JP2021027225A

JP2021027225A - プリント配線板

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Publication number: JP2021027225A
Application number: JP2019145191A
Authority: JP
Inventors: 曜志澤田; Yoji Sawada; 外茂也台蔵; Tomoya Taizo
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2021-02-22

Abstract

【課題】プリント配線板の各部形状を最適化する。【解決手段】基部絶縁層と、基部絶縁層上に形成された導体層と、基部絶縁層上および導体層上に形成され、かつ、導体層の一部を導体パッドとして露出させる開口を有する、光硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなるソルダーレジスト層と、導体パッド上に形成されたバンプと、バンプは、開口内に形成されたベースめっき層と、ベースめっき層上に形成されたトップめっき層とを有し、開口径が１０μｍ以下であり、導体層の厚みが５μｍ以下であり、開口のボトム径とトップ径との関係が、ボトム径／トップ径＝０．７〜１．０であり、開口側壁部における無機フィラーの露出部分が５〜２０％である。【選択図】図１

Description

本発明は、めっきバンプを有するプリント配線板に関する。

特許文献１は、めっき法を用いたバンプ形成を開示している。一方、バンプ形成とは異なるが、層間絶縁層へのバイアホール形成として、金属マスクとプラズマを用いて、２５μｍ程度の径を有するバイアホール形成用孔をあける技術が知られている（特許文献２）。

特開２０１０−１２９９９６号公報特開平１０−２４７７８２号公報

特許文献１に開示された方法におけるバンプ形成は、ＳＲ層のパッドにレーザー開口し、Ｃｕめっきと半田めっきとにより実施される。このとき、レーザーによる開口では、開口底パッドの導体厚は、１０μｍ以上必要である。そのため、導体厚を５μｍ以下が必要とされる、近年の狭ピッチ化のバンプ形成には、レーザー開口は不向きとなってきた。また、レーザーによる開口ではボトム径がトップ径にくらべて６０％以下の小径となるため、開口内のＣｕめっきとパッドとの接続強度が小さくなり、剥離の問題が発生している。

一方、バンプ形成とは異なるが、層間絶縁層へのバイアホール形成として、金属マスクとプラズマを用いて、２５μｍ程度の径を有するバイアホール形成用孔をあける技術が知られている（特許文献２）。しかし、特許文献２では、その技術をバンプ形成のための穴明けに用いることができるとの開示も示唆もなかった。

本発明に係るプリント配線板は、上記問題を解決できるプリント配線板を、各部の形状の面から解消しようとするもので、基部絶縁層と、前記基部絶縁層上に形成された導体層と、前記基部絶縁層上および前記導体層上に形成され、かつ、前記導体層の一部を導体パッドとして露出させる開口を有する、光硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなるソルダーレジスト層と、前記導体パッド上に形成されたバンプと、前記バンプは、前記開口内に形成されたベースめっき層と、該ベースめっき層上に形成されたトップめっき層とを有し、前記開口径が１０μｍ以下であり、前記導体層の厚みが５μｍ以下であり、前記開口のボトム径とトップ径との関係が、ボトム径／トップ径＝０．７〜１．０であり、前記開口側壁部における前記無機フィラーの露出部分が５〜２０％である。

本発明の実施形態によれば、開口径を１０μｍ以下とし、導体層の厚みを５μｍ以下とし、開口のボトム径とトップ径との関係を、ボトム径／トップ径＝０．７〜１．０とし、開口側壁部における無機フィラーの露出部分を５〜２０％とすることで、開口のボトム径がトップ径とほぼ同じとなり、開口でのメタルビアとパッドとの接続強度が向上し、パッドを痛めることがないので、ファインパターンのめっきバンプを形成することが可能となる。

本発明のプリント配線板の一実施形態を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。本発明のプリント配線板の製造方法の一実施形態の各工程を説明するための図である。

図１は、本発明のプリント配線板の一例を説明するための図である。図１には、実施形態のプリント配線板１０の一部が拡大して示されている。プリント配線板１０は、コア基板（図示せず）の片面または両面に所定の回路パターンを有する導体層と樹脂絶縁層とを交互に積層してなるコア付き基板であってよい。コア基板の両面に導体層を形成する場合には、コア基板を介して対向する導体層同士は、スルーホール導体（図示せず）を介して接続されていてもよい。あるいは、プリント配線板１０は、コア基板の代わりに支持板（図示せず）上で導体層と樹脂絶縁層とを交互に積層した後、支持板を除去してなるコアレス基板であってもよい。いずれにせよ、プリント配線板１０は、図１に示すように、少なくとも１層の樹脂絶縁層のうち最外に配置されたものである基部絶縁層１２と、基部絶縁層１２上に形成された、所定の回路パターンを有する導体層１４と、基部絶縁層１２および導体層１４上に形成されたソルダーレジスト層１６とを備えている。基部絶縁層１２の下層には他の複数の導体層および樹脂絶縁層が交互に設けられている場合が多いが、図では省略されている。しかし、プリント配線板１０は、１層の基部絶縁層１２と１層の導体層１４とからなるものでもよい。

基部絶縁層１２は、例えばシリカやアルミナ等の無機フィラーとエポキシ系樹脂とを含む樹脂組成物等で構成する。導体層１４は導電性金属、例えば銅を主成分とする金属で形成される。

ソルダーレジスト層１６は、導体層１４の一部を導体パッド１４ａとして露出させる開口１６ａを有している。開口１６ａのアスペクト比、つまり底部の口径に対する深さの比は０．５以下とすることができる。また、ソルダーレジスト層１６は、例えばシリカやアルミナ等の無機フィラーとエポキシ系樹脂とを含む光（ＵＶ）硬化性樹脂で構成する。

ここでは図示していないが、導体パッド１４ａ上には下地層が形成されていてよい。下地層としては、導体パッド１４ａの表面に形成されたニッケル層とニッケル層上に形成されたパラジウム層とパラジウム層上に形成された金層とを例示することができる。その他、ニッケル層とニッケル層上に形成された金層とを例示することができる。

プリント配線板１０はさらに、導体パッド１４ａ上に形成されたバンプ２０を備えている。下地層を形成しない場合、バンプ２０は導体パッド１４ａ上に直接形成することができる。

バンプ２０は、開口１６ａ内に形成されたベースめっき層２４と、ベースめっき層２４上に例えばニッケルを主成分とする中間層２６を介して形成されたトップめっき層２８とを有する。中間層２６の厚みは７μｍ以下とすることが好ましい。中間層２６は形成しなくてもよい。中間層２６を形成しない場合、トップめっき層２８はベースめっき層２４上に直接形成することができる。

ベースめっき層２４は、導電性金属、好ましくは銅を主成分とする金属から形成されている。ベースめっき層２４はソルダーレジスト層１６の表面（基部絶縁層１２とは反対側の面）を超える高さまで形成することが好ましい。これによりバンプ２０が第１の開口１６ａ内に安定して保持される。ソルダーレジスト層１６の表面からのベースめっき層２４の厚みＢ１は３μｍ〜２０μｍの範囲内とすることが好ましい。

トップめっき層２８は、ベースめっき層２４よりも融点が低くリフロー処理により溶融して図１に示すような略半球状に整形される金属、例えばスズを主成分とする金属からなる。トップめっき層２８の厚み（バンプ２０の外周面においてトップめっき層２８の下端からトップめっき層２８の頂部までの垂直方向の距離）Ａ１は５μｍ〜４５μｍの範囲とすることが好ましい。トップめっき層２８の厚みＡ１をこの範囲とすることで、バンプ２０と、プリント配線板１０に実装される半導体チップやメモリなど電子部品の接続パッド（図示せず）との間で良好な接続信頼性が得られる。

上述した構成のめっきバンプを有するプリント配線板において、本発明の特徴は、開口１６ａの径を１０μｍ以下とし、導体層１４の厚みを５μｍ以下とし、開口１６ａのボトム径とトップ径との関係を、ボトム径／トップ径＝０．７〜１．０とし、開口１６ａの側壁部における無機フィラーの露出部分を５〜２０％とすることにある。

開口径を１０μｍ以下とするのは、開口径が１０μｍを超えると、バンプ同志がショートを起こす可能性が高くなり信頼性が低下するためである。

導体層の厚みを５μｍ以下とするのは、導体層の厚みが５μｍを超えると、基板全体が厚くなり、低背化（薄型化）を達成できないためである。

開口のボトム径とトップ径との関係を、ボトム径／トップ径＝０．７〜１．０とするのは、この比が０．７未満であると、ビア底面積が小さくなり、接続強度が低下するためであり、この比が１．０を超えると、逆テーパーとなるためめっき充填性が悪くなり、信頼性が低下するためである。

開口側壁部における無機フィラーの露出部分（導体層との接触部分）を５〜２０％とするのは、５％未満であると、ソルダーレジスト層とビアめっきとの密着性が低下して、アンカー効果がなくなるためであり、２０％を超えると、ビアめっき充填性が悪くなり信頼性が低下するためである。

また、ソルダーレジスト層１６の厚みが５〜１５μｍであること、および、複数のバンプ２０を有するプリント配線板の場合、バンプ２０のピッチが、３０〜６０μｍであることが好ましい。

以下、図１に示すプリント配線板１０の製造方法を、ソルダーレジスト層１６に開口１６ａを形成する工程（図２Ａ〜図２Ｇ）と、開口１６ａにバンプ２０を形成する工程（図３Ａ〜図３Ｈ）とに分けて説明する。

＜ソルダーレジスト層１６に開口１６ａを形成する工程＞
図２Ａ〜図２Ｇは、それぞれ、本発明のプリント配線板の製造方法において、ソルダーレジスト層に開口１６ａを形成する工程を説明するための図である。以下、ソルダーレジスト層１６に開口１６ａを形成する工程を、図２Ａ〜図２Ｇを参照して説明する。

図２Ａには、公知の方法を用いて、基部絶縁層１２上に所定の回路パターンを有する導体層１４およびソルダーレジスト層１６が形成された中間体が示されている。基部絶縁層１２の下層には他の複数の導体層および樹脂絶縁層が交互に形成されている場合が多いが、図では省略されている。複数の導体層および樹脂絶縁層はコア基板上もしくは後に除去可能な支持板上で積層することができる。しかし、プリント配線板１０は、基部絶縁層１２としての１層の樹脂絶縁層と１層の導体層１４とからなるものでもよく、この場合この樹脂絶縁層が基部絶縁層１２に相当する。基部絶縁層１２には、シリカやアルミナ等の無機フィラーとエポキシ系樹脂とを含むビルドアップ用絶縁樹脂フィルムを用いることができる。なお、導体層１４の厚さは５μｍ以下であることが好ましい。

次に、図２Ｂに示されるように、公知の方法を用いて、ソルダーレジスト層１６の表面をプラズマ処理し粗化した後、粗化したソルダーレジスト層１６の表面にスパッタによりＣｕ層４１を形成する。Ｃｕ層４１の厚さは、一例として、０．０５μｍとする。次に、図２Ｃに示されるように、Ｃｕ層４１の開口を形成する部分以外の部分にレジスト層４２を形成し、その後、図２Ｄに示されるように、レジスト層４２を介したエッチングによりＣｕ層４１を開口する。次に、図２Ｅに示されるように、レジスト層４２をＣｕ層４１から剥離して除去し、その後、図２Ｆに示すように、Ｃｕ層４１をマスクとしてプラズマ４３によりソルダーレジスト層１６を開口して、開口１６ａを形成する。

ここで、プラズマ４３の処理条件として、使用するガス種は、Ｏ_２、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８のいずれかまたはそれらの組み合わせからなるガスとすることができる。一例として、Ｏ_２＋ＣＦ_４の混合ガスを、Ｏ_２：ＣＦ_４＝４：１として用いることができる。また、その際の温度は例えば３００℃とすることができる。
ここで、プラズマ４３の処理条件は、以下の通りである。

その後、図２Ｇに示されるように、Ｃｕ層４１をソルダーレジスト層１６から除去することとともに、ソルダーレジスト層１６の表面および開口１６ａに残った残渣をデスミアにより除去することで、ソルダーレジスト層１６に開口１６ａを形成する。

このように、Ｃｕ層４１をマスクとしてプラズマを用いてソルダーレジスト層１６に開口１６ａを形成することで、同時にすべての開口をソルダーレジスト層に形成することができる。また、レーザーを用いずにプラズマを用いているため、開口のボトム径がトップ径とほぼ同じとなり、開口でのメタルビアとパッドとの接続強度が向上する。さらに、プラズマを用いることで、パッドを痛めることがないので、ファインパターンのめっきバンプを形成することが可能となる。

＜開口１６ａにバンプ２０を形成する工程＞
図３Ａ〜図３Ｈは、それぞれ、本発明のプリント配線板の製造方法において、開口１６ａにバンプ２０を形成する工程を説明するための図である。以下、開口１６ａにバンプ２０を形成する工程を、図３Ａ〜図３Ｈを参照して説明する。

図３Ａには、図２Ａ〜図２Ｇに示す方法にしたがって、基部絶縁層１２上に所定の回路パターンを有する導体層１４および開口１６ａを有するソルダーレジスト層１６が形成された中間体が示されている。開口１６ａは導体層１４の一部を導体パッド１４ａとして露出されており、開口１６ａのアスペクト比は０．５以下とするのが好ましい。導体パッド１４ａ上には、めっきにより例えばニッケル層、パラジウム層、金層がこの順に積層されて下地層を形成することもできる。

次に、図３Ｂに示されるように、例えば、無電解銅めっき処理等の無電解めっき処理が行われ、中間体の表面（ソルダーレジスト層１６の表面および開口１６ａの側面）上と、導体パッド１４ａ上にシード層３４が形成される。

次に、図３Ｃに示されるように、シード層３４上に、バンプ２０（図１）の形成予定部位に開口３６ａを有する所定パターンのめっきレジスト３６が形成される。

次に、図３Ｄに示されるように、電解めっき処理が行われ、シード層３４上の、めっきレジスト３６から露出する部分に、例えば銅を主成分とするベースめっき層２４が形成される。また、ベースめっき層２４を形成する際には、ソルダーレジスト層１６の表面からのベースめっき層２４の厚みが３μｍ〜２０μｍの範囲内となるよう、ベースめっき層２４のめっき厚を調整するのが好ましい。

次に、図３Ｅに示されるように、例えば電解めっき処理が行われ、ベースめっき層２４上に例えばニッケルを主成分とする中間層２６が形成される。中間層２６の厚みは好ましくは７μｍ以下とする。中間層２６は形成しなくてもよい。

次に、図３Ｆに示されるように、電解めっき処理が行われ、ベースめっき層２４上に中間層２６を介在してトップめっき層２８が形成される。トップめっき層２８は、ベースめっき層２４よりも融点が低くリフロー処理により溶融して略半球状に整形される金属、例えばスズを主成分とする金属からなる。トップめっき層２８の厚みは５μｍ〜４５μｍの範囲とすることが好ましい。

次に、図３Ｇに示されるように、めっきレジスト３６が剥離される。また、めっきレジスト３６の除去により露出したシード層３４の部分がエッチングにより除去される。

次に、図３Ｈに示されるように、リフロー処理が行われ、トップめっき層２８が略半球状に整形される。リフロー処理により、中間層２６が形成されている場合には、導体パッド１４ａに近い側から銅層、銅／ニッケル合金層、ニッケル層、ニッケル／スズ合金層、スズ層からなるバンプ２０が形成される。中間層２６が形成されていない場合には、導体パッド１４ａに近い側から銅層、銅／スズ合金層、スズ層からなるバンプ２０が形成される。

１０プリント配線板
１２基部絶縁層
１４導体層
１４ａ導体パッド
１６ソルダーレジスト層
１６ａ開口
２０バンプ
２４ベースめっき層
２６中間層
２８トップめっき層
３４シード層
３６めっきレジスト
４１Ｃｕ層
４２レジスト層
４３プラズマ

Claims

プリント配線板であって、
基部絶縁層と、
前記基部絶縁層上に形成された導体層と、
前記基部絶縁層上および前記導体層上に形成され、かつ、前記導体層の一部を導体パッドとして露出させる開口を有する、光硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなるソルダーレジスト層と、
前記導体パッド上に形成されたバンプと、
前記バンプは、前記開口内に形成されたベースめっき層と、該ベースめっき層上に形成されたトップめっき層とを有し、
前記開口径が１０μｍ以下であり、
前記導体層の厚みが５μｍ以下であり、
前記開口のボトム径とトップ径との関係が、ボトム径／トップ径＝０．７〜１．０であり、
前記開口側壁部における前記無機フィラーの露出部分が５〜２０％である。
請求項１に記載のプリント配線板であって、
前記ソルダーレジスト層の厚みが５〜１５μｍである。
請求項１に記載のプリント配線板であって、
複数の前記バンプを有し、前記バンプのピッチが、３０〜６０μｍである。