JP2012178499A - 配線基板およびそれを用いた実装構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、電気的信頼性を向上させる要求に応える配線基板およびそれを用いた実装構造体を提供するものである。
【解決手段】本発明の一形態にかかる配線基板３は、ネック構造１１を介して互いに接続した複数の第１無機絶縁粒子１２と、該複数の第１無機絶縁粒子１２同士の間隙に配された樹脂部材１３とを有する絶縁層９を備えている。また、本発明の一形態にかかる実装構造体１は、上記配線基板３と、該配線基板３に実装された電子部品２とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器（たとえば各種オーディオビジュアル機器、家電機器、通信機器、コンピュータ機器およびその周辺機器）等に使用される配線基板およびそれを用いた実装構造体に関するものである。

従来、電子機器における実装構造体としては、配線基板に電子部品を実装したものが使用されている。

特許文献１には、無機フィラーが含有されているエポキシ樹脂組成物が硬化されて形成された絶縁層を有するプリント回路基板が記載されている。

このように絶縁層が樹脂材料からなるプリント回路基板は、一般的に、電子部品との熱膨張率の差が大きいため、電子部品の実装時や作動時等に熱が印加された場合に、プリント回路基板と電子部品との接続部に熱応力が発生し、電子部品の微細な電極に該熱応力が印加されて破壊されることがあり、ひいては実装構造体の電気的信頼性が低下しやすくなる。

一方、特許文献２には、半導体材料またはガラスからなる基体を有するインターポーザーと、該インターポーザーに搭載された電子素子とを備えた実装構造体が記載されている。

このように基体が半導体材料またはガラスからなるインターポーザーは、一般的に、樹脂材料からなるプリント回路基板と比較して、電子素子との熱膨張率の差が小さく、インターポーザーと電子素子との接続部に生じる熱応力を低減し、ひいては電子素子の電極に印加される熱応力を低減することができる。

しかしながら、このような半導体材料またはガラスからなる基体は、一般的に、割れやすいことから、熱応力や外部応力がインターポーザーに印加された場合に、基体にクラックが生じやすくなる。その結果、該クラックが配線に達することによって、該配線に断線が生じやすくなり、ひいてはインターポーザーの電気的信頼性が低下しやすい。

特開２０１０−１３７５１３号公報 特開２００４−３１１５７４号公報

本発明は、電気的信頼性を向上させる要求に応える配線基板およびそれを用いた実装構造体を提供するものである。

本発明の一形態にかかる配線基板は、ネック構造を介して互いに接続した複数の第１無機絶縁粒子と、該複数の第１無機絶縁粒子同士の間隙に配された樹脂部材とを有する絶縁層を備えている。

本発明の一形態にかかる実装構造体は、上記配線基板と、該配線基板に実装された電子部品とを備えている。

本発明の一形態にかかる配線基板によれば、ネック構造を介して互いに接続した複数の第１無機絶縁粒子によって絶縁層の熱膨張率を低減するとともに、該複数の第１無機絶縁粒子同士の間隙に配された樹脂部材によって絶縁層のクラックを低減することができ、ひいては電気的信頼性に優れた配線基板を得ることができる。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる実装構造体を厚み方向に切断した断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＲ１部分を拡大して示した断面図である。 図２（ａ）は、図１（ｂ）のＲ２部分を拡大して示した断面図であり、図２（ｂ）は、２つの第１無機絶縁粒子が接続した様子を模式的に現したものである。 図３（ａ）は、図１（ａ）に示す実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＲ３部分を拡大して示した断面図である。 図４（ａ）および（ｂ）は、図１（ａ）に示す実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図であって、図３（ａ）のＲ３部分に相当する部分を拡大して示した断面図である。 図５（ａ）および（ｂ）は、図１（ａ）に示す実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図であって、図３（ａ）のＲ３部分に相当する部分を拡大して示した断面図であり、図５（ｃ）は、図１（ａ）に示す実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図である。 図６（ａ）および（ｂ）は、図１（ａ）に示す実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＲ４部分を拡大して示した断面図である。 図７（ａ）は、図１（ａ）に示す実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＲ５部分を拡大して示した断面図であり、図７（ｃ）は、図１（ａ）に示す実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図であって、図７（ａ）のＲ５部分に相当する部分を拡大して示した断面図である。 図８（ａ）および（ｂ）は、図１（ａ）に示す実装構造体の製造工程を説明する厚み方向に切断した断面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る配線基板としてインターポーザーを含む実装構造体を、図面に基づいて詳細に説明する。

（実装構造体）
図１（ａ）に示した実装構造体１は、例えば各種オーディオビジュアル機器、家電機器、通信機器、コンピュータ装置またはその周辺機器などの電子機器に使用されるものであり、例えばマザーボード等の外部回路基板に電気的に接続される。この実装構造体１は、厚み方向に沿って交互に積層された複数の電子部品２および複数のインターポーザー３を含んでおり、各電子部品２は、半田等の導電材料からなるバンプ４を介してインターポーザー３に実装されるとともに、該インターポーザー３を介して互いに電気的に接続されている。このように電子部品２を３次元実装することによって、実装構造体１を小型化することともに信号伝送特性を高めることができる。

（電子部品）
電子部品２は、例えばＣＰＵ若しくはＭＰＵ等のロジック系またはメモリ系の半導体素子を用いることができ、本実施形態においては、メモリ系の半導体素子を用いることが望ましい。メモリ系の半導体素子は、ロジック系の半導体素子と比較して、パッド数が少なく回路の微細化が緩和されているため、電気的接続信頼性を維持しつつ３次元実装することができる。

この電子部品２は、母材が例えばシリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム砒素リン、窒化ガリウムまたは炭化珪素等の半導体材料を含んでおり、厚みが例えば０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下に設定され、厚み方向および平面方向への熱膨張率が例えば３ｐｐｍ／℃以上５ｐｐｍ／℃以下に設定され、ヤング率が例えば１００ＧＰａ以上１５０ＧＰａ以下に設定されている。

なお、電子部品２の熱膨張率は、市販のＴＭＡ装置を用いて、ＪＩＳＫ７１９７‐１９９１に準じた測定方法により測定され、電子部品２のヤング率は、ＭＴＳシステムズ社製Ｎａｎｏ Ｉｎｄｅｎｔｏｒ ＸＰ／ＤＣＭを用いて測定される。以下、各部材の熱膨張率およびヤング率は、上述した電子部品２と同様に測定される。

また、インターポーザー３同士の間に介された電子部品２は、厚み方向に貫通する貫通電極５を含んでいる。この貫通電極５は、該電子部品２を介して隣接したインターポーザー３同士を電気的に接続するものであり、例えば銅、銀、金、アルミニウムまたはニッケル等の導電材料により形成することができる。

（インターポーザー）
一方、インターポーザー３は、隣接する電子部品２同士の接続部材または電子部品２と外部回路基板との接続部材として機能するものであり、厚み方向に沿って貫通孔Ｐが形成された基体６と、基体６上に配され、平面方向および厚み方向に互いに離間した複数の導電層７と、貫通孔Ｐに配され、導電層７に電気的に接続した貫通導体８とを含んでおり、導電層７および貫通導体８は、接地用配線、電力供給用配線または信号用配線を構成している。このインターポーザー３は、導電層７および貫通導体８によって、厚み方向に離間した電子部品２同士または電子部品２と外部回路基板とにおいて、平面視における配置の異なるパッド同士を電気的に接続することができる。

基体６は、インターポーザー３の支持部材および絶縁部材として機能するものであり、絶縁層９と、該絶縁層９上に配されるとともに該絶縁層９と導電層７との間に介された樹脂層１０とを含んでいる。

絶縁層９は、基体６を高剛性かつ低熱膨張とする機能を有しており、図１（ｂ）ないし図２（ａ）に示すように、ネック構造１１を介して互いに接続した複数の第１無機絶縁粒子１２と、該複数の第１無機絶縁粒子１２同士の間隙Ｖに配された樹脂部材１３と、間隙Ｖにて樹脂部材１３に被覆された、第１無機絶縁粒子１２よりも粒径の小さい第２無機絶縁粒子１４とを含んでいる。この絶縁層９は、厚みが例えば３０μｍ以上２００μｍ以下に設定され、厚み方向および平面方向への熱膨張率が０ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃以下に設定され、平面方向への熱膨張率が電子部品２の０．１倍以上２倍以下に設定され、ヤング率が例えば１０ＧＰａ以上４５ＧＰａ以下に設定され、ヤング率が電子部品２の例えば０．０８倍以上０．３５倍以下に設定されている。

ネック構造１１は、隣接した第１無機絶縁粒子１２同士の接続箇所における構造であり、互いに接続した第１無機絶縁粒子１２それぞれの外周に部分的に形成されている。このネック構造１１は、互いに接続した第１無機絶縁粒子１２の境界に向かって幅が小さくなる括れた形状を有しており、例えば、ネック構造１１における最小幅Ｗは、該ネック構造
１１を介して互いに接続した第１無機絶縁粒子１２それぞれの粒径Ｄよりも小さくなっている。このネック構造１１における最小幅Ｗは、該ネック構造１１を介して互いに接続した第１無機絶縁粒子１２それぞれの粒径Ｄの例えば２％以上５０％以下に設定されている。

なお、第１無機絶縁粒子１２の粒径は、絶縁層９を厚み方向に切断した断面にて、第１無機絶縁粒子１２を取り囲む複数の間隙Ｖと該第１無機絶縁粒子１２との境界を円周の一部とする仮想円Ｃの直径を測定することによって、測定される。

第１無機絶縁粒子１２は、樹脂材料と比較して低熱膨張かつ高剛性の無機絶縁材料によって形成され、絶縁層９を低熱膨張かつ高剛性とする機能を有している。この第１無機絶縁粒子１２は、酸化ケイ素を例えば９０重量％以上含む無機絶縁材料により形成することができ、なかでも、酸化ケイ素を９９重量％以上１００重量％未満含む無機絶縁材料を用いることが望ましい。酸化ケイ素を９０重量％以上１００重量％未満含む無機絶縁材料を用いる場合、該無機絶縁材料は、酸化ケイ素の他に、例えば酸化アルミニウム、酸化チタニウム、酸化マグネシウムまたは酸化ジルコニウム等の無機絶縁材料を含んでも構わない。

本実施形態において、第１無機絶縁粒子１２を構成する酸化ケイ素は、アモルファス（非晶質）状態である。その結果、第１無機絶縁粒子１２の結晶構造に起因した熱膨張率の異方性を低減することができるため、絶縁層９に熱が印加された場合に、加熱後の冷却の際に絶縁層９の収縮を厚み方向および平面方向にてより均一にすることができ、ひいてはインターポーザー３と電子部品２との電気的接続信頼性を高めることができる。

このアモルファス状態である酸化ケイ素は、結晶相の領域が例えば１０体積％未満に設定されており、なかでも５体積％未満に設定されていることが望ましい。なお、無機絶縁材料における結晶相領域の体積比は、以下のように測定される。まず、１００％結晶化した試料粉末と非晶質粉末とを異なる比率で含む複数の比較試料を作製し、該比較試料をX
線回折法で測定することにより、該測定値と結晶相領域の体積比との相対的関係を示す検量線を作成する。次に、測定対象である調査試料をX線回折法で測定し、該測定値と検量
線とを比較して、該測定値から結晶相領域の体積比を算出することにより、調査資料の結晶相領域の体積比が測定される。

さらに、本実施形態において、第１無機絶縁粒子１２は、球状である。その結果、第１無機絶縁粒子１２の充填密度を高め、第１無機絶縁粒子１２同士をより強固に接続させることができ、絶縁層９の剛性を高めることができる。

また、第１無機絶縁粒子１２は、粒径が例えば０．０２μｍ以上３μｍ以下に設定され、絶縁層９における含有量が例えば４５体積％以上９７体積％以下に設定され、厚み方向および平面方向への熱膨張率が例えば０ｐｐｍ／℃以上１０ｐｐｍ／℃以下に設定され、ヤング率が１０ＧＰａ以上４５ＧＰａ以下に設定されている。また、第１無機絶縁粒子１２の粒径は、互いに等しいことが望ましく、例えば、絶縁層９を厚み方向に切断した断面にて、第１無機絶縁粒子１２の粒径は、他の第１無機絶縁粒子１２の粒径の例えば０．９倍以上１．１倍以下に設定されていることが望ましい。

なお、絶縁層９における第１無機絶縁粒子１２の含有量(体積％)は、絶縁層９の断面において、絶縁層９に占める第１無機絶縁粒子１２の面積比率（面積％）の平均値を算出して含有量（体積％）とみなすことにより測定される。

この第１無機絶縁粒子１２同士の間隙Ｖに配された樹脂部材１３は、無機絶縁材料と比
較して低弾性の樹脂材料によって形成され、後述するように、絶縁層９のクラックを低減する機能を有している。この樹脂部材１３は、例えばエポキシ樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂により形成することができる。

また、樹脂部材１３は、絶縁層９における含有量が例えば３体積％以上５５体積％以下に設定され、絶縁層９における含有量が第１無機絶縁粒子１２の例えば０．０３倍以上０．２２倍以下に設定され、厚み方向および平面方向への熱膨張率が例えば０ｐｐｍ／℃以上７ｐｐｍ／℃以下に設定され、厚み方向および平面方向への熱膨張率が第１無機絶縁粒子１２の例えば１倍以上１０倍以下に設定され、ヤング率が例えば０．０１ＧＰａ以上２ＧＰａ以下に設定され、ヤング率が例えば第１無機絶縁粒子１２の例えば０．０１４倍以上０．０３倍以下に設定されている。なお、樹脂部材１３の絶縁層９における含有量は、第１無機絶縁粒子１２と同様の方法で測定される。

この樹脂部材１３に被覆された第２無機絶縁粒子１４は、樹脂材料と比較して低熱膨張かつ高剛性の無機絶縁材料によって形成され、樹脂部材１３の熱膨張率を低減して第１無機絶縁粒子１２の熱膨張率に近づける機能を有している。この第２無機絶縁粒子１４は、第１無機絶縁粒子１２と同様の材料により形成することができ、第１無機絶縁粒子１２と同様の熱膨張率およびヤング率を有する。また、第２無機絶縁粒子１４は、粒径が例えば５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下に設定され、粒径が第１無機絶縁粒子１２の例えば０．２５倍以上０．７５倍以下に設定されて、樹脂部材１３内における含有量が例えば０．１体積％以上１０体積％以下に設定されている。

なお、第２無機絶縁粒子１４の粒径は、樹脂部材１３の断面にて各粒子の最大径を測定することにより測定される。また、樹脂部材１３における第２無機絶縁粒子１４の含有量(体積％)は、樹脂部材１３の断面において、樹脂部材１３に占める第２無機絶縁粒子１４の面積比率（面積％）の平均値を算出して含有量（体積％）とみなすことにより測定される。

一方、絶縁層９と導電層７との間に介された樹脂層１０は、無機絶縁材料と比較して低弾性の樹脂材料によって形成され、絶縁層９と導電層７との接続強度を高める機能を有するものである。この樹脂層１０は、例えばエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、シアネート樹脂またはポリイミド樹脂等の樹脂材料により形成することができる。また、樹脂層１０は、難燃性を高めるために、酸化ケイ素等の無機絶縁材料からなる第３無機絶縁粒子を含んでいても構わない。この第３無機絶縁粒子は、粒径が例えば０．０１μｍ以上０．５μｍ以下に設定されており、樹脂材料内における含有量が例えば０．３体積％以上１０体積％以下に設定されている。また、第３無機絶縁粒子の粒径は、第２無機絶縁粒子１４の粒径と同じであることが望ましく、この場合、第３無機絶縁粒子の粒径は、第２無機絶縁粒子１４の粒径の例えば０．９倍以上１．１倍以下に設定されている。なお、第３無機絶縁粒子の粒径および含有量は、第２無機絶縁粒子１４と同様に測定される。

また、樹脂層１０は、厚みが例えば０．５μｍ以上３μｍ以下に設定され、厚みが絶縁層９の例えば０．０１倍以上０．１倍以下に設定され、樹脂層１０厚み方向および平面方向への熱膨張率が５０ｐｐｍ／℃以上１２０ｐｐｍ／℃以下に設定され、厚み方向および平面方向への熱膨張率が絶縁層９の例えば４倍以上５０倍以下に設定され、厚み方向および平面方向への熱膨張率が樹脂部材１３の例えば１倍以上４倍以下に設定され、ヤング率が例えば０．０５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下に設定され、ヤング率が絶縁層９の例えば０．００１倍以上０．１倍以下に設定され、ヤング率が樹脂部材１３の例えば０．１倍以上０．８倍以下に設定されている。

導電層７は、電子部品２との接続パッドとしての機能や配線としての機能を有している
。この導電層７は、例えば銅、金、アルミニウム、ニッケルまたはクロム等の導電材料により形成することができる。また、導電層７は、厚み方向および平面方向への熱膨張率が１２ｐｐｍ／℃以上２０ｐｐｍ／℃以下に設定され、厚み方向および平面方向への熱膨張率が絶縁層９の２．５倍以上２０倍以下に設定され、ヤング率が８０ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下に設定されている。

貫通導体８は、厚み方向に離間した導電層７同士を電気的に接続する機能を有している。この貫通導体８は、例えば銅、金、アルミニウム、ニッケルまたはクロムの導電材料により形成することができる。また、貫通導体８は、幅が一端部から他端部に向かって小さくなる柱状（テーパー状）に形成されており、幅が例えば５μｍ以上５０μｍ以下に設定され、厚み方向および平面方向への熱膨張率が１２ｐｐｍ／℃以上２０ｐｐｍ／℃以下に設定され、厚み方向および平面方向への熱膨張率が絶縁層９の０．０５倍以上０．５倍以下に設定され、ヤング率が８０ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下に設定されている。

また、本実施形態において、貫通導体８は、貫通孔Ｐに充填されている。その結果、貫通孔Ｐの直径をより小さくし微細化した場合においても、貫通導体８における断線を低減することができる。なお、貫通導体８は、貫通孔Ｐに充填されずに貫通孔Ｐの内壁を被覆していても構わない。

（絶縁層）
以下、本実施形態の絶縁層９について、詳細に説明する。

本実施形態において、複数の第１無機絶縁粒子１２は、ネック構造１１を介して互いに接続している。その結果、単に無機絶縁粒子を樹脂材料内に分散させた場合と比較して、絶縁層９に応力や熱が印加された際に、該接続によって個々の第１無機絶縁粒子１２の動きが拘束されることから、絶縁層９を良好に低熱膨張かつ高剛性とすることができる。それ故、インターポーザー３と電子部品２との熱膨張率の差を低減することによって、バンプ４に接続された電子部品２のパッドに印加される熱応力を低減し、ひいては電気的に信頼性に優れた実装構造体１を得ることができる。

また、複数の第１無機絶縁粒子１２がネック構造１１を介して互いに接続していることから、単に無機絶縁粒子を樹脂材料内に分散させた場合と比較して、絶縁層９における第１無機絶縁粒子１２の充填密度を容易に高めることができるため、絶縁層９をより低熱膨張かつ高剛性とすることができる。

また、複数の第１無機絶縁粒子１２同士が接続して無機絶縁構造体をなしているため、ガラスクロスを用いた場合と比較して、絶縁層９の凹凸を低減することができ、該凹凸による導電層７の一部への応力集中を緩和し、ひいては導電層７の断線を低減することができる。このように導電層７の断線を低減することによって、電気的信頼性を担保しつつ、導電層７を微細化することができる。また、基体６の平坦性を高めることによって、バンプ４が微細に形成されていたとしても、バンプ４による電子部品２とインターポーザー３との接続信頼性を高めることができる。

さらに、第１無機絶縁粒子１２の外周に部分的に形成されるネック構造１１を介して、第１無機絶縁粒子１２同士が互いに接続しているため、第１無機絶縁粒子１２およびネック構造１１に取り囲まれた領域に間隙Ｖが良好に形成される。

そして、本実施形態において、この間隙Ｖには、樹脂部材１３が配されている。この樹脂部材１３は、第１無機絶縁粒子１２と比較して低弾性であることから、絶縁層９に応力が印加された場合に、隣接する第１無機絶縁粒子１２の双方に接着しつつ該応力に応じて
変形することによって、該第１無機絶縁粒子１２の接続箇所に集中しやすい応力を分散させることができるため、互いに接続した第１無機絶縁粒子１２におけるクラックの発生を低減して、絶縁層９におけるクラックの発生を低減することができる。したがって、該クラックに起因した導電層７の断線を低減することができ、ひいては電気的信頼性に優れた実装構造体１を得ることができる。

さらに、樹脂部材１３は、第１無機絶縁粒子と比較して低弾性であることから、クラックが伸長しにくいため、絶縁層９に応力が印加されてクラックが生じたとしても、該クラックの伸長を樹脂部材１３によって阻止したり、迂回させたりすることができる。したがって、該クラックに起因した導電層７の断線を低減することができる。

また、間隙Ｖは、開気孔であるとともに３次元網目状構造をなしている。その結果、間隙Ｖに配された樹脂部材１３も３次元網目状構造をなすため、絶縁層９全体において、クラックを効果的に低減することができる。

一方、本実施形態において、絶縁層９は、貫通孔Ｐの内壁に第１無機絶縁粒子１２からなる第１突出部１５を有し、該第１突出部１５は、貫通導体８に覆われている。その結果、アンカー効果によって、絶縁層９と貫通導体８との接続強度を高めることができる。それ故、電子部品２よりも熱膨張率が大きくなりやすい導電材料からなる貫通導体８と熱膨張率を電子部品２に近づけた絶縁層９との間に生じやすい熱膨張率の違いに起因して、熱応力が絶縁層９と貫通導体８との間に印加された場合に、絶縁層９と貫通導体８との剥離を低減し、該貫通導体８の断線を低減することができる。

さらに、第１突出部１５を構成する第１無機絶縁粒子１２は、他の第１無機絶縁粒子１２に接続しているため、該第１突出部と貫通孔Ｐの内壁との接続強度を高め、上述したアンカー効果を高めることができる。

この第１突出部１５の突出量は、貫通孔Ｐの内壁と貫通導体８との密着性の観点から、第２突出部１７の突出量よりも大きいことが望ましい。

また、本実施形態において、絶縁層９は、該第１突出部１５同士の間に第１凹部１６を有しており、該第１凹部１６には貫通導体８の一部が充填されている。その結果、上述したアンカー効果を高めることができる。

さらに、本実施形態において、第１凹部１６内には樹脂部材１３の一部が配されており、第１凹部１６において、樹脂部材１３と貫通導体８とが当接している。その結果、無機絶縁材料と比較して導電材料との接続強度の高い樹脂材料からなる樹脂部材１３が貫通導体８に接続することによって、絶縁層９と貫通導体８との接続強度を高めることができる。なお、この樹脂部材１３の一部は、例えば第１凹部１６の底部に配されている。

一方、本実施形態において、絶縁層９は、樹脂層１０側の主面に第１無機絶縁粒子１２からなる第２突出部１７を有し、該第２突出部１７は、樹脂層１０に覆われている。その結果、アンカー効果によって、絶縁層９と樹脂層１０との接続強度を高めることができ、絶縁層９と樹脂層１０との剥離を低減することができる。さらに、第２突出部１７を構成する第１無機絶縁粒子１２は、他の第１無機絶縁粒子１２に接続しているため、上述したアンカー効果を高めることができる。また、絶縁層９は、該第２突出部１７同士の間に第２凹部１８を有しており、該第２凹部１８には樹脂層１０の一部が充填されている。その結果、上述したアンカー効果を高めることができる。

一方、本実施形態において、樹脂部材１３は、樹脂層１０よりも熱膨張率が小さい。そ
の結果、樹脂部材１３の熱膨張率を第１無機絶縁粒子１２に近づけることによって、第１無機絶縁粒子１２同士の間隙Ｖにおける第１無機絶縁粒子１２と樹脂部材１３との剥離を低減し、ひいては該剥離に起因した絶縁層９におけるクラックの発生を低減することができる。

さらに、本実施形態において、樹脂部材１３は、第１無機絶縁粒子１２よりも粒径の小さい第２無機絶縁粒子１４を含んでいる。その結果、第１無機絶縁粒子１２よりも粒径の小さい第２無機絶縁粒子１４を間隙Ｖに容易に配することができ、該第２無機絶縁粒子１４によって樹脂部材１３の熱膨張率を低減することができる。

また、樹脂部材１３は、シラノール基を有する樹脂材料を含むことが望ましい。その結果、酸化ケイ素を含有する第１無機絶縁粒子１２と樹脂部材１３との接続強度を高め、第１無機絶縁粒子１２と樹脂部材１３との剥離を低減することができる。なお、樹脂層１０は、シラノール基を有する樹脂材料を含まないことが望ましく、これにより、樹脂層１０をより低弾性とすることができる。

一方、本実施形態において、樹脂層１０は、絶縁層９と導電層７との間に介在されており、絶縁層９と比較して、ヤング率が小さい。その結果、ヤング率が小さいことから弾性変形しやすい樹脂層１０が変形することにより、絶縁層９および導電層７との熱膨張率の違いに起因した応力を緩和し、絶縁層９と導電層７との剥離を低減することができる。また、樹脂材料を含むことから絶縁層９よりも熱膨張率が大きくなりやすい樹脂層１０のヤング率を小さくすることにより、基体６の熱膨張率に対する樹脂層１０の寄与を小さくし、基体６の熱膨張率を低減することができる。

さらに、本実施形態において、樹脂層１０は、絶縁層９と比較して、厚みが小さい。その結果、樹脂層１０を薄くすることによって、樹脂層１０をより変形しやすくし、絶縁層９および導電層７との熱膨張率の違いに起因した応力を良好に緩和することができる。また、樹脂層１０の厚みを小さくすることにより、基体６の熱膨張率に対する樹脂層１０の寄与を小さくし、基体６の熱膨張率を低減することができる。なお、樹脂層１０は、厚みおよびヤング率が導電層７よりも小さく設定されていることが望ましい。

また、本実施形態において、樹脂層１０は、導電層７と貫通導体８との接続部に当接している。それ故、絶縁層９よりも低弾性の樹脂層１０が、応力の集中しやすい貫通導体８と導電層７との接続部に当接しているため、該接続部に印加される応力を樹脂層１０によって緩和することができ、ひいては貫通導体８と導電層７との断線を低減することができる。特に、応力の集中しやすい貫通導体８の幅が小さい端部において、樹脂層１０が導電層７と貫通導体８との接続部に当接していることが望ましい。

一方、本実施形態において、樹脂層１０は、樹脂部材１３よりもヤング率が小さい。その結果、樹脂層１０を低弾性とすることによって、絶縁層９と導電層７との剥離をより低減することができる。さらに、上述した如く樹脂部材１３の熱膨張率を樹脂層１０よりも小さくした場合において、基体６の熱膨張率に対する樹脂層１０の寄与をより小さくすることができる。

かくして、上述した実装構造体１は、外部回路基板からインターポーザー３を介して供給される電源や信号に基づいて電子部品２を駆動若しくは制御することにより、所望の機能を発揮する。

次に、上述した実装構造体１の製造方法を、図３および図８に基づいて説明する。

（インターポーザーの作製）
（１）図３（ａ）ないし図４（ｂ）に示すように、第１無機絶縁粒子１２同士の間隙Ｖを形成しつつ、ネック構造１１を介して第１無機絶縁粒子１２同士を互いに接続させる。具体的には、例えば以下のように行う。

まず、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、第１無機絶縁粒子１２および第１溶剤１９を含む第１スラリー２０を準備し、第１無機絶縁粒子１２を沈降させる。その結果、第１無機絶縁粒子１２同士を互いに近接させるとともに、第１無機絶縁粒子１２同士の間に間隙Ｖを形成することができる。この間隙Ｖは、充填された第１無機絶縁粒子１２同士の間に形成されるため、互いに接続した開気孔となる。なお、図において、第１無機絶縁粒子１２の沈降物を含む領域を沈降領域２１とし、該沈降によって上澄みとなった領域を上澄み領域２２とする。

次に、図４（ａ）に示すように、第１スラリー２０を乾燥させて第１溶剤１９を気化させた後、図４（ｂ）に示すように、第１無機絶縁粒子１２を加熱する。その結果、第１無機絶縁粒子１２同士の近接箇所にて、第１無機絶縁粒子１２を軟化あるいは部分的に溶融させることによって、第１無機絶縁粒子１２同士の間にネック構造１１を形成するとともに、該ネック構造１１を介して第１無機絶縁粒子１２同士を接続させることができる。このように第１無機絶縁粒子１２を部分的に溶融させてネック構造１１を形成していることから、ネック構造１１を介して互いに接続した第１無機絶縁粒子１２が３次元網目状構造をなすため、開気孔である間隙Ｖを良好に維持することができる。このように、本工程にて、開気孔の間隙Ｖを形成することによって、後述する（２）の工程にて、樹脂部材１３を間隙Ｖに良好に配することができる。

一方、本実施形態において、第１スラリー２０の第１無機絶縁粒子１２は、粒径が０．０２μm以上３μm以下に設定されている。その結果、粒径を３μm以下にすることによっ
て、第１無機絶縁粒子１２の加熱温度が低温であってもネック構造１１を形成することができ、ひいては生産性を高くすることができる。さらに、沈降させた第１無機絶縁粒子１２同士の近接箇所を増加させて、加熱をした際に第１無機絶縁粒子１２同士の接続箇所を増加させることができ、ひいては絶縁層９をより低熱膨張かつ高剛性にすることができる。また、粒径を０．０２μm以上にすることによって、沈降時間を短くし、生産性を向上
することができる。

また、第１スラリー２０の第１溶剤１９は、例えばメタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、またはジメチルアセトアミド等の有機溶剤を含むものを使用することができる。なかでも、メタノール、イソプロパノールまたはプロピレングリコールモノメチルエーテルを含むものを使用することが望ましい。その結果、スラリーを均一に塗布することができ、かつ、溶剤を効率良く蒸発させることができる。

また、第１スラリー２０は、第１無機絶縁粒子１２を例えば１０体積％以上７０体積％以下含み、第１溶剤１９を例えば４０体積％以上３０体積％以下含む。

一方、本実施形態において、第１無機絶縁粒子１２の沈降は、静置、遠心分離または電気泳動によって行う。その結果、第１無機絶縁粒子１２を層状に配列しつつ堆積させることによって、沈降領域２１における第１無機絶縁粒子１２の充填密度を高め、第１無機絶縁粒子１２同士をより近接させることができる。それ故、第１無機絶縁粒子１２同士の近接箇所を増加させて、第１無機絶縁粒子１２同士の接続箇所を増加させることができ、ひ
いては絶縁層９をより低熱膨張かつ高剛性にすることができる。

また、第１無機絶縁粒子１２の沈降条件は、時間が例えば1時間以上１２０時間以下に
設定され、温度が例えば１５℃以上３０℃以下に設定されている。また、層状に配列された第１無機絶縁粒子１２は、例えば４００層以上１０００層以下堆積される。

一方、本実施形態において、第１スラリー２０の乾燥は、凍結乾燥（フリーズドライ）によって行う。その結果、凝固して流動性が低下した第１溶剤１９を昇華させるため、液状で流動性の高い溶剤を蒸発させた場合と比較して、第１溶剤１９の気化時における流動を低減することによって、該流動に起因した第１無機絶縁粒子１２の配列破壊を低減することができる。それ故、第１無機絶縁粒子１２の充填密度を良好に維持することができるため、第１無機絶縁粒子１２同士の近接箇所を増加させることができる。

また、第１スラリー２０の乾燥条件は、時間が例えば３０分以上４８時間以下に設定され、温度が例えば４５℃以上７５℃以下に設定されている。

一方、本実施形態において、第１無機絶縁粒子１２の加熱は、第１無機絶縁粒子１２を酸化ケイ素の結晶化開始温度未満の温度で行う。その結果、第１無機絶縁粒子１２に含まれる酸化ケイ素の結晶化を低減することができるため、アモルファス状態の割合を高めるとともに、結晶化に伴う相転移によって生じるクラックを低減できる。ここで、上述した如く、第１無機絶縁粒子１２の粒径が０．０２μm以上３μm以下に設定されていると、酸化ケイ素の結晶化開始温度未満であっても、ネック構造１１を良好に形成することができる。なお、結晶化開始温度は、非晶質の無機絶縁材料が結晶化を開始する温度、すなわち、結晶相領域の体積が増加する温度であり、酸化ケイ素の結晶化開始温度は１３００℃程度である。

さらに、第１無機絶縁粒子１２の加熱温度は、７００℃以上１１００℃以下に設定されていることが望ましい。その結果、第１無機絶縁粒子１２の加熱温度が７００℃以上であることによって、第１無機絶縁粒子１２同士の近接箇所にて第１無機絶縁粒子１２を溶融させることができ、さらに、第１無機絶縁粒子１２の加熱温度が１１００℃以下であることによって、第１無機絶縁粒子１２の溶融を該近接箇所にて制限し、ネック構造１１および間隙Ｖの消失を抑制し、さらには間隙Ｖの閉気孔化を抑制することができる。その結果、開気孔の間隙Ｖを維持しつつ、ネック構造１１を形成することができる。

また、第１無機絶縁粒子１２の加熱条件は、時間が例えば８時間以上７２時間以下に設定され、例えば大気、窒素、アルゴン、真空などの雰囲気で行われる。

なお、第１無機絶縁粒子１２の粒径、沈降条件または加熱条件、あるいは第１スラリー２０の乾燥条件を適宜調節することによって、ネック構造１１の数や体積、間隙Ｖの体積を所望のものとすることができる。例えば、第１無機絶縁粒子１２の加熱温度を高めると、個々のネック構造１１の体積が大きくなり、間隙Ｖの体積が小さくなる。

（２）図５（ａ）ないし（ｃ）に示すように、第１無機絶縁粒子１２同士の間隙Ｖに配された樹脂部材１３を形成し、絶縁層９を形成する。具体的には、例えば以下のように行う。

まず、図５（ａ）に示すように、Ａステージの熱硬化性樹脂を含む液状の樹脂部材前駆体１３ｘを、互いに接続した第１無機絶縁粒子１２上に塗布し、開気孔である間隙Ｖに含浸させる。その結果、樹脂部材前駆体１３ｘを間隙Ｖに配することができる。なお、樹脂部材前駆体１３ｘは、間隙Ｖが微細かつ３次元網目状構造であることから、気化させる必
要のある溶剤を含まないことが望ましい。

次に、図５（ｂ）に示すように、樹脂部材前駆体１３ｘを該熱硬化性樹脂の硬化開始温度以上分解開始温度未満に加熱することによって、樹脂部材前駆体１３ｘを硬化させて樹脂部材１３とする。その結果、間隙Ｖに配された樹脂部材１３ｘを形成することができ、ひいては図５（ｃ）に示した絶縁層９を形成することができる。

ここで、樹脂部材前駆体１３ｘを硬化させる際に、樹脂部材前駆体１３ｘが硬化収縮するため、第２突出部１８および第２凹部１９が形成される。また、間隙Ｖ内においても樹脂部材前駆体１３ｘが硬化収縮するため、微細かつ閉気孔の空隙が形成される。その結果、インターポーザー３に熱が印加された際に樹脂部材１３が熱膨張したとしても、熱膨張した分が該空隙内に収納されるため、該熱膨張に起因した第１無機絶縁粒子１２のクラックを低減することができる。

一方、第２無機絶縁粒子１４は、以下のようにして間隙Ｖに配することができる。

まず、樹脂部材前駆体１３ｘを間隙Ｖに含浸させる前に、金属アルコキシドを含む水溶液を間隙Ｖに含浸させた後、水溶液をアルカリ性の状態としつつ加水分解させることによって、間隙Ｖに第２無機絶縁粒子１４を析出させる。ここで、加水分解をアルカリ性の水溶液で行うことによって、粒子状の第２無機絶縁粒子１４を析出させることができる。次に、上述した如く、樹脂部材前駆体１３ｘを間隙Ｖに含浸させ、樹脂部材前駆体１３ｘを硬化させる。その結果、粒子の目詰まりが起きやすい微細な間隙Ｖに第２無機絶縁粒子１４を良好に配し、樹脂部材１３によって第２無機絶縁粒子１４を被覆させることができる。

（３）図６（ａ）ないし（ｃ）に示すように、樹脂層１０が当接した金属箔７ｘを準備し、該樹脂層１０を介して金属箔７ｘを絶縁層９に接続させることによって、金属箔７ｘが両主面に配された基体６を形成する。具体的には、例えば以下のように行う。

まず、図６（ａ）に示すように、金属箔７ｘの一主面にバーコーター、ダイコーター、カーテンコーターなどを用いて樹脂ワニスを塗布して乾燥させることにより、金属箔７ｘ上に樹脂層１０を形成する。なお、本工程にて形成された樹脂層１０は、例えばＡステージまたはＢステージであり、加熱により所望の硬化状態とされている。

次に、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、樹脂層１０を介して金属箔７ｘを絶縁層９の両主面に配して積層体を形成し、該積層体を加熱加圧する。その結果、基体６を形成することができる。なお、加熱加圧の際に、樹脂層１０は軟化するため、第１突出部１５が樹脂層１０に覆われるとともに、樹脂層１０の一部が第１凹部１６内に充填される。

（４）図７（ａ）ないし図８（ｂ）に示すように、基体６を厚み方向に貫通する貫通導体８を形成し、基体６上に導電層７を形成することによって、インターポーザー３を作製する。具体的には、例えば以下のように行う。

まず、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、基体６の一主面に向かって（照射方向Ｌ）、炭酸ガスレーザーまたはＹＡＧレーザー等のレーザー光を照射することによって、基体６を厚み方向に貫通する貫通孔Ｐを形成する。このように形成された貫通孔Ｐは、基体６の一主面から他主面に向って幅が狭くなる形状となる。このレーザー光照射の際には、基体６の一主面に配された金属箔７ｘは貫通させるが、基体６の他主面に配された金属箔７ｘは貫通させずに残存させ、該金属箔７ｘの一部を貫通孔Ｐ内に露出させる。

次に、図７（ｃ）に示すように、プラズマ処理、あるいは過マンガン酸水溶液を用いて、貫通孔Ｐの内壁に配された樹脂部材１３をエッチングすることによって、第１突出部１５および第１凹部１６を形成する。このように第１突出部１５および第１凹部１６を形成しているため、エッチング条件を調整することによって、容易に第１突出部１５の突出量を調節することができる。なお、樹脂部材１３をエッチングする際には、樹脂材料からなる樹脂層１０もエッチングされる。また、樹脂部材１３は、開気孔である間隙Ｖに充填されているため、第２凹部１８の底部には、樹脂部材１３の一部が配されることとなる。

次に、図８（ａ）に示すように、電気めっき法を用いて、該金属箔７ｘの露出面に導電材料を被着させて、該導電材料を貫通孔Ｐ内に充填することにより、貫通導体８を形成する。なお、導電材料を貫通孔Ｐ内に充填する際に、第２突出部１７が導電材料に覆われるとともに、第２凹部１８内に導電材料が充填される。

次に、図８（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィー技術、エッチング等を用いて、金属箔７ｘをパターニングして導電層７を形成する。

以上のようにして、インターポーザー３を作製することができる。

（実装構造体１の作製）
（５）バンプ４を介してインターポーザー３と電子部品２とを電気的に接続させつつ、インターポーザー３および電子部品２を交互に積層させることによって、図１（ａ）に示した実装構造体１を作製することができる。

本発明は上述した実施形態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において種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。

上述した本発明の実施形態においては、本発明に係る配線基板の例としてインターポーザーを挙げたが、本発明に係る配線基板の例としては、インターポーザー以外にも、例えば、ビルドアップ多層基板またはコア基板のみからなる単層基板も含まれる。なお、ビルドアップ多層基板においては、本発明の絶縁層がコア基板に適用されることが望ましい。その結果、コア基板が低熱膨張率で高弾性率であることから、変形の少ないビルドアップ多層基板を作製することができる。

また、上述した本発明の実施形態においては、インターポーザーと電子部品と交互に積層した構成を例に説明したが、例えば、電子部品と樹脂基板との間にインターポーザーを介在させても構わない。その結果、電子部品と樹脂基板との熱膨張率の差に起因して電子部品のパッドに印加される熱応力をインターポーザーによって低減することができる。特に、ロジック系の半導体素子から電子部品を用いる場合には、電子部品のパッドが微細化されて強度が低下しているため、電子部品と樹脂基板との間にインターポーザーを介在させることが望ましい。

また、上述した本発明の実施形態においては、絶縁層上に樹脂層を形成した構成を例に説明したが、例えば、樹脂層を形成せずに、絶縁層上に直接導電層を形成しても構わない。この場合、絶縁層の主面に配された第１無機絶縁粒子からなる突出部（第３突出部）は、導電層に覆われており、第突出部の間の凹部（第３凹部）内には、導電層の一部が配されている。ここで、（４）の工程にて、貫通孔Ｐの内壁に配された樹脂部材をエッチングする際に、絶縁層の主面に配された樹脂部材もエッチングされるため、第３突出部の突出量は、第１突出部よりも大きくなる。なお、絶縁層上に直接導電層を形成するためには、（２）の工程の後、（３）の工程を行わずに、（４）の工程にて、無電解めっき法、電気めっき法、スパッタ法または蒸着法等を用いた、サブトラクティブ法、セミアディティブ
法またはフルアディティブ法によって導電層を形成すればよい。

上述した本発明の実施形態においては、（１）の工程にて、第１スラリーにて第１無機絶縁粒子を沈降させ、溶剤を気化させた後、第１無機絶縁粒子を加熱して互いに接続させた製造方法を例に説明したが、例えば、以下の方法で第１無機絶縁粒子を互いに接続させても構わない。

まず、第１無機絶縁粒子と第２溶剤とバインダとを含むスラリー（第２スラリー）を準備し、スプレードライヤーを用いて、第２溶剤を蒸発させつつ複数の第１無機絶縁粒子からなる顆粒を造粒する。次に、顆粒を金型に充填して加圧した後、加熱することによって、第１無機絶縁粒子を互いに接続させることができる。このように第１無機絶縁粒子を互いに接続させることによって、成型時間を短縮することができる。なお、バインダとしては、アクリル樹脂またはポリエチレングリコール樹脂等を用いることができる。

また、上述した本発明の実施形態においては、（１）の工程にて、凍結乾燥によってスラリーを乾燥させた製造方法を例に説明したが、加圧乾燥（オートクレーブ）によってスラリーを乾燥させても構わない。この場合、乾燥時間を短縮することができる。

また、上述した本発明の実施形態においては、（４）の工程にて、電気めっき法を用いて、貫通孔内に露出した銅箔に導電材料を被着させて、貫通孔内に導電材料を充填する製造方法を例に説明したが、例えば、無電解めっき法、スパッタ法または蒸着法等を用いて、導電材料を貫通孔内壁に被着させて下地層を形成した後、電気めっき法を用いて、該下地層に導電材料を被着させて貫通孔内に導電材料を充填しても構わない。この場合、（３）の工程にて、基体に貫通孔を形成する際に、基体の両主面に配された金属箔を貫通させることが望ましい。

また、上述した本発明の実施形態においては、（４）の工程にて、金属箔をパターニングして導電層を形成する製造方法を例に説明したが、例えば、金属箔を除去した後、無電解めっき法、電気めっき法、スパッタ法または蒸着法等を用いた、サブトラクティブ法、セミアディティブ法またはフルアディティブ法によって導電層を形成しても構わない。

１ 実装構造体
２ 電子部品
３ インターポーザー
４ バンプ
５ 貫通電極
６ 基体
７ 導電層
７ｘ 金属箔
８ 貫通導体
９ 絶縁層
１０ 樹脂層
１１ ネック構造
１２ 第１無機絶縁粒子
１３ 樹脂部材
１３ｘ 樹脂部材前駆体
１４ 第２無機絶縁粒子
１５ 第１突出部
１６ 第１凹部
１７ 第２突出部
１８ 第２凹部
１９ 溶剤
２０ スラリー
２１ 沈降領域
２２ 上澄み領域
Ｖ 間隙
Ｐ 貫通孔
Ｃ 仮想円
Ｌ 照射方向

Claims (11)

1. ネック構造を介して互いに接続した複数の第１無機絶縁粒子と、該複数の第１無機絶縁粒子同士の間隙に配された樹脂部材とを有する絶縁層を備えたことを特徴とする配線基板。
2. 請求項１に記載の配線基板において、
   前記絶縁層を厚み方向に貫通する貫通孔に配された貫通導体をさらに備え、
   前記絶縁層は、前記貫通孔の内壁に前記第１無機絶縁粒子からなる第１突出部を有し、
   該第１突出部は、前記貫通導体に覆われていることを特徴とする配線基板。
3. 請求項１に記載の配線基板において、
   前記絶縁層上に配された樹脂層と、該樹脂層の前記絶縁層とは反対側の主面上に配された導電層とをさらに備えたことを特徴とする配線基板。
4. 請求項３に記載の配線基板において、
   前記樹脂部材は、前記樹脂層よりも熱膨張率が小さく、
   前記樹脂層は、前記樹脂部材よりもヤング率が小さいことを特徴とする配線基板。
5. 請求項３に記載の配線基板において、
   前記樹脂部材は、シラノール基を有する樹脂材料を含むことを特徴とする配線基板。
6. 請求項３に記載の配線基板において、
   前記絶縁層は、前記樹脂層側の主面に前記第１無機絶縁粒子からなる第２突出部を有し、該第２突出部は、前記樹脂層に覆われていることを特徴とする配線基板。
7. 請求項１に記載の配線基板において、
   前記絶縁層上に配された導電層をさらに備え、
   前記絶縁層は、前記導電層側の主面に前記第１無機絶縁粒子からなる第３突出部を有し、該第３突出部は、前記導電層に覆われていることを特徴とする配線基板。
8. 請求項１に記載の配線基板において、
   前記絶縁層は、前記間隙にて前記樹脂部材に被覆された、前記第１無機絶縁粒子よりも粒径の小さい第２無機絶縁粒子をさらに備えたことを特徴とする配線基板。
9. 請求項１に記載の配線基板において、
   前記第１無機絶縁粒子は、アモルファス状態の酸化ケイ素を含有することを特徴とする配線基板。
10. 請求項９に記載の配線基板において、
    前記第１無機絶縁粒子の粒径は、０．０２μｍ以上３μｍであることを特徴とする配線基板。
11. 請求項１に記載の配線基板と、該配線基板に実装された電子部品とを備えたことを特徴とする実装構造体。

Images