JP3720830B2

JP3720830B2 - 絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP3720830B2
Application number: JP2004123224A
Authority: JP
Inventors: 桂林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2016-08-30
Also published as: JP2004214702A

Description

本発明は絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法に関するものである。

従来より、紙に樹脂を含浸させた絶縁性基板表面に銅箔を接着した後、これをエッチングして微細な回路を形成し、しかるのちにこの基板を積層して多層化したプリント配線板が提案されている。また、このようなプリント配線板においては、その強度を高めるため
に、有機樹脂に対して、球状あるいは繊維状の無機質フィラーを分散させた基板も提案されており、これらの複合材料からなる絶縁基板上に多数の半導体素子を搭載したマルチチップモジュール（ＭＣＭ）等への適用も検討されている。

最近、通信関連などの用途において使用周波数も高周波に移行しつつあり、また、通信機器内部に配設される配線基板にも低誘電率や低誘電損失などの優れた特性が求められている。また、配線基板に対しても大電流化も要求されている。しかも、電子機器の小型化、軽量化のためにこの様な傾向が益々増大する傾向にある。
特開昭５８−１２１６９８号公報特開平０５−２８３８６５号公報特開昭６１−２１０６９１号公報特開昭６３−２７４１９９号公報

しかしながら、このような配線基板において、導体回路と、絶縁層やビアホール内の導体との間に空隙が発生するという問題があり、特に、導体回路を絶縁層内に何ら空隙の発生なく、埋設することは困難である。また、配線層を複数積層する場合には、空隙による回路の断線や変形による精度の劣化が問題となっている。また、導体回路により、配線基板に凸凹が発生するなどの問題がある。そのため、導体回路の厚みを大きくすることができず、大電流を流すような回路として適用することができない。

また、フリップチップ方式の実装に適した高精度な表面平坦度を有する多層配線基板を得ることや、多層配線基板を集積化することができず、配線の微細化や、基板の寸法精度を向上させることができない。

従って、本発明は、空隙の発生や回路の断線が抑制され、平滑性に優れた多層配線基板を作製できる絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法を提供するものである。

本発明の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法は、転写シートの表面に金属箔からなる導体回路を形成する工程と、少なくとも有機樹脂を含有する軟質状態の絶縁層にバイアホールを形成し、該バイアホールに導体を形成する工程と、前記導体を具備する前記絶縁層に、前記転写シートに形成された前記導体回路を積層圧接して、前記導体と前記導体回路とが接続されるように前記導体回路を前記絶縁層に転写埋設させる工程と、前記導体回路が転写埋設された前記絶縁層から前記転写シートを剥がし、絶縁層の表面に導体回路が埋設された配線層を作製する工程と、を具備することを特徴とする。

また、本発明の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法は、前記配線層を複数作製し、それらを積層して一体化する工程を具備することが望ましい。

また、本発明の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法は、前記バイアホールがレーザー加工により形成されたことが望ましい。

また、本発明の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法は、前記導体が前記バイアホールに導体ペーストを充填して形成されたことが望ましい。

また、本発明の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法は、前記導体ペーストがＣｕ−Ａｇ合金粉末を含む銅ペーストであることが望ましい。

また、本発明の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法は、前記有機樹脂が、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂のいずれか１種からなることが望ましい。

以上詳述したとおり、本発明の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法によれば、一層の配線層における導体回路による凹凸が全くなく、接着の際生じていた空隙による導体回路と絶縁層やビアホール内の導体との断線や変形による精度の劣化を防止することができる。これにより、高周波での使用に適し、今後の半導体の主要な実装形式と考えられているフリップチップ方式の実装に適した高精度な表面平坦度を有する高密度多層配線基板が得られる。

以下、本発明を図面をもとに説明する。図１に示すように、まず、転写シート１の表面に導体回路を形成する。この導体回路は、銅、アルミニウム、金、銀の群から選ばれる少なくとも１種、または２種以上の合金からなることが望ましく、特に、銅、または銅を含む合金が最も望ましい。場合によっては、回路の抵抗調整のためにＮｉ−Ｃｒ合金などの高抵抗の金属を混合または合金化してもよい。

この導体回路は、所望の金属箔をエッチング法またはレーザー加工して形成したり、メッキ法によっても形成できる。例えば、エッチング法では、図１（ａ）に示すように、前記転写シート１の表面に上記導体回路形成金属からなる金属箔２を一面に接着した後、図１（ｂ）に示すように金属箔上にフォトレジスト、スクリーン印刷等の方法で導体回路状にレジスト３を形成した後、不要な部分をエッチング除去することで図１（ｃ）に示すような所望の導体回路４を得る。

この時、上記レジスト３は、一般には、金属箔の不要部分をエッチング除去した後にレジスト除去液等により取り除き、洗浄する工程が必要であるが、上記レジスト３を後述する絶縁層を形成する材料を含有するか、類似の材料で構成すれば、レジストの除去等を行う必要がないため、工程の簡略化を図ることができる上で有利である。

図２によれば、まず、図２（ａ）に示すように、導体回路２２が形成された転写シート２１と、軟質状態の絶縁層２３を準備する。この導体回路２２は、所望の金属箔をエッチング法またはレーザー加工して形成したり、メッキ法によっても形成される。図２（ａ）はエッチング法によるもので、この場合には、転写シート２１の表面に金属箔を一面に形成した後、導体回路パターンにレジストを塗布した後にエッチング処理しその後、レジストを除去洗浄して導体回路２２が形成される。なお、この図ではレジストを除去しているが、レジストは、後述する絶縁層と同様な材質によって構成すれば、レジストの除去、洗浄を行う必要はなく、残してもよい。

一方、絶縁層２３は、最終的には、多層配線基板の絶縁層を構成するものであるため、絶縁層として好適な材料からなることが望まれる。具体的には、少なくとも有機樹脂を含む絶縁材料からなるもので、有機樹脂としては有機樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ＰＴＦＥ（フッ素樹脂）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＢＴレジン（ビスマレイミドトリアジン）、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂等の樹脂が望ましい。なお、熱硬化性樹脂を含む場合には、半硬化状態であるのがよい。また、絶縁層２３には、予め周知の方法によってバイアホール２４を形成し導体を充填している。

次に、図２（ｂ）に示すように、前記導体回路２２が形成された転写シート２１と軟質状態の絶縁層２３とを積層し、これを圧接、望ましくは１０ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧力を付与することによって導体回路２２を絶縁層２３中に埋設する。

この時の絶縁層２３は、先端が半球状で直径３００μｍの針を１００ｇの加重で侵入させた時の針侵入深さが１０μｍ以上、特に３０μｍ、さらに５０μｍ以上であることが望ましい。この軟質性は、溶剤や可塑剤の添加量等によって任意に制御できる。

次に、図２（ｃ）に示すように、前記（ｂ）によって作製された積層物から転写シート２１を剥がすことによって、導体回路２２の表面と絶縁層２３の表面とが同一平面となる平滑性に優れた単層の配線層２５を作製することができる。

かかる態様において、レジストを除去した場合、導体回路２２と絶縁層２３との密着強度を高める上では、導体回路形成箇所における導体回路２２の表面粗さが０．１μｍ以上である銅箔を用いるか或いはエッチング等の表面粗化を行うのが良い。表面粗さは特に０．３μｍ〜３μｍ、最適には０．３〜１．５μｍであるのがよい。

場合によっては、図２（ｃ）によって形成された配線層２５に対して、それらを複数層積層圧着して図２（ｄ）に示すような多層配線基板２６を作製することができる。

このように、本発明の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法によれば、１層毎の配線層において導体回路の表面と絶縁層との表面が同一平面に存在するか、または導体回路が絶縁層内に何ら空隙の発生なく完全に埋設されるために、従来のような導体回路による凹凸の発生がなく、従来、配線層の積層時に生じていた空隙による回路の断線や変形による精度の劣化を防止することができる。これにより、多層配線基板においても導体回路の厚みを大きくすることが可能となり、大電流を流すような回路としても適用できる。

よって、今後の半導体の動作周波数が高くなった場合にも使用することが可能であり、これによって主要な実装形式と考えられているフリップチップ方式の実装に適した高精度な表面平坦度を有する高密度多層配線基板が得られる。多層配線基板がさらに集積化され、絶縁層の薄層化、配線の微細化または基板の寸法精度が要求される場合に好適である。

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂からなる転写シートの表面に接着剤を塗布して粘着性をもたせ、厚さ９μｍ、表面粗化面の表面粗さ０．６μｍの銅箔の表面粗さの少ない面を一面に接着した。その後、感光性樹脂からなるレジストを導体回路に形成した後、露光現像を行い、これを塩化第二鉄溶液中に浸漬して非パターン部をエッチング除去し、その後、残ったレジストを除去した。なお、作製した回路は、導体回路の線幅が７５μｍ、配線と配線との間隔が７５μｍ以下の微細なパターンである。

一方、絶縁性スラリーとして、ポリイミド樹脂にトルエンとメチルエチルケトンからなる溶媒を加えて混合機によって十分に混合して粘度５００ポイズのスラリーを調製した。そして、このスラリーをドクターブレード法により１００μｍの厚みで成形した後、４０℃で３０分処理してスラリーを半乾燥させて針侵入度が７０μｍの軟質状態の絶縁層を形成した。

そして、この絶縁層に対してバイアホールをＣＯ_２レーザーで形成し、そのホール内にＣｕ−Ａｇ合金粉末を含む銅ペーストを充填して単層の絶縁層を形成した。

その後、この軟質の絶縁層を先の導体回路が形成された転写シートとを積層して真空中で８０℃に加熱しつつ５０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を印加して加熱圧着させた後、転写シートを剥離した。その結果、銅からなる導体回路が絶縁層内に埋設された配線層を得ることができた。

上記と同様にして８層の配線層を作製し、それらを位置合わせして積層した後、最表面には絶縁層を積層して５０ｋｇ／ｃｍ^２程度の圧力で圧着して２００℃で５時間加熱処理して完全硬化させて多層配線基板を作製した。

得られた多層配線基板に対して、断面における導体回路形成付近を観察した結果、空隙は全く認められず、また、各配線の導通テストを行った結果、何ら配線の断線は認められなかった。

比較例

ポリイミド樹脂の表面に厚さ７０μｍ、表面粗さ３．０μｍの銅箔を接着剤で接着した。その後、光硬化樹脂からなるレジストを導体回路に形成した後、これを塩化第二鉄溶液中に浸漬して非パターン部をエッチング除去した。さらに、残留レジストをレジスト剥離液で除去して洗浄して回路を形成した。なお、作製した導体回路は、線幅が１５０μｍ、配線と配線との間隔が１５０μｍのパターンである。

同様にして厚さ２００μｍからなる６枚の配線層を作製した後、それぞれ接着剤を塗布し位置合わせして積層し５０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で圧着して２００℃で加熱処理して完全硬化させて多層配線基板を作製した。

得られた多層配線基板に対して、断面における導体回路形成付近を観察した結果、導体回路の両側に５μｍの大きさの空隙が認められ、また、配線の伝送特性を調査した結果、高周波での伝送特性が劣っていることが確認された。

転写シートに導体回路を形成する工程を説明するための図である。本発明の製造方法の工程を説明するための図である。

符号の説明

１、２１転写シート
２金属箔
３レジスト
４、２２導体回路
２３絶縁層
２４バイアホール
２５配線層
２６多層配線基板

Claims

転写シートの表面に金属箔からなる導体回路を形成する工程と、少なくとも有機樹脂を含有する軟質状態の絶縁層にバイアホールを形成し、該バイアホールに導体を形成する工程と、前記導体を具備する前記絶縁層に、前記転写シートに形成された前記導体回路を積層圧接して、前記導体と前記導体回路とが接続されるように前記導体回路を前記絶縁層に転写埋設させる工程と、前記導体回路が転写埋設された前記絶縁層から前記転写シートを剥がし、絶縁層の表面に導体回路が埋設された配線層を作製する工程と、を具備することを特徴とする絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法。
前記配線層を複数作製し、それらを積層して一体化する工程を具備することを特徴とする請求項１に記載の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法。
前記バイアホールがレーザー加工により形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法。
前記導体が前記バイアホールに導体ペーストを充填して形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法。
前記導体ペーストがＣｕ−Ａｇ合金粉末を含む銅ペーストであることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法。
前記有機樹脂が、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂のいずれか１種からなることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の絶縁層が有機樹脂を含む多層配線基板の製造方法。