JP4248157B2 - Multilayer printed wiring board - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ICチップなどの電子部品を内蔵する多層プリント配線板に関するのもである。
【0002】
【従来の技術】
ICチップは、ワイヤーボンディング、TAB、フリップチップなどの実装方法によって、プリント配線板との電気的接続を取っていた。
ワイヤーボンディングは、プリント配線板にICチップを接着剤によりダイボンディングさせて、該プリント配線板のパッドとICチップのパッドとを金線などのワイヤーで接続させた後、ICチップ並びにワイヤーを守るために熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂などの封止樹脂を施していた。
TABは、ICチップのバンプとプリント配線板のパッドとをリードと呼ばれる線を半田などによって一括して接続させた後、樹脂による封止を行っていた。
フリップチップは、ICチップとプリント配線板のパッド部とをバンプを介して接続させて、バンプとの隙間に樹脂を充填させることによって行っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、それぞれの実装方法は、ICチップとプリント配線板の間に接続用のリード部品(ワイヤー、リード、バンプ)を介して電気的接続を行っている。それらの各リード部品は、切断、腐食し易く、これにより、ICチップとの接続が途絶えたり、誤作動の原因となることがあった。
【0004】
本発明者は、ICチップを多層プリント配線板に内蔵することで、リード部品を用いることなくICチップと多層プリント配線板との電気接続を取ることを案出した。即ち、樹脂絶縁性基板に開口部、通孔やザグリ部を設けてICチップなどの電子部品を予め内蔵させて、層間絶縁層を積層し、該ICチップのパッド上に、フォトエッチングあるいはレーザにより、バイアホールを設けて、導電層である導体回路を形成させた後、更に、層間絶縁層と導電層を繰り返して、多層プリント配線板を設ける構造を案出した。
【0005】
しかし、このICチップを内蔵する構造において、ICチップの上層に配設される層間絶縁層に剥離、クラックが発生し、信頼性が低下することが明らかになった。
【0006】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、リード部品を介さないで、ICチップと直接電気的に接続し得ると共に、高い信頼性を備える多層プリント配線板を提案することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述した層間絶縁層の剥離、クラックは、シリコンから成る熱膨張率の小さなICチップと、樹脂から成る熱膨張率の大きな他の各部材との熱膨張差から生じていることは明かであるが、具体的な対応は不明であった。
本発明者は、コア基板の凹部にICチップを収容する際の充填樹脂の弾性率を調整することで、ICチップの熱膨張差により生じる応力を緩和し得るとの着想を持ち、耐久試験を行ったところ、層間絶縁層での剥離、クラックが発生しないことが判明した。
【0008】
該充填樹脂は、弾性率を250Kgf/mm2以下、更に好適には0.1〜100Kgf/mm2まで下げることで、ICチップとコア基板との間の熱膨張差を吸収させ、層間絶縁層の剥離、クラックの発生を防ぎ得る。充填樹脂は、オレフィン系樹脂を含むことことが望ましい。オレフィン系樹脂であれば、弾性率が低く、熱膨張差を吸収できるからである。
【0009】
なお、ICチップのパッドには、トランジション層を設けるこのが好適である。この理由は、次の通りである。ICチップのパッドは一般的にアルミニウムなどで製造されている。トランジション層を形成させていないダイパッドのままで、フォトエッチングにより層間絶縁層のバイアホールを形成させた時、ダイパッドのままであれば露光、現像後にパッドの表層に樹脂が残りやすかった。それに、現像液の付着によりパッドの変色を引き起こした。一方、レーザによりバイアホールを形成させた場合にもダイパッドを焼損しない条件で行うと、パッド上に樹脂残りが発生した。また、後工程に、酸や酸化剤あるいはエッチング液に浸漬させたり、種々のアニール工程を経ると、ICチップのパッドの変色、溶解が発生した。更に、ICチップのパッドは、40μm程度の径で作られており、バイアホールはそれより大きいので位置ずれの際に未接続が発生しやすい。
【0010】
これに対して、ダイパッド上に銅等からなるトランジション層を設けることで、溶剤の使用が可能となりパッド上の樹脂残りを防ぐことができる。また、後工程の際に酸や酸化剤あるいはエッチング液に浸漬させたり、種々のアニール工程を経てもパッドの変色、溶解が発生しない。これにより、パッドとバイアホールとの接続性や信頼性を向上させる。更に、ICチップのパッド上に40μmよりも大きな径のトランジション層を介在させることで、バイアホールを確実に接続させることができる。望ましいのは、トランジション層をバイアホール径と同等以上にするとよい。
【0011】
それぞれに多層プリント配線板だけで機能を果たしてもいるが、場合によっては半導体装置としてのパッケージ基板としての機能させるために外部基板であるマザーボードやドーターボードとの接続のため、BGA、半田バンプやPGA(導電性接続ピン)を配設させてもよい。また、この構成は、従来の実装方法で接続した場合よりも配線長を短くできて、ループインダクタンスも低減できる。
【0012】
本願発明に用いられるICチップなどの電子部品を内蔵させる樹脂製基板としては、エポキシ樹脂、BT樹脂、フェノール樹脂などにガラスエポキシ樹脂などの補強材や心材を含浸させた樹脂、エポキシ樹脂を含浸させたプリプレグを積層させたものなどが用いられるが、一般的にプリント配線板で使用されるものを用いることができる。それ以外にも両面銅張積層板、片面板、金属膜を有しない樹脂板、樹脂シートを用いることができる。ただし、350℃以上の温度を加えると樹脂は、溶解、炭化をしてしまう。
【0013】
コア基板等の予め樹脂製絶縁基板にICチップなどの電子部品を収容するキャビティをザグリ、通孔、開口を形成したものに該電子部品を接着剤などで接合させる。ICチップを内蔵させたコア基板の全面に蒸着、スパッタリングなどの物理的な蒸着を行い、全面に導電性の金属膜を形成させる。その金属としては、スズ、クロム、チタン、ニッケル、亜鉛、コバルト、金、銅などの金属を1層以上形成させるものがよい。厚みとしては、0.001〜2.0μmの間で形成させるのがよい。特に、0.01〜1.0μmの間が望ましい。特に、ニッケル、クロム、チタンで形成するのがよい。界面から湿分の侵入がなく、金属密着性に優れるからである。
【0014】
その金属膜上に、無電解あるいは電解めっきにより、厚付けさせる。形成されるメッキの種類としては銅、ニッケル、金、銀、亜鉛、鉄などがある。電気特性、経済性、また、後程で形成されるビルドアップである導体層は主に銅であることから、銅を用いることがよい。その厚みは1〜20μmの範囲で行うのがよい。それより厚くなると、エッチングの際にアンダーカットが起こってしまい、形成されるトランジション層とバイアホールと界面に隙間が発生することがある。その後、エッチングレジストを形成して、露光、現像してトランジション層以外の部分の金属を露出させてエッチングを行い、ICチップのパッド上にトランジション層を形成させる。
【0015】
本発明で定義されるトランジション層について説明する。
トランジション層は、従来のICチップ実装技術を用いることなく、半導体素子であるICチップとプリント配線板と直接接続を取るために設けられた中間の仲介層を意味する。特徴としては、2層以上の金属層で形成され、半導体素子であるICチップのダイパッドよりも大きくさせることにある。それによって、電気的接続や位置合わせ性を向上させるものであり、かつ、ダイパッドにダメージを与えることなくレーザやフォトエッチングによるバイアホール加工を可能にするものである。そのため、プリント配線板へのICチップの埋め込み、収容、収納や接続を確実にすることができる。また、トランジション層上には、直接、プリント配線板の導体層である金属を形成することを可能にする。その導体層の一例としては、層間樹脂絶縁層のバイアホールや基板上のスルーホールなどがある。
【0016】
また、上記トランジション層の製造方法以外にも、ICチップ及びコア基板の上に形成した金属膜上にドライフィルムレジストを形成してトランジション層に該当する部分を除去させて、電解めっきによって厚付けした後、レジストを剥離してエッチング液によって、同様にICチップのパッド上にトランジション層を形成させることもできる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
先ず、本発明の第1実施形態に係る多層プリント配線板の構成について、当該多層プリント配線板10の断面を示す図7を参照して説明する。
【0018】
図7に示すように多層プリント配線板10は、ICチップ20を収容するコア基板30と、層間樹脂絶縁層50、層間樹脂絶縁層150とからなる。層間樹脂絶縁層50には、バイアホール60および導体回路58が形成され、層間樹脂絶縁層150には、バイアホール160および導体回路158が形成されている。
【0019】
ICチップ20には、パッシベーション膜24が被覆され、該パッシベーション膜24の開口内に入出力端子を構成するダイパッド22が配設されている。パッド22の上には、主として銅からなるトランジション層38が形成されている。
【0020】
層間樹脂絶縁層150の上には、ソルダーレジスト層70が配設されている。ソルダーレジスト層70の開口部71下の導体回路158には、図示しないドータボード、マザーボード等の外部基板と接続するための半田バンプ76が設けられている。
【0021】
第1実施形態の多層プリント配線板10では、コア基板30にICチップ20を予め内蔵させて、該ICチップ20のパッド22にはトランジション層38を配設させている。このため、リード部品や封止樹脂を用いず、ICチップと多層プリント配線板(パッケージ基板)との電気的接続を取ることができる。
【0022】
ICチップ20は、コア基板30に形成された凹部32に充填樹脂34を介して収容されている。充填樹脂34は、弾性率を100Kgf/mm2以下に設定されている。第1実施形態では、充填樹脂34の弾性率を下げることで、ICチップ20とコア基板30との間の熱膨張差により生じる応力を緩和させ、層間樹脂絶縁層50の剥離、クラックの発生を防ぐ。
【0023】
また、第1実施形態の多層プリント配線板では、ICチップ20は熱膨張係数(CTE)3.5ppm、ガラスクロスを心材とするコア基板30は熱膨張係数(CTE)15ppmである。第1実施形態では、充填樹脂34の熱膨張係数(CTE)を、コア基板30の熱膨張係数(CTE)との差が40以下である55ppm以下となるように調整してある。即ち、該充填樹脂34の熱膨張係数を下げ、ガラスクロスを心材とする熱膨張係数の相対的小さなコア基板30に近づけることにより、熱膨張差によりICチップ20とコア基板30との間で発生する応力を該充填樹脂34にて吸収させ、心材を有さず厚みが薄く脆弱な層間樹脂絶縁層50に影響を与え、剥離、クラックを発生させることを防いである。
【0024】
第1実施形態に係る多層プリント配線板10では、内蔵されるICチップ20の厚みHを50〜250μmに設定してある。即ち、既存のICチップが厚み700μm程度であるのに対して、第1実施形態では、半分以下の250μm未満とすることで、ICチップ20と層間樹脂絶縁層50、コア基板30との厚み方向への熱膨張量の違いを小さくし、層間樹脂絶縁層50の剥離、クラックの発生を防ぐ。
【0025】
上述したようにICチップ20は熱膨張係数(CTE)3.5ppm、後述する構成の層間樹脂絶縁層50は熱膨張係数(CTE)80ppm、ガラスクロスを心材とするコア基板30は熱膨張係数(CTE)15ppmである。層間樹脂絶縁層50の熱膨張係数が、ICチップ20の熱膨張係数を大幅に上回るため、ヒートサイクルにおいて吸収しきれない応力が、層間樹脂絶縁層50の剥離、クラックの発生を招いていた。このため、第1実施形態では、上述したようにICチップ20の厚みを薄くすることで、ICチップの厚み方向でのICチップ、層間樹脂絶縁層、コア基板の熱膨張量の違いを小さくし、層間樹脂絶縁層50の剥離、クラックの発生を防止する。
【0026】
ICチップ20の厚みは、250μmを越えると、層間樹脂絶縁層50での剥離、クラックが発生し、一方、50μm未満では、ICチップの製造が困難であると共に、取り扱い中にICチップそのものを破断することがある。ここで、ICチップは、厚さ100〜200μmであることが特に望ましい。200μm以下にすることで、層間樹脂絶縁層50での剥離、クラックを完全に防ぎ、また、100μm以上にすることで、製造を容易にすると共に、ICチップが破断しなくなるからである。
【0027】
多層プリント配線板10に内蔵されたICチップ20の平面図を図1(B)に、その側面図を図1(C)に示す。該ICチップ20の4辺の角部20aは、面取りされ半円状に形成されていてもよい。角部を切り落とすことで、薄いICチップにクラックが入り難くしてある。また、面取りすることで、多層プリント配線板10がヒートサイクルが加えられた際にも、ICチップ20の角部20aにおいて応力が集中することがない。このため、角部20aの近傍で、コア基板30と層間樹脂絶縁層50、ICチップと層間樹脂絶縁層50との剥離、及び、層間樹脂絶縁層50でのクラックの発生を防ぎ、多層プリント配線板10の信頼性を向上させることができる。
【0028】
第1実施形態の多層プリント配線板は、ICチップ部分にトランジション層38が形成されていることから、ICチップ部分には平坦化されるので、上層の層間絶縁層50も平坦化されて、膜厚みも均一になる。更に、トランジション層によって、上層のバイアホール60を形成する際も形状の安定性を保つことができる。
【0029】
更に、ダイパッド22上に銅製のトランジション層38を設けることで、パッド22上の樹脂残りを防ぐことができ、また、後工程の際に酸や酸化剤あるいはエッチング液に浸漬させたり、種々のアニール工程を経てもパッド22の変色、溶解が発生しない。これにより、ICチップのパッドとバイアホールとの接続性や信頼性を向上させる。更に、40μm径パッド22上に60μm径以上のトランジション層38を介在させることで、60μm径のバイアホールを確実に接続させることができる。
【0030】
引き続き、図7を参照して上述した多層プリント配線板の製造方法について、図1〜図6を参照して説明する。
【0031】
(1)先ず、図1(A)に示す多数個取り用ICチップを、ダイシングにより図1(B)に示すように個片に切断すると共に、角部20aを研磨により半円状に面取りする。
(2)一方、ガラスクロス等の心材にエポキシ等の樹脂を含浸させたプリプレグを積層した絶縁樹脂基板(コア基板)30を出発材料として用意する(図2(A)参照)。次に、コア基板30の片面に、ザグリ加工でICチップ収容用の凹部32を形成する(図2(B)参照)。ここでは、ザグリ加工により凹部を設けているが、開口を設けた絶縁樹脂基板と開口を設けない樹脂絶縁基板とを張り合わせることで、収容部を備えるコア基板を形成できる。
【0032】
(3)その後、凹部32に、印刷機を用いて充填樹脂34を塗布する。このとき、塗布以外にも、ポッティングなどをしてもよい。次に、ICチップ20を充填樹脂34上に載置する(図2(C)参照)。
【0033】
充填樹脂34は、上述したように弾性率を100Kgf/mm2以下に設定されている。弾性率を下げることで、該充填樹脂34でICチップ20とコア基板30との間の熱膨張差により生じる応力を緩和させ、層間樹脂絶縁層50の剥離、クラックの発生を防ぐ。充填樹脂34は、オレフィン系樹脂を含むことことが望ましい。オレフィン系樹脂であれば、弾性率が低く、熱膨張差を吸収できるからである。ここでは、オレフィン系樹脂を用いているが、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂を組み合わせ、弾性率を250Kgf/mm2以下に設定することで、層間樹脂絶縁層50の剥離、クラックの発生を防ぐことができる。充填樹脂は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、もしくはそれらの複合体を用いることができる。
【0034】
また、充填樹脂34は、コア基板30の熱膨張係数(15ppm)との差が40ppm以下となるよう、熱膨張係数55ppm以下に調整してある。このため、上記樹脂に無機粒子、金属粒子、樹脂粒子の少なくとも1つを10wt%以上含ませることにより、熱膨張係数を調整してある。なお、粒子の量が多くなると、接着強度が低下し、充填剤としての役割を果たさなくなると共に、脆さが増して当該充填樹脂34にクラックが入り易くなるため、80wt%以下に抑えてある。
【0035】
(4)そして、ICチップ20の上面を押す、もしくは叩いて凹部32内に完全に収容させる(図2(D)参照)。これにより、コア基板30を平滑にすることができる。
【0036】
(5)その後、ICチップ20を収容させたコア基板30の全面に蒸着、スパッタリングなどの物理的な蒸着を行い、全面に導電性の金属膜33を形成させる(図3(A))。その金属としては、スズ、クロム、チタン、ニッケル、亜鉛、コバルト、金、銅などの金属を1層以上形成させるものがよい。厚みとしては、0.001〜2μmの間で形成させるのがよい。特に、0.01〜1.0μmが望ましい。
【0037】
金属膜33上に、無電解めっきにより、めっき膜36を形成させてもよい(図3(B))。形成されるメッキの種類としては銅、ニッケル、金、銀、亜鉛、鉄などがある。電気特性、経済性、また、後程で形成されるビルドアップである導体層は主に銅であることから、銅を用いるとよい。その厚みは1〜20μmの範囲で行うのがよい。
【0038】
なお、本実施形態の構成では、トランジション層38が、金属層(第1薄膜層)33と電解めっき膜36とからなる2層構造であるが、トランジション層を、薄膜層(第1薄膜層)と無電解めっき膜(第2薄膜層)と電解めっき膜(厚付け層)とからなる3層構造として構成することもできる。3層構造の場合、第2薄膜層を、第1薄膜層33の上に、スパッタ、蒸着、無電解めっきによって積層する。その厚みは、0.01〜5μmが良く、特に0.1〜3.0μmが望ましい。その場合積層できる金属は、ニッケル、銅、金、銀の中から選ばれるものがよい。
【0039】
(6)その後、レジストを塗布し、露光、現像してICチップのパッドの上部に開口を設けるようにメッキレジスト35を設け、無電解メッキを施して無電解めっき膜37を設ける(図3(C))。メッキレジスト35を除去した後、メッキレジスト35下の無電解めっき膜36、金属膜33を除去することで、ICチップのパッド22上にトランジション層38を形成する(図3(D))。ここでは、メッキレジストによりトランジション層を形成したが、無電解めっき膜36の上に電解めっき膜を均一に形成した後、エッチングレジストを形成して、露光、現像してトランジション層以外の部分の金属を露出させてエッチングを行い、ICチップのパッド上にトランジション層を形成させることも可能である。この場合、電解めっき膜の厚みは1〜20μmの範囲がよい。それより厚くなると、エッチングの際にアンダーカットが起こってしまい、形成されるトランジション層とバイアホールと界面に隙間が発生することがあるからである。
なお、望ましい組み合わせは、クロム−銅、クロム−ニッケル、チタン−銅、チタン−ニッケルである。
金属との接合性や電気伝達性という点で他の組み合わせよりも優れる。
【0040】
(7)次に、基板にエッチング液をスプレイで吹きつけ、トランジション層38の表面をエッチングすることにより粗化面38αを形成する(図4(A)参照)。無電解めっきや酸化還元処理を用いて粗化面を形成することもできる。
【0041】
(8)上記工程を経た基板に、厚さ50μmの熱硬化型樹脂シートを温度50〜150℃まで昇温しながら圧力5kg/cm2で真空圧着ラミネートし、層間樹脂絶縁層50を設ける(図4(B)参照)。真空圧着時の真空度は、10mmHgである。
【0042】
(9)次に、波長10.4μmのCO2ガスレーザにて、ビーム径5mm、トップハットモード、パルス幅5.0μ秒、マスクの穴径0.5mm、1ショットの条件で、層間樹脂絶縁層50に直径80μmのバイアホール用開口48を設ける(図4(C)参照)。クロム酸を用いて、開口48内の樹脂残りを除去する。ダイパッド22上に銅製のトランジション層38を設けることで、パッド22上の樹脂残りを防ぐことができ、これにより、パッド22と後述するバイアホール60との接続性や信頼性を向上させる。更に、40μm径パッド22上に60μm以上の径のトランジション層38を介在させることで、60μm径のバイアホール用開口48を確実に接続させることができる。なお、ここでは、クロム酸を用いて樹脂残さを除去したが、酸素プラズマを用いてデスミア処理を行うことも可能である。
【0043】
(10)次に、クロム酸、過マンガン酸塩などの酸化剤等に浸漬させることによって、層間樹脂絶縁層50の粗化面50αを設ける(図4(D)参照)。該粗化面50αは、0.1〜5μmの範囲で形成されることがよい。その一例として、過マンガン酸ナトリウム溶液50g/l、温度60℃中に5〜25分間浸漬させることによって、2〜3μmの粗化面50αを設ける。上記以外には、日本真空技術株式会社製のSV−4540を用いてプラズマ処理を行い、層間樹脂絶縁層50の表面に粗化面50αを形成することもできる。この際、不活性ガスとしてはアルゴンガスを使用し、電力200W、ガス圧0.6Pa、温度70℃の条件で、2分間プラズマ処理を実施する。
【0044】
(9)粗化面50αが形成された層間樹脂絶縁層50上に、金属層52を設ける(図5(A)参照)。金属層52は、無電解めっきによって形成させる。予め層間樹脂絶縁層50の表層にパラジウムなどの触媒を付与させて、無電解めっき液に5〜60分間浸漬させることにより、0.1〜5μmの範囲でめっき膜である金属層52を設ける。その一例として、
〔無電解めっき水溶液〕
NiSO4 0.003 mol/l
酒石酸 0.200 mol/l
硫酸銅 0.030 mol/l
HCHO 0.050 mol/l
NaOH 0.100 mol/l
α、α′−ビピルジル 100 mg/l
ポリエチレングリコール(PEG) 0.10 g/l
34℃の液温度で40分間浸漬させた。
上記以外でも上述したプラズマ処理と同じ装置を用い、内部のアルゴンガスを交換した後、Ni及びCuをターゲットにしたスパッタリングを、気圧0.6Pa、温度80℃、電力200W、時間5分間の条件で行い、Ni/Cu金属層52を層間樹脂絶縁層50の表面に形成することもできる。このとき、形成されるNi/Cu金属層52の厚さは0.2μmである。
【0045】
(12)上記処理を終えた基板30に、市販の感光性ドライフィルムを貼り付け、フォトマスクフィルムを載置して、100mJ/cm2で露光した後、0.8%炭酸ナトリウムで現像処理し、厚さ15μmのめっきレジスト54を設ける。次に、以下の条件で電解めっきを施して、厚さ15μmの電解めっき膜56を形成する(図5(B)参照)。なお、電解めっき水溶液中の添加剤は、アトテックジャパン社製のカパラシドHLである。
【0046】
〔電解めっき水溶液〕
硫酸 2.24 mol/l
硫酸銅 0.26 mol/l
添加剤(アトテックジャパン製、カパラシドHL)
19.5 ml/l
〔電解めっき条件〕
電流密度 1A/dm2
時間 65分
温度 22±2℃
【0047】
(13)めっきレジスト54を5%NaOHで剥離除去した後、そのめっきレジスト下の金属層52を硝酸および硫酸と過酸化水素の混合液を用いるエッチングにて溶解除去し、金属層52と電解めっき膜56からなる厚さ16μmの導体回路58及びバイアホール60を形成し、第二銅錯体と有機酸とを含有するエッチング液によって、粗化面58α、60αを形成する(図5(C)参照)。
【0048】
(14)次いで、上記(8)〜(13)の工程を、繰り返すことにより、さらに上層の層間樹脂絶縁層150及び導体回路158(バイアホール160を含む)を形成する(図6(A)参照)。
【0049】
(15)次に、ジエチレングリコールジメチルエーテル(DMDG)に60重量%の濃度になるように溶解させた、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬社製)のエポキシ基50%をアクリル化した感光性付与のオリゴマー(分子量4000)46.67重量部、メチルエチルケトンに溶解させた80重量%のビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シェル社製、商品名:エピコート1001)15重量部、イミダゾール硬化剤(四国化成社製、商品名:2E4MZ−CN)1.6重量部、感光性モノマーである多官能アクリルモノマー(共栄化学社製、商品名:R604)3重量部、同じく多価アクリルモノマー(共栄化学社製、商品名:DPE6A)1.5重量部、分散系消泡剤(サンノプコ社製、商品名:S−65)0.71重量部を容器にとり、攪拌、混合して混合組成物を調整し、この混合組成物に対して光重量開始剤としてベンゾフェノン(関東化学社製)2.0重量部、光増感剤としてのミヒラーケトン(関東化学社製)0.2重量部を加えて、粘度を25℃で2.0Pa・sに調整したソルダーレジスト組成物(有機樹脂絶縁材料)を得る。
なお、粘度測定は、B型粘度計(東京計器社製、DVL−B型)で60rpmの場合はローターNo.4、6rpmの場合はローターNo.3によった。なお、ソルダーレジストとして市販のソルダーレジストを用いることもできる。
【0050】
(16)次に、基板30に、上記ソルダーレジスト組成物を20μmの厚さで塗布し、70℃で20分間、70℃で30分間の条件で乾燥処理を行った後、ソルダーレジストレジスト開口部のパターンが描画された厚さ5mmのフォトマスクをソルダーレジスト層70に密着させて1000mJ/cm2の紫外線で露光し、DMTG溶液で現像処理し、200μmの直径の開口71を形成する(図6(B)参照)。
【0051】
(17)次に、ソルダーレジスト層(有機樹脂絶縁層)70を形成した基板を、塩化ニッケル(2.3×10-1mol/l)、次亞リン酸ナトリウム(2.8×10-1mol/l)、クエン酸ナトリウム(1.6×10-1mol/l)を含むpH=4.5の無電解ニッケルめっき液に20分間浸漬して、開口部71に厚さ5μmのニッケルめっき層72を形成する。さらに、その基板を、シアン化金カリウム(7.6×10-3mol/l)、塩化アンモニウム(1.9×10-1mol/l)、クエン酸ナトリウム(1.2×10-1mol/l)、次亜リン酸ナトリウム(1.7×10-1mol/l)を含む無電解めっき液に80℃の条件で7.5分間浸漬して、ニッケルめっき層72上に厚さ0.03μmの金めっき層74を形成することで、導体回路158に半田パッド75を形成する(図6(C)参照)。
【0052】
(18)この後、ソルダーレジスト層70の開口部71に、半田ペーストを印刷して、200℃でリフローすることにより、半田バンプ76を形成する。これにより、ICチップ20を内蔵し、半田バンプ76を有する多層プリント配線板10を得ることができる(図7参照)。
【0053】
上述した実施形態では、層間樹脂絶縁層50、150に熱硬化型樹脂シートを用いた。この熱硬化型樹脂シート樹脂には、難溶性樹脂、可溶性粒子、硬化剤、その他の成分が含有されている。それぞれについて以下に説明する。
【0054】
第1実施形態の製造方法において使用する熱硬化型樹脂シートは、酸または酸化剤に可溶性の粒子(以下、可溶性粒子という)が酸または酸化剤に難溶性の樹脂(以下、難溶性樹脂という)中に分散したものである。
なお、第1実施形態で使用する「難溶性」「可溶性」という語は、同一の酸または酸化剤からなる溶液に同一時間浸漬した場合に、相対的に溶解速度の早いものを便宜上「可溶性」と呼び、相対的に溶解速度の遅いものを便宜上「難溶性」と呼ぶ。
【0055】
上記可溶性粒子としては、例えば、酸または酸化剤に可溶性の樹脂粒子(以下、可溶性樹脂粒子)、酸または酸化剤に可溶性の無機粒子(以下、可溶性無機粒子)、酸または酸化剤に可溶性の金属粒子(以下、可溶性金属粒子)等が挙げられる。これらの可溶性粒子は、単独で用いても良いし、2種以上併用してもよい。
【0056】
上記可溶性粒子の形状は特に限定されず、球状、破砕状等が挙げられる。また、上記可溶性粒子の形状は、一様な形状であることが望ましい。均一な粗さの凹凸を有する粗化面を形成することができるからである。
【0057】
上記可溶性粒子の平均粒径としては、0.1〜10μmが望ましい。この粒径の範囲であれば、2種類以上の異なる粒径のものを含有してもよい。すなわち、平均粒径が0.1〜0.5μmの可溶性粒子と平均粒径が1〜3μmの可溶性粒子とを含有する等である。これにより、より複雑な粗化面を形成することができ、導体回路との密着性にも優れる。なお、第1実施形態において、可溶性粒子の粒径とは、可溶性粒子の一番長い部分の長さである。
【0058】
上記可溶性樹脂粒子としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等からなるものが挙げられ、酸あるいは酸化剤からなる溶液に浸漬した場合に、上記難溶性樹脂よりも溶解速度が速いものであれば特に限定されない。
上記可溶性樹脂粒子の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等からなるものが挙げられ、これらの樹脂の一種からなるものであってもよいし、2種以上の樹脂の混合物からなるものであってもよい。
【0059】
また、上記可溶性樹脂粒子としては、ゴムからなる樹脂粒子を用いることもできる。上記ゴムとしては、例えば、ポリブタジエンゴム、エポキシ変性、ウレタン変性、(メタ)アクリロニトリル変性等の各種変性ポリブタジエンゴム、カルボキシル基を含有した(メタ)アクリロニトリル・ブタジエンゴム等が挙げられる。これらのゴムを使用することにより、可溶性樹脂粒子が酸あるいは酸化剤に溶解しやすくなる。つまり、酸を用いて可溶性樹脂粒子を溶解する際には、強酸以外の酸でも溶解することができ、酸化剤を用いて可溶性樹脂粒子を溶解する際には、比較的酸化力の弱い過マンガン酸塩でも溶解することができる。また、クロム酸を用いた場合でも、低濃度で溶解することができる。そのため、酸や酸化剤が樹脂表面に残留することがなく、後述するように、粗化面形成後、塩化パラジウム等の触媒を付与する際に、触媒が付与されなたかったり、触媒が酸化されたりすることがない。
【0060】
上記可溶性無機粒子としては、例えば、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、カリウム化合物、マグネシウム化合物およびケイ素化合物からなる群より選択される少なくとも一種からなる粒子等が挙げられる。
【0061】
上記アルミニウム化合物としては、例えば、アルミナ、水酸化アルミニウム等が挙げられ、上記カルシウム化合物としては、例えば、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム等が挙げられ、上記カリウム化合物としては、炭酸カリウム等が挙げられ、上記マグネシウム化合物としては、マグネシア、ドロマイト、塩基性炭酸マグネシウム等が挙げられ、上記ケイ素化合物としては、シリカ、ゼオライト等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、2種以上併用してもよい。
【0062】
上記可溶性金属粒子としては、例えば、銅、ニッケル、鉄、亜鉛、鉛、金、銀、アルミニウム、マグネシウム、カルシウムおよびケイ素からなる群より選択される少なくとも一種からなる粒子等が挙げられる。また、これらの可溶性金属粒子は、絶縁性を確保するために、表層が樹脂等により被覆されていてもよい。
【0063】
上記可溶性粒子を、2種以上混合して用いる場合、混合する2種の可溶性粒子の組み合わせとしては、樹脂粒子と無機粒子との組み合わせが望ましい。両者とも導電性が低くいため樹脂シートの絶縁性を確保することができるとともに、難溶性樹脂との間で熱膨張の調整が図りやすく、樹脂シートからなる層間樹脂絶縁層にクラックが発生せず、層間樹脂絶縁層と導体回路との間で剥離が発生しないからである。
【0064】
上記難溶性樹脂としては、層間樹脂絶縁層に酸または酸化剤を用いて粗化面を形成する際に、粗化面の形状を保持できるものであれば特に限定されず、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、これらの複合体等が挙げられる。また、これらの樹脂に感光性を付与した感光性樹脂であってもよい。感光性樹脂を用いることにより、層間樹脂絶縁層に露光、現像処理を用いてバイアホール用開口を形成することできる。
これらのなかでは、熱硬化性樹脂を含有しているものが望ましい。それにより、めっき液あるいは種々の加熱処理によっても粗化面の形状を保持することができるからである。
【0065】
上記難溶性樹脂の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
さらには、1分子中に、2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂がより望ましい。前述の粗化面を形成することができるばかりでなく、耐熱性等にも優れてるため、ヒートサイクル条件下においても、金属層に応力の集中が発生せず、金属層の剥離などが起きにくいからである。
【0066】
上記エポキシ樹脂としては、例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、アルキルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェノールF型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノール類とフェノール性水酸基を有する芳香族アルデヒドとの縮合物のエポキシ化物、トリグリシジルイソシアヌレート、脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。それにより、耐熱性等に優れるものとなる。
【0067】
第1実施形態で用いる樹脂シートにおいて、上記可溶性粒子は、上記難溶性樹脂中にほぼ均一に分散されていることが望ましい。均一な粗さの凹凸を有する粗化面を形成することができ、樹脂シートにバイアホールやスルーホールを形成しても、その上に形成する導体回路の金属層の密着性を確保することができるからである。また、粗化面を形成する表層部だけに可溶性粒子を含有する樹脂シートを用いてもよい。それによって、樹脂シートの表層部以外は酸または酸化剤にさらされることがないため、層間樹脂絶縁層を介した導体回路間の絶縁性が確実に保たれる。
【0068】
上記樹脂シートにおいて、難溶性樹脂中に分散している可溶性粒子の配合量は、樹脂シートに対して、3〜40重量%が望ましい。可溶性粒子の配合量が3重量%未満では、所望の凹凸を有する粗化面を形成することができない場合があり、40重量%を超えると、酸または酸化剤を用いて可溶性粒子を溶解した際に、樹脂シートの深部まで溶解してしまい、樹脂シートからなる層間樹脂絶縁層を介した導体回路間の絶縁性を維持できず、短絡の原因となる場合がある。
【0069】
上記樹脂シートは、上記可溶性粒子、上記難溶性樹脂以外に、硬化剤、その他の成分等を含有していることが望ましい。
上記硬化剤としては、例えば、イミダゾール系硬化剤、アミン系硬化剤、グアニジン系硬化剤、これらの硬化剤のエポキシアダクトやこれらの硬化剤をマイクロカプセル化したもの、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォニウム・テトラフェニルボレート等の有機ホスフィン系化合物等が挙げられる。
【0070】
上記硬化剤の含有量は、樹脂シートに対して0.05〜10重量%であることが望ましい。0.05重量%未満では、樹脂シートの硬化が不十分であるため、酸や酸化剤が樹脂シートに侵入する度合いが大きくなり、樹脂シートの絶縁性が損なわれることがある。一方、10重量%を超えると、過剰な硬化剤成分が樹脂の組成を変性させることがあり、信頼性の低下を招いたりしてしまうことがある。
【0071】
上記その他の成分としては、例えば、粗化面の形成に影響しない無機化合物あるいは樹脂等のフィラーが挙げられる。上記無機化合物としては、例えば、シリカ、アルミナ、ドロマイト等が挙げられ、上記樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレン樹脂、メラニン樹脂、オレフィン系樹脂等が挙げられる。これらのフィラーを含有させることによって、熱膨脹係数の整合や耐熱性、耐薬品性の向上などを図り多層プリント配線板の性能を向上させることができる。
【0072】
また、上記樹脂シートは、溶剤を含有していてもよい。上記溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテートやトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種類以上併用してもよい。ただし、これらの層間樹脂絶縁層は、350℃以上の温度を加えると溶解、炭化をしてしまう。
【0073】
引き続き、第1実施形態の第1改変例に係る多層プリント配線板について、図8を参照して説明する。上述した第1実施形態では、BGAを配設した場合で説明した。第1改変例では、第1実施形態とほぼ同様であるが、図8に示すように導電性接続ピン96を介して接続を取るPGA方式に構成されている。
【0074】
次に、第1実施形態の第2改変例に係る多層プリント配線板について、図9を参照して説明する。
上述した第1実施形態では、コア基板30にザグリで設けた凹部32にICチップを収容した。これに対して、第2改変例では、コア基板30に形成した通孔32にICチップ20を収容してある。この第2改変例では、ICチップ20の裏面側にヒートシンクを直接取り付けることができるため、ICチップ20を効率的に冷却できる利点がある。
【0075】
第2改変例では、ICチップ20は、コア基板30に形成された通孔32に充填樹脂34を介して収容されている。ここで、充填樹脂34は、第1実施形態と同様に弾性率を100Kgf/mm2以下に設定されている。弾性率を下げることで、該充填樹脂34でICチップ20とコア基板30との間の熱膨張差により生じる応力を緩和させ、層間樹脂絶縁層50の剥離、クラックの発生を防ぐ。
【0076】
引き続き、第1実施形態の第3改変例に係る多層プリント配線板について、図10を参照して説明する。
上述した第1実施形態では、ICチップ20のパッド22上にトランジション層38を形成し、該トランジション層38に層間樹脂絶縁層50のバイアホール60を接続した。これに対して、第3改変例では、トランジション層を設けることなくバイアホール60をパッド22へ直接接続してある。この第3改変例は、第1実施形態と比較して工程を削減できるため、廉価に構成できる利点がある。
【0077】
次に、第1実施形態の第4改変例に係る多層プリント配線板について、図11を参照して説明する。
上述した第1実施形態では、多層プリント配線板内にICチップを収容した。これに対して、第4改変例では、多層プリント配線板内にICチップ20を収容すると共に、表面にICチップ120を載置してある。内蔵のICチップ20としては、発熱量の比較的小さいキャシュメモリが用いられ、表面のICチップ120としては、演算用のCPUが載置されている。
【0078】
ICチップ20のパッド22と、ICチップ120のパッド124とは、トランジション層38−バイアホール60−導体回路58−バイアホール160−導体回路158−半田バンプ76Uを介して接続されている。一方、ICチップ120のパッド124と、ドータボード90のパッド92とは、半田バンプ76U−導体回路158−バイアホール160−導体回路58−バイアホール60−スルーホール136−バイアホール60−導体回路58−バイアホール160−導体回路158−半田バンプ76Uを介して接続されている。
【0079】
第4改変例では、歩留まりの低いキャシュメモリ20をCPU用のICチップ120と別に製造しながら、ICチップ120とキャシュメモリ20とを近接して配置することが可能になり、ICチップの高速動作が可能となる。この第4改変例では、ICチップを内蔵すると共に表面に載置することで、それぞれの機能が異なるICチップなどの電子部品を実装させることができ、より高機能な多層プリント配線板を得ることができる。
【0080】
[第1比較例]
第1比較例として、第1実施形態と同様にして多層プリント配線板を形成した。但し、充填樹脂34の弾性率を300Kgf/mm2に設定した。
【0081】
[第2比較例]
第2比較例として、第2改変例と同様にして多層プリント配線板を形成した。但し、充填樹脂34の弾性率を300Kgf/mm2に設定した。
【0082】
第1実施形態、第2改変例の多層プリント配線板と、第1、第2比較例の多層プリント配線板とをヒートサイクルを行った後の、層間樹脂絶縁層の剥離、クラックの発生の有無を評価した結果を図12の図表に示す。第1実施形態、第2改変例では、層間樹脂絶縁層に剥離、クラックが、充填樹脂にクラックが発生しなかったが、第1、第2比較例では、層間樹脂絶縁層に剥離、クラックが発生した。
【0083】
【発明の効果】
以上記述したように本発明では、コア基板に形成された通孔又は凹部にICチップを収容してなるプリント配線板において、通孔又は凹部とICチップとの間に介在させる充填樹脂の弾性率を250Kgf/mm2以下まで下げることで、ICチップとコア基板との間の熱膨張差を吸収させ、層間絶縁層の剥離、クラックの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は、裁断前の多数個取り用のICチップの平面図であり、(B)は、面取りされ個片化されたICチップの平面図であり、(C)は(B)の側面図である。
【図2】(A)、(B)、(C)、(D)は、本発明の第1実施形態に係る多層プリント配線板の製造工程図である。
【図3】(A)、(B)、(C)、(D)は、本発明の第1実施形態に係る多層プリント配線板の製造工程図である。
【図4】(A)、(B)、(C)、(D)は、本発明の第1実施形態に係る多層プリント配線板の製造工程図である。
【図5】(A)、(B)、(C)は、本発明の第1実施形態に係る多層プリント配線板の製造工程図である。
【図6】(A)、(B)、(C)は、本発明の第1実施形態に係る多層プリント配線板の製造工程図である。
【図7】第1実施形態に係る多層プリント配線板の断面図である。
【図8】第1実施形態の第1実施形態の第1改変例に係る多層プリント配線板の断面図である。
【図9】第1実施形態の第2改変例に係る多層プリント配線板の断面図である。
【図10】第1実施形態の第3改変例に係る多層プリント配線板の断面図である。
【図11】第1実施形態の第4改変例に係る多層プリント配線板の断面図である。
【図12】第1実施形態、第2改変例、比較例の評価結果を示す図表である。
【符号の説明】
20 ICチップ
20a 角部
22 パッド
24 パッシベーション膜
30 コア基板
30D ヒートシンク
32 凹部
34 充填樹脂
36 樹脂層
38 トランジション層
50 層間樹脂絶縁層
58 導体回路
60 バイアホール
70 ソルダーレジスト層
76 半田バンプ
90 ドータボード
96 導電性接続ピン
97 導電性接着剤
150 層間樹脂絶縁層
158 導体回路
160 バイアホール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention incorporates an electronic component such as an IC chip.multilayerIt also relates to printed wiring boards.
[0002]
[Prior art]
The IC chip has been electrically connected to the printed wiring board by a mounting method such as wire bonding, TAB, or flip chip.
In wire bonding, an IC chip is die-bonded to a printed wiring board with an adhesive, and the pad of the printed wiring board and the IC chip pad are connected with a wire such as a gold wire, and then the IC chip and the wire are protected. An encapsulating resin such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin has been applied.
In TAB, the bumps of the IC chip and the pads of the printed wiring board are collectively connected with wires called leads by solder or the like, and then sealed with resin.
The flip chip is performed by connecting the IC chip and the pad portion of the printed wiring board via bumps and filling a resin in the gap between the bumps.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in each mounting method, electrical connection is performed between the IC chip and the printed wiring board via connecting lead parts (wires, leads, bumps). Each of these lead parts is likely to be cut and corroded, which may cause the connection with the IC chip to be lost or cause a malfunction.
[0004]
The inventor has devised that the IC chip and the multilayer printed wiring board can be electrically connected without using lead parts by incorporating the IC chip in the multilayer printed wiring board. That is, an opening, a through-hole, or a counterbore is provided in a resin insulating substrate, an electronic component such as an IC chip is built in in advance, an interlayer insulating layer is laminated, and a photoetching or laser is applied on the pad of the IC chip. A structure was devised in which a via hole was provided to form a conductive circuit as a conductive layer, and then a multilayer printed wiring board was provided by repeating the interlayer insulating layer and the conductive layer.
[0005]
However, it has been clarified that in the structure incorporating the IC chip, the interlayer insulating layer disposed on the upper layer of the IC chip is peeled and cracked, and the reliability is lowered.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a multilayer print that can be directly electrically connected to an IC chip without a lead component and has high reliability. The purpose is to propose a wiring board.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
It is clear that the above-mentioned peeling and cracking of the interlayer insulating layer are caused by the difference in thermal expansion between the IC chip made of silicon with a small coefficient of thermal expansion and other members made of resin with a large coefficient of thermal expansion. The specific response was unknown.
The inventor has the idea that stress caused by the difference in thermal expansion of the IC chip can be relieved by adjusting the elastic modulus of the filling resin when the IC chip is accommodated in the recess of the core substrate, and the durability test is performed. As a result, it was found that no peeling or cracking occurred in the interlayer insulating layer.
[0008]
The filled resin has an elastic modulus of 250 kgf / mm.2Hereinafter, more preferably 0.1 to 100 kgf / mm2By lowering to a minimum, the thermal expansion difference between the IC chip and the core substrate can be absorbed, and peeling of the interlayer insulating layer and generation of cracks can be prevented. The filling resin desirably contains an olefin resin. This is because an olefin resin has a low elastic modulus and can absorb a difference in thermal expansion.
[0009]
It is preferable to provide a transition layer on the pad of the IC chip. The reason for this is as follows. IC pad pads are generally made of aluminum or the like. When the via hole of the interlayer insulating layer was formed by photoetching with the die pad on which the transition layer was not formed, the resin was likely to remain on the surface layer of the pad after exposure and development if the die pad remained. Moreover, discoloration of the pad was caused by the adhesion of the developer. On the other hand, even when the via hole was formed by the laser, if the die pad was not burned out, a resin residue was generated on the pad. Further, when the substrate was immersed in an acid, an oxidant, or an etchant in the subsequent process, or after various annealing processes, discoloration and dissolution of the IC chip pad occurred. Further, the pads of the IC chip are made with a diameter of about 40 μm, and the via hole is larger than that, and therefore unconnected is likely to occur at the time of displacement.
[0010]
On the other hand, by providing a transition layer made of copper or the like on the die pad, it is possible to use a solvent and prevent resin residue on the pad. Further, even when the substrate is immersed in an acid, an oxidant, or an etching solution in the post-process, or through various annealing processes, the pad is not discolored or dissolved. This improves the connectivity and reliability between the pad and the via hole. Furthermore, via holes can be reliably connected by interposing a transition layer having a diameter larger than 40 μm on the pads of the IC chip. Desirably, the transition layer should be equal to or larger than the via hole diameter.
[0011]
Each of them may function only with a multilayer printed wiring board, but in some cases, in order to function as a package substrate as a semiconductor device, BGA, solder bump or PGA for connection with a mother board or daughter board as an external substrate (Conductive connection pins) may be provided. In addition, with this configuration, the wiring length can be shortened and the loop inductance can be reduced as compared with the case of connection by the conventional mounting method.
[0012]
As a resin-made substrate incorporating an electronic component such as an IC chip used in the present invention, epoxy resin, BT resin, phenol resin or the like impregnated with a reinforcing material such as glass epoxy resin or a core material, or an epoxy resin. A laminate of prepregs or the like is used, and those generally used for printed wiring boards can be used. In addition, a double-sided copper-clad laminate, a single-sided plate, a resin plate without a metal film, and a resin sheet can be used. However, if a temperature of 350 ° C. or higher is applied, the resin will dissolve and carbonize.
[0013]
An electronic component such as a core substrate or the like in which a cavity for accommodating an electronic component such as an IC chip is previously formed in a counterbore, a through hole, and an opening is bonded with an adhesive or the like. Physical vapor deposition such as vapor deposition and sputtering is performed on the entire surface of the core substrate incorporating the IC chip to form a conductive metal film on the entire surface. As the metal, one that forms one or more layers of metals such as tin, chromium, titanium, nickel, zinc, cobalt, gold, and copper is preferable. As thickness, it is good to form between 0.001-2.0 micrometers. In particular, a thickness of 0.01 to 1.0 μm is desirable. In particular, it is good to form with nickel, chromium, and titanium. This is because moisture does not enter from the interface and the metal adhesion is excellent.
[0014]
The metal film is thickened by electroless or electrolytic plating. The types of plating formed include copper, nickel, gold, silver, zinc, and iron. Since the conductor layer, which is a build-up formed later, is mainly copper, it is preferable to use copper. The thickness is preferably in the range of 1 to 20 μm. If it is thicker, undercutting may occur during etching, and a gap may be generated at the interface between the formed transition layer and via hole. Thereafter, an etching resist is formed, exposed and developed to expose portions of the metal other than the transition layer, and etched to form a transition layer on the pad of the IC chip.
[0015]
The transition layer defined in the present invention will be described.
The transition layer means an intermediate intermediary layer provided to directly connect an IC chip as a semiconductor element and a printed wiring board without using a conventional IC chip mounting technique. A feature is that it is formed of two or more metal layers and is larger than a die pad of an IC chip which is a semiconductor element. This improves electrical connection and alignment, and enables via hole processing by laser or photoetching without damaging the die pad. For this reason, the IC chip can be securely embedded, accommodated, accommodated, and connected to the printed wiring board. Further, it is possible to directly form a metal which is a conductor layer of the printed wiring board on the transition layer. Examples of the conductor layer include a via hole in an interlayer resin insulating layer and a through hole on a substrate.
[0016]
In addition to the above method of manufacturing the transition layer, a dry film resist is formed on the metal film formed on the IC chip and the core substrate, and the portion corresponding to the transition layer is removed and thickened by electrolytic plating. Thereafter, the resist is peeled off, and a transition layer can be similarly formed on the pad of the IC chip by an etching solution.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, the configuration of the multilayer printed wiring board according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7 showing a cross section of the multilayer printed wiring board 10.
[0018]
As shown in FIG. 7, the multilayer printed wiring board 10 includes a
[0019]
The
[0020]
A solder resist
[0021]
In the multilayer printed wiring board 10 of the first embodiment, the
[0022]
The
[0023]
In the multilayer printed wiring board of the first embodiment, the
[0024]
In the multilayer printed wiring board 10 according to the first embodiment, the thickness H of the built-in
[0025]
As described above, the
[0026]
If the thickness of the
[0027]
A plan view of the
[0028]
In the multilayer printed wiring board of the first embodiment, since the
[0029]
Furthermore, by providing the
[0030]
Next, a method for manufacturing the multilayer printed wiring board described above with reference to FIG. 7 will be described with reference to FIGS.
[0031]
(1) First, the multi-chip IC chip shown in FIG. 1 (A) is cut into individual pieces by dicing as shown in FIG. 1 (B), and the corner portion 20a is chamfered into a semicircular shape by polishing. .
(2) On the other hand, an insulating resin substrate (core substrate) 30 in which a prepreg in which a core material such as glass cloth is impregnated with a resin such as epoxy is laminated is prepared as a starting material (see FIG. 2A). Next, a
[0032]
(3) Thereafter, the filling
[0033]
As described above, the filling
[0034]
The filling
[0035]
(4) Then, the upper surface of the
[0036]
(5) After that, physical vapor deposition such as vapor deposition and sputtering is performed on the entire surface of the
[0037]
A
[0038]
In the configuration of the present embodiment, the
[0039]
(6) Thereafter, a resist is applied, exposed and developed to provide a plating resist 35 so as to provide an opening above the pad of the IC chip, and electroless plating is performed to provide an electroless plating film 37 (FIG. 3 ( C)). After removing the plating resist 35, the
Desirable combinations are chromium-copper, chromium-nickel, titanium-copper, and titanium-nickel.
It is superior to other combinations in terms of metal bondability and electrical conductivity.
[0040]
(7) Next, an etching solution is sprayed on the substrate to etch the surface of the
[0041]
(8) A pressure of 5 kg / cm while heating a thermosetting resin sheet having a thickness of 50 μm to a temperature of 50 to 150 ° C. on the substrate subjected to the above steps.2Then, an interlayer
[0042]
(9) Next, CO with a wavelength of 10.4 μm2A via
[0043]
(10) Next, the roughened surface 50α of the interlayer
[0044]
(9) A
[Electroless plating aqueous solution]
NiSOFour 0.003 mol / l
Tartaric acid 0.200 mol / l
Copper sulfate 0.030 mol / l
HCHO 0.050 mol / l
NaOH 0.100 mol / l
α, α'-bipyridyl 100 mg / l
Polyethylene glycol (PEG) 0.10 g / l
It was immersed for 40 minutes at a liquid temperature of 34 ° C.
Other than the above, using the same apparatus as the plasma treatment described above, after replacing the argon gas inside, sputtering with Ni and Cu as targets was performed under conditions of atmospheric pressure 0.6 Pa, temperature 80 ° C., power 200 W, time 5 minutes. The Ni /
[0045]
(12) A commercially available photosensitive dry film is pasted on the
[0046]
(Electrolytic plating aqueous solution)
Sulfuric acid 2.24 mol / l
Copper sulfate 0.26 mol / l
Additive (manufactured by Atotech Japan, Kaparaside HL)
19.5 ml / l
[Electrolytic plating conditions]
Current density 1A / dm2
65 minutes
[0047]
(13) After stripping and removing the plating resist 54 with 5% NaOH, the
[0048]
(14) Next, the above steps (8) to (13) are repeated to further form the upper interlayer
[0049]
(15) Next, the photosensitizing property obtained by acrylated 50% of an epoxy group of a cresol novolac type epoxy resin (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) dissolved in diethylene glycol dimethyl ether (DMDG) to a concentration of 60% by weight. 46.67 parts by weight of oligomer (molecular weight 4000), 80 parts by weight of bisphenol A type epoxy resin dissolved in methyl ethyl ketone (manufactured by Yuka Shell, trade name: Epicoat 1001), 15 parts by weight of imidazole curing agent (manufactured by Shikoku Kasei Co., Ltd.) , Trade name: 2E4MZ-CN) 1.6 parts by weight, polyfunctional acrylic monomer (manufactured by Kyoei Chemical Co., Ltd., trade name: R604) which is a photosensitive monomer, polyvalent acrylic monomer (manufactured by Kyoei Chemical Co., Ltd., product) Name: DPE6A) 1.5 parts by weight, dispersion antifoaming agent (manufactured by San Nopco, trade name: S-65) 0.7 A weight part is put into a container, and a mixed composition is prepared by stirring and mixing. 2.0 parts by weight of benzophenone (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) as a photoweight initiator and Michler's ketone as a photosensitizer for the mixed composition. (Kanto Chemical Co., Ltd.) 0.2 part by weight is added to obtain a solder resist composition (organic resin insulating material) having a viscosity adjusted to 2.0 Pa · s at 25 ° C.
Viscosity was measured with a B type viscometer (DVL-B type, manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd.) at 60 rpm for rotor No. 4 and at 6 rpm for rotor No. 3. In addition, a commercially available solder resist can also be used as a solder resist.
[0050]
(16) Next, the solder resist composition is applied to the
[0051]
(17) Next, the substrate on which the solder resist layer (organic resin insulating layer) 70 was formed was treated with nickel chloride (2.3 × 10-1mol / l), sodium hypophosphate (2.8 × 10 6)-1mol / l), sodium citrate (1.6 × 10-1The
[0052]
(18) Thereafter, a solder paste is printed on the
[0053]
In the above-described embodiment, thermosetting resin sheets are used for the interlayer resin insulation layers 50 and 150. This thermosetting resin sheet resin contains a hardly soluble resin, soluble particles, a curing agent, and other components. Each will be described below.
[0054]
The thermosetting resin sheet used in the manufacturing method of the first embodiment is a resin in which particles soluble in an acid or an oxidizing agent (hereinafter referred to as soluble particles) are hardly soluble in an acid or oxidizing agent (hereinafter referred to as a hardly soluble resin). It is dispersed inside.
Note that the terms “sparingly soluble” and “soluble” used in the first embodiment are “soluble” for convenience in terms of relatively fast dissolution rates when immersed in a solution comprising the same acid or oxidizing agent for the same time. A material having a relatively low dissolution rate is referred to as “slightly soluble” for convenience.
[0055]
Examples of the soluble particles include resin particles soluble in an acid or an oxidizing agent (hereinafter, soluble resin particles), inorganic particles soluble in an acid or an oxidizing agent (hereinafter, soluble inorganic particles), and a metal soluble in an acid or an oxidizing agent. Examples thereof include particles (hereinafter, soluble metal particles). These soluble particles may be used alone or in combination of two or more.
[0056]
The shape of the soluble particles is not particularly limited, and examples thereof include spherical shapes and crushed shapes. Moreover, it is desirable that the soluble particles have a uniform shape. This is because a roughened surface having unevenness with uniform roughness can be formed.
[0057]
The average particle size of the soluble particles is preferably 0.1 to 10 μm. If it is the range of this particle size, you may contain the thing of a 2 or more types of different particle size. That is, it contains soluble particles having an average particle diameter of 0.1 to 0.5 μm and soluble particles having an average particle diameter of 1 to 3 μm. Thereby, a more complicated roughened surface can be formed and it is excellent also in adhesiveness with a conductor circuit. In the first embodiment, the particle size of the soluble particles is the length of the longest part of the soluble particles.
[0058]
Examples of the soluble resin particles include those made of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and the like, as long as the dissolution rate is higher than that of the hardly soluble resin when immersed in a solution made of an acid or an oxidizing agent. There is no particular limitation.
Specific examples of the soluble resin particles include those made of epoxy resin, phenol resin, polyimide resin, polyphenylene resin, polyolefin resin, fluororesin, and the like, and may be made of one of these resins. And it may consist of a mixture of two or more kinds of resins.
[0059]
Moreover, as the soluble resin particles, resin particles made of rubber can be used. Examples of the rubber include polybutadiene rubber, epoxy-modified, urethane-modified, (meth) acrylonitrile-modified and other modified polybutadiene rubbers, carboxyl group-containing (meth) acrylonitrile / butadiene rubbers, and the like. By using these rubbers, the soluble resin particles are easily dissolved in an acid or an oxidizing agent. That is, when soluble resin particles are dissolved using an acid, acids other than strong acids can be dissolved. When soluble resin particles are dissolved using an oxidizing agent, permanganese having a relatively low oxidizing power is used. Even acid salts can be dissolved. Even when chromic acid is used, it can be dissolved at a low concentration. Therefore, no acid or oxidant remains on the resin surface, and as described later, when a catalyst such as palladium chloride is applied after the roughened surface is formed, the catalyst is not applied or the catalyst is oxidized. There is nothing to do.
[0060]
Examples of the soluble inorganic particles include particles composed of at least one selected from the group consisting of aluminum compounds, calcium compounds, potassium compounds, magnesium compounds, and silicon compounds.
[0061]
Examples of the aluminum compound include alumina and aluminum hydroxide. Examples of the calcium compound include calcium carbonate and calcium hydroxide. Examples of the potassium compound include potassium carbonate and the like. Examples of the magnesium compound include magnesia, dolomite, basic magnesium carbonate and the like, and examples of the silicon compound include silica and zeolite. These may be used alone or in combination of two or more.
[0062]
Examples of the soluble metal particles include particles composed of at least one selected from the group consisting of copper, nickel, iron, zinc, lead, gold, silver, aluminum, magnesium, calcium, and silicon. Further, the surface layer of these soluble metal particles may be coated with a resin or the like in order to ensure insulation.
[0063]
When two or more kinds of the soluble particles are used in combination, the combination of the two kinds of soluble particles to be mixed is preferably a combination of resin particles and inorganic particles. Both of them have low electrical conductivity, so that the insulation of the resin sheet can be ensured, and the thermal expansion can be easily adjusted between the poorly soluble resin, and no crack is generated in the interlayer resin insulation layer made of the resin sheet. This is because no peeling occurs between the interlayer resin insulation layer and the conductor circuit.
[0064]
The poorly soluble resin is not particularly limited as long as it can maintain the shape of the roughened surface when the roughened surface is formed using an acid or an oxidizing agent in the interlayer resin insulation layer. For example, thermosetting Examples thereof include resins, thermoplastic resins, and composites thereof. Moreover, the photosensitive resin which provided photosensitivity to these resin may be sufficient. By using a photosensitive resin, a via hole opening can be formed in the interlayer resin insulating layer by exposure and development.
Among these, those containing a thermosetting resin are desirable. This is because the shape of the roughened surface can be maintained by the plating solution or various heat treatments.
[0065]
Specific examples of the hardly soluble resin include, for example, epoxy resins, phenol resins, phenoxy resins, polyimide resins, polyphenylene resins, polyolefin resins, fluororesins and the like. These resins may be used alone or in combination of two or more.
Furthermore, an epoxy resin having two or more epoxy groups in one molecule is more desirable. Not only can the aforementioned roughened surface be formed, but also has excellent heat resistance, etc., so that stress concentration does not occur in the metal layer even under heat cycle conditions, and peeling of the metal layer is unlikely to occur. Because.
[0066]
Examples of the epoxy resin include cresol novolac type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, alkylphenol novolac type epoxy resin, biphenol F type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, Examples thereof include cyclopentadiene type epoxy resins, epoxidized products of condensates of phenols and aromatic aldehydes having a phenolic hydroxyl group, triglycidyl isocyanurate, and alicyclic epoxy resins. These may be used alone or in combination of two or more. Thereby, it will be excellent in heat resistance.
[0067]
In the resin sheet used in the first embodiment, it is desirable that the soluble particles are dispersed almost uniformly in the hardly soluble resin. A roughened surface having unevenness with a uniform roughness can be formed, and even if a via hole or a through hole is formed in a resin sheet, the adhesion of the metal layer of the conductor circuit formed thereon can be secured. Because it can. Moreover, you may use the resin sheet which contains a soluble particle only in the surface layer part which forms a roughening surface. Thereby, since the portions other than the surface layer portion of the resin sheet are not exposed to the acid or the oxidizing agent, the insulation between the conductor circuits through the interlayer resin insulating layer is reliably maintained.
[0068]
In the resin sheet, the blending amount of the soluble particles dispersed in the hardly soluble resin is preferably 3 to 40% by weight with respect to the resin sheet. If the blending amount of the soluble particles is less than 3% by weight, a roughened surface having desired irregularities may not be formed. If the blending amount exceeds 40% by weight, the soluble particles are dissolved using an acid or an oxidizing agent. In addition, the resin sheet is melted to the deep part of the resin sheet, and the insulation between the conductor circuits through the interlayer resin insulating layer made of the resin sheet cannot be maintained, which may cause a short circuit.
[0069]
The resin sheet preferably contains a curing agent, other components, etc. in addition to the soluble particles and the hardly soluble resin.
Examples of the curing agent include imidazole curing agents, amine curing agents, guanidine curing agents, epoxy adducts of these curing agents, microcapsules of these curing agents, triphenylphosphine, and tetraphenylphosphorus. And organic phosphine compounds such as nium tetraphenylborate.
[0070]
The content of the curing agent is desirably 0.05 to 10% by weight with respect to the resin sheet. If it is less than 0.05% by weight, the resin sheet is not sufficiently cured, so that the degree of penetration of acid or oxidant into the resin sheet increases, and the insulation of the resin sheet may be impaired. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, an excessive curing agent component may denature the composition of the resin, which may lead to a decrease in reliability.
[0071]
Examples of the other components include fillers such as inorganic compounds or resins that do not affect the formation of the roughened surface. Examples of the inorganic compound include silica, alumina, dolomite, and the like. Examples of the resin include polyimide resin, polyacrylic resin, polyamideimide resin, polyphenylene resin, melanin resin, and olefin resin. By including these fillers, it is possible to improve the performance of the multilayer printed wiring board by matching the thermal expansion coefficient, improving heat resistance, and chemical resistance.
[0072]
Moreover, the said resin sheet may contain the solvent. Examples of the solvent include ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone, and aromatic hydrocarbons such as ethyl acetate, butyl acetate, cellosolve acetate, toluene, and xylene. These may be used alone or in combination of two or more. However, these interlayer resin insulation layers melt and carbonize when a temperature of 350 ° C. or higher is applied.
[0073]
Next, a multilayer printed wiring board according to a first modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. In 1st Embodiment mentioned above, the case where BGA was arrange | positioned demonstrated. The first modified example is substantially the same as that of the first embodiment, but is configured in a PGA system in which connection is established via conductive connection pins 96 as shown in FIG.
[0074]
Next, a multilayer printed wiring board according to a second modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
In the first embodiment described above, the IC chip is accommodated in the
[0075]
In the second modification, the
[0076]
Next, a multilayer printed wiring board according to a third modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
In the first embodiment described above, the
[0077]
Next, a multilayer printed wiring board according to a fourth modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
In the first embodiment described above, the IC chip is accommodated in the multilayer printed wiring board. On the other hand, in the fourth modified example, the
[0078]
The
[0079]
In the fourth modified example, it is possible to arrange the
[0080]
[First comparative example]
As a first comparative example, a multilayer printed wiring board was formed in the same manner as in the first embodiment. However, the elastic modulus of the filling
[0081]
[Second comparative example]
As a second comparative example, a multilayer printed wiring board was formed in the same manner as the second modified example. However, the elastic modulus of the filling
[0082]
Existence of peeling of interlayer resin insulation layer and occurrence of cracks after heat cycle of multilayer printed wiring board of first embodiment and second modified example and multilayer printed wiring boards of first and second comparative examples The results of the evaluation are shown in the chart of FIG. In the first embodiment and the second modified example, peeling and cracks were not generated in the interlayer resin insulating layer, and no crack was generated in the filling resin. In the first and second comparative examples, peeling and cracks were generated in the interlayer resin insulating layer. Occurred.
[0083]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, in a printed wiring board in which an IC chip is accommodated in a through hole or a recess formed in a core substrate, the elastic modulus of the filling resin interposed between the through hole or the recess and the IC chip. 250Kgf / mm2By lowering to the following, it is possible to absorb the difference in thermal expansion between the IC chip and the core substrate, and to prevent peeling of the interlayer insulating layer and generation of cracks.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view of a multi-chip IC chip before cutting, FIG. 1B is a plan view of a chamfered IC chip, and FIG. It is a side view of B).
FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D are manufacturing process diagrams of a multilayer printed wiring board according to the first embodiment of the present invention. FIGS.
3A, 3B, 3C, and 3D are manufacturing process diagrams of a multilayer printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
4A, 4B, 4C, and 4D are manufacturing process diagrams of a multilayer printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
5A, 5B, and 5C are manufacturing process diagrams of a multilayer printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
6A, 6B, and 6C are manufacturing process diagrams of a multilayer printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of the multilayer printed wiring board according to the first embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a multilayer printed wiring board according to a first modification of the first embodiment of the first embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a multilayer printed wiring board according to a second modification of the first embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a multilayer printed wiring board according to a third modification of the first embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a multilayer printed wiring board according to a fourth modification of the first embodiment.
FIG. 12 is a chart showing evaluation results of the first embodiment, the second modified example, and the comparative example.
[Explanation of symbols]
20 IC chip
20a Corner
22 pads
24 Passivation film
30 core substrate
30D heat sink
32 recess
34 Filling resin
36 Resin layer
38 Transition layer
50 Interlayer resin insulation layer
58 Conductor circuit
60 Bahia Hall
70 Solder resist layer
76 Solder bump
90 daughter board
96 Conductive connection pins
97 Conductive adhesive
150 Interlayer resin insulation layer
158 Conductor circuit
160 Viahole
Claims (6)
前記通孔又は凹部とICチップとの間に介在させる充填樹脂の弾性率を250Kgf/mm2以下にしたことを特徴とする多層プリント配線板。An interlayer insulating layer and a conductor layer are repeatedly formed on a substrate containing an IC chip in a through hole or a recess, and a via hole is formed in the interlayer insulating layer, and the pad of the IC chip and the conductor layer are formed. In a multilayer printed wiring board electrically connected through the via hole,
A multilayer printed wiring board, wherein an elastic modulus of a filling resin interposed between the through hole or recess and the IC chip is 250 kgf / mm 2 or less.
Priority Applications (1)
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