JP4565861B2

JP4565861B2 - 配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP4565861B2
Application number: JP2004053001A
Authority: JP
Inventors: 達也伊藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: JP2005243999A

Description

本発明は、コア基板を有さない配線基板の製造方法に関する。

近年、電子機器における高機能化並びに軽薄短小化の要求により、ＩＣチップやＬＳＩ等の電子部品では高密度集積化が急速に進んでおり、これに伴い、電子部品を搭載するパッケージ基板には、従来にも増して高密度配線化及び多端子化が求められている。

このようなパッケージ基板としては、現状において、ビルドアップ多層配線基板が採用されている。ビルドアップ多層配線基板とは、補強繊維に樹脂を含浸させた絶縁性のコア基板（ＦＲ−４等のガラスエポキシ基板）のリジッド性を利用し、その両主表面上に、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に配されたビルドアップ層を形成したものである。このようなビルドアップ多層配線基板では、ビルドアップ層において高密度配線化が実現されており、一方、コア基板は補強の役割を果たす。そのため、コア基板は、ビルドアップ層と比べて非常に厚く構成され、またその内部にはそれぞれの主表面に配されたビルドアップ層間の導通を図るための配線（スルーホール導体と呼ばれる）が厚さ方向に貫通形成されている。ところが、使用する信号周波数が１ＧＨｚを超える高周波帯域となってきた現在では、そのような厚いコア基板を貫通する配線は、大きなインダクタンスとして寄与してしまうという問題があった。

そこで、そのような問題を解決するため、特許文献１に示されるような、コア基板を有さず、高密度配線化が可能なビルドアップ層を主体とした配線基板が提案されている。このような配線基板では、コア基板が省略されているため、全体の配線長が短く構成され、高周波用途に供するのに好適である。このような配線基板を製造するためには、特許文献１の段落００１２〜００２９及び図１〜４に記載されているように、金属板上にビルドアップ層を形成した後、該金属板をエッチングすることにより薄膜のビルドアップ層のみを得る。そして、このビルドアップ層が配線基板とされる。

特開２００２−２６１７１号公報

しかし、特許文献１に記載された製造方法の場合、ビルドアップ層が形成される金属板は、製造時における補強の役割を担うことが可能な程度の厚さ（例えば、銅板にして０．８ｍｍ程度）に設定されるが、ビルドアップ層を形成後にそれを全てエッチングすることは、時間が掛かり過ぎる（例えば、銅板０．８ｍｍに対して３０分程度）など工程上の無駄が多いという問題があった。

そこで、本発明では、コア基板を有さず、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層された配線基板を容易に得ることが可能な製造方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段・発明の効果

上記課題を解決するため、本発明の配線基板の製造方法では、
コア基板を有さず、かつ両主表面が誘電体層にて構成されるように、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層され、前記主表面の一方に、電子部品と接続するためのハンダで構成された金属端子を有する配線基板を製造するために、
製造時における補強のための支持基板上に下地誘電体層を介して加熱により接着力が低下する、基材シートに固定される加熱剥離性接着層を、前記基材シートが前記下地誘電体層側とされるように配し、該加熱剥離性接着層と前記誘電体層との間に金属箔層を介して前記配線基板となるべき配線積層部を積層形成した後、前記誘電体層の硬化温度よりも高温で、且つ、前記金属端子のハンダの融点よりも低温で剥離用加熱処理を行い、前記配線積層部の前記金属箔層と前記加熱剥離性接着層との界面から剥離した後、前記金属箔層を除去することを特徴とする。

上記本発明によると、配線基板となるべき配線積層部の積層形成に際して、配線積層部と支持基板との間に加熱により接着力が低下する加熱剥離性接着層を介在させている。これにより、配線積層部と支持基板との界面において、誘電体層の膨れや剥れを生じさせることなく、配線積層部を積層形成することができる。そしてその後、剥離用加熱処理を行うことで、配線積層部を支持基板から容易に剥離することができる。つまり、このように構成することにより、密着性が要求される配線積層部の積層形成と、剥離容易性が要求される配線積層部の分離とを、どちらも良好に行うことが可能となるのである。
また、金属箔層と加熱剥離性接着層との界面を剥離界面とすることで剥離性が向上するとともに、金属箔層を介すことで剥離の際に加熱剥離性接着層の一部が誘電体層に付着するのを防止することができる。また、誘電体層の硬化温度よりも剥離用加熱処理温度が低温であれば、配線積層部の積層形成途中に加熱剥離性接着層の接着性が低下していく惧れが生じる。例えば、エポキシ樹脂の硬化温度は１７０℃程度であるので、誘電体層がエポキシ樹脂にて構成されている場合には、剥離用加熱処理は１７０℃以上の温度で行われることが好ましい。
また、前記金属箔層と前記加熱剥離性接着層との界面からの剥離は、前記金属箔層に積層される前記誘電体層における積層面と反対側の表面上に導体層をパターン形成するように配線積層部の形成を行った後に行い、その後、前記金属箔層を除去した後、前記誘電体層を穿孔した個所に前記導体層と接続される金属端子を形成してもよい。
また、前記金属箔層に積層される誘電体層において、前記金属箔層に接続されるように導体充填材を形成した後、前記誘電体層における前記金属箔層との積層面と反対側の表面上に導体層をパターン形成するように配線積層部の形成を行った後、前記金属箔層と前記加熱剥離性接着層との界面にて剥離を行い、その後、金属箔層を除去することにより、その除去面に前記パターン形成される前記導体層と接続された前記導体充填材が現れ、そこに前記金属端子を形成するようにしてもよい。
また、前記金属端子を有する前記主表面には、補強枠が設置されるとしてもよい、また、前記金属端子を有する誘導体層を、他の誘電体層よりも熱膨張率の小さい材料にて構成するとしてもよい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図４は、本発明の配線基板１の断面構造の概略を表す図である。配線基板１は、高分子材料からなる誘電体層（Ｂ１〜Ｂ３、ＳＲ）と導体層（Ｍ１、Ｍ２、ＰＤ）とが交互に積層された構造を有する。その第一主表面ＭＰ１は電子部品を搭載するための搭載面とされ、主表面をなす第一誘電体層Ｂ１には、電子部品と接続するための、周知のハンダで構成された突起状の金属端子（ハンダバンプ）ＦＢが形成されている。また、第二主表面ＭＰ２は、外部基板へ接続するための接続面とされ、主表面をなす誘電体層（ソルダーレジスト層）ＳＲには開口が形成されており、該開口内には外部基板への接続を担うハンダボール（後述）を設置するための金属端子（金属パッド）ＰＤが露出している。

また、金属層Ｍ１、Ｍ２において配線ＣＬが形成されており、誘電体層Ｂ１〜Ｂ３内には該配線ＣＬに接続されるビア導体ＶＡが埋設形成されている。そして、配線ＣＬ及びビア導体ＶＡにより、電気導通路（例えばハンダバンプＦＢから金属パッドＰＤへの）が形成される。なお、配線ＣＬ、ビア導体ＶＡ及び金属パッドＰＤは、例えば銅を主成分とする材料にて構成することができる。また、金属パッドＰＤは、その表面に例えばＮｉ−Ａｕメッキによる表面メッキを施すことができる。

以上のような配線基板１は、図５に示すように、第二主表面ＭＰ２の金属パッドＰＤに外部基板への接続を担うハンダボールＳＢが設置され、一方、第一主表面ＭＰ１には、補強枠（スティフナー）ＳＴが設置されるとともに、電子部品ＩＣがハンダバンプＦＢにフリップチップ接続され、また電子部品ＩＣ下の隙間がアンダーフィル材ＵＦにて充填されることで、半導体装置３００となる。

なお、配線基板１では、電子部品ＩＣとハンダバンプＦＢとの接続信頼性を上げるため、第一主表面ＭＰ１をなす第一誘電体層Ｂ１を、他の誘電体層Ｂ２、Ｂ３、ＳＲよりも熱膨張率の小さい材料にて構成することができる。すなわち、配線基板１では、コア基板を有さず、かつ両主表面が誘電体層にて構成されるよう、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層され、かつ第一主表面ＭＰ１が電子部品を搭載するための搭載面とされるとともに、誘電体層Ｂ１〜Ｂ３、ＳＲのうち、該第一主表面ＭＰ１を構成する誘電体層Ｂ１は、他の誘電体層Ｂ２、Ｂ３、ＳＲよりも熱膨張係数の低い材料にて構成することができる。

また、配線基板１では、電子部品ＩＣとハンダバンプＦＢとの接続信頼性を上げるため、第一主表面ＭＰ１をなす第一誘電体層Ｂ１を、他の誘電体層Ｂ２、Ｂ３、ＳＲよりもヤング率の小さい材料にて構成することができる。すなわち、配線基板１では、コア基板を有さず、かつ両主表面が誘電体層にて構成されるよう、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層され、かつ第一主表面ＭＰ１が電子部品を搭載するための搭載面とされるとともに、誘電体層Ｂ１〜Ｂ３、ＳＲのうち、該第一主表面ＭＰ１を構成する誘電体層Ｂ１は、他の誘電体層Ｂ２、Ｂ３、ＳＲよりもヤング率の低い材料にて構成することができる。

以上の条件を満たす組み合わせとしては、例えば、他の誘電体層Ｂ２、Ｂ３、ＳＲがエポキシ樹脂を主成分として構成されている場合、第一主表面ＭＰ１に形成される誘電体層Ｂ１を例えば、ポリイミド、アラミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン等を主成分として構成することができる。

以下、本発明の実施形態である配線基板の製造方法の一例を説明する。図１〜図３は製造工程を表す図である。工程１〜５に示す支持基板２０上に配線積層部１００を形成していく工程は、周知のビルドアップ法等により行うことができる。まず、図１の工程１に示すように、製造時における補強のための支持基板２０上に下地誘電体層２１を形成する。支持基板２０は、特には限定されないが、例えばＦＲ−４等のガラスエポキシ基板（上述のようにコア基板に用いられる材料である）にて構成することができる。また、下地誘電体層２１は、後述する複層シート５を密着させるためのものであり、例えばエポキシ樹脂を主成分とする材料にて構成することができる。

次に、工程２に示すよう、下地誘電体層２１上に加熱剥離性接着層５１を介して第一誘電体層１１を配す。加熱剥離性接着層５１と第一誘電体層１１とは密着しており、この界面が後の剥離工程（工程６）の際の剥離界面となる。具体的には、加熱剥離性接着層５１の土台となる基材シート５２と、加熱剥離性接着層５１と、第一誘電体層１１とがこの順に積層された複層シート５を用いることができる。加熱剥離性接着層５１は、基材シート５２に固定されており、剥離の際には、第一誘電体層１１と、加熱剥離性接着層５１及び基材シート５２とに分離する。なお、複層シート５は、半硬化状態の下地誘電体層２１上に配すようにすることができる。これにより、以降の工程で複層シート５が下地誘電体層２１から剥れない程度の密着性が得られやすくなる。また、第一誘電体層１１は、例えば、ポリイミド、アラミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン等にて構成される樹脂フィルムを用いることができる。

次に、工程３に示すように、第一誘電体層１１上に第一導体層３１を形成する。そして、図２の工程４に示すように、第一誘電体層１１及び第一導体層３１上に第二誘電体層１２を形成し、その後、第二誘電体層１２内に第二ビア導体４２、第二誘電体層１２上に第二導体層３２を形成する。なお、第二誘電体層１２以降の誘電体層の形成は、例えば周知の真空ラミネーション法を用いることができる。導体層の形成は、例えば周知のセミアディティブ法により形成することができる。また、ビア導体は、例えば周知のフォトビアプロセスによりビア孔を形成し、該ビア孔を、上記セミアディティブ法における無電解メッキによって充填することにより得ることができる。

そして、同様の工程を繰り返して、誘電体層１３、１４、ビア導体４３、導体層３３を第二誘電体層１２上に形成し、工程５に示すような配線積層部１００を形成する。なお、本実施形態では、配線積層部１００を構成する誘電体層は誘電体層１１〜１４の４層であるが、これに限られることはない。以上により、支持基板２０上に、加熱により接着力が低下する加熱剥離性接着層５１を介して上述の配線基板となるべき配線積層部１００が形成される。なお、誘電体層１２〜１４は、エポキシを主成分とする材料にて構成することができる。また、導体層３１〜３３とビア導体４２、４３は銅を主成分として構成することができる。

また、本実施形態では第一誘電体層１１を、第二〜第四誘電体層を構成する材料よりも熱膨張係数及びヤング率の低い樹脂フィルムにて構成しているが、これに限らず、例えば支持基板２０上に加熱剥離性接着層５１を単独（もしくは基材シート５２と）で配し、その上に同一材料（例えば、エポキシを主成分とする材料）からなる誘電体層１１〜１４を例えば周知の真空ラミネーション法により形成することも可能である。

また、本実施形態では、配線積層部１００の上側の露出した主表面が、図４に示す配線基板１の第二主表面ＭＰ２となるように形成されている。したがって、配線積層部１００の上側主表面をなす誘電体層１４は、図４の配線基板１のソルダーレジスト層ＳＲに該当し、またその開口１４ａ内に露出する導体層３３は、図４の配線基板１の金属パッドＰＤに該当する。なお、これとは反対に上側主表面を、図４に示す配線基板１の第一主表面ＭＰ１とすることもできる。その場合は、上側主表面をなす誘電体層１４に、図４に示すハンダバンプＦＢを形成する。

次に、剥離用加熱処理を行い、工程６に示すように、配線積層部１００を支持基板２０から、第一誘電体層１１と加熱剥離性接着層５１との界面にて剥離する。この際、加熱剥離性接着層５１は、基材シート５２側に残る。そして、配線積層部１００を支持基板２０から剥離した後に、該配線積層部１００の主表面を構成する第一誘電体層１１を穿孔し（図３の工程７）、該主表面に内部の導体層３１と接続された金属端子８（図４の配線基板１ではハンダバンプＦＢ）を形成する（工程８）ことで配線基板１が完成する。なお、工程１１において、第一誘電体層１１を穿孔することによる開口１１ａの形成は、例えば、ＵＶレーザーやＹＡＧレーザー等の周知のレーザーを用いて行うことができる。

また、工程８において、金属端子８を形成する際、開口１１ａの深さ（第一誘電体層１１の厚み）によっては、導体層３１と直接接続することが困難な場合があるので、その間に例えばハンダよりなる導体充填材４１を介在させることが可能である。

加熱剥離性接着層５１は、発泡剤を含有し、剥離用加熱処理により当該発泡剤が膨脹ないし発泡することにより接着力が低下するものを用いることができる。発泡剤としては有機系や無機系の適宜なものを用いることができる。一般に用いられる無機系発泡剤の代表例としては、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸水素ナトリウム、亜硝酸アンモニウム、水素化ホウ素ナトリウム、アジド類などが挙げられる。有機系発泡剤の代表例としては、トリクロロモノフルオロメタンやジクロロモノフルオロメタンの如きフッ化アルカン、アゾビスイソブチロニトリルやアゾジカルボンアミド、バリウムアゾジカルボキシレートの如きアゾ系化合物、パラトルエンスルホニルヒドラジドやジフェニルスルホン−３，３'−ジスルホニルヒドラジド、４，４'−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、アリルビス（スルホニルヒドラジド）の如きヒドラジン系化合物、ρ−トルイレンスルホニルセミカルバジドや４，４'−オキシビス（ベンゼンスルホニルセミカルバジド）の如きセミカルバジド系化合物、５−モルホリル−１，２，３，４−チアトリアゾールの如きトリアゾール系化合物、Ｎ，Ｎ'−ジニトロソペンタメチレンテトラミンやＮ，Ｎ'−ジメチル−Ｎ，Ｎ'−ジニトロソテレフタルアミドの如きＮ−ニトロソ系化合物などが挙げられる。また、加熱剥離性接着層５１に接着力を付与するために含有させる接着性付与樹脂としては、例えばロジンやその誘導体類、ポリテルペン類、石油系樹脂やその水添物類、シクロペンタジエン系石油樹脂類、スチレン系石油樹脂類、クマロンインデン系樹脂類などの適宜なものを用いることができる。

また、加熱剥離性接着層５１は、接着時の接着力が３５０（N/20mm）以上４５０（N/20mm）以下であることが好ましい。誘電体層１１との界面で膨れや剥れを生じることなく配線積層部１００を積層形成するためには、接着時の接着力が３５０（N/20mm）以上であることが好ましい。一方、４５０（N/20mm）を超えるとその効果は飽和するので上限を４５０（N/20mm）とする。さらには、接着時の接着力が３７０（N/20mm）以上４００（N/20mm）以下である場合がより好ましい。

また、剥離用加熱処理は、誘電体層１１〜１４の硬化（キュア）温度よりも高温で、且つ、配線基板１の接続端子８（図４の配線基板１及び図３の工程８参照）として用いられるハンダの融点よりも低温で行われることが好ましい。誘電体層１１〜１４の形成は、周知の真空ラミネーション法を用いる場合、半硬化状態で配された後に硬化（キュア）のための熱処理が行われる。したがって、誘電体層１１〜１４の硬化（キュア）温度よりも剥離用加熱処理温度が低温であれば、配線積層部１００の積層形成途中に加熱剥離性接着層５１の接着性が低下していく惧れが生じる。例えば、エポキシ樹脂の硬化（キュア）温度は１７０℃程度であるので、誘電体層１１〜１４（もしくは１２〜１４）がエポキシ樹脂にて構成されている場合には、剥離用加熱処理は１７０℃以上の温度で行われることが好ましい。一方、剥離用加熱処理が過度に高温の場合は、誘電体層１１〜１４の特性に変質をきたすことがあるので、製造工程において配線積層部１００に印加される温度の中で最も高い温度、すなわち接続端子８の形成工程時の温度（ハンダ溶融温度）よりも低温であることが好ましい。具体的には、Ｓｎ−Ｐｂ共晶ハンダでは融点が２１０℃程度、Ｓｎ−Ａｇ共晶ハンダでは融点が２５０℃程度である。

なお、以上の製造工程では、図６に示すように、配線積層部１００は、一つの配線基板に対応する個体１００´が複数連結されたもの、つまり、配線基板１の多数個取りワーク基板として構成することができる。

以上の実施例では加熱剥離性接着層５１と第一誘電体層１１とが密着していたが、図７または図８に示すように、加熱剥離性接着層５１と第一誘電体層１１との間に金属箔層５３を介挿させることもできる。この場合、配線積層部１００は、当該金属箔層５３と加熱剥離性接着層５１との界面にて支持基板２０から剥離される。なお、金属箔層５３は、剥離後に除去されることとなる。このように金属箔層５３と加熱剥離性接着層５１との界面を剥離界面とすることで剥離性が向上するとともに、金属箔層５３を介すことで剥離の際に加熱剥離性接着層５１の一部が第一誘電体層１１に付着するのを防止することができる。

具体的には、加熱剥離性接着層５１の土台となる基材シート５２と、加熱剥離性接着層５１と、金属箔層５３と、第一誘電体層１１とがこの順に積層された複層シート５´を用いることができる。該複層シート５´は、上記実施形態と同様に支持基板２０上に配される。

このような複層シート５´を用いた場合、上述した図１〜１０の工程１〜１１の製造工程は、以下のように変形することができる。なお、異なる部分のみ抜粋して説明する。図７の工程３´ａに示すように、支持基板２０に形成された下地誘電体層２１上に、第一誘電体層１１が上側となるように複層シート５´を配し、該第一誘電体層１１の主表面上に第一導体層３１をパターン形成する。その後図２の工程４及び５のごとく配線積層部１００の形成を行った後、図７の工程６´ａ（１）に示すように、金属箔層５３と加熱剥離性接着層５１との界面にて剥離を行う。すなわち、配線積層部１００は金属箔層５３が付随した状態で剥離される。金属箔層５３は、工程６´ａ（２）に示すように、エッチング等によって除去される。その後、図３に示すように、配線積層部１００の主表面を構成する第一誘電体層１１を穿孔し、該主表面に内部の導体層３１と接続された金属端子８を形成することで配線基板１が完成する。

また、図８の工程３´ｂに示すように、第一誘電体層１１において、金属箔層５３に接続されるよう第一ビア導体４１（上記導体充填材４１に当たる）を形成し、その後第一導体層３１を形成することができる。この場合、剥離後に金属箔層５３を除去する際、工程６´ｂ（２）に示すように、除去面に第一導体層３１と接続された第一ビア導体４１を有する開口１１ａが現れ、そこに金属端子８を直接形成することができる。これにより、剥離後の薄く軟らかい配線積層部１００に対して、第一誘電体層１１´の穿孔したり、その孔を導体（例えば、予備ハンダ）で充填する等の作業を行うことなく金属端子８を形成することが可能となる。

なお、金属箔層５３の除去を化学エッチング処理により行う場合、該金属箔層５３と第一ビア導体４１とが異なる金属にて構成され、かつエッチング液が金属箔５３のみを選択的に除去することが可能な組み合わせであれば、金属箔５３の除去後、開口１１ａの上端（主表面位置）まで第一ビア導体４１を形成した状態とすることが可能となり、金属端子８の形成がより容易となる。

本発明の配線基板の製造方法の工程を表す図。図１に続く図。図２に続く図。本発明の一実施形態である配線基板の断面構造の概略を表す図。図４の配線基板１を用いた半導体装置を表す図。多数個取りワーク基板とされた配線積層部１００を上部より見た図。本発明の配線基板の製造方法の工程の第一変形例を表す図。本発明の配線基板の製造方法の工程の第二変形例を表す図。

符号の説明

１配線基板
１１第一誘電体層
１２第二誘電体層
２０支持基板
２１下地誘電体層
５複層シート
５１加熱剥離性接着層
５２シート基材
１００配線積層部

Claims

コア基板を有さず、かつ両主表面が誘電体層にて構成されるように、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層され、前記主表面の一方に、電子部品と接続するためのハンダで構成された金属端子を有する配線基板を製造するために、
製造時における補強のための支持基板上に下地誘電体層を介して加熱により接着力が低下する、基材シートに固定される加熱剥離性接着層を、前記基材シートが前記下地誘電体層側とされるように配し、該加熱剥離性接着層と前記誘電体層との間に金属箔層を介して前記配線基板となるべき配線積層部を積層形成した後、前記誘電体層の硬化温度よりも高温で、且つ、前記金属端子のハンダの融点よりも低温で剥離用加熱処理を行い、前記配線積層部の前記金属箔層と前記加熱剥離性接着層との界面から剥離した後、前記金属箔層を除去することを特徴とする配線基板の製造方法。
前記金属箔層と前記加熱剥離性接着層との界面からの剥離は、前記金属箔層に積層される前記誘電体層における積層面と反対側の表面上に導体層をパターン形成するように配線積層部の形成を行った後に行い、その後、前記金属箔層を除去した後、前記誘電体層を穿孔した個所に前記導体層と接続される金属端子を形成することを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。
前記金属箔層に積層される誘電体層において、前記金属箔層に接続されるように導体充填材を形成した後、前記誘電体層における前記金属箔層との積層面と反対側の表面上に導体層をパターン形成するように配線積層部の形成を行った後、前記金属箔層と前記加熱剥離性接着層との界面にて剥離を行い、その後、金属箔層を除去することにより、その除去面に前記パターン形成される前記導体層と接続された前記導体充填材が現れ、そこに前記金属端子を形成するようにすることを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。
前記金属端子を有する前記主表面には、補強枠が設置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。
前記金属端子を有する誘導体層を、他の誘電体層よりも熱膨張率の小さい材料にて構成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。