JP2014049710A - 配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線とビアとの電気的接続信頼性を向上させることができる配線板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１絶縁性基材１１にビア１３が形成された配線板Ｘ１の製造方法において、一方の面に前記ビアを形成するための凸部２３を有する賦形型２と、前記第１絶縁性基材とを準備する工程と、前記賦形型の一方の面と前記第１絶縁性基材の一方の面を対向させ、前記賦形型及び前記第１絶縁性基材の少なくとも一方を加熱しながら、前記第１絶縁性基材の一方の面と前記賦形型の一方の面とを相対的に押し付ける工程と、前記第１絶縁性基材から前記賦形型を離型して、前記第１絶縁性基材の一方の面から他方の面側に至る、前記凸部に対応する孔１３３ａを形成する工程と、前記孔に導電性材料を充填して前記ビアを形成する工程と、前記第１絶縁性基材の他方の面側の先端部を拡径する工程と、を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、配線板の製造方法に関するものである。

基材の一方の主面に埋め込まれた配線と、別の基板の一方の主面から露出する導電性ペーストビアとが接触するように、基板を積層した多層配線基板が知られている（特許文献１）。

特開２００１−２４４６０９号公報

しかしながら、配線が微細化するにともなってビア径が細くなり、ビア端と配線との接触面積が小さくなるので、電気的接続信頼性が低下するという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、配線とビアとの電気的接続信頼性を向上させることができる配線板の製造方法を提供することである。

本発明は、第１絶縁性基材にビアが形成された配線板の製造方法において、
一方の面に前記ビアを形成するための凸部を有する賦形型と、前記第１絶縁性基材とを準備する工程と、
前記賦形型の一方の面と前記第１絶縁性基材の一方の面を対向させ、前記賦形型及び前記第１絶縁性基材の少なくとも一方を加熱しながら、前記第１絶縁性基材の一方の面と前記賦形型の一方の面とを相対的に押し付ける工程と、
前記第１絶縁性基材から前記賦形型を離型して、前記第１絶縁性基材の一方の面から他方の面側に至る、前記凸部に対応する孔を形成する工程と、
前記孔に導電性材料を充填して前記ビアを形成する工程と、
前記ビアの、前記第１絶縁性基材の他方の面側の先端部を拡径する工程と、を備える配線板の製造方法によって上記課題を解決する。

上記発明において、前記ビアの先端部を拡径する工程は、前記第１絶縁性基材の他方の面に沿う方向に機械的研磨又は機械的研削を行う工程を含んでもよい。

また上記発明において、一方の面に配線が形成された第２絶縁性基材を準備する工程と、
前記ビアの先端部を拡径する工程にて拡径された、前記第１絶縁性基材の先端部に、はんだ層を形成する工程と、
前記第１絶縁性基材のはんだ層を介して前記第２絶縁性基材の配線と前記第１絶縁性基材のビアとが接合するように、前記第１絶縁性基材と前記第２絶縁性基材とを積層する工程と、をさらに備えてもよい。

また上記発明において、一方の面に配線が形成された第２絶縁性基材を準備する工程と、
前記配線の表面に非晶質層を形成する工程と、
前記ビアの先端部を拡径する工程にて拡径された、前記第１絶縁性基材の先端部に、非晶質層を形成する工程と、
前記第２絶縁性基材の配線の非晶質層と前記第１絶縁性基材のビアの非晶質層とが当接するように、前記第１絶縁性基材と前記第２絶縁性基材とを積層する工程と、をさらに備えてもよい。

本発明によれば、ビアを構成する金属材料は延性を有し、また絶縁性基材を構成する樹脂材料のヤング率はビアを構成する金属材料のヤング率より小さいので変形し易い。したがって、ビアの先端部に力を加えると、その周囲の絶縁性基材が変形すると同時にビアの先端部は延性によって拡径することになる。これにより、第１絶縁性基材のビアと第２絶縁性基材の配線との接触面積を大きくすることができ、得られる配線板の電気的接続信頼性を向上させることができる。

本発明の一実施の形態に係る配線板の製造方法によって製造される配線板の一例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る配線板の製造方法を工程順に示す断面図（その１）である。 本発明の一実施の形態に係る配線板の製造方法を工程順に示す断面図（その２）である。 本発明の一実施の形態に係る配線板の製造方法を工程順に示す断面図（その３）である。 本発明の一実施の形態に係る配線板の製造方法を工程順に示す断面図（その４）である。 本発明の他の実施の形態に係る配線板の製造方法の一部を示す断面図（その１）である。 本発明の他の実施の形態に係る配線板の製造方法の一部を示す断面図（その２）である。

《第１実施形態》
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る配線板の製造方法によって製造される配線板Ｘ１の一例を示す断面図であり、本例の配線板Ｘ１は、絶縁性基材１１と、この絶縁性基材１１の一方の面（同図では上面）に形成された配線１２と、絶縁性基材１１の一方の面に形成された配線から他方の面（同図では下面）に至るビア１３と、を有する。この配線板Ｘ１は、後述する図５（Ｌ）に示す積層配線板１の構成体となるが、配線板Ｘ１も積層配線板１も配線板である。なお以下において、絶縁性基材１１や配線板１の２つの主面を、図示する天地方向の限りにおいて便宜的に上面及び下面と称することもあるが、製品としての配線板１の上下を意味するものではない。

ビア１３は、絶縁性基材１１の表裏に形成された配線を電気的に接続したり、絶縁性基材１１の表裏の一方に形成された配線と絶縁性基材１１の表裏の他方に接触する他の絶縁性基材の配線とを電気的に接続したりする、配線の一種である。ただし、本例では絶縁性基材１１の表裏のみに形成された他の配線１２と区別する意味でビア１３と称することとする。

図１に示す配線板Ｘ１の断面図では、絶縁性基材１１の上面に２本の配線１２，１２が形成され、絶縁性基材１１の上面から下面に至るように１つのビア１３が形成されている。本例のビア１３は、絶縁性基材１１の上面に形成されたランド部１３１と、絶縁性基材１１の下面に形成された拡径部１３２と、これらランド部１３１と拡径部１３２とを繋ぐ中間部１３３とを有するように構成されている。なお、ランド部１３１も拡径部１３２も他の接続端子部と電気的に接続するための接続端子の機能を司るが、本例では絶縁性基材１１の下面側の端部を、特に拡径部１３２と称する。この拡径部１３２の製造方法の詳細については後述する。

絶縁性基材１１は、絶縁性を有する合成樹脂、たとえば液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。このような絶縁性基材１１の硬さは、特に限定されないが、たとえば、ヤング率が０．１〜１０ＧＰａである。また、絶縁性基材１１の厚さは、特に限定されないが、１０〜２００μｍである。

配線１２及びビア１３は、電気の良導体であり、絶縁性基材１１を構成する樹脂材料のヤング率より大きいヤング率を有し、かつ延性を有する材料であれば特に制限されず、たとえば電気抵抗が低い銅、金、アルミニウム、ニッケル、クロム、銀、錫等の他に、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｂ等の合金、あるいはＳｎ基、Ｐｂ基、Ａｕ基、Ｉｎ基、Ａｌ基、Ｂｉ基などのはんだ合金等の金属が利用できる。

次に、図１に示す配線板Ｘ１の製造方法とこの配線板Ｘ１を用いた積層配線板１の一例を説明する。
図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）、図３（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ），（Ｇ）、図４（Ｈ），（Ｉ），（Ｊ）、図５（Ｋ），（Ｌ）は、この順序で、図１に示す配線板Ｘ１をインプリント技術により製造したのち図５（Ｌ）に示す積層配線板１を製造する工程を示す断面図である。

本例の配線板の製造方法は、図２（Ａ）に示すように、可塑性を有する状態の絶縁性基材１１の原板と、一方の面にビア１３を含めた配線板Ｘ１の凹パターンを形成するための凸パターン２１を有する賦形型２（モールド又は成形型とも称されるが、ここでは賦形型に統一する。）と、を準備し、これらをインプリント装置にセットする第１工程を備える。凸パターン２１には、２本の配線１２，１２に対応する凸部２２，２２と、ビア１３に対応する凸部２３，２７が含まれる。絶縁性基材１１の原板は、必要に応じて離型処理、たとえばフルオロアルキルシラン等の単分子膜を介して、硬質基板２６上に配置される。この硬質基板２６は、絶縁性基材１１が配置される表面が、許容される樹脂厚さばらつきに対して充分な平坦度を有していればよく、たとえば石英やシリコンを用いることができる。また硬質基板２６を基台２５で代用してもよい。

なお、同図に示す符号２４は、インプリント装置の昇降部、符号２５はインプリント装置の基台をそれぞれ示し、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、インプリント装置に固定された基台２５に対して昇降部２４が昇降動作を行うことで絶縁性基材１１の原板に賦形型２の凸パターン２１を転写する。本例では、絶縁性基材１１の原板を基台２５に固定し、賦形型２を昇降部２４に固定したが、絶縁性基材１１の原板と賦形型２は相対的に接近離反させればよいので、賦形型２を基台２５に固定し、絶縁性基材１１の原板を昇降部２４に固定してもよい。また、昇降部２４と基台２５は鉛直方向に配置するものに限定されず、水平方向その他の方向に配置してもよい。

次に、本例の配線板の製造方法は、図２（Ａ）に示すように、賦形型２の凸パターン２１が形成された一方の面と、絶縁性基材１１の上面を対向させ、賦形型２及び絶縁性基材１１の少なくとも一方を加熱しながら、図２（Ｂ）に示すように、昇降部２４を下降させることで、絶縁性基材１１の上面と賦形型２の凸パターンが形成された面とを相対的に押し当て、たとえば３００℃，２．５ＭＰａの条件で熱圧着する工程を備える。ここで、図１に示す配線板Ｘ１のビア１３は、絶縁性基材１１の表裏面を貫通するものであるが、図２（Ｂ）に示す下死点（昇降部２４の最下位置）において、凸部２３の先端は、絶縁性基材１１を貫通して硬質基板２６に当接するのではなく、インプリントした際の残膜が凸部２３の先端と硬質基板２６との間に形成されることになる。これにより後述する導電性材料の充填が容易になり、またはボイドが生じることなくめっき成長するため、電気的接続信頼性が高くなる。ただし、このことは本発明の配線板の製造方法に必須ではなく、硬質基板２６を軟質基板に代えるなどして凸部２３の先端が絶縁性基材１１を貫通するようにしてもよい。

図２（Ｂ）に示す状態で絶縁性基材１１及び賦形型２の少なくとも一方を硬化温度まで冷却し、それまで軟化していた絶縁性基材１１を硬化させる。

次に、本例の配線板の製造方法は、図２（Ｃ）に示すように、昇降部２４を上昇させることで絶縁性基材１１から賦形型２を離型する工程を備える。これにより、絶縁性基材１１の上面から下面に至る、凸部２３に対応した孔１３３ａが形成されることになる。同時に、凸部２２，２２に対応した凹部１２ａ，１２ａや、凸部２７に対応した凹部１３１ａが形成される。こうして形成された絶縁性基材１１を硬質基板２６とともに基台２５から取り出す。

次に、本例の配線板の製造方法は、図３（Ｄ）に示すように、絶縁性基材１１の上面の凹部１２ａ，１２ａ，１３１ａ及び孔１３３ａに導電性材料を充填し、絶縁性基材１１の上面の高さよりも高くなるように導電体層１４を形成する工程を備える。この導電体層１４は、無電解めっきまたは電解めっきの他、導電性ペーストの印刷、スパッタ、蒸着などにより形成することができる。なお、めっきにより導電体層１４を形成する場合に、絶縁性基材１１には直接電解めっきを施すことができないため、無電解めっきやスパッタなどによりシード層を形成した後で電解めっきを施して導電体層１４を形成させる。めっき液としては、電流密度の高い場所に優先的に吸着しめっき成長を抑制する添加剤の入ったビア・トレンチフィリングめっき液を用いてもよい。

導電体層１４の形成工程において、凹部１２ａ，１２ａ，１３１ａ及び孔１３３ａの開口面積や深さの違いにより導電体層１４の厚さにバラツキが発生することがある。そのため、導電体層１４の表面高さが少なくとも絶縁性基材１１の表面高さよりも高くなるように導電体層１４を厚く形成することが望ましい。そして、図３（Ｅ）に示すように、絶縁性基材１１の下面から硬質基板２６を離型する。これにより、配線１２，１２及びビア１３の原型となる導電体層１４が形成される。

次に、本例の配線板の製造方法は、図３（Ｆ）に示すように、絶縁性基材１１の上面から露出したビア１３の先端部を機械的に研磨又は研削し、当該先端部を拡径する工程を備える。なお、図３（Ｆ）は図３（Ｅ）の絶縁性基材１１の上下を逆にして示すので、研磨するビア１３の先端部は図３（Ｅ）においては絶縁性基材１１の下面になる。この機械的研磨又は機械的研削としては、バフ研磨、ブラシ研磨、テープ研磨、ベルト研磨、噴出研磨、ラッピング、ポリッシングなどの各種研磨・研削方法を用いることができる。

たとえばテープ研磨の方法としては、厚さ３〜１００μｍのポリエステルフィルム上に粒径０．１〜６０μｍの砥粒をコートした研磨テープ（ラッピングフィルム）をワーク（ここでは絶縁性基材１１の上面）に一定圧力で押し当て、この研磨テープを送りながら研磨する方法が挙げられる。

図３（Ｇ）は絶縁性基材１１の上面の研磨又は研削を終了した状態を示す断面図であり、図３（Ｇ２）は図３（Ｇ）のＧ２拡大図である。図３（Ｇ２）に示すように、導電体層１４のビア１３の先端（上端）に相当する部分（以下、拡径部１３２ともいう）は、ラッパ状に、外方に向かって三次元的に湾曲しながら拡径することになる。これは、ビア１３を構成する導電体層１４の金属材料は延性を有し、また絶縁性基材１１を構成する樹脂材料のヤング率はビア１３を構成する金属材料のヤング率より小さいので変形し易いからである。すなわち、ビア１３の先端部に研磨又は研削による力を加えると、その周囲の絶縁性基材１１が変形すると同時にビア１３の先端部は延性によって拡径することになるからである。これにより、後述する図５（Ｋ）に示すとおり、絶縁性基材１１のビア１３の拡径部１３２と、絶縁性基材３１のランド部３３１との接触面積を大きくすることができ、電気的接続信頼性を向上させることができる。

次に、本例の配線板の製造方法は、図４（Ｈ）に示すように、ビア１３の先端が拡径された（拡径部１３２を有する）絶縁性基材１１の当該拡径部１３２の表面に、はんだ層１５を形成する工程を備える。このはんだ層１５は、導電体層１４を構成する材料と合金層を形成する材料を選択することが望ましい。たとえば、導電体層１４が銅で構成されている場合には、はんだ層１５としてＳｎ−２．５Ａｇを用いることができ、たとえばめっきにより１μｍのはんだ層１５を形成する。はんだ層１５の形成方法としては、スパッタ、スクリーン印刷、めっき、インクジェット、ディスペンスなどを例示することができる。

次に、本例の配線板の製造方法は、図４（Ｉ）に示すように、導電体層１４の上面を機械的研磨又は機械的研削を行う工程を備える。この工程では、導電体層１４の上面を研磨又は研削することで、絶縁性基材１１の上面が露呈するとともに、配線１２，１２及びビア１３が最終的な形状に形成されることになる。そして、導電体層１４の上面を機械的研磨又は機械的研削すると、図３（Ｆ）に示す工程と同様に、ビア１３及び配線１２，１２の上面もラッパ状に、外方に向かって三次元的に湾曲しながら拡径することになる。図４（Ｊ）は、以上の工程を経て製造された配線板Ｘ１（積層配線板１の構成体）を示す断面図である。

なお、機械的研磨・研削に代えて化学的エッチングを行ってもよい。化学的エッチングを行うことで、導電体層１４の残留ストレスを低減することができ、絶縁性基材１１の反りを防止することができる。化学的エッチングを行う場合のエッチング液としては、たとえば塩化銅、塩化鉄、アルカリエッチング液および過酸化水素／硫酸系エッチングなどを用いることができる。

次に、本例の配線板の製造方法は、図５（Ｋ）に示すように、上記の各工程を経て製造された配線板の構成体Ｘ１，Ｘ２と、配線板の構成体Ｙを準備する工程を備える。配線板の構成体Ｘ２は、構成体Ｘ１と同様に製造され、絶縁性基材３１に配線３２，３２とビア３３が形成されたものである。また構成体Ｙは、絶縁性基材４１に配線４２とビア４３が形成されたものである。そして、配線板の構成体Ｘ１のビア１３の下端にははんだ層１５が形成され、配線板の構成体Ｘ２のビア３３の下端にははんだ層３５が形成されている。なお、はんだ層１５は、構成体Ｘ２のビア３３の上端に形成してもよく、はんだ層３５は、構成体Ｙのビア４３の上端に形成してもよい。

次に、本例の配線板の製造方法は、図５（Ｋ）に示すように、３つの配線板の構成体Ｘ１，Ｘ２，Ｙを積層する工程を備える。このとき、構成体Ｘ１のはんだ層１５を介して、構成体Ｘ１のビア１３の下端（拡径部１３２）と、構成体Ｘ２のビア３３の上端面（ランド部）とが接合するとともに、構成体Ｘ２のビア３３の下端（拡径部）と、構成体Ｙのビア４３の上端面とが接合するように、構成体Ｘ１，Ｘ２，Ｙを積層し、所定条件で熱圧着することで図５（Ｌ）に示すように積層配線板１を得ることができる。

《第２実施形態》
上述した実施形態では、図４（Ｉ）の工程においてビア１３の下端にはんだ層１５を形成したが、はんだ層１５に代えて、非晶質層の再結晶化を利用してもよい。すなわち、図３（Ｆ）に示す工程にてビア１３の上端に拡径部１３２を形成するために機械的研磨又は機械的研削を施すと、研磨面又は研削面の表層に非晶質層が形成される。また、図４（Ｉ）に示す工程にて導電体層１４の上面を機械的研磨又は機械的研削した場合も同様に、研磨面又は研削面の表層に非晶質層が形成される。

この非晶質層は、熱プロセスにて再結晶化し易いという性質を有する。特に、導電体層１４を再結晶化温度が熱圧着温度より低い導電性材料で構成すると、はんだ層１５，３５を設けなくても、図５（Ｋ）に示す配線板の構成体Ｘ１，Ｘ２，Ｙを積層して熱圧着する積層工程にて好適に接合させることができる。たとえば、絶縁性基材１１，３１，４１を液晶ポリマーで構成した場合の熱圧着温度は２６０℃前後であるから、再結晶化温度がこれ以下の、金（２００℃）、銀（２００℃）、銅（２２０℃）、アルミニウム（２００℃）、鉛（−３℃）、錫（０℃）などを導電体層１４として用いることができる。

図６は、本発明の他の実施の形態に係る配線板の製造方法を示す断面図であって、上述した第１実施形態の図５（Ｋ）に対応する工程の断面図である。本例では、第１実施形態と同様に、図２（Ａ）〜図３（Ｇ）の工程を実施し、次いで図４（Ｉ）及び図４（Ｊ）の工程を実施する。この場合に、はんだ層１５は形成しない。こうして製造された配線板Ｘ１は、絶縁性基材１１に配線１２，１２とビア１３とが形成され、配線１２，１２の表層とランド部１３１の表層、および拡径部１３２の表層に非晶質層Ｎが形成されたものとなる。同様の工程を経て製造された配線板Ｘ２は、絶縁性基材３１に配線３２，３２とビア３３とが形成され、配線３２，３２の表層とランド部３３１の表層、および拡径部３３２の表層に非晶質層Ｎが形成されたものとなる。

これらの配線板Ｘ１，Ｘ２を図６に示す状態から接近させ、配線板Ｘ２のランド部３３１の非晶質層Ｎと、配線板Ｘ１の拡径部１３２の非晶質層Ｎとが当接するように、配線板Ｘ１，Ｘ２を積層して所定条件で熱圧着すると、図７に示す積層配線板Ｘ３が得られ、配線板Ｘ２のランド部３３１の非晶質層Ｎと、配線板Ｘ１の拡径部１３２の非晶質層Ｎとが再結晶化し、好適に接合することになる。

なお、上述した実施形態では、図３（Ｆ）において、ビア１３の上端を機械的研磨又は機械的研削することで拡径部１３２を形成したが、研磨又は研削以外の工法によって拡径部１３２を形成してもよい。たとえば、図３（Ｅ）の工程において孔１３３ａに充填した導電体層１４の下端を当該孔１３３ａから突出させておき、この絶縁性基材１１の下面から突出した部分に硬度の高い工具を押し付けることにより拡径部１３２を形成してもよい。

１…積層配線板（配線板）
Ｘ１…積層配線板の構成体（配線板）
１１…絶縁性基材
１２…配線
１３…ビア
１３１…ランド部
１３２…拡径部
１３３…中間部
１４…導電体層
１５…はんだ層
Ｘ２…積層配線板の構成体（配線板）
３１…絶縁性基材
３２…配線
３３…ビア
３３１…ランド部
３３２…拡径部
３３３…中間部
３５…はんだ層
Ｙ…積層配線板の構成体（配線板）
４１…絶縁性基材
４３…ビア
Ｘ３…積層配線板（配線板）
２…賦形型（モールド，成形型）
２１…凸パターン
２２，２３，２７…凸部
２４…昇降部
２５…基台
２６…硬質基板

Claims (4)

1. 第１絶縁性基材にビアが形成された配線板の製造方法において、
   一方の面に前記ビアを形成するための凸部を有する賦形型と、前記第１絶縁性基材と、を準備する工程と、
   前記賦形型の一方の面と前記第１絶縁性基材の一方の面を対向させ、前記賦形型及び前記第１絶縁性基材の少なくとも一方を加熱しながら、前記第１絶縁性基材の一方の面と前記賦形型の一方の面とを相対的に押し付ける工程と、
   前記第１絶縁性基材から前記賦形型を離型して、前記第１絶縁性基材の一方の面から他方の面側に至る、前記凸部に対応する孔を形成する工程と、
   前記孔に導電性材料を充填して前記ビアを形成する工程と、
   前記ビアの、前記第１絶縁性基材の他方の面側の先端部を拡径する工程と、を備える配線板の製造方法。
2. 前記ビアの先端部を拡径する工程は、前記第１絶縁性基材の他方の面に沿う方向に機械的研磨又は機械的研削を行う工程を含む請求項１に記載の配線板の製造方法。
3. 一方の面に配線が形成された第２絶縁性基材を準備する工程と、
   前記ビアの先端部を拡径する工程にて拡径された、前記第１絶縁性基材の先端部に、はんだ層を形成する工程と、
   前記第１絶縁性基材のはんだ層を介して前記第２絶縁性基材の配線と前記第１絶縁性基材のビアとが接合するように、前記第１絶縁性基材と前記第２絶縁性基材とを積層する工程と、をさらに備える請求項１又は２に記載の配線板の製造方法。
4. 一方の面に配線が形成された第２絶縁性基材を準備する工程と、
   前記配線の表面に非晶質層を形成する工程と、
   前記ビアの先端部を拡径する工程にて拡径された、前記第１絶縁性基材の先端部に、非晶質層を形成する工程と、
   前記第２絶縁性基材の配線の非晶質層と前記第１絶縁性基材のビアの非晶質層とが当接するように、前記第１絶縁性基材と前記第２絶縁性基材とを積層する工程と、をさらに備える請求項１又は２に記載の配線板の製造方法。

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