配線基板、実装基板および実装構造体、並びに配線基板の製造方法
【課題】本発明は、スルーホール導体が括れ部を有することによって、そのスルーホール導体によって囲まれる領域に充填される絶縁体が熱膨張を起こしても、スルーホール導体に加わる応力を分散させることによって、スルーホール導体が破壊されず、スルーホール導体の電気的接続を安定にすることが可能な配線基板、実装基板及び実装構造体、並びに配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】厚み方向に貫通するスルーホールＳを有する配線基板５であって、スルーホールＳの内壁面に沿って形成されるスルーホール導体１０と、スルーホール導体によって囲まれる領域Ｔに充填される絶縁体１３と、を備え、スルーホール導体１０は、厚み方向の途中に括れ部１０Ｍを有しており、スルーホール導体１０を断面視して括れ部１０Ｍの両端の高さ位置が厚み方向にずれていることを特徴とする配線基板５。
【解決手段】厚み方向に貫通するスルーホールＳを有する配線基板５であって、スルーホールＳの内壁面に沿って形成されるスルーホール導体１０と、スルーホール導体によって囲まれる領域Ｔに充填される絶縁体１３と、を備え、スルーホール導体１０は、厚み方向の途中に括れ部１０Ｍを有しており、スルーホール導体１０を断面視して括れ部１０Ｍの両端の高さ位置が厚み方向にずれていることを特徴とする配線基板５。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種オーディオビジュアル機器や家電機器、通信機器、コンピュータ機器およびその周辺機器などの電子機器に使用される実装基板およびそれに使用される配線基板に関するものである。本発明はさらに、実装基板に半導体素子を実装した実装構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＩＣ（Integrated Circuit）又はＬＳＩ（Large Scale Integration）等の半導体素子を実装する実装基板として、樹脂製の実装基板が用いられている。また、近年においては、ＬＳＩの処理能力向上に伴い、実装基板の端子の数も増加傾向にある。かかる実装基板には、実装基板の端子の数を増加させつつ実装基板の剛性を維持するために、剛性の優れた配線基板が使用されている。
【０００３】
配線基板は、上下方向に貫通する円柱状のスルーホールと、該スルーホールの内壁面に沿って形成される円筒状のスルーホール導体と、スルーホール導体によって囲まれる領域に充填される絶縁体と、を備えている。スルーホールを微細にし、スルーホール導体の数を増やすことによって、実装基板の端子の数を増加することができる。
【０００４】
スルーホールは、図１２に示すように、配線基板５Ｘに対しドリル孔あけ加工を施すことによって形成することができ、スルーホール導体１０Ｘは、スルーホールＳＸの内壁面に対しメッキ法を用いて形成することができる。また、絶縁体１３Ｘは、スルーホール導体１０Ｘによって囲まれる領域に熱硬化性樹脂を充填し、熱硬化することで形成することができる（下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−９３２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述した特許文献１に記載の配線基板は、絶縁体が円柱状であって、スルーホール導体と絶縁体との熱膨張率が異なるため、外部から配線基板に熱を加えると、配線基板及び絶縁体が上下左右に熱膨張を起こし、スルーホール導体に応力が加わり、スルーホール導体が破壊されることがある。特に、スルーホール及びスルーホール導体が微細に形成された配線基板においては、スルーホール導体の破壊が起き易く、スルーホール導体の電気的接続が不安定になり、製品不良が発生し、製造歩留まりが低下するといった問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであって、絶縁体が熱膨張を起こしても、スルーホール導体に加わる応力を分散させることによって、スルーホール導体が破壊されず、スルーホール導体の電気的接続を安定にすることが可能な配線基板、実装基板及び実装構造体、並びに配線基板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】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の配線基板は、厚み方向に貫通するスルーホールを有する配線基板であって、前記スルーホールの内壁面に沿って形成されるスルーホール導体と、前記スルーホール導体によって囲まれる領域に充填される絶縁体と、を備え、前記スルーホール導体は、厚み方向の途中に括れ部を有しており、前記スルーホール導体を断面視して前記括れ部の両端の高さ位置が厚み方向にずれていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の配線基板は、前記括れ部に沿ったスルーホール導体の外周が、楕円形であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の実装基板は、前記配線基板と、前記配線基板の一主面及び他主面に形成される導電層と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の実装構造体は、前記実装基板と、前記実装基板にフリップチップ実装される半導体素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の配線基板の製造方法は、基板の一主面に向けてレーザー光を照射して、前記基板に凹状の第１開口部を形成する工程と、前記基板の他主面であって、平面視して前記基板の前記第１開口部と一部重なる位置に向けてレーザー光を照射し、前記第１開口部と接続するように凹状の第２開口部を形成する工程と、前記第１開口部及び前記第２開口部の内壁面に沿ってスルーホール導体を形成する工程と、前記スルーホール導体によって囲まれる領域に絶縁体を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、絶縁体が熱膨張を起こしたときに、スルーホール導体に加わる応力を分散させることによって、スルーホール導体が破壊されるのを効果的に防止することができ、スルーホール導体の電気的接続を安定にするこが可能は配線基板、実装基板及び実装構造体、並びに配線基板の製造方法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】
【００１３】
以下に、本発明にかかる実装構造体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。かかる実装構造体は、例えば各種オーディオビジュアル機器、家電機器、通信機器、コンピュータ装置又はその周辺機器などの電子機器に使用されるものである。
【００１４】
図１は本実施形態に係る実装構造体１の平面図、図２は本実施形態に係る実装構造体１の断面図である。本実施形態に係る実装構造体１は、実装基板２と、実装基板２に半田等のバンプ３を介してフリップチップ実装された、ＩＣ又はＬＳＩ等の半導体素子４と、を含んで構成されている。また、実装基板２は、配線基板５と、配線基板５の一主面及び他主面に積層される導電層６と、絶縁層７と、を含んで構成されている。
【００１５】
かかる配線基板５は、多数の単繊維８を樹脂で含浸してなる繊維層９を複数層積層した基材から成るとともに、上下方向に貫通するスルーホールＳが形成されている。また、スルーホールＳは、上方に向かって開口する凹状の第１開口部Ｓ１と、下方に向かって開口する凹状の第２開口部Ｓ２とを有し、第１開口部Ｓ１と第２開口部Ｓ２とを接続するとともに、平面視して第１開口部Ｓ１の中心と第２開口部Ｓ２の中心軸がずれて形成されている。さらに、スルーホールＳの内壁面に沿ってスルーホール導体１０が形成されている。かかるスルーホール導体１０は、厚み方向の途中に括れ部１０Ｍを有しており、スルーホール導体１０を断面視して前記括れ部１０Ｍの両端の高さ位置が厚み方向にずれて形成されている。
【００１６】
以下に、配線基板５に積層される導電層６及び絶縁層７について説明する。導電層６は、所定の電気信号を伝達する機能を備えたライン状の信号線路６ａと、半導体素子４を共通の電位、例えばアース電位にする機能を備えた平板状のグランド層６ｂとを含んでいる。また、信号線路６ａは、グランド層６ｂに対して、絶縁層７を介して対向するように配置されている。また、導電層６は、例えば銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル又はクロム等の金属材料からなる。
【００１７】
絶縁層７は、接着層７ａとフィルム層７ｂとから構成されている。フィルム層７ｂは、接着層７ａを介して配線基板５に対して貼り合わされている。接着層７ａは、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂等が使用される。なお、かかる熱硬化性樹脂としては、例えばポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シアネート樹脂、シリコン樹脂又はビスマレイミドトリアジン樹脂のうち少なくともいずれか一つを使用することができる。熱可塑性樹脂としては、半田リフロー時の加熱に耐える耐熱性を有する必要があることから、構成する材料の軟化温度が２００℃以上であることが望ましく、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂又はポリフェニレンエーテル樹脂等を使用することができる。
【００１８】
フィルム層７ｂは、配線基板５の平坦性を確保するために精密に厚さが制御されている。また、フィルム層７ｂは、弾性変形可能であって、耐熱性と硬さに優れた特性の材料であることが望ましい。この様な特性を有するフィルム層７ｂとしては、例えば、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール樹脂、全芳香族ポリアミド樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂又は液晶ポリマー樹脂等を用いることができる。なお、フィルム層７ｂの厚みは、例えば１μｍ以上２０μｍ以下となるように設定されている。
【００１９】
絶縁層７は、配線基板５及び導電層６に対して積層し、例えば加熱プレス装置を用いて加熱しながら加圧した後、冷却することによって硬化する。また、絶縁層７は、厚み寸法が例えば１μｍ以上１０μｍ以下となるように設定されている。
【００２０】
絶縁層７には、その上下方向を貫くビア導体１１が形成されている。かかるビア導体１１は、上下位置の異なる導電層６同士を電気的に接続するためのものである。かかるビア導体１１は、配線基板５の一主面側から実装基板２の一主面側（配線基板５の他主面側から実装基板２の他主面側）に向けて幅広な逆テーパー状に形成されており、例えば銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル又はクロム等の導電材料から成る。
【００２１】
次に、配線基板５について詳述する。図３は、配線基板５の繊維層９に対応するＡ部分を拡大した断面図である。図３に示すように、繊維層９は、配線基板５の剛性を良好に維持するものであって、単繊維８が多数敷き詰められて設けられている。
【００２２】
繊維層９を構成する一方向に配列された多数の単繊維８は、繊維層９の一端から他端にまで延在されている。単繊維８は、例えばポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール樹脂、全芳香族ポリアミド樹脂又は全芳香族ポリエステル樹脂等の低熱膨張樹脂から成る。かかる単繊維８の熱膨張率は、繊維の長手方向（Ｘ方向）に直交する断面方向（Ｚ方向）の熱膨張率が、繊維の長手方向（Ｘ方向）の熱膨張率より大きい。その単繊維８の断面方向（Ｚ方向）の熱膨張率は、４０ｐｐｍ／℃以上１２０ｐｐｍ／℃以下であって、単繊維８の長手方向（Ｘ方向）の熱膨張率は、−１０ｐｐｍ／℃以上１０ｐｐｍ／℃以下である。なお、熱膨張率は、ＪＩＳＫ７１９７に準ずる。また、単繊維８は長尺状に形成されており、その断面方向（Ｚ方向）の断面が円形であって、その直径は例えば３μｍ以上１５μｍ以下に形成されている。
【００２３】
また、Ｘ方向に沿って配列される繊維層９の数と、Ｙ方向に沿って配列される繊維層９の数は、一致していることが好ましい。繊維層９を構成する単繊維８は、長手方向の熱膨張率と断面方向の熱膨張率が異なるため、繊維層９をＸ方向又はＹ方向の一方に多く偏って配置すると、配線基板５に外部から熱が加えた際に、配線基板５が歪んでしまうことがある。そのため、Ｘ方向に沿って配列される繊維層９の数とＹ方向に沿って配列される繊維層９の数を近づけることによって、熱膨張の際に配線基板５が歪むのを抑制することができる。
【００２４】
また、繊維層９に対する単繊維８の体積比率が、３０体積％以上８０体積％以下に設定されている。繊維層９に対する単繊維８の体積比率が３０体積％以上だと、繊維層９に含有される単繊維８が十分に確保され、単繊維８の優れた剛性が繊維層９に影響を及ぼし、配線基板５全体の反りを少なくすることができる。また、繊維層９に対する単繊維８の体積比率が８０体積％を超えると、繊維層９を作製する際に、単繊維８同士の間に空気が多く混入することがある。気泡が多いと、樹脂の硬化後は、その気泡が空隙となって、空隙に導電層等から導電材料が析出し、配線基板５の電気的信頼性が低下する。そのため、繊維層９に対する単繊維８の体積比率を８０体積％以下にすることで、配線基板５内の気泡を低減することができる。
【００２５】
繊維層９に含まれる樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂又はポリフェニレンエーテル樹脂等から成る。なお、樹脂に多数のフィラー１２が含有されていても構わない。フィラー１２は、球状であって、フィラー１２の径は、例えば０．０５μｍ以上６μｍ以下に設定されており、熱膨張率は、例えば−５ｐｐｍ／℃以上５ｐｐｍ／℃以下である。なお、フィラー１２は、例えば酸化珪素（シリカ）、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム又は水酸化アルミニウム等から成る。
【００２６】
配線基板５には、基材を厚み方向に貫通するスルーホールＳが形成されている。かかるスルーホールＳには、導電性を有する銅めっき等からなるスルーホール導体１０が形成されている。また、配線基板５の厚み方向の厚みは、例えば１００μｍ以上１２００μｍ以下に設定されている。
【００２７】
図３は、スルーホールＳ及びスルーホール導体１０の拡大断面図である。また、図４は、スルーホールＳ及びスルーホール導体１０の概観斜視図である。図３又は図４に示すように、スルーホールＳは、第１開口部Ｓ１及び第２開口部Ｓ２を有している。スルーホールＳは、レーザー装置を用いて、配線基板５の上面及び下面に対してレーザー光が照射され、配線基板５の一部分を刳り貫くことによって形成される。また、第１開口部Ｓ１及び第２開口部Ｓ２の開口径は、例えば２０μｍ以上２５０μｍ以下に形成されている。なお、開口径は、配線基板５の上面又は下面に沿って平行に配線基板５を切断したときのスルーホールＳの直線距離である。なお、第１開口部Ｓ１と第２開口部Ｓ２との接続箇所は、楕円状に形成されている。
【００２８】
第１開口部Ｓ１と第２開口部Ｓ２との相対位置は、第１開口部Ｓ１の中心軸Ｒ１と第２開口部Ｓ２の中心軸Ｒ２との間の距離が、例えば１０μｍ以上開口径の１／２以下ずれた関係となっている。なお、中心軸とは、配線基板の上面又は下面に対して垂直な直線のうち、レーザー光によって刳り貫かれた領域の中心を通過する直線である。
【００２９】
スルーホール導体１０は、スルーホールＳの内壁面に沿って形成されており、括れ部１０Ｍを有している。括れ部１０Ｍは、スルーホール導体１０を断面視して、スルーホール導体１０の側壁１０ａに形成される凹部Ｄ（第１凹部Ｄａ、第２凹部Ｄｂ）を含んでいる。かかる括れ部１０Ｍは、凹部Ｄを端部とするとともに、配線基板の上面又は下面に対して傾斜したスルーホール導体１０Ｍの一部である。なお、スルーホール導体の断面とは、中心軸Ｒ１（中心軸Ｒ２）に平行であって、中心軸Ｒ１（中心軸Ｒ２）を通過する面である。
【００３０】
また、括れ部１０Ｍの端部の高さ位置、すなわち凹部Ｄの高さ位置は、配線基板の厚み方向にずれて形成されている。図４に示す括れ部１０Ｍの外周は、楕円状に形成されているが、スルーホール導体１０を断面視して、スルーホール導体１０の側壁１０ａに形成される凹部Ｄ（第１凹部Ｄａ、第２凹部Ｄｂ）の高さ位置がずれているのであれば、楕円状でなく、例えば多角形状や、外周が蛇行するような形状であっても構わない。
【００３１】
ここで、括れ部１０Ｍの両端（第１凹部Ｄａ、第２凹部Ｄｂ）を通る直線Ｌ１は、配線基板の上面又は下面に沿った直線Ｌ２に対して、傾斜角度ＡＧが４５°以上１３５°以下（つまり配線基板の上面又は下面に平行な面に対して±４５°以内）となるように設定されている。傾斜角度ＡＧが４５°未満の場合、傾斜角度が緩やかであるため、後述するようにスルーホール導体に印加される応力の緩和が不十分である。一方、傾斜角度が１３５°を超える場合も、傾斜角度が緩やかとなり、スルーホール導体に印加される応力の緩和が不十分となる。なお、スルーホール導体１０は、例えば銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル又はクロム等の導電材料から成り、配線基板５の主面又は他主面に形成された導電層６同士を電気的に接続している。
【００３２】
また、スルーホール導体１０は、括れ部１０Ｍを有することによって、配線基板５からスルーホール導体１０を上方又は下方に抜けにくくすることができる。その結果、スルーホール導体１０がスルーホールＳの内壁面から剥離しにくく、スルーホール導体１０の電気的接続を安定にすることができ、製造歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
スルーホール導体１０によって囲まれる領域Ｔには、配線基板５の平坦性を良好にするために絶縁性の樹脂からなる絶縁体１３が充填されている。絶縁体１３は、スルーホール導体１０が括れ部１０Ｍを有することによって、絶縁体１３の側壁１３Ｍがスルーホール導体１０の内壁面に沿って湾曲した形状となる。
【００３４】
ここで、スルーホール導体の破壊について説明する。スルーホール導体の破壊について調査解析を行った結果、スルーホール導体の破壊は配線基板の熱膨張量とスルーホール導体の熱膨張量の差が大きくなると発生しやすいことが判明した。配線基板が厚み方向に熱膨張を起こすと、スルーホール導体は厚み方向に引き伸ばされるように応力が加わり、スルーホール導体が破壊されることがある。図１２に示す特許文献１に記載の配線基板は、絶縁体が円柱状であって、スルーホール導体は円筒状であるため、配線基板の厚み方向の熱膨張に対して、スルーホール導体が受ける応力は、配線基板の厚み分の長さに加わることになる。本発明の実施形態に係る配線基板においては、スルーホール導体が括れ部を有することによって、スルーホール導体の長さを配線基板の厚み分の長さよりも長くすることができる。そのため、配線基板の厚み方向の熱膨張に対して、スルーホール導体が受ける応力を、括れ部にも加えることによって、スルーホール導体が受ける応力を分散させることができる。この結果、スルーホール導体が受ける単位長さ当りの応力を小さくすることができ、スルーホール導体が破壊されるのを効果的に防止することができる。このことによって、本発明の実施形態に係る配線基板は微細なスルーホール導体を形成した場合でも、加熱冷却の繰り返しによるスルーホール導体の破壊が抑制され、基板の信頼性が大幅に向上する。
【００３５】
また、配線基板の厚みを変えることなく、スルーホール導体に括れ部を設け、スルーホール導体の長さを長くしたことによって、配線基板が厚み方向に熱膨張を起こしても、スルーホール導体が受ける応力を緩和することができ、スルーホール導体の破壊を抑制することができる。
【００３６】
また、前記括れ部に沿ったスルーホール導体の外周を楕円形にしたことによって、括れ部の周囲とスルーホール導体との接触面積を大きくすることができ、括れ部の周囲が熱膨張を起こしても、スルーホール導体が括れ部の周囲から剥離しにくく、スルーホール導体の電気的接続を安定にすることができる。
【００３７】
また、絶縁体１３をスルーホール導体１０によって囲まれる領域Ｔに充填することによって、スルーホールＳの直上又は直下にビア導体１１を形成することができ、実装基板２の小型化に寄与することができる。
【００３８】
また、絶縁体１３には、非金属無機フィラー１４が含有されている。非金属無機フィラー１４は、球状であって、非金属無機フィラー１４の径は、例えば０．０５μｍ以上６μｍ以下に設定されており、熱膨張率は、例えば−５ｐｐｍ／℃以上５ｐｐｍ／℃以下である。なお、非金属無機フィラー１４は、例えば酸化珪素（シリカ）、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム又は水酸化アルミニウム等から成る。
【００３９】
絶縁体１３に低熱膨張である非金属無機フィラー１４が含有されていることによって、絶縁体１３全体の熱膨張率を下げることができる。その結果、スルーホール導体１０の内側からスルーホール導体１０に向かって絶縁体が膨張及び収縮するのを抑制することができ、スルーホール導体１０が破壊されるのを有効的に防止することができる。
【００４０】
また、半導体素子４には、絶縁層７の熱膨張率と近似する材料が使用され、例えばシリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム砒素リン、窒化ガリウム、炭化珪素等を用いることができる。なお、半導体素子４の厚み寸法は、例えば０．１ｍｍから１ｍｍのものを使用することができる。
【００４１】
上述したように本実施形態によれば、スルーホール導体１０が括れ部１０Ｍを有することによって、スルーホール導体１０によって囲まれる領域Ｔに充填される絶縁体１３の形状を湾曲させ、外部から加わる熱に起因して、絶縁体１３が膨張しても、スルーホール導体１０に加わる応力を分散させることができ、スルーホール導体１０の破壊を抑制することができる。その結果、スルーホール導体１０の電気的接続を良好に維持することができ、電気的信頼性に優れるとともに製造歩留まりを向上させることが可能な配線基板、実装基板及び実装構造体、並びに配線基板の製造方法を提供することができる。
【００４２】
次に、上述した実装構造体１の製造方法について、図６から図９を用いて説明する。
【００４３】
まず、実装構造体１を作製する前段階として、基板としての配線基板５を準備する。
【００４４】
配線基板５は、以下の工程を得て作製することができる。まず、図６（ａ）に示すように、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール樹脂から成る単繊維８に、例えばエポキシ樹脂を含浸させた繊維シート１５を、作製予定の配線基板５の厚みに合わせて複数枚準備する。図６（ａ）においては、繊維シート１５を６枚準備し、Ｘ方向に沿って単繊維８が配列された繊維シート１５と、Ｘ方向と直交するＹ方向に沿って単繊維８が配列された繊維シート１５とを交互に積層するように配置する。なお、繊維シート１５の枚数は、配線基板５の厚みに合わせた準備するので６枚に限定されない。また、繊維シート１５は、熱硬化後に、繊維層９として機能する。
【００４５】
次に、図６（ｂ）に示すように、繊維シート１５の端部が一致するようにして、重ね合わせる。そして、図６（ｃ）に示すように、重ね合わせた繊維シート１５に、例えば加熱プレス機を用いてエポキシ樹脂が熱硬化し、繊維シート１５同士を接着させることで、繊維層９を複数層積層してなる配線基板５を作製することができる。なお、配線基板５の厚みは、例えば１００μｍから１２００μｍに設定されている。
【００４６】
次に、作製した配線基板５の上面に、図７（ａ）に示すように、例えば炭酸ガスレーザー装置や、ＴＡＧレーザー装置を用いて、レーザー光を照射し、配線基板５の一部を刳り貫くことによって、凹状の第１開口部Ｓ１を形成する。なお、第１開口部Ｓ１を形成するための、レーザー光の強度は、例えば１パルスあたり２μＪ以上１００ｍＪ以下であって、照射する時間は、例えば１パルスあたり２０ｎ秒以上１０００ｎ秒以下である。
【００４７】
さらに、図７（ｂ）に示すように、配線基板５の下面であって、第１開口部Ｓ１の中心軸Ｒ１からずれた位置に対して、レーザー光を照射し、凹状の第２開口部Ｓ２を形成する。かかる第２開口部Ｓ２の形成方法は、第１開口部Ｓ１の形成方法と同様の方法を用いる。このようにして、配線基板５を上下方向に貫通するスルーホールＳを形成することができる。なお、スルーホールＳは、第１開口部Ｓ１と第２開口部Ｓ２の接続箇所が楕円状となる。
【００４８】
そして、図７（ｃ）に示すように、無電界めっき等により、配線基板５の表面にメッキを被着させ、スルーホールＳの内壁面にスルーホール導体１０を形成する。スルーホール導体１０は、第１開口部Ｓ１及び第２開口部Ｓ２の内壁面に沿って形成される。なお、スルーホール導体１０によって囲まれる領域Ｔは、上下方向に貫通している。
【００４９】
次に、図８（ａ）に示すように、スルーホール導体１０によって囲まれる領域Ｔに、例えばポリイミド等の樹脂を充填し、熱硬化することによって、絶縁体１３を形成する。なお、絶縁体１３を構成する樹脂には、予め非金属無機フィラー１４を混ぜ合わせておくことが好ましい。絶縁体１３に非金属無機フィラー１４が含有されていることで、絶縁体１３全体の熱膨張率を下げることができ、絶縁体１３の熱膨張を抑制することができる。
【００５０】
さらに、図８（ｂ）に示すように、絶縁体１３の直上及び直下を被覆するように、従来周知の蒸着法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法等によって、導電層を構成する材料を被着させる。
【００５１】
次に、図８（ｃ）に示すように、配線基板５の一主面及び他主面に、レジストを塗布し、露光現像を行った後、エッチング処理をして、グランド層６ｂを形成する。さらに、図９（ａ）に示すように、グランド層６ｂ上に、ポリイミド樹脂等を介してフィルム層７ｂを貼り合わせる。そして、例えば加熱プレス機を用いて、加熱・加圧することで、フィルム層７ｂを配線基板５に固着する。なお、フィルム層７ｂに接着させた樹脂は、硬化後に接着層７ａとなる。このようにして、接着層７ａとフィルム層７ｂとから成る絶縁層７を形成することができる。
【００５２】
そして、図９（ｂ）に示すように、絶縁層７に、例えばＹＡＧレーザー装置又はＣＯ２レーザー装置を用いて、ビア孔Ｂを形成する。ビア孔Ｂは、絶縁層７の一主面に対して垂直方向から、絶縁層７の一主面に向けてレーザー光が照射されることによって形成される。なお、ビア孔Ｂは、レーザーの出力を調整することによって、上部よりも下部が幅狭な逆テーパー状に形成することができる。さらに、図９（ｃ）に示すように、ビア孔Ｂに、従来周知のめっき処理を施し、導電材料を充填することによってビア導体１１を形成する。
【００５３】
次に、絶縁層７の上面に対して、従来周知の蒸着法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法等によって、信号線路６ａを構成する材料を被着させる。そして、その表面にレジストを塗布し、露光現像を行った後、エッチング処理をして信号線路６ａを形成する。信号線路６ａは、絶縁層７を介してグランド層６ｂと対向する箇所に形成される。このようにして、実装基板２を作製することができる。
【００５４】
さらに、上述した絶縁層７及び導電層６の積層工程を繰り返すことで、多層配線の実装基板も作製することができる。そして、実装基板２に対してバンプ３を介して半導体素子４をフリップチップ実装することによって、実装構造体１を作製することができる。
【００５５】
なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００５６】
図１０に示すように、配線基板の断面にて、スルーホールＳにおける第１開口部Ｓ１と第２開口部Ｓ２とのずれる向きを、一律同じ向きにするように形成することもできる。このように、スルーホールＳの括れる傾きを、一律同じ向きにすることによって、隣接するスルーホールＳ同士の間を短くすることができ、単位面積当たりのスルーホール導体の数を増やすことができ、高性能で且つ小型化の配線基板を作製することができる。
【００５７】
図１１に示すように、スルーホールＳＰを、レーザー光の出力を調整して、上部から下部に向かって開口径が順次小さくなる第１開口部と、上部から下部に向かって開口径が順次大きくなる第２開口部とを接続したものであっても構わない。そして、かかるスルーホールＳＰの内壁面に沿って形成されるスルーホール導体１０Ｐを断面視すると、スルーホール導体１０Ｐの側壁が屈折して形成されるため、厚み方向に配線基板が熱膨張を起こしたとしても、スルーホール導体１０Ｐが厚み方向に抜けにくく、スルーホールＳＰの内壁面からスルーホール導体１０Ｐが剥離するのを抑制することができる。スルーホール導体１０Ｐの破壊を防止することができ、スルーホール導体１０Ｐの電気的接続を安定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る実装構造体の平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る実装構造体の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る繊維層を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るスルーホール導体の拡大断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るスルーホール導体の拡大斜視図である。
【図６】図６（ａ）乃至図６（ｃ）は、本発明の実施形態に係る配線基板の製造工程を説明する断面図である。
【図７】図７（ａ）乃至図７（ｃ）は、本発明の実施形態に係る配線基板の製造工程を説明する断面図である。
【図８】図８（ａ）乃至図８（ｃ）は、本発明の実施形態に係る配線基板の製造工程を説明する断面図である。
【図９】図９（ａ）乃至図９（ｃ）は、本発明の実施形態に係る配線基板の製造工程を説明する断面図である。
【図１０】本発明のその他の実施形態に係る実装構造体の断面図である。
【図１１】本発明のその他の実施形態に係る実装構造体の断面図である。
【図１２】従来技術を説明するスルーホール導体の断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 実装構造体
２ 実装基板
３ バンプ
４ 半導体素子
５ 配線基板
６ 導電層
６ａ 信号線路
６ｂ グランド層
７ 絶縁層
７ａ 接着層
７ｂ フィルム層
８ 単繊維
９ 繊維層
１０ スルーホール導体
１０Ｍ 括れ部
１１ ビア導体
１２ フィラー
１３ 絶縁体
１４ 非金属無機フィラー
１５ 繊維シート
Ｓ スルーホール
Ｓ１ 第１開口部
Ｓ２ 第２開口部
Ｒ１ 中心軸
Ｒ２ 中心軸
Ｄ 凹部
Ｔ 領域
Ｂ ビア孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種オーディオビジュアル機器や家電機器、通信機器、コンピュータ機器およびその周辺機器などの電子機器に使用される実装基板およびそれに使用される配線基板に関するものである。本発明はさらに、実装基板に半導体素子を実装した実装構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＩＣ（Integrated Circuit）又はＬＳＩ（Large Scale Integration）等の半導体素子を実装する実装基板として、樹脂製の実装基板が用いられている。また、近年においては、ＬＳＩの処理能力向上に伴い、実装基板の端子の数も増加傾向にある。かかる実装基板には、実装基板の端子の数を増加させつつ実装基板の剛性を維持するために、剛性の優れた配線基板が使用されている。
【０００３】
配線基板は、上下方向に貫通する円柱状のスルーホールと、該スルーホールの内壁面に沿って形成される円筒状のスルーホール導体と、スルーホール導体によって囲まれる領域に充填される絶縁体と、を備えている。スルーホールを微細にし、スルーホール導体の数を増やすことによって、実装基板の端子の数を増加することができる。
【０００４】
スルーホールは、図１２に示すように、配線基板５Ｘに対しドリル孔あけ加工を施すことによって形成することができ、スルーホール導体１０Ｘは、スルーホールＳＸの内壁面に対しメッキ法を用いて形成することができる。また、絶縁体１３Ｘは、スルーホール導体１０Ｘによって囲まれる領域に熱硬化性樹脂を充填し、熱硬化することで形成することができる（下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−９３２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述した特許文献１に記載の配線基板は、絶縁体が円柱状であって、スルーホール導体と絶縁体との熱膨張率が異なるため、外部から配線基板に熱を加えると、配線基板及び絶縁体が上下左右に熱膨張を起こし、スルーホール導体に応力が加わり、スルーホール導体が破壊されることがある。特に、スルーホール及びスルーホール導体が微細に形成された配線基板においては、スルーホール導体の破壊が起き易く、スルーホール導体の電気的接続が不安定になり、製品不良が発生し、製造歩留まりが低下するといった問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであって、絶縁体が熱膨張を起こしても、スルーホール導体に加わる応力を分散させることによって、スルーホール導体が破壊されず、スルーホール導体の電気的接続を安定にすることが可能な配線基板、実装基板及び実装構造体、並びに配線基板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】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の配線基板は、厚み方向に貫通するスルーホールを有する配線基板であって、前記スルーホールの内壁面に沿って形成されるスルーホール導体と、前記スルーホール導体によって囲まれる領域に充填される絶縁体と、を備え、前記スルーホール導体は、厚み方向の途中に括れ部を有しており、前記スルーホール導体を断面視して前記括れ部の両端の高さ位置が厚み方向にずれていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の配線基板は、前記括れ部に沿ったスルーホール導体の外周が、楕円形であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の実装基板は、前記配線基板と、前記配線基板の一主面及び他主面に形成される導電層と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の実装構造体は、前記実装基板と、前記実装基板にフリップチップ実装される半導体素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の配線基板の製造方法は、基板の一主面に向けてレーザー光を照射して、前記基板に凹状の第１開口部を形成する工程と、前記基板の他主面であって、平面視して前記基板の前記第１開口部と一部重なる位置に向けてレーザー光を照射し、前記第１開口部と接続するように凹状の第２開口部を形成する工程と、前記第１開口部及び前記第２開口部の内壁面に沿ってスルーホール導体を形成する工程と、前記スルーホール導体によって囲まれる領域に絶縁体を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、絶縁体が熱膨張を起こしたときに、スルーホール導体に加わる応力を分散させることによって、スルーホール導体が破壊されるのを効果的に防止することができ、スルーホール導体の電気的接続を安定にするこが可能は配線基板、実装基板及び実装構造体、並びに配線基板の製造方法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】
【００１３】
以下に、本発明にかかる実装構造体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。かかる実装構造体は、例えば各種オーディオビジュアル機器、家電機器、通信機器、コンピュータ装置又はその周辺機器などの電子機器に使用されるものである。
【００１４】
図１は本実施形態に係る実装構造体１の平面図、図２は本実施形態に係る実装構造体１の断面図である。本実施形態に係る実装構造体１は、実装基板２と、実装基板２に半田等のバンプ３を介してフリップチップ実装された、ＩＣ又はＬＳＩ等の半導体素子４と、を含んで構成されている。また、実装基板２は、配線基板５と、配線基板５の一主面及び他主面に積層される導電層６と、絶縁層７と、を含んで構成されている。
【００１５】
かかる配線基板５は、多数の単繊維８を樹脂で含浸してなる繊維層９を複数層積層した基材から成るとともに、上下方向に貫通するスルーホールＳが形成されている。また、スルーホールＳは、上方に向かって開口する凹状の第１開口部Ｓ１と、下方に向かって開口する凹状の第２開口部Ｓ２とを有し、第１開口部Ｓ１と第２開口部Ｓ２とを接続するとともに、平面視して第１開口部Ｓ１の中心と第２開口部Ｓ２の中心軸がずれて形成されている。さらに、スルーホールＳの内壁面に沿ってスルーホール導体１０が形成されている。かかるスルーホール導体１０は、厚み方向の途中に括れ部１０Ｍを有しており、スルーホール導体１０を断面視して前記括れ部１０Ｍの両端の高さ位置が厚み方向にずれて形成されている。
【００１６】
以下に、配線基板５に積層される導電層６及び絶縁層７について説明する。導電層６は、所定の電気信号を伝達する機能を備えたライン状の信号線路６ａと、半導体素子４を共通の電位、例えばアース電位にする機能を備えた平板状のグランド層６ｂとを含んでいる。また、信号線路６ａは、グランド層６ｂに対して、絶縁層７を介して対向するように配置されている。また、導電層６は、例えば銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル又はクロム等の金属材料からなる。
【００１７】
絶縁層７は、接着層７ａとフィルム層７ｂとから構成されている。フィルム層７ｂは、接着層７ａを介して配線基板５に対して貼り合わされている。接着層７ａは、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂等が使用される。なお、かかる熱硬化性樹脂としては、例えばポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シアネート樹脂、シリコン樹脂又はビスマレイミドトリアジン樹脂のうち少なくともいずれか一つを使用することができる。熱可塑性樹脂としては、半田リフロー時の加熱に耐える耐熱性を有する必要があることから、構成する材料の軟化温度が２００℃以上であることが望ましく、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂又はポリフェニレンエーテル樹脂等を使用することができる。
【００１８】
フィルム層７ｂは、配線基板５の平坦性を確保するために精密に厚さが制御されている。また、フィルム層７ｂは、弾性変形可能であって、耐熱性と硬さに優れた特性の材料であることが望ましい。この様な特性を有するフィルム層７ｂとしては、例えば、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール樹脂、全芳香族ポリアミド樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂又は液晶ポリマー樹脂等を用いることができる。なお、フィルム層７ｂの厚みは、例えば１μｍ以上２０μｍ以下となるように設定されている。
【００１９】
絶縁層７は、配線基板５及び導電層６に対して積層し、例えば加熱プレス装置を用いて加熱しながら加圧した後、冷却することによって硬化する。また、絶縁層７は、厚み寸法が例えば１μｍ以上１０μｍ以下となるように設定されている。
【００２０】
絶縁層７には、その上下方向を貫くビア導体１１が形成されている。かかるビア導体１１は、上下位置の異なる導電層６同士を電気的に接続するためのものである。かかるビア導体１１は、配線基板５の一主面側から実装基板２の一主面側（配線基板５の他主面側から実装基板２の他主面側）に向けて幅広な逆テーパー状に形成されており、例えば銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル又はクロム等の導電材料から成る。
【００２１】
次に、配線基板５について詳述する。図３は、配線基板５の繊維層９に対応するＡ部分を拡大した断面図である。図３に示すように、繊維層９は、配線基板５の剛性を良好に維持するものであって、単繊維８が多数敷き詰められて設けられている。
【００２２】
繊維層９を構成する一方向に配列された多数の単繊維８は、繊維層９の一端から他端にまで延在されている。単繊維８は、例えばポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール樹脂、全芳香族ポリアミド樹脂又は全芳香族ポリエステル樹脂等の低熱膨張樹脂から成る。かかる単繊維８の熱膨張率は、繊維の長手方向（Ｘ方向）に直交する断面方向（Ｚ方向）の熱膨張率が、繊維の長手方向（Ｘ方向）の熱膨張率より大きい。その単繊維８の断面方向（Ｚ方向）の熱膨張率は、４０ｐｐｍ／℃以上１２０ｐｐｍ／℃以下であって、単繊維８の長手方向（Ｘ方向）の熱膨張率は、−１０ｐｐｍ／℃以上１０ｐｐｍ／℃以下である。なお、熱膨張率は、ＪＩＳＫ７１９７に準ずる。また、単繊維８は長尺状に形成されており、その断面方向（Ｚ方向）の断面が円形であって、その直径は例えば３μｍ以上１５μｍ以下に形成されている。
【００２３】
また、Ｘ方向に沿って配列される繊維層９の数と、Ｙ方向に沿って配列される繊維層９の数は、一致していることが好ましい。繊維層９を構成する単繊維８は、長手方向の熱膨張率と断面方向の熱膨張率が異なるため、繊維層９をＸ方向又はＹ方向の一方に多く偏って配置すると、配線基板５に外部から熱が加えた際に、配線基板５が歪んでしまうことがある。そのため、Ｘ方向に沿って配列される繊維層９の数とＹ方向に沿って配列される繊維層９の数を近づけることによって、熱膨張の際に配線基板５が歪むのを抑制することができる。
【００２４】
また、繊維層９に対する単繊維８の体積比率が、３０体積％以上８０体積％以下に設定されている。繊維層９に対する単繊維８の体積比率が３０体積％以上だと、繊維層９に含有される単繊維８が十分に確保され、単繊維８の優れた剛性が繊維層９に影響を及ぼし、配線基板５全体の反りを少なくすることができる。また、繊維層９に対する単繊維８の体積比率が８０体積％を超えると、繊維層９を作製する際に、単繊維８同士の間に空気が多く混入することがある。気泡が多いと、樹脂の硬化後は、その気泡が空隙となって、空隙に導電層等から導電材料が析出し、配線基板５の電気的信頼性が低下する。そのため、繊維層９に対する単繊維８の体積比率を８０体積％以下にすることで、配線基板５内の気泡を低減することができる。
【００２５】
繊維層９に含まれる樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂又はポリフェニレンエーテル樹脂等から成る。なお、樹脂に多数のフィラー１２が含有されていても構わない。フィラー１２は、球状であって、フィラー１２の径は、例えば０．０５μｍ以上６μｍ以下に設定されており、熱膨張率は、例えば−５ｐｐｍ／℃以上５ｐｐｍ／℃以下である。なお、フィラー１２は、例えば酸化珪素（シリカ）、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム又は水酸化アルミニウム等から成る。
【００２６】
配線基板５には、基材を厚み方向に貫通するスルーホールＳが形成されている。かかるスルーホールＳには、導電性を有する銅めっき等からなるスルーホール導体１０が形成されている。また、配線基板５の厚み方向の厚みは、例えば１００μｍ以上１２００μｍ以下に設定されている。
【００２７】
図３は、スルーホールＳ及びスルーホール導体１０の拡大断面図である。また、図４は、スルーホールＳ及びスルーホール導体１０の概観斜視図である。図３又は図４に示すように、スルーホールＳは、第１開口部Ｓ１及び第２開口部Ｓ２を有している。スルーホールＳは、レーザー装置を用いて、配線基板５の上面及び下面に対してレーザー光が照射され、配線基板５の一部分を刳り貫くことによって形成される。また、第１開口部Ｓ１及び第２開口部Ｓ２の開口径は、例えば２０μｍ以上２５０μｍ以下に形成されている。なお、開口径は、配線基板５の上面又は下面に沿って平行に配線基板５を切断したときのスルーホールＳの直線距離である。なお、第１開口部Ｓ１と第２開口部Ｓ２との接続箇所は、楕円状に形成されている。
【００２８】
第１開口部Ｓ１と第２開口部Ｓ２との相対位置は、第１開口部Ｓ１の中心軸Ｒ１と第２開口部Ｓ２の中心軸Ｒ２との間の距離が、例えば１０μｍ以上開口径の１／２以下ずれた関係となっている。なお、中心軸とは、配線基板の上面又は下面に対して垂直な直線のうち、レーザー光によって刳り貫かれた領域の中心を通過する直線である。
【００２９】
スルーホール導体１０は、スルーホールＳの内壁面に沿って形成されており、括れ部１０Ｍを有している。括れ部１０Ｍは、スルーホール導体１０を断面視して、スルーホール導体１０の側壁１０ａに形成される凹部Ｄ（第１凹部Ｄａ、第２凹部Ｄｂ）を含んでいる。かかる括れ部１０Ｍは、凹部Ｄを端部とするとともに、配線基板の上面又は下面に対して傾斜したスルーホール導体１０Ｍの一部である。なお、スルーホール導体の断面とは、中心軸Ｒ１（中心軸Ｒ２）に平行であって、中心軸Ｒ１（中心軸Ｒ２）を通過する面である。
【００３０】
また、括れ部１０Ｍの端部の高さ位置、すなわち凹部Ｄの高さ位置は、配線基板の厚み方向にずれて形成されている。図４に示す括れ部１０Ｍの外周は、楕円状に形成されているが、スルーホール導体１０を断面視して、スルーホール導体１０の側壁１０ａに形成される凹部Ｄ（第１凹部Ｄａ、第２凹部Ｄｂ）の高さ位置がずれているのであれば、楕円状でなく、例えば多角形状や、外周が蛇行するような形状であっても構わない。
【００３１】
ここで、括れ部１０Ｍの両端（第１凹部Ｄａ、第２凹部Ｄｂ）を通る直線Ｌ１は、配線基板の上面又は下面に沿った直線Ｌ２に対して、傾斜角度ＡＧが４５°以上１３５°以下（つまり配線基板の上面又は下面に平行な面に対して±４５°以内）となるように設定されている。傾斜角度ＡＧが４５°未満の場合、傾斜角度が緩やかであるため、後述するようにスルーホール導体に印加される応力の緩和が不十分である。一方、傾斜角度が１３５°を超える場合も、傾斜角度が緩やかとなり、スルーホール導体に印加される応力の緩和が不十分となる。なお、スルーホール導体１０は、例えば銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル又はクロム等の導電材料から成り、配線基板５の主面又は他主面に形成された導電層６同士を電気的に接続している。
【００３２】
また、スルーホール導体１０は、括れ部１０Ｍを有することによって、配線基板５からスルーホール導体１０を上方又は下方に抜けにくくすることができる。その結果、スルーホール導体１０がスルーホールＳの内壁面から剥離しにくく、スルーホール導体１０の電気的接続を安定にすることができ、製造歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
スルーホール導体１０によって囲まれる領域Ｔには、配線基板５の平坦性を良好にするために絶縁性の樹脂からなる絶縁体１３が充填されている。絶縁体１３は、スルーホール導体１０が括れ部１０Ｍを有することによって、絶縁体１３の側壁１３Ｍがスルーホール導体１０の内壁面に沿って湾曲した形状となる。
【００３４】
ここで、スルーホール導体の破壊について説明する。スルーホール導体の破壊について調査解析を行った結果、スルーホール導体の破壊は配線基板の熱膨張量とスルーホール導体の熱膨張量の差が大きくなると発生しやすいことが判明した。配線基板が厚み方向に熱膨張を起こすと、スルーホール導体は厚み方向に引き伸ばされるように応力が加わり、スルーホール導体が破壊されることがある。図１２に示す特許文献１に記載の配線基板は、絶縁体が円柱状であって、スルーホール導体は円筒状であるため、配線基板の厚み方向の熱膨張に対して、スルーホール導体が受ける応力は、配線基板の厚み分の長さに加わることになる。本発明の実施形態に係る配線基板においては、スルーホール導体が括れ部を有することによって、スルーホール導体の長さを配線基板の厚み分の長さよりも長くすることができる。そのため、配線基板の厚み方向の熱膨張に対して、スルーホール導体が受ける応力を、括れ部にも加えることによって、スルーホール導体が受ける応力を分散させることができる。この結果、スルーホール導体が受ける単位長さ当りの応力を小さくすることができ、スルーホール導体が破壊されるのを効果的に防止することができる。このことによって、本発明の実施形態に係る配線基板は微細なスルーホール導体を形成した場合でも、加熱冷却の繰り返しによるスルーホール導体の破壊が抑制され、基板の信頼性が大幅に向上する。
【００３５】
また、配線基板の厚みを変えることなく、スルーホール導体に括れ部を設け、スルーホール導体の長さを長くしたことによって、配線基板が厚み方向に熱膨張を起こしても、スルーホール導体が受ける応力を緩和することができ、スルーホール導体の破壊を抑制することができる。
【００３６】
また、前記括れ部に沿ったスルーホール導体の外周を楕円形にしたことによって、括れ部の周囲とスルーホール導体との接触面積を大きくすることができ、括れ部の周囲が熱膨張を起こしても、スルーホール導体が括れ部の周囲から剥離しにくく、スルーホール導体の電気的接続を安定にすることができる。
【００３７】
また、絶縁体１３をスルーホール導体１０によって囲まれる領域Ｔに充填することによって、スルーホールＳの直上又は直下にビア導体１１を形成することができ、実装基板２の小型化に寄与することができる。
【００３８】
また、絶縁体１３には、非金属無機フィラー１４が含有されている。非金属無機フィラー１４は、球状であって、非金属無機フィラー１４の径は、例えば０．０５μｍ以上６μｍ以下に設定されており、熱膨張率は、例えば−５ｐｐｍ／℃以上５ｐｐｍ／℃以下である。なお、非金属無機フィラー１４は、例えば酸化珪素（シリカ）、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム又は水酸化アルミニウム等から成る。
【００３９】
絶縁体１３に低熱膨張である非金属無機フィラー１４が含有されていることによって、絶縁体１３全体の熱膨張率を下げることができる。その結果、スルーホール導体１０の内側からスルーホール導体１０に向かって絶縁体が膨張及び収縮するのを抑制することができ、スルーホール導体１０が破壊されるのを有効的に防止することができる。
【００４０】
また、半導体素子４には、絶縁層７の熱膨張率と近似する材料が使用され、例えばシリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム砒素リン、窒化ガリウム、炭化珪素等を用いることができる。なお、半導体素子４の厚み寸法は、例えば０．１ｍｍから１ｍｍのものを使用することができる。
【００４１】
上述したように本実施形態によれば、スルーホール導体１０が括れ部１０Ｍを有することによって、スルーホール導体１０によって囲まれる領域Ｔに充填される絶縁体１３の形状を湾曲させ、外部から加わる熱に起因して、絶縁体１３が膨張しても、スルーホール導体１０に加わる応力を分散させることができ、スルーホール導体１０の破壊を抑制することができる。その結果、スルーホール導体１０の電気的接続を良好に維持することができ、電気的信頼性に優れるとともに製造歩留まりを向上させることが可能な配線基板、実装基板及び実装構造体、並びに配線基板の製造方法を提供することができる。
【００４２】
次に、上述した実装構造体１の製造方法について、図６から図９を用いて説明する。
【００４３】
まず、実装構造体１を作製する前段階として、基板としての配線基板５を準備する。
【００４４】
配線基板５は、以下の工程を得て作製することができる。まず、図６（ａ）に示すように、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール樹脂から成る単繊維８に、例えばエポキシ樹脂を含浸させた繊維シート１５を、作製予定の配線基板５の厚みに合わせて複数枚準備する。図６（ａ）においては、繊維シート１５を６枚準備し、Ｘ方向に沿って単繊維８が配列された繊維シート１５と、Ｘ方向と直交するＹ方向に沿って単繊維８が配列された繊維シート１５とを交互に積層するように配置する。なお、繊維シート１５の枚数は、配線基板５の厚みに合わせた準備するので６枚に限定されない。また、繊維シート１５は、熱硬化後に、繊維層９として機能する。
【００４５】
次に、図６（ｂ）に示すように、繊維シート１５の端部が一致するようにして、重ね合わせる。そして、図６（ｃ）に示すように、重ね合わせた繊維シート１５に、例えば加熱プレス機を用いてエポキシ樹脂が熱硬化し、繊維シート１５同士を接着させることで、繊維層９を複数層積層してなる配線基板５を作製することができる。なお、配線基板５の厚みは、例えば１００μｍから１２００μｍに設定されている。
【００４６】
次に、作製した配線基板５の上面に、図７（ａ）に示すように、例えば炭酸ガスレーザー装置や、ＴＡＧレーザー装置を用いて、レーザー光を照射し、配線基板５の一部を刳り貫くことによって、凹状の第１開口部Ｓ１を形成する。なお、第１開口部Ｓ１を形成するための、レーザー光の強度は、例えば１パルスあたり２μＪ以上１００ｍＪ以下であって、照射する時間は、例えば１パルスあたり２０ｎ秒以上１０００ｎ秒以下である。
【００４７】
さらに、図７（ｂ）に示すように、配線基板５の下面であって、第１開口部Ｓ１の中心軸Ｒ１からずれた位置に対して、レーザー光を照射し、凹状の第２開口部Ｓ２を形成する。かかる第２開口部Ｓ２の形成方法は、第１開口部Ｓ１の形成方法と同様の方法を用いる。このようにして、配線基板５を上下方向に貫通するスルーホールＳを形成することができる。なお、スルーホールＳは、第１開口部Ｓ１と第２開口部Ｓ２の接続箇所が楕円状となる。
【００４８】
そして、図７（ｃ）に示すように、無電界めっき等により、配線基板５の表面にメッキを被着させ、スルーホールＳの内壁面にスルーホール導体１０を形成する。スルーホール導体１０は、第１開口部Ｓ１及び第２開口部Ｓ２の内壁面に沿って形成される。なお、スルーホール導体１０によって囲まれる領域Ｔは、上下方向に貫通している。
【００４９】
次に、図８（ａ）に示すように、スルーホール導体１０によって囲まれる領域Ｔに、例えばポリイミド等の樹脂を充填し、熱硬化することによって、絶縁体１３を形成する。なお、絶縁体１３を構成する樹脂には、予め非金属無機フィラー１４を混ぜ合わせておくことが好ましい。絶縁体１３に非金属無機フィラー１４が含有されていることで、絶縁体１３全体の熱膨張率を下げることができ、絶縁体１３の熱膨張を抑制することができる。
【００５０】
さらに、図８（ｂ）に示すように、絶縁体１３の直上及び直下を被覆するように、従来周知の蒸着法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法等によって、導電層を構成する材料を被着させる。
【００５１】
次に、図８（ｃ）に示すように、配線基板５の一主面及び他主面に、レジストを塗布し、露光現像を行った後、エッチング処理をして、グランド層６ｂを形成する。さらに、図９（ａ）に示すように、グランド層６ｂ上に、ポリイミド樹脂等を介してフィルム層７ｂを貼り合わせる。そして、例えば加熱プレス機を用いて、加熱・加圧することで、フィルム層７ｂを配線基板５に固着する。なお、フィルム層７ｂに接着させた樹脂は、硬化後に接着層７ａとなる。このようにして、接着層７ａとフィルム層７ｂとから成る絶縁層７を形成することができる。
【００５２】
そして、図９（ｂ）に示すように、絶縁層７に、例えばＹＡＧレーザー装置又はＣＯ２レーザー装置を用いて、ビア孔Ｂを形成する。ビア孔Ｂは、絶縁層７の一主面に対して垂直方向から、絶縁層７の一主面に向けてレーザー光が照射されることによって形成される。なお、ビア孔Ｂは、レーザーの出力を調整することによって、上部よりも下部が幅狭な逆テーパー状に形成することができる。さらに、図９（ｃ）に示すように、ビア孔Ｂに、従来周知のめっき処理を施し、導電材料を充填することによってビア導体１１を形成する。
【００５３】
次に、絶縁層７の上面に対して、従来周知の蒸着法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法等によって、信号線路６ａを構成する材料を被着させる。そして、その表面にレジストを塗布し、露光現像を行った後、エッチング処理をして信号線路６ａを形成する。信号線路６ａは、絶縁層７を介してグランド層６ｂと対向する箇所に形成される。このようにして、実装基板２を作製することができる。
【００５４】
さらに、上述した絶縁層７及び導電層６の積層工程を繰り返すことで、多層配線の実装基板も作製することができる。そして、実装基板２に対してバンプ３を介して半導体素子４をフリップチップ実装することによって、実装構造体１を作製することができる。
【００５５】
なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００５６】
図１０に示すように、配線基板の断面にて、スルーホールＳにおける第１開口部Ｓ１と第２開口部Ｓ２とのずれる向きを、一律同じ向きにするように形成することもできる。このように、スルーホールＳの括れる傾きを、一律同じ向きにすることによって、隣接するスルーホールＳ同士の間を短くすることができ、単位面積当たりのスルーホール導体の数を増やすことができ、高性能で且つ小型化の配線基板を作製することができる。
【００５７】
図１１に示すように、スルーホールＳＰを、レーザー光の出力を調整して、上部から下部に向かって開口径が順次小さくなる第１開口部と、上部から下部に向かって開口径が順次大きくなる第２開口部とを接続したものであっても構わない。そして、かかるスルーホールＳＰの内壁面に沿って形成されるスルーホール導体１０Ｐを断面視すると、スルーホール導体１０Ｐの側壁が屈折して形成されるため、厚み方向に配線基板が熱膨張を起こしたとしても、スルーホール導体１０Ｐが厚み方向に抜けにくく、スルーホールＳＰの内壁面からスルーホール導体１０Ｐが剥離するのを抑制することができる。スルーホール導体１０Ｐの破壊を防止することができ、スルーホール導体１０Ｐの電気的接続を安定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る実装構造体の平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る実装構造体の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る繊維層を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るスルーホール導体の拡大断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るスルーホール導体の拡大斜視図である。
【図６】図６（ａ）乃至図６（ｃ）は、本発明の実施形態に係る配線基板の製造工程を説明する断面図である。
【図７】図７（ａ）乃至図７（ｃ）は、本発明の実施形態に係る配線基板の製造工程を説明する断面図である。
【図８】図８（ａ）乃至図８（ｃ）は、本発明の実施形態に係る配線基板の製造工程を説明する断面図である。
【図９】図９（ａ）乃至図９（ｃ）は、本発明の実施形態に係る配線基板の製造工程を説明する断面図である。
【図１０】本発明のその他の実施形態に係る実装構造体の断面図である。
【図１１】本発明のその他の実施形態に係る実装構造体の断面図である。
【図１２】従来技術を説明するスルーホール導体の断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 実装構造体
２ 実装基板
３ バンプ
４ 半導体素子
５ 配線基板
６ 導電層
６ａ 信号線路
６ｂ グランド層
７ 絶縁層
７ａ 接着層
７ｂ フィルム層
８ 単繊維
９ 繊維層
１０ スルーホール導体
１０Ｍ 括れ部
１１ ビア導体
１２ フィラー
１３ 絶縁体
１４ 非金属無機フィラー
１５ 繊維シート
Ｓ スルーホール
Ｓ１ 第１開口部
Ｓ２ 第２開口部
Ｒ１ 中心軸
Ｒ２ 中心軸
Ｄ 凹部
Ｔ 領域
Ｂ ビア孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に貫通するスルーホールを有する配線基板であって、
前記スルーホールの内壁面に沿って形成されるスルーホール導体と、
前記スルーホール導体によって囲まれる領域に充填される絶縁体と、を備え、
前記スルーホール導体は、厚み方向の途中に括れ部を有しており、前記スルーホール導体を断面視して前記括れ部の両端の高さ位置が厚み方向にずれていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
請求項１に記載の配線基板において、
前記括れ部に沿ったスルーホール導体の外周が、楕円形であることを特徴とする配線基板。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の配線基板と、前記配線基板の一主面及び他主面に形成される導電層と、を備えたことを特徴とする実装基板。
【請求項４】
請求項３に記載の実装基板と、前記実装基板にフリップチップ実装される半導体素子と、を備えたことを特徴とする実装構造体。
【請求項５】
基板の一主面に向けてレーザー光を照射して、前記基板に凹状の第１開口部を形成する工程と、
前記基板の他主面であって、平面視して前記基板の前記第１開口部と一部重なる位置に向けてレーザー光を照射し、前記第１開口部と接続するように凹状の第２開口部を形成する工程と、
前記第１開口部及び前記第２開口部の内壁面に沿ってスルーホール導体を形成する工程と、
前記スルーホール導体によって囲まれる領域に絶縁体を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項１】
厚み方向に貫通するスルーホールを有する配線基板であって、
前記スルーホールの内壁面に沿って形成されるスルーホール導体と、
前記スルーホール導体によって囲まれる領域に充填される絶縁体と、を備え、
前記スルーホール導体は、厚み方向の途中に括れ部を有しており、前記スルーホール導体を断面視して前記括れ部の両端の高さ位置が厚み方向にずれていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
請求項１に記載の配線基板において、
前記括れ部に沿ったスルーホール導体の外周が、楕円形であることを特徴とする配線基板。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の配線基板と、前記配線基板の一主面及び他主面に形成される導電層と、を備えたことを特徴とする実装基板。
【請求項４】
請求項３に記載の実装基板と、前記実装基板にフリップチップ実装される半導体素子と、を備えたことを特徴とする実装構造体。
【請求項５】
基板の一主面に向けてレーザー光を照射して、前記基板に凹状の第１開口部を形成する工程と、
前記基板の他主面であって、平面視して前記基板の前記第１開口部と一部重なる位置に向けてレーザー光を照射し、前記第１開口部と接続するように凹状の第２開口部を形成する工程と、
前記第１開口部及び前記第２開口部の内壁面に沿ってスルーホール導体を形成する工程と、
前記スルーホール導体によって囲まれる領域に絶縁体を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする配線基板の製造方法。
【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２００９−５４７６１（Ｐ２００９−５４７６１Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１９５９４（Ｐ２００７−２１９５９４）
【出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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