JP2007201034A

JP2007201034A - 多層配線基板の層間接続構造

Info

Publication number: JP2007201034A
Application number: JP2006015902A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yagi; 優治八木; Fumio Echigo; 文雄越後
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】本発明は、ビアホールの位置がずれても接続信頼性の得られる導電性ペーストを用いた全層ＩＶＨ構造樹脂多層基板を提供することを目的としている。
【解決手段】所定部分を貫通させたビアホール２内に導電性ペースト３を充填することにより、表裏面間での電気的導通を得てなる電気絶縁性基材１を積層させた多層配線基板６において、少なくとも２つ以上の前記電気絶縁基板１に渡って前記ビアホール２が同一軸内に配置される部分において、内層部から外層部にかけて前記ビアホール２の径が順次小さくなるよう形成される構造とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性ペーストを用いて層間接続を行う多層配線基板の構造に関するものである。

近年、電子機器の小型化、高性能化に伴い、産業用にとどまらず、広く民生用機器の分野においても、ＬＳＩ等の半導体チップを高密度に実装できる多層配線基板が安価に供給されることが強く要望されてきている。このような多層配線基板では微細な配線ピッチで形成された複数層の配線パターン間を高い接続信頼性で電気的に接続できることが重要である。

このような市場の要望に対して、従来多層配線基板の層間接続の主流となっていたスルーホール内壁の金属めっき導体に代えて、多層配線基板の任意の電極を任意の配線パターン位置において、層間接続できるインナービアホール接続法すなわち全層ＩＶＨ構造樹脂多層基板と呼ばれるものがある。

これは、多層配線基板のビアホール内に導電体としての導電性ペーストを充填して、必要な各層間のみを接続することが可能であり、部品ランド直下にインナービアホールを設けることができるため、基板サイズの小型化や高密度実装を実現できる。また、インナービアホールにおける電気的接続は導電性ペーストを用いているので、ビアホールにかかる応力集中を緩和でき、熱衝撃等による寸法変化に対して安定な電気的接続を実現できる。

この全層ＩＶＨ構造樹脂多層基板として、図４（ａ）〜（ｉ）に示すような工程で製造される多層配線基板が従来から提案されている。

まず、図４（ａ）に示す１１は、加圧や加熱により収縮する際の収縮率が比較的高い（この性質を以下被圧縮性という）多孔質基材よりなる電気絶縁性基材である。

図４（ａ）に示すように電気絶縁性基材１１の相対向する両側面、すなわち薄肉板状の電気絶縁性基材１１の板面をなす表裏両側面に、保護フィルム１０をラミネート加工によって貼り付ける。

続いて、図４（ｂ）に示すように電気絶縁性基材１１と保護フィルム１０の全てを貫通するビアホール１２をレーザー等によって形成する。

次に、図４（ｃ）に示すようにビアホール１２に導電性ペースト１３を充填する。その後、両側の保護フィルム１０を剥離し、この状態で両側から箔状の配線材料１４を、図４（ｄ）に示すように、積層配置すると、図４（ｅ）に示した状態になる。図４（ｅ）に示す工程で配線材料１４を加熱加圧することにより、電気絶縁性基材１１に接着させる。この時、電気絶縁性基材１１は被圧縮性、すなわち圧力等で収縮する性質を有するため、加熱加圧によって、厚み方向に収縮することとなる。

また、この加熱加圧工程によって、導電性ペースト１３は厚み方向に圧縮される。この圧縮によって、導電性ペースト内の導電粒子同士が高密度に接触し、同時に配線材料１４と導電性ペースト１３の電気的接続も実現されることとなる。

次に、図４（ｆ）に示すように配線材料１４をパターニングすることによって、両面配線基板１５が完成する。次に、図４（ｇ）に示すように、両面配線基板１５の両側に、図４（ａ）〜（ｄ）に示したのと同様の工程で形成した導電性ペーストが充填された電気絶縁性基材１１と配線材料１４を積層配置させる。

図４（ｈ）に示す工程で配線材料１４を加熱加圧することにより、電気絶縁性基材１１に接着させる。このとき、同時に両面配線基板１５と電気絶縁性基材１１も接着することになる。この加熱加圧工程で、図４（ｅ）に示した工程と同様に電気絶縁性基材１１が厚み方向に圧縮されるに伴い収縮し、導電性ペースト１３が厚み方向に圧縮される。

この圧縮によって、導電性ペースト１３が配線材料１４と両面配線基板上の配線と高密度に接触し、電気的な接続が実現される。次に、表層の配線材料１４をパターニングすることによって、図４（ｉ）に示す多層配線基板１６が完成する。ここでは、多層配線基板として４層基板の例を示したが、多層配線基板の層数は４層に限定されるものではなく、少なくとも２層以上のものであって、同様の工程で５層以上にさらに多層化することができる。

なお、全層ＩＶＨ構造樹脂多層基板を形成するための方法としては、先行技術文献情報に、例えば、特許文献１が知られている。
特開平０６−２６８３４５号公報

しかしながら、導電性ペーストを用いた全層ＩＶＨ構造樹脂多層基板では、図４（ｄ）に示す通り、導電性ペースト１３が電気絶縁性基材１１の表裏面に突出した状態で、導電性ペースト１３を圧縮するため、圧縮後のビアホール１２付近は、図４（ｅ）に示すように、配線基板の表裏面上に配線材料１４が突出した形状となり、ビアホール１２が配線基板の複数層に渡って同一軸内に配置されるパターンでは、他の部分よりも圧縮力が大きく掛かる。

また、ビアホールの位置は、設計上は同一軸内に配置していても、工程上は微妙にずれる可能性が高く、圧縮力の大きく掛かる同一軸内に配置されるビアホールにおいては、位置ずれが生じることによって、圧縮力が偏った方向に掛かり、熱ストレス等の外的負荷が掛かった際に、ビアホールと配線材料の間に亀裂が生じるという課題があった。

特に、図５に示す通り、レーザー等で形成されるすり鉢形状のビアホールでは、小さい方の開口部がほぼ点接触に近い状態で圧力が加わるため、位置ずれが生じて、圧縮力が偏った方向に掛かった場合、小さい方の開口部を中心としたビアホールを倒そうとする方向にストレスが加わるため、初期の段階から導電性ペースト１３と配線材料１４の間に亀裂１８が生じ、更に接続信頼性を劣化させるという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、ビアホールが配線基板の複数層に渡って同一軸内に配置した場合に、ビアホールの位置がずれても接続信頼性の得られる導電性ペーストを用いた全層ＩＶＨ構造樹脂多層基板を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、所定部分を貫通させたビアホール内に導電性ペーストを充填することにより表裏面間での電気的導通を得てなる電気絶縁性基材を積層させた多層配線基板において、少なくとも２つ以上の電気絶縁性基材に渡ってビアが同一軸内に配置されるパターンで、最内層部から外層部にかけて前記ビアホールの径を順次小さくしてなる多層配線基板の層間接続構造とするものである。

本発明の多層配線基板の層間接続構造では、最初に圧縮を行う最内層の両面配線基板から順番に積層される配線基板に対して、ビアホール径を順次小さくしてなることにより、設計上は同一軸内に配置されたビアホールが工程上で位置ずれを生じたとしても、既に積層、加圧済みの内層配線基板のビアホール付近で発生する突出部が更に積層される外層配線基板のビアホールに被る構造となるため、圧縮力が偏った方向に掛かることがなく、安定した接続信頼性を確保することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における多層配線基板の層間接続構造について、本発明の特に請求項１に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における多層配線基板の層間接続構造を示す断面図である。

本実施の形態での多層配線基板６の層間接続構造は、図１に示す通り、内層の電気絶縁性基材１ａに形成されたビアホール２ａの径よりもその両面に積層される電気絶縁性基材１ｂのビアホール２ｂの径の方が小さく、さらにこのビアホール２ｂの径よりも、その両面に積層される電気絶縁性基材１ｃのビアホール２ｃの径の方が更に小さい径であることを特徴としている。本発明において、ビアホール２ａ、２ｂ、２ｃは、導電性ペースト３が充填されている。

このような構造とすることにより、設計上は同一軸内に配置されたビアホールが工程上で位置ずれ７を生じたとしても、既に積層、加圧済みの電気絶縁性基材１ｂのビアホール２ｂ付近で発生する突出部が更に積層される外層の電気絶縁性基材１ｃのビアホール２ｃに被る構造となるため、圧縮力が偏った方向に掛かることがなく、安定した接続信頼性を確保することができる。

また、市場要望としては、微細な配線ピッチを求められるが、これは実装部品の高密度化や小型化によるところが多く、主に多層配線基板６の最外層表面の配線パターン４に求められる要件であり、本実施の形態では、最外層のビアホール２ｃは最も小さい径を有するため、微細化の要求も満足することができる。

なお、本実施の形態では、６層基板の例を示したが、多層配線基板の層数は３層以上であれば、同様の効果を得ることができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における多層配線基板の層間接続構造について、本発明の特に請求項２に記載の発明について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略する。

図２は、本発明の実施の形態２における多層配線基板の層間接続構造を示す断面図である。

本実施の形態での多層配線基板６の層間接続構造は、図２に示す通り、電気絶縁性基材の積層する順番で奇数番目の層のビアホール２ａ、２ｃと偶数番目の層のビアホール２ｂの径のように、各層毎にビアホールの径を変えた構造であることを特徴としている。

この場合、最初に形成される１番目の電気絶縁性基材１ａのビアホール２ａに対し、その両面に積層される電気絶縁性基材１ｂのビアホール２ｂの方が、開口部の径が大きいため、位置ずれ７が生じたとしても、ビアホールを倒そうとする方向にストレスが加わることはなく、ビアホール２ａについては、既に周囲の電気絶縁性基材が硬化済みのため、変形することがなく、安定した接続信頼性を確保することができる。また、ビアホール２ｂとビアホール２ｃの関係においては、実施の形態１と同様の構成となるため、同様に安定した接続信頼性を確保することができる。

実施の形態１のように、層が内側になるに従って、ビアホールの径が大きくなる構成では、積層する層数が増えることによって、内層のビアホールの径が大きくなるが、本実施の形態では、そのような現象が生じにくく、特に、層数の多い多層配線基板には有利となる。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３における多層配線基板の層間接続構造について、本発明の特に請求項３、４に記載の発明について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略する。

図３は、本発明の実施の形態３における多層配線基板の層間接続構造を示す断面図である。

本実施の形態での多層配線基板６の層間接続構造は、図３に示す通り、レーザー等で形成されるすり鉢形状のビアホール２の向きを電気絶縁性基材１の層毎に交互に反転させて積層した構造であることを特徴としている。更に、小さい方の開口部が対向するビアホールについては、設計上の位置にずれを設けた構造としたことを特徴としている。

このような構造とすることにより、すり鉢形状のビアホールにおける大きい方の開口部間は、位置ずれ７が生じても、突出面の対向する面積が大きいため、圧縮力が偏った方向に掛かることは少ない。また、小さい方の開口部間は、位置をずらして設計しているため、逆に位置ずれが生じても、互いに被ることはなく、圧縮力が偏った方向に掛かることはない。この場合、開口部同士が互いに被らないようにするために、少なくとも開口部の径以上にずらす必要があるが、現在、ビアホールの開口部の径で最小のものは５０μｍ程度であるため、設計上のずれ量９は１００μｍ以上あれば良い。

以上の通り、本実施の形態での層間接続構造では、圧縮力が偏った方向に掛かりにくく、安定した接続信頼性を確保することができるだけでなく、実施の形態１、２のように、内層のビアホールの径を通常よりも大きくする必要がなく、より微細な配線パターンを形成することが可能になる。

以上のように、本発明にかかる多層配線基板の層間接続構造では、微細な配線ルールを形成できるだけでなく、高い層間接続信頼性を得ることができるため、微細な配線パターンや半導体実装等のより高い信頼性基準を満足する必要のある半導体パッケージや小型モジュール部品等の実装基板に関する用途に適用できる。

本発明の実施の形態１における多層配線基板の層間接続構造を示す断面図本発明の実施の形態２における多層配線基板の層間接続構造を示す断面図本発明の実施の形態３における多層配線基板の層間接続構造を示す断面図従来の多層配線基板の製造工程を示す断面図従来の多層配線基板の層間接続構造を示す断面図

符号の説明

１電気絶縁性基材
２ビアホール
３導電性ペースト
４配線パターン
６多層配線基板
７ずれ
９設計上のずれ量

Claims

所定部分を貫通させたビアホール内に導電性ペーストを充填することにより表裏面間での電気的導通を得てなる電気絶縁性基材を積層させた多層配線基板において、少なくとも２つ以上の前記電気絶縁性基材に渡って前記ビアホールが同一軸内に配置される部分において、内層部から外層部にかけて前記ビアホールの径を順次小さくなるよう形成されることを特徴とする多層配線基板。
所定部分を貫通させたビアホール内に導電性ペーストを充填することにより表裏面間での電気的導通を得てなる電気絶縁性基材を積層させた多層配線基板において、少なくとも２つ以上の前記電気絶縁性基材に渡ってビアホールが同一軸内に配置される部分において、前記電気絶縁性基材の積層する順番で各層毎に交互に前記ビアホールの径を変えてなることを特徴とする多層配線基板。
所定部分を貫通させたビアホール内に導電性ペーストを充填することにより表裏面間での電気的導通を得てなる電気絶縁性基材を積層させた多層配線基板において、ビアホールはすり鉢形状の孔であって、前記孔のすり鉢形状の向きを前記電気絶縁性基材の積層する順番で各層毎に交互に反転して形成されることを特徴とする多層配線基板。
すり鉢形状の小さい方の開口部が対向するビアホールの位置のずれを、１００μｍ以上設けて配したことを特徴とする請求項３に記載の多層配線基板。