JP6554302B2 - 多層配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多層配線基板の製造方法に関する。

近年の電子機器の高性能化・小型化の流れの中、回路部品の高密度、高機能化が一層求められている。かかる観点より、回路部品を搭載したモジュールにおいても、高密度、高機能化への対応が要求されている。このような要求に答えるべく、現在では配線基板を多層化することが盛んに行われている。

このような多層配線基板においては、複数の配線層を互いに略平行となるようにして配置し、配線層間に絶縁部材を配し、絶縁部材間を厚さ方向に貫通した層間接続体（ビア）を形成し、複数の配線層を互いに電気的に接続するようにしている。

上述のような多層配線基板は、以下のような方法によって形成することができる。例えば第１の金属箔上にＡｇなどの金属を含有する導電性ペーストをスクリーン印刷などの方法で塗布してバンプを形成し、当該バンプを乾燥させた後、ロールラミネーターや真空ラミネーターなどの装置を用い、上記金属箔上に、当該バンプが厚さ方向に貫通するようにして絶縁樹脂層をプレス形成する。次いで、絶縁樹脂層上にさらに第２の金属箔を積層し、プレス装置により、加熱下、加圧することによって、当該第２の金属箔を絶縁樹脂層を貫通したバンプの上端部と接合する（積層プレス）。

これによって、上記第１の金属箔及び第２の金属箔は配線層を構成し、絶縁樹脂層はこれら配線層間に介在する絶縁部材を構成し、バンプは層間接続体（ビア）を構成するようになり、多層配線基板を得ることができる（特許文献１等参照）。

なお、さらなる多層化に際しては、上述の工程を繰り返し、第２の金属箔上に順次バンプ、絶縁樹脂層（絶縁部材）及び金属箔を形成することによって実現することができる。

しかしながら、多層配線基板を構成する絶縁部材、すなわち絶縁樹脂層中には一般にガラスクロス等が含有されている。したがって、上述のような第１の積層プレスを実施した際に、バンプが絶縁樹脂層を厚さ方向に完全に貫通せずに、その上端部が絶縁樹脂層の一部によって被覆されてしまう場合がある。その結果、第２の積層プレスにおいて、バンプの上端部と第２の金属箔との間に絶縁樹脂層が残存し、完成した多層配線基板の層間接続体の上端部と配線層との間に絶縁部材の一部が残存してしまう場合があった。

この結果、絶縁部材によって離隔された配線層間を層間接続体によって電気的に導通した状態に保持することが困難となり、多層配線基板の電気的特性が劣化するとともに、その信頼性が低下してしまうという問題があった。

特開第５１８２４２１号

本発明は、層間接続体によって配線層間の電気的導通を十分に保持することができ、信頼性に優れた多層配線基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
第１の金属箔上に導電性ペーストを塗布し、当該導電性ペーストからなるバンプを形成する工程と、
前記第１の金属箔に対して、繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層を介して第２の金属箔を第１の温度で押圧し、前記絶縁樹脂層を流動化させて、前記バンプの上端部に残存する前記絶縁樹脂層を除去し、前記絶縁樹脂層から前記バンプの上端部を露出させる工程と、
前記第１の金属箔に対して、前記第２の金属箔を、前記絶縁樹脂層を介して、前記第１の温度よりも高い第２の温度で押圧し、前記絶縁樹脂層及び前記バンプを硬化させるとともに、当該絶縁樹脂層上に前記第２の金属箔を積層する工程と、
を具えることを特徴とする、多層配線基板の製造方法に関する。

本発明によれば、第１の金属箔上に導電性ペーストからなるバンプを形成した後、第１の金属箔に対して繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層を介して第２の金属箔を第１の温度で押圧するようにしている。このとき、絶縁樹脂層は温度の上昇とともに粘度が低下して流動化するようになるので、押圧の際にバンプの上端部に残存している絶縁樹脂層が排除され、当該上端部が絶縁樹脂層から露出するようになる。

したがって、後に第１の温度より高い第２の温度で再度第２の金属箔を第１の金属箔に対して押圧して積層プレスを行う際に、第２の金属箔は、絶縁樹脂層から露出した硬化後のバンプ（ビア）の上端部と確実に結合するようになり、これによって、後に配線層となる第１の金属箔及び第２の金属箔は高い信頼性の下に電気的に接続されるようになる。結果として、層間接続体（ビア）によって配線層間の電気的導通を十分に保持することができ、信頼性に優れた多層配線基板を提供することができるようになる。

なお、本発明では、多層配線基板を構成する絶縁部材を繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層から構成し、第１の温度で加熱して流動化させて、バンプの上端部に残存している絶縁樹脂層を排除し、当該上端部を絶縁樹脂層から露出するようにしている。したがって、従来とは異なり、第１の金属箔上に絶縁樹脂層をプレス形成する際に、バンプを絶縁樹脂層に対して貫通させるという工程を省略することができる。

また、本発明では、多層配線基板を構成する絶縁部材を繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層から構成しているので、絶縁部材の厚さを狭小化することができる。したがって、多層配線基板の微細化及び高密度を図ることもできる。

なお、本発明における“バンプの上端部”とは、第２の金属箔、すなわち配線層と結合するバンプ領域の一部を指すものである。

また、絶縁樹脂層は、繊維状のフィラーを含まないことが要求されるものであって、例えば粒子状あるいは粉末状のフィラーは含まれていてもよい。

本発明の一例において、バンプを構成する導電性ペーストは、少なくともＳｎ，Ｂｉ，Ｃｕ及びＡｇを含む導電性ペーストとすることができる。この場合、導電性ペーストからなるバンプを形成し、適宜乾燥した後、第１の金属箔に対して繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層を配設して加熱し、バンプの上端部が絶縁樹脂層から露出した後、第２の金属箔を当該絶縁樹脂層を介して加熱下押圧した際に、上記バンプを構成する金属のうち、Ｓｎ Ｂｉ及びＣｕが焼結助剤として機能するようになり、例えば上記加熱によって液相となって、上記バンプは樹脂等のバインダー成分を含む少なくともＳｎ，Ｂｉ，Ｃｕ及びＡｇの金属焼結体となる。

この結果、従来のように、多層配線基板を構成するバンプ（加熱硬化後のビア）中に銀などの粒子が含有されている場合に比較して、粒子間の界面減少によるバンプ（ビア）の表面積が減少するので、高速伝送時に表皮効果による導体損失が減少し、信号遅延が発生してしまうという問題を抑制することができる。

本発明の一例において、バンプは円錐形状とすることができる。この場合、絶縁樹脂層を第１の温度で加熱して流動化させた際に、バンプの上端部から絶縁樹脂層がより流れやすくなるので、当該上端部に残存する絶縁樹脂層をより効果的に排除して除去することができる。

以上、本発明によれば、層間接続体によって配線層間の電気的導通を十分に保持することができ、信頼性に優れた多層配線基板を提供することができる。

第１の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。 第１の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。 第１の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。 第１の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。 第１の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。 第２の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。 第２の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。

以下、本発明の具体的特徴について、発明を実施するための形態に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１〜図５は、本実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図であり、本実施形態における特徴を明確にすべく、１つのバンプの近傍の領域を拡大して示している。

最初に、図１に示すように、第１の金属箔１１上に、例えばスクリーン印刷法、ディスペンス法又はインクジェット法などの任意の方法で導電性ペーストを塗布し、当該導電性ペーストからなるバンプ１２を形成する。

第１の金属箔１１は、後に多層配線基板の配線層を構成することから、銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），銀（Ａｇ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）などの電気的良導体から構成する。また、第１の金属箔１１の厚さｔ１は、例えば１．５μｍ〜４０μｍとする。

バンプ１２を構成する導電性ペーストは、たとえば銀，金，銅，錫，ビスマス及びＡｇ半田粉などの導電性粉末、これらの合金粉末若しくは複合（混合）金属粉末と、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂などのバインダー成分とを混合して調製された導電性組成物などから構成する。

なお、導電性ペーストが銅、錫あるいはビスマスを含む場合、以下に説明するように、導電性ペーストからなるバンプを形成し、適宜乾燥した後、第１の金属箔に対して繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層を配設して加熱し、バンプの上端部が絶縁樹脂層から露出した後、第２の金属箔を当該絶縁樹脂層を介して加熱下押圧した際に、上記バンプを構成する金属のうち、銅、錫あるいはビスマスが焼結助剤として機能するようになり、例えば上記加熱によって液相となって、上記バンプは樹脂等のバインダー成分を含む金属焼結体となる。

この結果、従来のように、多層配線基板を構成するバンプ（加熱硬化後のビア）中に銀などの粒子が含有されている場合に比較して、粒子間の界面減少によるバンプ（ビア）の表面積が減少するので、高速伝送時に表皮効果による導体損失が減少し、信号遅延が発生してしまうという問題を抑制することができる。

本実施形態において、バンプ１２は円錐台形状を呈しており、その高さｈは例えば１５μｍ〜２００μｍの範囲とすることができ、下面の直径Ｒは１０μｍ〜２００μｍの範囲とすることができる。

次いで、図２に示すように、第１の金属箔１１上に、繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層１３を介して第２の金属箔１４を配設し、図３に示すように、プレス装置１７を用い、第１の金属箔１１に対して、絶縁樹脂層１３を介して第２の金属箔１４を第１の温度で押圧する。

絶縁樹脂層１３は、その厚さｔ２が例えば１０μｍ〜４０μｍの範囲であって、第１の温度による加熱によって流動化し、バンプ１２の上端部１２Ａに残存する絶縁樹脂層１３が、図中矢印で示すように、バンプ１２の上端部１２Ａから側面１２Ｂに向けて流れ、残存する絶縁樹脂層１３がバンプ１２の上端部１２Ａから排除（除去）されることが必要である（図４参照）。

このためには、絶縁樹脂層１３の第１の温度における溶融粘度の上限値が１×１０^５Ｐａ・ｓであることが好ましく、さらには１×１０^４Ｐａ・ｓであることが好ましい。当該溶融粘度が上記値を超えて大きくなると、絶縁樹脂層１３が十分に流動しきれず、バンプ１２の上端部１２Ａに樹脂残渣が比較的多量に存在し、その後に第２の温度で押圧し、樹脂硬化及びバンプ焼結させた際に、第２の金属箔１４とバンプ１２の上端部１２Ａとの界面に樹脂層が残存することになり、接続信頼性が損なわれる場合がある。

また、絶縁樹脂層１３の第１の温度における溶融粘度の下限値が１×１０¹Ｐａ・ｓであることが好ましく、さらには１×１０²Ｐａ・ｓであることが好ましい。当該溶融粘度が、上記値より小さくなると、絶縁樹脂層１３の厚さを制御することが困難になる場合がある。

なお、当該溶融粘度は、３００ｍｍ〜５００ｍｍ□及び厚さ３００μｍの試験片を用い、TA instrument社製（型番ＡＲＥＳ−Ｇ２）でレオメータ測定を行い、最低の溶融粘度から求めた値である。

特に、バンプ１２の大きさが上述した高さｈ及び直径Ｒで画定され、絶縁樹脂層１３の厚さが上述したｔ２で画定されるような場合は、残存する絶縁樹脂層１３をバンプ１２の上端部１２Ａから確実に排除（除去）することができる。

なお、本実施形態における“バンプ１２の上端部１２Ａ”とは、第２の金属箔１４、すなわち配線層と結合するバンプ領域の一部を指すものであり、“バンプ１２の側面１２Ｂ”とは、バンプ１２の表面に露出した面の内、上端部１２Ａを除く領域を指すものである。

また、絶縁樹脂層１３は、繊維状のフィラーを含まないことが要求されるものであって、例えばシリカやアルミナ等の粒子状あるいは粉末状のフィラーは含まれていてもよい。

絶縁樹脂層１３を構成する絶縁樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂などを挙げることができる。

また、絶縁樹脂層１３を上述のような絶縁樹脂から構成する場合、上記第１の温度は、例えば１２０℃〜１６０℃の範囲に設定することができる。

第２の金属箔１４も、後に多層配線基板の配線層を構成することから、銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），銀（Ａｇ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）などの電気的良導体から構成する。また、第２の金属箔１４の厚さｔ３は、例えば１．５μｍ〜４０μｍとする。

次いで、図５に示すように、さらに第１の金属箔１１に対して、プレス装置１７により、第２の金属箔１４を、絶縁樹脂層１３を介して、第１の温度よりも高い第２の温度で押圧し、絶縁樹脂層１３及びバンプ１１を硬化させるとともに、絶縁樹脂層１３上に第２の金属箔１４を積層する（積層プレス）。これによって、第１の金属箔１１及び第２の金属箔１４は配線層を構成し、絶縁樹脂層１３は配線層間に介在する絶縁部材を構成し、バンプ１１は絶縁部材を貫通し、配線層間を電気的に接続する層間接続体（ビア）を構成して多層配線基板を形成することができる。

なお、第２の温度は、第１の温度よりも高く、絶縁樹脂層１３及びバンプ１１を硬化させる温度であるので、例えば１６０℃〜２３０℃の温度範囲に設定することができる。

また、上述のようにして得る多層配線基板は、２層の配線層を有する多層配線基板であるが、配線層の数を増大させるには、上述した工程を繰り返し行えばよい。

具体的には、図１に示すように、最上層に位置する配線層を第１の金属箔１１として例えばスクリーン印刷法、ディスペンス法又はインクジェット法などの任意の方法で導電性ペーストを塗布して当該導電性ペーストからなるバンプ１２を形成した後、図２に示すように、第１の金属箔１１上に、繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層１３を介して第２の金属箔１４を配設し、図３に示すように、ロールラミネーターや真空ラミネーターなどのプレス装置１７を用い、第１の金属箔１１に対して、絶縁樹脂層１３を介して第２の金属箔１４を第１の温度で押圧し、図４に示すように、絶縁樹脂層１３をバンプ１２の上端部１２Ａから側面１２Ｂに向けて流動させ、残存する絶縁樹脂層１３をバンプ１２の上端部１２Ａから排除（除去）する。

次いで、図５に示すように、さらに第１の金属箔１１に対して、第２の金属箔１４を、絶縁樹脂層１３を介して、第１の温度よりも高い第２の温度で押圧し、絶縁樹脂層１３及びバンプ１１を硬化させるとともに、絶縁樹脂層１３上に第２の金属箔１４を積層する（積層プレス）。

以上、本実施形態の製造方法によれば、上述したように、第１の金属箔１１上に導電性ペーストからなるバンプ１２を形成した後、第１の金属箔１１に対して繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層１３を介して第２の金属箔１４を第１の温度で押圧するようにしている。このとき、絶縁樹脂層１３は温度の上昇とともに粘度が低下して流動化するようになるので、押圧の際にバンプ１２の上端部１２Ａに残存している絶縁樹脂層１３が排除され、当該上端部１２Ａが絶縁樹脂層１３から露出するようになる。

したがって、後に第１の温度より高い第２の温度で再度第２の金属箔１４を第１の金属箔１１に対して押圧して積層プレスを行う際に、第２の金属箔１４は、絶縁樹脂層１３から露出した硬化後のバンプ（ビア）１２の上端部１２Ａと確実に結合するようになり、これによって、後に配線層となる第１の金属箔１１及び第２の金属箔１４は高い信頼性の下に電気的に接続されるようになる。結果として、層間接続体（ビア）によって配線層間の電気的導通を十分に保持することができ、信頼性に優れた多層配線基板を提供することができるようになる。

また、本実施形態では、多層配線基板を構成する絶縁部材を繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層１３から構成し、第１の温度で加熱して流動化させて、バンプ１２の上端部１２Ａに残存している絶縁樹脂層１３を排除し、当該上端部１２Ａを絶縁樹脂層１３から露出するようにしている。したがって、従来とは異なり、第１の金属箔１１上に絶縁樹脂層１３をプレス形成する際に、バンプ１２を絶縁樹脂層１３に対して貫通させるという工程を省略することができる。

また、本実施形態では、多層配線基板を構成する絶縁部材を繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層１３から構成しているので、絶縁部材の厚さを狭小化することができる。したがって、多層配線基板の微細化及び高密度を図ることもできる。

（第２の実施形態）
図６及び図７は、本実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための工程図であり、第１の実施形態における図１に示す工程に相当するものである。

第１の実施形態においては、第１の金属箔１１上にバンプ１２を円錐台形状に形成したが、本実施形態においては、バンプ２２を円錐形状に形成している点で相違する。したがって、第１の実施形態における図２〜図４に示す工程において、絶縁樹脂層１３を第１の温度で加熱して流動化させた際に、バンプ２２の上端部２２Ａから側面２２Ｂへ絶縁樹脂層１３がより流れやすくなるので、当該上端部２２Ａに残存する絶縁樹脂層１３をより効果的に排除して除去することができる。

結果として、後に第１の温度より高い第２の温度で再度第２の金属箔１４を第１の金属箔１１に対して押圧して積層プレスを行う際に、第２の金属箔１４は、絶縁樹脂層１３から露出した硬化後のバンプ（ビア）１２の上端部１２Ａとより確実に結合するようになり、これによって、後に配線層となる第１の金属箔１１及び第２の金属箔１４はより高い信頼性の下に電気的に接続されるようになる。このため、層間接続体（ビア）によって配線層間の電気的導通をより十分に保持することができ、より信頼性に優れた多層配線基板を提供することができるようになる。

バンプ２２の高さ及び底面の直径は、第１の実施形態におけるバンプ１１の高さｈ及び直径Ｒと同様に画定することができる。

なお、その他の特徴及び利点については、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、金属箔上にバンプ等を形成して多層配線基板を製造する場合について説明したが、予めコア基板（両面あるいは多層）を準備しておき、このコア基板上に上述した工程にしたがって多層配線基板を積層することもできる。この場合は、最上層に位置する配線層を第１の金属箔１１と見做して、例えば第１の実施形態で説明したような工程を行う。

１１ 第１の金属箔
１２、２２ バンプ
１２Ａ、２２Ａ バンプの上端部
１２Ｂ、２２Ｂ バンプの側面
１３ 絶縁樹脂層
１４ 第２の金属箔
１７ 真空プレス装置

Claims (6)

1. 第１の金属箔上に導電性ペーストを塗布し、当該導電性ペーストからなるバンプを形成する工程と、
   前記第１の金属箔に対して、繊維状フィラーを含まず、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂のいずれかを含む絶縁樹脂層を介して第２の金属箔を１２０℃〜１６０℃の第１の温度で押圧し、前記絶縁樹脂層を流動化させて、前記バンプの上端部に残存する前記絶縁樹脂層を除去する工程と、
   前記第１の金属箔に対して、前記第２の金属箔を、前記絶縁樹脂層を介して、前記第１の温度よりも高い、１６０℃〜２３０℃の第２の温度で押圧し、前記絶縁樹脂層及び前記バンプを硬化させるとともに、当該絶縁樹脂層上に前記第２の金属箔を積層する工程と、
   を具えることを特徴とする、多層配線基板の製造方法。
2. 前記第１の温度における前記絶縁樹脂層の溶融粘度が１×１０^５Ｐａ・s以下であることを特徴とする、請求項１に記載の多層配線基板の製造方法。
3. 前記第１の温度における前記絶縁樹脂層の溶融粘度が１×１０¹Ｐａ・s以上であることを特徴とする、請求項２に記載の多層配線基板の製造方法。
4. 前記バンプは、少なくともＳｎ，Ｂｉ，Ｃｕ及びＡｇを含む導電性ペーストからなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の多層配線基板の製造方法。
5. 前記バンプは円錐形状を呈することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の多層配線基板の製造方法。
6. 前記バンプは、高さが１５μｍ〜２００μｍ、下面の直径が１０μｍ〜２００μｍであり、前記絶縁樹脂層は、厚さが１０μｍ〜４０μｍであることを特徴とする、請求項５に記載の多層配線基板の製造方法。

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