JP5185622B2

JP5185622B2 - 多層配線基板

Info

Publication number: JP5185622B2
Application number: JP2007539783A
Authority: JP
Inventors: 正輝小出; 知行阿部
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2025-10-11
Also published as: JPWO2007043165A1; US20080192453A1; WO2007043165A1; US7915541B2

Description

本発明は多層配線基板に係り、特に異なる種類の基板層を含む多層配線基板に関する。

従来から、高密度化を図りうる配線基板として、配線層を多層化した多層配線基板が多用されている。また、多層配線基板は、配線層が形成される絶縁材としてセラミックを用いたセラミック多層配線基板と、絶縁材として樹脂を用いた樹脂多層配線基板が多く用いられている。

しかしながら、セラミック多層配線基板は、積層数を多くでき、また熱膨張率が低いという利点があるが、微細配線には不向きである。このため、配線を高密度化した場合には、必然的に積層数を多くする必要があり、製品コストが増大してしまうという問題点があった。

一方、樹脂多層配線基板は安価で微細配線が可能で多層化を図ることもできるが、熱膨張率が高いため、半導体装置等の電子素子を実装する場合の実装信頼性が低いという問題点があった。

このため、特許文献１に開示されているように、樹脂多層配線基板の両面にセラミックを配設した多層配線基板も提案されている。
特開昭５５−１１８８３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された多層配線基板は、セラミックは配線を有しておらず単に補強材としての機能しか有していなかった。このため、配線は専ら樹脂多層配線基板で行うこととなり、配線設計の自由度が低いという問題点があった。

また、補強材として機能するセラミックは、樹脂多層配線基板の表裏両面のみに設けられた構成であったため、樹脂多層配線基板の熱膨張による応力を表裏両面に配設されたセラミックのみでは十分に回避することはできなかった。このため、セラミックを配設しても、実装信頼性を十分に高めることはできなかった。

本発明は、上述した従来技術の課題を解決する、改良された有用な高密度多層配線基板を提供することを目的とする。

本発明のより詳細な目的は、微細配線化を図りつつ機械的特性の向上を図った多層配線基板を提供することにある。

この目的を達成するために本発明では、互いに対向する第１の面及び第２の面を有するとともに樹脂からなる第１の絶縁層と、導電材料からなる第１の配線層とを有してなる樹脂基板層と、互いに対向する第３の面及び第４の面を有するとともにセラミックからなる第２の絶縁層と、導電材料からなる第２の配線層とを有してなるセラミック基板層と、積層された前記樹脂基板層と前記セラミック基板層とを機械的に接続する機械的接合層と、該機械的接合層を貫通し、前記樹脂基板層と前記セラミック基板層とを電気的に接続する電気的接合部材と、を備え、前記第１の配線層は、前記第１の面に形成された第１の上部配線と、前記第２の面に配置された第１の下部配線と、前記第１の絶縁層を貫通する第１のビア孔の内部に形成され前記第１の上部配線及び前記第１の下部配線に接続された第１のビア部とを有し、前記第２の配線層は、前記第３の面に形成された第２の上部配線と、前記第４の面に配置された第２の下部配線と、前記第２の絶縁層を貫通する第２のビア孔の内部に形成され前記第２の上部配線及び前記第２の下部配線に接続された第２のビア部とを有し、前記樹脂基板層と前記セラミック基板層とを交互に積層し、
表裏における最表面層を前記樹脂基板層としたことを特徴とする多層配線基板を特徴とするものである。

本発明によれば、樹脂基板層においては第１の配線層の高密度化を図ることができ、またセラミック基板層においては熱膨張を低減できるため、電子素子等を搭載するときの実装信頼性を高めることができるという効果が得られる。

本発明の第１実施例である多層配線基板を示す断面図である。本発明の第１実施例である多層配線基板を構成する樹脂基板層を示す断面図である（最上層）。本発明の第１実施例である多層配線基板を構成する樹脂基板層を示す断面図である（中間層）。本発明の第１実施例である多層配線基板を構成する樹脂基板層を示す断面図である（最下層）。本発明の第１実施例である多層配線基板を構成するセラミック基板層を示す断面図である（最上層）。本発明の第１実施例である多層配線基板を構成するセラミック基板層を示す断面図である（最下層）。本発明の第１実施例である多層配線基板の製造方法を説明するための図であり、積層前の状態を示す図である。本発明の第１実施例である多層配線基板の製造方法を説明するための図であり、積層後の状態を示す図である。本発明の第２実施例である多層配線基板を示す断面図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｃ多層配線基板
１２Ａ〜１２Ｃ樹脂基板層
１４Ａ，１４Ｂセラミック基板層
１６はんだバンプ
１８接着層
２４樹脂層
２６セラミック層
２８，３２，４２Ａ，４２Ｂ配線層
２８Ａ，３２Ａ上部配線層
２８Ｂ，３２Ｂビア部
２８Ｃ，３２Ｃ下部配線部
３０，３４ビア孔
３６金属基板層
３８導電金属板
４０絶縁膜

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。

図１は、本発明の第１実施例である多層配線基板１０Ａを示している。同図に示すように、多層配線基板１０Ａは、下層から樹脂基板層１２Ａ，セラミック基板層１４Ａ，樹脂基板層１２Ｂ，セラミック基板層１４Ｂ，及び樹脂基板層１２Ｃを順次積層した構成とされている。

また、各基板層１２Ａ，１４Ａ，１２Ｂ，１４Ｂ，１２Ｃは、熱硬化性の樹脂よりなる接着層１８（請求項に記載の機械的接合層に相当する）により接合されている。更に、各基板層１２Ａ，１４Ａ，１２Ｂ，１４Ｂ，１２Ｃの電気的接続は、本実施例でははんだバンプ１６（請求項に記載の電気的接合部材に相当する）により行われている。

更に、多層配線基板１０Ａの最上部にはソルダーレジスト２０が設けられ、また最下部にはソルダーレジスト２２が設けられている。このソルダーレジスト２０，２２の所定位置には開口部２０Ａ，２２Ａが形成されており、樹脂基板層１２Ａ，１２Ｃに形成された配線層２８が外部に露出するよう構成されている。

続いて、樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃ及びセラミック基板層１４Ａ，１４Ｂの具体的構成について説明する。

先ず、図２Ａ〜図２Ｃを用いて、樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃについて説明する。尚、樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃは、配線層２８のパターン形状が異なるのみで、他の構成と同一であるため、一括的に説明するものとする。

樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃは、樹脂層２４（請求項に記載の第１の絶縁層に相当する）と配線層２８（請求項に記載の第１の配線層に相当する）とにより構成されている。

樹脂層２４は、例えば熱硬化性を有したエポキシ系の樹脂であり、一般にビルトアッププロセス用の絶縁材料として用いられる樹脂を適用することができる。このビルトアッププロセス用の樹脂（以下、ビルトアップ樹脂という）は、通常フィルム形状を有しており、また微細加工が可能なものである。また、樹脂層２４の後述するビア部２８Ｂの形成位置には、ビア孔３０が形成されている。このビア孔３０は、例えばレーザ加工等により形成することができる。

配線層２８は、高い導電性を有する銅（Ｃｕ）により形成されている。この配線層２８は、樹脂層２４の上面にパターン形成された上部配線層２８Ａと、樹脂層２４の下面にパターン形成された下部配線部２８Ｃと、この上部配線層２８Ａと下部配線部２８Ｃを接続するビア部２８Ｂとにより構成されている。この上部配線層２８Ａ，ビア部２８Ｂ，及び下部配線部２８Ｃは一体的に形成されており、またビア部２８Ｂは樹脂層２４に形成されたビア孔３０の内部に形成されている。

上記のように、配線層２８は導電性の高い銅により形成されているため、配線層２８は高い電気的特性及び高周波特性を有することとなる。また、樹脂層２４を構成するビルドアップ樹脂は微細加工が可能であるため、ビア孔３０は樹脂層２４に高密度かつ高精度に形成される。また、各配線層２８Ａ，２８Ｃは、ビルトアップ法を用いて形成することにより高精度に形成することができる。これにより、配線層２８は、樹脂層２４に高密度に形成される。

次に、図３Ａ，図３Ｂを用いて、セラミック基板層１４Ａ，１４Ｂについて説明する。尚、セラミック基板層１４Ａ，１４Ｂは、配線層３２のパターン形状が異なるのみで、他の構成と同一であるため、一括的に説明するものとする。

セラミック基板層１４Ａ，１４Ｂは、セラミック層２６（請求項に記載の第２の絶縁層に相当する）と配線層３２（請求項に記載の第２の配線層に相当する）とにより構成されている。

セラミック層２６は、例えばアルミナ，窒化アルミ，ジルコニア等の無機物を焼成して板状に形成したものである。このセラミック層２６を構成するアルミナ等の無機物は、樹脂層２４に対して熱膨張率が低い。このため、セラミック基板層１４Ａ，１４Ｂは、樹脂基板層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに比べて熱膨張率が低い。即ち、セラミック基板層１４Ａ，１４Ｂに対して熱印加が行われたとしても、これによるセラミック基板層１４Ａ，１４Ｂの変形量は少ない。

また、セラミック層２６の後述するビア部３２Ｂの形成位置には、ビア孔３４が形成されている。このビア孔３４は、樹脂層２４に形成されるビア孔３０と異なり、セラミックの焼成前に予めドリル加工等により形成される。

配線層３２は、前記した配線層２８と同様に、高い導電性を有する銅（Ｃｕ）により形成されている。この配線層３２は、セラミック層２６の上面にパターン形成された上部配線層３２Ａと、セラミック層２６の下面にパターン形成された下部配線部３２Ｃと、この上部配線層３２Ａと下部配線部３２Ｃを接続するビア部３２Ｂとにより構成されている。この上部配線層３２Ａ，ビア部３２Ｂ，及び下部配線部３２Ｃは一体的に形成されており、またビア部３２Ｂはセラミック層２６に形成されたビア孔３０の内部に形成されている。

前記したように、セラミック層２６に形成されるビア孔３４はドリル加工等により形成され、また各配線層３２Ａ，３２Ｂはスクリーン印刷等により形成される。このため、セラミック基板層１４Ａ，１４Ｂでは、樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃに比べ、配線層３２を高密度に形成することは困難である。

上記構成とされた各基板層１２Ａ，１４Ａ，１２Ｂ，１４Ｂ，１２Ｃは、前記のように熱硬化性の樹脂よりなる接着層１８により接合され、また接着層１８を貫通するはんだバンプ１６により電気的に接続される。

上記のように構成された多層配線基板１０Ａは、異なる特性を有する樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃと、セラミック基板層１４Ａ，１４Ｂとが積層された構造となる。具体的には、配線層２８が高密度形成されるが熱膨張率が大きい（配線密度の高い）樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃと、樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃに比べて高密度化は実現できないが熱膨張の小さい（即ち、機械的特性の良好な）セラミック基板層１４Ａ，１４Ｂとが積層された構造となる。よって、本実施例に係る多層配線基板１０Ａによれば、配線層２８の高密度化を図りつつ、かつ、実装信頼性の向上を図ることができる。

また、本実施例では、各基板層１２Ａ〜１２Ｃ，１４Ａ，１４Ｂの接合に樹脂よりなる接着層１８を用いているため、配線層２８の形成により樹脂層２４及びセラミック層２６の表面に凹凸が存在しても、この凹凸内に樹脂層２４は容易に進入してゆき空隙が発生するようなことはない。よって、その後の加熱処理等においても、多層配線基板１０Ａ内にクラック等が発生することはなく、信頼性の向上を図ることができる。

次に、本発明の一実施例である多層配線基板の製造方法について説明する。尚、以下の説明においては、上記した多層配線基板１０Ａの製造方法を例に挙げて説明するものとする。

多層配線基板１０Ａを製造するには、先ず図２Ａ〜図２Ｃに示す樹脂層２４に配線層２８が形成された樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃを製造すると共に、図３Ａ及び図３Ｂに示すセラミック層２６に配線層３２が形成されたセラミック基板層１４Ａ，１４Ｂを製造する。樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃは、ビルトアッププロセスであるセミアディティブ法及びレーザ加工法等を用いて製造することができる。また、セラミック基板層１４Ａ，１４Ｂは、スクリーン印刷法及びドリル加工等を用いて製造することができる。

各基板層１２Ａ〜１２Ｃ，１４Ａ，１４Ｂが製造されると、樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃに形成された配線層２８、或いはセラミック基板層１４Ａ，１４Ｂに形成された配線層３２の少なくとも一方に、はんだバンプ１６を配設する。本実施例では、樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃに形成された配線層２８にはんだバンプ１６を配設した例を示している。

本実施例では、各基板層１２Ａ〜１２Ｃ，１４Ａ，１４Ｂ間の電気的接続に半導体装置等において多用されているはんだバンプ１６を用いているため、多層配線基板１０Ａの製造工程の簡単化及び低コスト化を図ることができる。尚、はんだバンプ１６に代えて、スタッドバンプ等の他の電極を用いることも可能である。

上記のようにはんだバンプ１６が配設されると、図４に示すように、接着層１８を間に介装させつつ、樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃとセラミック基板層１４Ａ，１４Ｂを交互に積層する。この際、はんだバンプ１６と、これが接続される配線層３２との位置決めを確実に行う必要があるが、このために各基板層１２Ａ〜１２Ｃ，１４Ａ，１４Ｂにアライメントマーク等を設けておいてもよい。また、本実施例では、接着層１８としてフィルム形状のものを用いているため、積層処理を容易に行うことができる。

続いて、接着層１８を間に介装させつつ積層された樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃ及びセラミック基板層１４Ａ，１４Ｂを加圧加熱し接着層１８を熱硬化させることにより、図５に示すように、各基板層１２Ａ〜１２Ｃ，１４Ａ，１４Ｂを接合する。この際、加熱により接着層１８は軟化するため、はんだバンプ１６は加圧力により接着層１８を貫通して配線層３２と接合する。この際、加熱温度をはんだ溶融温度以上に設定しておくことにより、はんだバンプ１６と配線層３２をより確実に電気的に接続することができる。

上記のようにして各基板層１２Ａ〜１２Ｃ，１４Ａ，１４Ｂが接着層１８により機械的に接合され、またはんだバンプ１６により電気的に接続されると、ソルダーレジスト２０，２２が形成され、これにより図１に示す多層配線基板１０Ａが製造される。

上記の多層配線基板１０Ａの製造方法では、予め樹脂層２４に配線層２８が形成された樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃと、予めセラミック層２６に配線層３２が形成されたセラミック基板層１４Ａ，１４Ｂを積層して接着層１８により接合するため、異なる種類の基板層１２Ａ〜１２Ｃ，１４Ａ，１４Ｂであっても容易に積層することができる。また、はんだバンプ１６は、各基板層１２Ａ〜１２Ｃ，１４Ａ，１４Ｂの積層時に接着層１８を貫通することにより各基板層１２Ａ〜１２Ｃ，１４Ａ，１４Ｂを電気的に接続するため、各基板層１２Ａ〜１２Ｃ，１４Ａ，１４Ｂ間の電気的接続を容易に行うことができる。

図６は、本発明の第２実施例である多層配線基板１０Ｂを示している。

図１に示した第１実施例に係る多層配線基板１０Ａは、樹脂基板層１２Ａ〜１２Ｃとセラミック基板層１４Ａ，１４Ｂを積層した構造とした。これに対して本実施例に係る多層配線基板１０Ｂは、更に金属基板層３６を積層した構造としたことを特徴とするものである。尚、図６において、図１に示した構成と同一構成については同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

金属基板層３６は、導電金属板３８と絶縁膜４０とにより構成されている。導電金属板３８は、例えば導電性に優れた銅材料より形成されている。また、厚さは上記した各配線層２８Ａ，２８Ｂ，３２Ａ，３２Ｃに比べて厚く、かつ、広い面積を有するよう形成されているため、低インピーダンスとされている。

また、金属基板層３６は、配線層４２Ａ，４２Ｂの形成位置に開口が形成されている。絶縁膜４０は例えば絶縁性の樹脂膜であり、金属基板層３６の略全面を覆うように形成されている。

但し、本実施例では、配線層４２Ａが設けられる開口においては、絶縁膜４０は形成されていない。従って、導電金属板３８は、配線層４２Ａとのみ電気的に接続される構成となっている。本実施例では、配線層４２Ａは電源配線とされているため、金属基板層３６は電源層として機能する。

上記したように、金属基板層３６は低インピーダンスであるため、電源層して使用した場合には電源のロスを低減することができ、また高電流の供給を行うことも可能となる。また、金属基板層３６をグランド層とて用いることも可能であり、この構成とした場合には、金属基板層３６をシールド層として機能させることができ、ノイズ特性に優れた多層配線基板１０Ｂを実現することができる。

尚、本発明は、具体的に開示された実施例に限定されるものではなく、クレームされた本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形例や実施例が考えられるものである。

Claims

互いに対向する第１の面及び第２の面を有するとともに樹脂からなる第１の絶縁層と、導電材料からなる第１の配線層とを有してなる樹脂基板層と、
互いに対向する第３の面及び第４の面を有するとともにセラミックからなる第２の絶縁層と、導電材料からなる第２の配線層とを有してなるセラミック基板層と、
積層された前記樹脂基板層と前記セラミック基板層とを機械的に接続する機械的接合層と、
該機械的接合層を貫通し、前記樹脂基板層と前記セラミック基板層とを電気的に接続する電気的接合部材と、
を備え、
前記第１の配線層は、前記第１の面に形成された第１の上部配線と、前記第２の面に配置された第１の下部配線と、前記第１の絶縁層を貫通する第１のビア孔の内部に形成され前記第１の上部配線及び前記第１の下部配線に接続された第１のビア部とを有し、
前記第２の配線層は、前記第３の面に形成された第２の上部配線と、前記第４の面に配置された第２の下部配線と、前記第２の絶縁層を貫通する第２のビア孔の内部に形成され前記第２の上部配線及び前記第２の下部配線に接続された第２のビア部とを有し、
前記樹脂基板層と前記セラミック基板層とを交互に積層し、
表裏における最表面層を前記樹脂基板層としたことを特徴とする多層配線基板。
前記第１の絶縁層は、ビルドアップ樹脂よりなることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
前記機械的接合層は、熱硬化性の接着剤であることを特徴とする請求項１又は２記載の多層配線基板。
前記電気的接合部材は、はんだであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の多層配線基板。
更に、金属により形成された板状の金属基板層を積層することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の多層配線基板。