JP4132042B2 - 配線基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント配線基板として、例えばガラスクロス等の耐熱繊維基材にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、アリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた絶縁層を複数積層して成る絶縁基板の表面および絶縁層間に銅箔から成る配線導体層を配設するとともに絶縁層を挟んで上下に位置する配線導体層同士を金属粉末および樹脂を含有する貫通導体により接続して成るプリント配線基板が知られている。
【０００３】
また、このプリント配線基板を用いてビルドアップ配線基板を製作することも行なわれている。その場合、プリント配線基板の表面に配線導体層から成る接続パッドを設け、さらにその上に接続パッドの中央部を露出させる開口部を有する絶縁樹脂層を積層するとともに絶縁樹脂層の表面および開口部内に接続パッドに電気的に接続された配線導体膜をめっき法により形成し、さらにその上に次層の絶縁樹脂層および次層の配線導体膜を順次積層していくことによりビルドアップ配線基板が製作される。
【０００４】
なお、このプリント配線基板においては、例えば貫通導体を構成する金属粉末中に錫を含有させ、その錫を配線導体層に固相拡散させて配線導体層における貫通導体との接続部に錫の拡散層を形成し、その錫の拡散層を介して貫通導体と配線導体層とを電気的に接続することにより、金属粉末および樹脂を含有する貫通導体と銅箔から成る配線導体層との電気的な接続信頼性を良好とすることが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−１１０２４３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように錫の拡散層を介して貫通導体と配線導体層とを電気的に接続したプリント配線基板を用いてビルドアップ配線基板を製作した場合、貫通導体に接続された接続パッドの中央部を露出させる絶縁樹脂層の開口部内にめっき法による配線導体膜を良好に被着することができないことがあり、そのため銅箔から成る接続パッドとめっき法による配線導体膜との電気的な接続信頼性が低いという問題点を有していた。
【０００７】
そこで、本発明の発明者は鋭意研究の結果、接続パッドに形成された錫拡散層に含有される錫が配線導体膜用の銅めっきの被着に悪影響を及ぼしていると考え、本発明を完成するに至った。本発明の目的は、貫通導体に接続された接続パッドとそのパッドに接続された配線導体膜との電気的な接続信頼性に優れる配線基板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、複数の絶縁層を積層して成る絶縁基板と、該絶縁基板の表面に配設された銅箔から成る接続パッドと、錫を７０〜９０質量％含有するとともに前記絶縁層を貫通して前記接続パッドに電気的に接続された貫通導体と、前記絶縁基板の表面に積層されているとともに前記接続パッドの中央部を露出させる開口部を有する絶縁樹脂層と、前記接続パッドに接続するように前記絶縁樹脂層の表面および前記開口部の内面に被着された銅めっきから成る配線導体膜とを具備して成る配線基板であって、前記接続パッドは、前記貫通導体に接続される面に錫が前記銅箔中に拡散して成る錫拡散層が形成されているとともに、該錫拡散層と前記配線導体膜との間に厚みが２μｍ以上の前記銅箔の層が介在しており、該銅箔の層の前記配線導体膜との接続面がエッチング除去後の面であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の配線基板は、接続パッドが貫通導体に接続される面に形成された錫拡散層と接続パッドに接続する銅めっきから成る配線導体膜との間に厚みが２μｍ以上の銅箔の層が介在していることから、錫拡散層の錫が配線導体膜用の銅めっきの被着を妨げることが有効に防止され、その結果、接続パッドを露出させる開口部内に銅めっきから成る配線導体膜が良好に被着されて接続パッドとその上の銅めっきから成る配線導体膜との電気的な接続信頼性に優れる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の配線基板を添付の図面に基づいて説明する。図１は、本発明の配線基板を半導体素子等の電子部品を実装するために用いられる配線基板に適用した場合の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は絶縁基板、２は配線導体層、３は接続パッド、４は貫通導体、５は絶縁樹脂層、６は配線導体膜であり、主にこれらで本発明の配線基板が構成される。
【００１１】
絶縁基板１は、ガラスクロスやアラミド不織布等の繊維基材にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、アリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた厚みが５０〜１５０μｍ程度の絶縁層１ａを複数層積層して成る。この絶縁基板１は、ガラスクロスやアラミド不織布等の繊維基材にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、アリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂の前駆体を含浸させた未硬化の絶縁シートを複数枚重ねるとともに、それらの絶縁シートを上下から加圧しながら加熱して絶縁シート中の熱硬化性樹脂の前駆体を熱硬化させることにより得られる。
【００１２】
この絶縁基板１の表面および各絶縁層１ａの間には銅箔から成る配線導体層２が配設されており、さらに各絶縁層１ａの上面から下面にかけては金属ペーストを硬化させて成る貫通導体４が配設されている。なお、配線導体層２の一部は貫通導体４に接続するための接続パッド３を形成しており、この接続パッド３に貫通導体４を接続することにより絶縁層１ａを挟んで上下に位置する配線導体層２同士が電気的に接続されている。
【００１３】
絶縁基板１の表面および絶縁層１ａの間に配設された配線導体層２は、厚みが５〜５０μｍ程度の銅箔から成り、後述する銅めっきから成る配線導体膜６等とともに半導体素子等の電子部品の各電極を外部電気回路基板に電気的に接続する導電路の一部として機能する。この配線導体層２は、絶縁層１ａ用の絶縁シートの表面に所定パターンの銅箔を予め埋設しておくことによって絶縁基板１の表面や各絶縁層１ａ間に配設される。
【００１４】
また、絶縁層１ａを挟んで上下に位置する配線導体層２同士を接続する貫通導体４は、例えば、錫７０〜９０質量％と銀とビスマスと銅とから成る合金粉末および熱硬化性樹脂を含有する導電性材料から成り、貫通導体４に含有される合金粉末同士が互いに接触するとともに合金粉末と配線導体２を構成する銅箔とが接触することにより配線導体２同士を電気的に接続する。
【００１５】
この貫通導体４は、配線導体層２用の銅箔が埋設される前の絶縁層１ａ用の絶縁シートにレーザ加工により直径が３０〜２００μｍ程度の貫通孔を穿孔するとともに、その貫通孔内に錫７０〜９０質量％と銀とビスマスと銅とから成る合金粉末および熱硬化性樹脂の前駆体を含有する金属ペーストを充填しておき、その金属ペーストの熱硬化性樹脂の前駆体を絶縁層１ａ用の絶縁シート中の熱硬化性樹脂の前駆体とともに熱硬化させることにより形成される。
【００１６】
なお、配線導体層２用の銅箔は、絶縁層１ａ用の絶縁シートの貫通孔内に充填された貫通導体４用の金属ペーストに接続するように埋設され、金属ペーストおよび絶縁シート中の熱硬化性樹脂の前駆体を熱硬化させる際の熱により金属ペースト中の合金粉末に含有される錫の一部が配線導体層２用の銅箔に拡散して、図２に要部拡大断面図で示すように、接続パッド３の貫通導体４と接続する面に厚みが１〜５μｍ程度の錫拡散層３ａがそれぞれ形成される。そして、この錫拡散層３ａを介して接続パッド３と貫通導体４とが電気的に良好に接続される。
【００１７】
さらに、絶縁基板１の表面には、接続パッド３の中央部を露出させる開口部５ａを有する絶縁樹脂層５が被着形成されており、絶縁樹脂層５の表面および開口部５ａ内には接続パッド３に接続された銅めっきから成る配線導体膜６が被着されている。なお、接続パッド３における錫拡散層３ａと配線導体膜６が被着された表面との間には厚みが２μｍ以上の銅箔の層が介在した状態で接続パッド３と配線導体膜６とが電気的に接続されている。
【００１８】
絶縁樹脂層５は、配線導体膜６の支持体としての機能を有し、その厚みが１０〜８０μｍであり、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に平均粒径が０．１〜２μｍのシリカやアルミナ等の無機絶縁フィラーを１０〜５０質量％程度分散させた絶縁樹脂材料から成る。
【００１９】
この絶縁樹脂層５は、熱硬化性樹脂の前駆体に平均粒径０．１〜２μｍの無機絶縁フィラーを分散させてシート状に形成した絶縁樹脂シートを接続パッド３が埋設された絶縁基板１の表面に真空プレスにより貼着し、その絶縁樹脂シート中の熱硬化性樹脂の前駆体を１５０〜２００℃で熱硬化することにより絶縁基板１の表面に被着される。また開口部５ａは絶縁樹脂層５にレーザ加工を施すことにより形成される。なお、絶縁樹脂層５と絶縁基板１および接続パッド３との接合を強固なものとするために、絶縁基板１および接続パッド３の表面は予め例えばバフロールを用いた機械的研磨法により粗化され、さらに接続パッド３の表面は塩化銅系のエッチング液を用いて化学的に粗化される。
【００２０】
配線導体膜６は、下地としての厚みが１〜２μｍの無電解銅めっきと、その上の主導体としての厚みが１０〜３０μｍの電解銅めっきとから成り、配線基板に搭載される半導体素子等の電子部品の各電極と絶縁基板１の接続パッド３との間を高密度で接続する機能を有する。
【００２１】
この配線導体膜６は、セミアディティブ法により形成される。具体的には、まず絶縁樹脂層５の表面および開口部５ａの内壁を過マンガン酸塩類水溶液等の粗化液に浸漬し表面を粗化する。次に開口部５ａから露出する接続パッド３の表面をエッチング液を用いてマイクロエッチングする。その後、無電解めっき用パラジウム触媒の水溶液中に浸漬し表面にパラジウム触媒を付着させる。次に、硫酸銅とホルマリンとＥＤＴＡナトリウム塩と安定剤とを含有する無電解銅めっき液中に約３０分間浸漬して絶縁樹脂層５の表面および開口部５ａ内の全面に厚みが１〜２μｍ程度の無電解銅めっきを析出させる。次に、絶縁樹脂層５の表面および開口部５ａ内の全面に被着させた無電解銅めっきの表面に配線導体膜６のパターン形状に対応する開口部を有するめっきレジスト層を被着する。次に、硫酸と硫酸銅５水和物と塩素と光沢剤とを含有する電解銅めっき液中に数Ａ／ｄｍ２の電流を印加しながら数時間浸漬することによりめっきレジスト層の開口部から露出した無電解銅めっき上に厚みが１０〜３０μｍの電解銅めっきを被着する。その後、めっきレジスト層を水酸化ナトリウムで剥離し、さらに、めっきレジスト層を剥離したことにより露出する無電解銅めっきを硫酸と過酸化水素水の混合物等の硫酸系水溶液によりエッチング除去して形成される。
【００２２】
さらに本例では、最外層の絶縁樹脂層５上に耐半田樹脂層７が被着されている。耐半田樹脂層７は、その厚みが１０〜５０μｍであり、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性樹脂と光開始剤等とから成る混合物に３０〜７０質量％のシリカやタルク等の無機粉末フィラーを含有させた絶縁材料から成り、隣接する配線導体膜６同士が半田により電気的に短絡することを防止するとともに、配線導体膜６と絶縁樹脂層５との接合強度を向上させる機能を有する。
【００２３】
この耐半田樹脂層７は、感光性樹脂と光開始剤と無機粉末フィラーとから成る未硬化の樹脂フィルムを最外層の絶縁樹脂層５の表面に被着させるか、あるいは、感光性樹脂と光開始材と無機粉末フィラーとから成る未硬化の樹脂ワニスを最外層の絶縁樹脂層５の表面に塗布して未硬化の感光性樹脂層を形成し、しかる後、その未硬化の感光性樹脂層を露光および現像して開口部を形成し、これを紫外線硬化および熱硬化させることにより形成される。
【００２４】
そしてこの配線基板は、上面側に露出する配線導体膜６に電子部品の各電極を電気的に接続することにより電子装置となり、この電子装置における下面側に露出する配線導体膜６を外部電気回路基板の各電極に接続することにより搭載する電子部品が外部の電気回路に接続されることとなる。
【００２５】
ところで本発明においては、接続パッド３が貫通導体４と接続する面に錫が銅箔中に拡散して成る錫拡散層３ａが形成されているとともに、錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に厚みが２μｍ以上の銅箔の層が介在しており、そのことが重要である。錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に厚みが２μｍ以上の銅箔の層が介在していることから、錫拡散層３ａ中の錫が無電解銅めっきの被着に悪影響を及ぼすことを厚みが２μｍ以上の銅箔により有効に防止することができる。その結果、接続パッド３を露出させる絶縁樹脂層５の開口部５ａ内に銅めっきから成る配線導体膜６を良好に被着させることができ、接続パッド３と貫通導体４および配線導体膜６との電気的な接続信頼性に優れた配線基板を提供することができる。
【００２６】
なお、本発明において錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に介在する銅箔の層の厚みとは、錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に介在する銅箔の層の厚み最小値をいう。そして、この錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に介在する銅箔の層の厚みが２μｍ未満であると、接続パッド３を露出させる開口部５ａ内に無電解銅めっきを被着させる際に、錫拡散層３ａ中の錫が悪影響を及ぼして開口部５ａ内に無電解銅めっきを良好に被着させることができずに、その上の電解銅めっきも良好に被着されないので接続パッド３と配線導体膜６との電気的な接続信頼性が極めて劣ったものとなってしまう。したがって、錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に介在する銅箔の層の厚みは２μｍ以上に特定される。このとき、錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に介在する銅箔の層の厚みは２μｍ以上であれば、本発明の作用効果上、その上限は特に規定されるものではないが、配線導体層６の加工し易さの観点からは４０μｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
なお、錫拡散層３ａ中の錫が無電解銅めっきの被着に悪影響を与えるのは、錫拡散層３ａ上の銅箔の層が薄い場合、無電解銅めっきを施す際に錫拡散層３ａ中の錫がその上の薄い銅箔の層の結晶粒界を通って接続パッド３の表面まで到達してしまいやすく、その表面に到達した錫が無電解銅めっきに対する触媒毒として作用して無電解銅めっきの被着を妨げるためと考えられる。
【００２８】
かくして、本発明の配線基板によれば、接続パッド３を露出させる絶縁樹脂層５の開口部５ａ内に銅めっきから成る配線導体膜６を良好に被着させることができ、接続パッド３と貫通導体４および配線導体膜６との電気的な接続信頼性に優れた配線基板を提供することができる。
【００２９】
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００３０】
【実施例】
ガラス繊維基材に未硬化のアリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂を含浸させた厚みが１００μｍの絶縁層用の絶縁シートを２枚準備するとともに、それらの絶縁シートの所望箇所にレーザ加工により直径が１００μｍの貫通孔をそれぞれ穿孔した。
【００３１】
次にそれらの貫通孔内に８２．５質量％の錫と２質量％の銀と１５質量％のビスマスと０．５質量％の銅とから成る平均粒径が５μｍの合金粉末９０質量％および未硬化のトリアジン系熱硬化性樹脂１０質量％を含有する貫通導体用の金属ペーストを充填した。
【００３２】
次に貫通孔内に金属ペーストが充填された絶縁シートの表面に配線導体層や接続パッド用の厚みが２０μｍの銅箔を金属ペーストに接するように転写法を用いて埋設した。
【００３３】
次に配線導体層や接続パッド用の銅箔が転写された絶縁シートを所定の順に積層するとともに上下から３MＰａの圧力を加えながら１５０〜２４０℃の温度で加熱して絶縁シートおよび金属ペーストを硬化させることにより、２層の絶縁層が積層されて成る絶縁基板を得るとともに絶縁基板の絶縁層間に銅箔から成る配線導体層および絶縁基板の上下面に銅箔から成る接続パッドを形成し、かつ配線導体層と上下の接続パッドとを金属ペーストが硬化して成る貫通導体により接続した。このとき、接続パッドの貫通導体と接続する面には貫通導体中の錫が銅箔中に拡散して成る錫拡散層が２μｍの厚みに形成された。なお、接続パッドの直径は１８０μｍとし、絶縁基板の上下面にそれぞれ１０２４個ずつ形成した。
【００３４】
次に、接続パッドが配設された絶縁基板の表面をバフロールを用いた機械的研磨法により研磨して絶縁基板および接続パッドの表面を粗化した。このとき、研磨により接続パッドの厚みが１４〜１６μｍとなるようにした。
【００３５】
次に、接続パッドの表面を塩化銅系エッチング液から成る温度が３５℃の処理液に1分間浸漬して化学的に粗化した後、絶縁基板の上下面に未硬化のエポキシ樹脂中にシリカから成る無機絶縁フィラーを分散させた厚みが４５μｍの絶縁樹脂シートを真空プレスにより貼着し、１７０〜２００℃の温度で熱硬化させることにより絶縁樹脂層を形成した後、絶縁樹脂層にレーザ加工を施すことにより接続パッドの中央部を露出させる直径が５０μｍの開口部を形成した。なお、このとき、化学的粗化により接続パッドの厚みは表面から３μｍ程度減少し、錫拡散層から接続パッド表面までの間に残る銅箔の層の厚みは１１〜1３μｍとなった。
【００３６】
次に、絶縁樹脂層の表面を過マンガン酸塩類水溶液により粗化するとともに開口部内に露出した接続パッドの表面を塩化銅系のエッチング液から成る温度が３５℃のエッチング液に１〜３分間浸漬してマイクロエッチングした後、絶縁樹脂層の表面および開口部内に無電解銅めっきのためのパラジウム触媒を付着させ、その上に無電解銅めっきを被着させた。このとき、接続パッドの厚みはマイクロエッチングにより表面から３μｍ程度減少し、錫拡散層から接続パッド表面までの間に残る銅箔の層の厚みは８〜１０μｍとなった。
【００３７】
次に、無電解銅めっきの上に接続パッドと接続するパターンの開口部を有するめっきレジスト層を被着させた後、めっきレジスト層の開口部内に露出する無電解銅めっき上に電解銅めっきを被着させた。電解銅めっきを被着させるには、硫酸銅から成る電解銅めっき液中に約１Ａ／ｄｍ２の電流を印加しながら約６０分間浸漬する方法を用いた。
【００３８】
次に、水酸化ナトリウム水溶液を用いてめっきレジスト層を剥離した後、硫酸系から成る４０℃のエッチング液に１分間浸漬して電解銅めっきから露出した無電解銅めっきをエッチング除去して無電解銅めっきとその上の電解銅めっきとから成り、絶縁樹脂層の開口部を介して接続パッドに接続する配線導体膜を形成した。
【００３９】
以上のようにして、接続パッドの貫通導体と接続する面に厚みが２μｍの錫拡散層が形成されているとともに錫拡散層と配線導体膜との間に厚みが８〜１０μｍの銅箔の層が介在する本発明による第１の試料を得た。
【００４０】
また、接続パッドが配設された絶縁基板の表面をバフロールを用いた機械的研磨法により研磨する際に、接続パッドの厚みを８〜１０μｍとした以外は上記と同様の方法で製作することにより、接続パッドの貫通導体と接続する面に厚みが２μｍの錫拡散層が形成されているとともに錫拡散層と配線導体膜との間に厚みが２〜４μｍの銅箔の層が介在する本発明による第２の試料を得た。
【００４１】
さらに、接続パッドが配設された絶縁基板の表面をバフロールを用いた機械的研磨法により研磨する際に、接続パッドの厚みを７〜８μｍとした以外は上記と同様の方法で製作することにより、接続パッドの貫通導体と接続する面に厚みが２μｍの錫拡散層が形成されているとともに錫拡散層と配線導体膜との間に厚みが１〜２μｍの銅箔の層が介在する比較のための試料を得た。
【００４２】
次に、これらの本発明による試料および比較のための試料をＪＥＤＥＣにより規定の温度サイクル試験に準拠して−５５〜＋１２５℃の温度範囲の条件で１０００サイクルの温度サイクル試験を行なった後、貫通導体および配線導体層および接続パッドを介して上下で互いに電気的に接続された配線導体膜同士の電気抵抗を全ての接続パッドについて測定した。なお、上下で互いに接続された配線導体膜同士の間の電気抵抗が１０Ω以上のものを接続不良と判定した。また、本発明による試料および比較のための試料における接続パッドとの接続部における配線導体膜の最も薄い部分の厚みをクロスセクションにより測定した。その結果を表１に示す。なお、表１において、試料番号１〜２は本発明による試料であり、試料番号３は比較のための試料である。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１から解るように、本発明による試料では１０００サイクルの温度サイクル試験を行なった後においても互いに電気的に接続された上下の配線導体膜同士の間に接続不良の発生は一切みられなかった。それに対して、比較のための試料においては、１０００サイクルの温度サイクル試験を行なった後に、上下で接続された配線導体同士の間の１％以上に接続不良の発生が認められた。また、本発明による試料１、２では接続パッドとの接続部における配線導体膜の厚みが２〜８μｍと厚いのに対して、比較のための試料３では１〜２μｍ以下と極めて薄いことが分かった。なお、比較のための試料３における配線導体膜の厚みの最も薄い部分は接続パッドを露出させる絶縁樹脂層の開口部側面の下端部に被着された部分であった。
【００４５】
以上の結果から、本発明の配線基板によると、接続パッドとその上に被着された銅めっきから成る配線導体膜との接続信頼性に優れた配線基板を提供できることが分かる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の配線基板は、接続パッドが貫通導体と接続する面に形成された錫拡散層と接続パッドに接続する銅めっきから成る配線導体膜との間に厚みが２μｍ以上の銅箔の層が介在していることから、錫拡散層の錫が配線導体膜用の銅めっきの被着を妨げることが有効に防止され、その結果、接続パッドを露出させる開口部内に銅めっきから成る配線導体膜が良好に被着されて接続パッドとその上の銅めっきから成る配線導体膜との電気的な接続信頼性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基板
１ａ：絶縁層
２：配線導体層
３：接続パッド
３ａ：錫拡散層
４：貫通導体
５：絶縁樹脂層
６：配線導体膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント配線基板として、例えばガラスクロス等の耐熱繊維基材にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、アリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた絶縁層を複数積層して成る絶縁基板の表面および絶縁層間に銅箔から成る配線導体層を配設するとともに絶縁層を挟んで上下に位置する配線導体層同士を金属粉末および樹脂を含有する貫通導体により接続して成るプリント配線基板が知られている。
【０００３】
また、このプリント配線基板を用いてビルドアップ配線基板を製作することも行なわれている。その場合、プリント配線基板の表面に配線導体層から成る接続パッドを設け、さらにその上に接続パッドの中央部を露出させる開口部を有する絶縁樹脂層を積層するとともに絶縁樹脂層の表面および開口部内に接続パッドに電気的に接続された配線導体膜をめっき法により形成し、さらにその上に次層の絶縁樹脂層および次層の配線導体膜を順次積層していくことによりビルドアップ配線基板が製作される。
【０００４】
なお、このプリント配線基板においては、例えば貫通導体を構成する金属粉末中に錫を含有させ、その錫を配線導体層に固相拡散させて配線導体層における貫通導体との接続部に錫の拡散層を形成し、その錫の拡散層を介して貫通導体と配線導体層とを電気的に接続することにより、金属粉末および樹脂を含有する貫通導体と銅箔から成る配線導体層との電気的な接続信頼性を良好とすることが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−１１０２４３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように錫の拡散層を介して貫通導体と配線導体層とを電気的に接続したプリント配線基板を用いてビルドアップ配線基板を製作した場合、貫通導体に接続された接続パッドの中央部を露出させる絶縁樹脂層の開口部内にめっき法による配線導体膜を良好に被着することができないことがあり、そのため銅箔から成る接続パッドとめっき法による配線導体膜との電気的な接続信頼性が低いという問題点を有していた。
【０００７】
そこで、本発明の発明者は鋭意研究の結果、接続パッドに形成された錫拡散層に含有される錫が配線導体膜用の銅めっきの被着に悪影響を及ぼしていると考え、本発明を完成するに至った。本発明の目的は、貫通導体に接続された接続パッドとそのパッドに接続された配線導体膜との電気的な接続信頼性に優れる配線基板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、複数の絶縁層を積層して成る絶縁基板と、該絶縁基板の表面に配設された銅箔から成る接続パッドと、錫を７０〜９０質量％含有するとともに前記絶縁層を貫通して前記接続パッドに電気的に接続された貫通導体と、前記絶縁基板の表面に積層されているとともに前記接続パッドの中央部を露出させる開口部を有する絶縁樹脂層と、前記接続パッドに接続するように前記絶縁樹脂層の表面および前記開口部の内面に被着された銅めっきから成る配線導体膜とを具備して成る配線基板であって、前記接続パッドは、前記貫通導体に接続される面に錫が前記銅箔中に拡散して成る錫拡散層が形成されているとともに、該錫拡散層と前記配線導体膜との間に厚みが２μｍ以上の前記銅箔の層が介在しており、該銅箔の層の前記配線導体膜との接続面がエッチング除去後の面であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の配線基板は、接続パッドが貫通導体に接続される面に形成された錫拡散層と接続パッドに接続する銅めっきから成る配線導体膜との間に厚みが２μｍ以上の銅箔の層が介在していることから、錫拡散層の錫が配線導体膜用の銅めっきの被着を妨げることが有効に防止され、その結果、接続パッドを露出させる開口部内に銅めっきから成る配線導体膜が良好に被着されて接続パッドとその上の銅めっきから成る配線導体膜との電気的な接続信頼性に優れる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の配線基板を添付の図面に基づいて説明する。図１は、本発明の配線基板を半導体素子等の電子部品を実装するために用いられる配線基板に適用した場合の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は絶縁基板、２は配線導体層、３は接続パッド、４は貫通導体、５は絶縁樹脂層、６は配線導体膜であり、主にこれらで本発明の配線基板が構成される。
【００１１】
絶縁基板１は、ガラスクロスやアラミド不織布等の繊維基材にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、アリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた厚みが５０〜１５０μｍ程度の絶縁層１ａを複数層積層して成る。この絶縁基板１は、ガラスクロスやアラミド不織布等の繊維基材にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、アリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂の前駆体を含浸させた未硬化の絶縁シートを複数枚重ねるとともに、それらの絶縁シートを上下から加圧しながら加熱して絶縁シート中の熱硬化性樹脂の前駆体を熱硬化させることにより得られる。
【００１２】
この絶縁基板１の表面および各絶縁層１ａの間には銅箔から成る配線導体層２が配設されており、さらに各絶縁層１ａの上面から下面にかけては金属ペーストを硬化させて成る貫通導体４が配設されている。なお、配線導体層２の一部は貫通導体４に接続するための接続パッド３を形成しており、この接続パッド３に貫通導体４を接続することにより絶縁層１ａを挟んで上下に位置する配線導体層２同士が電気的に接続されている。
【００１３】
絶縁基板１の表面および絶縁層１ａの間に配設された配線導体層２は、厚みが５〜５０μｍ程度の銅箔から成り、後述する銅めっきから成る配線導体膜６等とともに半導体素子等の電子部品の各電極を外部電気回路基板に電気的に接続する導電路の一部として機能する。この配線導体層２は、絶縁層１ａ用の絶縁シートの表面に所定パターンの銅箔を予め埋設しておくことによって絶縁基板１の表面や各絶縁層１ａ間に配設される。
【００１４】
また、絶縁層１ａを挟んで上下に位置する配線導体層２同士を接続する貫通導体４は、例えば、錫７０〜９０質量％と銀とビスマスと銅とから成る合金粉末および熱硬化性樹脂を含有する導電性材料から成り、貫通導体４に含有される合金粉末同士が互いに接触するとともに合金粉末と配線導体２を構成する銅箔とが接触することにより配線導体２同士を電気的に接続する。
【００１５】
この貫通導体４は、配線導体層２用の銅箔が埋設される前の絶縁層１ａ用の絶縁シートにレーザ加工により直径が３０〜２００μｍ程度の貫通孔を穿孔するとともに、その貫通孔内に錫７０〜９０質量％と銀とビスマスと銅とから成る合金粉末および熱硬化性樹脂の前駆体を含有する金属ペーストを充填しておき、その金属ペーストの熱硬化性樹脂の前駆体を絶縁層１ａ用の絶縁シート中の熱硬化性樹脂の前駆体とともに熱硬化させることにより形成される。
【００１６】
なお、配線導体層２用の銅箔は、絶縁層１ａ用の絶縁シートの貫通孔内に充填された貫通導体４用の金属ペーストに接続するように埋設され、金属ペーストおよび絶縁シート中の熱硬化性樹脂の前駆体を熱硬化させる際の熱により金属ペースト中の合金粉末に含有される錫の一部が配線導体層２用の銅箔に拡散して、図２に要部拡大断面図で示すように、接続パッド３の貫通導体４と接続する面に厚みが１〜５μｍ程度の錫拡散層３ａがそれぞれ形成される。そして、この錫拡散層３ａを介して接続パッド３と貫通導体４とが電気的に良好に接続される。
【００１７】
さらに、絶縁基板１の表面には、接続パッド３の中央部を露出させる開口部５ａを有する絶縁樹脂層５が被着形成されており、絶縁樹脂層５の表面および開口部５ａ内には接続パッド３に接続された銅めっきから成る配線導体膜６が被着されている。なお、接続パッド３における錫拡散層３ａと配線導体膜６が被着された表面との間には厚みが２μｍ以上の銅箔の層が介在した状態で接続パッド３と配線導体膜６とが電気的に接続されている。
【００１８】
絶縁樹脂層５は、配線導体膜６の支持体としての機能を有し、その厚みが１０〜８０μｍであり、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に平均粒径が０．１〜２μｍのシリカやアルミナ等の無機絶縁フィラーを１０〜５０質量％程度分散させた絶縁樹脂材料から成る。
【００１９】
この絶縁樹脂層５は、熱硬化性樹脂の前駆体に平均粒径０．１〜２μｍの無機絶縁フィラーを分散させてシート状に形成した絶縁樹脂シートを接続パッド３が埋設された絶縁基板１の表面に真空プレスにより貼着し、その絶縁樹脂シート中の熱硬化性樹脂の前駆体を１５０〜２００℃で熱硬化することにより絶縁基板１の表面に被着される。また開口部５ａは絶縁樹脂層５にレーザ加工を施すことにより形成される。なお、絶縁樹脂層５と絶縁基板１および接続パッド３との接合を強固なものとするために、絶縁基板１および接続パッド３の表面は予め例えばバフロールを用いた機械的研磨法により粗化され、さらに接続パッド３の表面は塩化銅系のエッチング液を用いて化学的に粗化される。
【００２０】
配線導体膜６は、下地としての厚みが１〜２μｍの無電解銅めっきと、その上の主導体としての厚みが１０〜３０μｍの電解銅めっきとから成り、配線基板に搭載される半導体素子等の電子部品の各電極と絶縁基板１の接続パッド３との間を高密度で接続する機能を有する。
【００２１】
この配線導体膜６は、セミアディティブ法により形成される。具体的には、まず絶縁樹脂層５の表面および開口部５ａの内壁を過マンガン酸塩類水溶液等の粗化液に浸漬し表面を粗化する。次に開口部５ａから露出する接続パッド３の表面をエッチング液を用いてマイクロエッチングする。その後、無電解めっき用パラジウム触媒の水溶液中に浸漬し表面にパラジウム触媒を付着させる。次に、硫酸銅とホルマリンとＥＤＴＡナトリウム塩と安定剤とを含有する無電解銅めっき液中に約３０分間浸漬して絶縁樹脂層５の表面および開口部５ａ内の全面に厚みが１〜２μｍ程度の無電解銅めっきを析出させる。次に、絶縁樹脂層５の表面および開口部５ａ内の全面に被着させた無電解銅めっきの表面に配線導体膜６のパターン形状に対応する開口部を有するめっきレジスト層を被着する。次に、硫酸と硫酸銅５水和物と塩素と光沢剤とを含有する電解銅めっき液中に数Ａ／ｄｍ２の電流を印加しながら数時間浸漬することによりめっきレジスト層の開口部から露出した無電解銅めっき上に厚みが１０〜３０μｍの電解銅めっきを被着する。その後、めっきレジスト層を水酸化ナトリウムで剥離し、さらに、めっきレジスト層を剥離したことにより露出する無電解銅めっきを硫酸と過酸化水素水の混合物等の硫酸系水溶液によりエッチング除去して形成される。
【００２２】
さらに本例では、最外層の絶縁樹脂層５上に耐半田樹脂層７が被着されている。耐半田樹脂層７は、その厚みが１０〜５０μｍであり、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性樹脂と光開始剤等とから成る混合物に３０〜７０質量％のシリカやタルク等の無機粉末フィラーを含有させた絶縁材料から成り、隣接する配線導体膜６同士が半田により電気的に短絡することを防止するとともに、配線導体膜６と絶縁樹脂層５との接合強度を向上させる機能を有する。
【００２３】
この耐半田樹脂層７は、感光性樹脂と光開始剤と無機粉末フィラーとから成る未硬化の樹脂フィルムを最外層の絶縁樹脂層５の表面に被着させるか、あるいは、感光性樹脂と光開始材と無機粉末フィラーとから成る未硬化の樹脂ワニスを最外層の絶縁樹脂層５の表面に塗布して未硬化の感光性樹脂層を形成し、しかる後、その未硬化の感光性樹脂層を露光および現像して開口部を形成し、これを紫外線硬化および熱硬化させることにより形成される。
【００２４】
そしてこの配線基板は、上面側に露出する配線導体膜６に電子部品の各電極を電気的に接続することにより電子装置となり、この電子装置における下面側に露出する配線導体膜６を外部電気回路基板の各電極に接続することにより搭載する電子部品が外部の電気回路に接続されることとなる。
【００２５】
ところで本発明においては、接続パッド３が貫通導体４と接続する面に錫が銅箔中に拡散して成る錫拡散層３ａが形成されているとともに、錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に厚みが２μｍ以上の銅箔の層が介在しており、そのことが重要である。錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に厚みが２μｍ以上の銅箔の層が介在していることから、錫拡散層３ａ中の錫が無電解銅めっきの被着に悪影響を及ぼすことを厚みが２μｍ以上の銅箔により有効に防止することができる。その結果、接続パッド３を露出させる絶縁樹脂層５の開口部５ａ内に銅めっきから成る配線導体膜６を良好に被着させることができ、接続パッド３と貫通導体４および配線導体膜６との電気的な接続信頼性に優れた配線基板を提供することができる。
【００２６】
なお、本発明において錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に介在する銅箔の層の厚みとは、錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に介在する銅箔の層の厚み最小値をいう。そして、この錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に介在する銅箔の層の厚みが２μｍ未満であると、接続パッド３を露出させる開口部５ａ内に無電解銅めっきを被着させる際に、錫拡散層３ａ中の錫が悪影響を及ぼして開口部５ａ内に無電解銅めっきを良好に被着させることができずに、その上の電解銅めっきも良好に被着されないので接続パッド３と配線導体膜６との電気的な接続信頼性が極めて劣ったものとなってしまう。したがって、錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に介在する銅箔の層の厚みは２μｍ以上に特定される。このとき、錫拡散層３ａと配線導体膜６との間に介在する銅箔の層の厚みは２μｍ以上であれば、本発明の作用効果上、その上限は特に規定されるものではないが、配線導体層６の加工し易さの観点からは４０μｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
なお、錫拡散層３ａ中の錫が無電解銅めっきの被着に悪影響を与えるのは、錫拡散層３ａ上の銅箔の層が薄い場合、無電解銅めっきを施す際に錫拡散層３ａ中の錫がその上の薄い銅箔の層の結晶粒界を通って接続パッド３の表面まで到達してしまいやすく、その表面に到達した錫が無電解銅めっきに対する触媒毒として作用して無電解銅めっきの被着を妨げるためと考えられる。
【００２８】
かくして、本発明の配線基板によれば、接続パッド３を露出させる絶縁樹脂層５の開口部５ａ内に銅めっきから成る配線導体膜６を良好に被着させることができ、接続パッド３と貫通導体４および配線導体膜６との電気的な接続信頼性に優れた配線基板を提供することができる。
【００２９】
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００３０】
【実施例】
ガラス繊維基材に未硬化のアリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂を含浸させた厚みが１００μｍの絶縁層用の絶縁シートを２枚準備するとともに、それらの絶縁シートの所望箇所にレーザ加工により直径が１００μｍの貫通孔をそれぞれ穿孔した。
【００３１】
次にそれらの貫通孔内に８２．５質量％の錫と２質量％の銀と１５質量％のビスマスと０．５質量％の銅とから成る平均粒径が５μｍの合金粉末９０質量％および未硬化のトリアジン系熱硬化性樹脂１０質量％を含有する貫通導体用の金属ペーストを充填した。
【００３２】
次に貫通孔内に金属ペーストが充填された絶縁シートの表面に配線導体層や接続パッド用の厚みが２０μｍの銅箔を金属ペーストに接するように転写法を用いて埋設した。
【００３３】
次に配線導体層や接続パッド用の銅箔が転写された絶縁シートを所定の順に積層するとともに上下から３MＰａの圧力を加えながら１５０〜２４０℃の温度で加熱して絶縁シートおよび金属ペーストを硬化させることにより、２層の絶縁層が積層されて成る絶縁基板を得るとともに絶縁基板の絶縁層間に銅箔から成る配線導体層および絶縁基板の上下面に銅箔から成る接続パッドを形成し、かつ配線導体層と上下の接続パッドとを金属ペーストが硬化して成る貫通導体により接続した。このとき、接続パッドの貫通導体と接続する面には貫通導体中の錫が銅箔中に拡散して成る錫拡散層が２μｍの厚みに形成された。なお、接続パッドの直径は１８０μｍとし、絶縁基板の上下面にそれぞれ１０２４個ずつ形成した。
【００３４】
次に、接続パッドが配設された絶縁基板の表面をバフロールを用いた機械的研磨法により研磨して絶縁基板および接続パッドの表面を粗化した。このとき、研磨により接続パッドの厚みが１４〜１６μｍとなるようにした。
【００３５】
次に、接続パッドの表面を塩化銅系エッチング液から成る温度が３５℃の処理液に1分間浸漬して化学的に粗化した後、絶縁基板の上下面に未硬化のエポキシ樹脂中にシリカから成る無機絶縁フィラーを分散させた厚みが４５μｍの絶縁樹脂シートを真空プレスにより貼着し、１７０〜２００℃の温度で熱硬化させることにより絶縁樹脂層を形成した後、絶縁樹脂層にレーザ加工を施すことにより接続パッドの中央部を露出させる直径が５０μｍの開口部を形成した。なお、このとき、化学的粗化により接続パッドの厚みは表面から３μｍ程度減少し、錫拡散層から接続パッド表面までの間に残る銅箔の層の厚みは１１〜1３μｍとなった。
【００３６】
次に、絶縁樹脂層の表面を過マンガン酸塩類水溶液により粗化するとともに開口部内に露出した接続パッドの表面を塩化銅系のエッチング液から成る温度が３５℃のエッチング液に１〜３分間浸漬してマイクロエッチングした後、絶縁樹脂層の表面および開口部内に無電解銅めっきのためのパラジウム触媒を付着させ、その上に無電解銅めっきを被着させた。このとき、接続パッドの厚みはマイクロエッチングにより表面から３μｍ程度減少し、錫拡散層から接続パッド表面までの間に残る銅箔の層の厚みは８〜１０μｍとなった。
【００３７】
次に、無電解銅めっきの上に接続パッドと接続するパターンの開口部を有するめっきレジスト層を被着させた後、めっきレジスト層の開口部内に露出する無電解銅めっき上に電解銅めっきを被着させた。電解銅めっきを被着させるには、硫酸銅から成る電解銅めっき液中に約１Ａ／ｄｍ２の電流を印加しながら約６０分間浸漬する方法を用いた。
【００３８】
次に、水酸化ナトリウム水溶液を用いてめっきレジスト層を剥離した後、硫酸系から成る４０℃のエッチング液に１分間浸漬して電解銅めっきから露出した無電解銅めっきをエッチング除去して無電解銅めっきとその上の電解銅めっきとから成り、絶縁樹脂層の開口部を介して接続パッドに接続する配線導体膜を形成した。
【００３９】
以上のようにして、接続パッドの貫通導体と接続する面に厚みが２μｍの錫拡散層が形成されているとともに錫拡散層と配線導体膜との間に厚みが８〜１０μｍの銅箔の層が介在する本発明による第１の試料を得た。
【００４０】
また、接続パッドが配設された絶縁基板の表面をバフロールを用いた機械的研磨法により研磨する際に、接続パッドの厚みを８〜１０μｍとした以外は上記と同様の方法で製作することにより、接続パッドの貫通導体と接続する面に厚みが２μｍの錫拡散層が形成されているとともに錫拡散層と配線導体膜との間に厚みが２〜４μｍの銅箔の層が介在する本発明による第２の試料を得た。
【００４１】
さらに、接続パッドが配設された絶縁基板の表面をバフロールを用いた機械的研磨法により研磨する際に、接続パッドの厚みを７〜８μｍとした以外は上記と同様の方法で製作することにより、接続パッドの貫通導体と接続する面に厚みが２μｍの錫拡散層が形成されているとともに錫拡散層と配線導体膜との間に厚みが１〜２μｍの銅箔の層が介在する比較のための試料を得た。
【００４２】
次に、これらの本発明による試料および比較のための試料をＪＥＤＥＣにより規定の温度サイクル試験に準拠して−５５〜＋１２５℃の温度範囲の条件で１０００サイクルの温度サイクル試験を行なった後、貫通導体および配線導体層および接続パッドを介して上下で互いに電気的に接続された配線導体膜同士の電気抵抗を全ての接続パッドについて測定した。なお、上下で互いに接続された配線導体膜同士の間の電気抵抗が１０Ω以上のものを接続不良と判定した。また、本発明による試料および比較のための試料における接続パッドとの接続部における配線導体膜の最も薄い部分の厚みをクロスセクションにより測定した。その結果を表１に示す。なお、表１において、試料番号１〜２は本発明による試料であり、試料番号３は比較のための試料である。
【００４３】
【表１】
表１から解るように、本発明による試料では１０００サイクルの温度サイクル試験を行なった後においても互いに電気的に接続された上下の配線導体膜同士の間に接続不良の発生は一切みられなかった。それに対して、比較のための試料においては、１０００サイクルの温度サイクル試験を行なった後に、上下で接続された配線導体同士の間の１％以上に接続不良の発生が認められた。また、本発明による試料１、２では接続パッドとの接続部における配線導体膜の厚みが２〜８μｍと厚いのに対して、比較のための試料３では１〜２μｍ以下と極めて薄いことが分かった。なお、比較のための試料３における配線導体膜の厚みの最も薄い部分は接続パッドを露出させる絶縁樹脂層の開口部側面の下端部に被着された部分であった。
【００４５】
以上の結果から、本発明の配線基板によると、接続パッドとその上に被着された銅めっきから成る配線導体膜との接続信頼性に優れた配線基板を提供できることが分かる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の配線基板は、接続パッドが貫通導体と接続する面に形成された錫拡散層と接続パッドに接続する銅めっきから成る配線導体膜との間に厚みが２μｍ以上の銅箔の層が介在していることから、錫拡散層の錫が配線導体膜用の銅めっきの被着を妨げることが有効に防止され、その結果、接続パッドを露出させる開口部内に銅めっきから成る配線導体膜が良好に被着されて接続パッドとその上の銅めっきから成る配線導体膜との電気的な接続信頼性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基板
１ａ：絶縁層
２：配線導体層
３：接続パッド
３ａ：錫拡散層
４：貫通導体
５：絶縁樹脂層
６：配線導体膜
Claims (1)
- 複数の絶縁層を積層して成る絶縁基板と、該絶縁基板の表面に配設された銅箔から成る接続パッドと、錫を７０〜９０質量％含有するとともに前記絶縁層を貫通して前記接続パッドに電気的に接続された貫通導体と、前記絶縁基板の表面に積層されているとともに前記接続パッドの中央部を露出させる開口部を有する絶縁樹脂層と、前記接続パッドに電気的に接続するように前記絶縁樹脂層の表面および前記開口部の内面に被着された銅めっきから成る配線導体膜とを具備している配線基板であって、前記接続パッドは、前記貫通導体に接続される面に錫が前記銅箔中に拡散して成る錫拡散層が形成されているとともに、該錫拡散層と前記配線導体膜との間に厚みが２μｍ以上の前記銅箔の層が介在しており、該銅箔の層の前記配線導体膜との接続面がエッチング除去後の面であることを特徴とする配線基板。
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