JP2008135438A - 多層回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】内層（中間層）における必要な部分のみにおいて、局所的に多層化させる構成を採用し、基板を構成する素材の利用効率を向上させた多層回路基板を提供すること。
【解決手段】それぞれに導体回路を形成した少なくとも三枚の回路基板１，２，３が積層されて多層回路基板５が形成される。外層を構成する各回路基板１，３の面積に対して、内層を構成する回路基板２の面積が小さく形成されており、加熱および加圧接合されることで、外層回路基板１，３の間に内層回路基板２が埋設されるようにして多層回路基板（多層フレキシブル基板）５が形成されている。前記各回路基板１，２，３に形成された導体回路は、前記基板を貫通するビアホール内に形成された導体ポストを介して層間接続されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、それぞれの基板に形成された導体回路が層間接続された多層回路基板に関する。

近年の電子機器の高機能化ならびに軽量薄型化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んでいる。これに伴い前記電子機器に使用される半導体パッケージは、従来にも増して益々小型化かつ多ピン化が進んでいる。したがって、前記した半導体パッケージ等を搭載するプリント配線板の多層化も進んでおり、フレキシブル配線板も多層構造のものが多用されている。

従来の多層回路基板としては、例えばガラス繊維の織布にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ板に銅箔を積層し、前記銅箔をエッチング等によりパターニングした後、複数枚重ねて積層接続したものが提供されていた。

これによると、銅箔をパターニングしたガラスエポキシ板を複数枚積層接着した後に、例えばドリルで貫通孔を開けて、この孔の壁面に銅メッキを施して層間の電気的な接続を行う構成にされている。しかしながら、前記した貫通孔の部分には部品搭載用のパッドを形成することができないために部品の搭載に支障が生じ、また複数枚にわたる前記貫通孔の形成により各層における配線密度が不足して、高密度実装化に支障が生ずるという問題を招来させる。

そこで、近年においては表面実装密度をより向上させるために非貫通の層間接続によって、層間の電気的な接続を達成する方式が採用されている。これによると基板を構成する絶縁基材の適所にビアホールを形成し、このビアホールに導電体を充填して導体ポスト（バンプ）を基材から突出させた状態で形成させたものを利用するようになされる。そして、前記導体ポストの先端部に導電性の接合用金属材料、例えば半田を積層形成した状態で、各層を相互に熱圧着することで導体ポストを隣接する基板に形成された回路パターンに接続させる層間接続を達成することができる。

前記したように導体ポストを利用して個々に層間接続を行う多層回路基板の構成については、すでに数多くの特許出願がなされており、本件出願人においても例えば次に示すような出願がなされている。
特開２００３−２８３１３６号公報 特開２００４−３１１９０９号公報

ところで、前記した構成の多層回路基板においては、例えば図７に模式的に示したようにそれぞれに導体回路がパターニングされた各回路基板１１，１２，１３が積層され、前記した導体ポスト（図示せず）を介して導体回路が層間接続されることになる。この場合、多層回路基板を構成する第１〜第３の基板１，２，３は、それぞれにほぼ同一の面積（ほぼ同一の平面形状）になされた基板が用いられ、図７に示したように例えば矩形状に形成された基板の各縁部を一致させるようにして位置決めして加熱および加圧接合することで、多層回路基板５を得るようにされている。

すなわち、図７に例示した三層構成のうち、内層（中間層）を構成する第２の基板２においては、中継用の導体ポスト等を形成するに必要な面積がたとえ少なくて済むような場合であっても、第２の基板２は、第１と第３の外層を構成する基板１，３とほぼ同一の面積を有する素材を慣例的に用いるようにされていた。

なお、図７に示す例は、３枚の回路基板を積層した多層回路基板の例を示しているが、これは３枚以上の基板を積層する場合においても同様に、ほぼ同一の平面形状になされた各基板をそれぞれ用いて、積層形成することで多層回路基板を構成していた。

したがって、前記した多層回路基板によると、素材の利用効率について充分な配慮がなされておらず、昨今のこの種の多層回路基板の大量生産にあたっては、総合的なコスト削減の観点において改良の余地が残されている。

この発明は、前記した従来の多層回路基板における固定観念を打破し、内層（中間層）における必要な部分のみにおいて、局所的に多層化させる構成を採用することで、回路基板を構成する素材の利用効率を向上させた多層回路基板を提供することを課題とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかる多層回路基板は、それぞれに導体回路を形成した少なくとも三枚の基板が積層され、前記各基板に形成された導体回路が層間接続された多層回路基板であって、前記少なくとも三枚の基板のうちの外層を構成する各基板の面積に対して、内層を構成する基板の面積が小さく形成されている点に特徴を有する。

この場合、好ましくは前記各基板に形成された導体回路が、前記基板を貫通するビアホール内に形成された導体ポストを介して層間接続された構成が採用される。

そしてより好ましい形態においては、前記導体ポストの一端が前記基板の一面に形成された導体回路に電気的に接続されると共に、前記導体ポストの他端が前記基板の他方の面よりも突出して形成され、前記導体ポストが形成された基板に隣接して重合される他の基板には、当該基板に形成された導体回路に接続されたパッドが形成され、前記導体ポストと前記パッドとが金属結合されることで層間接続された構成が好適に採用される。

この場合、前記導体ポストもしくは前記パッドの少なくともいずれか一方の表面に半田または金属の層を形成し、これを熱圧着により溶融させることで、導体ポストとパッドとを金属結合させる手段を採用することができる。

前記した構成の多層回路基板によると、内層（中間層）における必要な部分のみにおいて、局所的に多層化させた構成を採用することができ、この多層化された部分において例えば導体ポスト（バンプ）を介して、中間層と外層の導体回路間において適宜層間接続を行うことができる。

したがって、各回路基板に同一面積のものをそれぞれ利用する前記した従来の多層回路基板に比較すると、内層を構成する基板を必要最小限の面積にとどめることができ、回路基板を構成する素材の利用効率を向上させることができる。これにより、この種の多層回路基板の製造コストを低減させることに寄与できる。

図１は、この発明にかかる多層回路基板の基本構成を説明するための模式図であり、この発明にかかる多層回路基板は、それぞれに導体回路を形成した少なくとも三枚の回路基板が積層された構成にされる。そして、前記基板のうちの外層を構成する各基板の面積に対して、内層を構成する基板の面積が小さく形成されている点に特徴を有する。

すなわち図１に示す符号１および３は、外層を構成する第１と第３の回路基板を模式的に示したものであり、この例においては、外層を構成する各基板１，３は、矩形状にしてほぼ同一の面積（ほぼ同一の平面形状）に形成されている。また内層を構成する第２の基板２は、外層を構成する各基板１，３の面積に対して小さな面積に形成されている。そして、内層を構成する第２の基板２は、後で詳細に説明するように加熱および加圧接合されることで、外層を構成する第１と第３の基板の間に埋設されるようにして多層回路基板（多層フレキシブル基板）５が形成されている。

図２〜図４は、図１に示した第１〜第３の各基板の構成例を積層プロセスに沿ってそれぞれ断面図で示したものである。

まず、図２は図１に示す下側の外層基板を構成する第３の基板３の積層プロセスを示している。この第３の基板を形成するには、図２（Ａ）に示すように例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた絶縁基材１１の少なくとも片面に銅箔１２が積層された積層板１３を準備する。この積層板１３の銅箔１２を利用して、図２（Ｂ）に示すようにエッチングにより導体回路（配線パターン）１４，１５および後述する導体２層ポストを受けることができるパッド１６を形成する。

その後、図２（Ｃ）に示すように各パッド１６上に表面被覆開口部１７を形成した二層からなる表面被覆１８を施す。なお、図に示す例においては表面被覆１８は二層構造にされているが、これは一層構造であってもよい。さらに、図２（Ｄ）に示すように前記開口部１７に臨む各パッド１６に対して半田メッキ又は半田ペースト、半田ボールにより表面処理１９を実施することで、回路基板２０（図１に示す第３の基板３に相当する。）を得ることができる。

前記したパッド１６に対する表面処理は金属または合金で行なわれ、金属としては特に限定しないが、錫が融点が低いため好ましい。表面処理の合金としては、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半田が用いられる。

図３Ａおよび図３Ｂは、図１に示す上側の外層基板を構成する第１の基板１の積層プロセスを示している。この第１の基板を形成するには、図３Ａ（Ａ）に示すように例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた絶縁基材２１の少なくとも片面に銅箔２２が積層された積層板２３を準備する。

そして、図３Ａ（Ｂ）に示すように前記絶縁基材２１の片面にある銅箔２２をエッチングにより導体回路（配線パターン）２４，２５を形成し、図３Ａ（Ｃ）に示すように導体回路に表面被覆２６を施す。この表面被覆２６を施す手段としては、絶縁樹脂に接着剤を塗布したオーバーレイフィルムを貼付する手段、またインクを直接絶縁基材２１に印刷する方法などがある。

次いで、図３Ａ（Ｄ）に示すように絶縁基材２１側の面から、導体回路２４が露出するまで、ビアホール（Ｂｌｉｎｄ Ｖｉａ）２７を形成する。この際、レーザー法を用いるとホールを容易に形成することができ、かつ小径のホールも正確に形成することができる。さらに、過マンガン酸カリウム水溶液によるウェットデスミアまたはプラズマによるドライデスミアなどの方法により、ビアホール２７内に残存している樹脂を除去することで、後述する導体ポストの接続の信頼性を向上させることができる。

続いて、図３Ａ（Ｅ）に示すようにペーストまたは電解メッキ法などを用いて、バンプとして機能する導体ポスト２８を絶縁基材２１の面から突出するように形成する。この導体ポスト２８は、ビアホール２７内において、一端が前記導体回路２４に接続され、他端が絶縁基材２１の他方の面より突出した突出状端子を構成する。そして、図３Ｂ（Ｆ）に示すように金属または合金にて、導体ポスト２８を被覆することで導体２層ポスト２９を形成することができる。

前記導体ポスト２８を被覆する金属としては好ましくは、金、銀、ニッケル、錫、鉛、銀、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銅の少なくとも１種類からなり、単層または２層以上であってもよい。また、前記合金としては好ましくは錫、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半田が用いられる。

次に、図３Ｂ（Ｇ）に示すように絶縁基材２１の導体２層ポスト２９が突出した面にフラックス機能付き接着剤層３０を形成することで、回路基板３１（図１に示す第１の基板１に相当する。）を得ることができる。前記フラックス機能付き接着剤層３０は、印刷法により絶縁基材２１に塗布する方法があるが、シート状になされた接着剤を絶縁基材２１にラミネートする方法が簡便である。

前記した導体２層ポスト２９の形成順序としては、片面積層板２３に先にビアホール２７を形成し、導体２層ポスト２９を形成後に、導体回路２４，２５を形成し、続いて導体回路に表面被覆２６を施してもよい。

図４Ａおよび図４Ｂは、図１に示す内層を構成する第２の基板２の積層プロセスを示している。この第２の基板を形成するには、図４Ａ（Ａ）に示すように例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた絶縁基材４１の少なくとも片面に銅箔４２が積層された積層板４３を準備する。

そして、図４Ａ（Ｂ）に示すように前記絶縁基材４１の片面にある銅箔４２をエッチングにより導体回路（配線パターン）４４およびパッド４５を形成し、その後、図４Ａ（Ｃ）に示すようにパッド４５上に表面被覆開口部４６を形成した二層からなる表面被覆層４７を施す。以上の積層プロセスはすでに説明した図２（Ａ）〜（Ｃ）とほぼ同様である。

続いて、図４Ａ（Ｄ）に示すように絶縁基材４１側の面から、パッド４６もしくは導体回路４４の一部が露出するまで、ビアホール（Ｂｌｉｎｄ Ｖｉａ）４８を形成する。この際、図３Ａに基づいて説明した場合と同様にレーザー法を用いるとホールを容易に形成することができる。

次いで、図４Ａ（Ｅ）に示すようにバンプとして機能する導体ポスト４９を絶縁基材４１の面から突出するように形成する。この導体ポスト４９は、ビアホール４８内において、一端が前記導体回路４４またはパッド４５に接続され、他端が絶縁基材４１の他方の面より突出した突出状端子を構成する。前記導体ポスト４９の形成材料としては、すでに図３Ａ（Ｅ）に基づいて説明したものと同様のものが使用される。

そして、図４Ｂ（Ｆ）に示すように金属または合金にて、導体ポスト４９を被覆することで導体２層ポスト５０を形成することができる。この時、前記した開口部４６に臨む各パッド４６に対して導体ポストの被覆材料を用いて、同時に表面処理５１が実行される。なお、導体ポスト４９の被覆および前記表面処理５１に用いられる材料については、すでに説明した図３Ｂ（Ｆ）における導体ポストの被覆において使用される金属もしくは合金を好適に利用することができる。

最後に、図４Ｂ（Ｇ）に示すように絶縁基材４１の導体２層ポスト５０が突出した面にフラックス機能付き接着剤層５２を形成することで、内層の回路基板５３（図１に示す第２の基板２に相当する。）を得ることができる。前記フラックス機能付き接着剤層５２においても、すでに説明したとおり、印刷法により絶縁基材４１に塗布する方法があるが、シート状になされた接着剤を絶縁基材４１にラミネートする方法を簡便に用いることができる。

以上のようにして製造された内層を構成する第２の回路基板５３は、図５に示すようにこれを中央にして、その上下に前記した第１の回路基板３１および第３の回路基板２０をレイアップする。その際の位置合わせは、各基板の導体回路に予め形成されている位置決めマークを画像認識装置により読み取って位置合わせする方法、また位置合わせ用のピンで位置合わせする方法を用いることができる。

その後、半田接合が可能な温度に加熱して、第１の回路基板３１および第２の回路基板５３におけるフラックス機能付き接着剤層３０，５２を活性化させて加圧することで、第１回路基板３１の導体２層ポスト２９がフラックス機能付き接着剤層３０を排除し、第２回路基板５３側のパッド４５における半田層５１内に進入して、パッド部の半田が導体ポスト２８に熔融接合する。また同様に、第２回路基板５３側の導体２層ポスト５０がフラックス機能付き接着剤層５２を排除し、第３回路基板２０側のパッド１６における半田層１９内に進入して、パッド部の半田が導体ポスト４９に熔融接合する。

これにより、図６に示すように第２回路基板５３における各パッドに対して、第１回路基板３１側の導体ポストが金属結合され、また第３回路基板２０における各パッドに対して、第２回路基板５３側の導体ポストが金属結合された接合構造体を得ることができる。なお、図６に示す断面構成は、図１におけるＡ−Ａ線より矢印方向に視た断面図に相当する。

そして、前記した第２回路基板５３が内装された部分以外の箇所においては、前記した第１の回路基板３１に形成された接着剤層３０が作用して、第１の回路基板３１と第３回路基板２０は圧着接合され、図１に示した形態の多層回路基板５を得ることができる。

なお、以上説明した実施の形態においては、外層を構成する各回路基板間に小さな面積を有する内層の回路基板を積層した三層構造の多層回路基板を例にしているが、これは四層以上の多層回路基板にも同様に適用することができる。この場合、複数枚の内層を構成する回路基板において、必要に応じて一層おきに小さな面積を有する回路基板を用いるような構成を採用することができ、また同一の層間に、小さな面積を有する複数枚の内層回路基板を介在させた構成も採用することができる。

この発明にかかる多層回路基板の基本構成を説明する模式図である。 図１に示す多層回路基板のうちの第３回路基板の製造プロセスを示した断面図である。 同じく第１回路基板の製造プロセスを示した断面図である。 図３Ａに続く第１回路基板の製造プロセスを示した断面図である。 図１に示す多層回路基板のうちの第２回路基板の製造プロセスを示した断面図である。 図４Ａに続く第２回路基板の製造プロセスを示した断面図である。 第１〜第３の回路基板の接合途中の状態を示した断面図である。 第１〜第３の回路基板が接合された状態を示した断面図である。 従来の多層回路基板の構成例を説明する模式図である。

符号の説明

１，３１ 第１回路基板（外層回路基板）
２，５３ 第２回路基板（内層回路基板）
３，２０ 第３回路基板（外層回路基板）
５ 多層回路基板
１１，２１，４１ 絶縁基材
１２，２２，４２ 銅箔
１４，２４，４４ 導体回路
１６，４５ パッド
１９，５１ 表面被覆
２７，４８ ビアホール
２８，４９ 導体ポスト（バンプ）
２９，５０ 導体２層ポスト
３０，５２ フラックス機能付き接着剤層

Claims (4)

1. それぞれに導体回路を形成した少なくとも三枚の基板が積層され、前記各基板に形成された導体回路が層間接続された多層回路基板であって、
   前記少なくとも三枚の基板のうちの外層を構成する各基板の面積に対して、内層を構成する基板の面積が小さく形成されていることを特徴とする多層回路基板。
2. 前記各基板に形成された導体回路が、前記基板を貫通するビアホール内に形成された導体ポストを介して層間接続されていることを特徴とする請求項１に記載された多層回路基板。
3. 前記導体ポストの一端が前記基板の一面に形成された導体回路に電気的に接続されると共に、前記導体ポストの他端が前記基板の他方の面よりも突出して形成され、
   前記導体ポストが形成された基板に隣接して重合される他の基板には、当該基板に形成された導体回路に接続されたパッドが形成され、
   前記導体ポストと前記パッドとが金属結合されることで層間接続されていることを特徴とする請求項２に記載された多層回路基板。
4. 前記導体ポストもしくは前記パッドの少なくともいずれか一方の表面に予め形成された半田または金属を熱圧着により溶融させることで、両者を金属結合させたことを特徴とする請求項３に記載された多層回路基板。

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