JP4351939B2

JP4351939B2 - 多層配線基板及びその製造方法

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Publication number: JP4351939B2
Application number: JP2004088236A
Authority: JP
Inventors: 正直渡辺
Original assignee: Sony Chemical and Information Device Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: TW200541433A; JP2005277112A; WO2005094148A1

Description

本発明は、例えばフレキシブル基板を用いて構成される多層配線基板及びその製造方法に関する。

従来、この種の多層配線基板において層間を電気的に接続する方法としては、種々のものが知られている。

例えば、スルーホールめっき法においては、導体層及び絶縁層を積層した積層板にドリルによって貫通孔を形成し、この貫通孔の内壁に導電材料によるめっき処理を施して層間の接続を行う。

また、ビアめっき法においては、導体層及び絶縁層を積層した積層板の絶縁層側を導体面が露出する箇所まで穴部を形成し、この穴部を含めた絶縁層全体に導電材料によるめっき処理を施して層間の接続を行う。

さらに、バンプ法の場合は、導体層上にエッチング、めっき、印刷等によってバンプを形成し、このバンプ上に導体層をプレス等によって積層して層間の接続を行う。

他方、両面基板に金型で孔を開け、この孔の内部に金型を用いて導体を埋め込んで層間の接続を行う所謂インプラント法も知られている。

また、下記特許文献１のように、ベース基材に形成した貫通孔に金属粒子及びその凝集体からなる導電性樹脂を充填して層間の接続を行うようにしたものも知られている。
特開２００１−１４４３９８号公報

しかし、上述した従来技術の場合は、工程数が多いので、リードタイムが長く、また歩留まりが悪いという問題がある。

さらに、従来技術の場合は、製造設備が大がかりになる場合が多いことに加え、めっき液等の高価な材料を使用する場合等には、製造コストが高くなるという問題もある。

本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、工程数が少なく効率良く短時間で製造でき、しかも高価な材料等を使用せずコストダウンを可能にする多層配線基板及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、所定の開口部の縁部に配線パターンの接続端子部が設けられた複数の配線基板を備え、対向配置された前記複数の配線基板の開口部の縁部によって所定の導電性粒子が挟持され当該配線基板の接続端子部同士が電気的に接続されるとともに、前記複数の配線基板が絶縁性接着剤によって接着された多層配線基板であって、当該多層配線基板の内部に、前記配線基板として、シート状の絶縁性基材の両面に配線パターンが形成され且つ前記開口部としてめっきスルーホールを有する両面配線基板を備え、前記両面配線基板のめっきスルーホール内において、当該めっきスルーホールの両面側の縁部によって挟持された一対の導電性粒子同士が接触して電気的に接続されている多層配線基板である。

本発明の場合、開口部を設けた複数の配線基板を対向させ、これら開口部の縁部によって導電性粒子を挟んだ状態で絶縁性接着剤による圧着を行うだけで基板の多層化が可能になるため、従来技術に比べて工程数を大幅に削減することができ、これにより効率良く短時間で多層配線基板を安価に製造することが可能になる。

また、本発明によれば、工程数がかなり少ないので、各工程において発生する材料の寸法変化を最小限に抑えることができ、歩留まりを向上させることが可能になる。

さらに、従来技術では多層配線基板を製造する場合に各層について全面必要であるが、本発明によれば、部分的な多層化が可能になる。
すなわち、本発明によれば、ベース基板上の一部のみを多層化することができることに加え、ベース基板上の異なる領域おいて、層数の異なる多層配線基板を別個独立して積層させることもできるため、従来必要であった各基板材料が不要になり、基板の軽量化、省スペース化及びコストダウンを達成することが可能になる。

以上述べたように本発明によれば、従来技術に比べて工程数を大幅に削減することができ、効率良く短時間で多層配線基板を安価に製造することができる。
また、本発明によれば、基板上において部分的な多層化が可能になるため、基板の軽量化、省スペース化及びコストダウンを達成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態で、４層の配線パターンを有するフレキシブル多層配線基板を製造する工程を示す断面図である。
図１（ａ）に示すように、シート状の絶縁性基材２の両面に金属箔３を積層させた両面配線基板用基材１を用意する。

本発明の場合、両面配線基板用基材１としては、例えば、ポリイミドからなる絶縁性基材２の両面に銅箔を積層させた銅張積層板を使用することができる。

本発明の場合、絶縁性基材２の厚さは特に限定されることはないが、１２〜３８μｍのもの好適に使用することができ、また、金属箔３の厚さも特に限定されることはないが、８〜３５μｍのもの好適に使用することができる。

次いで、図１（ｂ）に示すように、両面配線基板用基材１の所定の部位に例えばＮＣドリリングによって円形のスルーホール（開口部）４を形成する。

本発明の場合、スルーホール４の径は特に限定されることはないが、一般的には２０〜３００μｍである。

そして、図１（ｃ）に示すように、スルーホール４の内壁に例えば無電解銅めっきを施した後、その表面に例えば電解銅めっきによって接続端子層（接続端子部）５を形成する。

本発明の場合、接続端子層５の厚さは特に限定されることはないが、導通信頼性確保の観点からは、５〜２０μｍとすることが好ましい。

さらに、図１（ｄ）に示すように、公知のリソグラフィ法によってパターニングを行い、スルーホール４の周囲に例えばランド部（配線パターン）３０を形成し、これにより両面配線基板１０を得る。

そして、このような方法によって作成した複数（本実施の形態の場合は２枚）の両面配線基板１０ａ、１０ｂのうち、図１（ｅ）に示すように、第１の両面配線基板１０ａのスルーホール４ａの縁部（接続端子層５ａ）上に１つの導電性粒子１１を載置する。

本発明の場合、導電性粒子１１の大きさは特に限定されることはないが、接続信頼性の確保及び基板作成後の厚さを考慮すると、その外径がスルーホール４の孔径より大きく、具体的には、スルーホール４（４ａ、４ｂ）の孔径の１０５〜５００％のもの、より好ましくは１０５〜２００％のものを用いることが好ましい。

また、導電性粒子１１の種類は特に限定されることはないが、長期間の導通信頼性確保の観点からは、例えば銅（Ｃｕ）等の金属からなる粒子や、例えば、ジビニルベンゼン系樹脂からなる樹脂粒子の表面に例えばＳｎ／Ａｇめっきを施した粒子を好適に用いることができる。

そして、図１（ｅ）に示すように、第２の両面配線基板１０ｂの一方の面上に絶縁性接着剤層１２を例えば塗布によって形成する。

本発明の場合、絶縁性接着剤層１２の厚さは特に限定されることはないが、接続信頼性の確保及び基板作成後の厚さを考慮すると、圧接後に第１及び第２の両面配線基板間１０ａ、１０ｂ表面の距離が２０〜５００μｍとなるようにすることが好ましい。

また、絶縁性接着剤の種類は特に限定されることはないが、耐熱性、加工性の観点からは、熱硬化型エポキシ系樹脂を主成分とするものや、熱可塑性ポリイミド系樹脂を主成分とするものを好適に用いることができる。

この場合、熱可塑性ポリイミド系樹脂としては、耐熱性、加工性の観点から、ガラス転移点が１５０℃〜３００℃のものを用いることが好ましい。

そして、第１の両面配線基板１０ａ上の導電性粒子１１と第２の両面配線基板１０ｂ上の絶縁性接着剤層１２を対向させた状態で双方のスルーホール４ａ、４ｂの位置合わせを行い、例えばホットプレス（図示せず）を用い、第１及び第２の両面配線基板１０ａ、１０ｂを加熱しつつ圧接を行う。

これにより、図１（ｆ）に示すように、第１及び第２の両面配線基板１０ａ、１０ｂのスルーホール４ａ、４ｂの縁部、即ち接続端子層５ａ、５ｂによって導電性粒子１１が挟持され、これにより導電性粒子１１を介して第１及び第２の両面配線基板１０ａ、１０ｂのランド部３０ａ、３０ｂが電気的に接続されるとともに第１及び第２の配線基板１０ａ、１０ｂが接着され、目的とする４層の多層配線基板２０を得る。

以上述べたように本実施の形態によれば、スルーホール４ａ、４ｂを設けた第１及び第２の配線基板１０ａ、１０ｂを対向させ、これらスルーホール４ａ、４ｂの縁部によって導電性粒子１１を挟んだ状態で絶縁性接着剤による圧着を行うという少ない工程で基板の多層化が可能になるため、従来技術に比べて工程数を大幅に削減することができ、これにより効率良く短時間で多層配線基板２０を安価に製造することができる。

また、本実施の形態によれば、工程数がかなり少ないので、各工程において発生する材料の寸法変化を最小限に抑えることができ、歩留まりを向上させることができる。

図２（ａ）〜（ｂ）は、本発明の他の実施の形態で、６層の配線パターンを有するフレキシブル多層配線基板を製造する工程を示す断面図である。以下、上記実施の形態と対応する部分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。

図２（ａ）に示すように、本実施の形態においては、上記図１（ａ）〜（ｆ）に示す工程によって得られた多層配線基板２０と、上記図１（ａ）〜（ｄ）に示す工程によって得られた第３の両面配線基板１０ｃを用意する。

そして、第３の両面配線基板１０ｃのスルーホール４ｃの縁部（接続端子層５ｃ）上に１つの導電性粒子１１を載置する。

さらに、上述の実施の形態と同様に、第１の両面配線基板１０ａの外側面上に絶縁性接着剤層１２を例えば塗布によって形成する。

そして、第３の両面配線基板１０ｃ上の導電性粒子１１と第１の両面配線基板１０ａ上の絶縁性接着剤層１２を対向させた状態で双方のスルーホール４ｃ、４ａの位置合わせを行い、上記実施の形態と同様これらを加熱しつつ圧接する。

これにより、図２（ｂ）に示すように、第１及び第３の両面配線基板１０ａ、１０ｃのスルーホール４ａ、４ｃの縁部、即ち接続端子層５ａ、５ｃによって導電性粒子１１が挟持され、これにより導電性粒子１１を介して第１及び第３の両面配線基板１０ａ、１０ｃのランド部３０ａ、３０ｃが電気的に接続されるとともに第１及び第３の配線基板１０ａ、１０ｃが接着される。

このような工程により、第１〜第３の両面配線基板１０ａ〜１０ｃの各ランド部３０ａ〜３０ｃが電気的に接続された６層の多層配線基板４０を得る。

以上述べたように本実施の形態によれば、従来技術に比べて工程数を大幅に削減することができ、効率良く短時間で多層化を行うことができる。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。

図３〜図６は、本発明の更に他の実施の形態であり、以下、上記実施の形態と対応する部分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。

図３に示す多層配線基板２０Ａは、上記図１（ａ）〜（ｄ）に示す工程によって得られた両面配線基板１０と、絶縁性基材２の片面上にランド部３０ｄ等の配線パターンが形成された片面配線基板１３とを組み合わせたものである。

ここで、片面配線基板１３の絶縁性基材２には、両面配線基板１０のスルーホール４と対応するように開口部４ｄが形成され、その内側壁部には上述した接続端子層５ｄが設けられている。

本実施の形態においても、上記実施の形態と同様に、片面配線基板１３上の開口部４ｄの縁部の接続端子層５ｄに載置した導電性粒子１１と両面配線基板１０ａ上に形成した絶縁性接着剤層１２を対向させた状態で、開口部４ｄとスルーホール４ａの位置合わせを行い、これらを加熱しつつ圧接を行う。

一方、図４に示す多層配線基板２０Ｂは、上述した片面配線基板１３と、片面配線基板１３より小さい両面配線基板１０ｅとを組み合わせたものである。
本実施の形態においても、上記実施の形態の場合と同様の工程によって製造することができる。

また、図５に示す多層配線基板２０Ｃは、上述した片面配線基板１３同士を組み合わせたものである。

本実施の形態の場合は、外部接続端子部３１、３２が露出するように構成され、外部端子との接続を容易に行うことができるようになっている。
そして、本実施の形態おいても、上記実施の形態の場合と同様の工程によって製造することができる。

さらに、図６に示す多層配線基板５０は、上述した片面配線基板１３上に、片面配線基板１３より小さい両面配線基板１０ｅを、上述した工程を用いて複数積層させ導電性粒子１１を介して接続させたものである。

特に本実施の形態の場合は、片面配線基板１３上の複数の領域において、積層させる両面配線基板１０ｅの数が異なるように構成したものである（例えば、２つと４つ）。

これらの実施の形態によれば、従来技術に比べて工程数を大幅に削減することができ、効率良く短時間で多層配線基板を安価に製造できることに加え、種々の電子機器に適用可能な様々な多層配線基板を得ることができる。

また、従来技術では多層配線基板を製造する場合に各層について全面必要であるが、図４〜図６に示す実施の形態によれば、基板上において部分的に多層化を行うことによって、基板の軽量化、省スペース化及びコストダウンを図ることができる。

殊に、図６に示す実施の形態によれば、ベースとなる基板上の異なる領域おいて、層数の異なる多層配線基板を別個独立して積層させることができ、これにより従来必要であった各基板材料が不要になるため、より一層の基板の軽量化、省スペース化及びコストダウンを図ることができる。

その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。

なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上述の実施の形態においては、配線基板の開口部の縁部に形成した接続端子部によって導電性粒子を挟持するようにしたが、接続端子部を形成せず、開口部の縁部に位置する配線パターンによって直接導電性粒子を挟持することも可能である。
その場合には、スルーホール等のめっき処理が必要なくなるので、ファインパターンに対応できるとともに、コストダウンを図ることができる。

一方、導電性粒子及び接続端子部の表面に、はんだめっきを施すことも可能である。この場合には、配線基板の開口部の縁部に導電性粒子を配置した後にリフローを行うことにより導電性粒子を配線基板上に固定することができるので、その後の工程において基板の取り扱いが容易になるというメリットがある。

また、上記実施の形態においては、配線基板同士の圧接の際に加熱を行うようにしたが、絶縁性接着剤の種類等の条件に応じて加熱を行わず常温で圧接することも可能である。

さらに、本発明においては、導電性粒子を挟持するための開口部同士を対向配置できる限り、両面配線基板と片面配線基板を任意に組み合わせて多層配線基板を構成することができる。

さらにまた、本発明は、フレキシブル基板のみで多層配線基板を形成することができるものであるが、リジッド基板や、リジッド基板及びフレキシブル基板を混在させた多層配線基板にも適用することができる。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
＜実施例１＞
ポリイミドからなる厚さ２５μｍの絶縁性基材の両面に厚さ１２μｍの銅箔を積層させた銅張積層板に孔径２００μｍのスルーホールを形成し、このスルーホールの内壁に無電解銅めっきを施した後、その表面に電解銅めっきによって厚さ１０μｍの接続端子層を形成した。

そして、この銅張積層板の両面をパターニングして両面配線基板を作成した。さらに、同一の工程によってこの両面配線基板をもう一つ作成した。

第１の両面配線基板のスルーホールの縁部（接続端子層）上に直径２５０μｍの導電性粒子を載置し、第２の両面配線基板の一方の表面に熱硬化型エポキシ樹脂系接着剤を約１３０μｍの厚さに印刷塗布した。

その後、第１及び第２の両面配線基板のスルーホールを位置合わせし、ホットプレスによって熱圧着（温度１８０℃、圧力１０ｋｇ／ｃｍ、時間１５分間）を行い、４層の多層配線基板を作成した。

＜実施例２＞
ポリイミドからなる厚さ２５μｍの絶縁性基材の両面に厚さ９μｍの銅箔を積層させた銅張積層板に孔径１５０μｍのスルーホールを形成し、このスルーホールの内壁にカーボン処理を施した後、その表面に電解銅めっきによって厚さ７μｍの接続端子層を形成し、さらにパターニングを行って両面配線基板を作成した。

導電性粒子として直径２００μｍのＰｂフリーハンダめっき樹脂粒子を用い、実施例１と同様の積層工程によって４層の多層配線基板を作成した。

さらに、上述の両面配線基板をもう一つ作成し、上記積層工程によって４層の多層配線基板上にこれを積層して６層の多層配線基板を作成した。

＜ホットオイル試験＞
実施例１及び実施例２の多層配線基板を用い、２０孔のディージーチェーンのパターンによってホットオイル試験（２５℃，３０秒→２６０℃，１０秒）を５０、１００、１５０サイクル行い、その後、層間接合部分の抵抗値を測定した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１及び実施例２の多層配線基板の場合、抵抗値の変化は１５０サイクル後においても±１０％以内であり、良好な結果が得られた。

＜接着強度試験＞
実施例１及び実施例２の多層配線基板を用い、熱硬化型エポキシ樹脂系接着剤によって接着されている層間の接着強度を測定した（５０、１００サイクル）。この場合、剥離角度は９０度方向、剥離速度は５０ｍｍ／分とした。

表２に示すように、実施例１及び実施例２の多層配線基板の場合、接着強度は１００サイクル後においてもほとんど低下せず、良好な結果が得られた。

（ａ）〜（ｆ）：本発明の実施の形態で、４層の配線パターンを有するフレキシブル多層配線基板を製造する工程を示す断面図である。（ａ）〜（ｂ）：本発明の他の実施の形態で、６層の配線パターンを有するフレキシブル多層配線基板を製造する工程を示す断面図である。本発明の更に他の実施の形態の構成を示す断面図である。本発明の更に他の実施の形態の構成を示す断面図である。本発明の更に他の実施の形態の構成を示す断面図である。本発明の更に他の実施の形態の構成を示す断面図である。

符号の説明

１…両面配線基板用基材２…絶縁性基材３…金属箔４…スルーホール（開口部）５…接続端子層（接続端子部）１０…両面配線基板１１…導電性粒子１２…絶縁性接着剤層２０…多層配線基板３０…ランド部（配線パターン）

Claims

所定の開口部の縁部に配線パターンの接続端子部が設けられた複数の配線基板を備え、対向配置された前記複数の配線基板の開口部の縁部によって所定の導電性粒子が挟持され当該配線基板の接続端子部同士が電気的に接続されるとともに、前記複数の配線基板が絶縁性接着剤によって接着された多層配線基板であって、
当該多層配線基板の内部に、前記配線基板として、シート状の絶縁性基材の両面に配線パターンが形成され且つ前記開口部としてめっきスルーホールを有する両面配線基板を備え、
前記両面配線基板のめっきスルーホール内において、当該めっきスルーホールの両面側の縁部によって挟持された一対の導電性粒子同士が接触して電気的に接続されている多層配線基板。