JP7354573B2

JP7354573B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP7354573B2
Application number: JP2019075529A
Authority: JP
Inventors: 俊亮大竹; 一行満倉; 和彦蔵渕; 崇増子; 広明藤田; 昌久尾瀬
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2023-10-03
Anticipated expiration: 2039-04-11
Also published as: JP2020174139A

Description

本発明は、配線基板に関する。

半導体パッケージの高密度化に伴い、配線層を高密度化する技術が重要となっている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５－１９１９６８号公報

しかしながら、配線層を高密度化する際に、配線の下地となる基板の厚さのばらつきが大きいと、配線形成時の歩留まりが低下するという問題がある。
そこで、本発明の課題は、厚さばらつきが小さい配線基板を提供するとともに、配線形成時の歩留まりを高めることにある。

本発明は、有機コア材又は有機コア材上に作製した樹脂組成物層の表面を研磨する等して、配線基板の厚さのばらつきを低減することで配線形成時のアウトプットを高くするものである。
本発明は、［１］有機コア材、有機コア材上に作製した樹脂組成物層、又は樹脂組成物層単体のいずれかからなり、表面研磨手段により面積２５００ｍｍ^２の範囲における、最も厚い部位の厚さと、最も薄い部位の厚さの差を８μｍ以下とする配線基板である。
また、本発明は、［２］表面研磨手段が、化学的機械研磨法、機械研磨法、電解研磨法、化学研磨法のいずれか１以上である上記［１］に記載の配線基板である。
また、本発明は、［３］前記有機コア材が、配線形成した金属張り積層板又は金属箔を除去した金属張り積層板である上記［１］又は［２］に記載の配線基板である。
また、本発明は、［４］前記樹脂組成物層が、熱硬化性樹脂組成物である上記［１］～［３］のいずれか一項に記載の配線基板である。
また、本発明は、［５］前記樹脂組成物層が、感光性樹脂組成物である上記［１］～［３］のいずれか一項に記載の配線基板である。
更に、本発明は、［６］前記配線基板の少なくとも一方の面にシード層を形成した際の、シード層表面の粗度（算術平均粗さＲａ）が４５ｎｍ以下である上記［１］～［５］のいずれか一項に記載の配線基板である。

本発明により、配線基板上において高い歩留まりで微細な配線を作製できる。

本発明の配線基板の一例を示す概略断面図である。本発明の配線基板の配線形成の一例を示す概略断面図である。

［配線基板］
配線基板は、有機コア材単体、有機コア材の表裏一方の面又は両面に樹脂組成物層を形成した形態（図１）、又は樹脂組成物層単体のいずれかの形態をとる。
有機コア材に樹脂組成物層を設ける方法は特に限定されないが、例えば、フィルム状の樹脂組成物の場合はラミネートによる貼り合わせ等を用いることができ、液状の樹脂組成物の場合は塗工機による塗工、スピンコート等を用いることができる。ラミネートを行う場合は、例えば、真空ラミネータ（ニッコー・マテリアルズ株式会社製、Ｖ－１３０）を用いて、圧力０．５ＭＰａ、真空引き時間１５秒、加圧時間６０秒、温度１００℃の条件で行ってもよい。

樹脂組成物層単体とする形態の配線基板は、例えば、有機コア材や金属板等の支持体上に樹脂組成物層を形成した後、該支持体を除去する方法により、作製することができる。

本発明で用いる樹脂組成物層を形成する樹脂組成物は、一般に配線基板に用いている物であれば制限されず用いることができ、特に、熱硬化性樹脂組成物、感光性樹脂組成物が好ましく用いられる。それらは、前記のようにフィルム状の形態、液状の形態で用いられる。
有機コア材上に塗布した樹脂組成物やフィルム状の樹脂組成物の硬化方法は特に限定されないが、例えば熱硬化性樹脂組成物の場合は加熱により、感光性樹脂組成物の場合は紫外線照射により硬化することができる。

本発明の配線基板は、表面研磨手段により面積２５００ｍｍ^２の範囲における、最も厚い部位の厚さと、最も薄い部位の厚さの差を８μｍ以下とする。
配線基板の、表裏一方の面又は両面を研磨してもよい。研磨の手法は特に限定されないが、化学的機械研磨法［ＣＭＰ（Chemical mechanical polishing）法］、機械研磨法、電解研磨法、化学研磨法等を用いることができる。
化学的機械研磨法（ＣＭＰ法）は、研磨剤（砥粒）自体が有する表面化学作用又は、スラリーに含まれる化学成分の作用によって、スラリーと研磨対象物の相対運動による機械的研磨（表面除去）効果を増大させ、極めて平滑な研磨面を得ることができる。
機械研磨法としては、例えば、グラインド法、フライカット法、バフ研磨法、サンドブラスト法等を用いることができる。
電解研磨法は、金属の配線層表面を平滑化するもので、製品をプラス側にして電解液を介して直流電流を流し、金属表面を溶解させることで研磨効果を得る方法である。
化学研磨法としては、例えば、過酸化水素を用いた方法を用いることができる。
これらの方法を複数組み合わせて用いてもよい。例えば、グラインド法によって配線基板表面を研磨した後に、ＣＭＰ法によって表面を更に平滑に研磨してもよい。

研磨は、配線基板の最も薄い部分に配線基板全体の厚さが一致するように行うのが好ましい。有機コア材の表裏両面に樹脂組成物層を形成した場合は、配線基板の反りを抑制するために表裏とも同じ研磨深さにするのが好ましい。

上記グラインド法の条件としては、例えば、グラインダ（株式会社ディスコ製、Automatic Surface Grinder ＤＡＧ８１０）に粗さ番手＃２０００の刃を取り付けて、研磨速度０．５μｍ／ｓ、スピンドル回転速度２２００回転／分（ｒｐｍ）、テーブル回転速度３００回転／分（ｒｐｍ）とすることができる。また、異なる粗さ番手の刃による研磨を連続で行ってもよい。

上記ＣＭＰ法の条件としては、例えば、アルミナ系のスラリーを用いて、プラテン回転速度４０回転／分（ｒｐｍ）、配線基板の回転速度４１回転／分（ｒｐｍ）としてもよい。

有機コア材の厚さは特に制限されないが、７００～１６００μｍの厚さが好ましく、１０００～１４００μｍがより好ましい。７００μｍより薄いと、反りによってハンドリング性が悪くなる傾向があり、１６００μｍより厚いと重くなるためハンドリング性が悪くなる傾向がある。

有機コア材は、熱硬化性樹脂組成物、熱可塑性樹脂組成物等、有機物を含んでいればその種類を問わないが、信頼性、剛直性の観点から金属張り積層板を材料とするのが好ましい。
この金属張り積層板を配線形成したものを有機コア材として使用してもよい。また、金属張り積層板の金属層をエッチングで除去したものを有機コア材として使用してもよい。更には、配線層をあらかじめ転写板に形成し、プリプレグ等の複合材料や樹脂と共に積層成形して、配線層を複合材料や樹脂に転写し、配線層の表面と樹脂層の表面を同一平面とした転写法による有機コア材を用いてもよい。

上記の金属張り積層板は、１枚又は複数枚のプリプレグの片面又は両面に金属箔を配置し、プレス成形等の積層成形をして得ることができる。成形条件は、例えば、電気絶縁材料用積層板及び多層板の手法が適用でき、例えば多段プレス、多段真空プレス、連続成形、オートクレーブ成形機等を使用し、温度１００～２５０℃、圧力０．２～１０ＭＰａ、加熱時間０．１～５時間の範囲で成形することができる。

プリプレグは、熱硬化性樹脂組成物を、基材に含浸又は塗工し、加熱等により半硬化（Ｂステージ化）して得ることができる。
プリプレグに含まれる熱硬化性樹脂は特に制限されないが、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和イミド樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、オキセタン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、シリコーン樹脂、トリアジン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられ、これらは単独で、あるいは２種類以上を混合して使用してもよい。これらの中で、成形性や電気絶縁性の点からエポキシ樹脂、シアネート樹脂が好ましい。

これらの熱硬化性樹脂には、必要に応じて国際公開第２０１２／０９９１３３号に記載の変性シリコーン化合物、硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、熱可塑性樹脂、エラストマー、有機充填剤、難燃剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光重合開始剤、蛍光増白剤、接着性向上剤等を添加することができる。

プリプレグの基材としては、各種の電気絶縁材料用積層板に用いられている周知のものが使用できる。その材質の例としては、Ｅガラス、Ｄガラス、Ｓガラス及びＱガラス等の無機物繊維、ポリイミド、ポリエステル及びテトラフルオロエチレン等の有機繊維、並びにそれらの混合物等が挙げられる。
これらの基材は、例えば、織布、不織布、ロービンク、チョップドストランドマット及びサーフェシングマット等の形状を有するが、材質及び形状は、目的とする成形物の用途や性能により選択され、必要により、単独又は２種類以上の材質及び形状を組み合わせることができる。基材の厚さは、特に制限されず、例えば、約０．０３～０．５ｍｍを使用することができ、シランカップリング剤等で表面処理したもの又は機械的に開繊処理を施したものが、耐熱性や耐湿性、加工性の面から好適である。

金属張り積層板に用いる金属箔は、電気絶縁材料用途で用いるものであれば特に制限されない。
上記のように金属張り積層板に用いる金属箔はエッチングによって一部又は全面が研削されていてもよい。エッチングに用いる薬液には特に制限は無く、例えば、過硫酸アンモニウム等を用いることができる。

有機コア材上に作製した樹脂組成物層の厚さは特に制限されないが、１０～７０μｍが好ましく、２０～６０μｍがより好ましい。１０μｍより薄くなると、研磨によって樹脂組成物層を残すことが困難になる傾向があり、７０μｍより厚くなると、配線基板の質量が大きくなるためハンドリング性が悪くなる傾向がある。

樹脂組成物の種類は特に制限されないが、例えば、熱硬化性樹脂組成物や感光性樹脂組成物を用いることができる。熱硬化性樹脂組成物としては、例えば、エポキシ系の樹脂を用いることができる。樹脂組成物はシリカ（ＳｉＯ_２）などのフィラーを含んでいてもよい。

配線基板上にシード層を形成する場合は、配線基板表層に金属層が形成できる方法であれば特に制限はないが、無電解めっき法やスパッタリング法を用いることができる。

＜評価サンプル＞
銅エッチング後の銅張り積層板の表裏両面に、熱硬化性樹脂組成物層を形成した配線基板を用いた。表１に示す通り、配線基板の表面研磨方法の違いにより、厚さばらつき及び表面粗度Ｒａ（算術平均粗さＲａ）が異なる６種類のサンプルを用意した。

＜微細配線の歩留まり測定方法＞
セミアディティブ法によって銅配線を形成する。配線基板の一方の面に、スパッタリング法によってシード層（チタン層２５ｎｍと銅層１５０ｎｍとの積層体)を形成した（図２（ａ））。
真空ラミネータ（ニッコー・マテリアルズ株式会社製、Ｖ－１３０）を用いて、感光性樹脂組成物のレジストフィルム（日立化成株式会社製、ＲＹ－５１０７ＵＴ）を配線基板にラミネートした。条件は圧力０．５ＭＰａ、真空引き時間１５秒、加圧時間６０秒、温度５０℃とした（図２（ｂ））。
投影露光装置（株式会社サーマプレシジョン製、Ｓ６Ｃｋ露光機）を用いてＵＶを照射して露光した後、スピン現像機（ブルーオーシャンテクノロジー株式会社製、超高圧スピン現像装置）を用いて炭酸ナトリウム１質量％水溶液をスプレーして現像した。この工程によってレジスト幅／スペース幅＝２μｍ／２μｍのパターンを作製した（図２（ｃ））。
プラズマアッシャー（ノードソン・アドバンスト・テクノロジー株式会社製、ＡＰシリーズバッチ式プラズマ処理装置）を用いて、酸素プラズマをレジストパターンに当てることで、現像時のレジスト残渣を取り除いた。
電解銅めっき法により、配線幅／スペース幅＝２μｍ／２μｍの銅配線を作製した。配線高さは３μｍとした（図２（ｄ））。
スピン現像機でＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２．３８質量％水溶液をスプレーし、レジストを剥離した（図２（ｅ））。
エッチングによってシード層を除去した。銅層はリン酸及び過酸化水素の水溶液によって除去した。チタン層はアンモニア及び過酸化水素の水溶液によって除去した（図２（ｆ））。
金属顕微鏡で、配線幅／スペース幅＝２μｍ／２μｍの銅配線を観察し、配線倒れ、配線の欠損、配線同士の繋がり、配線の変形等の不良が無い配線の数を計測し、作製した全配線に対する割合を算出した。これを配線歩留まりとした。

＜配線基板の厚さばらつき測定方法＞
配線基板を２００ｍｍ×２００ｍｍに裁断し、それを５０ｍｍ×５０ｍｍ（面積２５００ｍｍ^２）の１６エリアに区分けした。
マイクロメーター（株式会社ミツトヨ製、ＩＤ－Ｈ０５３０）を用いて５０ｍｍ×５０ｍｍのエリアの４隅から１０ｍｍ内側の４点の厚さを測定し、４点のうち最も厚い厚さの値と、最も薄い厚さの値の差を厚さばらつきとする。２００ｍｍ×２００ｍｍ中の１６エリアの厚さばらつきのうち、最大の値を表１中に記載した。

＜表面粗度（算術平均粗さ）Ｒａの測定方法＞
表層にシード層を形成後の配線基板の粗度Ｒａを接触式段差計（ブルカー社製、ＤＸＴ－Ｓ（ＤｅｋｔａｋＸＴ－Ｓ））を用いて測定した。測定長は５ｍｍ、測定荷重は１０．２ｍｇ、測定速度は１００μｍ／ｓとした。
６種類のサンプルの表面研磨方法の違い（研磨種類）による、厚さばらつき及び表面粗度Ｒａ、配線歩留まりの測定・評価結果をまとめて表１に示した。

表面研磨手段により最も厚い部位の厚さと、最も薄い部位の厚さの差を８μｍ以下とした実施例１～３は、配線歩留まりが高い。これに対し、表面研磨なしの比較例２、３は、配線基板自体に１２～２６μｍの厚さばらつきがあり、微細配線形成時の配線歩留まりが低い。
表１に記載は無いが、配線基板の厚さばらつきが減少することで、配線基板表面の配線の電送距離が短くなるため、特に高周波回路において、伝送損失が少なく、計算による伝送損失により近似するため回路の設計が容易になる傾向がある。

１…有機コア材、２…樹脂組成物層、３…シード層、４…感光性樹脂組成物、５…電解めっき銅

Claims

有機コア材、有機コア材上に作製した樹脂組成物層、又は樹脂組成物層単体のいずれかからなり、表面研磨手段により面積２５００ｍｍ^２の範囲における、最も厚い部位の厚さと、最も薄い部位の厚さの差が８μｍ以下である配線基板であって、
前記配線基板の少なくとも一方の面にシード層を形成した際の、シード層表面の粗度（算術平均粗さＲａ）が４５ｎｍ以下である、配線基板。
表面研磨手段が、化学的機械研磨法、機械研磨法、電解研磨法、化学研磨法のいずれか１以上である請求項１に記載の配線基板。
前記有機コア材が、配線形成した金属張り積層板又は金属箔を除去した金属張り積層板である、請求項１又は請求項２に記載の配線基板。
前記樹脂組成物層が、熱硬化性樹脂組成物である請求項１～３のいずれか一項に記載の配線基板。
前記樹脂組成物層が、感光性樹脂組成物である請求項１～３のいずれか一項に記載の配線基板。
有機コア材、有機コア材上に作製した樹脂組成物層、又は樹脂組成物層単体のいずれかからなり、表面研磨手段により面積２５００ｍｍ ^２の範囲における、最も厚い部位の厚さと、最も薄い部位の厚さの差が８μｍ以下である配線基板であって、
前記表面研磨手段が、化学的機械研磨法、機械研磨法、電解研磨法、化学研磨法のいずれか２以上を組み合わせた、配線基板。