JP4582938B2

JP4582938B2 - 絶縁シートの製造方法および配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP4582938B2
Application number: JP2001055327A
Authority: JP
Inventors: 理一笹森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP2002261439A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低抵抗のビア導体を有する絶縁シートの製造方法および配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含む絶縁基板の表面に導体配線層を形成した、いわゆるプリント基板が回路基板や半導体素子を搭載したパッケージ等に適用されている。このようなプリント基板において導体配線層は、絶縁基板の表面に銅箔を接着した後、これをエッチングして配線パターンを形成する方法、または配線パターンに形成された銅箔を絶縁基板に転写する方法、絶縁基板の表面に金属メッキ法によって配線パターンを形成する方法等によって形成されている。
【０００３】
また、導体配線層の多層化に伴い、異なる層の導体配線層同士をビア導体によって電気的に接続することも行われているが、このビア導体は多層配線基板の絶縁基板の所定の箇所にドリル等で貫通孔を開けた後に、貫通孔内の内壁にメッキ等を施して形成されるのが一般的である。
【０００４】
ところが、上記のような方法では化学的なメッキ処理を施すのに用いられる薬品が高価であり、処理時間も長いなど生産性と経済性に難がある。また、貫通孔内壁にメッキを施したビア導体は、多層構造における任意の層間に形成することが難しく、導体配線層の密度を向上できないという問題がある。
【０００５】
このような問題に対して、最近では、銀、銅、ハンダなどの金属粉末と熱硬化性樹脂や活性剤とを混合した導体ペーストを用い、これを絶縁基板の表面に塗布したり、貫通孔内に充填し、積層して多層化する方法が、特許第２６０３０５３号公報、特公平５−３９３６０号公報、特開昭５５−１６００７２号公報等にて開示されている。
【０００６】
さらに特開２０００−１９６２３５号公報では、ポンチを用いて、金属シートと絶縁シートとを重ねて同時にプレス加工することで貫通孔形成と貫通孔への金属の充填が同時に行え、製造工程が簡略化でき、コストの削減が図れることを開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の導体ペーストの充填によるビア導体を形成する方法では、導電性ペースト中の熱硬化性樹脂成分の量が多く、またビア導体中において金属粉末間の接触性が充分でないために、ビア導体の抵抗が高いという問題があった。
【０００８】
また、ペースト中に銅などの粉末とともに、Ｐｂ−Ｓｎなどの低融点半田を含有させて銅粉末間を半田によって接続させてビア導体の導電率を高めることも提案されているが、ビア導体中に半田が存在すると、リフロー工程や信頼性試験時に高温に加熱された時、ビア導体中の半田が溶融して配線層との接続状態が変化し導電性が劣化するという問題があった。
【０００９】
さらに、特開２０００−１９６２３５号の方法では、ポンチで金属シートを打ち抜く場合の径には限界があり、これらの方法で製造された絶縁シートは高密度の配線基板への使用は困難であった。
【００１０】
従って、本発明はこのような欠点を解消し、低抵抗のビア導体を有する絶縁シートの製造方法、および少なくとも有機樹脂を含有する絶縁基板と、導体材料を充填してなる低抵抗のビア導体を具備する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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ビア導体の低抵抗化を図るための方法について検討を重ねた結果、レーザー光によって局部的な加熱が可能であることから、このレーザー光を用いて絶縁シートと金属シートの積層体にレーザー光を照射すると、金属シートの局部的な溶融とともに絶縁シートの局部的な熱分解によって貫通孔が形成され、溶融金属が貫通孔内に充填されることからビア導体が形成されることを見いだし、本発明に至った。
【００１３】
本発明の絶縁シートの製造方法は、有機樹脂を含有する絶縁シートと金属製シートとの積層体に対して、前記金属製シート側からレーザー光を照射して、照射部の金属を溶融させて溶融金属とするとともに、その熱によって前記絶縁シートの照射部と対向する箇所を熱分解させて貫通孔を形成し、該貫通孔に前記溶融金属を充填させた後、該溶融金属を冷却、凝固させることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の配線基板を製造方法は、熱硬化性樹脂を含有するＢステージの絶縁シートと金属製シートとの積層体に対して、前記金属製シート側からレーザー光を照射して、照射部の金属を溶融させるとともに、その熱によって前記絶縁シートの照射部と対向する箇所を熱分解させて貫通孔を形成し、該貫通孔に溶融金属を充填させた後、該溶融金属を冷却、凝固させてビア導体を有する絶縁シートを作製する工程と、該ビア導体を有するＢステージ状態の絶縁シートの表面に導体配線層を形成する工程と、前記ビア導体および前記導体配線層を形成した絶縁シートを熱硬化する工程と、を具備することを特徴とするものである。
【００１６】
上記の金属製シートとしては、金属箔か、もしくは導電性粉末を含むペーストをシート化したものが用いられ、前記金属製シートの厚みは、絶縁シートの厚みの１．５倍以上であることが望ましい。
【００１７】
またビア導体を形成する金属としては、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＡｌの群から選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
ビア導体を有する本発明の絶縁シートの製造方法の一例を図１に示した。図１に示すように、所定の厚みの金属シート１と未硬化または半硬化した絶縁シート２を重ね合わせる（ａ）。次に、金属シート１側からレーザ光を金属シート１が局所的に加熱溶融するようなエネルギーで照射する（ｂ）。この照射によって照射部の金属を加熱溶融させるとともに、その熱によって絶縁シート２の照射部と対向する箇所を熱分解させて貫通孔３を形成し、貫通孔３に溶融し、凝固して金属体４を充填した後（ｃ）、金属シート１を剥がすことによってビア導体５を有する絶縁シート２を形成することができる（ｄ）。
【００１９】
なお、この金属充填状態で、充填された金属体４と絶縁シート２間に隙間が発生する場合、絶縁シート２を加熱硬化して絶縁シート２中の樹脂を移動させつつ硬化収縮させることによって隙間を埋めることもできる。
【００２０】
ここで用いる金属シート１は、金属箔もしくは導電性粉末を含むペーストをシート化したものが用いられる。金属箔および導電性粉末を構成する金属としては、Ａｕ、Ａｇ、ＣｕおよびＡｌの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属が望ましい。具体的には、上記の純な金属およびそれらの合金あるいは混合物、さらには上記から選ばれる金属に他の金属を被覆したものを用いることができる。
コスト、抵抗値の観点から銅箔が最も好適である。
【００２１】
なお、導電性粉末を含むペーストをシート化する場合、バインダー成分としてペースト中に樹脂などを配合する場合があり、金属シート中にこの樹脂分が含まれているが、レーザー照射によってこの樹脂分は分解されるために、ビア導体中に樹脂分が混入することはない。
【００２２】
また、絶縁シート２は、少なくとも熱硬化性樹脂を含む絶縁材料から構成され、具体的には、熱硬化性樹脂としては、例えば、ＰＰＥ（熱硬化型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ガラス転移点が１８０℃以上の熱硬化性樹脂であることが望ましい。また、この有機樹脂中には、基板全体の強度を高めるために、フィラー成分を複合化させることもできる。フィラーとしては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ゼオライト、ＣａＴｉＯ₃等の無機質フィラーが好適に使用される。また、ガラスやアラミド樹脂からなる不織布、織布などに上記樹脂を含浸させて用いてもよい。このようにフィラー成分と複合化する場合、有機樹脂とフィラーとは体積比率で３０：７０〜７０：３０の比率で複合化することが望ましい。
【００２３】
また、絶縁シート２の厚みｔに対して、金属シート１の厚みが１．５倍以上であることが望ましい。これは、金属シート１の厚みが１．５倍よりも薄いとビア導体５を形成する程の金属体が得られにくい。つまり、金属はレーザー光照射により溶融だけでなく昇華する分があるためにすべてを満たすには足りなくなるためである。レーザー照射するレーザー装置としては、通常に使われているＣＯ_２レーザーやＹＡＧレーザーが使用できる。レーザー光によっては、金属シート１の表面で反射して溶融しにくい場合もあるが、その場合には金属シート１上に絶縁膜つけて、加工しやすくすることもできる。
【００２４】
なお、レーザー照射条件としては、金属シート１を金属が溶融する程度に加熱できる条件であれば、特にその条件を限定するものではないが、例えば、レーザーエネルギー３〜５０ｍｊ、パルス幅２５〜１００μｓｅｃのレーザー光を２ショット以上照射するのが適当である。
【００２５】
次に、上記のビア導体５を有する絶縁シート２の製造方法に基づき、配線基板を製造する方法について説明する。図２（ａ）に示す未硬化または半硬化状態の軟質の絶縁シート１１には、上記の方法によって溶融、凝固された金属体を充填されたビア導体１２が形成されている。
【００２６】
次に、この絶縁シート１１の表面に、導体配線層１３を形成する。この導体配線層１３の形成は、絶縁シート１１の表面に金属箔を貼り付けた後、エッチング処理して回路パターンを形成する方法、絶縁シート１１の表面にレジストを形成して、メッキにより金属層を形成する方法、転写シートの表面に金属箔を貼り付けた後、エッチング処理して回路パターンを形成した後、この金属箔の回路パターンを絶縁シート１１の表面に転写させる方法、等が挙げられるが、この中でも、絶縁シート１１をエッチングやメッキ液などに浸漬する必要がなく、ビア導体１２内への薬品の侵入を防止する上では、転写法が最も望ましい。
【００２７】
そこで、転写法による導体配線層１３を例にして以下に説明する。図２（ｂ）に示すように、転写シート１４の表面に、金属箔からなる導体配線層１３を形成する。この導体配線層１３は、転写シート１４の表面に金属箔を接着剤によって接着した後、この金属箔の表面にレジストを回路パターン状に塗布した後、エッチング処理およびレジスト除去を行って形成される。この時、金属箔からなる導体配線層１３の露出面は、エッチング等により表面粗さ（Ｒａ）０．１〜５μｍ、特に０．２〜４μｍ程度に粗化されていることが望ましい。
【００２８】
次に、図２（ｃ）に示すように、導体配線層１３が形成された転写シート１４をビア導体１２が形成された軟質の絶縁シート１１の表面に位置合わせして加圧積層した後、転写シート１４を剥がして導体配線層１３を絶縁シート１１に転写させることにより一単位の配線シートａが形成される。
【００２９】
図２（ｄ）に示すように、絶縁シート１１が軟質状態であることから、導体配線層１３は、絶縁シート１１の表面に埋設され、実質的に絶縁シート１１の表面と導体配線層１３の表面が同一平面となるように加圧積層する。この時の加圧積層条件としては、圧力２０ｋｇ／ｃｍ^２以上、温度６０〜１４０℃が適当である。
【００３０】
そして、上記のようにして作製された一単位の配線シートａおよび同様にして作製された配線シートｂ、ｃを図２（ｅ）に示すように積層圧着し、所定の温度に加熱することにより絶縁シート中の熱硬化性樹脂を完全硬化させることにより多層化された配線基板を作製することができる。
【００３１】
上記の製造方法によれば、絶縁シートへの貫通孔形成や積層化と、導体配線層の形成工程を並列的に行うことができるために、配線基板における製造時間を大幅に短縮することができる。
【００３２】
【実施例】
実施例１
絶縁シートとして、熱硬化型ポリフェニレンエーテル樹脂４０体積％と、シリカを６０体積％からなるＢステージの厚さ３０μｍの絶縁シートを準備した。また、金属シートとして厚さ５０μｍの銅箔シートを準備した。
【００３３】
そして、上記絶縁シートに上記金属シートを重ね合わせて、レーザーエネルギー２５ｍｊ、パルス幅、５０μｓｅｃのレーザー光を１５ショット照射した。その結果、金属シートが溶融し絶縁シートの一部の熱分解によって形成された貫通孔内に、溶融した金属が充填された。形成されたビア導体の表裏面に金属箔からなる配線回路層を形成した後、２００℃で２時間加熱硬化して単層の配線基板を作製した。配線基板の両配線回路層間の抵抗を測定した結果、２．５×１０^−６Ω・ｃｍと非常に低抵抗のビア導体を形成することができた。
【００３４】
実施例２
絶縁シートとして、熱硬化型ポリフェニレンエーテル樹脂４０体積％と、シリカを６０体積％からなるＢステージの厚さ５０μｍの絶縁シートを準備した。金属シートとして平均粒径３．８μｍの銅粉にエポキシ樹脂を１０重量％添加したスラリーをドクターブレード法によって厚さ１００μｍに成形し、乾燥したものを準備した。
【００３５】
そして、上記絶縁シートに上記金属シートを重ね合わせて、レーザーエネルギー１０ｍｊ、パルス幅、５０μｓｅｃのレーザー光を８ショット照射した。その結果、金属シートが溶融し絶縁シートの一部の熱分解によって形成された貫通孔内に、溶融した金属が充填された。形成されたビア導体の表裏面に金属箔からなる配線回路層を形成した後、２００℃で２時間加熱硬化して単層の配線基板を作製した。配線基板の両配線回路層間の抵抗を測定した結果、５．１×１０^−６Ω・ｃｍと低抵抗のビア導体を形成することができた。
【００３６】
比較例
実施例１で使用した絶縁シートにレーザー比較によって貫通孔を形成し、この貫通孔に、平均粒径３．８μｍの銅粉にエポキシ樹脂を１０重量％添加した導体ペーストをスクリーン印刷法によって充填した。その後、形成されたビア導体の表裏面に金属箔からなる配線回路層を形成した後、２００℃で２時間加熱硬化して単層の配線基板を作製した。配線基板の両配線回路層間の抵抗を測定した結果、８．６×１０^-6Ω・ｃｍと本発明に比較してビア導体の抵抗が高いものであった。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ビア導体の形成を簡略化することができ、さらに低抵抗のビア導体を任意の箇所に形成できることから高密度で信頼性の高い配線基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるビア導体を含有する絶縁シートの製造工程の概略断面図である。
【図２】本発明における配線基板の製造方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１金属シート
２絶縁シート
３貫通孔
４金属体
５ビア導体

Claims

有機樹脂を含有する絶縁シートと金属製シートとの積層体に対して、金属製シート側からレーザー光を照射して、照射部の金属を加熱溶融させるとともに、その熱によって前記絶縁シートの照射部と対向する箇所を熱分解させて貫通孔を形成し、該貫通孔に前記溶融金属を充填させた後、溶融金属を冷却、凝固させることを特徴とする絶縁シートの製造方法。
前記金属製シートとして、金属箔か、もしくは導電性粉末を含むペーストをシート化したものを用いることを特徴とする請求項１記載の絶縁シートの製造方法。
前記金属製シートの金属として、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＡｌの群から選ばれる少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の絶縁シートの製造方法。
前記金属製シートの厚みが、絶縁シートの厚みの１．５倍以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の絶縁シートの製造方法。
熱硬化性樹脂を含有するＢステージの絶縁シートと金属製シートとの積層体に対して、前記金属製シート側からレーザー光を照射して、照射部の金属を溶融させて溶融金属とするとともに、その熱によって前記絶縁シートの照射部と対向する箇所を熱分解させて貫通孔を形成し、該貫通孔に前記溶融金属を充填させた後、該溶融金属を冷却、凝固させてビア導体を有する絶縁シートを作製する工程と、該ビア導体を有するＢステージ状態の絶縁シートの表面に導体配線層を形成する工程と、前記ビア導体および前記導体配線層を形成した絶縁シートを熱硬化する工程と、を具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
前記金属製シートとして、金属箔か、もしくは導電性粉末を含むペーストをシート化したものを用いることを特徴とする請求項５記載の配線基板の製造方法。
前記金属製シートの金属として、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＡｌの群から選ばれる少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項５または請求項６記載の配線基板の製造方法。
前記金属製シートとして、厚みが、前記絶縁シートの厚みの１．５倍以上であるものを用いることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか記載の配線基板の製造方法。