JP4051989B2 - 多層配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体素子や電気素子（コンデンサ素子、抵抗素子等）を高密度に実装するために、それら素子間の接続や外部回路との接続を内層に形成した配線パターンを介して行う多層配線基板が知られている。このような多層配線基板は、例えば絶縁体セラミックスに金属ペーストを印刷して配線パターンを形成したシートを多層化した後に、一体焼成して形成したり、銅箔等をパターニングして形成された配線パターンを有する熱可塑性樹脂フィルムを多層化した後に、加熱及び加圧を行うことにより一体化して形成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多層基板を構成するシートやフィルム等の絶縁基材に配線パターンを形成した後に積層して、それらシートやフィルムを一体化させる場合、その積層体における、配線パターンを形成した部分と配線パターンのない部分とでは、積層方向における厚さが異なる。このため、その配線パターンが設けられていない部分を埋めるように、前記絶縁基材が変形することになる。この結果、絶縁基材には、曲がりやうねりが発生するとともに、その絶縁基材上に形成された配線パターンも同様に変形する。
【０００４】
ここで、多層配線基板においては、その内部に配線パターンが何層にも渡って形成されているため、隣接する配線パターンによってキャパシタンスやインダクタンス等のインピーダンスが発生する。多層配線基板における配線パターンは、このインピーダンスが所定範囲の値となることを前提に設計されるが、上述のように、絶縁基材に曲がりやうねりが発生すると、配線パターン間の距離が変化したり配線パターンの変形が生じる。その結果、インピーダンスの値が想定している範囲からずれてしまい、配線パターンによる信号の伝達等に支障を生ずる場合がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、多層配線基板の絶縁層の曲がりやうねりを低減して、配線パターンのインピーダンスの変動を抑制することが可能な多層配線基板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の多層配線基板の製造方法は、
熱可塑性樹脂フィルムからなる複数枚の絶縁層と配線パターンからなる導体層とが交互に積層されるように、当該複数枚の絶縁層の所望の面に配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、
配線パターンに対して間隔を空けて、絶縁層にダミーパターンを形成するダミーパターン形成工程と、
配線パターン及びダミーパターンが形成された複数枚の絶縁層を積層する積層工程と、
絶縁層の積層体に熱及び圧力を加えることにより、絶縁層を構成する熱可塑性樹脂フィルムを塑性変形させ、配線パターンとダミーパターンとが形成されない部分において、隣接する絶縁層の熱可塑性樹脂同士を熱溶着させることにより、絶縁層の積層体を一体化する一体化工程とを備え、
ダミーパターン形成工程では、ダミーパターンと配線パターンとを併せた形状が、他の導体層における配線パターンの形状に近似するようにダミーパターンが形成され、その結果、各導体層のパターン形状が近似されることを特徴とする。
【０００７】
多層配線基板を製造する際に、多層配線基板を構成する絶縁層に曲がりやうねりが発生する原因は、絶縁層間に配線パターンを形成した部分と配線パターンのない部分とが存在し、その配線パターンが設けられていない部分を埋めるように、絶縁層が変形するためである。従って、上述したように、絶縁層に配線パターン以外に、ダミーパターンを設けることにより、配線パターンの存在しない部位をダミーパターンで補うことができる。この結果、絶縁層の曲がりやうねりを生じさせるような絶縁層の変形を低減できるのである。従って、その絶縁層間に配置される配線パターン間の距離の変化や配線パターンの変形を抑制できる。
ここで、配線パターンが形成された部分の絶縁層に曲がりやうねりが生じた場合に、特に配線パターンのインピーダンスの変動に対する影響が大きい。この点、請求項１のように、自身の配線パターンとダミーパターンとを併せた形状が他の配線パターンの形状と近似するように、ダミーパターンを形成することにより、少なくとも、配線パターンが形成された位置における積層体の厚さを揃えることができる。従って、配線パターンが形成された位置における絶縁層に曲がりやうねりが発生し難くなる。
特に、熱可塑性樹脂フィルムからなる絶縁層は、熱可塑性樹脂フィルムによって構成される複数枚の絶縁層の積層体に対して、その熱可塑性樹脂の融点より低い温度で加熱しつつ圧力を加えると、相互に溶着して一体化する。このとき、熱可塑性樹脂は加熱により軟化されるため、熱可塑性樹脂フィルム間に配線パターンが形成されている場合、その配線パターンの存在しない空間を埋めるように塑性変形する。このような特性を持った熱可塑性樹脂フィルムによって絶縁層を構成する場合、上述したダミーパターンを用いることにより、熱可塑性樹脂フィルムの変形を抑制できる。
【００１４】
請求項２に記載したように、絶縁層の所望の面に導体箔を貼着し、その導体箔をパターニングして配線パターンとダミーパターンとを形成することが好ましい。これにより、配線パターン形成工程とダミーパターン形成工程とを同時期に行うことができるので、製造工程を簡素化することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態における多層配線基板の製造工程を示す工程別断面図である。
【００１８】
図１（ａ）において、２１は、絶縁基材である樹脂フィルム２３の片面に貼着された導体箔（本例では厚さ１８μｍの銅箔）をエッチングによりパターン形成した配線パターン２２ａ及びダミーパターン２２ｂを有する片面導体パターンフィルムである。すなわち、樹脂フィルム２３上に形成される配線パターン２２ａ及びダミーパターン２２ｂは、同じ導体箔から形成される。なお、配線パターン２２ａとダミーパターン２２ｂとの間には、所定の間隔が設けられており、両者が互いに絶縁されている。ダミーパターン２２ｂに関しては、後に詳細に説明する。
【００１９】
また、樹脂フィルム２３として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂６５〜３５重量％とポリエーテルイミド樹脂３５〜６５重量％とからなる厚さ７５μｍの熱可塑性樹脂フィルムを用いている。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、配線パターン２２ａ及びダミーパターン２２ｂの形成が完了すると、次に、図１（ｂ）に示すように、樹脂フィルム２３側から炭酸ガスレーザを照射して、導体パターン２２を底面とする有底ビアホールであるビアホール２４を形成する。ビアホール２４の形成は、炭酸ガスレーザの出力と照射時間等を調整することで、導体パターン２２に穴を開けないようにしている。ビアホール２４の径は、５０〜１００μｍである。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、ビアホール２４の形成が完了すると、次に、図１（ｃ）に示すように、ビアホール２４内に層間接続材料となる導電ペースト５０を充填する。導電ペースト５０は、銅、錫、銀等の金属粒子にバインダ樹脂や有機溶剤を加え、これを混練しペースト化したものである。
【００２２】
導電ペースト５０は、メタルマスクを用いたスクリーン印刷機により、片面導体パターンフィルム２１の導体パターン２２側を下側としてビアホール２４内に印刷充填される。これは、ビアホール２４内に充填された導体ペースト５０が落下しないようにするためである。導電ペースト５０がビアホール２４から落下しない程度の粘性を有していれば、片面導体パターンフィルム２１の導体パターン２２側が下側以外の向きにしても良い。また、ビアホール２４内への導電ペースト５０の充填は、本例ではスクリーン印刷機を用いたが、確実に充填ができるのであれば、ディスペンサ等を用いる他の方法を採用しても良い。
【００２３】
次に、図１（ｄ）に示すように、片面導体パターンフィルム２１を複数枚（本例では５枚）積層する。このとき、積層されるすべての片面導体パターンフィルム２１は配線パターン２２ａ及びダミーパターン２２ｂが設けられた側を上側として積層する。すなわち、片面導体パターンフィルム２１は、配線パターン２２ａ及びダミーパターン２２ｂが形成された面とそれらが形成されていない面とが向かい合うように積層される。
【００２４】
図１（ｄ）に示すように片面導体パターンフィルム２１を積層したら、これらの上下両面から図示しない真空加熱プレス機により加熱しながら加圧する。本例では、片面導体パターンフィルム２１の積層体を２５０〜３５０℃の温度に加熱しつつ、１〜１０ＭＰａの圧力で１０〜２０分間加圧した。
【００２５】
これにより、図１（ｅ）に示すように、各片面導体パターンフィルム２１の樹脂フィルム２３が塑性変形し、相互に接着される。樹脂フィルム２３は全て同じ熱可塑性樹脂材料によって形成されているので、容易に熱融着して一体化した絶縁基材３９となる。
【００２６】
さらに、ビアホール２４内の導電ペースト５０が焼結して一体化した導電性組成物５１となるとともに、さらに隣接する配線パターン２２ａと拡散接合する。これにより、隣接する配線パターン２２ａ同士の層間接続が行なわれる。このような工程を経て、内層に配線パターン２２ａを有する多層配線基板１００が得られる。
【００２７】
次に、上述の製造工程によって製造される多層配線基板１００において、配線パターン２２ａに加え、配線としては利用されないダミーパターン２２ｂを設けた理由について説明する。
【００２８】
図３（ａ），（ｂ）は、ダミーパターン２２ｂを設けずに、樹脂フィルム１２３上に配線パターン１２２ａのみを形成した片面導体パターンフィルム１２１を用いて、多層配線基板２００を形成した場合の例を示す図面である。すなわち、図３（ａ）に示されるように、樹脂フィルム１２３上に配線パターン１２２ａのみをパターン形成した後、ビアホール１２４内に導電ペースト１５０を充填した片面導体パターンフィルム１２１を複数毎積層する。そして、この片面導体パターンフィルム１２１の積層体を加熱及び加圧することにより多層配線基板２００を形成すると、図３（ｂ）に示すように、３層目及び４層目の配線パターン１２２ａの一部が変形する現象が生じる。
【００２９】
これは、その変形を生じた３層目及び４層目の配線パターン１２２ａの上方の１層目及び２層目に、配線パターン１２２ａが存在しないためである。つまり、加熱・加圧工程時に、配線パターン１２２ａが設けられていない部分を埋めるように、１層目及び２層目の樹脂フィルム１２３が変形するので、その樹脂フィルム１２３の変形と同様の変形が３層目及び４層目の配線パターン１２２ａにも生じるのである。このように、樹脂フィルムに曲がり、うねり等の変形が発生し、配線パターン１２２ａも同様に変形すると、配線パターン１２２ａ間の間隔が変化するため、配線パターン１２２ａのキャパシタンスやインダクタンス等のインピーダンスも変化してしまう。
【００３０】
そこで、本実施形態においては、配線パターン２２ａに加えて、配線としては利用されないダミーパターン２２ｂを設けて、配線パターン２２ａの存在しない部位をダミーパターン２２ｂで補うこととした。この結果、図１（ｅ）に示すように、ダミーパターン２２ｂの存在によって樹脂フィルム２３の曲がり、うねり等の変形が抑制できる。従って、その樹脂フィルム２３の間に配置される配線パターン２２ａの変形も抑制できるので、配線パターン２２ａのインピーダンスが設計値から大きく変動することがない。
【００３１】
ダミーパターン２２ｂの形状及び形成位置は、図２に示すように、自身の配線パターン２２ａとダミーパターン２２ｂとを併せた形状が、他の配線パターン２２ａのパターン形状に近似するように設定される。なお、図２は、ダミーパターン２２ｂの形状及び形成位置を説明するためのものであり、単純化された配線パターン２２ａ及びダミーパターン２２ｂの配置例を示している。以下、ダミーパターン２２ｂの形状及び形成位置について、詳しく説明する。
【００３２】
図２において、例えば、１層目の配線パターン２２ａは、樹脂フィルム２３の長手方向に沿って４本の配線パターン２２ａが設けられている。但し、内側の２本の配線パターン２２ａは中央で分離されており、配線パターン２２ａが形成されていない領域が存在する。一方、３層目の配線パターン２２ａについては、同じく４本の配線パターン２２ａが形成されており、内側２本の配線パターン２２ａは中央で分離されることなく、連続的に形成されている。
【００３３】
従って、１層目において、配線パターン２２ａが分離された２箇所の領域に、ダミーパターン２２ｂを設ける。このダミーパターン２２ｂは、配線パターン２２ａと同様の幅を有するように形成されるので、１層目の内側２本の配線パターン２２ａとダミーパターン２２ｂとを併せたパターンの形状は、３層目の内側２本の配線パターン２２ａの形状と近似することになる。
【００３４】
同様にして、各層の配線パターン２２ａのパターン形状が、他層の配線パターン２２ａのパターン形状と近似するように、ダミーパターン２２ｂが設けられている。
【００３５】
ここで、配線パターン２２ａが形成された部分の樹脂フィルム２３に曲がりやうねり等の変形が生じると、その影響で配線パターン２２ａは容易に変形するが、配線パターン２２ａが形成されていない部分の樹脂フィルム２３に変形が生じても、配線パターン２２ａの変形は生じ難い。
【００３６】
本実施形態においては、ダミーパターン２２ｂにより各層の配線パターン２２ａのパターン形状を近似させているので、少なくとも、配線パターン２２ａが形成された位置において、片面導体パターンフィルム２１の積層体の厚さを揃えることができる。従って、配線パターン２２ａが形成された位置における樹脂フィルム２３に曲がりやうねり等の変形が発生することを抑制できるのである。
【００３８】
（他の実施形態）
上述した実施形態においては、絶縁基材として熱可塑性樹脂フィルムを採用した例について説明したが、絶縁基材としては、セラミックスシートを用いても良い。この場合、各セラミックスシートに金属ペーストを印刷して配線パターン及びダミーパターンを形成した後、多層化して焼成することにより、ダミーパターンを備える多層配線基板を形成することができる。
【００３９】
上記実施形態では、片面導体パターンフィルムをすべて同じ向きに積層したが、例えば、積層される導体パターンフィルムの任意の２枚を導体パターンが形成されない面同士が向かい合うように積層し、残りの片面導体パターンフィルムは、導体パターンが形成された面と導体パターンが形成されない面同士が向かい合うように積層しても良い。このように積層すれば、片面にのみ配線パターン（及びダミーパターン）が形成された片面導体パターンフィルムを用いながら、多層配線基板の表裏両面を電子部品の実装面として利用することが可能になる。
【００４０】
さらに、片面導体パターンフィルム以外に、両面導体パターンフィルム、片面導体パターンフィルムおよび導体パターンを形成していない樹脂フィルムを適宜組み合わせて多層配線基板を形成しても良い。
【００４１】
また、上記実施形態において、樹脂フィルムとしてポリエーテルエーテルケトン樹脂６５〜３５重量％とポリエーテルイミド樹脂３５〜６５重量％とからなる樹脂フィルムを用いたが、これに限らず、ポリエーテルエーテルケトン樹脂とポリエーテルイミド樹脂に非導電性フィラを充填したフィルムであってもよいし、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）もしくはポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を単独で使用することも可能である。
【００４２】
さらに、熱可塑性ポリイミド、または所謂液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂を用いてもよい。加熱プレス時の加熱温度において弾性率が１〜１０００ＭＰａであり、後工程である半田付け工程等で必要な耐熱性を有する樹脂フィルムであれば好適に用いることができる。
【００４３】
また、上記実施形態において、層間接続用材料は導電ペースト５０であったが、ビアホール２４内に充填が可能であれば、ペースト状ではなく粒状等であっても良い。
【００４４】
さらに、上記実施形態において、多層配線基板は５層基板であったが、層数が限定されるものではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）〜（ｅ）は本発明における実施形態による多層配線基板の概略の製造工程を示す工程別断面図である。
【図２】 各樹脂フィルム２３における配線パターン２２ａ及びダミーパターン２２ｂの
配置例を示す斜視図である。
【図３】 （ａ）、（ｂ）は、ダミーパターンを設けない場合の、多層配線基板の状態を説明するための断面図である。

Claims (2)

1. 熱可塑性樹脂からなる複数枚の絶縁層と配線パターンからなる導体層とが交互に積層されるように、当該複数枚の絶縁層の所望の面に配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、
   前記配線パターンに対して間隔を空けて、前記絶縁層にダミーパターンを形成するダミーパターン形成工程と、
   前記配線パターン及びダミーパターンが形成された複数枚の絶縁層を積層する積層工程と、
   前記絶縁層の積層体に熱及び圧力を加えることにより、前記絶縁層を構成する熱可塑性樹脂フィルムを塑性変形させ、前記配線パターンと前記ダミーパターンとが形成されない部分において、隣接する絶縁層の熱可塑性樹脂同士を熱溶着させることにより、前記絶縁層の積層体を一体化する一体化工程とを備え、
   前記ダミーパターン形成工程では、前記ダミーパターンと前記配線パターンとを併せた形状が、他の導体層における配線パターンの形状に近似するように前記ダミーパターンが形成され、その結果、各導体層のパターン形状が近似されることを特徴とする多層配線基板の製造方法。
2. 前記絶縁層の所望の面に導体箔を貼着し、その導体箔をパターニングして前記配線パターンと前記ダミーパターンとを形成することにより、前記配線パターン形成工程と前記ダミーパターン形成工程とを同時期に行うことを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板の製造方法。

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