JP3554171B2

JP3554171B2 - 回路基板の製造方法

Info

Publication number: JP3554171B2
Application number: JP1155198A
Authority: JP
Inventors: 周一立野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2018-01-23
Also published as: JPH11214839A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度、高機能回路基板の製造方法に関し、特にビアホール部の形成に関わる回路基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、多層配線基板、例えば、半導体素子を収納するパッケージに使用される多層配線基板として、高密度の配線が可能なセラミック多層配線基板が多用されている。この多層セラミック配線基板は、アルミナなどの絶縁基板と、その表面に形成されたＷやＭｏ等の高融点金属からなる配線導体とから構成されるもので、この絶縁基板の一部に凹部が形成され、この凹部に半導体素子が収納され、蓋体によって凹部を気密に封止されるものである。
【０００３】
ところが、このようなセラミック多層配線基板の絶縁基板を構成するセラミックスは、硬くて脆い性質を有することから、製造工程又は搬送工程において、セラミックスの欠けや割れ等が発生しやすく、半導体素子の気密封止が損なわれることがあるために歩留まりが低い等の問題があった。
【０００４】
また、多層セラミック配線基板においては、焼結前のグリーンシートにメタライズインクを印刷して、印刷後のシートを積層して焼結させて製造されるが、その製造工程において、高温での焼成により焼成収縮が生じるために、得られる基板に反り等の変形や寸法のばらつき等が発生しやすいという問題があり、回路基板の超高密度化やフリップチップ等のような基板の平坦度の厳しい要求に対して、十分に対応できないという問題があった。
【０００５】
そこで、最近では、銅箔を接着した有機樹脂を含む絶縁基板表面にエッチング法により微細な回路を形成し、しかる後にこの基板を積層して多層化したプリント基板や、銅などの金属粉末を含むペーストを絶縁層に印刷して配線層を形成した後、これを積層し、あるいは積層後に、所望位置にマイクロドリルやパンチング等によりビアホールを形成し、そのビア内壁にメッキ法により金属を付着させて配線層を接続して多層化したプリント配線基板が提案されている。
【０００６】
このようなプリント基板においては、その強度を高めるために有機樹脂に対して球状あるいは繊維状の無機材料を分散させた絶縁基板も提案されており、これらの複合材料からなる絶縁基板上に多数の半導体素子を搭載したマルチチップモジュール（ＭＣＭ）等への適用も検討されている。
【０００７】
このようなプリント配線板の多層化、配線の微細化の要求に対応して、最近では、有機樹脂を含む絶縁シートの表面に銅などの低抵抗金属を含む導体ペーストで回路を形成したり、各絶縁シートに対してビアホールを形成し、そのビアホール内に低抵抗金属粉末を含む導体ペーストを充填してビアホール導体を形成した後、導体層を形成し、絶縁シートを積層して多層配線化した配線基板を製造する試みが行われている。
【０００８】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、低抵抗金属を含む導体ペースト中には、絶縁層への印刷性を高めるとともに、金属粉末を互いに結合させるために結合剤及び溶剤が配合されるため、金属粉末の周囲はこの結合剤や溶剤で囲まれており金属粉末同士の接触が悪く、通常の銅箔や銅メッキにより形成された導体層よりも抵抗値が高いという問題があった。そのため、導体ペーストを印刷した後に、結合剤及び溶剤を加熱分解したり、印刷された配線層を加圧して緻密化することが行われている。しかしながら、このようにして得られた導体配線層中においても結合剤や溶剤を完全に除去できず、抵抗率はせいぜい７×１０^−４Ω−ｃｍ程度であり、低抵抗化が困難であるという欠点を有していた。
【０００９】
また、結合剤及び溶剤を除去できても低抵抗金属粒子間に隙間が多量に存在するため、この隙間に水分が侵入し、導体粉末が酸化したり、基板の温度が上昇した時に基板が破裂するなどの問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、これらの問題点を除去し、導体ペーストの充填によって形成されたビアホール導体の緻密化と低抵抗化を図り、高い信頼性を確保できる回路基板の製造方法を提供するものである。
【００１１】
【問題点を解決しようとする手段】
本発明者は、上記の課題に対して検討を重ねた結果、絶縁シートに対して、ビアホールを形成する際に、ビアホールの周囲に盛り上がり部が形成されるように形成して、そのビアホールに導体ペーストを充填した後、その盛り上がり部を加圧して絶縁シートに埋め込みことにより、ビアホール導体における金属粉末の充填率が向上し、ビアホール導体の低抵抗化が図れることを見いだし、本発明に至った。
【００１２】
即ち、本発明の回路基板の製造方法は、有機樹脂と無機材料との複合体からなる絶縁シートの所定箇所に、他の領域よりもホール周囲が盛り上がるようにビアホールを形成する工程と、該ビアホール内に前記盛り上がり領域まで導体ペーストを充填する工程と、該ビアホール周囲の盛り上がり領域に圧力を加えて、盛り上がり領域を絶縁シート中に押し込む工程と、前記ビアホール形成部を含む前記絶縁シートの表面に導体層を被着形成する工程とを具備することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の回路基板の製造方法は、前記ビアホールをレーザ光の照射により形成すること、前記ビアホールの周囲の盛り上がり部の高さが、前記絶縁シートの厚みの１０〜９０％であることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の回路基板１は、例えば、図１に示すように、少なくとも有機樹脂を含む絶縁層２ａ〜２ｄが積層され、その絶縁層２ａ〜２ｄの各層間あるいは表面には、配線層３が被着形成されており、異なる層間の配線層３を接続するためにビアホール導体４が内蔵されている。
【００１５】
絶縁層２ａ〜２ｄに含まれる有機樹脂として、例えば、エポキシ系樹脂、トリアジン系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、フェノール樹脂、フッ素系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、ポリイミド系樹脂など一般に回路基板に使用される樹脂であればいずれでもよい。
【００１６】
また、本発明によれば、回路基板の絶縁層はその中に絶縁層あるいは基板全体の強度を高めるために、前記有機樹脂に対して無機フィラーを複合させるのが望ましい。有機樹脂と複合される無機フィラーとしては、ガラス繊維に樹脂を含浸させたシート（プリプレグ）、また、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＢａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ゼオライト、ＣａＴｉＯ_３、ほう酸アルミニウム粒子等の公知の材料が使用できる。
【００１７】
一方、配線層３は、銅などの低抵抗金属からなる金属箔や、銅、アルミニウム、銀、金などの低抵抗金属粉末を含む導体から形成される。低抵抗化の上では、金属箔から構成されることが望ましい。
【００１８】
さらに、ビアホール導体４は、例えば、銅、銀、アルミニウム、金の群から選ばれる少なくとも１種、又は２種以上の合金を主体とする低抵抗金属粉末を含むものである。低抵抗金属としては、特に銅又は銅を含む合金が望ましい。充填される低抵抗金属粉末は、平均粒径が０．１〜１０μｍのものが望ましい。
【００１９】
また、場合によっては、上記の金属以外に、回路の抵抗調整のためにＮｉ−Ｃｒ合金などの高抵抗の金属を混合、又は合金化しても良い。更に低抵抗化のために、前記低抵抗金属よりも低融点の金属、例えば、半田、錫等の低融点金属を導体組成物中に含んでもよい。
【００２０】
また、ビアホール導体中には、上記の抵抵抗金属以外に、金属粉末間の結合材として、あるいは金属粉末の充填性を向上させるために結合剤及び溶剤が添加される。
【００２１】
次に、本発明の回路基板の製造方法について図２の工程図をもとに説明する。
【００２２】
まず、有機樹脂、あるいは有機樹脂と無機質フィラーとからなる組成物を用いて図１（ａ）に示すような絶縁シート１１を形成する。この絶縁シート１１は、上記組成物からなるスラリーを用いて、ドクターブレード法、圧延法、射出成形法などによりシート状に成形することにより得られる。また、上記以外にプリプレグ等を用いることもできる。
【００２３】
次に、図１（ｂ）に示すように、上記の絶縁シート１１に対して、ビアホール１２を形成する。このビアホール１２は、直径が０．０５〜０．３ｍｍ程度の微小なホールである。本発明によれば、このビアホール１２の形成にあたって、絶縁シート１１のビアホール１２以外の他の領域よりもビアホール１２周囲が盛り上がるようにビアホールを形成することが重要である。
【００２４】
盛り上がり部１３の高さＬは、絶縁シート１１の厚みａの１０〜９０％，特に２０〜７０％であることが望ましい。この盛り上がり部１３は、例えば、ビアホール１２をレーザーの照射によって形成し、その際の後述する実施例に示される通り、ビームの走査回数または／及びビームのパルス周波数により容易に制御することができ、走査回数を増大する程、あるいはパルス周波数が小さいほど、盛り上がり比率を大きくすることができる。なお、ビアホールの形成に使用されるレーザは、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、及びエキシマレーザ等の公知の方法が使用できる。
【００２５】
その後、図１（ｃ）に示すように、周囲に盛り上がり部１３が形成されたビアホール１２に対して、導体ペーストを盛り上がり部１３まで充填してビアホール導体１４を形成する。導体ペーストは、前述した低抵抗金属粉末１００重量部に対して、エチルセルロース等の有機樹脂を０．１〜５重量部、イソプロピルアルコール、オクタノール、テルピネオール等の溶剤を４〜１０重量部の組成からなることが望ましい。
【００２６】
その後、図１（ｄ）に示すように、このビアホール導体１４が形成された絶縁シート１１の、ビアホール導体１４形成部を含む表面に配線層を１５を形成する。配線層１５は、ａ）絶縁シート１１の表面に金属箔を被着形成してフォトレジスト法により所定領域をエッチング除去して回路パターンを形成する、ｂ）フィルム表面にａ）と同様にして金属箔からなる回路パターンを形成後、絶縁シート１１にフィルムを重ね合わせて圧着した後、フィルムのみを剥がすことにより配線層を転写する、ｃ）導体ペーストをスクリーン印刷法等により印刷塗布する、等の方法によって形成する。
【００２７】
これらの中で、ａ）の方法では、ビアホール導体中の隙間にエッチング液が浸透して悪影響を及ぼすことがあり、ｃ）は抵抗が高いために、ｂ）の方法が最も望ましい。
【００２８】
そして、該ビアホール周囲の盛り上がり部１３に圧力を加えて、図１（ｅ）に示すように、盛り上がり部１３を絶縁シート１１中に押し込む。この圧力の印加は、盛り上がり部１３が絶縁シート１１に押し込まれ、ビアホール導体１４形成部が他の領域を含め平坦化するに十分な圧力であれば、特に限定するものではないが、１０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２程度が最も望ましい。
【００２９】
本発明によれば、この圧力の印加により、盛り上がり部１３を有するビアホール１２内に充填されていた導体ペーストの体積が盛り上がり部１３の絶縁シート１１への押し込みによって収縮される結果、ビアホール導体１４中の金属粉末の充填率を高めることができ、その結果、ビアホール導体の抵抗を低減することができる。
【００３０】
なお、本発明において、この盛り上がり部の高さを前述した範囲に限定したのは、絶縁シートの厚みの１０％より小さいと、盛り上がり部１３が絶縁シート１１内へ押し込まれると同時に盛り上がり部に充填されていた導体ペーストの押し込まれる量が少なく、ビアホール導体の充填率を高める作用が小さいためである。
【００３１】
一方、前記盛り上がりの高さが絶縁シートの厚みの９０％より高くなると、圧力を印加してもホール周囲の盛り上がり部１３を完全に絶縁シート１１内に押し込むことができず、形成された基板の平坦度が悪くなる場合がある。
【００３２】
なお、本発明によれば、配線層１５を形成する場合に、盛り上がり部１３によって配線層１５の位置ずれ等を発生する場合には、予め、盛り上がり部１３を押し込み処理した後に、配線層１５を形成してもよい。
【００３３】
また、盛り上がり部１３の絶縁シート１１への圧力印加による押し込み処理は、ビアホール導体１４の表面に、前述したｂ）の手法によって配線層１５を転写する際の圧力の印加と同時に行ってもよい。さらには、ビアホール導体１４および配線層１５を形成した絶縁シート１１を同様にして複数形成し、それらを位置合わせして積層圧着する際に同時に行ってもよい。
【００３４】
そして、上記のようにして押し込み処理を施した絶縁シートを、単層あるいは複数層からなる積層体を絶縁シート中の熱硬化性樹脂が硬化するに十分な温度に加熱することにより、単層あるいは多層の回路基板を作製することができる。
【００３５】
【実施例】
ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル樹脂）あるいはＢＴレジン（ビスマレイミドトリアジン）樹脂に、無機質フィラー（強化物）としてＳｉＯ_２粉末を６０体積％混合した組成物をドクターブレード法により厚み１００μｍのシート状に成形した。また、ＰＰＥ樹脂又はＢＴレジン樹脂をガラスクロスへ含浸してなる厚み１００μｍのプリプレグを絶縁シートとして準備した。
【００３６】
各絶縁シートに、ビーム径２０μｍのＹＡＧレーザビームを表１、２に示すような条件で、ビームの走査回数またはパルス周波数を変化させながら照射、走査し、直径１００μｍのビアホールを１０００個形成した。形成したビアホールの周囲の盛り上がり部の最大高さＬの平均値の絶縁シートの厚さ１００μｍに対する比率を算出した。
【００３７】
次に、形成したビアホールへ平均粒径５μｍのＡｇとＣｕの合金粉末１００重量部に、エチルセルロースを０．２重量部、溶剤として２−オクタノールを６重量部添加混合して作製した導体ペーストを印刷法にて充填した。
【００３８】
この絶縁シート表面に対して、フィルム表面に予め形成した厚み１８μｍのＣｕ箔からなる配線層を圧力３０ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら転写させると同時に、ビホアールの盛り上がり部を絶縁シート中に埋め込んだ。
【００３９】
その後、この絶縁基板を１２０℃で２時間、窒素中で処理して、ビアホール導体中の溶剤およびバインダーを除去した後、７０ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら２５０℃で１０分間熱処理して単層の回路基板を作製した。
【００４０】
導体ペースト充填前におけるヴィアホール内の絶縁材料の屑及び炭化物の観察を光学顕微鏡を用いて観察した。また、ビアホール導体における金属粉末の充填性を光学顕微鏡で観察するとともに、ビアホール導体の抵抗率を４端子法により測定した。その評価結果を表１、２に示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
【表２】

【００４３】
表１、表２によれば、盛り上がり部を全く形成せずに作製した試料Ｎｏ．１、８、１５、２２、２９、３６、４３、５０はいずれもビアホール導体の抵抗率が１×１０^−４Ω−ｃｍを越えるものであったが、本発明に従い、作製した回路基板は、いずれもビアホール導体の抵抗率が１×１０^−５Ω−ｃｍ以下の低抵抗のものであった。なお、盛り上がり比率が９０％を越える試料Ｎｏ．７、１４、２１、２８、３５、４２、４９、５６では、低抵抗であるものの、ビアホール導体部の平坦度が低下したが、９０％以下のものは、ビアホール導体回りの盛り上がりもなく、平坦度に優れた回路基板であった。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の回路基板の製造方法によれば、ビアホール導体の導体抵抗が低く、ビアホール回りの盛り上がりもなくなり平坦度に優れた回路基板が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における回路基板の概略断面図である。
【図２】本発明の製造方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１回路基板
２絶縁シート
３配線層
４ビアホール導体
１１絶縁シート
１２ビアホール
１３盛り上がり部
１４ビアホール導体
１５配線層

Claims

少なくとも有機樹脂を含む絶縁シートの所定箇所に、他の領域よりもホール周囲が盛り上がるようにビアホールを形成する工程と、該ビアホール内に前記盛り上がり領域まで導体ペーストを充填する工程と、該ビアホール周囲の盛り上がり領域に圧力を加えて、盛り上がり領域を絶縁シート中に押し込む工程と、前記ビアホール形成部を含む前記絶縁シートの表面に導体層を被着形成する工程とを具備する回路基板の製造方法。
前記ビアホールをレーザ光の照射により形成することを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
前記ビアホールの周囲の盛り上がり部の高さが、前記絶縁シートの厚みの１０〜９０％である請求項１記載の回路基板の製造方法。