JP5952153B2 - 積層配線基板およびそれを用いた実装構造体 - Google Patents

積層配線基板およびそれを用いた実装構造体 Download PDF

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Description

本発明は、電子機器(たとえば各種オーディオビジュアル機器、家電機器、通信機器、コンピュータ機器およびその周辺機器)などに使用される積層配線基板およびそれを用いた実装構造体に関するものである。
従来、電子機器には、積層配線基板の上面に電子部品が実装された実装構造体が使用されている。この積層配線基板は、絶縁層を積層した積層体と、この積層体の各絶縁層間に配置された配線層とを備えている。
特許文献1には、樹脂材料を主成分とする複数の絶縁基板を積層した積層体と、絶縁基板それぞれの一主面に部分的に配置されているとともに、絶縁基板を介して厚み方向に離れて配置された複数の回路を備えた回路形成基板が、積層配線基板の一例として記載されている。なお、この回路形成基板の積層体および回路は、積層配線基板の積層体および配線層にそれぞれ対応するものである。
ところで、一般的に、樹脂材料の熱膨張率が電子部品の熱膨張率より大きいことから、樹脂材料を主成分とした積層体を備えた回路形成基板の熱膨張率は、電子部品の熱膨張率よりも大きくなる。その結果、例えば、電子部品の実装時や電子部品の作動時に回路形成基板に熱が加わると、回路形成基板の熱膨張量と電子部品の熱膨張量との違いに起因して回路形成基板が反りやすい。そのため、回路形成基板の回路が断線しやすくなり、ひいては回路形成基板の電気的信頼性が低下しやすくなるという問題点があった。
特開平08−116174号公報
本発明は、前述の回路形成基板のような積層配線基板において電気的信頼性が低下しやすいという問題点を受けて、電気的信頼性を向上させることができる積層配線基板を提供することを目的とするものである。
本発明の一形態にかかる積層配線基板は、複数の樹脂層および複数の無機絶縁層が最上層および最下層に前記樹脂層を配置して積層されてなる積層体と、最上層の前記樹脂層の上面に配置された第1配線層と、最下層の前記樹脂層の上面または下面に配置された第2配線層とを具備し、前記第1配線層は、前記樹脂層の下面に貫通孔を塞ぐように配置されて上面が露出した外部接続用の第1パッドを含み、前記第2配線層は、前記樹脂層の下面に配置されるかまたは前記樹脂層の上面に貫通孔を塞ぐように配置されて下面が露出した外部接続用の第2パッドを含み、前記複数の無機絶縁層は、最上層の前記樹脂層の直下に配置された第1無機絶縁層を含み、前記複数の樹脂層は、樹脂部の中に複数のフィラー粒子を含んでおり、最上層の前記樹脂層における前記フィラー粒子の含有割合が、上側から下側に向かって大きくなっている
本発明の一形態にかかる実装構造体は、前記積層配線基板と、該積層配線基板の上面に実装されて前記第1パッドに電気的に接続された電子部品とを備える。
本発明の一形態にかかる積層配線基板によれば、積層体が複数の無機絶縁層を含んでい
ることから、積層配線基板の反りを低減することができる。さらに、積層体の最上層および最下層に樹脂層が配置されていることから、積層配線基板におけるクラックの発生を低減することができる。したがって、電気的信頼性に優れた積層配線基板を得ることができる。
本発明の一実施形態にかかる実装構造体の一部を厚み方向に切断した断面図である。 図1に示した実装構造体のR1部の拡大図である。 図2に示した実装構造体のR2部の拡大図である。 図1に示した実装構造体における積層配線基板の上面を示した図である。 図1のI−I線に沿って平面方向に切断した断面図である。 (a)〜(b)は図1に示した実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図であり、(b)は(a)の一部の拡大図である。 (a)〜(c)は図1に示した実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図であり、(c)は(b)に示した乾燥した無機絶縁ゾルの一部の拡大図である。 (a)〜(b)は図1に示した実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図であり、(b)は(a)に示した無機絶縁層の一部の拡大図である。 (a)〜(c)は図1に示した実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図であり、(b)は(a)に示した樹脂前駆体層および無機絶縁層の一部の拡大図であり、(c)は(b)に示した無機絶縁層の一部の拡大図である。 (a)〜(b)はそれぞれ図1に示した実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図である。 (a)〜(c)はそれぞれ図1に示した実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図である。 (a)〜(d)はそれぞれ図1に示した実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図である。 (a)〜(c)はそれぞれ図1に示した実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図である。 図1に示した実装構造体と異なる実施形態の例を厚み方向に切断した断面図である。
以下に、本発明の第1実施形態に係る積層配線基板を含む実装構造体について図面に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
(実装構造体)
図1に示した実装構造体1は、例えば各種オーディオビジュアル機器、家電機器、通信機器、コンピュータ装置またはその周辺機器などの電子機器に使用される。この実装構造体1は、電子部品2および電子部品2が実装された積層配線基板3を含んでおり、外部回路基板4に実装されている。
(電子部品)
電子部品2は、例えばICまたはLSIなどの半導体素子であり、はんだなどの導電材料からなる第1バンプ5Aを介して積層配線基板3にフリップチップ実装されている。この電子部品2は、例えばシリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム砒素リン、窒化ガリウムまたは炭化珪素などの半導体材料からなる。
電子部品2の厚みは、例えば0.05mm以上1mm以下に設定されている。また、電子部品2の平面方向(XY平面方向)への熱膨張率は、例えば3ppm/℃以上16ppm/℃以下に設定されている。なお、電子部品2の厚みは、電子部品2の厚み方向(Z方向)に沿った断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、厚み方向に沿った長さを10箇所以上測定し、その平均値を算出することによって求められる。また、電子部品2の熱膨張率は、市販のTMA装置を用いて、JISK7197‐1991に準じた測定方法によって測定される。
(外部回路基板)
外部回路基板4は、例えばマザーボードなどであり、その一主面には、はんだなどの導電材料からなる第2バンプ5Bを介して、実装構造体1が実装されている。外部回路基板4の平面方向への熱膨張率は、17ppm/℃以上30ppm/℃以下に設定されている。
(積層配線基板)
積層配線基板3は、電子部品2と外部回路基板4との間に配置され、電子部品2を駆動もしくは制御するための電源や信号を外部回路基板4から電子部品2へ供給するものである。この積層配線基板3は、複数の樹脂層6および複数の無機絶縁層7が積層されてなる積層体8と、樹脂層6および無機絶縁層7を介して厚み方向に離れて配置されているとともに、それぞれ樹脂層6の一主面または無機絶縁層7の一主面に部分的に配置された複数の配線層9と、複数の樹脂層6および複数の無機絶縁層7を厚み方向に貫通して複数の配線層9同士を接続する複数のビア導体10とを含んでいる。
積層配線基板3の厚みは、例えば0.06mm以上0.8mm以下に設定されている。また、積層配線基板3の平面方向への熱膨張率は、例えば5ppm/℃以上17ppm/℃以下に設定されている。なお、積層配線基板3の厚みおよび熱膨張率は、電子部品2の厚みおよび熱膨張率と同様に測定される。
なお、本実施形態の積層配線基板3は、一般的なビルドアップ基板に用いられるコア基板を有さない配線基板、すなわちコアレス基板である。
(積層体)
積層体8は、積層配線基板3の主要部をなすものであり、前述した通り複数の樹脂層6と複数の無機絶縁層7とが積層されてなる。具体的には、この積層体8は複数の樹脂層6と複数の無機絶縁層7とが一層ずつ交互に積層されてなるとともに、積層体8の最上層および最下層には樹脂層6が配置されている。なお、以下、積層配線基板3の各構成要件の配置について、「上」とは厚み方向において電子部品2側を指し、「下」とは厚み方向において外部回路基板4側を指す。
(樹脂層)
樹脂層6は、無機絶縁層7とともに複数の配線層9同士および複数のビア導体10同士の絶縁を確保するものである。この樹脂層6は、第1樹脂部11と第1樹脂部11の中に分散された第1フィラー粒子12とを含んでいる。また、積層体8に含まれた複数の樹脂層6は、複数の樹脂層6のうち最上層に配置されているとともに積層体8の最上層に配置された第1樹脂層6Aと、複数の樹脂層6のうち最下層に配置されているとともに積層体8の最下層に配置された第2樹脂層6Bと、複数の樹脂層6のうち厚み方向において第1樹脂層6Aと第2樹脂層6Bとの間に配置された複数の第3樹脂層6Cとを具備する。なお、後述するように、第2樹脂層6Bには第2バンプ5Bと接続する配線層9(第2パッド9y)を露出するための第1貫通孔V1が形成されている。
樹脂層6の厚みは、例えば5μm以上50μm以下に設定されている。また、樹脂層6のヤング率は、例えば0.2GPa以上10GPa以下に設定されている。また、樹脂層6の平面方向への熱膨張率は、例えば20ppm/℃以上70ppm/℃以下に設定されている。また、樹脂層6における第1樹脂部11の含有割合は、35体積%以上90体積%以下に設定されている。また、樹脂層6における第1フィラー粒子12の含有割合は、10体積%以上65体積%以下に設定されている。なお、樹脂層6の厚みは、電子部品2と同様に測定される。また、樹脂層6のヤング率は、ナノインデンターを用いて、ISO527−1:1993に準じた測定方法によって測定される。また、樹脂層6における第1樹脂部11の含有割合および樹脂層6における第1フィラー粒子12の含有割合は、樹脂層6の厚み方向に沿った断面について、SEMによる撮影画像から画像解析装置などを用いてそれぞれの面積比率(面積%)を測定し、この測定値を体積比率(体積%)とみなすことで求められる。
(第1樹脂部)
第1樹脂部11は、樹脂層6の主要部をなすものである。この第1樹脂部11は、例えばエポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂またはシアネート樹脂などの樹脂材料からなる。
(第1フィラー粒子)
第1フィラー粒子12は、樹脂層6の熱膨張率を低減するとともに樹脂層6のヤング率を向上させるものである。この第1フィラー粒子12は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウムまたは水酸化カルシウムなどの無機絶縁材料からなる。また、第1フィラー粒子12は、樹脂層6の難燃性を向上させるために、無機絶縁材料からなる粒子に加えてリンなどを含んだ有機材料からなる粒子をさらに含んでもよい。
第1フィラー粒子12の粒径は、例えば0.3μm以上5μm以下に設定されている。なお、第1フィラー粒子12の粒径は、樹脂層6の厚み方向に沿った断面について、SEMまたは透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて20個以上50個以下の第1無機絶縁粒子を含むように拡大した断面を観察し、この拡大した断面において各粒子の最大径を測定し、その最大径の平均値を算出することによって求められる。
(無機絶縁層)
無機絶縁層7は、積層体8の熱膨張率を低減するとともに積層体8のヤング率を向上させるものである。この無機絶縁層7は、互いの一部で接続した複数の第1無機絶縁粒子13と、互いの一部で複数の第1無機絶縁粒子13と接続し、かつ第1無機絶縁粒子13よりも粒径が大きい複数の第2無機絶縁粒子14とを含んでいる。そして、無機絶縁層7には、複数の第1無機絶縁粒子13同士および複数の第1無機絶縁粒子13と第2無機絶縁粒子14とに囲まれてなる間隙Gが形成されており、この間隙Gには、樹脂層6の一部が入り込んでいる。
具体的には、図3に示したように、複数の第1無機絶縁粒子13同士が互いの一部で接続しているとともに、複数の第1無機絶縁粒子13と第2無機絶縁粒子14とが互いの一部で接続しており、複数の第1無機絶縁粒子13が複数の第2無機絶縁粒子14同士の間に配置されている。そして、無機絶縁層7の間隙Gは、複数の第1無機絶縁粒子13同士に囲まれた間隙G1と、複数の第1無機絶縁粒子13と第2無機絶縁粒子14に囲まれた間隙G2とを具備しており、間隙G1および間隙G2それぞれには、樹脂層6に含まれた第1樹脂部11の一部が入り込んでいる。
また、積層体8に含まれた複数の無機絶縁層7は、複数の無機絶縁層7のうち最上層に
配置された第1無機絶縁層7Aと、複数の無機絶縁層7のうち最下層に配置された第2無機絶縁層7Bと、複数の無機絶縁層7のうち厚み方向において第1無機絶縁層7Aと第2無機絶縁層7Bとの間に配置された第3無機絶縁層7Cとを具備している。
無機絶縁層7の厚みは、例えば3μm以上25μm以下に設定されている。また、無機絶縁層7の平面方向への熱膨張率は、例えば0.6ppm/℃以上10ppm/℃以下に設定されている。また、無機絶縁層7のヤング率は、例えば20GPa以上50GPa以下に設定されている。また、無機絶縁層7における、第1無機絶縁粒子13と第2無機絶縁粒子14とを含めた体積比率(体積%)は、例えば62体積%以上75体積%以下に設定されており、そのうち第1無機絶縁粒子13および第2無機絶縁粒子14における第1無機絶縁粒子13の含有割合は、20体積%以上90体積%以下に設定されており、第1無機絶縁粒子13および第2無機絶縁粒子14における第2無機絶縁粒子14の含有割合は、10体積%以上80体積%以下に設定されている。また、厚み方向に沿った断面視において、無機絶縁層7の間隙Gの幅は、例えば10nm以上300nm以下に設定されている。
なお、無機絶縁層7の厚み、熱膨張率およびヤング率は、樹脂層6と同様に測定される。また、無機絶縁層7の厚み、熱膨張率およびヤング率は、無機絶縁層7の間隙G内に樹脂層6の一部が入り込んだ状態での測定値である。また、厚み方向に沿った断面視において、無機絶縁層7の間隙Gの幅は、無機絶縁層7の厚み方向に沿った断面について、SEMまたはTEMを用いて、20箇所以上50箇所以下の間隙Gを含むように拡大した断面を撮影し、この拡大した断面にて各間隙Gの最大径の平均値を間隙Gの幅とみなすことで求められる。
(第1無機絶縁粒子)
第1無機絶縁粒子13は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムまたは酸化カルシウムなどの無機絶縁材料からなる。第1無機絶縁粒子13の粒径は、例えば3nm以上110nm以下に設定されている。なお、第1無機絶縁粒子13の粒径は、第1フィラー粒子12の粒径と同様に測定される。
(第2無機絶縁粒子)
第2無機絶縁粒子14は、例えば第1無機絶縁粒子13と同様の材料からなる。また、第2無機絶縁粒子14の粒径は、例えば0.5μm以上5μm以下に設定されている。なお、第2無機絶縁粒子14は、第1フィラー粒子12の粒径と同様に測定される。
(配線層)
配線層9は、接地用配線、電力供給用配線または信号用配線として機能するものであり、1層の配線層9は、積層体8の上下面または積層体8の層間のいずれかの1層に配置された配線の全てを含んでいる。この配線層9は、例えば、銅、銀、金またはアルミニウムなどの金属材料からなり、中でも、銅からなることが望ましい。
また、積層配線基板3に含まれた複数の配線層9は、複数の配線層9のうち最上層に配置された第1配線層9Aと、複数の配線層9のうち最下層に配置されているとともに第1配線層9Aよりも平面(XY平面)視における面積が大きい第2配線層9Bと、複数の配線層9のうち厚み方向において第1配線層9Aと第2配線層9Bとの間に配置された複数の第3配線層9Cとを具備している。
第1配線層9Aは、積層体8の上面すなわち第1樹脂層6Aの上面に配置されており、外部接続用の複数の第1パッド9xからなる。第1パッド9xの上面は、積層配線基板3の上面で露出しており、第1バンプ5Aを介して電子部品2に接続される。
第2配線層9Bは、第2無機絶縁層7Bと第2樹脂層6Bとの間に配置されており、外部接続用の複数の第2パッド9yからなる。第2樹脂層6Bには、厚み方向に貫通して第2パッド9yの下面の少なくとも一部を露出する第1貫通孔V1が形成されており、第2パッド9yの下面は、第2バンプ5Bを介して外部回路基板4に接続される。
第3配線層9Cは、第1無機絶縁層7Aまたは第3無機絶縁層7Cと第3樹脂層6Cとの間に配置されており、電気信号用配線である第1導電部9zと接地用配線または電力用配線である第2導電部9wとからなる。
なお、本実施形態において、第1配線層9Aは、複数の第1パッド9xのみからなるが、第1配線層9Aは、複数の第1パッド9xに加えて、電気信号用配線である第1導電部9zまたは接地用配線または電力用配線である第2導電部9wを含んでいても構わない。また、第2配線層9Bは、複数の第2パッド9yのみからなるが、第2配線層9Bは、複数の第2パッド9yに加えて、電気信号用配線である第1導電部9zまたは接地用配線または電力用配線である第2導電部9wを含んでいても構わない。
配線層9の厚みは、例えば1.5μm以上15μm以下に設定されている。また、配線層9の平面方向への熱膨張率は、例えば15ppm/℃以上18ppm/℃以下に設定されている。また、配線層9のヤング率は、例えば50GPa以上200GPa以下に設定されている。なお、配線層9の厚み、ヤング率および熱膨張率は、絶縁層6と同様に測定される。また、配線層9の平面視における面積の大小は、積層配線基板3の上面および下面を研摩することによって第1配線層9Aの上面および第2配線層9Bの下面を露出させた後、その上面および下面について光学顕微鏡またはSEMによる撮影画像から画像解析装置などを用いてそれぞれの面積を測定することによって判断される。
(ビア導体)
ビア導体10は、厚み方向に離れて配置された一対の配線層9同士を電気的に接続するものである。このビア導体10は、厚み方向に、樹脂層6および無機絶縁層7を貫通して形成されており、例えば、銅、銀、金またはアルミニウムなどの導電性材料からなる。また、厚み方向に沿った断面視において、ビア導体10の幅は、下側から上側に向かって小さくなっている。また、ビア導体10は、第1パッド9xの下面に接続した第1ビア導体10Aと、第2パッド9yの上面に接続した第2ビア導体10Bとを具備している。
ここで、本実施形態において、積層体8は、無機絶縁材料からなる第1無機絶縁粒子13および第2無機絶縁粒子14を含んだ無機絶縁層7を含んでいる。その結果、無機絶縁材料は樹脂材料よりも熱膨張率が小さいため、積層体8が樹脂層6のみからなる場合と比較して、積層体8の熱膨張率を低減することができ、積層配線基板3と電子部品2との熱膨張率の差を小さくすることができる。したがって、例えば、電子部品2の実装時や電子部品2の作動時に積層配線基板3に熱が加わった際に、電子部品2と積層配線基板3との熱膨張量の違いに起因した積層配線基板3の反りを低減することができ、ひいては積層配線基板3の電気的信頼性を向上させることができる。
また、積層体8の最上層および最下層には樹脂層6が配置されている。ここで、例えば実装構造体1に熱が加わった際には、積層配線基板3の上面には熱膨張率が小さい電子部品2が実装されているため、積層体8の上側の領域の熱膨張は拘束される一方で積層体8の下側の領域は大きく熱膨張しようとすることから、積層体8の表面に加わる応力が大きくなりやすい。これに対して、本実施形態においては、無機絶縁層7と比較してヤング率が小さく変形しやすい樹脂層6を積層体8の表面に配置していることから、積層体8の最上層および最下層に無機絶縁層7が配置されている場合と比較して、積層体8の表面にお
けるクラックの発生を低減することができ、ひいては積層配線基板3の電気的信頼性を向上させることができる。
ところで、例えば、図4および図5に示したように、電子部品2に接続される第1パッド9xを高密度化するために、各第1パッド9xの面積を各第2パッド9yの面積よりも小さくする場合などに、第2配線層9Bの平面視における面積が第1配線層9Aの平面視における面積よりも大きくなることがある。この場合は、例えば電子部品2の実装時に積層配線基板3に熱が加わった際に、積層配線基板3の下面側の(第2配線層9B側)の領域の熱膨張量が積層配線基板3の上面側(第1配線層9A側)の領域の熱膨張量よりも大きくなりやすく、積層配線基板3が反りやすい。
一方、本実施形態の積層配線基板3においては、積層体8の厚み方向の中心から第2配線層9Bまでの距離が、積層体8の厚み方向の中心から第1配線層9Aまでの距離よりも小さい。その結果、熱膨張量の大きい第2配線層9Bにおいては、積層配線基板3の反りに対する影響を小さくしつつ、熱膨張量の小さい第1配線層9Aにおいては、積層配線基板3の反りに対する影響を大きくすることができるため、電子部品2の実装時の加熱に起因した積層配線基板3の反りを低減することができる。したがって、電子部品2の実装時における積層配線基板3の平坦性を向上することができ、ひいては電子部品2の積層配線基板3との接続信頼性を向上させることができる。
なお、積層体8の厚み方向の中心から第1配線層9Aまでの距離とは、第1配線層9Aの下面と垂直に交わるとともに積層体8の中心を通る垂線における、積層体8の中心から第1配線層9Aの下面までの長さ(L1)を指す。また、積層体8の厚み方向の中心から第2配線層9Bまでの距離とは、第2配線層9Bの上面と垂直に交わるとともに積層体8の中心を通る垂線における、積層体8の中心から第2配線層9Bの上面までの長さ(L2)を指す。
また、厚み方向に沿った断面視において、第1ビア導体10Aの幅は下側から上側に向かって小さくなっている。その結果、第1ビア導体10Aの上面に配置された第1パッド9xの平面視における面積を小さくすることができ、複数の第1パッド9xを高密度に配置することができ、ひいては積層配線基板3を小型化することができる。
また、厚み方向に沿った断面視において、第1ビア導体10Aの幅は下側から上側に向かって小さくなっているとともに、第1配線層9Aと第1ビア導体10Aとの接続部の周囲には第1樹脂層6Aが配置されている。すなわち、厚み方向に沿った断面視において、第1配線層9Aの下面と第1ビア導体10Aの側面とが鋭角に交わって形成された第1角部C1には樹脂層6が入り込んでいる。その結果、第1角部C1に無機絶縁層7が入り込んでいる場合と比較して、樹脂層6は無機絶縁層7よりもヤング率が小さく柔らかいことから、第1ビア導体10Aが平面方向へ熱膨張した際に、第1角部C1に応力が集中して第1配線層9Aと第1ビア導体10Aとが剥離することを低減できる。
また、図2に示したように、第1樹脂層6Aにおける第1フィラー粒子12の含有割合は、上側から下側に向かって大きくなっている。すなわち、第1樹脂層6Aにおける第1フィラー粒子12の含有割合は、第1配線層9A側よりも第1無機絶縁層7A側の方が大きい。その結果、第1樹脂層6Aの熱膨張率と第1配線層9Aおよび第1無機絶縁層7Aの熱膨張率それぞれとの差が小さくなり、第1樹脂層6Aと第1配線層9Aとの剥離を低減できるとともに、第1樹脂層6Aと第1無機絶縁層7Aとの剥離を低減することができる。
また、図1に示したように、第2樹脂層6Bは、第2樹脂層6Bの上面に配置された第
2パッド9yが露出した第1貫通孔V1が形成されている。その結果、実装構造体1と外部回路基板4とを接続するために第2バンプ5Bを溶融した際に、第2樹脂層6Bに形成された第1貫通孔V1の内壁が第2バンプ5Bの流動を抑制するため、平面方向において隣り合う複数の第2パッド9y同士の電気的な短絡が抑制される。
また、厚み方向に沿った断面視において、第2ビア導体10Bの幅は上側から下側に向かって大きくなっているとともに、第2配線層9Bと第2ビア導体10Bとの接続部の周囲には第2無機絶縁層7Bが配置されている。すわなち、厚み方向に沿った断面視において、第2配線層9Bの上面と第2ビア導体10Bの側面とが鈍角に交わって形成された第2角部C2には第2無機絶縁層7Bが入り込んでいる。その結果、無機絶縁層7は樹脂層6よりもヤング率が大きいため、第2ビア導体10Bが平面方向へ熱膨張した際に、第2角部C2に応力が集中しやすいが、第2角部C2は鈍角であるため、第2角部C2が鋭角である場合と比較して、応力の集中を低減することができ、第2配線層9Bと第2ビア導体10Bとの剥離を低減することができる。
また、積層体8は、積層体8の最上層および最下層に樹脂層6が配置されているとともに、複数の樹脂層6と複数の無機絶縁層7とが1層ずつ交互に配置されている。その結果、電子部品2の実装時に積層配線基板3に熱が加わった際に、積層体8の上側と下側とにおいて積層体8の平面方向への熱膨張量のばらつきを小さくできることから、積層体8の反りを低減することができ、積層配線基板3の反りを低減することができる。したがって、電子部品2の積層配線基板3への実装の信頼性を向上させることができる。
また、第1樹脂層6Aの厚みは、第2樹脂層6Bの厚みよりも小さい。その結果、第1樹脂層6Aの厚み方向への熱膨張量を低減することができるため、第1ビア導体10Aと第1パッド9xとの剥離を低減することができる。
一方、本実施形態においては、積層体8に含まれた複数の樹脂層6の一部は、それぞれの下面に配置された無機絶縁層7に入り込んでいることから、樹脂層6の熱膨張量は下側よりも上側で大きくなりやすく、積層体8の熱膨張量も上側で大きくなりやすい。そこで積層体8の最下層に配置された第2樹脂層6Bを厚く形成することで、積層体8における上側と下側との熱膨張のバランスをとることができ、ひいては積層配線基板3の反りを低減することができる。なお、この場合に、第2樹脂層6Bの厚みは、第1樹脂層6Aの例えば1.04倍以上1.2倍以下に設定されている。
また、第1樹脂層6Aにおける第1フィラー粒子12の含有割合は、第2樹脂層6Bにおける第1フィラー粒子12の含有割合よりも大きい。その結果、第1樹脂層6Aの厚み方向への熱膨張量を低減することができることから、第1ビア導体10Aと第1パッド9xとの剥離を低減することができる。なお、この場合には、第2樹脂層6Bにおける第1フィラー粒子12の含有割合は、第1樹脂層6Aにおける第1フィラー粒子12の含有割の例えば1.04倍以上1.2倍以下に設定されている。
また、全ての樹脂層6は、例えば、ガラス繊維または樹脂繊維などからなる基材を含まないことが望ましい。その結果、樹脂層6における基材を含むための厚みを削減できることから、積層配線基板3を薄型化することができる。
また、全ての樹脂層6は、第1樹脂部11および第1フィラー粒子12のみからなることが望ましい。その結果、樹脂層6における基材を含むための厚みを削減できることから、積層配線基板3を薄型化することができる。
また、樹脂層6の厚みは、無機絶縁層7の厚みよりも小さいことが望ましい。その結果
、積層体8における無機絶縁層7の割合が大きくなり、積層体8の熱膨張率を低減することができ、積層配線基板3の熱膨張率を低減することができる。
また、第1無機絶縁粒子13および第2無機絶縁粒子14は、酸化ケイ素からなることが望ましい。酸化ケイ素は他の無機絶縁材料と比較して誘電正接および誘電率が低いため、積層配線基板3の信号伝送特性を向上させることができる。
また、積層配線基板3内において、無機絶縁層7の厚みは、その他全ての無機絶縁層7の厚みと同一であってもよい。この場合には、複数の無機絶縁層7それぞれの熱膨張量のばらつきを小さくすることができ、積層配線基板3全体の熱膨張率のバランスをとることができ、積層配線基板3の反りを低減することができる。なお、ここで「同一」とは数値の差が3%以下であることを指す。また、以下の記載における「同一」も同様とする。
また、積層配線基板3内において、全ての樹脂層6の第1樹脂部11および第1フィラー粒子12の材料は同じであってもよい。この場合には、複数の樹脂層6それぞれの熱膨張率のばらつきを小さくすることができることから、積層配線基板3全体の熱膨張率のバランスをとることができ、積層配線基板3の反りを低減することができる。
(実装構造体の製造方法)
次に、上述した実装構造体1の製造方法を、図6から図13に基づいて説明する。
(積層シートの作製)
(1)図6(a)および図6(b)に示したように、第1無機絶縁粒子13および第2無機絶縁粒子14を含む固形分7´と、この固形分7´が分散した溶剤15とを有する無機絶縁ゾル7xを準備する。無機絶縁ゾル7xは、例えば、固形分7´を10体積%以上50体積%以下含み、溶剤15を50%体積以上90体積%以下含む。また、無機絶縁ゾル7xの固形分7´は、例えば、第1無機絶縁粒子13を20体積%以上90体積%以下含み、第2無機絶縁粒子14を10体積%以上80体積%以下含む。
第1無機絶縁粒子13は、例えば、ケイ酸ナトリウム水溶液(水ガラス)などのケイ酸化合物を精製し、化学的に酸化ケイ素を析出させることによって作製することができる。
第2無機絶縁粒子14は、酸化ケイ素からなる場合であれば、例えば、ケイ酸ナトリウム水溶液(水ガラス)などのケイ酸化合物を精製し、化学的に酸化ケイ素を析出させた溶液を火炎中に噴霧し、凝集物の形成を低減しつつ800℃以上1500℃以下に加熱することによって作製することができる。
溶剤15は、例えば、メタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジメチルアセトアミドまたはこれらから選択された2種以上の混合物を含んだ有機溶剤を使用することができる。
(2)図7(a)に示したように、銅などの金属材料からなる金属箔16を準備し、金属箔16の一主面に無機絶縁ゾル7xを層状に塗布する。無機絶縁ゾル7xの塗布は、例えば、ディスペンサー、バーコーター、ダイコーターまたはスクリーン印刷を用いて行なうことができる。
(3)図7(b)および図7(c)に示したように、溶剤15を蒸発させて無機絶縁ゾル7xを乾燥させ、固形分7´を残存させる。無機絶縁ゾル7xの乾燥は、例えば、加熱
および風乾によって行なわれる。乾燥温度が、例えば20℃以上溶剤15の沸点(2種類以上の溶剤15を混合している場合には、最も沸点の低い溶剤15の沸点)未満に設定され、乾燥時間が、例えば20秒以上30分以下に設定される。
(4)図8(a)および図8(b)に示したように、固形分7´を加熱し、第1無機絶縁粒子13同士および第1無機絶縁粒子13と第2無機絶縁粒子14とを互いの一部で接続させた無機絶縁層7を作製する。
ここで、本実施形態における固形分7´は、粒径が例えば3nm以上110nm以下と微小な値に設定された第1無機絶縁粒子13を含んでいる。その結果、固形分7´の加熱温度が比較的低温、例えば第1無機絶縁粒子13および第2無機絶縁粒子14の結晶化開始温度未満と低温であっても、第1無機絶縁粒子13同士を強固に接続させることができる。
また、このように低温で加熱することによって、第1無機絶縁粒子13および第2無機絶縁粒子14が粒子の形状を保持しつつ、第1無機絶縁粒子13同士および第1無機絶縁粒子13と第2無機絶縁粒子14とを近接領域のみで接続させることができる。その結果、第1無機絶縁粒子13同士および第1無機絶縁粒子13と第2無機絶縁粒子14とを互いの一部で接続させることができ、間隙Gを容易に形成することができる。
なお、固形分7´の加熱は、温度が例えば100℃以上300℃未満に設定され、時間が例えば0.5時間以上24時間以下に設定されることが望ましい。
(5)図9(a)および図9(b)に示したように、未硬化の第1樹脂11xに第1フィラー粒子12を分散させた樹脂前駆体層6xを準備し、無機絶縁層7の金属箔16と反対側の主面に樹脂前駆体層6xを塗布または積層する。
次いで、図9(c)に示したように、金属箔16、無機絶縁層7および樹脂前駆体層6xを上下方向に加熱加圧することによって、無機絶縁層7の間隙Gの一部に未硬化の第1樹脂11xを入り込ませる。金属箔16、無機絶縁層7および樹脂前駆体層6xの加熱加圧は、樹脂前駆体層6xの熱硬化開始温度未満で行なう。具体的には、加熱温度が例えば60℃以上160℃以下に設定され、圧力が例えば0.1MPa以上2MPa以下に設定され、加熱加圧時間が例えば0.5時間以上2時間以下に設定される。なお、未硬化とは、ISO472:1999に準ずるA−ステージまたはB−ステージの状態である。
以上のようにして、金属箔16、無機絶縁層7および樹脂前駆体層6xを含む積層シート17を作製する。なお、本工程において、樹脂前駆体層6の未硬化の第1樹脂11xの一部が無機絶縁層7の空隙Gに充填されることから、複数の第1フィラー粒子12の一部は、無機絶縁層7の一主面上にろ過されるように集まる。
(積層配線基板の作製)
(6)図10(b)に示したように、一主面に金属箔16が形成された支持体18を準備し、支持体18の金属箔16の一主面に樹脂層6(第1樹脂層6A)および無機絶縁層7(第1無機絶縁層7A)を形成する。具体的には、例えば以下のように行なう。
まず、図10(a)に示したように、積層シート17の樹脂前駆体層6xを、支持体18の金属箔16の一主面に接するように積層する。次いで、支持体18および積層シート17を厚み方向に加熱加圧して樹脂前駆体層6xを硬化させることによって、図10(b)に示したように、樹脂層6を形成し、樹脂層6(第1樹脂層6A)を介して無機絶縁層7(第1無機絶縁層7A)を金属箔16に接着させる。
なお、支持体18および積層シート17の加熱加圧は、温度が未硬化の第1樹脂11xの硬化開始温度以上で熱分解温度未満に設定されていることが望ましい。具体的には、支持体18および積層シート17の加熱加圧は、温度が例えば170℃以上230℃以下に設定され、圧力が例えば2MPa以上3MPa以下に設定され、時間が例えば0.5時間以上2時間以下に設定されている。なお、硬化開始温度は、樹脂材料が、ISO472:1999に準ずるC−ステージの状態となる温度である。また、熱分解温度は、ISO11358:1997に準ずる熱重量測定において、樹脂の質量が5%減少する温度である。
(7)図11(c)に示したように、樹脂層6(第1樹脂層6A)および無機絶縁層7(第1無機絶縁層7A)を厚み方向に貫通するビア導体10(第1ビア導体10A)を形成し、無機絶縁層7の下面に配線層9(第3配線層9C)を形成する。具体的には、例えば以下のように行なう。
まず、例えばYAGレーザー装置または炭酸ガスレーザー装置を用いて積層シート17の金属箔16の下面にレーザー光を照射することにより、図11(a)に示したように、樹脂層6(第1樹脂層6A)および無機絶縁層7(第1無機絶縁層7A)を貫通する貫通孔V(第2貫通孔V2)を形成し、この第2貫通孔V2内に支持体18の金属箔16の少なくとも一部を露出させる。次に、例えば無電解めっき法、電気めっき法、蒸着法、CVD法またはスパッタリング法などを用いて第2貫通孔V2の内壁に導電材料を被着させることにより、図11(b)に示したように、柱状のビア導体10(第1ビア導体10A)を形成することができる。次に、例えばフォトリソグラフィー技術、エッチング法などを用いて積層シート17の金属箔16をパターニングすることにより、図11(c)に示したように、無機絶縁層7の一主面に配線層9(第3配線層9C)を形成することができる。
第2貫通孔V2は、積層シート17の金属箔16の一主面にレーザー光を照射することにより形成しているため、このレーザー光の照射量または照射時間を適宜調整することにより、第2貫通孔V2を積層シート17の金属箔16から支持体18の金属箔16に向かって断面積が大きくなるように形成することができる。
(8)図12(a)〜図12(c)に示したように、(6)の工程と(7)の工程とを繰り返すことによって、第3樹脂層6C、第3無機絶縁層7Cおよび第3配線層9Cと、第3樹脂層6C、第2無機絶縁層7Bおよび第2配線層9Bとを形成する。次いで、図12(d)に示したように、第2配線層9Bを被覆するように単体の樹脂前駆体層6xを積層し、第2配線層9Bを被覆した単体の樹脂前駆体層6xを熱硬化させた後、レーザー光を照射することによって貫通孔V(第1貫通孔V1)を形成し、第2配線層9Bにおける第2パッド9yを露出させ、第2樹脂層6Bを形成する。また、本工程において、第2樹脂層6Bは、第1樹脂層6Aのように無機絶縁層7の間隙Gに入り込まないことから、第1樹脂層6Aよりも厚く形成され、また第1フィラー粒子12の含有割合は小さくなる。
(9)図13(a)に示したように、支持体18から金属箔16を剥離する。具体的には、例えば、支持体18が上方に位置するように積層配線基板3を多孔質のテーブル上に載置し、真空ポンプを用いて吸引することによって積層配線基板3を固定し、支持体18を上方に引っ張ることにより、支持体18から金属箔16を剥離することができる。
(10)図13(b)に示したように、例えばフォトリソグラフィー技術、エッチング法などを用いて支持体18の金属箔16をパターニングすることによって、配線層9(第1配線層9A)を形成する。
以上のようにして、積層配線基板3を作製することができる。
(実装構造体の作製)
(11)図13(c)に示したように、第1バンプ5Aを介して積層配線基板3に電子部品2をフリップチップ実装することによって実装構造体1を作製することができる。
<第2実施形態>
(実装構造体)
次に、本発明の第2実施形態に係る積層配線基板を含む実装構造体を、図14を参照しつつ詳細に説明する。なお、上述した第1実施形態と同様の構成に関しては説明を省略する。
第2実施形態の積層配線基板3は、第1実施形態と異なり、図14に示したように、樹脂層6とこの樹脂層6の上側に配置された複数の無機絶縁層7との間に接着樹脂層19が配置されている。
この接着樹脂層19は、例えばエポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シアネート樹脂またはポリイミド樹脂などの樹脂材料からなり、樹脂層6よりもヤング率が小さく設定されている。接着樹脂層19の厚みは、例えば0.1μm以上5μm以下に設定され、樹脂層6の厚みの例えば0.1%以上10%以下に設定され、配線層8の厚みの例えば1.5%以上50%以下に設定されている。接着樹脂層19のヤング率は、例えば0.05GPa以上5GPa以下に設定され、樹脂層6のヤング率の例えば0.5%以上50%以下に設定され、配線層8のヤング率の例えば0.04%以上4%以下に設定されている。接着樹脂層19の平面方向への熱膨張率は、例えば20ppm/℃以上100ppm/℃以下に設定されている。
また、接着樹脂層19は、接着樹脂層19の難燃性を向上させるために、例えば酸化ケイ素などの無機絶縁材料からなる第2フィラー粒子を含んでもよい。第2フィラー粒子は、粒径が、例えば0.05μm以上0.7μm以下に設定されている。接着樹脂層19における第2フィラー粒子の含有量は、例えば1体積%以上10体積%以下に設定されている。
ここで、本実施形態において、複数の樹脂層6は、それぞれの下面に配置された無機絶縁層7にその一部が入り込んでいるとともに、それぞれの上面に配置された無機絶縁層7と接着樹脂層19を介して接続している。その結果、複数の樹脂層6は、それらの下面に配置された無機絶縁層7にその一部が入りこむことによって、複数の樹脂層6とその下面に配置された無機絶縁層7との剥離を低減することができる。そして、複数の樹脂層6は、それらの上面に配置された無機絶縁層7との間に接着樹脂層19を介することによって、複数の樹脂層6とそれらの上面に配置された無機絶縁層7との接着強度を向上させることができる。したがって、複数の樹脂層6と複数の無機絶縁層7との剥離を低減することができる。
(実装構造体の製造方法)
次に、上述した第2実施形態の実装構造体1の製造方法を説明する。なお、上述した第1実施形態と同様の方法に関しては説明を省略する。
上述した第1実施形態の(2)の工程と同様の工程において、金属箔16に未硬化の第2樹脂および第2フィラー粒子を含む接着樹脂前駆体層を塗布または積層した後、接着樹脂前駆体層の金属箔16とは反対側の主面に無機絶縁ゾル7xを塗布する。次いで、(5
)の工程と同様の工程において、金属箔16、接着樹脂前駆体層、無機絶縁層7および樹脂前駆体層6xを含む積層シート17を形成する。次いで、(6)の工程と同様の工程において、積層シート17を支持体18に積層した後、未硬化の第1樹脂11xを熱硬化させて樹脂前駆体層6xを樹脂層6にすると同時に、未硬化の第2樹脂を熱硬化させて接着樹脂前駆体層を接着樹脂層19とする。次いで、(7)の工程と同様の工程において、樹脂層6、無機絶縁層7および接着樹脂層19を厚み方向に貫通するビア導体10を形成し、接着樹脂層19の下面に配線層9を形成する。そして、(8)の工程と同様の工程において、(6)および(7)を積層配線基板3の所望の積層数繰り返すことによって、積層配線基板3が作製される。
本発明は上述した実施形態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において種々の変更、改良、組合せなどが可能である。
例えば、上述した本発明の実施形態は、積層体8が複数の樹脂層6と複数の無機絶縁層7とを交互に積層してなる構成を例に説明したが、例えば、第3無機絶縁層7Cを樹脂層6に置き換えて、第1無機絶縁層7Aと第2無機絶縁層7Bとの間を全て樹脂層6で構成しても構わない。この場合は、実装構造体1の製造方法においては、(8)の工程にて第3配線層9cの下面に単体の樹脂前駆体層6xを積層すればよい。
また、上述した本発明の実施形態は、積層体8が4層の樹脂層6と3層の無機絶縁層7とを含み、これら樹脂層6と無機絶縁層7とが交互に積層された構成を例に説明したが、積層体8は、4層以上の樹脂層6と3層以上の無機絶縁層7とを含み、それらが交互に積層されていても構わない。
また、上述した本発明の実施形態は、第1配線層9Aが第1樹脂層6Aの上面に配置されている構成を例に説明したが、第1配線層9Aを第1樹脂層6Aと第1無機絶縁層7Aとの間に配置して、第1配線層9Aが具備している外部接続用の第1パッド9xを、第1樹脂層6Aに貫通孔を形成することによって露出させても構わない。
また、上述した本発明の実施形態は、第2配線層9Bが第2無機絶縁層7Bと第2樹脂層6Bとの間に配置されている構成を例に説明したが、第2配線層9Bは第2樹脂層6Bの下面に配置されても構わない。
また、上述した本発明の実施形態は、積層体8における第1樹脂層6Aと第2樹脂層6Bとの厚みが異なる構成を例に説明したが、樹脂層6の厚みは、その他全ての樹脂層6の厚みと同一でもよい。その場合には、複数の樹脂層6それぞれの熱膨張量のばらつきを小さくすることができることから、積層配線基板3全体の熱膨張率のバランスをとることができ、積層配線基板3の反りを低減することができる。
また、上述した本発明の実施形態は、複数の樹脂層6において、樹脂層6における第1樹脂部11の含有割合および樹脂層6における第1フィラー粒子12の含有割合が異なる構成を例に説明したが、樹脂層6における第1樹脂部11の含有割合および樹脂層6における第1フィラー粒子12の含有割合は、全ての樹脂層6において同一でもよい。その結果、複数の樹脂層6それぞれの熱膨張率のばらつきを小さくすることができることから、積層配線基板3全体の熱膨張率のバランスをとることができ、積層配線基板3の反りを低減することができる。
また、上述した本発明の実施形態は、(2)の工程において無機絶縁ゾル7xを金属箔16の一主面に塗布しているが、無機絶縁ゾル7xの塗布は、例えば、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートなどの樹脂材料からなる支持
シートの一主面に塗布してもよい。この場合には、配線層9の形成の前に、機械的に支持シートを剥離すればよい。
また、上述した本発明の実施形態は、(3)の工程において溶剤15を蒸発させた後に固形分7´を加熱する構成を例に説明したが、溶剤15の蒸発と固形分7´の加熱とを同時に行なっても構わない。
1 実装構造体
2 電子部品
3 積層配線基板
4 外部回路基板
5A 第1バンプ
5B 第2バンプ
6 樹脂層
6A 第1樹脂層
6B 第2樹脂層
6C 第3樹脂層
6x 樹脂前駆体層
7 無機絶縁層
7´ 固形分
7A 第1無機絶縁層
7B 第2無機絶縁層
7C 第3無機絶縁層
7x 無機絶縁ゾル
8 積層体
9 配線層
9A 第1配線層
9B 第2配線層
9C 第3配線層
9x 第1パッド
9y 第2パッド
9z 第1導電部
9w 第2導電部
10 ビア導体
10A 第1ビア導体
10B 第2ビア導体
11 第1樹脂部
11x 未硬化の第1樹脂
12 第1フィラー粒子
13 第1無機絶縁粒子
14 第2無機絶縁粒子
15 溶剤
16 金属箔
17 積層シート
18 支持体
19 接着樹脂層
C1 第1角部
C2 第2角部
G 間隙
G1 第1間隙
G2 第2間隙
V1 第1貫通孔
V2 第2貫通孔

Claims (8)

  1. 複数の樹脂層および複数の無機絶縁層が最上層および最下層に前記樹脂層を配置して積層されてなる積層体と、最上層の前記樹脂層の上面に配置された第1配線層と、最下層の前記樹脂層の上面または下面に配置された第2配線層とを具備し、
    前記第1配線層は、前記樹脂層の下面に貫通孔を塞ぐように配置されて上面が露出した外部接続用の第1パッドを含み、
    前記第2配線層は、前記樹脂層の下面に配置されるかまたは前記樹脂層の上面に貫通孔を塞ぐように配置されて下面が露出した外部接続用の第2パッドを含み、
    前記複数の無機絶縁層は、最上層の前記樹脂層の直下に配置された第1無機絶縁層を含み、前記複数の樹脂層は、樹脂部の中に複数のフィラー粒子を含んでおり、最上層の前記樹脂層における前記フィラー粒子の含有割合が、上側から下側に向かって大きくなっていることを特徴とする積層配線基板。
  2. 請求項1に記載の積層配線基板において、
    前記積層体の厚み方向の中心から前記第2配線層までの距離が、前記積層体の厚み方向の中心から前記第1配線層までの距離よりも小さく、
    前記第2配線層の面積が、前記第1配線層の面積よりも大きいことを特徴とする積層配線基板。
  3. 請求項1に記載の積層配線基板において、
    前記第1配線層は、前記樹脂層の上面に配置されており、
    前記第2配線層は、前記樹脂層の上面に配置されていることを特徴とする積層配線基板。
  4. 請求項1に記載の積層配線基板において、
    前記積層体は、前記複数の樹脂層および前記複数の無機絶縁層が交互に配置されていることを特徴とする積層配線基板。
  5. 請求項1に記載の積層配線基板において、
    最上層の前記樹脂層の厚みは、最下層の前記樹脂層の厚みよりも小さいことを特徴とする積層配線基板。
  6. 請求項1に記載の積層配線基板において、
    前記複数の樹脂層は、前記樹脂部中に複数のフィラー粒子を含んでおり、
    最上層の前記樹脂層における前記フィラー粒子の含有割合が、最下層の前記樹脂層における前記フィラー粒子の含有割合よりも大きいことを特徴とする積層配線基板。
  7. 請求項1に記載の積層配線基板において、
    前記無機絶縁層は、互いの一部で接続した複数の第1無機絶縁粒子と、互いの一部で該複数の第1無機絶縁粒子と接続し、かつ前記第1無機絶縁粒子よりも粒径が大きい複数の第2無機絶縁粒子とを含むとともに、前記複数の第1無機絶縁粒子同士および前記複数の第1無機絶縁粒子と前記第2無機絶縁粒子とに囲まれてなる間隙が形成されており、
    該間隙には、前記樹脂層の一部が入り込んでいることを特徴とする積層配線基板。
  8. 請求項1ないしのいずれかに記載の積層配線基板と、該積層配線基板の上面に実装されて前記第1パッドに電気的に接続された電子部品とを備える実装構造体。
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