(57)【要約】【課題】ビア導体と絶縁層との密着性が向上した回路基板を提供する。【解決手段】回路基板１０は、第１の配線層２０、第２の配線層２２、絶縁層３０、充填材４０およびビア導体５０を備える。第１の配線層２０と第２の配線層２２とを絶縁層３０によって電気的に絶縁されている。絶縁層３０には熱伝導性が良好な充填材４０が充填されている。絶縁層３０の所定位置に、第１の配線層２０と第２の配線層２２とを電気的に接続するビア導体５０が設けられている。ビア導体５０は、絶縁層３０に充填された充填材４０の一部と直に接している。【選択図】図１
2007096185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の配線層と、
前記複数の配線層間を電気的に絶縁する絶縁層と、
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、
所定位置において前記絶縁層を貫通するビアホールに設けられ、前記複数の配線層間を電気的に接続するビア導体と、
を備え、
前記充填材の一部が前記ビアホールの側壁において剥き出しとなり、前記ビア導体と接触していることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記充填材の熱膨張係数が、前記絶縁層の熱膨張係数に比べて前記ビア導体の熱膨張係数により近いことを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記ビア導体と前記充填材の一部との接触面積が、前記ビア導体と前記絶縁層との接触面積よりも広いことを特徴とする請求項１または２に記載の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を搭載可能な回路基板に関する。より具体的には、本発明は、配線層間がビア導体で電気的に接続された回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子などの電子部品が実装される回路基板は、回路装置の高密度化にともなって多層化が図られている。一般に、回路基板における配線層間は、絶縁層により電気的に絶縁され、所定位置において絶縁層を貫通するビア導体によって電気的に接続されている。
【０００３】
特許文献１は、従来の回路基板の典型例を開示する。特許文献１に記載の回路基板では、樹脂層に強度を確保するためのガラスクロスが設けられ、ガラスクロスの一部がビアホールの内壁面から突出することにより、ビアホールに設けられためっき層とのアンカー構造を形成している。
【特許文献１】特開２００４−２８８７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の回路基板では、ビアホールに設けられたビア導体と絶縁層との密着性が不十分であった。たとえば、上述の特許文献１では、ビアホールの側壁から突出したガラスクロスは、ビアホールの側壁との割合からすると、ごく一部の領域に限られるために、十分なアンカー効果は得られていなかった。
【０００５】
また、ビアホール内のビア導体の大部分は絶縁層を構成する樹脂と接触しているために、回路基板全体が高温にさらされた場合には、ビア導体と、樹脂の熱膨張係数に大きな差があるために、熱応力によって配線と樹脂の剥離が生じるという問題があった。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ビア導体と絶縁層との密着性が向上した回路基板の提供にある。また、本発明の他の目的は、高温時においてビア導体と絶縁層とが剥離することが抑制された回路基板の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、回路基板である。この回路基板は、複数の配線層と、複数の配線層間を電気的に絶縁する絶縁層と、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、所定位置において絶縁層を貫通するビアホールに設けられ、複数の配線層間を電気的に接続するビア導体とを備え、充填材の一部がビアホールの側壁において剥き出しとなり、ビア導体と接触していることを特徴とする。
【０００８】
この態様によれば、ビアホールの側壁において充填材が剥き出しになっていることにより、ビアホールの側壁に充填材の分布に伴う凹凸が形成される。この凹凸により、ビア導体と絶縁層および充填材との間の接触面積が増大し、アンカー効果がより強められる。この結果、ビア導体と絶縁層および充填材との密着性が向上する。
【０００９】
上記態様において、充填材の熱膨張係数が、絶縁層の熱膨張係数に比べてビア導体の熱膨張係数により近くてもよい。
【００１０】
この態様によれば、絶縁層に比べて熱膨張係数がビア導体に近い充填材を使用することにより、回路基板の温度が上昇した場合であっても、ビア導体と充填材との熱応力が小さいために、ビア導体が絶縁層および充填材から剥離することが抑制される。
【００１１】
上記態様において、ビア導体と充填材の一部との接触面積が、ビア導体と絶縁層との接触面積よりも広くてもよい。
【００１２】
この態様によれば、ビア導体と絶縁層および充填材と密着性の向上効果および高温時における剥離の抑制効果をより確実かつ顕著に得ることができる。
【００１３】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の回路基板によれば、ビア導体と絶縁層との密着性が向上する。また本発明の回路基板によれば、高温時におけるビア導体と絶縁層との剥離が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、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、第２の配線層２２、絶縁層３０、充填材４０およびビア導体５０を備える。
【００１７】
第１の配線層２０および第２の配線層２２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２２の材料は、特に限定されないが、たとえば銅などの金属が好適である。
【００１８】
絶縁層３０は、第１の配線層２０と第２の配線層２２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２２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、たとえば、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の層厚は、特に限定されないが、典型的には３５〜１２０μｍである。ただし、絶縁層３０の層厚の下限は、少なくとも、後述する充填材４０の粒径より大きい必要がある。
【００１９】
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。充填材４０としては、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどが挙げられる。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。
【００２０】
絶縁層３０における充填材４０の体積充填率は６０〜８０ｖｏｌ％が好ましく、６５ｖｏｌ％〜７５ｖｏｌ％がより好ましい。充填材４０の体積充填率が６０ｖｏｌ％より少ないと、ビアホール６０の側壁部分においてビア導体５０とのアンカー構造に寄与する量が不足するとともに、十分な熱伝導性が得られない。一方、充填材４０の体積充填率が８０ｖｏｌ％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の体積充填率を６０〜８０ｖｏｌ％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４０をより密に充填させることができる。たとえば、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の体積充填率を約７０ｖｏｌ％にすることができる。
【００２１】
充填材４０の熱膨張係数は、絶縁層３０の熱膨張係数に比べてビア導体５０の熱膨張係数により近いことが望ましい。たとえば、絶縁層３０としてエポキシ樹脂（熱膨張係数：３０．３×１０−６／Ｋ）を用い、ビア導体５０として銅（熱膨張係数：１７．７×１０−６／Ｋ）を用いた場合には、絶縁層３０にアルミナ（熱膨張係数：７．８×１０−６／Ｋ）を充填材４０として用いることにより、上述の関係が確保される。
【００２２】
このように、絶縁層３０に比べて熱膨張係数がビア導体５０に近い充填材４０を使用することにより、回路基板１０の温度が上昇した場合であっても、ビア導体５０と充填材４０との熱応力が小さいために、ビア導体５０が絶縁層３０および充填材４０から剥離することが抑制される。
【００２３】
ビア導体５０は、所定位置において絶縁層３０を貫通するビアホール６０に設けられている。本実施形態では、ビア導体５０は、ビアホール６０の側壁を被覆する状態で形成されている。ビアホール６０の側壁において絶縁層３０に充填された充填材４０が剥き出しになっている。このため、ビア導体５０は、充填材４０の一部と直に接している。ビア導体５０と充填材４０との接触面積は、ビア導体５０と絶縁層３０との接触面積より大きいことが望ましい。これにより、後述する効果を確実かつ顕著に得ることができる。なお、本実施形態では、ビア導体５０と第２の配線層２２とを異なる構成として表しているが、実際には両者の間に境界がなくてもよい。この場合、第２の配線層２２のうち、ビアホール６０の中に設けられた部分がビア導体５０に相当する。
【００２４】
ビアホール６０の側壁において、充填材４０が剥き出しになっていることにより、ビアホール６０の側壁に充填材４０の分布に伴う凹凸が形成される。この凹凸により、ビア導体５０と絶縁層３０および充填材４０との間の接触面積が増大し、アンカー効果がより強められる。この結果、ビア導体５０と絶縁層３０および充填材４０との密着性が向上する。なお、アンカー効果をより高めるためには、隣接する充填材４０の間に位置する絶縁層３０は、充填材４０の固定を妨げない範囲で、できるだけ除去されていることが望ましい。
【００２５】
この他、本実施形態の回路基板１０は高温時の放熱性が向上されている。たとえば、充填材４０として用いられるアルミナの熱伝導率は３０Ｗ／ｍＫ程度であり、絶縁層３０として用いられるエポキシ樹脂の熱伝導率の１００倍以上に相当する。このため、ビア導体５０が熱伝導性が良好な充填材４０と直に接することにより、ビアにおける熱拡散性が高くなり、回路基板としての放熱性が向上する。
【００２６】
また、充填材４０は絶縁層３０に比べて吸湿性が低い。このため、ビアホール６０の側壁に充填材４０を剥き出しにさせることによって、回路基板の製造する際に行われるウェットプロセスにおいて、絶縁層３０による吸湿が比較的少なくなるので、回路基板１０の膨れや変形が抑制される。
【００２７】
（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の製造法を示す。
【００２８】
まず、図２（Ａ）に示すように、第１の配線層２０、銅箔２２ａ、絶縁層３０、充填材４０からなる積層体を形成する。第１の配線層２０は、たとえば、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。充填材４０が予め充填された絶縁層３０に銅箔２２ａが貼付されている積層シートを第１の配線層２０の上に貼り付けることにより、図２（Ａ）に示す積層体が得られる。
【００２９】
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を用いて、ビアホールを形成すべき領域の上に位置する銅箔２２ａを選択的に除去する。
【００３０】
次に、図３（Ａ）に示すように、絶縁層３０の所定位置に穴あけ加工を施すことにより、ビアホール６０を形成する。より具体的には、ＵＶレーザ（波長３５５ｎｍ、パルス幅１５ｎｓｅｃ）を絶縁層３０の所定位置に照射することによって、直径約７０μｍのビアホール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。加工後のビアホール６０の側壁は、図３（Ａ）に示すように、絶縁層３０に充填された充填材４０が部分的に露出した状態になっている。
【００３１】
次に、図３（Ｂ）に示すように、加工後のビアホール６０の側壁部分の絶縁層３０の除去処理を行う。より具体的には、過マンガン酸溶液によるデスミア処理を行う。この処理によって、ＵＶレーザによる開口加工時に発生した樹脂かすや、ビアホール６０の側壁表面の樹脂が除去される。ただし、放熱性を高める目的で絶縁層３０に充填されたアルミナ、シリカ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の充填材４０は過マンガン酸溶液によってエッチングされない。このため、ビアホール６０の側壁は、図３（Ｂ）に示したように、絶縁層３０が後退することによって、絶縁層３０に充填された充填材４０がビアホール６０の側壁において剥き出し、あるいは露出した状態になる。
【００３２】
次に、パラジウムをキャタリストに用いた無電解銅めっき処理によって、ビアホール６０の側壁表面に数百ｎｍの膜厚の銅薄膜を析出させる。絶縁層３０に充填される充填材４０として最大粒径が１５μｍのアルミナを用いた場合には、ビアホール６０の側壁に形成される凹凸の曲率半径は、最大１５μｍに達する。しかし、この凹凸は、無電解めっきの析出性に問題はなく、ビアホール６０の側壁に均一で良好なめっきを行うことができる。その後、硫酸銅溶液をめっき液とした電解銅めっきによって、ビア導体５０を形成した（図３（Ｃ）参照）。電流密度を２０ｍＡ／ｃｍ２として、処理を行ったところ、ビアホール６０の側壁の凹凸に関係なく、均一なめっき膜の形成が可能であった。この電解銅めっきにより、銅箔２２ａの上に銅が堆積し、銅箔２２ａが所定の厚さまで厚膜化される。厚膜化した銅箔２２ａにフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いてパターニングを施すことにより、第２の配線層２２が形成される。
【００３３】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００３４】
例えば、上述の実施の形態では、ビア導体は、ビアホールの側壁に沿って形成されているが、これに限られない。たとえばビア導体によってビアホールが埋め込まれていてもよい。これによれば、本発明を適用したビアを積層したスタックビアにより、多層配線のビルドアップが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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。
【符号の説明】
【００３６】
１０  回路基板、２０  第１の配線層、２２  第２の配線層、３０  絶縁層、４０  充填材、５０  ビア導体、６０  ビアホール。
【図１】
2007096185.tif 000003
【図２】
2007096185.tif 000004
【図３】
2007096185.tif 000005