(57)【要約】【課題】  コア材にガラス基板が用いられた貫通電極付配線基板に対する応力と放熱の問題を同時に解決する。【解決手段】  本開示の一側面である配線基板は、コア材としてのガラス基板と、前記ガラス基板に周期性を持って配列されている複数の貫通孔とを備え、前記貫通孔には、種類の異なる充填材料が充填されている。本開示の一側面である製造方法は、配線基板の製造方法において、コア材としてのガラス基板に対して周期性を持って配列されている複数の貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、前記貫通孔に充填する充填材料の種類毎に、前記充填材料を充填する貫通孔のみが開口されている保護シートを前記ガラス基板上に形成し、前記保護シートの開口部分から前記充填材料を充填する充填ステップとを含む。本開示は、貫通電極付ガラス基板をコア材とする配線基板に適用できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア材としてのガラス基板と、
前記ガラス基板に周期性を持って配列されている複数の貫通孔とを備え、
前記貫通孔には、種類の異なる充填材料が充填されている
配線基板。
【請求項２】
前記ガラス基板には、種類の異なる充填材料が充填された複数の貫通孔から成る貫通孔群が周期的に配列されている
請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記貫通孔に対して第１の導電性材料が充填されることにより形成されている通常貫通電極を
さらに備える請求項２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記貫通孔に対して充填導電性が充填されていないダミー貫通電極を
さらに備える請求項２に記載の配線基板。
【請求項５】
前記貫通孔に対して、線膨張係数が前記第１の導電性材料よりもガラスに近い第２の導電性材料が充填されることにより形成されている低膨張貫通電極を
さらに備える請求項３に記載の配線基板。
【請求項６】
前記第１の導電性材料はＣｕであり、
前記第２の導電性材料はＷである
請求項５に記載の配線基板。
【請求項７】
前記通常貫通電極と前記低膨張貫通電極は、周期的かつ対称性を持って配列されている
請求項５に記載の配線基板。
【請求項８】
前記通常貫通電極と前記低膨張貫通電極は、縦横に配列された正方形の頂点に交互に配列されている
請求項７に記載の配線基板。
【請求項９】
前記通常貫通電極と前記低膨張貫通電極は、隙間なく配列された正六角形の頂点および中心点に交互に配列されている
請求項７に記載の配線基板。
【請求項１０】
前記貫通孔に対して、熱膨張率が低く、ガラスよりも熱伝導率が高いカーボン系材料または金属材料が充填されることにより形成されている放熱用貫通電極を
さらに備える請求項２に記載の配線基板。
【請求項１１】
前記カーボン系材料はカーボンナノチューブである
請求項１０に記載の配線基板。
【請求項１２】
前記貫通孔に対して、磁性体材料が充填されることにより形成されている磁性体貫通電極を
さらに備える請求項２に記載の配線基板。
【請求項１３】
前記磁性体材料は酸化鉄、酸化クロム、コバルト、またはフェライトである
請求項１２に記載の配線基板。
【請求項１４】
配線基板の製造方法において、
コア材としてのガラス基板に対して周期性を持って配列されている複数の貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、
前記貫通孔に充填する充填材料の種類毎に、前記充填材料を充填する貫通孔のみが開口されている保護シートを前記ガラス基板上に形成し、前記保護シートの開口部分から前記充填材料を充填する充填ステップと
を含む製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、配線基板、および製造方法に関し、特に、製造時の高温プロセス下における応力と放熱性に優れる配線基板、および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在流通している電子機器には多くの半導体部品（LSIチップなど）が用いられている。
【０００３】
半導体部品は、通常、パッケージ用の配線基板（以下、インターポーザとも称する）上に一旦実装され、その配線基板が他のパーツなどとともにマザーボード上に接続される。
【０００４】
なお、配線基板は、従来、そのコア材にガラスエポキシから成る有機基板やシリコンから成るシリコン基板等が採用されていたが、有機基板やシリコン基板では半導体部品の微細化に追従することが徐々に困難になってきた。そこで、近年、配線の微細化が可能な、コア材にガラス基板が用いられた配線基板が登場している。
【０００５】
図１は、コア材にガラス基板が用いられた貫通電極付配線基板の構成の一例を示している。同図に示されるように、貫通電極付配線基板１０は、コア材にガラス基板１３が採用されており、その両面に配線層１２，１５が形成されている。また、ガラス基板１３には、Ｃｕ（銅）などの導電性金属が充填された貫通電極１４が設けられており、貫通電極１４によって配線層１２，１５が電気的に接続されている。配線層１２には、半導体部品１６が接続されている。
【０００６】
上述したように、コア材にガラス基板１３が用いられたことにより、貫通電極付配線基板１０では、配線の微細化が可能とされている。ただし、貫通電極付配線基板１０では、コア材の材料（ガラス）と、貫通電極１４の材料（いまの場合、Ｃｕ）とに起因して、主に、応力と放熱の問題が生じ得る。
【０００７】
応力の問題としては、具体的には、配線層１２，１５の形成や半導体部品１６を実装する際の高温プロセス下において、ガラス基板１３と、貫通電極（Ｃｕ）１４とのCTE（線膨張率係数）に一桁異なる差異が存在することによって発生する応力により、ガラス基板１３にクラックが発生し得ることが挙げられる。
ガラスのCTE：  ７．５［１０−６／Ｋ］
ＣｕのCTE：１４．３［１０−６／Ｋ］
【０００８】
放熱の問題としては、具体的には、ガラスはシリコンに比較して放熱性が低いので、シリコン基板を用いていた場合には放熱できていた発熱が、ガラス基板を用いた場合には適切に放熱することができずに不具合の原因となってしまうことが挙げられる。
シリコンの熱膨張率：１８８［Ｗ／ｍＫ］
ガラスの熱膨張率：    １［Ｗ／ｍＫ］
【０００９】
なお、応力の問題に対処する方法としては、ガラス基板に形成する貫通電極の材料として、ガラスとCTE差が小さい、金属粒子と樹脂バインダと溶剤から成る金属ペーストを採用する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
また、放熱の問題に対処する方法としては、電気的接続経路として機能する能動貫通電極の他に、熱放散経路として機能するダミー貫通電極を設ける方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１２−１１９６１１号公報
【特許文献２】特表２０１３−５１８４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、コア材にガラス基板が用いられた貫通電極付配線基板に生じ得る応力と放熱の問題は、個別には対処する方法が存在するものの、それらは単純に組み合わせることができないので、応力と放熱の問題を同時に解決できる方法の出現が望まれている。
【００１３】
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、コア材にガラス基板が用いられた貫通電極付配線基板に生じ得る応力と放熱の問題を同時に解決できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本開示の一側面である配線基板は、コア材としてのガラス基板と、前記ガラス基板に周期性を持って配列されている複数の貫通孔とを備え、前記貫通孔には、種類の異なる充填材料が充填されている。
【００１５】
前記ガラス基板には、種類の異なる充填材料が充填された複数の貫通孔から成る貫通孔群が周期的に配列されているようにすることができる。
【００１６】
本開示の一側面である配線基板は、前記貫通孔に対して第１の導電性材料が充填されることにより形成されている通常貫通電極をさらに備えることができる。
【００１７】
本開示の一側面である配線基板は、前記貫通孔に対して充填導電性が充填されていないダミー貫通電極をさらに備えることができる。
【００１８】
本開示の一側面である配線基板は、前記貫通孔に対して、線膨張係数が前記第１の導電性材料よりもガラスに近い第２の導電性材料が充填されることにより形成されている低膨張貫通電極をさらに備えることができる。
【００１９】
前記第１の導電性材料はＣｕとすることができ、前記第２の導電性材料はＷとすることができる。
【００２０】
前記通常貫通電極と前記低膨張貫通電極は、周期的かつ対称性を持って配列されているようにすることができる。
【００２１】
前記通常貫通電極と前記低膨張貫通電極は、縦横に配列された正方形の頂点に交互に配列されているようにすることができる。
【００２２】
前記通常貫通電極と前記低膨張貫通電極は、隙間なく配列された正六角形の頂点および中心点に交互に配列されているようにすることができる。
【００２３】
本開示の一側面である配線基板は、前記貫通孔に対して、熱膨張率が低く、ガラスよりも熱伝導率が高いカーボン系材料または金属材料が充填されることにより形成されている放熱用貫通電極をさらに備えることができる。
【００２４】
前記カーボン系材料はカーボンナノチューブとすることができる。
【００２５】
本開示の一側面である配線基板は、前記貫通孔に対して、磁性体材料が充填されることにより形成されている磁性体貫通電極をさらに備えることができる。
【００２６】
前記磁性体材料は酸化鉄、酸化クロム、コバルト、またはフェライトとすることができる。
【００２７】
本開示の一側面である製造方法は、配線基板の製造方法において、コア材としてのガラス基板に対して周期性を持って配列されている複数の貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、前記貫通孔に充填する充填材料の種類毎に、前記充填材料を充填する貫通孔のみが開口されている保護シートを前記ガラス基板上に形成し、前記保護シートの開口部分から前記充填材料を充填する充填ステップとを含む。
【発明の効果】
【００２８】
本開示の一側面によれば、コア材にガラス基板が用いられた貫通電極付配線基板に対する応力と放熱の問題を同時に解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】コア材にガラス基板が用いられた貫通電極付配線基板の構成の一例を示す断面図である。
【図２】本開示を適用した貫通電極付配線基板の構成例を示す断面図である。
【図３】本開示を適用した貫通電極付配線基板の製造方法を説明する図である。
【図４】本開示を適用した貫通電極付配線基板の製造方法を説明する図である。
【図５】ウェハ上にスクライブされるガラス基板の配置を示す図である。
【図６】単位セルにおける貫通電極の配置例を示す図である。
【図７】単位セルにおける貫通電極の配置の変形例を示す図である。
【図８】２種類の貫通電極を配置した場合の応力のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】放熱用貫通電極の適用例を示す図である。
【図１０】放熱用貫通電極の適用例を示す図である。
【図１１】放熱用貫通電極の適用例を示す図である。
【図１２】磁性体貫通電極の適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
＜本開示の実施の形態である貫通電極付配線基板の構成例＞
図２は、本開示の実施の形態である貫通電極付配線基板の構成例を示している。
【００３２】
貫通電極付配線基板２０は、コア材にガラス基板２１が採用されており、その両面の少なくとも一方に配線層（不図示）が形成されている。また、ガラス基板２１には、複数の貫通孔（以下、ビアとも称される）が形成されており、各貫通孔にはその位置や用途に応じて異なる材料が充填されることにより、放熱用貫通電極２２、低膨張貫通電極２３、通常貫通電極２４、および磁性体貫通電極２５が形成されている。
【００３３】
放熱用貫通電極２２は、熱膨張率が低く、ガラスよりも熱伝導率が高いカーボンナノチューブ(CNT)等のカーボン系材料が貫通孔に充填されたものである。ただし、放熱用貫通電極２２の材料として金属を用いてもよい。放熱用貫通電極２２は、放熱が必要な箇所や、放熱プレートに接続された状態に形成される。放熱用貫通電極２２をガラス基板２１に形成することにより、ガラス基板２１における放熱の問題を抑止することができる。
【００３４】
低膨張貫通電極２３は、Ｃｕに比較してCTEが低いＷ（タングステン）等の低CTE材料が貫通孔に充填されたものである。通常貫通電極２４は、Ｃｕなどの一般に使用される伝導性金属材料が貫通孔に充填されたものである。低膨張貫通電極２３と通常貫通電極２４をガラス基板２１に均等に配置することにより、ガラス基板２１に対する応力の問題を抑止することができる。
【００３５】
磁性体貫通電極２５は、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライト等の磁性体材料が貫通孔に充填されたものである。磁性体貫通電極２５は、例えば、コイルなどから発生された磁界の、その近傍に配置されている半導体部品に対する影響を抑止するためのシールドとして形成される。なお、放熱用貫通電極２２乃至磁性体貫通電極２５から成る貫通電極群を、ガラス基板２１に周期的に配置するようにしてもよい。
【００３６】
＜本開示の実施の形態である貫通電極付配線基板の製造方法＞
次に、図３は、貫通電極付配線基板２０の製造工程のうち、ガラス基板２１に対して２種類の貫通電極（放熱用貫通電極２２および通常貫通電極２４）を形成する工程を示している。
【００３７】
同図Ａに示されるガラス基板２１に対し、同図Ｂに示されるように、レーザなどによりエッチングによって、貫通電極を設ける位置に貫通孔（ビア）を開口する。
【００３８】
次に、同図Ｃに示されるように、ガラス基板２１に表面に、１種類目の貫通電極（例えば、通常貫通電極２４）を設ける箇所のみが開口されたマスク３１を形成して、１種類目の貫通電極の材料（例えば、Ｃｕ）をビアに充填させる。なお、充填材料の充填方法は、フルフィリング法、コンフォーマル法などを用いることができる。
【００３９】
次に、マスク３１を除去してから、同図Ｄに示されるように、ガラス基板２１に表面に、２種類目の貫通電極（例えば、放熱用貫通電極２２）を設ける箇所のみが開口されたマスク３２を形成し、２種類目の貫通電極の材料（例えば、CNT）をビアに充填させる。
【００４０】
最後に、同図Ｅに示されるように、マスク３２を除去する。以上の工程により、２種類の貫通電極（放熱用貫通電極２２および通常貫通電極２４）が形成されたガラス基板２１を得ることができる。
【００４１】
なお、同図Ｃに示された工程と同様の工程を追加することにより、３種類以上の貫通電極が形成されたガラス基板２１を得ることができる。
【００４２】
＜本開示の実施の形態である貫通電極付配線基板の変形例＞
次に、図４は、貫通電極付配線基板２０の変形例を示している。同図に示される変形例のように、ガラス基板２１に設けた貫通孔は必ずしも全てを使用ビア（通常貫通電極２４など）として使用しなくてもよく、充填材料を充填することなく空洞のままとされている未使用ビアを設けてもよい。なお、ガラス基板２１の表面には絶縁膜４１が形成されており、絶縁膜４１の使用ビアの位置は開口され、未使用ビアの位置は閉じられている。ガラス基板２１の表面に配線層を形成する場合、この絶縁膜４１の上に形成すればよい。
【００４３】
＜充填材料が異なる貫通電極の配置について＞
次に、充填材料が異なる貫通電極の配置について説明する。
【００４４】
図５は、ウェハ上にスクライブされるガラス基板の配置を示している。同図の場合、８インチのウェハのデバイス有効エリアに、２１．８ｍｍ角のショットが２５（＝５×５）個分配置されている。各ショットの中には、５×１５ｍｍの配線エリアを有する３つの単位セルが形成される。各単位セルには、直径６５μｍの貫通電極がピッチ３５０μｍで約１５×４０本分縦横に配置される。ここでは、各単位セルが１枚の貫通電極付配線基板のコア材となるガラス基板に相当する。
【００４５】
図６は、各単位セルにおける貫通電極の配置例を示している。同図Ａは、単位セルに１種類の貫通電極（通常貫通電極２４）だけを配置する場合を示しており、同図Ｂは、単位セルに２種類の貫通電極（低膨張貫通電極２３および通常貫通電極２４）を配置する場合を示している。
【００４６】
同図Ｂに示されるように、単位セルにＷなどから成る低膨張貫通電極２３と、Ｃｕなどから成る通常貫通電極２４を交互に配置することにより、製造工程のうちの高温プロセス下における単位セル周辺にかかる応力を抑えることができる。したがって、同図Ａに示される場合に比較して、隣り合うショットにそれぞれスクライブされる単位セルどうしの間隔を狭めることができる。
【００４７】
なお、単位セルに２種類の貫通電極（低膨張貫通電極２３および通常貫通電極２４）を配置する場合の配置例は、図７Ａに示されるように、低膨張貫通電極２３と通常貫通電極２４を交互に、縦横に並べられた正方形の頂点に配置する他、図７Ｂに示されるように、低膨張貫通電極２３と通常貫通電極２４を交互に、隙間なく敷き詰められた正六角形の頂点とその中心に配置するようにしてもよい。
【００４８】
次に、ガラス基板２１に２種類の貫通電極（低膨張貫通電極２３および通常貫通電極２４）を配置した場合の応力分布のシミュレーション結果について図８を参照して説明する。
【００４９】
なお、同図Ａは通常貫通電極２４のみを配置した場合、同図Ｂは低膨張貫通電極２３および通常貫通電極２４を配置した場合、同図Ｃは低膨張貫通電極２３のみを配置した場合の応力のシミュレーション結果を示している。
【００５０】
ただし、シミュレーション条件として、ガラス基板２１に配置される低膨張貫通電極２３の充填材料はＷ、通常貫通電極２４の充填材料はＣｕとしている。ガラス、Ｗ、およびＣｕの線膨張係数は、それぞれ７．５，４．３，１４．３[×１０−６／Ｋ]である。低膨張貫通電極２３および通常貫通電極２４の直径（６５μｍ）とピッチ（１５０μｍ）は共通とする。温度は、常温２５℃から１８０℃の範囲とした。
【００５１】
同図Ａが示す通常貫通電極２４のみの場合に比較して、同図Ｂが示す低膨張貫通電極２３および通常貫通電極２４の場合と同図Ｃが示す低膨張貫通電極２３のみ場合では、応力の広がりが抑えられていることがわかる。したがって、同図Ｂが示すように低膨張貫通電極２３および通常貫通電極２４を配置すれば、ガラス基板作製における高温プロセス下で、単位セル周辺にかかる応力を抑えることができ、ウェハ上における単位セル間のピッチを狭めて配列できることがわかる。
【００５２】
なお、同図Ｃが示す低膨張貫通電極２３のみ場合では、Ｗの電気抵抗（２０℃の電気抵抗率５２．８［ｎΩ・ｍ］）が高いので、電気特性の低下が予想される。したがって、応力の抑止と電気特性低下の抑止を考慮した場合、同図Ｂが示すように低膨張貫通電極２３および通常貫通電極２４（Ｃｕの２０℃の電気抵抗率１６．７８［ｎΩ・ｍ］）を配置することが望ましい。
【００５３】
＜放熱用貫通電極２２の適用例＞
次に、放熱用貫通電極２２の適用例について説明する。
【００５４】
図９は、放熱プレートに対する放熱用貫通電極２２の適用例を示している。同図に示されるように、金属などから成る放熱プレート５１に対して、熱源となり得る半導体部品や金属配線に接続されている放熱用貫通電極２２を接続することにより、生じた熱を効率的に放熱することができる。なお、放熱プレート５１と放熱用貫通電極２２、放熱用貫通電極２２と熱源とは、電気的に接続されている必要なない。
【００５５】
図１０および図１１は、積層されたガラス基板２１に対する放熱用貫通電極２２の適用例を示している。
【００５６】
図１０に示されるように、ガラス基板２１とガラスカバー６１を重ねたパッケージ基板を積層し、パッケージ基板外側に放熱用貫通電極２２を形成するようにしてもよい。これにより、生じた熱を効率的に放熱することができる。
【００５７】
また、図１１に示されるように、ガラス基板２１とモールド樹脂６２を積層し、熱源となり得る半導体部品等の周辺の放熱用貫通電極２２を形成してもよい。これにより、生じた熱を効率的に放熱することができる。
【００５８】
＜磁性体貫通電極２５の適用例＞
次に、図１２は、磁性体貫通電極２５の適用例を示している。同図に示されるように、通電結合通信を行うためにコイル７１および通信ＩＣ７２が搭載されているガラス基板２１が積層されていて基板間通信が行われる構成の場合、コイル７１の周囲に磁性体貫通電極２５を形成してもよい。これにより、コイル７１から生じた磁界による、隣接回路（通信ＩＣ７２等）への影響を抑止することができる。
【００５９】
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００６０】
本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
コア材としてのガラス基板と、
前記ガラス基板に周期性を持って配列されている複数の貫通孔とを備え、
前記貫通孔には、種類の異なる充填材料が充填されている
配線基板。
（２）
前記ガラス基板には、種類の異なる充填材料が充填された複数の貫通孔から成る貫通孔群が周期的に配列されている
前記（１）に記載の配線基板。
（３）
前記貫通孔に対して第１の導電性材料が充填されることにより形成されている通常貫通電極を
さらに備える前記（１）または（２）に記載の配線基板。
（４）
前記貫通孔に対して充填導電性が充填されていないダミー貫通電極を
さらに備える前記（１）から（３）のいずれかに記載の配線基板。
（５）
前記貫通孔に対して、線膨張係数が前記第１の導電性材料よりもガラスに近い第２の導電性材料が充填されることにより形成されている低膨張貫通電極を
さらに備える前記（１）から（４）のいずれかに記載の配線基板。
（６）
前記第１の導電性材料はＣｕであり、
前記第２の導電性材料はＷである
前記（５）に記載の配線基板。
（７）
前記通常貫通電極と前記低膨張貫通電極は、周期的かつ対称性を持って配列されている
前記（５）または（６）に記載の配線基板。
（８）
前記通常貫通電極と前記低膨張貫通電極は、縦横に配列された正方形の頂点に交互に配列されている
前記（５）から（７）のいずれかに記載の配線基板。
（９）
前記通常貫通電極と前記低膨張貫通電極は、隙間なく配列された正六角形の頂点および中心点に交互に配列されている
前記（５）から（７）のいずれかに記載の配線基板。
（１０）
前記貫通孔に対して、熱膨張率が低く、ガラスよりも熱伝導率が高いカーボン系材料または金属材料が充填されることにより形成されている放熱用貫通電極を
さらに備える前記（１）から（９）のいずれかに記載の配線基板。
（１１）
前記カーボン系材料はカーボンナノチューブである
前記（１０）に記載の配線基板。
（１２）
前記貫通孔に対して、磁性体材料が充填されることにより形成されている磁性体貫通電極を
さらに備える前記（１）から（１１）のいずれかに記載の配線基板。
（１３）
前記磁性体材料は酸化鉄、酸化クロム、コバルト、またはフェライトである
前記（１２）に記載の配線基板。
（１４）
配線基板の製造方法において、
コア材としてのガラス基板に対して周期性を持って配列されている複数の貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、
前記貫通孔に充填する充填材料の種類毎に、前記充填材料を充填する貫通孔のみが開口されている保護シートを前記ガラス基板上に形成し、前記保護シートの開口部分から前記充填材料を充填する充填ステップと
を含む製造方法。
【符号の説明】
【００６１】
２０  貫通電極付配線基板，  ２１  ガラス基板，  ２２  放熱用貫通電極基板，  ２３  低膨張貫通電極，  ２４  通常貫通電極，  ２５  磁性体貫通電極，  ５１  放熱プレート，  ６２  モールド樹脂，  ７１  コイル，  ７２  通信ＩＣ
【図１】
2016219683.tif 000003
【図２】
2016219683.tif 000004
【図３】
2016219683.tif 000005
【図４】
2016219683.tif 000006
【図５】
2016219683.tif 000007
【図６】
2016219683.tif 000008
【図７】
2016219683.tif 000009
【図８】
2016219683.tif 000010
【図９】
2016219683.tif 000011
【図１０】
2016219683.tif 000012
【図１１】
2016219683.tif 000013
【図１２】
2016219683.tif 000014