JP2005129725A - 多層配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】層間接続の信頼性が高い多層配線基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】配線パターンが形成された基板の熱可塑性樹脂フィルム２側から炭酸ガスレーザ等により有底ビアホール４を形成する（ｄ）。形成された有底ビアホールは、炭酸ガスレーザ等の出力と照射時間を調整して、配線パターン３に穴を開けないようにしている。有底ビアホール４が形成された基板の配線パターン表面をめっき処理する（ｅ）。そして、基材に形成された有底ビアホール４に導電性材料６を充填し（ｆ）、加熱等により溶剤成分を蒸発乾燥させる。この単一配線基板を複数枚重ねて、上下両面から真空熱プレス機により一括積層して多層配線板を形成する（ｇ）。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱可塑性樹脂基板を使用した多層配線基板及びその製造方法に関する。

従来、多層配線基板の製造方法は、配線パターンと層間接続部（ビア）が形成された単一配線基板を一層ずつ積み重ねて層間接続を行う積層加工を繰り返していた（シーケンシャル工法）。しかし、このような工法では、工程数が積層数分増加してしまうため、生産性と歩留まりに問題があった。

この問題に対し、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材を使用することにより一括融着多層化し、その上下接続はビアに導電性ペーストを充填し、ビアの導電性ペーストと配線金属との間で金属拡散させることにより実現しようとする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このビア接続に金属拡散を利用する方法は、適正な拡散層の厚みをコントロールするのが難しく、また、高温状態に長く保つ必要がある。さらに特許文献１の如く配線金属が銅であり、導電性ペースト内の導電性粒子がスズと銀であるような場合、スズと銅のように拡散速度が大きく異なる異種金属間で層間接続を行った場合に生じるカーケンダルボイドが発生しやすくなり、最も重要な接合部分の強度が低下してしまうおそれがある。

この問題に対し、金属拡散を用いないビア接続について導電性ペーストと配線パターンを圧接させることにより接続する方法が考えられるが、配線パターンが一般的な銅のように酸化しやすい金属の場合、積層プレスをする際に酸化するのを防ぐため室温から真空にしておき徐々に温度を上げていく一般的なプレス条件を用いなければならない。しかし、それではプレスのセッティングごとにプレス温度を室温のような低温から融着温度の高温まで上げ、再び室温まで下げる必要が発生する。しかし、このようなプレスの温度昇降には時間がかかるのが一般的である。融着温度までプレスを昇温しておき連続プレスするという工程が実現できなければ、層間融着が可能な熱可塑性樹脂基材を用い、高い生産性を確保できるというメリットを活かしきれない。

特開２００２−３５９４７０号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、比較的短時間で多層化でき、且つ、層間接続の信頼性が高い多層配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

そこで、上述した目的を達成するために、本発明に係る多層配線基板は、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材に配線パターンと、層間接続部とを設けた単一配線基板が複数枚積層されたものであって、上記複数枚の単一配線基板を加熱加圧することにより他の単一配線基板と融着して形成された多層配線基板において、配線パターンには、めっき処理により表面に酸化防止膜が形成されており、層間接続部には、導電性材料が充填されている。

また、本発明に係る多層配線基板の製造方法は、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材に配線パターンと、層間接続部とを設けた単一配線基板を複数枚積層して形成される多層配線基板において、配線パターンの反対側から基板の厚み方向に配線パターンに達する有底ビアホールを形成する工程と、配線パターン表面及び有底ビアホール底面をめっき処理する工程と、めっき処理されたビアホールに導電性材料を充填して単一配線基板を作製する工程と、複数の該単一配線基板を加熱加圧することにより他の単一配線基板と融着させる工程とを有する。

本発明に係る多層配線基板の製造方法によれば、熱可塑性フィルムに形成された配線パターンの表面をめっき処理し、層間接続部に導電性材料を充填することにより、一括積層が可能で層間の接続信頼性が高い多層配線基板を提供することができる。

また、めっき処理により配線の酸化を防ぐことにより、配線された基材を複数枚積層させ真空熱プレス機で熱融着させる際に、室温のような低温状態から真空にする必要がない。したがって、融着可能な高温状態の真空熱プレス機にセットさせることができるので、短時間で一括積層させることが可能となる。

本発明の具体例として示す多層配線基板の製造方法は、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材に配線パターンと、層間接続部（ビア）とを設けた単一配線基板を複数枚積層して形成される多層配線基板の製造方法において、めっき処理により単一配線基板の配線パターンの表面に酸化防止膜を形成し、層間接続部に導電性材料として導電性粒子若しくは導電性粒子と熱可塑性樹脂とを含む導電性ペーストを充填する。そして、その単一配線基板を複数枚積層して加熱加圧することにより熱融着させ、多層配線基板を得るものである。

また、このような製造方法によって得られる多層配線基板は、めっき処理により表面に酸化防止膜が形成された配線パターンと、導電性材料が充填された層間接続部とを有している。

ここで、めっき処理に用いられ、酸化防止膜となる金属は、金、白金、パラジウムなどの酸化されにくい金属である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態における多層配線基板の製造方法をその工程順に示す断面図である。先ず、図１（ａ）の金属箔１（本例では銅箔）と絶縁基材の熱可塑性樹脂フィルム２（本例では液晶ポリマー（LCP））とを熱融着や接着等により貼着する（図１（ｂ））。そして、金属箔１をエッチングすることにより、配線パターンを形成する（図１（ｃ））。

ここで、熱可塑性樹脂フィルム２には、液晶ポリマー以外にポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリエーテルサルホン（PES）などから１つ又は複数からなる樹脂を用いてもよい。また、金属箔１は、銅以外にアルミニウム、ニッケルなどの導電性を有するものであればよい。

次に、図１（ｄ）に示すように、図１（ｃ）の熱可塑性樹脂フィルム２側から炭酸ガスレーザにより有底ビアホール４を形成する。形成された有底ビアホール４は、炭酸ガスレーザの出力と照射時間を調整して、配線パターン３に穴を開けないようにしている。

ここで、レーザによる有底ビアホール４の形成には、炭酸ガスレーザ以外に固体レーザ（ＹＡＧレーザ、サファイアレーザなど）、気体レーザ（炭酸ガスレーザ、アルゴンイオンレーザ、ヘリウム−ネオンレーザなど）、半導体レーザ、色素レーザ、エキシマレーザ、自由電子レーザなどを用いてもよい。

次に、図１（ｄ）に示す有底ビアホール４が形成された基板を、めっき処理液層に浸漬させることにより、配線パターン表面に酸化防止膜５を形成させる（図１（ｅ））。めっき処理には、電気めっきや無電解めっきなどの方法が用いられる。

ここで、めっき処理に用いられ、酸化防止膜５となる金属は、金、白金、パラジウムなどのような銅と合金化しにくく且つ、酸化されにくい金属である。

次に、図１（ｆ）に示すように、形成された有底ビアホール４に導電性材料６を充填する。導電性材料６充填後、加熱等により溶剤成分を蒸発乾燥させ、単一配線基板が完成する。導電性材料６の充填は、スクリーン印刷機により、有底ビアホール４内に印刷充填する。また、確実にできるのであれば、ディスペンサ等を用いる方法も可能である。

ここで、導電性材料６は、導電性粒子のみであることが好ましいが、取り扱いを良くするために、有機溶剤やバインダ樹脂をごく少量加えてペースト化してもよい。有機溶剤は、ペースト化のために添加するものであり、バインダ樹脂は、金属配線に導電性粒子を密着凝集させたり、導電性粒子同士を凝集させ導電性を向上させるためのものである。しかし、バインダ樹脂自体は不導体であるので、バインダ樹脂は、加えないか、加えてもごく少量であることが望ましい。導電性材料６内に必要以上のバインダ樹脂が含まれていると、接触部に不要な樹脂が入り込んでしまい、接続安定性を確保することができないからである。

導電性粒子は、金、銀、銅、ニッケル、はんだなどや、これらの合金若しくは混合物であることが好ましい。また、バインダ樹脂は、弾性率や熱膨張率が同じであれば好ましく、基材と同じ樹脂の他、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリビニルブチラールなどが用いられる。

図１（ｇ）は、図１（ｆ）の単一配線基板を複数枚重ねて、上下両面から真空熱プレス機により一括積層して多層配線基板を形成したものである。本例では、例えば２８０〜３２０℃の温度に加熱し０．５〜５ＭＰａの圧力で加圧する。これにより、各単一配線基板の熱可塑性樹脂フィルム２は熱融着して一体化するとともに、導電性材料６により層間接続が行われる。

以上ような製造方法によれば、各単一配線基板が熱可塑性樹脂フィルム２で形成されているので、加熱により熱可塑性樹脂フィルム２が軟化し、加圧により各単一配線基板が確実に接続される。

また、真空熱プレス機により一括積層させる際、従来は酸化を防ぐため室温から真空にしておき徐々に温度を上げていく必要があったが、各単一配線基板の配線パターン３表面がめっき処理されているので、融着可能な高温状態での連続プレスが可能となる。したがって、熱融着させる工程を短時間で行うことができ、高い生産性を確保することができる。

また、めっき処理において、一般的に使用されている銅配線に対して、銅と合金化しにくく且つ、酸化されにくい金、白金、パラジウムのような金属を使用すれば、熱融着の際、配線パターンの酸化が生じにくいため、層間の導通を安定的に確保することができる。また、このような金属は、銅と合金化しにくい金属であるため、カーケンダルボイドの発生を防ぎ、信頼性の高い接合を得ることができる。

また、このような製造方法によって、めっき処理により表面に酸化防止膜５が形成された配線パターン３と、導電性材料６が充填されたビア４とを有する多層配線基板が得られる。ここで、酸化防止膜５に配線パターン３と合金化を起こしにくく、且つ、導電性粒子と拡散しやすい金属を用いることにより、高い層間接続性を有する多層配線基板を得ることができる。

なお、上記一実施形態では、めっき処理に用いられ、酸化防止膜５となる金属に金、白金、パラジウムのような酸化されにくい金属を用いたが、熱可塑性樹脂の融着温度より低い温度で酸素が解離する金属を用いることも可能である。例えば、酸素解離温度が約１６０℃である銀を用いれば、ＬＣＰ、ＰＥＥＫ、ＰＥＩ、ＰＥＳなどの熱可塑性樹脂の融着温度より低い温度で酸素が解離するので、融着前に銀が酸化したとしても、融着させる時には酸素が脱離した状態であるため、層間の導通を安定的に確保することができる。また、銀も銅と合金化しにくい金属であるため、カーケンダルボイドの発生を防ぎ、信頼性の高い接合を得ることができる。

本実施形態における多層配線基板の製造方法をその工程順に示す断面図である。

符号の説明

１ 金属箔、 ２ 熱可塑性樹脂フィルム、 ３ 配線パターン、 ４ ビアホール、 ５ 酸化防止膜、 ６ 導電性材料、 ７ 導電性粒子

Claims (7)

1. 熱可塑性樹脂からなる絶縁基材に配線パターンと、層間接続部とを設けた単一配線基板が複数枚積層されたものであって、上記複数枚の単一配線基板を加熱加圧することにより他の単一配線基板と融着して形成された多層配線基板において、
   上記配線パターンには、めっき処理により表面に酸化防止膜が形成されており、
   上記層間接続部には、導電性材料が充填されていることを特徴とする多層配線基板。
2. 上記酸化防止膜は、融着する際の加熱温度以下で酸化しにくい金属からなることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
3. 上記配線パターンの材料は、銅であって、
   上記酸化防止膜は、金、白金及びパラジウムからなる群から選択された１以上の金属を含むものであることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
4. 上記酸化防止膜は、融着する際の加熱温度未満の温度で酸素を解離する金属からなることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
5. 上記配線パターンの材料は、銅であって、
   上記酸化防止膜は、銀であることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
6. 熱可塑性樹脂からなる絶縁基材に配線パターンと、層間接続部とを設けた単一配線基板を複数枚積層して形成される多層配線基板の製造方法において、
   上記配線パターンの反対側から基板の厚み方向に配線パターンに達する有底ビアホールを形成する工程と、
   上記配線パターン表面及び上記有底ビアホール底面をめっき処理する工程と、
   上記めっき処理されたビアホールに導電性材料を充填して単一配線基板を作製する工程と、
   複数の該単一配線基板を加熱加圧することにより他の単一配線基板と融着させる工程と
   を有することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
7. 上記配線パターンの材料は、銅であって、
   上記酸化防止膜は、銀、金、白金及びパラジウムからなる群から選択された１以上の金属を含むものであることを特徴とする請求項６記載の多層配線基板の製造方法。
   

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