JP5961703B2 - 配線基板およびその実装構造体 - Google Patents

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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)に使用される配線基板およびその実装構造体に関するものである。
従来、電子部品およびこの電子部品が実装された配線基板を備えた実装構造体が、電子機器に用いられている。
この配線基板として、例えば、特開2005−223226号公報には、セラミック層(無機絶縁層)と、このセラミック層の主面の一部に配された導体パターン(導電層)と、セラミック層の他の部分に配された樹脂層とを備えた複合多層基板(配線基板)が記載されている。
ところで、無機絶縁層と導電層とは熱膨張率が異なる。このため、電子部品の実装時または作動時に熱が配線基板に加わると、無機絶縁層と導電層との間に熱応力が加わりやすい。これにより、無機絶縁層と導電層とが剥離することがある。その結果、導電層に断線が生じ、ひいては配線基板の電気的信頼性が低下しやすくなる。
したがって、電気的信頼性に優れた配線基板を提供することが要求されている。
本発明は、電気的信頼性に優れた配線基板およびその実装構造体を提供することによって前述した要求に応える。
本発明の一形態にかかる配線基板は、無機絶縁層と、該無機絶縁層の一主面の一部に配された導電層とを備える。前記無機絶縁層の前記一主面の前記一部は、平面視において少なくとも一部が円形状である複数の第1凹部を有する。また、導電層の一部は、前記複数の第1凹部に入り込み、無機絶縁層の一主面の他の部分に配されるとともに、導電層の側面および無機絶縁層と反対側の一主面を被覆した第1樹脂層をさらに備え、無機絶縁層の一主面の他の部分は、平面視において少なくとも一部が円形状である複数の第2凹部を有し、第1樹脂層の一部は、前記複数の第2凹部に入り込んでいる。
また、本発明の一形態にかかる配線基板は、無機絶縁層と、該無機絶縁層の一主面の一部に配された導電層とを備える。前記無機絶縁層の前記一主面の前記一部は、平面視において少なくとも一部が円形状である複数の第1凹部を有する。前記導電層の一部は、前記複数の第1凹部に入り込んでいるとともに、少なくとも1つの第1凹部は、平面視において複数の円が一方向に接続した細長形状である。

本発明の一形態にかかる配線基板によれば、導電層の断線を低減し、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。
(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、(b)は、図1(a)のR1部分を拡大して示した断面図である。 (a)は、図1(b)のR2部分を拡大して示した断面図であり、(b)は、図1(b)のR3部分を拡大して示した断面図である。 図1(b)の無機絶縁層の一主面において第1凹部が形成された部分を拡大して示した、平面図である。 (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断面図である。 (a)は、図4(b)のR4部分を拡大して示した断面図であり、(b)は、図5(a)のR5部分を拡大して示した断面図である。 (a)は、図1(a)に示す実装構造体の製造工程を説明する、図5(b)に相当する部分を拡大して示した断面図であり、(b)は、図1(a)に示す実装構造体の製造工程を説明する断面図である。 (a)は、図6(b)のR6部分を拡大して示した断面図であり、(b)は、図7(a)のR7部分を拡大して示した断面図である。 (a)は、図1(a)に示す実装構造体の製造工程を説明する断面図であり、(b)は、図8(a)のR8部分を拡大して示した断面図である。 図8(b)のR9部分を拡大して示した断面図である。 (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断面図である。 (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断面図である。 (a)は、実施例の試料1における無機絶縁層の一主面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真であり(b)は、実施例の試料2における無機絶縁層の一主面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真であり、(c)は、実施例の試料3における無機絶縁層の一主面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。
以下に、本発明の一実施形態に係る配線基板を備えた実装構造体を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
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る。この実装構造体1は、電子部品2と、電子部品2が実装された配線基板3とを含んでいる。
電子部品2は、例えばICまたはLSI等の半導体素子である。電子部品2は、配線基板3に半田等の導電材料からなるバンプ4を介してフリップチップ実装されている。この電子部品2は、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からなる。電子部品2の厚みは、例えば0.1mm以上1mm以下である。また、電子部品2の主面方向(XY平面方向)および厚み方向(Z方向)への熱膨張率は、例えば2ppm/℃以上7ppm/℃以下である。
なお、電子部品2の熱膨張率は、市販のTMA(Thermo-Mechanical Analysis)装置を用いた、JIS K7197−1991に準じた測定方法で測定される。以下、各部材の熱膨張率は、電子部品2と同様に測定される。
配線基板3は、電子部品2を支持するとともに、電子部品2を駆動もしくは制御するための電源や信号を電子部品2へ供給する機能を有するものである。この配線基板3は、コア基板5と、コア基板5の両主面に配された一対のビルドアップ層6とを含んでいる。
コア基板5は、配線基板3の剛性を高めつつ一対のビルドアップ層6間の導通を図るものである。このコア基板5は、ビルドアップ層6を支持する基体7と、基体7を厚み方向に貫通したスルーホール内に配された筒状のスルーホール導体8と、スルーホール導体8に取り囲まれた柱状の絶縁体9とを含んでいる。
基体7は、配線基板3を高剛性かつ低熱膨張率とするものである。この基体7は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂と、樹脂に被覆されたガラスクロス等の基材と、樹脂中に分散した酸化珪素等からなるフィラー粒子とを含む。基体7の厚みは、例えば0.04mm以上2mm以下である。
スルーホール導体8は、一対のビルドアップ層6同士を電気的に接続するものである。このスルーホール導体8は、例えば銅、銀、金、アルミニウム、ニッケルまたはクロム等の導電材料からなる。
絶縁体9は、スルーホール導体8に取り囲まれた空間を埋めるものである。この絶縁体9は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂材料からなる。
一方、コア基板5の両主面には、前述した如く、一対のビルドアップ層6が配されている。一対のビルドアップ層6のうち、一方のビルドアップ層6は、バンプ4を介して電子部品2と接続し、他方のビルドアップ層6は、例えば半田ボール(図示せず)を介して外部回路と接続する。
ビルドアップ層6は、基体7上に積層された複数の絶縁層10と、基体7上または絶縁層10上に部分的に配された複数の導電層11と、絶縁層10を厚み方向に貫通した複数のビア導体12とを含んでいる。
絶縁層10は、厚み方向もしくは主面方向に離れた導電層11同士の絶縁部材、または主面方向に離れたビア導体12同士の絶縁部材として機能するものである。絶縁層10の詳細については後述する。
導電層11は、厚み方向または主面方向に互いに離れており、接地用配線、電力供給用配線または信号用配線等の配線として機能するものである。導電層11は、例えば銅、銀、金、アルミニウム、ニッケルまたはクロム等の導電材料からなる。また、導電層11の厚みは、3μm以上20μm以下である。導電層11の厚み方向および主面方向への熱膨張率は、例えば14ppm/℃以上18ppm/℃以下である。また、導電層11のヤング率は、例えば70GPa以上150以下GPaである。
なお、導電層11のヤング率は、MTS社製ナノインデンターXPを用いた、ISO14577−1:2002に準じた方法で測定される。以下、各部材のヤング率は、導電層11と同様に測定される。
ビア導体12は、厚み方向に互いに離れた導電層11同士を電気的に接続するものである。このビア導体12は、導電層11と同様の材料からなり、導電層11と同様の特性を有する。また、ビア導体12は、例えば、コア基板5に向って幅狭となる柱状である。ビア導体12の幅は、例えば10μm以上75μm以下である。
次に、絶縁層10について詳細に説明する。
絶縁層10は、コア基板5側に配された樹脂層13と、コア基板5と反対側に配された無機絶縁層14とを含んでいる。無機絶縁層14のコア基板5と反対側の一主面の一部には、導電層11が配されている。無機絶縁層14の一主面の他の部分には、隣接する絶縁層10の樹脂層13の一部が配されている。
樹脂層13は、絶縁層10において接着部材として機能するものである。また、樹脂層13は、その一部がコア基板5側に配された導電層11同士の間に配されており、主面方向に離れた導電層11同士の絶縁部材として機能するものである。また、樹脂層13は、無機絶縁層14よりもヤング率が小さく、弾性変形しやすい。このため、樹脂層13は、配線基板3におけるクラックの発生を抑制することができる。樹脂層13の厚みは、例えば3μm以上30μm以下である。樹脂層13のヤング率は、例えば0.2GPa以上20GPa以下である。樹脂層13の厚み方向および主面方向への熱膨張率は、例えば20ppm/℃以上50ppm/℃以下である。
この樹脂層13は、図1(b)に示すように、樹脂15と樹脂15中に分散した複数のフィラー粒子16とを含んでいる。
樹脂15は、樹脂層13において接着部材として機能するものである。この樹脂15は、例えばエポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、全芳香族ポリアミド樹脂またはポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂からなる。樹脂15のヤング率は、例えば0.1GPa以上5GPa以下である。樹脂15の厚み方向および主面方向への熱膨張率は、例えば20ppm/℃以上50ppm/℃以下である。
フィラー粒子16は、樹脂層13を高剛性かつ低熱膨張率とするものである。このフィラー粒子16は、例えば酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウムまたは炭酸カルシウム等の無機絶縁材料からなる。フィラー粒子16の平均粒径は、例えば0.5μm以上5μm以下である。フィラー粒子16の熱膨張率は、例えば0ppm/℃以上15ppm/℃以下である。樹脂層13におけるフィラー粒子16の含有割合は、例えば3体積%以上60体積%以下である。
なお、配線基板3の厚み方向への断面において、各粒子の粒径の平均値を算出することによって、フィラー粒子16の平均粒径を測定することができる。また、配線基板3の厚み方向への断面において、樹脂層13においてフィラー粒子16が占める面積の割合を含有割合(体積%)とみなすことによって、樹脂層13におけるフィラー粒子16の含有割合を測定することができる。以下、各部材の平均粒径および含有割合は、フィラー粒子16と同様に測定される。
無機絶縁層14は、コア基板5と反対側の一主面の一部に導電層11が配されており、導電層11の支持部材として機能するものである。また、無機絶縁層14は、絶縁層13を高剛性かつ低熱膨張率とすることによって、電子部品2と配線基板3との熱膨張率の差を低減することができる。このため、電子部品2の実装時や作動時に実装構造体1に熱が加わった際に、電子部品2と配線基板3との熱膨張率の違いに起因した反りを低減することができる。無機絶縁層14の厚みは、例えば3μm以上30μm以下である。無機絶縁層14のヤング率は、例えば10GPa以上50GPa以下である。また、無機絶縁層14の厚み方向および主面方向への熱膨張率は、例えば0ppm/℃以上10ppm/℃以下である。
無機絶縁層14は、図1(b)ないし図2(b)に示すように、一部が互いに接続した複数の無機絶縁粒子17を含んでおり、複数の無機絶縁粒子17の間には間隙18が形成されている。すなわち、無機絶縁層14は、多孔質体であり、無機絶縁粒子17同士が互いに接続した三次元網目状構造をなしている。また、複数の無機絶縁粒子17同士の接続部19は、括れ状であり、また、ネック構造をなしている。無機絶縁層14においては、複数の無機絶縁粒子17同士が互いに接続して拘束し合うことから、樹脂層13中に分散したフィラー粒子16のように流動しない。このため、無機絶縁層14を高剛性かつ低熱膨張率とすることができる。
複数の無機絶縁粒子17は、一部が互いに接続した複数の第1無機絶縁粒子17aと、第1無機絶縁粒子17aよりも粒径が大きく、一部が第1無機絶縁粒子17aと接続しているとともに、第1無機絶縁粒子17aを挟んで互いに離れた複数の第2無機絶縁粒子17bとを含んでいる。複数の無機絶縁粒子17における第1無機絶縁粒子17aの含有割合は、例えば20体積%以上90体積%以下である。複数の無機絶縁粒子17における第2無機絶縁粒子17bの含有割合は、例えば10体積%以上80体積%以下である。
第1無機絶縁粒子17aは、無機絶縁層14において接続部材として機能するものである。この第1無機絶縁粒子17aは、例えば酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ホウ素、酸化マグネシウムまたは酸化カルシウム等の無機絶縁材料からなる。中でも、低熱膨張率および低誘電正接の観点から、無機絶縁材料として酸化ケイ素を用いることが望ましい。この場合に、第1無機絶縁粒子17aは、酸化ケイ素を90質量%以上含んでいればよい。また、酸化ケイ素は、結晶構造に起因した熱膨張率の異方性を低減するため、アモルファス(非晶質)状態であることが望ましい。
第1無機絶縁粒子17aは、例えば球状である。また、第1無機絶縁粒子17aの平均粒径は、例えば3nm以上110nm以下である。このように第1無機絶縁粒子17aの粒径が微小であるため、無機絶縁層14を緻密なものとして高剛性かつ低熱膨張率とすることができる。また、後述するように、無機絶縁層14を作製する際に第1無機絶縁粒子17a同士を容易に接続することができる。
第2無機絶縁粒子17bは、その粒径が大きいことから、無機絶縁層14に生じたクラックが第2無機絶縁粒子17bを迂回するためのエネルギーを増加させる。このため、第2無機絶縁粒子17bは、このクラックの伸長を抑制することができる。第2無機絶縁粒子17bは、第1無機絶縁粒子17aと同様の材料を用いることができる。中でも、第2無機絶縁粒子17bは、第1無機絶縁粒子17aに材料特性を近づけるため、第1無機絶縁粒子17aと同じ材料を用いることが望ましい。この第2無機絶縁粒子17bは、例えば球状である。また、第2無機絶縁粒子17bの平均粒径は、例えば0.5μm以上5μm以下である。このように第2無機絶縁粒子17bの粒径が大きいため、無機絶縁層14に生じたクラックの伸長を良好に抑制できる。
間隙18は、開気孔であり、無機絶縁層14の他主面に開口20を有する。また、無機絶縁層14が多孔質体であり、また、三次元網目状構造であることから、間隙18の少なくとも一部は、無機絶縁層14の厚み方向への断面において、無機絶縁粒子17に取り囲まれている。この間隙18には、樹脂層13の一部が入り込んでおり、特に、樹脂15の一部が入り込んでいる。その結果、弾性変形しやすい樹脂15によって無機絶縁層14に加わった応力が緩和されるため、無機絶縁層14におけるクラックの発生を抑制できる。なお、無機絶縁層14および間隙18のうち間隙18が占める割合は、例えば10体積%以上50体積%以下である。
ここで、図1(b)に示すように、便宜上、1つの無機絶縁層14について、コア基板5と反対側の一主面に配された樹脂層13を第1樹脂層13aとし、コア基板5側の他主面に配された樹脂層13を第2樹脂層13bとする。また、第1樹脂層13aの樹脂15を第1樹脂15aとし、第2樹脂層13bの樹脂15を第2樹脂15bとする。また、第1樹脂層13aのフィラー粒子16を第1フィラー粒子16aとし、第2樹脂層13bのフィラー粒子16を第2フィラー粒子16bとする。
ところで、無機絶縁層14と導電層11とは熱膨張率が異なる。このため、電子部品2の実装時や作動時に配線基板3に熱が加わると、無機絶縁層14と導電層11との間に熱応力が加わることがある。
一方、本実施形態の配線基板3は、図1(b)および図3に示すように、無機絶縁層14と、無機絶縁層14の一主面の一部に配された導電層11とを備える。無機絶縁層14の一主面の一部は、平面視において少なくとも一部が円形状である複数の第1凹部21aを有する。導電層11の一部は、複数の第1凹部21aに入り込んでいる。
その結果、第1凹部21aに導電層11の一部が入り込んでいるため、アンカー効果によって、導電層11と無機絶縁層14との接着強度を高めることができる。このため、導電層11と無機絶縁層14との剥離を抑制できる。さらに、第1凹部21aは、平面視において少なくとも一部が円形状であるため、第1凹部21aにおいて導電層11と無機絶縁層14との間に加わる応力が分散される。このため、この応力に起因した無機絶縁層14のクラックの発生を低減でき、このクラックに起因した導電層11と無機絶縁層14との剥離を抑制できる。したがって、導電層11の断線を抑制し、ひいては電気的信頼性に優れた配線基板3を得ることができる。
なお、本実施形態において、平面視において少なくとも一部が円形状である複数の第1凹部21aは、平面視において、1つの円からなる形状または複数の円が接続した形状である。
第1凹部21aの平面視における幅は、例えば0.2μm以上10μm以下である。また、第1凹部21aの平面視における円形状の箇所の曲率半径は、例えば0.1μm以上3μm以下である。第1凹部21aの厚み方向への断面視における深さは、例えば0.2μm以上5μm以下である。
なお、第1凹部21aの平面視における形状は、例えば以下のようにして確認することができる。まず、バフ研磨で、またはサンドペーパー等を用いて配線基板3の一主面を削って導電層11を露出させる。次に、塩化第二鉄溶液または塩化銅溶液等を用いて導電層11を除去して、無機絶縁層14の一主面を露出させる。次に、露出した一主面を走査型電子顕微鏡で観察する。
また、第1凹部21aの平面視における幅は、例えば以下のようにして求めることができる。まず、前述した如く無機絶縁層14の一主面を露出させて観察して、第1凹部21aの幅を測定する。次に、測定した値の平均値を算出する。
また、第1凹部21aの平面視における円形状の箇所の曲率半径は、例えば以下のようにして求めることができる。まず、前述した如く無機絶縁層14の一主面を露出させて観察し円形状の箇所の曲率半径を測定する。次に、測定した値の平均値を算出する。
また、第1凹部21aの厚み方向への断面視における深さは、例えば以下のようにして求めることができる。まず、配線基板3を厚み方向に切断した断面を走査型電子顕微鏡で観察して、第1凹部21aの深さを測定する。次に、測定した値の平均値を算出する。
また、本実施形態の配線基板3は、図1(b)に示すように、無機絶縁層14の一主面の他の部分に配されるとともに、導電層11の側面および無機絶縁層14と反対側の一主面を被覆した第1樹脂層13aをさらに備えている。無機絶縁層14の一主面の他の部分は、平面視において少なくとも一部が円形状である複数の第2凹部21bを有する。第1樹脂層13aの一部は、複数の第2凹部21bに入り込んでいる。
この第1樹脂層13aは、導電層11の側面および無機絶縁層14と反対側の一主面を被覆することによって導電層11を無機絶縁層14に固定することができる。さらに、第1樹脂層13aの一部が複数の第2凹部21bに入り込んでいることから、第1樹脂層13aと無機絶縁層14との接着強度を高めることができる。このため、第1樹脂層13aによって導電層11を固定する力を高めることができる。したがって、導電層11と無機絶縁層14との接着強度を高めることができ、導電層11と無機絶縁層14との剥離を抑制することができる。さらに、第2凹部21bは、平面視において少なくとも一部が円形状であるため、第2凹部21bにおいて第1樹脂層13aと無機絶縁層14との間に加わる応力が分散される。このため、この応力に起因した無機絶縁層14のクラックの発生を低減でき、このクラックに起因した第1樹脂層13aと無機絶縁層14との剥離を抑制できる。なお、第2凹部21bの形状は、第1凹部21aの形状と同様である。
また、本実施形態の配線基板3は、図2(a)および図2(b)に示すように、無機絶縁層14の他主面に配された第2樹脂層13bをさらに備える。無機絶縁層14は、一部が互いに接続した複数の第1無機絶縁粒子17aを含んでいる。第2樹脂層13bの一部は、複数の第1無機絶縁粒子17a同士の間隙18に入り込んでいる。
このように複数の第1無機絶縁粒子17aの一部が互いに接続し、第2樹脂層13bの一部が複数の第1無機絶縁粒子17a同士の間隙18に入り込んでいるため、前述した如く、無機絶縁層14を高剛性かつ低熱膨張率とするとともに無機絶縁層14におけるクラックの発生を抑制できる。また、第2樹脂層13bの一部が複数の無機絶縁粒子17同士の間隙18に入り込んでいるため、第2樹脂層13bと無機絶縁層14との接着強度を高めることができる。したがって、第2樹脂層13bと無機絶縁層14との剥離を抑制することができる。このため、電子部品2の実装時または作動時に配線基板3に熱が加わった際に、配線基板3内部に含まれる水分がこの剥離した箇所で膨張することを抑制し、剥離部分におけるこの膨張に起因したクラックの発生を抑制することができる。その結果、このクラックに起因した導電層11の断線またはイオンマイグレーションによる短絡を抑制することができる。
ところで、この無機絶縁層14においては、複数の第1無機絶縁粒子17aの一部が互いに接続しているため、無機絶縁層14に応力が加わった際に、第1無機絶縁粒子17a同士の接続部19においてクラックが生じやすい。
一方、本実施形態の配線基板3においては、前述した如く、第1凹部21aが平面視において少なくとも一部が円形状であり、第1凹部21aにおいて導電層11と無機絶縁層14との間に加わる応力が分散されているため、第1無機絶縁粒子17a同士の接続部19におけるクラックの発生を低減することができる。
また、本実施形態の無機絶縁層14は、図1(b)に示すように、第1無機絶縁粒子17aよりも粒径が大きく、一部が第1無機絶縁粒子17aと接続しているとともに第1無機絶縁粒子17aを挟んで互いに離れた複数の第2無機絶縁粒子17bをさらに含んでいる。無機絶縁層14における第1凹部21a同士の間の領域は、第1無機絶縁粒子17aおよび第2無機絶縁粒子17bのうち第1無機絶縁粒子17aのみからなる。
その結果、無機絶縁層14が第2無機絶縁粒子17bを含むため、前述した如く、無機絶縁層14におけるクラックの伸長を低減できる。さらに、無機絶縁層14における第1凹部21a同士の間の領域が、第1無機絶縁粒子17aおよび第2無機絶縁粒子17bのうち第1無機絶縁粒子17aのみからなるため、第1凹部21aの内表面をより滑らかにすることができる。したがって、第1凹部21aにおいて導電層11と無機絶縁層14との間に加わる応力が分散されているため、第1無機絶縁粒子17a同士の接続部19におけるクラックの発生を低減することができる。
一方、本実施形態の配線基板3において、少なくとも1つの第1凹部21aは、平面視において複数の円が接続した形状である。その結果、第1凹部21aの1つ当たりの主面方向における面積を増加させることができるため、第1凹部21aに配された導電層11の一部の主面方向における面積を増加させて切断しにくくすることができる。このため、導電層11と無機絶縁層14との接着強度を高めることができる。また、第1凹部21aの1つ当たりの主面方向における面積を増加させることができる。このため、導電層11を形成する際に第1凹部21aにめっき液が入り込みやすくなり、導電層11の一部を第1凹部21aに良好に入り込ませることができる。また、平面視において円形状の箇所で導電層11と無機絶縁層14との間の応力を分散させるとともに、平面視において複数の円が接続した箇所で凹凸が生じるためアンカー効果によって導電層11と無機絶縁層14との接続強度を高めることができる。
また、本実施形態の配線基板3において、少なくとも1つの第1凹部21aは、平面視において複数の円が一方向に接続した形状である。その結果、導電層11と無機絶縁層14との接着強度を高めることができる。
また、本実施形態の配線基板3において、導電層11の第1凹部21aに入り込んでいる一部における平均結晶粒径は、導電層11の他の部分における平均結晶粒径よりも小さい。その結果、導電層11の第1凹部21aに入り込んでいる一部が、導電層11の他の部分よりも変形しやすくなる。このため、第1凹部21aにおいて導電層11と無機絶縁層14との間の応力を緩和し、無機絶縁層14におけるクラックの発生を低減できる。
また、第1樹脂層13aの無機絶縁層14に近接した領域(第1近接領域22a)における第1フィラー粒子16aの含有割合は、第2樹脂層13bの無機絶縁層14に近接した領域(第2近接領域22b)における第2フィラー粒子16bの含有割合よりも小さい。
その結果、第1近接領域22aにおいては、第1フィラー粒子16aの含有割合を小さくすることによって、主面方向で隣接した導電層11同士の間における樹脂15の充填効率を高めることができる。これにより、導電層11同士の間における絶縁性を高め、さらには導電層11同士の短絡を抑制しつつ導電層11のピッチを小さくして配線を高密度化することができる。さらに、前述した如く、第1樹脂層13aの一部が第2凹部21bに入り込んでいることから、第1樹脂層13aと無機絶縁層14との接着強度を高めることができる。このため、第1樹脂層13aと無機絶縁層14との剥離を低減できる。
一方、第2近接領域22bにおいては、第2フィラー粒子16bの含有割合を大きくすることによって、無機絶縁層14との熱膨張率の差を低減することができる。これにより、第2樹脂層13bと無機絶縁層14との間に加わる熱応力を低減し、ひいては第2樹脂層13bと無機絶縁層14との剥離を低減できる。
第1近接領域22aは、無機絶縁層14の一主面から第1樹脂層13aの厚みの20%以内の領域である。第2近接領域22bは、無機絶縁層14の他主面から第2樹脂層13bの厚みの20%以内の領域である。この第1近接領域22aの厚みは、導電層11の厚みよりも小さく、第2近接領域22bの厚みは第1近接領域22aの厚みと同じである。第1近接領域22aにおける第1フィラー粒子16aの含有割合は、例えば55体積%以上85体積%以下である。また、第2近接領域22bにおける第2フィラー粒子16bの含有割合は、例えば80体積%以上90体積%以下である。
また、第1近接領域22aにおける第1フィラー粒子16aの含有割合は、第1樹脂層13aのコア基板5と反対側に配された他の無機絶縁層14に近接した領域(第3近接領域22c)における第1フィラー粒子16aの含有割合よりも小さい。その結果、前述した第1近接領域22aおよび第2近接領域22bにおける場合と同様の効果が得られる。
なお、第3近接領域22cの厚みは、第2近接領域22bの厚みと同じである。また、第3近接領域22cにおける第1フィラー粒子16aの含有割合は、第2近接領域22bにおける第2フィラー粒子16bの含有割合と同様である。また、第1樹脂層13aの第1近接領域22aおよび第3近接領域22c以外の領域(残部領域22d)における第1フィラー粒子16aの含有割合は、第1近接領域22aにおける第1フィラー粒子16aの含有割合と同様である。
次に、前述した実装構造体1の製造方法を、図4ないし図11に基づいて説明する。
(1)図4(a)に示すように、コア基板5を作製する。具体的には、例えば以下のように行なう。
プリプレグを硬化させてなる基体7と基体7の上下に配された銅等の金属箔とからなる積層板を準備する。次に、サンドブラスト加工、レーザー加工またはドリル加工を用いて、積層板にスルーホールを形成する。次に、例えば無電解めっき法、電解めっき法、蒸着法、CVD法またはスパッタリング法等を用いて、スルーホール内に導電材料を被着させてスルーホール導体8を形成する。次に、スルーホール導体8の内側に未硬化樹脂を充填して硬化させることによって、絶縁体9を形成する。次に、例えば無電解めっき法、電解めっき法、蒸着法、CVD法またはスパッタリング法等を用いて、絶縁体9上に導電材料を被着させた後、フォトリソグラフィー法およびエッチング法等を用いて、基体7上の金属箔および導電材料をパターニングして導電層11を形成する。その結果、コア基板5を作製することができる。
(2)図4(b)ないし図8(b)に示すように、例えば銅箔等の金属箔等からなる支持体23と、支持体23上に配された無機絶縁層14と、無機絶縁層14上に配された未硬化の樹脂層前駆体24とを含む積層シート25を作製する。具体的には、例えば以下のように行なう。
まず、図4(b)ないし図5(b)に示すように、無機絶縁粒子17と無機絶縁粒子17が分散した溶剤26とを有する無機絶縁ゾル27を準備し、無機絶縁ゾル27を支持体23の一主面に塗布する。次に、図6(a)に示すように、無機絶縁ゾル27から溶剤26を蒸発させて、支持体23上に無機絶縁粒子17を残存させる。この残存した無機絶縁粒子17は、近接箇所で互いに接触している。次に、図6(b)および図7(b)に示すように、この無機絶縁粒子17を加熱して、隣接する無機絶縁粒子17同士を近接箇所で接続させることによって、無機絶縁層14を形成する。次に、図8(a)ないし図9に示すように、無機絶縁層14上に樹脂層前駆体24を積層し、積層された無機絶縁層14および樹脂層前駆体24を厚み方向に加熱加圧することによって、樹脂層前駆体24の一部を間隙18内に充填する。その結果、積層シート25を作製することができる。
ここで、本実施形態において、支持体23は、無機絶縁ゾル27が塗布される一主面に複数の凸部28を有する。この複数の凸部28を有する一主面上において、無機絶縁ゾル27を塗布して溶剤26を蒸発させた後、無機絶縁粒子17同士を接続させて無機絶縁層14を形成する。これにより、無機絶縁層14に凸部28に対応した形状の第1凹部21aおよび第2凹部21bを形成することができる。
この複数の凸部28は、前述した第1凹部21aおよび第2凹部21bに対応した形状である。すなわち、複数の凸部28は、平面視において少なくとも一部が円形状である。また、少なくとも1つの凸部28は、平面視において複数の円が接続した形状である。また、少なくとも1つの凸部28は、平面視において複数の円が一方向に接続した形状である。このような凸部28を有する支持体23は、様々な形状の支持体から適宜選択される。
無機絶縁ゾル27における無機絶縁粒子17の含有割合は、例えば10%体積以上50体積%以下である。無機絶縁ゾル27における溶剤26の含有割合は、例えば50%体積以上90体積%以下である。溶剤26は、例えばメタノール、イソプロパノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、キシレンまたはこれらから選択された2種以上の混合物を含んだ有機溶剤等を用いることができる。
無機絶縁粒子17同士を接続させる際の加熱温度は、溶剤26の沸点以上、無機絶縁粒子17の結晶化開始温度未満であり、さらには、100℃以上250℃以下である。また、加熱時間は、例えば0.5時間以上24時間以下である。
本実施形態の第1無機絶縁粒子17aは、前述した如く、平均粒径が3nm以上110nm以下と微小である。このため、このような低温であっても、第1無機絶縁粒子17a同士および第1無機絶縁粒子17aと第2無機絶縁粒子17bとを強固に接続することができる。これは、第1無機絶縁粒子17aが微小であることから、第1無機絶縁粒子17aの原子、特に表面の原子が活発に運動するため、このような低温下でも第1無機絶縁粒子17a同士および第1無機絶縁粒子17aと第2無機絶縁粒子17bとが強固に接続すると推測される。
さらに、このように低温で加熱することによって、第1無機絶縁粒子17aおよび第2無機絶縁粒子17bの粒子形状を保持しつつ、第1無機絶縁粒子17a同士および第1無機絶縁粒子17aと第2無機絶縁粒子17bとを近接領域のみで接続することができる。その結果、接続部19においてネック構造を形成するとともに、開気孔の間隙18を容易に形成することができる。なお、第1無機絶縁粒子17a同士を強固に接続することができる温度は、例えば、第1無機絶縁粒子17aの平均粒径を110nm以下に設定した場合は250℃程度であり、第1無機絶縁粒子17aの平均粒径を15nm以下に設定した場合は150℃程度である。
積層された無機絶縁層14および樹脂層前駆体24を加熱加圧する際の加圧圧力は、例えば0.5MPa以上2MPa以下である。加圧時間は、例えば60秒以上10分以下である。加熱温度は、例えば80℃以上140℃以下である。なお、この加熱温度は、樹脂層前駆体24の硬化開始温度未満であるため、樹脂層前駆体24を未硬化の状態で維持することができる。
また、樹脂層前駆体24の一部を間隙18内に充填する際に、第1無機絶縁粒子17aの平均粒径がフィラー粒子16の平均粒径よりも大きいと、間隙18にフィラー粒子16が入り込みにくい。このため、樹脂層前駆体24と無機絶縁層14との境界に近接した領域でフィラー粒子16が濃縮される。
(3)図10(a)および図10(b)に示すように、コア基板5上に積層シート25を積層して絶縁層10を形成し、絶縁層10に導電層11およびビア導体12を形成する。具体的には、例えば以下のように行なう。
まず、図10(a)に示すように、樹脂層前駆体24をコア基板5に接しつつ、コア基板5上に積層シート25を積層する。次に、積層されたコア基板5および積層シート25を厚み方向に加熱加圧することによって、コア基板5に積層シート25を接着させる。次に、積層シート25の樹脂層前駆体24を硬化開始温度以上、熱分解温度未満の温度で加熱することによって、樹脂層前駆体24を硬化させて樹脂層13とする。その結果、この樹脂層13と積層シート25に含まれていた無機絶縁層14とを有する絶縁層10をコア基板5上に形成することができる。
次に、図10(b)に示すように、塩化第二鉄溶液または塩化銅溶液等を用いて、無機絶縁層14から支持体15を化学的に剥離する。次に、レーザー加工等を用いて、絶縁層10を厚み方向に貫通するとともに導電層11を露出したビア孔を形成する。次に、プラズマデスミア法を用いて、レーザー加工によってビア孔内に生じたスミア(樹脂の残渣)を除去する(デスミア処理)。次に、無電解めっき法および電解めっき法等を用いたセミアディティブ法、サブトラクティブ法またはフルアディティブ法等によって、絶縁層10上に所望のパターンの導電層11を形成するとともに、ビア孔内にビア導体12を形成する。この際、導電層11は、絶縁層10における無機絶縁層14の一主面の一部に配される。
本工程で樹脂層前駆体24が硬化してなる樹脂層13は、積層シート25に含まれていた無機絶縁層14のコア基板5側の他主面に配された第2樹脂層13bとなる。また、工程(2)で間隙18に入り込んでいた樹脂層前駆体24の一部が本工程で間隙18に入り込んだ第2樹脂層13bの一部となる。さらに、工程(2)でフィラー粒子16が濃縮されていた樹脂層前駆体24と無機絶縁層14との境界に近接した領域が本工程で第2近接領域22bとなる。なお、積層されたコア基板5および積層シート25を加熱加圧する際の各条件は、工程(2)の加熱加圧と同様である。
ここで、本実施形態においては、無機絶縁層14から支持体15を剥離することによって、工程(2)で形成した第1凹部21aおよび第2凹部21bが露出する。そして、無機絶縁層14の第1凹部21aが露出した一主面上で導電層11を形成する。この際に、この第1凹部21aにめっき液が入り込むため、導電層11の一部が第1凹部21aに入り込んだ状態となる。
ところで、デスミア処理を行なう際に、一般的に行なわれている過マンガン酸溶液等の薬液を用いた湿式デスミア法を用いると、薬液に触れる無機絶縁層14の一主面において、無機絶縁層14の表面およびその間隙18に配された第2樹脂層13bの一部が溶けて除去される。このため、第1凹部21aおよび第2凹部21bが消失しやすい。
一方、本実施形態においては、プラズマデスミア法を用いていることから、無機絶縁層14の一主面において、無機絶縁層14の表面およびその間隙18に配された第2樹脂層13bの一部が除去されにくい。このため、無機絶縁層14の一主面に第1凹部21aおよび第2凹部21bを残すことができる。このプラズマデスミア法は、例えば酸素、窒素、アルゴンまたは四フッ化炭素(CF4)等を原料ガスとした、RFプラズマまたはマイクロ波プラズマによって行なわれ、処理時間が例えば2分以上30分以下である。
また、本実施形態においては、無機絶縁層14の一主面上で無電解めっき法および電解めっき法を用いて導電層11を形成している。このようにめっき法で導電材料を被着させると、導電材料が被着するにつれて平均結晶粒径が大きくなっていく。したがって、導電層11の第1凹部21aに入り込んでいる一部における平均結晶粒径を、導電層11の他の部分における平均結晶粒径よりも小さくすることができる。
(4)図11(a)および図11(b)に示すように、絶縁層10上に積層シート25を積層してさらに絶縁層10を形成する。この絶縁層10に導電層11およびビア導体12を形成することによって、コア基板5上にビルドアップ層6を形成し、配線基板3を作製する。具体的には、例えば以下のように行なう。ここで、便宜上、本工程で形成する絶縁層10を第1絶縁層10aとし、工程(3)で形成した絶縁層10を第2絶縁層10bとする。
まず、図11(a)に示すように、樹脂層前駆体24を第2絶縁層10bに接しつつ、第2絶縁層10b上に積層シート25を積層する。次に、積層された第2絶縁層10bおよび積層シート25を厚み方向に加熱加圧することによって、第2絶縁層10bに積層シート25を接着させる。次に、積層シート25の樹脂層前駆体24を硬化開始温度以上、熱分解温度未満の温度で加熱することによって、樹脂層前駆体24を硬化させて樹脂層13とする。その結果、この樹脂層13と積層シート25に含まれていた無機絶縁層14とを有する第1絶縁層10aを第2絶縁層10b上に形成することができる。
次に、図11(b)に示すように、工程(3)と同様の方法で、第1絶縁層10aに導電層11およびビア導体12を形成する。なお、本工程を繰り返すことによって、ビルドアップ層6をより多層化することができる。
本工程で樹脂層前駆体24が硬化してなる樹脂層13は、第2絶縁層10bに含まれていた無機絶縁層14のコア基板5と反対側の一主面に配された第1樹脂層13aとなる。また、第2絶縁層10bに積層シート25を接着させる際に、樹脂層前駆体24は流動するため、樹脂層前駆体24は無機絶縁層14の一主面の他の部分に配されるとともに導電層11の側面および一主面を被覆する。したがって、第1樹脂層13aは、無機絶縁層14の一主面に配された導電層11の側面および一主面を被覆する。なお、積層された第2絶縁層10bおよび積層シート25を加熱加圧する際の各条件は、工程(2)の加熱加圧と同様である。
ここで、本実施形態において、積層された第2絶縁層10bおよび積層シート25を厚み方向に加熱加圧する際に、第2絶縁層10bの無機絶縁層の一主面に露出した第2凹部21bに樹脂層前駆体24の一部が入り込む。そして、この樹脂層前駆体24の一部が硬化することによって、第1樹脂層13aの一部が第2凹部21bに入り込んだ状態となる。
(5)配線基板3に対してバンプ4を介して電子部品2をフリップチップ実装することにより、図1(a)に示した実装構造体1を作製する。なお、電子部品2は、ワイヤボンディングによって配線基板3と電気的に接続してもよいし、あるいは、配線基板3に内蔵させてもよい。
本発明は、前述の実施形態に限定されず、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、組合せ等が可能である。
また、前述した本発明の実施形態においては、配線基板3の例としてコア基板5およびビルドアップ層6からなるビルドアップ多層基板を挙げたが、配線基板3としてビルドアップ多層基板以外のものを用いてもよく、例えば、コアレス基板を用いてもよい。。
また、前述した本発明の実施形態においては、無機絶縁層14をビルドアップ層6に適用した構成を例に説明したが、無機絶縁層14を基体7に適用しても構わない。この場合には、基体7は、第2樹脂層13bおよび無機絶縁層14を有している。ビルドアップ層6は、無機絶縁層14上に配された導電層11および第1樹脂層13aを有している。無機絶縁層14の第1凹部21aに導電層11の一部が入り込んでいる。
また、前述した本発明の実施形態においては、1つのビルドアップ層6が絶縁層10を2層含む構成を例に説明したが、1つのビルドアップ層6は絶縁層10を3層以上含んでいても構わない。この場合は、各絶縁層10において、無機絶縁層14の第1凹部21aに導電層11の一部が入り込んでいても構わない。
また、前述した本発明の実施形態においては、無機絶縁粒子17が第1無機絶縁粒子17aおよび第2無機絶縁粒子17bを含んでいたが、無機絶縁粒子17は第1無機絶縁粒子17aのみを含んでいてもよい。
また、前述した本発明の実施形態においては、工程(2)において溶剤26の蒸発と無機絶縁粒子17の加熱とを別々に行なっていたが、これらを同時に行なっても構わない。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は、下記実施例によって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の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。
(評価方法)
凸部を一主面に有する銅箔(支持体)とこの銅箔上に配された無機絶縁層とこの無機絶縁層上に配された樹脂層とを有する積層シートを作製した。次に、この積層シートから銅箔を剥離した。次に、各種の方法で無機絶縁層の一主面にデスミア処理を行なった。次に、無機絶縁層の一主面を走査型電子顕微鏡で観察した。
(積層シートの作製条件)
まず、平面視にて少なくとも一部が円形状である凸部を一主面に有する銅箔として、三井金属鉱業株式会社製「3EC−VLP」を準備した。
次に、酸化ケイ素からなるとともに平均粒径が10nm〜80nmである第1無機絶縁粒子と、酸化ケイ素からなるとともに平均粒径が0.7μm〜2μmである第2無機絶縁粒子と、メチルイソブチルケトンを含む溶剤とを含む無機絶縁ゾルを作製した。
次に、無機絶縁ゾルを銅箔に塗布した。
次に、温度:150℃、時間:2時間、雰囲気:大気の条件下で、溶剤を蒸発させつつ無機絶縁ゾルを加熱することによって、銅箔側の一主面に凸部に応じた形状の凹部を有する無機絶縁層を作製した。
次に、未硬化のエポキシ樹脂を含む樹脂層前駆体を無機絶縁層の銅箔とは反対側の他主面に積層する。この積層体を時間:1時間、圧力:3MPa、温度:180℃の条件下で加熱加圧することによって、銅箔と無機絶縁層と樹脂層とを含む積層シートを作製した。
次に、塩化第二鉄溶液を用いて銅箔をエッチングして積層シートから除去し、無機絶縁層の一主面を露出させた。
次に、レーザー加工によって無機絶縁層および樹脂層を厚み方向に貫通するビア孔を形成した。この後にデスミア処理を行なわないものを試料1とした。
次に、各種条件で無機絶縁層の一主面およびビア孔内にデスミア処理を行ない、試料2、3を作製した。試料2のデスミア処理は、湿式デスミア法を用いて、薬液:過マンガン酸溶液、処理温度:85℃、処理時間:15分の条件下で行なった。試料3のデスミア処理は、プラズマデスミア法を用いて、原料ガス:CF4、プラズマの種類:マイクロ波プラズマの条件下で行なった。
(結果)
無機絶縁層の一主面を観察した結果、図12(a)に示すように、試料1では、平面視にて少なくとも一部が円形状である凹部が形成されていたが、図12(b)に示すように、試料2では、凹部が消失していた。一方、図12(c)に示すように、試料3では、凹部が残存していた。また、試料1ではビア孔内にスミアが残存していたのに対し、試料2、3ではビア孔内に生じたスミアが除去されていた。
以上のように、凸部が形成された銅箔上に無機絶縁層を形成することによって、無機絶縁層の一主面に平面視にて少なくとも一部が円形状である凹部が形成され、プラズマデスミア法を用いることによって、デスミア処理を行なってもこの凹部が残存することが確認できた。
1 実装構造体
2 電子部品
3 配線基板
4 バンプ
5 コア基板
6 ビルドアップ層
7 基体
8 スルーホール導体
9 絶縁体
10 絶縁層
11 導電層
12 ビア導体
13 樹脂層
13a 第1樹脂層
13b 第2樹脂層
14 無機絶縁層
15 樹脂
15a 第1樹脂
15b 第2樹脂
16 フィラー粒子
16a 第1フィラー粒子
16b 第2フィラー粒子
17 無機絶縁粒子
17a 第1無機絶縁粒子
17b 第2無機絶縁粒子
18 間隙
19 複数の無機絶縁粒子同士の接続部
20 開口
21a 第1凹部
21b 第2凹部
22a 第1近接領域
22b 第2近接領域
22c 第3近接領域
22d 残部領域
23 支持体
24 樹脂層前駆体
25 積層シート
26 溶剤
27 無機絶縁ゾル
28 凸部

Claims (7)

  1. 無機絶縁層と、該無機絶縁層の一主面の一部に配された導電層とを備え、
    前記無機絶縁層の前記一主面の前記一部は、平面視において少なくとも一部が円形状である複数の第1凹部を有し、
    前記導電層の一部は、前記複数の第1凹部に入り込み、
    前記無機絶縁層の前記一主面の他の部分に配されるとともに、前記導電層の側面および前記無機絶縁層と反対側の一主面を被覆した第1樹脂層をさらに備え、
    前記無機絶縁層の前記一主面の前記他の部分は、平面視において少なくとも一部が円形状である複数の第2凹部を有し、
    前記第1樹脂層の一部は、前記複数の第2凹部に入り込んでいる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、
    前記無機絶縁層の他主面に配された第2樹脂層をさらに備え、
    前記無機絶縁層は、一部が互いに接続した複数の第1無機絶縁粒子を含んでおり、
    前記第2樹脂層の一部は、前記複数の第1無機絶縁粒子同士の間隙に入り込んでいることを特徴とする配線基板。
  3. 請求項2に記載の配線基板において、
    前記無機絶縁層は、前記第1無機絶縁粒子よりも粒径が大きく、一部が前記第1無機絶縁粒子と接続しているとともに前記第1無機絶縁粒子を挟んで互いに離れた複数の第2無機絶縁粒子をさらに含み、
    前記無機絶縁層における前記第1凹部同士の間の領域は、前記第1無機絶縁粒子および前記第2無機絶縁粒子のうち前記第1無機絶縁粒子のみからなることを特徴とする配線基板。
  4. 請求項1に記載の配線基板において、
    少なくとも1つの前記第1凹部は、平面視において複数の円が接続した形状であることを特徴とする配線基板。
  5. 無機絶縁層と、該無機絶縁層の一主面の一部に配された導電層とを備え、
    前記無機絶縁層の前記一主面の前記一部は、平面視において少なくとも一部が円形状である複数の第1凹部を有し、
    前記導電層の一部は、前記複数の第1凹部に入り込んでいるとともに、
    少なくとも1つの前記第1凹部は、平面視において複数の円が一方向に接続した細長形状であることを特徴とする配線基板。
  6. 請求項1または5に記載の配線基板において、
    前記導電層の前記第1凹部に入り込んでいる一部における平均結晶粒径は、前記導電層の他の部分における平均結晶粒径よりも小さいことを特徴とする配線基板。
  7. 請求項1または5に記載の配線基板と、
    前記配線基板に実装され、前記導電層に電気的に接続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。
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