JP4473935B1 - 多層配線基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板の厚さ方向の中央に配置された中央配線層20と、中央配線層20を挟む一方の側と他方の側とに、絶縁層31、32、33、34を介して積層された配線層21、22、23、24とを備え、中央配線層20の一方の側の配線層21、23と、他方の側の配線層22、24とが、同一の層数に設けられ、中央配線層20の一方の側の絶縁層31、33と、他方の側の絶縁層32、34とが、同一の層数に設けられている。
【選択図】図1
Description
本出願は、これらの課題を解決する構造を備える、コア基板を備えない多層配線基板を提供するものである。
すなわち、本発明に係る多層配線基板は、基板の厚さ方向の中央に配置された中央配線層と、該中央配線層を挟む一方の側と他方の側とに、絶縁層を介して積層された配線層とを備え、前記中央配線層の前記一方の側の配線層と、前記他方の側の配線層とが、同一の層数に設けられ、前記中央配線層の前記一方の側の絶縁層と、前記他方の側の絶縁層とが、同一の層数に設けられ、前記中央配線層の前記一方の側に半導体素子搭載面が形成され、前記中央配線層を含む配線層は、ビアを介して電気的に接続され、前記中央配線層の前記一方の側の絶縁層では前記他方の側の絶縁層よりビア数が多く、前記中央配線層の一方の側のビアと、他方の側のビアとが、前記中央配線層に向かう側が幅狭の台形状の断面形状となる、対称向きに形成され、前記中央配線層の前記一方の側の絶縁層および前記他方の側の絶縁層のうち、いずれかの絶縁層が他の絶縁層に対して応力の異なるアンバランス層となって、前記中央配線層を挟む一方の側と他方の側の、前記中央配線層を挟む対称位置にある絶縁層は、前記中央配線層の一方の側と他方の側における絶縁層に起因する応力が前記中央配線層を挟む一方の側と他方の側の配線層およびビアを構成する導体が不均等に分布することによって生じる応力を打ち消すように形成されて、基板が平坦化されていることを特徴とする。
ここで、前記一方の側の絶縁層をアンバランス層とすることができる。また、前記他方の側の絶縁層をアンバランス層とすることができる。
また、前記アンバランス層は、他の絶縁層に比べて厚く形成されている。また、前記アンバランス層は、他の絶縁層と異なる材料で形成されている。また、前記アンバランス層には強化材が混入されている。
また、前記中央配線層を挟む対称位置にある絶縁層が、強化材が混入された樹脂材によって形成されている。また、前記中央配線層は、前記配線層に形成される配線パターンよりも肉厚に形成されている。
また、前記中央配線層を挟む一方の側と他方の側の、前記中央配線層を挟む対称位置にある絶縁層を異種の絶縁材によって形成することにより、前記中央配線層の一方の側と他方の側における絶縁層に起因する応力を不均等とすることができる。
また、前記中央配線層を挟む一方の側の絶縁層が強化材が混入された樹脂材によって形成され、他方の側の絶縁層が強化材が混入されていない樹脂材によって形成されていることによっても、前記中央配線層の一方の側と他方の側における絶縁層に起因する応力を不均等とすることができる。
また、前記中央配線層を挟む対称位置にある絶縁層が、強化材が混入された樹脂材によって形成されていることにより、前記中央配線層を挟む一方の側と他方の側の絶縁層に起因する応力が均等化されるとともに、基板が補強されて、基板の反りがさらに抑制される。
また、前記中央配線層に隣接する絶縁層が、強化材が混入された樹脂材によって形成され、前記絶縁層よりも外層にある絶縁層が、強化材が混入されていない樹脂材によって形成されていることにより、基板の反りを効果的に抑制するとともに、多層配線基板に形成する配線パターンを高精度にかつ高密度に形成することができる。
また、前記中央配線層は、前記配線層に形成される配線パターンよりも肉厚に形成されていることにより、中央配線層の保形作用によって基板の反りを抑えることができる。
以下、本発明に係る多層配線基板の第1の実施の形態について、図面とともに詳細に説明する。
図1は、多層配線基板についての第1の実施の形態の構成を示す断面図である。本実施形態の多層配線基板10は、基板の厚さ方向の中央に配置された中央配線層20の両側に第1、第2、第3、第4の配線層21、22、23、24を、配線層間に絶縁層31、32、33、34を介在させて積層して形成されている。多層配線基板10は、4層の絶縁層と5層の配線層を備える、コア基板を有しない多層配線基板である。
絶縁層31〜34を介して隣接する配線層は、ビア25を介して電気的に接続される。配線層20〜24には、所定の設計に基づいて配線パターンが形成され、適宜位置にビア25が設けられて、配線パターンが層間で電気的接続される。
多層配線基板10の半導体素子搭載面と外部接続端子を接合する面は、パッド23a、24aを形成した部位を除いて、ソルダーレジスト等の保護膜36、38により被覆され保護されている。
本実施形態においては、中央配線層20の一方の側(半導体素子を搭載する側)に2層の配線層(第1の配線層21と第3の配線層23)を設け、他方の側(外部接続端子を接合する側)に同じく2層の配線層(第2の配線層22と第4の配線層24)を設けている。また、中央配線層20の一方の側に2層の絶縁層31、33を設け、他方の側に2層の絶縁層32、34を設けている。
絶縁層31と絶縁層32は熱プレスによって一体化するから、中央配線層20の厚さを除いた部分について絶縁層31と絶縁層32の厚さを共通にすれば、中央配線層20は絶縁層31と絶縁層32からなる絶縁層の厚さ方向の中心位置(中央位置)に配されることになる。すなわち、中央配線層20は絶縁層31と絶縁層32とによってバランスされて挟まれる配置となる。
本実施形態においては、絶縁層31、32に積層される絶縁層33、34についても、各々の厚さを同一とし、中央配線層20を挟んで配置される一方側の絶縁層31、33と他方側の絶縁層32、34の厚さを全体として共通とし、絶縁層31〜34についての厚さをバランスさせている。
内層の絶縁層31、32にガラスクロス入りのエポキシ樹脂を使用するのは、内層の絶縁層31、32の強度を高めることによって多層配線基板10全体の強度を確保し、基板に反りが生じることを抑えるようにするためである。絶縁層の強度を高める樹脂材には、強化材としてはガラスクロス(織布)、ガラス不織布、アラミド不織布、液晶ポリマー不織布等を混入させたものを使用することができる。樹脂成分としてはエポキシ樹脂の他に、BTレジン等が用いられる。
こうして、本実施形態の多層配線基板10によれば、高密度に配線パターンを形成することを可能とし、基板の強度を向上させて基板の反りを抑えることを可能にする。
絶縁層、配線層が6層以上の多層構造の場合には、1種あるいは2種の樹脂材に限らず、強度等の材質が異なる3種以上の樹脂材を用いて層構成することが可能である。その場合であっても、基板全体として均等バランスとなるように樹脂材を選択して基板を構成するのがよい。
図1に示す多層配線基板10においては、ビア25をフィルドビアとして形成した。図3は、ビアの上部(大径となる側)を開口させたビア26によって配線層間を電気的に接続する多層配線基板11の例を示す。
中央配線層20を挟む一方の側の配線層21、23及び絶縁層31、32の層数と、他方の側の配線層22、24及び絶縁層31、33の層数とを一致させること、一方の側の絶縁層31、33と他方の側の絶縁層32、34の厚さが、中央配線層20を基準として厚さ方向に均等に形成されていることは上記実施形態と同様である。また、図示例の多層配線基板11は、内層の絶縁層31、32をガラスクロス入りのエポキシ樹脂によって形成して、多層配線基板11が所要の強度を備えるように形成している。
このように、中央配線層20を挟む一方側と他方側の配線層数と絶縁層数を一致させることにより、多層配線基板の一方側と他方側の応力をバランスさせることができ、多層配線基板の反りを抑制することができる。また、多層配線基板をより多層に形成することにより、多層配線基板全体としての強度を向上させることができるから、これによっても多層配線基板の反りを抑制することが可能となる。
絶縁層31、32の厚さを中央配線層20を基準として共通(厚さT)とすること、ビア25を介して中央配線層20と配線層21、22とを電気的に接続する形態とすることは上述した各実施形態と同様である。
また、基板の厚さ方向の中央に配置される中央配線層20に、配線層21、22の中間に配する配線パターンとしての機能の他に、基板の反りを防止する補強作用(保形作用)の機能を付与することも、基板の反りを抑制する上で有効である。
中央配線層20に基板の反りを抑える保形機能をもたせる方法は、絶縁層を2層に形成する場合に限らず、より多層に絶縁層を形成する多層配線基板についても適用することができる。
図5は、多層配線基板の第2の実施の形態の構成を示す。本実施形態の多層配線基板13においても、中央配線層20を挟む一方の側に配線層21、23と絶縁層31、33を設け、他方の側に配線層22、24と絶縁層32、34を設けた構成は、図1に示した多層配線基板10と同様である。
また、内層の絶縁層31、32に同一の材質の樹脂材を使用することも第1の実施の形態と同様であるが、本実施形態の多層配線基板13において特徴的な構成は、内層の絶縁層31、32のうち、他方の側の絶縁層32の厚さを絶縁層31の厚さよりも厚くし、絶縁層の厚さを積極的に異なる厚さにしたことにある。図5において、中央配線層20の一方の側の絶縁層の厚さをT、他方の側の厚さをT1とすると、T1>Tとなるように絶縁層31と絶縁層32を形成する。
導体部分の分布を均等とすると、外部接続端子を接合する側の絶縁層の厚さを厚くする、あるいは半導体素子を搭載する側の絶縁層の厚さを厚くすることにより、絶縁層自体についてみれば、上に凸あるいは下に凸となるように反らせるようにすることができる。
多層配線基板における配線パターンとビアの配置は製品によってまちまちであり、多層配線基板の導体の分布に起因する反り量はまちまちとなるから、製品ごとに、絶縁層の厚さを調節して、多層配線基板全体としての反りが最小になるように設計する。
このように、絶縁層31、32として異なる材質(弾性係数、熱膨張係数)の樹脂材を使用する方法によっても、絶縁層31〜34自体から生じる応力をアンバランスさせることができ、絶縁層31〜34による応力を利用して多層配線基板13全体の反りを抑制するように設計することができる。
たとえば、絶縁層31〜34のすべての層を、互いに他の層と異なる厚さになるようにしたり、互いに異なる材質とすることも可能である。また、特定の絶縁層について、その厚さと材質の双方を変えるようにすることもできるし、特定の絶縁層について他の絶縁層とは異なる厚さとし、他の特定の絶縁層については、他の絶縁層とは異なる材質によって形成するといったように、樹脂材と厚さを変えた組み合わせを設定して構成することもできる。
図7は、図1に示した多層配線基板10の製造方法を示す。
図7(a)は、キャリア付金属箔41の金属箔41bが被着された面に絶縁層42を介して銅箔44が被着された積層体40を形成した状態を示す。キャリア付金属箔41の金属箔41b上に、半硬化状態の熱硬化性樹脂フィルムを介して銅箔44を加熱・加圧することによって積層体40が形成される。熱圧着により熱硬化性樹脂フィルムが熱硬化し絶縁層42となる。
したがって、中央配線層に基板の反りを抑制するための一定の強度(保形性)を付与する場合には、所定の厚さ(20〜50μm程度)の銅箔を使用する。
絶縁層42として基板の反り防止のために所定の強度が求められる場合には、ガラスクロス入りのエポキシ樹脂等の強化材を含む樹脂フィルムを使用する。また、絶縁層42の厚さも基板の反りに影響を与えることになるから、適宜厚さの樹脂フィルムを選択して使用する。
金属箔41bは、後工程においてパターニングされ、多層配線基板の中央配線層以外の配線層の配線パターンとなる。
なお、本実施形態においては、サブトラクト法によって中央配線層20をパターン形成しているが、セミアディティブ法によって中央配線層20をパターン形成することもできる。
キャリア付金属箔48を接合する熱硬化性樹脂フィルムは、前述した多層配線基板10の中央配線層20に被着される絶縁層32となる。熱硬化性樹脂フィルムには絶縁層32の設計に基づいた厚さ及び材質の樹脂フィルムを使用する。キャリア付金属箔48は金属箔48bとキャリア板48aとの間に剥離層が設けられたものである。
最外層にあるキャリア付金属箔48については、キャリア板48aが剥離され、絶縁層47に金属箔48bが被着された状態になる。絶縁層47は多層配線基板10の絶縁層32に相当する。
内側のキャリア付金属箔41については、キャリア板41aが接合層45に接合され、金属箔41bが絶縁層31に被着される。
こうして、絶縁層31、32によって中央配線層20が挟まれ、絶縁層31、32の外面に金属箔41b、48aが被着された2組の積層体50が得られる(図8(b))。
以下では、セミアディティブ法によって配線層を形成する方法を例示する。
図9(a)は、レーザ加工により絶縁層31、32にビア穴31a、32aを形成した状態である。ビア穴31a、32aは、内底面に中央配線層20が露出するように形成する。ビア穴31a、32aを形成した後、必要に応じてデスミア処理を施す。
ビア穴31a、32aを形成する際には、絶縁層31、32に金属箔41b、48bが被着した状態でビア穴加工することもできるし、金属箔41b、48bをエッチングして除去した後にビア穴加工を施すこともできる。
配線層21、22の上に絶縁層33、34と配線層23、24を形成するには、図9(e)に示すように、絶縁層31、32の上に樹脂フィルムをラミネートして絶縁層33、34を形成し、絶縁層33、34にレーザ加工によりビア穴33a、34aを形成し、配線層21、22を形成する方法と同様にして形成すればよい。絶縁層33、34となる樹脂フィルムについても、基板の反り等を考慮して、所要の厚さ及び素材の樹脂フィルムを使用する。
また、絶縁層31、32、33、34は絶縁層となる樹脂フィルムの厚さ及び材質を適宜選択することによって、基板の反りを考慮した絶縁層の設計に基づいて、その厚さ等を選択して形成される。
上述した多層配線基板の製造方法は、多層配線基板の中央配線層の厚さや多層配線基板の絶縁層の厚さを調節すること、絶縁層に用いる樹脂材を適宜選択して多層配線基板をすることを容易に可能にする方法であり、本発明に係る多層配線基板の製造方法として好適に利用することができる。
20 中央配線層
21、22、23、24 配線層
23a、24a パッド
25、26 ビア
31、32、33、34 絶縁層
31a、32a、33a、34a ビア穴
36、38 保護膜
40 積層体
41、48 キャリア付金属箔
42 絶縁層
44 銅箔
45 接合層
46 レジスト
47 絶縁層
50 積層体
Claims (8)
- 基板の厚さ方向の中央に配置された中央配線層と、
該中央配線層を挟む一方の側と他方の側とに、絶縁層を介して積層された配線層とを備え、
前記中央配線層の前記一方の側の配線層と、前記他方の側の配線層とが、同一の層数に設けられ、前記中央配線層の前記一方の側の絶縁層と、前記他方の側の絶縁層とが、同一の層数に設けられ、
前記中央配線層の前記一方の側に半導体素子搭載面が形成され、
前記中央配線層を含む配線層は、ビアを介して電気的に接続され、前記中央配線層の前記一方の側の絶縁層では前記他方の側の絶縁層よりビア数が多く、前記中央配線層の一方の側のビアと、他方の側のビアとが、前記中央配線層に向かう側が幅狭の台形状の断面形状となる、対称向きに形成され、
前記中央配線層の前記一方の側の絶縁層および前記他方の側の絶縁層のうち、いずれかの絶縁層が他の絶縁層に対して応力の異なるアンバランス層となって、前記中央配線層を挟む一方の側と他方の側の、前記中央配線層を挟む対称位置にある絶縁層は、前記中央配線層の一方の側と他方の側における絶縁層に起因する応力が前記中央配線層を挟む一方の側と他方の側の配線層およびビアを構成する導体が不均等に分布することによって生じる応力を打ち消すように形成されて、基板が平坦化されていることを特徴とする多層配線基板。 - 前記一方の側の絶縁層をアンバランス層とすることを特徴とする請求項1記載の多層配線基板。
- 前記他方の側の絶縁層をアンバランス層とすることを特徴とする請求項1記載の多層配線基板。
- 前記アンバランス層は、他の絶縁層に比べて厚く形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の多層配線基板。
- 前記アンバランス層は、他の絶縁層と異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載の多層配線基板。
- 前記アンバランス層には強化材が混入されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の多層配線基板。
- 前記中央配線層を挟む対称位置にある絶縁層が、強化材が混入された樹脂材によって形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項記載の多層配線基板。
- 前記中央配線層は、前記配線層に形成される配線パターンよりも肉厚に形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項記載の多層配線基板。
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