JP2850761B2

JP2850761B2 - 多層配線基板及びその製造方法

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Publication number: JP2850761B2
Application number: JP16956194A
Authority: JP
Inventors: 護御田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JPH0837375A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明はスルーホールめっきを必要としな
い多層配線基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の多層配線基板は、図１２に示す様
に、全層に共通開口したスルーホール１を持った構造の
ものが用いられている。即ち、絶縁層２の片面あるいは
両面に配線パターン３を形成した基板４を複数枚重ね、
これらを接着剤で貼り合わせた後、スルーホール１の穴
開け加工を施してから、層間接続のためにスルーホール
めっき５を行ったものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来構造のも
のは、大型の配線基板用に広く用いられて来たが、次の
ような種々の欠点を有しているため、小型の配線基板に
は一部でしか用いられていなかった。

【０００４】（１）スルーホール１を全層に開口をさせ
るために配線エリアの損失が大きい。即ち、スルーホー
ル１は層間接続を要しない層にも開けられてしまうた
め、その部分を避ける等して予め配線引き回しを行わな
ければならず、配線に使用できる有効エリアはスルーホ
ール１の数が増すにつれて小さくなる。

【０００５】（２）配線基板全体を貫通させるスルーホ
ール１は大径のドリルを用いなければ開けることができ
ず、スルーホールエリアによる配線エリア損失が更に大
きくなる。

【０００６】（３）積層基板の全体を貫通するスルーホ
ールであるため、絶縁層２の熱膨張係数（Ｚ方向）によ
り、大きな熱サイクル応力がスルーホールめっき５に集
中して、スルーホールクラックを生じやすい。

【０００７】（４）通常、５０cm角〜９０cm角の大型基
板上に配線パターンを形成するために、密着露光方式の
面焼付方式を採るため、微細配線が不可能である。この
方式では、配線幅１００μm 、配線間隔１００μm が限
界である。

【０００８】（５）スルーホールの内面に施す銅めっき
が高価である。上記（３）項の耐熱サイクル耐応力破断
性の向上のために、通常、２０μm 厚の銅めっきを設け
ているが、２０μm の厚さめっきを設けるには、無電解
銅めっき法でも最短２４時間要し、めっき時間が長いた
めに非常に高価となる。

【０００９】（６）枚葉式であるため連続製造ができな
い。

【００１０】このように従来の多層配線基板構造は、種
々の欠点を有しているために、最近の電子機器の小型化
要求に対して対応できなくなっており、新規な配線基板
の構造及び新規な配線基板の製法が強く要請されてい
る。

【００１１】

【００１２】本発明の目的は、スルーホールめっきを用
いず、安価に製造できる多層配線基板の製造方法を提供
することにある。

【００１３】また、本発明の目的は、多層配線基板をよ
り工業的、かつ安価に製造できる多層配線基板の製造方
法を提供することにある。

【００１４】また、本発明の目的は、連続して溶融接続
ができる多層配線基板の製造方法を提供することにあ
る。

【００１５】また、本発明の目的は、絶縁性及び耐熱性
に優れた多層配線基板及びその製造方法を提供すること
にある。

【００１６】また、本発明の目的は、接続性が良くかつ
耐熱性も高く、安価でかつ無害な多層配線基板及びその
製造方法を提供することにある。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【課題を解決するための手段】第１の発明の多層配線基
板の製造方法は、ホールが形成された絶縁層の片面に銅
箔を設けて基板を形成し、これを第１リールに巻き取
り、上記第１リールに巻き取られた一層配線基板を繰り
出しながら、上記銅箔をエッチングして上記ホールを覆
う銅箔配線パターンを連続的に軽せして第２リールに巻
き取り、上記第２リールに巻き取られた配線パターン付
き基板を繰り出しながら、上記配線パターン側と反対側
からホール内及びホール多層配線基板の製造方法の開口
周辺にハンダペーストを印刷するか、または上記ホール
内に樹脂金属粉混合の導電性ペーストを埋め込み更にそ
の上にハンダペーストを印刷して、該ペーストを上記配
線パターンと接続させ、印刷後、引き続き連続的にリフ
ローして上記ホール上に上記ハンダペーストによるバン
プを形成して第３リールに巻き取り、このバンプ付き基
板の巻き取られた第３リールを複数個用意し、これら複
数個の第３リールにそれぞれ巻き取られたバンプ付き基
板を繰り出しながら位置合せしつつ積層し、加熱して一
の基板の配線パターンに該一の基板と隣接する他の基板
のバンプを溶融接続して第４リールに巻き取るようにし
たものである。

【００２０】また、第２の発明は、第１の発明におい
て、上記積層し、加熱して一の基板の銅箔配線パターン
に該一の基板と隣接する他の基板のバンプを溶融接続す
る方法を、平板加熱プレス法またはロール加熱プレス法
としたものである。

【００２１】また、第３の発明は、第１の発明におい
て、上記絶縁層をポリイミド、ガラスエポキシまたはガ
ラスポリイミドのフィルムとしたものである。

【００２２】また、第４の発明は、第１の発明におい
て、上記ハンダペーストをＳｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ａｇ系
の合金、またはＳｎ１００％の純金属系としたものであ
る。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【作用】第１の発明は、各工程をリール・ツー・リール
で実現するので、多層配線基板の連続製造が可能とな
る。また、ＴＡＢラインまたはフレキシブルプリント
（ＦＰＣ）基板ラインで作った片面配線フィルムをその
まま利用できるので、非常に安価に製造できる。ＦＰＣ
基板のライン、あるいは最も好ましくはＴＡＢテープキ
ャリアのパターン形成ラインを使って、絶縁層の片面へ
の銅箔の貼り合わせを連続的に行い、銅箔から銅箔配線
パターンの作成も連続して行うようにすると、パターン
配線の微細化が可能になる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は本
発明に係る方法により製造された多層配線基板の断面図
である。絶縁層６の片面に配線パターン７を有する一層
配線の基板８が複数枚（図示例では４枚）積層される。
絶縁層６はポリイミドフィルム、ガラスエポキシフィル
ムまたはガラスポリイミドフィルムのいずれでもよい。
配線パターン７は、銅箔から形成されたものであり、後
述するバイアホール９の小径化により配線幅３０μｍ、
配線間隔３０μｍを達成することができ、配線密度の向
上が図られている。

【００２８】積層された各基板８には、基板単位に任意
の位置に導電体１０を埋め込むためのバイアホール９が
設けられる。バイアホール９内は、導電体１０を埋め込
むだけであるから、めっきを施す必要がない。基板８の
バイアホール９は、薄い厚さの基板単位で作るので、小
径ドリルやパンチングによったり、レーザによって開口
することができる。パンチングによるときはバイアホー
ル径０．２mmφ、レーザによるときはバイアホール径５
０μm φが可能である。これにより層単位で開口する小
径のバイアホールを実現することができる。

【００２９】バイアホール９内には、導電体１０が埋め
込まれ、配線パターン７、７の層間を接続している。導
電体１０は、全体をハンダとしたり、あるいはバイアホ
ール内を樹脂金属粉混合の導電性ペーストにして直接配
線パターン７と接続されるバイアホール開口部近傍をハ
ンダとするようにしてもよい。導電体１０による配線パ
ターンの層間接続により、基板８、８間は電気的、かつ
機械的に連結されるので、両者間を結合する接着剤が不
要となる。

【００３０】このように上記実施例によれば、全層を貫
通するスルーホール及びホール内の銅めっきを省略する
ことができ、接着剤によらない片面配線基板の直接積層
が実現できる。したがって、配線基板を安価に製造で
き、また構造も簡単である。とくに、応力に弱い銅めっ
きを必要としないので信頼性が向上する。

【００３１】また、配線基板を小型化できるために、電
子機器を小型化できる。本実施例によれば、配線幅、配
線間隔を共に従来のプリント基板の１／３にできるた
め、基板全体の形状を１／１０以下にすることが可能で
ある。電子機器の具体例としては、携帯用電話等のモジ
ュール（マルチチップモジュール：ＭＣＭ）や、パーソ
ナルワープロのＭＣＭ等がある。

【００３２】次に、図２〜図１０を主に用いて上述した
多層配線基板の製造方法について説明する。この製造方
法は、リール・ツー・リールである。

【００３３】まず、基板上に配線パターンを形成する。
図２に示すように、フィルム状の絶縁層の片面に銅箔が
貼り合わせられたフィルム状の基板１６を予め第１リー
ル１１に巻き取っておき、これを繰り出しながらポリケ
ミカルエッチングによって配線パターンを形成して、第
２リール１２に巻き取っていく。但し、フィルム状の基
板１６には銅箔貼り合わせ前に、バイアホールを開口し
ておく。配線パターンの例を図５に示す。絶縁層６上に
大径の連結ランド１３、小径のバイアホールランド１４
があり、それらの間がリード１５により連結されてい
る。連結ランド１３は隣接する基板のバンプが溶融接続
する部分である。バイアホールランド１４は当該絶縁層
６に設けられたバイアホールの一方の開口を塞ぎ、バイ
アホール内に埋め込まれたハンダペースト等の導電体と
接続される部分である。ポリケミカルエッチングによる
配線パターンの形成には、ＴＡＢまたはＦＰＣライン等
がそのまま使え、連続的にパターンを形成することがで
きる。

【００３４】つぎに、ハンダペーストの印刷、リフロー
を行う。図３に示すように、第２リール１２に巻き取ら
れた配線パターン付き基板１７を繰り出しながら、印刷
機１８のメタルマスク１９とスキージ２０とを使って、
バイアホール上にハンダペーストを間欠的に印刷するこ
とによりバイアホール内及びバイアホールの開口部周辺
にハンダペーストを印刷する。この印刷によりハンダペ
ーストがバイアホールを塞いでいる配線パターン部と接
続される。印刷後、基板を連続してリフロー炉２１に導
き、連続してリフローしてバイアホール上にハンダペー
ストによるバンプを形成して第３リール２２に巻き取
る。印刷機１８とリフロー炉２１との間の基板にはたる
みをもたせ、間欠的な印刷と連続的なリフローとの不具
合を吸収させる。上記印刷は、バイアホール内及びその
周囲に行う。例えばバイアホール径０．２mmφの時、印
刷ハンダペーストの径は０．３mmφとする。ハンダペー
ストの厚さはメタルマスクの厚さにより決定されるが、
通常３０〜８０μm 厚さを使用する。塗布断面を図６に
示す。リフローは炉長約１．５m 、予熱温度１２０℃×
１分、２３０℃×１０秒の赤外線加熱炉を使用する（６
３ｗｔ％Ｓｎ−３７ｗｔ％Ｐｂハンダペーストの時）。
図７にリフロー後にバンプ２５が溶融ペースト２４上に
形成された断面を示す。

【００３５】そして、バンプ付き基板２６を積層する。
図４に示すように、バンプ付き基板２６の巻き取られた
第３リール２２を複数個（図示例では３個）用意し、こ
れら複数個の第３リール２２にそれぞれ巻き取られたバ
ンプ付き基板２６を繰り出しながら、互いに接続される
べき一の基板の銅箔配線パターンと、該一の基板と隣接
する他の基板のバンプとを位置合せしつつ積層し、これ
らを平板熱プレス機２７に導いて加熱して、一の基板の
配線パターンに該一の基板と隣接する他の基板のバンプ
を溶融接続して第４リール２８に巻き取る。熱プレス時
間は２３０℃×１０秒とする。プレスは平板プレスの他
に、ロールプレスで行ってもよい。位置合わせはＴＡＢ
ラインでＴＡＢテープを利用する時は、両側の送り穴
（図８の符号３１参照）、または別に設けた位置決め穴
を用いて行う。積層して溶融接続したときの断面を図１
０に示す。

【００３６】このように上述した製造方法は、リール・
ツー・リールであるため、従来の枚葉式の多層配線基板
の製法を一変させ、連続巻取方式の多層配線基板の製造
を確立することができる。

【００３７】（実施例１）まず、片面にエポシキ系接着
剤（１９μm 厚さ）付ポリイミドフィルム（５０μm 厚
さ、幅７０mm）を用い、０．２mmφのパンチング穴（バ
イアホール）を開口させた。次に１８μm 厚さの電解銅
箔を貼り合わせた。貼り合わせは通常のＴＡＢテープキ
ャリア用のロールラミネータを用いた。そしてＴＡＢの
ホトケミカルエッチングラインを用いて、所定の配線パ
ターンを形成させた。最小配線幅は３０μm 、最小配線
間隔も３０μm の微細配線パターンであり、これは通常
のＴＡＢラインで充分可能な配線パターンである。

【００３８】次に、Ｐｂ３７ｗｔ％−Ｓｎｗｔ％６３の
組成のハンダペーストをメタルマスク法で図６の様に印
刷した。上記組成のハンダペーストは通常の半導体パッ
ケージの基板実装に用いられるものと同じハンダペース
トであり、１５〜２５μm 径のハンダの微細粒とフラッ
クス成分としてのロジン及び高級アルコールの混合物で
あり、メタルマスクを用いて容易に印刷が可能なもので
ある。印刷によりハンダペーストは、バイアホール９の
中まで充填されると共に、印刷マスクの直径はバイアホ
ール９より大きい０．３mmφとしてあるために、バイア
ホール９の開口周囲は図６の様にはみ出して盛り上がっ
た断面形状となる。

【００３９】ハンダペーストの塗布厚さ（バイアホール
の周囲の）は５０μm 程度が最も好ましい。リフロー後
の厚さは約半分の２５μm となる。ハンダ層は厚すぎる
と接合部の周囲に流れ出して隣のパターン間に達すると
短絡の原因となる。このため、３０〜８０μm の塗布厚
さに管理するように、この範囲のメタルマスク厚さをパ
ターンの形状により決定する。

【００４０】印刷機より下流側にはリフロー炉が連続ラ
インで取り付けられており、ここでハンダペースト２３
は溶融して表面張力によりバンプ２５が形成される（図
７）。リフロー条件は前述した様に赤外線加熱が良い
が、エアーリフローでもかまわない。また加熱雰囲気
は、空気中でも良いが、バンプ２５をボールの形状に均
一に仕上げるためにＮ₂ガス雰囲気とするのが好まし
い。特に非活性フラックス（ノンハロゲン無洗浄型ハン
ダペースト）の場合には、よりＮ₂ガス雰囲気とするこ
とが好ましい。

【００４１】ハンダバンプ形成後、各配線基板（本実施
例では３層の貼り合わせ）を加熱プレスにより積層し
た。積層時の位置決めには、ＴＡＢテープを使用してい
るので、両サイドの送り穴を使用した。ＴＡＢテープの
表面パターンの概略と送り穴の状況を図８に示す。図８
は最上面の配線パターンを示す。従って連結ランドはな
く、バイアホールランド１４と素子を搭載するためのダ
イパット２９と、ボンディングパッド３０、及びボンデ
ィングパッド２９とバイアホールランド１４間を接続す
るリード１５を持っている。ダイパッド２９は銅箔を素
子の形状に残しておくことにより形成され、この上に銀
ペーストを用いてＬＳＩ素子が搭載される。ダイパット
２９の回りにはボンディングパット３０があり、ワイヤ
ボンディング法等によりＬＳＩ素子の電極と連結する。

【００４２】ここに、加熱プレスによる基板貼合わせ方
法をもう少し詳細に説明する。加熱プレスにはＴＡＢテ
ープの送り穴３１に相当するピンが立てられており、３
枚のＴＡＢテープが共通のピンで位置決めされる。プレ
スは平板プレスなので貼合わせは間欠的であり、２３０
℃の平板熱プレス機により熱板を２０kg／cm²の加圧力
で３枚のＴＡＢテープを押圧すると約１０秒間でハンダ
バンプが溶融して貼り合わせが完了する。加熱プレスの
長さは５０cmなので３m ／min の速度で貼り合わせが行
われる。貼り合わせ工程は送出側、巻取側にリールを持
ち、切断せずに連続長尺のままで作業が行われる。すな
わち５０cmの長さの貼合わせが終わると、新たに５０cm
の長さ送り、次の５０cmの貼合わせにかかる。バンプ付
き基板を貼り合わせる前の断面を図９に、貼り合わせ後
の断面を図１０に示す。溶融ペースト２４を介してバイ
アホールランド１４と連結ランド１３とが層間接続され
ているのが分かる。

【００４３】貼り合わせ完了後、１ユニットに個片抜き
を行った。即ち、個片抜き用の超硬製の抜き金型によ
り、連続的に１ユニット分断をおこなった。金型の下部
には製品の受皿があり、製品が連続的に金型より排出さ
れる構造となっている。個片抜きの金型にもＴＡＢテー
プの送り穴に相当する位置に位置決めピンが立てられて
おり、抜き寸法もすべて送り穴により管理される。

【００４４】（実施例２）実施例１において、バイアホ
ールの穴埋め用にハンダペーストに代えて、樹脂金属粉
混合の導電性ペースト（銅ペースト）を用いた。すなわ
ち、図１１に示すように、樹脂金属粉混合の導電性ペー
スト３２をバイアホール９内にディスペンサで充填す
る。その後、その表面にバンプ用のハンダペーストを印
刷する。樹脂金属粉混合の導電性ペースト３２はエポキ
シ系樹脂に銅粉を混合したもので、絶縁層のポリイミド
との密着性に優れる特長がある。但し、穴埋めの工程が
ひとつ増える。

【００４５】（実施例３）実施例１において、ハンダペ
ーストにＳｎ１０ｗｔ％−Ｐｂ９０ｗｔ％を用いた。こ
のペーストはＰｂが多いため、耐熱性（融点＝３００
℃）が高い特長がある。

【００４６】（実施例４）実施例１において、バイアホ
ールの穴開けにパンチングに代えてエキシマレーザーを
応用し、５０μm φの穴を開けた。このためメタルマス
クの寸法は１００μm φとした。

【００４７】（実施例５）実施例１において、絶縁層に
ポリイミドフィルムに代えてガラスエポキシフィルムを
用いた。

【００４８】（実施例６）実施例１において、絶縁層に
ポリイミドフィルムに代えてガラスポリイミドフィルム
を用いた。

【００４９】（実施例７）実施例１において、ハンダペ
ーストにＳｎ９６．５ｗｔ％−Ａｇ３．５ｗｔ％を用い
た。このハンダは融点２２１℃でＳｎ６３ｗｔ％−Ｐｂ
３７ｗｔ％の共晶ハンダの融点１８０℃より高く、接合
しやすく、かつ耐熱性もより高い特長がある。

【００５０】（実施例８）実施例１において、ハンダペ
ーストにＳｎ１００％のペーストを用いた。これは融点
２３２℃と高いがＡｇを含まず、安価でかつＰｂの様な
人体有害物を含まない特長がある。

【００５１】

【００５２】

【００５３】

【発明の効果】（１）請求項１に記載の発明によれば、
多層配線基板の製造工程をリール・ツー・リールで実現
しているため、従来の枚葉式から連続式に改良でき、多
層配線基板をより工業的、かつ安価に製造できる。

【００５４】特に、配線パターン形成にＴＡＢラインを
用いると、ＴＡＢフィルムの送り穴を使用することがで
きるため、配線パターンの位置決め精度を上げることが
できる（因みに、通常の大型プリント基板のパターンの
位置決め精度±５０μm に対して、ＴＡＢライン方式は
±１０μm である。）。

【００５５】

【００５６】（２）請求項２に記載の発明によれば、積
層基板を加熱してバンプを溶融接続する方法が、平板加
熱プレス法またはロール加熱プレス法であるので、連続
的に溶融接続がてきる。

【００５７】（３）請求項３に記載の発明によれば、絶
縁層がポリイミド、ガラスエポキシまたはガラスポリイ
ミドのフィルムで構成されているので、絶縁性及び耐熱
性が良い。

【００５８】（４）請求項４に記載の発明によれば、ハ
ンダペーストにＳｎ−Ｐｂ系の合金を用いれば接続性が
良くかつ耐熱性も高くなり、Ｓｎ−Ａｇ系の合金を用い
ると、さらに接続性が良くかつ耐熱性もより高くなる。
特に、ハンダペーストにＳｎ１００％の純金属系を用い
ると、安価でかつＰｂのような人体有害物を含まないの
で安全である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る方法により製造された多層配線基
板の実施例を説明するための断面図。

【図２】本発明の多層配線基板の製造方法の実施例を説
明するための配線パターン形成装置の概略図。

【図３】本発明の多層配線基板の製造方法の実施例を説
明するための印刷・リフロー装置の概略図。

【図４】本発明の多層配線基板の製造方法の実施例を説
明するための積層装置の概略図。

【図５】本実施例による層内配線パターン構造を示す説
明図。

【図６】本実施例によるハンダペーストの印刷断面図。

【図７】本実施例によるリフロー後の断面図。

【図８】本実施例による配線パターンを形成したＴＡＢ
テープ例の平面図。

【図９】本実施例による積層する前の２枚の配線基板の
断面図。

【図１０】本実施例によるバイアホールでの融着接続後
の積層基板の断面図。

【図１１】本実施例による導電性ペーストを用いた場合
のリフロー後の断面図。

【図１２】従来の多層配線基板の断面図。

【符号の説明】

６絶縁層７配線パターン８基板９バイアホール１０導電体

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ホールが形成された絶縁層の片面に銅箔を
設けて基板を形成し、これを第１リールに巻き取り、上
記第１リールに巻き取られた一層配線基板を繰り出しな
がら、上記銅箔をエッチングして上記ホールを覆う銅箔
配線パターンを連続的に形成して第２リールに巻き取
り、上記第２リールに巻き取られた配線パターン付き基
板を繰り出しながら、上記配線パターン側と反対側から
ホール内及びホールの開口周辺にハンダペーストを印刷
するか、または上記ホール内に樹脂金属粉混合の導電性
ペーストを埋め込み更にその上にハンダペーストを印刷
して、該ペーストを上記配線パターンと接続させ、印刷
後、引き続き連続的にリフローして上記ホール上に上記
ハンダペーストによるバンプを形成して第３リールに巻
き取り、このバンプ付き基板の巻き取られた第３リール
を複数個用意し、これら複数個の第３リールにそれぞれ
巻き取られたバンプ付き基板を繰り出しながら位置合せ
しつつ積層し、加熱して一の基板の配線パターンに該一
の基板と隣接する他の基板のバンプを溶融接続して第４
リールに巻き取るようにした多層配線基板の製造方法。
【請求項２】上記積層し、加熱して一の基板の銅箔配線
パターンに該一の基板と隣接する他の基板のバンプを溶
融接続する方法は、平板加熱プレス法またはロール加熱
プレス法である請求項１に記載の多層配線基板の製造方
法。
【請求項３】上記絶縁層がポリイミトフィルム、ガラス
エポキシフィルムまたはガラスポリイミトフィルムであ
る請求項１または２に記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項４】上記ハンダペーストがＳｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ
−Ａｇ系の合金、またはＳｎ１００％の純金属系である
請求項１、２または３に記載の多層配線基板の製造方
法。