JP4206408B2 - 配線基板および電子部品搭載構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、各種AV機器や家電機器・通信機器・コンピュータやその周辺機器等の電子機器に使用される配線基板およびそれを用いた電子部品搭載構造体に関する。
従来、配線基板は、例えば有機樹脂を含む絶縁性基体の表面に銅箔を接着し、エッチング法により微細な回路パターンを形成することにより形成され、半導体素子等の電子部品を搭載するパッケージ等として使用されている。また、このような配線基板は、多層化することにより配線基板上に多数の半導体素子を搭載するマルチチップモジュール(MCM)等への適用も検討されている。
MCMは多数の半導体素子を接続するために配線の微細化が必要であるが、同時に各層の配線を接続するための貫通導体も微細化が必要となる。このため、MCM用配線基板においては、貫通導体を形成するためにドリル加工の代わりに微細加工が可能なレーザが用いられるようになり、このレーザで形成した開口が略円形の貫通孔に導電性ペーストを充填して貫通導体(レーザビア)を形成することが行なわれている。
このような貫通孔は、直径が50〜200μmであるために、配線基板表面の、他
の配線基板や電子部品と接続するための外部接続端子を、レーザビアの直上に形成することが可能である。この場合、配線基板表面には外部接続端子以外の回路パターンを形成する必要がないことから、従来用いていたソルダーレジストが不要になり、工程の削減と絶縁信頼性の改善に効果的であることが報告されている。
第15回エレクトロニクス実装学術講演大会論文集163ページ
しかしながら、外部接続端子をレーザビアの直上に形成してレーザビアと直接接続させた場合、外部接続端子の配線基板への接着面の大部分が接着性のあまり良好でないレーザビア表面となってしまい、外部接続端子と配線基板との密着性が悪く外部接続端子が配線基板から容易に剥がれてしまい、その結果、接続不良が生じてしまうという問題点を有していた。
また、外部接続端子と電子部品や他の配線基板とを半田等の導体バンプを介して接続した場合、配線基板に反りや歪みが生じた際に、外部接続端子の外周部に応力が集中し、外部接続端子が配線基板から剥離して断線してしまったり、あるいは配線基板の外部接続端子周辺にクラックが発生して配線導体を断線させてしまうという問題点や、導体バンプが外部接続端子から剥離して断線してしまうという問題点も有していた。
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、外部接続端子と配線基板表面および半田等の導体バンプとの接着性が良好で、接続信頼性に優れた配線基板を提供することに有る。
本発明の配線基板は、液晶ポリマーフィルムの上下面に有機樹脂接着剤層を被覆して成る絶縁層と、該絶縁層に配設された配線導体と、該配線導体に電気的に接続される貫通導体と、最外層の前記絶縁層に埋め込まれて前記貫通導体と電気的に接続された外部接続端子とを具備した配線基板であって、前記外部接続端子は金属箔から成るとともに断面形状が前記絶縁層に埋め込まれている側の底辺の長さが対向する底辺の長さよりも短い台形状であり、前記外部接続端子の平面視での外周部は、繰り返し長さが前記外部接続端子の円周の2〜20%で振幅が前記外部接続端子の直径の2〜20%の波状形状であることを特徴とするものである。
本発明の配線基板は、上記構成において、前記波状形状は凸部と凹部とが交互に並んで成ることを特徴とするものである。
本発明の配線基板は、上記構成において、前記外部接続端子はその側面が全周にわたって前記絶縁層に接触していることを特徴とするものである。
本発明の配線基板は、上記構成において、前記配線導体の前記表面にはソルダーレジストが形成されていないことを特徴とするものである。
本発明の配線基板は、上記構成において、前記貫通導体は導電性ペーストから成ることを特徴とするものである。
本発明の配線基板は、上記構成において、前記外部接続端子の外周部の波状形状は曲線であることを特徴とするものである。
本発明の配線基板は、上記構成において、前記外部接続端子の外周部の波状形状は直線をつなげた形状であることを特徴とするものである。
本発明の電子部品搭載構造体は、上記本発明の配線基板の前記外部接続端子に導体バンプを介して電子部品を接続したことを特徴とするものである。
本発明の電子部品搭載構造体は、上記構成において、前記導体バンプは前記外部接続端子の上面の全面を覆っていることを特徴とするものである。
本発明の配線基板によれば、外部接続端子を絶縁層に埋め込んだことから、外部接続端子と配線基板との接着面積が外部接続端子の側面の面積分増加し、配線基板と外部接続端子との接着力を増加させることができ、また、外部接続端子の外周部を繰り返し長さが外部接続端子の円周の2〜20%で振幅が外部接続端子の直径の2〜20%の波状形状としたことから、外部接続端子の側面と絶縁層との接着面積をより増加させて両者間のアンカー効果をより向上させることが可能となり、その結果、外部接続端子との接続信頼性に優れた配線基板とすることができる。
また、本発明の配線基板によれば、上記構成において外部接続端子の外周部の波状形状を曲線としたことから、外部接続端子と電子部品や他の配線基板とを半田等の導体バンプを介して接続した場合、外部接続端子の外周部に応力が集中したとしても応力が一点に集中することはなく、外周部全体に良好に分散させることが可能となり、その結果、外部接続端子が配線基板から剥離して断線してしまったり、あるいは配線基板の外部接続端子周辺にクラックが発生して配線導体を断線させてしまうということはない。
さらに、本発明の配線基板によれば、上記構成において外部接続端子の外周部の波状形状を直線をつなげた形状としたことから、外部接続端子と電子部品や他の配線基板とを半田等の導体バンプを介して接続した場合、配線基板に反りや歪みが生じたとしても、外部接続端子の外周部の直線の交点部分が導体バンプの外部接続端子から剥がれようとする応力の伝播を有効に食い止めて、導体バンプが外部接続端子から剥離することを有効に防止することができる。
次に本発明の配線基板を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の配線基板に、半導体素子等の電子部品を搭載して成る混成集積回路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は絶縁層、2は配線導体、3は貫通導体、4は外部接続端子であり、主にこれらで本発明の配線基板5が構成されている。なお、本例の配線基板5では、絶縁層1を4層積層して成るものを示している。
絶縁層1は、配線導体2や外部接続端子4・半導体素子等の電子部品6の支持体としての機能を有し、エポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂・熱硬化性ポリフェニレンエーテル樹脂・液晶ポリマー樹脂等の有機樹脂材料から成る。
このような絶縁層1としては、熱膨張係数を調整するためおよび/または機械的強度を向上させるために、有機樹脂材料中に酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化チタン・酸化バリウム・酸化ストロンチウム・酸化ジルコニウム・酸化カルシウム・ゼオライト・窒化珪素・窒化アルミニウム・炭化珪素・チタン酸カリウム・チタン酸バリウム・チタン酸ストロンチウム・チタン酸カルシウム・ホウ酸アルミニウム・スズ酸バリウム・ジルコン酸バリウム・ジルコン酸ストロンチウム等の充填材を含有したものを用いたり、あるいは繊維状ガラスを布状に織り込んだガラスクロスや耐熱性有機樹脂繊維の不織布等の補強材にエポキシ樹脂や熱硬化性ポリフェニレンエーテル等の有機樹脂を含浸させたもの、さらには芳香族ポリエステルや芳香族ポリアミド等の液晶ポリマーフィルムの上下面にエポキシ樹脂や熱硬化性ポリフェニレンエーテル等の有機樹脂接着層を被覆したものを用いることが好ましい。特に、高周波の伝送性を良好にするという観点から、および/または直径が100μm以下の微細な貫通導体3を良好に形成するという観点か
らは、液晶ポリマーフィルムの上下面に有機樹脂接着層を被覆したものを用いることが好ましい。
なお、ここで液晶ポリマーとは、溶融状態あるいは溶液状態で液晶性を示すポリマーあるいは光学的に複屈折する性質を有するポリマーを指し、一般に溶液状態で液晶性を示すリオトロピック液晶ポリマーや溶融時に液晶性を示すサーモトロピック液晶ポリマー、あるいは、熱変形温度で分類される1型・2型・3型すべての液晶ポリマーを含むものであり、温度サイクル信頼性・半田耐熱性・加工性の観点からは200〜400℃の温度、特に250〜350℃の温度に融点を有するものが好ましい。
このような絶縁層1は、次の方法により製作される。
まず、周知のインフレーション法等で液晶ポリマーフィルムを形成する。そして、この上下表面に、プラズマ処理等で表面処理を行った後、例えば粒径が0.1
〜15μmの酸化珪素等の無機絶縁粉末に、熱硬化性ポリフェニレンエーテル樹脂等の有機樹脂と溶剤・可塑剤・分散剤等を添加して得たペーストを、従来周知のドクタブレード法等のシート成型法を採用して有機樹脂接着層を形成した後、あるいは上記のペースト中に液晶ポリマーフィルムを浸漬し垂直に引き上げることによって液晶ポリマーフィルムの上下表面に有機樹脂接着層を形成した後、これを60〜100℃の温度で5分〜3時間加熱・乾燥することにより製作される。
また、絶縁層1には、上下面の少なくとも1つの面に配線導体2が被着形成されている。配線導体2は、その厚みが2〜30μm程度で銅・金等の良導電性の金属から成る。
このような配線導体2は、絶縁層1を複数積層する際、配線導体2の周囲にボイドが発生するのを防止するという観点から、絶縁層1に少なくとも配線導体2の表面と絶縁層1の表面とが平坦または略平坦となるように埋設されていることが好ましい。
また、絶縁層1に配設された配線導体2の幅方向の断面形状を、絶縁層1側の底辺の長さが対向する底辺の長さよりも短い台形状とするとともに、絶縁層1側の底辺と側辺との成す角度を95〜150°とすることが好ましい。絶縁層1に配設
された配線導体2の幅方向の断面形状を、絶縁層1側の底辺の長さが対向する底辺の長さよりも短い台形状とするとともに、絶縁層1側の底辺と側辺との成す角度を95〜150°とすることにより、配線導体2を絶縁層1に埋設する際に、配線
導体2を絶縁層1に容易に埋設することができるとともに配線導体2を埋設した後の絶縁層1表面を略平坦にすることができ、積層の際に空気をかみ込んで絶縁性を低下させることのない配線基板5とすることができる。なお、気泡をかみ込むことなく埋設するという観点からは、絶縁層1側の底辺と側辺との成す角度を95°以上とすることが好ましく、配線導体2を微細化するという観点からは150
°以下とすることが好ましい。
このような配線導体2は、絶縁層1となる前駆体シートに、公知のフォトレジストを用いたサブトラクティブ法によりパターン形成した、例えば銅から成る金属箔を転写法等により被着形成することにより形成される。先ず、支持体と成るフィルム上に銅から成る金属箔を接着剤を介して接着した金属箔転写用フィルムを用意し、次に、フィルム上の金属箔を公知のフォトレジストを用いたサブトラクティブ法を使用してパターン状にエッチングする。この時、パターンの表面側の側面は、フィルム側の側面に較べてエッチング液に接する時間が長いためにエッチングされやすく、パターンの幅方向の断面形状を台形状とすることができる。なお、台形の形状は、エッチング液の濃度やエッチング時間を調整することにより短い底辺と側辺とのなす角度を95〜150°の台形状とすることができる。そ
して、この金属箔転写用フィルムを絶縁層1と成る前駆体シートに積層し、温度が100〜200℃で圧力が0.5〜10MPaの条件で10分〜1時間ホットプレスした後
、支持体と成るフィルムを剥離除去して金属箔を絶縁層1と成る前駆体シート表面に転写させることにより、台形状の上底側が絶縁層1に埋設された配線導体2を形成することができる。
なお、配線導体2は絶縁層1との密着性を高めるために、その表面にバフ研磨・ブラスト研磨・ブラシ研磨・薬品処理等の処理で表面を粗化しておくことが好ましい。
さらに、絶縁層1には、直径が20〜150μm程度の貫通導体3が形成されてい
る。貫通導体3は、絶縁層1を挟んで上下に位置する配線導体2同士、および配線導体2と外部接続端子4とを電気的に接続する機能を有する。
このような、貫通導体3は、まず、絶縁層1にUV−YAGレーザやエキシマレーザ・炭酸ガスレーザ等により穿設加工を施すことにより貫通孔を形成した後、この貫通孔に銅・銀・金・半田等の粉末を有機樹脂やその低分子体あるいはモノマー等のバインダーに混合して成る導電性ペーストを従来周知のスクリーン印刷法により埋め込むことにより形成される。なお、貫通孔は、レーザのエネルギーやレーザパルス幅・レーザパルスの周期・レーザ照射面積等を調整することにより直径を所望のものとされるが、特に、100μm以下の微細な貫通孔を容易に
形成するという観点からは、UV−YAGレーザを用いて加工されることが好ましい。
さらに、配線基板5の上下表面の少なくとも1つの面に外部接続端子4が被着形成されている。そしてこの外部接続端子4は、配線基板5の最外層の絶縁層1に形成した貫通導体3の直上に形成され、貫通導体3と電気的に接続されている。
なお、このような外部接続端子4は、その直径が35〜300μmであり貫通導体
3の直径に対して1.7〜3倍であることが好ましい。1.7倍未満であると貫通導体3と外部接続端子4とを接続する際に、位置ずれによる接続不良が生じ易くなる傾向があり、3倍を超えると隣接する外部接続端子4同士が接近し過ぎて、絶縁不良を生じ易くなる傾向がある。
本発明の配線基板5によれば、外部接続端子4を貫通導体3の直上に形成し貫通導体3と電気的に接続したことから、配線基板5表面には外部接続端子4以外の配線導体2を形成する必要がないため、従来用いていたエポキシ樹脂等から成るソルダーレジストが不要になり、工程の削減が可能となるとともに、最も耐湿性に弱い部分である配線基板5表面部に配線導体2を配設していないので、絶縁劣化が起こりにくい絶縁信頼性に優れた配線基板5とすることができる。
このような外部接続端子4は、その厚みが2〜30μm程度で銅・金等の良導電性の金属から成り、半導体素子等の電子部品6や他の配線基板(図示せず)との電気的接続部の機能を有する。
また、外部接続端子4は、絶縁層1との接着性を向上させるという観点から、絶縁層1に少なくとも外部接続端子4の表面と絶縁層1の表面とが平坦または略平坦となるように埋設されていることが好ましい。
さらに、絶縁層1に配設された外部接続端子4の断面形状を、絶縁層1側の底辺の長さが対向する底辺の長さよりも短い台形状とするとともに、絶縁層1側の底辺と側辺との成す角度を95〜150°とすることが好ましい。絶縁層1に配設さ
れた外部接続端子4の断面形状を、絶縁層1側の底辺の長さが対向する底辺の長さよりも短い台形状とするとともに、絶縁層1側の底辺と側辺との成す角度を95〜150°とすることにより、外部接続端子4を絶縁層1に埋設する際に、外部接
続端子4を絶縁層1に容易に埋設して外部接続端子4を埋設した後の絶縁層1表面をほぼ平坦にすることができ、絶縁層1との接着性が向上した配線基板5とすることができる。なお、気泡をかみ込むことなく埋設するという観点からは、絶縁層1側の底辺と側辺との成す角度を95°以上とすることが好ましく、配線導体2を微細化するという観点からは150°以下とすることが好ましい。
このような外部接続端子4は、貫通導体3を形成した絶縁層1となる前駆体シートに、公知のフォトレジストを用いたサブトラクティブ法によりパターン形成した、例えば銅から成る金属箔を転写法等により貫通導体3の直上に被着形成することにより形成される。先ず、支持体と成るフィルム上に銅から成る金属箔を接着剤を介して接着した金属箔転写用フィルムを用意し、次に、フィルム上の金属箔を公知のフォトレジストを用いたサブトラクティブ法を使用してパターン状にエッチングする。この時、パターンの表面側の側面は、フィルム側の側面に較べてエッチング液に接する時間が長いためにエッチングされやすく、パターンの断面形状を台形状とすることができる。なお、台形の形状は、エッチング液の濃度やエッチング時間を調整することにより短い底辺と側辺とのなす角度を95〜150°の台形状とすることができる。そして、この金属箔転写用フィルムを絶縁層
1と成る前駆体シートに積層し、温度が100〜200℃で圧力が0.5〜10MPaの条
件で10分〜1時間ホットプレスした後、支持体と成るフィルムを剥離除去して金属箔を絶縁層1と成る前駆体シート表面に転写させることにより、台形状の上底側が絶縁層1に埋設された外部接続端子4を形成することができる。
また、外部接続端子4の開口形状は、図2および図3(a)、(b)に平面図で示すように、略円形状であるとともに、外周部4aの繰り返し長さSが外部接続端子4の円周の2〜20%で振幅dが外部接続端子4の直径Dの2〜20%の波状形状となっている。
そして、本発明の配線基板5においては、外部接続端子4を絶縁層1に埋め込むとともに、外部接続端子4の外周部4aを繰り返し長さSが外部接続端子4の円周の2〜20%で振幅dが外部接続端子4の直径Dの2〜20%の波状形状とすることが重要である。本発明の配線基板5によれば、外部接続端子4を絶縁層1に埋め込んだことから、外部接続端子4と配線基板5との接着面積が外部接続端子4の側面の面積分増加し、配線基板5と外部接続端子4との接着力を増加させることができ、また、外部接続端子4の外周部4aを繰り返し長さSが外部接続端子4の円周の2〜20%で振幅dが外部接続端子4の直径Dの2〜20%の波状形状としたことから、外部接続端子4の側面と絶縁層1との接着面積をより増加させて両者間のアンカー効果をより向上させることが可能となり、その結果、外部接続端子4との接続信頼性に優れた配線基板5とすることができる。
このような、外部接続端子4の外周部4aの波状形状は、図2に平面図で示すような半円を交互につなげた曲線形状やサインカーブ状の形状、図3(a)に平面図で示すような三角形を交互につなげた形状や、図3(b)に平面図で示すような突起部が四角形の歯車形状等の形状が用いられる。
なお、外部接続端子4の外周部4aの波状形状を図2に平面図で示すような曲線とすることにより、外部接続端子4と電子部品6や他の配線基板とを半田等の導体バンプ7を介して接続した場合、外部接続端子4の外周部4aに応力が集中したとしても応力が一点に集中することはなく、外周部全体に良好に分散させることが可能となり、その結果、外部接続端子4が配線基板5との界面から剥離して断線させてしまったり、あるいは配線基板5の外部接続端子4周辺にクラックが発生して配線導体2を断線させてしまうということはない。また、外部接続端子4の外周部4aの波状形状を図3(a)および(b)に平面図で示すような直線をつなげた形状とすることにより、外部接続端子4と電子部品6や他の配線基板とを半田等の導体バンプを介して接続した場合、配線基板5に反りや歪みが生じたとしても、外部接続端子4の外周部4aの直線の交点部分が導体バンプ6の外部接続端子4から剥がれようとする応力の伝播を有効に食い止めて、導体バンプ6が外部接続端子4から剥離することを有効に防止することができる。
また、外部接続端子4の外周部4aの波状形状は、外部接続端子4と配線基板5との接続面積を増加させ両者の密着強度を増加させるという観点からは、曲線と直線を混合しても良い。また、2つ以上の異なる形状を混合して用いても良い。
さらに、外部接続端子4の外周部4aの波状形状の繰り返し長さSは、外部接続端子4の円周の2%未満であると、外部接続端子4をエッチングにより形成する際に正確な形状を得ることが困難と成る傾向があり、20%を超えると外部接続端子4の側面部の表面積を増加させて、外部接続端子4と配線基板5との接着力を向上させる効果が低下してしまう傾向にある。従って、外部接続端子4の外周部4aの波状形状の繰り返し長さは、外部接続端子4の円周の2〜20%とすることが好ましい。
また、外部接続端子4の外周部4aの波状形状の振幅dは、外部接続端子4の直径Dの2%未満であると、外部接続端子4をエッチングにより形成する際に正確な形状を得ることが困難であり、また、20%を超えると外部接続端子4を微細化することが困難となる傾向にある。従って、外部接続端子4の外周部4aの波状形状の振幅dは、外部接続端子4の直径Dの2〜20%とすることが好ましい。
なお、ここで、外部接続端子4の外周部4aとは、図2および図3の平面図に符号4aで示すように、外部接続端子4の外周を示し、外部接続端子4の直径Dとは符号Dで示すように、外部接続端子の重心点からの距離が最大となる距離と最小となる距離の平均値を半径とする円(ここでは仮想円と称す)の直径を示し、振幅dとは符号dで示すように、波状形状の凸部と仮想円の円周との距離のことであり、繰り返し長さSとは符号Sで示すように波状形状の繰り返しが1単位となる範囲の仮想円の円周の長さを示している。
また、外部接続端子4は導体バンプ7との密着性を高めるために、その表面にバフ研磨・ブラスト研磨・ブラシ研磨・薬品処理等の処理で表面を粗化しておくことが好ましい。
このような配線基板5は、上述したような方法で製作した絶縁層1と成る前駆体シートの所望の位置に貫通導体3を形成した後、パターン形成した例えば銅の金属箔を、温度が100〜200℃で圧力が0.5〜10MPaの条件で10分〜1時間ホッ
トプレスして転写し、これらを積層して最終的に温度が150〜300℃で圧力が0.5
〜10MPaの条件で30分〜24時間ホットプレスして完全硬化させることにより製作される。
かくして本発明の配線基板5によれば、上記構成の配線基板5の上面に形成した外部接続端子4に半田等の導体バンプ7を介して半導体素子等の電子部品6を電気的に接続するとともに、配線基板5の下面に形成した外部接続端子4に半田等の導体バンプ7を形成することにより接続信頼性に優れた混成集積回路とすることができる。
なお、本発明の配線基板1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り、例えば、上述の実施例では4層の絶縁層1を積層することによって配線基板1を製作したが、2層や3層、あるいは5層以上の絶縁層1を積層して配線基板1を製作してもよい。また、本発明の多層配線基板4の上下表面に、ソルダーレジスト層やアンダーフィル材8を形成してもよい。
本発明の配線基板に、半導体素子等の電子部品を搭載して成る混成集積回路の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の配線基板の外部接続端子の実施の形態の一例を示す平面図である。 (a)、(b)は、それぞれ外部接続端子の他の実施の形態の例を示す平面図である。
符号の説明
1・・・・・・・・絶縁層
2・・・・・・・・配線導体
3・・・・・・・・貫通導体
4・・・・・・・・外部接続端子
4a・・・・・・・外周部
5・・・・・・・・配線基板
D・・・・・・・・外部接続端子の直径
d・・・・・・・・振幅
S・・・・・・・・繰り返し長さ

Claims (9)

  1. 液晶ポリマーフィルムの上下面に有機樹脂接着剤層を被覆して成る絶縁層と、該絶縁層に配設された配線導体と、該配線導体に電気的に接続される貫通導体と、最外層の前記絶縁層に埋め込まれて前記貫通導体と電気的に接続された外部接続端子とを具備した配線基板であって、前記外部接続端子は金属箔から成るとともに断面形状が前記絶縁層に埋め込まれている側の底辺の長さが対向する底辺の長さよりも短い台形状であり、前記外部接続端子の平面視での外周部は、繰り返し長さが前記外部接続端子の円周の2〜20%で振幅が前記外部接続端子の直径の2〜20%の波状形状であることを特徴とする配線基板。
  2. 前記波状形状は凸部と凹部とが交互に並んで成ることを特徴とする請求項1記載の配線基板。
  3. 前記外部接続端子はその側面が全周にわたって前記絶縁層に接触していることを特徴とする請求項1または請求項2記載の配線基板。
  4. 前記外部接続端子の前記表面にはソルダーレジストが形成されていないことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の配線基板。
  5. 前記貫通導体は導電性ペーストから成ることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の配線基板。
  6. 前記外部接続端子の外周部の波状形状は曲線であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の配線基板。
  7. 前記外部接続端子の外周部の波状形状は直線をつなげた形状であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の配線基板。
  8. 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の配線基板の前記外部接続端子に導体バンプを介して電子部品を接続したことを特徴とする電子部品搭載構造体。
  9. 前記導体バンプは前記外部接続端子の上面の全面を覆っていることを特徴とする請求項8記載の電子部品搭載構造体。
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