JP7192423B2

JP7192423B2 - めっき厚判定方法、並びに多層配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP7192423B2
Application number: JP2018215363A
Authority: JP
Inventors: 英幸浅生
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2038-11-16
Also published as: JP2020087996A

Description

本発明は、多面付け多層配線基板、及び該多面付け多層配線基板と、めっき厚判定方法を用いる多層配線基板の製造方法に関する。

近年、携帯電話や通信端末に代表される電子機器の高機能化、高性能化はめざましく、これら電子機器には、半導体チップが配線基板に実装された半導体パッケージが広く使用されている。半導体チップを配線基板に実装する形態として、従来から用いられてきたリードフレームやピン、ワイヤを用いたものから、最近では半導体チップを直接配線基板に表面実装するフリップチップ（ＦｌｉｐＣｈｉｐ－ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ、ＦＣ－ＢＧＡ）方式のパッケージの採用が進んでいる。
以下、ＦＣ－ＢＧＡ配線基板を多層配線基板と称する。

図５は、従来の多面付け多層配線基板に係り、（ａ）全体構成の模式平面図、（ｂ）（ａ）のＡ－Ａ’部を拡大して例示する多層配線基板の模式断面図である。このように、多層配線基板４０は、生産性の観点から、通常、単枚ずつではなく、多層配線基板４０の複数枚分をマトリクス状に平面配列した多面付け多層配線基板３０の形態で作製される。その後、切りしろ領域３２内で所要寸法に断裁され個片化されて、単枚の多層配線基板４０となる（特許文献１参照）。

一般的な多層配線基板４０の断面構造は、図５（ｂ）に概略を示すように、配線層５０を多層化したビルドアップ配線構造となっている。すなわち、厚めのコア基板（絶縁基板）５１の表裏にコア基板５１よりは薄い配線層５０（絶縁樹脂層５３／配線パターン５２、６２、・・・）を複数層積み重ね、上下の配線パターン間を導通ビア（フィルドビア）６１で接続し、アレイ配置された半導体チップ側の第１端子電極７０と、マザーボード側の第２端子電極間８０との導通をとったものである。

図６は、従来の多層配線基板の製造工程の一部に係り、コア基板５１にもっとも近い配線層として、絶縁樹脂層５３と、電解銅めっき法による導通ビア６１と配線パターン６２とを形成する工程を示す模式断面図である（特許文献２参照）。

まず、コア基板５１上に第１配線パターン５２を形成した後、所定厚の絶縁樹脂層５３を形成し、絶縁樹脂層５３の所定の位置にレーザー加工にてビア用孔５４を形成する（図６（ａ）参照）。

次に、ビア用孔５４に、レーザー加工時に発生したスミア(樹脂残渣)を除去するデスミア処理を行い、ビア用孔５４及び絶樹脂縁層５３上に無電解銅めっきを用いて、薄膜導体層５５を形成する（図６（ｂ）参照）。次に、薄膜導体層５５の所定位置に、電解銅パターンめっきで導通ビア及び第２配線パターンを形成するためのレジストパターン５６を形成する（図６（ｃ）参照）。

次に、薄膜導体層５５をカソードにして電解銅パターンめっきを行い、導通ビア６１と第２配線パターン６２とを形成する（図６（ｄ）参照）。最後に、レジストパターン５６を剥離した後、レジストパターン５６の下部にあった薄膜導体層５５をソフトエッチングにて除去して配線層５０を形成する（図６（ｅ）参照）。以上の工程を、コア基板５１の少なくとも一方の面に繰り返し、必要な層数の配線層が積層された多層配線基板４０が得られる。

近年、半導体チップの高集積化に伴い、多層配線基板も半導体チップを実装する端子電極の狭ピッチ化とともに、配線パターンの微細化が求められている。配線パターンの微細化には、電解銅めっきによる導通ビアの充填及び配線パターンの膜厚を薄くかつ均一に形成する技術が重要となってくる。しかるに、めっき工程は多面付け多層配線基板（個片切り出し前）の形態で行われるため、製造サイズが大きくなるほど、めっき厚のばらつきが大きくなり、一部の個片にめっき厚不良が生じ易くなる。

従来、多面付け多層配線基板のめっき厚測定方法としては、測定が必要な各層のめっき工程後に、めっき層上の３～９箇所に渦電流方式の測定器をあてて測定することが行なわれている。しかしながら、これはいわゆる抜き取り検査に過ぎず、局所的な異常を検出できるだけで、個片全数を保証することは不可能である。

あるいは、個片化後に、全個片に電気的な４端子抵抗測定を適用するケースもあるが（特許文献３参照）、個片単位で４端子測定を行うことは検査時間が増加しリードタイムが長くなるとともに、検査装置・冶具を含めた費用も膨大となる、また、電源・グランドネットのような低抵抗パターンでは検出が難しく保証が不可能である、という問題もある。

特開２００３－１８６２００号公報特開２００３－１７８４８号公報特開２００７－２１２３７２号公報

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、製造プロセスに影響を与えず、これまで不可能であった全ての個片の銅めっき厚検査が非破壊の外観検査で可能であり、検査時間が短くリードタイム上有利である多面付け多層配線基板、及びめっき厚判定方法、並びに多層配線基板の製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、コア基板の少なくとも一方の面に、平面配列された多層配線基板と外周部とを備え、隣り合う前記多層配線基板の間には、個々の前記多層配線基板に断裁され個片化されるための切りしろ領域を備える多面付け多層配線基板であって、前記多層配線基板は、導通ビアを有する絶縁樹脂層と、配線パターンと、が少なくとも１層ずつ交互に積層された配線層を備え、前記導通ビアと前記配線パターンとは銅めっきにより成り、前記多層配線基板の少なくとも１層の前記配線層の前記導通ビアと同じ大きさの径の導通ビア、及び前記導通ビアよりも小さい径の導通ビア、並びに前記導通ビアよりも大きい径の非導通ビアを有する多面付け多層配線基板または、前記多層配線基板の少なくとも１層の前記配線層の前記導通ビアと同じ大きさの径の導通ビア、及び前記導通ビアよりも小さい径の導通ビア、並びに前記導通ビアよりも大きい径の非導通ビアを前記外周部または前記切りしろ領域の少なくとも一方に有する多面付け多層配線基板の銅めっき厚の判定方法であって、前記配線パターン形成時の銅めっき後の光学顕微鏡による平面視像により、前記配線層内のビア用孔と同じ大きさの径のビア用孔及び前記配線層内のビア用孔よりも小さい径のビア用孔に銅めっきを施した部分の周囲に暗部または明部が観察されず、前記配線層内のビア用孔よりも大きい径のビア用孔に銅めっきを施した部分の周囲に暗部または明部が観察される場合にめっき厚の良判定を行う、ことを特徴とするめっき厚判定方法としたものである。

請求項２に記載の発明は、以下の工程を含む、ことを特徴とする多層配線基板の製造方法としたものである。
１）前記多面付け多層配線基板の少なくとも一層の配線層の作製に、請求項１に記載のめっき厚判定方法を用いる工程。
２）前記多面付け多層配線基板を断裁して個片化する工程。

本発明によれば、製造プロセスに影響を与えず、これまで不可能であった全ての個片の銅めっき厚検査が非破壊な外観検査で可能となり、検査時間が短くリードタイム上有利である多面付け多層配線基板、及びめっき厚判定方法、並びに多層配線基板の製造方法が得られる。また、本発明によれば、高額な電気的検査装置・治具を必要としない。

本発明の多面付け多層配線基板に係り、（ａ）全体構成、（ｂ）（ａ）の点線領域Ｔを拡大して例示する、ともに模式平面図である。本発明のめっき厚判定方法に係り、（ａ）めっき前の形態を例示する模式断面図、（ｂ）めっき厚が良好な場合を例示する模式断面図、（ｃ）（ｂ）の模式平面図である。本発明のめっき厚判定方法に係り、めっき厚が薄すぎて不良となる場合を例示する（ａ）模式断面図、（ｂ）模式平面図である。本発明のめっき厚判定方法に係り、めっき厚が厚すぎて不良となる場合を例示する（ａ）模式断面図、（ｂ）模式平面図である。従来の多面付け多層配線基板に係り、（ａ）全体構成の模式平面図、（ｂ）（ａ）のＡ－Ａ’部を拡大して例示する多層配線基板の模式断面図である。従来の多層配線基板の製造工程の一部に係り、コア基板にもっとも近い配線層として、電解銅めっき法にて導通ビアと配線パターンを形成する工程を示す模式断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る多面付け多層配線基板、及びめっき厚判定方法、並びに多層配線基板の製造方法について図面を用いて説明する。同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付ける。各図面において、見易さのため構成要素の厚さや比率は誇張されていることがあり、構成要素の数も減らして図示していることがある。また、本発明は以下の実施形態そのままに限定されるものではなく、主旨を逸脱しない限りにおいて、適宜の組み合わせ、変形によって具体化できる。

図１は、本発明の多面付け多層配線基板に係り、図１（ａ）は本発明の多面付け多層配線基板の全体構成を例示する模式平面図である。

本発明の多面付け多層配線基板１０は、従来構成の図５と同様に、コア基板の少なくとも一方の面に、平面配列された多層配線基板２０と外周部１１とを備え、隣り合う多層配
線基板２０の間には、個々の多層配線基板に断裁され個片化されるための切りしろ領域１２を備え、多層配線基板２０は、導通ビアを有する絶縁樹脂層と、配線パターンと、が少なくとも１層ずつ交互に積層された配線層を備えている。

本発明の多面付け多層配線基板１０は、従来構成の多面付け多層配線基板３０（図５（ａ）参照）の構成に加えて、外周部１１または切りしろ領域１２の少なくとも一方（図１（ａ）では両方）の、多層配線基板２０の少なくとも１層の配線層に、めっき厚判定に用いるためのテストパターン領域２０ｘ、２０ｙを複数個所備えている。尚、図１（ａ）では便宜上、多層配線基板２０の最上層の配線層にテストパターン領域２０ｘ、２０ｙを図示しているが、テストパターン領域２０ｘ、２０ｙは多層配線基板２０の、積層された配線層の少なくとも１層に存在するものとする。

前記テストパターン領域は、図１（ａ）のように外周部１１または切りしろ領域１２の少なくとも一方に備える以外に、製品仕様上スペースがある場合は、配線パターンエリア内に配線パターンと接続しないように形成してもよい。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の点線領域Ｔを拡大して例示する模式平面図である。テストパターン領域２０ｘ、２０ｙは、図２～４で詳述するが、導通ビアと同じ径及び導通ビアよりも小さい径の導通ビア、並びに導通ビアよりも大きい径の非導通ビアを有している。これらの導通ビア及び非導通ビアは、配線層内の導通ビア及び配線パターンの形成と同時に電解銅めっきにより形成される。

図２（ａ）は、電解銅めっき前の形態を例示しており、図１（ｂ）のＴｘ－Ｔｘ’断面、及びＴｙ－Ｔｙ’断面の配線層となる部分を表わす模式断面図である。配線パターン２上の絶縁樹脂層３にレーザー加工によりビア用孔Ｖ_＋２、Ｖ_＋１、Ｖ、Ｖ_－１、Ｖ_－２を形成した後、無電解銅めっきにより、薄膜導体層５を形成している。ここでビア用孔の断面形状は上底が下底よりも長い逆台形状であるように形成する。また、薄膜導体層５は後述の電解銅めっきのシード層となる。

ビア用孔Ｖ_＋２、Ｖ_＋１、Ｖ、Ｖ_－１、Ｖ_－２の大きさ（径）は、それぞれΦ＋２α、Φ＋α、Φ、Φ－α、Φ－２αであり（ビア用孔は逆台形状であるため、一点鎖線で表わす中心線を通る平均の径長とする）、Φは配線層内の導通ビアを形成するためのビア用孔と同じ大きさの径とする。Φよりも大きいまたは小さい径のビア用孔の個数は任意でよいが、本例では±２個ずつとした。また、αはΦの大きさやビア用孔の個数に応じて２～１０μｍとすることが好適なめっき厚判定を行うために好ましい。

図２（ｂ）は、本発明のめっき厚判定方法に係り、めっき厚が良好な場合を例示する模式断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）の模式平面図である。めっき厚が良好な場合は、配線層内のビア用孔と同じ大きさの径のビア用孔Ｖ及び該ビア用孔よりも小さい径のビア用孔Ｖ_－１、Ｖ_－２には導通ビアが充填され、薄膜導体層５上の銅めっき層２２の膜厚ｔは、配線層内の配線パターンの膜厚と同等の良好な膜厚となる。尚、ビア用孔Ｖ_－１、Ｖ_－２上のめっき厚はビア用孔Ｖ上のめっき厚よりもやや厚くなることがありうるが、次の上層の絶縁樹脂層により平坦化されるため問題とはならない。

一方、配線層内のビア用孔よりも大きい径のビア用孔Ｖ_＋１、Ｖ_＋２は、ビアの充填が十分ではなく、ビア用孔の逆台形状を反映した逆台形状の凹部Ｓ_＋１、Ｓ_＋２が形成され非導通ビアとなっている。

図２（ｃ）のような平面視像は、銅めっき層２２形成後に光学顕微鏡によって観察することにより得られる。図２（ｂ）の形態を光学顕微鏡により真上から明視野観察すると、
凹部Ｓ_＋１、Ｓ_＋２のみ逆台形状の側面からの反射光が斜め反射光となるので、リング状の暗部Ｒ_＋１、Ｒ_＋２が観察される。

図３は、本発明のめっき厚判定方法に係り、めっき厚ｔ’が薄すぎて不良となる場合を例示する（ａ）模式断面図、（ｂ）模式平面図である。めっき厚ｔ’が薄すぎて不良となる場合は、配線層内のビア用孔よりも大きい径のビア用孔Ｖ_＋１、Ｖ_＋２だけではなく、配線層内のビア用孔と同じ大きさの径のビア用孔Ｖ、及び該ビア用孔よりも小さい径のビア用孔Ｖ_－１（図２（ａ）参照）までビアの充填が十分ではなく、逆台形状の凹部Ｓ’、Ｓ_－１’が形成され非導通ビアとなっている。

従って、図３（ａ）の形態を光学顕微鏡により真上から明視野観察すると、凹部Ｓ_＋１’、Ｓ_＋２’だけではなく、Ｓ’、Ｓ_－１’まで逆台形状の側面からの反射光が斜め反射光となるので、図３（ｂ）のように、リング状の暗部Ｒ_＋１’、Ｒ_＋２’、Ｒ’、Ｒ_－１’が観察される。この場合、暗部がＲ_－１’までであるか、ビア用孔Ｖ_－２（図２（ａ）参照）によるＲ_－２’まで観察されるか、によって、めっき厚の不足量を推定することができる。

図４は、本発明のめっき厚判定方法に係り、めっき厚ｔ’’が厚すぎて不良となる場合を例示する（ａ）模式断面図、（ｂ）模式平面図である。めっき厚ｔ’’が厚すぎて不良となる場合は、配線層内のビア用孔よりも大きい径のビア用孔Ｖ_＋２（図２（ａ）参照）だけがビアの充填が十分ではなくなり、逆台形状の凹部Ｓ_＋２’’が形成され非導通ビアとなっている。

従って、図４（ａ）の形態を光学顕微鏡により真上から明視野観察すると、凹部Ｓ_＋２’’のみ逆台形状の側面からの反射光が斜め反射光となるので、図４（ｂ）のように、リング状の暗部Ｒ_＋２’’が観察される。

以上のように、本発明のめっき厚判定方法では、配線層内の配線パターン形成時の電解銅めっき後に、テストパターン領域２０ｘ、２０ｙ（図１参照）を光学顕微鏡により真上から明視野観察（または暗視野観察）を行い、配線層内のビア用孔と同じ大きさの径のビア用孔及び配線層内のビア用孔よりも小さい径のビア用孔に銅めっきを施した部分の周囲に暗部または明部が観察されず、配線層内のビア用孔よりも大きい径のビア用孔に銅めっきを施した部分の周囲に暗部または明部（暗視野観察の場合は明部）が観察される場合に、めっき厚を「良」と判定する。

テストパターン領域２０ｘ、２０ｙは、図１に示すように、多面付け多層配線基板１０の外周部１１だけではなく、それぞれの多層配線基板２０の周囲の切りしろ領域１２に、任意に配置することができるので、全ての個片の多層配線基板について銅めっき厚検査を行うことが可能となる。

また、検査装置は非破壊の外観検査である光学顕微鏡でよいので、製造プロセスに影響を与えることがなく、検査時間が短くリードタイム上有利であるとともに、高額な電気的検査装置・治具を必要としない。さらに、光学顕微鏡像を撮像してデータ化し、コンピュータを用いたデータ処理を行えるプロセス管理システムとすることもできる。

本発明の多面付け多層配線基板及びめっき厚判定方法で用いるテストパターンは、多層配線基板のすべての配線層に形成する必要はなく、めっき厚仕様が定められた配線層に選択的に形成し、めっき厚判定を行い、積層して多面付け多層配線基板を作製すればよい。配線パターンの線幅が大きい配線層やグランド層等にはテストパターンを形成する必要はない。

本発明のめっき厚判定方法は、配線基板及びその製造方法だけではなく、逆台形（逆テーパー）形状の凹部にめっき層を形成する場合の、めっき厚の測定・管理に応用することができる。

１０・・・・・・・・多面付け多層配線基板（本発明）
１１・・・・・・・・外周部
１２・・・・・・・・切りしろ領域
２０・・・・・・・・多層配線基板
２０ｘ、２０ｙ・・・テストパターン領域
２・・・・・・・・・配線パターン
３・・・・・・・・・絶縁樹脂層
５・・・・・・・・・薄膜導体層
２２・・・・・・・・銅めっき層
Ｖ、Ｖ_＋１、Ｖ_＋２、Ｖ_－１、Ｖ_－２・・・・ビア用孔
Ｓ、Ｓ_＋１、Ｓ_＋２、Ｓ_－１、Ｓ_－２、Ｓ’、Ｓ_＋１’、Ｓ_＋２’、Ｓ_－１’、Ｓ_＋２’
’・・・凹部
Ｒ、Ｒ_＋１、Ｒ_＋２、Ｒ_－１、Ｒ_－２、Ｒ’、Ｒ_＋１’、Ｒ_＋２’、Ｒ_－１’、Ｒ_＋２’
’・・・暗部
３０・・・・・・・・多面付け多層配線基板（従来）
４０・・・・・・・・多層配線基板
５０・・・・・・・・配線層
５１・・・・・・・・コア基板（絶縁基板）
５１ａ・・・・・・・スルーホール
５１ｂ・・・・・・・スルーホールめっき層
５２・・・・・・・・第１配線パターン
５３・・・・・・・・絶縁樹脂層
５４・・・・・・・・ビア用孔
５５・・・・・・・・薄膜導体層
５６・・・・・・・・レジストパターン
６１・・・・・・・・導通ビア（フィルドビア）
６２・・・・・・・・第２配線パターン
７０・・・・・・・・第１端子電極
８０・・・・・・・・第２端子電極

Claims

コア基板の少なくとも一方の面に、平面配列された多層配線基板と外周部とを備え、
隣り合う前記多層配線基板の間には、個々の前記多層配線基板に断裁され個片化されるための切りしろ領域を備える多面付け多層配線基板であって、
前記多層配線基板は、導通ビアを有する絶縁樹脂層と、配線パターンと、が少なくとも１層ずつ交互に積層された配線層を備え、
前記導通ビアと前記配線パターンとは銅めっきにより成り、
前記多層配線基板の少なくとも１層の前記配線層の前記導通ビアと同じ大きさの径の導通ビア、及び前記導通ビアよりも小さい径の導通ビア、並びに前記導通ビアよりも大きい径の非導通ビアを有する多面付け多層配線基板または、前記多層配線基板の少なくとも１層の前記配線層の前記導通ビアと同じ大きさの径の導通ビア、及び前記導通ビアよりも小さい径の導通ビア、並びに前記導通ビアよりも大きい径の非導通ビアを前記外周部または前記切りしろ領域の少なくとも一方に有する多面付け多層配線基板の銅めっき厚の判定方法であって、
前記配線パターン形成時の銅めっき後の光学顕微鏡による平面視像により、前記配線層内のビア用孔と同じ大きさの径のビア用孔及び前記配線層内のビア用孔よりも小さい径のビア用孔に銅めっきを施した部分の周囲に暗部または明部が観察されず、前記配線層内のビア用孔よりも大きい径のビア用孔に銅めっきを施した部分の周囲に暗部または明部が観察される場合にめっき厚の良判定を行う、ことを特徴とするめっき厚判定方法。
以下の工程を含む、ことを特徴とする多層配線基板の製造方法。
１）少なくとも一層の前記配線層の作製に、請求項１に記載のめっき厚判定方法を用いる工程。
２）前記多面付け多層配線基板を断裁して個片化する工程。