JP4489491B2 - Interposer - Google Patents
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- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Description
本発明は、インターポーザに関し、詳しくは、セラミックにより形成されたベース基板と、該ベース基板の表裏両面を貫通し該表裏両面の一方に接続される電子部品と該表裏両面の他方に接続されるプリント配線板とを電気的に接続する複数の導体ビアと、を備えたインターポーザに関する。 The present invention relates to an interposer, and more specifically, a base substrate made of ceramic, an electronic component that passes through both front and back surfaces of the base substrate and is connected to one of the front and back surfaces, and a print that is connected to the other of the front and back surfaces. The present invention relates to an interposer including a plurality of conductor vias that electrically connect a wiring board.
近年の集積回路(IC)技術の進展により、ICチップの入出力端子の数が増大している。それに対応するため、ICチップをプリント配線板に搭載する方式としてフリップチップ方式が採用されることがある。このフリップチップ方式では、ICチップの主平面に入出力端子を格子状又は千鳥状等の二次元に配置し、樹脂製のプリント配線板の表面にもこれと対応する位置にパッドを形成し、両者をはんだバンプで接合する。ところで、ICチップは、樹脂製のプリント配線板と比較して熱膨張係数が著しく小さいため、ICチップの搭載時や使用時の発熱により両者の熱膨張係数差から接合材であるはんだバンプに剪断応力が働くこととなる。このため、ICチップの発熱に伴う温度変化が繰り返し生じた場合、はんだバンプが破壊されるおそれがあった。そこで、ICチップとプリント配線板の間に、熱膨張係数がICチップとプリント配線板の有する熱膨張係数の中間の値を持つインターポーザ(中継基板)を介在させることにより、剪断応力を緩和することが提案されている(特許文献1)。
ところで、多層プリント配線板は、インターポーザに比べて熱膨張係数が大きいため、加熱・冷却が繰り返されると膨張・収縮を繰り返すことによりインターポーザに応力が加わることになる。この応力は、多層プリント配線板の周縁部ほど大きくなる。一方、この種のインターポーザは、セラミックにより形成されたベース基板と、該ベース基板の表裏両面を貫通する銅等からなる導体ビアとを備えたものが知られているが、導体ビアはベース基板に比べて熱膨張係数が大きいため、加熱・冷却が繰り返されると膨張・収縮を繰り返すことによりベース基板に応力が加わることになる。以上のことから、インターポーザのベース基板のうち周縁部に位置する導体ビアと多層プリント配線板との接合部分周辺には、加熱・冷却が繰り返されると多層プリント配線板に起因する応力と導体ビアに起因する応力が加わることになり、場合によってはクラックが発生して多層プリント配線板とICチップとの電気抵抗が大きくなることがあった。 By the way, the multilayer printed wiring board has a larger coefficient of thermal expansion than that of the interposer. Therefore, when heating and cooling are repeated, stress is applied to the interposer by repeating expansion and contraction. This stress increases as the peripheral edge of the multilayer printed wiring board increases. On the other hand, this type of interposer is known to have a base substrate made of ceramic and conductor vias made of copper or the like penetrating both the front and back surfaces of the base substrate. Since the coefficient of thermal expansion is larger than that, when heating and cooling are repeated, stress is applied to the base substrate by repeating expansion and contraction. From the above, around the joint portion between the conductor via located at the periphery of the base substrate of the interposer and the multilayer printed wiring board, stress and conductor via caused by the multilayer printed wiring board are caused by repeated heating and cooling. The resulting stress is applied, and in some cases, cracks occur and the electrical resistance between the multilayer printed wiring board and the IC chip increases.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、熱膨張・熱収縮によるクラックの発生を防止すると共にICチップ等の電子部品へ安定して電源を供給することができるインターポーザを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve such problems, and can prevent generation of cracks due to thermal expansion and contraction and can stably supply power to an electronic component such as an IC chip. The purpose is to provide.
本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。 The present invention adopts the following means in order to achieve the above-mentioned object.
即ち、本発明は、セラミックにより形成されたベース基板と、前記ベース基板の表裏両面を貫通し該表裏両面の一方に接続される電子部品と該表裏両面の他方に接続されるプリント配線板とを電気的に接続する複数の導体ビアと、を備えたインターポーザであって、
前記導体ビアはアスペクト比Raspが4以上で直径が30μmを超え、しかも前記導体ビアのうち前記ベース基板の周縁部に配置された外側導体ビアのアスペクト比Raspは前記ベース基板の中央部に配置された内側導体ビアのアスペクト比Rasp以上のものである。
That is, the present invention includes a base substrate made of ceramic, an electronic component that penetrates both the front and back surfaces of the base substrate and is connected to one of the front and back surfaces, and a printed wiring board that is connected to the other of the front and back surfaces. An interposer comprising a plurality of electrically connected vias,
The conductor via has an aspect ratio Rasp of 4 or more and a diameter of more than 30 μm, and among the conductor vias, the aspect ratio Rasp of the outer conductor via disposed at the peripheral portion of the base substrate is disposed at the center of the base substrate. The inner conductor via has an aspect ratio Rasp or higher.
このインターポーザのベース基板のうち導体ビアの周りには、加熱・冷却が繰り返されるとプリント配線板に起因する応力(プリント配線板に引っ張られることにより発生する応力)と導体ビアに起因する応力が加わるが、各導体ビアのアスペクト比Raspが4以上のため、各導体ビアに起因する応力は比較的小さい。また、プリント配線板に起因する応力は中央部よりも周縁部が大きいが、外側導体ビアのアスペクト比Raspが内側導体ビアのアスペクト比Rasp以上のため、導体ビアに起因する応力は中央部よりも周縁部が小さい。また、各導体ビアは直径が30μmを超えているため、応力が加えられたとしても電気的接続を確保しやすい。したがって、このインターポーザによれば、プリント配線板と接続された状態で加熱・冷却が繰り返されたとしても、ベース基板の周縁部に熱膨張・熱収縮によるクラックが発生するおそれがなく、ICチップ等の電子部品へ安定して電源を供給することができる。なお、本発明において導体ビアのアスペクト比Raspとは、導体ビアの高さ/導体ビアの径(径が一様でないときには最小径)をいう。 Of the base substrate of this interposer, the stress caused by the printed wiring board (stress generated by being pulled by the printed wiring board) and the stress caused by the conductive via are applied around the conductor via when heating and cooling are repeated. However, since the aspect ratio Rasp of each conductor via is 4 or more, the stress caused by each conductor via is relatively small. Further, the stress caused by the printed wiring board is larger in the peripheral portion than in the central portion, but since the aspect ratio Rasp of the outer conductor via is equal to or larger than the aspect ratio Rasp of the inner conductor via, the stress caused by the conductor via is larger than that in the central portion. The periphery is small. Moreover, since each conductor via has a diameter exceeding 30 μm, it is easy to ensure electrical connection even if stress is applied. Therefore, according to this interposer, even if heating / cooling is repeated while being connected to the printed wiring board, there is no possibility that cracks due to thermal expansion / contraction will occur in the peripheral portion of the base substrate, such as an IC chip. Power can be stably supplied to the electronic components. In the present invention, the aspect ratio Rasp of the conductor via means the height of the conductor via / the diameter of the conductor via (the minimum diameter when the diameter is not uniform).
本発明のインターポーザにおいて、導体ビアのうち外側導体ビアのアスペクト比Raspは内側導体ビアのアスペクト比Raspの1.25倍以上2倍以下であることが好ましい。この範囲であれば、本発明の効果が顕著になる。 In the interposer of the present invention, it is preferable that the aspect ratio Rasp of the outer conductor via among the conductor vias is not less than 1.25 times and not more than twice the aspect ratio Rasp of the inner conductor via. If it is this range, the effect of this invention will become remarkable.
本発明のインターポーザにおいて、導体ビアのうち少なくとも外側導体ビアは、クビレを持つ形状に形成されていることが好ましい。こうすれば、略ストレート形状の導体ビアに比べて、加熱・冷却を繰り返したときの電気抵抗の変化率を一層抑えることができる。このようなクビレを持つ形状に形成された外側導体ビアは、最大径/最小径が2以上4以下であることが好ましい。 In the interposer of the present invention, it is preferable that at least the outer conductor via among the conductor vias is formed in a shape having a constriction. In this way, the rate of change in electrical resistance when heating / cooling is repeated can be further suppressed as compared with a substantially straight conductor via. The outer conductor via formed in such a shape having a crease preferably has a maximum diameter / minimum diameter of 2 or more and 4 or less.
本発明のインターポーザにおいて、導体ビアが最外周からN列目(Nは2以上の整数)まで多重に形成されているときには外側導体ビアは最外周からN×2/3列までの範囲内で定められていることが好ましい。この範囲内の導体ビアに加わる応力は他の導体ビアに加わる応力に比べて大きいため、本発明を適用する意義が大きい。例えば、Nが15のときには外側導体ビアを最外周から10列目までの範囲内で定めることになるため、最外周1列のみ、最外周〜2列目まで、……、最外周〜10列目までといった定め方がある。 In the interposer of the present invention, when conductor vias are formed in multiple layers from the outermost periphery to the Nth row (N is an integer of 2 or more), the outer conductor vias are determined within the range from the outermost periphery to N × 2/3 rows. It is preferable that Since the stress applied to the conductor vias within this range is greater than the stress applied to the other conductor vias, it is significant to apply the present invention. For example, when N is 15, the outer conductor vias are determined within the range from the outermost periphery to the 10th column, so that only the outermost periphery 1 row, the outermost periphery to the 2nd row,. There is a way to define up to eyes.
本発明のインターポーザにおいて、前記外側導体ビアは、プリント配線板上にて略平坦形状に形成されたパッドと接続されるようにしてもよい。このパッドは略平坦に形成されているため、窪んだ形状に形成されている場合に比べてはんだなどの接合部材によってインターポーザと接合するときに接合部材の内部にボイド(空隙)が形成されたり角部が形成されたりすることがない。このように、外側導体ビアとエクスターナルパッドとの接合部分には応力の集中しやすいボイドや角部が存在しないため、この接合部分は容易に破壊されない。したがって、長期にわたって接合信頼性を維持することができる。 In the interposer of the present invention, the outer conductor via may be connected to a pad formed in a substantially flat shape on the printed wiring board. Since this pad is formed to be substantially flat, a void (void) is formed inside the bonding member when the bonding member such as solder is bonded to the interposer as compared to the case where the pad is formed in a recessed shape. No part is formed. Thus, since there are no voids or corners where stress tends to concentrate at the junction between the outer conductor via and the external pad, this junction is not easily destroyed. Therefore, the bonding reliability can be maintained over a long period.
本発明のインターポーザにおいて、ベース基板の厚さは、プリント配線板の厚さの少なくとも0.1倍であることの好ましい。こうすれば、セラミック製のベース基板が割れにくくなる。 In the interposer of the present invention, the thickness of the base substrate is preferably at least 0.1 times the thickness of the printed wiring board. In this way, the ceramic base substrate is difficult to break.
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態である半導体搭載用基板80の断面図である。なお、以下には「上」や「下」と表現することがあるが、これは相対的な位置関係を便宜的に表現したものに過ぎないので、例えば上下を入れ替えたり上下を左右に置き換えたりしてもよい。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a
本実施形態の半導体搭載用基板80は、多層プリント配線板10にインターポーザ60を電気的に接続することにより作製されたものである。多層プリント配線板10は、本実施形態では厚さが1.02mmであり、図1に示すように、上下両面に形成された配線パターン22同士をスルーホール導体24を介して電気的に接続するコア基板20と、このコア基板20の上下に形成されたビルドアップ層30と、ビルドアップ層30の最上面に形成されたパッド群40(図2参照)と、を備えている。また、半導体搭載用基板80のインターポーザ60に電子部品であるICチップ(熱膨張係数は約3.5ppm/℃)が電気的に接続される。
The
コア基板20は、BT(ビスマレイミド−トリアジン)樹脂やガラスエポキシ樹脂等からなるコア基板本体21の上下両面に銅からなる配線パターン22,22と、コア基板本体21の上下を貫通するスルーホールの内周面に形成された銅からなるスルーホール導体24とを有しており、両配線パターン22,22はスルーホール導体24を介して電気的に接続されている。このコア基板20は、本実施形態では厚さ800μmであり、熱膨張係数は約12〜20ppm/℃である。
The
ビルドアップ層30は、コア基板20の上下両面に樹脂絶縁層31,34と導体層32,35とを交互に積層したものである。ここで、樹脂絶縁層31,34としては、変成エポキシ系樹脂シート、ポリフェニレンエーテル系樹脂シート、ポリイミド系樹脂シート、シアノエステル系樹脂シートなどが挙げられ、その厚みは概ね20〜80μmが好適である。このビルドアップ層30は、コア基板20の配線パターン22と第1の導体層32とは第1のバイアホール33を介して電気的に接続され、第1の導体層32と第2の導体層35とは第2のバイアホール36を介して電気的に接続されている。このようなビルドアップ層30は、周知のサブトラクティブ法やアディティブ法(セミアディティブ法やフルアディティブ法を含む)により形成される。
The
パッド群40は、ビルドアップ層30をなす第2の樹脂絶縁層34の上面に形成されたエクスターナルパッド41とインターナルパッド43とで構成される群である。このパッド群40は、本実施形態では図2に示すように、縦30個×横30個のパッド41,43を格子状に配置したものであり、換言すれば最外周から15列目まで多重に形成されている。各パッド41,43はインターポーザ60の下面に形成されたランド64に対応する位置に設けられている。また、図2に示すように、パッド群40が形成された領域のうち、最外周から10列目までを外側領域Aext(図2にて網掛けで表示)、この外側領域Aextよりも中央寄りの領域を内側領域Aintという。そして、外側領域Aextに配置されたパッドをエクスターナルパッド41、内側領域Aintに配置されたパッドをインターナルパッド43という。なお、図2では最外周から10列目までをエクスターナルパッド41としたが、最外周のみをエクスターナルパッド41としてもよいし、最外周からn列目(nは2〜9の整数)までをエクスターナルパッド41としてもよい。また、図2ではパッド41,43を格子状に配置したが、配置の仕方はこれに限定されるものではなく、例えば千鳥状に配置してもよいし、一部が格子状で残りが千鳥状又はランダムに配置してもよいし、一部が千鳥状で残りが格子状又はランダムに配置してもよいし、一部がランダムで残りが格子状又は千鳥状に配置してもよいし、全体にランダムに配置してもよい。
The
エクスターナルパッド41は、インターポーザ60を介してICチップ70に電気的に接合されるものである。このエクスターナルパッド41は、ビルドアップ層30の第2の導体層35のうち外周方向に引き出された配線パターン35aの略平坦な配線部分に形成されている。また、エクスターナルパッド41が形成された配線パターン35aは、このエクスターナルパッド41よりも外側に形成されたバイアホール36aを介して下方の第1の導体層32と電気的に接合されている。
The
インターナルパッド43は、インターポーザ60を介してICチップ70に電気的に接合されるものである。このインターナルパッド43は、ビルドアップ層30の第2の樹脂絶縁層34の上面で外向きに引き出されることなくこの樹脂絶縁層34を略直下に貫通して下方の第1の導体層32と接合され、ここでは第2の樹脂絶縁層34を貫通する第2のバイアホール36bと第2の導体層35のうちバイアホール36bの開口周縁部分を含んで形成されている。なお、バイアホール36bを導体で充填してフィルドビアとし、このフィルドビアの直上部分をインターナルパッド43としてもよい。
The
インターポーザ60は、ジルコニアセラミック(熱膨張係数が約7ppm/℃)により形成された厚さ200μmのベース基板61と、このベース基板61の表裏両面を貫通する複数の導体ビア62と、この導体ビア62の上面側に形成されたランド63と、導体ビア62の下面側に形成されたランド64とを備えている。このインターポーザ60では、ランド63はICチップ70の裏面に設けられた入出力端子とはんだバンプ71を介して電気的に接合され、ランド64は多層プリント配線板10のパッド群40をなすエクスターナルパッド41やインターナルパッド43とはんだバンプ51,53を介して電気的に接合される。なお、ランド63,64を形成せず、導体ビア62とICチップ70とを直接ハンダで接合したり導体ビア62と多層プリント配線板10とを直接はんだで接合してもよい。導体ビア62は、クビレを持つ形状、具体的には上部の直径や下部の直径に比べて中間部の直径が小さい形状に形成されている。導体ビア62のうちインターポーザ60の周縁部に配置されたものを外側導体ビア62aと称し、中央部に配置されたものを内側導体ビア62bと称することとする。図1では、導体ビア62を便宜上数本しか示していないが、実際には図3の導体ビア62の配置図のように、最外周から15列目まで多重に形成され、最外周から10列目まで(つまり全15列の2/3まで、図3にて網掛けで表示)を外側導体ビア62aとし、それ以外を内側導体ビア62bとしている。ここでは、外側導体ビア62a及び内側導体ビア62bについて、アスペクト比Raspつまり最小径(中間部の直径)に対する高さの比はいずれも4以上であり、最小径はいずれも30μmを上回っている。また、外側導体ビア62aのアスペクト比Raspは内側導体ビア62bのアスペクト比Rasp以上に設計され、具体的には、外側導体ビア60aのアスペクト比Raspは内側導体ビア60bの1.25倍以上2倍以下となるように設計されている。なお、図3では導体ビア62を格子状に配置した例を示したが、図4に示すように千鳥状に配置してもよいし、外周から列が数えられるのであればランダムに配置してもよい。
The
次に、多層プリント配線板10の製造例について図5〜図7に基づいて説明する。ここでは、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)樹脂からなる絶縁性基板203の両面に銅箔205がラミネートされている銅張り積層板201を出発材料とし(図5(a)参照)、この銅張り積層板201にドリルでスルーホール207を形成し、無電解めっきのあと電解めっきを施すことにより銅張り積層板201の上下面及びスルーホール207の表面を被覆するめっき層209を形成した(図5(b)参照)。次に、スルーホール充填用樹脂組成物210をスルーホール207内にスキージを用いて充填し、乾燥したあと導体表面が露出するまで研磨して平坦化し、その後加熱処理を行うことによりスルーホール充填用樹脂組成物210を硬化させた(図5(c)参照)。次いで、この基板を無電解銅めっき水溶液中に浸漬して基板表面に無電解銅めっき膜211を形成した後、電解銅めっきを施して電解銅めっき膜213を形成した(図5(d)参照)。次いで、この基板を通常の写真法でパターン状にエッチングすることにより、上下両面に配線パターン22を形成し、コア基板20とした(図5(e)参照)。なお、絶縁性基板203がコア基板本体21、スルーホール207内のめっき層209がスルーホール導体24となる。
Next, a manufacturing example of the multilayer printed
続いて、コア基板20の表裏両面に絶縁層用樹脂フィルム301を真空圧着ラミネート法で貼り付け、貫通孔が形成されたマスクを介してこの絶縁層用樹脂フィルム301にCO2ガスレーザにてスルーホール303を形成したあと加熱処理を行い、絶縁層用樹脂フィルム301を完全に硬化させて第1の樹脂絶縁層31とした(図6(a)参照)。次に、この作製途中の基板を無電解銅めっき水溶液中に浸漬し、第1の樹脂絶縁層31の表面(スルーホール303の内壁面も含む)に無電解銅めっき膜305を形成し、その後市販の感光性ドライフィルムを貼りつけ、マスクを載置して露光・現像することによりめっきレジスト307を設けた(図6(b)参照)。次いで、この基板に電解銅めっきを施すことによりめっきレジスト非形成部に電解銅めっき膜309を形成し、その後めっきレジスト307を剥離除去した後、無電解銅めっき膜305のうち表面に露出した部分を硫酸と過酸化水素水との混合液でエッチング除去し、独立した回路パターンである第1の導体層32を形成した(図6(c)参照)。なお、第1の導体層32は、第1の樹脂絶縁層31の表面に形成された無電解銅めっき膜305及び電解銅めっき膜309の積層体からなる。このとき、第1の導体層32は、第1のバイアホール33(スルーホール303内に形成された無電解銅めっき膜305及び電解銅めっき膜309の積層体)を介してコア基板20の配線パターン22と導通している。この作製途中の基板の表裏両面に先ほど使用した絶縁層用樹脂フィルム301と同様の絶縁層用樹脂フィルムを真空圧着ラミネート法で貼り付け、先ほどと同様の手順で、貼り付けた絶縁層用樹脂フィルムを第2の樹脂絶縁層34に加工し更に第2の導体層35や第2のバイアホール36を形成し、ビルドアップ層30を完成した(図6(d)参照)。なお、図6(d)及び後述する図7は基板断面の上半分のみを示す。
Subsequently, the insulating
ビルドアップ層30を形成した基板の両面に、ソルダーレジスト組成物を塗布し乾燥したあと露光・現像することにより、円パターン(マスクパターン)が形成されたソルダーレジスト層45を形成した(図7(a)参照)。このとき、第2の導体層35のうち最外周に形成された配線パターン35aの略平坦な配線部分を開口してエクスターナルパッド41とすると共に、第2の導体層35のうち最外周以外のパターンのバイアホール36及びその周縁部分を開口してインターナルパッド43とした。次に、パッド41,43にニッケルめっき層を形成し更にその上に無電解金めっき層を形成した後、パッド41,43上にはんだペーストを印刷してリフローすることによりはんだバンプ51,53を形成し、多層プリント配線板10を完成させた(図7(b)参照)。そして、この多層プリント配線板10にインターポーザ60を介して、ICチップ70を実装した。なお、ICチップ70とインターポーザ60との間及びインターポーザ60と多層プリント配線板10との間にはアンダーフィルを充填してもよい。
A solder resist
次に、インターポーザ60の製造方法を図8及び図9を参照して説明する。ここでは、32mm×32mm×厚さ200μmの絶縁性基板であるジルコニア基板641を出発原料とした(図8(a)参照)。このジルコニア基板641のヤング率は、3点曲げ法にて測定したところ、200GPaであった。このジルコニア基板641の両面にウレタン系のレジスト642を形成し、通常の写真法により、将来、外側導体ビア62aとなる位置に開口642a(例えばφ120μm)を形成した(図8(b)参照)。次いで、マキナ社製のサンドブラスト装置で両面にサンドブラスト処理を行うことにより、表裏両面からそれぞれ円錐台形の空洞を形成し、この2つの空洞が基板内部で繋がってクビレを持つ形状のスルーホール643aとなった(図8(c)参照)。その後、レジスト642を剥離し、再び両面にウレタン系のレジスト644を形成し、通常の写真法により、今度は内側導体ビア62bとなる位置に開口644b(例えばφ100μm)を形成した(図8(d)参照)。次いで、先ほどのサンドブラスト装置で両面にサンドブラスト処理を行うことにより、表裏両面からそれぞれ円錐台形の空洞を形成し、この2つの空洞が基板内部で繋がってクビレを持つ形状のスルーホール643bとなった(図8(e)参照)。なお、スルーホール643aは最大径120μm、最小径40μm、高さ200μm(アスペクト比Rasp=5)、スルーホール643bは最大径100μm、最小径50μm、高さ200μm(アスペクト比Rasp=4)となるように、サンドブラスト装置の条件(砥粒の材質、砥粒の平均粒径、砥粒の噴出圧力及びショット数)を設定した。
Next, a method for manufacturing the
その後、レジスト644を剥離し(図9(a)参照)、スルーホール643a,643bを形成したジルコニア基板641に、金属皮膜645を形成した(図9(b)参照)。この金属皮膜645は、ジルコニア基板641の表面とスルーホール643a,643bの内壁に、まずスパッタにより0.1μmのクロム皮膜を形成し、続いてそのクロム皮膜上に0.14μmのニッケル被膜を蒸着し、更にこの基板641を無電解銅めっき水溶液中に浸漬して基板641の表面とスルーホール643a,643bの内壁に厚さ0.6〜3.0μmの無電解銅めっき膜を形成することにより、形成した。このときの無電解銅めっき液の組成は以下の通りである。硫酸銅0.03mol/l、EDTA0.200mol/l、HCHO0.18g/l、NaOH0.100mol/l、α、α’−ビピリジル 100mg/l、ポリエチレングリコール(PEG)0.10g/l。また、無電解銅めっきの条件は、34℃の液温度で40分とした。続いて、金属皮膜645上に、スルーホール643a,643b内に優先的に析出するめっき液とめっき条件を用いて、スルーホール643a,643b内の充填と基板641の表面に電解銅めっき膜646を形成した(図9(c)参照)。このときの電解めっき液の組成は次の通りである。硫酸150g/l、硫酸銅160g/l、添加剤19.5ml/l。また、電解めっきの条件は、電流密度を6.5A/dm2、時間を80分、温度を22±2℃、攪拌を噴流攪拌とした。
Thereafter, the resist 644 was peeled off (see FIG. 9A), and a
その後、両面を基板641の表面が露出するまで研磨し(図9(d)参照)、両面に露出したバイアホールの銅めっき上にニッケル(5μm)、金めっき(0.03μm)を施すことにより、表側にランド63を形成し裏側にランド64を形成して、インターポーザ60を完成させた(図9(e)参照)。なお、ニッケルめっきは、塩化ニッケル30g/l、次亜リン酸ナトリウム10g/l、クエン酸ナトリウム10g/lからなるpH5の無電解ニッケルめっき液に20分間浸漬することにより行った。また、金めっきは、シアン化金カリウム2g/l、塩化アンモニウム75g/l、クエン酸ナトリウム50g/l、次亜リン酸ナトリウム10g/lからなる無電解金めっき液に93℃の条件で23秒間浸漬することにより行った。図9(e)において、周縁部に位置するスルーホール643a内の金属皮膜645及び電解銅めっき膜646が外側導体ビア62aに相当し、中央部に位置するスルーホール643bに形成された金属皮膜645及び電解銅めっき膜646が内側導体ビア62bに相当し、基板641がベース基板61に相当する。この後、ランド63,64上にはんだをマスク印刷し、その後230℃でリフローしてはんだバンプを形成してもよい。ただし、特にはんだバンプを形成しなくてもよい。
Thereafter, both surfaces are polished until the surface of the
以上詳述した本実施形態では、インターポーザ60のベース基板61のうち導体ビア62の周り(特に導体ビア62とベース基板61との界面)には、加熱・冷却が繰り返されると多層プリント配線板10に起因する応力と導体ビア62に起因する応力が加わるが、各導体ビア62のアスペクト比Raspは4以上のため、各導体ビア62に起因する応力は比較的小さい。また、多層プリント配線板10に起因する応力は中央部よりも周縁部が大きくなるが、外側導体ビア62aのアスペクト比Raspが内側導体ビア62bのアスペクト比Rasp以上のため、導体ビア62に起因する応力は逆に中央部よりも周縁部が小さくなる。この結果、多層プリント配線板10に起因する応力と導体ビア62に起因する応力との和は中央部と周縁部とで差が小さくなるので、周縁部に応力が集中することがなくなる。また、各導体ビア62は直径が30μmを超えているため、応力が加えられたとしても電気的接続を確保しやすい。したがって、このインターポーザ60によれば、多層プリント配線板10と接続された状態で加熱・冷却が繰り返されたとしても、ベース基板61の周縁部に熱膨張・熱収縮によるクラックが発生するおそれがなく、ICチップ70へ安定して電源を供給することができる。また、導体ビア62の直径が30μmを超えているため、導体ビア62の電気抵抗が低くなる。
In the present embodiment described in detail above, the multilayer printed
また、外側導体ビア62aのアスペクト比Raspは内側導体ビア62bのアスペクト比Raspの1.25倍以上2倍以下であるため、上述した効果を一層得やすくなる。更に、導体ビア62は、クビレを持つ形状に形成されているため、略ストレート形状に形成されている場合に比べて、加熱・冷却を繰り返したときの電気抵抗の変化率を一層抑えることができる。更にまた、導体ビア62のうち最外周から10列目まで(つまり全体(15列)の2/3まで)の範囲を外側導体ビア62aとしているが、この範囲の導体ビア62に起因する応力は他の導体ビア62に起因する応力に比べて大きいため、本発明を適用する意義が大きい。そしてまた、外側導体ビア62aは、多層プリント配線板10上にて略平坦形状に形成されたエクスターナルパッド41と接続されているため、窪んだ形状に形成されたインターパッド43と接続する場合に比べてはんだバンプの内部にボイド(空隙)が形成されたり角部が形成されたりすることがないことから、この接合部分は容易に破壊されず、長期にわたって接合信頼性を維持することができる。そして更に、ベース基板61の厚さは200μmでプリント配線板の厚さ1.02mmの0.1倍以上であるため、セラミック製のベース基板61は割れにくい。
Further, since the aspect ratio Rasp of the outer conductor via 62a is not less than 1.25 times and not more than twice the aspect ratio Rasp of the inner conductor via 62b, the above-described effect can be more easily obtained. Furthermore, since the conductor via 62 is formed in a shape having a constriction, the rate of change in electrical resistance when heating and cooling are repeated can be further suppressed as compared with the case where the conductor via 62 is formed in a substantially straight shape. . Furthermore, the range of the conductor vias 62 from the outermost periphery to the 10th row (that is, 2/3 of the entire (15 rows)) is defined as the outer conductor via 62a. The stress caused by the conductor vias 62 in this range is Since the stress is larger than the stress caused by the other conductor vias 62, the significance of applying the present invention is great. Further, since the outer conductor via 62a is connected to the
特に、インターポーザ60のうち外側導体ビア62aを主に半導体チップ70のシグナル端子と接続し、内側導体ビア62bを半導体チップ70の電源端子に接続するものと半導体チップ70のグランド端子に接続するものとを交互に千鳥状又は格子状に並べてもよい。こうすれば、電源端子に接続されたものとグランド端子に接続されたものとが近接した状態で交互に並ぶため、相互インダクタンスが減少し、電源電位の変動が小さくなる。この結果、トランジスタの電源不足が起こりやすい3GHz以上の高周波領域の半導体チップ70であっても、電源不足が起こりにくくなる。
Particularly, in the
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
例えば、上述した実施形態では、セラミック基板であるジルコニア基板を出発材料としてインターポーザ60を作製したが、グリーンシートを出発材料としてインターポーザ60を作製してもよく、その一例を図10に示す。まず、平均粒径が1.4μmのAlN粉末1kgに、アクリル系バインダ220g、焼結助剤としてのY2O3を50g及びアルコール系溶剤を400mL混合した。この混合物をボールミルで均一に混練することにより、高粘度の原料スラリーを作成した。そして、ドクターブレード法に従って、原料スラリーからグリーンシート651を成形した(図10(a)参照)。次に、外側導体ビア62a(図1参照)を形成するために先端が円錐形に成形されたスタンパー652aと、内側導体ビア62b(図1参照)を形成するために先端が円錐形に成形されたスタンパー652bを用意し、グリーンシート651の表面のうち外側導体ビア62aの位置にスタンパー652aを配置すると共に内側導体ビア62bの位置にスタンパー652bを配置し、両スタンパー652a,652bを押圧して円錐形の部分を上から貫通させた(図10(b)参照)。次いで、グリーンシート651の裏面のうち外側導体ビア62aの位置にスタンパー652aを配置すると共に内側導体ビア62bの位置にスタンパー652bを配置し、両スタンパー652a,652bを押圧して円錐形の部分を下から貫通させた(図10(c)参照)。これにより、グリーンシート651のうち周縁部にクビレを持つ形状のスルーホール653aを透設すると同時に中央部にスルーホール653bを透設した(図10(d)参照)。次に、平均粒径が3μmのタングステン粉末100gに、アクリル系バインダ2g、エーテル系溶剤3mL、及びエーテル系分散剤0.1gを混合した。この混合物を三本ロール混合機で均一に混練して、導体回路形成用のタングステンペーストPとした。そして、スクリーン印刷機を用いて、グリーンシート651にペーストPを印刷した。これにより、図10(e)に示すように、スルーホール653a,653b内がペーストPで充填されると共に、スルーホール653a,653bの上下面にペーストPで円盤部分が形成された。次に、グリーンシート651を乾燥機内に装入し、そのグリーンシート651を5.0℃/分の昇温速度で加熱した。そして、乾燥機内の温度が150℃に達してから約24時間その温度を保持して、グリーンシート651を十分に乾燥させ、その後、室温になるまで放冷した。続いて、グリーンシート651を不活性雰囲気下にて1600℃、5時間の脱脂・仮焼成を施した。さらに、仮焼成されたグリーンシート651を同雰囲気下にて1850℃、3時間で本焼成した。これにより、AlN製のインターポーザ60を得た(図10(f)参照)。このインターポーザ60では、グリーンシート651がベース基板61(厚さ200μm)となり、スルーホール653aに充填されたペーストPが外側導体ビア62a(最大径120μm、最小径40μm、高さ200μm)となり、スルーホール653bに充填されたペーストPが内側導体ビア62b(最大径100μm、最小径50μm、高さ200μm)となり、スルーホール653a,653bの上下面に形成された円盤部分がランド63,64となる。なお、焼成前のグリーンシート651の段階では、厚み及びスルーホール653a,653bの形状は、目的とする数値に収縮率を見込んだ値に設定する。
For example, in the embodiment described above, the
また、上述した実施形態では、外側導体ビア62a及び内側導体ビア62bをクビレを持つ形状としたが、略ストレート形状としてもよい。この場合も、導体ビア62はアスペクト比Raspが4以上で直径が30μmを超え、導体ビア62のうち外側導体ビア62aのアスペクト比Raspは内側導体ビア62bのアスペクト比Rasp以上となるようにする(図11(f)参照)。略ストレート形状の導体ビア62を備えたインターポーザの作製手順の一例を図11に基づいて説明する。まず、上述した実施形態と同様のジルコニア基板661を出発原料とし(図11(a)参照)、このジルコニア基板661の上面にウレタン系のレジスト662を形成し、通常の写真法により、将来外側導体ビア62aとなる位置に開口662a(例えばφ33μm)を形成すると共に将来内側導体ビア62bとなる位置に開口662b(例えばφ50μm)を形成した(図11(b)参照)。次いで、マキナ社製のサンドブラスト装置で上面にサンドブラスト処理を行うことにより、開口662aから略ストレート形状で小径のスルーホール663aを形成すると共に開口662bから略ストレート形状で大径のスルーホール663bを形成し、その後レジスト662を剥離した(図11(c)参照)。その後の手順は、図9(a)〜(e)に準じて行った。即ち、スルーホール663a,663bを形成したジルコニア基板661に金属皮膜665を形成し(図11(d)参照)、スルーホール663a,663b内に優先的に析出するめっき液とめっき条件を用いて、スルーホール663a,663b内の充填と基板661の表面に電解銅めっき膜666を形成し(図11(e)参照)、その後両面を基板661の表面が露出するまで研磨し、露出した両面のバイアホールの銅めっき上にランド63,64を形成して、インターポーザ60を得た(図11(f)参照)。図11(f)において、周縁部に位置するスルーホール663a内の金属皮膜665及び電解銅めっき膜666が外側導体ビア62aに相当し、中央部に位置するスルーホール663bに形成された金属皮膜665及び電解銅めっき膜666が内側導体ビア62bに相当し、基板661がベース基板61に相当する。
In the above-described embodiment, the outer conductor via 62a and the inner conductor via 62b have a shape with a neck, but may have a substantially straight shape. Also in this case, the conductor via 62 has an aspect ratio Rasp of 4 or more and a diameter of more than 30 μm, and among the conductor vias 62, the aspect ratio Rasp of the outer conductor via 62a is equal to or larger than the aspect ratio Rasp of the inner conductor via 62b ( (Refer FIG.11 (f)). An example of a manufacturing procedure of an interposer provided with a substantially straight conductor via 62 will be described with reference to FIG. First, a
略ストレート形状の導体ビア62の別の作製手順として、グリーンシートを出発材料として用いる場合を図12に基づいて説明する。まず、図10(a)と同様にしてグリーンシート671を成形し(図12(a)参照)、パンチング加工かレーザ加工かドリル穿孔により、将来外側導体ビア62aとなる位置に略ストレート形状のスルーホール673a(例えばφ33μm)を形成すると共に将来内側導体ビア62bとなる位置に略ストレート形状のスルーホール673b(例えばφ50μm)を形成した(図12(b)参照)。その後の手順は、図10(d)〜(f)に準じて行うため、ここでは説明を省略する。
As another manufacturing procedure of the substantially straight conductor via 62, a case where a green sheet is used as a starting material will be described with reference to FIG. First, a
以下に、本実施形態のインターポーザ60の効果を実証するための実験例について説明する。まず、導体ビアのアスペクト比Raspと加熱・冷却を繰り返したあとの電気抵抗の変化率との関係について説明する。ここでは、表1に示す実験例1〜24の導体ビア(縦30×横30つまり最外周から15列目まで多重に形成されている)を備えたインターポーザを作製した。表1において、実験例1〜12のインターポーザは最小径と最大径とが同じ導体ビアつまり略ストレートな柱状の導体ビアを有するものであり、これらは図8及び図9の作製手順に準じて作製した。また、実験例13〜24のインターポーザは最小径と最大径が異なる導体ビアつまりクビレを持つ形状の導体ビアを有するものであり、これらは図11の作製手順に準じて作製した。このようにして得られた各実験例のインターポーザを介して、ポーラス化した層間絶縁膜を有するICチップを多層プリント配線板に実装し、その後ICチップとインターポーザの間やインターポーザと多層プリント配線板との間に封止樹脂を充填しIC搭載基板とした。そして、ICチップを介した特定回路の電気抵抗(IC搭載基板のICチップ搭載面とは反対側の面に露出しICチップと導通している一対の電極間の電気抵抗)を測定し、その値を初期値とした。その後、それらのIC搭載基板に、−55℃×5分、125℃×5分を1サイクルとしこれを2000サイクル繰り返すヒートサイクル試験を行った。このヒートサイクル試験において、250サイクル目、500サイクル目、750サイクル目、1000サイクル目、1250サイクル目、1500サイクル目、2000サイクル目の電気抵抗を測定し、初期値との変化率(100×(測定値−初期値)/初期値(%))を求めた。その結果を表1に示す。このテーブル中、電気抵抗の変化率が±5%以内のものを「優」(◎)、±5〜10%のものを「良」(○)、±10%を超えたものを「不良」(×)とした。ここで、電気抵抗の変化率が小さければインターポーザの導体ビア特に外側導体ビアやその周辺のダメージが小さくICチップへ安定して電源供給できることを意味し、電気抵抗の変化率が大きければインターポーザの外側導体ビアやその周辺にクラックが発生して大きなダメージを受けておりICチップへ安定して電源供給できないことを意味する。なお、目標スペックは1000サイクル目の変化率が±10%以内(つまり評価で「良」か「優」)とした。
Below, the experiment example for demonstrating the effect of the
また、例えば実験例2と実験例3,4とを比較すると、外側導体ビアのアスペクト比Raspが内側導体ビアのアスペクト比Raspの1.25倍以上2倍以下である後2者は、外側導体ビアのアスペクト比Raspと内側導体ビアのアスペクト比Raspが等しい前者に比べて、より長いサイクル数まで評価が「良」であった。同様のことは、実験例6と実験例7,8とを比較したり、実験例14と実験例15,16とを比較したり、実験例18と実験例19,20とを比較してもいえる。 Further, for example, when Experimental Example 2 is compared with Experimental Examples 3 and 4, the outer conductor via aspect ratio Rasp is 1.25 times to twice the aspect ratio Rasp of the inner conductor via. The evaluation was “good” up to a longer cycle number than the former in which the aspect ratio Rasp of the via and the aspect ratio Rasp of the inner conductor via were equal. The same is true even if Experimental Example 6 and Experimental Examples 7 and 8 are compared, Experimental Example 14 and Experimental Examples 15 and 16 are compared, or Experimental Example 18 and Experimental Examples 19 and 20 are compared. I can say that.
更に、例えば実験例2と実験例14とを比較すると、これらはいずれも外側導体ビアが最外周1列だけであるが、導体ビアがクビレを有する後者は導体ビアがストレート形状の前者に比べて、より長いサイクル数まで評価が「良」であった。同様のことは、実験例3と実験例15とを比較したり,実験例4と実験例16とを比較してもいえる。また、外側導体ビアが最外周から10列目までの実験例6と実験例18とを比較したり、実験例7と実験例19とを比較したり、実験例8と実験例20とを比較しても、より長いサイクル数まで評価が「優」又は「良」であった。 Further, for example, when Experimental Example 2 and Experimental Example 14 are compared with each other, the outer conductor vias are only one row at the outermost periphery, but the latter in which the conductor vias are constricted as compared with the former in which the conductor vias are straight. The evaluation was “good” up to a longer cycle number. The same can be said by comparing Experimental Example 3 and Experimental Example 15 or comparing Experimental Example 4 and Experimental Example 16. Also, the experimental example 6 and the experimental example 18 in which the outer conductor vias are from the outermost circumference to the tenth row are compared, the experimental example 7 and the experimental example 19 are compared, and the experimental example 8 and the experimental example 20 are compared. Even so, the evaluation was “excellent” or “good” up to a longer cycle number.
更にまた、例えば実験例3,7,9,10を比較すると、これらはいずれも外側導体ビアのアスペクト比Raspが5で内側導体ビアのアスペクト比Raspが4であるが、導体ビアのうち最外周1列だけを外側導体ビアとした実験例3、最外周から3列目までを外側導体ビアとした実験例9、最外周から6列目までを外側導体ビアとした実験例10、最外周から10列目までを外側導体ビアとした実験例7の順に、より長いサイクル数まで評価が「良」となる傾向にあった。 Furthermore, for example, when Experimental Examples 3, 7, 9, and 10 are compared, all of these have an outer conductor via aspect ratio Rasp of 5 and an inner conductor via aspect ratio Rasp of 4, but the outermost outer periphery of the conductor vias. Experimental example 3 in which only one row is an outer conductor via, Experimental example 9 in which the outermost via to the third row are outer conductive vias, Experimental example 10 in which the outermost via to the sixth row are outer conductive vias, From the outermost periphery The evaluation tends to be “good” up to a longer cycle number in the order of Experimental Example 7 in which up to the 10th row is the outer conductor via.
次に、インターポーザの導体ビアの位置とその位置にかかる応力との関係について説明する。インターポーザを介して、ポーラス化した層間絶縁膜を有するICチップを多層プリント配線板に実装したIC搭載基板について、3Dストリップシミュレーションを行い、導体ビアの列数と、導体ビアとインターポーザのベース基板との界面にかかる応力との関係を計算した。なお、インターポーザの導体ビアは、多層プリント配線板のパッドと1対1に対応するように最外周から15列目まで多重に形成されているものとした。また、導体ビアのアスペクト比はすべて同一で1とし、インターポーザや導体ビア、ICチップ、多層プリント配線板、はんだ等の材質は同じとした。そして、それらのヤング率、ポアソン比、熱膨張係数を入力して計算した。その結果を図13のテーブル及びグラフに示す。このテーブル及びグラフから明らかなように、インターポーザの導体ビアの位置が最外周から10列目(全列数×2/3列目)までは比較的大きな応力がかかり、最外周から6列目(全列数×2/5列目)までは特に大きな応力がかかることがわかる。この結果、導体ビアのうち最外周から全列数×2/3列目を超える位置(2/3列目より内側の導体ビア)では応力を緩和する必要性が乏しいことから、最外周から全列数×2/3列目までの範囲内で外側導体ビアを設定するのが好ましく、特に最外周から全列数×2/5列目までの範囲内で外側導体ビアを設定するのが好ましい。 Next, the relationship between the position of the conductor via of the interposer and the stress applied to the position will be described. A 3D strip simulation is performed on an IC mounting substrate in which an IC chip having a porous interlayer insulating film is mounted on a multilayer printed wiring board via an interposer, and the number of conductor vias and the number of conductor vias and the base substrate of the interposer are determined. The relationship with the stress applied to the interface was calculated. Note that the conductor vias of the interposer were formed in multiple layers from the outermost periphery to the 15th row so as to correspond one-to-one with the pads of the multilayer printed wiring board. Also, the conductor vias had the same aspect ratio of 1, and the materials such as interposer, conductor via, IC chip, multilayer printed wiring board, and solder were the same. And it calculated by inputting those Young's modulus, Poisson's ratio, and thermal expansion coefficient. The results are shown in the table and graph of FIG. As is apparent from this table and graph, a relatively large stress is applied to the position of the conductor via of the interposer from the outermost circumference to the 10th column (the total number of rows × 2/3 rows), and the sixth row from the outermost circumference ( It can be seen that particularly large stress is applied up to the total number of rows × 2 / 5th column). As a result, since there is little need to relieve stress at the positions exceeding the total number of rows × 2/3 rows from the outermost circumference (conductor vias inside the 2/3 rows) of the conductor vias, It is preferable to set the outer conductor via within the range up to the number of columns × 2/3, and it is particularly preferable to set the outer conductor via within the range from the outermost circumference to the total number of columns × 2/5 columns. .
10…多層プリント配線板、20…コア基板、21…コア基板本体、22…配線パターン、24…スルーホール導体、30…ビルドアップ層、31…第1の樹脂絶縁層、32…第1の導体層、33…第1のバイアホール、34…第2の樹脂絶縁層、35…第2の導体層、36…第2のバイアホール、40…パッド群、41…エクスターナルパッド、43…インターナルパッド、45…ソルダーレジスト層、51,53…はんだバンプ、60…インターポーザ、62…導体ビア、62a…外側導体ビア、62b…内側導体ビア、63,64…ランド、70…ICチップ、71…はんだバンプ、80…半導体搭載用基板、201…銅張り積層板、203…絶縁性基板、205…銅箔、207…スルーホール、209…めっき層、210…スルーホール充填用樹脂組成物、211…無電解銅めっき膜、213…電解銅めっき膜、301…絶縁層用樹脂フィルム、303…スルーホール、305…無電解銅めっき膜、307…めっきレジスト、309…電解銅めっき膜、641…ジルコニア基板、642,644…レジスト、642a,644b…開口、643a,634b…スルーホール、645…金属皮膜、646…電解銅めっき膜、651…グリーンシート、652a,652b…スタンパー、653a,653b…スルーホール、661…ジルコニア基板、662…レジスト、662a,662b…開口、663a,663b…スルーホール、665…金属皮膜、666…電解銅めっき膜、671…グリーンシート、673a,673b…スルーホール。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ベース基板の表裏両面を貫通し該表裏両面の一方に接続される電子部品と該表裏両面の他方に接続されるプリント配線板とを電気的に接続し、千鳥状、格子状又は外周から列が数えられるランダムな形態で配置された複数の導体ビアと、
を備えたインターポーザであって、
前記導体ビアは、アスペクト比Raspが4以上で直径が30μmを超え、しかも前記導体ビアのうち前記ベース基板の最外周から中心方向に向かって所定列までの周縁部に配置された外側導体ビアのアスペクト比Raspは前記所定列よりも内側の中央部に配置された内側導体ビアのアスペクト比Rasp以上である、インターポーザ。 A base substrate made of ceramic;
An electronic component that penetrates both the front and back surfaces of the base substrate and is connected to one of the front and back surfaces and a printed wiring board that is connected to the other of the front and back surfaces are electrically connected to form a staggered, grid, or outer periphery row A plurality of conductor vias arranged in a random form ,
An interposer with
The conductor via has an aspect ratio Rasp of 4 or more and a diameter of more than 30 μm, and of the conductor vias, outer conductor vias arranged at a peripheral portion from the outermost periphery of the base substrate to a predetermined row toward the center . The aspect ratio Rasp is an interposer that is equal to or greater than the aspect ratio Rasp of the inner conductor via disposed in the central portion inside the predetermined row .
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