JP7097139B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、配線基板に関する。

配線基板は、例えば、特許文献１および２に示すように、複数の絶縁層と絶縁層の表面に形成された配線導体層を含んでいる。絶縁層にはビアホール導体が形成されており、このビアホール導体を介して、異なる絶縁層に形成された配線導体層間の電気的な接続、すなわち配線基板の厚み方向に電気的な接続が行われている。

特開２０１７－７３５２０号公報 特許第３８５１７６８号公報

本開示の配線基板は、複数の絶縁層と、絶縁層の表面に形成されており、ビアランドを含む配線導体層と、絶縁層の上面から下面まで貫通するビアホールと、ビアホールに充填されたビアホール導体とを含む。ビアホール導体のビア底は、ビアランドと接触している。ビアホール導体は、ビア底とビア本体とを有し、ビア本体が、ビア底よりも上方に位置するとともにビアホール導体のうちビアランドからビアホール導体の高さを１００とした場合の相対値で２０以下の高さまでの領域であるビア底領域と、ビア底領域以外のビア本体領域とを有している。ビア底領域は、ビアホールの内壁に位置する外周部と、外周部の内側に位置する領域である内周部とからなる。ビア底を形成している結晶粒子は、ビア本体領域およびビアランドを形成している結晶粒子よりも小さい。ビア底領域の外周部を形成している結晶粒子が、ビア底領域の内周部を形成している結晶粒子よりも小さい。

本開示の一実施形態に係る配線基板を示す断面図である。 図１に記載のＸ領域を構成している結晶粒子の状態を示す拡大断面図である。 図１に記載のビアホール導体を形成している結晶粒子の一例を模式的に示した説明図である。

絶縁層に形成されているビアホール導体は、例えば、半導体素子を搭載する際の加熱などによって、熱応力が発生する。この熱応力によって、ビアホール導体の底部（ビア底）とビアランドとの接触面でクラックが発生したり、接触面が剥離したりする。このようなクラックや剥離が発生すると、配線導体を介して電気信号を良好に伝送することができなくなる。その結果、半導体素子が安定的に作動しなくなるなど、電気的信頼性が低下する。

本開示の配線基板は、ビアホール導体の底部（ビア底）を形成している結晶粒子は、ビアホール導体のビア底以外の部分およびビアランドを形成している結晶粒子よりも小さい。すなわち、熱応力が大きくなるビア底とビアランドとの接触面において、ビア底が微細な結晶粒子で形成されている。そのため、熱応力が発生して結晶が膨張しても、膨張する方向がバラバラに分散しやすく、クラックや剥離が発生しにくくなる。

本開示の配線基板は、複数の絶縁層と、絶縁層の表面に形成された配線導体層と、絶縁層の上面から下面まで貫通するビアホールと、ビアホールに充填されたビアホール導体とを含む。

一実施形態に係る配線基板を、図１～３に基づいて説明する。図１に示す一実施形態に係る配線基板１は、コア層１１と、コア層１１の両面に積層された絶縁層１３を含む。コア層１１は、絶縁性を有する素材で形成されていれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。コア層１１の厚みは特に限定されず、例えば５０～３０００μｍである。

コア層１１には、補強材が含まれていてもよい。補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性布材が挙げられる。補強材は２種以上を併用してもよい。さらに、コア層１１には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機絶縁性フィラーが、分散されていてもよい。

コア層１１には、コア層１１の上下面を電気的に接続するために、スルーホール導体１２が形成されている。スルーホール導体１２は、コア層１１の上下面を貫通しているスルーホールに形成されている。スルーホール導体１２は、例えば、銅めっきなどの金属めっきからなる導体で形成されている。スルーホール導体１２は、コア層１１の両面に形成された配線導体層に接続されている。形成された配線導体層には、ビアランド１５が含まれている。配線導体層については後述する。図１に示す配線基板１に形成されているスルーホール導体１２は、コア基板１１に形成されたスルーホールの内壁面のみに導体が形成されている。しかし、スルーホール導体１２を形成している導体は、このスルーホールに充填されていてもよい。

コア層１１の両面には、絶縁層１３が積層されている。図１に示す配線基板１では、絶縁層１３は、両面それぞれに３層積層されている。絶縁層１３は、コア層１１と同様、絶縁性を有する素材で形成されていれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。各絶縁層１３は、同じ樹脂で形成されていてもよく、異なる樹脂で形成されていてもよい。絶縁層１３とコア層１１とは、同じ樹脂で形成されていてもよく、異なる樹脂で形成されていてもよい。さらに、絶縁層１３には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機絶縁性フィラーが、分散されていてもよい。

絶縁層１３の厚みは特に限定されず、例えば３～５０μｍである。それぞれの絶縁層１３は同じ厚みを有していてもよく、異なる厚みを有していてもよい。

配線導体層はコア層１１および絶縁層１３の表面に形成されており、例えば周知のセミアディティブ法により、無電解銅めっき層、および電解銅めっき層を絶縁層１３の表面に析出させることで形成される。具体的には、次の通りである。まず、コア層１１および絶縁層１３の表面に無電解銅めっき処理を施す。処理後、乾燥して、めっきレジストでパターンを形成する。パターンを形成しない部分は、ドライフィルムなどのめっきレジストでマスクする。次いで、電解銅めっき処理を施すことで、無電解銅めっきが露出している部分のみにパターンを成長させる。電解銅めっき処理後、めっきレジストを剥離し、エッチングで無電解銅めっきのみを除去する。

あるいは、配線導体層は次の方法によっても得られる。まず、表面に導体（例えば、銅箔など）が形成された絶縁板に、エッチングレジストであるドライフィルムを公知の方法で貼付して露光および現像する。その後、エッチングを行ってドライフィルムを剥離すると、コア層１１の表面および絶縁層１３の表面に配線導体層が形成される。

絶縁層１３には、層間を電気的に接続するためのビアホール導体１４が充填されるビアホールが形成されている。ビアホールは、例えばＣＯ₂レーザー、ＵＶ－ＹＡＧレーザーなどのようなレーザー加工により複数形成されている。ビアホールは、例えば３～１００μｍの径を有していてもよい。ビアホールにはビアホール導体１４が充填されており、ビアホール導体１４のビア底が、配線導体層に含まれるビアランド１５と接触している。以下、ビアホール導体１４について、図２および３に基づいて説明する。

図２は、図１に記載のＸ領域を示す拡大断面図である。図３は、図１に記載のビアホール導体１４を形成している結晶粒子の一例を模式的に示した説明図である。図２に示すビアホール導体１４は、ビアランド１５と接触している。具体的には、図２および図３に示すようにビアホール導体１４の底部（ビア底１４ａ）とビアランド１５とが接触している。本明細書において「ビア底」とは、絶縁層に形成されたビアホールにビアホール導体を充填する際に、ビアホールの底を塞ぐように形成されているビアランドの表面に、めっき処理の初期に析出する金属（ビアホール導体）部分のことである。すなわち、図１に示す配線基板１では、各ビアホール導体１４においてコア層１１側が「ビア底」に相当する。

ビア底１４ａの厚みは特に限定されず、ビアホール導体１４の高さを１００とした場合の相対値で例えば０．１～１０であり、０．５～４であってもよい。ビアホール導体１４において、ビア底１４ａ以外の部分は便宜的にビア本体１４ｂと記載する。

図２および図３に示すように、ビア底１４ａを形成している結晶粒子は、ビア本体１４ｂおよびビアランド１５を形成している結晶粒子よりも平均粒子径が小さい。そのため、熱応力が発生して結晶が膨張しても、膨張する方向がバラバラに分散しやすく、ビア底１４ａとビアランド１５との間でクラックや剥離が発生しにくくなる。

ビア底１４ａを形成している結晶粒子の平均粒子径は、ビア本体１４ｂおよびビアランド１５を形成している結晶粒子の平均粒子径よりも小さければ、限定されない。ビア底１４ａを形成している結晶粒子の平均粒子径は、例えば、ビア本体１４ｂおよびビアランド１５を形成している結晶粒子の平均粒子径を１００とした場合の相対値で１～２０であり、５～１０であってもよい。

図３に示すビアホール導体１４では、ビア底１４ａを形成している結晶粒子が、ビア底１４ａからビアホール導体１４の高さ方向に向かって、ビアホール導体１４の外周部の一部も形成している。このように、ビアランド１５と接触しているビア底１４ａのみではなく、ビアホール導体１４の外周部の一部もビア底１４ａと同様に微細な結晶粒子で形成されていることによって、絶縁層１３、ビアホール導体１４およびビアランド１５が互いに接する三重点における応力を緩和することが可能になる。これにより、例えば熱応力により生じる歪を抑制して上記三重点付近におけるクラックの発生を抑えて、ビアホール導体１４とビアランド１５との間の導通特性を保持する点で有利である。

ビア底１４ａと同様に微細な結晶粒子で形成されている外周部の一部について、ビア底１４ａからの高さＨは特に限定されない。例えば、ビア底１４ａからの高さＨは、ビアホール導体１４の高さを１００とした場合の相対値で２０以下であり、１０以下であってもよい。

本開示の配線基板を製造する方法は特に限定されない。例えば、一実施形態に係る配線基板１は、例えば、下記の方法によって得られる。

まず、スルーホール導体１２が形成されたコア層１１を準備する。スルーホール導体１２は、コア層１１の上下面を貫通するように形成されたスルーホールの内壁面に、例えば、銅めっきなどの金属めっきからなる導体を析出されることによって得られる。スルーホールは、例えば、ドリル加工、レーザー加工、またはブラスト加工などによって形成される。コア層１１の厚みは上述の通りであり、例えば５０～３０００μｍである。

次いで、コア層１１の両表面に、配線導体層を形成する。配線導体層は、コア層１１の両表面に形成された導体（銅箔）に、エッチングレジストであるドライフィルムを公知の方法で貼付して露光および現像する。その後、エッチングを行ってドライフィルムを剥離すると、コア層１１の両表面に配線導体層が形成される。形成された配線導体層には、ビアランド１５が含まれる。コア層１１に形成されたスルーホール導体１２は、コア層１１の両表面に形成された配線導体層と電気的に接続されている。

次いで、コア層１１の上下面に絶縁層１３を形成する。絶縁層１３は、例えばコア層１１の上下面に絶縁層１３用のフィルムを置き、熱プレスすることによって形成される。絶縁層１３の厚みは上述の通りであり、例えば３～５０μｍである。次いで、絶縁層１３にビアホール導体１４を形成する。まず、絶縁層１３にビアホールを形成する。ビアホールは、配線導体層に含まれるビアランド１５が底となるように形成される。ビアホールは、例えば、ＣＯ₂レーザー、ＵＶ－ＹＡＧレーザーなどによって形成される。ビアホールの径は上述の通りであり、例えば５～１００μｍである。形成されたビアホールに、無電解めっき処理、および電解めっき処理を施してビアホール導体１４を形成する。

電解めっき処理を行う際、処理の初期段階に電流密度を大きくすることによって、まず、ビアランド１５と接触する部分からビアホールの内壁面底部にかけて、微細な結晶粒子で形成された金属が析出する。この微細な結晶粒子で形成された金属が、ビア底１４ａおよびビアホール導体１４の外周部の一部に相当する。その後、めっき処理の電流密度を小さくして比較的大きな結晶粒子で形成された金属が析出する。この比較的大きな結晶粒子がビア本体１４ｂに相当し、ビア本体１４ｂでビアホールが充填され、ビアホール導体１４が形成される。

絶縁層１３の表面にも配線導体層が形成される。配線導体層の形成方法は特に限定されず、例えば、セミアディティブ法により絶縁層１３の表面に銅めっき金属を析出させることで形成される。

絶縁層１３および配線導体層を形成する工程を、さらに２回繰り返して行うことによって、配線基板１が得られる。ビア底１４ａの厚み、ビア底１４ａを形成している結晶粒子の平均粒子径、およびビアホール導体１４の外周部の一部（図３に示す「高さＨ」）については上述の通りであり、説明は省略する。

本開示の配線基板は、上述の一実施形態に限定されない。例えば、上述の配線基板１では、コア層１１の両面に絶縁層１３がそれぞれ３層積層されている。しかし、コア層１１も絶縁層であるため、本開示の配線基板は、コア層１１の少なくとも片面に少なくとも１層の絶縁層１３が形成されていればよい。さらに、コア層１１に形成される絶縁層１３の層数は、上下面で異なっていてもよい。

上述の配線基板１ではコア層１１が含まれている。しかし、本開示の配線基板において、コア層１１は必須の部材ではなく、任意の部材である。したがって、本開示の配線基板は、コアレス基板の形態であってもよい。

１ 配線基板
１１ コア層
１２ スルーホール導体
１３ 絶縁層
１４ ビアホール導体
１４ａ ビア底
１４ｂ ビア本体
１５ ビアランド

Claims (3)

1. 複数の絶縁層と、
   該絶縁層の表面に形成されており、ビアランドを含む配線導体層と、
   前記絶縁層の上面から下面まで貫通するビアホールと、
   該ビアホールに充填されたビアホール導体と、
   を含み、
   該ビアホール導体のビア底が、前記ビアランドと接触しており、
   前記ビアホール導体は、前記ビア底とビア本体とを有し、該ビア本体が、前記ビア底よりも上方に位置するとともに前記ビアホール導体のうち前記ビアランドから前記ビアホール導体の高さを１００とした場合の相対値で２０以下の高さまでの領域であるビア底領域と、前記ビア底領域以外のビア本体領域とを有しており、
   前記ビア底領域は、前記ビアホールの内壁に位置する外周部と、該外周部の内側に位置する領域である内周部とからなり、
   前記ビア底を形成している結晶粒子が、前記ビア本体領域および前記ビアランドを形成している結晶粒子よりも小さく、
   前記ビア底領域の前記外周部を形成している結晶粒子が、前記ビア底領域の前記内周部を形成している結晶粒子よりも小さいことを特徴とする配線基板。
2. 前記ビア底を形成している結晶粒子の平均粒子径が、前記ビアホール導体のビア底以外の部分および前記ビアランドを形成している結晶粒子の平均粒子径を１００とした場合の 相対値で１～２０である請求項１に記載の配線基板。
3. 前記ビア底の厚みが、前記ビアホール導体の高さを１００とした場合の相対値で０．１ ～１０である請求項１または２に記載の配線基板。

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