JP4677703B2

JP4677703B2 - ポリイミド系樹脂フィルムおよびそれを用いた多層配線基板の製造方法

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Publication number: JP4677703B2
Application number: JP2002165364A
Authority: JP
Inventors: 茜小林; 進馬庭; 祐一榊; 聡秋本
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: JP2004009485A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多層配線基板およびその製造方法に関するものであり、特に導体回路と絶縁樹脂層とが交互に積層された多層配線基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子技術の進歩に伴い、大型コンピューターなどの電子機器に対する高密度化あるいは演算機能の高速化が進められている。その結果、プリント配線板に代表される配線基板においても高密度化を目的として導体回路が多層に形成された多層配線基板が脚光を浴びてきている。
【０００３】
従来、プリント配線板としては、例えば内装回路を接続し導通せしめた多層プリント配線板が代表的なものであった。しかしながら、このような多層プリント配線板は複数の内装回路を、スルーホールを介して接続導通させたものであるため、導体回路が複雑になりすぎて高密度化あるいは高速化を実現することが困難であった。
【０００４】
このような問題点を克服することのできる配線基板として、最近、導体回路と有機絶縁膜とを交互に積層した多層配線基板が開発されている。この多層配線基板は、超高密度化と高速化に適合したものであるが、欠点は有機絶縁膜と導体回路との密着性を向上させることが困難なことにあった。
【０００５】
最近、絶縁樹脂層と導体層との密着性を向上させる方法として、絶縁樹脂層中に酸や酸化剤（クロム酸、クロム酸塩、過マンガン酸塩等）に可溶な成分を混合除去することによって、導体層に接する面を荒らす方法が提案されている。例えば、特開昭６４−４７０９５号公報にあるように耐熱性の絶縁樹脂層をマトリックスとして樹脂層中に酸化剤に可溶のエポキシ樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、ポリエステル樹脂などの樹脂と、酸化剤に不溶の樹脂や無機フィラーの混合により、絶縁樹脂層の表面を酸化剤で荒らして無電解めっき膜形成のアンカー効果を高めたものや、これらの効果をさらに高めた特公平７−３４５０５号公報にあるように酸化剤に対して可溶な樹脂粒子の大きさを異なるもので疑似粒子を形成させて耐熱性マトリックス樹脂層に混ぜたものなどが提案されている。
【０００６】
しかしながら、これらの方法では耐熱性の絶縁樹脂層に対して酸化剤などで溶解させる樹脂粒子の耐熱性が劣っており、酸化剤によって表面の溶解性樹脂は除去されるものの耐熱性絶縁樹脂層がマトリックスとなる樹脂内部の溶解性樹脂はそのまま樹脂内に残存したまま導体層が形成されることになる。よって、絶縁樹脂層の耐熱性は溶解性樹脂の耐熱性に依存し、結果として耐熱性の低い絶縁樹脂層しか形成することができないことが問題となっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のごとき従来の多層配線基板の有する問題点を解消し、ポリイミド系樹脂からなる絶縁樹脂層に複数の導体回路を有する多層配線基板にあって、導体層と絶縁樹脂層の密着性を上げ、信頼性を向上させた多層配線基板を提供するところにある。特に、リール・ツー・リール工法により生産性を向上させた多層配線基板の製造方法を提供するところにある。
【０００８】
本発明において、少なくともポリイミド系樹脂フィルムと、前記ポリイミド系樹脂フィルムの片面に設けられた導体層と、前記ポリイミド系樹脂フィルムの導体層面の反対面に設けられたポリイミド系樹脂層とを備えた積層ポリイミド系樹脂フィルムであって、
前記ポリイミド系樹脂層は、平均粒径が０．１〜５μｍでありｐＨがスラリー状態で２〜６を示すフィラーを、当該ポリイミド系樹脂１００重量部に対して５重量部以上３０重量部以下の量で含有し、前記ポリイミド系樹脂層の表面に存在するフィラーが溶解されていることにより、当該ポリイミド系樹脂層の表面は均一に粗面化されていることを特徴とする積層ポリイミド系樹脂フィルムを提供する。
【０００９】
また、請求項２において、両面に回路形成された配線板の少なくとも一方の面に請求項１に記載の積層ポリイミド系樹脂フィルムをさらに積層して成る、回路形成された配線板に絶縁樹脂層と導体回路パターンが形成された多層配線基板の製造方法であって、前記積層ポリイミド系樹脂フィルムのポリイミド系樹脂層の表面を均一に粗面化する表面粗化方法をその一部に含み、当該表面粗化方法が、（ａ）少なくとも、ポリイミド系樹脂フィルムにフィラー含有ポリアミド酸溶液をコーティングする工程と、（ｂ）酸化剤を含むアルカリ性溶液の処理液をスプレー方式により前記フィラーを溶解してポリイミド系樹脂層の表面を粗化する工程とを含むことを特徴とする多層配線基板の製造方法を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。本発明のポリイミド系樹脂としては例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミドのことを示し、通常ジアミンと酸無水物とを加熱もしくは化学的にイミド化させることによって得られるが、ポリイミド系樹脂であれば、その製造方法は特に限定されるものではない。また、本発明のポリイミド系樹脂フィルムは少なくとも片側の最表層にフィラーを含有するものであれば、層数は一層でも二層以上であっても差し支えない。さらに、本発明のポリイミド系樹脂フィルムとして、片側に導体層を有する片面導体層付きポリイミド系樹脂フィルムを使用することも可能である。
【００２０】
本発明のポリイミド系樹脂に含まれるフィラーとして、シリカ、タルク、アルミナ、クレー、炭酸カルシウム、酸化チタン、硫酸バリウムなどの無機充填剤またはフッ素樹脂やベンゾグアナミン樹脂などの有機充填剤を使用することができる。なかでも、シリカ系微粒子は表面が酸性を示すため特に好適である。
【００２１】
フィラーの平均粒径は０．１〜５μｍのものが好ましい。その理由として平均粒径０．１μｍ以下ではフィラーの溶解によって形成される絶縁樹脂層表面のアンカー効果が弱く、また５μｍ以上であると表面の凹凸が必要以上に大きくなって、導体層において微細パターンが得にくくなること、積層時にボイドを生じやすくなること、及び部品などを実装する上で不都合を生じやすくなるからである。
【００２２】
このフィラーの含有量はマトリックスを構成するポリイミド系樹脂１００重量部に対し、２〜１００の重量部であることが有利であり、とくに５〜３０であることが導体層と絶縁樹脂層との密着強度を高くする上で好適である。前記フィラーの含有量が２重量部より少ないと十分なアンカー効果が得られず、絶縁樹脂層表面を導体層との十分な密着強度が得られないからである。一方、１００重量部より多くなると絶縁樹脂層表面の大部分が溶解除去されるため、明確なアンカーを形成することが困難となるからである。
【００２３】
アルカリ性溶液に溶解するフィラーとしては表面が酸性を示すものが望ましく、具体的には約５％のスラリー状態でｐＨ２〜６のものがアルカリ性溶液に対する溶解性が高く、ｐＨ３〜５程度のものが特に望ましい。前記絶縁樹脂層表面のフィラーはアルカリ性溶液によって溶解され、絶縁樹脂層の表面は均一に粗面化され、それにより明確なアンカーが形成され、その結果、導体層との高い密着強度および信頼性が得られるのである。
【００２４】
ポリイミド系樹脂表面の粗化工程としては、処理液の中に浸漬するか、あるいはポリイミド系樹脂層の表面に処理液をスプレーするなどの方法を適用することができ、その結果ポリイミド系樹脂層の表面を粗化することができる。なかでも、リール・ツー・リール工法に対応しやすいスプレー方式がより好ましい。なお、前記フィラーの溶解除去を効果的に行わせることを目的として、予め前記ポリイミド系樹脂層の表面部分を例えば微粉研磨剤を用いた物理研磨や液体ホーニングによって軽く研磨、除去することで、フィラーの溶解を確実に行うのに有利となる。
【００２５】
アルカリ性溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、ジエタノールアミン水溶液、トリエタノールアミン水溶液、水酸化アンモニウム水溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイト水溶液などが挙げられる。なかでも水酸化ナトリウム水溶液が特に好ましい。
【００２６】
酸化剤としては、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウムなどが挙げられる。
【００２７】
次に本発明のポリイミド系樹脂フィルムおよび多層配線基板の製造方法について具体的に説明する。ジカルボン酸およびジアミンを溶剤に溶解させた後、十分に撹拌することによってジカルボン酸とジアミンとを反応させ、ポリアミド酸溶液を調製する。
【００２８】
前記ジカルボン酸およびジアミンを溶解させる溶剤として、Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のアミド系溶媒、ベンゼン、アニソール、ジフェニルエーテル、ニトロベンゼン、ベンゾニトリル、ピリジンのような芳香族系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタン、１，１，２，２−テトラクロロエタンのようなハロゲン系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグリムのようなエーテル系溶媒等を例示することができる。特にＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドや、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のアミド系溶媒を使用すると、高重合体のポリアミド酸を得ることができる。
【００２９】
前記ポリアミド酸溶液中にフィラーを添加して、均一に分散させることにより、フィラー含有ポリアミド酸溶液を調製する。このフィラー含有ポリアミド酸溶液をポリイミド系樹脂フィルムにコーティングした後、加熱処理または無水酢酸とピリジンを用いた脱水閉環剤による処理など公知の方法により、フィラー含有ポリイミド系樹脂層を形成する。
【００３０】
また、可溶性ポリイミドを有機溶剤に溶解させ、フィラーを添加する方法も可能である。ここで用いられる溶剤としてはＮ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ―ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等を例示することができる。これらの溶剤はその一種のみを用いてもよくまた二種以上を併用しても差し支えない。このフィラー含有可溶性ポリイミド溶液をポリイミド系樹脂フィルムにコーティングした後、加熱処理によってフィラー含有ポリイミド系樹脂層を形成する。
【００３１】
前記フィラー含有ポリイミド系樹脂層を形成する方法としては、フィラー含有ポリアミド酸溶液もしくはフィラー含有可溶性ポリイミド溶液を被塗布フィルムであるポリイミド系樹脂層に塗布する方法を適用することができる。前記塗布方法としては、例えばローラーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スピナーコート法、カーテンコート法、スクリーン印刷法が例示できるがこれらに限定されるものではない。
【００３２】
次に、前記ポリイミド系樹脂フィルム表面のフィラーを、アルカリ性溶液を用いて溶解除去する。この溶解除去の方法としては、前記フィラー含有ポリイミド系樹脂層が形成されたフィルムをアルカリ性溶液の中に浸漬するか、あるいはポリイミド系樹脂層の表面にアルカリ性溶液をスプレーするなどの方法を適用することができ、その結果ポリイミド系樹脂層の表面を粗化することができる。
【００３３】
本発明の多層配線基板においては、前記フィラー含有ポリイミド系樹脂層の表面を粗化した後、積層することによって、ポリイミド系樹脂層を形成することができる。少なくとも片面に回路形成された配線板の少なくとも片面に、前記ポリイミド系樹脂フィルムを粗化面を内側にして接着、積層する。積層方法としては、一括積層、逐次積層のどちらも可能である。前記積層方法としては、例えばロールラミネート、平板ラミネート、平板プレスなどの各種手段を用いることができるが、生産性の高いリール・ツー・リール工法に対応できるロールラミネート方法が最も好ましい。導体層付きポリイミド系樹脂フィルムを積層することにより、導体層およびポリイミド系樹脂層を同時に形成できる。また、ポリイミド系樹脂層を積層後、蒸着やスパッタリングなどのＰＶＤ法、無電解めっき、電解めっき、蒸着やスパッタリングなどのＰＶＤ法およびこれらの方法の併用によって導体層を形成することも可能である。
【００３４】
このうようにして得られた積層体の少なくとも片面に、通常導体層間を接続するためのブラインドビアが設けられる。ブラインドビアの形成方法としては、レーザー加工による方法が好適である。ブラインドビア形成後、デスミア処理を行い、無電解めっきなどによって導電処理を行う。さらに、電解めっきによってブラインドビア内を導電性物質で充填し、導体層間を導通させる。
【００３５】
その後、導体層をフォトリソグラフィー法などによって回路パターンを加工し、多層配線基板を得る。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【００３７】
＜実施例１＞
ビス（４−アミノフェニルエーテル）（ＯＤＡ）１．０ｇ（５ｍｍｏｌ）をＮ−メチルピロリドン２０ｍｌに溶解させる。この反応液を撹拌しながら、無水ピロメリット酸１．１ｇ（５ｍｍｏｌ）をゆっくり加える。この溶液を１２〜１５℃で１時間撹拌し、さらに２０〜２５℃で１．５時間撹拌し、ポリアミド酸溶液を調製した。
【００３８】
シリカ系微粒子（サイリシア３０，富士シリシア化学（株）製）（平均粒径３．０μｍ、５％スラリー状ｐＨ４．０）０．３ｇを前記ポリアミド酸溶液に加え連続式横型サンドミルにて約３時間分散させて、フィラー含有ポリアミド酸溶液を作成した。
【００３９】
前記フィラー含有ポリアミド酸溶液の一部を、片面に導体層を設けたフレキシブルプリント回路用基板（エスパネックス：新日鐵化学（株）製）のポリイミド層上に１μｍキャストし、８０℃で通風乾燥させた後、窒素雰囲気下、１００℃で１時間、２００℃で１時間、３５０℃で１時間加熱処理を行い、フィラー含有ポリイミド樹脂層５を形成した（図１（ａ）、（ｂ）参照）。
【００４０】
７０℃に保持した過マンガン酸カリウム７０ｇ／リットル溶液と水酸化ナトリウム４０ｇ／リットルの混合液にフィラー含有ポリイミド樹脂層を有するフィルム６を５分間浸漬させた。このとき前記フィルム上の電子顕微鏡による表面観察を行ったところ、ポリイミド樹脂表面のシリカ系微粒子は完全に溶出し表面に微細な凹凸が形成されていることが確認された（図１（ｃ）参照）。
【００４１】
両面に導体層を設けた２層フレキシブルプリント回路用基板（エスパネックス：新日鐵化学（株）製）の導体層に回路パターンを施し、第１導体回路を形成した（図２（ａ）参照）。次に、エポキシ系接着フィルム（ＡＳ２７００：日立化成工業（株）製）を基板の両面に接着剤１２が内側を向くように配置し、真空プレスを用いて１２０℃、５ｋｇ／ｃｍ²、６０秒で仮圧着を行った後、さらに剥離フィルム１１を剥離した（図２（ｂ）参照）。
【００４２】
前記基板にフィラー含有ポリイミド樹脂層を持つフィルムの非導体層面を重ね合わせ、真空プレスを用い１５０℃、１０ｋｇ／ｃｍ²、１時間加熱・圧着を行い積層した（図２（ｃ）参照）。
【００４３】
得られた積層体の表裏に、レーザー加工によりブラインドビアホールを形成し、通常の無電解めっきおよび電解めっきを行い、ブラインドビア１３により層間の導通を接続せしめた後、第２導体回路パターンの形成、カバーレイフィルムの積層、外形加工を行い多層配線基板１５を作成した（図２（ｂ）、（ｅ）参照）。
【００４４】
以上のように作成した多層配線基板の導体回路のピール強度を測定したところ約１．０ｋｇ／ｃｍであった。
【００４５】
＜実施例２＞
実施例１のシリカ系微粒子をサイリシア７７０（富士シリシア化学（株）製）（平均粒径６．０μｍ、５％スラリー状ｐＨ４．０）に変えた以外は実施例１と同様にして多層配線基板を作成した。
【００４６】
以上のように作成した多層配線基板の導体回路のピール強度を測定したところ約１．１ｋｇ／ｃｍであった。
【００４７】
＜実施例３＞
実施例１のエポキシ系接着フィルム（ＡＳ２７００：日立化成工業（株）製）を合成ゴム／エポキシ系接着フィルムＴＢ１６５０（スリーボンド（株）製）、真空プレスの仮圧着温度を１００℃、加熱圧着条件を１００℃で２時間、さらに１３０℃で３時間に変えた以外は実施例１と同様にして多層配線基板を作成した。
【００４８】
以上のように作成した多層配線基板の導体回路のピール強度を測定したところ約０．８ｋｇ／ｃｍであった。
【００４９】
＜実施例４＞
実施例１のシリカ系微粒子をサイリシア７７０（富士シリシア化学社製）（平均粒径６．０μｍ、５％スラリー状ｐＨ４．０）に変え、実施例１のエポキシ系接着フィルム（ＡＳ２７００：日立化成工業（株）製）を合成ゴム／エポキシ系接着フィルムＴＢ１６５０（スリーボンド（株）製）真空プレスの仮圧着温度を１００℃、加熱圧着条件を１００℃で２時間、さらに１３０℃で３時間に変えた以外は実施例１と同様にして多層配線基板を作成した。
【００５０】
以上のように作成した多層配線基板の導体回路のピール強度を測定したところ約１．０ｋｇ／ｃｍであった。
【００５１】
＜実施例５＞
実施例１の無水ピロメリット酸を無水ジフタル酸１．５ｇ（５ｍｍｏｌ）に変えた以外は実施例１と同様にして多層配線基板を作成した。
【００５２】
以上のように作成した多層配線基板の導体回路のピール強度を測定したところ約０．８ｋｇ／ｃｍであった。
【００５３】
＜実施例６＞
実施例５のシリカ系微粒子をサイリシア７７０（富士シリシア化学（株）製）（平均粒径６．０μｍ、５％スラリー状ｐＨ４．０）に変えた以外は実施例５と同様にして多層配線基板を作成した。
【００５４】
以上のように作成した多層配線基板の導体回路のピール強度を測定したところ約１．０ｋｇ／ｃｍであった。
【００５５】
＜実施例７＞
実施例５のエポキシ系接着フィルム（ＡＳ２７００：日立化成工業（株）製）を合成ゴム／エポキシ系接着フィルムＴＢ１６５０（スリーボンド（株）製）真空プレスの仮圧着温度を１００℃、加熱圧着条件を１００℃で２時間、さらに１３０℃で３時間に変えた以外は実施例５と同様にして多層配線基板を作成した。
【００５６】
以上のように作成した多層配線基板の導体回路のピール強度を測定したところ約０．７ｋｇ／ｃｍであった。
【００５７】
＜実施例８＞
実施例５のシリカ系微粒子をサイリシア７７０（富士シリシア化学（株）製）（平均粒径６．０μｍ、５％スラリー状ｐＨ４．０）に変え、実施例５のエポキシ系接着フィルム（ＡＳ２７００：日立化成工業（株）製）を合成ゴム／エポキシ系接着フィルムＴＢ１６５０（スリーボンド（株）製）真空プレスの仮圧着温度を１００℃、加熱圧着条件を１００℃で２時間、さらに１３０℃で３時間に変えた以外は実施例５と同様にして多層配線基板を作成した。
【００５８】
以上のように作成した多層配線基板の導体回路のピール強度を測定したところ約０．７ｋｇ／ｃｍであった。
【００５９】
＜比較例１＞
両面に導体層を設けた２層フレキシブルプリント回路用基板（エスパネックス：新日鐵化学（株）製）の導体層に回路パターンを施し、第１導体回路を形成した。次に、エポキシ系接着フィルム（ＡＳ２７００：日立化成工業（株）製）を基板の両面に接着剤が内側を向くように配置し、真空プレスを用いて１２０℃、５ｋｇ／ｃｍ²、６０秒で仮圧着を行った後、さらに剥離フィルムを剥離した。
【００６０】
前記基板上に片面に導体層を設けたフレキシブルプリント回路用基板（エスパネックス：新日鐵化学（株）製）の非導体層面を重ね合わせ、真空プレスを用い１５０℃、１０ｋｇ／ｃｍ²、１時間加熱・圧着を行い積層した。
【００６１】
得られた積層体の表裏に、レーザー加工によりブラインドビアホールを形成し、通常の無電解めっきおよび電解めっきを行い、ブラインドビア１３により層間の導通を接続せしめた後、回路パターンの形成、カバーレイフィルムの積層、外形加工を行い多層配線基板を作成した。
【００６２】
以上のように作成した多層配線基板の導体回路のピール強度を測定したところ約０．２ｋｇ／ｃｍであった。
【００６３】
【発明の効果】
本発明のポリイミド系樹脂フィルムおよびそれを用いた多層配線基板の製造方法の使用により、導体層または接着剤層とポリイミド系絶縁樹脂層の密着が強固な多層配線基板を提供することができる。
【００６４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリイミド系樹脂フィルム表面粗化工程の模式断面図である。
【図２】本発明の多層配線基板の製造工程を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１ポリイミド系樹脂フィルム
２導体層
３フィラー
４ポリアミド酸溶液
５フィラー含有ポリイミド系樹脂層
６フィラー含有ポリイミド系樹脂層を有するポリイミド系樹脂フィルム
７表面粗化されたポリイミド系樹脂層
８表面粗化ポリイミド系樹脂フィルム
９導体層
１０ポリイミド系樹脂フィルム
１１剥離フィルム
１２接着剤
１３ブラインドビア
１４回路パターン
１５多層配線基板

Claims

少なくともポリイミド系樹脂フィルムと、前記ポリイミド系樹脂フィルムの片面に設けられた導体層と、前記ポリイミド系樹脂フィルムの導体層面の反対面に設けられたポリイミド系樹脂層とを備えた積層ポリイミド系樹脂フィルムであって、
前記ポリイミド系樹脂層は、平均粒径が０．１〜５μｍでありｐＨがスラリー状態で２〜６を示すフィラーを、当該ポリイミド系樹脂１００重量部に対して５重量部以上３０重量部以下の量で含有し、
前記ポリイミド系樹脂層の表面に存在するフィラーが溶解されていることにより、当該ポリイミド系樹脂層の表面は均一に粗面化されていることを特徴とする積層ポリイミド系樹脂フィルム。
両面に回路形成された配線板の少なくとも一方の面に請求項１に記載の積層ポリイミド系樹脂フィルムをさらに積層して成る、回路形成された配線板に絶縁樹脂層と導体回路パターンが形成された多層配線基板の製造方法であって、
前記積層ポリイミド系樹脂フィルムのポリイミド系樹脂層の表面を均一に粗面化する表面粗化方法をその一部に含み、当該表面粗化方法が、
（ａ）少なくとも、ポリイミド系樹脂フィルムにフィラー含有ポリアミド酸溶液をコーティングする工程と、
（ｂ）酸化剤を含むアルカリ性溶液の処理液をスプレー方式により前記フィラーを溶解してポリイミド系樹脂層の表面を粗化する工程とを含むことを特徴とする多層配線基板の製造方法。