JP2001352007A

JP2001352007A - 多層配線基板とその製造方法及びそれを用いた接続構造

Info

Publication number: JP2001352007A
Application number: JP2000172206A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Akaho; 和則赤穂
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ソリが抑制され、高密度フリップチップ実装
が可能で、チップの高速化に対応可能で、パッケージの
薄型化が可能な新規構造の多層配線基板を少ない工数で
製造する。【解決手段】半導体チップより大きな貫通孔を有する
ベース基板の片面にビルドアップ法により絶縁体層と配
線を積み上げ、貫通孔内に半導体チップをフリップチッ
プ実装する。ベース基板の材料として、銅等の金属、セ
ラミックス、または高強度樹脂を使用することができ、
ベース基板が薄くてもビルドアップ後のソリを抑えるこ
とができる。スルーホールがないので工数が少なく、低
インダクタンスとなる。ベース基板が金属板であると、
パッケージの放熱性が高まる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な構造を持つ
多層配線基板と、その製造方法およびそれを利用した接
続構造に関する。本発明の多層配線基板は、半導体パッ
ケージの薄型化、高速化、高密度化に対応でき、従来よ
り少ない工数で製造できるので製造コスト削減が期待で
きることから、特にパーソナルコンピュータ等に搭載さ
れるＭＰＵの半導体パッケージに使用するのに適してい
る。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体チップの高性能化と小型化
に伴い、半導体チップを搭載する基板については、配線
密度の高密度や多ピン化がますます重要となっている。
現在実用化されている高密度実装基板の１例として、図
３に示すようなビルドアップ基板がある。

【０００３】ビルドアップ基板は、スルーホールを設け
たベース基板の両面に、層間接続をしながら絶縁体層
（樹脂層）と導体層（配線) を順に積み上げて（ビルド
アップして）多層化する方法で作られる。配線密度の高
いビルドアップ基板は、セミアディティブ法と呼ばれる
方法で配線パターンを形成するのが一般的である。

【０００４】このセミアディティブ法の１例について、
図４を参照して説明する。ガラスエポキシ等の適当な絶
縁材料からなるベース基板を用意する。高度の耐熱性が
要求される場合には、エポキシ樹脂の代わりに、ポリイ
ミド、ＢＴレジン等のより耐熱性の高い熱硬化性樹脂を
使用することもある。ベース基板は、表面と裏面との導
通のために適当な間隔でスルーホール (例、直径300 μ
ｍ) が形成されており、スルーホールの側面と表裏面の
スルーホール周囲は導体層の銅で被覆され、必要な配線
が形成されている [図４(a)]。

【０００５】ここまで処理されているベース基板が市販
されているのでそれを利用してもよく、或いは銅張り積
層板から出発して、ドリル加工 (通常は複数の積層板を
重ねて一度に行う) によるスルーホールの形成、スルー
ホールを含めた表面の無電解銅めっき、銅配線パターン
形成 (後述する〜の工程) の各段階を経て、ベース
基板を作成することもできる。

【０００６】このベース基板の両面に、次の〜の工
程を経て樹脂層 (絶縁体層) と配線(導体層) を形成す
る。図の簡略化のために、図４にはベース基板の片面だ
けを示したが、実際には、図３に示すように、ベース基
板の両面に絶縁体層と配線が形成される。

【０００７】ベース基板の銅配線粗化：ベース基板の
銅配線の表面を、その上に乗る絶縁体層との密着性を確
保するために粗化する [図４(b)]。この粗化は、一般に
黒化処理またはエッチング粗化により行われる。黒化処
理は、銅表面を酸化剤で化学的に酸化させて、銅表面を
粗化させる処理である。エッチング粗化は、銅の粒内部
分と粒界とのエッチング速度の差を利用して粗化するも
のである。

【０００８】絶縁体層の形成：適当な熱硬化性樹脂シ
ートを積層して絶縁体層を形成する [図４(c)]。熱硬化
性樹脂としては、ベース基板と同様に、エポキシ、ＢＴ
レジン、ポリイミド等が使用でき、シート厚みは30〜45
μｍ程度である。積層は、真空ラミネータを用いて、例
えば、温度80℃、加圧力200 kPa 程度で行う。積層後、
加熱して樹脂シートを熱硬化させる。加熱温度はエポキ
シ樹脂の場合で 150〜170 ℃程度である。樹脂シートを
積層する代わりに、熱硬化性樹脂液を塗布し、加熱して
塗膜を乾燥および熱硬化させて、樹脂からなる絶縁体層
を形成することもできる。

【０００９】絶縁体層のビア形成：樹脂シートからな
る絶縁体層に上下間の配線形成のためのビアを形成する
[図４(c)]。ビアは例えば直径が80μｍであり、図示の
ように、炭酸ガス(CO₂) レーザーといった適当なレーザ
ー加工により形成することができる。炭酸ガスレーザー
加工条件は、例えば、出力 0.3〜2.0 mJ／ショット、１
ビア当たりのショット数２〜３、パルス幅５〜20 ms で
ある。

【００１０】工程およびに関しては、予めビアがパ
ンチング (例、NCパンチ) により形成されている熱硬化
性シートを工程に使用して積層し、熱硬化させること
により、工程を省略することができる。また、周知の
ように、レーザー加工によりビアを形成する代わりに、
工程で感光性樹脂のシート積層または塗布により絶縁
体層を形成し、フォトリソグラフィー技術を利用して、
画像形成露光と現像により絶縁体層にビアを形成するこ
ともできる。

【００１１】絶縁体層のデスミア処理：ビアを形成し
た樹脂シート (絶縁体層) のデスミア処理を行う [図４
(d)]。デスミア処理は、レーザー加工後にビア底に残っ
た樹脂残渣を除去すると同時に、樹脂シートの表面を粗
化して、その上に形成する配線との密着性を高めるため
の処理である。デスミア処理は、例えば、60〜80℃で５
分間溶剤処理して樹脂表面を膨潤させた後、アルカリ性
過マンガン酸カリウム溶液 (KMnO₄+NaOH) を用いて80℃
で５〜20分間処理して表面を粗化させ、最後に酸で中和
(80℃、５分間) することにより行われる。

【００１２】無電解銅めっき：電気めっきの導通を確
保するために、ベース基板の両面に無電解銅めっき(0.3
〜1.5 μｍ厚) を施して、樹脂シート表面とビア側面に
金属層を形成する [図４(e)]。

【００１３】めっきレジスト形成：必要な配線部とビ
ア側面だけに電気銅めっきが析出するように、不要部分
をめっきレジストで被覆する [図４(f)]。このめっきレ
ジストは、感光性のめっきレジスト用ドライフィルを無
電解銅めっき上に積層し、画像形成露光し、現像 (例、
１％炭酸ソーダ) することにより形成することができ
る。塗布型の湿式レジストも使用可能である。

【００１４】電気銅めっき：無電解銅めっきを電気め
っきの導通に利用して電気銅めっきを行い、めっきレジ
ストにより形成されたミゾ部とビア側面 (めっきレジス
トで被覆されていない部分) だけに銅を析出させる [図
４(f)]。例えば、電流密度１A/dm²で１時間程度の電気
銅めっきを行って５〜20μｍ厚の電気銅めっき層を形成
する。

【００１５】めっきレジストの剥離とマイクロエッチ
ング：めっきレジストを10％NaOH水溶液で溶解させて剥
離した後、めっきレジストの剥離により露出した非配線
部分の無電解銅めっきを、硫酸＋過酸化水素系のマイク
ロエッチング液で除去する。それにより、電気銅めっき
で形成された配線が絶縁体層上に残る [図４(g)]。

【００１６】配線粗化：銅配線 (導体層) を、次回に
形成する絶縁体層との密着性確保のために、表面粗化す
る [図４(g)]。この配線粗化は、上記に記載したよう
にして実施することができる。

【００１７】以上の操作で、１層の絶縁体層と配線のビ
ルドアップが完了する。後は、上記の〜の工程を繰
り返して、ベース基板の両面に必要な数の絶縁体層と導
体層を順に積み上げていくと、図３に示すようなビルド
アップ基板が完成する。ビア径が小さく、配線エリアの
大きい基板とすることができるので、配線の高密度化が
可能となる。

【００１８】このビルドアップ基板の片面に、ＬＳＩ等
の半導体チップが実装される。ビルドアップ基板の場
合、半導体チップとの接続は、図３に示すように、ハン
ダバンプからなる電極を介したフリップチップ接続によ
り行うのが普通である。基板の反対側には、マザーボー
ドへの搭載のための電極が配置される。図示例では、Ｂ
ＧＡ (ボールグリッドアレイ) パッケージとして使用で
きるように、フリップチップ用電極より大きなハンダバ
ンプ (ハンダボールと呼ばれる) からなる電極が、基板
の反対側の面に設けられている。このマザーボード接続
用の電極群と、半導体チップ接続用の電極群との電気的
接続は、ベース基板に設けたスルーホールとその両面の
ビルドアップ層を経由して確保される。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】電子機器の小型化、薄
型化のニーズは強く、基板と半導体チップを含めた半導
体パッケージの厚みを小さくすることが求められてい
る。一方、半導体チップの高集積化、高速化に伴って発
熱量が増大し、半導体チップ上にヒートシンクなどを設
けて放熱させる必要性が出てきているため、ヒートシン
クを含めた全体の厚みが大きくなっている。従って、薄
型化のニーズに対応するには、ベース基板を薄くするこ
とが求められる。

【００２０】しかし、従来のビルドアップ基板では、ベ
ース基板を薄くすると、ソリ量 (図５を参照) が大きく
なり、基板のソリのために、特に微小なハンダバンプで
接続する半導体チップとのフリップチップ接続に不具合
を生じる。このソリの原因は次のように推測される。

【００２１】ビルドアップ基板では、前述したように、
ベース基板を中間にして、その両面に薄い絶縁体層と導
体層とを積み上げていくので、一見するとベース基板を
中心として対称構造のように見える。しかし、絶縁体層
に形成されるビアの密度は両面で大きく異なり、図３で
上面となる、チップ実装側 (フリップチップ側) の面の
ビア密度は、下面のマザーボード接続側 (ＢＧＡ側) の
面の10倍近いビア密度となる。従って、実際にはビルド
アップ基板の上面と下面では、配線密度が異なるなど、
構造が異なっている。

【００２２】また、ビルドアップ基板の強度や剛性は主
にベース基板により支えられるが、ベース基板に使用す
る樹脂の強度がそれほど高くない。高強度の樹脂を使用
すると、ドリル加工による微細なスルーホールの形成が
困難となるからである。つまり、ビルドアップ基板で
は、あまり強度の高くないベース基板の両面に異なる構
造の層が積層されているため、ソリが発生し易い。

【００２３】ビルドアップ基板のソリは、ガラスエポキ
シ製のベース基板の場合で、その厚みが0.4 mm(400μ
ｍ) 以下の場合に顕著となる。このような薄いベース基
板では、その両面に絶縁体層や導体層を４〜５層ずつビ
ルドアップした場合、ソリ量が規格で定められている許
容範囲 (最大250 μｍ) を超えてしまう。

【００２４】ベース基板の厚みを 0.6〜1.2 mm(600〜12
00μｍ) まで大きくすれば、両面に４層ずつビルドアッ
プした場合に、ソリ量は許容範囲に収まる。そのため、
現状では、ベース基板は800 μｍ前後の厚みとすること
が多い。しかし、ベース基板を厚くすると、基板の厚み
や、半導体チップを実装した時の半導体パッケージの厚
みが大きくなって、電子機器の薄型化のニーズに応える
ことができない。

【００２５】ベース基板を厚くすると、基板の性能上に
も問題が出てくる。例えば、一度にドリル加工する重ね
枚数が少なくなるので、工数が増える。また、ベース基
板が厚いと、スルーホール形成時のドリル加工性が低減
し、スルーホールの密度や径に限界を生ずるため、配線
密度がドリル径で制限されることになり、基板の高密度
化に十分に対応できない。さらに、スルーホールが長く
なって抵抗が大きくなり、インダクタンスが大きくなる
ため、半導体チップの高速化に対して基板が対応できな
くなる。

【００２６】本発明は、ソリが抑制され、高密度フリッ
プチップ実装が可能で、かつ半導体チップの高密度化と
高速化に対応可能な多層配線基板を安価に製造するこ
と、および全体として半導体チップの実装厚みを薄くす
ることが可能な多層配線基板とそれを利用した接続構造
を提供することを課題とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】従来のビルドアップ基板
では、ベース基板を中心に配置し、その両面に絶縁体層
と配線をビルドアップしていた。

【００２８】本発明によれば、図１に示すように、ベー
ス基板に設けた貫通孔に半導体チップを収容し、このベ
ース基板の片面だけに、半導体チップとマザーボードと
の接続に必要な配線を有する絶縁層をビルドアップ法等
により形成する。半導体チップとの接続に必要なフリッ
プチップ接続用等の電極は、貫通孔の内部に露出してい
る絶縁層の面に形成する。絶縁層の反対側 (ベース基板
と接触していない方)の面には、従来と同様に、マザー
ボード接続用の電極 (図示例ではＢＧＡ) が形成され
る。

【００２９】即ち、本発明の多層配線基板は下記を含む
ことを特徴とする： (a) 内部に半導体チップを収容できる大きさの少なくと
も１つの貫通孔を有するベース基板、(b) 前記ベース基
板の貫通孔を含む２面の一方の面に配置された、内部に
配線を有する絶縁層、(c) 前記貫通孔内に露出している
前記絶縁層の面に形成された第１の電極群、および(d)
前記絶縁層の前記第１の電極群が形成された面と反対側
の面に形成された、前記第一の電極群と電気的に接続さ
れた第２の電極群。

【００３０】好ましくは、前記絶縁層はビルドアップ法
により形成され、前記ベース基板は金属板である。な
お、本明細書において、「絶縁層」とは、ベース基板の
表面に形成された、内部に配線を有する絶縁体の層の全
体 (多層が普通であるが、単層でもよい) を意味し、１
回の積層または塗布により形成される個々の絶縁体の層
を「絶縁体層」と称することにする。

【００３１】この多層配線基板は、下記工程を含むこと
を特徴とする方法によって製造される：ベース基板に半
導体チップを収容できる大きさの少なくとも１つの貫通
孔を形成する工程、および前記ベース基板の貫通孔を含
む２面の一方の面に、ビルドアップ法により、内部に配
線を有する絶縁層を形成する工程。

【００３２】この多層配線基板を用いて、前記ベース基
板の前記貫通孔内に収容された半導体チップが、前記絶
縁層の前記第１の電極群にフリップチップ接続されてい
ることを特徴とする接続構造を構築することができる。

【００３３】本発明では、ベース基板をくり抜いて形成
した貫通孔の内部に半導体チップがはめ込まれた形とな
る。従って、ベース基板と半導体チップは、従来のよう
に上下方向に重なるのではなく、両者が同じ高さの中に
配置される。そのため、ベース基板の厚みを、大きなソ
リが発生しない厚みまで大きくしても、パッケージ全体
の厚みは小さく抑えられる。即ち、薄型の高密度フリッ
プチップ実装パッケージを、許容できない大きなソリを
発生しないようにして作製することが可能となる。

【００３４】また、半導体チップ接続用の第１の電極群
(図示例ではフリップチップ電極)とマザーボード接続
用の第２の電極群 (図示例ではＢＧＡ電極) との電気的
接続は、従来のビルドアップ基板のようにベース基板を
貫通するスルーホールを経由することなく、ベース基板
の片面に形成した絶縁層 (ビルドアップ層) だけを経由
して達成される。即ち、スルーホールの分だけ配線が短
くなる。従って、この電気的接続のための配線のインダ
クタンスが小さくなり、半導体チップの高速化に対応可
能となる。同時に、ベース基板を貫通するスルーホール
を形成するための高精度のドリル加工やその後のスルー
ホールめっきや基板上の銅配線の形成工程が不要とな
り、工数が削減できるので、多層配線基板を従来より低
コストで製造することができる。

【００３５】しかも、このベース基板として、熱の良導
体である銅等の金属を使用できる。それにより、ベース
基板が半導体チップの放熱に寄与するため、パッケージ
の放熱性が改善される。また、金属製ベース基板は樹脂
製より高強度であるので、ベース基板を薄くしても、ビ
ルドアップ後の基板のソリを抑えることができるので、
パッケージをさらに薄型化することができる。樹脂質の
ベース基板を使用する場合でも、スルーホール形成のた
めの高精度のドリル加工がなくなるので、高強度の樹脂
を使用することができ、やはり基板が薄くてもソリを抑
えることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の多層配線基板とその製造
方法について、以下に図１および２を参照しながら説明
する。

【００３７】まず、ベース基板を用意する。従来のビル
ドアップ法で使用するベース基板は多数のスルーホール
を有し、基板の両面には、スルーホールを経由して接続
された配線 (導体層) が形成されている。従って、ベー
ス基板は絶縁材料から形成する必要がある。

【００３８】本発明で使用するベース基板は、半導体チ
ップを収容するための貫通孔を有するだけでよい [図２
(a)]。この基板は、内部に半導体チップを収容するため
の貫通孔を提供する機能と、ビルドアップ法等により形
成される絶縁層を支持するための支持体としての機能を
果たす。即ち、ベース基板には電気的接続のための配線
が形成されない。そのため、ベース基板の材料は絶縁体
と導体のいずれでもよい。

【００３９】ベース基板の素材は、例えば、金属 (銅、
鉄、ステンレス鋼、ニッケル) 、樹脂 (例、ガラス布に
エポキシ、熱硬化性ポリイミド、ＢＴレジン等を含浸さ
せて熱硬化させたガラス強化樹脂) 、セラミックス
(例、アルミナ、ガラスセラミックス、窒化アルミニウ
ム) などから選ぶことができる。平坦度が高く、高強度
のシート材料を使用することが好ましい。前述したよう
に、樹脂の場合は高強度のものを使用することが好まし
い。

【００４０】熱の良導体である銅等の金属からベース基
板を形成すると、半導体チップからの発熱の放熱性が高
まる。銅等の金属材料は、従来のビルドアップ基板では
ベース基板に使用することができなかったので、金属材
料をビルドアップのベース基板に使用できることは本発
明に固有の利点である。金属製のベース基板は、放熱性
に加えて、薄くても高強度であり、ソリに耐える点でも
有利である。

【００４１】ベース基板の厚みは、片面に絶縁層を形成
した後の多層配線基板のソリが許容範囲内におさまるよ
うに設定する。この厚みは、ベース基板の素材によって
異なるので、実験により決めればよい。目安として、銅
のような金属製またはセラミックス製のベース基板で
は、0.3 mm(300μｍ) 以上の厚みとすればよい。ガラス
エポキシ製の場合には0.6 mm(600μｍ) 以上とすること
が好ましい。半導体チップは、ベース基板の貫通孔の内
部に完全に収容する必要はなく、ベース基板の高さより
突出してもよい。従って、ベース基板の厚みは、チップ
より厚くても、薄くてもよい。

【００４２】ベース基板の貫通孔の大きさは、その内部
に半導体チップを収容できるように、半導体チップより
大きくする。半導体チップが角型の場合には貫通孔も同
形状の角型とすることが好ましく、チップを貫通孔内に
収容した時に、チップの周囲に 0.2〜1.0 mm程度の隙間
が残るような寸法が適当である。貫通孔は、その金属板
に搭載する半導体チップの数だけ形成する。従って、１
個の場合と複数個の貫通孔を形成する場合がある。貫通
孔の壁面は基板面に垂直である必要はなく、底面が上面
よりやや小さい台形型や、壁面に段差を設けた貫通孔と
することもできる。

【００４３】貫通孔はベース基板の材質に応じて適当な
方法で形成すればよい。例えば、銅板のような金属板の
場合には、ドリル加工またはパンチングによる穴あけが
簡便であるが、適当なレジストで被覆してからエッチン
グする方法も採用できる。ガラスエポキシのような樹脂
板の場合は、ドリル加工、パンチング、レーザー加工に
より貫通孔を形成することができる。セラミックス板
は、焼成前に貫通孔の部分をパンチング等により穴あけ
しておいてから焼成すればよい。

【００４４】本発明で使用するベース基板の貫通孔は、
従来のベース基板に形成するスルーホールに比べて非常
に大きく、個数が極めて少ないので、高い位置精度を必
要とせず、貫通孔の形成作業は非常に容易である。ま
た、スルーホールに必要であった、デスミア処理、銅め
っき、ベース基板上の配線の形成といった作業が不要と
なる。従って、ベース基板の作製に必要な工数が大幅に
削減され、しかも作業が容易となる。

【００４５】この貫通孔を有するベース基板の片面に、
内部に配線を有する絶縁層を形成する。この絶縁層はビ
ルドアップ法により形成することが好ましく、特に前述
したセミアディティブ法により絶縁体層と導体層を積み
上げる方法が好ましい。以下では、この方法について説
明するが、絶縁層の形成方法はこれに限られるものでは
ない。

【００４６】まず、貫通孔を有するベース基板の片面に
熱硬化性または感光性樹脂シートを積層し、熱硬化性樹
脂シートの場合には加熱して樹脂を熱硬化させ、絶縁体
層を形成する [図２(b)]。ベース基板が貫通孔を有する
ので、樹脂液の塗布による手法で絶縁体層を形成する方
法は適当ではない。

【００４７】貫通孔部分の絶縁層の上に半導体チップが
乗るので、樹脂シートは強度確保の点から熱硬化性樹脂
または光硬化性樹脂から構成することが好ましい。熱硬
化性樹脂の場合、樹脂の種類や硬化温度、シートの厚
み、積層条件は、例えば、前述した従来法の工程と同
様でよい。光硬化性樹脂のシートとしては、例えば、エ
ポキシ樹脂シートが使用できる。

【００４８】樹脂シートの密着性を高めるため、ベース
基板に予め表面粗化処理を施しておくことが好ましい。
このベース基板の粗化は、ベース基板の材質に応じて適
当な方法を採用すればよい。例えば、銅板の場合には、
前述した従来法の工程と同様の粗化処理 (黒化または
エッチング) を採用すればよい。樹脂板の場合には従来
法の工程のデスミア処理により粗化することができ
る。

【００４９】このベース基板に積層した樹脂シート (絶
縁体層) にビアを形成する [同じく図２(b)]。樹脂シー
トが熱硬化型である場合には、従来法の工程で説明し
たようなレーザー加工によりビアを形成することができ
る。あるいは、予め熱硬化性樹脂シートにNCパンチ等に
よりビアとなる孔を形成しておき、この有孔の熱硬化性
樹脂シートを積層し、熱硬化させることで、ビア形成工
程を省略することができる。光硬化性樹脂シートの場合
には、フォトリソグラフィー法により画像形成露光と現
像によりビアを形成すればよい。

【００５０】その後、前述した〜の工程を経て、絶
縁体層に配線を形成する [図２(c)]。即ち、絶縁体層
の樹脂シートを粗化し、無電解銅めっきによりビア側
面と絶縁体層の表面を銅で被覆し、絶縁体層表面の非
配線部にめっきレジストを形成し、配線部に電気銅め
っきにより銅を析出させて配線 (導体層) を形成し、
めっきレジストを剥離し、露出した非配線部の無電解銅
めっきをマイクロエッチングにより除去し、銅配線を
粗化する。

【００５１】工程のめっきレジストは、貫通孔の内部
に露出している第１層目の絶縁体層の面も覆うように、
両面に形成する。この貫通孔内に露出している絶縁体の
表面にも配線を形成するのであれば、貫通孔内のめっき
レジストも露光・現像によりパターン化する。

【００５２】その後、上記と同様に、２層目の熱硬化性
または光硬化性樹脂シートを積層し、ビアおよび配線を
形成して、２層目の絶縁体層と配線を作製する [図２
(d)]。この操作を繰り返して、必要な数の絶縁体層と配
線 (導体層) をビルドアップし、内部に配線を有する多
層の絶縁層を形成する。ビルドアップする絶縁体層の数
は、従来のベース基板の両面にビルドアップする場合の
チップ実装側の面の積層数とほぼ同じでよい (即ち、Ｂ
ＧＡ側の片面分の積層が不要となる) 。ベース基板の片
面のみに積層しても、ベース基板の強度が高いため、ソ
リの発生は抑制される。

【００５３】ビルドアップが終了したら、常法に従っ
て、絶縁層の表面に現れている配線部を被覆するように
無電解めっきによりNiとAuをめっきし、その上に形成す
るハンダバンプ等の電極の接合性を確保する。

【００５４】その後、貫通孔内に露出している絶縁層の
面の配線上に、半導体チップとのフリップチップ接続用
の第１の電極群 (ハンダバンプ等の金属バンプ) を形成
し、反対側の絶縁層の面 (ベース基板と接触していない
側の絶縁層の面) には、マザーボードとの接続用の第２
の電極群 (ＢＧＡ用ハンダバンプまたは他の金属のバン
プ) を形成する [図２(e)]。これらは常法に従って、例
えば、フリップチップ接続用ではハンダ印刷（或いはハ
ンダめっき）とリフロー加熱、ＢＧＡ用ではフラックス
塗布、ハンダボール搭載機によるハンダボールの搭載、
リフロー加熱により行うことができる。こうして、本発
明に係る多層配線基板が完成する。

【００５５】上記工程において、第１の電極群は貫通孔
内に形成されることになるが、作業に特に問題はなく、
従来と同様に実施することができる。例えば、フリップ
チップ接続用のハンダ印刷は、位置が多少ずれて印刷さ
れても、リフロー時に溶融ハンダは予め形成されたパッ
ド上に乗る。第１の電極群をハンダめっきにより形成す
る場合でも、めっきレジストに用いるドライフィルムの
厚みを50μｍ程度にすると、支障なく作業できる。仮
に、貫通孔の縁の部分にフィルムが完全に付着しなくて
も、フィルムにあけためっきすべき穴は中心部だけであ
るので、めっき液は縁に入らず、きちんとハンダめっき
できる。

【００５６】この多層配線基板では、図１に示すよう
に、ベース基板の貫通孔の内部に半導体チップが収容さ
れ、絶縁層の配線とフリップチップ接続等により接続さ
れるので、図３に示すような従来のビルドアップ基板に
半導体チップを搭載した場合に比べて、ほぼベース基板
の厚みの分だけ薄くなった半導体パッケージとなる。

【００５７】

【実施例】ベース基板として厚みが400 μｍの銅板を使
用した。この銅板のサイズは、30mm 角の正方形パッケ
ージが４個取りできるよう100 mm角の正方形であった。
この銅板に、半導体チップが入る２mm角の正方形貫通孔
を、各パッケージ領域の中央に１個ずつ、合計４個形成
した。貫通孔の形成はエッチング法により行った。即
ち、基板の両面に感光性樹脂からなるドライフィルムを
積層し、露光と現像により、ドライフィルムに貫通孔に
対応した穴パターンを形成し、塩化第二鉄と塩酸の水溶
液を用いて銅板をエッチングした。エッチングには、硫
酸と過硫酸ナトリウムの水溶液を用いてもよい。

【００５８】貫通孔の形成後、硫酸と過酸化水素の水溶
液を用いたエッチング粗化により銅板の表面を粗化し
た。この銅板の貫通孔に、同じ厚みの1.9 mm平方の銅板
片を挿入して、貫通孔を塞いだ後、ベース基板の片面に
30μｍ厚の熱硬化性エポキシ樹脂シートを積層した。こ
の銅板片の挿入は、樹脂シートを積層時に押圧した時に
シートを平らに保持するのを助けるが、必ずしも必要で
はなく、銅板片で貫通孔を塞がなくても、樹脂シートを
平らに積層することができる。樹脂シートの積層は、90
℃で10 Pa の加圧力を30秒間押圧することにより行っ
た。その後、170 ℃の電気オーブンで30分間加熱して、
樹脂を熱硬化させた。放冷後、貫通孔に挿入した銅板片
を取り出した。

【００５９】熱硬化した樹脂シート (絶縁体層) の所定
位置に、炭酸ガスレーザーによるレーザー加工により、
70μｍ径のビアを形成した。加工条件は、レーザー出力
0.4mJ／ショット、１ビア当たりのショット数３、パル
ス幅５〜20 ms であった。レーザーは銅板とは反対側の
面に照射した。

【００６０】ビア形成後、従来技術に説明したように、
溶剤膨潤、アルカリ性過マンガン酸カリウム水溶液処
理、酸中和からなるデスミア処理を行って、ビア底に残
る樹脂残渣を除去し、樹脂シート層の表面とビア側面を
粗化した。過マンガン酸水溶液による処理は80℃で20分
間行った。

【００６１】次に市販の無電解銅めっき液を使用して、
40℃で15分間の無電解銅めっきを行い、厚み0.6 μｍの
銅めっき層を樹脂シート表面とビア側面に形成した。そ
の後、電気銅めっきで配線部だけに銅が析出するよう
に、ドライフィルム法でめっきレジストを形成した。即
ち、樹脂シートの銅板と接触している面の銅板貫通孔内
に露出している部分と、樹脂シートの反対側の面 (銅板
と接触していない面) の全面に、めっきレジストのドラ
イフィルム (40μｍ厚) を積層し、露光 (露光量90 mJ)
と現像 (１％炭酸ソーダ水溶液) を経て、配線部となる
部分のレジストを除去し、銅めっきが析出できる配線用
のミゾを樹脂シートの両面に形成した。

【００６２】続いて、無電解銅めっきを導通に利用し
て、温度30〜50℃、電流密度 0.5〜１A/dm²で１〜２時
間の電気銅めっきを行い、めっきレジストのミゾ部を埋
めるように銅を析出させた。その後、10％NaOH水溶液で
処理してドライフィルムを剥離し、この剥離により露出
した非配線部の無電解銅めっきを、硫酸／過酸化水素水
によるマイクロエッチングにより除去し、１層の銅配線
を形成した。

【００６３】上述した銅表面の粗化からマイクロエッチ
ングまでの処理を合計４回繰り返して、各４層の絶縁体
層と配線を順に積み上げ、内部に配線を有する多層絶縁
層を形成した。但し、２回目以降は、貫通孔内のドライ
フィルムに配線パターンを形成しなかった。最後に、絶
縁層の表面に露出している配線部を覆うように無電解Ni
めっきおよび無電解Auめっきを行った後、ハンダ印刷と
リフロー (300 ℃、５分) により、銅板の貫通孔内に露
出している絶縁層の配線に接続するようにフリップチッ
プ用のハンダバンプ (直径150 μｍ) を形成した。絶縁
層の反対側の面には、フラックス塗布、搭載機でのハン
ダバンプの搭載、リフローにより、ＢＧＡ用ハンダバン
プ (直径600 μｍ) を形成した。最後に、30 mm 角の正
方形に切断して、図１に示す構造を持つ多層配線基板を
完成させた。

【００６４】得られた30 mm 角の多層配線基板のソリ量
(図５を参照) を測定したところ、180 μｍであり、許
容範囲内であった。比較のために、各種厚みのガラスエ
ポキシのベース基板の両面に、上記と同様にして、３層
ずつエポキシ樹脂シートと配線をビルドアップして、従
来例のビルドアップ基板を作製した。配線密度は本発明
例と同一にした。同じ30 mm 角の正方形の得られた従来
のビルドアップ基板のソリ量を、上述した本発明例のソ
リ量と一緒に、表１に示す。

【００６５】

【表１】表１からわかるように、従来のビルドアップ多層配線基
板では、両面にビルドアップ層を形成して、厚み方向に
対称の構造であるにもかかわらず、ベース基板の厚みを
600 μｍ以上に厚くしないと、ソリ量を許容範囲(250μ
ｍ以下) にすることができない。また、ベース基板を12
00μｍと厚くしても、ソリ量は220 μｍまでにしか小さ
くできない。しかも、多層配線基板の上に半導体チップ
を搭載するので、パッケージの厚みはさらに大きくな
る。

【００６６】本発明例では、ベース基板の厚みが400 μ
ｍと薄く、この基板の片面だけに樹脂質のビルドアップ
層を形成して、非対称の構造にしたにもかかわらず、ベ
ース基板として樹脂より高強度の銅板を使用したため、
ソリ量が180 μｍと非常に小さくなった。しかも、この
薄いベース基板の厚みの中に半導体チップが搭載され、
ビルドアップの積層数も従来法より少なくなるので、パ
ッケージ全体の厚みは著しく薄くなる。

【００６７】

【発明の効果】本発明により下記の効果が得られる。 (1) ベース基板の貫通孔の内部に半導体チップを搭載す
るため、ベース基板の厚みが従来と同じでも、パッケー
ジ全体の厚みが薄くなる。

【００６８】(2) ベース基板が絶縁体である必要がな
く、ベース基板に微細なドリル加工を必要とするスルー
ホールの形成を行わないので、金属、セラミックス、高
強度樹脂といった高強度材料をベース基板に使用するこ
とができる。その結果、ベース基板を薄くしても、ソリ
の発生が抑えられるため、パッケージをさらに薄型化で
きる。

【００６９】(3) 従来のビルドアップ用ベース基板に必
要であった、高い位置精度で多くのスルーホールをドリ
ルで形成する工程が不要となり、工数が削減される。 (4) 片面ビルドアップであるため、ビルドアップの積層
数が従来法より少なくてすみ、ビルドアップの工数 (特
に時間のかかるレーザー加工の工数) が少なくなり、所
要時間も短縮される。

【００７０】(5) ベース基板を貫通するスルーホールを
経由せずに半導体チップとマザーボードとが接続される
ので、インダクタンスが低減し、半導体チップの高速化
に対応可能である。

【００７１】(6) ベース基板を銅板その他の金属板にす
ることができ、チップの放熱性を改善することができ
る。 (7) ベース基板のスルーホール形成がないため、ドリル
加工に伴う配線密度の制限がなくなり、配線密度を高密
度化できる。即ち、従来はベース基板がコアとして中心
に位置するため、配線設計もベース基板の加工能力に依
存するが、本発明ではコアレスなので、設計の制約が少
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多層配線基板の断面構造の１例を
示す模式図である。

【図２】ビルドアップ法による本発明に係る多層配線基
板の製造工程を示す説明図である。

【図３】従来の代表的なビルドアップ基板の断面構造の
１例を示す模式図である。

【図４】セミアディティブ法による従来のビルドアップ
基板の製造工程を示す説明図である。

【図５】基板のソリ量の測定法に関する説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ０５Ｋ 3/46 ＢＵＨ０１Ｌ 23/12 ＮＪＦターム(参考） 5E315 AA11 AA13 BB04 CC14 CC23 DD11 GG01 5E336 AA07 BB03 BB19 BC02 BC34 CC34 CC58 EE08 GG16 5E346 AA02 AA03 AA04 AA12 AA15 AA29 AA32 AA43 CC02 CC04 CC09 CC10 CC17 CC32 CC37 CC38 CC40 CC54 CC55 DD02 DD23 DD24 EE38 EE39 FF01 FF07 FF13 FF17 GG05 GG15 GG27 GG28 HH05 HH11 HH17 HH24 HH31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記を含むことを特徴とする多層配線基
板： (a) 内部に半導体チップを収容できる大きさの少なくと
も１つの貫通孔を有するベース基板、 (b) 前記ベース基板の貫通孔を含む２面の一方の面に配
置された、内部に配線を有する絶縁層、 (c) 前記貫通孔内に露出している前記絶縁層の面に形成
された第１の電極群、および(d) 前記絶縁層の前記第１
の電極群が形成された面と反対側の面に形成された、前
記第一の電極群と電気的に接続された第２の電極群。
【請求項２】前記絶縁層がビルドアップ法により形成
されたものである、請求項１記載の多層配線基板。
【請求項３】前記ベース基板が金属板である、請求項
１または２記載の多層配線基板。
【請求項４】ベース基板に半導体チップを収容できる
大きさの少なくとも１つの貫通孔を形成する工程、およ
び前記ベース基板の貫通孔を含む２面の一方の面に、ビ
ルドアップ法により、内部に配線を有する絶縁層を形成
する工程、を含むことを特徴とする、請求項２または３記載の多層
配線基板の製造方法。
【請求項５】請求項１ないし３のいずれかに記載の多
層配線基板を用いた接続構造であって、前記ベース基板
の前記貫通孔内に収容された半導体チップが、前記絶縁
層の前記第１の電極群にフリップチップ接続されている
ことを特徴とする、接続構造。