JP2023172732A

JP2023172732A - 配線基板

Info

Publication number: JP2023172732A
Application number: JP2022084744A
Authority: JP
Inventors: 敬介清水; Keisuke Shimizu; 康平鈴木; Kohei Suzuki
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2022-05-24
Filing date: 2022-05-24
Publication date: 2023-12-06

Abstract

【課題】信頼性の高い配線基板の提供。【解決手段】実施形態の配線基板１は、樹脂絶縁層１１と、樹脂絶縁層１１上に形成され導体パッド１２ａを含む導体層１２と、導体層１２を被覆し導体パッド１２ａの上面を底部に露出する開口１０ａを有する被覆絶縁層１０と、開口１０ａを充填し被覆絶縁層１０から突出する金属ポスト１００と、を備えている。金属ポスト１００は、被覆絶縁層１０の上面に接する第１層１０１と、導体パッド１２ａの上面に接する第２層１０２と、第１層１０１上および第２層１０２上に形成される第３層１０３と、を有し、第１層１０１はスパッタ膜層であり、第２層１０２は無電解めっき膜層である。【選択図】図１

Description

本発明は金属ポストを備える配線基板に関する。

特許文献１には、メタルポストを備える基板が開示されている。特許文献１に開示される基板は、ベース基板上に形成された接続パッドを被覆するソルダーレジスト層を有している。ソルダーレジスト層は接続パッドを露出させる開放部を備えており、開放部内には、接続パッド上に形成されソルダーレジスト上部に突出するメタルポストが形成されている。メタルポストはソルダーレジストの上面と接触しないように形成されており、ソルダーレジストの上面は、メタルポストの側面を覆うソルダバンプと接触している。

特開２０１０－１２９９９６号公報

特許文献１に開示されている基板では、メタルポストは開放部の内面でソルダーレジストと接触し、ソルダーレジストの上面とは接触していない。メタルポストのソルダーレジストと接触する部分は比較的小さいと考えられる。メタルポストのソルダーレジストと接触する部分が比較的小さいことにより、メタルポストとソルダーレジストとの間には、剥離などの不具合が生じ易いと考えられる。

本発明の配線基板は、樹脂絶縁層と、前記樹脂絶縁層上に形成され導体パッドを含む導体層と、前記導体層を被覆し前記導体パッドの上面を底部に露出する開口を有する被覆絶縁層と、前記開口を充填し前記被覆絶縁層から突出する金属ポストと、を備えている。前記金属ポストは、前記被覆絶縁層の上面に接する第１層と、前記導体パッドの上面に接する第２層と、前記第１層上および前記第２層上に形成される第３層と、を有し、前記第１層はスパッタ膜層であり、前記第２層は無電解めっき膜層である。

本発明の実施形態によれば、被覆絶縁層の上面が金属ポストにおける、スパッタ膜層である第１層と接していることにより、金属ポストと被覆絶縁層との間における剥離などの不具合が生じ難い、信頼性の高い配線基板が提供され得ると考えられる。

本発明の一実施形態の配線基板の一例を示す断面図である。図１に示される配線基板の製造方法の一例を示す図である。図１に示される配線基板の製造方法の一例を示す図である。図１に示される配線基板の製造方法の一例を示す図である。図１に示される配線基板の製造方法の一例を示す図である。図１に示される配線基板の製造方法の一例を示す図である。図１に示される配線基板の製造方法の一例を示す図である。図１に示される配線基板の製造方法の一例を示す図である。図１に示される配線基板の製造方法の一例を示す図である。図１に示される配線基板の製造方法の一例を示す図である。図１に示される配線基板の製造方法の一例を示す図である。図１に示される配線基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基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、本実施形態の特徴が理解され易いように描かれている。図１には、本実施形態の配線基板の一例である配線基板１の断面が部分的に示されている。配線基板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。図示される配線基板１の一方の面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であり得る。

配線基板１の、一方の面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得る。図１に示される、配線基板１の一方の面Ｆは、被覆絶縁層１０、及び、被覆絶縁層１０に形成される開口１０ａ内を充填するとともに被覆絶縁層１０から配線基板１の外側へ突出する形状の金属ポスト１００の表面（上面及び側面）から構成されている。

図１では、配線基板１が有し得る複数の絶縁層及び導体層のうち、一方の面Ｆ側におけるそれぞれ３層の樹脂絶縁層１１及び導体層１２が図示されている。実施形態の配線基板は、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、最もＦ面に近い樹脂絶縁層１１及び導体層１２上に被覆絶縁層１０が形成されている。配線基板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。

なお、実施形態の配線基板の説明では、配線基板を構成する各構成要素の、配線基板の厚さ方向における一方の面Ｆ側が「上側」、「外側」又は単に「上」、「外」と称され、一方の面Ｆの反対側が「下側」、「内側」又は単に「下」、「内」と称される。従って、各構成要素における一方の面Ｆ側の面は「上面」とも称され、一方の面Ｆの反対側を向く面は「下面」とも称される。

導体層１２は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を貫通するように形成されているビア導体１３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得る。図示される例では、各ビア導体１３は一方の面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１３の形状はこれに限定されない。一方の面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１３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１３の、樹脂絶縁層１１の厚さ方向に直交する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のうち最も上側（最も一方の面Ｆの近く）に形成される導体層１２は、導体パッド１２ａを含むパターンに形成されている。導体パッド１２ａは、その上に形成される金属ポスト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得る。すなわち、導体パッド１２ａは部品搭載パッドであり得る。

金属ポスト１００は、第１層１０１、第２層１０２、及び、第２層１０２上に形成される第３層１０３を有している。具体的には、金属ポスト１００を構成する第１層１０１は、被覆絶縁層１０の上面の一部に接して被覆している。第２層１０２は、被覆絶縁層１０に形成されている開口１０ａの底部に露出する導体パッド１２ａの上面を被覆し、さらに、開口１０ａの内壁面（側壁面）、及び第１層１０１の上面を連続して被覆している。第３層１０３は第２層１０２の上面の全域を被覆している。図示の例では、金属ポスト１００は、第３層１０３の上側に、さらに２層構造の第４層１０４を有しており、第４層１０４は第３層１０３の上面の全域を被覆している。

配線基板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基板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基板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、電解めっき膜（好ましくは電解銅めっき膜）、もしくは無電解めっき膜（好ま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、無電解めっき膜層１２１及び電解めっき膜層１２２の２層構造で形成されている。しかし、配線基板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、金属箔、無電解めっき膜層、及び電解めっき膜層の３層構造で構成されてもよい。また、無電解めっき膜層、又は電解めっき膜層の単層の構造とされてもよい。

ビア導体１３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めっき膜層１２１及び電解めっき膜層１２２と一体的に形成され得る。図示の例では、ビア導体１３は樹脂絶縁層１１に形成される導通用孔１３ａ内を充填するいわゆるフィルドビアであり、導通用孔１３ａ内の底面及び内壁面を被覆する無電解めっき膜１２１と電解めっき膜１２２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、導体パッド１２ａの縁部と、導体パッド１２ａ上に形成される金属ポスト１００の内壁面と、導体パッド１２ａを含む導体層１２のパターンの間から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。

金属ポスト１００を構成する第１層１０１は、銅、チタン、又はニッケルなどの任意の導電性金属を含むスパッタ膜層である。第２層１０２は、銅又はニッケルなどの任意の導電性金属を含む無電解めっき膜層である。第１層１０１を構成するスパッタ膜層は、図示されるように、金属ポスト１００が形成される領域の内、被覆絶縁層１０の上面にのみ形成されている。第２層１０２を構成する無電解めっき膜層は、図示されるように、導体パッド１２ａの上面及び開口１０ａの内壁面を直接被覆し、被覆絶縁層１０の上側においては、スパッタ膜層（第１層）１０１上を被覆している。

スパッタ膜層である第１層１０１は、例えば銅を含む合金膜（例えば、銅－チタン合金膜）として形成され、無電解めっき膜層である第２層１０２は、例えば無電解銅めっき膜として形成され得る。

なお、図示の例では、開口１０ａが被覆絶縁層１０の上側から導体パッド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。

金属ポスト１００を構成する第３層１０３は、配線基板の製造方法について後述されるように、第１層１０１及び第２層１０２を給電層として形成される電解めっき膜層であり得る。第３層１０３は、例えば、電解銅めっき膜として形成され得る。第３層１０３の上面に形成される第４層１０４は、例えば、ニッケル層であり得る下層Ｎ、及び、例えば錫層であり得る上層Ｓの２層から構成されるめっき層である。

実施形態の配線基板においては、被覆絶縁層１０の上面の一部が、金属ポスト１００を構成する第１層１０１で被覆されている。すなわち、金属ポスト１００は、開口１０ａの内面だけでなく被覆絶縁層１０の上面にも接して形成されている。金属ポストが開口１０ａの内面にのみ接して形成される場合と比較して、金属ポスト１００と被覆絶縁層１０との接触面積は比較的大きくされ、金属ポスト１００と被覆絶縁層１０との密着性が向上すると考えられる。

金属ポスト１００及び被覆絶縁層１０には、金属ポスト１００と被覆絶縁層１０との熱膨張率の相違や、金属ポスト１００に接続され得る外部の部品から加わる外力などによって応力が生じることがある。金属ポスト１００と被覆絶縁層１０との密着性が向上することで、このような熱膨張率の相違や外力に起因する、金属ポスト１００と被覆絶縁層１０との間での剥離の発生が抑制され得ると考えられる。

特に、金属ポスト１００を構成する第１層１０１は、ソルダーレジスト層であり得る被覆絶縁層１０の上面を直接被覆するスパッタ膜層である。例えばソルダーレジスト層である被覆絶縁層１０は、その上面の表面粗さが比較的小さい。被覆絶縁層１０の上面の算術平均粗さＲａは、例えば、０．０１μｍ以上、且つ、０．２μｍ以下であり得る。このような、表面粗さが比較的小さい被覆絶縁層１０の上面に、第１層１０１は無電解めっき膜と比較して比較的高い密着性で密着し得る。従って、本実施形態の配線基板においては、金属ポスト１００と被覆絶縁層１０との比較的高い密着性により、両者の間での剥離などの不良の発生がより効果的に抑制され得る。

なお、図示される例の配線基板１においては、第１層１０１は、開口１０ａの内面（導体パッド１２ａの上面、及び、開口１０ａの内壁面）には形成されない。例えば、スパッタ膜層である第１層１０１を開口１０ａの内面にも形成する場合には、特に、開口１０ａの内壁面において均一な膜厚に成膜されない場合があり得る。特に、配線基板の製造方法について後述するように、レーザー光によって穿孔される開口１０ａの内壁面は、その表面粗さが比較的大きく、従って、スパッタ膜が均一に被着し難い部分が生じ得る。よって、本実施形態では、開口１０ａの内面には、内壁面に対して比較的均一に被着しやすい無電解めっき膜層である第２層１０２が接する構成が採用されている。

以下に、図１に示される配線基板１を製造する方法が、図２Ａ～図２Ｈを参照しながら説明される。図２Ａ～図２Ｈにおいては、図１と同様に、配線基板の全体は図示されず、配線基板１における金属ポスト１００が形成される側の部分的な断面のみが図示される。なお、以下、配線基板１を製造する方法の説明においては、上述の配線基板１の説明と同様に、配線基板１を構成する各要素において、配線基板１の一方の面Ｆ（図１参照）が形成される側を「上」、「上側」、「外側」、又は単に「外」と称する。

先ず、例えば、ビルドアップ方式による一般的な配線基板の製造方法により、最外の導体層１２の積層までが完了した積層体が準備される。図２Ａには、ビルドアップ方式により、導体パッド１２ａが含まれる導体層１２までの積層が完了した、積層体１ｐが示されている。

次いで、図２Ｂに示されるように、導体パッド１２ａ、及び、導体パッド１２ａを含む導体層１２の導体パターンから露出する樹脂絶縁層１１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。例えば、スプレーコーティング、カーテンコーティング、又はフィルム貼り付けなどによって、感光性を有するエポキシ樹脂膜が形成されることで、例えばソルダーレジスト層である被覆絶縁層１０が形成される。

次いで、図２Ｃに示されるように、被覆絶縁層１０の上面にスパッタ膜層（第１層）１０１が形成される。第１層１０１の形成では、スパッタ成膜装置の真空中に不活性ガスが導入されたチャンバ内に積層体１ｐが配置され、チャンバ内でターゲット（例えば銅－ニッケル合金）に高電圧が印加される。続いて、イオンを加速させてターゲットに衝突させることで、ターゲットの材料の原子がたたき出され、被覆絶縁層１０の上面全域に被着し、第１層１０１が形成され得る。

次いで、図２Ｄに示されるように、レジストＲが第１層１０１上に形成される。レジストＲには、第１層１０１に形成されるべき開口のパターンに応じた開口ＲＯが例えばフォトリソグラフィ技術により形成される。

次いで、図２Ｅに示されるように、レジストＲの開口ＲＯから露出する第１層１０１がエッチングにより除去され、被覆絶縁層１０を露出する開口１０１ｏが形成される。開口１０１ｏは、被覆絶縁層１０の開口１０ａ（図１参照）が形成されるべき位置に応じて形成される。開口１０１ｏの形成後、レジストＲは除去され、図２Ｆに示される状態が完成する。

次いで、図２Ｇに示されるように、第１層１０１における開口１０１ｏの内側に、レーザー光（例えば、ＵＶレーザー）の照射によって、被覆絶縁層１０を貫通する開口１０ａが形成される。形成される開口１０ａは被覆絶縁層１０を厚さ方向に貫通し、その底部に導体パッド１２ａの上面を露出させる。なお、開口１０ａの形成においては、図２Ｄ及び図２Ｅを参照して説明された開口１０１ｏの形成は実施されず、図２Ｃに示される状態から第１層１０１及び被覆絶縁層１０を貫通する開口１０１ｏ、１０ａがレーザー光の照射によって同時に形成されてもよい。

続いて、被覆絶縁層１０に形成された開口１０ａの内面には、例えば、過マンガン酸塩等の酸化剤を含む薬液を使用するデスミア処理が施され得る。開口１０ａ内面のデスミア処理は、例えば、酸素プラズマによるプラズマエッチングなどのドライプロセスにより施されてもよい。

次いで、図２Ｈに示されるように、開口１０ａの内面（導体パッド１２ａの上面、及び、開口１０ａの内壁面）並びに、被覆絶縁層１０の上側の全体に亘って、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無電解めっき膜層（第２層）１０２が形成される。開口１０ａの内面が第２層１０２の単層で被覆され、被覆絶縁層１０の上面が第１層１０１と第２層１０２との２層によって被覆される状態となる。

次いで、図２Ｉに示されるように、第２層１０２上には、電解めっき用のめっきレジスト１０２ｒが形成される。めっきレジスト１０２ｒ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得る。めっきレジスト１０２ｒは、配線基板１の一方の面を構成する金属ポスト１００（図１参照）が有するべき配置パターンに応じた、開口１０２ｒｏを有するように形成される。開口１０２ｒｏは、その内側に、被覆絶縁層１０に形成されている開口１０ａの全域を含むと共に、開口１０ａの周縁における、被覆絶縁層１０が第１層１０１と第２層１０２との２層で被覆されている部分も含むように形成される。

続いて、第１層１０１及び第２層１０２を給電層として用いた電解めっきにより、開口１０２ｒｏ内に電解めっき膜層１０３が形成される。被覆絶縁層１０の開口１０ａの内部及び被覆絶縁層１０上面の上側を含む、開口１０２ｒｏの内部における給電層上（第２層１０２上）に、例えば、電解銅めっき膜である第３層１０３が形成される。この第１層１０１及び第２層１０２を給電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、第３層１０３の厚さ方向（被覆絶縁層１０の厚さ方向）における寸法が調整され得る。

次いで図２Ｊに示されるように、第３層１０３上に第４層１０４が形成される。第４層１０４は、第３層１０３を直接被覆する例えばニッケルを主成分とする下層Ｎと、下層Ｎの上側に形成される例えば錫を主成分とする上層Ｓとを有するように形成される。先ず、例えば、ニッケル化合物を含むニッケルめっき液が用いられ、電解ニッケルめっき層が下層Ｎとして第２層１０２の露出面全体を被覆するように形成される。続いて、開口１０２ｒｏ内の下層Ｎの上側に、例えば錫を含むめっき液が用いられ、電解錫めっき層が上層Ｓとして形成される。上層Ｓには、例えば、第２層１０２よりも融点が低く、リフロー処理に因り溶融して半球形状に成形され得る金属が用いられ、例えば錫、銀、及び銅を含むソルダーペーストの充填によって形成される場合がある。

次いで、めっきレジスト１０２ｒが除去され、図２Ｋに示されるように、めっきレジスト１０２ｒの除去によって露出する被覆絶縁層１０上の第２層１０２及び第１層１０１がエッチングにより除去される。以上の工程で金属ポスト１００の形成が完了し、配線基板１の形成が完了する。

実施形態の配線基板は、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、一方の面Ｆには、金属ポスト１００の他にも導体パッドが含まれる場合があり、また、最も一方の面Ｆに近い導体層１２は導体パッド１２ａ以外の導体パターンを含む場合がある。また、実施形態の配線基板の製造方法は、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基板の構造に応じて、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。例えば、図２Ｄを参照して説明された、被覆絶縁層１０に対する開口１０ａの形成においては、前もってスパッタ膜層である第１層１０１に開口１０１ｏを形成することなく、レーザー光の照射により開口１０１ｏと開口１０ａとが同時に形成される場合もある。

１配線基板
１０被覆絶縁層
１１樹脂絶縁層
１２導体層
１２ａ導体パッド
１０１第１層（スパッタ膜層）
１０２第２層（無電解めっき膜層）
１０３第３層（電解めっき膜層）
１０４第４層
１００金属ポスト
１０ａ開口
Ｒレジスト
ＲＯ開口

Claims

樹脂絶縁層と、
前記樹脂絶縁層上に形成され導体パッドを含む導体層と、
前記導体層を被覆し前記導体パッドの上面を底部に露出する開口を有する被覆絶縁層と、
前記開口を充填し前記被覆絶縁層から突出する金属ポストと、
を備える配線基板であって、
前記金属ポストは、前記被覆絶縁層の上面に接する第１層と、前記導体パッドの上面に接する第２層と、前記第１層上および前記第２層上に形成される第３層と、を有し、
前記第１層はスパッタ膜層であり、
前記第２層は無電解めっき膜層である。
請求項１記載の配線基板であって、前記第２層は、前記開口の内壁面に接している。
請求項２記載の配線基板であって、前記第２層は、前記第１層の上面に接している。
請求項１記載の配線基板であって、前記第２層は無電解銅めっき膜層であり、前記第３層は電解銅めっき膜層である。
請求項１記載の配線基板であって、前記第１層は、銅を含む合金膜である。
請求項４記載の配線基板であって、前記第３層上には、ニッケルめっき膜及びスズめっき膜が形成されている。
請求項１記載の配線基板であって、前記被覆絶縁層の前記上面の算術平均粗さＲａは０．０１μｍ以上、且つ０．２μｍ以下である。