JP4148591B2 - パッケージ基板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性接続ピンが固定された樹脂パッケージ基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣチップ等をマザーボード又はドータボードへ接続するためのパッケージ基板は、近年、信号の高周波数化に伴い、低誘電率、低誘電正接が求められるようになった。そのため、基板の材質もセラミックから樹脂へと主流が移りつつある。
【０００３】
このような背景の下、いわゆるビルドアップ多層配線板からなるパッケージ基板が実用化されている。係るパッケージ基板に導電性接続ピンを取り付ける技術として、本出願人は、特願平７−１７４２８４を提案している。この出願では、図９に示すように、導体回路４０４が形成されたコア基板４０１に、層間樹脂絶縁層４０２を形成し、続いて、フォトリソグラフィの手法を用いてバイアホール用開口を設け、表面を粗化した後、めっきレジストを設けて、めっきにより導体回路４０５およびバイアホールを４０７を形成する。同様にして、上層の層間樹脂絶縁層５０２及び、導体回路５０５及びバイアホール５０７を形成する。
【０００４】
導電性接続ピン６００は、基板を貫くスルーホール４０９へ挿通させる。ここで、導電性接続ピン６００は、スルーホール４０９へ嵌入される固定部６０１と、フランジ部６０２と、マザーボードのソケット等に接続するための接続部６０３とを備えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した構造では、導電性接続ピン６００の固定用のスルーホール４０９を基板を貫通するように設けてあるため、スルーホール４０９が貫通している部位に導体回路を配設することができず、多層ビルドアップ配線板の高集積化を図り得なかった。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するために提案されたものであって、ピン接続を行い高集積化を図り得る樹脂パッケージ基板を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、表裏がスルーホールにより導通されたコア基板上に層間樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層されてなる有機樹脂基板に、他の基板との電気的接続を得るための固定部と接続部とからなる導電性接続ピンが固定されてなるパッケージ基板において、
基板の表面に配設されたパッドと、前記基板の表面に、前記パッドを被覆しないように開口を設けて配設された有機樹脂絶縁層と、前記パッドに導電性接着剤を介して固定された導電性接続ピンとを備え、前記固定部は導電性接着剤を介してパッドに固定される部分であって、露出していることを技術的特徴とする。
【００１０】
請求項１のパッケージ基板では、基板の表面（底面）に、導電性接続ピン固定用のパッドを配置しているため、パッドの内層側に導体回路を配設することができ、高集積化が可能になる。また、パッドは、有機樹脂絶縁層の開口により露出されており、有機樹脂絶縁層とは接触していないため、該有機樹脂絶縁層とパッドとの接触によってクラックが発生することがない。
【００１２】
請求項１では、パッケージ基板はビルドアップ基板であるため、パッドの内層側の層間樹脂絶縁層に導体回路を配設することができ、高集積化が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図１ないし図８に従い、第１実施例のパッケージ基板を、ビルドアップ基板の製造方法とともに説明する。以下の方法は、セミアディティブ法によるものであるが、フルアディティブ法を採用してもよい。
【００１４】
（１） まず、基板の表面に導体層を形成したコア基板を作成する。コア基板としては、ガラスエポキシ基板、ポリイミド基板、ビスマレイミド−トリアジン樹脂基板などの樹脂絶縁基板の両面に銅箔８を貼った銅張積層板を使用することができる（図１（ａ）参照）。銅箔８は、片面が粗化面（マット面）となっており、樹脂基板に強固に密着している。この基板に、ドリルで貫通孔を設けた後、無電解めっきを施しスルーホール９を形成する。無電解めっきとしては銅めっきが好ましい。引き続き、めっきレジストを形成し、エッチング処理して導体層４を形成する。なお、銅箔の厚付けのためにさらに電気めっきを行ってもよい。この電気めっきにも銅めっきが好ましい。また、電気めっきの後、導体層４の表面およびスルーホール９の内壁面を粗面４ａ，９ａとしてもよい（図１（ｂ）参照）。
【００１５】
この粗化処理方法としては、例えば、例えば黒化（酸化）−還元処理、有機酸と第２銅錯体の混合水溶液によるスプレー処理、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐの針状合金めっきによる処理などが挙げられる。
【００１６】
次に、得られた基板を水洗してから乾燥する。その後、基板表面の導体層４間およびスルーホール９内に樹脂充填材１０を充填し、乾燥させる（図１（ｃ））。引き続き、基板両面の不要な樹脂充填材１０をベルトサンダー研磨などで研削し、導体層４を露出させ、樹脂充填材１０を本硬化させる。導体層４間およびスルーホール９による凹部を埋めて基板を平滑化する（図１（ｄ）参照）。
【００１７】
次に、露出した導体層４の表面に粗化層１１を再度設ける（図２（ａ）参照）。なお、図２（ａ）中の円で示す部分は、粗化層１１が設けられた導体層４を拡大して示している。この粗化層１１は、先に述べたようなＣｕ−Ｎｉ−Ｐの針状あるいは多孔質状合金層により形成されていることが望ましいが、この他にも黒化（酸化）−還元処理やエッチング処理で粗化層を形成することもできる。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ針状または多孔質状合金層による場合、荏原ユージライト製商品名「インタープレート」により、また、エッチング処理は、メック社製商品名「ＭＥＣ ｅｔｃｈ Ｂｏｎｄ」により行うことが望ましい。
【００１８】
（２） 上記（１）で作成した導体層４を有する配線基板の両面に樹脂層２ａ、２ｂからなる樹脂絶縁層２を形成する（図２（ｂ）参照）。この樹脂絶縁層２は後述するようにパッケージ基板の層間樹脂絶縁層２００として機能する。
上記樹脂絶縁体層（以下、層間樹脂絶縁層２００）を構成する材料としては、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂またはこれらの複合樹脂などが挙げられる。層間樹脂絶縁層２として、無電解めっき用接着剤を用いることが望ましい。この無電解めっき用接着剤は、硬化処理された酸あるいは酸化剤に可溶性の耐熱性樹脂粒子が、酸あるいは酸化剤に難溶性の未硬化の耐熱性樹脂中に分散されてなるものが最適である。後述するように酸、酸化剤の溶液で処理することにより、耐熱性樹脂粒子が溶解除去されて、表面に蛸つぼ状のアンカーからなる粗化面を形成できるからである。
【００１９】
上記無電解めっき用接着剤において、特に硬化処理された前記耐熱性樹脂粒子としては、▲１▼平均粒径が１０μｍ以下の耐熱性樹脂粉末、▲２▼平均粒子径が相対的に大きな粒子と平均粒子径が相対的に小さな粒子を混合した粒子が望ましい。これらはより複雑なアンカーを形成できるからである。
【００２０】
使用できる耐熱性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂と熱可塑性樹脂との複合体等が挙げられる。複合させる熱可塑性樹脂として、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリフェニレンサルフォン（ＰＰＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＥＳ）、ポリフェニルエーテル（ＰＰＥ）、ポリエーテルイミド（ＰＩ）などを使用できる。また、酸や酸化剤の溶液に溶解する耐熱性樹脂粒子としては、たとえば、エポキシ樹脂（特にアミン系硬化剤で硬化させたエポキシ樹脂がよい）、アミノ樹脂などが挙げられる。
【００２１】
（３） 次に、層間樹脂絶縁層２に、導体層４との電気接続を確保するためのバイアホール形成用開口６を設ける（図２（ｃ）参照）。
上述した無電解めっき用接着剤を用いる場合には、バイアホール形成のための円パターンが描画されたフォトマスクを載置し、露光、現像処理してから熱硬化することで開口６を設ける。一方、熱硬化性樹脂を用いた場合には、熱硬化したのちレーザー加工することにより、上記層間樹脂絶縁層にバイアホール用の開口６を設ける。
【００２２】
（４） 次に、バイアホール形成用開口６を設けた層間樹脂絶縁層２の表面を粗化する（図２（ｄ）参照）。層間樹脂絶縁層２に無電解めっき用接着剤を用いた場合、この無電解めっき用接着剤層の表面に存在する耐熱性樹脂粒子を酸または酸化剤で溶解除去することにより、無電解めっき用接着剤層２の表面を粗化して、蛸壺状のアンカーを設ける。
【００２３】
ここで、上記酸としては、例えば、リン酸、塩酸、硫酸などの鉱酸、または蟻酸や酢酸などの有機酸を用いることができる。特に、有機酸を用いるのが望ましい。これは、粗化処理した場合に、バイアホール用開口６から露出する金属導体層４を腐食させにくいからである。
一方、上記酸化剤としては、クロム酸、過マンガン酸塩（過マンガン酸カリウムなど）の水溶液を用いることが望ましい。
【００２４】
前記粗化は、表面の最大粗度Ｒｍａｘ０．１〜２０μｍがよい。厚すぎると粗化面自体が損傷、剥離しやすく、薄すぎると密着性が低下するからである。
【００２５】
（５） 次に、層間樹脂絶縁層２の表面を粗化した配線基板に、触媒核を付与する。触媒核の付与には、貴金属イオンや貴金属コロイドなどを用いることが望ましく、一般的には塩化パラジウムやパラジウムコロイドを使用する。なお、この触媒核を固定するために、加熱処理を行うことが望ましい。このような触媒核にはパラジウムが好適である。
【００２６】
（６） 続いて、粗化し触媒核を付与した層間樹脂絶縁層２の全面に無電解めっきを施し、無電解めっき膜１２を形成する（図３（ａ）参照）。この無電解めっき膜１２の厚みは、０．１〜５μｍが好ましい。
【００２７】
次に、無電解めっき膜１２の表面にめっきレジスト３を形成する（図３（ｂ）参照）。形成した無電解めっき膜１２上に感光性樹脂フィルム（ドライフィルム）をラミネートし、この感光性樹脂フィルム上に、めっきレジストパターンが描画されたフォトマスク（ガラス基板がよい）を密着させて載置し、露光し現像処理することによりめっきレジスト３を形成できる。
【００２８】
（７） 次に、電気めっきを施し、無電解めっき膜１２上のめっきレジスト非形成部に電気めっき膜を形成し、導体層５とバイアホール７を形成する。その厚みは５〜２０μｍがよい。この電気めっきには、銅めっきが好ましい。
また、電気めっき後に、電解ニッケルめっき、無電解ニッケルめっき、またはスパッタから選ばれる少なくとも１の方法により、ニッケル膜１４を形成する（図３（ｃ）参照）。このニッケル膜１４上にはＣｕ−Ｎｉ−Ｐからなる合金めっきが析出しやすいからである。また、ニッケル膜はメタルレジストとして作用するため、その後の工程でも過剰エッチングを防止するという効果を奏する。
【００２９】
（８） 続いて、めっきレジスト３を除去した後、そのめっきレジスト下に存在していた無電解めっき膜１２を、硫酸と過酸化水素の混合液や過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムなどの水溶液からなるエッチング液にて除去し、無電解めっき膜１２、電解めっき膜１３及びニッケル膜１４の３層からなる独立した導体層５とバイアホール７を得る（図３（ｄ）参照）。なお、非導体部分に露出した粗化面上のパラジウム触媒核は、クロム酸、硫酸過水などにより溶解除去する。
【００３０】
（９） 次に、導体層５とバイアホール７の表面に粗化層１１を設け、さらに層間樹脂絶縁層２として先に述べた無電解めっき用接着剤の層を形成する。（図４（ａ）参照）。
【００３１】
（１０） この層間樹脂絶縁層２に、バイアホール用開口６を設けるとともに、層間樹脂絶縁層２の表面を粗化する。（図４（ｂ）参照）。
【００３２】
（１１） つづいて、この粗化した層間樹脂絶縁層２の表面に触媒核を付与した後、無電解めっき膜１２を形成する（図４（ｃ）参照）。
【００３３】
（１２） 無電解めっき膜１２の表面にめっきレジスト３を形成し、先に述べたように、めっきレジスト３の非形成部に電気メッキ膜１３、ニッケルめっき膜１４を形成する（図４（ｄ）参照）。
【００３４】
（１３） めっきレジスト３を除去し、めっきレジスト下の無電解めっき膜１２を除去し、導体層（導電性接続ピンを固定するパッド１６となる導体層を含む）５、およびバイアホール７を設け、片面３層の６層のビルドアップ基板を得る（図５参照）。
【００３５】
（１４） このようにして得られたビルドアップ基板の導体層５及びバイアホール７に粗化層１１を形成し、パッド１６を露出させる開口部１８を有する有機樹脂絶縁層１５で被覆する（図６参照）。有機樹脂絶縁層の厚さは５〜４０μｍがよい。薄すぎると絶縁性能が低下し、厚すぎると開口し難くなるうえ半田と接触し、クラックなどの原因となるからである。
【００３６】
この有機樹脂絶縁層を構成する樹脂としては、種々のものが使用でき、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂のアクリレート、ノボラック型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂のアクリレートをアミン系硬化剤やイミダゾール硬化剤で硬化させた樹脂を使用できる。
【００３７】
このような構成の有機樹脂絶縁層は、鉛のマイグレーション（鉛イオンが、有機樹脂絶縁層内を拡散する現象）が少ないといった利点を有する。しかも、この有機樹脂絶縁層は、耐熱性、耐アルカリ性に優れ、ハンダなどの導電性接着剤が溶融する温度（２００℃前後）でも劣化しないし、ニッケルめっきや金めっきのような強塩基性のめっき液で分解することもない。
【００３８】
ここで、上記ノボラック型エポキシ樹脂のアクリレートとしてはフェノールノボラックやクレゾールノボラックのグリシジルエーテルをアクリル酸やメタクリル酸などと反応させたエポキシ樹脂などを用いることができる。上記イミダゾール硬化剤は、２５℃で液状であることが望ましい。液状であれば均一混合できるからである。
【００３９】
このような液状イミダゾール硬化剤としては、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール（品名：１Ｂ２ＭＺ）、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール（品名：２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ）、４−メチル−２−エチルイミダゾール（品名：２Ｅ４ＭＺ）を用いることができる。
【００４０】
このイミダゾール硬化剤の添加量は、上記有機樹脂絶縁層の総固形分に対して１から１０重量％とすることが望ましい。この理由は、添加量がこの範囲内にあれば均一混合がしやすいからである。上記有機樹脂絶縁層の硬化前組成物は、溶媒としてグリコールエーテル系の溶剤を使用することが望ましい。かかる組成物を用いた有機樹脂絶縁層は遊離酸素が発生せず、パッド表面を酸化させず、また人体に対する有害性も少ないからである。
【００４１】
上記グリコールエーテル系溶剤としては、望ましくはジエチレングリコールジメチルエーテル（ＤＭＤＧ）およびトリエチレングリコールジメチルエーテル（ＤＭＴＧ）から選ばれるいずれか少なくとも１種を用いる。これらの溶剤は、３０〜５０℃程度の加温により、反応開始剤であるベンゾフェノンやミヒラーケトンを完全に溶解させることができるからである。
このグリコールエーテル系の溶媒は、有機樹脂絶縁層の組成物の全重量に対して１０〜４０重量％がよい。
【００４２】
以上説明したような有機樹脂絶縁層の組成物には、そのほかに各種消泡剤やレベリング剤、耐熱性や耐塩基性の改善と可撓性付与のために熱硬化性樹脂、解像度改善のために感光性モノマーなどを添加することができる。例えば、レベリング剤としてはアクリル酸エステルの重合体からなるものがよい。また、開始剤としてはチバガイギー社製のイルガキュアＩ９０７、光増感剤としては日本化薬社製のＤＥＴＸ−Ｓがよい。さらに、有機樹脂絶縁層の組成物には色素や顔料を添加してもよい。配線パターンを隠蔽できるからである。この色素としてはフタロシアニングリーンを用いることが望ましい。
【００４３】
添加成分としての上記熱硬化性樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂を用いることができる。このビスフェノール型エポキシ樹脂には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂があり、耐塩基性を重視する場合には前者が、低粘度化が要求される場合（塗布性を重視する場合）には後者がよい。
【００４４】
また、これらの有機樹脂絶縁層組成物は、２５℃で０．５から１０Ｐａ・ｓ、より望ましくは１〜１０Ｐａ・ｓがよい。ロールコータで塗布しやすい粘度だからである。
【００４５】
（１５） 前記開口部１８内にニッケルめっき膜１９及び金めっき膜２１の形成を行った後、パッケージ基板の下面側（ドータボード、マザーボードとの接続面）となる開口部１６内に、導電性接着剤１７としてハンダペーストを印刷する。さらに、導電性接続ピン１００を適当なピン保持装置に取り付けて支持し、導電性接続ピン１００の固定部１０１を開口部１６内の導電性接着剤１７に当接させて、２００〜２２０℃でリフロを行い，導電性接続ピン１００を導電性接着剤１７に固定する（図７参照）。また、図７において円で囲んで示した導電性接続ピン１００を設けたパッド部分を、図８（Ａ）に拡大して示した。
なお、パッケージ基板３１０において、上面側の開口１８には、ＩＣチップなどの部品に接続可能なハンダバンプ２３０を設けた。
【００４６】
本発明に用いられる導電性接続ピン１００は、板状の固定部１０１とこの板状の固定部１０1の略中央に突設された柱状の接続部１０２とからなる、いわゆるＴ型ピンが好適に用いられる。板状の固定部１０１は、パッド１６となるパッケージ基板の最外層の導体層５に導電性接着剤１７を介して固定される部分であって、パッドの大きさに合わせた円形状や多角形状など適当に形成される。また、接続部１０２の形状は、他の基板の端子など接続部に挿入可能な柱状であれば問題なく、円柱・角柱・円錐・角錐など何でもよい。
【００４７】
導電性接続ピン１００の材質にも金属であれば限定はなく、金・銀・銅・鉄・ニッケル・コバルト・スズ・鉛などの中から少なくとも１種類以上の金属で形成するのがよい。特に、鉄合金である、商品名「コバール」（Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ）、ステンレスや、銅合金であるリン青銅が挙げられる。電気的特性および導電性接続ピンとしての加工性に優れているからである。また、この導電性接続ピンは、一種類の金属または合金で形成しても、腐食防止あるいは強度向上のために表面を他の金属層で被覆してもよい。さらに、セラミックなどの絶縁性物質で形成し、その表面を金属層で被覆してもよい。
【００４８】
導電性接続ピン１００において、柱状の接続部１０２は直径が０．１〜０．８ｍｍで長さが１．０〜１０ｍｍ、板状の固定部１０１の直径は０．５〜２．０ｍｍの範囲とすることが望ましく、パッドの大きさや装着されるマザーボードのソケット等の種類などによって適宜に選択される。
【００４９】
本発明のパッケージ基板に用いられる導電性接着剤１７としては、ハンダ（スズ−鉛、銀−スズ−銅）、導電性樹脂、導電性ペーストなどを使用することができ、ハンダで形成するのが最も好ましい。導電性接続ピン１００との接着強度に優れているとともに、接着作業がやりやすいからである。
【００５０】
導電性接着剤１７をハンダで形成する場合、パッケージ基板の製造に一般的に用いられるＳｎ：Ｐｂ＝１：９〜４：６などの組成よりなるハンダを使用するのが好適である。用いられるハンダの融点は、２８０℃未満のものが望ましい。２８０℃を超えると作業性に問題があるだけでなく、層間樹脂絶縁層２００や有機樹脂絶縁層１５に使用される樹脂が溶解して、これらの絶縁層や導体層の剥離、断線などを生じることがある。
【００５１】
本実施例では、基板３１０の表面（底面）に、導電性接続ピン１００を固定するためのパッド１７を配置しているため、該パッド１７の内層の層間樹脂絶縁層２００に導体回路５及びバイアホール７を配設することができ、高集積化が可能になる。
【００５２】
また、本実施例のパッケージ基板３１０は、図８（Ａ）及び図８（Ａ）のＢ矢視図を図８（Ｂ）に示すように、パッド１６を露出させる開口部１８が形成された有機樹脂絶縁層（スルーホール層）１５により被覆されており、開口部１８から露出したパッド１６に導電性接着剤１７を介して導電性接続ピン１００の固定部１０１が固定されている。図から理解されるように、この有機樹脂絶縁層１５の開口部１８は、パッド１６の周囲から離間してしている。このため、熱膨張率の大きく異なる金属製のパッド１６と有機樹脂絶縁層１５とが接触せず、ヒートサイクル時において、パッド１６からの応力によって有機樹脂絶縁層１５側にクラックが発生することがない。
【００５３】
なお、ここでは、層間樹脂絶縁層が形成された多層プリント配線板から成るパッケージ基板を例示したが、１枚の基板のみからなるパッケージ基板にも第１実施例の構成は適用可能である。この場合には、パッケージ基板の裏面側にパッドを設けることで、表面側に導体回路を形成することが可能になる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板の表面（底面）に、導電性接続ピン固定用のパッドを配置しているため、パッドの内層側に導体回路を配設することができ、高集積化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ），図１（ｂ），図１（ｃ），図１（ｄ）は、本発明の第１実施例に係るパッケージ基板の製造工程図である。
【図２】図２（ａ），図２（ｂ），図２（ｃ），図２（ｄ）は、本発明の第１実施例に係るパッケージ基板の製造工程図である。
【図３】図３（ａ），図３（ｂ），図３（ｃ），図３（ｄ）は、本発明の第１実施例に係るパッケージ基板の製造工程図である。
【図４】図４（ａ），図４（ｂ），図４（ｃ），図４（ｄ）は、本発明の第１実施例に係るパッケージ基板の製造工程図である。
【図５】本発明の第１実施例に係るパッケージ基板の製造工程図である。
【図６】本発明の第１実施例に係るパッケージ基板の製造工程図である。
【図７】本発明の第１実施例に係るパッケージ基板の断面図である。
【図８】図８（Ａ）は、図７中の導電性接続ピンをパッドに接続した部分を拡大して示す断面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の矢視図である。
【図９】従来技術に係るビルドアップ多層配線板からなるパッケージ基板の断面図である。
【符号の説明】
１ コア基板
２，２００ 層間樹脂絶縁層
３ めっきレジスト
４ 導体層（下層）
４ａ 粗化面
５ 導体層（上層）
６ バイアホール用開口
７ バイアホール
８ 銅箔
９ スルーホール
９ａ 粗化面
９１ スルーホールのランド
１０ 樹脂充填剤
１１ 粗化層
１２ 無電解めっき膜
１３ 電解めっき膜
１４ ニッケルめっき層
１５ 有機樹脂絶縁層
１６ パッド
１６ａ 延在部
１６ｂ 本体部
１７ 導電性接着剤
１８ 開口部
１９ ニッケルめっき膜
２１ 金めっき膜
１００ 導電性接続ピン
１０１ 固定部
１０２ 接続部
３１０ パッケージ基板

Claims (1)

1. 表裏がスルーホールにより導通されたコア基板上に層間樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層されてなる有機樹脂基板に、他の基板との電気的接続を得るための固定部と接続部とからなる導電性接続ピンが固定されてなるパッケージ基板において、
   基板の表面に配設されたパッドと、前記基板の表面に、前記パッドを被覆しないように開口を設けて配設された有機樹脂絶縁層と、前記パッドに導電性接着剤を介して固定された導電性接続ピンとを備え、前記固定部は導電性接着剤を介してパッドに固定される部分であって、露出していることを特徴とするパッケージ基板。

Images