(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に外部接続端子としての導体バンプを有する配線基板であって、基板表面をなす表層絶縁層に開口が設けられ、当該開口の底面をなす導体パッドに接続された前記導体バンプが、メッキによって前記開口の内壁および周縁に密着して形成され、前記導体パッドとそれに接続された前記導体バンプとがＣｕメッキにより形成され、前記導体バンプは、下地である無電解Ｃｕメッキ層と電解Ｃｕメッキ層とからなるＣｕバンプで形成され、前記表層絶縁層は、無機フィラーを含有し、層間絶縁層と同じ樹脂材料を主体として構成されてなることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記表層絶縁層における、前記導体バンプが密着する前記開口の内壁および周縁には、粗化処理が施されている請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記導体バンプは、その頂面が凹面とされてなる請求項１または２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記表層絶縁層は、前記層間絶縁層と同じ樹脂材料で構成されてなる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の配線基板。
【請求項５】
前記導体バンプは、前記導体パッドに接続された前記開口内に存在する部分と、前記基板表面上に表れた部分とを有し、該基板表面上に表れた部分が柱状に形成されてなる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の配線基板。
【請求項６】
前記導体バンプにおける、前記基板表面上に表れた部分の高さは、前記開口の径に対して１／１０以上１／２以下に設定されている請求項５に記載の配線基板。
【請求項７】
基板表面に外部接続端子としての導体バンプを有する配線基板の製造方法であって、
基板表面をなし、無機フィラーを含有し、層間絶縁層と同じ樹脂材料を主体として構成されてなる表層絶縁層に開口を穿設して、当該開口の底面に導体パッドを露出させる開口穿設工程と、前記開口内を含む前記基板表面に無電解Ｃｕメッキを施すことにより無電解Ｃｕメッキ層を形成する無電解Ｃｕメッキ層形成工程と、前記開口内およびその周縁を露出させるようパターンニングされたメッキレジストをマスクとして、その露出部分に前記無電解Ｃｕメッキ層を下地として電解Ｃｕメッキを施すことにより電解Ｃｕメッキ層を形成し、該無電解Ｃｕメッキ層と電解Ｃｕメッキ層とからなるＣｕバンプを形成するバンプ形成工程と、を備えることを特徴とする配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板表面に外部接続端子としての導体バンプを有する配線基板及びその製法方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体集積回路素子（以下「ＩＣチップ」という）が搭載される配線基板は、ＩＣチップ接続用の外部接続端子として、基板表面から盛り上がった形状の半田からなる導体バンプを有する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６４９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような導体バンプは、バンプ径に対応した開口を有する塗布用マスクを用いて半田ペーストを印刷形成し、リフローすることによって得ることができる。しかしながら、このように導体バンプをペースト印刷により得る手法では、導体バンプの間隔や径などを微細化しようにも限度があり、近年、配線基板に求められている高密度配線化に対応することが困難である。
【０００５】
本発明は、上記問題を鑑みて為されたものであり、導体バンプの間隔や径などの微細化が可能な配線基板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及び発明の効果】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の配線基板の製造方法は、基板表面に外部接続端子としての導体バンプを有する配線基板の製造方法であって、基板表面をなし、無機フィラーを含有し、層間絶縁層と同じ樹脂材料を主体として構成されてなる表層絶縁層に開口を穿設して、当該開口の底面に導体パッドを露出させる開口穿設工程と、開口内を含む基板表面に無電解Ｃｕメッキを施すことにより無電解Ｃｕメッキ層を形成する無電解Ｃｕメッキ層形成工程と、開口内およびその周縁を露出させるようパターンニングされたメッキレジストをマスクとして、その露出部分に無電解Ｃｕメッキ層を下地として電解Ｃｕメッキを施すことにより電解Ｃｕメッキ層を形成し、該無電解Ｃｕメッキ層と電解Ｃｕメッキ層とからなるＣｕバンプを形成するバンプ形成工程と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
これによれば、フォトリソグラフィーを代表とする周知のリソグラフィー技術を用いて微細にパターンニングされたメッキレジストによって、配線基板の内部配線を得るが如く、メッキの微細なパターンとして導体バンプを得ることが可能となるため、ペースト印刷の場合と比較して、微細な間隔や径の導体バンプを形成することができる。また、かかる製造方法によって得られる本発明の配線基板は、以下の特徴を有する。
【０００８】
すなわち、本発明の配線基板は、基板表面に外部接続端子としての導体バンプを有する配線基板であって、基板表面をなす表層絶縁層に開口が設けられ、当該開口の底面をなす導体パッドに接続された導体バンプが、メッキによって開口の内壁および周縁に密着して形成され、導体パッドとそれに接続された導体バンプとがＣｕメッキにより形成され、導体バンプは、下地である無電解Ｃｕメッキ層と電解Ｃｕメッキ層とからなるＣｕバンプで形成され、表層絶縁層は、無機フィラーを含有し、層間絶縁層と同じ樹脂材料を主体として構成されてなることを特徴とする。この場合、表層絶縁層における、導体バンプが密着する開口の内壁および周縁には、例えば、粗化処理が施されていると好適である。また、導体バンプにおける、基板表面上に表れた部分の高さは、例えば、開口の径に対して１／１０以上１／２以下に設定されていることが好ましい。
【０００９】
これによれば、導体バンプがメッキにより形成されていることから、導体パッドのみならず、鉤型に形成されて開口の内壁および周縁にも密着しており、導体バンプの密着面積が大きく、密着性が向上したものとなっている。すなわち、表層絶縁層には粗化処理が施されていることから、開口の内壁および周縁へのメッキの密着性が強固なものとなる。そのため、配線基板を構成する樹脂材料とそれに搭載されるＩＣチップとの熱膨張差によって、その間の導体バンプに剪断応力が加わっても、導体バンプの密着性が向上していることにより、その剪断応力を吸収し、接合部分におけるクラックの発生が防止されるため、良好な接続信頼性が得られる。これに対し、従来のペースト印刷では、ペーストを開口内に印刷により流し込むことにより導体バンプを形成しているため、導体バンプは、開口の内壁に密着するというよりは接触しているに過ぎず、本発明における導体バンプよりも密着性が劣るものとなっている。
【００１０】
次に、本発明の配線基板では、導体パッドとそれに接続された導体バンプとをＣｕメッキにより形成することができる。これによれば、導体パッドと導体バンプとが同じＣｕメッキにより形成されるため、両者の密着性が向上し、良好な接続信頼性が得られる。これに対し、従来の半田ペーストを用いた導体バンプは、通常、Ｃｕメッキからなる導体パッド上にＮｉ−Ａｕメッキを介して設置されるが、この場合、無電解Ｎｉメッキ浴に含まれるリン酸化合物によって、半田からなる導体バンプとの界面にリン濃化層が形成されてしまい、この層でクラックが発生し易いことから、本発明における導体バンプよりも接続信頼性が劣る。
【００１１】
次に、本発明の配線基板では、導体バンプの頂面を凹面とすることができる。すなわち、本発明の配線基板では、基板表面に外部接続端子としての導体バンプを有する配線基板であって、基板表面をなす表層絶縁層に開口が設けられ、当該開口の底面をなす導体パッドに接続された導体バンプは、その頂面が凹面とされてなることを特徴とする。これによれば、配線基板に搭載されるＩＣチップがフリップチップ接続される場合、導体バンプの凹面状の頂面に、それよりも径小のＩＣチップの端子が嵌ることから（図２参照）、ＩＣチップが位置ズレを起こし難いという利点がある。また、導体バンプは、開口の内壁および周縁に密着する形状（鉤型）となっており、基板表面上に表れた部分が開口径よりも径大であることから、頂面を凹面状に形成しやすい。また、開口径に捕われることなく、基板表面上に表れた部分（ひいては導体バンプの頂面）をＩＣチップの端子よりも径大に形成することができる。
【００１２】
次に、本発明の配線基板では、表層絶縁層を、層間絶縁層と同じ樹脂材料で構成することができる。従来の半田ペーストを印刷する手法では、印刷後にリフローを行う必要があるため、基板表面をなす表層絶縁層は半田の溶融温度にも耐えうる特性（半田耐熱性）を有している必要がある。しかしながら、本発明のようにメッキにより導体バンプを形成する手法によれば、表層絶縁層に半田耐熱性が必要とされないため、層間絶縁層と同じ樹脂材料を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜配線基板＞
本発明の配線基板の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る配線基板１の断面構造を概略的に表す図である。なお、配線基板１は、図中で上側に表れている面を第１表面ＭＰ１とし、下側に表れている面を第２表面ＭＰ２とする。配線基板１は、ＩＣチップと主基板（マザーボード等）との間に配置されるものであり、第１表面ＭＰ１側に形成されたＣｕバンプ７には、図２に示すように、ＩＣチップがフリップチップ接続される。他方、第２表面ＭＰ２側に形成された導体パッド５７は、図示しないリードピンや半田ボール等が設置され、これを介して主基板が接続される。
【００１４】
基板コア部ＣＢは、繊維強化樹脂板（例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂）等の樹脂板２で主に構成されており、樹脂板２には板厚方向に貫通する貫通孔２１Ａが形成され、その内壁には配線積層部Ｌ１，Ｌ２間の導通を図る貫通導体２１がＣｕメッキにより形成されている。また、貫通導体２１の内側には、無機フィラー（例えばシリカフィラー）を含むエポキシ系の樹脂からなる樹脂製穴埋め材２３が充填されており、貫通導体２１の端部にはＣｕメッキからなる蓋導体５２が形成されている。
【００１５】
基板コア部ＣＢの両面上に設けられた配線積層部Ｌ１，Ｌ２は、樹脂絶縁層（Ｂ１１〜Ｂ１３，ＳＲ１，Ｂ２１〜Ｂ２３，ＳＲ２）と導体層（Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｍ２１〜Ｍ２４）とが交互に積層された構造を有する。導体層Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｍ２１〜Ｍ２４は、Ｃｕメッキからなる配線５３や導体パッド５５，５６，５７やベタ導体５１，５４等を含むものであり、その層間はビア導体５によって層間接続がなされている。ここで、導体層Ｍ１１〜Ｍ１３，Ｍ２１〜Ｍ２３における導体パッド５５は、ビア導体５の受け皿となる導体部分である。導体層Ｍ１４における導体パッド５６は、Ｃｕバンプ７の受け皿となる導体部分である。導体層Ｍ２４における導体パッド５７は、リードピンや半田ボール（図示せず）を形成するためのものであり、その表面にはＮｉ−Ａｕメッキが施されている。
【００１６】
樹脂絶縁層（層間絶縁層）Ｂ１１〜Ｂ１３，Ｂ２１〜Ｂ２３は、シリカ粉末等の無機フィラーを適宜含んだエポキシ樹脂等の熱硬化性の樹脂材料３からなり、導体層Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｍ２１〜Ｍ２４間を絶縁するとともに、層間接続のためのビア導体５が貫通形成されている。また、導体層Ｍ１４，Ｍ２４上には、シリカ粉末等の無機フィラーを適宜含み、更にリン化合物等の難燃剤などを含んだエポキシ樹脂等の感光性の樹脂材料４からなるソルダーレジスト層（表層絶縁層）ＳＲ１，ＳＲ２が形成され、導体パッド５６，５７を露出させるための開口６Ａ，８Ａが穿設されている。
【００１７】
Ｃｕバンプ７は、Ｃｕメッキからなり、導体パッド５６に接続されてなるとともに、ソルダーレジスト層ＳＲ１の開口６Ａの内壁６１および周縁６２に密着する鉤型の形状とされている。すなわち、Ｃｕバンプ７は、層間接続のためのビア導体５と同様の形状を為しており、導体パッド５６に接続された開口６Ａ内に存在する部分７５と、当該部分７５よりも径大の第１表面ＭＰ１上に表れた部分７３とを有する。また、Ｃｕバンプ７は、その間隔（中心間隔）が例えば１５０μｍ以下とされている。
【００１８】
また、Ｃｕバンプ７は、図２に示すように、ＩＣチップをフリップチップ接続しやすいよう、第１表面ＭＰ１上に表れた部分７３（Ｃｕバンプ７の頂面７１）がＩＣチップの端子Ｔよりも径大に形成されている。さらに、この頂面７１は凹曲面とされ、ＩＣチップがフリップチップ接続されると、凹面状の頂面７１に端子Ｔが嵌って位置ズレが防止される。なお、Ｃｕバンプ７の頂面７１は、図１および２に示したような凹曲面に限らず、図３の（Ｃ）に示した平坦面や（Ｄ）に示した凸曲面とすることもでき、これにより端子Ｔとの接触面積を向上させることができる。
【００１９】
また、Ｃｕバンプ７は、第１表面ＭＰ１上に表れた部分７３の高さが開口６Ａの径に対して１／１０以上１／２以下程度とすることができる。例えば、開口６Ａの径を８０〜１００μｍ、第１表面ＭＰ１上に表れた部分７３の高さを１０〜５０μｍとすることができる。この範囲とすることで、上述の如く、良好にＩＣチップをフリップチップ接続することができる。
【００２０】
また、Ｃｕバンプ７は、第１表面ＭＰ１上に表れた部分７３の開口６Ａ端からの張り出し長さを、近接する開口間隔の１／３以下、より好ましくは１／４以下とすることができる。また、隣接するＣｕバンプ７の間隔は、隣接する開口６Ａの間隔の半分以上とすることができる。これらを越えると、隣接するＣｕバンプ７同士が短絡を起こす惧れがある。
【００２１】
＜配線基板の製造方法＞
本発明の配線基板の製造方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
配線基板１は、基板コア部ＣＢの両面上に、樹脂絶縁層（Ｂ１１〜Ｂ１３，ＳＲ１，Ｂ２１〜Ｂ２３，ＳＲ２）と、導体層（Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｍ２１〜Ｍ２４）とを交互に積層して配線積層部Ｌ１，Ｌ２を形成することによって得られる。これは、公知のビルドアップ工程（セミアディティブ法，フィルム状樹脂材料のラミネート形成技術，フォトリソグラフィー技術などを組み合わせた工程）を用いることで実現できる。また、基板コア部ＣＢは、ガラス繊維２８により強化されたエポキシ樹脂からなる樹脂板２に、ドリル加工により板厚方向に貫通する貫通孔２１Ａを形成し、その内壁を覆う貫通導体２１をＣｕメッキにより形成し、その内側に穴埋め材２３を充填することで得られる。
【００２２】
図７および図８は、配線基板１のうち配線積層部Ｌ１，Ｌ２を製造する際の最終段階、すなわちソルダーレジスト層ＳＲ１を形成してＣｕバンプ７を形成する工程の工程図である。工程１の前において、層間絶縁層Ｂ１３上には導体パッド５６が形成されている。
【００２３】
まず、工程１（Ｃｕ粗化工程）では、導体パッド５６に対し、後に形成する樹脂材料４との密着性を向上させるため、Ｃｕ粗化処理（公知のマイクロエッチング法や黒化処理等）を施す。工程２（表層絶縁層形成工程）では、導体パッド５６を覆うようにソルダーレジスト層ＳＲ１（樹脂材料４からなる層）をラミネート形成する。この際、導体パッド５６の表面は、Ｃｕ粗化処理が施されているので、ソルダーレジスト層ＳＲ１との密着性が良好である。なお、後述するように、ＣｕメッキによってＣｕバンプ７が形成されることから、第１表面ＭＰ１をなす表層絶縁層には、従来の半田リフローを必要とするペースト印刷の手法の場合に必要とされていた半田耐熱性が要求されない。しかし、第２表面ＭＰ２側の表層絶縁層には、開口８Ａに露出する導体パッド５７にリードピン（半田で固着）や半田ボールを設置するため、半田耐熱性が要求される。このため、第２表面ＭＰ２をなす表層絶縁層を、半田耐熱性を有する樹脂材料４からなるソルダーレジスト層ＳＲ２とし、これと併せて、第１表面ＭＰ１をなす表層絶縁層も同じ樹脂材料４からなるソルダーレジスト層ＳＲ１として構成すれば、両者ＳＲ１，ＳＲ２を一括して形成することができるので、工程が簡易となる。
【００２４】
次に、工程３（開口穿設工程）では、いわゆるフォトビアプロセスによる加工によって、ソルダーレジスト層ＳＲ１に開口６Ａを穿設する。これにより、開口６Ａの底面には導体パッド５６が露出する。工程４（樹脂粗化工程）では、後にメッキにより形成されるＣｕバンプ７との密着性を向上させるために、過マンガン酸カリウム等を用いて、開口６Ａの内壁６１や周縁６２を含むソルダーレジスト層ＳＲ１の表面に粗化処理を施す。
【００２５】
次に、工程５（バンプ形成工程）では、開口６Ａ内（導体バンプ５６，内壁６１）およびその周縁６２を露出させるようパターンニングされたメッキレジストＭＳをマスクとして、その露出部分にＣｕメッキを施してＣｕバンプ７を形成する。具体的には、５−１（無電解メッキ），５−２（マスク形成），５−３（電解メッキ）等の手順によってＣｕバンプ７を形成する。まず５−１（無電解メッキ）では、開口６Ａ内（導体バンプ５６，内壁６１）も含むソルダーレジスト層ＳＲ１の表面全体に対し、Ｐｄ触媒の付与後、硫酸銅系の無電解Ｃｕメッキ液を用いて無電解Ｃｕメッキを施すことにより、無電解Ｃｕメッキ層７７を形成する。５−２（マスク形成）では、開口６Ａおよびその周縁６２を除く位置にメッキレジストＭＳを形成する。これは、感光性レジストを露光・現像し、開口６Ａおよびその周縁６２上に当たる部分を除去することによって、これらを露出させるようなパターンを得ることができる。
【００２６】
続いて、５−３（電解メッキ）では、無電解Ｃｕメッキ層７７を下地として電解Ｃｕメッキを施して電解Ｃｕメッキ層７８を形成し、無電解Ｃｕメッキ層７７と電解Ｃｕメッキ層７８からなるＣｕバンプ７を露出部分（開口６Ａおよびその周縁６２）に形成する。ここで、Ｃｕバンプ７の頂面７１は、電解Ｃｕメッキ層７８の形成時においてその形状を制御することができる。例えば、図３（Ａ）に示すように、メッキレジストＭＳの厚さや電解Ｃｕメッキ層７８の形成厚さ等の関係によって、Ｃｕバンプ７の頂面７１は、凹面状（図３（Ｂ）），平坦状（図３（Ｃ）），凸面状（図３（Ｄ））と変化する。例えば、電解Ｃｕメッキ層７８の形成厚さがメッキレジストＭＳの厚さよりも不足する場合には、Ｃｕバンプ７の頂面７１は開口６Ａの形状に倣って凹面状となり易く、他方、電解Ｃｕメッキ層７８の形成厚さが増加すると、かかる凹面状の部分が埋まり、平坦状や凸面状となり易い。
【００２７】
電解Ｃｕメッキ層７８の形成後は、メッキレジストＭＳを除去し、クイックエッチングによりメッキレジストＭＳの下部に存在していた無電解Ｃｕメッキ層７７を除去することでＣｕバンプ７が得られる。その後、電気的検査，外観検査等の所定の検査を経て、配線基板１が完成する。
【００２８】
＜他の実施形態＞
以下、本発明の他の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、上述の第１実施形態と重複する箇所については、同番号を付して説明を省略する。
【００２９】
図４は、第２実施形態の配線基板１Ｂの断面構造を概略的に表す図である。配線基板１Ｂは、第１表面ＭＰ１をなす表層絶縁層に、層間絶縁層Ｂ１１〜Ｂ１３，Ｂ２１〜２３と同じ樹脂材料３を用いた絶縁層Ｂ１４を用いている。これは、ＣｕメッキによってＣｕバンプ７が形成されることから、第１表面ＭＰ１をなす表層絶縁層には、従来の半田リフローを必要とするペースト印刷の手法の場合に必要とされていた半田耐熱性が要求されないことによる。なお、本実施形態では、第２表面ＭＰ２をなす表層絶縁層も、樹脂材料３を用いた絶縁層Ｂ２４とされている。この場合、絶縁層Ｂ１４，Ｂ２４を一括して形成することができるので、工程が簡易である。
【００３０】
図５は、第３実施形態の配線基板１Ｃの断面構造を概略的に表す図である。配線基板１Ｃは、第１表面ＭＰ１をなす表層絶縁層に、層間絶縁層Ｂ１１〜Ｂ１３，Ｂ２１〜２３と同じ樹脂材料３を用いた絶縁層Ｂ１４を用いる一方で、第２表面ＭＰ２をなす表層絶縁層に、半田耐熱性を有する樹脂材料４からなるソルダーレジスト層ＳＲ２を用いている。これは、絶縁層Ｂ１４とソルダーレジスト層ＳＲ２を順に形成することで得られる。これによれば、第１表面ＭＰ１をなす表層絶縁層を、層間絶縁層Ｂ１１〜Ｂ１３，Ｂ２１〜２３と同じ樹脂材料３を用いることができる一方で、第２表面ＭＰ２をなす表層絶縁層に半田耐熱性を有する樹脂材料４を用いるため、リードピン（半田で固着）や半田ボールを良好に設置できる。
【００３１】
図６は、上記Ｃｕバンプ７に代えて半田メッキバンプ７Ｈを形成した第４実施形態の配線基板１Ｄの要部拡大図である。半田メッキバンプ７Ｈを形成する場合も同様に、半田ペーストの印刷による場合と比較して、バンプの微小化が実現する。これに限らず、他の金属メッキも同様に導体バンプとして適用できる。また、半田メッキバンプ７Ｈと導体パッド５６との間には、Ｎｉメッキ層７９が介挿されており、両者の密着性を向上させている。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの形式に限定されるものではなく、これらに具現された発明と同一性の範囲内において適宜変更して実施し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の配線基板（第１実施形態）の断面構造を概略的に表す図
【図２】導体バンプにＩＣチップがフリップ接続された状態を表す図
【図３】導体バンプの形状についての説明図
【図４】本発明の配線基板（第２実施形態）の断面構造を概略的に表す図
【図５】本発明の配線基板（第３実施形態）の断面構造を概略的に表す図
【図６】導体バンプの第１変形例
【図７】本発明の配線基板の製造方法を表す工程図
【図８】図８に続く図
【符号の説明】
【００３４】
１  配線基板
５６  導体パッド
６Ａ  開口
６１  開口の内壁
６２  開口の周縁
７  導体バンプ
７１  導体バンプの頂面
ＳＲ  表層絶縁層
Ｂ  層間絶縁層
ＭＰ  基板表面
ＭＳ  メッキレジスト
【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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