JP4160765B2

JP4160765B2 - 配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP4160765B2
Application number: JP2002084105A
Authority: JP
Inventors: 征一高見
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP2003283135A

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に用いられる配線基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、現在の電子機器は、移動体通信機器に代表されるように小型・薄型・軽量・高性能・高機能・高品質・高信頼性が要求されてきており、このような電子機器に搭載される電子装置も小型・高密度化が要求されるようになってきている。そのため、電子装置を構成する配線基板にも小型・薄型・多端子化が求められてきており、それを実現するために信号導体等の配線導体の幅を細くするとともにその間隔を狭くし、さらに配線導体の多層化により高密度配線化が図られている。
【０００３】
このような高密度配線が可能な配線基板として、ビルドアップ法を採用して製作された配線基板が知られている。このビルドアップ配線基板は、例えば、ガラスクロスやアラミド不布織等の補強材に耐熱性や耐薬品性を有するエポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂を含浸させて加熱硬化した芯体絶縁層の表面に配線導体を被着形成するとともに、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る樹脂ワニスを塗布するとともに加熱硬化して絶縁層を形成した後、配線導体上の絶縁層にレーザで径が50〜200μｍ程度の貫通孔を穿設し、しかる後、貫通孔の内部および絶縁層の表面を過マンガン酸カリウム溶液等の粗化液で化学粗化し、さらにセミアディティブ法を用いて絶縁層の表面および貫通孔の内壁に銅めっきから成るの導体膜を被着して配線導体および貫通導体を形成し、その上に絶縁層や貫通導体・配線導体の形成を複数回繰り返すことによって製作される。なお、貫通導体は貫通孔の下部で下層の配線導体と電気的に接続されている。
【０００４】
しかしながら、レーザで貫通孔を穿設する際に、絶縁層の熱硬化性樹脂が貫通孔の下部に位置する配線導体上に残ってしまい、貫通孔の内部を過マンガン酸カリウム溶液等の粗化液で化学粗化しても、配線導体上に残った熱硬化性樹脂を完全に除去することができず、貫通導体と配線導体との電気的な接続を阻害してしまうという問題点があった。
【０００５】
この残存する熱硬化性樹脂を完全に除去するために、特開2000−244127号公報には、貫通孔の下部に位置する配線導体の表面をエッチングして、凹部を設けた配線基板が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開2000−244127号公報に記載された配線基板は、径が50μｍ以下の小径の貫通導体になると、貫通導体の底面と配線導体との接続面積が狭くなること、および、銅めっきから成る貫通導体の熱膨張係数が18×10^-6／℃程度であるのに対して絶縁層の厚み方向の熱膨張係数が80〜200×10^-6／℃と大きく異なるので、配線基板に長期の熱履歴を繰り返し印可すると、絶縁層と貫通導体との熱膨張差による熱応力が両者の接続部に集中して断線不良を発生させてうという問題点を有していた。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、小径の貫通導体を有する配線基板において、長期の熱履歴を繰り返し印可しても、熱応力に充分耐え、断線等が生じない接続信頼性の高い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】
本発明の配線基板の製造方法は、上面に銅からなる配線導体が形成された第一の絶縁層を準備する工程と、該第一の絶縁層上にエポキシ樹脂からなる第二の絶縁層を積層する工程と、該第二の絶縁層の前記配線導体の上に位置する部位に貫通孔を形成して前記配線導体を露出させる工程と、該露出した配線導体をエッチングして断面視した前記貫通孔の最大孔径よりも外側に張り出した凹部を形成するとともに、前記貫通孔の側壁下端周辺部に位置する前記第二の絶縁層の下面を露出させる工程と、前記凹部内面及び前記第二の絶縁層の露出した下面の双方の面に被着するように銅めっきを形成するとともに前記貫通孔内に銅めっきを被着することにより、底面が前記配線導体よりも上方に位置する窪みを有する貫通導体を形成する工程と、前記窪みにエポキシ樹脂を充填する工程と、を具備することを特徴とする。
また、本発明の配線基板の製造方法は、前記第一の絶縁層はスルーホールを有し、前記貫通導体は前記スルーホールに前記配線導体を介して接続されており、前記貫通導体の中心と前記スルーホールの中心とが平面方向にずれて位置していることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、めっきの配線導体の凹部内に形成された部位がくさびとなって貫通導体と配線導体とを強固に接続することが可能となるので、半導体素子等の実装部品を配線基板に搭載した状態で、長期の熱履歴を繰り返し印可しても、熱応力からくる縦方向の引張応力に耐え、断線等が生じない接続信頼性の高い配線基板とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の配線基板の製造方法により作製される配線基板（以下、本発明の配線基板という）を添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の配線基板をビルドアップ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り、図２は、図１の要部拡大断面図である。
【００１１】
これらの図において、１は絶縁層、２は配線導体、３は貫通孔、４は貫通導体、５は貫通孔３の下に位置する領域に形成された凹部で、主にこれらで本発明の配線基板が構成される。なお、本例では芯体と成る芯体絶縁層１ａの上下面にそれぞれ第一の絶縁層１ｂと第二の絶縁層１ｃとを積層した例を示している。
【００１２】
芯体絶縁層１ａは、第一および第二の絶縁層１ｂ・１ｃの支持体としての機能を有するとともに配線基板に強度を付与する機能を有し、厚みが0.3〜1.5ｍｍ程度の板状である。このような芯体絶縁層１ａは、例えばガラス繊維を縦横に織り込んだガラスクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成り、その上面から下面にかけて直径が0.1〜1.0ｍｍ程度の複数のスルーホール11を有している。そして、その上下面には配線導体２が、各スルーホール11の内壁にはスルーホール導体12が被着されており、上下面の配線導体２同士がスルーホール11の内壁に形成されたスルーホール導体12を介して電気的に接続されている。
【００１３】
このような芯体絶縁層１ａには、未硬化の芯体絶縁層用のシートの上下全面に厚みが３〜50μｍの銅箔を被着するとともにこの銅箔をシートの硬化後にエッチング加工して所定のパターンに形成することにより配線導体２が、また、上記シートを熱硬化させた後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すことによりスルーホール11が、さらに、スルーホール11の内壁にめっき法により厚みが３〜50μｍ程度の銅めっきを析出させて被着することによりスルーホール導体12が形成される。なお、配線導体２は、スルーホール11の内壁にスルーホール導体12を被着形成する際に、めっき法によりスルーホール導体12と一体的に形成してもよい。
【００１４】
さらに、芯体絶縁層１ａは、スルーホール11の内部にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る樹脂柱13が充填されている。樹脂柱13は、スルーホール11を塞ぐことによりスルーホール11の直上および直下に第一および第二の絶縁層１ｂ・１ｃを形成可能とするためのものであり、未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂をスルーホール11内にスクリーン印刷法により充填し、これを熱硬化させた後、その上下面を略平坦に研磨することにより形成される。そして、この樹脂柱13を含む芯体絶縁層１ａの上下面に絶縁層１ｂ・１ｃが積層されている。
【００１５】
第一および第二の絶縁層１ｂ・１ｃは、それぞれの厚みが20〜60μｍ程度で、エポキシ樹脂や変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂と粒径が0.01〜２μｍで含有量が10〜50重量％のシリカやアルミナ・窒化アルミニウム等の無機絶縁フィラーとから成る。
【００１６】
第一および第二の絶縁層１ｂ・１ｃは、配線導体２を高密度に配線するための絶縁間隔を提供するためのものであり、そして、上下の配線導体２を貫通孔３の内壁に被着形成した貫通導体４を介して電気的に接続することにより高密度配線を立体的に形成可能としている。このような第一および第二の絶縁層１ｂ・１ｃは、未硬化の熱硬化性樹脂と無機絶縁フィラーから成るフィルムを、それぞれ芯体絶縁層１ａ上下面に順番に積層し、これらを熱硬化することにより形成される。なお、配線導体２は第一の絶縁層１ｂを形成した後にその表面に、厚みが３〜50μｍ程度の銅めっき膜を従来公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法のパターン形成法により所定のパターンに被着させることによって形成される。
【００１７】
また、第一の絶縁層１ｂ上に形成された配線導体２上の第二の絶縁層１ｃには、貫通孔３が形成されている。貫通孔３は、その開孔径が20〜100μｍ程度であり、第二の絶縁層１ｃを積層後、従来周知の炭酸ガスレーザやＵＶ−ＹＡＧレーザ・エキシマレーザ等を用いて加工することにより形成される。
【００１８】
なお、配線導体２は、搭載される半導体素子等の電子部品（図示せず）の各電極を外部電気回路基板（図示せず）に接続するための導電路としての機能を有し、配線導体２の厚みが３〜50μｍ程度であることが好ましく、高速の信号を伝達させるという観点から３μｍ以上であることが、配線導体２と絶縁層１ｂ・１ｃとの熱膨張差による剥離を防止するという観点からは50μｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
そして本発明の配線基板においては、配線導体２の貫通孔３の直下の上面に、貫通孔３よりも直径の大きな凹部５がその内側に貫通孔３が位置するように形成されており、この凹部５内が銅めっきにより充填されている。また、本発明の配線基板においては、このことが重要である。
【００２０】
本発明の配線基板によれば、配線導体２の貫通孔３の直下の上面に、貫通孔３よりも直径の大きな凹部５をその内側に貫通孔３が位置するように形成し、この凹部５内を銅めっきにより充填したことから、銅めっきの凹部５内に形成された部位がくさびとなって貫通導体４と配線導体２とを強固に接続することが可能となり、半導体素子等の電子部品を配線基板に搭載した状態で、長期の熱履歴を繰り返し印可しても、熱応力からくる縦方向の引張応力に耐え、断線等が生じない接続信頼性の高い配線基板とすることができる。
【００２１】
このような配線導体２・貫通孔３および貫通導体４は、次の方法により形成される。
まず、表面に配線導体２を被着形成した第一の絶縁層１ｂ上に第二の絶縁層１ｃを被着するとともに、配線導体２上の第二の絶縁層１ｃにレーザで貫通孔３を穿設し、配線導体２の一部を露出させる。次に、第二の絶縁層１ｃの表面・貫通孔３の内壁、貫通孔３の内部に露出した配線導体２を過マンガン酸塩類水溶液等の粗化液に60℃で略15分間浸漬し粗化し、その後、硫酸・過酸化水素水等からなるエッチング液に25℃で数分間浸漬し、貫通孔３の内部に露出した配線導体２をエッチングして貫通孔３内に露出する部位に貫通孔３の直径よりも径の大きな凹部５を形成する。次に、硫酸銅・ロッセル塩・ホルマリン・ＥＤＴＡナトリウム塩・安定剤等から成る無電解銅めっき液に40℃で略30分間浸漬し、絶縁層１ｃ表面および貫通孔３の内壁、凹部５の全面に１〜２μｍ程度の無電解銅めっきを析出させる。さらに、無電解銅めっき層上に配線パターン状の開口部を有する耐めっき樹脂層を被着し、硫酸・硫酸５水和物・塩素・光沢剤から成る電解銅めっき液に略１時間浸漬し、耐めっき樹脂層の開口部に電解銅めっきを被着させた後、耐めっき樹脂層を剥離し、エッチングすることにより配線導体２および貫通導体４が形成される。
【００２２】
凹部５は、断面形状が長方形・台形等の多角形や半円形等であり、その開口の直径が底部の直径に対して５〜20％程度大きいことが好ましい。凹部５の直径が貫通孔３の底部の直径より５％未満大きいと、くさび状の食込みが少なく配線導体２と貫通導体４とを強固に接続することができず、長期の熱履歴を繰り返し印可すると断線してしまう傾向にあり、20％を超えて大きいと、銅めっき液が凹部５の奥に十分に浸透することができず、良好な形状の貫通導体４を形成できない傾向にある。従って、凹部５の直径は貫通孔３の底部の径に対して５〜20％程度大きいことが好ましい。
【００２３】
また、凹部５の深さは、配線導体２の厚みに対して５〜50％程度であることが好ましい。深さが配線導体２の厚みの５％未満では配線導体２上に残った熱硬化性樹脂を完全に除去することができず、貫通導体４と配線導体２との電気的な接続を阻害してしまう傾向にあり、深さが50％を超えると配線導体２が薄くなり、電気抵抗が高くなってしまう傾向がある。従って、凹部５の深さは、配線導体２の厚みに対して５〜50％程度であることが好ましい。
【００２４】
かくして、本発明の配線基板によれば、配線導体２の貫通孔３の下に位置する領域にこの貫通孔３の直径よりも径の大きな凹部５を形成し、凹部５内を銅めっきにより充填したことから、配線導体２の貫通導体４の下に位置する部分に銅めっきがくさび状に食い込み強固な接続部を形成することができるので、半導体素子等の実装部品を配線基板に搭載した状態で、長期の熱履歴を繰り返し印可した場合の熱応力からくる縦方向の引張応力に充分耐え、断線等のない接続信頼性の高い配線基板とすることができる。
【００２５】
なお、本発明は、上述の実施の形態の一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り、例えば、上述の実施例では、第一の絶縁層１ｃに貫通導体４を形成した例を示したが、第二の絶縁層１ｂに貫通導体４を形成しても良い。さらに、最外層の絶縁層１ｃの表面に、半田リフローの際の耐熱性を向上させるために、耐半田樹脂層６を被着形成してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、めっきの配線導体の凹部内に形成された部位がくさびとなって貫通導体と配線導体とを強固に接続することが可能となるので、半導体素子等の実装部品を配線基板に搭載した状態で、長期の熱履歴を繰り返し印可しても、熱応力からくる縦方向の引張応力に耐え、断線等が生じない接続信頼性の高い配線基板とすることができる。
【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の配線基板の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・絶縁層
１ａ・・・・・・・・・芯体絶縁層
１ｂ・・・・・・・・・第一の絶縁層
１ｃ・・・・・・・・・第二の絶縁層
２・・・・・・・・・・配線導体
３・・・・・・・・・・貫通孔
４・・・・・・・・・・貫通導体
５・・・・・・・・・・凹部

Claims

上面に銅からなる配線導体が形成された第一の絶縁層を準備する工程と、
該第一の絶縁層上にエポキシ樹脂からなる第二の絶縁層を積層する工程と、
該第二の絶縁層の前記配線導体の上に位置する部位に貫通孔を形成して前記配線導体を露出させる工程と、
該露出した配線導体をエッチングして断面視した前記貫通孔の最大孔径よりも外側に張り出した凹部を形成するとともに、前記貫通孔の側壁下端周辺部に位置する前記第二の絶縁層の下面を露出させる工程と、
前記凹部内面及び前記第二の絶縁層の露出した下面の双方の面に被着するように銅めっきを形成するとともに前記貫通孔内に銅めっきを被着することにより、底面が前記配線導体よりも上方に位置する窪みを有する貫通導体を形成する工程と、
前記窪みにエポキシ樹脂を充填する工程と、を具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
前記第一の絶縁層はスルーホールを有し、前記貫通導体は前記スルーホールに前記配線導体を介して接続されており、前記貫通導体の中心と前記スルーホールの中心とが平面方向にずれて位置していることを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。