JP2019083303A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波信号の伝送特性および配線導体と絶縁層との密着性に優れた配線基板を提供することを課題とする。【解決手段】凹凸を含む表面を有する第１絶縁層２ａと、凹凸を含む表面を有しているとともに第１絶縁層２ａに積層されており第１絶縁層２ａと同じ種類の絶縁材料を持つ第２絶縁層２ｂと、第１および第２絶縁層２ａ、２ｂに、４０〜８０ｗｔ％の割合で含まれている複数の絶縁粒子３と、第１下地金属層４ａ表面に位置している第１配線導体５ａと、第２下地金属層４ｂ表面に位置している第２配線導体５ｂとを有しており、第１絶縁層２ａの表面において第１配線導体５ａが位置する領域の凹凸の第１高低差Ｌ１よりも、第２絶縁層２ｂの表面において第２配線導体５ｂが位置する領域の凹凸の第２高低差Ｌ２の方が小さく、第２高低差Ｌ２は、絶縁粒子３の平均粒径の２／５以下である。【選択図】図３

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位置する配線基板が開発されている。このような配線基板は、サーバーやスーパーコンピューター等に代表される高機能な電子機器に用いられる。なお、このような配線基板に用いられる絶縁層は、絶縁樹脂と絶縁樹脂中に分散して位置する絶縁粒子とを含んでいる。

特開２０１３−０１２７２６号公報

配線基板の配線導体は、特に高周波信号を効率良く伝送する上では、配線導体の表面が平坦状であることが望まれる。一方で、配線導体と絶縁層とを強く密着させる上では、絶縁樹脂を粗面化することが望まれる。しかしながら、上述のような配線基板に用いられる絶縁層は、配線基板の熱膨張率を抑えて配線導体の断線を防ぐために高密度に分散された絶縁粒子を有している場合がある。このような場合、絶縁粒子による凹凸の影響を抑えるために絶縁樹脂の粗面化を小さくすると配線導体の密着強度が低下してしまう。一方で、密着強度を上げるために絶縁樹脂の粗面化を大きくすると配線導体の表面の凹凸が大きくなり高周波信号の伝送特性が低下してしまう。このように、伝送特性と密着性とを両立させることが困難になる虞がある。

本開示の配線基板は、凹凸を含む表面を有する第１絶縁層と、凹凸を含む表面を有しているとともに、第１絶縁層に積層されており第１絶縁層と同じ種類の絶縁材料を持つ第２絶縁層と、第１絶縁層および第２絶縁層に、それぞれ４０〜８０ｗｔ％の割合で含まれており、表面の一部分が第１絶縁層の表面および第２絶縁層の表面に露出している部分露出粒子を含む複数の絶縁粒子と、第１絶縁層の表面から表層内にわたり位置している第１下地金属層と、第２絶縁層の表面から表層内にわたり位置している第２下地金属層と、第１下地金属層表面に位置している第１配線導体と、第２下地金属層表面に位置している第２配線導体と、を有しており、第１絶縁層の表面において第１配線導体が位置する領域の凹凸の第１高低差よりも、第２絶縁層の表面において第２配線導体が位置する領域の凹凸の第２高低差の方が小さく、第２高低差は、絶縁粒子の平均粒径の２／５以下であることを特徴とするものである。

本開示の配線基板によれば、高周波信号の伝送特性および配線導体と絶縁層との密着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第１絶縁層付近の拡大断面図である。 図３は、本開示の配線基板の第２絶縁層付近の拡大断面図である。 図４は、本開示の配線基板の配線導体付近の拡大断面図である。 図５は、本開示の配線基板の別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〜図４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、絶縁粒子３と、下地金属層４と、配線導体５と、ソルダーレジスト６とを有している。配線基板２０は、例えば上面に高機能集積回路Ｓおよび複数の広帯域メモリＭが搭載される。

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７を有している。コア用絶縁層１の厚みは、例えば２００〜１２００μｍに設定されている。スルーホール７の径は、例えば５０〜２００μｍに設定されている。配線基板２０は、平面視で四角形状の平板状である。また、配線基板２０の１辺の長さは２０〜８０ｍｍ、厚みが０．３〜１．６ｍｍ程度である。

コア用絶縁層１は、強化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７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。コア用絶縁層１の上下表面の配線導体５同士が、スルーホール７内の配線導体５を介して電気的に接続される。

ビルドアップ用絶縁層２は、第１絶縁層２ａおよび第２絶縁層２ｂを含んでいる。コア用絶縁層１の上側にある第１絶縁層２ａの上面には、主に高機能集積回路Ｓと配線基板２０下面に位置する配線導体５とをつなぐための配線導体５が位置している。コア用絶縁層１の上側にある第２絶縁層２ｂの上面には、高機能集積回路Ｓと広帯域メモリＭとをつなぐための配線導体５が位置している。第１絶縁層２ａおよび第２絶縁層２ｂは、それぞれ凹凸を含む表面を有している。

第１絶縁層２ａおよび第２絶縁層２ｂは、例えばエポキシ樹脂やフェノール樹脂やシアネートエステル等の同じ種類の絶縁材料を含んでいる。これにより、第１絶縁層２ａと第２絶縁層２ｂとの間で、熱伸縮差を抑制することが可能になり、配線基板２０の反りの抑制等に有利である。なお、同じ種類とは、基本的には第１絶縁層２ａと第２絶縁層２ｂが同一の樹脂組成物のことを指す。ただし、上記樹脂を主成分とするネットワークポリマーが形成可能な組み合わせであればよい。このようなネットワークポリマーからなるいずれか１つの組み合わせであればよい。

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５を被覆しており、互いに隣接する配線導体５同士の絶縁性を確保する機能を有している。また、ビルドアップ用絶縁層２は、配線導体５を底面とする複数のビアホール８を有している。ビアホール８は、第１絶縁層２ａに位置する第１ビアホール８ａ、および第２絶縁層２ｂに位置する第２ビアホール８ｂを有している。

第１絶縁層２ａの厚みは、例えば３０〜４０μｍに設定されている。第１絶縁層２ａは、配線導体５を底面とする複数の第１ビアホール８ａを有している。第１ビアホール８ａの径は、例えば３０〜６０μｍに設定されている。

第２絶縁層２ｂの厚みは、例えば５〜１５μｍに設定されている。第２絶縁層２ｂは、配線導体５を底面とする複数の第２ビアホール８ｂを有している。第２ビアホール８ｂの径は、例えば１０〜２０μｍ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等の熱硬化性樹脂中に絶縁粒子３を分散させた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５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。

絶縁粒子３は、第１絶縁層２ａおよび第２絶縁層２ｂに位置している。絶縁粒子３は、例えばシリカ（ＳｉＯ_２）や硝子やアルミナ等が挙げられる。絶縁粒子３は、例えば球状の形状を有しており、平均粒径は、例えば０．１〜０．５μｍに設定されている。第１絶縁層２ａおよび第２絶縁層２ｂにおける絶縁粒子３の含有割合は、例えば４０〜８０ｗｔ％に設定されている。球状の形状は、絶縁粒子３を高密度に含有するために有利である。絶縁粒子３は、第１絶縁層２ａおよび第２絶縁層２ｂにおいて、熱膨張係数を小さくして、配線導体５の断線を抑制する等の役割を有している。

絶縁粒子３は、表面の一部分が第１絶縁層２ａの表面および第２絶縁層２ｂの表面に露出している部分露出粒子３ａを含んでいる。平面視において、第１絶縁層２ａの表面に占める部分露出粒子３ａの露出部分の面積割合は、例えば２０〜３０％に設定されている。また、図２に示すように、断面視における絶縁粒子３による第１絶縁層２ａの凹凸の第１高低差Ｌ１は、例えば１６０〜６００ｎｍに設定されている。なお、面積割合とは、平面視における部分露出粒子３ａの露出部分の面積（Ａ）が、第１絶縁層２ａまたは第２絶縁層２ｂの表面（上記Ａを含む）に占める割合を指す。

平面視において、第２絶縁層２ｂの表面に占める部分露出粒子３ａの露出部分の面積割合は、例えば５〜１２％に設定されている。また、図３に示すように、断面視における絶縁粒子３による第２絶縁層２ｂの凹凸の第２高低差Ｌ２は、例えば１０〜１００ｎｍに設定されている。なお、上述のような部分露出粒子３ａの面積割合は、例えばＸＰＳ分析により算出が可能である。

このような第２絶縁層２ｂの表面に絶縁粒子３を露出させるには、例えば酸素プラズマ、窒素プラズマあるいはアルゴンプラズマ処理を行えばよい。プラズマ処理は、エッチング液による処理に比べて処理時間を要するものの、微細な研削が可能であるため絶縁粒子３の露出量の精度向上に有利である。

下地金属層４は、図４に示すように、第１下地金属層４ａおよび第２下地金属層４ｂを含んでいる。第１下地金属層４ａは、後述する第１配線導体５ａの下側に対応するビルドアップ用絶縁層２の表面から表層内にわたり位置している。さらに第１下地金属層４ａは、ビアホール８の底面に露出する配線導体５の表面にも位置している。

第１下地金属層４ａは、例えば銅等の良導電性金属を含んでいる。このような第１下地金属層４ａは、例えば無電解めっき工法により形成される。このようなめっき工法は、比較的加工時間が短い点で有利である。

第２下地金属層４ｂは、後述する第２配線導体５ｂの下側に対応するビルドアップ用絶縁層２の表面から表層内にわたり位置している。さらに第２下地金属層４ｂは、ビアホール８の底面に露出する配線導体５の表面にも位置している。

第２下地金属層４ｂは、例えばチタン等の周期表における４族に属する金属、またはクロムおよびモリブデン等の周期表における６族に属する金属と、これらの金属上に位置する銅とを含んでいる。４族に属する金属、または６族に属する金属の厚みは、例えば２０〜２５ｎｍに設定されている。銅の厚みは、例えば２００〜２２０ｎｍに設定されている。このように、４族の金属または６族の金属の厚みを、銅の厚みよりも薄くすることで、第２下地金属層４ｂの上に位置する第２配線導体５ｂを結晶粒の凝集が無い連続した均質な結晶粒により構成することが可能になる。

さらに、４族または６族の金属は、例えば配線導体５を構成する材料として用いられる銅の拡散を抑える点で有利である。これにより、配線導体５と絶縁層との密着強度の向上や、銅が絶縁層内に拡散することで発生するマイグレーションを抑制することが可能である。

第２下地金属層４ｂは、ビルドアップ用絶縁層２の表面から厚み方向に２００ｎｍより小さい深さの表層内にわたり位置している。なお、上述のような第２下地金属層４ｂの厚みは、例えばオージェ分析により算出が可能である。

４族または６族の金属、およびこの金属上に位置する銅は、例えばスパッタ工法により形成される。このようなスパッタ工法は、４族または６族の金属、および銅をビルドアップ用絶縁層２の表面から表層内に向けて打ち込む処理を行うため、無電解めっき工法に比べてビルドアップ用絶縁層２と第２下地金属層４ｂとの密着強度の向上に有利である。これにより、第２配線導体５ｂとビルドアップ用絶縁層２との密着強度が向上するため、特に第２配線導体５ｂが微細配線の場合に有利である。

なお、配線導体５が位置する領域以外の下地金属層４は、短絡防止のためにエッチングにより除去される。

配線導体５は、コア用絶縁層１の上下面、スルーホール７内、ビルドアップ用絶縁層２の表面、およびビアホール８内に位置している。配線導体５は、第１配線導体５ａおよび第２配線導体５ｂを含んでいる。配線導体５は、例えばセミアディティブ法等のめっき工法により形成され、銅等の良導電性金属を含んでいる。

第１配線導体５ａは、第１絶縁層２ａの表面および第１ビアホール８ａ内に位置しており、上述のように主に高機能集積回路Ｓと配線基板２０下面に位置する配線導体５とをつなぐ役割を有している。第１配線導体５ａの線幅は、例えば１５〜２０μｍであり、厚さは、例えば１０〜２０μｍに設定されている。このように、第１配線導体５ａは、比較的大きな線幅および厚さを有しているので、上述した第１絶縁層２ａの凹凸の第１高低差Ｌ１が１６０〜６００ｎｍという比較的大きな値であっても、凹凸の影響を受けにくい。

第２配線導体５ｂは、第２絶縁層２ｂの表面および第２ビアホール８ｂ内に位置しており、上述のように主に高機能集積回路Ｓと広帯域メモリＭとをつなぐ役割を有している。第２配線導体５ｂの線幅は、例えば２〜６μｍであり、厚さは、例えば２〜１５μｍに設定されている。このように、第２配線導体５ｂは、微細な線幅および厚さを有しているものの、上述した第２絶縁層２ｂの凹凸の第２高低差Ｌ２が１０〜１００ｎｍという比較的小さな値であることから凹凸の影響が小さい。

ソルダーレジスト６は、最上層および最下層の第２絶縁層２ｂ表面に位置している。ソルダーレジスト６は、最上層の第２配線導体５ｂを露出する開口６ａ、および最下層の第２配線導体５ｂを露出する開口６ｂを有している。ソルダーレジスト６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２ｂの表面に貼着し、露光および現像により開口６ａ、６ｂを形成して熱硬化することで形成される。

上述のように、本開示の配線基板２０は、第１絶縁層２ａ表面の凹凸の第１高低差Ｌ１よりも、第２絶縁層２ｂ表面の凹凸の第２高低差Ｌ２の方が小さい。そして、第２高低差Ｌ２は、絶縁粒子の平均粒径の２／５以下に抑えられている。これによって、第２絶縁層２ｂの表面に、第１配線導体５ａの配線幅および厚みよりも微細で、かつ平坦状の表面を有する第２配線導体５ｂを位置させることができる。

第２高低差Ｌ２が、絶縁粒子３の平均粒径の２／５以下（Ｌ２＝０も含む）であれば、平均値として、絶縁粒子３（特に部分露出粒子３ａ）のうち第２絶縁層２ｂ内に位置する部分が露出する部分よりも大きくなり絶縁粒子３の脱落抑制に有利である。

第２高低差Ｌ２が、絶縁粒子３の平均粒径の１／１０未満であれば、第２絶縁層２ｂを熱硬化するときに生成される脆弱な表面層の影響を強く受けて、第２配線導体５ｂと第２絶縁層２ｂとの密着性が不十分になる虞がある。また、第２絶縁層２ｂ表面の第２下地金属層４ｂをエッチングにより除去するときに、第２配線導体５ｂ直下の第２下地金属層４ｂにエッチング液が浸入し易くなり、第２配線導体５ｂが剥がれ易くなる虞がある。

第２高低差Ｌ２が、絶縁粒子３の平均粒径の２／５以下であるとともに１／１０以上であれば、第２絶縁層２ｂの表面に第２配線導体５ｂを形成するのに適した樹脂表面状態を得ることが可能になり、第２絶縁層２ｂと第２配線導体５ｂとの密着強度の向上を図りつつ高周波信号の伝送特性に優れた配線形成に有利となる。

第２高低差Ｌ２が、絶縁粒子３の平均粒径の２／５を超える場合であれば、第２絶縁層２ｂに位置する絶縁粒子３が脱落し易くなるために、第２絶縁層２ｂの表層の凹凸が大きくなってしまい、微細配線加工が困難になる。また、第２絶縁層２ｂの表層の凹凸の影響を強く受けて、第２配線導体５ｂ表面の凹凸が大きくなってしまい、高周波信号の伝送特性が低下してしまう虞がある。

第１高低差Ｌ１は、絶縁粒子３の粒径に対して任意に設定できる。ただし、第１絶縁層２ａにある絶縁粒子３の脱落抑制という観点から、絶縁粒子３の平均粒径の４／５以下とするのがよい。

さらに、本開示の配線基板２０は、第２下地金属層４ｂが、ビルドアップ用絶縁層２の表面から表層内にかけて位置していることから、ビルドアップ用絶縁層２と第２下地金属層４ｂとの密着強度が強い。これにより、第２下地金属層４ｂ上に位置する第２配線導体５ｂとビルドアップ用絶縁層２との密着強度も強くなる。

これらのことから、本開示の配線基板２０によれば、高周波信号の伝送特性および配線導体と絶縁層との密着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、第１下地金属層４ａが、無電解銅めっきにより構成されている一例を示したが、第２下地金属層４ｂと同様に、例えばチタン等の周期表における４族に属する金属、またはクロムおよびモリブデン等の周期表における６族に属する金属を含んでいても構わない。第１下地金属層４ａが、４族に属する金属または６族に属する金属を含んでいる場合には、第１下地金属層４ａは、第１絶縁層２ａの表面から厚み方向に６００ｎｍより小さい深さの表層内にわたり位置している。この場合、生産時間が長くなるものの、第１絶縁層２ａと第１配線導体５ａとの密着強度の向上には有利である。

また、図５に示すように、第２ビアホール８ｂの壁面と、第２下地金属層４ｂとの間に、中間層７が位置していても構わない。中間層７は、例えば第２絶縁層２ｂの一部と、絶縁粒子３と、銅を含有する金属相とを含んでいる。銅を含有する金属相は、第２ビアホール８ｂ内に位置する第２配線導体５ｂを構成する金属相の一部を含んでいる。第２ビアホール８ｂの壁面において、ともに銅を含む第２配線導体５ｂと中間層７とが第２下地金属層４ｂを挟んで位置している。なお、中間層７における金属相は、単に中間層７全体と同じ程度の範囲に存在するものであるため図示を省略している。

中間層７の厚みは、例えば１００〜１０００ｎｍ程度に設定される。１００ｎｍよりも小さい場合には、第２配線導体５ｂと第２ビアホール８ｂとの密着力の向上が望めない虞がある。１０００ｎｍよりも大きい場合には、第２ビアホール８ｂ同士の間の絶縁信頼性が低下する虞がある。

このような中間層７は、例えば次のようにして形成することができる。まず、第２絶縁層２ｂに、配線導体５を底面とする孔をレーザー加工により形成する。このとき、孔の壁面には、レーザー加工時の熱により微細な凹凸が形成される。凹凸の表面は、第２絶縁層２ｂおよび絶縁粒子３により構成される。凹凸の程度は、最大高さで３００〜５００ｎｍ程度に設定する。レーザー加工条件は、例えば照射エネルギーを０．０５〜０．７Wに設定する。さらに限定すれば０．１〜０．３Ｗの範囲がより顕著に本技術を発現させることができる。

次に、孔の内面をデスミア処理により洗浄することで第２ビアホール８ｂを形成する。デスミア処理条件は、例えば濃度０．２〜０．５ｍoｌ/Ｌの過マンガン酸塩とアルカリ金属水酸化物とを含む薬液を温度３０〜８０℃に調整して、時間０．５〜１０分間処理する。

次に、第２ビアホール８ｂの壁面および配線導体５の表面に第２下地金属層４ｂを形成する。第２下地金属層４ｂの厚みは、孔の壁面の凹凸を完全に被覆しないように、周期表において４族または６族に属する金属層の厚みを、例えば５〜２０ｎｍ程度に、銅の厚みを５０〜１５０ｎｍ程度に設定する。

最後に第２ビアホール８ｂ内にセミアディティブ法により銅を含む第２配線導体５ｂを形成する。このとき、第２配線導体５ｂを構成する金属相の一部が、第２下地金属層４ｂを介して孔の壁面の凹凸にも入り込み、凹凸表面を構成する第２絶縁層２ｂおよび絶縁粒子３と密着する。この第２絶縁層２ｂの凹凸部分と、絶縁粒子３と、入り込んだ金属相とが層状になる。これにより、第２絶縁層２ｂの一部と、絶縁粒子３と、銅を含有する金属相と、を含む中間層７が形成される。

このように、中間層７においては、第２配線導体５ｂを構成する金属相の一部が、第２下地金属層４ｂを介して第２絶縁層２ｂおよび絶縁粒子３と密着した状態で位置している。中間層７に位置する金属相と、第２配線導体５ｂを構成する金属相とは連続した結晶で構成されている。このため、第２配線導体５ｂは、第２ビアホール８ｂのように接触面積の小さな小径のビアホール８とも大きな密着力で位置することができる。

なお、中間層７は、第２ビアホール８ｂの壁面に加えて底面の周辺に位置していても構わない。このような底面周辺の中間層７は、例えば底面から最大で６μｍの範囲に存在している。この場合には、第２配線導体５ｂと第２ビアホール８ｂとの密着力の向上に有利である。

また、第１ビアホール８ａの壁面と、第１下地金属層４ａとの間に、中間層７が位置していても構わない。この場合には、第１配線導体５ａと第１ビアホール８ａとの密着力の向上に有利である。

２ａ 第１絶縁層
２ｂ 第２絶縁層
３ 絶縁粒子
３ａ 部分露出粒子
４ａ 第１下地金属層
４ｂ 第２下地金属層
５ａ 第１配線導体
５ｂ 第２配線導体
７ 中間層
Ｌ１ 第１高低差
Ｌ２ 第２高低差
２０ 配線基板

Claims (4)

1. 凹凸を含む表面を有する第１絶縁層と、
   凹凸を含む表面を有しているとともに、前記第１絶縁層に積層されており該第１絶縁層と同じ種類の絶縁材料を持つ第２絶縁層と、
   前記第１絶縁層および前記第２絶縁層に、それぞれ４０〜８０ｗｔ％の割合で含まれており、表面の一部分が前記第１絶縁層の表面および前記第２絶縁層の表面に露出している部分露出粒子を含む複数の絶縁粒子と、
   前記第１絶縁層の表面から表層内にわたり位置している第１下地金属層と、
   前記第２絶縁層の表面から表層内にわたり位置している第２下地金属層と、
   前記第１下地金属層表面に位置している第１配線導体と、
   前記第２下地金属層表面に位置している第２配線導体と、
   を有しており、
   前記第１絶縁層の表面において前記第１配線導体が位置する領域の凹凸の第１高低差よりも、前記第２絶縁層の表面において前記第２配線導体が位置する領域の凹凸の第２高低差の方が小さく、前記第２高低差は、前記絶縁粒子の平均粒径の２／５以下であることを特徴とする配線基板。
2. 前記第２下地金属層は、周期表において４族に属する金属または６族に属する金属を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記第２下地金属層は、前記第２絶縁層の表面から厚み方向に２００ｎｍより小さい深さの前記表層内に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
4. 前記第２配線導体が銅を含有しており、前記第２絶縁層は、前記第２下地金属層が位置する壁面を含むビアホールを有しており、前記第２下地金属層と前記ビアホールの前記壁面との間には、前記第２絶縁層の一部と、前記絶縁粒子と、銅を含有する金属相と、を含む中間層が位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の配線基板。

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