JP2007103878A - Wiring board and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板表面に外部接続端子としての導体バンプを有する配線基板及びその製法方法に関する。 The present invention relates to a wiring board having conductor bumps as external connection terminals on the surface of the board and a method for manufacturing the same.
従来より、半導体集積回路素子(以下「ICチップ」という)が搭載される配線基板は、ICチップ接続用の外部接続端子として、基板表面から盛り上がった形状の半田からなる導体バンプを有する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a wiring board on which a semiconductor integrated circuit element (hereinafter referred to as “IC chip”) is mounted has a conductor bump made of solder having a shape rising from the surface of the board as an external connection terminal for connecting an IC chip.
上記のような導体バンプは、バンプ径に対応した開口を有する塗布用マスクを用いて半田ペーストを印刷形成し、リフローすることによって得ることができる。しかしながら、このように導体バンプをペースト印刷により得る手法では、導体バンプの間隔や径などを微細化しようにも限度があり、近年、配線基板に求められている高密度配線化に対応することが困難である。 The conductor bump as described above can be obtained by printing and reflowing a solder paste using a coating mask having an opening corresponding to the bump diameter. However, in the method of obtaining the conductor bumps by paste printing in this way, there is a limit to miniaturizing the interval and the diameter of the conductor bumps, and in recent years, it can cope with the high density wiring required for the wiring board. Have difficulty.
本発明は、上記問題を鑑みて為されたものであり、導体バンプの間隔や径などの微細化が可能な配線基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a wiring board capable of miniaturizing the interval and diameter of conductor bumps.
上記課題を解決するため、本発明の配線基板の製造方法は、基板表面に外部接続端子としての導体バンプを有する配線基板の製造方法であって、基板表面をなす表層絶縁層に開口を穿設して、当該開口の底面に導体パッドを露出させる開口穿設工程と、開口内およびその周縁を露出させるようパターンニングされたメッキレジストをマスクとして、その露出部分にメッキを施して導体バンプを形成するバンプ形成工程と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a wiring board according to the present invention is a method for manufacturing a wiring board having conductor bumps as external connection terminals on the surface of the board, and an opening is formed in a surface insulating layer forming the surface of the board. Then, an opening drilling process for exposing the conductor pad to the bottom surface of the opening and a plating resist patterned so as to expose the inside and the periphery of the opening as a mask, and plating the exposed portion to form a conductor bump And a bump forming step.
これによれば、フォトリソグラフィーを代表とする周知のリソグラフィー技術を用いて微細にパターンニングされたメッキレジストによって、配線基板の内部配線を得るが如く、メッキの微細なパターンとして導体バンプを得ることが可能となるため、ペースト印刷の場合と比較して、微細な間隔や径の導体バンプを形成することができる。また、かかる製造方法によって得られる本発明の配線基板は、以下の特徴を有する。 According to this, it is possible to obtain a conductor bump as a fine pattern of plating, as in the case of obtaining an internal wiring of a wiring board by a plating resist finely patterned by using a well-known lithography technique typified by photolithography. Therefore, it is possible to form conductor bumps with finer intervals and diameters than in the case of paste printing. Moreover, the wiring board of the present invention obtained by such a manufacturing method has the following characteristics.
すなわち、本発明の配線基板は、基板表面に外部接続端子としての導体バンプを有する配線基板であって、基板表面をなす表層絶縁層に開口が設けられ、当該開口の底面をなす導体パッドに接続された導体バンプが、メッキによって開口の内壁および周縁に密着して形成されてなることを特徴とする。 That is, the wiring board of the present invention is a wiring board having conductor bumps as external connection terminals on the substrate surface, and an opening is provided in the surface insulating layer forming the substrate surface and connected to the conductor pad forming the bottom surface of the opening. The conductive bump formed is formed in close contact with the inner wall and peripheral edge of the opening by plating.
これによれば、導体バンプがメッキにより形成されていることから、導体パッドのみならず、鉤型に形成されて開口の内壁および周縁にも密着しており、導体バンプの密着面積が大きく、密着性が向上したものとなっている。すなわち、表層絶縁層には粗化処理が施されていることから、開口の内壁および周縁へのメッキの密着性が強固なものとなる。そのため、配線基板を構成する樹脂材料とそれに搭載されるICチップとの熱膨張差によって、その間の導体バンプに剪断応力が加わっても、導体バンプの密着性が向上していることにより、その剪断応力を吸収し、接合部分におけるクラックの発生が防止されるため、良好な接続信頼性が得られる。これに対し、従来のペースト印刷では、ペーストを開口内に印刷により流し込むことにより導体バンプを形成しているため、導体バンプは、開口の内壁に密着するというよりは接触しているに過ぎず、本発明における導体バンプよりも密着性が劣るものとなっている。 According to this, since the conductor bump is formed by plating, it is formed not only in the conductor pad but also in a bowl shape and is in close contact with the inner wall and the peripheral edge of the opening, and the contact area of the conductor bump is large, and the contact It has become improved. That is, since the surface insulating layer is roughened, the adhesion of the plating to the inner wall and peripheral edge of the opening becomes strong. Therefore, even if shear stress is applied to the conductor bump between the resin material constituting the wiring board and the IC chip mounted on the resin material, the adhesion of the conductor bump is improved. Since the stress is absorbed and the occurrence of cracks at the joint is prevented, good connection reliability can be obtained. On the other hand, in conventional paste printing, since the conductor bump is formed by pouring the paste into the opening by printing, the conductor bump is only in contact rather than in close contact with the inner wall of the opening, Adhesiveness is inferior to the conductor bump in this invention.
次に、本発明の配線基板では、導体パッドとそれに接続された導体バンプとをCuメッキにより形成することができる。これによれば、導体パッドと導体バンプとが同じCuメッキにより形成されるため、両者の密着性が向上し、良好な接続信頼性が得られる。これに対し、従来の半田ペーストを用いた導体バンプは、通常、Cuメッキからなる導体パッド上にNi−Auメッキを介して設置されるが、この場合、無電解Niメッキ浴に含まれるリン酸化合物によって、半田からなる導体バンプとの界面にリン濃化層が形成されてしまい、この層でクラックが発生し易いことから、本発明における導体バンプよりも接続信頼性が劣る。 Next, in the wiring board of the present invention, the conductor pads and the conductor bumps connected thereto can be formed by Cu plating. According to this, since the conductor pads and the conductor bumps are formed by the same Cu plating, the adhesion between them is improved, and good connection reliability is obtained. On the other hand, a conductor bump using a conventional solder paste is usually installed on a conductor pad made of Cu plating via Ni-Au plating. In this case, phosphoric acid contained in an electroless Ni plating bath is used. The compound forms a phosphorus-enriched layer at the interface with the conductor bump made of solder, and cracks are likely to occur in this layer, so the connection reliability is inferior to the conductor bump in the present invention.
次に、本発明の配線基板では、導体バンプの頂面を凹面とすることができる。すなわち、本発明の配線基板では、基板表面に外部接続端子としての導体バンプを有する配線基板であって、基板表面をなす表層絶縁層に開口が設けられ、当該開口の底面をなす導体パッドに接続された導体バンプは、その頂面が凹面とされてなることを特徴とする。これによれば、配線基板に搭載されるICチップがフリップチップ接続される場合、導体バンプの凹面状の頂面に、それよりも径小のICチップの端子が嵌ることから(図2参照)、ICチップが位置ズレを起こし難いという利点がある。また、導体バンプは、開口の内壁および周縁に密着する形状(鉤型)となっており、基板表面上に表れた部分が開口径よりも径大であることから、頂面を凹面状に形成しやすい。また、開口径に捕われることなく、基板表面上に表れた部分(ひいては導体バンプの頂面)をICチップの端子よりも径大に形成することができる。 Next, in the wiring board of the present invention, the top surface of the conductor bump can be a concave surface. That is, the wiring board of the present invention is a wiring board having conductor bumps as external connection terminals on the surface of the board, and an opening is provided in the surface insulating layer forming the surface of the board and connected to the conductor pad forming the bottom surface of the opening. The formed conductor bump is characterized in that its top surface is a concave surface. According to this, when the IC chip mounted on the wiring board is flip-chip connected, the terminal of the IC chip having a smaller diameter is fitted on the concave top surface of the conductor bump (see FIG. 2). There is an advantage that the IC chip is not easily displaced. In addition, the conductor bump has a shape that fits closely to the inner wall and the periphery of the opening (saddle shape), and the top surface is formed in a concave shape because the portion that appears on the substrate surface is larger than the opening diameter. It's easy to do. Further, the portion appearing on the substrate surface (and the top surface of the conductor bump) can be formed larger in diameter than the terminal of the IC chip without being caught by the opening diameter.
次に、本発明の配線基板では、表層絶縁層を、層間絶縁層と同じ樹脂材料で構成することができる。従来の半田ペーストを印刷する手法では、印刷後にリフローを行う必要があるため、基板表面をなす表層絶縁層は半田の溶融温度にも耐えうる特性(半田耐熱性)を有している必要がある。しかしながら、本発明のようにメッキにより導体バンプを形成する手法によれば、表層絶縁層に半田耐熱性が必要とされないため、層間絶縁層と同じ樹脂材料を用いることができる。 Next, in the wiring board of the present invention, the surface insulating layer can be made of the same resin material as the interlayer insulating layer. In the conventional method of printing a solder paste, since reflow needs to be performed after printing, the surface insulating layer forming the substrate surface needs to have characteristics (solder heat resistance) that can withstand the melting temperature of the solder. . However, according to the method of forming the conductor bumps by plating as in the present invention, the surface insulating layer does not require solder heat resistance, and therefore, the same resin material as that of the interlayer insulating layer can be used.
<配線基板>
本発明の配線基板の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る配線基板1の断面構造を概略的に表す図である。なお、配線基板1は、図中で上側に表れている面を第1表面MP1とし、下側に表れている面を第2表面MP2とする。配線基板1は、ICチップと主基板(マザーボード等)との間に配置されるものであり、第1表面MP1側に形成されたCuバンプ7には、図2に示すように、ICチップがフリップチップ接続される。他方、第2表面MP2側に形成された導体パッド57は、図示しないリードピンや半田ボール等が設置され、これを介して主基板が接続される。
<Wiring board>
An embodiment of a wiring board of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a
基板コア部CBは、繊維強化樹脂板(例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂)等の樹脂板2で主に構成されており、樹脂板2には板厚方向に貫通する貫通孔21Aが形成され、その内壁には配線積層部L1,L2間の導通を図る貫通導体21がCuメッキにより形成されている。また、貫通導体21の内側には、無機フィラー(例えばシリカフィラー)を含むエポキシ系の樹脂からなる樹脂製穴埋め材23が充填されており、貫通導体21の端部にはCuメッキからなる蓋導体52が形成されている。
The substrate core portion CB is mainly composed of a
基板コア部CBの両面上に設けられた配線積層部L1,L2は、樹脂絶縁層(B11〜B13,SR1,B21〜B23,SR2)と導体層(M11〜M14,M21〜M24)とが交互に積層された構造を有する。導体層M11〜M14,M21〜M24は、Cuメッキからなる配線53や導体パッド55,56,57やベタ導体51,54等を含むものであり、その層間はビア導体5によって層間接続がなされている。ここで、導体層M11〜M13,M21〜M23における導体パッド55は、ビア導体5の受け皿となる導体部分である。導体層M14における導体パッド56は、Cuバンプ7の受け皿となる導体部分である。導体層M24における導体パッド57は、リードピンや半田ボール(図示せず)を形成するためのものであり、その表面にはNi−Auメッキが施されている。
In the wiring laminated portions L1 and L2 provided on both surfaces of the substrate core portion CB, resin insulating layers (B11 to B13, SR1, B21 to B23, SR2) and conductor layers (M11 to M14, M21 to M24) are alternately arranged. Have a laminated structure. The conductor layers M11 to M14 and M21 to M24 include
樹脂絶縁層(層間絶縁層)B11〜B13,B21〜B23は、シリカ粉末等の無機フィラーを適宜含んだエポキシ樹脂等の熱硬化性の樹脂材料3からなり、導体層M11〜M14,M21〜M24間を絶縁するとともに、層間接続のためのビア導体5が貫通形成されている。また、導体層M14,M24上には、シリカ粉末等の無機フィラーを適宜含み、更にリン化合物等の難燃剤などを含んだエポキシ樹脂等の感光性の樹脂材料4からなるソルダーレジスト層(表層絶縁層)SR1,SR2が形成され、導体パッド56,57を露出させるための開口6A,8Aが穿設されている。
The resin insulating layers (interlayer insulating layers) B11 to B13, B21 to B23 are made of a
Cuバンプ7は、Cuメッキからなり、導体パッド56に接続されてなるとともに、ソルダーレジスト層SR1の開口6Aの内壁61および周縁62に密着する鉤型の形状とされている。すなわち、Cuバンプ7は、層間接続のためのビア導体5と同様の形状を為しており、導体パッド56に接続された開口6A内に存在する部分75と、当該部分75よりも径大の第1表面MP1上に表れた部分73とを有する。また、Cuバンプ7は、その間隔(中心間隔)が例えば150μm以下とされている。
The
また、Cuバンプ7は、図2に示すように、ICチップをフリップチップ接続しやすいよう、第1表面MP1上に表れた部分73(Cuバンプ7の頂面71)がICチップの端子Tよりも径大に形成されている。さらに、この頂面71は凹曲面とされ、ICチップがフリップチップ接続されると、凹面状の頂面71に端子Tが嵌って位置ズレが防止される。なお、Cuバンプ7の頂面71は、図1および2に示したような凹曲面に限らず、図3の(C)に示した平坦面や(D)に示した凸曲面とすることもでき、これにより端子Tとの接触面積を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 2, the
また、Cuバンプ7は、第1表面MP1上に表れた部分73の高さが開口6Aの径に対して1/10以上1/2以下程度とすることができる。例えば、開口6Aの径を80〜100μm、第1表面MP1上に表れた部分73の高さを10〜50μmとすることができる。この範囲とすることで、上述の如く、良好にICチップをフリップチップ接続することができる。
Further, in the
また、Cuバンプ7は、第1表面MP1上に表れた部分73の開口6A端からの張り出し長さを、近接する開口間隔の1/3以下、より好ましくは1/4以下とすることができる。また、隣接するCuバンプ7の間隔は、隣接する開口6Aの間隔の半分以上とすることができる。これらを越えると、隣接するCuバンプ7同士が短絡を起こす惧れがある。
Further, the
<配線基板の製造方法>
本発明の配線基板の製造方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
配線基板1は、基板コア部CBの両面上に、樹脂絶縁層(B11〜B13,SR1,B21〜B23,SR2)と、導体層(M11〜M14,M21〜M24)とを交互に積層して配線積層部L1,L2を形成することによって得られる。これは、公知のビルドアップ工程(セミアディティブ法,フィルム状樹脂材料のラミネート形成技術,フォトリソグラフィー技術などを組み合わせた工程)を用いることで実現できる。また、基板コア部CBは、ガラス繊維28により強化されたエポキシ樹脂からなる樹脂板2に、ドリル加工により板厚方向に貫通する貫通孔21Aを形成し、その内壁を覆う貫通導体21をCuメッキにより形成し、その内側に穴埋め材23を充填することで得られる。
<Manufacturing method of wiring board>
An embodiment of a method for manufacturing a wiring board according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The
図7および図8は、配線基板1のうち配線積層部L1,L2を製造する際の最終段階、すなわちソルダーレジスト層SR1を形成してCuバンプ7を形成する工程の工程図である。工程1の前において、層間絶縁層B13上には導体パッド56が形成されている。
7 and 8 are process diagrams of the final stage when manufacturing the wiring laminated portions L1 and L2 of the
まず、工程1(Cu粗化工程)では、導体パッド56に対し、後に形成する樹脂材料4との密着性を向上させるため、Cu粗化処理(公知のマイクロエッチング法や黒化処理等)を施す。工程2(表層絶縁層形成工程)では、導体パッド56を覆うようにソルダーレジスト層SR1(樹脂材料4からなる層)をラミネート形成する。この際、導体パッド56の表面は、Cu粗化処理が施されているので、ソルダーレジスト層SR1との密着性が良好である。なお、後述するように、CuメッキによってCuバンプ7が形成されることから、第1表面MP1をなす表層絶縁層には、従来の半田リフローを必要とするペースト印刷の手法の場合に必要とされていた半田耐熱性が要求されない。しかし、第2表面MP2側の表層絶縁層には、開口8Aに露出する導体パッド57にリードピン(半田で固着)や半田ボールを設置するため、半田耐熱性が要求される。このため、第2表面MP2をなす表層絶縁層を、半田耐熱性を有する樹脂材料4からなるソルダーレジスト層SR2とし、これと併せて、第1表面MP1をなす表層絶縁層も同じ樹脂材料4からなるソルダーレジスト層SR1として構成すれば、両者SR1,SR2を一括して形成することができるので、工程が簡易となる。
First, in Step 1 (Cu roughening step), Cu roughening treatment (a known microetching method, blackening treatment, etc.) is performed on the
次に、工程3(開口穿設工程)では、いわゆるフォトビアプロセスによる加工によって、ソルダーレジスト層SR1に開口6Aを穿設する。これにより、開口6Aの底面には導体パッド56が露出する。工程4(樹脂粗化工程)では、後にメッキにより形成されるCuバンプ7との密着性を向上させるために、過マンガン酸カリウム等を用いて、開口6Aの内壁61や周縁62を含むソルダーレジスト層SR1の表面に粗化処理を施す。
Next, in step 3 (opening drilling step), the
次に、工程5(バンプ形成工程)では、開口6A内(導体バンプ56,内壁61)およびその周縁62を露出させるようパターンニングされたメッキレジストMSをマスクとして、その露出部分にCuメッキを施してCuバンプ7を形成する。具体的には、5−1(無電解メッキ),5−2(マスク形成),5−3(電解メッキ)等の手順によってCuバンプ7を形成する。まず5−1(無電解メッキ)では、開口6A内(導体バンプ56,内壁61)も含むソルダーレジスト層SR1の表面全体に対し、Pd触媒の付与後、硫酸銅系の無電解Cuメッキ液を用いて無電解Cuメッキを施すことにより、無電解Cuメッキ層77を形成する。5−2(マスク形成)では、開口6Aおよびその周縁62を除く位置にメッキレジストMSを形成する。これは、感光性レジストを露光・現像し、開口6Aおよびその周縁62上に当たる部分を除去することによって、これらを露出させるようなパターンを得ることができる。
Next, in step 5 (bump formation step), the exposed portion is subjected to Cu plating using the plating resist MS patterned to expose the inside of the
続いて、5−3(電解メッキ)では、無電解Cuメッキ層77を下地として電解Cuメッキを施して電解Cuメッキ層78を形成し、無電解Cuメッキ層77と電解Cuメッキ層78からなるCuバンプ7を露出部分(開口6Aおよびその周縁62)に形成する。ここで、Cuバンプ7の頂面71は、電解Cuメッキ層78の形成時においてその形状を制御することができる。例えば、図3(A)に示すように、メッキレジストMSの厚さや電解Cuメッキ層78の形成厚さ等の関係によって、Cuバンプ7の頂面71は、凹面状(図3(B)),平坦状(図3(C)),凸面状(図3(D))と変化する。例えば、電解Cuメッキ層78の形成厚さがメッキレジストMSの厚さよりも不足する場合には、Cuバンプ7の頂面71は開口6Aの形状に倣って凹面状となり易く、他方、電解Cuメッキ層78の形成厚さが増加すると、かかる凹面状の部分が埋まり、平坦状や凸面状となり易い。
Subsequently, in 5-3 (electrolytic plating), electrolytic Cu plating is performed using the electroless
電解Cuメッキ層78の形成後は、メッキレジストMSを除去し、クイックエッチングによりメッキレジストMSの下部に存在していた無電解Cuメッキ層77を除去することでCuバンプ7が得られる。その後、電気的検査,外観検査等の所定の検査を経て、配線基板1が完成する。
After the formation of the electrolytic
<他の実施形態>
以下、本発明の他の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、上述の第1実施形態と重複する箇所については、同番号を付して説明を省略する。
<Other embodiments>
Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the location which overlaps with the above-mentioned 1st Embodiment, the same number is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図4は、第2実施形態の配線基板1Bの断面構造を概略的に表す図である。配線基板1Bは、第1表面MP1をなす表層絶縁層に、層間絶縁層B11〜B13,B21〜23と同じ樹脂材料3を用いた絶縁層B14を用いている。これは、CuメッキによってCuバンプ7が形成されることから、第1表面MP1をなす表層絶縁層には、従来の半田リフローを必要とするペースト印刷の手法の場合に必要とされていた半田耐熱性が要求されないことによる。なお、本実施形態では、第2表面MP2をなす表層絶縁層も、樹脂材料3を用いた絶縁層B24とされている。この場合、絶縁層B14,B24を一括して形成することができるので、工程が簡易である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the
図5は、第3実施形態の配線基板1Cの断面構造を概略的に表す図である。配線基板1Cは、第1表面MP1をなす表層絶縁層に、層間絶縁層B11〜B13,B21〜23と同じ樹脂材料3を用いた絶縁層B14を用いる一方で、第2表面MP2をなす表層絶縁層に、半田耐熱性を有する樹脂材料4からなるソルダーレジスト層SR2を用いている。これは、絶縁層B14とソルダーレジスト層SR2を順に形成することで得られる。これによれば、第1表面MP1をなす表層絶縁層を、層間絶縁層B11〜B13,B21〜23と同じ樹脂材料3を用いることができる一方で、第2表面MP2をなす表層絶縁層に半田耐熱性を有する樹脂材料4を用いるため、リードピン(半田で固着)や半田ボールを良好に設置できる。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional structure of the
図6は、上記Cuバンプ7に代えて半田メッキバンプ7Hを形成した第4実施形態の配線基板1Dの要部拡大図である。半田メッキバンプ7Hを形成する場合も同様に、半田ペーストの印刷による場合と比較して、バンプの微小化が実現する。これに限らず、他の金属メッキも同様に導体バンプとして適用できる。また、半田メッキバンプ7Hと導体パッド56との間には、Niメッキ層79が介挿されており、両者の密着性を向上させている。
FIG. 6 is an enlarged view of a main part of a
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの形式に限定されるものではなく、これらに具現された発明と同一性の範囲内において適宜変更して実施し得る。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these forms, In the range of the same identity as the invention embodied in these, it can change suitably and can implement.
1 配線基板
56 導体パッド
6A 開口
61 開口の内壁
62 開口の周縁
7 導体バンプ
71 導体バンプの頂面
SR 表層絶縁層
B 層間絶縁層
MP 基板表面
MS メッキレジスト
DESCRIPTION OF
Claims (7)
A method of manufacturing a wiring board having conductor bumps as external connection terminals on a substrate surface, wherein an opening is made in a surface insulating layer forming the substrate surface, and a conductor pad is exposed on a bottom surface of the opening. And a bump forming step of forming the conductor bump by plating the exposed portion using a plating resist patterned so as to expose the inside and the periphery of the opening as a mask. Manufacturing method.
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