(57)【要約】【課題】貫通ビアを有する基板に対し貫通ビア内部に金属をフィリングするとともに、基板の両側にバンプを設けることを特徴とした配線基板、およびその製造方法の提供を目的とする。【解決手段】貫通ビア（１０）の直上に導体１１が形成された配線基材（１）の導体（１１）上に、金属粉を含んでなるペースト（１３）を塗布後、該ペースト（１３）上に、はんだの融点よりも高い金属（２１）をコアとし、該コア上の外周にはんだ層（２２）を形成した金属ボール（２０）を搭載して、バンプを設けるとともに、前記貫通ビア（１０）内の一部に金属フィリング層（２３）を作製後、前記金属ボールを搭載した裏面側から前記金属フィリング層を底部として、電解めっき法により反対側にもバンプを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材における貫通ビアの一方の開口部外周に形成されたシード層上に、金属粉を含んでなるペーストを塗布する工程と、
はんだの融点よりも高く且つ貫通ビアの直径以上の直径の金属球をコアとし該コア上の外周にはんだ層を形成した金属ボールを前記貫通ビアの一方の開口部と対向された状態で、前記ペースト上に載置してリフローを実施して、前記一方の開口部側の貫通ビア内に金属フィリング層を形成すると共に前記一方の開口部側にバンプを設ける工程と、
前記貫通ビアの他方の開口部側から、前記金属フィリング層を底部として、電解めっき法によりバンプを形成する工程と、を有することを特徴とした配線基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法で製造された配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通ビア内に導体をフィリング（充填）した配線基板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の小型化、高密度化を目的として、三次元実装技術への関心が高まっている。中でも、チップあるいは基材に貫通ビアを開けて、ビア内部に金属をフィリングして貫通電極からなる電極を形成すると共に、該電極を介してチップあるいは基板を複数積層させて三次元実装する方法は、前記半導体の小型化や高密度化、更に、高周波動作や消費電力の低減にも効果的とされている。
【０００３】
しかし、半導体の小型化、高密度化等に伴い、貫通電極を介して三次元実装を行う際に必要となる貫通電極内への金属の埋め込みが困難になる傾向にある。これは、高密度化を達成するために、ビア径が小さく設計され、相対的に基板の厚みとビア径の関係を表すアスペクト比が高いためである。アスペクト比が高い場合に、ビア内に導体を埋め込む方法として提案されてきたビアフィリングめっき法では、開口部で優先的にめっきが成長し、ビアの開口部が塞がれて、ビア内に接続信頼性にかかわるボイドが形成されるなどの問題が生じていた。
【０００４】
また、貫通ビアへのビアフィリングめっきでは、ＰＲパルスめっきと直流めっきを組み合わせて実施するタイプの電気めっき法が提案されている。しかし、この方法では、特に、貫通ビアのアスペクト比が高い場合に、めっき時間が掛かり、タクトが長くなるなどの問題があった。
更に、アスペクト比が高いビア内に電解めっきにて導体をフィリングする方法では、ビア内部にもシード層を形成する必要があるが、例えばスパッタリングにてシード層を設けようとすると、ビア中央部の側壁までスパッタ金属が到達せず、シード層が断線した状態となり、ビア内に一様にめっきが出来ないなどの問題が生じていた。また、スパッタによる真空法を用いる場合では、連続的な処理をすることが出来ず、生産性が落ちるなどの問題があった。
【０００５】
シード層の形成、及びビアフィリングは、ビアの穴形状にも大きく左右され、基板表裏で穴径が異なる場合は、ビア内への金属のフィリングが一層困難となる。また、シード層が形成された場合においても、フィリングを目的とした電解めっき時において、ビア径が小さい方は、大きい方よりも先にビア開口部が塞がれ、ビア径の大きい方で、相対的に埋まりにくい状況となり、ビア径の小さい方で、金属が異常に厚くめっきされてしまうなどの問題があった。これにより、ビア径が小さい側では、異常析出した銅を機械研磨、あるいは化学研磨によって、目的とするスタンドオフを確保できるまでの厚さまで薄くする必要が生じていた。しかし、前記銅を研磨する場合、機械研磨では、基材がガラスやシリコンの場合では、ハンドリング性が著しく低下し、基材が破損する恐れがあった。また、化学研磨では、基板内で液流などの影響を受けて、研磨ばらつきが生じる問題があった。
【０００６】
また金属ボールを使用して貫通ビア内に金属をフィリングする方法としては、例えば、特許文献１で開示されている方法がある。特許文献１によれば、中空ビア内にシード層を形成した基板が前提程となっているが、アスペクト比が高い場合では、このシード層の形成自体が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３２３０４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、はんだペーストをビア上に塗布し、その上に金属ボールを配置するとあり、この金属ボールの組成ははんだペーストと同じものがよいとしている。しかしながら、はんだペーストと金属ボールが同一成分の場合では、特に、はんだ高さを均一にすることが難しく、適当ではない。また、はんだ高さを均一にするために、コイニング処理を行うとすると、基板がガラスの場合では、特に破損する恐れがあり、該技術の対象とする基板が、例えば、コアにガラスエポキシ樹脂などを用いた有基材料に限定され、汎用性が低かった。
【０００９】
本発明は、より確実に、貫通ビアを有する基板に対し貫通ビア内部に金属をフィリングするとともに、基板の両側にバンプを設けることが出来る配線基板、およびその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の態様である配線基板の製造方法は、基材における貫通ビアの一方の開口部外周に形成されたシード層上に、金属粉を含んでなるペーストを塗布する工程と、はんだの融点よりも高く且つ貫通ビアの直径以上の直径の金属球をコアとし該コア上の外周にはんだ層を形成した金属ボールを前記貫通ビアの一方の開口部と対向された状態で、前記ペースト上に載置してリフローを実施して、前記一方の開口部側の貫通ビア内に金属フィリング層を形成すると共に前記一方の開口部側にバンプを設ける工程と、前記貫通ビアの他方の開口部側から、前記金属フィリング層を底部として、電解めっき法によりバンプを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の態様である配線基板は、本発明の態様である配線基板の製造方法で製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の態様によれば、コアが金属、外周がはんだ成分からなる金属ボールを、金属粉を含んだペーストを塗布した貫通ビア上に実装することで、ビア内の一部に金属をフィリングすると共に、前記金属ボールの径をビア径以上に設定することで、少なくとも前記金属ボールの半径以上の高さを有する突起電極を設けることが出来る。
更に、金属ボールを実装した裏面から、前記ビアの金属がフィリングされていない中空部を電解めっきによりフィリングすることで、貫通ビア内を金属で一様にフィリングすることが可能である。本工法を用いた場合、実装に際して、電解めっき法によって銅ポストを基板上に形成する必要がなくなり、これによってめっきに必要な時間の短縮が可能となる。
【００１３】
また、本発明の態様によれば、貫通ビア内にシード層を設ける必要がなく、工程を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に基づく実施形態の配線基板の製造工程を示した模式図である。
【図２】本発明に基づく実施形態の配線基板の電解めっき用のジグの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本実施形態の配線基板の製造工程例を示して詳細に説明する。図１は、本実施形態の配線基板の製造工程の一例を示したものである。
まず配線基材１に貫通ビア１０を形成すると共に、その貫通ビアの両開口部外周にそれぞれ導体１１と導体１２を形成する（図１（ａ））。導体１１，１２はシード層を構成する。
【００１６】
次に、上側の開口部側に設けた導体１１上に金属を含んでなるペースト層１３を形成する（図１（ｂ））。
次に、球状の金属からなるコア層２１と、コア層とは異なる成分からなる層である外周部２２とからなる金属ボール２０を用意して、その金属ボール２０を、前記貫通ビアの上側の開口部と上下に対向させた状態で、前記金属を含んでなるペースト層１３上に積載する（図１（ｃ））。
【００１７】
次に、リフローによって、前記金属を含んでなるペースト層１３及び金属コア外周部２２を構成する金属成分（はんだ層）を溶融して、その溶融した金属が貫通ビア内に流れ込み、貫通ビア内に充填される。これによって、前記金属ボール２０で、上側の開口部側のバンプが形成されると共に、貫通ビア内における上側の開口部側に、金属フィリング層を形成する（図１（ｄ））。なお、配線基板２において、ビア内のフィリング層２３は金属を含んでなるペースト層１３と金属コア外周部のはんだ層２２の金属成分とからなる。
【００１８】
以上の工程によって、配線基板２の状態となる。
次に、配線基材１に対し、貫通ビアの中空部２４を、電解めっき法によって導体１２側が形成された側から金属層３０をフィリングし、配線基板３を得る（図１（ｅ））。
このように、本実施形態の配線基板は、少なくとも貫通ビア外周部に形成された導体上に、金属粉を含んでなるペーストを塗布後、該ペースト上に、はんだの融点よりも高い金属をコアとし、該コア上の外周にはんだ層を形成した金属ボールを搭載して、バンプを設けるとともに、前記貫通ビア内の一部に金属フィリング層を作製後、前記金属ボールを搭載した裏面側から前記金属フィリング層を底部として、電解めっき法によりバンプが形成される。このように作製した配線基板では、配線基板の両側に、バンプが形成されるため、後の工程で、改めて、銅ポスト、あるいは接合用のバンプを形成する必要がなくなり、タクトを短くすることが出来る。
【００１９】
本実施形態に使用する貫通ビア１０を有する配線基材１の材料は、ガラスやシリコン、あるいはガラスエポキシ樹脂やカミフェノール樹脂などといった有機材料のいずれでもよい。
導体１１、１２は、セミアディティブ法、サブトラクティブ法のいずれの方法を用いて配線基材１に形成してもよい。導体１１、１２には、銅に限らず、アルミなどの他の金属を用いてもよい。また、導体１１、１２上には、金属ボール外周部２２とのはんだの濡れ性を向上させることを目的として、ＯＳＰ、金めっき、スズめっき、ニッケル／金めっき、ニッケル／パラジウム／金めっきなどいずれの表面処理を行ってもよく、また、電解めっき法、無電解めっき法のいずれの処理方法によって形成してもよい。なお、導体１１、１２と配線基材１の界面には、樹脂層が設けられていてもよい。
【００２０】
貫通ビア１０の形状は特に制限されない。ビア形状は、ビアトップとボトムで同じ開口径となるストレートのものや、トップとボトムで開口径が異なるような台形の形状を有するものいずれでもよい。なお、前記トップとボトムで開口径が異なる場合、金属ボール２０を搭載する配線基材１の面は、開口径が金属ボール２０の径より小さい開口部側とするのが望ましい。
【００２１】
導体１１、１２は、特に、配線基材１の表層にのみ限定されるものではなく、貫通ビア１０内部にも導体が形成されていてもよい。
金属を含んでなるペースト層１３には、スズを含んでいることが望ましく、更には、スズ−銀、あるいはスズ−銀−銅のような高い融点を有するはんだを用いるのが望ましい。また、実装温度が２００℃未満となるスズ−ビスマス系の低融点はんだ、インジウム、スズ−鉛などを用いてもよい。なお、前記ペースト層１３には、例えば、銀ペーストや例えば樹脂を含むようなペーストなどを用いることもでき、特に、はんだ成分に限定されるものではない。
【００２２】
前記金属ボール２０内のコア層２１は、金属を含んでなるペースト層１３と前記金属ボール２０の外周部２２を構成する金属の融点よりも高い金属で形成する必要がある。また、金属ボールのコア層２１は、一種類以上の金属からなり、コア層２１が１種類の金属からなる場合は、例えば、ニッケルや銅を用いるのが望ましい。
前記金属ボール２０内のコア層２１が２種類の金属から構成する場合には、例えば、融点の低いはんだを外周部２２に、融点の高いはんだをコア層２１にするような金属ボール２０の構成をとることができる。これにより、前記はんだの融点が異なる金属をコア層２１と外周部２２として使用し、かつ、金属ボール２０を搭載する際のリフロー温度を、前記融点の低いはんだに設定することで、貫通ビア１０内に金属ボール２０の全ての金属成分が流入するのを防ぐことが出来る。
【００２３】
前記金属ボール２０のコア層２１の直径は、配線基材１上の貫通ビアの積載側の開口部の直径以上の値とする必要がある。これは、リフロー時に前記金属ボール２０の外周部（はんだ層）２２が、ビア１０内に全て流入した場合においても、コア層２１をビア上に確実に残存させるためである。前記コア層２１の直径が前記貫通ビア１０の直径よりも小さい場合では、貫通ビア１０内にコア層２１が流れ込んで、バンプ形成ができなくなるか、バンプ高さが基板内で不均一になるため、望ましくない。
【００２４】
貫通ビア１０内への金属を含んでなるペーストを塗布する場合は、メタルマスクを介し、スクリーン印刷法によって行うのが望ましい。なお、貫通ビアの容積が大きい場合では、配線基材１上の導体１１の外周部には、開口したレジストを形成させておくことが望ましい。導体１１の外周部に、開口したレジストをあらかじめ形成させておくことで、はんだ印刷量を、レジストの開口径および厚み分だけ増やすことができ、これにより、貫通ビア１０内に流入させるための金属量を増やすことができる。ビア内の容積が大きく、１回の印刷で塗布することが難しい場合では、２回以上の印刷を行って貫通ビア１０内に一定量のはんだをフィリング後、金属ボール２０を搭載してもよい。更に、金属ボール２０のコア外周部２２の金属量を増やすことでも、貫通ビア１０内への金属のフィリング量を増やすことが出来る。
【００２５】
前記レジストは、ドライフィルムを用いるのが望ましい。液状のレジストを用いると、ビア内にレジストが浸透して、貫通ビア１０を塞ぎ、本発明の目的である貫通ビア１０内への金属のフィリングが出来なくなるおそれがあるため望ましくない。
金属を含んでなるペースト１３上に、金属ボール２０を積載する際は、金属ボールを積載する時の位置ズレにより、隣接する金属ボールとショートするのを防ぐため、メタルマスクを介して行うのが望ましい。
【００２６】
配線基板２において、充填された金属層２３は、金属を含んでなるペースト層１３と金属ボール２０の外周部２２の成分とからなり、貫通ビア１０内を全て満たすものではなく、金属によってフィリングされていない下側に中空部２４ができる。仮に、貫通ビア１０内の全てを前記金属によってフィリングして、中空部２４を設けない場合には、ペーストの印刷量が極端に増え、隣接するパッドとショートするなどの問題が生じる。更に、金属層を含んでなるペースト層１３を、メタルマスクを介してスクリーン印刷によって形成する場合は、メタルマスクからの前記金属を含んでなるペーストの抜け性が悪くなり、同一基板内で、貫通ビア１０内での金属層２３の高さがばらつき、結果として、電解めっき後のバンプ３０の高さがばらつくため、望ましくない。
【００２７】
配線基板３においては、あらかじめ配線基材１の導体１２側にドライフィルムレジストを形成し、フォトリソグラフィーによって、開口部を設けておくことで、電解めっき時に、電解めっき層のバンプをポスト形状にすることが可能である。これにより、貫通ビア１０内を金属２３によってフィリングした後、改めて、銅ポストを形成する必要がなくなる。
【００２８】
また、前記フィリング層２３を底部として、電解めっきを行う際には、金属ボール２０を搭載した側に図２で示したような、金属部４１を樹脂部４２に張り合わせたようなめっき用のジグ４０を用いるのが望ましい。金属部４１をマイナスに印加することで、中空部２４に金属層３０を設けることができる。また、樹脂部４２により、コア２１上でめっき析出により、バンプが成長するのを抑制することができる。このとき、金属部４１と配線基板３の間には、電解めっき液が浸入しないように、十分に密着をさせておくことが必要になる。
なお、図１で示した配線基板３において、コア層２１、あるいは電解めっき層３０にフラックスを塗布しておこくとで、他の配線基板を実装することが可能となる。
【実施例１】
【００２９】
次に、本実施形態の配線基板およびその製造方法について、実施例を用いて、さらに説明する。なお、以下の記載はあくまでも例示であり、本実施形態は以下の記載によって限定されない。
まず、本実施例の配線基材１の構成を以下に記載する。
配線基材１のコアには、それぞれ３００ｕｍ厚みのガラス、シリコン、ガラスエポキシ樹脂を用いた。その各配線基材１の両面には、真空加圧ラミネーター装置を用いて、１５ｕｍｔの銅箔をラミネートした。その後、レーザーあるいはドリル加工によって、前記コア層に対応して、径がそれぞれφ５０、７０、１００ｕｍとなるように貫通ビア１０を形成させた。
【００３０】
シード層となる導体１１、１２は、前記各配線基板の両面に、感光性のドライフィルムレジストをラミネートし、貫通ビア外周部の銅の径が、それぞれφ７０、９０、１２０ｕｍとなるようにサブトラクティブ法によって形成した。
次に、前記導体１１上に、メタルマスクを介し、はんだ印刷機を用いて、金属ペースト１３として、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５Ｃｕからなるはんだペーストを塗布した。更に、メタルマスクを介して、前記はんだペースト上に、コア層２１が銅、外周部２２がＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５Ｃｕからなる金属ボール２０を搭載した。
【００３１】
各貫通ビアの大きさに対応して、搭載した金属ボール２０の径は、それぞれφ１００、１２０、１４０ｕｍとした。なお、該金属ボールの銅からなるコア２１の径は、それぞれ、φ６０、８０、１００ｕｍとなるものを使用した。
その後、ピーク温度が２５０℃となる条件下で、リフローを行い、銅からなる導体１１上に金属ボール２０のコア２１である銅を、はんだペーストと金属ボール外周部からなるはんだを介して加熱接合した。これにより、貫通ビア１０内にフィリング層２３として、はんだ成分をフィリングすることで、配線基板２を得た。
【００３２】
配線基板２に対し、コア２１側に電解めっき層が形成されないよう、図２のように樹脂製の遮蔽ジグに設置し、電解銅めっきを行った。なお、電解銅めっき液には、硫酸銅・五水和物２３０ｇ／Ｌ、硫酸５０ｇ／Ｌ、塩素イオン６０ｍｇ／Ｌ、および５ｍＬ／Ｌのアクセラレータ、サプレッサ、レベラからなるものを使用した。電流密度は１ＡＳＤとし、金属層３０の厚みが１５ｕｍｔとなるように、フィリング層２３の厚みと貫通ビア径に応じて、めっき時間を調整した。
【００３３】
前記製造した配線基板を検証したところ、貫通ビア径が異なるコアにガラス、シリコン、ガラスエポキシ樹脂を用いた基板において、貫通ビア内に金属が確実にフィリングされていると共に、該基板の両面にバンプを形成できることが確認された。
以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明の技術範囲は前記実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・  配線基材
１０・・・貫通ビア
１１・・・導体（シード層）
１２・・・導体（シード層）
１３・・・金属を含んでなるペースト層
２０・・・金属ボール
２１・・・金属ボールのコア層
２２・・・金属ボールの外周部（はんだ層）
２３・・・フィリング層
２４・・・中空部
３０・・・電解めっき層（金属層）
４０・・・めっきジグ
４１・・・金属部
４２・・・樹脂部
【図１】
2015070188.tif 000003
【図２】
2015070188.tif 000004