JP2007242810A - 回路基板の製造方法、回路板および回路板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導体ポストと接続パッドとの間の層間接着剤を完全に排除しつつ、内層回路のゆがみが少ない回路基板の製造方法、回路板および回路板の製造方法を提供すること。
【解決手段】導体ポスト１４を有する第１基板１６と、導体ポスト１４を受ける導体パッド１７有する第２基板１８と、を層間接着剤１３を介して積層接着し、導体ポスト１４と導体パッド１７を電気的に接続する回路基板２０の製造方法であって、積層接着は、温度が２３０℃以上、２８０℃以下で加熱するとともに、圧力が０．５ＭＰａ以上、３ＭＰａ以下の圧力で加圧し、導体ポスト１４と導体パッド１７と、を金属接合する接合工程を含むことを特徴とする回路基板の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板の製造方法、回路板および回路板の製造方法に関する。

近年、電子機器の高密度化に伴い、これに用いられるフレキシブルプリント配線板等の回路基板の多層化が進んでいる。このような多層の回路基板を積層する技術として、ビルドアップ法が採用されている。ビルドアップ法とは、樹脂のみで構成される樹脂層と導体層とを積み重ねながら、単層間で層間接続をする方法である。

このビルドアップ法は、樹脂層にビアホールを形成してから層間接続する方法と、層間接続部を形成してから樹脂層を積層する方法に大別される。また、層間接続部は、ビアホールをめっきで形成する場合と、導電性ペーストで形成する場合等に分けられる。

スタックドビアが可能で、かつ高密度化および配線設計の簡易化できる技術として、樹脂層に層間接続用の微細ビアホールをレーザーで形成し、該ビアホールを銅ペースト等の導電性接着剤で穴埋めし、この導電性接着剤により電気的に接続を得る方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。 しかし、この方法では、層間の電気的接続を導電性接着剤で行っているため、信頼性が十分でない場合がある。また、微細なビアホールに導電性接着剤を埋め込む高度な技術も必要となり、配線パターンの更なる微細化に対応することが困難である。

そこで、導電性接着剤をビアホールに埋め込む手法に代わって、金属製の突起物（導体ポスト）を使用する技術が使用されている。しかし、導体ポストを使用する場合でも、層間接続する際に導体ポストが、層間接着剤を物理的に排除して接続パッドと接続する方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。しかし、この方法では、導体ポストと接続パッドとの間の層間接着剤を完全に除去することは難しく、信頼性が不十分となる場合があった。

また、先端部に半田層を形成した前記導体ポストを用いて、前記半田の溶融温度より低温で未硬化の樹脂層および未硬化の接着剤層に該導体ポストを貫通させて、接続パッドに２．５ＭＰａ程度で加圧した後、該接着剤層を硬化させ、更に前記半田を溶融・冷却することで半田接合を形成する方法もある（例えば特許文献３参照）。しかし、このように加圧により層間接続を行って回路基板を製造する際には、内層回路が歪んだり、内層回路の歪みに起因して回路基板が波打つ形になったりする現象があった。特に内層回路を重ねる枚数が多いほど、前記歪みや浪打ちは顕著となる傾向があった。
特開平８−３１６５９８号公報 特開平１１−５４９３４号公報 特開平８−１９５５６０号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、導体ポストと接続パッドとの間の層間接着剤を完全に排除しつつ、内層回路のゆがみが少ない回路基板の製造方法、回路板および回路板の製造方法を提供することを課題とする。

このような課題は、下記（１）〜（７）に記載の本発明により達成される。
（１）導体ポストを有する第１基板と、前記導体ポストを受ける導体パッド有する第２基板と、 を層間接着剤を介して積層接着し、前記導体ポストと前記導体パッドを電気的に接続する回路基板の製造方法であって、前記積層接着は、温度が２３０℃以上、２８０℃以下で加熱するとともに、圧力が０．５ＭＰａ以上、３ＭＰａ以下の圧力で加圧し、前記導体ポストと前記導体パッドと、を金属接合する接合工程を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。
（２）前記導体ポストは、金属被覆層に覆われている上記（１）に記載の回路基板の製造方法。
（３）上記（１）に記載の加熱温度範囲において、前記層間接着剤の粘度が１０Ｐａ・Ｓ以上、４００Ｐａ・Ｓ以下である上記（１）または（２）に記載の回路基板の製造方法。
（４）前記加熱は、予め目的温度までに加熱した熱板間に、回路基板を挟み込んで行なうものである上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
（５）前記加熱は、請求項１に記載の加熱温度範囲で所定時間保持するものである上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
（６）前記導体ポストと前記導体パッドとの接合は、前記金属被覆層がフィレットを形成することによりなされるものである上記（２）ないし（５）のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
（７）上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の回路基板の製造法により得られたことを特徴とする回路基板。

本発明によれば、導体ポストと接続パッドとの間の層間接着剤を完全に排除しつつ、内層回路のゆがみが少ない回路基板の製造方法、回路板および回路板の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、共通する構成要素には同一符号を付し、以下の説明において詳細な説明を適宜省略する。

図１および図２は、本発明による回路基板の製造方法の一実施形態を示す断面図である。

図１は本発明で得られた回路基板２０の断面図であり、図２（ａ）は第１基板１６、図２（ｂ）は第２基板１８の断面図である。

以下、各工程について説明する。

導体ポスト１４を有する第１基板１６と導体ポスト１４を受ける導体パッド（第２導体回路）１７を有する第２基板１８を用意する（図２（ａ）、（ｂ））。

第１基材１２及び第２基材２１としては、例えばポリイミドフィルム、ポリエーテルエーテルケトンフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム、液晶ポリマーフィルム等の樹脂フィルム、エポキシ樹脂積層板、フェノール樹脂積層板、シアネート樹脂積層板等の積層板等が挙げられる。これらの中でもポリイミドフィルムに代表される樹脂フィルムが好ましい。これにより、耐熱性を向上することができる。更に、フレキシブル性を発揮することもできる。

第１基材１２及び第２基材２１の厚さは、特に限定されないが、９〜５０μｍが好ましく、特に１２〜２５μｍが好ましい。厚さが前記範囲内であると、導体ポスト１４を形成するためのめっき時間を短縮することができる。

第１導体回路１１及び導体パッド１７を構成する材料としては、例えば銅はく、アルミニウム等が挙げられる。これらの中でも銅はくが好ましい。特に限定されないが、５〜５０μｍが好ましく、特に９〜３５μｍが好ましい。厚さが前記範囲内であると、特にエッチング処理による回路形成性に優れる。更に、第１導体回路１１を形成した後の第１基材１２のハンドリング性（取り扱い性）にも優れる。

層間接着剤（接着剤層）１３を構成する材料としては、例えばエポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤等が挙げられるこれらの中でもフラックス活性を有するエポキシ樹脂系接着剤が好ましい。これにより、前記ポリイミドフィルム等の第１基材１２との密着性が特に優れる。

層間接着剤１３の厚さは、特に限定されないが、８〜３０μｍが好ましく、特に１０〜２５μｍが好ましい。厚さが前記範囲内であると、特に密着性及び接着剤の染み出し抑制の双方に優れる。

層間接着剤１３は、第１基材１２に液状塗布する方法、真空ラミネータ等で加熱加圧する方法等があるが、後者の方がより簡便で、層間接着剤１３の厚みが安定する。

導体ポスト１４は、例えばペースト又はめっき法等で、銅ポストを形成する。引き続き、金属被覆層１５を合金等で形成する。導体ポスト１４の高さは、特に限定されないが、第１基材１２の第１導体回路１１が形成されている面と反対側の面から２〜３０μｍ突出されることが好ましく、特に５〜１５μｍ突出させることが好ましい。高さが前記範囲にあると、導体ポスト１４と導体パッド１７との接続安定性に優れる。

金属被覆層（ろう材）１５は、例えば金属または合金で構成されている。前記金属としては、例えば錫で構成されていることが好ましい。前記合金としては、錫、鉛、銀、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銅から選ばれた少なくとも２種類以上の金属で構成される金属被覆層１５であることが好ましい。例えば、錫−鉛系、錫−銀系、錫−亜鉛系、錫−ビスマス系、錫−アンチモン系、錫−銀−ビスマス系、錫−銅系等があるが、金属組み合わせや組成に限定されず、最適なものを選択すればよい。金属被覆層の厚さは、特に限定されないが、２μｍ以上が好ましく、特に３〜２０μｍが好ましい。厚さが前記範囲内であると導体ポスト１４と導体パッド１７との接続の安定性に優れ、それによって信頼性が向上する。

次に金属被覆層１５と導体パッド１７との間の層間接着剤１３を排除して、第１基板１６と第２基板１８が電気的接続を得る工程について説明する。

予め、第１基板１６と第２基板１８の位置を合わせるため、導体パターンとして形成されているマークを画像認識装置により読み取り位置合わせする方法、ピンで位置合わせする方法など用いて、位置合わせを行う。位置合わせした基板を真空中で所定の温度、圧力でプレスする。

前記所定の温度は、予め２３０〜２８０℃まで熱板を加熱しておくことが好ましく、特に２５０〜２７０℃が好ましい。温度が前記範囲内であると層間接着剤１３の粘度が１０Ｐａ・Ｓ〜４００Ｐａ・Ｓで軟化するため、金属被覆層１５と導体パッド１７との間の層間接着剤１３を排除することができる。同時に金属被覆層１５が溶融するため、導体ポスト１４への圧力集中が緩和され、第１基板１６及び第２基板１８が歪んだり、歪に起因して基板が波打つ形になることを防止することができる。且つ、良好なフィレットを形成することで、第１基板１６と第２基板１８の電気的接続性が安定する。

また、温度が前記範囲であると安定した金属合金層を形成することができ、第１基板１６と第２基板１８の電気的接続信頼性が向上する。前記温度より低いと層間接着剤１３の軟化レベルが低く、完全には層間接着剤１３を排除することができない。前記温度より高いと基板の熱収縮が大きく、寸法ばらつきの原因となる。

前記所定の圧力は、０．５〜３ＭＰａが好ましく、特に１．５〜２．５ＭＰａが好ましい。圧力が前記範囲内であると金属被覆層１５と導体パッド１７との間の層間接着剤１３を排除することができる。前記圧力より低いと完全には層間接着剤１３を排除することができない。前記圧力より高いと第１基板１６及び第２基板１８が歪んだり、歪に起因して基板が波打つ形になる。また層間接着剤の染み出し量も多くなり、層間厚みが不安定になる可能性がある。

処理時間は、１〜１０分が好ましく、特に３〜８分が好ましい。前記範囲より少ないと層間接着剤１３が排除されにくく、且つ金属合金層が形成されにくい。前記範囲より多いと基板に内部応力を与えることになる。

また、予め加熱しておかなければ、金属被覆層１５が溶融する温度に達する前に層間接着剤１３が硬化し良好なフィレット１９を形成することができない場合がある。急昇温ヒータを用いれば予め加熱する必要はないが、熱板面積が大きいほど装置が非常に高価となり、経済面から適用は難しい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。

例えば、本実施形態では、第１基板１６、第２基板１８を積層接着する工程について説明してきたが、第１基板１６に導体パッド１７を形成し、第１基板１６の上層に、導体ポスト１４を含む基板を積層接着した回路基板の製造方法であってもよい。この様に、複数の層を所望する場合、適宜、第１基板１６や、第２基板１８を追加すれば良い。

実施例１
図１〜２で説明した工程に沿って実施した。

すなわち、銅はくが１２μｍ、基材がポリイミドフィルム厚み２５μｍの２層片面回路基板（宇部興産製 ＳＥ１３１０）を、銅箔とは反対面から、ＵＶレーザーにより５０μｍ径のビアを形成した。めっき高さを基材からの突起量を２３μｍとし、エッチングにより回路を形成した。この導体ポスト付基板と、２６０℃での溶融粘度が１００Ｐａ・Ｓの層間接着剤を真空ラミネータにて１３０℃、０．１ＭＰａの条件で熱圧着した。次に銅はくが１２μｍ、基材がポリイミドフィルム厚み２５μｍの２層両面回路基板（有沢製作所製 ＰＫＷ１０１２ＥＣＵ）をエッチングにより回路形成した。画像処理による位置合わせ積層を行い、真空プレスにて熱板を予め２６０℃に加熱しておき、２ＭＰａで５分間プレスした。

実施例２
２７０℃、１ＭＰａでプレスした。それ以外は、実施例１と同様な方法で作製した。

比較例１
７ＭＰａでプレスした。それ以外は、実施例１と同様な方法で作製した。

実施例１、２、比較例１の方法で処理した基板の評価結果を表１に示す。実施例１、２は良好であるが、比較例１は、回路基板の性能上不具合があった。

本発明で得られた回路基板を示す断面図である。 本発明の第１基板（ａ）と、第２基板（ｂ）を示す断面図である。

符号の説明

１１ 第１導体回路
１２ 第１基材
１３ 層間接着剤（接着剤層）
１４ 導体ポスト
１５ 金属被覆層（ろう材）
１６ 第１基板
１７ 導体パッド（第２導体回路）
１８ 第２基板
１９ フィレット
２０ 回路基板
２１ 第２基材

Claims (7)

1. 導体ポストを有する第１基板と、
   前記導体ポストを受ける導体パッド有する第２基板と、
   を層間接着剤を介して積層接着し、前記導体ポストと前記導体パッドを電気的に接続する回路基板の製造方法であって、
   前記積層接着は、温度が２３０℃以上、２８０℃以下で加熱するとともに、圧力が０．５ＭＰａ以上、３ＭＰａ以下の圧力で加圧し、前記導体ポストと前記導体パッドと、を金属接合する接合工程を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。
2. 前記導体ポストは、金属被覆層に覆われている請求項１に記載の回路基板の製造方法。
3. 請求項１に記載の加熱温度範囲において、前記層間接着剤の粘度が１０Ｐａ・Ｓ以上、４００Ｐａ・Ｓ以下である請求項１または２に記載の回路基板の製造方法。
4. 前記加熱は、予め目的温度までに加熱した熱板間に、回路基板を挟み込んで行なうものである請求項１ないし３のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
5. 前記加熱は、請求項１に記載の加熱温度範囲で所定時間保持するものである請求項１ないし４のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
6. 前記導体ポストと前記導体パッドとの接合は、前記金属被覆層がフィレットを形成することによりなされるものである請求項２ないし５のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の回路基板の製造法により得られたことを特徴とする回路基板。
   
   
   
   

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