(57)【要約】【課題】  製造効率と回路の形状デザインの自由度とを高め、更に貫通電極の形成も容易にした多層回路基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】  導体部ＸＱと絶縁部ＹＱとが２次元配置されて成る単位層Ｌｉが複数層積み重なって一体化した構造を有し、導体部ＸＱが積み重なって３次元の複数の導体領域Ｘを構成し、絶縁部ＹＱが積み重なって導体領域Ｘの間を充填する絶縁領域Ｙを構成した多層回路基板Ｚ。この基板Ｚの各単位層Ｌｉの導体部ＸＱと絶縁部ＹＱの２次元配置のパターンにそれぞれ対応するように、導体粒子ＸＰと絶縁粒子ＹＰとを重なり無く２次元配置して単位粒子層Ｌｐｉを形成する操作を繰り返すことにより、複数の単位粒子層から成る基板前駆体Ｚ´を形成し、この基板前駆体Ｚ´を加熱しつつ加圧することにより、最下単位粒子層Ｌｐ１から最上単位粒子層Ｌｐｔまでを接合して一体化し、上記単位層Ｌｉが複数層積層した多層回路基板Ｚを得る。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体部と絶縁部とが２次元配置されて成る単位層が複数層積み重なって一体化した構造を有し、上記複数層の導体部が積み重なって、３次元配置された複数の導体領域を構成し、上記複数層の絶縁部が積み重なって、上記複数の導体領域の間を充填する絶縁領域を構成した多層回路基板。
【請求項２】
請求項１記載の多層回路基板を製造する方法であって、
上記基板の最下単位層から最上単位層までの各単位層の導体部と絶縁部の２次元配置のパターンにそれぞれ対応するように、保持ステージ上に導体の単位粒子と絶縁体の単位粒子とを重なり無く２次元配置かつ固定して単位粒子層を形成する操作を順次各単位粒子層上で繰り返すことにより、上記最下単位層に対応する最下単位粒子層から上記最上単位層に対応する最上単位粒子層までの複数の単位粒子層から成る基板前駆体を形成し、
上記基板前駆体を加熱しつつ上記積み重なりの方向に加圧することにより、上記最下単位粒子層から上記最上単位粒子層までを相互に接合し且つ各単位粒子層内の単位粒子同士を接合して一体化することを特徴とする多層回路基板の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、上記単位粒子層の形成時に、超音波接合または表面活性化常温接合により上記導体の単位粒子同士を予め接合することを特徴とする多層回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層回路基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層回路基板は、複数の導体層を相互間に絶縁層を介して積層一体化して３次元構造の回路を構成した回路基板である。
【０００３】
図１に従来の製造方法による多層回路基板の典型例を示す。多層回路基板１００は、絶縁性のコア基板１０の両面に絶縁性のプリプレグシート２０、３０をそれぞれ重ねた支持構造１１０に、配線パターン１２、１４、２２（２２Ｐ）、３２（３２Ｐ）とビア２４、３４およびスルーホール１６、１８とが導体（通常はＣｕ）で形成されている。ここで、２２Ｐ、３２Ｐはそれぞれ配線パターン２２、３２の一部であり、接続パッドとして形成されている。接続パッド２２Ｐ、３２Ｐは導体（Ｃｕ）の表面にハンダ付性向上のためのメッキ被膜（通常はＣｕ導体表面にＮｉメッキ＋Ａｕメッキ）が施されており、接続パッド２２Ｐ、３２Ｐ以外の支持構造１１０の両面は絶縁および保護のためにソルダレジスト４０で被覆されている。多層回路基板１００の製造は下記の工程で行なわれる。
【０００４】
まず、両面に導体被膜（通常はＣｕ被膜）を備えた絶縁性コア基板１０にスルーホール１６用の貫通孔をレーザ加工またはドリル穿孔により開口する。次に、メッキにより貫通孔の壁面にスルーホール１６のための導体層を形成する。次に、フォトリソグラフィーにより、すなわちフォトレジスト層形成→露光・現像によるフォトレジスト層のパターニング→フォトレジストパターンをマスクとする導体被膜のエッチングにより、コア基板１０両面の導体被膜をパターニングして配線パターン１２、１４を形成する。
【０００５】
更に、両面の配線パターン１２、１４とスルーホール１６とを備えたコア基板１０の両面にプリプレグシート２０、３０を貼り付けて一体化し支持構造１１０を得る。次いで、レーザ加工によりビア２４、３４用の貫通孔をそれぞれプリプレグシート２０、３０に開口し、併せてレーザ加工またはドリル穿孔によりスルーホール１８用の貫通孔をコア基板１０と両面のプリプレグシート２０、３０の３層を貫通させて開口する。次いで、前述と同様にして、メッキによる導体層の形成とフォトリソグラフィーによるそのパターニングとにより配線パターン２２（２２Ｐ）、３２（３２Ｐ）、ビア２４、３４、およびスルーホール１８を形成する。最後にソルダレジスト層４０で所定部分を被覆して完成する。
【０００６】
このように、従来の構造および方法では多数の工程を必要としており、簡略化・効率化が求められていた。
【０００７】
また、従来の方法では、配線パターン、ビア、スルーホールを構成する導体層の形状は、絶縁層間の界面に沿った水平部と、絶縁層の厚さ方向に沿った垂直部との組合せにより構成されているため、導体層の形状デザインの自由度が低かった。例えば、絶縁層を斜めに貫通する形状や複数の絶縁層に跨る渦巻形状などは、不可能ではないが極めて煩雑な工程が必要になるため事実上採用できなかった。
【０００８】
更に、実装密度を高めるために複数の多層回路基板を重ね合わせる際に、中間の多層回路基板を貫通して上下の多層回路基板の接続端子を結線するビアやスルーホール等の貫通電極が必要になるが、回路の微細化に伴い貫通電極の長さ／直径比が大きくなるとメッキ時による貫通孔の導体充填が不完全になり、貫通電極の形成不良が発生し易いという問題があった。
【０００９】
特許文献１、２には、貫通電極と類似の導体部を有する接続部品の製造方法が開示されているが、これを適用しても上記問題の解決にはならない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１６８１４４号公報（特許請求の範囲、図１〜図３、図１２）
【特許文献２】特開２００１−２１０７４０号公報（特許請求の範囲、図４、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来技術の問題を解消して、製造効率を高めると同時に、回路の形状デザインの自由度をも高め、更に貫通電極の形成も容易にした多層回路基板およびその製造方法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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、導体部と絶縁部とが２次元配置されて成る単位層が複数層積み重なって一体化した構造を有し、上記複数層の導体部が積み重なって、３次元配置された複数の導体領域を構成し、上記複数層の絶縁部が積み重なって、上記複数の導体領域の間を充填する絶縁領域を構成した多層回路基板を提供する。
【００１３】
上記本発明の多層回路基板を製造する方法は、上記基板の最下単位層から最上単位層までの各単位層の導体部と絶縁部の２次元配置のパターンにそれぞれ対応するように、保持ステージ上に導体の単位粒子と絶縁体の単位粒子とを重なり無く２次元配置かつ固定して単位粒子層を形成する操作を順次各単位粒子層上で繰り返すことにより、上記最下単位層に対応する最下単位粒子層から上記最上単位層に対応する最上単位粒子層までの複数の単位粒子層から成る基板前駆体を形成し、
上記基板前駆体を加熱しつつ上記積み重なりの方向に加圧することにより、上記最下単位粒子層から上記最上単位粒子層までを相互に接合し且つ各単位粒子層内の単位粒子同士を接合して一体化することを特徴とする。
【００１４】
本発明の方法においては、上記単位粒子層の形成時に、超音波接合または表面活性化常温接合により上記導体の単位粒子同士を予め接合することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来必要としていたメッキ、孔開け、フォトリソグラフィー処理を一切必要とせず、単位粒子の２次元配置による単位粒子層の形成を順次繰り返す積層処理と、得られた基板前駆体の熱圧着処理とを行なうだけで３次元回路構造を備えた多層回路基板を完成することができるので、従来に比べて製造工程が簡略化でき製造効率が飛躍的に高まる。更に、単位粒子の２次元配置パターンの積み重ねにより３次元回路構造が形成されるので、従来の製造プロセスに起因する回路デザインの制約が事実上解消され、回路の形状デザインの自由度が極めて高い。また、貫通電極も、導体粒子の積み重なりにより形成されるので、従来のような貫通孔内の導体による充填が必要でないため、微細径の貫通電極も自由に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図２を参照して、本発明により多層回路基板を製造するための基本工程を説明する。
【００１７】
先ず、最終工程を示す図２（３）を参照して、本発明の多層回路基板Ｚの構造を説明する。図中、Ｄ、Ｓは製造工程で用いる冶具であり、完成した多層回路基板Ｚはこれらから離脱される。Ａは一時的な仮接着用のフラックス等の液状媒体であり、多層回路基板Ｚの完成後に蒸発させて除去するか、あるいは多層回路基板Ｚの完成後に洗浄して除去する。
【００１８】
本発明の多層回路基板Ｚは、導体部ＸＱと絶縁部ＹＱとが２次元配置されて成る単位層Ｌ１、Ｌ２、・・・Ｌｉ、Ｌｉ＋１、・・・Ｌｔが複数層積み重なって一体化した構造である。各単位層Ｌｉは図面の表面に垂直な水平面上の２次元配置を持っているが、図２は多層回路基板Ｚの縦断面図であり、各単位層Ｌｉの縦断面における１次元配置が現われている。ここで各単位層Ｌｉは、それを構成する導体部ＸＱおよび／または絶縁部ＹＱの中心を通る点線で代表させて示した。すなわち、個々の単位層Ｌｉはそれを示す点線が中心を通っている導体部ＸＱおよび／またはＹＱで構成されている。複数の単位層Ｌ１〜Ｌｔの導体部ＸＱが積み重なって、３次元配置された複数の導体領域Ｘを構成し、複数の単位層Ｌ１〜Ｌｔの絶縁部ＹＱが積み重なって、複数の導体領域Ｘの間を充填する絶縁領域Ｙを構成している。
【００１９】
この多層回路基板Ｚは下記の手順で製造される。
【００２０】
基板Ｚの最下単位層Ｌ１から最上単位層Ｌｔまでの各単位層Ｌｉの導体部ＸＱと絶縁部ＹＱの２次元配置のパターンにそれぞれ対応するように、図２（１）に示すように保持ステージＳ上に単位粒子の仮固定のためのフラックスなどの液体媒体Ａを塗っておき、その上から導体の単位粒子ＸＰと絶縁体の単位粒子ＹＰとを重なり無く２次元配置かつ固定して最下部の単位粒子層Ｌｐ１を形成する。
【００２１】
導体粒子ＸＰとしては、代表的にはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、はんだ合金などの金属粒子、または導電性樹脂の粒子を用いることができる。導電性樹脂としては、代表的にはＡｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃなどのフィラーを樹脂中に混合分散したものを用いることができる。
【００２２】
絶縁粒子ＹＰとしては、例えば硬化温度１５０〜２００℃程度の樹脂を用い、代表的にはウレタン系、アクリル系、エポキシ系等の樹脂粒子である。
【００２３】
導体粒子ＸＰおよび絶縁粒子ＹＰの粒径は、これらによってそれぞれ形成される導体領域Ｘおよび絶縁領域Ｙの微細化の観点からできるだけ小さいことが望ましい。現在用いられているはんだボールや樹脂塗布量精度に対応して、φ１００μｍ程度までの小径は実現できる。
【００２４】
単位粒子を配置する方法は特に限定する必要は無く、最も簡易な方法として例えば、半導体素子のアセンブリ工程ではんだボールの搭載に使用されるシングルボールマウンタにより単位粒子を１個ずつ配置することができる。
【００２５】
次に、図２（２）に示すように同様の操作を順次各単位粒子層Ｌｐｉ上で繰り返すことにより、基板Ｚの最下単位層Ｌ１に対応する最下単位粒子層Ｌｐ１から基板Ｚの最上単位層Ｌｔに対応する最上単位粒子層Ｌｐｔまでの複数の単位粒子層Ｌｐ１、Ｌｐ２、・・・Ｌｐｉ、Ｌｐｉ＋１、・・・Ｌｐｔから成る基板前駆体Ｚ´を形成する。各単位粒子層Ｌｐｉは１層ずつ積層するが、その際に仮固定のための加熱を行なう。これは樹脂粒子ＹＰの硬化温度以下で行ない、加熱手段としてはレーザー、超音波、輻射式ヒーターなどを用いることができる。ここで各単位粒子層Ｌｐｉは、それを構成する導体単位粒子ＸＰおよび／または絶縁単位粒子ＹＰの中心を通る点線で代表させて示した。すなわち、個々の単位粒子層Ｌｐｉはそれを示す点線が中心を通っている導体単位粒子ＸＰおよび／または絶縁単位粒子ＹＰで構成されている。
【００２６】
次に、図２（３）に示すように、保持ステージＳ上で基板前駆体Ｚ´を加熱しつつ加圧子Ｄにより上記積み重なりの方向に力Ｆで加圧することにより、最下単位粒子層Ｌｐ１から最上単位粒子層Ｌｐｔまでを相互に接合し且つ各単位粒子層内Ｌｐｉの単位粒子同士を接合して（ＸＰとＸＰ、ＸＰとＹＰ、ＹＰとＹＰをそれぞれ接合して）一体化することにより多層回路基板Ｚを得る。この場合の加熱は、導体粒子ＸＰの金属接合温度以上、絶縁粒子ＹＰの樹脂硬化温度以上で行なう。導体（金属）ＸＰと絶縁体（樹脂）ＹＰとの接合は通常の加熱圧着作用により行なわれる。ただし、図の例のように加圧後の導体部ＸＱと絶縁部ＹＱとが相互に噛み合い状態になれば、両者は機械的に接合される。導体ＸＰとして導電性樹脂を用いた場合には、ＸＰ自体の加熱硬化により絶縁粒子ＹＰと接合される。
【００２７】
この加熱下での加圧により、導体の単位粒子ＸＰおよび絶縁体の単位粒子ＹＰは個々に変形して相互に接合され、それぞれ図示の導体部ＸＱおよび絶縁部ＹＱになる。そして、複数の導体部ＸＱが垂直方向に接合して各導体領域Ｘを形成すると同時に複数の絶縁部ＹＱが垂直方向および水平方向に接合して各絶縁領域Ｙを形成し各導体領域Ｘの間を充填する。その際、導体部ＸＱと絶縁部ＹＱの接合も行なわれ、全体として一体の多層回路基板Ｚが形成される。垂直方向に真っ直ぐ延びた導体領域Ｘは、例えば貫通電極とすることができる。
【００２８】
なお、導体の単位粒子同士の接合については、加熱のみで接合が困難な場合には、単位粒子層Ｌｐｉの積層時に超音波または表面活性化常温接合（活性化のために高速原子ビームを照射する）により接合を促進することができる。
【００２９】
図２の例では、導体領域Ｘおよび絶縁領域Ｙはそれぞれ導体部ＸＱおよび絶縁部ＹＱが真っ直ぐ上向きに積み重なった単純な形状であった。すなわち、図２（２）に示したように、奇数番の層（Ｌｐ１、Ｌｐ３、Ｌｐ５、・・・）は導体粒子ＸＰと絶縁粒子ＹＰとが１つおきに縦断面に現われる２次元配置パターン、偶数番の層（Ｌｐ２、Ｌｐ４、Ｌｐ６、・・・）は絶縁粒子ＹＰのみが縦断面に現われる２次元配置パターン、という２種類の２次元配置パターンの単位粒子層の積み重ねにより構成した。
【００３０】
しかし、本発明はこれに限らず、種々の２次元配置パターンの単位粒子層Ｌｐｉを組合せて積み重ねることにより、種々の３次元形状の導体領域Ｘおよび絶縁領域Ｙを形成することができる。
【００３１】
例えば図３（１）に示すように、保持ステージＳ上に仮接着用液状媒体Ａを塗布し、その上に最下部の単位粒子層Ｌｐ１から最上部の単位粒子層Ｌｐｔまでの単位粒子層Ｌｐ１、Ｌｐ２、・・・Ｌｐｉ、Ｌｐｉ＋１、・・・Ｌｐｔを順に積み重ねて仮固定する。この場合、各単位粒子層Ｌｐｉは個々に必要な導電単位粒子ＸＰと絶縁単位粒子ＹＰとをそれぞれの２次元配置パターンでその直下の単位粒子層Ｌｐｉ−１上に配置して構成される。この例では、導電単位粒子ＸＰは、図示断面の左半分にある渦巻き形状、右半分上部にある六角形状、右半分下部にある傾斜直線形状をそれぞれ形成するように配置されている。これにより基板前駆体Ｚ´が構成される。
【００３２】
次に、図３（２）に示すように、図２（３）の操作と同様に上記の基板前駆体Ｚ´を加熱しつつ加圧することにより、各単位粒子層Ｌｐｉ同士を接合すると同時に各単位粒子同士を接合して（ＸＰとＸＰ、ＸＰとＹＰ、ＹＰとＹＰをそれぞれ接合して）一体化して多層回路基板Ｚを得る。この加熱下での加圧により、導体の単位粒子ＸＰおよび絶縁体の単位粒子ＹＰは個々に変形して相互に接合され、それぞれ図示の導体部ＸＱおよび絶縁部ＹＱになる。前駆体Ｚ´中の単位粒子配置の各形状を引き継いで、実線で囲んだように渦巻き形状の導体領域Ｘ１、六角形状の導体領域Ｘ２、傾斜直線形状の導体領域Ｘ３が形成され、全体として一体化した多層回路基板Ｚが得られる。多層回路基板Ｚ中で導体領域Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３以外の部分は絶縁領域Ｙ（図中に参照符号を示せないが）である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明により、製造効率を高めると同時に、回路の形状デザインの自由度をも高め、更に貫通電極の形成も容易にした多層回路基板およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来の多層回路基板を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による多層回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態による多層回路基板の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００…従来の多層回路基板
１１０…支持構造
１０…絶縁性コア基板
１２、１４、２２、３２…配線パターン
１６、１８…スルーホール
２０、３０…絶縁性プリプレグシート
４０…ソルダレジスト
Ｚ…本発明の多層回路基板
Ｚ´…基板前駆体
Ｘ…多層回路基板Ｚの導体領域
Ｙ…多層回路基板Ｚの絶縁領域
ＸＱ…導体領域Ｘを構成する個々の導体部
ＹＱ…絶縁領域Ｙを構成する個々の絶縁部
ＸＰ…導体の単位粒子
ＹＰ…絶縁体の単位粒子
Ｌ１、Ｌ２、Ｌｉ、Ｌｉ＋１、Ｌｔ…多層回路基板Ｚを構成する単位層
Ｌｐ１、Ｌｐ２、Ｌｐｉ、Ｌｐｉ＋１、Ｌｐｔ…基板前駆体Ｚ´を構成する単位粒子層
Ｓ…保持ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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