JP2898706B2 - 多層配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子計算機、電子交換機、通信機器用等の高
密度多層配線基板とその製造方法に係る。

［従来技術］ 多層配線基板に関しては従来から多くの技術が公開さ
れている。特開昭61−49499号公報に記載された方法は
第２図に示すように、フレキシブル絶縁性フィルム1a上
に接着材層1bを介して導電層（配線パターン層）1cを設
け、導電層1cの相互接続部を露出してその他の部分を覆
うフレキシブル絶縁性フィルム1dを備えた配線基板1Aと
同様な配線基板1B間に、絶縁性接着材2bの中に半田粒子
2aを含有する半田供給基板を挾んで加熱圧着し、基板1A
と1Bの露出した相互接続部間を電気的に接続するように
していた。

また、特開昭61−252699に記載された方法は第３図に
示すように、２枚のアルミナセラミックの配線基板６間
に、上面にチタン膜４、裏面にポリイミド樹脂層５を備
えた複数の配線板３を介在させ、その相互接続部間を半
田バンプ2aにより接続するようにしていた。

また、特開昭60−53099号公報に記載された方法はス
ルーホール導体により接続された上部配線と下部配線を
有する絶縁シートを複数枚重ねあわせ、対向する絶縁シ
ートの配線部の一部を接続するようにしていた。

また、特開昭63−274199号公報に記載された方法は配
線が形成されたポリイミドフィルムを一括積層して加熱
圧縮し、対抗する銅配線部を拡散接合し、ポリイミド部
を反応接合するようにしていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記特開昭61−49499号公報に記載の方法は、半田供
給基板２を配線基板1Aと1Bの間に挾み込むようにするた
め、積層後の厚みが配線基板1Aと1Bの厚み合計よりもか
なり厚くなるという問題があった。

さらに、配線基板1Aと1B間を半田2aにより確実に接続
するためには、半田2aは半田供給基板２よりも数十μｍ
ないし数百μｍ程度突き出る必要があり、この結果、半
田2aの平面形状は直径数百μｍの程度に大きくなり、こ
れにしたがって相互接続部間の距離が数mm程度と長くな
り高密度配線化が困難という問題もあった。

上記特開昭61−252699号公報に記載の方法は上記特開
昭61−49499号公報に記載の方法よりも高密度配線化が
可能ではあるものの、配線基板３を多層に積層する場合
は相互接続部にできる数十μｍの半田バンプ2aの高さに
相当する空隙ができるため、全体の厚みが個々の基板の
厚みの合計よりもかなり厚くなるという問題があった。

また、上記空隙部を介して外部より水分や空気が入り
やすくなる結果、配線部および相互接続部が劣化すると
いう問題もあった。

さらに、配線内に比較的抵抗値の高い半田接続部が多
数存在することになるため、配線抵抗が必然的に高くな
るという問題点もあった。

また、特開昭60−53099号公報に記載された方法で
は、上面と下面の配線パターン間をスルーホール導体に
より接続するようにしているため、予め多層配線を構成
する各配線基板の上面と下面のそれぞれに配線パターン
を生成する必要があり、そのための工数、価格等が嵩む
という問題があった。

また、特開昭63−274199号公報に記載された方法で
は、銅をポリイミドフィルム内に予め形成されたスルー
ホールパターン内に蒸着して配線基板を生成するもの
の、上記銅のスルーホール導体の側面が直線状であるた
め、上記ポリイミドフィルム内のスルーホールから抜け
易いという問題があった。

また、上記従来例を含めて、従来の方法は全般的に多
数の配線基板を積層する際の位置合わせ誤差に弱いとい
う問題があった。すなわち、配線が微細化するにつれて
重ね合わせの僅かなずれによってもスルーホール導体が
所定の配線パターンからずれるので接続出来ないという
問題があった。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、複数枚の配
線基板を積層し、スルーホール導体同志を接合接続して
高信頼性を有する薄形で高密度配線構造を実現した多層
配線基板およびその製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、第１の樹脂膜
と、その上にパターン化して密着形成された複数の配線
パターンと、該配線パターン間の溝および段差部分とな
る配線パターンの縁部分を覆って上記配線パターンの縁
部分に密着形成された第２の樹脂膜と、上記第１の樹脂
膜に穿設された複数の第１のスルーホールの各々に埋め
込まれて所望の配線パターンの各々と連接された複数の
第１のスルーホール導体と、上記第２の樹脂膜に穿設さ
れ、上記第１のスルーホールの面積と異なった面積を有
する複数の第２のスルーホールの各々に埋め込まれて所
望の配線パターンの各々と連接された複数の第２のスル
ーホール導体とを備え、上記段差部分となる配線パター
ンの縁部分を含めてスルーホール導体を上記第１および
第２の樹脂膜に対して強固に挾み込ませて構成した配線
基板を、複数枚積層し、隣接する配線基板の第１のスル
ーホール導体の各々と第２のスルーホール導体の各々と
を相互に接合接続して構成することを特徴とする多層配
線基板である。

また、本発明は、前記多層配線基板において、配線基
板における配線パターン、並びに第１および第２のスロ
ーホール導体として、積層した際、積層強度を補強する
ように更に電気的に孤立したものを設けたことを特徴と
する。

また、本発明は、前記多層配線基板において、配線基
板における第１のスルーホール導体を第１の樹脂膜の表
面から10μｍ以内の範囲で突出させ、第２のスルーホー
ル導体を第２の樹脂膜の表面から10μｍ以内の範囲で突
出させて構成したことを特徴とする。

また、本発明は、前記多層配線基板において、配線基
板における第１および第２のスルーホール導体の接続面
を金で被覆して形成したことを特徴とする。

また、本発明は、前記多層配線基板において、更に多
層配線基板の両面を防湿用樹脂で被覆して構成したこと
を特徴とする。

また、本発明は、前記多層配線基板において、配線パ
ターン、並びに第１および第２のスルーホール導体の材
料を、銅、ニッケル、アルミニウム、タングステンの何
れか、またはこれらの合金材としたことを特徴とする。

また、本発明は、第１の樹脂膜（ポリイミドフィル
ム）上に薄膜導体を密着させて成膜し、該薄膜導体に対
してエッチングを施して複数の配線パターンを形成する
配線パターン形成工程と該配線パターン形成工程で形成
された配線パターン間の溝を含めて配線パターン上に第
２の樹脂膜（ポリイミド膜）を密着させて形成する樹脂
膜形成工程と所望の配線パターンの各々を露出させる複
数の第１のスルーホールを上記第１の樹脂膜上に形成
し、上記配線パターンの各々の縁部分を覆って固着させ
た状態で所望の配線パターンの各々を上記第１のスルー
ホールの面積と異なった面積で露出させる複数の第２の
スルーホールを上記第２の樹脂膜上に形成するスルーホ
ール形成工程と該スルーホール形成工程で形成された第
１および第２のスルーホールに第１および第２のスルー
ホール導体を埋め込む導体充填工程とを有し、配線基板
を複数枚製造する配線基板製造工程と、該配線基板製造
工程で製造された複数枚の配線基板を積層し、隣接する
配線基板の第１のスルーホール導体の各々と第２のスル
ーホール導体の各々とを相互に接合接続して多層配線基
板を得る積層工程とを有することを特徴とする多層配線
基板の製造方法である。

また、本発明は、前記多層配線基板の製造方法の配線
基板製造工程において、導体充填工程は気相あるいは液
相めっき工程であることを特徴とする。

また、本発明は、前記多層配線基板の製造方法の積層
工程において、積層された複数枚の配線基板を加熱させ
て第１のスルーホール導体の各々と第２のスルーホール
導体の各々とを拡散接合接続することを特徴とする。

また、本発明は、前記多層配線基板の製造方法の積層
工程において、積層された複数枚の配線基板に対して超
音波振動を印加して第１のスルーホール導体の各々と第
２のスルーホール導体の各々とを拡散接合接続すること
を特徴とする。

また、本発明は、複数の第１のスルーホールを穿設し
た第１の樹脂膜と、該第１の樹脂膜に連接され、上記第
１のスルーホールの面積と異なった面積を有する複数の
第２のスルーホールを穿設した第２の樹脂膜と、該第１
および第２の樹脂膜に密着されて挾まれる段差部分とな
る縁部分を有するパターン化された複数の配線パターン
と、上記複数の第１のスルーホールの各々に埋め込まれ
て所望の配線パターンの各々と連接された複数の第１の
スルーホール導体と、上記複数の第２のスルーホールの
各々に埋め込まれて所望の配線パターンの各々と連接さ
れた複数の第２のスルーホール導体とを備え、上記段差
部分となる配線パターンの縁部分を含めてスルーホール
導体を上記第１および第２の樹脂膜に対して強固に挾み
込ませて構成した配線基板を、複数枚積層し、隣接する
配線基板の第１のスルーホール導体の各々と第２のスル
ーホール導体の各々とを相互に接合接続して構成するこ
とを特徴とする多層配線基板である。

［作用］ 以上のように構成した本発明の多層配線基板は、スル
ーホール導体断面内の段差によりスルーホール導体を配
線基板内に強固に保持し、同時に、互いに隣接する２枚
の配線基板の一方のスルーホール導体の厚みの薄い導体
部が他方の配線基板の厚いスルーホール導体部に対向す
るので、両基板の位置ずれ許容範囲を上記スルーホール
導体の厚みの厚い部分の範囲にまで拡大する。

さらに、上記スルーホール導体が配線基板の表面から
10μｍ以内の範囲で突出させて金めっきを施すことによ
り、スルーホール導体間の接続を確実化する。

さらに、加熱、または超音波振動による加熱により上
記配線基板を多層化接続する。

さらに、樹脂封じにより多層配線基板端部を防湿す
る。

［実施例］ 以下本発明による多層配線用の配線基板の１実施例を
第１図（ａ）〜（ｅ）により説明する。

まず第１図（ａ）において、厚さ25μｍ程度のポリイ
ミドフィルム５の上面にCr（クロム）層71、Cu（銅）層
31およびCr（クロム）層72の３層を連続して蒸着または
スパッタリング等の薄膜技術により成膜する。

次いで、第１図（ｂ）に示すように、これらの３層の
金属層の表面に感光性レジストにより配線パターンを形
成し、これをマスクとして上記３層の金属層71、31、72
をエッチングして配線パターンを形成する。

次いで、この基板の上面にポリイミドワニスを塗布・
キュアして約25μｍのポリイミド層51を形成し、さらに
上下両面に0.3μｍ厚のA1層74と73を形成し、上面側のA
1層74には配線パターンのレジストパターンを、また下
面のA1層73にはスルーホールのレジストパターンを形成
し、これらをマスクとしてA1層73と74をそれぞれエッチ
ングして第１図（ｃ）に示す断面形状を得る。なお、A1
層74としては配線パターンの導体部以外の部分がエッチ
ングされる。

次いで第１図（ｄ）に示すように、A1層73と74のパタ
ーンをマスクとして基板のポリイミドフィルム５および
ポリイミド層51をドライエッチし、その後A1層73と74を
除去してポリイミド層52を残すようにする。これによ
り、導体の段差部分となる配線パターンの縁部分がポリ
イミドフィルム５とポリイミド層52で挾みつけることに
なる。

次いで第１図（ｅ）に示すように、この基板をCrのエ
ッチング液に浸し露出したCrをエッチングして除去した
のち、Cuのメッキ液に浸してCuを約25μｍの厚さに析出
成長させてCu層32を形成する。このCu層32は対抗して配
置される他の配線基板の導電部との相互接続用のスルー
ホール導体として利用される。

上記スルーホール導体材としてCuの他に、Ni,Al,W,或
いはこれらの合金材を用いることが出来る。

Cu層32の断面形状は第１図（ｅ）に示すように段差を
有している。この段差によりCu層32は配線基板内に強固
に挾み込まれ、さらにCr層71を介してポリイミドフィル
ム５に強固に接続されるので、配線基板の積層工程でCu
層32が緩まないという利点が得られる。

また、上記配線基板内に電気的に孤立したCu層32のス
ルーホール導体を形成し、これを隣接配線基板の電気的
に孤立した配線パターンに接続するようにすると、配線
基板間の接続強度をさらに強めることができる。この孤
立したCu層32のスルーホール導体は均一に分散配置し数
が多いほど配線基板間の接続強度がつよまるので接続の
信頼性が向上する。

このようにして作られた複数の配線基板を所定の順序
に積層し、300ないしは350℃の窒素雰囲気中で３時間程
度加熱して各配線基板のCu層32を対向する配線基板の導
電部と拡散接合させる。

上記Cu層32と対向する配線基板の導電部間の拡散接合
の形成を確実にするためには、接続部分を正常に保ちつ
つ確実に押し当てて保持する必要がある。

このため、第４図に示すように、Cu層32の表面にイン
サート材として0.2μｍ以上の厚さのAu（金）めっき層
８を設けると、Cu層32表面の酸化層生成を防止でき、接
合の確実性を高めることができる。さらに、Cu層32とAu
めっき層８の間にNi（ニッケル）層９を形成すると、Au
の形成をさらに容易にすることができる。

また、第５図に示すように、Cu層32をポリイミド層52
の表面から10μｍ以下の範囲で突きでるように形成する
と、配線基板を積層した際に接続部に作用する押圧力が
増加するので配線基板間の接続をさらに確実にすること
ができる。

第６図は上記第５図の配線基板を接合した本発明の多
層基板の断面図である。上側の配線基板の全面に保護フ
ィルム11をかぶせ、その上から金属製治具を押し当て超
音波振動を配線基板に与える。これにより接続部分が摺
動して表面の酸化膜が破れ、表面の汚れが除去される。
同時に摩擦により接続部の温度が上昇して拡散接合が生
成される。また、加熱により上記拡散接合の形成が促進
される。

第６図において、上部のCu層32の厚み薄い部分（面積
のせまい部分）が下部Cu層32の厚みの厚い部分（面積の
広い部分）に当たるので、上部のCu層32は下部Cu層32の
厚み（面積）の範囲内で位置ずれしても外れることがな
い。実際上、上記Cu層32の厚みの厚い部分の幅（面積）
は相当に大きくとれるので、上記位置ずれの許容範囲を
従来基板に比べて顕著に広げることができるのである。

さらに、配線基板を加圧、加熱して積層化する際に、
上記Cu層32の厚みの厚い部分が圧力や熱を広く受けて、
これを厚みの薄い部分に伝えるので、圧力は増幅され、
また、受熱の効率が増えるという効果を得ることができ
る。

さらに、上記Cu層32の厚みの厚い部分がスルーホール
導体の電気抵抗値を低減するという効果を得ることもで
きる。

実験によれば、上記Cu層32の厚みの厚い部分と薄い部
分の厚みの比を３倍程とすれば上記効果を十分に得るこ
とができ、また経験的には９倍程度までにすることがで
きる。

また、第６図のように積層した多層基板の端部を樹脂
により封じれば各配線基板間の隙間を防湿することがで
きる。

［発明の効果］ 本発明によれば、スルーホール導体断面内の配線パタ
ーンの縁部分（段差部分）を第１および第２の樹脂膜に
密着して挾み込むことによって得られるスルーホール導
体を樹脂膜内に強固に保持された複数枚の配線基板を積
層し、スルーホール導体同志を接合接続してスルーホー
ル導体の樹脂膜からの剥がれのない高信頼性を有する薄
形で、20μm/20μｍのライン／スペースの配線密度を上
回る高密度な配線構造を有する多層配線基板を実現する
ことができる効果を奏する。

また、本発明によれば、配線基板に埋め込まれたスル
ーホール導体を樹脂膜の表面から10μｍ以内の範囲内で
突出させ、その表面を金めっきを施すことによって、複
数枚の配線基板を積層し、スルーホール導体同志を接合
接続する際、該接合接続を確実にして高信頼性を有する
薄形で、20μm/20μｍのライン／スペースの配線密度を
上回る高密度な配線構造を有する多層配線基板を実現す
ることがでる効果を奏する。

また、本発明によれば、複数の配線基板を積層する
際、超音波振動を印加することによって、スルーホール
導体同志を接合接続を確実にして高信頼性を有する薄形
で、20μm/20μｍのライン／スペースの配線密度を上回
る高密度な配線構造を有する多層配線基板を実現するこ
とができる効果を奏する。

また、本発明によれば、多層配線基板の両面を防湿用
樹脂で被覆することによって防湿効果を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明による配線基板の製造過
程説明図、第２図、第３図はそれぞれ従来の多層配線基
板の断面図、第４図、第５図はそれぞれ本発明による配
線基板の断面図、第６図は本発明による多層配線基板の
断面図である。 1A,1B……各配線基板、1a……フレキシブル絶縁性フィ
ルム、1b……接着剤層、1c……導体層、２……半田供給
基板、2a……半田バンプ、３、６……各配線基板、31、
32……各Cu層、４……チタン膜、５……ポリイミドフィ
ルム、51、52……各ポリイミド層、71、72……各Cr層、
73、74……各A1層、８……Auめっき層、11……保護フィ
ルム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 省二 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平２−86193（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−71591（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−11472（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−196854（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05K 3/46

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の樹脂膜と、その上にパターン化して
   密着形成された複数の配線パターンと、該配線パターン
   間の溝および段差部分となる配線パターンの縁部分を覆
   って上記配線パターンの縁部分に密着形成された第２の
   樹脂膜と、上記第１の樹脂膜に穿設された複数の第１の
   スルーホールの各々に埋め込まれて所望の配線パターン
   の各々と連接された複数の第１のスルーホール導体と、
   上記第２の樹脂膜に穿設され、上記第１のスルーホール
   の面積と異なった面積を有する複数の第２のスルーホー
   ルの各々に埋め込まれて所望の配線パターンの各々と連
   接された複数の第２のスルーホール導体とを備え、上記
   段差部分となる配線パターンの縁部分を含めてスルーホ
   ール導体を上記第１および第２の樹脂膜に対して強固に
   挾み込ませて構成した配線基板を、複数枚積層し、隣接
   する配線基板の第１のスルーホール導体の各々と第２の
   スルーホール導体の各々とを相互に接合接続して構成す
   ることを特徴とする多層配線基板。
2. 【請求項２】請求項１において、配線基板における配線
   パターン、並びに第１および第２のスローホール導体と
   して、積層した際、積層強度を補強するように更に電気
   的に孤立したものを設けたことを特徴とする多数配線基
   板。
3. 【請求項３】請求項１または２において、配線基板にお
   ける第１のスルーホール導体を第１の樹脂膜の表面から
   10μｍ以内の範囲で突出させ、第２のスルーホール導体
   を第２の樹脂膜の表面から10μｍ以内の範囲で突出させ
   て構成したことを特徴とする多層配線基板。
4. 【請求項４】請求項１または２または３において、配線
   基板における第１および第２のスルーホール導体の接続
   面を金で被覆して形成したことを特徴とする多層配線基
   板。
5. 【請求項５】請求項１または２または３または４におい
   て、更に多層配線基板の両面を防湿用樹脂で被覆して構
   成したことを特徴とする多層配線基板。
6. 【請求項６】請求項１または２または３または４におい
   て、配線パターン、並びに第１および第２のスルーホー
   ル導体の材料を、銅、ニッケル、アルミニウム、タング
   ステンの何れか、またはこれらの合金材としたことを特
   徴とする多層配線基板。
7. 【請求項７】第１の樹脂膜上に薄膜導体を密着させて成
   膜し、該薄膜導体に対してエッチングを施して複数の配
   線パターンを形成する配線パターン形成工程と該配線パ
   ターン形成工程で形成された配線パターン間の溝を含め
   て配線パターン上に第２の樹脂膜を密着させて形成する
   樹脂膜形成工程と所望の配線パターンの各々を露出させ
   る第１のスルーホールを上記第１の樹脂膜上に形成し、
   上記配線パターンの各々の縁部分を覆って固着させた状
   態で所望の配線パターンの各々を上記第１のスルーホー
   ルの面積と異なった面積で露出させる複数の第２のスル
   ーホールを上記第２の樹脂膜上に形成するスルーホール
   形成工程と該スルーホール形成工程で形成された第１お
   よび第２のスルーホールに第１および第２のスルーホー
   ル導体を埋め込む導体充填工程とを有し、配線基板を複
   数枚製造する配線基板製造工程と、 該配線基板製造工程で製造された複数枚の配線基板を積
   層し、隣接する配線基板の第１のスルーホール導体の各
   々と第２のスルーホール導体の各々とを相互に接合接続
   して多層配線基板を得る積層工程とを有することを特徴
   とする多層配線基板の製造方法。
8. 【請求項８】請求項７の配線基板製造工程において、導
   体充填工程は気相あるいは液相めっき工程であることを
   特徴とする多層配線基板の製造方法。
9. 【請求項９】請求項７または８の積層工程において、積
   層された複数枚の配線基板を加熱させて第１のスルーホ
   ール導体の各々と第２のスルーホール導体の各々とを拡
   散接合接続することを特徴とする多層配線基板の製造方
   法。
10. 【請求項１０】請求項７または８の積層工程において、
    積層された複数枚の配線基板に対して超音波振動を印加
    して第１のスルーホール導体の各々と第２のスルーホー
    ル導体の各々とを拡散接合接続することを特徴とする多
    層配線基板の製造方法。
11. 【請求項１１】複数の第１のスルーホールを穿設した第
    １の樹脂膜と、該第１の樹脂膜に連接され、上記第１の
    スルーホールの面積と異なった面積を有する複数の第２
    のスルーホールを穿設した第２の樹脂膜と、該第１およ
    び第２の樹脂膜に密着されて挾まれる段差部分となる縁
    部分を有するパターン化された複数の配線パターンと、
    上記複数の第１のスルーホールの各々に埋め込まれて所
    望の配線パターンの各々と連接された複数の第１のスル
    ーホール導体と、上記複数の第２のスルーホールの各々
    に埋め込まれて所望の配線パターンの各々と連接された
    複数の第２のスルーホール導体とを備え、上記段差部分
    となる配線パターンの縁部分を含めてスルーホール導体
    を上記第１および第２の樹脂膜に対して強固に挾み込ま
    せて構成した配線基板を、複数枚積層し、隣接する配線
    基板の第１のスルーホール導体の各々と第２のスルーホ
    ール導体の各々とを相互に接合接続して構成することを
    特徴とする多層配線基板。