JP2008160042A - 多層基板 - Google Patents

Abstract

【課題】より高い信頼性を有する多層基板を提供する。
【解決手段】多層基板１００は、熱可塑性材料によって形成された絶縁層１１１と、導電材料が所定の回路パターンにパターニングされた導電層１１２とが交互に積層された状態で、これら絶縁層１１１及び導電層１１２を有する。また、多層基板１００は、絶縁層１１１を介して隣接する配線パターン同士を電気的に接続するための層間接続部１１４を有する。多層基板１００の左方部及び右方部においては、回路パターンとして導電材料が残されている層数が多い一方、多層基板１００の中央部においては、上記層数が少ない。そうした層数の少ない多層基板１００の中央部に、凹部１４２が形成されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、導体パターンが形成された熱可塑性を有する樹脂フィルムが積層されてなる積層体が、熱を加えられつつ、緩衝部材を介して熱プレス機により圧力を加えられて製造される多層基板に関する。

この種の多層基板を製造する方法としては従来、例えば特許文献１に記載の製造方法が知られている。この製造方法を含め、従来一般に知られている製造方法について説明する。

こうした製造方法では、まず、熱可塑性材料によって形成された絶縁層と、導電材料が所定の回路パターンにパターニングされた導電層とが交互に積層された積層体を熱プレス盤間に配置し、積層体と熱プレス盤との間に緩衝部材を配置する。次に、熱プレス盤によって一括して加熱・加圧する。すなわち、積層体に熱を加えつつ、積層体の表面及び裏面の両面から、緩衝部材と共々、熱プレス盤によって積層体に対し圧力を加える。このとき、導電層にパターニングされた回路パターンや、絶縁層を介して隣接する配線パターン同士を電気的に接続するために絶縁層のビアホール内に充填された層間接続材料など、熱プレス盤によって印加される圧力（圧縮力）に対する抵抗力の大きな部位が積層体の表面や内部に存在しても、緩衝部材が積層体の各部の抵抗力の大きさに合わせて変形するため、熱プレス盤から積層体に印加される圧力に生じる、積層体の各部位間における差異は低減されている。
特開２００６−４９５０２号公報

しかしながら、熱プレス盤から積層体に印加される圧力に生じる、積層体の各部位間における差異は、低減はされても依然として残り、積層体の各部位に均一な圧力が印加されていないことが、発明者らによって確認されている。

詳しくは、多層基板の積層方向において、回路パターンとして導電材料が残されている層数が多い部位では、熱プレス盤によって印加される圧縮力に対する抵抗力は大きく、そのため、この部位に印加される圧縮力が大きくなる。逆に、上記導電材料が残されている層数が少ない部位では、熱プレス盤によって印加される圧縮力に対する抵抗力は小さく、そのため、この部位に印加される圧縮力が小さくなる。したがって、上記層数が多い部位においては、大きな圧縮力が印加されるあまり、絶縁層を形成する熱可塑性樹脂が上記層数の少ない部位へ流動してしまうことがある。このような熱可塑性樹脂の流動が生じると、絶縁層を介して隣接する配線パターン同士の距離がずれたり、配線パターン間距離のずれに起因して寄生容量が生じたりして、当該多層基板内部に作製された回路パターンの有する機能が発揮されなくなってしまうことが懸念される。すなわち、こうした多層基板は、信頼性の低いものとなっている。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、より高い信頼性を有する多層基板を提供することにある。

こうした目的を達成するため、例えば請求項１に記載の発明では、熱可塑性材料によって形成された絶縁層と、導電材料が所定の回路パターンにパターニングされた導電層とが交互に積層され、かつ、前記絶縁層を介して隣接する配線パターン同士を電気的に接続するための層間接続材料が前記絶縁層のビアホール内に充填された状態で、熱プレス盤によって一括して加熱・加圧されることで形成される多層基板として、前記多層基板の積層方向において、前記回路パターンとして前記導電材料が残されている層数が最も多い部位における最大層数を基準とし、その最大層数よりも少ない層数の導電材料が残されている部位に対応して、当該多層基板の表面及び裏面の少なくとも一面に凹部が形成されていることとした。

従来の技術では、積層体の各部位に均一な圧縮力を印加すべく、絶縁層と導体層とが交互に積層された積層体（熱プレス後に多層基板となる）と熱プレス盤との間に緩衝部材を配置した上で、熱プレス盤によって一括して加熱・加圧していた。しかしながら、こうした緩衝部材を配置しただけでは、熱プレス盤から積層体に印加される圧力に生じる、積層体の各部位間における差異は、依然として残っていた。

そこで、例えば、多層基板の積層方向において、回路パターンとして導電材料が残されている層数が最も多い部位における最大層数を基準とし、その最大層数よりも少ない層数の導電材料が残されている部位に対応して凸部が形成されたプレス圧是正シートを、積層体と緩衝部材との間に配置する。そして、熱プレス盤によって一括して加熱・加圧する。このとき、プレス圧是正シートの凸部は、熱プレス盤によって印加される圧縮力に対する抵抗力が大きいため、積層体の、上記凸部に対応する部位に印加される圧縮力を高めることとなる。

このように、熱プレス盤から積層体の各部位に伝達される圧力の大きさがプレス圧是正シートによって調整される（高められる）ことで、上述した積層体の各部位間における圧力の差異は、ほとんどなくなり、積層体の各部位に印加される圧力が均一化されることとなる。そして、このように積層体の各部位に印加される圧力が均一化されると、印加される圧力の大きい部位から小さい部位への熱可塑性材料の流動は生じにくくなる。そのため、絶縁層を介して隣接する配線パターン同士の距離がずれたり、この配線パターン間距離のずれに起因して寄生容量が生じたりするようなこともなくなり、当該多層基板内部に作製された回路パターンの有する機能が確実に発揮されるようになる。したがって、上記構造を有する多層基板は、信頼性の高い多層基板となっている。

ここで、上記導電材料が残されている層数が上記最大層数よりもごく僅かに少ない部位に印加される圧縮力は、上記緩衝部材が配置されていれば、上記プレス圧是正シートの有無に拘わらず、上記導電材料が残されている層数が上記最大層数である部位に印加される圧縮力とほとんど変わらず、十分に大きいことが発明者らによって確認されている。すなわち、上記導電材料が残されている層数が上記最大層数よりも所定数以上少ない部位において、特に、印加される圧縮力に差異（不足）が生じる。

そこで、上記請求項１に記載の構造において、例えば請求項２に記載の発明のように、前記凹部は、残された前記導電材料が、前記最大層数よりも所定層数以上少ない部位に対して形成されていることが望ましい。こうした構造を有する多層基板は、圧縮力を高める必要のある部位に対応して凸部が設けられたプレス圧是正シートを用いて製造されたことを示している。そして、そうしたプレス圧是正シートを用いて製造されているため、この請求項２に係る多層基板は、上記最大層数よりも所定層数以上少ない部位においても的確に、熱プレス盤によって圧縮力が印加された多層基板となっている。ひいては、より高い信頼性を有する多層基板となっている。

上記導電材料が残されている層数が上記最大層数よりも少ない部位に、少なくとも１つの層間接続材料を充填したビアホールが形成されているようなことがあると、次のようなことが生じることもある。すなわち、そうした部位に印加される圧縮力には不足が生じやすいため、ビアホールに充填された層間接続材料に十分に大きな圧縮力が印加されていないことがある。圧縮力が不足すると、層間接続材料を構成する粒子のうちの２種類以上の金属粒子は、ビアホール内で密に圧縮されない。ビアホール内で密に圧縮されないと、一部においてのみ、一方の金属粒子に他方の金属粒子が接触し、合金化する。しかし、大部分においては、これら２種類以上の金属粒子が合金化されないため、強く結合しなくなってしまう。

そうした場合、この層間接続材料における電気抵抗値の増大を招き、ひいては、当該多層基板内部に作製された回路パターンが有する機能が発揮されないことが懸念される。すなわち、こうした方法を通じて製造された多層基板は、信頼性の低いものとなることがある。

その点、上記請求項１または２に記載の多層基板において、例えば請求項３に記載の発明では、前記層間接続材料は、２種類以上の金属粒子を含み、前記熱プレス盤による加熱・加圧によって、前記２種類以上の金属粒子が合金化するものであり、前記凹部は、残された前記導電材料が、前記最大層数よりも少なく、かつ少なくとも１つの前記層間接続材料を充填したビアホールが形成された部位に対応して形成されていることとした。

こうした構造を有する多層基板は、圧縮力を高める必要のある部位であって、かつ、層間接続材料を充填したビアホールが形成された部位に対応して凸部が設けられたプレス圧是正シートを用いて製造されたことを示している。そして、そうしたプレス圧是正シートを用いて製造されているため、この請求項３に係る多層基板は、上述のような、回路パターンが有する機能が発揮されなくなるようなことが生じにくくなる。

また、上記請求項１〜３のいずれかに記載の構造において、例えば請求項４に記載の発明のように、前記凹部は、残された前記導電材料の層数に応じた深さで形成されていることとしてもよい。具体的には、上記請求項４に記載の構造において、例えば請求項５に記載の発明のように、前記凹部は、残された前記導電材料の層数が少ないほど深く形成されていることとしてもよい。

こうした構造を有する多層基板においては、例えば請求項６に記載の発明のように、前記凹部が、当該多層基板の表面及び裏面のいずれか一面にのみ形成されていることとしてもよい。すなわち、多層基板の構造として、一面には凹部が形成されているものの、他の一面には凹部が形成されていない構造を採用することとしてもよい。

多層基板としてのこのような構造によれば、積層体、緩衝部材、プレス圧是正シート等を熱プレス盤間に配置し、その位置合わせを行うことが容易になる。したがって、熱プレス盤から積層体に対し加えられる圧力の大きさや位置がより的確になっている。また、一面が平滑面であるため、例えばフリップチップ接合を利用するなどすれば、当該多層基板の平滑面と、他のパッケージ基板とを電気的に接続することが容易にできるようになる。

あるいは、例えば請求項７に記載の発明のように、前記凹部が、当該多層基板の表面及び裏面の両面に形成されていることとしてもよい。なお、こうした構造は、上記請求項４あるいは５に記載の発明とも併用することが可能である。そうした場合には、多層基板の表面に形成された凹部の深さと裏面に形成された凹部の深さとを合わせた深さが、残された前記導電材料の層数に応じた深さで形成されている、あるいは、残された前記導電材料の層数が少ないほど深く形成されていることになる。

以下、本発明にかかる多層基板の一実施の形態について、図１〜図９を参照して説明する。まず、図１〜図５を参照して、本実施の形態の多層基板を製造する方法について説明する。なお、図１（ａ）及び（ｂ）は、パターンフィルムを形成するパターン形成工程を示す側面断面図であり、図２は、パターン形成工程にて形成されたパターンフィルムを積層して積層体を形成する積層工程を示す側面断面図である。また、図３は、積層工程にて形成された積層体、プレス圧是正シート及び離型フィルムを配置する熱プレス機の熱プレス盤間に配置する配置工程を示す側面断面図であり、図４は、プレス圧是正シートの平面構造の一例を示す図である。さらに、図５は、積層体を加熱しつつ、プレス圧是正シート等と共々、積層体に圧力を加える加熱・加圧工程を示す側面断面図である。

まず、図１（ａ）に示されるように、多層基板を製造するにあたっては、パターン形成工程において、導電パターン（導電層）１２が、熱可塑性を有する樹脂フィルム（絶縁層）１１の表面及び裏面のいずれか一面（本実施の形態では裏面のみ）に、導電性を有する材料を用いて形成される。このとき、導体パターン１２は、例えば樹脂フィルム１１の裏面に貼着された導体箔を所望のパターンにエッチングすることにより、パターニングされる。ここで、本実施の形態では、樹脂フィルム１１として、例えば液晶ポリマー（ＬＣＰ）からなる厚さ「２５〜１００μｍ」の樹脂フィルムを採用する。また、本実施の形態では、導体箔として、マイグレーションが発生する可能性が低く、しかも安価な銅（Ｃｕ）を採用する。なお、こうした導体箔を形成する材料としては、銅に限らず、他に例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）など、電気抵抗値の低い金属箔を採用することもできる。また、本実施の形態では、導体箔をエッチングすることにより導体パターン１２をパターニングしていたが、他に例えば、印刷法を用いて形成することとしてもよい。

こうして導体パターン１２が形成された後、図１（ｂ）に示されるように、導体パターン１２の表面側から例えば炭酸ガスレーザが照射され、樹脂フィルム１１に導体パターン１２を底面とする有底孔のビアホール１３が形成される。なお、本実施の形態では、ビアホール１３を形成するに際し、炭酸ガスレーザを照射していたが、他に例えば、ＵＶ−ＹＡＧレーザやエキシマレーザ等を用いてビアホール１３を形成することも可能である。さらには、ドリル加工等により、機械的にビアホールを形成することも可能であるが、小径でかつ導体パターン１２を傷つけないように加工することが必要とされるため、レーザによる加工法を選択することが好ましい。

そして、ビアホール１３が形成されると、図１（ｂ）に示されるように、ビアホール１３内に層間接続材料である導電ペースト１４が充填される。ここで、導電ペースト１４は、銀（Ａｇ）や錫（Ｓｎ）等の金属粒子に有機溶剤が加え、これを混練しペースト化したものである。なお、導電ペースト１４には、その他にも低融点ガラスフリットや有機樹脂、あるいは、無機フィラーを適宜添加混合してもよい。この導電ペースト１４は、例えばスクリーン印刷機やディスペンサ（図示略）等を用いて、ビアホール１３内に充填される。以上のようにして、パターンフィルム１０ｂが形成される。なお、先の図１（ａ）に示す、ビアホール１３が形成されていない（したがって、導電ペースト１４が充填されていない）パターンフィルム１０ａも後述する積層工程において使用される。

こうしてパターン形成工程を終えると、次に、積層体を構成する積層工程が実行される。この積層工程においては、図２に示されるように、所望の機能を有する回路パターンを作製すべく、パターンフィルム１０ａや１０ｂ等を、多数（例えば２４枚以上）積層し、積層体２０を形成する。なお、図２においては便宜上、パターンフィルム１０ａや１０ｂ等を互いに離間して図示している。このとき、本実施の形態の積層体２０では、該積層体２０を構成する各パターンフィルムのうち、最も下方に位置する２枚のパターンフィルムにおいてのみ、導体パターン１２が中央に形成されず、それ以外のパターンフィルムには、中央のみならず左方及び右方においても導体パターン１２が形成される。また、この積層体２０では、該積層体２０を構成する各パターンフィルムのうち、最上方に位置するパターンフィルム及び最下方に位置する２枚のパターンフィルムを除くパターンフィルムの中央に、ビアホール１３が形成される（したがって、導電ペースト１４が充填される）。そのため、積層体２０の左方部及び右方部は、該積層体２０を構成する全てのパターンフィルムに導体パターン１２が形成されているため、回路パターンとして導体パターン１２が残されている層数が最も多い部位となっている。したがって、積層体２０の左方部及び右方部における層数が最大層数（例えば２４層）となる。一方、積層体２０の中央部においては、該積層体２０を構成する全てのパターンフィルムに導体パターン１２が形成されていない。そのため、回路パターンとして導体パターン１２が残されている層数は、上記最大層数よりも少なくなっている。このように、積層体２０は、各部位ごとに、導体パターンが残されている層数が異なっている。

こうして積層工程を終えると、次に、配置工程として、先の積層工程で形成された積層体２０、緩衝部材３０、プレス圧是正シート４０、及び離型フィルム５０〜７０等々を、図３に示す態様で、熱プレス機（図示略）の熱プレス盤８０間に順次配置する。

ここで、緩衝部材３０は、次の意図をもって、熱プレス盤８０間（正確には、下方の熱プレス盤８０と離型フィルム５０との間）に配置される。

すなわち、積層体２０には、そもそも、積層体２０の積層方向において、導体パターン１２が残されている層数が多い部位及び低い部位とが存在する。通常、上記層数が多い部位は、熱プレス盤８０による圧縮力に対する抵抗力の大きな部位に相当し、上記層数が少ない部位は、熱プレス盤８０による圧縮力に対する抵抗力の小さな部位に相当する。そして、これら両部位が存在する積層体２０に対し熱プレス盤８０から圧力が直接印加されると、圧縮力に対する抵抗力の差異に起因して、上記層数が多い部位に印加される圧力の方が、上記層数が少ない部位に印加される圧力よりも大きくなってしまう。こうした、熱プレス盤８０から積層体２０に対し印加される圧力に生じる、積層体２０の各部位間における差異を低減すべく、熱プレス盤８０と離型フィルム５０との間に緩衝部材３０が配置される。

こうした緩衝部材３０を形成する材料に求められる性質としては、後述する加熱・加圧工程において繰り返し使用することができるだけの耐久性、さらに、熱プレス盤８０から積層体２０に対し印加される圧力に生じる、積層体２０の各部位間における差異を低減することのできる形状に弾性変形可能な柔軟性が挙げられる。そして、そうした性質を有する材料として、例えば金属繊維、鉱物繊維、樹脂繊維等々が挙げられる。具体的には、緩衝部材３０の形成材料として、ステンレス等の金属を繊維状に裁断し、その繊維状金属を不織布として板状に形成したものや、織布としてニット、クロスとしたもの（所謂ナスロン（登録商標））、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ケブラー（登録商標）及びポリテトラフルオロエチレン樹脂を特殊加工したハイパーシート（登録商標）等の樹脂をフィルム或いは繊維化したもの、ガラス繊維、ロックウール、石綿等の鉱物繊維などを用いることができる。さらに、減圧容器などに保管するなどして、予め導体パターンフィルム１０間のエアが排除してある場合には、緩衝効果のみ発揮すれば良いので、耐熱性のゴムシート等を使用することもできる。

また、プレス圧是正シート４０は、次の意図を持って、熱プレス盤８０間（正確には、離型フィルム５０及び６０間）に配置される。

熱プレス盤８０から積層体２０に対し印加される圧力に生じる、積層体２０の各部位間における差異は、上記緩衝部材３０によって、ある程度、低減されている。これら両部位が存在する積層体２０に対して熱プレス盤８０から圧力が印加されると、緩衝部材３０のうちの、上記層数の多い部位に当接する部分が大きく変形するため、緩衝部材３０を介して熱プレス盤８０からこの部位に伝達される圧力は、大きく低減される。一方、両部位が存在する積層体２０に対し熱プレス盤８０から圧力が印加されると、緩衝部材３０のうちの、上記層数の少ない部位に当接する部分はほとんど変形しないため、緩衝部材３０を介して熱プレス盤８０からこの部位に伝達される圧力の大きさはほとんど変わらない。このように、熱プレス盤８０から積層体２０の各部位に伝達される圧力の大きさが緩衝部材３０によって調整されることで、上述した積層体２０の各部位間における圧力の差異は、ある程度、低減される。特に、上記層数が上記最大層数よりもごく僅かに少ない部位に印加される圧力は、緩衝部材３０が配置されていれば、上記層数が上記最大層数である部位に印加される圧力とほとんど変わらず、十分に大きいことが発明者らによって確認されている。しかしながら、上記層数が上記最大層数よりも所定層数（例えば８層）以上少ない部位においては、緩衝部材３０を配置したところで、印加される圧力に差異（不足）が生じてしまう。

また、上記層数が上記最大層数よりも少ない部位に、少なくとも１つの導電ペースト１４を充填したビアホール１３が形成されているようなことがあると、次のようなことが生じることもある。すなわち、そうした部位に印加される圧力にはそもそも不足が生じやすく、導電ペースト１４に十分に大きな圧力が印加されないことがある。圧縮力が不足すると、導電ペースト１４を構成する銀粒子及び錫粒子などの金属粒子は、ビアホール１３内で密に圧縮されない。ビアホール１３内で密に圧縮されないと、一部においてのみ、銀粒子に錫粒子が接触し、合金化する。しかし、大部分においては、これら銀粒子及び錫粒子が合金化されないため、強く結合しなくなってしまう。このように、導電ペースト１４が強く結合していない状態で、温度変化に繰り返しさらされると、樹脂フィルム１１との熱膨張係数の違いに起因して、導電ペースト１４内部に引張応力が生じ、亀裂が生じることもある。そうした場合、導電ペースト１４における電気抵抗値の増大を招き、ひいては、積層体２０内部に作製された回路パターンが有する機能が発揮されないことが懸念される。

そのため、こうした部位における印加圧力の不足を解消すべく、また、印加圧力の不足に起因して生じる電気抵抗値の増大を低減するべく、離型フィルム５０と離型フィルム６０との間にプレス圧是正シート４０が配置される。具体的には、プレス圧是正シート４０を例えば１枚、離型フィルム５０と離型フィルム６０との間に配置することで、上記層数の少ない部位に印加される圧力を高めようとしている。

図４に、そうしたプレス圧是正シート４０の平面構造の一例を示す。この図４に示されるように、プレス圧是正シート４０は、例えば液晶ポリマーからなる熱可塑性を有する絶縁シート４１と、該絶縁シート４１表面に形成された凸パターン４２とから構成される。ここで、絶縁シート４１は、例えば「１２μｍ」の一定の厚みであり、この絶縁シート４１表面のうちの、上記層数が上記最大層数よりも所定層数以上少ない部位であって、かつ、導電ペースト１４を充填したビアホール１３が形成された部位に対応する箇所に、所定の厚み（高さ）のパターン（凸部）４２が例えば銅などの金属材料にてパターニングされる。当然のことながら、こうしたプレス圧是正シート４０は、当該多層基板の製造に先立って、予め作製される。すなわち、所望の機能を有する回路パターンに基づいて、上記層数が最大層数よりも低い箇所の分布を例えばＣＡＤを通じて算出する。このＣＡＤを通じて算出された情報に基づき、上記層数が上記最大層数よりも少ない箇所に凸部が形成されるよう、エッチングシートを作製する。そして、絶縁シート４１上表面全面に所定の厚みの銅箔を形成し、先のエッチングシートを用いて不要な部分をエッチングすることで凸パターン４２を形成する。

また、先の図３に示されるように、緩衝部材３０とプレス圧是正シート４０との間、プレス圧是正シート４０と積層体２０下表面との間、及び積層体２０上表面と熱プレス盤８０との間には、離型フィルム５０、６０、及び７０がそれぞれ配置される。こうした離型フィルム５０〜７０はいずれも、例えばポリイミドを用いて形成される。なお、離型フィルム５０は、後述する加熱・加圧工程において、熱及び圧力が加えられたとしても、プレス圧是正シート４０（特にパターン４２）及び緩衝部材３０に対して、接着されることの少ない難着性と、これらパターン４２及び緩衝部材３０の形状に合わせて変形する可撓性を有する。また、離型フィルム６０も同様に、後述する加熱・加圧工程において、熱及び圧力が加えられたとしても、プレス圧是正シート４０（特に絶縁シート４１）及び積層体２０に対して、接着されることの少ない難着性と、これらプレス圧是正シート４０及び積層体２０の形状に合わせて変形する可撓性を有する。また、同じく、離型フィルム７０は、後述する加熱・加圧工程において、熱及び圧力が加えられたとしても、熱プレス盤８０及び積層体２０の形状に合わせて変形する可撓性を有する。

こうして配置工程を終えると、図５に示すように、積層体２０に熱を加えつつ、積層体２０の表面及び裏面の両面から、緩衝部材３０、プレス圧是正シート４０、及び離型フィルム５０〜７０と共々、熱プレス盤８０によって積層体２０に圧力を加える加熱・加圧工程を実行する。具体的には、積層体２０が例えば「２００〜４００℃」といった温度範囲に収まるように、熱プレス盤８０を通じて熱が加えられ、さらに、熱プレス盤８０を通じて、積層体に対し例えば「５．０ＭＰａ」といった圧力が印加される。

ここで、本実施の形態においては、熱プレス盤８０を形成する材料として、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等の導電性金属が採用される。こうした導電性金属にて形成された熱プレス盤８０に通電することで発熱し、上記積層体２０等に熱を加える。こうした加熱方法としては他にも、熱プレス盤８０内にヒータを埋設し、該ヒータによって加熱することとしてもよい。あるいは、熱プレス盤８０内に流体通路を設け、加熱された流体をこの流体通路内に流すことにより、積層体２０等を加熱することとしてもよい。

積層体２０の両面から熱及び圧力が印加されると、積層体２０を構成する樹脂フィルム１１は、熱可塑性を有するため、軟化して互いに接着される。また、ビアホール１３内の導電ペースト１４は、該導電ペースト１４を構成する錫粒子が液相となって銀粒子を覆い、合金化される。さらに、導電ペースト１４の錫粒子と、導体パターン１２を構成する銅粒子とが互いに拡散して拡散層を形成し、接合される。

このとき、緩衝部材３０と共々、積層体２０に対し加熱・加圧されることで、熱プレス盤８０から積層体２０に対し印加される圧力に生じる、積層体２０の各部位間における差異が、ある程度低減されることは上述の通りである。そして、こうした差異をさらに低減すべく配置されたプレス圧是正シート４０は、図５に示されるように、熱プレス盤８０から積層体２０に対し圧力が印加されることで大きく変形する。すなわち、プレス圧是正シート４０は、先の配置工程（図３）においては、下方に向けて凸型であったものの、熱プレス盤８０によって圧力が印加されることで、積層体の、上記層数が上記最大層数よりも所定層数以上少ない（圧縮力に対する抵抗力の小さい）部位に当接する中央部が上方に盛り上がり、上方に向けて凸型となる。換言すれば、熱プレス盤８０から積層体２０の各部位に伝達される圧力の大きさがプレス圧是正シート４０によって調整されることで、積層体２０の中央部に印加される圧力が高められ、積層体２０の各部位間における圧力の差異はほとんどなくなる。すなわち、積層体２０の各部位に均一の圧力が印加される。

こうして加熱・加圧工程を終えると、プレス圧是正シート４０及び離型フィルム５０〜７０を積層体２０から剥離する剥離工程が実行される。この剥離工程においては、離型フィルム５０〜７０は、既述したように、緩衝部材３０、プレス圧是正シート４０、熱プレス盤８０等々と難着性を有するため、積層体２０から容易に剥離することができる。そして、この剥離工程を経て、図６に示す、本実施の形態の多層基板が製造される。

次に、以上説明した製造方法を踏まえ、本実施の形態の多層基板について、図６を併せ参照して説明する。なお、図６は、本実施の形態の多層基板の側面構造を示す断面図である。

この図６に示されるように、本実施の形態の多層基板１００は、熱可塑性材料によって形成された絶縁層１１１と、導電材料が所定の回路パターンにパターニングされた導電層１１２とが交互に積層された状態で、これら絶縁層１１１及び導電層１１２を有している。また、多層基板１００は、こうした絶縁層１１１を介して隣接する配線パターン同士を電気的に接続するための層間接続部１１４を有している。なお、多層基板１００は、各部位ごとに、回路パターンとして導電材料が残されている層数が異なっている。すなわち、本実施の形態の多層基板１００では、図６に示されるように、左方部及び右方部において、上記層数が最大層数となっており、中央部において、上記層数が最大層数よりも少なくなっている。さらに、多層基板１００の中央部には、上記層間接続部１１４が多層に渡って形成されている。

ここで、この絶縁層１１１は、上述した製法を通じて加工された樹脂フィルム１１に相当し、導電層１１２は、同じく上述した製法を通じて加工された導体パターン１２に相当する。また同じく、層間接続部１１４は、上述の製法において、絶縁層１１１の所定の位置に形成されたビアホール１３に充填された導電ペースト１４に相当する。こうした絶縁層１１１、導電層１１２、及び層間接続部１１４によって、所望の機能を有する回路パターンが多層基板１００の内部に構成されている。

また、多層基板１００の裏面の中央部には、図６に示すように、凹部１４２が形成されている。この凹部１４２は、既述した製法において、プレス圧是正シート４０の表面形状が転写された結果として形成されたものである。したがって、多層基板１００裏面の凹部１４２は、内部の絶縁層１１１及び導電層１１２に均一な圧力が印加されて製造された多層基板であることを示している。

次に、図７〜図９を参照して、こうした均一な圧力が印加されて製造された多層基板が示す特性について説明する。

図７に、既述した製法の加熱・加圧工程（図５）において使用されたプレス圧是正シート４０の枚数と、製造された多層基板の特定の２箇所における厚さの差との関係を示す。なお、先の加熱・加圧工程を通じた加熱・加圧前の積層体の特定の２箇所における厚さは、およそ「１３００μｍ」と「１２００μｍ」であり、その厚さの差はおよそ「１００μｍ」であった。ここで、熱プレス盤８０を通じて、積層体２０に対し均一な圧縮力が印加された場合、多層基板の特定の２箇所における厚さの差は、理想的には「１００μｍ」となるはずである。

同図７に示されるように、プレス圧是正シート４０の枚数が「０枚」であるとき、すなわち、先の加熱・加圧工程において、プレス圧是正シート４０を使用することなく、積層体２０に対し熱プレス盤８０から圧力を印加したとき、製造される多層基板の上記特定の２点における厚さの差は、およそ「４６μｍ」となった。また、同図７に示されるように、プレス圧是正シートの枚数が「１枚」であるとき、あるいは「２枚」であるとき、すなわち、先の加熱・加圧工程において、上記層数の少ない部位に印加される圧力を、プレス圧是正シート４０を「１枚」あるいは「２枚」使用することにより高めたとき、製造される多層基板の上記特定の２点における厚さの差は、およそ「５１μｍ」及び「５４．５μｍ」であった。このように、加熱・加圧前の厚さの差「１００μｍ」により近づいているため、より均一な圧力が印加されるようになっている。

このように、上記層数の少ない部位に印加される圧力が高められると、ビッカース硬度、正確には、こうした上記層数の少ない部位の上方（積層方向）に位置する層間接続部のビッカース硬度も向上する。

すなわち、図８に、既述した製法の加熱・加圧工程（図５）において使用されたプレス圧是正シート４０の枚数と、製造された多層基板裏面の同一箇所に形成された凹部のビッカース硬度との関係を示す。なお、この図８においては、同一条件の下で多層基板を複数形成したときの測定値を示している。

同図８に示されるように、プレス圧是正シート４０の枚数が「０枚」であるとき、すなわち、先の加熱・加工工程において、プレス圧是正シート４０を使用することなく、積層体２０に対し熱プレス盤８０から圧力を印加したとき、製造される多層基板に形成された凹部のビッカース硬度はおよそ「１１０〜１５５ＨＶ」であった。

また、図８に示されるように、プレス圧是正シートの枚数が「１枚」であるとき、あるいは「２枚」であるとき、すなわち、先の加熱・加圧工程において、上記層数の少ない部位に印加される圧力を、プレス圧是正シート４０を「１枚」あるいは「２枚」使用することにより高めたとき、そうした箇所に形成された凹部のビッカース硬度はおよそ「１３０〜１７５ＨＶ」あるいは「１４５〜２０５」であった。いずれの場合も、プレス圧是正シート４０を使用しない場合よりもビッカース硬度が増大している。

このようにビッカース硬度が増大することは、上記層数の少ない部位に位置する層間接続部の形成材料である導体ペーストに対し、十分に大きな圧力が印加されたことを意味する。すなわち、導体ペーストに対し、十分に大きな圧力が印加されていれば、層間接続部を構成する金属粒子は互いに強く結合する。そのため、ビッカース硬度が増大するとともに、こうした場合には、さらに、層間接続部の電気抵抗値も小さくなる。

以下、詳述する。図９に、既述した製法の加熱・加圧工程（図５）において使用されたプレス圧是正シート４０の枚数の別に、多層基板裏面の同一箇所に形成された凹部直上に位置する層間接続部の、通電試験に起因する電気抵抗値の増加態様を示す。なお、この通電試験では、当該多層基板の温度を、「−５５℃〜１２５℃」の範囲で、低温から高温へ約１０００回変化させたときの電気抵抗値の変動幅を計測している。

同図９に示されるように、プレス圧是正シート４０の枚数が「０枚」であるとき、すなわち、先の加熱・加工工程において、プレス圧是正シート４０を使用することなく、積層体２０に対し熱プレス盤８０から圧力を印加したとき、製造される多層基板に形成された凹部直上に位置する層間接続部の電気抵抗値は、およそ「０．０１Ω〜０．３０Ω」の変動幅に収まった。このときの層間接続部は、先の加熱・加圧工程において、プレス圧是正シート４０が使用されておらず、導電ペースト１４に対して十分に大きな圧力が印加されずに形成されている。そのため、層間接続部を構成する金属粒子が強く結合しないため、温度変化が繰り返されると、既述したような、樹脂フィルムとの熱膨張係数の違いに起因する層間接続部内部に亀裂が生じることがある。すなわち、層間接続部の電気抵抗値がばらついてしまう。したがって、層間接続部の電気抵抗値の変動幅が大きくなっている。

また、図９に示されるように、プレス圧是正シートの枚数が「１枚」であるとき、あるいは「２枚」であるとき、すなわち、先の加熱・加圧工程において、上記層数の少ない部位に印加される圧力を、プレス圧是正シート４０を「１枚」あるいは「２枚」使用することにより高めたとき、そうした箇所に形成された凹部直上に位置する層間接続部の電気抵抗値は、およそ「０．０１Ω〜０．１５Ω」、あるいは、およそ「０．０１Ω〜０．０２Ω」の変動幅に収まった。このときの層間接続部は、先の加熱・加圧工程において、プレス圧是正シート４０が使用されているため、導電ペースト１４に対して十分に大きな圧力が印加されて形成されている。そのため、層間接続部を構成する金属粒子が強く結合し、温度変化が繰り返されても、既述したような、熱膨張係数の違いに起因する層間接続部内部に亀裂が生じることは少ない。すなわち、層間接続部の電気抵抗値がばらつくことは少ない。したがって、層間接続部の電気抵抗値の変動幅は小さくなっている。

以上説明した多層基板１００は、積層体２０に熱が加えられつつ、積層体２０の表面及び裏面の両面から、緩衝部材３０及びプレス圧是正シート４０等と共々、熱プレス盤８０によって積層体２０の各部位に均一に圧力が加えられることで製造される。このように積層体２０の各部位に印加される圧力が均一化されると、印加される圧力の大きい部位から小さい部位への熱可塑性材料の流動は生じにくくなる。そのため、絶縁層１１１を介して隣接する配線パターン同士の距離がずれたり、この配線パターン間距離のずれに起因して寄生容量が生じるようなこともなくなり、当該多層基板１００内部に作製された回路パターンの有する機能が確実に発揮されるようになる。したがって、このような構造を有する多層基板１００は、信頼性の高い多層基板となる。

なお、本発明に係る多層基板１００は、上記実施の形態で例示した構造に限られるものではなく、本実施の形態を適宜変更した例えば次の形態として実施することもできる。

上記実施の形態では、プレス圧是正シート４０を、例えば液晶ポリマーからなる熱可塑性を有する絶縁シート４１を用いて構成していたが、形成材料についてはこれに限らない。他に例えば、熱硬化性樹脂や金属箔膜等からなる絶縁シートを用いてプレス圧是正シート４０を構成してもよい。要は、耐熱性を有する材料であれば、形成材料については任意である。また、絶縁シート４１を「１２μｍ」の一定の厚みとして構成していたが、この厚みも一定とする必要はない。他に例えば、上記層数が上記最大層数よりも所定層数以上少ない部位に対応する箇所の厚みを、他の部位に対応する箇所の厚みよりも厚く設定してもよい。

上記実施の形態の多層基板１００を製造する方法では、図３に示した配置工程において、緩衝部材３０とプレス圧是正シート４０下表面との間に離型フィルム５０を、プレス圧是正シート４０上表面と積層体２０下表面との間に離型フィルム６０を、積層体２０上表面と熱プレス盤８０下表面との間に離型フィルム７０をそれぞれ配置していたが、これに限らない。加熱・加圧工程後の剥離工程において、積層体２０、緩衝部材３０、プレス圧是正シート４０、及び熱プレス盤８０をそれぞれ容易に剥離することができるのであれば、こうした離型フィルム５０〜７０を配置することは任意であり、割愛してもよい。もっとも、離型フィルム５０については、緩衝部材３０との難着性を有しなくともよい。すなわち、上記剥離工程において、緩衝部材３０が離型フィルム５０と容易にはがれなくとも、所期の目的を達成することはできる。

上記実施の形態の多層基板１００を製造する方法（変形例を含む）では、図３に示した配置工程において、積層体２０の裏面側にのみ、プレス圧是正シート４０を配置していたが、これに限らない。他に例えば、積層体２０の表面側にのみ、プレス圧是正シート４０を配置することとしてもよい。こうした製法によっても、上記実施の形態の多層基板１００を製造することはできる。あるいは、図３に対応する図として図１０に示すように、積層体２０の表面側及び裏面側の両面に、プレス圧是正シートを配置することとしてもよい。こうした製法によって製造される多層基板は、図６に対応する図として図１１に示すように、多層基板１００ａの表面及び裏面の両面に凹部１４２ａ及び１４２ｂが形成されることとなる。

上記実施の形態の多層基板１００及び１００ａを製造する方法（変形例を含む）では、熱可塑性を有する所定膜厚の絶縁シート４１と、該絶縁シート４１表面に形成された金属材料からなる所定高さの凸パターン４２とから構成されたプレス圧是正シート４０を、１枚あるいは複数枚用いて、多層基板１００及び１００ａを製造していた。しかし、凸パターン４２の形成材料については、金属材料に限らない（したがって、凸パターン４２の形成方法も、エッチングシートを用いたパターニングに限らない）。要は、上記層数の少ない部位に印加される圧力を高めることができればよいのであって、凸パターン４２の形成材料や形成方法は、任意である。そうした凸パターンの高さも所定高さに限る必要はない。上記層数に応じた高さの凸パターンを上記絶縁シート表面に形成すれば、プレス圧是正シートを１枚用いるだけで、積層体２０への印加圧力の均一化を図ることができるようになる。こうした製造方法によれば、多層基板の表面及び裏面の少なくとも一面に、上記層数に応じた深さで凹部が形成された多層基板が製造されることとなる。

上記実施の形態の多層基板１００及び１００ａを製造する方法（変形例を含む）では、上記層数が上記最大層数よりも所定層数以上少なく部位であって、かつ、少なくとも１つ導体ペーストを充填したビアホールが形成された部位に対応した凸パターンが形成されたエッチングシートを使用していたが、これに限られない。他に、上記層数が上記最大層数よりも少ない部位であって、かつ、少なくとも１つ導体ペーストを充填したビアホールが形成された部位に対応した凸パターンが形成されたエッチングシートを使用してもよい。あるいは、上記層数が上記最大層数よりも所定数以上少ない部位に対応した凸パターンが形成されたエッチングシートを使用してもよい。こうした製法によって製造された多層基板は、部位によらず圧力が均一に印加されて製造されるため、高い信頼性を有する多層基板となっている。

本発明に係る多層基板の一実施の形態を製造する方法について、（ａ）及び（ｂ）は、パターンフィルムを形成するパターン形成工程を示す側面断面図。 同実施の形態の多層基板を製造する方法において、パターンフィルムを積層して積層体を形成する積層工程を示す側面断面図。 同実施の形態の多層基板を製造する方法において、積層体、プレス圧是正シート及び離型フィルム等を熱プレス盤間に配置する配置工程を示す一部側面断面図。 同実施の形態の多層基板を製造する方法において使用されるプレス圧是正シートの平面図。 同実施の形態の多層基板を製造する方法において、積層体を加熱しつつ、プレス圧是正シート等と共々、積層体に圧力を加える加熱・加圧工程を示す側面断面図。 同実施の形態の多層基板について、その側面構造を示す断面図。 同実施の形態の多層基板について、製造時に使用したプレス圧是正シートの枚数と、製造された多層基板裏面の同一箇所に形成された凹部深さとの関係を示す図。 同実施の形態の多層基板について、製造時に使用したプレス圧是正シートの枚数と、製造された多層基板裏面の同一箇所に形成された凹部直上に位置する層間接続部のビッカース硬さとの関係を示す図。 同実施の形態の多層基板について、製造時のプレス圧是正シートの枚数と、製造された多層基板裏面の同一箇所に形成された凹部直上に位置する層間接続部の電気抵抗値変動幅との関係を示す図。 同実施の形態の多層基板の変形例を製造する製造方法について、積層体、プレス圧是正シート及び離型フィルム等を熱プレス盤間に配置する配置工程を示す一部断面図。 同実施の形態の多層基板の変形例について、その側面構造を示す断面図。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ…パターンフィルム、１１…樹脂フィルム（絶縁層）、１２…導体パターン（導電層）、１３…ビアホール、１４…導電ペースト、２０…積層体、３０…緩衝部材、４０…プレス圧是正シート、５０、６０、７０…離型フィルム、８０…熱プレス盤、１００、１００ａ…多層基板、１１１…絶縁層（樹脂フィルム）、１１２…導電層（導電パターン）、１１４…層間接続部（ビアホール、導電ペースト）、１４２、１４２ａ、１４２ｂ…凹部。

Claims (7)

1. 熱可塑性材料によって形成された絶縁層と、導電材料が所定の回路パターンにパターニングされた導電層とが交互に積層され、かつ、前記絶縁層を介して隣接する配線パターン同士を電気的に接続するための層間接続材料が前記絶縁層のビアホール内に充填された状態で、熱プレス盤によって一括して加熱・加圧されることで形成される多層基板であって、
   前記多層基板の積層方向において、前記回路パターンとして前記導電材料が残されている層数が最も多い部位における最大層数を基準とし、その最大層数よりも少ない層数の導電材料が残されている部位に対応して、当該多層基板の表面及び裏面の少なくとも一面に凹部が形成されていることを特徴とする多層基板。
2. 前記凹部は、残された前記導電材料が、前記最大層数よりも所定層数以上少ない部位に対応して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多層基板。
3. 前記層間接続材料は、２種類以上の金属粒子を含み、前記熱プレス盤による加熱・加圧によって、前記２種類以上の金属粒子が合金化するものであり、
   前記凹部は、残された前記導電材料が、前記最大層数よりも少なく、かつ少なくとも１つの前記層間接続材料を充填したビアホールが形成された部位に対応して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多層基板。
4. 前記凹部は、残された前記導電材料の層数に応じた深さで形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多層基板。
5. 前記凹部は、残された前記導電材料の層数が少ないほど深く形成されていることを特徴とする請求項４に記載の多層基板。
6. 前記凹部は、当該多層基板の表面及び裏面のいずれか一面にのみ形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の多層基板。
7. 前記凹部は、当該多層基板の表面及び裏面の両面に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の多層基板。

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