JP2007329244A - 積層回路配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面の平坦性を向上するのに好適な積層回路配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】積層回路配線基板の製造方法は、各々が絶縁基板１ａ〜４ａ、前記絶縁基板表面に形成された回路パターンを有する配線層１ｂ〜４ｂ及び前記配線層に接続され前記絶縁基板に設けられた層間導電路１ｅ〜３ｅを備えた複数の回路基板１〜４を重ね合わせて加圧接着することによって積層回路配線基板を形成する際に、前記加圧接着は、前記積層回路配線基板の最表層に位置する回路基板１の回路パターンと相補的なパターン形状を有する補助基板Ｈを前記最表層に相補関係に重ねて配置した状態で行うことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は積層回路配線基板の製造方法に係り、特に多層回路配線基板の表面の平坦性を向上できる積層回路配線基板の製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化が要求され、その機器に装着される各種電子部品やプリント配線板（回路配線基板）にも、小形化、薄形化、軽量化及び低コスト化が益々強く要求されている。ところが、従来、各種電子部品やプリント配線板自体の設計上、製造上の制約等から前記要求を大幅に改善することが困難な状況にあった。

その制約を取り払い前記要求に応えるために、従来、層間導電路の形成に関し、スルーホール及びメッキを適用する技術よりも薄型化及び高密度化に有利とされるＩＶＨ（インターステシャルビアホール）技術を全層に採用した多層フレキシブルプリント配線基板（多層ＦＰＣ）が開発されてきている（例えば特許文献１）。

前記従来の多層ＦＰＣでは、図４（ａ）に示すように、積層される複数枚のＦＰＣ４１乃至４４の各々は、例えばポリイミド樹脂絶縁基板４１ａ乃至４４ａの片面に形成された銅箔製の配線層（回路パターン）４１ｂ乃至４４ｂ、前記絶縁基板４１ａ乃至４４ａの反対面に接着された接着層４１ｃ乃至４３ｃ及び前記絶縁基板の所定の位置にあるビアホールに導電性ペーストを充填して形成された層間導電路４１ｄ乃至４３ｄを有する。

そして、図４（ｂ）に示すように、前記多層ＦＰＣは、上下に対向する前記各ＦＰＣ４１乃至４４の各回路パターン同士が前記層間導電路４１ｄ乃至４３ｄにより電気的に接続されるように、各ＦＰＣを順次重ねる毎に位置合わせ／接着を繰り返す方法によって一体的な積層構造に形成される。この方法によれば、その最外層が比較的平坦化されるが、工程数が多く煩雑であり製造コストが高くなる。

一方、前記積層構造を得るために、製造工程を簡素化することが可能な一括プレス積層方式も一般的に採用されている。この一括積層方式は、必要な枚数の前記各ＦＰＣを用意し、画像認識などによって各ＦＰＣの回路パターン相互を位置合わせして重ね合わせた後、その上下両面に配置したゴム板のようなクッション材を介して一括して真空プレス機などで熱プレスすることによって行われる。

前記一括積層方式では、前記クッション材が各ＦＰＣの配線層の有無すなわち回路パターンの凹凸形状に追従して変形して、重なり合う複数ＦＰＣの全面に圧力が均一にかかるようになっている。そして、前記積層構造では、図４（ｃ）に示すように、前記各ＦＰＣの配線層４１ｂ乃至４４ｂの重なりの多い領域Ａ１、Ａ２や少ない領域Ｂ１、Ｂ２があって内層の残銅率の差が生じており、また、複数の層間導電路４１ｄ乃至４３ｄの重なりの多い又は少ない又は無い領域が存在する。

そのために、前記一括積層方式では、熱流動性を有する前記接着層４１ｃ乃至４３ｃは、前記クッション材の変形を伴う圧力負荷や前記積層構造の内層の残銅率の差などによって、そのフロー量が変化し厚さが不均一となる。そして、図４（ｃ）のように多層ＦＰＣ全体の厚さが不均一で上表面側に大きな凹凸が生じたり、内層の回路パターンが前記絶縁基板表面側に浮き出るように転写されたり、内部歪み応力を生じて前記絶縁基板４１ａ乃至４４ａが歪曲したりするという問題がある。また、このような凹凸のために、多層ＦＰＣ表面上への電子部品の実装が困難となったり、実装できても、部品接続部位に残留応力によるクラックを生じる虞などがある。

また、特許文献２のように、熱可塑性樹脂製の平滑な絶縁基板を積層する従来の方法があるが、熱可塑性樹脂は、一般に高温でキュアしなければならないために、工程が複雑化するという難点がある。
特開２００３―３１８５４６号公開公報 特開２０００―２７７８７５号公開公報

本発明は、前記従来の問題点を解決するもので、特に多層回路配線基板の表面の平坦性を向上するのに好適な積層回路配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明の積層回路配線基板の製造方法は、各々が絶縁基板、前記絶縁基板表面に形成された回路パターンを有する配線層及び前記配線層に接続され前記絶縁基板に設けられた層間導電路を備えた複数の回路基板を重ね合わせて加圧接着することによって積層回路配線基板を形成する際に、前記加圧接着は、前記積層回路配線基板の最表層に位置する回路基板の回路パターンと相補的なパターン形状を有する補助基板を前記最表層に相補関係に重ねて配置した状態で行うことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の積層回路配線基板の製造方法において、
前記補助基板は、前記最表層に位置する回路基板の回路パターンと相補的なパターン形状の金属層を絶縁基板表面に形成したものであることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の積層回路配線基板の製造方法において、前記加圧接着は、前記複数の回路基板及び前記補助基板を重ね合わせ配置した後、前記重ね合わせ方向に一括プレスすることによって行うことを特徴とする。

本発明の積層回路配線基板によれば、前記加圧接着は、前記積層回路配線基板の最表層に位置する回路基板の回路パターンと相補的なパターン形状を有する補助基板を前記最表層に相補関係に重ねて配置した状態で行われる。そのために、前記加圧接着に際して、最表層に位置する回路基板の回路パターンの凹凸が補助基板の相補的な凸凹パターンによって埋め合わされているために、重ね合わされた複数の前記回路基板の面全体に均一な圧力がかけられ、表面平坦な積層回路配線基板が簡単に得られるという効果を奏することができる。

以下、本発明の積層回路配線基板の製造方法の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１（ａ）乃至図１（ｆ）は積層前の各回路基板の製造方法を説明するための工程別断面図、図１（ｇ）は補助基板の断面図、図２は複数の回路基板を重ねて一括プレスにより積層回路配線基板を形成する状態を示す断面図である。なお、各図中の同一の引用符号で示された部分は、相互に同一或いは同様な構成部分であることを示す。

まず、図１（ａ）に示すように、平板状或いはフイルム状の第１絶縁基板１ａの片面（上面或いは表面）に、配線材料層１Ｂが重ねて設けられた回路基板基材を用意する。前記第１絶縁基板１ａとして例えばポリイミド系樹脂またはポリエステル系樹脂を主体とする可撓性の絶縁樹脂材料を用い、前記配線材料層１Ｂとして前記第１絶縁基板１ａにラミネートされた銅箔を用いた所謂片面ＣＣＬ（カッパークラッドラミネイト）がＦＰＣタイプの回路基板基材として使用されている。

次に、図１（ｂ）に示すように、前記配線材料層１Ｂに対して、マスクパターンを用いて例えば化学的に選択エッチングを施すことによって、所望の回路パターンを有する銅箔製の金属配線層１ｂを形成する。

その後、図１（ｃ）に示すように、前記第１絶縁基板１ａの反対面（下面或いは裏面）に、例えば８０℃〜１５０℃、５〜６０秒の加熱温度／時間条件下で接着層１ｃを仮貼着する。前記接着層１ｃには、例えば熱硬化性エポキシ或いは熱可塑性ポリイミドなどを主成分とする絶縁性樹脂フイルムが使用される。

そして、図１（ｄ）に示すように、前記配線層１ｂ裏面の一部領域に達するビアホール１ｄを、前記第１絶縁基板１ａの一部を貫通して形成する。前記ビアホール１ｄは、ドリル加工によって穿孔して形成してもよい。しかし、ここでは微細な回路ピッチの層間接続のために高精度加工が可能なレーザ加工を採用する。このレーザ加工機としては、ＣＯ２レーザ、ＵＶ−ＹＡＧレーザ或いはエキシマレーザなどが使用される。このレーザ加工において、前記ビヤホール１ｄ内にスミア（残滓）が生じることがあるので、プラズマ処理によりデスミア処理する。

次に、図１（ｅ）に示すように、前記ビヤホール１ｄ内に導電性ペーストを例えばスキージング印刷法により充填してＩＶＨのための層間導電路１ｅを形成する。

以上のようにして、第１絶縁基板１ａ、前記第１絶縁基板の片面側の表面に形成された回路パターンを有する第１配線層１ｂ、前記第１絶縁基板の反対面に形成された第１接着層１ｃ及び前記第１配線層に接続され前記第１絶縁基板を貫通して設けられた第１層間導電路１ｅを備えた第１回路基板１が形成される。

ところで、図１（ｆ）には、後述するように前記第１回路基板１の下方に順次重ね合わされる第２回路基板２、第３回路基板３及び第４回路基板４が示されている。前記第２乃至第４回路基板にそれぞれ用いられる第２乃至第４絶縁基板２ａ乃至４ａは、いずれも前記第１絶縁基板１ａと同一または同様な材料が使用される。

また、前記第２乃至第４絶縁基板２ａ乃至４ａの片面に形成された第２乃至第４配線層２ｂ乃至４ｂは、それぞれ必要に応じた回路パターンを構成するように、前記第１配線層１ｂと同様に銅箔製の金属配線材料層にエッチングを施して形成される。

前記第２及び第３絶縁基板２ａ、３ａの各反対面には、第２及び第３接着層２ｃ、３ｃが、前記第１接着層１ｃと同様な材料及び条件で仮貼着されている。また、前記第２及び第３絶縁基板２ａ、３ａをそれぞれ貫通して設けられた第２及び第３層間導電路２ｅ、３ｅは、前記第２、第３配線層２ｂ、３ｂの所望の部分と接続する位置に、前記第１層間導電路１ｅと同様の方法でビアホール加工及び導電ペースト充填を行って形成される。なお、第４回路基板４は、最下方に配置されるものであるために敢えて接着層及び層間導電路が設けられていない。

更に、図１（ｇ）に示すように、補助基板Ｈを用意する。前記補助基板Ｈには、耐熱性に優れた例えばポリミド系樹脂からなる補助絶縁基板Ｈａの片面に銅箔のような金属箔がラミネートされた片面ＣＣＬが用いられている。そこで、前記銅箔に図１（ｂ）工程で説明したような選択エッチングを施すことによって、前記第１配線層１ｂの回路パターンと相補的なパターン形状を有する金属層からなる相補パターン層Ｈｂが形成されている。

従って、補助基板Ｈは、補助絶縁基板Ｈａ表面に形成された金属層からなる相補パターン層Ｈｂを有し、前記相補パターン層は、第１配線層１ｂの回路パターンと所謂ポジ／ネガのパターン関係とされている。このように相補パターン層Ｈｂを有する補助基板Ｈは、前記各回路基板の各配線層のパターニングと同様な方法により形成され、特別な材料や工程を取り込むことなく簡易な方法で製造される。

次に、図２を参照して一括プレスによる積層回路配線基板を形成する方法について説明する。図２（ａ）に示すように、前記第４回路基板４を最下方に、第１回路基板１を最上方に位置させ、前記第１乃至第４回路基板１乃至４を重ね合わせ配置する。この際、各々回路基板の第１乃至第４配線層１ｂ乃至４ｂは、いずれも図中上方に向けられていて、各回路基板に予め付与された合わせマーク（図示せず）を画像認識することにより、前記各配線層や前記層間導電路１ｅ乃至３ｅなどの相互位置合わせが行われる。

そして、前記補助基板Ｈを前記第１回路基板１に対面して重ね合わせ、ポジ／ネガパターン関係となる前記相補パターン層Ｈｂと第１配線層１ｂ回路パターンとの各凹凸面を埋め合わせ、嵌め合わせ或いは噛み合わせるように相互に整合させる。従って、この時点では、前記補助基板Ｈ及び前記第１回路基板１は、実質的には内部構造が密な一体化された一枚板を構成した状態とみなすことができる。

ところで、前記相補パターン層Ｈｂは、図１（ｇ）に示す段階において、予め、その周縁と前記第１配線層１ｂの回路パターン周縁との間に、１０〜５０μｍ程度のクリアランスをもてるような寸法及び形状とされている。このクリアランスにより前記補助基板Ｈと前記第１回路基板１との位置合わせは、前記画像認識法のような特殊な位置合わせを要せず、大まかな精度で容易に位置合わせすることができる。

前記補助基板Ｈの上方には、第１離型フイルム１０及び例えばＳＵＳ（ステンレス）製の第１加熱プレス板１１がこの順序で配置され、前記第４回路基板４の下方には、第２離型フイルム１２及び例えばＳＵＳ製の第２加熱プレス板１３がこの順序で配置されている。そして、前記第１及び第２プレス板１１及び１３によって、重ね合わせ配置の前記各回路基板１乃至４及び補助基板Ｈを上下両面から挟むように加熱プレスする。

前記加熱プレスは、真空プレス機やキュアプレス機などで、例えば１５０〜２５０℃の加熱温度で、１ＭＰａ〜５ＭＰａの圧力を印加して３０分〜２時間保持することによって行う。その結果、図２（ｂ）に示すように、第１乃至第４回路基板１乃至４は、第２乃至第４配線２ｂ乃至４ｂが第１乃至第３接着層１ｃ乃至３ｃにそれぞれ埋め込まれるようにして相互接着されて、積層回路配線基板が製作される。

この場合、前記加熱プレス時に前記補助基板Ｈ及び前記第１回路基板１が前述のように実質的には内部構造が密な一枚板を構成しているために、従来のクッション材のような変形は起こり難く、重ねられた前記第１乃至第４回路基板の全面に均一で平坦分布の加圧がかかる。そのために、前記積層回路配線基板の厚さが均一になされ、その最表層を構成する第１回路基板１が殆ど変形することなく当初の平坦面を維持することができ、また、前記積層回路配線基板全体の歪曲（ゆがみ）変形が防止される。なお、この実施形態においては、前記補助基板Ｈは前記積層回路配線基板製作後取り外される。

そこで、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）を用いて前記積層回路配線基板の最表層面の平坦性を測定した結果について説明する。前記ＢＧＡは１０ｍｍ×１０ｍｍ角のＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）の実装面にパッド径０．３ｍｍ、パッドピッチ０．５ｍｍのパッドを総数３１２個配列させたものを使用した。そして、ある点を基準にしたそれぞれのパッド高さから最小２乗平面を算出して、その点からの最大値と最小値の差として最大高低差を定義し、その最大高低差を測定したところ３０μｍ程度であった。

これに対して、前記従来技術のクッション材として一般的なフッ素ゴムを用いた一括プレスで製作した積層回路配線基板（前記実施形態同様の第１〜第４回路基板の積層）の場合には、最大高低差が１００μｍ程度にもなっていた。従って、前記一実施形態の積層回路配線基板の最表層の平坦性が極めて優れていることが確認された。

次に、表１を参照して、一括プレスによって製作された積層回路配線基板に対する電子部品実装テストについて本発明と従来技術とを比較説明する。

ここで、表中の「本発明」は前記一実施形態に係る本発明の製造方法を適用した積層回路配線基板を対象とする。「従来技術」は、前記一実施形態の方法を示す図２中の補助基板Ｈに代えて従来の一般的なクッション材を配置し、このクッション材と第１回路基板１の間に離型フイルムを配置し、更に、第２離型フイルム１２と第４回路基板４の間に前述のような他のクッション材及び他の離型フイルムを配置した方法を適用した積層回路配線基板対象とする。

テスト用の実装部品形態として示された「ＢＧＡ」は１０ｍｍ×１０ｍｍ角のもの、「半導体チップ」は５ｍｍ×５ｍｍ角のものが使用され、それぞれ２０個ずつのサンプルが用意された。そして、ＢＧＡ部品はいずれも高さ１５０μｍの半田バンプによって、半導体チップはいずれも高さ８０μｍの半田バンプによって、積層回路配線基板の最表層にフリップチップ接合された。

そして、表１は前記ＢＧＡ部品及び半導体チップの実装後のヒートサイクル試験結果を示すものであり、前記ヒートサイクル試験は、時間９分を単位サイクル期間として、−２５℃〜＋１２５℃の温度範囲で繰返し変化させる条件で実施された。

そして、サイクル数（回）が５００、１０００、１５００及び２０００回毎に、前記ＢＧＡ部品及び半導体チップの接続抵抗値が測定された。前記接続抵抗値の変化量を［（各サイクル経過後の接続抵抗値−初期の接続抵抗値）／初期の接続抵抗値］×１００（％）で捉え、前記変化量が１００（％）以内ならば合格（○印）、１００（％）を超えると不良（×印）と判定されている。

即ち、前記ヒートサイクル試験の結果、ＢＧＡ部品の場合、従来技術では前半サイクル数１０００で既に不良となっているのに対して、本発明のものは従来技術の２倍以上の全サイクル数２０００でも合格となっている。半導体チップの場合は、本発明のもの及び従来技術共に、ＢＧＡ部品の場合より不良が増加するが、本発明のものが従来技術に対して２倍以上ものサイクル数において合格が得られることが検証された。

ところで、前記補助基板Ｈは、例えばＲＰＣ回路基板基材を用いて、その補助絶縁基板Ｈａを第１乃至第４回路基板の各絶縁基板よりも剛性の大きい材料とすることが可能であり、その場合は積層回路配線基板の最表層の平坦性をより一層大きく向上させることができる。前記補助基板Ｈは、前記積層回路配線基板の最表層に位置する回路基板の回路パターンと相補的なパターン形状を有するものであればよく、その構成材料は前述のように適宜選択して用いることができる。

次に、本発明の他の実施形態に係る積層回路配線基板の製造方法について図３を参照して説明する。図３に示された各部材のうち図２のものと同一或いは同様な構成については、同一符号を付し、ここでは、その詳細な説明を省略する。

即ち、この実施形態においては、両面プリント配線基板タイプの第５回路基板５が中央位置に配置されている。前記第５回路基板５は、一般的なＲＰＣ基板材が用いられ、例えばガラスエポキシ製の第５絶縁基板５ａの両面にそれぞれ設けられた銅箔製の回路パターン配線層５ｂ及び５ｃ及び両配線層５ｂ、５ｃの所定の部分をスルーホールを通じてメッキにより電気的に接続する層間導電路５ｄを有する。

前記第５回路基板５の上下両面には、第６及び第７回路基板６、７がそれぞれ重ね合わせ配置されている。前記第６及び第７回路基板６、７は、前記第１乃至第４回路基板１〜４と同様に、各々が絶縁基板６ａ、７ａ、片面の配線層６ｂ、７ｂ、反対面の接着層６ｃ、７ｃ及び前記各絶縁基板を貫通する層間導電路６ｅ、７ｅをそれぞれ有する。前記各配線層６ｂ、７ｂは任意の回路パターンとなるように形成され、前記第５回路基板５とは反対側に向けられている。そして、前記各接着層６ｃ、７ｃは前記第５回路基板５の両面にそれぞれ対面するように向けられている。

更に、前記第６及び第７回路基板６、７の上下面には、補助基板Ｈ１及びＨ２がそれぞれ配置される。前記補助基板Ｈ１及びＨ２は、前記一実施形態で示した補助基板Ｈと同様な材料構成であり、補助絶縁基板Ｈ１ａ、Ｈ２ａ及び各片面に形成された相補パターン層Ｈ１ｂ、Ｈ２ｂをそれぞれ有する。前記相補パターン層Ｈ１ｂ、Ｈ２ｂは、それぞれ前記配線層６ｂ、７ｂの回路パターンとポジ／ネガの関係となるような相補的なパターン形状とされている。

そうして、前記第５乃至第７回路基板５、６、７は、前記一実施形態の場合と同様な一括プレス工程によって積層され、両面プリント配線基板をコアとした積層回路配線基板が完成する。前記他の実施形態（図３）の方法は、ＲＰＣ及びＦＰＣの組み合わせによる積層回路配線基板にも適用可能であることを示すものであり、前記一実施形態（図２）の場合と同様な作用効果を奏することができる。

本発明の一実施形態に係る積層回路配線基板を構成する回路基板及び補助基板の製造方法を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態に係る積層回路配線基板を製造する方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係る積層回路配線基板を製造する方法を説明するための断面図である。 従来技術の積層回路配線基板の製造方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１乃至７ 回路基板
１ａ乃至７ａ 絶縁基板
１ｂ乃至７ｂ、５ｃ 回路パターンを有する配線層
１ｃ乃至３ｃ、６ｃ、７ｃ 接着層
１ｅ乃至３ｅ、６ｅ、７ｅ 層間導電路
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２ 補助基板
Ｈａ、Ｈ１ａ、Ｈ２ａ 補助絶縁基板
Ｈｂ、Ｈ１ｂ、Ｈ２ｂ 相補パターン層

Claims (3)

1. 各々が絶縁基板、前記絶縁基板表面に形成された回路パターンを有する配線層及び前記配線層に接続され前記絶縁基板に設けられた層間導電路を備えた複数の回路基板を重ね合わせて加圧接着することによって積層回路配線基板を形成する際に、前記加圧接着は、前記積層回路配線基板の最表層に位置する回路基板の回路パターンと相補的なパターン形状を有する補助基板を前記最表層に相補関係に重ねて配置した状態で行うことを特徴とする積層回路配線基板の製造方法。
2. 前記補助基板は、前記最表層に位置する回路基板の回路パターンと相補的なパターン形状の金属層を絶縁基板表面に形成したものであることを特徴とする請求項１に記載の積層回路配線基板の製造方法。
3. 前記加圧接着は、前記複数の回路基板及び前記補助基板を重ね合わせ配置した後、前記重ね合わせ方向に一括プレスすることによって行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層回路配線基板の製造方法。
   

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