JP3923224B2 - 多層プリント配線板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板などに用いられ、高温時に信頼性の高い多層プリント配線板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビルドアップ配線基板といわれる多層プリント配線板がプリント配線板や半導体素子を接続して構成されたフリップチップ型半導体装置などに適用される。とくに、例えば、銀ペーストなどの導電ペーストを、例えば、銅などの金属箔に印刷して接続バンプ（以下、バンプという）を形成し、バンプに有機絶縁膜を貫通させて層間の電気接続を行う方法は、Ｂ2 ｉｔ法（Ｂｕｒｉｅｄ Ｂｕｍｐ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの略、バンプによる層間接続技術を意味している。）として良く知られている。
図９及び図１０を参照してこの方法を説明する。図は、いずれも従来の多層プリント配線板の製造工程断面図である。配線基板１０１は、例えば、両面に導体箔を貼り合わせた両面銅張積層板を用いる。厚さ１．２ｍｍのガラスクロスにビスマレイミド型ポリイミド樹脂を含浸させた両面銅張積層板の導体箔は、例えば、厚さ３５μｍの電解銅箔からなり、これらをパターニングして両面に第１及び第２の配線層１０４、１０５を形成する。第１の配線層１０４及び第２の配線層１０５は、銀ペーストなどの導電ペーストから形成された接続配線であるバンプ１０６により電気的に接続されている（図９（ａ））。
【０００３】
一方、厚さ３５μｍの電解銅箔１０２を用意し、これに銀ペーストなどの導電ペーストを用いて所定のパターンに配置された接続配線であるバンプ１０７を複数印刷する。バンプ１０７は略円錐状で底面の径が０．４ｍｍ程度である（図９（ｂ））。次に、バンプ１０７を所定のパターンに配置形成した形成した銅箔１０２に未硬化の有機絶縁膜１０３を積層し、バンプ１０７を貫通させてその頭部を露出させる。有機絶縁膜１０３は、例えば、エポキシ変性ポリイミド樹脂フィルムを用いる。銅箔１０２及び有機絶縁膜１０３は、ローラーなどによりプレスして一体化される。このとき、銅箔１０２と有機絶縁膜１０３との積層体は、有機絶縁膜１０３から露出するバンプ１０７の頭部を圧潰するように塑性変形される。そして、有機絶縁膜１０３は、硬化させず、セミキュア状態を維持する温度、圧力条件でプレスを行うのが好ましい（図９（ｃ））。
【０００４】
次に、銅箔１０２と有機絶縁膜１０３との積層体に配線基板１０１を積層する。このとき配線基板１０１の第１の面に形成された第１の配線層１０４は、銅箔１０２に形成されたバンプ１０７と対向するようにこれらを積層する。これら積層体は、上下両側からクッション材１０８を介してプレス板１０９に挟み込まれ、この状態で加熱しつつ加圧される。加熱及び加圧により有機絶縁膜１０３は硬化してキュアされる。このとき銅箔１０２上のバンプ１０７は、塑性変形しながら、対向する配線基板１０１の第１の配線層１０４と接続される（図１０（ａ））。プレスに用いるプレス板１０９は、ステンレス板、真鍮板などの寸法変化や変形の少ない金属板、ポリテトラフロロエチレン樹脂板やポリイミド樹脂板などの寸法変化や変形の少ない耐熱性樹脂板などを用いる。プレス板１０９から積層体を取り外し、周知のエッチング技術により銅箔１０２を所定のパターンにエッチングして第３の配線層を形成する。以上の工程により各配線層がバンプによる多数のビアコンタクトを有する多層プリント配線板が形成される。その後ソルダーレジスト加工、コンポーネントマスキング加工、金メッキ加工、ハンダコーティングなどの表面仕上げ加工を適宜行って多層プリント配線板を完成させる（図１０（ｂ））。
このように形成された多層プリント配線板の配線回路の接続抵抗は小さく、接合状態は良好である。また、従来より薄くすることも可能になる。また、貫通孔による層間接続を必要最小限にすることができるので高密度実装に対応することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した多層プリント配線板は、バンプ１０７に用いる銀ペーストと有機絶縁膜１０３の線膨張率を比べると有機絶縁膜１０３の方が大きい。例えば、銀ペーストが２．２×１０-5（２５℃）、３．０×１０-5（２００℃）であり、ＦＲ−４（東芝ケミカル社製プリプレグ）が５．０×１０-5（２５℃）、１．５×１０-4（２００℃）である。しかも、有機絶縁膜を構成するＦＲ−１の場合、ガラス転移点を超えると急激に線膨張率が上昇する（図４．ＴＭＡによる膨張率の変化を参照）。
この線膨脹率の差によって、多層プリント配線板にはんだをコートする工程（スーパージャフィット時ピーク温度２３０℃）や半導体装置、受動素子などの回路部品を多層プリント配線板に実装する工程（はんだリフロー時ピーク温度約２３０℃）において層間の断線が生じる可能性が大きかった。また、信頼性試験（はんだ耐熱試験２６０℃、２０秒、ホットオイル試験２６０℃、１０秒−２０℃、２０秒、１００サイクル、両試験ともに試験終了後抵抗変化率±１０％以内）でも合格しないものが出ることがあった。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、層間接続に導電ペーストなどの導電性樹脂化合物を用い、且つ積層する時に層間接続をより強固にする多層プリント配線板及びその製造方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スルーホールを用いずに形成される多層プリント配線板の層間接続材料に導電性樹脂化合物を用いる場合において、積層時に層間接続をより強固にするために層間絶縁膜を５０μｍ以下にし、また、必要に応じて配線層を構成する金属箔の膜厚を１８μｍ以下にすることに特徴がある。
図１乃至図３を参照して多層プリント配線板の製造時における応力の作用を説明する。多層プリント配線板の製造工程における積層プレスによる成形温度時（一般には１５０〜２００℃と高温である。）には各層とも応力がかからない状態になっている多層プリント配線板を構成する有機絶縁膜からなる層間絶縁膜１２の上下に銅箔などの金属箔からなる配線パターン（配線層）１１が形成されている。上下の配線パターン１１は、層間絶縁膜１２を貫通する導電ペーストなどの導電性樹脂化合物から構成されたバンプ１３により電気的に接続されている（図１）。
しかし、その後積層工程が終了してこれを常温に戻すと、有機絶縁膜の方が導電性樹脂化合物に比べて線膨張率が大きいため、層間絶縁膜１２は、バンプ１３より大きく収縮し、バンプ３には上下に形成された配線パターン１から押される方向に応力がかかる（図２）。
【０００７】
そして、成形温度よりさらに高い温度のときは、有機絶縁膜の方が導電性樹脂化合物より大きく膨脹し、バンプ１３が上下に形成された配線パターンから引き剥がされる方向に応力が働く。この時、引き剥がす力が大きいとバンプ１３から配線パターン１１が剥れ断線が起きることもある（図３）。
成形温度より高温時において断線の発生を防止するには、絶縁樹脂の膨脹を押さえることが肝要である。絶縁樹脂層厚が薄ければ、絶縁樹脂層が高温時に伸びる量の絶対値が減るため引き剥がす力は減少する。
また、はんだコート時や部品を実装する時の温度が一定ならば、引き剥がす力は、成形時の温度が高いほど小さくなる。
本発明は、これらに注目したものであり、▲１▼導電性樹脂化合物をバンプとして層間接続を行う多層プリント配線板の有機絶縁膜からなる層間絶縁膜の厚みを減らすことによって、はんだコート時や実装時の温度を維持した状態でバンプが層間絶縁膜の上下に形成した配線パターンから引き剥がされる方向にかかる応力の絶対値を減少することができる。また、▲２▼多層プリント配線板の成形温度を従来より高くすることによって応力の均衡が取れる温度を上げる。これにより、はんだコート時や実装時の温度を維持した状態でバンプが層間絶縁膜の上下に形成した配線パターンから引き剥がされる方向にかかる応力の絶対値を減少させることができる。
【０００８】
なお、図４に示すように、層間絶縁膜厚の伸び−温度特性曲線を見ると、層間絶縁膜にはガラス転移温度を有しており、ここに示したＦＲ−４の場合、１２７．１１℃である。この層間絶縁膜の熱膨脹係数は、ガラス転移温度以下では小さく、以上では大きい。一方、図示はしないが、導電性樹脂化合物であるバンプも厚さの伸び−温度特性曲線を有している。この曲線はガラス転移温度を有していない。つまり、温度によって熱膨脹係数は、変化しない。いずれもその膜厚によって特性曲線は、上下に移動する。
層間絶縁膜とバンプに応力が働かないようにするには、全く同じ線膨脹率にするか、または引き剥がし方向に応力がかからないように（図３参照）、交点を高い温度になるようにすればよい。このような交点、すなわち、バンプの温度に対する高さ方向（膜厚）の伸びと層間絶縁膜の厚さ方向（膜厚）の温度に対する伸びとを等しくする温度を層間絶縁膜のガラス転移温度以上にすると両者の熱膨張の差が広い温度範囲で小さくなる。
【０００９】
すなわち、本発明の多層プリント配線基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板の少なくとも１つの面に形成された第１の配線パターンと、前記第１の配線パターンを被覆するように前記絶縁基板上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成された第２の配線パターンと、前記層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの接続バンプとを備え、前記層間絶縁膜の膜厚は、５０μｍ以下であることを第１の特徴としている。
また、本発明の多層プリント配線基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板の少なくとも１つの面に形成された第１の配線パターンと、前記第１の配線パターンを被覆するように前記絶縁基板上に形成された第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜上に形成された第２の配線パターンと、前記第２の配線パターンを被覆するように前記第１の層間絶縁膜上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間絶縁膜上に形成された第３の配線パターンと、前記第１の層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの第１の接続バンプと、前記第２の層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第２の配線パターン及び前記第３の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの第２の接続バンプとを備え、前記第１及び第２の層間絶縁膜の膜厚は、５０μｍ以下であることを第２の特徴としている。
【００１０】
また、本発明の多層プリント配線板は、絶縁基板と、前記絶縁基板の第１の面に形成された第１の配線パターンと、前記絶縁基板の第２の面に形成された第２の配線パターンと、前記第１の配線パターンを被覆するように前記絶縁基板の第１の面上に形成された第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜上に形成された第３の配線パターンと、前記第２の配線パターンを被覆するように前記絶縁基板の第２の面上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間絶縁膜上に形成された第４の配線パターンと、前記第１の層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第１の配線パターン及び前記第３の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの第１の接続バンプと、前記第２の層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第２の配線パターン及び前記第４の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの第２の接続バンプと、を備え、前記第１及び第２の層間絶縁膜の膜厚は、５０μｍ以下であることを第３の特徴としている。前記第１、第２、第３及び第４の配線パターンは、銅箔からなり、この銅箔の厚さは、１８μｍ以下にしても良い。
【００１１】
本発明の多層プリント配線の製造方法は、金属箔一主面に導電性ペーストを用いて所定の配置パターンによりバンプを印刷する工程と、未硬化な有機絶縁膜を前記バンプが貫通するように前記金属箔に載置する工程と、絶縁基板を、この絶縁基板主面に形成された第１の配線パターンが前記バンプに接するように前記有機絶縁膜を介在させて、前記金属箔上に積層し、この積層体を加熱プレスして前記有機絶縁膜を硬化させる工程と、前記金属箔をエッチング処理して前記第２の配線パターンを形成する工程とを備え、前記第１の配線パターンと第２の配線パターンは、前記バンプにより電気的に接続され、前記硬化された有機絶縁膜は、前記第１及び第２の配線パターン間を絶縁する層間絶縁膜であり、この層間絶縁膜の膜厚は、５０μｍ以下であることを特徴としている。前記第１及び第２の配線パターンは、銅箔から構成されていても良く、この銅箔の厚さは、１８μｍ以下にしても良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
図１乃至図８を参照して第１の実施例を説明する。
図１乃至図３は、プリント配線板の各部分の界面における応力集中を説明する断面図、絶縁膜厚の膨脹による伸びに対する温度依存性を説明する特性図、図５は、多層プリント配線板の断面図、図６及び図７は、多層プリント配線板を形成する製造工程断面図、図８は、配線層に用いる銅箔の厚みにより応力が影響されることを説明する特性図である。
図５に示すように、この多層プリント配線板は、コアとなる配線基板１の両面に層間絶縁膜３、３′が形成されて上下に両面２層づつ配線層が形成された４層配線構造である。図６に示すように、配線基板１は、例えば、両面に導体箔を貼り合わせた両面銅張積層板を用いる。この積層板は、例えば、厚さ０．３ｍｍのガラスクロスにビスマレイミド型ポリイミド樹脂を含浸させて形成される。両面銅張積層板の導体箔は、例えば、厚さ１８μｍの電解銅箔からなり、これら導体箔をパターニングして両面に第１及び第２の配線層４、５を形成する。第１の配線層４及び第２の配線層５は、銀ペーストなどの導電ペーストから形成された接続配線であるバンプ６により電気的に接続されている。
【００１３】
一方、厚さ１８μｍの第１の電解銅箔２及び第２の電解銅箔２′を用意し、これに銀ペーストなどの導電ペーストを用いて所定のパターンに配置された接続配線であるバンプ７、７′を複数印刷する。バンプ７、７′は、略円錐状で底面の径が０．４ｍｍ程度である。次に、バンプ７、７′を所定のパターンに配置した形成した銅箔２に厚さがいづれも４０μｍの未硬化の第１及び第２の有機絶縁膜（プリプレグ）３、３′を積層させ、バンプ７、７′を貫通させてその頭部を露出させる。第１及び第２の有機絶縁膜３は、例えば、エポキシ変性ポリイミド樹脂フィルムからなる。第１及び第２の銅箔２、２′及び第１及び第２の有機絶縁膜３、３′は、ローラーなどによりプレスして一体化される。このとき、第１及び第２の銅箔２、２′と第１及び第２の有機絶縁膜３、３′との積層体は、第１及び第２の有機絶縁膜３、３′から露出するバンプ７、７′の頭部を圧潰するように塑性変形される。第１及び第２の有機絶縁膜３、３′は、硬化させず、セミキュア状態を維持する温度、圧力条件でプレスを行う（図６）。
【００１４】
次に、第１の銅箔２と第１の有機絶縁膜３とからなる第１の積層体、第２の銅箔２′と第２の有機絶縁膜３′とからなる第２の積層体を配線基板１が間に挟まれるように積層する。このとき配線基板１の第１の面に形成された第１の配線層４は、第１の銅箔２に形成されたバンプ７と対向し、第２の面に形成された第２の配線層５は、第２の銅箔２′に形成されたバンプ７′対向するようにこれらを積層する。これら積層体は、上下両側からクッション材８、８′を介してプレス板９、９′に挟み込まれ、この状態で１７５℃で加熱しつつ加圧される。加熱及び加圧により第１及び第２の有機絶縁膜３、３′は硬化されキュアされて第１及び第２の層間絶縁膜３、３′となる。このとき第１の銅箔２上のバンプ７は、塑性変形しながら、対向する配線基板１の第１の配線層４と接続され、第２の銅箔２′上のバンプ７′は、第２の配線層５と接続され（図７）。プレスに用いるプレス板９、９′は、ステンレス板、真鍮板などの寸法変化や変形の少ない金属板、ポリテトラフロロエチレン樹脂板やポリイミド樹脂板などの寸法変化や変形の少ない耐熱性樹脂板などを用いる。プレス板９、９′から積層体を取り外し、周知のエッチング技術により第１及び第２の銅箔２、２′を所定のパターンにエッチングして第１の層間絶縁膜３上に第３の配線層２を形成し、第２の層間絶縁膜３′上に第４の配線層２′を形成する。以上の工程により各配線層がバンプによる多数のビアコンタクトを有する多層プリント配線板が形成される。
【００１５】
その後、ソルダーレジスト加工、コンポーネントマスキング加工、金メッキ加工、はんだコーティングなどの表面仕上げ加工を適宜行って多層プリント配線板が完成される（図５参照）。
本発明の多層プリント配線板は、この実施例のように配線基板両面に層間絶縁膜を形成する構造に限らない。例えば、従来の技術で説明した配線基板の片面のみに層間絶縁膜を設ける構造でも良く、また、さらに層間絶縁膜を重ねて積層配線層の数を増やすことができる。
第１の実施例では、前述のようにＢ2 ｉｔ法を用いて多層プリント配線板を製造した。この多層プリント配線板の特性を比較例１、２と比較しながら説明する。比較例の多層プリント配線板は、第１の実施例と同じく４層配線構造であり、各層の銅箔は、１８μｍ厚、コアとなる配線基板は、板厚０．３ｍｍのＦＲ−４（東芝ケミカル（株）製ＴＬＣ−５５１）を用いた。層間絶縁膜に用いるプリプレグは、次の表１のとおりである。
【００１６】
【表１】
【００１７】
これらのプリプレグを用いて各試験用多層プリント配線板を作製する。これらの積層（成型）温度は１７５℃である。
完成した多層プリント配線板のホットオイル試験（２６０℃、１０秒〜２０℃、２０秒、３０サイクル）を実施したところ、比較例１の多層プリント配線板は、３０サイクル試験後も抵抗変化がなかったのに対し、比較例２の多層プリント配線板は、１０サイクルで１０％以上（３０サイクルでは１０％以内）の抵抗変化率を示した。一方、この実施例の多層プリント配線板ではホットオイル試験を１００サイクルまで延長したが抵抗変化率は１０％以内を保持していた。このようにＺ軸方向の線膨脹率の大きい素材では層間絶縁層膜を薄くすることで非常に高い効果が得られる。
ここで用いたプリプレグは、エポキシ樹脂を充填材にガラスクロスを用いたものであるが、このほかに使用可能な樹脂にはフェノ−ル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。また使用可能な充填剤にはガラスクロスのほかに紙、不織布、ガラスビ−ズ、エアロジル等が考えられる。これら絶縁樹脂のＺ軸（多層プリント配線板の平面に垂直）方向の熱膨脹係数は、エアロジル＝ガラスビ−ズ＜紙＝不織布＜ガラスクロスの順に大きくなる。逆にＸ，Ｙ軸（多層プリント配線板の平面に平行）方向の熱膨脹係数は、全く逆順になっている。これは、繊維によりＸ，Ｙ方向の膨脹を押さえた結果Ｚ軸方向（厚さ方向）に大きく膨脹することを示している。
【００１８】
本発明のように導電性樹脂化合物を材料とするバンプによる層間接続を行う多層プリント配線板の場合、配線層の銅箔、層間絶縁膜の有機絶縁物及びバンプの導電性樹脂化合物の３つの物質の界面に応力が集中することが前記接続部分をモデル化したシュミレ−ション（（図１乃至図３参照）回転体モデル断面による３０℃から２５０℃に上昇した時の変形図で判明している。
なお、シュミレ−ションによれば、更に以下に示す２つの事実が分かる。
第１は、配線パタ−ン界面と層間接続部及び有機絶縁物層の界面とがなす角度が鋭角であると応力集中が防げる。第２は、銅箔が厚いほど銅箔が曲がることによって応力を逃がすことが出来ないために界面の応力が強まることが分かっている（特開平１０−９３２４２号公報参照）。
【００１９】
図８は、配線パターンである銅（Ｃｕ）箔、層間絶縁膜、バンプの接合界面における応力分布を示す特性図である。縦軸は、ストレス（応力）（ＭＰａ）を示し、横軸は、銅箔と層間絶縁膜との界面（界面端＝０）からバンプ中心までの距離（ｍｍ）を示している。曲線Ａは、厚さ０．００５ｍｍの銅箔を用いた場合の応力曲線、曲線Ｂは、厚さ０．０１８ｍｍの銅箔を用いた場合の応力曲線、曲線Ｃは、厚さ０．０３５ｍｍの銅箔を用いた場合の応力曲線を示す。膜厚が０．０３５ｍｍの銅箔を用いると、応力は、内部にまで及ぼされることが分かる。そして、膜厚が０．０１８ｍｍ以下の銅箔の場合にその影響を小さくさせることができる。
また、従来のＢ2 ｉｔ法による多層プリント配線板でのこれまでの評価結果から、層間絶縁膜である有機絶縁膜が厚いほど大径の導電バンプが必要になることが知られている。この原因は、有機絶縁膜が厚いほど導電性樹脂化合物（バンプ）と有機絶縁膜の熱膨脹係数の差が大きくなるため、バンプに対し垂直方向の伸びの絶対値が有機絶縁膜が厚くなるほど大きくなり、その結果応力が強く働くことにある。そのため導電性バンプを大径にしてこのバンプの周囲に沿って応力を分散させて単位長さ当たりの応力を下げるようにしている。
【００２０】
今日におけるプリント配線板などに用いる多層プリント配線板の高い寸法精度要求がガラスクロスの必要性を増す結果となったが、Ｚ軸方向の熱膨張係数を増加させる結果となっている。導電性樹脂化合物による層間接続を行うプリント配線板においてガラスクロスを使いこなしていくためには、導電性樹脂化合物と絶縁樹脂の熱膨脹係数の差が現れないように出来るだけ薄いガラスクロスを使用することが必要であり、本発明では、これによって接続信頼性を高めることが出来る。
なお、銅箔については、現在使用している１８μｍの銅箔より薄いものは高価である上に扱い難い素材となるが応力の集中を緩和する上で必要である。
次に、多層プリント配線板の製造方法に使用され、その層間絶縁膜に用いられる未硬化な有機絶縁膜であるプリプレグの特性について説明する。
【００２１】
ここで用いたプリプレグ（ＦＲ−４）は、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた構成であり、その試料１は、ガラスクロス厚が６０μｍ、プリプレグ膜厚が５６．４μｍ、樹脂量５８重量％である。試料２は、ガラスクロス厚が６０μｍ、プリプレグ膜厚が６５．２μｍ、樹脂量６３重量％であり、試料３は、ガラスクロス厚が４０μｍ、プリプレグ膜厚が４６．６μｍ、樹脂量７８重量％である。これら試料のＺ軸方向（厚さ方向）の熱膨脹係数等を次の表２に示す。
【００２２】
【表２】
ここで、ｔは、プリプレグ膜厚、Ｒは、樹脂量、α２は、熱膨張係数、Ｖは、α２領域での１℃当たりの膨脹量を表している。
【００２３】
なお、試料１、２は、同じ型番のガラスクロスを使用している。また、熱膨張係数（α２）は、２００〜２５０℃で測定している。
上記の内容をみると、樹脂量が増加するに伴い、熱膨脹係数も増加するので、薄いガラスクロスを使用すれば熱膨脹係数が小さくなるとは一概には言えない。しかし、応力の平衡点を越えるα２の領域のみで比較すると、樹脂量がかなり増加したにも拘らず、１℃当たりの膨脹量は、４０μｍのプリプレグが最も小さいという結果になった。この結果から応力の平衡を越える温度（成形温度以上）では、１℃当たりの膨脹量を比較して一番小さい有機絶縁樹膜を選択することが一番であるが、同程度の樹脂量であれば出来る限り薄いプリプレグ（５０μｍ以下）を選択することによってＺ軸方向の膨脹を押さえて接続不良を減少させることができる。
【００２４】
このように形成された多層プリント配線板の配線回路の接続抵抗は小さく、層間接続を強固になるなど接合状態が良好であり、従来のものより薄くすることも可能である。また、はんだ等によってプリント配線板に高熱のかかる実装時に層間接続部の断線が起き難くなる。さらに、長期信頼性試験での信頼性が向上し、多層プリント配線板自体の信頼性向上が認められる。
【００２５】
次に、第２の実施例を説明する。
この実施例で用いられる多層プリント配線板は、図５に示される。図５のように、多層プリント配線板は、コアとなる配線基板１の両面に層間絶縁膜３、３′が形成されて上下に両面２層づつ配線層が形成された４層配線構造である。そして、多層プリント配線板は、Ｂ2 ｉｔ法を用いて製造される。
各層の配線層を構成する銅箔は、１８μｍ厚であり、コアとなる配線基板は、板厚０．３ｍｍのプリプレグ（東芝ケミカル（株）製ＴＬＣ−５５１）を用いる。層間絶縁膜に用いるプリプレグは、いずれも厚さが６０μｍ、成形後の層間絶縁膜の厚さが７０μｍである。
上記プリプレグの推奨積層条件は、温度１７５℃である。そこで、１７５℃と１８５℃の条件で積層を行い２種類の試験用多層プリント配線板を作製する。
【００２６】
完成した多層プリント配線板のホットオイル試験（２６０℃、１０秒−２０℃、２０秒、１００サイクル）を実施したところ、１７５℃で形成した多層プリント配線板は、前記１００サイクル試験後抵抗上昇が１０％を越えるものが出たのに対し、１８５℃で形成した多層プリント配線板は、前記１００サイクル試験後抵抗変化はすべて１０％以内であった。
本発明の多層プリント配線板の層間絶縁膜の絶縁材料は、他にもＢＴレジンを使用するＧＨＰＬ−８３０（三菱ガス化学社製プリプレグ）、松下電工製Ｒ５６１０（松下電工社製プリプレグ）でも可能である。
また、実施例では層間接続に銀ぺ−ストを用いているが、銅ぺ−スト、金ぺ−ストなどの金属粉混合樹脂化合物やポリピロ−ル、ポリアセン等の導電性樹脂でも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上の構成により、はんだ等によって多層プリント配線板に高熱のかかる実装時に層間接続部の断線が起き難くなる。また、長期信頼性試験での信頼性が向上するので、基板の信頼性向上が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプレス時（１７５℃）における多層プリント配線板の各部分の界面における応力集中を説明する断面図。
【図２】本発明の常温時（３０℃）における多層プリント配線板の各部分の界面における応力集中を説明する断面図。
【図３】本発明の高温時（２５０℃）における多層プリント配線板の各部分の界面における応力集中を説明する断面図。
【図４】絶縁膜厚の膨脹による伸びに対する温度依存性を説明する特性図。
【図５】本発明の多層プリント配線板の断面図。
【図６】本発明の多層プリント配線板を形成する製造工程断面図。
【図７】本発明の多層プリント配線板を形成する製造工程断面図。
【図８】配線層に用いる銅箔の厚みにより応力が影響されることを説明する特性図。
【図９】従来の多層プリント配線板の製造工程断面図。
【図１０】従来の多層プリント配線板の製造工程断面図。
【符号の説明】
１、１０１・・・配線基板、 ２、２′、１０２・・・銅箔、
３、３′・・・層間絶縁膜、
４、５、１１、１０４、１０５・・・配線層（配線パターン）、
６、７、７′・・・バンプ、 ８、８′、１０８・・・クッション材、
９、９′、１０９・・・プレス板、 １２・・・層間絶縁膜、
１３、１０６、１０７・・・バンプ、 １０３・・・有機絶縁膜。
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板などに用いられ、高温時に信頼性の高い多層プリント配線板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビルドアップ配線基板といわれる多層プリント配線板がプリント配線板や半導体素子を接続して構成されたフリップチップ型半導体装置などに適用される。とくに、例えば、銀ペーストなどの導電ペーストを、例えば、銅などの金属箔に印刷して接続バンプ（以下、バンプという）を形成し、バンプに有機絶縁膜を貫通させて層間の電気接続を行う方法は、Ｂ2 ｉｔ法（Ｂｕｒｉｅｄ Ｂｕｍｐ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの略、バンプによる層間接続技術を意味している。）として良く知られている。
図９及び図１０を参照してこの方法を説明する。図は、いずれも従来の多層プリント配線板の製造工程断面図である。配線基板１０１は、例えば、両面に導体箔を貼り合わせた両面銅張積層板を用いる。厚さ１．２ｍｍのガラスクロスにビスマレイミド型ポリイミド樹脂を含浸させた両面銅張積層板の導体箔は、例えば、厚さ３５μｍの電解銅箔からなり、これらをパターニングして両面に第１及び第２の配線層１０４、１０５を形成する。第１の配線層１０４及び第２の配線層１０５は、銀ペーストなどの導電ペーストから形成された接続配線であるバンプ１０６により電気的に接続されている（図９（ａ））。
【０００３】
一方、厚さ３５μｍの電解銅箔１０２を用意し、これに銀ペーストなどの導電ペーストを用いて所定のパターンに配置された接続配線であるバンプ１０７を複数印刷する。バンプ１０７は略円錐状で底面の径が０．４ｍｍ程度である（図９（ｂ））。次に、バンプ１０７を所定のパターンに配置形成した形成した銅箔１０２に未硬化の有機絶縁膜１０３を積層し、バンプ１０７を貫通させてその頭部を露出させる。有機絶縁膜１０３は、例えば、エポキシ変性ポリイミド樹脂フィルムを用いる。銅箔１０２及び有機絶縁膜１０３は、ローラーなどによりプレスして一体化される。このとき、銅箔１０２と有機絶縁膜１０３との積層体は、有機絶縁膜１０３から露出するバンプ１０７の頭部を圧潰するように塑性変形される。そして、有機絶縁膜１０３は、硬化させず、セミキュア状態を維持する温度、圧力条件でプレスを行うのが好ましい（図９（ｃ））。
【０００４】
次に、銅箔１０２と有機絶縁膜１０３との積層体に配線基板１０１を積層する。このとき配線基板１０１の第１の面に形成された第１の配線層１０４は、銅箔１０２に形成されたバンプ１０７と対向するようにこれらを積層する。これら積層体は、上下両側からクッション材１０８を介してプレス板１０９に挟み込まれ、この状態で加熱しつつ加圧される。加熱及び加圧により有機絶縁膜１０３は硬化してキュアされる。このとき銅箔１０２上のバンプ１０７は、塑性変形しながら、対向する配線基板１０１の第１の配線層１０４と接続される（図１０（ａ））。プレスに用いるプレス板１０９は、ステンレス板、真鍮板などの寸法変化や変形の少ない金属板、ポリテトラフロロエチレン樹脂板やポリイミド樹脂板などの寸法変化や変形の少ない耐熱性樹脂板などを用いる。プレス板１０９から積層体を取り外し、周知のエッチング技術により銅箔１０２を所定のパターンにエッチングして第３の配線層を形成する。以上の工程により各配線層がバンプによる多数のビアコンタクトを有する多層プリント配線板が形成される。その後ソルダーレジスト加工、コンポーネントマスキング加工、金メッキ加工、ハンダコーティングなどの表面仕上げ加工を適宜行って多層プリント配線板を完成させる（図１０（ｂ））。
このように形成された多層プリント配線板の配線回路の接続抵抗は小さく、接合状態は良好である。また、従来より薄くすることも可能になる。また、貫通孔による層間接続を必要最小限にすることができるので高密度実装に対応することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した多層プリント配線板は、バンプ１０７に用いる銀ペーストと有機絶縁膜１０３の線膨張率を比べると有機絶縁膜１０３の方が大きい。例えば、銀ペーストが２．２×１０-5（２５℃）、３．０×１０-5（２００℃）であり、ＦＲ−４（東芝ケミカル社製プリプレグ）が５．０×１０-5（２５℃）、１．５×１０-4（２００℃）である。しかも、有機絶縁膜を構成するＦＲ−１の場合、ガラス転移点を超えると急激に線膨張率が上昇する（図４．ＴＭＡによる膨張率の変化を参照）。
この線膨脹率の差によって、多層プリント配線板にはんだをコートする工程（スーパージャフィット時ピーク温度２３０℃）や半導体装置、受動素子などの回路部品を多層プリント配線板に実装する工程（はんだリフロー時ピーク温度約２３０℃）において層間の断線が生じる可能性が大きかった。また、信頼性試験（はんだ耐熱試験２６０℃、２０秒、ホットオイル試験２６０℃、１０秒−２０℃、２０秒、１００サイクル、両試験ともに試験終了後抵抗変化率±１０％以内）でも合格しないものが出ることがあった。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、層間接続に導電ペーストなどの導電性樹脂化合物を用い、且つ積層する時に層間接続をより強固にする多層プリント配線板及びその製造方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スルーホールを用いずに形成される多層プリント配線板の層間接続材料に導電性樹脂化合物を用いる場合において、積層時に層間接続をより強固にするために層間絶縁膜を５０μｍ以下にし、また、必要に応じて配線層を構成する金属箔の膜厚を１８μｍ以下にすることに特徴がある。
図１乃至図３を参照して多層プリント配線板の製造時における応力の作用を説明する。多層プリント配線板の製造工程における積層プレスによる成形温度時（一般には１５０〜２００℃と高温である。）には各層とも応力がかからない状態になっている多層プリント配線板を構成する有機絶縁膜からなる層間絶縁膜１２の上下に銅箔などの金属箔からなる配線パターン（配線層）１１が形成されている。上下の配線パターン１１は、層間絶縁膜１２を貫通する導電ペーストなどの導電性樹脂化合物から構成されたバンプ１３により電気的に接続されている（図１）。
しかし、その後積層工程が終了してこれを常温に戻すと、有機絶縁膜の方が導電性樹脂化合物に比べて線膨張率が大きいため、層間絶縁膜１２は、バンプ１３より大きく収縮し、バンプ３には上下に形成された配線パターン１から押される方向に応力がかかる（図２）。
【０００７】
そして、成形温度よりさらに高い温度のときは、有機絶縁膜の方が導電性樹脂化合物より大きく膨脹し、バンプ１３が上下に形成された配線パターンから引き剥がされる方向に応力が働く。この時、引き剥がす力が大きいとバンプ１３から配線パターン１１が剥れ断線が起きることもある（図３）。
成形温度より高温時において断線の発生を防止するには、絶縁樹脂の膨脹を押さえることが肝要である。絶縁樹脂層厚が薄ければ、絶縁樹脂層が高温時に伸びる量の絶対値が減るため引き剥がす力は減少する。
また、はんだコート時や部品を実装する時の温度が一定ならば、引き剥がす力は、成形時の温度が高いほど小さくなる。
本発明は、これらに注目したものであり、▲１▼導電性樹脂化合物をバンプとして層間接続を行う多層プリント配線板の有機絶縁膜からなる層間絶縁膜の厚みを減らすことによって、はんだコート時や実装時の温度を維持した状態でバンプが層間絶縁膜の上下に形成した配線パターンから引き剥がされる方向にかかる応力の絶対値を減少することができる。また、▲２▼多層プリント配線板の成形温度を従来より高くすることによって応力の均衡が取れる温度を上げる。これにより、はんだコート時や実装時の温度を維持した状態でバンプが層間絶縁膜の上下に形成した配線パターンから引き剥がされる方向にかかる応力の絶対値を減少させることができる。
【０００８】
なお、図４に示すように、層間絶縁膜厚の伸び−温度特性曲線を見ると、層間絶縁膜にはガラス転移温度を有しており、ここに示したＦＲ−４の場合、１２７．１１℃である。この層間絶縁膜の熱膨脹係数は、ガラス転移温度以下では小さく、以上では大きい。一方、図示はしないが、導電性樹脂化合物であるバンプも厚さの伸び−温度特性曲線を有している。この曲線はガラス転移温度を有していない。つまり、温度によって熱膨脹係数は、変化しない。いずれもその膜厚によって特性曲線は、上下に移動する。
層間絶縁膜とバンプに応力が働かないようにするには、全く同じ線膨脹率にするか、または引き剥がし方向に応力がかからないように（図３参照）、交点を高い温度になるようにすればよい。このような交点、すなわち、バンプの温度に対する高さ方向（膜厚）の伸びと層間絶縁膜の厚さ方向（膜厚）の温度に対する伸びとを等しくする温度を層間絶縁膜のガラス転移温度以上にすると両者の熱膨張の差が広い温度範囲で小さくなる。
【０００９】
すなわち、本発明の多層プリント配線基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板の少なくとも１つの面に形成された第１の配線パターンと、前記第１の配線パターンを被覆するように前記絶縁基板上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成された第２の配線パターンと、前記層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの接続バンプとを備え、前記層間絶縁膜の膜厚は、５０μｍ以下であることを第１の特徴としている。
また、本発明の多層プリント配線基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板の少なくとも１つの面に形成された第１の配線パターンと、前記第１の配線パターンを被覆するように前記絶縁基板上に形成された第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜上に形成された第２の配線パターンと、前記第２の配線パターンを被覆するように前記第１の層間絶縁膜上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間絶縁膜上に形成された第３の配線パターンと、前記第１の層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの第１の接続バンプと、前記第２の層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第２の配線パターン及び前記第３の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの第２の接続バンプとを備え、前記第１及び第２の層間絶縁膜の膜厚は、５０μｍ以下であることを第２の特徴としている。
【００１０】
また、本発明の多層プリント配線板は、絶縁基板と、前記絶縁基板の第１の面に形成された第１の配線パターンと、前記絶縁基板の第２の面に形成された第２の配線パターンと、前記第１の配線パターンを被覆するように前記絶縁基板の第１の面上に形成された第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜上に形成された第３の配線パターンと、前記第２の配線パターンを被覆するように前記絶縁基板の第２の面上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間絶縁膜上に形成された第４の配線パターンと、前記第１の層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第１の配線パターン及び前記第３の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの第１の接続バンプと、前記第２の層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第２の配線パターン及び前記第４の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの第２の接続バンプと、を備え、前記第１及び第２の層間絶縁膜の膜厚は、５０μｍ以下であることを第３の特徴としている。前記第１、第２、第３及び第４の配線パターンは、銅箔からなり、この銅箔の厚さは、１８μｍ以下にしても良い。
【００１１】
本発明の多層プリント配線の製造方法は、金属箔一主面に導電性ペーストを用いて所定の配置パターンによりバンプを印刷する工程と、未硬化な有機絶縁膜を前記バンプが貫通するように前記金属箔に載置する工程と、絶縁基板を、この絶縁基板主面に形成された第１の配線パターンが前記バンプに接するように前記有機絶縁膜を介在させて、前記金属箔上に積層し、この積層体を加熱プレスして前記有機絶縁膜を硬化させる工程と、前記金属箔をエッチング処理して前記第２の配線パターンを形成する工程とを備え、前記第１の配線パターンと第２の配線パターンは、前記バンプにより電気的に接続され、前記硬化された有機絶縁膜は、前記第１及び第２の配線パターン間を絶縁する層間絶縁膜であり、この層間絶縁膜の膜厚は、５０μｍ以下であることを特徴としている。前記第１及び第２の配線パターンは、銅箔から構成されていても良く、この銅箔の厚さは、１８μｍ以下にしても良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
図１乃至図８を参照して第１の実施例を説明する。
図１乃至図３は、プリント配線板の各部分の界面における応力集中を説明する断面図、絶縁膜厚の膨脹による伸びに対する温度依存性を説明する特性図、図５は、多層プリント配線板の断面図、図６及び図７は、多層プリント配線板を形成する製造工程断面図、図８は、配線層に用いる銅箔の厚みにより応力が影響されることを説明する特性図である。
図５に示すように、この多層プリント配線板は、コアとなる配線基板１の両面に層間絶縁膜３、３′が形成されて上下に両面２層づつ配線層が形成された４層配線構造である。図６に示すように、配線基板１は、例えば、両面に導体箔を貼り合わせた両面銅張積層板を用いる。この積層板は、例えば、厚さ０．３ｍｍのガラスクロスにビスマレイミド型ポリイミド樹脂を含浸させて形成される。両面銅張積層板の導体箔は、例えば、厚さ１８μｍの電解銅箔からなり、これら導体箔をパターニングして両面に第１及び第２の配線層４、５を形成する。第１の配線層４及び第２の配線層５は、銀ペーストなどの導電ペーストから形成された接続配線であるバンプ６により電気的に接続されている。
【００１３】
一方、厚さ１８μｍの第１の電解銅箔２及び第２の電解銅箔２′を用意し、これに銀ペーストなどの導電ペーストを用いて所定のパターンに配置された接続配線であるバンプ７、７′を複数印刷する。バンプ７、７′は、略円錐状で底面の径が０．４ｍｍ程度である。次に、バンプ７、７′を所定のパターンに配置した形成した銅箔２に厚さがいづれも４０μｍの未硬化の第１及び第２の有機絶縁膜（プリプレグ）３、３′を積層させ、バンプ７、７′を貫通させてその頭部を露出させる。第１及び第２の有機絶縁膜３は、例えば、エポキシ変性ポリイミド樹脂フィルムからなる。第１及び第２の銅箔２、２′及び第１及び第２の有機絶縁膜３、３′は、ローラーなどによりプレスして一体化される。このとき、第１及び第２の銅箔２、２′と第１及び第２の有機絶縁膜３、３′との積層体は、第１及び第２の有機絶縁膜３、３′から露出するバンプ７、７′の頭部を圧潰するように塑性変形される。第１及び第２の有機絶縁膜３、３′は、硬化させず、セミキュア状態を維持する温度、圧力条件でプレスを行う（図６）。
【００１４】
次に、第１の銅箔２と第１の有機絶縁膜３とからなる第１の積層体、第２の銅箔２′と第２の有機絶縁膜３′とからなる第２の積層体を配線基板１が間に挟まれるように積層する。このとき配線基板１の第１の面に形成された第１の配線層４は、第１の銅箔２に形成されたバンプ７と対向し、第２の面に形成された第２の配線層５は、第２の銅箔２′に形成されたバンプ７′対向するようにこれらを積層する。これら積層体は、上下両側からクッション材８、８′を介してプレス板９、９′に挟み込まれ、この状態で１７５℃で加熱しつつ加圧される。加熱及び加圧により第１及び第２の有機絶縁膜３、３′は硬化されキュアされて第１及び第２の層間絶縁膜３、３′となる。このとき第１の銅箔２上のバンプ７は、塑性変形しながら、対向する配線基板１の第１の配線層４と接続され、第２の銅箔２′上のバンプ７′は、第２の配線層５と接続され（図７）。プレスに用いるプレス板９、９′は、ステンレス板、真鍮板などの寸法変化や変形の少ない金属板、ポリテトラフロロエチレン樹脂板やポリイミド樹脂板などの寸法変化や変形の少ない耐熱性樹脂板などを用いる。プレス板９、９′から積層体を取り外し、周知のエッチング技術により第１及び第２の銅箔２、２′を所定のパターンにエッチングして第１の層間絶縁膜３上に第３の配線層２を形成し、第２の層間絶縁膜３′上に第４の配線層２′を形成する。以上の工程により各配線層がバンプによる多数のビアコンタクトを有する多層プリント配線板が形成される。
【００１５】
その後、ソルダーレジスト加工、コンポーネントマスキング加工、金メッキ加工、はんだコーティングなどの表面仕上げ加工を適宜行って多層プリント配線板が完成される（図５参照）。
本発明の多層プリント配線板は、この実施例のように配線基板両面に層間絶縁膜を形成する構造に限らない。例えば、従来の技術で説明した配線基板の片面のみに層間絶縁膜を設ける構造でも良く、また、さらに層間絶縁膜を重ねて積層配線層の数を増やすことができる。
第１の実施例では、前述のようにＢ2 ｉｔ法を用いて多層プリント配線板を製造した。この多層プリント配線板の特性を比較例１、２と比較しながら説明する。比較例の多層プリント配線板は、第１の実施例と同じく４層配線構造であり、各層の銅箔は、１８μｍ厚、コアとなる配線基板は、板厚０．３ｍｍのＦＲ−４（東芝ケミカル（株）製ＴＬＣ−５５１）を用いた。層間絶縁膜に用いるプリプレグは、次の表１のとおりである。
【００１６】
【表１】
これらのプリプレグを用いて各試験用多層プリント配線板を作製する。これらの積層（成型）温度は１７５℃である。
完成した多層プリント配線板のホットオイル試験（２６０℃、１０秒〜２０℃、２０秒、３０サイクル）を実施したところ、比較例１の多層プリント配線板は、３０サイクル試験後も抵抗変化がなかったのに対し、比較例２の多層プリント配線板は、１０サイクルで１０％以上（３０サイクルでは１０％以内）の抵抗変化率を示した。一方、この実施例の多層プリント配線板ではホットオイル試験を１００サイクルまで延長したが抵抗変化率は１０％以内を保持していた。このようにＺ軸方向の線膨脹率の大きい素材では層間絶縁層膜を薄くすることで非常に高い効果が得られる。
ここで用いたプリプレグは、エポキシ樹脂を充填材にガラスクロスを用いたものであるが、このほかに使用可能な樹脂にはフェノ−ル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。また使用可能な充填剤にはガラスクロスのほかに紙、不織布、ガラスビ−ズ、エアロジル等が考えられる。これら絶縁樹脂のＺ軸（多層プリント配線板の平面に垂直）方向の熱膨脹係数は、エアロジル＝ガラスビ−ズ＜紙＝不織布＜ガラスクロスの順に大きくなる。逆にＸ，Ｙ軸（多層プリント配線板の平面に平行）方向の熱膨脹係数は、全く逆順になっている。これは、繊維によりＸ，Ｙ方向の膨脹を押さえた結果Ｚ軸方向（厚さ方向）に大きく膨脹することを示している。
【００１８】
本発明のように導電性樹脂化合物を材料とするバンプによる層間接続を行う多層プリント配線板の場合、配線層の銅箔、層間絶縁膜の有機絶縁物及びバンプの導電性樹脂化合物の３つの物質の界面に応力が集中することが前記接続部分をモデル化したシュミレ−ション（（図１乃至図３参照）回転体モデル断面による３０℃から２５０℃に上昇した時の変形図で判明している。
なお、シュミレ−ションによれば、更に以下に示す２つの事実が分かる。
第１は、配線パタ−ン界面と層間接続部及び有機絶縁物層の界面とがなす角度が鋭角であると応力集中が防げる。第２は、銅箔が厚いほど銅箔が曲がることによって応力を逃がすことが出来ないために界面の応力が強まることが分かっている（特開平１０−９３２４２号公報参照）。
【００１９】
図８は、配線パターンである銅（Ｃｕ）箔、層間絶縁膜、バンプの接合界面における応力分布を示す特性図である。縦軸は、ストレス（応力）（ＭＰａ）を示し、横軸は、銅箔と層間絶縁膜との界面（界面端＝０）からバンプ中心までの距離（ｍｍ）を示している。曲線Ａは、厚さ０．００５ｍｍの銅箔を用いた場合の応力曲線、曲線Ｂは、厚さ０．０１８ｍｍの銅箔を用いた場合の応力曲線、曲線Ｃは、厚さ０．０３５ｍｍの銅箔を用いた場合の応力曲線を示す。膜厚が０．０３５ｍｍの銅箔を用いると、応力は、内部にまで及ぼされることが分かる。そして、膜厚が０．０１８ｍｍ以下の銅箔の場合にその影響を小さくさせることができる。
また、従来のＢ2 ｉｔ法による多層プリント配線板でのこれまでの評価結果から、層間絶縁膜である有機絶縁膜が厚いほど大径の導電バンプが必要になることが知られている。この原因は、有機絶縁膜が厚いほど導電性樹脂化合物（バンプ）と有機絶縁膜の熱膨脹係数の差が大きくなるため、バンプに対し垂直方向の伸びの絶対値が有機絶縁膜が厚くなるほど大きくなり、その結果応力が強く働くことにある。そのため導電性バンプを大径にしてこのバンプの周囲に沿って応力を分散させて単位長さ当たりの応力を下げるようにしている。
【００２０】
今日におけるプリント配線板などに用いる多層プリント配線板の高い寸法精度要求がガラスクロスの必要性を増す結果となったが、Ｚ軸方向の熱膨張係数を増加させる結果となっている。導電性樹脂化合物による層間接続を行うプリント配線板においてガラスクロスを使いこなしていくためには、導電性樹脂化合物と絶縁樹脂の熱膨脹係数の差が現れないように出来るだけ薄いガラスクロスを使用することが必要であり、本発明では、これによって接続信頼性を高めることが出来る。
なお、銅箔については、現在使用している１８μｍの銅箔より薄いものは高価である上に扱い難い素材となるが応力の集中を緩和する上で必要である。
次に、多層プリント配線板の製造方法に使用され、その層間絶縁膜に用いられる未硬化な有機絶縁膜であるプリプレグの特性について説明する。
【００２１】
ここで用いたプリプレグ（ＦＲ−４）は、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた構成であり、その試料１は、ガラスクロス厚が６０μｍ、プリプレグ膜厚が５６．４μｍ、樹脂量５８重量％である。試料２は、ガラスクロス厚が６０μｍ、プリプレグ膜厚が６５．２μｍ、樹脂量６３重量％であり、試料３は、ガラスクロス厚が４０μｍ、プリプレグ膜厚が４６．６μｍ、樹脂量７８重量％である。これら試料のＺ軸方向（厚さ方向）の熱膨脹係数等を次の表２に示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】
なお、試料１、２は、同じ型番のガラスクロスを使用している。また、熱膨張係数（α２）は、２００〜２５０℃で測定している。
上記の内容をみると、樹脂量が増加するに伴い、熱膨脹係数も増加するので、薄いガラスクロスを使用すれば熱膨脹係数が小さくなるとは一概には言えない。しかし、応力の平衡点を越えるα２の領域のみで比較すると、樹脂量がかなり増加したにも拘らず、１℃当たりの膨脹量は、４０μｍのプリプレグが最も小さいという結果になった。この結果から応力の平衡を越える温度（成形温度以上）では、１℃当たりの膨脹量を比較して一番小さい有機絶縁樹膜を選択することが一番であるが、同程度の樹脂量であれば出来る限り薄いプリプレグ（５０μｍ以下）を選択することによってＺ軸方向の膨脹を押さえて接続不良を減少させることができる。
【００２４】
このように形成された多層プリント配線板の配線回路の接続抵抗は小さく、層間接続を強固になるなど接合状態が良好であり、従来のものより薄くすることも可能である。また、はんだ等によってプリント配線板に高熱のかかる実装時に層間接続部の断線が起き難くなる。さらに、長期信頼性試験での信頼性が向上し、多層プリント配線板自体の信頼性向上が認められる。
【００２５】
次に、第２の実施例を説明する。
この実施例で用いられる多層プリント配線板は、図５に示される。図５のように、多層プリント配線板は、コアとなる配線基板１の両面に層間絶縁膜３、３′が形成されて上下に両面２層づつ配線層が形成された４層配線構造である。そして、多層プリント配線板は、Ｂ2 ｉｔ法を用いて製造される。
各層の配線層を構成する銅箔は、１８μｍ厚であり、コアとなる配線基板は、板厚０．３ｍｍのプリプレグ（東芝ケミカル（株）製ＴＬＣ−５５１）を用いる。層間絶縁膜に用いるプリプレグは、いずれも厚さが６０μｍ、成形後の層間絶縁膜の厚さが７０μｍである。
上記プリプレグの推奨積層条件は、温度１７５℃である。そこで、１７５℃と１８５℃の条件で積層を行い２種類の試験用多層プリント配線板を作製する。
【００２６】
完成した多層プリント配線板のホットオイル試験（２６０℃、１０秒−２０℃、２０秒、１００サイクル）を実施したところ、１７５℃で形成した多層プリント配線板は、前記１００サイクル試験後抵抗上昇が１０％を越えるものが出たのに対し、１８５℃で形成した多層プリント配線板は、前記１００サイクル試験後抵抗変化はすべて１０％以内であった。
本発明の多層プリント配線板の層間絶縁膜の絶縁材料は、他にもＢＴレジンを使用するＧＨＰＬ−８３０（三菱ガス化学社製プリプレグ）、松下電工製Ｒ５６１０（松下電工社製プリプレグ）でも可能である。
また、実施例では層間接続に銀ぺ−ストを用いているが、銅ぺ−スト、金ぺ−ストなどの金属粉混合樹脂化合物やポリピロ−ル、ポリアセン等の導電性樹脂でも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上の構成により、はんだ等によって多層プリント配線板に高熱のかかる実装時に層間接続部の断線が起き難くなる。また、長期信頼性試験での信頼性が向上するので、基板の信頼性向上が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプレス時（１７５℃）における多層プリント配線板の各部分の界面における応力集中を説明する断面図。
【図２】本発明の常温時（３０℃）における多層プリント配線板の各部分の界面における応力集中を説明する断面図。
【図３】本発明の高温時（２５０℃）における多層プリント配線板の各部分の界面における応力集中を説明する断面図。
【図４】絶縁膜厚の膨脹による伸びに対する温度依存性を説明する特性図。
【図５】本発明の多層プリント配線板の断面図。
【図６】本発明の多層プリント配線板を形成する製造工程断面図。
【図７】本発明の多層プリント配線板を形成する製造工程断面図。
【図８】配線層に用いる銅箔の厚みにより応力が影響されることを説明する特性図。
【図９】従来の多層プリント配線板の製造工程断面図。
【図１０】従来の多層プリント配線板の製造工程断面図。
【符号の説明】
１、１０１・・・配線基板、 ２、２′、１０２・・・銅箔、
３、３′・・・層間絶縁膜、
４、５、１１、１０４、１０５・・・配線層（配線パターン）、
６、７、７′・・・バンプ、 ８、８′、１０８・・・クッション材、
９、９′、１０９・・・プレス板、 １２・・・層間絶縁膜、
１３、１０６、１０７・・・バンプ、 １０３・・・有機絶縁膜。
Claims (4)
- 絶縁基板と、前記絶縁基板の少なくとも１つの面に形成された第１の配線パターンと、前記第１の配線パターンを被覆するように前記絶縁基板上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成された第２の配線パターンと、前記層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第１及び前記第２の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの接続バンプとを備え、少なくとも前記第 2 の配線パターンは厚さ１８μ m 以下の銅箔からなり、前記層間絶縁膜の膜厚は、５０μｍ以下であり、かつ前記各接続バンプの温度に対する膜厚方向の伸びと前記各層間絶縁膜の膜厚方向の温度に対する伸びとが等しくなる温度が前記層間絶縁膜を構成する樹脂のガラス転移温度以上にされていることを特徴とする多層プリント配線板。
- 絶縁基板と、前記絶縁基板の少なくとも１つの面に形成された第１の配線パターンと、前記第１の配線パターンを被覆するように前記絶縁基板上に形成された第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜上に形成された第２の配線パターンと、前記第２の配線パターンを被覆するように前記第１の層間絶縁膜上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間絶縁膜上に形成された第３の配線パターンと、前記第１の層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第１及び前記第２の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの第１の接続バンプと、前記第２の層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第２及び前記第３の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの第２の接続バンプとを備え、少なくとも前記第２及び前記第 3 の配線パターンは厚さ１８μ m 以下の銅箔からなり、前記第１及び第２の層間絶縁膜の膜厚は、５０μｍ以下であり、かつ前記各接続バンプの温度に対する膜厚方向の伸びと前記各層間絶縁膜の膜厚方向の温度に対する伸びとが等しくなる温度が前記層間絶縁膜を構成する樹脂のガラス転移温度以上にされていることを特徴とする多層プリント配線板。
- 絶縁基板と、前記絶縁基板の第１の面に形成された第１の配線パターンと、前記絶縁基板の第２の面に形成された第２の配線パターンと、前記第１の配線パターンを被覆するように前記絶縁基板の第１の面上に形成された第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜上に形成された第３の配線パターンと、前記第２の配線パターンを被覆するように前記絶縁基板の第２の面上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間絶縁膜上に形成された第４の配線パターンと、前記第１の層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第１及び前記第３の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの第１の接続バンプと、前記第２の層間絶縁膜に埋め込まれ、且つ導電性ペーストから構成され、前記第２及び前記第４の配線パターン間を電気的に接続する少なくとも１つの第２の接続バンプと、を備え、少なくとも前記第３及び第４の配線パターンは厚さ１８μ m 以下の銅箔からなり、前記第１及び第２の層間絶縁膜の膜厚は、５０μｍ以下であり、かつ前記各接続バンプの温度に対する膜厚方向の伸びと前記各層間絶縁膜の膜厚方向の温度に対する伸びとが等しくなる温度が前記層間絶縁膜を構成する樹脂のガラス転移温度以上にされていることを特徴とする多層プリント配線板。
- 前記層間絶縁膜が、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたものであり、前記接続バンプが銀ペーストから構成されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多層プリント配線板。
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