JP2022070565A - 回路基板の製造方法、回路基板、積層基板および支持基板 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、キャリアが備える剥離層上に形成された極薄銅層上に積層体を形成した後、キャリアを除去することにより製造されたプリント配線板(半導体装置)が開示されている。
本発明の第2の態様によれば、回路基板は、金属材料からなる複数の配線層と、前記複数の配線層の間に形成された封止層とを備え、前記複数の配線層のうちの少なくとも1つは多孔質金属層である。
図1は、本実施の形態の回路基板30の概略構成を示す断面図である。回路基板30は、複数の配線層(本実施の形態においては、第1配線層31と、第2配線層33と、第3配線層37)と、封止層32、35とを含む積層体38によって構成される。第1配線層31は、例えばCuからなる金属層であり、回路基板30の暴露面(図1における下方の面)に配置される。第2配線層33と第3配線層37とは、例えばCuやAgからなる金属層である。第1配線層31、第2配線層33および第3配線層37の少なくとも1つは、多孔質金属層である。なお、以下の説明では、第2配線層33および第3配線層37の少なくとも1つが多孔質金属層である場合を例に挙げる。
封止層32、35は、ガラス転移温度が200℃以上の材料、例えば、エポキシ樹脂による絶縁樹脂により形成される絶縁層である。封止層32は、第1配線層31の側面に形成された封止層32-1と、第1配線層31の上方に形成された封止層32-2とを有する。第1配線層31の厚さは、例えば15μm以下程度であり、封止層32の厚さは、30μm以下程度である。すなわち、封止層32-1の厚さも15μm以下程度である。
なお、図1では、回路基板30の積層体38が封止層35と第3配線層37とを含む場合の断面図を一例として示しているが、積層体38が封止層35と第3配線層37とを含まなくてもよく、また、封止層35と第3配線層37の上部に複数の封止層と配線層とを含んでもよい。
以下、図2~図5を参照して、上述した回路基板30の製造方法の第1の実施の形態について説明する。回路基板30の製造方法は、金属材料からなる第1金属層11である支持基板10の表面に、回路基板30の回路パターンに対応する第1層12を形成する工程(第1形成工程)と、支持基板10の一部を除去し、さらに第1層12を除去することにより、支持基板10から第1配線層31を形成する工程(第2形成工程)と、第1配線層31を封止する封止層32を形成する工程(封止工程)と、封止層32上に第2配線層33を形成する工程(第3形成工程)と、第1配線層31を残して支持基板10を除去する工程(除去工程)と、を有する。
以下、各工程についての詳細な説明を行う。
図2(a)は、製造工程の初期における支持基板10の断面を示す図である。支持基板10は、1層の第1金属層11であり、本実施の形態においては金属板である。支持基板10の材料は、回路基板30の第1配線層31(すなわち、多孔質金属層以外の配線層)として使用する材料を用いることができ、本実施の形態においては、例えばCuである。支持基板10の厚さ(図中の上下方向の長さ)は、回路基板30の第1配線層31の厚さ以上の厚さを有していればよい。すなわち、支持基板10の厚さは、10μm以上であればよい。本実施の形態においては、支持基板10の厚さを、一例として100μmであるものとする。
図2(c)は、支持基板10の第1金属層11の一部に回路基板30の第1配線層31を形成した状態を示している。図2(b)に示す支持基板10の主面側にエッチング処理を施して、支持基板10の一部(すなわち、支持基板10の主面のうち第1層12が形成されていない領域121)を除去した後、第1層12を除去する。エッチング処理としては、例えば、一般的なウエットエッチングやドライエッチングを採用することができる。このエッチング処理により、領域121は第1配線層31の表面に対して、所定の深さを有する凹部122として形成される。このとき、凹部122の下面と第1配線層31の上面とにより形成される段差(深さ)が、回路基板30における第1配線層31の厚さである10μm程度となる。なお、凹部122は、第1配線層31の厚さに所定の厚さ(例えば5μm)を加えた深さを有するように形成されてもよい。
第2形成工程の後、支持基板10及び第1配線層31を封止層32により封止する。
図3(a)は、封止工程により凹部122の主面(図中の上側の面)に封止層32-1を形成した状態を示している。本実施の形態においては、スクリーン印刷、ポッティング加工、ラミネート加工等により絶縁樹脂による封止層32-1を形成する。封止層32-1として用いる絶縁樹脂の好ましい例としては、エポキシ樹脂、P E T 樹脂、P E N 樹脂、アラミド樹脂、ポリイミド樹脂、ナイロン樹脂、液晶ポリマー、P E E K 樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、P T F E 樹脂、E T F E 樹脂等が挙げられる。これらの絶縁樹脂により、凹部122、すなわち第1配線層31の側面が充填される。
なお、封止層32-1の形成と封止層32-2の形成とを同時に行ってもよい。
上記のようにして形成された封止層32は、上述したようにガラス転移温度が200℃以上の材料からなり、200℃以上300℃以下の高温環境下に6時間晒されたときのガラス転移温度の変化が10℃以内である。
なお、開口部34を形成するものに代えて、封止層32-1が形成された後、第1配線層31と第2配線層33とを導通させる位置にAuボールや半田ボールを付着させて、封止層32-2が形成された後に露出させてもよい。このとき、Auボールや半田ボールは、例えばφ50μmとすることができる。
第3形成工程では、開口工程により形成された開口部34を含む所定の範囲に第2配線層33を形成する。
図4(a)は、第2配線層33の形状に応じて、開口部34を含む所定の範囲に導電性ペースト(金属ペースト)が塗布された状態を示している。導電性ペーストは、導電性材料である金属粒子と分散媒とを含む。導電性ペーストは有機材料(樹脂)等のバインダーを含んでいてもよいが、主材料である金属粒子が80重量パーセント以上であるとよい。金属粒子としては、例えばCu粒子またはAg粒子がある。金属粒子としてCu粒子を用いる場合には、導電性ペーストはバインダーを含まなくてよく、金属粒子としてAg粒子を用いる場合には、導電性ペーストとしてバインダーを含んでよい。導電性ペーストに含まれる金属粒子の平均径が1μm以下のナノペーストを用いることができる。
分散媒としては特に限定されず、例えば、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、脂肪族炭化水素系溶剤等が挙げられる。分散媒としては、上記の1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
上記のように封止工程で形成された封止層32と第3形成工程にて形成された第2配線層33との線膨張係数の差は、上述した封止層32のガラス転移温度以下の領域で3×10-5/℃未満、ガラス転移温度より大きい領域で2×10-5/℃未満である。
なお、第2配線層33を導電性ペーストにより形成するものに代えて、電解または無電解めっきにより形成したものであってもよい。
封止層35を形成した後、図4(c)に示すように、封止層35に開口部36が設けられる。この開口部36は、第2配線層33の上部の少なくとも一部を露出させるために形成される。開口部36は、図3(c)に示す開口部34を形成する場合と同様にして加工されることにより形成される。
開口部36を形成した後、図5に示すように、形成された開口部36を含む所定の範囲に第3配線層37を形成する。第3配線層37は、第3形成工程にて第2配線層33を形成した場合と同様の材料を用いて、同様の工程を行うことにより形成される。
上述のようにして形成された積層体38から支持基板10を除去する。上述したように、第1配線層31は支持基板10の一部に形成されているので、除去工程においては、第1配線層31の部分を残して支持基板10を除去する。除去工程では、図5に示す支持基板10の主面と反対側の面(図中の下側)に対してエッチング処理を施すことにより、積層体38から支持基板10のうち第1配線層31以外の支持基板10を除去する。エッチング処理としては、例えば、一般的なウエットエッチングやドライエッチングを採用することができる。エッチング処理により、支持基板10の主面と反対側の面から、図5に破線で示す除去位置Aまで支持基板10の除去を行う。除去位置Aは、支持基板10の主面の反対側の面からみて、支持基板10の厚さ100μmから、第1配線層31の厚さ10μmを除いた90μmの位置である。この結果、支持基板10の一部に形成された第1配線層31は除去されることなく、積層体38を構成することができる。
なお、除去工程としてエッチング処理を行う例に限定されず、機械的に支持基板10を研磨して除去してもよい。この場合も、除去位置Aまで支持基板10を研磨する。
上記の工程により、図1に示す回路基板30を製造することができる。
なお、上述した説明においては、配線層と封止層とからなる積層体38が形成された後、除去工程により支持基板10を除去する場合を例に挙げたが、この例に限定されない。例えば、配線層に半導体素子を接続(ボンディング)し、封止工程と同様の処理により封止を行った後、除去工程を行ってもよい。
(1)回路基板30の製造方法は、金属材料からなる第1金属層11を有する支持基板10の表面に、回路基板30の回路パターンに対応する第1層12を形成する第1形成工程と、支持基板10の一部と第1層12とを除去することにより、支持基板10から第1配線層31を形成する第2形成工程と、第1配線層31を封止する封止層32を形成する封止工程と、封止層32上に第2配線層33を形成する第3形成工程と、支持基板10のうち第1配線層31以外を除去する除去工程と、を有する。これにより、剥離層を有する支持基板を用いずに、汎用性のある金属板を用いて回路基板30を製造することができるので、材料コストと製造工数とを削減することができる。また、支持基板10の一部から回路基板30の第1配線層31を形成することができるので、ペースト等により形成された金属配線と比較して、第1配線層31の強度を確保することが可能となる。
支持基板10が1層の金属層11からなるものに代えて、材料の異なる複数の金属層を有してよい。図6(a)は、変形例における支持基板101の概略構造を示す断面図である。なお、支持基板101は、第1の実施の形態の支持基板10と同様に100μmの厚さを有するものとする。
上記の工程により、図1に示す回路基板30を製造することができる。
以下、図7~図8を参照して、図1に示す回路基板30の製造方法の第2の実施の形態について説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。
以下、各工程についての詳細な説明を行う。
図7(a)は、製造工程の初期における支持基板20の断面を示す図である。支持基板20は、金属材料からなる第1金属層21と、非金属材料からなる非金属層22とを有する。第1金属層21の材料は、回路基板30の第1配線層31として使用する材料を用いることができ、本実施の形態においては、例えばCuである。第1金属層21の厚さ(図中の上下方向の長さ)は、回路基板30の第1配線層31の厚さ以上の厚さを有していればよい。本実施の形態においては、第1金属層21は、回路基板30における第1配線層31の厚さである10μmの厚さを有する場合を例に挙げる。なお、第1金属層21が、第1配線層31の厚さに所定の厚さ(例えば5μm)を加えた厚さを有してもよい。非金属層22は、第1金属層21の主面(図中の上方の面)とは反対側の面に設けられる。非金属層22の材料は、例えば、高い耐熱性を有するポリイミド等の高分子材料や、ガラスやセラミック等の無機材料である。
上記の構成を有する支持基板20を使用することにより、回路基板30の製造コストを低減させることが可能となる。ただし、支持基板20の第1金属層21が所望の厚さ(すなわち第1配線層31の厚さ)よりも厚い場合には、第1金属層21の主面を、例えばエッチング処理等により、所望の厚さ(すなわち第1配線層31の厚さ)となるように加工してよい。
なお、第2層23をめっきにより形成してもよい。
図7(c)は、支持基板20の第1金属層21の一部に回路基板30の第1配線層31を形成した状態を示している。図7(b)に示す支持基板20の主面側に、第1の実施の形態における第2形成工程と同様にエッチング処理を施して、支持基板20の一部(すなわち、支持基板20の主面のうち第2層23が形成されていない領域)を除去し、さらに第2層23を除去する。エッチング処理としては、例えば、一般的なウエットエッチングやドライエッチングを採用することができる。
第2形成工程の後、支持基板20及び第1配線層31を封止層32により封止する。図7(d)は、封止層32が形成された状態の概略構成を示す断面図である。第2の実施の形態においても、第1の実施の形態の場合と同様の絶縁樹脂を用いて同様の工法を用いて封止層32を形成する(図3(b)参照)。なお、図7(d)においても、封止層32が第1配線層31の側面を封止する封止層32-1と、第1配線層31と封止層32-1の上面を封止する封止層32-2とを有する場合を示している。
図8(a)は、第3形成工程において、開口工程により形成された開口部34を含む所定の範囲に第2配線層33を形成した状態を模式的に示す断面図である。本実施の形態においても、第1の実施の形態における第3形成工程と同様に、導電性ペーストを塗布することにより第2配線層33が形成される(図4(a)参照)。なお、第2配線層33を電解または無電解めっきにより形成してもよい。
封止層35を形成した後、図8(c)に示すように、封止層35に開口部36が設けられる。この開口部36は、第2配線層33の上部の少なくとも一部を露出させるために形成される。開口部36は、第1の実施の形態において開口部36を形成した場合と同様にして加工されることにより形成される(図4(c)参照)。
開口部36を形成した後、図8(d)に示すように、形成された開口部36を含む所定の範囲に第3配線層37を形成する。第3配線層37は、第1の実施の形態において第3配線層37を形成した場合と同様の材料を用いて、同様の工程を行うことにより形成することができる(図5参照)。
上述のようにして形成された積層体38から支持基板20を除去する。上述したように、第1配線層31は支持基板20の第1金属層21の一部から形成されているので、除去工程においては、支持基板20のうち第1配線層31以外の支持基板20、すなわち非金属層22を除去する。第2の実施の形態における除去工程では、図8(d)に示す支持基板20の主面と反対側の面(図中の下側)の非金属層22を薬液により溶解することにより除去する。なお、非金属層22を機械加工による切削や、レーザ照射により除去してもよい。この結果、支持基板20の一部から形成された第1配線層31は除去されることなく、積層体38を構成することができる。
上記の工程により、第2の実施の形態においても、図1に示す回路基板30を製造することができる。
なお、第2の実施の形態においても、配線層と封止層とからなる積層体38が形成された後、除去工程により支持基板20を除去する場合に限定されず、例えば、配線層に半導体素子を接続し、封止工程と同様の処理により封止を行った後、除去工程を行ってもよい。
(7)支持基板101は、第1層12を形成する面とは反対側の面に、非金属材料からなる層(非金属層22)を有する。これにより、汎用性のある部材を用いて回路基板30を製造することができるので、材料コストと製造工数とを削減することができる。
上述した第1および第2の実施の形態における回路基板30の配線層を形成した多孔質金属層の実施例について説明する。
実施例においては、ガラス基板上に、10mm×10mmの範囲に25μmの厚さにて導電性ペーストを印刷法により塗布し、異なる条件下で焼成処理を行うことにより第1~第4のサンプルを得た。金属材料としてAgを使用した。
第1のサンプルの焼成条件は焼成温度150℃で1時間であり、第2のサンプルの焼成条件は焼成温度200℃で1時間である。第3のサンプルの焼成条件は、焼成温度200℃で1時間の後、焼成温度250℃で1時間である。第4のサンプルの焼成条件は、焼成温度200℃で1時間の後、焼成温度300℃で1時間である。
第1のサンプルにおいては、焼成後の膜厚は12.9μmであり、導電性ペーストを塗布した際の厚さ25μmとの差分に基づき算出した減衰率は52%である。第1のサンプルの体積抵抗値は4.50μΩ・cmである。第2のサンプルにおいては、焼成後の膜厚は12.6μmであり、焼成による減衰率は50%である。第2のサンプルの体積抵抗値は3.08μΩ・cmである。第3のサンプルにおいては、焼成後の膜厚は10.8μmであり、焼成による減衰率は43%である。第3のサンプルの体積抵抗値は2.32μΩ・cmである。第4のサンプルにおいては、焼成後の膜厚は9.4μmであり、焼成による減衰率は38%である。第4のサンプルの体積抵抗値は1.83μΩ・cmである。
11、21…第1金属層
12…第1層
13…ベース層
14…第2金属層
22…非金属層
30…回路基板
31…第1配線層
32…封止層
33…第2配線層
50、51、52…積層基板
Claims (32)
- 回路基板の製造方法であって、
金属材料からなる第1金属層を有する支持基板の表面に、前記回路基板の回路パターンに対応する第1層を形成する第1形成工程と、
前記支持基板の一部と前記第1層とを除去することにより、前記支持基板から第1配線層を形成する第2形成工程と、
前記第1配線層を封止する封止層を形成する封止工程と、
前記封止層上に第2配線層を形成する第3形成工程と、
前記第1配線層を残して前記支持基板を除去する除去工程と、を有する回路基板の製造方法。 - 請求項1に記載の回路基板の製造方法において、
前記第2形成工程において、前記支持基板の表面のうち前記第1層に覆われていない領域と、前記第1層とを除去する回路基板の製造方法。 - 請求項2に記載の回路基板の製造方法において、
前記第2形成工程において、前記領域と前記第1層とを除去することにより前記支持基板の表面に形成される段差の深さが前記第1配線層の厚みとなる回路基板の製造方法。 - 請求項1から3までのいずれか一項に記載の回路基板の製造方法において、
前記除去工程において、前記支持基板を前記第1配線層が形成されている面と反対側の面に対してエッチングすることにより、前記支持基板を除去する回路基板の製造方法。 - 請求項1から4までのいずれか一項に記載の回路基板の製造方法において、
前記支持基板は、前記第1金属層の前記第1層を形成する面と反対側の面に、前記第1金属層とは異なる金属材料からなる第2金属層を有する回路基板の製造方法。 - 請求項5に記載の回路基板の製造方法において、
前記除去工程において、前記第2金属層と、前記第1金属層のうち前記第1配線層以外とを除去する回路基板の製造方法。 - 請求項5または6に記載の回路基板の製造方法において、
前記第2金属層はNi、Ti、Cr、Sn、Pb、Ag、Au、Pd、Alからなる群から選択される少なくとも1種類以上の金属により形成される回路基板の製造方法。 - 請求項1または2に記載の回路基板の製造方法において、
前記支持基板は、前記第1層を形成する面とは反対側の面に、非金属材料からなる層を有する回路基板の製造方法。 - 請求項8に記載の回路基板の製造方法において、
前記第1金属層の厚さは前記第1配線層の厚さに形成され、
前記第2形成工程において、前記第1金属層のうち前記第1層に覆われていない領域を除去し、
前記除去工程において、前記非金属材料からなる層を除去する回路基板の製造方法。 - 請求項8または9に記載の回路基板の製造方法において、
前記非金属材料は、高分子材料または無機材料である回路基板の製造方法。 - 請求項1から10までのいずれか一項に記載の回路基板の製造方法において、
前記第1金属層はCuである回路基板の製造方法。 - 請求項1から11までのいずれか一項に記載の回路基板の製造方法において、
前記第3形成工程において、導電性ペーストにより前記第2配線層を形成する回路基板の製造方法。 - 金属材料からなる複数の配線層と、
前記複数の配線層の間に形成された封止層とを備え、
前記複数の配線層のうちの少なくとも1つは多孔質金属層である、回路基板。 - 請求項13に記載の回路基板において、
前記封止層は、ガラス転移温度が200℃以上の材料からなる、回路基板。 - 請求項13または14に記載の回路基板において、
前記封止層は、エポキシ系樹脂を含む、回路基板。 - 請求項13から15のいずれか一項に記載の回路基板において、
前記封止層は、200℃以上の高温環境下に6時間晒されたときのガラス転移温度の変化が10℃以内である、回路基板。 - 請求項14から16までのいずれか一項に記載の回路基板において、
前記封止層と前記配線層との線膨張係数の差は、ガラス転移温度以下の領域で3×10-5/℃未満である、回路基板。 - 請求項14から17までのいずれか一項に記載の回路基板において、
前記封止層と前記配線層との線膨張係数の差は、ガラス転移温度よりも大きい領域で2×10-5/℃未満である、回路基板。 - 請求項14から18までのいずれか一項に記載の回路基板において、
前記多孔質金属層は、金属ペーストを200℃以上かつ300℃以下の焼成温度で焼成されることにより形成される、回路基板。 - 請求項19に記載の回路基板において、
前記多孔質金属層は、金属ペーストに含まれる金属粒子の平均径が1μm以下のナノペーストにより形成される、回路基板。 - 請求項19または20に記載の回路基板において、
前記焼成温度で形成された前記多孔質金属層の断面は、前記多孔質金属層の膜厚の20%以上の空隙を1個以上有する、回路基板。 - 請求項21に記載の回路基板において、
前記膜厚は略10μmである、回路基板。 - 請求項13から22までのいずれか一項に記載の回路基板において、
前記金属材料は、AgまたはCuである、回路基板。 - 請求項23に記載の回路基板において、
前記多孔質金属層はAgからなり、体積抵抗率が3.0μΩ・cm未満である、回路基板。 - 請求項23または24に記載の回路基板において、
前記多孔質金属層は、金属粒子を80重量パーセント以上を含む、回路基板。 - 請求項23に記載の回路基板において、
前記複数の配線層のうちの第1配線層はCuを主材料として形成され、前記複数の配線層のうち第2配線層はAgを主材料として形成され、前記第1配線層と前記第2配線層とはビアにより接続される、回路基板。 - 請求項26に記載の回路基板において、
前記第1配線層は電解または無電解めっきにより形成される、回路基板。 - 請求項26に記載の回路基板において、
前記第1配線層はCuを主材料とする多孔質金属層である、回路基板。 - 請求項13から28までのいずれか一項に記載の回路基板と、
前記回路基板を支持する支持基板と、を備え、
前記支持基板の一部が前記複数の配線層のうちの前記多孔質金属層以外の配線層を形成する、積層基板。 - 請求項13から28までのいずれか一項に記載の回路基板を形成するための支持基板であって、
前記複数の配線層のうちの前記多孔質金属層以外の配線層を形成する金属材料により形成される第1金属層を有し、
前記第1金属層の一部が、前記多孔質金属層以外の配線層を形成する、支持基板。 - 請求項30に記載の支持基板において、
前記第1金属層を形成する金属材料とは異なる金属材料から形成される第2金属層を有し、
前記第1金属層は、前記第2金属層の上部に形成される、支持基板。 - 請求項30に記載の支持基板において、
非金属材料から形成される非金属層を有し、
前記第1金属層は、前記非金属層の上部に形成される、支持基板。
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