(57)【要約】【課題】本発明は層間接続にビアを用いる多層配線基板に関基板内の特にビア形成位置におけるクラックや剥離を抑制することを課題とする。【解決手段】積層された複数の絶縁層１２Ａ〜１２Ｄと、絶縁層（絶縁層１２Ｃ）に形成された配線層１３と、絶縁層（絶縁層１２Ｂ，１２Ｃ）を貫通して形成され層間接続を行うビア２０（２０Ａ，２０Ｂ）とを有してなる多層配線基板において、同一絶縁層１２Ｃに形成された隣接した１対のビア２０Ａ，２０Ｂの中心位置間の距離をＬ１とし、この１対のビア２０Ａ，２０Ｂの最短離間距離をＬ２としたとき、最短離間距離Ｌ２を０<Ｌ２≦（Ｌ１／３）とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の絶縁層と、
該絶縁層に形成された配線層と、
前記絶縁層を貫通して形成され、層間接続を行うビアとを有してなる多層配線基板において、
同一絶縁層に形成された隣接した１対の前記ビアの中心位置間の距離をＬ１とし、該１対のビアの最短離間距離をＬ２としたとき、最短離間距離Ｌ２を０<Ｌ２≦（Ｌ１／３）としたことを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記配線層と前記ビアとの最短離間距離Ｌ３を０<Ｌ３≦（Ｌ１／３）とした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】
積層された複数の絶縁層と、
該絶縁層に形成された配線層と、
前記絶縁層を貫通して形成され、層間接続を行うビアとを有してなる多層配線基板において、
前記ビアの前記絶縁層内における形状を円筒形状としたことを特徴とする多層配線基板。
【請求項４】
積層された複数の絶縁層と、
該絶縁層に形成された配線層と、
前記絶縁層を貫通して形成され、層間接続を行うビアとを有してなる多層配線基板において、
前記ビアの前記絶縁層内における形状が、前記絶縁層の積層方向に対する上方が下方に比べて狭い逆テーパ状の形状としたことを特徴とする多層配線基板。
【請求項５】
積層された複数の絶縁層と、
該絶縁層に形成された配線層と、
前記絶縁層を貫通して形成され、層間接続を行うビアとを有してなる多層配線基板において、
前記ビアの前記絶縁層内における前記絶縁層の積層方向に対する下端部にくぼみ部を形成したことを特徴とする多層配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多層配線基板に係り、特に層間接続にビアを用いる多層配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体装置をはじめ、電子部品の高密度が進んでおり、これに伴い電子部品に配設されている外部接続端子の多ピン化及び狭ピッチ化が行われている。これに伴い、これらの電子機器を実装する多層配線基板においても高密度及び多層化が図られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１及び図２は、従来の一例である多層化された多層配線基板１を示している。この多層配線基板１は、例えばガラスエポキシ製の絶縁層２を複数層積層した構成とされており、各絶縁層２には配線層３が所定のパターンで形成されている。また、各配線層３は、ビア５により層間接続された構成とされている。このビア５は、絶縁層２に貫通孔を形成し、その内部に銅等の導電性金属を形成した構成とされている。
【特許文献１】特開２００３−１６３４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、多層配線基板１は絶縁層２がエポキシ等の樹脂を主成分とした構成とされており、またビア５が銅等の導電性金属により形成された構成であったため、両者間における熱膨張係数は異なっている。このため、例えば電子部品等の実装時等において多層配線基板１に熱が印加されると、絶縁層２とビア５との間に熱膨張差が発生する。
【０００５】
このように絶縁層２とビア５との間に熱膨張差が発生すると、多層配線基板１の内部に応力が発生する。この多層配線基板１内に発生する応力をシミュレーションを行った結果を図３に示す。
【０００６】
同図に示されるように、応力は多層配線基板１の中心位置近傍で発生し易く、またビア５の下端部分の直径が細くなった箇所に多発する（図３に矢印Ａで示す位置）。ビア５の下端部分に応力が集中した場合、この箇所に塑性歪みが発生し、更に塑性歪みが大きくなるとビア５にクラックが発生したり、またビア５が接合位置で剥離したりするという問題点が生じる。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、基板内の特にビア形成位置におけるクラックや剥離を抑制しうる多層配線基板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】
【０００８】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１記載の発明は、
積層された複数の絶縁層と、
該絶縁層に形成された配線層と、
前記絶縁層を貫通して形成され、層間接続を行うビアとを有してなる多層配線基板において、
同一絶縁層に形成された隣接した１対の前記ビアの中心位置間の距離をＬ１とし、該１対のビアの最短離間距離をＬ２としたとき、最短離間距離Ｌ２が０<Ｌ２≦（Ｌ１／３）であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の多層配線基板において、
前記配線層と前記ビアとの最短離間距離Ｌ３を０<Ｌ３≦（Ｌ１／３）としたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、
積層された複数の絶縁層と、
該絶縁層に形成された配線層と、
前記絶縁層を貫通して形成され、層間接続を行うビアとを有してなる多層配線基板において、
前記ビアの前記絶縁層内における形状を円筒形状としたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、
積層された複数の絶縁層と、
該絶縁層に形成された配線層と、
前記絶縁層を貫通して形成され、層間接続を行うビアとを有してなる多層配線基板において、
前記ビアの前記絶縁層内における形状が、前記絶縁層の積層方向に対する上方が下方に比べて狭い逆テーパ状の形状としたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、
積層された複数の絶縁層と、
該絶縁層に形成された配線層と、
前記絶縁層を貫通して形成され、層間接続を行うビアとを有してなる多層配線基板において、
前記ビアの前記絶縁層内における前記絶縁層の積層方向に対する下端部にくぼみ部を形成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、同一絶縁層に形成された隣接した１対のビア間距離、またビアと配線層との離間距離を狭くし、またはビア形状を応力が集中し難い形状としたため、ビア接合位置にクラックや剥離が発生するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
【００１６】
図４は、本発明の第１実施例である多層配線基板１０の一部を拡大した断面図である。同図に示す多層配線基板１０は、４枚の絶縁層１２Ａ〜１２Ｄを積層した構造を有し、絶縁層１２Ｂ及び絶縁層１２Ｃにビア２０が形成されている。また、絶縁層１２Ａ，１２Ｃには配線層１３が形成されている。
【００１７】
絶縁層１２Ａ〜絶縁層１２Ｄは、本実施例ではガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたものを用いている。なお、絶縁層１２Ａ〜絶縁層１２Ｄの材料はこれに限定されるものではなく、ポリイミド、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂等の他の絶縁性樹脂を用いることも可能である。
【００１８】
２０は、銅等の導電性金属により形成されている。このビア２０は、図７（Ａ）に拡大して示すように、ビア本体２１とランド部２２とにより構成されている。ビア本体２１は絶縁層１２Ｂ，１２Ｃに形成された貫通孔内に位置する部分であり、後述するように各種の形状に成形することができる。このビア本体２１は、絶縁層１２Ｂ，１２Ｃにレーザ加工等により貫通孔を形成し、その内部に銅をメッキすることにより形成される。
【００１９】
また、ランド部２２は、ビア本体２１の上端部にフランジ状に形成された部分である。このランド部２２は他層のバンプに接続されたり、或いは同層において配線層１３に接続されたりする。配線層１３は銅により形成されており、所定のパターンで形成されている。なお、ランド部２２が同層に形成された配線層１３と接続される際、ランド部２２と配線層１３とを一体とした構成としてもよい。
【００２０】
ところで、本実施例に係る多層配線基板１０も絶縁層２がエポキシ等の樹脂を主成分とし、ビア５が銅等の導電性金属により形成された構成であるため熱膨張係数が異なっており、熱を印加したときにおける熱膨張差が問題となる。
【００２１】
そこで、本発明者は図５に示すような７個のビア２０が積層されたモデルを作成し、隣接した１対のビア（ビア２０Ａとビア２０Ｂとする）の中心位置間の距離（Ｌ１とする）に対し、１対のビア２０Ａ，２０Ｂの最短離間距離（Ｌ２とする）を変化させたときの最大塑性歪みの変化をシミュレーションにより求めた。その結果を図６に実線で示す（図中、矢印Ｘ１で示す実線）。
【００２２】
図６は、縦軸が塑性歪みを示し、縦軸が最短離間距離Ｌ２を示している。同図に示す結果では、最短離間距離Ｌ２が０〜Ｌ１までの範囲を示している。また、ここで最短離間距離Ｌ２とは、前記したようにビア２０（２０Ａ，２０Ｂ）はビア本体２１に対してランド部２２の方が径が大きいため、隣接するランド部２２間の距離となる（図４及び図５参照）。
【００２３】
同図より、最短離間距離Ｌ２が（Ｌ１／３）<Ｌ２≦Ｌ１であるとき、塑性歪みの値は高い値（約0.145）で略一定となっている。このため、最短離間距離Ｌ２が（Ｌ１／３）<Ｌ２≦Ｌ１であると、多層配線基板１０が加熱された際、ビア２０（２０Ａ，２０Ｂ）にクラックが発生したり、接合位置で剥離が発生したりするおそれがある。
【００２４】
これに対し、最短離間距離Ｌ２が（Ｌ１／３）より短くなると塑性歪みは低減する。そして、最短離間距離Ｌ２が０<Ｌ２≦（Ｌ１／３）であるとき、塑性歪みの値は低い値（約0.097）となる。この程度の塑性歪みでは、ビア２０（２０Ａ，２０Ｂ）にクラックや剥離が発生しないことが経験的に知られており、よって一絶縁層に形成された隣接した１対のビア２０Ａ，２０Ｂの最短離間距離Ｌ２を０<Ｌ２≦（Ｌ１／３）と近接させることにより、多層配線基板１０内に形成されたビア２０（２０Ａ，２０Ｂ）にクラックや剥離が発生することを抑制でき、多層配線基板１０の信頼性を高めることができる。
【００２５】
一方、同一絶縁層内には、図４の絶縁層１２Ｃのようにビア２０と共に配線層１３が設けられることがある。配線層１３も銅等の金属材料により形成されるため、配線層１３と絶縁層１２Ｃとの間の熱膨張差により応力が発生するおそれがある。そして、配線層１３の近傍にビア２０が存在していた場合には、この応力に起因して当該ビア２０の下端部分においてクラックや剥離が発生するおそれがある。
【００２６】
そこで、本発明者は図５（Ａ）に示すビア２０Ｂに代えて配線層１３を設けたモデルを作成し、隣接したビア２０Ａと配線層１３最短離間距離（Ｌ３とする。図４参照）を変化させたときの最大塑性歪みの変化をシミュレーションにより求めた。この際、基準距離として、同一絶縁層（図４に示す場合には絶縁層１２Ｃ）に配設された複数のビア２０の内、離間距離が最短距離である一対のビア（図４に示す例では、ビア２０Ａとビア２０Ｂ）の中心位置間の距離Ｌ１を基準として最短離間距離Ｌ２を変化させることとした。その結果を図６に破線で示す（図中、矢印Ｘ２で示す破線）。
【００２７】
同図に示されるように、ビア２０Ａと配線層１３との最短離間距離Ｌ３を変化させたときの最大塑性歪みの変化は、前記したビア２０Ａ，２０Ｂ間の最短離間距離Ｌ３を変化させたときの最大塑性歪みの変化と略同等の変化を示した。即ち、最短離間距離Ｌ３が（Ｌ１／３）<Ｌ２≦Ｌ１であるとき、塑性歪みの値は高い値（約0.148）で略一定となっている。このため、最短離間距離Ｌ３が（Ｌ１／３）<Ｌ３≦Ｌ１であると、多層配線基板１０が加熱された際、ビア２０（２０Ａ）にクラックが発生したり、接合位置で剥離が発生したりするおそれがある。
【００２８】
これに対し、最短離間距離Ｌ３が（Ｌ１／３）より短くなると塑性歪みは低減する。そして、最短離間距離Ｌ２が０<Ｌ３≦（Ｌ１／３）であるとき、塑性歪みの値は低い値（約0.102）となる。この程度の塑性歪みでは、ビア２０（２０Ａ）にクラックや剥離が発生しないことが経験的に知られており、よって一絶縁層に形成された隣接したビア２０と配線層１３との最短離間距離Ｌ３を０<Ｌ３≦（Ｌ１／３）と近接させることにより、多層配線基板１０内に形成されたビア２０（２０Ａ）にクラックや剥離が発生することを抑制でき、多層配線基板１０の信頼性を高めることができる。
【００２９】
続いて、本発明の第２乃至第４実施例に係る多層配線基板について説明する。なお、第２乃至第４実施例に係る多層配線基板は、図４に示した第１実施例に係る多層配線基板１０に対し、ビアの形状が異なるのみであるため、以下の説明では図示の便宜上、ビアのみを図示して説明するものとする。
【００３０】
図７（Ａ）は、前記した第１実施例に係る多層配線基板１０で用いたビア２０を示している。前記のように、ビア２０はビア本体２１とランド部２２とより構成されている。また、絶縁層１２Ｂ，１２Ｃに形成された貫通孔の内部に位置するビア本体２１は、絶縁層１２Ａ〜１２Ｄの積層方向（図中、矢印Ｚで示す方向）に対し、上方が下方に比べて広いテーパ状の形状を有している（この形状のビアを標準ビアという）。この標準ビア２０では、水平方向に対するビア本体２１の側面の角度（図中、矢印θ１で示す）は、θ１>９０°となっている。
【００３１】
これに対し、図７（Ｂ）は、第２実施例に係る多層配線基板に配設されるビア３０を示している。このビア３０は、前記した標準ビア２０と同様にビア本体３１とランド部３２とにより構成されているが、ビア本体３１は積層方向（Ｚ方向）に対し全て同一径である円筒形状とされている。このビア３０では、水平方向に対するビア本体３１の側面の角度（図中、矢印θ２で示す）は、θ２≒９０°となっている。
【００３２】
また、図７（Ｃ）は、第３実施例に係る多層配線基板に配設されるビア４０を示している。このビア４０もビア本体４１とランド部４２とにより構成されているが、ビア本体４１は積層方向（Ｚ方向）に対し、上方が下方に比べて狭い逆テーパ状の形状を有している。このビア４０では、水平方向に対するビア本体４１の側面の角度（図中、矢印θ３で示す）は、θ３<９０°となっている。
【００３３】
更に、図７（Ｄ）は、第３実施例に係る多層配線基板に配設されるビア５０を示している。このビア５０もビア本体５１とランド部５２とにより構成されているが、ビア本体５１の積層方向（Ｚ方向）に対する下端部にはくぼみ部５３が環状に形成されている。このくぼみ部５３は半径Ｒを有した湾曲形状であり、その半径Ｒの値は所定の値に設定されている。なお、以下の説明ではくぼみ部５３をコーナＲ５３というものとする。
【００３４】
本発明者は、図７に示す各ビア２０，３０，４０，５０に対し、温度サイクルを印加することにより最大塑性歪みの発生の様子を調べるシミュレーションを実施した。具体的には、それぞれのビア２０，３０，４０，５０を７個積層したモデルを作成し、これに半導体製造装置に信頼性（バーンイン等）に用いると等価の温度サイクルを印加し、その時に発生する最大塑性歪みをシミュレーションした。図８は標準ビア２０に対するシミュレーションで用いたモデルであり、図９はビア３０に対するシミュレーションで用いたモデルである。
【００３５】
その結果、例えば図８に示す標準ビア２０の場合には、上から４段目の標準ビア２０に最大塑性歪みが発生し、その値は0.144であった。同様に、図９に示すビア３０の場合も上から４段目のビア３０に最大塑性歪みが発生し、その値は0.131であった。また、残るビア４０，５０に対しても同様の処理を行い、その結果をまとめたものを図１０に示す。
【００３６】
同図に示すように、標準ビア２０に対し、円筒形状のビア本体３１を有するビア３０、逆テーパとされたビア本体４１を有する４０、ビア本体５１にコーナＲ５３を形成したビア５０は、いずれも最大塑性歪みの値が小さくなっている。よって、多層配線基板に形成するビアとして、ビア３０，４０，５０を用いることにより、多層配線基板に発生する応力を低減でき、ビア３０，４０，５０にクラックや剥離が発生することのない信頼性の高い多層配線基板を実現することができる。
【００３７】
以上の説明に関し、更に以下の項を開示する。
（付記１）
積層された複数の絶縁層と、
該絶縁層に形成された配線層と、
前記絶縁層を貫通して形成され、層間接続を行うビアとを有してなる多層配線基板において、
同一絶縁層に形成された隣接した１対の前記ビアの中心位置間の距離をＬ１とし、該１対のビアの最短離間距離をＬ２としたとき、最短離間距離Ｌ２を０<Ｌ２≦（Ｌ１／３）としたことを特徴とする多層配線基板。
（付記２）
前記配線層と前記ビアとの最短離間距離Ｌ３を０<Ｌ３≦（Ｌ１／３）としたことを特徴とする付記１記載の多層配線基板。
（付記３）
積層された複数の絶縁層と、
該絶縁層に形成された配線層と、
前記絶縁層を貫通して形成され、層間接続を行うビアとを有してなる多層配線基板において、
前記ビアの前記絶縁層内における形状を円筒形状としたことを特徴とする多層配線基板。
（付記４）
積層された複数の絶縁層と、
該絶縁層に形成された配線層と、
前記絶縁層を貫通して形成され、層間接続を行うビアとを有してなる多層配線基板において、
前記ビアの前記絶縁層内における形状が、前記絶縁層の積層方向に対する上方が下方に比べて狭い逆テーパ状の形状としたことを特徴とする多層配線基板。
（付記５）
積層された複数の絶縁層と、
該絶縁層に形成された配線層と、
前記絶縁層を貫通して形成され、層間接続を行うビアとを有してなる多層配線基板において、
前記ビアの前記絶縁層内における前記絶縁層の積層方向に対する下端部にくぼみ部を形成したことを特徴とする多層配線基板。
（付記６）
前記絶縁層をガラスエポキシ材料により形成し、前記ビアを銅により形成したことを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の多層配線基板。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、従来の一例である多層配線基板の立体断面図である。
【図２】図２は、従来の一例である多層配線基板の断面図である。
【図３】図３は、従来の一例である多層配線基板で発生する最大歪みを説明するためのシミュレーション図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施例である多層配線基板の要部断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施例である多層配線基板で発生する最大歪みを説明するためのシミュレーション図である。
【図６】図６は、ビア間距離及びビアと配線層との距離と塑性歪みとの関係を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２乃至第４実施例である多層配線基板に設けられるビアを説明するための図である。
【図８】図８は、第１実施例で用いる標準型のビアを８層積層した場合に発生する塑性歪みの分布を示すシミュレーション図である。
【図９】図９は、第２実施例で用いるビア本体が円筒形状であるビアを８層積層した場合に発生する塑性歪みの分布を示すシミュレーション図である。
【図１０】図１０は、第２乃至第４実施例で用いる各ビアを８層積層した場合に発生する塑性歪み最大値を比較して示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  多層配線基板
１２Ａ〜１２Ｄ  絶縁層
１３  配線層
２０，２０Ａ，２０Ｂ，３０，４０，５０  ビア
２１，３１，４１，５１  ビア本体
２２，３２，４２，５２  ランド部
５３  コーナＲ
【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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