JP2009038191A - 多層配線基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層後に液もの工程が不要となり、めっきによる製造上及び導体回路の厚み増加の問題を解消して高品質の多層配線基板を製造できる方法の提供。
【解決手段】予め層間導通構造の手段の形成と配線のための回路形成が行われた２枚の両面配線基板と、熱可塑性樹脂又は熱可塑性接着剤が両面に形成された樹脂からなり、適所にスルーホールが穿設された絶縁層と、銅ボールとを用意し、次いで、前記絶縁層のスルーホールに前記銅ボールを挿入して中間層とし、二枚の両面配線基板間にこの中間層を挟み、これらを加圧加熱して積層し、２枚の両面配線基板を中間層を介して接着すると共に、中間層のスルーホール内の潰れた銅ボールとそれに接する配線パターンとの間に金属結合を形成して層間導通を形成し、この最終積層後に液ものラインによる工程を行わずに多層配線基板を製造することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、従来のビルドアップ法を用いたプリント配線基板の積層に関する問題を改善した多層配線基板とその製造方法に関するものである。

近年、電子技術の進歩に伴い、電子機器に関する高密度化及び高速化が進められ、その要求に応えるべく、多層プリント配線板が多く使用されている。
従来、この製造方法として、導体回路と有機絶縁体層とを交互に積層したビルドアップ法が多く用いられ、その導体回路同士はビアホールを形成して層間導通を行っている。また、ビルドアップ法による積層の場合、スルーホールに空隙が存在すると、積層工程で凹みが発生する原因となるため、特許文献１に開示されているように、積層後に、層間導通が必要となる部分の導体回路と絶縁層とに、その下の導体回路まで達する穴を開け、その穴にめっきを施すことによって埋め、ビアフィルめっきを形成する方法も提案されている。しかし、この方法を用いる場合、めっきによって空隙を埋めるため、めっき時間が長時間必要となり、さらに層間導通を形成する部分以外の導体回路にもめっきが施され、導体回路の厚さが増すという問題があり、サブトラクティブ法などによる微細回路の形成が難しくなる。また、ビルドアップ法では、めっきによって層間導通を形成した後に、回路形成を行う必要があり、これらを積層する層毎に行う必要がある。

この問題を解決するための方法として、特許文献２に開示されているように、銅ボールを用いた層間導通方法が提案されている。この方法は、絶縁層の層間導通を形成する部分にあらかじめ穴を形成しておき、そこに銅ボールを挿入した後、表面と裏面に銅箔を配置し、これらを加熱加圧することによって、銅ボールが変形し銅箔に押し付けられ、新生面が発生して金属結合が得られ、めっきを用いずに層間導通を形成することができる。この銅ボールによる層間導通の形成方法を以下、ＣＢＩＣ（Copper Ball Interconnection Co-laminated）と呼ぶ。

図１は、ＣＢＩＣ技術を用いたフィルドビアの両面基板の製造方法を工程順に示す断面図である。この方法では、まず、熱可塑性の樹脂又は、基材となる絶縁材料の両面に熱可塑性もしくは接着剤が塗布された絶縁層１を用意し、これにドリルやＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ等で銅ボール２を嵌め込むためのスルーホール５を形成する（図１（ａ）参照）。次に、該絶縁層１の片側面からエア吸引しつつ、その反対側面から該スルーホール５に銅ボール２を嵌め込む（図１（ｂ）参照）。その後、該絶縁層１を２枚の銅箔３，４で挟み（図１（ｃ）参照）、真空プレスにて加熱・加圧する。これにより該絶縁層の該スルーホール５内は該銅ボール２で埋め込まれ、該銅ボール２と該銅箔３，４は金属結合で接続されて、図１（ｄ）に示す層間導通を有する両面基板が得られる。

なお、特許文献２には、ＣＢＩＣ技術を応用して多層基板を実現する方法として、予め制作した一方の基板上の層間導通を得たい部分に絶縁体を開口し、銅ボールを配置し、回路形成したもう一方の基板を重ねて加圧加熱して積層する方法が開示されている。また、特許文献３には、ＣＢＩＣ技術を用いて制作した基板同士を、絶縁層を介して積層する方法が開示されている。
特開平５−３４３８５４号公報 特開２００６−１７９８３３号公報 特開２００６−２９４７２５号公報

従来技術で述べた、多層プリント配線板の製造方法であるビルドアップ法を用いた方法では、前述したように、液ものラインを用いてめっきにて層間導体を形成した後に回路形成を行う必要がある。また、回路形成のためには、フォトレジストの現像、導体層のエッチング、フォトレジスト剥離などといった多くの液ものラインの工程を必要とし、これを１層積層する毎に行う必要がある。例えば、多層プリント配線板を形成するには、層数倍の工程に投入されていることになるので、液ものライン用いた工程を何度も通ることになり、不良が発生する可能性が高くなる。また何層か積層した後に不良が起こってしまったら、それまで積層したものは全て無駄になってしまう。このように、積層を行った後にめっき、回路形成のために、液ものラインの工程を通る製造方法は、液ものラインでの一回の不良が製品としての不良に大きく影響する。当然ながら、液もの工程の薬液の状態を一定の状態に保つには、常に監視し日常的に管理を行う必要があるため、部分的でも日常の監視を必要としない別工程に置き換えるべきである。

また、特許文献２に開示されているように、ＣＢＩＣ技術を応用することで予め作製した一方の基板上の層間導通を得たい部分のみ、絶縁層を開口し、銅ボールを配置して、回路形成を施したもう一方の基板を重ね、加圧加熱して積層することで多層基板を得る方法では、基板同士の機械的接合として、導体層同士の金属結合による接合強度は得られるが、銅ボールを配した基板の絶縁層と他方の基板との機械的接合強度を安定して得ることが困難である。何故なら、銅ボールを配置する側に基板には予め絶縁層を形成した後に、導通が必要な部分のみ開口して銅ボールを配置する必要があるが、絶縁層を形成するためには、銅ボールを配置する層の絶縁層は、接着性を有した熱可塑性樹脂であることが望ましい。しかし、先行技術文献２のような方法で熱可塑性樹脂を絶縁層に用いようとすると、予め作製した基板の上に絶縁層を形成する際、熱可塑性樹脂を基板に貼り合わせる際に加熱加圧を一度行うことになり、その後ＣＢＩＣ技術によって他方との基板と積層する際に再度加圧加熱することになるため、熱履歴を複数回掛けても絶縁層厚と接着強度を安定して実現可能な熱可塑性樹脂を選ばざるを得なくなる。もちろん、予め基板に絶縁層を形成する際に加圧加熱以外の方法で接合する方法も考えらるが、絶縁層に使用する材料としては、熱可塑による接着機能の他に別の接着機能を有する必要が生じる。

なお、特許文献３にも、ＣＢＩＣ技術を用いて作製した基板を積層する技術が示されているが、積層を絶縁性の接着剤を用いて行うものであり、積層する基板間での層間導通手段は示されていない。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、積層後に液もの工程が不要となり、めっきによる製造上及び導体回路の厚み増加の問題を解消して高品質の多層配線基板を製造できる方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、予め層間導通構造の手段の形成と配線のための回路形成が行われた２枚の両面配線基板と、熱可塑性樹脂又は熱可塑性接着剤が両面に形成された樹脂からなり、適所にスルーホールが穿設された絶縁層と、銅ボールとを用意し、次いで、前記絶縁層のスルーホールに前記銅ボールを挿入して中間層とし、二枚の両面配線基板間にこの中間層を挟み、これらを加圧加熱して積層し、２枚の両面配線基板を中間層を介して接着すると共に、中間層のスルーホール内の潰れた銅ボールとそれに接する配線パターンとの間に金属結合を形成して層間導通を形成し、この最終積層後に液ものラインによる工程を行わずに多層配線基板を製造することを特徴とする多層配線基板の製造方法を提供する。

本発明の多層配線基板の製造方法において、２枚の両面配線基板が、それぞれ表裏両面に配線パターンを有する両面配線基板であり、最終積層後に、層間導通された４層の配線パターンを有する多層配線基板を製造することが好ましい。

本発明の多層配線基板の製造方法において、２枚の両面配線基板が、それぞれ４層の配線パターンを有する多層配線基板であり、最終積層後に、層間導通された８層の配線パターンを有する多層配線基板を製造することもできる。

本発明の多層配線基板の製造方法において、２枚の両面配線基板の一方が、３層以上の奇数層の配線パターンを有する多層配線基板であり、最終積層後に、層間導通された奇数層の配線パターンを有する多層配線基板を製造することもできる。

また本発明は、前述した本発明に係る多層配線基板の製造方法によって製造された多層配線基板を提供する。

本発明は、既に回路形成された配線基板を用いるので、積層後に液もの工程を通さず、さらに層間導通においてもめっきの必要がないので、長時間のめっき、導体回路の厚さが増すという問題が発生せず、サブトラクティブ法による微細回路の形成の障害にならず、また薬液の管理も不要になる。このように液体を使用する工程が少なく不良が発生する可能性を低くでき、製品の歩留まりを向上させることができる。
また、積層後に回路形成やめっきを行うビルドアップ法での多層配線基板では、積層後に不良が起きると、今まで積層した基板が全て無駄になってしまうが、本発明では両面配線基板を形成する際に不良が起こったとしても、両面配線基板を作り直せば２層のみの損失で済むことになるので、製造コストを低減することができる。

本発明は、以上のような問題点について、ＣＢＩＣ技術を用いることで一度の加圧加熱によって、積層する基板間の層間導通における金属結合と、銅箔と絶縁層の接着強度を安定して得られるよう、解決するものである。つまり、少なくとも有機樹脂を含む絶縁層と、絶縁層の内部、及び表面に形成された金属からなる複数層の導体回路と、複数層の導体回路を接続するためのビア導体部を伴う４層以上の多層配線基板を形成する方法として、本発明では、予め回路形成した基板を２枚以上用意し、それらを貼りあわせつつ層間導通を実現するための層として、所定の位置に穴が開けられた例えば熱可塑性の絶縁層を配置し、その穴に銅ボールが厚入されて仮装着された状態の中間層基板を準備しておき、この層の上下に用意しておいた両面基板を上下に配置した状態で位置あわせして加熱加圧し、４層以上の多層配線構造を形成することを特徴としている。

本発明の製造方法では、一度の加圧加熱により銅ボールが潰れることで新生面が露出し、銅ボールに向かい合った回路パターンの銅箔と金属結合することで、貼りあわせた基板同士の層間導通を実現しつつ、同時に銅ボールを配した絶縁層と上下の基板の接着を行うことが可能となる。従って、従来技術のように、一度一方の基板の表面に何らかの接着方法で絶縁層を形成した後、開口を行って銅ボールを配置してから他方の基板と接合する工法と異なり、一度の接合工程で済むため、銅ボールを配置する絶縁層としては、一度の加圧加熱で接合が可能なものを選定すれば良く、工法的にも簡素化が可能となる。

図２は、本発明に係る多層配線基板の製造方法の一実施形態を工程順に示す断面図である。
本実施形態では、図２（ａ）に示すように、ポリイミドフィルムなどからなる絶縁層の両面に、銅などの導電体からなる回路パターンが形成された、２枚の両面配線基板６，７と、熱可塑性樹脂又は熱可塑性接着剤が両面に形成された樹脂からなり、適所にスルーホールが穿設された絶縁層と、銅ボール９ａ，９ｂとを用意する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、絶縁層のスルーホールに銅ボール９ａ，９ｂを挿入して中間層８とし、次いで、図２（ｃ）に示すように、２枚の両面配線基板６，７間にこの中間層８を挟み、これらを加圧加熱して積層し、２枚の両面配線基板６，７を、中間層８を介して接着すると共に、中間層８のスルーホール内の潰れた銅ボールとそれに接する配線パターンとの間に金属結合を形成して層間導通を形成し、この最終積層後に液ものラインによる工程を行わず、図２（ｄ）に示すように、４層の配線パターンを有する多層配線基板を製造する。

本実施形態では、ＣＢＩＣ技術を用いて作製された２枚の両面配線基板６，７に回路形成を施した後、絶縁層の任意の位置に開けたスルーホールに銅ボール９ａ，９ｂを嵌め込んだ中間層８を挟み、真空プレスにより加熱・加圧することによって完成する。この工法では、すでに回路形成された両面配線基板６，７を用いるので、積層後に液体を用いる工程を通さず、さらに層間導通においてもめっきの必要がないので、不良が発生する可能性が少なく、両面配線基板６，７を形成する際に不良が起こったとしても、両面配線基板６，７を作り直せば、２層のみの損失で済むことになる。

本実施形態では、表裏に回路パターンが設けられた２枚の両面配線基板６，７を２枚用い、最終積層後、図２（ｄ）に示すように４層の回路パターンを有する多層配線基板を作製する場合を例示しているが、本発明は本例示に限定されず、２枚の両面配線基板のそれぞれに形成する配線パターンの層数は、２層以上であればよく、図３に示すように、各々４層の回路パターンを有する両面配線基板１０，１０’を２枚用い、８層の配線パターンを有する多層配線基板を製造することもできるし、或いは、図４に示すように、２枚の両面配線基板１３，１４のうち、一方の両面配線基板１４に、奇数層（図４では３層）の配線パターンを有する両面配線基板１４を用い、奇数層の配線パターンを有する多層配線基板を製造することもできる。

また、本実施形態では、ＣＢＩＣ技術を用いて作製された２枚の両面配線基板６，７を用いた場合を例示しているが、本発明で用いる両面配線基板は、これに限定されるものではなく、めっき法を用いて回路パターンや層間導通を形成した両面配線基板を用いることもできる。
また、図２の工程（ａ）〜（ｄ）は、１回のみならず、繰り返し行うことができることは言うまでもない。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の単なる例示であり、本発明はこれらの記載にのみ限定されるものではない。

本実施例では、図２に示す工程（ａ）〜（ｄ）に従って、４層の回路パターンを有する多層配線基板を作製した。
まず、張り合わされる上下の両面配線基板６，７を作製した。これらは、ＣＢＩＣ技術を用いて作製した。絶縁材料として、表裏両面に熱可塑性接着剤層が形成された厚さ５０μｍのポリイミドシートを用意し、層間導通が必要な箇所にレーザにて、例えば９０μｍのスルーホールを形成した。次に、そのスルーホールに直径１００μｍの銅ボールを配置し、圧入しておき、上下に厚さ例えば１２．５μｍの銅箔を配置した状態で、プレス器にて加圧状態で加熱し、絶縁材を介して２枚の銅箔を接着した。次いで、表裏の銅箔に、回路パターン形成用のレジストを形成し、サブトラクティブ法によって表裏面に回路パターンを形成し、図２（ａ）に示す２枚の両面配線基板６，７を制作した。

一方、これらとは別に、両面配線基板６，７を貼り合わせるための中間層８を用意した。中間層８の絶縁材料として、表裏両面に熱可塑性接着剤が形成された厚さ５０μｍのポリイミドシートを用いた。このシートに、層間導通が必要な箇所にレーザにて例えば９０μｍのスルーホールを形成した。次に、そのスルーホールに直径１００μｍの銅ボール９ａ，９ｂを配置し、圧入して、図２（ｂ）に示す中間層８を作製した。

前記２枚の両面配線基板６，７と前記中間層８とを用意した後、図２（ｃ）に示すように、中間層８の上面に両面配線基板６を、下面に両面基板７をそれぞれ配置し、位置合わせを行った後、これらをプレス器にセットし、加圧状態で加熱して積層（最終積層）を行った。加熱加圧後、プレス機から完成品を取り出した。これにより、図２（ｄ）に示すように、４層の配線パターンを有する多層配線基板を得た。

本実施例では、図２（ａ）〜（ｄ）の各工程を経て多層配線基板を製造したことで、中間層８の銅ボール９ａ，９ｂが上側の両面配線基板６の下面の回路パターンと金属結合すると共に、下側の両面配線基板７の上面の回路パターンと金属結合を形成し、更に中間層８の熱可塑性接着剤と、両面配線基板６，７の層間導通を形成しない部分での層間接着を同時に実現することができ、予め正しく回路形成された基板にて４層積層基板を形成することができる。

（実施例１の他の例示：ＣＢＩＣ以外の層間導通方法による両面基板を用いた４層配線基板の製造例）
基板構成自体は図２と同様であるが、使用する両面配線基板６，７は、ＣＢＩＣ技術を用いたものではなくても良い。例えば、絶縁層厚２５μｍ、銅箔層厚１２．５μｍの両面銅張り積層板を用いることもできる。その場合は、必要な箇所にレーザなどでスルーホールを形成し、ビアフィルめっきにて層間導通を形成し、両面配線基板を作製する。

一方、これとは別に、両面基板６，７を貼り合わせるための中間層８を用意する。中間層基板の絶縁材料も表裏両面に熱可塑性接着剤層が形成された厚さ５０μｍのポリイミドシートを用いる。このシートに、層間導通が必要な箇所にレーザにて、例えば９０μｍのスルーホールを形成する。次に、そのスルーホールに直径１００μｍの銅ボールを配置し、圧入して中間層８を作製する。

これらの基板を用意した後、中間層に対して上面に一方の両面基板６を、下面に他方の両面配線基板７を配置し、位置合わせを行った後に加圧加熱して、積層を行うことで、図２（ｄ）に示すように、４層の配線パターンを有する多層配線基板が得られる。

このようにすることで、前述した実施例１と同じく、中間層８の銅ボール９ａ，９ｂが上側の両面配線基板６の下面の回路と金属結合すると共に、下側の両面基板７の上面の回路と金属結合を形成し、更に中間層８の熱可塑性接着剤と、両面配線基板６，７の層間導通を形成しない部分での層間接着を同時に実現することができる。

本実施例では、図３に示す工程（ａ）〜（ｂ）に従って、８層の回路パターンを有する多層配線基板を作製した。
本実施例では、前述した実施例１において製造した４層の配線パターンを有する多層配線基板を、両面配線基板１０，１０’として２枚用い、これらを実施例１と同様にして、銅ボール１２を嵌め込んだ中間層１１を介して重ね合わせ（図３（ａ））、これらをプレス器にセットし、加圧状態で加熱して積層（最終積層）を行った。加熱加圧後、プレス機から完成品を取り出した。これにより、図３（ｂ）に示すように、８層の配線パターンを有する多層配線基板を得た。

本実施例では、図４に示す工程（ａ）〜（ｂ）に従って、奇数層の回路パターンを有する多層配線基板を作製した。
本実施例では、２層の配線パターンを有する両面配線基板１３と、３層の配線パターンを有する両面配線基板１４と、実施例１及び２で用いたものと同様の中間層１５とを用いた。２枚の両面配線基板１３，１４の間に中間層１５を挟んで重ね合わせ（図４（ａ））、これらをプレス器にセットし、加圧状態で加熱して積層（最終積層）を行った。加熱加圧後、プレス機から完成品を取り出した。これにより、図４（ｂ）に示すように、５層の配線パターンを有する多層配線基板を得た。

ＣＢＩＣ工法による両面基板の製造方法を工程順に例示する断面図である。 本発明に係る実施例１での多層配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明に係る実施例２での多層配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明に係る実施例３での多層配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。

符号の説明

１…絶縁層、２…銅ボール、３，４…銅箔、５…スルーホール、６，７，１０，１０’，１３，１４…両面配線基板、８，１１，１５…中間層、９ａ，９ｂ，１２，１６…銅ボール。

Claims (5)

1. 予め層間導通構造の手段の形成と配線のための回路形成が行われた２枚の両面配線基板と、熱可塑性樹脂又は熱可塑性接着剤が両面に形成された樹脂からなり、適所にスルーホールが穿設された絶縁層と、銅ボールとを用意し、次いで、前記絶縁層のスルーホールに前記銅ボールを挿入して中間層とし、二枚の両面配線基板間にこの中間層を挟み、これらを加圧加熱して積層し、２枚の両面配線基板を中間層を介して接着すると共に、中間層のスルーホール内の潰れた銅ボールとそれに接する配線パターンとの間に金属結合を形成して層間導通を形成し、この最終積層後に液ものラインによる工程を行わずに多層配線基板を製造することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
2. ２枚の両面配線基板が、それぞれ表裏両面に配線パターンを有する両面配線基板であり、最終積層後に、層間導通された４層の配線パターンを有する多層配線基板を製造す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. ２枚の両面配線基板が、それぞれ４層の配線パターンを有する多層配線基板であり、最終積層後に、層間導通された８層の配線パターンを有する多層配線基板を製造す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。
4. ２枚の両面配線基板の一方が、３層以上の奇数層の配線パターンを有する多層配線基板であり、最終積層後に、層間導通された奇数層の配線パターンを有する多層配線基板を製造す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。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法によって製造された多層配線基板。

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