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JP7279306B2 - 配線基板 - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置等に用いられる配線基板に関するものである。
半導体チップ、および、外部接続用部材を用いた半導体装置が、画像処理、通信、車載などのさまざまな分野で用いられている。また、半導体装置の高性能化、小型軽量化が進む中で、半導体装置に用いられる半導体配線基板においても小型化、多ピン化、外部端子のファインピッチ化が求められており、そのため高密度配線基板の要求が高まっている。
配線基板の内層部材であるコア材料には、従来、ガラスエポキシ樹脂に代表される有機コア材料が用いられてきたが、近年はシリコンやガラスなどの無機コア材料が注目を浴びている。ガラスやシリコンは、有機コア材料と比べ、平坦かつ平滑な基板ができることから微細配線形成に適し、吸湿時や加熱時の変形が少なく、また、絶縁性に優れ、電気的に優位であることが挙げられる。
しかしながら、シリコンやガラス等の材料は寸法安定性、平坦性、電気的特性に優れているものの、シリコン、ガラス基板へ金属配線層を形成した際に、材質の線膨張係数の差による引張/圧縮歪みにより、シリコン、ガラス基板上の金属配線層周辺で亀裂(クラック)を生じることがある。
特にシリコン、ガラス基板の表面と金属配線層の端部接点箇所に応力が集中し、シリコン、ガラス基板にクラックが生じることが確認されている。
シリコン、ガラス基板と貫通孔電極、金属パッド、金属配線層周辺におけるクラックの抑制には、貫通孔電極、金属パッド、金属配線層の厚みを薄化させて引張/圧縮歪みを低減させることが効果的であるが、貫通孔電極、金属パッド、金属配線層が薄くなることで、電気抵抗値が増大することにより、電気的特性が低下するといった問題がある。
特許第5904556号公報
本発明は、以上の事情の下になされ、電気抵抗値の増大による電気的特性を低下させることなく、半導体パッケージ基板の金属配線層周辺のコア材に発生するクラック、割れ、欠けを抑制する構造を備えた配線基板を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の請求項1の発明は
リコン基材上もしくはガラス基材上の少なくとも一方の面に、無機化合物からなる一層
以上の無機密着層を有し、該無機密着層上に電気めっきからなる下層金属配線層を有し、
さらにその上に一層以上の電気めっきからなる上層金属配線層を有しており、
前記下層金属配線層と上層金属配線層は、それら両層の端辺が重ならない多段構造であり、かつ前記下層金属配線層の平面視における下層金属配線幅Aに対して、前記上層金属配線層の平面視における上層金属配線幅aが、A>aかつ一部分においてA<aとなることを特徴とする配線基板である。
これにより、金属配線と前記シリコン基材もしくはガラス基材との異種材料による線膨
張係数による応力差を低減させることで、配線基板の金属配線層周辺に発生するクラック、割れ、欠けを抑制することができる。
上記のようにすることにより、金属配線層全体の体積が増加することで電気抵抗値が低下する。なおかつ、前記下層金属配線層の配線厚みが薄くできることで、前記シリコン基材もしくはガラス基材と金属配線層の端部接点での応力緩和が可能となり、前記シリコン基材もしくはガラス基材へのクラック等の不具合を抑制することができる。
その結果、前記シリコン基材もしくはガラス基材へのクラックや割れ欠け等の不具合を抑制しつつ、電気的特性の劣化を抑えることができる。
本発明によれば、シリコン基材もしくはガラス基材へのクラックや割れ欠けを抑制し、かつ電気抵抗値の増大による電気的特性の低下を回避可能な配線基板が提供できる。
本発明の第1の形態の一例を示す断面視模式図。 本発明の第2の形態の一例を示す断面視模式図。 本発明の第3の形態の一例を示す平面視模式図。 本発明の第4の形態の一例を示す平面視模式図。 本発明の第5の形態の一例を示す平面視模式図。 本発明の一実施形態における配線基板の製造工程を示す模式図。 本発明の一実施形態における配線基板の製造工程を示す模式図。 本発明の一実施形態における配線基板の製造工程を示す模式図。 本発明の一実施形態における配線基板の製造工程を示す模式図。 本発明の一実施形態における配線基板の製造工程を示す模式図。 本発明の一実施形態における配線基板の製造工程を示す模式図。 本発明の一実施形態における配線基板の製造工程を示す模式図。 本発明の一実施形態における配線基板の製造工程を示す模式図。 本発明の一実施形態における配線基板の製造工程を示す模式図。 本発明の一実施形態における配線基板の製造工程を示す模式図。 本発明の一実施形態における配線基板の製造工程を示す模式図。
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。なお本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
図1は本発明の効果を得るための一例として第1の形態を示す断面模式図となっている。
図1に示すように、シリコン基材もしくはガラス基材101の表裏面に、少なくとも一層以上の無機密着層102が形成され、さらに無機密着層102直上に、下層金属配線層103、上層金属配線層104が積層されており、下層金属配線層103と上層金属配線層104は、その端辺が重ならず、段差を生じており、いわゆる多段構造形状になっている。
これにより、金属配線と前記シリコン基材もしくはガラス基材101との異種材料による線膨張係数による応力差を低減させることで、配線基板の金属配線層周辺のコア材に発生するクラック、割れ、欠けを抑制する構造を得ることができる。
また、このような構造にすることにより、前記シリコン基材もしくはガラス基材101においてクラックが生じやすい箇所である前記シリコン基材もしくはガラス基材101と前記下層金属配線層103との端部接点が多段構造であることで、材質応力差によるクラックの発生を抑制することができる。かつ、前記上層金属配線層104により金属配線全体の体積が増加することで電気抵抗値を下げることが出来るため、電気特性の劣化を回避することが可能となる。
図2に、本発明の第2の形態に係る配線基板の断面を示す。
この配線基板は、脆性材料であるシリコン基材もしくはガラス基材101に、この基材101を貫通する貫通孔105が穿設され、前記シリコン基材もしくはガラス基材101の両面および前記貫通孔内壁上に、無機密着層102が形成されている。そして前記無機密着層102直上に、電気めっきによって下層金属配線層103が形成され、さらに前記下層金属配線層103直上に、電気めっきにより上層金属配線層104が形成されている。
その後、前記下層金属配線層103が形成されていない箇所の前記無機密着層102が除去されることで、図2の構成を得る。なお、図2記載の前記無機密着層102および前記上記金属配線層104の層数および前記下層金属配線103および前記上記上層金属配線104の形状および厚みは、1つの例として図示したものであり、特に規定するものではない。
図3~図5に、本発明の第3~第5の形態をとる場合のそれぞれの(a)平面図および(b)断面図を示す。
図3に示すように、本発明の第3の形態においては、下層金属配線層103のパターンが上層金属配線層104のパターンより大きく形成されており、図3(a)平面図では下層金属配線層103のパターンの端部が露出している。中央のFとF’を結ぶ線における(b)断面図では、下層金属配線層103と上層金属配線層104とは、階段状の多段構造になっている。
また図4に示すように、本発明の第4の形態においては、下層金属配線層103のパターンは上層金属配線層104のパターンによって完全に覆われて形成されており、図4(a)平面図では下層金属配線層103のパターンは見えなくなっている。中央のFとF’を結ぶ線における(b)断面図では、下層金属配線層103と上層金属配線層104とは、被覆状の多段構造になっている。
また図5に示すように、本発明の第5の形態においては、図5(a)平面図の中央部分では、下層金属配線層103のパターンは上層金属配線層104のパターンによって完全に覆われて見えなくなっている。一方、図の両端部分ではホールパターンが形成され、ホールの中心には貫通孔105が形成されている。
そして、中央のFとF’を結ぶ線における(b)断面図(左側の図)では、下層金属配線層103のパターンは上層金属配線層104のパターンによって覆われており、前記第4の形態と同様な被覆状の多段構造になっている。
一方、右端部のGとG’を結ぶ線における(b)断面図(右側の図)では、基板101上に無機密着層102、下層金属配線層103、上層金属配線層104が順に積層されて、貫通孔105を覆っている。ホールパターンの外周部では、前記第3の形態と同様な階段状の多段構造となっている。
このように、第5の形態においては2種類の多段構造が共存している形となっている。
本発明においては、下層金属配線層103直上に上層金属配線層104が形成されることにより、金属配線層全体の体積が増加することで電気抵抗の低下を図ることができる。また、シリコン基材もしくはガラス基材101と下層金属配線層103および上層金属配線層104が多段構造をとることで、前記シリコン基材もしくはガラス基材101と前記下層金属配線層103の端部接点におけるクラックの抑制が可能となる。
<実施例1>
まず、本発明の第3の形態を得るための実施例を、図6~図13を用いて説明する。
(ガラス基材の形成)
本発明の実施例1として、図6~図13に示す工程によって配線基板を作製した。厚さ0.3mm、大きさ300×300mm、熱膨張率4ppm/℃のガラスコア基板201に、公知技術であるCOレーザーにて穴径100μmの貫通孔202を形成し、500℃でアニールすることによって加工歪みを除去した(図6)。
(無機密着層の形成)
続いて、図7に示すように、チタン層203を厚さ0.05μm、銅層204を厚さ0.5μmとなるようにスパッタリング処理により形成し、その後、ニッケル層205を厚さ0.2μmとなるように化学めっきによって形成した。
(下層金属配線層の形成)
続いて、厚さ25μmのドライフィルムレジスト206を両面形成後、配線パターンをフォトマスクによって両面パターニング後、1%炭酸ソーダで現像処理することにより、パターニングされたガラスコア基板を得た(図8)。
さらに、下層金属配線層207として電気めっきにて銅層204を2μm形成し(図9)、ドライフィルムレジスト206を剥離後に無機密着層102の除去として、トップリップAZ(奥野製薬)によるニッケル層205の除去、硫酸-過酸化水素からなるエッチング液による銅層204の除去、水酸化カリウム-過酸化水素混合エッチング液によるチタン層203を除去することで、ガラス上に下層金属配線層207を形成された基板を得た(図10)。
(上層金属配線層の形成)
第3の形態では、図3に示すように、下層金属配線層103の配線パターン部分の寸法
幅を下層金属配線幅Aとし、また上層金属配線層104の配線パターン部分の寸法幅を上層金属配線幅aとする。この場合下層金属配線幅Aに対して、上層金属配線幅aがA>aの形態をとることとなる。下層金属配線層207上にドライフィルムレジスト206を用い、下層金属配線幅aに対して、A>aとなるように、パターニングを行い(図11)、下層金属配線層207直上に電気めっきにて銅4μmの上層金属配線層208を形成した後(図12)、ドライフィルムレジスト206を除去することで本発明の第3の形態における構造が得られた(図13)。
なお、図13では上層金属配線層208が一層の事例を示したが、所望の電気抵抗値が得られるよう更に上層金属配線層208を多層化してもよい。
上記実施例1に示す工程により、図3に示される形状の金属配線パターンが得られた。
<実施例2>
次に、本発明の第4の形態を得るための実施例を示す。
(ガラス基材の形成)
本発明の実施例2として、図6~図10、および図14~16に示す工程によって配線基板を作製した。厚さ0.3mm、大きさ300×300mm、熱膨張率4ppm/℃のガラスコア基板201に、公知技術であるCOレーザーにて穴径100μmの貫通孔202を形成し、500℃でアニールすることによって加工歪みを除去した(図6)。
(無機密着層の形成)
続いて、図7に記載するようにチタン層203を厚さ0.05μm、銅層204を厚さ0.5μmとなるようにスパッタリング処理により形成し、その後、ニッケル層205を厚さ0.2μmとなるように化学めっきによって形成した。
(下層金属配線層の形成)
続いて、厚さ25μmのドライフィルムレジスト206を両面形成後、配線パターンをフォトマスクによって両面パターニング後、1%炭酸ソーダで現像処理することにより、パターニングされたガラスコア基板を得た(図8)。さらに、下層金属配線層207として電気めっきにて銅層204を2μm形成し(図9)、ドライフィルムレジスト206を剥離後に無機密着層102の除去として、トップリップAZ(奥野製薬)によるニッケル層205の除去、硫酸-過酸化水素からなるエッチング液による銅層204の除去、水酸化カリウム-過酸化水素混合エッチング液によるチタン層203を除去することで、ガラス上に下層金属配線層207を形成された基板を得た(図10)。
(上層金属配線層の形成)
第4の形態では、図4に示すように下層金属配線幅Aに対して、上層金属配線幅aがA<aの形態をとることとなるため、下層金属配線層207上にドライフィルムレジスト206を用い、下層金属配線幅aに対して、A<aとなるようにパターニングを行い(図14)、下層金属配線層207直上に電気めっきにて銅4μmの上層金属配線層208を形成した後(図15)、ドライフィルムレジスト206を除去することで本発明の第4の形態における構造が得られた(図16)。
なお、図16では上層金属配線層208が一層の事例を示したが、所望の電気抵抗値が得られるよう更に上層金属配線層を多層化してもよい。
上記第4の形態の工程により、図4に示される形状の金属配線が得られた。
<実施例3>
次に、本発明の第5の形態を得るための実施例を示す。
(ガラス基材の形成)
本発明の実施例3として、図6~図10、および図14~16に示す工程によって配線基板を作製した。厚さ0.3mm、大きさ300×300mm、熱膨張率4ppm/℃のガラスコア基板201に、公知技術であるCOレーザーにて穴径100μmの貫通孔202を形成し、500℃でアニールすることによって加工歪みを除去した(図6)。
(無機密着層の形成)
続いて、図7に記載するようにチタン層203を厚さ0.05μm、銅層204を厚さ0.5μmとなるようにスパッタリング処理により形成し、その後、ニッケル層205を厚さ0.2μmとなるように化学めっきによって形成した。
(下層金属配線層の形成)
続いて、厚さ25μmのドライフィルムレジスト206を両面形成後、配線パターンをフォトマスクによって両面パターニング後、1%炭酸ソーダで現像処理することにより、パターニングされたガラスコア基板を得た(図8)。さらに、下層金属配線層207として電気めっきにて銅層204を2μm形成し(図9)、ドライフィルムレジスト206を剥離後に無機密着層102の除去として、トップリップAZ(奥野製薬)によるニッケル層205の除去、硫酸-過酸化水素からなるエッチング液による銅層204の除去、水酸化カリウム-過酸化水素混合エッチング液によるチタン層203を除去することで、ガラス上に下層金属配線層207を形成された基板を得た(図10)。
(上層金属配線層の形成)
第5の形態では、図5に示すように下層金属配線幅Aに対して、上層金属配線幅aがA>aかつ一部分がA<aの形態をとることとなるため、下層金属配線層207上にドライフィルムレジスト206を用い、下層金属配線幅aに対して、A<aかつ一部分においては、A>aとなるようにパターニングを行い(図11および図14)、下層金属配線層207直上に電気めっきにて銅4μmの上層金属配線層208を形成した後(図12および図15)、ドライフィルムレジスト206を除去することで本発明の第5の形態における構造が得られる(図13及び図16)。
なお、図13及び図16では上層金属配線層208が一層の事例を示したが、所望の電気抵抗値が得られるよう更に上層金属配線層を多層化してもよい。
上記第5の形態の工程により、図5に示される形状の金属配線が得られる。
上記実施例1~3のいずれかの構成を有することで、駆動周波数1GHzにおいて、ガラスコア基板にクラックが生じることがなく、伝送特性低下が生じない基板が得られた。
本発明の配線基板は、ガラスインターポーザ、ガラスコアRFモジュール等に有効である
101 シリコンもしくはガラスからなる基材
102 無機密着層
103 下層金属配線層
104 上層金属配線層
105 貫通孔
A 下層金属配線幅
a 上層金属配線幅
201 ガラスコア基板
202 貫通孔
203 チタン層
204 銅層
205 ニッケル層
206 ドライフィルムレジスト
207 下層金属配線層
208 上層金属配線層

Claims (1)

  1. シリコン基材上もしくはガラス基材上の少なくとも一方の面に、無機化合物からなる一
    層以上の無機密着層を有し、該無機密着層上に電気めっきからなる下層金属配線層を有し
    、さらにその上に一層以上の電気めっきからなる上層金属配線層を有しており、
    前記下層金属配線層と上層金属配線層は、それら両層の端辺が重ならない多段構造であり、かつ前記下層金属配線層の平面視における下層金属配線幅Aに対して、前記上層金属配線層の平面視における上層金属配線幅aが、A>aかつ一部分においてA<aとなることを特徴とする配線基板。
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