JP5955102B2

JP5955102B2 - 配線基板およびその製造方法

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Publication number: JP5955102B2
Application number: JP2012121966A
Authority: JP
Inventors: 逸朗宍戸
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: JP2013247333A

Description

本発明は、半導体集積回路素子などの半導体素子を搭載するために用いられる配線基板およびその製造方法に関するものである。

近年、携帯型のゲーム機や音楽プレーヤーに代表される電子機器の薄型化が進む中、それらに使用される半導体素子等を搭載する配線基板にも薄型化が要求されている。半導体素子等を搭載するための一般的な配線基板は、例えばガラス繊維にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る樹脂基板の表面に銅箔から成る配線導体が形成された厚みが０．２〜２．０ｍｍ程度のコア基板の表面に、厚みが１０〜１００μｍ程度のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る絶縁層と、厚みが５〜５０μｍ程度の銅めっき膜から成る配線導体とが交互に積層されて形成されている。

このような、一般的な配線基板は、厚みが０．２〜２．０ｍｍ程度のコア基板を使用することから、配線基板の全体厚みを薄くすることが困難であるという問題があった。

そこで、配線基板の薄型化に対応するために、コア基板を用いないコアレスの配線基板が提案されている。このコアレスの配線基板は、厚みが１０〜１００μｍ程度のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る絶縁層と、厚みが５〜５０μｍ程度の銅めっき膜から成る配線導体とを複数交互に積層して成る。このような配線基板は、上述の一般的な配線基板とは異なり、厚みが０．２〜２．０ｍｍ程度のコア基板を有さず、厚みが１０〜１００μｍ程度の絶縁層と、厚みが５〜５０μｍ程度の配線導体とから構成されることから、配線基板の全体厚みを薄くすることが可能になる。

ところで、このようなコアレスの配線基板を製造する場合、厚みが１０〜１００μｍ程度の熱硬化性樹脂から成る絶縁層と厚みが５〜５０μｍ程度の銅めっき膜から成る配線導体とを複数交互に積層する必要がある。しかしながら、これらの絶縁層や配線導体は、単層ではその剛性が弱く撓んだり変形したりしやすい。そこで、平坦な主面を有する剛性の高い支持基板上に、絶縁層と配線導体とを交互に複数積層して必要な剛性を有する配線基板用の積層体を形成した後、この積層体を支持基板から分離し、さらにその分離した積層体に最終の配線基板となる加工を施すことにより、コアレスの配線基板が形成される。

なお、上述のコアレスの配線基板の製造において絶縁層を形成するには、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂材料から成る未硬化の熱硬化性樹脂シートを支持基板上あるいは下層の絶縁層上に積層した後に、その熱硬化性樹脂シートを熱硬化させるための熱硬化処理を行なう。このような熱硬化処理は、順次積層される熱硬化性樹脂シート毎に繰り返し実施する。このため、積層された絶縁層毎に加えられる熱履歴が異なることになる。すなわち、第１層目の絶縁層に加えられる熱履歴が最も多く、第２層目以降の絶縁層ほど加えられる熱履歴が少なくなる。これにより、第１層目の絶縁層は、第２層目以降の絶縁層に比べて熱硬化性樹脂の硬化が促進される。その結果、第１層目の絶縁層の熱膨張係数に比べて、第２層目以降の絶縁層の熱膨張係数の方が順次大きくなる。

このように、コアレスの配線基板の製造においては、第１層目の絶縁層の熱膨張係数に比べて、第２層目以降の絶縁層の熱膨張係数の方が順次大きくなることから、支持基板上において配線基板用の積層体の全ての熱硬化性樹脂シートに対する熱硬化処理が終わった後に常温に戻すと、第１層目の絶縁層よりも第２層目以降の絶縁層の方が順次大きく収縮しようとする。このため、常温になった配線基板用の積層体を支持基板から分離すると、配線基板用の積層体に第１層目の絶縁層と反対側に凹状となる反りが発生してしまう。

特開平７−２９７５６０号公報

本発明は、反りの小さなコアレス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、第１の熱膨張係数および第１のガラス転移点を有する第１の熱硬化性樹脂材料から成るとともに上面に配線導体を有する第１層目の絶縁層上に、全ての層が第１の熱膨張係数よりも小さな第２の熱膨張係数および第１のガラス転移点よりも高い第２のガラス転移点を有する第２の熱硬化性樹脂材料から成る第２層目以降の絶縁層と、配線導体とを交互に複数層順次積層して成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、熱硬化することにより、第１の熱膨張係数および第１のガラス転移点を有する第１層目の絶縁層となる未硬化の第１の熱硬化性樹脂シートと、熱硬化することにより、全ての層が第１の熱膨張係数よりも小さな第２の熱膨張係数および第１のガラス転移点よりも高い第２のガラス転移点を有する第２層目以降の絶縁層となる未硬化の複数の第２の熱硬化性樹脂シートとを準備する工程と、平坦な支持面を有する支持基板の支持面上に第１の熱硬化性樹脂シートを支持させるとともに熱硬化させて第１層目の絶縁層を形成する工程と、第１の絶縁層上に配線導体を形成する工程と、配線導体が形成された第１層目の絶縁層上に第２の熱硬化性樹脂シートを積層するとともに熱硬化させて第２層目の絶縁層を形成する工程と、第２層目の絶縁層上に配線導体を形成する工程と、を行なった後、更にその上に第２の熱硬化性樹脂シートを積層するとともに熱硬化させて次層の絶縁層を形成する工程と、次層の絶縁層上に配線導体を形成する工程とを交互に必要な回数行なって配線基板用の積層体を形成した後、積層体を支持基板から分離する工程とを行なうことを特徴とするものである。

本発明の配線基板およびその製造方法によれば、第１層目の絶縁層の熱膨張係数が第２層目以降の全ての絶縁層の熱膨張係数より大きいことから、全ての絶縁層に対する熱硬化処理終了後に常温に戻る際に２層目以降の絶縁層が外側の層ほど大きく収縮することにより第１層目の絶縁層と反対側に凹状となるように反ろうとするものの、第１層目の絶縁層が第２層目以降の絶縁層よりも大きく収縮するので、第２層目以降の絶縁層により反ろうとする力が、第１層目の絶縁層が第２層目以降の絶縁層よりも大きく収縮する力によって相殺され、その結果、常温において反りの小さな配線基板を提供することができる。

また、本発明の配線基板およびその製造方法によれば、第１層目の絶縁層のガラス転移点が第２層目以降の全ての絶縁層のガラス転移点よりも低いことから、例えば配線基板上に半導体素子等の電子部品を半田リフローにより実装する際に、配線基板の昇温に伴い第１層目の絶縁層が第２層目以降の絶縁層よりも大きく伸張して、配線基板が第２層目以降の絶縁層側に凹状となるように反ろうとするものの、さらに昇温して第１層目の絶縁層のガラス転移点に達すると、第１層目の絶縁層の剛性が低下して、第１層目の絶縁層により反ろうとする力は減少する。一方、第２層目以降の絶縁層ではその温度以降も外側の絶縁層の方がより大きく伸張して元の平坦な状態に戻ろうとする。したがって、半田リフロー時の高温においても反りの小さなコアレス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形態の一例を示す概略断面図である。図２（ａ）〜（ｃ）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３（ｄ）〜（ｆ）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（ｇ）〜（ｈ）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５（ｉ）〜（ｋ）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。

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５を基にして説明する。

図１に示すように、本発明の配線基板２０は、例えば第１層目〜第４層目の絶縁層１ａ〜１ｄが順次積層されているとともに、各絶縁層１ａ〜１ｄの間および絶縁層１ａおよび絶縁層１ｄの表面に配線導体２が形成されている。さらに、第１層目の絶縁層１ａおよび第４層目の絶縁層１ｄの表面にはソルダーレジスト層３が形成されている。

各絶縁層１ａ〜１ｄは、厚みが１０〜１００μｍ程度であり、複数のビアホール４を有している。このような絶縁層１ａ〜１ｄ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成り、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂材料から成る未硬化の熱硬化性樹脂シートを、後述する支持基板７上に積層および熱硬化することにより第１層目の絶縁層１ａを形成した後、その上に硬化後の熱膨張係数が絶縁層１ａよりも小さいとともに硬化後のガラス転移点が絶縁層１ａよりも高い熱硬化性樹脂シートを積層および熱硬化する工程を繰り返して２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄを順次積層することにより形成されている。

また、配線導体２は、各絶縁層１ａ〜１ｄのビアホール４内を含む表面に主としてめっき法により所定のパターンに被着された銅などの金属から成る。そして、配線導体２は、絶縁層１ａ〜１ｄを挟んで上下に位置するもの同士がビアホール４を介して互いに接続されている。なお、最表層の配線導体２の一部は、例えば半導体素子等に接続される半導体素子接続パッド５および回路基板の電極との接続に用いられる回路基板接続パッド６を形成している。これらの半導体素子接続パッド５および回路基板接続パッド６は、ソルダーレジスト層３に設けられた開口部３ａから露出している。配線導体２の厚みは５〜５０μｍ程度である。

ソルダーレジスト層３は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を含有する電気絶縁材料からなる。厚みは１０〜５０μｍ程度である。

ところで、本発明における配線基板２０においては、第１層目の絶縁層１ａの熱膨張係数が第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄがより大きなものとなっている。これにより、全ての絶縁層１ａ〜１ｄに対する熱硬化処理終了後に常温に戻す際に２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄが外側の層ほど大きく収縮することにより第１層目の絶縁層１ａと反対側に凹状となるように反ろうとするものの、第１層目の絶縁層１ａが第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄよりも大きく収縮するので、第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄにより反ろうとする力が、第１層目の絶縁層１ａが第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄよりも大きく収縮する力によって相殺され、その結果、常温において反りの小さな配線基板２０を提供することができる。

また、本発明の配線基板２０においては、第１層目の絶縁層１ａのガラス転移点が第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄのガラス転移点よりも低いものとなっている。それにより、例えば配線基板２０上に半導体素子等の電子部品を半田リフローにより実装する際に、配線基板２０の昇温に伴い第１層目の絶縁層１ａが第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄよりも大きく伸張して、配線基板２０が第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄ側に凹状となるように反ろうとするものの、さらに昇温して第１層目の絶縁層１ａのガラス転移点に達すると、第１層目の絶縁層１ａの剛性が低下して、第１層目の絶縁層１ａにより反ろうとする力は減少する。一方、第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄではその温度以降も外側の絶縁層の方がより大きく伸張して元の平坦な状態に戻ろうとする。したがって、半田リフロー時の高温においても反りの小さなコアレスの配線基板２０を提供することができる。

次に、本発明の配線基板の製造方法の一例について、図２〜図５を基にして詳細に説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、一方が製品形成用主面Ａであり他方が分離用主面Ｂである２枚の支持基板用のプリプレグ７Ｐと、２枚の分離フィルム８と、２枚の支持フィルム付き金属箔９と、２枚の金属枠１０とを準備する。

それぞれの支持基板用プリプレグ７Ｐは、中央部に製品形成用領域Ｘと、外周部に製品形成用領域Ｘを取り囲む枠状の捨て代領域Ｙとを有している。

次に、図２（ｂ）に示すように、２枚のプリプレグ７Ｐの間に２枚の分離フィルム８を重ねて挟持するとともに、それぞれのプリプレグ７Ｐの製品形成用主面Ａ上の中央部に支持フィルム付き金属箔９を積層するとともに、その外側に支持フィルム付き金属箔９を囲繞するように金属枠１０を配置する。

次に、図２（ｂ）の状態に積層したものを上下から加圧しながら加熱する。このような加圧加熱により、図２（ｃ）に示すように、プリプレグ７Ｐが硬化された２枚の支持基板７が間に２枚の分離フィルム８を挟持して互いに接合されるとともに、それぞれの支持基板７の製品形成用主面Ａに支持フィルム付き金属箔９および金属枠１０が埋設されて配線基板形成用土台１２が形成される。

次に、図３（ｄ）に示すように、配線基板形成用土台１２の両主面に露出する金属箔９ｂおよび支持基板７および金属枠１０の表面に無電解めっき（不図示）を被着させた後、無電解めっきが被着された金属箔９ｂの上に、例えば銅等から成る配線導体２をセミアディティブ法等により形成する。そして、その上に第１層目の絶縁層１ａとなる未硬化の熱硬化性樹脂シートを積層した後、熱硬化処理を行うことで第１層目の絶縁層１ａを形成する。第１層目の絶縁層１ａとなる熱硬化性樹脂シートは、例えば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の未硬化物に無機絶縁性フィラーを分散させてシート状としたものである。

次に、図３（ｅ）に示すように、第１層目の絶縁層１ａにビアホール４を形成するとともに、第１層目の絶縁層１ａの表面およびビアホール４内に次層の配線導体２を形成する。ビアホール４の形成は、レーザ加工により行なう。また、配線導体２の形成はセミアディティブ法に行なう。

次に、図３（ｆ）に示すように、第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄと配線導体２とを交互に順次複数積層するとともに、第４層目の絶縁層１ｄおよび配線導体２の上にソルダーレジスト層３を被着させることで、配線基板用積層体１３を形成する。なお、第１層目の絶縁層１ａの上に順次積層される絶縁層１ｂ〜１ｄについても、先述の絶縁層１ａの場合と同様に未硬化の熱硬化性樹脂シートを積層した後、熱硬化させることにより形成される。このとき、本発明においては、第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄとなる熱硬化性樹脂シートとしては、熱硬化後の熱膨張係数が第１層目の絶縁層１ａよりも小さくかつ熱硬化後のガラス転移点が第１の絶縁層１ａよりも高いものを用いる。

また、ソルダーレジスト層３は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂にシリカ等の無機フィラーを分散させたペーストを、第４層目の絶縁層１ｄおよび配線導体２の上にスクリーン印刷等で塗布した後、フォトリソグラフィー技術により所定のパターンに露光、現像したものを熱硬化することで形成される。ソルダーレジスト層３から露出する最表層の配線導体２の一部は、回路基板の電極と接続される回路基板接続パッド６として機能する。

そして、図４（ｇ）に示すように、配線基板形成用土台１２および配線基板用積層体１３を製品形成用領域Ｘと捨て代領域Ｙとの境界で切断することで、製品形成用領域Ｘの配線基板形成用土台１２および配線基板用積層体１３を切り出した後、図４（ｈ）に示すように、切り出された配線基板用積層体１３が形成された配線基板形成用土台１２を分離フィルム８の間から分離し、次に、図５（ｉ）に示すように、配線基板用積層体１３を支持フィルム９ａから分離した後、図５（ｊ）に示すように、金属箔９ｂをエッチング除去することにより、配線導体２を露出させ、最後に、図５（ｋ）に示すように、絶縁層１ａおよび配線導体２の上にソルダーレジスト層３を形成することで本実施例による配線基板２０が形成される。

このとき、本発明における配線基板２０の製造方法においては、上述したように、第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄとなる熱硬化性樹脂シートとしては、熱硬化後の熱膨張係数が第１層目の絶縁層１ａよりも小さいものを用いることから、第１層目の絶縁層１ａの熱膨張係数が第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄがより大きなものとなる。これにより、全ての絶縁層１ａ〜１ｄに対する熱硬化処理終了後に常温に戻す際に２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄが外側の層ほど大きく収縮することにより第１層目の絶縁層１ａと反対側に凹状となるように反ろうとするものの、第１層目の絶縁層１ａが第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄよりも大きく収縮するので、第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄにより反ろうとする力が、第１層目の絶縁層１ａが第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄよりも大きく収縮する力によって相殺され、その結果、常温において反りの小さな配線基板２０を提供することができる。

また、本発明の配線基板２０の製造方法においては、第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄとなる熱硬化性樹脂シートとしては、熱硬化後のガラス転移点が第１の絶縁層１ａよりも高いものを用いることから、第１層目の絶縁層１ａのガラス転移点が第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄのガラス転移点よりも低いものとなる。それにより、例えば配線基板２０上に半導体素子等の電子部品を半田リフローにより実装する際に、配線基板２０の昇温に伴い第１層目の絶縁層１ａが第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄよりも大きく伸張して、配線基板２０が第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄ側に凹状となるように反ろうとするものの、さらに昇温して第１層目の絶縁層１ａのガラス転移点に達すると、第１層目の絶縁層１ａの剛性が低下して、第１層目の絶縁層１ａにより反ろうとする力は減少する。一方、第２層目以降の絶縁層１ｂ〜１ｄではその温度以降も外側の絶縁層の方がより大きく伸張して元の平坦な状態に戻ろうとする。したがって、半田リフロー時の高温においても反りの小さなコアレスの配線基板２０を提供することができる。かくして本発明の配線基板およびその製造方法によれば、常温および高温の両方において反りの少ない配線基板２０を提供することができる。

１ａ第１層目の絶縁層
１ｂ〜１ｄ第２層目以降の絶縁層
２配線導体
７支持基板
２０配線基板

Claims

第１の熱膨張係数および第１のガラス転移点を有する第１の熱硬化性樹脂材料から成るとともに上面に配線導体を有する第１層目の絶縁層上に、全ての層が前記第１の熱膨張係数よりも小さな第２の熱膨張係数および前記第１のガラス転移点よりも高い第２のガラス転移点を有する第２の熱硬化性樹脂材料から成る第２層目以降の絶縁層と、配線導体とを交互に複数層順次積層して成ることを特徴とする配線基板。
熱硬化することにより、第１の熱膨張係数および第１のガラス転移点を有する第１層目の絶縁層となる未硬化の第１の熱硬化性樹脂シートと、熱硬化することにより、全ての層が前記第１の熱膨張係数よりも小さな第２の熱膨張係数および前記第１のガラス転移点よりも高い第２のガラス転移点を有する第２層目以降の絶縁層となる未硬化の複数の第２の熱硬化性樹脂シートとを準備する工程と、平坦な支持面を有する支持基板の前記支持面上に前記第１の熱硬化性樹脂シートを支持させるとともに熱硬化させて第１層目の絶縁層を形成する工程と、該第１の絶縁層上に配線導体を形成する工程と、該配線導体が形成された前記第１層目の絶縁層上に前記第２の熱硬化性樹脂シートを積層するとともに熱硬化させて第２層目の絶縁層を形成する工程と、該第２層目の絶縁層上に配線導体を形成する工程と、を行なった後、更にその上に前記第２の熱硬化性樹脂シートを積層するとともに熱硬化させて次層の絶縁層を形成する工程と、該次層の絶縁層上に配線導体を形成する工程とを交互に必要な回数行なって配線基板用の積層体を形成した後、該積層体を前記支持基板から分離する工程を行なうことを特徴とする配線基板の製造方法。