| 【発明の名称】 |
多層配線基板 |
| 【発明者】 |
【氏名】小山田 毅
【住所又は居所】鹿児島県国分市山下町１番１号 京セラ株式会社鹿児島国分工場内
|
| 【要約】 |
【課題】配線導体層と樹脂製の絶縁層とを多層に積層して成る多層配線基板において、貫通導体の耐環境接続信頼性が高く、配線導体層の狭ピッチ化に対応することができるものとすること。
【解決手段】絶縁基板１上に、配線導体層３と樹脂から成る絶縁層２とを多層に積層し、上下に位置する配線導体層３同士をその間の絶縁層２に設けた貫通導体６を介して電気的に接続するとともに貫通導体６が上下に重なるように配設された多層配線基板において、最上層の絶縁層２に位置する貫通導体６は、絶縁層２に設けられた貫通孔７に導体を充填して成り、最上層の絶縁層２の上面に配設された配線導体層３は、貫通導体６に位置する上面に凹部８が設けられている |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に、配線導体層と樹脂から成る絶縁層とを多層に積層し、上下に位置する前記配線導体層同士をその間の前記絶縁層に設けた貫通導体を介して電気的に接続するとともに該貫通導体が上下に重なるように配設された多層配線基板において、最上層の前記絶縁層に位置する前記貫通導体は、前記絶縁層に設けられた貫通孔に導体を充填して成り、前記最上層の絶縁層の上面に配設された前記配線導体層は、前記貫通導体に位置する上面に凹部が設けられていることを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記最上層の絶縁層の上面に配設された前記配線導体層は、その下面に接続された前記貫通導体と連続して一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記凹部は、直径が前記貫通導体の直径と同じ円形状であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の多層配線基板。
|
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は多層配線基板に関し、より詳細には半導体集積回路素子を収容する半導体素子収納用パッケージや、半導体集積回路等の電気的な検査をするためのプローブカード等に使用される多層配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化および処理信号数の増加によって、半導体基板上に形成される端子数が増加するとともに端子の狭ピッチ化が進んでいる。これにより、半導体集積回路素子を収容する半導体素子収納用パッケージの接続端子や、半導体集積回路の電気的な検査を行なうプローブカードのプローブも狭ピッチ化が要求されている。
【０００３】
この狭ピッチ化の要求に対して、半導体素子収納用パッケージにおいては半導体集積回路素子の実装形態がワイヤボンディング接続からフリップチップ接続へ、またプローブカードは、カンチレバー方式のものからニードル状のプローブを細密に格子状に配置したものへと移り変わってきている。
【０００４】
また、それら半導体素子収納用パッケージやプローブカードに使われる多層配線基板の構成は、ガラス繊維から成る基材に有機樹脂を含浸硬化させた絶縁基板に銅箔をパターン加工した配線導体層を形成して成るプリント配線板から、配線導体層の狭ピッチ化に優れるとともに配線導体層を細密な格子状に配置することが可能な、絶縁基板の上面に薄膜の絶縁層と配線導体層とから成る多層配線部を形成したビルドアップ方式の多層配線基板へと移り変わってきている。
【０００５】
かかるビルドアップ方式の多層配線基板は、絶縁基板の上面に、カーテンコート法やスピンコート法等によってポリイミド樹脂等の前駆体を塗布し加熱硬化させることによって形成される絶縁層と、めっき法や気相成膜法等の薄膜形成技術およびフォトリソグラフィ技術を採用することによって形成される、銅やアルミニウム等の金属から成る配線導体層とを交互に多層に積層させた構造となっている。
【０００６】
近時、これらのビルドアップ方式の多層配線基板においては、配線導体層の更なる狭ピッチ化もとめられており、それに対応するために配線導体層の更なる細線化や貫通導体の狭ピッチ化が進み、貫通導体については下層の貫通導体の直上に次層の貫通導体を形成するスタック構造の貫通導体が採用されるようになってきている。
【特許文献１】特開平11−163520号公報
【特許文献２】特開平11−38044号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、スタック構造の貫通導体は貫通導体を２段以上に積み重ねた構造になるため熱負荷等の影響により配線導体層および貫通導体と絶縁層との線膨張係数の差により、各層の絶縁層に配設した配線導体層および各層の絶縁層に配設した貫通導体の周囲に応力が発生し、これらの応力が合わさることによって、特に最上層の絶縁層の上面に配設した配線導体層（以下、最上層の絶縁層の上面に配設した配線導体層を単に最上層の配線導体層という）と最上層の絶縁層に配設した貫通導体（以下、最上層の絶縁層に配設した貫通導体を単に最上層の貫通導体という）との界面にクラックが生じたり、最上層の配線導体層が絶縁層から剥離して断線に至り、その結果、導通信頼性が低下し易いという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は上記のような従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、貫通導体の耐環境接続信頼性が高く、配線導体層の狭ピッチ化に対応することができる多層配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の多層配線基板は、絶縁基板上に、配線導体層と樹脂から成る絶縁層とを多層に積層し、上下に位置する前記配線導体層同士をその間の前記絶縁層に設けた貫通導体を介して電気的に接続するとともに該貫通導体が上下に重なるように配設された多層配線基板において、最上層の前記絶縁層に位置する前記貫通導体は、前記絶縁層に設けられた貫通孔に導体を充填して成り、前記最上層の絶縁層の上面に配設された前記配線導体層は、前記貫通導体に位置する上面に凹部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の多層配線基板において、好ましくは、前記最上層の絶縁層の上面に配設された前記配線導体層は、その下面に接続された前記貫通導体と連続して一体的に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の多層配線基板において、好ましくは、前記凹部は、直径が前記貫通導体の直径と同じ円形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の多層配線基板は、最上層の絶縁層に位置する貫通導体は、絶縁層に設けられた貫通孔に導体を充填して成り、最上層の絶縁層の上面に配設された配線導体層は、貫通導体に位置する上面に凹部が設けられていることから、多層配線基板に熱が加わった際、配線導体層や貫通導体よりも比較的大きな絶縁層の熱膨張によって配線導体層を押し上げるように応力が加わったとしても、配線導体層の上面に設けた凹部を閉じるように配線導体層が適度に変形し、それに伴って凹部の底面に位置する部位を下に押し付けるような応力を発生させることができ、配線導体層と貫通導体との境界部にクラックが生じたり、配線導体層が絶縁層から剥離するのを有効に抑制することができる。その結果、多層配線基板の貫通導体の耐環境接続信頼性が高く、配線導体層の狭ピッチ化に対応することができる多層配線基板となる。
【００１３】
本発明の多層配線基板は、最上層の絶縁層の上面に配設された配線導体層は、その下面に接続された貫通導体と連続して一体的に形成されていることから、配線導体層と貫通導体との境界部の強度を非常に大きくすることができ、配線導体層をより変形し易くするために凹部の深さや外径を大きくし、配線導体層と貫通導体との境界部の断面積が小さくなっても接続性を良好に維持できる。その結果、配線導体層と貫通導体との境界部にクラックが生じたり、配線導体層が絶縁層から剥離するのをよりいっそう抑制することができる。
【００１４】
本発明の多層配線基板は、凹部の直径が貫通導体の直径と同じ円形状であることから、最も応力が集中しやすくクラックが生じやすい配線導体層と貫通導体の外周部との境界部において、配線導体層の凹部の底面に位置する部位を下に押し付けるような応力をより効果的に発生させることができ、配線導体層が絶縁層から剥離するのを防止する効果をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の多層配線基板を詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２、図３は図１に示す多層配線基板における配線導体層と貫通導体との接続部の各種例を示す要部拡大断面図である。これらの図において、１は絶縁基板、２は絶縁層、３は配線導体層、４は絶縁層２の一部としての絶縁フィルム層、５は絶縁層２の一部としての絶縁性接着剤層、６は貫通導体、７は貫通孔、８は凹部である。
【００１７】
絶縁基板１は、その上面に複数の絶縁フィルム層４を間に絶縁性接着剤層５を介して積層した絶縁層２と配線導体層３とを多層に積層した多層配線部が配設されており、この多層配線部を支持する支持部材として機能する。
【００１８】
絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等の酸化物系セラミックス、あるいは表面に酸化物膜を有する窒化アルミニウム質焼結体，炭化珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックス、さらにはガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂やガラス繊維から成る基材にビスマレイミドトリアジン樹脂を含浸させたもの等の電気絶縁材料で形成されている。
【００１９】
例えば、酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合には、アルミナ，シリカ，カルシア，マグネシア等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれをドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとともに高温（約1600℃）で焼成することによって製作される。あるいは、アルミナ等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して原料粉末を調製するとともにこの原料粉末をプレス成形機によって所定形状に成形し、最後にこの成形体を高温（約1600℃）で焼成することによって製作される。また、ガラスエポキシ樹脂から成る場合は、例えばガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、このエポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させることによって製作される。
【００２０】
また、絶縁基板１には、その上面に絶縁層２と配線導体層３とを多層に積層した多層配線部が配設されている。この多層配線部を構成する絶縁層２は上下に位置する配線導体層３を電気的に絶縁し、配線導体層３は電気信号を伝達するための伝達路として機能する。
【００２１】
多層配線部の絶縁層２は、例えば、絶縁フィルム層４と絶縁性接着剤層５とから構成されており、絶縁フィルム層４はポリイミド樹脂，ポリフェニレンサルファイド樹脂，全芳香族ポリエステル樹脂，フッ素樹脂等から成る。また、絶縁性接着剤層５はシロキサン変性ポリアミドイミド樹脂，シロキサン変性ポリイミド樹脂，ポリイミド樹脂,ビスマレイミドトリアジン樹脂等から成る。
【００２２】
絶縁層２は、例えば、12.5〜50μｍ程度の絶縁フィルム層４の主面に絶縁性接着剤層５をドクターブレード法等を用いて乾燥厚みで５〜20μｍ程度に塗布し乾燥することにより形成し、この絶縁フィルム層４を絶縁基板１や下層の絶縁層２の上面に、間に絶縁性接着剤層５が配されるように積み重ね、これを加熱プレス装置を用いて加熱加圧し接着することによって形成される。
【００２３】
これらに使われる絶縁フィルム層４と絶縁性接着剤層５との組み合わせとしては、例えば、絶縁フィルム層４をポリイミド樹脂とし、絶縁性接着剤層５をシロキサン変性ポリアミドイミド樹脂とする組み合わせがある。この組み合わせによれば、シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂とポリイミド樹脂との接着性も良好であり、かつ耐熱性が高いものであるため、これらにより形成した多層配線基板をプリント基板等に実装する際の耐半田耐熱性等が良好なものとなる。
【００２４】
また、より耐熱性が高い組み合わせとしては、絶縁フィルム層４をポリイミド樹脂とし、絶縁性接着剤層５を熱可塑性のポリイミド樹脂としておくのがよい。この組み合わせの場合には、絶縁層２の耐熱性が非常に高いものになるとともに、絶縁フィルム層４と絶縁性接着剤層５の線膨張係数差を小さくできるため、線膨張係数の差による応力を低くすることができ、これにより、最上層の配線導体層３と最上層の貫通導体６との界面におけるクラックや配線導体層３の絶縁層２からの剥離をより有効に抑制できる。また、多層配線基板の全体の反りを低減することができ、その表面に実装される半導体集積回路素子の端子の狭ピッチ化に対しても、反りによって生じる接続不良を極めて抑制することができる。
【００２５】
さらに、各絶縁層２には配線導体層３が配設されるとともに、絶縁層２を挟んで上下に位置する配線導体層３同士を電気的に接続するため、その絶縁層２に設けた貫通孔７に貫通導体６が埋設されている。これら配線導体層３および貫通導体６は、銅，金，アルミニウム，ニッケル，クロム，モリブデン，チタンおよびそれらの合金等の金属材料をスパッタリング法，蒸着法，めっき法等の薄膜形成技術を採用することによって形成することができる。
【００２６】
また、貫通導体６は、配線導体層３と別々に形成してもよいが、これらは連続して一体的になるように同時成形した方が、工程数を少なくできる点で好ましいものとなるとともに、両者の電気的な接続信頼性の点でも良好なものとなる。また、配線導体層３と貫通導体６との接続強度も高くなって、配線導体層３や貫通導体６との界面に剥離やクラックが生じ難くなる。なお、配線導体層３と貫通導体６とを一体的に形成する場合には、それぞれを所望の厚みに調整してめっき膜で形成することができるように、主として電解めっき法を用いて形成しておくのがよい。
【００２７】
本発明の多層配線基板においては、最上層の絶縁層２に位置する貫通導体６は、絶縁層２に設けられた貫通孔７に導体を充填して成り、最上層の絶縁層２の上面に配設された配線導体層３は、貫通導体６に位置する上面に凹部８が設けられている。これにより、多層配線基板に熱が加わった際、配線導体層３や貫通導体６よりも比較的大きな絶縁層２の熱膨張によって配線導体層３を押し上げるように応力が加わったとしても、配線導体層３の上面に設けた凹部８を閉じるように配線導体層３が適度に変形し、それに伴って凹部８の底面に位置する部位を下に押し付けるような応力を発生させることができ、配線導体層３と貫通導体６との境界部にクラックが生じたり、配線導体層３が絶縁層２から剥離するのを有効に抑制することができる。その結果、多層配線基板の貫通導体６の耐環境接続信頼性が高く、配線導体層３の狭ピッチ化に対応することができる多層配線基板となる。
【００２８】
また、最上層の絶縁層２の上面に配設された配線導体層３は、その下面に接続された貫通導体６と連続して一体的に形成されているのがよい。これにより、配線導体層３と貫通導体６との境界部の強度を非常に大きくすることができ、配線導体層３をより変形し易くするために凹部８の深さや外径を大きくし、配線導体層３と貫通導体６との境界部の断面積が小さくなっても接続性を良好に維持できる。その結果、配線導体層３と貫通導体６との境界部にクラックが生じたり、配線導体層３が絶縁層２から剥離するのをよりいっそう抑制することができる。
【００２９】
また、凹部８の直径が貫通導体６の直径と同じ円形状であるのがよい。これにより、最も応力が集中しやすくクラックが生じやすい配線導体層３と貫通導体６の外周部との境界部において、配線導体層３の凹部８の底面に位置する部位を下に押し付けるような応力をより効果的に発生させることができ、配線導体層３が絶縁層２から剥離するのを防止する効果をより向上させることができる。
【００３０】
また、凹部８の深さは、配線導体層３の厚さの0.5〜１倍であるのがよい。0.5倍未満であると、配線導体層３の凹部８の底面に位置する部位を下に押し付けるような応力をより効果的に発生させることが困難になる。一方、１倍を越えると配線導体層３が極度に変形し、位置精度が低下したり断線したりし易くなる。
【００３１】
さらに、配線導体層３の下側部分を絶縁層２の上面に埋入しておくのがよい。このようにしておくと配線導体層３の一部が絶縁層２に埋入しているため、従来の多層配線基板では絶縁層２の上面に大きく突出していた配線導体層３の突出量を低減することができ、この上に積層される絶縁層２の表面を平坦にすることができるようになるとともに、多層配線基板の最上面に形成された絶縁層２の表面も平坦面にすることができるようになる。このことにより最上面に形成される配線導体層３の表面の高さも、均等な高さにすることができるためその表面に実装される半導体集積回路素子の端子の狭ピッチ化にもよりよく対応することができるような多層配線基板にすることができる。
【００３２】
配線導体層３および貫通導体６の形成方法は、例えば、まず絶縁層２の表面に配線導体層３用の配線パターン形状の凹部を形成するとともに貫通導体６用の貫通孔７を形成する。
【００３３】
配線導体層３用の凹部は、例えば金属膜をマスクとして絶縁層２の上面側を酸素プラズマ処理することによって絶縁層２の上面側の一部を除去することにより形成される。また、貫通孔７は、例えばレーザを使い、配線導体層３用の凹部の所定位置の絶縁層２を除去することにより形成される。特に、貫通孔７の開口の径が小さな場合は、貫通孔７の内壁面の角度をコントロールすることが容易で貫通孔７の内壁面を滑らかに加工することのできる紫外線レーザ等で形成することが望ましい。
【００３４】
次に、絶縁層２の上面の全面に、銅層を主体としこの銅層の絶縁層２側に拡散防止層（バリア層）としてのクロム，モリブデン，チタン等を被着させて下地導体層を形成する。次に、全面に配線導体層３および貫通導体６の主導体層の部分を電解めっき法で形成する。その際、配線導体層３の形成と貫通導体６の形成の速度をめっき促進剤とめっき抑制剤を調整することにより、貫通導体６の上に位置する配線導体層３の上面に所望の大きさの凹部８を形成することができる。その後、不必要な厚みにまで形成した電解めっき膜を研磨法やケミカルエッチング法等にて所定厚みまで除去することにより、本発明の貫通孔７の直上の配線導体層３の表面が窪んでいる形状が得られるとともに、所望の配線パターン形状の配線導体層３に加工することができる。
【００３５】
本発明においては、最上層の配線導体層３以外の絶縁層２間に配設された配線導体層３においては、貫通導体６との接続部の直上に位置する部位を、図２に示すように凹部８が形成されていない平坦なものとしてもよい。この場合、配線導体層３の表面が平坦になり、絶縁層２を積層する際に空気が入り込むのを有効に抑制できる。また、図３に示すように、絶縁層２間に配設された配線導体層３において、貫通導体６との接続部の直上に位置する部位に、最上層の配線導体層３と同様に凹部８形成してもよい。これにより、絶縁層２間においても配線導体層３と貫通導体６との界面におけるクラックや剥離を有効に抑制でき、非常に接続信頼性に優れた多層配線基板となる。
【００３６】
なお、多層配線基板の最上層となる絶縁層２の表面に形成される配線導体層３の主導体層には、電気的な特性や接続信頼性の観点から、主導体層が銅層から成るものとすることがよく、また、その場合には接続信頼性および耐環境信頼性の観点から主導体層の上にニッケル層や金層を形成するとよい。
【００３７】
かくして、本発明の多層配線基板は、最上層の配線導体層３に半導体集積回路を実装するとともに外部電気回路に電気的に接続することによって半導体装置となる。
【００３８】
また、本発明の多層配線基板は、最上層の配線導体層３と接触させてプローブを配置、固定するとともに外部電気回路に電気的および機械的に接続することによって、半導体集積回路等の電気的な検査をするためのプローブカードとなる。
【００３９】
なお、本発明は以上の実施の形態の例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であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の例においては、絶縁層２は絶縁フィルム層４と絶縁性接着剤層５との２層構造のものを多層に積層したが、例えば絶縁フィルム層４を中心に上下に絶縁性接着剤層５を形成したものを多層に積層したものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の多層配線基板における配線導体層と貫通導体との接続部の周辺を示す要部拡大断面図である。
【図３】本発明の多層配線基板における配線導体層と貫通導体との接続部における実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・・絶縁基板
２・・・・絶縁層
３・・・・配線導体層
４・・・・絶縁フィルム層
５・・・・絶縁性接着剤層
６・・・・貫通導体
７・・・・貫通孔
８・・・・凹部
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６６３３
【氏名又は名称】京セラ株式会社
【住所又は居所】京都府京都市伏見区竹田鳥羽殿町６番地
|
| 【出願日】 |
平成１５年９月２５日（２００３．９．２５） |
| 【代理人】 |
|
| 【公開番号】 |
特開２００５−１０１３７７（Ｐ２００５−１０１３７７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１７年４月１４日（２００５．４．１４） |
| 【出願番号】 |
特願２００３−３３４４２０（Ｐ２００３−３３４４２０） |
|