(57)【要約】【課題】  確実に層間接続でき、且つ信頼性の高い半田接合部を有する多層配線板を提供する。【解決手段】  配線パターンと、該配線パターン上に形成された導体ポストと、該導体ポストの先端表面に形成された半田層とを有する接続層と、該導体ポストとの層間接続用ランドを有する被接続層とを、半田接合によって層間接続させた多層配線板であって、導体ポストと非接続層の間に半田並びに導体ポスト、接続用ランドを構成する金属成分からなる合金が形成され、さらに該導体ポストの半田接合部周辺に半田のフィレットが形成されている半田接合部。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層を貫通して、該絶縁層から突出している導体ポストの先端表面に形成された半田層と、該導体ポストに相対する層間接続用ランドを有する被接続層とを、接着剤層を介して半田接合させて得られる半田接合部であって、前記導体ポストと前記層間接続用ランドとの接合部に、前記半田層、前記導体ポスト、および前記層間接続用ランドを形成する金属成分から構成される合金が形成され、さらに前記半田接合部周辺に半田または半田の金属を含む合金からなるフィレットが形成されていることを特徴とする半田接合部。
【請求項２】
導体ポストと被接続層の間に形成された合金が、半田よりも高い融点を有するものである請求項１記載の半田接合部。
【請求項３】
半田層が、導体ポストの断面積よりも大きく濡れ広がって、層間接続用ランドと半田接合される請求項１または２に記載の半田接合部。
【請求項４】
半田の濡れ広がり面積が、導体ポストの断面積よりも２倍以上７倍以下である請求項３記載の半田接合部。
【請求項５】
半田接合部が、少なくとも半田層を接着剤層と接触させ、半田層を形成する半田の融点以上の温度で加熱して、半田層を溶融させて、次いで、圧着して半田接合させて得られたものである請求項１〜４のいずれかに記載の半田接合部。
【請求項６】
導体ポストと被接続層の間に形成された合金が、銅と錫の合金である請求項１〜５のいずれかに記載の半田接合部。
【請求項７】
導体ポストと被接続層の間に形成された合金が、金とニッケルと錫の合金である請求項１〜５のいずれかに記載の半田接合部。
【請求項８】
フィレットを形成する合金が、金と錫の合金である請求項１〜７のいずれかに記載の半田接合部。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の半田接合部を有することを特徴とする多層配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田接合部および多層配線板に関するものである。更には、多層配線板の層間の半田接合部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、その回路基板としてビルドアップ多層配線板が採用されている。ビルドアップ多層配線板は、樹脂のみで構成される絶縁層と、導体とを積み重ねながら成形される。ビア形成方法としては、従来のドリル加工に代わって、レーザー法、プラズマ法、フォト法等多岐にわたり、小径のビアホールを自由に配置することで、高密度化を達成するものである。層間接続部としては、ブラインドビア（Ｂｌｉｎｄ  Ｖｉａ）やバリードビア（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｖｉａ：ビアを導電体で充填した構造）等がある。バリードビアホールとしては、ビアホールをめっきで充填する方法と、導電性ペースト等で充填する場合とに分けられる。一方、更なる小型、軽量化、多ピン化および高速信号伝送を実現させるために、配線の高密度化、ビアの小径化とともに層間絶縁層の薄膜化が求められている。そのような中、従来のビルドアップ法のような逐次積層法に代わる新たな層間接続方式として、絶縁シートの少なくとも片面に配線パターンを有し、絶縁シートの表裏面を貫通して導電性のビアホールを有し、電気的な接続を行うための、導電性接着剤、Ｓｎ−Ｐｂ半田、ＡｕやＳｎ等で形成された接続用電極同士を熱圧着して接続する方法（例えば、特許文献１参照。）がある。また、導電体回路層の所定場所上に導電体回路層間の電気的接続用の導電体からなる突起（金属塊）の先端部に半田層を設けておき、熱および圧力で絶縁体樹脂層を突起で突き破り半田層を導電体回路層に接続させた後、この状態で温度を半田の溶融温度まで上昇し半田層を溶融させて突起を導電体回路層に接続させた後、冷却して半田層を固化させる製造方法（例えば、特許文献２参照。）なども提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２０４９３９号公報（第１０−１２頁、図１）
【特許文献２】特開平８−１９５５６０号公報（第６−３１頁、図１）
【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、導電性接着剤による接続や、物理的接触だけによる電気的接続である場合において、接続信頼性が低く、さらには、突起先端の半田層の濡れ拡がりが十分でないと高い接続信頼性を有する接合部が形成できていないのが現状である。
本発明は、半導体チップを搭載する多層配線板における、層間接続のこのような現状の問題点に鑑み、高信頼性の層間接合部、ならびに、その接合部を有する多層配線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】
【０００５】
すなわち本発明は、
（１）  絶縁層を貫通して、該絶縁層から突出している導体ポストの先端表面に形成された半田層と、該導体ポストに相対する層間接続用ランドを有する被接続層とを、接着剤層を介して半田接合させて得られる半田接合部であって、前記導体ポストと前記層間接続用ランドとの接合部に、前記半田層、前記導体ポスト、および前記層間接続用ランドを形成する金属成分から構成される合金が形成され、さらに前記半田接合部周辺に半田または半田の金属を含む合金からなるフィレットが形成されていることを特徴とする半田接合部、
（２）  導体ポストと被接続層の間に形成された合金が、半田よりも高い融点を有するものである第（１）項記載の半田接合部、
（３）  半田層が、導体ポストの断面積よりも大きく濡れ広がって、層間接続用ランドと半田接合される第（１）項または第（２）項に記載の半田接合部、
（４）  半田の濡れ広がり面積が、導体ポストの断面積よりも２倍以上７倍以下である第（３）項記載の半田接合部、
（５）  半田接合部が、少なくとも半田層を接着剤層と接触させ、半田層を形成する半田の融点以上の温度で加熱して、半田層を溶融させて、次いで、圧着して半田接合させて得られたものである第（１）項〜第（４）項いずれかに記載の半田接合部、
（６）  導体ポストと被接続層の間に形成された合金が、銅と錫の合金である第（１）項〜第（５）項のいずれかに記載の半田接合部、
（７）  導体ポストと被接続層の間に形成された合金が、金とニッケルと錫の合金である第（１）項〜第（５）項のいずれかに記載の半田接合部、
（８）  フィレットを形成する合金が、金と錫の合金である第（１）項〜第（７）項のいずれかに記載の半田接合部、
（９）  第（１）項〜第（８）項のいずれかに記載の半田接合部を有することを特徴とする多層配線板、
である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高信頼性の半田接合部を提供することができ、本発明の半田接合部を有する多層配線板は、高い信頼性と強度を持つ半田接合部により層間接続をすることができるので、これを用いた電子部品の高密度集積化や、高密度実装化が可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の半田接合部は、絶縁層を貫通して該絶縁層から突出して形成された導体ポストの先端表面に形成された半田層と、該導体ポストに相対する層間接続用ランドを有する被接続層とを接着剤層を介して層間接続を行う際に、前記導体ポストの先端表面に形成された半田層と、前記層間接続用ランドとの、半田接合によって得られるものである。
本発明の半田接合部には、前記導体ポストと前記層間接続用ランドとの間に、前記半田層、前記導体ポストおよび前記層間接続用ランドを形成する金属成分から構成される合金層が形成されている。さらに、半田接合部の根元には、接合部を補強するように、半田または半田の金属を含む合金のフィレットが形成されている。半田または半田の金属を含む合金のフィレットが形成されていることで、熱衝撃試験による半田接合部への応力集中を防ぐことができ、また、フィレットそのものによる半田接合部の補強効果により、接合強度自体が増すことで、高い接続信頼性が確保される。
【０００８】
さらに、半田接合部に形成されている合金は、半田の融点よりも高くなるように設計されることが好ましい。例えば、半田が、錫を主成分とする金属からなり、導体ポストおよび層間接続用ランドが、銅を主成分とする金属からなる場合、半田接合によって得られる接合部には、銅と錫の合金が形成される。形成された合金の融点は、４００℃以上である。一般に、半導体チップが実装される際のリフロー工程の温度は４００℃を超えることはない。従って、本発明の半田接合部を有する多層配線板に、半導体チップが実装されるリフロー工程においては、多層配線板の半田接合部が溶融することが無いため、半田接合部が断線することが無く、安定した導通を維持することができる。これは、パッケージ実装においても同様である。
【０００９】
さらに、本発明の半田接合部は、導体ポストに形成された半田層が、層間接続用ランドに濡れ広がって、半田接合するが、半田の濡れ広がり面積は、導体ポストの断面積よりも大きくなっていることが好ましい。導体ポストの断面積よりも大きくなることで、良好な半田または半田の金属を含む合金のフィレットが形成され、接合強度は、より高くなる。また、半田の濡れ広がり面積は、導体ポスト断面積よりも２倍以上７倍以下であることが好ましい。２倍を下回ると、良好な半田または半田の金属を含む合金のフィレットが形成されずに、十分な接合強度が得られない場合がある。また、７倍を上回ると、半田がランドに広範囲に濡れ広がり、半田または半田の金属を含む合金のフィレットを形成するに十分な半田が確保されない恐れがあり、十分な接合強度が得られない場合がある。
【００１０】
これらの良好な半田接合を得る方法としては、半田接合において、まず、少なくとも半田層を接着剤層と接触させ、半田層を形成する半田の融点以上の温度で加熱して、半田層を溶融させ、次いで、圧着して接合する方法が好ましい。
【００１１】
次に、本発明の半田接合部の形成工程について、多層配線板の製造方法の例を用いて説明するが、本発明はこれによって、何ら限定されるものではない。
図１は、本発明の半田接合部を有する多層配線板の製造方法の例を説明するための図で、図１（ｈ）は得られる多層配線板の構造を示す断面図である。
【００１２】
本発明の多層配線板の製造方法の例としては、まず、金属箔１０１と絶縁膜１０２からなる２層構造体を用意し、前記絶縁膜１０２の導体ポストを形成する位置に、ビア１０３を形成する（図１（ａ））。次に、金属箔１０１を電解めっき用リード（給電用電極）として、電解めっきにより、導体ポスト１０４をビア１０３に形成し、続いて、導体ポスト１０４の先端表面に、絶縁層１０２を突出して、半田層１０５を形成する（第１図（ｂ））。次に、金属箔１０１を、選択的にエッチングすることにより、導体回路１０６を形成して、接続層１１０を得る（図１（ｃ））。
【００１３】
次に、絶縁膜１０２の表面に接着剤層１０８を形成する（図１（ｄ））。次に、接続層１１０の半田層１０５と被接続層１２０の層間接続用ランド１０７が相対するように位置合わせする（図１（ｅ））。次に、接着剤層１０８を介して、接続層１１０と被接続層１２０とを、それぞれが有する半田層１０５および層間接続用ランド１０７が、接着剤層１０８と接触するように貼り合わせる（図１（ｆ））。
【００１４】
次いで、接続層１１０と被接続層１２０とを、半田層１０５を形成する半田の融点以上の温度に加熱し半田を溶融させた後、加圧して圧着する（図１（ｇ）〜（ｈ））。
加熱、加圧工程では、例えば、真空プレスを用いて、半田層１０５が、その半田の融点温度以上にまで加熱されるが、このとき、接着剤層１０８が金属表面表面清浄化機能を有することが好ましい。すなわち、少なくとも半田表面に形成されている酸化膜を除去することができる機能である。該接着剤を用いることにより、半田層１０５の表面の酸化膜が還元されて溶融し、溶融半田の表面張力により凸形状を形成する（図１（ｇ））。この時、凸形状は、最安定なドーム状、滴状であることが、より好ましい。その後、加圧して凸形状を形成した半田層１０５の頂点部と層間接続用ランド１０７とを接触させ、その接点から、同心円状に半田が濡れ広がり、導体ポストが金属ランドにあたるまで加圧される。このとき濡れ広がった半田によって、導体ポスト接合部周囲にフィレットが形成されて、接合部が半田または半田の金属を含む合金のフィレットによって補強されたような形になる。
【００１５】
さらに、加圧工程で溶融した半田は、接合部周辺部に押し出されるため、導体ポストの真下には、半田そのものは存在しない。接合部には、半田および導体ポストおよび層間接続用ランドを構成する金属の合金が形成される。
例えば、導体ポストと層間接続用ランドが銅、半田が錫を主成分とする金属からなる場合、半田接合部には、合金層が形成されるが、このような場合、半田接合部は、Ｃｕ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５のような典型的な銅錫の合金が形成される。これらの合金の融点は、いずれも４００℃以上である。
【００１６】
また、半田層と導体ポストと層間接続用ランドとの半田接合部に、主として金とニッケルと錫の合金が形成されていることが高融点合金接続部を得る上で好ましく、この場合、例えば、それぞれの層を形成する金属層における拡散速度の差により発生するカーケンダルボイドを抑制することを目的として、導体層および銅ポストと半田層の間に拡散防止金属層となるニッケル層を形成し、さらに半田濡れ性を向上させるために拡散防止金属層表面に金層を形成して接合することにより、合金を得ることができるが、さらに具体的には、銅層、ニッケル層、金層で形成した層間接続用ランドあるいは接続層の導体回路と、銅ポストと錫を主成分とする半田層との間にもニッケル層を形成し、接合することにより、導体ポストと被接続層との間に前記合金を得ることができる。また、接合部周囲に形成されるフィレット部分は主にＡｕＳｎとＡｕＳｎ２を主成分とする金と錫の合金が形成される。これらの合金の融点は、合金状態図によれば、それぞれ約４２０℃、３５０℃である。
従って、半導体チップ実装工程、半導体パッケージ実装工程等において、本発明の半田接合部の金属が再溶融して断線する心配が無い。
上記多層配線板の例においては、２層の半田接合の例を示したが、３層以上であっても各層をそれぞれ準備し同様方法により得られる。
【実施例】
【００１７】
以下、実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
【００１８】
＜接続層１１０の作製＞
銅箔（金属箔１０１、厚み１８μｍ）、ポリイミド樹脂絶縁膜（絶縁膜１０２、厚み２５μｍ）からなるフレキシブルプリント配線用基板（住友ベークライト製、Ａ１フレキ）のポリイミド樹脂絶縁膜に、ＵＶ−ＹＡＧレーザーを用いて、トップ径が４５μｍ、ボトム径が２５μｍのビア（ビア１０３）を、３００個形成した。ビア内部およびビア周辺部を、過マンガン酸樹脂エッチング液にて清浄化した後、裏面の銅箔を、電解めっき用リード（給電用電極）として、電解銅めっきを行って、ビアを銅で充填し、銅ポスト（導体ポスト１０４）を形成した。ここで、銅ポストの直径が４５μｍとなるよう、電解銅めっきの時間を調整した。次に、銅ポストの表面に、Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田層（半田層１０５）を電解めっきによって、４μｍの厚みで形成した。なお、半田層の先端表面の絶縁膜表面から突出している高さは、１０μｍであった。次に、銅箔を選択的にエッチングして、配線パターン（導体回路１０６）を形成した。以上の工程により、接続層（接続層１１０）を得ることができた。
【００１９】
＜接着剤ワニスの調合＞
クレゾールノボラック樹脂（住友デュレズ(株)製，ＰＲ−ＨＦ−３）１０６ｇと、フェノールフタリン（東京化成製）１０５ｇと、ジアリルビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（日本化薬(株)製、ＲＥ−８１０ＮＭ）４５０ｇとを、メチルエチルケトン１６５ｇに溶解し、金属接合接着剤ワニスを作製した。
【００２０】
次に、上記で得られた接続層に対して、バーコートにより、上記で得た金属接合接着剤ワニスを、絶縁膜の表面、すなわちＳｎ−Ａｇ（２．５％）の共晶半田層が形成された面に塗布後、８０℃で２０分間乾燥し、３０μｍ厚の接着剤層（接着剤層１０８）を形成した。
【００２１】
さらに、厚み１２μｍ銅箔が両面に形成されたＦＲ−５相当のガラスエポキシ両面銅張積層板（住友ベークライト製、ＥＬＣ）を被接続層として、上記工程で得られた接続層を、１００℃の温度で仮圧着して、接続層表面と、相対する被接続層の表面とを接触させた。仮圧着したサンプルを断面観察したところ、半田層と層間接続用ランドとは非接触であり、約３０μｍ程度の間隙（接着剤層）があった。
最後に、仮圧着したサンプルを、半田の融点（２１９℃）以上に加熱した後、加圧して、本圧着して多層配線板を得た。
【００２２】
＜半田接合部の観察＞
上記実施例おいて得られた、半田接合部の断面のＳＥＭ観察を行った。結果を図２に示す。また、銅ポストと接続用ランドの間の半田接合部、並びにフィレット部分をエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）による元素分析を行った。
【００２３】
断面ＳＥＭ写真から、接続層の導体回路層２０１と被接続層の層間接続用ランド２０４とが、絶縁層２０２を貫通した層間接続用銅ポスト２０５と、その先端に形成された半田接合部２０６により接続され、半田接合部周辺には、フィレット２０７が形成されている様子が確認できた。また、接合部のＥＤＸの分析結果によると、銅ポストと接続用ランドの間には、Ｃｕ３ＳｎおよびＣｕ６Ｓｎ５の合金が形成されていた。また、フィレット部分からは、ほぼＳｎのみが検出され、一部に偏在したＳｎ３Ａｇの合金が形成されていた。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態による多層配線板の製造方法の例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例における半田接合部周辺の断面ＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００２５】
１０１                    金属箔
１０２                    絶縁膜
１０３                    ビア
１０４                    導体ポスト
１０５                    半田層
１０６                    導体回路
１０７                    層間接続用ランド
１０８                    接着剤層
１１０                    接続層
１２０                    被接続層
１３０                    多層配線板
２０１                    導体回路層
２０２                    絶縁膜
２０３                    接着剤層
２０４                    層間接続用ランド
２０５                    層間接続用銅ポスト
２０６                    層間接合部（半田接合部）
２０７                    フィレット
【図１】
2004221567.tif 000003
【図２】
2004221567.tif 000004