JP2002329972A

JP2002329972A - 多層プリント配線基板の製造方法および多層プリント配線基板

Info

Publication number: JP2002329972A
Application number: JP2001131836A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Shoji; 辰也庄司; Kentaro Yano; 健太郎矢野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】回路設計の自由度が高く、かつ低コストで量
産性に優れた多層プリント配線基板の製造方法を提供す
る。【解決手段】(1)配線回路を形成する第一の金属帯４と
スタッドバンプを形成する第二の金属帯５のいずれか一
方もしくは両方に、第一、第二の金属帯とエッチング特
性の異なる乾式成膜金属層１１を形成し、(2)乾式成膜
金属層を接合面として圧接、接合して積層金属箔を形成
し、(3)エッチングにより積層金属箔の第一の金属帯に
配線回路１３を形成し、(4)配線回路を覆う絶縁層４を
形成し、(5)エッチングにより積層金属箔の第二の金属
帯にビア１２を形成し、(6)エッチングによりスタッド
バンプを形成していない部分の乾式成膜金属層を除去し
て前記配線回路、絶縁層、スタッドバンプを具備する配
線体を形成し、(7)前記(1)〜(6)により得られる二つの
配線体の、一方の配線体と他方のスタッドバンプとを電
気的に接続して２以上の配線体を積層する多層プリント
配線基板１５の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は配線体を２以上積層
する多層プリント配線基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】多層プリント配線基板の製造技術は、近
年における民生機器分野での配線回路の高密度化、低価
格化に伴って急速に発展している。多層プリント配線基
板の積層方法にはビルドアップ方式と一括積層方式があ
る。これら多層プリント配線基板において各層間の電気
的導通は、めっきスルーホールやビアによってとられ
る。一般に、一括積層方式により積層し、めっきスルー
ホールにより導通をとる方法は回路設計の自由度が少な
く、また層間導通の数が限られるので高密度配線基板に
は不向きである。そこで、ビルドアップ方式により各層
の配線回路を形成した後、順次積層し積層毎に絶縁層に
形成した孔にめっきや導電性ペーストにより導通を付与
したビアを形成し、層間導通をとる方法が広く用いられ
ている。

【０００３】さらに近年、配線上にスタッドバンプと呼
ばれる突起状のビアを形成しておき、異なる２層でのビ
アと配線との接触により層間導通を付与する方法が用い
られている。この方法においてスタッドバンプの形成は
ペースト等による方法、またはエッチング特性の異なる
金属を２以上積層した積層金属箔をめっき等によって製
造し、そのエッチング特性の違いを利用してスタッドバ
ンプをエッチングで形成する方法により行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の孔にめっきを行
い、ビアを形成する積層方法は、配線回路と孔に施され
ためっき部とにおいて精度の高い平坦面が得られない。
多層プリント配線基板はチップ実装のために平坦な面が
要求されるため、めっき部が配線部より盛り上がった場
合は平滑研磨しなければならず、工程が増加する。孔に
ペーストを充填し、ビアを形成する積層方法は、ペース
トのスキージ処理で絶縁層表面にペーストの残る場合が
あり、これを取り除く工程が必要となる問題がある。ま
た上記スタッドバンプを形成する積層方法は、スタッド
バンプの形成に主に使われるAgペーストが高価であり、
またスクリーン印刷で形成するためにスタッドバンプは
低アスペクト比になり、スタッドバンプ間隔が広くなる
ため配線回路を高密度化が困難である。エッチング特性
の異なる金属をめっき等で積層した後、積層金属箔にエ
ッチングでスタッドバンプを形成する積層方法は、バン
プ高さが予め決まっているため、積層時の平坦度に優れ
るが、積層金属箔を製造するのに逐一めっき等で積み上
げなければならず、多数の工程を必要とする。

【０００５】本発明の目的は、設計の自由度が高く、か
つ低コストで量産性に優れた多層プリント配線基板の製
造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記積層金
属箔にエッチングでスタッドバンプを形成する積層方法
において、低コストで連続的に製造可能な積層金属箔を
用いて配線回路とスタッドバンプを形成して配線体と
し、スタッドバンプを介して２以上の配線体を積層する
ことで前記目的が達成できることを見いだし本発明に到
達した。

【０００７】すなわち本発明は、(1)配線回路を形成す
る第一の金属帯とスタッドバンプを形成する第二の金属
帯のいずれか一方もしくは両方に、第一、第二の金属帯
とエッチング特性の異なる乾式成膜金属層を形成し、
(2)該乾式成膜金属層を接合面として圧接、接合して積
層金属箔を形成し、(3)エッチングにより前記積層金属
箔の第一の金属帯に配線回路を形成し、(4)該配線回路
を覆う絶縁層を形成し、(5)エッチングにより前記積層
金属箔の第二の金属帯にスタッドバンプを形成し、(6)
エッチングにより前記スタッドバンプを形成していない
部分の乾式成膜金属層を除去して前記配線回路、絶縁
層、スタッドバンプを具備する配線体を形成し、(7)前
記(1)〜(6)により得られる二つの配線体の、一方の配線
体と他方のスタッドバンプとを電気的に接続して２以上
の配線体を積層する多層プリント配線基板の製造方法で
ある。さらに上記の製造方法に加え、前記配線体のスタ
ッドバンプを形成した面にスタッドバンプの高さ以下の
絶縁層を形成した２つの配線体を、互いのスタッドバン
プを電気的に接続し積層した層を有する多層プリント配
線基板の製造方法である。また本発明は、配線回路、絶
縁層、スタッドバンプを具備する配線体の２以上を積層
してなる多層プリント配線基板において、Cu若しくはCu
合金からなる配線回路とスタッドバンプとの間に、Ag若
しくはAg合金からなる乾式成膜層を有する多層プリント
配線基板である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の重要な特徴は、エッチン
グ特性の異なる金属層を挟んだ積層金属箔を、乾式成膜
金属層を介して圧接、接合して製造すること、およびそ
れぞれ別個に製造した配線体を、スタッドバンプを層間
導通金属として２以上積層することにある。

【０００９】図２(a)に本発明の方法で中間材として用
いる積層金属箔を示す。これは配線回路を形成する第一
の金属帯４と、スタッドバンプを形成する第二の金属帯
５を、これら金属帯とエッチング特性の異なる乾式成膜
金属層１１を介して圧着接合したものである。本発明で
乾式成膜金属層とは、後述する乾式成膜法により形成す
る薄膜をいう。乾式成膜法によれば、表面での酸化等に
よる汚染が少なく均質で、基材となる箔に密着した金属
層を効率的に形成することができる。よって乾式成膜金
属層を介して接合することで、メッキ等で積層する方法
と比べ、健全な薄膜を介して強固に接合した積層金属箔
を低コストで効率的に製造することが可能となる。

【００１０】本発明で乾式成膜法とは、物理蒸着や化学
蒸着法など、気相やプラズマを利用した乾式の成膜方法
全般のことである。この中には真空蒸着法は、勿論、イ
オンプレーティングのように真空で加熱し蒸発させたも
のをイオン化し電位差により加速して成膜する方法や、
スパッタのように気体イオンの衝突エネルギーを利用
し、原子を叩き出して成膜する方法、さらに特殊なるつ
ぼを用い、ある特定の材料を分子線状に引き出して蒸発
させる分子線蒸着法も含まれるし(以上、物理蒸着法)、
化学蒸着法のようにある種の気体を加熱反応させる成膜
法も含まれる。

【００１１】このうち、本発明には、近年の成膜技術の
高速化が著しい、真空蒸着法、スパッタリング法、イオ
ンプレーティング法などの物理蒸着法が好適である。真
空蒸着法は構造が単純で蒸着速度が速く、生産性に優れ
ている。スパッタリング法は、乾式成膜する金属が高融
点金属の場合も対応可能であり、特に合金層を形成する
場合、組成変動が少ない利点がある。イオンプレーティ
ング法は、装置構成が煩雑であるが、真空蒸着法と同様
生産性が良く、箔と乾式成膜金属層との接合が強固にな
る利点がある。また、上述の各成膜法に於ける雰囲気
は、真空蒸着法では1×10^-1Pa以下の低圧雰囲気とする
のが良く、スパッタリング法やイオンプレーティング法
では、He、Ne、Ar、Kr、Xe等の希ガスを主体とする雰囲
気とし、圧力は安定した放電が得られる1Pa以下に設定
すると良い。

【００１２】この積層金属箔は例えば図１に示す装置に
より製造する。図１の装置では、真空槽内に配置された
第一の巻き出しリール２と、第二の巻き出しリール３と
からそれぞれ第一の金属帯４、第二の金属帯５が巻き出
される。第一の金属帯４、第二の金属帯５は、乾式成膜
装置６によりエッチング特性の異なる金属の薄層が付着
形成される。引き続き、圧延ロール８によって圧着接合
が完了し、箔と箔との中間に乾式成膜金属層を有する積
層金属箔９となる。これを巻き取りリール１１によって
巻き取る。

【００１３】上記の積層金属箔の製造工程において、圧
接時の圧下率を大きくすると、材料にしわや変形を生ず
る可能性がある。よって、圧下率は十分な接合強度が得
られる範囲で、可能な限り低く設定すれば良く、好まし
くは1%以下とすれば良い。

【００１４】真空中で蒸着した金属は、活性であり圧接
することにより接着させることができる。配線回路を形
成する第一の金属帯と、スタッドバンプを形成する第二
の金属帯は、電気回路として機能するため電気抵抗率が
200nΩ・m（20℃）以下の金属を用いる。具体的にはCu、
Al、Sn、Fe、Au、若しくはこれらを主成分とする合金等
を用いることができ、そのなかでも電気伝導性やエッチ
ングの簡便性から、特にCu及びCu合金が望ましい。また
前記乾式成膜金属層は、これら第一、第二の金属帯とエ
ッチング特性の異なる金属であり、かつ電気伝導性を有
する金属を用いる。この場合も電気低効率が低いほうが
好ましく、500 nΩ・m（20℃）以下の金属が好ましい。
配線回路がCuの場合は、Ag、Ti、Ni、Mo、Mn等が考えら
れるが、積層金属箔の接合強度、及び電気伝導性の点か
らAgを用いることが好ましい。

【００１５】次に、上記積層金属箔を用いて以下の方法
で配線体を形成する。以下図２に基づき配線体の形成工
程を説明する。まず、前記積層金属箔の第一の金属帯４
にエッチングにて配線回路１３を形成する（図２
(b)）。金属帯に配線が形成するエッチング方法には各
種の公知の方法が適用でき、好ましくは湿式のエッチン
グがよい。形成した配線回路１３を覆うように絶縁層１
４を形成する（図２(c)）。絶縁層を構成する材料は電
気的に絶縁層として機能する公知の物質を適用できる
が、好ましくはエポキシ、変性トリアジン、ポリイミド
等の耐熱性、耐湿性に優れたプリント配線樹脂基板用の
樹脂を用いるのがよい。もう片面側の第二の金属帯５
に、エッチングにてスタッドバンプ１２を形成する（図
２(d)）。配線回路上に形成する絶縁層１４は、この後
のスタッドバンプ形成工程において、配線回路の保護及
び配線体の強度を維持するキャリアとしての役割を果た
す。スタッドバンプ高さは、エッチングファクターによ
って決まるスタッドバンプ幅と配線の高密度化、積層基
板をプレスして製造する時のスタッドバンプ強度等を考
慮すると50μm以上が望ましい。スタッドバンプの形成
に引き続き、スタッドバンプを形成していない部分の乾
式成膜金属層をエッチングにより除去する（図２
(e)）。

【００１６】前記のようにして形成した配線体を、２以
上積層して多層プリント配線基板１５を形成する（図２
(f)）。積層方法は、プレスによる積層の際にスタッド
バンプが絶縁層をつき破るようにしてもよいし、あらか
じめ絶縁層にレーザーやフォトエッチング等で孔を開け
ておき、スタッドバンプが孔を貫通するようにして接続
してもよい。このとき、各層の接続は、スタッドバンプ
上部や被接合部に、導電性を有するペーストの塗布或い
は低融点金属のめっきを施して、基板形成後に加熱処理
することで接合部を拡散反応させて接続する方法や、ス
タッドバンプ上部に金属粒子等で凹凸形状を形成して、
圧着することで局部的に接合部表面を除去し、表面活性
化接合を行う方法，まためっきや湿式或いは乾式のエッ
チングで表面を粗化する方法などを適用できる。これら
の処理は，金属と樹脂との密着性を向上させる目的で，
配線層やバンプ側部に行うことができ，層間接続を行う
バンプ上部を含めて金属部全体を一度に処理してもよ
い．

【００１７】また多層プリント配線基板内に金属コアを
設ける、半導体デバイスを基板内部に実装する等の理由
で、基板内の配線間隔を空けたい場合や、配線回路を表
面に出したい場合においては、異なる配線体のスタッド
バンプ同士が接続するように積層してもよい。このと
き、層間の絶縁性を確保するため、バンプ同士を積層に
よって接続する前に、予めバンプの高さ以下の樹脂層を
形成しすることが好ましい。また、スタッドバンプ配置
の自由度を高めるために、２つの配線体のスタッドバン
プを、互いのスタッドバンプ側から配線回路に接続する
ように積層してもよい。いずれの積層方法においても、
配線回路間の電気的な接続を達成するために、前述の層
間接続方法が適用できる。なお、以上に述べた配線体の
積層方向や層間接続方法を自由に組み合わせて、プリン
ト配線基板を作製できることは言うまでもない。

【００１８】以上の方法を用いて多層プリント配線基板
を製造することにより、各層にスタッドバンプを形成で
きるため回路形成の自由度が高く、積層金属箔を用いる
ためスタッドバンプと配線回路が短時間で形成でき、か
つ積層する面の平坦度が高いため多段スタックビアが容
易に形成できる。例えばチップとキャパシタ等のデバイ
ス間を最適な距離で配置、接続できるため、電気的損失
が少ない回路基板の設計が可能となる。

【００１９】また、配線回路、絶縁層、スタッドバンプ
を具備する配線体の２以上を積層してなる多層プリント
配線基板において、Cu若しくはCu合金からなる配線回路
とスタッドバンプとの間に、Ag若しくはAg合金からなる
乾式成膜層を用いた場合、Agは電気低効率が160 nΩ・m
（20℃）程度と非常に低く、かつCu及びCu合金との密着
強度が多きく曲げ等の基板の変形に対しても剥離を生じ
難い為多層部ピント配線基板に用いる組み合わせとして
好ましい。

【００２０】

【実施例】図１の装置を用い下記の条件で積層金属箔を
作成した。第一の金属帯：板厚10μｍのCu箔（Cu圧延材）第二の金属帯：板厚50μｍのCu箔（Cu圧延材）乾式成膜金属：Ag 真空槽内雰囲気：5×10^-3Pa

【００２１】作製した積層金属箔について、第一、及び
第二の金属帯とで180°引き剥がし試験を行った結果、
第一の金属帯側（10μmのCu箔側）でCu母材の破断を生
じ、良好な接着性を示した。また、積層金属箔の片側の
Cu面を樹脂テープで保護した後、塩化第二鉄溶液に浸漬
してもう片側のCu箔を除去し、さらに1時間以上放置し
たが、Ag層は溶液を通さず良好なバリア特性を示し、テ
ープで保護したCu層に欠陥はみられなかった。

【００２２】次に、作製したCu/Ag/Cuの積層金属箔にレ
ジストフィルムを貼り、露光現像した後、塩化第二鉄を
用いて配線回路を形成した。配線回路の上からエポキシ
樹脂を埋めこんだ後、もう片側のCu層を同様に塩化第二
鉄でエッチングしてスタッドバンプを形成し、前記配線
回路が残存するようにバリアAg層をエッチングして除去
し、図６(a)に略図を示す6枚の配線体を作製した。本実
施例では絶縁層１４をスタッドバンプが貫通する貫通孔
１７をレーザにより形成した。また上部２枚の配線回路
について、配線回路側の絶縁層１４に加え、スタッドバ
ンプ側にもエポキシ樹脂を埋め込み絶縁層１６を形成し
た。６枚の配線体の、層間接続するスタッドバンプ上部
に、導電性を有するペーストを塗布し、図３(b)に概略
図を示すように位置合わせを行い、ホットプレスにて一
括積層し多層積層プリント基板を作製した。その結果、
作製した６層配線基板は、平坦性が高く、また良好な電
気伝導性を示した。

【００２３】

【発明の効果】本発明により、スタッドバンプを短時
間、低コストで効率的に形成することができ、設計自由
度の高い多層プリント配線基板が少ない工程で製造する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層金属箔を製造する装置の概略図で
ある。

【図２】本発明の多層プリント配線基板の製造工程断面
図である。

【図３】本発明の多層プリント配線基板の実施例の断面
図である。

【符号の説明】

１．真空槽、２．第一の巻き出しリール、３．第二の巻
き出しリール、４．第一の金属帯、５．第二の金属帯、
６．乾式成膜装置、７．ガイドロール、８．圧延ロー
ル、９．積層金属箔、１０．巻き取りリール、１１．乾
式成膜金属層、１２．スタッドバンプ、１３．配線回
路、１４．絶縁層、１５．多層プリント配線基板、１
６．スタッドバンプ側の絶縁層、１７．貫通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5E317 AA24 BB01 BB02 BB03 BB12 BB14 CD25 CD27 GG16 5E339 AB02 AD05 BC01 BC02 BC03 BD03 BD06 BD12 BE11 BE13 5E346 CC08 CC09 CC10 CC31 CC32 CC34 CC37 CC38 CC39 DD12 DD15 DD16 DD17 EE02 EE09 FF24 GG22 HH32 HH33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 (1)配線回路を形成する第一の金属帯と
スタッドバンプを形成する第二の金属帯のいずれか一方
もしくは両方に、第一、第二の金属帯とエッチング特性
の異なる乾式成膜金属層を形成し、(2)該乾式成膜金属
層を接合面として圧接、接合して積層金属箔を形成し、
(3)エッチングにより前記積層金属箔の第一の金属帯に
配線回路を形成し、(4)該配線回路を覆う絶縁層を形成
し、(5)エッチングにより前記積層金属箔の第二の金属
帯にビアを形成し、(6)エッチングにより前記スタッド
バンプを形成していない部分の乾式成膜金属層を除去し
て前記配線回路、絶縁層、スタッドバンプを具備する配
線体を形成し、(7)前記(1)〜(6)により得られる二つの
配線体の、一方の配線体と他方のスタッドバンプとを電
気的に接続して２以上の配線体を積層することを特徴と
する多層プリント配線基板の製造方法。
【請求項２】前記配線体のスタッドバンプを形成した
面にスタッドバンプの高さ以下の絶縁層を形成した２つ
の配線体を、互いのスタッドバンプを電気的に接続して
積層した層を有することを特徴とする請求項１に記載の
多層プリント配線基板の製造方法。
【請求項３】配線回路、絶縁層、スタッドバンプを具
備する配線体の２以上を積層してなる多層プリント配線
基板において、Cu若しくはCu合金からなる配線回路とス
タッドバンプとの間に、Ag若しくはAg合金からなる乾式
成膜層を有することを特徴とする多層プリント配線基
板。