(57)【要約】【課題】貫通孔内に導体が空隙なく充填されて、表裏の電気的コンタクトを確実にとることができ、信頼性に優れた貫通配線を備えた貫通配線基板を提供すること。【解決手段】本発明に係る貫通配線基板は、基板２の一方の面２ａ側から該一方の面も含めた何れかの面（図１の場合は２ｂ）側に至る貫通孔３内に、導体５が設けられてなる貫通配線６Ａ（６）を備えた貫通配線基板１Ａ（１）であって、前記基板の内部にあって、該貫通孔に連通した空間４を有することを特徴とする。【選択図】図１
2010021269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面側から該一方の面も含めた何れかの面側に至る貫通孔内に、導体が設けられてなる貫通配線を備えた貫通配線基板であって、
前記基板の内部にあって、該貫通孔に連通した空間を有することを特徴とする貫通配線基板。
【請求項２】
基板の一方の面側から該一方の面も含めた何れかの面側に至る貫通孔内に、導体が設けられてなる貫通配線を備え、前記基板の内部にあって、該貫通孔に連通した空間を有する貫通配線基板の製造方法であって、
前記基板にレーザー光を照射し、前記貫通孔となる部分に第一改質部を形成する工程Ａと、
前記基板にレーザー光を照射し、前記空間となる部分に第二改質部を形成する工程Ｂと、
前記第一改質部及び前記第二改質部をウェットエッチングにより除去し、前記貫通孔及び前記空間を形成する工程Ｃと、
前記貫通孔内に、導体を設ける工程Ｄと、を少なくとも順に備えたことを特徴とする貫通配線基板の製造方法。
【請求項３】
基板の一方の面側から該一方の面も含めた何れかの面側に至る貫通孔内に、導体が設けられてなる貫通配線を備え、前記基板の内部にあって、該貫通孔に連通した空間を有する貫通配線基板の製造方法であって、
前記基板に前記貫通孔を形成する工程Ｗと、
前記基板にレーザー光を照射し、前記空間となる部分に改質部を形成する工程Ｘと、
前記改質部をウェットエッチングにより除去し、前記空間を形成する工程Ｙと、
前記貫通孔内に、導体を設ける工程Ｚと、を少なくとも順に備えたことを特徴とする貫通配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通配線を有する貫通配線基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話など電子機器の高機能化に伴い、それらの機器に使われる電子デバイス等にも、さらなる高速化、高機能化が要求されている。これらの要求を実現するためには、微細化等によるデバイス自身の高速化だけではなく、デバイスのパッケージについても高速化、高密度化に向けた技術開発が必須になっている。
【０００３】
高密度実装を実現する技術としては、チップに微細な貫通電極を設けてチップを積層実装する三次元実装や、貫通電極が形成された貫通電極基板を用いたシステムインパッケージ（ＳｉＰ）が提案されており、これらの実装技術を実現するための貫通電極形成技術や貫通電極基板の形成技術の研究開発が活発に行われている。また、微細孔形成技術としてレーザー光等により基板内部を改質し、改質した部分をエッチングにより除去することで微細孔を形成する技術が研究されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ＢＧＡなどで用いるインターポーザ基板、ＩＣチップを積層する高密度３次元実装等の用途において、表裏の電気的コンタクトを確保するための貫通配線形成方法として、ＤＲＩＥ等を用いて形成した貫通孔内に、差圧を利用して溶融している金属を貫通孔に吸引させ導体を充填する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
詳細には、真空チャンバー内に溶融した金属と微細孔（ブラインドビア）が形成された基板をおき、真空下にて前記基板を浸漬させた後加圧を行い貫通孔内に金属を流入させる（以下、この方法を溶融金属吸引法と言う）。その後薄板化、再配線を行うことによりインターポーザ基板が完成する。この方法により様々な孔径、形状、アスペクト比の貫通孔に一括で短時間、かつボイドレスな導体充填が可能である。
【０００６】
しかしながら、溶融金属吸引法による導体充填には前記のような利点がある一方、ブラインドビア底部に空隙ができることが多い（貫通孔の場合は中央に空隙ができる）。すなわち、貫通孔が形成されている基板に、溶融金属吸引法により貫通孔内に金属を充填すると、チャンバーを減圧雰囲気にしても、完全な真空状態でないため、図６に示すように、両面から貫通孔１００内に侵入してきた金属１０１が中央付近で接触せず、内部に残留気体（空隙部）１０２が残り電気的にコンタクトできない。
【０００７】
前記問題を解決する方法として、貫通していない微細孔（ブラインドビア）が形成されている基板に、溶融金属吸引法により微細孔内に金属を充填する方法もある。前記問題点と同じく最終的には下部に空隙が生じるが、裏面研削をすることで、表裏の電気的コンタクトを確保することは可能である。
【０００８】
しかしながら、このことは、溶融金属吸引法を用いるにはブラインドビア形状と研削工程が必須であることを示しており、最初から貫通孔を形成する場合と比較して、研削分コストが上乗せされてしまう。
また、表面に集積回路（ＩＣ）が形成されている基板に対しては、孔底部でコンタクト不良が多数発生するため、安定して歩留まりを確保することが難しい。また、歩留まり向上のため研削工程が必須であるとすると、ＩＣが形成された基板には溶融金属吸引法は適用できない。
【特許文献１】特開２００６-３０３３６０号公報
【特許文献２】特開２００４−２２８１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、貫通孔内に導体が空隙なく充填されて、表裏の電気的コンタクトを確実にとることができ、信頼性に優れた貫通配線を備えた貫通配線基板を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、貫通孔内に導体を空隙なく充填することができ、これにより表裏の電気的コンタクトを確実にとることができ、信頼性に優れた貫通配線を備えた貫通配線基板を容易な方法で得ることが可能な貫通配線基板の製造方法を提供することを第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に記載の貫通配線基板は、基板の一方の面側から該一方の面も含めた何れかの面側に至る貫通孔内に、導体が設けられてなる貫通配線を備えた貫通配線基板であって、前記基板の内部にあって、該貫通孔に連通した空間を有することを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の貫通配線基板の製造方法は、基板の一方の面側から該一方の面も含めた何れかの面側に至る貫通孔内に、導体が設けられてなる貫通配線を備え、前記基板の内部にあって、該貫通孔に連通した空間を有する貫通配線基板の製造方法であって、前記基板にレーザー光を照射し、前記貫通孔となる部分に第一改質部を形成する工程Ａと、前記基板にレーザー光を照射し、前記空間となる部分に第二改質部を形成する工程Ｂと、前記第一改質部及び前記第二改質部をウェットエッチングにより除去し、前記貫通孔及び前記空間を形成する工程Ｃと、前記貫通孔内に、導体を設ける工程Ｄと、を少なくとも順に備えたことを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の貫通配線基板の製造方法は、基板の一方の面側から該一方の面も含めた何れかの面側に至る貫通孔内に、導体が設けられてなる貫通配線を備え、前記基板の内部にあって、該貫通孔に連通した空間を有する貫通配線基板の製造方法であって、前記基板に前記貫通孔を形成する工程Ｗと、前記基板にレーザー光を照射し、前記空間となる部分に改質部を形成する工程Ｘと、前記改質部をウェットエッチングにより除去し、前記空間を形成する工程Ｙと、前記貫通孔内に、導体を設ける工程Ｚと、を少なくとも順に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、基板の内部にあって、該貫通孔に連通した空間を有しているので、この空間が空気溜まりとなり、貫通孔内に残留気体（空隙部）を残すことなく導体が十分に充填される。これにより表裏の電気的コンタクトを確実にとることができ、信頼性に優れた貫通配線を備えた貫通配線基板を提供することができる。
また、本発明では、基板の内部にあって、貫通孔に連通した空間を形成している。これにより、貫通孔内に導体を充填する際に、この空間が空気溜まりになるため、貫通孔内に残留気体（空隙部）を残すことなく導体を十分に充填することができる。その結果、本発明では、表裏の電気的コンタクトを確実にとることができ、信頼性に優れた貫通配線を備えた貫通配線基板を容易な方法で得ることが可能な貫通配線基板の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば歩留まりも向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る貫通配線基板及びその製造方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
＜第一実施形態＞
図１は、本発明の貫通配線基板の一構成例を模式的に示す断面図である。
この貫通配線基板１Ａ（１）は、基板２と、該基板２の一方の面２ａ側から、その裏面に相当する他方の面２ｂ側に至る貫通孔３内に、導体５が設けられてなる貫通配線６を備えており、かつ、貫通配線６が直線的に形成されている構成例である。
【００１４】
そして、本発明の貫通配線基板１は、基板２の内部にあって、貫通孔３に連通した空間４を有することを特徴とする。
本発明では、基板２の内部にあって、貫通孔３に連通した空間４を有しているので、この空間４が空気溜まりとして働き、貫通孔３内に残留気体（空隙部）を残すことなく導体５が十分に充填される。これにより貫通配線基板１は、表裏の電気的コンタクトを確実にとることができ、信頼性に優れた貫通配線６を備えたものとなる。
【００１５】
次に、本発明に係る貫通配線基板の製造方法の一例について、図２を参照して説明する。図２は、本発明の貫通配線基板の製造方法（「第一製法」とも呼ぶ）を工程順に示した模式的断面図である。
【００１６】
本発明の貫通配線基板の製造方法（第一製法）は、基板２にレーザー光１０を照射し、貫通孔３となる部分に第一改質部３ａを形成する工程Ａと、基板２にレーザー光１０を照射し、第一改質部３ａの長手方向の中途に位置し、空間４となる部分に第二改質部４ａを形成する工程Ｂと、第一改質部３ａ及び第二改質部４ａをウェットエッチングにより除去し、貫通孔３及び空間４を形成する工程Ｃと、貫通孔３内に、導体５を設ける工程Ｄと、を少なくとも順に備えたことを特徴とする。
すなわち、上述した第一製法は、まず、貫通孔３となる第一改質部３ａ及び空間４となる第二改質部４ａを形成した後、第一改質部３ａ及び第二改質部４ａを一緒にウェットエッチングにより除去し、貫通孔３と空間４とを同時に形成する手法である。
なお、図２に示す第一製法は、基板２の一方の面２ａ側から他方の面２ｂ側へ延設してなる貫通孔３を形成する構成例に適用した場合を示している。
【００１７】
本発明では、基板２の内部にあって、貫通孔３に連通した空間４を形成している。これにより、貫通孔３内に導体５を充填する際に、この空間４が空気溜まりになるため、貫通孔３内に残留気体（空隙部）を残すことなく導体５を十分に充填することができる。その結果、本発明では、表裏の電気的コンタクトを確実にとることができ、信頼性に優れた貫通配線６を備えた貫通配線基板１を容易な方法で得ることができる。また、本発明によれば歩留まりも向上する。
以下、各工程ごとに詳しく説明する。
【００１８】
（１）まず、図２（ａ）に示すように、前記基板２にレーザー光１０を照射し、前記貫通孔３となる部分に第一改質部３ａを形成する（工程Ａ）
シリコンやガラス等からなる基板２の一方の面２ａ側よりレーザー光１０を照射し、基板２の少なくとも貫通孔３を形成したい箇所にレーザー光１０を照射して基板２内に第一改質部３ａを形成する。
この際、レーザー光１０の焦点と基板２の位置とを制御することにより、様々な形状の第一改質部３ａを形成することができる。
【００１９】
（２）次に、図２（ｂ）に示すように、前記基板２にレーザー光１０を照射し、前記空間４となる部分に第二改質部４ａを形成する（工程Ｂ）
基板２の一方の面２ａ側よりレーザー光１０を照射し、基板２の少なくとも空間４を形成したい箇所にレーザー光１０を照射して基板２内に第二改質部４ａを形成する。
第二改質部４ａ（空間４）を形成する部位としては特に限定されるものではないが、貫通孔３に連通するとともに、貫通配線６と電気的に無関係な部位とする。
【００２０】
（３）次に、図２（ｃ）に示すように、前記第一改質部３ａ及び前記第二改質部４ａをウェットエッチングにより除去し、前記貫通孔３及び前記空間４を形成する（工程Ｃ）。
容器内に入れた所定の薬液中に、第一改質部３ａ及び第二改質部４ａを形成した基板２を浸漬する。これにより、第一改質部３ａ及び第二改質部４ａは薬液によりウェットエッチングされ、基板２内から除去される。その結果、第一改質部３ａが存在した部分に、貫通孔３が形成される。また、第二改質部４ａが存在した部分に、空間４が形成される。薬液としては、例えば濃度が１０Ｗｔ％のフッ酸（ＨＦ）溶液を主成分とする酸溶液を用いる。これにより、第一改質部３ａ及び第二改質部４ａのみを選択的にエッチンクでき、貫通孔３及び空間４の形成が可能となる。
【００２１】
本エッチングは、改質部が非改質部に比べて非常に早く（数十倍）エッチングされる現象を利用するものであり、結果として改質部に起因した形状の貫通孔３及び空間４を形成することができる。
【００２２】
なお、薬液はフッ酸に限定されず、例えばフッ酸に硝酸等を適量添加したフッ硝酸系の混酸等を用いることができる。また、貫通孔３の孔径も、貫通配線６の用途に応じて１０μｍ程度から３００μｍ程度まで適宜設定することができる。さらに、形成する貫通孔３も、基板２を貫通するもの、非貫通のものでもどちらでも良い。また、空間４の数、径や深さも、用途に応じて適宜設定することができる。上述した方法により、基板２の内部に三次元的に自由な構造を持つ貫通孔３及び空間４を形成することができる。
【００２３】
（４）次に、図２（ｄ）に示すように、前記貫通孔３に導体５を設ける（工程Ｄ）。
貫通孔３の内部に導体５を設けることで、貫通配線６を形成する。
例えば、溶融金属吸引法により貫通孔３内部に導体５を充填する。溶融金属吸引法は、圧力差を用いて貫通孔３内部に溶融した金属を流しこむものであり、複雑な形状をした貫通孔内部にも気密性良く短時間で充填できる方法である。
【００２４】
このとき、本発明では、貫通孔３に連通して空間４が設けられているので、溶融金属吸引時に、該空間４を空気溜めとすることで、貫通孔３内に導体５を空隙なく設けることができる。これにより形成される貫通配線６において表裏の導通不良を低減することができる。特に、これら空間４の深さを大きくする、あるいは空間４の個数を増やすことで大幅な歩留まり改善が期待できる。
【００２５】
ここで、前記導体５の充填を、少なくとも前記基板２（及び基板２に導電層等が設けられている場合には該導電層等）の耐熱温度よりも低い温度で行うことが好ましい。これにより、構成部材に熱的ダメージを与えることなく貫通配線６の形成が可能となる。
【００２６】
なお、導体５としては特に限定されず、例えば、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）、錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）などの金属、また、錫鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）系、錫（Ｓｎ）基、鉛（Ｐｂ）基、金（Ａｕ）基、インジウム（Ｉｎ）基、アルミニウム（Ａｌ）基などのはんだを使用することができる。
【００２７】
なお、導体５は、ＭＥＭＳデバイスなどのパッケージには気密性を要求するものが少なくないため、貫通配線基板１などの応用においては、好ましくは貫通孔３の内部に完全に充填されているのが良い。
以上の工程により、図１に示したような貫通配線基板１Ａ（１）を得ることができる。
【００２８】
上述したような本発明の貫通配線基板の製造方法によれば、基板２の内部にあって、該貫通孔３に連通した空間４を形成している。これにより、貫通孔３内に導体５を充填する際に、この空間４が空気溜まりになるため、貫通孔３内に残留気体（空隙部）を残すことなく導体５を十分に充填することができる。その結果、本発明では、表裏の電気的コンタクトを確実にとることができ、信頼性に優れた貫通配線６を備えた貫通配線基板１を容易な方法で得ることができる。また、本発明によれば歩留まりも向上する。
【００２９】
＜第二実施形態＞
図３は、本発明の貫通配線基板の他の一構成例を模式的に示す断面図である。
図１においては、直線的に形成されている貫通配線６を備えた構成例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図３に示すように、クランク形状のように屈曲した形状を有する貫通配線６ＢＸ（６）や、Ｙ字状のように分岐した形状を有する貫通配線６ＢＹ（６）、その他３次元構造を有する貫通配線６ＢＺ（６）、を備えた貫通配線基板１Ｂ（１）についても適用可能である。
【００３０】
上述したような、レーザー改質とウェットエッチングの組み合わせによって３次元的な貫通孔３を形成する方法では、直線のみでなく、屈曲、分岐等、自由な３次元構造で貫通孔３を形成することができる。また、溶融金属吸引法は直線のみでなく、屈曲、分岐等、自由な３次元構造の貫通孔３に導体５を埋め込むことができる。
これにより、配線の自由度を向上させた３次元配線インターポーザ基板２も応用例として挙げられる。その結果、さらなる高機能化、高密度化を実現できる小型パッケージが可能になる。この場合、特にこれら空間４の深さを大きくする、あるいは空間４の個数を増やすことで大幅な歩留まり改善が期待できる。
【００３１】
次に、本発明に係る貫通配線基板の製造方法の他の一例について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の貫通配線基板の製造方法（「第二製法」とも呼ぶ）を工程順に示した模式的断面図である。第一製法に代えて第二製法を用いても、前述した図１に示す構成の貫通配線基板１Ａ（１）を作製することができる。
【００３２】
本発明の貫通配線基板の製造方法（第二製法）は、基板２に貫通孔３を形成する工程Ｗと、基板２にレーザー光１０を照射し、貫通孔３の長手方向の中途に位置し、空間４となる部分に改質部４ａを形成する工程Ｘと、改質部４ａをウェットエッチングにより除去し、空間４を形成する工程Ｙと、貫通孔３内に、導体５を設ける工程Ｚと、を少なくとも順に備えたことを特徴とする。
すなわち、上述した第二製法は、まず、貫通孔３を形成した後、空間４となる第二改質部４ａを形成し、次に第二改質部４ａをウェットエッチングにより除去することにより空間４を形成する手法である。
なお、図４に示す第二製法も、基板２の一方の面２ａ側から他方の面２ｂ側へ延設してなる貫通孔３を形成する構成例に適用した場合を示している。
【００３３】
この場合においても、基板２の内部にあって、該貫通孔３に連通した空間４を形成している。これにより、貫通孔３内に導体５を充填する際に、この空間４が空気溜まりになるため、貫通孔３内に残留気体（空隙部）を残すことなく導体５を十分に充填することができる。その結果、本発明では、表裏の電気的コンタクトを確実にとることができ、信頼性に優れた貫通配線６を備えた貫通配線基板１を容易な方法で得ることができる。また、本発明によれば歩留まりも向上する。
以下、各工程ごとに説明する。なお、以下に示す説明では上述した第一製法と異なる部分について主に説明し、第一製法と同様の部分についてはその説明を省略する。
【００３４】
（１）まず、図４（ａ）に示すように、基板２に前記貫通孔３を形成する（工程Ｗ）
基材に、貫通孔３を形成する。貫通孔３の形成には、例えばＤＲＩＥ（Deep-Reactive Ion Etching） 法、ウェットエッチング法、マイクロドリルなどによる機械加工法、光励起電解研磨法などを用いることができる。
【００３５】
（２）次に、図４（ｂ）に示すように、前記基板２にレーザー光１０を照射し、前記空間４となる部分に改質部４ａを形成する（工程Ｘ）
基板２の一方の面２ａ側よりレーザー光１０を照射し、基板２の少なくとも空間４を形成したい箇所にレーザー光１０を照射して基板２内に改質部４ａを形成する。
【００３６】
（３）次に、図４（ｃ）に示すように、前記改質部４ａをウェットエッチングにより除去し、前記空間４を形成する（工程Ｙ）。
（４）次に、図４（ｄ）に示すように、前記貫通孔３に導体５を充填する（工程Ｚ）。
以上の工程により、図１に示したような貫通配線基板１Ａ（１）を得ることができる。
【００３７】
＜第三実施形態＞
図５は、本発明の貫通配線基板の他の一構成例を模式的に示す断面図である。
図１や図３においては、基板２の一方の面２ａ側から他方の面２ｂ側へ延設してなる貫通孔３を利用した貫通配線６を備えた構成例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図５に示すように、基板２の同じ面（図５の構成例では他方の面２ｂ）側に両端を有する貫通配線６ＣＸ（６）や、基板の側面（図５の構成例では右側面２ｃ）側に一端を有する貫通配線６ＣＹ（６）、を備えた貫通配線基板１Ｃ（１）についても適用可能である。
【００３８】
＜第四実施形態＞
図６は、本発明の貫通配線基板の他の一構成例を模式的に示す断面図である。
本発明は、図６に示すような、集積回路（以下、「デバイス」とも呼ぶ）１１が形成された貫通配線基板１Ｄ（１）に対しても適用可能である。集積回路１１が形成された基板２に貫通配線６Ｄ（６）を形成するとき、接着剤１２を介して張り合わせられたサポート基板１３等でデバイス面（図６では基板２の下側に位置する面）を保護した後、デバイスの電極パッド１４に向かって裏面（図６では基板２の上側に位置する面）からＤＲＩＥ等で貫通孔３を形成し、その後導体５を充填する方法が一般的である。このような直線的に形成された貫通孔３に溶融金属吸引法を用いて導体５を充填すると先端まで充填されず、導通不良が起こる可能性が高い。
【００３９】
しかし、図６に示すように、電極パッド１４の近傍に空気留めの空間４を設けておくことで、導体５を先端まで充填することができ、大幅な歩留まり改善が期待できる。このように、ブラインドビアでも貫通孔３の底部に空気留めの空間４を設けることで、集積回路１１が形成された基板２に対しても、溶融金属を用いた導体５の充填が可能である。また、この場合、最初から貫通孔が形成されているので、研削工程が不要となり、プロセスやコストを削減することができる。
【００４０】
以上、本発明の貫通配線基板及びその製造方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、貫通配線を有する貫通配線基板及びその製造方法に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る貫通配線基板の一例を示す模式的断面図。
【図２】図１に示す貫通配線基板の製造方法の一例（第一実施形態）を工程順に示す模式的断面図。
【図３】本発明に係る貫通配線基板の他の一例を示す模式的断面図。
【図４】図１に示す貫通配線基板の製造方法の他の一例（第二実施形態）を工程順に示す模式的断面図。
【図５】本発明に係る貫通配線基板の他の一例を示す模式的断面図。
【図６】本発明に係る貫通配線基板の他の一例を示す模式的断面図。
【図７】従来の貫通配線基板の一例を示す模式的断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）  貫通配線基板、２  基板、３  貫通孔、４  空間、５  導体、６（６Ａ，６ＢＸ，６ＢＹ，６ＢＺ，６ＣＸ，６ＣＹ，６Ｄ）  貫通配線、３ａ  第一改質部、４ａ  第二改質部、１０  レーザー光。
【図１】
2010021269.tif 000003
【図２】
2010021269.tif 000004
【図３】
2010021269.tif 000005
【図４】
2010021269.tif 000006
【図５】
2010021269.tif 000007
【図６】
2010021269.tif 000008
【図７】
2010021269.tif 000009