JPH08242077A - 多層プリント基板、多層プリント基板の製造方法 - Google Patents

多層プリント基板、多層プリント基板の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】多層プリント基板において二つ以上の離間した
層を電気的に接続する構造であって、消費面積が小さ
く、高集積化に耐え、工程の信頼性が高く、製品の歩留
まりがよい構造を提供すること。 【構成】バイアホールを有する第一の絶縁層に接して形
成されている第二の絶縁層にバイアホールを形成する時
に、この第一の絶縁層の直上にバイアホールを形成す
る。第一の絶縁層に形成されたバイアホールが、第二の
絶縁層を形成する前に所定の充填材料によっク充填され
ているから、消費面積を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は多層プリント基板の構
造に係わるものである。特に、本願発明は多層プリント
基板において隣接しない層間の電気的接続をバイアホー
ルによって行うときの構造及びその形成方法に係わる。
【0002】
【従来技術】多層プリント基板は複数の配線層からなる
プリント基板である。多層プリント基板においては層間
の導通をとるために、導通すべき層に接続用のランドを
設け、それらの層を含むすべての層を貫通するスルーホ
ールを形成し、このスルーホールに導電材料を被覆する
等の方法によりスルーホールを介してスルーホールが形
成されている層の上に位置する層とその下に位置する層
とを電気的に接続する方法が一般的に採られている。
【0003】一方、層間を電気的に接続する手段として
はバイアホールによることもできる。バイアホールは一
つの層に開けられた小孔で、その内面が導電材料でメッ
キされており、上層と下層とを電気的に接続する役割を
果たす。バイアホールを形成する方法はビルドアップ工
法によってなされている。ビルドアップ工法は図1〜4
に示すように、1層づつ絶縁樹脂層、バイアホール、メ
ッキ、というプロセスを繰り返し複数の層を積み上げる
(build up)方法である。一例を示すと、図1に示すよう
に、まず接続用ランド105を有する基板100上に感
光性を有する絶縁樹脂膜110が塗布される。この際の
塗布方法は例えばスピンコーテイング、スクリーン印刷
法、カーランコータ法等による。そして、図2に示すよ
うにこの感光性の絶縁樹脂層を所定のパターンで露光・
現像・エッチングすることによってランド105上にバ
イアホール130を形成する。このエッチング方法とし
ては乾式、あるいは、湿式両方の方法でなされる。その
後、図3に示すようにバイアホール130上に導電材料
によるメッキ層140が施される。さらに、図4に示す
ようにこの上に次の絶縁樹脂層150を形成し複層とす
る。この方法は基板を貫通するスルーホールのような孔
を形成する必要がなく、必要な個所のみに孔をあければ
いいから、それだけ配線の自由度が大きくなるという点
で優れている。
【0004】ビルドアップ法では、従来は例えば図5に
示すように隣接しない二つの層110及び180上の点
Aと点Bを電気的に接続する場合、第二の絶縁層150
に形成された第二のバイアホール160を第一の絶縁層
110に形成された第一のバイアホール130の直上で
はなく、その位置を少しずらして形成し、両層間をメッ
キ層140、170によって電気的に接続する。第二の
絶縁層150と第三の絶縁層180との間でも同様に第
二の絶縁層に形成されたバイアホール160から少しず
らして第三の絶縁層180に第三のバイアホール190
を形成する。このように、従来技術ではバイアホールを
すでに存在する別のバイアホールの直上に形成すること
なく隣接しない二つの層の電気的な接続を行っていた。
【0005】しかし、このような構造をとると点Aと点
Bをバイアホールによって電気的に接続するためには図
5で示すように略dの二乗に比例した面積が必要とな
る。dはバイアホールが一つのバイアホールの直上で
はなく、斜め上に形成されているから大きくなる。
【0006】このように一つのバイアホールの斜め上に
次のバイアホールを形成することによる層間の接続は高
密度化の要請に沿わない。つまり、バイアホールおよび
そのレイアウトについても面積を低減することが要請さ
れている。この要請を確保するために例えば図6に示す
ように二つのバイアホールをあるバイアホールの直上に
形成することも考えられる。図6に示すように、この構
造は第一の絶縁層110に第一のバイアホール130が
形成されており、この直上に第二の絶縁層150をエッ
チングして第二のバイアホール160が形成されてい
る。そして、第二のバイアホール160上にメッキ層1
70が形成され、第二の絶縁層上の点Aと第一の絶縁層
の点Bとの導通を達成する。このように重ねた場合の問
題点は以下の諸点である。
【0007】まず第一に第二のバイアホール160を形
成する際に第二の絶縁層150を湿式等の方法でエッチ
ングするのであるが、このエッチングは通常のバイアホ
ールの場合の2倍程度の深さで行う必要があるから時間
がかかる。このような長時間のエッチングを行うと、エ
ッチングが深さ方向のみならず半径方向にも起こり、孔
径dがかなり大きくなってしまう。先ほどの例と同様
に点Aと点Bを接続するための消費面積は概略dの二
乗で評価可能であるが、この面積は従来の方法によって
上層と下層を電気的に接続するときに必要とする面積で
ある概略dの二乗(図5参照)とほとんど変わらない
ことになる。
【0008】また、第二の問題点としてエッチングが必
ずしも完全に行われるとは限らないことである。エッチ
ングが不完全だと第一のバイアホール130の底面に第
二の絶縁層150がエッチングされきらないで残留する
172。このような残留絶縁層172が多くなると第一
のバイアホール130上に形成されたメッキ層140と
第二のバイアホール上に形成されるべきメッキ層170
との導通を害し信頼性の低下をきたす。
【0009】従って、一つのバイアホール上に他のバイ
アホールを単純に形成する方法によれば消費面積、信頼
性の面でともに要求を満たし得ない。
【0010】互いに隣接しない二つの層を電気的に接続
するための構造としてはバイアホールによらない方法も
考えられる。その代表的なものがスタッドと呼ばれる導
電性材料で構成された柱を用いる方法である。このスタ
ッド法のプロセスについて図7以下に説明する。まず、
図7に示すように基板200上にレジスト等210を塗
布し、それに所定のパターンで開口部を形成した後に、
その開口部にメッキ等の手法によって金属等の導電性材
料220を充填させる。その後図8に示すようにレジス
ト210を適当な方法で除去し、金属等の導電性材料か
ら構成されるスタッド220のみを残す。次に図9に示
すようにこのスタッド220を完全におおうように絶縁
樹脂層230を形成し、図10のように表面を平滑化す
る。このプロセスを繰り返せば図11のように二点Aと
Bを電気的に接続する構造を得ることができる。この方
法は先に述べた方法のようにエッチングを含まないの
で、点Aと点Bを電気的に接続するために必要な構造の
消費面積(dの二乗に比例する)は小さくて済む。こ
の点で、高集積化を果たすための利点が大きい。
【0011】しかし、この方法にも欠点がある。まず第
一に、図8のようにスタッド220の支持がない状態で
絶縁層230を塗布する(図9)のでこの過程において
スタッドの倒壊が起こりやすいということである。スタ
ッド220の倒壊が生じると、その箇所において意図し
ていた電気的な接続が得られないから、完成品に誤動作
等の悪影響をきたす。特に、プリント基板上で1箇所で
も倒壊が起これば誤動作の可能性があるから、信頼性に
非常に大きな影響を及ぼすことになる。第二に図10に
示すように、絶縁樹脂層230と金属スタッド220と
の界面Aの接合強度の確保が困難である。接合強度はそ
の界面に混入するわずかなごみなどの不純物によって低
下し、界面の遊離を来たしたり、隙間を生じたり、これ
を原因として腐食に進んだりする。以上のように、この
方法によれば製品の信頼性という点で大きな欠点があ
り、この欠点は製品の歩留まりの低下につながる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑みて本願発明は以下の点を目的とする。 (1)多層プリント基板において二つ以上の層を電気的
に接続する構造を提供すること。特に少なくとも一つの
層を介した二点を電気的に接続すること。 (2)消費面積が小さく、その結果、配線の高集積化に
耐えうる構造を提供すること。 (3)工程の信頼性が高く製品の歩留まりがよい構造を
提供すること。
【0013】
【課題を解決するための手段】本願発明に係わる構造は
具体的には「充填材料で充填されたバイアホールを有す
る第一の絶縁層と、この第一の絶縁層上に接して形成さ
れている第二の絶縁層とを具備し、この第二の絶縁層に
形成されたバイアホールが第一の絶縁層に形成されたバ
イアホールの直上に位置する」ことを特徴とする多層プ
リント基板に係わる。
【0014】また、第二の絶縁層に形成されたバイアホ
ールは充填材料で充填されていてもよい。この充填材料
は好ましくは金属材料であるが、金属ペースト、樹脂で
も構わない。充填材料として特に推奨されるのはメッキ
層との同質性の観点から銅である。
【0015】そして、かかる構造によって第二の絶縁層
上の第一の点(点A)と第一の絶縁層中の第二の点(点
B)が第一の絶縁層に形成されたバイアホール上のメッ
キ層、および、第二の絶縁層に形成されたバイアホール
上のメッキ層を介して電気的に接続されるから、本願発
明の目的を達成できる。
【0016】
【実施例】本願発明の構造を図12に示す。この構造は
基板300上の第一の絶縁層310に形成された第一の
バイアホールに導電材料によるメッキ層330を施し、
その後第一のバイアホール340を金属、金属ペース
ト、樹脂等で充填した構造をなす。この充填された構造
はその表面が平滑化されており、その上にまた別の第二
の絶縁層320が形成される。第二の絶縁層320には
第二のバイアホール350とその上にメッキ層360が
形成されるが、第二のバイアホール350は充填された
第一のバイアホール340の略直上に形成される。この
結果、点Aと点Bとを電気的に接続するために要する面
積は概略バイアホールの径d4の二乗に比例するが、こ
れは通常のバイアホール径と同等であるから、隣接しな
い二つの層に係わる二点を電気的に接続した場合でも消
費面積が増大することがない。
【0017】このような構造によってバイアホールを積
層していけば、一つの層を挟んだ二つの点を電気的に接
続する場合のみならず、2つ以上の層を挟んだ二つの点
を電気的に接続する場合でも全く同等の消費面積に抑え
ることが可能となる。図12のような充填バイアホール
を任意の数だけ積層すればよいからである。
【0018】充填される材料としては好ましくは金属が
よい。特に、メッキ層と同一の金属元素であることが腐
食防止の観点などから好ましく、この点、銅がもっとも
頻繁に使用される。金属材料等の導電材料が好ましい理
由は発明の目的が隣接しない二つの層にある2点を電気
的に接続することなので、バイアホールを充填する作用
と同時に導電性を担保することができる充填材料を用い
れば、電気的な接続の面でより信頼性を向上させること
が可能だからである。このように、充填材料として導電
材料を用いたときの導電路は点A〜メッキ層360・充
填材350〜充填材340・メッキ層330〜点Bとな
る。
【0019】この発明の一つのポイントは形成したバイ
アホールを充填・平滑化することによってその直上にも
バイアホールを形成することを可能ならしめる点にあ
る。この意味では充填材料は充填可能な材料ならば必ず
しも導電性の具備を問わないこととなる。従って、導電
性が金属ほど良好ではない金属ペーストや導電性を有し
ない樹脂などの材料でもこの発明の効果を達成すること
が可能である。充填材料として樹脂などの絶縁材料、あ
るいは、金属ペーストなどの導電性が劣る材料を使用し
たときの構造を図13に示す。この構造は基本的には図
12に示した金属を充填材料として使用したときの構造
と同一であるが、第一のバイアホール340上に形成さ
れたメッキ層330と充填された第二のバイアホール3
50との間に導電材料層390が形成されている点のみ
が異なる。この導電材料層が点Aと点Bとの間の良好な
導電路を形成する。この構造においての導電路は点A〜
メッキ層360〜導電材料層390〜メッキ層330〜
点Bとなる。
【0020】次にかかる構造を得るための方法について
説明する。図14示に示すように、基板500上の電極
520の接続すべき点Bの直上に第一の絶縁層510を
エッチングして第一のバイアホール530を形成する。
このバイアホールの形成はレジストの塗布、現像等の通
常の方法で行うことができる。次に、図15に示すよう
に第一のバイアホール530上に銅等の金属材料による
メッキ層540を全面に形成し点Bとの導通を図る。次
の工程は充填材料として何を選択するかによって異な
る。充填材料として金属を用いる場合は、図16のよう
にバイアホール以外の部分を耐メッキレジスト580で
被覆し、次のメッキ工程でバイアホールのみに金属メッ
キ層550が形成されるようにする。そして、その後耐
メッキレジスト580を除去する。また、充填材料とし
てペースト状のものを使用するときには全面にスキージ
等を用いてペーストを広げたり、スクリーン印刷法を用
いて次に図17に示すように金属ペースト、樹脂ペース
ト等の充填材料550を第一のバイアホール530内に
充填する。この時点では充填材料を第一のバイアホール
に過不足なく充填するということは通常はできない。充
填材料はバイアホール上に盛り上がったり(図16)、
バイアホールの周辺に555のように残留するので(図
17)、必要に応じて表面研磨を施し表面の平滑化を図
る。最後に銅メッキをパターン形成すると図18に示す
ような構造を得る。また、このときにさらに銅メッキを
行った後にパターン形成をすると図19に示すような構
造となり、第一のメッキ層540上にさらに第二のメッ
キ層560が形成されることになる。図18の構造が複
層集積されると図12に示した構造となり、図19の構
造が複層集積されると図13に示した構造となる。つま
り、この工程を複数層について繰り返すことによって所
望の集積バイアホール構造が得られることになる。この
ときに本願発明の構造を得るには第一のバイアホールの
直上に第二のバイアホールを形成することが重要であ
る。
【0021】最後に互いに隣接していない複数層上の2
点を接続するときに、本願発明によってどの程度の消費
面積の低減が図れるかを示す。従来技術における場合の
消費面積はdの二乗に比例し、下層のバイアホールを
充填することなくその直上にバイアホールをあけた場合
の消費面積はdの二乗に比例し、スタッド法による場
合の消費面積はdの二乗に比例し、本願発明による場
合はd4の二乗に比例すると考える。
【0022】 d d(mm) 0.25 0.45 0.15 0.12 dの二乗 0.0625 0.205 0.0225 0.0144 (dn/d4)2 4.34 14.24 1.56 - このように、本願発明は従来技術の4分の1程度の消費
面積で同等の点間の接続が可能となる。また、スタッド
法と比べても優位である。
【0023】
【発明の効果】本願発明に係わる方法はバイアホールを
充填し、その直上に新たなバイアホールを形成すること
によって隣接しない複数の層に存在する2点を接続する
ことができる。そして、通常のバイアホールの形成プロ
セス以上の深いエッチングを行わないためにバイアホー
ル径も必要以上に大きくなることはなく、消費面積は一
層のバイアホールが消費する面積と同等であるから、高
集積化が果たせることになる。また、スタッド法等の他
の従来技術に比べてプロセスの信頼性が高く、よって、
製品の歩留まりが向上可能である。さらに、この構造に
よれば隣接しない複数の層間に2層以上の層が存在して
も全く消費面積が変わることがない点でその効果は非常
に大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術であるビルドアップ法によるバイアホ
ールの形成方法を示す工程図である。
【図2】従来技術であるビルドアップ法によるバイアホ
ールの形成方法を示す工程図である。
【図3】従来技術であるビルドアップ法によるバイアホ
ールの形成方法を示す工程図である。
【図4】従来技術であるビルドアップ法によるバイアホ
ールの形成方法を示す工程図である。
【図5】従来技術であるビルドアップ法によりバイアホ
ールを用いた電気的接続の断面図である。
【図6】従来技術に係わる積層バイアホールの構造の断
面図である。
【図7】従来技術であるスタッド法による電気的接続の
形成方法を示す工程図である。
【図8】従来技術であるスタッド法による電気的接続の
形成方法を示す工程図である。
【図9】従来技術であるスタッド法による電気的接続の
形成方法を示す工程図である。
【図10】従来技術であるスタッド法による電気的接続
の形成方法を示す工程図である。
【図11】従来技術であるスタッド法による電気的接続
の断面図である。
【図12】本願発明による積層バイアホールの断面図で
ある。
【図13】本願発明による積層バイアホールの断面図で
ある。
【図14】本願発明による積層バイアホールの形成方法
を示す工程図である。
【図15】本願発明による積層バイアホールの形成方法
を示す工程図である。
【図16】本願発明による積層バイアホールの形成方法
を示す工程図である。
【図17】本願発明による積層バイアホールの形成方法
を示す工程図である。
【図18】本願発明による積層バイアホールの形成方法
を示す工程図である。
【図19】本願発明による積層バイアホールの形成方法
を示す工程図である。
【符号の説明】
100、200、300、500 基板 110、150、230、310、320、510 絶
縁層 140、170、330、360、540、560 メ
ッキ層 220 金属スタッド 130、160、190、530 バイアホール 340、350、550 充填材
フロントページの続き (72)発明者 塚田 裕 滋賀県野洲郡野洲町大字市三宅800番地 日本アイ・ビー・エム株式会社 野洲事業 所内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多層プリント基板であって、 充填材料で充填された第一のバイアホールを有する第一
    の絶縁層と、 上記第一の絶縁層上に接して形成され上記第一のバイア
    ホールの直上に位置する第二のバイアホールを有してい
    る第二の絶縁層と、 を含む多層プリント基板。
  2. 【請求項2】上記第二のバイアホールが上記充填材料で
    充填されている、請求項1の多層プリント基板。
  3. 【請求項3】上記第一のバイアホール上のメッキ層と上
    記第二のバイアホール上のメッキ層が電気的に接続され
    ている、請求項1の多層プリント基板。
  4. 【請求項4】上記電気的な接続が上記充填材料によって
    確保されている、請求項3の多層プリント基板。
  5. 【請求項5】上記電気的な接続が上記充填材料上のメッ
    キ層によって確保されている、請求項3の多層プリント
    基板。
  6. 【請求項6】上記充填材料が金属材料からなる、請求項
    1の多層プリント基板。
  7. 【請求項7】上記充填材料が金属ペースト、または、樹
    脂からなる請求項1の多層プリント基板。
  8. 【請求項8】上記充填材料が銅からなる請求項6の多層
    プリント基板。
  9. 【請求項9】多層プリント基板の製造方法であって、 基板上に配された絶縁層の所定の位置にバイアホールを
    形成するステップと、 上記バイアホールに金属メッキ層を形成するステップ
    と、 上記バイアホールを充填材料で充填するステップと、 上記充填するステップの後に、上記プリント基板の表面
    を平滑にするステップと、 上記金属メッキ層のパターン形成をするステップと、 を含む多層プリント基板の製造方法。
  10. 【請求項10】多層プリント基板の製造方法であって、 上記絶縁層上に第二の絶縁層を形成するステップと、 上記第二の絶縁層に上記バイアホールの直上に位置する
    別のバイアホールを形成するステップと、 をさらに含む、請求項9の多層プリント基板の製造方
    法。
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