JP2010021395A

JP2010021395A - 多層配線基板の製造方法及び電子機器

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Publication number: JP2010021395A
Application number: JP2008181124A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Hotta; 良人堀田; Yoshina Miyazaki; 芳奈宮崎
Original assignee: Sony Chemical and Information Device Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-01-28

Abstract

【課題】配線パターンと層間接続材との接続信頼性を大幅に向上させ、確実な層間の電気的接続が得られる多層配線基板を製造する。
【解決手段】多層配線基板を製造するにあたっては、導電層形成材１１の片面に絶縁層形成材１２が貼着された基材のうち、絶縁層形成材１２の側から、所定の導電性材料からなる導電性ワイヤ１３を打ち込み、当該導電性ワイヤ１３を導電層形成材１１に接触するまで挿通させる。そして、多層配線基板を製造するにあたっては、絶縁層形成材１２の面上に導電層形成材１４を積層し、導電層形成材１１，１４と導電性ワイヤ１３との接触部分が金属結合を形成するような成形を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性の層間接続材を用いて多層配線基板の製造方法、及び、この製造方法によって製造された多層配線基板を備える電子機器に関する。

従来から、導電性の層間接続材を用いて絶縁層と複数の導体層とを積層した多層配線基板が知られている。かかる多層配線基板は、特許文献１に記載されているように、プリプレグに導電性ピンを打ち込んで切断したコア板を両面配線板と組み合わせてプレスする方法や、特許文献２に記載されているように、プラスチックとセラミックとの複合材料からなるグリーンシートの板厚方向に金属ワイヤを打ち込んで当該グリーンシートを硬化させる方法等によって製造することができる。

特開２００２−２０４０４４号公報特開２００１−２３０５４６号公報

しかしながら、上述した特許文献１又は特許文献２に記載されたような従来の製造方法においては、プリプレグやグリーンシート等の絶縁層形成材に層間接続材としての導電性ワイヤを予め打ち込んだものに対して配線パターン用の導体層形成材を積層することになるため、導体層形成材と絶縁層形成材とを一体化するための圧着工程において、導電性ワイヤの姿勢を安定させることが困難であり、配線パターンと導電性ワイヤとの接続信頼性が不十分となる問題があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、配線パターンと層間接続材との接続信頼性を大幅に向上させ、確実な層間の電気的接続が得られる多層配線基板を製造することができる多層配線基板の製造方法、及び、この製造方法によって製造された多層配線基板を備える電子機器を提供することを目的とする。

本願発明者は、予め導電層形成材の片面に絶縁層形成材が貼着された基材を利用することにより、配線パターンと層間接続材との接続信頼性を大幅に向上させることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、上述した目的を達成する本発明にかかる多層配線基板の製造方法は、導電性の層間接続材を用いて絶縁層と複数の導体層とを積層した多層配線基板の製造方法において、上記導体層を形成する導電層形成材の片面に上記絶縁層を形成する絶縁層形成材が貼着された基材のうち、上記絶縁層形成材の側から、所定の導電性材料からなる層間接続材を打ち込み、当該層間接続材を上記導電層形成材に接触するまで挿通させる打ち込み工程と、上記導電層形成材と上記層間接続材との接触部分が金属結合を形成するような成形を行う金属結合工程とを備えることを特徴としている。

このような本発明にかかる多層配線基板の製造方法においては、導電層形成材と層間接続材との接触部分が金属結合を形成することから、層間接続材が導電層形成材と金属結合して電気的に接続された状態で姿勢が安定することになる。したがって、本発明にかかる多層配線基板の製造方法においては、導電層形成材から形成される配線パターンと層間接続材との接続信頼性を大幅に向上させることができる。

また、上述した目的を達成する本発明にかかる電子機器は、導体層を形成する導電層形成材の片面に絶縁層を形成する絶縁層形成材が貼着された基材のうち、上記絶縁層形成材の側から、所定の導電性材料からなる層間接続材を打ち込み、当該層間接続材を上記導電層形成材に接触するまで挿通させ、上記導電層形成材と上記層間接続材との接触部分が金属結合を形成するような成形を行うことによって製造された多層配線基板と、上記多層配線基板上に実装された電子部品とを備えることを特徴としている。

このような本発明にかかる電子機器においては、導電層形成材と層間接続材との接触部分が金属結合を形成していることから、層間接続材が導電層形成材と金属結合して電気的に接続された状態で姿勢が安定したものとなる。したがって、本発明にかかる電子機器は、導電層形成材から形成される配線パターンと層間接続材との接続信頼性が大幅に向上したものとなり、安定した動作を行うことが可能となる。

本発明によれば、導電層形成材から形成される配線パターンと層間接続材との接続信頼性を大幅に向上させることができ、確実な層間の電気的接続が得られる多層配線基板を製造することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

この実施の形態は、層間接続材として導電性ワイヤを用いた多層配線基板の製造方法である。特に、この多層配線基板の製造方法は、予め導電層形成材の片面に絶縁層形成材が貼着された基材に対する導電性ワイヤを打ち込む方向を規定することにより、導体層形成材と絶縁層形成材とを接続するための圧着を行う際に導電性ワイヤの姿勢を安定させ、配線パターンと導電性ワイヤとの接続信頼性を向上させることができるものである。

図１乃至図３に、本発明の実施の形態として示す多層配線基板の製造方法を説明するための各工程での製造物の断面図を示す。なお、図１乃至図３においては、説明の便宜上、４層配線基板を製造する場合における各工程での製造物を示している。

まず、多層配線基板を製造するにあたっては、図１（ａ）に示すように、導電層形成材１１の片面に絶縁層形成材１２が貼着された基材を用意する。導電層形成材１１は、配線パターン（導体層）を形成するものであり、６μｍ〜１８μｍ程度の厚さを有する。例えば、導電層形成材１１は、銅箔等の金属箔や金属めっき層、又は、所定の樹脂内に金属粒子を分散させた導電シートから構成される。また、絶縁層形成材１２は、絶縁層を形成するものであり、厚さが１５μｍ〜６０μｍ程度のシート状のプリプレグとして提供される。例えば、絶縁層形成材１２としては、補強材としてのガラス布に、Ｂステージ（半硬化状態）のポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等からなる熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含浸させたものが用いられる。勿論、絶縁層形成材１２としては、プリント配線基板の基材として一般に用いられる材料からなるプリプレグであれば、任意のものを用いることができる。

続いて、多層配線基板を製造するにあたっては、図１（ｂ）に示すように、絶縁層形成材１２の側から、所定の導電性材料からなる層間接続材としての導電性ワイヤ１３を打ち込み、当該導電性ワイヤ１３を導電層形成材１１に接触するまで挿通させる。導電性ワイヤ１３は、例えば、錫、金、銀、銅、アルミニウム等の単体金属や、錫−ビスマス等の合金から構成され、長手方向に直交する断面径が５０μｍ〜１５０μｍ程度に形成される。

具体的には、この導電性ワイヤ１３の打ち込み工程は、図４（ａ）に示すように、所定の張力をもたせた導電性ワイヤ１３を装填した所定のキャピラリ２０を、その先端面が導電層形成材１１に接触するように半硬化状態の絶縁層形成材１２内に挿入してから、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、当該キャピラリ２０を引き上げ、カッターや高電圧スパーク装置等の所定の切断装置２１を用いて導電性ワイヤ１３を所定長に切断することによって行われる。なお、キャピラリ２０を絶縁層形成材１２内に挿入して引き上げる過程において、絶縁層形成材１２が熱硬化性樹脂から構成されている場合には当該絶縁層形成材１２の周囲雰囲気を加熱し、熱可塑性樹脂から構成されている場合には当該絶縁層形成材１２の周囲雰囲気を冷却することにより、絶縁層形成材１２に対するキャピラリ２０の離型性を高め、導電性ワイヤ１３がキャピラリ２０の移動にともなって絶縁層形成材１２から抜けてしまうのを防止することができる。また、導電性ワイヤ１３の打ち込み工程は、キャピラリ２０を絶縁層形成材１２内に挿入するのではなく、図５（ａ）に示すように、予めキャピラリ２０の先端面から所定長だけ導電性ワイヤ１３を引き出した状態で、図５（ｂ）に示すように、当該導電性ワイヤ１３を絶縁層形成材１２内に挿入し、図５（ｃ）に示すように、当該導電性ワイヤ１３を切断することによって行うようにしてもよい。なお、導電性ワイヤ１３は、図４に示したように、その切断面が絶縁層形成材１２の表面と同じ面となるように切断されてもよく、図５に示したように、その切断面が絶縁層形成材１２の表面から突出するように切断されてもよい。すなわち、導電性ワイヤ１３を切断する所定長は、図４及び図５に示すいずれの場合であっても、当該導電性ワイヤ１３が絶縁層形成材１２の表面から露出すればよいことから、絶縁層形成材１２の厚さ以上とすればよい。ただし、次工程における導電層形成材１４と導電性ワイヤ１３との金属結合を確実なものとする観点から、導電性ワイヤ１３は、その切断面が絶縁層形成材１２の表面から突出するように切断されるのが望ましい。また、なお、キャピラリ２０に装填される導電性ワイヤ１３は、長手方向に直交する断面径が一定のものであってもよいが、例えば図６に示すように、所定長単位で予め切り込み１３ａを形成したものをキャピラリ２０に装填しておくことにより、切断装置２１を用いることなく、所定長に切断することが可能となり、製造効率の向上を図ることができる。

続いて、多層配線基板を製造するにあたっては、図１（ｃ）に示すように、導電性ワイヤ１３の打ち込み工程にて製造された製造物の絶縁層形成材１２の面上に、導電層形成材１１と同様に形成された導電層形成材１４を積層した状態で、所定の圧着装置を用いて、熱圧着、超音波圧着、又は超音波熱圧着を行い、絶縁層形成材１２を硬化させる。多層配線基板を製造するにあたっては、この工程により、導電層形成材１１，１４及び絶縁層形成材１２が一体化した製造物が製造される。ここで、導電層形成材１１と導電性ワイヤ１３との接触部分、及び、導電層形成材１４と導電性ワイヤ１３との接触部分は、それぞれ、圧着の際に金属素材が溶融し、それが固体化することによって金属結合を形成する。そのため、導電性ワイヤ１３は、導電層形成材１１，１４と金属結合して電気的に接続された状態で姿勢が安定することになる。換言すれば、この工程では、導電層形成材１１と導電性ワイヤ１３との接触部分、及び、導電層形成材１４と導電性ワイヤ１３との接触部分が金属結合を形成するような成形を行う。したがって、この工程にて製造される製造物は、導電性ワイヤ１３を介して導電層形成材１１，１４の間の電気的接続が得られる２層配線基板のコア材となる。

そして、多層配線基板を製造するにあたっては、図１（ｄ）に示すように、導電層形成材１１，１４をエッチングして配線パターンを形成する。これにより、２層配線基板が製造される。したがって、４層配線基板を製造するにあたっては、以上の工程を繰り返し行うことになる。

すなわち、多層配線基板を製造するにあたっては、図２（ｅ）に示すように、２層配線基板の両面上に、絶縁層形成材１２と同様に形成された絶縁層形成材１５，１６を積層する。

続いて、多層配線基板を製造するにあたっては、図２（ｆ）に示すように、絶縁層形成材１５，１６のそれぞれの側から導電性ワイヤ１３を打ち込み、当該導電性ワイヤ１３を導電層形成材１１，１４のそれぞれに接触するまで挿通させる。

続いて、多層配線基板を製造するにあたっては、図２（ｇ）に示すように、絶縁層形成材１５，１６のそれぞれの面上に、導電層形成材１１，１４と同様に形成された導電層形成材１７，１８を積層した状態で、所定の圧着装置を用いて、熱圧着、超音波圧着、又は超音波熱圧着を行い、絶縁層形成材１２，１５，１６を硬化させる。多層配線基板を製造するにあたっては、この工程により、導電層形成材１１，１４，１７，１８及び絶縁層形成材１２，１５，１６が一体化し、且つ、絶縁層形成材１２内に挿通された導電性ワイヤ１３と導電層形成材１１，１４との接触部分、絶縁層形成材１５内に挿通された導電性ワイヤ１３と導電層形成材１１，１７との接触部分、及び、絶縁層形成材１６内に挿通された導電性ワイヤ１３と導電層形成材１４，１８との接触部分が、それぞれ、金属結合を形成した製造物が製造される。換言すれば、この工程にて製造される製造物は、各層の導電性ワイヤ１３を介して導電層形成材１１，１４，１７，１８の間の電気的接続が得られる４層配線基板のコア材となる。

そして、多層配線基板を製造するにあたっては、図３（ｈ）に示すように、導電層形成材１７，１８をエッチングして配線パターンを形成した上で、図３（ｉ）に示すように、導電層形成材１７，１８上にソルダーレジスト層１９を印刷する。これにより、最終製造物としての４層配線基板が製造される。

ところで、上述した導電性ワイヤ１３の打ち込み工程に用いるキャピラリ２０において、導電性ワイヤ１３を引き出すように先端面に形成された開口径は、当該導電性ワイヤ１３の長手方向に直交する断面径よりも２倍程度は大きい。そのため、導電性ワイヤ１３を絶縁層形成材１２，１５，１６のそれぞれに打ち込む際に、絶縁層形成材１２，１５，１６の樹脂が開口部分を介してキャピラリ２０の内部に侵入してしまう場合が生じる。特に、この問題は、先に図４に示したように、キャピラリ２０を絶縁層形成材１２，１５，１６内に挿入する手法を採用した場合には顕著にあらわれることから、その対応策を講じることは極めて有益である。

そこで、本願発明者は、その対応策として、導電性ワイヤ１３を加工することを考えた。すなわち、多層配線基板を製造するにあたっては、例えば図７（ａ）に示すように、キャピラリ２０の開口径よりも大きな径を有する導電性部位１３ｂを導電性ワイヤ１３の先端に形成する。このような導電性部位１３ｂは、例えば１００μｍ〜２００μｍ程度の径を有する略球体状となるように、高電圧スパーク装置等を用いて導電性ワイヤ１３の先端を放電することによって形成することができる。

そして、このような導電性部位１３ｂを形成した導電性ワイヤ１３の打ち込み工程は、図７（ｂ）に示すように、キャピラリ２０を、導電性部位１３ｂが導電層形成材１１に接触して潰れるように半硬化状態の絶縁層形成材１２内に挿入してから、図７（ｃ）に示すように、当該キャピラリ２０を引き上げ、当該導電性ワイヤ１３を切断することによって行われる。これにより、金属結合した導電層形成材１１と導電性ワイヤ１３との接触部分の面積は、図８に示すように、潰れた導電性部位１３ｂにより、導電性部位１３ｂを設けない場合に比べて大きくなる。そのため、導電性ワイヤ１３に導電性部位１３ｂを形成することは、配線パターンと導電性ワイヤ１３との接続信頼性をより向上させることにつながり、層間の電気的接続をより確実なものとすることができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態として示す多層配線基板の製造方法においては、このような一連の工程を経ることにより、導電性ワイヤ１３の姿勢を、当該導電性ワイヤ１３が導電層形成材１１，１４，１７，１８と金属結合して電気的に接続された状態で安定化することができる。したがって、この多層配線基板の製造方法は、配線パターンと導電性ワイヤ１３との接続信頼性を大幅に向上させることができ、確実な層間の電気的接続が得られる多層配線基板を製造することができる。

また、この多層配線基板の製造方法においては、例えば、基材の孔あけ加工とビア内面の金属めっきとを行うことによる層間の電気的接続、複数層間を接続する金属ペーストによる層間の電気的接続、及び、絶縁層内に埋め込まれた導電性バンプによる層間の電気的接続等、従来の手法を適用した製造方法のように、ビアのスタック化の困難さの問題、フィルドビアに要求される表面平坦性の問題、ペースト材料の選定を含む高精度な印刷技術の必要性の問題、印刷工程や積層工程の複雑さの問題をともなうことがなく、プロセスタイム及びリードタイムの短縮化を図ることもできる。

このような製造方法によって製造される多層配線基板は、確実な層間の電気的接続が実現され、また、両面にソルダーレジスト層１９が設けられていることから、後工程にて電子部品を実装する際に、配線パターン間に半田等が付着することによるショート不良を防止することもできる。そのため、この製造方法によって製造される多層配線基板は、例えば携帯電話機やパーソナルコンピュータをはじめとし、半導体部品の高集積及び小型化の要求が高い各種電子機器に実装して極めて好適であり、電子機器の安定した動作に寄与することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上述した実施の形態では、４層配線基板を製造する場合について説明したが、本発明は、２層以上であれば任意層数の多層配線基板の製造に適用することができる。

また、上述した実施の形態では、導電性ワイヤ１３の先端に形成する導電性部位１３ｂの形状が略球体状であるものとして説明したが、本発明は、例えば略楕円体状や角柱状等、キャピラリ２０の開口径よりも大きな径を有する導電性部位１３ｂであれば、任意の形状であってもよい。

さらに、上述した実施の形態では、導電性ワイヤ１３の先端に形成する導電性部位１３ｂが導電層形成材１１に接触して潰れるようにするものとして説明したが、本発明は、例えば図９に示すように、絶縁層形成材１２の厚さ以上の径を有する導電性部位１３ｂ自体を層間接続材として用いるようにしてもよい。

このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の形態として示す多層配線基板の製造方法について説明するための図であり、各工程での製造物の断面図を示す図である。本発明の実施の形態として示す多層配線基板の製造方法について説明するための図であり、図１に示す工程に続く各工程での製造物の断面図を示す図である。本発明の実施の形態として示す多層配線基板の製造方法について説明するための図であり、図２に示す工程に続く各工程での製造物の断面図を示す図である。導電性ワイヤの打ち込み工程について説明するための図であり、製造物の断面図を示す図である。図４とは異なる手法による導電性ワイヤの打ち込み工程について説明するための図であり、製造物の断面図を示す図である。切り込みを形成した導電性ワイヤの断面図である。導電性部位を先端に形成した導電性ワイヤの打ち込み工程について説明するための図であり、製造物の断面図を示す図である。図７に示す手法によって金属結合した導電層形成材と導電性ワイヤとの接触部分の様子を示す要部断面図である。導電性部位自体を層間接続材として用いた様子を示す要部断面図である。

符号の説明

１１，１４，１７，１８導電層形成材
１２，１５，１６絶縁層形成材
１３導電性ワイヤ
１３ａ切り込み
１３ｂ導電性部位
１９ソルダーレジスト層
２０キャピラリ
２１切断装置

Claims

導電性の層間接続材を用いて絶縁層と複数の導体層とを積層した多層配線基板の製造方法において、
上記導体層を形成する導電層形成材の片面に上記絶縁層を形成する絶縁層形成材が貼着された基材のうち、上記絶縁層形成材の側から、所定の導電性材料からなる層間接続材を打ち込み、当該層間接続材を上記導電層形成材に接触するまで挿通させる打ち込み工程と、
上記導電層形成材と上記層間接続材との接触部分が金属結合を形成するような成形を行う金属結合工程とを備えること
を特徴とする多層配線基板の製造方法。
上記打ち込み工程にて製造されて上記層間接続材が上記絶縁層形成材の表面から露出した製造物の当該絶縁層形成材の面上に、他の導電層形成材を積層する積層工程を備え、
上記金属結合工程では、上記積層工程にて上記他の導電層形成材が積層された状態で、上記導電層形成材と上記層間接続材との接触部分、及び、上記他の導電層形成材と上記層間接続材との接触部分がそれぞれ金属結合を形成するような成形を行うこと
を特徴とする請求項１記載の多層配線基板の製造方法。
上記絶縁層形成材は、半硬化状態の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含んで構成されたものであること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の多層配線基板の製造方法。
上記層間接続材は、所定のキャピラリに装填された導電性ワイヤであり、
上記打ち込み工程では、上記キャピラリを、その先端面が上記導電層形成材に接触するように半硬化状態の上記絶縁層形成材内に挿入してから、当該キャピラリを引き上げ、上記絶縁層形成材の厚さ以上の所定長に上記導電性ワイヤを切断すること
を特徴とする請求項３記載の多層配線基板の製造方法。
上記打ち込み工程では、上記キャピラリを上記絶縁層形成材内に挿入して引き上げる過程において、当該絶縁層形成材が熱硬化性樹脂から構成されている場合には当該絶縁層形成材の周囲雰囲気を加熱し、熱可塑性樹脂から構成されている場合には当該絶縁層形成材の周囲雰囲気を冷却すること
を特徴とする請求項４記載の多層配線基板の製造方法。
上記層間接続材は、所定のキャピラリに装填された導電性ワイヤであり、
上記打ち込み工程では、予め上記キャピラリの先端面から上記絶縁層形成材の厚さ以上の所定長だけ上記導電性ワイヤを引き出した状態で、当該導電性ワイヤを上記絶縁層形成材内に挿入し、当該導電性ワイヤを切断すること
を特徴とする請求項３記載の多層配線基板の製造方法。
上記導電性ワイヤは、その先端に上記キャピラリの開口径よりも大きな径を有する導電性部位が形成されたものであること
を特徴とする請求項４乃至請求項６のうちいずれか１項記載の多層配線基板の製造方法。
上記導電性部位は、上記絶縁層形成材の厚さ以上の径を有し、上記層間接続材として用いられること
を特徴とする請求項７記載の多層配線基板の製造方法。
上記導電性ワイヤは、上記所定長単位で予め切り込みが形成されたものであること
を特徴とする請求項４乃至請求項８のうちいずれか１項記載の多層配線基板の製造方法。
上記金属結合工程では、所定の圧着装置を用いて、熱圧着、超音波圧着、又は超音波熱圧着を行うこと
を特徴とする請求項１乃至請求項９のうちいずれか１項記載の多層配線基板の製造方法。
導体層を形成する導電層形成材の片面に絶縁層を形成する絶縁層形成材が貼着された基材のうち、上記絶縁層形成材の側から、所定の導電性材料からなる層間接続材を打ち込み、当該層間接続材を上記導電層形成材に接触するまで挿通させ、上記導電層形成材と上記層間接続材との接触部分が金属結合を形成するような成形を行うことによって製造された多層配線基板と、
上記多層配線基板上に実装された電子部品とを備えること
を特徴とする電子機器。