KR20140098675A - 배선 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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마코토 나카이
타카시 카토
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쿄세라 에스엘시 테크놀로지 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 의한 배선 기판은 표면에 랜드 도체층(14)을 갖는 절연 기판(1)과, 상기 절연 기판(1) 상에 형성된 절연층(5)과, 상기 절연층(5) 상면으로부터 상기 랜드 도체층(14)에 도달하는 비아홀(6)과, 상기 비아홀(6) 내에 형성된 도금 금속층으로 이루어지는 비아 도체(7)와, 상기 비아 도체(7) 상에 형성되어 비아 도체(7)에 전기적으로 접속된 배선 도체(3b)를 구비하고, 상기 비아홀(6)이 비아홀(6)의 개구 둘레 가장자리부로부터 개구 중앙부를 향해서 돌출된 동박으로 형성된 돌출부(8a)를 구비한다.

Description

배선 기판 및 그 제조 방법{WIRING SUBSTRATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고밀도 배선을 갖는 배선 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 집적 회로 소자 등의 반도체 소자를 탑재하기 위한 배선 기판으로서는 도 3에 나타내는 바와 같은, 주로 절연 기판(21) 및 절연층(25) 및 솔더 레지스트층(30)으로 구성되는 배선 기판(B) 등을 들 수 있다.
절연 기판(21)은 상면으로부터 하면에 걸쳐서 형성된 복수의 쓰루홀(22)을 갖고 있다. 절연 기판(21)의 상하면에는 복수의 배선 도체(23a)가 형성되어 있다. 쓰루홀(22) 내에는 쓰루홀 도체(24)가 충전되어 있다. 절연 기판(21) 상하면의 배선 도체(23a)끼리는 쓰루홀 도체(24)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
절연층(25)은 절연 기판(21)의 상하면에 피착되어 있다. 절연층(25)의 표면에는 복수의 배선 도체(23b)가 형성되어 있다. 또한, 절연층(25)에는 배선 도체(23a)의 일부를 바닥면으로 하는 비아홀(26)이 형성되어 있다. 비아홀(26) 내에는 비아 도체(27)가 충전되어 있다. 절연 기판(21)에 형성된 배선 도체(23a) 및 절연층(25)에 형성된 배선 도체(23b)끼리는 비아 도체(27)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 배선 도체(23b)와 비아 도체(27)는 일체적으로 형성되어 있다. 절연층(25)의 상하면에는 솔더 레지스트층(30)이 피착되어 있다. 솔더 레지스트층(30)은 배선 도체(23b)의 일부를 노출시키는 개구부(30a, 30b)를 가짐과 아울러 잔여의 배선 도체(23b)를 피복하고 있다.
상면측에 있어서의 개구부(30a)로부터 노출된 배선 도체(23b)의 일부는 반도체 소자(S)의 전극(T)에 접속하기 위한 반도체 소자 접속 패드(31)로서 기능한다. 하면측의 개구부(30b)로부터 노출되는 배선 도체(23b)의 일부는 외부의 전기 회로 기판에 접속하기 위한 외부 접속 패드(32)로서 기능한다. 반도체 소자(S)의 전극(T)을 반도체 소자 접속 패드(31)에 땜납을 통해서 접속시킴과 아울러 외부 접속 패드(32)를 외부의 전기 회로 기판의 배선 도체에 땜납을 통해서 접속시킴으로써 반도체 소자(S)가 외부의 전기 회로 기판에 배선 도체(23a, 23b) 및 쓰루홀 도체(24) 및 비아 도체(27)를 통해서 전기적으로 접속된다. 이것에 의해 외부의 전기 회로 기판 및 반도체 소자(S) 사이에서 신호의 송수신이 행해져서 반도체 소자(S)가 가동된다.
그런데 최근 휴대형의 게임기나 통신 기기 등으로 대표되는 전자 기기의 소형화가 진행되는 중, 그들에 사용되는 반도체 소자(S)를 탑재하는 배선 기판에도 소형화가 요구되고 있다. 이 요구에 대응하기 위해서 비아 도체(27)의 소경화나 배선 도체(23b)의 세선화도 진행되고 있다. 이 때문에 비아 도체(27)와 비아홀(26), 또는 배선 도체(23b)와 절연층(25)의 접촉 면적이 작아지고 있다. 그것에 의해 비아 도체(27) 또는 배선 도체(23b)의 밀착 강도가 작아져버려서, 예를 들면 반도체 소자(S) 가동시의 발열이나 정지시의 냉각이라는 열 이력에 의해 발생하는 응력에 의해 비아 도체(27) 및 배선 도체(23b)의 일부가 비아홀(26) 및 그 부근으로부터 박리되어 버리는 경우가 있다. 그 결과 반도체 소자(S)를 안정적으로 가동시킬 수 없을 우려가 있다.
예를 들면, 일본 특허 공개 평 10-322021호 공보에는 소경이며, 또한 고밀도화가 가능한 상대적 치수 정밀도가 높은 블라인드 비아홀을 보유하는 빌드업 기판이 기재되어 있다. 그러나, 이 빌드업 기판은 구멍과 쓰루홀 접속의 접촉 면적이 작아 쓰루홀 접속은 박리되기 쉽다.
본 발명은 비아 도체 및 배선 도체가 비아홀로부터 박리되기 어렵고, 그 때문에 접속 신뢰성이 우수하고, 반도체 소자가 안정적으로 작동함과 아울러 소형화 및 고밀도 배선화가 가능한 배선 기판을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 배선 기판은 표면에 랜드 도체층을 갖는 절연 기판과, 절연 기판 상에 형성된 절연층과, 절연층 상면으로부터 랜드 도체층에 도달하는 비아홀과, 비아홀 내에 형성된 도금 금속층으로 이루어지는 비아 도체와, 비아 도체 상에 형성되어 비아 도체에 전기적으로 접속된 배선 도체를 구비하고, 비아홀이 비아홀의 개구 둘레 가장자리부로부터 개구 중앙부를 향해서 돌출된 동박으로 형성된 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배선 기판의 제조 방법은 표면에 랜드 도체층을 갖는 절연 기판 상에 절연층과 동박을 순차 적층시키는 공정과, 동박 상면으로부터 랜드 도체층에 도달하는 비아홀이 비아홀의 개구 둘레 가장자리부로부터 개구 중앙부를 향해서 동박으로 이루어지는 돌출부를 구비하도록 형성되는 공정과, 동박 상에 비아홀 및 그 둘레 가장자리부를 노출시키는 개구부를 갖는 도금 레지스트층을 형성하는 공정과, 비아홀 내에 도금 금속층으로 이루어지는 비아 도체를 형성하고, 도금 레지스트층의 개구부에 배선 도체를 형성하는 공정과, 도금 레지스트층 및 도금 레지스트층에 피복된 부분의 동박을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배선 기판에 의하면 비아홀은 비아홀의 개구 둘레 가장자리부로부터 개구 중앙부를 향해서 돌출된 동박으로 형성된 돌출부를 구비한다. 따라서, 비아홀에 있어서의 도금 금속층의 접촉 면적이 증가하여 비아 도체 및 배선 도체의 밀착 강도가 향상된다. 이것에 의해, 예를 들면 열 이력에 의해 발생하는 응력에 의해 비아 도체 및 배선 도체의 일부가 비아홀 및 그 부근으로부터 박리되어 버리는 것을 억제할 수 있다. 그 결과 본 발명의 배선 기판은 반도체 소자에 안정적으로 신호를 전송하는 것이 가능해지고, 반도체 소자가 안정적으로 작동함과 아울러 소형화 및 고밀도 배선화가 가능해진다.
본 발명의 배선 기판의 제조 방법에 의하면 비아홀이 비아홀의 개구 둘레 가장자리부로부터 개구 중앙부를 향해서 동박으로 이루어지는 돌출부를 구비하도록 형성되기 때문에 얻어지는 배선 기판은 비아홀에 있어서의 도금 금속층의 접촉 면적이 증가하여 비아 도체 및 배선 도체의 밀착 강도가 향상된다. 이에 의해 상술한 열 이력에 의해 발생하는 응력에 의해 비아 도체 및 배선 도체의 일부가 비아홀 및 그 부근으로부터 박리되어 버리는 것을 억제할 수 있다. 그 결과 반도체 소자에 안정적으로 신호를 전송하는 것이 가능해져서 반도체 소자가 안정적으로 작동함과 아울러 소형화 및 고밀도 배선화가 가능한 배선 기판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 배선 기판의 일실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2a~도 2j는 본 발명에 의한 배선 기판의 제조 방법에 있어서의 일실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 종래의 배선 기판의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
본 발명의 배선 기판의 일실시형태를 도 1에 의거하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이 본 실시예의 배선 기판(A)은 주로 절연 기판(1), 절연층(5) 및 솔더 레지스트층(10)으로 구성된다.
절연 기판(1)은 상면으로부터 하면에 걸쳐서 형성된 복수의 쓰루홀(2)을 갖고 있다. 절연 기판(1)의 상하면에는 복수의 배선 도체(3a)가 형성되어 있다. 배선 도체(3a)의 일부는 랜드 도체층(14)으로서 기능한다. 쓰루홀(2) 내에는 쓰루홀 도체(4)가 충전되어 있다. 절연 기판(1) 상하면의 배선 도체(3a)끼리는 쓰루홀 도체(4)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 절연 기판(1)은 유리 섬유 직물에 에폭시 수지나 비스말레이미드트리아진 수지 등의 열 경화성 수지를 함침시킨 전기 절연 재료로 형성된다. 수지 기판의 두께는 40~300㎛ 정도이다. 배선 도체(3a)는, 예를 들면 구리 도금 금속층 등의 양도전성 금속으로 이루어지고, 바람직하게는 쓰루홀 도체(4)와 일체적으로 형성되어 있다.
절연층(5)은 절연 기판(1)의 상하면에 피착되어 있다. 절연층(5)의 표면에는 복수의 배선 도체(3b)가 형성되어 있다. 또한, 절연층(5)에는 배선 도체(3a)(랜드 도체층(14))의 일부를 바닥면으로 하는 비아홀(6)이 형성되어 있다. 비아홀(6) 내에는 비아 도체(7)가 충전되어 있다. 절연 기판(1)에 형성된 배선 도체(3a)(랜드 도체층(14))와 절연층(5) 표면에 형성된 배선 도체(3b)는 비아 도체(7)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 절연층(5)은, 예를 들면 에폭시 수지나 폴리이미드 수지 등의 열 경화성 수지를 함유하는 전기 절연 재료로 이루어진다.
비아홀(6)은 비아홀(6)의 개구 둘레 가장자리부로부터 개구 중앙부를 향해서 돌출된 동박으로 이루어지는 돌출부(8a)를 구비한다. 돌출부(8a)는 비아홀(6)의 개구 둘레 가장자리부로부터 개구 중앙부를 향해서 바람직하게는 3~15㎛ 정도 돌출되어 있다. 3㎛보다 작으면 비아 도체(7) 및 배선 도체(3b)의 밀착 강도가 불충분해질 우려가 있고, 15㎛보다 크면 비아홀(6) 내로의 금속 도금층의 피착이 곤란해진다.
비아 도체(7)는 구리 도금 금속층 등의 도금 금속층으로 이루어지고, 비아홀(6) 내에 형성되어 있다. 비아홀(6)의 직경은 50~80㎛ 정도이다. 배선 도체(3b)는 비아 도체(7) 상 및 돌출부(8a)에 피착되어 있다. 배선 도체(3b)는 구리 도금 금속층 등의 도금 금속층으로 이루어지고, 바람직하게는 비아 도체(7)와 일체적으로 형성되어 있다. 배선 도체(3b)와 비아 도체(7)가 일체적으로 형성됨으로써 도금 금속층의 이음매가 적어져서 박리되기 어려워진다. 따라서, 비아홀(6)에 있어서의 비아 도체(7) 및 배선 도체(3b)의 밀착 강도가 보다 향상된다.
솔더 레지스트층(10)은 절연층(5)의 표면에 피착되어 있다. 솔더 레지스트층(10)은 각 배선 도체(3b)의 일부를 노출시키는 개구부(10a, 10b)를 갖는다. 솔더 레지스트층(10)은 아크릴 변성 에폭시 수지 등의 감광성을 갖는 열 경화성 수지를 경화시킨 전기 절연 재료로 이루어져서 피복 부분을 외부환경으로부터 보호하고 있다.
한쪽 면의 개구부(10a)로부터 노출되는 배선 도체(3b)의 일부는 반도체 소자(S)의 전극(T)에 접속하기 위한 반도체 소자 접속 패드(11)로서 기능한다. 다른쪽 면의 개구부(10b)로부터 노출되는 배선 도체(3b)의 일부는 외부의 전기 회로 기판에 접속하기 위한 외부 접속 패드(12)로서 기능한다. 반도체 소자(S)의 전극(T)을 반도체 소자 접속 패드(11)에 땜납을 통해서 접속시킴과 아울러 외부 접속 패드(12)를 외부의 전기 회로 기판의 배선 도체에 땜납을 통해서 접속시킴으로써 반도체 소자(S)가 외부의 전기 회로 기판에 배선 도체(3a, 3b) 및 쓰루홀 도체(4) 및 비아 도체(7)를 통해서 전기적으로 접속된다. 이것에 의해 외부의 전기 회로 기판 및 반도체 소자(S) 사이에서 신호의 송수신이 행해져서 반도체 소자(S)가 가동된다.
이어서, 본 발명에 의한 배선 기판의 제조 방법의 일실시형태를 도 2에 의거하여 설명한다. 또한, 도 2에 있어서 도 1에 의거하여 설명한 배선 기판(A)과 동일한 개소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2a에 나타내는 바와 같이 쓰루홀(2)이 형성된 절연 기판(1)을 준비한다. 절연 기판(1)은, 예를 들면 유리 섬유 직물에 에폭시 수지나 비스말레이미드트리아진 수지 등의 열 경화성 수지를 함침시킨 전기 절연 재료로 형성된다. 절연 기판(1)의 두께는 40~300㎛ 정도이다. 쓰루홀(2)은, 예를 들면 드릴이나 레이저 또는 블라스트 가공에 의해 형성된다. 쓰루홀(2)의 직경은 50~300㎛ 정도이다.
이어서, 도 2b에 나타내는 바와 같이 절연 기판(1) 표면에 무전해 도금층(도시하지 않음)을 피착한다. 그 후에 쓰루홀(2) 및 그 주변, 및 랜드 도체층(14)을 형성하는 위치를 노출시키는 개구부를 갖는 도금 레지스트(13)를 절연 기판(1)의 상하면에 형성한다. 도금 레지스트(13)를 형성한 후, 도 2c에 나타내는 바와 같이 도금 레지스트(13)로부터 노출되는 쓰루홀(2) 내 및 절연 기판(1) 표면에 쓰루홀 도체(4), 랜드 도체층(14) 및 배선 도체(3a)를 형성한다. 이들은 전해 도금법을 채용하여 구리 도금 금속층 등의 도금 금속층을 석출시킴으로써 형성된다.
이어서, 도 2d에 나타내는 바와 같이 도금 레지스트(13)를 박리 제거함과 아울러 무전해 도금층을 제거함으로써 쓰루홀 도체(4), 랜드 도체층(14) 및 배선 도체(3a)를 갖는 절연 기판(1)이 형성된다. 도 2e에 나타내는 바와 같이 절연 기판(1)의 상하면에 절연층(5)과 동박(8)을 순차 적층한 후, 가열 프레싱을 행함으로써 절연 기판(1)에 피착시킨다. 절연층(5)은, 예를 들면 에폭시 수지나 폴리이미드 수지 등의 열 경화성 수지를 함유하는 전기 절연 재료로 형성된다. 동박(8)은 두께가 3~18㎛ 정도이다. 필요에 따라서 동박(8)의 표면을 조면화 처리해둠으로써 레이저광의 에너지 흡수 효율을 향상시켜서 균질한 비아홀(6)을 형성할 수 있다.
도 2f에 나타내는 바와 같이 동박(8)의 표면으로부터 랜드 도체층(14)에 도달하는 비아홀(6)을, 예를 들면 레이저에 의해 형성한다. 이 때, 비아홀(6)의 개구 둘레 가장자리부로부터 개구 중앙부를 향해서 동박(8)으로 이루어지는 돌출부(8a)를 구비하도록 비아홀(6)이 형성된다. 비아홀(6) 형성시에는 레이저의 구멍에 의해 동박(8)의 버(Burr)(도시하지 않음)가 동박(8) 표면에 피착된다.
비아홀(6)의 직경 및 돌출부(8a)의 길이는 상술한 바와 같으며, 생략한다. 돌출부(8a)를 형성하기 위해서는, 예를 들면 레이저의 조사를 2회에 나누어서 행하는 것이 바람직하다. 이 때, 1회째보다 2회째의 레이저의 조사 에너지를 약하게 설정해두는 것이 바람직하다. 2회째의 에너지를 약하게 해둠으로써 동박(8)의 구멍을 억제함과 아울러 동박(8)보다 가공하기 쉬운 절연층(5)의 구멍을 촉진시켜서 돌출부(8a)를 형성할 수 있다. 레이저의 조사 에너지는 바람직하게는 1회째가 5~20mj 정도, 2회째가 2~10mj 정도이다.
레이저에 의한 처리 후에는 비아홀(6) 형성시에 발생한 동박(8)의 버를 에칭 제거하는 것이 바람직하다. 버를 제거해둠으로써 동박(8)의 표면에 무전해 도금층(도시하지 않음)을 강고하게 피착시킬 수 있다. 버를 제거하는 에칭 처리에 있어서 동박(8)의 두께를 1~3㎛ 정도로 얇게 해둠으로써 후술하는 동박(8) 및 무전해 도금층을 제거할 때에 동박(8)의 제거가 용이해진다. 또한, 비아홀(6) 내부에 발생한 스미어를 디스미어 처리에 의해 제거해두면 도금 금속층을 비아홀(6) 내벽에 강고하게 피착시킬 수 있다. 동박(8) 표면에 무전해 도금층(도시하지 않음)을 피착시킨 후, 도 2g에 나타내는 바와 같이 비아홀(6) 내 및 그 주변을 노출시키는 개구부를 갖는 도금 레지스트(13)를 동박(8) 표면에 형성한다.
이어서, 도 2h에 나타내는 바와 같이 도금 레지스트(13)로부터 노출되는 비아홀(6) 내 및 동박(8) 상에 전해 도금법에 의해 도금 금속층을 석출시킨다. 이에 의해 비아 도체(7)와 배선 도체(3b)가 일체적으로로 형성된다. 도금 금속층으로서는 전해 구리 도금층이 적합하게 사용된다. 비아 도체(7) 및 배선 도체(3b)를 형성한 후, 도 2i에 나타내는 바와 같이 도금 레지스트(13)를 박리 제거함과 아울러 도금 레지스트(13)에 피복된 부분의 동박(8) 및 무전해 도금층을 제거한다.
마지막으로, 도 2j에 나타내는 바와 같이 배선 도체(3b)의 일부를 노출시키는 개구부(10a, 10b)를 갖는 솔더 레지스트층(10)을 절연층(5) 및 배선 도체(3b) 상에 형성한다. 이와 같이 하여 도 1에 나타내는 배선 기판(A)이 형성된다.
본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 변경, 개량, 조합 등이 가능하다. 예를 들면, 상술한 실시형태에서는 절연층(5)은 단층 구조이지만, 동일하거나 다른 전기 절연 재료로 이루어지는 복수의 절연층을 적층한 다층 구조이어도 좋다.

Claims (10)

  1. 표면에 랜드 도체층을 갖는 절연 기판과, 상기 절연 기판 상에 형성된 절연층과, 상기 절연층 상면으로부터 상기 랜드 도체층에 도달하는 비아홀과, 상기 비아홀 내에 형성된 도금 금속층으로 이루어지는 비아 도체와, 상기 비아 도체 상에 형성되어 비아 도체에 전기적으로 접속된 배선 도체를 구비해서 이루어지는 배선 기판으로서,
    상기 비아홀은 비아홀의 개구 둘레 가장자리부로부터 개구 중앙부를 향해서 돌출된 동박으로 형성된 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배선 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 비아홀의 개구 둘레 가장자리부로부터 개구 중앙부를 향해서 3~15㎛ 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 배선 기판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 비아 도체 및 상기 배선 도체는 도금 금속층으로 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배선 기판.
  4. 표면에 랜드 도체층을 갖는 절연 기판 상에 절연층과 동박을 순차 적층시키는 공정과,
    상기 동박 상면으로부터 상기 랜드 도체층에 도달하는 비아홀이 상기 비아홀의 개구 둘레 가장자리부로부터 개구 중앙부를 향해서 상기 동박으로 이루어지는 돌출부를 구비하도록 형성되는 공정과,
    상기 동박 상에 상기 비아홀 및 그 둘레 가장자리부를 노출시키는 개구부를 갖는 도금 레지스트층을 형성하는 공정과,
    상기 비아홀 내에 도금 금속층으로 이루어지는 비아 도체를 형성하고, 상기 도금 레지스트층의 개구부에 배선 도체를 형성하는 공정과,
    상기 도금 레지스트층 및 도금 레지스트층에 피복된 부분의 동박을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 배선 기판의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 비아홀을 형성하는 공정 후에 동박 표면을 에칭하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배선 기판의 제조 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 비아홀의 개구 둘레 가장자리부로부터 개구 중앙부를 향해서 3~15㎛ 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배선 기판의 제조 방법.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 비아 도체 및 상기 배선 도체는 도금 금속층으로 일체적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배선 기판의 제조 방법.
  8. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 동박은 조면화 처리되는 것을 특징으로 하는 배선 기판의 제조 방법.
  9. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 돌출부를 구비하는 비아홀은 레이저의 조사에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 배선 기판의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저의 조사는 2회에 나누어서 행해지고, 2회째의 조사 에너지가 1회째의 조사 에너지보다 약한 것을 특징으로 하는 배선 기판의 제조 방법.
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