JP3290041B2 - 多層プリント基板、多層プリント基板の製造方法 - Google Patents
多層プリント基板、多層プリント基板の製造方法Info
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Description
造に係わるものである。特に、本願発明は多層プリント
基板において隣接しない層間の電気的接続をバイアホー
ルによって行うときの構造及びその形成方法に係わる。
プリント基板である。多層プリント基板においては層間
の導通をとるために、導通すべき層に接続用のランドを
設け、それらの層を含むすべての層を貫通するスルーホ
ールを形成し、このスルーホールに導電材料を被覆する
等の方法によりスルーホールを介してスルーホールが形
成されている層の上に位置する層とその下に位置する層
とを電気的に接続する方法が一般的に採られている。
はバイアホールによることもできる。バイアホールは一
つの層に開けられた小孔で、その内面が導電材料でメッ
キされており、上層と下層とを電気的に接続する役割を
果たす。バイアホールを形成する方法はビルドアップ工
法によってなされている。ビルドアップ工法は図1〜4
に示すように、1層づつ絶縁樹脂層、バイアホール、メ
ッキ、というプロセスを繰り返し複数の層を積み上げる
(build up)方法である。一例を示すと、図1に示すよう
に、まず接続用ランド105を有する基板100上に感
光性を有する絶縁樹脂膜110が塗布される。この際の
塗布方法は例えばスピンコーテイング、スクリーン印刷
法、カーランコータ法等による。そして、図2に示すよ
うにこの感光性の絶縁樹脂層を所定のパターンで露光・
現像・エッチングすることによってランド105上にバ
イアホール130を形成する。このエッチング方法とし
ては乾式、あるいは、湿式両方の方法でなされる。その
後、図3に示すようにバイアホール130上に導電材料
によるメッキ層140が施される。さらに、図4に示す
ようにこの上に次の絶縁樹脂層150を形成し複層とす
る。この方法は基板を貫通するスルーホールのような孔
を形成する必要がなく、必要な個所のみに孔をあければ
いいから、それだけ配線の自由度が大きくなるという点
で優れている。
示すように隣接しない二つの層110及び180上の点
Aと点Bを電気的に接続する場合、第二の絶縁層150
に形成された第二のバイアホール160を第一の絶縁層
110に形成された第一のバイアホール130の直上で
はなく、その位置を少しずらして形成し、両層間をメッ
キ層140、170によって電気的に接続する。第二の
絶縁層150と第三の絶縁層180との間でも同様に第
二の絶縁層に形成されたバイアホール160から少しず
らして第三の絶縁層180に第三のバイアホール190
を形成する。このように、従来技術ではバイアホールを
すでに存在する別のバイアホールの直上に形成すること
なく隣接しない二つの層の電気的な接続を行っていた。
Bをバイアホールによって電気的に接続するためには図
5で示すように略d1の二乗に比例した面積が必要とな
る。d1はバイアホールが一つのバイアホールの直上で
はなく、斜め上に形成されているから大きくなる。
次のバイアホールを形成することによる層間の接続は高
密度化の要請に沿わない。つまり、バイアホールおよび
そのレイアウトについても面積を低減することが要請さ
れている。この要請を確保するために例えば図6に示す
ように二つのバイアホールをあるバイアホールの直上に
形成することも考えられる。図6に示すように、この構
造は第一の絶縁層110に第一のバイアホール130が
形成されており、この直上に第二の絶縁層150をエッ
チングして第二のバイアホール160が形成されてい
る。そして、第二のバイアホール160上にメッキ層1
70が形成され、第二の絶縁層上の点Aと第一の絶縁層
の点Bとの導通を達成する。このように重ねた場合の問
題点は以下の諸点である。
成する際に第二の絶縁層150を湿式等の方法でエッチ
ングするのであるが、このエッチングは通常のバイアホ
ールの場合の2倍程度の深さで行う必要があるから時間
がかかる。このような長時間のエッチングを行うと、エ
ッチングが深さ方向のみならず半径方向にも起こり、孔
径d2がかなり大きくなってしまう。先ほどの例と同様
に点Aと点Bを接続するための消費面積は概略d2の二
乗で評価可能であるが、この面積は従来の方法によって
上層と下層を電気的に接続するときに必要とする面積で
ある概略d1の二乗(図5参照)とほとんど変わらない
ことになる。
ずしも完全に行われるとは限らないことである。エッチ
ングが不完全だと第一のバイアホール130の底面に第
二の絶縁層150がエッチングされきらないで残留する
172。このような残留絶縁層172が多くなると第一
のバイアホール130上に形成されたメッキ層140と
第二のバイアホール上に形成されるべきメッキ層170
との導通を害し信頼性の低下をきたす。
アホールを単純に形成する方法によれば消費面積、信頼
性の面でともに要求を満たし得ない。
するための構造としてはバイアホールによらない方法も
考えられる。その代表的なものがスタッドと呼ばれる導
電性材料で構成された柱を用いる方法である。このスタ
ッド法のプロセスについて図7以下に説明する。まず、
図7に示すように基板200上にレジスト等210を塗
布し、それに所定のパターンで開口部を形成した後に、
その開口部にメッキ等の手法によって金属等の導電性材
料220を充填させる。その後図8に示すようにレジス
ト210を適当な方法で除去し、金属等の導電性材料か
ら構成されるスタッド220のみを残す。次に図9に示
すようにこのスタッド220を完全におおうように絶縁
樹脂層230を形成し、図10のように表面を平滑化す
る。このプロセスを繰り返せば図11のように二点Aと
Bを電気的に接続する構造を得ることができる。この方
法は先に述べた方法のようにエッチングを含まないの
で、点Aと点Bを電気的に接続するために必要な構造の
消費面積(d3の二乗に比例する)は小さくて済む。こ
の点で、高集積化を果たすための利点が大きい。
一に、図8のようにスタッド220の支持がない状態で
絶縁層230を塗布する(図9)のでこの過程において
スタッドの倒壊が起こりやすいということである。スタ
ッド220の倒壊が生じると、その箇所において意図し
ていた電気的な接続が得られないから、完成品に誤動作
等の悪影響をきたす。特に、プリント基板上で1箇所で
も倒壊が起これば誤動作の可能性があるから、信頼性に
非常に大きな影響を及ぼすことになる。第二に図10に
示すように、絶縁樹脂層230と金属スタッド220と
の界面Aの接合強度の確保が困難である。接合強度はそ
の界面に混入するわずかなごみなどの不純物によって低
下し、界面の遊離を来たしたり、隙間を生じたり、これ
を原因として腐食に進んだりする。以上のように、この
方法によれば製品の信頼性という点で大きな欠点があ
り、この欠点は製品の歩留まりの低下につながる。
問題点に鑑みて本願発明は以下の点を目的とする。 (1)多層プリント基板において二つ以上の層を電気的
に接続する構造を提供すること。特に少なくとも一つの
層を介した二点を電気的に接続すること。 (2)消費面積が小さく、その結果、配線の高集積化に
耐えうる構造を提供すること。 (3)工程の信頼性が高く製品の歩留まりがよい構造を
提供すること。
表面が銅層で覆われた第一のバイアホールを有し、基板
上に配された第一の絶縁層と、前記表面が銅層で覆われ
た第一のバイアホール内のみに充填され、平滑な上面を
有する第一の充填材料と、前記第一の充填材料の平滑な
上面上に設けられた第一の導電層と、前記第一の絶縁層
上に接して形成され、前記第一のバイアホールの直上に
位置する第二のバイアホールを有する第二の絶縁層と、
前記第二のバイアホール上に設けられ、前記第一の充填
材料の平滑な上面上に設けられた前記第一の導電層の平
滑な上面に接続する銅層と、前記銅層が設けられた前記
第二のバイアホール内のみに充填され、平滑な上面を有
する第二の充填材料とを含む、多層プリント基板に係わ
る。
配された第一の絶縁層の所定の位置に第一のバイアホー
ルを形成するステップと、前記第一のバイアホールに第
一の銅メッキ層を形成するステップと、前記第一の銅メ
ッキ層が形成された前記第一のバイアホールを第一の充
填材料で充填するステップと、前記充填するステップの
後に、前記基板の表面を平滑にするステップと、前記平
滑にされた基板上に第二の銅メッキ層を形成するステッ
プと、前記第一および第二の銅メッキ層のパターン形成
をするステップと、前記第一の絶縁層上に第二の絶縁層
を形成するステップと、前記第二の絶縁層に前記第一の
バイアホールの直上に位置する第二のバイアホールを形
成するステップと、前記第二のバイアホール上に、前記
パターン化された第二の銅メッキ層に接続するように第
三の銅メッキ層を形成するステップと、前記第三の銅メ
ッキ層が形成された前記第二のバイアホールを第二の充
填材料で充填するステップと、前記第二の充填材料で充
填するステップの後に、前記基板の表面を平滑にするス
テップと、を含む製造方法によって作ることができる。
上の第一の点(点A )と第一の絶縁層中の第二の点
(点B )が第一の絶縁層に形成されたバイアホール上
の銅層(銅メッキ層)、導電層(例えば銅メッキ層)お
よび、第二の絶縁層に形成されたバイアホール上の銅層
(銅メッキ層)を介して電気的に接続されるから(図1
3参照)、本願発明の目的を達成できる。
基板300上の第一の絶縁層310に形成された第一の
バイアホールに導電材料によるメッキ層330 を施
し、その後第一のバイアホール340を金属、金属ペー
スト、樹脂等で充填した構造をなす。この充填された構
造はその表面が平滑化されており、その上にまた別の第
二の絶縁層320が形成される。第二の絶縁層320に
は第二のバイアホール350とその上にメッキ層360
が形成されるが、第二のバイアホール350は充填され
た第一のバイアホール340の略直上に形成される。こ
の結果、点Aと点Bとを電気的に接続するために要する
面積は概略バイアホールの径d4 の二乗に比例する
が、これは通常のバイアホール径と同等であるから、隣
接しない二つの層に係わる二点を電気的に接続した場合
でも消費面積が増大することがない。
層していけば、一つの層を挟んだ二つの点を電気的に接
続する場合のみならず、2つ以上の層を挟んだ二つの点
を電気的に接続する場合でも全く同等の消費面積に抑え
ることが可能となる。図12のような充填バイアホール
を任意の数だけ積層すればよいからである。
よい。特に、メッキ層と同一の金属元素であることが腐
食防止の観点などから好ましく、この点、銅がもっとも
頻繁に使用される。金属材料等の導電材料が好ましい理
由は発明の目的が隣接しない二つの層にある2 点を電
気的に接続することなので、バイアホールを充填する作
用と同時に導電性を担保することができる充填材料を用
いれば、電気的な接続の面でより信頼性を向上させるこ
とが可能だからである。このように、充填材料として導
電材料を用いたときの導電路は点A 〜メッキ層360
・充填材350 〜充填材340 ・メッキ層330 〜
点B となる。図12の構造の一つのポイントは形成し
たバイアホールを充填・平滑化することによってその直
上にもバイアホールを形成することを可能ならしめる点
にある。
は、金属ペーストなどの導電性が劣る材料を使用したと
きの構造を図13 に示す。図13は本願発明の実施例
である。この構造は基本的には図12 に示した金属を
充填材料として使用したときの構造と同一であるが、第
一のバイアホール340 上に形成されたメッキ層33
0 と充填された第二のバイアホール350 との間に導
電材料層390 が形成されている点のみが異なる。こ
の導電材料層が点A と点B との間の良好な導電路を形
成する。この構造においての導電路は点A 〜メッキ層
360 〜導電材料層390 〜メッキ層330 〜点B
となる。
説明する。図14に示すように、基板500 上の電極
520 の接続すべき点B の直上に第一の絶縁層510
をエッチングして第一のバイアホール530 を形成す
る。このバイアホールの形成はレジストの塗布、現像等
の通常の方法で行うことができる。次に、図15 に示
すように第一のバイアホール530 上に銅等の金属材
料によるメッキ層540 を全面に形成し点B との導通
を図る。次の工程は充填材料として何を選択するかによ
って異なる。充填材料として金属を用いる場合は、図1
6 のようにバイアホール以外の部分を耐メッキレジス
ト580 で被覆し、次のメッキ工程でバイアホールの
みに金属メッキ層550 が形成されるようにする。そ
して、その後耐メッキレジスト580 を除去する。ま
た、充填材料としてペースト状のものを使用するときに
は全面にスキージ等を用いてペーストを広げたり、スク
リーン印刷法を用いて次に図17 に示すように金属ペ
ースト、樹脂ペースト等の充填材料550 を第一のバ
イアホール530 内に充填する。この時点では充填材
料を第一のバイアホールに過不足なく充填するというこ
とは通常はできない。充填材料はバイアホール上に盛り
上がったり(図16 )、バイアホールの周辺に555
のように残留するので(図17 )、必要に応じて表面
研磨を施し表面の平滑化を図る。最後に銅メッキをパタ
ーン形成すると図18 に示すような構造を得る。ま
た、このときにさらに銅メッキを行った後にパターン形
成をすると図19 に示すような構造となり、第一のメ
ッキ層540 上にさらに第二のメッキ層560 が形成
されることになる。図18 の構造が複層集積されると
図12に示した構造となり、図19 の構造が複層集積
されると図13 に示した構造となる。つまり、この工
程を複数層について繰り返すことによって所望の集積バ
イアホール構造が得られることになる。このときに本願
発明の構造を得るには第一のバイアホールの直上に第二
のバイアホールを形成することが重要である。
点を接続するときに、本願発明によってどの程度の消費
面積の低減が図れるかを示す。従来技術における場合の
消費面積はd1の二乗に比例し、下層のバイアホールを
充填することなくその直上にバイアホールをあけた場合
の消費面積はd2の二乗に比例し、スタッド法による場
合の消費面積はd3の二乗に比例し、本願発明による場
合はd4の二乗に比例すると考える。
面積で同等の点間の接続が可能となる。また、スタッド
法と比べても優位である。
充填し、その直上に新たなバイアホールを形成すること
によって隣接しない複数の層に存在する2点を接続する
ことができる。そして、通常のバイアホールの形成プロ
セス以上の深いエッチングを行わないためにバイアホー
ル径も必要以上に大きくなることはなく、消費面積は一
層のバイアホールが消費する面積と同等であるから、高
集積化が果たせることになる。また、スタッド法等の他
の従来技術に比べてプロセスの信頼性が高く、よって、
製品の歩留まりが向上可能である。さらに、この構造に
よれば隣接しない複数の層間に2層以上の層が存在して
も全く消費面積が変わることがない点でその効果は非常
に大きなものである。
ールの形成方法を示す工程図である。
ールの形成方法を示す工程図である。
ールの形成方法を示す工程図である。
ールの形成方法を示す工程図である。
ールを用いた電気的接続の断面図である。
面図である。
形成方法を示す工程図である。
形成方法を示す工程図である。
形成方法を示す工程図である。
の形成方法を示す工程図である。
の断面図である。
る。
ある。
を示す工程図である。
を示す工程図である。
を示す工程図である。
を示す工程図である。
を示す工程図である。
を示す工程図である。
Claims (6)
- 【請求項1】多層プリント基板であって、 表面が銅層で覆われた第一のバイアホールを有し、基板
上に配された第一の絶縁層と、 前記表面が銅層で覆われた第一のバイアホール内のみに
充填され、平滑な上面を有する第一の充填材料と、 前記第一の充填材料の平滑な上面上に設けられた第一の
導電層と、 前記第一の絶縁層上に接して形成され、前記第一のバイ
アホールの直上に位置する第二のバイアホールを有する
第二の絶縁層と、 前記第二のバイアホール上に設けられ、前記第一の充填
材料の平滑な上面上に設けられた前記第一の導電層の平
滑な上面に接続する銅層と、 前記銅層が設けられた前記第二のバイアホール内のみに
充填され、平滑な上面を有する第二の充填材料と、 を含む多層プリント基板。 - 【請求項2】上記第一および第二の充填材料が金属ペ一
ストまたは樹脂からなる、請求項1の多層プリント基
板。 - 【請求項3】上記第一および第二の充填材料が金属ペ一
ストである請求項2の多層プリント基板。 - 【請求項4】多層プリント基板の製造方法であって、 基板上に配された第一の絶縁層の所定の位置に第一のバ
イアホールを形成するステップと、 前記第一のバイアホールに第一の銅メッキ層を形成する
ステップと、 前記第一の銅メッキ層が形成された前記第一のバイアホ
ールを第一の充填材料で充填するステップと、 前記充填するステップの後に、前記基板の表面を平滑に
するステップと、 前記平滑にされた基板上に第二の銅メッキ層を形成する
ステップと、 前記第一および第二の銅メッキ層のパターン形成をする
ステップと、 前記第一の絶縁層上に第二の絶縁層を形成するステップ
と、 前記第二の絶縁層に前記第一のバイアホールの直上に位
置する第二のバイアホールを形成するステップと、 前記第二のバイアホール上に、前記パターン化された第
二の銅メッキ層に接続するように第三の銅メッキ層を形
成するステップと、 前記第三の銅メッキ層が形成された前記第二のバイアホ
ールを第二の充填材料で充填するステップと、前記第二の充填材料で充填するステップの後に、前記基
板の表面を平滑にするステップと、 を含む多層プリント基板の製造方法。 - 【請求項5】前記第一および第二の充填材料が金属ペ一
ストまたは樹脂からなる、請求項4の製造方法。 - 【請求項6】上記第一および第二の充填材料が金属ペ一
ストである請求項5の製造方法。
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