JP2004327482A - 多層配線板、多層基板用基材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線の自由度が高いＩＶＨ多層基板固有の特徴を損ねることがなく、放熱層埋め込み型のＩＶＨ多層基板を実現し、また、隣接層間にグランド層を有するＩＶＨ多層基板を加工工数の増加を招くことなく実現すること。
【解決手段】絶縁性基材層１１と、絶縁性基材層１１の一方の面に設けられた回路用導体層１２と、絶縁性基材層１１の他方の面に設けられた放熱層あるいは／およびグランド層となる非回路用導体層１３と、非回路用導体層１３の表面に形成された接着材層１４からなり、絶縁性基材層１１と非回路用導体層１３と接着材層１４とを貫通するビアホール１５が形成され、ビアホール１５に導電性材料１６が充填されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多層配線板、多層基板用基材およびその製造方法に関し、特に、２層以上の配線層を有する配線板やパッケージ基板として用いられる多層配線板、多層基板用基材およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の実装基板では、配線のファイン化、高密度化、搭載される部品の増加やＩＣの高速化に伴い、回路の単位面積あたりに放出される熱量が増大し、温度上昇による部品や基板への悪影響が無視できなくなっている。このため、基板には電気信号を伝送するのみならず、ＩＣ内部で発生する熱を効率よく外へ逃がした、熱分散が良好に行われるようにして、実装部品の温度上昇を抑える役割も要望されている。
【０００３】
放熱性に優れた基板として、回路用銅箔とは別に、放熱用銅箔を埋め込まれた放熱層埋め込み型回路基板がある（例えば、特許文献１）。この放熱層埋め込み型回路基板は、出発材料として、絶縁板の一方の面に放熱用銅箔を、他方の面に回路用銅箔を積層一体化した積層板を用い、放熱用銅箔、回路用銅箔をそれぞれ所要パターンにエッチングして放熱層、回路導体を形成し、放熱層付き基板（多層基板用基材）を得る。同等の放熱層付き基板を複数枚作り、複数枚の放熱層付き基板をプリプレグを挟んで積層し、これを加熱加圧して積層一体化する。最後に、全層を貫通するスルーホールをあけ、スルーホール内周面を銅めっきし、層間導通を得る。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３０７８８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の放熱層埋め込み型回路基板は、スルーホール多層基板に限られ、各層（多層基板用基材）毎に個別にビアホールがあけられ、配線の自由度が高いＩＶＨ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）多層基板として構成することができない。このため、従来の放熱層埋め込み型回路基板は、高密度実装を要求される小型電子機器用の基板としての利用範囲を制限される。
【０００６】
また、近年の回路の微細化、信号周波数の高帯域化に伴ってプリント基板にも回路間の干渉やノイズの低減およびインピーダンスの管理などが求められている。このため、多層配線板でも、隣接層間にグランド層を挿入して信号層間あるいは信号層と電源層間の干渉を遮断したり、信号回路をマイクロストリップ線路として伝送損失を低減することが考えられている。信号、電源などの回路に加えグランド層を付加することにより、多層配線板の層数は、ますます増加し、その配線も複雑になる傾向にある。
【０００７】
このことに対し、基材を逐次積層することによって多層化するビルドアップ方式の配線板では、層数の増加にともなって工数が増大し、リードタイムの長期化や製造納期の遅延が表面化してきている。加えて、層数の増加は層間接続箇所の増加につながり、多層配線板全体での接続信頼性を低下させるのみならず、歩留り向上を阻害する要因となっている。
【０００８】
層数の増加に伴うシリアルプロセスによる製造工程の長期間化や歩留りの劣化を解消するために、一括積層法が提案され、逐次積層に匹敵する品質を得られつつある。一括積層法では、各回路層を別々に作製し層数に関係なく一度に多層化するため前述した逐次積層の欠点は回避できるものの、一層の厚さが減少するにしたがって基材の取扱が難しくなり、基材の伸縮に起因する寸法変化や折れ、しわなどの不良が問題となる。
【０００９】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、配線の自由度が高いＩＶＨ多層基板固有の特徴を損ねることがなく、放熱層埋め込み型のＩＶＨ多層基板を実現し、また、隣接層間にグランド層を有するＩＶＨ多層基板を加工工数の増加を招くことなく実現し、併せてグランド層の存在により基材の剛性を高め、伸縮に起因する寸法変化や折れ、しわなどの不良を生じることがない歩留りがよい多層配線板、多層基板用基材およびその製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による多層基板用基材は、絶縁性基材層と、前記絶縁性基材層の一方の面に設けられた回路用導体層と、前記絶縁性基材層の他方の面に設けられた非回路用導体層と、前記非回路用導体層の表面に形成された接着材層からなり、前記絶縁性基材層と前記非回路用導体層と前記接着材層とを貫通するビアホールが形成され、前記ビアホールに導電性材料が充填されている。
【００１１】
この発明による多層基板用基材は、回路用導体層と、絶縁性基材層と、非回路用導体層と、接着材層とによる４層構造で、ビアホールに充填された導電性材料によって表裏を電気的に接続され、ＩＶＨ多層基板用の基材として取り扱われ、ビア接続箇所の増加を招くことがなく、高い剛性が得られる。
【００１２】
この発明による多層基板用基材では、前記非回路用導体層が放熱層として用いられる。これにより、ＩＶＨ多層基板において、高い放熱性能が得られる。
【００１３】
この発明による多層基板用基材では、前記放熱層がグランド層を兼ねている。これにより、放熱性に優れ、加工工数の増加を招くことなく、隣接層間にグランド層を有するＩＶＨ多層基板が得られる。
【００１４】
この発明による多層基板用基材では、前記非回路用導体層がグランド層として用いられる。これにより、加工工数の増加を招くことなく、隣接層間にグランド層を有するＩＶＨ多層基板が得られる。
【００１５】
この発明による多層基板用基材は、前記非回路用導体層が前記ビアホールに対応する部分に前記ビアホールの口径より大きい口径の下穴があけられており、前記ビアホールに充填された前記導電性材料と前記非回路用導体層とが非導通である。これにより、非回路用導体層による短絡を生じることがない。
【００１６】
この発明による多層基板用基材は、前記ビアホールのうち、前記非回路用導体層を貫通する部分の口径は他の部分より小さく、前記ビアホールに充填された前記導電性材料と前記非回路用導体層とが導通接続されているものを含む。これにより、ＩＶＨ多層基板において、グランド層として使用される非回路用導体層がビアホールに充填された導電性材料によって相互接続される。
【００１７】
この発明による多層配線板は、上述の発明による多層基板用基材を少なくとも１層に用いており、放熱性に優れたＩＶＨ多層基板や、隣接層間にグランド層を有するＩＶＨ多層基板が得られる。
【００１８】
この発明による多層基板用基材の製造方法は、絶縁性基材層の両面に銅箔層を有する両面銅張積層板を出発材料とし、当該両面銅張積層板の片面に信号回路を、他方の面に開口部を形成する回路形成工程と、前記開口部を形成した側に接着材層を形成する接着材層形成工程と、前記接着材層側からビアホールを開口するビアホール開口工程と、開口したビアホールに、導電性材料を充填する導電性材料充填工程とを含む。これにより、回路用導体層と、絶縁性基材層と、非回路用導体層と、接着材層とによる４層構造で、ビアホールに充填された導電性材料によって表裏を電気的に接続された多層基板用基材が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
図１はこの発明による多層基板用基材の一つの実施の形態を示している。
【００２０】
本実施形態の多層基板用基材１０は、従来から一般的に供給されている両面銅張積層板、すなわち、両面ＣＣＬ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｌａｄ Ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）をベースにして、ポリイミドフィルム頭による絶縁性基材層１１と、絶縁性基材層１１の一方の面に設けられた回路用銅箔（回路用導体層）１２と、絶縁性基材層１１の他方の面に設けられた非回路用銅箔（非回路用導体層）１３と、非回路用銅箔１３の表面に形成された接着材層１４の４層からなり、絶縁性基材層１１と非回路用銅箔１３と接着材層１４とを貫通するビアホール１５が形成され、ビアホール１５に、層間を電気的に接続するための、導電性材料１６が充填されている。回路用銅箔１２は、信号層あるいは電源層をなす。
【００２１】
接着材層１４は熱可塑性ポリイミドフィルムの貼付により形成することができる。接着材層１４は、フィルムに限られるものではなく、ワニス状の材料を塗布することによっても形成できる。また、接着材として、ポリイミド以外の熱可塑性材料を適用することもできる。それらの候補としてＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｅｔｈｅｒ Ｋｅｔｏｎ）やＰＥＩ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｉｍｉｄｅ）、液晶ポリマーなどがあげられる。
【００２２】
特に、液晶ポリマーは、高周波信号領域での伝送損失が小さいことから注目されている材料であり、ＣＣＬの絶縁性基材層１１と接着材層１４の両方を液晶ポリマーで構成し、接着材層１４に用いる材料のガラス転移点を、絶縁性基材層１１のそれより低くなるよう、材料を選定することができる。
【００２３】
ビアホール１５に充填する導電性材料１６としては、エポキシ樹脂中に金属粉を分散させたポリマー型導電性ペーストがある。また、ポリマー型導電性ペースト以外に、はんだなどの低融点金属、ナノ粒子の充填等、強固な接続を得る技術も適用可能である。
【００２４】
ビアホール１５に対する導電性材料１６の充填が隙間なく良好に行われるよう、回路用銅箔１２のビアホール対応位置に空気抜き孔として作用する小孔１７があけられている。なお。小孔１７が空洞として残存しないよう、また、導電性材料１６と回路用銅箔１２との接触面積を増すために、図示されているように、小孔１７にも導電性材料１６が充填されている。
【００２５】
非回路用導体層１３がビアホール１５に対応する部分にはビアホール１５の口径より大きい口径の下穴１８が予めあけられている。これにより、ビアホール１５に充填された導電性材料１６と非回路用銅箔１３とが接触しないようになっており、非導通状態が得られる。
【００２６】
換言すれば、層間を電気的に接続するためのビアが形成されるる場所のみ非回路用銅箔１３を除去してあり、非回路用銅箔１３は、ほぼベタ板状態で、放熱層、グランド層、あるいはグランド層を兼ねた放熱層をなす。
【００２７】
この多層基板用基材１０は、両面銅貼り積層板の片面に接着材層１４を形成することによって作製できるため、特別な材料を用いることなく従来の多層プリント板用の製造装置を適用して加工できる。
【００２８】
多層基板用基材１０は、上述したように、回路用銅箔１２と、絶縁性基材層１１と、非回路用銅箔１３と、接着材層１４とによる４層構造で、ビアホール１５に充填された導電性材料１６によって表裏を電気的に接続されたＩＶＨ多層基板用の基材として取り扱われ、放熱層をなす非回路用銅箔１３により、多層化しても放熱性に優れたＩＶＨ多層基板を提供できる。
【００２９】
図２は複数枚の多層基板用基材１０を一括積層してなるＩＶＨ多層配線板の一例を示している。この一括積層は、熱圧着によって熱可塑性ポリイミドフィルム等による接着材層を軟化させることにより行われる。
【００３０】
上述したように、ポリイミドなどのフィルムを基材とするＩＶＨ多層配線板において、信号層または電源層（回路用銅箔１２）とグランド層（非回路用銅箔１３）をペアとして作製し、それらを複数枚積層して多層板を構成することにより、ビア接続箇所（層数）が減少し、電気的な信頼性が向上すると同時に、基材の剛性を高められることから、基材の柔軟性に起因する基材の変形や折れ、しわなどの不良を低減することができる。
【００３１】
つぎに、本発明による多層基板用基材および多層配線板の製造プロセスを図３（ａ）〜（ｈ）を参照して説明する。
【００３２】
図３（ａ）に示されているように、ポリイミドフィルム１０１の両面に銅箔層１０２、１０３を形成した両面ＣＣＬ１００を出発材料とし、図３（ｂ）に示されているように、信号導体あるいは電源導体となる片側の銅箔層１０２をエッチングして回路１０４を形成すると同時に、放熱・グランド層（グランド導体）１０５となる他方の銅箔層１０３をエッチングしてビアとの絶縁を確保するための開口部（下穴）１０６をビアより一回り大きく形成する。こうすることにより。信号または電源層間を接続するビアが、放熱・グランド層１０５に接触しないように、当該放熱・グランド層１０５を貫通する。
【００３３】
ここで使用する両面ＣＣＬ１００には、ポリイミドフィルムの両面に、別途作製した銅箔をアクリル系やエポキシ系あるいは熱可塑製ポリイミドなどの接着材で貼り合わせたラミネートタイプ、ポリイミドフィルムの両面にスッパタ法などにより薄い導電層を形成した後、銅を電解めっきにより成長させたメタライズタイプがある。
【００３４】
特に、本発明では、信号導体となる銅箔（銅箔層１０２）は、微細回路を形成するために、５〜１８μｍ程度の薄めが望ましく、放熱・グランド層１０５は、熱伝導速度を高めるために、１８μｍ〜５０μｍあるいはそれ以上の厚めの銅箔が望ましい。また、放熱・グランド層１０５に用いる金属には、銅以外にも、熱伝導率の大きなアルミニウムや銀などを必要に応じて用いることができる。これらの金属は、エッチングによるパターン加工が容易であることも考慮して選ばれる。
【００３５】
放熱・グランド層１０５に厚い金属箔を有するＣＣＬを作製する場合、放熱・グランド層１０５となる金属箔上にポリイミド前駆体を塗布・焼成して２層積層構造とした後、放熱層と反対面のポリイミドにスパッタとめっきによって薄い導体層を形成するキャスティング法とメタライズ法の組み合わせが、特に適している。特に、この方法では、放熱・グランド層１０５に用いる材料の選択の幅が広がる利点がある。
【００３６】
つぎに、図３（ｃ）に示されているように、放熱・グランド層１０５の側に、接着層となる熱可塑性ポリイミドフィルム１０７を貼付する。これにより、銅箔層／絶縁層／銅箔層／接着材層の４層材が得られる。
【００３７】
つぎに、図３（ｄ）に示されているように、４層材に対して接着材層（熱可塑性ポリイミドフィルム１０７）の側からレーザビームを照射し、ビアホール１０８を開口する。絶縁層（ポリイミドフィルム１０１）と接着材層に挟まれている銅箔（放熱・グランド層１０５）は予めエッチングされているので、両樹脂層は容易に除去され、表層の銅箔に達するビアホールを形成できる。必要に応じて表層銅箔の一部を貫通させて、ビアへの導電性材料の充填性を改良することも可能である。本実施形態では、銅箔にも小孔１０９を開口している。
【００３８】
つぎに、図３（ｅ）に示されているように、開口したビアホール１０８に接着層側からポリマー型導電性ペースト１１１を印刷・充填した。これにより、放熱・グランド層１０５に接触することなく、表裏を電気的に接続するビアを有する一枚の多層配線用基材１２０が完成する。
【００３９】
つぎに、図３（ｆ）、（ｇ）に示されているように、同様の方法で作製した複数枚（３枚）の多層配線用基材１２０と最下層用の銅箔１１２とを積層し、ホットプレス等によって熱圧着し、接着層（熱可塑性ポリイミドフィルム１０７）を軟化させて層間接合を行う。最後に、図３（ｈ）に示されているように、最下層の銅箔１１２をエッチングすることによって表層の回路１１３を形成してＩＶＨ多層配線板を完成する。
【００４０】
上述の実施形態では、放熱・グランド層は、信号層または電源層のすべての回路から電気的に絶縁されている場合の構造および製法を示したが、実際の回路では、放熱・グランド層は、信号層や電源層内の一部の回路または表層のパッドやターミナルと電気的に接続されたり、放熱・グランド層同士を電気的に接続する必要が生じる。
【００４１】
図４（ａ）〜（ｅ）では、放熱・グランド層１０５とのビアによる電気的接続箇所を有する構造および製法について説明する。なお、図４において、図３に対応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００４２】
図４（ａ）〜（ｅ）に示す製造プロセスにおいて、放熱・グランド層１０５となるパターンの形成について図３に示されている実施形態との違いがある。信号層または電源層間を接続するためのビア部ではグランドパターンとそのビアとを絶縁するため、図４（ｂ）に示されているように、放熱・グランド層１０５にビアより大きな口径の開口部１０６を設けるが、放熱・グランド層１０５との接続箇所では、ビアの位置に対応して設ける開口部１１４の口径をビア径より小さくする。
【００４３】
接着材層をなす熱可塑性ポリイミドフィルム１０７の貼り合わせ後に、それぞれの箇所にレーザビームを照射してビアホールを開口すると、図４（ｄ）に示されているように、開口部１０６に相当する部分のビアホール１０８の内壁はすべて樹脂（ポリイミドフィルム１０１と熱可塑性ポリイミドフィルム１０７）から構成されているが、開口部１１４に相当する部分のビアホール１１５では、放熱・グランド層１０５のパターンが内壁中へ突出した形となる。
【００４４】
このようなビアホール１０８、１１５に導電性材料であるポリマー型導電性ペースト１１１を充填すると、図４（ｅ）に示されているように、ポリマー型導電性ペースト１１１は、ビアホール１０８では放熱・グランド層１０５とは電気的に絶縁されており、ビアホール１１５では、放熱・グランド層１０５は突出部１０５Ａによって電気的に接続される。両タイプのビアの組み合わせにより、信号層、電源層、グランド層にある回路のすべてが任意に接続された多層回路を構成することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による多層基板用基材は、回路用導体層と、絶縁性基材層と、放熱層あるいは／およびグランド層となる非回路用導体層と、接着材層とによる４層構造で、ビアホールに充填された導電性材料によって表裏を電気的に接続され、ＩＶＨ多層基板用の基材として取り扱われ、ビア接続箇所の増加を招くことがなく、高い剛性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による多層基板用基材の一つの実施形態を示す断面図である。
【図２】この発明による多層配線板の一つの実施形態を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｈ）は、一つの実施形態による多層基板用基材および多層配線板の製造プロセスを示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、他の実施形態による多層基板用基材の製造プロセスを示す図である。
【符号の説明】
１０ 多層基板用基材
１１ 絶縁性基材層
１２ 回路用銅箔
１３ 非回路用銅箔
１４ 接着材層
１５ ビアホール
１６ 導電性材料
１７ 小孔
１００ 両面ＣＣＬ
１０１ ポリイミドフィルム
１０２、１０３ 銅箔層
１０４ 回路
１０５ 放熱・グランド層
１０６ 開口部
１０７ 熱可塑性ポリイミドフィルム
１０８ ビアホール
１０９ 小孔
１１１ ポリマー型導電性ペースト
１１２ 銅箔
１１３ 回路
１１４ 開口部
１１５ ビアホール

Claims (8)

1. 絶縁性基材層と、前記絶縁性基材層の一方の面に設けられた回路用導体層と、前記絶縁性基材層の他方の面に設けられた非回路用導体層と、前記非回路用導体層の表面に形成された接着材層からなり、前記絶縁性基材層と前記非回路用導体層と前記接着材層とを貫通するビアホールが形成され、前記ビアホールに導電性材料が充填されている多層基板用基材。
2. 前記非回路用導体層は放熱層である請求項１記載の多層基板用基材。
3. 前記放熱層がグランド層を兼ねている請求項２記載の多層基板用基材。
4. 前記非回路用導体層がグランド層である請求項１記載の多層基板用基材。
5. 前記非回路用導体層が前記ビアホールに対応する部分に前記ビアホールの口径より大きい口径の下穴があけられており、前記ビアホールに充填された前記導電性材料と前記非回路用導体層とが非導通である請求項１〜４の何れか１項記載の多層基板用基材。
6. 前記非回路用導体層が前記ビアホールに対応する部分に貫通する部分に前記ビアホールの口径より大きい口径の下穴があけられており、前記ビアホールのうち、前記非回路用導体層を貫通する部分の口径は他の部分より小さく、前記ビアホールに充填された前記導電性材料と前記非回路用導体層とが導通接続されているものを含む請求項１〜５の何れか１項記載の多層基板用基材。
7. 請求項１〜６の何れか１項記載の多層基板用基材を少なくとも１層に用いた多層配線板。
8. 絶縁性基材層の両面に銅箔層を有する両面銅張積層板を出発材料とし、当該両面銅張積層板の片面に信号回路を、他方の面に開口部を形成する回路形成工程と、
   前記開口部を形成した側に接着材層を形成する接着材層形成工程と、
   前記接着材層側からビアホールを開口するビアホール開口工程と、
   開口したビアホールに、導電性材料を充填する導電性材料充填工程と、
   を含む多層基板用基材の製造方法。

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