JP7008510B2 - 複合配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の樹脂層を積層してなり、該樹脂層間に配線層を有し、且つ表面に前記配線層と導通する複数のパッドを有する樹脂基板部と、該樹脂基板部の裏面側に積層され、対向する表面と裏面との間を導通する複数のビア導体を有するセラミック基板部とを備えた複合配線基板の製造方法に関する。

例えば、シリコンウェハーの表面に沿って形成された多数の電子部品の電気的特性を検査するため、表面に検査用のプローブを立設した複数のパッドを有し且つ樹脂層間に前記パッドと導通する配線層を有する樹脂基板部と、該樹脂基板部の裏面側に積層され、且つセラミック層の表面と裏面との間を導通する複数のビア導体を有するセラミック基板と、を備えた複合配線基板が用いられている。
上記セラミック基板部の表面側に樹脂基板部を積層した多層配線基板を得るため、セラミック多層基板の表面側に、導体配線層と、有機樹脂（ポリイミド）の絶縁層と、スルーホールを有するセラミック基板とを、複数組ずつ交互に積層した多層配線基板の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、前記多層配線基板の製造方法では、セラミック多層基板の表面側に、導体配線層、樹脂絶縁層、およびセラミック基板を、複数組ずつ交互に積層することのみを開示するに留まり、前記積層によって得られる多層配線基板の側面を、どのような形態にするのか、については、積極的には開示されていない。
例えば、低温同時焼成セラミックからなるセラミック基板部の表面側に、ポリイミドからなる複数の樹脂層を積層してなり、該樹脂層間に配線層を有し、且つ表面に前記配線層と導通する複数のパッドを有する樹脂基板部を積層して得られた複合積層体の側面を、所望の形状および寸法に合致するために、機械加工が施される。かかる加工時において、前記セラミック基板部よりも比較的靭性が高い前記樹脂基板部の周辺側が、研削用などの工具に絡み付くため、該樹脂基板部の周辺側がセラミック基板部の周辺側から剥離する事態が生じる場合があった。その結果、所望の形状および寸法の側面を有する複合配線基板を確実に提供し難い、という問題があった。

特開平４－１５２６９３号公報（第１～５頁、第１～２図）

本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、前記セラミック基板部の表面側に表面パッドや内層配線を有する前記樹脂基板部を積層してなり、所望の形状および寸法の側面を備えた複合配線基板を確実に製造できる製造方法を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明の製造対象の複合配線基板は、複数の樹脂層を積層してなり、該樹脂層の間ごとに配線層を有し、且つ表面に前記配線層と導通する複数のパッドを有する樹脂基板部と、該樹脂基板部の裏面側に積層されてなり、対向する表面と裏面との間を電気的に接続する複数のビア導体を有するセラミック基板部と、を備えた複合配線基板であって、上記セラミック基板部の側面は、上記樹脂基板部の側面と面一である表面側の上側面と、該上側面よりも平面視で外側に位置する裏面側の下側面とからなる。

前記のような複合配線基板によれば、以下の効果（１）、（２）が得られる。
（１）前記セラミック基板部の上側面と下側面との間には、後述する段部が位置するため、該段部と該セラミック基板部の裏面とを把持治具でチャックすることにより、本複合配線基板を容易且つ安全に搬送することが可能となる。
（２）前記チャックする際の把持箇所が、樹脂基板部とセラミック基板部との境界ではないため、外力による樹脂基板部の剥がれを抑制することが可能となる。

尚、前記樹脂基板部は、例えば、ポリイミド（ＰＩ）からなる複数の樹脂層と、これらの間にパターン形成された銅などからなる所定パターンの配線層と、該配線層同士の間および最上層の配線層と表面に設けたパッドとの間を個別に接続し、且つ銅などからなるビア導体とによって構成されている。
また、前記パッドの表面側は、例えば、プローブピンを立設したり、あるいは、電子部品の搭載に活用される。
更に、前記セラミック基板部は、例えば、ガラス－セラミックなどの低温同時焼成セラミックからなる単層のセラミック層からなるか、あるいは複数のセラミック層を積層してなり、その表面には、複数の内部接続配線が形成され、且つ裏面には、複数の外部接続端子が形成されていると共に、これらの間には、上記セラミック層を貫通して導通する複数のビア導体が個別に形成されている。上記内部接続配線、外部接続端子、およびビア導体は、例えば、銅または銀からなる。

また、前記上側面の高さは、下側面から少なくとも２０μｍ以上であり、該上側面と前記下側面との間には、当該上側面から外側に少なくとも１００μｍ以上延在する段部が位置している、複合配線基板も含まれる。
これによれば、前記セラミック基板部の側面に少なくとも２０μｍ以上の上側面が位置しており、且つ前記上側面と下側面との間には、該上側面から外側に少なくとも幅が１００μｍ以上延在する段部が位置していることにより、前記治具によるチャックが容易となるため、前記効果（１）、（２）を確実に得ることも可能となる。
尚、前記上側面の高さを２０μｍ以上としたのは、後述する製造方法におけるレーザー加工により形成される溝の最深部をセラミック基板部の表面側に達するのに最小限２０μｍの深さが必要なためで、その最大値は、約５０μｍである。これにより、前記樹脂基板部を確実に切断でき、且つ前記セラミック基板部に対し、レーザー加工による負荷を小さくすることができる。
また、前記段部の幅を１００μｍ以上としたのは、該幅が１００μｍ未満では、レーザー加工により得られにくい溝の幅となり、且つ前記治具によるチャックが困難になるためである。但し、当該段部の幅の最大値は、約２３０μｍである。

本発明による複合配線基板の製造方法（請求項１）は、複数の樹脂層を積層してなり、該樹脂層の間ごとに配線層を有し、且つ表面に前記配線層と導通する複数のパッドを有する樹脂基板部と、該樹脂基板部の裏面側に積層されてなり、対向する表面と裏面との間を電気的に接続する複数のビア導体を有するセラミック基板部と、を備えた複合配線基板の製造方法であって、上記樹脂基板部の裏面側に上記セラミック基板部を積層する積層工程と、前記樹脂基板部とセラミック基板部とからなる複合積層体において、平面視で前記樹脂基板部の周辺に沿って、該樹脂基板部側からレーザーを照射することにより、最深部が上記セラミック基板部の表面よりも内部に達し、且つ平面視が一周の溝を形成する溝形成工程と、上記樹脂基板部の側面およびセラミック基板部の側面を、機械加工により側面視で上記溝の内側に達する位置まで除去する研削工程と、を含む、ことを特徴とする。

前記複合配線基板の製造方法によれば、以下の効果（３）、（４）が得られる。
（３）前記複合積層体の樹脂基板部における表面側から、セラミック基板部の表面側の内部に達するレーザー照射を、平面視で前記樹脂基板部の周辺に沿って１周させ、該レーザー照射の軌跡に沿った溝を形成した溝形成工程の後で、前記研削工程を行うため、該研削工程による樹脂基板部における周辺側のダメージは、上記溝により阻止され、且つ該研削工程では、主にセラミック基板部側の抵抗に限定されている。その結果、比較的脆弱なセラミック基板部と比較的高い靭性の樹脂基板部とを併有する構造であっても、従来のような樹脂基板部の周辺側を研削工具により剥離させずに、所望の形状および寸法の側面を精度良く有する複合配線基板を確実に製作できる。
（４）前記効果（１）、（２）を備えた複合配線基板を確実に提供できる。
尚、前記積層工程の後あるいは事前に、前記樹脂基板部の側面と前記セラミック基板部の側面とを面一にする整面工程を行っても良い。
また、前記溝形成工程で用いるレーザーには、例えば、比較的高出力のＹＡＧレーザーが使用される。
更に、前記機械加工は、例えば、全体が円柱形状の砥石を高速回転させつつ、該砥石をその径方向に沿って移動させる研削加工によって行われる。

また、本発明には、前記溝において、前記樹脂基板部の表面における開口部の幅は、２５０μｍ～５００μｍの範囲にある、複合配線基板の製造方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、通常のレーザー照射によって、前記溝を精度良く確実に形成できるので、前記効果（３）、（４）をより確実に得ることが可能となる。
尚、前記溝における開口部の幅が、２５０μｍ未満になると、前記溝の最深部が前記セラミック基板部の表面側の内部に達しにくくなり、且つ前記開口部の幅が５００μｍを超えると、上記セラミック基板部の表面よりも過度に内部に最深部が位置し易くなるため、前記範囲としたものである。

本発明により得られる一形態の複合配線基板を示す垂直断面図。 （Ａ）は図１中の矢印Ａの視覚による部分平面図、（Ｂ）は図１中の一点鎖線部分Ｂを拡大した部分垂直断面図。 （Ａ）～（Ｃ）は本発明による前記複合配線基板の製造工程を示す垂直断面図。 （Ａ）～（Ｃ）は図３（Ｃ）に続く製造工程を示す垂直断面図。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明により得られる一形態の複合配線基板１を示す垂直断面図である。
上記複合配線基板１は、図１に示すように、対向する表面３および裏面４を有する樹脂基板部２と、該樹脂基板部２の裏面４側に積層されたセラミック基板部１０とから構成されている。
上記樹脂基板部２は、図示のように、３層（複数）の樹脂層ｊ１～ｊ３を積層してなり、該樹脂層ｊ１～ｊ３の間ごとに複数ずつの配線層７，８を有し、前記表面３には、複数のパッド６が形成されている。該パッド６と、上記配線層７，８との間、および配線層８と裏面４との間には、樹脂層ｊ１～ｊ３を個別に貫通する複数のビア導体９が個別に配設されている。そのため、上記パッド６は、配線層７，８と導通していると共に、前記裏面４側とも導通可能とされている。

更に、前記樹脂基板部２における表面３と裏面４との間には、側面（周面）５が位置し、図２（Ａ）に示すように、該側面５は、平面視が円形状である。
尚、前記樹脂層ｊ１～ｊ３は、例えば、耐熱性が比較的高いポリイミド（ＰＩ）からなる。
また、前記パッド６、配線層７，８、およびビア導体９は、例えば、銅からなり、該パッド６とビア導体９や、該配線層７，８とビア導体９は一体物でも良い。
更に、前記樹脂基板部２は、公知のフォトリゾグラフィー技術（例えば、セミアディブ法や、サブトラクティブ法）によって製作されたものである。
加えて、図１に示すように、前記パッド６ごとの表面上には、追って、電子部品を検査するためのプローブピンｐが個別に立設される。但し、該パッド６は、例えば、半導体素子などの電子部品の実装に活用しても良い。

一方、前記セラミック基板部１０は、図１に示すように、４層（複数）のセラミック層ｃ１～ｃ４を一体に積層したものであり、対向する表面１１および裏面１２と、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、該表面１１と裏面１２と間に位置する平面視が同心円形状である上側面（上周面）１３および下側面（下周面）１４と、を備えている。上記表面１１には、複数の内部接続配線１６が形成され、且つ上記裏面１２には、複数の外部接続端子１８が形成されていると共に、これらの間には、上記セラミック層ｃ１～ｃ４を貫通し、且つ表面１１と裏面１２との間を電気的に接続する複数のビア導体１７が個別に形成されている。
前記セラミック層ｃ１～ｃ４は、例えば、ガラス－セラミックなどの低温同時焼成セラミックからなり、前記内部接続配線１６、ビア導体１７、および外部接続端子１８は、例えば、銅または銀からなる。

また、複数の前記内部接続配線１６は、前記樹脂基板部２の裏面４に下端面が露出する複数の前記ビア導体９と個別に接続可能とされている。
更に、図２（Ｂ）に示すように、前記上側面１３と下側面１４との間には、平面視がリング形状を呈し且つ側面視がほぼ水平状の段部１５が位置している。かかる段部１５は、後述するレーザー照射によって形成された溝の最深部（溝底面）の跡であり、該段部１５の上側面１３から外側に水平方向に沿った幅ｗは、少なくとも１００μｍ以上（例えば、約２００～４００μｍ）である。
加えて、前記上側面１３は、後述するレーザー照射した際に、レーザー光が最上層のセラミック層ｃ１の内部に進入して形成した最深部の側面の跡であり、該上側面１３の高さｖは、少なくとも２０μｍ以上（例えば、約２０～５０μｍ）である。因みに、最上層のセラミック層ｃ１の厚みは、１５０μｍ以上である。
尚、図２（Ｂ）に示すように、前記樹脂基板部２の側面５は、前記レーザー加工により、表面３側の空間が裏面４側よりも広くなる極僅かのテーパーを有している。

以上のような複合配線基板１では、前記セラミック基板部１０の上側面１３と下側面１４との間には、ほぼ水平状の段部１５が位置するため、該段部１５と当該セラミック基板部１０の裏面１２とを図示しない把持治具でチャックすることにより、本複合配線基板１を容易且つ安全に搬送することを可能としている。しかも、前記チャックする際の把持箇所が、樹脂基板部２とセラミック基板部１０との境界ではないため、何らかの外力によって樹脂基板部２が不用意に剥がれる事態を抑制することも可能となる。
従って、前記複合配線基板１によれば、前記効果（１）、（２）を得ることができる。

以下において、本発明による前記複合配線基板１の製造方法について説明する。
予め、図３（Ａ）に示すように、前記樹脂基板部２と、前記セラミック基板部１０とを準備する。
上記樹脂基板部２は、下層側の樹脂層ｊ３から上層側の樹脂層ｊ１に向かって、ビアホール（図示せず）の形成、ビア導体９の充填、配線層７，８の形成、およびパッド６の形成を順次行いつつ積み上げて行く公知のフォトリゾグラフィー技術によって形成した後、樹脂層ｊ１～ｊ３を熱硬化処理することで制作される。
一方、前記セラミック基板部１０は、追って前記セラミック層ｃ１～ｃ４となる４層のグリーンシート（図示せず）ごとに対して、穴空け加工と単位ビア導体（図示せず）の充填作業とを行う。更に、最上層となるグリーンシートの表面に未焼成の内部接続配線１６の印刷形成と、最下層となるグリーンシートの裏面に未焼成の外部接続端子１８の印刷形成と、を行った後、４層の上記グリーンシートを積層および圧着してから焼成することによって制作される。

尚、前記樹脂基板部２および前記セラミック基板部１０は、図３（Ａ）に示すように、平面視で前記複合配線基板１よりも広い表面３，１１と裏面４，１２とをそれぞれ有し、これらの周辺間には、垂直方向に沿った単一の側面（周面）５ａ，１４ａが個別に位置している。但し、上記樹脂基板部２の側面５ａと、上記セラミック基板部１０の側面１４ａとが面一でない場合には、次述する積層工程の前または後で、何れか一方の側面５ａ，１４ａ側を除去する工程が行われる。

先ず、図３（Ａ）中の白抜きの矢印で示すように、前記セラミック基板部１０の表面１１に、前記樹脂基板部２の裏面４が面接触するように、これら二つの基板部２，１０を積層する積層工程を行った。尚、かかる積層工程では、樹脂基板部２の裏面４に対し、前記ビア導体９ごとの下端面が露出する部分を除いて、予め、公知の接着層（図示せず）が塗布されている。
その結果、図３（Ｂ）に示すように、前記樹脂基板部２の裏面４側にセラミック層１０が一体に積層されると共に、前者の裏面４側の各ビア導体９と後者の各内部接続端子１６とが個別に導通可能とされた複合積層体２０が得られた。

次いで、図３（Ｂ）中の垂直な二つの矢印で示すように、前記複合積層体２０の樹脂基板部２における表面３側から、該樹脂基板部２の側面５ａ側（周辺）に沿って、レーザーＬを垂直に照射すると共に、図示しないレーザー装置を水平方向に沿って移動させることにより、上記レーザーＬの照射よる軌跡が平面視で円形状となるように上記側面５ａに沿って１周させる溝形成工程を行った。この際、上記レーザーＬの最深部が、常に前記セラミック基板部１０の表面１１よりもその内部に達するように、該レーザーＬの照射条件を予め設定した。
尚、上記レーザーＬには、例えば、ＹＡＧレーザー（出力：約１～２０Ｗ、ショット数：１～２０、送り速度：約１ｍ／秒）を用いた。

その結果、図３（Ｃ）に示すように、前記樹脂基板部２の表面３に開口し、且つ最深部が前記セラミック基板部１０の表面１１よりもセラミック層ｃ１の内部に位置している縦に細長い溝１９が形成された。かかる溝１９は、平面視が前記樹脂基板部２の側面５ａ側（周辺側）に沿った一つの円形状を呈し、且つ全体が円筒形状を呈していた。
尚、上記溝１９の前記樹脂基板部２の表面３における開口部の幅ｓは、２５０～５００μｍの範囲にあった。

更に、前記溝１９を有する複合積層体２０において、面一とされた樹脂基板部２の側面５ａとセラミック基板部１０の１４ａとに対し、平面視で上記溝１９よりも外側に位置する周辺部側を機械的に除去する研削工程を行った。
即ち、図４（Ａ）に示すように、樹脂基板部２およびセラミック基板部１０の側面５ａ，１４ａに対し、研削工具２１の垂直姿勢とされた回転軸２３の下端に固定された円柱形の砥石２２を高速回転させつつその径方向に沿って移動させ、同図中の白抜き矢印で示すように、上記側面５ａ，１４ａを超えて、前記溝１９における外周側の内壁面に達する位置まで進入させた。尚、上記砥石２２の表面全体には、微細なＷＣ（超硬）などの砥粒が埋設され、該砥石２２の軸方向の長さは、上記側面５ａ，１４ａの高さ同士の合計値よりも大とされている。

引き続いて、図４（Ｂ）に示すように、前記研削工具２１を高速回転する砥石２２と共に、前記複合積層体２０の樹脂基板部２とセラミック基板部１０との側面５ａ，１４ａに押し付けつつ、平面視で該側面５ａ，１４ａに沿って、少なくも１周させるか、あるいは、複数回に亘って周回するように径方向に沿って移動させる研削作業を行った。
かかる作業の過程においても、前記樹脂基板部２のうち、前記溝１９よりも外側の部分は、一度に除去されるか、あるいは徐々に研削される共に、前記セラミック基板部１０のうち、平面視で前記溝１９における外側の内壁面よりも外側に位置していた側面１４ａ側の部分も、一度に除去されるか、あるいは順次除去された。

この間において、前記樹脂基板部２のうち、前記溝１９よりも外側の部分は、該溝１９によって当該溝１９の内側部分から独立しているため、該樹脂基板部２の周辺側が前記砥石２２に絡み付いて、当該樹脂基板部２の周辺側が、前記セラミック基板部１０から不用意に剥離する事態が抑制されていた。

その結果、図４（Ｃ）に示すように、前記樹脂基板部２では、前記溝１９における外側の内壁面よりも側面５ａ側であった部分が除去され、内側に硬質層５ｈを有する新たな側面５が形成された。同時に、前記セラミック基板部１０では、前記溝１９の最深部における内側の内壁面が上側面１３となり、且つ溝１９の底面が段部１５にとなると共に、溝１９における外側の内壁面よりも側面１４ａ側であった部分が除去されて、新たな側面１４が形成された。これらによって、図示のように、前述した複合配線基板１を得ることができた。

以上のような複合配線基板１の製造方法では、前記複合積層体２０の樹脂基板部２における表面３側から、セラミック基板部１０の表面１１側の内部に達するレーザーＬの照射を、平面視で前記樹脂基板部２の周辺に沿って１周させ、該レーザーＬの照射の軌跡に沿った溝１９を形成した溝形成工程の後で、前記研削工程を行うため、該研削工程による樹脂基板部２における周辺側のダメージは、上記溝１９によって阻止され、且つ該研削工程では、主にセラミック基板部１０側の抵抗に限定されていた。その結果、比較的脆弱なセラミック基板部１０と 比較的高い靭性の樹脂基板部２とを積層して併有し、従来のような樹脂基板部２の周辺側が研削工具により剥離させることなく、所望の形状および寸法の側面を精度良く有する複合配線基板１を確実に製作することができた。しかも、これに伴って、前記効果（１）、（２）を備えた複合配線基板を確実に提供することができた。
従って、前記複合配線基板１の製造方法によれば、前記効果（３）、（４）を確実に得られることが判明した。

本発明は、以上において説明した形態に限定されるものではない。
例えば、前記樹脂基板部２の樹脂層ｊｎは、２層あるいは４層以上の積層体とすると共に、その素材を、例えば、エポキシ系などの樹脂としても良い。
また、前記セラミック基板部１０のセラミック層ｃｎは、単層乃至３層、あるいは５層以上の積層体とすると共に、その素材も、前記ガラス－セラミック以外の低温同時焼成セラミックとしても良い。
更に、前記セラミック基板部１０に形成される複数のビア導体１７は、積層方向においてビア導体同士が平面視でずれて配置され、該セラミック基板部１０の内部に形成された配線層を介して電気的に接続されていると共に、当該セラミック基板部１０の表面１１と裏面１２との間を電気的に接続するように形成しても良い。

また、前記樹脂基板部２や前記セラミック基板１０の平面視における側面５，１４の形状は、正方形または長方形の四角形以上の正多角形あるいは変形多角形としても良い。これらの場合、樹脂基板部２の側面５と、セラミック基板１０の側面１４とが平面視で相似形となるような形態にすることが望ましい。この形態の場合、前記レーザーＬを照射する平面視の軌跡も、上記形状と相似形とされる。
更に、前記樹脂基板部２と前記セラミック基板１０との平面視における側面５，１４の形状が、例えば、円形状と正多角形とからなるように互いに相違する場合には、セラミック基板部１０における前記段部１５の幅ｗが最も狭い位置でも、１００μｍ以上が確保されていれば良い。

また、前述した形態では、前記段部１５は、水平状として説明したが、側面視において、該段部がセラミック基板部１０の表面１１側に傾く形状としたり、セラミック基板部１０の裏面１２側に傾く形状としたり、あるいは、湾曲する形状（例えば、下向きに凸となる湾曲形状）としても良い。
更に、前記溝形成工程に用いるレーザーＬには、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー、あるいはルビーレーザーなどを用いても良い。
加えて、前記研削工程は、前記複合積層体２０における樹脂基板部２とセラミック基板部１０とに対して、異なる種類の研削用工具、あるいは異なる砥石を有する研削用工具を個別に用いて行っても良い。

本発明によれば、セラミック基板部の表面側に表面パッドや内層配線を有する樹脂基板部を積層してなり、所望の形状および寸法の側面を備えた複合配線基板を確実に製造できる製造方法を提供することができる。

１……………複合配線基板
２……………樹脂基板部
３，１１……表面
４，１２……裏面
５，５ａ……側面
６……………パッド
７，８………配線層
１０…………セラミック基板部
１３…………上側面
１４…………下側面
１５…………段部
１７…………ビア導体
１９…………溝
２０…………複合積層体
ｊ１～ｊ３…樹脂層
ｖ……………上側面の高さ
ｗ……………段部の幅
ｓ……………溝開口部の幅

Claims (2)

1. 複数の樹脂層を積層してなり、該樹脂層の間ごとに配線層を有し、且つ表面に前記配線層と導通する複数のパッドを有する樹脂基板部と、該樹脂基板部の裏面側に積層されてなり、対向する表面と裏面との間を電気的に接続する複数のビア導体を有するセラミック基板部と、を備えた複合配線基板の製造方法であって、
   上記樹脂基板部の裏面側に上記セラミック基板部を積層する積層工程と、
   上記樹脂基板部とセラミック基板部とからなる複合積層体において、平面視で前記樹脂基板部の周辺に沿って、該樹脂基板部側からレーザーを照射することにより、最深部が上記セラミック基板部の表面よりも内部に達し、且つ平面視が一周の溝を形成する溝形成工程と、
   上記樹脂基板部の側面およびセラミック基板部の側面を、機械加工により側面視で上記溝の内側に達する位置まで除去する研削工程と、を含む、
   ことを特徴とする複合配線基板の製造方法。
2. 前記溝において、前記樹脂基板部の表面における開口部の幅は、２５０μｍ～５００μｍの範囲にある、
   ことを特徴とする請求項１に記載の複合配線基板の製造方法。

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