JP2005340279A - 多層配線板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バイアホール内に充填された導電性ペーストとこれに接触する導体層との接触状態を十分なものとして、接続抵抗が低い良好な導電性が得られるようにする。
【解決手段】バイアホール１４に、μｍサイズの金属フィラによるマイクロ粒子導電性ペースト１６と、ｎｍサイズの金属フィラによるナノ粒子導電性ペースト１７、１８とを層状に積層充填し、マイクロ粒子導電性ペースト１６と導体層１１２、１３との間にナノ粒子導電性ペースト１７、１８が層状に存在する構造にする。
【選択図】図１

Description

この発明は、多層配線板（多層プリント配線板）およびその製造方法に関し、特に、多層配線板およびその製造方法に関するものである。

多層配線板における層間接続を、絶縁層に形成されたＩＶＨ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉｌ Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）等のバイアホール（ビアホール）に、印刷法により充填された導電性ペーストによって行うことが、ビルドアップ工法による多層配線板や、一括積層法による多層配線板等で採用されている（例えば、特許文献１、２、３）。

このような多層配線板で使用される導電性ペーストは、平均粒子径が０．１〜２０μｍ程度のμｍサイズの銀、銅等による金属フィラをエポキシ樹脂等の樹脂バインダに混入したものを、溶剤を含む粘性媒体に混ぜてペースト状にした導電性ペーストであり、加熱硬化される。

μｍサイズの金属フィラによる導電性ペースト（以下、マイクロ粒子導電性ペーストと云う）では、金属フィラが樹脂中に分散しており、専ら金属フィラ同士の物理的な接触により導通を得ることになる。

このため、バイアホール内のマイクロ粒子導電性ペーストとこれに接触する銅箔等による導体パターンを形成した導体層との接触状態が不十分であると、接続抵抗が大きく、良好な導電性が得られない。

また、バイアホール内のマイクロ粒子導電性ペーストとこれに接触する導体層との接合はマイクロ粒子導電性ペースト中の金属フィラと導体層との点接合であることから、接合部での応力集中が生じ易い。よって、層間の剥がれや断線などが起こり易くなる。

多層配線板の層間接続に用いる導電材料として、ナノ粒子導電性ペーストが開発されている（例えば、特許文献４）。また、ナノ粒子導電性ペーストをバイアホールに充填してこれを焼成して導電部を形成した多層配線板がある（例えば、特許文献５）。

ナノ粒子導電性ペーストは、平均粒子径が１〜１０００ｎｍ程度の微粒子状の金属フィラを有機溶剤中に分散させたもので、１５０℃〜２００℃程度の低温加熱で、金属フィラ同士が融着すると云う特徴を有し、低温融着するナノ粒子導電性ペーストは、マイクロ粒子導電性ペーストにおける金属フィラの物理的な接触によって導電性を得るものより、低い比抵抗値を示す。

しかし、ナノ粒子導電性ペーストは、加熱処理のときに有機溶剤が蒸発し、それに伴い大きな体積収縮を起こす。よって、ナノ粒子導電性ペーストをバイアホールに充填した後、加熱処理すると、バイアホール内に空隙が生じ、導通不良となり、導通抵抗が高くなる。

このため、ナノ粒子導電性ペーストの加熱処理による体積収縮をマイクロ粒子導電性ペーストによって補填するものもある（例えば、特許文献６）。
特開平６−２６８３４５号公報 特開平７−１４７４６４号公報 特開２００３−３１８５４６号公報 特開２００３−２０３５２２号公報 特開２００２−２９９８３３号公報 特開２００４−１０３７３９号公報

この発明が解決しようとする課題は、層間接続をバイアホールに充填された導電性ペーストにより行う多層配線板において、バイアホール内に充填された導電性ペーストとこれに接触する導体層との接触状態を十分なものとして、接続抵抗が低い良好な導電性が得られるようにし、併せてバイアホール内の導電性ペースト中の金属フィラと導体層との接合状態を改善し、層間の剥れや断線などを起こり難くすることである。

この発明による多層配線板は、絶縁層の両側に配置される導体層の層間接続を絶縁層に形成されたバイアホールに充填された導電性ペーストにより行う多層配線板において、前記バイアホールに、μｍサイズの金属フィラによるマイクロ粒子導電性ペーストと、ｎｍサイズの金属フィラによるナノ粒子導電性ペーストとが層状に積層充填され、前記マイクロ粒子導電性ペーストと前記導体層との間に前記ナノ粒子導電性ペーストが層状に存在している。

この発明による多層配線板は、好ましくは、前記バイアホールの端部が前記導体層により塞がれ、前記マイクロ粒子導電性ペーストと前記導体層との間に存在する前記ナノ粒子導電性ペーストに含まれている前記金属フィラが、前記マイクロ粒子導電性ペーストに含まれている前記金属フィラと、前記バイアホールの端部を塞ぐ部位の前記導体層の各々に融着している。

また、この発明による多層配線板は、好ましくは、前記マイクロ粒子導電性ペーストが前記バイアホール内の大部分を占め、当該マイクロ粒子導電性ペーストの端部に前記ナノ粒子導電性ペーストが薄い層状に設けられている。

この発明による多層配線板の製造方法は、絶縁層の両側に配置される導体層の層間接続を絶縁層に形成されたバイアホールに充填された導電性ペーストにより行う多層配線板の製造方法において、前記絶縁層に形成されたバイアホールに、μｍサイズの金属フィラによるマイクロ粒子導電性ペーストを充填する充填工程と、前記マイクロ粒子導電性ペーストの端部に、ｎｍサイズの金属フィラによるナノ粒子導電性ペーストを塗布する塗布工程と、加熱により前記ナノ粒子導電性ペーストの金属フィラ同士および当該ナノ粒子導電性ペーストの金属フィラをこれに接合する前記マイクロ粒子導電性ペーストの金属フィラと前記導体層とに融着させる加熱工程とを含む。

この発明による多層配線板の製造方法は、好ましくは、ナノ粒子導電性ペーストの金属フィラを融着させる前記加熱工程によって前記絶縁層に前記導体層を貼り合わせる。

この発明による多層配線板は、バイアホールのマイクロ粒子導電性ペーストと導体層との間に低温融着するナノ粒子導電性ペーストが層状に存在しており、ナノ粒子導電性ペーストを介してマイクロ粒子導電性ペーストと導体層とを導通接続するから、接続抵抗が低い良好な導電性が得られ、併せて層間接続部における導電性ペーストと導体層との接合状態が改善され、層間の剥がれや断線などが起こり難くなる。

この発明による多層配線板の基本的構成例を、図１を参照して説明する。

多層配線板（両面プリント配線板）は、電気絶縁樹脂等による絶縁層１１の両側に銅箔等による導体層１２、１３を配置され、絶縁層１１に形成されたバイアホール１４に充填された導電性ペースト１５によって導体層１２と１３との層間接続を行う。

バイアホール１４内のバイアホール１４の導電性ペースト１５は、μｍサイズの金属フィラによるマイクロ粒子導電性ペースト１６と、ｎｍサイズの金属フィラによるナノ粒子導電性ペースト１７、１８の２種類の導電性ペーストを含み、これらがバイアホール１４内に層状に積層充填されている。

μｍサイズの金属フィラによるマイクロ粒子導電性ペースト１６は、平均粒子径が０．１〜２０μｍ程度のμｍサイズの銀、銅等の高導電性の金属フィラ（金属粒子）１６Ａをエポキシ樹脂等の樹脂バインダ１６Ｂに混入したものを、溶剤を含む粘性媒体に混ぜてペースト状にしたものであり、ポリマ型導電性ペーストと呼ばれるものである。マイクロ粒子導電性ペースト１６は、樹脂バインダ１６Ｂの加熱硬化によって金属フィラ１６Ａを樹脂バインダ１６Ｂで固着し、金属フィラ１６Ａ同士の物理的な接触によって導電性を得ており、硬化過程で、体積収縮を殆ど生じない。

ナノ粒子導電性ペースト１７、１８は、平均粒子径が１〜１０００ｎｍ程度のｎｍサイズの微粒子状の金属フィラ（金属粒子）を有機溶剤中に分散させたもので、１５０℃〜２００℃程度の低温加熱で、金属フィラ同士が融着し、金属フィラ同士の融着によって導電性を得るので、低温融着するナノ粒子導電性ペースト１７はマイクロ粒子導電性ペースト１６より充分に低い比抵抗値を示す。

ナノ粒子導電性ペースト１７、１８の具体例としては、特開２００３−３０８７３０号公報や特開２００３−３０８７３１号公報に開示されている導電性組成物と同等の組成のものなど、ｎｍサイズの酸化銀と還元剤とを有機溶剤中に分散されたものがあり、グラビア印刷、スクリーン印刷、コータ等によって塗布可能なものである。

バイアホール１４内は、図示されているように、マイクロ粒子導電性ペースト１６によって大部分を占められており、このマイクロ粒子導電性ペースト１６の両端部１９、２０に、各々、ナノ粒子導電性ペースト１７、１８が薄い層状に設けられている。

ナノ粒子導電性ペースト１７は、バイアホール１４の下端側を塞ぐ導体層（導体パターン）１２とマイクロ粒子導電性ペースト１６の端部１９との間にあってナノ粒子導電性ペースト１７が含有する金属フィラの融着によって導体層１２とマイクロ粒子導電性ペースト１６とを導通接続する。

ナノ粒子導電性ペースト１８は、バイアホール１４の上端側を塞ぐ導体層（導体パターン）１３とマイクロ粒子導電性ペースト１６の端部２０との間にあってナノ粒子導電性ペースト１８が含有する金属フィラの融着によって導体層１２とマイクロ粒子導電性ペースト１６とを導通接続する。

つまり、ナノ粒子導電性ペースト１７あるいは１８に含まれている金属フィラが、マイクロ粒子導電性ペースト１６に含まれている金属フィラ１６Ａと、バイアホール１４の端部を塞ぐ部位の導体層１２あるいは１３に融着している。

上述したように、低温融着するナノ粒子導電性ペースト１７、１８を介してマイクロ粒子導電性ペースト１６と導体層１２、１３とが導通接続されるから、各々実質的な面接合によってバイアホール１４内の導電性ペースト１５と導体層１２、１３との導通が取られ、接続抵抗が低い良好な導電性が得られる。また、導電性ペースト１５の金属フィラと導体層１２、１３との接合が点接合より面接合に改善されることにより、接合部で応力集中が生じることがなく、層間の剥がれや断線などが起こり難くなる。

バイアホール１４内は、図示されているように、マイクロ粒子導電性ペースト１６によって大部分を占められており、このマイクロ粒子導電性ペースト１６の両端部１９、２０に、各々、ナノ粒子導電性ペースト１７、１８が薄い層状に設けられている。

ナノ粒子導電性ペースト１７は、バイアホール１４の下端側を塞ぐ導体層（導体パターン）１２とマイクロ粒子導電性ペースト１６の端部１９との間にあってナノ粒子導電性ペースト１７が含有する金属フィラの融着によって導体層１２とマイクロ粒子導電性ペースト１６とを導通接続する。

バイアホール１４内は、その大部分をマイクロ粒子導電性ペースト１６によって占められ、それに比してナノ粒子導電性ペースト１７、１８の体積は極小であるから、ナノ粒子導電性ペースト１７、１８が融着のための加熱処理によって体積収縮を起こしても、バイアホール１４内に空隙を生じるような不具合が発生することがない。

つぎに、この発明による多層配線板の製造方法の一つの実施形態を、図２、図３を参照して説明する。

まず、図２（ａ）に示されているように、絶縁層をなすポリイミドフィルム３１の片面に銅箔３２を有する片面銅箔付きポリイミド基材３０のポリイミドフィルム３１の側にフィルム貼り付けによって熱可塑性ポリイミド系接着層３３を貼り付けによって形成する（図２（ｂ）参照）。

つぎに、図２（ｃ）に示されているように、片面銅箔付きポリイミド基材３０の銅箔３２をエッチングして導体パターン３４を形成する。

つぎに、図２（ｄ）に示されているように、熱可塑性ポリイミド系接着層３３側にポリイミド系マスキングテープ３５を貼り付ける。

つぎに、図２（ｅ）に示されているように、マスキングテープ３５側から導体パターン３４の裏面３４Ａまで達するように、ＵＶ−ＹＡＧレーザによってバイアホール３６の穴あけを行う。バイアホール３６は、マスキングテープ３５と熱可塑性ポリイミド系接着層３３とポリイミドフィルム３１とを貫通し、導体パターン３４を底面とする有底孔をなす。つまり、バイアホール３６の下端側は導体パターン３４によって塞がっている。この穴あけ後、スミアの除去を行う。

つぎに、図２（ｆ）に示されているように、バイアホール３６の底部、すなわち、バイアホール３６の底部に露呈しいる導体パターン３４の裏面３４Ａ上に、ナノ粒子銀ペースト３７を数μｍ厚の薄膜状に塗布する。ナノ粒子銀ペースト３７は、平均粒子径が１〜１０００ｎｍ程度のｎｍサイズの微粒子状の銀フィラを有機溶剤中に分散させた低温融着型の導電性ペーストである。

なお、後述するマイクロ粒子銀ペースト３８と導体パターン３４との直接接合によって必要な導電性が得られる場合には、このナノ粒子銀ペースト３７の塗布工程を省略することができる。

つぎに、図２（ｇ）に示されているように、バイアホール３６内に、マイクロ粒子銀ペースト３８を印刷法によってバイアホール３６内一杯に充填する。マイクロ粒子銀ペースト３８は、平均粒子径が０．１〜２０μｍ程度のμｍサイズの銀フィラをエポキシ樹脂等の樹脂バインダに混入したものを、溶剤を含む粘性媒体に混ぜてペースト状にしたポリマ型導電性ペーストである。

この後、図３（ｈ）に示されているように、マスキングテープ３５を剥離する。これにより、熱可塑性ポリイミド系接着層３３の側に、マイクロ粒子銀ペースト３８による導電性ペースト突起部３９が形成される。

つぎに、図３（ｉ）に示されているように、導電性ペースト突起部３９の上面、つまりマイクロ粒子銀ペースト３８の上端部に、ナノ粒子銀ペースト４０を数μｍ厚の薄膜状に塗布する。ナノ粒子銀ペースト４０は、ナノ粒子銀ペースト３７と同じものであり、平均粒子径が１〜１０００ｎｍ程度のｎｍサイズの微粒子状の銀フィラを有機溶剤中に分散させた低温融着型の導電性ペーストである。これにより、一枚の多層配線板用基材４１が完成する。

つぎに、図３（ｊ）に示されているように、上記と同様の工程で作製した複数枚の多層配線板用基材４１と、パターンニングされた最上層用の片面銅箔付きポリイミド基材４２とを位置合わせして重ね合わせ、１５０℃〜２００℃程度の低温加熱の下に加圧し、熱可塑性ポリイミド系接着層３３によって層間接着して多層化し、図３（ｋ）に示されているような多層配線板５０を完成させる。なお、片面銅箔付きポリイミド基材４２は、絶縁層をなすポリイミドフィルム４３と導体パターン４４よりなる。

多層配線板用基材４１、片面銅箔付きポリイミド基材４２の多層化時の加熱によって、マイクロ粒子銀ペースト３８が硬化すると共に、ナノ粒子銀ペースト３７、４０のｎｍサイズの銀フィラが導体パターン３４、４４やマイクロ粒子銀ペースト３８の端部に融着する。

換言すると、ナノ粒子銀ペースト３７、４０の金属フィラを融着させる加熱工程によって、絶縁層３１に熱可塑性ポリイミド系接着層３３を介して導体層（導体パターン３４、４４）を貼り合わせることが行われる。

この低温融着するナノ粒子銀ペースト３７、４０を介してマイクロ粒子銀ペースト３８と導体パターン３４、４４とが導通接続されるから、各々実質的な面接合によって導通が取られ、接続抵抗が低い良好な導電性が得られる。また、導電性ペーストの金属フィラと導体パターン３７、４０との接合が点接合より面接合に改善されることにより、接合部で応力集中が生じることがなく、層間の剥がれや断線などが起こり難くなる。

なお、この発明による多層配線基板は、ポリイミドなどを絶縁層に用いたフレキシブルプリント基板に限られることはなく、エポキシ樹脂などのプリプレグを絶縁層として使用したリジッドプリント基板にも適用できる。また、絶縁樹脂層自体が接着剤として機能する場合には接着層の形成が不要である。穴あけ工程は、基材やマスキングテープの種類に応じてＣＯ２レーザやエキシマレーザ、またはＮＣドリルが使用可能である。

マイクロ粒子導電性ペーストとしては、マイクロ粒子銀ペーストの他に、銅、カーボンペーストなどを適用でき、ナノ粒子導電性ペーストとしては、ナノ粒子銀ペーストの他に、金、銅、白金、パラジウムナノペーストなどを適用することができる。

この発明による多層配線板の一つの基本的構成例を模式的に示す拡大断面図である。 （ａ）〜（ｇ）はこの発明による多層配線板の製造方法の一つの実施形態を模式的に示す（前半）工程図である。 （ｈ）〜（ｋ）はこの発明による多層配線板の製造方法の一つの実施形態を模式的に示す（後半）工程図である。

符号の説明

１１ 絶縁層
１２、１３ 導体層
１４ バイアホール
１５ 導電性ペースト
１６ マイクロ粒子導電性ペースト
１７、１８ナノ粒子導電性ペースト
１９、２０ 端部
３０ 片面銅箔付きポリイミド基材
３１ ポリイミドフィルム
３２ 銅箔
３３ 熱可塑性ポリイミド系接着層
３４ 導体パターン
３５ ポリイミド系マスキングテープ
３６ バイアホール
３７ ナノ粒子銀ペースト
３８ マイクロ粒子銀ペースト
３９ 導電性ペースト突起部
４０ ナノ粒子銀ペースト
４１ 多層配線板用基材
４２ 片面銅箔付きポリイミド基材
４３ ポリイミドフィルム
４３ 導体パターン

Claims (5)

1. 絶縁層の両側に配置される導体層の層間接続を絶縁層に形成されたバイアホールに充填された導電性ペーストにより行う多層配線板において、
   前記バイアホールに、μｍサイズの金属フィラによるマイクロ粒子導電性ペーストと、ｎｍサイズの金属フィラによるナノ粒子導電性ペーストとが層状に積層充填され、前記マイクロ粒子導電性ペーストと前記導体層との間に前記ナノ粒子導電性ペーストが層状に存在している多層配線板。
2. 前記バイアホールの端部が前記導体層により塞がれ、前記マイクロ粒子導電性ペーストと前記導体層との間に存在する前記ナノ粒子導電性ペーストに含まれている前記金属フィラが、前記マイクロ粒子導電性ペーストに含まれている前記金属フィラと、前記バイアホールの端部を塞ぐ部位の前記導体層の各々に融着している請求項１記載の多層配線板。
3. 前記マイクロ粒子導電性ペーストが前記バイアホール内の大部分を占め、当該マイクロ粒子導電性ペーストの端部に前記ナノ粒子導電性ペーストが薄い層状に設けられている請求項１または２記載の多層配線板。
4. 絶縁層の両側に配置される導体層の層間接続を絶縁層に形成されたバイアホールに充填された導電性ペーストにより行う多層配線板の製造方法において、
   前記絶縁層に形成されたバイアホールに、μｍサイズの金属フィラによるマイクロ粒子導電性ペーストを充填する充填工程と、
   前記マイクロ粒子導電性ペーストの端部に、ｎｍサイズの金属フィラによるナノ粒子導電性ペーストを塗布する塗布工程と、
   加熱により前記ナノ粒子導電性ペーストの金属フィラ同士および当該ナノ粒子導電性ペーストの金属フィラをこれに接合する前記マイクロ粒子導電性ペーストの金属フィラと前記導体層とに融着させる加熱工程と、
   を含む多層配線板の製造方法。
5. ナノ粒子導電性ペーストの金属フィラを融着させる前記加熱工程によって前記絶縁層に前記導体層を貼り合わせることを特徴とする請求項４記載の多層配線板の製造方法。

Images