JP5287976B2

JP5287976B2 - 樹脂配線基板

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Publication number: JP5287976B2
Application number: JP2011503766A
Authority: JP
Inventors: 俊介千阪
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: US20120000695A1; CN102349359B; CN102349359A; JPWO2010103940A1; US8389866B2; WO2010103940A1

Description

本発明は、樹脂配線基板に関し、詳しくは、熱可塑性樹脂層を介して配設された導体パターンが層間接続用導体を介して接続された構造を有する樹脂配線基板に関する。

近年、配線導体を３次元的に配置した多層配線基板が種々の用途に広く用いられるに至っている。そして、これまでは、セラミック層と導体パターンが積層された構造を有するセラミック多層配線基板が多用されてきたが、近年、樹脂層と導体パターンが積層された構造を有する樹脂配線基板も用いられるに至っている。

ところで、絶縁層に樹脂を用いた樹脂配線基板においては、一般的に、樹脂層は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）や、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの、融点が２５０℃以上の熱可塑性樹脂から形成されている。

また、導体パターンとしてはＣｕ箔などの導体箔をパターニングして用いることが一般的である。

このような熱可塑性樹脂を用いた樹脂配線基板の一つに、熱可塑性樹脂層として、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％とからなる熱可塑性樹脂フィルムを用い、導体層（導体パターン）として、Ｃｕ箔を用いた樹脂配線基板が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、この樹脂配線基板においては、上述のような樹脂からなる熱可塑性樹脂層と、Ｃｕ箔からなる導体層が用いられており、両者の熱膨張係数には差がある。そして、この熱膨張係数の差異に起因して、樹脂配線基板に、反りや歪みが生じるという問題点がある。なお、反りや歪みが大きくなると、製品の規格を満足することができなくなったり、電子部品を安定して実装することができなくなったりするなど不具合を生じる。

特開２００３−３３２７４９号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、樹脂層と導体層とが積層された構造を有し、反りや歪みが少なく、形状精度の高い樹脂配線基板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の樹脂配線基板は、
樹脂層と導体層とが積層された構造を有する樹脂配線基板において、
前記導体層は、第１の金属からなる第１導体層と、前記樹脂層と前記第１導体層との間に位置するように配設された、前記第１の金属よりも熱膨張係数の大きい第２の金属からなる第２導体層と
を備えているとともに、
(ａ)前記第２導体層は、前記第１導体層を構成する前記第１の金属を含む合金からなる層であること、または
(ｂ)前記第１導体層と前記第２導体層の間に、前記第１導体層を構成する前記第１の金属と、前記第２導体層を構成する前記第２の金属との合金からなる合金層が形成されていること
を特徴としている。

前記第２導体層は、前記樹脂層と接するように配設されていることが望ましい。

また、前記第２導体層は、前記第１導体層と接するように配設されていることが望ましい。

また、前記第２導体層は、前記導体層と前記樹脂層との界面全体に存在していることが望ましい。

また、前記合金は、前記導体層と前記樹脂層とを積層する工程で形成されるものであることが望ましい。

また、前記樹脂層は、熱可塑性樹脂よりなるものであることが望ましい。

また、前記第２導体層は、熱膨張係数が前記樹脂層より小さいものであることが望ましい。

また、前記第１導体層を構成する前記第１の金属は、Ｃｕを主成分とするものであることが望ましい。

本発明の樹脂配線基板においては、通常は熱膨張係数が金属からなる第１導体層よりも大きい樹脂層と、第１導体層の間に、前記第１導体層よりも熱膨張係数の大きい第２導体層が介在する（すなわち、樹脂層と第１導体層の間に熱膨張係数の大きさが両者の中間にある第２導体層が介在する）ことになり、段階的に熱膨張係数を変化させることが可能になるため、熱硬化性樹脂層と導体層との間の熱膨張係数の差から生じる応力を緩和して、反りや歪みの少ない樹脂配線基板を得ることが可能になる。

また、(ａ)第２導体層が、第１導体層を構成する第１の金属を含む合金からなる層であるか、または、(ｂ)第１導体層と第２導体層の間に、第１導体層を構成する第１の金属と、第２導体層を構成する第２の金属との合金からなる合金層が形成されているので、第２導体層から第１導体層に向かって傾斜的に滑らかに熱膨張係数を変化させることが可能になり、熱膨張係数の差から生じる応力をさらに効率よく緩和することができる。

また、第２導体層を樹脂層と接するように配設することにより、熱硬化性樹脂層と導体層との間の熱膨張係数の差から生じる応力をより効率よく緩和することが可能になる。

また、第２導体層を、第１導体層と接するように配設することにより、熱膨張係数の差から生じる応力をさらに効率よく緩和することが可能になり、反りや歪みの少ない樹脂配線基板を得ることが可能になる。

また、第２導体層を、導体層と樹脂層との界面全体に存在させることにより、熱膨張係数の差から生じる応力をさらに効率よく緩和することが可能になる。

また、上記合金は、導体層と樹脂層とを積層、圧着する工程における、圧力や温度などの条件を制御することにより、導体層と樹脂層とを積層、圧着する工程で形成することが可能である。
そして、その場合、別途、第１の金属と第２の金属を合金させるプロセスを必要とすることなく、第１の金属と第２の金属とを合金化させることが可能で、生産性を低下させることがない。

なお、第２導体層を構成する第２の金属が、積層、圧着の工程で溶融する低融点の金属からなるものである場合、積層、圧着の工程の終了後に形成される第２導体層は、第１導体層を構成する第１の金属を含む合金層となる可能性が高くなる。
また、第２導体層を構成する第２の金属が、積層、圧着の工程で溶融しない高融点の金属からなるものである場合、積層、圧着の工程の終了後に、第１導体層と第２導体層の間に、第１導体層を構成する第１の金属と、第２導体層を構成する第２の金属との合金層（すなわち、固相拡散による拡散層）が形成される可能性が高くなる。

また、樹脂層として、熱可塑性樹脂よりなるものを用いることにより、積層工程における条件（例えば、温度やプレス圧力などの条件）を適切に制御することにより、効率よく、各基材層を一体化すると同時に、導体層とビアホール導体とを接触させて電気的に接続することが可能になり、反りや歪みのない樹脂配線基板を効率よく製造することが可能になる。

また、本発明において、樹脂層は通常、熱膨張係数が金属よりも大きく、第２導体層の熱膨張係数は、通常、樹脂層よりも小さいが、意図して、樹脂層よりも第２導体層の熱膨張係数を小さくすることにより、確実に、樹脂層、第２導体層、第１導体層の順で、熱膨張係数を小さくなるようにして（すなわち、熱膨張係数が段階的、傾斜的に変化するようにして）、各槽の熱膨張係数の差から生じる応力を緩和し、反りや歪みの発生を抑制することができる。

また、導体層を構成する第１導体層としては、電気的特性からＣｕを用いることが望ましい。しかし、導体層がＣｕを主成分とする単層構造のものである場合、樹脂層との熱膨張係数の差から、反りや歪みを生じるおそれがある。これに対し、本発明のようにＣｕからなる第１導体層よりも熱膨張係数の大きい第２導体層を備えた構成とすることにより、応力を緩和して、反りや歪み少ない、樹脂配線基板を確実に得ることが可能になる。

なお、導体層がＣｕを主成分とするものである場合、第２導体層を構成する、第１導体層よりも熱膨張係数の大きい第２の金属として、Ｃｒ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｎｉなどを用いることにより、応力を緩和して、反りや歪みの少ない樹脂配線基板を確実に得ることが可能になる。

(ａ)は、本発明の実施例にかかる樹脂配線基板の構成を模式的に示す図，(ｂ)はその要部を拡大して示す図である。 (ａ)，(ｂ)，(ｃ)は、図１の樹脂配線基板の製造方法を説明する図である。図１の樹脂配線基板の製造方法を説明する図であって、図２(ｃ)の工程に続く工程を示す図である。図１の樹脂配線基板の製造方法を説明する図であって、図３の工程に続く工程を示す図である。

以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

図１は本発明の一実施例にかかる多層構造を有する樹脂配線基板の構成を模式的に示すであり、(ａ)は正面断面図、(ｂ)は要部を拡大して示す要部拡大断面図である。

図１(ａ)，(ｂ)に示すように、この樹脂配線基板（多層樹脂配線基板）１０は、基材層Ａ（図２(ｃ)，図３，図４）を構成する樹脂層（この実施例１では熱可塑性樹脂層）１と、熱可塑性樹脂層１の表面に配設された、所定のパターンを有する導体層(導体パターン)２と、熱可塑性樹脂層１に配設されたビアホール用貫通孔３内に充填、配設され、導体層２を層間接続させるビアホール導体４とを備えている。

また、この多層樹脂配線基板１０において、熱可塑性樹脂層１は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）や、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの、融点が２５０℃以上の熱可塑性樹脂から形成されている。
この実施例１では、熱膨張係数（線膨張率）が約１８（平面方向）、約６０（厚み方向）（１０^-6／℃）となるような熱可塑性樹脂を選択した。
なお、樹脂層１を構成する樹脂は必ずしも、熱可塑性樹脂に限られるものではなく、熱硬化性樹脂を用いることも可能である。

導体層２は、本発明における第１の金属であるＣｕからなる第１導体層２１と、第１導体層２１の表裏両主面（下面）の全面に配設された第２導体層２２とを備えている。第２導体層２２は、第１導体層２１を構成するＣｕよりも熱膨張係数の大きい金属であるＡｌ（本発明における第２の金属）からなる層である。そして、この導体層２は、第２導体層２２が、樹脂層１と接するようにして配設されている。
なお、Ｃｕの熱膨張係数（線膨張率）は、約１６（１０^-6／℃）であり、Ａｌの熱膨張係数（線膨張率）は、約２３（１０^-6／℃）である。

なお、この実施例１の多層樹脂配線基板１０においては、第１導体層２１と第２導体層２２の界面に、第１導体層２１を構成するＣｕと、第２導体層２２を構成するＡｌとの合金層（固相拡散層）２３（図１(ｂ)）が形成されている。なお、この合金層２３は、第１導体層２１よりも熱膨張係数が大きく、第２導体層２２よりも熱膨張係数が小さい層である。

また、ビアホール導体４は、Ａｇを主成分とする導電性ペーストをビアホール用貫通孔３に充填して固化させることにより形成されている。

この実施例１の多層樹脂配線基板１０は、上述のように、熱可塑性樹脂層１と導体層２とを積層することにより形成されており、導体層２は、第１の金属であるＣｕからなる第１導体層２１と、第１導体層２１を構成するＣｕよりも熱膨張係数の大きい第２の金属（Ａｌ）からなる第２導体層２２とを備えている。さらに、第１導体層２１と第２導体層２２の界面には、第１導体層２１を構成するＣｕと、第２導体層２２を構成するＡｌとの合金層（固相拡散層）２３（図１(ｂ)）が形成されている。

すなわち、この実施例１の多層樹脂配線基板１０においては、熱膨張係数が第１導体層２１を構成するＣｕよりも大きい樹脂層１と、第１導体層２１の間には、熱膨張係数の大きさが両者の間にある、第２導体層２２が介在し、さらに、第１導体層２１と第２導体層２２の間には、熱膨張係数が、第１導体層２１と第２導体層２２の中間にある合金層（固相拡散層）２３（図１(ｂ)）が介在することになる。
したがって、熱可塑性樹脂層１と導体層２との間の熱膨張係数の差から生じる応力を緩和して、反りや歪みの少ない多層樹脂配線基板１０を得ることが可能になる。

次に、この多層樹脂配線基板１０の製造方法について説明する。
(１)まず、図２(ａ)に示すように、液晶ポリマー（ＬＣＰ）や、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などに代表される２５０℃以上の融点を持つ熱可塑性樹脂からなる絶縁層である熱可塑性樹脂層１に、第１導体層２１となるＣｕ箔（第１導体層用の金属層）２１ａと、その表裏両主面の全面にめっきにより形成された、第２導体層２２となる、Ｃｕよりも熱膨張係数の大きい金属であるＡｌからなる被覆層（第２導体層用の金属層）２２ａとを有する、パターニング前の導体層（金属箔）２ａを貼り付けたシートを用意する。
なお、第２導体層用の金属層２２ａは、めっき以外にスパッタなどの薄膜形成方法によっても形成することが可能である。

(２)それから、熱可塑性樹脂層１上の金属箔２ａをエッチングして、図２(ｂ)に示すように、所望のパターンの導体層（導体パターン）２を形成する。
なお、導体層（導体パターン）２を形成するにあたっては、例えば、金属箔２ａの表面に、所定のレジストパターンを形成し、エッチング液に浸漬してエッチングを行った後、レジストパターンを除去することにより、図２(ｂ)に示すような所望の導体パターン２を形成することができる。
ただし、予めパターン化した金属箔を張り付けるようにすることも可能である。

(３)次に、レーザ加工により、図２(ｃ)に示すように、熱可塑性樹脂層１の所定の位置にビアホール用貫通孔３を形成する。なお、レーザ加工においては、導体層（導体パターン）２が形成されていない方の面からレーザを照射して、導体層（導体パターン)２の裏面に達するようにビアホール用貫通孔３を形成する。これにより、ビアホール用貫通孔３が形成された熱可塑性樹脂層１の表面に、パターン化された導体層（導体パターン）２が、その一部がビアホール用貫通孔３を覆うように配設された構造を有する基材層Ａが得られる。

なお、図２(ｃ)に示す、基材層Ａを形成する手順は、上記(１)〜(３)の手順に限られるものではなく、例えば、熱可塑性樹脂層１にビアホール用貫通孔３を形成した後にエッチングを行い、所望のパターンの導体層２を形成するようにしてもよく、さらに他の手順で形成してもよい。

(４)次に、図３に示すように、各熱可塑性樹脂層１(基材層Ａ）毎に、ビアホール用貫通孔３にＡｇ粒子を主成分とする導電性ペースト４ａを充填する。

(５)それから、図４に示すように、各熱可塑性樹脂層１(基材層Ａ）を所定の順に積層し、真空プレスにより、導電性ペースト中の金属粒子（Ａｇ粒子）の融点よりも低い温度であって、かつ、熱可塑性樹脂層１が可塑性を示すが溶融はしない温度（例えば２５０℃〜３５０℃）で圧着する。なお、この２５０℃〜３５０℃の温度は、導体層２を構成する第１導体層（Ｃｕ層）２１および第２導体層（Ａｌ層）２２の溶融しない温度でもある。

なお、図４において、最上層は図３に示す構成の熱可塑性樹脂層（基材層）Ａであるが、上から２層目および３層目の基材層としては、導体層（導体パターン）２の形状およびビアホール用貫通孔３の配設位置が、最上層のものとは異なる熱可塑性樹脂層（基材層）Ａを用いている。

この積層、圧着の工程で、各熱可塑性樹脂層１間の圧着（接合）が完了し、全体が完全に一体化するとともに、ビアホール導体４と導体層（導体パターン)２が、接合される。

さらに、この積層、圧着の工程で、第１導体層２１と第２導体層２２の界面には、第１導体層２１を構成するＣｕと、第２導体層２２を構成するＡｌとの合金層（固相拡散層）２３（図１(ｂ)）が形成される。

したがって、熱可塑性樹脂層１から、第２導体層２２、合金層２３を経て、第１導体層２１に向かって傾斜的に滑らかに熱膨張係数を変化させることが可能になり、熱膨張係数の差から生じる応力を効率よく緩和することが可能になる。
その結果、熱可塑性樹脂層１と導体層２との間の、熱膨張係数の差から生じる応力を緩和して、反りや歪みの少ない多層樹脂配線基板１０を効率よく製造することが可能になる。

なお、上記実施例では、第１導体層用の金属層２１ａがＣｕ層（Ｃｕ箔）であり、第２導体層用の金属層２２ａがＡｌ層である場合を例にとって説明したが、第１導体層用の金属層２１ａとしてＣｕ以外の導体材料を用いることが可能であり、また、第２導体層用の金属層２２ａとしても、第１導体層を構成する金属よりも熱膨張係数が大きいという要件を満たす範囲において、種々の金属材料、たとえば、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｎｉなどを用いることが可能である。

また、上記実施例の多層樹脂配線基板１０においては、導体パターン(導体層）２が、第１導体層（Ｃｕ箔）２１が第２導体層（Ａｌ層）２２により被覆されているため、露出した導体層（導体パターン）の表面が酸化されることを抑制、防止することができる。したがって、積層後に酸化防止の目的でめっきを施す工程を不要にすることができる。

また、上記実施例では、第２導体層を構成する第２の金属が、積層、圧着の工程で溶融しない高融点の金属（Ａｌ）からなるものであり、積層、圧着の工程の終了後に、第１導体層と第２導体層の間に、第１導体層を構成する第１の金属と、第２導体層を構成する第２の金属との合金層（すなわち、固相拡散による拡散層）が形成される場合を例にとって説明したが、第２の金属として、積層、圧着の工程で溶融する低融点の金属（例えばＳｎ）からなるものを用いた場合には、積層、圧着の工程の終了後に形成される第２導体層が、第１導体層を構成する第１の金属を含む合金層となる。

本発明は、さらにその他の点においても、上記実施例に限定されるものではなく、樹脂層を構成する樹脂材料の種類、導体層(導体パターン)の具体的なパターン、樹脂層および導体層の積層数や積層態様などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

１樹脂層（熱可塑性樹脂層）
２導体層（導体パターン）
２ａパターニング前の導体層
３ビアホール用貫通孔
４ビアホール導体
４ａ導電性ペースト
１０樹脂配線基板（多層樹脂配線基板）
２１第１導体層（Ｃｕ箔）
２１ａ第１導体層用の金属層
２２第２導体層（Ａｌ層）
２２ａ第２導体層用の金属層
２３合金層（固相拡散層）
Ａ基材層

Claims

樹脂層と導体層とが積層された構造を有する樹脂配線基板において、
前記導体層は、第１の金属からなる第１導体層と、前記樹脂層と前記第１導体層との間に位置するように配設された、前記第１の金属よりも熱膨張係数の大きい第２の金属からなる第２導体層と
を備えているとともに、
(ａ)前記第２導体層は、前記第１導体層を構成する前記第１の金属を含む合金からなる層であること、または
(ｂ)前記第１導体層と前記第２導体層の間に、前記第１導体層を構成する前記第１の金属と、前記第２導体層を構成する前記第２の金属との合金からなる合金層が形成されていること
を特徴とする樹脂配線基板。
前記第２導体層は、前記樹脂層と接するように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂配線基板。
前記第２導体層は、前記第１導体層と接するように配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂配線基板。
前記第２導体層は、前記導体層と前記樹脂層との界面全体に存在することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂配線基板。
前記合金は、前記導体層と前記樹脂層とを積層する工程で形成されるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂配線基板。
前記樹脂層は、熱可塑性樹脂よりなるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂配線基板。
前記第２導体層は、熱膨張係数が前記樹脂層より小さいものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の樹脂配線基板。
前記第１導体層を構成する前記第１の金属は、Ｃｕを主成分とするものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の樹脂配線基板。