JP6671256B2 - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

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淳史 佐藤
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人資 近藤
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Description

本発明は、配線基板及びその製造方法に関する。
従来、コンデンサやインダクタ等の電子部品を内蔵した配線基板が知られている。このような配線基板の一例として、コアとなるガラスエポキシ基板に積層セラミックコンデンサを内蔵した配線基板を挙げることができる。この配線基板では、ガラスエポキシ基板の表裏面に配線が形成され、各面の配線と積層セラミックコンデンサの電極とはガラスエポキシ基板内に形成したビア配線によって接続されている(例えば、特許文献1参照)。
一方、絶縁層の一方の側に埋め込み配線を備えた配線基板が知られている(例えば、特許文献2参照)。このような配線基板に電子部品を内蔵する際には、埋め込み配線と電子部品の電極との接続に、上記の配線基板と同様の接続構造を採用することができない。埋め込み配線と電子部品の電極との接続方法としては、例えば、導電ペーストを用いる方法が考えられる。
特開2013−84692号公報 特開2012−146793号公報
しかしながら、埋め込み配線と電子部品の電極とを導電ペーストを用いて接続する方法では、十分な接続信頼性が得られないという問題があった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、埋め込み配線と電子部品の電極との接続信頼性を向上した配線基板を提供することを課題とする。
本配線基板は、絶縁層と、前記絶縁層に内蔵された電子部品と、前記絶縁層に形成され、前記絶縁層の一方の面側に開口し、前記電子部品の電極を露出するビアホールと、前記絶縁層に埋め込まれ、一方の面が前記絶縁層の一方の面から露出する第1配線層と、前記第1配線層の一方の面に形成された配線パターン、及び前記配線パターンから前記ビアホール内に延在して前記電子部品の電極と直接接続されたビア配線、を含む第2配線層と、を有し、前記絶縁層は、前記第1配線層を埋め込む第1絶縁膜、及び前記電子部品を内蔵する第2絶縁膜が積層された構造であり、前記第1絶縁膜は、全ての前記第1配線層の側面及び他方の面、並びに前記ビア配線の側面の一部を被覆し、前記電子部品の電極は、前記ビア配線と接する面が前記第2絶縁膜から露出し、側面が前記第2絶縁膜に被覆され、前記ビア配線が前記配線パターンと一体であることを要件とする。
開示の技術によれば、埋め込み配線と電子部品の電極との接続信頼性を向上した配線基板を提供できる。
第1の実施の形態に係る配線基板を例示する図である。 第1の実施の形態に係る配線基板の製造工程を例示する図(その1)である。 第1の実施の形態に係る配線基板の製造工程を例示する図(その2)である。 第1の実施の形態に係る配線基板の製造工程を例示する図(その3)である。 第1の実施の形態に係る配線基板の製造工程を例示する図(その4)である。 第1の実施の形態の変形例1に係る配線基板を例示する図である。 第1の実施の形態の変形例1に係る配線基板の製造工程を例示する図である。 第1の実施の形態の変形例2に係る配線基板を例示する断面図である。 第1の実施の形態の変形例2に係る配線基板の製造工程を例示する図である。 応用例1に係る半導体パッケージを例示する断面図である。 応用例2に係る半導体パッケージを例示する断面図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〈第1の実施の形態〉
[第1の実施の形態に係る配線基板の構造]
まず、第1の実施の形態に係る配線基板の構造について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る配線基板を例示する図であり、図1(a)は断面図、図1(b)は図1(a)のA部周辺の部分拡大平面図である。但し、図1(b)において、第1配線層10、絶縁層20、及びソルダーレジスト層60の図示を省略している。
図1を参照するに、配線基板1は、第1配線層10と、絶縁層20と、電子部品30と、第2配線層40と、第3配線層50と、ソルダーレジスト層60及び70とを有するコアレスの配線基板である。
なお、本実施の形態では、便宜上、配線基板1のソルダーレジスト層60側を上側又は一方の側、ソルダーレジスト層70側を下側又は他方の側とする。又、各部位のソルダーレジスト層60側の面を一方の面又は上面、ソルダーレジスト層70側の面を他方の面又は下面とする。但し、配線基板1は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物をソルダーレジスト層60の一方の面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物をソルダーレジスト層60の一方の面の法線方向から視た形状を指すものとする。
配線基板1において、第1配線層10は、微細配線11と、上層及び下層の少なくとも一方と接続される接続用配線12とを含んでいる。第1配線層10の材料としては、例えば、銅(Cu)等を用いることができる。第1配線層10の厚さは、例えば、5〜10μm程度とすることができる。
ここで、微細配線とは、ライン/スペースが10μm/10μm以下の配線を指す。微細配線11のライン/スペースは、例えば、3μm/3μm〜5μm/5μm程度とすることができる。なお、ライン/スペースにおけるラインとは配線幅を表し、スペースとは隣り合う配線同士の間隔(配線間隔)を表す。例えば、ライン/スペースが10μm/10μmと記載されていた場合、配線幅が10μmで隣り合う配線同士の間隔が10μmであることを表す。
絶縁層20は、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22が積層された構造を有している。第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22としては、感光性の絶縁性樹脂や非感光性の絶縁性樹脂(例えば、熱硬化性樹脂)を用いることができる。具体的には、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22に用いる絶縁性樹脂として、例えば、エポキシ系樹脂、イミド系樹脂、フェノール系樹脂、シアネート系樹脂等を挙げることができる。第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22は、シリカやアルミナ等のフィラーを含有しても構わない。なお、第1絶縁膜21と第2絶縁膜22として、同一の絶縁性樹脂を用いてもよいし、異なる絶縁性樹脂を用いてもよい。
第1絶縁膜21は、第1配線層10の側面及び下面を被覆し、上面を露出している。言い換えれば、第1配線層10は第1絶縁膜21に埋め込まれ、第1配線層10の上面は第1絶縁膜21の上面から露出している。第1絶縁膜21の上面と第1配線層10の上面とは、例えば、面一とすることができる。
第2絶縁膜22は、電子部品30を内蔵している。電子部品30は、本体31と電極32とを備えており、第2絶縁膜22は電極32の側面及び下面を被覆し、上面を露出している。電子部品30は、例えば、チップコンデンサ(例えば、チップセラミックキャパシタ)、チップインダクタ、チップ抵抗等の受動部品とすることができるが、後述のように、半導体チップや半導体チップの積層体等の能動部品としてもよい。なお、電子部品30がチップコンデンサである場合、電子部品30の電極32の平面形状は、例えば、500×350μm程度の矩形状である。又、電子部品30がチップセラミックキャパシタである場合、電子部品30は直方体状の本体31を有し、本体31の長手方向の両端部に電極32が設けられる。そして、電極32は、本体31の両端部の側面と上下面とを連続して被覆して設けられる。
絶縁層20(第1絶縁膜21)には、絶縁層20の上面側(第1絶縁膜21の上面側)に開口し、電子部品30の電極32の上面を露出するビアホール20xが形成されている。ビアホール20xは、電子部品30の電極32上に位置する接続用配線12に形成された貫通孔12x、及び接続用配線12と電子部品30の電極32との間に位置する第1絶縁膜21を貫通する貫通孔21xが連通したものである。
又、絶縁層20(第2絶縁膜22)には、絶縁層20の下面側(第2絶縁膜22の下面側)に開口し、電子部品30の電極32の下面を露出するビアホール20yが形成されている。又、絶縁層20(第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22)には、絶縁層20の下面側(第2絶縁膜22の下面側)に開口し、第1配線層10の接続用配線12の下面を露出するビアホール20zが形成されている。
なお、図1の例では、電子部品30の1つの電極32に対して2つのビアホール20xが設けられているが、ビアホール20xは1つの電極32に対して最低1つずつ設ければよい。もちろん、ビアホール20xは1つの電極32に対して3つ以上設けてもよい。ビアホール20yについても同様である。
第2配線層40は、第1配線層10の上面に形成された配線パターン、及びこの配線パターンからビアホール20x内に延在して電子部品30の電極32と直接接続されたビア配線を含んで構成されている。A部において、電子部品30の電極32と接続された第2配線層40の配線パターン(パッド)の平面形状は、例えば、円形状とすることができる。
例えば、電子部品30の電極32の平面形状が500×350μm程度の矩形状である場合、ビア配線の電極32側の径(つまり、ビアホール20xの電極32側の径)は、60〜100μm程度とすることができる。又、この場合、A部において、電子部品30の電極32と接続された第2配線層40のパッドの径は、90〜200μm程度とすることができる。
第2配線層40の配線パターンは、第1配線層10の上面から絶縁層20の上面(第1絶縁膜21の上面)に延在してもよい。第2配線層40のビア配線は、電子部品30の電極32上に位置する接続用配線12の内壁面及び電子部品30の電極32の上面と接して両者と導通している。すなわち、第1配線層10は、第2配線層40のビア配線を介して、電子部品30の電極32と接続されている。
第2配線層40は、第1層41と、第2層42と、第3層43とを備えている。第1層41は、接続用配線12の上面に直接形成されている。電子部品30の電極32上に位置する第1層41には、ビアホール20xと連通する貫通孔41xが形成されている。第2層42は、第1層41上に直接形成されている。A部において、第2層42は、第1層41上から延在して貫通孔41x及びビアホール20xの内壁に沿って形成され、更にビアホール20x内に露出する電子部品30の電極32の上面を被覆している。第3層43は、第2層42上に直接形成されている。A部において、第3層43は、第2層42上から延在して、内壁に第2層42が形成された貫通孔41x内及びビアホール20x内を充填している。
第1層41、第2層42、及び第3層43の材料としては、例えば、銅等を用いることができる。第2配線層40の配線パターンを構成する第1層41の厚さは、例えば、1.5〜5μm程度とすることができる。第2配線層40の配線パターンを構成する第2層42の厚さは、例えば、0.5〜1μm程度とすることができる。第2配線層40の配線パターンを構成する第3層43の厚さは、例えば、4〜19μm程度とすることができる。
第3配線層50は、絶縁層20の下面(第2絶縁膜22の下面)に形成された配線パターン、及びこの配線パターンからビアホール20y内又は20z内に延在したビア配線を含んで構成されている。但し、第3配線層50の配線パターンは、ビア配線と接続されていない配線を含んでもよい。
第3配線層50は、第1層51と、第2層52とを備えている。第1層51は、絶縁層20の下面に形成されている。A部において、第1層51は、絶縁層20の下面から延在してビアホール20yの内壁に沿って形成され、更にビアホール20y内に露出する電子部品30の電極32の下面を被覆している。A部以外において、第1層51は、絶縁層20の下面から延在してビアホール20zの内壁に沿って形成され、更にビアホール20z内に露出する第1配線層10の接続用配線12の下面を被覆している。
第2層52は、第1層51上に直接形成されている。A部において、第2層52は、第1層51上から延在して、内壁に第1層51が形成されたビアホール20y内を充填している。A部以外において、第2層52は、第1層51上から延在して、内壁に第1層51が形成されたビアホール20z内を充填している。
第1層51、及び第2層52の材料としては、例えば、銅等を用いることができる。第3配線層50の配線パターンを構成する第1層51の厚さは、例えば、0.5〜1μm程度とすることができる。第3配線層50の配線パターンを構成する第2層52の厚さは、例えば、4〜19μm程度とすることができる。
ソルダーレジスト層60は、絶縁層20の上面(第1絶縁膜21の上面)に、第1配線層10の上面並びに第2配線層40の上面及び側面を被覆するように形成されている。ソルダーレジスト層60は開口部60xを有し、開口部60xは第2配線層40の配線パターンを選択的に露出している。開口部60x内に露出する第2配線層40の配線パターンは、半導体チップ接続用のパッドである。
第2配線層40の配線パターンは、第2配線層40のビア配線と接続された配線と、ビア配線と接続されていない配線とを含んでいるが、ビア配線と接続された配線と、ビア配線と接続されていない配線とは同一高さ(同一厚さ)である。
ソルダーレジスト層70は、絶縁層20の下面に、第3配線層50を被覆するように形成されている。ソルダーレジスト層70は開口部70xを有し、開口部70xは第3配線層50の配線パターンを選択的に露出している。開口部70x内に露出する第3配線層50の配線パターンは、他の配線基板等との接続用のパッドである。
ソルダーレジスト層60及び70の材料としては、例えば、感光性のエポキシ系絶縁樹脂やアクリル系絶縁樹脂等を用いることができる。ソルダーレジスト層60及び70の夫々の厚さは、例えば、5〜40μm程度とすることができる。
必要に応じ、開口部60x内に露出する第2配線層40の上面、開口部70x内に露出する第3配線層50の下面に金属層を形成してもよい。金属層の例としては、Au層や、Ni/Au層(Ni層とAu層をこの順番で積層した金属層)、Ni/Pd/Au層(Ni層とPd層とAu層をこの順番で積層した金属層)等を挙げることができる。又、金属層の形成に代えて、OSP(Organic Solderability Preservative)処理等の酸化防止処理を施してもよい。なお、OSP処理により形成される表面処理層は、アゾール化合物やイミダゾール化合物等からなる有機被膜である。
又、開口部60x内に露出する第2配線層40の上面、開口部70x内に露出する第3配線層50の下面に、はんだボール等の外部接続端子を設けてもよい。
[第1の実施の形態に係る配線基板の製造方法]
次に、第1の実施の形態に係る配線基板の製造方法について説明する。図2〜図5は、第1の実施の形態に係る配線基板の製造工程を例示する図である。本実施の形態では、支持体上に複数の配線基板となる部分を作製し支持体を除去後個片化して各配線基板とする工程の例を示すが、支持体上に1個ずつ配線基板を作製し支持体を除去する工程としてもよい。
まず、図2(a)に示す工程では、最外層が金属箔である支持体400を準備する。支持体400としては、例えば、プリプレグ401上にキャリア付き金属箔408が積層されたものを用いることができる。支持体400の厚さは、例えば18〜100μm程度とすることができる。
プリプレグ401は、例えば、ガラス繊維やアラミド繊維等の織布や不織布(図示せず)にエポキシ系樹脂等の絶縁樹脂を含侵させたものである。キャリア付き金属箔408は、銅等の金属箔からなる厚さ10〜50μm程度の厚箔(キャリア箔)409上に、剥離層(図示せず)を介して、銅等の金属箔からなる厚さ1.5〜5μm程度の薄箔410が剥離可能な状態で貼着されたものである。厚箔409は、薄箔410の取り扱いを容易にするための支持材として設けられている。厚箔409の下面は、プリプレグ401の上面に接着されている。
次に、図2(b)及び図2(c)に示す工程では、支持体400の薄箔410の上面に、微細配線11及び接続用配線12を含む第1配線層10を形成する。具体的には、例えば、支持体400の薄箔410の上面に、第1配線層10を形成する部分に開口部を備えたレジスト層(ドライフィルムレジスト等)を形成する。そして、キャリア付き金属箔408をめっき給電層に利用する電解めっき法により、レジスト層の開口部内に露出する薄箔410の上面に銅等を析出させ第1配線層10を形成する。その後、剥離液を用いてレジスト層を剥離することで、支持体400の薄箔410の上面に、微細配線11及び接続用配線12を含む第1配線層10が形成される。なお、図2(b)の部分拡大平面図である図2(c)に示すように、第1配線層10の、電子部品30の電極32が配置される予定の領域に、予め貫通孔12xを形成しておく。
次に、図2(d)に示す工程では、薄箔410の上面に第1配線層10の他方の面及び側面を被覆する第1絶縁膜21を形成する。具体的には、薄箔410の上面に第1配線層10を被覆するように、例えば熱硬化性を有するフィルム状のエポキシ系絶縁樹脂等をラミネートして第1絶縁膜21を形成する。貫通孔12xは、第1絶縁膜21により塞がれる。なお、この時点では、第1絶縁膜21を硬化させずにBステージ状態(半硬化状態)としておく。
次に、図3(a)に示す工程では、本体31と電極32とを備えた電子部品30を準備し、電極32が貫通孔12x上に位置するように、電子部品30を第1絶縁膜21上に搭載する。第1絶縁膜21はBステージ状態であるため、第1絶縁膜21の粘性により、電子部品30は第1絶縁膜21上に仮固定される。電子部品30は、例えば、チップマウンター等を用いて第1絶縁膜21上に搭載することができる。なお、図2(d)に示す工程において、Bステージ状態(半硬化状態)が維持される程度の温度で第1絶縁膜21を加熱してタック性を持たせると、電子部品30と第1絶縁膜21との接着力が向上する点で好適である。
次に、図3(b)に示す工程では、第1絶縁膜21上に電子部品30を被覆する第2絶縁膜22を形成する。具体的には、第1絶縁膜21上に電子部品30を被覆するように、例えば熱硬化性を有するフィルム状のエポキシ系絶縁樹脂等をラミネートして第2絶縁膜22を形成する。そして、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22を支持体400側に押圧しつつ、硬化温度以上に加熱して硬化させ、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22からなる絶縁層20を作製する。
次に、図3(c)に示す工程では、図3(b)に示す構造体から支持体400の一部を除去する。具体的には、支持体400に機械的な力を加え、キャリア付き金属箔408の薄箔410と厚箔409との界面を剥離する。前述のように、キャリア付き金属箔408は、薄箔410上に剥離層(図示せず)を介して厚箔409が貼着された構造を有するため、厚箔409は、剥離層(図示せず)とともに薄箔410から容易に剥離する。
これにより、薄箔410のみが絶縁層20側に残り、支持体400を構成する他の部材(プリプレグ401及び厚箔409)が除去される。但し、剥離層とともに薄箔410から厚箔409が剥離する場合の他に、剥離層内で凝集破壊が起こり、薄箔410から厚箔409が剥離する場合もある。又、剥離層から厚箔409が剥離することで、薄箔410から厚箔409を剥離する場合もある。
次に、図3(d)に示す工程では、薄箔410に貫通孔41xを形成する。又、絶縁層20に、ビアホール20x、20y、及び20zを形成する。
具体的には、まず、貫通孔12xに対応する位置の薄箔410にレーザを照射して薄箔410に貫通孔12xに連通する貫通孔41xを形成する。そして、レーザ照射を継続して、貫通孔12x内の第1絶縁膜21を除去すると共に、第1配線層10の接続用配線12と電子部品30の電極32との間に位置する第1絶縁膜21を除去して電子部品30の電極32の一方の面を露出する貫通孔21xを形成する。貫通孔12xと貫通孔21xとが連通する部分が、ビアホール20xである。ビアホール20y及び20zを形成するには、絶縁層20の所定位置にレーザを照射すればよい。
なお、ビアホール20xをレーザ加工法により形成した場合には、デスミア処理を行い、ビアホール20x内に露出する電子部品30の電極32に付着した絶縁層20の樹脂残渣を除去することが好ましい。ビアホール20y及び20zについても同様である。
次に、図4(a)に示す工程から図5(b)に示す工程では、第2配線層40及び第3配線層50を形成する。第2配線層40及び第3配線層50は、例えば、セミアディティブ法により形成することができる。セミアディティブ法を用いて第2配線層40及び第3配線層50を形成するには、まず、図4(a)に示すように、無電解めっき法又はスパッタ法により、シード層として、銅(Cu)等からなる金属層である第2層42及び第1層51を形成する。
第2層42は、薄箔410の一方の面全面、貫通孔41xの内壁面、ビアホール20xの内壁面、及びビアホール20x内に露出する電子部品30の電極32の一方の面を連続的に被覆するように形成する。又、第1層51は、絶縁層20の他方の面全面、ビアホール20yの内壁面、ビアホール20y内に露出する電子部品30の電極32の他方の面、ビアホール20zの内壁面、ビアホール20z内に露出する接続用配線12の他方の面を連続的に被覆するように形成する。
次に、図4(b)に示すように、第2層42上に第2配線層40に対応する開口部700xを備えたレジスト層700(ドライフィルムレジスト等)を形成する。同様に、第1層51上に第3配線層50に対応する開口部710xを備えたレジスト層710(ドライフィルムレジスト等)を形成する。
次に、図4(c)に示すように、シード層である第2層42を給電層に利用した電解めっき法により、レジスト層700の開口部700x内に銅等を析出して電解めっき層である第3層43を形成する。同様に、シード層である第1層51を給電層に利用した電解めっき法により、レジスト層710の開口部710x内に銅等を析出して電解めっき層である第2層52を形成する。
次に、図5(a)に示すようにレジスト層700及び710を除去した後、図5(b)に示すように第3層43をマスクにして、第3層43に覆われていない部分の第2層42及び薄箔410をエッチングにより除去する。これにより、薄箔410から第1層41が形成され、第1層41と、第2層42と、第3層43とを備えた第2配線層40が形成される。同様に、第2層52をマスクにして、第2層52に覆われていない部分の第1層51をエッチングにより除去する。これにより、第1層51と、第2層52とを備えた第3配線層50が形成される。除去すべき層が銅からなる場合には、例えば、過酸化水素/硫酸系水溶液や、過硫酸ナトリウム水溶液、過硫酸アンモニウム水溶液等のエッチング液を用いることができる。
次に、図5(c)に示す工程では、絶縁層20の一方の面に第1配線層10及び第2配線層40を被覆するソルダーレジスト層60を形成する。又、絶縁層20の他方の面に第3配線層50を被覆するソルダーレジスト層70を形成する。ソルダーレジスト層60は、例えば、液状又はペースト状の絶縁樹脂を、スクリーン印刷法、ロールコート法、又は、スピンコート法等により、第1配線層10及び第2配線層40を被覆するように塗布することで形成できる。或いは、フィルム状の絶縁樹脂を、第1配線層10及び第2配線層40を被覆するようにラミネートしてもよい。絶縁樹脂としては、例えば、感光性のエポキシ系絶縁樹脂やアクリル系絶縁樹脂等を用いることができる。ソルダーレジスト層70も同様の方法により形成できる。
そして、塗布又はラミネートした絶縁樹脂を露光及び現像することでソルダーレジスト層60に第2配線層40を選択的に露出する開口部60xを形成する(フォトリソグラフィ法)。同様に、ソルダーレジスト層70に第3配線層50を選択的に露出する開口部70xを形成する(フォトリソグラフィ法)。エポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂を主成分とする非感光性の絶縁樹脂(熱硬化性樹脂)をソルダーレジスト層60及び70の材料として用いた場合には、開口部60x及び70xをレーザ加工法やブラスト処理等により形成してもよい。
必要に応じ、開口部60x内に露出する第2配線層40の一方の面、開口部70x内に露出する第3配線層50の他方の面に、例えば無電解めっき法等により金属層を形成してもよい。金属層の例としては、前述の通りである。又、開口部60x内に露出する第2配線層40の一方の面、開口部70x内に露出する第3配線層50の他方の面に、OSP処理等の酸化防止処理を施してもよい。
図5(c)に示す工程の後、図5(c)に示す構造体をスライサー等により切断位置Cで切断して個片化することにより、複数の配線基板1(図1参照)が完成する。必要に応じ、ソルダーレジスト層60の開口部60x内に露出する第2配線層40上や、ソルダーレジスト層70の開口部70x内に露出する第3配線層50上に、はんだボール等の外部接続端子を設けてもよい。
このように、配線基板1では、絶縁層20に内蔵された電子部品30と、絶縁層20に埋め込まれた第1配線層10とを、絶縁層20の一方の面側に開口し電子部品30の電極32の一方の面を露出するビアホール20xを充填するビア配線を介して接続している。この構造では、ビア配線が電子部品30の電極32の一方の面と直接接続され、導電ペーストを介さないので、電子部品30と第1配線層10との接続信頼性を向上できる。
又、電子部品30と第1配線層10とをビア配線を用いて接続する構造は、導電ペーストを介して接続する構造と比べて小さなスペースで実現できるため、第1配線層10の微細配線11を配置可能なスペースを広くすることができる。その結果、第1配線層10の微細配線11の設計自由度を向上できる。なお、導電ペーストを介して接続する構造が大きなスペースを必要とするのは、電子部品30の電極32の側面に導電ペーストのフィレットを形成するために、第1配線層10に設けるパッドの大きさを電極32の大きさよりも大きくする必要があるためである。
又、配線基板1では、第1配線層10において、ビア配線と接続された配線と、ビア配線と接続されていない配線とは同一高さ(同一厚さ)である。そのため、ビア配線と接続された配線と、ビア配線と接続されていない配線の両方を半導体チップ接続用のパッドとして用いる場合でも、各半導体チップ接続用のパッドと、実装する半導体チップの各電極パッドとのギャップが一定となる。その結果、第1配線層10と半導体チップとの接続信頼性を向上できる。
〈第1の実施の形態の変形例1〉
第1の実施の形態の変形例1では、接続用配線12に貫通孔12xを形成しない例を示す。なお、第1の実施の形態の変形例1において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図6は、第1の実施の形態の変形例1に係る配線基板を例示する図であり、図6(a)は断面図、図6(b)は図6(a)のA部周辺の部分拡大平面図である。但し、図6(b)において、第1配線層10、絶縁層20、及びソルダーレジスト層60の図示を省略している。
図6を参照するに、配線基板2は、接続用配線12に貫通孔12xが形成されていない点が、配線基板1(図1参照)と相違する。言い換えれば、配線基板2では、ビアホール20xを形成する位置には第1配線層10の接続用配線12が設けられていない。
配線基板2では、A部において、絶縁層20上に形成された第2配線層40は、ビアホール20xを形成する位置の近傍に配置された第1配線層10の接続用配線12上に延在し、第1配線層10と第2配線層40とが導通している。つまり、第1配線層10は、第2配線層40の配線パターン及びビア配線を介して、電子部品30の電極32と接続されている。
配線基板2を作製するには、まず、第1の実施の形態の図2(a)〜図3(c)と同様の工程を実行する。但し、ビアホール20xを形成する位置には第1配線層10を形成しないようにする。
次に、図7(a)に示すように、薄箔410に貫通孔41xを形成する。又、絶縁層20に、ビアホール20x、20y、及び20zを形成する。具体的には、第1絶縁膜21に薄箔410を介してレーザを照射し、薄箔410に貫通孔41xを形成すると共に、薄箔410と電子部品30の電極32との間の第1絶縁膜21を除去して貫通孔41xに連通するビアホール20xを形成する。ビアホール20x内には、電子部品30の電極32が露出する。ビアホール20y及び20zを形成するには、絶縁層20の所定位置にレーザを照射すればよい。
次に、図7(b)に示すように、図4(a)に示す工程と同様にして、無電解めっき法又はスパッタ法により、シード層として、銅(Cu)等からなる第2層42及び第1層51を形成する。
次に、図4(b)〜図5(b)に示す工程と同様にして、図7(c)に示す構造体を作製する。その後、図5(c)と同様の工程を実行し、更にスライサー等により切断位置Cで切断して個片化することにより、複数の配線基板2(図6参照)が完成する。
このように、配線基板1のように必ずしも接続用配線12に貫通孔12xを形成する必要はなく、絶縁層20の接続用配線12が形成されていない領域にビアホール20xを形成してもよい。
但し、第1の実施の形態のように、接続用配線12に貫通孔12xを形成しておき、貫通孔12xに連通する貫通孔21xを形成してビアホール20xとする場合には、貫通孔12xの径でビアホール20xの径が決まるため、ビアホール20xの径が不要に拡大することを規制できる。又、ビアホール20xを形成する位置が貫通孔12xが形成された位置で決まるため、ビアホール20xを形成する位置の精度を高めることができる。
〈第1の実施の形態の変形例2〉
第1の実施の形態の変形例2では、電子部品30を内蔵する絶縁層の構造が異なる例を示す。なお、第1の実施の形態の変形例2において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図8は、第1の実施の形態の変形例2に係る配線基板を例示する断面図である。図8を参照するに、配線基板3は、絶縁層20及び第3配線層50が絶縁層20A及び第3配線層50Aに置換された点が、配線基板1(図1参照)と相違する。
絶縁層20Aは、第1絶縁膜21と、第2絶縁膜23と、第3絶縁膜24とを備えている。第1絶縁膜21と第2絶縁膜23と第3絶縁膜24とは積層されている。第2絶縁膜23には、第2絶縁膜23を貫通する開口である電子部品収容部23xが形成されており、電子部品収容部23x内には第1絶縁膜21の下面及び第2配線層40のビア配線を構成する第2層42の下端面が露出している。第2絶縁膜23の電子部品収容部23x内には電子部品30が配置され、電子部品30の電極32と第2配線層40のビア配線を構成する第2層42とが直接接続されている。
第2絶縁膜23は、補強材25を備えている。より詳しくは、第2絶縁膜23は、例えば、ガラスクロス(ガラス織布)等の補強材25にエポキシ系樹脂を主成分とする熱硬化性の非感光性樹脂を含浸させ硬化させた所謂ガラスエポキシ系樹脂である。但し、熱硬化性の非感光性樹脂はエポキシ系樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂やシアネート系樹脂等の絶縁性樹脂を用いてもよい。第2絶縁膜23は、例えば、シリカやアルミナ等のフィラーを含有してもよい。又、補強材25としては、ガラスクロスに代えて、炭素繊維、アラミド繊維等の織布や不織布等を用いてもよい。
第3絶縁膜24は、第2絶縁膜23の下面に形成され、第2絶縁膜23の下面から電子部品収容部23x内に延在し、第1絶縁膜21の下面と電子部品収容部23xの内壁面と電子部品30とが形成する空隙を充填している。第3絶縁膜24の材料は、例えば、第2絶縁膜23と同様とすることができる。図8の例では、第3絶縁膜24は補強材を備えていないが、第2絶縁膜23と同様に補強材を備えても構わない。
第3配線層50Aは、絶縁層20Aの下面(第3絶縁膜24の下面)に形成された配線パターン、及びこの配線パターンからビアホール20y内又は20z内に延在したビア配線を含んで構成されている。但し、第3配線層50Aの配線パターンは、ビア配線と接続されていない配線を含んでもよい。
第3配線層50Aは、第1層53と、第2層54と、第3層55とを備えている。第1層53は、絶縁層20Aの下面に形成されている。第1層53には、ビアホール20y又は20zと連通する貫通孔53xが形成されている。
第2層54は、第1層53上に直接形成されている。A部において、第2層54は、第1層53上から延在して貫通孔53x及びビアホール20yの内壁に沿って形成され、更にビアホール20y内に露出する電子部品30の電極32の下面を被覆している。A部以外において、第2層54は、第1層53上から延在して貫通孔53x及びビアホール20zの内壁に沿って形成され、更にビアホール20z内に露出する第1配線層10の接続用配線12の下面を被覆している。
第3層55は、第2層54上に直接形成されている。A部において、第3層55は、第2層54上から延在して、内壁に第2層54が形成された貫通孔53x内及びビアホール20y内を充填している。A部以外において、第3層55は、第2層54上から延在して、内壁に第2層54が形成されたビアホール20z内を充填している。
第1層53、第2層54、及び第3層の材料としては、例えば、銅等を用いることができる。第3配線層50Aの配線パターンを構成する第1層53の厚さは、例えば、1.5〜5μm程度とすることができる。第3配線層50Aの配線パターンを構成する第2層54の厚さは、例えば、0.5〜1μm程度とすることができる。第3配線層50Aの配線パターンを構成する第3層55の厚さは、例えば、4〜19μm程度とすることができる。
配線基板3を作製するには、まず、第1の実施の形態の図2(a)〜図3(a)と同様の工程を実行する。そして、図3(b)の工程に代えて、図9(a)の工程を実行する。
具体的には、図9(a)に示す工程では、矢印上側に示すように、補強材25を備え第2絶縁膜23を貫通する開口である電子部品収容部23xが形成されたフィルム状のエポキシ系絶縁樹脂等からなる第2絶縁膜23、フィルム状のエポキシ系絶縁樹脂等からなる第3絶縁膜24、及び銅箔等からなる薄箔530を準備する。そして、矢印下側に示すように、電子部品収容部23x内に電子部品30を収容するように、第1絶縁膜21上に第2絶縁膜23を配置し、更に第2絶縁膜23上に第3絶縁膜24及び薄箔530を順次配置する。そして、第2絶縁膜23及び第3絶縁膜24並びに薄箔530を支持体400側に押圧しつつ、第2絶縁膜23及び第3絶縁膜24を硬化温度以上に加熱して硬化させる。これにより、絶縁層20Aが形成される。電子部品収容部23x内は、第3絶縁膜24の樹脂で充填される。なお、薄箔530は、加工されて最終的に第1層53となる部分である。
次に、図9(b)に示す工程では、図3(c)に示す工程と同様にして、図9(a)に示す構造体の支持体400に機械的な力を加え、キャリア付き金属箔408の薄箔410と厚箔409との界面を剥離する。これにより、薄箔410のみが絶縁層20A側に残り、支持体400を構成する他の部材(プリプレグ401及び厚箔409)が除去される。
次に、図9(c)に示す工程では、薄箔410に貫通孔41xを形成する。又、薄箔530に貫通孔53xを形成する。又、絶縁層20Aに、ビアホール20x、20y、及び20zを形成する。貫通孔41x及びビアホール20xの形成については、図3(d)に示す工程と同様である。
ビアホール20yを形成するには、第3絶縁膜24に薄箔530を介してレーザを照射する。これにより、薄箔530に貫通孔53xが形成され、更に薄箔530と電子部品30の電極32との間の第3絶縁膜24が除去されて貫通孔53xと連通するビアホール20yが形成される。ビアホール20y内には、電子部品30の電極32が露出する。
同様に、ビアホール20zを形成するには、第2絶縁膜23及び第3絶縁膜24に薄箔530を介してレーザを照射する。これにより、薄箔530に貫通孔53xが形成され、更に薄箔530と第1配線層10の接続用配線12との間の第2絶縁膜23及び第3絶縁膜24が除去されて貫通孔53xと連通するビアホール20zが形成される。ビアホール20z内には、第1配線層10の接続用配線12が露出する。
次に、図4(a)〜図5(b)と同様の工程を実行する。この際、第3層55をマスクとしたエッチングで第1層53と第2層54がパターニングされ、第3配線層50Aが形成される。次に、図5(c)と同様の工程を実行後、更にスライサー等により切断位置Cで切断して個片化することにより、複数の配線基板3(図8参照)が完成する。
このように、第2絶縁膜23が補強材25を備えていることで、配線基板3全体の剛性を高めることができる。その他の効果は、第1の実施の形態と同様である。
〈配線基板の応用例1〉
配線基板の応用例1では、第1の実施の形態に係る配線基板に半導体チップが搭載(フリップチップ実装)された半導体パッケージの例を示す。なお、配線基板の応用例1において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図10は、応用例1に係る半導体パッケージを例示する断面図である。図10を参照するに、半導体パッケージ4は、図1に示す配線基板1と、半導体チップ100と、バンプ120と、アンダーフィル樹脂130と、外部接続端子140とを有する。半導体パッケージ4において、配線基板1のソルダーレジスト層60側が半導体チップ100が搭載されるチップ搭載面となり、配線基板1のソルダーレジスト層70側が外部接続端子140が形成される外部接続端子面となる。
半導体チップ100は、例えば、シリコン等からなる薄板化された半導体基板(図示せず)上に半導体集積回路(図示せず)等が形成されたものである。半導体基板(図示せず)には、半導体集積回路(図示せず)と電気的に接続された電極パッド110が形成されている。
バンプ120は、半導体チップ100の電極パッド110と、配線基板1のソルダーレジスト層60の開口部60x内に露出する第2配線層40とを電気的に接続している。バンプ120は、例えば、はんだバンプである。はんだバンプの材料としては、例えばPbを含む合金、SnとCuの合金、SnとAgの合金、SnとAgとCuの合金等を用いることができる。アンダーフィル樹脂130は、半導体チップ100と配線基板1(絶縁層20)との間に充填されている。
外部接続端子140は、配線基板1のソルダーレジスト層70の開口部70x内に露出する第3配線層50上に形成されている。外部接続端子140は、例えば、はんだバンプである。はんだバンプの材料としては、バンプ120の材料として例示したものと同様のものを用いることができる。
このように、第1の実施の形態に係る配線基板1に半導体チップ100を搭載することにより、半導体パッケージ4を実現できる。配線基板1のソルダーレジスト層60の開口部60x内に露出する各第2配線層40の高さは一定であるため、配線基板1の各第2配線層40と半導体チップ100の各電極パッド110とのギャップが一定となる。そのため、各第2配線層40と各電極パッド110とを容易に接続することができる。なお、配線基板1に代えて配線基板2や配線基板3を用いてもよい。
〈配線基板の応用例2〉
配線基板の応用例2では、配線基板の応用例1の電子部品30に代えて電子部品200を内蔵した半導体パッケージの例を示す。なお、配線基板の応用例2において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図11は、応用例2に係る半導体パッケージを例示する断面図であり、図11(a)は全体図、図11(b)は図11(a)のB部周辺の部分拡大断面図である。図11を参照するに、半導体パッケージ5は、電子部品30が電子部品200に置換された点が半導体パッケージ4(図10参照)と相違する。
電子部品200は、半導体チップ210、230、及び250が積層された積層体である。半導体チップ210、230、及び250は、例えば、メモリー用チップである。
半導体チップ210には、半導体チップ210を貫通して半導体チップ210の両面に突出する貫通電極220が形成されている。半導体チップ230には、半導体チップ230を貫通して半導体チップ230の両面に突出する貫通電極240が形成されている。半導体チップ250には、半導体チップ250を貫通して半導体チップ250の両面に突出する貫通電極260が形成されている。
貫通電極220の半導体チップ210の下面側に突出する部分と、貫通電極240の半導体チップ230の上面側に突出する部分とは、はんだ等の接合部270を介して接合されている。又、貫通電極240の半導体チップ230の下面側に突出する部分と、貫通電極260の半導体チップ250の上面側に突出する部分とは、はんだ等の接合部280を介して接合されている。
貫通電極220の半導体チップ210の上面側に突出する部分は、第2配線層40のビア配線を構成する第2層42と直接接続されている。又、貫通電極260の半導体チップ250の下面側に突出する部分は、第3配線層50のビア配線を構成する第1層51と直接接続されている。
このように、配線基板には、電子部品として半導体チップの積層体を内蔵してもよい。この際、半導体チップの積層数は2つでもよいし、4つ以上でもよい。又、各半導体チップは同一機能を備えていてもよいし、異なる機能を備えたものが混在してもよい。又、電子部品として半導体チップの積層体に代えて、単一の半導体チップを内蔵してもよい。
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、配線基板の製造方法において、プリプレグ401の両面にキャリア付き金属箔408を積層して支持体とし、支持体の両面側に配線基板となる各構成部を形成し、その後支持体の不要部を分離する工程としてもよい。
1、2、3 配線基板
4、5 半導体パッケージ
10 第1配線層
11 微細配線
12 接続用配線
12x、14x、21x、41x、53x 貫通孔
20、20A 絶縁層
20x、20y、20z ビアホール
21 第1絶縁膜
22、23 第2絶縁膜
23x 電子部品収容部
24 第3絶縁膜
25 補強材
30、200 電子部品
31 本体
32 電極
40 第2配線層
41、51、53 第1層
42、52、54 第2層
43、55 第3層
50、50A 第3配線層
60、70 ソルダーレジスト層
60x、70x 開口部
100 半導体チップ
110 電極パッド
120 バンプ
130 アンダーフィル樹脂
140 外部接続端子
210、230、250 半導体チップ
220、240、260 貫通電極
270、280 接合部
400 支持体
408 キャリア付き金属箔
409 厚箔
410、530 薄箔

Claims (11)

  1. 絶縁層と、
    前記絶縁層に内蔵された電子部品と、
    前記絶縁層に形成され、前記絶縁層の一方の面側に開口し、前記電子部品の電極を露出するビアホールと、
    前記絶縁層に埋め込まれ、一方の面が前記絶縁層の一方の面から露出する第1配線層と、
    前記第1配線層の一方の面に形成された配線パターン、及び前記配線パターンから前記ビアホール内に延在して前記電子部品の電極と直接接続されたビア配線、を含む第2配線層と、を有し、
    前記絶縁層は、前記第1配線層を埋め込む第1絶縁膜、及び前記電子部品を内蔵する第2絶縁膜が積層された構造であり、
    前記第1絶縁膜は、全ての前記第1配線層の側面及び他方の面、並びに前記ビア配線の側面の一部を被覆し、
    前記電子部品の電極は、前記ビア配線と接する面が前記第2絶縁膜から露出し、側面が前記第2絶縁膜に被覆され、
    前記ビア配線が前記配線パターンと一体である配線基板。
  2. 前記ビアホールは、前記電子部品の電極上に位置する前記第1配線層、及び前記第1配線層と前記電子部品の電極との間に位置する前記絶縁層を貫通して前記電子部品の電極の一方の面を露出する請求項1に記載の配線基板。
  3. 前記第2配線層は、
    前記第1配線層の一方の面に直接形成され、前記ビアホールと連通する貫通孔を備えた第1層と、
    前記第1層上に形成され、前記第1層上から延在して前記貫通孔及び前記ビアホールの内壁に沿って形成され、更に前記ビアホール内に露出する前記電子部品の電極を被覆する第2層と、
    前記第2層上に形成され、前記第2層上から延在して前記第2層が形成された前記貫通孔内及び前記ビアホール内を充填する第3層と、を有する請求項1又は2に記載の配線基板。
  4. 前記絶縁層の一方の面には前記配線パターンを被覆するソルダーレジスト層が形成され、
    前記ソルダーレジスト層は、前記配線パターンを選択的に露出する開口部を備え、
    前記開口部内に露出する前記配線パターンは、半導体チップ接続用のパッドである請求項1乃至3の何れか一項に記載の配線基板。
  5. 前記配線パターンは、前記ビア配線と接続された配線と、前記ビア配線と接続されていない配線と、を含み、
    前記ビア配線と接続された配線と、前記ビア配線と接続されていない配線とは同一高さである請求項1乃至4の何れか一項に記載の配線基板。
  6. 前記絶縁層に形成され、前記絶縁層の他方の面側に開口し、前記電子部品の電極を露出する第2ビアホールと、
    前記絶縁層の他方の面に形成された配線パターン、及び前記配線パターンから前記第2ビアホール内に延在して前記電子部品の電極と直接接続されたビア配線、を含む第3配線層と、を有する請求項1乃至5の何れか一項に記載の配線基板。
  7. 前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜との境界は、前記電子部品の電極の前記ビア配線と接する面と面一である請求項1乃至6の何れか一項に記載の配線基板。
  8. 最外層が金属箔である支持体を準備し、前記金属箔上に一方の面が前記金属箔と接する第1配線層を形成する工程と、
    前記金属箔上に、前記第1配線層の側面及び他方の面を被覆する第1絶縁膜を形成する工程と、
    前記第1絶縁膜上に、電子部品を搭載する工程と、
    前記第1絶縁膜上に、前記電子部品を被覆する第2絶縁膜を形成する工程と、
    前記金属箔を除く前記支持体を除去する工程と、
    前記金属箔及び前記第1絶縁膜を貫通すると共に前記電子部品の電極を露出するビアホールを形成する工程と、
    前記金属箔上及び前記ビアホール内に金属層を形成後、前記金属箔及び前記金属層をパターニングし、前記金属箔及び前記金属層を備えた配線パターン、及び前記配線パターンから前記ビアホール内に延在して前記電子部品の電極と直接接続されたビア配線、を含む第2配線層を形成する工程と、を有し、
    前記第1絶縁膜は、全ての前記第1配線層の側面及び他方の面、並びに前記ビア配線の側面の一部を被覆し、
    前記電子部品の電極は、前記ビア配線と接する面が前記第2絶縁膜から露出し、側面が前記第2絶縁膜に被覆され、
    前記第2配線層を形成する工程において、前記ビア配線を前記配線パターンと一体に形成する配線基板の製造方法。
  9. 前記第2配線層を形成する工程は、
    前記金属箔の全面、前記ビアホールの内壁面、及び前記ビアホール内に露出する前記電子部品の電極を連続的に被覆するシード層を形成する工程と、
    前記シード層を給電層に利用した電解めっき法により、前記シード層上に選択的に電解めっき層を形成する工程と、
    前記電解めっき層に覆われていない部分の前記シード層及び前記金属箔をエッチングにより除去する工程と、を有する請求項8に記載の配線基板の製造方法。
  10. 前記第1配線層を形成する工程では、前記第1配線層の、前記電子部品の電極が配置される予定の領域に、貫通孔を形成しておき、
    前記ビアホールを形成する工程では、前記貫通孔に対応する位置の前記金属箔及び前記第1絶縁膜にレーザを照射し、前記電子部品の電極を露出する前記ビアホールを形成する請求項8又は9に記載の配線基板の製造方法。
  11. 前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜との境界は、前記電子部品の電極の前記ビア配線と接する面と面一となる請求項8乃至10の何れか一項に記載の配線基板の製造方法。
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