JP2015050195A

JP2015050195A - 積層基板の製造方法

Info

Publication number: JP2015050195A
Application number: JP2013178447A
Authority: JP
Inventors: 菅田　隆; Takashi Sugata; 隆菅田; 俊二馬場; Shunji Baba
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-03-16

Abstract

【課題】本願は、配線基板表面の配線がビアの形成に与える影響を抑制する積層基板の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】積層基板の製造方法であって、発泡材を含有する接着シートに、前記接着シートが接着する配線基板同士を電気接続するビアを配置するための孔を形成する工程と、前記接着シートを第１の配線基板に貼り付ける工程と、前記発泡材を発泡させる工程と、前記孔に導電性のペーストを充填する工程と、前記接着シートに第２の配線基板を押圧しながら、前記第１の配線基板と前記第２の配線基板との間に挟まれる前記接着シートを硬化させる工程と、を備える。【選択図】図１

Description

本願は、積層基板の製造方法に関する。

近年、電子機器は高性能化の一途を辿っている。電子機器の高性能化に伴い、各種の電子部品を搭載する配線基板として、配線を複数層に渡って形成したものも開発されている（例えば、特許文献１−２を参照）。

特開２０１１−１９８９９５号公報特開２００５−３０３１３３号公報

接着シートで接着する配線基板同士を電気接続するビアは、導電性の粒子を含有させたペーストを使って形成することができる。配線基板同士を接着シートで接着する場合、配線基板同士を電気接続するビアは、接着シート中に配置されることになる。よって、例えば、導電性の粒子を含有させたペーストを、ビアを配置する部分に形成した接着シートの孔に充填すれば、ペーストをビア状に形成することができる。

ところで、配線基板同士の接着状態は、配線基板表面の配線密度の分布如何で変化する。例えば、配線密度の比較的低い領域においては、配線基板表面に押し広がる接着剤に干渉する構造物が少ないため、接着剤が配線基板表面に押し広がりやすい。また、例えば、配線密度の比較的高い領域においては、配線基板表面に押し広がる接着剤に干渉する構造物が多いため、接着剤が配線基板表面に押し広がりにくい。よって、配線密度の比較的低い領域においては接着剤を含有する接着シートの厚さが比較的薄くなりやすく、また、配線密度の比較的高い領域においては接着シートの厚さが比較的厚くなりやすい。接着シートの孔にペーストが充填されていた場合に、接着シートの厚さが予定より薄いと、孔から流出するペースト量の増大で配線が短絡する可能性（ショートリスク）が高まる。また、接着シートの孔にペーストが充填されていた場合に接着シートの厚さが予定より厚いと、孔に充填されていたペーストの押圧量不足により電気抵抗が増大する可能性（オープンリスク）が高まる。

そこで、本願は、配線基板表面の配線がビアの形成に与える影響を抑制する積層基板の製造方法を提供することを課題とする。

本願は、次のような積層基板の製造方法を開示する。
発泡材を含有する接着シートに、前記接着シートが接着する配線基板同士を電気接続するビアを配置するための孔を形成する工程と、
前記接着シートを第１の配線基板に貼り付ける工程と、
前記発泡材を発泡させる工程と、
前記孔に導電性のペーストを充填する工程と、
前記接着シートに第２の配線基板を押圧しながら、前記第１の配線基板と前記第２の配線基板との間に挟まれる前記接着シートを硬化させる工程と、を備える、
積層基板の製造方法。

上記積層基板の製造方法であれば、配線基板表面の配線がビアの形成に与える影響を抑制可能である。

図１は、実施形態に係る積層基板の製造方法を示したフロー図の一例である。図２は、本製造方法において用いられる接着シートの構造図の一例である。図３は、孔加工が施された接着シートを示した図の一例である。図４は、接着シートが第１の配線基板に仮付けされた状態を示した図の一例である。図５は、接着シートに発泡処理が施された状態を示した図の一例である。図６は、孔に導電性のペーストが充填される状態を示した図の一例である。図７は、保護フィルムが除去された状態を示した図の一例である。図８は、接着シートに第２の配線基板が位置決めされた状態を示した図の一例である。図９は、第２の配線基板が第１の配線基板に接着された状態を示した図の一例である。図１０は、接着層の状態遷移を示した図の一例である。図１１は、導電性のペーストの状態遷移を示した図の一例である。図１２は、上記製造方法によって製造された積層基板を示した図の一例である。図１３は、本比較例に係る製造方法において用いられる接着シートの構造図の一例である。図１４は、孔加工が施された接着シートを示した図の一例である。図１５は、接着シートが第１の配線基板に仮付けされた状態を示した図の一例である。図１６は、孔に導電性のペーストが充填される状態を示した図の一例である。図１７は、保護フィルムが除去された状態を示した図の一例である。図１８は、接着シートに第２の配線基板が位置決めされた状態を示した図の一例である。図１９は、第２の配線基板が第１の配線基板に接着された状態を示した図の一例である。図２０は、上記比較例に係る製造方法を配線密度の低い配線基板に適用した場合の状態変化を示した図の一例である。図２１は、上記比較例に係る製造方法を配線密度の高い配線基板に適用した場合の状態変化を示した図の一例である。図２２は、高さの低いビアを示した図の一例である。図２３は、高さの高いビアを示した図の一例である。図２４は、上記実施形態に係る積層基板の製造方法の効果を検証するにあたって用意したシミュレーションモデルの一例である。図２５は、シミュレーション結果のグラフの一例である。

以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本開示の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

図１は、実施形態に係る積層基板の製造方法を示したフロー図の一例である。以下、図
１のフロー図を参照しながら、実施形態に係る積層基板の製造方法について説明する。

図２は、本製造方法において用いられる接着シートの構造図の一例である。本製造方法においては、図２に示すような構造の接着シート１を用意する。接着シート１は、シート状の基層２、基層２の両面に形成された接着層３Ｕ，３Ｂ、接着層３Ｕ，３Ｂを保護する保護フィルム４Ｕ，４Ｂを備える。基層２は、接着シート１をシート状にするものであり、例えば、ガラスエポキシ樹脂やポリイミド樹脂といった各種の樹脂を適用可能である。また、基層２は、ソリッド状の樹脂であればよく、例えば、硬化済の樹脂であってもよいし未硬化の樹脂であってもよい。接着層３Ｕ，３Ｂは、接着剤に発泡剤を練り込んだもので形成されている。接着層３Ｕ，３Ｂの接着剤は、熱硬化性の材料であり、例えば、エポキシ系やフェノール系のものを適用可能である。接着層３Ｕ，３Ｂは、配線基板の表面に形成されている配線パターンの隙間を埋め込み可能な程度の流動性を硬化前に有していることが望ましい。発泡剤は、加熱されて所定温度に達すると気化する材料であり、接着層３Ｕ，３Ｂを形成している接着剤の硬化温度よりも低い所定温度で発泡する材料である。発泡剤の発泡倍率は、製造する積層基板の仕様等に応じて選定されるものであり、例えば、１．１〜１０倍といった範囲内で適宜選定可能である。

図３は、孔加工が施された接着シート１を示した図の一例である。接着シート１が用意された後は、接着シート１が接着する配線基板同士を電気接続するビアを配置するための孔５が接着シート１に形成される（Ｓ１０１）。

図４は、接着シート１が第１の配線基板に仮付けされた状態を示した図の一例である。接着シート１に孔５が形成された後は、保護フィルム４Ｂを除去された接着シート１が第１の配線基板１０に仮付けされる（Ｓ１０２）。接着シート１の仮付けの際は、第１の配線基板１０の表面に形成されている配線のランド１１に孔５の位置を合わせる。

図５は、接着シート１に発泡処理が施された状態を示した図の一例である。接着シート１が第１の配線基板１０に仮付けされた後は、接着シート１が所定温度に達するまで加熱される（Ｓ１０３）。接着シート１が所定温度に達すると、接着層３Ｕ，３Ｂに含まれている発泡剤が発泡する。接着層３Ｕ，３Ｂに含まれている発泡剤が発泡すると、接着層３Ｕ，３Ｂが膨張し、接着シート１の厚みが増加する。

図６は、孔５に導電性のペーストが充填される状態を示した図の一例である。接着層３Ｕ，３Ｂに含まれている発泡剤が発泡した後は、孔５に導電性のペースト６が充填される（Ｓ１０４）。ペースト６は、導電性の粒子と樹脂材料とを混合した導電材料であり、例えば、圧接型や溶融型の導電材料を適用可能である。

図７は、保護フィルム４Ｕが除去された状態を示した図の一例である。孔５にペースト６が充填された後は、保護フィルム４Ｕが除去される（Ｓ１０５）。保護フィルム４Ｕが除去されると、接着層３Ｕが露出した状態になる。また、保護フィルム４Ｕが除去されると、ペースト６が接着層３Ｕの表面から突き出た状態になる。

図８は、接着シート１に第２の配線基板が位置決めされた状態を示した図の一例である。保護フィルム４Ｕが除去された後は、接着シート１に第２の配線基板２０が位置決めされた状態で載せられる（Ｓ１０６）。第２の配線基板２０の位置決めの際は、ペースト６が充填されている位置に第２の配線基板２０の表面に形成されている配線のランド２１の位置を合わせる。

図９は、第２の配線基板２０が第１の配線基板１０に接着された状態を示した図の一例である。接着シート１に第２の配線基板２０が位置決めされた後は、第２の配線基板２０
が下方向へ向かって加圧（押圧）されながら加熱される（Ｓ１０７）。

図１０は、接着層３Ｕ，３Ｂの状態遷移を示した図の一例である。発泡剤が発泡した後の接着層３Ｕ，３Ｂ（図１０（Ｂ）を参照）は、発泡剤が発泡する前の接着層３Ｕ，３Ｂ（図１０（Ａ）を参照）よりも厚みが増加し、多数の気泡を擁することで柔らかくなっている。よって、第２の配線基板２０が下方向へ向かって加圧される際、接着層３Ｕ，３Ｂは接着シート１と各配線基板との間の空間に速やかに押し広げられ、各配線基板の表面に形成されている配線パターンの凹凸等を埋め尽くす。そして、第２の配線基板２０が下方向へ向かって加圧されることにより、接着層３Ｕ，３Ｂに含まれている気泡中のガスが接着層３Ｕ，３Ｂから出て気泡が潰れ、接着層３Ｕ，３Ｂの厚みは薄くなる（図１０（Ｃ）を参照）。なお、第２の配線基板２０への加圧が真空雰囲気中或いは低圧雰囲気中で実行されれば、接着層３Ｕ，３Ｂに含まれている気泡中のガスが接着層３Ｕ，３Ｂから速やかに排出されて気泡が潰れやすい。

また、本ステップ（Ｓ１０７）における加熱により、接着層３Ｕ，３Ｂやペースト６はやがて硬化する。図１１は、導電性のペーストの状態遷移を示した図の一例である。導電性のペーストには、導電性の粒子が多数含まれている（図１１（Ａ））。ペーストが、例えば、圧接型の導電材料の場合、粒子同士が加圧された状態で樹脂が加熱硬化されることで、粒子同士が接触となり、導電性が発揮されることになる（図１１（Ｂ）を参照）。また、ペーストが、例えば、溶融型の導電材料の場合、加圧した状態で加熱して粒子同士を溶融させ、合金化されることで導電性が発揮されることになる（図１１（Ｃ）を参照）。

図１２は、上記製造方法によって製造された積層基板を示した図の一例である。配線基板の表面に形成される配線パターンには、配線密度にばらつきがある場合がある。例えば、図１２に示す積層基板８の場合、ビア７Ｌの周りの配線密度は低いのに対し、ビア７Ｒの周りの配線密度は高い。しかし、本実施形態に係る製造方法であれば、接着層３Ｕ，３Ｂが気泡を含んでいるため、接着シート１と各配線基板との間の空間に速やかに押し広がりやすい。よって、配線密度の比較的低い領域においても接着シート１の厚さが薄くなり過ぎず、また、配線密度の比較的高い領域においても接着シート１の厚さが厚くなり過ぎることがない。従って、第１の配線基板１０や第２の配線基板２０の配線密度にばらつきがあっても、孔５から流出するペースト量の増大による短絡や、ペースト６の押圧量の減少による電気抵抗の増大の可能性が低下する。

なお、上記実施形態に係る積層基板の製造方法は、例えば、以下のように変形することも可能である。上記実施形態に係る積層基板の製造方法は、例えば、接着層３Ｕ，３Ｂに含まれている発泡剤を発泡させた後に孔５を形成してもよい。また、上記実施形態に係る積層基板の製造方法は、例えば、３つ以上の配線基板同士を接着した多層構造の積層基板を形成してもよい。

以下、比較例に係る積層基板の製造方法の一例について説明する。

図１３は、本比較例に係る製造方法において用いられる接着シートの構造図の一例である。本比較例に係る製造方法においては、図１３に示すような構造の接着シート１０１を用意する。接着シート１０１は、接着層１０３、接着層１０３を保護する保護フィルム１０４Ｕ，１０４Ｂを備える。すなわち、接着シート１０１には、上記実施形態に係る製造方法において用いられる接着シート１に含まれていた発泡剤に相当するものが含有されていない。

図１４は、孔加工が施された接着シート１０１を示した図の一例である。接着シート１０１が用意された後は、接着シート１０１が接着する配線基板同士を電気接続するビアを
配置するための孔１０５が接着シート１０１に形成される。

図１５は、接着シート１０１が第１の配線基板に仮付けされた状態を示した図の一例である。接着シート１０１に孔１０５が形成された後は、保護フィルム１０４Ｂを除去された接着シート１０１が第１の配線基板１１０に仮付けされる。接着シート１０１の仮付けの際は、第１の配線基板１１０の表面に形成されている配線のランド１１１に孔１０５の位置が合わせられる。

図１６は、孔１０５に導電性のペーストが充填される状態を示した図の一例である。接着シート１０１が第１の配線基板１１０に仮付けされた後は、孔１０５に導電性のペースト１０６が充填される。ペースト１０６は、導電性の粒子と樹脂材料とを混合した導電材料であり、例えば、圧接型や溶融型の導電材料を適用可能である。

図１７は、保護フィルム１０４Ｕが除去された状態を示した図の一例である。孔１０５にペースト１０６が充填された後は、保護フィルム１０４Ｕが除去される。保護フィルム１０４Ｕが除去されると、接着層１０３が露出した状態になる。また、保護フィルム１０４Ｕが除去されると、ペースト１０６が接着層１０３の表面から突き出た状態になる。

図１８は、接着シート１０１に第２の配線基板が位置決めされた状態を示した図の一例である。保護フィルム１０４Ｕが除去された後は、接着シート１０１に第２の配線基板１２０が位置決めされた状態で載せられる。第２の配線基板１２０の位置決めの際は、ペースト１０６が充填されている位置に第２の配線基板１２０の表面に形成されている配線のランド１２１の位置を合わせる。

図１９は、第２の配線基板１２０が第１の配線基板１１０に接着された状態を示した図の一例である。接着シート１０１に第２の配線基板１２０が位置決めされた後は、第２の配線基板１２０が下方向へ向かって加圧されながら加熱される。

図２０は、上記比較例に係る製造方法を配線密度の低い配線基板に適用した場合の状態変化を示した図の一例である。また、図２１は、上記比較例に係る製造方法を配線密度の高い配線基板に適用した場合の状態変化を示した図の一例である。配線密度の高い配線基板の場合、配線密度の低い配線基板の場合と比較すると、接着シート１０１と各配線基板との間の空間が相対的に小さい。接着シート１０１と各配線基板との間の空間が小さいと、接着シート１０１の厚みが厚くなりやすい。よって、上記比較例に係る製造方法を配線密度の高い配線基板に適用すると、配線密度の低い配線基板に適用した場合に比べて、ビア１０７の高さが高くなる（Ｈ２＞Ｈ１）。

図２２は、高さの低いビアを示した図の一例である。上記比較例に係る製造方法を配線密度の低い配線基板に適用した場合、接着シート１０１の厚みが薄くなりやすいため、高さの低いビア１０７が形成されやすい。ビア１０７の高さが低く形成される場合、ペースト１０６が横方向へ押し広げられるため、ビア１０７同士の接触や、ビア１０７とビア１０７周辺の配線との接触等が生じやすくなり、ショートリスクが増える。

図２３は、高さの高いビアを示した図の一例である。上記比較例に係る製造方法を配線密度の高い配線基板に適用した場合、接着シート１０１の厚みが厚くなりやすいため、高さの高いビア１０７が形成されやすい。ビア１０７の高さが高く形成される場合、ペースト１０６が横方向へ押し広げられにくい。また、ペースト１０６に含まれる導電性の粒子同士が十分に接触しない。よって、ビア１０７とランド１１１，１２１との間の接触不良や、ビア１０７自身の電気抵抗の増加等が生じやすくなり、オープンリスクが増える。例えば、ペースト１０６に含有されている導電性の粒子の比率が約５０〜６０Ｖｏｌ％であ
る場合、ペースト１０６が半分程度の高さになるまで圧縮しないと、導電性の粒子同士の接触が不十分で電気抵抗が増加する。

図２４は、上記実施形態に係る積層基板の製造方法の効果を検証するにあたって用意したシミュレーションモデルの一例である。シミュレーションに用いる変数は以下のように定義した。
Ｖｐ：樹脂体積（ビアの部分を含む接着シート全体）
Ｖｐ１：接着シートの樹脂体積
Ｖｐ２：ペースト内の樹脂体積
Ｖｍ：ペースト内の金属体積
Ｖｃ：ペースト体積
Ｖｖ：加熱・加圧後のビア体積
Ｖｐｐ：加熱・加圧後の樹脂体積

変数を上記のように定義すると、以下の関係式が成立することになる。
Ｖｐ＝Ｖｐ１＋Ｖｐ２
Ｖｃ＝Ｖｐ２＋Ｖｍ

ビアが適切に接合されていることの条件としては、樹脂が隙間なく埋まっていること（すなわち、Ｖｐ＝Ｖｐｐであること）、及び、ビア内が金属で埋まっていること（すなわち、Ｖｍ＝Ｖｖであること）の２つの条件を満たすことが求められる。ここで、Ｖｐｐは配線基板表面の残銅率（配線基板の表面に占める配線の割合）で変化する。また、残銅率の変化に応じて、加熱・加圧後のビアの高さｈも変化する。

図２５は、シミュレーション結果のグラフの一例である。残銅率と仕上がるビアの高さとの関係を上記各関係式から計算すると、図２５のグラフが示すような結果が算出される。図２５のグラフにおいて「実施例」として示す線は接着層３Ｕ，３Ｂの発泡倍率を１．５倍にした上記実施形態に係る接着シート１を用いた場合のケースである。また、「比較例１」として示す線は、上記比較例に係る接着シート１０１を厚さ５０μｍのマスクで配線を形成した配線基板に用いた場合のケースである。また、「比較例２」として示す線は、上記比較例に係る接着シート１０１を厚さ３８μｍのマスクで配線を形成した配線基板に用いた場合のケースである。ペーストに含まれる導電性の粒子の割合は、実施例および比較例１−２の何れについても５０％とした。また、「比較例３」として示す線は、上記比較例に係る接着シート１０１を厚さ３８μｍのマスクで配線を形成した配線基板に用いた場合のケースであるが、ペーストに含まれる導電性の粒子の割合は５０％よりも高い。

図２４に示したように、加熱・加圧前のビア（ペースト）の径をＤｈ１、加熱・加圧後のビアの径をＤｈ２、ランドの径をＤＬとする。積層基板は加熱・加圧によって形成されるため、加熱・加圧後のビアの径Ｄｈ２が加熱・加圧前のビア（ペースト）の径Ｄｈ１より細くなることはない。よって、Ｄｈ１がＤｈ２よりも大きい場合（Ｄｈ１＞Ｄｈ２）、オープンリスクが高いことを意味する。また、加熱・加圧後のビアの径Ｄｈ２がランドの径より大きいと、ペースト中の粒子がランドの周囲へ広がっていることになる。よって、Ｄｈ２がＤＬよりも大きい場合（Ｄｈ２＞ＤＬ）、ショートリスクが高いことを意味する。そこで、本シミュレーションにおいては、図２５のグラフに示すように、Ｄｈ１がＤｈ２より大となる領域についてはオープンリスクによる制限領域として規定し、また、Ｄｈ２がＤＬより大となる領域についてはショートリスクによる制限領域として規定した。

図２５のグラフから明らかなように、実施例は、比較例１−３の何れと比較しても、より幅広い残銅率に対応可能であることが判る。また、実施例は、発泡による接着シートの厚みの調整でビアとなる金属の量を調整することができるので、比較例１−３の何れと比
較しても様々なビアの高さに幅広く対応可能である。このことから、上記実施形態に係る積層基板の製造方法であれば、配線基板表面の配線がビアの形成に与える影響を抑制できることが判る。よって、実施例であれば、例えば、配線基板表面の配線密度のばらつきを抑えるために、配線密度の低い箇所にダミーの配線パターンを配置する必要が無く、設計上の自由度が制限されない。

また、実施例は、発泡による接着シートの厚みの調整でビアとなる金属の量を調整することができる。よって、ペースト中の導電性の粒子の含有比率の変更や配線を形成する際のマスクの厚さの変更といった工数の多い変更作業を行わずに、様々な配線密度の配線基板同士を積層してもオープンリスクやショートリスクが低い。よって、設計上の自由度が高い。

例えば、オープンリスクを抑制する方策としては、ペースト量の増大といった方策も考えられる。しかし、このような方策は、ペーストが予期せぬ箇所へ残留したり流出したりする可能性が高まるので、生産性を低下させる虞がある。この点、実施例であれば、発泡による接着シートの厚みの調整でビアとなる金属の量を調整しているので、発泡によって膨らんだ接着層がペーストの予期せぬ箇所への流出を防ぐことができる。

また、例えば、オープンリスクを抑制する方策としては、ペースト中の導電性粒子の含有率を上げるといった方策も考えられる。しかし、このような方策は、ペースト中の樹脂の割合を減少させるのでペーストの粘度が上昇する。ペーストの粘度が上昇すると、接着シートの孔への充填等が困難になる。また、接着シートの孔から導電性の粒子が流出しやすくなるのでショートリスクが増大する。この点、実施例であれば、発泡による接着シートの厚みの調整でビアとなる金属の量を増やすことができるので、ペーストの粘度が上昇したり接着シートの孔から導電性の粒子が流出したりすることがない。

また、実施例であれば接着層が気泡で一時的に厚くなっているだけなので、スポンジ状の素材と異なり、配線基板を加圧すると気泡が潰れて接着層を容易に初期の厚さへ戻すことができる。このため、配線基板等を損傷させる可能性も低い。

１，１０１・・接着シート；２・・基層；３Ｕ，３Ｂ，１０３・・接着層；４Ｕ，４Ｂ，１０４Ｕ，１０４Ｂ・・保護フィルム；５，１０５・・孔；６，１０６・・ペースト；７Ｌ，７Ｒ，１０７・・ビア；８・・積層基板；１０，１１０・・第１の配線基板；２０，１２０・・第２の配線基板；１１，２１，１１１，１２１・・ランド

Claims

発泡材を含有する接着シートに、前記接着シートが接着する配線基板同士を電気接続するビアを配置するための孔を形成する工程と、
前記接着シートを第１の配線基板に貼り付ける工程と、
前記発泡材を発泡させる工程と、
前記孔に導電性のペーストを充填する工程と、
前記接着シートに第２の配線基板を押圧しながら、前記第１の配線基板と前記第２の配線基板との間に挟まれる前記接着シートを硬化させる工程と、を備える、
積層基板の製造方法。
前記ペーストを充填する工程は、前記発泡剤を発泡させる工程の後に実行される、
請求項１に記載の積層基板の製造方法。
前記発泡剤を発泡させる工程では、前記接着シートに含有されている接着剤の硬化温度よりも低い所定温度で発泡する前記発泡剤を含有した前記接着シートを前記所定温度に加熱し、前記発泡剤を発泡させる、
請求項１または２に記載の積層基板の製造方法。
前記孔を形成する工程は、前記発泡剤を含有する接着層を基層の両面に形成した前記接着シートに、前記基層および前記接着層を貫通する前記孔を形成する、
請求項１から３の何れか一項に記載の積層基板の製造方法。