JP6885800B2

JP6885800B2 - 配線基板およびその製造方法

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Publication number: JP6885800B2
Application number: JP2017123966A
Authority: JP
Inventors: 原園　正昭; 正昭原園
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2037-06-26
Also published as: US20180376589A1; US10172235B1; JP2019009297A

Description

本開示は、微細配線を有する配線基板に関するものである。

現在、微細な配線導体が絶縁層に高密度に形成された配線基板が開発されている。このような配線基板は、携帯型の通信機器やゲーム機器等に代表される小型で高機能な電子機器に用いられる。

特開平７−１７６８７０号公報

上述のような電子機器の高機能化に伴い、伝送信号の高周波数化が進んでいる。高周波信号は、主に配線導体の表面を伝播していく、いわゆる表皮効果と呼ばれる特性を有している。このため、配線導体の表面状態が平坦であるほど伝送特性が向上することが知られている。しかしながら、配線導体の表面状態は、配線導体の微細化が進むにつれて絶縁層表面の凹凸の影響を受け易くなり、配線導体の表面を平坦化することが困難になっている。その結果、高周波信号が伝播する平坦面が少なくなり、高周波信号が効率的に伝送することが困難になる虞がある。

本開示の配線基板は、第１絶縁粒子と第１絶縁樹脂とを含有する少なくとも１層の第１絶縁層、および第１絶縁粒子の粒径よりも小さな粒径を有する第２絶縁粒子と第２絶縁樹脂とを含有する少なくとも１層の第２絶縁層が、交互に位置する積層体と、積層体の少なくとも上面に位置しており側面および底面を有する配線溝と、積層体における第１絶縁層に位置するビアホールと、配線溝内およびビアホール内に位置する配線導体と、を有しており、配線溝の底面は第２絶縁層内に位置しており、配線溝の側面は連続して位置する第１絶縁層および第２絶縁層に渡り位置しているとともに、側面において第１絶縁粒子の断面、第１絶縁樹脂の断面、第２絶縁粒子の断面、および第２絶縁樹脂の断面が同一面に位置していることを特徴とするものである。

本開示の配線基板の製造方法は、第１絶縁粒子と第１絶縁樹脂とを含有する第１絶縁層、および第１絶縁粒子の粒径よりも小さな粒径を有する第２絶縁粒子と第２絶縁樹脂とを含有する第２絶縁層を準備する工程と、少なくとも１層の第１絶縁層および少なくとも１
層の第２絶縁層を交互に積層して積層体を形成する工程と、積層体の表面に、配線パターンに対応する開口を有する金属マスクを形成する工程と、開口内に露出する積層体をエッチングして、第２絶縁層内に底面が位置しており、連続して位置する第１絶縁層および第２絶縁層に渡り側面が位置しているとともに、側面において第１絶縁粒子の断面、第１絶縁樹脂の断面、第２絶縁粒子の断面、および第２絶縁樹脂の断面が同一面に位置する配線溝を形成する工程と、第１絶縁層に、第１絶縁層の上面と下面とを貫通するビアホールを形成する工程と、配線溝内およびビアホール内に、配線導体を形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。

本開示の配線基板およびその製造方法によれば、高周波信号の伝送特性に優れた配線基板を提供することができる。

図１は、本開示の配線基板の実施形態例を示す概略断面図である。図２は、本開示の配線基板の要部拡大断面図である。図３は、本開示の配線基板の異なる実施形態例の要部拡大断面図である。図４Ａ〜４Ｅは、本開示の配線基板の製造方法の実施形態例を示す概略断面図である。図５Ｆ〜５Ｊは、本開示の配線基板の製造方法の実施形態例を示す概略断面図である。

次に、本開示の配線基板を、図１および図２を基にして説明する。配線基板２０は、コア用絶縁層１と、ビルドアップ用絶縁層２と、積層体３と、配線導体４と、ソルダーレジスト５とを有している。

コア用絶縁層１は、例えば補強用のガラスクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等を含浸させた絶縁材料を含んでいる。コア用絶縁層１は、配線基板２０における補強用の支持体としての機能を有している。コア用絶縁層１は、上下に貫通する複数のスルーホール６を有している。コア用絶縁層１の厚みは、例えば２００〜８５０μｍに設定されている。スルーホール６の径は、例えば５０〜２００μｍに設定されている。

ビルドアップ用絶縁層２は、例えばエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、あるいはポリイミド樹脂等の絶縁材料を含んでいる。ビルドアップ用絶縁層２は、コア用絶縁層１の上下面において、後述する配線導体４を被覆しており、互いに隣接する配線導体４同士の絶縁性を確保する機能を有している。ビルドアップ用絶縁層２の厚みは、例えば１０〜４０μｍに設定されている。

積層体３は、上側のビルドアップ用絶縁層２の上面および下側のビルドアップ用絶縁層２の下面に位置している。積層体３は、例えば一層の第１絶縁層７と、一層の第２絶縁層８とを含んでいる。積層体３は、後述する配線溝９およびビアホール１０を含んでおり、配線導体４を位置させる領域を確保する機能を有している。

第１絶縁層７は、例えばシリカ等の第１絶縁粒子７ｆと、エポキシ樹脂等の第１絶縁樹脂７ｒとを含んでいる。第１絶縁層７は、上側のビルドアップ用絶縁層２の上面および下側のビルドアップ用絶縁層２の下面に位置している。

第１絶縁粒子７ｆは、例えば球状の形状を有しており、粒径は、例えば０．５〜５μｍに設定されている。第１絶縁粒子７ｆの含有率は、例えば５０〜８０ｗｔ％に設定されている。第１絶縁層７の熱膨張係数は、例えば１８〜２０ｐｐｍ／℃に設定されている。第１絶縁層７は、第２絶縁層８の熱膨張係数よりも小さな熱膨張係数を有しており、熱伸縮を抑制することで、例えばビアホール１０内の配線導体４とコア用絶縁層１上下面の配線導体４との接続信頼性を保持する機能を有している。第１絶縁樹脂７ｒは、エポキシ樹脂の他に、例えばポリイミド系樹脂やシアネート系樹脂等が挙げられる。また、第１絶縁粒子７ｆは、シリカ（ＳｉＯ_２）の他に、例えばアルミナ（ＡｌＯ_３）やガラス等が挙げられる。

第２絶縁層８は、例えばシリカ等の第２絶縁粒子８ｆと、エポキシ樹脂等の第２絶縁樹脂８ｒとを含んでいる。第２絶縁層８は、上側の第１絶縁層７の上面および下側の第１絶縁層７の下面に位置している。

第２絶縁層８は、配線溝９を有している。配線溝９の側面および底面は、第２絶縁層８内に位置している。配線溝９の側面においては、第２絶縁樹脂８ｒの断面と、第２絶縁粒子８ｆの断面とが同一面に位置している。このため、配線導体４の側面が平坦に構成される。配線溝９の底面は、第２絶縁層８内に位置していることから、粒径の小さな第２絶縁粒子８ｆによる凹凸の影響を受けにくいとともに、第１絶縁層７に含まれる粒径の大きな第１絶縁粒子７ｆの凹凸の影響を受けにくい。このため、配線導体４の底面が平坦に構成される。

また、配線溝９の底面から、コア用絶縁層１の上下面に位置する配線導体４の表面にかけて、ビアホール１０が位置している。ビアホール１０の径は、例えば１０〜６５μｍに設定されている。

第２絶縁粒子８ｆは、例えば球状の形状を有しており、粒径は、例えば０．１〜１μｍに設定されている。第２絶縁粒子８ｆの含有率は、例えば３０〜７０ｗｔ％に設定されている。第２絶縁層８の熱膨張係数は、例えば３０〜３５ｐｐｍ／℃に設定されている。第２絶縁層８は、第１絶縁粒子７ｆの粒径よりも小さな粒径の第２絶縁粒子８ｆを含んでいるため、配線溝９の底面の凹凸を抑制して配線導体４の表面を平坦にする機能を有している。第２絶縁樹脂８ｒは、エポキシ樹脂の他に、ポリイミド系樹脂やシアネート系樹脂等が挙げられる。また、第２絶縁粒子８ｆは、シリカ（ＳｉＯ_２）の他に、アルミナ（ＡｌＯ_３）やガラス等が挙げられる。

このように、第１絶縁層７の熱膨張係数は、第２絶縁層８の熱膨張係数よりも小さく、後述する配線導体４の熱膨張係数に近い値に設定されている。これは、第１絶縁粒子７ｆの粒径が第２絶縁粒子８ｆの粒径よりも大きいために、第１絶縁層７における第１絶縁粒子７ｆの含有率を、第２絶縁層８における第２絶縁粒子８ｆの含有率よりも大きくすることができることによる。このような第１絶縁層７が、コア用絶縁層１の上下面に位置する配線導体４とビアホール１０内に位置する配線導体４との接続部に近接して位置しているため、第１絶縁層７と配線導体４との熱伸縮差を小さくでき、配線基板２０の熱伸縮時に接続部にかかる熱応力を抑制する点で有利である。

また、第２絶縁粒子８ｆの粒径は、第１絶縁粒子７ｆの粒径よりも小さい。このため、第２絶縁層８に位置する配線溝９の底面は、第２絶縁粒子８ｆによる凹凸の影響を受けにくいとともに、第１絶縁層７に含まれる粒径の大きな第１絶縁粒子７ｆによる凹凸の影響も受けにくくなるため、底面を平坦に構成する点で有利である。

配線導体４は、例えば銅めっき金属や銅箔等の良導電性金属を含んでいる。配線導体４は、コア用絶縁層１の上下面、スルーホール６内、配線溝９内およびビアホール１０内に位置している。スルーホール６内に位置する配線導体４は、コア用絶縁層１の上下面に位置する配線導体４同士を電気的に接続している。ビアホール１０内に位置する配線導体４は、コア用絶縁層１の上面または下面に位置する配線導体４と、配線溝９内に位置する配線導体４とを電気的に接続している。配線溝９内に位置する配線導体４は、第２絶縁層８の上面と同一面に位置する平坦な上面を有している。上面の算術平均粗さは、Ｒａ＝０．５μｍ以下に設定されている。また、側面の算術平均粗さは、Ｒａ＝１μｍ以下に設定されている。そして、底面の算術平均粗さは、Ｒａ＝１μｍ以下に設定されている。配線導体４の熱膨張係数は、例えば１７ｐｐｍ／℃に設定されている。

ソルダーレジスト５は、エポキシ樹脂やポリイミド系樹脂等の絶縁性樹脂を含んでいる。ソルダーレジスト５は、上側の第２絶縁層８の上面、および下側の第２絶縁層８の下面に位置している。ソルダーレジスト５は、主に配線導体４を外部環境から保護するための機能を有している。上側のソルダーレジスト５は、配線導体４の一部を露出する開口５ａを有している。開口５ａ内に露出する配線導体４は、半導体素子の電極と接続する第１パッド１１として機能する。下側のソルダーレジスト５は、配線導体４の一部を露出する開口５ｂを有している。開口５ｂ内に露出する配線導体４は、外部電気基板の電極と接続する第２パッド１２として機能する。

上述のように、本開示の配線基板２０は、第１絶縁粒子７ｆの粒径よりも小さな粒径を有する第２絶縁粒子８ｆを含む第２絶縁層８内に配線溝９の底面を有している。このため、配線溝９内に位置する配線導体４の底面は、第２絶縁粒子８ｆによる凹凸の影響を受けにくいとともに、第１絶縁層７に含まれる粒径の大きな第１絶縁粒子７ｆによる凹凸の影響も受けにくいことから平坦面を構成し易い。また、配線溝９の側面においては、第２絶縁樹脂８ｒの断面および第２絶縁粒子８ｆの断面が、同一面に位置している。このため、配線導体４の側面は平坦である。さらに、配線導体４の上面も平坦である。これにより、高周波信号の伝送特性に優れた配線基板を提供することができる。

また、上述のように、配線導体４の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する第１絶縁層７が、コア用絶縁層１の上下面に位置する配線導体４とビアホール１０内に位置する配線導体４との接続部に近接して位置している。このため、配線基板２０の熱伸縮時に接続部にかかる熱応力を抑制して、クラックが接続部に発生することを抑える効果がある。第１絶縁粒子７ｆの粒径を、第２絶縁粒子８ｆの粒径にあわせて小さくしたときには、このような効果を得ることは難しい。

次に、本開示の配線基板の製造方法を、図４Ａ〜図５Ｊを用いて説明する。なお、図１および図２と同じ部材については、同じ符号を付すとともに詳細な説明は省略する。

まず、図４Ａに示すように、コア用絶縁層１の表面およびスルーホール６の内部に、配線導体４を形成する。コア用絶縁層１は、強化用のガラス繊維にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを複数積層して加熱下でプレス加工を行うことで平板状に形成される。スルーホール６は、コア用絶縁層１に、ドリル加工、レーザー加工またはブラスト加工等の処理を行うことで形成される。配線導体４は、例えばセミアディティブ法等のめっき技術により、コア用絶縁層１の表面およびスルーホール６の内部に銅めっき金属を析出させることで形成される。コア用絶縁層１の上下表面の配線導体４同士が、スルーホール６内の配線導体４を介して電気的に接続される。

次に、図４Ｂに示すように、コア用絶縁層１の上面および下面にビルドアップ用絶縁層２を形成する。ビルドアップ用絶縁層２は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂またはビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含む絶縁層用のフィルムを、真空下でコア用絶縁層１の上下面に配線導体４を被覆するように被着して熱硬化することで形成される。熱硬化性樹脂内には、酸化ケイ素等の絶縁粒子を分散させておいても構わない。

次に、図４Ｃに示すように、ビルドアップ用絶縁層２の上面および下面に第１絶縁層７を形成する。第１絶縁層７は、例えばエポキシ樹脂中にシリカ粒子を分散させた絶縁層用のフィルムを、真空下でビルドアップ用絶縁層２の上下面に被着して熱硬化することで形成される。

次に、図４Ｄに示すように、第１絶縁層７の上面および下面に第２絶縁層８を形成する。第２絶縁層８は、例えばエポキシ樹脂中にシリカ粒子を分散させた絶縁層用のフィルムを、真空下で第１絶縁層７の上下面に被着して熱硬化することで形成される。

次に、図４Ｅに示すように、第２絶縁層８の上面および下面に金属膜１３を形成する。金属膜１３は、例えばスパッタ技術や無電解めっき技術を用いて銅等の金属により形成される。金属膜１３の厚みは、例えば０．１〜３μｍに設定される。

次に、図５Ｆに示すように、金属膜１３の上面および下面に、配線溝９のパターンに対応する開口１４ａを有するエッチングレジスト１４を形成して、開口１４ａ内に露出する金属膜１３をエッチングにより除去する。これにより、金属膜１３に配線溝９のパターンに対応する開口１３ａが形成される。

次に、図５Ｇに示すように、エッチングレジスト１４を除去した後、開口１３ａ内に露出する第２絶縁層８に配線溝９を形成する。このとき、配線溝９の底面が第２絶縁層８内に位置するように形成する。これにより、比較的粒径が小さい第２絶縁粒子８ｆによる凹凸の影響を受けにくいとともに、第１絶縁層７に含まれる第１絶縁粒子７ｆの凹凸の影響が少ない底面を形成することができる。また、配線溝９の側面においては、第２絶縁樹脂８ｒの断面および第２絶縁粒子８ｆの断面が、同一面になるように平坦に形成される。配線溝９は、例えば四フッ化炭素および酸素の混合ガスを用いたドライエッチング加工により形成される。このドライエッチング加工において、加工時間および加工出力の両方、あるいは一方を調整することにより、配線溝９の底面の位置を適宜調整することができる。なお、ドライエッチング加工の後は、ドライエッチング加工により生じた第２絶縁樹脂８ｒの変質層を除去するために、プラズマ処理やアルカリ溶液による除去処理等を行っても構わない。この変質層の除去により、配線導体４と配線溝９との密着力が向上する。

次に、図５Ｈに示すように、配線溝９の底面の一部に、例えばレーザー光を照射して、コア用絶縁層１の表面に位置する配線導体４を底面とするビアホール１０を形成する。

次に、図５Ｉに示すように、配線溝９内およびビアホール１０内に配線導体４を形成する。配線導体４は、例えばセミアディティブ法により銅めっき金属を配線溝９内およびビアホール１０内に析出させておき、配線導体４の上面と第２絶縁層８の上面とが同一平面となるように平坦に研磨することで形成される。

最後に、図５Ｊに示すように、第２絶縁層８の表面および配線導体４の表面にソルダーレジスト５を形成する。ソルダーレジスト５は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂のフィルムを第２絶縁層８の表面に貼着し、露光および現像により開口５ａ、５ｂを形成して熱硬化することで形成される。これにより、配線基板２０が形成される。

上述のように、本開示の配線基板の製造方法によれば、配線導体４を形成するための配線溝９の底面が、第１絶縁粒子７ｆの粒径よりも小さい粒径の第２絶縁粒子８ｆを含有する第２絶縁層８内に形成されている。このため、配線溝９内に形成された配線導体４の底面は、粒径の小さな第２絶縁粒子８ｆによる凹凸の影響を受けにくいとともに、第１絶縁層７に含まれる粒径の大きな第１絶縁粒子７ｆの凹凸の影響も受けにくいことから、平坦な底面が形成される。また、配線溝９の側面においては、第２絶縁樹脂８ｒの断面および第２絶縁粒子８ｆの断面が、同一面になるように平坦に形成される。このため、配線導体４の側面は、平坦に形成される。さらに、配線導体４の上面も、上述の研磨により、平坦に形成されている。これにより、高周波信号の伝送特性に優れた配線基板を提供することができる。

なお、本開示は、上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本開示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、上述の実施形態の一例においては、配線溝９が第２絶縁層８にのみ位置している場合を示したが、図３に示すように、配線溝９が、第１絶縁層７および第２絶縁層８に渡って位置していても構わない。この場合、積層体３は、二層の第１絶縁層７に一層の第２絶縁層８が挟まれた三層構造を有している。このときも、配線溝９の底面は、第２絶縁層８内に位置しているため、配線溝９内に位置する配線導体４の底面は、比較的粒径が小さい第２絶縁粒子による凹凸の影響を受けにくいとともに、第１絶縁層７に含まれる第１絶縁粒子７ｆの凹凸の影響も受けにくいことから平坦面を構成し易い。また、配線導体４の側面および上面に関しても、上述のように平坦面を構成している。これにより、高周波信号の伝送特性に優れた配線基板を提供することができる。このような、熱膨張係数が小さい第１絶縁層７の層数が、熱膨張係数の大きい第２絶縁層８の層数よりも多い場合は、熱膨張係数の小さい配線基板を形成する上で有利である。

３積層体
４配線導体
７第１絶縁層
７ｆ第１絶縁粒子
７ｒ第１絶縁樹脂
８第２絶縁層
８ｆ第２絶縁粒子
８ｒ第２絶縁樹脂
９配線溝
１０ビアホール
２０配線基板

Claims

第１絶縁粒子と第１絶縁樹脂とを含有する少なくとも１層の第１絶縁層、および前記第１絶縁粒子の粒径よりも小さな粒径を有する第２絶縁粒子と第２絶縁樹脂とを含有する少なくとも１層の第２絶縁層が、交互に位置する積層体と、
該積層体の少なくとも上面に位置しており側面および底面を有する配線溝と、
前記積層体における前記第１絶縁層に位置するビアホールと、
前記配線溝内および前記ビアホール内に位置する配線導体と、を有しており、
前記配線溝の底面は前記第２絶縁層内に位置しており、前記配線溝の側面は連続して位置する前記第１絶縁層および前記第２絶縁層に渡り位置しているとともに、前記側面において前記第１絶縁粒子の断面、前記第１絶縁樹脂の断面、前記第２絶縁粒子の断面、および前記第２絶縁樹脂の断面が同一面に位置していることを特徴とする配線基板。
第１絶縁粒子と第１絶縁樹脂とを含有する熱膨張係数が１８〜２０ｐｐｍ／℃の少なくとも１層の第１絶縁層、および前記第１絶縁粒子の粒径よりも小さな粒径を有する第２絶縁粒子と第２絶縁樹脂とを含有する熱膨張係数が３０〜３５ｐｐｍ／℃の少なくとも１層の第２絶縁層が、交互に位置する積層体と、
該積層体の少なくとも上面に位置しており側面および底面を有する配線溝と、
前記積層体における前記第１絶縁層に位置するビアホールと、
前記配線溝内および前記ビアホール内に位置する配線導体と、を有しており、
前記配線溝の底面は前記第２絶縁層内に位置していることを特徴とする配線基板。
前記配線溝の側面が、前記第２絶縁層にのみ位置しているとともに、前記側面において前記第２絶縁粒子の断面および前記第２絶縁樹脂の断面が同一面に位置していることを特徴とする請求項２に記載の配線基板。
第１絶縁粒子と第１絶縁樹脂とを含有する第１絶縁層、および前記第１絶縁粒子の粒径よりも小さな粒径を有する第２絶縁粒子と第２絶縁樹脂とを含有する第２絶縁層を準備する工程と、少なくとも１層の前記第１絶縁層および少なくとも１層の前記第２絶縁層を交互に積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面に、配線パターンに対応する開口を有する金属マスクを形成する工程と、
前記開口内に露出する積層体をエッチングして、前記第２絶縁層内に底面が位置しており、連続して位置する前記第１絶縁層および前記第２絶縁層に渡り側面が位置しているとともに、前記側面において前記第１絶縁粒子の断面、前記第１絶縁樹脂の断面、前記第２絶
縁粒子の断面、および前記第２絶縁樹脂の断面が同一面に位置する配線溝を形成する工程と、
前記第１絶縁層に、該第１絶縁層の上面と下面とを貫通するビアホールを形成する工程と、
前記配線溝内および前記ビアホール内に、配線導体を形成する工程と、
を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
第１絶縁粒子と第１絶縁樹脂とを含有する熱膨張係数が１８〜２０ｐｐｍ／℃の第１絶縁層、および前記第１絶縁粒子の粒径よりも小さな粒径を有する第２絶縁粒子と第２絶縁樹脂とを含有する熱膨張係数が３０〜３５ｐｐｍ／℃の第２絶縁層を準備する工程と、少なくとも１層の前記第１絶縁層および少なくとも１層の前記第２絶縁層を交互に積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面に、配線パターンに対応する開口を有する金属マスクを形成する工程と、
前記開口内に露出する積層体をエッチングして、前記第２絶縁層内に底面が位置する配線溝を形成する工程と、
前記第１絶縁層に、該第１絶縁層の上面と下面とを貫通するビアホールを形成する工程と、
前記配線溝内および前記ビアホール内に、配線導体を形成する工程と、
を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
前記配線溝を形成する工程において、該配線溝の側面を前記第２絶縁層にのみ形成するとともに、前記側面において前記第２絶縁粒子の断面および前記第２絶縁樹脂の断面を同一面に形成することを特徴とする請求項５に記載の配線基板の製造方法。