(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均空孔径の異なる２種以上の多孔質シートを複数枚積層し、
前記多孔質シートの選択された領域の三次元網目状の空孔に導電性物質を含浸し、その他の領域の三次元網目状の空孔には熱硬化性樹脂を含浸したことを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
最表層の多孔質シートよりも内部の多孔質シートの方が平均空孔径が大きい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、電気、電子、通信などの分野で配線基板などに用いられる多層配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やウェアラブルコンピュータなど小型の電子機器には、高密度実装を可能にするために配線となる導電性パターンが三次元に亘って形成されている立体配線が欠かせない。
【０００３】
一般に配線基板に立体配線基板を形成するには二次元の導電性パターンが形成された配線シートを積層させて多層配線基板構造を構成することによりなされている。このような多層配線基板構造では、ビアと呼ばれる導電性カラムを有する配線シートを共に積層し、上下の導電性パターンの間をビアで結合した構造を有している。
【０００４】
ところがビアを形成した配線シートを形成することは低コスト化や小径化が難しいという問題点があった。通常、ビアを配線シートに形成するためには絶縁シートにレーザー加工などの手法で貫通孔を形成し、この貫通孔にめっきや導電ペーストなどを充填する。しかしレーザー加工装置は比較的高価である上、スループットをあげることが難しい。ビア径が小径化するとこの傾向が顕著になる。多層基板の高密度化には小径のビアをいかに簡単に低コストで形成できるかがポイントになっている。
【０００５】
そこで絶縁シートに貫通孔を穿孔することなくビアに相当するシートの表裏に貫通した導電性カラムを形成する方法が提案されている(例えば特開昭５５−１６１３０６号、特開平７−２０７４５０号公報、米国特許第５，４９８，４６７号、および特開平１１−２５７５５号公報等)。これらの方法では、三次元連続空孔が形成された多孔質シートの所望の領域に銅などの導電性物質を含浸して、シートの表裏に貫通した導電性カラムを形成する。また発明者らは特願平１１−２６２３２８号において、多孔質シートにビアや配線のパターン通りに導電性物質を含浸して多層配線基板を形成する方法を提案している。
【０００６】
これらの手法によれば、所定の位置に貫通孔を新たに形成することなく膜厚方向に延びた導電性カラムを形成することができる。
【０００７】
しかしながらこうした導電性カラムや導電性パターンが形成された多孔質シートを配線シートとして積層し多層配線基板として用いる場合、絶縁性や耐吸湿性、曲げ強度などを確保するため、多孔質シートの空孔に硬化性樹脂などを含浸、充填する必要がある。
【０００８】
一方、微細な配線パターンや小径ビアを形成しようとすると、多孔質シートの空孔径はサブミクロンオーダの微細なものにする必要がある。ところがこのような微細な空孔径の多孔質シートの積層体にボイドの発生無く短時間で硬化性樹脂を含浸させることは難しい。この傾向は特に多孔質シートを多数積層した多層配線基板において顕著となる。ボイドの発生を防ぐために、含浸時間を長くしたり、真空含浸したり、硬化性樹脂の粘度を落とすなどの対策が必要となる。ところがこれらはスループットの低下や設備費の増大によるプロセスコストの膨張や、硬化性樹脂の性能低下を招くなどの問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の導電性パターンを形成した多孔質シートを積層した多層配線基板は、微細なビアや配線を低コストで形成できる利点があるが、空孔が微細な多孔質シートを用いなければならないため、硬化性樹脂などを含浸する際にボイドなどが発生しやすくなり、強度が低くなるため、その対策のためにスループットの低下や設備費の増大を招くおそれがあるという問題点があった。
【００１０】
本発明は硬化性樹脂などをボイドなく迅速に含浸させることが可能な強度が高く信頼性の高い構造の多層配線基板を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多孔質シートと、前記多孔質シートの選択された領域の空孔に導電性物質が充填されてなる導電性パターンとを備える配線シートが複数枚積層されてなる多層配線基板において、前記複数枚の配線シートを構成する多孔質シートとして平均空孔径の異なる２種以上の多孔質シートが使用されていることを特徴とする多層配線基板である。
【００１２】
すなわち、本発明の多層配線基板は平均空孔径が異なる多孔質シートを用いた２種以上の配線シートが積層されてなる。目の粗い多孔質シート中は目の細かい多孔質シートに比べて硬化性樹脂が含浸、流動しやすく、ボイドも生じにくい。本発明の多層配線基板においては目の細かい多孔質シートの近傍に前記目の粗い多孔質シートが存在することになり、硬化性樹脂を含浸させた際には目の細かい多孔質シート中にも迅速・良好に硬化性樹脂を含浸することが可能となる。微細な導電性パターン形成が必要とされる層には目の細かい多孔質シートを用い、微細な導電性パターンの形成が必要とされない層には目の粗い多孔質シートを用いるなどすればよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明の多層配線基板は、導電性パターンが形成された多孔質シートからなる配線シートを複数枚積層してなる。多孔質シートは空孔が形成されているものであれば特に限定されず、用途に応じて有機あるいは無機の多孔質シートを用いることができる。
【００１５】
有機多孔質シートとしては、延伸法、相転換法などで作製される多孔質シートが用いられ、具体的にはＰＴＦＥの延伸シートやポリスルホン、ポリアミド、ポリイミドなどの相転換法による多孔質シートなどが挙げられる。
【００１６】
またブロックコポリマーの三次元網目状のミクロ相分離構造から特定の相を選択的に除去して作製した多孔質フィルムは同一シート内での空孔径が揃っているので微細導電性パターンを形成するのに適しており最も好ましい。
【００１７】
ミクロ相分離構造から特定の相を選択的に除去する手法としては特に限定されないが、例えばオゾン酸化やβ線照射によって特定の相のポリマーを分解した後に溶媒洗浄などの手法で分解物を除去して多孔質化する方法が用いられる。
【００１８】
ミクロ相分離構造から作製される多孔質シートの材料としては、ポリカルボオキシシランシートや架橋ポリブタジエンシートやポリシクロヘキセンシートなどが挙げられる。またミクロ相分離構造の特定の相を熱分解させて揮発させることによって除去してもよく、ポリイミドなどの耐熱性ポリマーの多孔質シートを作製することができる。
【００１９】
無機多孔質シートとしては、ゾルゲル法、エマルジョンテンプレーティング法などで作製される、多孔質セラミックシートなどが用いられる。
【００２０】
各多孔質シートの膜厚は１０μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは、２０μｍ以上８０μｍ以下が望ましい。厚すぎると導電性パターンの形成が困難になり、薄すぎると取り扱いが困難になる。
【００２１】
導電性パターン形成のために多孔質シートに含浸する導電性物質としては、銅、ニッケル、金、銀などの金属、あるいはこれらの合金、インジウムチンオキサイドなどの導電性セラミックス、グラファイトなどの炭素材料、ハイドープされたシリコンなどの半導体、ポリアニリン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリピロール誘導体などの導電性ポリマーなどが用いられる。
【００２２】
これらの導電性物質を多孔質シートの所望の領域に含浸、充填して導電性パターンを形成する手法としては、特に限定されないが、導電性物質の微粒子や溶液をスクリーン印刷や凹版印刷などの手法で多孔質フィルムに印刷したり、めっきするなどすればよい。特に発明者らが特願平２０００−１５９１６３号で提案しているようなパターンめっき手法を用いるのが最も好ましい。
【００２３】
多孔質シートに設けられた空孔が三次元的に連続な網目状の形態であることにより、含浸、充填された導電性物質は、多孔質シートに良好に保持、固定される。また導電性物質が充填される空孔が多孔質シートの膜厚方向のみならず、水平方向にも連続しているために、ビアだけでなく配線の形成が可能となる。
【００２４】
本発明の多層配線基板は、平均空孔径が異なる少なくとも複数種の多孔質シートを用いた配線シートが積層されている。
【００２５】
多孔質シートの平均空孔径は小角Ｘ線散乱測定、光散乱測定や、断面の光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡などの観察によって測定可能である。
【００２６】
平均空孔径が異なるとは、平均空孔径が大きな多孔質シートの平均空孔径が、平均空孔径が小さな多孔質シートの平均空孔径の１．５倍以上であることが好ましく、さらに望ましくは５倍以上、さらに望ましくは１０倍以上であることが望まれる。
【００２７】
平均空孔径は、平均空孔径の小さな（目の細かい）多孔質シートの場合、０．０５μｍから１μｍの範囲にあることが好ましく、さらには０．１μｍから０．５μｍの範囲にあることが望ましい。あまり小さいと硬化性樹脂が含浸しにくい上、導電パターンをめっきなどで形成する場合にも多孔質内部までめっきされにくい。またあまり大きすぎると微細な配線を形成することが難しい。平均空孔径の大きな（目の粗い）多孔質シートの場合、０．５μｍから１０μｍの範囲にあることが好ましく、さらには１μｍから５μｍの範囲にあることが望ましい。空孔径があまり小さいと硬化性樹脂の含浸が十分でなくボイドが生じやすく、空孔径があまり大きいと配線パターンが形成しにくくなる。
【００２８】
平均空孔径の小さな目の細かい多孔質シートを多層配線基板の表層に積層して、大きな目の粗い多孔質シートを多層配線基板の内部の層に積層するのが好ましい。
【００２９】
目の粗い多孔質シート中は硬化性樹脂が含浸、流動しやすく、ボイドも生じにくい。よって目の細かい多孔質シートに隣接して目の粗い多孔質シートが積層されていると、目の細かい多孔質シート中にも良好に硬化性樹脂を含浸することが可能となる。また中心部を目の粗い多孔質シートで構成すれば、中心部までボイドを生ずることなく良好に硬化性樹脂を含浸させることができる。目の粗い多孔質シートには微細な導電性パターンを形成することが難しいが、微細な導電性パターンは目の細かい多孔質シートに形成し、グランドや電源線など比較的サイズの大きな導電性パターンを目の粗い多孔質シートに形成すればよい。目の細かい多孔質シートと目の粗い多孔質シートを交互に重ねても良い。この場合も微細な導電性パターンは目の細かい多孔質シートに形成し、グランドや電源線など比較的サイズの大きな導電性パターンを目の粗い多孔質シートに形成すればよい。
【００３０】
目の粗い多孔質シートとしては、先に述べた多孔質シート以外にも、ガラス繊維などのセラミック繊維やアラミド樹脂繊維などのポリマー繊維を三次元的に織った不織布を用いることもできる。こうした不織布は、三次元的に複雑に繊維が絡み合い、結果としてシートの厚み方向に均質な多孔質類似の構造を形成できるため、ハニカム多孔質シートや平織りメッシュシートのような問題点をある程度回避することが可能である。またこうした不織布を多孔質シートに用いると、多層配線基板の曲げ強度などの機械特性を向上させやすい。
【００３１】
セラミック繊維としては例えばシリカガラス繊維、アルミナ繊維、シリコンカーバイト繊維、チタン酸カリウム繊維などが用いられる。ポリマー繊維としては例えば、芳香族ポリアミド繊維、芳香族ポリエステル繊維などの液晶性ポリマーや高Ｔｇポリマー繊維や、ＰＴＦＥ繊維などのフッ素系ポリマー繊維、芳香族ポリイミド繊維、ポリベンゾオキサゾール誘導体繊維などが用いられる。これらの繊維の短繊維を紙のように漉いたものでも良い。
【００３２】
多孔質シートに含浸させるものは、硬化性樹脂が望ましいが、必ずしも硬化性樹脂である必要はなく、シリカゾルなどのセラミック前駆体溶液や、熱可塑性樹脂やその溶液など特に限定されない。硬化性樹脂も熱硬化性、光硬化性、電子線硬化性など特に限定されない。
【００３３】
具体的には例えばエポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、ビスマレイミドートリアジン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリブタジエン樹脂、シリコーン樹脂、ポリカルボジイミド樹脂などが用いられる。
【００３４】
本発明の多層配線基板における配線シートは、ビアのみを多孔質シートに含浸させた形で形成し、配線は多孔質シート両面に銅箔を張ってエッチングするなどの手法で形成し、これを積層してもよい。または発明者らが特願平１１−２６２３２８号において提案しているようなビアを形成した多孔質シートと配線を形成した多孔質シートを交互に積層した物でも良い。もちろん平坦性にすぐれ、高周波特性の良好な後者が好ましいのは言うまでもない。
【００３５】
以上詳述したように本発明の多層配線基板は、携帯機器やマイクロマシンなどの高密度実装や、フリップチップ、球状半導体の実装などに欠かせないマザーボードやインターポーザ−などの多層配線基板として、ボイドの発生を低減し高性能にかつスループット高く簡便に製造することが可能でありその産業的価値は大きい。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
ＰＴＦＥ多孔質シート（平均空孔径０．１μｍ，膜厚２０μｍ）に有機感光性組成物であるナフトキノンジアジド含有フェノール樹脂（ナフトキノンジアジド含有率；３３当量ｍｏｌ％）の１ｗｔ％アセトン溶液をディップ法にて多孔質シート全表面にコーティングした。室温で３０ｍｉｎ乾燥させて空孔内表面をナフトキノンジアジド含有フェノール樹脂で被覆した。ＣＡＮＯＮ  ＰＬＡ５０１で、ライン幅２０μｍ、スペース３０μｍのマスクを介して光量５００ｍＪ／ｃｍ2（波長４３６ｎｍ）の条件で露光しインデンカルボン酸からなる潜像を形成させた。
【００３７】
パターン潜像を形成したＰＴＦＥ多孔質シートを０．５Ｍに調整した硫酸銅水溶液に５ｍｉｎ浸漬後、蒸留水による洗浄を３回繰り返した。続いて水素化ホウ素ナトリウム０．０１Ｍ水溶液に３０ｍｉｎ浸漬後、蒸留水で洗浄した。さらに無電解銅メッキ液ＰＳ−５０３に３０ｍｉｎ浸漬し、導電部に銅メッキを施しライン幅２０μｍ、スペース３０μｍのマスク通りのＣｕ配線パターンが形成された配線シートを得た。また５０μｍ径のビアパターンのマスクを用いて同様の手法でめっきを行いビアが形成された配線シート（ビアシート）を得た。
【００３８】
さらに平均空孔径０．５μｍ,  膜厚２０μｍのＰＴＦＥ多孔質シートを用いた他は同様にして、配線シートとビアシートを作製した。これらの配線シート、ビアシートを以下の（１）〜（２）に示す順序で積層した後、１，２−ポリブタジエン（分子量８０００）１００重量部に５重量部のジクミルパーオキサイドを加えた樹脂液を含浸後、１７０度で１時間加熱して硬化させて２種類の多層配線基板を作製した。
（１）多層配線基板１：平均空孔径０．５μｍの配線シート４枚とビアシート３枚を交互に積層したコアの両面にそれぞれ平均空孔径０．１μｍの配線シートとビアシートそれぞれ１枚ずつ積層。
（２）多層配線基板２：平均空孔径０．１μｍの配線シート６枚とビアシート５枚を交互に積層。
【００３９】
多層配線基板１、２それぞれ１００個ずつ作製してボイドの有無を観察した。その結果、多層配線基板２は１００個中１１個にボイドの発生が認められた。対して多層配線基板１は１００個中ひとつもボイドの発生が認められなかった。
（実施例２）
直径５μｍのグラスファイバーを漉いた空孔径が１μｍから１０μｍの範囲で形成されている厚さ５０μｍの不織布に実施例１と同様にして２００μｍ径のビアパターンを形成した。このグラスファイバーシートの両面に、実施例１で作製したのと同じ平均空孔径０．５μｍのＰＴＦＥ多孔質シートに配線およびビアを形成した配線シート２枚およびビアシート１枚ずつを交互に積層した。これにベンゾシクロブテン樹脂（ダウケミカル社製）１００重量部に５０重量部のメチルイソブチルケトンを加えた樹脂溶液を含浸して、熱風乾燥して溶媒を除去した後、窒素気流下２４０度で１時間加熱して硬化させて多層配線基板を作製した。作製した多層配線基板にはボイドの発生は認められず、またガラスファイバーの層が積層されているため曲げ強度も十分であった。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、硬化性樹脂などをボイドなく迅速に含浸させることが可能であり、強度が高く信頼性の高い構造の多層配線基板を提供することができる。