JP4423023B2

JP4423023B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP4423023B2
Application number: JP2003421145A
Authority: JP
Inventors: 理明石
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: JP2005183606A

Description

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に関する。

従来、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として、例えばガラス繊維基材にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸されて成る樹脂基板の上下面に銅箔から成る導体層が積層されたコア基板と、このコア基板の上下面にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る樹脂層と銅めっきから成る導体層とが交互に複数層積層されて形成されたビルドアップ部とを具備するビルドアップ多層配線基板が用いられている。

このようなビルドアップ多層配線基板においては、ビルドアップ部の導体層のいくつかに細い帯状の信号用の配線導体が複数形成されている。また、コア基板の導体層およびビルドアップ部の導体層のいくつかには、信号用の配線導体に対する電磁シールドや特性インピーダンスの調整のために、接地用または電源用の広面積の導体層が信号用の配線導体に対向するように形成されている。なお、接地用や電源用の広面積の導体層は、コア基板を構成する樹脂基板やビルドアップ部を構成する樹脂層から発生するガスを外部に効率良く排出するとともにコア基板の樹脂基板とビルドアップ部の樹脂層との接合やビルドアップ部の樹脂層同士の接合を強固なものとするために、２０μｍ〜２００μｍ程度の開口径を有する開口部が多数形成された格子状の導体層を含んでいる。

また、ビルドアップ部に形成された導体層の一部は配線基板の上面側および下面側に露出しており、上面側に露出した導体層の一部が電子部品の電極に半田を介して電気的に接続される電子部品接続用の接続パッドを形成し、下面側に露出した導体層の一部が外部電気回路基板の配線導体に半田を介して電気的に接続される外部接続用の接続パッドを形成している。

そして、電子部品の電極と電子部品接続用の接続パッドとを半田を介して接合することにより電子部品が実装された電子装置となり、この電子装置の外部接続用の接続パッドを外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接合することにより電子部品の電極が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

なお、このようなビルドアップ多層配線基板においては、コア基板の銅箔から成る導体層は、ガラス繊維基材に未硬化の熱硬化性樹脂が含浸されて成る樹脂基板用の未硬化の樹脂シートの上下面に厚みが５〜５０μｍ程度の銅箔を貼着するとともに、樹脂シート中の熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより樹脂基板の上下面に銅箔を積層し、しかる後、その銅箔を所定のパターンにエッチングすることによって形成されており、熱硬化性樹脂が硬化する際の化学的な結合により樹脂基板に強固に接合している。他方、ビルドアップ部の銅めっきから成る導体層は、コア基板上にビルドアップ部用の樹脂層を形成した後、その表面に無電解銅めっきおよび電解銅めっきを施すことにより銅めっき層を形成した後、その銅めっき層を所定のパターンにエッチングすることによって形成されており、化学的な結合が小さいので樹脂層への接合力が弱い。

また、このようなビルドアップ多層配線基板においては、コア基板の難燃性を向上させるために、コア基板の熱硬化性樹脂中に水酸化アルミニウム等の熱分解により水分を発生するフィラーが含有されている。
特開平１１−１３５９４９号公報

ところで、近年、環境への配慮から、配線基板の接続パッドと電子部品の電極や外部電気回路基板の配線導体とを接続する半田として鉛を含まない鉛フリー半田が使用されるようになってきている。このような鉛フリー半田は、従来使用されてきた鉛−錫半田よりも融点が高く、そのため、電子部品の電極や外部電気回路基板の配線導体と接続パッドとを接合する半田を溶融させる際に、配線基板を２５０〜２６０℃程度の高温に加熱する必要がある。しかしながら、配線基板を２５０〜２６０℃程度の高温に加熱すると、コア基板とその上に積層したビルドアップ部の樹脂層との間に剥離が発生してしまうという問題点を誘発した。

そこで、本発明者は鋭意研究の結果、配線基板を２５０〜２６０℃に加熱すると、コア基板の熱硬化性樹脂に含有されるフィラーの一部が熱分解されて水分が発生し、その水分がコア基板の接地用または電源用の導体層に多数形成された開口部を介してビルドアップ部に急激かつ多量に抜け出し、その水分がコア基板とその上のビルドアップ部の樹脂層との間にガスとして溜まってコア基板とビルドアップ部の樹脂層とを剥離させることをつきとめた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、配線基板を２５０〜２６０℃程度の高温に加熱したとしても、コア基板とビルドアップ部の樹脂層との間に剥離が発生することのない耐熱信頼性に優れる配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、繊維基材に熱硬化性樹脂が含浸されて成る樹脂基板の上下面に銅箔から成る導体層が積層されて成るコア基板と、該コア基板の上下面に樹脂層と銅めっき層から成る導体層とが交互に複数層積層されて形成されたビルドアップ部とを具備し、前記コア基板の前記導体層および前記ビルドアップ部の前記導体層は開口部が多数形成された格子状の接地用または電源用の導体層が含まれている配線基板であって、前記コア基板は、熱分解により水分を発生するフィラーを含有し、前記コア基板の前記導体層における前記開口部の占める面積割合が、前記コア基板の上下面に形成された前記ビルドアップ部の前記導体層における前記開口部の占める面積割合よりも小さいことを特徴とするものである。

本発明の配線基板は、コア基板の接地用または電源用の導体層おける開口部の占める面積割合が、ビルドアップ部の接地用または電源用の導体層における開口部の占める面積割合よりも小さいことから、接続パッド上に鉛フリー半田を溶融させる際等に配線基板を２５０〜２６０℃の温度に加熱した場合にコア基板から水分が発生したとしても、その水分はコア基板の接地用または電源用の導体層に設けられた開口部の面積比率が小さいことから、面積比率の小さい開口部を通してビルドアップ部側に急激かつ多量に抜け出ることはない。したがって、コア基板から発生した水分がコア基板とビルドアップ部との間にガスとして溜まってコア基板とビルドアップ部の樹脂層との間で剥離が発生することはない。なお、コア基板の樹脂基板と導体層とは化学的な結合により強固に接合しているので、樹脂基板から発生した水分がコア基板の接地用または電源用の導体層に形成された開口部を介してビルドアップ部側に急激かつ多量に抜け出せないとしてもコア基板の樹脂基板と導体層との間で剥離が発生するようなことはない。また、コア基板の接地用または電源用の導体層には開口部が形成されているので、この開口部を介してコア基板の樹脂基板とビルドアップ部の樹脂層とが強固に接合される。さらに、ビルドアップ部の接地用または電源用の導体層における開口部の面積割合が大きなことから、コア基板やビルドアップ部から発生するガスをビルドアップ部の接地用または電源用の導体層に設けた面積割合の大きな開口部を介して外部に良好に排出することができる。そのため、ビルドアップ部の樹脂層と接地用または電源用の導体層との間にガスが溜まってビルドアップ部の樹脂層と接地用または電源用の導体層との間に剥離が発生するようなこともない。

次に、本発明の配線基板を添付の図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の配線基板を実施するための最良の形態例を示す断面図である。図１において１はコア基板、２はビルドアップ部である。コア基板１は、主として樹脂基板３と導体層４と貫通導体５と樹脂柱６とから構成されており、ビルドアップ部２は主として樹脂層７と導体層８とソルダーレジスト層９とから構成されている。そしてコア基板１の上下面にビルドアップ部２が形成されることにより、本発明の配線基板が構成されている。また、図２（ａ）および図２（ｂ）は、図１に示す配線基板における導体層４と導体層８の一部をそれぞれ示す要部平面図である。

コア基板１を構成する樹脂基板３は、本発明の配線基板に必要な剛性や強度を与えるための土台となる基板であり、例えばガラス繊維束を縦横に織り込んだガラス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等の熱硬化性樹脂が含浸されて成り、その上下面に図２（ａ）に示すような開口部４Ａが多数形成された格子状の接地用や電源用の導体層４Ｐを含む銅箔から成る導体層４が積層されている。また、樹脂基板３の上面から下面にかけては複数の貫通孔１０が形成されているとともに、その貫通孔１０の内面には所定の導体層４同士を上下で電気的に接続するための銅めっき層から成る貫通導体５が被着されている。なお、樹脂基板３の熱硬化性樹脂中には、熱分解して水分を発生する水酸化アルミニウム等のフィラーが含有されており、それにより樹脂基板３の難燃性が高められている。

このような樹脂基板３は、ガラス織物に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させた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製作される。なお、樹脂基板３の上下面に積層された導体層４は、樹脂基板３用のシートの上下全面に厚みが５〜５０μｍ程度の銅箔を貼着しておくとともにこの銅箔をシートの硬化後にエッチング加工することにより接地用や電源用等の所定の導体層４Ｐを有するように形成される。また、貫通孔１０内面の貫通導体５は、樹脂基板３に貫通孔１０を設けた後に、この貫通孔１０の内面に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが５〜５０μｍ程度の銅めっき層を析出させることにより形成される。

さらに、樹脂基板３は、その貫通孔１０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６が充填されている。樹脂柱６は、貫通孔１０を塞ぐことにより貫通孔１０の直上および直下にもビルドアップ部２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貫通孔１０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６を含むコア基板１の上下面にビルドアップ部２が積層されている。

コア基板１の上下面に積層されたビルドアップ部２は、本発明の配線基板における高密度配線を可能とする部分であり、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にシリカ等のフィラーを含有させて成る薄い樹脂層７と銅めっき層から成る導体層８とが交互に複数積層されているとともに、さらにその上にアクリル変性エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂にシリカやタルク等のフィラーを含有させて成るソルダーレジスト層９を被着させて成る。

ビルドアップ部２を構成する樹脂層７は、それぞれの厚みが２０〜５０μｍ程度であり、各層の上面から下面にかけて直径が３０〜１００μｍ程度の複数のビア孔１１を有しており、その表面およびビア孔１１内には信号用の配線導体や図２（ｂ）に示すような、開口部８Ａが多数形成された格子状の接地用あるいは電源用の導体層８Ｐを含む銅めっき層から成る導体層８が被着されている。また、最表層の樹脂層７の表面には、電子部品の電極が半田を介して接続される電子部品接続用の接続パッド８ａや外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続される外部接続用の接続パッド８ｂが形成されている。これらの樹脂層７は、銅めっき層から成る導体層８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、樹脂層７を挟んで上下に位置する所定の導体層８同士をビア孔１１の内部の導体層８を介して電気的に接続することによりビルドアップ部２における高密度配線が立体的に形成可能となっている。

このような樹脂層７は、厚みが２０〜５０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂フィルムをコア基板１の上下面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザ加工によりビア孔１１を穿孔し、さらにその上に同様にして次の樹脂層７を順次積み重ねることによって形成される。なお、各樹脂層７の表面およびビア孔１１内に被着された導体層８は、各樹脂層７を形成する毎に各樹脂層７の表面およびビア孔１１内に５〜５０μｍ程度の厚みの銅めっき層を公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法等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。

さらに、ソルダーレジスト層９は、表層の導体層８同士の電気的絶縁信頼性を高めるとともに、半田接続パッド８ａ、８ｂの樹脂層７への接合強度を大きなものとする作用をなす。

このようなソルダーレジスト層９は、その厚みが１０〜５０μｍ程度であり、感光性を有するソルダーレジスト層９用の未硬化樹脂ペーストをロールコーター法やスクリーン印刷法を採用して最表層の導体層８が形成された樹脂層７上に塗布し、これを乾燥させた後、露光および現像処理を行なって接続パッド８ａ、８ｂを露出させる開口部を形成した後、これを熱硬化させることによって形成される。あるいは、ソルダーレジスト層９用の未硬化の樹脂フィルムを最上層の導体層８が形成された樹脂層７上に貼着した後、これを熱硬化させ、しかる後、接続パッド８ａ、８ｂに対応する位置にレーザ光を照射し、硬化した樹脂フィルムを部分的に除去することによって接続パッド８ａ、８ｂを露出させる開口部を有するように形成される。

さらに、接続パッド８ａ、８ｂには、錫−銀合金や錫−銀−銅合金等の鉛フリー合金から成る半田１２ａ、１２ｂが溶着されており、それにより接続パッド８ａ、８ｂの変色や酸化が防止されるとともに電子部品の各電極と接続パッド８ａとの半田を介した接合や接続パッド８ｂと外部電気回路基板との半田を介した接合が容易なものとなっている。

このように、接続パッド８ａ、８ｂに半田１２ａ、１２ｂを溶着させるには、接続パッド８ａ、８ｂの上に錫−銀合金や錫−銀−銅合金等の鉛フリー合金から成る半田粉末とフラックスとを含有する半田ペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用して印刷塗布し、それを２５０〜２６０℃の温度で加熱して半田粉末を溶融させることにより溶着する方法が採用される。

なお、本発明の配線基板においては、図２（ａ）に示すように、コア基板１の導体層４に形成された接地用または電源用の導体層４Ｐは、内側に導体層がない開口部４Ａが多数形成された格子状であり、このようにコア基板１の接地用または電源用の導体層４Ｐは、開口部４Ａが多数形成された格子状であることから、この開口部４Ａを介してコア基板１から発生するガスをビルドアップ部２側に排出することができるとともにコア基板１の樹脂基板３とビルドアップ部２の樹脂層７とが強固に接合される。

また、図２（ｂ）に示すように、ビルドアップ部２の導体層８に形成された接地用または電源用の導体層８Ｐも、内側に導体層がない開口部８Ａが多数形成された格子状であり、このようにビルドアップ部２の接地用または電源用の導体層８Ｐは、開口部８Ａが多数形成された格子状であることから、この開口部８Ａを介してコア基板１の樹脂基板３やビルドアップ部２の樹脂層７から発生するガスをビルドアップ部２の外部に排出することができるとともにビルドアップ部２の樹脂層７同士が強固に接合される。

なお、図２（ａ）、（ｂ）において、４Ｌおよび８Ｌは他の層の導体層８にビア孔１１を介して電気的に接続するために設けられたランドであり、４Ｃ、８Ｃはランド４Ｌや８Ｌと接地用または電源用の導体層４Ｐや８Ｐとの電気的な絶縁を保つためのクリアランスである。この例ではそのようなランド４Ｌ、８Ｌおよびクリアランス４Ｃ、８Ｃを有する例を示している。

そして、本発明の配線基板においては、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、コア基板１に形成された接地用または電源用の導体層４Ｐにおける開口部４Ａの占める面積割合が、ビルドアップ部２に形成された接地用または電源用の導体層８Ｐにおける開口部８Ａの占める面積割合よりも小さいものとなっている。このように、本発明の配線基板においては、コア基板１の接地用または電源用の導体層４Ｐにおける開口部４Ａの占める面積割合が、ビルドアップ部２の接地用または電源用の導体層８Ｐにおける開口部８Ａの占める面積割合よりも小さいことから、接続パッド８ａや８ｂ上に鉛フリー半田１２ａや１２ｂを溶融させる際等に配線基板を２５０〜２６０℃の温度に加熱した場合にコア基板１の樹脂基板３から水分が発生したとしても、その水分はコア基板１の接地用または電源用の導体層４Ｐに設けられた開口部４Ａの面積比率が小さいことから、面積比率の小さい開口部４Ａを通してビルドアップ部２側に急激かつ多量に抜け出ることはない。したがって、コア基板１の樹脂基板３から発生した水分がコア基板１とビルドアップ部２との間にガスとして溜まってコア基板１とビルドアップ部２の樹脂層７との間で剥離が発生することはない。なお、コア基板１の樹脂基板３と導体層４とは化学的な結合により強固に接合しているので、樹脂基板３から発生した水分がコア基板１の接地用または電源用の導体層４Ｐに形成された開口部４Ａを介してビルドアップ部２側に急激かつ多量に抜け出せないとしてもコア基板１の樹脂基板３と導体層４との間で剥離が発生するようなことはない。また、コア基板１の接地用または電源用の導体層４Ｐには開口部４Ａが多数形成されているので、この開口部４Ａを介してコア基板１の樹脂基板３とビルドアップ部２の樹脂層７とが強固に接合される。さらに、ビルドアップ部２の接地用または電源用の導体層８Ｐにおける開口部８Ａの面積割合が大きなことから、コア基板１やビルドアップ部２から発生するガスを面積割合の大きな開口部８Ａを介して外部に良好に排出することができる。そのため、ビルドアップ部２の樹脂層７と接地用または電源用の導体層８Ｐとの間にガスが溜まってビルドアップ部２の樹脂層７と接地用または電源用の導体層８Ｐとの間に剥離が発生するようなこともない。

なお、コア基板１の接地用または電源用の導体層４Ｐにおける開口部４Ａの占める面積割合が、ビルドアップ部２の接地用または電源用の導体層８Ｐにおける開口部８Ａの占める面積割合の８０％より大きいと、接続パッド８ａや８ｂ上に鉛フリー半田１２ａや１２ｂを溶融させる際等に配線基板を２５０〜２６０℃の温度に加熱した場合に、樹脂基板３から発生した水分が急激かつ多量にビルドアップ部２側に抜け出てコア基板１とビルドアップ部２の樹脂層７との間で剥離が発生したり、あるいはコア基板１の樹脂基板３やビルドアップ部２の樹脂層７から発生するガスを外部に良好に排出できずにビルドアップ部２の樹脂層７と導体層８との間で剥離が発生する危険性が高くなり、逆に１０％よりも小さいと、コア基板１の樹脂基板３とビルドアップ部２の絶縁層７とを開口部４Ａを介して強固に接合させることが困難となる。したがって、コア基板１の接地用または電源用の導体層４Ｐにおける開口部４Ａの占める面積割合は、ビルドアップ部２の接地用または電源用の導体層８Ｐにおける開口部８Ａの占める面積割合の１０〜８０％の範囲が好ましい。

かくして、本発明の配線基板によれば、電子部品の電極と接続パッド８ａとを半田１２ａを介して接合することにより電子部品が実装された電子装置となり、この電子装置の接続パッド８ｂを外部電気回路基板の配線導体に半田１２ｂを介して接合することにより電子部品の電極が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

なお、本発明は、上述の形態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ことはいうまでもない。例えば上述の形態例では、開口部４Ａ、８Ａの形状は四角形であったが、開口部４Ａ、８Ａの形状は四角形に限らず、三角形や六角形等の四角形以外の多角形や円形、楕円形、長円形であってもよい。また、開口部４Ａや８Ａの配列も四角配列に限らず、三角配列や他の配列であっても良い。また、開口部４Ａと８Ａとで開口の大きさや形状を異ならせてもよい。

本発明の配線基板を実施するための最良の形態例を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）は、図１に示す配線基板における導体層の一部を示す要部平面図である。

符号の説明

１：コア基板
２：ビルドアップ部
３：樹脂基板
４：コア基板１の導体層
４Ｐ：コア基板１における接地用または電源用の導体層
４Ａ：導体層４Ｐに形成された開口部
７：樹脂層
８：ビルドアップ部２の導体層
８Ｐ：ビルドアップ部２における接地用または電源用の導体層
８Ａ：導体層８Ｐに形成されたい開口部

Claims

繊維基材に熱硬化性樹脂が含浸されて成る樹脂基板の上下面に銅箔から成る導体層が積層されて成るコア基板と、該コア基板の上下面に樹脂層と銅めっき層から成る導体層とが交互に複数層積層されて形成されたビルドアップ部とを具備し、前記コア基板の前記導体層および前記ビルドアップ部の前記導体層は開口部が多数形成された格子状の接地用または電源用の導体層が含まれている配線基板であって、
前記コア基板は、熱分解により水分を発生するフィラーを含有し、
前記コア基板の前記導体層における前記開口部の占める面積割合が、前記コア基板の上下面に形成された前記ビルドアップ部の前記導体層における前記開口部の占める面積割合よりも小さいことを特徴とする配線基板。
請求項１に記載の配線基板において、
前記樹脂層の厚みは、前記樹脂基板の厚みより小さいことを特徴とする配線基板。
請求項１に記載の配線基板と、
前記配線基板に搭載され、前記導体層に電気的に接続された前記電子部品と、
を具備することを特徴とする電子装置。」