JP3812741B2 - 多層配線板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多層配線板は、信号回路、電源、アース回路等を内蔵できることから、配線の高密度化の有効な方法として種々の電子機器に多用されている。
従来の多層印刷配線板の代表的製造法は、相互接続部以外をカバーレイフィルム等で覆い絶縁性を得ながら、銅めっき等により各層の配線パターンを相互に電気的に接続することが一般的に行われている。
また、比較的新しい試みとして、相互接続部以外をカバーレイフィルムやマスクフィルム、レジストフィルム等（これらをカバーフィルムと以下総称）で覆う等して絶縁性を得ながら、相互接続部を導電粒子を分散した接着剤よりなる材料を用いて各層の配線パターンを相互に接続することも提案（例えば特開昭６１−４９４９９号公報や、特開平２−３６５９３号公報）されており、この場合の導電粒子として、はんだが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法はいずれも、相互接続部以外をカバーフィルムで覆うため、対向する配線板間にカバーフィルムが２層存在し多層配線板とした時、厚みの減少が得難くコストアップの一因ともなっていた。また配線パターンの相互接続法については、銅等でめっきする方法は複雑なめっき工程が必要であり、またカバーフィルムを熱圧着する時に銅めっき破壊し易い欠点がある。
導電粒子と接着剤よりなる材料で接続する場合は、配線パターンの高さのばらつきに対応しにくく実用性に乏しかった。すなわち硬質導電粒子の場合、スペーサ状となりこの部分より高さの低い配線パターンの接続が不可能となり、はんだのような接続時に溶融し比較的配線パターンの高さのばらつきに対応可能な軟質導電粒子の場合、隣接配線パターン間で溶融して連結しリークする等、ますます進行する配線の細線化に対応不可能となってきた。
本発明は、配線パターンの高さのばらつきに対応可能で所望の配線パターンが接続でき、カバーフィルムやめっき工程が不要でさらに配線の細線化にも対応可能な層間接続を用いた多層配線板に関する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、配線パターンを有する２枚の基板の少なくとも一方は背面電極を有し、接続を必要とする突出した平面状の配線パターン間が導電粒子を介して層間接続され、突出しない配線パターン間及び隣接パターン間が絶縁され、前記２枚の基板の間は接着剤により一体化してなり、前記導電粒子は粒径が隣接配線パターン間距離よりも小さな高分子核材の表面に導電層を形成したもの、または金属粒子凝集体であり、加熱加圧もしくは加圧により変形性を有し、導電粒子による層間接続部は、基板に設けられたスルーホール部と配線パターン部とが混在してなる３層以上の多層配線板である。また、上記多層配線板において、層間接続部の配線パターン上の接続を必要とする部分に５個以上の導電粒子が存在してなる多層配線板であると好ましい。また、接着剤層に、さらに、積層一体化後の対向する配線パターンの最小部の距離と同等な、少なくとも積層時に導電粒子より変形しにくい硬質な粒状物を含有させると好ましい多層配線板である。さらに、接着剤の抽出水（純水で１００℃、１０時間抽出後）のＮａ及びＣｌイオンがそれぞれ接着剤重量に対して２０ｐｐｍ以下である上記の多層配線板であると好ましい。
【０００５】
本発明の構成を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施例を説明する断面模式図である。１は絶縁基板であり、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド等を、紙、ガラス布、ガラス不織布、等の基材に含浸し加熱加圧したものや、ポリエステルやポリイミド等のプラスチックフィルム、ＡｌやＦｅ等の金属、及びセラミックス等がある。配線パターン２は、図１のように絶縁基板１の両面に形成するが、多層配線板を構成したときの最外層は片面でも良い。配線パターン２は図１のように基板面から少なくとも一方が突出する必要があり、配線パターンを有する２枚の基板の少なくとも一方は背面電極を有している。対抗する配線パターンは図示してないが平面状や凹面状等いずれでも良いが、絶縁基板１の表面から突出することが接続安定性の点から好ましい。これらの配線パターンは、テンティング法、アディティブ法、及び転写法等の一般手段で形成できる。絶縁基板１と配線パターン２の間に接着層が存在しても良い。
【０００６】
本発明に好適な接着剤層７について説明する。
接着剤６としては、シート等に用いられる熱可塑性材料や、熱、光、電子線等のエネルギーによる硬化性材料が広く適用出来る。多層配線板の耐熱性や耐湿性に優れることから硬化性材料が好ましく、中でもエポキシ系接着剤やイミド系接着剤は、分子構造上接着性や耐熱性に優れることや硬化時間が広く設定出来ることから好ましい。
エポキシ系接着剤は、例えば高分子量エポキシ、固形エポキシと液状エポキシ、ウレタンやポリエステル、ＮＢＲ等で変性したエポキシを主成分とし、硬化剤や触媒、カップリング剤、充填剤等を添加してなるものが一般的である。これら材料は、抽出水のＮａイオンやＣｌイオンが２０ｐｐｍ以下の高純度品であると、多層配線板の耐電食性が向上するので好ましい。
【０００７】
導電粒子５としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、はんだ等の金属粒子やカーボン等があり、これら及び非導電性のプラスチック等の高分子核材等に、前記した導電層を被覆等により形成したものでも良い。さらに前記したような導電粒子と絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子や、導電粒子と絶縁粒子の併用等も、回路の細線化に極めて有用である。
これら導電粒子の粒径は隣接配線パターン間距離よりも小さいことが、配線の細線化に対応する上で必要である。
導電粒子５は、加熱加圧もしくは加圧により変形性を有し、積層時に回路との接触面積が増加し信頼性が向上するので好ましい。
この変形性とは、導電粒子が高分子核材の表面に導電層を有する被覆粒子の場合や、導電粒子が凝集体を形成し積層時に凝集状態を変える場合をいう。これらの粒子は、はんだのように溶融せずに積層時の加熱加圧により変形性を有するので、配線板や配線パターンの厚みや平坦性のばらつき、あるいは配線パターンが突起した配線パターンと突起しない配線パターンとが混在してなる場合等に対応し易く、またはんだのように溶融しないのでリークの心配はない。
導電粒子の数は、加圧方向にのみ導電性を有する程度の数で良い。このため原則的には配線パターン上の接続を必要とする部分に１個あれば良いが、５個以上とすることで接続信頼性がさらに向上するので好ましい。導電粒子の数が増すと積層一体化後に、隣接パターン間でリークが発生し易くなる。
【０００８】
本発明に好適な高分子核材の表面に、金属、金属酸化物、合金等の導電層を有する被覆粒子の高分子核材としては、ポリスチレンやエポキシ樹脂等のプラスチックやゴム類等の高分子類がある。高分子核材の表面に導電層を有する導電粒子は、はんだのように融点を示さないので軟化の状態を接続温度で広く制御できる。被覆粒子や、例えばＮｉやＷ等の硬質金属粒子の場合、凝集体を形成し積層時に凝集状態を変えることで信頼性が向上する。
【０００９】
積層一体化に際しては、絶縁性基板に少なくとも突起した配線パターンを有してなる複数枚以上の両面配線板の間に、導電粒子と接着剤とよりなる接着剤層を形成し、配線パターン面の接続を必要とする部分を位置合わせし加熱加圧により積層一体化する。この時積層を必要とする所定枚の配線板に例えば貫通孔を形成しておきピン等で位置合わせするいわゆるピンラミネーション法が好適であり、一体化の方法としては、プレスやロールラミネータ等の一般的な方法で良い。ピンラミネーション法の貫通孔を導電性接着剤で充填することや、スルーホールめっきすることで全層間の電気的接続を得ることも出来る。
【００１０】
図２は図１の構成の積層一体化後を示す断面模式図である。接続を必要とする配線パターン２を有する、第１及び第２の配線板３、４間に、導電粒子５と接着剤６よりなる接着剤層７を用いて積層一体化し、２つの配線板同士３−４を接着すると共に、これらの接続を必要とする配線パターン間２−２’の電気的導通を得るものである。ここに接続を必要とする配線パターン２は、パターン全体でもパターンの一部でも良く、接続面に接続不要配線パターン８（例えばバイアホール部）が存在しても良い。好ましい導電粒子である変形性粒子の場合、導電粒子５が配線パターン上の接続を必要とする部分２−２’に変形して挟まれパターンとの接触面積が増大し接続抵抗が安定化し信頼性も向上する。
【００１１】
この層を任意に積層することで任意の多層配線板とすることが出来る。接着剤の最適充填量は接着剤の厚みで管理できるが、積層一体化により端部に流出させて不要部を除去すると気泡の混入が少なく好ましい。
この様子を図３で被覆導電粒子の場合により説明する。突起した配線パターンの高さの差（２，２Ａ）に応じて変形度をかえており、図３は被覆導電粒子の核材の熱変形により変形する。この時、積層一体化後の対向する配線パターンの最小部の距離と同等な、少なくとも積層時に導電粒子より変形しにくい硬質な粒状物９を含有すると、配線パターンの高さの差に応じた導電粒子の変形度をコントロールし易く好ましい。粒状物９は硬質な導電粒子の単粒径をそのまま用いて良く、また絶縁性のシリカ、ガラス、ヘンゾグアナミン等の硬質樹脂等がある。
【００１２】
図４は本発明で得た多層配線板の断面構造の例である。配線パターンが突出した配線パターン１１と突出しない配線パターン１２とが混在しているが、スルーホール部１３を含む配線パターンの接続を必要とする、突出した配線パターンを含む部分(配線パターン部)が層間接続され、突出しない配線パターン例えば平面もしくは凹面の突出しない配線パターンは層間が絶縁されて接続している。
【００１３】
本発明によれば、絶縁基板に突出した配線パターンを有してなる２枚以上の両面配線板の間に、粒径が隣接配線パターン間距離よりも小さな導電粒子と接着剤とよりなる接着剤層を配置し、加熱加圧により積層一体化してなる多層配線板なので、相互接続部以外は絶縁性接着剤に接するためカバーフィルムが不要であり、相互接続部は加圧方向のみに導電性の導電粒子により電気的接続を得ているのでめっきが不要である。
導電粒子は、加熱加圧もしくは加圧により変形性を有するが溶融しないので、配線パターンの高さのばらつきに対応可能で所望の配線パターンが接続でき、積層時に回路との接触面積が増加し信頼性が向上する。また導電粒子の濃度を管理することとも合わせて、パターン間でリークが発生せず熱圧着の条件が広範囲に適用可能である。そのため接続抵抗が安定化し信頼性も向上し回路の細線化に対応可能であり、加えて多層配線板の厚みの減少やコスト低減にも有効な多層配線板が極めて容易に得られる。
【００１４】
【実施例】
以下実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。また、説明を分かりやすくするため２枚の両面基板を層間接続した４層配線板について述べるが、２枚の両面基板のうち１枚が片面基板でもよく、４層をこえる多層配線板にも当然適用できる。
【００１５】
実施例１〜３
厚み５０μｍのポリイミドフィルムの両面に接着剤１０μｍを介して銅箔１８μｍを形成してなる両面基板を、パターン印刷及びエッチング等を行った配線板を用意した。接続を必要とする配線パターンの最小径は５０μｍであった。
ポリテトラフルオロエチレンフィルム２５μｍ上に、高分子量エポキシを主成分とする厚み３０μｍの接着剤（純水で１００℃１０ｈ抽出後の抽出水のＮａイオン、Ｃｌイオンがそれぞれ１０ｐｐｍ以下）を形成した。この接着剤中には下記の導電粒子を２体積％均一分散させて、接着剤フィルムを得た。
ここに用いた導電粒子は、架橋ポリスチレンからなる核材の表面にＮｉ／Ａｕの複合導電層を有する粒径１０μｍのめっきプラスチック球（実施例１）、実施例１の粒子と粒径３μｍのシリカ粒子１体積％を併用（実施例２）、実施例１と同様であるが粒径３μｍのめっきプラスチック球の粒子表面を厚み約０．２μｍのナイロンで被覆した絶縁被覆粒子（実施例３）である。
前記配線板の一方の接続を必要とする配線パターン上に接着フィルムを載せて、７０℃のゴムロール間を通過させた後ポリテトラフルオロエチレンフィルムを剥離し、他の配線板の接続を必要とする配線パターンと位置合わせ後、スルーホール部を導電性接着剤で充填し、１８０℃、２０ｋｇ／ｃｍ² で３０分加熱加圧して接着剤を硬化した。以上により、２枚の両面基板を層間接続した４層配線板を得た。
実施例１〜３はいずれも十分な層間接続特性を示した。実施例１ではめっきプラスチック球が適度に変形し、対向する配線パターンの最小部の距離が２μｍに制御された。実施例２では対向する配線パターンの最小部の距離が３μｍでありシリカ粒子の粒径で制御された。実施例３は小粒径のため凝集していたが、加圧方向のみに導電性が得られた。
【００１６】
実施例４
厚み０．２ｍｍのガラスエポキシ基板の両面に接着剤１０μｍを介して銅箔１８μｍを形成してなる両面基板を、パターン印刷及びエッチング等を行った配線板を用意した。接続を必要とする配線パターンの最小径は２０μｍであった。実施例１の接着フィルムを用いて、実施例１と同様に貫通孔による位置合わせ、加熱加圧、接着剤硬化を行い、２枚の両面基板を層間接続した４層配線板を得た。実施例４も十分な層間接続特性を示した。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、配線パターンの高さのばらつきに対応可能で所望の配線パターンが接続出来、カバーフィルムやめっき工程が不要でさらに配線の細線化にも対応可能な層間接続を用いた多層配線板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成の一実施例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の積層一体化後の一実施例を示す断面模式図である。
【図３】本発明の導電粒子の変形状態の一実施例を示す断面模式図である。
【図４】本発明の多層配線板の一実施例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１ 絶縁基板 ２ 配線パターン
３ 第１の配線板 ４ 第２の配線板
５ 導電粒子 ６ 接着剤
７ 接着剤層 ８ 接続不要配線パターン
９ 粒状物 １１ 突起した配線パターン
１２ 突起していない配線パターン
１３ スルーホール部

Claims (4)

1. 配線パターンを有する２枚の基板の少なくとも一方は背面電極を有し、接続を必要とする突出した平面状の配線パターン間が導電粒子を介して層間接続され、突出しない配線パターン間及び隣接パターン間が絶縁され、前記２枚の基板の間は接着剤により一体化してなり、前記導電粒子は粒径が隣接配線パターン間距離よりも小さな高分子核材の表面に導電層を形成したもの、または金属粒子凝集体であり、加熱加圧もしくは加圧により変形性を有し、導電粒子による層間接続部は、基板に設けられたスルーホール部と配線パターン部とが混在してなる３層以上の多層配線板。
2. 請求項１において、層間接続部の配線パターン上の接続を必要とする部分に５個以上の導電粒子が存在してなる多層配線板。
3. 接着剤層に、さらに、積層一体化後の対向する配線パターンの最小部の距離と同等な、少なくとも積層時に導電粒子より変形しにくい硬質な粒状物を含有させた請求項１または請求項２に記載の多層配線板。
4. 接着剤の抽出水（純水で１００℃、１０時間抽出後）のＮａ及びＣｌイオンがそれぞれ接着剤重量に対して２０ｐｐｍ以下である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の多層配線板。

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