JP7439867B2 - Wiring board and wiring board manufacturing method - Google Patents

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Description

本開示は、配線基板および配線基板の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a wiring board and a method for manufacturing a wiring board.

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用して貫通電極を含む配線基板を製造する技術が、従来から提案されている。特許文献1は、貫通電極の内部に樹脂を含む応力緩衝部を設けた貫通電極基板を開示している。 2. Description of the Related Art Techniques for manufacturing wiring boards including through electrodes using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology have been proposed in the past. Patent Document 1 discloses a through electrode substrate in which a stress buffer portion containing resin is provided inside the through electrode.

特開2012-142414号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-142414

特許文献1に記載の技術において、応力緩衝部は、応力に起因した動作不良の発生を抑えるための部材である。応力緩衝部は、電気信号の伝送に寄与することを目的とした部位とは異なる部位である。 In the technique described in Patent Document 1, the stress buffer section is a member for suppressing the occurrence of malfunctions due to stress. The stress buffer portion is a portion different from a portion intended to contribute to the transmission of electrical signals.

これに対し、本開示の実施形態における目的の一つは、貫通孔の一部に空間領域が存在する配線基板、またはその製造方法を提供することである。 In contrast, one of the objectives of the embodiments of the present disclosure is to provide a wiring board in which a space region exists in a part of a through hole, or a method for manufacturing the same.

本開示の実施形態の一つである配線基板は、貫通孔を含む基板と、前記貫通孔に設けられた金属構造体であって、前記貫通孔の側面に接する第1領域と、少なくとも前記貫通孔の開口面に位置し、かつ前記第1領域よりも金属材料の結晶粒径が大きい第2領域と、を含み、前記貫通孔に中空領域が存在するように設けられた金属構造体と、を有する。 A wiring board that is one of the embodiments of the present disclosure includes a board including a through hole, a metal structure provided in the through hole, a first region in contact with a side surface of the through hole, and at least a metal structure provided in the through hole. a second region located on the opening surface of the hole and having a larger crystal grain size of the metal material than the first region, and a metal structure provided so that a hollow region exists in the through hole; has.

本開示の実施形態の一つである配線基板において、前記中空領域は、前記第2領域によって囲まれている。 In the wiring board that is one of the embodiments of the present disclosure, the hollow region is surrounded by the second region.

本開示の実施形態の一つである配線基板において、前記第2領域は前記貫通孔の開口面を塞ぐ。 In the wiring board that is one of the embodiments of the present disclosure, the second region closes the opening surface of the through hole.

本開示の実施形態の一つである配線基板において、前記中空領域は、前記貫通孔の軸方向に交差する方向において、前記金属構造体よりも厚い部分を含む。 In the wiring board that is one of the embodiments of the present disclosure, the hollow region includes a portion that is thicker than the metal structure in a direction intersecting an axial direction of the through hole.

本開示の実施形態の一つである配線基板において、前記中空領域は、前記貫通孔の軸方向において、前記金属構造体よりも厚い部分を含む。 In the wiring board that is one of the embodiments of the present disclosure, the hollow region includes a portion that is thicker than the metal structure in the axial direction of the through hole.

本開示の実施形態の一つである配線基板の製造方法は、基板に含まれる貫通孔の側面に、電解めっき法により、第1電流密度で第1金属層を形成し、前記第1金属層を形成した後、電解めっき法により、前記第1電流密度よりも大きい第2電流密度で、前記第1金属層と異なる第2金属層を形成する。 A method for manufacturing a wiring board, which is one of the embodiments of the present disclosure, includes forming a first metal layer at a first current density on the side surface of a through hole included in the board by electrolytic plating, and forming a first metal layer at a first current density. After forming, a second metal layer different from the first metal layer is formed by electrolytic plating at a second current density higher than the first current density.

本開示の実施形態の一つである配線基板の製造方法において、前記第2金属層は前記貫通孔の開口面を塞ぐ。 In the method for manufacturing a wiring board that is one of the embodiments of the present disclosure, the second metal layer closes the opening surface of the through hole.

本開示の実施形態の一つである配線基板の製造方法において、前記貫通孔の軸方向に交差する方向において、前記第1金属層が前記貫通孔内の空間領域よりも厚くなる前に、前記第1電流密度から前記第2電流密度に変更する。 In the method for manufacturing a wiring board that is one of the embodiments of the present disclosure, before the first metal layer becomes thicker than the spatial region inside the through hole in a direction intersecting the axial direction of the through hole, The first current density is changed to the second current density.

本開示の第1実施形態に係る配線基板の構成を示す部分側断面図である。FIG. 1 is a partial side sectional view showing the configuration of a wiring board according to a first embodiment of the present disclosure. 本開示の第1実施形態に係る金属構造体の構成を示す側断面図である。FIG. 1 is a side sectional view showing the configuration of a metal structure according to a first embodiment of the present disclosure. 本開示の第2実施形態に係る配線基板の製造方法の手順を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing the steps of a method for manufacturing a wiring board according to a second embodiment of the present disclosure. 本開示の第2実施形態に係る配線基板の製造方法を説明する部分側断面図である。FIG. 7 is a partial side sectional view illustrating a method for manufacturing a wiring board according to a second embodiment of the present disclosure. 本開示の第2実施形態に係る配線基板の製造方法を説明する部分側断面図である。FIG. 7 is a partial side sectional view illustrating a method for manufacturing a wiring board according to a second embodiment of the present disclosure. 本開示の第2実施形態に係る配線基板の製造方法を説明する部分側断面図である。FIG. 7 is a partial side sectional view illustrating a method for manufacturing a wiring board according to a second embodiment of the present disclosure. 本開示の第2実施形態に係る配線基板の製造方法を説明する部分側断面図である。FIG. 7 is a partial side sectional view illustrating a method for manufacturing a wiring board according to a second embodiment of the present disclosure. 電解めっき法における電流密度と金属層の膜厚との関係を例示するグラフである。It is a graph illustrating the relationship between current density and film thickness of a metal layer in an electrolytic plating method. 従来技術に係る配線基板の構成を示す部分側断面図である。FIG. 2 is a partial side cross-sectional view showing the configuration of a wiring board according to the prior art. 従来技術に係る配線基板の構成を示す部分側断面図である。FIG. 2 is a partial side cross-sectional view showing the configuration of a wiring board according to the prior art. 従来技術に係る配線基板の構成を示す部分側断面図である。FIG. 2 is a partial side cross-sectional view showing the configuration of a wiring board according to the prior art. 従来技術に係る配線基板の構成を示す部分側断面図である。FIG. 2 is a partial side cross-sectional view showing the configuration of a wiring board according to the prior art.

以下、本開示の各実施形態について、図面を参照し、説明する。ただし、本開示は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, each embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. However, the present disclosure can be implemented in various forms without departing from the gist thereof, and should not be construed as being limited to the contents described in the embodiments exemplified below.

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号(数字の後にA、B、Cのアルファベットを付しただけの符号)を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 In order to make the explanation more clear, the drawings may schematically represent the width, thickness, shape, etc. of each part compared to the actual aspect, but these are only examples and do not limit the interpretation of the present disclosure. It's not something you do. In the drawings referred to in this embodiment, identical parts or parts having similar functions are denoted by the same or similar symbols (numerals followed by the letters A, B, and C). , the repeated explanation may be omitted.

本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上(上面)に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。 In this specification and the claims, when expressing an aspect in which a structure is placed on top of another structure, the expression "on top" means that unless otherwise specified, This includes both a case in which another structure is placed directly above (on the top surface) so as to be in contact with a certain structure, and a case in which another structure is placed above a certain structure via another structure.

本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体と他の構造体が重なるという表現は、これらの構造体の平面視において、少なくとも一部が重なるということを意味する。換言すると、これらの構造体のいずれか一方が他方の上、あるいは下に位置し、かつ、これらの構造体を上面から、あるいは下面から見た場合に、互いに少なくとも一部が重なるということを意味する。 In this specification and the claims, the expression that a certain structure overlaps with another structure means that these structures overlap at least in part when viewed in plan. In other words, it means that one of these structures is located above or below the other, and that at least a portion of these structures overlaps each other when viewed from the top or bottom. do.

[第1実施形態]
図1は、本開示の第1実施形態である配線基板1の構成を示す部分側断面図である。配線基板1は、いわゆる貫通電極基板である。配線基板1は、多層配線基板、インターポーザと呼ばれる配線基板であってもよい。配線基板1は、基板10と、金属構造体20と、配線30とを有する。
[First embodiment]
FIG. 1 is a partial side sectional view showing the configuration of a wiring board 1 according to a first embodiment of the present disclosure. The wiring board 1 is a so-called through electrode board. The wiring board 1 may be a multilayer wiring board or a wiring board called an interposer. The wiring board 1 includes a substrate 10, a metal structure 20, and wiring 30.

基板10は、第1面102と、第2面104と、貫通孔106と、を含む。第1面102には、配線30が配置されている。配線30は、例えば、第1面102に配置された電子部品(例えば、トランジスタ)の一部を構成してもよい。第2面104は、第1面102と対向する面である。第2面104は、第1面102は、表裏の関係にある。第2面104に配線が配置されてもよい。貫通孔106は、第1面102と第2面104とを貫通する孔である。貫通孔106(基板10)の開口面のうち、第1面102に隣接する開口面を「開口面1064」と称し、第2面104に隣接する開口面を「開口面1066」と称する。貫通孔106は、例えば円柱状であるが、直方体状、三角柱状、またはその他の形状であってもよい。 Substrate 10 includes a first surface 102, a second surface 104, and a through hole 106. The wiring 30 is arranged on the first surface 102. The wiring 30 may constitute a part of an electronic component (for example, a transistor) arranged on the first surface 102, for example. The second surface 104 is a surface facing the first surface 102. The second surface 104 and the first surface 102 have a front and back relationship. Wiring may be arranged on the second surface 104. The through hole 106 is a hole that penetrates the first surface 102 and the second surface 104. Among the opening surfaces of the through hole 106 (substrate 10), the opening surface adjacent to the first surface 102 is referred to as the "opening surface 1064", and the opening surface adjacent to the second surface 104 is referred to as the "opening surface 1066". The through hole 106 has a cylindrical shape, for example, but may also have a rectangular parallelepiped shape, a triangular prism shape, or other shapes.

以下、第1面102または第2面104に平行な一方向を「X方向」とし、X方向に交差する方向を「Y方向」として、各方向を説明する場合がある。X方向は、貫通孔106の径方向に対応する。Y方向は、貫通孔106の軸方向に対応する。 Hereinafter, each direction may be described by referring to one direction parallel to the first surface 102 or the second surface 104 as the "X direction" and the direction intersecting the X direction as the "Y direction." The X direction corresponds to the radial direction of the through hole 106. The Y direction corresponds to the axial direction of the through hole 106.

基板10および貫通孔106のY方向における厚さは、例えば10μm以上800μm以下であるが、これに限定されない。貫通孔106の径は例えば10μm以上100μm以下であるが、これに限定されない。図1には、説明の便宜上、貫通孔106が1つだけ示されているが、基板10は2つ以上の貫通孔106を含んでもよい。 The thickness of the substrate 10 and the through hole 106 in the Y direction is, for example, 10 μm or more and 800 μm or less, but is not limited thereto. The diameter of the through hole 106 is, for example, 10 μm or more and 100 μm or less, but is not limited thereto. Although only one through hole 106 is shown in FIG. 1 for convenience of explanation, the substrate 10 may include two or more through holes 106.

本実施形態の基板10は、シリコン層108、およびシリコン層108を覆う酸化シリコン層110を含む。酸化シリコン層110は、貫通孔106の側面(内壁ともいう。)1062、および基板10の表面に設けられた絶縁層(絶縁膜)である。酸化シリコン層110の厚みは例えば0.1以上2μm以下であるが、これに限定されない。なお、基板10は、シリコンを含む基板に限定されない。基板10は、ガラス、セラミック、絶縁性樹脂またはその他の材料を含む基板であってもよい。 The substrate 10 of this embodiment includes a silicon layer 108 and a silicon oxide layer 110 covering the silicon layer 108. The silicon oxide layer 110 is an insulating layer (insulating film) provided on the side surface (also referred to as an inner wall) 1062 of the through hole 106 and on the surface of the substrate 10. The thickness of the silicon oxide layer 110 is, for example, 0.1 or more and 2 μm or less, but is not limited thereto. Note that the substrate 10 is not limited to a substrate containing silicon. Substrate 10 may be a substrate containing glass, ceramic, insulating resin, or other materials.

金属構造体20は、貫通孔106に設けられ、第1面102と第2面104とを電気的に接続させる。金属構造体20は貫通電極と呼ばれる。金属構造体20は、配線30と電気的に接続されてもよい。金属構造体20は、例えば銅を用いて形成されるが、白金、金、銀、ニッケル、ロジウム、ルテニウム、イリジウムまたはその他の金属のうちの一種または二種以上を用いて形成されてもよい。 The metal structure 20 is provided in the through hole 106 and electrically connects the first surface 102 and the second surface 104. The metal structure 20 is called a through electrode. The metal structure 20 may be electrically connected to the wiring 30. The metal structure 20 is formed using copper, for example, but may also be formed using one or more of platinum, gold, silver, nickel, rhodium, ruthenium, iridium, or other metals.

金属構造体20は、貫通孔106に中空領域22が存在するように設けられている。すなわち、配線基板1は、金属構造体20によって囲まれた中空領域22を貫通孔106に含む。中空領域22は、金属構造体20のうち、側面1062に接する領域と、開口面1064に接する領域と、開口面1066に接する領域とによって囲まれた空間領域である。図1では、中空領域22の断面形状を、概略的に、頂点に相当する部分がやや丸みを帯びたほぼ矩形形状で図示してある。中空領域22は、例えば全体としてほぼ直方体状であるが、球状またはその他の形状であってもよい。 The metal structure 20 is provided such that a hollow region 22 exists in the through hole 106. That is, wiring board 1 includes hollow region 22 surrounded by metal structure 20 in through hole 106 . The hollow region 22 is a spatial region surrounded by a region of the metal structure 20 that is in contact with the side surface 1062 , a region that is in contact with the opening surface 1064 , and a region that is in contact with the opening surface 1066 . In FIG. 1, the cross-sectional shape of the hollow region 22 is schematically illustrated as a substantially rectangular shape with portions corresponding to apexes being slightly rounded. The hollow region 22 has, for example, a generally rectangular parallelepiped shape, but may have a spherical shape or other shapes.

中空領域22は、貫通電極における一般的なボイドとは異なる概念の空間領域である。ボイドとは、貫通孔の側面から貫通孔の中心軸に向かって金属層が成長してその中心軸付近で一体化する際に生じた、金属層の内部の気泡が残存する領域をいう。 The hollow region 22 is a spatial region with a different concept from a general void in a through electrode. A void is a region where air bubbles inside the metal layer remain, which are generated when the metal layer grows from the side surface of the through hole toward the central axis of the through hole and is integrated near the central axis.

図2は、金属構造体20の構成を示す側断面図である。金属構造体20は、第1領域24と、第2領域26とを含む。図2では、第1領域24および第2領域26をそれぞれ均一の厚さで図示しているが、厚さは不均一であってもよい。 FIG. 2 is a side sectional view showing the configuration of the metal structure 20. As shown in FIG. Metal structure 20 includes a first region 24 and a second region 26 . In FIG. 2, the first region 24 and the second region 26 are each shown to have a uniform thickness, but the thickness may be non-uniform.

第1領域24は、側面1062に接する領域である。第1領域24は、中空領域22の位置から見て側面1062側に位置する領域を含む。第1領域24は、金属構造体20のうち、側面1062に接する筒状の領域に相当する。 The first region 24 is a region in contact with the side surface 1062. The first region 24 includes a region located on the side surface 1062 side when viewed from the position of the hollow region 22. The first region 24 corresponds to a cylindrical region of the metal structure 20 that is in contact with the side surface 1062.

第2領域26は、少なくとも開口面1064および開口面1066に位置する領域である。第2領域26は、中空領域22の位置から見て、開口面1064側および開口面1066側に位置する領域を含む。第2領域26は、本実施形態では、金属構造体20のうちの第1領域24とは異なる領域である。 The second region 26 is a region located at least on the opening surface 1064 and the opening surface 1066. The second region 26 includes regions located on the opening surface 1064 side and the opening surface 1066 side when viewed from the position of the hollow region 22. In this embodiment, the second region 26 is a region of the metal structure 20 that is different from the first region 24 .

本実施形態では、中空領域22は、第2領域26によって囲まれた空間領域である。また、第2領域26は、開口面1064および開口面1066を塞ぐ。ただし、第2領域26は、必ずしも中空領域22を密閉する必要はない。例えば、第2領域26は、開口面1064および開口面1066の少なくとも一方を介して、中空領域22を外部の空間領域に通じさせる孔を含んでもよい。 In this embodiment, the hollow region 22 is a spatial region surrounded by the second region 26. Further, the second region 26 closes the opening surface 1064 and the opening surface 1066. However, the second region 26 does not necessarily need to seal the hollow region 22. For example, second region 26 may include a hole that communicates hollow region 22 to an external spatial region via at least one of opening surface 1064 and opening surface 1066.

ここで、金属構造体20のうち、側面1062に接する領域のX方向における厚さ(肉厚)を「DA」とし、中空領域22のX方向における厚さを「DX」とした場合、DX>DAという関係を満たしてもよい。本実施形態では、DAは、第1領域24の厚さと、第2領域26の厚さとを合算した厚さである。すなわち、中空領域22は、X方向において金属構造体20よりも厚い領域を含んでもよい。 Here, if the thickness (thickness) in the X direction of the region in contact with the side surface 1062 of the metal structure 20 is "DA", and the thickness of the hollow region 22 in the X direction is "DX", then DX> The relationship DA may be satisfied. In this embodiment, DA is the sum of the thickness of the first region 24 and the thickness of the second region 26. That is, the hollow region 22 may include a region thicker than the metal structure 20 in the X direction.

また、第2領域26のうち、開口面1064側の領域のY方向における厚さを「DB」とし、開口面1066側の領域のY方向における厚さを「DC」とし、中空領域22のY方向における厚さを「DY」とした場合、DY>DB、およびDY>DCの少なくとも一方の関係を満たしてもよい。すなわち、中空領域22は、Y方向において金属構造体20(本実施形態では、第2領域26)よりも厚い領域を含んでもよい。DBおよびDCは、例えば数μmであるが、これに限られない。なお、第1領域24および第2領域26のそれぞれについて、所定の方向における厚さが不均一である場合、平均値、最大値、最小値またはその他の値のいずれによって該方向における厚さが特定されてもよい。 Further, in the second region 26, the thickness in the Y direction of the region on the opening surface 1064 side is defined as "DB", the thickness in the Y direction of the region on the opening surface 1066 side as "DC", and the thickness of the region on the opening surface 1064 side in the Y direction is "DC". When the thickness in the direction is "DY", at least one of the relationships DY>DB and DY>DC may be satisfied. That is, the hollow region 22 may include a region thicker than the metal structure 20 (in this embodiment, the second region 26) in the Y direction. DB and DC are, for example, several μm, but are not limited to this. Note that if the thickness in a predetermined direction of each of the first region 24 and the second region 26 is nonuniform, the thickness in that direction can be determined by an average value, a maximum value, a minimum value, or any other value. may be done.

第2領域26は、第1領域24よりも、金属材料の結晶粒径が大きい領域である。ここでいう結晶粒径は、例えば平均結晶粒径である。第1領域24の金属材料の平均結晶粒径はおよそ3μm、第2領域26の金属材料の平均結晶粒径はおよそ5μmである。平均結晶粒径は、例えばASTM D112-13「Standard Test Methods for Determining Average Grain Size(平均結晶粒度決定のための標準試験方法)」により特定されるが、これに限られない。金属材料の結晶粒径は、平均結晶粒径によって特定されなくてもよく、例えば最大結晶粒径またはその他の結晶粒径によって特定されてもよい。 The second region 26 is a region in which the crystal grain size of the metal material is larger than that in the first region 24 . The crystal grain size here is, for example, the average crystal grain size. The average crystal grain size of the metal material in the first region 24 is approximately 3 μm, and the average crystal grain size of the metal material in the second region 26 is approximately 5 μm. The average grain size is specified, for example, by ASTM D112-13 "Standard Test Methods for Determining Average Grain Size," but is not limited thereto. The crystal grain size of the metal material may not be specified by the average crystal grain size, but may be specified by, for example, the maximum crystal grain size or other crystal grain sizes.

金属材料の結晶粒径の差異により、第1領域24は、第2領域26よりも機械的強度が高い場合がある。換言すると、第2領域26は、第1領域24よりも機械的強度が低い場合がある。 The first region 24 may have higher mechanical strength than the second region 26 due to the difference in grain size of the metal materials. In other words, the second region 26 may have lower mechanical strength than the first region 24.

金属材料の結晶粒径の差異により、第2領域26は、第1領域24よりも電気的な損失(電流損失)が少ない場合がある。これにより、第2領域26における金属材料の結晶粒径を、第1領域24における結晶粒径以下とした場合に比べて、金属構造体20全体での電気的な損失を小さくする効果が期待できる。 Due to the difference in crystal grain size of the metal materials, the second region 26 may have less electrical loss (current loss) than the first region 24. This can be expected to have the effect of reducing electrical loss in the entire metal structure 20, compared to the case where the crystal grain size of the metal material in the second region 26 is equal to or smaller than the crystal grain size in the first region 24. .

[第2実施形態]
本開示の第2実施形態は、第1実施形態で説明した構成の配線基板の製造方法に関する。
[Second embodiment]
A second embodiment of the present disclosure relates to a method for manufacturing a wiring board having the configuration described in the first embodiment.

図3は、配線基板100の製造方法の手順を示すフローチャートである。図4から図7は、配線基板100の製造方法を説明する部分側断面図である。 FIG. 3 is a flowchart showing the steps of the method for manufacturing the wiring board 100. 4 to 7 are partial side cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the wiring board 100.

ステップS1において、図4に示すように、貫通孔106が基板10に形成される。貫通孔106は、例えば、第1面102にマスク材を配置し、そのマスク材をマスクとして、第1面102側から基板10のエッチングを行うことにより形成される。エッチングは、例えば、ボッシュプロセスまたは反応性イオンエッチングを用いた深掘りエッチングである。 In step S1, a through hole 106 is formed in the substrate 10, as shown in FIG. The through hole 106 is formed, for example, by placing a mask material on the first surface 102 and etching the substrate 10 from the first surface 102 side using the mask material as a mask. The etching is, for example, deep etching using a Bosch process or reactive ion etching.

ステップS2において、図5に示すように、基板10に絶縁層が形成される(ステップS2)。具体的には、酸化シリコン層110が基板10に形成される。酸化シリコン層110は、例えば、プラズマCVD法、熱酸化法、熱CVD法、触媒CVD法(Cat(Catalytic)-CVD法またはホットワイヤCVD法)によって形成される。なお、ステップS2の処理は行われなくてもよい。 In step S2, as shown in FIG. 5, an insulating layer is formed on the substrate 10 (step S2). Specifically, a silicon oxide layer 110 is formed on substrate 10 . The silicon oxide layer 110 is formed by, for example, a plasma CVD method, a thermal oxidation method, a thermal CVD method, a catalytic CVD method (Cat (Catalytic) CVD method, or a hot wire CVD method). Note that the process of step S2 may not be performed.

ステップS3において、図6に示すように、第1金属層210が貫通孔106に形成される。第1金属層210は、電解めっき法により側面1062から金属層を成長させて形成される。ステップS3では、第1電流密度の電流で第1金属層210が形成される。電流は、パルス状の電流であってもよいし、パルス状でなくてもよい。ステップS3の処理により、図6に矢印Aで示すように、第1金属層210が貫通孔106の中心軸に向かって成長する。図6に示すように、Y方向における各位置において第1金属層210の厚さ(Y方向における厚さ)はほぼ同じである。このため、第1金属層210は、貫通孔106の形状に応じた筒状の金属層となる。図6に示すように、第1金属層210のX方向における厚さを「da」とし、貫通孔106内の空間領域1068のX方向における厚さを「dx」とする。図6に示す場合、dx>daである。 In step S3, a first metal layer 210 is formed in the through hole 106, as shown in FIG. The first metal layer 210 is formed by growing a metal layer from the side surface 1062 by electrolytic plating. In step S3, the first metal layer 210 is formed with a current having a first current density. The current may or may not be pulsed. Through the process in step S3, the first metal layer 210 grows toward the central axis of the through hole 106, as shown by arrow A in FIG. As shown in FIG. 6, the thickness of the first metal layer 210 (thickness in the Y direction) is approximately the same at each position in the Y direction. Therefore, the first metal layer 210 becomes a cylindrical metal layer corresponding to the shape of the through hole 106. As shown in FIG. 6, the thickness of the first metal layer 210 in the X direction is "da", and the thickness of the spatial region 1068 in the through hole 106 in the X direction is "dx". In the case shown in FIG. 6, dx>da.

ステップS4において、図7に示すように、第2金属層220が貫通孔106に形成される。第2金属層220は、電解めっき法により金属層を成長させて形成される点で、第1金属層210と共通する。一方で、第2金属層220は、第1電流密度よりも大きい第2電流密度の電流で形成される点で、第1金属層210とは異なる。電流は、パルス状の電流であってもよいし、パルス状でなくてもよい。ステップS4の処理により、図7に矢印B1,B2で示すように、第2金属層220が貫通孔106の中心軸に向かって成長する。例えばステップS3,S4では、X方向において第1金属層210が空間領域1068よりも厚くなる前に、すなわちdx>daの関係を満たす期間のうちに、第1電流密度から第2電流密度に変更される。 In step S4, a second metal layer 220 is formed in the through hole 106, as shown in FIG. The second metal layer 220 is similar to the first metal layer 210 in that it is formed by growing a metal layer by electrolytic plating. On the other hand, the second metal layer 220 differs from the first metal layer 210 in that it is formed with a current having a second current density that is higher than the first current density. The current may or may not be pulsed. Through the process in step S4, the second metal layer 220 grows toward the central axis of the through hole 106, as shown by arrows B1 and B2 in FIG. For example, in steps S3 and S4, the first current density is changed to the second current density before the first metal layer 210 becomes thicker than the spatial region 1068 in the X direction, that is, within a period that satisfies the relationship dx>da. be done.

ステップS4の処理は、例えば、第2金属層220が開口面1064および開口面1066を塞ぐまで行われる。例えば、第2電流密度で第2金属層220を形成する時間は、第1電流密度で第1金属層210を形成する時間よりも短い。ステップS4の処理が完了すると、貫通孔106の内部に、第1金属層210および第2金属層220を含む金属構造体200が完成する。金属構造体200は、貫通孔106に中空領域230が存在するように形成される。本実施形態では、中空領域230は、第2金属層220によって囲まれた領域である。なお、実際には、第1金属層210または第2金属層220の一部が貫通孔106の外部にはみ出すことがあるが、図6および図7ではその図示を省略してある。第2金属層220を形成した後研磨を経て、配線基板1が完成する。 The process in step S4 is performed, for example, until the second metal layer 220 closes the opening surfaces 1064 and 1066. For example, the time to form the second metal layer 220 at the second current density is shorter than the time to form the first metal layer 210 at the first current density. When the process of step S4 is completed, the metal structure 200 including the first metal layer 210 and the second metal layer 220 inside the through hole 106 is completed. The metal structure 200 is formed such that a hollow region 230 exists in the through hole 106. In this embodiment, the hollow region 230 is a region surrounded by the second metal layer 220. Note that in reality, a part of the first metal layer 210 or the second metal layer 220 may protrude outside the through hole 106, but this illustration is omitted in FIGS. 6 and 7. After forming the second metal layer 220, the wiring board 1 is completed through polishing.

ところで、図7に示すように、Y方向における各位置において、第2金属層220のX方向における厚さが異なる。具体的には、第2金属層220のうち、開口面1064に近い領域、および開口面1066に近い領域(すなわち、基板10の表面付近)においては、これらの間の領域(例えば、Y方向において貫通孔106の中心付近)よりも第2金属層220の成長速度が高く、その結果、第2金属層220の膜厚が大きくなる。また、第2金属層220は、第1金属層210よりも大きい電流密度で形成されているため、金属材料の結晶粒径が第1金属層210よりも大きい。 By the way, as shown in FIG. 7, the thickness of the second metal layer 220 in the X direction differs at each position in the Y direction. Specifically, in the second metal layer 220, in a region close to the opening surface 1064 and a region close to the opening surface 1066 (that is, near the surface of the substrate 10), a region between them (for example, in the Y direction The growth rate of the second metal layer 220 is higher than that of the second metal layer 220 (near the center of the through hole 106), and as a result, the thickness of the second metal layer 220 becomes larger. Furthermore, since the second metal layer 220 is formed with a higher current density than the first metal layer 210, the crystal grain size of the metal material is larger than that of the first metal layer 210.

ここで、図8は、電解めっき法における電流密度と金属層の膜厚との関係を例示するグラフである。図8のグラフにおいて、横軸は電流密度に対応し、縦軸は金属層の膜厚に対応する。電流密度が閾値TH以下の領域では、電流密度の増加に対して、表面付近および中心付近における金属層の膜厚が線形的に増加する。また、基板10の表面付近と中心付近とで金属層の膜厚の差は小さい。このため、閾値TH以下の第1電流密度DK1で金属層が形成された場合、貫通孔の側面の各位置における膜厚の差異が小さい。 Here, FIG. 8 is a graph illustrating the relationship between the current density and the thickness of the metal layer in electrolytic plating. In the graph of FIG. 8, the horizontal axis corresponds to the current density, and the vertical axis corresponds to the thickness of the metal layer. In a region where the current density is less than or equal to the threshold TH, the thickness of the metal layer near the surface and near the center increases linearly as the current density increases. Further, the difference in the thickness of the metal layer near the surface and near the center of the substrate 10 is small. Therefore, when the metal layer is formed at the first current density DK1 that is equal to or less than the threshold value TH, the difference in film thickness at each position on the side surface of the through hole is small.

これに対し、電流密度が閾値THよりも大きい領域では、基板10の表面付近では、電流密度の増加に対して膜厚が線形的に増加する。一方、中心付近では、電流密度の増加に対する膜厚の増加が小さく、電流密度が所定値を超えると膜厚が低下する。このような現象が生じる理由は、電解めっき法においては、電界が相対的に高い貫通孔の開口面付近に集中的に金属材料が析出し、貫通孔の中心付近に比べて金属層の成長速度が高くなるからである。このため、閾値THよりも大きい第2電流密度DK2で金属層が形成された場合、基板の表面付近の膜厚が、中心付近の膜厚よりも大きくなる。本開示の第2実施形態の配線基板100の製造方法においては、このような電流密度と金属層の膜厚(成長速度)との関係を利用して、金属構造体200が形成される。 On the other hand, in a region where the current density is greater than the threshold TH, the film thickness increases linearly with the increase in current density near the surface of the substrate 10. On the other hand, near the center, the increase in film thickness with respect to the increase in current density is small, and when the current density exceeds a predetermined value, the film thickness decreases. The reason why this phenomenon occurs is that in electrolytic plating, the metal material is concentrated near the opening surface of the through-hole where the electric field is relatively high, and the growth rate of the metal layer is slower than that near the center of the through-hole. This is because it becomes high. Therefore, when the metal layer is formed at the second current density DK2 that is higher than the threshold TH, the film thickness near the surface of the substrate becomes larger than the film thickness near the center. In the method for manufacturing the wiring board 100 according to the second embodiment of the present disclosure, the metal structure 200 is formed using the relationship between the current density and the thickness (growth rate) of the metal layer.

図9から図12は、従来技術に係る配線基板の構成を示す部分側断面図である。図9に示すように、基板10の貫通孔106の全体に金属層40Aが形成される場合、電解めっき法では、金属層40Aの形成に多くの時間を要する場合がある。これに対し、本実施形態では、金属構造体200の内部に、金属材料が存在しない中空領域230が存在するので、金属構造体200の形成に要する時間が短縮される効果が期待できる。 9 to 12 are partial side sectional views showing the configuration of a wiring board according to the prior art. As shown in FIG. 9, when the metal layer 40A is formed over the entire through hole 106 of the substrate 10, it may take a long time to form the metal layer 40A using electrolytic plating. On the other hand, in this embodiment, since the hollow region 230 in which no metal material exists exists inside the metal structure 200, the effect of shortening the time required to form the metal structure 200 can be expected.

図10に示すように、貫通孔106の側面に接する金属層40Bを、貫通孔106の一部に形成した場合、第1面102と第2面104とを通じさせる空間領域1070が存在する。空間領域1070の存在により、ウェハ加工が困難になる場合がある。例えば、開口部を塞がないと裏面にレジストが回り込んでしまう場合や真空チャックできない場合がある。これに対し、本実施形態では、中空領域230は、外部の空間領域に通じないまたはほぼ通じない。このため、ウェハ加工が容易になる効果が期待できる。 As shown in FIG. 10, when the metal layer 40B in contact with the side surface of the through hole 106 is formed in a part of the through hole 106, a spatial region 1070 exists that allows the first surface 102 and the second surface 104 to communicate. The presence of the spatial region 1070 may make wafer processing difficult. For example, if the opening is not closed, the resist may wrap around the back surface or vacuum chuck may not be possible. In contrast, in this embodiment, the hollow region 230 does not communicate, or almost does not, communicate with an external spatial region. Therefore, the effect of facilitating wafer processing can be expected.

図11に示すように、金属層40Bの内側の空間領域1070に樹脂層50が形成された場合、樹脂層50が不要になった段階で、基板10の表面の樹脂層50が除去される。この除去には、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)が用いられる。この除去の際に、基板10にストレスが加わり、基板10が破損してしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、樹脂層を除去する工程が不要であるから、基板10が破損する可能性が低くなる効果が期待できる。 As shown in FIG. 11, when the resin layer 50 is formed in the spatial region 1070 inside the metal layer 40B, the resin layer 50 on the surface of the substrate 10 is removed when the resin layer 50 is no longer needed. For example, CMP (Chemical Mechanical Polishing) is used for this removal. During this removal, stress is applied to the substrate 10 and there is a possibility that the substrate 10 will be damaged. On the other hand, in this embodiment, since the step of removing the resin layer is not necessary, the effect of reducing the possibility of damage to the substrate 10 can be expected.

図12に示すように、金属層40Bの内側の空間領域1070に感光性の樹脂層60が形成される場合、樹脂層50が形成される場合に比べて、基板10に加わるストレスは軽減される。しかし、樹脂層60を形成するためのリソグラフィの工程が必要である。本実施形態では、感光性の樹脂層を形成する工程が不要である。 As shown in FIG. 12, when the photosensitive resin layer 60 is formed in the spatial region 1070 inside the metal layer 40B, the stress applied to the substrate 10 is reduced compared to when the resin layer 50 is formed. . However, a lithography process is required to form the resin layer 60. In this embodiment, the step of forming a photosensitive resin layer is not necessary.

なお、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本開示によりもたらされるものと理解される。 It should be noted that even if there are other effects that are different from those brought about by each of the embodiments described above, those that are obvious from the description of this specification or that can be easily predicted by a person skilled in the art will naturally be included. It is understood that the present disclosure provides.

本開示の配線基板は、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット端末、携帯電話、スマートフォン、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、またはその他の電気機器に搭載される半導体装置に用いられる。本開示の配線基板は上記の電子機器のほかにも、LED照明、デジタルサイネージデスクトップ型パーソナルコンピュータ、サーバ、カーナビゲーション、またはその他の電子機器に搭載される半導体装置にも広く用いることができる。 The wiring board of the present disclosure is used in a semiconductor device mounted on a notebook personal computer, a tablet terminal, a mobile phone, a smartphone, a digital video camera, a digital camera, or other electrical equipment. In addition to the electronic devices described above, the wiring board of the present disclosure can be widely used in semiconductor devices installed in LED lighting, digital signage, desktop personal computers, servers, car navigation systems, and other electronic devices.

1:配線基板、10:基板、20:金属構造体、22:中空領域、24:第1領域、26:第2領域、30:配線、40A:金属層、40B:金属層、50:樹脂層、60:樹脂層、100:配線基板、102:第1面、104:第2面、106:貫通孔、108:シリコン層、110:酸化シリコン層、200:金属構造体、210:第1金属層、220:第2金属層、230:中空領域、1062:側面、1064:開口面、1066:開口面、1068:空間領域、1070:空間領域 1: Wiring board, 10: Substrate, 20: Metal structure, 22: Hollow region, 24: First region, 26: Second region, 30: Wiring, 40A: Metal layer, 40B: Metal layer, 50: Resin layer , 60: resin layer, 100: wiring board, 102: first surface, 104: second surface, 106: through hole, 108: silicon layer, 110: silicon oxide layer, 200: metal structure, 210: first metal layer, 220: second metal layer, 230: hollow region, 1062: side surface, 1064: opening surface, 1066: opening surface, 1068: spatial region, 1070: spatial region

Claims (5)

貫通孔を含む基板と、
前記貫通孔に設けられた金属構造体であって、前記貫通孔の側面に接する第1領域と、少なくとも前記貫通孔の開口面に位置する第2領域と、を含み、前記貫通孔に中空領域が存在するように設けられた金属構造体と、
を有し、
前記中空領域は、前記貫通孔の軸方向に交差する方向において、前記金属構造体よりも厚い部分を含み、
前記第2領域は、前記貫通孔の開口面を塞ぐ、配線基板。
a substrate including a through hole;
A metal structure provided in the through hole, the metal structure including a first region in contact with a side surface of the through hole, and a second region located at least on an opening surface of the through hole, and a hollow region in the through hole. a metal structure provided so that there is a
has
The hollow region includes a portion thicker than the metal structure in a direction intersecting the axial direction of the through hole,
The second region is a wiring board that closes the opening surface of the through hole .
記中空領域は、前記貫通孔の軸方向において、前記金属構造体よりも厚い部分を含む、請求項1に記載の配線基板。 The wiring board according to claim 1 , wherein the hollow region includes a portion thicker than the metal structure in the axial direction of the through hole. 前記中空領域は、前記第2領域によって囲まれている、請求項1又は2に記載の配線基板。 The wiring board according to claim 1 or 2, wherein the hollow region is surrounded by the second region. 基板に含まれる貫通孔の側面に、電解めっき法により、第1金属層を形成し、
前記第1金属層を形成した後、電解めっき法により、前記第1金属層と異なる第2金属層を形成することを含み、
前記第2金属層を形成する際、前記貫通孔の表面付近における成長速度に比べて前記貫通孔の中央付近における成長速度を遅くすることにより、前記貫通孔の内側に、前記第2金属層で囲まれた中空領域を形成する、配線基板の製造方法。
forming a first metal layer on the side surface of the through hole included in the substrate by electrolytic plating;
After forming the first metal layer, forming a second metal layer different from the first metal layer by electrolytic plating,
When forming the second metal layer, the growth rate near the center of the through hole is slower than the growth rate near the surface of the through hole, so that the second metal layer is formed inside the through hole. A method for manufacturing a wiring board that forms an enclosed hollow region.
前記第2金属層は前記貫通孔の開口面を塞ぐ、請求項に記載の配線基板の製造方法。 5. The method of manufacturing a wiring board according to claim 4 , wherein the second metal layer closes an opening surface of the through hole.
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