JP2006012921A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 配線導体層と樹脂絶縁層とを多層に積層して成る多層配線基板において、貫通導体を上下に重ねて形成した際に、配線導体層および貫通導体と絶縁層との線膨張係数の差により配線導体層および貫通導体の周囲に応力が集中し、配線導体層と貫通導体の界面の剥離などの電気的導通の問題点の発生を解消すること。
【解決手段】 樹脂から成る絶縁層２と配線導体層３とが交互に複数層積層されるとともに上下に位置する配線導体層３同士がそれらの間の絶縁層２に形成された貫通導体６を介して電気的に接続されて成る多層配線基板において、貫通導体６は上下方向に並ぶように配置されており、貫通導体６同士の間に挟まれて形成された配線導体層３は、貫通導体６から遠ざかるに伴って漸次薄くなっていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は多層配線基板に関し、より詳細には半導体集積回路素子を収容するための半導体素子収納用パッケージ等の電子部品収納用パッケージや、半導体集積回路等の電気的な検査をするためのプローブカード等に使用される多層配線基板に関するものである。

近年、半導体集積回路は半導体素子の高集積化および処理信号数の増加によって、半導体基板上に形成される端子数が増加するとともに端子の狭ピッチ化が進んでいる。これにより、半導体集積回路素子を収容する半導体素子収納用パッケージの接続端子や、半導体集積回路の電気的な検査を行なうプローブカードのプローブも狭ピッチ化が要求されている。

この狭ピッチ化の要求に対して、半導体素子収納用パッケージにおいては半導体素子の実装形態がワイヤボンディング接続からフリップチップ接続へ、またプローブカードは、カンチレバー方式のものからニードル状のプローブを細密に格子状に配置したものへと移り変わってきている。

また、それら半導体素子収納用パッケージやプローブカードに使われる多層配線基板の構成は、ガラス繊維から成る基材に有機樹脂を含浸硬化させた絶縁層に銅箔をパターン加工した配線導体層を形成して成るプリント配線板から、配線導体層の狭ピッチ化に優れるとともに、配線導体層を細密な格子状に配置することが可能な、基板の上面に薄膜の絶縁層と配線導体層とから成る多層配線部を形成したビルドアップ方式の多層配線基板へと移り変わってきている。

かかるビルドアップ方式の多層配線基板は、基板の上面に、ポリイミド樹脂等から成り、カーテンコート法やスピンコート法等によって樹脂の前駆体を塗布し加熱硬化させることによって形成される絶縁層と、銅やアルミニウム等の金属から成り、めっき法や気相成膜法等の薄膜形成技術およびフォトリソグラフィ技術を採用することによって形成される配線導体層とを交互に多層に積層させた構造となっている。

また、これらのビルドアップ方式の多層配線基板においては、配線導体層の更なる狭ピッチ化がもとめられており、それに対応するために配線導体層の更なる細線化や貫通導体の狭ピッチ化が進み、貫通導体については下層の貫通導体の直上に次層の貫通導体を形成して上下方向に同軸状に並ぶように配置された、いわゆるスタック構造の貫通導体が採用されるようになってきている。
特開平11−163520号公報 特開平11−38044号公報

しかしながら、スタック構造の貫通導体は貫通導体を２段以上に積み重ねた構造になるため熱負荷等の影響により配線導体層および貫通導体と絶縁層との線膨張係数の差により配線導体層および貫通導体の周囲に応力が集中し、配線導体層と貫通導体の界面の剥離などの電気的な導通不良の問題点が発生することがあった。

本発明は上記のような背景技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、多層配線基板の貫通導体の耐環境接続信頼性が高く、配線導体層の狭ピッチ化に対応することができる多層配線基板を提供することにある。

本発明の多層配線基板は、樹脂から成る絶縁層と配線導体層とが交互に複数層積層されるとともに上下に位置する前記配線導体層同士がそれらの間の前記絶縁層に形成された貫通導体を介して電気的に接続されて成る多層配線基板において、前記貫通導体は上下方向に並ぶように配置されており、前記貫通導体同士の間に挟まれて形成された前記配線導体層は、前記貫通導体から遠ざかるに伴って漸次薄くなっていることを特徴とするものである。

本発明の多層配線基板によれば、貫通導体は上下方向に並ぶように配置されており、貫通導体同士の間に挟まれて形成された配線導体層は、貫通導体から遠ざかるに伴って漸次薄くなっていることにより、熱負荷等の影響下において、絶縁層が厚み方向に伸縮したときに配線導体層および貫通導体と絶縁層との線膨張係数の差により、絶縁層に形成された貫通導体とその上端部に接続された配線導体層との接続部を引き離そうとする応力が生じるのを有効に防止できる。すなわち、絶縁層の厚み方向への伸縮によって絶縁層が配線導体層に対して上下方向に応力を加えようとしても、漸次薄くなった配線導体層に沿って貫通導体から遠ざかる方向に応力を分散することができ、その結果、配線導体層と貫通導体との接続部を引き離そうとする応力を有効に緩和することができる。

よって、貫通導体が上下方向に連続するように積み重ねられているスタック構造にしても配線導体層に非常に大きな応力が加わることはなく、多層配線基板の貫通導体の耐環境接続信頼性が高く、配線導体層の狭ピッチ化に対応することができる多層配線基板となる。

以下、図面に基づいて本発明の多層配線基板を詳細に説明する。

図１は本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は図１に示す多層配線基板における配線導体層の周辺の状態を示す要部拡大断面図である。これらの図において、１は基板、２は絶縁層、３は配線導体層、４は絶縁層２の一部としての絶縁フィルム層、５は絶縁層２の一部としての絶縁性接着剤層、６は貫通導体、７は貫通孔である。

基板１は、その上面に複数の絶縁フィルム層４を間に絶縁性接着剤層５を介して積層した絶縁層２と配線導体層３とを多層に積層した多層配線部が配設されており、この多層配線部を支持する支持部材として機能する。

基板１は、酸化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等の酸化物系セラミックス、あるいは表面に酸化物膜を有する窒化アルミニウム質焼結体，炭化珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックス、さらにはガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂やガラス繊維から成る基材にビスマレイミドトリアジン樹脂を含浸させたもの等の電気絶縁材料で形成されている。

基体１が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合には、アルミナ，シリカ，カルシア，マグネシア等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれをドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとともに高温（約1600℃）で焼成することによって製作される。あるいは、アルミナ等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して原料粉末を調製するとともにこの原料粉末をプレス成形機によって所定形状に成形し、最後にこの成形体を高温（約1600℃）で焼成することによって製作される。また、ガラスエポキシ樹脂から成る場合は、例えばガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、このエポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させることによって製作される。

また、基板１には、その上面に複数の絶縁層２と配線導体層３とを多層に積層した多層配線部が配設されている。絶縁層２は上下に位置する配線導体層３を電気的に絶縁し、配線導体層３は電気信号を伝達するための伝達路として機能する。

多層配線部の絶縁層２は、例えば、絶縁フィルム層４と絶縁性接着剤層５とから構成されており、絶縁フィルム層４はポリイミド樹脂，ポリフェニレンサルファイド樹脂，全芳香族ポリエステル樹脂，フッ素樹脂等から成る。また、絶縁性接着剤層５はシロキサン変性ポリアミドイミド樹脂，シロキサン変性ポリイミド樹脂，ポリイミド樹脂,ビスマレイミドトリアジン樹脂等から成る。

絶縁層２は、例えば、まず12.5〜50μｍ程度の絶縁フィルムに絶縁性接着剤をドクターブレード法等を用いて乾燥厚みで５〜20μｍ程度に塗布し乾燥させたものを準備し、この絶縁フィルム層４を基板１や下層の絶縁層２の上面の間に絶縁性接着剤層５が配されるように積み重ね、これを加熱プレス装置を用いて加熱加圧し接着することによって形成される。

これらに使われる絶縁フィルム層４と絶縁性接着剤層５との組み合わせとしては、例えば、絶縁フィルム層４をポリイミド樹脂とし、絶縁性接着剤層５をシロキサン変性ポリアミドイミド樹脂とする組み合わせがある。この組み合わせによれば、シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂とポリイミド樹脂との接着性も良好であり、かつ耐熱性が高いものであるため、これらにより形成した多層配線基板をプリント基板等に実装する際の耐半田耐熱性等が良好なものとなる。

また、最も耐熱性が高い組み合わせとしては、絶縁フィルム層４をポリイミド樹脂とし、絶縁性接着剤層５を熱可塑性のポリイミド樹脂としておくのがよい。この組み合わせの場合には、耐熱性が高いものになるとともに、絶縁フィルム層４と絶縁性接着剤層５の線膨張係数差を小さくできるための線膨張係数の差による応力を低くすることができ、これにより、配線導体層３と貫通導体６との界面における剥離を生じる応力を小さくすることができる。また、多層配線基板の全体の反りを低減することができるようになることにより、その表面に実装される半導体集積回路素子の端子の狭ピッチ化にもよりよく対応することができるような多層配線基板にすることができる。

さらに、各絶縁層２には表面に配線導体層３が配設されるとともに、絶縁層２を挟んで上下に位置する配線導体層３同士を電気的に接続するため、その絶縁層２に設けた貫通孔７に貫通導体６が埋設されている。これら配線導体層３および貫通導体６は、銅，金，アルミニウム，ニッケル，クロム，モリブデン，チタンおよびそれらの合金等の金属材料をスパッタリング法，蒸着法，めっき法等の薄膜形成技術を採用することによって形成することができる。

貫通導体６は配線導体層３と別々に形成してもよいが、これらは同時に形成した方が、工程数を少なくできる点で好ましいものとなるとともに、両者の電気的な接続信頼性の点でも良好なものとなる。また、配線導体層３と貫通導体６とを一体的に形成する場合には、それぞれを所望の厚みに調整してめっき膜で形成することができるように、主として電解めっき法を用いて形成しておくのがよい。

また、本発明の多層配線基板においては、貫通導体６は上下方向に同軸状に並ぶように配置されており、貫通導体６同士の間に挟まれて形成された配線導体層３は、貫通導体６から遠ざかるに伴って漸次薄くなっている。これにより、熱負荷等の影響下において、絶縁層２が厚み方向に伸縮したときに配線導体層３および貫通導体６と絶縁層２との線膨張係数の差により、絶縁層２に形成された貫通導体６とその上端部に接続された配線導体層３との接続部を引き離そうとする応力が生じるのを有効に防止できる。すなわち、絶縁層２の厚み方向への伸縮によって絶縁層２が配線導体層３に対して上下方向に応力を加えようとしても、漸次薄くなった配線導体層３に沿って貫通導体６から遠ざかる方向に応力を分散することができ、その結果、配線導体層３と貫通導体６との接続部を引き離そうとする応力を有効に緩和することができる。

よって、貫通導体６が上下方向に連続するように積み重ねられているスタック構造にしても配線導体層３に非常に大きな応力が加わることはなく、多層配線基板の貫通導体６の耐環境接続信頼性が高く、配線導体層３の狭ピッチ化に対応することができる多層配線基板となる。

配線導体層３および貫通導体６の形成方法は、例えば、まず絶縁層２の表面に貫通導体６用の貫通孔７を形成する。貫通孔７は、例えばレーザを使い、所定位置の絶縁層２を除去することにより形成される。特に、貫通孔７の開口の径が小さな場合は、貫通孔７の内壁面の角度をコントロールすることが容易で貫通孔７の内壁面が滑らかに加工される紫外線レーザ等で形成することが望ましい。

次に、絶縁層２の上面の全面に、クロム，モリブデン，チタン等から成る拡散防止層（バリア層）とその上に被着された主に銅から成る銅層とで構成された下地導体層を無電解めっき法やスパッタリング法等によって形成する。そして、下地導体層が形成された基板１をフォトリソグラフィ法を用いて配線導体層３となる部分以外を覆うようにレジストパターンを形成した後、配線導体層３および貫通導体６の主導体層の部分を、電解めっき法にて形成する。その後、レジストパターンを除去し、レジストパターンにより覆われていた余分な下地導体層をケミカルエッチング法やドライエッチング法等にて除去することにより配線導体層３が形成される。

本発明の各絶縁層２に形成された貫通導体６に接続された、貫通導体６から遠ざかるに伴って漸次薄くなっている配線導体層３の形成方法については、例えば、レーザを使い、所定位置の絶縁層２を除去して貫通孔７を形成した後に、その絶縁層２の表面の全面に、クロム，モリブデン，チタン等から成る拡散防止層（バリア層）とその上に被着された主に銅から成る銅層とで構成された下地導体層を無電解めっき法やスパッタリング法等によって形成する。

次に、配線導体層３を形成するためのレジストパターンを形成する。このとき、配線導体層３を貫通導体６から遠ざかるに伴って漸次薄くなるようにするために、ネガ型のレジストを用い、レジストを感光させる露光量を調節する（例えば、平面視で貫通孔７から遠ざかるほど露光量を小さくする）ことで、貫通導体６から遠ざかるに伴って漸次薄くなる形状を得ることができる。そして、貫通導体６および配線導体層３の主導体層の部分を、電解めっき法にて形成する。その後、レジストパターンを除去し、さらに余分な薄膜金属を除去することで、各絶縁層２に形成された貫通導体６に接続する配線導体層３が貫通導体６から遠ざかるに伴い漸次薄くなるようにすることができる。

なお、このような方法で作製された配線導体層３は、絶縁層２の表面より突出し、外周部が浮いた状態となる。そして、この配線導体層３を多層配線基板の内部配線とするため、この配線導体層３が突出した状態で別の絶縁層２をさらに積層し多層化する。このとき、絶縁層２の一部（本例では絶縁性接着剤層５）が突出した配線導体層３の下側にも流動して、図２に示すように配線導体層３が上下面ともに絶縁層２に埋設された状態となる。

このように多層配線基板の内部に形成された配線導体層３が上下面ともに絶縁層２に埋設されるようにすることにより、絶縁層２同士の境界に生じる応力が配線導体層３に加わるのを有効に防止することができ、配線導体層３と貫通導体６との接続信頼性をより高めることができる。

なお、多層配線基板の最上層となる絶縁層２の表面に形成される配線導体層３の主導体層には、電気的な特性や接続信頼性の観点から、主導体層が銅層から成るものとすることがよく、また、その場合には接続信頼性および耐環境信頼性の観点から主導体層の上にニッケル層や金層を形成するとよい。

かくして、本発明の多層配線基板によれば、最上層の絶縁層２の表面から突出している貫通導体６の上端部に、または、突出した貫通導体６の上端部に接続された配線導体層３に半導体集積回路を実装するとともに、多層配線基板を外部電気回路に電気的に接続することによって半導体装置となる。

また、本発明の多層配線基板によれば、最上層に位置する絶縁層２に形成された配線導体層３と接触させてプローブを配置、固定するとともに、多層配線基板を外部電気回路に電気的および機械的に接続することによって、半導体集積回路等の電気的な検査をするためのプローブカードとなる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の例においては、絶縁層２は絶縁フィルム層４と絶縁性接着剤層５との２層構造のものを多層に積層したが、例えば絶縁フィルム層４を中心に上下に絶縁性接着剤層５を形成したものを多層に積層したものを用いてもよい。

本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 図１の多層配線基板における配線導体層の周辺の状態を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１・・・・基板
２・・・・絶縁層
３・・・・配線導体層
４・・・・絶縁フィルム層
５・・・・絶縁性接着剤層
６・・・・貫通導体
７・・・・貫通孔

Claims (1)

1. 樹脂から成る絶縁層と配線導体層とが交互に複数層積層されるとともに上下に位置する前記配線導体層同士がそれらの間の前記絶縁層に形成された貫通導体を介して電気的に接続されて成る多層配線基板において、前記貫通導体は上下方向に並ぶように配置されており、前記貫通導体同士の間に挟まれて形成された前記配線導体層は、前記貫通導体から遠ざかるに伴って漸次薄くなっていることを特徴とする多層配線基板。

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