TWI665772B - 配線基板 - Google Patents

Abstract

本發明的配線基板係具有：第一絕緣層；第二絕緣層，係具有與第一絕緣層相同種類的絕緣材料；多個絕緣粒子，係以40~80wt%的比例，分別包含於第一絕緣層及第二絕緣層；第一配線導體，係位於第一絕緣層的表面起至表層內的第一基底金屬層的表面；以及第二配線導體，係位於第二絕緣層的表面起至表層內的第二基底金屬層的表面，第二絕緣層的表面中的第二配線導體所在的區域的凹凸的第二高低差，小於第一絕緣層的表面中的第一配線導體所在的區域的凹凸的第一高低差，且第二高低差為絕緣粒子的平均粒徑的2/5以下。

Description

配線基板

本發明關於一種配線基板。

目前，已開發出了微細的配線導體高密度地位在絕緣層的配線基板。此種配線基係使用於以伺服器或超級電腦等為代表的高性能的電子設備。另外，此種配線基板所使用的絕緣層係包含絕緣樹脂以及分散地位於絕緣樹脂中的絕緣粒子。

特別是就高效率地傳送高頻信號而言，配線基板的配線導體希望配線導體的表面能為平坦狀。另一方面，就使配線導體與絕緣層牢固地密著而言，配線基板的配線導體希望絕緣樹脂能粗面化。為了使此種配線基板的配線導體與絕緣層牢固地密著，日本特開2013-012726號公報提出了一種絕緣層形成用的組成物，係相對於100重量部的環氧樹脂含有10~60重量部的兩種無機填料。

如上述的配線基板所使用的絕緣層，為了抑制配線基板的熱膨脹率以防止配線導體的斷線，有時會具有高密度地分散的絕緣粒子。此情況下，如果為了抑制由絕緣粒子產生的凹凸的影響而減小絕緣樹脂的粗面化，則 配線導體的密接強度降低。另一方面，如果為了提高密接強度而增大絕緣樹脂的粗面化，則配線導體的表面的凹凸變大而導致高頻信號的傳送特性降低。如此，存在有難以兼顧傳送特性與密接性的可能性。

本揭示的配線基板係具有：第一絕緣層；第二絕緣層，係層疊於前述第一絕緣層，且包含與第一絕緣層相同種類的絕緣材料；多個絕緣粒子，係以40~80wt%的比例，分別包含於第一絕緣層及第二絕緣層，且包括部分露出粒子，該部分露出粒子係表面的一部分從第一絕緣層的表面及第二絕緣層的表面露出；第一基底金屬層，係位於第一絕緣層的表面起至表層內；第二基底金屬層，係位於第二絕緣層的表面起至表層內；第一配線導體，係位於第一基底金屬層的表面；以及第二配線導體，係位於第二基底金屬層的表面。第二絕緣層的表面中的第二配線導體所在的區域的凹凸的第二高低差，小於第一絕緣層的表面中的第一配線導體所在的區域的凹凸的第一高低差，且第二高低差為絕緣粒子的平均粒徑的2/5以下。

本揭示的配線基板係具有優異的高頻信號的傳送特性以及配線導體與絕緣層的密著性。

1‧‧‧芯用絕緣層

2‧‧‧積層用絕緣層

2a‧‧‧第一絕緣層

2b‧‧‧第二絕緣層

3‧‧‧絕緣粒子

3a‧‧‧部分露出粒子

4‧‧‧基底金屬層

4a‧‧‧第一基底金屬層

4b‧‧‧第二基底金屬層

5‧‧‧配線導體

5a‧‧‧第一配線導體

5b‧‧‧第二配線導體

6‧‧‧阻焊層

6a‧‧‧開口

6b‧‧‧開口

7‧‧‧通孔

8‧‧‧貫孔

8a‧‧‧第一貫孔

8b‧‧‧第二貫孔

9‧‧‧中間層

20‧‧‧配線基板

L1‧‧‧第一高低差

L2‧‧‧第二高低差

M‧‧‧寬頻域記憶體

S‧‧‧高性能積體電路

第1圖是顯示本揭示的一實施型態的配線基板的概略剖視圖。

第2圖是本揭示的一實施型態的配線基板的第一絕緣層的放大剖視圖。

第3圖是本揭示的一實施型態的配線基板的第二絕緣層的放大剖視圖。

第4圖是本揭示的一實施型態的配線基板的配線導體及其周邊的放大剖視圖。

第5圖是顯示本揭示的配線基板的另一實施型態的概略剖視圖。

依據第1圖~第4圖，說明本揭示的一實施型態的配線基板。配線基板20係具有芯用絕緣層1、積層(build up)用絕緣層2、絕緣粒子3、基底金屬層4、配線導體5、以及阻焊層6。配線基板20係例如在上表面搭載高性能積體電路S及多個寬頻域記憶體M。

芯用絕緣層1係包含例如使環氧樹脂、雙馬來醯亞胺三嗪樹脂等含浸於補強用的玻璃布而成的絕緣材料。芯用絕緣層1係具有作為配線基板20中的補強用的支持體的功能。芯用絕緣層1係具有上下貫通的多個通孔(through hole)7。芯用絕緣層1的厚度係設定為例如200~1200μm。通孔7的直徑係設定為例如50~200μm。俯視觀察下，配線基板20為四邊形的平板狀。配線基板20的一邊的長度為20~80mm左右，厚度為0.3~1.6mm左右。

芯用絕緣層1係將使環氧樹脂、雙馬來醯亞胺三嗪樹脂等熱固性樹脂含浸於強化用的玻璃布而成的預 浸料層疊多個，並在加熱下進行加壓加工，藉此形成為平板狀。通孔7係通過對芯用絕緣層1進行鑽孔加工、雷射加工或噴砂加工等處理而形成。芯用絕緣層1的上下表面的配線導體5彼此經由通孔7內的配線導體5而電性連接。

積層用絕緣層2係包含第一絕緣層2a及第二絕緣層2b。主要用於將高性能積體電路S與位於配線基板20下表面的配線導體5連結的配線導體5係位於芯用絕緣層1的上側的第一絕緣層2a的上表面。用於將高性能積體電路S與寬頻域記憶體M連結的配線導體5係位於第一絕緣層2a的上側的第二絕緣層2b的上表面。第一絕緣層2a及第二絕緣層2b係分別具有包含凹凸的表面。

第一絕緣層2a及第二絕緣層2b係包含例如環氧樹脂、酚樹脂、氰酸酯等相同種類的絕緣材料。由此，能夠抑制第一絕緣層2a與第二絕緣層2b之間的熱伸縮差，有利於配線基板20的翹曲的抑制等。相同種類的絕緣材料是指基本上第一絕緣層2a與第二絕緣層2b為相同的樹脂組成物。惟，若是可形成以上述樹脂為主成分之網狀聚合物的組合即可。若為由此種網狀聚合物構成的任一個組合即可。

積層用絕緣層2係在芯用絕緣層1的上下表面覆蓋後述的配線導體5，而具有確保相互相鄰的配線導體5彼此的絕緣性之功能。積層用絕緣層2係具有將配線導體5作為底部的多個貫孔(via hole)8。貫孔8係具有位於第一絕緣層2a的第一貫孔8a及位於第二絕緣層2b 的第二貫孔8b。

第一絕緣層2a的厚度係設定為例如30~40μm。第一絕緣層2a係具有將配線導體5作為底部的多個第一貫孔8a。第一貫孔8a的直徑係設定為例如30~60μm。

第二絕緣層2b的厚度係設定為例如5~15μm。第二絕緣層2b係具有將配線導體5作為底部的多個第二貫孔8b。第二貫孔8b的直徑係設定為例如10~20μm。

積層用絕緣層2係例如在真空下，將使絕緣粒子3分散於環氧樹脂等熱固性樹脂中的絕緣層用的膜，以覆蓋配線導體5的方式，附著於芯用絕緣層1的上下表面並進行熱固化，而藉此形成。

絕緣粒子3係位於第一絕緣層2a及第二絕緣層2b。絕緣粒子3可列舉例如二氧化矽(SiO₂)、玻璃、氧化鋁等。絕緣粒子3係具有例如球狀的形狀，平均粒徑係設定為例如0.1~0.5μm。第一絕緣層2a及第二絕緣層2b中的絕緣粒子3的含有比例係設定為例如40~80wt%。球狀的形狀係有利於高密度地含有絕緣粒子3。第一絕緣層2a及第二絕緣層2b中，絕緣粒子3係具有減小熱膨脹係數以抑制配線導體5的斷線等的作用。

絕緣粒子3係包含部分露出粒子3a，該部分露出粒子3a係表面的一部分露出第一絕緣層2a的表面及第二絕緣層2b的表面。俯視觀察下，佔第一絕緣層2a的表面的部分露出粒子3a的露出部分的面積比例係設定為 例如20~30%。如第2圖所示，剖視觀察下，絕緣粒子3所致的第一絕緣層2a的凹凸的第一高低差L1，係設定為例如160~600nm。面積比例是指俯視觀察下的部分露出粒子3a的露出部分的面積(A)在第一絕緣層2a或第二絕緣層2b的表面(包含上述A)所佔的比例。

俯視觀察下，佔第二絕緣層2b的表面的部分露出粒子3a的露出部分的面積比例係設定為例如5~12%。如第3圖所示，剖視觀察下，絕緣粒子3所致的第二絕緣層2b的凹凸的第二高低差L2，係設定為例如10~100nm。如上述的部分露出粒子3a的面積比例能夠藉由例如X射線光電子光譜(XPS)分析而算出。

為了使絕緣粒子3露出此種第一絕緣層2a的表面及第二絕緣層2b的表面，可進行例如氧電漿、氮電漿或氬電漿處理。相較於蝕刻液的處理，電漿處理較花費處理時間，但由於能夠進行微細的研磨，因此有利於提高絕緣粒子3的露出量的精度。

如第4圖所示，基底金屬層4係包含第一基底金屬層4a及第二基底金屬層4b。基底金屬層4係位於積層用絕緣層2的表面起至表層內，該積層用絕緣層2係位於後述的配線導體5的下側。而且，基底金屬層4亦位於露出於貫孔8的底部的配線導體5的表面。

第一基底金屬層4a係包含例如銅等良導電性金屬。此種第一基底金屬層4a係藉由例如無電鍍敷法而形成。此種鍍敷法因加工時間較短而較有利。

第二基底金屬層4b係位於與後述的第二配線導體5b的下側對應的積層用絕緣層2的表面起至表層內。而且，第二基底金屬層4b亦位於露出於貫孔8的底部的配線導體5的表面。

第二基底金屬層4b係包括：金屬層，係包含例如鈦等屬元素週期表中的第4族的金屬或者鉻及鉬等屬元素週期表中的第6族的金屬；以及位於該金屬層上的銅層。該金屬層的厚度係設定為例如20~25nm。銅層的厚度係設定為例如200~220nm。由於將金屬層的厚度設為比銅層的厚度薄，故能夠由沒有結晶粒的凝聚之連續且均質的結晶粒來構成位於第二基底金屬層4b上的第二配線導體5b。

此外，金屬層係有利於例如抑制作為構成配線導體5的材料而使用的銅的擴散。由此，能夠謀求配線導體5與絕緣層的密著強度的提高、抑制由於銅在絕緣層內擴散而產生的遷移。

第二基底金屬層4b係位於積層用絕緣層2的表面起，至厚度方向小於200nm的深度的表層內。上述的第二基底金屬層4b的厚度能夠藉由例如歐傑(Auger)分析而算出。

包含第4族或第6族的金屬的金屬層以及位於該金屬層上的銅層，係藉由例如濺鍍法來形成。此種濺鍍法由於進行將第4族或第6族的金屬層及銅層從積層用絕緣層2的表面向表層內擊入的處理，故相較於無電鍍敷法，有利於提高積層用絕緣層2與第二基底金屬層4b的密 著強度。由此，特別是第二配線導體5b為微細配線時，有利於提高第二配線導體5b與積層用絕緣層2的密著強度。

配線導體5所在的區域以外的基底金屬層4，為了防止短路而藉由蝕刻來除去。

配線導體5係位於芯用絕緣層1的上下表面、通孔7內、積層用絕緣層2的表面及貫孔8內。配線導體5係包括第一配線導體5a及第二配線導體5b。配線導體5係藉由例如半加成法等鍍敷法來形成，包含銅等良導電性金屬。

第一配線導體5a係位於第一絕緣層2a的表面及第一貫孔8a內，如上所述，主要具有將高性能積體電路S與位於配線基板20下表面的配線導體5連結的作用。第一配線導體5a的線寬係設定為例如15~20μm，厚度係設定為例如10~20μm。如此，第一配線導體5a係具有較大的線寬及厚度，因此即使上述的第一絕緣層2a的凹凸的第一高低差L1為160~600nm之較大的值，也難以受到凹凸的影響。

第二配線導體5b係位於第二絕緣層2b的表面及第二貫孔8b內，如上所述，主要具有將高性能積體電路S與寬頻域記憶體M連結的作用。第二配線導體5b的線寬係設定為例如2~6μm，厚度係設定為例如2~15μm。如此，第二配線導體5b係具有微細的線寬及厚度，但由於上述的第二絕緣層2b的凹凸的第二高低差L2為10~100nm之較小的值，因此凹凸的影響小。

阻焊層6係位於配線基板20的最上層及最下層的第二絕緣層2b表面。阻焊層6係具有使最上層的第二配線導體5b露出的開口6a及使最下層的第二配線導體5b露出的開口6b。阻焊層6係例如將丙烯酸改性環氧樹脂等具有感光性的熱固性樹脂的膜貼附於第二絕緣層2b的表面，藉由曝光及顯影來形成開口6a、6b，並進行熱固化而藉此形成。

如上所述，本揭示的配線基板20中，第二絕緣層2b表面的凹凸的第二高低差L2係小於第一絕緣層2a表面的凹凸的第一高低差L1。並且，第二高低差L2係抑制於絕緣粒子的平均粒徑的2/5以下。由此，能夠使較第一配線導體5a的配線寬度及厚度更微細且具有平坦狀的表面的第二配線導體5b，位於第二絕緣層2b的表面。

若第二高低差L2為絕緣粒子3的平均粒徑的2/5以下(也包括L2=0)，就平均值而言，絕緣粒子3(特別是部分露出粒子3a)之中，位於第二絕緣層2b內的部分大於露出的部分，而有利於抑制絕緣粒子3的脫落。

若第二高低差L2未達絕緣粒子3的平均粒徑的1/10，則會強烈受到將第二絕緣層2b熱固化時產生的脆弱的表面層的影響，而可能導致第二配線導體5b與第二絕緣層2b的密接性變得不充分。而且，在藉由蝕刻來除去第二絕緣層2b表面的第二基底金屬層4b時，蝕刻液容易侵入第二配線導體5b正下方的第二基底金屬層4b，而有第二配線導體5b變得容易剝落的可能性。

若第二高低差L2為絕緣粒子3的平均粒徑的2/5以下且1/10以上，則能夠得到適於在第二絕緣層2b的表面形成第二配線導體5b的樹脂表面狀態。因此，有利於謀求提高第二絕緣層2b與第二配線導體5b的密著強度且形成高頻信號的傳送特性優異的配線。

若第二高低差L2超過絕緣粒子3的平均粒徑的2/5，則位於第二絕緣層2b的絕緣粒子3容易脫落。此時，第二絕緣層2b的表層的凹凸變大，微細配線加工變得困難。而且，會強烈受到第二絕緣層2b的表層的凹凸的影響，導致第二配線導體5b表面的凹凸變大，而有高頻信號的傳送特性下降的可能。

第一高低差L1可相對於絕緣粒子3的粒徑任意設定。從抑制位於第一絕緣層2a的絕緣粒子3的脫落的觀點來考量，較佳為絕緣粒子3的平均粒徑的4/5以下。

本揭示的配線基板20由於第二基底金屬層4b位於積層用絕緣層2的表面起至表層內，因此積層用絕緣層2與第二基底金屬層4b的密著強度強。由此，位於第二基底金屬層4b上的第二配線導體5b與積層用絕緣層2的密著強度也變強。

上述的實施型態的一例中，揭示了第一基底金屬層4a由無電鍍銅構成的一例，但也可與第二基底金屬層4b同樣地包括金屬層，該金屬層係例如包含鈦等屬元素週期表中的第4族的金屬或鉻及鉬等屬元素週期表中的第6族的金屬。

第一基底金屬層4a包括屬第4族或第6族的金屬層的情況下，第一基底金屬層4a係位於第一絕緣層2a的表面起，至厚度方向小於600nm的深度的表層內。此情況下，有利於提高第一絕緣層2a與第一配線導體5a的密著強度。

如第5圖所示，亦可在第二貫孔8b的壁面與第二基底金屬層4b之間設置中間層9。中間層9係包含例如第二絕緣層2b的一部分、絕緣粒子3、及含有銅的金屬層。含有銅的金屬層係包括構成位於第二貫孔8b內的第二配線導體5b的金屬層的一部分。第二貫孔8b的壁面中，隔著第二基底金屬層4b來設置皆含有銅的第二配線導體5b與中間層9。中間層9中的金屬層僅存在於與中間層9整體相同程度的範圍，因此省略圖示。

中間層9的厚度係設定為例如100~1000nm左右。若小於100nm時，可能無法期望第二配線導體5b與第二貫孔8b的密著力的提高。若大於1000nm時，第二貫孔8b彼此之間的絕緣可靠性可能會下降。

此種中間層9可如下地形成。首先，藉由雷射加工，於第二絕緣層2b形成以配線導體5為底面的孔。此時，由於雷射加工時的熱而，在孔的壁面形成微細的凹凸。凹凸的表面係由第二絕緣層2b及絕緣粒子3構成。凹凸的程度係設定成最大高度為300~500nm左右。雷射加工條件係例如將照射能量設定為0.05~0.7W。而且，若進一步限定，則於0.1~0.3W的範圍，能夠更顯著地顯現本 案技術。

接下來，藉由除污處理清洗孔的內表面，而形成第二貫孔8b。除污處理條件係例如將包含濃度0.2~0.5mol/l的過猛酸鹽與鹼金屬氫氧化物的藥液調整成溫度30~80℃，進行時間為0.5~10分鐘的處理。

接下來，在第二貫孔8b的壁面及配線導體5的表面形成第二基底金屬層4b。第二基底金屬層4b的厚度係以不會完全覆蓋孔的壁面的凹凸之方式，將元素週期表中屬第4族或第6族的金屬層的厚度設定為例如5~20nm左右，將銅的厚度設定為50~150nm左右。

最後，藉由半加成法，在第二貫孔8b內形成含有銅的第二配線導體5b。此時，構成第二配線導體5b的金屬層的一部分也經由第二基底金屬層4b而進入孔的壁面的凹凸，密著於構成凹凸表面的第二絕緣層2b及絕緣粒子3。此第二絕緣層2b的凹凸部分、絕緣粒子3及進入的金屬層成為層狀。由此，形成包含第二絕緣層2b的一部分、絕緣粒子3及含有銅的金屬層的中間層9。

如此，構成第二配線導體5b的金屬層的一部分係以經由第二基底金屬層4b而密著於第二絕緣層2b及絕緣粒子3的狀態而位於中間層9中。位於中間層9的金屬層與構成第二配線導體5b的金屬層係由連續的結晶構成。因此，即使是如第二貫孔8b之接觸面積小的小徑貫孔8，第二配線導體5b也能夠以較大的密著力位於其中。

中間層9除了位於第二貫孔8b的壁面之外， 也可位於底面的周邊。此種底面周邊的中間層9係存在於例如距底面最大為6μm的範圍內。這種情況下，有利於提高第二配線導體5b與第二貫孔8b的密著力。

中間層9也可位於第一貫孔8a的壁面與第一基底金屬層4a之間。這種情況下，有利於提高第一配線導體5a與第一貫孔8a的密著力。

本揭示不限於上述的實施型態的一例，在申請專利範圍所記載的範圍內，能夠進行各種變更、改良。

Claims (11)

1. 一種配線基板，係具有：第一絕緣層，係具有包含凹凸的表面；第二絕緣層，係具有包含凹凸的表面且層疊於前述第一絕緣層，包含與該第一絕緣層相同種類的絕緣材料；多個絕緣粒子，係以40~80wt%的比例，分別包含於前述第一絕緣層及前述第二絕緣層，且包括部分露出粒子，該部分露出粒子係表面的一部分從前述第一絕緣層的表面及前述第二絕緣層的表面露出；第一基底金屬層，係位於前述第一絕緣層的表面起至表層內；第二基底金屬層，係位於前述第二絕緣層的表面起至表層內；第一配線導體，係位於前述第一基底金屬層的表面；以及第二配線導體，係位於前述第二基底金屬層的表面，前述第二絕緣層的表面中的前述第二配線導體所在的區域的凹凸的第二高低差，小於前述第一絕緣層的表面中的前述第一配線導體所在的區域的凹凸的第一高低差，且前述第二高低差為前述絕緣粒子的平均粒徑的2/5以下。
2. 如申請專利範圍第1項所述的配線基板，其中，前述第二基底金屬層係包含元素週期表中第4族或第6族的金屬。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的配線基板，其中，前述第二基底金屬層係位於前述第二絕緣層的表面起，至厚度方向小於200nm的深度的前述表層內。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的配線基板，其中，前述第二配線導體含有銅，前述第二絕緣層係具有貫孔，該貫孔係包括前述第二基底金屬層所在的壁面，前述第二基底金屬層與前述貫孔的前述壁面之間係設有中間層，該中間層係包含所述第二絕緣層的一部分、所述絕緣粒子及含有銅的金屬層。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的配線基板，其中，前述第二基底金屬層係包括：元素週期表中第4族或第6族的金屬；以及位於前述金屬上的銅，前述第4族或第6族的金屬的厚度比銅的厚度薄。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的配線基板，其中，前述第二高低差為前述絕緣粒子的平均粒徑的1/10以上2/5以下。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的配線基板，其中，前述第一高低差為前述絕緣粒子的平均粒徑的4/5以下。
8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的配線基板，其中，前述第一基底金屬層係包含元素週期表中第4族或第6族的金屬。
9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的配線基板，其中，前述第一基底金屬層係位於前述第一絕緣層的表面起，至厚度方向小於600nm的深度的前述表層內。
10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的配線基板，其中，前述第一配線導體含有銅，前述第一絕緣層係具有貫孔，該貫孔係包括前述第一基底金屬層所在的壁面，前述第一基底金屬層與前述貫孔的前述壁面之間係設有中間層，該中間層係包含前述第一絕緣層的一部分、前述絕緣粒子及含有銅的金屬層。
11. 如申請專利範圍第8項所述的配線基板，其中，前述第一配線導體含有銅，前述第一絕緣層係具有貫孔，該貫孔係包括前述第一基底金屬層所在的壁面，前述第一基底金屬層與前述貫孔的前述壁面之間係設有中間層，該中間層係包含前述第一絕緣層的一部分、前述絕緣粒子及含有銅的金屬層。