(57)【要約】【課題】  配線パターンのうちの線幅の小さい配線を外部からの水分の浸入から保護し、湿度に対する耐性を改良することにより、より信頼性の高い多層配線板を提供する。【解決手段】  多層配線板は、少なくとも３層以上重ねられた導体配線層３０と、重ねられた方向において隣り合う導体配線層３０の間に配置された絶縁層１３、１７とを備え、かつ、可撓性を有するものである。導体配線層３０は、多層配線板の厚さ方向の両側に位置する２つの外側導体配線層３０Ａ、３０Ｂと、２つの導体配線層３０Ａ、３０Ｂの間に位置する内側導体配線層３０Ｃ、３０Ｄとを備えている。２つの外側導体配線層３０Ａ、３０Ｂの配線２０は幅が３０μｍ以上２５０μｍ以下の寸法で形成されている。内側導体配線層３０Ｃ、３０Ｄの配線２１は幅が５μｍ以上３０μｍ以下の寸法で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３層以上重ねられた導体配線層と、重ねられた方向において隣り合う前記導体配線層の間に配置された絶縁層とを備える多層配線板であって、
前記導体配線層は、前記多層配線板の厚さ方向の両側に位置する２つの外側導体配線層と、前記２つの導体配線層の間に位置する内側導体配線層とを備え、
前記２つの外側導体配線層の配線は幅が３０μｍ以上２５０μｍ以下の寸法で形成され、
前記内側導体配線層の配線は幅が５μｍ以上３０μｍ以下の寸法で形成されている、
ことを特徴とする多層配線板。
【請求項２】
前記２つの外側導体配線層の少なくとも一方に半導体素子に導通される電極端子部が外方に露出して形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の多層配線板。
【請求項３】
前記電極端子部と前記内部導体配線層の配線とを連通するビアホールが形成され、
前記ビアホールに充填された導電性物質によって前記電極端子部と前記内部導体配線層の配線とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項２記載の多層配線板。
【請求項４】
前記２つの外側導体配線層の配線の幅が２５０μｍであり、前記内側導体配線層の配線の幅が５μｍであることを特徴とする請求項１記載の多層配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路（以下、チップと称する）を一つ、または複数搭載し、プリント配線基板に接続するために用いられる半導体パッケージ用多層配線板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器はますます小型化、多機能化、高機能化が進んでいる。これらに搭載される電子部品も小型化、高性能化しており、これに伴ってこれらの電子部品を基板に接続、搭載するためのインターポーザーについても、小型化と配線の高密度化が求められている。
インターポーザーのサイズを小さくして、なおかつ配線の高密度化を実現するための方法として、インターポーザーの配線層を複数にして垂直方向に積層し、配線層相互の接続をとるビルドアップ工法がある（特許文献１参照）。
ビルドアップ工法においては、各配線層間での短絡のないように、配線層間に絶縁層を設け、配線層間の接続は所定の位置に配置されたビアホールを介して行われるのが通常である。
このようなビルドアップ工法で作成されるインターポーザー用多層配線板の一例としては、絶縁層の両面に金属導体層を積層した構造のコア材にレーザー加工、パンチング等によってビアホールを形成した後にフォトリソグラフィー等によって配線パターンを形成し、さらに絶縁層の片面に金属導体層を積層したバッキング材を、前記配線パターンの上に積層し、ビアホール形成、配線パターン形成という工程をくりかえすことがあげられる。
ここで、絶縁樹脂層としては、ＢＴ（ビスマレイド・トリアジン）レジン系樹脂やガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸されたもの、あるいはポリイミドフィルム、液晶ポリマーフィルムなどが用いられている。
これらの絶縁樹脂層は、堅固な支持体であることが必要な場合には、それに十分な厚さと剛性をもった形態がとられ、小型化、軽量化、あるいは可撓性が必要とされる場合には、それらの性質を得るように薄く設定される。
【特許文献１】特開２００３−１９８１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述した多層配線板には、以下に記述したような問題点がある。
一般的に多層配線板には、高い信頼性が要求される。そのため、実際の使用に対する加速試験として、様々な試験法が実施されている。
例を示すと、気相あるいは液相中にて低温、高温のサイクルを規定回数繰り返し、性能の劣化の有無を調べるもの、高温高湿のチャンバー内に規定時間保存し、性能の劣化の有無を調べるものなどがある。
このうち、高温高湿試験においては、時間とともに、多層配線板の構造内で、外側にある層から水分の浸入が始まり、それが配線パターンを形成している金属導体の酸化、金属導体層とそれを支持する絶縁樹脂層との密着強度の低下による配線パターンの剥離、絶縁樹脂層の誘電率の変化、などを引き起こし、多層配線板全体としての信頼性の低下の原因となる。
特に、配線パターンの線幅が小さくなると、配線と樹脂の接着面積が小さいため、水分浸入の影響を大きくうけることになる。一般的に行われている高温高湿試験であるPCT試験の代表的な条件（１２１℃-１００-%RH-１６８時間）においては、実験的に配線幅が３０μm以下になると、配線と樹脂の密着性が低下し、配線の断裂等の不良が発生することが確認されている。
本発明の目的は、配線パターンのうちの線幅の小さい配線を外部からの水分の浸入から保護し、湿度に対する耐性を改良することにより、より信頼性の高い多層配線板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、少なくとも３層以上重ねられた導体配線層と、重ねられた方向において隣り合う前記導体配線層の間に配置された絶縁層とを備える多層配線板であって、前記導体配線層は、前記多層配線板の厚さ方向の両側に位置する２つの外側導体配線層と、前記２つの導体配線層の間に位置する内側導体配線層とを備え、前記２つの外側導体配線層の配線は幅が３０μｍ以上２５０μｍ以下の寸法で形成され、前記内側導体配線層の配線は幅が５μｍ以上３０μｍ以下の寸法で形成されていることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、前記２つの外側導体配線層の少なくとも一方に半導体素子に導通される電極端子部が外方に露出して形成されていることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、前記電極端子部と前記内部導体配線層の配線とを連通するビアホールが形成され、前記ビアホールに充填された導電性物質によって前記電極端子部と前記内部導体配線層の配線とが電気的に接続されていることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、前記２つの外側導体配線層の配線の幅が２５０μｍであり、前記内側導体配線層の配線の幅が５μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、線幅３０μm以下の微細配線が要求される場合においても、微細配線を層構造の内部に配置しているため、水分の浸入による配線と樹脂層の密着強度の低下を回避し、高温高湿化においても、高い信頼性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に、図１を用いて本発明を詳細に説明する。
多層配線板の中心となるコア材１１は両面銅箔付樹脂を用いている。
絶縁層樹脂１３については、多層配線板の支持体となるのに十分な剛性を有していればよく、そのほかに絶縁性、寸法安定性なども有していなければならない。
樹脂の種類については、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミドなどの高分子フィルム、あるいは、ガラスクロスに含浸させたエポキシ、BT（ビスマレイド・トリアジン）樹脂などの中から、適宜選択される。特に電気特性が向上することから、絶縁層樹脂の厚みを薄くし、多層配線板全体でも５００μｍ以下の厚みとなるように調整することが好ましい。
また、絶縁層樹脂と金属導体層を積層する方法については、接着剤法、熱融着法、樹脂のキャスト法、金属のスパッタリング法などの中から自由に選択してよい。
【０００７】
コア材１１には、両面の金属導体層の導通をとるべく、所定の位置にビアホール１６が形成される。形成方法については、位置や大きさの正確性の面から、レーザー加工が好適に使用されるが、本発明においては、特にこの方法に限定されるものではない。孔形成後に内部に導電性物質を充填する方法についても、ダイレクトプレーティング法、めっき法、導電性ペースト充填法などのなかから自由に選択してよい。
【０００８】
さらに、コア材１１の金属導体層１４および１５に回路パターンを形成して、導体配線層３０とするが、回路パターン形成の方法としても、リソグラフィとエッチングの組み合わせなどの中から自由に選んでよい。
回路パターンを形成する際の注意点として、回路設計の段階において、多層配線板の構造において、導体配線層３０のうちで多層配線板の厚さ方向の最外に配置される２つの層（最上層と最下層）に線幅が３０μm以下の配線を配置しないということがある。
例えば、最上の導体配線層３０に半導体チップを搭載するための電極端子部２４があり、その電極端子部２４から引き回す配線の線幅が３０μm以下の場合、その配線は電極端子部２４と同一の導体配線層３０に形成するのではなく、ひとつの方法として、電極端子部２４から直接ビアホール１６にて内側の導体配線層３０に接続した構造をとり、内側の導体配線層３０のほうに線幅３０μm以下の配線２１を形成するようにする。
【０００９】
回路パターンを形成したのちには、回路パターンが形成されたコア材１１の少なくとも一方の面上に、バッキング材１２を積層する。バッキング材１２は、絶縁樹脂層１７の片面上に、金属導体層１８が積層された構造をとっているが、絶縁樹脂層１７の材質、金属導体層１８の積層方法については、コア材１１の場合と同様である。
バッキング材１２は、その金属導体層１８が外側になるような向きで、コア材１１と積層される。コア材１１とバッキング材１２の間には、接着層１９が配置される。接着層１９の材質については、エポキシ系、ブタジエン系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系あるいはそれらの混合系などから、自由に選択することができる。
積層方法については、ロールラミネータが好適に使用されるが、これに限定されるものではない。また積層する際の、温度、圧力等の条件についても、自由に選択することができる。
【００１０】
バッキング材１２の積層が終了したのちには、コア材１１の場合と同様に、ビアホール１６の形成、回路パターンの形成という工程を繰り返し、なおも導体配線層３０が必要な場合には、さらにバッキング材１２の積層を行い、同様の工程を繰り返す。
この場合、バッキング材１２を積層する面については、なるべくコア材１１を中心として、対称性を保つようにするのが、多層配線板の反り防止という意味で望ましい。
【００１１】
必要な導体配線層３０の加工が終了したら、最表層にはソルダーレジスト層２２および２３を配置する。ソルダーレジスト層の種類には特に制限はなく、エポキシ系、フェノール樹脂系、キシレン系、アクリル系、ポリイミド系などのなかから、用途に合わせて自由に選んでよい。
【００１２】
ソルダーレジスト層２２および２３の配置後には、電極端子部２４および２５が設けられる部位の近傍においてのみソルダーレジストを取り除くが、この方法については、特に制限はない。フォトレジスト法などの中から、好適なものを用いてよい。
ソルダーレジスト層２２および２３の積層、加工のあとに、電極端子部２４および２５を設ける。電極端子部２４、２５の種類については、特に制限はない。はんだ、導電性ペーストなどのなかから、用途に合わせて自由に選択してよい。
【００１３】
以上の工程によって形成された多層配線板は、少なくとも３層以上重ねられた導体配線層３０と、重ねられた方向において隣り合う導体配線層３０の間に配置された絶縁層１３、１７とを備え、かつ、可撓性を有するものである。
そして、導体配線層３０は、多層配線板の厚さ方向の両側に位置する２つの外側導体配線層３０Ａ、３０Ｂと、２つの導体配線層３０Ａ、３０Ｂの間に位置する内側導体配線層３０Ｃ、３０Ｄとを備えている。
そして、２つの外側導体配線層３０Ａ、３０Ｂの配線２０は幅が３０μｍ以上２５０μｍ以下の寸法で形成されている。
２つの外側導体配線層３０Ａ、３０Ｂの配線２０の幅が３０μｍ未満であると、配線の密着強度不足により、基板の信頼性を確保する上で不利があり、２５０μｍより大きいと、基板全体の可撓性を確保する上で不利がある。
そして、２つの外側導体配線層３０Ａ、３０Ｂの配線の幅が２５０μｍのときに基板の高信頼性を図る上で最も有利となる。
また、内側導体配線層３０Ｃ、３０Ｄの配線２１は幅が５μｍ以上３０μｍ以下の寸法で形成されている。
内側導体配線層３０Ｃ、３０Ｄの配線２１の幅が５μｍ未満であると、配線と樹脂の密着性が不十分となり、配線自体も断線の可能性も高くなるため、基板の信頼性を確保する上で不利があり、３０μｍより大きいと、配線の高密度化を図る上で不利がある。
そして、内側導体配線層３０Ｃ、３０Ｄの配線２１の幅が５μｍのときに配線の高密度化を図る上で最も有利となる。
【００１４】
（実施例）
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
キャスティング法によって、厚さ２５μｍのポリイミドフィルムの両面に厚さ１２μｍの電解銅箔を積層した樹脂付銅箔付フィルム（三井化学製ネオフレックスＮＥＸ）を、幅１０５ｍｍ、長さ１００ｍのテープ状とし、３００ｍｍφのリールに巻いてコア材１１とした。
以下、すべての工程について、この大きさのリールを用いたリール・トゥ・リール工法によって行った。
まず、上記コア材１１の所定の位置に、レーザー加工機によって、５０μｍφの大きさで、上面の銅箔層、ポリイミド層を貫通し、下面の銅箔層を貫通しない孔を形成し、無電解めっき、電解めっきを施してビアホール１６を形成し、両面の銅箔の導通をとった。
さらに、コア材１１の両面にフォトレジストとしてＰＭＥＲ（東京応化工業製）をコーティングし、８０℃の温度下で３０分間乾燥させた。
次に、所定のパターンを有するフォトマスクを介して、露光、現像を行い、フォトレジストパターンを形成した。なお、このフォトマスクを作製する際の回路設計においては、後述するバッキング材１２の導体配線層３０に形成される、半導体チップ接続用の電極端子部２４、２５から引き出される線幅２０μmの配線２０については、ビアホール１６で電極端子部２４、２５との導通をとることを前提に、このコア材１１の導体配線層３０に配置している。この配線２０については、その線幅／線間比が、最密の部分で、２０μm／３０μmであった。
【００１５】
さらに、５０℃、４０°Ｂｅの塩化第２鉄溶液で銅露出部を溶解除去して配線パターンを形成し、さらに３％ｗｔの水酸化ナトリウム水溶液にてすべてのレジストを剥離除去した。
次に、配線パターンを有する導体配線層３０の上に厚さ１５μｍのフィルム状接着剤を介して、キャスティング法によって厚さ１３μｍのポリイミドフィルムの片面に厚さ１２μｍの電解銅箔を積層してなる樹脂付銅箔フィルム（三井化学製ネオフレックスＮＥＸ）をバッキング材１２としてラミネートした。
ラミネートにはリール・トゥ・リール方式のロールラミネータを用い、ロールの硬度は上下ともに７０度、ロール温度は上下ともに１８０℃とした。ロール圧は線圧にて３ｋｇ／ｃｍとした。ラミネートは、コア材の両面について、順次行った。
【００１６】
続いて、上方の（半導体チップ搭載側の）バッキング材１２の金属導体層１８（外側導体配線層３０Ａ）に、コア材１１のときと同様の方法でビアホール１６を形成して、コア材１１の導体配線層３０との導通をとり、ついでコア材１１の金属導体層３０に配線パターンを形成したのと同様の方法で、半導体チップと接続するためのパッドパターンを形成した。
さらに、下方の（プリント配線板側の）バッキング材１２の金属導体層１８（外側導体配線層３０Ｂ）には、同様にビアホール１６と、プリント配線板と接続するためのパッドパターンを形成した。
そして、最外層にはスクリーン印刷法によって、約２０μｍの厚さにソルダーレジスト層２２、２３を形成し、ポストベークしたのちに、フォトエッチング法によって、両面のパッドパターンの所定の位置が露出するように、開口部を形成した。
最後にパンチング加工によって、テープ状の積層体から所定の大きさに切り分け、可撓性を有する多層配線板を得た。
【００１７】
（比較例１）
バッキング材の導体配線層の、半導体チップ搭載部の端子から、同一層内で線幅２０μmの配線を引き出し、その分の配線がコア材の導体配線層には配置されていないことを除いては、実施例と全く同様の製造工程によって、可撓性を有する多層配線板を得た。
【００１８】
（比較例２）
バッキング材の導体配線層の、半導体チップ搭載部の端子から、同一層内で線幅３０μmの配線を引き出し、その分の配線がコア材の導体配線層には配置されていないことを除いては、実施例と全く同様の製造工程によって、可撓性を有する多層配線板を得た。
なお、この場合、上記配線の線幅／線間比は、最密の部分で、３５μm／１５μmであった。
【００１９】
（PCT試験による信頼性評価）
実施例、および比較例１、２によって得られた多層配線板について、半導体チップ接続端子、プリント基板接続端子のすべてについて、布線検査を行った。
検査の方法としては、容量法を用い、半導体チップ接続端子の測定を行う場合には、プリント基板接続端子搭載面を設置させ、半導体チップ接続端子ひとつひとつに測定プローブを接触させ、その端子の属する配線ネットの電気容量を測定した。プリント基板接続端子の測定を行う場合には、この逆を行った。
続いて、全サンプルに対し、JESD２２-A１１３Dに規定の前処理を行った。
具体的には、まず-４０℃から６０℃の温度サイクルに５サイクルとおし、次に１２５℃のオーブンに２４時間入れ、その後、３０℃-６０%RHの恒温恒湿槽にて１９２時間保存し、そこから取り出して直ちに、鉛フリー半田使用を想定したリフロープロファイルにて、３サイクルのリフロー過程に通した。
次に、PCT試験として、１２１℃-１００%RH-２.０atmにて１６８時間の保存を行った。
その後、再び布線検査を行い、同一測定箇所について、２０%以上の電気容量の変化があった場合、配線その他に劣化がある可能性が高いとみなし、不良とした。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１から明らかなように、比較例１のように導体配線層のうち最外の層に線幅３０μm以下の配線を配置した場合には、PCT保存による水分の浸入により、配線と樹脂層の密着強度が低下し、断線もしくはそれに近い配線の破損が起こり、信頼性が低下している。
また、比較例２のように配線幅が３０μm以上ある場合には、配線と樹脂層の接着面積が大きいため、今回のPCT試験条件の限りにおいては、配線を導体配線層のうち最外の層に配置しても、信頼性の低下は認められない。
実施例においては、線幅２０μmという微細配線（配線２１）がありながら、それを導体配線層３０のうちの最外の層（外側導体配線層）に配置しないで、その内側の層（内側導体配線層）に配置することにより、高い信頼性を維持している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の多層配線板の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１……コア材、１２……バッキング材、１３……コア材１１の絶縁樹脂層、１４……コア材１１の金属導体層（上側）、１５……コア材の金属導体層（下側）、１６……ビアホール、１７……バッキング材１２の絶縁樹脂層、１８……バッキング材１２の金属導体層、１９……接着剤層、２０……線幅３０μmより大きい配線、２１……線幅３０μm以下の配線、２２……ソルダーレジスト層（チップ側）、２３……ソルダーレジスト層（プリント配線板側）、２４……電極端子部（チップ側）、２５……電極端子部（プリント配線板側）、３０……導体配線層、３０Ａ、３０Ｂ……外側導体配線層、３０Ｃ、３０Ｄ……内側導体配線層。
【図１】
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