JP5157332B2

JP5157332B2 - 多層配線板

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Publication number: JP5157332B2
Application number: JP2007229932A
Authority: JP
Inventors: 真也志摩
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: JP2009064869A

Description

本発明は、多層配線板に係り、特に高誘電率を有する誘電体シートを積層し、主に電源の安定化のためのキャパシタ構造を有する多層配線板とその製造方法に関する。

電子機器の小型化、高密度化に伴い、プリント配線板実装技術では小型化、高密度化が主要な課題となっている。高密度化を図る上では、実装部品の小型化が進んでいるが、実装歩留まりの低下空高コスト化は避けられないのが現状である。そのため、高誘電材料を厚膜形成し、プリント配線板の内部に配置した層間コンデンサを用いる方法が、小型化技術として提案されている。

また、半導体素子の高速化に伴い、駆動時の電源の電圧低下による信号遅延の対策としても、半導体素子に近い位置で配置できる電源−グランド間のデカップリングコンデンサとして、層間コンデンサが着目されている（特許文献１等）。

図５に、例えばエポキシ樹脂にチタン酸バリウムを分散させた誘電体の両面に銅箔が形成された誘電体シートを用いた層間コンデンサを例示する。

誘電体シート１の両面に導体回路層２を形成されたコンデンサ層１０１に、導体層４、絶縁層３が形成されている。このとき層間接続は、ドリルまたはレーザで穴加工し、銅めっきしたビアで接続されている。

この基板を一般的な半導体インターポーザと想定すると、一面が半導体実装面、もう一面がプリント基板などに実装する面であるため、半導体からの回路は信号伝送線路、電源などに関わらず、全て層間接続を介して配線される。

従来の半導体素子のパッドピッチは１２０μｍ程度であり、バンプ径は６０μｍ程度であるがバンプピッチ６０μｍ以下、バンプ１径３０μｍ以下の半導体素子も開発及び実用化されようとしている。

このような狭ピッチの半導体素子を実装するには、半導体実装面においては微細な導体パターンが必須であり、現状ビルドアップ絶縁材料を用いたセミアディティブ法によって実現されている（特許文献２等）。

特開２００６−３４４６８０号公報特開２００４−１７２５３０号公報

以上のような半導体インターザにおいて、半導体からのシグナルラインは伝送線路を介してマザーボードに伝送することになるが、高誘電体材料側面上を経由する層間接続部５０において、インピーダンスの不整合が発生し、伝送特性が低下する問題がある。また、層間接続部を設けるには周辺の導体を両面除去しなければならず、誘電体シート単層箇所の強度が低下するという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、高誘電シートを多層配線板内部に配置し層間コンデンサを用いても、伝送特性に優れた多層配線板を提供することにある。さらに、層間コンデンサ形成過程において、強度を低下せずに製造できるため、歩留まりに優れた多層配線板を提供することができる。

本発明による多層配線板は、
誘電体シートと、誘電体シートの両面に形成した導体回路層とがコンデンサ構造を有するコンデンサ層を、複数の導体回路層と絶縁層からなる配線基板に少なくとも１層積層した多層配線板において、
多層基板に第１のスルーホールが形成され、該第１のスルーホール内部に入れ子となるように第２のスルーホールが形成され、該第１スルーホール内部に埋め込み絶縁樹脂部が設置されることで、該第１スルーホールと該第２スルーホールとが電気的に非接続となり、かつ該コンデンサ層が該第１スルーホール及び該第２スルーホールにより貫通接続されており、
前記第２のスルーホールが前記第１のスルーホールの同軸に形成され、
前記第２のスルーホールによって接続された配線がシグナルラインであり、
第１のスルーホールに接続された配線をグランドとして設計・配置してなることを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果がある。
（１）誘電体シートの両面に存する導体層の接続に用いられる第１のスルーホールと、この導体層と電気的に接続されていない第２のスルーホールとを有することによって、導体層の面積を大きく取ることができ、コンデンサ層の強度を向上させることができる。
（２）第１のスルーホールと、第２のスルーホールが同軸構成であることにより、単純な理論モデルでインピーダンスを算出でき、またさらにはスルーホール樹脂部の誘電率、及びスルーホール径の調整により、回路のインピーダンス整合が容易となる。
（３）第２のスルーホールをシグナルラインとすることにより、第１のスルーホールの導体部分が電磁的に遮蔽効果を奏し、また第１のスルーホールをグランドラインとすることで、伝送特性の低下、クロストークの発生を低減させることができる。
このように、伝送特性の優れた及び強度に優れた層間コンデンサ積層多層配線板を提供できる。また、歩留まりに優れた層間コンデンサ積層多層配線板およびその製造方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。

図１および図２は、本発明の実施の形態による多層配線板の特徴的な一部分の側断面図および平面図を示している。図１は、図２のＳで示される線での側断面図であり、図２は図１においてＡ層からＤ層として表される各層を上面から見た平面図である。ただしＡ層ではその上層の導体回路層４も表されている。

本発明による多層配線板１００は、誘電体シート１と誘電体シートの両面に形成した導体回路層２がコンデンサ構造を有するコンデンサ層１０１と、その両面に積層された絶縁層３、導体回路層４から構成される。絶縁層３は具体的には実施例に示すように、エポキシ系樹脂と無機フィラーからなる絶縁材料を加圧加熱ラミネートして形成することができる。次に、コンデンサ層１０１は誘電体シート１と、その両面に積層された導体回路層２からなり、少なくとも導体回路層の片面は、配線パターンが形成されている。コンデンサ層は、エポキシ系樹脂にチタン酸バリウムなどの高誘電体フィラーを分散した材料を銅箔に塗布・乾燥することで誘電体シート１を形成することができる。導体回路層は、銅箔を積層し、露光現像によるパターン形成とエッチングを用いた通常の配線形成方法で形成することができる。

コンデンサ層１０１の高誘電率化のために、誘電体シート１は可能な限り薄く形成してあり、５μｍから２０μｍが望ましい。このように誘電体シート１は薄く、かつフィラーを多量に含んだもろい材料であるため、後の製造工程での破れ易い。これを防ぐため、両面に形成された導体回路は可能な限り導体を残すパターンであることが望ましく、さらに図２のように少なくとも片面は全面に導体を残すパターンにすることが望ましい。これにより、導体回路層によって、誘電体シートを補強することができ、コンデンサ層の強度を向上させることができる。このとき配線回路となっている側の導体回路層では、第１スルーホールに接続された部分は他の配線回路に電気的に接続されていない。

さらに本発明では、スルーホール周りにおいても導体回路層を近接させた構成とすることにより、コンデンサ層の強度を向上させることが可能となる。コンデンサ層１０１には、コンデンサ層１０１両面の導体回路層２の接続に使用される第１のスルーホール２００が形成されている。さらに、第１のスルーホール内部に入れ子となるように、第２のスルーホールが形成されている。第２スルーホールは、第１スルーホール内部に埋め込み絶縁樹脂部５が設置されることで、第１スルーホールと電気的に非接続となっている。第２のスルーホールが第１スルーホールと非接続であるために、スルーホール周辺のコンデンサ層中導体層を除去する必要がない。このように第１のスルーホール２００内部の埋め込み設置された第２のスルーホール２０１は、第１のスルーホールによって接続されている導体回路層より外層の接続に用いられる。

図１では、第１のスルーホール２００によってコンデンサ層１０１両面の接続がなされ、第２のスルーホール２０１によって導体回路層４間の層間接続が形成されているが、さらに絶縁層、導体回路層を積層した高多層板においても、層間コンデンサを基準として第２のスルーホールによって接続されている導体回路層が、第１のスルーホールによる接続されている導体回路層よりも外層であればよい。実施例２でその一例を示すように、第２のスルーホールによって接続されている導体回路層が外層であれば、それぞれが接続する導体回路層は任意に設定できるためである。

また、第１のスルーホールと、第２のスルーホールが同軸構造となっていることで、単純な理論モデルでインピーダンスを算出できるため、容易にインピーダンスの整合をとることができる。インピーダンスの調整方法としては、第１スルーホール及び第２スルーホール径による調整や、埋め込み絶縁樹脂部５において用いられるエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ＢＴ系樹脂等の材料を誘電率により選択調整すればよい。

また、スルーホール径によりスルーホール部分のインピーダンスの調整を行う場合には、コンデンサ層に接して積層される絶縁層３と同一の材料とすることで、絶縁層の形成と同一工程で絶縁部５を形成することで製造工程を簡素化することができるため好ましい。

また、第２のスルーホールによって接続された配線がシグナルラインであれば、本発明はより効果的である。従来の構造では、シグナルラインがコンデンサ層を貫通するとき、高誘電体である誘電体シートに接触することで信号遅延が発生し、伝送特性が低下してしまうが、第２のスルーホールをシグナルラインとすることで、第１のスルーホールによってコンデンサ層の電磁的影響から遮蔽し、誘電体シートと異なる電磁界内でコンデンサ層を貫通することができる。さらに、第２のスルーホールをシグナルライン、第１のスルーホールに接続された配線をグランドとして設計・配置することで、第２のスルーホールと、導体回路層に配置してあるシグナルラインの電磁界と遮蔽することができ、クロストークの発生を抑制できる。

次に本発明の多層配線板の一例について製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。

まず図３（ａ）に示す工程では、コンデンサ材料の任意の箇所にドリルを用いて、直径１００μｍから２００μｍの穴加工し、厚さ１μｍ程度の無電解銅めっき、続いて厚さ１５μｍ電解銅めっきを行なうことで、第１のスルーホール２００および両面の銅箔１１上にめっきを施した導体層を形成する。コンデンサ材料としては、例えばエポキシ系樹脂とチタン酸バリウムなどの高誘電体フィラーからなる誘電体シート１と誘電体シート１の両面に設置した厚さ１２μｍから３５μｍの銅箔１１を用いることができるが、コンデンサ層の材料としてはこれに限られるものではない。

次に図３（ｂ）に示す工程では、両面の導体層を任意の厚さにバフ研磨および化学研磨後、導体層上にドライフィルムレジストをラミネートし、さらに、マスクを用いてパターン露光および現像を行なう。さらに、エッチング加工およびドライフィルムレジスト剥離を行うことで、導体回路層２を形成する。導体回路層２形成にはドライフィルムレジストに限定されず液状レジストを用いてもよく、パターン露光の手法としてはレーザによる直描法を用いてもよい。またこの工程において、導体層エッチング部分直下の誘電体層を除去しても良い（図４（ｃ）参照）。誘電体シートを除去することにより、誘電体シートが断続的になり、コンデンサ容量の精度の向上、不要な箇所の誘電結合（コンデンサ化）防止等を望める。除去方法としては、上記ドライフィルムレジストをマスクとして、サンドブラスト法、ウェットブラスト法等を用いればよい。

次に図３（ｃ）に示す工程では、ａ）第１のスルーホール２００内に埋め込み絶縁樹脂部５を充填硬化し、ｂ）その後導体回路層２上にエポキシ樹脂などを主成分とし、無機フィラーによって線膨張係数が調整されたビルドアップ材料を積層し、熱硬化することで、絶縁層３を形成する。前述のように、この工程では埋め込み絶縁樹脂部を絶縁層と同一の材料とする場合には、ａ）の工程を要せず、ｂ）の工程でビルドアップ材料をスルーホール内に充填することにより、埋め込み絶縁樹脂部及び絶縁層を同時に形成することができる。

次に図３（ｄ）に示す工程では、まず任意の第１のスルーホール２００内側に穴加工を行なう。このとき第１のスルーホール２００の内側以外の箇所のビア設置部にも同様に穴加工を行なうこともできる。穴加工の方法としては、ドリルもしくはレーザなどを用いることができる。

次に厚さ約１μｍの無電解銅めっきを行った後、ドライフィルムレジスト６をラミネートし、マスクを用いてパターン露光および現像を行い、図３（ｄ）のように回路パタ―ンを形成する。

続いて電解銅めっきを行なった後、ドライフィルムレジスト剥離および１μｍ程度エッチングし、図３（ｅ）のように導体回路層形成および第２のスルーホール２０１の形成を行う。

最後に、通常の配線板と同様に最外層にソルダーレジスト層形成や電極の表面めっき処理を行い、多層配線板が完成する。

さらに多層化する場合には、ビルドアップ材料の積層から導体回路層形成までを繰り返すことで可能である。つまり、図４に示すように、誘電体層と、少なくとも一層の絶縁層及び導体回路層を形成した後（形成した多層配線板を多層コンデンサ層とする）、第１のスルーホール形成し、さらに上述したように積層及び導体回路層形成の工程を繰り返すことで、多層化することができる。

以下、実施例１により本発明を具体的に説明する。

図３（ａ）は、厚さ１２μｍの誘電体シート１と誘電体シートの両面に設置した３５μｍ銅箔１１からなるコンデンサ材料（オーク三井社製ＢＣ−１２ＴＭ）である。

コンデンサ材料の任意の箇所にドリルを用いて穴加工（直径１００μｍ）し、無電解銅めっき（厚さ１μｍ）続いて電解銅めっき（厚さ１５μｍ）を行なうことで、第１のスルーホール２００を形成した。

両面の導体層を任意の厚さにバフ研磨後、導体層上にドライフィルムレジスト（日立化成工業社製ＲＹ−３３１５）をラミネートした。さらに、パターン露光（露光量６０ｍＪ／ｃｍ^２）および現像（現像液：１％ＮａＣＯ_３）後、塩化第２銅液を用いてエッチング加工およびドライフィルムレジスト剥離（剥離液：５％ＮａＯＨ）を行い、図３（ｂ）のように、導体回路層２を形成した。

導体回路層２上にエポキシ樹脂を主成分とするビルドアップ材料（味の素ファインテクノ社製ＡＢＦ−ＧＸ３）を真空ラミネータで加熱加圧ラミネート（１７０℃、３０Ｎ／ｃｍ^２）し、さらに２００℃で１時間熱硬化することで図３（ｃ）のように、絶縁層３を形成した。このとき第１のスルーホール内にもビルドアップ材料が流動する条件で実施したため、埋め込み絶縁樹脂部５は絶縁層３と同じ材料である。

任意の第１のスルーホール２００内側にＵＶＹＡＧレーザを用いて穴加工（直径５０μｍ）を行なった。このとき第１のスルーホール２００の内側以外の箇所のビア設置部にも同様に穴加工を行なった。

厚さ約１μｍの無電解銅めっきを行った後、ドライフィルムレジスト６（日立化成工業社製ＲＹ−３３２５）をラミネートし、パターン露光（露光量６０ｍＪ／ｃｍ^２）および現像（現像液：１％ＮａＣＯ_３）を行い、図３（ｄ）のように回路パタ―ンを形成した。

続いて電解銅めっきを行なった後、ドライフィルムレジスト６を剥離（剥離液：５％ＮａＯＨ）し、硫酸−過酸化水素系エッチングエッチング液により１μｍエッチングし、図３（ｅ）のように導体回路層４および第２のスルーホール２０１の形成を行った。

以下、実施例２により本発明を具体的に説明する。

図４（ａ）は、厚さ１２μｍの誘電体シート１と誘電体シート１の両面に設置した３５μｍ銅箔１１からなるコンデンサ材料（オーク三井社製ＢＣ−１２ＴＭ）である。

両面の銅箔１１を任意の厚さにバフ研磨後、導体層上にドライフィルムレジスト６（ウレタン樹脂系厚さ１５μｍラミネートした。さらに、パターン露光（露光量３００ｍＪ／ｃｍ^２）および現像（現像液：１％ＮａＣＯ_３）後、塩化第２銅液を用いてエッチング加工し、図４（ｂ）のように導体回路層２を形成した。

続いて、サンドブラスト法で誘電体シート１を加工し、ドライフィルムレジスト６を剥離（剥離液：５％ＮａＯＨ）し、導体回路層２を粗化処理後、導体回路層２両面にエポキシ含浸ガラス布７（日立化成工業社製ＧＥ−６７Ｎ）および銅箔８（厚さ１８μｍ）を積層した（図４（ｃ））。

任意の箇所にドリルもしくはレーザを用いて穴加工（直径１５０μｍ）し、無電解銅めっき（厚さ１μｍ）続いて電解銅めっき（厚さ１５μｍ）を行なうことで、第１のスルーホール２００を形成した。このときその他の通常ビアも同時に形成した。

両面の導体層を任意の厚さにバフ研磨後、導体層上にドライフィルムレジスト（日立化成社製ＲＹ−３３１５）をラミネートした。さらに、パターン露光（露光量６０ｍＪ／ｃｍ２）および現像（現像液：１％ＮａＣＯ３）後、塩化第２銅液を用いてエッチング加工およびドライフィルムレジスト剥離（剥離液：５％ＮａＯＨ）を行い、図４（ｄ）のように、導体回路層９を形成した。

導体回路層９を粗化処理（メック社製ＣＺ−８１００）後、導体回路層９上にエポキシ樹脂を主成分とするビルドアップ材料（味の素ファインテクノ社製ＡＢＦ−ＧＸ３）を真空ラミネータで加熱加圧ラミネート（１７０℃、３０Ｎ／ｃｍ^２）し、さらに２００℃で１時間熱硬化することで絶縁層１０を形成した。

厚さ約１μｍの無電解銅めっきを行った後、ドライフィルムレジスト（日立化成工業社製ＲＹ−３３２５）をラミネートし、パターン露光（露光量６０ｍＪ／ｃｍ^２）および現像（現像液：１％ＮａＣＯ_３）を行い、回路パタ―ンを形成した。

続いて電解銅めっきを行なった後、ドライフィルムレジスト剥離（剥離液：５％ＮａＯＨ）および硫酸−過酸化水素系エッチングエッチング液により１μｍエッチングし、図３（ｅ）のように導体回路層１２および第２のスルーホールめっき２０１を行った。

本発明の多層配線板の側断面図。本発明各層の多層配線板の平面図。（ａ）〜（ｅ）本発明の多層配線板の製造工程図。（ａ）〜（ｅ）本発明の多層配線板の製造工程図。層間コンデンサを用いた既存の多層配線板の側断面図。

符号の説明

１・・・誘電体シート
２・・・導体回路層
３・・・絶縁層
４・・・導体回路層
５・・・埋め込み絶縁樹脂部
６・・・ドライフィルムレジスト
７・・・絶縁層
８・・・銅箔
９・・・導体回路層
１０・・・絶縁層
１１・・・銅箔

Claims

誘電体シートと、誘電体シートの両面に形成した導体回路層とがコンデンサ構造を有するコンデンサ層を、複数の導体回路層と絶縁層からなる配線基板に少なくとも１層積層した多層配線板において、
多層基板に第１のスルーホールが形成され、該第１のスルーホール内部に入れ子となるように第２のスルーホールが形成され、該第１スルーホール内部に埋め込み絶縁樹脂部が設置されることで、該第１スルーホールと該第２スルーホールとが電気的に非接続となり、かつ該コンデンサ層が該第１スルーホール及び該第２スルーホールにより貫通接続されており、
前記第２のスルーホールが前記第１のスルーホールの同軸に形成され、
前記第２のスルーホールによって接続された配線がシグナルラインであり、
第１のスルーホールに接続された配線をグランドとして設計・配置してなることを特徴とする多層配線板。
前記第１スルーホール内部に設置される埋め込み絶縁樹脂部の絶縁樹脂が、前記誘電体シートよりも誘電率が小さく、かつ第１のスルーホールと第２のスルーホールとが所望のインピーダンスを有する伝送線路になるように誘電率を調整した絶縁樹脂であることを特徴とする請求項１記載の多層配線板。
前記第１スルーホール内部に設置される埋め込み絶縁樹脂部の埋め込み絶縁樹脂が、他の絶縁層と同一材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の多層配線板。