特許第6554302号(P6554302)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6554302
(24)【登録日】2019年7月12日
(45)【発行日】2019年7月31日
(54)【発明の名称】多層配線基板の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H05K 3/46 20060101AFI20190722BHJP
【FI】
   H05K3/46 N
   H05K3/46 G
   H05K3/46 B
【請求項の数】6
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2015-71715(P2015-71715)
(22)【出願日】2015年3月31日
(65)【公開番号】特開2015-201635(P2015-201635A)
(43)【公開日】2015年11月12日
【審査請求日】2018年3月16日
(31)【優先権主張番号】特願2014-74419(P2014-74419)
(32)【優先日】2014年3月31日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】591252862
【氏名又は名称】ナミックス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001092
【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】角田 剛
(72)【発明者】
【氏名】相楽 秀次
(72)【発明者】
【氏名】結城 翔三
(72)【発明者】
【氏名】福岡 義孝
(72)【発明者】
【氏名】近藤 寿夫
【審査官】 原田 貴志
(56)【参考文献】
【文献】 特開平06−342977(JP,A)
【文献】 国際公開第2007/052584(WO,A1)
【文献】 特開2005−005054(JP,A)
【文献】 国際公開第2007/094129(WO,A1)
【文献】 特開平10−303561(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H05K 3/46
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の金属箔上に導電性ペーストを塗布し、当該導電性ペーストからなるバンプを形成する工程と、
前記第1の金属箔に対して、繊維状フィラーを含まず、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂のいずれかを含む絶縁樹脂層を介して第2の金属箔を120℃〜160℃の第1の温度で押圧し、前記絶縁樹脂層を流動化させて、前記バンプの上端部に残存する前記絶縁樹脂層を除去する工程と、
前記第1の金属箔に対して、前記第2の金属箔を、前記絶縁樹脂層を介して、前記第1の温度よりも高い、160℃〜230℃の第2の温度で押圧し、前記絶縁樹脂層及び前記バンプを硬化させるとともに、当該絶縁樹脂層上に前記第2の金属箔を積層する工程と、
を具えることを特徴とする、多層配線基板の製造方法。
【請求項2】
前記第1の温度における前記絶縁樹脂層の溶融粘度が1×10Pa・s以下であ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。
【請求項3】
前記第1の温度における前記絶縁樹脂層の溶融粘度が1×101Pa・s以上であることを特徴とする、請求項2に記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項4】
前記バンプは、少なくともSn,Bi,Cu及びAgを含む導電性ペーストからなることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項5】
前記バンプは円錐形状を呈することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項6】
前記バンプは、高さが15μm〜200μm、下面の直径が10μm〜200μmであり、前記絶縁樹脂層は、厚さが10μm〜40μmであることを特徴とする、請求項5に記載の多層配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多層配線基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年の電子機器の高性能化・小型化の流れの中、回路部品の高密度、高機能化が一層求められている。かかる観点より、回路部品を搭載したモジュールにおいても、高密度、高機能化への対応が要求されている。このような要求に答えるべく、現在では配線基板を多層化することが盛んに行われている。
【0003】
このような多層配線基板においては、複数の配線層を互いに略平行となるようにして配置し、配線層間に絶縁部材を配し、絶縁部材間を厚さ方向に貫通した層間接続体(ビア)を形成し、複数の配線層を互いに電気的に接続するようにしている。
【0004】
上述のような多層配線基板は、以下のような方法によって形成することができる。例えば第1の金属箔上にAgなどの金属を含有する導電性ペーストをスクリーン印刷などの方法で塗布してバンプを形成し、当該バンプを乾燥させた後、ロールラミネーターや真空ラミネーターなどの装置を用い、上記金属箔上に、当該バンプが厚さ方向に貫通するようにして絶縁樹脂層をプレス形成する。次いで、絶縁樹脂層上にさらに第2の金属箔を積層し、プレス装置により、加熱下、加圧することによって、当該第2の金属箔を絶縁樹脂層を貫通したバンプの上端部と接合する(積層プレス)。
【0005】
これによって、上記第1の金属箔及び第2の金属箔は配線層を構成し、絶縁樹脂層はこれら配線層間に介在する絶縁部材を構成し、バンプは層間接続体(ビア)を構成するようになり、多層配線基板を得ることができる(特許文献1等参照)。
【0006】
なお、さらなる多層化に際しては、上述の工程を繰り返し、第2の金属箔上に順次バンプ、絶縁樹脂層(絶縁部材)及び金属箔を形成することによって実現することができる。
【0007】
しかしながら、多層配線基板を構成する絶縁部材、すなわち絶縁樹脂層中には一般にガラスクロス等が含有されている。したがって、上述のような第1の積層プレスを実施した際に、バンプが絶縁樹脂層を厚さ方向に完全に貫通せずに、その上端部が絶縁樹脂層の一部によって被覆されてしまう場合がある。その結果、第2の積層プレスにおいて、バンプの上端部と第2の金属箔との間に絶縁樹脂層が残存し、完成した多層配線基板の層間接続体の上端部と配線層との間に絶縁部材の一部が残存してしまう場合があった。
【0008】
この結果、絶縁部材によって離隔された配線層間を層間接続体によって電気的に導通した状態に保持することが困難となり、多層配線基板の電気的特性が劣化するとともに、その信頼性が低下してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開第5182421号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、層間接続体によって配線層間の電気的導通を十分に保持することができ、信頼性に優れた多層配線基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成すべく、本発明は、
第1の金属箔上に導電性ペーストを塗布し、当該導電性ペーストからなるバンプを形成する工程と、
前記第1の金属箔に対して、繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層を介して第2の金属箔を第1の温度で押圧し、前記絶縁樹脂層を流動化させて、前記バンプの上端部に残存する前記絶縁樹脂層を除去し、前記絶縁樹脂層から前記バンプの上端部を露出させる工程と、
前記第1の金属箔に対して、前記第2の金属箔を、前記絶縁樹脂層を介して、前記第1の温度よりも高い第2の温度で押圧し、前記絶縁樹脂層及び前記バンプを硬化させるとともに、当該絶縁樹脂層上に前記第2の金属箔を積層する工程と、
を具えることを特徴とする、多層配線基板の製造方法に関する。
【0012】
本発明によれば、第1の金属箔上に導電性ペーストからなるバンプを形成した後、第1の金属箔に対して繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層を介して第2の金属箔を第1の温度で押圧するようにしている。このとき、絶縁樹脂層は温度の上昇とともに粘度が低下して流動化するようになるので、押圧の際にバンプの上端部に残存している絶縁樹脂層が排除され、当該上端部が絶縁樹脂層から露出するようになる。
【0013】
したがって、後に第1の温度より高い第2の温度で再度第2の金属箔を第1の金属箔に対して押圧して積層プレスを行う際に、第2の金属箔は、絶縁樹脂層から露出した硬化後のバンプ(ビア)の上端部と確実に結合するようになり、これによって、後に配線層となる第1の金属箔及び第2の金属箔は高い信頼性の下に電気的に接続されるようになる。結果として、層間接続体(ビア)によって配線層間の電気的導通を十分に保持することができ、信頼性に優れた多層配線基板を提供することができるようになる。
【0014】
なお、本発明では、多層配線基板を構成する絶縁部材を繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層から構成し、第1の温度で加熱して流動化させて、バンプの上端部に残存している絶縁樹脂層を排除し、当該上端部を絶縁樹脂層から露出するようにしている。したがって、従来とは異なり、第1の金属箔上に絶縁樹脂層をプレス形成する際に、バンプを絶縁樹脂層に対して貫通させるという工程を省略することができる。
【0015】
また、本発明では、多層配線基板を構成する絶縁部材を繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層から構成しているので、絶縁部材の厚さを狭小化することができる。したがって、多層配線基板の微細化及び高密度を図ることもできる。
【0016】
なお、本発明における“バンプの上端部”とは、第2の金属箔、すなわち配線層と結合するバンプ領域の一部を指すものである。
【0017】
また、絶縁樹脂層は、繊維状のフィラーを含まないことが要求されるものであって、例えば粒子状あるいは粉末状のフィラーは含まれていてもよい。
【0018】
本発明の一例において、バンプを構成する導電性ペーストは、少なくともSn,Bi,Cu及びAgを含む導電性ペーストとすることができる。この場合、導電性ペーストからなるバンプを形成し、適宜乾燥した後、第1の金属箔に対して繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層を配設して加熱し、バンプの上端部が絶縁樹脂層から露出した後、第2の金属箔を当該絶縁樹脂層を介して加熱下押圧した際に、上記バンプを構成する金属のうち、Sn Bi及びCuが焼結助剤として機能するようになり、例えば上記加熱によって液相となって、上記バンプは樹脂等のバインダー成分を含む少なくともSn,Bi,Cu及びAgの金属焼結体となる。
【0019】
この結果、従来のように、多層配線基板を構成するバンプ(加熱硬化後のビア)中に銀などの粒子が含有されている場合に比較して、粒子間の界面減少によるバンプ(ビア)の表面積が減少するので、高速伝送時に表皮効果による導体損失が減少し、信号遅延が発生してしまうという問題を抑制することができる。
【0020】
本発明の一例において、バンプは円錐形状とすることができる。この場合、絶縁樹脂層を第1の温度で加熱して流動化させた際に、バンプの上端部から絶縁樹脂層がより流れやすくなるので、当該上端部に残存する絶縁樹脂層をより効果的に排除して除去することができる。
【発明の効果】
【0021】
以上、本発明によれば、層間接続体によって配線層間の電気的導通を十分に保持することができ、信頼性に優れた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】
【0022】
図1】第1の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
図2】第1の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
図3】第1の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
図4】第1の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
図5】第1の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
図6】第2の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
図7】第2の実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の具体的特徴について、発明を実施するための形態に基づいて説明する。
【0024】
(第1の実施形態)
図1図5は、本実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための断面図であり、本実施形態における特徴を明確にすべく、1つのバンプの近傍の領域を拡大して示している。
【0025】
最初に、図1に示すように、第1の金属箔11上に、例えばスクリーン印刷法、ディスペンス法又はインクジェット法などの任意の方法で導電性ペーストを塗布し、当該導電性ペーストからなるバンプ12を形成する。
【0026】
第1の金属箔11は、後に多層配線基板の配線層を構成することから、銅(Cu),金(Au),銀(Ag)あるいはアルミニウム(Al)などの電気的良導体から構成する。また、第1の金属箔11の厚さt1は、例えば1.5μm〜40μmとする。
【0027】
バンプ12を構成する導電性ペーストは、たとえば銀,金,銅,錫,ビスマス及びAg半田粉などの導電性粉末、これらの合金粉末若しくは複合(混合)金属粉末と、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂などのバインダー成分とを混合して調製された導電性組成物などから構成する。
【0028】
なお、導電性ペーストが銅、錫あるいはビスマスを含む場合、以下に説明するように、導電性ペーストからなるバンプを形成し、適宜乾燥した後、第1の金属箔に対して繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層を配設して加熱し、バンプの上端部が絶縁樹脂層から露出した後、第2の金属箔を当該絶縁樹脂層を介して加熱下押圧した際に、上記バンプを構成する金属のうち、銅、錫あるいはビスマスが焼結助剤として機能するようになり、例えば上記加熱によって液相となって、上記バンプは樹脂等のバインダー成分を含む金属焼結体となる。
【0029】
この結果、従来のように、多層配線基板を構成するバンプ(加熱硬化後のビア)中に銀などの粒子が含有されている場合に比較して、粒子間の界面減少によるバンプ(ビア)の表面積が減少するので、高速伝送時に表皮効果による導体損失が減少し、信号遅延が発生してしまうという問題を抑制することができる。
【0030】
本実施形態において、バンプ12は円錐台形状を呈しており、その高さhは例えば15μm〜200μmの範囲とすることができ、下面の直径Rは10μm〜200μmの範囲とすることができる。
【0031】
次いで、図2に示すように、第1の金属箔11上に、繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層13を介して第2の金属箔14を配設し、図3に示すように、プレス装置17を用い、第1の金属箔11に対して、絶縁樹脂層13を介して第2の金属箔14を第1の温度で押圧する。
【0032】
絶縁樹脂層13は、その厚さt2が例えば10μm〜40μmの範囲であって、第1の温度による加熱によって流動化し、バンプ12の上端部12Aに残存する絶縁樹脂層13が、図中矢印で示すように、バンプ12の上端部12Aから側面12Bに向けて流れ、残存する絶縁樹脂層13がバンプ12の上端部12Aから排除(除去)されることが必要である(図4参照)。
【0033】
このためには、絶縁樹脂層13の第1の温度における溶融粘度の上限値が1×10Pa・sであることが好ましく、さらには1×10Pa・sであることが好ましい。当該溶融粘度が上記値を超えて大きくなると、絶縁樹脂層13が十分に流動しきれず、バンプ12の上端部12Aに樹脂残渣が比較的多量に存在し、その後に第2の温度で押圧し、樹脂硬化及びバンプ焼結させた際に、第2の金属箔14とバンプ12の上端部12Aとの界面に樹脂層が残存することになり、接続信頼性が損なわれる場合がある。
【0034】
また、絶縁樹脂層13の第1の温度における溶融粘度の下限値が1×101Pa・sであることが好ましく、さらには1×102Pa・sであることが好ましい。当該溶融粘度が、上記値より小さくなると、絶縁樹脂層13の厚さを制御することが困難になる場合がある。
【0035】
なお、当該溶融粘度は、300mm〜500mm□及び厚さ300μmの試験片を用い、TA instrument社製(型番ARES−G2)でレオメータ測定を行い、最低の溶融粘度から求めた値である。
【0036】
特に、バンプ12の大きさが上述した高さh及び直径Rで画定され、絶縁樹脂層13の厚さが上述したt2で画定されるような場合は、残存する絶縁樹脂層13をバンプ12の上端部12Aから確実に排除(除去)することができる。
【0037】
なお、本実施形態における“バンプ12の上端部12A”とは、第2の金属箔14、すなわち配線層と結合するバンプ領域の一部を指すものであり、“バンプ12の側面12B”とは、バンプ12の表面に露出した面の内、上端部12Aを除く領域を指すものである。
【0038】
また、絶縁樹脂層13は、繊維状のフィラーを含まないことが要求されるものであって、例えばシリカやアルミナ等の粒子状あるいは粉末状のフィラーは含まれていてもよい。
【0039】
絶縁樹脂層13を構成する絶縁樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂などを挙げることができる。
【0040】
また、絶縁樹脂層13を上述のような絶縁樹脂から構成する場合、上記第1の温度は、例えば120℃〜160℃の範囲に設定することができる。
【0041】
第2の金属箔14も、後に多層配線基板の配線層を構成することから、銅(Cu),金(Au),銀(Ag)あるいはアルミニウム(Al)などの電気的良導体から構成する。また、第2の金属箔14の厚さt3は、例えば1.5μm〜40μmとする。
【0042】
次いで、図5に示すように、さらに第1の金属箔11に対して、プレス装置17により、第2の金属箔14を、絶縁樹脂層13を介して、第1の温度よりも高い第2の温度で押圧し、絶縁樹脂層13及びバンプ11を硬化させるとともに、絶縁樹脂層13上に第2の金属箔14を積層する(積層プレス)。これによって、第1の金属箔11及び第2の金属箔14は配線層を構成し、絶縁樹脂層13は配線層間に介在する絶縁部材を構成し、バンプ11は絶縁部材を貫通し、配線層間を電気的に接続する層間接続体(ビア)を構成して多層配線基板を形成することができる。
【0043】
なお、第2の温度は、第1の温度よりも高く、絶縁樹脂層13及びバンプ11を硬化させる温度であるので、例えば160℃〜230℃の温度範囲に設定することができる。
【0044】
また、上述のようにして得る多層配線基板は、2層の配線層を有する多層配線基板であるが、配線層の数を増大させるには、上述した工程を繰り返し行えばよい。
【0045】
具体的には、図1に示すように、最上層に位置する配線層を第1の金属箔11として例えばスクリーン印刷法、ディスペンス法又はインクジェット法などの任意の方法で導電性ペーストを塗布して当該導電性ペーストからなるバンプ12を形成した後、図2に示すように、第1の金属箔11上に、繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層13を介して第2の金属箔14を配設し、図3に示すように、ロールラミネーターや真空ラミネーターなどのプレス装置17を用い、第1の金属箔11に対して、絶縁樹脂層13を介して第2の金属箔14を第1の温度で押圧し、図4に示すように、絶縁樹脂層13をバンプ12の上端部12Aから側面12Bに向けて流動させ、残存する絶縁樹脂層13をバンプ12の上端部12Aから排除(除去)する。
【0046】
次いで、図5に示すように、さらに第1の金属箔11に対して、第2の金属箔14を、絶縁樹脂層13を介して、第1の温度よりも高い第2の温度で押圧し、絶縁樹脂層13及びバンプ11を硬化させるとともに、絶縁樹脂層13上に第2の金属箔14を積層する(積層プレス)。
【0047】
以上、本実施形態の製造方法によれば、上述したように、第1の金属箔11上に導電性ペーストからなるバンプ12を形成した後、第1の金属箔11に対して繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層13を介して第2の金属箔14を第1の温度で押圧するようにしている。このとき、絶縁樹脂層13は温度の上昇とともに粘度が低下して流動化するようになるので、押圧の際にバンプ12の上端部12Aに残存している絶縁樹脂層13が排除され、当該上端部12Aが絶縁樹脂層13から露出するようになる。
【0048】
したがって、後に第1の温度より高い第2の温度で再度第2の金属箔14を第1の金属箔11に対して押圧して積層プレスを行う際に、第2の金属箔14は、絶縁樹脂層13から露出した硬化後のバンプ(ビア)12の上端部12Aと確実に結合するようになり、これによって、後に配線層となる第1の金属箔11及び第2の金属箔14は高い信頼性の下に電気的に接続されるようになる。結果として、層間接続体(ビア)によって配線層間の電気的導通を十分に保持することができ、信頼性に優れた多層配線基板を提供することができるようになる。
【0049】
また、本実施形態では、多層配線基板を構成する絶縁部材を繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層13から構成し、第1の温度で加熱して流動化させて、バンプ12の上端部12Aに残存している絶縁樹脂層13を排除し、当該上端部12Aを絶縁樹脂層13から露出するようにしている。したがって、従来とは異なり、第1の金属箔11上に絶縁樹脂層13をプレス形成する際に、バンプ12を絶縁樹脂層13に対して貫通させるという工程を省略することができる。
【0050】
また、本実施形態では、多層配線基板を構成する絶縁部材を繊維状フィラーを含まない絶縁樹脂層13から構成しているので、絶縁部材の厚さを狭小化することができる。したがって、多層配線基板の微細化及び高密度を図ることもできる。
【0051】
(第2の実施形態)
図6及び図7は、本実施形態の多層配線基板の製造方法を説明するための工程図であり、第1の実施形態における図1に示す工程に相当するものである。
【0052】
第1の実施形態においては、第1の金属箔11上にバンプ12を円錐台形状に形成したが、本実施形態においては、バンプ22を円錐形状に形成している点で相違する。したがって、第1の実施形態における図2図4に示す工程において、絶縁樹脂層13を第1の温度で加熱して流動化させた際に、バンプ22の上端部22Aから側面22Bへ絶縁樹脂層13がより流れやすくなるので、当該上端部22Aに残存する絶縁樹脂層13をより効果的に排除して除去することができる。
【0053】
結果として、後に第1の温度より高い第2の温度で再度第2の金属箔14を第1の金属箔11に対して押圧して積層プレスを行う際に、第2の金属箔14は、絶縁樹脂層13から露出した硬化後のバンプ(ビア)12の上端部12Aとより確実に結合するようになり、これによって、後に配線層となる第1の金属箔11及び第2の金属箔14はより高い信頼性の下に電気的に接続されるようになる。このため、層間接続体(ビア)によって配線層間の電気的導通をより十分に保持することができ、より信頼性に優れた多層配線基板を提供することができるようになる。
【0054】
バンプ22の高さ及び底面の直径は、第1の実施形態におけるバンプ11の高さh及び直径Rと同様に画定することができる。
【0055】
なお、その他の特徴及び利点については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【0056】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【0057】
例えば、上記実施形態では、金属箔上にバンプ等を形成して多層配線基板を製造する場合について説明したが、予めコア基板(両面あるいは多層)を準備しておき、このコア基板上に上述した工程にしたがって多層配線基板を積層することもできる。この場合は、最上層に位置する配線層を第1の金属箔11と見做して、例えば第1の実施形態で説明したような工程を行う。
【符号の説明】
【0058】
11 第1の金属箔
12、22 バンプ
12A、22A バンプの上端部
12B、22B バンプの側面
13 絶縁樹脂層
14 第2の金属箔
17 真空プレス装置
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7