JP2008288463A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】配線巾２５μｍ以下の細配線が、外的環境からのダメージを受け易い最外層に配置されている場合でも、その間隔を一定値以下に設定することによって、配線層とその下の絶縁樹脂層の密着を高め、高い信頼性を維持すること。
【解決手段】絶縁層が間に配置された３層以上の導体配線層と、最外層配置されたソルダーレジスト層とからなる多層配線基板において、導体配線層のうち最外層の配線は配線巾が２５μｍ以下であり、配線の配線パターンの間隙が３０μｍ以下であることを特徴とする多層配線基板。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層配線基板に関する。特に、半導体集積回路（以下、チップと称する）を一つ、または複数搭載し、プリント配線基板に接続するために用いられる半導体パッケージ用多層配線基板のうち、配線層とその間に配置される絶縁層と最外層のソルダーレジスト層とを積層した状態で可撓性を有する多層配線基板に関するものである。

近年、電子機器はますます小型化、多機能化、高機能化が進んでいる。これらに搭載される電子部品も小型化、高性能化しており、これに伴ってこれらの電子部品を基板に接続、搭載するためのインターポーザについても、小型化と配線の高密度化が求められている。

インターポーザのサイズを小さくして、なおかつ配線の高密度化を実現するための方法として、インターポーザの配線層を複数にして垂直方向に積層し、配線層相互の接続をとるビルドアップ工法がある。ビルドアップ工法においては、各配線層間での短絡のないように、配線層間に絶縁層を設け、配線層間の接続は所定の位置に配置されたビアホールを介して行われるのが通常である。

このようなビルドアップ工法で作成されるインターポーザ用多層配線基板の一例としては、絶縁層の両面に金属導体層を積層した構造のコア材にレーザ加工、パンチング等によってビアホールを形成した後にフォトリソグラフィ法等によって配線パターンを形成し、さらに絶縁層の片面に金属導体層を積層したバッキング材を、配線パターンの上に積層し、ビアホール形成、配線パターン形成という工程をくりかえすことがあげられる。

ここで、絶縁樹脂層としては、ＢＴ（ビスマレイド・トリアジン）レジン系樹脂やガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸されたもの、あるいはポリイミドフィルム及び液晶ポリマーフィルムなどが用いられている。

これらの絶縁樹脂層は、堅固な支持体であることが必要な場合には、それに十分な厚さと剛性をもった形態がとられ、小型化、軽量化、あるいは可撓性が必要とされる場合には、それらの性質を得るように薄く設定される。本発明はこのうちの後者に関するものである。

前述した多層配線基板には、以下に記述する課題がある。一般的に多層配線基板には、想定される様々な条件下での高い信頼性が要求される。たとえば、高温多湿下で性能を維持することも、その要求の中に入っている場合がある。高温多湿の条件は、とくに導体配線のうち最外に位置するものに対して、強い影響を与え、その配線とその下の絶縁体層の間の密着を弱めていく。そして高湿下での水分は多層配線基板の絶縁体層の中に浸透し、さらに多層配線基板を含む半導体装置に通電があった場合に、発生する熱によって蒸気化し、絶縁体層の膨脹の原因となる。導体配線層のうち最外のものは、絶縁体層とソルダーレジスト層とに挟まれているため、その近傍で膨脹が発生した場合に、絶縁体層との密着が弱くなっていると、ソルダーレジスト層側にとられて、その結果、絶縁体層から引き剥がされる場合がある。そのときに配線の破損が生じると、多層配線基板はその性能を損なうこととなる。

ここで、多層配線基板内に浸透した水分が、蒸気化した場合に、膨脹が発生し、配線が絶縁体層から引き剥がされる傾向に関しては、配線層が細いほど、また配線間の間隙が大きく、個々の配線が孤立している場合に多く発生してしまう。
特開２００４−２７３７４４

本発明によれば、細い配線が、高温高湿の環境下において絶縁体層との密着が弱められ、膨脹現象が起こった際に、絶縁体層から引き剥がされて破損することを防止した、より高い信頼性をもった多層配線基板を提供することである。

本発明の請求項１に係る発明は、絶縁層が間に配置された３層以上の導体配線層と、最外層配置されたソルダーレジスト層と、を有する多層配線基板において、導体配線層のうち最外層の配線は配線巾が２５μｍ以下であり、配線の配線パターンの間隙が３０μｍ以下であることを特徴とする多層配線基板としたものである。

本発明の請求項２に係る発明は、配線の間に、ダミーパターンを挿入することによって、それぞれの配線パターンの間隙が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板としたものである。

本発明の請求項３に係る発明は、複数の導体配線層と、複数の導体配線層の間に形成された複数の絶縁層と、複数の導体配線層のうち最上層の上に形成された第１のソルダーレジスト層と、複数の導体配線層のうち最下層の下に形成された第２のソルダーレジスト層と、を備えており、最上層は配線巾２５μｍ以下の配線とこの配線間に挿入されたダミーパターンとから構成される配線パターンからなり、この配線パターンの間隙は３０μｍ以下であることを特徴とする多層配線基板としたものである。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多層配線基板を備えたことを特徴とする電子機器としたものである。

本発明の多層配線基板は、配線巾２５μｍ以下の細配線が、外的環境からのダメージを受け易い最外層に配置されている場合でも、その間隔を一定値以下に設定することによって、配線層とその下の絶縁樹脂層の密着を高め、高い信頼性を維持することができる。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る多層配線基板１００は、コア材１１の第１の面及び第２の面にバッキング材１２を形成している。第１の面のバッキング材１２上に第１のソルダーレジスト層２２を形成し、第２の面のバッキング材１２上（図１中は下）に第２のソルダーレジスト層２３を形成する。さらに、第１のソルダーレジスト層２２上に銅、アルミニウムからなる金属のスティフナ２７を備えている。

コア材１１は両面銅箔付樹脂を用いている。絶縁層樹脂１３については、多層配線基板１００の支持体となるのに十分な剛性を有していなければならず、同時に多層配線基板１００が可撓性を有するのに十分な可撓性、そのほかに絶縁性、寸法安定性なども有していなければならない。樹脂の種類については、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート及びポリイミドなどの高分子フィルム、あるいは、ガラスクロスに含浸させたエポキシ及びＢＴ（ビスマレイド・トリアジン）樹脂などの中から、適宜選択されるがこれらに限定されるわけではない。また、絶縁性樹脂１３に金属導体層１４を積層する方法については、接着剤法、熱融着法、キャスト法及びスパッタリング法などの中から自由に選択してよいがこれらに限定されるわけではない。

コア材１１には、金属導体層１４及び金属導体層１５の導通をとるべく、所定の位置にビアホール１６が形成される。形成方法については、位置や大きさの正確性の面から、レーザ加工が好適に使用されるが本発明においては、とくにこの方法に限定されるものではない。孔形成後に内部に導電性物質を充填する方法についても、ダイレクトプレーティング法、めっき法及び導電性ペースト充填法などのなかから自由に選択してよいがこれらに限定されるわけではない。

さらに、コア材１１の金属導体層１４及び金属導体層１５に回路パターンを形成して、導体配線層とするが、回路パターン形成の方法としても、リソグラフィ法とエッチングとの組み合わせなどの中から自由に選んでよいがこれらに限定されるわけではない。

回路パターンを形成した後には、回路パターンが形成されたコア材１１の少なくとも一方の面上に、バッキング材１２を積層する。バッキング材１２は、絶縁樹脂層１７の片面上に、金属導体層１８が積層された構造をとっているが、絶縁樹脂層１７の材質、金属導体層１８の積層方法については、コア材１１の場合と同様である。

バッキング材１２は、その金属導体層１８が外側になるような向きで、コア材１１と積層される。コア材１１とバッキング材１２との間には、接着層１９が配置される。接着層１９の材質については、エポキシ系、ブタジエン系、ポリエチレン系及びポリプロピレン系あるいはそれらの混合系などから、自由に選択することができるがこれらに限定されるわけではない。積層方法については、ロールラミネータ法が好適に使用されるが、これに限定されるものではない。また積層する際の、温度、圧力等の条件についても、自由に選択することができる。

バッキング材１２の積層が終了したのちには、コア材１１の場合と同様に、ビアホール形成、回路パターンの形成という工程を繰り返し、なおも導体配線層が必要な場合には、さらにバッキング材の積層を行い、同様の工程を繰り返す。

この場合、バッキング材１２を積層する面については、なるべくコア材１１を中心として、対称性を保つようにするのが、多層配線基板１００の反り防止という意味で望ましい。

ここで、導体配線層のうちの最外層（図１中では最上層）のものについて、配線パターンを形成する場合には、以下の点を守って形成するとよい。それは、配線巾２５μｍ以下の配線が、他の配線パターンから孤立しないということである。孤立しないというのは、具体的には、隣接する配線または、その他の配線パターンからの距離が、３０μｍ以下を保つという点である。

初期の配線パターンで間隔が３０μｍ以上の場合に、それを３０μｍ以下に是正する方法が２点ある。一つには本来の配線の間に、電気的に効果のない（電気的に他の配線等に接続されていない）ダミーパターンを配置し、配線間の間隔を３０μｍ以下にする方法である。この場合に注意することは、配線間の距離がある程度広い場合でないと、この方法は適用できないという点である。導体層に配線を形成する場合、安定した形状を確実に形成できる配線巾には、材料、工法その他の点において下限があり、それよりも細くなると、断線等の危険があり、実用的でない。この最小限の配線巾を図２（ｂ）においてＬｍｉｎ.とする。また、配線間の間隔についても、材料、工法その他によって、下限が決まる。Ｌｍｉｎ.以下では、配線同士の短絡などの問題がある。この最小値を図２（ｂ）においてＳｍｉｎ．と称する。ここで、初めの配線間の間隔をＳ０とすると、下記の数式１の場合においてのみ、配線間にダミーパターンを配置して、配線の間隔を小さくする方法が採用できる。
Ｓ０≧Ｌｍｉｎ.＋２Ｓｍｉｎ． （数式１）

初めの配線間の間隔Ｓ０が、上記の数式１に当てはまらない場合、電気的特性上の問題がなければ、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、少なくとも片方の配線巾を大きくすることで、配線間の間隔を３０μｍ以下に修正する方法をとる。

配線巾を大きくすることで、電気的特性上の問題が生じる場合には、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、配線巾はそのままで、ある程度の範囲に位置している配線巾２５μｍ以下の配線の間隔がすべて３０μｍ以下になるように、配線を寄せ、余剰分の配線間隔が蓄積し、ダミーパターンを入れることができる配線巾以上になってから、ダミーパターンを配置するように、配線パターンの設計をする。ここで、配線２０とは電気信号の伝達等に関与するパターンをいう。ダミーパターン３１とは電気信号の伝達等に関与しないパターンをいう。配線パターンとは配線２０及びダミーパターン３１を含むパターンである。

必要な導体配線層の加工が終了したら、導体配線層の最上層には第１のソルダーレジスト層２２及び導体配線層の最下層には第２のソルダーレジスト層２３を配置する。ソルダーレジスト層２２及び２３の種類にはとくに制限はなく、エポキシ系、フェノール樹脂系、キシレン系、アクリル系及びポリイミド系などのなかから、用途に合わせて自由に選んでよいがこれらに限定されるわけではない。

第１のソルダーレジスト層２２及び第２のソルダーレジスト層２３の配置後には、電極端子部２４及び２５が設けられる部位の近傍においてのみソルダーレジスト層を取り除くが、この方法については、特に制限はない。フォトレジスト法などの中から、好適なものを用いてよい。

第１のソルダーレジスト層２２及び第２のソルダーレジスト層２３の積層、加工のあとに、電極端子部２４及び２５を設ける。電極端子部の種類については、とくに制限はない。半田及び導電性ペーストなどのなかから用途に合わせて自由に選択してよい。

その後で、多層配線基板１００の補強のために、スティフナ２７が貼付される。スティフナ２７の貼付される面は第１のソルダーレジスト層２２上、または第２のソルダーレジスト層２３上（図１中は下）、または両方から選択してよい。スティフナ２７の材質としては特に制限はなく、銅、アルミニウム及びそれらを含む合金などの中から自由に選択してよい。また、スティフナ２７の形状についても、枠状であればとくに制限はなく、枠の巾、形状等自由に選んでよい。スティフナ２７の貼付方法についても、接着フィルムを用いる方法が好適に用いられるが、とくにこれに限定されるわけではない。

上述した多層配線基板に各種電子部品を実装して電子機器を構成することが可能である。その電子機器としては、ノート型パソコン、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ及びゲーム機等が例示できる。

（実施例１）
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ラミネート法によって、厚さ２５μｍのポリイミドフィルムの両面に厚さ１２μｍの電解銅箔を積層した樹脂付銅箔付フィルム、ＤｕＰｏｎｔ製、商品名「マイクロラックスＨＰ」を、巾１０５ｍｍ、長さ１００ｍのテープ状とし、３００ｍｍφのリールに巻いてコア材１１とした。以下、すべての工程について、この大きさのリールを用いたリール・トゥ・リール工法によって行った。

まず、上記コア材１１の所定の位置に、レーザ加工機によって、５０μｍφの大きさで、上面の銅箔層、ポリイミド層を貫通し、下面の銅箔層を貫通しない孔を形成し、無電解めっき、電解めっきを施してビアホール１６を形成し、両面の銅箔の導通をとった。

さらに、コア材１１の両面にフォトレジストとして、東京応化工業製、商品名「ＰＭＥＲ」をコーティングし、８０℃の温度下で３０分間乾燥させた。

次に、所定のパターンを有するフォトマスクを介して、露光、現像を行い、フォトレジストパターンを形成した。

さらに、５０℃、４０°Ｂｅの塩化第２鉄溶液で銅露出部を溶解除去して配線パターンを形成し、さらに３％ｗｔの水酸化ナトリウム水溶液にてすべてのレジストを剥離除去した。

次に、配線パターンを有する導体配線層の上に、厚さ１５μｍのフィルム状接着剤を介して、厚さ１３μｍのポリイミドフィルムの片面に厚さ１２μｍの電解銅箔を積層してなる樹脂付銅箔フィルム、三井化学製、商品名「ネオフレックスＮＥＸ」をバッキング材としてラミネートした。

ラミネートにはリール・トゥ・リール方式のロールラミネータを用い、ロールの硬度は上下ともに７０度、ロール温度は上下ともに１８０℃とした。ロール圧は線圧にて３ｋｇ／ｃｍとした。ラミネートは、コア材１１の両面について、順次行った。

続いて、片方のバッキング材１２の金属導体層に、コア材１１のときと同様の方法でビアホール１６を形成して、コア材１１の導体配線層との導通をとり、ついでコア材１１の金属導体層に配線パターンを形成したのと同様の方法で、バッキング材１２の金属導体層にも配線パターン及び半導体チップ、プリント配線板と接続するためのパッドパターンを形成した。

このときに、単に電気的特性のみを考慮した配線設計の段階においては、図５（ａ）に示すように、配線巾２５μｍの配線が８０μｍの間隔をおいて配置されている箇所があったが、ここに関しては、図５（ｂ）に示すように、線幅４０μｍのダミー配線を両側の配線から２０μｍの間隔をおいて配置した。

そして、最外層にはスクリーン印刷法によって、約２０μｍの厚さにソルダーレジスト層を形成し、プリベークしたのちに、フォトエッチング法によって、両面のパッドパターンの所定の位置が露出するように、開口部を形成した。

そして、パンチング加工によって、テープ状の積層体から所定の大きさに切り分け、可撓性を有する多層配線基板を得た後に、その半導体チップと接続する面の上に、スティフナ２７の貼付を行った。スティフナ２７の材質は銅であり、その表面にニッケルメッキが施されている。スティフナ２７は外周が多層配線基板と同じ寸法であり、巾５ｍｍ、厚さ７００μｍの枠状である。スティフナ２７の貼付には、東レ製フィルム状接着剤、商品名「ＴＳＡ−５１１０」（厚さ１００μｍ）を用いた。以上のようにして、所望の多層配線基板１００を得た。

（実施例２）
金属導体層のうち、最外層に位置するものに形成される配線パターンの中に、配線巾が２５μｍであり、間隔が４０μｍの箇所があったため、電気的特性に影響がないことを確認したうえで、配線巾を３０μｍに変更し、配線間隔を３０μｍに調整した点を除いては、実施例１と全く同様の製造工程によって、多層配線基板１００を得た。

（実施例３）
金属導体層のうち、最外層に位置するものに形成される配線パターンの中に、図６（ａ）に示すように、配線巾が２５μｍであり、間隔が５０μｍの箇所があり、なおかつ配線巾を変更することが、電気的特性上許されなかったため、図６（ｂ）に示すように、４本の配線について、その間隔を３０μｍに変更したうえで、その結果生じた巾９０μｍの間隔の中央に、巾３０μｍのダミーパターンを配置することによって、配線間隔を調整した点を除いては、実施例１と全く同様の製造工程によって、多層配線基板１００を得た。

（比較例１）
金属導体層のうち、最外層に位置するものに形成される配線パターンの中に、配線巾が２５μｍであり、その間隔が４０μｍの箇所がある点を除いては、実施例１と全く同様の製造工程によって、多層配線基板１００を得た。

［ＰＣＴ試験による信頼性評価］
実施例１、２、３及び比較例１によって得られた多層配線基板について、その半導体チップ接続端子、プリント基板接続端子のすべてについて布線検査を行った。検査の方法としては容量法を用い、半導体チップ接続端子の測定を行う場合には、プリント基板接続端子搭載面を設置させ、半導体チップ接続端子ひとつひとつに測定プローブを接触させ、その端子の属する配線ネットの電気容量を測定した。プリント基板接続端子の測定を行う場合には、この逆を行った。

続いて、全サンプルに対し、ＪＥＳＤ２２−Ａ１１３Ｄに規定の前処理を行った。具体的には、まず−４０℃から６０℃の温度サイクルに５サイクル通し、次に１２５℃のオーブンに２４時間入れ、その後、３０℃−６０％ＲＨの恒温恒湿槽にて１９２時間保存し、そこから取り出して直ちに、鉛フリー半田使用を想定したリフロープロファイルにて、３サイクルのリフロー過程にとおした。

次に全サンプルについて、ＰＣＴ試験を行った。条件としては、１２１℃−１００％ＲＨ−２ａｔｍで１６８時間の保存を行った。

その後、再び布線検査を行い、同一測定箇所について、２０％以上の電気容量の変化があった場合、配線その他に劣化がある可能性が高いとみなし不良とした。

また、同じくＰＣＴ試験後のサンプルについては、光学顕微鏡による外観検査も行った。倍率は１００倍から５００倍で、ソルダーレジスト層の膨脹、破損の有無をチェックした。膨脹、破損の認められる箇所については、マクダーミット社製の薬液、商品名「Ｒｅｓｉｓｔ Ｓｔｒｉｐｐｅｒ ９２９６」によって、ソルダーレジスト層を除去し、その下の導体配線層の状態の顕微鏡観察を行った。

表1から明らかなように、比較例１においては、配線の破損が原因と考えられる、規定以上の容量値の変化が起こっている。また、光学顕微鏡による観察において、ソルダーレジスト層の膨脹、破損も認められ、ソルダーレジスト層を除去して、導体配線層の観察を行うと、一部の配線について、その下の絶縁樹脂層から剥離した状態で断線していることが確認された。

一方、実施例１、２、及び３においては、配線巾２５μｍ以下の細い配線について、その間隔を３０μｍ以下になるように設計し、細い配線の孤立化を防ぎ、配線と絶縁樹脂層の密着を高めているため、規定以上の容量値の変化は認められず、高い信頼性を維持している。また光学顕微鏡による観察においてもソルダーレジスト層の膨脹、破損は認められなかった。

本発明の多層配線基板の一例を示す断面図である。 （ａ）は本発明における修正前の配線パターンの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の配線パターンにダミーパターンを加える方法によって配線間隔の修正を施した例を示す図である。 （ａ）は本発明における修正前の配線パターンの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の配線パターンにおいて、配線巾を増すことによって配線間隔の修正を施した例を示す図である。 （ａ）は本発明における修正前の配線パターンの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の配線パターンにおいて、複数の配線間隔を小さく変更し、その結果生じた間隙にダミーパターンを配置することによって配線間隔の修正を施した例を示す図である。 （ａ）は実施例１による配線間隔の修正を行う前の対象部分を示す図、（ｂ）は実施例１による配線間隔の修正を行った後の、対象部分を示す図である。 （ａ）実施例３による配線間隔の修正を行う前の対象部分を示す図、（ｂ）は実施例３による配線間隔の修正を行った後の、対象部分を示す図である。

符号の説明

１１ コア材
１２ バッキング材
１３ コア材の絶縁樹脂層
１４ コア材の金属導体層（上側）
１５ コア材の金属導体層（下側）
１６ ビアホール
１７ バッキング材の絶縁樹脂層
１８ バッキング材の金属導体層
１９ 接着剤層
２０ 配線
２１ 配線破損部
２２ ソルダーレジスト層（チップ側）
２３ ソルダーレジスト層（プリント配線板側）
２４ 電極端子部（チップ側）
２５ 電極端子部（プリント配線板）
２７ 金属枠（スティフナ）
２８ 配線の方向を調節してある部分ｓ
２９ スティフナ内枠
３０ 配線
３１ ダミーパターン
３２ 配線パターンの一部
１００ 多層配線基板
Ｓ０ 修正前の配線間隔
Ｓｍｉｎ． 好な品質を得られる最小限の配線間隔
Ｌｍｉｎ． 良好な品質を得られる最小限の配線巾
Ｌ１ 配線間隔修正を施した後の配線巾
Ｓ１ 修正を施した後の配線間隔
Ｓ２ 修正前の配線パターンにおいて、線幅２５μｍ以下の配線と隣接する線幅２５μｍ以上の配線との間隔
Ｓ３ 修正後の配線パターンにおいて、線幅２５μｍ以下の配線と隣接するダミーパターンとの間隔
Ｓ４ 修正後の配線パターンにおいて、線幅２５μｍ以上の配線と隣接するダミーパターンとの間隔

Claims (4)

1. 絶縁層が間に配置された３層以上の導体配線層と、最外層に配置されたソルダーレジスト層と、を有する多層配線基板において、
   前記導体配線層のうち最外層の配線は配線巾が２５μｍ以下であり、
   前記配線の配線パターンの間隙が３０μｍ以下であることを特徴とする多層配線基板。
2. 前記配線の間に、ダミーパターンを挿入することによって、それぞれの配線パターンの間隙が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
3. 複数の導体配線層と、
   前記複数の導体配線層の間に形成された複数の絶縁層と、
   前記複数の導体配線層のうち最上層の上に形成された第１のソルダーレジスト層と、
   前記複数の導体配線層のうち最下層の下に形成された第２のソルダーレジスト層と、
   を備えており、
   前記最上層は配線巾２５μｍ以下の配線とこの配線間に挿入されたダミーパターンとから構成される配線パターンからなり、この配線パターンの間隙は３０μｍ以下であることを特徴とする多層配線基板。
4. 前記請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多層配線基板を備えたことを特徴とする電子機器。