JP3758811B2

JP3758811B2 - 転写シート及びそれを用いた配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP3758811B2
Application number: JP14176197A
Authority: JP
Inventors: 桂林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: JPH10335787A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、配線基板及び半導体素子収納用パッケージなどの配線回路を形成するための転写シート及びそれを用いた配線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、高密度配線基板、例えば、半導体素子を収納するパッケージに使用される高密度多層配線基板として、セラミック配線基板が多用されている。この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、この凹部内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、製造工程または搬送工程において、セラミックスの欠けや割れが発生しやすく、半導体素子の気密封止性が損なわれることがあるために歩留りが低い等の問題があった。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。
【０００４】
そこで、最近では、プリント基板では、有機樹脂からなる絶縁基板の表面に銅箔を粘着剤により接着した後、エッチング法、メッキ法により配線回路を形成し、しかるのちにこの基板を積層して多層化することが提案されている。その他、転写シートに金属箔を形成してそれをエッチング法、メッキ法で配線回路を形成し、その後絶縁基板に転写する方法がある。
【０００５】
多層基板や半導体素子収納用パッケージなどに使用される配線基板は今後益々高密度化が進み、配線幅や配線ピッチも１００μｍ以下とする必要がある。また、ＩＣチップの実装方法もワイヤーボンデイングからフリップチップへとかわるため、基板自体の平坦度を小さくする必要がある。
【０００６】
しかしながら、前記の絶縁基板上に銅箔を貼り、その後不要な部分をエッチング法やメッキ法により除去して配線回路を形成する方法は、絶縁基板をエッチング液などの薬品と必然的に接触するため絶縁基板の特性が変化したり、配線回路が絶縁基板表面に載置されているのみであるため、配線回路の基板への密着不良や銅箔と絶縁基板との界面に空隙等が発生しやすく、さらには、多層化した場合にも配線回路による凸部によって絶縁基板の平坦度が低下するなどの問題があった。
【０００７】
一方、上記の転写シートを用いて配線回路を圧力を印加して転写させる方法は、圧力によって配線回路が絶縁基板中に埋め込まれるために、配線回路の絶縁基板への密着性に優れる点で有利である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法に対して、樹脂フィルムに粘着剤により金属箔を接着させ、これにエッチング等によって配線回路を形成した後、これを絶縁基板に加熱転写する方法は、絶縁基板が各種薬品と接触することがなく、絶縁基板の特性に影響を及ぼすことがない点で優れている。
【０００９】
ところが、粘着剤自体が吸湿性を有する場合が多く、そのために配線回路を形成した転写シートを多湿雰囲気に保存すると、転写シートが変形したり、微細配線がシートから剥がれたり、さらには、配線回路を形成する際にエッチング液などに浸漬した場合に、粘着剤が膨潤しやすく、微細配線がシートから剥がれたり、金属箔による配線回路のシートへの接着が不均一となるなどの不具合があった。その結果、このような転写シートを用いて、絶縁基板に配線回路を転写させた場合、転写後の配線回路に寸法誤差や転写不良が生じるなどの問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような問題について鋭意検討した結果、樹脂からなる樹脂フィルムの表面に粘着層を介さずに直接、金属層を所定厚みおよび所定の接着力をもって形成することにより、湿度の影響を受けることなく、また、金属層のシートへの接着力を均一化することができ、線幅３０μｍの微細な配線を有する回路においても寸法誤差や転写不良を防止できることを見いだし、本発明に至った。
【００１１】
即ち、本発明における絶縁基板表面に配線回路を転写するための転写シートは、１００℃、１時間加熱後の収縮が０．０５％以下で、厚さが１０μｍ以上の樹脂からなる樹脂フィルム表面に、厚さが０．５μｍ以上の金属層を５〜７００ｇ／２０ｍｍの接着力で直接被着させたことを特徴とするものである。また、本発明の配線基板の製造方法は、樹脂からなる樹脂フィルムを７０〜１７０℃で熱処理して、１００℃、１時間加熱後の収縮が０．０５％以下で、厚さが１０μｍ以上の樹脂フィルムを作製する工程と、厚さが１０μｍ以上の樹脂フィルムの表面に、厚さが０．５μｍ以上の配線回路となる金属層を５〜７００ｇ／２０ｍｍの接着力で直接被着させた転写シートを作製する工程と、前記転写シートと有機樹脂を含有する絶縁基板とを積層した後、前記樹脂フィルムを剥離して前記配線回路となる金属層を前記絶縁基板に転写させて、前記絶縁基板表面に配線回路を形成する工程と、を具備することを特徴とするものである。
【００１２】
また、転写シートにおける前記金属層は、物理的蒸着法によって形成された蒸着層、あるいはこの蒸着層とメッキ法によって形成されたメッキ層を具備することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の転写シートは、１００℃、１時間加熱後の収縮が０．０５％以下の樹脂からなる樹脂フィルムと金属層を具備し、金属層は接着層を介さずに樹脂フィルムに直接被着形成されている。樹脂フィルムは、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、塩化ビニル、ポリプロピレン、ＰＥＮ等公知のものが使用できる。樹脂フィルムの厚みは、１０μｍ以上が適当であり、望ましくは２０〜５００μｍが良い。これは、樹脂フィルムの厚みが１０μｍより小さいとフィルムの変形や折れ曲がりにより形成した配線回路が断線を引き起こし易くなるためである。
【００１４】
また、金属層としては、配線基板として配線層を形成するに好適な金属より形成され、例えば、金、銀、銅、アルミニウムの少なくとも１種を含む低抵抗金属が好適に使用される。前記金属層の厚みは０．５μｍ以上、特に１〜１００μｍ、望ましくは５〜５０μｍが良い。金属層の厚みが０．５μｍより小さいと回路の抵抗率が高くなり、あるいはその厚みで均一な金属層を形成することが難しく、その結果、配線回路に断線などが生じやすくなる。また、１００μｍより大きいと、積層時に絶縁基板の変形や歪みが大きくなりやすい。また、エッチングしにくくなるため精度のよい微細な回路が得られないという問題もある。
【００１５】
また、本発明によれば、用いる樹脂フィルムの収縮が小さいことが望ましく、具体的には、１００℃、１時間加熱後の収縮が特に０．０１％以下であることがよい。この収縮率は、樹脂フィルム上に形成された配線層としての金属層を絶縁基板に転写するにあたり、微細配線の配線ピッチ間のバラツキを低減し、高い寸法精度で転写を可能とするための要因であって、上記の収縮が０．０５％よりも大きいと、寸法精度のよい配線層の転写ができなくなるためである。
【００１６】
このような収縮の小さい樹脂フィルムは、所定の熱処理を施すことによって作製することができる。具体的には、熱処理の温度はフィルムの材質にもよるが、７０〜１７０℃の範囲が良く、望ましくは１００〜１７０℃が良い。処理温度が７０℃より低いと樹脂フィルムの工程中での収縮が大きく、配線ピッチ間のバラツキが大きくなりやすく、また、処理温度が１７０℃より大きくなると樹脂フィルムの変形が発生し、配線ピッチ間のバラツキが大きくなる。
【００１７】
前記樹脂フィルム表面に形成される金属層は、樹脂フィルムに対して、５〜７００ｇ／２０ｍｍ、望ましくは５０〜５００ｇ／２０ｍｍの接着力をもって形成されることが重要である。上記の接着力が５ｇ／２０ｍｍより弱いと、回路形成するためのエッチング処理の際、金属層が樹脂フィルムより剥離し回路の断線を引き起こす。また、７００ｇ／２０ｍｍより大きいと、絶縁基板への転写が困難となるためである。
【００１８】
また、本発明の転写シートにおける金属層は、銅、金、銀などの低抵抗金属によって形成されることが望ましく、この金属層は、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理的蒸着法（ＰＶＤ法）により形成された蒸着層を具備することが望ましい。この中でもスパッタリング法が金属層の厚み、接着力を容易に制御できることが望ましい。金属層の厚みは、スパッタ時間により制御でき、また、樹脂フィルムへの接着力は、バイアス電圧をコントロールすることにより行うことができる。
【００１９】
また、上記のＰＶＤ法では、金属層の厚みを厚くする場合、成膜に長時間を要するために、例えば、ＰＶＤ法により形成した蒸着層の表面に、さらに電気メッキ法などによって銅などのメッキ層を形成して金属層全体の厚みを厚くすることができる。
【００２０】
また、スパッタ法以外にも、イオンプレーティング法により樹脂フィルムの表面にパラジウム（Ｐｄ）などの触媒を被覆した後、上記の低抵抗金属を無電解メッキ法によりメッキを行い、さらに電気メッキによって厚さを厚くすることができる。さらには、ＰＶＤ法により金属を樹脂フィルム表面に析出させる際に、イオンビームを樹脂フィルムに照射して金属層のフィルムへの接着力を制御してもよい。
【００２１】
次に、本発明の配線基板の製造方法について図１をもとに説明する。図１は、本発明の多層配線基板の製造方法の工程を説明するための図である。まず、上述したようにして、樹脂からなる樹脂フィルムを７０〜１７０℃で熱処理して、１００℃、１時間加熱後の収縮が０．０５％以下で、厚さが１０μｍ以上の樹脂フィルム１を作製する。次に、樹脂フィルム１の表面に形成された金属層２を具備する転写シートに対して、金属層２からなる配線回路を形成する。
【００２２】
配線回路は、樹脂フィルム１表面に形成された金属層２をエッチング法により不要部分を除去して形成する。例えば、エッチング法では、図１（ａ）に示すように、前記樹脂フィルム１の表面に金属層２を形成した後、図１（ｂ）に示すように金属層２上にフォトレジスト、スクリーン印刷等の方法で配線回路状にレジスト３を形成した後、不要な部分をエッチング除去することで所望の配線回路２を得る。その後、レジスト３をアルカリ液等により剥離除去する。
【００２３】
次に、樹脂フィルム１表面に配線回路２が形成されてなる転写シートＡから配線回路２を絶縁基板５に転写させる。転写させる方法としては、図１（ｄ）に示されるように、転写シートＡと絶縁基板５とを積層して圧力１０〜５００ｋｇ／ｃｍ²程度の圧力を印加する。この時、絶縁基板５として、絶縁基板を構成する有機樹脂を含む絶縁スラリーをドクターブレード法等によりシート状に成形した半硬化状態のシートを用いることにより、機械的圧力によってレジスト３および配線回路２を絶縁基板５内に埋め込むことができる。
【００２４】
そして、図１（ｄ）に示すように、樹脂フィルム１を剥がして絶縁基板５に配線回路２を転写させることにより、配線回路２が絶縁基板５の埋め込まれた単層の配線基板を作製することができる。その後、絶縁基板５を熱処理して完全硬化することによって配線基板を作製できる。
【００２５】
また、他の方法としては、図１（ｃ’）に示すように、配線回路２が形成された樹脂フィルム１表面に有機樹脂を含有する絶縁スラリー５を配線回路２の厚みよりも厚く、特に、一層の絶縁層相当の厚みに形成した後、この絶縁スラリー５を硬化または半硬化させて絶縁基板５を構成する方法がある。
【００２６】
その後、図１（ｄ’）に示すように、樹脂フィルム１を剥がして配線回路２を転写させることによって、絶縁基板５表面と配線回路２表面とが同一平面となった単層の配線基板を作製することができる。その後、所望により熱処理を施し絶縁基板を完全に硬化することで配線基板を作製することができる。
【００２７】
なお、上記の方法において用いられる絶縁性スラリーは、最終的には、配線基板の絶縁基板を形成するものであるため、絶縁層として好適な材料からなることが望まれる。本発明によれば、このスラリーは、少なくとも有機樹脂を含む絶縁材料からなるもので、有機樹脂としては例えば、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、フェノール樹脂等の樹脂が望ましく、とりわけ原料として室温で液体の熱硬化性樹脂であることが望ましい。
【００２８】
また、絶縁性スラリー中には、絶縁層あるいは配線基板全体としての強度を高めるために、有機樹脂に対してフィラーを複合化させることが望ましい。有機樹脂と複合化されるフィラーとしては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢａＴｉＯ₃等の公知の材料が使用できる。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の他、平均アスペクト比が２以上、特に５以上の繊維状のものや、織布物も使用できる。なお、有機樹脂と無機質フィラーとの複合材料においては、有機樹脂：無機質フィラーとは、体積比率で１５：８５〜５０：５０の比率で複合化されるのが適当である。アラミド不織布や織布に前記有機樹脂を含浸させたプリプレグなども使用できる。
【００２９】
また、絶縁性スラリーは、好適には、絶縁性基板を構成する前述したような有機樹脂と無機質フィラーとの複合材料に、トルエン、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、メタノール、メチルセロソルブアセテート、イソプロピルアルコール等の溶媒を添加して所定の粘度を有する流動体からなる。かかる観点から、スラリーの粘度は、成形方法にもよるが１００〜３０００ポイズが適当である。
【００３０】
スラリーによる絶縁シートの成形方法としては、ドクターブレード法、押し出し成形、射出成形法等公知の方法が用いられる。
【００３１】
なお、多層化に際しては、図１（ａ）〜（ｄ）の工程において、図１（ｃ）の絶縁基板５に対しては、所望により打ち抜き法やレーザーを用いた方法でバイアホールを形成し、導電性樹脂や金属フィラーを含有する導電性インク等をバイアホール内に充填しておいてもよい。そして、得られた配線基板を所望の枚数を所定位置に積層し加圧もしくは加熱して密着し一体化して多層配線基板を作製することができる。
【００３２】
本発明の転写シートおよび配線基板の製造方法は、一部またはすべてが線幅が３０μｍ以下の微細な配線回路からなるような場合においても、配線の断線なぢに優れた寸法精度で配線回路を形成することができる。
【００３３】
【実施例】
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる表１の厚みの樹脂フィルムを１００℃の温度で３０分間の熱処理した。この熱処理により、熱処理後の樹脂フィルムの７０℃で１時間保持した後の収縮率は、０．０３％であった。
【００３４】
そして、各樹脂フィルムの表面に、表１に示すバイアス電圧を印加してスパッタリング法により、表１、２に示す厚みの表面粗さ０．３μｍの銅または銀からなる金属層を形成した。その後、一部の試料についてはメッキを行って銅を５〜１０μｍの厚さに析出させた。また、図２に示すように、形成した金属層２に粘着フィルム６を補強材として張り付け、幅２０ｍｍにカットしてＰＥＴフィルム１との界面から剥離する剥離強度を測定し表１に接着力として示した。
【００３５】
そして、フォトレジスト（ドライフィルム）を貼り合わせて回路の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回路部をエッチング除去した。
【００３６】
この時、回路として、線幅５０μｍ−配線ピッチ５０μｍ、線幅３０μｍ−配線ピッチ３０μｍ、線幅１０μｍ−配線ピッチ１０μｍの配線回路を形成した。
【００３７】
一方、絶縁性スラリーとして有機樹脂としてＢＴレジンとフィラーとして球状シリカを体積比率で３０：７０の割合で混合し、この混合物に酢酸ブチルを加えてミキサーによって十分に混合して粘度１００ポイズのスラリーを調製した。
【００３８】
そして、上記絶縁性スラリーを用いてドクターブレード法により約１２５μｍの厚みに成形して絶縁性シートを作製し、さらにレーザーによりバイアホールを形成しそのホール内にＣｕ−Ａｇ合金粉末を含む銅ペーストを充填した。
【００３９】
そして、上記エッチング処理後の転写シートと絶縁性シートを位置合わせして真空積層機により３０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で２分間加圧した後、樹脂フィルムを剥がして配線回路を絶縁性シートに転写させた。そして、２００℃、５時間加熱処理して絶縁性シートを完全に硬化させて単層の配線基板を得た。
【００４０】
得られた配線基板に対して、各線幅の配線回路について、転写後の配線回路のショートの有無を確認した。また、備考の欄に、転写シートにおいてエッチングにより転写シートに配線回路を形成する際の配線のはがれ性について表１に示した。
【００４１】
なお、比較例として、アクリル系樹脂からなる接着剤を塗布して、厚み１８μｍの銅箔を樹脂フィルムに貼り付けて金属層を形成して転写シートを形成した（試料Ｎo.１５）。この転写シートを用いて、上記と同様に配線回路を形成し、絶縁基板に転写して単層の配線基板を作製し、上記と同様の評価を行った。
【００４２】
【表１】

【００４３】
表１の結果からも明らかなように、転写シートにおいて、金属層を接着剤を介して樹脂フィルム表面に形成した試料Ｎo.１５では、エッチング液に浸漬した時に接着剤の膨潤が観察され、線幅３０μｍ以下の回路形成においてショートなどの不良が生じた。
【００４４】
また、接着剤を介さずに金属層を形成した場合において、接着力が５ｇ／２０ｍｍよりも低い試料Ｎo.１、５、８では、いずれもエッチング処理時に配線のはがれが認められた。また、接着力が７００ｇ／２０ｍｍよりも高い試料Ｎo.９では、絶縁層への転写がほとんど不可能であった。なお、樹脂フィルムの厚みが１０μｍよりも薄い試料Ｎo.１０では、転写不良が生じた。さらに、金属層の厚みを０．５μｍよりも薄くする場合（試料Ｎo.１４）、均一に金属層を形成することができず、その結果、回路形成時に断線が生じた。
【００４５】
これに対して、本発明の転写シートを用いることにより、線幅が３０μｍの微細な配線回路の形成、さらには線幅が１０μｍにおいて、エッチング時にも回路の剥がれがなく、しかも転写後においても寸法精度のよい回路形成が可能であり、配線間のショートは見られなかった。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明の転写シートによれば、接着剤を用いることなく、金属層を所定厚み、所定の接着力で形成することにより、１００℃、１時間加熱後の収縮が０．０５％以下の、樹脂からなる樹脂フィルム表面に形成された金属層からなる配線回路を、線幅が３０μｍの微細な配線回路であっても、絶縁基板表面に寸法精度の高い配線回路を転写により形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法の工程を説明するための図である。
【図２】本発明における樹脂フィルムへの金属層の粘着力を測定する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
Ａ転写シート
１樹脂フィルム
２金属層（配線回路）
３レジスト
４，５絶縁基板

Claims

絶縁基板表面に配線回路を転写するための転写シートにおいて、１００℃、１時間加熱後の収縮が０．０５％以下で、厚さが１０μｍ以上の樹脂からなる樹脂フィルム表面に、厚さが０．５μｍ以上の金属層を５〜７００ｇ／２０ｍｍの接着力で直接被着させたことを特徴とする転写シート。
前記金属層が、物理的蒸着法によって形成された蒸着層を具備することを特徴とする請求項１記載の転写シート。
前記金属層が、物理的蒸着法によって形成された蒸着層と、メッキ法によって形成されたメッキ層を具備することを特徴とする請求項１記載の転写シート。
樹脂フィルムを７０〜１７０℃で熱処理して、１００℃、１時間加熱後の収縮が０．０５％以下で、厚さが１０μｍ以上の樹脂からなる樹脂フィルムを作製する工程と、前記樹脂フィルムの表面に、厚さが０．５μｍ以上の配線回路となる金属層を５〜７００ｇ／２０ｍｍの接着力で直接被着させた転写シートを作製する工程と、前記転写シートと有機樹脂を含有する絶縁基板とを積層した後、前記樹脂フィルムを剥離して前記配線回路となる金属層を前記絶縁基板に転写させて、前記絶縁基板表面に配線回路を形成する工程と、を具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
前記配線回路となる金属層が、物理的蒸着法によって形成された蒸着層を具備する請求項４記載の配線基板の製造方法。
前記配線回路となる金属層が、物理的蒸着法によって形成された蒸着層と、メッキ法によって形成されたメッキ層とを具備する請求項４記載の配線基板の製造方法。