JP5232467B2 - 多層プリント配線板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップ等の電子部品を内蔵した多層プリント配線板、及びその製造方法に関する。

近年、電子機器の軽薄短小化、半導体チップ等の電子部品の小型化、及び電子部品の接続端子の狭ピッチ化に伴い、実装面積の縮小化及び配線の精細化によるプリント配線板の高密度化を望む要請が高まっている。また、携帯電話等の電子情報機器に使用される信号周波数の広帯域化に伴い、電子部品間を接続する配線を短距離化によるプリント配線板の高性能化を望む要請も高まっている。これらの要請に応えるためには、プリント配線板の多層化、換言すれば、複数のプリント配線板を積層してなる多層プリント配線板が必要不可欠になっている。

通常、多層プリント配線板の表面（外層を構成するプリント配線板）には半導体チップ等の電子部品が実装されており、多層プリント配線板の高密度化に伴い、電子部品の実装エリア（搭載エリア）は縮小化の傾向にある。そして、近年、電子部品の実装エリアの縮小化による更なる高密度化を図るために、電子部品を内蔵した多層プリント配線板の開発がなされている（特許文献１、特許文献２等参照）。
特開２００４−９５８３６号公報 特開２００２−２９００５１号公報

ところで、電子部品を内蔵した多層プリント配線板において、両面側に配線パターンを形成して高密度化を促進するためには、多層プリント配線板を構成する複数のプリント配線板のうち少なくともいずれかのプリント配線板を、両面側に配線パターンが形成された両面板にする必要がある。また、両面板を製作するには、絶縁基板にスルーホールビア又はコンフォーマルビア等を形成する必要がある。そのため、より高密度化した多層プリント配線板を製造する場合には、めっき処理が必要になって、多層プリント配線板の製造作業の煩雑化及び製造コストの上昇を招くという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の多層プリント配線板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴（請求項１に記載の発明）は、絶縁基板の一方の片面に配線パターン、前記絶縁基板の他方の片面に絶縁樹脂からなる接着材層をそれぞれ形成すると共に、前記絶縁基板に前記配線パターンを他方の片面より露呈するように複数の貫通穴を形成し、続いて、各貫通穴に導電性ペーストを充填して、基端部が前記配線パターンに電気的に接続されかつ先端部が前記絶縁基板の他方の片面から突出した柱状の複数の導電ビアを形成することにより、前記接着材層付きの前記プリント配線板を作製する配線板作製工程と、
電子部品の接続端子が一部の前記導電ビアの先端部に電気的に接続するように、前記電子部品の頂面を前記一部の前記導電ビアに位置合わせして、前記電子部品を前記配線板製作工程において製作した前記プリント配線板に前記接着材層を介して仮留めする電子部品仮留め工程と、
前記電子部品仮留め工程において前記電子部品を仮留めした前記プリント配線板を含む、前記配線板製作工程において製作した複数の前記プリント配線板を用意し、外層に位置する一対の前記プリント配線板の前記導電ビアの先端部が内層側を指向した状態で、中層に位置し、積層方向に隣接する少なくとも一組の前記プリント配線板における対応関係にある前記導電ビアの先端部同士が突き当たるように、複数の前記プリント配線板を重ね合わせる配線板重ね合わせ工程と、
前記配線板重ね合わせ工程において重ね合わされた複数の前記プリント配線板を積層方向へ一括で熱プレスすることにより、前記電子部品を前記接着材層に埋設した状態で、層間の前記接着材層を硬化させると共に、その他の各導電ビアの先端部が積層方向に隣接する前記プリント配線板の前記配線パターンに電気的に接続した状態で、前記少なくとも一組の前記プリント配線板における対応関係にある前記導電ビアの先端部同士を融着させる熱プレス工程とを備え、
前記配線板製作工程は、前記一組の前記プリント配線板に、前記電子部品を囲む開口部を形成し、
前記配線板重ね合わせ工程は、前記一組のプリント配線板の前記開口部が前記電子部品を囲んだ状態で、前記一組の前記プリント配線板における対応関係にある前記導電ビアの先端部同士が突き当たるように、複数の前記プリント配線板を重ね合わせることを要旨とする。

第１の特徴によると、外層に位置する一対の前記プリント配線板の前記導電ビアの先端部が内層側を指向した状態で、積層方向に隣接する少なくとも一組の前記プリント配線板における対応関係にある前記導電ビアの先端部同士が突き当たるように、複数の前記プリント配線板を重ね合わせし、複数の前記プリント配線板を積層方向へ一括で熱プレスすることにより、前記少なくとも一組の前記プリント配線板における対応関係にある前記導電ビアの先端部同士を融着させているため、積層方向に隣接する少なくとも一組の前記プリント配線板を実質的に両面板として機能させることができる。これにより、両面板を用いることなく、片面側のみに前記配線パターンが形成された複数の片面板によって、前記多層プリント配線板の両面側に前記配線パターンを形成することができる。

本発明の第２の特徴（請求項２に記載の発明）は、第１の特徴に加えて、前記配線板製作工程は、前記絶縁基板の一方の片面に前記配線パターン、前記絶縁基板の他方の片面に前記接着材層をそれぞれ形成した後に、前記接着材層の片面に樹脂フィルムを形成し、前記樹脂フィルムから前記絶縁基板にかけて複数の前記貫通穴を形成し、続いて、各貫通穴に導電性ペーストを充填して、前記樹脂フィルムを前記接着材層の片面から剥がすことにより、先端部が前記接着材層の片面から前記樹脂フィルムの厚さ分だけ突出した柱状の複数の前記導電ビアを形成するようになっていることを要旨とする。

本発明の第３の特徴（請求項３に記載の発明）は、第１の特徴又は第２の特徴に加えて、前記配線板製作工程は、前記一組の前記プリント配線板における配線パターンに、前記貫通穴に連通し、前記貫通穴より小さい小孔を形成すると共に、前記小孔に前記導電性ペーストを充填することを要旨とする。

本発明によれば、両面板を用いることなく、片面側のみに前記配線パターンが形成された複数の片面板によって、前記多層プリント配線板の両面側に前記配線パターンを形成することができるため、より高密度化した前記多層プリント配線板を製造する場合にも、めっき処理を省略することができ、かつ同じ工程で作成された片面板を用意するだけで済み、前記多層プリント配線板の製造作業の簡略化及び製造コストの低減を図ることができる。

本発明の実施形態について図１から図５を参照説明する。

ここで、図１は、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法の配線板製作工程を説明する図、図２は、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法の電子部品仮留め工程を説明する図、図３及び図４は、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法の配線板重ね合わせ工程を説明する図、図５は、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板を説明する図である。

図５に示すように、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板１は、複数のプリント配線板３（３Ａ，３Ｂ）をエポキシ系熱硬化性樹脂等の絶縁樹脂からなる接着材層５を介して積層してなるものであって、半導体チップ７（電子部品の一例）を接着材層５に埋設してある。ここで、プリント配線板３Ａは、外層を構成するプリント配線板であって、プリント配線板３Ｂは、内層を構成するプリント配線板である。

多層プリント配線板１における半導体チップ７の具体的な構成は、次のようになる。

即ち、半導体チップ７は、複数の接続端子１１を備えている。また、半導体チップ７の頂面には、絶縁層１３が形成されており、絶縁層１３には、対応する接続端子１１に電気的に接続した複数の再配線層１５が形成されている。換言すれば、半導体チップ７の頂面には、複数の再配線層１５が絶縁層１３を介して形成されている。

多層プリント配線板１における各プリント配線板３（３Ａ，３Ｂ）の具体的な構成は、次のようになる。

即ち、各プリント配線板３（３Ａ，３Ｂ）は、ポリイミド樹脂からなる絶縁基板（絶縁フィルム）１７を備えており、この絶縁基板１７には、複数の貫通穴１９が形成されている。また、絶縁基板１７の一方の片面のみに、配線パターン２１が形成されており、この配線パターン２１には、対応する貫通穴１９に連通した複数の小孔２３が形成されている。

絶縁基板１７の各貫通穴１９には、導電性ペーストからなる柱状の導電ビア２５が設けられており、各導電ビア２５の基端部は、対応する配線パターン２１に電気的に接続されており、各導電ビア２５の先端部は、絶縁基板１７の他方の片面（配線パターン２１側の反対側の片面）から突出してある。

外層を構成する一対のプリント配線板３Ａの各導電ビア２５の先端部は、内層側を指向してあって、半導体チップ７の頂面に対向する複数の導電ビア２５の先端部は、対応する接続端子１１に電気的に接続されている。そして、接続端子１５に電気的に接続した導電ビア２５以外のその他の各導電ビア２５の先端部は、積層方向に隣接するプリント配線板３の配線パターン２１に電気的に接続されている。ここで、「プリント配線板３の配線パターン２１に電気的に接続され」とは、プリント配線板３の配線パターン２１に導電ビア２５を介して電気的に接続されたことも含む意である。

内層を構成する一対のプリント配線板３Ｂ（換言すれば、積層方向に隣接する一組のプリント配線板３Ｂ）における対応関係にある導電ビア２５の先端部同士は、融着されている。また内層を構成する一対のプリント配線板３Ｂの絶縁基板１７には、半導体チップ７を囲む開口部２７が形成されている。更に、外層を構成する一対のプリント配線板３Ａの絶縁基板１７の一方の片面には、ソルダレジスト２９が形成されている。

続いて、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法について説明する。

本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法は、半導体チップ７を内蔵した前述の多層プリント配線板１を製造する方法であって、次のような(i)配線板製作工程と、(ii)電子部品仮留め工程と、(iii)配線板重ね合わせ工程と、(iv)熱プレス工程と、(v)ソルダレジスト形成工程とを備えている。

(i)配線板製作工程
図１（ａ）に示すように、ポリイミド樹脂からなる２５μｍ厚の絶縁基板（絶縁フィルム）１７の一方の片面に１２μｍ厚の銅箔２１’が貼付られた片面銅張板３１を用意して、フォトグラフィーにより銅箔２１’にエッチングレジスト（図示省略）を形成する。次に、図１（ｂ）に示すように、塩化第二鉄を主成分とするエッチャントを用いて、化学エッチングにより絶縁基板１７の一方の片面に配線パターン２１を形成する。そして、図１（ｃ）に示すように、真空ラミネートにより絶縁基板１７の他方の片面にエポキシ系熱硬化性樹脂からなる２５μｍ厚のフィルム状の接着材層５’、この接着材層５’の片面にポリイミド樹脂からなる２５μｍ厚の樹脂フィルム３３をそれぞれ形成する。

ここで、接着材層５’の構成材料は、エポキシ系熱硬化性樹脂に限定されるものでなく、例えばアクリル系熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であっても構わないく、真空ラミネートにより接着材層５’を形成する代わりに、ワニス状のエポキシ系熱硬化性樹脂等の塗布により接着材層を形成しても構わない。また、樹脂フィルム３３の構成材料は、ポリイミド樹脂に限定されるものでなく、例えばＰＥＴ樹脂又はＰＥＮ樹脂等であっても構わなく、真空ラミネートにより樹脂フィルム３３を形成する代わりに、紫外線照射により接着・剥離可能な樹脂フィルムを形成しても構わない。

絶縁基板１７の一方の片面に配線パターン２１、絶縁基板１７の他方の片面に接着材層５’、及び接着材層５’の片面に樹脂フィルム３３をそれぞれ形成した後に、図１（ｄ）に示すように、ＹＡＧレーザの照射により樹脂フィルム３３から絶縁基板１７にかけて配線パターン２１を絶縁基板１７の他方の片面より露呈するように直径１００μｍの複数の貫通穴１９’を形成すると共に、配線パターン２１に対応する貫通穴１９’に連通した直径３０μｍ程度の小孔２３を形成する。また、ＹＡＧレーザの照射により中層に位置する絶縁基板１７に開口部２７を形成する。続いて、図１（ｅ）に示すように、スクリーン印刷法により各貫通穴１９’及び各小孔２３に導電性ペーストを充填して、樹脂フィルム３３を接着材層５’の片面から剥がすことにより、先端部が接着材層５’の片面から樹脂フィルム３３の厚さ分だけ突出した柱状の複数の導電ビア２５を形成する。

ここで、ＹＡＧレーザを使用する代わりに、炭酸ガスレーザ又はエキシマレーザ等の別のレーザを使用しても構わなく、レーザの照射により貫通穴１９又は開口部２７を形成する代わりに、ドリル加工又は化学エッチング等により貫通穴１９’又は開口部２７を形成しても構わない。また、導電ペーストは、ニッケル、銀、銅から選択される少なくとも１種類の低電気抵抗の金属粒子と、錫、ビスマス、インジウム、鉛から選択される少なくとも１種類の低融点金属粒子を含み、エポキシ樹脂を主成分とするバインダを混合したものである。更に、スクリーン印刷法により各貫通穴１９’に導電性ペーストを充填する代わりに、真空印刷法等により各貫通穴１９に導電性ペーストを充填しても構わなく、この場合には、配線パターン２１に小孔２３を形成する必要はない。

(ii)電子部品仮留め工程
図２に示すように、半導体チップ７を用意して、半導体チップ７の複数の再配線層１５が一部の導電ビア２５の先端部に電気的に接続するように、半導体チップ用マウンタ（図示省略）により半導体チップ７の頂面を前記一部の導電ビア２５に位置合わせする。そして、接着材層５’の樹脂及び導電性ペーストの熱硬化温度以下の温度で加熱しつつ、半導体チップ７を前記(i)配線板製作工程において製作したプリント配線板３Ａに接着材層５’を介して仮留めする。

(iii)配線板重ね合わせ工程
前記(ii)電子部品仮留め工程において半導体チップ７を仮留めしたプリント配線板３Ａを含む、前記(i)配線板製作工程において製作した複数のプリント配線板３（３Ａ，３Ｂ）を用意する。そして、図３に示すように、外層に位置する一対のプリント配線板３Ａの導電ビア２５の先端部が内層側を指向しかつ中層に位置する一対のプリント配線板３Ｂの開口部２７が半導体チップ７を囲んだ状態で、内層に位置する一対のプリント配線板３Ｂ（換言すれば、積層方向に隣接する一組のプリント配線板３Ｂ）における対応関係にある導電ビア２５の先端部同士が突き当たるように、複数のプリント配線板３（３Ａ，３Ｂ）を重ね合わせる。

(iv)熱プレス工程
前記(iii)配線板重ね合わせ工程において重ね合わされた複数のプリント配線板３（３Ａ，３Ｂ）を積層方向へ一括で熱プレスする。これにより、半導体チップ７を接着材層５に埋設した状態で、層間の接着材層５を硬化させることができる。また、その他の各導電ビア２５の先端部が積層方向に隣接するプリント配線板３（３Ａ，３Ｂ）の配線パターン２１に電気的に接続した状態で、積層方向に隣接する一組のプリント配線板３Ｂにおける対応関係にある導電ビア２５の先端部同士を融着させることができる。

(v)ソルダレジスト形成工程
前記(iv)熱プレス工程の終了後に、外層に位置するプリント配線板３Ａの絶縁基板１７の一方の片面に液状の感光性樹脂をスクリーン印刷する。続いて、パターンを露光して、現像することにより、外層に位置するプリント配線板３Ａの絶縁基板１７の一方の片面（配線パターン２１側の片面）にソルダレジスト２９を形成する。

次に、本発明の実施形態の作用・効果について説明する。

本発明の実施形態に係る多層プリント配線板１によれば、外層を構成する一対のプリント配線板３Ａの各導電ビア２５の先端部が内層側を指向してあって、積層方向に隣接する一組のプリント配線板３Ｂにおける対応関係にある導電ビア２５の先端部同士が融着されているため、積層方向に隣接する一組のプリント配線板３Ｂを実質的に両面板として機能させることができる。これにより、両面板を用いることなく、半導体チップ７等の電子部品間の配線距離を短縮化しつつ、片面側のみに配線パターン２１が形成された複数の片面板によって、多層プリント配線板１の両面側に配線パターン２１を形成することができる。

また、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法によれば、外層に位置する一対のプリント配線板３Ａの導電ビア２５の先端部が内層側を指向した状態で、積層方向に隣接する一組のプリント配線板３Ｂにおける対応関係にある導電ビア２５の先端部同士が突き当たるように、複数のプリント配線板３（３Ａ，３Ｂ）を重ね合わせし、複数のプリント配線板３（３Ａ，３Ｂ）を積層方向へ一括で熱プレスすることにより、積層方向に隣接する一組のプリント配線板３（３Ａ，３Ｂ）における対応関係にある導電ビア２５の先端部同士を融着させているため、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板１の作用と同様の作用を奏する。

従って、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板１及び本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法によれば、両面板を用いることなく、片面側のみに配線パターン２１が形成された複数の片面板によって、多層プリント配線板１の両面側に配線パターン２１を形成することができるため、より高密度化した多層プリント配線板１を製造する場合にも、めっき処理を省略することができ、かつ同じ工程で作成された片面板を用意するだけで済み、多層プリント配線板１の製造作業の簡略化及び製造コストの低減を図ることができる。

また、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法によれば、多層プリント配線板１を構成する複数のプリント配線板３は前記(i)配線板製作工程においてそれぞれ製作されるため、プリント配線板３の不良品をその都度排除でき、歩留まりの累積を避けることができる。

（変形例１）
本発明の変形例１について図６を参照して説明する。

ここで、図６は、本発明の変形例１に係る多層プリント配線板を説明する図である。

本発明の変形例１に係る多層プリント配線板３５は、内層を構成するプリント配線板３Ｂを省略した点を除き、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板１と同様の構成を有している。なお、本発明の変形例に係る多層プリント配線板３５の複数の構成要素のうち、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板１の構成要素と対応するものについては、図中に同一番号を付して、説明を省略する。

また、本発明の変形例１に係る多層プリント配線板３５においても、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の作用・効果と同様の作用・効果を奏する。

（変形例２）
本発明の変形例２について図７を参照して説明する。

ここで、図７は、本発明の変形例２に係る多層プリント配線板を説明する図である。

本発明の変形例２に係る多層プリント配線板３７は、内層を構成するプリント配線板３Ｂの層数を増やした点を除き、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板１と同様の構成を有している。なお、本発明の変形例２に係る多層プリント配線板３７の複数の構成要素のうち、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板１の構成要素と対応するものについては、図中に同一番号を付して、説明を省略する。

また、本発明の変形例２に係る多層プリント配線板３７においても、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の作用・効果と同様の作用・効果を奏する。

（変形例３）
本発明の変形例３について図８を参照して説明する。

ここで、図８は、本発明の変形例３に係る多層プリント配線板を説明する図である。

本発明の変形例３に係る多層プリント配線板３９は、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板１と異なり、接着材層５に電子部品としてコンデンサ４１を埋設している。ここで、コンデンサ４１は、複数の接続端子４３を備えている。なお、本発明の変形例３に係る多層プリント配線板３９の複数の構成要素のうち、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板１の構成要素と対応するものについては、図中に同一番号を付して、説明を省略する。

また、本発明の変形例３に係る多層プリント配線板３９においても、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の作用・効果と同様の作用・効果を奏する。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法の配線板製作工程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法の電子部品仮留め工程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法の配線板重ね合わせ工程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の製造方法の配線板重ね合わせ工程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る多層プリント配線板を説明する図である。 本発明の変形例１に係る多層プリント配線板を説明する図である。 本発明の変形例２に係る多層プリント配線板を説明する図である。 本発明の変形例３に係る多層プリント配線板を説明する図である。

符号の説明

１ 多層プリント配線板
３ プリント配線板
３Ａ プリント配線板
３Ｂ プリント配線板
５ 接着材層
５’ 接着材層
７ 半導体チップ
１１ 接続端子
１５ 再配線層
１７ 絶縁基板
１９ 貫通穴
１９’ 貫通穴
２１ 配線パターン
２５ 導電ビア
２７ 開口部
３１ 片面銅張板
３３ 樹脂フィルム

Claims (3)

1. 絶縁基板の一方の片面に配線パターン、前記絶縁基板の他方の片面に絶縁樹脂からなる接着材層をそれぞれ形成すると共に、前記絶縁基板に前記配線パターンを他方の片面より露呈するように複数の貫通穴を形成し、続いて、各貫通穴に導電性ペーストを充填して、基端部が前記配線パターンに電気的に接続されかつ先端部が前記絶縁基板の他方の片面から突出した柱状の複数の導電ビアを形成することにより、前記接着材層付きの前記プリント配線板を作製する配線板作製工程と、
   電子部品の接続端子が一部の前記導電ビアの先端部に電気的に接続するように、前記電子部品の頂面を前記一部の前記導電ビアに位置合わせして、前記電子部品を前記配線板製作工程において製作した前記プリント配線板に前記接着材層を介して仮留めする電子部品仮留め工程と、
   前記電子部品仮留め工程において前記電子部品を仮留めした前記プリント配線板を含む、前記配線板製作工程において製作した複数の前記プリント配線板を用意し、外層に位置する一対の前記プリント配線板の前記導電ビアの先端部が内層側を指向した状態で、中層に位置し、積層方向に隣接する少なくとも一組の前記プリント配線板における対応関係にある前記導電ビアの先端部同士が突き当たるように、複数の前記プリント配線板を重ね合わせる配線板重ね合わせ工程と、
   前記配線板重ね合わせ工程において重ね合わされた複数の前記プリント配線板を積層方向へ一括で熱プレスすることにより、前記電子部品を前記接着材層に埋設した状態で、層間の前記接着材層を硬化させると共に、その他の各導電ビアの先端部が積層方向に隣接する前記プリント配線板の前記配線パターンに電気的に接続した状態で、前記少なくとも一組の前記プリント配線板における対応関係にある前記導電ビアの先端部同士を融着させる熱プレス工程とを備え、
   前記配線板製作工程は、前記一組の前記プリント配線板に、前記電子部品を囲む開口部を形成し、
   前記配線板重ね合わせ工程は、前記一組のプリント配線板の前記開口部が前記電子部品を囲んだ状態で、前記一組の前記プリント配線板における対応関係にある前記導電ビアの先端部同士が突き当たるように、複数の前記プリント配線板を重ね合わせることを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
2. 前記配線板製作工程は、前記絶縁基板の一方の片面に前記配線パターン、前記絶縁基板の他方の片面に前記接着材層をそれぞれ形成した後に、前記接着材層の片面に樹脂フィルムを形成し、前記樹脂フィルムから前記絶縁基板にかけて複数の前記貫通穴を形成し、続いて、各貫通穴に導電性ペーストを充填して、前記樹脂フィルムを前記接着材層の片面から剥がすことにより、先端部が前記接着材層の片面から前記樹脂フィルムの厚さ分だけ突出した柱状の複数の前記導電ビアを形成するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板の製造方法。
3. 前記配線板製作工程は、前記一組の前記プリント配線板における配線パターンに、前記貫通穴に連通し、前記貫通穴より小さい小孔を形成すると共に、前記小孔に前記導電性ペーストを充填することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多層プリント配線板の製造方法。

Images