JP2013009006A - 配線基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線の微細化の妨げとならず、ビアの接続信頼性を維持することができ、且つ配線基板の性能劣化の原因となりにくい外部接続用パッドを一方の面に有する配線基板を提供すること。
【解決手段】所定数の配線層と各配線層の間の絶縁層を有し、且つ、外部の回路に接続するための、表面めっき層を備えた外部接続用パッドを有する配線基板であって、外部接続用パッド１の面積が、その表面めっき層２の面積よりも小さいことを特徴とする配線基板である。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板に関し、より詳しく言えば、本発明は、一方の面に半導体素子などを搭載するためのパッドが設けられ、他方の面に別の実装基板に接続するためのパッドが設けられるタイプの配線基板に関する。

半導体素子や他の電子部品などをパッケージ化する際などに用いられる配線基板には、一方の面に半導体素子、電子部品などの搭載のためのパッドが設けられ、他方の面に別の実装基板に接続するためのパッドが設けられる。これらの外部接続用パッドの表面には、半導体素子などとの接続、及び実装基板への接続に使用されるはんだバンプとの接合のために、表面めっき層が施される。表面めっき層は、パッド側からニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などを薄くめっきして形成される。

図１３に、通常のビルドアップ技術で作製した配線基板における外部接続用パッドの例を示す。この図の外部接続用パッド１０１は、配線基板の一番外側の絶縁層１０２の上に銅（Ｃｕ）などの導体材料で形成され、外部接続用パッド１０１に対応する位置で、下層の配線１０３の一端に形成されたパッド１０４に、絶縁層１０２を貫通するビア１０５を介して接続される。基板の最表面には、ソルダレジスト層１０６が設けられ、この層には外部接続用パッド１０１の上面の一部を露出させる開口部１０７が形成される。露出した外部接続用パッド１０１の上面に、表面めっき層１０８が配置される。

配線基板の製造方法として、ビルドアップ技術により表裏両面に配線層と絶縁層を交互に形成するためのコア基板を使用せずに、銅板などの支持体上に最初に外部接続用パッドを表面めっき層とともに形成してから、その上にビルドアップ技術により絶縁層と配線層を必要な数だけ形成し、次いで反対側の外部接続用パッドを形成後に支持体を除去して、配線基板を製造する方法も知られている（例えば、特許文献１）。

この方法で製造した配線基板における一方の面の（支持体上に最初に形成した）外部接続用パッドの例を、図１４に示す。この図の外部接続用パッド１２１の片側は表面めっき層１２２で覆われ、この表面めっき層の表面は、一番外側の絶縁層１２３の表面に露出されている。外部接続用パッド１２１は、絶縁層１２３を貫通するビア１２４を介して、下層の配線１２５の一端に設けられたパッド１２６に接続されている。基板の他方の面の外部接続用パッドは、図１３で説明したものと同様である。

再表２００３／０３９２１９号公報

図１３で説明した従来の配線基板における外部接続用パッド１０１は、それを形成後に基板の全面を覆って形成したソルダレジスト層１０６に開口部１０７を形成して、その一部が半導体素子あるいは外部回路との接続のために露出される。そのため、パッド１０１は、ソルダレジスト層の開口部１０７よりも大きく形成する必要があり、配線の微細化の妨げとなっている。

また、外部接続用パッド１０１が大きく形成されるために、下層配線のパッド１０４との間に存在する樹脂（詳しく言えば、図１３中に示した縦の破線と、パッド１０１の下面と、パッド１０４の上面と、ビア１０５の側面との間に存在する樹脂）の量が多く、その加熱収縮によって引き起こされるストレスのために、ビアの接続信頼性が低下しかねない。

図１４で説明した従来の配線基板における外部接続用パッド１２１の場合は、上述の問題は解消可能である。しかし、表面めっき層１２２とその下のパッド１２１とが同じ大きさであるため、図１５に示したように、表面めっき層１２２と絶縁層１２３の間でストレスのために発生したクラック１３１が、パッド１２１の側面に沿って絶縁層１２３の内部に向かって浸透しやすく、配線基板の性能劣化の原因となりやすい。

本発明の目的は、配線の微細化の妨げとならず、ビアの接続信頼性を維持することができ、且つ配線基板の性能劣化の原因となりにくい外部接続用パッドを一方の面に有する配線基板を提供することである。

本発明の配線基板は、所定数の配線層と各配線層の間の絶縁層を有し、且つ、外部の回路に接続するための、表面めっき層を備えた外部接続用パッドを有する配線基板であって、外部接続用パッドの面積が、その表面めっき層の面積よりも小さいことを特徴とする。

本発明の配線基板は、
エッチングにより除去可能な支持体上に表面めっき層、外部接続用パッドを順次形成する工程、
当該外部接続用パッドの面積を表面めっき層のそれより小さくする加工を施す工程、
当該外部接続用パッドを形成した支持体上に所定数の絶縁層と配線層を形成する工程、 上記支持体をエッチングにより除去する工程、
を含む配線基板製造方法により製造することができる。

好ましくは、外部接続用パッドの面積を表面めっき層のそれより小さくする加工はエッチングにより行う。

本発明によれば、配線の微細化に有利であり、ビアの接続信頼性を維持でき、且つ配線基板の性能劣化の抑制にも有益である外部接続用パッドを一方の面に有する配線基板を提供することが可能となる。

本発明の配線基板における、表面めっき層より小さい面積の外部接続用パッドを説明する図である。 本発明の配線基板の表面めっき層より小さい外部接続用パッド部分において表面めっき層と絶縁層の間で発生したクラックについて説明する図である。 実施例１の配線基板の製造を説明する第１の図である。 実施例１の配線基板の製造を説明する第２の図である。 半導体素子を搭載した実施例１の配線基板を示す図である。 実施例２の配線基板の製造を説明する図である。 半導体素子を搭載した実施例２の配線基板を示す図である。 実施例３の配線基板の製造を説明する図である。 実施例３で製造した配線基板を説明する図である。 実施例４の配線基板の製造を説明する図である。 実施例４で製造した配線基板を説明する図である。 実施例１においてめっきレジストパターン剥離前に行う外部接続用パッドの選択エッチングを説明する図である。 ビルドアップ技術で作製した従来の配線基板における外部接続用パッドを説明する図である。 もう一つの従来の配線基板における外部接続用パッドを説明する図である。 図１４に示したパッド部分において表面めっき層と絶縁層の間で発生したクラックについて説明する図である。

本発明の配線基板における特徴は、一方の面の外部接続用パッドの面積が、その表面めっき層の面積よりも小さいことである。

図１に、そのような外部接続用パッド１を示す。パッド１は、外部回路との接続に当てられる側に表面めっき層２を有し、このパッド１は、その大きさ（面積）を表面めっき層２の大きさ（面積）より小さくするように形成されている。本発明の目的のためには、パッド１の大きさは小さいほどよいが、その下限は、主に、パッド１を基板内部の配線４に接続するビア３との接合を確保するのに必要とされる製造工程上の精度に依存する。一方、パッド１に接合する表面めっき層２の大きさは、接続するバンプ（図示せず）の大きさに依存する。パッド１の実際の大きさは、これらを勘考して決定すべきである。一例を挙げれば、標準的な基板において、パッド１の外周部と表面めっき層２の外周部との水平方向の間隔（図１のＡで表示した寸法）が０．１〜５μｍ程度、好適には１〜３μｍ程度となるようにすることができる。図１において、ビア３は、実際はパッド１に対応する位置にあって配線４の一端に接続するパッド５を介して配線４に接続され、また、外部接続用パッド１、表面めっき層２、ビア３、配線４、配線４に接続するパッド５は、表面めっき層２の上面を除き、絶縁層７中に存在する。

図１３を参照して先に説明した従来技術の場合には、外部回路との接続用のパッド１０１に通じるソルダレジスト層１０６の開口部１０７の大きさが、そこに位置するめっき層１０８の大きさを規定しており、そしてそれは接続するバンプの大きさに左右される。パッド１０１は、それを覆うソルダレジスト層１０６を形成してからこの層に開口部１０７を形成する必要から、開口部１０７より大きく、すなわち表面めっき層より大きく形成しなければならない。

それに対し、本発明の場合、外部接続用パッド１は表面めっき層２より小さくなっている。そのため、本発明の配線基板では、配線の微細化が可能となるとともに、外部接続用パッド１とパッド５との間に存在する樹脂、すなわち図１中に示した縦の破線と、パッド１の下面と、パッド５の上面と、ビア３の側面との間に存在する樹脂の量が、図１３を参照して先に説明した従来技術の場合よりも少なくなって、その樹脂の加熱収縮に伴うストレスに起因するビアの接続信頼性を維持することが可能である。

図１４を参照して先に説明した従来技術の場合には、図１５に示したように、表面めっき層１２２と絶縁層１２３の間でストレスのために発生したクラック１３１が、パッド１２１の側面に沿って絶縁層１２３の内部に向かって浸透しやすく、配線基板の性能劣化の原因となりやすいという問題がある。

それに対し、本発明の場合は、図２に示したように、表面めっき層２と絶縁層７の間で発生したクラック９は、表面めっき層２側面に沿って進んだところで停止し、絶縁層７中にそれほど深くは進入しない。これにより、クラックによる配線基板の性能劣化の問題は回避される。

本発明において、「外部回路」とは、配線基板の外部にあって、当該配線基板がそれに接続する回路を指す。例えば、本発明における「外部回路」としては、配線基板に接続される半導体素子やその他の電子部品の回路、そのような半導体素子等を搭載した配線基板が接続される実装基板の回路、などが挙げられる。

本発明の配線基板を構成する各部材の材料は、通常の配線基板における同等の部材の材料と同様でよい。例えば、外部接続用パッドの材料としては、銅（Ｃｕ）あるいはその合金といったような、一般的な配線材料を挙げることができる。外部接続用パッドの上に設けられる表面めっき層の材料としては、（１）ＮｉとＡｕの組み合わせ、（２）ＮｉとＰｄとＡｕの組み合わせ、（３）Ｓｎ、（４）ＳｎとＡｇとの組み合わせ、などを挙げることができる。（１）、（２）、（４）の各組み合わせの場合、Ａｕ層又はＡｇ層が外部に露出するように、めっき層は順に積層される。

本発明の配線基板は、銅板や銅箔等の金属からなる支持体上に最初に外部接続用パッドを表面めっき層とともに形成してから、その上にビルドアップ法により所定数の絶縁層と配線層を形成し、次いで反対側の外部接続用パッドを形成後に支持体を除去する方法により製造することができ、その際に、ビルドアップ法による最初の絶縁層の形成の前に、外部接続用パッドの大きさを表面めっき層のそれより小さくする処理を施すようにする。

こうして製造した配線基板において、支持体上に最初に形成した外部接続用パッドが、表面めっき層の大きさより小さいパッドとなる一方、反対側の外部接続用パッドは、表面めっき層より大きくなる。主として、前者のパッドは配線基板に半導体素子やその他の電子部品などを搭載するのに用いることができ、後者のパッドは実装基板との接続のために用いることができる。とは言え、場合によっては、その逆の使用の仕方も可能である。

次に、実施例により本発明を更に説明することにする。とは言え、本発明はここに示す実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
この例では、半導体素子を搭載する面の外部接続用パッドが表面めっき層より小さい配線基板を、その製造方法とともに説明する。

図３（ａ）に示したように、支持体３１としてのＣｕ板の表面にめっきレジストパターン３２を形成する。支持体３１としては、Ｃｕ板以外に、Ｃｕ箔、あるいは通常のエッチング液で除去可能な金属又は合金の板や箔を利用することができる。めっきレジストパターン３２の開口部３２ａ（図３（ａ））（直径１００μｍ）の底部に露出しているＣｕ板３１の上に、電解めっきにより、図３（ｂ）に示したように表面めっき層３３と外部接続用パッド３４を順次形成する。表面めっき層３３は、ここでは、厚さがそれぞれ０．５μｍ、５μｍのＡｕ層とＮｉ層により形成する（Ａｕ層とＮｉ層は、この順番で形成する）。外部接続用パッド３４は、Ｃｕで、１０μｍの厚さに形成する。

次に、めっきレジストパターンを剥離して除去し、外部接続用パッド３４を選択的にエッチングして、その直径を表面めっき層３３のそれより１〜３μｍ程度小さくする（図３（ｃ））。外部接続用パッド３４の選択エッチングは、めっきレジストパターン３２の剥離前に行ってもよい（この場合の外部接続用パッド３４の選択エッチングでは、図１２（ａ）に示したように、Ｃｕのみ溶解するエッチング液で外部接続用パッド３４をエッチングしてから、レジストパターン３２を除去する（図１２（ｂ））。）。続いて、図３（ｄ）に示したように、外部接続用パッド３４を形成した面に樹脂フィルムを積層して、絶縁層３５を形成する。絶縁層３５の形成には、エポキシやポリイミド等の樹脂フィルムを用いることができる。

図４（ａ）に示したように、レーザ加工により絶縁層３５にビア孔３５ａを形成する。
このビア孔３５ａは、直径が、絶縁層３５の表面で６０μｍであり、パッド３４を露出させる底部では５０μｍ程度になる。次いで、パッド３４に接続するビア３６と、これに接続する配線層３７を形成する（図４（ｂ））。そのためには、例えばセミアディティブ法などの通常の方法を利用することができる。

続いて、絶縁層の形成とビア・配線層の形成を繰り返して、図４（ｃ）に示したように所定の数の絶縁層３５と配線層３７を形成し、一番上の絶縁層３５の上に外部接続用パッド３８を形成後、パッド３８に通じる開口部３９ａを有するソルダレジスト層３９を形成する。更に、開口部３９ａに露出したパッド３８の上に、表面めっき層４０を電解めっきにより形成する。図４（ｄ）に示したように、支持体３１をエッチングにより除去して、配線基板３０を完成する。完成した配線基板３０の支持体３１を除去した面が、半導体素子搭載面となる。

図５に、半導体素子４１を搭載した配線基板３０を示す。半導体素子４１は、バンプをリフローさせたはんだ接合部材４２により配線基板３０に接続される。

〔実施例２〕
ここは、実施例１の配線基板と逆の面を半導体素子搭載面とする例を説明する。

実施例１において図３（ａ）〜（ｄ）と図４（ａ）、４（ｂ）を参照して説明した方法により、図６（ａ）に示したとおりの、Ｃｕ板の支持体５１上に表面めっき層５２、外部接続用パッド５３、絶縁層５４、ビア５５、配線層５６を形成した中間製品を作製する。
配線層５６の配線の一部には、外部接続用パッド５７を形成しておく。次いで、図６（ｂ）に示したように、パッド５７に通じる開口部５８ａを有するソルダレジスト層５８を形成し、開口部５８ａに露出したパッド５７の上に、表面めっき層５９を電解めっきにより形成する。支持体５１をエッチングにより除去して、配線基板５０を完成する（図６（ｃ））。

図７に、半導体素子６１を搭載した配線基板５０を示す。この半導体素子６１は、ワイボンディングにより配線基板５０に接続される。
なお、支持体５１を除去する前の配線基板（図６（ｂ）に示した状態の配線基板）に半導体素子を搭載してから支持体を除去することも可能である。

これまでの例では、外部接続用パッドよりも大きく形成した表面めっき層の外側面が絶縁層と同じ平面にある配線基板を説明してきたが、表面めっき層が絶縁層の表面より凹んだ、又は表面めっき層が絶縁層表面から突出した配線基板も可能である。次に、このような配線基板の例を説明する。

〔実施例３〕
ここでは、表面めっき層が絶縁層の表面より凹んだ配線基板を説明する。このような配線基板の製造方法は、基本的には先の例で説明したのと同様であることから、表面めっき層が絶縁層の表面より凹んだ構造を形成する工程を中心に説明する。

まず、図８（ａ）に示したように、支持体７１としてのＣｕ板の表面に、開口部７２ａを有するめっきレジストパターン７２を形成し、開口部７２ａの底部に露出している支持体７１の上に、それと同一材料のＣｕのめっき層７３を形成する。続いて、やはり電解めっきにより、図８（ｂ）に示したようにＡｕ層とＮｉ層からなる表面めっき層７４とＣｕの外部接続用パッド７５を順次形成する。

めっきレジストパターン７２を剥離して除去し、外部接続用パッド７５を選択エッチングして、その直径を表面めっき層７４のそれより小さくする（図８（ｃ））。外部接続用パッド７５の選択エッチングは、めっきレジストパターン７２の剥離前に行ってもよい。
次に、図８（ｄ）に示したように、外部接続用パッド７５を形成した面に樹脂フィルムを積層して絶縁層７６を形成する。

その後、実施例１で図４（ａ）〜４（ｄ）を参照して説明した工程を使用することにより、図９に示した配線基板７８を完成する。この配線基板７８においては、エッチングによる支持体７１の除去の際に、これと同一材料のめっき層７３が一緒に除去されて、表面めっき層７４が絶縁層７６の表面より凹んだ構造となる。

この配線基板７８は、表面めっき層７４が絶縁層７６の表面より凹んだ部分に位置しているため、そこに外部回路との接続用のはんだボールを安定して載置することが可能である。

〔実施例４〕
ここでは、表面めっき層が絶縁層表面より突出した配線基板を説明する。このような配線基板の製造方法も、基本的には先の例で説明したのと同様であることから、表面めっき層が絶縁層の表面より突出した構造を形成する工程を中心に説明する。

図１０（ａ）に示したように、支持体８１としてのＣｕ板の表面に、開口部８２ａを有するめっきレジストパターン８２を形成し、このパターンをマスクとして、開口部８２ａの底部に露出している支持体８１の部分をエッチングして凹部８３を形成する。次に、図１０（ｂ）に示したように、凹部８３を充填するようにＡｕ層とＮｉ層からなる表面めっき層８４を電気めっきにより形成し、更に外部接続用パッド８５をＣｕの電解めっきにより形成する。

めっきレジストパターン８２を除去し、外部接続用パッド８５を選択エッチングして、その直径を表面めっき層８４のそれより小さくする（図１０（ｃ））。外部接続用パッド８５の選択エッチングは、めっきレジストパターン８２を除去する前に行ってもよい。次いで、図１０（ｄ）に示したように、外部接続用パッド８５を形成した面に樹脂フィルムを積層して絶縁層８６を形成する。

その後、実施例１で図４（ａ）〜４（ｄ）を参照して説明した工程を使用することにより、図１１に示したように表面めっき層８４が絶縁層８６の表面から突出した配線基板８８を完成する。

この配線基板８８は、表面めっき層８４自体が絶縁層８６から突出した幅広部と、絶縁層８６に埋設された幅狭部を有し、断面が段差状となるため、よりクラック発生を防止できる。また、表面めっき層８４が突出することにより、半導体素子搭載時のはんだ（はんだ接合部材）の量を削減でき、半導体素子の接合高さを安定化できる。

１ 外部接続用パッド
２ 表面めっき層
３０、５０、７８、８８ 配線基板
３１、５１、７１、８１ 支持体
３３、５２、７４、８４ 表面めっき層
３４、５３、７５、８５ 外部接続用パッド
３５、５４、７６、８６ 絶縁層
３６、５５ ビア
３７、５６ 配線層
３８、５７ 外部接続用パッド
３９、５８ ソルダレジスト層
４０、５９ 表面めっき層

Claims (7)

1. 所定数の配線層と各配線層の間の絶縁層を有し、且つ、外部の回路に接続するための、表面めっき層を備えた外部接続用パッドを有する配線基板であって、外部接続用パッドの面積が、その表面めっき層の面積よりも小さいことを特徴とする配線基板。
2. 面積が表面めっき層のそれより小さい前記外部接続用パッドが、当該配線基板に半導体素子又はその他の電子部品を搭載するためのパッドである、請求項１記載の配線基板。
3. 面積が表面めっき層のそれより小さい前記外部接続用パッドが、当該配線基板を別の基板に実装するためのパッドである、請求項１記載の配線基板。
4. 外部接続用パッドの材料が銅又はその合金である、請求項１から３までのいずれか一つに記載の配線基板。
5. 表面めっき層が、ＮｉとＡｕの組み合わせ、ＮｉとＰｄとＡｕの組み合わせ、Ｓｎ、又はＳｎとＡｇとの組み合わせにより形成されている、請求項１から４までのいずれか一つに記載の配線基板。
6. 所定数の配線層と各配線層の間の絶縁層を有し、且つ、外部の回路に接続するための、表面めっき層を備えた外部接続用パッドを有し、該外部接続用パッドの面積が、その表面めっき層の面積よりも小さい配線基板を製造する方法であって、
   エッチングにより除去可能な支持体上に表面めっき層、外部接続用パッドを順次形成する工程、
   当該外部接続用パッドの面積を表面めっき層のそれより小さくする加工を施す工程、
   当該外部接続用パッドを形成した支持体上に所定数の絶縁層と配線層を形成する工程、 上記支持体をエッチングにより除去する工程、
   を含むことを特徴とする配線基板製造方法。
7. 外部接続用パッドの面積を表面めっき層のそれより小さくする加工をエッチングにより行う、請求項６記載の配線基板製造方法。

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