(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも有機樹脂を含有する複数の絶縁層を積層してなる絶縁基板と、該絶縁基板表面および内部に配設された配線回路層と、該配線回路層間を電気的に接続するためのビアホール導体とを具備する多層配線基板において、前記絶縁基板の内部層を少なくともアラミド樹脂を含有し、金属粉末を含むペーストを貫通孔に充填して形成されたビアホール導体を有する複数の絶縁層を積層して構成し、最外層をアラミド樹脂を含有しない有機樹脂と粉末状の無機質フィラーとからなる、前記内部層に対して防湿層として機能する絶縁層によって構成したことを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記アラミド樹脂が、アラミド不織布または織布からなることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記最外層の絶縁層の室温から１５０℃における熱膨張係数が３０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、多層配線基板及び半導体素子収納用パッケージなどに適した多層配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、有機樹脂を含む絶縁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配線回路を形成し、しかるのちにこの基板を積層して多層化したプリント基板が提案されている。また、このようなプリント基板においては、その強度を高めるために、有機樹脂に対して、布状のガラス織布を分散させたものも多用されている。
【０００３】
近年、上記のガラス織布の代わりにアラミド織布または不織布を使用した基板も提案されている。アラミド不織布を使用するとガラス織布を使用した場合に比較して、配線回路層間を接続するビアホール導体を形成するための穴開け加工が容易に行えるという長所を有する。すなわち、従来のガラス織布では穴開け加工は、一般にマイクロドリルによって行われていたが、ドリル径は最小０．１５ｍｍ程度であり、しかもこのドリルを用いた場合、穴加工中に折れやすく、近年要求される微細加工には適していなかった。これに対してアラミド不織布を用いるとレーザー加工が容易になり、微細な穴を高速で開けることが可能となった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アラミド樹脂は本質的に吸湿しやすい性質を有する。通常のプリント基板に使用されるエポキシ，ＢＴレジン、ＰＰＥなどの有機樹脂の吸湿量が０．１〜０．２％であるのに対して、アラミド樹脂は２〜３％と１０倍以上の吸湿をする。そのため、アラミド樹脂を含有するプリント基板を高温多湿雰囲気で放置すると、吸湿による膨張のため配線基板がぼろぼろになってしまい、長期信頼性に問題があることは明らかであった。
【０００５】
この問題を解決するための１つの手法として、配線基板の表面に防湿樹脂層を新たに形成することが考えられるが、いかなる樹脂を用いた場合でも少量の吸湿が生じるために吸湿防止の効果を十分に発揮させるためには少なくとも５０μｍの厚みで形成することが必要である。
【０００６】
しかし、今後要求される微細配線を行った上で、このような厚い防湿樹脂層を形成すると、配線回路も覆われてしまう結果、配線回路に電子部品等を実装する場合の制約を受けてしまい、実用的ではない。また、配線基板は、熱処理により完全に硬化されているために、このような硬化された樹脂表面に厚い被膜を形成しても十分な密着強度が得られないために剥離しやすいといった問題もあった。
【０００７】
このように、アラミド不織布を含有する配線基板に十分な吸湿防止を行うことは難しく、高い信頼性を有する製品は得られていない。
【０００８】
従って、本発明は、アラミド樹脂によるビア加工性の長所を活かしつつ、アラミド樹脂による吸湿性により長期安定性が阻害されるのを防止した多層配線基板を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような課題について鋭意検討した結果、アラミド樹脂を含有する絶縁基板の最表面の絶縁層をアラミド樹脂を含有しない耐湿性の高い絶縁層によって形成することにより、この最外層の配線層を防湿層として機能させることにより、アラミド樹脂を含有する場合における前記課題を解決できることを見いだし、本発明に至った。
【００１０】
即ち、本発明の多層配線基板は、少なくとも有機樹脂を含有する複数の絶縁層を積層してなる絶縁基板と、該絶縁基板表面および内部に配設された配線回路層と、該配線回路層間を電気的に接続するためのビアホール導体とを具備する多層配線基板において、前記絶縁基板の内部層を少なくともアラミド樹脂を含有し、金属粉末を含むペーストを貫通孔に充填して形成されたビアホール導体を有する複数の絶縁層を積層して構成し、最外層をアラミド樹脂を含有しない有機樹脂と粉末状の無機質フィラーとからなる、前記内部層に対して防湿層として機能する絶縁層によって構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面をもとに説明する。図１は、本発明における多層配線基板を説明するための概略断面図である。
【００１２】
本発明の多層配線基板は、図１において、絶縁基板１の表面および内部に複数層の配線回路層２が被着形成されている。そして、配線回路層２間は、ビアホール導体３によって電気的に接続されている。絶縁基板１は、少なくとも有機樹脂を含む絶縁材料から構成されるものであり、絶縁基板１は、図１にとれば、複数の絶縁層１ａ〜１ｆの積層体から構成される。
【００１３】
本発明によれば、絶縁基板１における内部層、即ち、絶縁層１ｂ，１ｃ，１ｄ、１ｅを少なくともアラミド樹脂を含有する絶縁層によって構成する。より具体的には、アラミド樹脂は、絶縁層中に３０〜７０体積％の割合で含まれることが望ましく、特に、アラミド樹脂は、不織布または織布として含有されることが望ましい。アラミド不織布または織布を用いる場合には、不織布または織布中に有機樹脂を含浸させて絶縁層を形成する。
【００１４】
この時に含浸される有機樹脂としては、例えば、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等の樹脂が望ましく、とりわけ原料として室温で液体の熱硬化性樹脂であることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の多層配線基板によれば、絶縁基板１のうち、最外層の絶縁層、即ち、１ａおよび１ｆの絶縁層を、アラミド樹脂以外の有機樹脂と無機質フィラーとからなる絶縁材料によって構成することが重要である。この最外層にアラミド樹脂が含まれると、前述した通り、アラミド樹脂自体の高い吸湿性によって、多湿中で長期保存すると絶縁基板が膨張して変形等をもたらす等の弊害が生じるためである。
【００１６】
この最外層の絶縁層を構成するアラミド樹脂以外の有機樹脂としては、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、ポリアミノビスマレイミド等の樹脂が望ましい。また、この絶縁層中には、無機質フィラーを配合することによって、内部層の絶縁層との熱膨張特性を近似させることが必要である。この時に用いられる無機質フィラーとしては、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮ等が好適であり、フィラーの形状は平均粒径が２０μｍ以下、特に１０μｍ以下、最適には７μｍ以下の略球形状の粉末が用いられる。この無機質フィラーは、有機樹脂：無機質フィラーの体積比率で１５：８５〜５：９５の比率範囲で混合される。
【００１７】
より具体的には、最外層の絶縁層の、室温から１５０℃における熱膨張係数を３０ｐｐｍ／℃以下、特に２０ｐｐｍ／℃以下にすることが望ましい。これは、３０ｐｐｍ／℃を越えると、アラミド樹脂自体の熱膨張係数が低いために内部の絶縁層の熱膨張係数も１０ｐｐｍ／℃以下となるために、内部の絶縁層と最外層の絶縁層とを積層した配線基板に熱サイクルが印加された場合に、最外層の絶縁層が剥離するなどの問題が生じるためである。
【００１８】
また、最外層の絶縁層中に含まれる一般的な有機樹脂は、熱膨張係数がそのほとんどが５０〜６０ｐｐｍ／℃以上と高いことから、少なくとも熱膨張係数が２０ｐｐｍ／℃以下の無機質フィラーを適量配合して、上記の熱膨張特性に制御することができる。
【００１９】
従って、最外層の絶縁層１ａ、１ｆは、アラミド樹脂以外の有機樹脂を含む、場合によっては、有機樹脂と無機質フィラーとの複合体によって形成されるものである。ここで用いられる有機樹脂、無機質フィラーの種類、および有機樹脂と無機質フィラーの配合比率は前述した通りである。
【００２０】
なお、この最外層は、アラミド樹脂を含有する絶縁基板の内部層に対して防湿層として機能するものであるが、防湿性を発揮させる上で、アラミド樹脂を含有しない絶縁層１ａおよび１ｆの厚みは、１０〜３００μｍ、特に４０〜１００μｍであることが望ましい。
【００２１】
さらに、絶縁基板１における内部層の防湿性を確実にするためには、配線基板の側面を前記の有機樹脂によって被覆しておくことが望ましい。
【００２２】
一方、本発明における配線回路層２およびビアホール導体３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。なお、配線回路層２は、上記の金属の金属箔、メッキ層、導体インクによる印刷パターンのいずれでもよく、ビアホール導体３は、導体インクの充填あるいはメッキのいずれによるものでもよい。
【００２３】
次に、本発明の多層配線基板を製造する方法について説明する。
まず、絶縁基板の内部層として、アラミド樹脂を含む絶縁シートを形成する。
【００２４】
この内部層用絶縁シートは、例えば、アラミド織布または不織布の内部に、有機樹脂、または有機樹脂と無機質フィラーとの混合物をスラリー状にした後に、織布または不織布内に含浸させる。
【００２５】
上記のスラリーは、前述した有機樹脂、または有機樹脂−無機質フィラーとの複合体に、トルエン、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール、メタノール等の溶媒を添加して１００〜３０００ポイズの粘度を有する流動体からなるのがよい。なお、有機樹脂含浸後は、加熱処理して半硬化させる。
【００２６】
一方、最外層の絶縁層を形成するための絶縁シートを作製する。この最外層用絶縁シートは、有機樹脂、または有機樹脂と無機質フィラーからなる組成物を混練機や３本ロールなどの手段によって十分に混合し、これを圧延法、押し出し法、射出法、ドクターブレード法などによってシート状に成形した後、有機樹脂を半硬化させる。半硬化には、有機樹脂は熱可塑性樹脂の場合には、加熱下で混合したものを冷却し、熱硬化性樹脂の場合には、完全固化するに十分な温度よりもやや低い温度に加熱すればよい。
【００２７】
そして、上記のようにして作製した内部層用絶縁シートおよび最外層用絶縁シートに対して、打ち抜き法やレーザー加工、プラズマエッチング等によってビアホールを形成し、ホール内に導体ペーストを充填する。導体ペーストは、金属粉末にエポキシ、セルロース等の樹脂成分を添加し、酢酸ブチルなどの溶媒によって混練したものが使用され、導体ペースト中に配合される金属粉末としては、銅、アルミニウム、銀、金のうちの少なくとも１種の低抵抗金属からなることが望ましい。所望によっては、ホール内に充填後に、６０〜１４０℃で加熱処理を行い、ペースト中の溶媒および樹脂分を分解、揮散除去することもできる。
【００２８】
次に、ビアホール導体を充填した各絶縁シートの表面に、導体回路層を形成する。導体回路層の形成には、銅等の金属箔を絶縁層に接着剤で張りつけた後に、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の金属をエッチング除去するか、予め打ち抜きした金属箔を張りつける。他の方法としては、絶縁層の表面に導体ペーストを回路パターンにスクリーン印刷や、フォトレジスト法等によって形成して乾燥後、加圧して配線回路を絶縁層表面に埋め込み絶縁層に密着させることで形成できる。また、配線回路をフィルム、ガラス、金属板上にメッキ、金属箔を形成し、これをエッチングにより回路パターンを形成し、絶縁層上に加圧しながら転写することにより配線回路を絶縁層表面に埋め込んで形成することもできる。
【００２９】
そして、上記のようにして作製したアラミド樹脂を含む内部層用絶縁シートと、アラミド樹脂を含まない最外層用絶縁シートとを、図１のように所望の枚数で位置合わせして積層圧着し、１５０〜３００℃の硬化温度で加熱して絶縁層の有機樹脂を完全に硬化させる。このように、絶縁基板の内部層と最外層とは、いずれも半硬化状態で接着され、且つ同時に硬化されるために、アラミド樹脂を含まない最外層が、内部層から剥離することはなく、図１に示したような、多層配線基板を作製することができる。
【００３０】
【実施例】
実施例１
ポリイミド樹脂を含むスラリーをアラミド不織布に含浸させた後、６０℃で加熱して半硬化させたプリプレグを作製した。なお、含有比率は、ポリイミド樹脂５０体積％、アラミド樹脂の不織布５０体積％とした。そして、このプリプレグに炭酸ガスレーザーで直径０．１ｍｍのビアホールを形成し、そのホール内に銀をメッキした銅粉末を含む銅ペーストを充填してビアホール導体を形成し、内部層用絶縁シート（Ａ）を作製した。
【００３１】
一方、ポリイミド樹脂５０体積％、シリカ粉末５０体積％の割合で、ワニス状態の樹脂と粉末を混合しドクターブレード法で絶縁シートを作製し、６０℃で加熱して半硬化させた。そして、この絶縁シートにパンチングで直径０．１ｍｍのビアホールを形成し、そのホール内に銀をメッキした銅粉末を含む銅ペーストを充填してビアホール導体を形成し、最外層用絶縁シート（Ｂ）を作製した。
【００３２】
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６０μｍ、配線と配線との間隔が６０μｍの微細なパターンである。
【００３３】
そして、前記の内部層用絶縁シート（Ａ）の表面に、上記のようにして配線パターンが形成された転写シートを重ね合わせて圧着し、転写シートのみを剥離して配線回路層を転写した。また、同様にして最外層用の絶縁シート（Ｂ）の表面にも上記と同様にして配線回路層を転写した。
【００３４】
そして、上記のようにして配線回路層を形成した内部層用絶縁シート３枚を中心に、その上下に上記最外層用絶縁シートを積層し５０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で圧着し、２００℃で１時間加熱して完全硬化させて多層配線基板を作製した。なお、アラミド樹脂を含まない最外層絶縁層の厚みは５０μｍとした。また、この最外層の室温から１５０℃における熱膨張係数は２５ｐｐｍ／℃であった。
【００３５】
得られた多層配線基板に対して、断面における配線回路層やビアホール導体の形成付近を観察した結果、配線回路層とビアホール導体とは良好な接続状態であり、各配線間の導通テストを行った結果、配線の断線も認められなかった。
【００３６】
得られた多層配線基板を湿度８５％、温度８５℃の高温多湿雰囲気に１００時間放置したが、目視で判別できる程度の変化は生じていなかった。１０００時間放置後、周辺部にわずかな絶縁層の剥離が認められた。
【００３７】
また、室温から１５０℃の温度で熱サイクル試験を行った結果、２００サイクル後においても何ら変化は認められなかった。
【００３８】
比較例１
実施例１と同様にして内部層用絶縁シートを作製し、さらに同様にしてビアホールを形成し、導体ペーストを充填してビアホール導体を作製した。さらに、このシートに厚さ１２μｍの銅箔を一面に接着し、真空積層機により樹脂を硬化させた。その後、銅箔部分に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６０μｍ、配線と配線との間隔が６０μｍの微細なパターンである。
【００３９】
そして、上記のようにして、ビアホール導体および配線回路層を形成した絶縁シートを７層を積層して、積層し５０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で圧着し、２００℃で１時間加熱して完全硬化させて多層配線基板を作製した。
【００４０】
得られた多層配線基板に対して、断面における配線回路層やビアホール導体の形成付近を観察した結果、配線回路層とビアホール導体とは良好な接続状態であり、各配線間の導通テストを行った結果、配線の断線も認められなかった。
【００４１】
得られた多層配線基板を湿度８５％、温度８５℃の高温多湿雰囲気に１００時間放置したところ、各絶縁層間で分離が生じ全体が波打ったように変形していた。１０００時間放置後、多層配線基板は原形を留めていなかった。また、室温から１５０℃の温度で熱サイクル試験を行った結果、２００サイクル後においても何ら変化は認められなかった。
【００４２】
実施例２
実施例１と同様にして、ポリアミノビスマレイミド樹脂５５体積％とアラミド不織布４５体積％からなるように、ＢＴレジンをアラミド不織布に含浸させてプリプレグを作製した。そして、このプリプレグに炭酸ガスレーザーにより直径０．１ｍｍのビアホールを形成しそのホール内に粒径約５μｍの銀をメッキした銅粉末からなる銅ペーストを充填して内部層用絶縁シート（Ａ）を作製した。
【００４３】
一方、ポリアミノビスマレイミド樹脂５０体積％、シリカ粉末５０体積％の割合でとなるよう、ワニス状態の樹脂と粉末を混合しドクターブレード法で作製したシート状絶縁層にパンチングで直径０．１ｍｍのビアホールを形成し、そのホール内に銀をメッキした銅粉末を含む銅ペーストを充填してビアホール導体を形成して最外層用絶縁シート（Ｂ）を作製した。
【００４４】
その後、実施例１と同様にして、各絶縁シート（Ａ）（Ｂ）に配線回路層を転写シートから転写させて形成した後、中心に絶縁シート（Ａ）を３枚、その上下の最外層に絶縁シート（Ｂ）各２枚を積層し５０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で圧着し、２００℃で１時間加熱して完全硬化させて多層配線基板を作製した。なお、アラミド樹脂を含まない最外層絶縁層の厚みは７５μｍとした。この最外層の室温から１５０℃における熱膨張係数は２０ｐｐｍ／℃であった。
【００４５】
得られた多層配線基板に対して、断面における配線回路層やビアホール導体の形成付近を観察した結果、配線回路層とビアホール導体とは良好な接続状態であり、各配線間の導通テストを行った結果、配線の断線も認められなかった。
【００４６】
得られた多層配線基板を湿度８５％、温度８５℃の高温多湿雰囲気に１００時間放置したが、目視で判別できる程度の変化は生じていなかった。１０００時間放置後、周辺部にわずかな層の剥離が認められた。また、室温から１５０℃の温度で熱サイクル試験を行った結果、２００サイクル後においても何ら変化は認められなかった。
【００４７】
比較例２
比較例１によって作製した配線基板の表面に、表面に厚さ１０μｍの感光性イミド樹脂からなる吸湿防止層を形成して絶縁層７層の多層配線基板を作製した。
【００４８】
得られた多層配線基板に対して、断面における配線回路層やビアホール導体の形成付近を観察した結果、配線回路層とビアホール導体とは良好な接続状態であり、各配線間の導通テストを行った結果、配線の断線も認められなかった。
【００４９】
得られた多層配線基板を湿度８５％、温度８５℃の高温多湿雰囲気に１００時間放置したところ、一部の絶縁層に分離が生じており、全体がわずかに変形していた。１０００時間放置後、基板の変形し全体が原形を留めていなかった。なお、室温から１５０℃の温度で熱サイクル試験を行った結果、２００サイクル後において吸湿防止層の剥離が認められた。
【００５０】
比較例３
ワニス状態のポリイミド樹脂をドクターブレード法で絶縁シートに成形し、６０℃で加熱して半硬化させた。そして、この絶縁シートにパンチングで直径０．１ｍｍのビアホールを形成し、そのホール内に銀をメッキした銅粉末を含む銅ペーストを充填してビアホール導体を形成し、さらに、転写シートによりその表面に配線回路層を形成し、最外層用絶縁シートを作製した。
【００５１】
そして、実施例１において、ビアホール導体および表面に配線回路層が設けられた内部層用絶縁シート３枚を中心に、その上下に上記最外層用絶縁シートを積層し５０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で圧着し、２００℃で１時間加熱して完全硬化させて多層配線基板を作製した。なお、アラミド樹脂を含まない最外層絶縁層の厚みは５０μｍとした。また、この最外層の室温から１５０℃における熱膨張係数は５５ｐｐｍ／℃であった。
【００５２】
得られた多層配線基板に対して、断面における配線回路層やビアホール導体の形成付近を観察した結果、配線回路層とビアホール導体とは良好な接続状態であり、各配線間の導通テストを行った結果、配線の断線も認められなかった。
【００５３】
得られた多層配線基板を湿度８５％、温度８５℃の高温多湿雰囲気に１００時間放置したが、目視で判別できる程度の変化は生じていなかった。１０００時間放置後、周辺部にわずかな絶縁層の剥離が認められた。
【００５４】
また、熱サイクル試験の結果、２００サイクル後において、最外層の剥離が認められ、安定性に欠けることがわかった。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、アラミド樹脂を含有する多層配線基板の表面に、アラミド樹脂を含有しない有機樹脂と粉末状の無機質フィラーからなる、内部層に対して防湿層として機能する絶縁層を形成することによって、多層配線基板の耐湿性を大幅に向上させ、多層配線基板の長期安定性を向上させることができる。
【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。
【符号の説明】
１  絶縁基板
１ａ〜１ｆ  絶縁層
２  配線回路層
３  ビアホール導体
【図１】
0003728059.tif 000002