JP2011228516A - 多層基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のフィルムを用いた耐熱基板において、導電ペーストからなるビアを多層に積層した場合、その部分の厚みが局所的に増加してしまう場合があった。
【解決手段】少なくとも、２層以上の内層配線１２と、この内層配線１２間に設けられた第１の耐熱性フィルム１４と、この第１の耐熱性フィルム１４と内層配線１２とを接着する接着層１３と、第１の耐熱性フィルム１４に形成された第１の孔１７に充填され内層配線１２を層間接続する導電ペースト１６と、を有する多層配線基板１１であって、第１の耐熱性フィルム１４の両側の接着層１３どうしは、第１の孔１７と異なる位置に設けられた複数の第２の孔１８を介して一体化することで、信頼性を高めた多層配線基板１１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリイミド等の耐熱性フィルムと、銅箔からなる複数層の配線とを、接着剤を介して積層すると共に、前記配線間を導電ペーストを用いて層間接続してなる多層基板とその製造方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化、高性能化に伴い、産業用にとどまらず広く民生用機器の分野においてもＬＳＩ等の半導体チップを高密度に実装できる多層配線回路基板が安価に供給されることが強く要望されてきている。このような多層配線回路基板では微細な配線ピッチで形成された複数層の配線パターン間を高い接続信頼性で電気的に接続できることが重要である。

また、携帯電話に代表される携帯機器においては特に、機能の集積化の傾向に加えて、より持ち運び性を良くするべく、機器の薄型化の傾向が顕著であり、多層配線回路基板にもより高密度で薄いものが要求されている。

このような市場の要望に対して従来の多層配線基板に代えて、絶縁層にフィルム基材を用いた多層配線基板の任意の電極を任意の配線パターン位置において層間接続できるインナービアホール接続法すなわち全層ＩＶＨ構造樹脂多層配線基板と呼ばれるものがある（特許文献１，２）。

実用新案登録第３１０２３２６号公報 特開２００３−２５８４３１号公報

従来より、ガラス織布等に硬化前のエポキシ樹脂を含浸させてなる絶縁シート（プリプレグと呼ばれる）と、銅箔からなる配線とが、導電ペーストからなる層間接続部（ビア部と呼ばれることもある）を介して、複数層積層された多層配線基板が市販されている。

従来の織布を用いたプリプレグは、配線等と共に積層して多層配線基板を製造する際に、加圧、加熱されて液化した硬化前のエポキシ樹脂が、ガラス織布の隙間を介して、プリプレグの両面を自由に流れるため、配線厚みや導電ペーストからなる層間接続部の厚みを吸収できるという特徴がある一方、織布等の影響で薄層化に限界があった。

そのため、従来より、フィルム基材を用いた多層配線基板が求められていた。

しかしながら、従来の絶縁層にフィルム基材を用いた多層基板において、導電ペーストからなる小径のビアを形成しようとした場合、ビア部分の厚みが多層基板の表面に突起として残る可能性があった。

更に異なる層に設けられた複数個の導電ペーストを、同位置で厚み方向に積み上げたビア構造（スタックビア構造と呼ばれることがある）の場合、ビア部分の厚みが更に厚くなり、多層配線基板の表面に突出する場合がある。

本発明は上記課題を解決するものであり、フィルムを用いた、配線基板の配線層間をペースト接続した場合において、高い信頼性で電気的に接続した全層ＩＶＨ（ＩＶＨは、インナービアホールを意味する）構造を有する高密度薄型に対応する多層配線基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、２層以上の内層配線と、この内層配線間に設けられた耐熱性フィルムと、この耐熱性フィルムと前記内層配線とを接着する接着層と、前記耐熱性フィルムに形成された第１の孔に充填され前記内層配線を層間接続する導電ペーストと、を有する多層配線基板であって、前記耐熱性フィルムの両側の接着層どうしは、前記第１の孔と異なる位置に設けられた複数の第２の孔を介して一体化している多層配線基板とする。

本発明の多層基板とその製造方法によれば、耐熱性フィルムの両側に設けられた接着層どうしが、内層配線を層間接続する導電ペーストが充填されてなる第１の孔とは異なる位置に形成された、複数の第２の孔を介して一体化しているため、耐熱フィルムの両側に設けられた接着層どうしの密着性を高めることができ、耐熱性フィルムと接着剤との密着性を高められる。

更に、耐熱性フィルムの裏表面で、接着層の厚みが異なる場合、あるいは導電ペーストに起因する突起部（あるいは凹凸）が発生した場合でも、この厚み差、あるいは凹凸等を、耐熱性フィルムの裏表面で接着層の厚みをバランスさせることができ、その凹凸を多層配線基板の表面に表出させないため、携帯電話を初めとする各種電子機器の小型化、高密度実装に貢献する。

さらに、導電ペーストに起因する突出部（あるいは凹凸）を有する層間接続部を、複数の耐熱性フィルムのほぼ同位置で厚み方向に積み上げたビア構造（スタックビア構造と呼ばれることがある）とした場合でも、ビア部分の厚みの増加が、多層配線基板の表面に表出させにくくできるため、携帯電話を初めとする各種電子機器の小型化、高密度実装に貢献する。

本発明の多層配線基板の断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は多層配線基板の製造方法の一例について説明する断面図 （Ａ）〜（Ｄ）は多層配線基板の製造方法の一例について説明する断面図 多層配線基板の製造方法の一例について説明する断面図 図４に示したサンプルが加圧、加熱され一体化した後の様子を説明する断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は第１の耐熱性フィルムに第２の孔を設けていない場合について説明する断面図 第２の孔が形成されていない場合の多層配線基板の製造方法の一例について説明する断面図 図７に示したサンプルが加圧、加熱され一体化した後の様子を説明する断面図

（実施例１）
図１を用いて、実施例１について説明する。

図１は、本発明の多層配線基板の断面図の一例である。図１において、１１は多層配線基板、１２は内層配線、１３は接着層、１４は第１の耐熱性フィルム、１５は第２の耐熱性フィルム、１６は導電ペースト、１７は第１の孔、１８は第２の孔、１９は表層配線、２０ａ、２０ｂは矢印である。

図１に示すように、多層配線基板１１は、少なくとも、２層以上の内層配線１２と、この内層配線１２間に設けられた第１の耐熱性フィルム１４と、この第１の耐熱性フィルム１４と前記内層配線１２とを接着する接着層１３と、前記第１の耐熱性フィルム１４に形成された第１の孔１７に充填され前記内層配線１２を層間接続する導電ペースト１６と、を有する多層配線基板１１であって、前記第１の耐熱性フィルム１４の両側の接着層１３どうしは、前記第１の孔１７と異なる位置に設けられた複数の第２の孔１８を介して一体化している多層配線基板１１である。

このように、第１の耐熱性フィルム１４の両側に別々に設けられた接着層１３は、複数の第２の孔を介して一体化しているため、第１の耐熱性フィルム１４の両側に設けられた接着層どうしの密着性を高めることができ、第１の耐熱性フィルム１４と接着層１３との密着性を高められる。

更に、第１の耐熱性フィルム１４の裏表面で、接着層１３の厚みが異なる場合でも、あるいは導電ペースト１６に起因する突起部（あるいは凹凸）が発生した場合でも、この厚み差、あるいは凹凸等を、第１の耐熱性フィルム１４の裏表面で接着層１３の厚みを局所的に増減、あるいはバランスさせられるため、その凹凸を多層配線基板１１の表面に表出させにくくなる。

なお図１において、第１の耐熱性フィルム１４に形成された第１の孔に充填された層間接続用の導電ペースト１６と、第２の耐熱性フィルム１５に形成された第１の孔に充填された層間接続用の導電ペースト１６とを、略同位置として厚み方向に複数段、スタックビア構造として積み重ねている。これは実施例１の多層配線基板１１において、導電ペースト１６を多段に積み重ねた場合でも、その凹凸を、多層配線基板１１の表面に表出させにくくなることを説明するためである。

図１において、第１の孔１７は導電ペースト１６が充填された孔、第２の孔１８は接着層１３を構成する接着剤（番号は付与していない）が充填されたものである。

また第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５に接着層１３の一部を充填してなる第２の孔１８を複数個設けることで、第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５の厚み方向の熱膨張係数と、導電ペースト１６の厚み方向の熱膨張係数や、接着層１３の厚み方向の熱膨張係数を、互いに近づけることができ、半田リフロー時のこれら界面における課題発生を防止できる。

また図１における矢印２０ａは、第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５に形成した第２の孔１８によって、第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５に発生した内部応力が緩和される様子を示す。例えば後述する図３（Ｂ）の突出部２３に起因する層間接続部の凹凸（あるいは凸部）が、その上に積層する第２の耐熱性フィルム１５に応力発生させる場合があるが、第２の耐熱性フィルム１５に第２の孔１８を設けておくことで接続部の凹凸が緩和され、その結果応力を緩和することができる。ここで応力緩和とは、例えば、第２の孔１８が、応力を受けて変形することを意味する。

図１における矢印２０ｂは、第１の耐熱性フィルム１４に形成した第２の孔１８を介して接着層１３の一部以上を互いに流通させた後に硬化させ内層配線１２を形成し、この内層配線１２を覆うように積層する第２の耐熱性フィルム１５に形成した第２の孔１８を介して、接着層１３の一部以上が互いに流通する様子等を、一つの図面の中で示すものである。

図１の矢印２０ｂに示すように、接着層１３の一部以上を、第１の耐熱性フィルム１４の裏表面で流通させた後に硬化させ内層配線１２を形成し、この内層配線１２を覆うように積層する第２の耐熱性フィルム１５に形成した第２の孔１８を介して接着層１３の一部以上を互いに流通させることで、これら耐熱性フィルム等の裏表面で接着層１３の厚みが異なる場合でも、あるいは導電ペースト１６に起因する突起部（あるいは凹凸）が発生した場合でも、この厚み差、あるいは凹凸等を、第１の耐熱性フィルム１４の裏表面で接着層１３の厚みを局所的に増減、あるいはバランスさせられるため、その凹凸を多層配線基板１１の表面に表出させにくくなる。

（実施例２）
実施例２として、図２（Ａ）〜（Ｃ）、図３（Ａ）〜（Ｄ）、図４、図５を用いて、実施例１で説明した多層配線基板１１の製造方法の一例について説明する。

図２（Ａ）〜（Ｃ）は、多層配線基板１１の製造方法の一例について説明する断面図である。図２において、２０は矢印、２１は保護フィルムである。

図２（Ａ）の矢印２０に示すように、第１の耐熱性フィルム１４の両側に、接着層１３を介して保護フィルム２１を貼り付ける。

次に図２（Ｂ）に示すように、第１の耐熱性フィルム１４に、第１の孔１７を形成する。

次に図２（Ｃ）に示すように、第１の孔１７に導電ペースト１６を充填する。

図３（Ａ）〜（Ｄ）は、多層配線基板１１の製造方法の一例について説明する断面図である。図３において、２２は銅箔、２３は突出部である。

次に図３（Ａ）に示すように、第２の孔１８を形成する。

次に図３（Ｂ）に示すように、保護フィルム２１を剥離することで、導電ペースト１６からなる突出部２３を設ける。

次に図３（Ｃ）に示すように、銅箔２２を、突出部２３の両側に配置し、矢印２０で示すように加圧、加熱し、これらを一体化し、図３（Ｄ）の状態とする。なお加圧、加熱に用いる金型やプレス装置等は図示していない。

図３（Ｄ）において、銅箔２２に形成された突出部２３は、図３（Ｃ）に示した導電ペースト１６からなる突出部２３に起因するものである。図３（Ｄ）に示すように、また銅箔２２の表面にも突出部２３を積極的に設けることで、導電ペースト１６中に含まれる銅粉どうし（銅粉は図示していない）が高密度に押しつぶされる際に、銅ペースト等の導電ペースト１６部分により大きな圧力を印加することができる。

図３（Ｄ）の矢印２０は、図３（Ｃ）の導電ペースト１６に隣接した接着層１３の一部が、第２の孔１８へ流れ込む様子を示す。図３（Ｄ）の矢印２０に示すように、第１の耐熱性フィルム１４の裏表面に形成した接着層１３どうしを一体化することで、これら界面での密着力を高められる。なおこれら部材の積層時に、市販の真空プレス装置を用いることは有用である。

図４は、多層配線基板１１の製造方法の一例について説明する断面図である。

図４に示すように、図３（Ｄ）で作製したサンプルの両面に、図３（Ｂ）で作製したサンプルや、銅箔２２を積層し、矢印２０で示すように、これら部材を加熱、加圧し、一体化する。

図５は、図４に示したサンプルが加圧、加熱され一体化した後の様子を説明する断面図である。

図５に示すサンプルの最表層に設けた銅箔２２の表面には、内蔵された導電ペーストに起因する突出部２３が形成されているが、複数の導電ペーストが厚み方向に積層されたにも関わらず、その突出部２３の高さは低く保たれている。

これは、前述の図３（Ｄ）で説明したように、導電ペースト１６に隣接した接着層１３の一部が、矢印２０に示すように第２の孔１８へ流れ込むためである。

また図５における矢印２０ａは、第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５に形成した第２の孔１８によって、第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５に発生した内部応力が緩和される様子を示す。例えば前述の図３（Ｂ）の突出部２３に起因する層間接続部の凹凸（あるいは凸部）が、その上に積層する第２の耐熱性フィルム１５に応力発生させる場合があるが、第２の耐熱性フィルム１５に第２の孔１８を設けておくことで接続部の凹凸が緩和され、その結果応力を緩和することができる。ここで応力緩和とは、例えば、第２の孔１８が、応力を受けて変形することを意味する。

以上のように、少なくとも、第１の耐熱性フィルム１４の両側に接着層１３を形成する工程と、前記第１の耐熱性フィルム１４の両面に接着層１３を介して保護フィルム２１を設ける保護工程と、第１の耐熱性フィルム１４に第１の孔１７を形成する第１の孔工程と、第１の孔１７に導電ペースト１６を充填する充填工程と、第１の耐熱性フィルム１４に第２の孔１８を形成する第２の孔工程と、保護フィルム２１を剥離し導電ペースト１６からなる突出部２３を形成する突出工程と、第１の耐熱性フィルム１４の両面に、銅箔２２を設置する銅箔設置工程と、第１の耐熱性フィルム１４と、銅箔２２とを加圧、加熱し積層すると共に、第２の孔１８に接着層１３の一部を充填し一体化する一体化工程と、銅箔２２をパターニングして内層配線１２または表層配線１９を形成する配線形成工程と、を有する製造方法によって多層配線基板１１が得られる。

また図４、図５に示したように、導電ペースト１６からなるビアを、略同一位置であって厚み方向に積層してなるスタック構造とした場合でも、導電ペースト１６の厚みの影響が表面に現れにくい多層配線基板１１を製造することができる。

次に、比較例として、図６、図７を用いて、第１の耐熱性フィルム１４に第２の孔１８を設けていない場合について説明する。

図６（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の耐熱性フィルム１４に第２の孔１８を設けていない場合について説明する断面図である。

図６（Ａ）は、前述の図２（Ｃ）の状態から、保護フィルム２１を剥離する様子を説明する断面図である。

図６（Ｂ）は、前述の図３（Ｃ）の状態に相当する。

図６（Ｃ）は、前述の図３（Ｄ）の状態に相当する。図６（Ｃ）に示すように、第１の耐熱性フィルム１４には、第２の孔１８を設けていないため、銅箔２２の表面には、図３（Ｄ）の場合に比べて、より大きな突出部２３が形成されている。

図７は、第２の孔１８が形成されていない場合の多層配線基板１１の製造方法の一例について説明する断面図である。

図７に示すように、図６（Ｃ）で作製したサンプルの両面に、図６（Ｂ）で作製したサンプルや、銅箔２２を積層し、矢印２０で示すように、これら部材を加熱、加圧し、一体化する。

図８は、図７に示したサンプルが加圧、加熱され一体化した後の様子を説明する断面図である。

図８に示すサンプルの最表層に設けた銅箔２２の表面には、内蔵された導電ペーストに起因する突出部２３（図示していない）よりも、高さや面積が大きくなった突出部２３が形成されているが、これは複数の導電ペースト１６が厚み方向に積層され、より成長したためである。

図８に示すように、複数の導電ペースト１６に起因する突出部２３（図示していない）が互いに助長してなる大きな突出部２３が形成された場合、表層配線１９のファインパターン化や、電子部品の実装性に影響を与える可能性がある。

（実施例３）
実施例３を用いて、実施例１や実施例２で説明した各種部材について説明する。

第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５としては、半田リフロー等の耐熱性を有する市販のポリイミドフィルムを用いる。第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５の厚みは２５μｍ以下、更には１８μｍ以下が望ましい。第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５の厚みを２５μｍ以下とすることで、多層配線基板１１の薄層化に対応できる。第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５の厚みが３０μｍ以上、更に５０μｍ以上の場合、多層配線基板１１の厚みが増加してしまう場合がある。

接着層１３の厚みは、１０μｍ以下、更には７μｍ以下が望ましい。接着層１３の厚みを１０μｍ以下とすることで、内層配線１２や表層配線１９、あるいは銅箔２２の接着層１３側に設けた粗化面（粗化面は、図１〜図８では図示していない）と、第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５との接着力を高められる。なお接着層１３の厚みとは、内層配線１２の接着層１３側に設けた粗化面と、第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５との距離の一番小さい厚み（粗化面の凹凸面の凸部分と耐熱性フィルムとの距離）とする。なお接着層１３の厚みが１５μｍを超えた場合、多層配線基板１１の全体の総厚に影響を与える。

なお第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５に設ける第２の孔１８の直径と、第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５に設ける第１の孔１７の直径を略同一とすることで、レーザー等による孔形成のコストダウンが可能となる。

また第２の孔１８は、複数個形成することが望ましい。複数個形成することで、より密着性を高め、熱膨張係数のマッチング性を高められる。なお第２の孔１８の形成位置は、内層配線１２が無い部分とすることで、絶縁信頼性を高めることができる。

また第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５に、水分吸収率の高いポリイミドフィルムを用いた場合であっても、吸湿したポリイミドフィルムからの水分の起算が、第２の孔１８を介して行われるため、第２の孔１８によって密着性が高められているため吸湿リフロー特性等も改善できる。

次に［表１］を用いて、第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５における第２の孔１８の効果について説明する。なお吸湿リフロー試験は、８５℃／８５％ＲＨ／２４ｈ吸湿後２６０℃を繰り返し行ない、サンプル(1)(2)が破壊されるまでの回数で比較した。なお吸湿リフローで○は良、◎は特に優れていたことを示す。

なお［表１］において、導電ペースト１６に起因する突出部２３が、多層配線基板１１の表面に現れる影響を調べるために、突出部２３は通常の量産条件よりも、より大きく（より高く）なるように、保護フィルム２１の厚み等をより厚くなるよう設定して実験した。

［表１］は、発明品（サンプル(1)）と比較品（サンプル(2)）について、試作した結果を示すものである。［表１］において、第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５の厚みは２８μｍ、第１、第２の孔１７、１８の直径は１３０μｍ、接着層１３の厚みは１０μｍとした。また図３（Ｄ）や図６（Ｃ）に示したようにして両面基板、あるいは図４や図５、図７、図８に示したようにして４層あるいは６層基板を作製した。

なお第２の孔１８の直径は、第１の孔１７と略同じとし、個数も第１の孔１７の数と略同じとした。なお評価用のパターンやビア数等は、一般的なテストパターンを用いた。

［表１］において総合判断は、ビア抵抗や、銅箔２２表面（あるいは多層配線基板１１の表面）に現れた凸部に起因する凹凸で判断した。また良の判断を○、判断に迷う場合を△、ＮＧの判断を×、特に優れた場合を◎とした。

［表１］の結果より、サンプル(2)（比較品、例えば、図８の構造）では、導電ペースト１６を厚み方向にスタックした場合、多層配線基板１１の表面に大きな突出部２３が形成される場合があることが判る。

一方、サンプル(1)（発明品、例えば、図１の構造）では、導電ペースト１６を厚み方向にスタックした場合でも、多層配線基板１１の表面に形成される突出部２３は、大きく成長しないことが判る。

なお導電ペースト１６としては、銅粉等の導電粉を熱硬化性樹脂に高濃度に分散してなるものを用いることが望ましい。

また接着層１３を構成する接着剤は、エポキシ等の耐熱性を有する樹脂に、無機フィラー等の熱膨張調整部材等を添加したものを用いる。また第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５上への接着層１３の形成は、市販のコーター（塗工機）等を用いることで、ピンホール等の発生を防止しながら、略均一な塗膜厚みで形成することができる。また接着層１３の厚みは、第１、第２の耐熱性フィルム１４、１５の上で、略均一とすることで、多層配線基板１１の厚みバラツキを低減できる。

また図１に示した多層配線基板１１は、４層配線基板の場合について説明する断面図であるが、図２〜図５で説明した工程を繰り返すことで、６層配線基板や８層配線基板を製造できることは言うまでもない。

また表層配線１９を設けた上に、更に図２〜図５で説明した工程を繰り返すことで、多層配線基板を実現できることは言うまでもない。

本発明の多層基板とその製造方法は、耐熱性フィルムを用いることで、薄層でありながらも信頼性の高い多層配線基板を、導電ペーストからなるインナービアホール接続法すなわち全層ＩＶＨ構造樹脂多層配線基板を提供することで、電子機器の小型化、高密度実装化、高機能化に貢献することができる。

１１ 多層配線基板
１２ 内層配線
１３ 接着層
１４ 第１の耐熱性フィルム
１５ 第２の耐熱性フィルム
１６ 導電ペースト
１７ 第１の孔
１８ 第２の孔
１９ 表層配線
２０、２０ａ、２０ｂ 矢印
２１ 保護フィルム
２２ 銅箔
２３ 突出部

Claims (2)

1. 少なくとも、２層以上の内層配線と、この内層配線間に設けられた耐熱性フィルムと、この耐熱性フィルムと前記内層配線とを接着する接着層と、前記耐熱性フィルムに形成された第１の孔に充填され前記内層配線を層間接続する導電ペーストと、を有する多層配線基板であって、
   前記耐熱性フィルムの両側の接着層どうしは、前記第１の孔と異なる位置に設けられた複数の第２の孔を介して一体化している多層配線基板。
2. 少なくとも、
   耐熱性フィルムの両側に接着層を形成する工程と、
   前記耐熱性フィルムの両面に前記接着層を介して保護フィルムを設ける保護工程と、
   前記耐熱性フィルムに第１の孔を形成する第１の孔工程と、
   前記第１の孔に導電ペーストを充填する充填工程と、
   前記耐熱性フィルムに第２の孔を形成する第２の孔工程と、
   前記保護フィルムを剥離し前記導電ペーストからなる突出部を形成する突出工程と、
   前記耐熱性フィルムの両面に、銅箔を設置する銅箔設置工程と、
   前記耐熱性フィルムと、銅箔とを加圧、加熱し積層すると共に、前記第２の孔に前記接着層の一部を充填し一体化する一体化工程と、
   前記銅箔をパターニングして配線を形成する配線形成工程と、
   を有する多層配線基板の製造方法。

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