JP4775995B2 - 配線基板 - Google Patents
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これらの多層配線基板においては、回路パターンの細線化や高密度化、また基板全体の薄型化や高多層化の要望が強まっており、プリント基板上に絶縁層と配線層を交互に形成することで微細な配線を形成することができるビルドアップ工法などが提案されている。
これらの高密度化された多層配線基板においては絶縁層、配線層及び半田接合部など多くの異種材料間に界面が存在し、各材料の線膨張係数が違うため、実装時のリフロー処理などの製造工程での温度履歴により界面応力を発生させ、剥離やクラック、ひいては配線回路の断線や腐食などを引き起こすことがある。
これらの剥離やクラックの問題を解決するために、導体金属表面を粗化するなどの手法が特許文献1などに提案されているが、十分でない。
前記配線層は、前記第1の界面部位から厚さ方向の中間部位に向かって気孔率が減少していく領域、及び、前記第2の界面部位から厚さ方向の中間部位に向かって気孔率が減少していく領域を有することができる。
また、前記配線層は、3層以上の金属層を含む金属部からなり、前記第1の界面部位を構成する金属層及び前記第2の界面部位を構成する金属層が、厚さ方向の中間部位を構成する金属層よりも気孔率が大きい多孔質金属からなるものであってもよい。
前記多孔質金属の気孔率は、50%以上であることが好ましい。
前記多孔質金属の平均気孔径は、600μm以下であることが好ましい。
前記多孔質金属は、発泡金属であることが好ましい。
さらに前記発泡金属は、発泡銅であることが好ましい。
前記多孔質金属は、2種以上の金属を含む複合金属からなるものであってもよい。
また、本発明により提供される配線基板は、前記配線層が前記絶縁層と交互に積層され、かつ、配線層を2層以上有する多層配線板であってもよい。
特に、前記配線層は、前記第1の界面部位から厚さ方向の中間部位または前記第2の界面部位に向かって気孔率が階段状にまたは連続的に減少していく領域を有していることが好ましい。
以下、本発明の態様を図面を参照しながら詳細に説明する。
また、上述したように、本発明において、第2の金属層122(第2の界面部位)は、絶縁層に接していても或いは接していなくてもよいが、ここでは、第2の金属層122(第2の界面部位)が絶縁層に接している前記配線基板を例示する。
また、上述したように、本発明において、第3の金属層123(第2の界面部位)は、絶縁層に接していても或いは接していなくてもよいが、ここでは、第3の金属層123(第2の界面部位)が絶縁層に接している前記配線基板を例示する。
第2、第3及び第4の絶縁層3、5、7には、絶縁層の上下にそれぞれ設けられた配線層を電気的に接続するための貫通孔9が形成されており、これら貫通孔内に選択的に形成された導体によって、各層の配線層が所定位置で接続され、回路網が形成される。
この多層配線基板においては、第1、第2、第3及び第4の配線層2、4、6、8は、第2の金属層(2b、4b、6b、8b)を通常の緻密な金属により形成し、これら第2の金属層(2b、4b、6b、8b)よりも気孔率が大きい多孔質金属からなり、絶縁層との界面に接する第1の金属層(2a、4a、6a、8a)及び第3の金属層(2c、4c、6c、8c)が、第2の金属層(2b、4b、6b、8b)を中間に挟む積層構造を有している。
(1) 先ず、第1の絶縁層となる絶縁基板1を準備する。この絶縁基板や後続の工程で積層される第2、第3及び第4の絶縁層として用いる絶縁材は、ビルドアップ工法に適するものであれば良く、各種の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を使用することができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ、フェノール、ビスマレイミド、トリアジン、トリアゾール、シアネート、イソシアネート、ベンゾシクロブテン等の樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルフィド、ポリフェニレンサルフォン、ポリキノリン、ポリノルボルネン、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾイミダゾール、ポリテトラフルオロエチレン、液晶ポリマー等の樹脂が挙げられる。これらを一種のみ又は複数種混合して用いても良く、また、シリカフィラー等の無機フィラー、レベリング剤、カップリング剤、消泡剤、硬化触媒等を添加しても良い。
配線層を構成する第1、第2及び第3の金属層は、各層とも全て同じ材料で形成されていてもよいし、各々が異なる材料であっても良い。
発泡金属の材料としては上記例示した金属材料が挙げられるが、特に、第1及び第3の金属層を銅を主体とする金属(いわゆる発泡銅)で形成することにより、低抵抗で安定した配線層が得られる。配線層用の銅としては、純度99.999%以上の実質的に単体銅のほか、他の成分を微量に添加したものも用いられることから、銅を90%以上含有するものを用いればよい。
発泡金属等の多孔質金属としては、2種以上の金属を含む複合金属(典型的には合金)を用いても良く、その材料としては、Cu−Ni−P合金、Al−Mg合金、Al−Ni合金、Al−Si−Mg合金、Al−Zn合金、Al−Cu合金等が挙げられる。
発泡金属を製造する方法の一例としては、金属粉末と水溶性バインダーと界面活性剤と水を混合し、更に非水溶性有機溶剤を添加混合して、均一に分散分布させた成形体を成形し、この成形体を一定温度に保持することにより、成形体中の非水溶性有機溶剤を気化させ発泡体とし、この発泡体を高温で焼結することにより、気泡を覆うスケルトン部(骨格)で構成された発泡金属体が得られる。また、上記発泡体に金属粉を坦持させた後に焼結することで、気孔率を調節してもよい。
水溶性バインダーとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースアンモニウム、エチルセルロース、ポリビニルアルコール等を好適に用いることができる。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α-オレフィンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、アルカンスルホン酸塩等のアニオン系界面活性剤、ポリエチレングリコール誘導体、多価アルコール誘導体等の非イオン系界面活性剤等を例示することができる。
非水溶性有機溶剤としては、ペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、イソヘプタン、ベンゼン、オクタン、トルエン等、炭素数5〜8の非水溶性炭素系有機溶剤を使用することができる。
また、第1及び第3の金属層(11a、11c)の平均気孔径も界面応力の低減及び強度に影響する。その平均気孔径は600μm以下の範囲とすることが好ましい。
適度な気孔率及び平均気孔径を有する多孔質金属は三次元網目構造を有し、界面応力を低減させる効果が大きい。通常、第1及び第3の金属層の厚さは、各々9〜1000μm程度とする。
気孔率の異なる金属層を予め積層し一体化した配線層を絶縁層上に積層してもよいし、気孔率の異なる金属膜を絶縁層上に重ね合わせて一体化してもよい。具体例としては、発泡銅シート、銅箔、発泡銅シートを、この順序で積層することによって、発泡銅からなる第1及び第3の金属層の間に、発泡銅よりも緻密な銅からなる第2の金属層が積層された金属部211が形成される。
次に、これら気孔率の異なる複数の板状成形体を、配線層の厚さ方向の界面に近い層に気孔率の大きい板状成形体を配置するように重ね合わせて積層体を作製する。
次に、この積層体を焼成して一体化することにより、厚さ方向の気孔率分布が変化する複合金属シートを得る。
このようにして得られる複合金属シートは、シートの厚さ方向の気孔率分布が階段状に変化するものである。
先ず、金属シートを形成する金属材料として、平均粒子径の点で互いに異なる2種以上の金属粉末を用意する。次に、これらの金属粉末、樹脂ビーズ、有機バインダ及び溶剤を混合してスラリーを調製する。得られたスラリーを型に流し込み、適切な時間をかけて乾燥させた後、型から取り出す。流し込みのために使用する成形型としては、石こう型、樹脂型でもよく、また、型に吸水性がない場合には自然乾燥させても良い。
型から取り出されたグリーンシートは、型内での乾燥中における金属粒子の沈降速度差に従って、該型の上方から下方に向かって、粒子径が小から大へ、気孔率が大から小に連続的に変化した金属粉末のグリーンシートである。このグリーンシートを脱脂・焼結することにより、前記樹脂ビーズが消失して気孔が形成され且つ金属粉末が結合し、シート気孔率が該シートの一面側から多面側に向かって連続的に減少する多孔質金属シートが得られる。
さらに、この多孔質金属シートを2枚用意し、気孔率の小さい面同士を向き合わせて接合することによって、シートの気孔率が、該シートの両面側で最も大きく、厚さ方向の中間部位に向かって連続的に減少するような厚さ方向の分布を有する多孔質金属シートが得られる。
(4) そして、レジスト層12上にパターンを焼付け、現像し、金属層の不要部分を塩化第二鉄溶液や塩化第二銅溶液等のエッチング液で除去し、エッチングレジストを剥離し、第1の配線層2を形成する。
この段階では第2の絶縁層にさらに、第1の配線層2と第2の配線層4を電気的に接続するための貫通孔を形成する穴あけ部13を形成する。
また配線層は、通常、厚さ方向の中間部位において気孔率が極小値に達するワンピークの気孔率分布(すなわち、気孔率の数値が落ち込む谷部を1つだけ有する分布)となるように設定するが、厳密に厚さ方向の中央位置で気孔率が最小値となっていなくてもよい。また、配線層の厚さ方向の気孔率変化はワンピークの分布でなくてもよく、複数のピーク(複数の谷部)を有する分布であってもよい。
また、界面部位を形成する発泡金属の平均気孔径は、600μm以下の範囲とすることが好ましく、厚さ方向の気孔率変化がある場合には、上記気孔率が80%以上の部分、特に85%以上の部分の平均気孔径が、この範囲内であることが好ましい。
発泡金属からなる界面部位の厚さも界面応力の低減に影響し、厚さ方向の気孔率変化がある場合には、上記気孔率が85%以上の部分の厚さが10〜900μm程度であることが好ましい。
これに対して、本発明に係る配線板においては、金属部からなる配線層の絶縁層に接する第1の界面部位が、該配線層の厚さ方向の中間部位または反対側にある第2の界面部位よりも気孔率が大きい多孔質金属で構成されるため、第1の界面部位の温度履歴による界面応力の低減により、剥離やクラックの発生を防止することができ、かつ、第1の界面部位よりも緻密な金属で構成されている中間部位または第2の界面部位により、良好な電気伝導性が確保できる。従って、接続信頼性に優れた配線基板が提供される。
まず、絶縁層となる絶縁材にガラスエポキシ基板(住友ベークライト(株)製、EL−3762)を用い、該絶縁層と発泡金属である発泡銅シート(気孔率80%)と銅箔とを熱プレスにより積層し、この積層した銅箔面にドライフィルムレジストをラミネートし、所定パターンを焼付け、現像し、配線層の金属部の不要な部分を塩化第二銅溶液のエッチング液で除去し、ドライフィルムレジストを剥離させ、回路パターンを有する配線層を形成した。
その後、回路を形成した配線層上に第2の絶縁層であるソルダーレジストを形成し、配線基板とした。
絶縁層となる絶縁材にガラスエポキシ基板(住友ベークライト(株)製、EL−3762)を用い、該絶縁層と発泡金属である発泡銅シート(気孔率80%)と銅箔と発泡銅シート(気孔率80%)とをこの順序に重ね、熱プレスにより積層した。その後、実施例1と同様の手順で配線基板を作製した。
平均粒子径が10μmである第1の銅粉末を20重量部、平均粒子径が20μmである第2の銅粉末を20重量部、平均粒子径が30μmである第3の銅粉末を20重量部、有機バインダーとしてメチルセルロースを10重量部、樹脂ビーズとして球状アクリルビーズを10重量部、及び、溶剤としてヘキサンを1.8重量部、水を24重量部の割合で含有するスラリーを調製した。このスラリーを型に流し込み、40℃で0.5時間保持した後、160℃で1時間かけて乾燥することによって、グリーンシートを作製した。このグリーンシートをオーブンで焼結することによって、シートの気孔率が、一面側では80%であり、多面側に向かって連続的に減少し、多面側では5%である多孔質金属シートが得られた。
次に、絶縁層となる絶縁材にガラスエポキシ基板(住友ベークライト(株)製、EL−3762)を用い、該絶縁層に前記多孔質金属シートの気孔率が大きい側の面(気孔率80%)を向き合わせて重ね、熱プレスにより積層した。その後、実施例1と同様の手順で配線基板を作製した。
絶縁層となる絶縁材としてガラスエポキシ基板(住友ベークライト(株)製、EL−3762)を用意した。また、上記実施例3で作製した多孔質金属シートと同じ多孔質金属シートを2枚(第1及び第2の多孔質金属シート)用意した。
該絶縁層に、第1の多孔質金属シートの気孔率が大きい側の面(気孔率80%)を向き合わせて重ね、さらに、第1の多孔質金属シートの気孔率が小さい側の面(気孔率5%)に、第2の多孔質金属シートの気孔率が小さい側の面(気孔率5%)を向き合わせて重ね、熱プレスにより積層した。その後、実施例1と同様の手順で配線基板を作製した。
金属層に発泡金属を含まない緻密質の銅箔のみで形成した以外は、実施例1と同様とし、配線基板を作製した。
(1)評価手順
上記の実施例及び比較例で作製した配線基板を用いて、半田リフロー処理(260℃、3回)後、−55℃で30分、125℃で30分を1サイクルとする温度サイクル試験を500サイクル実施し、配線基板の膨れ、剥離、クラック等の観察を行った。
(2)評価結果
各実施例1〜4で作製した配線基板は、上記温度サイクル試験において配線基板の膨れ、剥離、クラック等の発生がないことを確認した。
一方、比較例1で作製した配線基板は、上記温度サイクル試験において配線基板の膨れ、剥離、クラック等の発生があることを確認した。
102:配線層
103:第2の絶縁層
111:第1の絶縁層
121:第1の金属層
122:第2の金属層
123:第3の金属層
133:第2の絶縁層
100:配線基板
1:絶縁基板
2:第一の配線層
3:第二の絶縁層
4:第二の配線層
5:第三の絶縁層
6:第三の配線層
7:第四の絶縁層
8:第四の配線層
9:貫通孔
10:電子部品
11:金属部
12:レジスト層
13:穴あけ部
Claims (9)
- 絶縁層及び配線層を有する配線基板において、少なくとも一つの配線層は金属部からなるとともに、2つの絶縁層の間に積層されており、第1の絶縁層に接する第1の界面部位及び第2の絶縁層に接する第2の界面部位は、当該配線層の厚さ方向の中間部位よりも気孔率が大きい多孔質金属からなることを特徴とする配線基板。
- 前記配線層は、前記第1の界面部位から厚さ方向の中間部位に向かって気孔率が減少していく領域、及び、前記第2の界面部位から厚さ方向の中間部位に向かって気孔率が減少していく領域を有している請求項1に記載の配線基板。
- 前記配線層は、3層以上の金属層を含む金属部からなり、前記第1の界面部位を構成する金属層及び前記第2の界面部位を構成する金属層が、厚さ方向の中間部位を構成する金属層よりも気孔率が大きい多孔質金属からなることを特徴とする請求項1または2に記載の配線基板。
- 前記多孔質金属の気孔率が50%以上である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の配線基板。
- 前記多孔質金属の平均気孔径が600μm以下である請求項1乃至4のいずれか1項に記載の配線基板。
- 前記多孔質金属が発泡金属である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の配線基板。
- 前記発泡金属が発泡銅である請求項6に記載の配線基板。
- 前記多孔質金属が2種以上の金属を含む複合金属からなる請求項1乃至7のいずれか1項に記載の配線基板。
- 前記配線層が前記絶縁層と交互に積層され、かつ、配線層を2層以上有する多層配線板である請求項1乃至8のいずれか1項に記載の配線基板。
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