JP2005197574A - 多層配線板用基材およびその製造方法、多層配線板の製作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性ナノペーストを用いたＩＶＨにおいて、高い信頼性のＩＶＨ層間接続が得られ、高歩留まりの高密度多層配線板を得ること。
【解決手段】 層間導通用にあけられたビアホール（穴２３）の一方の側から当該ビアホール内に未硬化の導電性ナノペースト２４を充填し、ホットプレート５０等を用いてビアホールの他方の側からビアホール内に充填した導電性ナノペースト２４を硬化させ、この硬化による導電性ナノペースト２４の体積収縮分を補うように、ビアホールの一方の側からビアホール内に未硬化の導電性ナノペースト２４を、少なくとも１回、追加充填する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、多層配線板用基材およびその製造方法、多層配線板に関するもので、特に、導電ペーストによるＩＶＨ多層配線板用基材およびその製造方法、ＩＶＨ多層配線板の製作方法に関する。

多層配線板として、各多層配線板用基材毎にビアホール（バイアホール）としとてあれられた貫通孔もしくは非貫通孔に、樹脂中に金属フィラーを分散させた導電性ペーストが充填され、導電性ペーストによるＩＶＨ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）によって層間導通（基板表裏導通）を行うビア・オン・ビアが可能な多層配線板が発表されている（たとえば、特許文献１、２）。

ＩＶＨ多層配線板は、絶縁性基材の片面に銅箔等による導体回路を形成した片面プリント基板の導体回路とは反対側に、接着剤層を形成し、絶縁性基材と接着剤層を貫通した穴（ビアホール）を形成し、この穴に導電性ペーストを充填し、このようにして作成した片面回路基板（多層配線板用基材）を複数枚重ね合わせてプレスすることによって多層化したものである。

また、基板にあけられたビアホールに充填する導電性ペーストとして、導電性ナノペーストを用いた多層配線板がある（たとえば、特許文献３）。導電性ナノペーストは、平均粒径が１〜１００ｎｍである金属微粒子が、その表面を、当該金属微粒子に含まれる金属元素と配位可能な有機化合物で被覆されて液体中に安定に分散したペースト組成物であり、導電性ナノペーストを２５０℃以下の温度で焼結することにより得られる導通部を、配線板表裏面間を結ぶ方向の導通用孔部に形成する。

これらのＩＶＨを有する多層配線板は、スルーホール型多層配線板に比べて、配線自由度が高く、配線の高密度化が可能である。導電性ペーストを充填させた後、硬化させてＩＶＨを形成する方法は、めっきによってＩＶＨを形成するものと比較して工程が簡単であり、多層配線板を高い歩留まりで、効率よく製造できる。

また、導電性ナノペーストを充填させた後、硬化させてＩＶＨを形成する方法は金属結合により導通を保つため、金属フィラーの接触により導通を保つ樹脂中に金属フィラーを分散させた導電性ペーストと比較して信頼性の高い多層配線板を得ることができる。

しかしながら、樹脂中にμｍサイズの金属フィラーを分散させたポリマ型の導電性ペーストによるＩＶＨは、比抵抗が高く、導電性ペーストと銅箔等による回路パターンとの安定した低抵抗による導通状態を得ることが難しい。

これに対し、ｎｍサイズの金属フィラーを溶剤成分中に分散させた導電性ナノペーストは、２００℃程度の低温で金属フィラー同士が融着し、比抵抗が低いＩＶＨを構成できるが、硬化時にペーストの溶剤成分が飛散し、硬化後の体積が減少する。このため、導電性ナノペーストによるＩＶＨは、導電性ナノペースト硬化時の体積減少分の空洞がＩＶＨ内部に生じる。この問題により、導電性ナノペーストによるＩＶＨは、導通接続性に関して信頼性に欠ける。

図５（ａ）、（ｂ）は、絶縁性基材１０１にあけられたビアホール１０２に導電性ナノペースト１０３を充填し、導電性ナノペースト１０３を硬化、焼結して得たＩＶＨの断面を模式的に示したものである。なお、図５（ａ）、（ｂ）において、１０４は銅箔等による回路パターン部（導電性パターン部）を示している。

導電性ナノペースト１０３が、硬化、焼結する際に、溶剤成分が飛散し、絶縁性基材１０１の濡れ性が悪い場合には、導電性ナノペースト１０３は、図５（ａ）のように、体積減少を生じて凸形に硬化し、絶縁性基材表面１０１Ａに対してＩＶＨ深さ方向に空間Ｈができる。これに対し。絶縁性基材１０１の濡れ性がよい場合には、導電性ナノペースト１０３は、図５（ｂ）のように、ビアホール１０２の側壁に付着し、体積減少を生じて凹形に硬化し、やはり、絶縁性基材表面１０１Ａに対してＩＶＨ深さ方向に空間Ｈができる。

このことに対し、図６に示されているように、ビアホール１０２に充填された１回目の導電性ナノペースト１０３Ａを硬化させたのち、そのビアホール１０２に対して２回目の導電性ナノペースト１０３Ｂの充填を行い、２回目の導電性ナノペースト充填によって１回目の導電性ナノペースト１０３Ａの硬化による体積減少を補い、ＩＶＨ内部に空間Ｈが発生することを避けることが考えられる。しかし、この場合には、１回目に充填、硬化させた導体バルク（導電性ナノペースト１０３Ａ）に対して２回目に充填、硬化させた導体バルク（導電性ナノペースト１０３Ｂ）は金属結合されず、この部分では接触のみにより導通を得ることになる。このため、ＩＶＨの導通抵抗が高くなり、導電性ナノペーストの特性を活かされなくなる。
特開平９−８２８３５号公報 特開２００２−３５３６２１号公報 特開２００２−２９９８３３号公報

この発明が解決しようとする課題は、導電性ナノペーストを用いたＩＶＨにおいて、高い信頼性のＩＶＨ層間接続が得られ、高歩留まりの高密度多層配線板を得ることである。

この発明による多層配線板用基材の製造方法は、層間導通用にあけられたビアホールの一方の側から当該ビアホール内に未硬化の導電ペーストを充填し、前記ビアホールの他方の側から前記ビアホール内に充填した前記導電ペーストを硬化させ、この硬化による前記導電ペーストの体積収縮分を補うように、前記ビアホールの一方の側から当該ビアホール内に未硬化の導電ペーストを、少なくとも１回、追加充填する。

この発明による多層配線板用基材の製造方法は、前記ビアホールに導電性ペーストを充填する充填速度より遅い硬化速度で前記導電性ナノペーストを硬化させ、前記ビアホール内に充填した前記導電ペーストの充填側が完全硬化する以前に、前記導電ペーストの追加充填を行う。

この発明による多層配線板用基材の製造方法は、前記導電ペーストとして、熱硬化型や、紫外線硬化型等、光硬化型の導電性ナノペーストを用いる。

導電性ナノペーストとして熱硬化型の導電性ナノペーストを使用した場合には、導電性ナノペーストを充填する側とは逆方向から加熱によって前記導電性ナノペーストを硬化させる。さらに、ビアホールにおける温度勾配を大きくするために、前記導電性ナノペーストを充填する側と同じ側を冷却してもよい。

また、前記導電ナノペーストとして光硬化型の導電性ナノペーストを使用する場合には、導電性ナノペーストを充填する側とは逆方向から光線を照射することによって前記導電性ナノペーストを硬化させる。

この発明による多層配線板用基材は、上述の発明による製造方法により製造された多層配線板用基材である。

この発明によるによる多層配線板の製作方法は、上述の発明による製造方法によって製造された少なくとも１枚の多層配線板用基材、他の多層配線板用基材とを積層し、その積層体を加熱加圧して多層配線板を製作する。

この発明によれば、ビアホールに対する導電ペーストの充填側とは反対側から、方向性をもって導電ペーストを硬化させるから、ビアホール内に既に充填された先の導電ペーストの充填側が完全硬化する以前に、導電ペーストの追加充填を行うことができ、先に充填された導電ペーストとつぎに充填された導電ペーストとが硬化境界面を有する層状ではなく、すべての金属成分が金属結合したＩＶＨを形成することができる。

これにより、空洞欠陥がなく、導通抵抗が低いＩＶＨを構成でき、高い信頼性のＩＶＨ層間接続が得られ、高歩留まりの高密度多層配線板を得ることができる。

本発明の実施形態を以下に示す。

図１（ａ）〜（ｅ）、図２（ｆ）〜（ｈ）は本発明による多層配線板用基材の製造方法の一つの実施形態を模式的に示している。

図１（ａ）に示されているように、先ず、片面に導電性金属層１２を設けた絶縁性基材１１として、汎用の片面銅張りポリイミド基材１０を用意する。

これは、基板の耐熱性、誘電特性を考慮し、絶縁性基材１１としてポリイミドを選んだもので、もちろん、ガラスクロス、ガラスマット、合成繊維などの基材と熱硬化性樹脂からなる銅張りフェノール基板、銅張り紙エポキシ基板、銅張り紙ポリエステル基板、銅張りガラスエポキシ基板、銅張りガラスポリイミド基板などを使用してもよい。

また、基材を組み合わせない形として、銅張りポリエステル基板、銅張りポリエーテルイミド基板、銅張り液晶ポリマー基板などを使用してもよい。

片面銅張りポリイミド基材１０の銅箔面にエッチングレジストをラミネートし、配線パターンを露光、現像した。その後、塩化第２銅浴にて露出している銅をエッチングする。次いで、エッチングレジストを除去し、図１（ｂ）に示されているように、絶縁性基材１１の片面に銅箔による回路パターン部２１を有する片面回路基板（片面プリント配線板）２０とする。

次に、図１（ｃ）に示されているように、片面回路基板２０のポリイミド側（絶縁性基材１１側）に、接着層２２として熱可塑性ポリイミドを熱プレス機によって、貼り合わせる。

接着層２２としては、熱可塑性ポリイミドの他に、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、キシレン樹脂もしくはこれらの２種類以上の混合樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、液晶ポリマー、ポリアミド樹脂なども使用することができる。

次に、図１（ｄ）に示されているように、層間接続したい任意の位置に、接着層２２側からレーザを照射し、接着層２２と絶縁性基材１１のみを貫通して銅箔（回路パターン部２１）に接する穴（ビアホール）２３を形成する。

次に、図１（ｅ）に示されているように、接着層２２に印刷マスク５１を載せ、回路パターン部２１側からホットプレート５０を用いて、１８０℃程度で加熱しながら、未硬化の導電性ナノペースト２４として熱硬化性の銀ナノペーストを、スキージ板５２を用いた印刷法により印刷マスク５１の側から穴２３の全体に充填させる。

これにより、穴２３に充填された導電性ナノペースト２４は、回路パターン部２１の側から印刷マスク５１の側へ方向性をもって硬化する。なお、図において、符号ａは焼結硬化した導電性ナノペーストを、符号ｂは未硬化の導電性ナノペーストを各々示す。

導電性ナノペースト２４を方向性をもって硬化させる方法は、ホットプレート５０により回路パターン部２１の側を加熱する方法だけではなく、誘導コイルなどにより銅箔（回路パターン部２１）のみを誘導加熱する方法でもよい。

このとき、穴２３に充填された導電性ナノペースト２４が印刷中に全て硬化しないように、導電性ナノペースト２４を印刷、充填する側から冷却した窒素ガス５２を吹き付けるなどの方法で、基板厚さ方向に大きい温度勾配を持たせることが望ましい。冷却する方法としては、冷却した窒素ガスを吹き付ける方法だけではなく、印刷マスク５１を冷却する方法でもよい。

導電性ナノペースト２４は、銀ナノペーストだけではなく、金、銅、白金、パラジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、鉄、錫、亜鉛、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、タンタル、タングステン、インジウム、珪素の中で少なくとも１種類の金属微粒子、もしくは２種類以上の金属からなる合金の微粒子が、その表面を当該金属微粒子に含まれる金属元素と配位可能な有機化合物で被覆されて液体中に安定に分散した形態のペーストでもよい。

次に、図２（ｆ）、（ｇ）に示されているように、上述の１回目の充填による穴２３内の導電性ナノペースト２４の充填側（印刷マスク５１の側）が完全硬化する以前に、スキージ板５２を用いた印刷法により印刷マスク５１の側から穴２３の全体に充填させる導電性ナノペースト２４を追加充填する。

この穴２３に対する導電性ナノペースト２４に充填する充填速度は、１回目の充填による穴２３内の導電性ナノペースト２４の充填側（印刷マスク５１の側）が完全硬化する以前に、導電性ナノペースト２４が追加充填されるよう、穴２３内の導電性ナノペースト２４の硬化速度より速い速度で行う。

換言すると、穴２３に導電性ナノペースト２４を充填する充填速度より遅い硬化速度で導電性ナノペースト２４を硬化させる。

これにより、穴（ビアホール）２３内に既に充填された先の導電性ナノペースト２４の充填側が完全硬化する以前に、導電性ナノペースト２４の追加充填を行うことができ、図２（ｈ）に示されているように、先に充填された導電性ナノペースト２４とつぎに充填された導電性ナノペースト２４とが硬化境界面を有する層状ではなく、硬化した導電性ナノペースト２４による導体バルク２６のすべての金属成分が金属結合したＩＶＨが形成される。これにより、空洞欠陥がなく、導通抵抗が低いＩＶＨが構成される。

この実施形態では、印刷後に硬化する分の導電性ナノペースト２４の体積収縮により、接着層面２２Ａに対して導体バルクに凹みができることのないように、導電性ナノペースト２４の印刷は、図示されているように、印刷マスク５１を介して行い、図２（ｈ）に示されているように、印刷マスク５１を取り外した状態では、硬化した導電性ナノペースト２４による導体バルク２６を接着層面２２Ａに対して高さ１０μｍ程度の突起２６Ａを形成させた。

なお、導電性ナノペースト２４の追加充填の回数は、１回だけでなく、空洞ができないＩＶＨ形成のために、必要に応じて、２回、３回と、複数回、繰り返し行われてもよい。

また、導電性ナノペースト２４の印刷、充填には、メタルマスクを用いた印刷法やマスキングフイルムを用いた印刷法や、ディスペンサーまたはインクジェットによる充填法も適用できる。

図３（ａ）に示されているように、こうして得られた片面回路基板３０を複数枚用意し、一番下に回路形成のみを行った片面回路基板４０を配置し、導体バルク突起部２６Ａが下に向くように並べて、位置合わせ積層する。

図３（ｂ）に示されているように、その後、位置合わせ積層した複数枚の片面回路基板３０、４０を熱プレス機にて加熱加圧する。

これにより、接着層２２によって貼り合わせられたＩＶＨによる多層配線板４５が得られる。この多層配線板４５では、硬化した導電性ナノペースト２４による導体バルク２６と銅箔による回路パターン部材２１との導通接続は、単なる接触でなく、導体バルク２６の金属成分が回路パターン部材２１に融着することにより行われる。

これにより、ＩＶＨの導体バルク２６と銅箔による回路パターン部材２１とが安定した低抵抗による導通状態になり、空洞欠陥がなく、導通抵抗が低い、高い信頼性のＩＶＨ層間接続が得られ、高歩留まりの高密度多層配線板を得ることができる。

この発明で用いられる導電性ナノペーストとしては、熱硬化型のものに限られることはなく、紫外線硬化型等の光硬化型の導電性ナノペースト、つまり、感光性の導電性ナノペーストを用いることもできる。

図５は紫外線硬化型の導電性ナノペースト２５を用いた実施形態を示している。この場合には、穴２３は、接着層２２、絶縁性基材１１、回路パターン部２１を貫通する貫通孔として穴あけを行い、回路パターン部２１の側から、穴２３の導電性ナノペースト２５に紫外線５４を照射し、導電性ナノペースト２５は、回路パターン部２１の側から印刷マスク５１の側へ方向性をもって硬化させる。

そして、前述の実施形態と同様に、１回目の充填による穴２３内の導電性ナノペースト２５の充填側（印刷マスク５１の側）が完全硬化する以前に、スキージ板５２を用いた印刷法により印刷マスク５１の側から穴２３の全体に充填させる導電性ナノペースト２５を追加充填する。

これにより、この実施形態でも、先に充填された導電性ナノペースト２５とつぎに充填された導電性ナノペースト２５とが硬化境界面を有する層状ではなく、硬化した導電性ナノペースト２５による導体バルクのすべての金属成分が金属結合し、空洞欠陥がなく、導通抵抗が低いＩＶＨが構成される。

（ａ）〜（ｅ）は本発明による多層配線板用基材の製造方法の一つの実施形態の前半の工程を模式的に示す工程図である。 （ｆ）〜（ｈ）は本発明による多層配線板用基材の製造方法の一つの実施形態の後半の工程を模式的に示す工程図である。 （ａ）、（ｂ）はおよびそれを用いた本発明による多層配線板の製造方法の一つの実施形態の工程を模式的に示す工程図である。 本発明による多層配線板用基材の製造方法の他の実施形態の工程を模式的に示す工程図である。 （ａ）、（ｂ）は各々導電性ナノペーストの硬化状態を示す説明図である。 追加充填された導電性ナノペーストによるＩＶＨ構造を示す説明図である。

符号の説明

１０ 片面銅張りポリイミド基材
１１ 絶縁性基材
１２ 導電性金属層
２０ 片面回路基板
２１ 回路パターン部
２２ 接着層
２３ 穴（ビアホール）
２４ 導電性ナノペースト
ａ 焼結硬化した導電性ナノペースト
ｂ 未硬化の導電性ナノペースト
２５ 導電性ナノペースト
３０、４０ 片面回路基板
４５ 多層配線板
５０ ホットプレート
５１ 印刷用マスク
５２ スキージ板
５３ 冷却した窒素ガス
５４ 紫外線

Claims (8)

1. 層間導通用にあけられたビアホールの一方の側から当該ビアホール内に未硬化の導電ペーストを充填し、前記ビアホールの他方の側から前記ビアホール内に充填した前記導電ペーストを硬化させ、この硬化による前記導電ペーストの体積収縮分を補うように、前記ビアホールの一方の側から当該ビアホール内に未硬化の導電ペーストを、少なくとも１回、追加充填する多層配線板用基材の製造方法。
2. 前記ビアホールに導電性ペーストを充填する充填速度より遅い硬化速度で前記導電性ナノペーストを硬化させ、前記ビアホール内に充填した前記導電ペーストの充填側が完全硬化する以前に、前記導電ペーストの追加充填を行う請求項１記載の多層配線板用基材の製造方法。
3. 前記導電ペーストとして導電性ナノペーストを用いる請求項１または２記載の多層配線板用基材の製造方法。
4. 前記導電性ナノペーストとして熱硬化型の導電性ナノペーストを使用し、導電性ナノペーストを充填する側とは逆方向から加熱によって前記導電性ナノペーストを硬化させる請求項３記載の多層配線板用基材の製造方法。
5. 前記導電性ナノペーストを充填する側と同じ側を冷却する請求項４記載の多層配線板用基材の製造方法。
6. 前記導電ナノペーストとして光硬化型の導電性ナノペーストを使用し、導電性ナノペーストを充填する側とは逆方向から光線を照射することによって前記導電性ナノペーストを硬化させる請求項３記載の多層配線板用基材の製造方法。
7. 請求項１〜６の何れか１項記載の製造方法により製造された多層配線板用基材。
8. 請求項１〜６の何れか１項記載の製造方法によって製造された少なくとも１枚の多層配線板用基材と、他の多層配線板用基材とを積層し、その積層体を加熱加圧して多層配線板を製作する多層配線板の製作方法。
   

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