JP2004241719A - 層間絶縁樹脂シートと多層配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】製造、使用が簡便に行え、小形化にも十分に対応できる多層回路基板の製造に有用な導電性層間スルーホールに代わる導通付与手段を開発する。
【解決手段】層間スルーホールに対応したパターンで絶縁樹脂シートに設けた貫通孔内に導電性ボールを保持させる。この層間絶縁樹脂シートと回路配線とを多層化し、はんだの融点以上に加熱し、はんだ接合により上下の配線層の導通をとり多層配線基板とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線基板の製作に有効な導電性ボール付き層間絶縁樹脂シート（以下単に「シート」または「絶縁樹脂シート」と称することもある） と、それにより製作した多層配線基板とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年特に顕著となってきた電子部品の小形化および高集積化にしたがって、多層配線基板が多く使用されるようになり、その際に絶縁層で離間された上下配線層の間に導通をとる必要があり、そのために絶縁層にスルーホールを設け、これを導電性とすることで上下配線層の導通をとっている。このように導電性を付与したスルーホールを層間スルーホールと云う。
【０００３】
従来の層間スルーホール部の導通方法は以下のようである。
▲１▼スルーホールに銀または銅ペーストを充填し導通させる方法
▲２▼スルーホール内壁に銅をメッキにより析出させ導通させる方法。
【０００４】
別法としては、スルーホールを使わずに絶縁層を介して上下の配線層の導電性を確保する方法としては、次の方法がある。
▲３▼一方の配線層の回路上に印刷法により突起状銀パターンを形成させ、層間絶縁樹脂と他の配線層の回路基板とを対向配置し、加圧、加熱下で前記突起状銀パターンが層間絶縁樹脂層を突き破るようにして、他の配線層の回路と接触させ導通をはかる方法。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらはいずれも高価または煩雑な処理手段となり、またそのような手段をとる限り小形化にも限界が見られる。
【０００６】
すなわち、上記▲１▼の方法は銀または銅ペーストによる印刷法であるため、印刷の管理が煩わしいこと、および導通部の抵抗値が変動するなど電気特性に限界がある。
【０００７】
上記▲２▼の方法はメッキ浴の管理などが煩わしいことと、鉛フリー操業への対応に限界がある。
上記▲３▼の方法は突起物による物理的な接触を基本としているので信頼性および電気特性に課題がある。
【０００８】
ここに、本発明の課題は、上述のような従来技術における問題点を解消した、製造および使用が簡便に行えて、さらなる小形化にも十分に対応できる多層回路基板の製造に有用な導電性層間スルーホールに代わる導通付与手段を開発することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、従来のようなスルーホールの形成手段と全く異なる発想により同等の効果を発揮できる手段を求めて種々検討を重ねた。
【００１０】
その結果、上下面の導通をとることのできる絶縁シートを予め作成しておき、これを別途用意した上下配線層または更なる配線層と積層することで、特に追加的な工程を付加することなく、絶縁層および配線層を備えた多層配線基板を形成できることを着想した。
【００１１】
そこで、そのような絶縁層の製造方法を検討した結果、絶縁シートに穿孔を設け、そのように予め設けた穿孔にはんだボールのような導電性ボールを嵌入することで、上下配線層の導通をとることができることを知り、本発明を完成した。
【００１２】
ここに、本発明は次の通りである。
（１）例えば層間スルーホールに対応するという所定パターンで設けられた穿孔を備えた絶縁樹脂シートと、該穿孔内に保持された導電性ボールと、を備えた層間絶縁樹脂シート。
【００１３】
（２）前記絶縁樹脂シートと導電性ボールとを被覆するカバーフィルムをさらに設けた上記（１） 記載の層間絶縁樹脂シート。
（３）前記絶縁樹脂シートの上に導電性ボールを固定する固定材料からなるコーティング層をさらに設けた、上記（１） 記載の層間絶縁樹脂シート。
【００１４】
（４）前記絶縁樹脂シートが内部に粘着層を持つ多層フィルムから構成された上記（１） 記載の層間絶縁樹脂シート。
（５）前記導電性ボールがはんだボールである上記（１） ないし（４） のいずれかに記載の層間絶縁樹脂シート。
【００１５】
（６）前記穿孔が絶縁樹脂シートに対する貫通孔である上記（１） ないし（５） のいずれかに記載の層間絶縁樹脂シート。
（７） 上記（５） 記載の層間樹脂シートと回路配線を設けた配線層とからなる多層配線基板であって、前記導電性ボールを構成するはんだの融点以上に加熱し、はんだ接合により上下の配線層の導通を行う多層配線基板。
【００１６】
このように、本発明によれば、貫通孔または穿孔を予め明けておいた絶縁シートを絶縁層として用いる際に、上下配線層間の導通をとるために上記貫通孔または穿孔内に予め導電性ボールを挿入しておけば、この絶縁シートを上下の配線層とともに単に積層することで、絶縁層を介して上下配線層の間の導通を取った多層配線基板が形成できるのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
添付図面の図１は、本発明にかかる層間絶縁樹脂シートの構成を示す模式的説明図であり、絶縁シートに導電性ボールを固定する態様によってそれぞれ区別される４種の構成が図１（ａ） 、（ｂ） 、（ｃ） 、そして（ｄ） に示されている。図示例は、いずれも穿孔として貫通孔を設けた例をもって説明しているが、有底の孔として、内部における導電性ボールの保持性を高め、加熱によって導電性ボールが底部を貫通させるように構成してもよい。
【００１８】
図１に共通する事項をまず説明すると、層間絶縁樹脂シート１の本体を構成する絶縁樹脂シート１０には、例えば層間スルーホールに対応するパターンというように、所定パターンでもって１または多数の貫通孔１２が設けられており、このようにして構成された絶縁樹脂シート１０を多孔質で三次元方向に空気を吸引できる台板 （図示せず） の上に載せる。このとき導電性ボール１４を絶縁樹脂シート１０上に載せ、適宜手段（ 振動を与えるか、ブラシで表面を擦るかなどの手段） により導電性ボール１４を各貫通孔１２に落とし込めるのである。図示しないが、下側の台板は三次元方向に空気を吸引できるから、当該台板と絶縁樹脂シート１０との位置合わせは必要でない。
【００１９】
本発明を実施する絶縁樹脂シート１０への導電性ボールの投入方法は、通気性を有する台板上に、層間の導通部となる貫通孔パターンを形成した絶縁樹脂シートが配置され、導電性ボール （以下「ボール」と称する） を減圧下で層間絶縁樹脂シートの該貫通孔に挿入配置させることが有効である。望ましくは、貫通孔の断面形状はテーパー状として、下部穴径はボール直径より小さくするとボールがシート下部からは脱落しにくくなる。
【００２０】
図１（ａ） の態様は、貫通孔１２にボール１４が挿入されてから、加熱することでボールとシートとを接着・固定した場合であり、絶縁樹脂シート１０の熱膨張あるいは熱収縮等によってボールを固定する形態であってもよい。このような固定法を「加熱法」と称する。
【００２１】
図１（ｂ） の態様は、貫通孔１２にボール１４が挿入されてから、ロジン系樹脂等が例示される、接着層１８を介してカバーシート２０ （例：ポリエステル基材） を被覆する場合である。貫通孔１２の断面形状を逆末広型とし、底部の径をボールの径よりも小さくすることで、絶縁樹脂シート１０の上側だけカバーすれば、ボールを貫通孔内に保持できる。このような固定法を「片面カバーシート法」と称する。
【００２２】
図１（ｃ） の態様は、絶縁樹脂シート１０が上のカバー層 （図示しない） ／粘着層２２／絶縁樹脂シート８／粘着層２２／下のカバー層 （図示しない） から構成されており、該絶縁樹脂シート１０に貫通孔１２を穿設する。そして貫通孔１２にボールを挿入して上下の粘着層のいずれか、または両方によってボールを固定させる。その後、図示しない上下のカバー層を除去し、上下配線層と積層させて多層配線基板を構成する。このような固定法を「両面カバーシート法」と称する。本例の粘着層は例えばアクリル系樹脂等から構成すればよい。
【００２３】
図１（ｄ） は、前述の図１（ｂ） 、（ｃ） の場合と同様にして絶縁樹脂シート１０に設けた貫通孔１２に導電性ボール１４を挿入してから、ロジン樹脂のような造膜性の樹脂のコーティング層２４を片面だけにもしくは必要により両面にコーティングする。このような固定法を「コーティング法」と称する。
【００２４】
図示しないがシート自体を内部に粘着層を介在させた多層フィルム構造としてこの粘着層によってボールを固定するようにしてもよい。
このように導電性ボールを配列した層間絶縁樹脂シートを多層基板の製作に使用するためには次の方法がある。すなわち、
▲１▼層間絶縁樹脂シートの材質自身が加熱下で溶融キュアーして、積層した上下の配線層と接着し多層配線基板を構成する。このような絶縁樹脂材料としてはガラスエポキシ樹脂のプリプレグタイプのものが利用できる。
【００２５】
▲２▼シートの上下面に粘着層を有する構成の場合、各粘着層が積層した上下の配線層と接着して多層配線基板を構成する。
本発明にかかる層間絶縁樹脂シートの特徴は、導電特性はじめ目的にあったボール材質を任意に選択できることであり、これによって信頼性の高い多層配線基板が得られることにある。
【００２６】
三次元方向への通気性を有する台板上で減圧下にてシートの貫通孔へのボール挿入を実施すると極めて効率的に実施できることが本発明者により明らかになった。
【００２７】
導電性ボールは各種組成のはんだ、あるいははんだ以外の金属、金属メッキプラスチック、金属メッキ銅核ボールおよび金属メッキ銀核ボールなどから選択できる。このようなボールのサイズは接続信頼性および回路へ流す電流密度などを考慮して決められるが例えば直径３０μｍから１２０ μｍの範囲のボールが使用される。ただし、これに限定されるものではない。
【００２８】
絶縁樹脂シートの材質はエポキシ樹脂系、フェノール樹脂系、ポリエステル樹脂系、アクリル樹脂系、シリコーン樹脂系などから幅広く選ぶことができる。
最も望ましい樹脂系は、エポキシ樹脂と必要に応じてフィラーを主成分としてガラス繊維と共に成型したプリプレグレシートであり、厚さ１０μｍから１００ μｍの範囲で使用できる。ただし、これに限定されない。
【００２９】
絶縁樹脂シートに対してレーザー光、ドリルまたはパンチング等を使用することにより該樹脂シートを破壊し、目的のパターンの貫通孔を得る。層間を熱接着させるために必要な機能は前述のようにプリプレグまたは接着剤により得られる。有底孔を設けてもよい。
【００３０】
次に、本発明にかかる層間絶縁樹脂シートを使用して、多層回路基板または多層配線基板を製造する方法について、図２を参照して簡単に説明すると次の通りである。
【００３１】
図２（ａ） に示すように、まず、慣用の手段によって製造した配線層３０に本発明にかかる層間絶縁樹脂シート３２を位置合わせをして載せ、さらにこれに予め形成した別の配線層３４を積層する。このようにして所定層数にまで積層して所定の多層配線基板を形成してから、各層間に配置した接着剤機能のある本発明の層間絶縁樹脂シート３２を加熱および加圧することで、この積層体を一体化し、多層配線基板とする。
【００３２】
図２（ｂ） は、加熱・圧着して一体に成形した多層回路基板４０の断面を示す模式的説明図であり、層間絶縁樹脂シート３２は上下の配線層３０、３４に密着しており、導電性ボール１４が、はんだ合金製の場合、はんだ合金の融点以上に加熱することにより溶融して接合部３６を構成し、上下の配線層の電極部同士を接合してそれらの間の導通をとっている。
【００３３】
このように、本発明によれば、一回の位置合わせと加熱・加圧によって多層回路基板４０が製造できるのであり、その操作の簡便さ、確実さからも、本発明の実用上の意義が大きいことが分かる。
【００３４】
層間絶縁樹脂シートおよび配線層を積層して多層配線基板とする方法にはその他多くの変更例が考えられるが、それらはいずれも本発明にかかる層間絶縁樹脂シートを使用する限り本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ） ないし（ｄ） は、本発明にかかる層間絶縁樹脂シートにおける導電性ボールの固定法の模式的説明図である。
【図２】図２（ａ） および（ｂ） は、本発明にかかる層間絶縁樹脂シートを使って行う多層回路基板の製造工程の模式的説明図である。

Claims (7)

1. 所定パターンで設けられた穿孔を備えた絶縁樹脂シートと、該穿孔内に保持された導電性ボールと、を備えた層間絶縁樹脂シート。
2. 前記絶縁樹脂シートと導電性ボールとを被覆するカバーフィルムをさらに設けた請求項１記載の層間絶縁樹脂シート。
3. 前記絶縁樹脂シートの上に導電性ボールを固定する固定材料からなるコーティング層をさらに設けた、請求項１記載の層間絶縁樹脂シート。
4. 前記絶縁樹脂シートが内部に粘着層を持つ多層フィルムから構成された請求項１記載の層間絶縁樹脂シート。
5. 前記導電性ボールがはんだボールである請求項１ないし４のいずれかに記載の層間絶縁樹脂シート。
6. 前記穿孔が絶縁樹脂シートに対する貫通孔である請求項１ないし５のいずれかに記載の層間絶縁樹脂シート。
7. 請求項５記載の層間樹脂シートと回路配線を設けた配線層とからなる多層配線基板であって、前記導電性ボールを構成するはんだの融点以上に加熱し、はんだ接合により上下の配線層の導通を行う多層配線基板。

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