CN103314652A - 配线基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种配线基板及其制造方法,所述配线基板具有绝缘树脂层、多个配线和通孔导体。配线经由绝缘树脂层配设且由铜箔形成。通孔导体以贯通绝缘树脂层的方式设置,且将多个配线电连接。通孔导体具有树脂部分和含有铜、锡及铋的金属部分。金属部分包括:包含铜微粒子的结合体的第一金属区域;以锡、锡-铜合金、锡与铜的金属间化合物中的至少任一个为主成分的第二金属区域;以铋为主成分的第三金属区域。金属部分中的铜、锡、铋的重量组成比在三元相图中位于规定的区域。铜箔的与通孔导体相接的表面是粗糙度曲线的偏度为0以下的粗糙面。并且,铜微粒子的一部分与铜箔的粗糙面进行面接触,且第二金属区域的至少一部分形成在结合体的表面和铜箔的粗糙面上。
Description
技术领域
本发明涉及将经由绝缘树脂层而配设的多个配线彼此利用通孔(via hole)导体进行层间连接的配线基板及其制造方法。详细而言,涉及一种用于实现配线的精细图案化、通孔(via)的小径化的低电阻的通孔导体的连接可靠性的改良。
背景技术
已知有一种将经由绝缘树脂层而配设的配线彼此进行层间连接而得到的多层配线基板。作为这样的层间连接的方法,已知有在绝缘树脂层上形成的孔中填充导电性糊剂而形成的通孔导体。另外,还已知有取代导电性糊剂而填充含有铜(Cu)的金属粒子,并将上述的金属粒子彼此通过金属间化合物进行固定而形成的通孔导体。
具体而言,例如在专利文献1中公开了一种通孔导体,其具有在CuSn化合物的基体(matrix)中散布了由多个铜微粒子构成的磁畴(domain)的基体磁畴结构。
另外,专利文献2公开了一种组成物,其作为在通孔导体的形成中使用的烧结性组成物,包含含有Cu的高熔点粒子相材料和从锡(Sn)或锡合金等金属中选择的低熔点材料。这样的组成物在液相或过渡的(transient)液相的存在下被烧结。
另外,专利文献3公开了一种在铜微粒子的外周形成有固相温度为250℃以上的合金层的通孔导体用材料。这样的合金层通过对含有锡-铋(Bi)系金属粒子和铜微粒子的导电性糊剂在锡-铋系金属粒子的熔点以上的温度下进行加热而形成。在这样的通孔导体用材料中,通过固相温度250℃以上的合金层彼此的接合来进行层间连接。因此,即使在热循环试验或耐回流试验中,合金层也不会熔融。因此,可期待连接可靠性高。
另外,在专利文献4中公开了一种层叠电路基板,其使用通过对电解 铜箔的表面进行蚀刻而使表面粗糙度Rz成为0.5~10μm的粗化处理铜箔,且在专利文献4中记载有在该层叠电路基板中使用含有低熔点金属的导电性糊剂。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2000-49460号公报
【专利文献2】日本特开平10-7933号公报
【专利文献3】日本特开2002-94242号公报
【专利文献4】日本特开2006-269706号公报
发明内容
本发明提供通过具有高的连接可靠性的低电阻的通孔导体进行层间连接的、能够应对无Pb需求的多层配线基板。并且本发明还提供如下的配线基板,该配线基板通过降低多层配线基板中的配线与通孔导体的连接电阻,使连接强度提高,由此使配线精细图案化,使通孔导体小径化,且具有高的连接可靠性。
本发明的配线基板具有绝缘树脂层、多个配线和通孔导体。配线经由绝缘树脂层配设且由粗化铜箔形成。通孔导体以贯通绝缘树脂层的方式设置,且将多个配线电连接。通孔导体具有树脂部分和包含铜、锡及铋的金属部分。金属部分包括:包含多个铜微粒子的结合体的第一金属区域;以锡、锡-铜合金、锡与铜的金属间化合物中的至少任一个为主成分的第二金属区域;以铋为主成分的第三金属区域。金属部分中的铜、锡、铋的重量组成比(Cu∶Sn∶Bi)在三元相图中位于由以A(0.37∶0.567∶0.063)、B(0.22∶0.3276∶0.4524)、C(0.79∶0.09∶0.12)、D(0.89∶0.10∶0.01)为顶点的四边形包围的区域中。铜箔的与通孔导体相接的表面是由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度Rsk为0以下的粗糙面。并且,在多个铜微粒子的一部分与该粗糙面之间具有面接触部。第二金属区域的至少一部分形成在铜微粒子的结合体的表面和铜箔的粗糙面上。
另外,在本发明的配线基板的制造方法中,首先,从保护膜的外侧对由保护膜覆盖的预浸料(prepreg)进行穿孔,由此形成贯通孔。接着, 在贯通孔中填充通孔糊剂。在贯通孔中填充通孔糊剂之后,将保护膜剥离,由此使通过通孔糊剂的一部分从贯通孔突出而成的突出部露出。接着,将具有由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度Rsk为0以下的粗糙面的铜箔以粗糙面覆盖突出部的方式配置在预浸料的表面上,来覆盖该突出部。在将铜箔配置在预浸料的表面上之后,使铜箔与预浸料的表面压接。然后,在使铜箔与所述预浸料的表面压接的状态下,对铜箔、预浸料和通孔糊剂进行加热。接着。对铜箔进行图案形成(patterning)而形成配线。通孔糊剂包含多个铜微粒子、多个锡-铋系焊料微粒子、及热固化性树脂。由铜∶锡∶铋表示的铜、锡、铋的重量组成比在三元相图中位于由以A(0.37∶0.567∶0.063)、B(0.22∶0.3276∶0.4524)、C(0.79∶0.09∶0.12)、D(0.89∶0.10∶0.01)为顶点的四边形包围的区域中。通过使铜箔与预浸料的表面压接,由此形成多个铜微粒子的结合体,并且在多个铜微粒子的一部分与铜箔之间形成面接触部。另外,在对铜箔、预浸料和通孔糊剂进行加热时,在焊料微粒子的共晶温度以上的温度中进行加热,由此使焊料微粒子熔融。由此,形成包含上述结合体的第一金属区域、第二金属区域、以铋为主成分的第三金属区域,其中,第二金属区域以锡、锡-铜合金、锡与铜的金属间化合物中的至少任一个为主成分,且该第二金属区域形成在结合体的表面和粗糙面上。
根据本发明,使配线基板的通孔导体中含有的铜微粒子彼此相互进行面接触而形成结合体,并且使铜微粒子和形成配线的铜箔的粗糙面进行面接触。通过该结构,能够形成低电阻的导通路,能够实现电阻值低的层间连接。另外,通过在铜微粒子彼此的结合体的表面和铜箔的粗糙面上具有比铜微粒子硬的第二金属区域,从而对结合体及铜微粒子与铜箔的结合进行加强。由此,使电连接的可靠性提高。
附图说明
图1A是本发明涉及的实施方式的多层配线基板的示意剖视图。
图1B是图1A所示的多层配线基板的通孔导体附近的放大示意剖视图。
图2是说明在图1B所示的通孔导体中的由多个铜微粒子构成的第一 金属区域中,通过使铜微粒子彼此进行面接触而构成的一个结合体所形成的导通路的图。
图3A是用于说明图1A所示的多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图3B是接着图3A的用于说明多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图3C是接着图3B的用于说明多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图3D是接着图3C的用于说明多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图4A是接着图3D的用于说明多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图4B是接着图4A的用于说明多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图4C是接着图4B的用于说明多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图5A是接着图4C的用于说明多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图5B是接着图5A的用于说明多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图5C是接着图5B的用于说明多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图6是表示本发明的实施方式中的通孔导体(通孔糊剂)中包含的金属部分的Cu、Sn及Bi的组成的三元相图。
图7A是用于说明本发明的实施方式中的对填充到预浸料的贯通孔中的通孔糊剂进行压缩时的情况的压缩前的剖视示意图。
图7B是用于说明本发明的实施方式中的对填充到预浸料的贯通孔中的通孔糊剂进行压缩时的情况的压缩后的剖视示意图。
图8A是表示本发明的实施方式中的作为一例的多层配线基板的通孔导体的截面的电子显微镜(SEM)观察像的图。
图8B是图8A的示意图。
图9A是图8A的放大图。
图9B是图9A的示意图。
图10A是表示本发明的实施方式中的作为一例的多层配线基板中使用的铜箔的蚀刻面的SEM观察像的图。
图10B是图10A的放大图。
图11A是表示本发明的实施方式中的作为一例的多层配线基板中使用的铜箔的蚀刻面的SEM观察像的图。
图11B是图11A的放大图。
图12A是表示本发明的实施方式中的作为一例的多层配线基板中使用的铜箔的蚀刻面的SEM观察像的图。
图12B是图12A的放大图。
图13A是表示市场出售的铜箔的SEM观察像的图。
图13B是图13A所示的市场出售的铜箔的剖视示意图。
图14是说明本发明的实施方式中的铜箔与通孔导体的连接结构的剖视示意图。
图15A是表示市场出售的铜箔的激光显微镜观察像的图。
图15B是表示市场出售的铜箔的表面粗糙度的图。
图16A是表示本发明的实施方式中的铜箔的蚀刻面的激光显微镜观察像的图。
图16B是表示本发明的实施方式中的铜箔的蚀刻面的表面粗糙度的图。
图17A是偏度的说明图。
图17B是偏度的说明图。
图18A是说明使用偏度为0以下的粗化铜箔,利用蚀刻来形成精细图案的情况的剖视图。
图18B是接着图18A的步骤的剖视图。
图18C是接着图18B的步骤的剖视图。
图19是说明在本发明的实施方式中的粗糙度曲线的偏度Rsk为0以下的蚀刻面即电解铜箔的表面上压接通孔糊剂的突出部之前的情况的剖 视图。
图20是说明在图19所示的电解铜箔的表面上压接通孔糊剂的突出部之后的情况的剖视图。
图21是说明在现有的粗化铜箔的表面上压接通孔糊剂的突起部之前的情况的剖视图。
图22是说明在图21所示的粗化铜箔的表面上压接通孔糊剂的突起部之后的情况的剖视图。
图23A是本发明的实施方式中的积层(bulid-up)型的多层配线基板的示意剖视图。
图23B是图23A所示的积层型的多层配线基板的另一示意剖视图。
图24A是用于说明图23A所示的多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图24B是接着图24A的用于说明多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图24C是接着图24B的用于说明多层配线基板的制造方法的一例的剖视图。
图25是用于说明现有的多层配线基板中的通孔导体的截面的示意剖视图。
图26A是在绝缘层上形成的现有的粗化箔的蚀刻前的示意剖视图。
图26B是图26A所示的粗化箔的蚀刻后的示意剖视图。
具体实施方式
在本发明的实施方式的说明之前,作为现有技术中的课题,首先参照图25详细地说明专利文献1所公开的通孔导体。图25是专利文献1所公开的多层配线基板的通孔部分的示意剖视图。
通孔导体2与在该多层配线基板的表面形成的配线1相接。通孔导体2包括:含有作为金属间化合物的Cu3Sn、Cu6Sn5的基体4;在基体4中作为磁畴而散布的含铜粒子3。在通孔导体2中,由Sn/(Cu+Sn)表示的重量比处于0.25~0.75的范围内。通过这样的重量比,形成基体磁畴结构。然而,在通孔导体2中,在热冲击试验下容易产生空隙(void)或裂 纹等缺陷5。
缺陷5是例如在热冲击试验或回流处理中通孔导体2受热的情况下,Cu向Sn-Bi系金属粒子扩散而生成Cu3Sn、Cu6Sn5等CuSn化合物所引起的。另外,在Cu与Sn的界面上形成的Cu-Sn的扩散接合部中含有作为Cu与Sn的金属间化合物的Cu3Sn。该Cu3Sn因各种可靠性试验时的加热而变化成Cu6Sn5。认为由于该变化而在通孔导体2中产生内部应力由此产生空隙。
另外,专利文献2所公开的烧结性组成物例如是在用于对预浸料进行层压的加热冲压时产生的、在过渡的液相的存在下或不存在下被烧结的组成物。这样的烧结性组成物含有Cu、Sn及Pb。并且,加热冲压时的温度为从180℃至325℃这样高的温度。因此,难以用于通过在玻璃纤维中浸渍环氧树脂而形成的通常的绝缘树脂层(玻璃环氧树脂层)。并且,也难以应对市场所要求的无Pb化。
另外,在专利文献3所公开的通孔导体用材料中,在铜微粒子的表层形成的合金层的电阻值高。因此,与含有铜微粒子或银微粒子等的通常的导电性糊剂那样仅通过铜微粒子间或银微粒子间的接触而得到的连接电阻值相比,成为高电阻值。
另外,在专利文献4所公开的层叠电路基板的制造方法中,在通过蚀刻法对配线进行精细图案化时,存在形成于铜箔表面的突起物的一部分未通过蚀刻完全除去的情况。关于这一点,参照图26A、图26B进行说明。图26A、图26B是用于说明在绝缘层上形成的现有粗化箔的图案形成时产生的问题的剖视图。图26A表示图案形成前的状态,图26B表示图案形成后的状态。
在图26A中,现有粗化箔6以使通过镀敷等形成的突起物面8与绝缘层7侧密接的方式固定。
在图26B中,使用抗蚀剂或蚀刻液(都未图示)对现有粗化箔6进行图案形成而形成配线1。锚定残留部9(anchor residue)是指构成在现有粗化箔6的表面上形成的突起物面8的突起部的一部分较深地啮入作为预浸料的固化物的绝缘层7中而产生的部位。预浸料例如通过在玻璃纤维中浸渍环氧树脂而形成,在市场上出售。因此,即使要通过蚀刻除去锚定 残留部9,在锚定残留部9的附近也难以使蚀刻液循环,因此锚定残留部9与配线1的侧面相比难以被蚀刻。若延长蚀刻时间,则与除去锚定残留部9相比,更早地进行配线1的侧面的蚀刻,从而可能对配线1的精细图案化造成影响。
接着,参照图1A、图1B,对本发明的实施方式的多层配线基板进行说明。图1A是本发明的实施方式的多层配线基板110的示意剖视图。图1B是图1A所示的多层配线基板110中的通孔导体140附近的放大示意剖视图。
如图1A所示,多层配线基板110具有由铜箔等形成的多个配线120、绝缘树脂层130和通孔导体140。多个配线120中的两个夹着绝缘树脂层130。即,两个配线120隔着绝缘树脂层130而对置。通孔导体140将绝缘树脂层130贯通,来将这两个配线120电连接。在图1A中,多个配线120在绝缘树脂层130上三维地形成。
如图1B所示,通孔导体140包括金属部分230和树脂部分240。金属部分230具有第一金属区域200、第二金属区域210、第三金属区域220。第一金属区域200由多个铜微粒子180形成。第二金属区域210含有从由锡、锡-铜合金及锡-铜金属间化合物构成的组中选择出的至少一种金属来作为主成分。第三金属区域220含有Bi作为主成分。
在第一金属区域200中,多个铜微粒子180中的至少一部分经由使它们相互直接进行面接触的面接触部190A而接触结合。其结果是,形成铜微粒子180的结合体195。并且,结合体195作为将由绝缘树脂层130绝缘的多个配线120之间电连接的低电阻的导通路而发挥功能。
需要说明的是,对粗化铜箔150进行图案形成而形成配线120。即,对铜箔的通孔导体140侧的表面预先进行蚀刻处理,使其粗化而作为粗化铜箔150使用。在粗化铜箔150的通孔导体140侧的表面上形成有槽部170。更详细而言,粗化铜箔150的通孔导体140侧的表面被蚀刻,从而由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度(Rsk)为0以下。需要说明的是,JIS B0601与ISO4287对应,因此可以将由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的Rsk作为由JIS B0601-2001定义的粗糙度曲线的Rsk。关于Rsk的定义及使Rsk为0以下的意义在后叙述。
优选铜微粒子180的平均粒径为0.1μm以上且20μm以下,进一步优选为1μm以上至10μm的范围。在铜微粒子180的平均粒径过小的情况下,在通孔导体140中,接接触点变多,因此导通电阻存在变大的倾向。另外,这样粒径的粒子存在高价的倾向。另一方面,在铜微粒子180的平均粒径过大的情况下,在形成直径100~150μm那样小径的通孔导体140的情况下,存在难以提高填充率的倾向。
优选铜微粒子180的纯度为90质量%以上,进一步优选为99质量%以上。就铜微粒子180而言,其铜纯度越高越柔软。因此,在后述的加压时容易被压瘪。其结果是,在铜微粒子180彼此接触时,铜微粒子180容易变形,铜微粒子180彼此的接触面积变大。另外,在纯度高时,铜微粒子180的电阻值变得更低,从这一点出发也优选。
铜微粒子180彼此的面接触不是指接触到铜微粒子180彼此碰触的程度。而是指铜微粒子180被加压压缩而变形至发生塑性变形,其结果是,铜微粒子180彼此之间的接触点变宽而使相邻的铜微粒子180彼此以面进行接触这样的状态。这样,通过使铜微粒子180相互变形至发生塑性变形而彼此密接,由此即使在撤消压缩应力之后,铜微粒子180间的面接触部190A也被保持。需要说明的是,面接触部190A可以通过使用扫描型电子显微镜(SEM)观察试料来进行确认,其中,该试料通过将形成了的多层配线基板埋入树脂之后,对通孔导体140的截面进行研磨(根据需要,也使用FOCUSED ION BEAM等微细加工)来制作。另外,铜微粒子180的平均粒径也可以通过同样的方法进行测定。
需要说明的是,考虑到为了确认铜微粒子180彼此的面接触部190A的存在而可能产生巨额的分析费用。因此,即使不确认存在其本身,只要是铜微粒子180彼此被加压而发生变形的情况,就可以定义为实质上存在铜微粒子180彼此的面接触部190A。
除了在铜微粒子180间形成有面接触部190A以外,在粗化铜箔150(配线120)的粗糙面与铜微粒子180的接触部分上也形成有面接触部190B。如图1B所示,通过在粗化铜箔150与铜微粒子180的接触部分形成面接触部190B,从而能够降低粗化铜箔150与通孔导体140之间的连接电阻。
并且,通过使第二金属区域210与粗化铜箔150(配线120)进行面接触,由此使它们的界面部分的连接强度提高。
而且,如图1B所示,在粗化铜箔150(配线120)的表面上也形成有第二金属区域210的至少一部分。更详细而言,以跨面接触部190B的方式在粗化铜箔150的粗糙面和铜微粒子180的表面上形成第二金属区域210。通过该结构,粗化铜箔150与通孔导体140的连接稳定性提高。即,连接电阻降低且连接强度提高。
优选通过蚀刻在粗化铜箔150(配线120)的表面上形成槽部170。通过设置槽部170,能够将通孔导体140中含有的树脂部分240收容于槽部170。其结果是,在粗化铜箔150与通孔导体140的连接时,能够抑制树脂部分240在粗化铜箔150与通孔导体140之间残留或扩展的现象。
通过使多个铜微粒子180相互面接触,由此在粗化铜箔150(配线120)间形成低电阻的导通路。这样,通过使多个铜微粒子180面接触,从而能够降低粗化铜箔150的连接电阻。
另外,在通孔导体140中,优选多个铜微粒子180不整齐排列,而如图1B所示那样随机接触,由此以具有复杂的网状结构的方式形成低电阻的结合体195。结合体195通过形成这样的网状结构而能够提高电连接的可靠性。另外,优选铜微粒子180彼此进行面接触的位置也是随机的。通过在随机的位置使铜微粒子180彼此进行面接触,由此能够使受热时在通孔导体140的内部产生的应力或从外部施加的外力通过铜微粒子180的变形而分散。
优选通孔导体140中含有的铜微粒子180的重量比例为20重量%以上且90重量%以下,进一步优选为40重量%以上且70重量%以下。在铜微粒子180的重量比例过低的情况下,作为导通路的结合体195的电连接的可靠性存在降低的倾向。在铜微粒子180的重量比例过高的情况下,电阻值在可靠性试验中存在容易变动的倾向。
如图1B所示,第二金属区域210的至少一部分以与第一金属区域200的除了面接触部190A之外的表面接触的方式形成。这样,通过将第二金属区域210形成在第一金属区域200的除了面接触部190A之外的表面上,由此来加强第一金属区域200。另外,优选第二金属区域210的至少一部 分覆盖面接触部190A的周围,且以跨面接触部190A的方式覆盖第一金属区域200。通过该结构,进一步加强面接触部190A的接触状态。
第二金属区域210含有从由锡、锡-铜合金及锡-铜金属间化合物构成的组中选择的至少一种金属来作为主成分。具体而言,例如,含有包括Sn单体、Cu6Sn5、Cu3Sn等在内的金属作为主成分。另外,在不损害本发明的效果的范围内还可以含有Bi或Cu等其它的金属元素来作为剩余的成分。具体而言,例如可以在10质量%以下的范围内含有。
另外,如图1B所示,优选第三金属区域220以不与铜微粒子180接触且与第二金属区域210接触的方式存在。在通孔导体140中,在使第三金属区域220以不与铜微粒子180相接的方式存在的情况下,第三金属区域220不会使第一金属区域200的导电性降低。另外,由于含有Bi作为主成分的第三金属区域220的电阻率比较高,因此优选第三金属区域220的比例尽量少。
第三金属区域220含有Bi作为主成分,但在不损害本发明的效果的范围内还可以含有Bi与Sn的合金或金属间化合物等来作为剩余的成分。具体而言,例如可以在20质量%以下的范围内含有。
需要说明的是,为了使第二金属区域210与第三金属区域220相互相接,通常这两个区域都含有Bi及Sn这两方。这种情况下,第二金属区域210的Sn的浓度比第三金属区域220的Sn的浓度高,第三金属区域220的Bi的浓度比第二金属区域210的Bi的浓度高。另外,第二金属区域210与第三金属区域220的界面优选不明确胜于明确。在界面不明确的情况下,即使在热冲击试验等的加热条件下也能够抑制应力在界面集中的现象。
以上那样构成通孔导体140的金属部分230包括:第一金属区域200,其由铜微粒子180构成;第二金属区域210,其以从由锡、锡-铜合金、及锡-铜金属间化合物构成的组中选择的至少一种金属为主成分;以及第三金属区域220,其以铋(Bi)为主成分。
并且,金属部分230的组成在后述的图6所示那样的表示Cu、Sn及Bi的重量组成比(Cu∶Sn∶Bi)的三元相图中,为包含在由以A(0.37∶0.567∶0.063)、B(0.22∶0.3276∶0.4524)、C(0.79∶0.09∶0.12)、D(0.89∶ 0.10∶0.01)为顶点的四边形包围的区域内的组成。在金属部分230的组成在这样的范围内的情况下,通孔导体140的电阻值低,且相对于热史(thermal history)的可靠性提高。
需要说明的是,对于上述范围,在Bi相对于Sn的比例过高的情况下,在通孔导体140的形成时,第三金属区域220的比例增加而使电阻值变高。并且,因第三金属区域220的散布状态而使相对于热史的连接可靠性降低。另一方面,在Bi相对于Sn的比例过低的情况下,在通孔导体140的形成时,需要在高的温度下使焊料成分熔融。另外,在Sn相对于铜微粒子180的比例过高时,铜微粒子180彼此未充分进行面接触,容易在铜微粒子180彼此的接触面上形成电阻值高的Sn-Cu的化合物层等。在Sn相对于铜微粒子180的比例过低的情况下,与结合体195的表面接触的第二金属区域210变少,因此相对于热史的可靠性降低。
另一方面,构成通孔导体140的树脂部分240为固化性树脂的固化物。固化性树脂没有特别限定,但具体而言,例如从耐热性优越且线膨胀系数低这一点出发,尤其优选环氧树脂的固化物。
优选通孔导体140中的树脂部分240的重量比例为0.1重量%以上且50重量%以下,进一步优选为0.5重量%以上且40重量%以下。在树脂部分240的重量比例过高的情况下,电阻值存在变高的倾向,在树脂部分240的重量比例过低的情况下,制造时导电性糊剂的调制存在变得困难的倾向。
需要说明的是,优选通孔导体140中的树脂成分240具有呈基体状或网眼状填补第一金属区域200与第二金属区域210之间的间隙、第一金属区域200或第二金属区域210与第三金属区域220之间的间隙的三维形状。这样,通过使树脂成分240的形状成为三维的网眼结构,由此能够将通孔电阻抑制得较小。
接着,参照图2,示意性地说明多层配线基板110中的通孔导体140的作用。图2是着眼于通过使铜微粒子180彼此面接触而形成的结合体195所形成的导通路来进行说明的图。为了方便,未示出树脂部分240等。并且,为了方便,示出假想的弹簧250来说明通孔导体140的作用。
如图2所示,通过使多个铜微粒子180彼此相互随机地进行面接触而 形成的结合体195在多个配线120(粗化铜箔150)间形成电导通路270。结合体195例如为通过使多个铜微粒子180彼此经由面接触部190A结合而形成的第一金属区域200。
并且,在配线120(粗化铜箔150)与铜微粒子180(第一金属区域200)之间形成面接触部190B是有用的。而且,第二金属区域210与配线120(粗化铜箔150)相互进行面接触也是有用的。即,经由配线120和通孔糊剂中的焊料粉反应而形成的金属化合物来使第二金属区域210和配线120一体化也是有用的。
在多层配线基板110中产生内部应力的情况下,在多层配线基板110的内部如箭头260所示那样朝外施加有力。这样的内部应力例如在焊料回流时或热冲击试验时因构成各要素的材料的热膨胀系数的不同而产生。
这样的朝外的力通过柔软性高的铜微粒子180发生变形、结合体195或第一金属区域200发生弹性变形、或者铜微粒子180彼此的面接触位置略微错动而得以缓和。由于第二金属区域210比铜微粒子180硬,因此第二金属区域210要对结合体195的变形、尤其要对面接触部190A的变形进行抵抗。因此,在面接触部190A要无限制地追随变形的情况下,第二金属区域210在某程度的范围内限制变形。因此,结合体195不会发生使面接触部190A分离那样程度的变形。
在将结合体195(或第一金属区域200)比喻成弹簧的情况下,在结合体195上施加有某程度的力时,弹簧伸长至某程度并追随变形。然而,在变形要进一步变大这样的情况下,由硬的第二金属区域210来限制结合体195的变形。并且,在多层配线基板110上施加有箭头260所示那样的朝内的力的情况下,也起到同样的作用。这样,宛如弹簧250那样,对于外力及内力中的任一方向的力都限制结合体195的变形,由此能够确保电连接的可靠性。
如以上那样,通孔导体140具有金属部分230和树脂部分240。金属部分230含有铜(Cu)、锡(Sn)和铋(Bi)。金属部分230包括第一金属区域200、第二金属区域210、第三金属区域220。第一金属区域200包括通过多个铜微粒子180相互进行面接触而形成由此将配线120彼此电连接的铜微粒子180的结合体195。第二金属区域210含有锡、锡-铜合 金或锡与铜的金属间化合物中的任一个以上来作为主成分。第三金属区域220含有Bi来作为主成分。这样使铜微粒子180相互进行面接触是有用的,但未必需要限定为面接触。另外,也未必需要确认铜微粒子180相互进行面接触这一情况。为了物理上确认铜微粒子180彼此的面接触的有无,有时会产生巨额的费用。因此,利用电学评价,若电阻值低,则即使无法发现各个面接触部190A,也可以推测为实质上铜微粒子180彼此进行面接触。并且,由于铜微粒子180彼此的面接触三维地产生,因此不需要确定各个面接触部190A。
并且,第二金属区域210的至少一部分与结合体195的除了面接触部190A以外的表面接触。金属部分230中的Cu、Sn及Bi的重量组成比(Cu∶Sn∶Bi)在三元相图中,位于由以A(0.37∶0.567∶0.063)、B(0.22∶0.3276∶0.4524)、C(0.79∶0.09∶0.12)、D(0.89∶0.10∶0.01)为顶点的四边形包围的区域中。配线120为铜箔,该铜箔的通孔导体140的表面预先通过蚀刻而粗化。第二金属区域210也形成在铜箔的表面上。
接着,参照图3A~图5C,对多层配线基板110的制造方法的一例进行说明。首先,如图3A所示,在预浸料280的两面上粘贴保护膜290。作为预浸料280,没有特别地限定,例如可以使用将半固化状态的环氧树脂浸渍于由玻璃纤维或环氧纤维形成的芯材中而得到的市场出售品、或者在聚酰亚胺膜等耐热性树脂片的两面层叠有未固化树脂层的作为层叠体的树脂片等。即,可以适用一直以来用于配线基板的制造中的绝缘材料。需要说明的是,用于配线基板的制造中的耐热性树脂片也是预浸料280的一种形态。
作为耐热性树脂片,只要是能够耐受钎焊的温度的树脂片就可以适用,没有特别限定。作为其具体例,例如可以举出聚酰亚胺膜、液晶聚合物膜、聚醚醚酮膜等。在它们之中,尤其优选聚酰亚胺膜。优选耐热性树脂片的厚度为1μm以上且100μm以下,进一步优选为3μm以上且75μm以下,尤其优选为7.5μm以上且60μm以下。
作为未固化树脂层,列举有环氧树脂等的未固化的粘接层。另外,作为未固化树脂层的每一面的厚度,从有助于多层配线基板110的薄壁化这一点出发,优选为1μm以上且30μm以下,进一步优选为5μm以上且10μm 以下。
作为保护膜290,可以使用各种树脂膜。作为其具体例,例如列举有聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)或聚萘二甲酸乙二醇脂(PEN)等树脂膜。作为树脂膜的厚度,优选为0.5μm以上且50μm以下,进一步优选为1μm以上且30μm以下。在这样的厚度的情况下,如后述那样,通过保护膜290的剥离,能够形成具有充分的高度的通孔糊剂的突出部。
作为在预浸料280上粘贴保护膜290的方法,列举有例如利用未固化树脂层的未固化或半固化状态的表面粘性来直接粘贴的方法。
接着,如图3B所示,从保护膜290的外侧对配置有保护膜290的预浸料280进行穿孔,由此形成贯通孔300。穿孔除了使用二氧化碳激光器、YAG激光器等非接触的加工方法之外,还可以使用利用钻头的开孔等各种方法。贯通孔300的直径为10μm以上且500μm以下,进一步为50μm以上且300μm以下左右。
接着,如图3C所示,在贯通孔300中填满通孔糊剂310。通孔糊剂310包含铜微粒子(铜粉)、含有Sn和Bi的Sn-Bi系焊料微粒子(焊料粉)、环氧树脂等固化性树脂成分。
如上所述,优选铜微粒子的平均粒径为0.1μm以上且20μm以下,进一步优选为1μm以上且10μm以下的范围。在铜微粒子的平均粒径过小的情况下,在贯通孔300中难以进行高填充,并且,存在高价的倾向。另一方面,在铜微粒子的平均粒径过大的情况下,在要形成直径小的通孔导体时存在难以填充的倾向。
另外,铜微粒子的粒子形状没有特别地限定。具体而言,例如列举有球状、扁平状、多边状、麟片状、薄片状或者在表面具有突起那样的形状等。另外,既可为一次粒子,也可以形成二次粒子。
接着,如图3D所示,通过将保护膜290从预浸料280的表面剥离,由此使通孔糊剂310的一部分从贯通孔300突出而成为突出部320。突出部320的高度h依赖于保护膜290的厚度,优选为例如0.5μm以上且50μm以下,进一步优选为1μm以上且30μm以下。在突出部320过高的情况下,在后述的压接时,通孔糊剂310可能会在预浸料280的表面的贯通孔300的周围溢出而丧失表面平滑性。在突出部320过低的情况下,在后述 的压接时,存在无法向填充着的通孔糊剂310充分地传递压力的倾向。
接着,如图4A所示,在预浸料280上配置粗化铜箔150,并沿箭头261所示的方向进行冲压。由此,如图4B所示,使预浸料280和粗化铜箔150一体化。其结果是,形成绝缘树脂层130。这种情况下,在冲压的最初,由于经由粗化铜箔150向突出部320施加力,因此填充在贯通孔300中的通孔糊剂310被以高的压力压缩。由此,通孔糊剂310中含有的多个铜微粒子180彼此的间隔变窄,铜微粒子180彼此被压缩,从而相互变形而进行面接触。
此时,如图4A所示,使粗化铜箔150的蚀刻面160处于通孔糊剂310侧是有用的。虽然冲压条件没有特别地限定,但优选将冲压模具设定为从常温(20℃)至小于Sn-Bi系焊料粉的熔点的温度。另外,在该冲压时,为了进行未固化树脂层的固化,可以加热到进行固化所需要的温度。
接着,在粗化铜箔150的表面形成光致抗蚀剂膜,并经由光掩膜而选择性地曝光。之后,通过显影除去光致抗蚀剂膜的不需要部分。然后,通过蚀刻选择性地除去配线部以外的铜箔。最终除去光致抗蚀剂膜,由此如图4C所示那样形成配线120。光致抗蚀剂膜的形成中既可以使用液状的抗蚀剂,也可以使用干膜。
如以上那样,能够制作出在上层的配线120和下层的配线120经由通孔导体140而进行层间连接的两面上形成有电路的配线基板100。通过使配线基板100进一步多层化,从而能够制作出图1A所示那样的将多层电路进行层间连接的多层配线基板110。
接着,参照图5A~图5C,对配线基板100的多层化的方法进行说明。首先,如图5A所示,在配线基板100的两面上配置图3D所示那样具有突出部320的预浸料280。然后,在预浸料280的与和配线基板100对置的面相反侧的面上分别配置粗化铜箔150来形成重合体。之后,将该重合体夹在冲压模具中,并在上述那样的条件下进行冲压及加热。通过该操作,能够制作出图5B所示那样的层叠体。然后,通过使用上述那样的光学处理,从而如图5C所示那样,形成新的配线120。通过进一步反复进行这样的多层化处理,从而能够制作出多层配线基板110。多层配线基板110具有3层绝缘树脂层130和24根配线120,但只要具有两层以上的绝缘 树脂层130和3个以上的配线120,则就为多层配线基板。
接着,参照图6,对图3C~图4A所示的通孔糊剂310进行详细地说明。首先,参照图6,对铜粉和Sn-Bi系焊料粉进行说明。图6是表示通孔糊剂310中含有的金属部分的Cu、Sn及Bi的组成的三元相图。
Sn-Bi系焊料粉是含有Sn和Bi的焊料粉,糊剂中的Cu、Sn及Bi的重量比在上述的图6所示那样的三元相图中,能够在由以A、B、C、D为顶点的四边形包围的区域内进行调整。只要是具有这样的组成的焊料粉就能够使用,没有特别地限定。另外,也可以是通过添加铟(In)、银(Ag)、锌(Zn)等而改善了浸润性、流动性等的物质。作为这样的Sn-Bi系焊料粉中的Bi的含有比例,优选为10%以上且58%以下,进一步优选为20%以上且58%以下。另外,Sn-Bi系焊料粉的熔点(共晶点)优选为75℃以上且160℃以下,进一步优选为135℃以上且150℃以下。需要说明的是,作为Sn-Bi系焊料粉,可以组合两种以上组成不同的种类的粒子来使用。在它们之中,尤其优选共晶点为较低的138℃且考虑了环境问题的无铅焊料即Sn-58Bi系焊料等。
优选Sn-Bi系焊料粉的平均粒径为0.1μm以上且20μm以下,进一步优选为2μm以上且15μm以下的范围。在Sn-Bi系焊料粉的平均粒径过小的情况下,存在比表面积变大、表面的氧化被膜比例变大而变得难以熔融的倾向。另一方面,在Sn-Bi系焊料粉的平均粒径过大的情况下,存在向作为通孔的贯通孔300的填充性降低的倾向。
作为优选的固化性树脂成分的环氧树脂,可以使用例如缩水甘油醚型环氧树脂、脂环式环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂或其它的改性环氧树脂等。
另外,也可以与环氧树脂组合来配固化剂。固化剂的种类没有特别限定,但尤其优选使用含有在分子中至少具有一个以上的羟基的胺化合物的固化剂。这样的固化剂作为环氧树脂的固化催化剂而起作用,且将铜微粒子及在Sn-Bi系焊料粉的表面存在的氧化被膜还原。由此,从降低接合时的接触电阻这一点出发是优选的。其中,从降低接合时的接触电阻的作用特别高这一点出发,更加优选具有比Sn-Bi系焊料粉的熔点高的沸点的胺化合物。
作为这样的胺化合物的具体例,例如列举有2-甲基氨基乙醇(沸点160℃)、N,N-二乙基乙醇胺(沸点162℃)、N,N-二丁基乙醇胺(沸点229℃)、N-甲基乙醇胺(沸点160℃)、N-甲基二乙醇胺(沸点247℃)、N-乙基乙醇胺(沸点169℃)、N-丁基乙醇胺(沸点195℃)、二异丙醇胺(沸点249℃)、N,N-二甲基异丙醇胺(沸点125.8℃)、2,2’-二甲基氨基乙醇(沸点135℃)、三乙醇胺等(沸点208℃)。
通孔糊剂310通过将铜粉、含有Sn和Bi的Sn-Bi系焊料粉、环氧树脂等固化性树脂成分混合来调制。具体而言,例如在含有环氧树脂、固化剂和规定量的有机溶剂的树脂漆中添加铜微粒子及Sn-Bi系焊料粉,并通过行星式搅拌机等进行混合来调制。
作为固化性树脂成分的相对于该固化性树脂成分和包含铜微粒子及Sn-Bi系焊料粉的金属成分的合计量的配合比例,优选为0.3质量%以上且30质量%以下,进一步优选为3质量%以上且20质量%以下的范围。通过该范围的配合比例,能够降低电阻值,并且能够确保充分的加工性。
另外,作为通孔糊剂310中的铜粉与Sn-Bi系焊料粉的配合比例,优选以使糊剂中的Cu、Sn及Bi的重量比在图6所示的三元相图中成为由以A、B、C、D为顶点的四边形包围的区域的范围的方式进行含有。例如,在使用Sn-58Bi系焊料粉作为Sn-Bi系焊料粉的情况下,优选铜粉相对于铜粉及Sn-58Bi系焊料粉的合计量的含有比例为22质量%以上且80质量%以下,进一步优选为40质量%以上且80质量%以下。
通孔糊剂310的填充方法没有特别地限定。具体而言,例如使用网板印刷等方法。需要说明的是,向贯通孔300填充通孔糊剂310的量需要以使突出部320在填充后剥离保护膜290时露出的方式进行调整。
接着,参照图7A、图7B,对图4A所示那样具有突出部320的通孔糊剂310进行压缩时的情况详细地进行说明。图7A是填充有通孔糊剂310的预浸料280的贯通孔300周边的压缩前的示意剖视图,图7B是压缩后的示意剖视图。
如图7A所示,通过经由粗化铜箔150对从贯通孔300突出的突出部320进行按压,由此如图7B所示那样将填充到贯通孔300中的通孔糊剂310压缩。需要说明的是,此时,存在含有固化性树脂成分的有机成分340 的一部分被从贯通孔300向外压出的情况。并且,其结果是,填充到贯通孔300中的铜微粒子180及Sn-Bi系的焊料微粒子330的密度变高,形成铜微粒子180彼此进行面接触的结合体195(或者第一金属区域200)。
需要说明的是,优选通过使粗化铜箔150与预浸料280压接,经由粗化铜箔150对通孔糊剂310的突出部320施加规定压力,由此对通孔糊剂310进行加压压缩。这样,能够使铜微粒子180彼此进行面接触,形成含有铜微粒子180的结合体195的第一金属区域200。需要说明的是,为了使铜微粒子180彼此进行面接触,加压压缩至使铜微粒子180彼此相互发生塑性变形是有用的。另外,在该压接时,根据需要进行加热(或者开始加热)是有效的。这是由于接着压接进行加热是有用的。
并且,通过使粗化铜箔150的蚀刻面160朝向通孔糊剂310,由此能够提高粗化铜箔150与预浸料280的密接性,并且能够使通孔糊剂310中的有机成分340浸透到在蚀刻面160上形成的槽部170等中。由此,可提高粗化铜箔150与通孔糊剂310中的铜微粒子180或焊料微粒子330的接触性(进一步而言为相互变形的面接触性)。
然后,在维持着该压接状态的状态下,以规定的温度进行加热,使Sn-Bi系焊料粉的一部分熔融。由此,能够防止熔融的焊料等或树脂等向铜微粒子180彼此的面接触部190A侵入的情况。因此,在压接步骤的一部分中设置加热步骤是有用的。另外,通过在压接中开始加热,由此能够缩短压接步骤和加热步骤的合计时间,能够提高生产率。
另外,在维持着压缩的状态下对该压缩的通孔糊剂310进行加热,从而在Sn-Bi系焊料微粒子330的共晶温度以上且共晶温度+10℃以下的温度的范围内使Sn-Bi系焊料微粒子330的一部分熔融。接着,进一步加热到共晶温度+20℃的温度以上且300℃以下的温度的范围。这样的两阶段的加热由于能够在铜微粒子180的结合体195的除了面接触部190A之外的表面上形成第二金属区域210,因此优选。并且,形成为使上述过程连续的伴有压接、加热的一个步骤是有用的。通过连续的一个步骤,能够使上述的各金属区域的形成反应稳定化,能够使通孔自身的结构稳定化。
通过压缩来形成结合体195(或者第一金属区域200),并且将通孔糊剂310逐渐加热到Sn-Bi系的焊料微粒子330的共晶温度以上且300℃以 下的温度。通过该加热,焊料微粒子330的一部分以在该温度下熔融的组成比例发生熔融。并且,在铜微粒子180或结合体195(或者第一金属区域200)的表面或周围形成第二金属区域210。这种情况下,如上所述,优选铜微粒子180彼此进行面接触的面接触部190A被第二金属区域210以横跨的方式覆盖。通过使铜微粒子180与熔融了的焊料微粒子330接触,由此焊料微粒子330中的Sn与铜微粒子180中的Cu发生反应,从而形成以含有Cu6Sn5或Cu3Sn的Sn-Cu的化合物层(金属间化合物)或锡-铜合金为主成分的第二金属区域210。另一方面,焊料微粒子330从内部的Sn相来补偿Sn并持续维持熔融状态,进而使剩余的Bi析出,由此形成以Bi为主成分的第三金属区域220。其结果是,形成具有图1B所示的结构的通孔导体140。
进一步详细而言,如上所述,高密度化的铜微粒子180彼此通过压缩而相互接触。在压缩中,首先,铜微粒子180彼此相互进行点接触,之后,随着压力增加而被压瘪,从而铜微粒子180相互变形而进行面接触,由此形成面接触部190A。这样,通过使多个铜微粒子180彼此进行面接触,从而形成用于将上侧的配线120和下侧的配线120在低电阻的状态下电连接的结合体195(或者第一金属区域200)。另外,面接触部190A未被焊料微粒子330覆盖。即,在面接触部190A中未侵入第二金属区域210。因此,能够形成使铜微粒子180彼此直接接触的结合体195。其结果是,能够减小图2所示的导通路270的电阻。
在该状态下进行加热,当达到焊料微粒子330的共晶温度以上时,焊料微粒子330开始局部地熔融。熔融的焊料的组成由温度决定,在加热时的温度下难以熔融的Sn作为Sn固相体而残留。另外,在铜微粒子180与熔融的焊料接触而其表面由熔融的Sn-Bi系焊料浸润时,在该浸润的部分的界面处,Cu和Sn的相互扩散进展而形成Sn-Cu的化合物层等。这样,以与铜微粒子180的除了面接触部190A以外的表面接触的方式生成第二金属区域210。第二金属区域210的一部分以跨面接触部190A的方式形成。在这样的第二金属区域210的一部分以跨面接触部190A的方式覆盖该面接触部190A的情况下,面接触部190A被加强而形成弹性优越的导通路270。
并且,通过Sn-Cu的化合物层等的形成、相互扩散的进一步进行,由此熔融的焊料中的Sn减少。熔融的焊料中的减少了的Sn由Sn固体层填补,因此熔融状态被持续维持。并且,当Sn减少,Sn和Bi的比率与Sn-57Bi相比Bi多时,Bi开始偏析,以Bi为主成分的固相体析出而形成第三金属区域220。
需要说明的是,作为在比较低的低温区域发生熔融的焊料材料,众所周知有Sn-Pb系焊料、Sn-In系焊料、Sn-Bi系焊料等。在这些材料中,In价格高,Pb对环境负担大。另一方面,Sn-Bi系焊料的熔点为比对电子部件进行表面安装时的通常的焊料回流温度低的140℃以下。因此,在仅将Sn-Bi系焊料单独用作电路基板的通孔导体的情况下,在焊料回流时,通孔导体的焊料发生再熔融,由此通孔电阻可能会产生变动。
另一方面,通孔糊剂310中的金属组成中,Cu、Sn及Bi的重量组成比(Cu∶Sn∶Bi)在三元相图中位于由以A(0.37∶0.567∶0.063)、B(0.22∶0.3276∶0.4524)、C(0.79∶0.09∶0.12)、D(0.89∶0.10∶0.01)为顶点的四边形包围的区域。在使用了这样的金属组成的通孔糊剂的情况下,在Sn-Bi系的焊料微粒子330中,与共晶的Sn-Bi系焊料组成(Bi57%以下、Sn43%以上)相比Sn组成多。
通过使用这样的通孔糊剂310,焊料组成中的一部分在焊料微粒子330的共晶温度+10℃以下的温度的范围内发生熔融,另一方面,未发生熔融的Sn残留。并且,通过熔融的焊料向铜微粒子180的表面扩散·反应,由此焊料微粒子330的Sn含有量减少,从而使残留的Sn发生熔融。并且,通过继续加热而使温度上升,也使Sn发生熔融,焊料组成中的未完全熔融的Sn消失,而且,通过继续加热,从而使Sn与铜微粒子180表面的反应进展。因此,以Bi为主成分的固相体析出而形成第三金属区域220。这样,通过使第三金属区域220析出而存在,由此即使在焊料回流时通孔导体140中的焊料也难以再熔融。并且,通过使用Sn组成多的Sn-Bi组成的焊料微粒子330,从而能够减少通孔中残留的Bi相。因此,能够使电阻值稳定化,并且即使在焊料回流后,也不易引起电阻值的变动。
对压缩后的通孔糊剂310进行加热的温度为Sn-Bi系的焊料微粒子330的共晶温度以上的温度,只要是不使预浸料280的构成成分分解那样 的温度范围即可,没有特别限定。具体而言,例如,在使用共晶温度139℃的Sn-58Bi焊料粉作为焊料微粒子330的情况下,首先通过在139~149℃的范围内进行加热,而使Sn-58Bi焊料粉的一部分熔融。之后,还优选在15%230℃左右的温度范围内缓慢地进行加热。需要说明的是,此时,通过适当地选择温度,从而能够使通孔糊剂310中含有的固化性树脂成分固化。
如以上那样,形成用于将上侧的配线120和下侧的配线120进行层间连接的通孔导体140。
接着,通过具体的例子,进一步具体地说明本实施方式。需要说明的是,本发明完全不是通过以下的例子的内容进行限定解释的。
首先,以下集中说明在下述的具体例中使用的原材料。
·铜微粒子180:平均粒子径5μm的三井金属(株式会社)制1100Y
·Sn-Bi系的焊料微粒子330:组成分别以成为(表1)所示的焊料组成的方式进行配比并熔融,且通过雾化法来进行粉状化,分级成平均粒径为5μm的合金粉
·环氧树脂:汽巴环氧树脂(株式会社)制jeR871
·固化剂:日本乳化剂(株式会社)制2-甲基氨基乙醇(沸点160℃)
·预浸料280:纵500mm×横500mm、厚度75μm的通过在玻璃织布中浸渍未固化环氧树脂层而得到的预浸料
·保护膜290:厚度25μm的PET片
·铜箔:厚度10μm以上且25μm以下的几种市场出售品
(通孔糊剂的调制)
将(表1)中记载的配合比例的铜微粒子180及Sn-Bi系的焊料微粒子330的金属成分和环氧树脂及固化剂的树脂成分配合,并通过行星式搅拌机进行混合。这样来调制通孔糊剂310。需要说明的是,树脂成分的配合比例中,相对于金属成分的合计100重量部,环氧树脂为10重量部,固化剂为2重量部。
(多层配线基板的制造)
在预浸料280的两面粘贴保护膜290。然后,通过激光从粘贴有保护膜290的预浸料280的外侧形成100个以上的直径为150μm的贯通孔300。
接着,在贯通孔300中填满通孔糊剂310。之后,通过将保护膜290剥离,来形成使通孔糊剂310的一部分从贯通孔300突出的突出部320。
接着,在预浸料280的两面以覆盖突出部320的方式配置粗化铜箔150。然后,在加热冲压机的下模(未图示)上隔着分型纸(未图示)而载置粗化铜箔150与预浸料280的层叠体,并在下模与上模(未图示)之间进行冲压。此时,以60分钟将下模和上模从常温25℃升温到最高温度220℃,并将220℃保持60分钟,之后用60分钟冷却到常温。需要说明的是,冲压压力为3MPa。这样来制作配线基板100。
[表1]
(电阻值试验)
通过4端子法测定来求出在上述那样制作出的配线基板100上形成的100个通孔导体140的电阻值。然后,将100个值的平均值作为初始电阻值,并求出100个值中的最大电阻值。需要说明的是,将初始电阻值为2mΩ以下的样品判断为A,将超过2mΩ的样品判断为B。另外,将最大电阻值小于3mΩ的样品判定为A,将比3mΩ大的样品判定为B。
(连接可靠性)
对测定初始电阻值后的配线基板100进行500循环的热循环试验。将相对于初始电阻值的变化率为10%以下的样品判断为A,将超过10%的 样品判断为B。
在(表1)中示出结果。另外,在图6中示出(表1)所示的各样品的组成的三元相图。需要说明的是,在图6中,“白圈”表示样品E1~E12的组成,“黑圈”表示与样品E1~E12相比Bi量相对于Sn量少的样品C1的组成。另外,“白三角”表示与样品E1~E12相比Bi量相对于Sn量多的样品C7的组成,“四方形”表示与样品E1~E12相比Sn量相对于Cu量多的样品C2、C4、C6、C9的组成。并且,“黑三角”表示与样品E1~E12相比Sn量相对于Cu量少的样品C3、C5、C8的组成。
由图6可知,对初始电阻、最大电阻值及连接可靠性的全部的判定都得到A评价的样品E1~E12的组成的三元相图中的重量比率(Cu∶Sn∶Bi)在由以A(0.37∶0.567∶0.063)、B(0.22∶0.3276∶0.4524)、C(0.79∶0.09∶0.12)、D(0.89∶0.10∶0.01)为顶点的四边形包围的区域的范围(包含边界)。
另外,在图6中由“白三角”表示的样品C7中,在通孔中析出的Bi量变多。Bi的导体电阻为78μΩ·cm,明显比Cu(1.69μΩ·cm)、Sn(12.8μΩ·cm)或Cu与Sn的化合物(Cu3Sn:17.5μΩ·cm、Cu6Sn5:8.9μΩ·cm)大。因此,在Bi量相对于Sn量多的情况下,无法充分降低电阻值,并且因Bi的散布状态而使电阻值变化,从而导致连接可靠性降低。
另外,在图6中由“四方形”表示的样品C2、C4、C6、C9中,基于压缩的铜微粒子180的面接触部190A的形成不充分,或者在相互扩散后在铜微粒子180彼此的接触部形成Sn-Cu的化合物层。因此,初始电阻值及最大电阻值变高。
另外,在图6中由“黑圈”表示的样品C1中,因Bi量少而使在Sn-Bi系焊料粉的共晶温度即140℃附近发生熔融的焊料的量变少。因此,没有充分地形成对面接触部190A进行加强的Sn-Cu的化合物层(第二金属区域210),使连接可靠性降低。即,在使用了Sn-5Bi焊料粉的样品C1的情况下,由于形成面接触部190A,因此初始电阻值及最大电阻值小。然而,由于Bi量少,因此认为焊料微粒子330难以熔融,从而使形成对面接触部190A进行加强的Sn-Cu的化合物层的Cu与Sn的反应未充分进行。
另外,在图6中由“黑三角”表示的样品C3、C5、C8中,Sn量相 对于铜微粒子180少,因此为了对面接触部190A进行加强而形成的Sn-Cu的化合物层减少。因此,连接可靠性降低。
在此,代表性地将使用样品E10的通孔糊剂而得到的配线基板100的通孔导体140的截面的电子显微镜(SEM)照片及其示意图在图8A~图9B中示出。需要说明的是,图8A的倍率为3000倍,图9A的倍率为6000倍。图8B、图9B分别是图8A、图9A的迹线图。
由上述的图可知,在通孔导体140中,多个铜微粒子180被高填充,相互进行面接触而形成面接触部190A。由此,形成电阻值低的导通路。另外,在铜微粒子180彼此进行面接触而形成的结合体195的表面上以跨面接触部190A的方式形成第二金属区域210。另外,以电阻值高的Bi为主成分的第三金属区域220实质上不与铜微粒子180接触。认为第三金属区域220通过Sn与铜微粒子180的表面的Cu形成合金(例如金属间化合物)来使高浓度的Bi析出而形成。
接着,使用样品E13~E15,说明对固化剂的种类所产生的影响进行研究的结果。具体而言,使用Sn-58Bi粒子作为Sn-Bi系的焊料微粒子330,并使金属成分中的铜粉、焊料粉(焊料微粒子330)的重量比例分别为56%、44%,与样品E1~E10同样地制造配线基板100并进行评价。在(表2)中示出固化剂的种类。需要说明的是,在连接可靠性的试验结果中,将等级划分进一步细化。具体而言,将相对于初始电阻值的变化率为1%以上且小于5%的情况判定为S,将5%以上且小于10%的情况判定为A,将超过10%的情况判定为B。在(表2)中示出结果。另外,Cu∶Sn∶Bi的重量组成比为0.56∶0.1848∶0.2552。
[表2]
在样品E13、E14中,使用具有Sn-58Bi焊料的共晶温度即139℃以上的沸点的固化剂。根据(表2)的结果可知,在样品E13、E14的配线基板100中,连接可靠性试验中的相对于初始电阻值的变化率极低,连接可靠性优越。在固化剂的沸点比Sn-Bi系焊料的共晶温度高的情况下,位于Sn-Bi系焊料的表面上的氧化层的还原不进行,在熔融之前不引起固化剂的挥发。因此,认为第二金属区域210充分地形成,可靠性进一步提高。需要说明的是,固化剂的沸点优选为300℃以下。在比300℃高的情况下,固化剂变得特殊,有时对其反应性产生影响。
接着,如上述的图4C所示,对各种铜箔(由市场出售的铜箔构成的素箔(plain foil)、市场出售的粗化铜箔即现有粗化件、本实施方式中的粗化铜箔)进行图案形成,并在(表3)中示出对锚定残留部的有无进行评价的一例。
需要说明的是,各铜箔的厚度在10μm以上且30μm以下时能够得到同样的结果。此外,作为表面粗糙度的指标的最大高度Rz(单位为μm)以JIS作为参考,表示表面的除了起伏以外的粗糙度曲线的最高峰与最低谷的高低差。另外,就图案形成而言,对L/S(Line/Space,即线宽/线间隔)=50μm/50μm、30μm/30μm、20μm/20μm的各情况进行评价。
在(表3)中,“无”表示“锚定残留部”仅在品质上不产生问题的范围以下产生的情况。“有剥落”表示由于产生了“图案剥离”而无法评价“锚定残留部”的有无的情况。“有锚定残留部”表示虽然未产生“图案剥离”,但产生“锚定残留部”,在品质上可能存在问题的情况。
如(表3)所示,在素箔中,在L/S=30μm/30μm、20μm/20μm的情况下,产生“图案剥离”,无法对“锚定残留部”的有无进行评价。素箔的Rz为0.1~0.3μm左右,表面粗糙度小,且绝缘树脂层130与铜箔的密接力低而锚定效果小,因此图案的形成困难且绝缘树脂层130剥落。
另外,在现有粗化件(市场出售的粗化铜箔)中,在L/S=30μm/30μm、20μm/20μm的情况下,产生了“锚定残留部”。现有粗化件的Rz为5.0~12μm,表面粗糙度大,且绝缘树脂层130与铜箔的密接力高而锚定效果大。因此,如上述的图26B所示那样容易产生锚定残留部9。
与此相对,在粗化铜箔(本实施方式中的粗化铜箔150)的情况下, 在L/S=50μm/50μm、30μm/30μm、20μm/20μm中的任一种情况下,都没有产生“锚定残留部”和“图案剥离”。
[表3]
铜箔 | Rz(μm) | L/S=50/50 | L/S=30/30 | L/S=20/20 |
素箔 | 0.1~0.3 | 无 | 有剥落 | 有剥落 |
现有粗化件 | 5.0~12 | 无 | 有锚定残留部 | 有锚定残留部 |
粗化铜箔 | 0.2~2.0 | 无 | 无 | 无 |
接着,如上述的图4C所示那样,对各铜箔进行图案形成,并在(表4)中示出对图案剥离进行评价的一例。
[表4]
在(表4)中,“无”表示“图案剥离”仅在品质上不产生问题的范围以下产生的情况。“局部地”表示“图案剥离”在小范围内局部地产生且在品质上残留有问题的情况。“有”表示“图案剥离”在大范围内产生且在品质上存在问题的情况。(表4)一并示出剥离强度。
如(表4)所示,素箔的Rz为0.1~0.3μm左右,表面粗糙度小,绝缘树脂层130与铜箔的密接力低。因而,剥离强度为较低的0.1~0.3KN/m。因此,就素箔而言,在L/S=50μm/50μm时,“图案剥离”为“局部地”,在L/S=30μm/30μm、20μm/20μm时,“图案剥离”进一步扩展。这样,容易产生图案剥离。
在现有粗化件中,现有粗化件的Rz为5.0~12μm,表面粗糙度大,绝缘树脂层130与铜箔的密接力高。因而,剥离强度为较高的1.0~1.2kN/m。 因此,在L/S=30μm/30μm、20μm/20μm的情况下都未产生图案剥离。
就粗化铜箔而言,在L/S=30μm/30μm时为“无”,但在L/S=20μm/20μm时,“局部地”产生“图案剥离”。然而,就粗化铜箔而言,剥离强度为比较高的0.7~0.9kN/m,因此认为存在通过蚀刻液的雾状喷射时的喷射压力的降低等蚀刻条件的改变而能够使“图案剥离”减少的可能性。
需要说明的是,在图5C所示的多层配线基板110或后述的图23A所示的积层型的多层配线基板上将配线高密度地形成的情况下,除了需要配线的精细图案化之外,还需要通孔的小径化甚至通孔焊盘部分的小径化。即,优选通孔导体140的直径为10μm以上且100μm以下。在直径小于10μm的贯通孔300中难以填充通孔糊剂310。另外,在通孔导体140的直径超过100μm时,会对多层配线基板110的高密度化产生影响。另外,积层型的多层配线基板具有芯部基板部和通过积层方法在该芯部基板部上形成的积层层。要求使通孔小径化,例如使通孔直径从直径150μm最终向直径30μm减小。
然而,通孔直径越减小,通孔电阻越增加。因此,为了在小径的通孔中降低通孔电阻,除了降低通孔导体140的体积电阻之外,降低配线120与通孔导体140的连接电阻(或者接触电阻)也是有用的。尤其是为了使通孔直径(通孔导体140的直径)为100μm以下,使低电阻的粗化铜箔150与铜微粒子180相互变形来形成面接触部190B,从而降低连接电阻是有用的。此外,在粗化铜箔150的表面上直接在焊料微粒子330与粗化铜箔150之间形成合金,形成构成通孔导体140的一部分的第二金属区域210来提高强度是有用的。这种情况下,优选第二金属区域210的至少一部分覆盖面接触部190B的周围,且以跨面接触部190B的方式覆盖粗化铜箔150和铜微粒子180。
这样,通过在粗化铜箔150的表面也直接形成第二金属区域210,由此能够提高与第一金属区域200的连接强度,即使在通孔直径小径化到100μm以下的情况下,也能够提高电特性、可靠性。需要说明的是,通孔直径比配线120的宽度小。因此,通孔直径比0μm大即可。
另外,如后所述,将图4C所示的配线基板100或图5C所示的多层配线基板110作为芯部基板,并使用市场出售的积层材料在该芯部基板上 形成积层层部,从而形成积层型的多层配线基板也是有用的。在配线基板100中,容易实现通孔直径的小径化、配线120的精细图案化,且即使在减小通孔直径后和使配线120精细图案化后,低电阻、高可靠性(或高强度化)方面也优越。因此,配线基板100、多层配线基板110满足作为芯部基板所要求的条件。
如以上那样,本实施方式中的多层配线基板110能够应对进一步的精细图案化(例如,L/S=20μm/20μm以上且50μm/50μm以下)。需要说明的是,精细图案不需要设置在多层配线基板110的整面上。可以在多层配线基板110的一部分上设置L(Line宽度)为20μm以上且50μm以下的精细图案。由此,可提高多层配线基板110的图案设计的自由度。同样,通过在多层配线基板110的一部分上设置S(Space间隔)为20μm以上且50μm以下的精细图案,由此可提高多层配线基板110的图案设计的自由度。
需要说明的是,优选粗化铜箔150的厚度为5μm以上且50μm以下,进一步优选为10μm以上且30μm以下。在粗化铜箔150的厚度小于5μm时,在精细图案化时存在配线电阻增加的情况。另外,在粗化铜箔150的厚度超过50μm时,存在精细图案化困难的情况。
以上,根据(表3)、(表4)的结果可知,粗化铜箔(粗化铜箔150)能够得到最优越的结果。并且,由于能够适用于L/S的精细图案,因此能够应对通孔部分的焊盘部分的小径化,进而能够应对通孔的高密度化。
接着,对在(表3)、(表4)中进行评价后的铜箔的一例进行说明。图10A~图12B示出粗化铜箔150的蚀刻面160的SEM照片。粗化铜箔150的蚀刻量按图10A、图11A、图12A的顺序增加。
图10A、图11A、图12A的倍率为2500倍,图10B、图11B、图12B的倍率为10000倍。图10B、图11B、图12B中的白色虚线表示在蚀刻面160(或者粗化铜箔150的表面)上形成的槽部170。
图13A、图13B分别是市场出售的铜箔(现有粗化件350)的表面部分的SEM照片和截面的示意图。由图13A可知,在现有粗化件350的表面上形成有瘤状或球状的突起物380。另外,如图13B所示,在现有粗化件350中,在铜箔等的中心部分370上通过后附加等形成有构成粗化部分 360的突起物380。
在图13A所示的现有粗化件350中,如上所述,容易产生“锚定残留部”。认为这是由于如上述的图26B所示那样,突起物380成为锚定残留部9的产生原因。
另外,在现有粗化件350的情况下,如图13B所示,多个突起物380沿厚度方向连成一串。因此,认为如上述的7A、图7B所示那样以高的压力紧压具有突出部320的通孔糊剂310时,突起物380与突起物380的连接部发生破裂或变形,可能对导通性产生影响。
图14是说明粗化铜箔150中的与通孔导体140连接的连接结构的截面的示意图。优选在粗化铜箔150的表面上通过蚀刻而形成槽部170。需要说明的是,作为铜箔,优选使用市场出售的电解铜箔。并且,粗化铜箔150的表面从粗糙度方面来说成为由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度Rsk为0以下的粗糙面。在为轧制铜箔的情况下,有时无法得到槽部170。
另外,为了使由电解铜箔构成的粗化铜箔150的粗糙面的Rsk为0以下,优选将在构成电解铜箔的多个结晶晶界中形成的晶界的一部分除去。也可以将构成电解铜箔的晶界的一部分、进而结晶粒的一部分除去,且设置在多个结晶粒之间设置的有底间隙。这种情况下,也可以使Rsk为0以下。
另外,为了形成由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度Rsk为0以下的粗糙面,在电解铜箔的表面上形成宽度为0.1μm以上且2.0μm以下、深度为0.2μm以上且20.0μm以下的蚀刻槽、晶界蚀刻部或枝状晶界蚀刻部中的任一个以上也是有用的。
这样,通过选择蚀刻等方法,能够将电解铜箔的晶界部分选择性地除去。这样,使与晶界相较而言比电阻低且铜纯度高的结晶粒直接在电解铜箔的表面露出是有用的。其结果是,电解铜箔的表面的Rsk成为0以下。
这样,通过形成由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的Rsk为0以下的粗糙面,由此能够有效地使结晶粒在铜箔表面直接露出。另外,通过在该表面露出的结晶粒的表面上直接形成通孔导体140,由此能够减少通孔电阻。
在槽部170中形成第二金属区域210、树脂部分240是有用的。通过将树脂部分240收容在槽部170中,由此粗化铜箔150的表面与铜微粒子180或第二金属区域210的连接面积扩展。另外,通过将第二金属区域210收容在槽部170中,粗化铜箔150的表面与铜微粒子180的连接面积扩展。
如图10A~图12B所示,槽部170的形状形成为“香瓜图案(或者随机的龟甲图案)”是有用的。通过该形状,收容在多个槽部170中的树脂部分240能够向更宽的面积扩散。
优选槽部170的槽宽为0.1μm以上且2.0μm以下。在槽部170的槽宽小于0.1μm时,存在无法得到树脂部分240的收容效果的情况。另外,在槽宽超过2.0μm时,存在对与铜微粒子180进行面接触的面接触性产生影响的情况。
另外,优选槽部170的槽深为0.2μm以上且20μm以下。在槽深小于0.2μm时,存在无法得到树脂部分240的收容效果的情况。另外,在槽深超过20μm时,存在对配线电阻产生影响的情况。需要说明的是,槽深或槽宽只要对试制品的截面进行SEM观察来求得即可。根据需要,求出多个位置的平均值来进行评价是有用的。
另外,在对市场出售的素铜箔的表面进行蚀刻来制作粗化铜箔150的情况下,优选将素铜箔的晶界部分选择性地蚀刻除去。由此,能够使粗化铜箔150的表面平坦。即,在图14中,能够使与铜微粒子180进行面接触的部分平坦。通过该平坦性,粗化铜箔150的表面能够耐受高的冲压压力,因此能够防止上述的图13B所示的问题的产生。
需要说明的是,以往,为了除去铜箔的表面氧化膜等,即使是素箔,有时也进行薄片蚀刻(slice etching),但这种情况下,在薄片蚀刻的前后有时表面粗糙度不发生变化。
在本实施方式中,通过将树脂部分240收容在槽部170中,由此使粗化铜箔150的表面与铜微粒子180或第二金属区域210的连接面积扩展。因此,优选以使表面粗糙度增加的方式对铜箔进行蚀刻。另外,优选不仅增加表面粗糙度,还将尤其是铜箔的晶界(结晶晶界)部分选择性地进行更深地蚀刻除去,从而形成金属铜的结晶所引起的凹凸面(或者粗糙面、粗化面)。这样的面由于铜的纯度高,因此与焊料粉的反应性高,对合金 化或者金属间化合物的形成也是有用的。
并且,通过对市场出售的素铜箔的表面进行蚀刻,将表面的氧化层或晶界除去来制作粗化铜箔150,由此能够提高与铜微粒子180进行面接触的部分的铜的纯度。由此,能够使与铜微粒子180进行面接触的部分的接触稳定化。并且,能够促进粗化铜箔150的表面上的第二金属区域210的形成。
接着,使用图15A~图17B,对配线基板100或多层配线基板110中使用的电解铜箔的表面粗糙度的测定结果的一例进行说明。
图15A是表示市场出售的铜箔的激光显微镜照片的图,图15B是表示图15A的表面粗糙度的图。这些图的测定对象相当于上述的图13A中示出的铜箔。使用市场出售的激光显微镜(株式会社基恩士(KEYENCE)制,VK-9500激光显微镜)来测定该铜箔的表面粗糙度的结果是,市场出售的铜箔的表面粗糙度在水平距离93.9390μm中如下这样。Rp(最大峰高度)为4.7815μm,Rv(最大谷深度)为3.6113μm,Rz(Rt)为8.3927μm。Rc(要素的平均高度)为6.3157μm,Ra(算术平均高度)为1.6274μm,Rsk(偏度)为0.2834,Rku(峰度)为2.2577。
图16A是表示粗化铜箔150的蚀刻面160的激光显微镜照片的图,图16B是表示图16A的表面粗糙度的图。这些图的测定对象相当于上述的图10A中示出的铜箔。与市场出售的铜箔同样,在水平距离93.9390μm中测定表面粗糙度的结果如下这样。Rp为0.5955μm,Rv为0.8666μm,Rz为1.4621μm。Rc为0.8011μm,Ra为0.2066μm,Rsk为-0.2948,Rku为3.2004。
接着,参照图17A、图17B,对Rsk(偏度)进行说明。图17A、图17B是Rsk的说明图。粗糙度曲线的Rsk是指通过均方根高度Rq的立方进行无量纲化后的基准长度中的Z(x)的立方平均。即,Rsk通过式(1)求出。
每单位长度的峰部的面积为Aa、谷部的面积为Ab。如图17A所示,在Aa比Ab小的情况下,概率密度分布的峰值位于比中心靠右侧的位置,偏度Rsk为正(>0)。另一方面,如图17B所示,在Aa比Ab大的情况下,概率密度分布的峰值位于比中心靠左侧的位置,偏度Rsk为负(<0)。需要说明的是,在概率密度分布为正态分布时,Rsk为0。如以上那样,Rsk是峰部与谷部的对称性的指标,是适合于区别现有的电解铜箔与本申请的蚀刻铜箔的参数。
需要说明的是,Rsk为0以下,优选小于0。并且,铜箔为电解铜箔,且在电解铜箔的表面上形成多个宽度为0.1μm以上且2.0μm以下、深度为0.2μm以上且20.0μm以下的蚀刻槽(即,通过蚀刻形成的槽部170),由此能够使Rsk为0以下。
另外,在使用电解铜箔,且以使Rsk为0以下的方式进行蚀刻的情况下,作为通孔导体140的金属部分230,可以含有铜(Cu)或银(Ag)中的任一个以上、锡(Sn)和铋(Bi)。这是因为铜(Cu)和银(Ag)的电阻值都低。但是,由于银的价格高,因此在实用上,优选金属部分230如上述那样由铜、锡和铋构成。
如上所述,作为在粗化铜箔150(配线120)的表面上通过蚀刻形成的槽部170的评价指标,使用Rsk是有用的。并且,通过使Rsk为0以下(优选为负),从而能够在保持相对于树脂部分240的密接力的状态下减少蚀刻时的残渣(锚定残留部9等)。
即,通过使Rsk为0以下,由此使通孔导体140中含有的树脂部分240容易收容于Rsk为0以下的槽部170(进一步而言为蚀刻表面)。其结果是,能够抑制在粗化铜箔150与通孔导体140的连接时,树脂部分240在粗化铜箔150与通孔导体140之间残留或扩展的情况。
并且,通过使Rsk为0以下,由此即使减少啮入到绝缘树脂层130中的配线材料的绝对量,也可表现出尽可能得到必要的密接强度的锚定效 果。因此,能够在保持必要的密接强度的状态下减少蚀刻时的残渣。需要说明的是,Rsk的值越小越有用,与0相比,为-0.1有用,为-0.2、-0.3更有用。但是,在现实上,Rsk为-20以上、进而为-10以上为好。需要说明的是,当考虑到电解铜箔的生产率时,Rsk为-5.0以上,优选为-3.0以上。在Rsk比-20小的情况下,有时对与树脂材料密接的密接性产生影响。在为配线基板用的铜箔的情况下,Rsk为-3.0以上且小于0.0的值是实用的。
在此,参照图18A~图18C,说明使用Rsk为0以下(进一步而言为负)的粗化铜箔150,进一步通过蚀刻来形成精密的图案的情况。图18A~图18C是说明使用表现出0以下的Rsk的粗化铜箔150,进一步通过蚀刻来形成精密的图案的情况的剖视图。
图18A表示蚀刻之前的截面。如图18A所示,粗化铜箔150的至少一面为蚀刻面160。
图18B是表示对粗化铜箔150进行蚀刻而形成多个配线120的情况的剖视图。需要说明的是,抗蚀涂层、蚀刻等未图示。此外,虽然在多个配线120之间图示出还未被蚀刻除去的部分作为一种锚定残留部9,但锚定残留部9能够容易地除去。
图18C是表示对粗化铜箔150进行蚀刻来形成多个配线120的情况的剖视图。如图18B、图18C所示,通过使粗化铜箔150的蚀刻面160的Rsk为0以下,由此不容易产生锚定残留部9。
这样,由于不产生锚定残留部9,因此配线图案的精密化变得容易。需要说明的是,配线120的线宽、配线120间的线间宽度以配线120的厚度(或者铜箔的厚度)为基础进行定义是有用的。例如,优选配线120的线宽为配线120的厚度的0.5倍以上且5.0倍以下。在配线120的宽度比配线120的厚度的0.5倍窄的情况下,配线120的宽度的尺寸不均可能在厚度方向上变大。另外,在比5.0倍大的情况下,有时会对配线密度产生影响。
同样,优选配线120间的线宽(间隙)为配线120的厚度的0.5倍以上且5.0倍以下。在配线120间的线宽(间隙)比配线120的厚度的0.5倍窄的情况下,配线120的宽度的尺寸不均可能在厚度方向上变大。另外, 在比5.0倍大的情况下,有时会对配线密度产生影响。
优选Rsk为负(负数)且其绝对值大。在Rsk负得较大的情况下,意味着蚀刻粗化部分的形状窄且深。其粗化面如图18A所示那样配置在绝缘树脂层130侧。并且,如图18B所示,通过使用了蚀刻液的金属面腐蚀法来形成配线120。这样,通过使Rsk为负(负数),从而如图18C所示那样,不易在导体间产生蚀刻残渣,能够形成更细微的配线。蚀刻残渣例如为上述的图26B所示的锚定残留部9。
接着,使用图19~图22,对通过上述的图7A、图7B中说明的步骤来形成图14所示的结构的机理详细地进行说明。图19是说明在由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度(Rsk)为0以下的蚀刻面即电解铜箔的表面上压接通孔糊剂的突出部之前的情况的剖视图。图19是相当于图7A的状态下的放大图。
作为图19所示的粗化铜箔150,如上所述,优选使用具有由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的Rsk为0以下的蚀刻面的电解铜箔。
如上所述,由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的Rsk为0以下的蚀刻面具有例如图19所示那样的晶界蚀刻部470、枝状晶界蚀刻部480。晶界蚀刻部470是对电解铜箔的晶界部分进行选择地蚀刻除去而形成的凹部。另外,枝状晶界蚀刻部480是晶界蚀刻部470的一种形态,是对分支的多个晶界进行蚀刻除去而形成的凹部。通过在蚀刻面160上形成晶界蚀刻部470、枝状晶界蚀刻部480,从而能够使由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的Rsk为0以下。
图20是说明在电解铜箔的由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度Rsk为0以下的蚀刻面上压接通孔糊剂的突出部之后的情况的剖视图。图20是相当于图7B的状态下的放大图。
通孔糊剂310中含有的铜微粒子180和焊料微粒子330被相互加压而密接。并且,其一部分形成面接触部190A。需要说明的是,面接触部190A在铜微粒子180彼此之间或者铜微粒子180与焊料微粒子330之间形成。同样,在铜微粒子180与粗化铜箔150之间或者焊料微粒子330与粗化铜箔150之间也形成有面接触部190B。
另外,铜微粒子180或焊料微粒子330的一部分被压入粗化铜箔150 的表面的晶界蚀刻部470或枝状晶界蚀刻部480的内部。并且,通过使通孔糊剂310中含有的有机成分340浸透到晶界蚀刻部470或枝状晶界蚀刻部480的内部,由此提高粗化铜箔150与铜微粒子180或焊料微粒子330的密接性。
需要说明的是,通过对粗化铜箔150的表面进行蚀刻,并使由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度Rsk为0以下,由此能够抑制粗化铜箔150的厚度不均。这是由于对晶界部分进行了蚀刻除去的缘故。存在通孔直径从120μm到60μm越减小,通孔糊剂310的突出部320的高度不均越增大的情况。这种情况下,对于减小粗化铜箔150的高度不均(或者厚度不均)而言,进行均匀的加压压接是有用的。
如以上所示,形成由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度Rsk为0以下的蚀刻面。由此,能够抑制通孔糊剂310的突出部320的高度不均的影响,并同时利用槽部170来吸收有机成分340,从而能够提高粗化铜箔150与铜微粒子180或焊料微粒子330的密接性。
需要说明的是,图19、图20所示的粗化铜箔150的表面与上述的图10A~图12B中示出的状态同样。另外,图19、图20所示的粗化铜箔150的表面如图16A、图16B所示那样,由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度Rsk为-0.2948。
图21~图22是对使用了现有的铜箔的情况进行说明的剖视图。图21是说明在现有粗化件的表面上压接通孔糊剂310的突出部320之前的情况的剖视图。
在为图13A、图13B所说明的现有粗化件350的情况下,由中心部分370和以突起物380为主体的粗化部分360构成。因此,存在箭头260B所示那样的表面凹凸。现有粗化件350的表面具有图15A、图15B所示的性质和状态,且由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度Rsk为0.2843。
图22是说明在现有粗化件350的表面上压接通孔糊剂310的突出部320之后的情况的剖视图。由于现有粗化件350具有表面凹凸,因此通孔糊剂310中含有的铜微粒子180和焊料微粒子330被相互加压而密接。并且,在其一部分形成面接触部190A时,容易受到通孔糊剂310的突出部 的高度不均的影响。
存在通孔直径从120μm到60μm越减小,通孔糊剂310的突出部的高度不均越增大的情况。在为现有粗化件350的情况下,当该高度不均变大时,有时对加压压接性产生影响。
如以上那样,配线基板100及多层配线基板110至少具有一个绝缘树脂层130、多个配线120和通孔导体140。多个配线120经由绝缘树脂层130而配设且由粗化铜箔150形成。通孔导体140以贯通绝缘树脂层130的方式设置,将多个配线120电连接。通孔导体140具有树脂部分240和含有铜、锡及铋的金属部分230。金属部分230包括第一金属区域200、第二金属区域210和第三金属区域220。第一金属区域200包含铜微粒子180的结合体195。第二金属区域210含有锡、锡-铜合金、锡与铜的金属间化合物中的至少任一个作为主成分。第三金属区域220含有铋作为主成分。金属部分230中的铜、锡、铋的重量组成比即铜∶锡∶铋在三元相图中位于由以A(0.37∶0.567∶0.063)、B(0.22∶0.3276∶0.4524)、C(0.79∶0.09∶0.12)、D(0.89∶0.10∶0.01)为顶点的四边形包围的区域。粗化铜箔150的与通孔导体140相接的表面是由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度Rsk为0以下的粗糙面。并且,第二金属区域210的至少一部分形成在铜微粒子180的表面和粗化铜箔150的粗糙面上。
需要说明的是,如上所述,Cu、Sn及Bi的重量组成比(Cu∶Sn∶Bi)在三元相图中位于由以A(0.37∶0.567∶0.063)、B(0.22∶0.3276∶0.4524)、C(0.79∶0.09∶0.12)、D(0.89∶0.10∶0.01)为顶点的四边形包围的区域中。也可以是Cu、Sn及Bi的重量组成比(Cu∶Sn∶Bi)在三角线图(或三角图)中位于由以A(0.37∶0.567∶0.063)、B(0.22∶0.3276∶0.4524)、C(0.79∶0.09∶0.12)、D(0.89∶0.10∶0.01)为顶点的四边形包围的区域中。这是由于与表示出液相-固层的边界线等的一元相图即固溶体图、表示出液相线、固相线等的二元相图的扩展即三元相图相比,作为三角图或三角线图来说,表示三成分***内的任意点的物质的组成有时更为有用。
接着,参照图23A~图24C,对向具有芯部基板部和积层层部的积层型的多层配线基板应用的一个应用例进行说明。
图23A、图23B是对向具有芯部基板部和积层层部的积层型的多层配线基板应用的一个应用例进行说明的剖视图。
图23A所示的多层配线基板115具有芯部基板部390A和积层层部440。另一方面,图23B所示的多层配线基板116具有芯部基板部390B和积层层部440。芯部基板部390A、390B具有芯部通孔导体400、芯材410、芯部配线420、芯部绝缘树脂层430。积层层部440具有积层配线450、积层绝缘树脂层460。
芯部基板部390A相当于两面基板,芯部基板部390B相当于4层基板。如以上所示,芯部基板部的层数没有限定为两层,只要构成多层配线基板的中央部分即可。
在芯部基板部390A、390B中,芯部通孔导体400由糊剂通孔或镀敷通孔形成。芯部配线420由形成有图案的铜箔或镀铜等形成。需要说明的是,可以如芯部基板部390A那样将芯部配线420形成在两面上,但也可以如芯部基板部390B那样将芯部配线420内置于内部。芯材410为由玻璃纤维等无机纤维或芳纶等有机纤维形成的无纺布或织布。芯部绝缘树脂层430为埋设有芯材410的预浸料(未图示)的固化物。
芯部通孔导体400中的至少一个通过使通孔糊剂合金化而形成,该通孔糊剂填充到在将埋设有芯材410的预浸料层叠两张以上的状态下形成的贯通孔中,且至少含有铜微粒子和锡铋系焊料粉。
在积层层部440中,积层配线450由镀铜等形成。优选积层配线450的一部分也在形成于积层绝缘树脂层460中的通孔或有底孔(未图示)的内部形成。
接着,参照图24A~图24C,对芯部基板部390A的制作方法进行说明。图24A~图24C是表示多层配线基板115、116或芯部通孔导体400等的制造方法的一例的剖视图。芯材410是由玻璃纤维等无机纤维或芳纶等有机纤维形成的无纺布或织布。另外,作为预浸料280,可以使用市场出售的预浸料。
首先,如图24A所示,将多个预浸料280以直接相接的方式配置,在多个预浸料280的外侧配置保护膜290并将它们层叠。
接着,如图24B所示,在预浸料280和配置在该预浸料280的两面 上的保护膜290上形成贯通孔300。贯通孔300通过激光、钻头等通常的方法形成即可。例如,将两张厚度100μm的预浸料280层叠。然后在其两侧层叠厚度为20μm的PET膜来作为保护膜290,从而成为图24B的状态。然后,在该状态下使用钻头(未图示),由此形成直径为100μm的贯通孔300。这种情况下,贯通孔300的由厚度/直径表示的纵横比为2。
接着,如图24C所示,在贯通孔300中填充通孔糊剂310之后,将保护膜290剥离。通过该操作,形成突出部320。之后,进行上述的图4A等所示的步骤,由此形成芯部通孔导体400来制作芯部基板部390A。
之后,利用使用了镀敷技术等的通常的积层方法或积层材料,从而制作出积层层部440、积层配线450等。如以上那样,能够稳定地制造出多层配线基板115、116。
【工业实用性】
根据本发明,能够实现便携式电话等中使用的多层配线基板的进一步的低成本化、小型化、高功能化、高可靠性化。并且,通过从通孔糊剂方面提出适合于通孔的小径化通孔糊剂的反应物的形成的方案,从而有助于多层配线基板的小型化、高可靠性化。
【符号说明】
100 配线基板
110、115、116 多层配线基板
120 配线
130 绝缘树脂层
140 通孔导体
150 粗化铜箔
160 蚀刻面
170 槽部
180 铜微粒子
190A、190B 面接触部
195 结合体
200 第一金属区域
210 第二金属区域
220 第三金属区域
230 金属部分
240 树脂部分
250 弹簧
260、260B、261 箭头
270 导通路
280 预浸料
290 保护膜
300 贯通孔
310 通孔糊剂
320 突出部
330 焊料微粒子
340 有机成分
350 现有粗化件
360 粗化部分
370 中心部分
380 突起物
390A、390B 芯部基板部
400 芯部通孔导体
410 芯材
420 芯部配线
430 芯部绝缘树脂层
440 积层层部
450 积层配线
460 积层绝缘树脂层
470 晶界蚀刻部
480 枝状晶界蚀刻部 。
Claims (11)
1.一种配线基板,其具备:
绝缘树脂层;
多个配线,它们经由所述绝缘树脂层配设且由铜箔形成;
通孔导体,其以贯通所述绝缘树脂层的方式设置,将所述多个配线电连接,且具有树脂部分和含有铜、锡及铋的金属部分,
所述金属部分包括:包含多个铜微粒子的结合体的第一金属区域;以锡、锡-铜合金、锡与铜的金属间化合物中的至少任一个为主成分的第二金属区域;以铋为主成分的第三金属区域,
所述金属部分中的铜、锡、铋的重量组成比即铜∶锡∶铋在三元相图中位于由以A(0.37∶0.567∶0.063)、B(0.22∶0.3276∶0.4524)、C(0.79∶0.09∶0.12)、D(0.89∶0.10∶0.01)为顶点的四边形包围的区域中,
所述铜箔的与所述通孔导体相接的表面是由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度Rsk为0以下的粗糙面,
在所述多个铜微粒子的一部分与所述粗糙面之间具有面接触部,
所述第二金属区域的至少一部分形成在所述结合体的表面和所述粗糙面上。
2.根据权利要求1所述的配线基板,其中,
所述铜箔是具有相互相邻的多个结晶粒的电解铜箔,所述粗糙面具有在构成所述电解铜箔的多个结晶粒间形成的有底间隙。
3.根据权利要求1所述的配线基板,其中,
所述配线的厚度为5μm以上且50μm以下,所述配线的线宽为所述配线的厚度的0.5倍以上且5.0倍以下,所述配线间的线间宽度为所述配线的厚度的0.5倍以上且5.0倍以下,所述通孔导体的直径为10μm以上且100μm以下。
4.根据权利要求1所述的配线基板,其中,
所述绝缘树脂层为两层以上的绝缘树脂层中的一层,所述配线基板具有所述两层以上的绝缘树脂层和三个以上的所述配线。
5.根据权利要求1所述的配线基板,其中,
所述铜箔为电解铜箔,在所述电解铜箔的表面形成有宽度为0.1μm以上且2.0μm以下、深度为0.2μm以上且20.0μm以下的蚀刻槽、晶界蚀刻部、枝状晶界蚀刻部中的任一个以上。
6.根据权利要求1所述的配线基板,其中,
所述通孔导体含有20重量%以上且90重量%以下的铜。
7.一种积层型多层配线基板,其具备:
由权利要求1所述的配线基板构成的芯部基板部;
在所述芯部基板部上积层形成的积层层部。
8.一种配线基板的制造方法,其包括:
从保护膜的外侧对由所述保护膜覆盖的预浸料进行穿孔,由此形成贯通孔的步骤;
在所述贯通孔中填充通孔糊剂的步骤;
在所述贯通孔中填充通孔糊剂之后,将所述保护膜剥离而形成突出部的步骤,其中所述突出部通过所述通孔糊剂的一部分从所述贯通孔突出而成;
将具有由ISO4287-1997定义的粗糙度曲线的偏度Rsk为0以下的粗糙面的铜箔以所述粗糙面覆盖所述突出部的方式配置在所述预浸料的表面上,来覆盖所述突出部的步骤;
将所述铜箔配置在所述预浸料的表面上之后,使所述铜箔与所述预浸料的表面压接的步骤;
在使所述铜箔与所述预浸料的表面压接的状态下,对所述铜箔、所述预浸料和所述通孔糊剂进行加热的步骤;
以及对所述铜箔进行图案形成来形成配线的步骤,
所述通孔糊剂包含多个铜微粒子、多个锡-铋系焊料微粒子、及热固化性树脂,且由铜∶锡∶铋表示的铜、锡、铋的重量组成比在三元相图中位于由以A(0.37∶0.567∶0.063)、B(0.22∶0.3276∶0.4524)、C(0.79∶0.09∶0.12)、D(0.89∶0.10∶0.01)为顶点的四边形包围的区域中,
通过使所述铜箔与所述预浸料的表面压接,来形成所述多个铜微粒子的结合体,并且在所述多个铜微粒子的一部分与所述铜箔之间形成面接触部,在对所述铜箔、所述预浸料和所述通孔糊剂进行加热时,在所述焊料微粒子的共晶温度以上的温度中进行加热,由此使所述焊料微粒子熔融,从而形成第一金属区域、第二金属区域和第三金属区域,其中,所述第一金属区域含有所述结合体,所述第二金属区域以锡、锡-铜合金、锡与铜的金属间化合物中的至少任一个为主成分,且形成在所述结合体的表面和所述粗糙面上,所述第三金属区域以铋为主成分。
9.根据权利要求8所述的配线基板的制造方法,其中,
所述预浸料具有织布或无纺布作为芯材,在将所述预浸料层叠两张以上的状态下形成所述贯通孔。
10.根据权利要求8所述的配线基板的制造方法,其中,
在使所述铜箔与所述预浸料的表面压接时,在能够使所述预浸料中含有的未固化树脂层固化的温度以上且小于所述焊料微粒子的熔点的温度中对所述预浸料进行加热。
11.根据权利要求8所述的配线基板的制造方法,其中,
在对所述铜箔、所述预浸料和所述通孔糊剂进行加热时,在所述焊料微粒子的共晶温度以上且共晶温度+10℃以下的温度的范围内使所述焊料微粒子的一部分熔融,
接着,进而在共晶温度+20℃的温度以上且300℃以下的温度中进行加热。
Applications Claiming Priority (7)
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