JP2005203667A - 多層配線板および多層配線板における層間導通用ビアの形成方法および多層配線板用基材 - Google Patents

Abstract

【課題】金属ナノ粒子導電性ペーストによるＩＶＨにおいて、ＩＶＨ内部に空洞が生じることを回避し、層間導通部の低抵抗化と信頼性が高い導通接続性を両立すること。
【解決手段】未硬化の金属ナノ粒子導電性ペースト１９を充填されたビアホール１８内に金属バンプ１６を挿入しながら金属ナノ粒子導電性ペースト１９を硬化させ、金属ナノ粒子導電性ペースト１９の硬化に伴う体積収縮を金属バンプ１６の埋め込みで補う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、多層配線板および多層配線板における層間導通用ビアの形成方法および多層配線板用基材に関し、特に、粒径の小さい金属粒子を含む導電性ペーストを用いて層間導通をとる多層配線板および多層配線板における層間導通用ビアの形成方法および多層配線板用基材に関するものである。

近年、携帯電話やパソコンなどの各種電子機器の小型化、軽量化、高性能化がが進み、回路の微細化、高密度化が要求されている。

このことに鑑み、多層配線板として、各多層配線板用基材毎にあけられたビアホールに、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、導電性ペーストを導体とするによる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）。

また、松下グループのＡＬＩＶＨ（Ａｎｙ Ｌａｙｅｒ ｌｎｔｅｒｓｔｉｔｉａ１ Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）基板や、東芝グループのＢ２ｉｔ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｂｕｍｐ ｌｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）に代表される導電性樹脂（導電性ペースト）を用いた多層配線板が実用化され、多層配線板の用途が急速に拡大している（例えば、特許文献１、非特許文献１）。

このような基板に用いられる導電性ペーストも、さらなる高機能化に対応するために盛んに研究され、金属ナノ粒子の導電性ペーストを用いた多層配線板も開発されている（たとえば、特許文献３）。

金属ナノ粒子導電性ペーストは、金属ナノ粒子の表面活性が高いために通常より低温で粒子同士が焼結する利点があり、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ポリマー型の導電性ペーストと比較して層間導通部の低抵抗化を図ることができ、信頼性の高い多層配線板を得ることができる。

しかし、金属ナノ粒子導電性ペーストは、焼結後の体積収縮が著しく、硬化後の状態ではＩＶＨ中を金属ナノ粒子導電性ペーストで完全に満たすことができず、ＩＶＨ内部に、体積収縮分の空洞が生じる。このことにより、金属ナノ粒子導電性ペーストによるＩＶＨは、導通接続性に関して信頼性に欠けると云う問題がある。
特開平６−２６８３４５号公報 特開２００２−３５３６２１号公報 特開２００２−２９９８３３号公報 高木清著「ビルドアップ多層プリント基板配線板技術」日刊工業新聞社出版、２００１年６月１５日、初版２刷、７７頁〜７９頁。

この発明が解決しようとする課題は、金属ナノ粒子導電性ペーストによるＩＶＨにおいて、ＩＶＨ内部に空洞が生じることを回避し、層間導通部の低抵抗化と信頼性が高い導通接続性を両立することである。

この発明による多層配線板における層間導通用ビアの形成方法は、複数枚の多層配線板用基材を積層接合してなる多層配線板における層間導通用ビアの形成方法において、硬化収縮する未硬化状態の導電性ペーストを多層配線板用基材に形成されたビアホールに埋め込む工程と、前記ビアホール内に金属バンプを挿入しながら前記導電性ペーストを硬化させる工程とを含む。

前記導電性ペーストとしては、平均粒径が１〜１００ｎｍ程度の金属ナノ粒子を含む金属ナノ粒子導電性ペーストを用いることができる。

この発明による多層配線板における層間導通用ビアの形成方法は、前記金属バンプが、ビアホールに導電性ペーストを埋め込まれた多層配線板用基材と隣接する他の多層配線板用基材に形成され、複数枚の多層配線板用基材を加圧しながら積層接合する多層化工程において前記金属バンプを前記ビアホール内に挿入する。

また、この発明による多層配線板における層間導通用ビアの形成方法は、前記金属バンプが、ビアホールに導電性ペーストを埋め込まれた多層配線板用基材の一方の面に貼り合わせられる金属箔に形成され、金属箔を前記多層配線板用基材に貼り合わせる工程において前記金属バンプを前記ビアホール内に挿入する。

この発明による多層配線板における層間導通用ビアの形成方法は、前記金属バンプを加熱し、当該金属バンプの熱によって前記導電性ペーストを加熱硬化させる。

この発明による多層配線板用基材は、絶縁性基材の一方の面に導電層を形成され、前記絶縁性基材にあけられたビアホールに硬化収縮する未硬化状態の導電性ペーストを充填され、前記導電層上に金属バンプが形成されている。

また、この発明による多層配線板用基材は、絶縁性基材にあけられたビアホールに硬化収縮する導電性ペーストを充填され、絶縁性基材の一方の面に金属バンプを形成された金属箔が、前記絶縁性基材の他方の面にもう一枚の金属箔が各々貼り合わせられ、前記金属バンプが前記ビアホールに挿入されている。

この発明による多層配線板は、上述の発明による多層配線板用基材を含むものである。

この発明によれば、ビアホール内に金属バンプを挿入しながらビアホール内の導電性ペーストを硬化させるから、導電性ペーストの硬化過程で導電性ペーストの体積が収縮していくが、収縮した体積分だけ金属バンプがそれを補いながらビアホール内に埋め込まれる。

これにより、金属ナノ粒子導電性ペーストのように、硬化過程での体積収縮が大きい導電性ペーストを層間導通用の導体として用いても、ＩＶＨ内部に空洞が生じることがなく、金属ナノ粒子導電性ペーストの特性を活かした層間導通部の低抵抗化と信頼性が高い導通接続性とが図られる。

本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１（ａ）〜（ｆ）、図２（ａ）、（ｂ）は本発明による多層配線板および多層配線板における層間導通用ビアの形成方法および多層配線板用基材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（銅箔）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（ＣＣＬ）１０を用意する。

ここで使用するＣＣＬには、ポリイミド等の絶縁樹脂と導体箔とを接着剤を用いて接着したタイプ、銅箔上にポリイミドの前駆体を塗布して加熱焼成したタイプやポリイミドフィルム上に金属膜を蒸着したタイプ、蒸着した金属膜をシード層として鍍金により銅を成長させたタイプがある。

まず、ロールラミネーターを用いて銅箔１２の表面にレジストフィルム（図示省略）を熱圧着し、パターンを露光、現像してレジストマスクパターン（図示省略）を形成した後、塩化第二鉄を主成分とするエッチング液を用いて銅のケミカルエッチングを行い、図１（ｂ）に示されているように、銅回路部１３を形成する。

次に、図１（ｃ）に示されているように、銅回路部１３にレジストフィルムをラミネートし、銅回路部１３のうち、ＩＶＨと導通をとるランド部１３Ａ上に開口部１５を有するめっきレジスト層１４を形成する。

次に、図１（ｄ）に示されているように、めっきによって開口部１５、つまりランド部１３Ａ上に円柱状の金属バンプ１６を形成する。この金属バンプ１６の体積は、後述のビアホール１８に充填する金属ナノ粒子導電性ペースト１９の硬化過程での金属ナノ粒子導電性ペースト１９の体積収縮量と同じ値にする。

金属バンプ１６の作成方法としては、他に、マスクを使用した印刷法により作成する方法や、金属箔をラミネートしたのちにエッチングを施して形成する方法を用いることもできる。金属バンプ１６の形状は、円柱状以外に、円錐形、切頭円錐形等、作成方法に応じて任意の形状にすることができる。

金属バンプ１６は、めっきによる場合には、銅によって形成されることになるが、印刷法による作成の場合には、金属ナノ粒子導電性ペースト１９と同じ材料で形成することができる。

次に、レジストフィルムによるめっきレジスト層１４を剥離し、その後、ポリイミドフィルム側、つまり絶縁性基材１１側に、熱可塑性ポリイミドフィルム等をラミネートにして層間接着剤層１７を形成する。

この後に、図１（ｄ）に示されているように、ビアホール穿孔工程として、層間接着剤層１７の側にＹＡＧレーザ等を照射し、レーザ穴あけ加工によって層間接着剤層１７と絶縁性基材１１とを貫通して銅回路部１３の裏面に至るビアホール１８を形成する。

穴あけ用のレーザとしては、ＹＡＧレーザ以外に、Ｃ０_２レーザやエキシマレーザを用いることもできる。

次に、図１（ｆ）に示されているように、樹脂ペースト充填工程として、層間接着剤層１７の側からスキージを用いたスクリーン印刷法等によって未硬化の金属ナノ粒子導電性ペースト１９をビアホール１８の全体に穴埋め充填する。

これにより、絶縁性基材１１の一方の面に銅回路部（導電層）１３を形成され、絶縁性基材１１にあけられたビアホール１８に硬化収縮する未硬化状態の導電性ペースト、つまり金属ナノ粒子導電性ペースト１９を充填され、銅回路部１３の各ランド部１３Ａ上に金属バンプ１９が形成された一枚の多層配線板用基材２０が完成する。

金属ナノ粒子導電性ペースト１９は、銀、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あり、金属微粒子（合金微粒子）の平均粒径が１〜１００ｎｍ程度のナノサイズで、２５０℃以下で焼結可能なものである。

つぎに、図２（ａ）に示されているように、複数枚の多層配線板用基材２０、３０、４０を位置合わせした後、金属バンプ１６を対応するビアホール１８の金属ナノ粒子導電性ペースト１９内に埋め込むようにして、一括で加圧、加熱しながら積層する。

これにより、加熱された金属バンプ１６の熱によってビアホール１８内の金属ナノ粒子導電性ペースト１９が焼結硬化され、焼結硬化の進行に伴い金属ナノ粒子導電性ペースト１９が収縮する体積分を補うように金属バンプ１６がビアホール１８内に埋め込まれる。

金属ナノ粒子導電性ペースト１９は硬化過程で収縮していくので、金属バンプ１６をビアホール１８に埋め込んでも、金属ナノ粒子導電性ペースト１９がビアホール１８よりあふれることはなく、あらかじめ適切な大きさに金属バンプ１６が設定されていることにより、焼結後も空隙なくビアホール１８内を金属ナノ粒子導電性ペースト１９と金属バンプ１６とで埋めることができる。

金属バンプ１６が金属ナノ粒子導電性ペースト１９と同じ材料により構成されていると、ビアホール１８は、同一材料による金属ナノ粒子導電性ペースト１９と金属バンプ１６とで埋められ、異質金属による電位差を生じることがない。

なお、最下層の多層配線板用基材３０はビアホール１８なしのものを、最上層の多層配線板用基材４０は金属バンプ１６なしのものを用いる。

上述の一括加圧加熱により、図２（ｂ）に示されているように、多層配線板用基材２０、３０、４０が層間接着剤層１７によって貼り合わせられ、金属ナノ粒子導電性ペースト１９を層間導通用の導体としたＩＶＨによる多層配線板５０が完成する。

これにより、ＶＨ内部に空洞が生じることがなく、金属ナノ粒子導電性ペースト１９の特性を活かした層間導通部の低抵抗化と信頼性が高い導通接続性とを図られた高品質の多層配線板５０が得られる。

図３（ａ）〜（ｇ）は本発明による多層配線板および多層配線板における層間導通用ビアの形成方法および多層配線板用基材の他の実施形態を模式的に示している。

この実施形態は、ビルドアップ方式のものであり、図３（ａ）に示されているように、エポキシシート等による絶縁性基材６１に貫通孔（ビアホール）６２をあけ、図３（ｂ）に示されているように、貫通孔６２に未硬化の金属ナノ粒子導電性ペースト１９を穴埋め充填する。

つぎに、図３（ｃ）に示されているように、各貫通孔６２に対応する位置に金属バンプ６３を形成された金属箔６４を絶縁性基材６１の一方の面に位置合わせし、絶縁性基材６１の他方の面にもう一枚の金属箔６５を配置し、図３（ｄ）に示されているように、これらを、加圧、加熱しながら、金属バンプ６３を対応する貫通孔６２の金属ナノ粒子導電性ペースト１９内に埋め込むようにして、絶縁性基材６１の両面に貼り合わせる。

これにより、加熱された金属バンプ６３の熱によって貫通孔６２内の金属ナノ粒子導電性ペースト１９が焼結硬化され、焼結硬化の進行に伴い金属ナノ粒子導電性ペースト１９が収縮する体積分を補うように金属バンプ６３が貫通孔６２内に埋め込まれる。

金属ナノ粒子導電性ペースト１９は硬化過程で収縮していくので、金属バンプ６３を貫通孔６２に埋め込んでも、金属ナノ粒子導電性ペースト１９が貫通孔６２よりあふれることはなく、あらかじめ適切な大きさに金属バンプ６３が設定されていることにより、焼結後も空隙なく貫通孔６２内を金属ナノ粒子導電性ペースト１９と金属バンプ６３とで埋めることができる。

つぎに、図３（ｅ）に示されているように、金属箔６４、６５をエッチングし、絶縁性基材６１の両面に導体回路部６６、６７を形成する。これにより、一枚の多層配線板用基材７０が完成する。

つぎに、図３（ｆ）に示されているように、多層配線板用基材７０の一方の面に、貫通孔８２内に未硬化の金属ナノ粒子導電性ペースト１９を充填された絶縁性基材８１と、各貫通孔８２に対応する位置に金属バンプ８３を形成された金属箔８４を位置合わせし、多層配線板用基材７０の他方の面に、貫通孔９２内に未硬化の金属ナノ粒子導電性ペースト１９を充填された絶縁性基材９１と、各貫通孔９２に対応する位置に金属バンプ９３を形成された金属箔９４を位置合わせし、金属バンプ８３を対応する貫通孔８２の金属ナノ粒子導電性ペースト１９内に、金属バンプ９３を対応する貫通孔９２の金属ナノ粒子導電性ペースト１９内に各々埋め込むようにして加圧、加熱しながら積層する。

これにより、図３（ｇ）に示されているように、加熱された金属バンプ８３、９３の熱によって貫通孔８２、９２内の金属ナノ粒子導電性ペースト１９が焼結硬化され、焼結硬化の進行に伴い金属ナノ粒子導電性ペースト１９が収縮する体積分を補うように金属バンプ８３、９３が貫通孔８２、９２内に埋め込まれる。

この場合も、金属ナノ粒子導電性ペースト１９は硬化過程で収縮していくので、金属バンプ８３、９３を貫通孔８２、９２に埋め込んでも、金属ナノ粒子導電性ペースト１９が貫通孔８２、９２よりあふれることはなく、あらかじめ適切な大きさに金属バンプ８３、９３が設定されていることにより、焼結後も空隙なく貫通孔８２、９２内を金属ナノ粒子導電性ペースト１９と金属バンプ８３、９３とで埋めることができる。

その後、金属箔８４、９４をエッチングし、導体回路部８５、９５を形成することにより、多層配線板１００が完成する。

これにより、ＩＶＨ内部に空洞が生じることがなく、金属ナノ粒子導電性ペースト１９の特性を活かした層間導通部の低抵抗化と信頼性が高い導通接続性とを図られた高品質の多層配線板１００が得られる。

（ａ）〜（ｆ）は本発明による多層配線板における層間導通用ビアの形成方法および多層配線板用基材の一つの実施形態を模式的に示す工程図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明による多層配線板および多層配線板における層間導通用ビアの形成方法の一つの実施形態を模式的に示す工程図である。 （ａ）〜（ｇ）は本発明による多層配線板における層間導通用ビアの形成方法および多層配線板用基材の他の実施形態を模式的に示す工程図である。

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
１３ 銅回路部
１６ 金属バンプ
１７ 層間接着剤層
１８ ビアホール
１９ 金属ナノ粒子導電性ペースト
２０、３０、４０ 多層配線板用基材
５０ 多層配線板
６１ 絶縁性基材
６２ 貫通孔
６３ 金属バンプ
６４、６５ 金属箔
６６、６７ 導体回路部
７０ 多層配線板
８１ 絶縁性基材
８２ 貫通孔
８３ 金属バンプ
８４ 金属箔
８５ 導体回路部
９１ 絶縁性基材
９２ 貫通孔
９３ 金属バンプ
９４ 金属箔
９５ 導体回路部
１００ 多層配線板

Claims (8)

1. 複数枚の多層配線板用基材を積層接合してなる多層配線板における層間導通用ビアの形成方法において、
   硬化収縮する未硬化状態の導電性ペーストを多層配線板用基材に形成されたビアホールに埋め込む工程と、
   前記ビアホール内に金属バンプを挿入しながら前記導電性ペーストを硬化させる工程と、
   を含む層間導通用ビアの形成方法。
2. 前記導電性ペーストとして金属ナノ粒子を含む金属ナノ粒子導電性ペーストを用いる請求項１記載の層間導通用ビアの形成方法。
3. 前記金属バンプは、ビアホールに導電性ペーストを埋め込まれた多層配線板用基材と隣接する他の多層配線板用基材に形成され、複数枚の多層配線板用基材を加圧しながら積層接合する多層化工程において前記金属バンプを前記ビアホール内に挿入する請求項１または２記載の層間導通用ビアの形成方法。
4. 前記金属バンプは、ビアホールに導電性ペーストを埋め込まれた多層配線板用基材の一方の面に貼り合わせられる金属箔に形成され、金属箔を前記多層配線板用基材に貼り合わせる工程において前記金属バンプを前記ビアホール内に挿入する請求項１または２記載の層間導通用ビアの形成方法。
5. 前記金属バンプを加熱し、当該金属バンプの熱によって前記導電性ペーストを加熱硬化させる請求項１〜４の何れか１項記載の層間導通用ビアの形成方法。
6. 絶縁性基材の一方の面に導電層を形成され、前記絶縁性基材にあけられたビアホールに硬化収縮する未硬化状態の導電性ペーストを充填され、前記導電層上に金属バンプが形成されている多層配線板用基材。
7. 絶縁性基材にあけられたビアホールに硬化収縮する導電性ペーストを充填され、絶縁性基材の一方の面に金属バンプを形成された金属箔が、前記絶縁性基材の他方の面にもう一枚の金属箔が各々貼り合わせられ、前記金属バンプが前記ビアホールに挿入されている多層配線板用基材。
8. 請求項６あるいは請求項７記載の多層配線板用基材を含む多層配線板。
   

Images