この記事で分かること

半導体パッケージ基板：ビアホール

　パッケージ基板とは、半導体チップ（ダイ）を載せ、マザーボードなどのメイン基板に接続するための中継基板のことです。半導体チップは非常に微細な端子を持ち、そのまま一般的なプリント基板（PCB）に直接実装することは極めて困難です。

　そこでチップとマザーボードの間に介在し、電気信号を橋渡しする役割を持つのがパッケージ基板です。

　従来の半導体の微細化による性能向上が限界に近づく中、半導体の先端パッケージング技術であるビルドアップ多層構造による高密度・微細配線が求められ、半導体性能向上の新たな競争軸となっています。

　前回はビルドアップ層に関する記事でしたが、今回はビアホールの役割やレーザー加工に関する記事となります。

ビアホールの役割は何か

　ビアホール（Via Hole）の主な役割は、基板内で異なる層に配置された銅配線どうしを縦方向（垂直方向）に電気的・熱的に接続することです。

　平面（2次元）だけでは交差してしまう無数の配線を、3次元的に交差させずに高密度に張り巡らせるための「階層をつなぐエレベーター」の役割を果たします。

ビアホールの主な3つの役割

• 信号の層間伝送（配線の高密度化）
  • 直線の配線が交差しないよう、ビアを介して配線を上の層や下の層へ逃がします。これにより、限られた基板面積の中に数万本規模の複雑な回路を密に配置できます。
• 電源・グランド（GND）の強化と安定化
  • 電源層やGND層と接続することで、チップへ安定した電力を供給し、高周波動作時のノイズを軽減します。複数のビアを並列配置することで電気抵抗やインダクタンスも下げられます。
• 熱の放出（サーマルビア機能）
  • 発熱の激しい半導体チップの直下にビアを多数配置（サーマルビア）し、銅の高い熱伝導性を利用して、発生した熱を基板の裏面や放熱層へ効率よく伝達・発散させます。

ビルドアップ基板におけるビアの種類

• スルーホール（PTH）: 基板の表から裏まで全層を貫通する穴。主に芯材（コア層）の接続に使用されます。
• ブラインドビア（BVH / レーザービア）: 外層と内層の特定の1層間だけを接続する穴。ビルドアップ層の微細接続に主に使用されます。
• フィルドビア: レーザーで開けた穴の中を銅めっきで空洞なく埋め尽くした構造。ビアの真上にさらに次のビアを重ねる「スタック構造」が可能になり、配線領域を極限まで節約できます。

レーザー加工にはどのような種類があるのか

　ビアホールのレーザー加工は、主に「使用する光源（レーザーの波長）」と「穴あけの照射工法」の違いによって整理されます。

1. レーザー光源（波長）による分類

光源の種類	加工メカニズム	主な特徴と適したビア径
CO2（炭酸ガス）レーザー	熱加工（樹脂を熱で溶融・蒸発）	樹脂への吸収率が高く高スピード。一般的なビルドアップ基板の標準（ビア径：約30〜100μm）。
UV（紫外線）レーザー	アブレーション加工（分子結合を直接断ち切る）	熱影響が極めて小さくバリが出にくい。銅箔の直接穴あけや微細ビアに対応（ビア径：30μm以下）。
超短パルスレーザー （ピコ秒・フェムト秒）	非熱加工	照射時間が極めて短く、熱伝導が起きる前に材料を蒸散。ガラス基板や最先端パッケージの超極小ビア向け。

2. 穴あけ工法（照射方式）による分類

• ダイレクト加工（ダイレクト銅箔加工）
  • 表面の薄い銅箔と下層の絶縁樹脂を、レーザー光で一度にまとめて貫通・穴あけする工法です。工程がシンプルで主流の方式です。
• コンフォーマル加工（マスク/エッチング方式）
  • あらかじめ薬液エッチングで表面の銅箔に穴を開けておき、その穴に合わせてレーザーを照射し下層の樹脂だけを削り取る工法です。銅箔が厚い場合や、大径のビアを開ける際に用いられます。
• トレパニング（Trepanning）加工
  • 1ショットの光径よりも大きい穴を開ける際、レーザー光を円状（スパイラル状）にスキャン走査して切り抜く加工方法です。
• バースト（Burst）加工
  • 1箇所に対して数発のパルス光を細かく分割して連続照射（ショット）し、深さや形状をコントロールしながら掘り進める基本方式です。