JP5565953B2 - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子を搭載する高密度配線基板およびその製造方法に関するものである。

近年、パーソナルコンピュータやゲーム機、通信機器等に代表される電子機器の薄型、高機能化が進む中、それらに使用される半導体素子を搭載する配線基板にも薄型、高密度配線化が要求されている。

このような薄型、高密度配線化が可能な配線基板として、例えば直径が５０〜１００μｍ程度のレーザ加工による多数のビアホールを有する厚みが２５〜５０μｍ程度の薄い絶縁層と銅めっきから成る導体層とをビルドアップ技術を用いて交互に多層に積層して成る配線基板が提案されている。このような配線基板の例を図４に示す。図４に示す配線基板では、２層の絶縁層１１ａ，１１ｂと３層の導体層１２ａ，１２ｂ，１２ｃとを積層して成る。絶縁層１１ａ，１１ｂは、例えばガラスクロス入りの熱硬化性樹脂から成り、２５〜５０μｍ程度の厚みである。導体層１２ｂと１２ｃは銅めっきから成り、導体層１２ａは銅箔から成る。絶縁層１１ａ，１１ｂには、ビアホール１３ａ，１３ｂが上面側と下面側とから導体層１２ａを挟んで相対向するように形成されている。ビアホール１３ａ，１３ｂには、例えば電解めっき法により導体層１２ｂ，１２ｃと一体的に形成された銅めっきから成るビア導体１４ａ，１４ｂが充填されており、それにより導体層１２ａ，１２ｂ，１２ｃ同士の導通をとっている。

なお、このような配線基板においては、例えば上面側の導体層１２ｃの一部に半導体素子の電極が接続される半導体素子接続パッド（不図示）を有しており、下面側の導体層１２ｂの一部に電子機器の回路基板に接続される外部接続パッド（不図示）を有している。そして、半導体素子を配線基板に搭載するときは、半導体素子接続パッド上に半田バンプを溶着しておき、半導体素子の電極をこの半田バンプに載せてリフロー処理を行うことにより半導体素子の電極と半導体素子接続パッドとを半田バンプを介して接続する方法が採用されている。また、半導体素子が搭載された配線基板を電子機器の回路基板に接続するときは、外部接続パッド上に半田ボールを溶着しておき、この半田ボールを回路基板上の接続パッド上に載せてリフロー処理する方法が採用される。

しかしながら、従来の配線基板においては、配線基板上に半導体素子を搭載するときや、配線基板を回路基板に接続する際のリフロー処理時の熱により、配線基板が伸縮し、導体層１２ａを挟んで相対向して形成されたビアホール１３ａ，１３ｂに充填されたビア導体１４ａ，１４ｂと、これらが接続する銅箔から成る導体層１２ａとの界面に大きな応力が発生してビア導体１４ａ，１４ｂと銅箔から成る導体層１２ａとの間にクラックが生じるという現象が生じることがあった。その結果、ビア導体１４ａ，１４ｂを介した導体層１２ａ，１２ｂ，１２ｃ同士の良好な電気的接続が維持できない不具合が生じることがあった。

特許第４１８７３５２号公報

本発明は、積層された２層の絶縁層に金属箔から成る導体層を挟んで上面側と下面側とから相対向して形成されたビアホール内に充填されためっきから成るビア導体とこれらに接続される前記導体層との間にクラックが生じることを有効に防止でき、ビア導体を介した導体層同士の電気的接続信頼性が高い薄型で高密度配線の配線基板およびその製造方法を提供することを課題とする。

本発明における配線基板は、金属箔から成る導体層を挟んで上下に積層された２層の絶縁層に、上面側と下面側とから前記導体層を挟んで相対向するように、前記導体層を底面とするビアホールが形成されているとともに、前記ビアホール内が前記底面の前記導体層に接続するめっきから成るビア導体で充填されて成る配線基板であって、前記導体層は前記ビアホール同士の間に貫通孔を有しているとともに、該導体層に接続する前記ビア導体同士が前記貫通孔を介して一体化していることを特徴とするものである。

本発明における配線基板の製造方法は、２層の絶縁層を間に金属箔から成る導体層を挟んで上下に積層する工程と、積層された前記絶縁層に、前記導体層を挟んで相対向するビアホールを、前記導体層を底面として上面側と下面側とから形成する工程と、前記ビアホール内を前記底面の前記導体層に接続するめっきから成るビア導体で充填する工程とを行なう配線基板の製造方法であって、前記導体層における前記ビアホール同士の間に貫通孔を形成しておき、該貫通孔を介して前記ビア導体同士が一体化されるように、前記ビアホール内を前記ビア導体で充填す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、相対向するビアホール間に挟まれた金属箔から成る導体層はこれらのビアホールの間に貫通孔を有しており、これらのビアホール内に充填されたビア導体同士がこの貫通孔を介して一体化されていることから、ビア導体同士が一体化により直接的に極めて強固に接続される。したがって、リフローするときの熱により配線基板が伸縮してもビア導体と導体層との間にクラックが生じることを有効に防止できる。これにより、電気的接続信頼性が高い薄型で高密度配線の配線基板を提供することができる。

また、本発明の配線基板の製造方法によれば、相対向するように形成されたビアホールの間に挟まれた金属箔から成る導体層に、これらのビアホールの間を貫通する貫通孔を形成しておくとともに、この貫通孔を介して一体化されるようにビアホール内をめっきから成るビア導体で充填することから、ビア導体同士が一体化により直接的に極めて強固に接続される。したがって、リフローするときの熱により配線基板が伸縮してもビア導体と導体層との間にクラックが生じることを有効に防止できる。これにより、電気的接続信頼性が高い薄型で高密度配線の配線基板を提供することができる。

図１は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す概略断面図である。 図２は図１に示す配線基板の要部拡大断面図である。 図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明の配線基板の製造方法の実施形態の一例を示す概略断面図である。 図４は従来の配線基板の要部拡大断面図である。

次に、本発明の配線基板およびその製造方法の実施形態の一例を図１、図２、図３を基にして詳細に説明する。これらの図中、１は絶縁基板、２a，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇは導体層、５はソルダーレジスト層であり、主としてこれらにより本例の配線基板１０が構成される。

図１に示すように、本例の配線基板１０は、６層の絶縁層１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆが積層された絶縁基板１の上下面および各絶縁層１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ間に導体層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇが配設されており、更に絶縁基板１の上下面にソルダーレジスト層５が被着されている。

絶縁層１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは、例えばガラス繊維にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させて熱硬化させた電気絶縁材料から形成されている。絶縁層１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの厚みは、それぞれ２５〜５０μｍ程度である。絶縁層１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆには、直径が５０〜１００μｍ程度の複数のビアホール３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆがレーザ加工により形成されている。そして、これらのビアホール３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ内には、絶縁層１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを挟んで上下に位置する導体層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ同士を接続するビア導体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆが充填されている。

導体層２ａは銅箔から形成されており、残りの２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇは銅めっきにより形成されている。これらの導体層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇは、半導体素子や回路基板へ電力や信号を供給するための配線導体を形成している。そして、絶縁層１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを挟んで上下に位置する導体層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ同士がビアホール３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ内のビア導体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを介して電気的に接続されることにより立体的な高密度配線が実現される。なお、ビア導体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆは、導体層２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇを形成する銅めっきと同じ銅めっきから形成されている。

ソルダーレジスト層５はエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を含有する電気絶縁材料からなる。絶縁基板１の上面側に設けられたソルダーレジスト層５には、絶縁基板１上面の導体層２ｇの一部を露出させる開口部５ａが設けられており、下面側に設けられたソルダーレジスト層５には、絶縁基板１下面の導体層２ｆの一部を露出させる開口部５ｂが設けられている。

絶縁基板１の上面側に設けられたソルダーレジスト層５の開口部５ａから露出する導体層２ｇの一部は半導体素子の電極と接続される半導体素子接続パッド６を形成している。他方、絶縁基板１の下面側に設けられたソルダーレジスト層５の開口部５ｂから露出する導体層２ｆの一部は、他の回路基板に接続するための外部接続パッド７を形成している。そして、半導体素子をこの配線基板１０に搭載するときは、半導体素子接続パッド６上に半田バンプ（不図示）を溶着しておき、半導体素子の電極をこの半田バンプに載せてリフロー処理を行うことにより半導体素子の電極と半導体素子接続パッド６とを半田バンプを介して接続する方法が採用されている。また、半導体素子が搭載された配線基板１０を電子機器の回路基板に接続するときは、外部接続パッド７上に半田ボール（不図示）を溶着しておき、この半田ボールを回路基板上の接続パッド上に載せてリフロー処理する方法が採用される。なお、ソルダーレジスト層５は、配線基板１０と半導体素子を接続するときや、配線基板を回路基板に接続する際などのリフロー処理時の熱から、絶縁基板１と導体層２ｆ，２ｇとを保護するために被覆される。

本例の配線基板１０においては、図２に示すように、上下に積層された２層の絶縁層１ａ，１ｂにおいて、ビアホール３ａ，３ｂが導体層２ａを挟んで上面側と下面側とから相対向するように形成されている。これらの２層の絶縁層１ａ，１ｂは、６層の絶縁層１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを積層して絶縁基板１を形成する際の土台となる部分であり、この２層の絶縁層１ａ，１ｂの間に挟まれた導体層２ａは、厚みが１２〜１８μｍ程度の銅箔から形成されている。そしてこの銅箔から成る導体層２ａを挟んで上面側と下面側とから形成されたビアホール３ａ，３ｂ内には、これらのビアホール３ａ，３ｂで挟まれた銅箔から成る導体層２ａに接続するようにして銅めっきから成るビア導体４ａ，４ｂが充填されている。なお、この銅箔からなる導体層２ａには、これを挟むビアホール３ａ，３ｂの間に貫通孔８が形成されており、この銅箔から成る導体層２ａに接続するように相対向するビアホール３ａ，３ｂ内に充填されたビア導体４ａと４ｂとがこの貫通孔８を介して互いに一体化している。

このように、本例の配線基板１０によると、相対向するビアホール３ａ，３ｂ間に挟まれた導体層２ａがこれらのビアホール３ａ，３ｂの間に貫通孔８を有しているとともにこれらのビアホール３ａ，３ｂに充填されたビア導体４ａ，４ｂ同士が、貫通孔８を介して一体化されていることから、ビア導体４ａ，４ｂ同士が一体化により直接的に極めて強固に接続されるため、リフロー処理のときに配線基板１０が伸縮したとしても、ビア導体４ａ，４ｂとこれら接続される導体層２ａとの間にクラックが生じることを有効に防止できる。これにより、電気的信頼性が高い薄型で高密度配線の配線基板１０を提供することができる。なお、貫通孔８の直径が２５μｍ未満では、貫通孔８を介して一体化されたビア導体４ａ，４ｂ同士の接続が弱いものとなり、リフロー処理の際に両者間にクラックが発生する危険性が高いものとなり、３５μｍを超えると、貫通孔８を有する導体層２ａとこれに接続されるビア導体４ａ，４ｂとの電気的な接続信頼性が低いものとなる危険性がある。したがって、貫通孔８の直径は、２５〜３５μｍの範囲が好ましい。

次に、本発明の配線基板の製造方法の一例について、図３を基にして詳細に説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、貫通孔８を有する導体層２ａのパターンが上面に形成された絶縁層１ａを準備する。この導体層２ａのパターンは、たとえば直径が５０〜２００μｍの円形である。貫通孔８の直径は２５〜３５μｍである。この絶縁層１ａは、ガラスクロス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を含浸させて半硬化させた絶縁層１ａ用のプリプレグの両面に、導体層２ａとなる厚みが１２〜１８μｍ程度の金属箔を被着させた後、プリプレグを熱硬化させた両面銅張板を用意し、この両面銅張板の金属箔を、貫通孔８を有する導体層２ａのパターンが上面側に残るように選択的にエッチング除去することにより形成される。

次に、図３（ｂ）に示すように、導体層２ａが形成された絶縁層１ａの上に、導体層２ａを挟むように絶縁層１ｂを積層する。この絶縁層１ｂを積層するには、導体層２ａが形成された絶縁層１ａの上にガラスクロス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を含浸させて半硬化させた絶縁層１ｂ用のプリプレグを重ね合わせるとともに、それらを例えば、およそ２００℃の加熱下にて０．２〜５．０ＭＰａの圧力条件でプレスを行うことによりプリプレグを熱硬化させる方法が採用される。これらの絶縁層１ａ，１ｂの厚みは２５〜５０μｍ程度である。なお、この積層前には、導体層２ａ表面を表面粗化処理をすることで絶縁層１ｂとの密着性をより向上させることができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、積層された上下の絶縁層１ａ，１ｂに、導体層２ａを挟んで相対向するビアホール３ａ，３ｂを上面側と下面側とからレーザを照射することにより形成する。ビアホール３ａ，３ｂの直径は、５０〜１００μｍ程度であり、レーザの入射側の直径が底面側の直径よりも大きくなるテーパ形状となっている。なお、ビアホール３ａ，３ｂを形成した後は、ビアホール３ａ，３ｂ内に露出した導体層２ａの表面を例えば過硫酸ソーダ等の酸性液で洗浄処理することが好ましい。さらに、ビアホール３ａ，３ｂを形成した後には、デスミア処理をすることが好ましい。これらの処理をすることにより、ビアホール３ａ，３ｂ内の導体層２ａおよびビアホール３ａ，３ｂ内壁と後述するビア導体４ａ，４ｂとの密着を強固なものとすることができる。

次に、図３（ｄ）に示すように、導体層２ａを挟んで相対向するビアホール３ａ，３ｂ内にめっきから成るビア導体４ａ，４ｂを充填するとともに、積層された２層の絶縁層１ａ，１ｂの上下面に同じめっきから成る導体層２ｂ，２ｃを形成する。これらのビア導体４ａ，４ｂおよび導体層２ｂ，２ｃを形成する方法としては、たとえば積層された２層の絶縁層１ａ，１ｂの上下面およびビアホール３ａ，３ｂの内壁、そしてビアホール３ａ，３ｂの底面に露出した導体層２ａに厚みがおよそ１μｍの薄い無電解めっき層（不図示）を被着させた後、積層された２層の絶縁層１ａ，１ｂの上下面にビアホール３ａ，３ｂおよびその周辺部を露出させる開口部を有するめっきレジストを形成し、次に、めっきレジストから露出するビアホール３ａ，３ｂ内およびその周囲の絶縁層１ａ，１ｂの上下面に、ビアホール３ａ，３ｂの内部を完全に充填するように電解めっき法によりめっき金属を析出させた後、めっきレジストを除去するとともにめっきレジストの下にあった無電解めっき層をエッチング除去する方法が採用される。

このとき、導体層２ａを挟んで相対向するように形成されたビアホール３ａ，３ｂ内部に充填されたビア導体４ａ，４ｂ同士は、導体層２ａに設けられた貫通孔８を介して一体化するように形成される。したがって、本発明の配線基板１０の製造方法によると、銅箔から成る導体層２ａを挟んで上面側と下面側とから相対向するように形成されたビアホール３ａ，３ｂに充填されるビア導体４ａ，４ｂが、導体層２ａに形成された貫通孔８を介して一体化されることにより直接的に極めて強固に接続されるので、リフロー処理のときの配線基板１０が伸縮したとしてもビア導体４ａ，４ｂとこれらに接続する銅箔から成る導体層２ａとの間にクラックが生じることを有効に防止できる。これにより電気的信頼性が高い薄型で高密度配線の配線基板１０を提供することができる。

以後は、絶縁層１ｃ，１ｄと導体層２ｄ，２ｅおよび絶縁層１ｅ，１ｆと導体層２ｆ，２ｇとを従来周知のビルドアップ方により上下に積層し、さらにその上下面にソルダーレジスト層５を形成することで配線基板１０が形成される。

なお、本発明は、上述の実施形態の一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、上述の実施の形態の一例では、導体層２ａの貫通孔８は、絶縁層１ａを準備する段階で導体層２ａを形成するのと同時にエッチングにより形成したが、上面に導体層２ａが形成された絶縁層１ａを準備する段階では導体層２ａに貫通孔８を未形成としておき、この絶縁層１ａ上に絶縁層１ｂを導体層２ａを挟むように積層した後、これらの絶縁層１ａ，１ｂに、導体層２ａを挟んで相対向するビアホール３ａ，３ｂを上面側と下面側とからレーザを照射することで形成する際に、そのレーザの照射により貫通孔８を形成するようにしてもよい。

１ａ〜１ｆ 絶縁層
２ａ〜２ｇ 導体層
３ａ〜３ｆ ビアホール
４ａ〜４ｆ ビア導体
８ 貫通孔
１０ 配線基板

Claims (2)

1. 金属箔から成る導体層を挟んで上下に積層された２層の絶縁層に、上面側と下面側とから前記導体層を挟んで相対向するように、前記導体層を底面とするビアホールが形成されているとともに、前記ビアホール内が前記底面の前記導体層に接続するめっきから成るビア導体で充填されて成る配線基板であって、前記導体層は前記ビアホール同士の間に貫通孔を有しているとともに、該導体層に接続する前記ビア導体同士が前記貫通孔を介して一体化していることを特徴とする配線基板。
2. ２層の絶縁層を間に金属箔から成る導体層を挟んで上下に積層する工程と、積層された前記絶縁層に、前記導体層を挟んで相対向するビアホールを、前記導体層を底面として上面側と下面側とから形成する工程と、前記ビアホール内を前記底面の前記導体層に接続するめっきから成るビア導体で充填する工程とを行なう配線基板の製造方法であって、前記導体層における前記ビアホール同士の間に貫通孔を形成しておき、該貫通孔を介して前記ビア導体同士が一体化されるように、前記ビアホール内を前記ビア導体で充填することを特徴とする配線基板の製造方法。
   

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