(57)【要約】【課題】回路パターンとバンプとの間の接触抵抗が低く、製造工程の短縮及び製造コストの低減を図ることが可能な配線基板及びその製造方法並びに複合配線基板を提供する。【解決手段】本発明の配線基板１は、薄厚の絶縁基材２と、この絶縁基材２の裏面２ａに形成される銅回路パターン３と、絶縁基材２に形成された貫通孔４に充填される銅導体層５と、絶縁基材２の表面２ｂに形成される銅バンプ６とを備え、銅回路パターン３、銅導体層５及び銅バンプ６は、金属結合により一体化されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基材と、この絶縁基材の一方の主面に形成される銅回路パターンと、前記絶縁基材の貫通孔に充填される銅導体層と、前記絶縁基材の他方の主面に形成される銅バンプとを備え、
前記銅回路パターン、前記銅導体層及び前記銅バンプは、金属結合により一体化されていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記銅導体層及び前記銅バンプは、銅ボールの一部を前記貫通孔に充填するとともに、前記銅ボールの残部を前記貫通孔から前記他方の主面側に突出してなることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記絶縁基材は、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材、絶縁材の両面に熱可塑性樹脂層または熱可塑性接着剤層を形成してなる絶縁基材、のいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載の配線基板。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂は、熱可塑性ポリイミドであることを特徴とする請求項３記載の配線基板。
【請求項５】
前記絶縁材は、ポリイミドシートまたはポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項３記載の配線基板。
【請求項６】
前記銅バンプの頂面に凹凸を形成してなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の配線基板。
【請求項７】
絶縁基材に離型材を貼着し、次いで、これら絶縁基材および離型材に、これらを貫通する貫通孔を形成し、次いで、この貫通孔に銅ボールを充填して、これら銅ボール、絶縁基材および離型材を加熱・加圧し、次いで、前記剥離材を除去することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項８】
前記銅ボール、前記絶縁基材および前記離型材を加熱・加圧する際に、凹凸を有する金型により前記銅ボールを加熱・加圧し、頂面に前記凹凸と相補形状の凹凸が形成された銅バンプとすることを特徴とする請求項７記載の配線基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれか１項記載の配線基板と、リジッド基板とを前記銅バンプを介して電気的に接続してなることを特徴とする複合配線基板。
【請求項１０】
前記絶縁基材は、柔軟性を有することを特徴とする請求項９記載の複合配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板及びその製造方法並びに複合配線基板に関し、更に詳しくは、回路パターンとバンプとの間の接触抵抗が低く、製造工程の短縮及び製造コストの低減を図ることが可能な配線基板及びその製造方法並びに複合配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化、軽量化、高機能化の要求に伴い、製品内部のわずかな基板スペースに複数の部品を実装することが行われている。高密度化を実現するためのチップ実装方法としては、近年、フリップチップ実装が注目され、多く用いられている。
このフリップチップ実装は、大きく分けて二通りの方法があり、多く用いられている方法としては、チップにバンプを形成するとともに、基板の前記バンプに対応する位置にランドを形成し、これらバンプ及びランドを互いに対向させて位置合わせした状態で加圧・加熱するか、あるいは超音波エネルギーを加えることにより金属接合する実装方法がある。
【０００３】
また、これとは逆に、基板にバンプを形成するとともに、チップの前記バンプに対応する位置にランドを形成し、これらバンプ及びランドを互いに対向させて位置合わせした状態で加圧・加熱するか、あるいは超音波エネルギーを加えることにより金属接合する実装方法がある。例えば、基板上に電解銅めっきを施すことにより銅バンプを形成し、これを用いてチップを実装する方法が提案されている（特許文献１）。
また、バンプは、コネクタ接点としても用いられる場合がある。例えば、フレキシブルプリント基板のカバーレイ開口部の銅箔を元に、電解めっきにより銅めっきバンプを形成し、これを接点としたコネクタが提案されている（特許文献２）。
【０００４】
一方、プリント基板の層間を導通する従来技術として、銅ボールを用いた層間導通の技術が検討されている。
この銅ボールを用いた層間導通の技術は、ＣＢＩＣ（Copper Ball Interconnection Co-laminated）と称される技術であり、層間導通は、銅−銅同士の金属結合による方法が電気的にも機械的にも望ましく、しかもめっきを用いずにフィルドビアが実現できれば回路の微細化の妨げにならず、優れているといえる。これを鑑みて提案された方法として、銅ボールを用いた層間導通方法が提案されている（特許文献３）。
この方法は、絶縁層に熱可塑性樹脂を用い、この熱可塑性樹脂の層間導通を形成する箇所に予め貫通孔を形成し、この貫通孔に銅ボールを挿入した後、この絶縁層の表裏両面に銅箔を配置し、加熱加圧することで、銅ボールが変形して銅箔に対して押しつけられ、この銅ボールと銅箔とが金属結合により接続されるものである。
この方法では、銅−銅の強固な結合と低抵抗のフィルドビアを、めっきを用いずに実現している。
【特許文献１】特開２０００−２６９２６９号公報
【特許文献２】特開２００４−７１３４７号公報
【特許文献３】特開２００６−１７９８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の電解めっきにより銅バンプを形成する方法では、電解めっきのめっき速度に限りがあり、１時間に形成可能な膜厚は５０〜１００μｍ程度である。したがって、バンプ形成に時間を要し、その結果、製造工程が長くなり、製造コストを削減するのが難しいという問題点があった。
一方、従来の銅ボールを用いた層間導通方法は、絶縁層の表裏両面に配置された銅箔を貫通孔内に充填された銅ボールとの金属結合により接続するものである。
この銅ボールを用いた層間導通方法では、銅箔間の導通を得るのが目的で、銅ボールを用いて銅バンプを形成することを目的としたものでは全くなかったために、この方法を用いて銅バンプを形成すること自体、全く考えられないものであった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、回路パターンとバンプとの間の接触抵抗が低く、製造工程の短縮及び製造コストの低減を図ることが可能な配線基板及びその製造方法並びに複合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】
【０００７】
本発明の請求項１に係る配線基板は、絶縁基材と、この絶縁基材の一方の主面に形成される銅回路パターンと、前記絶縁基材の貫通孔に充填される銅導体層と、前記絶縁基材の他方の主面に形成される銅バンプとを備え、前記銅回路パターン、前記銅導体層及び前記銅バンプは、金属結合により一体化されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に係る配線基板は、請求項１記載の配線基板において、前記銅導体層及び前記銅バンプは、銅ボールの一部を前記貫通孔に充填するとともに、前記銅ボールの残部を前記貫通孔から前記他方の主面側に突出してなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に係る配線基板は、請求項１または２記載の配線基板において、前記絶縁基材は、熱可塑性樹脂からなる絶縁基材、絶縁材の両面に熱可塑性樹脂層または熱可塑性接着剤層を形成してなる絶縁基材、のいずれかであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に係る配線基板は、請求項３記載の配線基板において、前記熱可塑性樹脂は、熱可塑性ポリイミドであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に係る配線基板は、請求項３記載の配線基板において、前記絶縁材は、ポリイミドシートまたはポリイミドフィルムであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６に係る配線基板は、請求項１ないし５のいずれか１項記載の配線基板において、前記銅バンプの頂面に凹凸を形成してなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７に係る配線基板の製造方法は、絶縁基材に離型材を貼着し、次いで、これら絶縁基材および離型材に、これらを貫通する貫通孔を形成し、次いで、この貫通孔に銅ボールを充填して、これら銅ボール、絶縁基材および離型材を加熱・加圧し、次いで、前記剥離材を除去することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項８に係る配線基板の製造方法は、請求項７記載の配線基板の製造方法において、前記銅ボール、前記絶縁基材および前記離型材を加熱・加圧する際に、凹凸を有する金型により前記銅ボールを加熱・加圧し、頂面に前記凹凸と相補形状の凹凸が形成された銅バンプとすることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項９に係る複合配線基板は、請求項１ないし６のいずれか１項記載の配線基板と、リジッド基板とを前記銅バンプを介して電気的に接続してなることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項１０に係る複合配線基板は、請求項９記載の複合配線基板において、前記絶縁基材は、柔軟性を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、銅回路パターン、銅導体層及び銅バンプを金属結合により一体化したので、回路パターンとバンプとの間の接触抵抗を非常に低くすることができる。
また、貫通孔に銅ボールを充填し、その後、銅ボール、絶縁基材および離型材を加熱・加圧するので、銅導体層及び銅バンプを同時に形成することができ、製造工程の短縮及び製造コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の配線基板及びその製造方法並びに複合配線基板を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１９】
「第１の実施形態」
図１は、本発明の第１の実施形態の配線基板を示す断面図である。
図において、１は配線基板であり、薄厚の絶縁基材２と、この絶縁基材２の裏面（一方の主面）２ａに形成される銅回路パターン３と、絶縁基材２に形成された貫通孔４に充填される銅導体層５と、絶縁基材２の表面（他方の主面）２ｂに形成される銅バンプ６とを備えている。
【００２０】
絶縁基材２は、柔軟性を有する絶縁性材料からなるもので、その形状はフィルム状、シート状、薄板状から用途に応じて選択使用することができる。この絶縁性材料としては、熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ＬＣＰ（液晶ポリマー）樹脂、ガラスエポキシ、アラミド繊維、テフロン（登録商標）のうち１種または２種以上を使用することができる。中でも熱可塑性ポリイミドが特性および取り扱いの点で好ましい。
この絶縁基材２として、絶縁材の両面に熱可塑性樹脂層または熱可塑性接着剤層を形成してなる積層構造の絶縁基材を用いることもできる。この絶縁材としては、ポリイミドシートまたはポリイミドフィルムが好適に用いられる。
【００２１】
この絶縁基材２には、貫通孔４が複数個形成されている。貫通孔４の形状は任意としてよく、例えば、断面円形、断面多角形とすることができる。ここでは、内径がほぼ一定の断面円形状とされている。
一方、銅導体層５および銅バンプ６は、銅ボール７により構成されており、この銅ボール７のうち貫通孔４に充填された部分が銅導体層５とされ、この銅ボール７の貫通孔４から表面２ｂ側外方へ突出した部分（残部）が銅バンプ６とされている。
これら銅導体層５および銅バンプ６には、銅回路パターン３の配線部分３ａが電気的に接続されている。
これら銅回路パターン３、銅導体層５および銅バンプ６は金属結合により一体化されている。
【００２２】
これら銅回路パターン３、銅導体層５および銅バンプ６を構成する銅としては、できるだけ純度が高い銅が好ましく、例えば純度９９％以上の銅が好ましい。具体的には、圧延銅、電気銅、タフピッチ銅、無酸素銅のうち１種または２種以上を用いることができる。
【００２３】
次に、配線基板１を製造する方法について、図２〜図３を参照して説明する。
この配線基板１は、ＣＢＩＣ技術を用いた銅ボールによるフィルドビアの層間導通の技術を用いて作製することができる。
図２（ａ）に示すように、両面２ａ、２ｂに熱可塑剤または熱可塑性接着剤が形成された絶縁基材２を用意する。また、絶縁基材２に貼着する部材として離型紙（離型材）１１および捨て板１２を用意する。
【００２４】
離型紙１１としては、ポリプロピレン、フッ素樹脂等からなるシート状のものが使用できる。これらは離型シートとして市販されており、容易に入手可能である。また、捨て板１２は、途中の工程で離型紙１１と共に除去するので、除去する際に可撓性を有することが好ましく、さらに、加熱・加圧する際に形状、特に厚みを保持することができるものが好ましい。このような捨て板１２としては、例えば、ポリイミドシート、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等が好適である。なお、製造コスト上許容できるのであれば、絶縁基材２と同一の材料でもよい。
【００２５】
これら離型紙１１および捨て板１２は、これらを重ね合わせたときの総厚が使用する銅ボールの直径より薄いことが重要であり、例えば、これらの総厚は銅ボールの直径の１／２〜２／３の範囲内にあることが好ましい。
具体的には、絶縁基材２の厚みを２５μｍ、離型紙１１の厚みを１２μｍ、捨て板１２の厚みを２５μｍとした場合、銅ボールの直径は１００μｍ程度のものが適している。
【００２６】
次いで、図２（ｂ）に示すように、絶縁基材２、離型紙１１および捨て板１２を順に重ね合わせ、この状態で、ドリル加工、レーザ加工（ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ等）等により、銅バンプを嵌め込むための貫通孔１３を形成する（図２（ｃ））。この貫通孔１３の開口部の直径は嵌め込む銅バンプの直径よりやや小さいことが好ましい。
【００２７】
次いで、図２（ｄ）に示すように、絶縁基材２の片面側からエア吸引１４を行い、貫通孔１３に銅ボール１５を嵌め込む。
次いで、図２（ｅ）に示すように、銅ボール１５が嵌め込まれた絶縁基材２、離型紙１１および捨て板１２に、銅箔１６を重ね合わせ、銅箔１６を絶縁基材２に密着させる。銅箔１６は、エッチング加工により銅回路パターン３となるもので、例えば、厚みが１２．５μｍ程度のものが好適である。
【００２８】
次いで、これらを真空プレス２１、２２にて挟み、２５０℃〜３５０℃にて１０分〜６０分、好ましくは２６０℃〜３００℃にて１５分〜３０分、加熱・加圧する。
これにより、図３（ａ）に示すように、銅ボール１５が加熱・加圧により変形して、絶縁基材２、離型紙１１および捨て板１２の貫通孔１３内に埋め込まれ、銅ボール７となる。同時に銅箔１６に金属結合により接合され一体化される。
【００２９】
次いで、絶縁基材２から離型紙１１および捨て板１２を除去する。離型紙１１は捨て板１２に密着しているので、離型紙１１を除去することで捨て板１２も容易に除去することができる。
これにより、図３（ｂ）に示すように、銅ボール７のうち絶縁基材２の貫通孔４に充填された部分が銅導体層５となり、この銅ボール７のうち貫通孔４から表面２ｂ側外方へ突出した部分が銅バンプ６となる。
【００３０】
この銅導体層５および銅バンプ６の合計の高さは、絶縁基材２、離型紙１１および捨て板１２の総厚程度、すなわち、この場合、絶縁基材２の厚みを２５μｍ、離型紙１１の厚みを１２μｍ、捨て板１２の厚みを２５μｍとすれば、銅ボール７の高さは６２μｍ程度となる。
次いで、図３（ｃ）に示すように、銅箔１６をフォトリソグラフィによりエッチング加工し、銅回路パターン３とする。
これにより、銅導体層５および銅バンプ６に銅回路パターン３の配線部分３ａが電気的に接続されることとなる。
【００３１】
本実施形態によれば、銅回路パターン３、銅導体層５及び銅バンプ６を金属結合により一体化したので、銅回路パターン３と銅バンプ６との間の接触抵抗を非常に低くすることができる。
また、貫通孔に銅ボールを充填し、その後、銅ボール、絶縁基材および離型材を加熱・加圧するので、銅導体層５及び銅バンプ６を同時に形成することができ、絶縁基材と銅箔を貼り合わせた後、めっきによりバンプを形成する方法と比べて、製造工程を大幅に短縮することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００３２】
「第２の実施形態」
図４は、本発明の第２の実施形態の配線基板を示す断面図であり、本実施形態の配線基板３１が第１の実施形態の配線基板１と異なる点は、第１の実施形態の配線基板１では、銅バンプ６の頂面が平坦とされているのに対し、本実施形態の配線基板３１では、銅バンプ６の頂面が凹凸３２とされている点である。
【００３３】
この凹凸３２の底部と頂部との間の高さは、銅バンプ６の高さより十分小さいとされている。例えば、銅バンプ６の高さが離型紙１１の厚み１２μｍと捨て板１２の厚み２５μｍとの合計に等しいとすれば、銅バンプ６の高さは３７μｍとなる。一方、凹凸３２の底部と頂部との間の高さは１０μｍであるから、凹凸３２の高さは銅バンプ６の高さの約１／４となる。
この凹凸３２は、例えば、ボンディングの際に１バンプ当たり複数箇所で金属結合を得たいような場合には、有効な構造である。
【００３４】
次に、配線基板３１を製造する方法について、図５〜図６を参照して説明する。
なお、絶縁基材２を用意する工程から貫通孔１３に銅ボール１５を嵌め込む工程（図５（ａ）〜図５（ｄ））については、上述した図２（ａ）〜図２（ｄ）と全く同様であるから、説明を省略する。
貫通孔１３に銅ボール１５を嵌め込んだ後、図５（ｅ）に示すように、銅ボール１５が嵌め込まれた絶縁基材２、離型紙１１および捨て板１２に、銅箔１６を重ね合わせ、銅箔１６を絶縁基材２に密着させる。銅箔１６は、エッチング加工により銅回路パターン３となるもので、例えば、厚みが１２．５μｍ程度のものが好適である。
【００３５】
次いで、真空プレス（金型）４１を用意する。この真空プレス４１の銅ボール１５に対向する側の面には、凹凸３２と相補形状の凹凸４２が形成されている。
次いで、銅ボール１５が嵌め込まれた絶縁基材２、離型紙１１および捨て板１２を真空プレス４１、２２にて挟み、２５０℃〜３５０℃にて１０分〜６０分、好ましくは２６０℃〜３００℃にて１５分〜３０分、加熱・加圧する。
これにより、図６（ａ）に示すように、銅ボール１５が凹凸４２により押圧されると同時に加熱・加圧により変形して、絶縁基材２、離型紙１１および捨て板１２の貫通孔１３内に埋め込まれ、さらに凹凸４２により銅ボール１５の頂部に凹凸４２と相補形状の凹凸３２が形成される。同時に銅箔１６に金属結合により接合され一体化される。
【００３６】
次いで、絶縁基材２から離型紙１１および捨て板１２を除去する。
これにより、図６（ｂ）に示すように、銅ボール７のうち絶縁基材２の貫通孔４に充填された部分が銅導体層５となり、この銅ボール７のうち貫通孔４から表面２ｂ側外方へ突出した部分が、頂面に凹凸４２と相補形状の凹凸３２が形成された銅バンプ６となる。
次いで、図６（ｃ）に示すように、銅箔１６をフォトリソグラフィによりエッチング加工し、銅回路パターン３とする。
これにより、銅導体層５および銅バンプ６に銅回路パターン３の配線部分３ａが電気的に接続されることとなる。
【００３７】
本実施形態によれば、銅バンプ６の頂面を凹凸３２としたので、銅バンプ６の頂面とボンディングワイヤ等との接合強度を高めることができる。また、銅バンプ６とボンディングワイヤ等との間の接触抵抗、および銅回路パターン３と銅バンプ６との間の接触抵抗を非常に低くすることができる。
また、真空プレス４１、２２にて挟んだ状態で加熱・加圧するので、銅導体層５及び銅バンプ６を同時に形成すると同時に、銅バンプ６の頂部に凹凸４２と相補形状の凹凸３２を形成するので、製造工程を大幅に短縮することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００３８】
「第３の実施形態」
図７〜図９は、本発明の第３の実施形態の複合配線基板を示す図であり、コネクタに応用した例である。
図７は第１の実施形態の配線基板１を適用したバンプ付フレキシブルプリント基板を示す平面図、図８はリジッド基板を示す平面図、図９はバンプ付フレキシブルプリント基板とリジッド基板とを銅バンプを介して電気的に接続した複合配線基板を示す断面図である。
図７〜図９において、図１〜図６と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３９】
バンプ付フレキシブルプリント基板５１は、絶縁基材２を柔軟性のある熱可塑性ポリイミドにより構成したもので、銅バンプ６および回路パターン３は所定のピッチにて計４個並列に設けられている。銅バンプ６の表面における接触抵抗を低くするために、この銅バンプ６の表面に金めっきを施すことが好ましい。また、この金めっきと回路パターン３との間には拡散を防止するブロック層としてニッケルめっきを施すことが好ましい。
【００４０】
リジッド基板５２は、絶縁基材２の表面に回路パターン５３がバンプ付フレキシブルプリント基板５１と同一のピッチにて計４個並列に設けられ、回路パターン５３の先端部分を除く部分はレジスト層５４にて覆われている。
この回路パターン５３の先端部分は、バンプ付フレキシブルプリント基板５１と同様にニッケルめっき、金めっきを施し、接触面を金めっきしておくことが好ましい。
【００４１】
この複合配線基板では、バンプ付フレキシブルプリント基板５１の銅バンプ６をリジッド基板５２の回路パターン５３の先端部分に載置し、さらに、銅バンプ６と反対側のバンプ付フレキシブルプリント基板５１上に、例えば、ステンレス鋼からなる押さえ板５５を載置し、この押さえ板５５に上方から加重を掛け、バンプ付フレキシブルプリント基板５１をリジッド基板５２に押圧することにより、これらバンプ付フレキシブルプリント基板５１とリジッド基板５２とを電気的に接続することができる。
【００４２】
この複合配線基板によれば、バンプ付フレキシブルプリント基板５１の銅バンプ６とリジッド基板５２の回路パターン５３の先端部分とを押圧により電気的に接続したので、コネクタハウジングを用いることなく、バンプ付フレキシブルプリント基板５１をリジッド基板５２に直接接続することができる。したがって、コネクタハウジングを必要としない低背接続を行うことができる。
また、バンプ付フレキシブルプリント基板５１の銅バンプ６をリジッド基板５２の回路パターン５３の先端部分に押圧するという簡単な操作のみにより、電解めっきによるバンプ形成を行うことなく、短時間で容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態の配線基板を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の配線基板を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の配線基板の製造方法を示す過程図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の配線基板を適用したバンプ付フレキシブルプリント基板を示す平面図である。
【図８】リジッド基板を示す平面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の複合配線基板を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…配線基板、２…絶縁基材、３…銅回路パターン、４…貫通孔、５…銅導体層５、６…銅バンプ、７…銅ボール、１１…離型紙、１２…捨て板、１３…貫通孔、１４…エア吸引、１５…銅ボール、１６…銅箔、２１、２２…真空プレス、３１…配線基板、３２…凹凸、４１…真空プレス、４２…凹凸、５１…バンプ付フレキシブルプリント基板、５２…リジッド基板、５３…回路パターン、５４…レジスト層、５５…押さえ板。
【図１】
2009283698.tif 000003
【図２】
2009283698.tif 000004
【図３】
2009283698.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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