(57)【要約】【課題】  設計自由度が高く、所望の保護用のめっき膜を形成することができるとともに配線導体層の狭ピッチ化に対応することができる多層配線基板を提供すること。【解決手段】  多層配線基板は、絶縁基板１上に、配線導体層３と樹脂から成る絶縁層２とが交互に複数層積層されるとともに、上下に位置する配線導体層３同士がそれらの間の絶縁層２に形成された貫通導体４を介して電気的に接続されて成り、最外層の絶縁層２の表面に表面配線導体層３’が形成されている多層配線基板であって、最外層の絶縁層２の表面に、表面配線導体層３’に重なる部位に形成された貫通孔10に貫通孔10を塞ぐように金属保護層６が形成されている樹脂保護層７が積層されており、表面配線導体層３’は金属保護層６に接合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に、配線導体層と樹脂から成る絶縁層とが交互に複数層積層されるとともに、上下に位置する前記配線導体層同士がそれらの間の前記絶縁層に形成された貫通導体を介して電気的に接続されて成り、最外層の前記絶縁層の表面に表面配線導体層が形成されている多層配線基板であって、前記最外層の前記絶縁層の表面に、前記表面配線導体層に重なる部位に形成された貫通孔に該貫通孔を塞ぐように金属保護層が形成されている樹脂保護層が積層されており、前記表面配線導体層は前記金属保護層に接合されていることを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記表面配線導体層は、導電性樹脂層を介して前記金属保護層に接合されている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】
前記表面配線導体層は、多数の金属微粒子を介して前記金属保護層に接合されていることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多層配線基板に関し、より詳細には半導体集積回路素子を収容するための半導体素子収納用パッケージ等の電子部品収納用パッケージや、半導体集積回路等の電気的な検査をするためのプローブカード等に使用される多層配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路は半導体素子の高集積化および処理信号数の増加によって、半導体基板上に形成される端子数が増加するとともに端子の狭ピッチ化が進んでいる。これにより、半導体集積回路素子を収容する半導体素子収納用パッケージの接続端子や、半導体集積回路の電気的な検査を行なうプローブカードのプローブも狭ピッチ化が要求されている。
【０００３】
この狭ピッチ化の要求に対して、半導体素子収納用パッケージにおいては半導体素子の実装形態がワイヤボンディング接続からフリップチップ接続へ、またプローブカードは、カンチレバー方式のものからニードル状のプローブを細密に格子状に配置したものへと移り変わってきている。
【０００４】
また、それら半導体素子収納用パッケージやプローブカードに使われる多層配線基板の構成は、ガラス繊維から成る基材に有機樹脂を含浸硬化させた絶縁層に銅箔をパターン加工した配線導体層を形成して成るプリント配線板から、配線導体層の狭ピッチ化に優れるとともに、配線導体層を細密な格子状に配置することが可能な、基板の上面に薄膜の絶縁層と配線導体層とから成る多層配線部を形成したビルドアップ方式の多層配線基板へと移り変わってきている。
【０００５】
かかるビルドアップ方式の多層配線基板は、基板の上面に、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等から成り、カーテンコート法やスピンコート法等によって樹脂の前駆体を塗布し加熱硬化させることによって形成される絶縁層と、銅やアルミニウム等の金属から成り、めっき法や気相成膜法等の薄膜形成技術およびフォトリソグラフィ技術を採用することによって形成される配線導体層とを交互に多層に積層させた構造となっている。
【０００６】
また、これらのビルドアップ方式の多層配線基板においては、半導体素子の端子部との接続性や耐環境信頼性を良好な状態に保持するために、最表面の銅から成る配線導体層上にニッケルや金を主とした保護用のめっき膜が形成されている。
【特許文献１】特開平11−163520号公報
【特許文献２】特開平11−38044号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、保護用のめっき膜を形成するには、電解めっきであれば電気を導通させるための経路を確保する必要があり、無電解めっきであればめっき液の液性により樹脂材料を侵食することがあり使用できるめっき液が限定されることがあった。さらには無電解めっきの場合には隣接する配線導体層の間隔が狭い場合にはめっきの広がりにより隣接する配線導体層同士が短絡し易くなるなどの問題点が発生することがあった。
【０００８】
本発明は上記のような背景技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、設計自由度が高く、所望の保護用のめっき膜を形成することができるとともに配線導体層の狭ピッチ化に対応することができる多層配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の多層配線基板は、絶縁基板上に、配線導体層と樹脂から成る絶縁層とが交互に複数層積層されるとともに、上下に位置する前記配線導体層同士がそれらの間の前記絶縁層に形成された貫通導体を介して電気的に接続されて成り、最外層の前記絶縁層の表面に表面配線導体層が形成されている多層配線基板であって、前記最外層の前記絶縁層の表面に、前記表面配線導体層に重なる部位に形成された貫通孔に該貫通孔を塞ぐように金属保護層が形成されている樹脂保護層が積層されており、前記表面配線導体層は前記金属保護層に接合されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の多層配線基板において、好ましくは、前記表面配線導体層は、導電性樹脂層を介して前記金属保護層に接合されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の多層配線基板において、好ましくは、前記表面配線導体層は、多数の金属微粒子を介して前記金属保護層に接合されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の多層配線基板によれば、最外層の絶縁層の表面に、表面配線導体層に重なる部位に形成された貫通孔にこの貫通孔を塞ぐように金属保護層が形成されている樹脂保護層が積層されており、表面配線導体層は金属保護層に接合されていることから、表面配線導体層と金属保護層との接合強度を、樹脂保護層と金属保護層との接続面での接合強度が補うため、表面配線導体層と金属保護層とをより強固に接合することができるようになる。
【００１３】
また、電解めっき法での金属保護層の形成に比べ、電解めっきのために必要な電気導通用配線が不要となり、多層配線基板をより高密度化することができる。また、無電解めっき法での金属保護層の形成に比べ、めっきの広がりにより隣接する配線導体層同士が短絡することもない。さらに、無電解めっき法ではめっきの広がりを防ぐためにめっき形成時間を短くせざるを得ず、めっき層の厚みが制限されるのに対し、このようなめっき層の厚み制限がなく、金属保護層として所望の厚みを自由な設計条件で得ることができるようになる。
【００１４】
これにより、多層配線基板の設計自由度が高く、所望の保護用のめっき膜を形成することができるとともに配線導体層の狭ピッチ化に対応することができる多層配線基板となる。
【００１５】
また、本発明の多層配線基板によれば、好ましくは、表面配線導体層は、導電性樹脂層を介して金属保護層に接合されているため、表面配線導体層と金属保護層のそれぞれの接続される表面の表面粗度がおおきくても、その表面の凹凸に導電性樹脂が入り込むことにより強固に接合することができるようになる。
【００１６】
また、本発明の多層配線基板によれば、好ましくは、表面配線導体層は、金属微粒子を介して金属保護層に接合されているため、表面配線導体層と金属保護層のそれぞれの接続される表面の表面粗度がおおきくても、その表面の凹凸を埋めるように金属微粒子が入り込むことにより、より強固に接合することができるようになる。また、低抵抗な金属微粒子を使うことにより接続抵抗も小さくすることができるようになる。
【００１７】
これらのことにより、表面配線導体層と金属保護層との接合強度をその表面粗度に大きく影響をうけることなく保持することにより、多層配線基板の設計自由度が高く、所望の保護用のめっき膜を形成することができるとともに配線導体層の狭ピッチ化に対応することができる多層配線基板となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて本発明の多層配線基板を詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２、図３、図４は本発明の多層配線基板における最表面の配線導体層の周辺の各種例を示す要部拡大断面図である。これらの図において、１は絶縁基板、２は絶縁層、３は配線導体層、４は貫通導体、５は貫通穴、６は金属保護層、７は樹脂保護層、８は導電性樹脂層、９は多数の金属微粒子および10は貫通孔である。
【００２０】
絶縁基板１は、その上面に配線導体層３と樹脂から成る絶縁層２とが交互に複数層積層された多層配線部が配設されており、この多層配線部を支持する支持部材として機能する。
【００２１】
絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等の酸化物系セラミックス、あるいは表面に酸化物膜を有する窒化アルミニウム質焼結体，炭化珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックス、さらにはガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂やガラス繊維から成る基材にビスマレイミドトリアジン樹脂を含浸させたもの等の電気絶縁材料で形成されている。
【００２２】
例えば、酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合には、アルミナ，シリカ，カルシア，マグネシア等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれをドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとともに高温（約1600℃）で焼成することによって製作される。あるいは、アルミナ等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して原料粉末を調製するとともにこの原料粉末をプレス成形機によって所定形状に成形し、最後にこの成形体を高温（約1600℃）で焼成することによって製作される。また、ガラスエポキシ樹脂から成る場合は、例えばガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、このエポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させることによって製作される。
【００２３】
また、絶縁基板１には、その上面に配線導体層３と樹脂から成る絶縁層２とが交互に複数層積層された多層配線部が配設されている。この多層配線部を構成する絶縁層２は上下に位置する配線導体層３を電気的に絶縁し、配線導体層３は電気信号を伝達するための伝達路として機能する。
【００２４】
多層配線部の絶縁層２は、例えば、絶縁フィルム層と絶縁性接着剤層とから構成されており、絶縁フィルム層はポリイミド樹脂，ポリフェニレンサルファイド樹脂，全芳香族ポリエステル樹脂，フッ素樹脂等から成る。また、絶縁性接着剤層はシロキサン変性ポリアミドイミド樹脂，シロキサン変性ポリイミド樹脂，ポリイミド樹脂,ビスマレイミドトリアジン樹脂等から成る。
【００２５】
絶縁層２は、例えば、まず12.5〜50μｍ程度の絶縁フィルムに絶縁性接着剤をドクターブレード法等を用いて乾燥厚みで５〜20μｍ程度に塗布し乾燥させたものを準備し、この絶縁フィルム層を絶縁基板１や下層の絶縁層２の上面に間に絶縁性接着剤層が配されるように積み重ね、これを加熱プレス装置を用いて加熱加圧し接着することによって形成される。
【００２６】
これらに使われる絶縁フィルム層と絶縁性接着剤層との組み合わせとしては、例えば、絶縁フィルム層をポリイミド樹脂とし、絶縁性接着剤層をシロキサン変性ポリアミドイミド樹脂とする組み合わせがある。この組み合わせによれば、シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂とポリイミド樹脂との接着性も良好であり、かつ耐熱性が高いものであるため、これらにより形成した多層配線基板をプリント基板等に実装する際の耐半田耐熱性等が良好なものとなる。
【００２７】
また、特に耐熱性が高い組み合わせとしては、絶縁フィルム層をポリイミド樹脂とし、絶縁性接着剤層を熱可塑性のポリイミド樹脂としておくのがよい。この組み合わせの場合には、耐熱性が高いものになるとともに、絶縁フィルム層と絶縁性接着剤層の線膨張係数差を小さくできるため線膨張係数の差による応力を低くすることができ、これにより多層配線基板の全体の反りを低減することができるようになることにより、その表面に実装される半導体集積回路素子の端子の狭ピッチ化にもよりよく対応することができるような多層配線基板にすることができる。
【００２８】
さらに、各絶縁層２には配線導体層３が配設されるとともに、絶縁層２を挟んで上下に位置する配線導体層３同士を電気的に接続するため、その絶縁層２に設けた貫通穴５に貫通導体４が埋設されている。これら配線導体層３および貫通導体４は、銅，金，アルミニウム，ニッケル，クロム，モリブデン，チタンおよびそれらの合金等の金属材料をスパッタリング法，蒸着法，めっき法等の薄膜形成技術を採用することによって形成することができる。
【００２９】
貫通導体４は配線導体層３と別々に形成してもよいが、これらは同時に形成した方が、工程数を少なくできる点で好ましいものとなるとともに、両者の電気的な接続信頼性の点でも良好なものとなる。また、配線導体層３と貫通導体４とを一体的に形成する場合には、それぞれを所望の厚みに調整してめっき膜で形成することができるように、主として電解めっき法を用いて形成しておくのがよい。
【００３０】
配線導体層３は、図１〜４に示すように、絶縁層２に埋め込まれているのがよい。これにより、配線導体層３を絶縁層２に強固に固定することができるようになり、配線導体層３が絶縁層２から剥離するのを有効に防止することができる。また、絶縁層２から突出する配線導体層３の突出量を小さくすることができ、多層配線基板の表面の平坦度を高めることができる。
【００３１】
このような配線導体層３および貫通導体４の形成方法は、例えば、まず絶縁層２の表面に配線導体層３が埋め込まれるようにするための配線導体層３用の配線パターン形状の凹部を形成するとともに貫通導体４用の貫通穴５を形成する。
【００３２】
配線導体層３用の凹部は、例えば金属膜をマスクとして絶縁層２の上面側を酸素プラズマ処理することによって絶縁層２の上面側の一部を除去することにより形成される。また、貫通穴５は、例えばレーザを使い、配線導体層３用の凹部の所定位置の絶縁層２を除去することにより形成される。特に、貫通穴５の開口の径が小さな場合は、貫通穴５の内壁面の角度をコントロールすることが容易で貫通穴５の内壁面が滑らかに加工される紫外線レーザ等で形成することが望ましい。
【００３３】
次に、絶縁層２の上面の全面に、クロム，モリブデン，チタン等から成る拡散防止層（バリア層）とその上に被着された主に銅から成る銅層とで構成された下地導体層を無電解めっき法やスパッタリング法等によって形成する。そして、下地導体層が形成された基板１をフォトリソグラフィ法を用いて配線導体層３となる部分以外を覆うようにレジストパターンを形成した後、配線導体層３および貫通導体４の主導体層の部分を、電解めっき法にて形成する。その後、レジストパターンを除去し、レジストパターンにより覆われていた余分な下地導体層をケミカルエッチング法やドライエッチング法等にて除去することにより絶縁層２に一部埋め込まれた配線導体層３が形成される。
【００３４】
なお、配線導体層３のうち、多層配線基板の最外層となる絶縁層２の表面に形成される表面配線導体層３’には、電気的な特性や接続信頼性の観点から、銅層から成るものとすることがよく、また、その場合には接続信頼性および耐環境信頼性の観点から主導体層の上にニッケル層や金層を形成するとよい。
【００３５】
このとき、本発明においては、最外層の絶縁層２の表面に、表面配線導体層３’に重なる部位に形成された貫通孔10にその貫通孔10を塞ぐように金属保護層６が形成されている樹脂保護層７が積層されており、表面配線導体層３’は金属保護層６に接合されている。これにより、表面配線導体層３’と金属保護層６との接合強度を、樹脂保護層７と金属保護層６との接続面での接合強度が補うため、表面配線導体層３’と金属保護層６とをより強固に接合することができるようになる。
【００３６】
また、電解めっき法での金属保護層６の形成に比べ、電解めっきのために必要な電気導通用配線が不要となり、多層配線基板をより高密度化することができる。また、無電解めっき法での金属保護層６の形成に比べ、めっきの広がりにより隣接する配線導体層３同士が短絡することもない。さらに、無電解めっき法ではめっきの広がりを防ぐためにめっき形成時間を短くせざるを得ず、めっき層の厚みが制限されるのに対し、このようなめっき層の厚み制限がなく、金属保護層６として所望の厚みを自由な設計条件で得ることができるようになる。
【００３７】
樹脂保護層７は、例えば、ポリイミド樹脂，ポリフェニレンサルファイド樹脂，全芳香族ポリエステル樹脂，フッ素樹脂，シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂，シロキサン変性ポリイミド樹脂，ポリイミド樹脂,ビスマレイミドトリアジン樹脂等から成る。
【００３８】
また、金属保護層６は、例えば銅，金，アルミニウム，ニッケル，クロム，モリブデン，チタンおよびそれらの合金等から成る。
【００３９】
このような樹脂保護層７および金属保護層６の形成方法は、まず、別に用意した金属基体上に樹脂保護層７を貼り付けた後、レーザ等で所望の部位に貫通孔10を形成する。次に金属基体を電気導通体として電解めっきにより貫通孔10内に金属保護層６を形成する。この貫通孔10に貫通孔10を塞ぐように金属保護層６が形成されている樹脂保護層７を金属保護層６の露出面を下面にして表面配線導体層３’と重なる部位に積層し接合する。その後、金属基体をエッチングにより除去することにより表面配線導体層３’上に金属保護層６を形成することができる。
【００４０】
また、表面配線導体層３’に接合された金属保護層６の上面の位置を樹脂保護層７の上面より下に位置するようにする場合（金属保護層６の上面が貫通孔10内に位置するようにする場合）には、レーザ等で金属基体上の樹脂保護層７の所望の部位に貫通孔10を形成後、金属基体と同種の金属層を貫通孔10内の金属基体側に形成しておき、この上に金属保護層６を形成するようにする。これにより、金属基体をエッチングする時に金属基体と同種の金属層が同時にエッチングされて金属保護層６の上面が貫通孔10内に位置するようにすることができる。
【００４１】
また、このとき本発明においては表面配線導体層３’と金属保護層６との界面に接合材を配しておくと表面配線導体層３’と金属保護層６との接合強度を向上させることができる。たとえば、接合材としては、導電性樹脂層８および多数の金属微粒子９がある。これらの接合材は表面配線導体層３’と金属保護層６の表面の凹凸に入り込むことによって表面配線導体層３’および金属保護層６を強固に接合することができるようになる。
【００４２】
特に、多数の金属微粒子９の直径を100ｎｍ以下にしておくと接合温度を下げることができ絶縁基板１および多層配線部に与える熱的影響を下げることができるようになり、多層配線基板としての信頼性を低下させることなく良好な接続状態を得ることができるようになる。このため、多数の金属微粒子９の直径は100ｎｍ以下にしておくとよい。
【００４３】
かくして、本発明の多層配線基板によれば、最外層の絶縁層２の表面に形成された表面配線導体層３’上に接合された金属保護層６上に半導体集積回路を実装するとともに、多層配線基板を外部電気回路に電気的に接続することによって半導体装置となる。
【００４４】
また、本発明の多層配線基板によれば、最外層の絶縁層２の表面に形成された表面配線導体層３’上に接合された金属保護層６と接触させてプローブを配置、固定するとともに、多層配線基板を外部電気回路に電気的および機械的に接続することによって、半導体集積回路等の電気的な検査をするためのプローブカードとなる。
【００４５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の例においては、金属保護層６は表面配線導体層３’上に接合されているが、金属保護層６は表面配線導体層３’上および最外層の絶縁層２上の両方に接合させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の多層配線基板における金属保護層の周辺の状態を示す要部拡大断面図である。
【図３】本発明の多層配線基板における金属保護層の周辺の実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明の多層配線基板における金属保護層の周辺の実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・・絶縁基板
２・・・・絶縁層
３・・・・配線導体層
３’・・・・表面配線導体層
４・・・・貫通導体
５・・・・貫通穴
６・・・・金属保護層
７・・・・樹脂保護層
８・・・・導電性樹脂層
９・・・・金属微粒子
10・・・・貫通孔
【図１】
2005268516.tif 000003
【図２】
2005268516.tif 000004
【図３】
2005268516.tif 000005
【図４】
2005268516.tif 000006