JP6603467B2 - 多層配線基板の製造方法、及び多層配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、多層配線基板の製造方法、及び多層配線基板に関する。

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、半導体部品などの電子部品を配線層の少なくとも１つと電気的に接続するようにして絶縁部材中に埋設するとともに、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。また、電子部品は、絶縁樹脂層を積層して形成する以前に、適宜第１の金属箔上等に実装しておくことにより、当該絶縁樹脂層からなる絶縁部材中に埋設されるようになる。

しかしながら、多層配線基板を構成するバンプ（ビア）中に銀などの粒子が含有されていると、その比較的大きな表面積に依存して、高速伝送時に表皮効果による導体損失から信号遅延が発生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、信号遅延などの発生を抑制し、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の金属箔上に少なくともＳｎ，Ｂｉ，Ｃｕ及びＡｇを含む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未硬化の絶縁樹脂層を押圧し、前記バンプが前記絶縁樹脂層を貫通するようにして当該絶縁樹脂層を前記第１の金属箔上に積層する工程と、
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、加熱下で押圧し、前記絶縁樹脂層を硬化させるとともに、前記バンプを焼結硬化させ、前記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未硬化の絶縁樹脂層を押圧し、バンプの上端部が絶縁樹脂層を貫通した後、第２の金属箔を当該絶縁樹脂層を介して加熱下押圧するようにしている。したがって、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。

したがって、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。

また、本発明では、バンプを完全に硬化せずに絶縁樹脂層中を貫通させるようにしているので、当該絶縁樹脂層が繊維状フィラーを含んでいると、バンプの当該絶縁樹脂層に対する貫通性が悪くなってバンプの貫通を阻害してしまう場合がある。しかしながら、本発明では、樹脂絶縁層は繊維状フィラーを含んでいないので、上述したようなバンプの貫通を阻害するようなことがない。

さらに、本発明では、絶縁樹脂層が繊維状フィラーを含まないことにより、樹脂絶縁層自体の誘電率も低下するようになるため、誘電損失を低減し、信号遅延を抑制することができる。また、加熱硬化後の収縮が少ないために、最終的に得る多層配線基板の反りを低減することができ、結果として、その信頼性を向上させることができる。

本発明の一例においては、前記押圧時における前記絶縁樹脂層の溶融粘度が１×１０^１Ｐａ・ｓ以上１×１０^５Ｐａ・ｓ以下とすることが好ましい。これによって、絶縁樹脂層を液だれ等を防止した状態で上記バンプの上端部が貫通するように十分に軟化させることができるようになる。

また、本発明の一例において、上記バンプの形状を円錐形状とすることができる。この場合、バンプの上端部が鋭角となっているので、絶縁樹脂層を第１の金属箔に積層する場合に、当該絶縁樹脂層を簡易に貫通することができるようになる。

以上のような製造方法の工程を経ることにより、本願発明の、
少なくとも相対向する一対の配線層と、
前記一対の配線層間に介在する繊維状フィラーを含まない絶縁部材と、
前記絶縁部材を貫通し、前記一対の配線層間を電気的に接続する、少なくともＳｎ，Ｂｉ，Ｃｕ及びＡｇを含む層間接続体と、
を具えることを特徴とする、多層配線基板を得ることができる。

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。

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、信号遅延などの発生を抑制し、信頼性に優れた多層配線基板を提供することができる。

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。 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。 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。

図１〜図３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少なくともＳｎ，Ｂｉ，Ｃｕ及びＡｇを含む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を形成して、適宜乾燥処理を行って硬化させる。

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、少なくともＳｎ，Ｂｉ，Ｃｕ及びＡｇ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。

このとき、以下に説明するような本実施形態におけるバンプ（熱硬化後のビア）としての作用効果を奏するためには、バインダー成分に対して少なくともＳｎ，Ｂｉ，Ｃｕ及びＡｇなどの導電性粉末等の成分が８０質量％以上であることが好ましい。また、その上限値は９５質量％以下であることが好ましい。上限値がこの値よりも大きいと、バインダー成分の量が少なくなりすぎ、ペーストの生成が困難になる。

また、バンプ１２、すなわち導電性ペースト中におけるＳｎの含有量は３０質量％〜５０質量％であることが好ましく、導電性ペースト中におけるＢｉの含有量は１０質量％〜２０質量％であることが好ましい。さらに、導電性ペースト中におけるＣｕの含有量は１０質量％〜１５質量％であることが好ましい。

以下に説明するように、これらの金属元素は、バンプ１２における焼結助剤として機能するので、Ｓｎ，Ｂｉ及びＣｕの含有量が上述した下限値未満であると、これらの金属元素が十分に焼結助剤として機能できなくなる場合がある。また、これらの金属元素の含有量が上述した上限値を超えると、バンプ１２（後のビア）において導電性に寄与するＡｇの割合が少なくなってしまう。

一方、バンプ１２、すなわち導電性ペースト中におけるＡｇの含有量は１５質量％〜３０質量％とすることができる。Ａｇの含有量が上記下限値よりも低いと、バンプ１２の電気的導通が劣化してしまい、Ａｇの含有量が上記上限値よりも大きいと、上述したＳｎ等の焼結助剤の含有割合が低くなるので、当該焼結助剤としての機能を十分に発揮することができなくなってしまう場合がある。

また、本実施形態において、バンプ１２は円錐形状を呈しており、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。なお、バンプ１２の形状は円錐形状の他、円錐台形状等、任意の形状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上に対して、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、未硬化の絶縁樹脂層１３を押圧して、バンプ１２を未硬化の絶縁樹脂層１３に対して貫通させ、その上端部１２Ａが未硬化の絶縁樹脂層１３から露出するようにして、当該絶縁樹脂層１３を第１の金属箔１１上に積層する。

なお、本実施形態における“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。

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、例えばエポキシ樹脂，ビスマレイミドトリアジン樹脂，ポリイミド樹脂，フェノール樹脂，ポリエステル樹脂，メラミン樹脂，あるいはブタジェンゴム，ブチルゴム，天然ゴム，ネオプレンゴム，シリコーンゴムなどの生ゴム等の熱硬化性樹脂のシート類が挙げられる。これら合成樹脂は、単独でもよいが絶縁性無機物や有機物系の充填物を含有してもよい。

なお、未硬化の樹脂絶縁層１３の溶融粘度は、例えば上限値が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、樹脂絶縁層１３が十分に流動しきれず、バンプ１２の上端部に樹脂残渣が比較的多量に存在し、バンプ１２の上端部を露出させることができない場合がある。

また、樹脂絶縁層１３の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。

次いで、図３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を介して加熱下押圧（熱プレス）し、絶縁樹脂層１３を硬化させるとともに、バンプ１２を焼結硬化させ、樹脂絶縁層１３上に第２の金属箔１４を積層している。

したがって、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、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。このため、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、バンプ（ビア）の表面積が減少して、高速伝送時に表皮効果による導体損失が減少する。さらにはバンプ（ビア）及び第２の金属箔１４間で合金層を形成するようになる。この結果、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。

また、本実施形態では、バンプ１２を乾燥させたのみで完全に硬化せずに絶縁樹脂層１３中を貫通させるようにしているので、当該絶縁樹脂層１３が繊維状フィラーを含んでいると、バンプ１２の当該絶縁樹脂層１３に対する貫通性が悪くなってバンプ１２の貫通を阻害してしまう場合がある。しかしながら、本実施形態では、樹脂絶縁層１３は繊維状フィラーを含んでいないので、上述したようなバンプ１２の貫通を阻害するようなことがない。

さらに、本実施形態では、絶縁樹脂層１３が繊維状フィラーを含まないことにより、樹脂絶縁層１３自体の誘電率も低下するようになり、誘電損失を低減し、信号遅延を抑制することができる。また、加熱硬化後の収縮が少ないために、最終的に得る多層配線基板の反りを低減することができ、結果として、その信頼性を向上させることができる。

上述した焼結過程後において、第１の金属箔１１及び第２の金属箔１４は一対の配線層となり、加熱硬化された絶縁樹脂層１３は絶縁部材となり、焼結硬化されたバンプは層間接続体（ビア）となるので、少なくとも相対向する一対の配線層と、前記一対の配線層間に介在する繊維状フィラーを含まない絶縁部材と、前記絶縁部材を貫通し、前記一対の配線層間を電気的に接続する、少なくともＳｎ，Ｂｉ，Ｃｕ及びＡｇを含む層間接続体と、を具えることを特徴とする、多層配線基板を得ることができる。

なお、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、ロールラミネーターや真空ラミネーターなどの方法によって、第１の金属箔１１上に、バンプ１２が貫通し、その上端部が露出するようにして未硬化の樹脂絶縁層１３を積層し、次いで、図３に示すように、加熱プレス等を用い、絶縁樹脂層１３を硬化させるとともに、バンプ１２を焼結硬化させ、樹脂絶縁層１３上に第２の金属箔１４を積層する。

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、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 バンプ
１２Ａ バンプの上端部
１３ 絶縁樹脂層
１４ 第２の金属箔

Claims (5)

1. バインダー成分、３０質量％以上のＳｎ，１０質量％以上のＢｉ，１０質量％以上のＣｕ及び１５〜３０質量％のＡｇを含む導電性ペーストを第１の金属箔上に塗布し、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未硬化の絶縁樹脂層を押圧し、前記バンプが前記絶縁樹脂層を貫通するようにして当該絶縁樹脂層を前記第１の金属箔上に積層する工程と、
   前記第１の金属箔に対して、第２の金属箔を、前記絶縁樹脂層を介して、加熱下で押圧し、前記絶縁樹脂層を硬化させるとともに、前記バンプを焼結硬化させ、前記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. 前記押圧時における前記絶縁樹脂層の溶融粘度が１ｘ１０^１Ｐａ・ｓ以上１ｘ１０^５Ｐａ・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. 前記バンプは円錐形状を呈することを特徴とする、請求項１又は２に記載の多層配線基板の製造方法。
4. 前記導電性ペーストが、３０〜５０質量％のＳｎ、および１０〜２０質量％のＢｉを含む、
   ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多層配線基板の製造方法。
5. 少なくとも相対向する一対の配線層と、
   前記一対の配線層間に介在する、繊維状フィラーを含まない絶縁部材と、
   前記絶縁部材を貫通し、前記一対の配線層間を電気的に接続する、少なくとも３０質量％以上のＳｎ，１０質量％以上のＢｉ，１０質量％以上のＣｕ及び１５〜３０質量％のＡｇを含む層間接続体と、
   を具えることを特徴とする、多層配線基板。

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