JP5439165B2 - 多層配線板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多層配線板及びその製造方法に関する。

可撓性を有する多層配線板、いわゆるフレキシブル多層配線板においては、銅箔が貼り合わされた樹脂フィルム（ＣＣＬ：Copper Clad Laminate）が絶縁層として用いられる。従来、銅箔に回路配線を形成した複数の絶縁層を接着層で貼りあわせて多層化した後、ドリル加工やレーザ加工により形成したスルーホールやビアホールにパネルメッキを行って層間導通を取るものが一般的である。このような多層配線板の製造方法は、生産性に優れている。しかしながら、スルーホールやビアホールの上には実装部品や別のビアホールを配置できないことや、スルーホールやビアホールを任意の位置や層に配置することが困難であること等の問題がある。また、最表層の配線はメッキされて厚くなるため、微細な配線を形成することが困難となる。

上記の課題を克服するために、回路配線が形成された絶縁層を接着層で接着して多層化し、各絶縁層に形成したビアホールに導電性ペーストを充填して層間導通を取る多層配線板が提案されている（特許文献１参照）。この提案では、層間導通に用いるビアホールが導電性ペーストで充填されているため、ビアホールの直上に実装部品や別のビアホールを配置することができ、ビアホールを任意の位置や層に配置することが可能である。また、メッキ工程を省略することができるので、最表層の配線は厚くならず、微細な配線を容易に形成することが可能となる。

しかしながら、近年の電子部品の小型化高機能化にともない、多層配線板に対する配線の微細化要求は更に厳しくなっている。そのため、従来の技術では対応が困難となってきている。従来の多層配線板における各層の配線は、ＣＣＬの銅箔の不要部分を除去するサブトラクティブ法で形成されている。サブトラクティブ法は量産性に優れているが、幅３０μｍ程度の配線を形成するのが技術的限界であり、３０μｍ以下の微細化は困難である。一方、必要な部分にのみメッキで配線を形成するセミアディティブ法では、幅３０μｍ以下の微細な配線を形成することが可能である。しかし、セミアディティブ法は工程が複雑で、生産性に課題がある。

上記の課題を受けて、最近では、インクジェット法による微細な配線を形成する技術が注目されている（特許文献２参照）。インクジェット法では、幅が数十μｍ以下の微細な配線を形成することができる。また、インクジェット法では、必要な部分にのみ配線材料である導電性ペーストを吐出して塗布しているので、上述のサブトラクティブ法やセミアディティブ法に比べて、工程数や使用配線材料を削減することが可能である。また、多層配線板の形成では、配線と同様に層間接続用のビアホールも導電性ペーストで同時に描画することで、工程を更に簡略化することが可能となる。

特許第４１９５６１９号公報 特開２００６−２３９８９９号公報

通常、インクジェット法による配線形成では、平均粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍの金属フィラーを含む導電性ペースト（ナノペースト）が用いられる。このようなナノペーストでは、金属フィラー同士は常温においても接触するだけで結合してしまう。そのため、金属フィラー表面を分散剤で被覆して有機溶媒中に分散させることで、金属フィラー同士の接触を防止している。塗布したナノペーストを加熱することにより、このような分散剤や有機溶媒を揮発させ、金属フィラーを低温焼結させる。

このように、インクジェット法で用いるナノペーストには、分散剤や有機溶媒が多く含まれているため、塗布したナノペーストの焼結後の堆積は、焼結前の１０％〜４０％程度に収縮してしまう。その結果、ビアホールを充填するビア導体の形状が不均一になること、更にビア導体にボイドが生じる等の問題により、層間接続の信頼性を確保することが困難となる。

本発明の目的は、微細な配線を形成することができ、高信頼性の層間接続が可能な多層配線板及びその製造方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、第１絶縁層、第１絶縁層の一主面に配置された第１導電性ペーストの焼結体からなる第１配線を含む第１配線層と、第２絶縁層、第２絶縁層の一主面に配置された第１導電性ペーストの焼結体からなる第２配線、第１絶縁層の一主面に接し、第２絶縁層の他の主面に設けられた第１接着層、所定の位置で第２絶縁層及び第１接着層を貫通して設けられ、第１配線と第２配線とを接続する、第１導電性ペーストとは異なる第２導電性ペーストの焼結体からなる第１ビア導体を含む第２配線層とを備える多層配線板が提供される。

本発明の第２の態様によれば、第１絶縁層の一主面に第１導電性ペーストを選択的に塗布して第１配線を形成する工程と、第２絶縁層の一主面に第１導電性ペーストを選択的に塗布して第２配線を形成する工程と、第２絶縁層の他の主面に第１接着層を形成する工程と、所定の位置で第１接着層の一面側から第２配線の一部が露出するように第１接着層及び第２絶縁層を貫通するビアホールを形成する工程と、ビアホールに第１導電性ペーストとは異なる第２導電性ペーストを印刷して充填して、第２配線に接続するビア導体を形成する工程と、第１絶縁層の一主面に第１接着層の一面を重ねあわせて、第１配線の所定の位置にビア導体を接触させる工程と、第１接着層を第１絶縁層に押圧しながら加熱して第１接着層と第１絶縁層を接着し、同時にビア導体を第１配線に押圧しながら加熱して前記ビア導体を第１配線に接続する工程とを含む多層配線板の製造方法が提供される。

本発明によれば、微細な配線を形成することができ、高信頼性の層間接続が可能な多層配線板及びその製造方法を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る多層配線板の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の製造方法の一例を示す工程断面図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の製造方法の一例を示す工程断面図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の製造方法の一例を示す工程断面図（その３）である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の製造方法の一例を示す工程断面図（その４）である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の製造方法の一例を示す工程断面図（その５）である。 本発明の実施の形態に係る多層配線板の製造方法の一例を示す工程断面図（その６）である。

以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施の形態に係る多層配線板は、図１に示すように、第１配線層２、第２配線層４、第３配線層６、及び第４配線層８を備える。第１配線層２は、第１絶縁層１２、及び第１絶縁層１２の一主面に配置された第１配線３２を備える。第２配線層４は、第２絶縁層１４、第２絶縁層１４の一主面に配置された第２配線３４、第１絶縁層１２の一主面に接し、第２絶縁層１４の他の主面に設けられた第１接着層２４、及び所定の位置で第２絶縁層１４と第１接着層２４とを貫通して設けられた第１ビア導体４４を備える。

第３配線層６は、第３絶縁層１６、第３絶縁層１６の一主面に配置された第３配線３６、第２絶縁層１４の一主面に接し、第３絶縁層１６の他の主面に設けられた第２接着層２６、及び所定の位置で第３絶縁層１６と第２接着層２６とを貫通して設けられた第２ビア導体４６を備える。第４配線層８は、第４絶縁層１８、第４絶縁層１８の一主面に配置された第４配線３８、第３絶縁層１６の一主面に接し、第４絶縁層１８の他の主面に設けられた第３接着層２８、及び所定の位置で第４絶縁層１８と第３接着層２８とを貫通して設けられた第３ビア導体４８を備える。

第１〜第４配線３２、３４、３６、３８は、第１導電性ペーストの焼結体である。第１〜第３ビア導体４４、４６、４８は、第１導電性ペーストとは異なる第２導電性ペーストの焼結体である。第１ビア導体４４は、第１配線３２と第２配線３４とを接続する。第２ビア導体４６は、第２配線３４と第３配線３６とを接続する。第３ビア導体４８は、第３配線３６と第４配線３８とを接続する。

第１〜第４絶縁層１２、１４、１６、１８として、ポリイミド、液晶ポリマ等の厚さが１２μｍ〜５０μｍの樹脂フィルムが用いられる。特に、液晶ポリマは、吸水率が低く、誘電率及び誘電損失が小さいため、高周波回路や高速回路の絶縁層として好ましい。第１〜第３接着層２４、２６、２８として、エポキシ系、アクリル系等の熱硬化性樹脂フィルム、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性接着材、あるいは、ワニス状の樹脂が用いられる。

第１導電性ペーストとして、平均粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍの銀フィラーを含有する導電性ペースト（ナノペースト）が用いられる。なお、第１導電性ペーストに含まれるフィラーは銀に限定されず、金、銅、錫、ニッケル等の低抵抗金属を用いてもよい。第２導電性ペーストとして、低抵抗金属粒子及び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導電性ペーストが用いられる。低抵抗金属粒子は、ニッケル、銀、及び銅の中から選択される少なくとも１種類の金属粒子である。低融点金属粒子は、錫、ビスマス、インジウム、及び鉛の中から選択される少なくとも１種類の金属粒子である。

実施の形態に係る多層配線板の製造方法を、図２〜図７を参照して説明する。なお、説明の簡便のため、主に第３配線層６を図示しているが、他の配線層も同様の工程、あるいは類似した工程で作製される。

図２に示すように、ポリイミドフィルムからなる絶縁層（第３絶縁層）１６を準備する。図３に示すように、絶縁層１６の表面（一主面）に平均粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍの銀フィラーを含有するナノペースト（第１導電性ペースト）を、インクジェット法により選択的に塗布し、配線（第３配線）３６を形成する。

図４に示すように、絶縁層１６の裏面（他の主面）にエポキシ系の熱硬化性樹脂フィルムを、加熱圧着により貼り付け、接着層（第２接着層）２６を形成する。加熱圧着には、真空ラミネータが用いられ、減圧雰囲気中において、熱硬化性樹脂フィルムの硬化温度以下の温度、例えば約１００℃〜１４０℃で、約０．２５ＭＰａの圧力で押圧して貼り合わされる。

図５に示すように、所定の位置で接着層２６の一面側から配線３６の一部が露出するように接着層２６及び絶縁層１６を貫通するビアホール５０を、紫外線（ＵＶ）レーザを用いて開口する。ビアホール５０の直径は、例えば約１００μｍである。四フッ化炭素（ＣＦ₄）及び酸素（Ｏ₂）の混合ガスを用いるプラズマデスミア処理を施した後、スクリーン印刷等の印刷法により導電性ペースト（第２導電性ペースト）をビアホール５０に充填して、ビア導体(第２ビア導体)４６を形成する。導電性ペーストは、低抵抗金属粒子及び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成分を混合したペーストである。

なお、ビアホール５０の開口は、ＵＶレーザに限定されず、例えば、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ等を用いてもよい。あるいは、ドリル加工や化学エッチング等によりビアホール５０を開口してもよい。また、プラズマデスミア処理に用いるガスはＣＦ₄及びＯ₂の混合ガスに限定されず、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを用いてもよい。あるいは、ドライ処理ではなく、薬液を用いるウェットデスミア処理であってもよい。

上記した第３配線層６の作製方法により、図６に示すように、第１配線層２、第２配線層４、及び第４配線層８を作製する。なお、第１配線層２においては、接着層及びビア導体の形成は不要である。第１絶縁層１２の表面に第１接着層２４を、第２絶縁層１４の表面に第２接着層２６を、第３絶縁層１６の表面に第３接着層２８を、それぞれ重ねあわせ、第１〜第３接着層２４、２６、２８、並びに第１及び第２導電性ペーストの硬化温度より低温で加熱して仮留めを行う。この時、第１ビア導体４４が所定の第１配線３２上に、第２ビア導体４６が所定の第２配線３４上に、第３ビア導体４８が所定の第３配線３６上に接触するように、第１〜第４配線層２、４、６、８のそれぞれに形成した位置合わせマーク（図示省略）が用いられる。

図７に示すように、仮留めで積層された第１〜第４配線層２、４、６、８を、真空キュアプレス装置を用いて、加熱温度１５０℃〜２００℃で、約１ｋＰａ以下の減圧雰囲気中で一括して加熱圧着し、多層配線板を作製する。加熱圧着の際に、第１〜第３接着層２４、２６、２８が熱硬化され、また、第１〜第３ビア導体４４、４６、４８、及び第１〜第４配線３２、３４、３６、３８が熱硬化されて焼結体が形成される。それとともに、接触した第１〜第３ビア導体４４、４６、４８、及び第１〜第３配線３２、３４、３６が合金化される。このようにして、図１に示した多層配線板が製造される。

実施の形態に係る多層配線板では、第１〜第４配線層２、４、６、８それぞれの第１〜第４配線３２、３４、３６、３８が、インクジェット法により必要な部分に直接描画されて形成される。したがって、従来のサブトラクティブ法では困難であった３０μｍ以下の微細な配線を形成することができる。

また、従来のサブトラクティブ法においては、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト剥離等のフォトリソグラフィ工程が必要である。このように、インクジェット法によれば、サブトラクティブ法に比べて、配線形成の工程や時間を大幅に低減し短縮することができる。

また、サブトラクティブ法やセミアディティブ法では、配線形成において、フォトマスクや、レジスト、現像液、エッチング液、レジスト剥離液等のフォトリソグラフィに用いる資源が必要である。特に、レジスト、現像液、エッチング液、レジスト剥離液等は、処理後には廃棄される。更に、サブトラクティブ法では、絶縁層上の不要な銅箔をエッチングして除去しているため、結果的に原材料の一部を無駄にしている。一方、インクジェット法では、上記したフォトリソグラフィ資源が不要である。また、配線パターンが直接描画により形成されるため、原材料の無駄を低減することができる。その結果、製造コストを減少させることができる。

また、実施の形態では、第１〜第３ビア導体４４、４６、４８は、印刷法により導電性ペーストをビアホールに充填して形成される。印刷法を用いるため、従来のビルドアップ方式に比べると、メッキ工程が不要となる。その結果、製造時間を短縮することができる。また、層間接続に用いる第２導電性ペーストとして、第１〜第３接着層２４、２６、２８に用いられる熱硬化性樹脂の硬化温度程度で合金化する組成を適用しているので、第２導電性ペーストに含有された金属粒子同士、また、第１及び第２導電性ペーストに含有された金属粒子を相互に拡散させ結合させることができる。そのため、バルク金属やメッキ金属による層間接続と同等の層間接続の信頼性を確保することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明は、多層配線板及びその製造方法に適用することができる。

２…第１配線層
４…第２配線層
６…第３配線層
８…第４配線層
１２…第１絶縁層
１４…第２絶縁層
１６…第３絶縁層
１８…第４絶縁層
２４…第１接着層
２６…第２接着層
２８…第３接着層
３２…第１配線
３４…第２配線
３６…第３配線
３８…第４配線
４４…第１ビア導体
４６…第２ビア導体
４８…第３ビア導体
５０…ビアホール

Claims (6)

1. 第１絶縁層、前記第１絶縁層の一主面に配置された第１導電性ペーストの焼結体からなる第１配線を含む第１配線層と、
   第２絶縁層、前記第２絶縁層の一主面に配置された前記第１導電性ペーストの焼結体からなる第２配線、前記第１絶縁層の一主面に接し、前記第２絶縁層の他の主面に設けられた第１接着層、所定の位置で前記第２絶縁層及び前記第１接着層を貫通して設けられ、前記第１配線と前記第２配線とを接続する、前記第１導電性ペーストとは異なる第２導電性ペーストの焼結体からなる第１ビア導体を含む第２配線層
   とを備え、
   前記第１及び第２配線は、前記第１導電性ペーストをインクジェット法で直接描画して形成され、
   前記第２導電性ペーストは、前記第１接着層が前記第１絶縁層に接着して硬化する温度で合金化することを特徴とする多層配線板。
2. 前記第１導電性ペーストが、金、銀、銅、錫、及びニッケルの中から選択される少なくとも１種類を含む平均粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍの金属フィラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の多層配線板。
3. 前記第２導電性ペーストが、ニッケル、銀、及び銅の中から選択される少なくとも１種類の金属粒子、並びに、錫、ビスマス、インジウム、及び鉛の中から選択される少なくとも１種類の金属粒子を含み、エポキシ樹脂を主成分とするバインダを混合した導電性ペーストであることを特徴とする請求項１または２に記載の多層配線板。
4. 前記第１及び第２絶縁層が、厚さが１２μｍ〜５０μｍのポリイミド樹脂又は液晶ポリマからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層配線板。
5. 第３絶縁層、前記第３絶縁層の一主面に配置された前記第１導電性ペーストの焼結体からなる第３配線、前記第２絶縁層の一主面に接し、前記第３絶縁層の他の主面に設けられた第２接着層、所定の位置で前記第３絶縁層及び前記第２接着層を貫通して設けられ、前記第２配線と前記第３配線とを接続する、前記第２導電性ペーストの焼結体からなる第２ビア導体を含む第３配線層を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層配線板。
6. 第１絶縁層の一主面に第１導電性ペーストを選択的に塗布して第１配線を形成する工程と、
   第２絶縁層の一主面に前記第１導電性ペーストを選択的に塗布して第２配線を形成する工程と、
   前記第２絶縁層の他の主面に第１接着層を形成する工程と、
   所定の位置で前記第１接着層の一面側から前記第２配線の一部が露出するように前記第１接着層及び前記第２絶縁層を貫通するビアホールを形成する工程と、
   前記ビアホールに前記第１導電性ペーストとは異なる第２導電性ペーストを印刷して充填して、前記第２配線に接続するビア導体を形成する工程と、
   前記第１絶縁層の一主面に前記第１接着層の一面を重ねあわせて、前記第１配線の所定の位置に前記ビア導体を接触させる工程と、
   前記第１接着層を前記第１絶縁層に押圧しながら加熱して前記第１接着層と前記第１絶縁層を接着し、同時に前記ビア導体を前記第１配線に押圧しながら加熱して前記ビア導体を前記第１配線に接続する工程
   とを含み、
   前記第１及び第２配線は、前記第１導電性ペーストをインクジェット法で直接描画して形成され、
   前記第２導電性ペーストは、前記第１接着層が前記第１絶縁層に接着して硬化する温度で合金化することを特徴とする多層配線板の製造方法。

Images