JP2004088099A - 回路基板の製造方法、通信機器 - Google Patents

Abstract

　【課題】　短工程で回路パターンを形成し、安定したパターン転写が可能な回路基板の製造方法を提供することができなかった。
　【解決手段】　キャリア１０１上に、回路パターンが形成された導体または絶縁体から構成されたレジスト層１０３を重ねる工程と、前記回路パターンに導伝性材料を充填する工程と、前記レジスト層１０３を前記支持体から除去する工程と、前記回路パターンに充填された導電性材料を電気絶縁性材料１０４に転写する工程と、を含む、回路基板の製造方法。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、表面が略面一な回路基板およびその内部に半導体が埋設された回路基板の製造方法に関する。

　近年の電子機器の高性能化、小型化の流れの中、回路部品の高密度、高機能化が一層求められている。回路部品を搭載したモジュールにおいても、高密度、高機能化への対応が要求されている。回路部品を高密度に実装するために、現在、配線基板が多層化する傾向にある。特に回路の高密度化が図ることができる方法として、インナービアによる接続を用いた多層配線板も使用されてきている。更には、実装面積の省スペース化やＬＳＩ間や部品間の配線パターンを最短距離で接続することが可能な部品内蔵型の基板の開発も進められている。

　以下、図１５〜図２３を参照しながら、従来の部品内蔵型基板を製造するプロセス（例えば、特許文献１参照。）の一例を説明する。図１５は、銅製のキャリア１の一方の表面の全面に離型層１０、および離型層１０の上に回路パターン形成用材料２が電気メッキにより形成されている様子を断面図で示したものである。離型層１０の材料としては、Ｃｒ、Ｔｉなどが使用され、回路パターン形成用材料２としては、例えば、銅やすず、亜鉛、ニッケル、金、などが使用される。次に図１６に示すように、回路パターン形成用材料２上にレジスト３を配置し、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト３を所望の回路パターンに形成し、図１７に示すように、エッチングにより回路パターン形成用材料２に回路パターン１２を形成する。その後、図１８に示すように形成された回路パターン１２の上に積層されたレジスト３を除去する。

　次に図１９に示すように、ベア半導体素子８の電極パッド上に形成した導電性材料からなる突起電極６に導電性接着剤７を塗布した後、ベア半導体素子８を回路パターン１２上に装着し、加熱により導電性接着剤７を硬化させる。その後、図２０に示すように、突起電極６と回路パターン１２との接続をより強固にするために、ベア半導体素子８とキャリア１の隙間に絶縁性樹脂９を注入し硬化させる。

　次に図２１に示すように、電気絶縁層４を準備し、この電気絶縁層４にスルーホール１５を形成し、このスルーホール１５にビアペーストを充填することでビア５を形成する。その後、図２２に示すように、回路パターン１２が形成されたキャリア１とビア５が形成された電気絶縁層４とを、所定の位置に位置合わせをして積層した後、加熱および加圧することによって、ベア半導体素子８および回路パターン１２を電気絶縁層４に埋設させる。

　最後に図２３に示すように、電気絶縁層４を硬化した後、キャリア１を剥離することで、電気絶縁層４の内部にベア半導体素子８および回路パターン１２が埋設され、表面がほぼ均一な回路基板４０を作成することができる。
特開２００２−２０４０４９号公報

　しかしながら、上記の従来のキャリア１上に回路パターン１２をエッチングにより形成する方法では、キャリア１上に回路パターン形成材料２による層をまず形成しなければならないため、工程数が多く生産性が悪い。さらには、エッチングばらつきによりキャリア１にまでダメージを与えるため、電気絶縁層４への回路パターン転写性が著しく悪化し、安定した転写を行うことができないという問題を有していた。

　すなわち、エッチング液の濃度を均一化しても、回路パターン１２の疎密により、エッチング液が必要以上に回路パターン１２に作用する場合がある。このような場合、エッチングされるべき回路パターン形成材料２が除去されるのみならず、キャリア１と回路パターン形成材料２の間に形成される離型層１０がエッチング液により侵食され、さらに離型層１０の下のキャリア１の一部までが侵食される。

　このように、キャリア１の一部が侵食されると、図２２に示す工程において、電気絶縁層４が侵食されたキャリア１にまで入り込む。このとき、電気絶縁層４は、侵食されたキャリア１の表面の凹凸に入り込んで物理的に結合した状態となる。従って、図２３に示す工程において、キャリア１を電気絶縁層４から剥離するときに大きな力を要し、不必要な力が回路パターン１２に加わり、回路パターン１２の一部がキャリア１とともに剥離してしまう、等の問題があった。

　そこで、本発明は、回路パターン形成を短工程で実現することができ、また、安定した転写が可能な回路基板の製造方法、またはその製造方法により製造された基板を利用した通信機器を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、第１の本発明は、支持体上に、所望の回路パターンに合わせて形成された回路パターンキャビティが形成された、導体または絶縁体から構成されたパターン層を重ねる工程と、
　前記回路パターンキャビティに導電性材料を充填する工程と、
　前記導電性材料が充填された後、前記パターン層を前記支持体から除去する工程と、
　前記回路パターンキャビティに導電性材料を充填することにより形成された回路パターンを絶縁性材料に転写する工程と、を含む、回路基板の製造方法である。

　第２の本発明は、前記支持体上に前記パターン層を重ねる前に、前記支持体上に離型層を形成する工程を含み、前記パターン層を前記支持体上に重ねる工程は、前記パターン層を前記離型層に結合させずに重ねる工程である、第１の本発明の回路基板の製造方法である。

　第３の本発明は、前記回路パターンキャビティに、前記導体とは異なる導電性材料をめっきにより充填する、第１の本発明の回路基板の製造方法である。

　第４の本発明は、前記回路パターンキャビティに、塗布または印刷により導電性材料が充填される、第１の本発明の回路基板の製造方法である。

　第５の本発明は、前記導電性材料が導電性ペーストである、第４の本発明の回路基板の製造方法である。

　第６の本発明は、前記パターン層は、フォトレジストにより形成される、第１または３の本発明の回路基板の製造方法である。

　第７の本発明は、前記絶縁性材料の所定の部分にスルーホールを形成し、前記スルーホールに導電性ペーストを充填する工程をさらに含み、
　前記回路パターンを転写する工程は、前記絶縁性材料の両側に転写する工程であり、
　前記所定の部分は、前記絶縁性材料の両側に転写された回路パターンの少なくとも一部を接続するための部分である、第１の本発明の回路基板の製造方法である。

　第８の本発明は、第１の本発明の回路基板の製造方法で製造された回路基板上に、回路素子が搭載された高周波回路を有する送信装置または受信装置、およびアンテナを備える通信機器である。

　本発明によれば、回路パターン形成を短工程で実現することができ、また、安定した転写が可能な回路基板の製造方法、またはその製造方法により製造された基板を利用した通信機器を提供することができる。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明の実施の形態は以下に記述するものに限定されるものではない。

　（実施の形態１）
　図１〜図６は、本実施の形態１における回路基板の製造方法のプロセスを各プロセスにおける回路基板の断面で示した図である。図１〜図６におけるプロセスで作製される回路基板２０は、本発明の絶縁性材料の一例である電気絶縁層１０４と、回路パターン１０２と、ビア１０５とを有している。

　本発明の回路基板２０の製造方法を示す実施の形態１では、まず図１に示すように本発明の支持体の一例としてのキャリア１０１上に、絶縁体から構成されたレジスト１０３を形成する。レジスト１０３は、フォトリソグラフィの技術を用いて形成された所定の回路パターンに合わせた回路パターンキャビティ１１２を有する。すなわち、露光、現像した部分に沿って回路パターンがキャビティとして形成されるように、本発明のパターン層の一例であるレジスト１０３を形成する。

　このときキャリア１０１とレジスト１０３の間には、回路パターン１０２を電気絶縁層１０４に安定して転写するための離型層１１０をあらかじめメッキ等により設けておく。この離型層１１０の材料としてはＣｒ、Ｔｉなどが使用される。レジスト１０３は、好ましくは離型層１１０に結合しないように載置される。

　次に図２に示すように、キャリア１の上に配置されたレジスト１０３に形成された回路パターンキャビティ１１２に、回路パターン形成材料を電気メッキにより充填することにより、回路パターン１０２を形成する。

　回路パターン形成材料としては銅のほか、すず、亜鉛、ニッケル、金などを用いることが出来る。次に、図３に示すように、電気メッキにより所定の回路パターン１０２を形成した後、周知技術によりレジスト１０３を除去する。このような状態で、キャリア１０１の上には、所望の回路パターン１０２が電気メッキされて形成されている。

　次に、図４に示すように、電気絶縁層１０４を準備し、この電気絶縁層１０４の所定の場所にスルーホール１１５を形成する。電気絶縁層１０４としては、例えば、絶縁性樹脂および、フィラーと絶縁性樹脂との混合物などを用いることができる。絶縁性樹脂としては、熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂を用いることができ、耐熱性の高いエポキシ樹脂やフェノール樹脂、シアネート樹脂を用いることにより、電気絶縁層１０４の耐熱性をあげることができる。

　また、電気絶縁層１０４として、誘電正接の低いフッ素樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＰＯ樹脂、ＰＰＥ樹脂、液晶ポリマーを含む、もしくはそれらの樹脂を変性させた樹脂を用いることにより、電気絶縁層１０４の高周波特性を向上させることができる。

　また、電気絶縁層１０４として、フィラーと絶縁性樹脂の混合物を用いた場合、フィラーおよび絶縁性樹脂を選択することによって、電気絶縁層１０４の線膨張係数、熱伝導度、誘電率などを容易に制御することができる。

　例えば、電気絶縁層１０４の熱伝導度を向上させるためには、フィラーとしてアルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミを用いることにより、従来のガラス−エポキシ基板よりも熱伝導度の高い基板を製作することが可能となる。そしてその場合、電気絶縁層１０４に内蔵された電子部品およびベア半導体素子１０８（実施の形態２に記載）の発熱を効果的に放散させることができる。

　上記のようにスルーホール１１５を形成した後、ビアペーストをスルーホール１１５に充填してビア１０５を形成する。スルーホール１１５の形成方法としては、例えば、レーザー加工やドリル加工、パンチング加工などが挙げられる。特に、レーザー加工は微細なピッチでスルーホール１１５を形成することができ、削りくずも発生しないため望ましい。

　ビアペーストの材料としては、導電性粉末と樹脂の混合物、たとえば、金、銀、銅、ニッケルなどの金属粉や、カーボン粉と、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂の混合物を用いる。このようなビアペースト材料を、スルーホール１１５に充填することによりビア１０５を形成する。

　次に、図５に示すように、ビア１０５が形成された電気絶縁層１０４と、所望の回路パターン１０２がその上に形成されたキャリア１０１とを、所定の位置に積層した後、加熱および加圧によって回路パターン１０２を電気絶縁層１０４に埋設する。このとき、電気絶縁層１０４を半硬化状態にしておくと処理し易い。

　図５は、図１から図３に示す工程を繰り返して、回路パターン１０２ｂが形成された下側のキャリア１０１ａと、回路パターン１０２ｂが形成された上側のキャリア１０１ｂとを作製し、キャリア１０１とキャリア１０１ｂとを電気絶縁層１０４の上下から積層した状態を示す。ここで、所定の回路パターン１０２ａ、１０２ｂはビア１０５により接続されている。

　最後に図６に示すように、電気絶縁層１０４を硬化した後、キャリア１０１ａ、１０１ｂを剥離する。このようにして、回路パターンキャビティ１１２に充填されていた回路パターン形成材料（すなわち回路パターン１０２ａ、１０２ｂ）を、電気絶縁層１０４に転写することができる。そして回路パターン１０２ａ、１０２ｂが埋設された表面がほぼ均一な回路基板２０を作製することができる。

　（実施の形態２）
　この実施の形態２では、電子部品およびベア半導体素子１０８を内蔵した回路基板３０の製造方法の一実施例を図７〜図１４を用いて以下説明する。図７〜図１４は本実施の形態における、ベア半導体素子１０８を内蔵した回路基板３０の製造方法の各プロセスにおける基板の断面図である。なお、実施の形態２で用いる材料は、特に説明のない限り、実施の形態１と同一である。また、実施の形態１と同様の構成要素には、同じ参照番号を付し、その説明を省略する。

　本発明の回路基板の製造方法の実施の形態２において、図７、図８、図９に示される製造工程は、実施の形態の１における製造工程と同様であり、その説明を省略する。図９に示す製造工程の後、図１０に示すように、ベア半導体素子１０８の電極パッド上に形成した導電性材料からなる突起電極１０６に導電性接着剤１０７を塗布した後、このベア半導体素子１０８を回路パターン１０２の所定の場所の上に設置する。そしてこの状態で加熱により導電性接着剤１０７を硬化させる。

　その後、図１１に示すように、突起電極１０６と回路パターン１０２の接続をより強固にするために、ベア半導体素子１０８とキャリア１０１の隙間に絶縁性樹脂１０９を注入し硬化させる。絶縁性樹脂１０９としては熱硬化性樹脂および光硬化性樹脂などが使用できる。

　次に図１２に示す工程において、図４に示した工程と同様の工程で、スルーホール１１５が形成された電気絶縁層１０４を形成する。次に図１３において、回路パターン１０２ａが形成されたキャリア１０１ａと、回路パターン１０２ｂが形成されたキャリア１０１ｂと、電気絶縁層１０４とを所定の位置に積層した後、加熱、および加圧によってベア半導体素子１０８および回路パターン１０２を電気絶縁層１０４に埋設する。このとき、電気絶縁層１０４を半硬化状態にしておくと処理し易い。図１３は、下側のキャリア１０１ａに回路パターン１０２ａが形成され、上側のキャリア１０１ｂに回路パターン１０２ｂが形成され、所定の回路パターン１０２ａと回路パターン１０２ｂがビア１０５により接続されている様子を示している。

　最後に図１４に示すように、電気絶縁層１０４を硬化後、キャリア１０１ａ、およびキャリア１０１ｂを剥離することで、電気絶縁層１０４の内部にベア半導体素子１０８および回路パターン１０２ａ、１０２ｂが埋設された、表面がほぼ均一な回路基板３０を作成することができる。また、電気絶縁層１０４の内部にベア半導体素子１０８が設置されることにより、回路基板３０の全体の大きさを小さくすることができる。すなわち、実施の形態１の製造方法で作成された回路基板２０上に半導体素子を構成する場合よりも、本実施の形態の製造方法により作成された回路基板３０の方が回路全体として小さくなる。

　なお、上記の実施の形態２においては、ベア半導体素子１０８は、回路パターン１０２の上に、導電性接着剤１０７を用いて設置する、として説明したが、ＡＣＦやＮＣＦなどのフィルムを用いた加熱、加圧方式でもよい。また、ベア半導体素子１０８の回路パターン１０２への実装は、フェイスアップによるワイヤボンディング方式などを用いても良い。

　なお、上記の実施の形態２において、ベア半導体素子１０８の代わりにパッケージ型半導体が使用されてもよい。その場合は、回路基板２０の全体の大きさはやや大きくなるが、それ以外の効果は上記と同様である。

　また、上記の実施の形態２の説明において、半導体素子が回路基板３０中の回路パターン１０２上に実装される、として説明したが、半導体素子の代わりに、抵抗、コンデンサ、水晶発振子等の高周波回路用の素子が実装される構成であってもよい。

　なお、以上までの説明において、回路パターン１０２は、レジスト１０３に形成された回路パターンキャビティ１１２に回路パターン形成材料が電気メッキにより充填されることにより、回路パターン１０２を形成する、として説明してきたが、回路パターン１０２は、回路パターンキャビティ１１２に導電性ペーストが充填されることにより形成されてもよい。また、スクリーン印刷により回路パターン１０２が形成されてもよい。

　また、以上までの説明では、本発明のパターン層の一例としてレジスト１０３をキャリア１０１の上に形成する、として説明してきたが、本発明のパターン層は、レジスト１０３ではなく、他の絶縁体で形成されていてもよく、その場合は、フォトレジスト以外の方法で、回路パターンキャビティ１１２が形成され、この回路パターンキャビティ１１２に回路パターン形成材料が上記で説明した方法で充填される。そして、回路パターン形成材料が充填された後、適当な方法で、この絶縁体をキャリア１０１から除去して回路パターン１０２が形成されればよい。このような場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。

　また、上記の説明では、本発明のパターン層として、レジスト１０３の代わりに、絶縁体が使用されるとしたが、レジスト１０３の代わりに、メタルマスク等の導電性材料が印刷等により形成されてもよい。その場合は、上記と同様にメタルマスク等に回路パターンに沿った回路パターンキャビティ１１２が形成され、この回路パターンキャビティ１１２に導電性ペーストなどの導電性材料が塗布または充填されるか、スクリーン印刷等により、回路パターン形成材料が充填される。充填される導電性材料は、メタルマスク等の導電性材料と異なっていることが好ましい。そして、回路パターン形成材料が充填された後、適当な方法でメタルマスク等が除去されて回路パターン１０２が形成される。なお、メタルマスクは、キャリア１０１上に印刷されるのではなく、キャリア１０１上に載されるだけでもよい。また、メタルマスクを除去する方法として人手でメタルマスクを剥離する、という方法も含まれる。そのような場合も、上記と同様の効果を得ることができる。

　なお、以上までの説明では、電気絶縁層１０４の両側に回路パターンが形成された回路基板を製造する方法を示してきたが、本発明の回路基板の製造方法は、電気絶縁層１０４の片面のみに回路パターンが形成された回路基板を製造する方法であってもよい。その場合は、キャリア１０１ａ、１０１ｂのいずれか一方に回路パターン１０２が形成されないものが使用されて、上記と同様の工程で製造されればよい。

　また、以上までの説明では、本発明の支持体は、銅製のキャリアであるとして説明してきたが、銅以外の他の金属または他の材料であっても、回路パターン１０２を支持することがき、電気絶縁層１０４に転写することができれば、どのような材料であってもよい。

　また、以上までの説明では、離型層１１０がキャリア１０１とレジスト１０３等との間に形成される、としたが、例えば図６に示す工程において、回路パターン１０２ａ、回路パターン１０２ｂが安定して電気絶縁層１０４に転写され、キャリア１０１ａ、キャリア１０１ｂが安定して電気絶縁層１０４から剥離される場合は、離型層１１０はなくてもよく、その場合も上記と同様の効果を得ることができる。

　また、本発明には、上記のように製造した回路基板上に回路素子が搭載された高周波回路を有する送信装置５２または受信装置５３、およびアンテナ５１を備える通信機器５０もその範囲に含まれる。図２４に、そのような通信機器の構成例を示す。

　本発明にかかる回路基板の製造方法によれば、短工程で回路パターンを形成し、安定したパターン転写が可能な回路基板の製造方法を提供することができ、その製造された回路基板を用いて通信機器等として有用である。

本発明の実施の形態１の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態１の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態１の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態１の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態１の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態１の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態２の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態２の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態２の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態２の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態２の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態２の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態２の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の実施の形態２の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 従来技術の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 従来技術の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 従来技術の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 従来技術の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 従来技術の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 従来技術の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 従来技術の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 従来技術の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 従来技術の回路基板の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の回路基板の製造方法により作成された回路基板を有する通信機器の図である。

符号の説明

　１，１０１　キャリア
　２，１０２　回路パターン形成用材料および回路パターン
　３，１０３　レジスト
　４，１０４　電気絶縁層
　５，１０５　ビア
　６，１０６　突起電極
　７，１０７　導電性接着剤
　８，１０８　ベア半導体素子
　９，１０９　絶縁樹脂
１０，１１０　離型層

Claims (8)

1. 支持体上に、所望の回路パターンに合わせて形成された回路パターンキャビティが形成された、導体または絶縁体から構成されたパターン層を重ねる工程と、
   　前記回路パターンキャビティに導電性材料を充填する工程と、
   　前記導電性材料が充填された後、前記パターン層を前記支持体から除去する工程と、
   　前記回路パターンキャビティに導電性材料を充填することにより形成された回路パターンを絶縁性材料に転写する工程と、を含む、回路基板の製造方法。
2. 前記支持体上に前記パターン層を重ねる前に、前記支持体上に離型層を形成する工程を含み、前記パターン層を前記支持体上に重ねる工程は、前記パターン層を前記離型層に結合させずに重ねる工程である、請求項１に記載の回路基板の製造方法。
3. 前記回路パターンキャビティに、前記導体とは異なる導電性材料をめっきにより充填する、請求項１に記載の回路基板の製造方法。
4. 前記回路パターンキャビティに、塗布または印刷により導電性材料が充填される、請求項１に記載の回路基板の製造方法。
5. 前記導電性材料が導電性ペーストである、請求項４に記載の回路基板の製造方法。
6. 前記パターン層は、フォトレジストにより形成される、請求項１または３に記載の回路基板の製造方法。
7. 前記絶縁性材料の所定の部分にスルーホールを形成し、前記スルーホールに導電性ペーストを充填する工程をさらに含み、
   　前記回路パターンを転写する工程は、前記絶縁性材料の両側に転写する工程であり、
   　前記所定の部分は、前記絶縁性材料の両側に転写された回路パターンの少なくとも一部を接続するための部分である、請求項１に記載の回路基板の製造方法。
8. 請求項１に記載の回路基板の製造方法で製造された回路基板上に、回路素子が搭載された高周波回路を有する送信装置または受信装置、およびアンテナを備える通信機器。

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