(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の配線層又は基板と、
前記第１の配線層又は基板の上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層に充填された熱伝導性を有する粒子状の充填材と、
前記絶縁層の上に設けられた第２の配線層と、
を備え、
前記充填材は前記絶縁層を構成する絶縁材料よりも剛性が高く、
前記絶縁層はその内部に空隙を有し、前記空隙には複数の前記充填材が露出しており、
前記空隙に露出した複数の充填材は、前記空隙が変形しようとした際に充填材同士が接触するように配置されていることを特徴とした回路基板。
【請求項２】
第１の配線層又は基板と、絶縁層と、第２の配線層とからなる回路基板の製造方法であって、
熱伝導性を有する粒子状の充填材が充填された絶縁層及び銅箔付き積層シートを前記第１の配線層又は基板の上に圧着する第１の工程と、
前記銅箔をパターニングして第２の配線層を形成する第２の工程と、
を有し、
前記充填材の表面には親水化処理が施されており、
前記第１の工程において、前記親水化処理に用いた薬剤が気化する温度で圧着することにより前記絶縁層内に空隙が形成されることを特徴とした回路基板の製造方法。
【請求項３】
第１の配線層又は基板と、絶縁層と、第２の配線層とからなる回路基板の製造方法であって、
熱伝導性を有する粒子状の充填材が充填された絶縁層及び銅箔付き積層シートを前記第１の配線層又は基板の上に圧着する第１の工程と、
前記銅箔をパターニングして第２の配線層を形成する第２の工程と、
を有し、
前記充填材に水分を吸湿させる処理が施されており、
前記第１の工程において、前記水分が気化する温度で圧着することにより前記絶縁層内に空隙が形成されることを特徴とした回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記充填材は前記絶縁層を構成する絶縁材料よりも剛性が高く、前記空隙には前記充填材が露出していることを特徴とした請求項２又は３に記載の回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に関し、特に粒子状の充填材を含む絶縁層を用いた回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器などに含まれる回路装置は、小型化、高密度化および多機能化のために、単位体積当たりの発熱密度が増加している。このため、近年では、回路装置の基板として、高い放熱性を有する金属基板を用いるとともに、その金属基板上に、ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）やＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit：大規模集積回路）などの回路素子を装着している（たとえば、特許文献１参照）。また、従来では、金属基板上に、ハイブリッドＩＣ（Hybrid Integrated Circuit：混成集積回路）が形成された構造も知られている。ここで、ハイブリッドＩＣとは、ＩＣチップやコンデンサ、抵抗などの回路素子を１つの基板上にまとめて組み込んだ回路装置を意味する。
【０００３】
図４は、上記特許文献１に開示された従来の回路装置の構造を概略的に示した断面図である。図４を参照して、従来の回路装置では、アルミニウムからなる金属基板１０１上に、絶縁層として機能するとともに、充填材としてのシリカ（ＳｉＯ２）が添加された樹脂層１０２が形成されている。樹脂層１０２上の所定領域には、樹脂からなる接着層１０３を介してＩＣチップ１０４が装着されている。また、樹脂層１０２上のＩＣチップ１０４の端部から所定の間隔を隔てた領域には、接着層１０３を介して銅からなる金属配線１０５が形成されている。この金属配線１０５と金属基板１０１とは、樹脂層１０２によって絶縁されている。また、金属配線１０５とＩＣチップ１０４とは、ワイヤ１０６によって電気的に接続されている。
【０００４】
図４に示した従来の回路装置では、アルミニウムからなる金属基板１０１を用いるとともに、その金属基板１０１上に、樹脂層１０２を介してＩＣチップ１０４を装着することによって、ＩＣチップ１０４から多量の熱が発生したとしても、その熱を金属基板１０１により放熱することが可能となる。
【特許文献１】特開平８−２８８６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、絶縁層にシリカなどの粒子状の充填材を充填することで熱伝導率を高めてきた。しかしながら、充填材の充填量が多いと（典型的には７０〜８０Ｖｏｌ％程度）、熱伝導率が急上昇する一方で、絶縁層を含む回路基板にクラックが発生しやすいという課題があった。さらに、図４に示した従来の回路装置では、回路素子が発熱すると回路装置全体の温度が上昇し、熱膨張係数の大きな樹脂層１０２は膨張しようとする。このため、従来の回路装置のように、金属基板１０１の上に熱膨張係数の大きい樹脂層（絶縁層）１０２が貼り付けられた構造では、熱ひずみによって回路装置が変形するという問題が発生し、状況によっては、金属基板１０１から樹脂層（絶縁層）１０２が剥離してしまうという問題が発生した。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、絶縁層の剥離やクラックが発生するのを抑制することが可能な回路基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の回路基板は、基板と、基板の上に設けられた絶縁層と、絶縁層に充填された熱伝導性を有する粒子状の充填材と、絶縁層上に設けられた導電層と、を備え、絶縁層は、その内部に空隙を有していることを特徴とする。
【０００８】
この態様によると、回路基板に荷重が加わった場合、絶縁層内の空隙が変形することによって、その荷重を吸収・緩和することができるので、回路基板に加わる荷重による充填材の破砕や、充填材と絶縁層との界面でのクラック発生を防止することができる。
【０００９】
また、回路基板に熱が加わった場合においても、温度上昇による絶縁層の膨張が、その内部の空隙が変形・収縮することによって吸収・緩和されるので、配線層と絶縁層との熱膨張率の差から生じる剥がれを防止することができる。
【００１０】
これらの結果、信頼性の優れた回路基板を提供することができる。
【００１１】
上記構成において、充填材は、絶縁層よりも剛性が高く、空隙には、複数の充填材が露出していることが望ましい。このようにすることで、回路基板に荷重が加わったり、あるいは熱が加わったりして空隙が変形しようとした際、充填材の剛性が高く硬いために、空隙内に露出した充填材同士が接触し、空隙がつぶれて消失するのを抑制することができるので、絶縁層内の空隙による緩衝機能の劣化を防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、絶縁層の剥離やクラックが発生するのを抑制することが可能な回路基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る回路基板１０の構成を示す断面図である。回路基板１０は、第１の配線層２０、絶縁層３０、充填材４０、空隙５０、ビアホール６０、及び第２の配線層７０を備える。
【００１５】
第１の配線層２０および第２の配線層７０は、多層配線の一部を構成し、それぞれ所定の配線パターンを有する。第１の配線層２０および第２の配線層７０の材料は、特に限定されないが、例えば、銅（Ｃｕ）などの金属が好適である。
【００１６】
絶縁層３０は、第１の配線層２０と第２の配線層７０との間に設けられている。絶縁層３０により、第１の配線層２０と第２の配線層７０との間が電気的に絶縁されている。絶縁層３０に用いられる材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等が挙げられる。絶縁層３０の膜厚は、特に限定されないが、典型的には２５〜６０μｍである。但し、絶縁層３０の膜厚の下限は、少なくとも、後述する充填材４０の粒径よりも大きい必要がある。また、絶縁層３０には、絶縁層３０の熱伝導率を高くするために、充填材４０が添加されている。
【００１７】
充填材４０は、熱伝導性が良好な粒子状の無機材料で構成されている。この充填剤としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）および窒化ホウ素（ＢＮ）などが挙げられる。本実施形態の充填材４０は球状であるが、充填材４０は粒子状であればよく、楕円状、不定形、針状などの形状でもよい。
【００１８】
絶縁層３０における充填材４０の充填率（体積充填率）は５０〜９０Ｖｏｌ％が好ましく、６５〜７５Ｖｏｌ％がより好ましい。充填材４０の充填率が５０Ｖｏｌ％より少ないと、十分な熱伝導性が得られない。一方、充填材４０の充填率が９０Ｖｏｌ％より多いと、絶縁層３０が脆くなり、耐久性が損なわれる。充填材４０の充填率を５０〜９０Ｖｏｌ％とするために、粒径の分布が比較的に大きい集団と、粒径の分布が比較的に小さい集団とを混在させることが好適である。これにより、粒径が大きい粒子との間に生じた隙間に粒径が小さい粒子が入り込むことにより、絶縁層３０に充填材をより密に充填させることができる。例えば、平均粒径が０．７μｍの集団Ａと、平均粒径が３μｍ（最大粒径１５μｍ）の集団Ｂとを１：４の構成比で混在させることにより、充填材４０の充填率を７０Ｖｏｌ％とすることができる。
【００１９】
絶縁層３０には、空隙５０が充填率（体積充填率）に換算して約１〜２０Ｖｏｌ％の割合で含まれ、より好ましくは２Ｖｏｌ％程度の割合で含まれている。なお、絶縁層３０に含まれる空隙５０は、絶縁層３０の機械的な強度を保つことができる割合（サイズ・量）でなければならない。空隙５０の割合が多過ぎると、応力負荷に耐えることができなくなり、絶縁層３０の破壊強度が低下し、回路基板の信頼性の低下を招くことになる。また、絶縁層３０の空隙５０には、複数の充填材４０が露出するように設けられていることが好ましい。本実施形態では、エポキシ樹脂におけるシリカ充填材の充填率が７５Ｖｏｌ％の絶縁層３０に、直径２μｍ程度の空隙を２％程度の割合で含有させている。
【００２０】
このように、粒子状の充填材４０を含む絶縁層３０が空隙５０を含有することにより、回路基板１０に荷重が加わった場合、絶縁層３０内の空隙５０が変形するために、その荷重を吸収・緩和することができるので、回路基板１０に加わる荷重による充填材４０の破砕や、充填材４０と絶縁層３０との界面でのクラック発生を防止することができる。
【００２１】
また、回路基板１０に熱が加わった場合においても、温度上昇による絶縁層３０の膨張が、その内部の空隙５０が変形・収縮することによって吸収・緩和されるので、第１の配線層２０または第２の配線層７０と絶縁層３０との熱膨張率の差から生じる剥がれを防止することができる。
【００２２】
さらに、空隙５０に複数の充填材４０が露出することにより、回路基板１０に荷重が加わったり、あるいは熱が加わったりして空隙５０が変形しようとした際、絶縁層３０よりも充填材４０の剛性（ヤング率）が高く硬いために、空隙５０内に露出した充填材４０同士が接触し、空隙５０がつぶれて消失するのを抑制することができるので、絶縁層３０内の空隙５０による緩衝機能の劣化を防止することができる。本実施形態では、約１００℃まで回路基板１０の温度を上昇させても、機械的強度の低下や、空隙の極端な変形は認められなかった。
【００２３】
これらの結果、信頼性の優れた回路基板を提供することができる。
（製造方法）
図２および図３は、本実施形態に係る回路基板１０の製造方法を示す。
【００２４】
まず、図２（Ａ）に示すように、第１の配線層２０、絶縁層３０、充填材４０、空隙５０、及び銅箔７０ａからなる積層体を形成する。第１の配線層２０は、例えば、フォトリソグラフィ法とエッチング法とを組み合わせた加工法により、所定の配線パターンに形成することができる。
【００２５】
次に、予め所定の割合で充填材４０が含有された絶縁層３０および銅箔７０ａ付き積層シートを用意する。なお、積層シートは、充填材４０同士の凝集を防止し、またエポキシ樹脂である絶縁層３０となじみやすくするために、充填材４０の表面にはシランカップリング剤による親水化処理を施してから、所定の割合で混練し、銅箔７０ａ上に塗布することで形成される。この積層シートを、第１の配線層２０の上に貼り付けて、１５０℃で１２０分圧着して硬化させる。この貼り合わせる際の温度上昇により、親水化処理に用いた薬剤の一部が充填材４０表面から蒸発して気体となり、絶縁層３０中に空隙５０が生じる。なお、空隙５０は充填材４０表面から気化して形成されるので、空隙５０内には充填材４０が露出した状態で形成されやすい。
【００２６】
ここで、充填材から発生する気体は、親水化処理に用いた薬剤が気化したものに限らず、圧着温度で気化するもので、絶縁層３０の特性を変化させないものであればよい。本実施形態の処理条件であれば、予め充填材４０に水分を適量吸湿させておいてもよい。
【００２７】
次に、図２（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法およびエッチング法と組み合わせて、後述するビアホール６０の形成領域上に位置する銅箔７０ａを除去する。これにより、絶縁層３０のビアホール６０の形成領域が露出される。
【００２８】
次に、図２（Ｃ）に示すように、銅箔７０ａの上方からＵＶレーザ（波長３５５ｎｍ、パルス幅１５ｎｓｅｃ）を所定の位置に照射することによって、絶縁層３０の露出した表面から第１の配線層２０の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、絶縁層３０に約７０μｍの直径を有するビアホール６０を開口する。ＵＶレーザ照射におけるレーザのパルスエネルギおよびエネルギ密度は、絶縁層３０を構成する樹脂が加工される一方で、充填材４０はほとんど加工されない条件に調整されていることが好ましい。
【００２９】
次に、図３に示すように、パラジウムをキャタリストに用いた無電界銅めっき処理によって、銅箔７０ａの上面およびビアホール６０の内面上に、約０．５μｍの厚みで銅薄膜を析出させる。続いて、硫酸銅溶液をめっき液とした電解めっき処理によって、銅箔７０ａの上面およびビアホール６０の内部に、約１５μｍの厚みで銅膜をめっきする。この結果、銅からなる第２の配線層７０が形成される。
【００３０】
次に、図１に示すように、フォトリソグラフィ法およびエッチング法とを組み合わせた加工法により、第２の配線層７０を所定の配線パターンに加工する。
【００３１】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３２】
たとえば、上記実施形態では、第１の配線層上に絶縁層および第２の配線層が順次形成された２層構造の回路基板に本発明を適用する例を説明したが、本発明はこれに限らず、第２の配線層上に、さらに絶縁層および第３の配線層が順次形成された３層構造の回路基板にも適用可能である。また、４層構造以上の多層構造の回路基板にも適用可能である。
【００３３】
また、上記実施形態では、配線層間の絶縁層に適用した例を説明したが、金属基板などの基板と配線層との間の絶縁層にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態に係る回路基板の構成を示す断面図である。
【図２】実施形態に係る回路基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】実施形態に係る回路基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】従来の回路装置の構造を概略的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  回路基板
２０  第１の配線層
３０  絶縁層
４０  粒子状の充填材
５０  空隙
６０  ビアホール
７０  第２の配線層
【図１】
0004721851.tif 000002
【図２】
0004721851.tif 000003
【図３】
0004721851.tif 000004
【図４】
0004721851.tif 000005