JP2012182437A - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な高周波特性を保ちつつ、導体層と絶縁層との高い密着信頼性を確保し得る高周波用途の配線基板を実現することを目的とする。
【解決手段】配線基板１０は、コア材２０の上下の積層部に絶縁層と導体層とを交互に積層形成してなり、積層部の導体層のうちの信号配線層４２、４３に対して表面改質処理としてのシランカップリング処理が施されており、各々の信号配線ＳＬは平坦面を有する。一方、積層部の他の導体層４０、４１、４４、４５に対して粗化処理が施され、その表面が粗化面となっている。このような構造により、配線基板１０の信号配線層４２、４３に高周波信号を伝送する際、信号配線ＳＬが平坦面を有するので、表皮効果の影響による導体損失の増加を防止できるとともに、シランカップリング処理による化学結合で絶縁層３２、３３との間の密着信頼性を十分に確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁層と導体層とを交互に積層形成してなる積層部を備えた多層の配線基板に関し、特に、高周波信号の伝送に適した配線基板に関するものである。

従来から、半導体チップ等を搭載するパッケージとして、コア材の両側に絶縁層と導体層とを交互に積層した積層部を備えた配線基板が広く用いられている。このような構造を有する配線基板の製造工程においては、銅などの金属からなる導体層と樹脂からなる絶縁層との間を十分に密着させて積層する必要がある。導体層と絶縁層との間の十分な密着性が確保されないと、例えばリフロー時の加熱によって、導体層と絶縁層との間に界面における部分的な膨れや剥離などの不具合を生じる要因となる。このような不具合を防止するために、従来から、配線基板の製造時に導体層と絶縁層との密着界面に処理を施して密着信頼性を向上させるための様々な手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。通常、導体層に電源電圧やグランド電位に接続されるベタ状の導体パターンを形成する場合には、密着信頼性に関わる問題が顕著になるため、例えば、導体層の表面に粗化処理を施すことが有効な対策になる。すなわち、導体層の表面をエッチング等によって粗化することにより、表面に形成される微細な凹凸よってアンカー効果が得られるので、導体層と絶縁層の密着信頼性を向上させることができる。

特開２０１０−１０９３０８号公報

近年、各種回路システムにおける高速動作を実現するために、高周波信号を伝送可能な配線基板が要求されている。一般に、配線基板の導体層に高周波信号を伝送させる場合は、導体表面の近傍に電流が集中する表皮効果が生じ、周波数が高くなるほど表皮効果の影響によって導体損失が増加していく。そして、上述したように導体層の表面に粗化処理を施した場合は、表皮効果により電流が導体表面の凹凸部分を集中的に流れることになるので導体損失の増加が顕著になる。これにより、配線基板に高周波信号を伝送するときの伝送性能が低下し、所望の高周波用途への適用に支障を来すという問題があった。一方、表皮効果の影響による性能上の問題を緩和するために、配線基板の製造時に各導体層の表面を粗化せずに平坦な表面を保つことも考えられるが、この場合は上述したように密着信頼性が保てなくなって製造時の不具合が避けられないため、現実的な対策ではない。以上のように、従来の配線基板の構造では、高周波信号を伝送させる際、良好な高周波特性と製造時の密着信頼性の確保を両立することが困難であることが問題であった。

本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、高周波信号を伝送可能な配線基板において、表皮効果の影響による導体損失の増加を防止して良好な高周波特性を保ちつつ、高い密着信頼性を確保可能な構造を実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の配線基板は、絶縁層及び導体層を交互に積層形成してなる積層部を備えた配線基板であって、前記積層部の前記導体層のうち、信号が伝送される少なくとも１層の信号配線層は表面改質処理が施された平坦面を有し、前記積層部の前記導体層のうち、前記信号配線層以外の各導体層は粗化された粗化面を有することを特徴としている。

本発明の配線基板によれば、配線基板のうち、信号配線層以外の各導体層は粗化処理を施した粗化面を有するのに対し、信号配線層は粗化処理に代わって表面改質処理を施した平坦面を有している。このような構造により、絶縁層と導体層を交互に積層した積層部において、信号配線層以外の導体層に対して粗化処理を施すことで、その表面の凹凸のアンカー効果によって絶縁層との密着性が保たれるとともに、信号配線層に対して適切な表面改質処理を施すことで、その表面と絶縁層との化学結合によって密着性が保たれる。そのため、配線基板の加熱時に、各導体層の表面の膨れや剥がれなどの不具合を防止することができる。また、信号配線層に高周波信号用の導体パターンを形成した場合であっても、表皮効果によって、電流は凹凸がない平坦な導体表面に集中するので導体損失が抑制され、良好な高周波特性を保つことができる。

前記信号配線層に施す代表的な表面改質処理として、例えば、シランカップリング剤を用いたシランカップリング処理を挙げることができる。シランカップリング剤は、有機物と反応する有機官能基を持つ有機ケイ素化合物である。信号配線層にシランカップリング処理を施す場合は、シランカップリング剤を信号配線層の導体表面に所定の厚みで塗布し、この状態で上部に樹脂を積層する。その結果、シランカップリング剤の有機官能基が樹脂材料の有機官能基と反応し、導体表面に化学結合が生じて改質され、信号配線層と絶縁層とを両者の界面で接着することができる。シランカップリング剤の調整方法や添加物は特に制約されず、処理条件に応じて適宜に選択することができる。

前記信号配線層は多様な構造で形成することができる。例えば、前記信号配線層の断面構造に関しては、厚さ方向において、当該信号配線層に隣接する一方の前記絶縁層と接する表面は前記平坦面にすることなく、それ以外の表面を前記平坦面としてもよい。この場合、平坦面とする表面には、前記信号配線層に隣接する他方の前記絶縁層に接する表面が挙げられ、この表面には、前記信号配線層に形成される各導体パターンの両側の側面を含めてもよい。これにより、高周波信号を伝送する導体パターンの各表面（通常は四方の表面）のうち１つの表面が粗化面であっても、その他の表面に表面改質処理が施されるので、表皮効果の影響による高周波特性の劣化防止の効果を損なうことはなく、かつ配線基板の製造工程において表面改質工程を簡素化することができる。

前記信号配線層の寸法条件に関しては、特に制約されないが、少なくとも前記平坦面の表面粗さＲａを０．１μｍより小さく設定し、前記信号配線層以外の各導体層の前記粗化面の表面粗さＲａを０．１μｍ以上に設定することが好ましい。この場合、前記平坦面の表面粗さＲａについては、実質的に０μｍとみなせる程度に小さく設定することが特に望ましい。

本発明の配線基板において、前記信号配線層に隣接する前記絶縁層は、他の前記絶縁層に比べて比誘電率が小さい材料を用いて形成してもよい。これにより、信号配線の周囲に、高周波特性の良好な低誘電率の材料を配置した状態で高周波信号が伝送されるので、上記表面改質処理の効果と相まって、より一層高周波特性を向上させることができる。なお、絶縁層の材料の比誘電率を小さくする場合に加えて、絶縁層の材料のｔａｎδ（誘電正接）を小さくする場合であっても同様の効果を期待することができる。

本発明の配線基板は、多様な構造によって構成することができる。例えば、配線基板にコア材を設け、前記コア材の両面側に形成される前記積層部に、第１及び第２の前記信号配線層が前記コア材を挟んで配置されるような構造としてもよい。例えば、コア材の一方の面側の積層部の所定層に信号配線層を形成し、コア材の他方の面側の積層部の所定層に前記信号配線層と対称的な配置となる信号配線層を形成してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の配線基板の他の態様は、絶縁層及び導体層を交互に積層形成してなる積層部を備えた配線基板であって、前記積層部の前記導体層のうち、信号が伝送される少なくとも１層の信号配線層を含む１又は複数の第１導体層は表面改質処理が施された非粗化面を有し、前記積層部の前記導体層のうち、前記第１導体層以外の各導体層は粗化された粗化面を有し、前記第１導体層の断面形状は、上部表面のうちの中央部が外縁部よりも上方に突出した曲線部分を含むことを特徴としている。

本発明の配線基板の他の態様によれば、第１導体層の断面形状は、中央部が上方に突出するように丸みを持たせて形成されるので、断面形状の角部に集中しやすい応力を緩和することができ、これにより角部の近傍における樹脂クラック等の不具合を確実に防止することができる。

本発明の配線基板を製造する方法の一例は、前記積層部の第１の絶縁層の表面に、信号が伝送される信号配線層となる導体層を形成する第１の導体層形成工程と、前記信号配線層となる導体層に表面改質処理を施し平坦面を形成する表面改質工程と、前記信号配線層の上部を覆う第２の絶縁層を形成する第２の絶縁層形成工程と、前記積層部の前記信号配線以外の各導体層を形成する第２の導体層形成工程と、前記信号配線層以外の各導体層の表面に粗化処理を施す粗化工程と、を順次実行すればよい。この場合、前記表面改質工程では、シランカップリング剤を用いたシランカップリング処理を施し、前記平坦面を形成することが好ましい。

また、本発明の配線基板を製造する方法の他の例は、絶縁層及び導体層を交互に積層形成してなる積層部を備えた配線基板の製造方法であって、前記積層部の第１の絶縁層の表面に、信号が伝送される信号配線層を含む第１導体層を形成する第１の導体層形成工程と、前記第１導体層に表面改質処理を施し、非粗化面を形成する表面改質工程と、前記第１導体層の上部表面を覆う第２の絶縁層を形成する第２の絶縁層形成工程と、前記積層部の前記第１導体層以外の導体層を形成する第２の導体層形成工程と、前記第１導体層以外の各導体層の表面に粗化処理を施す粗化工程とを順次実行し、前記第１の導体層形成工程において、前記第１の絶縁層の表面上に硫酸銅を用いた電解銅めっきを施して、断面形状が上部表面のうちの中央部が外縁部よりも上方に突出した曲線部分を含む前記第１導体層を形成するめっき工程を実行すればよい。

以上述べたように、本発明によれば、高周波信号を伝送可能な配線基板において、積層部の信号配線層に対して表面改質処理を施して平坦面を形成する一方、他の導体層に粗化処理を施して粗化面を形成するようにしたので、信号配線層に高周波信号を伝送させる際、表皮効果によって導体表面に集中する電流は凹凸部分を流れることなく平坦な表面を流れることになる。そのため、信号配線層における導体損失の増加を防止することができ、高周波信号の伝送特性の向上を図ることができる。また、信号配線層に施した表面改質処理によって絶縁層との間の密着信頼性を確保できるとともに、その他の導体層は粗化面のアンカー効果によって絶縁層との間の密着信頼性を確保できるので、導体層と絶縁層との界面における膨れや剥離などの不具合を確実に防止することが可能となる。さらに、積層部の信号配線層を含む第１導体層の断面形状を、上部表面のうちの中央部が外縁部よりも上方に突出した曲面形状（所謂かまぼこ形状）で形成することにより、角部への応力集中に起因する樹脂クラック等を防止して、配線基板の信頼性を高めることが可能となる。

第１実施形態の配線基板の概略の断面構造図を示す図である。 図１の断面構造のうち、信号配線層の１本の信号配線を含む部分的な領域の構造を模式的に示した拡大図である 第１実施形態の配線基板の製造方法を説明する第１の断面構造図である。 第１実施形態の配線基板の製造方法を説明する第２の断面構造図である。 第１実施形態の配線基板の製造方法を説明する第３の断面構造図である。 第１実施形態の配線基板の製造方法を説明する第４の断面構造図である。 第１実施形態の配線基板の製造方法を説明する第５の断面構造図である。 第１実施形態の配線基板において、信号配線層に対するシミュレーションによる高周波信号の伝送特性の評価結果を示す図である。 図８のシミュレーションを実行する際の信号配線のモデルを表す図である。 信号配線層の隣接する２本の信号配線に対し、粗化処理を施したときの断面部分の顕微鏡撮影画像を比較例として示す図である。 図１０と同様の範囲内の２本の信号配線に対し、第１実施形態のシランカップリング処理を施したときの断面部分の顕微鏡撮影画像を示す図である。 第２実施形態の配線基板の概略の断面構造図を示す図である。 図１２の断面構造のうち、信号配線層の１本の信号配線を含む部分的な領域の構造を模式的に示した拡大図である。 第２実施形態において、硫酸銅を用いた電解銅めっきの作用について説明する図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下では、本発明を適用した２つの実施形態について説明するが、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。

［第１実施形態］
第１実施形態では、本発明を具体化した配線基板の構造の一例について説明する。図１は、第１実施形態の配線基板１０の概略の断面構造図を示している。図１に示すように、配線基板１０は、全体を支持する平板状のコア材２０を配置するとともに、それぞれ絶縁層及び導体層を交互に積層形成した積層部をコア材２０の両面側に配置した構造を有している。第１実施形態の配線基板１０は、例えば、半導体チップ等の部品を載置して外部の基材に接続するためのパッケージとして用いられる。

コア材２０は、例えばガラス繊維を含んだエポキシ樹脂によって形成される。コア材２０の上面には導体層４０が形成されるとともに、コア材２０の下面には導体層４１が形成され、それぞれの導体層４０、４１には電源電圧やグランド電位などの固定電位に接続されるベタ状の導体パターンが形成されている。このような構造のコア材２０としては、例えば、両面銅張り積層板を用いることができる。

コア材２０の導体層４０の上面側には、絶縁層３０、３２、３４及びソルダーレジスト層３６がこの順に積層形成されている。また、コア材２０の導体層４１の下面側には、絶縁層３１、３３、３５及びソルダーレジスト層３７がこの順に積層形成されている。一方、コア材２０と、その上下の導体層４０、４１及び絶縁層３０、３１には所定箇所を積層方向に貫通するスルーホール導体２１が形成されている。スルーホール導体２１の内部は、例えばガラスエポキシ等からなる閉塞体２２で埋められている。なお、図１では、１個のスルーホール導体２１を示しているが、コア材２０の各部に複数のスルーホール導体２１を形成してもよい。

絶縁層３０の表面には導体層である信号配線層４２が形成されている。この信号配線層４２には高周波信号を伝送する信号配線用の多数の信号配線ＳＬが形成されている。また、絶縁層３１の表面には導体層である信号配線層４３が形成されている。この信号配線層４３は、上述の信号配線層４２と同様の構造を有する。また、スルーホール導体２１の上端及び下端が、信号配線層４２、４３のそれぞれの導体パターンに接続されている。第１実施形態の配線基板１０の特徴は、高周波特性と密着信頼性との両立を図るべく、信号配線層４２、４３にシランカップリング処理を施して平坦面を形成する点にあるが、具体的な構造と作用については後述する。

絶縁層３２の表面には導体層４４が形成されるとともに、絶縁層３３の表面には導体層４５が形成されている。これらの導体層４４、４５には電源電圧やグランド電位などの固定電位に接続されるベタ状の導体パターンが形成されている。さらに、絶縁層３４の表面には複数の端子パッド４６が形成され、ソルダーレジスト層３６の複数個所が開口されて複数の端子パッド４６が露出している。一方、絶縁層３５の表面には、比較的サイズが大きい複数の端子パッド４７が形成され、ソルダーレジスト層３７の複数個所が開口されて複数の端子パッド４７が露出している。

絶縁層３２の所定箇所には、信号配線層４２と導体層４４とを積層方向に接続導通するビア導体５０が設けられている。また、絶縁層３４の所定箇所には、導体層４４と端子パッド４６とを積層方向に接続導通するビア導体５２が設けられている。同様に、他方の絶縁層３３、３５には、上記ビア導体５０、５２に対応するビア導体５１、５３がそれぞれ設けられている。なお、図１では、ビア導体５０〜５３を各１個ずつ示しているが、それぞれの個数は特に制約されず、ビア導体５０〜５３をそれぞれ複数設けてもよい。

図１において、例えば、配線基板１０を介して半導体チップを外部基材に接続する場合は、上方の複数の端子パッド４６に半導体チップの複数のパッドを接合し、下方の複数の端子パッド４７に、例えば複数の半田ボールを介して外部基材を接合すればよい。この場合、図１の断面構造では、複数の端子パッド４６、ビア導体５２、導体層４４、ビア導体５０、信号配線層４２、スルーホール導体２１、信号配線層４３、ビア導体５１、導体層４５、ビア導体５３、複数の端子パッド４７を経由して、半導体チップと外部基材との間の電気的接続が可能となる。

次に、第１実施形態の配線基板１０において信号配線層４２の具体的な構造と作用について説明する。図２は、図１の断面構造のうち、信号配線層４２の１本の信号配線ＳＬを含む部分的な領域Ｒ１の構造を模式的に示した拡大図である。なお、図１の下側の信号配線層４３に関しては、上側の信号配線層４２と同様の構造であるため、説明を省略する。図２に示す信号配線ＳＬは延伸方向に垂直な断面において略矩形状をなし、底面Ｓ１、上面Ｓ２、両側の側面Ｓ３、Ｓ４囲まれた形状に形成されている。また、信号配線ＳＬの底面Ｓ１は下側の絶縁層３０に接し、上面Ｓ２及び側面Ｓ３、Ｓ４は上側の絶縁層３２に接している。また、信号配線ＳＬの下方には、絶縁層３０を挟んでコア材２０の導体層４０が配置され、信号配線ＳＬの上方には、絶縁層３２を挟んで導体層４４が配置されている。

図２に示すように、信号配線ＳＬの各面のうち、底面Ｓ１は粗化された粗化面となっているが、上面Ｓ２及び側面Ｓ３、Ｓ４は粗化されていない平坦面となっている。底面Ｓ１の粗化面は、絶縁層３０を形成してから、その表面を粗化した後に無電解めっきを施す結果、形成されるものである。これにより、信号配線層４２をパターニングしたとき、絶縁層３０との密着性が確保される。一方、上面Ｓ２及び側面Ｓ３、Ｓ４の各平坦面に対しては、信号配線層４２の上部に絶縁層３２を形成するのに先立って、パターニングされた状態の信号配線層４２に対し、シランカップリング剤を用いたシランカップリング処理が施される。このシランカップリング処理は、高周波信号に対する表皮効果の影響による導体損失の増加への対策として、粗化処理を行うことなく平坦面を保ちながら、信号配線層４２と絶縁層３２との密着信頼性を確保するための表面改質処理の一例である。

シランカップリング剤は、一分子中に有機官能基を持つ有機ケイ素化合物であり、有機物である樹脂材料と無機物である金属材料とを化学結合によって結びつけることができる。そして、シランカップリング処理に際しては、図２の信号配線ＳＬの上面Ｓ２及び側面Ｓ３、Ｓ４に、例えばＳｎめっきを施した後にシランカップリング剤を塗布した状態で、絶縁層３２を形成すればよい。このようにシランカップリング処理を施すことで、信号配線層４２と絶縁層３２との界面において、上述の化学結合によって高い密着性を確保することができる。このような高い密着性を確保することにより、信号配線層４２が例えばリフロー時に加熱されたとしても、部分的な表面の膨れや剥離などの不具合を有効に防止することが可能となる。

一方、図２の信号配線ＳＬに高周波信号が伝送される際に流れる電流は、表皮効果によって導体表面の近傍に集中する。しかし、信号配線ＳＬの上面Ｓ２及び側面Ｓ３、Ｓ４がいずれも平坦面であり、粗化面のような凹凸部分が存在しないため、表皮効果の影響による導体損失は小さくて済む。ここで、信号配線ＳＬの底面Ｓ１のみが粗化面であるが、信号配線ＳＬを囲む４面のうち１面のみが粗化面で他の３面が平坦面であるため、表皮効果による導体損失の増加を抑制することができる。ただし、図２の断面構造には限らず、信号配線ＳＬを囲む４面全てに対して表面改質処理を施した平坦面を形成してもよい。

信号配線層４２の各信号配線ＳＬの平坦面の表面粗さＲａを少なくとも０．１μｍより小さく設定することが好ましい。特に、各信号配線ＳＬの平坦面の表面粗さＲａを極力０に近い値に設定することが好ましく、これにより高周波信号の伝送性能を十分に高めることができる。これに対し、図２に示すように、信号配線層４２の上下に配置される導体層４０、４４のそれぞれの表面は、粗化処理が施された粗化面となっている。すなわち、導体層４０、４４のそれぞれの表面の粒界領域をエッチングすることで、粗化面が形成されている。これらの粗化面の表面粗さＲａは、例えば１μｍ程度となっている。このような粗化処理によりアンカー効果を得ることで、導体層４０、４４と絶縁層３０、３２、３４との密着性が確保される。なお、導体層４０、４４と絶縁層３０、３２、３４との密着性を確保すべく、導体層４０、４４の粗化面の表面粗さＲａを少なくとも０．１μｍ以上かつ１μｍ以下に設定することが好ましい。

また、信号配線層４２の上部の絶縁層３２は、その上下の絶縁層３０、３４と同じ材料を用いる場合に限らず、異なる材料を用いて形成してもよい。具体的には、絶縁層３２の材料として、他の絶縁層３０、３４に比べて、ｔａｎδ（誘電正接）が小さく、誘電率（比誘電率）が小さい材料を用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁層３２を形成することにより、信号配線層４２の導体損失が一層低下し、高周波特性の更なる向上が可能となる。なお、導体層４０、４４については、上述したように電源電圧やグランド電位などの固定電位に接続されるベタ状の導体パターンが形成されるので、ｔａｎδ及び誘電率が比較的大きい材料を用いたとしても、高周波特性への影響は小さくなる。

次に、第１実施形態の配線基板１０の製造方法について、図３〜図７を参照して説明する。まず、図３に示すように、両面に銅箔が貼着された平板状のコア材２０を用意する。このコア材２０は、例えばガラス繊維を含んだ樹脂からなり、高い剛性を有している。通常、複数の配線基板１０を多数個取りすべく、例えば、一辺が３００ｍｍ程度の正方形の平面形状のコア材２０が用いられる。なお、図３〜図７では、簡単のため多数個取りの構造は図示せず、１個の配線基板１０に対応する構造のみを図示している。

次に図４に示すように、コア材２０の上下の各銅箔に対し、例えばサブトラクティブ法を用いて導体層４０、４１をそれぞれパターニングする。そして、導体層４０、４１の表面を、粗化薬剤を用いて所望の表面粗さＲａとなるまでエッチングを行うことにより粗化する。続いて、導体層４０、４１の粗化された表面に、それぞれエポキシ樹脂を主成分とするフィルム状絶縁樹脂材料を積層した後に硬化させることで、絶縁層３０、３１を形成する。

次に図５に示すように、ドリル機を用いた孔あけ加工により、スルーホール導体２１の形成位置に、コア材２０及び絶縁層３０、３１を貫く貫通孔を形成した後、この貫通孔に対して無電解銅めっき及び電解銅めっきを施すことによりスルーホール導体２１を形成する。そして、スルーホール導体２１の空洞部にエポキシ樹脂を主成分とするペーストを印刷した後、硬化することにより閉塞体２２を形成する。一方、絶縁層３０、３１の表面に所望の表面粗さＲａとなるよう粗化処理を施す。次に、絶縁層３０、３１の粗化された表面に、無電解銅めっきを施した後に電解銅めっきを施すことにより銅めっき層を形成し、例えばセミアディティブ法を用いて信号配線層４２、４３をそれぞれパターニングする。そして、信号配線層４２、４３に対し、その表面にＳｎめっきを施してＳｎめっき層を形成した後に、上述したようにシランカップリング剤を用いたシランカップリング処理を施す。その結果、図２に示すように、信号配線層４２、４３の各々の信号配線ＳＬのうち、底面Ｓ１を除き、上面Ｓ２及び側面Ｓ３、Ｓ４は、表面粗さＲａが限りなく小さい平坦面の状態になる。

次に図６に示すように、絶縁層３０、３１及びその表面の信号配線層４２、４３の平坦面に、それぞれエポキシ樹脂を主成分とするフィルム状絶縁樹脂材料を積層した後に硬化させることで、絶縁層３２、３３を形成する。絶縁層３２、３３は、上述したように、信号配線層４２、４３の導体損失を一層低下させるために、絶縁層３０、３１に比べてｔａｎδと比誘電率が小さい材料を用いて形成される。

次に図７に示すように、絶縁層３２、３３の所定位置にレーザー加工を施してビアホールを形成し、その中のスミアを除去するデスミア処理を施した後、ビアホール内にビア導体５０、５１を形成する。続いて、絶縁層３２、３３の表面に無電解銅めっきを施した後に電解銅めっきを施すことにより銅めっき層を形成し、例えばセミアディティブ法を用いて導体層４４、４５をそれぞれパターニングする。そして、導体層４４、４５の表面を、粗化薬剤を用いて所望の表面粗さＲａとなるまでエッチングを行うことにより粗化する。

次に図１に戻って、導体層４４、４５の粗化された表面に、それぞれエポキシ樹脂を主成分とするフィルム状絶縁樹脂材料を積層した後に硬化させることで、絶縁層３４、３５を形成する。そして、絶縁層３４、３５に、上述のビア導体５０、５１と同様の手法で、ビア導体５２、５３を形成する。続いて、絶縁層３４、３５の表面に無電解銅めっきを施した後に電解銅めっきを施すことにより銅めっき層を形成し、例えばセミアディティブ法を用いて、上部の複数の端子パッド４６と下部の複数の端子パッド４７をそれぞれパターニングする。続いて、絶縁層３４の上面と絶縁層３５の下面に、それぞれ感光性エポキシ樹脂を塗布して硬化させることにより、ソルダーレジスト層３６、３７を形成する。その後、上部のソルダーレジスト層３６に開口部をパターニングするとともに、下部のソルダーレジスト層３７に開口部をパターニングする。以上の手順により、図１に示す配線基板１０が完成する。

以下、図８及び図９を参照して、第１実施形態の配線基板１０の信号配線層４２、４３において、高周波信号の伝送特性に関する具体的な効果について説明する。図８は、本実施形態の配線基板１０において、信号配線層４２、４３の信号配線ＳＬに対するシミュレーションによる高周波信号の伝送特性の評価結果を示している。また、図９は、図８のシミュレーションを実行する際の信号配線ＳＬのモデルを表している。図８においては、信号配線ＳＬの伝送損失の周波数特性を評価するに際し、絶縁材料として２通りの異なる材料Ａ、Ｂを想定するとともに、表面処理として従来の粗化処理と第１実施形態のシランカップリング処理の２通りを想定し、これらを組み合わせた４通りの特性Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を求め、それぞれのグラフを比較している。

図９（Ａ）にモデル化して示すように、シミュレーションの寸法条件としては、信号配線ＳＬとその周囲を取り囲む絶縁層とを含む領域であって、平面視で長さＬかつ幅Ｗの領域を想定する。また、図９（Ｂ）に示すように、図９（Ａ）の任意の断面において、幅Ｗ１かつ厚さＴ１の信号配線ＳＬは、その周囲を絶縁層Ｌ１により取り囲まれるとともに、絶縁層Ｌ１の上層及び下層には導体層Ｌ２、Ｌ３が形成されている。信号配線ＳＬと導体層Ｌ２、Ｌ３はそれぞれ厚さＴ２、Ｔ３を介して対向しているので、絶縁層Ｌ１の厚さはＴ１＋Ｔ２＋Ｔ３となる。なお、上下の導体層Ｌ２、Ｌ３は、グランド配線に接続されるものとする。

下記の表１には、図８の具体的なシミュレーションの条件を示している。

表１において、図９に対応する寸法条件として、Ｌ＝５ｍｍ、Ｗ＝０．６ｍｍ、Ｗ１＝３２μｍ、Ｔ１＝１５μｍ、Ｔ２＝Ｔ３＝３３μｍに設定した。また、伝送信号の周波数は１０〜５０ＧＨｚの範囲とし、伝送線路の特性インピーダンスＺｏは５０Ωとした。また、信号配線ＳＬの表面粗さＲａについては、粗化処理を適用した特性Ｃ１、Ｃ２ではＲａ＝０．８μｍ、シランカップリング処理を適用した特性Ｃ３、Ｃ４ではＲａ＝０．０４μｍにそれぞれ設定した。また、絶縁層Ｌ１のｔａｎδ（誘電正接）については、特性Ｃ１、Ｃ３の材料Ａでは０．０１９、特性Ｃ２、Ｃ４の材料Ｂでは０．００７にそれぞれ設定した。なお、信号配線ＳＬの材料は、導電率０．５（Ｓ／ｍ）の銅からなることを前提とする。

図８に示すように、表１の条件の下で伝送特性のシミュレーションを行った結果、周波数範囲１０〜５０ＧＨｚにおける伝送損失（ＳパラメータＳ２１）は、特性Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の順に減少していくことが示された。すなわち、粗化処理を適用する場合の特性Ｃ１、Ｃ２に比べ、第１実施形態のシランカップリング処理を適用する場合の特性Ｃ３、Ｃ４の方が良好な高周波特性を得られることが確認された。一方、特性Ｃ１とＣ３、あるいは特性Ｃ２とＣ４を比べれば明らかなように、信号配線ＳＬを取り囲む絶縁層Ｌ１に関し、ｔａｎδが大きい材料Ａに比べ、ｔａｎδが小さい材料Ｂの方が良好な高周波特性を得られることが確認された。ただし、ｔａｎδが大きい材料Ａを用いる場合であっても、第１実施形態のシランカップリング処理を適用すれば（特性Ｃ３）十分な高周波特性を見込めることから、本発明の効果を得られることは当然である。

次に、第１実施形態の信号配線ＳＬの具体的な構造例について説明する。図１０は、第１実施形態との比較のため、信号配線層４２（４３）のうちの隣接する２本の信号配線ＳＬに対し、シランカップリング処理に代わって粗化処理を施したときの断面部分の顕微鏡撮影画像を比較例として示している。一方、図１１は、図１０と同様の範囲内の２本の信号配線ＳＬに対し、第１実施形態のシランカップリング処理を施したときの断面部分の顕微鏡撮影画像を示している。図１０及び図１１から明らかなように、第１実施形態の信号配線ＳＬは、図２に示す上面Ｓ２及び側面Ｓ３、Ｓ４と同様に平坦面が形成された状態になっている。そして、図１０及び図１１のそれぞれの構造について、配線基板１０のリフロー耐久試験を実施したところ、信号配線層４２（４３）の部分的な膨れや剥離などの不具合は同程度であることが確認された。

［第２実施形態］
第２実施形態では、本発明を具体化した配線基板の構造の他の例について説明する。図１２は、第２実施形態の配線基板１０ａの概略の断面構造図を示している。第２実施形態の配線基板１０ａは、図１に示す第１実施形態の配線基板１０とほぼ共通の断面構造を有しているが、信号配線層４２に形成された信号配線ＳＬａの断面構造が異なっている。図１２において、信号配線ＳＬａ以外の構造については、第１実施形態と同様であるため説明を省略するものとし、以下では主に異なる点について説明する。図１３は、図１２の断面構造のうち、信号配線層４２の１本の信号配線ＳＬａを含む部分的な領域Ｒ１（図１の領域Ｒ１と同じ位置）の構造を模式的に示した拡大図である。

図１３において、上下の絶縁層３０、３２及び上下の導体層４０、４４のそれぞれの構造と配置については、第１実施形態の図２と同様である。また、信号配線ＳＬａの各面のうち、底面Ｓ１が粗化されており、上面Ｓ２ａ及び側面Ｓ３、Ｓ４が粗化されていない点についても、第１実施形態と同様である。一方、図１３に示すように、第２実施形態においては、信号配線ＳＬａの上面Ｓ２ａが図２のような直線状ではなく、中央部が外縁部よりも上方に突出した曲線状（所謂かまぼこ形状）の断面構造を有している。つまり、信号配線ＳＬａの厚さは、外縁部に比べて中央部の方が厚くなっている。なお、第２実施形態において、側面Ｓ３、Ｓ４及び上面Ｓ２ａに対して表面改質処理が施され、信号配線ＳＬａと絶縁層３２との密着性が確保される点と、信号配線Ｓ２ａにおける表皮効果による導体損失の増加を抑制できる点については、第１実施形態と同様の効果が得られる。

図１３に示すように、信号配線ＳＬａの上面Ｓ２ａを図１３のような上方に突出した曲線状の断面形状とすることにより、信号配線ＳＬａの角部への応力集中を緩和する効果が得られる。すなわち、金属材料からなる信号配線ＳＬａは樹脂材料からなる絶縁層３０、３２に取り囲まれ、両者の熱膨張率の違いによって熱応力が作用する。この熱応力は、信号配線ＳＬａの断面構造のうち上面Ｓ２ａが側面Ｓ３、Ｓ４と直角に交差する角部に集中するため、角部の近傍における樹脂クラックの要因となる。第２実施形態では、後述のめっき工程において、断面がかまぼこ形状の上面Ｓ２ａを形成し、両側の角部を直角よりも大きい鈍角とすることにより、角部への応力集中を緩和するものである。

図１３においては、信号配線ＳＬａの高さＨ１、Ｈ２を示している。すなわち、信号配線ＳＬａの断面形状において、底面Ｓ１から上面Ｓ２ａの外縁部までの高さＨ１と、底面Ｓ１から上面Ｓ２ａの中央部までの高さＨ２は、Ｈ１＜Ｈ２の関係を満たしている。ここで、信号配線ＳＬａの高さＨ１、Ｈ２に基づいて、丸み率（Ｈ２−Ｈ１）／Ｈ２を定義したとき、通常、丸み率が大きいほど信号配線ＳＬａの角部の鈍角が大きくなる。ただし、後述のめっき工程における薬液の組成や信号配線ＳＬａの断面積等を総合的に考慮して、適切な丸み率を設定する必要がある。なお、図１３の信号配線ＳＬａの具体的な形成方法については後述する。

以上のように、第２実施形態の構造を採用することにより、第１実施形態と同様の効果に加え、信号配線ＳＬａへの応力集中に起因する樹脂クラック等を防止して信頼性を高めることができる。ここで、上述の例では、第２実施形態の構造を信号配線ＳＬａに適用する場合を説明したが、信号配線ＳＬａ以外の配線層（本発明の第１導体層）に対し、応力集中の緩和を目的として図１３に示す断面形状を持たせて形成してもよい。なお、第２実施形態においても、第１実施形態と同様、信号配線ＳＬａの非粗化面の表面粗さＲａを少なくとも０．１μｍより小さく設定することが好ましい。また、信号配線層４２の上部の絶縁層３２は、第１実施形態と同様、上下の絶縁層３０、３４と異なる材料を用いて形成してもよい。例えば、ｔａｎδ（誘電正接）が小さく、誘電率（比誘電率）が小さい材料を用いて絶縁層３２を形成することが好ましい。

次に、第２実施形態の配線基板１０ａの製造方法について説明する。第２実施形態の配線基板１０ａの製造方法は、その多くの工程が第１実施形態（図３〜図７）と共通するので、以下では、主に異なる点について説明する。まず、コア材２０に対し、図３及び図４を用いて説明した各工程を経て、導体層４０、４１及び絶縁層３０、３１を形成するとともに、閉塞体２２で埋められたスルーホール導体２１を形成する。次いで、絶縁層３０、３１の粗化された表面に、無電解銅めっきを施した後に電解銅めっきを施すことにより銅めっき層を形成し（めっき工程）、例えばセミアディティブ法を用いて信号配線層４２、４３をそれぞれパターニングする。第２実施形態では、めっき工程における電解銅めっきの薬液として硫酸銅を用いる点に特徴がある。

ここで、硫酸銅を用いた電解銅めっきの作用について、図１４を参照して説明する。図１４においては、絶縁層３０の上部に無電解銅めっきを施した後に、硫酸銅を用いて電解銅めっきを施すときの状態を示している。具体的には、絶縁層３０の上部に導体層４２の下地となる無電解銅めっき膜４２ａを形成し、その上部にめっきレジストＤＲを所定のパターンで形成した状態で、硫酸銅を含むめっき液によるめっき浴を施してめっきパターンを析出させる。このとき、図１４の析出部４２ｂは位置に応じて析出速度が不均一であり、中央部の高電流部では析出速度が大きくなり、外縁部の低電流部では析出速度が小さくなる。その結果、めっき工程の完了時には、図１３の断面形状を有する信号配線ＳＬａが形成されることになる。

図１４に示す電解銅めっきを施す際、信号配線ＳＬａの断面形状における上述の丸み率は、めっき液の硫酸銅濃度に依存して変化する。すなわち、硫酸銅濃度が高くなると、図１４の析出部４２ｂの中央部におけるＣｕイオンの供給量が外縁部におけるＣｕイオンの供給量に比べて増加する傾向がある。そのため、めっき液の硫酸銅濃度を十分に高くして電解銅めっきを施すことにより、信号配線ＳＬａの断面形状における上述の丸み率を大きくすることができる。ただし、めっき液の硫酸銅濃度を大きくし過ぎると、硫酸銅がめっき液に溶解しなくなる点に注意を要する。具体的には、めっき液に溶解可能な範囲内で、硫酸銅濃度を概ね１２０〜２００ｇ／Ｌの範囲に調整することにより、信号配線ＳＬａの応力集中を緩和し得る程度の断面形状を形成することができる。なお、図１４で説明した作用によって信号配線ＳＬａの断面形状を形成可能であれば、めっき液として硫酸銅以外の薬液を用いることも可能である。

これ以降の製造工程においては、第１実施形態と同様の手順に従って、信号配線層４２、４３に対しシランカップリング処理等の表面改質処理を施した後、絶縁層３２、３３及びビア導体５０、５１、導体層４４、４５、絶縁層３４、３５、ビア導体５２、５３、複数の端子パッド４６、４７、ソルダーレジスト層３６、３７を順番に形成する。これにより、図１２に示す配線基板１０ａが完成する。

第２実施形態の効果を検証するため、上述の製造工程を経て作製した配線基板１０ａの信頼性試験を行った。具体的には、温度範囲−６５〜１５０℃において１０個の配線基板１０ａに対し１０００サイクルずつの熱衝撃試験を施し、樹脂クラックの発生の有無を検証した。その結果、第２実施形態の信号配線ＳＬａの断面形状を有さない場合は、１０個中８個で樹脂クラックが発生したのに対し、第２実施形態の信号配線ＳＬａの断面形状を有する場合は、１０個全てについて樹脂クラックが発生しなかった。このように、第２実施形態の構造を採用することにより、樹脂クラック等の発生を防止して高い信頼性が得られることが確認された。

なお、第１及び第２実施形態に配線基板１０、１０ａを高周波信号の伝送用途に用いる場合、上述の信号配線ＳＬ、ＳＬａをマイクロストリップラインとして構成することが望ましい。この場合の構造は多様であるが、例えば、図９（Ｂ）に示す構造において、幅Ｗ１や厚さＴ１、Ｔ２、Ｔ３を伝送周波数に応じて最適化すればよい。このようにマイクロストリップラインを用いることにより、配線基板１０、１０ａにおける高周波信号の伝送特性を一層向上させることができる。

以上、第１及び第２実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。例えば、上記各実施形態の配線基板１０（１０ａ）には、全体を支持するコア材２０が配置される構造を有するが、コア材２０を有していない構造の配線基板であっても、絶縁層と導体層とを交互に積層形成した構造を有する多様な配線基板に対して本発明の適用は可能である。また、上記各実施形態の配線基板１０（１０ａ）においては、図２の断面構造を有する２層の信号配線層４２、４３を備えているが、２層に限られず、１層あるいは３層以上の信号配線層に対して同様の構造を持たせてもよい。さらに、上記各実施形態の配線基板１０（１０ａ）においては、信号配線層４２、４３に対してシランカップリング処理を施す場合を説明したが、これに限らず、同様の効果を奏する他の表面改質処理を施す場合であっても、本発明の効果を得ることができる。その他の点についても上記各実施形態により本発明の内容が限定されるものではなく、本発明の作用効果を得られる限り、上記実施形態に開示した内容には限定されることなく適宜に変更可能である。

１０、１０ａ…配線基板
２０…コア材
２１…スルーホール導体
２２…閉塞体
３０、３１、３２、３３、３４、３５…絶縁層
３６、３７…ソルダーレジスト層
４０、４１、４４、４５…導体層
４２、４３…信号配線層
４６、４７…端子パッド
５０、５１、５２、５３…ビア導体
ＳＬ、ＳＬａ…信号配線

Claims (15)

1. 絶縁層及び導体層を交互に積層形成してなる積層部を備えた配線基板であって、
   前記積層部の前記導体層のうち、信号が伝送される少なくとも１層の信号配線層は表面改質処理が施された平坦面を有し、
   前記積層部の前記導体層のうち、前記信号配線層以外の各導体層は粗化された粗化面を有する
   ことを特徴とする配線基板。
2. 前記表面改質処理は、シランカップリング剤を用いたシランカップリング処理であることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記信号配線層の厚さ方向の断面構造のうち、当該信号配線層に隣接する一方の前記絶縁層と接する表面は前記平坦面ではなく、他方の前記絶縁層と接する表面は前記平坦面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線基板。
4. 前記信号配線層の前記平坦面の表面粗さＲａは０．１μｍより小さく、前記信号配線層以外の各導体層の前記粗化面の表面粗さＲａは、０．１μｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の配線基板。
5. 前記信号配線層に隣接する前記絶縁層は、他の前記絶縁層に比べて比誘電率が小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の配線基板。
6. コア材を更に備え、
   前記コア材の両面側に形成される前記積層部には、第１及び第２の前記信号配線層が前記コア材を挟んで配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の配線基板。
7. 前記信号配線層は、マイクロストリップラインとして構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の配線基板。
8. 絶縁層及び導体層を交互に積層形成してなる積層部を備えた配線基板の製造方法であって、
   前記積層部の第１の絶縁層の表面に、信号が伝送される信号配線層となる導体層を形成する第１の導体層形成工程と、
   前記信号配線層となる導体層に表面改質処理を施し、平坦面を形成する表面改質工程と、前記信号配線層の上部を覆う第２の絶縁層を形成する第２の絶縁層形成工程と、
   前記積層部の前記信号配線以外の各導体層を形成する第２の導体層形成工程と、
   前記信号配線層以外の各導体層の表面に粗化処理を施す粗化工程と、
   を有することを特徴とする配線基板の製造方法。
9. 前記表面改質工程では、シランカップリング剤を用いたシランカップリング処理を施し、前記平坦面を形成することを特徴とする請求項８に記載の配線基板の製造方法。
10. 絶縁層及び導体層を交互に積層形成してなる積層部を備えた配線基板であって、
    前記積層部の前記導体層のうち、信号が伝送される少なくとも１層の信号配線層を含む１又は複数の第１導体層は表面改質処理が施された非粗化面を有し、
    前記積層部の前記導体層のうち、前記第１導体層以外の各導体層は粗化された粗化面を有し、
    前記第１導体層の断面形状は、上部表面のうちの中央部が外縁部よりも上方に突出した曲線部分を含むことを特徴とする配線基板。
11. 前記表面改質処理は、シランカップリング剤を用いたシランカップリング処理であることを特徴とする請求項１０に記載の配線基板。
12. 前記第１導体層の前記非粗化面の表面粗さＲａは０．１μｍより小さく、前記第１導体層以外の各導体層の前記粗化面の表面粗さＲａは、０．１μｍ以上であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の配線基板。
13. 前記第１導体層に隣接する前記絶縁層は、他の前記絶縁層に比べて比誘電率が小さいことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の配線基板。
14. 前記信号配線層は、マイクロストリップラインとして構成されることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の配線基板。
15. 絶縁層及び導体層を交互に積層形成してなる積層部を備えた配線基板の製造方法であって、
    前記積層部の第１の絶縁層の表面に、信号が伝送される信号配線層を含む第１導体層を形成する第１の導体層形成工程と、
    前記第１導体層に表面改質処理を施し、非粗化面を形成する表面改質工程と、
    前記第１導体層の上部表面を覆う第２の絶縁層を形成する第２の絶縁層形成工程と、
    前記積層部の前記第１導体層以外の導体層を形成する第２の導体層形成工程と、
    前記第１導体層以外の各導体層の表面に粗化処理を施す粗化工程と、
    を備え、
    前記第１の導体層形成工程は、
    前記第１の絶縁層の表面上に硫酸銅を用いた電解銅めっきを施して、断面形状が上部表面のうちの中央部が外縁部よりも上方に突出した曲線部分を含む前記第１導体層を形成するめっき工程
    を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。