JP2006049536A - 多層回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 層間接続の信頼性を高め、配線パターンのファイン化を促進する。
【解決手段】 複数の絶縁層２と複数の導体層３とを交互に積層し、絶縁層２を貫通するバイア５により導体層３を電気的に接続する。絶縁層２に液晶ポリマーフィルム４を用い、導体層３とバイア５との間にメタライズ層６を介装する。液晶ポリマーフィルム４を加熱圧着するときの熱でメタライズ層６を溶融させ、固化したメタライズ層６により導体層３とバイア５とを接着する。液晶ポリマーフィルム４の両面に、溶融樹脂を抑留する凹部１４を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の絶縁層と複数の導体層とを交互に積層し、絶縁層を貫通するバイアにより隣接する導体層を電気的に接続した多層回路基板に関するものである。

従来、絶縁層にガラス布エポキシ樹脂フィルムを用いた多層回路基板が知られている。例えば、特許文献１には、ガラス布エポキシ樹脂フィルムに炭酸ガスレーザで貫通孔を穿設し、貫通孔に導電性物質を充填してバイアを形成し、複数枚のフィルムを接着剤層を介し一括して加熱プレスすることで、バイアの上にバイアを積み上げたスタック構造の多層回路基板を製作する技術が記載されている。

しかし、この多層回路基板によると、ガラス布が絶縁層の厚みを不均一にし、接着剤層が基板全体の厚みを増すので、上下のバイアを正確な位置に整合させることが困難であった。このため、配線パターンに含まれるランド（パッド）を大きめに設計し、導体層とバイアとの導通を確保する必要があり、特に、スタック構造の多層回路基板において、配線パターンのファイン化が制限されるという問題点があった。

そこで、従来、絶縁層に液晶ポリマーフィルムを用いる技術が提案されている。液晶ポリマー（ＬＣＰ）は、耐熱性、弾性、寸法安定性、高周波特性に優れた分子構造を備えているので、ガラス布等の強化材を不要にし、絶縁層の厚さを均一化し、レーザ等を用いて微細なバイアホールを容易に形成することができる。また、液晶ポリマーフィルムは熱可塑性樹脂であるから、フィルム自体の熱融着性を利用して積層でき、接着剤層を省いて、多層回路基板を薄形化できる利点がある。

特許文献２には、複数枚の液晶ポリマーフィルムを加熱圧着し、各フィルムに貫設した銅製のバイアを銅製の導体層に接合して電気的に接続する技術が記載されている。また、液晶ポリマーフィルムの両面にポリフェニレンエーテル系有機物からなる被覆層を設け、絶縁層と導体層との熱膨張差による応力を小さくして、絶縁層からの導体層の剥離並びに絶縁層のクラックを防止する技術も記載されている。
特開２００１−２１７５４３号公報 特開２００３−１６３４６０号公報

ところが、従来の液晶ポリマーフィルムを用いた多層回路基板によると、バイアと導体層とが銅−銅接合によって接続されているので、接合部の酸化によって導通不良が発生しやすかった。特に、バイアは導体層に接着されていないため、フィルムが圧着時の熱や基板使用時の外力で変形した場合に、バイアが導体層から離れる可能性もあり、総じて、層間接続の信頼性が不充分であった。また、加熱圧着時に液晶ポリマーフィルムの界面で溶融樹脂が流動し、導体層の配線パターンを変形させる。このため、配線ピッチの変動を見込んで、パターンを粗く設計する必要があり、配線パターンのファイン化に充分に対応できないという問題点もあった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、層間接続の信頼性を高め、配線パターンのファイン化を促進できる多層回路基板を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、複数の絶縁層と複数の導体層とを交互に積層し、絶縁層を貫通するバイアにより導体層を電気的に接続した多層回路基板において、絶縁層に液晶ポリマーフィルムを用い、導体層とバイアとの間にメタライズ層を介装し、液晶ポリマーフィルムの加熱圧着時の熱でメタライズ層を溶融させ、固化したメタライズ層で導体層とバイアとを接着したことを特徴とする。

ここで、多層回路基板の層数は、特に限定されず、用途に応じて２層、３層、４層又はそれ以上とすることができる。絶縁層に用いられる液晶ポリマーフィルムとは、溶融時に液晶状態で光学的に複屈折する性質を持つ熱可塑性樹脂フィルムである。例えば、ジャパンゴアテックス社製「ＢＩＡＣフィルム」（商品名）、クラレ社製「ベクスターフィルム」（商品名）等の液晶ポリマーフィルムを使用できる。フィルムの融点は、その材質にもよるが、一般的には、２００〜３３５℃、より好ましくは、２５０〜２８０℃である。フィルムの厚さは、強度と薄形化の両方を満足できる点で、１２．５〜２００μｍであるとよい。

絶縁層は、液晶ポリマーフィルムの単体で構成してもよく、液晶ポリマーフィルムの片面又は両面に接着剤層を一体的に設けて構成することも可能である。ただし、後者の場合は、接着剤層によって基板の薄形化が制限される。このため、絶縁層を液晶ポリマーフィルムの単体で構成し、フィルム同士を直接加熱圧着するのが好まし。この場合、フィルムの表面を１８５ｎｍ程度の紫外線照射により改質したり、プラズマ照射によって粗面化したりするなど、フィルム同士の接着強度を高めるための表面処理を実施しておくのが好ましい。

導体層は、配線パターンが形成される金属層であり、通常、銅箔が用いられる。多層回路基板の製作にあたっては、銅箔をフィルムの片面又は両面に予め張り付けた銅張り液晶ポリマーフィルムを好ましく使用できる。配線パターンの形成方法は、特に限定されず、銅箔をエッチングするサブトラクティブ法、又は、電解又は無電解銅めっきによるアディティブ法、導電性インクを塗布するスクリーン印刷法等を採用できる。特に、サブトラクティブ法は配線パターンのファイン化に有利である。ファイン化のためにより重要な点は、液晶ポリマーフィルムの樹脂流動による配線パターンの変形をいかに抑制するかにある。本発明では、液晶ポリマーフィルムの導体層支持面に加熱圧着時の溶融樹脂を抑留する凹部（穴でもよい）を形成するという手段を採用した。

複数の導体層はバイアを介して相互に電気接続される。バイアは、液晶ポリマーフィルムを貫通する導体であり、フィルムに穿設したバイアホールに、例えば、銅を電解又は無電解めっきにより充填する方法、又は、金すず合金やクリーム半田等の導電性ペーストをスクリーン印刷で充填する方法等によって形成される。特に、電気めっきによるフィルド法は、バイアを短時間で高精度に形成できるため、スタック構造の多層回路基板に適している。バイアホールは、レーザ、ウエットエッチング、ドリル、パンチング等により加工できる。なお、導体層に銅バンプ、ニッケルバンプ、半田バンプ等を印刷又はエッチングにより突設し、これらの突出導体を液晶ポリマーフィルムに貫通させてバイアとすることも可能である。

本発明の多層回路基板では、隣接する液晶ポリマーフィルムの間において、導体層とバイアとの間にメタライズ層が介装される。メタライズ層には、液晶ポリマーフィルムの加熱圧着時の熱で溶ける低融点の金属材料、例えば、金すず合金（Ａｕ−Ｓｎ）、銀すず合金（Ａｇ−Ｓｎ）、半田等を用いることができる。これらの低融点金属材料を、バイアの端面に設けてもよく、配線パターン中のランドに設けてもよく、バイアとランドの両方に設けてもよい。あるいは、低融点金属材料をバイアとランドのどちらか一方に設け、他方にフィルム圧着時の熱で溶融しないニッケル下地の金やパラジウム等のめっき層を設けて実施することも可能である。

本発明の多層回路基板によれば、液晶ポリマーフィルムを加熱圧着するときの熱でメタライズ層を溶融させ、固化したメタライズ層により導体層とバイアとを接着したので、酸化や変形による導通不良を確実に防止し、層間接続の信頼性を高めることができる。また、液晶ポリマーフィルムに溶融樹脂を抑留する凹部を設けたので、加熱圧着時における樹脂の流動を抑え、導体層の変形による配線ピッチの変動を防止し、配線パターンのファイン化を促進することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、この実施形態の多層回路基板１は、３層の絶縁層２と４層の導体層３とを交互に積層して構成されている。絶縁層２には液晶ポリマーフィルム４が用いられ、液晶ポリマーフィルム４を貫通する多数のバイア５によって４層の導体層３が電気的に接続されている。隣接する液晶ポリマーフィルム４の間において、導体層３とバイア５との間にはメタライズ層６が介装されている。そして、液晶ポリマーフィルム４を加熱圧着するときの熱でメタライズ層６が溶融され、固化したメタライズ層６により導体層３がバイア５に接着されている。

多層回路基板１は、図２に示すように、コア基板である１枚の両面回路基板８と、両面回路基板８を挟む２枚の片面回路基板９と、片面回路基板９の外面を覆う２枚の保護カバー１０とを備えている。各回路基板８，９において、絶縁層２の液晶ポリマーフィルム４には厚さが２５〜５０μｍ程度の前記「ＢＩＡＣフィルム」又は「ベクスターフィルム」が使用され、導体層３に厚さ４〜３５μｍ程度の配線パターン１１が形成されている。液晶ポリマーフィルム４の複数箇所には、直径３０〜５０μｍのバイアホール１２（図３参照）が穿設され、各バイアホール１２にバイア５が充填形成されている。配線パターン１１の各部には直径８０〜１００μｍのランド１３が配設され、パターン形成工程でバイア５の端面に接着されている。

両面回路基板８のランド１３には、厚さ０．１〜１０μｍ程度のメタライズ層６が被着され、片面回路基板９のバイア５の端面に、同じ厚さのメタライズ層６が被着されている。そして、各基板８，９の積層時に、双方のメタライズ層６が融着し、このメタライズ層６を介してランド１３とバイア５とが接着されている。各液晶ポリマーフィルム４の両面には、フィルム４の加熱圧着時の溶融樹脂を抑留する複数の溝又はマトリックス状の凹部１４が形成されている。なお、保護カバー１０には、絶縁層２と同じ材質の液晶ポリマーフィルム又はレジストフイルムが用いられている。

次に、多層回路基板１の製造方法について説明する。両面回路基板８は図３（ａ）〜（ｆ）に示す工程順で製造される。
（ａ）基板８を多数個取りできる大きさの両面銅張り液晶ポリマーフィルム４を出発材料として用意し、片面の導体層３（銅箔）の複数部位をエッチングで除去し、バイアホール穿孔用の穴１５を形成する。
（ｂ）穴１５と対応する部位の液晶ポリマーフィルム４にバイアホール１２をレーザ加工法により穿孔する。
（ｃ）バイアホール１２にバイア５を電解又は無電解銅めっきにより充填する。
（ｄ）両面の導体層３をエッチング処理し、液晶ポリマーフィルム４の両面に所要の配線パターン１１を形成するとともに、バイア５の両端面にそれと同心のランド１３を形成する。
（ｅ）液晶ポリマーフィルム４の両面に凹部１４をレーザ加工法により形成する。
（ｆ）ランド１３の表面にメタライズ層６を金すず合金めっき（すず２０％前後）又はすず金合金めっき（金５〜２０％前後）により被着する。

片面回路基板９は図４（ａ）〜（ｅ）に示す工程順で製造される。
（ａ）基板９を多数個取りできる大きさの片面銅張り液晶ポリマーフィルム４を出発材料として用意する。
（ｂ）液晶ポリマーフィルム４にバイアホール１２と凹部１４をレーザ加工法により同時に形成する。
（ｃ）バイアホール１２にバイア５を電解又は無電解銅めっきにより充填する。
（ｄ）片面の導体層３（銅箔）をエッチング処理し、液晶ポリマーフィルム４の片面に所要の配線パターン１１を形成するとともに、バイア５の一方の端面にそれと同心のランド１３を形成する。
（ｅ）バイア５の他方の端面にメタライズ層６を金すず合金めっき（すず２０％前後）又はすず金合金めっき（金５〜２０％前後）により被着する。

そして、図２に示すように、両面回路基板８と片面回路基板９と保護カバー１０とを積層し、全体を２５０〜３３５℃で加熱し、同時に１〜２５ＭＰａで加圧する。この加熱加圧工程では、図１に示すように、各基板８，９の液晶ポリマーフィルム４同士が融着するとともに、片面回路基板９の液晶ポリマーフィルム４と保護カバー１０とが融着する。このとき、液晶ポリマーフィルム４の溶融樹脂の一部が凹部１４に抑留され、各基板８，９の界面において溶融樹脂の流動が抑制される。また、加熱により両面回路基板８側のメタライズ層６と片面回路基板９側のメタライズ層６とが融着し、固化したメタライズ層６によって両面回路基板８側のランド１３と片面回路基板９側のバイア５とが接着される。その後、この積層体を所要の大きさに切断し、多層回路基板１を完成する。

従って、この実施形態の多層回路基板１によれば、次のような効果を期待できる。
（１）絶縁層２に液晶ポリマーフィルム４を用いたので、接着剤層を省いて、多層回路基板１を薄形化することができる。
（２）液晶ポリマーフィルム４は絶縁層２の厚さを均一にするので、レーザを用いて微細なバイアホール１２を正確に形成し、バイア５の位置精度を高めることができる。
（３）このため、バイア５に接合するランド１３を微小化できるとともに、バイア５の真上にバイア５を精度よく積み上げることができる。

（４）液晶ポリマーフィルム４に凹部１４を設けたので、加熱圧着時における溶融樹脂の界面流動を抑え、導体層３の変形による配線ピッチの変動を防止し、配線パターン１１のファイン化を促進することができる。
（５）両面回路基板８と片面回路基板９との間において、ランド１３とバイア５とをメタライズ層６により接着したので、銅の酸化や基板８，９の変形による導通不良を確実に防止して、層間接続の信頼性を高めることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）片面回路基板９の枚数をさらに増やし、５層、６層、７層又はそれ以上の導体層３を積層した多層回路基板１を構成する。
（２）バイアホール１２をパンチング加工により形成する。
（３）バイア５を導電性ペーストにより充填形成する。
（４）液晶ポリマーフィルム４の両面又は片面に配線パターン１１を銅めっきにより形成する。
（５）メタライズ層６をエッチングにより形成する。
（６）ランド１３にニッケル下地の金めっきを被着し、バイア５に金すず合金めっきを被着するなど、導体層３とバイア５のメタライズ層６を異質の金属材料で形成する。
（７）液晶ポリマーフィルム４に溶融樹脂を抑留する穴を貫設する。

本発明の一実施形態を示す多層回路基板の断面図である。 多層回路基板の構成要素を分解して示す断面図である。 両面回路基板の製造方法を示す工程図である。 片面回路基板の製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１ 多層回路基板
２ 絶縁層
３ 導体層
４ 液晶ポリマーフィルム
５ バイア
６ メタライズ層
８ 両面回路基板
９ 片面回路基板
１０ 保護カバー
１１ 配線パターン
１２ バイアホール
１３ ランド
１４ 凹部

Claims (2)

1. 複数の絶縁層と複数の導体層とを交互に積層し、絶縁層を貫通するバイアにより導体層を電気的に接続した多層回路基板において、
   絶縁層に液晶ポリマーフィルムを用い、導体層とバイアとの間にメタライズ層を介装し、液晶ポリマーフィルムの加熱圧着時の熱でメタライズ層を溶融させ、固化したメタライズ層で導体層とバイアとを接着したことを特徴とする多層回路基板。
2. 前記液晶ポリマーフィルムに加熱圧着時の溶融樹脂を抑留する凹部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の多層回路基板。
   
   

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