 絶縁基板
３ ソルダーレジスト層
８ 接合パッド
１０ 開口部
１０ａ 第１領域
１０ｂ 第２領域
１２ 半田バンプ
１３ ニッケルめっき層

Claims (4)

1. 絶縁基板と、
   該絶縁基板上に位置する接合パッドと、
   該接合パッド上に開口部を有して位置するソルダーレジスト層と、
   前記接合パッド上に位置しており、外周側面が前記開口部の側面に接しているニッケルめっき層と、
   前記ニッケルめっき層上に位置しており、外周側面の少なくとも一部が前記開口部の側面に接しているとともに、前記開口部から突出している部位を有する半田バンプとを備え、
   前記開口部は、前記ソルダーレジスト層の上面から前記接合パッドに向けて内径が小さくなる第１領域と、該第１領域から前記接合パッドに向けて内径が大きくなる第２領域とを有し、
   前記ニッケルめっき層は、前記第２領域から前記第１領域まで跨って存在していることを特徴とする配線基板。
2. 前記第１領域の高さをｈ１とし、前記第２領域の高さをｈ２としたときに、ｈ１とｈ２との比率であるｈ１：ｈ２が１０：１〜３：２の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 前記第１領域の前記ソルダーレジスト層表面側の開口径をφ１とし、前記第２領域の前記接合パッド側の開口径をφ２としたときに、φ１とφ２との比率であるφ１：φ２が５：４〜１０：１１の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
4. 前記ニッケルめっき層は、前記外周面が前記第１領域の前記側面に接する高さが１〜３μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の配線基板。

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