JP3670487B2

JP3670487B2 - 配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP3670487B2
Application number: JP18394598A
Authority: JP
Inventors: 周一立野; 桂林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JP2000022297A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体素子収納用パッケージなどの配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、携帯情報端末の発達やコンピューターを持ち運んで操作するいわゆるモバイルコンピューティングの普及によって小型、薄型且つ高精細の配線基板が求められる傾向にある。
【０００３】
従来より、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配線基板として、高密度の配線が可能なセラミック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。
【０００４】
ところが、このようなセラミック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、半導体素子の封止の気密性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。また、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いる。また、配線基板を小型化するために、ビアホール導体の径を小径化すること、ビアホール導体を任意位置に配置できること、配線の微細化、多層化が求められている。
【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、各絶縁層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、絶縁層を積層して多層配線化した配線基板が試作されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マイクロドリルやパンチングを用いて孔を開ける方法では、ドリル径あるいはパンチ径は最小０．１５ｍｍ程度であり、要求される微細加工には適していなかった。特に、有機樹脂に対して繊維状の無機材料を分散させた絶縁層に対してマイクロドリルやパンチングを用いて孔を開ける場合、ビアホールの径が小さくなると孔開け加工中にドリルまたはパンチング用ピンが繊維間に入り込み折れてしまうという問題があった。
【０００９】
また、レーザー光照射によりビアホールを形成する場合、レーザー光の光径を制御することによりその径を任意に調整できる点で微細なホールの形成には非常に有利である。
【００１０】
ところが、レーザー光が照射される部分は加熱により分解除去されるが、特に絶縁層表面近傍において照射部の周辺部分もレーザー光の影響を受けるため表面が分解され、ビアホールの形状は、特にレーザー光入射側の絶縁層表面近傍のみ径が大きくなっていた。すなわち、ビアホールの孔径が設計値から大きく外れることになり、この部分に導電性物質を充填すると、場合によっては近接するビアホール導体間で短絡が発生し、回路パターン間の短絡不良の原因となる。このため、ビアホールのピッチを広くしなければならず微細配線化できないという問題があった。
【００１１】
また、加工部分の加工屑がレーザー光照射部の周辺部分に付着したりするため該周辺部分が盛り上がるような変形が生じ、その結果、絶縁層の平坦度が悪くなり、導体層がうまく形成できなかったり、また、配線基板を多層化する場合、積層時にデラミネーションが生じたり、積層体の平坦度が悪くなるという問題が生じた。
【００１２】
さらに、前記レーザ照射部の樹脂がカーボンに変質し、樹脂層と導体層との間に介在するため、導体層の密着性が悪くなるという問題があった。
【００１３】
したがって、本発明は、前記絶縁層に形成されるビアホールの寸法精度を高め、微細配線化が可能で、信頼性に優れる携帯情報端末やモバイルコンピューターに最適な小型、薄型且つ高精細な配線基板を作製できる配線基板の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような課題について鋭意検討した結果、レーザー光照射によりビアホールを形成する工程において、入射側の絶縁層表面に特定の厚みを有する離型性フィルムを設け、前記ビアホール内に導電性物質を充填した後、前記離型性フィルムを剥離することにより、絶縁層表面近傍のレーザー光照射部近傍の径の変化、変形および変質のない寸法精度の高いビアホールが形成できることを見いだし、本発明に至った。
【００１６】
また、本発明の配線基板の製造方法は、少なくとも有機樹脂を含有する厚みｔの絶縁層の一方の表面に、離型性フィルムと、前記絶縁層と該離型性フィルムとを密着させるための接着層とを、前記離型性フィルムと前記接着層との合計厚みが、前記絶縁層厚みｔの０．１５ｔ以上の厚みとなるように設け、該離型性フィルムを介してレーザー光（誘導放射光）を照射して一方の絶縁層端面側のホール径をｄ _１、他方の絶縁層端面側のホール径をｄ _２とした時、０．６≦ｄ _２／ｄ _１ ≦１となるビアホールを形成し、前記ビアホール内に導電性物質を充填した後、前記離型性フィルムを剥離し、前記絶縁層の表面に導体回路層を形成することを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、前記離型性フィルムは、厚み１０〜１００μｍであることが望ましく、また、絶縁層の表面に接着剤によって接着され、離型性フィルムと接着層を合計した厚みが１２〜１３０μｍであることが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１により説明する。
図１は、本発明における配線基板の一例を示す概略断面図である。
【００１９】
本発明の配線基板１の製造方法により作製された配線基板１は、図１に示すように、少なくとも有機樹脂を含有する絶縁層２の表面に配線回路層３が被着形成されている。そして、配線回路層３間は、ビアホール導体４によって電気的に接続されている。
【００２０】
本発明の配線基板１の製造方法により作製された配線基板１では、ビアホール導体４の一方の端面側のホール径をｄ_１、他方の端面側のホール径をｄ_２とした時、０．６≦ｄ_２／ｄ_１≦１、特に０．７≦ｄ_２／ｄ_１≦０．９８であることが重要である。この条件は、厚み５０μｍ以上、特に１００μｍ以上、さらには１５５μｍ以上の絶縁層２に対しても上記条件を満足する寸法精度のよいビアホールを形成でき、また、ビアホール径９０μｍ以下、特に８０μｍ以下のビアホールを形成する場合においても上記条件を満足する寸法精度のよいビアホールを形成できる。
【００２１】
ビアホール導体４の両端面のホール径ｄ₁、ｄ₂を上記のとおりにすることにより、ビアホールの孔径の設計値からのずれが小さくて済み、回路パターン間の短絡不良が減ずるため、配線回路の信頼性が向上するとともに、ビアホールのピッチを狭くすることができ、微細配線化が可能となるためである。
【００２２】
絶縁層２を構成する材料としては、少なくとも有機樹脂を含有するもので、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、ポリイミド系樹脂等一般に回路基板に使用される樹脂が用いられるが、特に、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＢＴレジン（ビスマレイミドトリアジン）、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド樹脂が望ましく、とりわけ原料として室温でワニス状になる熱硬化性樹脂であることが望ましい。
【００２３】
また、上記有機樹脂にガラス繊維を補強材として含浸させた有機樹脂も好適に用いられる。この時、ガラス繊維は、織布または不織布として含有されることが望ましい。特に、均一なビアホールを形成するために、織布の繊維の一部をほぐし織布の厚さを均一にする解繊を施したものであることが望ましい。また、ガラス繊維は、絶縁層中に３０〜７０体積％の割合で含まれることが望ましい。
【００２４】
さらに、絶縁層２の強度を高めるために、上記有機樹脂に無機質フィラーを添加することもできる。無機質フィラーとしては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ等が好適に用いられ、フィラーの形状は平均粒径が２０μｍ以下、特に１０μｍ以下、最適には７μｍ以下の略球形状の粉末が用いられる。また、場合によっては、高誘電率の無機質フィラーを用いることによって、絶縁層２の誘電率を高めることも可能である。さらに、有機樹脂と無機質フィラーとの体積比率を８５：１５〜１５：８５の比率範囲で適宜配合することにより、絶縁層２の熱膨張係数を調整することができる。
【００２５】
一方、配線回路層３は、銅等の低抵抗金属からなる金属箔や、銅、アルミニウム、金、銀等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。
【００２６】
また、ビアホール導体４は、例えば、銅、アルミニウム、金、銀等の群から選ばれる少なくとも１種、または２種以上の合金を主体とする低抵抗金属粉末を含む導体から形成される。低抵抗金属としては、特に銅または銅を含む合金が望ましく、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。
【００２７】
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。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。
【００２８】
さらに、絶縁層２を積層し、多層配線基板とすることもできる。多層配線基板の構成としては、ガラス繊維含有絶縁層を用いることが基板の強度向上の点で望ましいが、その場合、内部層にガラス繊維含浸有機樹脂を配置し、その最外層に有機樹脂または無機質フィラー添加有機樹脂を用いることが望ましい。
【００２９】
これは、ガラス繊維含浸有機樹脂の吸湿率は０．２％であり、アラミド繊維を含浸したものの吸湿率が２〜３％であるのに対して耐吸湿性が高いが、ガラス繊維含浸有機樹脂を多湿雰囲気で長期間保持するとガラス繊維と樹脂との界面に水分が拡散し、配線回路層３が酸化されるため、最外層としては水分を進入を防止する有機樹脂または無機質フィラー添加有機樹脂を用いることが望ましい。なお、この最外層の厚みは、１０〜３００μｍ、特に４０〜１００μｍであることが望ましい。
【００３０】
次に、配線基板１における絶縁層２に対して、前記寸法精度の高いビアホールを形成する方法について図２に基づいて説明する。
まず、前述した有機樹脂からなる絶縁層２の未硬化状態または半硬化状態（Ｂステージ）状態であるプリプレグ５（図２（１））の片方の表面に対し、接着層７を介して離型性フィルム６を接着する（図２（２））。Ｂステージ状態のプリプレグ５に対しレーザー加工を行うのは、樹脂成分が未硬化の状態のほうが分解しやすくレーザー加工を容易に行うことができるためである。また、離型性フィルムの効果を高める上では、プリプレグ５のレーザー照射による分解温度が離型性フィルムのレーザー照射による分解温度よりも低くなるように、プリプレグ５の硬化度を設定することが望ましい。
【００３１】
離型性フィルム６は、ＰＥＴ、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリル等の一般にシート形状に形成できるものが使用できる。特に、ＰＥＴ、ポリエチレンが好適に使用できる。
【００３２】
接着層７は、アクリル系、エポキシ系等の通常糊となるもの、および紫外光を照射することにより粘着性を失うタイプの接着剤が使用できる。
【００３３】
また、接着層７の厚みは２〜３０μｍであることが望ましい。これは、接着層７が無いかもしくは２μｍより薄い場合、絶縁層２と離型性フィルム６の密着性が悪くなり、密着の悪い部分にレーザー光が照射されると、絶縁層表面近傍のレーザー照射部の周辺部分に変質および変形が生じるためである。また、接着層７の厚みが３０μｍ以上になると、離型性フィルム６を絶縁層２から剥離する時に絶縁層２上に接着層７が部分的に残り、樹脂を硬化する際に残留した接着層７がカーボンとして残留し、配線基板を多層化する場合、積層不良の原因になるからである。
【００３４】
離型性フィルム６と接着層７の合計厚みは１２〜１３０μｍであることが望ましい。これは、厚みが１２μｍより薄いと、レーザー加工時に離型性フィルムの効果が充分に発揮されないためであり、また、厚みが１３０μｍより厚くなると離型性フィルム６および接着層７に孔を開けることが困難となるためである。なお、生産性を向上させる上では、離型性フィルム６と接着層７の合計厚みは１００μｍ以下、さらには５０μｍ以下であることが望ましい。
【００３５】
次に、上記離型性フィルム６を接着したプリプレグ５に対して、レーザー加工により直径０．０５から０．３ｍｍ程度のビアホール８を形成する（図２（３））。この時、形成されるビアホール８の形状は、レーザー光の径方向のエネルギー分布およびレーザー光照射時に発生する熱の伝導により、必然的にレーザー光入射側の絶縁層表面の孔径がレーザー光の孔径に対して大きくなる。特に、レーザー光の照射エネルギーが高い場合においてこの傾向は顕著である。
【００３６】
ビアホール８の形成に使用されるレーザーは、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザーおよびエキシマレーザー等の公知の方法が使用できるが、特にガラス繊維を含有するプリプレグ５に対しては、熱によって樹脂およびガラス繊維を分解、揮散および溶融することのできる炭酸ガスレーザーが特に好適である。
【００３７】
レーザー加工については、レーザーのエネルギーのバラツキは、ビアホール８のレーザー光の入射側と出射側の孔径の差を小さくする上で±１ミリジュール以内とすることが望ましい。また、照射するレーザーのパルス間隔は２×１０^-5〜２×１０^-3であることが望ましい。パルス間隔が２×１０^-5秒未満になると、ビアホール周辺の樹脂が変質し、絶縁層２と配線回路層３との接着性が悪くなるためである。また、パルス間隔を２×１０^-3より長くすると生産性が低下する。
【００３８】
また、レーザー加工を行う際に、図３に示すように予め試料支持体（アクリル製）９にビアホール８よりも２〜６倍程度大きい径の孔１０を開けた後、ビアホール８を形成する位置が孔１０の直上となるようにプリプレグ５を設置することによって、絶縁層２のレーザー光出射側についても表面近傍のレーザー光照射部近傍の径の変化、変形および変質のないビアホールが形成できる。さらに、レーザー加工時に孔１０を通して吸気することにより、レーザー加工時に発生する加工屑を効率よく除去することができる。
【００３９】
次に、本発明の配線基板の製造方法を図３に基づいて説明する。
（１）プリプレグ５の形成方法
（ａ）ガラス繊維含浸プリプレグ
前述した有機樹脂に、トルエン、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール、メタノール等の溶媒を添加して１００〜３０００ポイズの粘度を有する有機樹脂スラリーを作製する。作製した有機樹脂スラリーに、例えば、ＥガラスやＳガラスの織布または不織布を浸し、ガラスに有機樹脂を含浸させる。その後、４０〜１００℃で０．５〜５時間加熱乾燥する。また、レーザー加工時に、ガラス繊維と樹脂の分解、蒸発温度が異なるために、孔の形状が不均一となることを防止するにはプリプレグ５中のガラス繊維の分散性が高いことが望ましい。また、プリプレグ５には市販のプリプレグを使用してもよい。
【００４０】
（ｂ）有機樹脂、無機質フィラー添加プリプレグ
有機樹脂、または有機樹脂と無機質フィラーからなる組成物を混練機や３本ロールなどの手段によって十分に混合し、これを圧延法、押し出し法、射出法、ドクターブレード法などによってシート状に成形した後、有機樹脂を半硬化させる。半硬化には、有機樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、加熱下で混合したものを冷却し、熱硬化性樹脂の場合には、完全固化するに十分な温度よりもやや低い温度に加熱すればよい。
【００４１】
（２）および（３）（１）で作製したプリプレグ５に対し、前述のビアホールの形成方法に基づきビアホール８を形成する。すなわち、プリプレグ５の表面に所定厚みの接着層７を介して、離型性フィルム６を接着し、レーザー光照射によりビアホールを形成する。
【００４２】
（４）そして、形成したビアホール８に対して、導体ペーストを充填してビアホール導体４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、エポキシ、セルロース等の有機樹脂を０．１〜５重量部、酢酸ブチル、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。所望によっては、ビアホール８を充填した後、６０〜１４０℃で加熱処理を行い、ペースト中の溶剤および樹脂分を分解、揮散除去することもできる。
【００４３】
（５）（４）のプリプレグ５より離型性フィルム６および接着層７を剥離する。この時、離型性フィルム６および接着層７部分に埋め込まれた導体も離型性フィルム６および接着層７とともに剥離する。
【００４４】
（６）次に、（４）のプリプレグ５の表面に、配線回路層３を形成する。配線回路層３の形成には、銅等の金属箔を絶縁層１１に接着剤で貼りつけた後に、回路パターンのレジストを形成して酸等によって不要な部分の金属をエッチング除去するか、予め打ち抜きした金属箔を貼りつける等の方法がある。他の方法としては、絶縁層１１の表面に導体ペーストを回路パターンにスクリーン印刷や、フォトレジスト法等によって形成して乾燥後、加圧して配線回路を絶縁層表面に埋め込みプリプレグ５に密着させることで形成できる。特に、配線回路をフィルム、ガラス、金属板上にメッキ、金属箔を形成し、これをエッチングにより回路パターンを形成し、プリプレグ５上に加圧しながら転写することにより配線回路を絶縁層表面に埋め込んで形成することができる。この方法は、特に多層化時、積層時の配線回路層による積層不良を防止できる点で有効である。
【００４５】
（７）その後、１５０〜３００℃の硬化温度で加熱して絶縁層の有機樹脂を完全に硬化させる。また、多層配線基板とする場合は、（５）のプリプレグ５を所望の枚数位置合わせした後に積層し硬化処理を行えばよい。この時、プリプレグ５の積層方法としては、前述の通り内部層をガラス樹脂含有プリプレグとし、最外層を有機樹脂または無機質フィラー添加プリプレグとすることが望ましい。絶縁基板の内部層と最外層とは、いずれも半硬化状態で接着され、且つ同時に硬化されるために、ガラスを含まない最外層が、内部層から剥離することはなく、多層配線基板を作製することができる。
【００４６】
【実施例】
実施例１
ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂（熱膨張率測定によるガラス転移点１６５〜１８５℃）を含むスラリー（溶媒トルエン）をガラス織布に含浸させた後、乾燥させ、表１に示す厚みのガラス繊維含浸プリプレグを準備した。なお、含有比率は、ポリイミド樹脂５０体積％、ガラスの織布５０体積％とした。このプリプレグの片面に、表１に示す厚みのアクリル系粘着層（厚みｔ₂）を介してＰＥＴフィルム（厚みｔ₁）を接着した。
【００４７】
そして、このプリプレグに炭酸ガスレーザーを用い、表１に示すレーザー照射条件で７０μｍのビアホールを形成し、そのホール内に銀をメッキした銅粉末を含む銅ペーストを充填してビアホール導体を形成後、前記ＰＥＴフィルムおよびアクリル系粘着層を剥離した。
【００４８】
一方、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂からなる転写シートの表面に接着剤を塗布して粘着性をもたせ、厚さ１２μｍ、表面粗さ０．８μｍの銅箔を一面に接着した。その後、フォトレジストを塗布し露光現像を行った後、これを塩化第二鉄溶液中に浸漬して非パターン部をエッチング除去して配線回路層を形成した。なお、作製した配線回路層は、線幅が３０μｍ、配線と配線との間隔が３０μｍとした。
【００４９】
そして、前記のプリプレグの表面に、上記のようにして配線パターンが形成された転写シートを重ね合わせて圧着し、転写シートのみを剥離して配線回路層を転写し、配線回路層をプリプレグ表面に埋め込んだ。
【００５０】
得られたプリプレグについて、２００℃で１時間、２０ｋｇ／ｃｍ²の荷重をかけた状態で加熱して完全硬化させて配線基板を作製した。
【００５１】
得られた配線基板について、実体顕微鏡を用い、変形や変質の有無の確認およびビアホールの一方の端面側のホール径ｄ₁および他方の端面側のホール径ｄ₂の測定を行った。結果は表１に示した。
【００５２】
【表１】

【００５３】
表１の結果から明らかなように、離型性フィルム６と接着層７の合計厚みが、絶縁層２厚みｔの０．１５ｔより小さい試料Ｎｏ．９、１４、２４では、ビアホールの一方の絶縁層端面側のホール径をｄ₁、他方の絶縁層端面側のホール径をｄ₂とした時、いずれも０．６≦ｄ₂／ｄ₁≦１から逸脱し、また、絶縁層のレーザー光入射側の表面に変質による変色が生じた。
【００５４】
これに対し、本発明の範囲内のものは、いずれも０．６≦ｄ₂／ｄ₁≦１の寸法精度のよいビアホールが形成できた。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、絶縁層の表面に特定の厚みの離型性フィルムおよび接着層を貼り合わせて、レーザー光照射によりビアホールを形成することにより、絶縁層表面の変形や変質を防止しながら、寸法精度の高いビアホール導体を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板１の製造方法により作製された配線基板の概略断面図である。
【図２】本発明の配線基板の製造方法を説明するための図である。
【図３】本発明の配線基板のビアホール形成時の磁器の支持方法を示すための図である。
【符号の説明】
１配線基板
２絶縁層
３配線回路層
４ビアホール導体
５プリプレグ
６離型性フィルム
７接着層
８ビアホール
９支持体
１０孔
１１絶縁層

Claims

少なくとも有機樹脂を含有する厚みｔの絶縁層の一方の表面に、離型性フィルムと、前記絶縁層と該離型性フィルムとを密着させるための接着層とを、前記離型性フィルムと前記接着層との合計厚みが、前記絶縁層厚みｔの０．１５ｔ以上の厚みとなるように形成する工程と、前記絶縁層に該離型性フィルムおよび接着層を介してレーザー光を照射して一方の絶縁層端面側のホール径をｄ _１、他方の絶縁層端面側のホール径をｄ _２とした時、０．６≦ｄ _２／ｄ _１ ≦１となるビアホールを形成する工程と、前記ビアホール内に導電性物質を充填する工程と、前記離型性フィルムおよび接着層を剥離する工程と、前記絶縁層の表面に導体回路層を形成する工程とを具備する配線基板の製造方法。
前記離型性フィルムと接着層を加えたの厚さが１２〜１３０μｍである請求項１に記載の配線基板の製造方法。
前記離型性フィルムが、ＰＥＴ、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリルのうちから選ばれる１種から構成される請求項１又は２に記載の配線基板の製造方法。