特開 2022-119619 配線基板及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022119619

(43)【公開日】2022-08-17

(54)【発明の名称】配線基板及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/09 20060101AFI20220809BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20220809BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20220809BHJP

【ＦＩ】

H05K1/09 C

H05K1/02 N

H01L23/12 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021016875

(22)【出願日】2021-02-04

(71)【出願人】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】風間 義和

【テーマコード（参考）】

4E351

5E338

【Ｆターム（参考）】

4E351AA03

4E351AA04

4E351BB01

4E351BB38

4E351CC03

4E351CC06

4E351CC11

4E351CC27

4E351DD04

4E351DD19

4E351DD20

4E351DD40

4E351GG06

4E351GG20

5E338AA01

5E338AA02

5E338AA03

5E338AA16

5E338CC04

5E338EE11

(57)【要約】

【課題】絶縁性を確保し、より大きな電流を流すことができる配線基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】配線基板は、絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に設けられた配線層と、を有し、前記配線層は、めっき層と、前記めっき層の上に形成され、導電性材料の焼結体からなる導電層と、を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁層と、
前記絶縁層の一方の面に設けられた配線層と、
を有し、
前記配線層は、
めっき層と、
前記めっき層の上に形成され、導電性材料の焼結体からなる導電層と、
を有することを特徴とする配線基板。

【請求項2】

前記導電層の内部に隙間が存在することを特徴とする請求項１に記載の配線基板。

【請求項3】

前記めっき層及び前記導電層の厚さ方向に平行な面の電子顕微鏡観察を行ったときに、前記導電層が前記めっき層よりも疎であることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線基板。

【請求項4】

前記めっき層は、銅めっき層であり、
前記焼結体は、銅焼結体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の配線基板。

【請求項5】

絶縁層の一方の面にめっき層を形成する工程と、
前記めっき層の上に、導電性材料の焼結体からなる導電層を形成する工程と、
を有することを特徴とする配線基板の製造方法。

【請求項6】

前記めっき層を形成する工程は、
めっき法により第１層を前記一方の面に形成する工程と、
前記第１層をエッチングして前記めっき層とする工程と、
を有することを特徴とする請求項５に記載の配線基板の製造方法。

【請求項7】

前記導電層を形成する工程は、
前記めっき層を覆い、導電性粒子を含む感光性導電材料を設ける工程と、
前記感光性導電材料の露光、現像及び焼成を行うことにより、前記めっき層の上に、前記導電性粒子の焼結体からなる焼結層を得る工程と、
を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の配線基板の製造方法。

【請求項8】

前記感光性導電材料を設ける工程と前記焼結層を得る工程とを複数回繰り返すことを特徴とする請求項７に記載の配線基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、配線基板及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

配線基板においては、絶縁層の一方の面の上に配線層が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第１０７６４９９５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

配線基板は用途によって、配線層に大きな電流が流れることがある。配線基板に大電流を流すために、配線の厚さを高くすることが考えられるが、配線ピッチによっては絶縁が十分に確保できない問題が生じる。

【0005】

本開示は、絶縁性を確保し、より大きな電流を流すことができる配線基板及びそ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】

【0006】

本開示の一形態によれば、絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に設けられた配線層と、を有し、前記配線層は、めっき層と、前記めっき層の上に形成され、導電性材料の焼結体からなる導電層と、を有する配線基板が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、絶縁性を確保し、より大きな電流を流すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】参考例に係る配線層の形成方法を示す断面図である。

【図2】参考例においてめっき層を厚く形成した場合の配線を示す断面図である。

【図3】第１実施形態に係る配線基板を示す断面図である。

【図4】導電層の一例を示す模式的断面図である。

【図5】第１実施形態に係る配線基板の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図6】第１実施形態に係る配線基板の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図7】第１実施形態に係る配線基板の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図8】第１実施形態に係る配線基板の製造方法を示す断面図（その４）である。

【図9】第１実施形態に係る配線基板の製造方法を示す断面図（その５）である。

【図10】第１実施形態に配線基板の使用形態を示す断面図である。

【図11】第２実施形態に係る配線基板を示す断面図である。

【図12】第３実施形態に係る配線基板を示す断面図である。

【図13】第４実施形態に係る配線基板を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本願発明者は、大電流化の要請に応えるべく鋭意検討を行った。例えば、配線層に含まれる配線の断面積を大きくすれば、大きな電流を流すことができる。ただし、配線の幅を大きくした場合には、配線基板が大面積化してしまう。その一方で、配線の厚さを大きくした場合には、配線基板の大面積化は避けられると考えられる。そこで、本願発明者は、配線層をサブトラクティブ法により厚く形成することについて検討した。

【0010】

しかしながら、配線層をサブトラクティブ法により厚く形成した場合には、隣り合う配線の間での絶縁性を確保しにくくなることが明らかになった。ここで、参考例に基づいて、絶縁性を確保しにくくなる現象について説明する。図１は、参考例に係る配線層の形成方法を示す断面図である。本開示では、便宜上、絶縁層の一方の側を上側ということがあり、他方の側を下側ということがある。また、絶縁層の上記一方の側の面を一方の面又は上面、上記他方の側の面を他方の面又は下面ということがある。但し、配線基板は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。

【0011】

この参考例では、絶縁層の一方の面に配線層を形成する。配線層の形成にあたり、図１（ａ）に示すように、絶縁層９１０の一方の面にシード層９５１を形成し、シード層９５１の上にめっき層９５２を形成する。ここでは、シード層９５１及びめっき層９５２の総厚さが１００μｍであるとする。

【0012】

次いで、図１（ｂ）に示すように、隣り合う配線の間のスペースに対応する開口９６１を備えたレジスト層９６０をめっき層９５２の上に形成する。ここでは、後述するめっき層９５２及びシード層９５１のエッチング後において隣り合うめっき層９５２の上端の間の距離Ｌ０（図１（ｃ）参照）が２００μｍになるように、開口９６１が形成されているとする。

【0013】

その後、図１（ｃ）に示すように、レジスト層９６０をマスクとして用いてめっき層９５２及びシード層９５１をエッチングして配線９５９を形成する。このとき、エッチングはめっき層９５２の上面に垂直には進行せず、図１（ｃ）に示すように、テーパ状に進行する。従って、シード層９５１が絶縁層９１０に接するボトム部分において、隣り合うシード層９５１の下端の間の距離Ｌ１は、隣り合うめっき層９５２の上端の間の距離Ｌ０よりも小さくなる。例えば、距離Ｌ１は１４０μｍとなる。配線基板の用途において距離Ｌ１が１４０μｍ以上であれば十分な絶縁性が確保できるといえる場合、この方法で得られた配線９５９に特に問題はない。

【0014】

しかしながら、大電流化に応えるべくめっき層９５２を厚く形成した場合、次のように、１００μｍ以上の距離Ｌ１が得られなくなることがある。図２は、参考例においてめっき層を厚く形成した場合の配線を示す断面図である。ここでは、シード層９５１及びめっき層９５２の総厚さが２００μｍであるとする。この場合、隣り合うめっき層９５２の上端の間の距離Ｌ０が２００μｍとなるレジスト層９６０をマスクとして用いると、ボトム部分での隣り合う配線９５９の間の距離Ｌ１は更に小さくなる。例えば、距離Ｌ１は４０μｍとなる。従って、この方法で得られた配線９５９は十分な絶縁性を確保できないこととなる。

【0015】

シード層９５１及びめっき層９５２の総厚さを２００μｍとしながら距離Ｌ１を１４０μｍ以上とするために、距離Ｌ０を大きくすることも考えられる。しかしながら、この場合には、配線の幅を大きくした場合と同様に、配線基板が大面積化してしまう。

【0016】

本願発明者は、これらの新たな知見に基づき下記の諸態様に想到した。

【0017】

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。

【0018】

（第１実施形態）
［配線基板の構造］
まず、第１実施形態に係る配線基板の構造について説明する。図３は、第１実施形態に係る配線基板を示す断面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）中の一部を拡大して示す断面図である。

【0019】

第１実施形態に係る配線基板１では、絶縁層１０にビアホール２１が形成されている。例えば、ビアホール２１の径は、絶縁層１０の一方の端部（上端）において、他方の端部（下端）よりも大きくなっており、ビアホール２１の側面はテーパ状の傾斜面となっている。複数のビアホール２１が形成されていてもよい。絶縁層１０は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁樹脂から構成されている。

【0020】

ビアホール２１内と、絶縁層１０の一方の面１１の上に、複数の配線５９を含む配線層５４が形成されている。配線層５４は、シード層５１と、シード層５１の上に形成されためっき層５２と、めっき層５２の上に形成された導電層５３とを有する。シード層５１は、例えば銅層である。めっき層５２は、例えば銅めっき層である。導電層５３は、例えば銅焼結体等の焼結体からなる。シード層５１は、絶縁層１０の他方の面１２においてビアホール２１から露出している。導電層５３は、互いに積層された複数の焼結層７３を含んでいてもよく、単一の焼結層７３を含んでいてもよい。配線層５４の表面にめっき処理が施されていてもよい。

【0021】

導電層５３の幅の大きさは、めっき層５２の上面（導電層５３と接する面）の幅の大きさと同じであっても良い。また、導電層５３は、焼結により形成されるため、めっき層５２の上面の幅よりも小さく、めっき層５２の上面の一部が露出しても良い。導電層５３は、めっき層５２の下面（シード層５１を接する面）の幅の大きさより小さい。導電層５３において、複数の焼結層７３から構成する場合は、焼結層７３の側面は、図３に示すように面一としても良いし、窪んだり、突出したりしていても良い。

【0022】

図４は、図３（ｂ）の点線囲み線Ａの部分を拡大した導電層５３の一例を示す模式的断面図である。導電層５３を構成する焼結体に鬆があってもよい。つまり、図４に示すように、導電層５３の内部に隙間５７が存在してもよい。めっき層５２には鬆（隙間）は存在しない。また、導電層５３の表面は、凸凹していても良い。めっき層５２及び導電層５３の厚さ方向に平行な面の電子顕微鏡観察を行ったときに、導電層５３がめっき層５２よりも疎であってもよい。また、めっき層５２の電気抵抗率が導電層５３の電気抵抗率よりも低くてもよい。

【0023】

［配線基板の製造方法］
次に、第１実施形態に係る配線基板１の製造方法について説明する。図５～図９は、第１実施形態に係る配線基板１の製造方法を示す断面図である。図９（ａ）～（ｃ）は、それぞれ図６（ｃ）、図８（ａ）、図８（ｂ）中の一部を拡大して示す断面図である。

【0024】

まず、図５（ａ）に示すように、支持基板２０を準備し、支持基板２０の上に絶縁層１０を形成する。絶縁層１０としては、例えばエポキシ樹脂層、ポリイミド樹脂層等の絶縁樹脂層を形成することができる。絶縁層１０は、支持基板２０に接する面１２と、その反対側の面１１とを有する。

【0025】

次いで、図５（ｂ）に示すように、絶縁層１０にビアホール２１を形成する。ビアホール２１は、例えば、絶縁層１０の上側からレーザ光を照射することにより形成することができる。また、ビアホール２１をフォトリソグラフィ法によって形成してもよい。

【0026】

次いで、図５（ｃ）に示すように、絶縁層１０の一方の面１１と、ビアホール２１の側面と、支持基板２０のビアホール２１から露出した面とにシード層５１を形成する。シード層５１は、例えばスパッタ法により形成することができる。

【0027】

次いで、図６（ａ）に示すように、シード層５１を給電経路として電解銅めっきを行うことで、シード層５１の上にめっき層５２を形成する。めっき層５２の厚さは、例えば５０μｍ～１００μｍ程度とする。

【0028】

次いで、図６（ｂ）に示すように、隣り合う配線５９の間のスペースに対応する開口６１を備えたレジスト層６０をめっき層５２の上に形成する。レジスト層６０としては、例えば、ドライフィルムレジスト等を用いることができ、露光及び現像によりレジスト層６０に開口６１を形成する。

【0029】

次いで、図６（ｃ）に示すように、レジスト層６０をマスクとして用いてめっき層５２及びシード層５１をエッチングする。このとき、エッチングはめっき層５２の上面に垂直には進行せず、図９（ａ）に示すように、テーパ状に進行する。従って、シード層５１が絶縁層１０に接するボトム部分において、隣り合うシード層５１の下端の間の距離Ｌ１は、隣り合うめっき層５２の上端の間の距離Ｌ０よりも小さくなる。本実施形態では、このようなエッチングの特性を考慮して、隣り合うシード層５１の間で十分な絶縁性が確保できるように、隣り合うめっき層５２の上端の間の距離Ｌ０を設定しておく。エッチング前のめっき層５２は第１層の一例である。

【0030】

次いで、図７（ａ）に示すように、レジスト層６０を除去し、めっき層５２及びシード層５１を覆う感光性導電材料７０を設ける。感光性導電材料７０は、例えば、基剤としての感光性有機材料と、金、銀、銀パラジウム合金、銅、白金又はタングステン等の導電性粒子とを含む。ここでは、感光性有機材料としてネガ型の感光性有機材料を用いるが、ポジ型の感光性有機材料を用いてもよい。感光性導電材料７０は、例えば塗布により設けることができる。フィルム状の感光性導電材料を用いてもよい。例えば、感光性導電材料７０の厚さは、めっき層５２の上で５μｍ～１５μｍ程度とする。なお、感光性導電材料７０は、絶縁層１０に予め形成しておいたアライメントマーク（図示せず）が確認できるように設けることが好ましい。例えば、感光性導電材料７０は、アライメントマーク（図示せず）を露出して設けることが好ましい。

【0031】

次いで、図７（ｂ）に示すように、感光性導電材料７０のめっき層５２の上の部分を露光することにより、露光部７１を形成する。感光性導電材料７０の残部は未露光部７２となる。感光性導電材料７０の露光の際に、アライメントマークを用いた位置合わせを行うことができる。

【0032】

次いで、感光性導電材料７０を現像する。この結果、図７（ｃ）に示すように、未露光部７２が現像液に溶解して除去され、露光部７１がめっき層５２の上に残存する。

【0033】

次いで、図８（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、露光部７１の焼成を行うことにより、導電性粒子の焼結体からなる焼結層７３を得る。焼結層７３の厚さは、概ね、感光性導電材料７０のめっき層５２の上の部分の厚さと同程度であり、例えば５μｍ～１５μｍ程度である。

【0034】

次いで、感光性導電材料７０の塗布（図７（ａ））から露光部７１の焼成（図８（ａ））までを繰り返し、図８（ｂ）及び図９（ｃ）に示すように、複数の焼結層７３を含む導電層５３を得る。この結果、シード層５１、めっき層５２及び導電層５３を備えた配線層５４が得られる。上記の繰り返しを省略して、導電層５３が単一の焼結層７３から構成されていてもよい。配線層５４に、ニッケルめっき処理、パラジウムめっき処理及び金めっき処理をこの順で施してもよい。他のめっき処理を配線層５４に施してもよい。配線層５４に複数の配線５９が含まれる。このようにして、配線基板１を得ることができる。

【0035】

次いで、配線基板１を支持基板２０から取り外す。

【0036】

本実施形態では、エッチング後のめっき層５２の上に導電層５３を形成している。また、導電層５３の形成に際しては、感光性導電材料７０の露光、現像及び焼成を行って焼結層７３を形成し、これを適宜繰り返す。このため、めっき層５２を厚く形成せずとも、大電流を流すために十分な厚さの配線層５４を得ることができる。つまり、本実施形態によれば、大面積化を避けつつ、十分な絶縁性を確保しながら、より大きな電流を流すことが可能となる。

【0037】

ここで、第１実施形態に配線基板１の使用形態の一例について説明する。図１０は、第１実施形態に配線基板１の使用形態を示す断面図である。

【0038】

図１０に示すように、配線基板１は、例えば他方の面１２に半導体素子３０が搭載されて使用される。このとき、配線基板１の他方の面１２から露出したシード層５１が接続部４１として機能する。半導体素子３０は、例えば、能動素子としての電子部品（例えば、中央処理装置（central processing unit：ＣＰＵ）やメモリ等のシリコンチップ）やＭＯＳ型電界効果トランジスタ（field effect transistor：ＦＥＴ）等のトランジスタ又はレジスタ等である。半導体素子３０の一方の面に複数の電極３１が設けられている。電極３１はビアホール２１に対応するように配置されており、一部の接続部４１に接続される。また、他の接続部４１は、他の半導体素子に接続されてもよく、他の配線基板に接続されてもよい。また、絶縁層１０の一方の面１１に、配線層５４の表面の一部（導電層５３の表面の一部）を露出する開口部を備えた保護絶縁層（ソルダーレジスト層など）を形成してもよい。導電層５３の表面に凸凹が形成されている場合、この凸凹により接触面積が増えるため、保護絶縁層との密着性を向上させることができる。また、はんだ等の接続部材においても、導電層５３の表面に設けられた凸凹により接触面積が増えるため、密着性を向上させることができる。

【0039】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図１１は、第２実施形態に係る配線基板を示す断面図である。

【0040】

図１１に示すように、第２実施形態に係る配線基板２は、配線基板１においてシード層５１のビアホール２１から露出している面の上に配線層１５４を有する。配線層１５４は、シード層５１に接するシード層１５１と、シード層１５１の他方の側に形成されためっき層１５２とを有する。

【0041】

他の構成は第１実施形態と同様である。

【0042】

第２実施形態によっても第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0043】

第２実施形態では、例えば、配線層１５４が半導体素子、他の配線基板との接続部として用いられる。

【0044】

第２実施形態に係る配線基板２を製造する際には、例えば、配線基板１を製造した後、サブトラクティブ法により配線層１５４を形成してもよい。

【0045】

配線層１５４がめっき層１５２の上に導電層５３と同様の導電層を更に有してもよい。

【0046】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。図１２は、第３実施形態に係る配線基板を示す断面図である。

【0047】

図１２に示すように、第３実施形態に係る配線基板３は、絶縁層１０に埋め込まれ、他方の面１２に露出するめっき層２５２を有する。ビアホール２１は、一方の面１１からめっき層２５２の一方の面に達しており、シード層５１は、めっき層２５２の一方の面に接する。めっき層２５２の表面（半導体素子３０と接続される面）は、絶縁層１０の他方の面１２と面一とすることができる。

【0048】

他の構成は第１実施形態と同様である。

【0049】

第３実施形態によっても第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0050】

第３実施形態では、例えば、めっき層２５２が半導体素子、他の配線基板との接続部として用いられる。

【0051】

第３実施形態に係る配線基板３を製造する際には、例えば、支持基板２０として、一方の面に剥離可能な銅箔が形成された支持基板を用い、絶縁層１０の形成前に銅箔の上にめっき層２５２を形成してもよい。

【0052】

めっき層２５２の表面（半導体素子３０と接続される面）が他方の面１２から凹んでいてもよい。

【0053】

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。図１３は、第４実施形態に係る配線基板を示す断面図である。

【0054】

図１３に示すように、第４実施形態に係る配線基板４では、絶縁層１０の上に絶縁層９１が形成されている。絶縁層９１には、配線層５４の接続部に到達するビアホール２２が形成されており、絶縁層９１の上に、ビアホール２２内のビア導体を介して配線層５４に接続される配線層５５が形成されている。更に、絶縁層９１の上に絶縁層９２が形成されている。絶縁層９２には、配線層５５の接続部に到達するビアホール２３が形成されており、絶縁層９２の上に、ビアホール２３内のビア導体を介して配線層５５に接続される配線層５６が形成されている。配線層５５及び５６は、配線層５４と同様に、シード層、めっき層及び導電層を有する。

【0055】

他の構成は第１実施形態と同様である。このように、第４実施形態には、多層配線が設けられている。

【0056】

第４実施形態によっても第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0057】

第４実施形態に係る配線基板４を製造する際には、例えば、第１実施形態において、配線基板１を支持基板２０から取り外す前に、絶縁層９１、配線層５５、絶縁層９２及び配線層５６をこの順で形成し、配線層５６の形成後に配線基板４を支持基板２０から取り外してもよい。配線層５５及び５６は、配線層５４と同様の方法で形成する。

【0058】

なお、本開示において、配線基板がコアを有していてもよく、コアを有していなくてもよい。

【0059】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0060】

１、２、３、４ 配線基板
１０、９１、９２ 絶縁層
１１、１２ 面
２０ 支持基板
２１、２２、２３ ビアホール
３０ 半導体素子
５１、１５１ シード層
５２、１５２、２５２ めっき層
５３ 導電層
５４、５５、５６、１５４ 配線層
５７ 隙間
５９ 配線
６０ レジスト層
６１ 開口
７０ 感光性導電材料
７３ 焼結層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】