JP2004343055A - 微細接続抵抗評価用パターンおよび部材とその製造方法とそれを用いた評価方法、ならびに多層板 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の接続基板における高多層化に必要な全工程を省略し、ラフな位置精度でも、微細接続部や多層化プレスが可能な方法を提供する。
【解決手段】絶縁樹脂と接続用導体からなる一対の部材であって、絶縁樹脂層が熱硬化樹脂およびまたは、熱可塑樹脂からなる微細接続抵抗評価用部材。一対からなる部材のうち、該部材の上側と該部材の下側の接続用導体のパターンが透視してみたときにラフな位置精度でも、線路長が変化しない微細接続抵抗評価用配線パターン。前記パターンを用いて、前記部材を製造する方法。前記部材を用いて、各種金属間の溶融または、固相金属拡散による接続抵抗および信頼性を評価する評価方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、接続基板を用いた多層配線板の製造において、接続抵抗の信頼性を評価する評価方法に関する。

近年、我々を取り巻く社会環境は、情報通信網の進展と共に大きく変化している。その中に、携帯機器の成長があり、小型・高機能化と共にその市場は拡大している。このため、半導体パッケージの更なる小型化と、それらを高密度に実装できる多層配線基板が要求され、高密度配線が可能な層間接続、すなわち高密度多層化技術が重要となっている。

主な多層化方法としては、ドリル穴明けとめっきプロセスを組み合わせたスルーホール接続があり、広く一般に知られているが、全ての層にわたって穴があくので、配線収容量に限界がある。

そこで、接続部の穴体積を減らすため、絶縁樹脂組成物層の形成−穴あけ−回路形成を繰り返すビルドアップ技術が主流となりつつある。このビルドアップ技術は、大別して、レーザ法とフォトリソ法があり、レーザ法は、絶縁樹脂組成物層に穴をあけるのにレーザ照射を行うものであり、一方、フォトリソ法は、絶縁樹脂組成物層に感光性の硬化剤（光開始剤）を用い、フォトマスクを重ねて、露光・現像して穴を形成する。

一方、ますます進展する情報・電子機器の小型・高機能化に対応し、半導体パッケージでは、高密度実装技術の開発が加速されている。このため、多層基板のみならず、半導体実装用基板にも、薄型化とともに高密度配線形成技術が要求されている。その一つに、直上ビア構造形成の要求がある。これは、フリップチップ実装に対応した配線設計の自由度を改善したり、ビルドアップ層へのワイヤボンディング性を向上するなどを目的としている。（非特許文献１参照）
これらの要求から、新規な基板製造方法として、一括積層技術が注目されている。一括積層技術は、絶縁樹脂層上には配線層が形成され、絶縁樹脂層内には導電接続部が形成された部材を準備し、それら部材を位置合わせして、熱プレスにより一括で成型加工と同時に層間を導通接続するものである。この技術により、直上ビア構造形成の実現だけでなく、コアレスによる薄型化が図れると考えられる。製造面では、大幅な納期短縮も期待できる。このため、各社から、一括積層技術が発表されている。（非特許文献２〜１０参照）
主だった工法を見ると、絶縁樹脂には、熱硬化系樹脂または熱可塑系樹脂が用いられ、導電接続部には導電ペーストもしくは、めっき銅にはんだをめっきしたものが用いられている。配線層は、あらかじめ絶縁層に設けた金属層からエッチングで形成するもの、導電部上に配線を転写する方法が開発されている。従来の技術では、絶縁樹脂にあらかじめ微細な接続用導体をなんらかの方法で埋設しておく必要がある。そして、実際に多層化して双方向の接続信頼性を評価することが重要になる。
板谷、他4名：「ヴィアポスト型ビルドアップ配線板のワイヤボンディング性」、第7回マイクロエレクトロ二クスシンポジウム、ＰＰ157-160、1997-10 田野倉、他1名：もう、プリント基板じゃない・第2部一括積層でコスト半減部品内蔵で機能のみ込む、日経エレクトロ二クス、PP120-127、2002-4 竹ノ内、他1名：ポリイミドフィルム多層基板の開発、第10回回路実装学術講演大会、PP81-82、1996-3 石野、他3名：テープ状フィルムの一括積層方式による多層配線板の開発、エレクトロ二クス実装学会誌、Vol.1、No.2、PP124-129、（1998） 榎本、他2名：一括積層プレス法による全層IVH配線板の開発、第13回エレクトロ二クス実装学術講演大会、PP.203-204 、1999-3 林：一括硬化多層配線基板とその応用、エレクトロ二クス実装学会2000特別セミナーテキスト、PP15-22、2000 大石：多層基板の低コスト化技術・積水化学が新型テープ開発、日経エレクトロ二クス、PP26-27、2002-3 岡田、他４名：鉛フリー半田による、一括多層・微細層間接続技術、化学工学会第35回秋季大会講演、B314、PP.74、2002-9近藤：PALAPの最新技術開発動向と今後の課題と展望、PWB-10,プリント配線板EXPO、2003-1 唐沢：インプラント法による一括積層全層IVH構造配線板の開発、PWB-10,プリント配線板EXPO、2003-1 榎本：一括積層全層IVH構造配線板の最新技術の総括と今後の課題と展望、PWB-10,プリント配線板EXPO、2003-1

従来の技術では、実際に多層化して層方向の接続信頼性を評価する必要がある。接続の経路を断面で見ると、図１に示すように、配線（〜11）間を絶縁樹脂（〜12）に埋設された接続用導体（〜13）で直上に接続したり、クランク形状で接続させたり、その断面パターンは、（〜14）で示す直上部と（〜15）で示すクランク形状部の接続形態の2種類に大別される。また、この2種類の接続部において、これらを構成する配線材料、接続用導体、絶縁材料、厚さやプロセス条件は多種・多様であり、このような、経路に存在する接続部の信頼性を評価する場合、例えばわずかの条件変更に対してわざわざ全工程を得て基板を試作していたのでは、開発時間が非常にかかる。また、すでに開発し市場に出した基板でも、コストの低減やさらなる微細化に対応した検討を要求されると開発時間が指数関数的に増大するという課題があった。

本発明は、従来の接続基板における高多層化に必要な全工程を省略し、特にラフな位置精度でも、微細接続部や多層化プレスが可能な方法を提供するものである。

（１）本発明は、絶縁樹脂と接続用導体からなる一対の部材であって、絶縁樹脂層が熱硬化樹脂およびまたは、熱可塑樹脂からなる微細接続抵抗評価用部材に関する。

（２）また、本発明は、（１）に記載の一対からなる部材のうち、該部材の上側と該部材の下側の接続用導体のパターンが透視してみたときにラフな位置精度でも、線路長が変化しない微細接続抵抗評価用配線パターンに関する。

（３）また、本発明は、（２）のパターンを用いて、（１）の部材を製造する方法に関する。

（４）また、本発明は、（３）で製造した部材を用いて、各種金属間の溶融または、固相金属拡散による接続抵抗および信頼性を評価する評価方法に関する。

（５）上記（４）の評価方法により接続信頼性を確認した接合めっきを用いて製造した多層板に関する。

（６）接合めっきは、無電解ニッケル／金めっき、無電解ニッケル／パラジウム／金めっき、無電解ダイレクト金めっき、無電解錫めっき、無電解錫めっきにフッ化処理したもの、電解錫コバルト合金めっき、電解錫銀合金めっき、電解錫銅合金めっきからなる群から選択される同種もしくは異種のめっき同士の接合であるか、または、これらめっきとめっきをしない銅との接合である上記（５）に記載の多層板。

本発明によって、接続基板の接続信頼性を開発前、若しくは製品条件で品質保証するために、多種多様な、これらを構成する配線材料、接続用導体、絶縁材料、厚さやプロセス条件で、かつ接続経路に存在する接続部の信頼性を評価する場合、わざわざ全工程をへて基板を試作する時間を大幅に削減でき、しかもラフな位置精度でも、微細接続部の多層化を評価可能とするものである。本発明は、１）プロセスの省略ができる。２）ラフな位置精度での微細接続が評価できる。３）各種接続用めっき種仕様の迅速な探索を可能とする。４）一括積層時の品質保証として使用できる。５）直上ビア構造部およびクランク形状部の接続抵抗および信頼性を容易に評価できる。という優れた効果のあるパターンおよび部材である。

本発明の実施の形態は、絶縁樹脂と接続用導体からなる一対の部材であって、絶縁樹脂層が熱硬化樹脂およびまたは、熱可塑樹脂からなる微細接続抵抗評価用部材である。また、一対からなる部材のうち、該部材の上側と該部材の下側の接続用導体のパターンが透視してみたときにラフな位置精度でも、線路長が変化しないことを特徴とする微細接続抵抗評価用パターンを有するものであり、このパターンを有する部材を製造する方法、上記の部材をもちいて接続信頼性を評価する方法。上記部材をもちいた実装用基板が発明の実施の形態である。

また、本発明の実施の形態で用いられる微細接続抵抗評価用部材の基本構造、パターン、製造方法、評価方法、実装用基板の製造法を実施例に従って説明するが、本発明は、これらに限定されるわけではない。

（実施例１）
図２（ａ）に示すように、第１の金属層（〜21）が厚さ７０μｍの銅であり、第３の金属層（〜23）が厚さ０．２μｍのニッケルであり、第２の金属層（〜22）が厚さ２５μｍの銅からなる複合金属層（〜24）を一対準備した。それぞれの両面に、配線形成用レジストをラミネートし、図２（ｂ）に示すように、上側および下側の複合金属層（〜24）の表面と裏面に、エッチングレジスト（〜25）を形成した。この時のエッチングレジスト（〜25）には、レジストNIT２２５（日本合成化学工業株式会社製、商品名）を用い、ロール温度１１０℃、ロール速度は０．６ｍ／ｍｉｎの条件でレジストをラミネートし、積算露光量約８０ｍＪ／ｃｍ^２の露光条件で上側および下側の複合金属箔（〜24）の第１の金属層（〜21）側は全面露光し、上側および下側の複合金属層（〜24）の第２の金属層（〜22）側は、埋設導体の形状を含むマスクパターンを焼き付け、炭酸ナトリウム溶液で両面を現像し、レジストの密着を確実なものとするために２００ｍＪ／ｃｍ^２で後露光した。

埋設導体の形状は、図２（ｃ）に示すように、上側と下側により焼付けイメージが異なる。上側パターン（〜26）は、後述する測定用端子部（〜28）を有する。下側パターン（〜27）は、上側パターンと直交するように設計されている。この上下の焼付けイメージを透視したとき、交差する部分の面積が配線幅で変化させられることがわかる。また、このように上側と下側でラフに位置合わせしても、大きな回転がない限り、交差する面積も接続配線長さも変化しない。この様なパターンでは、埋設したときに、孤立パターンとなり、無電解めっきしか出来なくなるので、図面では省略するが、各孤立パターンから電気めっきリード線を引き出すこともできる。

次に、埋設導体の形状を含むマスクパターンが形成された複合金属箔の作製手順を述べる。まず、ニッケルを浸食しないエッチング液であるアルカリエッチングＡプロセス液（メルストリップ社製、商品名）をスプレー噴霧して、第２の金属層（〜22）を選択的にエッチング除去して、埋設導体形状を形成した。この後、水酸化ナトリウム溶液でエッチングレジスト（〜25）を剥離・除去した。次に、ニッケルのエッチング液であるメルストリップＮ９５０（メルテックス社製、商品名）を用いて、第３の金属層（〜23）をエッチング除去し、表面処理液CPE900（三菱ガス化学社製、商品名）をスプレー噴霧して、露出した銅表面の粗化処理を行った。これにより、図２（ｄ）に示すように、埋設導体の形状を含むマスクパターンが形成された一対の複合金属箔（〜29）が得られた。また、上記ニッケルエッチングやニッケルエッチング後の粗化処理をしない場合でも、レジストラミネート前に一般に行う酸処理で第２の金属層（〜22）の表面は粗化されているので、絶縁樹脂との密着強度は低下するものの、同様に埋設導体が形成された複合箔が得られる。今回は、前者の方法で作製した複合金属箔（〜29）に対して、絶縁樹脂組成物層を形成した。この複合金属箔（〜29）の埋設導体の形状を含むパターンが形成された側に、絶縁樹脂組成物層（〜12）として液晶ポリマーＢＩＡＣ（ジャパンゴアテックス社製、商品名）を50μｍ厚さのものを各面に載置した。さらに、それぞれの両面に、離型用として、ポリイミドフィルム（宇部興産製、商品名）を絶縁樹脂組成物層を覆うようにして載置して、少なくともこれら構成を含む様にして、その両側から加熱・加圧プレスを行った。４ＭＰａの圧力を加えて、３３０℃の温度で５分加熱および加圧した。この後、離型用フィルムを手で剥離し、図２（e）に示す構造体を得た。

このあと、上側と下側の構造体の第１の金属層（〜21）と第３の金属層（〜23）を順次、まず、ニッケルを浸食しないエッチング液であるアルカリエッチングＡプロセス液（メルストリップ社製、商品名）をスプレー噴霧して、第１の金属層（〜21）を選択的にエッチング除去して、次に、ニッケルのエッチング液であるメルストリップＮ９５０（メルテックス社製、商品名）を用いて、第３の金属層（〜23）をエッチング除去した。これにより、図２（ｆ）に示すように、微細接続抵抗評価用部材を得ることができた。

（実施例２）
実施例１の、微細接続抵抗評価用部材の表面に、無電解ニッケル、無電解パラジウム、無電解金めっきの順からなる金属層（〜31）を形成し、図３（a）に示す微細接続抵抗評価用部材を得た。この1対の微細接続抵抗評価用部材を外形で位置合わせし、またはパターン内にガイド穴あけをして、上下を位置合わせしした後、２６０℃に加熱したはんだ鏝で所定箇所を熱溶融により仮止めした。これらの両面に、離型用として、ポリイミドフィルム（宇部興産製、商品名）を絶縁樹脂組成物層を覆うようにして載置して、少なくともこれら構成を含む様にして、その両側から加熱・加圧プレスを行った。３３３℃の温度と、４ＭＰａの圧力を、５分間加えて、加熱・加圧して積層一体化し、この後、離型用フィルムを手で剥離し、図３（ｂ）に示す構造体を作製できた。このあと、図３（ｃ）でしめすように四端子抵抗接続端子の箇所（〜28）をハンドドリルで座繰り出した。４端子抵抗測定により、導通接続を確認できた。また、接続基板への表面めっきには、無電解錫めっき（置換タイプ、還元タイプの何れでもよい）を用いた場合でも、同様に導通接続が確認できた。また、表面めっきが異なる一対の微細接続抵抗評価用部材を用いても良く、例えば、上側には、無電解ニッケル、無電解パラジウム、無電解金めっきを行い、下側には、無電解錫めっき（置換タイプ、還元タイプの何れでもよい）を用いることができ、同様に導通接続が確認できた。また、絶縁樹脂として熱硬化系樹脂をもちいてもよく、上側を、たとえばプリプレグGIA-671N（日立化成工業株式会社製、商品名）を用いた場合でも同様に導通接続が確認できた。

（実施例３）
実施例１、２で示したように、上下の微細接続抵抗評価用部材はそれぞれ同じ厚さの絶縁層厚さであるが、図１の（〜15）で示すクランク部では、片側に絶縁層のみであり接続導体が存在しない箇所がある。この部分は、片側の微細接続抵抗評価部材の片側に、接続導体が存在しない箇所の絶縁樹脂層厚さ分を、重ねてプレスすることでシミュレートできる。実施例１、２では直上ビア部のシミュレートであり、そこで、片側に50μｍ厚さの液晶ポリマーを2枚追加し、プレスした。

その結果、図４に示すように、直上ビア構造の抵抗値（系列1〜4）、クランク部（クランク1、2）での抵抗値を評価することができた。ちなみに、各構造で、違いは無く、50μｍ角の接続面積でも、抵抗値は、等価配線抵抗１ｍｍ（30μｍ配線幅で7μｍ厚の銅配線）と充分に低い接続抵抗であることが分かった。さらに確認のため、実際に製造するパターンで、全プロセスを得て、高精度位置合わせをして接続面積と抵抗の関係を検証したが、直上部もクランク部も同様の結果となり、本部材の有効性が確かめられた。接合部分となる接合めっきは、接合するめっき同士の両方が同じ種類でも、異なる種類であってもよい。また、一方がめっきなしの銅であってもよい。接合するめっき同士の組み合わせとしては、例えば、表１の縦列のめっき種類と横列のめっき種類の組み合わせを挙げることができる。なお、表中、△が付いている組み合わせは、異物またはその他の原因で一途中抵抗上昇がみられたものであるが、非導通になったものではない。また、◎が付いている組み合わせは、−６５℃１５分放置、１５０℃１５分放置を１サイクルとする熱衝撃試験において１０００サイクルをクリアしたものであり、特に優れた熱衝撃性を有するものである。このことから表１に示す組み合わせ全てで良好な接続信頼性を得ることができる。また、図１に示すような多層板を作製しても同様の結果が得られた。

課題の一部を説明するための配線経路を示す断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施例１で示す微細接続抵抗評価用部材の製造法や埋め込み導体のパターン概略を示すものである。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例２を説明するもので、実施例１で作製した微細接続抵抗評価用部材を用いて、金属層間の接続抵抗を評価する方法を示したものである。 本発明の実施例１、２で示した直上部と、樹脂厚を片側に追加して、クランク部をシミュレートした結果を示すグラフである。

符号の説明

１１：配線
１２：絶縁層
１３：接続用導体
１４：直上部
１５：クランク形状部
２１：第１の金属層
２２：第２の金属層
２３：第３の金属層
２４：複合金属層
２５：エッチングレジスト
２６：上側パターン
２７：下側パターン
２８：測定用端子部（上側パターンに含まれる）
２９：埋設導体の形状を含むマスクパターンが形成された一対の複合金属箔
３１：金属層

Claims (6)

1. 絶縁樹脂と埋設導体からなる一対の部材であって、絶縁樹脂層が熱硬化樹脂およびまたは、熱可塑樹脂からなる微細接続抵抗評価用部材。
2. 請求項１に記載の一対からなる部材のうち、該部材の上側と該部材の下側の埋設導体のパターンを透視してみたときに、ラフな位置精度でも、線路長が変化しない微細接続抵抗評価用パターン。
3. 請求項２のパターンを用いて、請求項１の部材を製造する製造方法。
4. 請求項３で製造した部材を用いて、各種金属間の溶融または、固相金属拡散による接続抵抗および信頼性を評価する評価方法。
5. 請求項４の評価方法により接続信頼性を確認した接合めっきを用いて製造した多層板。
6. 前記接合めっきは、無電解ニッケル／金めっき、無電解ニッケル／パラジウム／金めっき、無電解ダイレクト金めっき、無電解錫めっき、無電解錫めっきにフッ化処理したもの、電解錫コバルト合金めっき、電解錫銀合金めっき、電解錫銅合金めっきからなる群から選択される同種もしくは異種のめっき同士の接合であるか、または、これらめっきとめっきをしない銅との接合である請求項５に記載の多層板。

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