JP4974421B2

JP4974421B2 - 多層配線基板の製造方法

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Publication number: JP4974421B2
Application number: JP2001191959A
Authority: JP
Inventors: 周一立野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: JP2003008223A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体素子収納用パッケージなどの多層配線基板に好適な多層配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、携帯情報端末の発達やコンピューターを持ち運んで操作するいわゆるモバイルコンピューティングの普及によって小型、薄型且つ高精細の配線基板が求められる傾向にある。
【０００３】
従来より、配線基板、例えば、半導体素子を収納するパッケージに使用される配線基板として、高密度の配線が可能なセラミック配線基板が多用されている。このセラミック配線基板は、アルミナなどの絶縁基板と、その表面に形成されたＷやＭｏ等の高融点金属からなる配線導体とから構成されるもので、この絶縁基板の一部に凹部が形成され、この凹部に半導体素子が収納され、蓋体によって凹部を気密に封止されるものである。
【０００４】
ところが、このようなセラミック配線基板の絶縁基板を構成するセラミックスは、硬くて脆い性質を有することから、製造工程又は搬送工程において、セラミックスの欠けや割れ等が発生しやすく、半導体素子の封止の気密性が損なわれることがあるために歩留まりが低い等の問題があった。また、高温での焼成により焼成収縮が生じるために、得られる基板に反り等の変形や寸法のばらつき等が発生しやすいという問題があった。
【０００５】
そこで、最近では、銅箔を接着した有機樹脂を含む絶縁基板表面にエッチング法により微細な回路を形成し、しかる後にこの基板を積層して多層化したプリント基板や、銅などの金属粉末を含むペーストを絶縁層に印刷して配線層を形成した後、これを積層し、あるいは積層後に、所望位置にマイクロドリルやパンチング等によりビアホールを形成し、そのビア内壁にメッキ法により金属を付着させて配線層を接続して多層化したプリント配線基板が提案されている。
【０００６】
このようなプリント配線基板においては、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材料を分散させた絶縁基板も提案されている。また、配線基板を小型化するために、ビアホール導体の径を小径化、狭ピッチ化すること、ビアホール導体を任意位置に配置できること、配線の微細化、多層化が求められている。
【０００７】
このようなプリント配線板の多層化、配線の微細化の要求に対応して、最近では、各絶縁層に対して貫通孔を形成し、その貫通孔内に低抵抗金属粉末を含む導体ペーストを充填してビアホール導体を形成した後、配線回路層を形成し、それらを積層して多層配線化した配線基板が検討されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マイクロドリルやパンチングを用いて孔を開ける方法では、ドリル径あるいはパンチ径は最小０．１５ｍｍ程度であり、要求される微細加工には適していなかった。特に、有機樹脂に対して繊維状の無機材料を分散させた絶縁層に対してマイクロドリルやパンチングを用いて孔を開ける場合、ビアホールの径が小さくなると孔開け加工中にドリルまたはパンチング用ピンが繊維間に入り込み折れてしまうという問題があった。
【０００９】
また、レーザー光照射によりビアホールを形成する場合、レーザー光の光径を制御することによりその径を任意に調整できる点で微細なホールの形成には非常に有利である。
【００１０】
ところが、レーザー光が照射される部分は加熱により分解除去されるが、特に絶縁層表面近傍において照射部の周辺部分もレーザー光の影響を受けるため表面が分解され、貫通孔の形状は、特にレーザー光入射側の絶縁層表面近傍のみ径が大きくなっていた。即ち、貫通孔の孔径が設計値から大きく外れることになり、この部分に導電性物質を充填すると、場合によっては近接するビアホール導体間で短絡が発生し、回路パターン間の短絡不良の原因となっていた。このため、貫通孔のピッチを広くしなければならず微細配線化できないという問題があった。
【００１１】
したがって、本発明は、前記絶縁層に形成されるビアホールの寸法精度を高め、ビアホール径の微小化、狭ピッチ化、及び微細配線化が可能で、信頼性に優れる情報端末やモバイルコンピューターに最適な小型、薄型且つ高精細の配線基板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の多層配線基板の製造方法によれば、（ａ）未硬化の熱硬化性樹脂およびＵＶ吸収剤を含有する絶縁シートを作製する工程と、（ｂ）波長が３５５ｎｍであるＵＶ−ＹＡＧレーザーのレーザー光の照射によって前記絶縁シートを貫通する貫通孔を形成する工程と、（ｃ）前記貫通孔内に金属を主成分とする導体ペーストを充填してビアホール導体を形成する工程と、（ｄ）ビアホール導体が形成された絶縁シート表面に配線回路層を形成する工程と、（ｅ）前記（ａ）〜（ｄ）工程を複数回繰り返し、これらを位置合せ後，積層する工程と、（ｆ）これらを加熱、加圧することによって、前記絶縁シートの前記熱硬化性樹脂を硬化する工程を具備する多層配線基板の製造方法において、前記絶縁シートの前記レーザー光に対する光透過率が０．８以下であることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における多層配線基板の一例を示す概略断面図である。図１に示すように、本発明の多層配線基板１は、少なくとも有機樹脂を含有する絶縁層２ａ〜２ｄを積層して絶縁基板２が形成されており、絶縁基板２表面や絶縁層間には、配線回路層３が被着形成されている。そして、異なる層に形成された配線回路層３同士は、絶縁層２ａ〜２ｄを貫通して形成された貫通孔内に導体を充填して形成されたビアホール導体４によって電気的に接続されている。
【００１７】
絶縁層２ａ〜２ｄを形成する材料としては、少なくとも有機樹脂を含有するもので、エポキシ系樹脂、トリアジン系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、フェノール樹脂、フッ素系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、ポリイミド系樹脂等一般に回路基板に使用される樹脂が用いられるが、特に、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、ポリアミドビスマレイミド樹脂が望ましく、とりわけ原料として室温でワニス状になる熱硬化性樹脂であることが望ましい。
【００１８】
また、この絶縁層には、上記の有機樹脂以外に、繊維状のフィラー成分を含有させてもよい。例えば、織布または不織布としてガラス繊維に上記樹脂を含有させたものが強度を高める上で望ましい。特に、均一な貫通孔を形成するためには、織布の繊維の一部をほぐし織布の厚さを均一にする開繊したものであることが望ましい。また、繊維状フィラーは、絶縁層中に３０〜７０体積％の割合で含まれることが望ましい。
【００１９】
さらに、絶縁層２ａ〜２ｄの強度を高めるために、上記有機樹脂に無機質粉末のフィラーを添加することもできる。無機質フィラーとしては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ等が好適に用いられ、フィラーの形状は平均粒径が１０μｍ以下、特に５μｍ以下、最適には２μｍ以下の略球形状の粉末が用いられる。また、場合によっては、高誘電率の無機質フィラーを用いることによって、絶縁層２ａ〜２ｄ、４の誘電率を高めることも可能である。さらに、有機樹脂と無機質フィラーとの体積比率を８５：１５〜１５：８５の比率範囲で適宜配合することにより、絶縁層２ａ〜２ｄの熱膨張係数を調整することができる。
【００２０】
このようにして成形された絶縁層２ａ〜２ｄ、特にビアホール導体４が形成された絶縁層２ａ〜２ｄは光の透過率、特に波長が１５０〜６００ｎｍの紫外光に対する光透過率が０．８以下、好適には０．６５以下、最適には０．５以下になるようにすることが重要である。なぜなら、光の透過率が０．８を超えると、この絶縁層に対して貫通孔を形成する場合に微小径の貫通孔を形成することができないか、できても加工に時間がかかるためである。
【００２１】
光の透過率は、絶縁層を形成する材料の分子構造による結合の光の吸収特性によって大きく影響されることから、前記光透過率を０．８以下とするためには、この絶縁層中に所定のＵＶ吸収剤を添加することによって、光透過率を自由に調整できる。例えば、ＵＶ吸収剤を添加しない場合、絶縁層の光透過率は約０．９程度であるが、ＵＶ吸収剤の添加量を増加するに従い、光透過率を小さくすることができる。
【００２２】
一方、配線回路層３は、銅、アルミニウム、金、銀等の低抵抗金属からなり、特にこれらの金属を含む金属箔から形成されることが望ましい。
【００２３】
また、ビアホール導体４は、例えば、銅、アルミニウム、金、銀等の群から選ばれる少なくとも１種、または２種以上の合金を主体とする低抵抗金属粉末を含む導体から形成される。低抵抗金属としては、特に銅または銅を含む合金が望ましく、充填される低抵抗金属粉末は、平均粒径が０．１〜１０μｍのものが望ましい。
【００２４】
また、場合によっては、上記の金属以外に、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、又は合金化しても良い。更に低抵抗化のために、前記低抵抗金属よりも低融点の金属、例えば、半田、錫等の低融点金属を導体組成物中に含んでもよい。また、ビアホール導体中には、上記の抵抵抗金属以外に、金属粉末間の結合材として、あるいは金属粉末の充填性を向上させるために結合剤及び溶剤が添加される。
【００２５】
さらに、図１の多層配線基板においては、絶縁層２ａ〜２ｄ、配線回路層３を交互に積層して多層配線基板が形成されたものであるが、その絶縁層２ａ〜２ｄの内部に位置する一部の絶縁層がガラス繊維含有絶縁層からなることが望ましい。ガラス繊維を含浸させた有機樹脂の吸湿率は０．２％であり、アラミド繊維を含浸したものの吸湿率が２〜３％であり、ガラス繊維の方が耐吸湿性が高い。また、絶縁層２ａ〜２ｄに対して最外層に無機質フィラー粉末を含有する有機樹脂からなる絶縁層を用いると更に耐吸湿性が向上する。なお、この最外層の厚みは、１０〜１００μｍ、１０〜７５μｍであることが望ましく、更に１０〜５０μｍであることが好適である
次に、上記の配線基板を用いた多層配線基板の製造方法について図２の製造工程図に基づいて説明する。
【００２６】
（ａ）まず、熱硬化性樹脂を含む絶縁シート６を作製する。この絶縁シート６は、例えば、熱硬化性樹脂と無機質フィラー粉末との混合物からなるスラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形したもの、あるいはガラス繊維体中に熱硬化性樹脂を含浸させた市販のものが好適に使用される。この絶縁シートは、厚みは２０〜１５０μｍが適当である。
【００２７】
（ｂ）次に、上記絶縁シート６に対して、レーザー光７により直径０．０２〜０．３ｍｍ程度の貫通孔８を形成する。この時、形成される貫通孔８の形状は、レーザー光７の径方向のエネルギー分布およびレーザー光７照射時に発生する熱の伝導及び被加工物がレーザー光を吸収して分子間、原子間結合を解離するアブレーションにより、必然的にレーザー光７入射側の絶縁シート６表面の孔径がレーザー光の孔径に対して大きくなる。貫通孔８の形成に使用されるレーザー光は、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザーおよびエキシマレーザー等の公知の方法が知られているが、本発明によれば、微小径ビアホール径を狭ピッチで加工するために、１５０〜６００ｎｍの波長をもつＵＶ−ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー、中でもＵＶ−ＹＡＧレーザーを用いる。
【００２８】
（ｃ）そして、形成した貫通孔８に対して、導体ペーストを充填してビアホール導体９を形成する。貫通孔８に充填される導体ペーストは、前述した低抵抗金属粉末１００重量部に対して、エポキシ、セルロース等の有機樹脂を０．１〜５重量部、酢酸ブチル、イソプロピルアルコール、オクタノール、テルピネオール等の溶剤を４〜１０重量部の組成からなることが望ましい。また、該ペーストには、前記樹脂中に含まれる溶剤、硬化剤又は／及び貫通孔を形成した樹脂をペーストに添加したものが好適である。所望によっては、貫通孔８に導体ペーストを充填した後、６０〜１５０℃で加熱処理を行い、ペースト中の溶剤および樹脂分を分解、揮散除去することもできる。
【００２９】
（ｄ）次に、ビアホール導体９を形成した絶縁シート６の表面に、配線回路層１０を形成する。配線回路層１０の形成には、１）銅等の金属箔を転写フィルム９に接着剤で貼りつけ、回路パターンのレジストを形成して酸等によって不要な部分をエッチング除去した回路パターンを絶縁シート表面に転写する方法、２）予め回路パターンに打ち抜きした金属箔を絶縁シート表面に貼りつける方法、３）絶縁シート表面に金属箔を貼りつけた後、エッチング処理して回路パターンに加工する方法が挙げられるが、この中でも、１）の転写法は、配線回路層のパターン形成を絶縁シートの作製と平行して行うことができるために製造工程が簡略化でき、しかも微細な回路パターンの形成が可能である。
【００３０】
なお、転写にあたっては、配線回路層１０を２．５〜５．０ＭＰａの圧力を付与することによって配線回路層１０を絶縁シート６の表面に埋設することができる結果、表面の平滑性を高めることができる。
【００３１】
（ｅ）次に、上記のようにして、ビアホール導体９および配線回路層１０が形成された絶縁シート６を所望の層数で積層する。
【００３２】
（ｆ）そして、最終的にその積層物を１５０〜３００℃の絶縁シート６中の熱硬化性樹脂が完全に硬化する温度に加熱して絶縁シートを熱硬化性樹脂を完全に硬化させることによって多層配線基板を作製することができる。
【００３３】
本発明によれば、絶縁シートの貫通孔を形成する紫外光に対する光透過率を０．８以下とすることによって、微細な貫通孔を形成することができ、特に最終的に直径が７５μｍ以下のビアホール導体を形成できるために、シリコンチップのＩ／Ｏパッドの密度が増加しパッド間の距離が２００μｍ以下になった場合でも必要な回路を形成できる。
【００３４】
【実施例】
実施例１
Ａ−ＰＰＥ（熱硬化型ポリフェニレンエーテル）樹脂（熱膨張率測定によるガラス転移点１６５〜１８５℃）を含むスラリー（溶媒トルエン）をガラス織布に含浸させた後、乾燥させ、表１に示す厚みの絶縁シートを準備した。なお、絶縁シートにおける熱硬化性樹脂とＳｉＯ₂含有比率は、Ａ−ＰＰＥ樹脂５０体積％、ガラス織布５０体積％とした。また、この樹脂中にＵＶ吸収剤として２−ヒドロキシ−４−オクトキシベンゾフェノンを表１に示す比率で混合し、光透過率の異なる数種の絶縁シートを作製した。
【００３５】
そして作製した絶縁シートに対して、波長３５５ｎｍに対する光透過率を測定した。
【００３６】
そして、この絶縁シートにＵＶ−ＹＡＧレーザー（波長３５５ｎｍ）を用い、３０μＪ、８０ショットのレーザー照射条件で直径が５０μｍの貫通孔を形成し、その貫通孔内に表面に銀メッキを施した銅粉末を含む導体ペーストをスクリーン印刷法によって充填してビアホール導体を形成した。
【００３７】
一方、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１２μｍ、表面粗さ０．８μｍの銅箔を一面に接着した。その後、フォトレジストを塗布し露光現像を行った後、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て配線回路層を形成した。なお、作製した配線回路層は、線幅が３０μｍ、配線と配線との間隔が３０μｍとした。
【００３８】
そして、前記ビアホール導体が形成された絶縁シート表面に配線回路層が形成された転写シートを重ね合わせて１３０℃、３分、５ＭＰａで圧着した後、転写シートのみを剥離して配線回路層を絶縁シート表面に転写した。なお配線回路層は絶縁シート表面に埋め込まれていた。
【００３９】
同様にして、ビアホール導体および配線回路層が形成された絶縁シート４層を重ね合わせ、２４０℃、１時間、５ＭＰａで加熱加圧積層硬化し、多層配線基板を作製した。
【００４０】
実施例２
Ａ−ＰＰＥ（熱硬化型ポリフェニレンエーテル）樹脂（熱膨張率測定によるガラス転移点１６５〜１８５℃）とＳｉＯ₂粉末（平均粒径０．７μｍ）を含むスラリー（溶媒トルエン）をドクターブレードで塗工、乾燥させ、表１に示す厚みの絶縁シートを作製した。なお、絶縁シートの熱硬化性樹脂とＳｉＯ₂との含有比率は、Ａ−ＰＰＥ樹脂５０体積％、ＳｉＯ₂粉末５０体積％とした。また、この樹脂中にＵＶ吸収剤として２−ヒドロキシ−４−オクトキシベンゾフェノンを表１に示す比率で混合し、光透過率の異なる数種の絶縁シートを作製した。
【００４１】
この絶縁シートに対して、実施例１と同様の方法でビアホール導体の形成、配線回路層の形成を行い、積層、一括熱硬化処理を施して多層配線基板を作製した。
【００４２】
実施例１、２で得られた多層配線基板について、ビアホール導体を挟む配線回路層間の抵抗測定を行なった。また、実体顕微鏡を用い、ビアホール導体の一方の端面側の直径ｄ１および他方の端面側の直径ｄ２の測定を行い、ｄ２／ｄ１の比率を求めた。
【００４３】
さらに、ビア良品率については、ビアホール加工後、顕微鏡で観察し、加工屑付着がないこと、ｄ２／ｄ１が０．７以上であること、硬化後のビアホール導体抵抗が１×１０⁵Ωｃｍ以下であることを満たすビアホール導体の全ビアホール導体数に対する比率を評価した。結果は表１に示した。
【００４４】
【表１】

【００４５】
表１の結果に示すように、本発明の多層配線基板は、上記の判定基準を満たし、導体ペースト充填不良、導通不良、絶縁シートのデラミネーション等の不良のない、良好な結果を得た。これに対して、光透過率が０．８よりも大きい試料では、加工屑の付着、ビアホール径の比が大きく、またビアホール導体の抵抗が大きくなるなどの問題が発生し、ビアホール良品率が低いものであった。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、絶縁シートの貫通孔を形成する時の紫外光に対する光透過率を制御することによって、寸法精度の高い貫通孔を形成することができ、それによってビアホール導体の精度を高め、微細な回路を有する高い信頼性を有する多層配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層配線基板の概略断面図である。
【図２】本発明の多層配線基板の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１多層配線基板
２絶縁基板
３配線回路層
４ビアホール導体

Claims

（ａ）未硬化の熱硬化性樹脂およびＵＶ吸収剤を含有する絶縁シートを作製する工程と、
（ｂ）波長が３５５ｎｍであるＵＶ−ＹＡＧレーザーのレーザー光の照射によって前記絶縁シートを貫通する貫通孔を形成する工程と、
（ｃ）前記貫通孔内に金属を主成分とする導体ペーストを充填してビアホール導体を形成する工程と、
（ｄ）ビアホール導体が形成された絶縁シート表面に配線回路層を形成する工程と、
（ｅ）前記（ａ）〜（ｄ）工程を複数回繰り返し、これらを位置合せ後，積層する工程と、
（ｆ）これらを加熱、加圧することによって、前記絶縁シートの前記熱硬化性樹脂を硬化する工程を具備する多層配線基板の製造方法において、
前記絶縁シートの前記レーザー光に対する光透過率が０．８以下であることを特徴とする多層配線基板の製造方法。
前記配線回路層が、転写により形成することを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板の製造方法。