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発明の名称 パッケージ基板及びその製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−94007(P2001−94007A)
公開日 平成13年4月6日(2001.4.6)
出願番号 特願平11−269139
出願日 平成11年9月22日(1999.9.22)
代理人 【識別番号】100095795
【弁理士】
【氏名又は名称】田下 明人 (外1名)
【テーマコード(参考)】
4E068
5E346
【Fターム(参考)】
4E068 AF01 CD10 DA11 
5E346 AA12 AA15 AA17 BB01 BB16 CC08 EE31 EE38 GG02 GG15 GG27 HH25 HH26
発明者 浅井 元雄 / 王 東冬 / 島田 憲一 / 関根 浩司
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 上面にICチップへ接続するための端子を備え、下面に外部接続基板へ接続するための端子を備え、上面及び下面にソルダーレジスト層を配設したパッケージ基板であって、前記上面側のソルダーレジスト層に、前記端子を露出させるためのエキシマレーザによる開口を形成し、前記下面側のソルダーレジスト層に、前記端子を露出させるための炭酸ガスレーザによる開口を形成したことを特徴とするパッケージ基板。
【請求項2】 前記炭酸ガスレーザによる開口の側壁に、縞状に凹凸が形成されてなることを特徴とする請求項1のパッケージ基板。
【請求項3】 前記ソルダーレジスト層として、熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との複合体からなることを特徴とする請求項2のプリント配線板。
【請求項4】 少なくとも以下の(a)、(b)、(c)の工程を含むことを特徴とするパッケージ基板の製造方法:(a)上面にICチップへ接続するための端子を、下面に外部接続基板へ接続するための端子を備えた基板の表面に、ソルダーレジスト層を形成する工程、(b)前記上面側のソルダーレジスト層に、前記端子に対応する通孔を備えるマスクを介してエキシマレーザを照射し、前記端子に至る開口を形成する工程、(c)前記下面側のソルダーレジスト層に炭酸ガスレーザを照射し、前記端子に至る開口を形成する工程。
【請求項5】 前記下面側のソルダーレジスト層に開口を形成する工程において、炭酸ガスレーザをソルダーレジスト層下の前記端子に垂直に照射し、該端子からの反射波と入射波との干渉を生ぜしめることで、当該開口の側壁に縞状に凹凸を形成することを特徴とする請求項4に記載のプリント配線板の製造方法。
【請求項6】 更に、上面側のソルダーレジスト層に炭酸ガスレーザを照射し、位置決めマークに至る開口を設ける工程を行う請求項4のパッケージ基板の製造方法。
【請求項7】 前記炭酸ガスレーザで開口を形成する工程において、シングルモードのレーザを照射することを特徴とする請求項4のパッケージ基板の製造方法。
【請求項8】 少なくとも以下の(a)、(b)、(c)の工程を含むことを特徴とするパッケージ基板の製造方法:(a)上面にICチップへ接続するための端子を備え、下面に外部接続基板へ接続するための端子を備えた基板の表面に、ソルダーレジスト層を形成する工程、(b)前記下面側のソルダーレジスト層を露光・現像し、前記端子に至る開口を形成する工程、(b)前記上面側のソルダーレジスト層に、前記端子に対応する通孔を備えるマスクを介してエキシマレーザを照射し、前記端子に至る開口を形成する工程。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、層間樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層してなり、表面にソルダーレジスト層を被覆したICチップ搭載用のパッケージ基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】パッケージ基板は、コア基板の両面に層間樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層することにより形成される。該パッケージ基板では、表面にソルダーレジスト層を配設し、該ソルダーレジスト層に設けた開口に外部接続用の半田バンプを設けている。ここで、ソルダーレジスト層の開口は、ソルダーレジストとして感光性樹脂を用い、開口に相当する位置に黒円の描かれたマスクを介してソルダーレジストを感光させ、黒円位置に相当する未感光部分を溶解することにより形成していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記フォトリソグラフィーによる方法では、微細な開口を狭ピッチで形成することができず、パッケージ基板の高集積化のために要求される性能を満たし得ないことがある。
【0004】このため、本発明者は、ソルダーレジスト層に炭酸ガスレーザを用いて開口を形成することを案出した。しかしながら、炭酸ガスレーザを用いてもICチップ接続端子用の小径の開口を、正確な位置に形成することは困難であり、更に、炭酸ガスレーザを照射して微細な開口を1孔ずつ穿設すると、加工時間が長くなることが予想された。
【0005】本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、配線密度を高めたパッケージ基板及びその製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項1は、上面にICチップへ接続するための端子を備え、下面に外部接続基板へ接続するための端子を備え、上面及び下面にソルダーレジスト層を配設したパッケージ基板であって、前記上面側のソルダーレジスト層に、前記端子を露出させるためのエキシマレーザによる開口を形成し、前記下面側のソルダーレジスト層に、前記端子を露出させるための炭酸ガスレーザによる開口を形成したことを技術的特徴とする。
【0007】請求項1では、ソルダーレジスト層にレーザで貫通孔を穿設するため、感光性樹脂に限定されることなく、ソルダーレジスト層として種々の材料を用いることが可能となる。また、ソルダーレジストの樹脂残りによる導通不良を低減させることができる。更に、ICチップへの接続端子の開口をエキシマレーザで形成するため、当該端子に相当する通孔を備えるマスクを用いることで、微細な開口を狭ピッチで正確に形成することができる。一方、外部端子への接続端子の開口を炭酸ガスレーザで形成するため、大径の開口を容易に形成することができる。
【0008】請求項2の発明では、炭酸ガスレーザによる開口の側壁に縞状の凹凸を形成してあるため、該開口に金属膜を形成する際に、密着させることができる。
【0009】請求項3の発明では、ソルダーレジスト層が、熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との複合体からなるため、炭酸ガスレーザにより貫通孔側面に縞状の凹凸を形成し易い。なお、熱可塑性樹脂のみの場合は、樹脂が溶融してしまし、明確な凹凸形状の形成が困難である。
【0010】請求項4は、少なくとも以下の(a)、(b)、(c)の工程を含むことを特徴とするパッケージ基板の製造方法にある:(a)上面にICチップへ接続するための端子を、下面に外部接続基板へ接続するための端子を備えた基板の表面にソルダーレジスト層を形成する工程、(b)前記上面側のソルダーレジスト層に、前記端子に対応する通孔を備えるマスクを介してエキシマレーザを照射し、前記端子に至る開口を形成する工程、(c)前記下面側のソルダーレジスト層に炭酸ガスレーザを照射し、前記端子に至る開口を形成する工程。
【0011】請求項4の発明では、ソルダーレジスト層にレーザで貫通孔を穿設するため、感光性樹脂に限定されることなく、ソルダーレジスト層として種々の材料を用いることが可能となる。また、ソルダーレジストの樹脂残りによる導通不良を低減させることができる。更に、ICチップへの接続端子の開口をエキシマレーザで形成するため、当該端子に相当する通孔を備えるマスクを用いることで、微細な開口を狭ピッチで正確に形成することができる。一方、外部端子への接続端子の開口を炭酸ガスレーザで形成するため、大径の開口を容易に形成することができる。
【0012】請求項5の発明では、貫通孔を形成する工程において、炭酸ガスレーザの反射波と入射波との干渉を生ぜしめることで、当該貫通孔の側壁に縞状の凹凸を形成するため、該貫通孔に金属膜を形成する際に、当該貫通孔に密着させることができる。
【0013】請求項6の発明では、位置決めマークの開口を炭酸ガスレーザで形成するため、大径の開口を容易に形成することができる。
【0014】請求項7の発明では、ビーム径を大きくすることができるシングルモードのレーザを照射するため、他のプリント配線板(例えば、マザーボード)への接続用のバンプを形成するための大径の開口をソルダーレジスト層に形成することが可能になる。
【0015】請求項8は、少なくとも以下の(a)、(b)、(c)の工程を含むことを特徴とするパッケージ基板の製造方法:(a)上面にICチップへ接続するための端子を備え、下面に外部接続基板へ接続するための端子を備えた基板の表面にソルダーレジスト層を形成する工程、(b)前記下面側のソルダーレジスト層を露光・現像し、前記端子に至る開口を形成する工程、(c)前記上面側のソルダーレジスト層に、前記端子に対応する通孔を備えるマスクを介してエキシマレーザを照射し、前記端子に至る開口を形成する工程。
【0016】請求項8の発明では、ICチップへの接続端子の開口をエキシマレーザで形成するため、当該端子に相当する通孔を備えるマスクを用いることで、微細な開口を狭ピッチで正確に形成することができる。一方、外部端子への接続端子の開口を露光・現像によって形成するため、大径の開口を容易に形成することができる。
【0017】なお、パッケージ基板の表面に付加するソルダーレジスト層としては、熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との複合体を使用でき、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂のアクリレート、ノボラック型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂のアクリレートをアミン系硬化剤やイミダゾール硬化剤などで硬化させた樹脂を使用できる。また、1GHzにおける誘電率が3.0以下の樹脂も用いることができる。更に誘電正接が0.01以下である樹脂が望ましい。その樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリフェニレンエーテル(PPE)、フッ素樹脂の内のいずれか1種類以上含有したものがよい。それらを使用することによって、電子信号の遅延やエラーが発生しなくなる。
【0018】一方、このようなソルダーレジスト層は、剛直骨格を持つ樹脂で構成されるので剥離が生じることがある。このため、補強層を設けることでソルダーレジスト層の剥離を防止することもできる。
【0019】ここで、上記ノボラック型エポキシ樹脂のアクリレートとしては、フェノールノボラックやクレゾールノボラックのグリシジルエーテルを、アクリル酸やメタクリル酸などと反応させたエポキシ樹脂などを用いることができる。
【0020】上記イミダゾール硬化剤は、25℃で液状であることが望ましい。液状であれば均一混合できるからである。このような液状イミダゾール硬化剤としては、1-ベンジル−2-メチルイミダゾール(品名:1B2MZ )、1-シアノエチル−2-エチル−4-メチルイミダゾール(品名:2E4MZ-CN)、4-メチル−2-エチルイミダゾール(品名:2E4MZ )を用いることができる。
【0021】このイミダゾール硬化剤の添加量は、上記ソルダーレジスト組成物の総固形分に対して1〜10重量%とすることが望ましい。この理由は、添加量がこの範囲内にあれば均一混合がしやすいからである。
【0022】上記ソルダーレジストの硬化前組成物は、溶媒としてグリコールエーテル系の溶剤を使用することが望ましい。このような組成物を用いたソルダーレジスト層は、遊離酸が発生せず、銅パッド表面を酸化させない。また、人体に対する有害性も少ない。
【0023】このようなグリコールエーテル系溶媒としては、下記構造式のもの、特に望ましくは、ジエチレングリコールジメチルエーテル(DMDG)およびトリエチレングリコールジメチルエーテル(DMTG)から選ばれるいずれか少なくとも1種を用いる。これらの溶剤は、30〜50℃程度の加温により反応開始剤であるベンゾフェノンやミヒラーケトンを完全に溶解させることができるからである。
CH O - (CH CH O) −CH(n=1〜5)
このグリコールエーテル系の溶媒は、ソルダーレジスト組成物の全重量に対して10〜70wt%がよい。
【0024】以上説明したようなソルダーレジスト組成物には、その他に、各種消泡剤やレベリング剤、耐熱性や耐塩基性の改善と可撓性付与のために熱硬化性樹脂、解像度改善のために感光性モノマーなどを添加することができる。例えば、レベリング剤としてはアクリル酸エステルの重合体からなるものがよい。また、開始剤としては、チバガイギー製のイルガキュアI907、光増感剤としては日本化薬製のDETX−Sがよい。さらに、ソルダーレジスト組成物には、色素や顔料を添加してもよい。配線パターンを隠蔽できるからである。この色素としてはフタロシアニングリーンを用いることが望ましい。
【0025】添加成分としての上記熱硬化性樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂を用いることができる。このビスフェノール型エポキシ樹脂には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂があり、耐塩基性を重視する場合には前者が、低粘度化が要求される場合(塗布性を重視する場合)には後者がよい。
【0026】添加成分としての上記感光性モノマーとしては、多価アクリル系モノマーを用いることができる。多価アクリル系モノマーは、解像度を向上させることができるからである。例えば、多価アクリル系モノマーとして、日本化薬製のDPE−6A、共栄社化学製のR−604を用いることができる。また、これらのソルダーレジスト組成物は、25℃で0.5〜10Pa・s、より望ましくは1〜10Pa・sがよい。ロールコータで塗布しやすい粘度だからである。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係るパッケージ基板及びその製造方法について図を参照して説明する。先ず、本発明の第1実施形態に係るパッケージ基板10の構成について、図6〜図8を参照して説明する。図6は、ICチップ搭載前のパッケージ基板10の断面図を示し、図7(A)は、図6に示すパッケージ基板の上面を、図7(B)は底面を示し、図8は、図6に示すパッケージ基板10にICチップ90を載置し、ドータボード94へ取り付けた状態を示している。
【0028】図6に示すようにパッケージ基板10では、コア基板30内にスルーホール36が形成され、該コア基板30の両面には導体回路34が形成されている。また、該コア基板30の上には、バイアホール60及び導体回路58の形成された下層側層間樹脂絶縁層50が配設されている。該下層層間樹脂絶縁層50の上には、バイアホール160及び導体回路158が形成された上層層間樹脂絶縁層150が配置されている。上層層間樹脂絶縁層150の上には、ソルダーレジスト層70が配設されている。
【0029】図7(A)に示すように、パッケージ基板10の上面には、ソルダーレジスト層70の開口71Uに、ICチップへの接続用の半田バンプ76Uが配設され、開口71Oにより位置決めマーク79が露出されている。ここで、開口71Uは、直径Φ1が85μmで、ピッチP1が250μmで形成されている。
【0030】一方、図7(B)に示すようにパッケージ基板の底面には、ソルダーレジスト層70の開口71Dに、ドータボードへの接続用の半田バンプ76Dが配設されている。ここで、開口71Dは、直径Φ2が150μmで、ピッチP1が600μmで形成されている。
【0031】図6に示すように該半田バンプ76Uは、層間樹脂絶縁層150に形成されたバイアホール160及び層間樹脂絶縁層50に形成されたバイアホール60を介してスルーホール36へ接続されている。一方、該半田バンプ76Dは、層間樹脂絶縁層150に形成されたバイアホール160及び層間樹脂絶縁層50に形成されたバイアホール60を介してスルーホール36へ接続されている。
【0032】半田バンプ76U、76Dは、ソルダーレジスト層70に穿設した開口71U、71D下の導体回路158及びバイアホール160に、ニッケルめっき層72及び金めっき層74を介して配設される。ソルダーレジスト層70のICチップ側開口71Uはエキシマレーザで、ドータボード側開口71Dは、炭酸ガスレーザにより穿設されている。即ち、本実施形態では、ソルダーレジスト層70にレーザで開口を穿設するため、感光性樹脂に限定されることなく、ソルダーレジスト層として電気特性に優れた種々の材料を用いることが可能となる。
【0033】ここで、エキシマレーザでICチップ側の開口71Uを形成する際に、後述するように開口形成位置に対応する通孔を設けたマスクを用いることで、開口71Uを一括して形成することができる。一方、炭酸ガスレーザにてドータボード側の開口71Dを穿設する際に、側壁にレーザ光干渉による縞状の凹凸を形成するため、ニッケルめっき層72を密着させることができ、半田バンプ76Dの接続信頼性を高めることができる。
【0034】以下、本発明の第1実施形態に係る多層パッケージ基板の製造方法について図を参照して説明する。ここでは先ず、上面側のソルダーレジスト層70に開口71Uを穿設するエキシマレーザ装置の概略構成について、図13を参照して説明する。
【0035】X−Y方向に移動するテーブル190に取り付けられたパッケージ基板10の上には、図6に示す開口形成位置に対応する通孔78aが穿設されたマスク78が載置されている。レーザ発振器80から出た光は、基板上の焦点を鮮明にするための転写用マスク82を経由してマスク78に照射され、通孔78aを通過してソルダーレジスト層70に開口71Uを形成する。
【0036】次に、底面側のソルダーレジスト層70に開口71Dを穿設する炭酸ガスレーザの概略構成について、図14を参照して説明する。実施態様に係るレーザ装置としては、三菱電機製のML505GTを用いる。また、CO2レーザ発信器180としては、三菱電機製のML5003D2を用いる。
【0037】レーザ発振器180から出た光は、基板上の焦点を鮮明にするための転写用マスク182を経由してガルバノヘッド170へ入射する。ガルバノヘッド170は、レーザ光をX方向にスキャンするガルバノミラー174XとY方向にスキャンするガルバノミラー174Yとの2枚で1組のガルバノミラーから構成されており、このミラー174X、174Yは制御用のモータ172X、172Yにより駆動される。モータ172X、172Yは図示しない制御装置からの制御指令に応じて、ミラー174X、174Yの角度を調整すると共に、内蔵しているエンコーダからの検出信号を該コンピュータ側へ送出するよう構成されている。
【0038】レーザ光は、ガルバノミラー174X、174Yを経由してそれぞれX−Y方向にスキャンされてf−θレンズ176を通り、ソルダーレジスト層70に半田バンプ用の開口(貫通孔)71D及び位置決めマーク79用の開口71Oを形成する。基板10は、X−Y方向に移動するX−Yテーブル190に載置されている。
【0039】パッケージ基板の製造方法について説明を続ける。ここでは、第1実施形態の多層パッケージ基板の製造方法に用いるA.無電解めっき用接着剤、B.層間樹脂絶縁剤、C.樹脂充填剤、D.ソルダーレジスト組成物の組成について説明する。
【0040】A.無電解めっき用接着剤調製用の原料組成物(上層用接着剤)
〔樹脂組成物■〕クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬製、分子量2500)の25%アクリル化物を80wt%の濃度でDMDGに溶解させた樹脂液を35重量部、感光性モノマ(東亜合成製、アロニックスM315 )3.15重量部、消泡剤(サンノプコ製、S−65)0.5 重量部、NMP 3.6重量部を攪拌混合して得た。必要に応じて感光性モノマーである多価アクリルモノマー(日本化薬製、R604 )を混合する。
【0041】〔樹脂組成物■〕ポリエーテルスルフォン(PES)12重量部、エポキシ樹脂粒子(三洋化成製、ポリマーポール)の平均粒径 1.0μmのものを 7.2重量部、平均粒径 0.5μmのものを3.09重量部、を混合した後、さらにNMP30重量部を添加し、ビーズミルで攪拌混合して得た。
【0042】〔硬化剤組成物■〕イミダゾール硬化剤(四国化成製、2E4MZ-CN)2重量部、光開始剤(チバガイギー製、イルガキュア I−907 )2重量部、光増感剤(日本化薬製、DETX-S)0.2 重量部、NMP 1.5重量部を攪拌混合して得た。
【0043】B.層間樹脂絶縁剤調製用の原料組成物(下層用接着剤)
〔樹脂組成物■〕クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬製、分子量2500)の25%アクリル化物を80wt%の濃度でDMDGに溶解させた樹脂液を35重量部、感光性モノマー(東亜合成製、アロニックスM315 )4重量部、消泡剤(サンノプコ製、S−65)0.5 重量部、NMP 3.6重量部を攪拌混合して得た。
【0044】〔樹脂組成物■〕ポリエーテルスルフォン(PES)12重量部、エポキシ樹脂粒子(三洋化成製、ポリマーポール)の平均粒径 0.5μmのものを 14.49重量部、を混合した後、さらにNMP30重量部を添加し、ビーズミルで攪拌混合して得た。
【0045】〔硬化剤組成物■〕イミダゾール硬化剤(四国化成製、2E4MZ-CN)2重量部、光開始剤(チバガイギー製、イルガキュア I−907 )2重量部、光増感剤(日本化薬製、DETX-S)0.2 重量部、NMP1.5 重量部を攪拌混合して得た。
【0046】C.樹脂充填剤調製用の原料組成物〔樹脂組成物■〕ビスフェノールF型エポキシモノマー(油化シェル製、分子量310 、YL983U)100重量部、表面にシランカップリング剤がコーティングされた平均粒径 1.6μmのSiO球状粒子(アドマテック製、CRS 1101−CE、ここで、最大粒子の大きさは後述する内層銅パターンの厚み(15μm)以下とする) 170重量部、レベリング剤(サンノプコ製、ペレノールS4)1.5 重量部を攪拌混合することにより、その混合物の粘度を23±1℃で45,000〜49,000cps に調整して得た。
〔硬化剤組成物■〕イミダゾール硬化剤(四国化成製、2E4MZ-CN)6.5 重量部。
【0047】D.ソルダーレジスト組成物DMDGに溶解させた60重量%のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬製)のエポキシ基50%をアクリル化した感光性付与のオリゴマー(分子量4000)を 46.67g、メチルエチルケトンに溶解させた80重量%のビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シェル製、エピコート1001)15.0g、イミダゾール硬化剤(四国化成製、2E4MZ-CN)1.6 g、感光性モノマーである多価アクリルモノマー(日本化薬製、R604 )3g、同じく多価アクリルモノマー(共栄社化学製、DPE6A ) 1.5g、分散系消泡剤(サンノプコ社製、S−65)0.71gを混合し、さらにこの混合物に対して光開始剤としてのベンゾフェノン(関東化学製)を2g、光増感剤としてのミヒラーケトン(関東化学製)を 0.2g加えて、粘度を25℃で2.0Pa・sに調整したソルダーレジスト組成物を得た。
【0048】引き続き、本発明の第1実施形態に係るパッケージ基板の製造工程について図1乃至図6を参照して説明する。この第1実施形態では、パッケージ基板をセミアディティブ方により形成する。
【0049】(1)図1(A)に示すように厚さ0.8mmのガラスエポキシ樹脂またはBT(ビスマレイミドトリアジン)樹脂からなる基板30の両面に12μmの銅箔32がラミネートされている銅張積層板30Aを出発材料とした。まず、この銅張積層板30Aをドリル削孔し、無電解めっき処理を施し、パターン状にエッチングすることによりスルーホール36及び導体回路34を形成し、図1(B)に示すコア基板30を形成する。
【0050】(2) プレーン層34およびスルーホール36を形成した基板30を水洗いし、乾燥した後、酸化浴(黒化浴)として、NaOH(10g/l),NaClO (40g/l),NaPO(6g/l)、還元浴として、NaOH(10g/l),NaBH(6g/l)を用いた酸化−還元処理により、導体回路34およびスルーホール36の表面に粗化層38を設けた(図1(C)参照)。
【0051】(3) Cの樹脂充填剤調製用の原料組成物を混合混練して樹脂充填剤を得た。
【0052】(4) 前記(3) で得た樹脂充填剤40を、調製後24時間以内に基板30の両面にロールコータを用いて塗布することにより、導体回路34と導体回路34との間、及び、スルーホール36内に充填し、70℃,20分間で乾燥させ、他方の面についても同様にして樹脂充填剤40を導体回路34間あるいはスルーホール36内に充填し、70℃,20分間で加熱乾燥させた(図1(D)参照)。
【0053】(5) 前記(4) の処理を終えた基板30の片面を、#600 のベルト研磨紙(三共理化学製)を用いたベルトサンダー研磨により、導体回路34の表面やスルーホール36のランド36a表面に樹脂充填剤40が残らないように研磨し、次いで、前記ベルトサンダー研磨による傷を取り除くためのバフ研磨を行った。このような一連の研磨を基板の他方の面についても同様に行った(図2(A)参照)。次いで、100 ℃で1時間、120 ℃で3時間、 150℃で1時間、 180℃で7時間の加熱処理を行って樹脂充填剤40を硬化した。
【0054】(6) 導体回路34を形成した基板30にアルカリ脱脂してソフトエッチングして、次いで、塩化パラジウウムと有機酸からなる触媒溶液で処理して、Pd触媒を付与し、この触媒を活性化した後、硫酸銅3.2×10−2mol/l、硫酸ニッケル3.9×10−3mol/l、錯化剤5.4×10−2mol/l、次亜りん酸ナトリウム3.3×10−1mol/l、ホウ酸5.0×10−1mol/l、界面活性剤(日信化学工業製、サーフィール465)0.1g/l、PH=9からなる無電解めっき液に浸積し、浸漬1分後に、4秒当たり1回に割合で縦、および、横振動させて、導体回路34、スルーホール36のランド36a及びバイアホールの底部60a表面にCu−Ni−Pからなる針状合金の被覆層と粗化層42を設けた(図2(B)参照)。
【0055】さらに、ホウフっ化スズ0.1mol/l、チオ尿素1.0mol/l、温度35℃、PH=1.2の条件でCu−Sn置換反応させ、粗化層の表面に厚さ0.3μmSn層(図示せず)を設けた。
【0056】(7) Bの層間樹脂絶縁剤調製用の原料組成物を攪拌混合し、粘度1.5 Pa・sに調整して層間樹脂絶縁剤(下層用)を得た。次いで、Aの無電解めっき用接着剤調製用の原料組成物を攪拌混合し、粘度7Pa・sに調整して無電解めっき用接着剤溶液(上層用)を得た。
【0057】(8) 前記(6) の基板の両面に、前記(7) で得られた粘度 1.5Pa・sの層間樹脂絶縁剤(下層用)44を調製後24時間以内にロールコータで塗布し、水平状態で20分間放置してから、60℃で30分の乾燥(プリベーク)を行い、次いで、前記(7)で得られた粘度7Pa・sの感光性の接着剤溶液(上層用)46を調製後24時間以内に塗布し、水平状態で20分間放置してから、60℃で30分の乾燥(指触乾燥)を行い、厚さ35μmの接着剤層50αを形成した(図2(C)参照)。
【0058】(9) 前記(8) で接着剤層を形成した基板30の両面に、PETフィルム51を密着させ(図2(D))、超高圧水銀灯により 500mJ/cmで露光した。さらに、当該基板30を超高圧水銀灯により3000mJ/cmで露光し、100 ℃で1時間、120 ℃で1時間、その後 150℃で3時間の加熱処理(ポストベーク)をすることにより、厚さ35μmの層間樹脂絶縁層(2層構造)50を形成した。その後、PETフィルム51を剥離した。
【0059】(10)引き続き、層間樹脂絶縁層50を形成した基板30に図14を参照して上述したレーザ装置のX−Yテーブル90に載置し、炭酸ガスレーザを照射することにより貫通孔48を形成した(図3(A))。なお、バイアホールとなる貫通孔48には、スズめっき層(図示せず)を部分的に露出させた。ここでは、直径60μmの貫通孔を形成するため、レーザ装置のレーザ発振器としてML5003Dを用い、1パルスエネルギー0.3mJ、パルス幅50μsec、マスク径0.5mm、パルスモードとしてバーストで、マルチモードで、波長10.6μmの炭酸ガスレーザを3ショット照射した。
【0060】(11)引き続き、貫通孔48が形成された基板30を、クロム酸に19分間浸漬し、層間樹脂絶縁層50の表面に存在するエポキシ樹脂粒子を溶解除去することにより、当該層間樹脂絶縁層50の表面を粗化し(図3(B)参照)、その後、中和溶液(シプレイ社製)に浸漬してから水洗いした。
【0061】(12)前記(10)の行程で表面を粗化した基盤30の表面に、パラジウム触媒(アトテック製)を付与することにより、層間樹脂絶縁層50の表面に触媒核を付ける。その後、以下に示す組成の無電解銅めっき水溶液中に基板30を浸漬して、全体に厚さ0.6μmの無電解めっき膜52を形成する(図3(C)参照)。
〔無電解めっき水溶液〕
EDTA 150 g/l硫酸銅 20 g/lHCHO 30 ml/lNaOH 40 g/lα、α’−ビピリジル 80 mg/lPEG 0.1 g/l〔無電解めっき条件〕70℃の液温度で30分【0062】(13)前記(11)で形成した無電解銅めっき膜52上に市販の感光性ドライフィルムを張り付け、マスクを載置して、100 mJ/cmで露光、0.8 %炭酸ナトリウムで現像処理し、厚さ15μmのめっきレジスト54を設けた(図3(D)参照)。
【0063】(14)ついで、レジスト非形成部分に以下の条件で電解銅めっきを施し、厚さ15μmの電解銅めっき膜56を形成した(図4(A)参照)。
〔電解めっき水溶液〕
硫酸 180 g/l 硫酸銅 80 g/l 添加剤(アトテックジャパン製、カパラシドGL)
1 ml/l〔電解めっき条件〕
電流密度 1A/dm時間 30分温度 室温【0064】(15)めっきレジスト54を5%KOHで剥離除去した後、そのめっきレジスト下の無電解めっき膜52を硫酸と過酸化水素の混合液でエッチング処理して溶解除去し、無電解銅めっき膜52と電解銅めっき膜56からなる厚さ18μmの導体回路58及びバイアホール60を形成した(図4(B))。
【0065】(16)(6) と同様の処理を行い、導体回路58及びバイアホール60の表面にCu-Ni-P からなる粗化面62を形成し、さらにその表面にSn置換を行った(図4(C)参照)。
【0066】(17)(7) 〜(16)の工程を繰り返すことにより、さらに上層の層間樹脂絶縁層150及びバイアホール160、導体回路158を形成することで、パッケージ基板を完成する(図4(D)参照)。なお、この上層の導体回路を形成する工程においては、Sn置換は行わなかった。
【0067】(18)そして、上述したパッケージ基板に半田バンプを形成する。前記(16)で得られた基板30両面に、上記D.にて説明したソルダーレジスト組成物を45μmの厚さで塗布する。次いで、70℃で20分間、70℃で30分間の乾燥処理(指触乾燥)を行った後、PETフィルムを(図示せず)を密着させ、1000mJ/cmの紫外線で露光し、そしてさらに、80℃で1時間、 100℃で1時間、 120℃で1時間、 150℃で3時間の条件で加熱処理してからPETフィルムを剥離して、ソルダーレジスト層(厚み20μm)70を形成する(図5(A))。
【0068】(19)その後、ソルダーレジスト層70を形成したパッケージ基板10に図13を参照して上述したレーザ装置のX−Yテーブル90に取り付け、パッケージ基板10に通孔78aの形成されたマスク78を載置する。そして、該マスク78へエキシマレーザを照射することで、上面(ICチップ側)のソルダーレジスト層70に貫通孔(開口)71Uを形成した(図5(B))。
【0069】ここで、図5(B)中のA部、即ち、ICチップ接続側の開口1Uを拡大して図9に示す。本実施形態においては、図13を参照して上述したように、端子位置に相当する通孔78aを備えるマスク78を用いることで、エキシマレーザにより微細径(85μm)の開口71Uを狭ピッチ(250μm)で同時に形成することができる。
【0070】このエキシマレーザによる開口(上側)71Uの拡大写真のスケッチを図10(A)及び図10(B)に示す。ここで、図10(A)は、貫通孔を斜め上から見た状態を、図10(B)は、真上から見た状態を示している。エキシマレーザによる開口71Uは、後述する炭酸ガスレーザによるものと異なり、干渉縞が発生することがない。
【0071】(20) パッケージ基板10を図14を参照して上述した炭酸ガスレーザ装置のX−Yテーブル190に載置し、底面(ドータボード)側のソルダーレジスト層70へ炭酸ガスレーザを照射することにより貫通孔(開口)71Dを形成した(図5(C))。同様に、上面のソルダーレジスト層70に炭酸ガスレーザを照射し、位置決めマーク79用の貫通孔(開口)71Oを形成した。
【0072】ここで、図5(B)中のB部、即ち、下側(マザーボード接続側)の貫通孔71Dを拡大して図11に示す。この下面側に600μmピッチで直径150μmの貫通孔71Dを形成するため、レーザ装置に、(ML505GT)に、レーザ発振器としてML5003D2を用い、1パルスエネルギー14mJ、パルス幅16μsec、マスク径10.0mm、パルスモードとしてバーストでシングルモード、波長10.6μmの炭酸ガスレーザを5ショット照射した。
【0073】本実施形態のパッケージ基板においては、炭酸ガスレーザをソルダーレジスト層70下の導体回路158に対して垂直に照射し、該導体回路からの反射波と入射波との干渉を生ぜしめることで、貫通孔71Dの側壁71aに干渉による縞状の凹凸(干渉縞と称する)を形成してある。該干渉縞のえぐられている部分の深さは、0.1〜5μm程度である。本実施形態では、ビーム径を大きくできるシングルモードの炭酸ガスレーザを照射するため、マザーボードへの接続用のバンプを形成するための相対的に大径(150〜650μm)の開口71Dを容易に形成することができる。
【0074】ソルダーレジスト層70に炭酸ガスレーザで穿設した貫通孔71D(下側)の拡大写真のスケッチを図12(A)、図12(B)及び図12(C)に示す。ここで、図12(A)は、真上から見た状態を、図12(B)は、貫通孔の側壁を側方から見た状態を、図12(C)は、貫通孔を斜め上から見た状態を示している。
【0075】本実施形態では、ソルダーレジスト層にレーザで貫通孔を穿設するため、ソルダーレジスト層として種々の材料を用いることが可能となる。即ち、従来技術においては、フォトリソグラフィーにより貫通孔を穿設するため、ソルダーレジストとして感光性樹脂しか使用できなかったが、本実施形態では、レーザを用いるため、電気特性に優れた種々の材質をソルダーレジストに用いることができる。更に、層間樹脂絶縁層と同じレーザ装置を用いて貫通孔を形成できるので、パッケージ基板を廉価に製造することができる。なお、ソルダーレジストとしては、熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との複合体を用いることが望ましい。これは、レーザ干渉による縞状の凹凸を容易に形成することができるからである。更に、フォトリソグラフと異なり、開口に樹脂残さが残らず、接続信頼性を高めることができる。
【0076】(21)次に、塩化ニッケル2.31×10−1mol/l、次亜リン酸ナトリウム2.8 ×10−1mol/l、クエン酸ナトリウム1.85×10−1mol/l、からなるpH=4.5の無電解ニッケルめっき液に該基板30を20分間浸漬して、開口部71U、71Dに厚さ5μmのニッケルめっき層72を形成した。さらに、その基板を、シアン化金カリウム4.1 ×10−2mol/l、塩化アンモニウム1.87×10−1mol/l、クエン酸ナトリウム1.16×10−1mol/l、次亜リン酸ナトリウム1.7 ×10−1mol/lからなる無電解金めっき液に80℃の条件で7分20秒間浸漬して、ニッケルめっき層上に厚さ0.03μmの金めっき層74を形成することで、バイアホール160及び導体回路158に半田パッド75を形成する(図5(D)参照)。
【0077】(22)そして、ソルダーレジスト層70の開口部71U、71Dに、低融点金属として半田ペーストを印刷して 200℃でリフローすることにより、半田バンプ(半田体)76U、76Dを形成し、パッケージ基板10を完成した(図6参照)。本実施形態では、ニッケルめっき層72及び金めっき層74を介して、半田を充填することで半田バンプ76U、76Dを形成するため、該ニッケルめっき層72及び金めっき層74を縞状の凹凸の形成された開口71Dに密着させることで、半田バンプ76Dを強固に導体回路158へ接続させることができる。
【0078】完成したパッケージ基板10の半田バンプ76Uに、ICチップ90のパッド92が対応するように載置し、リフローを行いICチップ90を搭載する。このICチップ90を搭載したパッケージ基板10を、ドータボード94側のバンプ96に対応するように載置してリフローを行い、ドータボード94へ取り付ける(図8参照)。
【0079】引き続き、本発明の第2実施形態に係るパッケージ基板110について、図15及び図16を参照して説明する。上述した第1実施形態では、半田バンプを介してドータボードとの接続を取った。これに対して、第2実施形態では、図15に示すように導電性接続ピン84を介して接続を取るように構成されている。
【0080】また、上述した第1実施形態では、大径のドータボード側の開口71D及び位置決めマーク79用の開口71Oが、炭酸ガスレーザにより形成された。これに対して、第2実施形態では、露光・現像処理により大径の開口71U、71Oが形成される。
【0081】このソルダーレジスト層への開口形成工程を図16を参照して説明する。第1実施形態と同様のソルダーレジスト組成物70αを20μmの厚さで基板30に塗布した。次いで、70℃で20分間、70℃で30分間の乾燥処理を行った後、位置決めマーク79の形成位置に対応する円パターン(マスクパターン)85aが描画された厚さ5mmのフォトマスクフィルム85を密着させて、1000mJ/cmの紫外線で露光する(図16の工程(A))。同様に、導電性接続ピン84の配設位置に対応する円パターンが描画されたフォトマスクフィルムを介してソルダーレジスト組成物70αを露光する【0082】引き続き、DMTG現像処理を施す。そしてさらに、80℃で1時間、 100℃で1時間、 120℃で1時間、 150℃で3時間の条件で加熱処理し、導電性接続ピン84の開口71U、及び、位置決めマーク79の開口71Oを有するソルダーレジスト層(厚み20μm)70を形成した(図16の工程(B))。
【0083】引き続き、第1実施形態と同様に、エキシマレーザによりICチップ側の開口71Uを形成する(図16(C))。
【0084】この第2実施形態においては、大径の開口71U、71Oを露光・現像処理で一括して形成でき、また、小径の開口71Uもマスクを用いることで、一括して形成することができる。
【0085】引き続き、本発明の第3実施形態に係るパッケージ基板の製造方法について、図17乃至図24を参照して説明する。
(1)厚さ0.8mmのガラスエポキシ樹脂またはBT(ビスマレイミド−トリアジン)樹脂からなる基板30の両面に18μmの銅箔32がラミネートされている銅貼積層板30Aを出発材料とした(図17の工程(A))。まず、この銅貼積層板30Aをドリル削孔し、続いてめっきレジストを形成した後、この基板30に無電解銅めっき処理を施してスルーホール36を形成し、さらに、銅箔を常法に従いパターン状にエッチングすることにより、基板30の両面に内層銅パターン(下層導体回路)34を形成した(図17の工程(B))。
【0086】(2)下層導体回路34を形成した基板30を水洗いし、乾燥した後、エッチング液を基板30の両面にスプレイで吹きつけて、下層導体回路34の表面とスルーホール36のランド表面36aと内壁とをエッチングすることにより、下層導体回路34の全表面に粗化面38を形成した(図17の工程(C))。エッチング液として、イミタゾール銅(II)錯体10重量部、グリコール酸7重量部、塩化カリウム5重量部およびイオン交換水78重量部を混合したものを使用した。
【0087】(3)シクロオレフィン系樹脂を主成分とする樹脂充填剤40を、基板30の両面に印刷機を用いて塗布することにより、下層導体回路34間またはスルーホール36内に充填し、加熱乾燥を行った。すなわち、この工程により、樹脂充填剤40が下層導体回路34の間あるいはスルーホール36内に充填される(図17の工程(D))。
【0088】(4)上記(3)の処理を終えた基板30の片面を、ベルト研磨紙(三共理化学社製)を用いたベルトサンダー研磨により、下層導体回路34の表面やスルーホール36のランド表面36aに樹脂充填剤40が残らないように研磨し、ついで、上記ベルトサンダー研磨による傷を取り除くためのバフ研磨を行った。このような一連の研磨を基枚の他方の面についても同様に行った。そして、充填した樹脂充填剤40を加熱硬化させた(図18の工程(A))。
【0089】このようにして、スルーホール36等に充填された樹脂充填剤40の表層部および下層導体回路34上面の粗化層38を除去して基板両面を平滑化し、樹脂充填剤40と下層導体回路34の側面とが粗化面38を介して強固に密着し、またスルーホール36の内壁面と樹脂充填剤40とが粗化面38を介して強固に密着した配線基板30を得た。
【0090】(5)次に、上記工程を経た基板30の両面に、厚さ50μmの熱硬化型シクロオレフィン系樹脂シートを温度50〜150℃まで昇温しながら圧力5kg/cm2で真空圧着ラミネートし、シクロオレフィン系樹脂からなる層間樹脂絶縁層50を設けた(図18の工程(B))。真空圧着時の真空度は、10mmHgであった。
【0091】(6)次に、波長0.248μmのエキシマレーザにて、熱硬化型シクロオレフィン系樹脂からなる層間樹脂絶縁層50に直径80μmのバイアホール用開口48を設けた(図18の工程(C))。この後、酸素プラズマを用いてデスミア処理を行った。
【0092】(7)次に、日本真空技術株式会社製のSV−4540を用い、Niをターゲットにしたスパッタリングを、ガス圧0.6Pa、温度80℃、電力200W、時間5分間の条件で行い、Ni金属層51を層間樹脂絶縁層50の表面に形成した(図18の工程(D))。このとき、形成されたNi金属層51の厚さ0.1μmであった。
【0093】(8)次に、以下の組成の無電界銅めっき水溶液中に基板30を浸漬して、Ni金属層51の表面全体に厚さ0.6〜1.2μmの無電界銅めっき膜52を形成した(図19の工程(A))。
〔無電界銅めっき水溶液〕
EDTA 0.08 mol/l硫酸銅 0.08 mol/lHCHO 0.05 mol/lNaOH 0.05 mol/la、a’−ビピリジル 80 mg/lPEG 0.10 g/l(ポリエチレングリコール)
〔無電解めっき条件〕
65℃の液温度で20分【0094】(9)上記処理を終えた基板30の両面に、市販の感光性ドライフィルムを無電界銅めっき膜52に熱圧着することにより貼り付け、フォトマスクフィルムを載置して、100mJ/cm2で露光した後、0.8%炭酸ナトリウムで現像処理し、厚さ15μmのめっきレジスト54のパターンを形成した(図19の工程(B))。
【0095】(10)次に、以下の条件で電気めっきを施して、直さ15μmの電気めっき膜56を形成した(図19の工程(C))。なお、この電気めっき膜56により、後述する工程で導体回路58となる部分の厚付けおよびバイアホール60となる部分のめっき充填等が行われたことになる。なお、電気めっき水溶液中の添加剤は、アトテックジャパン社製のカパラシドHLである。
【0096】
〔電気めっき水溶液〕
硫酸 2.24 mol/l硫酸銅 0.26 mol/l添加剤 19.5 ml/l〔電気めっき条件〕
電流密度 1 A/dm2時間 65 分温度 22±2 ℃【0097】(11)さらに、めっきレジスト54を5%KOHで剥離除去した(図19の工程(D))。その後、めっきレジスト54下の無電解めっき膜52を硫酸と過酸化水素との混合液でエッチング処理して溶解除去し、独立の上層導体回路58(バイアホール60を含む)とした(図20の工程(A))。
【0098】(12)続いて、上記(5)〜(11)の工程を、繰り返すことにより、さらに上層の導体回路158を形成した(図20の工程(B))。
【0099】(13)次に、上層導体回路158が形成された多層配線基板30の両面に厚さ20μmの熱硬化型ポリオレフィン系樹脂シート(住友3M社製、商品名:1592)を温度50℃〜150℃まで昇温しながら圧力5kg/cm2で真空圧着ラミネートし、ポリオレフィン系樹脂からなるソルダーレジスト層70を設けた(図21の工程(A))。真空圧着時の真空度は、10mmHgであった。
【0100】(14)次に、第1実施形態と同様にマスク78を載置し、波長248μmのエキシマレーザにて、熱硬化型ポリオレフィン系樹脂からなる上面のソルダーレジスト層70に直径180μmの開口71を形成した(図21の工程(B))。
【0101】(15)第1実施形態と同様に、パッケージ基板10を炭酸ガスレーザ装置のX−Yテーブル190(図14参照)に載置し、底面(ドータボード)側のソルダーレジスト層70へ炭酸ガスレーザを照射することにより直径650μmの貫通孔(開口)71Dを形成した(図22(A))。同様に、上面のソルダーレジスト層70に炭酸ガスレーザを照射し、位置決めマーク79用の貫通孔(開口)71Oを形成した。この後、酸素プラズマを用いてデスミア処理を行い、半田パッド部分が開口した、厚さ20μmのソルダーレジスト層(有機樹脂絶縁層)70を形成した。
【0102】(16)次に、ソルダーレジスト層(有機樹脂絶縁層)70を形成した基板30を、塩化ニッケル(2.3×10-1mol/l)、次亜リン酸ナトリウム(2.8×10-1mol/l)、クエン酸ナトリウム(1.6×10-1mol/l)を含むpH=4.5の無電解ニッケルめっき液に20分間浸漬して、開口部71に厚さ5μmのニッケルめっき層72を形成した。さらに、その基板30をシアン化金カリウム(7.6×10-3mol/l)、塩化アンモニウム(1.9×10-1mol/l)、クエン酸ナトリウム(1.2×10-1mol/l)、次亜リン酸ナトリウム(1.7×10-1mol/l)を含む無電解めっき液に80℃の条件で7.5分間浸漬して、ニッケルめっき層72上に、厚さ0.03μmの金めっき層74を形成した(図22の工程(B))。
【0103】(17)この後、ソルダーレジスト層70の開口71に半田ペーストを印刷して、200℃でリフローすることにより半田バンプ(半田体)76U、76Dを形成し、半田パンプ76U、76Dを有する多層配線プリント基板10を製造した(図23参照)。
【0104】(18)上記方法により製造した多層配線プリント配線板10の他の一部を用い、ICチップ90との接合を行った。すなわち、所定の取り付け装置を用い、フラックス洗浄後、ターゲットマークを基準として、プリント配線板10の半田バンプ76UとICチップ90に設けられたバンプ92との位置合わせを行い、半田をリフローさせることによりプリント配線板10の半田バンプ76UとICチップ90のバンプ92とを接合させた。そして、フラックス洗浄を行い、該ICチップ90と多層プリント配線板10との間にアンダーフィル98を充填し、これによりICチップ90が接続されたプリント配線板(半導体装置)10を得た(図24参照)。
【0105】
【発明の効果】本発明では上述したように、エキシマレーザによりICチップ側の開口71Uを形成するため、マスクを用いることで、微細径の開口71Uを狭ピッチで正確に形成できる。即ち、開口71Uを相互の相対的な位置誤差を発生させることなく形成することができる。このためICチップ側のバンプの密度を高めることができ、パッケージ基板の配線密度を上げることが可能となる。




 

 


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