JP2000294933A - 多層回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フィルム回路を複数枚重ねて層間の接着とビア
の電気的な接続を加熱加圧下で行う場合の層間接着材の
厚さばらつき、接着時に余分の樹脂がはみ出すことによ
る積層装置の汚染、また、樹脂の乾燥が不十分で溶媒が
残ると接着時に生じるボイド及びビアの接合金属に金／
錫等の異種接合を用いるとフィルム回路の製造工程が複
雑となり、製造価格が高くなる問題等を解消することに
ある。 【解決手段】層間接着材として予め膜厚を制御して形成
された接着フィルムを用いることにより塗布むらを１０
％以下にして樹脂のはみ出しを最小に抑えることがで
き、且つ乾燥むらもなくすことができるので接着時のボ
イド発生を抑制できる。また、ビアに銅下地の無電解錫
めっきを用いることにより、接合金属としては１種類の
めっきを行うだけでよいので工程数を削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層回路基板及び
その製造方法に係わり、特にフィルム回路を複数枚重ね
て層間の接着とビアの電気的な接続とを同時に行うのに
好適な多層回路基板及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の回路基板はプリント配線板と呼ば
れ、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸した、いわゆるプ
リプレグ材と呼ばれる板上の銅箔をエッチングして所定
の回路パターンを形成した後、これを複数枚重ねて積層
接着し、しかる後にドリルで貫通穴を開けて、この穴の
壁面に銅めっきでビアを形成して層間の電気接続を行っ
た配線基板が主流であった（例えば特開平６−２８３８
６６号公報）。

【０００３】しかし、搭載部品の小型化、高密度化が進
み、上記のプリント配線板では配線密度が不足して部品
の搭載に問題が生じるようになっている。この問題を解
決するために、本発明者等は先に特願平１０−２１９５
号で銅箔付きポリイミドフィルムを用いた多層回路基板
の製造方法を提案した。

【０００４】この製造方法の概略を図２に示す工程で説
明すると、まず、図２ａ〜図２ｂに示すように銅箔（２
０２）付ポリイミドフィルム（２０１）をレーザでビア
穴（２０３）加工した後、図ｃに示すように電気めっき
によりビア穴に銅（２０４）を充填する。更に連続して
銅ビアの表面に金の電気めっき（２０５）を行い接合金
属を形成する。

【０００５】この後、図ｄに示すようにビア面側を保護
フィルム（２０６）で被い、反対面にレジスト（２０
７）を塗布して図ｅに示すようにフォトリソ、エッチン
グにより銅箔をパターニングして配線層（２０８）を形
成する。次に、配線パターンの表面に無電解めっきで錫
めっき膜（２０９）を形成してもう一方の接合金属とす
る。

【０００６】図２ｆに示すように以上の工程で得られた
配線フィルムの表面に接着樹脂（２１０）を塗布した
後、図２ｇに示すように複数枚のフィルムを重ねて熱プ
レスし、多層配線基板を得る。

【０００７】上記提案の配線基板の製造方法は、複数枚
の配線フィルムを積層接着すると同時に、ビアが接着樹
脂を排除しながら他の層の配線と金属接合を行い隣接層
間の電気的接続を同時に行うことが特徴である。このた
めには接着材の特性は接着温度で一旦粘度が大幅に低下
して十分流動することが重要であり、接合金属としては
接着温度よりも低い温度で接合でき、且つ接着後には接
合部の融点が接着温度よりも高くなっている必要があ
る。

【０００８】このような条件を満たすために上記の例で
は接着材として、室温で固体、接着温度で溶解して大幅
に粘度が低下するエポキシ樹脂を用いている。この樹脂
は室温で固体のために、溶媒で希釈して液体状にし、こ
の液体をロールコータで塗布した後、乾燥する製造方式
を用いている。

【０００９】また、接合金属としては錫のような低融点
金属を一方の電極とし、他方の電極としては金のような
貴金属を用い、接着温度ではまず錫が溶けて金を溶解
し、金の濃度が上昇するに従って合金の融点が上昇する
ため、配線フィルムの接着完了時点で接合部の融点は接
着温度よりも高くなり、安定した接続が得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記提案の技
術では層間の接着に液状のエポキシ樹脂を用いており、
塗布時に厚さを均一に制御することが難しく、塗布むら
が生じて余分の樹脂が積層接着時に配線基板の周辺には
み出してプレス装置を汚染した。このために接着毎にプ
レス装置を清掃する必要があり、量産技術としては問題
があった。

【００１１】また、溶媒で希釈して塗布するために、塗
布後の乾燥を十分に行わないとエポキシ樹脂中に溶媒が
残り、接着中に溶媒が気化して樹脂中に気泡が発生する
場合もあった。樹脂中に気泡が残ると配線基板の耐湿度
試験を行った場合に膨れ等が発生する原因となり、信頼
性上好ましくない。

【００１２】また、ビアの接合金属として錫と金といっ
たような異なる金属を用いるために配線フィルムの製造
工程が複雑となって基板の製造コストが高くなる問題が
あった。

【００１３】したがって、本発明の目的はかかる前記提
案技術の問題点を解消することにあり、フィルム回路を
複数枚重ねて層間の接着とビアの電気的な接続を同一の
熱処理工程で行うに際して好適な多層回路基板の構成及
びその製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記の問題
点を解決するために、先ず層間の接着樹脂として予め厚
さを均一に作った接着フィルムを配線フィルムの表面に
貼り付ける製造方法を用いた。接着フィルムとしては、
例えばエポキシ樹脂等の電気絶縁性の高い熱硬化性接着
樹脂を、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）
フィルムのごとき搬送フィルム（ベースフィルム）に厚
さ２５±２μｍの精度で予め塗布したものを用いる。配
線フィルムを積層して多層回路基板とする際には、予め
接着フィルムから接着樹脂を各々の配線フィルムに転写
して使用する。

【００１５】また、ビアの接合金属としては金／錫のよ
うな異種金属の接合を用いるのではなく、めっき処理で
供給可能な錫／錫の接合を用いることにした。ただし、
単純に錫／錫接合を用いると接合金属の耐熱性は錫の融
点である２３２℃となり、積層接着をこの温度の近傍で
行うとプレス圧力を取り除いた時点で接合部が解離する
ので、錫めっきの下地に銅を用いて、接着時に銅が錫中
に拡散して錫銅合金を作り、接合金属の耐熱性が向上す
るようにした。

【００１６】錫めっきの実用的な膜厚は０．３〜１．５
μｍ程度であるが、ビアの信頼性の高い接合を得るには
０．５〜１．０μｍとすることが好ましい。また、錫め
っきは、配線フィルムの表面に形成された配線パターン
上と配線フィルムの裏面に形成されたビアの突出部表面
とに同時に形成することが望ましく、無電解めっきが実
用的で好ましい。

【００１７】上記本発明の目的を達成する具体的な達成
手段について述べると以下の通りである。先ず、多層回
路基板の発明は、絶縁フィルムの少なくとも片面に配線
パターンを有し、絶縁フィルムの表裏面を貫通して導電
性のビア穴を有し、そのビア穴と電気的に接続された表
裏面の任意の場所に接続用電極を設けた回路基板同士
を、絶縁層を介して複数枚積層した構造の多層回路基板
であって、前記複数の互いに隣接する回路基板同士を電
気的に接続するビアの接合金属として銅下地の錫めっき
を用い、錫銅合金を形成して電気的に接続したことを特
徴とする。

【００１８】また、多層回路基板の製造方法の発明は、
表面に銅被膜が形成された絶縁フィルムの裏面からビ
ア穴を形成し、貫通させずにビア穴内から銅被膜を露出
させる工程と、銅めっきにより前記ビア穴内を埋め込
み、絶縁フィルム裏面から突出するまでめっきを続けて
ビア穴に突起電極を形成する工程と、前記絶縁フィル
ム上の銅被膜を選択エッチングすることにより、前記ビ
ア穴と電気的に接続された配線パターンを形成する工程
と、前記配線パターン及びビア穴に設けられた突起電
極に錫めっきする工程と、前記錫めっきされた突起電
極を有する絶縁フィルムの少なくとも一方の面に層間接
着材として予め一定の厚さに成形されたフィルム状の接
着樹脂を形成する工程と、このようにして形成された
回路基板材を複数枚積層し、この積層体を加圧下で加熱
して層間の接着とビアの電気的な接続とを行う工程とを
有することを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に従って本発明の実施
の形態を説明する。図１は、本発明による配線フィルム
１層分を得るための製造工程と多層回路基板を得るため
の積層工程とをフィルムの断面で示した例である。

【００２０】図１ａは、絶縁層としてのポリイミドフィ
ルム１０１上に銅箔１０２が貼り合わせられたフィルム
の断面を示している。ポリイミドフィルム１０１の厚さ
が薄いと加工処理時の取り扱いが難しくなり、厚いとビ
ア穴の加工と金属導体のめっきによる充填が困難とな
る。このため、ポリイミドフィルム１０１の厚さは２０
〜５０μｍ程度の厚さが適している。ここでは厚さ４０
μｍのポリイミドフィルムを用いた。

【００２１】銅箔１０２の厚さは選択的なエッチングで
微細パターンを形成するためには３０μｍ以下で薄い方
が好ましいが、ここでは１８μｍを用いている。なお、
図１中では便宜的に銅箔側を表面、ポリイミドフィルム
側を裏面と呼ぶことにする。

【００２２】図１ｂは、炭酸ガスレーザビームを直径２
００μｍに絞ってフィルム裏面から照射し、ポリイミド
フィルムを貫通して表面の銅箔１０２がストッパとなる
ブラインドビア１０３を形成した状態を示している。ビ
ア穴の径が大きいと高密度配線に適さないのでなるべく
小さくする必要があるが、小さいと穴のアスペクト比が
増大してめっきによるビアの充填が困難になるので、ア
スペクト比が１以下になるようにビア径とフィルム厚さ
を選択することが望ましい。ここでのアスペクト比は４
０μｍ／２００μｍ＝０．２である。

【００２３】図１ｃは、表面銅箔１０２を電気めっきの
電極としてビア穴１０３にめっき銅を充填して銅ビア１
０４を形成した状態を示している。銅めっきには硫酸系
めっき浴を用い、電流密度３Ａ／ｄｍ²の条件でポリイ
ミドフィルム１０１の表面より数μｍ突出させて突起状
電極となるように銅ビア１０４を形成した。この銅ビア
１０４の突起は、配線フィルムを複数層積層する際に隣
接する配線フィルム表面の配線電極とビア接合を形成す
る上で重要な役割を果たす。

【００２４】図１ｄは、図１ｃの工程が完了した後に裏
面に保護フィルム１０６を貼り付け、図では省略した
が、レジスト塗布、露光、現像のいわゆるフォトリソ工
程を行って所要部分にレジスト１０７を残した状態を示
している。この保護膜１０６は、この後エッチング工程
で表面の銅箔１０２を選択的にエッチングする際に、銅
ビア１０４の突起状電極をエッチング液から保護するた
めに設けるものであり、エッチング液に耐性のある市販
のめっきマスキングテープ（粘着フィルム）が使用でき
る。

【００２５】図１ｅは、レジスト１０７をエッチングマ
スクとして塩化鉄溶液で不要部分の銅をエッチング除去
して銅箔パターン１０８を形成し、しかる後にレジスト
１０７と保護フィルム１０６を剥離して、更にその後、
無電解めっきで銅表面に錫の層を形成した状態を示して
いる。無電解めっきは７０℃の液温に３０分間浸漬する
ことにより、銅と錫の置換反応で約１μｍのめっき膜を
得ることができる。

【００２６】図１ｆは、図１ｅの工程を経て得られたフ
ィルム回路の裏面に接着フィルム１１０を貼り付けた状
態を示している。接着フィルムの貼り付け作業に関して
は図に示していないが、接着材であるエポキシ樹脂を搬
送フィルムであるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレー
ト）フィルムに厚さ２５±２μｍの精度で予め塗布した
フィルムを用いて、フィルム回路の裏面と接着フィルム
のエポキシ面を重ねてロールラミネータで接着する。

【００２７】このときロールラミネータの温度を８０℃
に設定するとエポキシ樹脂の粘度が低下して接着性が生
じるのでフィルム回路の裏面に接着フィルムを貼り付け
ることができる。接着フィルムをラミネートした後、搬
送フィルムを剥離した状態が図１ｆに示してある。一
方、この８０℃のラミネート温度ではエポキシ樹脂はほ
とんど硬化しないので、接着フィルムは再び温度を加え
ると接着できる、いわゆるＢステージ状態を維持してい
る。図１の例では接着フィルムをフィルム回路の裏面に
ラミネートした例を示しているが、接着フィルムはフィ
ルム回路の表面にラミネートしてもよい。

【００２８】図１ｇは、図１ｆまでの工程で得られたフ
ィルム回路を３枚重ねて熱圧着した後の状態を示してい
る。ただし、図では最下層のフィルム回路には銅ビアと
接着フィルムが形成されていない。熱圧着は、温度２３
０℃、圧力１００ｋｇ／ｃｍ²で１０分間行うことによ
り、先ずエポキシ樹脂が溶けて流動し、錫めっきされた
ビアと錫めっきされた銅箔パターンが接触し、錫の相互
拡散により接合が達成できる。ただし、既に述べたが、
このとき下地の銅元素も錫中に溶け込んで接合部分の金
属の融点が上昇するので１０分間の加熱により強固な接
続が達成できる。一方、エポキシ樹脂は２３０℃、１０
分間の加熱により硬化反応はほぼ終了するので圧着圧力
を取り去っても層間の接着は十分保持することが可能で
ある。

【００２９】以上、図１ａ〜図１ｇに示した工程により
多層配線基板を得ることができた。すなわち、層間の接
着樹脂として予め搬送フィルム上で膜厚を１０％以下の
ばらつきに正確に制御して作られた接着フィルムを用い
ることにより、積層接着時に余分な接着樹脂が基板面積
の外にはみ出るのを最小限に抑えることが可能になっ
た。

【００３０】また、従来は接着樹脂をロールコータで塗
布し、乾燥炉で乾燥する方法を用いていたが、本方法で
はロールラミネータで貼り付けるだけで接着層を形成す
ることが可能であり、且つ、従来方法で問題となる乾燥
むら等による樹脂中の溶媒残りが、接着時にボイドを発
生する等の不良原因も低減できる。

【００３１】一方、ビアの接合金属として銅下地上に無
電解錫めっきを行った金属を用いたため、従来方法によ
る２種類の異種金属を接合する方法に比べて製造工程が
簡略化できると共に、銅イオンと錫イオンが置換して錫
が析出するタイプの置換錫めっきは銅金属の表面に選択
的に析出するためにパターンめっき時に特別なマスクを
必要としない利点がある。

【００３２】また、配線フィルムを積層する際には、銅
下地の錫めっきを接合金属に用いることにより、ビアの
接合時に下地の銅が錫中に拡散してきて接合金属の耐熱
性を向上できる効果もある。更に、無電解めっきは電気
めっきのように電源を供給する必要もないので配線パタ
ーンの設計自由度が大幅に向上できる利点もある。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により所期
の目的を達成することができた。すなわち、フィルム回
路を複数枚重ねて層間の接着とビアの電気的な接続を同
一の熱処理工程で行うに際して有効な多層回路基板の構
成及びその製造方法を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多層配線基板の製造工程を示した
断面図。

【図２】従来発明による多層配線基板の製造工程を示し
た断面図。

【符号の説明】

１０１，２０１…ポリイミドフィルム １０２，２０２…銅箔 １０３，２０３…ビア穴 １０４，２０４…銅めっきビア ２０５…金めっき膜 １０６，２０６…保護フィルム １０７，２０７…レジスト １０８，２０８…銅箔パターン １０９ …錫めっき膜 １１０ …接着フィルム ２１０…接着樹脂。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天明 浩之 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 御田 護 茨城県日立市助川町３丁目１番１号 日立 電線株式会社電線工場内 (72)発明者 佐藤 隆 茨城県日立市助川町３丁目１番１号 日立 電線株式会社電線工場内 Ｆターム(参考） 5E346 AA43 CC32 CC33 DD23 FF07 FF08 FF13 FF24 GG08 GG09 GG15 GG17 GG22 GG28 HH31

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁フィルムの少なくとも片面に配線パタ
   ーンを有し、絶縁フィルムの表裏面を貫通して導電性の
   ビア穴を有し、そのビア穴と電気的に接続された表裏面
   の任意の場所に接続用電極を設けた回路基板同士を、絶
   縁層を介して複数枚積層した構造の多層回路基板であっ
   て、前記複数の互いに隣接する回路基板同士を電気的に
   接続するビアの接合金属として銅下地の錫めっきを用
   い、錫銅合金を形成して電気的に接続したことを特徴と
   する多層回路基板。
2. 【請求項２】前記ビアの接合金属として銅下地の錫めっ
   きを、無電解錫めっきで形成したことを特徴とする請求
   項１記載の多層回路基板。
3. 【請求項３】表面に銅被膜が形成された絶縁フィルム
   の裏面からビア穴を形成し、貫通させずにビア穴内から
   銅被膜を露出させる工程と、銅めっきにより前記ビア
   穴内を埋め込み、絶縁フィルム裏面から突出するまでめ
   っきを続けてビア穴に突起電極を形成する工程と、前
   記絶縁フィルム上の銅被膜を選択エッチングすることに
   より、前記ビア穴と電気的に接続された配線パターンを
   形成する工程と、前記配線パターン及びビア穴に設け
   られた突起電極に錫めっきする工程と、前記錫めっき
   された突起電極を有する絶縁フィルムの少なくとも一方
   の面に層間接着材として予め一定の厚さに成形されたフ
   ィルム状の接着樹脂を形成する工程と、このようにし
   て形成された回路基板材を複数枚積層し、この積層体を
   加圧下で加熱して層間の接着とビアの電気的な接続とを
   行う工程とを有することを特徴とする多層回路基板の製
   造方法。
4. 【請求項４】前記配線パターン及びビア穴に設けられた
   突起電極に錫めっきする工程を、無電解錫めっきで、膜
   厚０．３〜１．５μｍの錫めっきする工程としたことを
   特徴とする請求項３記載の多層回路基板の製造方法。
5. 【請求項５】前記の絶縁フィルム上の銅被膜を選択エ
   ッチングするに際しては、予め絶縁フィルム裏面のビア
   穴に形成した突起電極をエッチング液から保護するよう
   に保護膜を設けた状態でエッチングすることを特徴とす
   る請求項３記載の多層回路基板の製造方法。