JP6891815B2 - パッケージ用基板、およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はパッケージ用基板、およびその製造方法に関する。
電子部品等のパッケージ用基板は、コア基板に配線層と絶縁層とを積層して多数の配線パターンを備えた大判の配線基板を形成した後、配線基板を所要寸法にダイシングしてパッケージ用基板に個片化することにより製造される。また、配線基板を作成する際に、コア基板上にコア基板とは線膨張係数の異なる樹脂層(絶縁層)と配線層とを複数積層するため、温度変化があると、線膨張係数の差により樹脂層、配線層、コア基板で膨張差が大きくなり、コア基板外周部に応力が発生することが知られている。
また、近年のパッケージ用基板で用いられるコア基板には、電気的特性には優れるものの脆弱な材料により形成されたものがある。コア基板が割れの起きやすい脆性材料で構成されている場合、ダイシングによってコア基板を切断する際に発生する衝撃によりコア基板の切断面に微小なクラックが生じることがある。このコア基板断面の微小なクラックにより、ダイシング直後またはその後の工程での温度変化により、クラック部分からコア基板内部に蓄積された温度変化による内部応力が開放されるため、コア基板が裂ける方向に割れが広がる可能性がある。コア基板をガラス基板とする積層体の場合、数十μmより厚いガラス基板では、その端面から裂ける問題が起き易い。
このような割れを発生させない個片化法としては、例えばコア基板のパッケージ用基板外周部にあたる部分に金属層を形成し、個片化後に露出した金属層をエッチング処理により取り除き、コア基板と絶縁層で確定される溝部を作製する方法がある。この溝部により、コア基板の外周付近に応力が加わることを抑制することができるため、コア基板に破壊が生じることを、簡易な構成によって効果的に抑制することができる。(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、この方法では、コア基板上の金属層をダイシングブレードで切断するため、ダイシングブレードの目詰まりによる切削力の低下から、コア基板断面にかえって多くのクラックを発生させてしまう懸念がある。そのため、ダイシング工程により個片化した直後にコア基板の破壊が発生する懸念があった。
特開2015−231005号公報
そこで、本願発明は、コア基板上に絶縁層と配線層とを積層した配線基板を個片化してパッケージ用基板を作製する際または作製後に、温度変化によって、コア基板の切断面に破壊が生じることを抑制可能なパッケージ用基板及びその製造方法を提供することを目的としている。
本発明の一態様は、ガラスで構成されるコア基板と、前記コア基板の片面又は両面上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上及び/又は前記絶縁層に埋め込まれるように形成された1又は複数の配線層と、を含むパッケージ用基板であって、前記パッケージ用基板は、前記絶縁層の外周部分に、前記絶縁層が部分的に薄くなった薄層部分を有し、前記薄部分が階段状部分で形成される、パッケージ用基板である。
本発明の他の態様では、前記薄層部分は、前記薄層部分の端部から前記絶縁層の段差面までの間の幅w[m]を有し、
前記配線層及び前記絶縁層の線膨張係数をα[ppm/K]、前記配線層及び前記絶縁層のヤング率をE[Pa]、所定の温度差を△T[K]、前記配線層及び前記絶縁層の合成厚みをd[m]、および前記薄層部分の端部から反対側の薄層部分の端部までの長さをL[m]とすると、
前記wは、以下の式:
Figure 0006891815
から求まる値である。
本発明の他の態様では、前記wは、120μm以上である。
本発明のさらに他の態様では、当該パッケージ用基板の製造方法を提供する。
本発明に係るパッケージ用基板及びその製造方法によれば、配線基板を個片化することにより作製されたパッケージ用基板に対し、作製時や実装時において大きな温度変化がかかっても、コア基板断面の割れが発生することを抑制可能な信頼性の高いパッケージ用基板を提供することができる。
本発明に係るパッケージ用基板を示す断面図である。 本発明に係るパッケージ用基板を示す上面図である。 本発明に係る配線基板の断面を示す模式図である。 本発明に係るパッケージ用基板を製造する工程を説明するための模式図である。 本発明に係るパッケージ用基板を製造する工程を説明するための模式図である。 本発明に係るパッケージ用基板を製造する工程を説明するための模式図である。 本発明に係るパッケージ用基板を製造する工程を説明するための模式図である。 本発明に係るパッケージ用基板を製造する工程を説明するための模式図である。 本発明に係るパッケージ用基板を製造する工程を説明するための模式図である。
以下、本発明に係るパッケージ用基板及びその製造方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の単なる一例であって、当業者であれば、適宜設計変更可能である。
本明細書において、「パッケージ用基板」とは、配線基板を個片化した積層体をいう。また、「配線基板」とは、ダイシングにより個片化される前のパッケージ用基板が連結された状態のものをいう。
上述のように、コア基板上に絶縁層及び配線層を形成し、ダイシングを行った場合、ダイシングの際に発生する衝撃によりコア基板の切断面に微小なクラックが発生し易いことが知られている。絶縁層及び配線層の熱応力がコア基板に引っ張り応力を発生させ、この引っ張り応力がコア基板のクラックを拡大させることでコア基板の割れにつながる。
そこで、本発明者は、コア基板の切断面付近においてコア基板上に形成された絶縁層を部分的に除去することでコア基板の表面上に薄層部分を設けることにより、コア基板に加わる引っ張り応力を軽減してコア基板に割れが発生することを抑制できることを見出し、本発明に至った。
(パッケージ用基板)
図1は、本発明に係るパッケージ用基板の断面図である。図1に示されるように、パッケージ用基板200は、コア基板10と、絶縁層20と、コア基板10の厚さ方向の両面に積層された1又は複数の配線層30と、を含む。パッケージ用基板200は、絶縁層20において絶縁層20の厚さが部分的に薄くなるように構成された薄層部分21を有する。
図2は、本発明に係るパッケージ用基板200の上面図である。図2に示すように、薄層部分21は、絶縁層20の外周部分に設けられている。なお、図2では、配線層30は簡略化のため省略している。
図3は、本発明に係る配線基板の断面図である。図3に示す配線基板100を、後述の方法によって個片化することにより、パッケージ用基板200を作製することができる。
(コア基板)
コア基板10は、配線基板100およびパッケージ用基板200の電気特性を向上させる材料で構成することができる。例えば、コア基板10としては、ガラス基板、シリコン基板、セラミック基板、プラスチック板、プラスチックテープ等の脆性材料を用いることができる。コア基板10は、例えば、ソーダライムガラスやアルミノ珪酸塩ガラスなどで構成されたガラス基板とすることが好ましい。本発明のコア基板10に用いるガラス基板は、表面を当分野で一般的に行われている方法により処理されたものであってもよく、例えば、表面に粗化処理を行ったもの、フッ酸で処理したもの、または、ガラス基板表面にシリコン処理を施したものであってもよい。本発明の一態様において、コア基板10に用いるガラス基板は表面に下地層(図示せず)を形成してもよい。コア基板10の厚さは、特に限定されないが、好ましくは50μm〜700μmである。
(配線層)
配線層30は、コア基板10の厚さ方向の表面上並びに/または絶縁層20の表面上及び/若しくは内部に形成される。本発明の一態様において、少なくとも一部の配線層30はコア基板10に接するように形成される。また、本発明の他の態様において、配線層30はコア基板と接しなくてもよい。配線層30は一層であってもよく、また複数の層であってもよい。
配線層30は、当分野で通常用いられる導電性材料を用いて形成することができる。具体的には、配線層30は、銅、銀、すず、金、タングステン、導電性樹脂などを用いて形成することができる。配線層30としては、好ましくは銅が用いられる。また、配線層30は、当分野で一般的に行われている方法により形成することができる。例えば、配線層30の形成方法は、これらに限定されないが、サブトラクティブ法、セミアディティブ法、インクジェット法、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷を用いることができる。配線層30の形成方法は、好ましくはセミアディティブ法とすることができる。配線層30の厚さは、コア基板10および絶縁層20に比べ、基本的に小さい。配線層30の厚さの合計は、形成方法によるが、例えば、1μm〜100μmである。
(絶縁層)
本発明の一態様において、絶縁層20は配線層30を埋め込むようにコア基板10及び配線層30上に形成される。絶縁層20は一層であってもよく、また複数の層であってもよい。
絶縁層20は、当分野で通常用いられる絶縁性材料を用いて形成することができる。具体的には、絶縁層20は、エポキシ樹脂系材料、エポキシアクリレート系樹脂、ポリイミド系樹脂などを用いて形成することができる。これらの絶縁性材料は、充填剤を含んでもよい。絶縁層20を形成する絶縁性材料としては、線膨張係数が7〜130ppm/Kのエポキシ配合樹脂が一般的に入手し易く好ましい。
また、絶縁層20を形成する絶縁性材料は、液状であっても、フィルム状であってもよい。絶縁性材料が液状の場合、絶縁層20は、スピンコート法、ダイコータ法、カーテンコータ法、ロールコータ法、ドクターブレード法、スクリーン印刷などの当分野で一般的に行われている方法により形成することができる。絶縁性材料がフィルム状の場合、例えば真空ラミネート法により絶縁層20を形成することができる。上記のように形成された絶縁層20は、加熱または光照射により硬化させてもよい。絶縁層20の厚さdは、形成方法によるが、例えば、1μm〜200μmである。
(パッケージ用基板の形成)
本発明の一態様のパッケージ用基板200は、これらに限定されるものではないが、図3〜図9に示す工程にしたがって形成することができる。まず、図3に示すように、コア基板10の厚さ方向の表面に、上述した方法を用いて配線層30と絶縁層20を形成して、配線基板100を形成する。
次いで、図4及び図5に示すように、配線基板100における絶縁層20の所定の位置に、先端の幅wを有する第1のダイシングブレード50を用いて片側面から、深さdの分離溝40を形成する。先端の幅wを有する第1のダイシングブレード50を用いることにより、底面の幅wの分離溝40を形成することができる。第1のダイシングブレード50の先端付近がテーパー状になっている場合、最も幅が広い箇所の幅をダイシングブレードの先端の幅とみなすことにする。これは後述の第2のダイシングブレード60においても同様である。
第1のダイシングブレード50は、一般的なダイシング方法に用いられる物であればよく、例えば樹脂などにダイヤモンド砥粒を埋没させたダイヤモンドブレードである。コア基板10に残った絶縁層20の薄層部分21の厚みdは、例えば0<d≦45μmである。厚みd分、絶縁層20をコア基板10上に残すことで、コア基板10の表面を保護し、ダイシングによるコア基板材料のチッピングを抑制することができる。図1に示すように、dとdの和は、絶縁層20の厚みdと等しい。
次に、図6に示すように、裏面も同様にして、分離溝40を形成する。
その後、図7及び図8に示すように分離溝40の底面の溝幅内の中央部分の位置で、第2のダイシングブレード60によって絶縁層20及びコア基板10をダイシングして配線基板100を個片化する。第2のダイシングブレード60の先端の幅wは、第1のダイシングブレード50の先端の幅w、すなわち分離溝40の底面の幅wよりも小さい。
分離溝40の底面部分では絶縁層20が薄くなっているため、分離溝40の中央部分で配線基板100を切断することにより作製されたパッケージ用基板200は、絶縁層20の外周部分の表面上に絶縁層20が部分的に薄くなった薄層部分21を有する。薄層部分21における絶縁層20の端部から、絶縁層20における厚層部分の表面と薄層部分21の表面との間の段差面20aまでの幅wは、絶縁層20及び配線層30の厚みや材質によって変わるが、後述するように120μm以上が好ましいことが分かった。ここで、表裏面で、薄層部分21の幅wが異なるように構成してもよい。
以上のようにして、配線基板100を分離溝40の中央部分でダイシングして個片化することにより、図9に示すようなパッケージ用基板200が複数形成されることになる。
を厳密に推定することは難しいが、配線層30と絶縁層20の積層体を一体の材料とみなした場合の線膨張係数α[ppm/K]およびそのヤング率E[Pa]、温度変化を与える温度サイクル試験(TCT)において絶縁層20に最も高温をかけるラミネート時の絶縁層20の温度と当該試験における絶縁層20の最低温度との温度差△T[K]、薄層部分21の端部から反対側の薄層部分21の端部までのパッケージ用基板200の一辺の長さL[m]、コア基板10に積層された配線層30と絶縁層20の厚みを合計した合成厚みd[m]、コア基板10の強度に基づくコア基板10が耐え得る応力の代表値F[Pa]の影響を受けることが予想される。本発明では、実験結果に合うように、w[m]の下限値は、無次元量であるα・E・△T/Fの平方根に比例し、かつL・dの平方根にそれぞれ比例するとみなした。つまり、以下の(式1)が近似的に成り立つとした。
Figure 0006891815
ここで、ΔTは、例えば、後述の温度サイクル試験(TCT)における規格として定められた125℃から−55℃の温度変化を適用して、ΔT=180Kとすることができる。また、Fは、パッケージ用基板についての温度サイクル試験(TCT)の評価結果から求めたwの下限値から、(式1)を用いて逆算的に求めることができる。
幅wを算出するためのαとEの計算方法は以下の表1に示す条件と、以下の(式2)から(式4)を用いた。
Figure 0006891815
絶縁層20と配線層30の合成物性値α、E、dを以下の(式2)から(式4)を用いて計算すればよい。配線層30は絶縁層20内に埋め込まれているため、dは以下の(式2)で表される。
d=d (式2)
(式2)に示されるように、絶縁層20の厚みdを絶縁層20及び配線層30の厚みを合計した合成厚みdとみなすことができる。
ここで、配線層30は配線パターンに従って形成されているため、実際には表面の全面には形成されていないが、一般化のため計算では表面の全面に形成されているものとすると(全面にあると仮定したほうがコア基板の割れの発生に対してはより厳しい条件となる)、厚みd及びdの比率は絶縁層20及び配線層30の体積比と等しいため、合成ヤング率Eは、以下の(式3)を用いて求めることができる。
Figure 0006891815
各層が表面の全面に形成されているものと仮定した場合の絶縁層20及び配線層30のそれぞれの体積V、Vとし、絶縁層20及び配線層30のそれぞれのポアソン比をν、νとすると、合成線膨張係数(CTE)αは、以下の(式4)で表される。
Figure 0006891815
Fを実験的に求めた後、(式1)において上記の(式2)から(式4)を用いることにより、配線層30及び絶縁層20の線膨張係数、ヤング率、厚み、ポアソン比及び体積に応じた幅wを求めることができる。
このようなパッケージ用基板200とすることにより、コア基板10と、絶縁層20と、配線層30の熱応力差による、コア基板10の端面に対する引っ張り応力を低減し、応力によるコア基板10の割れの発生を低減することができる。また、絶縁層20の外周部分をコア基板10上に厚みdで残した薄層部分21を設けることで、コア基板10の表裏面を保護し、コア基板10のチッピングを抑制することができる。
(実施例)
以下、本発明の実施例について説明するが、以下の実施例は本発明の適用範囲を限定するものではない。
(実施例1)
コア基板10をアルミノ珪酸塩ガラスで構成し、コア基板10の板厚寸法を300μmとした。セミアディティブ法を使用してコア基板10の厚さ方向の両面に銅めっきにより5μmの厚みの配線層30を形成した。コア基板10に配線層30を積層した後は、コア基板10の両面からエポキシ配合樹脂である絶縁性材料を190℃で真空ラミネートすることにより積層し、絶縁層20を形成した。さらに、配線層30の形成と絶縁層20の形成を繰り返すことで、コア基板10の両面に、4層の配線層30と3層の絶縁層20を積層することにより図3に示す配線基板100を得た。コア基板10の両面ともに、絶縁層20の厚みdは60μmであった。
次に、図4及び図5に示すように、配線基板100を個片化するための絶縁層20の所定の位置で、先端の幅wが390μmの第1のダイシングブレード50を用いて、片面側から、底面の溝幅wが390μm、深さが45μmの分離溝40を絶縁層20に設けた。また、図6に示すように、裏面側からも、幅wが390μm、深さが45μmの分離溝40を絶縁層20に設けた。
分離溝40の作製後、図7及び図8に示すように分離溝40の溝幅内の中央部分の位置で、先端の幅wが150μmの第2のダイシングブレード60を用いて絶縁層20及びコア基板10をダイシングして配線基板100を個片化することにより、パッケージ用基板200を得た。パッケージ用基板200の大きさは10mm×10mm(L=10mm)とした。その結果、薄層部分21の幅wは120μm、薄層部分21の厚みdは15μmだった。
実施例1では、線膨張係数、ヤング率、厚み、ポアソン比及び体積について、以下の表2の値を用いた。
Figure 0006891815
ΔTは、後述の温度サイクル試験(TCT)における規格として定められた125℃から−55℃の温度変化を適用して、ΔT=180Kとし、薄層部分21の幅wは120μmとした。
実施例1において作製した10個のパッケージ用基板200に対し、125℃から−55℃の温度変化を与える温度サイクル試験(TCT)MIL−STD−883Hを1000サイクル行った。その結果、作製したパッケージ用基板200においてコア基板10の割れなど信頼性の低下は起きなかった。
(実施例2)
実施例2では、実施例1で用いた配線基板と同じ条件の配線基板100に対して、第1のダイシングブレード50の先端の幅wを450μmに変更し、第2のダイシングブレード60の先端の幅等の条件を含めその他の条件は実施例1と同じにした。その結果、実施例2では、両面の分離溝40の幅wが450μm、薄層部分21の幅wが150μmのパッケージ用基板200を得た。
実施例2において作製した10個のパッケージ用基板200に対し、125℃から−55℃の温度変化を与える温度サイクル試験MIL−STD−883Hを1000サイクル行った。その結果、作製したパッケージ用基板200においてコア基板10の割れなど信頼性の低下は起きなかった。
(実施例3)
実施例3では、実施例1で用いた配線基板と同じ条件の配線基板100に対して、第1のダイシングブレード50の先端の幅wを750μmに変更し、第2のダイシングブレード60の先端の幅等の条件を含めその他の条件は実施例1と同じにした。その結果、実施例3では、分離溝40の幅wが750μm、薄層部分21の幅wが300μmのパッケージ用基板200を得た。
実施例3において作製した10個のパッケージ用基板200に対し、125℃から−55℃の温度変化を与える温度サイクル試験MIL−STD−883Hを1000サイクル行った。その結果、作製したパッケージ用基板200においてコア基板10の割れなど信頼性の低下は起きなかった。
(実施例4)
実施例4では、dを30μmとした以外は、実施例1と同様にすることにより、パッケージ用基板200を得た。
実施例4において作製した10個のパッケージ用基板200に対し、125℃から−55℃の温度変化を与える温度サイクル試験MIL−STD−883Hを1000サイクル行った。その結果、作製したパッケージ用基板200においてコア基板10の割れなど信頼性の低下は起きなかった。
(実施例5)
実施例5では、dを45μmとした以外は、実施例1と同様にすることにより、パッケージ用基板200を得た。
実施例5において作製した10個のパッケージ用基板200に対し、125℃から−55℃の温度変化を与える温度サイクル試験MIL−STD−883Hを1000サイクル行った。その結果、作製したパッケージ用基板200においてコア基板10の割れなど信頼性の低下は起きなかった。
(比較例)
(比較例1)
分離溝40を形成しない、すなわち薄層部分21を形成しない以外は、実施例1と同様にして、10mm×10mmのパッケージ用基板を得た。比較例1において作製したパッケージ用基板を3日常温で放置したところ、10個の内7個コア基板の割れが起きた。
(比較例2)
比較例2では、薄層部分21の幅wを60μm、dを55μm、dを5μmとした以外は、実施例1と同様にして、10mm×10mmのパッケージ用基板を得た。
比較例2において作製したパッケージ用基板を3日常温で放置したところ、10個の内7個コア基板の割れが起きた。
(評価結果)
以下の表3は各実施例及び比較例の評価結果をまとめたものである。
Figure 0006891815
表3に示されるように、実施例1乃至5のようなコア基板10、絶縁層20及び配線層30の条件では、薄層部分21の幅wを120μm以上とすることにより、コア基板の切断面に破壊が生じることを抑制可能なパッケージ用基板を提供することができると考えられる。
ここで、上記評価結果から薄層部分21の幅wの下限値を120μmとし、上記(式1)を用いてw=120μmを代入してFを逆算すると、F=637×10[Pa]となった。従って、コア基板10がガラスで構成されている場合、上記(式1)にF=637×10[Pa]を代入することにより、薄層部分21の幅wを以下の(式5)に従って求めることができる。
Figure 0006891815
コア基板10がガラスで構成されている場合、上記(式5)を利用することで、絶縁層20及び配線層30の積層体の条件が変わっても、薄層部分21の幅wを見積もることが可能であると考えられる。
以上のように、パッケージ用基板200において、絶縁層20の外周部分を部分的に除去することにより薄層部分21を形成した本発明のパッケージ用基板200は、コア基板10の割れにつながる微小なクラックの、熱応力による拡大を抑制させることができたと考えられる。
なお、図2では、パッケージ用基板200は、上面側から見た場合に正方形となるように示したが、これに限定されず、上面側から見た場合に例えば長方形となるように構成してもよい。
10 コア基板
20 絶縁層
21 薄層部分
30 配線層
40 分離溝
50 第1のダイシングブレード
60 第2のダイシングブレード
100 配線基板
200 パッケージ用基板

Claims (5)

  1. ガラスで構成されているコア基板と、
    前記コア基板の片面又は両面上に形成された絶縁層と、
    前記絶縁層上及び/又は前記絶縁層に埋め込まれるように形成された1又は複数の配線層と、
    を含むパッケージ用基板であって、
    前記パッケージ用基板は、前記絶縁層の外周部分に、前記絶縁層が部分的に薄くなった薄層部分を有し、前記薄部分が階段状部分で形成される、パッケージ用基板。
  2. 前記薄層部分は、前記薄層部分の端部から前記絶縁層の段差面までの間の幅w3[m]を有し、
    前記配線層及び前記絶縁層の線膨張係数をα[ppm/K]、前記配線層及び前記絶縁層のヤング率をE[Pa]、所定の温度差を△T[K]、前記配線層及び前記絶縁層の合成厚みをd[m]、および前記薄層部分の端部から反対側の薄層部分の端部までの長さをL[m]とすると、
    前記w3は、以下の式:
    Figure 0006891815
    から求まる値である、請求項1に記載のパッケージ用基板。
  3. 前記w 3 は、120μm以上である、請求項2に記載のパッケージ用基板。
  4. パッケージ用基板の製造方法であって、
    コア基板の片面又は両面に配線層及び絶縁層を形成して、配線基板を形成する工程と、
    前記絶縁層の所定の位置に、第1のダイシングブレードを用いてダイシングすることにより、前記絶縁層が部分的に薄くなるように分離溝を形成する工程と、
    前記分離溝の底面の溝幅の中央部分において、前記第1のダイシングブレードよりも先端の幅が狭い第2のダイシングブレードを用いてダイシングして前記絶縁層及び前記コア基板を切断することにより、前記絶縁層が部分的に薄くなった薄層部分を有する複数のパッケージ用基板を得る工程と、
    を含む、パッケージ用基板の製造方法。
  5. 前記コア基板はガラスで構成されている、請求項4に記載のパッケージ用基板の製造方法。
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