回路基板、回路基板を用いた回路装置、及び回路基板の製造方法
【課題】 絶縁層の剥離が発生するのを抑制することが可能な回路基板を提供する。
【解決手段】 回路基板１００は、基材１、第１の配線層２、絶縁層３、充填材４、第２の配線層５、及びビアホール６を備える。基材１の上に第１の配線層２が形成される。絶縁層３には熱伝導性が良好な充填材４が充填され、基材１（または第１の配線層２）を被覆するように形成される。絶縁層３によって、第１の配線層２と第２の配線層５とが電気的に絶縁されている。絶縁層３の底部では、基材１（または第１の配線層２）の上面側において絶縁層３に充填された充填材４が剥き出しになり、基材１（または第１の配線層２）は充填材４の一部と直に接している。
【解決手段】 回路基板１００は、基材１、第１の配線層２、絶縁層３、充填材４、第２の配線層５、及びビアホール６を備える。基材１の上に第１の配線層２が形成される。絶縁層３には熱伝導性が良好な充填材４が充填され、基材１（または第１の配線層２）を被覆するように形成される。絶縁層３によって、第１の配線層２と第２の配線層５とが電気的に絶縁されている。絶縁層３の底部では、基材１（または第１の配線層２）の上面側において絶縁層３に充填された充填材４が剥き出しになり、基材１（または第１の配線層２）は充填材４の一部と直に接している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板、回路基板を用いた回路装置、及び回路基板の製造方法に関し、特に粒子状の充填材を含む絶縁層を用いた回路基板、回路基板を用いた回路装置、及び回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器などに含まれる回路装置は、小型化、高密度化および多機能化のために、単位体積当たりの発熱密度が増加している。このため、近年では、回路装置の基板として、高い放熱性を有する金属基板を用いるとともに、その金属基板上に、ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）やＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit：大規模集積回路）などの回路素子を装着している（たとえば、特許文献１参照）。また、従来では、金属基板上に、ハイブリッドＩＣ（Hybrid Integrated Circuit：混成集積回路）が形成された構造も知られている。ここで、ハイブリッドＩＣとは、ＩＣチップやコンデンサ、抵抗などの回路素子を１つの基板上にまとめて組み込んだ回路装置を意味する。
【０００３】
図１２は、上記特許文献１に開示された従来の回路装置の構造を概略的に示した断面図である。図１２を参照して、従来の回路装置では、アルミニウムからなる金属基板１０１上に、絶縁層として機能するとともに、充填材としてのシリカ（ＳｉＯ２）が添加された樹脂層１０２が形成されている。樹脂層１０２上の所定領域には、樹脂からなる接着層１０３を介してＩＣチップ１０４が装着されている。また、樹脂層１０２上のＩＣチップ１０４の端部から所定の間隔を隔てた領域には、接着層１０３を介して銅からなる金属配線１０５が形成されている。この金属配線１０５と金属基板１０１とは、樹脂層１０２によって絶縁されている。また、金属配線１０５とＩＣチップ１０４とは、ワイヤ１０６によって電気的に接続されている。
【０００４】
図１２に示した従来の回路装置では、アルミニウムからなる金属基板１０１を用いるとともに、その金属基板１０１上に、樹脂層１０２を介してＩＣチップ１０４を装着することによって、ＩＣチップ１０４から多量の熱が発生したとしても、その熱を金属基板１０１により放熱することが可能となる。
【特許文献１】特開平８−２８８６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、絶縁層にシリカなどの粒子状の充填材を充填することで熱伝導率を高めてきた。しかしながら、図１２に示した従来の回路装置では、充填材の充填量が多いと（典型的には７０〜８０ｖｏｌ％程度）、熱伝導率が急上昇する一方で、回路素子が発熱すると回路装置全体の温度が上昇し、熱膨張係数の大きな樹脂層１０２は膨張しようとする。このため、従来の回路装置のように、金属基板１０１の上に熱膨張係数の大きい樹脂層（絶縁層）１０２が貼り付けられた構造では、熱ひずみによって回路装置が変形するという問題が発生し、状況によっては、金属基板１０１から樹脂層（絶縁層）１０２が剥離してしまうという問題が発生した。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、絶縁層の剥離が発生するのを抑制することが可能な回路基板およびこの回路基板を用いた回路装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の回路基板は、基材と、基材の上に設けられた絶縁層と、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、を備え、充填材の一部が絶縁層の底部において剥き出しとなり、基材と接触していることを特徴とする。
【０００８】
この態様によれば、絶縁層の底部において充填材が剥き出しになっていることにより、絶縁層の底部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、基材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、基材と絶縁層および充填材との密着性が向上する。
【０００９】
また、回路基板に熱が加わった場合においても、温度上昇による絶縁層の膨張が、基材に埋め込まれた充填材によって抑制されるので、基材と絶縁層との熱膨張率の差から生じる剥がれを防止することができる。
【００１０】
これらの結果、信頼性の優れた回路基板を提供することができる。
【００１１】
上記態様において、基材と充填材の一部との接触面積が、基材と絶縁層との接触面積よりも広くてもよい。このようにすることで、基材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。
【００１２】
また、上記構成において、充填材の一部は、絶縁層内の上下方向に積層され、互いに接触していてもよい。このようにすることで、高温下で基材と絶縁層との間に応力が発生したときに、積層してつながった充填材間で絶縁層内の上下方向に応力を分散するので、剥離の抑制効果を高くすることができる。
【００１３】
本発明の別の態様の回路基板は、基材は、その最外層に配線層を含み、充填材の一部が絶縁層の底部において剥き出しとなり、配線層と接触していることを特徴とする。このようにすることで、絶縁層の底部において充填材が剥き出しになっていることにより、絶縁層の底部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、基材の配線層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、配線層と絶縁層および充填材との密着性が向上する。
【００１４】
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配線層の熱膨張係数により近くてもよい。
【００１５】
この態様によれば、絶縁層の熱膨張係数に比べて配線層の熱膨張係数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、配線層と充填材との熱応力が小さいために、配線層が絶縁層および充填材から剥離することが抑制される。
【００１６】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の回路装置は、上記記載の回路基板と、回路基板に搭載された回路素子と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、絶縁層の剥離が発生するのを抑制することが可能な回路基板の上に、フリップチップ接続やワイヤボンディング接続などにより回路素子を接続しているので、絶縁層の剥離が発生するのを抑制することが可能な回路装置を提供することができる。
【００１８】
本発明のある態様の回路装置の製造方法は、基材を用意する第１の工程と、熱伝導性を有する粒子状の充填材が充填された絶縁層を、基材に対して圧着する第２の工程と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
この製造方法によれば、絶縁層中の充填材が効果的に基材に対して埋め込まれるようになる。こうして製造された回路装置では、基材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、基材と絶縁層および充填材との密着性が向上するようになる。
【００２０】
また、上記製造方法において、第２の工程は、充填材の一部が、絶縁層内において上下方向に積層され、互いに接触するように圧着する工程であることが好ましい。この製造方法によれば、基材に対して埋め込まれる充填材に対して圧着圧を効果的に伝播させることができるので、基材に対して充填材がより埋め込まれ、基材と絶縁層および充填材との密着性をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、絶縁層の剥離が発生するのを抑制することが可能な回路基板およびこの回路基板を用いた回路装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を具現化した実施形態について図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、本明細書において、「上」方向とは、膜の積層の順番により決まる概念であり、先に積層される膜の側から見て後から積層される膜の存在する方向が上であると規定している。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における回路基板の構成を示す断面図である。回路基板１００は、基材１、第１の配線層２、絶縁層３、充填材４、第２の配線層５、及びビアホール６を備える。
【００２３】
基材１は、ガラスクロス（ガラス繊維）に絶縁性の樹脂を含浸させた材料であり、樹脂としては例えばエポキシ樹脂、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の有機系樹脂が好適に用いられる。基材１の膜厚は、たとえば、６０μｍ程度とする。ガラスクロスは、エポキシ樹脂内に３層あると好ましい。ここで、１層とは、異なる方向にそれぞれ延びているガラス繊維が交差している状態をいい、３層とは、この状態を単位として上下方向に３段積み重なっている状態をいう。
【００２４】
基材１の上に設けられた第１の配線層２および第２の配線層５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。また、第１の配線層２と第２の配線層５とはビアホール６を介して接続されている。第１の配線層２および第２の配線層５の材料は、特に限定されないが、例えば、銅（Ｃｕ）などの金属が好適である。
【００２５】
絶縁層３は、第１の配線層２と第２の配線層５との間に設けられている。絶縁層３により、第１の配線層２と第２の配線層５との間が電気的に絶縁されている。絶縁層３に用いられる材料としては、例えば、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３の膜厚は、特に限定されないが、典型的には２５〜６０μｍである。但し、絶縁層３の膜厚の下限は、少なくとも、後述する充填材４の粒径よりも大きい必要がある。
【００２６】
絶縁層３には、絶縁層３の熱伝導率を高くするために、充填材４が添加されている。充填材４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。この充填剤としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）および窒化ホウ素（ＢＮ）などが挙げられる。本実施形態の充填材４は球状であるが、充填材４は粒子状であればよく、楕円状、不定形などの形状でもよい。
【００２７】
絶縁層３における充填材４の充填率（体積充填率）は５０〜９０ｖｏｌ％が好ましく、６５〜７５ｖｏｌ％がより好ましい。充填材４の充填率が５０ｖｏｌ％より少ないと、十分な熱伝導性が得られない。一方、充填材４の充填率が９０ｖｏｌ％より多いと、絶縁層３が脆くなり、耐久性が損なわれる。充填材４の充填率を５０〜９０ｖｏｌ％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３に充填材をより密に充填させることができる。例えば、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４の充填率を７０ｖｏｌ％とすることができる。
【００２８】
充填材４の熱膨張係数は、絶縁層３の熱膨張係数に比べて第１の配線層２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３としてエポキシ樹脂（熱膨張係数：３０．３×１０−６／Ｋ）を用い、第１の配線層２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３にアルミナ（熱膨張係数：７．８×１０−６／Ｋ）を充填材４として用いることにより、上述の関係が確保される。
【００２９】
第１実施形態では、絶縁層３は、基材１（または第１の配線層２）を被覆する状態で形成され、基材１（または第１の配線層２）の上面側において絶縁層３に充填された充填材４が剥き出しになっている。このため、基材１（または第１の配線層２）は、充填材４の一部と直に接している。基材１（または第１の配線層２）と充填材４との接触面積は、基材１（または第１の配線層２）と絶縁層３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。
【００３０】
基材１（または第１の配線層２）の上面側において、充填材４が剥き出しになっていることにより、基材１（または第１の配線層２）の上面側に充填材４の分布に伴う凹凸が形成される。この凹凸により、基材１（または第１の配線層２）と絶縁層３および充填材４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、基材１（または第１の配線層２）と絶縁層３および充填材４との密着性が向上する。
【００３１】
また、回路基板１００に熱が加わった場合においても、温度上昇による絶縁層３の膨張が、基材１（または第１の配線層２）に埋め込まれた充填材４によって抑制されるので、基材１（または第１の配線層２）と絶縁層３との熱膨張率の差から生じる剥がれを防止することができる。また、絶縁層３に比べて熱膨張係数が第１の配線層２に近い充填材４を使用することにより、回路基板１００の温度が上昇した場合であっても、第１の配線層２と充填材４との熱応力が小さいために、絶縁層３および充填材４が第１の配線層２から剥離することが抑制される。
【００３２】
これらの結果、信頼性の優れた回路基板１００を提供することができる。
【００３３】
この他、第１実施形態の回路基板１００は高温時の放熱性が向上されている。たとえば、充填材４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３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、第１の配線層２が熱伝導性の良好な充填材４と直に接することにより、絶縁層３内の充填材４を放熱経路とした熱拡散が多くなり、回路基板としての放熱性が向上する。
【００３４】
さらに、第１実施形態の回路基板においては、充填材４の一部が絶縁層３内の上下方向に積層され、互いに接触していてもよい。このようにすることで、高温下で基材１（または第１の配線層２）と絶縁層３との間に応力が発生したときに、積層してつながった充填材４間で絶縁層３内の上下方向に応力を分散するので、絶縁層３および充填材４が基材１（または第１の配線層２）から剥離するのを抑制する効果を高くすることができる。
【００３５】
図２および図３は、第１実施形態に係る回路基板１００の製造方法を示す。
【００３６】
まず、図２（Ａ）に示すように、基材１の上に、第１の配線層２を形成する。第１の配線層２は、例えば、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。
【００３７】
図２（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、予め所定の割合で充填材４が含有された絶縁層３および銅箔５ｅ付き積層シートを用意する。なお、積層シートは、充填材４同士の凝集を防止し、またエポキシ樹脂である絶縁層３となじみやすくするために、充填材４の表面にはシランカップリング剤による親水化処理を施してから、所定の割合で混練し、銅箔５ｅ上に塗布することで形成される。この積層シートを、第１の配線層２の上に貼り付けて、１５０℃で１２０分圧着して硬化させる。この圧着処理によって、絶縁層３の底部においては充填されている充填材４が剥き出しとなり、基材１の表面および第１の配線層２の表面に埋め込まれた（食い込んだ）状態に形成される。
【００３８】
なお、この圧着処理において、充填材４の一部が絶縁層３内において上下方向に積層され、互いに接触するように圧着するようにすれば、基材１（または第１の配線層２）に対して埋め込まれる充填材４に対して、圧着圧を効果的に伝播させることができるので、基材１（または第１の配線層２）に対して充填材４をより確実に埋め込むことができる。
【００３９】
図３（Ｄ）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と組み合わせて、後述するビアホール６の形成領域上に位置する銅箔５ｅを除去する。これにより、絶縁層３のビアホール６の形成領域が露出される。
【００４０】
図３（Ｅ）に示すように、銅箔５ｅの上方からＵＶレーザ（波長３５５ｎｍ、パルス幅１５ｎｓｅｃ）を所定の位置に照射することによって、絶縁層３の露出した表面から第１の配線層２の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、絶縁層３に約７０μｍの直径を有するビアホール６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３を構成する樹脂が加工される一方で、充填材４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６の側壁は、図３（Ｅ）に示すように、絶縁層３に充填された充填材４が部分的に露出した状態になっている。
【００４１】
図３（Ｆ）に示すように、パラジウムをキャタリストに用いた無電界銅めっき処理によって、銅箔５ｅの上面およびビアホール６の内面上に、約０．５μｍの厚みで銅薄膜を析出させる。続いて、硫酸銅溶液をめっき液とした電解めっき処理によって、銅箔５ｅの上面およびビアホール６の内部に、約１５μｍの厚みで銅膜をめっきする。この結果、銅からなる第２の配線層５が形成される。
【００４２】
続いて、図１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とを組み合わせた加工法により、第２の配線層５を所定の配線パターンに加工する。これにより、本発明に係る回路基板１００が製造される。
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態による回路装置の構成を示す断面図である。
【００４３】
第２実施形態による回路装置１１０では、図４に示すように、約１００μｍ〜約３ｍｍ（例えば、約１．５ｍｍ）の厚みを有する基板１１を用いる。例えば、この基板１１は、銅からなる下層金属層と、下層金属層上に形成されたＦｅ−Ｎｉ系合金（いわゆるインバー合金）からなる中間金属層と、中間金属層上に形成された銅からなる上層金属層とが積層されたクラッド材によって構成される。
【００４４】
基板１１の表面上には、約６０μｍ〜約１６０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂を主成分とする１層目の絶縁層１２が形成されている。ここで、絶縁層１２には、絶縁層１２の熱伝導率を高くするために充填材（図示せず）が添加されている。なお、絶縁層１２には、第１実施形態での絶縁層３（および充填材４）と同じ組成の材料を適用している。絶縁層１２の底部では、基板１１の上面側において絶縁層１２に充填された充填材が剥き出しになって、基板１１の表面に食い込んだ状態であり、基板１１は充填材の一部と直に接している。充填材が剥き出しになって基板１１の表面に食い込んでいることにより、基板１１の上面側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、基板１１と絶縁層１２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、基板１１と絶縁層１２の密着性が向上する。
【００４５】
また、第２実施形態では、後述するＬＳＩチップ（回路素子）１９の下方に位置する絶縁層１２の所定領域に、約１００μｍの直径を有するとともに、絶縁層１２を貫通する４つのビアホール１２ａが形成されている。そして、絶縁層１２上の所定領域には、約１５μｍの厚みを有するとともに、サーマルビア部１３ａと、配線部１３ｂ〜１３ｄとを含む１層目の銅からなる導電層１３が形成されている。導電層１３のサーマルビア部１３ａは、ＬＳＩチップ１９の下方の領域に配置されているとともに、基板１１の表面に接触するように、ビアホール１２ａ内に埋め込まれた部分を有する。この導電層１３のサーマルビア部１３ａは、基板１１に熱を放熱する機能を有する。尚、ビアホール１２ａ内に導電層１３が埋め込まれた状態での樹脂層１２の熱伝導率は、約６Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜約８Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。また、導電層１３の配線部１３ｂ〜１３ｄは、後述するＬＳＩチップ１９（サーマルビア部１３ａ）の周辺領域に配置されている。
【００４６】
さらに、導電層１３を覆うように、上記した１層目の絶縁層１２と同じ厚みおよび組成を有する２層目の絶縁層１４が形成されているとともに、絶縁層１４上の所定領域に、上記した１層目の導電層１３と同じ厚みを有する２層目の銅からなる導電層１５が形成されている。
【００４７】
ここで、絶縁層１４には、絶縁層１２と同じ組成の材料を適用しているので、絶縁層１４の底部では、絶縁層１２および導電層１３の上面側において絶縁層１４に充填されている充填材が剥き出しになって、絶縁層１２および導電層１３の表面に食い込んだ状態である。これにより、導電層１３は充填材の一部と直に接している。充填材が剥き出しになって絶縁層１２および導電層１３の表面に食い込んでいることにより、絶縁層１２および導電層１３の上面側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、絶縁層１２および導電層１３と絶縁層１４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、絶縁層１２および導電層１３と絶縁層１４の密着性が向上する。
【００４８】
具体的には、絶縁層１４のＬＳＩチップ１９の下方に位置する領域に、約１００μｍの直径を有するとともに、絶縁層１４を貫通する４つのビアホール１４ａが形成されている。この４つのビアホール１４ａは、それぞれ、４つのビアホール１２ａに対応する位置に形成されている。また、絶縁層１４には、導電層１３の配線部１３ｂ、１３ｄに対応する領域に、約２００μｍの直径を有するとともに、絶縁層１４を貫通するビアホール１４ｂが形成されている。また、導電層１５は、充填ビア部（サーマルビア部）１５ａと、非充填ビア部１５ｂ、１５ｃと、配線部１５ｄを含む。そして、導電層１５のサーマルビア部１５ａは、ＬＳＩチップ１９の下方の領域に配置されているとともに、導電層１３のサーマルビア部１３ａの表面に接触するように、ビアホール１４ａ内に埋め込まれた部分を有する。この導電層１５のサーマルビア部１５ａは、ＬＳＩチップ１９で発生した熱を導電層１３のサーマルビア部１３ａに伝達して放熱する機能を有する。
【００４９】
さらに、導電層１５の非充填ビア部１５ｂは、ＬＳＩチップを囲むように周辺領域に配置されているとともに、導電層１３の配線部１３ｃの表面に接触するように、ビアホール１４ｂの内壁をＵ字状に被覆する部分を有する。導電層１５の非充填ビア部１５ｃも、非充填ビア部１５ｂと同様であるが、非充填ビア部１５ｃではビアホール１４ｂが複数個形成されている。そして、導電層１５の配線部１５ｄは、他のＬＳＩチップやチップ抵抗など（図示せず）と接続するように配置されている。
【００５０】
また、導電層１５を覆うように、導電層１５の非充填ビア部１５ｂ、１５ｃおよび配線部１５ｄに対応する領域に開口部を有するソルダーレジスト層１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）が形成されている。さらに、非充填ビア部１５ｂ，１５ｃでは、ビアホール１４ｂ内を埋め込むようにソルダーレジスト層１６ｂ，１６ｃが設けられている。ここで、ソルダーレジスト層１６は、メラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂およびポリアミドビスマレイミドなどの熱硬化性樹脂からなる。尚、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、及びメラミン誘導体は、高周波特性に優れているので、ソルダーレジスト層１６の材料として好ましい。また、ソルダーレジスト層１６に、ＳｉＯ２などの充填剤を添加してもよい。
【００５１】
このソルダーレジスト層１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）は、導電層１５の保護膜として機能する。さらに、非充填ビア部１５ｂ，１５ｃでは、ビアホール１４ｂ内を埋め込むようにソルダーレジスト層１６ｂ，１６ｃが設けられているため、ビアホール１４ｂ内のソルダーレジスト層１６ｂ，１６ｃが、非充填ビア部１５ｂ，１５ｃが変形する際の緩衝材として機能し、非充填ビア部１５ｂ，１５ｃの過度の変形を抑制することができる。ＬＳＩチップ１９は、導電層１５のサーマルビア部１５ａ上のソルダーレジスト層１６ａ上に、約２０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂からなる接着層（図示せず）を介して装着されている。尚、ＬＳＩチップ１９では、単結晶シリコン基板（図示せず）が用いられており、熱膨張係数は、約４ｐｐｍ／℃である。このＬＳＩチップ１９は、ワイヤ１７によって、導電層１５の非充填ビア部１５ｂ，１５ｃに電気的に接続されている。
【００５２】
また、図４に示すように、装置内部に装着されたＬＳＩチップ１９などを保護するために、ＬＳＩチップ１９を覆うように、エポキシ樹脂からなる封止樹脂層２０が形成されている。
【００５３】
第２実施形態では、上記のように、非充填ビア部１５ｂ，１５ｃにおいて、ビアホール１４ｂ内にソルダーレジスト層１６ｂ，１６ｃが埋め込まれるために、アンカー効果によって、配線層１５ｂ、１５ｃとソルダーレジスト層１６ｂ，１６ｃとの密着性を向上させることができる。また、ＬＳＩチップ１９に覆われたビアホール１４ａが導電層１５で充填され、充填ビア部１５ａとなり、ＬＳＩチップ１９で発生した熱を、この充填ビア部１５ａを経由して放熱することができる。さらに、ビアホール１４ｂの内壁を導電層１５がＵ字状に被覆しているため、充填ビア部（サーマルビア部）１５ａからのストレスに対してこのＵ字状の導体層がバネとして機能し、ストレスを吸収・緩和することができる。これにより、充填ビア部（サーマルビア部）１５ａおよびサーマルビア１３ａによってＬＳＩチップ１９で発生した熱を効率的に放熱できるとともに、一方で非充填ビア部１５ｂ、１５ｃによって充填ビア部（サーマルビア部）１５ａの熱膨張によって生ずるストレスを吸収・緩和し、密着性および配線信頼性に優れた回路装置を提供することができる。
【００５４】
図５〜図７は、図５に示した第２実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図４〜図７を参照して、第２実施形態による回路装置の製造プロセスについて説明する。
【００５５】
まず、図５（Ａ）に示すように、予め所定の割合で充填材が含有された絶縁層１２および銅箔１３ｅ付き積層シートを用意し、この積層シートを基板１１の上に貼り付けて、１５０℃で１２０分圧着して硬化させる。この圧着処理によって、絶縁層１２の底部において充填されている充填材が剥き出しとなり、基板１１の表面に埋め込まれた（食い込んだ）状態に形成される。
【００５６】
図５（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ビアホール１２ａ（図４参照）の形成領域上に位置する銅箔１３ｅを除去する。これにより、絶縁層１２のビアホール１２ａの形成領域が露出される。
【００５７】
図５（Ｃ）に示すように、銅箔１３ｅの上方から炭酸ガスレーザまたはＵＶレーザを照射することによって、絶縁層１２の露出した表面から基板１１の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、樹脂層１２に、約１００μｍの直径を有するとともに、絶縁層１２を貫通する４つのビアホール１２ａを形成する。このビアホール１２ａは、後述するサーマルビア部１３ａを形成するために設けられる。
【００５８】
図５（Ｄ）に示すように、無電解めっき法を用いて、銅箔１３ｅの上面およびビアホール１２ａの内面上に、銅を約０．５μｍの厚みでめっきする。続いて、電解めっき法を用いて、銅箔１３ｅの上面およびビアホール１２ａの内部に、めっきする。尚、第２実施形態では、めっき液中に、抑制剤および促進剤を添加することによって、抑制剤を銅箔１３ｅの上面上に吸着させるとともに、促進剤をビアホール１２ａの内面上に吸着させる。これにより、ビアホール１２ａの内面上の銅めっきの厚みを大きくすることができるので、ビアホール１２ａ内に銅を埋め込むことができる。その結果、図５（Ｄ）に示すように、樹脂層１２上に、約１５μｍの厚みを有する導電層１３が形成されるとともに、ビアホール１２ａ内に、導電層１３が埋め込まれる。
【００５９】
図６（Ｅ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、導電層１３をパターニングする。これにより、ＬＳＩチップ１９（図４参照）の下方の領域に位置するサーマルビア部１３ａと、配線部１３ｂ〜１３ｄを形成する。
【００６０】
図６（Ｆ）に示すように、予め所定の割合で充填材が含有された絶縁層１４および銅箔１５ｅ付き積層シートを用意し、導電層１３および絶縁層１２を覆うように、この積層シートを導電層１３および絶縁層１２の上に貼り付けて、１５０℃で１２０分圧着して硬化させる。この圧着処理によって、絶縁層１４の底部において充填されている充填材が剥き出しとなり、導電層１３のおよび絶縁層１２の表面に埋め込まれた（食い込んだ）状態に形成される。
【００６１】
図６（Ｇ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ビアホール１４ａおよび１４ｂ（図５参照）の形成領域上に位置する銅箔１５ｅを除去する。これにより、絶縁層１４のビアホール１４ａおよび１４ｂの形成領域が露出される。
【００６２】
図６（Ｈ）に示すように、銅箔１５ｅの上方から炭酸ガスレーザまたはＵＶレーザを照射することによって、絶縁層１４の露出した表面から導電層１３の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、絶縁層１４に約１００μｍの直径を有するとともに、絶縁層１４を貫通する４つのビアホール４ａを形成する。さらにこの工程では、絶縁層１４に約２００μｍの直径を有するとともに、絶縁層１４を貫通するビアホール１４ｂを同時に形成する。
【００６３】
図７（Ｉ）に示すように、無電解めっき法を用いて、銅箔１５ｅの上面およびビアホール１４ａおよび１４ｂの内面上に、銅を約０．５μｍの厚みでめっきする。続いて、電解めっき法を用いて、銅箔１５ｅの上面およびビアホール１４ａおよび１４ｂの内部に、めっきする。ビアホール１４ａでは、この際、めっき液中に、抑制剤および促進剤を添加することによって、抑制剤を銅箔１５ｅの上面上に吸着させるとともに、促進剤をビアホール１４ａの内面上に吸着させる。これにより、ビアホール１４ａの内面上の銅めっきの厚みを大きくすることができるので、ビアホール１４ａ内に銅を埋め込むことができる。その結果、絶縁層１４上に、約１５μｍの厚みを有する導電層１５が形成されるとともに、ビアホール１４ａ内に、導電層１５が埋め込まれ充填される。ビアホール１４ｂでは、導電層１５の形成膜厚に比べてビア径が大きいので、導電層１５はビアホール１４ｂの内壁を被覆するようにのみ形成される。
【００６４】
図７（Ｊ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、導電層１５をパターニングする。これにより、ＬＳＩチップ１９（図５参照）の下方の領域に位置する充填ビア部（サーマルビア部）１５ａと、ＬＳＩチップ１９の周辺の非充填ビア部１５ｂ、１５ｃと、配線部１５ｄを形成する。
【００６５】
尚、非充填ビア部１５ｂ、１５ｃ（ビアホール１４ｂ）は、ＬＳＩチップ１９を囲むように３ヶ所以上設けられ、３個以上のビアホール１４ｂを結んで囲まれる領域に、ＬＳＩチップ１９が配置されるようにレイアウトしておく。第２実施形態では、ＬＳＩチップ１９などの回路素子の配置領域以外のビアホールは、すべてビアホール１４ｂのような非充填ビアとなるように設計した。
【００６６】
図７（Ｋ）に示すように、導電層１５を覆うように、導電層１５のワイヤボンディング部１５ｂ、１５ｃに対応する領域に開口部を有するソルダーレジスト層１６ａを形成する。この際、非充填ビア部１５ｂ，１５ｃでは、ビアホール１４ｂ内を埋め込むようにソルダーレジスト層１６ｂ，１６ｃが設けられている。尚、銅（Ｃｕ）からなる導電層１５のヤング率は約１２９．８ＧＰａ、ソルダーレジスト層１６のヤング率は約１０ＧＰａであり、導電層１５に比べて低いヤング率となっている。
【００６７】
そして、導電層１５のサーマルビア部１５ａ上のソルダーレジスト層１６ａ上に、約５０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂からなる接着層（図示せず）を介してＬＳＩチップ１９を装着する。このＬＳＩチップ１９を装着した後の接着層の厚みは、約２０μｍとなる。この後、ＬＳＩチップ１９と導電層１５のワイヤボンディング部１５ｂ、１５ｃとをワイヤ１７により電気的に接続する。
【００６８】
最後に、図４に示したように、基板１１上のＬＳＩチップ１９を保護するために、ＬＳＩチップ１９を覆うように、エポキシ樹脂からなる封止樹脂層２０を形成することによって、第２実施形態による回路装置１１０が形成される。
（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態による回路装置の構成を示す断面図である。第３実施形態での回路装置１３０は、配線層３１、絶縁層３５、回路素子３９、封止樹脂層４０、ソルダーレジスト層４３、及び外部電極４５を備える。
【００６９】
配線層３１は、導電部材で形成された所定のパターンを有する。配線層３１は、銅（Ｃｕ）などの単一の金属によって形成されてもよいが、複数の金属層によって形成されていてもよい。たとえば、銅からなる金属層の上に銀（Ａｇ）膜を形成することにより、ワイヤボンディング時の接続信頼性を向上させることができる。
【００７０】
絶縁層３５は、絶縁層の熱伝導率を高くするために充填材（図示せず）が添加されている。なお、絶縁層３５には、第１実施形態での絶縁層３（および充填材４）と同じ組成の材料を適用している。絶縁層３５の底部では、配線層３１の上面側において絶縁層３５に充填された充填材が剥き出しになって、配線層３１の表面に食い込んでおり、配線層３１は充填材の一部と直に接している。充填材が剥き出しになって配線層３１の表面に食い込んでいることにより、配線層３１の上面側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、配線層３１と絶縁層３５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、配線層３１と絶縁層３５の密着性が向上する。
【００７１】
絶縁層３５は、配線層３１の隙間から配線層３１の下面側へ突出した突起部４２を有する。この突起部４２によって、絶縁物である突起部４２が障害となって隣接する配線層３１間でマイグレーションが発生することが抑制される。さらに、この突起部４２においても絶縁層３５に含まれる充填材が剥き出しになっており、その表面には充填材の分布に伴う凹凸が形成されている。この凹凸によって表面積が増大し、突起部４２における放熱性が向上するため、突起部４２の表面に凹凸がない場合に比べて、回路素子３９の温度上昇時における回路装置１３０の信頼性を向上することができる。
【００７２】
回路素子３９は、たとえば、ＩＣ（集積回路）、ＬＳＩ（大規模集積回路）などの半導体チップである。回路素子３９は、所定領域の絶縁層３５の上に、エポキシ樹脂からなる接着層３８を介して装着されている。なお、接着層３８としては、絶縁性を有するエポキシ樹脂の他に、導電性を有するはんだによって接着してもよい。
【００７３】
封止樹脂層４０は、配線層３１の上方に設けられた回路素子３９を封止し、回路素子３９を外界からの影響から保護している。封止樹脂層４０の材料は、たとえば、エポキシ樹脂などの熱硬化性の絶縁樹脂である。回路素子３９を封止樹脂層４０で封止することにより、回路装置１３０を実装する前の動作試験時などにおいて回路素子３９等が破壊や損傷を受けることを抑制することができる。
【００７４】
ソルダーレジスト層４３は、外部電極４５に対応する領域に開口部を有し、突起部４２を含む配線層３１の下面側（回路素子３９とは反対側）を覆うように設けられ、配線層３１を外界からの影響から保護している。ここで、ソルダーレジスト層４３は、メラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂およびポリアミドビスマレイミドなどの熱硬化性樹脂からなる。なお、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、及びメラミン誘導体は、高周波特性に優れているので、ソルダーレジスト層４３の材料として好ましい。また、ソルダーレジスト層４３に、ＳｉＯ２などの充填剤を添加してもよい。
【００７５】
外部電極４５は、外部接続端子として配線層３１に接合するように、ソルダーレジスト層４３の開口部に対応してアレイ状に複数配置されている。
【００７６】
図９〜１１は、第３実施形態に係る回路装置の製造方法を示す。
【００７７】
まず、図９（Ａ）に示すように、銅板３１（後工程で配線層３１となる）の上に、リソグラフィ法により配線層のパターンに合わせてレジスト３２を選択的に形成する。銅板３１の膜厚はたとえば１２５μｍである。具体的には、ラミネーター装置を用いて銅板３１に膜厚２０μｍのレジスト膜を貼り付け、配線層のパターンを有するフォトマスクを用いてＵＶ露光した後、Ｎａ２ＣＯ３溶液を用いて現像し、未露光領域のレジストを除去することによって、銅板３１の上にレジスト３２が選択的に形成される。なお、レジスト３２との密着性向上のために、レジスト膜のラミネート前に、銅板３１の表面に研磨、洗浄等の前処理を必要に応じて施すことが望ましい。
【００７８】
図９（Ｂ）に示すように、塩化第二鉄溶液を用いて、銅板３１の露出部分をハーフエッチングし、所定の配線パターン３４に該当しない領域に溝３３を形成した後、レジスト３２をＮａＯＨ溶液などの剥離液を用いて剥離する。溝３３の深さは、たとえば５０μｍである。
【００７９】
図９（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、予め所定の割合で充填材（図示せず）が含有された絶縁層３５の絶縁層シートを用意する。なお、絶縁層シートは、充填材同士の凝集を防止し、またエポキシ樹脂である絶縁層３５となじみやすくするために、充填材の表面にはシランカップリング剤による親水化処理を施してから、所定の割合で混練して形成される。この絶縁層シートを、銅板３１の上に貼り付けて、１５０℃で１２０分圧着して硬化させる。この圧着処理によって、絶縁層３５の底部においては充填されている充填材が剥き出しとなり、充填材が銅板３１の配線パターン３４の表面および銅板３１の溝３３の内壁表面に埋め込まれた（食い込んだ）状態に形成される。
【００８０】
図９（Ｅ）に示すように、ＵＶレーザを用いて絶縁層３５をパターニングし、配線層３１を露出させ、後工程でのワイヤボンディングするための開口部３６を形成する。
【００８１】
図１０（Ｆ）に示すように、電解めっき法または無電解めっき法により、露出した銅板３１の表面に膜厚１０μｍ程度のＡｇ膜を形成する。これにより、銅板３１の表面にＡｇ膜からなるめっき膜３７が形成される。
【００８２】
図１０（Ｇ）に示すように、絶縁層３５の上に、約５０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂からなる接着層３８を介して回路素子３９を装着する。この回路素子３９を装着した後の接着層３８の厚みは、約２０μｍとなる。これにより、回路素子３９が絶縁層３５の上に固定される。なお、回路素子３９を固定する接着層３８としては、絶縁性の上記材料の他に、導電性のはんだ材を用いてもよい。この場合、回路素子３９が搭載される領域にはんだを印刷した後、回路素子３９を所定位置に搭載した状態でリフロー処理を行うことで、回路素子３９が固定される。
【００８３】
図１０（Ｈ）に示すように、回路素子３９の電極端子（図示せず）とめっき膜３７（所定位置の配線層３１）とをワイヤボンディングによって電気的に接続する。ワイヤボンディングに用いるワイヤ４０として金線を用いることにより、Ａｇで構成されためっき膜３７との接続信頼性を向上させることができる。
【００８４】
図１０（Ｉ）に示すように、トランスファーモールド法により、エポキシ樹脂を用いて回路素子３９を封止する封止樹脂層４１を形成する。
【００８５】
図１１（Ｊ）に示すように、銅板３１の下面を、塩化第二鉄溶液を用いてハーフエッチングし、銅板３１の厚さを２０μｍにまで薄膜化するとともに、溝３３に埋め込まれた絶縁層３５を露出させることによって、突起部４２を形成する。突起部４２の高さは、たとえば３０μｍである。なお、突起部４２の表面には、充填材が銅板３１の溝３３の内壁表面に埋め込まれた（食い込んだ）状態を反映して、充填材による凹凸が形成されている。
【００８６】
図１１（Ｋ）に示すように、突起部４２を含む配線層３１の下面側（回路素子３９とは反対側）を覆うように、ソルダーレジスト層４３をラミネート形成する。ここで、ソルダーレジスト層４３の厚さは、たとえば４０μｍとする。ラミネートの条件としては、たとえば、温度１１０℃、時間１〜２分、２気圧などが用いられる。その後、アフターベーク工程によりソルダーレジスト層４３を一部硬化させる。つづいて、ガラスをマスクとして露光することでパターニングし、外部電極４５に対応する領域に開口部４４を形成する。
【００８７】
最後に、図８に示すように、はんだ印刷法を用いて、配線層３１の下面（ソルダーレジスト層４３の開口部４４で露出した部分）に外部接続端子として機能するはんだボール（外部電極）４５を形成する。具体的には、樹脂とはんだ材をペースト状にした「はんだペースト」を、スクリーンマスクにより所望の箇所に印刷し、はんだ溶融温度に加熱することで、はんだボール４５を形成する。あるいは、別の方法として配線層３１の下面部にあらかじめフラックスを塗布しておき、はんだボール４５を配線層３１にマウントしてもよい。
【００８８】
以上の工程により、第３実施形態の回路装置１３０を得ることができる。
【００８９】
なお、今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第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】本発明の第１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】本発明の第１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４】本発明の第２実施形態による回路装置を示した断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態による回路装置を示した断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】従来の回路装置の構造を概略的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 基材
２ 第１の配線層
３ 絶縁層
４ 粒子状の充填材
５ 第２の配線層
６ ビアホール
１００ 回路基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板、回路基板を用いた回路装置、及び回路基板の製造方法に関し、特に粒子状の充填材を含む絶縁層を用いた回路基板、回路基板を用いた回路装置、及び回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器などに含まれる回路装置は、小型化、高密度化および多機能化のために、単位体積当たりの発熱密度が増加している。このため、近年では、回路装置の基板として、高い放熱性を有する金属基板を用いるとともに、その金属基板上に、ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）やＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit：大規模集積回路）などの回路素子を装着している（たとえば、特許文献１参照）。また、従来では、金属基板上に、ハイブリッドＩＣ（Hybrid Integrated Circuit：混成集積回路）が形成された構造も知られている。ここで、ハイブリッドＩＣとは、ＩＣチップやコンデンサ、抵抗などの回路素子を１つの基板上にまとめて組み込んだ回路装置を意味する。
【０００３】
図１２は、上記特許文献１に開示された従来の回路装置の構造を概略的に示した断面図である。図１２を参照して、従来の回路装置では、アルミニウムからなる金属基板１０１上に、絶縁層として機能するとともに、充填材としてのシリカ（ＳｉＯ２）が添加された樹脂層１０２が形成されている。樹脂層１０２上の所定領域には、樹脂からなる接着層１０３を介してＩＣチップ１０４が装着されている。また、樹脂層１０２上のＩＣチップ１０４の端部から所定の間隔を隔てた領域には、接着層１０３を介して銅からなる金属配線１０５が形成されている。この金属配線１０５と金属基板１０１とは、樹脂層１０２によって絶縁されている。また、金属配線１０５とＩＣチップ１０４とは、ワイヤ１０６によって電気的に接続されている。
【０００４】
図１２に示した従来の回路装置では、アルミニウムからなる金属基板１０１を用いるとともに、その金属基板１０１上に、樹脂層１０２を介してＩＣチップ１０４を装着することによって、ＩＣチップ１０４から多量の熱が発生したとしても、その熱を金属基板１０１により放熱することが可能となる。
【特許文献１】特開平８−２８８６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、絶縁層にシリカなどの粒子状の充填材を充填することで熱伝導率を高めてきた。しかしながら、図１２に示した従来の回路装置では、充填材の充填量が多いと（典型的には７０〜８０ｖｏｌ％程度）、熱伝導率が急上昇する一方で、回路素子が発熱すると回路装置全体の温度が上昇し、熱膨張係数の大きな樹脂層１０２は膨張しようとする。このため、従来の回路装置のように、金属基板１０１の上に熱膨張係数の大きい樹脂層（絶縁層）１０２が貼り付けられた構造では、熱ひずみによって回路装置が変形するという問題が発生し、状況によっては、金属基板１０１から樹脂層（絶縁層）１０２が剥離してしまうという問題が発生した。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、絶縁層の剥離が発生するのを抑制することが可能な回路基板およびこの回路基板を用いた回路装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の回路基板は、基材と、基材の上に設けられた絶縁層と、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、を備え、充填材の一部が絶縁層の底部において剥き出しとなり、基材と接触していることを特徴とする。
【０００８】
この態様によれば、絶縁層の底部において充填材が剥き出しになっていることにより、絶縁層の底部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、基材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、基材と絶縁層および充填材との密着性が向上する。
【０００９】
また、回路基板に熱が加わった場合においても、温度上昇による絶縁層の膨張が、基材に埋め込まれた充填材によって抑制されるので、基材と絶縁層との熱膨張率の差から生じる剥がれを防止することができる。
【００１０】
これらの結果、信頼性の優れた回路基板を提供することができる。
【００１１】
上記態様において、基材と充填材の一部との接触面積が、基材と絶縁層との接触面積よりも広くてもよい。このようにすることで、基材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。
【００１２】
また、上記構成において、充填材の一部は、絶縁層内の上下方向に積層され、互いに接触していてもよい。このようにすることで、高温下で基材と絶縁層との間に応力が発生したときに、積層してつながった充填材間で絶縁層内の上下方向に応力を分散するので、剥離の抑制効果を高くすることができる。
【００１３】
本発明の別の態様の回路基板は、基材は、その最外層に配線層を含み、充填材の一部が絶縁層の底部において剥き出しとなり、配線層と接触していることを特徴とする。このようにすることで、絶縁層の底部において充填材が剥き出しになっていることにより、絶縁層の底部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、基材の配線層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、配線層と絶縁層および充填材との密着性が向上する。
【００１４】
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配線層の熱膨張係数により近くてもよい。
【００１５】
この態様によれば、絶縁層の熱膨張係数に比べて配線層の熱膨張係数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、配線層と充填材との熱応力が小さいために、配線層が絶縁層および充填材から剥離することが抑制される。
【００１６】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の回路装置は、上記記載の回路基板と、回路基板に搭載された回路素子と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、絶縁層の剥離が発生するのを抑制することが可能な回路基板の上に、フリップチップ接続やワイヤボンディング接続などにより回路素子を接続しているので、絶縁層の剥離が発生するのを抑制することが可能な回路装置を提供することができる。
【００１８】
本発明のある態様の回路装置の製造方法は、基材を用意する第１の工程と、熱伝導性を有する粒子状の充填材が充填された絶縁層を、基材に対して圧着する第２の工程と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
この製造方法によれば、絶縁層中の充填材が効果的に基材に対して埋め込まれるようになる。こうして製造された回路装置では、基材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、基材と絶縁層および充填材との密着性が向上するようになる。
【００２０】
また、上記製造方法において、第２の工程は、充填材の一部が、絶縁層内において上下方向に積層され、互いに接触するように圧着する工程であることが好ましい。この製造方法によれば、基材に対して埋め込まれる充填材に対して圧着圧を効果的に伝播させることができるので、基材に対して充填材がより埋め込まれ、基材と絶縁層および充填材との密着性をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、絶縁層の剥離が発生するのを抑制することが可能な回路基板およびこの回路基板を用いた回路装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を具現化した実施形態について図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、本明細書において、「上」方向とは、膜の積層の順番により決まる概念であり、先に積層される膜の側から見て後から積層される膜の存在する方向が上であると規定している。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における回路基板の構成を示す断面図である。回路基板１００は、基材１、第１の配線層２、絶縁層３、充填材４、第２の配線層５、及びビアホール６を備える。
【００２３】
基材１は、ガラスクロス（ガラス繊維）に絶縁性の樹脂を含浸させた材料であり、樹脂としては例えばエポキシ樹脂、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の有機系樹脂が好適に用いられる。基材１の膜厚は、たとえば、６０μｍ程度とする。ガラスクロスは、エポキシ樹脂内に３層あると好ましい。ここで、１層とは、異なる方向にそれぞれ延びているガラス繊維が交差している状態をいい、３層とは、この状態を単位として上下方向に３段積み重なっている状態をいう。
【００２４】
基材１の上に設けられた第１の配線層２および第２の配線層５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。また、第１の配線層２と第２の配線層５とはビアホール６を介して接続されている。第１の配線層２および第２の配線層５の材料は、特に限定されないが、例えば、銅（Ｃｕ）などの金属が好適である。
【００２５】
絶縁層３は、第１の配線層２と第２の配線層５との間に設けられている。絶縁層３により、第１の配線層２と第２の配線層５との間が電気的に絶縁されている。絶縁層３に用いられる材料としては、例えば、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３の膜厚は、特に限定されないが、典型的には２５〜６０μｍである。但し、絶縁層３の膜厚の下限は、少なくとも、後述する充填材４の粒径よりも大きい必要がある。
【００２６】
絶縁層３には、絶縁層３の熱伝導率を高くするために、充填材４が添加されている。充填材４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。この充填剤としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）および窒化ホウ素（ＢＮ）などが挙げられる。本実施形態の充填材４は球状であるが、充填材４は粒子状であればよく、楕円状、不定形などの形状でもよい。
【００２７】
絶縁層３における充填材４の充填率（体積充填率）は５０〜９０ｖｏｌ％が好ましく、６５〜７５ｖｏｌ％がより好ましい。充填材４の充填率が５０ｖｏｌ％より少ないと、十分な熱伝導性が得られない。一方、充填材４の充填率が９０ｖｏｌ％より多いと、絶縁層３が脆くなり、耐久性が損なわれる。充填材４の充填率を５０〜９０ｖｏｌ％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３に充填材をより密に充填させることができる。例えば、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４の充填率を７０ｖｏｌ％とすることができる。
【００２８】
充填材４の熱膨張係数は、絶縁層３の熱膨張係数に比べて第１の配線層２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３としてエポキシ樹脂（熱膨張係数：３０．３×１０−６／Ｋ）を用い、第１の配線層２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３にアルミナ（熱膨張係数：７．８×１０−６／Ｋ）を充填材４として用いることにより、上述の関係が確保される。
【００２９】
第１実施形態では、絶縁層３は、基材１（または第１の配線層２）を被覆する状態で形成され、基材１（または第１の配線層２）の上面側において絶縁層３に充填された充填材４が剥き出しになっている。このため、基材１（または第１の配線層２）は、充填材４の一部と直に接している。基材１（または第１の配線層２）と充填材４との接触面積は、基材１（または第１の配線層２）と絶縁層３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。
【００３０】
基材１（または第１の配線層２）の上面側において、充填材４が剥き出しになっていることにより、基材１（または第１の配線層２）の上面側に充填材４の分布に伴う凹凸が形成される。この凹凸により、基材１（または第１の配線層２）と絶縁層３および充填材４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、基材１（または第１の配線層２）と絶縁層３および充填材４との密着性が向上する。
【００３１】
また、回路基板１００に熱が加わった場合においても、温度上昇による絶縁層３の膨張が、基材１（または第１の配線層２）に埋め込まれた充填材４によって抑制されるので、基材１（または第１の配線層２）と絶縁層３との熱膨張率の差から生じる剥がれを防止することができる。また、絶縁層３に比べて熱膨張係数が第１の配線層２に近い充填材４を使用することにより、回路基板１００の温度が上昇した場合であっても、第１の配線層２と充填材４との熱応力が小さいために、絶縁層３および充填材４が第１の配線層２から剥離することが抑制される。
【００３２】
これらの結果、信頼性の優れた回路基板１００を提供することができる。
【００３３】
この他、第１実施形態の回路基板１００は高温時の放熱性が向上されている。たとえば、充填材４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３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、第１の配線層２が熱伝導性の良好な充填材４と直に接することにより、絶縁層３内の充填材４を放熱経路とした熱拡散が多くなり、回路基板としての放熱性が向上する。
【００３４】
さらに、第１実施形態の回路基板においては、充填材４の一部が絶縁層３内の上下方向に積層され、互いに接触していてもよい。このようにすることで、高温下で基材１（または第１の配線層２）と絶縁層３との間に応力が発生したときに、積層してつながった充填材４間で絶縁層３内の上下方向に応力を分散するので、絶縁層３および充填材４が基材１（または第１の配線層２）から剥離するのを抑制する効果を高くすることができる。
【００３５】
図２および図３は、第１実施形態に係る回路基板１００の製造方法を示す。
【００３６】
まず、図２（Ａ）に示すように、基材１の上に、第１の配線層２を形成する。第１の配線層２は、例えば、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。
【００３７】
図２（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、予め所定の割合で充填材４が含有された絶縁層３および銅箔５ｅ付き積層シートを用意する。なお、積層シートは、充填材４同士の凝集を防止し、またエポキシ樹脂である絶縁層３となじみやすくするために、充填材４の表面にはシランカップリング剤による親水化処理を施してから、所定の割合で混練し、銅箔５ｅ上に塗布することで形成される。この積層シートを、第１の配線層２の上に貼り付けて、１５０℃で１２０分圧着して硬化させる。この圧着処理によって、絶縁層３の底部においては充填されている充填材４が剥き出しとなり、基材１の表面および第１の配線層２の表面に埋め込まれた（食い込んだ）状態に形成される。
【００３８】
なお、この圧着処理において、充填材４の一部が絶縁層３内において上下方向に積層され、互いに接触するように圧着するようにすれば、基材１（または第１の配線層２）に対して埋め込まれる充填材４に対して、圧着圧を効果的に伝播させることができるので、基材１（または第１の配線層２）に対して充填材４をより確実に埋め込むことができる。
【００３９】
図３（Ｄ）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と組み合わせて、後述するビアホール６の形成領域上に位置する銅箔５ｅを除去する。これにより、絶縁層３のビアホール６の形成領域が露出される。
【００４０】
図３（Ｅ）に示すように、銅箔５ｅの上方からＵＶレーザ（波長３５５ｎｍ、パルス幅１５ｎｓｅｃ）を所定の位置に照射することによって、絶縁層３の露出した表面から第１の配線層２の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、絶縁層３に約７０μｍの直径を有するビアホール６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３を構成する樹脂が加工される一方で、充填材４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６の側壁は、図３（Ｅ）に示すように、絶縁層３に充填された充填材４が部分的に露出した状態になっている。
【００４１】
図３（Ｆ）に示すように、パラジウムをキャタリストに用いた無電界銅めっき処理によって、銅箔５ｅの上面およびビアホール６の内面上に、約０．５μｍの厚みで銅薄膜を析出させる。続いて、硫酸銅溶液をめっき液とした電解めっき処理によって、銅箔５ｅの上面およびビアホール６の内部に、約１５μｍの厚みで銅膜をめっきする。この結果、銅からなる第２の配線層５が形成される。
【００４２】
続いて、図１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とを組み合わせた加工法により、第２の配線層５を所定の配線パターンに加工する。これにより、本発明に係る回路基板１００が製造される。
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態による回路装置の構成を示す断面図である。
【００４３】
第２実施形態による回路装置１１０では、図４に示すように、約１００μｍ〜約３ｍｍ（例えば、約１．５ｍｍ）の厚みを有する基板１１を用いる。例えば、この基板１１は、銅からなる下層金属層と、下層金属層上に形成されたＦｅ−Ｎｉ系合金（いわゆるインバー合金）からなる中間金属層と、中間金属層上に形成された銅からなる上層金属層とが積層されたクラッド材によって構成される。
【００４４】
基板１１の表面上には、約６０μｍ〜約１６０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂を主成分とする１層目の絶縁層１２が形成されている。ここで、絶縁層１２には、絶縁層１２の熱伝導率を高くするために充填材（図示せず）が添加されている。なお、絶縁層１２には、第１実施形態での絶縁層３（および充填材４）と同じ組成の材料を適用している。絶縁層１２の底部では、基板１１の上面側において絶縁層１２に充填された充填材が剥き出しになって、基板１１の表面に食い込んだ状態であり、基板１１は充填材の一部と直に接している。充填材が剥き出しになって基板１１の表面に食い込んでいることにより、基板１１の上面側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、基板１１と絶縁層１２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、基板１１と絶縁層１２の密着性が向上する。
【００４５】
また、第２実施形態では、後述するＬＳＩチップ（回路素子）１９の下方に位置する絶縁層１２の所定領域に、約１００μｍの直径を有するとともに、絶縁層１２を貫通する４つのビアホール１２ａが形成されている。そして、絶縁層１２上の所定領域には、約１５μｍの厚みを有するとともに、サーマルビア部１３ａと、配線部１３ｂ〜１３ｄとを含む１層目の銅からなる導電層１３が形成されている。導電層１３のサーマルビア部１３ａは、ＬＳＩチップ１９の下方の領域に配置されているとともに、基板１１の表面に接触するように、ビアホール１２ａ内に埋め込まれた部分を有する。この導電層１３のサーマルビア部１３ａは、基板１１に熱を放熱する機能を有する。尚、ビアホール１２ａ内に導電層１３が埋め込まれた状態での樹脂層１２の熱伝導率は、約６Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜約８Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。また、導電層１３の配線部１３ｂ〜１３ｄは、後述するＬＳＩチップ１９（サーマルビア部１３ａ）の周辺領域に配置されている。
【００４６】
さらに、導電層１３を覆うように、上記した１層目の絶縁層１２と同じ厚みおよび組成を有する２層目の絶縁層１４が形成されているとともに、絶縁層１４上の所定領域に、上記した１層目の導電層１３と同じ厚みを有する２層目の銅からなる導電層１５が形成されている。
【００４７】
ここで、絶縁層１４には、絶縁層１２と同じ組成の材料を適用しているので、絶縁層１４の底部では、絶縁層１２および導電層１３の上面側において絶縁層１４に充填されている充填材が剥き出しになって、絶縁層１２および導電層１３の表面に食い込んだ状態である。これにより、導電層１３は充填材の一部と直に接している。充填材が剥き出しになって絶縁層１２および導電層１３の表面に食い込んでいることにより、絶縁層１２および導電層１３の上面側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、絶縁層１２および導電層１３と絶縁層１４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、絶縁層１２および導電層１３と絶縁層１４の密着性が向上する。
【００４８】
具体的には、絶縁層１４のＬＳＩチップ１９の下方に位置する領域に、約１００μｍの直径を有するとともに、絶縁層１４を貫通する４つのビアホール１４ａが形成されている。この４つのビアホール１４ａは、それぞれ、４つのビアホール１２ａに対応する位置に形成されている。また、絶縁層１４には、導電層１３の配線部１３ｂ、１３ｄに対応する領域に、約２００μｍの直径を有するとともに、絶縁層１４を貫通するビアホール１４ｂが形成されている。また、導電層１５は、充填ビア部（サーマルビア部）１５ａと、非充填ビア部１５ｂ、１５ｃと、配線部１５ｄを含む。そして、導電層１５のサーマルビア部１５ａは、ＬＳＩチップ１９の下方の領域に配置されているとともに、導電層１３のサーマルビア部１３ａの表面に接触するように、ビアホール１４ａ内に埋め込まれた部分を有する。この導電層１５のサーマルビア部１５ａは、ＬＳＩチップ１９で発生した熱を導電層１３のサーマルビア部１３ａに伝達して放熱する機能を有する。
【００４９】
さらに、導電層１５の非充填ビア部１５ｂは、ＬＳＩチップを囲むように周辺領域に配置されているとともに、導電層１３の配線部１３ｃの表面に接触するように、ビアホール１４ｂの内壁をＵ字状に被覆する部分を有する。導電層１５の非充填ビア部１５ｃも、非充填ビア部１５ｂと同様であるが、非充填ビア部１５ｃではビアホール１４ｂが複数個形成されている。そして、導電層１５の配線部１５ｄは、他のＬＳＩチップやチップ抵抗など（図示せず）と接続するように配置されている。
【００５０】
また、導電層１５を覆うように、導電層１５の非充填ビア部１５ｂ、１５ｃおよび配線部１５ｄに対応する領域に開口部を有するソルダーレジスト層１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）が形成されている。さらに、非充填ビア部１５ｂ，１５ｃでは、ビアホール１４ｂ内を埋め込むようにソルダーレジスト層１６ｂ，１６ｃが設けられている。ここで、ソルダーレジスト層１６は、メラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂およびポリアミドビスマレイミドなどの熱硬化性樹脂からなる。尚、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、及びメラミン誘導体は、高周波特性に優れているので、ソルダーレジスト層１６の材料として好ましい。また、ソルダーレジスト層１６に、ＳｉＯ２などの充填剤を添加してもよい。
【００５１】
このソルダーレジスト層１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）は、導電層１５の保護膜として機能する。さらに、非充填ビア部１５ｂ，１５ｃでは、ビアホール１４ｂ内を埋め込むようにソルダーレジスト層１６ｂ，１６ｃが設けられているため、ビアホール１４ｂ内のソルダーレジスト層１６ｂ，１６ｃが、非充填ビア部１５ｂ，１５ｃが変形する際の緩衝材として機能し、非充填ビア部１５ｂ，１５ｃの過度の変形を抑制することができる。ＬＳＩチップ１９は、導電層１５のサーマルビア部１５ａ上のソルダーレジスト層１６ａ上に、約２０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂からなる接着層（図示せず）を介して装着されている。尚、ＬＳＩチップ１９では、単結晶シリコン基板（図示せず）が用いられており、熱膨張係数は、約４ｐｐｍ／℃である。このＬＳＩチップ１９は、ワイヤ１７によって、導電層１５の非充填ビア部１５ｂ，１５ｃに電気的に接続されている。
【００５２】
また、図４に示すように、装置内部に装着されたＬＳＩチップ１９などを保護するために、ＬＳＩチップ１９を覆うように、エポキシ樹脂からなる封止樹脂層２０が形成されている。
【００５３】
第２実施形態では、上記のように、非充填ビア部１５ｂ，１５ｃにおいて、ビアホール１４ｂ内にソルダーレジスト層１６ｂ，１６ｃが埋め込まれるために、アンカー効果によって、配線層１５ｂ、１５ｃとソルダーレジスト層１６ｂ，１６ｃとの密着性を向上させることができる。また、ＬＳＩチップ１９に覆われたビアホール１４ａが導電層１５で充填され、充填ビア部１５ａとなり、ＬＳＩチップ１９で発生した熱を、この充填ビア部１５ａを経由して放熱することができる。さらに、ビアホール１４ｂの内壁を導電層１５がＵ字状に被覆しているため、充填ビア部（サーマルビア部）１５ａからのストレスに対してこのＵ字状の導体層がバネとして機能し、ストレスを吸収・緩和することができる。これにより、充填ビア部（サーマルビア部）１５ａおよびサーマルビア１３ａによってＬＳＩチップ１９で発生した熱を効率的に放熱できるとともに、一方で非充填ビア部１５ｂ、１５ｃによって充填ビア部（サーマルビア部）１５ａの熱膨張によって生ずるストレスを吸収・緩和し、密着性および配線信頼性に優れた回路装置を提供することができる。
【００５４】
図５〜図７は、図５に示した第２実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図４〜図７を参照して、第２実施形態による回路装置の製造プロセスについて説明する。
【００５５】
まず、図５（Ａ）に示すように、予め所定の割合で充填材が含有された絶縁層１２および銅箔１３ｅ付き積層シートを用意し、この積層シートを基板１１の上に貼り付けて、１５０℃で１２０分圧着して硬化させる。この圧着処理によって、絶縁層１２の底部において充填されている充填材が剥き出しとなり、基板１１の表面に埋め込まれた（食い込んだ）状態に形成される。
【００５６】
図５（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ビアホール１２ａ（図４参照）の形成領域上に位置する銅箔１３ｅを除去する。これにより、絶縁層１２のビアホール１２ａの形成領域が露出される。
【００５７】
図５（Ｃ）に示すように、銅箔１３ｅの上方から炭酸ガスレーザまたはＵＶレーザを照射することによって、絶縁層１２の露出した表面から基板１１の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、樹脂層１２に、約１００μｍの直径を有するとともに、絶縁層１２を貫通する４つのビアホール１２ａを形成する。このビアホール１２ａは、後述するサーマルビア部１３ａを形成するために設けられる。
【００５８】
図５（Ｄ）に示すように、無電解めっき法を用いて、銅箔１３ｅの上面およびビアホール１２ａの内面上に、銅を約０．５μｍの厚みでめっきする。続いて、電解めっき法を用いて、銅箔１３ｅの上面およびビアホール１２ａの内部に、めっきする。尚、第２実施形態では、めっき液中に、抑制剤および促進剤を添加することによって、抑制剤を銅箔１３ｅの上面上に吸着させるとともに、促進剤をビアホール１２ａの内面上に吸着させる。これにより、ビアホール１２ａの内面上の銅めっきの厚みを大きくすることができるので、ビアホール１２ａ内に銅を埋め込むことができる。その結果、図５（Ｄ）に示すように、樹脂層１２上に、約１５μｍの厚みを有する導電層１３が形成されるとともに、ビアホール１２ａ内に、導電層１３が埋め込まれる。
【００５９】
図６（Ｅ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、導電層１３をパターニングする。これにより、ＬＳＩチップ１９（図４参照）の下方の領域に位置するサーマルビア部１３ａと、配線部１３ｂ〜１３ｄを形成する。
【００６０】
図６（Ｆ）に示すように、予め所定の割合で充填材が含有された絶縁層１４および銅箔１５ｅ付き積層シートを用意し、導電層１３および絶縁層１２を覆うように、この積層シートを導電層１３および絶縁層１２の上に貼り付けて、１５０℃で１２０分圧着して硬化させる。この圧着処理によって、絶縁層１４の底部において充填されている充填材が剥き出しとなり、導電層１３のおよび絶縁層１２の表面に埋め込まれた（食い込んだ）状態に形成される。
【００６１】
図６（Ｇ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ビアホール１４ａおよび１４ｂ（図５参照）の形成領域上に位置する銅箔１５ｅを除去する。これにより、絶縁層１４のビアホール１４ａおよび１４ｂの形成領域が露出される。
【００６２】
図６（Ｈ）に示すように、銅箔１５ｅの上方から炭酸ガスレーザまたはＵＶレーザを照射することによって、絶縁層１４の露出した表面から導電層１３の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、絶縁層１４に約１００μｍの直径を有するとともに、絶縁層１４を貫通する４つのビアホール４ａを形成する。さらにこの工程では、絶縁層１４に約２００μｍの直径を有するとともに、絶縁層１４を貫通するビアホール１４ｂを同時に形成する。
【００６３】
図７（Ｉ）に示すように、無電解めっき法を用いて、銅箔１５ｅの上面およびビアホール１４ａおよび１４ｂの内面上に、銅を約０．５μｍの厚みでめっきする。続いて、電解めっき法を用いて、銅箔１５ｅの上面およびビアホール１４ａおよび１４ｂの内部に、めっきする。ビアホール１４ａでは、この際、めっき液中に、抑制剤および促進剤を添加することによって、抑制剤を銅箔１５ｅの上面上に吸着させるとともに、促進剤をビアホール１４ａの内面上に吸着させる。これにより、ビアホール１４ａの内面上の銅めっきの厚みを大きくすることができるので、ビアホール１４ａ内に銅を埋め込むことができる。その結果、絶縁層１４上に、約１５μｍの厚みを有する導電層１５が形成されるとともに、ビアホール１４ａ内に、導電層１５が埋め込まれ充填される。ビアホール１４ｂでは、導電層１５の形成膜厚に比べてビア径が大きいので、導電層１５はビアホール１４ｂの内壁を被覆するようにのみ形成される。
【００６４】
図７（Ｊ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、導電層１５をパターニングする。これにより、ＬＳＩチップ１９（図５参照）の下方の領域に位置する充填ビア部（サーマルビア部）１５ａと、ＬＳＩチップ１９の周辺の非充填ビア部１５ｂ、１５ｃと、配線部１５ｄを形成する。
【００６５】
尚、非充填ビア部１５ｂ、１５ｃ（ビアホール１４ｂ）は、ＬＳＩチップ１９を囲むように３ヶ所以上設けられ、３個以上のビアホール１４ｂを結んで囲まれる領域に、ＬＳＩチップ１９が配置されるようにレイアウトしておく。第２実施形態では、ＬＳＩチップ１９などの回路素子の配置領域以外のビアホールは、すべてビアホール１４ｂのような非充填ビアとなるように設計した。
【００６６】
図７（Ｋ）に示すように、導電層１５を覆うように、導電層１５のワイヤボンディング部１５ｂ、１５ｃに対応する領域に開口部を有するソルダーレジスト層１６ａを形成する。この際、非充填ビア部１５ｂ，１５ｃでは、ビアホール１４ｂ内を埋め込むようにソルダーレジスト層１６ｂ，１６ｃが設けられている。尚、銅（Ｃｕ）からなる導電層１５のヤング率は約１２９．８ＧＰａ、ソルダーレジスト層１６のヤング率は約１０ＧＰａであり、導電層１５に比べて低いヤング率となっている。
【００６７】
そして、導電層１５のサーマルビア部１５ａ上のソルダーレジスト層１６ａ上に、約５０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂からなる接着層（図示せず）を介してＬＳＩチップ１９を装着する。このＬＳＩチップ１９を装着した後の接着層の厚みは、約２０μｍとなる。この後、ＬＳＩチップ１９と導電層１５のワイヤボンディング部１５ｂ、１５ｃとをワイヤ１７により電気的に接続する。
【００６８】
最後に、図４に示したように、基板１１上のＬＳＩチップ１９を保護するために、ＬＳＩチップ１９を覆うように、エポキシ樹脂からなる封止樹脂層２０を形成することによって、第２実施形態による回路装置１１０が形成される。
（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態による回路装置の構成を示す断面図である。第３実施形態での回路装置１３０は、配線層３１、絶縁層３５、回路素子３９、封止樹脂層４０、ソルダーレジスト層４３、及び外部電極４５を備える。
【００６９】
配線層３１は、導電部材で形成された所定のパターンを有する。配線層３１は、銅（Ｃｕ）などの単一の金属によって形成されてもよいが、複数の金属層によって形成されていてもよい。たとえば、銅からなる金属層の上に銀（Ａｇ）膜を形成することにより、ワイヤボンディング時の接続信頼性を向上させることができる。
【００７０】
絶縁層３５は、絶縁層の熱伝導率を高くするために充填材（図示せず）が添加されている。なお、絶縁層３５には、第１実施形態での絶縁層３（および充填材４）と同じ組成の材料を適用している。絶縁層３５の底部では、配線層３１の上面側において絶縁層３５に充填された充填材が剥き出しになって、配線層３１の表面に食い込んでおり、配線層３１は充填材の一部と直に接している。充填材が剥き出しになって配線層３１の表面に食い込んでいることにより、配線層３１の上面側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、配線層３１と絶縁層３５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、配線層３１と絶縁層３５の密着性が向上する。
【００７１】
絶縁層３５は、配線層３１の隙間から配線層３１の下面側へ突出した突起部４２を有する。この突起部４２によって、絶縁物である突起部４２が障害となって隣接する配線層３１間でマイグレーションが発生することが抑制される。さらに、この突起部４２においても絶縁層３５に含まれる充填材が剥き出しになっており、その表面には充填材の分布に伴う凹凸が形成されている。この凹凸によって表面積が増大し、突起部４２における放熱性が向上するため、突起部４２の表面に凹凸がない場合に比べて、回路素子３９の温度上昇時における回路装置１３０の信頼性を向上することができる。
【００７２】
回路素子３９は、たとえば、ＩＣ（集積回路）、ＬＳＩ（大規模集積回路）などの半導体チップである。回路素子３９は、所定領域の絶縁層３５の上に、エポキシ樹脂からなる接着層３８を介して装着されている。なお、接着層３８としては、絶縁性を有するエポキシ樹脂の他に、導電性を有するはんだによって接着してもよい。
【００７３】
封止樹脂層４０は、配線層３１の上方に設けられた回路素子３９を封止し、回路素子３９を外界からの影響から保護している。封止樹脂層４０の材料は、たとえば、エポキシ樹脂などの熱硬化性の絶縁樹脂である。回路素子３９を封止樹脂層４０で封止することにより、回路装置１３０を実装する前の動作試験時などにおいて回路素子３９等が破壊や損傷を受けることを抑制することができる。
【００７４】
ソルダーレジスト層４３は、外部電極４５に対応する領域に開口部を有し、突起部４２を含む配線層３１の下面側（回路素子３９とは反対側）を覆うように設けられ、配線層３１を外界からの影響から保護している。ここで、ソルダーレジスト層４３は、メラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂およびポリアミドビスマレイミドなどの熱硬化性樹脂からなる。なお、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、及びメラミン誘導体は、高周波特性に優れているので、ソルダーレジスト層４３の材料として好ましい。また、ソルダーレジスト層４３に、ＳｉＯ２などの充填剤を添加してもよい。
【００７５】
外部電極４５は、外部接続端子として配線層３１に接合するように、ソルダーレジスト層４３の開口部に対応してアレイ状に複数配置されている。
【００７６】
図９〜１１は、第３実施形態に係る回路装置の製造方法を示す。
【００７７】
まず、図９（Ａ）に示すように、銅板３１（後工程で配線層３１となる）の上に、リソグラフィ法により配線層のパターンに合わせてレジスト３２を選択的に形成する。銅板３１の膜厚はたとえば１２５μｍである。具体的には、ラミネーター装置を用いて銅板３１に膜厚２０μｍのレジスト膜を貼り付け、配線層のパターンを有するフォトマスクを用いてＵＶ露光した後、Ｎａ２ＣＯ３溶液を用いて現像し、未露光領域のレジストを除去することによって、銅板３１の上にレジスト３２が選択的に形成される。なお、レジスト３２との密着性向上のために、レジスト膜のラミネート前に、銅板３１の表面に研磨、洗浄等の前処理を必要に応じて施すことが望ましい。
【００７８】
図９（Ｂ）に示すように、塩化第二鉄溶液を用いて、銅板３１の露出部分をハーフエッチングし、所定の配線パターン３４に該当しない領域に溝３３を形成した後、レジスト３２をＮａＯＨ溶液などの剥離液を用いて剥離する。溝３３の深さは、たとえば５０μｍである。
【００７９】
図９（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、予め所定の割合で充填材（図示せず）が含有された絶縁層３５の絶縁層シートを用意する。なお、絶縁層シートは、充填材同士の凝集を防止し、またエポキシ樹脂である絶縁層３５となじみやすくするために、充填材の表面にはシランカップリング剤による親水化処理を施してから、所定の割合で混練して形成される。この絶縁層シートを、銅板３１の上に貼り付けて、１５０℃で１２０分圧着して硬化させる。この圧着処理によって、絶縁層３５の底部においては充填されている充填材が剥き出しとなり、充填材が銅板３１の配線パターン３４の表面および銅板３１の溝３３の内壁表面に埋め込まれた（食い込んだ）状態に形成される。
【００８０】
図９（Ｅ）に示すように、ＵＶレーザを用いて絶縁層３５をパターニングし、配線層３１を露出させ、後工程でのワイヤボンディングするための開口部３６を形成する。
【００８１】
図１０（Ｆ）に示すように、電解めっき法または無電解めっき法により、露出した銅板３１の表面に膜厚１０μｍ程度のＡｇ膜を形成する。これにより、銅板３１の表面にＡｇ膜からなるめっき膜３７が形成される。
【００８２】
図１０（Ｇ）に示すように、絶縁層３５の上に、約５０μｍの厚みを有するエポキシ樹脂からなる接着層３８を介して回路素子３９を装着する。この回路素子３９を装着した後の接着層３８の厚みは、約２０μｍとなる。これにより、回路素子３９が絶縁層３５の上に固定される。なお、回路素子３９を固定する接着層３８としては、絶縁性の上記材料の他に、導電性のはんだ材を用いてもよい。この場合、回路素子３９が搭載される領域にはんだを印刷した後、回路素子３９を所定位置に搭載した状態でリフロー処理を行うことで、回路素子３９が固定される。
【００８３】
図１０（Ｈ）に示すように、回路素子３９の電極端子（図示せず）とめっき膜３７（所定位置の配線層３１）とをワイヤボンディングによって電気的に接続する。ワイヤボンディングに用いるワイヤ４０として金線を用いることにより、Ａｇで構成されためっき膜３７との接続信頼性を向上させることができる。
【００８４】
図１０（Ｉ）に示すように、トランスファーモールド法により、エポキシ樹脂を用いて回路素子３９を封止する封止樹脂層４１を形成する。
【００８５】
図１１（Ｊ）に示すように、銅板３１の下面を、塩化第二鉄溶液を用いてハーフエッチングし、銅板３１の厚さを２０μｍにまで薄膜化するとともに、溝３３に埋め込まれた絶縁層３５を露出させることによって、突起部４２を形成する。突起部４２の高さは、たとえば３０μｍである。なお、突起部４２の表面には、充填材が銅板３１の溝３３の内壁表面に埋め込まれた（食い込んだ）状態を反映して、充填材による凹凸が形成されている。
【００８６】
図１１（Ｋ）に示すように、突起部４２を含む配線層３１の下面側（回路素子３９とは反対側）を覆うように、ソルダーレジスト層４３をラミネート形成する。ここで、ソルダーレジスト層４３の厚さは、たとえば４０μｍとする。ラミネートの条件としては、たとえば、温度１１０℃、時間１〜２分、２気圧などが用いられる。その後、アフターベーク工程によりソルダーレジスト層４３を一部硬化させる。つづいて、ガラスをマスクとして露光することでパターニングし、外部電極４５に対応する領域に開口部４４を形成する。
【００８７】
最後に、図８に示すように、はんだ印刷法を用いて、配線層３１の下面（ソルダーレジスト層４３の開口部４４で露出した部分）に外部接続端子として機能するはんだボール（外部電極）４５を形成する。具体的には、樹脂とはんだ材をペースト状にした「はんだペースト」を、スクリーンマスクにより所望の箇所に印刷し、はんだ溶融温度に加熱することで、はんだボール４５を形成する。あるいは、別の方法として配線層３１の下面部にあらかじめフラックスを塗布しておき、はんだボール４５を配線層３１にマウントしてもよい。
【００８８】
以上の工程により、第３実施形態の回路装置１３０を得ることができる。
【００８９】
なお、今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第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】本発明の第１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】本発明の第１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４】本発明の第２実施形態による回路装置を示した断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態による回路装置を示した断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による回路装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】従来の回路装置の構造を概略的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 基材
２ 第１の配線層
３ 絶縁層
４ 粒子状の充填材
５ 第２の配線層
６ ビアホール
１００ 回路基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材の上に設けられた絶縁層と、
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、
を備え、
前記充填材の一部が前記絶縁層の底部において剥き出しとなり、前記基材と接触していることを特徴とした回路基板。
【請求項２】
前記基材と前記充填材の一部との接触面積が、前記基材と前記絶縁層との接触面積よりも広いことを特徴とした請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記充填材の一部は、前記絶縁層内の上下方向に積層され、互いに接触していることを特徴とした請求項１または２に記載の回路基板。
【請求項４】
前記基材は、その最外層に配線層を含み、
前記充填材の一部が前記絶縁層の底部において剥き出しとなり、前記配線層と接触していることを特徴とした請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路基板。
【請求項５】
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配線層の熱膨張係数により近いことを特徴とした請求項４に記載の回路基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路基板と、
前記回路基板に搭載された回路素子と、
を備えることを特徴とした回路装置。
【請求項７】
基材を用意する第１の工程と、
熱伝導性を有する粒子状の充填材が充填された絶縁層を、前記基材に対して圧着する第２の工程と、
を備えることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項８】
前記第２の工程は、前記充填材の一部が、前記絶縁層内において上下方向に積層され、互いに接触するように圧着する工程であることを特徴とした請求項７に記載の回路基板の製造方法。
【請求項１】
基材と、
前記基材の上に設けられた絶縁層と、
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、
を備え、
前記充填材の一部が前記絶縁層の底部において剥き出しとなり、前記基材と接触していることを特徴とした回路基板。
【請求項２】
前記基材と前記充填材の一部との接触面積が、前記基材と前記絶縁層との接触面積よりも広いことを特徴とした請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記充填材の一部は、前記絶縁層内の上下方向に積層され、互いに接触していることを特徴とした請求項１または２に記載の回路基板。
【請求項４】
前記基材は、その最外層に配線層を含み、
前記充填材の一部が前記絶縁層の底部において剥き出しとなり、前記配線層と接触していることを特徴とした請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路基板。
【請求項５】
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配線層の熱膨張係数により近いことを特徴とした請求項４に記載の回路基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路基板と、
前記回路基板に搭載された回路素子と、
を備えることを特徴とした回路装置。
【請求項７】
基材を用意する第１の工程と、
熱伝導性を有する粒子状の充填材が充填された絶縁層を、前記基材に対して圧着する第２の工程と、
を備えることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項８】
前記第２の工程は、前記充填材の一部が、前記絶縁層内において上下方向に積層され、互いに接触するように圧着する工程であることを特徴とした請求項７に記載の回路基板の製造方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−１８０１０５（Ｐ２００７−１８０１０５Ａ）
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７４０３３（Ｐ２００５−３７４０３３）
【出願日】平成１７年１２月２７日（２００５．１２．２７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２７日（２００５．１２．２７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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