WO2022259760A1

WO2022259760A1 - 積層基板及び積層基板の製造方法

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Publication number: WO2022259760A1
Application number: PCT/JP2022/017775
Authority: WO
Inventors: 隆中川; 徳一尾崎; 泰治酒井; 憲治高野; 憲司飯田
Original assignee: Ｆｉｃｔ株式会社
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2022-04-14
Publication date: 2022-12-15
Also published as: US20240147613A1; TW202249549A; CN117322141A; JP2022188326A

Abstract

加圧・加熱して基板を積層する場合において、一部に荷重が集中しないようにして基板の平坦性を維持し、端子部間の導電層を基板全体として均一にして抵抗値異常の発生を防止することを課題とする。　解決手段として、第１基板（Ａ）と、第１基板（Ａ）の第１表面（１Ａ）側に形成された第１端子部（２８）と、第１基板（Ａ）の第１表面（１Ａ）側と対向するように配置された第２基板（Ｂ）と、第２基板（Ｂ）において、第１端子部（２８）と対向する第１表面（１Ｂ）側に形成された第２端子部（３８）と、第１基板（Ａ）と第２基板（Ｂ）との間に介在し、第１端子部（２８）と第２端子部（３８）との間を連通させる貫通孔（５１）が形成され、第１基板（Ａ）と第２基板（Ｂ）との間隔を規制する規制部材（５０）と、連通孔（５１）内に配置されて、第１端子部（２８）と第２端子部（３８）とを電気的に接続する導電性ペースト（４６）と、を具備する。

Description

積層基板及び積層基板の製造方法

　本発明は、積層基板、積層基板の製造方法に関する。

　従来より、電子部品をコンパクトに電子機器に組み込むためにプリント配線板などの回路基板が一般に広く使用されている。
　一方、電子機器に対する小型化、高性能化、低価格化などの要求に伴い、回路基板の電子回路の微細化、多層化、及び電子部品の高密度実装化が急速に進み、プリント配線板を多層構造とした多層配線基板の検討が活発化してきた。

　多層構造を有する回路基板である多層配線基板同士を電気的に接続させて積層させる方法として、ＢＧＡやＬＧＡ等に形成してはんだバンプによりマザーボードに接続する方法や、ワイヤボンディングやスタッドバンプにより電気的に接続する方法などが従来より提案されている。
　また、特許文献１（特開２００３－２４３７９７号公報）に示すように多層配線基板同士を固定ピンなどにより固定して端子間を接触させて電気的に接続する方法なども提案されている。

　さらに、特許文献２（特開２００７－３３５７０１号公報）には、第１の基板と第２の基板とを絶縁層を介在させて積層させる際に、第１の基板の端子部に対応する部位に貫通孔が形成された熱硬化性樹脂からなる接着シートを、貫通孔内に端子部が位置するようにして接着し、貫通孔内に第１の融点を有する金属粒子の表面に第１の融点よりも低い温度の第２の融点を有するはんだをめっきしてなるフィラーと硬化剤とを含有させた導電性ペーストを充填し、第１の基板と第２の基板とを、加熱・加圧して、接着シートおよび導電性ペーストを熱硬化させて一体化させる積層基板の製造方法が開示されている。

特開２００３－２４３７９７号公報特開２００７－３３５７０１号公報

　上述した特許文献１に開示された製造方法のように、多層配線基板同士を固定ピンにより固定して、端子間を機械的に接触させて電気的に接続する方法では、固定ピン、その他の取付け治具の設計上のばらつき、組み立て部品の設計寸法にばらつきがあること等から、接合面の信頼性が不安定となる課題がある。また、手作業による組み立てとなり、工数を要するという課題がある。

　また、特許文献２に開示された製造方法によれば、特許文献１の課題は解決され、接合インク中のフィラーが、はんだが溶融して一体化するとともに、端子部とも強固に結合し、柱状の導電部材が形成され、良好な電気特性が得られ、また接合強度も高くできる。
　しかし、一般的に基板を積層した場合において、積層基板は中央部が盛り上がり、端部が下がっている傾向になる。
　このような状況下において、特許文献２の製造方法により加圧・加熱して基板を積層しようとすると、盛り上がっている中央部に荷重が集中してしまう。このため、荷重が集中する中央部における端子部から導電性ペーストがはみ出しやすくなるため中央部における端子部間の導電層が薄くなってしまい、抵抗値の異常が発生するおそれもある。

　そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、加圧・加熱して基板を積層する場合において、一部に荷重が集中しないようにして基板の平坦性を維持し、端子部間の導電層を基板全体として均一にして抵抗値異常の発生を防止できる積層基板及び積層基板の製造方法を提供することにある。

　本発明にかかる積層基板によれば、第１基板と、前記第１基板の第１表面側に形成された第１端子部と、前記第１基板の前記第１表面側と対向するように配置された第２基板と、前記第２基板において、前記第１端子部と対向する第１表面側に形成された第２端子部と、前記第１基板と前記第２基板との間に介在し、前記第１端子部と前記第２端子部との間を連通させる貫通孔が形成され、前記第１基板と前記第２基板との間隔を規制する規制部材と、前記連通孔内に配置されて、前記第１端子部と前記第２端子部とを電気的に接続する導電性ペーストと、を具備することを特徴としている。
　この構成を採用することによって、規制部材の厚さによって第１基板と第２基板との間の厚さを規定することができるので、平坦性を維持し、端子部間の導電層を基板全体として均一化した積層基板とすることができる。

　また、前記規制部材は、アンクラッド材によって構成されていることを特徴としてもよい。

　また、前記規制部材は、前記第１基板の前記第１表面側に接着する第１接着剤及び前記第２基板の前記第１表面側に接着する第２接着剤によって、前記第１基板と前記第２基板との間に固定されていることを特徴としてもよい。
　この構成によれば、また、第１端子部と第２端子部にそれぞれメッキ厚のバラつきが存在していたり、第１基板及び第２基板のそれぞれの中間層におけるパターン形状が各層毎に異なるため場所によって凹凸が存在する場合であっても、このような厚さのバラつきや凹凸を規制部材の上下両面に設けられた第１接着剤及び第２接着剤によって吸収することができる。したがって、平坦性の維持をより確実にできる。また、この構成により規制部材は第１基板と第２基板との間において確実に固定される。

　また、前記第１基板を構成する絶縁材料と、前記第２基板を構成する絶縁材料と、前記規制部材は同種の絶縁材料で構成されることを特徴としてもよい。
　この構成によれば、第１基板、第２基板及び規制部材の熱膨張が同一となるため、積層時においてひずみの発生や寸法ズレなどの発生を防止できる。

　本発明にかかる積層基板の製造方法によれば、第１表面側に第１端子部を有する第１基板と、前記第１基板の前記第１表面と対向する側の第１表面側に第２端子部を有する第２基板とを、前記第１端子部と前記第２端子部との間を導電性ペーストを介して電気的に接続した積層基板の製造方法であって、前記第１基板の前記第１端子部上に、導電性ペーストを塗布する工程と、前記第２基板の前記第２端子部に対応する部位に貫通孔が形成され、前記第１基板の前記第１表面側に接着する第１接着剤及び前記第２基板の前記第１表面側に接着する第２接着剤を有し、前記第１基板と前記第２基板との間隔を規制する規制部材を用い、前記貫通孔内に前記第１端子部又は第２端子部が位置するようにして前記第１基板又は前記第２基板に規制部材を配置する工程と、前記第１基板と前記第２基板とを、前記規制部材を介在させ、且つ前記第１端子部と前記第２端子部同士を対向させて、位置決めして積層する工程と、第１基板と第２基板を積層した積層体に対して加熱及び加圧し、前記導電性ペーストを硬化させるとともに、前記第１接着剤及び前記第２接着剤を硬化させて、第１基板と第２基板との間隔が前記規制部材の厚さと同一となるように一体化する工程と、を含むことを特徴としている。
　この方法を採用することによって、加圧・加熱時においては、規制部材の厚さによって第１基板と第２基板との間の厚さを規定することができるので、平坦性を維持し、端子部間の導電層を基板全体として均一化した積層基板とすることができる。また、第１端子部と第２端子部にそれぞれメッキ厚のバラつきが存在していたり、第１基板及び第２基板のそれぞれの中間層におけるパターン形状が各層毎に異なるため場所によって凹凸が存在する場合であっても、このような厚さのバラつきや凹凸を規制部材の上下両面に設けられた第１接着剤及び第２接着剤によって吸収することができる。

　本発明によれば、加圧・加熱して基板を積層する場合において、一部に荷重が集中しないようにして基板の平坦性を維持し、端子部間の導電層を基板全体として均一にして抵抗値異常の発生を防止できる。

図１は、積層基板の一例を示す概略断面図である。図２Ａから図２Ｄは、積層基板を製造する方法の一例を示す概略断面図である。

（積層基板）
　以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１に積層基板の概略断面図を示す。
　図１に示す積層基板２０は、基板Ａと基板Ｂとが電気的に接続されて積層された構成となっている。本実施形態では、基板Ａ及び基板Ｂともに多層基板であって、基板Ａ及び基板Ｂともに複数の絶縁基材２２による絶縁層を有している。
　基板Ａ及び基板Ｂの絶縁基材２２としては、例えばプリプレグ（ガラス繊維等の不織布基材や織布基材に、エポキシ樹脂などを含侵させたもの）を採用することができる。

　基板Ａと基板Ｂの基板の具体的な種類としては、双方ともＭＬＢ（多層プリント配線板）であってもよいし、基板ＢをＭＬＢ（多層プリント配線板）として基板ＡをＰＫＧ（半導体パッケージ基板）としてもよいし、基板ＢをＭＬＢ（多層プリント配線板）として基板ＡをＣＬ（コアレス半導体パッケージ基板）としてもよい。また、ＭＬＢ（多層プリント配線板）である基板Ｂの上下両面にＣＬ（コアレス半導体パッケージ基板）である基板Ａを積層させた構成であってもよい。

　なお、絶縁基材２２と、基板Ｂの絶縁基材２２は同一の絶縁材料で構成されたものとすることにより、各素材の熱膨張が同一となるため、加圧・加熱による積層時において、ひずみの発生や寸法ズレなどの発生を防止できるために好ましい。ただし、特に同一の絶縁材料で構成することに限定するものではない。

　基板Ａにおける基板Ｂとの対向面を第１表面１Ａとし、第１表面１Ａと反対側の面を第２表面２Ａとすると、第１表面１Ａには金属製の第１端子部２８が形成され、第２表面２Ａには金属製の第３端子部３０が形成されている。
　そして基板Ａの厚さ方向を貫通して第１端子部２８と第３端子部３０とを電気的に接続するビア３２が設けられている。

　また、基板Ｂにおける基板Ａとの対向面を第１表面１Ｂとし、第１表面１Ｂと反対側の面を第２表面２Ｂとすると、第１表面１Ｂには金属製の第２端子部３８が形成され、第２表面２Ｂには金属製の第４端子部４０が形成されている。
　そして基板Ｂの厚さ方向を貫通して第２端子部３８と第４端子部４０とを電気的に接続するビア４２が設けられている。

　また、基板Ａの第１端子部２８と第３端子部３０、基板Ｂの第２端子部３８と第４端子部４０は、銅などの金属を採用することができるが、特に銅に限定するものではない。

　基板Ａと基板Ｂを積層した積層基板２０において、基板Ａの第１端子部２８と基板Ｂの第２端子部３８は導電性ペースト４６によって電気的に接続されている。
　導電性ペースト４６は、導電性フィラーとバインダー樹脂とを含有するものを採用することができる。
　導電性フィラーとしては、例えば銅、金、銀、パラジウム、ニッケル、錫、ビスマスなどの金属粒子が挙げられる。これらの金属粒子は、１種類で用いるか、または２種類以上を混合させてもよい。
　バインダー樹脂としては、例えば熱硬化性樹脂の一種であるエポキシ樹脂を採用することができる。ただし、エポキシ樹脂に限定するものではなく、ポリイミド樹脂などを採用してもよい。

　基板Ａと基板Ｂを積層した積層基板２０の基板Ａと基板Ｂとの間には、規制部材５０が配置されている。また、規制部材５０において、第１端子部２８及び第２端子部３８が設けられている箇所には貫通孔５１が形成されており、規制部材５０は第１端子部２８及び第２端子部３８が設けられていない箇所に設けられている。

　規制部材５０は、アンクラッド材により構成されている。アンクラッド材とは銅箔等の配線が形成されていない回路基板用の絶縁樹脂材のことである。
　なお、規制部材５０の材質として基板Ａ及び基板Ｂの絶縁基材２２と同一種類の絶縁材料を用いるとよい。規制部材５０の材質として、例えば基板Ａ及び基板Ｂと同じく、プリプレグ（ガラス繊維等の不織布基材や織布基材に、エポキシ樹脂などを含侵させたもの）を採用することができる。
　このように、規制部材５０と、基板Ａの絶縁基材２２と、基板Ｂの絶縁基材２２とを同一の絶縁材料で構成することにより、これら各素材の熱膨張が同一となるため、加圧・加熱による積層時において、ひずみの発生や寸法ズレなどの発生を防止できる。

　規制部材５０の基板Ａ側には、第１接着剤５２が設けられており、基板Ｂ側には第２接着剤５４が設けられている。第１接着剤５２は規制部材５０を基板Ａの第１表面１Ａに接着して固定し、第２接着剤５４は規制部材５０を基板Ｂの第１表面１Ｂに接着して固定する。
　第１接着剤５２及び第２接着剤５４ともに熱硬化性の絶縁材料が用いられる。具体的には、熱硬化性の絶縁フィルム等を採用することができる。

　第１接着剤５２及び第２接着剤５４は、例えば厚さ１０μｍ程度の熱硬化性絶縁フィルムを１枚または２枚以上重ねて使用することで基板Ａと基板Ｂとの間隔の微調整を行うことができる。
　例えば、第１端子部２８と第２端子部３８にそれぞれメッキ厚のバラつきが存在していたり、基板Ａ及び基板Ｂそれぞれの中間層におけるパターン形状が各層毎に異なるため場所によって凹凸が存在する場合であっても、このような各端子部の厚さのバラつきや、凹凸を第１接着剤５２及び第２接着剤５４によって吸収することができ、また各端子部の厚さのバラつきや凹凸が大きい場合であっても第１接着剤５２及び第２接着剤５４の枚数を場所によって変更することにより、積層基板の厚さを均一にすることができる。

　また規制部材５０は、基板Ａと基板Ｂを積層して加圧・加熱する際に、これ以上荷重をかけられないようにして加圧を規制して基板Ａと基板Ｂの間隔を一定に維持することで基板の平坦性を確保し、第１端子部２８と第２端子部３８の間で加圧された導電性ペースト４６の厚さを積層基板全体として均一にするための役割を有する。

　したがって、規制部材５０の厚さとしては、加圧・加熱後の基板Ａと基板Ｂとの間隔とほぼ同一となるように設定される。
　具体的には、第１端子部２８の厚さと、第２端子部３８の厚さと、加圧・加熱後において導電性が確実に確保されて硬化した導電性ペースト４６の厚さとを加算した値が、規制部材５０の厚さと加圧・加熱後の第１接着剤５２及び第２接着剤５４の厚さとを加算した値となるように、規制部材５０の厚さを設定する。

　なお、規制部材５０は、加圧・加熱時に第１端子部２８と第２端子部３８の間で加圧・加熱された導電性ペースト４６が、第１端子部２８と第２端子部３８から流れ出ようとした場合であっても、導電性ペースト４６の流出をブロックする機能も有する。

（積層基板の製造方法）
　次に、積層基板の製造方法を図２Ａから図２Ｄに基づいて説明する。なお、図２Ａから図２Ｄにおける各基板Ａ、基板Ｂの構成はビアなどを省略して簡略化した概略構成を示している。
　まず図２Ａに示すように、第２端子部３８を有する基板Ｂの第２端子部３８の上方に、導電性ペースト４６を載置したメタルマスク１８を配置する。そしてスキージ２１によってメタルマスク１８から第２端子部３８に導電性ペースト４６を塗布する。

　図２Ｂは、基板Ｂの第２端子部３８上に導電性ペースト４６が塗布された状態を示す。
　導電性ペースト４６は、導電性フィラーとバインダー樹脂とを含有するものを採用することができる。
　導電性フィラーとしては、例えば銅、金、銀、パラジウム、ニッケル、錫、ビスマスなどの金属粒子が挙げられる。これらの金属粒子は、１種類で用いるか、または２種類以上を混合させてもよい。
　バインダー樹脂としては、例えば熱硬化性樹脂の一種であるエポキシ樹脂を採用することができる。ただし、エポキシ樹脂に限定するものではなく、ポリイミド樹脂などを採用してもよい。

　次に、図２Ｃに示すように、第１端子部２８を有する基板Ａの第１表面１Ａに、基板Ａの第１端子部２８に対応する部位に貫通孔５１が形成された規制部材５０を、貫通孔５１内に第１端子部２８が位置するようにして配置する。
　また、規制部材５０の基板Ａへの配置前に、規制部材５０の厚さ方向の両面には、第１接着剤５２及び第２接着剤５４を予め設けておく。第１接着剤５２及び第２接着剤５４としては、上述したように熱硬化性の絶縁フィルムを採用できる。

　なお、上記の例では、積層する前に規制部材５０を基板Ａの第１表面１Ａに配置する例を説明しているが、基板Ｂの第１表面１Ｂに規制部材５０を配置してもよい。この場合、基板Ｂの第２端子部３８に対応する部位に貫通孔５１が形成された規制部材５０を、貫通孔５１内に第２端子部３８が位置するようにして配置する。
　ただし、積層する前に規制部材５０を基板Ａの第１表面１Ａに配置する方が、位置決めしやすいため好ましい工程である。

　次に、図２Ｄに示すように、基板Ａと基板Ｂとを、規制部材５０を介在させ、かつ第１端子部２８、第２端子部３８を対向させて、ピン等の位置決め部材（図示せず）により位置決めして積層する。
　そして、真空プレス中で、上記の積層物を加圧及び加熱して、導電性ペースト４６、第１接着剤５２及び第２接着剤５４を熱硬化させることによって積層物を一体化させ、所望の積層基板２０を得ることができる。また、加圧により導電性ペースト４６内の導電性フィラーにおける金属粒子同士の結合を高めて確実な導電性を確保することができる。
　なお、半導体チップ等の電子部品を搭載していない基板同士であるので、真空プレスでの加圧、加熱が行える。

　また上記加圧時に、基板Ａと基板Ｂとの間に規制部材５０が介在しているため、規制部材５０の厚さ以上に荷重をかけられないようにして加圧を規制して基板Ａと基板Ｂの間隔を一定に維持している。
　このように、基板Ａと基板Ｂとの間に規制部材５０が介在した状態で加圧・加熱することにより、基板の平坦性を確保し、第１端子部２８と第２端子部３８の間で加圧された導電性ペースト４６の厚さを積層基板全体として均一にすることができ、抵抗値異常の発生を防止することができる。
　また、加圧により導電性ペースト４６が第１端子部２８と第２端子部３８から流れ出そうになったとしても、規制部材５０によって導電性ペースト４６をブロックすることができる。

　なお、上述してきた実施形態では、基板Ａと基板Ｂの２枚の基板における積層について説明したが、基板Ａ又は基板Ｂのそれぞれの両面において同様に基板を積層させることができる。

　本実施形態における製造方法によって製造される積層基板、及び本実施形態における積層基板は、マザーボード（支持基板）としても使用可能であり、またインターポーザ（中継基板）としても使用可能である。特にサーバー系や高速通信系のマザーボードやインターポーザに使用可能であり、さらに半導体素子を構成する回路基板としても使用可能である。また、半導体の良否判定に使用する検査装置、プローブカード等にも適用することができる。

Claims

　第１基板と、
　前記第１基板の第１表面側に形成された第１端子部と、
　前記第１基板の前記第１表面側と対向するように配置された第２基板と、
　前記第２基板において、前記第１端子部と対向する第１表面側に形成された第２端子部と、
　前記第１基板と前記第２基板との間に介在し、前記第１端子部と前記第２端子部との間を連通させる貫通孔が形成され、前記第１基板と前記第２基板との間隔を規制する規制部材と、
　前記連通孔内に配置されて、前記第１端子部と前記第２端子部とを電気的に接続する導電性ペーストと、を具備することを特徴とする積層基板。
　前記規制部材は、アンクラッド材によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の積層基板。
　前記規制部材は、
　前記第１基板の前記第１表面側に接着する第１接着剤及び前記第２基板の前記第１表面側に接着する第２接着剤によって、前記第１基板と前記第２基板との間に固定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の積層基板。
　前記第１基板を構成する絶縁材料と、前記第２基板を構成する絶縁材料と、前記規制部材は同種の絶縁材料で構成されることを特徴とする請求項１～請求項３のうちのいずれか１項記載の積層基板。
　第１表面側に第１端子部を有する第１基板と、前記第１基板の前記第１表面と対向する側の第１表面側に第２端子部を有する第２基板とを、前記第１端子部と前記第２端子部との間を導電性ペーストを介して電気的に接続した積層基板の製造方法であって、
　前記第１基板の前記第１端子部上に、導電性ペーストを塗布する工程と、
　前記第２基板の前記第２端子部に対応する部位に貫通孔が形成され、前記第１基板の前記第１表面側に接着する第１接着剤及び前記第２基板の前記第１表面側に接着する第２接着剤を有し、前記第１基板と前記第２基板との間隔を規制する規制部材を用い、前記貫通孔内に前記第１端子部又は第２端子部が位置するようにして前記第１基板又は前記第２基板に規制部材を配置する工程と、
　前記第１基板と前記第２基板とを、前記規制部材を介在させ、且つ前記第１端子部と前記第２端子部同士を対向させて、位置決めして積層する工程と、
　第１基板と第２基板を積層した積層体に対して加熱及び加圧し、前記導電性ペーストを硬化させるとともに、前記第１接着剤及び前記第２接着剤を硬化させて、第１基板と第２基板との間隔が前記規制部材の厚さと同一となるように一体化する工程と、を含むことを特徴とする積層基板の製造方法。
　前記規制部材は、アンクラッド材によって構成されていることを特徴とする請求項５記載の積層基板の製造方法。
　前記第１基板を構成する絶縁材料と、前記第２基板を構成する絶縁材料と、前記規制部材は同種の絶縁材料で構成されることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の積層基板の製造方法。