CN1933696A - 多层布线板及其制作方法 - Google Patents

Abstract

为了提高多层布线板的层间连接的可靠性。在由热塑性树脂制得的基底材料上形成多个金属导体图案层。然后，将含有铜的高熔点金属、含锡的低熔点金属和粘合剂树脂填充到通孔中。接下来，施加预定的热量和压力。然后，在由低和高熔点金属构成的半熔融金属混合物液滴和熔融的粘合剂树脂是彼此分离的相的时候，使面向通孔开口的导体图案表面与低熔点金属相互之间合金化，并且使低熔点金属与高熔点金属相互之间合金化，从而形成柱形层间连接部件。结果是，在柱形层间连接件的外表面与通孔内表面之间形成了中间层。

Description

多层布线板及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种多层布线板(multilayer wiring board)及其制作方法，在该多层布线板中多个金属导体图案层(metal conductor patternlayer)形成在由热塑性树脂制得的基底材料上。

背景技术

随着诸如移动电话、数字静物照相机等便携式电子设备的广泛使用，集成板(build-up board)已经进入市场的前沿。集成板被用来实现元件以及微细图案的超微型化或高密度装置的通孔尺寸的微型化。然而，集成板是基于所谓的顺序多层接线技术生产的，在该技术中各个层是顺序形成并且层压的，使得板生产工艺复杂化。

在这些情况下，曾经应用到使用未经烧焙的片的陶瓷多层板的方法现在也正被应用到有机材料上。在这种方法中，每一层的通孔、布线图等等被预先形成并且被放置在层之间，接下来进行分批层压工艺。

作为有机基底材料，热塑性树脂非常适用。原因如下。由热塑性树脂制得的布线板不需要经过很长时间的真空热压以除去包含在基底材料或树脂固化剂中的孔隙，其中该树脂固化剂是在玻璃纤维增强热固性树脂例如广泛使用的玻璃环氧树脂的情况下所必需的，另外，利用热而形成的基底材料和导体图案之间的接合(bonding)能够允许在短时间内进行分批层压工艺和接下来的集成工艺。结果是，使通过简单的方式获得多层结构成为可能。此外，有可能选择高频特性例如介电常数优良的基底材料。

作为一种能够在分批制作的多层中用于布线(wiring)的层间连接(interlayer connection)的技术，通过用金属浆填充通孔而获得电连接的技术可以应用。例如，日本专利No.3473601公开了这样的技术。在日本专利No.3473601公开的技术中，通孔在其上形成有布线图案的热塑性树脂材料中，并且在该通孔中填充有为低熔点的金属的锡和为高熔点金属的银粉，所述锡与形成导体图案的金属形成合金，所述银粉具有高于在形成层间连接的时候的热供应(heat-application)温度，形成层间连接是为了利用在加热和加压工艺下形成导体图案的金属与包含在通过烧结得到的导电组合物中的锡的合金而在在导体图案之间建立电连接。如上面所述，在该技术中，导体图案之间的电连接是借助导电组合物形成的。

导体图案之间的电连接不是通过上面的连接方法中的电连接工艺制得的，从而层间连接电阻不可能改变，防止了层间连接的可靠性下降。

在合金化工艺中，如图1的示意图所示，形成于基底材料100上的通孔中填满低熔点的金属粒子101，在使该金属粒子熔融的温度施加热，从而以从高熔点金属102的界面开始的顺序的方式，使熔融的低熔点金属和高熔点金属102之间产生合金化。低熔点金属颗粒101和高熔点金属颗粒102之间的合金化工艺的结果是，在金属颗粒之间形成了合金(金属互化物)103。发生了所谓的烧结。这个时候，在金属布线图案104与合金103之间的界面处形成了该布线图案和低熔点金属的合金(金属互化物)层105，这样将金属布线图案104连接在层间。

合金103与合金105具有高熔点，以至于即使当应用钎焊所必需的250℃或更高的温度的时候，导电组合物不熔融并且能够保持它的强度。例如，如果在日本专利No.3473601所公开的技术中，银(熔点：916℃)被用作高熔点金属并且锡(熔点：232℃)被用作低熔点金属，所获得的银和锡的合金具有480℃的熔点，这样就提高了熔点。合金(金属互化物)103和105的形成使得充分保证了足够强度来抵抗在后处理中进行钎焊时的热处理工艺。

发明内容

然而，在上述连接机理中，在通过烧结形成导电组合物时，可能发生下面的问题。

如图2所示，低熔点金属颗粒101通过润湿而延伸到高熔点金属颗粒102的表面上，从而形成合金(金属互化物)103。在低熔点金属颗粒101的熔融温度下高熔点金属颗粒102很难在通孔中移动，而熔融的低熔点金属颗粒101被移至高熔点金属颗粒102的表面上。相应地，在加热前存在于金属颗粒之间的孔隙更有可能聚集在一起形成气孔(blowhole)或者在通孔的范围内的比熔融之前的状态更大的孔隙。特别是，在加压期间，在高于低熔点金属颗粒101熔点的温度下，通过加压除去通孔的时候，金属颗粒101和102之间的接触允许从它们之间的连接点开始的合金化快速发展。所产生的合金(金属互化物)103具有显著高于基底材料100的熔融/接合(melting/bonding)温度的熔点。因此，不可能再熔融该合金103而进行压缩，结果是孔隙保留在金属中间体中。如果在这样的情况下继续压缩，连接位置自身可能经受翘曲从而影响连接工艺。

如果所形成的合金的高度高于在基底材料的熔融和接合(melting andbonding)之后获得合金的高度，则导体图案不能沉入基底材料中，而是作为通柱(via column)来阻止基底材料的连接。如果压缩在这样的状态下继续，则在通孔周围形成的图案可能破裂而产生裂缝。

为了防止这样，在合金化工艺的加热和压缩过程中，有必要从低熔点金属的熔点开始逐渐升温。然而，该方法耗时较长，不能利用热塑性树脂的熔融和接合层压工艺能够在短时间内完成的性能。结果，生产率降低而增加了成本。

此外，在烧结工艺中，为了降低合金中的孔隙数量，降低金属颗粒的尺寸是必要的。然而，随着使颗粒尺寸降低，压缩时颗粒之间的磨擦力有所增加，进而填充密度也随之增加，以至于很难对通孔的每一个位置施加均匀的模塑压力，致使很难获得均匀的通路合金(via alloy)，并且导致在金属布线图案和低熔点金属之间形成了不充分的合金。随着通孔直径变小，该现象成为主导，在高密度板的制作中带来了不利方面。

本发明就是为了解决上述问题，并且希望提供一种多层布线板及其能够提高层间连接可靠性的生产方法，该多层布线板在由热塑性树脂制作的基底材料上形成多个金属导体图案层。

根据本发明的一个技术方案，提供了一种在由热塑性树脂制作的基底材料上形成多个金属导体图案层的多层布线板，其中将熔点高于基底材料的熔融/接合温度的至少含有铜的金属、能够与导体图案合金化并且熔点低于基底材料的熔融/接合温度的至少含有锡的金属、和在不高于基底材料的熔融/接合温度条件下熔融的粘合剂树脂填塞到在基底材料所形成的通孔中，并且在基底材料的熔融/接合温度下施加热并且向其中在通孔的上部和下部形成导体图案的多层布线板施加预定的压力，并且然后在液化的低熔点金属和熔融的粘合剂树脂是彼此分离的相的时候，使面向通孔开口的导体图案表面与低熔点金属相互之间合金化并且使低熔点金属与高熔点金属相互之间合金化，从而在导体图案之间建立层间电连接。

此外，根据本发明的一个技术方案，提供了用于生产一种在由热塑性树脂制作的绝缘基底材料上形成多个金属导体图案层的多层布线板的方法，其包括第一个步骤：将熔点高于基底材料的熔融/接合温度的至少含有铜的金属、能够与导体图案合金化并且熔点低于基底材料的熔融/接合温度的至少含有锡的金属、和在不高于基底材料的熔融/接合温度条件下熔融的粘合剂树脂填塞到在基底材料所形成的通孔中；以及第二个步骤：在基底材料的熔融/接合温度下施加热并且向在通孔的上部和下部形成导体图案的多层布线板施加预定的压力，然后在液化的低熔点金属和熔融的粘合剂树脂是地彼此分离的相的时候，使面向通孔开口的导体图案表面与低熔点金属相互之间合金化并且使低熔点金属与高熔点金属相互之间合金化，从而在导体图案之间建立层间电连接。

此外，根据本发明的技术方案，提供了一种在由热塑性树脂制作的绝缘基底材料上形成多个金属导体图案层并且通过穿透基底材料的通孔在金属导线之间建立层间电连接的多层布线板，其中将在通孔中形成的至少含有锡和铜的合金，将在通孔上部和下部开口上形成的导体图案连接起来，并且在层间连接金属的外围与通孔内表面之间形成了粘合剂树脂层。

在多层布线板中，当不施加压力时，即使在高于低熔点金属的熔点的温度下，粘合剂树脂的存在防止了低熔点金属与高熔点金属的直接接触，从而抑制它们之间的合金化。当温度达到基底材料的熔融/接合温度的时候，简单地通过施加预定的压力，粘合剂树脂溢出从而使低熔点金属与高熔点金属相互之间接触。然而，即使是在该时间点上，熔融的粘合剂树脂的存在也使得液化的低熔点金属和高熔点金属流入通孔中。然后，液化的低熔点金属和高熔点金属局部混合形成半熔融的金属混合液滴。该状态继续，直到形成高熔点合金。也就是说，金属混合物液滴在熔融的粘合剂树脂中熔融到一起，同时，是与粘合剂树脂分开的相，如同悬浮在水中的油滴一样集结成团而且与水分开的相。该金属混合物液滴含有将要与导体图案合金化的锡，以至于它们聚集在具有高润湿性能的上部和下部导体图案的周围，并且被熔融在一起。在该时间点，金属混合物液滴被形成柱形而同时与上部和下部导体图案合金化并且与它们连接。粘合剂树脂位于柱形半熔融金属混合物的外表面和通孔内表面之间。在加热和加压步骤持续足够长的时间之后，停止加热和加压使温度和压力达到正常水平。

因此，在通孔中形成柱形的半熔融金属混合物被合金化成为包括铜和锡的合金Cu₆Sn₅(熔点：630℃)并且熔点被提高的层间连接部件。层间连接部件与上部和下部导体图案合金化，从而通过合金层将它们连接在一起。结果是，在基底材料的上部和下部表面上形成的导体图案相互之间被电连接从而达到了层间连接。此外，固态形式的粘合剂树脂存在于层间连接部件的外表面和通孔内表面之间形成中间层。

根据层间连接机理，即使在快速合金化工艺中，通过完成在熔融的低熔点金属和熔融的粘合剂树脂之间的液液相分离(liquid-liquid phaseseparation)，也有可能防止上述在合金中产生气孔的问题。

此外，在这样的层间连接中，即使金属颗粒非常微小，粘合剂树脂可以作为颗粒之间的润滑剂，其因此具有象粘土一样的塑性并将均匀的压力施加到整个通孔上。相应地，使得通孔中的低熔点金属和高熔点金属相互之间均匀地接触，使得通孔中的合金的结构均匀。

在根据本发明实施方案的生产方法中，在由热塑性树脂制得的基底上预先形成金属导体图案；将至少含有铜(熔点：1083℃)的高熔点金属，能够与导体图案和高熔点金属合金化的低熔点金属(锡或含锡的合金)，以及存在于低熔点金属颗粒周围并且在基底材料的熔融/接合温度下熔融的粘合剂树脂填塞到在基底材料所形成的通孔中；在通孔的上部和下部开口处形成导体图案；并且在高于低熔点金属熔点的基底材料的熔融/接合温度下施加热，并且施加预定的压力。

在液化的低熔点金属和熔融的粘合剂树脂之间的液液相分离之后，面向通孔开口的导体图案表面与低熔点金属相互之间合金化，同时低熔点金属与高熔点金属相互之间合金化，从而在基底材料的两个表面上所形成的导体图案之间建立层间电连接。

此外，粘合剂树脂的存在使得通孔中合金的结构均匀。结果，有可能获得具有高连接稳定性的多层布线板。

附图说明

图1是显示了用高熔点金属颗粒和低熔点颗粒填充通孔，然后施加热以形成高熔点金属和低熔点金属的合金层，从而获得层间连接的方法的图；

图2是示意性地显示了在仅仅使用金属颗粒(而不使用粘合剂树脂)的情况下通孔的内部图；

图3是示意性地显示了根据本发明的一个技术方案的多层布线板的横截面图；

图4是示意性地显示了根据本发明的一个技术方案的多层布线板另一个例子的横截面图；

图5是显示了制造多层布线板的各个步骤的图；

图6A至6D是用于解释根据本发明的技术方案进行层间连接的机理图；

图7是示意性地显示了通过层间连接机理获得层间连接的多层布线板的横截面图；并且

图8是比较基底材料与通孔中的合金之间的热膨胀系数的图。

具体实施方式

将参考附图详细地描述本发明的技术方案。

多层布线板的结构

图3是示意性地显示了根据本发明的一个技术方案的多层布线板10的横截面的图。

如图3所示，多层布线板10包括基底材料11和在基底材料11的两侧(上表面和下表面)上形成的金属导体图案12(12a，12b)。从基底材料11的上表面贯穿其下表面的通孔13形成于基底材料11内。层间连接部件14形成于通孔13内。通孔13的上部和下部开口被导体图案12(12a，12b)覆盖。层间连接部件14被连接到形成于基底材料11的两面上的导体图案12(12a，12b)上并且使导体图案12与基底材料11电连接，从而在层间建立了电连接。

基底材料11是一种热塑性树脂膜，其具有在将元件钎焊到多层布线板10的过程中所必需的耐热性和足够的机械强度。基底材料11是，例如，全芳香聚脂树脂的液晶聚合物。作为该热塑性树脂膜，除了该液晶聚合物以外，下面的树脂也可以单独或以混合物使用。此外，如果必要的话可以加入添加剂例如填料。

晶体树脂，聚甲醛(POM：熔点165℃)，聚酰胺(PA：熔点265℃)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT：熔点228℃)，聚苯硫(PPS：熔点278℃)，聚醚醚酮(PEEK：熔点334℃)。

非晶态树脂：热塑性聚酰亚胺(PI)，改性的聚苯醚(m-PPE)，聚酰胺-亚胺(PAI)，聚醚-亚胺(PEI)，聚芳酯(PAR)，聚砜(PSF)，聚醚砜(PES)。

导体图案12是一种低电阻金属，并且其与锡合金化。对于通过对铜实施抗腐蚀处理而获得的印刷电路板，优选使用，例如，铜或常用的铜箔。

层间连接部件14是至少包括铜和锡的合金。由于该合金包括铜和锡的合金Cu₆Sn₅(熔点：约630℃)，因此它的熔点被增加从而该合金能够经历钎焊软熔工艺(slodering reflowing process)。

此外，在多层布线板10中，由在基底材料的熔融/接合温度下熔融的树脂制作的中间层15形成于通孔13的内表面周围，也就是说，在层间连接部件14的外表面和通孔13的内表面之间。

根据本发明技术方案的多层布线板10可以包括多个基底材料11。例如，如图4所示，在多层布线板10所具有的结构中，多个基底材料11(11a，11b，11c)被层压，并且形成于基底材料11和它的前后表面之间的金属导体图案12(12a，12b，12c)也被层压。通孔13(13a，13b，13c)形成于各个基底材料11(11a，11b，11c)中。使导体图案12相互连接的层间连接部件14形成于通孔13(13a，13b，13c)中。中间层15形成于层间连接部件14的外壁上。

制作工艺

上面描述了多层布线板10，下面将对其制作工艺进行描述。

图5显示了制作多层布线板10的各个步骤。

在第一步骤(S11)中，准备一层用作为导体图案12的铜箔和一层用作基底材料11的绝缘热塑性树脂膜，其中铜箔的一侧或两侧粗糙化。

在该例子中，基底11是厚度为25-200μm由全芳香聚酯树脂构成的液晶聚合物(LCP)。然而，该热塑性树脂膜必须能够通过热压而熔融和接合，必须具有在元件的钎焊工艺中的必要的耐热性，并且必须具有足够的机械强度。

接下来，在第二个步骤(S12)中，通过加热或其它连接工艺将作为导体图案12的金属箔连接到作为基底材料11的热塑性树脂膜的表面上。在该例子中，铜箔被用作作为导体图案12的金属箔。

在第三个步骤(S13)中，对连接的金属箔施加刻蚀以形成导体图案12。

在第四个步骤(S14)中，将二氧化碳气体激光器照射在作为基底材料11的热塑性树脂膜与连接了导体图案12那一侧相对的表面上，从而形成通孔13。此时，该孔并没有形成于导体图案12内，而是仅仅形成在热塑性树脂膜内。相应地，在这种情况下，导体图案12作为通孔13的底部。除了二氧化碳气体激光器以外，可以使用UV-YAG激光器，准分子激光器等。如果必要的话，可以对通孔13的底部表面进行去污(desmear)处理。作为去污处理，可以采用化学去污或者物理去污，例如使用等离子或准分子激光器。

在第五个步骤(S15)中，向底部在基底材料11上形成的通孔13中填充通路填料21。

通路填料21的材料是高熔点金属、低熔点金属和粘合剂树脂或粘合剂树脂的前体的混合物。

高熔点金属是颗粒尺寸的金属，其至少含有铜并且具有高于热塑性树脂基底材料11熔融/接合温度的熔点。更具体地，该高熔点金属是单一的铜颗粒或者合金颗粒，该合金颗粒含有铜和一种或多种选自于金、银、锌和镍的金属。该金属颗粒的表面可以通过电镀金、银、锌或镍来覆盖。该镀覆可以包括金、银、锌或镍的合金镀覆。在该例子中，平均金属颗粒直径为8μm的铜粉末被用作高熔点金属。

低熔点金属是锡颗粒或者含锡的合金(例如，焊料)颗粒。作为焊料，可以使用通过将选自于铟、锌、铋组成的组中的一种或多种加入到锡铜基焊料、锡银基焊料、锡银铜基焊料中而获得的一种或多种焊料的混合物。在该例子中，使用了平均粒径为8μm的锡粉末。在该例子中所使用的低熔点金属是颗粒，然而其并不要求一定是颗粒，只要其能够均匀地混合在通路填料21中即可。

低熔点金属具有低于热塑性树脂基底材料11的熔融/接合温度的熔点，并且与导体图案12和高熔点金属颗粒合金化。用作导体图案12的金属与低熔点金属具有高润湿性能是合乎需要的。在该例子中，铜被用作导体图案12，其与液化的锡表现出高润湿性能，并且能够与锡合金化。

在该例子中使用的粘合剂树脂是一种熔点温度低于基底材料11熔融/接合温度的具有热塑性的树脂，也是作为与熔融的低熔点金属分离的相而表现为液体的树脂。在这里所提及的热塑性是在特定的高和低温下允许软化和固化以达到可逆方式的性能。虽然具有该性能的粘合剂树脂的例子包括典型的热塑性树脂，例如聚酯、聚烯烃、聚丙烯类、聚酰胺、聚酰胺-亚胺、聚醚亚胺、聚苯醚、聚苯硫、聚乙烯醇缩丁醛，但是通常被认为是具有非熔融性能的热塑性树脂，例如环氧树脂、苯氧基树脂、三聚氰二胺树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂或邻苯二甲酸二丙烯也可以被用作该粘合剂树脂，只要其在完成热固反应后在基底材料的熔融/接合温度下具有流动性并且能够是与熔融的低熔点金属分离的液液相。例如，交联度被控制在低水平并且具有热塑性的树脂能够被用作该粘合剂树脂。该粘合剂树脂可以是已经与有机溶剂或反应性稀释剂溶解的糊状形式，可以被涂敷到金属颗粒上，或者只要不使金属颗粒相互之间直接接触也可以是微粒形式。

此外，对于粘合剂树脂仅仅需要在其被熔融并且被粘结到基底材料的时间点成为热塑性树脂，以至于其在通孔填充的时间，可以是树脂的前体，也就是，上面所提及的树脂的单体，反应性低聚物，或者预聚物。然而，在这种情况下，上面的前体在被熔融并且粘结到基底材料之前，必须经过必要的工艺，例如加热工艺使其树脂化。这是因为通过加热使前体经过聚合反应或交联反应以使得它的流体粘度不稳定，并且因为低分子前体容易汽化而使得产生气泡从而逆向地影响与低熔点金属的相分离(phaseseparation)。因此，不可能使用稳定材料例如树脂进行相分离。

在该例子中，聚酯树脂被用作粘合剂树脂。液化的聚酯树脂与用作基底材料11的LCP表现出高的润湿性能(全芳香聚酯树脂液晶聚合物)，使得聚酯树脂和LCP之间的粘接强度很大。这是因为LCP是与粘合剂树脂有着相同材料(聚酯)的聚合物，因此液化的聚酯树脂与LCP之间的亲和力很高。此外，处于固体形式的粘合剂树脂具有低于LCP的弹性。优选固体形式的粘合剂树脂的弹性比基底材料11的弹性足够低。后面将详细地描述该原因。

在该例子中，粘合剂树脂被溶解到丁基卡比醇有机溶剂中，并且高熔点金属(铜)颗粒和低熔点金属(锡)颗粒被混合到所形成的溶液中，从而获得了糊状的通孔填料21。然后，使用开孔位于具有底的通孔的金属掩模来印刷并且将糊状物填塞到通孔13中。在填充树脂之后，将用于干燥有机溶剂的工艺加入到该例子中。如果能够可靠地进行的话，使用分配器等的方法可以将糊状物填充到通孔13中。通孔填料21可以是一种悬浮液，该悬浮液是通过在分散了粉末形式粘合剂树脂的有机溶剂中混入高熔点金属(铜)颗粒和低熔点金属(锡)颗粒而得到的。

在将通孔填料21填充到通孔13之前，可以对面向通孔13的导体图案的位置应用软刻蚀或还原处理。上述工艺除去了导体图案12上的氧化物，从而达到了下面所要描述的合金的最佳形成。

在第6个步骤(S17)中，将仅仅在其一个表面上形成导体图案12的多个基底材料11(虽然在该例子中使用了四个基底材料11，但是基底材料11的数量并不限于此)层叠形成多层接线结构，以至于在基底材料11之间形成导体图案12。此外，在通孔13的开口形成另一个导体图案12并且对其进行蚀刻。

在第七个步骤(S17)中，通过真空热压机，垂直地向多层布线板10的上表面和下表面施加压力和热量。结果是，铜颗粒和低熔点金属被熔融。然后，熔融的低熔点金属与铜颗粒合金化并且进一步与导体图案12的接触表面合金化，从而获得了层间连接。

在第七个步骤(S17)中层间连接的机理如下。

如图6A中所示，在通孔13填充了通孔填料21的状态下，加热该多层布线板10并且垂直地向该多层布线板10的上表面和下表面施加压力。

加热是在高于低熔点金属23的熔点并且足以熔融和粘结热塑性树脂基底材料11的温度下进行的。在该例子中，液晶聚合物被用作基底材料11，并且施加的热是310℃。该温度高于低熔点金属23(锡：232℃)的熔点。在该状态下，低熔点金属已经被液化并且粘合剂树脂24(聚酯树脂)已经被熔融。

熔融的粘合剂树脂24控制着液化的低熔点金属23和高熔点金属22之间的接触以防止它们之间的合金化。当在这种状态下通过挤压施加预定压力的时候，导体图案12被浸入到基底材料中从而使得通孔中的空间变窄，结果是使得液化的低熔点金属23和高熔点金属22相互之间接触。然而，即使在该时间点，熔融的粘合剂树脂24的存在允许低熔点金属23和高熔点金属22流入通孔中。然后，液化的低熔点金属23和高熔点金属被局部混合以变成半熔融的金属混合物液滴26。该状态持续直到形成高熔点合金。也就是说，金属混合物液滴26在熔融的粘合剂树脂24中被熔融到一起，同时，是与熔融的粘合剂树脂分离的相，如同悬浮在水中的油滴聚集成团并且成为与水分离的相。

如图6B中所示，该金属混合物液滴26含有将要与导体图案12合金化的低熔点金属23，以至于它们聚集在具有高润湿性能的上部和下部导体图案12的周围，并且被熔融到一起。

如图6C所示，形成了导体图案26和低熔点金属23的合金层27，并且熔融的粘合剂树脂24聚集在通孔半熔融金属混合物26所构成的柱与基底材料11之间。

如图6D所示，半熔融的金属混合物26然后形成为柱形以至于连接了上部和下部导体图案12。粘合剂树脂24位于柱形半熔融金属混合物26的外表面和通孔13的内表面之间。在加热和加压步骤持续足够长时间之后，停止加热和加压以使温度和压力回到正常水平。

因此，如图7所示，在通孔13中形成柱形的半熔融金属混合物被合金化成为层间连接部件14，该部件包括铜和锡的合金Cu₆Sn₅(熔点：630℃)并且其熔点有所提高。该层间连接部件14与上部和下部导体图案12合金化从而通过合金层27将它们连接在一起。结果是，在基底材料11的上部和下部表面上形成的导体图案12相互之间被电连接从而达到了层间连接。此外，固态形式的粘合剂树脂24存在于层间连接部件14的外表面和通孔13的内表面之间形成中间层15。此时，完成了基底材料的熔融。

根据上面所描述的层间连接机理，有可能防止上面提到的即使在通过熔融的低熔点金属22和熔融的粘合剂树脂24之间进行的液液相分离的快速合金化工艺中，在合金中也会产生气孔的问题。

此外，在这样的层间连接中，粘合剂树脂24可以作为颗粒之间的润滑剂，即使金属颗粒是微型的，从而具有象粘土一样的塑性以至于能够将均匀的压力施加到整个通孔上。相应地，使得通孔中的低熔点金属和高熔点金属相互之间均匀接触从而使得通孔13中的合金结构均匀。结果是，有可能获得具有高连接稳定性的多层布线板10。

效果等

如上面所描述的那样，形成于面向通孔13的开口的通孔13的上部和下部开口处的导体图案12的表面与液化的低熔点金属23相互之间被合金化，并且低熔点金属23和高熔点金属22相互之间被合金化。结果是，能够在形成于基底材料11的上下表面上的导体图案12之间建立层间电连接。

特别是，在根据本发明的技术方案的制作工艺中，层间连接部件14和中间层15是在合金化时通过熔融的粘合剂树脂24与半熔融的金属混合物26液液相分离工艺形成的。结果是，在层间连接部件14中没有产生孔隙，从而增加了连接的可靠性。

为了获得上面的层间连接，有必要控制粘合剂的量和金属中锡的量。

关于该粘合剂树脂，相对于包含高熔点金属22，低熔点金属23，和粘合剂树脂的通孔填料21的总体积，粘合剂树脂24的体积为该总体积的0.5％一70％是合乎需要的。如果在0.5％以下，则由于粘合剂树脂的缺乏不能预期减少孔隙的效果；另一方面，如果超过70％，则金属之间的合金形成受到负面影响。

如果构成低熔点金属23的金属锡的量相对于低熔点金属23与高熔点金属22的总量太小，则在加热和加压的时候，液体金属成分变小，使得难以形成粘合剂树脂24与低熔点金属23之间的液液相分离；另一方面，如果低熔点金属23的相对量太大，则由于大量的锡导致渗透到导体图案12中的低熔点金属23变大，降低了连接的可靠性。例如，在锡粉末的量为99％重量百分比并且铜粉末的量为1％重量百分比的多层布线板中，层间连接部件14完全渗入导体图案12中。

当考虑到上面观点合适地控制重量比的时候，发现相对与高熔点金属22和低熔点金属23的总重量，将包含在低熔点金属23中的锡的重量设定为该总重量75％-95％是合乎需要的。

例如，当将锡粉末的量设定为76％重量百分比并且将铜粉末的量设定为24％重量百分比的时候，层间连接部件14并没有完全渗透由铜箔制得的导体图案12中。此外，在层间连接部件14中没有产生孔隙，并且粘合剂树脂24存在于层间连接部件14和通孔13的内表面之间。如上所述，粘合剂树脂24的弹性低于基底材料11的弹性是合乎需要的。原因如下。

通常，热塑性树脂基底材料11具有大于通孔13中的合金26的热膨胀系数。图8显示了在Z-轴方向上的热膨胀/收缩图。此外，基底材料11和层间连接部件14具有相对高的弹性。相应地，与产品的热膨胀系数和弹性成正比的热应力变大。这样，当施加热激波的时候，由于基底材料11与层间连接部件14之间的热应力，可能产生通路合金的疲劳。

然而，如果在基底材料11和层间连接部件14之间存在弹性低于基底材料11的粘合剂树脂24，则热应力被该粘合剂树脂24所吸收。结果是，控制通路金属疲劳以增加可靠性是可能的。

本领域技术人员应该理解，在所附权利要求书或它的等价物的范围内，根据设计需要和其它因素，可能出现各种改变、结合、变形和替换。

本发明包含与2004年11月9日和2005年7月22日向日本专利局申请的日本专利申请JP2004-325259和JP2005-212570相关的主题，在此将这两件申请的全部内容并入作为参考。

Claims (20)

1.一种多层布线板，其在由热塑性树脂制得的绝缘基底材料上形成多个金属导体图案层，其中

熔点高于所述基底材料的熔融/接合温度的至少含有铜的金属、能够与所述导体图案合金化并且熔点低于所述基底材料的熔融/接合温度的至少含有锡的金属、和在不高于所述基底材料的熔融/接合温度的温度下熔融的粘合剂树脂被填塞到在所述基底材料中所形成的通孔中，并且

在所述基底材料的熔融/接合温度施加热，并且向其中在所述通孔的上部和下部开口处形成所述导体图案的所述多层布线板施加预定的压力，然后在液化的低熔点金属和熔融的粘合剂树脂是彼此分离的相的时候，使面向所述通孔的开口的导体图案表面与所述低熔点金属相互之间合金化，并且使所述低熔点金属与所述高熔点金属相互之间合金化，从而在所述导体图案之间建立层间电连接。

2.根据权利要求1所述的多层布线板，其中该粘合剂树脂具有比所述基底材料以及所述低熔点金属和所述高熔点金属的合金的弹性低的弹性。

3.根据权利要求1所述的多层布线板，其中该基底材料是全芳香聚酯树脂的液晶聚合物。

4.根据权利要求3所述的多层布线板，其中该粘合剂树脂是聚酯树脂。

5.根据权利要求1所述的多层布线板，其中该导体图案是至少含有铜的金属。

6.根据权利要求1所述的多层布线板，其中相对于所述高熔点金属和所述低熔点金属的总重量，包含在低熔点金属中的锡的重量为该总重量的75％-95％。

7.根据权利要求1所述的多层布线板，其中相对于填充到通孔中的包含高熔点金属和低熔点金属的填料的总体积，粘合剂树脂的体积为该总体积的0.5％-70％。

8.一种用于制作在由热塑性树脂制作的基底材料上形成多个金属导体图案层的多层布线板的方法，其包括：

第一个步骤：将熔点高于所述基底材料的熔融/接合温度的至少含有铜的金属、能够与所述导体图案合金化并且熔点低于所述基底材料的熔融/接合温度的至少含有锡的金属、和在不高于所述基底材料的熔融/接合温度的温度下熔融的粘合剂树脂填塞到在所述基底材料中所形成的通孔中；以及

第二个步骤：在所述基底材料的熔融/接合温度施加热，并且向其中在所述通孔的上部和下部开口处形成所述导体图案的所述多层布线板施加预定的压力，然后在液化的低熔点金属和熔融的粘合剂树脂是彼此分离的相的时候，使面向所述通孔的开口的导体图案表面与所述低熔点金属相互之间合金化，并且使所述低熔点金属与所述高熔点金属相互之间合金化，从而在所述导体图案之间建立层间电连接。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其中，在所述第一个步骤中，将熔点高于所述基底材料的熔融/接合温度的至少含有铜的金属、能够与所述导体图案合金化并且熔点低于所述基底材料的熔融/接合温度的至少含有锡的金属，和所述粘合剂树脂的前体填充到通孔中，并且在该通孔中使该树脂粘合剂的前体树脂化。

10.根据权利要求8所述的制作方法，其中该粘合剂树脂具有比所述基底材料和所述低熔点金属与所述高熔点金属的合金的弹性低的弹性。

11.根据权利要求8所述的制作方法，其中该基底材料是全芳香聚酯树脂的液晶聚合物。

12.根据权利要求11所述的制作方法，其中该粘合剂树脂是聚酯树脂。

13.根据权利要求8所述的制作方法，其中该导体图案是至少含有铜的金属。

14.根据权利要求8所述的制作方法，其中相对于所述高熔点金属和所述低熔点金属的总重量，包含在所述低熔点金属中的锡的重量为该总重量的75％-95％。

15.根据权利要求8所述的制作方法，其中相对于填充到所述通孔中的包含所述高熔点金属和所述低熔点金属的填料的总体积，所述粘合剂树脂的体积为该总体积的0.5％-70％。

16.一种多层布线板，其在由热塑性树脂制作的绝缘基底材料上形成多个金属导体图案层并且通过穿透基底材料的通孔在金属导线之间建立层间电连接，其中

在所述通孔中形成的至少含有锡与铜的合金的金属将在所述通孔的上部和下部开口处形成的所述导体图案连接起来，并且

在该层间连接金属的外围与所述通孔的内表面之间形成了粘合剂树脂层。

17.根据权利要求16所述的多层布线板，其中该粘合剂树脂具有比所述基底材料以及所述低熔点金属和所述高熔点金属的合金的弹性低的弹性。

18.根据权利要求16所述的多层布线板，其中该基底材料是全芳香聚酯树脂的液晶聚合物。

19.根据权利要求18所述的多层布线板，其中该粘合剂树脂是聚酯树脂。

20.根据权利要求16所述的多层布线板，其中该导体图案是至少含有铜的金属。

Images