JP3961092B2 - 複合配線基板、フレキシブル基板、半導体装置、および複合配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプリント配線基板などの配線基板に関し、特にリジッド配線基板とフレキシブル配線基板とを組み合わせた複合配線基板に関する。
【０００２】
また本発明は絶縁性樹脂フィルム上に配線層を配設したフレキシブル配線基板に関し、特にリジッド配線基板と積層されて用いられるフレキシブル配線基板に関する。
【０００３】
また本発明は、プリント配線基板上に半導体素子を搭載した半導体パッケージなどの半導体装置に関し、特に接続端子の配設密度が高い半導体素子を搭載した半導体装置に関する。
【０００４】
さらに本発明はプリント配線基板の製造方法に関し、特にリジッド配線基板とフレキシブル配線基板とを組み合わせた複合配線基板の製造方法に関する。
【０００５】
【従来の技術】
半導体素子の集積度はますます高まっており、半導体素子と外部回路を接続するために半導体素子上に配設される接続端子（パッド）の数は増大し、また配設密度も高まっている。例えば、シリコンなどからなる半導体素子上の最小加工寸法が約０．２μｍ程度のとき、１０ｍｍ角程度の半導体素子に約１０００個もの接続端子を配設する必要がでてきている。
【０００６】
また、このような半導体素子が搭載される半導体パッケージなどの半導体装置においては、実装密度の向上等のために小形化、薄型化の要求が大きい。特に、例えばノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＰＤＡ、携帯電話などの携帯型情報機器などに対応するためには、半導体パッケージの小形化、薄型化は大きな課題である。
【０００７】
半導体素子をパッケージ化にするには、半導体素子を配線基板上に搭載するとともに、半導体素子の接続端子と配線基板上の接続端子とを接続する必要がある。しかしながら、約１０ｍｍ角程度の半導体素子の周囲に１０００個程度の接続端子を配設する場合、その配設ピッチは約４０μｍ程度と非常に微細なものになる。このような微細なピッチで配設された接続端子を、配線基板に配設された接続端子と接続するためには、配線基板上の配線形成や、接続の際の位置合わせに極めて高い精度が要求され、従来のワイヤーボンディング技術やＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）技術では対応することが極めて困難であるという問題がある。
【０００８】
一方、半導体素子に配設された接続端子と、配線基板に配設された接続端子とを、半田などの導電性物質で形成したピラーを介して対向させて接続する方法もある。例えば約１０ｍｍ角の半導体素子上に３２μｍピッチで３２行×３２列のグリッドの接続端子を配設すると、その総数は１０２４個となる。
【０００９】
半導体素子が搭載される配線基板の配線は、半導体素子の接続端子と、半導体パッケージの外部接続端子とを接続するために、信号配線などの配線幅と配線間隔（Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ）がそれぞれ約５０μｍ／５０μｍ以下という非常に微細なルールで配設されている。
【００１０】
このような微細なピッチで接続端子が配設された半導体素子を搭載するための配線基板として、ビルドアップ基板９００ａが用いられてきた。
図１０はビルドアップ基板の構造の例を概略的に示す断面図である。ビルドアップ基板は、リジッドなプリント配線基板９０１の両面にコーティングされた薄い樹脂層９０２と、この樹脂層上に配設された金属等からなる導体配線９０３とを有する配線基板である。
【００１１】
このビルドアップ基板のうち、プリント配線基板９０１の部分はコア層と呼ばれ、コア層の両面に積層された部分はビルドアップ層と呼ばれる。
ビルドアップ層を構成する絶縁性樹脂層にはフォトリソグラフィー技術などにより微細な層間接続が形成されており、複数の配線層がこの層間接続を通じて接続されている。ここではフォトビア９０４によりビルドアップ層の層間接続を形成している。
またコア層の両側に配設されたビルドアップ層の配線層の層間接続を行うために、例えばスルーホール９０５などが形成されたものもある。また、配線基板の平坦性を確保するためにスルーホールに樹脂などを充填したビルドアップ基板も知られている。
【００１２】
現状の技術レベルでは、ビルドアップ層を構成する配線層９０３の配線幅の最小値は約４０μｍ程度である。また絶縁性樹脂層９０２の表面は、それよりも下層に存在する配線パターンなどにより凹凸を有しており、この凹凸に起因してこれよりも微細な配線を形成することは極めて困難であるという問題がある。
【００１３】
ビルドアップ層を構成する絶縁性樹脂層９０２に形成されるビア（ｖｉａ）の直径は約８０μｍ程度が達成されている。より微細なビアを形成するためには絶縁性樹脂層９０２を薄くすることが考えられるが、絶縁性樹脂層９０２を薄くすると上述した凹凸の影響がより顕著になり、配線幅を太くしなければならないという背反した問題が生じてしまう。
【００１４】
さらに、ビルドアップ基板の厚さにも制約がある。
ビルドアップ基板は、その製造工程および完成後に、基板の反りや破損を防止するための強度を保持するために一般には少なくとも約０．６ｍｍ程度の厚さを必要とする。
ビルドアップ層の厚さは、絶縁性樹脂層９０２が約３０〜５０μｍ程度、導体配線層９０３が約１０〜２０μｍ程度であり、前述した１０００個程度の接続端子に対応するためには３層の配線層が必要になる。したがって、ビルドアップ基板の厚さは約０．８４〜１．０２ｍｍ程度と比較的厚いものになってしまう。
【００１５】
また、ビルドアップ基板の一方の表面には前述した半導体素子が搭載され、その裏面には例えば半田ボールなどが２次元のグリッド状に配置されたＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）パッケージとなる。
このようなＢＧＡパッケージの厚さを薄くするためには、前述したコア層またはビルドアップ層を薄くする必要がある。しかしながら、コア層を薄くすると基板強度が低下してしまうので、半導体パッケージの信頼性が低下するだけでなく、ビルドアップ層の形成も困難になるという問題がある。
また、ビルドアップ層を薄くすると前述のように配線の微細かに対応することが困難になるという問題がある。したがって、実際にはビルドアップ基板の厚さを０．８ｍｍ以下にすることは現状では極めて困難である。
【００１６】
また、半導体パッケージの外形を小さくするためには、半導体素子を搭載する配線基板に設けられるスルーホールの径の縮小と、スルーホールの配設間隔の縮小を図る必要がある。
一般に、コア層を構成する絶縁性樹脂層の材料としては、ガラス繊維を編んだガラスクロスに絶縁性樹脂を含浸させたプリプレグが用いられる。このようなプリプレグを用いて構成した配線基板では、完成時にはガラス繊維と硬化した絶縁性樹脂層とは密着している。
ところが、配線基板にドリルなどを用いてスルーホールを形成する場合、絶縁性樹脂だけでなくガラス繊維も切断されてしまう。そして、スルーホールの周辺近傍では、ガラス繊維と絶縁性樹脂とが剥離してしまう。
【００１７】
スルーホールの内側面には、導通を確保するためにメッキ層が形成される。このメッキ層を形成する際に、スルーホール周辺のガラス繊維と絶縁性樹脂とが剥離した部分があるとこの部分に金属イオンを含有したメッキ液が浸透してしまう。より高集積化した半導体素子に対応するためにスルーホールの配設ピッチを小さくすると、スルーホール近傍に生じるガラスクロスと絶縁性樹脂との剥離部分の間隔も小さくなる。この場合、メッキなどにより剥離部分に浸透した導電性物質によりスルーホール間の絶縁性を保つことができなくなるという問題がある。
【００１８】
したがってビルドアップ基板では、非常に微細なピッチで多数配設された接続端子を有する半導体素子を搭載することは非常に困難である。また、このような半導体素子を半導体パッケージとするためには、ビルドアップ基板を用いることは困難である。
【００１９】
一方、ポリイミドなどからなる絶縁性フィルムの表面に配線層を形成したフィルム基板を接着層を介して複数積層したフィルムラミネート基板に半導体素子を搭載した半導体パッケージも知られている。
図１１、図１２はフィルムラミネート基板の構造の例を概略的に示す断面図である。
絶縁性フィルム９０２の構成材料としては耐薬品性の高いポリイミドが、配線層９０３の構成材料としては銅が一般的に用いられている。
【００２０】
このようなフィルムラミネート基板９００ｂ、９００ｃでは、ポリイミドなどの絶縁性フィルム９０２の表面は、ビルドアップ基板９００ａのように表面に配線層９０３の影響などによる凹凸がほとんど形成されずに平坦であるため、より微細な配線に対応することが可能である。
【００２１】
配線パターンをより微細化するためには、配線層９０３を薄くすればよい。例えば、厚さ約１５〜１８μｍ程度の銅箔を用いて配線層９０３を形成することにより、配線幅／配線間隔は２５μｍ／２５μｍ程度にすることが可能である。さらに薄い、例えば厚さ約１０〜１５μｍ程度の銅箔を用いて配線層を形成することにより、配線幅／配線間隔は２０μｍ／２０μｍ程度にすることができる。
【００２２】
絶縁性フィルム９０２の両面に配設されている配線層９０３の層間接続を行うために、絶縁性フィルムには微細なビアホール９０４が形成され、このビアホールに導電性材料を充填する方法がある。一般に厚さ約５０μｍのポリイミドフィルムを絶縁層９０２として採用した場合、例えばレーザ照射やフォトケミカル等の技術を用いることにより、ビアホール９０４の径を約５０μｍ程度に形成することが可能である。ビアホール９０４の径をさらに小さくするには、絶縁性フィルム９０２の厚さをさらに薄くする必要がある。
【００２３】
複数の絶縁性フィルム９０２上に配設されている配線層９０３を接続する方法として、配線層９０３上にメッキにより銅などからなる突起を形成し、この突起上に接続のための接合金属層を形成して、さらにこの突起を、絶縁性フィルムを介して他の絶縁性フィルム上に配設した配線層と対向して圧接するという方法が提案されている。
【００２４】
しかしながらこのような層間接続方法は、メッキによる突起の形成に時間がかかること、また突起の接合相手である金属層（パッド）の形成に時間がかかることから、生産性が低くコストを高めてしまういという問題がある。
【００２５】
銅などの突起の代わりにＰｂ／Ｓｎ系の半田などを用いて接続する方法もあるが、この場合には半田を溶融させて配線層と接続する際に溶融した半田が潰れて広がってしまい、微細な接続には対応することができないという問題がある。
【００２６】
さらに、ポリイミドなどの絶縁性フィルムに配線層を形成し、これを複数層積層した配線基板の表面に半導体素子を搭載し、裏面にＢＧＡなどの外部接続端子を配設した半導体パッケージをマザーボード上に実装すると、半導体パッケージとマザーボードとを接続する導体ボールに応力がかかり、十分な接続信頼性を得ることができないという問題がある。
【００２７】
半導体パッケージが実装されるマザーボードは、通常絶縁性樹脂層としてガラスクロスにガラスエポキシ等を含浸させて用いたプリント配線基板が用いられている。
ポリイミドの線膨張係数は常温（２５℃）近傍では約８ｐｐｍ程度であり、一方ガラスエポキシの線膨脹係数は約１４〜１７ｐｐｍ程度である。したがって、常温におけるこれらの線膨張率は約１．７〜２．１倍程度も相違するため、半導体パッケージとマザーボードとを接続する半田ボールに大きな応力が生じることになる。
さらに、マザーボードに実装した後、実際の使用時などに生じる温度変化に起因して、半田ボールに生じる応力はさらに大きなものとなる。このような不可が累積すると、半田ボールがにひびや割れが生じたりして接続の信頼性を大きく低下させるという問題がある。
また半導体パッケージを構成する半導体素子や配線基板も薄型化しており、上述の線膨張率の差異のために、これらにも応力が生じて信頼性を低下させるという問題がある。
【００２８】
このようにビルドアップ基板では、ビルドアップ層のビア径を縮小するために絶縁層を薄くすると配線の微細かが困難になる。またコア材のスルーホールもドリルにより形成するために、その径を縮小したり、配設ピッチを縮小することができない。さらに、半導体パッケージの厚さを薄くしようとすると、製造工程、特にビルドアップ層の形成工程において必要な強度を確保することができなくなるという問題がある。
【００２９】
また、ポリイミドなどからなる絶縁性フィルム上に配線層を形成したフィルム基板をさらに複数層積層した配線基板では、生産性が低く、コストが高くなるという問題がある。また、絶縁性フィルムの構成材料と、この配線基板を実装するマザーボードとの線膨張率の差が大きいため、接続の信頼性が低いという問題がある。
【００３０】
また、同種または異種の配線基板を積層して多層化を図ろうとすると、以下のような問題も生じる。
従来、複数の配線基板（片面板、両面板、多層板、フレキシブル基板など）を一体化して多層化する技術としては、一般的には接着性を有する絶縁層（例えばプリブレグ、接着剤を介して重ね合わせた複数の基板を加圧・加熱して機械的に一体化し、穴明け・めっきのいわゆるＰＴＨ（Ｐｌａｔｅｄ Ｔｈｒｏｕｇｈ ｈａｌｌ：メッキスルーホール）の手法によって各（多）層間の電気的接合を形成するものをあげることができる。
また例えば多層化される複数の配線基板が、ＰＴＨ法などによって層間接合形成されたリジッドな配線基板の場合にも上述同様に多層化され、ＩＶＨ多層配線基板として知られている。
さらにＰＴＨ法などによって層間接続されたリジッドな配線基板とフレキシブル配線基板とを重ね合わせて多層化する場合も上述と同様に多層化され、リジッドフレックス基板として知られている。
【００３１】
このように複数の配線基板を積層して多層化を行おうとすると、穴明け工程・めっき工程以降の回路形成の部分において、スルーホールへの工数が多く生産性が低いという問題がある。
また、めっき工程は必然的に廃液などを生じてしまうため、環境への悪影響が懸念されるという問題がある。環境への悪影響を低減しようとすると、廃液処理に要する設備、時間などにより生産性が低下し、製品コストを押し上げてしまうという問題がある。
さらにメッキにより層間接続を図ろうとすると、外層導体厚もメッキによって厚くなってしまい、凹凸が大きくなったり、微細な回路形成ができないという問題がある。
【００３２】
また、リジッドな配線基板とフレキシブルな配線基板など異種の材料を一体化する場合、穴明け、メッキ（前処理）などを同一条件で行うと、ＰＴＨの仕上がり状態が異種の材料間で異なってしまうため、ＰＴＨによる層間接続の信頼性が確保できないという問題もある。
【００３３】
また従来のフレキシブル基板の多層化は、例えば片面に銅箔などの導電層が配設されたポリイミドフィルムなどのフレキシブルな基板材料に、フィルム側からレーザ照射、フォトエッチング工程などにより孔を形成し、この孔に導電性ペーストを埋め込んだり、メッキを行うなどして導電性物質を充填し、これを１単位として接着剤などにより張り合わせて多層化を行っている。
【００３４】
図１３は従来のフレキシブル基板の多層化の方法を説明するための図である。まずポリイミドフィルムなどのフレキシブルな絶縁層９１ａ、９１ｂに銅箔などを貼り合わせた基板材料を用意する。そして銅箔はフォトエッチング工程などによりビアランド９２ａを含む所定の配線パターン９２にパターニングする。 一方、絶縁層９１ａ、９１ｂの層間接続を行う位置には例えばレーザ光を照射したり、フォトエッチングプロセスなどにより孔を形成する。形成した孔には、例えば半田ペーストなどの導電性ペースト９３を充填しておく。なお最終的に外層に露出する部分は（例えば絶縁層９１ｂ）、絶縁層の両面に配線パターン９２を配設しておくようにすればよい。
【００３５】
そしてこれらを構成単位として接着剤９４などにより多層化を行っている。
【００３６】
図１４は従来のフレキシブル基板の多層化の方法の別の例を説明するための図である。
この例では、スルーホールの内部に銅９６をメッキにより形成し、スルーホールの配線層９５と反対側には金９７をメッキなどにより形成している。
またスルーホールの他方の側には、銅９５ａとスズ９５ｂとをメッキなどにより積層したランド部９５を形成している。
【００３７】
そしてこれらを１単位として積層し、層間接続部は金９７とスズ９５ｂとのＡｕ−Ｓｎ共晶により接続を確立いている。
【００３８】
ところがこのような方法では、層間接続のためのスルーホールに導電性ペースト９３などの導電性物質を埋め込んだり、メッキなどにより導電層を形成しなければならず生産性を律速してしまうという問題がある。特に、図１４に例示した手法ではスルーホールの両側で異なるメッキを行わなければならず、生産性を著しく低下させてしまう。
さらに積層するフレキシブル基板を接合する材料が、ビアランド９２ａ、配線パターン９２などの厚さを吸収することができないため、さらにポリイミドフィルムなどの絶縁層９１ａ、９１ｂ上に配設したビアランド９２ａを含む配線パターン９２の凹凸に起因して多層化した配線基板自身にも凹凸が生じてしまうという問題がある。
配線基板の外層部に内層部の凹凸が露出するなどして配線基板のコプラナリティーが低下すると、例えばフリップチップなどにより半導体素子を搭載する場合に接続の信頼性が低下してしまうという問題がある。
【００３９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、集積度の高い半導体素子を搭載することのできる配線基板を提供することを目的とする。
また、本発明は例えばリジッド配線基板とフレキシブル配線基板とを組み合わせた複合的な配線基板、フレキシブル基板どうしを組み合わせた複合的な配線基板の信頼性、生産性を向上することを目的とする。
また本発明は高密度実装に対応するとともに、外部回路との接続が容易な配線基板を提供することを目的とする。また特に携帯電話、携帯型ＶＴＲ、ノート型パーソナルコンピュータを始めとする各種携帯型情報機器などの実装密度の高い電子機器への対応が容易な配線基板を提供することを目的とする。
【００４０】
また本発明は接続端子の配設密度が高い半導体素子を搭載することのできる、小型でかつ薄型の半導体パッケージを提供することを目的とする。また本発明は、集積度の高い半導体素子を搭載するとともに、マザーボードとの接続信頼性の高い半導体パッケージを提供することを目的とする。
【００４１】
また本発明は、多層化に適したフレキシブル配線基板を提供することを目的とし、特にリジッド配線基板や、他のフレキシブル基板との接合強度の高いフレキシブル配線基板を提供することを目的とする。
【００４２】
さらに本発明は例えばリジッド配線基板とフレキシブル配線基板とを組み合わせたり、フレキシブル基板どうしを組み合わせた複合的な複数の配線基板を重ね合わせて多層化するプリント配線基板の製造方法に関する。
【００４３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明は以下のような構成を備えている。
すなわち本発明の複合配線基板は、第１の面と第２の面とを有する第１の基板と、第１の面と第２の面とを有する第２の基板と、前記第１の基板の前記第１の面と前記第２の基板の前記第２の面とに挟持された絶縁性樹脂層と、前記第１の基板の前記第１の面に前記絶縁性樹脂層側に突出して配設された第１のビアランドを有する第１の配線層と、前記第２の基板の前記第２の面に前記絶縁性樹脂層側に突出して配設された第２のビアランドを有する第２の配線層と、前記絶縁性樹脂層を貫通して前記第１のビアランドと前記第２のビアランドとを接続するように配設された導電性ピラーとを具備したことを特徴とする。
本発明の複合配線基板にあっては、前記第１の基板としてリジッドな基板を用い前記第２の基板としてフレキシブルな基板を用いるようにしてもよい。
また前記第１の基板および前記第２の基板としてフレキシブル基板を用いるようにしてもよい。
また前記第１の基板および前記第２の基板としてリジッド基板を用いるようにしてもよい。
【００４４】
すなわち本発明の複合配線基板は、同種または異種の配線基板を絶縁性樹脂層と導電性ピラーとにより多層化した複合的な多層配線基板であって、対向配置された第１の配線基板と第２の配線基板との間の電気的および機械的インターフェースを絶縁性樹脂層およびこの絶縁性樹脂層を貫通するように配設された導電性ピラーにより構成したものである。
つまり、第１の配線基板と第２の配線基板との間の機械的接続については絶縁性樹脂層により主として確立し、電気的接続については導電性ピラーによりそれぞれ確立している。導電性ピラーも塑性変形によりビアランドと接合しているので機械的接合に寄与している。
【００４５】
そして、本発明の配線基板にあっては、第１の配線基板に配設された第１のビアランドも、第２の配線基板に配設された第２のビアランドもどちらも絶縁性樹脂層側に凸型に突出して配設されている。
【００４６】
このような構成を採用することにより、第１のビアランドおよび第２のビアランドと導電性ピラーとの接続面がどちらも絶縁性樹脂層側に突出しており、第１のビアランドまたは第２のビアランドの少なくともいずれか一方が絶縁性樹脂層側に凸型に突出していない場合と比較して、導電性ピラーの高さをより低減することができる。したがって、導電性ピラーの径をより細くすることができまた同じ径であれば接続の信頼性をより高いものとすることができる。
特に導電性ピラーの径を細くすることができるので、導電性ピラーの配設密度をより高めることができ、よりＬ／Ｓの微細な高密度実装に適した配線基板を実現することができる。
【００４７】
また導電性ピラーの高さをより低くすることができるので、例えばスクリーン印刷を繰り返して導電性ピラーを形成する場合などの印刷回数を低減することができる。したがって導電性ピラーを層間接続に用いた配線基板製造の生産性を向上することができる。
【００４８】
本発明の配線基板では、絶縁性樹脂層と導電性ピラーとにより接続される複数の基板は、どのようなものであってもよい。例えばリジッドな基板（じ樹脂基板およびセラミック基板等）どうしを組み合わせるようにしてもよいし、フレキシブルな基板どうしを接続するようにしてもよい。さらにリジッドな基板とフレキシブルな基板とを組み合わせて接続するようにしてもよい。
【００４９】
例えばフレキシブル基板どうしを絶縁性樹脂層と導電性ピラーとにより接続する場合、微細なＬ／Ｓに対応できるというフレキシブル基板の特徴を生かしたまま容易に多層化を図ることができる。したがって、接続端子の配設密度が高く、高速動作がひつような半導体素子を搭載する配線基板などにも好適に対応することができる。
【００５０】
また本発明の配線基板によれば、未硬化のプリプレグを介して２つの配線基板を対向配置することができるため、一方の基板の凹凸はセミキュア状態の樹脂層により吸収することができる。このため平面性の高い配線基板を実現することができ、半導体素子を搭載する場合でも接続信頼性を向上することができる。
【００５１】
また本発明の複合配線基板は、第１の面と第２の面とを有し、第１の領域と第２の領域とを有するフレキシブルな第１の基板と、前記第１の基板の前記第１の面の前記第１の領域に配設されたリジッドな絶縁性樹脂層と、前記第１の基板の前記第１の面に前記絶縁性樹脂層側に突出して配設された第１のビアランドを有する第１の配線層と、前記絶縁性樹脂層を介して前記第１の基板の前記第１の領域と対応する領域に配設され、前記第１のビアランドと対向配置された第２のビアランドを有する第２の配線層と、前記絶縁性樹脂層を貫通して前記第１のビアランドと前記第２のビアランドとを接続するように配設された導電性ピラーとを具備したことを特徴とする。
また本発明の配線基板はフレキシブル基板の一部領域と熱硬化性樹脂などからなる絶縁性樹脂層を介して配線層を配設し、この配線層とフレキシブル基板の配線とを導電性ピラーにより層間接続したものである。フレキシブル基板のうちリジッドな絶縁性樹脂層を配設する領域は１個所に限ることなく２個所以上に配設するようにしてもよい。
【００５２】
このような構成を採用することにより、配線基板の一部の領域だけに可とう性を与えたり、一部の領域だけに硬度を与えたりすることができる。
そして、本発明の配線基板では絶縁性樹脂層を介した層間接続を導電性ピラーにより行っているために、高い配線密度にも対応することができる。このときにも前述したように、導電性ピラーの高さが絶縁性樹脂層の厚さよりも小さくなるようにビアランドを凸型に配設するようにすればよい。また本発明の複合配線基板は、フレキシブル基板の一部の領域にプリプレグなどの絶縁性樹脂層を介して第２の配線層が配設されているため、外部回路やマザーボードあるいは筐体との接続が容易で、接続信頼性も向上する。
【００５３】
また本発明の複合配線基板は、第１の面と第２の面とを有し、前記第１の面に配設され、第１のビアランドを有する第１の配線層と、前記第２の面に配設された第２の配線層とを備えたリジッドな第１の基板と、第１の面と第２の面とを有し、前記第１の面に配設された第３の配線層と、前記第２の面に配設され、第２のビアランドを有する第４の配線層とを備えたフレキシブルな第２の基板と、前記第１の基板の第１の面と前記第２の基板の第２の面とに挟持された絶縁性樹脂層と、前記第１の基板の第１のビアランドと前記第２の基板の第２のビアランドとを接続するように、前記絶縁性樹脂層を貫通して配設された導電性ピラーとを具備したことを特徴とする。
また、本発明の複合配線基板は、第１の面に第１のビアランドを有する第１の配線層を備えたリジッドな第１の基板と、第１の面と第２の面とを有し、前記第２の面に第２のビアランドを有する第４の配線層を備えたフレキシブルな第２の基板と、リジッドな第１の基板の第１の面とフレキシブルな第２の基板の第２の面とに挟持された第３の絶縁層と、リジッドな第１の基板の第１のビアランドとフレキシブルな第２の基板の第２のビアランドとを接続するように、前記第３の絶縁層を貫通して配設された導電性ピラーとを具備したことを特徴とする。
【００５４】
また、前記第３の絶縁層はリジッドな絶縁層を用いるようにしてもよい。
【００５５】
また、リジッドな第１の基板は複数の配線層と、複数の絶縁層とを有する多層リジッドな第１の基板を用いるようにしてもよい。
【００５６】
また、フレキシブルな第２の基板は複数の配線層と複数の絶縁層とが積層された多層フレキシブル基板を用いるようにしてもよい。
【００５７】
また、リジッドな第１の基板の複数の配線層は、これらの配線層間を絶縁する絶縁層を貫通するように配設された、導電性ピラーにより層間接続するようにしてもよい。
【００５８】
本発明の複合配線基板は、第１の面と第２の面とを有し、前記第１の面に第１のビアランドを有する第１の配線層が配設された第１の絶縁層と、第１の面と第２の面とを有し、前記第２の面に第２のビアランドを有する第２の配線層が配設され、前記第１の絶縁層よりも可撓性の大きな第２の絶縁層と、前記第１の絶縁層の第１の面と前記第２の絶縁層の第２の面とに挟持された、前記第２の絶縁層よりも可撓性の小さな第３の絶縁層と、前記第３の絶縁層を貫通するように配設され、前記第１のビアランドと前記第２のビアランドとを接続する導電性ピラーとを具備したことを特徴とする。
【００５９】
前記第２の絶縁層と前記第３の絶縁層との接合強度は、前記第１の絶縁層と前記第３の絶縁層の接合強度よりも大きいく形成することが好ましい。このためには例えば第２の絶縁層の第３の絶縁層との接合面を改質するようにしてもよい。
また前記第２の絶縁層の第２の面の表面粗さは前記第２の絶縁層の第１の面の表面粗さよりも大きく形成するようにしてもよい。
【００６０】
また、前記第１の絶縁層の線膨張率と前記第３の絶縁層の線膨張率との差は、前記第２の絶縁層の線膨張率と前記第３の絶縁層の線膨張率との差よりも大きくするようにすれば、熱的負荷に対する信頼性が向上する。
【００６１】
また、前記第２の絶縁層は前記第３の絶縁層よりも可撓性が大きい絶縁性材料により形成するようにしてもよい。
【００６２】
また、前記第２の絶縁層の比誘電率は、前記第１の絶縁層の比誘電率および前記第３の絶縁層の比誘電率よりも小さい絶縁性材料により形成するようにしてもよい。これにより、第２の絶縁層に配設する配線を伝搬する信号の遅延や、波形なまりを抑制される。したがって、より高速動作が必要な半導体素子等の搭載に対応することができる。
【００６３】
また、前記第１の絶縁層はポリイミド系樹脂、ビスマレイミド型ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、およびガラスエポキシ系樹脂からなる群の少なくとも１種から構成するようにしてもよい。
【００６４】
また、前記第２の絶縁層はポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系樹脂からなる群の少なくとも１種から構成するようにしてもよい。第２の絶縁層として誘電率の低い材料を用いることにより、配線を伝搬する信号の遅延や波形のなまりが抑制される。
【００６５】
また、前記第３の絶縁層はエポキシ変性ポリイミドから構成するようにしてもよい。なお、複数の基板を重ね合わせて複合的な配線基板を構成する本発明にあっては、第１の基板と第２の基板とは前記第３の絶縁層により接続することが好適である。
【００６６】
本発明の半導体装置は、第１の面と第２の面とを有し、前記第１の面に配設され、第１のビアランドを有する第１の配線層を有するリジッドな第１の基板と、第１の面と第２の面とを有し、前記第１の面には半導体素子が搭載され、前記第２の面には第２のビアランドを有する第２の配線層が配設されたフレキシブルな第２の基板と、リジッドな第１の基板の第１の面とフレキシブルな第２の基板の第２の面とに挟持された絶縁層と、リジッドな第１の基板の第１のビアランドとフレキシブルな第２の基板の第２のビアランドとを接続するように前記絶縁層を貫通して配設された導電性ピラーとを具備したことを特徴とする。
【００６７】
また、フレキシブルな第２の基板の第２の面に露出した絶縁層は、ぬれ性が向上するように改質された表面を有するようにしてもよい。
【００６８】
また、前記半導体素子はフレキシブルな第２の基板にフリップチップ接続により搭載するようにしてもよい。
【００６９】
また、リジッドな第１の基板は複数の配線層と、複数の絶縁層とを有する多層リジッドな第１の基板を用いるようにしてもよい。
【００７０】
また、リジッドな第１の基板の複数の配線層は、絶縁層を貫通するように配設された導電性ピラーにより層間接続するようにしてもよい。
【００７１】
また、フレキシブルな第２の基板は複数の配線層と複数の絶縁層とが積層された多層フレキシブル基板を用いるようにしてもよい。
【００７２】
さらに、リジッドな第１の基板の第２の面にはリジッドな第１の基板の第１の面に配設された第１のビアランドと接続した外部接続端子がグリッドアレイ状に配設され、この外部接続端子上には半田ボールが配設するようにしてもよい。
【００７３】
また本発明の半導体装置は、例えば半導体パッケージ（ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）やＭＣＭ（マルチチップモジュール）などを含む）などに適用するようにしてもよい。
【００７４】
本発明のフレキシブル基板は、第１の面と第２の面とを有するフィルム状の絶縁性樹脂層と、前記第１の面に配設された第１の配線層と、前記第２の面に配設された第２の配線層とを具備し、第１の面に露出した前記絶縁性樹脂層の表面の自由エネルギーは、前記第２の面に露出した前記絶縁性樹脂層の表面の自由エネルギーよりも小さいことを特徴とする。
すなわち、本発明のフレキシブル基板は、第１の面と第２の面とを有するフィルム状の絶縁性樹脂層と、前記第１の面に配設された第１の配線層と、前記第２の面に配設された第２の配線層とを具備し、第１の面または第２の面に露出した前記絶縁性樹脂層の表面に改質層を具備したことを特徴とするものである。
【００７５】
前記第２の面の水滴に対する接触角度は６０°以上に、より好適には１２０°以上に形成することにより、他の絶縁層との接合強度が向上する。
【００７６】
本発明の複合配線基板の製造方法は、第１の面に第１のビアランドが凸型に配設された第１の基板の前記第１のビアランド上に導電性ピラーを配設する工程と、前記第１の基板と、第２の面に凸型に配設された第２のビアランドを有するフレキシブルな第２の基板とを、前記第１のビアランドと前記第２のビアランドとがセミキュア状態の絶縁性樹脂層を介して対向するように配置する工程と、前記導電性ピラーの頭部が塑性変型して前記第２のビアランドと接合するように前記第１の基板と前記第２の基板とをプレスする工程とを有することを特徴とする。
【００７７】
また本発明の複合配線基板の製造方法は、第１の面に第１のビアランドを有するリジッドな第１の基板の前記第１のビアランド上に略円錐形状を有する第１の導電性ピラーを形成する工程と、リジッドな第１の基板と、第２の面に第２のビアランドを有するフレキシブルな第２の基板とを、前記第１のビアランドと前記第２のビアランドとがセミキュア状態の絶縁性樹脂層を介して対向するように配置する工程と、前記導電性ピラーの頭部が塑性変型して前記第２のビアランドと接合するようにリジッドな第１の基板とフレキシブルな第２の基板とをプレスする工程とを有することを特徴とする。
【００７８】
また、本発明の複合配線基板の製造方法は、第１の面に第１のビアランドを有するリジッドな第１の基板の前記第１のビアランド上に略円錐形状を有する第１の導電性ピラーを形成する工程と、リジッドな第１の基板の第１の面に、前記第１の導電性ピラーが貫通して頭部が露出するようにセミキュア状態の絶縁性樹脂層を積層する工程と、前記絶縁性樹脂層から露出した前記導電性ピラーの頭部を圧潰する工程と、リジッドな第１の基板と、第２の面に第２のビアランドを有するフレキシブルな第２の基板とを、前記第１の導電性ピラーの頭部と前記第２のビアランドと対向するように配置する工程と、前記第１の導電性ピラーの頭部が塑性変型して前記第２のビアランドと接合するようにリジッドな第１の基板とフレキシブルな第２の基板とをプレスする工程とを有することを特徴とする。
【００７９】
また、本発明の複合配線基板の製造方法は、第１の面に第１のビアランドを有するリジッドな第１の基板の前記第１のビアランド上に略円錐形状を有する第１の導電性ピラーを形成する工程と、第２の面に第２のビアランドを有するフレキシブルな第２の基板の前記第２のビアランド上に略円錐形状を有する第２の導電性ピラーを形成する工程と、リジッドな第１の基板の第１の面と、フレキシブルな第２の基板の第２の面とを、前記第１のビアランドと前記第２のビアランドとがセミキュア状態の絶縁性樹脂層を介して対向するように配置する工程と、前記第１の導電性ピラーと前記第２の導電性ピラーとがが塑性変型して接合するようにリジッドな第１の基板とフレキシブルな第２の基板とをプレスする工程とを有することを特徴とする。
【００８０】
また、フレキシブルな第２の基板をリジッドな第１の基板と対向配置する前に、フレキシブルな第２の基板の第２の面を、リジッドな第１の基板の第１の面との接合強度が向上するように改質する工程をさらに有するようにしてもよい。
前記改質する工程は、フレキシブルな第２の基板の第２の面をアルカリ洗浄することにより改質するようにしてもよく、また、フレキシブルな第２の基板の第２の面をプラズマアッシングすることにより改質するようにしてもよい。
【００８１】
すなわち本発明の複合配線基板は、リジッドな第１の絶縁層の面に配設された配線層と、フレキシブルな第２の絶縁層の面に配設された配線層とを、第３の絶縁層およびビアランドを層間接続する導電性ピラーとにより電気的および機械的に接続したものである。つまり、第３の絶縁層および導電性ピラーとを、リジッド部とフレキシブル部を接続するためのインターフェース手段として機能させたものである。すなわち、よりＬ／Ｓ（Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ：配線幅／配線間隔）のルールが厳しい微細配線層にはフレキシブルな第２の基板同様の構成を採用し、このフレキシブルな第２の基板を搭載する部分にはリジッドな第１の基板同様の構成として、これらのインターフェースを、第３の絶縁層と導電性ピラーによる層間接続により構成している。
【００８２】
本発明の複合配線基板では、第１の絶縁層と第２の絶縁層とを直接積層したときに得られる接合強度と、第２の絶縁層と第３の絶縁層との接合強度とを比較すると、第２の絶縁層と第３の絶縁層とを接合して得られる接合強度が大きくなるように、その材質を選択するとともに、界面の状態を制御して積層している。
【００８３】
リジッドな第１の絶縁層としては、例えばポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、４フッ化ポリエチレン樹脂、６フッ化ポリプロピレン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの熱可塑性樹脂材料や、例えばエポキシ樹脂、ビスマレイミド型ポリイミド樹脂、ビスマレイミド型トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂など、またこれらをガラスクロスなどに含浸したプリプレグなどの熱硬化性樹脂材料のポリマーをあげることができる。
さらに例えばブタジエンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、ネオプレンゴム、シリコーンゴムなどの生ゴムシート類を用いるようにしてもよい。
【００８４】
これらの絶縁性樹脂材料は、合成樹脂単独で用いてもよいが、無機物、有機物などの絶縁性充填物を含有してもよく、さらにガラスクロスやマット、有機合成繊維布やマット、紙等の補強材と組み合わせて用いることが好適である。
【００８５】
フレキシブルな第２の絶縁層は、例えばポリイミド系樹脂フィルム、ポリエステル系樹脂フィルム、あるいはポリテトラフルオロエチレンなどの可撓性を有する絶縁性樹脂材料のポリマーを用いることができる。
【００８６】
リジッド層とフレキシブル層とを接続する第３の絶縁層としては、第１の絶縁層よりも第２の絶縁層に対する接合強度の大きい絶縁性樹脂材料を用いるようにすればよい。例えばエポキシ変性ポリイミドなどの熱硬化性樹脂を用いるようにしてもよい。
【００８７】
リジッド層の配線層とフレキシブル層とを接続する導電性ピラーは、例えばバインダーに導電性微粒子を混合、分散させた導電性ペーストをスクリーン印刷などにより形成するようにしてもよい。また、溶剤・カップリング剤・添加物などを必要に応じて加えるようにしてもよい。
バインダー材としては、例えば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹脂、ビニルウレタン樹脂、シリコーン樹脂、α−オレフィン無水マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、またはこれらの混合物を用いることができる。
【００８８】
導電性微粒子（フィラー）としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、半田、Ｎｉ、カーボンなどの微粒子、超微粒子などを上述したバインダーに混合あるいは分散させて用いることができる。これらの導体材料に加えて、樹脂の表面にこれら導電性物質を形成したものでもよい。また、複数の導電性物質を組み合わせて用いるようにしてもよい
溶剤としては、例えばジオキサン、ベンゼン、ヘキサン、トルエン、ソルベントナフサ、工業用ガソリン、酢酸セロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン等必要に応じて用いるようにすればよい。
【００８９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００９０】
（実施形態１）
図１は本発明の複合配線基板の構造を概略的に示す断面図である。
【００９１】
この複合配線基板１０は配線層１１、１２、１３、１４の４層の配線層を有した多層配線基板である。配線層１１と配線層１２との間はリジッドな第１の絶縁層２１により絶縁され、配線層１３と配線層１４との間はフレキブルな第２の絶縁層２２により絶縁され、配線層１１と配線層１４との間は第２の絶縁層よりリジッドな第３の絶縁層２３により絶縁されている。
配線層１１、１２、１３、１４は、その配線パターンの一部としてランド部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａを有している。
【００９２】
配線層１１、１２、１３、１４は、例えば銅箔等の導電性金属箔をパターニングして形成されている。
また、第１の絶縁層２１はＢＴレジンをガラスクロスに含浸させたプリプレグにより、第２の絶縁層２２はポリイミドフィルムにより、第３の絶縁層はエポキシ変性ポリイミドをガラスクロスに含浸させたプリプレグによりそれぞれ構成されている。すなわち、第１の絶縁層２１と第３の絶縁層２３とはリジッド材料から構成され、第２の絶縁層２２はフレキシブル材料から構成されている。つまり、図１に例示した本発明の複合配線基板１０は、リジッド配線基板とフレキシブル配線基板とが一体化した複合配線基板である。
リジッドな第１の絶縁層２１としては、前述したように、一般的なリジッドなプリント配線基板の絶縁層として用いられているような絶縁性材料を用いることができる。例えば、ＢＴレジン（三菱ガス化学（株）製）などのビスマレイミド型ポリイミド樹脂、ＢＮ３００（（株）三井東圧製）などの変性ポリイミド樹脂、ＰＰＥ、ＦＲ−４、高ＴｇＦＲ−４、各種接着性ボンディングシート、熱可塑性プラスティックフィルムなどを必要に応じて用いるようにすればよい。
【００９３】
フレキシブルな第２の絶縁層２２としては、例えばポリイミド系樹脂フィルム、ポリエステル系樹脂フィルム、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂フィルムなどを用いるようにすればよい。
【００９４】
第３の絶縁層２３として例えばポリイミド系フィルム材料、ポリエステル系フィルム材料さらにはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などを採用することができる。このような絶縁性樹脂フィルムを用いることにより、この上に配設する配線層１３、１４をより微細なＬ／Ｓの厳しいパターンに形成することができる。またこれらの材料は誘電率が小さいので、配線を伝搬する信号波形に与える影響を小さくすることができ、高速動作するような半導体素子を搭載することができる。
第１の絶縁層２１、第２の絶縁層２２、第３の絶縁層２３の構成材料は、相互に十分な接合強度が得られるように組みあわせて用いることが好適である。
【００９５】
そして、配線層１１のビアランド１１ａと配線層１２のビアランド１２ａとは、第１の絶縁層２１を貫通するように配設された導電性ピラー３１により層間接続されている。同様に配線層１１のビアランド１１ａと配線層１４のビアランド１４ａとは、第３の絶縁層２３を貫通するように配設された導電性ピラー３２により層間接続されている。
なお、配線層１３のビアランド１３ａと配線層１４のビアランド１４ａとは、フレキシブルな第２の絶縁層２２を貫通するように配設されたビア３３により層間接続されている。ここではビア３３はレーザーにより形成したビアに導電性ペーストを充填して用いている。
【００９６】
リジッドな第１の絶縁層２１の両面に配設された配線層１１、１２のＬ／Ｓ比は、０．０５／０．０５ｍｍであり、ビアランド１１ａ、１２ａの径は約０．４ｍｍである。一方、フレキシブルな第２の絶縁層２２の両面に配設された配線層１３、１４のＬ／Ｓ比はであり、０．０３／０．０３ｍｍ、ビアランド１３ａ，１４ａの径は約０．２ｍｍである。このように配線層１３、１４は、配線層１１、１２と比べてより微細なパターンに形成されており、例えば接続端子の配設ピッチが非常に微細な半導体素子を搭載することができる。
【００９７】
また本発明の複合配線基板においては、配線層１１のビアランド１１ａと、配線層１４のビアランド１４ａとを、第３の絶縁層２３を貫通するように配設された導電性ピラー３１によって層間接続している。
なお、図１に例示した複合配線基板では、例えば配線層１１と配線層１２との間の層間接続ついても導電性ピラーによって行った例を示しているが、これらの配線層間の接続は例えばスルーホール接続など他の手法により行うようにしてよい。また、第２の絶縁層の両面の層間接続はレーザービアにより形成しているが、積層ビア（ｓｔａｃｋｅｄ ｖｉａ）など他の手法により層間接続を行うようにしてもよい。ただし、第３の絶縁層２３の両面に配置される配線層１１と配線層１４との層間接続については導電性ピラー３２を用いて形成する。
【００９８】
このように本発明の複合配線基板は、リジッドな第１の絶縁層２１の両面に配設された配線層１１、１２と、フレキシブルな第２の絶縁層２２の両面に配設された配線層１３、１４とを、第３の絶縁層２３および第１のビアランド１１ａと第２のビアランド１４ａとを層間接続する導電性ピラー３２とにより電気的および機械的に接続したものである。つまり、第３の絶縁層２３および導電性ピラー３２は、リジッド部とフレキシブル部を接続するためのインターフェース手段として機能している。すなわち、よりＬ／Ｓ（Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ：配線幅／配線間隔）のルールが厳しい微細配線層にはフレキシブル基板同様の構成を採用し、このフレキシブル基板を搭載する部分にはリジッド基板同様の構成として、これらのインターフェースを、第３の絶縁層と導電性ピラー３２による層間接続により構成している。
【００９９】
本発明の複合配線基板では、第１の絶縁層１１と第２の絶縁層２２とを直接積層したときに得られる接合強度と、第２の絶縁層２２と第３の絶縁層２３との接合強度とを比較すると、第２の絶縁層２２と第３の絶縁層２３とを接合して得られる接合強度が大きくなるように、その材質を選択するとともに、界面の状態を制御して積層している。
【０１００】
絶縁層の材質については、例えば図１に示した本発明の複合配線基板では、リジッドな第１の絶縁層２１としてＢＴレジンなどのビスマレイミド型ポリイミド樹脂を用いたプリプレグを、フレキシブルな第２の絶縁層２２としてポリイミドフィルムを用いている。そしてこれらの接合部である第３の絶縁層２３としてはエポキシ変性ポリイミドを用いたプリプレグにより構成している。
【０１０１】
リジッドな第１の絶縁層２１のガラス転移温度Ｔｇは約１７０〜１８０℃（ＤＳＣ法による）であり、熱膨張係数は、縦方向は約１３〜１５ｐｐｍ／℃、横方向は約１４〜１６ｐｐｍ／℃、厚さ方向は約５６ｐｐｍ／℃（α１）、約２６３ｐｐｍ／℃（α２）、約１２０ｐｐｍ／℃（５０〜２５０℃）である。フレキシブルな第２の絶縁層２２の熱膨張係数は、縦方向、横方向とも約２０〜２２ｐｐｍ／℃、厚さ方向は約２５ｐｐｍ／℃である。そして第３の絶縁層２３のガラス転移温度Ｔｇは約２３０〜２４０℃（ＤＭＡ法による）、約２２０〜２３０℃（ＴＭＡ法による）であり、熱膨張係数は、縦方向、横方向とも約１３〜１５ｐｐｍ／℃、厚さ方向は約５７ｐｐｍ／℃（α１）、約１５９ｐｐｍ／℃（α２）、約１５９ｐｐｍ／℃（５０〜２５０℃）である。 発明者らは、第３の絶縁層２３として、ポリイミド系のＢＴレジン、ＢＮ３００（（株）三井東圧製）を用いたプリプレグ、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）を用いたプリプレグなど各種材料を用いて図１に例示した構成と同様の複合配線基板を試作した。接合層である第３の絶縁層２３としてＢＴレジンなどのビスマレイミド型ポリイミド樹脂、ＰＰＥ樹脂を用いた場合には、第１の絶縁層２１と第３の絶縁層との接合強度には問題がなかったが、第２の絶縁層２２としてポリイミド系フィルム材料を用いた場合でもポリエステル系フィルム材料を用いた場合にも十分な接合強度を得ることができなかった。
【０１０２】
さらに、材質の選択に加えて、本発明の複合配線基板ではフレキシブルな第２の絶縁層２２と、これよりリジッドな第３の絶縁層２３との接合界面とは、接合強度が向上するように制御されている。
第２の絶縁層２２の、第３の絶縁層２３との接合面（配線層１４が配設された面）に、その表面自由エネルギーが、その反対側の面（配線層１３が配設された面）とよりも大きくなるように形成された改質層を有しており、表面のぬれ性が大幅に向上するように形成されている（図７参照）。したがって、第２の絶縁層２２の第３の絶縁層２３との接合強度を向上することができる。例えば、半導体素子を搭載する際の半田リフロー時など、大きな熱負荷がかかる場合でも第２の絶縁層２２と第３の絶縁層２３との密着性は損なわれることはなかった。また、例えばほぼサブミクロンオーダー以下の微小な凹凸形状を有するように、第２の絶縁層２２の第３の絶縁層と接合する表面を粗くするようにしてもよい。
このような改質層は、例えばポリイミドフィルムをアルカリ処理したり、プラズマアッシングすることにより形成することができる。
【０１０３】
なお、絶縁層の表面だけでなく配線層の表面についても、例えば黒化還元処理や、ＣＺ処理などにより、その粗さを大きくすることが好適である。
【０１０４】
このような構成を採用することにより、本発明の複合配線基板では、リジッド層とフレキシブル層との接合強度を大きく向上することができる。また、膜剥がれや膜ふくれなどの不良が極めて生じにくく配線基板の信頼性を向上することができる。
【０１０５】
（実施形態２）
図１の複合配線基板では、リジッドな第１の絶縁層２１と、この両面に配設された配線層１１、１２とからなるリジッド層と、フレキシブルな第２の絶縁層２２と、この両面に配設された配線層１３、１４とからなるフレキシブル層とを第３の絶縁層と導電性ピラー３２により接続した構成を例示したが、本発明はこれに限ることなく、第３の絶縁層が接続するリジッド層、フレキシブル層としてさらに多層の配線層を備えるようにしてもよい。
【０１０６】
図２は本発明の複合配線基板の構造の別の例を概略的に示す断面図である。
この複合配線基板は、４層の配線層１１、１２、１５、１６と３層の絶縁層２１ａ、２１ｂ、２１ｃとを有する多層のリジッド部１０１と、２層の配線層１３、１４を有するフレキシブル部１０２とを、第３の絶縁層２３と導電性ピラー３２とを有するインターフェース部１０３により電気的および機械的に接続したものである。
【０１０７】
前述したように、フレキシブル部１０２とインターフェース部１０３との接合界面は、その接合強度が向上するように形成されている。すなわち、第２の絶縁層２２と第３の絶縁層２３との接合界面、および配線層１４と第３の絶縁層との接合界面には例えば微小な凹凸形状が形成されたり、接触角１２０°以上の高いぬれ性を有するような改質層を有しており、これによりフレキシブル部１０２とよりリジッドなインターフェース部１０３とを強固に接合することができる。
【０１０８】
なおここでは、リジッド部１０１を構成する配線層１１、１２、１５、１６を導電性ピラー３１により層間接続した構成について説明しているが、例えば必要に応じてスルーホール接続など導電性ピラー以外の層間接続を採用することも可能である。ただし、前述したように導電性ピラーを採用することによって層間接続の配設密度を向上することができ、また生産性を向上することができるから、導電性ピラーを多く用いることが好適である。
【０１０９】
また、リジッド層１０１だけでなく、フレキシブル層１０２もさらに多層の配線層を備えるようにしてもよい。
【０１１０】
（実施形態３）
図３は本発明の半導体パッケージの構造の例を概略的に示す図である。
【０１１１】
この半導体パッケージは、図１に例示した本発明の複合配線基板１０に半導体素子４１をフリップチップ接続により搭載したＢＧＡパッケージである。
この半導体素子４１はベアチップであり、半導体素子に造りこまれた集積回路と接続して半導体素子上に配設された接続パッド４２を備えている。ここでは接続パッド４２は約０．３５ｍｍピッチで半導体素子４１の下面に９００個フルグリッドで配設されている。
【０１１２】
複合配線基板のフレキシブルな第２の絶縁層２２上に配設された配線層１３は、半導体素子４１の接続パッド４２と対向する位置に接続パッド１３ｂまたはビアランド１３ａを有している。
そして、半導体素子４１の接続パッド４２との間には例えばＰｂ／Ｓｎの半田などにより形成された導電性バンプ４３によりフリップチップ接続されている。
一方、複合配線基板の第２の面の配線層１２上には、半田ボール４４がグリッドアレイ状に配列するように設けられており、この半田ボール４４によりこの半導体パッケージはマザーボードなどの外部回路と接続される。なお４５はソルダーレジストである。
【０１１３】
この半導体パッケージを構成する配線基板は、例えば図１、図２に例示したような本発明の複合配線基板であり、リジッドな第１の絶縁層２１と、フレキシブルな第２の絶縁層２２と、これらを接続する第２の絶縁層２２よりリジッドな第３の絶縁層２３とを有している。半導体素子４１搭載面は、フレキシブルな第２の絶縁層２２と、この上に配設された配線層１３とにより構成されており、このため例えばＬ／Ｓ＝５０／５０μｍ以下のような微細なパターンで配設することができる。この例では、第２の絶縁層２２上に配設された配線層１３、１４は、Ｌ／Ｓ＝２５／２５μｍの極めて微細なルールで配設されている。
一方、第１の絶縁層に配設された配線層１２は、外部回路と容易に接続できるようにこれよりも緩く、Ｌ／Ｓ＝５０／５０μｍで設けられている。
そして、フレキシブル層の微細なパターンを有する配線層と、リジッド層の配線層との接続は、第３の絶縁層２３を貫通するようにビアランド１１、１４上に設けられた導電性ピラー３１により確立されている。前述のように導電性ピラー３１による層間接続ではスルーホールなどによる層間接続と比較して、第３の絶縁層２３のガラスクロスなどの損傷がずっと少ない。このため、層間接続の配設密度を向上して、より微細なパターンを有する配線層との層間接続を行うことができるのみならず、層間接続の信頼性を向上することができる。
なお第１の絶縁層２１の第２の面には、約１．０ｍｍピッチで９００個の半田ボールがフルグリッドに配設されている。
【０１１４】
このように本発明の複合配線基板では導電性ピラー３１により、例えばフレキシブル層に配設されたより微細なパターンとの層間接続に対応することができる。したがって、本発明の半導体パッケージではより集積度の高い、接続パッド４２の配設密度の高い半導体素子を搭載することができる。
【０１１５】
さらに、本発明の半導体パッケージでは、半導体素子の搭載面の配線層をより微細なパターンにできるだけでなく、第３の絶縁層２３として例えばポリイミド系フィルム材料、ポリエステル系フィルム材料さらにはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）系フィルム材料などの誘電率の低い材料を採用することにより、配線容量を低減し、配線を伝搬する信号の伝搬速度や波形に与える影響を小さくすることができる。したがって高速動作が必要な半導体素子などにも対応することができる。
【０１１６】
また、本発明の半導体パッケージでは、より集積度の高い半導体素子の搭載に対応したフレキシブル層を備えるだけでなく、このフレキシブル層をリジッド層に強固に接続している。このため、この半導体パッケージをマザーボード上に実装する際などにかかる熱的負荷、機械的負荷に対する信頼性が向上している。
【０１１７】
フィルムラミネート基板などではポリイミドなどの絶縁層が比較的大きな熱膨張係数を有するため、半田リフローや、実使用時などの熱負荷がかかったときに半田ボールの割れなどが生じやすい。これに対して本発明の半導体パッケージでは、リフローなどの熱負荷をかけてもこのような不良は生じなかった。
なお図３に例示した本発明の半導体パッケージでは、リジッド層の層間接続を絶縁層を貫通するように配設された導電性ピラーにより行い、フレキシブル層の層間接続はレーザービアにより行った例を説明したが、これ以外にもスルーホールやフォトビアなどの層間接続を必要に応じて用いるようにしてもよい。
【０１１８】
図９はフレキシブル層の層間接続にスルーホール接続３３ｂを用いて構成した本発明の半導体パッケージの別の例を概略的に示す図である。
この場合でも、リジッドな第１の絶縁層２１に配設された配線層１１と、フレキシブルな第２の絶縁層２２に配設された配線層１４との層間接続は導電性ピラー３２により行う構成となっている。
【０１１９】
（実施形態４）
つぎに本発明の複合配線基板の製造方法について説明する。
図４、図５は本発明の複合配線基板の製造方法の１例を説明するための図である。
ここでは、図１に例示した本発明の複合配線基板を例に取って説明する。
【０１２０】
まず、第１の絶縁層の両面に導体箔を張り合わせたリジッド層の基材として、両面銅張積層板を用意する。ここでは第１の絶縁層２１である厚さ１．２ｍｍのガラスクロスにビスマレイミド型ポリイミド樹脂を含浸させた第１の絶縁層の両面に、配線層１１、１２にパターニングされる厚さ３５μｍの電解銅箔を張り合わせた両面銅張積層板を用意した。ここではビスマレイミド型ポリイミド樹脂として、ＢＴレジン（三菱ガス化学（株）製）を用いた。これ以外にも例えばＰＰＥ、ＦＲ−４、高ＴｇＦＲ−４、各種接着せいボンディングシート、熱可塑性プラスティックフィルムなどビスマレイミド型ポリイミド樹脂以外の絶縁性樹脂を用いるようにしてもよい。この両面同張積層板は、あらかじめ定められた位置に後述するような方法により、導電性ピラー３１により層間接続部が形成しておいた。
【０１２１】
次いで、この第１の絶縁層２１に張り付けられた配線層１１、１２となる銅箔を、例えばフォトエッチングプロセスなどにより所定の配線パターンにパターニングした（図４（ａ））。
ここでは、銅箔上にスクリーン印刷で所定パターンのレジストを形成し、このレジストをマスクとして、塩化第２鉄溶液をエッチング液として、銅箔を選択的にエッチング除去した後、レジストを除去して、所定のパターンを有する配線層１１、１２に形成した。このとき、配線層１１、１２の回路パターンの一部としてビアランド１１ａ、１２ａも形成した。ビアランド１１ａ、１２ａは直径約０．４ｍｍの略円形に形成した。接続時の応力緩衝のためにビアランドの中央部に孔を形成するようにしてもよい。
【０１２２】
次に、第１の絶縁層２１の配線層１１のビアランド１１ａ上に略円錐形状を有する導電性ピラー３２を形成した（図４（ｂ））。
この導電性ピラー３１、３２は、例えばビアランド１１ａに対応する位置にピット５１を形成したメタルマスク５２を配置して、導電性樹脂５３をスクリーン印刷することにより形成することができる。図６（ａ）、図６（ｂ）は導電性ピラー３２をスキージ５４を用いたスクリーン印刷により形成する様子を説明するための図である。
メタルマスク５２は直径約０．２ｍｍの孔５１を穿設した厚さ約２５０μｍのステンレス鋼製のものを用いた。導電性樹脂５３としては、この例では、銀粉末をフィラーとしたフェノール樹脂系の導電性ペーストを用いたが、導体からなるフィラー、バインダー樹脂とも必要に応じて選択して用いればよい。印刷した導電性ペーストを乾燥処理した後、同一マスクを用い同一位置に印刷、乾燥する処理を３回繰り返た。さらに加熱して、ビアランド１１ａ上に略円錐形状を有する高さ約１５０μｍの導電性ピラー３２を形成した。
【０１２３】
導電性ピラー３１、３２の形状は、例えば、用いるマスクのピット径、厚さ、または印刷する導電性樹脂の粘性などの諸物性、さらに印刷回数などを調節することにより所望の形状に形成することができる。
【０１２４】
導電性ピラー３２を形成した後、第３の絶縁層２３を、第１の絶縁層２１の配線層１１を形成した側の面に、導電性バンプ３２が貫通して頭部が露出するように積層する（図４（ｃ））。
この例では、第３の絶縁層２３としては例えば厚さ約３０μｍのセミキュア状態（Ｂステージ）のエポキシ変性ポリイミド系樹脂シート（ＭＣＬ−Ｉ−６７１（日立ガラス（株）製））を用いた。この貫通工程はセミキュア状態の第３の絶縁層２３を加熱ながら柔らかくした状態で行うことが好適である。また、プレス時に、導電性バンプ３２を損傷しないように、例えば離型性のあるクッション材をかませて第１の絶縁層２１と第３の絶縁層２３との積層体をプレスするようにすることが好適である。
【０１２５】
さらに、第１の絶縁層と第３の絶縁層との積層体をプレス板で挟持して、第３の絶縁層２３から露出した導電性バンプ３２の頭部３２ａが圧潰するように塑性変型させる（図５（ｄ））。このとき、第３の絶縁層２３が硬化せずにセミキュア状態を維持するような温度、圧力条件でプレスを行うことが必要である。このプレスにより、導電性ピラー３１の頭部は第３の絶縁層２３の表面からわずかに頭部を露出するように塑性変型した。
【０１２６】
一方、第２の絶縁層２１の両面に導体箔を張り合わせたフレキシブル層の基材として、両面銅張ポリイミドフィルムを用意する（図５（ｅ））。
ここでは第２の絶縁層２２である厚さ約２５〜５０μｍのポリイミドフィルムの両面に、配線層１３、１４にパターニングされる厚さ約５〜３０μｍの電解銅箔を張り合わせた両面銅張ポリイミドフィルムを用意した。なお、この両面銅張ポリイミドフィルムには、レーザー加工、フォトエッチングプロセスなどによりビア径約２０〜３０μｍ程度の層間接続部３３が配設されている。配線層１３、１４となる銅箔のパターニングは、例えばフォトエッチングプロセスなど前述同様の方法でパターニングするようにすうればよい。ここでは、例えば集積度の高い半導体素子の搭載に対応することができるように、配線層１３、１４の配線ルールはＬ／Ｓ＝３０／３０μｍの配線ルールを有するパターンを形成した。またビアランド１３ａ、１４ａの径は約１００μｍ〜２００μｍに形成した。
ここでは第２の絶縁層２２としてポリイミドフィルムを用いたが、これ以外にも例えばポリエステル系、ＰＴＦＥ系など他の絶縁性樹脂フィルムを用いるようにしてもよい。
【０１２７】
そして、配線層１３、１４を形成した第２の絶縁層２２の第２の面、すなわち配線層１４を形成した側の面を、アルカリで処理することにより、その表面相を改質してぬれ性を向上させた。ここでは、ＮａＯＨの約１０ｗｔ％溶液により約３０秒程度処理することにより第２の絶縁層２２の一方の面のぬれ性を向上させた。
【０１２８】
このような構成を採用することにより本発明のフレキシブル基板は、例えばＢＴレジンや、ガラスエポキシ、エポキシ変性ポリイミドなどをガラスクロスなどの基材に含浸させたプリプレグとの密着性を向上することができる。
【０１２９】
この後、第１の絶縁層２１と第３の絶縁層２３との積層体と、第２の絶縁層２２とを、第２の絶縁層２２の第２の面に配設したビアランド１４ａと、第１の絶縁層２１の第１の面に配設したビアランド１１ａとが対向するように配置する。したがって、ビアランド１４ａは、ビアランド１１ａ上に配設された導電性ピラーの塑性変型した頭部と対向して配置される。
【０１３０】
そしてこれらの積層体を、配線層１２と配線層１３の外側からクッション材４６を介してプレス板４７により挟み込んで加熱しながら加圧する（図５（ｆ））。加熱と加圧により、第３の絶縁層２３は硬化してキュアし、Ｃステージに変化する。このとき、ビアランド１１ａ上に配設された略円錐形状の導電性ピラー３１は、対向する第２のビアランド１４ａとさらに塑性変型しながら接続する。
【０１３１】
ここで、プレスの際に用いる当て板４６としては、例えばステンレス板、真鍮板などの寸法変化や変形の少ない金属板や、ポリイミド樹脂板（シート）、ポリテトラフロロエチレン樹脂板（樹脂シート）な寸法変化や変形の少ない耐熱性樹脂板などを使用することが好適である。
【０１３２】
以上のような工程により、各配線層が導電性ピラーによる多数のビア接続を有する４層の多層複合配線基板が形成された。
この後、ソルダーレジスト加工、コンポーネントマスキング加工、また金メッキ、半田コーティングなどの表面仕上げ加工を必要に応じて行うようにしてもよい。
【０１３３】
このように製造した本発明の複合配線基板の配線回路の接続抵抗はフレキシブル部で約５ｍΩで、リジッド部で約１０ｍΩであった。この接続抵抗は、すべての導電性ピラーを銅箔からなる配線を介して直列に接続したときの抵抗に相当し、銅箔のパターン抵抗を考慮すると、導電性ピラー１本あたりの接続抵抗値の平均は約１ｍΩであった。
また、導電性ピラーのインダクタンスは、約０．００１ｎＨであり、一般的なＩＶＨのインダクタンス約０．０３ｎＨの約１／３０と極めて低いものである。また導電性ピラーの接続抵抗および銅箔のパターン抵抗ともバラツキが少ないものであった。さらにスタブがなくなることにより、高周波領域での信号遅延、損失が大幅に低減することができる。
【０１３４】
また、この複合配線基板を導電性ピラーの軸方向と平行な平面で切断して、層間接続部の状態を観察したところ、導電性ピラー３１とビアランド１１ａおよびビアランド１４ａは密に接続し、接合状態も良好であった。
【０１３５】
また、接合の際にビアランドにかかる応力は、主として導電性ピラーの塑性変形により緩和される。したがって、ビアランドを含む配線回路が破損しにくく、信頼性の高い層間接続を確立することができる。また、スルーホールによる層間接続を必要最小限に抑制することができるため、高密度実装に対応することができる。
【０１３６】
また本発明の多層配線基板の製造方法によれば、導電性ピラーを用いた多層配線基板の製造方法の高い生産性を保ちながら、特に高密度配線の層間接続の接続不良の発生を抑制し、さらに生産性を向上することができる。
【０１３７】
なおここでは、導電性ピラー３２を、ビアランド１１ａ上に形成して層間接続した例を示したが、導電性ピラー３２は例えばビアランド１２ａ上に形成するようにしてもよい。この場合には、セミキュア状態の第３の絶縁層２３は、まず第２の絶縁層２２の導電性ピラー３２を形成した面に積層するようにしてもよい。さらに、ビアランド１１ａビアランド１２ａの両方に配設するようにしてもよい。この場合には導電性ピラー３２の接合工程と、導電性ピラー３２による第３の絶縁層の貫通工程は同時に行うようにしてもよい。
【０１３８】
（実施形態５）
ここで、第２の絶縁層２２の第３の絶縁層２３との接合面の改質方法について説明する。
【０１３９】
実施形態４で説明した本発明の複合配線基板では、配線層１３、１４を形成した第２の絶縁層２２の第２の面すなわち配線層１４を形成した側の面を、アルカリで処理することにより、その表面相２２ａを改質してぬれ性を向上させた。
【０１４０】
ここでは、ＮａＯＨの約１０ｗｔ％溶液により約３０秒程度処理することにより第２の絶縁層２２の一方の面のぬれ性を向上させている。
【０１４１】
図７は改質された第２の絶縁層の表面２２ａの様子の例を説明するための図である。図７（ａ）は改質された表面２２ａの様子を拡大して模式的に示す図であり、また図７（ｂ）、図７（ｃ）は改質工程の前後における第２の絶縁層２２の表面２２ａに対する水滴の接触角度を模式的に示す図である。
図７（ａ）は、例えばブラスト加工などにより第２の絶縁層２２の表面２２ａを物理的に処理して、表面に凹凸形状を形成した例である。この場合には例えば、ＳＥＭで観察される程度の数ミクロン〜サブミクロンオーダーの微小な凹凸形状が第２の絶縁層２２の表面２２ａに形成されたいた。
【０１４２】
一方、アルカリ処理やプラズマアッシングによりその表面２２ａ形成される凹凸は実際にはＳＥＭ像でも観察されない程度の非常に微細なものであった。しかしながら、以下に説明するようにそのぬれ性は顕著に向上しており、その表面の自由エネルギーは大きくなっていた。なおアルカリ処理後の第２の絶縁層２２の表面２２ａにはわずかなＣａイオンがトラップされているのが見出だされた。 図７（ｂ）、図７（ｃ）からもわかるように、この改質処理の前後では水に対するぬれ性は顕著に向上していた。処理前の水滴の接触角θは６０°よりも小さかったが（図７（ｂ））、処理後では接触角θは約１２０°より大きくなっていた（図７（ｃ））。これは表面が改質され、その自由エネルギーが増大したことを意味する。
【０１４３】
図７（ｂ）の状態の第２の絶縁層２３を用いて、図４、図５で説明した方法と同様の製造方法で本発明の複合配線基板を製造したところ、第２の絶縁層２２と第３の絶縁層２３との接合強度が十分に得られず、熱負荷を周期的に印加する耐熱試験を行ったところ、この界面に剥離や膨れなどの不良が見出だされた。図７（ｃ）の状態の第２の絶縁層２３では、このような不良は見出だされなかった。このような構成を採用することにより本発明のフレキシブル基板は、例えばＢＴレジンや、ガラスエポキシ、エポキシ変性ポリイミドなどをガラスクロスなどの基材に含浸させたプリプレグとの密着性を向上することができる。
【０１４４】
第２の絶縁層２２の第３の絶縁層２３との接合面の改質は、ｗｅｔな手法であるアルカリ処理に限らず、プラズマアッシングやコロナ放電などｄｒｙな手法により行うようにしてもよい。
【０１４５】
発明者らは、排気系と１対の平行平板電極を配設したチャンバ内の、電極の一方に配線層１３、１４を配設した第２の絶縁層２２を第２の面が露出するように載置し、チャンバ内を減圧して電極に高周波を印加して電極間にプラズマを生成した。プラズマにより第２の絶縁層２２の表面のぬれ性は大きく向上し、水滴の接触角は１２０°よりも大きくなった。この手法は、特に第２の絶縁層２２としてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）系の絶縁性樹脂フィルム材料を用いる場合にも効果的であった。
【０１４６】
（実施形態６）
図８は本発明のフレキシブル基板の構造の例を概略的に示す図である。
【０１４７】
このフレキシブル基板６１は、例えばポリイミド系樹脂フィルム、ポリエステル系樹脂フィルム、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）系樹脂フィルムなどからなる絶縁層６２と、この絶縁層の両面に配設された配線層６３、６４とを有している。そして、この絶縁層６２の少なくとも一方の面は、その水滴に対する接触角度が約１２０°以上になるように改質された改質層６２ａを有している（図７参照）。
【０１４８】
ここでは配線層６３と配線層６４とは、配線パターンの一部として形成されたビアランド６３ａ、６４ａとレーザービアに導電性ペーストを充填したビア６５により層間接続しているが、スルーホール接続を用いて層間接続するようにしてもよいし、またフォトビアを用いて層間接続するようにしてもよい。
【０１４９】
このような改質層６２ａは、例えば上述したようなアルカリで処理や、プラズマアッシングにより形成することができる。ここでは、ＮａＯＨの約１０ｗｔ％溶液により約３０秒程度処理することにより絶縁層６２の一方の面６２ａのぬれ性を向上させている。
【０１５０】
このような改質層を有する本発明のフレキシブル基板は、例えば他のフレキシブルな絶縁層や、ＢＴレジンや、ガラスエポキシ、エポキシ変性ポリイミドなどを用いたリジッドな絶縁層と積層する際に、その接合強度を向上することができる。したがって、フレキシブル基板を多層化したりまた上述のようにリジッド基板と積層して複合配線基板を製造する際に、十分な接合強度を得ることができる。このため、熱負荷や機械的な負荷などに耐性の高い、信頼性の高い配線基板を形成することができる。
【０１５１】
（実施形態７）
図１５は本発明の複合配線基板の構造の例を概略的に示す図である。
【０１５２】
この複合配線基板１０は配線層１１、１２、１３、１４の４層の配線層を有した多層配線基板である。配線層１１と配線層１２との間はリジッドな第１の絶縁層２１により絶縁され、配線層１３と配線層１４との間はフレキブルな第２の絶縁層２２により絶縁され、配線層１１と配線層１４との間は第２の絶縁層よりリジッドな第３の絶縁層２３により絶縁されている。
配線層１１、１２、１３、１４は、その配線パターンの一部としてランド部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａを有している。
【０１５３】
配線層１１、１２、１３、１４は、例えば銅箔等の導電性金属箔をパターニングして形成されている。
また、第１の絶縁層２１はＢＴレジンをガラスクロスに含浸させたプリプレグにより、第２の絶縁層２２はポリイミドフィルムにより、第３の絶縁層はエポキシ変性ポリイミドをガラスクロスに含浸させたプリプレグによりそれぞれ構成されている。すなわち、第１の絶縁層２１と第３の絶縁層２３とはリジッド材料から構成され、第２の絶縁層２２はフレキシブル材料から構成されている。
【０１５４】
このように本発明の複合配線基板は、リジッドな第１の絶縁層２１の両面に配設された配線層１１、１２と、フレキシブルな第２の絶縁層２２の両面に配設された配線層１３、１４とを、第３の絶縁層２３および第１のビアランド１１ａと第２のビアランド１４ａとを層間接続する導電性ピラー３２とにより電気的および機械的に接続したものである。つまり、第３の絶縁層２３および導電性ピラー３２は、リジッド部とフレキシブル部を接続するためのインターフェース手段として機能している。すなわち、よりＬ／Ｓ（Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ：配線幅／配線間隔）のルールが厳しい微細配線層にはフレキシブル基板同様の構成を採用し、このフレキシブル基板を搭載する部分にはリジッド基板同様の構成として、これらのインターフェースを、第３の絶縁層と導電性ピラー３２による層間接続により構成している。
そして本発明の複合配線基板では、リジッドな基板とフレキシブルな基板との間のインターフェースを、第１の絶縁層２１から第３の絶縁層２３側に凸型に配設された第１のビアランド１１ａと、第２の絶縁層２２から第３の絶縁層２３側に凸型に配設された第２のビアランド１４ａと、これらを接続する導電性ピラー３２とにより構成している。第１のビアランド１１ａ、第２のビアランド１４ａとを凸型に配設することにより、導電性ピラー３２の高さを小さくすることができる。
したがって、例えば外周綿が略単双曲面形状を有する導電性ピラー３２の径を小さくすることができ、配線密度を向上することができる。
またこのような導電性ピラーは、例えばビアランド上へ複数回のスクリーン印刷を行うことなどにより形成することができるが、径に対する高さの比が大きい導電性ピラー３２を形成するためには印刷回数を多くする必要がある。本発明の配線基板では導電性ピラーの高さがより低くできるので、導電性ピラー３２の形成に要する印刷の回数が少なくなり、生産性を大きく向上することができる。
【０１５５】
（実施形態８）
図１６は本発明の複合配線基板の構造の例を概略的に示す図である。
この例では、複数のフレキシブルな配線基板を絶縁性樹脂層と導電性ピラーとにより多層化した複合配線基板について説明する。
【０１５６】
この複合配線基板１００は、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルな絶縁材料を絶縁層１０１、１０２として用いた２枚のフレキシブル基板を、例えば前述した第３の絶縁層のような絶縁性樹脂層１０３と導電性ピラー１０７とにより電気的、機械的に接続したものである。
【０１５７】
絶縁層１０１の第１の面には第１のビアランド１０６ａを含む配線層１０６が形成され、第２の面には第２のビアランド１０６ｂを含む配線層１０６ｗが配設されている。
絶縁層１０２の第１の面には第１のビアランド１０４ａを含む配線層１０４が形成され、第２の面には第２のビアランド１０４ｂを含む配線層１０４ｗが配設されている。
【０１５８】
絶縁層１０１の第１のビアランド１０６ａと第２のビアランド１０６ｂとの間、また絶縁層１０２の第１のビアランド１０４ａと第２のビアランド１０４ｂとの間、およびはレーザー照射やフォトエッチング工程により形成された孔に導電性ペーストの印刷やメッキ糖により導電性物質１０５を充填して層間接続を確立している。
【０１５９】
そしてこれらの２つのフレキシブル基板は、絶縁性樹脂層１０３と導電性ピラー１０７とにより電気的、機械的に接続されいるが、本発明の複合配線基板では絶縁層１０１の第１の面に配設された第１のビアランド１０６ａと、絶縁層１０２の第２の面に配設されたビアランド１０４ｂとが、どちらも絶縁性樹脂層１０３側に凸型に突出して配設されている。
このような構成を採用することにより、第１のビアランド１０６ａおよび第２のビアランド１０４ｂと導電性ピラー１０７との接続面がどちらも絶縁性樹脂層側に突出しており、第１のビアランド１０６ａまたは第２のビアランド１０４ｂの少なくともいずれか一方が絶縁性樹脂層１０３側に凸型に突出していない場合と比較して、導電性ピラー１０７の高さをより低減することができる。
したがって、導電性ピラー１０７の径をより細くすることができまた同じ径であれば接続の信頼性をより高いものとすることができる。
特に導電性ピラー１０７の径を細くすることができるので、導電性ピラー１０７の配設密度をより高めることができ、よりＬ／Ｓの微細な高密度実装に適した配線基板を実現することができる。このようにフレキシブル基板どうしを絶縁性樹脂層と導電性ピラーとにより接続する構成では、微細なＬ／Ｓに対応できるというフレキシブル基板の特徴を生かしたまま容易に多層化を図ることができる。また絶縁層１０１、１０２としてポリイミドやテフロンなどの比誘電率が小さい絶縁性材料を用いることができるため、接続端子の配設密度が高く、高速動作が必要な半導体素子を搭載する配線基板などにも好適に対応することができる。
【０１６０】
また導電性ピラー１０７の高さをより低くすることができるので、例えばスクリーン印刷を繰り返して導電性ピラー１０７を形成する場合などの印刷回数を低減することができる。したがって導電性ピラー１０７を層間接続に用いた配線基板製造の生産性を向上することができる。
【０１６１】
上述の例ではリジッド基板とフレキシブル基板とを多層化する構成、フレキシブル基板とフレキシブル基板とを多層化する構成を例にとって説明したが、本発明の配線基板では、絶縁性樹脂層と導電性ピラーとにより接続される複数の基板はどのようなものであってもよい。例えばリジッドな基板（じ樹脂基板およびセラミック基板等）どうしを組み合わせるようにしてもよい。
【０１６２】
（実施形態９）
図１７は本発明の半導体装置の構成の例を概略的に示す図であり、図１６に例示した本発明の複合配線基板１００上に半導体素子１１０を導電性バンプ１１１を用いたフリップチップ接続により搭載した半導体パッケージの構成を示している。
絶縁層１０２の第１の面に配設されたビアランド１０４ａと、半導体素子１１０の搭載面に配設された接続端子１１０ａとを半田、金などからなる導電性バンプ１１１ａにより接続している。
【０１６３】
本発明の複合配線基板では導電性ピラー１０７の径を細くすることができるので、導電性ピラー１０７の配設密度をより高めることができ、例えば集積度の高い半導体素子のようなＬ／Ｓの微細な配線基板を実現することができる。また絶縁層１０１、１０２としてポリイミドやテフロンなどの比誘電率が小さい絶縁性材料を用いることができるため、接続端子の配設密度が高く、高速動作が必要な半導体素子を搭載する配線基板などにも好適に対応することができる。
【０１６４】
（実施形態１０）
図１８は本発明の複合配線基板の製造方法の例を説明するための図である。
ここではＰＴＨにより層間接続を形成した２枚のリジッドな配線基板を。絶縁性樹脂層と導電性ピラーとにより多層化する例について説明する。
【０１６５】
まず、両面銅張板などの配線基板２０１、２０２に従来同様に穴明け・メッキ法によってＰＴＨ２０１ｈ、２０２ｈを形成し、導体層をパターニングして回路形成を行う（図１８（ａ））。
このときスルーホール２０１ｈ、２０２ｈの内部には導電性物質を充填するようにしてもよいし、絶縁性樹脂を充填するようにしてもよい。また空隙のまま放置しておいてもよい。ただし、導電性ピラー１０７をＰＴＨ２０１ｈまたは２０２ｈ上に配設する場合にはＰＴＨをふさぐ方が好ましい。
【０１６６】
ここでは配線基板２０１、２０２ともに両面銅張板を用いた例を説明するが、もちろんこれらの配線基板はそれぞれ多層（３層以上）であってもよいし、フレキシブル配線板であってもよい。また配線基板２０１、２０２の回路パターンは両面パターニング済みの状態でもよいし、将来内層となる部分のみでももちろんよい。
【０１６７】
この後上述のように準備した配線基板２０１、２０２の配線パターンの表面処理を行う。ここでの処理は黒化還元処理、メック社製ＣＺ処理、アルカリ処理、酸洗処理などが考えられ、これらを組み合わせて実施してももちろんよい。
【０１６８】
次に、配線基板２０１のの所定の配線パターンの一部であるビアランド２０３上に略円錐形状の導電性ピラー１０７をスクリーン印刷などにより形成する。
そして導電性ピラー１０７を配設した面の全面にプリプレグ１０３を融着させ、導電性ピラーをプリプレグ１０３に貫通させる。
ここで用いるプリプレグの材質は、例えばＦＲ−４、高ＴｇＦＲ−４、ＢＴレジン、ＰＰＥあるいは各種接着性ボンディングシート、熱過疎性（プラスチック）フィルムなどが考えられる。特にフレキシブル基板と通常の樹脂基板の双方に対して十分な接合強度を得るためには、エポキシ変成ポリイミドを用いることが好適である。
さらに、プリプレグ１０３から露出した略円錐形状を有する導電性ピラー１０７の頭部を、導電性ピラー１０７の軸方向にプレスして塑性変形させる（図１８（ｂ））。
【０１６９】
その後、もう一方の配線基板２０２を位置合わせをしてセットアップし、加圧・加熱により積層一体化する。この時の両配線基板の両面とも回路形成されている場合は、将来外層となる回路を保護する目的で積層用のプレス板との間に、いわゆるクッション材を挟むことが好ましい。
この加熱、加圧により導電性ピラー１０７はさらに塑性変形してビアランド２０４と電気的に接続する。またセミキュア状態のプリプレグ１０３は硬化してリジッドなＣステージになる。
【０１７０】
なお、外層となる回路が形成されていない場合はこの後に従来法により回路をパターニングするようにすればよい。
【０１７１】
さらに必要に応じてソルダーレジスト加工、コンポーネントマーキング加工、導体表面仕上げ（金めっき、はんだコーティング）を施すことにより本発明の複合配線基板が完成する。
なお上述の例では２枚の配線基板を組み合わせた例について説明したが、絶縁性樹脂層１０３と導電性ピラー１０７とによりさらに多層化を図るようにしてもよい。
【０１７２】
上述のような多層化を完了した後の断面構造としては、２枚の配線基板２０１、２０２の間の絶縁層間の厚さ（絶縁層１０３の厚さの最大部分）が約５０〜８０μｍ、ビアランド２０３、２０４を含む導体層の厚さを約１０μｍとした場合、ビアランド２０３とビアランド２０４との間隙は約３０〜６０μｍとなる。
このときの導電性ピラー１０７の仕上がり高さも約３０〜６０μｍとなり、従来に比べて低くなる。この場合導電性ピラー１０７の径を約１００μｍ〜約３００μｍ程度に設定することができ、高密度実装に対応することができる。
【０１７３】
（実施形態１１）
図１９、図２０は本発明の複合配線基板の構成の例を概略的に示す図である。
この複合配線基板３００は、フレキシブルな配線基板３０１の一部の領域（第１の領域）にリジッド層３０２が一体的に配設されたものである。
【０１７４】
フレキシブルな配線基板３０１とリジッド層３０２とは硬化したプリプレグなどの絶縁性樹脂層３０２ｉと導電性ピラー１０７とを介して電気的、機械的に接続している。
【０１７５】
すなわち、フレキシブルな絶縁層３０１ｉの第１の面に配設されたビアランド３１１ａと、リジッド層３０２のビアランド３１２ａとは導電性ピラー１０７により層間接続されている。
一方フレキシブルな配線基板３０１の両面の配線層３１１ｗ、３１３ｗの相互の層間接続は上述同様、レーザ照射や、フォトエッチングプロセスにより形成した孔３０１ｈに導電性物質を充填したり、メッキしたりして確立している。
【０１７６】
なお、この例ではリジッドな絶縁性樹脂層３０２ｉを配設する領域は２個所にしているが１個所でもよく、さらに３個所以上に配設するようにしてもよい。
【０１７７】
このような構成を採用することにより、配線基板の一部の領域だけに可とう性を与えたり、一部の領域だけに硬度を与えたりすることができる。そして、本発明の配線基板では絶縁性樹脂層３０２ｉを介した層間接続を導電性ピラー１０７により行っているために、高い配線密度にも対応することができる。このときにも前述したように、導電性ピラー１０７の高さが絶縁性樹脂層の厚さよりも小さくなるようにビアランドを凸型に配設するようにすればよい。
このような構成を有する本発明の複合配線基板は、例えば携帯電話や、携帯型ＶＴＲ、ノート型パーソナルコンピュータのような各種携帯型情報機器を初めとして、高い実装密度が求められる電子機器の配線基板として特に好適に用いることができる。
【０１７８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、異種または同種の複数の配線基板を組み合わせて多層化した複合配線基板において、配線密度を高くし、接続信頼性を向上し、さらに生産性も向上することができる。
また本発明の複合配線基板によれば、絶縁性樹脂層と導電性ピラーとにより複数のフレキシブルば配線基板を高い生産性で多層化することができる。
【０１７９】
また本発明の複合配線基板によれば、リジッド層とより微細な配線パターンを形成することができるフレキシブル層とを、導電性ピラーを用いて層間接続することにより機械的接続および電気的接続の信頼性を向上するとともに、その生産性を向上することができる。
また、リジッド層とフレキシブル層との電気的な接続に導電性ピラーを採用することにより、層間接続の配設密度を向上することができる。これにより例えば、集積度の高い半導体素子を搭載するための微細な配線パターンを有するフレキシブル層をリジッド層とを高い信頼性で接続することができる。
また、リジッドな絶縁層とフレキシブルな絶縁層との接合強度を向上することができ、複合配線基板の熱的負荷や機械的負荷に対する信頼性を大きく向上することができる。
【０１８０】
また本発明の半導体装置によれば、集積度が高く、接続端子の配設密度が高い半導体素子を搭載することができ、小型でかつ薄型の半導体装置を得ることができる。さらに、また本発明によれば、集積度の高い半導体素子を搭載するとともに、マザーボードとの接続信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０１８１】
また本発明によれば多層化に適したフレキシブル配線基板を提供するができ、特にリジッド配線基板や、他のフレキシブル基板との接合強度の高いフレキシブル配線基板を提供することができる。
【０１８２】
また本発明によれば、特にリジッド配線基板とフレキシブル配線基板とを、高い信頼性で電気的、機械的に接続することができる。また、フレキシブル基板と、リジッド基板との接合強度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合配線基板の構造を概略的に示す断面図。
【図２】本発明の複合配線基板の構造の別の例を概略的に示す断面図。
【図３】本発明の半導体パッケージの構造の例を概略的に示す図。
【図４】本発明の複合配線基板の製造方法の例を説明するための図。
【図５】本発明の複合配線基板の製造方法の例を説明するための図（図４の続き）。
【図６】導電性ピラーをスクリーン印刷により形成する様子を説明するための図。
【図７】改質された第２の絶縁層の表面の様子を説明するための図。
【図８】本発明のフレキシブル基板の構造の例を概略的に示す図。
【図９】本発明の半導体パッケージの構造の例を概略的に示す図。
【図１０】ビルドアップ基板の構造の例を概略的に示す断面図。
【図１１】フィルムラミネート基板の構造の例を概略的に示す断面図。
【図１２】フィルムラミネート基板の構造の例を概略的に示す断面図。
【図１３】従来の多層フレキシブル基板の製造方法を説明するための図。
【図１４】従来の多層フレキシブル基板の製造方法を説明するための図。
【図１５】本発明の複合配線基板の構造の例を概略的に示す図。
【図１６】本発明の複合配線基板の構造の例を概略的に示す図。
【図１７】本発明の半導体装置の構成の例を概略的に示す図。
【図１８】本発明の複合配線基板の製造方法の例を説明するための図。
【図１９】本発明の複合配線基板の構成の例を概略的に示す図。
【図２０】本発明の複合配線基板の構成の例を概略的に示す図。
【符号の説明】
１１、１２、１３、１４、１５、１６………配線層
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａ………ビアランド
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ………第１の絶縁層
２２…………第２の絶縁層
２２ａ………改質された表面
２３…………第３の絶縁層
３１、３２………導電性ピラー
３３…………ビア
３３ｂ………スルーホール
４１…………半導体素子
４２…………接続パッド
４３…………導電性バンプ
４４…………半田ボール
４５…………ソルダーレジスト
４６…………クッション材
４７…………プレス板
５１…………ピット
５２…………マスク
５３…………導電性ペースト
５４…………スキージ
６１…………フレキシブル基板
６２…………絶縁性フィルム
６２ａ………改質された表面
６３、６４………配線層
６５…………ビア
１０１…………リジッド部
１０２…………フレキシブル部
１０３…………インターフェース部

Claims (9)

1. 第１の面と第２の面とを有し、前記第１の面に第１のビアランドを有する第１の配線層が配設されたビスマレイミド型ポリイミド樹脂からなるリジッドな第１の絶縁性樹脂層と、
   第１の面と第２の面とを有し、前記第２の面に第２のビアランドを有する第２の配線層が配設され、前記第１の絶縁性樹脂層よりも可撓性の大きいポリイミドフィルムからなる第２の絶縁性樹脂層と、
   前記第１の絶縁性樹脂層の第１の面と前記第２の絶縁性樹脂層の第２の面とに挟持され、前記第１の絶縁性樹脂層に対する接合強度および前記第２の絶縁性樹脂層に対する接合強度が、前記第１の絶縁性樹脂層と前記第２の絶縁性樹脂層とを接合させたときの接合強度よりも大きくなるよう選ばれたエポキシ変性ポリイミドからなる第３の絶縁性樹脂層と、
   前記第３の絶縁性樹脂層を貫通するように配設され、前記第１のビアランドと前記第２のビアランドとを接続する導電性ピラーと
   を具備していることを特徴とする複合配線基板。
2. 前記第２の絶縁層の前記第２の面の表面粗さは前記第１の面の表面粗さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の複合配線基板。
3. 前記第２の絶縁層の前記第２の面の水滴に対する接触角度は約６０°よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の複合配線基板。
4. 第１の面に第１のビアランドとビスマレイミド型ポリイミド樹脂からなる第１の絶縁性樹脂層とを有するリジッドな第１の基板の前記第１のビアランド上に略円錐形状を有する第１の導電性ピラーを形成する工程と、
   第２の面にポリイミドフィルムからなる第２の絶縁性樹脂層と第２のビアランドとを有するフレキシブルな第２の基板を用意するとともに、前記第２の基板の前記第２の面に露出した前記第２の絶縁性樹脂層の表面の自由エネルギーが大きくなるように前記第２の基板の前記第２の面を改質する工程と、
   前記第１の基板と、前記第２の面を改質する工程を経た前記第２の基板とを、前記第１のビアランドと前記第２のビアランドとがエポキシ変性ポリイミドからなるセミキュア状態の第３の絶縁性樹脂層を介して対向するように配置する工程と、
   前記導電性ピラーの頭部が塑性変形して前記第２のビアランドと接合するように前記第１の基板と前記第２の基板とをプレスする工程と
   を有することを特徴とする複合配線基板の製造方法。
5. 第１の面に第１のビアランドとビスマレイミド型ポリイミド樹脂からなる第１の絶縁性樹脂層とを有するリジッドな第１の基板の前記第１のビアランド上に略円錐形状を有する第１の導電性ピラーを形成する工程と、
   第２の面にポリイミドフィルムからなる第２の絶縁性樹脂層と第２のビアランドとを有するフレキシブルな第２の基板を用意するとともに、前記第２の基板の前記第２の面に露出した前記第２の絶縁性樹脂層の表面の自由エネルギーが大きくなるように前記第２の基板の前記第２の面を改質する工程と、
   前記第１の基板の第１の面に、前記第１の導電性ピラーが貫通して頭部が露出するようにエポキシ変性ポリイミドからなるセミキュア状態の第３の絶縁性樹脂層を積層する工程と、
   前記第３の絶縁性樹脂層から露出した前記導電性ピラーの頭部をこの導電性ピラーの中心軸方向に加圧して塑性変形させる工程と、
   前記第１の基板と、前記第２の面を改質する工程を経た前記第２の基板とを、前記第１の導電性ピラーの頭部と前記第２のビアランドとが対向するように配置する工程と、
   前記第１の導電性ピラーの頭部が塑性変形して前記第２のビアランドと接合するように前記第１の基板と前記第２の基板とをプレスする工程と
   を有することを特徴とする複合配線基板の製造方法。
6. 第１の面に第１のビアランドとビスマレイミド型ポリイミド樹脂からなる第１の絶縁性樹脂層とを有するリジッドな第１の基板の前記第１のビアランド上に略円錐形状を有する第１の導電性ピラーを形成する工程と、
   第２の面にポリイミドフィルムからなる第２の絶縁性樹脂層と第２のビアランドとを有するフレキシブルな第２の基板を用意するとともに、前記第２の基板の前記第２の面に露出した前記第２の絶縁性樹脂層の表面の自由エネルギーが大きくなるように前記第２の基板の前記第２の面を改質する工程と、
   前記第２の面を改質する工程を経た前記の前記第２のビアランド上に略円錐形状を有する第２の導電性ピラーを形成する工程と、
   前記第１の基板の第１の面と前記第２の基板の第２の面とを、前記第１のビアランドと前記第２のビアランドとがエポキシ変性ポリイミドからなるセミキュア状態の第３の絶縁性樹脂層を介して対向するように配置する工程と、
   前記第１の導電性ピラーと前記第２の導電性ピラーとが塑性変形して接合するように前記第１の基板と前記第２の基板とをプレスする工程とを有することを特徴とする複合配線基板の製造方法。
7. 前記改質する工程は、前記第２の絶縁性樹脂層の前記第２の面の水滴に対する接触角度が約６０°よりも大きくなるように改質することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の複合配線基板の製造方法。
8. 前記改質する工程は、前記第２の基板の前記第２の面をアルカリ洗浄することにより改質することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の複合配線基板の製造方法。
9. 前記改質する工程は、前記第２の基板の前記第２の面をプラズマアッシングすることにより改質すること特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の複合配線基板の製造方法。

Images