JP2006351839A

JP2006351839A - 多層配線用基材、多層配線板およびそれらの製造方法

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Publication number: JP2006351839A
Application number: JP2005176217A
Authority: JP
Inventors: Koji Honto; 孝治本戸; Satoru Nakao; 知中尾
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】ビアホールに充填されている導電性ペーストが積層プレス圧によって小孔より外側に滲み出さないようにし、層間接続不良や基板表層汚染を生じないようにすること。
【解決手段】ビアホール５５に充填された導電性ペースト３０のうち小孔５６の側の導電性ペースト３０を、多層化の加熱プレス以前の工程で、硬化させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、多層配線用基材、多層配線板およびそれらの製造方法に関し、特に、ビアホールに充填された導電性ペーストによって層間導通を取る多層配線用基材、多層配線板およびそれらの製造方法に関するものである。

電子機器の軽薄短小化、半導体チップや部品の小型化および端子の狭ピッチ化に伴い、プリント配線板（プリント基板）も実装面積の縮小や導体配線（導体パターン）の精細化が進んでいる。同時に、情報関連機器では、信号周波数の広帯域化に対応して部品間を連結するプリント基板上の導体配線の短距離化が求められており、高密度、高性能を達成するためのプリント基板の多層化は必要不可欠となっている。

多層配線板は、絶縁性基材にビアホール（バイアホール）を形成し、そのバイアホールに導電性樹脂組成物（導電ペースト）を充填することによって基板表裏の導通を得る多層配線用基材を多層に積層したものである（例えば、特許文献１）。

多層配線板の高密度化に伴い、多層配線用基材に形成される導体パターン（回路パターン）の微細化が進み、多層配線用基材の多層化の積層数が多くなる傾向がある。多層配線板における多層積層の層間接続技術としては、導電性樹脂組成物（導電性ペースト）を用いたものが実用化され、多層配線板の用途が急速に拡大し始めている。

導電性ペーストを用いた多層配線板では、スクリーン印刷法によって導電性ペーストを、絶縁性基材に形成されたビアホールに、作業性よく高速度で充填でき、めっきによるものに比べて生産性が高い。

導電性ペーストを用いた多層配線板において、絶縁性基材の一方の面にあってビアホール充填の導電性ペーストと接する銅箔部（導電層）にビアホールよりも小径の小孔を形成しておくことにより、印刷法によるペースト充填の歩留まりを向上させることが提案されている（例えば、特許文献２、３）。

この小孔付きビアホールによる多層配線用基材の製造手順の一例を、図５を参照して説明する。

先ず、図５（ａ）に示されているように、樹脂からなる絶縁性基材１０１の一方の面に銅箔を貼り合わせた片面銅張積層板１００の銅箔をエッチングして導体パターン（配線パターン）１０２を形成する。次に、図５（ｂ）に示されているように、片面銅張積層板１００の絶縁層１０１の他方の面（導体パターン形成面とは反対の面）に接着シート１０３とカバーフィルム１０４を貼り合わせる。

次に、図５（ｃ）に示されているように、絶縁層１０１と接着シート１０３とカバーフィルム１０４を貫通するビアホール１０５を形成すると共に、ビアホール形成部において導体パターン（銅箔）１０２を貫通する小孔１０６を明ける。

次に、図５（ｄ）、（ｅ）に示されているように、スキージ２０を用いたスクリーン印刷法によってカバーフィルム１０４の側から導電性ペースト１０７をビアホール１０５と小孔１０６に埋め込み充填する。

次に、カバーフィルム１０４を剥離する。これにより、図５（ｆ）に示されているように、接着シート１０３の側にカバーフィルム１０４の厚さ分の導電性ペースト１０７による突起部１０７Ａが形成される。

導電性ペースト１０７の突起部１０７Ａは、多層配線板製造における多層配線用基材の積層（多層化工程）時に、下層の基板（多層配線用基材）の導体パターンと密着し、電気的接続を確実にする役割をはたす。

しかし、この手法を用いると、図６に示されているように、多層化工程の加熱プレス時に、ビアホール１０５に充填されている導電性ペースト１０７が積層プレス圧によって小孔１０６より符号Ｆで示されているように外側に滲み出て（染み出し）しまうおそれがある。

このようなしみ出しが発生するとバイアホール１０５内の導電性ペースト１０７の充填量が減り、符号Ｅで示されているように、導電性ペースト１０７が下層の多層配線用基材の導体パターン１０２に全面的に接触しなくなり、層間の接続不良が発生する。また、小孔１０６より外側に滲み出てた導電性ペーストは、回路表層においては、基板表層を汚染する。

特開平６−３０２９５７号公報特開平９−８２８３５号公報特開２００３−４６１６０号公報

この発明が解決しようとする課題は、ビアホールに充填されている導電性ペーストが積層プレス圧によって小孔より外側に滲み出さないようにし、層間接続不良や基板表層汚染を生じないようにすることである。

この発明による多層配線用基材の製造方法は、絶縁性基材の一方の面に導電層を有し、前記絶縁性基材に当該絶縁性基材を貫通して前記導電層の裏面に到達するビアホールが形成され、当該ビアホール部分の前記導電層に当該導電層を貫通する小孔が形成され、前記ビアホールに導電性フィラを含む導電性ペーストを充填された多層配線用基材の製造方法において、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストのうち前記小孔の側の導電性ペーストのみを硬化させる工程を有する。

この発明による多層配線用基材の製造方法は、好ましくは、前記導電性ペーストのみが熱硬化性のものであり、前記小孔の側の導電性ペーストを硬化させる工程は、前記小孔の側より導電性ペーストを加熱する工程である。

この発明による多層配線用基材の製造方法は、好ましくは、前記小孔の側の導電性ペーストを硬化させる工程は、加熱ステージ上に前記導電層を下側にして多層配線用基材を載置し、前記加熱ステージ上で前記ビアホールに導電性ペーストを充填し、前記加熱ステージを加熱する工程である。

この発明による多層配線板の製造方法は、上述の製造方法によって製造された多層配線用基材を少なくとも一つ含み、前記多層配線用基材を積層後、加圧状態での加熱によって前記ビアホール内の導電性ペーストのうちの未硬化の導電性ペーストを硬化させる。

この発明による多層配線板は、絶縁性基材の一方の面に導電層を有し、前記絶縁性基材に当該絶縁性基材を貫通して前記導電層の裏面に到達するビアホールが形成され、当該ビアホール部分の前記導電層に当該導電層を貫通する小孔が形成され、前記ビアホールに導電性フィラを含む導電性ペーストを充填された多層配線用基材を少なくとも一つ含む多層配線板において、前記ビアホールに充填されて硬化した前記導電性ペーストの導電性フィラの密度が前記小孔の側に比して前記絶縁性基材の他方の面の側のほうが高い。

この発明による多層配線板は、絶縁性基材の一方の面に導電層を有し、前記絶縁性基材に当該絶縁性基材を貫通して前記導電層の裏面に到達するビアホールが形成され、当該ビアホール部分の前記導電層に当該導電層を貫通する小孔が形成され、前記ビアホールに導電性フィラを含む導電性ペーストを充填された多層配線用基材を含む多層配線板において、前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストのうち前記小孔の側の導電性ペーストは非〜低圧縮硬化で、前記絶縁性基材の他方の面の側の導電性ペーストは中〜高低圧縮硬化である。

なお、ここで云う絶縁性基材は、それ自体が層間接続のための接着性を有していれば、単層の絶縁層により構成され、層間接続のための接着性を有していないものであれば、絶縁層と接着層との２層構造になる。また、導電層を貫通する小孔とは、ビアホールより小径の貫通孔を指す。

この発明による多層配線用基材では、ビアホールに充填された導電性ペーストのうち小孔の側の導電性ペーストが硬化しているから、積層時の加熱プレスにおいて小孔よりの導電性ペーストの染み出しがなくなる。これにより、接続信頼性の低下および基板表面の汚染が回避される。

この発明による多層配線用基材の製造方法の一つの実施形態を、図１を参照して説明する。

多層配線用基材５０は、ポリイミドフィルム等の樹脂による絶縁層５１と、絶縁層５１の一方の面に設けられた導体パターン（導電層）５２と、絶縁層５１の他方の面に貼り合わせられた接着層５３とを有し、接着層５３の表面にカバー層５４が貼り合わせられている。

この作製方法としては、例えば、絶縁層５１をなすポリイミドフィルムの片面に導電層をなす銅箔を有する片面銅張積層板（銅箔厚１０μｍ、ポリイミドフィルム厚２５μｍ）を出発材として、塩化鉄を用いた銅エッチング法により導体パターン５２を形成し、そして、ポリイミドフィルム面にエポキシ樹脂及びアクリル系エラスマからなる厚さ２５μｍのフィルム状熱硬化接着シート（接着層５３）を１００℃３０秒で熱ラミネートし一体化させ、さらに同接着シート上にカバー層５４として厚さ２５μｍのポリイミドフィルムを１００℃３０秒で熱ラミネートし一体化させて作られる。

なお、絶縁層５１が、熱可塑性ポリイミドや液晶ポリマ等の、それ自体が層間接続のための接着性を有しているものであれば、接着層５３は不要になり、多層配線用基材５０の絶縁性基材は単層の絶縁層５１により構成される。

そして、絶縁性基材（絶縁層５１、接着層５３）とカバー層５４の所定の位置に、ＵＶ一ＹＡＧレーザ（波長３５５ｎｍ）によってビアホール５５（孔径１００μｍ）を形成した。このとき、同時に、ビアホール５５の底部をなす銅箔部（導体パターン５２）中央に小孔（孔径３０μｍ）５６を貫通形成した。

この多層配線用基材５０を、導体パターン５２を下側にして加熱ステージ１１上に載置する。つまり、導体パターン５２が加熱ステージ１１に接触するように、多層配線用基材５０を加熱ステージ１１上に載置する。

加熱ステージ１１は、ステンレス鋼材からなる金属製のステージであり、下底面側に複数個の誘導加熱用コイル１２を均等に整列配置され、誘導加熱されるようになっていると共に、導電性ペースト充填の印刷ステージを兼ねている。

誘導加熱用コイル１２は、交流電源１３に接続されていて、交流電源１３を電源として
、交流電流を通電される。この通電により交流磁界が発生し、加熱ステージ１１の全域に渦電流が流れ、その際のジュール熱により加熱ステージ１１全体が発熱する。

加熱ステージ１１の下底面側には熱電対等による温度センサ１４が複数箇所に設けられている。交流電源１３は温度制御装置１５によって通電制御される。交流電源１３は、温度センサ１４により検出される加熱ステージ１１の加熱温度の情報を取り込み、加熱ステージ１１の加熱温度が目標温度になるように、フィードバック補償式に、交流電源１３による誘導加熱用コイル１２の通電を制御する。

小孔５６から空気を減圧吸引しながらスキージ２０を用いてカバー層５４の側からビアホール５５に導電性ペースト３０を充填した。この導電性ペースト３０の充填は、小孔５６内も導電性ペースト３０によって満たされるように行った。導電性ペースト３０は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂に、導電性フィラである銅フィラを混ぜ込んだものである。

導電性ペースト充填完了後に、誘導加熱用コイル１２に通電して加熱ステージ１１を所定温度まで温度上昇させ、加熱ステージ１１上の多層配線用基材５０を導体パターン５２の側より所定時間、加熱した。例えば、加熱ステージ１１の加熱温度を１８０℃として１分加熱した。それにより、ビアホール５５に充填された導電性ペースト３０のうち小孔５６の側の導電性ペースト３０のみが硬化される。
なお、加熱ステージ１１の加熱を、導電性ペースト３０の充填前に行い、充填と同時に、ビアホール５５に充填された導電性ペースト３０のうち小孔５６の側の導電性ペースト３０のみを硬化させるようにしても良い。

同加熱条件は、次のような実験により求めた。１ｇの未硬化の上記導電性ペーストを加熱ステージ１１にスクリーン印刷し、厚さ１０μｍの塗膜を作製した。これを各加熱条件で処理し。検討用サンプルとした。

加熱条件については、温度は１８０℃一定とし、加熱時間を３０秒、１、５、１０、６０分としてそれぞれ加熱処理しサンプルを得た。これらのサンプル及び未硬化の導電性ペーストについて、赤外吸収スペクトル測定を実施し、硬化度合いを調査した。

同調査には、エポキシ樹脂の硬化の指標に通常用いられる９１５ｃｍ^−１のエポキシ環のＩＲ吸収を使用した。９１５ｃｍ^−１におけるエポキシ環のＩＲ吸収は硬化が進むほど吸光度が減少する。未硬化ペーストの９１５ｃｍ^−１におけるエポキシ環の吸光度を１とすると、３０秒加熱では０．４５３、１分加熱では０．１２０、５分加熱では０．０５０、１０分加熱では、０．０１０、６０分加熱では０．０００であった。

この結果、１０μｍの塗膜にし加熱した同導電性ペーストは１８０℃１分加熱したものでも、硬化条件である１８０℃で６０分間加熱したサンプルの硬化度合いの８割がた硬化していることが確認された。以上より同加熱条件を１８０℃１分とした。

これにより、図２に符号Ａによって示されているように、小孔５６に充填されている導電性ペースト３０が硬化し、つまり、ビアホール５５に充填された導電性ペースト３０のうち小孔５６の側の導電性ペースト３０のエポキシ樹脂のみが熱硬化し、ビアホール５５内の導電性ペースト３０は、符号Ｂによって示されているように、未硬化状態のままに保たれた。これにより、多層化熱プレス時に必要な導電性ペースト３０の接着力を損ねることはない。

次に、カバー層５４を取り除いた複数枚の多層配線用基材５０を積層し、加圧状態での加熱（加熱プレス）によってビアホール５５内の導電性ペースト３０のうちの未硬化の導電性ペースト３０を硬化させる。これにより、図３に示されているような多層配線板が得られる。

図３に示すように、多層化工程の加熱プレス時には、小孔５６内の導電性ペースト３０が既に加熱硬化された状態にあるから、問題であった積層時の加熱プレスにおいて小孔５６の導電性ペースト３０が外部へ滲み出すことがなくなった。

これにより、回路表層においては滲み出しによる基板表層の汚染がなくなり、層間接続については、ビアホール５５内の導電性ペースト３０の充填量が減ることによる接続不良が回避された。

この多層配線板においては、小孔５６の導電性ペースト３０の硬化は、加熱ステージ１１上で、実質的に非加圧の状態で行われるから、非〜低圧縮硬化である。これに対し、多層化工程は、加熱プレスにより行われるから、ビアホール５５の接着層５３の側（絶縁性基材の他方の面の側）の大部分の導電性ペースト３０は、中〜高低圧縮硬化になる。

これにより、ビアホール５５に充填されて硬化した導電性ペースト３０の導電性フィラの密度が、小孔５６の側（符号Ａ）に比して、ビアホール５５の接着層５３の側（絶縁性基材の他方の面の側）の大部分（符号Ｃ）のほうが高くなる。

上述の実施形態では、印刷ステージを兼ねた加熱ステージ１１を誘導加熱したが、多層配線用基材５０の導体パターン（銅箔）５２に、直接、交流磁界をかけて銅箔を誘導加熱することにより、小孔５６側の導電性ペースト３０を硬化することも可能である。また、多層配線用基材５０の導体パターン５２側の面に赤外線を照射して小孔５６側の導電性ペースト３０を硬化させることもできる。

赤外線照射による実施形態を、図４を参照して説明する。この実施形態では、図４（ａ）に示されているように、印刷ステージ４１上に、多層配線用基材５０を、導体パターン５２を下側にして載置し、印刷ステージ４１上で、スキージ２０を用いてカバー層５４の側からビアホール５５に導電性ペースト３０を充填した。この実施形態でも、導電性ペースト３０の充填は、小孔５６内も導電性ペースト３０によって満たされるように行った。

導電性ペースト充填完了後、多層配線用基材５０を印刷ステージ４１より取り外し、図４（ｂ）に示されているように、赤外線輻射加熱装置４２を用いて多層配線用基材５０の導体パターン５２側の面に赤外線を照射する。これにより、小孔５６側の導電性ペースト３０が硬化、つまり、導電性ペースト３０の構成成分であるエポキシ樹脂が熱硬化した。
このとき使用する赤外線輻射加熱装置４２としては、波長２〜１０μｍの赤外線を照射できる赤外線輻射加熱装置が好ましい。波長２〜１０μｍの赤外線は、樹脂に対して加熱効果を示すと共に一般的な高分子材料の吸収波長が２〜１０μｍに分布しているため、赤外線吸収による反応促進効果がある。
この時、銅箔（導体パターン５２）が赤外線を遮蔽するため、ビアホール内部は未硬化状態が維持され、加熱プレス時の導電性ペースト３０の接着力を損ねることはない。

この発明による多層配線用基材の製造方法の一つの実施形態を示す説明図である。この発明による多層配線用基材の一つの実施形態の要部を示す拡大断面図である。この発明による多層配線板の一つの実施形態を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）は、この発明による多層配線用基材の製造方法の他の実施形態を示す説明図である。（ａ）〜（ｆ）は、小孔付きビアホールによる多層配線用基材の製造手順を示す工程図である。従来の多層配線板を示す断面図である。

符号の説明

１１加熱ステージ
１２誘導加熱用コイル
１３交流電源
１４温度センサ
１５温度制御装置
２０スキージ
３０導電性ペースト
４１印刷ステージ
４２赤外線輻射加熱装置
５０多層配線用基材
５１絶縁層
５２導体パターン（導電層）
５３接着層
５４カバー層
５５ビアホール
５６小孔

Claims

絶縁性基材の一方の面に導電層を有し、前記絶縁性基材に当該絶縁性基材を貫通して前記導電層の裏面に到達するビアホールが形成され、当該ビアホール部分の前記導電層に当該導電層を貫通する小孔が形成され、前記ビアホールに導電性フィラを含む導電性ペーストを充填された多層配線用基材の製造方法において、
前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストのうち前記小孔の側の導電性ペーストのみを硬化させる工程を有する多層配線用基材の製造方法。
前記導電性ペーストは熱硬化性のものであり、前記小孔の側の導電性ペーストのみを硬化させる工程は、前記絶縁性基材の一方の側より導電性ペーストを加熱する工程である請求項１記載の多層配線用基材の製造方法。
前記小孔の側の導電性ペーストを硬化させる工程は、加熱ステージ上に前記導電層を下側にして多層配線用基材を載置し、前記加熱ステージ上で前記ビアホールに導電性ペーストを充填し、前記加熱ステージを加熱する工程である請求項２記載の多層配線用基材の製造方法。
請求項１〜３の何れか１項記載の製造方法によって製造された多層配線用基材を少なくとも一つ含み、前記多層配線用基材を積層後、加圧状態での加熱によって前記ビアホール内の導電性ペーストのうちの未硬化の導電性ペーストを硬化させる多層配線板の製造方法。
絶縁性基材の一方の面に導電層を有し、前記絶縁性基材に当該絶縁性基材を貫通して前記導電層の裏面に到達するビアホールが形成され、当該ビアホール部分の前記導電層に当該導電層を貫通する小孔が形成され、前記ビアホールに導電性フィラを含む導電性ペーストを充填された多層配線用基材を少なくとも一つ含む多層配線板において、
前記ビアホールに充填されて硬化した前記導電性ペーストの導電性フィラの密度が前記小孔の側に比して前記絶縁性基材の他方の面の側のほうが高い多層配線板。
絶縁性基材の一方の面に導電層を有し、前記絶縁性基材に当該絶縁性基材を貫通して前記導電層の裏面に到達するビアホールが形成され、当該ビアホール部分の前記導電層に当該導電層を貫通する小孔が形成され、前記ビアホールに導電性フィラを含む導電性ペーストを充填された多層配線用基材を含む多層配線板において、
前記ビアホールに充填された前記導電性ペーストのうち前記小孔の側の導電性ペーストは非〜低圧縮硬化で、前記絶縁性基材の他方の面の側の導電性ペーストは中〜高低圧縮硬化である多層配線板。