(57)【要約】（課題）多層配線構造において、配線層の総数が増加しても熱応力及び熱歪みによる疲労破壊又は断線を抑制できる構造を有する配線基板及び配線基板の製造方法を提供する。（解決手段）  炭素素材を含有する基板と、基板上に形成された第１絶縁層と、第１絶縁層上に形成され、第１絶縁層が有する熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有し、第１絶縁層が有する弾性率よりも大きい弾性率を有する金属板を有する中間層と、中間層上に形成された第２絶縁層と、を含み、中間層は、金属板上に形成された第１導体層を更に含み、第２絶縁層上に形成された第２導体層と、第２導体層上に形成された第３絶縁層と、を更に含み、炭素素材は、カーボンファイバ又はカーボンナノチューブである。
2010058443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素素材を含有する基板と、
前記基板上に形成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に形成され、前記第１絶縁層が有する熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有し、前記第１絶縁層が有する弾性率よりも大きい弾性率を有する金属板を有する中間層と、
前記中間層上に形成された第２絶縁層と、
を含むことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記中間層は、前記金属板上に形成された第１導体層を更に含むことを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記第２絶縁層上に形成された第２導体層と、
前記第２導体層上に形成された第３絶縁層と、
を更に含むことを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項４】
前記炭素素材は、カーボンファイバ又はカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項５】
前記基板は、中心にインバー（鉄−ニッケル）合金、コバール（鉄−ニッケル−コバルト）合金、４２（鉄−ニッケル）合金、タングステン、又はモリブデンの少なくとも１つからなる金属板を更に有することを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項６】
前記金属板は、インバー（鉄−ニッケル）合金、コバール（鉄−ニッケル−コバルト）合金、４２（鉄−ニッケル）合金、タングステン、又はモリブデンの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項７】
炭素素材を含有する基板を形成する工程と、
前記基板上に第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層が有する熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有し、前記第１絶縁層が有する弾性率よりも大きい弾性率を有する金属板を有する中間層を前記第１絶縁層上に形成する工程と、
前記中間層上に第２絶縁層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項８】
前記金属板上に第１導体層を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項７記載の配線基板の製造方法。
【請求項９】
前記第２絶縁層上に第２導体層を形成する工程と、
前記第２導体層上に第３絶縁層を形成する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項７記載の配線基板の製造方法。
【請求項１０】
前記炭素素材は、カーボンファイバ又はカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項７記載の配線基板の製造方法。
【請求項１１】
前記基板は、中心にインバー（鉄−ニッケル）合金、コバール（鉄−ニッケル−コバルト）合金、４２（鉄−ニッケル）合金、タングステン、又はモリブデンの少なくとも１つからなる金属板を更に有することを特徴とする請求項７記載の配線基板の製造方法。
【請求項１２】
前記金属板は、インバー（鉄−ニッケル）合金、コバール（鉄−ニッケル−コバルト）合金、４２（鉄−ニッケル）合金、タングステン、又はモリブデンの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７記載の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、配線基板及び配線基板の製造方法に関し、より具体的には、導電性を有するコア基板を備えた配線基板及び配線基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に備えられる半導体素子等の電子部品及びプリント基板等の配線基板（パッケージ基板）の小型化が要求されている。一方、半導体素子の多ピン化に伴い、配線層を多層化した多層配線基板の重要性が高まっている。かかる多層配線基板として、例えば、絶縁層と導体層とが交互に積層された配線がコア基板の一方の主面又は両主面に形成されて成るビルトアップ多層配線基板が採用されている。【０００３】
電子機器に備えられる半導体素子等の電子部品及びプリント基板等の配線基板（パッケージ基板）の小型化が要求されている。一方、半導体素子の多ピン化に伴い、配線層を多層化した多層配線基板の重要性が高まっている。かかる多層配線基板として、例えば、絶縁層と導体層とが交互に積層された配線がコア基板の一方の主面又は両主面に形成されて成るビルトアップ多層配線基板が採用されている。【０００４】
このようなビルドアップ多層配線基板に半導体素子をベアチップ実装する場合に、以下の問題が発生する。例えば、配線層としてガラスエポキシ樹脂基板を用いる場合、その熱膨張係数は約１２ｐｐｍ／℃乃至２０ｐｐｍ／℃である。一方、シリコン（Ｓｉ）から成る半導体素子は、その熱膨張係数が約３．５ｐｐｍ／℃である。このように、配線層と半導体素子との熱膨張係数は大きく相違する。従って、このようなビルドアップ多層配線基板上に半導体素子をベアチップ実装すると、半導体素子とビルドアップ多層配線基板との間に、熱応力及び熱ひずみ等が発生して疲労破壊又は断線等を招くおそれがある。【０００５】
上記問題に対応するために、ガラスエポキシ樹脂基板として用いられるガラス布に代えて、カーボン繊維（炭素繊維）材を含む基材をコア基板として採用し、該コア基板の上下に熱伝導性材料を含む配線層を配置した配線基板が提案されている。
【特許文献１】特表２００４−５１５６１０号公報
【０００６】
しかしながら、例えば、４０層レベルまで配線層が積層されると、コア基板の厚みが１．２ｍｍであるとき、コア基板の面上に積層される配線層及び絶縁層の厚みは、６．０ｍｍ乃至７．０ｍｍとなる。即ち、配線層及び絶縁層の厚みは、コア基板の約５倍から６倍程度となる。配線層の層数が増加することに伴い、各配線層間を絶縁し、融着するガラスエポキシ系プリプレグが占める割合が、配線層が占める割合と比較して増加する。ガラスエポキシ系プリプレグの熱膨張係数は通常１０ｐｐｍ／℃乃至２０ｐｐｍ／℃であり、カーボン繊維（炭素繊維）材を含むコア基板と比較して大きい。
そのため、ベアチップ実装時において、半導体素子及びビルドアップ多層配線基板の温度が上昇する際に、半導体素子よりも配線基板におけるガラスエポキシ系プリプレグのほうが大きく膨張する。さらに、熱伝導性材料を含む配線層が含有される割合が減少しているため、ガラスエポキシ系プリプレグの熱膨張によって発生する応力変形量のほうが、配線層の応力変形量と比較して支配的になる。そのため、熱応力及び熱歪みが配線基板に発生して疲労破壊又は断線等が発生する問題があった。
【発明の開示】
【０００７】
（発明が解決しようとする課題）
本発明は、多層配線構造において、配線層の総数が増加しても熱応力及び熱歪みによる疲労破壊又は断線を抑制できる構造を有する配線基板及び配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
（課題を解決するための手段）
本発明の課題を解決するため、本発明の第１の側面によれば、炭素素材を含有する基板と、前記基板上に形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に形成され、前記第１絶縁層が有する熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有し、前記第１絶縁層が有する弾性率よりも大きい弾性率を有する金属板を有する中間層と、前記中間層上に形成された第２絶縁層と、を含むことを特徴とする配線基板を提供する。
【０００９】
本発明の課題を解決するため、本発明の第２の側面によれば、炭素素材を含有する基板を形成する工程と、前記基板上に第１絶縁層を形成する工程と、前記第１絶縁層が有する熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有し、前記第１絶縁層が有する弾性率よりも大きい弾性率を有する金属板を有する中間層を前記第１絶縁層上に形成する工程と、前記中間層上に第２絶縁層を形成する工程と、を含むことを特徴とする配線基板の製造方法を提供する。
【００１０】
（発明の効果）
本発明に係る配線基板及び配線基板の製造方法によれば、配線層の総数が増加しても、樹脂が有する熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有し、樹脂が有する弾性率よりも大きい弾性率を有する金属によって樹脂の熱膨張に起因する変位量が抑制される。そのため、炭素素材を含有する基板に加えて、配線層を積層して形成された配線基板の熱膨張に起因する変位量が抑制される。従って、半導体素子を配線基板にベアチップ実装する際における熱応力及び熱歪みによる配線基板の疲労破壊及び断線を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施例による配線基板５０ａの構造を示す図である。
【図２】図２は、第１実施例による配線基板５０ａの製造方法を示す図である。
【図３】図３は、第１実施例による配線基板５０ａの製造方法を示す図である。
【図４】図４は、第１実施例による配線基板５０ａの製造方法を示す図である。
【図５】図５は、第１実施例による配線基板５０ａの製造方法を示す図である。
【図６】図６は、第１実施例による配線基板５０ａの製造方法を示す図である。
【図７】図７は、第１実施例によるコア基板１、プリプレグ１２及び金属板４の熱膨張係数、弾性率、熱変形量、及び応力変形量を示す表である。
【図８】図８は、第２実施例による配線基板５０ｂの構造を示す図である。
【図９】図９は、第２実施例による配線基板５０ｂの製造方法を示す図である。
【図１０】図１０は、第２実施例による配線基板５０ｂの製造方法を示す図である。
【図１１】図１１は、第２実施例による配線基板５０ｂの製造方法を示す図である。
【図１２】図１２は、第２実施例による配線基板５０ｂの製造方法を示す図である。
【図１３】図１３は、第２実施例による配線基板５０ｂの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００１２】
１  コア基板
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ  プリプレグ
２  下孔
３  絶縁樹脂
４  金属板
５  下孔
６  第１配線層
７  第１中間層
８  ガラスエポキシ層
９  第２配線層
９ａ  導電層
１０  レジストパターン
１１  第２中間層
１２  プリプレグ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ  プリプレグ
１３  金属箔
１４  スルーホール
１４ａ  貫通孔
１５  第３配線層
１５ａ  第３メッキ層
１６  レジストパターン
１７  配線層
２１  コア基板
２１ａ、２１ｂ、２１ｄ、２１ｅ  プリプレグ
２１ｃ  金属板
５０ａ  配線基板
５０ｂ  配線基板
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の第１実施例、及び第２実施例について説明する。ただし、本発明は各実施例に限定されるものではない。【００１４】
（第１実施例）
本発明の第１実施例において、図１から図６までの図は、配線基板５０ａの構造、及び配線基板５０ａの製造方法を詳細に説明するものである。【００１５】
図１に、第１実施例に係る配線基板５０ａの構造を示す。【００１６】
図１を参照するに、第１実施例に係る配線基板５０ａにおいて、コア基板は１、下孔は２、絶縁樹脂は３、金属板は４、下孔は５、第１配線層は６、第１中間層は７、ガラスエポキシ層は８、第２配線層は９、第２中間層は１１、プリプレグは１２、スルーホールは１４、第３配線層は１５、及び配線層は１７により示す。【００１７】
平板状のコア基板１は、導電性を有するカーボン繊維（炭素繊維）材にエポキシ系樹脂組成物を含浸させてなるプリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄと、ガラス繊維に樹脂材料を含浸させて形成したプリプレグ１ａ及び１ｅと、コア基板１の両表面を被覆する不図示の銅箔を重ね合わせて積層形成される。コア基板１の総厚は、例えば１．０ｍｍから２．０ｍｍである。
なお、形成しようとするコア基板１の厚さ、強度等に合わせて炭素繊維強化コア部を形成するプリプレグの枚数を選択することができる。プリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄは、使用するカーボンファイバの太さによって厚さが異なるが、例えば１００μｍから３００μｍ程度である。また、炭素繊維のほかに、カーボンナノチューブ、アラミド繊維、またはポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維が用いられても良い。
プリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄには、４０ｗｔ％から６０ｗｔ％のカーボンファイバが混合されている。半導体素子がシリコン（Ｓｉ）から成る場合、その熱膨張係数は約３．５ｐｐｍ／℃である。半導体素子の熱膨張係数に合わせて、プリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄの熱膨張係数を１ｐｐｍ／℃から２ｐｐｍ／℃とするためである。【００１８】
プリプレグ１ａ及び１ｅの硬化物の熱膨張係数は、ガラス繊維に樹脂を含浸させることによって１２ｐｐｍ／℃から１６ｐｐｍ／℃程度となる。また、プリプレグ１ａ及び１ｅの硬化物の弾性率は、１０ＧＰａから３０ＧＰａとなる。【００１９】
また、下孔２がコア基板１を貫通するように形成されている。下孔２の形成数は、配線レイアウト等に因るが、具体的には、例えば約１０００個の下孔２を形成してもよい。下孔２の直径は、例えば０．３ｍｍから１．０ｍｍで、且つ例えば０．５ｍｍから２．０ｍｍの間隔で形成されることが望ましい。【００２０】
絶縁樹脂３は、下孔２の内側からスルーホール１４の外側の間に形成されている。絶縁樹脂３は、例えばエポキシ樹脂であることが望ましい。絶縁樹脂３の厚みは、例えば５０μｍから３００μｍの厚みであることが望ましい。絶縁樹脂３は、導電性を有するコア基板１の下孔２の内壁面の絶縁層となるので、コア基板１と後述する第１配線層６及び第２配線層９との間を確実に絶縁することができる。【００２１】
第１中間層７は、金属板４及び第１配線層６から形成されている。金属板４には、下孔５が金属板４を貫通するように形成されている。第１配線層６は、金属板４の表面及び下孔５の内壁面を覆うように形成されている。さらに、金属板４と下孔５との間には、プリプレグ１２が形成されている。
下孔５の形成数は、配線レイアウト等に因るが、具体的には、例えば約１０００個の下孔５を形成してもよい。下孔５の直径は、例えば０．３ｍｍから１．０ｍｍで、且つ例えば０．５ｍｍから２．０ｍｍの間隔で形成されることが望ましい。また、下孔５と下孔２の配置位置は、平面的に一致している。
金属板４は、熱膨張係数が例えば０ｐｐｍ／℃から５ｐｐｍ／℃であることが望ましい。金属板４は、例えば５０μｍから２００μｍまでの厚みで形成されていることが望ましい。金属板４は、例えばインバー、コバール、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）、タングステン、又はモリブデンからなることが望ましい。
金属板４の弾性率は、例えば１３０ＧＰａから４１０ＧＰａであることが望ましい。インバーの弾性率は、１４０ＧＰａから１６０ＧＰａである。コバールの弾性率は、１３０ＧＰａから１４０ＧＰａである。４２アロイの弾性率は、１４０ＧＰａから１９０ＧＰａである。タングステンの弾性率は、４０３ＧＰａである。モリブデンの弾性率は、３２７ＧＰａである。
第１配線層６は、例えば銅（Ｃｕ）により形成されていることが望ましい。第１配線層６は、例えば２０μｍから４０μｍの厚みで形成されていることが望ましい。第１配線層６は、例えばグラウンド層または電源層として使用されることが望ましい。【００２２】
第２中間層１１は、ガラスエポキシ層８及び第２配線層９から形成されている。ガラスエポキシ層８は、例えば６０μｍから２００μｍまでの厚みで形成されていることが望ましい。
第２配線層９は、ガラスエポキシ層８を上下に挟み込むように形成されている。第２配線層９は、例えば銅（Ｃｕ）により形成されていることが望ましい。第２配線層９は、例えば１８μｍから３５μｍの厚みで形成されていることが望ましい。第２配線層９は、例えばシグナル層として使用されることが望ましい。【００２３】
プリプレグ１２は、コア基板１と第１中間層７との間、第１中間層７と第２中間層１１との間をそれぞれ埋め込むように形成されている。プリプレグ１２は、例えばガラスクロスに熱硬化型の樹脂材料を含浸して形成されることが望ましい。プリプレグ１２は、例えば１００μｍから２００μｍの厚みで形成されていることが望ましい。なお、下孔５と後述する第３配線層１５との間にあるプリプレグ１２は、後述するコア基板１、第１中間層７、及び第２中間層１１がプリプレグ１２を介して積層成形される際に、加熱および加圧されたプリプレグ１２が充填されたものである。プリプレグ１２の熱膨張係数は１０ｐｐｍ／℃乃至２０ｐｐｍ／℃であることが望ましい。また、プリプレグ１２の硬化物の弾性率は、１０ＧＰａから３０ＧＰａとなる。【００２４】
なお、コア基板１の両面には、第１中間層７及び第２中間層１１がプリプレグ１２を介し、この順番で繰り返し４０層まで積層形成されている。配線層１７は、第１中間層７、第２中間層１１、及びプリプレグ１２が積層形成されたものをいう。第１実施例では、例えば、コア基板１の厚みが１．２ｍｍであるとき、コア基板１の片面に積層された第１中間層７及び第２中間層１１を合わせた配線層１７の厚みは、例えば６．０ｍｍ乃至７．０ｍｍとなる。即ち、配線層１７の厚みは、コア基板１の約５倍から６倍程度となる。【００２５】
スルーホール１４は、コア基板１、第１中間層７、第２中間層１１、及びプリプレグ１２を貫通するように形成されている。スルーホール１４は、コア基板１の下孔２、及び第１中間層７の下孔５と略同芯円状に形成される。スルーホール１４は、下孔２及び下孔５よりも小さい直径で形成されることが望ましい。スルーホール１４は、例えば０．１μｍから０．４μｍの直径を有するように形成することが望ましい。
スルーホール１４の内壁面の略全面と、コア基板１における絶縁樹脂３の内壁面、第１中間層７、第２中間層１１、及びプリプレグ１２上におけるスルーホール１４の周辺には、銅（Ｃｕ）から成る第３配線層１５が、めっき処理により形成されている。【００２６】
図２から図６は、第１実施例にかかる配線基板５０ａの製造工程を示す。【００２７】
図２Ａは、コア基板１を構成する、炭素繊維に樹脂材料（高分子材料）を含浸させて形成したプリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄと、ガラス繊維に樹脂材料を含浸させて形成したプリプレグ１ａ及び１ｅと、コア基板１の両表面を被覆する不図示の銅箔を重ね合わせて位置合わせした状態を示す。
プリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄには、４０ｗｔ％から６０ｗｔ％のカーボンファイバが混合されることが望ましい。半導体素子がシリコン（Ｓｉ）から成る場合、その熱膨張係数は約３．５ｐｐｍ／℃である。プリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄにおけるカーボンファイバの混合率が４０ｗｔ％以下であると、シリコンの熱膨張係数よりもプリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄの熱膨張係数が大きくなってしまう。一方、プリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄにおけるカーボンファイバの混合率が６０ｗｔ％以上であると、プリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄの成形が困難になってしまう。
カーボン繊維材としては、例えば、カーボン繊維を束ねたカーボン繊維糸により織られ、面広がり方向に展延するように配向されたカーボン繊維クロス若しくはカーボン繊維メッシュ又はカーボン繊維不織布を用いることができる。カーボン繊維材を包容するエポキシ系樹脂組成物には、アルミナフィラー、窒化アルミニウムフィラー、シリカフィラー等の無機フィラーが混合され、熱膨張率の低減が図られている。但し、コア基板１に含まれる導電性を有する材料として、上述のカーボン繊維のほかに、カーボンナノチューブを用いてもよい。
カーボンファイバを包容するエポキシ系樹脂組成物には、組成物全体の１０ｗｔ％から４５ｗｔ％のシリカフィラーが混合されることが望ましい。組成物全体におけるシリカフィラーの含有率が１０ｗｔ％以下になると、エポキシ系樹脂組成物の耐燃性確保が難しくなる。一方、組成物全体におけるシリカフィラーの含有率が４５ｗｔ％以上になると、エポキシ系樹脂組成物の成形性が困難になる。【００２８】
プリプレグ１ａ及び１ｅは、プリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄと不図示の銅箔との間に配置し、プリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄと銅箔との間に介在させる。本実施例では、ガラス繊維からなる織布にエポキシ樹脂を含浸させ、エポキシ樹脂を乾燥させてＢステージ状態としたものを使用した。プリプレグ１ａ及び１ｅの厚さは１００μｍから２００μｍ程度である。
ガラス繊維を含むプリプレグ１ａ及び１ｅを使用する理由は、コア基板１の強度が低下しないようにすることと、コア基板１の熱膨張係数を小さく抑えるようにするためである。【００２９】
図２Ｂは、図２Ａに示したプリプレグ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、及び１ｅと、不図示の銅箔をプリプレグ１ａ及び１ｅの表面に重ね合わせた状態から加熱および加圧するようすを示す。プリプレグ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、及び１ｅに含有された樹脂が熱硬化して、平板体状のコア基板１が形成される。コア基板１は、プリプレグ１ｂ、１ｃ、及び１ｄが一体形成されてなる積層体の両面に、プリプレグ１ａ及び１ｅを介して銅箔が一体的に被着形成されて構成されている。このようにして形成されたコア基板１は、温度範囲２５℃から２００℃において、面方向の平均熱膨張率が２ｐｐｍ／℃、及び厚さ方向の平均熱膨張率が８０ｐｐｍ／℃であった。【００３０】
図２Ｃは、コア基板１に、ドリル加工を施して下孔２を形成するようすを示す図である。下孔２の直径は、例えば０．８ｍｍから１．０ｍｍであることが望ましい。又、下孔２は、例えば１．０ｍｍから２．０ｍｍの間隔で形成されることが望ましい。この下孔２が形成される際に、下孔２の内壁から不図示のシリカフィラーも除去されるため凹凸が発生する。【００３１】
図２Ｄは、コア基板１における下孔２の内壁面を不図示のめっき層によって被覆した後、下孔２に絶縁樹脂３を充填した状態を示す。下孔２に絶縁樹脂３を充填する際に、下孔２の内壁に存在する凹凸がアンカー的に作用し、絶縁樹脂３は下孔２に強固に埋め込まれるようになる。【００３２】
図３Ａは、後述する第１中間層７を構成する金属板４を準備するようすを示す図である。【００３３】
図３Ｂは、金属板４に、ドリル加工を施して下孔５を形成するようすを示す図である。下孔５は、例えば０．８ｍｍから１．０ｍｍの直径で、且つ例えば１．０ｍｍから２．０ｍｍの間隔で形成されることが望ましい。【００３４】
図３Ｃは、金属板４の表面及び下孔５の内壁面に第１配線層６を形成するようすを示す図である。図３Ｃに示すように、金属板４に下孔５をあけた後、金属板４に無電解銅めっきおよび電解銅めっきを施し、金属板４の表面及び下孔５の内壁面を第１配線層６によって被覆する。このような工程により、第１中間層７が形成される。【００３５】
図３Ｄは、後述する第２中間層１１を構成するガラスエポキシ層８及び導電層９ａの積層体を準備するようすを示す。導電層９ａは、ガラスエポキシ層８を上下に挟み込むように形成されている。【００３６】
図３Ｅは、導電層９ａの表面に不図示のドライフィルムレジスト（フォトレジスト）をラミネートし、露光および現像するようすを示す図である。この工程によって、後述する第２配線層９が形成される部位の上にレジストパターン１０が形成される。【００３７】
図３Ｆは、レジストパターン１０をマスクとして、導電層９ａをエッチングするようすを示す図である。このエッチング工程により、レジストパターン１０の下に第２配線層９が形成される。【００３８】
図３Ｇは、図３Ｆに次いで、第２配線層９上からレジストパターン１０を除去するようすを示す図である。このレジストパターン１０を除去する工程によって、第２配線層９がガラスエポキシ層８の表面に露出して第２中間層１１が形成される。【００３９】
図４Ａは、金属箔１３、プリプレグ１２ａ、第２中間層１１、プリプレグ１２ｂ、第１中間層７、プリプレグ１２ｃ、コア基板１、プリプレグ１２ｄ、第１中間層７、プリプレグ１２ｅ、第２中間層１１、プリプレグ１２ｆ、及び金属箔１３をこの順に配置した状態を示す図である。プリプレグ１２ａ〜１２ｆは、例えばガラスクロスに、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化型の樹脂材料を含浸して形成されることが望ましい。金属箔１３は、銅（Ｃｕ）から形成されていることが望ましい。【００４０】
図４Ｂは、コア基板１、下孔５を備えた第１中間層７、第２中間層１１、及び金属箔１３がプリプレグ１２を介して積層成形されるようすを示す図である。図４Ａに示すプリプレグ１２ａ、プリプレグ１２ｂ、プリプレグ１２ｃ、プリプレグ１２ｄ、プリプレグ１２ｅ、及びプリプレグ１２ｆは、加熱処理した結果、硬化して図４Ｂに示すプリプレグ１２となる。この工程により、コア基板１、下孔５を備えた第１中間層７、第２中間層１１、及び金属箔１３がプリプレグ１２を介して積層成形される。第１中間層７に予め形成されている下孔５は、プリプレグ１２によって埋め込まれる。
この際に、コア基板１の下孔２、及び第１中間層７の下孔５が同芯となるように配置することが望ましい。後述する貫通孔１４ａを形成する際に、貫通孔１４ａが導通部材であるコア基板１及び第１中間層７を貫通しないようにするためである。
各部材の加圧は不図示の真空プレスによって実施する。加圧温度は、例えば１７０℃から２２０℃であることが望ましい。プリプレグ１２ａ〜１２ｆは未硬化状態で層間に介装して、加熱および加圧することにより、各層間を電気的に絶縁した状態でコア基板１、第１中間層７及び第２中間層１１がプリプレグ１２を介して積層成形される。【００４１】
図５Ａは、第１中間層７、第２中間層１１、及びプリプレグ１２が積層形成されたコア基板１に後述するスルーホール１４を形成するための貫通孔１４ａを形成するようすを示す図である。貫通孔１４ａは、ドリル加工により、コア基板１の下孔２、及び第１中間層７における下孔５と同芯に、且つ第１中間層７、第２中間層１１、プリプレグ１２、及びコア基板１の厚さ方向に貫通させて形成することが望ましい。貫通孔１４ａは、例えば０．２μｍから０．４μｍの直径を有するように形成されることが望ましい。貫通孔１４ａはコア基板１の下孔２及び第１中間層７の下孔５よりも小径に形成されることが望ましい。貫通孔１４ａがコア基板１を貫通する部位において、絶縁樹脂３が貫通孔１４ａの内壁面に露出する。また、貫通孔１４ａが第１中間層７を貫通する部位において、プリプレグ１２が貫通孔１４ａの内壁面に露出する。【００４２】
図５Ｂは、貫通孔１４ａを形成した後、基板に無電解銅めっきおよび電解銅めっきを施し、貫通孔１４ａの内面にスルーホール１４を形成した状態を示す。無電解銅めっきにより、貫通孔１４ａの内面および基板の表面の全面に、無電解銅めっき層が形成される。この無電解銅めっき層をめっき給電層として電解銅めっきを施すことにより、貫通孔１４ａの内壁面の全面と基板の表面の全面に第３メッキ層１５ａが被着形成される。貫通孔１４ａの内壁面に形成された第３メッキ層１５ａは基板の表裏面の配線パターンを電気的に接続するスルーホール１４となる。【００４３】
図６Ａは、基板表面に被着形成された第３メッキ層１５ａの表面上に不図示のドライフィルムレジスト（フォトレジスト）をラミネートし、ドライフィルムレジストを露光および現像するようすを示す図である。図６Ａに示すように、後述する第３配線層１５が形成される部位上にレジストパターン１６が形成される。【００４４】
図６Ｂは、レジストパターン１６が形成されていない箇所における第３メッキ層１５ａをエッチングし、レジストパターン１６を剥離するようすを示す図である。図６Ｂに示すように、第３メッキ層１５ａをエッチングすることにより、第３配線層１５が形成される。次いで、第３配線層１５上のレジストパターン１６を剥離することによって、第３配線層１５が基板の表面上に露出する。以上の工程を経て、コア基板１と、第１中間層７、第２中間層１１、及びプリプレグ１２を積層して形成された配線層１７とを備えた配線基板５０ａが形成される。【００４５】
図７は、第１実施例によるコア基板１と、プリプレグ１２及び第１中間層７における金属板４の熱膨張係数、弾性率、熱変形量、及び応力変形量を示す表である。
図７に示すように、コア基板１における熱膨張係数は、１ｐｐｍ／℃から２ｐｐｍ／℃である。プリプレグ１２における熱膨張係数は、１０ｐｐｍ／℃から２０ｐｐｍ／℃である。金属板４の熱膨張係数は、０ｐｐｍ／℃から５ｐｐｍ／℃である。さらに、コア基板１における弾性率は、５０ＧＰａから６０ＧＰａである。プリプレグ１２における弾性率は、１０ＧＰａから３０ＧＰａである。金属板４における弾性率は、１３０ＧＰａから４１０ＧＰａである。
半導体素子を配線基板５０ａ上にベアチップ実装する際に、配線基板５０ａにおけるコア基板１と、金属板４、及びプリプレグ１２が加熱される。
図７に示すように、コア基板１は、プリプレグ１２と比較して熱膨張係数が小さいため、熱変形量が少ない。また、コア基板１は、プリプレグ１２と比較して弾性率が大きいため、配線層１７の伸びによる応力がコア基板１に印加されても応力変形量が少ない。
又、プリプレグ１２は、コア基板１と比較して熱膨張係数が大きいため、熱変形量が大きくなる。プリプレグ１２は、コア基板１と比較して弾性率が小さいため、金属板４の伸びによる応力がプリプレグ１２に印加されると応力変形量が多くなる。しかし、配線層１７において、金属板４とプリプレグ１２が第１配線層６を介して密着形成されている。金属板４は、プリプレグ１２と比較して熱膨張係数が小さいため、熱変形量が少ない。一方、金属板４は、プリプレグ１２と比較して弾性率が大きいため、応力変形量が少ない。
上記より、金属板４の熱変形量は少ないが、プリプレグ１２の熱変形量は多いことがわかる。そのため、プリプレグ１２の熱膨張による変位量の変化により、第１配線層６を介して金属板４に伸び応力が印加される。しかし、金属板４の弾性率が大きいため、プリプレグ１２からの伸び応力が金属板４に印加されても、金属板４の変形量は少ない。そのため、第１配線層６を介して密着形成されているプリプレグ１２の変位量が抑制される。そのため、金属板４及びプリプレグ１２を積層して形成された配線層１７の熱膨張に起因する変位量が抑制される。そのため、炭素素材を含有するコア基板１に加えて、配線層１７を積層して形成された配線基板５０ａの熱膨張に起因する変位量が抑制される。その結果、半導体素子を配線基板５０ａにベアチップ実装する際における熱応力及び熱歪みによる配線基板５０ａの疲労破壊及び断線を抑制できる。【００４６】
第１実施例に係る配線基板５０ａによれば、配線層１７の総数が増加しても、第１中間層７を構成する金属板４によってプリプレグ１２の熱膨張に起因する変位量が抑制される。そのため、炭素素材を含有するコア基板１に加えて、配線層１７を積層して形成された配線基板５０ａの熱膨張に起因する変位量が抑制される。従って、半導体素子を配線基板５０ａにベアチップ実装する際における熱応力及び熱歪みによる配線基板５０ａの疲労破壊及び断線を抑制できる。
（第２実施例）【００４７】
本発明の第２実施例において、図８から図１３までの図は、配線基板５０ｂの構造および配線基板５０ｂの製造方法を詳細に説明するものである。なお、第２実施例において、第１実施例で説明した構成と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。【００４８】
図８に、第２実施例に係る配線基板５０ｂの構造を示す。【００４９】
図８を参照するに、第２実施例に係る配線基板５０ｂにおいて、コア基板は２１、下孔は２、絶縁樹脂は３、金属板は４、下孔は５、第１配線層は６、第１中間層は７、ガラスエポキシ層は８、第２配線層は９、第２中間層は１１、プリプレグは１２、スルーホールは１４、第３配線層は１５、及び配線層は１７により示す。【００５０】
平板状のコア基板２１は、中心に金属板２１ｃを配置し、金属板２１ｃの上下を挟み込むように導電性を有するカーボン繊維（炭素繊維）材にエポキシ系樹脂組成物を含浸させてなるプリプレグ２１ｂ及び２１ｄを金属板２１ｃの上下に１枚ずつ積層形成される。プリプレグ２１ａ及び２１ｅは、プリプレグ２１ｂ及び２１ｄと不図示の銅箔との間に積層配置される。コア基板２１の総厚は、例えば１．０ｍｍから２．０ｍｍである。【００５１】
金属板２１ｃは、熱膨張係数が例えば０ｐｐｍ／℃から５ｐｐｍ／℃であることが望ましい。金属板２１ｃは、例えば５００μｍから２０００μｍまでの厚みで形成されていることが望ましい。金属板２１ｃは、例えばインバー、コバール、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）、タングステン、又はモリブデンからなることが望ましい。
金属板２１ｃの弾性率は、例えば１３０ＧＰａから４１０ＧＰａであることが望ましい。インバーの弾性率は、１４０ＧＰａから１６０ＧＰａである。コバールの弾性率は、１３０ＧＰａから１４０ＧＰａである。４２アロイの弾性率は、１４０ＧＰａから１９０ＧＰａである。タングステンの弾性率は、４０３ＧＰａである。モリブデンの弾性率は、３２７ＧＰａである。【００５２】
プリプレグ２１ｂ及び２１ｄはカーボンファイバ強化コア部となるもので、図では２枚のプリプレグ２１ｂ及び２１ｄを重ね合わせる例を示す。形成しようとするコア基板２１の厚さ及び強度等に合わせて、カーボンファイバ強化コア部を形成するプリプレグの枚数は適宜選択可能である。プリプレグ２１ｂ及び２１ｄは使用するカーボンファイバの太さによって厚さが異なるが例えば１００μｍから３００μｍ程度である。プリプレグ２１ｂ及び２１ｄには、４０ｗｔ％から６０ｗｔ％のカーボンファイバが混合されている。半導体素子がシリコン（Ｓｉ）からなる場合、その熱膨張係数は約３．５ｐｐｍ／℃である。半導体素子の熱膨張係数と合わせて、プリプレグ２１ｂ及び２１ｄの熱膨張係数を１ｐｐｍ／℃から２ｐｐｍ／℃とするためである。【００５３】
また、第１実施例と同様に、下孔２がコア基板２１を貫通するように形成されている。下孔２の形成数は、配線レイアウト等に因るが、具体的には、例えば約１０００個の下孔２を形成してもよい。下孔２の直径は、例えば０．３ｍｍから１．０ｍｍで、且つ例えば０．５ｍｍから２．０ｍｍの間隔で形成されることが望ましい。
なお、第１実施例と同様に、不図示の銅箔が、コア基板２１の外表面上に被覆されている。銅箔は、コア基板２１の表面を保護すること、コア基板２１にめっきを施す際にめっき給電層として使用すること、コア基板２１の両面に配線層を積層してコア基板２１を形成する際にコア基板２１と配線層との密着性を向上させる等の目的で設けられる。銅箔の厚さは例えば１５μｍから３５μｍ程度であることが望ましい。【００５４】
図９から図１３は、第２実施例にかかる配線基板５０ｂの製造工程を示す。【００５５】
図９Ａは、コア基板２１を構成する、金属板２１ｃを中心として、カーボンファイバに樹脂材料（高分子材料）を含浸させて形成したプリプレグ２１ｂ、及び２１ｄと、ガラス繊維に樹脂材料を含浸させて形成したプリプレグ２１ａ及び２１ｅと、プリプレグ２１ａ及び２１ｅの両表面を被覆する不図示の銅箔を重ね合わせて位置合わせした状態を示す。
本実施例で使用しているプリプレグ２１ｂ及び２１ｄは、長繊維のカーボンファイバによって形成した織布にエポキシ樹脂を含浸させ、乾燥させてエポキシ樹脂をＢステージ状態としたものである。プリプレグ２１ｂ及び２１ｄは使用するカーボンファイバの太さによって厚さが異なるが例えば１００μｍから３００μｍ程度である。
カーボン繊維材としては、第１実施例と同様に、例えば、カーボン繊維を束ねたカーボン繊維糸により織られ、面広がり方向に展延するように配向されたカーボン繊維クロス若しくはカーボン繊維メッシュ又はカーボン繊維不織布を用いることができる。
カーボンファイバを包容するエポキシ系樹脂組成物には、第１実施例と同様に、組成物全体の１０ｗｔ％から４５ｗｔ％のシリカフィラーを混合することが望ましい。【００５６】
図９Ｂは、図９Ａに示したプリプレグ２１ａ、２１ｂ、２１ｄ、２１ｅ、金属板２１ｃ、及び不図示の銅箔を重ね合わせた状態から加熱および加圧するようすを示す図である。図９Ｂに示すように、プリプレグ２１ａ、２１ｂ、２１ｄ、及び２１ｅに含有された樹脂を熱硬化させて、平板体状のコア基板２１が形成される。コア基板２１は、プリプレグ２１ｂ、２１ｄ、及び金属板２１ｃが一体形成されてなるコア基板２１の両面に、プリプレグ２１ａ、及び２１ｅを介して銅箔が一体的に被着形成されて構成されている。このようにして形成されたコア基板２１は、温度範囲２５℃から２００℃において、面方向の平均熱膨張率が２ｐｐｍ／℃、及び厚さ方向の平均熱膨張率が８０ｐｐｍ／℃であった。【００５７】
図９Ｃは、コア基板２１に、ドリル加工を施して下孔２を形成するようすを示す図である。下孔２の直径は、例えば０．８ｍｍから１．０ｍｍであることが望ましい。又、下孔２は、例えば１．０ｍｍから２．０ｍｍの間隔で形成されることが望ましい。この下孔２が形成される際に、下孔２の内壁から不図示のシリカフィラーも除去されるため凹凸が発生する。【００５８】
図９Ｄは、図２Ｄと同様に、コア基板２１における下孔２の内壁面を不図示のめっき層によって被覆した後、下孔２に絶縁樹脂３を充填した状態を示す。【００５９】
図１０Ａは、図３Ａと同様に、後述する第１中間層７を構成する金属板４を準備するようすを示す図である。【００６０】
図１０Ｂは、図３Ｂと同様に、金属板４に、ドリル加工を施して下孔５を形成するようすを示す図である。【００６１】
図１０Ｃは、図３Ｃと同様に、金属板４の表面及び下孔５の内壁面に第１配線層６を形成するようすを示す図である。この工程により、第１中間層７が形成される。【００６２】
図１０Ｄは、図３Ｄと同様に、後述する第２中間層１１を構成するガラスエポキシ層８及び導電層９ａの積層体を準備するようすを示す。【００６３】
図１０Ｅは、図３Ｅと同様に、導電層９ａの表面に不図示のドライフィルムレジスト（フォトレジスト）をラミネートし、露光および現像するようすを示す図である。この工程によって、第２配線層９が形成される部位上にレジストパターン１０が形成される。【００６４】
図１０Ｆは、図３Ｆと同様に、レジストパターン１０をマスクとして、導電層９ａをエッチングして、第２配線層９を形成するようすを示す図である。【００６５】
図１０Ｇは、図３Ｇと同様に、図１０Ｆに次いで第２配線層９上からレジストパターン１０を除去するようすを示す図である。このレジストパターン１０を除去する工程によって、第２配線層９がガラスエポキシ層８の表面に露出し、第２中間層１１が形成される。【００６６】
図１１Ａは、金属箔１３、プリプレグ１２ａ、第２中間層１１、プリプレグ１２ｂ、第１中間層７、プリプレグ１２ｃ、コア基板２１、プリプレグ１２ｄ、第１中間層７、プリプレグ１２ｅ、第２中間層１１、プリプレグ１２ｆ、及び金属箔１３をこの順に配置した状態を示す図である。プリプレグ１２ａ〜１２ｆは、例えばガラスクロスに熱硬化型の樹脂材料を含浸して形成されることが望ましい。金属箔１３は、銅（Ｃｕ）から形成されていることが望ましい。【００６７】
図１１Ｂは、コア基板２１、下孔５を備えた第１中間層７、第２中間層１１、及び金属箔１３がプリプレグ１２を介して積層成形されるようすを示す図である。図１１Ａに示すプリプレグ１２ａ、プリプレグ１２ｂ、プリプレグ１２ｃ、プリプレグ１２ｄ、プリプレグ１２ｅ、及びプリプレグ１２ｆは、加熱処理した結果、硬化して図１１Ｂに示すプリプレグ１２となる。この工程により、コア基板２１、下孔５を備えた第１中間層７、第２中間層１１、及び金属箔１３がプリプレグ１２を介して積層成形される。第１中間層７に予め形成されている下孔５は、プリプレグ１２によって埋め込まれる。
この際に、コア基板２１の下孔２、及び第１中間層７の下孔５が同芯となるように配置することが望ましい。後述する貫通孔１４ａを形成する際に、貫通孔１４ａが導通部材であるコア基板２１及び第１中間層７を貫通しないようにするためである。
各部材の加圧は不図示の真空プレスによって実施する。加圧温度は、例えば１７０℃から２２０℃であることが望ましい。プリプレグ１２ａ〜１２ｆは未硬化状態で層間に介装して加熱および加圧することにより、各層間を電気的に絶縁した状態でコア基板２１、第１中間層７及び第２中間層１１がプリプレグ１２を介して積層成形される。【００６８】
図１２Ａは、第１中間層７、第２中間層１１、及びプリプレグ１２が積層形成されたコア基板２１に後述するスルーホール１４を形成するための貫通孔１４ａを形成するようすを示す図である。貫通孔１４ａは、ドリル加工により、コア基板２１の下孔２、及び第１中間層７における下孔５と同芯に、且つ第１中間層７、第２中間層１１及びコア基板２１を厚さ方向に貫通させて形成することが望ましい。貫通孔１４ａは、例えば２００μｍから４００μｍの直径で形成されることが望ましい。貫通孔１４ａはコア基板２１の下孔２及び第１中間層７の下孔５よりも小径に形成されることが望ましい。貫通孔１４ａがコア基板２１を貫通する部位において、絶縁樹脂３が貫通孔１４ａの内壁面に露出する。又、貫通孔１４ａが第１中間層７を貫通する部位において、プリプレグ１２が貫通孔１４ａの内壁面に露出する。【００６９】
図１２Ｂは、図５Ｂと同様に、貫通孔１４ａを形成した後、基板に無電解銅めっきおよび電解銅めっきを施すようすを示す図である。図１２Ｂに示すように、貫通孔１４ａの内面にスルーホール１４を形成した後に、該スルーホール１４の内壁面の全面と基板の表面の全面に第３メッキ層１５ａが形成される。【００７０】
図１３Ａは、図６Ａと同様に、基板表面に被着形成された第３メッキ層１５ａの表面上に不図示のドライフィルムレジスト（フォトレジスト）をラミネートし、該ドライフィルムレジストを露光および現像するようすを示す図である。図１３Ａに示すように、後述する第３メッキ層１５ａが形成される部位の上にレジストパターン１６が形成される。【００７１】
図１３Ｂは、図６Ｂと同様に、レジストパターン１６が形成されていない箇所における第３メッキ層１５ａをエッチングし、レジストパターン１６を剥離するようすを示す図である。図１３Ｂに示すように、第３メッキ層１５ａをエッチングすることにより、レジストパターン１６の下に第３配線層１５が形成される。次いで、第３配線層１５上のレジストパターン１６を剥離することによって、第３配線層１５が基板の表面上に露出する。以上の工程を経て、コア基板２１と、第１中間層７、第２中間層１１、及びプリプレグ１２を積層して形成された配線層１７とを備えた配線基板５０ｂが形成される。【００７２】
第２実施例に係る配線基板５０ｂによれば、第１実施例に係る配線基板５０ａに加えて、コア基板２１に炭素繊維及び弾性率が高い金属が適用される。そのため、第１実施例と同様に、配線層１７の総数が増加しても、第１中間層７における金属板４によってプリプレグ１２の熱膨張に起因する変位量が抑制される。そのため、炭素素材を含有するコア基板１に加えて、配線層１７を積層して形成された配線基板５０ｂの熱膨張に起因する変位量が抑制される。従って、半導体素子を配線基板５０ｂにベアチップ実装する際における熱応力及び熱歪みによる配線基板５０ｂの疲労破壊及び断線を抑制できる。
【図１】
2010058443.tif 000003
【図２】
2010058443.tif 000004
【図３】
2010058443.tif 000005
【図４】
2010058443.tif 000006
【図５】
2010058443.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010058443.tif 000009
【図８】
2010058443.tif 000010
【図９】
2010058443.tif 000011
【図１０】
2010058443.tif 000012
【図１１】
2010058443.tif 000013
【図１２】
2010058443.tif 000014
【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年8月4日(2011.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素素材を含有する基板と、
前記基板上に形成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に形成され、前記第１絶縁層が有する熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有し、前記第１絶縁層が有する弾性率よりも大きい弾性率を有する金属板を有する中間層と、
前記中間層上に形成された第２絶縁層と、
を含むことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記中間層は、前記金属板上に形成された第１導体層を更に含むことを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記第２絶縁層上に形成された第２導体層と、
前記第２導体層上に形成された第３絶縁層と、
を更に含むことを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項４】
前記炭素素材は、カーボンファイバ又はカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項５】
前記基板は、中心にインバー（鉄−ニッケル）合金、コバール（鉄−ニッケル−コバルト）合金、４２（鉄−ニッケル）合金、タングステン、又はモリブデンの少なくとも１つからなる金属板を更に有することを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項６】
前記金属板は、インバー（鉄−ニッケル）合金、コバール（鉄−ニッケル−コバルト）合金、４２（鉄−ニッケル）合金、タングステン、又はモリブデンの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項７】
炭素素材を含有する基板を形成する工程と、
前記基板上に第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層が有する熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有し、前記第１絶縁層が有する弾性率よりも大きい弾性率を有する金属板を有する中間層を前記第１絶縁層上に形成する工程と、
前記中間層上に第２絶縁層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項８】
前記金属板上に第１導体層を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項７記載の配線基板の製造方法。
【請求項９】
前記第２絶縁層上に第２導体層を形成する工程と、
前記第２導体層上に第３絶縁層を形成する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項７記載の配線基板の製造方法。
【請求項１０】
前記炭素素材は、カーボンファイバ又はカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項７記載の配線基板の製造方法。
【国際調査報告】
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