JP3825428B2 - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、配線基板及びその製造方法に係り、さらに詳しくは配線パターン層同士が小径、狭ピッチの導体域で接続された高密度型配線基板及びその製造方法に関する。

従来の配線基板における層間接続方法として、スルーホールメッキやバンプによる工法が挙げられる。以下、一般的なバンプによる配線基板の製造方法を示す。先ず、導電性金属箔、例えば厚さ１８μｍ程度の銅箔の一主面に、スクリーン印刷版を配置し、導電性ペーストをスクリーン印刷して、突起状のバンプ群を設ける。ここで、スクリーン印刷版は、例えば厚さ１５０μｍ程度のステンレス鋼板の所定位置に、径２５０μｍ程度の貫通孔を設けたものであり、また、前記バンプの印刷形成は、スクリーン印刷による一次バンプの形成、一次バンプの乾燥処理、一次バンプに重ねた二次バンプの印刷形成、二次バンプの乾燥処理などの繰り返しで、層間絶縁体の厚さを十分超える高さに形成する。

次いで、前記バンプ形成面に、熱可塑性樹脂層、及び導電性金属箔、例えば銅箔を順次積層、配置し、ステンレス鋼板で両主面側から挟み、加熱、加圧する。この加熱、加圧によって、前記導体域を形成する突起状バンプは、その先端側が絶縁体層を貫挿し、対向する銅箔面に当接、組成変形して両銅箔間を電気的に接続する両面銅箔貼り板を作成する。

その後、この銅箔貼り板の両面銅箔に、フォトエッチング処理を施して、両面を配線パターニングすることによって、配線パターン間が接続された配線基板とする。そして、３層以上の多層配線基板は、上記に準じた工程の繰り返しで製造している（特許文献１）。

なお、上記配線パターン層間の接続手段として、次のような手段も知られている。即ち、銅箔付き絶縁体シートの絶縁体側に、レーザー光などによって穿孔加工を施して銅箔面を露出させると共に、その銅箔を一方のメッキ電極としてメッキ処理を施す。この電解メッキによって、前記穿孔内にメッキ層を成長、埋め込み、ビアホール導体域を形成した後、給電体として機能した銅箔を配線パターン化して成るコア基板を作成する。次いで、このコア基板に対して、例えばビルドアップ方式などで、絶縁体層を介して配線パターン層を一体的に積層して多層配線基板化する製造方法も知られている（特許文献２）。
特開平８−２６４９３９号公報（［０００３］、［００１０］参照） 特開２００２−１２４７６９号公報（［０００８］、［０００９］、図１参照）

ところで、電子機器類の短小軽薄化などに伴って、電気回路を形成する配線基板についても、高密度配線化や短小軽薄化だけでなく高信頼性さが要求されている。しかし、上記配線基板の製造工程は、次のような不都合がある。即ち、スクリーン印刷法で設ける導電性バンプ（ビア接続を成す）の高さは、スクリーン印刷板の厚みに依存する。一般に、スクリーン印刷用の版に貫通穴を形成する手法としてエッチングやレーザー加工が用いられるが、貫通穴径のばらつき、真円度、テーパ率等の点から特に直径１００μｍ以下の小径貫通穴を形成する際、貫通穴径に対するスクリーン版の厚みの比率が１以上の貫通穴の形成が困難である。

また、導電性バンプの高さは、一般的に、層間絶縁体の厚さの１．５〜３倍程度、換言すると絶縁体層の厚さが５０μｍ程度の場合、導電性バンプの高さは７５〜１５０μｍ程度が望まれている。

ここで、例えばバンプ径８０μｍ、高さ７５〜１５０μｍ程度の導電性バンプを形成するためにスクリーン印刷を繰り返すと、上気した理由からスクリーン版の厚みは８０μｍが選択されるため、スキージ印刷工程時において、導電性バンプ高さが版の高さを超えることになり、バンプの折り曲げ損傷を発生し易いという問題がある。即ち、微小径（例えば６０〜８０μｍ程度）で高さが９０〜１５０μｍ程度の微小な導電性バンプの形成は、きわめて困難であるため、微細な配線化乃至高密度配線化が制約され、配線基板のコンパクト化が損なわれる。

なお、例えばメッキ法により、コア基板などのビアーホールをメッキ金属で埋めて導電域を形成する場合も、ビアーホールの微小径化、高アスペクト比化に限度がある。つまり、ビアホール用の穿設孔が、例えば６０〜８０μｍ程度で、深さが９０〜１５０μｍ程度の場合、メッキによって穿設孔内を緻密、均質に埋め込み（メッキ析出）が基板材質、特にフィラー無充填の液晶ポリマーによっては、事実上至難なことであって、量産的な手段と言えない。

本発明は、上記事情に対処してなされたもので、信頼性が高くて、よりコンパクト化が図られた高密度配線型の配線基板を歩留まりよく得られる製造方法の提供を目的とする。

本発明の第１は、第１の導電層と、前記第１の導電層に印刷形成された所定の高さを有する突起状バンプと、第１主面及びこの第１主面に対向する第２主面を有し、前記第１の導電層が前記第１主面に設置され前記突起状バンプが前記第１主面側に埋め込まれこの突起状バンプの位置から前記第２主面にかけて孔が形成され、前記突起状バンプの高さよりも層厚が厚い絶縁体層と、前記絶縁体層の前記孔に埋め込まれ前記突起状バンプに接続されて前記第２主面に延びる埋め込み導体とを具備することを特徴とする配線基板にある。この構造によれば、微細径の貫通導体をアスペクト比を大きくして形成することができる。ここでアスペクト比とは貫通導体の径に対する長さの比である。

本発明の第２は、導電性金属箔の主面所定位置に突起状バンプをスクリーン印刷で形成する工程と、
前記形成した突起状バンプ高の１．５〜３．０倍厚の絶縁体層を積層配置する工程と、
前記積層体を加熱加圧して突起状バンプが前記絶縁体層に圧入一体化した片面導電性金属箔張り板を作成する工程と、
前記片面導電性金属箔張り板の両主面にレジスト層を積層一体化する工程と、
前記積層された絶縁体層及び前記レジスト層に突起状バンプ先端側に到達するレーザー穿孔加工、及び表面配線パターン溝穿設加工を施す工程と、
前記絶縁体層の穿孔内及び配線パターン溝内に、メッキ処理によって金属層を成長させて絶縁体層を貫挿する埋め込み導体及び配線パターンを設ける工程と、
を有することを特徴とする配線基板の製造方法にある。

即ち、この出願に係る発明は、(1)導電性金属箔の一主面に層間接続用の一次的な微小径導電性バンプを設けること、(2)導電性バンプ形成面に絶縁体層を積層一体化すること、(3)導電性バンプ先端部に対向する微小径孔を絶縁体層に貫挿穿設すること、(4)絶縁体層の貫挿穿設孔をメッキによる析出金属で埋めること、を骨子とする。

更に具体的には(1)導電性金属箔の一主面に層間接続用の一次的な微小径導電性バンプを設けること、(2)導電性バンプ形成面に絶縁体層を積層一体化すること、(3)絶縁体層面にレジスト層を設けること、(4)レジスト層を配線パターン現像してパターン溝を形成し、さらに導電性バンプ先端部に対向する微小径孔を絶縁体層に貫挿穿設すること、(5)絶縁体層の貫挿穿設孔及び配線パターン溝内をメッキによる析出金属で埋めることにある。

そして、このような構成を採ることによって、微小径で高アスペクト比の層間接続用の貫通導体を備えた高密度配線を容易に達成し、短小軽薄化で、信頼性の高い配線基板を歩留まりよく、量産的に提供できる。

ここで、導電性の突起状バンプは、一般的に、熱硬化性の樹脂、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂などのバインダー成分に、たとえば銀、金、銅、半田などの金属粉を混練した組成物である。この突起状バンプは、層間接続を構成する導電域の一部を成すと共に、微細径で均質な無電解メッキ層の成長基点としても作用する。なお、その形状などは、上記機能を確保できる限り特に限定されないが、一般的には、底面径が６０〜１００μｍ、高さが２０〜４０μｍの円錐状が望ましい。

本発明において、絶縁体層としては、例えばフェノキシ樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンスルフォン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリフェニールエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、液晶ポリマー、ポリテトラフロロエチレン樹脂などの熱可塑性樹脂、あるいはセミキュア状態に保持された例えばエポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。ここで、より容易に、かつ信頼性の高い層間接続用の微細径（微小径）な導電域を形成するため、メッキ成長の基点となる突起状バンプの高さに比較して絶縁層の厚さは、１．５〜３．０倍以上に設定する必要がある。

層間絶縁体の選択において、特に、液晶ポリマーは、優れた耐熱性、誘電率の安定性が活かされ、高周波伝送用などにも適する。

上記本発明によれば、絶縁体層を貫挿して、両面の配線パターン側を接続する微小径の導電域を形成するに当たって、メッキ手段を採用する一方、微小径の先端側に予め導電性の突起状バンプを植設、配置した構成を採っている。このような手段の採用によって、微小径で高アスペクト比の層間接続用の導電域を備えた高密度配線が容易に達成でき、短小軽薄化で、信頼性の高い配線基板を歩留まりよく、量産的に提供できる。

以下、図１（ａ）乃至（ｇ）を参照して発明の実施形態を説明する。

図１は配線基板の製造方法の実施態様を模式的に示す要部断面図である。先ず、図１（ａ）に示すように、厚さ１２μｍ銅箔１を用意し、この銅箔１の一主面側で、かつ被外形加工領域１ａの内側に、例えば厚さ８０μｍのステンレス薄鋼板に、例えば１００μｍ間隔で、径８０μｍの貫通孔を明けて成るメタルマスクを位置決め配置し、導電性ペーストをスキージー印刷する。次いで、前記印刷した導電性ペーストを乾燥（１８０℃、数１０分間加熱）させ、底面径８０μｍ程度で、高さが３０μｍ程度の略円錐状の第１の突起状バンプを形成する。

このとき、前記銅箔１の被外形加工１ａに相当する領域面に、互いに離隔して位置決め指標として機能させる高さ８０μｍ程度、底面径１５０μｍ程度の第２の突起状バンプ３を第１の突起状バンプと同時に印刷形成する。ここで、指標用の第２の突起状バンプ３は、その先端部が層間絶縁体を貫挿し、層間絶縁体表面に露出させるため、前記第１の突起状バンプ２に比べて径及び高さが大きく設定される。なお、この第２の突起状バンプ３は、第１の突起状バンプ２の位置、及び層間絶縁体面に設ける配線パターンの位置決めの指標として機能するものであるから、離隔して少なくとも３箇所設ける必要がある。また、この第２の突起状バンプ３は、上記機能、作用を呈するならば、他の手段、例えば指標用の孔を予め層間絶縁体に穿設しておいてもよい。

次に、前記突起状バンプ２，３を形成した面に、厚さ５０μｍの液晶ポリマーフィルムを積層配置して積層体化する。次いで、この積層体の両面に当て板を配置して、樹脂圧として５０kgf/cm^２程度、温度３００℃程度の加熱、加圧によって一体化し、図１（ｂ）に示すような片面銅箔貼り板４を製作する。ここで、当て板は、一体化後に、容易に剥離除去するため、対接面をポリテトラフロロエチレン樹脂で離型処理してある。

上記加熱加圧による一体化で、第１の突起状バンプ２は、塑性変形性を呈する液晶ポリマー層５に圧入され埋め込まれる。一方、第２の突起状バンプ３の先端部は、塑性変形性を呈する液晶ポリマー層５を貫挿し、その先端部が対向する当て板に到達して潰れた状態で平坦面化する。

次に、上記製作した片面銅箔貼り板４の両主面に、図１（ｃ）に示すように、レジスト層６を被覆形成し、フォトエッチング処理することにより、ランド部１０ａ、レーザー開口部位の溝６'、配線パターン形成用の溝６’’を形成する。その後、図１（ｄ）に示すように指標部（第２の突起状バンプ３）を位置決めの基準とし、第１の突起状バンプ２先端部側に対向する位置にレーザー加工によって穿孔する。つまり、第２の突起状バンプ３を位置決めの基準とし、レジスト層６及び液晶ポリマー５の選択された領域をレーザー照射で、選択的に穿孔して第１の突起状バンプ２先端部に到達する微小径の孔７を形成する。この時、バンプ２先端部もレーザー加工されて削られて図１（ｄ）の先端部２’となり、尖頭値が下がる。ここで、レーザー光源としては、ＣＯ_２レーザー、ＵＶ−ＹＡＧ等が挙げられるが、精度の点からＵＶ−ＹＡＧが望ましい。

次いで、図１（ｅ）のように、上記穿孔加工などを施した片面銅箔張り板４について、例えばパラジウム塩の水溶液等による触媒付与の前処理を施した後、無電解銅メッキにより孔７内、及び配線パターン溝６’’内に銅を析出させ肉盛りする。即ち、硫酸銅水和物等を含有する無電解メッキ液中に、上記穿孔加工などを施した片面銅箔張り板４を浸漬して、無電解メッキを進行させ、微小径の孔７内、及び配線パターン溝６’’内に下地メッキ層を形成する。なお、被メッキ面の粗化処理はアルカリ水溶液による粗化方法（例えば特公昭６３-１４８７９号公報）などを用いることができる。

次いで電解銅メッキにより所定厚み及び孔７をフィリングするまで厚付けメッキすることにより、導電域９及び配線パターン１０ｂを形成する。特に、本実施形態の場合は、微小径孔７の先端封じ側に第１の突起状バンプ２が配置され、メッキのメッキ成長性が助長されると共に、実質的に、微小径孔７の深さも低減されているため、順調なメッキ層の成長、導電域９の形成が容易に行われることになる。

上記メッキ処理終了後、メッキレジスト６を除去して、図１（ｆ）に示すように、配線パターン１０ａ，１０ｂを有する両面配線板１１化する。ここで、両面配線板配線１１の両配線パターン１０ａ，１０ｂは、液晶ポリマー５を貫挿する第１の突起状バンプ２及び導電域９によって層間接続されている。

次に、前記両面配線素板１２の外形加工を行う。即ち、第２の突起状バンプ３が設けられている被外形加工領域１ａを両面配線板１２から切り離して、図１（ｇ）に示すように、所定寸法、形状の配線基板１３とする。

図１（ｇ）は、本実施形態によって得られる配線基板であり、第１の導電層１（１０ａ）に所定の高さを有する突起状バンプ２が印刷されている。この第１の導電層１の突起状バンプ２’が形成された主面に、第１主面５ａ及びこの第１主面に対向する第２主面５ｂを有する突起状バンプの高さよりも層厚が厚い絶縁体層５を配置する。

第１主面５ａ側に突起状バンプ２’を埋め込んで、絶縁体層のバンプ先端の位置から第２主面５ｂにかけて孔を設けて、この孔内に突起状バンプ２に接続されて第２主面５ｂに延びる埋め込み導体９を配置する。

突起状バンプ２とメッキ金属体（埋め込み導体）９で形成される貫通導体１１において、埋め込み導体の径をｄ、貫通導体の長さ（液晶ポリマー層厚に相当）をｈとすると、アスペクト比ｈ／ｄは１．５以上が容易に得られる。これにより、かなり微細径で、アスペクト比の大きな貫通導体が得られる。

本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、発明の主旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。たとえば層間絶縁体は、液晶ポリマー以外の熱可塑性樹脂、積層一体化する際の加熱で硬化する熱硬化性樹脂をセミキュアの状態で使用することも出来る。

（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）は本発明に係る配線基板の実施態様を工程順に模式的に示す要部断面図。

符号の説明

１：銅箔
１ａ：被外形加工領域
２：第１の突起状バンプ
３：第２の突起状バンプ（位置決め用指標）
４：片面銅箔張り板
５：絶縁体層
６：レジスト層
７：微小径孔
８：配線パターン溝
９：埋め込み導体（層間接続）
１０ａ，１０ｂ：配線パターン（導電層）
１２：両面配線基板

Claims (3)

1. 導電性金属箔の主面所定位置に樹脂バインダーに金属粉を混ぜた錐形状の第１の突起状バンプと、この第１の突起状バンプに比較して径及び高さが大きく設定された樹脂バインダーに金属粉を混ぜた錐形状の指標用の第２の突起状バンプをスクリーン印刷で形成する工程と、
   前記形成した第１の突起状バンプ高さの１．５〜３．０倍で前記第２の突起状バンプ高さを超えない厚みの絶縁体層を積層配置する工程と、
   前記積層体を当て板に挟んで加熱加圧し、前記第２の突起状バンプの先端部は対向する当て板に当接して潰れた状態で平坦面化し指標部を形成すると同時に、前記第１の突起状バンプが前記絶縁体層に圧入一体化した片面導電性金属箔張り板を作成する工程と、
   前記片面導電性金属箔張り板の両主面にレジスト層を積層一体化する工程と、
   前記指標部を位置決め基準とし、前記積層された絶縁体層及び前記レジスト層に第１の突起状バンプ先端側に到達するレーザー穿孔加工、及び表面配線パターン溝穿設加工を施す工程と、
   前記絶縁体層の穿孔内及び配線パターン溝内に、メッキ処理によって金属層を成長させて絶縁体層を貫挿する埋め込み導体及び配線パターンを設ける工程と、
   を有することを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 前記絶縁体層が熱可塑性液晶ポリマーであることを特徴とする請求項１記載の配線基板の製造方法。
3. 前記第１の突起状バンプの底面径が６０〜１００μｍ、高さが２０〜４０μｍであることを特徴とする請求項１記載の配線基板の製造方法。

Images