JP2021118225A - 配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】配線板と電子部品との安定した接続の提供。【解決手段】実施形態の配線板１は、樹脂絶縁層１１と、樹脂絶縁層１１上に形成された部品搭載パッド１２ａと、樹脂絶縁層１１及び部品搭載パッド１２ａを被覆する被覆絶縁層１０と、部品搭載パッド１２ａ上に形成され被覆絶縁層１０から突出する１又は２以上のバンプ１００と、を備えている。バンプ１００の少なくとも１つは第１の隆起部１０１及び第２の隆起部１０２を有し、第１の隆起部１０１の被覆絶縁層１０に対する高さは、第２の隆起部１０２の被覆絶縁層１０に対する高さよりも高い。【選択図】図１

Description

本発明はバンプを備える配線板に関する。

特許文献１には、バンプ付きプリント配線板及びその製造方法が示されている。被覆絶縁層に形成された開口から露出する導体パッド上に、無電解めっき金属層及びはんだ層によって構成されるバンプが形成されている。無電解めっき金属層の被覆絶縁層から突出する部分の中央部分は陥没しており、被覆絶縁層から同じ高さを有する２つの隆起する部分がバンプの中央に対して対称の位置に形成されている。

特開２０１６−７６５３３号公報

特許文献１のプリント配線板に、外部の半導体素子などの電子部品が接続される場合においては、プリント配線板に形成されたバンプと電子部品側に形成されたパッドを接続させる際のリフロー工程の熱等に起因する、バンプとパッドとの接続部にかかる応力が分散されにくく、プリント配線板及び電子部品の反りや歪みが大きくなる虞がある。

本発明の配線板は、樹脂絶縁層と、前記樹脂絶縁層上に形成された部品搭載パッドと、前記樹脂絶縁層及び前記部品搭載パッドを被覆する被覆絶縁層と、前記部品搭載パッド上に形成され前記被覆絶縁層から突出する１又は２以上のバンプと、を備えている。そして、前記バンプの少なくとも１つは第１の隆起部及び第２の隆起部を有し、前記第１の隆起部の前記被覆絶縁層に対する高さは、前記第２の隆起部の前記被覆絶縁層に対する高さよりも高い。

本発明の実施形態によれば、配線板と電子部品とを接続させる際のリフロー工程の熱等に起因する、配線板のバンプと電子部品のパッドとの間にかかる応力が良好に分散され、電子部品と配線板との間の安定した接続が得られる。

本発明の一実施形態の配線板の一例を示す断面図である。 本発明の一実施形態の配線板の他の例を示す断面図である。 本発明の一実施形態の配線板のさらに他の例を示す断面図である。 図１に示される配線板の製造方法の一例を示す図である。 図１に示される配線板の製造方法の一例を示す図である。 図１に示される配線板の製造方法の一例を示す図である。 図１に示される配線板の製造方法の一例を示す図である。 図１に示される配線板の製造方法の一例を示す図である。 図１に示される配線板の製造方法の一例を示す図である。 図１に示される配線板の製造方法の一例を示す図である。

次に、図面を参照しながら本発明の一実施形態である配線板について説明する。なお、以下、参照される図面においては、各構成要素の正確な比率を示すことは意図されておらず、本発明の特徴が理解され易いように描かれている。図１には、本実施形態の配線板の一例である配線板１の断面が部分的に示されている。配線板１は、交互に積層される絶縁層及び導体層で形成されており、図１にはその一部の樹脂絶縁層１１及び導体層１２が示されている。図示される配線板１の片方の面Ｆは、半導体素子などの外部の電子部品が搭載される部品搭載面として形成されている。

配線板１の、部品搭載面Ｆと反対側の面（図示せず）は、電子機器のマザーボードや、積層構造を有する半導体装置のパッケージ基板などとの接続に用いられる接続面として形成される。図１に示される、配線板１の部品搭載面Ｆは、被覆絶縁層１０、及び、被覆絶縁層１０の開口１０ａ内を充填するとともに被覆絶縁層１０から突出する形状のバンプ１００の表面から構成されている。

図１では、配線板１が有する複数の樹脂絶縁層１１及び導体層１２のうち、部品搭載面Ｆ側の３層が図示されている。実施形態の配線板は、１又は２層以上の樹脂絶縁層１１、及び、１又は２層以上の導体層１２を有しており、配線板１が有する樹脂絶縁層１１及び導体層１２の層数は特に限定されず、適宜増減され得る。配線板１がより多くの導体層を含むことにより、配線板１の平面サイズを大きくすることなく、より規模が大きく複雑な電気回路を配線板１内に形成することが可能である。

導体層１２は樹脂絶縁層１１に接して任意の導体パターンを有している。導体層１２は、樹脂絶縁層１１に形成されているビア導体１１２を介して樹脂絶縁層１１の反対側の導体層１２と電気的に接続される。各ビア導体１１２は部品搭載面Ｆから反対側に向かって縮径するテーパー形状を有しているが、ビア導体１１２の形状はこれに限定されない。部品搭載面Ｆに向かって縮径する形状であってもよく、また、樹脂絶縁層１１の厚さ方向において同径で導体層１２に対して略直交する円柱形状に形成されてもよい。なお、便宜上、「縮径」という文言が用いられているが、ビア導体１１２の開口形状は必ずしも円形に限定されない。「縮径」は、単に、ビア導体１１２の水平断面における外周上の最長の２点間の距離が小さくなることを意味している。

図示される３層の導体層１２のうち最も部品搭載面Ｆの近くに形成される導体層１２は、部品搭載パッド１２ａを含んでいる。部品搭載パッド１２ａは、その上に形成されるバンプ１００を介して、半導体素子などの外部の電子部品が有する接続用のパッドと電気的に接続される。バンプ１００は、部品搭載パッド１２ａ及び樹脂絶縁層１１の表面上を覆うように形成されている被覆絶縁層１０の開口１０ａを充填する基部１００ａと、被覆絶縁層１０から部品搭載面Ｆ側に突出する突出部１００ｂを有している。配線板１に形成されるバンプ１００の何れかは、複数の盛り上がる部分（隆起部）を有するように形成されている。

配線板１の樹脂絶縁層１１は、エポキシ樹脂等の任意の絶縁性樹脂を用いて形成される。ポリイミド樹脂、ＢＴ樹脂（ビスマレイミド−トリアジン樹脂）、ポリフェニレンエーテル樹脂、フェノール樹脂等も用いられ得る。樹脂絶縁層１１はシリカなどの無機フィラーを含んでいてもよい。図示される例の配線板１においては、樹脂絶縁層１１は芯材を含んでいないが、必要に応じてガラス繊維やアラミド繊維などの芯材を含んでもよい。芯材を含むことで配線板１の強度が向上し得る。複数の樹脂絶縁層１１は、それぞれ異なる材料で構成されてもよく、全てが同じ材料で形成されてもよい。

導体層１２は、銅やニッケルなど、適切な導電性を有する任意の材料を用いて形成され得る。導体層１２は、例えば、電解銅めっき膜、もしくは無電解銅めっき膜、又はこれらの組み合わせによって形成され、好ましくは、図示のように、無電解銅めっき膜層１２１及び電解銅めっき膜層１２２の２層構造で形成されている。しかし、配線板１を構成する各導体層１２の構成は、図１に例示される多層構造に限定されない。例えば、銅箔、無電解銅めっき膜層、及び電解銅めっき膜層の３層構造で構成されてもよい。また、無電解銅めっき膜層、又は電解銅めっき膜層の単層の構造とされてもよい。

ビア導体１１２は、図１に示されるように、導体層１２を構成している無電解銅めっき膜層１２１及び電解銅めっき膜層１２２と一体的に形成され得る。図示の例では、ビア導体１１２は導通用孔１１２ａ内を充填するいわゆるフィルドビアであり、導通用孔１１２ａ内の底面及び側面を被覆する無電解銅めっき膜と電解銅めっき膜とで構成されている。

被覆絶縁層１０は任意の絶縁性の樹脂材料を用いて形成される。被覆絶縁層１０は、例えば、感光性のポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等を用いて形成される。被覆絶縁層１０は、部品搭載パッド１２ａの縁部と、部品搭載パッド１２ａ上に形成されるバンプ１００の基部１００ａの側面と、複数の部品搭載パッド１２ａの間に露出する樹脂絶縁層１１とを覆っている。被覆絶縁層１０はソルダーレジスト層であり得る。

バンプ１００は、例えば、銅、又は、ニッケルを用いた無電解めっき膜が部品搭載パッド１２ａ上に施されることによって形成される。配線板１が有するバンプ１００の少なくとも１つは、その被覆絶縁層１０から突出する突出部１００ｂが、複数の隆起部を有する形状に形成されている。図１の例では、図示されている３つのバンプ１００のうち、左右両端の２つのバンプ１００は、それぞれ２つの隆起部（第１の隆起部１０１、及び、第２の隆起部１０２）を有しており、中央のバンプ１００は１つの隆起部から構成されている。

なお、ここで隆起部とは、被覆絶縁層１０から突出する突出部１００ｂを構成する、被覆絶縁層１０に対して任意の高さを有する１つの盛り上がった部位のことを指す。１つのバンプ１００が複数の隆起部を有する場合には、その両側における隆起部の形状が急変する段差部１００ｓが複数の隆起部の境界となる。

図１に示される、３つのバンプ１００のうち、左右両端の２つのバンプ１００が有する、第１の隆起部１０１及び第２の隆起部１０２は、第１の隆起部１０１が第２の隆起部１０２よりも、被覆絶縁層１０に対する高さが高くなるように形成されている。図１に示されるバンプ１００のように、第１の隆起部１０１と第２の隆起部１０２との境界の段差部１００ｓは、第１の隆起部１０１及び第２の隆起部１０２の高さよりも低い谷部として形成されてよい。この場合、第１の隆起部１０１と第２の隆起部１０２とによって、バンプ１００の突出部１００ｂは、２つの異なる高さの頂部を有する双峰型をなす。なお、バンプ１００と接する部品搭載パッド１２ａの、第２の隆起部１０２の形成位置に対応した部分には凹みが形成されてよい。図２には、部品搭載パッド１２ａに凹みが形成されている配線板１の例が示されている。詳しくは後述されるように、このような凹みがあることによって、第１及び第２の隆起部１０１、１０２が形成されやすくなることがある。

バンプ１００の、被覆絶縁層１０から突出する突出部１００ｂが、複数の異なる高さの隆起部を有していることによって、バンプ１００を介して接続される配線板１と外部の電子部品との接続が安定化し得る。配線板１のバンプ１００と電子部品の接続用のパッドとの接続部分に加わる応力が効果的に分散されやすくなり接続が安定化すると共に、熱膨張による歪みや反りなどの変形が効果的に抑制され得る。また、同じ電子部品の接続に供される複数のバンプ１００が複数の隆起部を有する形状に形成されている場合に、バンプ１００毎に形状の異なる隆起部が形成されることで、さらに接続部にかかる応力は分散されやすくなり得る。

特に、効果的な応力分散の観点から、被覆絶縁層１０に対する高さが最も高い隆起部の頂部は、配線板１を部品搭載面Ｆ側から見た平面におけるバンプ１００の中心から逸れた部分に位置することが好ましい。具体的には、図示されるように、双峰型を有するバンプ１００の複数の隆起部のうち、第１の隆起部１０１の頂部は、バンプ１００の突出部１００ｂの平面視における中心から逸れた位置に形成されることが好ましい。配線板１と外部の電子部品との接続部に係る応力がより効果的に分散され、信頼性が高く、安定した接続を得ることが可能となる。

図３に示されるように、配線板１が有するバンプ１００の全てが第１の隆起部１０１及び、第２の隆起部１０２を有していてもよい。なお、図１〜図３において、複数の隆起部を有するバンプ１００がその上に形成されている部品搭載パッド１２ａの直下には、ビア導体１１２が部品搭載パッド１２ａと一体的に形成されている。部品搭載パッド１２ａがビア導体１１２の直上に形成されていることによって、上述の図２に示されているような部品搭載パッド１２ａの凹みが形成されやすく、従って、その凹みを有する部品搭載パッド１２ａの表面形状に対応した、第１の隆起部１０１及び第２の隆起部１０２を有するバンプ１００が形成されやすくなることがある。しかし、複数の隆起部を有するバンプ１００がその上に形成される部品搭載パッド１２ａは、必ずしもビア導体１１２上に形成される必要はない。

図１に示される、複数の隆起部を有する左右両端のバンプ１００は、第１及び第２の隆起部１０１、１０２の間に、第１及び第２の隆起部１０１、１０２の樹脂絶縁層１１に対する高さよりも低い、谷部である段差部１００ｓを有している。しかし、段差部１００ｓは谷部として形成されず、図３の中央のバンプ１００に示されるように、第２の隆起部１０２の最も高い位置の段差部１００ｓとして形成されてもよい。すなわち、第２の隆起部１０２は、第１の隆起部１０１との境界である段差部１００ｓから反対側に向かってなだらかに傾斜する部位として形成されてもよい。

以下に、図１に示される配線板１を製造する方法が、図４Ａ〜４Ｇを参照しながら説明される。図４Ａ〜４Ｇにおいては、図１と同様に、配線板の全体は図示されず、バンプ１００が形成される部品搭載面Ｆ側の部分的な断面のみが図示される。なお、以下の説明においては、配線板１を構成する各要素において、配線板１の部品搭載面Ｆが形成される側を「上」、「上側」、「外側」、又は単に「外」とも称する。

先ず、例えば、複数の樹脂絶縁層及び導体層が積層される、ビルドアップ方式による一般的な配線板の製造方法により、樹脂絶縁層の積層までが完了した配線板が準備される。図４Ａには、ビルドアップ方式により、表面に部品搭載パッド１２ａが形成される樹脂絶縁層１１までの積層が完了した、配線板１ｐが示されている。

次いで、図４Ｂに示されるように、配線板１ｐの最外層の樹脂絶縁層１１のビア導体１１２の形成箇所に対応する位置に、例えば炭酸ガスレーザー、又はＹＡＧレーザーなどのレーザー光の照射によって、樹脂絶縁層１１を貫通する導通用孔１１２ａが形成される。導通用孔１１２ａの内側及び樹脂絶縁層１１の表面の全体に亘って、無電解めっきによって、例えば無電解銅めっき膜層である金属膜層１２１が形成される。金属膜層１２１上には、電解めっき用のめっきレジスト１３が形成される。めっきレジスト１３は、例えば、感光性のポリヒドロキシエーテル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、又はポリイミド樹脂などを含む樹脂層の形成と、適切な開口パターンを有するマスクを用いた露光及び現像とによって形成される。めっきレジスト１３は、配線板１の最外の導体層１２が有するべき、部品搭載パッド１２ａを含む導体パターンに応じた、開口１３ａを有するように形成される。

さらに、金属膜層１２１をシード層として用いた電解めっきにより、樹脂絶縁層１１の導通用孔１１２ａの内部、及び、めっきレジスト１３の開口１３ａの内部が充填され、ビア導体１１２、及び、ビア導体１１２の直上の部品搭載パッド１２ａが一体的に形成される。この金属膜層１２１をシード層とする電解めっきの条件（温度、電流密度、めっき時間など）が適切に調整されることにより、部品搭載パッド１２ａの、その上のバンプ１００の第２の隆起部１０２が形成される予定の位置に対応する部分に凹みが形成され得る。次いで、図４Ｃに示されるように、めっきレジスト１３の除去により、金属膜層１２１が露出する。

続いて、図４Ｄに示されるように、露出する金属膜層１２１がエッチングにより除去され、樹脂絶縁層１１が露出する。次いで、図４Ｅに示されるように、露出した樹脂絶縁層１１及び部品搭載パッド１２ａ上に被覆絶縁層１０が形成される。被覆絶縁層１０は、例えば、感光性のエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂などを含む絶縁性の樹脂で形成される。

次に、図４Ｆに示されるように、被覆絶縁層１０の、バンプ１００が形成される位置に対応する開口１０ａが形成される。例えば、ＵＶレーザー光の照射により、被覆絶縁層１０のバンプ１００が形成される所望の位置に、被覆絶縁層１０を貫通して部品搭載パッド１２ａの表面を露出させる開口１０ａが形成される。被覆絶縁層１０の開口１０ａの形成には、フォトリソグラフィが用いられてもよい。図示の例では、開口１０ａが被覆絶縁層１０の上側から部品搭載パッド１２ａに向かって縮径する形状に形成されているが、開口１０ａはこの形状に限定されない。被覆絶縁層１０の厚さ方向において同径の略円柱状にも形成され得る。

なお、上述の、部品搭載パッド１２ａの第２の隆起部１０２が形成される予定の位置に対応する部分の凹みは、開口１０ａの形成後に、開口１０ａから露出する部品搭載パッド１２ａをソフトエッチングすることによっても形成され得る。

続いて、図４Ｇに示されるように、被覆絶縁層１０の開口１０ａから露出する部品搭載パッド１２ａ上に、無電解めっきによりバンプ１００が形成される。バンプ１００の形成に用いられる無電解めっきは、例えば、無電解銅めっき、又は、無電解ニッケルめっきであり、無電解めっきによって形成されるめっき層は、開口１０ａの底面である部品搭載パッド１２ａの表面から上方に向かって、いわゆるボトムアップで成長する。ボトムアップで成長する無電解めっき層は開口１０ａ内を完全に充填してバンプ１００の基部１００ａを形成する。開口１０ａの縁部まで達した無電解めっき膜は、開口１０ａから、被覆絶縁層１０に対して垂直方向及び水平方向にはみ出して、被覆絶縁層１０から上方向に突出する突出部１００ｂを形成するように成長する。以上の工程でバンプ１００の形成が完了する。

部品搭載パッド１２ａ上に形成されるバンプ１００の少なくともいずれか１つは、被覆絶縁層１０から突出する突出部１００ｂに、複数の隆起部（第１の隆起部１０１、及び、第２の隆起部１０２）を有するように形成される。バンプ１００の、被覆絶縁層１０から突出する部分が有する隆起部の数及び形状は、部品搭載パッド１２ａのバンプ１００と接する表面の形状、及び／又は、開口１０ａ内に配され得るめっき析出用の触媒の付与状態などによって変化し得る。めっき析出用の触媒が開口１０ａ内に付与される場合には、触媒として機能し得る、例えば、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、又はルテニウム（Ｒｕ）などの触媒金属の触媒層が形成され得る。

部品搭載パッド１２ａの表面形状、及び、開口１０ａ内部への触媒の付与条件、などの条件が適切に調整されることにより、所望の形状の隆起部を有するバンプ１００が形成され得る。特に、上述の工程で部品搭載パッド１２ａに形成される、第２の隆起部１０２の形成位置に対応した凹みがあることによって、第２の隆起部１０２を有するバンプ１００が形成されやすくなる。このような、部品搭載パッド１２ａの凹みは、部品搭載パッド１２ａがビア導体１１２の直上に位置することで簡易に形成されることがある。

このような、凹みを有する部品搭載パッド１２ａ上にボトムアップで無電解めっきが施される場合には、無電解めっき膜は部品搭載パッド１２ａの表面形状を反映して開口１０ａ上部に向かって成長する。そして、開口１０ａの縁部に部分的に先行して到達する無電解めっき層は、開口１０ａの外側で先行して成長して１つの隆起部（第１の隆起部１０１）を形成する。

続いて、部品搭載パッド１２ａの凹みの形状を反映して開口１０ａの縁部に到達する部分も、開口１０ａの外側で拡大し、さらなる隆起部（第２の隆起部１０２）を形成する。これにより、段差部１００ｓのある突出部１００ｂ、すなわち、複数の隆起部を有する突出部１００ｂが形成され得る。

実施形態の配線板１の製造においては、図４Ｃに示される部品搭載パッド１２ａの形成後に、金属膜層１２１が除去されず、レジスト層が金属膜層１２１及び部品搭載パッド１２ａを被覆するように形成される工程を経てもよい。この場合、金属膜層１２１及び部品搭載パッド１２ａを被覆するレジスト層に、レーザー光の照射などにより開口が形成されて、その開口を充填するように無電解めっきによって、少なくとも１つの、複数の隆起部を有するバンプ１００が形成される。

バンプ１００の形成後にレジスト層はエッチングにより除去され、次いで、露出する金属膜層１２１も除去され、これにより露出する樹脂絶縁層１１及び部品搭載パッド１２ａ、及びバンプ１００の全体を被覆して埋没させるように被覆絶縁層１０が形成される。次いで、被覆絶縁層１０の厚さ方向における一部分が、例えば、ＣＦ₄又はＣＦ₄＋Ｏ₂によるプラズマエッチングなどのドライプロセス、又は、ブラスト処理により除去されてバンプ１００の露出が行われ、バンプ１００の突出部１００ｂが被覆絶縁層１０から突出する配線板１の形成が完了する。

実施形態の配線板は、各図面に例示される構造や、本明細書において例示された構造や材料を備えるものに限定されない。例えば、部品搭載面Ｆには、部品搭載パッド１２ａの他にも異なる導体パターンが含まれ得る。バンプ１００が有する隆起部は、第１の隆起部１０１及び第２の隆起部１０２の他にも、第３、第４の隆起部を有するように形成されていてもよい。また、実施形態の配線板の製造方法は、各図面を参照して説明された方法に限定されず、その条件や順序などは適宜変更され得る。現に製造される配線板の構造に応じて、一部の工程が省略されてもよく、別の工程が追加されてもよい。

１ 配線板
１０ 被覆絶縁層
１１ 樹脂絶縁層
１２ 導体層
１２ａ 部品搭載パッド
１２１ 金属膜層（無電解銅めっき膜層）
１２２ 電解銅めっき膜層
１１２ ビア導体
１１２ａ 導通用孔
１００ バンプ
１００ａ 基部
１００ｂ 突出部
１００ｓ 段差部
１０１ 第１の隆起部
１０２ 第２の隆起部
１３ めっきレジスト
１０ａ、１３ａ 開口
Ｆ 部品搭載面

Claims (9)

1. 樹脂絶縁層と、前記樹脂絶縁層上に形成された部品搭載パッドと、前記樹脂絶縁層及び前記部品搭載パッドを被覆する被覆絶縁層と、前記部品搭載パッド上に形成され前記被覆絶縁層から突出する１又は２以上のバンプと、を備える配線板であって、
   前記バンプの少なくとも１つは第１の隆起部及び第２の隆起部を有し、前記第１の隆起部の前記被覆絶縁層に対する高さは、前記第２の隆起部の前記被覆絶縁層に対する高さよりも高い。
2. 請求項１記載の配線板であって、前記バンプは無電解めっき膜で形成されている。
3. 請求項１記載の配線板であって、前記第１及び第２の隆起部を有する前記バンプが接する前記部品搭載パッドの、前記第２の隆起部に対応する部分には凹みが形成されている。
4. 請求項１記載の配線板であって、前記第１及び第２の隆起部を有する前記バンプの前記被覆絶縁層から突出する部分は、前記第１の隆起部と前記第２の隆起部との間に谷部を有する双峰形状に形成されている。
5. 請求項４記載の配線板であって、前記第１の隆起部の頂部は、前記バンプの前記被覆絶縁層から突出する部分の平面視における中心から逸れた位置に形成されている。
6. 請求項１記載の配線板であって、前記第１及び第２の隆起部を有する前記バンプが接する前記部品搭載パッドの直下には、前記樹脂絶縁層に形成されるビア導体が前記部品搭載パッドと一体的に形成されている。
7. 請求項６記載の配線板であって、前記第１及び第２の隆起部を有する前記バンプが接する前記部品搭載パッドの、前記第２の隆起部に対応する部分には凹みが形成されている。
8. 請求項１記載の配線板であって、前記２以上のバンプのうちの複数のバンプが前記第１の隆起部及び前記第２の隆起部を有し、前記複数のバンプの前記被覆絶縁層から突出する部分のそれぞれは、互いに異なる形状を有している。
9. 請求項１記載の配線板であって、前記１又は２以上のバンプの全てが前記第１及び第２の隆起部を有している。

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