JP2004172257A

JP2004172257A - 多層配線基板の製造方法および多層配線基板

Info

Publication number: JP2004172257A
Application number: JP2002334697A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Akimoto; 聡秋本; Yuichi Sakaki; 祐一榊; Shinichiro Yamagata; 紳一郎山形; Toshiya Ishii; 敏也石井
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】耐熱性や吸湿後の接着信頼性に優れた多層配線基板の製造方法、および多層配線基板を提供する。
【解決手段】少なくとも、（ａ）ポリイミド系フィルムの両面に配線パターンを有し、かつブラインドビアにより層間を導通せしめてなる第一のポリイミド系配線フィルムの少なくとも片面に、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により測定された酸素の原子濃度が２０．０〜３０．０％のポリイミド表面を有し、かつ他面が導体層を有する第二のポリイミド系配線フィルムを内側にして配置し、接着層を介して積層する工程、（ｂ）前記工程（ａ）で得られた積層体の第二のポリイミド系配線フィルムにブラインドビアを形成し、ブラインドビアにて層間を導通せしめ、前記導体層を所定の配線パターンに加工する工程、を含んで多層配線基板を製造する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線基板の製造方法に関し、特に、ＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）用及びＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）用として好適であり、各層間の密着性が良好で信頼性の高い多層配線基板を高生産性かつ低コストで製造することができる多層配線基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子技術の進歩に伴い、電子情報端末の小型化、軽量化、高機能化がますます求められている。その結果、プリント配線板に代表される配線基板においても高密度化を目的として導体回路が多層に形成された多層配線基板が脚光を浴びてきた。
【０００３】
従来、接着剤を介してポリイミド系フィルムを積層してなる構造を有する多層配線基板の一例として、多層フレキシブルプリント配線板の製造方法を示すと、ポリイミド系ベースフィルムと導体層を接着剤によって接着した基材、あるいは導体上に直接ポリイミド層を形成した基材を用い、導体層の不要な部分をエッチング除去して複数の導体配線を形成し、ポリイミド等の絶縁フィルムにアクリルやエポキシ系の接着剤層を形成したカバーレイフィルムに必要に応じて金型やドリルにより孔加工し、位置を合わせて重ね合わせた後、加熱・加圧を行いカバーレイフィルム付フレキシブルプリント回路板とし、更に複数のフレキシブルプリント回路板間にアクリル系やエポキシ変性したポリイミド系のフィルム接着剤を挿入し熱圧着することにより多層フレキシブルプリント基板を製造していた。
【０００４】
しかしながら、広く一般的に利用されているこの方法では、アクリル系やエポキシ系の接着剤層とポリイミド系材料との界面の接着強度が十分ではなく、高温放置時や吸湿時に接着強度が劣化してしまうという問題をかかえており、配線基板としての耐熱性や吸湿時の信頼性が低いといった問題点を有していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のごとき従来の問題点を解消し、耐熱性や吸湿後の接着信頼性に優れた多層配線基板の製造方法、および多層配線基板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、多層配線基板の製造方法において、少なくとも、
（ａ）ポリイミド系フィルムの両面に配線パターンを有し、かつブラインドビアにより層間を導通せしめてなる第一のポリイミド系配線フィルムの少なくとも片面に、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により測定された酸素の原子濃度が２０．０〜３０．０％のポリイミド表面を有し、かつ他面が導体層を有する第二のポリイミド系配線フィルムを内側にして配置し、接着層を介して積層する工程、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた積層体の第二のポリイミド系配線フィルムにブラインドビアを形成し、ブラインドビアにて層間を導通せしめ、前記導体層を所定の配線パターンに加工する工程、
を含んでなることを特徴とする多層配線基板の製造方法としたものである。
請求項２記載の発明は、第二のポリイミド系配線フィルムが、プラズマにより表面処理されたことを特徴とする請求項１記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
請求項３記載の発明は、第二のポリイミド系配線フィルムが、少なくとも酸素プラズマによるプラズマ処理を含むことを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
請求項４記載の発明は、第二のポリイミド系配線フィルムが、真空度が３００Ｐａ以下でプラズマ処理されたことを特徴とする請求項１〜３記載のいずれか記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
請求項５記載の発明は、ブラインドビア内部に導電性物質を充填させ層間の導通をせしめてなることを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
請求項６記載の発明は、接着層が少なくともエポキシ硬化成分を含有する熱硬化性接着剤からなることを特徴とする請求項１〜５記載のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
請求項７記載の発明は、多層配線基板の製造工程がリール・ツー・リール工法にて連続製造されることを特徴とする請求項１〜６記載のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
請求項８記載の発明は、請求項１〜７記載のいずれかに記載の多層配線基板がＩＣチップ搭載用の多層配線基板であることを特徴とする多層配線基板としたものである。
請求項９記載の発明は、請求項１〜７記載のいずれかに記載の多層配線基板がＩＣパッケージ用のインターポーザーであることを特徴とする多層配線基板としたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【０００８】
本発明に用いられるポリイミド系フィルムとしては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等を示し、通常ジアミンと酸無水物とを反応後、加熱もしくは化学的にイミド化させることにより得られるが、ポリイミド系フィルムであれば、その製造方法は特に限定されるものではない。
【０００９】
本発明におけるポリイミド表面の窒素原子濃度は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）等により観察することができる。もともと酸素原子濃度が２０％以上あるポリイミド表面を有している場合には、十分な酸素原子による化学的相互作用効果を得ることが可能であるが、ポリイミド表面の酸素原子濃度が２０％に満たない場合には、酸素原子濃度をプラズマ処理により効果的に上げることができる。ＸＰＳでプラズマ処理後の酸素原子濃度（原子％）を測定することでポリイミド表面に酸素プラズマ由来の官能基の導入率を観察することができる。
【００１０】
本発明におけるプラズマ処理とは、ポリイミド系フィルムの少なくともポリイミド面をプラズマ雰囲気下にさらす工程を示す。プラズマを発生させるためには、例えば、低ガス圧の下で処理槽内に数センチメートル程度隔てた平行電極板を備え、低ガス圧の下で該電極板に数百〜数千ボルトの電圧、あるいは交流電圧を印加してグロー放電を開始させることによりプラズマを発生させることができるが、プラズマを発生させる方法としては特にこれらに限定されるものではない。
【００１１】
プラズマ処理に用いるガス種としては、例えば、アルゴン、ヘリウム、窒素、酸素、ＣＦ_４、さらにはこれらの混合ガス等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。特にこれらの中でも酸素ガスによるポリイミド表面の処理は、ポリイミド表面への酸素原子の導入効果が高いこと、及びガスコストが安価であることから望ましく、酸素ガスは単体で用いても、あるいは他の単体ガスや複数種のガスと混合で用いても効果を発現することができる。
【００１２】
プラズマ処理時の真空度は３００Ｐａ以下の高真空が好ましく、３００Ｐａ以上であるとプラズマ雰囲気中の不純物が多くなり効果的な処理ができないからである。
【００１３】
またポリイミド表面の酸素原子濃度は、２０．０〜３０．０％が望ましい。これは酸素原子濃度が２０．０％未満であると十分な化学的相互作用効果が得られなく、酸素原子濃度が３０．０％以上となると表面改質が過剰となり、逆に表面に脆弱層を形成してしまうため、接着強度の信頼性が低下するからである。
【００１４】
本発明に用いられる接着層としては、耐熱性、可撓性、平滑性、低吸水率を有するものであれば特に限定されるものではないが、エポキシ系接着剤、ゴム系接着剤、ポリイミド系接着剤、ポリオレフィン系接着剤、アクリル系接着剤等を用いることができる。これらの中でも、特に、少なくともエポキシ硬化成分を系内に有している熱硬化性接着剤が望ましい。これは、熱可塑性接着剤が融点以上の加工温度で再び可塑性を示してしまうのに対して、エポキシ硬化成分を系内に有する熱硬化性接着剤は、積層後に熱硬化させることにより耐熱性を向上させることができ、信頼性に優れる硬化物を与えることができるからである。少なくともエポキシ硬化成分を含有してなることを特徴とする接着剤としては、エポキシ系接着剤はもちろんのこと、アクリル系材料にエポキシ硬化成分含有した接着剤、ポリイミド系材料にエポキシ硬化成分を含有した接着剤、ゴム系材料にエポキシ硬化成分を含有した接着剤等を例示することができるが、これらに限定するものではなく、接着剤にエポキシ硬化成分が少しでも含有されている接着剤であれば何れの接着剤でも構わない。
【００１５】
本発明におけるエポキシ硬化成分とは、エポキシ化合物と反応する全ての硬化系を意味し、例えば、エポキシ化合物とアミン類との硬化反応、エポキシ化合物とカルボン酸類との硬化反応、エポキシ化合物とフェノール類との硬化反応、エポキシ化合物と酸無水物類との硬化反応、エポキシ化合物とポリアミド樹脂との硬化反応、イミダゾール類によるエポキシ化合物の硬化反応、潜在性硬化剤によるエポキシ化合物の硬化反応、更にはこれらの組み合わせ等による硬化反応を例示することができるが、これらに限定するものではない。
【００１６】
本発明における積層方法、即ち、ポリイミド系フィルムの両面に配線パターンを有し、かつブラインドビアにより層間を導通せしめてなる第一のポリイミド系配線フィルムに、少なくともポリイミドフィルムの片面がプラズマにより表面処理され、かつ他面が導体層を有する第二のポリイミド系配線フィルムを、接着層を介して積層し積層体を形成する工程の装置としては、特に限定するものではないが、通常のプレスやラミネーター等の積層装置を利用でき、より好ましくは気泡やボイドの発生を防ぐためには真空プレスや真空ラミネーターの利用が望ましい。また生産性に優れるという理由によりリール・ツー・リール方式で生産することが望ましい。
【００１７】
また本発明における積層方法としては、これに限定させるものではないが、例えば、ポリイミド系フィルムの両面に配線パターンを有し、かつブラインドビアにより層間を導通せしめてなる第一のポリイミド系配線フィルム、接着フィルム、少なくともポリイミドフィルムの片面がプラズマにより表面処理され、かつ他面が導体層を有する第二のポリイミド系配線フィルムを同時に積層する方法、ポリイミド系フィルムの両面に配線パターンを有し、かつブラインドビアにより層間を導通せしめてなる第一のポリイミド系配線フィルム上に接着層を塗布、またはラミネートにより形成した後、少なくともポリイミドフィルムの片面がプラズマにより表面処理され、かつ他面が導体層を有する第二のポリイミド系配線フィルムを積層する方法、予め少なくともポリイミドフィルムの片面がプラズマにより表面処理され、かつ他面が導体層を有する第二のポリイミド系配線フィルムのポリイミド側に接着層を塗布、またはラミネートにより形成しておき、これをポリイミド系フィルムの両面に配線パターンを有し、かつブラインドビアにより層間を導通せしめてなる第一のポリイミド系配線フィルムに積層する方法等が例示できる。
【００１８】
これらの積層方法は、ポリイミド系フィルムの両面に配線パターンを有し、かつブラインドビアにより層間を導通せしめてなる第一のポリイミド系配線フィルムに片面ずつ積層する場合と、両面同時に積層する場合とがあるが、特に限定されるものではないが、生産性に優れる点で両面同時に積層することが望ましい。
【００１９】
本発明の多層配線基板の製造方法を用いることにより、接着剤層とポリイミド系絶縁材料層の界面において、酸素原子が有する化学的相互作用効果をもたらすことにより、安定した接着強度の確保、及び吸湿後の接着強度の確保が可能となることから、層間の接着強度信頼性の優れた多層配線基板を提供することが出来る。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例に基づき、本発明を図面を用いてさらに具体的に説明するが、これに限定されるものではない。
【００２１】
（実施例１）
市販の両面銅箔付きフレキシブルプリント回路用基板エスパネックス（新日鐵化学（株）製）をレーザー加工によりブラインドビアホールを形成した後、通常の無電解めっき及び電解めっきによりめっき銅でブラインドビアホール内を充填することにより層間の導通を接続せしめた後、所定の回路加工を施し、両面に配線パターンを有しかつ導電性物質を充填させたブラインドビアにより層間を導通せしめてなる第一のポリイミド系配線フィルム９（図１（ａ）参照）を得た。
【００２２】
得られた第一のポリイミド系配線フィルムの両面に、エポキシ系接着フィルムＡＳ２７００（日立化成（株）製）を接着剤層が内側を向くように配置し、真空プレスを用い１２０℃、５ｋｇ／ｃｍ^２、６０秒で仮圧着を行った。さらにポリエチレンテレフタレートの剥離フィルムを剥離した後、酸素ガス雰囲気中で、圧力５０Ｐａで５分間ポリイミド面にプラズマ処理を施した第二のポリイミド系配線フィルムである片面銅箔付きプレキシブル回路用基板エスパネックス（新日鐵化学（株）製）のポリイミド面を、銅箔面が外側を向くように順に配置し真空プレスを用い１５０℃、１０ｋｇ／ｃｍ^２、１時間加熱・圧着を行い積層した（図１（ｂ）参照）。得られた積層基板の表裏に、レーザー加工によりブラインドビアホールを形成した後、通常の無電解めっき及び電解めっきを行い、めっき銅でブラインドビアホール内を充填することにより層間の導通を接続せしめた後（図１（ｃ）参照）、パターン７の形成、カバーレイフィルムの積層、外形加工を行い、４層の導体層を有する多層配線基板８（図１（ｄ）参照）を得た。
【００２３】
（実施例２）
実施例１のプラズマ処理時の圧力を１００Ｐａに代えた以外は実施例１と同様にして４層の導体層を有する多層配線基板を得た。
【００２４】
（実施例３）
実施例１のプラズマ処理時の圧力を２００Ｐａに代えた以外は実施例１と同様にして４層の導体層を有する多層配線基板を得た。
【００２５】
（実施例４）
実施例１のプラズマ処理時の処理時間を１分に代えた以外は実施例１と同様にして４層の導体層を有する多層配線基板を得た。
【００２６】
（実施例５）
実施例１のエポキシ系接着フィルムＡＳ２７００（日立化成（株）製）をアクリル系接着フィルムパイララックスＷＡ（デュポン（株）製）、真空プレスの仮圧着温度を１８０℃、加熱圧着条件を２５０℃で１時間に代えた以外は実施例１と同様にして４層の導体層を有する多層配線基板を得た。
【００２７】
（実施例６）
実施例１のエポキシ系接着フィルムＡＳ２７００（日立化成（株）製）を合成ゴム／エポキシ系接着フィルムＴＢ１６５０（スリーボンド（株）製）、真空プレスの仮圧着温度を１００℃、加熱圧着条件を１００℃で２時間、更に１３０℃で３時間に代えた以外は実施例１と同様にして４層の導体層を有する多層配線基板を得た。
【００２８】
（実施例７）
実施例１の市販の両面銅箔付きフレキシブルプリント回路用基板エスパネックス（新日鐵化学（株）製）と片面銅箔付きプレキシブル回路用基板エスパネックス（新日鐵化学（株）製）をそれぞれ市販の両面銅箔付きフレキシブルプリント回路用基板ユピセル（宇部興産（株）製）と片面銅箔付きプレキシブル回路用基板ユピセル（宇部興産（株）製）に代えた以外は実施例１と同様にして４層の導体層を有する多層配線基板を得た。
【００２９】
（実施例８）
実施例１の市販の両面銅箔付きフレキシブルプリント回路用基板エスパネックス（新日鐵化学（株）製）と片面銅箔付きプレキシブル回路用基板エスパネックス（新日鐵化学（株）製）をそれぞれ市販の両面銅箔付きフレキシブルプリント回路用基板ネオフレックス（三井化学（株）製）と片面銅箔付きプレキシブル回路用基板ネオフレックス（三井化学（株）製）に代えた以外は実施例１と同様にして４層の導体層を有する多層配線基板を得た。
【００３０】
（比較例１）
実施例１の第二のポリイミド系配線フィルムである片面銅箔付きプレキシブル回路用基板エスパネックス（新日鐵化学（株）製）のポリイミド面にプラズマ処理を施さなかった以外は、実施例１と同様にして４層の導体層を有する多層配線基板を得た。
【００３１】
（比較例２）
実施例１のプラズマ処理時の圧力を大気圧で行った以外は実施例１と同様にして４層の導体層を有する多層配線基板を得た。
【００３２】
（比較例３）
実施例１のプラズマ処理時間を３０分に代えた以外は実施例１と同様にして４層の導体層を有する多層配線基板を得た。
【００３３】
（処理後元素比の測定）
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によりプラズマ処理後のポリイミド表面に対して窒素原子濃度（原子％）を測定した。装置は日本電子（株）製ＩＰＳ−９０ＭＸＶを用い、Ｘ線にはＭｇＫαを使用し、出力は１００Ｗとした。
【００３４】
（接着強度の測定）
実施例１〜８及び比較例１〜５によって得られた４層の導体層を有する多層配線基板に対して、ＰＣＴ投入前及びＰＣＴ投入後のそれぞれの多層配線基板から導体層のない部分から選択的に５ｍｍ×３０ｍｍの大きさに切り出し、Ｔ型剥離（剥離速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ）にて接着層と第二の配線フィルムのポリイミド界面の接着強度を測定した。
【００３５】
（ＰＣＴ）
実施例１〜８及び比較例１〜５によって得られた４層の導体層を有する多層配線基板に対して、１２１℃、１００％不飽和の環境下、１６８時間プレッシャー・クッカー・テスト（ＰＣＴ）を行った。ＰＣＴ後、外観を光学顕微鏡で観察を行い、外観上問題が無かったものを○、層間の剥離等で外観上問題があったものを×として表１に記載した。
【００３６】
（リフロー耐性試験）
実施例１〜８及び比較例１〜５によって得られた４層の導体層を有する多層配線基板を、８５℃、８５％の環境下、１６８時間前処理を行った後、２６０℃を１０秒以上の条件で３回、リフロー炉に投入した。試験後、外観を光学顕微鏡で観察した。外観上問題が無かったものを○、層間の剥離等で外観上問題があったものを×として表１に記載した。
【００３７】
【表１】

【００３８】
表１から明らかなように、比較例１〜３はいずれもＰＣＴ後の接着強度の低下が著しく、比較例１（プラズマ処理を施さなかった場合）ではＰＣＴ及びリフロー試験とも外観上の異常が観測され、比較例２、比較例３では表面処理（改質）が過剰であったことからリフロー試験後に外観上の異常が観測された。
【００３９】
これらの比較例１〜３に対して、実施例１〜８ではＰＣＴ後の接着強度の低下が非常に少ないことから、ＰＣＴ及びリフロー試験で合格することができ、目的の諸特性、即ち、耐熱性、及び吸湿時の接着信頼性に優れた多層配線基板を提供することができた。
【００４０】
以上の結果より、本発明の多層配線基板の製造方法は、安定した接着強度の確保、及び吸湿後の接着強度の確保が可能となることから、層間の接着強度信頼性の優れた多層配線基板を提供することができることが判明した。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の多層配線基板の製造方法を用いることにより、接着剤層とポリイミド系絶縁材料層の界面において、酸素原子が有する化学的相互作用効果をもたらすことにより、安定した接着強度の確保、及び吸湿後の接着強度の確保が可能となることから、層間の接着強度信頼性の優れた多層配線基板を提供することが出来る。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層配線基板の製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１ポリイミド系フィルム
２配線パターン
３接着層
４ポリイミド系フィルム
５導体層
６ブラインドビアホール
７配線パターン
８多層配線基板
９第一の配線フィルム
１０第二の配線フィルム

Claims

多層配線基板の製造方法において、少なくとも、
（ａ）ポリイミド系フィルムの両面に配線パターンを有し、かつブラインドビアにより層間を導通せしめてなる第一のポリイミド系配線フィルムの少なくとも片面に、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により測定された酸素の原子濃度が２０．０〜３０．０％のポリイミド表面を有し、かつ他面が導体層を有する第二のポリイミド系配線フィルムを内側にして配置し、接着層を介して積層する工程、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた積層体の第二のポリイミド系配線フィルムにブラインドビアを形成し、ブラインドビアにて層間を導通せしめ、前記導体層を所定の配線パターンに加工する工程、
を含んでなることを特徴とする多層配線基板の製造方法。
第二のポリイミド系配線フィルムが、プラズマにより表面処理されたことを特徴とする請求項１記載の多層配線基板の製造方法。
第二のポリイミド系配線フィルムが、少なくとも酸素プラズマによるプラズマ処理を含むことを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法。
第二のポリイミド系配線フィルムが、真空度が３００Ｐａ以下でプラズマ処理されたことを特徴とする請求項１〜３記載のいずれか記載の多層配線基板の製造方法。
ブラインドビア内部に導電性物質を充填させ層間の導通をせしめてなることを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
接着層が少なくともエポキシ硬化成分を含有する熱硬化性接着剤からなることを特徴とする請求項１〜５記載のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
多層配線基板の製造工程がリール・ツー・リール工法にて連続製造されることを特徴とする請求項１〜６記載のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
請求項１〜７記載のいずれかに記載の多層配線基板がＩＣチップ搭載用の多層配線基板であることを特徴とする多層配線基板。
請求項１〜７記載のいずれかに記載の多層配線基板がＩＣパッケージ用のインターポーザーであることを特徴とする多層配線基板。