JP2008053364A - 多層配線板及び多層配線板製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予め作製された配線基板を積層することによって一括で多層化して工程の回数を削減し、実装効率を低下させずに磁石から発生する磁界の影響を減少させる多層配線板を提供する。
【解決手段】絶縁層１０の一方の面に設けられた導体回路１４、及び導体回路１４を設けた面の他方の面に設けられた接着層２５を有する配線基板１と、接着層２５に接着された磁性層６０と、配線基板１と導体回路１４の間に配置され、導体回路１４と電気的に接続される磁気センサ素子４０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層配線板に関し、特にポインティングデバイス等を配置する多層配線板及び多層配線板製造方法に関する。

近年、電子機器の操作方法や入力方式は、コンピュータの画面上での入力位置や座標を指定するマウス、トラックパット、トラックボール等のポインティングデバイスが知られている。ポインティングデバイスとしては、光学式、感圧式、可変抵抗式、磁気検出式等が実用化されている。なかでも、磁石の傾倒や水平位置の変異による磁束密度の変化を磁気センサ素子で検出し、座標入力信号として利用する磁気検出方式のポインティングデバイスは、小型化が容易で、しかも無接点で汚れにも強く長寿命という特徴を有するので、この特徴と親和性の高い携帯小型機器等で多く用いられている。

実装技術において、小型化、薄品化、軽量化が可能であり高信頼性、低コストを特徴とするパッケージング製法であるウエハレベル・チップ・スケール・パッケージ（ＣＳＰ）の研究開発や実用化が活発に行われている。ウエハレベルＣＳＰにおいては、製造工程中にシリコンウエハをチップ切断することなく絶縁樹脂層、再配線層、ポスト構造、封止樹脂層、はんだバンプを形成し、ウエハのまま一括してパッケージまでを行い、最終工程においてウエハのダイシングを行う。切断した半導体チップの大きさがそのままパッケージの大きさとなり、ウエハレベルＣＳＰ技術を用いれば、実装基板に対して最小の投影面積を有する半導体パッケージを得ることができる。また、ウエハレベルＣＳＰでは、実装基板側の端子をピッチルールによって使用できるパッケージ上の端子数が限定されるため、この制約を拡大する技術としてウエハレベルＣＳＰ済みのチップを樹脂基板に埋め込み、ウエハレベルＣＳＰの配線端子と積層基板上の配線を接続し、配線を拡張することで多端子チップの実装を可能とするエンベデッド・ウエハレベル・パッケージ（ＥＷＬＰ）技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

高密度実装を実現させる観点からは、ＥＷＬＰ技術等を用いれば実装効率を上昇させることが可能となり、ポインティングデバイスと他の電子部品との距離を縮めるので高密度実装が可能となるが、問題も発生する。

１つ目の問題としては、ウエハレベルＣＳＰプロセスでは、工程の回数は必要な配線層の数だけ繰り返しとなるため作製に要する期間が長くなり、歩留まりも工程数の分だけ累積されるので低くなる。そして、ウエハレベルＣＳＰプロセスのコストは、一般的な銅箔をエッチングして回路を形成し、接着によって多層化するプリント基板と比べると高くなる。

２つ目の問題としては、磁気検出方式のポインティングデバイスでは、機構部に磁石を用いる必要があるため、磁石から発生する磁界によって、付近に配置されている配線で伝送する信号にノイズを発生させたり、他の電子機器に誤動作を起こさせたりする悪影響を及ぼすことがある。そこで、悪影響を減らす対応策として、磁石から発生する磁界の影響を減少させるためにポインティングデバイス付近に他のデバイスを配置しないことや、磁気センサ素子の外周部をメタルシールドで囲いポインティングデバイスからの漏洩磁界を反射吸収する等の対応を行っている。しかしながら、これらの対応策では、他の電子機器を貫く磁束を弱める効果と引き換えに多層配線板の実装効率が低下してしまう。
特開２００４−９５８３６号公報

本発明は、予め作製された配線基板を積層することによって一括で多層化して工程の回数を削減し、実装効率を低下させずに磁石から発生する磁界の影響を減少させる多層配線板及び多層配線板製造方法を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、絶縁層の一方の面に設けられた導体回路、及び導体回路を設けた面の他方の面に設けられた接着層を有する配線基板と、接着層に接着された磁性層と、配線基板と磁性層の間に配置され、導体回路と電気的に接続される磁気センサ素子とを備える多層配線板であることを要旨とする。

本願発明の他の態様によれば、絶縁層の片面に導体回路を形成する工程と、導体回路を設けた絶縁層の他方の面に、接着剤及び樹脂フィルムを貼り合わせる工程と、絶縁層、接着剤及び樹脂フィルムにビアホールを開口し、導体回路に小孔を開口する工程と、ビアホール及び小孔に導電性ペーストを充填して電極とし、樹脂フィルムを剥離するステップと、磁気センサ素子を電極と電気的に接続する工程と、絶縁層及び導体回路上に接着剤を備える保護膜を配置する工程と、磁気センサ素子の面積よりやや大きく開口する開口部を有するスペーサを用意し、開口部に磁気センサ素子を挿入して配置する工程と、絶縁層側と反対側のスペーサの面側に磁性層を配置する工程と、保護膜側と磁性層側から加熱圧着する工程とを含む多層配線板製造方法であることを要旨とする。

本発明によれば、予め作製された配線基板を積層することによって一括で多層化して工程の回数を削減し、実装効率を低下させずに磁石から発生する磁界の影響を減少させる多層配線板及び多層配線板製造方法を提供することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

本発明の実施の形態に係る多層配線板は、図１に示すように、絶縁層１０の一方の面に設けられた導体回路１４、及び導体回路１４を設けた面の他方の面に設けられた接着層２５を有する配線基板１と、接着層２５に接着された磁性層６０と、配線基板１と導体回路１４の間に配置され、導体回路１４と電気的に接続される磁気センサ素子４０とを備える。

絶縁層１０としては、例えばポリイミド（ＰＩ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム、液晶ポリマー等の可撓性を有するプラスチックフィルムを用いることができる。絶縁層１０の厚さは、２５μｍ、１２．５μｍ、８μｍ、６μｍ等を採用することができる。

導体回路１４は、絶縁層１０上に形成された導体の回路パターンである。導体回路１４を形成する方法としては、銅箔にポリイミドワニスを塗布してワニスを硬化させるキャスティング法により作製された片面銅張板（ＣＣＬ）をパターン加工して形成する。導体回路１４を形成する他の方法としては、絶縁層１０上にシード層をスパッタしてメッキにより銅を成長させたＣＣＬや、絶縁層１０上に圧延銅箔または電解銅箔等を貼り合わせたＣＣＬをパターン加工して形成する。導体回路１４には、銅箔以外の金属箔を導体として使うことも可能である。導体回路１４のピッチ幅は１０〜５００μｍとし、パターン幅は１０〜５００μｍとする。導体回路１４の厚さは、３５μｍ、１８μｍ、１２μｍ、９μｍ等を採用することができる。絶縁層１０及び導体回路１４上には、接着後も優れた柔軟性を有する絶縁性のポリイミドフィルム等を基材にした保護膜（カバーレイ）５０が接着剤５２により接着されて配置される。

接着層２５を形成する接着剤は、エポキシ系やアクリル系の熱硬化性フィルム接着剤、及び熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性接着剤を用いることができる。接着層２５の厚さは、１〜２０μｍとすることが好ましい。

磁性層６０は、磁気センサ素子４０から漏洩する磁界の向きを誘導し、他の素子や基板内配線への影響を減少させる。磁性層６０は、軟磁性体箔により形成された支持基板や、ポリイミドシート上にメッキ法またはスパッタ法により磁性体を付着させた磁性体シート等の支持基板を用いることができる。また、磁性層６０として、高透磁率、低磁気損失の磁性体粉体を分散させた樹脂を成形・硬化することで形成した基板を用いてもよい。

磁気センサ素子４０は、磁場（磁界）の大きさ・方向を計測することを目的としたセンサ素子である。磁気センサ素子４０は、電極３０によって導体回路１４と電気的に接続されている。電極３０は、例えば、導電性ペーストにより形成される。電極３０に用いられる導電性ペーストとしては、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）から選択される少なくとも１種類の低電気抵抗の金属粒子と、錫（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）から選択される少なくとも１種類の低融点金属粒子を含み、エポキシ樹脂を主成分とするバインダ成分を混合したペーストを用いることができる。

配線基板１と磁性層６０の間に、磁気センサ素子４０の面積よりやや大きく開口する開口部を有し、開口部に磁気センサ素子４０を挿入可能なスペーサ５４を更に備えてもよい。スペーサ５４を備えることで、多層配線板をプレスしたときに接着剤の流動による変形を抑制できる。スペーサ５４の厚さは、磁気センサ素子４０の厚さと実質的に同じにすることで、容易に接着層２５の平坦化が図れる。スペーサ５４の材料としては、ポリイミド（ＰＩ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム、液晶ポリマー等のプラスチックフィルム、及び金属を用いることができる。

以下に、実施の形態に係る多層配線板の製造方法を図２〜図８を参照しながら説明する。

（イ）まず、図２に示すように、例えばポリイミドフィルムからなる絶縁層１０の片面に金属箔（銅箔）１２が設けてあるＣＣＬを用意する。用意したＣＣＬの銅箔１２上にフォトレジストを形成してパターニングした後に、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ₃）を主成分とするエッチャントを用いて化学エッチングを行うことにより、図３に示すように、磁気センサ素子４０とコントロールＩＣとを接続する回路パターンの導体回路１４を形成する。ここでは、１２μｍ厚の銅箔１２に２５μｍ厚のポリイミドの絶縁層１０が張り合わされているものを用いる。銅のエッチャントは、塩化第二鉄を主成分とするものに限らず、塩化第二銅（ＣｕＣｌ₂）を主成分とするエッチャントを用いてもよい。

（ロ）次に、図４に示すように、導体回路１４を設けた絶縁層１０の他方の面に、接着剤２０及び樹脂フィルム２２を加熱圧着により貼り合わせる。加熱圧着は、真空ラミネータを用い、減圧化の雰囲気にて、接着剤２０の硬化温度以下の温度で０．３ＭＰａの圧力でプレスして貼り合わせる。接着剤２０には、２５μｍ厚のエポキシ系熱硬化性フィルム接着剤を用いる。樹脂フィルム２２には、２５μｍ厚のポリイミドフィルムを用いる。接着剤２０は、必ずしもフィルム状である必要はなく、ワニス状の樹脂を塗布してもよい。樹脂フィルム２２は、ポリイミドフィルムの他に、ＰＥＴやＰＥＮ等のプラスチックフィルムを使用することも可能であり、紫外線照射によって接着や剥離が可能なフィルムを使用することもできる。

（ハ）次に、図５に示すように、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ、及びエキシマレーザ等のレーザによって、絶縁層１０、接着剤２０、及び樹脂フィルム２２に直径１００μｍのビアホールを開口し、導体回路１４に直径３０μｍ程度の小孔を開口する。ビアホール及び小孔を開口した後に、四フッ化炭素（ＣＦ₄）及び酸素（Ｏ₂）の混合ガスやアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスよるプラズマデスミア処理をする。そして、図６に示すように、ビアホール及び小孔に、スクリーン印刷法により導電性ペーストを充填して電極３０とし、樹脂フィルム２２を剥離する。このとき、印刷充填した導電性ペーストの電極３０は、剥離した樹脂フィルム２２の厚さ分だけ突出している。なお、ビアホール及び小孔を開口する方法としては、レーザに限られず、ドリル加工や化学的なエッチングによって開口しても構わない。ビアホール及び小孔の処理は、ドライ処理であるプラズマデスミア処理に限られず、薬液を用いたウェットデスミア処理でも構わない。

（ニ）次に、図７に示すように、ウエハ・レベル・パッケージ（ＷＬＰ）プロセスで加工され、プロービング検査等により動作確保のされた磁気センサ素子４０を、半導体チップ用マウンタで位置合わせして電極３０と電気的に接続するように仮留めを行う。仮留めは、接着剤２０及び電極３０である導電性ペーストの硬化温度以下で加熱して行う。

（ホ）次に、図８に示すように、絶縁層１０及び導体回路１４上に、接着剤５２を備える保護膜５０が配置される。一方、磁気センサ素子４０を配置した面側には、磁気センサ素子４０の面積よりやや大きく開口する開口部を有するスペーサ５４を用意し、スペーサ５４の開口部に磁気センサ素子４０を挿入するように位置合わせして配置する。ここで、スペーサ５４は、４０μｍ厚のプラスチックフィルムであり、片面に２５μｍ厚の接着剤５６が設けられている。そして、絶縁層１０側と反対側のスペーサ５４の面に設けられた接着剤５６と接するように、１００μｍ厚の軟磁性体箔により形成された支持基板である磁性層６０を配置する。接着剤５６は、接着剤２０と同じ材料を使用することが望ましいが、他の材料を用いることも可能である。また、磁気センサ素子４０に対して導体回路１４をそれほど広げない場合、スペーサ５４は不要となる。

（へ）図８で示した積層体を、真空キュアプレス機を用いて、１ｋＰａ以下の減圧雰囲気中で保護膜５０側と磁性層６０側から加熱圧着し、一括で多層化して、図１に示した多層配線板を製造する。このとき、接着剤２０，５２，５６を硬化させると同時に、導電性ペーストである電極３０の硬化及び合金化を行うことができる。また、接着剤２０，５６は、流動して一体となり、接着層２５を形成する。層間接続用の電極３０を形成する導電性ペーストには、接着剤２０，５２，５６の硬化温度程度の低温で合金化する組成を適用することで、導電性ペースト内の金属粒子同士、また、接続パッドと導電性ペースト内の金属粒子が拡散接合し、バルクの金属やメッキによる層間接続と同等の接続信頼性を確保できる。

（ト）そして、多層配線板にソルダレジスト及びはんだバンプ（図示省略）を形成する。多層配線板の表面には、磁気センサ素子４０の実装を行わないため、ポインティングデバイスを形成する領域にははんだバンプは形成されない。ソルダレジストは、液状の感光性樹脂をスクリーン印刷し、パターンを露光した後に現像して形成する。はんだバンプは、はんだペーストをパターン印刷し、リフローすることでボール状に形成する。

以上の工程により、実施の形態に係る多層配線板が製造される。多層配線板は、この後、ポインティングデバイスを形成しない領域にははんだバンプを通して他の部品の実装を、ポインティングデバイス７０を形成する領域にはベースシート、磁石、キートップ等の必要な部品を積層・配置することで、図９に示すような、高密度実装を実現する。

多層配線板に形成するポインティングデバイス７０の詳細を、図１０（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の断面図である。ポインティングデバイス７０は、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、キートップ７１、磁石７２，７３、磁気センサ７４、機器類を収める筐体７５、ベースシート７６を備える。キートップ７１は、筐体７５の透孔から露呈していて、磁石７２を内蔵している。磁気センサ７４として、ホール効果を利用した磁電変換素子で、磁気量を電気量に変換するホール素子等を用いることが可能である。ベースシート７６は、キートップ７１と磁石７３が固着されたシリコーンゴム等のゴム状弾性体である。

ポインティングデバイス７０の検知動作としては、図１０（ｃ）に示すように、キートップ７１を図中右に向けて測方移動させる操作を加えると、キートップ７１を支持する支持部の伸縮変化により磁石７２が測方移動する。磁石７２が測方移動することで、ポインティングデバイス７０の磁束密度の変化が磁気センサ７４で検出され、磁気センサ７４の出力変化がプリント基板上に形成されている配線を通して、同一基板上に接続されているコントロールＩＣに入力される。コントロールＩＣが磁気センサ７４の出力を処理することにより、キートップ７１への操作を信号変換することになる。

以上説明したように、実施の形態に係る多層配線板によれば、磁気センサ素子４０及び回路部を内蔵し、なおかつ磁性体材料の磁性層６０を用いることでポインティングデバイスから漏洩する磁界の向きを収束誘導し、他の素子や基板内配線への影響を減少させることができる。そのため、他の素子や基板内配線をポインティングデバイス付近へ配置することが可能となり、メタルシールド等の表面実装部品による漏洩磁界の吸収を行う既存技術と比較しても、磁気センサ素子４０付近やセンサ素子面裏面の基板上への他の電子デバイスの搭載が可能となり、多層配線板への実装効率を向上させ、機器の多機能化が可能になる。

また、実施の形態に係る多層配線板は、再配線が形成されたＩＣチップ（磁気センサ素子４０）と配線基板１が、層間導通用パッドが導電性ペーストの電極３０で接続されており、ＩＣチップは配線基板１に含まれる絶縁層に埋め込まれた状態で封止・実装がなされているので、従来のポインティングデバイスを備える多層配線板と比して、磁気センサ素子４０の厚さ分が取り除かれ、ポインティングデバイスの実装面積や高さを抑えることができる。したがって、多層配線板の面積や高さを抑制することができるために、ポインティングデバイスを搭載する機器の小型化・薄品化、軽量化が可能となる。

また、実施の形態に係る多層配線板製造方法においては、各層を構成する基材と埋め込まれる磁気センサ素子４０は予め作製されて一括で多層化するため、各工程で発生する不良品をその都度排除でき、歩留まりの累積を避けることが可能となる。更に、全ての工程においてめっき工程を排除し、生産時間を大幅に短縮することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、実施の形態においては、磁気センサ素子４０を多層配線板に埋め込んだが、磁気センサ素子４０と接続するコントロールＩＣも一緒に埋め込んでもよい。コントロールＩＣも埋め込む場合、多層配線板上にコントロールＩＣを実装する必要がなくなり、多層配線板への実装効率を高めることが可能となる。また、この場合、磁気センサ素子４０はコントロールＩＣが形成された半導体基板上へ形成可能であり、センサ素子自体の厚さがμｍオーダー以下である磁性薄膜磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等の薄膜素子が好ましく、その結果、多層配線板の実装効率を更に高めることが可能となる。

また、実施の形態においては、ポインティングデバイスから漏洩する磁界を収束誘導するのは磁気センサ素子４０の下層に配置する磁性層６０に限定されるのではなく、例えば接着剤中に磁性体粉体を分散させてもよい。この場合、キュアプレスによる加熱圧着時に接着剤が硬化されて磁性体層を形成することになり工程の簡略化が可能となる。この磁性体層の下層に配線板を積層させる場合、磁性体粉体が下層配線板の回路と短絡することがあるので、磁性体材料にはフェライト粉体等の導電性の低い酸化物磁性体を使用することが望ましい。また、この場合、支持基板を必要としないので積層板への実装面は一方の面に限定されず、例えば両面板を用いれば、両面実装が可能でありＩＣチップを内蔵した多層配線板が可能となる。

また、実施の形態においては、ポインティングデバイスについて記載したが、ポインティングデバイスに限定されず、磁石やコイル等の磁界を利用する全てのデバイス、例えば、磁気センサを用いた携帯電話の開閉センサ等においても同様の効果を得ることができる。

この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の実施の形態に係る多層配線板の模式的断面図である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の工程断面図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の工程断面図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の工程断面図（その３）である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の工程断面図（その４）である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の工程断面図（その５）である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の工程断面図（その６）である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の工程断面図（その７）である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の実装断面図である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板に配置するポインティングデバイスを示す模式図である。

符号の説明

１…配線基板
１０…絶縁層
１２…銅箔
１４…導体回路
２０，５２，５６…接着剤
２２…樹脂フィルム
２５…接着層
３０…電極
４０…磁気センサ素子
５０…保護膜
５４…スペーサ
６０…磁性層
７０…ポインティングデバイス
７１…キートップ
７２，７３…磁石
７４…磁気センサ
７５…筐体
７６…ベースシート

Claims (5)

1. 絶縁層の一方の面に設けられた導体回路、及び前記導体回路を設けた面の他方の面に設けられた接着層を有する配線基板と、
   前記接着層に接着された磁性層と、
   前記配線基板と前記磁性層の間に配置され、前記導体回路と電気的に接続される磁気センサ素子
   とを備えることを特徴とする多層配線板。
2. 前記磁気センサ素子は、少なくとも一部が前記接着層に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の多層配線板。
3. 前記配線基板と前記磁性層の間に、前記磁気センサ素子を挿入可能な開口部を有するスペーサを更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の多層配線板。
4. 前記スペーサの厚さは、前記磁気センサ素子の厚さと実質的に同じであることを特徴とする請求項３に記載の多層配線板。
5. 絶縁層の片面に導体回路を形成する工程と、
   前記導体回路を設けた前記絶縁層の他方の面に、接着剤及び樹脂フィルムを貼り合わせる工程と、
   前記絶縁層、前記接着剤及び前記樹脂フィルムにビアホールを開口し、前記導体回路に小孔を開口する工程と、
   前記ビアホール及び前記小孔に導電性ペーストを充填して電極とし、前記樹脂フィルムを剥離するステップと、
   磁気センサ素子を前記電極と電気的に接続する工程と、
   前記絶縁層及び前記導体回路上に接着剤を備える保護膜を配置する工程と、
   前記磁気センサ素子の面積よりやや大きく開口する開口部を有するスペーサを用意し、前記開口部に前記磁気センサ素子を挿入して配置する工程と、
   前記絶縁層側と反対側の前記スペーサの面側に磁性層を配置する工程と、
   前記保護膜側と前記磁性層側から加熱圧着する工程
   とを含むことを特徴とする多層配線板製造方法。
   

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