JP2004273575A - Multilayer printed wiring board and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ペーストによる層間接続がなされた多層プリント配線基板及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子機器では、小型軽量化の要求に応えるため、その電子回路を構成する半導体素子やチップ部品等の電子部品を小型化し、プリント配線基板上に高密度実装することが行われている。また、プリント配線基板では、実装される半導体素子の高集積化による配線数の増加に伴って、導体パターンを微細化し、その間隔(ピッチ)を狭くすると共に、多層化することで配線密度を飛躍的に高めた多層プリント配線基板が使用されるようになっている。
【0003】
この多層プリント配線基板は、例えばガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂を絶縁体層とする層間接続基材(プリプレグ)と、この層間接続基材の片面又は両面に熱融着された金属箔をエッチングすることで所定の導体パターンが形成された片面又は両面配線基材(金属張積層板)とを複数積み重ねた状態で熱融着により積層一体化した構造を有している。また、この多層プリント配線基板は、絶縁体層を介して積層される導体パターンの各層の間を電気的に接続するために、ドリルによる孔開け加工によって厚み方向にスルーホールと呼ばれる貫通孔を形成し、この貫通孔に形成されためっきによって層間接続を行う、いわゆるめっきスルーホール構造を有している。
【0004】
【特許文献1】
特許第2601128号公報
【特許文献2】
特開2000−200976号公報
【特許文献3】
特許第3251711号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した多層プリント配線基板では、配線の高密度化や多層化に伴ってスルーホールの小径化が進み、ドリルによる孔開け加工が非常に困難となってきている。このため、多層プリント配線基板では、従来のめっきスルーホール構造に代わって、絶縁体層を厚み方向に貫通するビア(ホール)と呼ばれる孔部をレーザー加工等によって微細に形成し、この孔部に充填された導電性ペーストによって導体パターンの各層の間を層間接続する、いわゆるIVH(Interstitial Via Hole)構造が採用されるようになっている。また、このようなIVH構造を有する多層プリント配線基板を作製する際は、例えばベースとなる両面配線基板(金属張積層板)上に、絶縁体層を厚み方向に貫通するビアに導電性ペーストが充填された片面配線基材(樹脂付金属箔)を一層ずつ積み上げていく、いわゆるビルドアップ法が用いられている。
【0006】
例えば、このようなビルドアップ法を用いて、導電性ペーストによる層間接続がなされた多層プリント配線基板としては、絶縁体層を介して積層される導体パターンの全層を導電性ペーストによって層間接続しながらビルドアップ形成していく、いわゆるALIVH(Any Layer Inner Via Hole)構造を有する多層プリント配線基板がある(例えば、特許文献1を参照。)。
【0007】
このALIVH構造を有する多層プリント配線基板では、例えばアラミド不織布と熱硬化性樹脂との複合材からなる多孔質基材に、レーザー加工によって厚み方向に貫通するビアを形成し、このビアに導電性ペーストを充填した後、導体パターンとなる金属箔を重ねて加熱加圧することで、導電性ペーストによる導体パターンの層間接続がなされている。また、この多層プリント配線基板では、熱硬化性の導電性ペースト中に含まれるバインダ成分の一部が多孔質基材の空孔に浸透することで、この導電性ペースト中における導電物質の密度を高めることができる。それと同時に、硬化前の導電性ペーストに含まれる希釈溶剤や樹脂の低分子量成分も多孔質基材に吸収されることになる。これにより、加熱加圧後に硬化された導電性ペーストにボイド(気泡による空洞)が発生するのを防ぐことができ、導電性ペーストと導体パターンとの接続信頼性が確保されている。
【0008】
しかしながら、このALIVH構造を有する多層プリント配線基板では、配線の狭ピッチ化によって隣接するビア間の間隔が狭くなると、上述した多孔質基材の吸湿によって隣接するビア間同士の電気絶縁性が低くなる虞がある。一方、隣接するビア間同士の電気絶縁性を向上させるため、上述した多孔質基材に代えて、吸湿性を持たない樹脂フィルムを用いることも考えられる。しかしながら、この場合、ビアに充填された導電性ペーストが硬化する前に加熱加圧を行うと、導電性ペーストに含まれる希釈溶剤や樹脂の低分子量成分が樹脂フィルムに吸収されずに揮発膨張する。このため、加熱加圧後に硬化された導電ペーストに上述したボイドが発生してしまい、導電性ペーストと導体パターンとの接続信頼性が低下してしまう虞がある。
【0009】
なお、導電性ペースト中の希釈溶剤や樹脂の低分子量成分は、適度な粘度に調整するために必要不可欠であり、通常は印刷や調製後に、熱を加えて揮発させるのが一般的である。
【0010】
そこで、このような問題を解決するために、加熱加圧前に導電性ペーストに含まれる希釈溶剤や樹脂の低分子量成分を揮発除去することが考えられる。しかしながら、この場合、加熱加圧前にビアに充填された導電性ペーストが硬化することによって、導電性ペーストと導体パターンとの十分な接着力を得ることが困難となってしまう。
【0011】
一方、熱可塑性樹脂フィルムを貫通するビアに微細な金属粉を充填し、金属拡散によって導体パターンの各層の間を層間接続する多層プリント配線基板が提案されている(例えば、特許文献2を参照。)。しかしながら、この場合、金属粉同士を焼結させる必要があり、接続温度が高温になるため、耐熱性の高い熱可塑性樹脂フィルムしか使用できず、材料の選択の幅が狭くなってしまう。
【0012】
また、上述したビルドアップ法を用いて、導電性ペーストによる層間接続がなされた多層プリント配線基板としては、導電性ペーストからなるバンプを絶縁体層に貫通させて導体パターンとの層間接続を行いながらビルドアップ形成していく、いわゆるB2it(Buried Bump Interconnection Technology)構造を有する多層プリント基板がある(例えば、特許文献2を参照。)。
【0013】
このB2it構造を有する多層プリント配線基板では、例えば金属箔からなる支持基体シート上に、導電性ペーストからなる円錐状のバンプを形成し、熱可塑性樹脂フィルムを積層した後、1次加圧を行うことで、バンプの先端が熱可塑性樹脂フィルムを貫通した状態となり、この上に金属箔を積層して2次加圧を行うことで、導体パターンとなる金属箔の間をバンプによって層間接続している。
【0014】
しかしながら、このB2it構造を有する多層プリント配線基板では、バンプと導体パターンとの機械的な接触によって層間接続を行うことから、微細化によってバンプと導体パターンとの接続信頼性を確保することが困難となってしまう。
【0015】
そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、熱可塑性樹脂フィルムを介して積層される導体パターンの各層の間を導電性ペーストによって層間接続する際の接続信頼性を大幅に向上させた多層プリント配線基板を提供することを目的とする。
【0016】
また、本発明は、そのような多層プリント配線基板の製造プロセスを簡素化し、生産性を大幅に向上させた多層プリント配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係る多層プリント配線基板は、熱可塑性樹脂からなる絶縁体フィルムを厚み方向に貫通する孔部に熱可塑性樹脂からなるバインダと導電物質とを混合した導電性ペーストが充填された層間接続基材と、層間接続基材の片面に導電性ペーストと電気的に接続される導体パターンが形成された片面配線基材と、層間接続基材の両面に導電性ペーストと電気的に接続される導体パターンが形成された両面配線基材との中から選ばれる積層基材が、絶縁体フィルムを介して導体パターンが積層されるように複数積み重ねられた状態で熱融着される或いは接着剤により接着されることで積層一体化されると共に、絶縁体フィルムを介して積層された導体パターンの各層の間が孔部に充填された導電性ペーストによって層間接続されてなることを特徴としている。
【0018】
以上のように、本発明に係るプリント配線基板では、導電性ペーストのバインダに熱可塑性樹脂を用いていることから、積層一体化される際に加わる熱によって熱可塑性樹脂が可逆的に軟化することを利用して、絶縁体フィルムを貫通する孔部に充填された導電性ペーストと、絶縁体フィルムの片面又は両面に形成された導体パターンとの高い接続信頼性を得ることができる。
【0019】
また、本発明に係るプリント配線基板の製造方法は、熱可塑性樹脂からなる絶縁体フィルムに厚み方向に貫通する孔部を形成し、この孔部に熱可塑性樹脂からなるバインダと導電物質とを混合した導電性ペーストを充填することによって作製される層間接続基材と、層間接続基材の片面に導電性ペーストと電気的に接続される導体パターンを形成することによって作製される片面配線基材と、層間接続基材の両面に導電性ペーストと電気的に接続される導体パターンを形成することによって作製される両面配線基材との中から選ばれる積層基材を、導体パターンが絶縁体フィルムを介して積層されるように複数積み重ねた状態で熱融着する或いは接着剤を用いて接着することで積層一体化すると共に、絶縁体フィルムを介して積層された導体パターンの各層の間を孔部に充填された導電性ペーストによって層間接続することを特徴としている。
【0020】
以上のように、本発明に係るプリント配線基板の製造方法では、積層一体化した際に加わる熱によって熱可塑性樹脂が可逆的に軟化することから、熱可塑性樹脂からなる絶縁体フィルムを介して積層される導体パターンの各層の間を、熱可塑性樹脂からなるバインダと導電物質とを混合した導電性ペーストによって適切且つ容易に層間接続することができる。さらに、本手法では、層間接続基材と片面配線基材と両面配線基材との中から選ばれる積層基材を複数積み重ねた状態で熱融着する或いは接着剤を用いて接着することで、このような接続信頼性の高い多層プリント配線基板を一括積層して作製することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した多層プリント配線基板及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0022】
本発明を適用した多層プリント配線基板は、熱可塑性樹脂からなる絶縁体フィルム(以下、熱可塑性樹脂フィルムという。)を介して積層される導体パターンの各層の間が、熱可塑性樹脂からなるバインダと導電物質とを混合した導電性ペーストによって層間接続されてなるものである。すなわち、この多層プリント配線基板は、熱可塑性樹脂フィルムを厚み方向に貫通する孔部(以下、ビアという。)に充填された導電性ペーストによって、導体パターンの各層の間が電気的に接続されている。
【0023】
この多層プリント配線基板を作製する際は、先ず、図1に示すように、層間接続基材1と、両面接続基材2と、片面接続基材3との中から選ばれる積層基材を作製する。
【0024】
層間接続基材1は、いわゆるプリプレグであり、(a)熱可塑性樹脂フィルム4に、(b)厚み方向に貫通するビア5をレーザー加工やドリルによる孔開け加工等によって微細に形成した後、(c)このビア5に印刷法やディスペンス法等により熱可塑性樹脂からなるバインダと導電物質とを混合した導電性ペースト6を充填することによって作製される。
【0025】
両面配線基材2は、いわゆる金属張積層板であり、(c)の層間接続基材1の両面に、(d)金属箔7を熱融着した後、(e)この金属箔7を所定の形状にエッチングし、配線パターンやランド、回路パターン等の導体パターン8を形成することによって作製される。
【0026】
片面配線基材3は、いわゆる樹脂付金属箔であり、(a)の熱可塑性樹脂フィルム4の片面に、(f)金属箔7を熱融着し、(g)この金属箔7が熱融着された面とは反対側の面から熱可塑性樹脂フィルム4を厚み方向に金属箔7に臨む位置まで貫通するビア5をレーザー加工やドリルによる孔開け加工等によって微細に形成し、(h)このビア5に印刷法やディスペンス法等により導電性ペースト6を充填した後、(i)金属箔7を所定の形状にエッチングし、配線パターンやランド、回路パターン等の導体パターン8を形成することによって作製される。また、この片面配線基材3は、(c)の層間接続基材1の片面に、(h)金属箔7を熱融着した後、(i)この金属箔7を所定の形状にエッチングし、配線パターンやランド、回路パターン等の導体パターン8を形成することによって作製することもできる。
【0027】
熱可塑性樹脂フィルム4には、例えば液晶ポリマーや、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリエーテルイミド樹脂(PEI)、ポリエーテルスルホン樹脂(PES)等の熱可塑性樹脂をフィルム状に形成したものを用いることができる。また、本手法では、この熱可塑性樹脂フィルム4にビア5を形成した後に、導電性ペースト6の充填性を良くするため、必要に応じてデスミア処理を行ってよい。
【0028】
導電性ペースト6には、バインダとして、例えばポリエステルや、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリビニルブチラール等の熱可塑性樹脂を用いることができ、導電物質として、例えば銅や、金、銀、ニッケル、はんだ等の導電性フィラー、これの合金又は混合物等からなる微粉末を用いることができる。また、この導電性ペースト6には、印刷性向上のため、希釈溶剤や樹脂の低分子量成分等を添加してもよく、これにより、導電性ペーストを適度な粘度に調整することができる。
【0029】
導体パターン8には、金属箔7として、例えば銅箔等を用いることができる。また、本手法では、上述した熱可塑性樹脂フィルム4に熱融着された金属箔7に限らず、このような金属箔7を無電解めっきによって熱可塑性樹脂フィルム4の片面又は両面に形成してもよい。
【0030】
次に、これら層間接続基材1と両面配線基材2と片面配線基材3との中から選ばれる積層基材を、導体パターン8が熱可塑性樹脂フィルム4を介して積層されるように複数積み重ねた状態で熱融着する或いは接着剤を用いて接着することで積層一体化する。このとき、積層基材を熱板の間に挟み込み、加熱・加圧しながら厚み方向に圧縮する積層プレス工程が行われる。これにより、熱可塑性樹脂フィルム4を介して積層された導体パターン8の各層の間がビア5に充填された導電性ペースト6によって層間接続される。以上のようにして、多層プリント配線基板を一括積層して作製することができる。
【0031】
なお、本手法を用いて作製される多層プリント配線基板は、その熱可塑性樹脂フィルム4を介して積層される導体パターン8の積層数については任意であり、導体パターン8の形状や数、熱可塑性樹脂フィルム4に形成されるビア5の配置や数等についても任意である。
【0032】
そこで、例えば、熱可塑性樹脂フィルム4を介して導体パターン8が4層に亘って積層された多層プリント配線基板について説明する。
【0033】
この4層構造を有する多層プリント配線基板は、図2及び図3に示すように、上述した両面配線基材2と、層間接続基材1と、両面配線基材2とを順に積み重ねて積層一体化したものである。すなわち、この多層プリント配線基板は、両面配線基材2が層間接続基材1を挟み込むように両面配線基材2と層間接続基材1とを交互に積層した状態で熱融着する或いは接着剤を用いて接着することによって一括積層して作製される。
【0034】
また、このような4層構造を有する多層プリント配線基板は、図4及び図5に示すように、上述した両面配線基材2と、片面配線基材3と、片面配線基材3とを順に積み重ねて積層一体化したものであってもよい。すなわち、この多層プリント配線基板は、両面配線基材2の片面に熱可塑性樹脂フィルム4側を接合面として片面配線基材3を積み重ねた状態で熱融着する或いは接着剤を用いて接着することによって一括積層して作製される。
【0035】
また、このような4層構造を有する多層プリント配線基板は、図6及び図7に示すように、上述した片面配線基材3と、両面配線基材2と、片面配線基材3とを順に積み重ねて積層一体化したものであってもよい。すなわち、この多層プリント配線基板は、両面配線基材2の両面に熱可塑性樹脂フィルム4側を接合面として片面配線基材3を積み重ねた状態で熱融着する或いは接着剤を用いて接着することによって一括積層して作製される。
【0036】
ところで、上述した多層プリント配線基板では、導電性ペースト6のバインダに熱可塑性樹脂を用いることによって、この熱可塑性樹脂フィルム4のビア5に充填された導電性ペースト6と、熱可塑性樹脂フィルム4の片面又は両面に形成された導体パターン8との高い接続信頼性を確保している。
【0037】
具体的に、熱可塑性樹脂は、軟化と硬化との変化が可逆的であり、加熱による劣化がないといった特徴を有している。このため、上述した積層プレス工程において、積層基材を積層一体化する際に加わる熱によって、熱可塑性樹脂フィルム4及び導電性ペースト6が可逆的に軟化する。これにより、熱可塑性樹脂フィルム4のビア5に充填された導電性ペースト6と、熱可塑性樹脂フィルム4の片面又は両面に形成された導体パターン8との十分な接着力を得ることができる。
【0038】
したがって、この多層プリント配線基板では、熱可塑性樹脂フィルム4を介して積層される導体パターン8の各層の間を導電性ペースト6によって層間接続する際に、導電性ペースト6のバインダに熱可塑性樹脂を用いることで、容易に且つ高い接続信頼性を得ることが可能である。
【0039】
また、熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂のように硬くて脆いものに比べて、一般的に可撓性が高い。したがって、この多層プリント配線基板では、機械的なストレスや熱的なストレスが加わった時に柔軟性があり、導電性ペースト6のバインダに熱可塑性樹脂を用いることで、この導電性ペースト6と導体パターン8との接続信頼性を向上させることが可能である。
【0040】
また、この多層プリント配線基板では、加熱加圧後に硬化された導電性ペーストにボイドが発生するのを防ぐため、加熱加圧前に導電性ペースト6に含まれる希釈溶剤や樹脂の低分子量成分を揮発除去したとしても、再度熱を加えることで導電性ペースト6が可逆的に軟化し、導体パターン8と融着することになる。
【0041】
これにより、本手法では、予め作製された層間接続基材1と両面配線基材2と片面配線基材3との中から選ばれる積層基材を複数積み重ねた状態で熱融着する或いは接着剤を用いて接着することで、このような接続信頼性の高い多層プリント配線基板を一括積層して作製することが可能である。
【0042】
したがって、本手法では、従来のビルドアップ法のように一層ずつ積み上げて形成していく工法に比べて、多層プリント配線基板の製造プロセスを簡素化することが可能であり、歩留りも向上することから、生産性を大幅に向上させることが可能である。
【0043】
また、本手法では、上述した積層基材を予め作製し保管しておいたとしても、熱硬化性樹脂のような時間的な硬化(シェルフライフ)を気にする必要がないことから、在庫管理が容易となる利点もある。
【0044】
ここで、導電性ペースト6は、熱可塑性樹脂フィルム4よりもガラス転移点Tgが低いことが好ましい。
【0045】
この場合、上述した積層プレス工程において、積層基材を融着するのに一般的に必要な熱可塑性樹脂フィルム4のガラス転移点Tg以上の温度としたときに、導電性ペースト6も軟化し、導体パターン8と融着すると共に、ビア5に充填された導電性ペースト6同士が融着し一体化することになる。なお、当然のことながら、上述した積層プレス工程においては、加圧するだけでなく、加熱する温度を導電性ペースト6のガラス転移点Tgよりも高い温度とすることが望ましい。
【0046】
これにより、多層プリント配線基板では、熱可塑性樹脂フィルム4を介して積層される導体パターン8の各層の間を導電性ペーストによって層間接続する際の接続信頼性を大幅に向上させることが可能である。さらに、ビアに微細な金属粉を充填し、金属拡散によって導体パターンの各層の間を層間接続する場合に比べて、低い温度での層間接続が可能なことから、上述した材料の選択の幅を広げることが可能である。
【0047】
また、導電性ペースト6は、熱可塑性樹脂フィルム4よりも融着時の温度における弾性率が低いことが好ましい。
【0048】
この場合、図8に示す積層プレス工程において、積層基材が複数積み重ねられた状態で厚み方向に圧縮されると、熱可塑性樹脂フィルム4がビア5を縮径する方向に塑性変形することによって、このビア5に充填された熱可塑性の導電性ペーストが押されて導体パターン8と接する上下方向に圧力がかかることになる。このため、熱可塑性樹脂フィルム4の弾性率が導電性ペースト6よりも高いほど、ビア5に充填された導電性ペースト6と導体パターン8との融着を促進させることが可能である。
【0049】
また、導体パターン8は、積層基材が複数積み重ねられた状態で圧縮されることで、図9に示すように、ビア5に充填された導電性ペースト6に一部が埋め込まれた状態となっている。なお、(a)は、導体パターン8がビア5を跨いだ状態を示し、(b)は、導体パターン8の先端がビア5にかかった状態を示す。そして、この導体パターン8は、図10及び図11に示すように、ビア5に充填された導電性ペースト6に一部が埋め込まれた状態となることで、その導電性ペースト6と対向する面及びその両側面部が導電性ペースト6に融着されている。なお、図10は、積層基材が複数積み重ねられた状態で熱融着により積層一体化された状態を示し、図11は、積層基材が複数積み重ねられた状態で接着剤9を用いて接着により積層一体化された状態を示す。
【0050】
これにより、多層プリント配線基板では、ビア5に充填された導電性ペースト6と導体パターン8との接続信頼性を向上させることが可能である。
【0051】
また、この多層プリント配線基板では、ビア5に充填された導電性ペースト6に導体パターン8の一部が埋め込まれた状態となることで、ランドを形成することなく配線パターン8と導電性ペースト6とを直接接続する、いわゆるランドレス構造による層間接続が可能となっている。一般に、ビア5に導電性ペースト6が充填された後に、金属箔7をエッチングする場合には、ランドの径をビアの径よりも小さくすることはできない。したがって、この多層プリント配線基板では、上述したランドレス構造を採用することで、配線密度を更に高めることが可能である。
【0052】
また、この多層プリント配線基板では、図12に示すように、積層基材が複数積み重ねられた状態で圧縮されることで、導電性ペースト6中の導電物質が緻密化されている。
【0053】
ここで、本手法では、導電性ペースト6をビア5に充填した後に、この導電性ペーストに含まれる希釈溶剤や樹脂の低分子量成分を揮発除去している。このとき、図12に示すように、導電性ペースト6中の導電性フィラー6aの間に微細な空隙が発生する。そして、上述した積層プレス工程において、積層基材が複数積み重ねられた状態で厚み方向に圧縮されると、この導電性フィラー6aの間の空隙が狭まることで、導電性ペースト6中の導電性フィラー6aの密度が高まることになる。また、この導電性ペースト6中における導電性フィラー6aの密度は、導体パターン8に近づくにつれて高くなっている。さらに、この導電性ペースト6中における導電性フィラー6aの密度の違いによって、導電性ペースト6中に硬度の違いが発生しており、導体パターン8に近づくにつれて導電性ペースト6の硬度が高くなっている。
【0054】
したがって、この多層プリント配線基板では、上述した導電性ペースト6の硬度の連続的な違い(グラデーション)によって、この導電性ペースト6と導体パターン8との硬度差、すなわち導体パターン8が導電性ペースト6よりも硬いことが緩和されている。その結果、機械的なストレスや熱的なストレスに対する応力緩和が生じ、耐衝撃性及び接続信頼性が著しく向上している。
【0055】
また、導体パターン8は、図13に示すように、その厚み方向の断面において、導電性ペースト6に埋め込まれる側の幅W1が、それとは反対側の幅W2よりも狭くなる形状を有することによって、導電性ペースト6に対する接続信頼性を更に向上させることが可能である。
【0056】
具体的に、図12に示す導体パターン8は、その厚み方向の断面形状が略矩形状となっている。この場合、ビア5に充填された導電性ペースト6に導体パターン8が埋め込まれると、この導体パターン8の導電性ペースト6と対向する面が導電性ペースト6を押し退けることによって、この導体パターン8の側面部における導電性フィラー6aの密度は高くならず、この導体パターン8の側面部に導電性ペースト6が融着することは困難である。
【0057】
これに対して、図13に示す導体パターン8は、その厚み方向の断面形状が略台形状となっている。この場合、ビア5に充填された導電性ペースト6に導体パターン8が埋め込まれると、この導体パターン8の導電性ペースト6と対向する面が導電性ペースト6を押し退けながら、徐々に導体パターン8の側面部において導電性ペースト6が圧縮された状態となる。これより、導体パターン8の側面部における導電性フィラー6aの密度を高めると共に、この導体パターン8の側面部に導電性ペースト6を融着させることができる。
【0058】
したがって、この多層プリント配線基板では、導体パターン8の断面形状を導電性ペースト6に埋め込まれる側の幅W1がそれとは反対側の幅W2よりも狭くなるテーパー形状とすることで、導電性ペースト6と導体パターン8との接続信頼性を更に向上させることが可能である。
【0059】
また、本発明を適用した多層プリント配線基板は、熱可塑性樹脂フィルム4の片面又は両面に、上述した導電性ペースト6によって導体パターン8をパターン形成した構成とすることも可能である。
【0060】
例えば図14及び図15に示す多層プリント配線基板は、上述した図4及び図5に示す多層プリント配線基板において、真ん中の積層基材を片面配線基材10としたものである。
【0061】
この片面配線基材10は、図16に示すように、(a)の熱可塑性樹脂フィルム4の片面に、(j)厚み方向に貫通するビア5をレーザー加工やドリルによる孔開け加工等によって微細に形成すると共に、エッチング等によって配線パターンやランド、回路パターン等の導体パターン8に対応した溝部11を形成した後に、(k)これらビア5及び溝部11に印刷法やディスペンス法等により導電性ペースト6を充填することによって作製される。
【0062】
すなわち、この片面配線基材10では、熱可塑性樹脂フィルム4に形成されたビア5及び溝部11に導電性ペースト6が充填されることによって、導体パターン8をビア5に充填された導電性ペースト6と一体に形成することができる。
【0063】
なお、両面配線基材についても、この片面配線基材10と同様に、熱可塑性樹脂フィルム4の両面に導体パターン8に対応した溝部11を形成し、この溝部11に導電性ペースト6を充填することによって作製することが可能である。
【0064】
そして、これら両面配線基材2と片面配線基材10と片面配線基材3とからなる積層基材を積み重ねた状態で熱融着することで積層一体化する。このとき、積層基材を熱板の間に挟み込み、加熱・加圧しながら厚み方向に圧縮する積層プレス工程が行われる。
【0065】
これにより、熱可塑性樹脂フィルム4を介して積層された導体パターン8の各層の間がビア5に充填された導電性ペースト6によって層間接続される。また、導電性ペースト6は、熱可塑性樹脂フィルム4よりもガラス転移点Tgが低いことから、上述した積層プレス工程において、熱可塑性樹脂フィルム4のガラス転移点Tg以上の加熱温度としたときに、導電性ペースト6が軟化し、導体パターン8を形成する溝部11に充填された導電性ペースト6とビア5に充填された導電性ペースト6とが融着すると共に、ビア5に充填された導電性ペースト6同士が融着し、境界がなくなり完全に一体化される。以上のようにして、この多層プリント配線基板を一括積層して作製することができる。
【0066】
この多層プリント配線基板では、上述したように、導電性ペースト6のバインダに熱可塑性樹脂を用いることによって、この熱可塑性樹脂フィルム4のビア5に充填された導電性ペースト6と、熱可塑性樹脂フィルム4の片面又は両面に形成された導体パターン8との高い接続信頼性を確保している。
【0067】
また、この多層プリント配線基板では、ビア5や溝部11に充填される導電性ペースト6のバインダに熱可塑性樹脂を用いることで、機械的なストレスや熱的なストレスに対する応力緩和が生じ、耐衝撃性及び接続信頼性が著しく向上している。したがって、この導電性ペースト6と導体パターン8との接続信頼性を向上させることが可能である。
【0068】
また、この多層プリント配線基板では、図17に示すように、熱可塑性樹脂フィルム4に形成されたビア5及び溝部11に導電性ペースト6が充填されることによって、導体パターン8をビア5に充填された導電性ペースト6と一体に形成することから、上述したランドレス構造による層間接続が可能であり、このようなランドレス構造を採用することで、配線密度を更に高めることが可能である。
【0069】
また、本手法では、このような多層プリント配線基板を一括積層して作製することが可能であり、製造プロセスを簡素化することによって、このような多層プリント配線基板の生産性を大幅に向上させることが可能である。
【0070】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、熱可塑性樹脂フィルムを介して積層される導体パターンの各層の間を導電性ペーストによって層間接続する際に、導電性ペーストのバインダに熱可塑性樹脂を用いることで、容易に且つ高い接続信頼性を得ることが可能である。
【0071】
また、本発明によれば、層間接続基材と片面配線基材と両面配線基材との中から選ばれる積層基材を複数積み重ねた状態で熱融着する或いは接着剤を用いて接着することで、このような接続信頼性の高い多層プリント配線基板を一括積層して作製することが可能であり、生産性を大幅に向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した多層プリント配線基板の各積層基材の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図2】4層構造を有する多層プリント配線基板であり、両面配線基材と層間接続基材と両面配線基材とが積層一体化された状態を示す断面図である。
【図3】図2に示す多層プリント配線基板の積層一体化される前の状態を示す断面図である。
【図4】4層構造を有する多層プリント配線基板であり、両面配線基材と片面配線基材と片面配線基材とが積層一体化された状態を示す断面図である。
【図5】図4に示す多層プリント配線基板の積層一体化される前の状態を示す断面図である。
【図6】4層構造を有する多層プリント配線基板であり、片面配線基材と、両面配線基材と、片面配線基材とが積層一体化された状態を示す断面図である。
【図7】図6に示す多層プリント配線基板の積層一体化される前の状態を示す断面図である。
【図8】積層プレス工程において積層基材が厚み方向に圧縮される状態を示す模式図である。
【図9】導体パターンがビアに充填された導電性ペーストに埋め込まれた状態を示す要部平面図である。
【図10】積層基材が複数積み重ねられた状態で熱融着により積層一体化された状態を示す要部断面図である。
【図11】積層基材が複数積み重ねられた状態で接着剤を用いて接着により積層一体化された状態を示す要部断面図である。
【図12】断面矩形状の導体パターンによって導電性ペースト中の導電物質が緻密化された状態を示す模式図である。
【図13】断面台形状の導体パターンによって導電性ペースト中の導電物質が緻密化された状態を示す模式図である。
【図14】導電性ペーストによって導体パターンをパターン形成した多層プリント配線基板の一構成例を示す断面図である。
【図15】図14に示す多層プリント配線基板の積層一体化される前の状態を示す断面図である。
【図16】導電性ペーストによって導体パターンをパターン形成した片面配線基材の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図17】ビア及び溝部に導電性ペーストが充填され状態を示す要部平面図である。
【符号の説明】
1 層間接続基材、2 両面配線基材、3 片面配線基材、4 熱可塑性樹脂フィルム、5 ビア、6 導電性ペースト、7 金属箔、8 導体パターン、9
接着剤、11 溝部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a multilayer printed wiring board in which an interlayer connection is made with a conductive paste and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In electronic devices, in order to meet the demand for miniaturization and weight reduction, electronic components such as semiconductor elements and chip components constituting the electronic circuit are miniaturized and mounted at high density on a printed wiring board. In printed wiring boards, as the number of wirings increases due to the higher integration of semiconductor elements to be mounted, conductor patterns are miniaturized, the spacing (pitch) is reduced, and the wiring density is increased by increasing the number of layers. A multi-layer printed wiring board which has been increased in size has been used.
[0003]
This multilayer printed wiring board is, for example, an interlayer connecting base material (prepreg) having an insulating layer made of glass epoxy resin in which glass fiber is impregnated with an epoxy resin, and is thermally fused to one or both surfaces of the interlayer connecting base material. It has a structure in which a plurality of single-sided or double-sided wiring substrates (metal-clad laminates) on which a predetermined conductor pattern is formed by etching a metal foil are stacked and integrated by heat fusion in a state of being stacked. In addition, this multilayer printed wiring board forms a through hole called a through hole in the thickness direction by drilling a hole in order to electrically connect between each layer of the conductor pattern laminated via the insulator layer. In addition, it has a so-called plated through hole structure in which interlayer connection is performed by plating formed in the through hole.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2601128
[Patent Document 2]
JP 2000-200976 A
[Patent Document 3]
Japanese Patent No. 3251711
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned multilayer printed wiring board, the diameter of the through hole has been reduced with the increase in the wiring density and the number of layers, and it has become extremely difficult to form a hole with a drill. For this reason, in a multilayer printed wiring board, instead of the conventional plated through hole structure, a hole called a via (hole) penetrating the insulator layer in the thickness direction is finely formed by laser processing or the like, and the hole is formed in the hole. A so-called IVH (Interstitial Via Hole) structure has been adopted in which each layer of the conductor pattern is connected between layers by the filled conductive paste. When a multilayer printed wiring board having such an IVH structure is manufactured, for example, a conductive paste is applied to a via penetrating an insulator layer in a thickness direction on a double-sided wiring board (metal-clad laminate) serving as a base. A so-called build-up method in which the filled single-sided wiring base material (metal foil with resin) is stacked one by one is used.
[0006]
For example, as a multilayer printed wiring board in which interlayer connection using a conductive paste is performed by using such a build-up method, all layers of a conductor pattern laminated via an insulating layer are connected by an interlayer using a conductive paste. There is a multilayer printed wiring board having a so-called ALIVH (Any Layer Inner Via Hole) structure in which build-up is performed while the build-up is being performed (for example, see Patent Document 1).
[0007]
In the multilayer printed wiring board having the ALIVH structure, for example, a via penetrating in the thickness direction is formed by laser processing on a porous base material made of a composite material of an aramid nonwoven fabric and a thermosetting resin, and a conductive paste is formed in the via. After filling, a metal foil serving as a conductor pattern is overlaid and heated and pressurized, whereby an interlayer connection of the conductor pattern is made by a conductive paste. Also, in this multilayer printed wiring board, a part of the binder component contained in the thermosetting conductive paste penetrates into the pores of the porous base material, thereby reducing the density of the conductive material in the conductive paste. Can be enhanced. At the same time, the diluent solvent and low molecular weight components of the resin contained in the conductive paste before curing are also absorbed by the porous substrate. Thus, it is possible to prevent voids (cavities due to bubbles) from being generated in the conductive paste cured after heating and pressurization, and to secure connection reliability between the conductive paste and the conductive pattern.
[0008]
However, in the multilayer printed wiring board having the ALIVH structure, when the spacing between adjacent vias is reduced due to the narrower wiring pitch, the above-described moisture absorption of the porous base material lowers the electrical insulation between the adjacent vias. There is a fear. On the other hand, in order to improve the electrical insulation between adjacent vias, it is conceivable to use a resin film having no hygroscopic property instead of the above-described porous substrate. However, in this case, when heating and pressing are performed before the conductive paste filled in the via is cured, the diluting solvent and the low molecular weight component of the resin contained in the conductive paste are volatilized without being absorbed by the resin film. . For this reason, the above-mentioned voids may be generated in the conductive paste cured after heating and pressurization, and the connection reliability between the conductive paste and the conductive pattern may be reduced.
[0009]
In addition, the diluting solvent and the low molecular weight component of the resin in the conductive paste are indispensable for adjusting the viscosity to an appropriate level. Usually, after printing or preparation, it is general to volatilize by applying heat.
[0010]
Therefore, in order to solve such a problem, it is conceivable to volatilize and remove a diluting solvent and a low molecular weight component of the resin contained in the conductive paste before heating and pressing. However, in this case, since the conductive paste filled in the via hardens before the heating and pressing, it becomes difficult to obtain a sufficient adhesive force between the conductive paste and the conductive pattern.
[0011]
On the other hand, there has been proposed a multilayer printed wiring board in which fine vials penetrating a thermoplastic resin film are filled with fine metal powder and interlayer connection is made between layers of a conductor pattern by metal diffusion (for example, see Patent Document 2). ). However, in this case, it is necessary to sinter the metal powders, and the connection temperature becomes high. Therefore, only a thermoplastic resin film having high heat resistance can be used, and the range of material selection becomes narrow.
[0012]
In addition, using the above-described build-up method, as a multilayer printed wiring board in which interlayer connection using a conductive paste is made, a bump made of a conductive paste is passed through an insulator layer to perform interlayer connection with a conductive pattern. Building up, so-called B 2 There is a multilayer printed circuit board having an it (Buried Bump Interconnection Technology) structure (for example, see Patent Document 2).
[0013]
This B 2 In the case of a multilayer printed wiring board having an it structure, for example, a conical bump made of a conductive paste is formed on a supporting base sheet made of a metal foil, a thermoplastic resin film is laminated, and then a primary press is performed. Then, the tip of the bump penetrates the thermoplastic resin film, and a metal foil is laminated thereon and subjected to secondary pressure, whereby the metal foil serving as the conductor pattern is interlayer-connected by the bump. .
[0014]
However, this B 2 In a multilayer printed wiring board having an it structure, interlayer connection is performed by mechanical contact between a bump and a conductor pattern. Therefore, it is difficult to secure connection reliability between the bump and the conductor pattern due to miniaturization. .
[0015]
Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and has a connection reliability when connecting between layers of a conductor pattern laminated via a thermoplastic resin film with a conductive paste. It is an object of the present invention to provide a multilayer printed wiring board having greatly improved performance.
[0016]
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a multilayer printed wiring board in which the manufacturing process of such a multilayer printed wiring board is simplified and productivity is greatly improved.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, a multilayer printed wiring board according to the present invention has a conductive material in which a binder made of a thermoplastic resin and a conductive material are mixed in a hole penetrating an insulating film made of a thermoplastic resin in a thickness direction. An interlayer connection base material filled with a paste, a single-sided wiring base material having a conductive pattern electrically connected to the conductive paste on one side of the interlayer connection base material, and a conductive paste on both surfaces of the interlayer connection base material And a double-sided wiring substrate having a conductor pattern electrically connected thereto and heat-melted in a state in which a plurality of laminated substrates are stacked so that the conductor pattern is laminated via an insulating film. The conductor pattern is laminated or integrated by being adhered with an adhesive, and the conductive paste filled between the layers of the conductor pattern laminated via the insulating film is filled with a hole. It is characterized in that formed by interlayer connection.
[0018]
As described above, in the printed wiring board according to the present invention, since the thermoplastic resin is used for the binder of the conductive paste, the thermoplastic resin is reversibly softened by the heat applied during lamination and integration. By utilizing the method, it is possible to obtain high connection reliability between the conductive paste filled in the hole penetrating the insulator film and the conductor pattern formed on one or both surfaces of the insulator film.
[0019]
Further, in the method of manufacturing a printed wiring board according to the present invention, a hole portion penetrating in a thickness direction is formed in an insulating film made of a thermoplastic resin, and a binder made of a thermoplastic resin and a conductive material are mixed in the hole portion. And a single-sided wiring substrate produced by forming a conductive pattern that is electrically connected to the conductive paste on one side of the interlayer connection substrate. A laminated base material selected from a double-sided wiring base material that is prepared by forming a conductive pattern that is electrically connected to a conductive paste on both surfaces of an interlayer connection base material; Conductors that are heat-sealed in a state of being stacked in multiple layers so as to be laminated via an adhesive, and are bonded and integrated using an adhesive, and laminated via an insulator film It is characterized in that the interlayer connection by turns of each layer between the hole in the filled conductive paste.
[0020]
As described above, in the method for manufacturing a printed wiring board according to the present invention, since the thermoplastic resin is reversibly softened by the heat applied when the layers are integrated, the layers are laminated via the insulating film made of the thermoplastic resin. The layers of the conductive pattern to be formed can be appropriately and easily connected to each other by a conductive paste in which a binder made of a thermoplastic resin and a conductive material are mixed. Furthermore, in the present method, by laminating a plurality of laminated base materials selected from among an interlayer connection base material, a single-sided wiring base material, and a double-sided wiring base material in a stacked state, or by bonding using an adhesive, Such a multilayer printed wiring board with high connection reliability can be manufactured by laminating all together.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a multilayer printed wiring board to which the present invention is applied and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to the drawings.
[0022]
In a multilayer printed wiring board to which the present invention is applied, a layer made of a thermoplastic resin is provided between layers of a conductor pattern laminated via an insulating film made of a thermoplastic resin (hereinafter, referred to as a thermoplastic resin film). The layers are connected by a conductive paste mixed with a conductive substance. That is, in the multilayer printed wiring board, each layer of the conductor pattern is electrically connected by the conductive paste filled in the hole (hereinafter, referred to as a via) penetrating the thermoplastic resin film in the thickness direction. I have.
[0023]
When manufacturing this multilayer printed wiring board, first, as shown in FIG. 1, a laminated base material selected from an interlayer connecting
[0024]
The interlayer
[0025]
The double-
[0026]
The single-
[0027]
The
[0028]
For the
[0029]
For the
[0030]
Next, a plurality of laminated base materials selected from the interlayer connecting
[0031]
In the multilayer printed wiring board manufactured using this method, the number of the
[0032]
Therefore, for example, a multilayer printed wiring board in which
[0033]
As shown in FIGS. 2 and 3, the multilayer printed wiring board having this four-layer structure is formed by laminating the double-sided
[0034]
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the multilayer printed wiring board having such a four-layer structure includes the above-described double-
[0035]
As shown in FIGS. 6 and 7, the multilayer printed wiring board having such a four-layer structure includes the above-described single-
[0036]
By the way, in the above-mentioned multilayer printed wiring board, by using a thermoplastic resin as a binder of the
[0037]
Specifically, the thermoplastic resin is characterized in that the change between softening and hardening is reversible and there is no deterioration due to heating. For this reason, in the above-described lamination pressing step, the
[0038]
Therefore, in this multilayer printed wiring board, when the respective layers of the
[0039]
Thermoplastic resins generally have higher flexibility than hard and brittle resins such as thermosetting resins. Therefore, this multilayer printed wiring board has flexibility when mechanical stress or thermal stress is applied, and by using a thermoplastic resin for the binder of the
[0040]
Further, in this multilayer printed wiring board, in order to prevent voids from being generated in the conductive paste cured after heating and pressing, the diluting solvent and the low molecular weight component of the resin contained in the
[0041]
In this manner, in this method, a plurality of laminated base materials selected from the previously prepared interlayer
[0042]
Therefore, this method can simplify the manufacturing process of the multilayer printed wiring board and improve the yield compared to the method of forming one layer at a time as in the conventional build-up method. It is possible to greatly improve productivity.
[0043]
In addition, in this method, even if the above-described laminated base material is prepared and stored in advance, it is not necessary to worry about temporal curing (shelf life) such as a thermosetting resin. There is also an advantage that it becomes easier.
[0044]
Here, the
[0045]
In this case, in the above-described laminating press step, when the temperature is equal to or higher than the glass transition point Tg of the
[0046]
Thereby, in the multilayer printed wiring board, it is possible to greatly improve the connection reliability when connecting between the layers of the
[0047]
Further, the
[0048]
In this case, in the laminating press step shown in FIG. 8, when a plurality of laminated base materials are compressed in the thickness direction in a state of being stacked, the
[0049]
Further, the
[0050]
Thereby, in the multilayer printed wiring board, the connection reliability between the
[0051]
Further, in this multilayer printed wiring board, a part of the
[0052]
In this multilayer printed wiring board, as shown in FIG. 12, the conductive material in the
[0053]
Here, in this method, after filling the via 5 with the
[0054]
Therefore, in the multilayer printed wiring board, the hardness difference between the
[0055]
As shown in FIG. 13, the
[0056]
Specifically, the
[0057]
On the other hand, the
[0058]
Therefore, in this multilayer printed wiring board, the cross-sectional shape of the
[0059]
In addition, the multilayer printed wiring board to which the present invention is applied may have a configuration in which a
[0060]
For example, the multilayer printed wiring boards shown in FIGS. 14 and 15 are the multilayer printed wiring boards shown in FIGS.
[0061]
As shown in FIG. 16, the single-sided
[0062]
That is, in the single-
[0063]
In addition, also with respect to the double-sided wiring base material, similarly to the single-sided
[0064]
Then, the laminated bases composed of the double-
[0065]
As a result, the respective layers of the
[0066]
In this multilayer printed wiring board, as described above, by using a thermoplastic resin for the binder of the
[0067]
Further, in this multilayer printed wiring board, by using a thermoplastic resin as a binder of the
[0068]
In this multilayer printed wiring board, as shown in FIG. 17, the
[0069]
In addition, in the present method, it is possible to manufacture such multilayer printed wiring boards by stacking them all together, and by greatly simplifying the manufacturing process, the productivity of such multilayer printed wiring boards is greatly improved. It is possible.
[0070]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, when the respective layers of the conductive pattern laminated via the thermoplastic resin film are interconnected by the conductive paste, the binder of the conductive paste is used for the thermoplastic resin. By using, it is possible to easily and obtain high connection reliability.
[0071]
Further, according to the present invention, a plurality of laminated base materials selected from an interlayer connection base material, a single-sided wiring base material, and a double-sided wiring base material are heat-fused in a stacked state or bonded using an adhesive. Therefore, such a multilayer printed wiring board having high connection reliability can be manufactured by laminating all at once, and the productivity can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of each laminated base material of a multilayer printed wiring board to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a multilayer printed wiring board having a four-layer structure, in which a double-sided wiring base, an interlayer connection base, and a double-sided wiring base are laminated and integrated;
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state before the multilayer printed wiring boards shown in FIG. 2 are stacked and integrated.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a multilayer printed wiring board having a four-layer structure, in which a double-sided wiring base, a single-sided wiring base, and a single-sided wiring base are laminated and integrated;
5 is a cross-sectional view showing a state before the multilayer printed wiring boards shown in FIG. 4 are stacked and integrated.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a multilayer printed wiring board having a four-layer structure, in which a single-sided wiring base, a double-sided wiring base, and a single-sided wiring base are laminated and integrated.
7 is a cross-sectional view showing a state before the multilayer printed wiring boards shown in FIG. 6 are stacked and integrated.
FIG. 8 is a schematic view showing a state in which a laminated base material is compressed in a thickness direction in a laminating press step.
FIG. 9 is a plan view of a principal part showing a state where a conductive pattern is embedded in a conductive paste filled in vias.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a principal part showing a state in which a plurality of laminated base materials are stacked and integrated by thermal fusion in a state of being stacked.
FIG. 11 is a cross-sectional view of an essential part showing a state in which a plurality of laminated base materials are stacked and integrated by bonding using an adhesive in a state of being stacked.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a state in which a conductive material in a conductive paste is densified by a conductive pattern having a rectangular cross section.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a state where a conductive material in a conductive paste is densified by a conductive pattern having a trapezoidal cross section.
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a multilayer printed wiring board in which a conductive pattern is formed by using a conductive paste.
15 is a cross-sectional view showing a state before the multilayer printed wiring boards shown in FIG. 14 are stacked and integrated.
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of a single-sided wiring base material in which a conductive pattern is formed by using a conductive paste.
FIG. 17 is a plan view of relevant parts showing a state in which a conductive paste is filled into vias and grooves.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Adhesive, 11 grooves
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