(57)【要約】【課題】多層配線基板において複数層を貫通する層間接続導体と各導体回路との接続を安定的に確保する。【解決手段】シートキャパシタ７の基板１０に大径ビア３１を形成し、基板１０とプリプレグシート２１との間にある面電極１２の一部を露出させるように開口させる。面電極１２に小開口部１２Ａを形成し、プリプレグシート２１に大径ビア３１よりも小さな径で開口する小径ビア３２を下の銅箔２３に達するように形成する。大径ビア３１及び小径ビア３２の内側には層間接続導体３３を設ける。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに積層状態にある第１及び第２の絶縁層と、前記第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に位置する第１の導体回路と、前記第２の絶縁層の前記第１の絶縁層とは反対側に位置する第２の導体回路とを備えた多層配線基板において、前記第１の絶縁層には前記第１の導体回路面の一部を露出させるように開口する大径ビアが形成され、前記第２の絶縁層には前記大径ビアに連なると共に前記第１の導体回路を貫通して前記大径ビアよりも小さな径で開口する小径ビアが前記第２の導体回路に達するように形成され、前記大径ビア及び前記小径ビアの内側には前記第１及び第２の導体回路を導通させる層間接続導体が設けられていることを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記第１及び第２の絶縁層の間には、誘電体を挟んで一対の面電極が対向するシートキャパシタが形成され、前記各面電極が前記第１の導体回路の少なくとも一部を構成していることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記大径ビア及び小径ビアは、共にレーザー照射によって形成されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多層配線基板。
【請求項４】
前記層間接続導体は、前記大径ビア及び小径ビアを埋めるように形成されたメッキ金属からなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の多層配線基板。
【請求項５】
互いに積層状態にある第１及び第２の絶縁層と、前記第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に位置する第１の導体回路と、前記第２の絶縁層の前記第１の絶縁層とは反対側に位置する第２の導体回路とを備えた多層配線基板において前記第１及び第２の各導体回路を導通させる層間接続導体を形成する方法であって、
前記第１の絶縁層の一部を除去して前記第１の導体回路面の一部を露出させる大径ビアを形成する大径ビア形成工程と、前記大径ビアの底部において露出する前記第１の導体回路の一部を除去して前記第１の導体回路に小開口を形成する導体穴開け工程と、前記小開口を通じて前記第２の絶縁層の一部を除去して前記大径ビアよりも小さな径で開口する小径ビアを前記第２の導体回路に達するように形成する小径ビア形成工程と、前記大径ビア及び前記小径ビアの内側に前記第１及び第２の導体回路を導通させる層間接続導体を形成する層間接続工程とを行うことを特徴とする多層配線基板の層間接続方法。
【請求項６】
請求項５の層間接続方法において、前記大径ビア形成工程及び小径ビア形成工程は炭酸ガスレーザーの照射によって行い、前記導体穴開け工程は紫外線レーザーの照射によって行うことを特徴とする層間接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁層上に金属膜回路を形成してなる配線基板を複数枚積層してなる多層配線基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層配線基板は、絶縁層の表面に銅箔等で配線パターンが形成された複数の配線基板を互いに積層して形成される。積層された各層の配線基板の配線パターン間を接続するためには、例えばレーザー加工やドリリングによって絶縁層を貫通するビアを形成し、そのビアに導電剤を充填したり、ビア内面にメッキを施して層間の回路接続を行うようにしている。
【０００３】
ところで、多層配線基板の回路が高密度化し層間接続が多用されるようになると、複数層を貫通して回路接続を行う必要が生ずる。このような場合には、例えば特許文献１に示されるように、多層配線基板を構成する複数層の配線基板を一括して貫通する貫通孔をドリル等によって形成し、その貫通孔の内面にメッキを施して層間の接続導体を充填することで、各配線基板の回路パターン間を層間接続導体を介して電気的に導通させるようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来構造の多層配線基板では、貫通孔内の層間接続導体は各層の回路パターンの端面（貫通孔の内周面に露出する銅箔の端面）に接触することで各層相互間の導通が確保される。しかしながら、各層の銅箔の厚さは数十μｍと極めて薄い。あるいは、銅箔に代えてアディティブ手法によって金属層を形成する場合があり、この場合には各層の金属層は一層薄くなる。このため、層間接続導体と各層の金属層との接触面積は極めて狭く、安定的な導通が確保できないおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、複数層を貫通して導通を確保する必要がある場合に、その層間接続を安定的に確保できる多層配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の多層配線基板は、互いに積層状態にある第１及び第２の絶縁層と、前記第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に位置する第１の導体回路と、前記第２の絶縁層の前記第１の絶縁層とは反対側に位置する第２の導体回路とを備えた多層配線基板において、前記第１の絶縁層には前記第１の導体回路面の一部を露出させるように開口する大径ビアが形成され、前記第２の絶縁層には前記大径ビアに連なると共に前記第１の導体回路を貫通して前記大径ビアよりも小さな径で開口する小径ビアが前記第２の導体回路に達するように形成され、前記大径ビア及び前記小径ビアの内側には前記第１及び第２の導体回路を導通させる層間接続導体が設けられているところに特徴を有する。
【０００８】
本発明によれば、層間接続導体が設けられるビアは大径ビアと小径ビアとの段付き形状になり、その中間の段部に第１の導体回路の一部の面が露出することになる。このため、層間接続導体は、第１の導体回路の断面ではなく表面に接触することになり、層間接続導体と第１の導体回路との接触面積は大きくなる。
【０００９】
第１及び第２の絶縁層の間に、誘電体を挟んで一対の面電極が対向するシートキャパシタを形成してもよく、そのシートキャパシタの面電極に第１の導体回路が接続されるようにすると、シートキャパシタと第１及び第２の導体回路との接続状態が安定する。
【００１０】
本発明の多層配線基板を製造するには、第１の絶縁層の一部を除去して第１の導体回路面の一部を露出させる大径ビアを形成する大径ビア形成工程と、大径ビアの底部において露出する第１の導体回路の一部を除去して第１の導体回路に小開口を形成する導体穴開け工程と、小開口を通じて第２の絶縁層の一部を除去して大径ビアよりも小さな径で開口する小径ビアを第２の導体回路に達するように形成する小径ビア形成工程と、大径ビア及び小径ビアの内側に第１及び第２の導体回路を導通させる層間接続導体を形成する層間接続工程とを実行すればよい。
【００１１】
この場合、第１の導体回路の穴開けはエッチングによっても、レーザー照射によっても行うことができる。大径ビア及び小径ビアは、レーザー照射によって形成することが望ましく、第１の導体回路の穴開けを紫外線レーザーの照射により行った場合には、大径ビア及び小径ビアは炭酸ガスレーザーによって形成することが望ましい。
【００１２】
層間接続導体は、導電性材料を大径ビア及び小径ビアに充填してもよいが、それらのビアをメッキ金属で埋めるようにメッキプロセスを行ってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、多層配線基板の層間接続導体と層内にある導体回路との接触面積を大きくすることができるから、複数層を貫通する層間接続導体と各導体回路との接続を安定的に確保できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係る多層配線基板を使用したＬＳＩパッケージングの一例を示す断面図
【図２】シートキャパシタの断面図
【図３】シートキャパシタ部分の拡大平面図
【図４】多層配線基板の積層過程を示す断面図
【図５】両面銅張り積層板とした状態の断面図
【図６】層間接続導体の形成過程を示す拡大断面図
【図７】大径ビアを形成した状態の拡大断面図
【図８】導体穴開け工程を示す拡大断面図
【図９】小径ビアを形成した状態の拡大断面図
【図１０】層間接続導体の形成過程を示す拡大断面図
【図１１】メッキ充填後の断面図
【図１２】両面回路を形成した断面図
【図１３】ソルダレジストを形成した状態の断面図
【図１４】本発明の実施形態２を示すシートキャパシタの断面図
【図１５】シートキャパシタに位置決め孔を形成した状態の断面図
【図１６】多層配線基板の積層過程を示す断面図
【図１７】積層板とした状態の断面図
【図１８】大径ビアを形成した状態の断面図
【図１９】導体穴開け工程を示す断面図
【図２０】小径ビアを形成した状態の拡大断面図
【図２１】下面側のビアを形成した状態の断面図
【図２２】メッキ充填後の断面図
【図２３】両面回路を形成した断面図
【図２４】ソルダレジストを形成した状態の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図１３によって説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る多層配線基板１を中継基板としてＬＳＩチップ２のパッケージングを行った例を示している。多層配線基板１の下面には多数の外部接続パッド３が形成され、ここに外部接続用の半田ボール４が設けられている。多層配線基板１の上面にはＬＳＩチップ２の図示しないパッド群に対応させた多数のチップ接続用パッド５が形成され、ここに設けたマイクロ半田ボール６によって多層配線基板１がＬＳＩチップ２と接続されている。多層配線基板１は内部に複数のシートキャパシタ７を内蔵しており、これらがＬＳＩチップ２の複数対の電源端子／ＧＮＤ端子間に位置してバイパスキャパシタとして機能するようになっている。
【００１７】
上記の多層配線基板１は次のようにして製造されている。まず、シートキャパシタ７が製造される。シートキャパシタ７は、図２に示すように、例えば厚さ３０μｍ程度の絶縁基板１０の一方の面に誘電体層１１を挟んで一対の面電極１２，１２を積層形成してなる。一方の面電極１２は絶縁基板１０の一方の面上に、厚さ数μｍの銅等の金属薄膜により矩形状に形成され、図３に示すように外周縁部にタブ部１２Ａが形成されている。誘電体層１１は、例えばＳＴＯ等の常誘電体材料を一方の面電極１２の上にＣＶＤ法或いはエアロゾルＣＶＤ法によって数百ｎｍの厚さに形成したものである。そして、他方の面電極１２は誘電体層１１に重なるように、先の面電極１２と同様に形成したもので、この実施形態では両面電極１２の各タブ部１２Ａ、１２Ａは互いに反対側に位置する。なお、対をなすタブ部１２Ａは両面電極１２の同一の辺に隣り合って並べるようにしてもよい。
【００１８】
次に、図４に示すように、上記シートキャパシタ７を形成した絶縁基板１０を挟んで、一対のＢステージのプリプレグシート２０，２１が上下から宛がわれ、さらにその上下に銅箔２２，２３が積層され、これらが真空加熱プレスされる。すると、プリプレグシート２０，２１が硬化し、シートキャパシタ７を内蔵した両面銅張積層板３０が完成する（図５参照）。なお、図２、図４ないし図１３は、図１とは上下関係を逆にして描いてある。
【００１９】
さて、上記のように製造された両面銅張積層板３０は、シートキャパシタ７の両面電極１２を一層分と数えると、上下の銅箔２２，２３と併せて三層の導体回路を有することになる。そこで、次に、これらの導体回路間を相互に接続する層間接続構造の形成方法を説明するが、本発明との関係では、上側のプリプレグシート２０及びシートキャパシタ７の絶縁基板１０の積層体が第１の絶縁層に相当し、これと互いに積層状態にある下側のプリプレグシート２１が第２の絶縁層に相当する。そして、面電極１２が第１の導体回路に、下面側の銅箔２３が第２の導体回路に相当する。
【００２０】
まず、紫外線レーザーの照射によって、上面側の銅箔２２に開口部２２Ａを形成する（図６参照）。ここで紫外線レーザーを使用する理由は、一般的な炭酸ガスレーザーでは銅箔に開口を形成するには波長・エネルギーが不足して十分な開口を形成できないからである。次に、その開口部２２Ａを通して炭酸ガスレーザーを照射して、上側のプリプレグシート２０及びシートキャパシタ７の絶縁基板１０を除去して例えば１６０μｍ程度の大径ビア３１を形成する（大径ビア形成工程）。炭酸ガスレーザーは、これらの有機質材料の除去に最適でありながら銅箔１２を貫通できないから、図７に示すように、大径ビア３１の底では銅箔１２の一部の面が露出した状態となる。
【００２１】
次に、再び紫外線レーザーを、先の照射よりは照射スポット径を絞った形で、大径ビア３１の底部に照射する（導体穴開け工程）。紫外線レーザーは大径ビア３１の底部において露出する銅箔１２を除去しうる波長エネルギーを有するから、その銅箔１２に例えば６０μｍ程度の小開口部１２Ｃが形成される。そこで、大径ビア３１の底部に向けて再び炭酸ガスレーザーを小開口部１２Ｃを通して照射することで、下面側のプリプレグシート２１を除去して小径ビア３２を形成する（小径ビア形成工程）。
【００２２】
この小径ビア３２は、面電極１２に形成された小開口部１２Ｃを通して大径ビア３１と段付き状に連なる。また、面電極１２に形成された小開口部１２Ｃひいては小径ビア３２は、大径ビア３１よりも径を小さく設定してあるから、大径ビア３１の底部において面電極１２の一部の面が露出した状態となっている。なお、詳述はしないが、各レーザ照射工程の後には、必要なデスミア処理等を行うものとする。
【００２３】
この後、段付きのビア３１，３２を形成した上記の銅張積層板３０に対して無電解めっき及び電解めっきを順に行うメッキ処理を行い、図１０に示すように、大径ビア３１及び小径ビア３２の内部にメッキ金属を充填する（層間接続工程）。これにより、銅箔２２，シートキャパシタ７の面電極１２及び銅箔２３の三層の導体回路を互いに導通させる層間接続導体３３が形成されたことになる。
【００２４】
図６ないし図１０では、説明の簡略化のため、シートキャパシタ７の一方の面電極１２のみに連なる層間接続導体３３の形成手順を示したが、実際には全てのシートキャパシタ７について各面電極１２に連なる層間接続導体３３を形成するのであり、一枚のシートキャパシタ７の双方の面電極１２について示すと図１１に示すようになる。なお、ここでは図面の簡略化のために、層間接続工程で形成されたメッキ層と銅箔２２，２３とは区別することなく、一体に図示してある。
【００２５】
そして、最外層に位置する各銅箔２２，２３に対して周知のプリント配線手法によって所要の回路を形成すると、図１２に示すような上下両面に導体回路３４，３５が形成される。そこで、必要な部位に外部接続パッド３，チップ接続用パッド５及びソルダレジスト層３６を形成することで、前述した多層配線基板１が完成する。
【００２６】
この実施形態によれば、多層配線基板１は内部に複数のシートキャパシタ７を内蔵しており、これらがＬＳＩチップ２の複数対の電源端子／ＧＮＤ端子間に位置してバイパスキャパシタとして機能する。このため、ＬＳＩチップ２側から見た電源インピーダンスを低くでき、ＬＳＩチップ２の高速動作が可能になる。
【００２７】
そして、上述のように多層配線基板１にシートキャパシタ７を内蔵するに際し、シートキャパシタ７の各面電極１２は層間接続導体３３を介して基板１上下各面の外部接続パッド３及びチップ接続用パッド５に接続する構成とし、その層間接続導体３３と面電極１２との接続部分に本発明の新規構成を採用しているから、シートキャパシタ７と層間接続導体３３との接続状態を確実なものとすることができる。すなわち、層間接続導体３３が充填されている大径ビア３１及び小径ビア３２は内径寸法が異なる（小径ビア３２の上端部は大径ビア３１の下端部よりも径が小さい）、段付き形状となっている。そして、シートキャパシタ７の面電極１２は大径ビア３１の底部に位置しているから、面電極１２の上面の一部は、大径ビア３１の底部であって小径ビア３２の上端開口部の周囲において面として露出した形態となっている。そして、その露出面にはメッキ充填された金属の層間接続導体３３が密着しているから、層間接続導体３３と面電極１２とは面接触した状態にある。従って、面電極１２が厚さ数μｍという極めて薄い金属層によって形成されているとしても、層間接続導体３３との接触面積は、面電極１２の厚さ分だけでなく、小径ビア３２の上端開口の周囲に露出している上面部分が接触に寄与することから、十分な広さを確保することができる。なお、図面では層構造を明確にするために上下方向の拡大比率を面方向に比して大きくして描いてある。大径ビア３１の径寸法を１２０μｍとし、その底部径がレーザー照射によってビアの底部径寸法が１００μｍ程度のテーパー形状になったとしても、小径ビア３２の径寸法を６０μｍとすれば、小径ビア３２の上端開口の周囲に面電極１２の一部が幅２０μｍの環状面で露出することになる。このことは、面電極１２の厚さを２μｍとしたときには、従来方法では２μｍの幅でしか層間接続導体と接触しないが、本実施形態によれば、ほぼ１０倍の接触面積が確保できることを意味する。
【００２８】
これにより本実施形態では、シートキャパシタ７と層間接続導体３３との接続状態を確実なものとすることができるのである。
なお、本実施形態１のようにレーザー照射を両面銅張積層板３０の片側（ＬＳＩチップ２側）からのみ行うようにすると、その積層板３０のＬＳＩチップ２側の面は平坦のままとなるから、ＬＳＩチップ２に接続するためのパッド５群の形成精度を高めることができ、その高密度化が可能になる。さらに、小径ビア３２がＬＳＩチップ２側に位置するようにすると、ＬＳＩチップ２側の面のランドやパッド５の径を小さくできるから、ＬＳＩチップ２側の面の配線スペースを確保できて好都合である。
【００２９】
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図１４ないし図２４によって説明する。なお、説明の簡略化のため、前記実施形態１と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態２の多層配線基板では、シートキャパシタ７を二層内蔵している。シートキャパシタ７は実施形態１と同様に製造したもので、図１４のシートキャパシタ７には面電極１２の外側にアライメントマーク１２Ｂを併せて形成した例を示してある。
【００３０】
次に、シートキャパシタ７の基板１０の外周部に位置決め孔１５を形成した上で（図１５参照）、２枚のシートキャパシタ７の位置決め孔１５を治具５０の位置決めピン５１，５１に嵌合する。この場合、２枚のシートキャパシタ７のうち下側のものは面電極１２が上側になり、下側のものは面電極１２が下に面するようにし、両者間にはＢステージのプリプレグシート２０を挟んで重ねる（図１６）。その後、これらの積層体を真空加熱プレスすると、プリプレグシート２０が硬化して図１７に示すように、２枚のシートキャパシタ７を内蔵した積層板６０が完成する。
【００３１】
そこで、前記実施形態１と同様にこの積層板６０に層間接続導体３３を形成して内蔵のシートキャパシタ７に至る回路を形成する。それには、まずシートキャパシタ７の面電極１２のタブ部１２Ａが位置している部分を目がけて炭酸ガスレーザーを照射することで、上側のシートキャパシタ７の基板１０を除去して例えば１６０μｍ程度の大径ビア６１を形成する（大径ビア形成工程）。すると、図１８に示すように、大径ビア６１の底において面電極１２のタブ部１２Ａの一部の面が露出した状態となる。
【００３２】
次に、紫外線レーザーを大径ビア６１の底部に照射して、図１９に示すように、タブ部１２Ａに例えば６０μｍ程度の孔を明ける（導体穴開け工程）。そして、再び炭酸ガスレーザーを上記の開口を通して照射することで、硬化したプリプレグシート２０を除去して小径ビア６２を形成する（小径ビア形成工程）。この小径ビア６２は、面電極１２に形成された開口を通して大径ビア６１と連なる。また、小径ビア６２は、大径ビア６１よりも径を小さく設定してあるから、大径ビア６１の底部において面電極１２の一部の面が露出した状態となっている（図２０参照）。さらに、積層板６０の下面側から、シートキャパシタ７の面電極１２のタブ部１２Ａが位置している部分を目がけて炭酸ガスレーザーを照射することで、下側のシートキャパシタ７の基板１０を除去して例えば１６０μｍ程度のビア６３を形成する（図２１参照）。
【００３３】
この後、上記の積層板６０の全面に対して無電解めっき及び電解めっきを順に行うメッキ処理を行い、図２１及び図２２に示すように、各ビア６１、６２、６３の内部を含めて全面にメッキ金属を付着させると、ビア６１，６２，６３内にメッキ金属が充填されて各シートキャパシタ７の面電極１２を相互に接続する層間接続導体６４が形成され（層間接続工程）、さらに積層板６０の上下両面に全面導体層６５が形成される。
【００３４】
そこで、図２３に示すように、積層板６０の上下両面にサブトラクティブ手法によって所要の回路６６を形成し、図２４に示すように回路６６間にソルダーレジスト６７を印刷して、２枚のシートキャパシタ７を内蔵した両面回路の多層配線基板が完成する。
【００３５】
この実施形態２によっても、シートキャパシタ７の面電極１２の厚さが数μｍという極めて薄い金属層によって形成されているとしても、層間接続導体６４との接触面積を十分に確保できるから、シートキャパシタ７と層間接続導体６４との接続状態を確実なものとすることができる。
【００３６】
しかも、この実施形態２では、実施形態１と同じ厚さの多層配線基板４０に２つのシートキャパシタ７を並列に内蔵できるから、バイパスキャパシタの容量が大きくなり、多層配線基板４０に実装するＬＳＩチップ（図示せず）の高周波特性をより高くすることができる。
【００３７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３８】
（１）上記実施形態１，２においては、層間接続導体３３をシートキャパシタ７の面電極１２との接続に適用したが、これに限らず多層配線基板の内部配線のどの部分について本発明を適用してもよい。
【００３９】
（２）上記各実施形態１，２では、銅箔を除去するために紫外線レーザーを照射したが、これに限らず、シートキャパシタの面電極や銅箔が露出している段階でエッチング等の手法によって孔を明けるようにしてもよい。
【００４０】
（３）上記各実施形態１，２では、層間接続導体３３，６４をメッキ手法によって形成したが、これは大径ビア及び小径ビア内に導電性材料を印刷等によって充填して形成することもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１、４０…多層配線基板
７…シートキャパシタ
１２…面電極
２０，２１…プリプレグシート
３１，６１…大径ビア
３２，６２…小径ビア
３３，６４…層間接続導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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