JP5350829B2 - 補強材付き配線基板の製造方法、補強材付き配線基板用の配線基板 - Google Patents
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Description
本発明は、配線基板の反りを防止するための補強材を備えた補強材付き配線基板の製造方法、補強材付き配線基板用の配線基板に関するものである。
コンピュータのマイクロプロセッサ等として使用される半導体集積回路素子（ＩＣチップ）は、近年ますます高速化、高機能化しており、これに付随して端子数が増え、端子間ピッチも狭くなる傾向にある。一般的にＩＣチップの底面には多数の端子が密集してアレイ状に配置されており、このような端子群はマザーボード側の端子群に対してフリップチップの形態で接続される。ただし、ＩＣチップ側の端子群とマザーボード側の端子群とでは端子間ピッチに大きな差があることから、ＩＣチップをマザーボード上に直接的に接続することは困難である。そのため、通常はＩＣチップをＩＣチップ搭載用配線基板上に搭載してなる半導体パッケージを作製し、その半導体パッケージをマザーボード上に搭載するという手法が採用される（例えば特許文献１参照）。
なお、ＩＣチップは、一般に熱膨張係数が２．０ｐｐｍ／℃〜５．０ｐｐｍ／℃程度の半導体材料（例えばシリコン等）を用いて形成される。一方、ＩＣチップ搭載用配線基板は、それよりも熱膨張係数がかなり大きい樹脂材料等を用いて形成された樹脂配線基板であることが多い。この樹脂配線基板の一例としては、コア基板の表面及び裏面にビルドアップ層を形成したものが実用化されている。この樹脂配線基板においては、コア基板として、例えば、補強繊維に樹脂を含浸させた樹脂基板（ガラスエポキシ基板など）が用いられている。そして、そのコア基板の剛性を利用して、コア基板の表面及び裏面に樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層することにより、ビルドアップ層が形成される。つまり、この樹脂配線基板において、コア基板は、補強の役割を果たしており、ビルドアップ層と比べて非常に厚く形成されている。また、コア基板には、表面及び裏面に形成されたビルドアップ層間の導通を図るための配線（具体的には、スルーホール導体など）が貫通形成されている。
ところで近年では、半導体集積回路素子の高速化に伴い、使用される信号周波数が高周波帯域となってきている。この場合、コア基板を貫通する配線が大きなインダクタンスとして寄与し、高周波信号の伝送ロスや回路誤動作の発生につながり、高速化の妨げとなってしまう。この問題を解決するために、樹脂配線基板を、コア基板を有さない基板とすることが提案されている（例えば特許文献２参照）。この基板は、比較的に厚いコア基板を省略することにより全体の配線長を短くしたものであるため、高周波信号の伝送ロスが低減され、半導体集積回路素子を高速で動作させることが可能となる。
しかし、コア基板を省略すると樹脂配線基板が薄肉化されるため、樹脂配線基板の剛性の低下が避けられなくなる。この場合、フリップチップ接続に用いたはんだが冷却される際に、チップ材料と基板材料との熱膨張係数差に起因する熱応力の影響を受けて、樹脂配線基板がチップ搭載面側に反りやすくなる。その結果、チップ接合部分にクラックが起こり、オープン不良などが生じやすくなる。つまり、上記のようなＩＣチップを用いて半導体パッケージを構成した場合、高い歩留まりや信頼性を実現できないという問題が生じる。
上記の問題を解決するために、樹脂配線基板１０１の片面（ＩＣチップ１０６の搭載面１０２またはその裏面１０３）に、環状の金属製スティフナ１０５（補強材）を貼付した半導体パッケージ１００が提案されている（図１４参照）。
ところが、上記半導体パッケージ１００では、樹脂配線基板１０１の熱膨張係数は、金属製スティフナ１０５の熱膨張係数よりも大きくなる。このため、樹脂配線基板１０１に金属製スティフナ１０５を接着する際に熱が加わると、熱膨張係数差に起因する熱応力の影響を受けて樹脂配線基板１０１に反りが発生してしまう（図１５参照）。この場合、チップ搭載面１０２の平坦度を十分に確保することができないため、ＩＣチップ１０６の搭載が困難となり、製品信頼性が低下してしまう。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、剛性を確保しつつ反りの少ない補強材付き配線基板の製造方法、及びその補強材付き配線基板用の配線基板を提供することにある。
そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、基板主面及び基板裏面を有し、コア基板を含まずに複数の樹脂絶縁層及び複数の導体層を積層してなる構造を有し、半導体集積回路チップを接続可能な複数の主面側接続端子が前記基板主面上に配設された配線基板と、前記基板主面側にのみ接合され、前記複数の主面側接続端子を露出させる開口部が貫通形成された補強材とを備える補強材付き配線基板の製造方法であって、前記複数の樹脂絶縁層のうち層数が最も多いものの熱膨張係数が前記補強材の熱膨張係数よりも大きい場合には前記基板主面側が凹となる反りを有する配線基板を作製し、前記複数の樹脂絶縁層のうち層数が最も多いものの熱膨張係数が前記補強材の熱膨張係数よりも小さい場合には前記基板裏面側が凹となる反りを有する配線基板を作製する配線基板作製工程と、反りを有する前記配線基板の前記基板主面に前記補強材を接着する接着工程とを含むことを特徴とする補強材付き配線基板の製造方法がある。
従って、手段１に記載の発明によると、配線基板は、コア基板を含まずに形成されているのでそれ自体では十分な剛性を確保することができない。このため、配線基板の基板主面側に補強材が接合されて補強材付き配線基板が製造される。この補強材付き配線基板において、配線基板の熱膨張係数が補強材の熱膨張係数よりも大きい場合、熱膨張係数差によって基板裏面側が凹となる反りが発生してしまう。この場合、配線基板作成工程にて、基板主面側が凹となる反りを有する配線基板を予め作成した後、接着工程にて、反りを有する配線基板の基板主面側に補強材を接着する。また逆に、配線基板の熱膨張係数が補強材の熱膨張係数よりも小さい場合、熱膨張係数差によって基板主面側が凹となる反りが発生してしまう。この場合、配線基板作成工程にて、基板裏面側が凹となる反りを有する配線基板を予め作成した後、接着工程にて、反りを有する配線基板の基板主面側に補強材を接着する。このようにすると、配線基板及び補強材の熱膨張係数差によって配線基板の反りを解消する方向に変形することで、反りの少ないフラットな形状の補強材付き配線基板を製造することができる。この結果、補強材付き配線基板に半導体集積回路チップを容易に搭載することができ、配線基板の製品歩留まりを向上することができる。
前記接着工程前における前記配線基板の前記反りの大きさは限定されないが、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下とされる。この場合、前記接着工程後における前記配線基板の前記反りの大きさは限定されないが、例えば０μｍ以上５０μｍ以下とされる。
前記配線基板としては、基板主面及び基板裏面を有し、コア基板を含まずに複数の樹脂絶縁層及び複数の導体層を積層してなる構造を有し、半導体集積回路チップを接続可能な複数の主面側接続端子が前記基板主面上に配設された構造のものが使用される。前記配線基板において、前記複数の樹脂絶縁層には複数のビア導体が形成され、前記複数のビア導体は前記複数の樹脂絶縁層の各層において同一方向に拡径していることが好ましい。このようにすると、コア基板を含まないコアレス配線基板を確実に製造することができる。
前記配線基板の熱膨張係数が補強材の熱膨張係数よりも大きい場合、前記配線基板作製工程において、前記複数の樹脂絶縁層のうち他のものと比べて相対的に熱膨張係数の小さい材料からなる少なくとも１つの樹脂絶縁層を前記基板裏面となる側に配置して積層を行うことが好ましい。このようにすると、各樹脂絶縁層の熱膨張係数差を利用して熱応力を加えることにより、基板主面側が凹となる反りを有する配線基板を容易に作製することができる。
前記配線基板の熱膨張係数が補強材の熱膨張係数よりも小さい場合、前記配線基板作製工程において、前記複数の樹脂絶縁層のうち他のものと比べて相対的に熱膨張係数の小さい材料からなる少なくとも１つの樹脂絶縁層を前記基板主面となる側に配置して積層を行うことが好ましい。このようにすると、各樹脂絶縁層の熱膨張係数差を利用して熱応力を加えることにより、基板裏面側が凹となる反りを有する配線基板を容易に作製することができる。
前記複数の樹脂絶縁層のうち他のものと比べて相対的に熱膨張係数の小さい材料からなる少なくとも１つの樹脂絶縁層は、樹脂材料中に無機材料を含有させた複合材料からなることが好ましい。このような複合材料を用いれば、前記反りを有する配線基板を確実に形成することができる。また、樹脂材料中に無機材料を含有させた複合材料を用いることにより、配線基板の剛性を高めることができる。
なお、本発明において、補強材、配線基板の「熱膨張係数」とは、厚み方向（Ｚ方向）に対して垂直な方向（ＸＹ方向）の熱膨張係数のことを意味し、０℃〜１００℃の間のＴＭＡ（熱機械分析装置）にて測定した値のことをいう。「ＴＭＡ」とは、熱機械的分析をいい、例えばＪＰＣＡ−ＢＵ０１に規定されるものをいう。
前記樹脂絶縁層は、絶縁性、耐熱性、耐湿性等を考慮して適宜選択することができる。樹脂絶縁層を形成するための高分子材料の好適例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂等が挙げられる。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布）やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料、あるいは、連続多孔質ＰＴＦＥ等の三次元網目状フッ素系樹脂基材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料等を使用してもよい。
前記導体層及び前記主面側接続端子は主として銅からなり、サブトラクティブ法、セミアディティブ法、フルアディティブ法などといった公知の手法によって形成される。具体的に言うと、例えば、銅箔のエッチング、無電解銅めっきあるいは電解銅めっきなどの手法が適用される。なお、スパッタやＣＶＤ等の手法により薄膜を形成した後にエッチングを行うことで導体層や主面側接続端子を形成したり、導電性ペースト等の印刷により導体層や主面側接続端子を形成したりすることも可能である。
また、前記複数の主面側接続端子に接続可能な半導体集積回路チップとしては、コンピュータのマイクロプロセッサとして使用されるＩＣチップ、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory ）などのＩＣチップを挙げることができる。
上記補強材は、前記配線基板を構成する樹脂材料よりも高剛性であることが好ましい。その理由は、補強材自体に高い剛性が付与されていれば、それを面接合することで配線基板に高い剛性を付与することができ、外部から加わる応力に対していっそう強くなるからである。また、高い剛性を有する補強材であれば、補強材を薄くしても配線基板に十分高い剛性を付与することができるため、補強材付き配線基板全体の薄肉化を阻害しないからである。
なお、前記補強材は、例えば、剛性の高い金属材料やセラミック材料を用いて形成することが好ましいく、例えば、樹脂材料中に無機材料を含有させた複合材料によって形成するものでもよい。
前記補強材を構成する金属材料としては、鉄、金、銀、銅、銅合金、鉄ニッケル合金、珪素、ガリウム砒素などがある。また、前記補強材を構成するセラミック材料としては、例えばアルミナ、ガラスセラミック、結晶化ガラス等の低温焼成材料、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素などがある。前記補強材を構成する樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ポリブテン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）などがある。
前記補強材は配線基板の基板主面に接合されるが、接合の手法は特に限定されることはなく、補強材を形成している材料の性質、形状等に合った周知の手法を採用することができる。例えば、補強材の接合面を、前記基板主面に対して接着剤を介して接合することが好ましい。このようにすれば、配線基板に対して補強材を確実かつ容易に接合することができる。なお、接着剤としては、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、ゴム系接着剤などが挙げられる。
また、上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、基板主面及び基板裏面を有し、コア基板を含まずに複数の樹脂絶縁層及び複数の導体層を積層してなる構造を有し、半導体集積回路チップを接続可能な複数の主面側接続端子が前記基板主面上に配設され、前記複数の主面側接続端子を露出させる開口部が貫通形成された補強材が接合されるべき配線基板であって、１００μｍ以上５００μｍ以下の大きさの反りを有し、前記複数の樹脂絶縁層には複数のビア導体が形成され、前記複数のビア導体は前記複数の樹脂絶縁層の各層において同一方向に拡径しており、前記複数の樹脂絶縁層のうち他のものと比べて相対的に熱膨張係数の小さい材料からなる樹脂絶縁層を少なくとも１つ有することを特徴とする補強材付き配線基板用の配線基板がある。
従って、手段２に記載の発明によると、前記配線基板は、コア基板を含まずに形成されているのでそれ自体では十分な剛性を確保することができないため、基板主面側に補強材が接合された補強材付き配線基板として使用される。ここで、補強材が接合される前の配線基板は、１００μｍ以上５００μｍ以下の大きさの反りを有し、複数の樹脂絶縁層には複数のビア導体が形成され、複数のビア導体は複数の樹脂絶縁層の各層において同一方向に拡径している。この反りを有する配線基板に補強材を接合すると、配線基板及び補強材の熱膨張係数の差によって配線基板の反りを解消する方向に変形させることができ、反りのないフラットな形状の補強材付き配線基板を製造することができる。
以下、本発明を補強材付き配線基板に具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１及び図２に示されるように、本実施形態の半導体パッケージ１０は、スティフナ付き配線基板１１（補強材付き配線基板）と、ＩＣチップ２１（半導体集積回路チップ）とからなるＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）である。なお、半導体パッケージ１０の形態は、ＢＧＡのみに限定されず、例えばＰＧＡ（ピングリッドアレイ）やＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）等であってもよい。ＩＣチップ２１は、縦１５．０ｍｍ×横１５．０ｍｍ×厚さ０．８ｍｍの矩形平板状であって、熱膨張係数が４．２ｐｐｍ／℃のシリコンからなる。
スティフナ付き配線基板１１は、配線基板４０と、補強材である配線基板用スティフナ（以下「スティフナ」という）３１とを備えている。本実施の形態の配線基板４０は、基板主面４１及び基板裏面４２を有し、縦５０．０ｍｍ×横５０．０ｍｍ×厚さ０．４ｍｍの平面視略矩形状に形成されている。また、配線基板４０は、コア基板を含まずに形成されたコアレス配線基板であって、エポキシ樹脂からなる４層の樹脂絶縁層４３，４４，４５，４６と銅からなる導体層５１とを交互に積層した構造を有する。
本実施の形態の配線基板４０において、最下層である第１の樹脂絶縁層４３は、エポキシ樹脂中にガラスクロス４８（無機材料）を含有させた複合材料からなり、それより上層側の第２層〜第４層の樹脂絶縁層４４〜４６はガラスクロス４８を含まないエポキシ樹脂からなる。従って、第１の樹脂絶縁層４３は、他の樹脂絶縁層４４〜４６と比べて熱膨張係数が小さくなっている。具体的には、第１の樹脂絶縁層４３の熱膨張係数は約１６ｐｐｍ／℃となっており、第２層〜第４層の樹脂絶縁層４４〜４６の熱膨張係数は約３０ｐｐｍ／℃となっている。また、導体層５１の熱膨張係数は約１７ｐｐｍ／℃となっている。
図１に示されるように、配線基板４０の基板主面４１上（第４層の樹脂絶縁層４６の表面上）には、端子パッド５２（主面側接続端子）がアレイ状に配置されている。さらに、端子パッド５２の表面上には、複数の主面側はんだバンプ５４が配設されている。各主面側はんだバンプ５４は、前記ＩＣチップ２１の面接続端子２２に電気的に接続されている。即ち、ＩＣチップ２１は、配線基板４０の基板主面４１側に搭載されている。なお、各端子パッド５２及び各主面側はんだバンプ５４が形成されている領域は、ＩＣチップ２１を搭載可能なＩＣチップ搭載領域２３である。
一方、配線基板４０の基板裏面４２上（第１層の樹脂絶縁層４３の下面上）には、ＢＧＡ用パッド５３がアレイ状に配設されている。また、各ＢＧＡ用パッド５３の表面上には、マザーボード接続用の複数の裏面側はんだバンプ５５が配設されており、各裏面側はんだバンプ５５により、配線基板４０は図示しないマザーボード上に実装される。
各樹脂絶縁層４３〜４６には、それぞれビア穴５６及びビア導体５７が設けられている。各ビア穴５６は、円錐台形状をなし、各樹脂絶縁層４３〜４６に対してＹＡＧレーザまたは炭酸ガスレーザを用いた穴あけ加工を施すことで形成される。各ビア導体５７は、基板裏面４２側（図１では下方向）に行くに従って拡径した導体であって、各導体層５１、前記端子パッド５２及びＢＧＡ用パッド５３を相互に電気的に接続している。
図１及び図２に示されるように、前記スティフナ３１は、縦５０．０ｍｍ×横５０．０ｍｍ×厚さ２．０ｍｍの平面視矩形枠状である。なお、スティフナ３１は、金属材料（例えば、銅）を用いて配線基板４０よりも厚く形成されている。従って、スティフナ３１は、配線基板４０よりも高剛性となっている。さらに、スティフナ３１の熱膨張係数は、約１７ｐｐｍ／℃であり、配線基板４０を構成する樹脂絶縁層４４〜４６の熱膨張係数（約３０ｐｐｍ／℃）よりも小さい値となっている。
スティフナ３１は、配線基板４０に接合される接合面３２と、接合面３２の反対側に位置する非接合面３３とを有している。接合面３２は、基板主面４１の外周部（即ち、基板主面４１において前記ＩＣチップ搭載領域２３を除く領域）に面接触可能となっている。
また、スティフナ３１には、接合面３２の中央部及び非接合面３３の中央部にて開口する平面視で矩形状の開口部３５が貫通形成されている。開口部３５は、端子パッド５２及び前記主面側はんだバンプ５４を露出させるようになっている。具体的に言うと、開口部３５は、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍで、四隅に半径１．５ｍｍのアールを有する断面略正方形状の孔である。
そして図１に示されるように、スティフナ３１の接合面３２は、基板主面４１の外周部に対して接着剤３０（例えば、エポキシ系接着剤）を介して面接合（接合固定）される。このようにスティフナ付き配線基板１１を構成すれば、スティフナ３１により配線基板１１に高い剛性を付与することができる。
次に、スティフナ付き配線基板１１の製造方法について説明する。
準備工程において、配線基板４０及びスティフナ３１を作製し、あらかじめ準備しておく。
配線基板４０は、以下の配線基板作製工程を経て作製される。配線基板作製工程では、まず、図３に示されるように、ガラスエポキシ基板などの十分な強度を有する支持基板７０を準備する。次に、支持基板７０上に、エポキシ樹脂からなるシート状の絶縁樹脂基材を貼り付けて下地樹脂絶縁層７１を形成することにより、支持基板７０及び下地樹脂絶縁層７１からなる基材６９を得る。そして、図４に示されるように、基材６９の片面（具体的には下地樹脂絶縁層７１の上面）に、積層金属シート体７２を配置する。ここで、下地樹脂絶縁層７１上に積層金属シート体７２を配置することにより、以降の製造工程で積層金属シート体７２が下地樹脂絶縁層７１から剥がれない程度の密着性が確保される。積層金属シート体７２は、２枚の銅箔７３，７４を剥離可能な状態で密着させてなる。具体的には、金属めっき（例えば、クロムめっき）を介して各銅箔７３，７４を積層することで積層金属シート体７２が形成されている。
その後、図５に示されるように、積層金属シート体７２を包むようにシート状の絶縁樹脂基材７５を配置し、真空圧着熱プレス機（図示略）を用いて真空下にて加圧加熱することにより、絶縁樹脂基材７５を硬化させて第４層の樹脂絶縁層４６を形成する。ここで、樹脂絶縁層４６は、積層金属シート体７２と密着するとともに、その積層金属シート体７２の周囲領域において下地樹脂絶縁層７１と密着することで、積層金属シート体７２を封止する。
そして、図６に示されるように、レーザ加工を施すことによって樹脂絶縁層４６の所定の位置にビア穴５６を形成し、次いで各ビア穴５６内のスミアを除去するデスミア処理を行う。その後、従来公知の手法に従って無電解銅めっき及び電解銅めっきを行うことで、各ビア穴５６内にビア導体５７を形成する。さらに、従来公知の手法（例えばセミアディティブ法）によってエッチングを行うことで、樹脂絶縁層４６上に導体層５１をパターン形成する（図７参照）。
また、第１層〜第３層の樹脂絶縁層４３〜４５及び導体層５１についても、上述した第４層の樹脂絶縁層４６及び導体層５１と同様の手法によって形成し、樹脂絶縁層４６上に積層していく。ただし、本実施の形態では、第２層〜第４層の樹脂絶縁層４４〜４６の形成時には、ガラスクロス４８を含まない一般的なビルドアップ材（味の素製：ＡＢＦ−ＧＸ１３）を絶縁樹脂基材７５として用いる。また、第１層の樹脂絶縁層４３の形成時にのみ、エポキシ樹脂をガラスクロス４８に含浸させてなるビルドアップ材（味の素製：ＡＢＦ−ＧＸ１３−ＰＰ）を絶縁樹脂基材として用いる。このように、異なるビルドアップ材を用いることにより、第１の樹脂絶縁層４３の熱膨張係数は約１６ｐｐｍ／℃となり、第２層〜第４層の樹脂絶縁層４４〜４６の熱膨張係数は約３０ｐｐｍ／℃となる。
以上の工程によって、基材６９上に積層金属シート体７２、樹脂絶縁層４３〜４６及び導体層５１を積層した積層体８０を形成する（図８参照）。なお図８に示されるように、積層体８０において積層金属シート体７２上に位置する領域が、配線基板４０となるべき配線積層部８１となる。
この積層体８０をダイシング装置（図示略）により切断し、積層体８０における配線積層部８１の周囲領域を除去する。この際、図８に示すように、配線積層部８１とその周囲部８２との境界において、配線積層部８１の下方にある基材６９（支持基板７０及び下地樹脂絶縁層７１）ごと切断する。この切断によって、樹脂絶縁層４６にて封止されていた積層金属シート体７２の外縁部が露出した状態となる。つまり、周囲部８２の除去によって、下地樹脂絶縁層７１と樹脂絶縁層４６との密着部分が失われる。この結果、配線積層部８１と基材６９とは積層金属シート体７２のみを介して連結した状態となる。
ここで、図９に示されるように、積層金属シート体７２における２枚の銅箔７３，７４の界面にて剥離して、配線積層部８１を基材６９から分離する。そして、図１０に示されるように、配線積層部８１（樹脂絶縁層４６）の下面上にある銅箔７３に対してエッチングによるパターニングを行うことにより、最表層の樹脂絶縁層４６上に端子パッド５２を形成する。
続くはんだバンプ形成工程では、最表層の樹脂絶縁層４６上に形成された複数の端子パッド５２上に、ＩＣチップ接続用の主面側はんだバンプ５４を形成する（図１１参照）。具体的には、図示しないはんだボール搭載装置を用いて各端子パッド５２上にはんだボールを配置した後、はんだボールを所定の温度に加熱してリフローすることにより、各端子パッド５２上に主面側はんだバンプ５４を形成する。同様に、樹脂絶縁層４３上に形成された複数のＢＧＡ用パッド５３上に、裏面側はんだバンプ５５を形成する。
ここで、配線基板４０において、樹脂絶縁層４３と樹脂絶縁層４４〜４６とは熱膨張係数が異なる。このため、はんだバンプ５４，５５の形成時には、熱膨張係数差に起因する熱応力が加わる結果、配線基板４０が変形して基板主面４１側が凹となる反りが発生する（図１１参照）。この配線基板４０の反りは、２００μｍ〜３００μｍ程度である。
スティフナ３１は、従来周知の切断装置を用いて銅板を切断することにより矩形状に加工される。また、スティフナ３１の開口部３５は、座繰りカッター、メカニカルドリル、パンチング装置等を用いて孔あけ加工を行うことにより形成される。
接合工程では、反りを有する配線基板４０の基板主面４１にスティフナ３１を接着する。具体的には、図１２に示されるように、スティフナ３１の接合面３２に接着剤３０を塗布した後、配線基板４０の基板主面４１上にスティフナ３１を配置し、接合面３２を基板主面４１に接触させる。この状態で、例えば１５０℃程度で加熱処理（キュア）を行って接着剤３０を固化させれば、加熱処理後に接着剤３０が室温まで冷却されるとともに、スティフナ３１が基板主面４１に対して接着剤３０を介して接合固定される（図１３参照）。このとき、配線基板４０及びスティフナ３１の熱膨張係数差に起因する熱応力が加わることで、配線基板４０の反りを解消する方向に変形する。これにより、配線基板４０の反りが５０μｍ以下に低減され、反りの少ないフラットな形状のスティフナ付き配線基板１１が形成される。
その後、配線基板４０のＩＣチップ搭載領域２３にＩＣチップ２１を載置する。このとき、ＩＣチップ２１側の面接続端子２２と、配線基板４０側の主面側はんだバンプ５４とを位置合わせするようにする。そして、加熱して各主面側はんだバンプ５４をリフローすることにより、面接続端子２２と主面側はんだバンプ５４とが接合され、配線基板４０にＩＣチップ２１が搭載される（図１参照）。
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）本実施の形態では、配線基板作成工程にて、基板主面４１側が凹となる反りを有する配線基板４０を予め作成した後、接着工程にて、反りを有する配線基板４０の基板主面４１側にスティフナ３１を接着固定している。このようにすると、配線基板４０及びスティフナ３１の熱膨張係数差によって配線基板４０の反りを解消する方向に変形することで、反りの少ないフラットな形状の補強材付き配線基板１１を製造することができる。この結果、補強材付き配線基板１１にＩＣチップ２１を確実に搭載することができ、製品の歩留まりが向上してその信頼性を確保することができる。
（２）本実施の形態の配線基板作製工程では、複数の樹脂絶縁層４３〜４６のうち他のものと比べて相対的に熱膨張係数の小さい材料からなる樹脂絶縁層４３を基板裏面４２となる側に配置して各樹脂絶縁層４３〜４６を積層している。このようにすると、各樹脂絶縁層４３〜４６の熱膨張係数差に起因する熱応力を加えることにより、基板主面４１側が凹となる反りを有する配線基板４０を容易に作製することができる。
（３）本実施の形態の配線基板４０のように、エポキシ樹脂をガラスクロス４８（無機材料）に含浸させてなるビルドアップ材を用いて樹脂絶縁層４３を形成することにより、基板自体の剛性を向上させることができる。
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、配線基板４０の熱膨張係数がスティフナ３１の熱膨張係数よりも大きく、基板主面４１側が凹となる反りを有する配線基板４０を作製するものであった。これとは逆に、スティフナ３１の熱膨張係数が大きく配線基板４０の熱膨張係数が小さい場合には、基板裏面４２側が凹となる反りを有する配線基板４０を作製して、その反りを有する配線基板４０の基板主面４１上にスティフナ３１を接着固定するようにしてもよい。このようにしても、配線基板４０及びスティフナ３１の熱膨張係数差によって配線基板４０の反りを解消する方向に変形することで、反りのないフラットな形状のスティフナ付き配線基板１１を製造することができる。なお、前記基板裏面４２側が凹となる反りを有する配線基板４０を作製する場合には、複数の樹脂絶縁層４３〜４６のうち他のものと比べて相対的に熱膨張係数の小さい材料からなる樹脂絶縁層４６を基板主面４１となる側に配置して積層を行うようにする。
・上記実施の形態において、配線基板４０は、４層の樹脂絶縁層４３〜４６を積層してなる基板であるが、これら樹脂絶縁層の層数を適宜変更してもよい。また、複数の樹脂絶縁層４３〜４６のうちの１層の樹脂絶縁層４３を他のものと比べて相対的に熱膨張係数の小さい材料で形成するものであったが、２層以上の樹脂絶縁層を熱膨張係数の異なる材料で形成してもよい。
・上記実施の形態では、樹脂絶縁層４３〜４６の熱膨張係数差に起因する熱応力を利用して、反りを有する配線基板４０を作製するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、成形金型を用いて型押しすることによって反りを有する配線基板４０を作製してもよい。また、基板の最表層をソルダーレジストで覆う配線基板においては、そのソルダーレジストの熱膨張係数を樹脂絶縁層４３〜４６の熱膨張係数と異ならせて形成し、ソルダーレジストと樹脂絶縁層との熱膨張係数差を利用して配線基板を反らせてもよい。
・上記実施の形態では、反りを有する配線基板４０とスティフナ３１とを個々に作製した後、それら配線基板４０とスティフナ３１とを接合してスティフナ付き配線基板１１を作製するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、配線基板４０となるべき製品領域が複数形成された多数個取り用配線基板を作製し、その多数個取り用配線基板の製品領域にスティフナ３１をそれぞれ接着固定する。そして、スティフナ３１の接着固定後において、多数個取り用配線基板を切断することで、スティフナ付配線基板１１を複数同時に作製してもよい。この多数個取り用配線基板においても、樹脂絶縁層４３〜４５と樹脂絶縁層４６との熱膨張係数差により基板主面４１側が凹となる反りを発生させる。そして、スティフナ３１の接着時の加熱処理によって、多数個取り用配線基板とスティフナ３１との熱膨張係数差により反りを解消する方向に配線基板を変形させる。このようにしても、反りの少ないフラットな形状のスティフナ付き配線基板１１を製造することができる。
・上記実施の形態のスティフナ付き配線基板１１では、補強材として銅からなるスティフナ３１を用いたが、銅以外の金属製のスティフナを用いてもよいし、セラミック製のスティフナや樹脂製のスティフナを用いてもよい。さらに、樹脂材料からなる基材の表面に金属板やセラミック板を貼り付けてなるスティフナを用いてもよい。
１１…補強材付き配線基板としてのスティフナ付き配線基板
２１…半導体集積回路チップとしてのＩＣチップ
３１…補強材としてのスティフナ
３５…開口部
４０…配線基板
４１…基板主面
４２…基板裏面
４３〜４６…樹脂絶縁層
４８…無機材料としてのガラスクロス
５１…導体層
５２…主面側接続端子としての端子パッド
５７…ビア導体
２１…半導体集積回路チップとしてのＩＣチップ
３１…補強材としてのスティフナ
３５…開口部
４０…配線基板
４１…基板主面
４２…基板裏面
４３〜４６…樹脂絶縁層
４８…無機材料としてのガラスクロス
５１…導体層
５２…主面側接続端子としての端子パッド
５７…ビア導体
Claims (7)
- 基板主面及び基板裏面を有し、コア基板を含まずに複数の樹脂絶縁層及び複数の導体層を積層してなる構造を有し、半導体集積回路チップを接続可能な複数の主面側接続端子が前記基板主面上に配設された配線基板と、
前記基板主面側にのみ接合され、前記複数の主面側接続端子を露出させる開口部が貫通形成された補強材と
を備える補強材付き配線基板の製造方法であって、
前記複数の樹脂絶縁層のうち層数が最も多いものの熱膨張係数が前記補強材の熱膨張係数よりも大きい場合には前記基板主面側が凹となる反りを有する配線基板を作製し、前記複数の樹脂絶縁層のうち層数が最も多いものの熱膨張係数が前記補強材の熱膨張係数よりも小さい場合には前記基板裏面側が凹となる反りを有する配線基板を作製する配線基板作製工程と、
反りを有する前記配線基板の前記基板主面に前記補強材を接着する接着工程と
を含むことを特徴とする補強材付き配線基板の製造方法。 - 前記接合工程前における前記配線基板の前記反りの大きさが１００μｍ以上５００μｍ以下であり、前記接合工程後における前記配線基板の前記反りの大きさが０μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の補強材付き配線基板の製造方法。
- 前記複数の樹脂絶縁層には複数のビア導体が形成され、前記複数のビア導体は前記複数の樹脂絶縁層の各層において同一方向に拡径していることを特徴とする請求項１または２に記載の補強材付き配線基板の製造方法。
- 前記配線基板作製工程において、前記複数の樹脂絶縁層のうち他のものと比べて相対的に熱膨張係数の小さい材料からなる少なくとも１つの樹脂絶縁層を前記基板裏面となる側に配置して積層を行うことで、前記基板主面側が凹となる反りを有する配線基板を作製することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の補強材付き配線基板の製造方法。
- 前記配線基板作製工程において、前記複数の樹脂絶縁層のうち他のものと比べて相対的に熱膨張係数の小さい材料からなる少なくとも１つの樹脂絶縁層を前記基板主面となる側に配置して積層を行うことで、前記基板裏面側が凹となる反りを有する配線基板を作製することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の補強材付き配線基板の製造方法。
- 前記複数の樹脂絶縁層のうち他のものと比べて相対的に熱膨張係数の小さい材料からなる少なくとも１つの樹脂絶縁層は、樹脂材料中に無機材料を含有させた複合材料からなることを特徴とする請求項４または５に記載の補強材付き配線基板の製造方法。
- 基板主面及び基板裏面を有し、コア基板を含まずに複数の樹脂絶縁層及び複数の導体層を積層してなる構造を有し、半導体集積回路チップを接続可能な複数の主面側接続端子が前記基板主面上に配設され、前記複数の主面側接続端子を露出させる開口部が貫通形成された補強材が接合されるべき配線基板であって、１００μｍ以上５００μｍ以下の大きさの反りを有し、前記複数の樹脂絶縁層には複数のビア導体が形成され、前記複数のビア導体は前記複数の樹脂絶縁層の各層において同一方向に拡径しており、前記複数の樹脂絶縁層のうち他のものと比べて相対的に熱膨張係数の小さい材料からなる樹脂絶縁層を少なくとも１つ有することを特徴とする補強材付き配線基板用の配線基板。
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