JP2017143099A - 配線構造体、回路基板及び配線構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線パターンの厚みを十分に確保可能な配線構造体、回路基板及び配線構造体の製造方法の提供を目的とする。【解決手段】本発明に係る配線構造体１０、及び配線構造体１０を備えた回路基板５０は、絶縁性基材１１（本発明の「絶縁層」に相当する。）の表面に配線パターン２０が積層されていて、その配線パターン２０が、銅箔２１（本発明の「金属箔」に相当する。）と、銅箔２１の上に配置されている導電性ペースト２７が固化してなる導電性ペースト固化層２５とを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁層上に配線パターンが配置されている配線構造体、回路基板及び配線構造体の製造方法に関する。

従来、この種の配線構造体として、配線パターンが絶縁層上に印刷される導電性ペーストを焼成して形成されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２６９５５７号公報（［００３５］、図６）

しかしながら、上述した従来の配線構造体では、配線パターンの厚みを十分に確保することが困難であると推考される。

本発明に係る配線構造体は、絶縁層と、前記絶縁層の表面に積層される配線パターンと、を有する配線構造体であって、前記配線パターンは、金属箔と、前記金属箔の上に配置された導電性ペーストが固化してなる導電性ペースト固化層とを有する。

本発明の第１実施形態に係る回路基板の側断面図 回路基板の側断面拡大図 回路基板の製造工程を示す側断面図 回路基板の製造工程を示す側断面図 回路基板の製造工程を示す説明図 回路基板の製造工程を示す側断面図 回路基板の使用図 本発明の第２実施形態に係る回路基板の側断面図 回路基板の製造工程を示す側断面図 回路基板の製造工程を示す側断面図 回路基板の製造工程を示す側断面図 変形例に係る回路基板の側断面図

［第１実施形態］
以下、第１実施形態では本発明の「配線構造体」を備えた回路基板５０及びその製造方法を図１〜図７に基づいて説明する。図１には本実施形態の回路基板５０の断面構造が示されている。

図１に示すように、回路基板５０は絶縁性基材１１（本発明の「絶縁層」に相当する。）と、その上面に形成される配線パターン２０とを有している。絶縁性基材１１は、有機系絶縁性基材であれば使用でき、具体的には、アラミド不織布−エポキシ樹脂基材、ガラス布エポキシ樹脂基材、アラミド不織布−ポリイミド基材、ＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂基材、ＦＲ−４、ＦＲ−５から選ばれるリジッド（硬質）の積層基材、あるいは、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）などのフィルムからなるフレキシブル基材から選ばれる１種であることが望ましい。なお、配線パターン２０と絶縁性基材１１とをあわせたものが本発明の「配線構造体１０」に相当する。

配線パターン２０上には、ソルダレジスト層３０が積層されている。ソルダレジスト層３０には複数の開口３１が設けられていて、配線パターン２０のうち、ソルダレジスト層３０に被覆される部分が本発明の「保護領域」に相当し、ソルダレジスト層３０の開口３１から露出する部分が本発明の「接続領域」に相当するパッド３５になっている。

ここで、図２に示すように、配線パターン２０は、銅箔２１（本発明の「金属箔」に相当する。）と、銅箔２１の上面に積層されている導電性ペースト固化層２５との２層構造になっている。配線パターン２０全体の厚みは１０μｍ〜２０μｍで、そのうち銅箔２１の厚みが３μｍ〜５μｍであることが好ましい。また、配線パターン２０の線幅Ｌ１は３０μｍ〜５０μｍであることが好ましく、配線パターン２０，２０同士の間隔（ピッチ）Ｌ２も３０μｍ〜５０μｍであることが好ましい。

図２に示すように、導電性ペースト固化層２５は、銅からなる金属粒子２５Ａと、合成樹脂からなり、主に金属粒子２５Ａ間を埋める樹脂部２５Ｂとを有している。導電性ペースト固化層２５の表面には微細な凹部２５Ｃが多数形成されている。その凹部２５Ｃは導電性ペースト固化層２５に含有される金属粒子２５Ａの外面に沿った形状の凹みであって、樹脂部２５Ｂによって縁取られている。つまり、導電性ペースト固化層２５の表面の一部は、凹部２５Ｃを有する樹脂部２５Ｂによって構成されている。また、パッド３５においては、導電性ペースト固化層２５のうち金属粒子２５Ａが一面に露出している。

また、銅箔２１の上面は、図２で示すように粗面となっている。これにより、銅箔２１と、その上に形成されている導電性ペースト固化層２５の間でアンカー効果が得られ、密着性が向上する。なお、図２中の金属粒子２５Ａ及び樹脂部２５Ｂの形状等は、実際よりも誇張して描かれている。

本実施形態の回路基板５０は、以下のようにして製造される。
（１）図３（Ａ）に示すように、絶縁性基材１１が用意される。

（２）図３（Ｂ）に示すように、絶縁性基材１１の表裏の両面に、銅箔２１が積層される。その後、銅箔２１の上面にエッチング処理が施され、銅箔２１の表面が粗化される。なお、無電解めっき処理を行い、銅箔２１上に無電解めっき膜（図示せず）を形成してもよい。なお、絶縁性基材１１上に予め銅箔２１が積層されている銅張積層板を用いることもでき、その銅箔２１は密着性改善のためにマット処理されていてもよい。また、銅箔２１が絶縁性基材１１の片面にのみ積層されたものであってもよい。

（３）図３（Ｃ）に示すように、銅箔２１の上面の所定の位置に導電性ペースト２７が印刷される。具体的には、所定の位置に開口が設けられたメタルマスクを用いて導電性ペースト２７がスクリーン印刷される。このとき、導電性ペースト２７は、厚みが約１５μｍ〜約２５μｍであることが好ましい。これにより、配線パターン２０の厚みを１０μｍ〜２０μｍにすることができる。なお、導電性ペースト２７は銅の金属粒子２７Ａを、高い濃度で粘性のある樹脂製のバインダー２７Ｂに混ぜてペースト状にしたものである。以下、導電性ペースト２７と、銅箔２１のうち導電性ペースト２７が積層された部分を合わせて「配線パターン形成部」という。

（４）印刷された導電性ペースト２７が、２００度以下の温度で焼成される。これにより、図３（Ｄ）に示す導電性ペースト固化層２５が得られる。図４に示すように、焼成後に得られた導電性ペースト固化層２５（図４（Ｂ）参照）は、焼成前の導電性ペースト２７（図４（Ａ）参照）と比べ、全体の厚みが小さくなっている。具体的には、加熱により導電性ペースト２７のうちバインダー２７Ｂが分解されるので、バインダー２７Ｂが凝固した樹脂部２５Ｂの容積が小さくなっている。また、焼成温度が２００度以下の比較的低温であることにより、絶縁性基材１１として耐熱性の低い基板も使用することができる。

（５）図５に示すように、エッチングレジストを用いずに行うクイックエッチング処理が施されて、配線パターン形成部以外の銅箔２１（図５における領域Ｒ１）が除去され、配線パターン２０が形成される。このとき、銅箔２１の配線パターン形成部上に形成されている導電性ペースト固化層２５が、マスクの役割を果たしている。

また、クイックエッチング処理により、導電性ペースト固化層２５のうち表面に露出する金属粒子２５Ａの一部（図５における領域Ｒ２）は除去されてしまうものの、樹脂部２５Ｂが露出したところで導電性ペースト固化層２５の浸食を防ぐことができる。なお、これにより、導電性ペースト固化層２５の表面の一部が、金属粒子２５Ａの外面の形の凹部２５Ｃが形成された樹脂部２５Ｂで覆われている構成となる。

（６）図６に示すように、絶縁性基材１１の上面にソルダレジスト層３０が積層される。

（７）絶縁性基材１１の上面のソルダレジスト層３０の所定箇所にパッド用の開口３１が形成され、絶縁性基材１１の上面に設けられた配線パターン２０のうち開口３１から露出した部分がパッド３５になる（図１参照）。開口３１が形成されるとき、導電性ペースト固化層２５の表面を覆う樹脂部２５Ｂも共に除去されるので、導電性ペースト固化層２５のうち金属粒子２５Ａをパッド３５から露出させることができる（図２参照）。以上で回路基板５０が完成する。

本実施形態の回路基板５０の構造及び製造方法に関する説明は以上である。次に回路基板５０の作用効果を、回路基板５０の使用例と共に説明する。本実施形態の回路基板５０は、例えば、以下のようにして使用される。即ち、図７に示すように、回路基板５０のパッド３５上に、それら各パッドの大きさに合った半田バンプ３６が形成される。そして、例えば、パッド３５群と同様の配置のパッド群を下面に有する電子部品８０が、半田バンプ３６上に搭載されて半田付けされる。なお、電子部品８０と各パッド３５との間をワイヤボンディングで接続してもよい。

ここで、一般的に、導電性ペーストは流動性により厚く盛ることが難しいため、導電性ペーストからなる配線パターンの厚みを十分に確保することは難しいと考えられる。これに対して本実施形態の回路基板５０では、配線パターン２０が、導電性ペースト２７が固化してなる導電性ペースト固化層２５の下に銅箔２１を有しているため、従来よりも配線パターン２０の厚みを十分に確保することができる。また、導電性ペースト２７は、上述したように焼成によって体積が減少するが、銅箔２１は焼成による体積減少が起こらないため、このことによっても、従来よりも配線パターン２０に厚みをもたせることができる。また、銅箔２１を有することや配線パターン２０が厚くなることにより、従来よりも配線パターン２０の抵抗を小さくすることもできる。

また、配線パターン２０を形成するために配線パターン形成部以外の銅箔２１を除去する処理を、クイックエッチング処理により行うので、エッチングレジストの形成及び除去等の工程が発生しない。

なお、クイックエッチング処理により、導電性ペースト固化層２５が銅箔２１と同じ分除去されることが懸念されるが、導電性ペースト固化層２５では、表面の金属粒子２５Ａが除去されて樹脂部２５Ｂが露出すると、その部分ではそれ以上の浸食が防がれるので、導電性ペースト固化層２５の体積減少が抑えられる。また、導電性ペースト固化層２５の表面を樹脂部２５Ｂが覆う構成となっても、配線パターン２０の上に積層されるソルダレジスト層３０等に開口３１を形成するときに、その樹脂部２５Ｂも共に除去することができ、金属粒子２５Ａを露出させることができる。

［第２実施形態］
本実施形態の回路基板５０Ｖは、絶縁性基材１１の両面に配線パターン２０Ａが形成されている点、それら配線パターン２０Ａ，２０Ａを接続するビア２９Ａが設けられている点、ビルドアップ層６１，６１が積層されている点が第１実施形態と異なる。以下、上述した相違点を中心に本実施形態の回路基板５０Ｖについて図８〜図１１に基づいて説明する。

図８に示すように、回路基板５０Ｖは、コア基板６０の表裏の両面にビルドアップ層６１，６１、ソルダレジスト層３０，３０を有する構造になっている。コア基板６０は、絶縁性基材１１の表側の面であるＦ面１１Ｆと裏側の面であるＢ面１１Ｂとに配線パターン２０Ａ，２０Ａを有している。

コア基板６０の表裏の両面に形成されているビルドアップ層６１，６１は、コア基板６０側から順番に、絶縁樹脂層１２、配線パターン２０Ｂを積層してなる。なお、絶縁性基材１１及び絶縁樹脂層１２，１２が本発明の「絶縁層」に相当する。

配線パターン２０Ａ，２０Ｂは、第１実施形態における配線パターン２０と同様に、銅箔２１と銅箔２１上に積層された導電性ペースト２７が固化してなる導電性ペースト固化層２５とを有している。なお、銅箔２１上には無電解めっき膜２８が形成されている

絶縁性基材１１には、複数のビアホール１１Ｈ（本発明の「貫通孔」に相当する。）が設けられている。ビアホール１１Ｈは、絶縁性基材１１のＦ面１１Ｆ側からＢ面１１Ｂに向かって徐々に縮径したテーパー形状をなしている。

ビア２９Ａは各ビアホール１１Ｈ内に充填された導電性ペースト２７が固化してなり、それらビア２９ＡによってＦ面１１Ｆの配線パターン２０ＡとＢ面１１Ｂの配線パターン２０Ａとの間が接続されている。具体的には、各ビア２９Ａは、Ｆ面１１Ｆ側では配線パターン２０Ａのうち銅箔２１を貫通して、導電性ペースト固化層２５に接続され、Ｂ面１１Ｂ側では配線パターン２０Ａのうち銅箔２１に接続されている。なお、各ビア２９Ａと、銅箔２１及び絶縁性基材１１との間には無電解めっき膜２８が形成されている。

絶縁性基材１１と同様に、各絶縁樹脂層１２，１２にも、複数のビアホール１２Ｈ，１２Ｈが設けられている。それらビアホール１２Ｈ，１２Ｈは、コア基板６０側に向かって徐々に縮径したテーパー状になっている。そして、各ビアホール１２Ｈ，１２Ｈ内に充填された導電性ペースト２７が固化して複数のビア２９Ｂ，２９Ｂがそれぞれ形成され、それらビア２９Ｂによって絶縁性基材１１上の配線パターン２０Ａと、絶縁樹脂層１２上の配線パターン２０Ｂとの間が接続されている。具体的には、各ビア２９Ｂは、絶縁性基材１１上に形成されている配線パターン２０Ａ上に配置され、絶縁樹脂層１２上の配線パターン２０Ｂのうち銅箔２１を貫通して、導電性ペースト固化層２５に接続されている。なお、各ビア２９Ｂと、銅箔２１、絶縁樹脂層１２及び配線パターン２０Ａと、の間には無電解めっき膜２８が形成されている。

本実施形態の回路基板５０Ｖは、以下のようにして製造される。
（１）図９（Ａ）に示すように、絶縁性基材１１の表裏の両面に、銅箔２１が積層される。

（２）次いで、図９（Ｂ）に示すように、絶縁性基材１１のＦ面１１Ｆ側から例えばＣＯ２レーザが照射されてビアホール１１Ｈが穿孔される。ビアホール１１Ｈは、Ｂ面側に向かって徐々に縮径したテーパー状をなしている。また、Ｆ面１１Ｆに積層されている銅箔２１と絶縁性基材１１を貫通し、絶縁性基材１１のＢ面１１Ｂ側に形成されている銅箔２１が露出する。

（３）図９（Ｃ）に示すように、無電解めっき処理が行われて、銅箔２１上とビアホール１１Ｈの内面に無電解めっき膜２８が形成される。

（４）図９（Ｄ）に示すように、ビアホール１１Ｈ内に導電性ペースト２７がスクリーン印刷により充填される。このとき導電性ペースト２７の上面が銅箔２１の上面と略面一になるように導電性ペースト２７が充填される。

（５）図１０（Ａ）に示すように、絶縁性基材１１の表裏の両面に積層される各銅箔２１，２１上の所定の位置、及びビアホール１１Ｈ内に充填されている導電性ペースト２７上に導電性ペースト２７が印刷され、配線パターン形成部が設けられる。その後、導電性ペースト２７が２００度以下の温度で焼成され、ビア２９Ａと導電性ペースト固化層２５が得られる。このとき、導電性ペースト２７を全体的に厚めに印刷すると共に、焼成時に平板プレスを用いることで、ビアホール１１Ｈ上に局所的な窪みを出来難くすることが好ましい。なお、導電性ペースト２７を、本実施形態のように、両面同時に印刷・焼成してもよいし、片面ずつ印刷・焼成してもよい。もちろん片面ずつ印刷して、同時に焼成してもよい。また、ビアホール１１Ｈ内に充填された導電性ペースト２７の焼成と、配線パターン形成部に形成された導電性ペースト２７の焼成とを２回に分けておこなってもよい。

（６）次いで、エッチングレジストを用いずに行うクイックエッチング処理が施されて、配線パターン形成部以外の銅箔２１が除去される。これにより、絶縁性基材１１の両面に導電性ペースト固化層２５と銅箔２１とからなる配線パターン２０Ａ，２０Ａが形成されているコア基板６０が得られる（図１０（Ｂ）参照）。

（７）図１０（Ｃ）に示すように、コア基板６０の両面に絶縁樹脂層１２，１２及び銅箔２１，２１がそれぞれ積層される。

（８）図１０（Ｄ）に示すように、各絶縁樹脂層１２，１２に、コア基板６０側に向かって徐々に縮径したテーパー状のビアホール１２Ｈ，１２Ｈが形成される。そして、銅箔２１，２１の上面とビアホール１２Ｈ，１２Ｈの内面に無電解めっき処理が行われ、無電解めっき膜２８，２８が形成される。なお、ビアホール１２Ｈが形成されるとき、配線パターン２０Ａのうち導電性ペースト固化層２５の表面を覆う樹脂部２５Ｂも共に除去される。これにより、導電性ペースト固化層２５のうち金属粒子２５Ａをビアホール１２Ｈに向けて露出させることができるので、配線パターン２０Ａと後述するビア２９Ｂとの接続が良好となる。

（９）次に、各ビアホール１２Ｈ，１２Ｈに、導電性ペースト２７が充填されると共に、各絶縁樹脂層１２，１２に積層された各銅箔２１，２１上の所定の位置、及びビアホール１２Ｈ内に充填されている導電性ペースト２７上に導電性ペースト２７が印刷され、配線パターン形成部が設けられる。その後、図１１（Ａ）に示すように、２００度以下の温度で焼成され、ビア２９Ｂ，２９Ｂと導電性ペースト固化層２５が得られる。このとき、ビア２９Ａを形成するときと同様に、導電性ペースト２７を全体的に厚めに印刷すると共に、焼成時に平板プレスを用いることで、ビアホール１１Ｈ上に局所的な窪みを出来難くすることが好ましい。なお、ビア２９Ｂの形成及び配線パターン２０Ｂの形成に際し、導電性ペースト２７を、本実施形態のように、両面同時に印刷・焼成してもよいし、片面ずつ印刷・焼成してもよい。もちろん片面ずつ印刷して、同時に焼成してもよい。

（１０）次いで、エッチングレジストを用いずに行うクイックエッチング処理が施されて、配線パターン形成部以外の銅箔２１が除去される。これにより、絶縁樹脂層１２の両面に導電性ペースト固化層２５と銅箔２１とからなる配線パターン２０Ｂ，２０Ｂが形成され、ビルドアップ層６１，６１が得られる（図１１（Ｂ）参照）。

（１１）図１１（Ｃ）に示すように、各ビルドアップ層６１，６１上にソルダレジスト層３０，３０が積層される。

（１２）次いで、ソルダレジスト層３０の所定箇所にパッド用の開口３１が形成され、絶縁樹脂層１２の上面に設けられた配線パターン２０Ｂのうち開口３１から露出した部分がパッド３５になる（図８参照）。開口３１が形成されるとき、導電性ペースト固化層２５の表面を覆う樹脂部２５Ｂも共に除去されるので、導電性ペースト固化層２５のうち金属粒子２５Ａをパッド３５から露出させることができる。以上で回路基板５０Ｖが完成する。
［他の実施形態］

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、導電性ペースト固化層２５及び導電性ペースト２７に含有される金属粒子２５Ａ，２７Ａとして銅が用いられているが、銀を用いてもよいし、銅合金や銀合金を用いてもよい。

（２）上記実施形態では、銅箔２１の上面が粗面となっているが、粗面でなくてもよい。

（３）上記実施形態では、ビア２９Ａ，２９Ｂは、導電性ペースト２７が固化してなるが、めっき充填により形成されてもよい。

（４）上記実施形態の回路基板５０Ｖでは、コア基板６０の両面に積層されているビルドアップ層６１，６１が１層ずつであったが、２層以上積層されてもよい。

（５）図１２で示すように、絶縁基材１１に形成されている中間括れ形状の導電用貫通孔１１ＺＡに導電性ペースト２７が固化してなるスルーホール導電導体２９ＡＺが形成され、それらスルーホール導電導体２９ＡＺが、その上方及び下方の配線パターン２０Ａのうち銅箔２１を貫通して導電性ペースト固化層２５に接続する構成としてもよい。

１０ 配線構造体
１１ 絶縁性基材（絶縁層）
１１Ｈ，１２Ｈ ビアホール（貫通孔）
１２ 絶縁樹脂層（絶縁層）
２０ 配線パターン
２１ 銅箔
２５ 導電性ペースト固化層
２７ 導電性ペースト
２８ 無電解めっき膜
２９Ａ，２９Ｂ ビア
３０ ソルダレジスト層
５０，５０Ｖ 回路基板
６０ コア基板
６１ ビルドアップ層

Claims (18)

1. 絶縁層と、
   前記絶縁層の表面に積層される配線パターンと、を有する配線構造体であって、
   前記配線パターンは、
   金属箔と、前記金属箔の上に配置された導電性ペーストが固化してなる導電性ペースト固化層とを有する。
2. 請求項１に記載の配線構造体であって、
   前記配線パターンの厚みは１０μｍ以上である。
3. 請求項１又は２に記載の配線構造体であって、
   前記金属箔の厚みは３〜５μｍである。
4. 請求項１乃至３のうち何れか１の請求項に記載の配線構造体であって、
   前記導電性ペーストは銅又は銀を含み、
   前記金属箔は銅箔である。
5. 請求項１乃至４のうち何れか１の請求項に記載の配線構造体であって、
   前記絶縁層を貫通する貫通孔と、
   前記貫通孔に充填された導電性ペーストが固化してなるビアとを有する。
6. 請求項５に記載の配線構造体であって、
   前記ビアは、前記配線パターンの前記金属箔を貫通して前記配線パターンを構成する前記導電性ペースト固化層に接続されている。
7. 請求項５に記載の配線構造体であって、
   前記ビアは前記配線パターンの前記金属箔に接続されている。
8. 請求項５に記載の配線構造体であって、
   前記絶縁層の両面に１対の配線パターンが対向配置され、
   前記ビアの一端は、一方の前記配線パターンの前記金属箔を貫通して前記導電性ペースト固化層に接続されると共に、
   前記ビアの他端は、他方の前記配線パターンの前記金属箔に接続されている。
9. 請求項１乃至８のうち何れか１の請求項に記載の配線構造体であって、
   前記金属箔の上面は粗面である。
10. 請求項１乃至９のうち何れか１の請求項に記載の配線構造体であって、
    前記配線パターンを構成する前記導電性ペースト固化層と前記金属箔との間に無電解めっき膜を有する。
11. 請求項１乃至１０のうち何れか１の請求項に記載の配線構造体であって、
    前記配線パターンを構成する前記導電性ペースト固化層は、表面に複数の凹部が形成されている。
12. 請求項１乃至１１のうち何れか１の請求項に記載の配線構造体であって、
    前記配線パターンを構成する前記導電性ペースト固化層の表面には、複数の凹部が形成されている保護領域と、前記保護領域に囲まれて、金属粒子が一面に露出する接続領域とが形成されている。
13. 請求項１乃至１２のうち何れか１の請求項に記載の配線構造体を備えた回路基板。
14. 絶縁層の表面に積層された金属箔上に導電性ペーストを印刷して配線パターン形成部を設けることと、
    前記導電性ペーストを固化させて導電性ペースト固化層を形成することと、
    前記配線パターン形成部以外の金属箔をエッチングにより除去して配線パターンを形成すること、を含む配線構造体の製造方法。
15. 請求項１４に記載の配線構造体の製造方法であって、
    前記導電性ペーストを２００度以下の温度で固化させる。
16. 請求項１４又は１５に記載の配線構造体の製造方法であって、
    前記エッチングは前記配線パターン形成部上にエッチングレジストを形成せずに行う。
17. 請求項１４乃至１６のうち何れか１の請求項に記載の配線構造体の製造方法であって、
    さらに、前記絶縁層の表裏に前記配線パターンを形成することと、
    前記絶縁層に貫通孔を設けることと、
    前記貫通孔に前記導電性ペーストを充填して、表裏の前記配線パターンを接続するビアを形成することと、を行う。
18. 請求項１７に記載の配線構造体の製造方法であって、
    前記配線パターンを構成する導電性ペーストの固化と、前記ビアを構成する導電性ペーストの固化とを同時に行う。

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