JP3633136B2

JP3633136B2 - 印刷配線基板

Info

Publication number: JP3633136B2
Application number: JP24636496A
Authority: JP
Inventors: 賢治廣畑; 稔向井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2016-09-18
Also published as: JPH1093242A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的および電気的な接続の信頼性確保を図れるようにした印刷配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、最近では、電子機器の小型・軽量化、高速化、多機能化、高信頼性化の要求が益々高まっている。このようなことから、電子機器に組込まれる半導体集積回路素子の高集積化および高速化が推進されている。
【０００３】
ところで、電子機器に半導体集積回路素子を組込む場合には、通常、半導体集積回路素子をパッケージングし、これらのパッケージを印刷配線基板上に実装し、この印刷配線基板を電子機器に組込む方式が採られている。この場合、半導体集積回路素子の内部での電気信号伝播遅延に比較して印刷配線基板を経由するパッケージ間配線による電気信号伝播遅延の影響を無視できない場合には、これによって電子機器の性能が律束されかねないことになる。すなわち、半導体集積回路素子の高集積化および高速化を図っても、印刷配線基板を経由する配線路の電気信号伝播遅延が大きい場合には、この伝播遅延によって電子機器の性能が決定されてしまう。したがって、高密度実装化と高速信号伝送化とを達成する配線基板技術が必要不可欠となる。
【０００４】
こうしたことから、最近、従来の印刷配線基板とは違って多層化が容易な構造の印刷配線基板が提案されている。この新たに提案された印刷配線基板は、ドリルによる孔開け工程や複雑なメッキ工程を必要とせずに多層化を実現できるもので、たとえば４層構成のものは図３に示すように構成されている。
【０００５】
すなわち、この印刷配線基板１は、絶縁材層２と、この絶縁材層２を貫通して配線路を形成する導電体バンプ３と、絶縁材層２の表面に密着配置されて導電体バンプ３の端面４に電気的に接続される部分５を備えた導電体パターン６とを基本要素７とし、この基本要素７を複数積層した構成となっている。
【０００６】
ここで、この印刷配線基板１の製造方法について図５を参照しながら簡単に説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、たとえば厚さが２０μｍの電解銅箔１１を用意する。次に、この電解銅箔１１の図中上面に、たとえば厚さが２００ μｍで、所定箇所にたとえば０．３ｍｍ径の孔を複数有したステンレス製のメタルマスクを当てがって位置決めする。次に、このメタルマスクに設けられた孔を使ってたとえば銀系の導電ペーストを電解銅箔１１の図中上面に印刷する。この導電ペーストを乾燥させた後に、再び同じメタルマスクを使って同一位置に導電ペーストを印刷して乾燥させ、この作業を必要回数繰り返して、電解銅箔１１の図中上面に高さが２００ μｍ程度の導電体バンプ１２を形成する。勿論、１回の印刷工程で導電体バンプ１２を形成することもできる。
【０００７】
次に、導電体バンプ１２が突出している側に、たとえばガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた、たとえば厚さが１５０ μｍの合成樹脂系シート１３を載せ、この合成樹脂系シート１３の上に厚さ３ｍｍ程度のシリコーンゴム板で形成された当て板を載置する。次に、この積層体を加熱・加圧・冷却機構付きのプレス装置にセットし、まず全体をたとえば１２０ ℃まで温度上昇させた状態で当て板を介して合成樹脂系シート１３を電解銅箔１１へ押し付け、その後に冷却する。
【０００８】
上述した加熱、押圧、冷却工程によって、図５（ｂ）に示すように、各導電体バンプ１２が合成樹脂系シート１３を貫通した積層体１４を得る。
次に、積層体１４の上面、つまり導電体バンプ１２の先端部が突出している側に、たとえば厚さが２０μｍの電解銅箔１５を載置し、この上に堅い当て板を載置する。次に、この積層体を加熱・加圧・冷却機構付きのプレス装置にセットし、全体をたとえば１７０ ℃まで温度上昇させた状態で当て板を介して電解銅箔１５を積層体１４へ押圧し、一定時間経過後に徐冷する。
【０００９】
この工程によって、図５（ｃ）に示すように、両面が銅箔張りで、両面の銅箔間が導電体バンプ１２によって電気的に接続された印刷配線基板要素１６を得る。次に、図５（ｄ）に示すように、両面の銅箔をエッチングによって必要な形状に加工して導電体パターン１７を形成する。したがって、図３と対応させると、合成樹脂系シート１３が絶縁材層２に、導電体バンプ１２が導電体バンプ３に、導電体パターン１７が導電体パターン６に対応していることになる。
【００１０】
なお、図３には４層構成の印刷配線基板１が示されているが、この印刷配線基板１を形成するときには、図５（ｄ）に示す要素の両面に、図５（ｂ）に示す積層体１４を導電体バンプ１２の頂部が導電体パターン１７に接触するようにそれぞれ当てがって所定温度まで昇温させ、この状態で各積層体１４を押圧し、一定時間経過後に徐冷する。このようにして得られた積層体の両面に存在している銅箔をエッチングによって必要な形状に加工して導電体パターン６を形成する。このように導電体バンプ３で貫通配線路を形成する構造であると、上述した手法で多層の印刷配線基板を簡単に製作できる。
【００１１】
しかしながら、上記のように構成された印刷配線基板にあっても次のような問題が残されていた。すなわち、このような高密度実装の可能な印刷配線基板に半導体パッケージを実装するときには、面実装形態、具体的にははんだバンプを用いるＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）構成が採用される。このＢＧＡ構成では、半導体パッケージ側に設けられた各電極にはんだバンプを設けておき、これらはんだバンプと印刷配線基板に設けられた各電極パターンとを接触させ、この状態でリフロー処理し、各はんだバンプを溶融させて機械的および電気的に接続する方式が採用される。
【００１２】
このようなリフロー処理時には印刷配線基板が高温に加熱される。このとき、絶縁材層２、導電体バンプ３、導電体パターン６の各構成材料の線膨張率が一致していれば格別問題とはならないが、通常、これらの構成材料は線膨張率が異なるので、この線膨張率の違いに起因して構成材料間の界面に熱応力が生じる。
【００１３】
従来の印刷配線基板１では、導電体バンプ３の端面４に電気的に接続される導電体パターン６の部分５が端面４より大きく形成されているので、特に部分５と端面４との界面２１に大きな熱応力が発生する虞があった。すなわち、絶縁材層２をたとえばガラスエポキシ樹脂で形成した場合、この材料の２００ ℃における厚み方向（印刷配線基板の厚み方向）の線膨張率は１５×１０^−５（１／℃）である。一方、導電体バンプ３を銀ペーストで形成した場合、この材料の２００ ℃における厚み方向の線膨張率は３ ×１０^−５（１／℃）である。したがって、ガラスエポキシ樹脂と銀ペーストとの組合せでは、リフロー処理時に、線膨張率の違いによって部分５を端面４から引き剥がすような大きな熱応力が界面２１に発生し、これが原因して界面剥離が起こり、機械的および電気的な接続の信頼性が低下する虞がある。これは、ガラスエポキシ樹脂と銀ペーストとの組合せに限らず、絶縁物と導電体との組合せでは共通に同様の問題が発生する虞があった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、導電体バンプで貫通配線路を形成する構造を採用した従来の印刷配線基板にあっては、構成材料の線膨張率の違いに起因して、特にはんだリフロー処理時に、導電体バンプの端面と導電体パターンの上記端面に接続されている部分との界面において界面剥離が生じ、機械的および電気的な接続の信頼性が低下する虞があった。
【００１５】
そこで本発明は、上述した不具合を効果的に解消でき、もって導電体バンプで貫通配線路を形成する構造の特徴を最大限に発揮させ得る印刷配線基板を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、絶縁材層と、この絶縁材層を貫通して配線路を形成する導電体バンプと、前記導電体バンプとは異なる材料からなり、前記絶縁材層の表面に密着配置されて前記導電体バンプの端面に電気的に接続される部分を持つ導電体パターンとを備えてなる印刷配線基板において、前記導電体パターンの前記導電体バンプに電気的に接続される部分は、前記端面の大きさよりも小さい大きさで、かつ上記端面を上記導電体バンプの貫通方向に投影して得られる投影像内に位置していることを特徴としている。
【００１７】
なお、前記導電体パターンの前記導電体バンプに電気的に接続される部分のうちの幾つかの部分は、一部または全部が上記導電体バンプの前記端面部分に埋め込まれていてもよい。
【００１８】
本発明に係る印刷配線基板では、導電体バンプの端面に電気的に接続される導電体パターンの部分が、導電体バンプの端面の大きさ以下の大きさで、かつ上記端面を上記導電体バンプの貫通方向に投影して得られる投影像内に位置している。このため、絶縁材層の構成材料と導電体バンプの構成材料との厚み方向の線膨張率が異なっていても、導電体バンプの端面と導電体パターンの上記端面に電気的に接続される部分との界面に大きな熱応力が生じるのを抑制できる。この結果、はんだリフロー処理後の信頼性を確保することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施形態を説明する。
図１には本発明の一実施形態に係る４層構成の印刷配線基板１ａの概略構成が示されている。なお、この図では図３と同一機能部分が同一符号で示されている。この印刷配線基板１ａは図５で説明した方法で形成されている。
【００２０】
この例に係る印刷配線基板１ａが従来の印刷配線基板と異なる点は、絶縁材層２の表面に密着配置されて導電体バンプ３の端面４に電気的に接続される部分２２を持つ導電体パターン６ａの構造にある。具体的には、部分２２の大きさおよび位置にある。すなわち、部分２２は、端面４の大きさ以下の大きさで、かつ端面４を導電体バンプ３の貫通方向に投影して得られる投影像内に位置している。この例において、部分２２は、端面４の大きさと同じ大きさで、かつ端面４の投影像からはみ出さないように設けられている。
【００２１】
なお、導電体バンプ３の端面４に電気的に接続される部分２２の形状に制約はないが通常、円形が採用される。導電体パターン６ａの形成は、図５を用いて一部説明したように、導電性金属箔上にエッチングレジストインクをスクリーン印刷し、導電体パターンとなる部分をマスクしてから、塩化第２銅をエッチング液としてエッチング処理し、続いてレジストマスクを剥離することによって得られる。このとき、導電体バンプ３の端面４に接触して電気的に接続される部分２２が、端面４の大きさ以下の大きさで、かつ端面４を導電体バンプ３の貫通方向に投影して得られる投影像内で接触するようにマスクの大きさおよび位置を設定することによって上述した条件を満たす導電体パターン６ａを形成することができる。
【００２２】
このような構造であれば、導電体パターン６ａにおける導電体バンプ３の端面４に電気的に接続される部分２２は、導電体バンプ３の端面４を臨む範囲内だけに位置していることになる。このため、絶縁材層２の構成材料と導電体バンプ３の構成材料との厚み方向の線膨張率が異なっていても、この違いに起因して導電体バンプ３の端面４と部分２２との界面２１に大きな熱応力が生じるようなことはない。すなわち、高温雰囲気におかれても部分２２には、この部分２２を端面４から引き剥がすような大きな熱応力は作用しない。したがって、はんだリフロー処理後の機械的、電気的な信頼性を確保することができる。
【００２３】
図２（ａ）には本発明の別の実施形態に係る４層構成の印刷配線基板１ｂの概略構成が示されている。なお、この図では図１と同一機能部分が同一符号で示されている。この印刷配線基板１ｂも図５で説明した方法で形成されている。
【００２４】
この例に係る印刷配線基板１ｂが図１に示される印刷配線基板１ａと異なる点は、絶縁材層２の表面に密着配置されて導電体バンプ３の端面４に電気的に接続される部分２３を持つ導電体パターン６ｂの構造にある。具体的には、部分２３の大きさおよび位置にある。
【００２５】
すなわち、部分２３は、端面４の大きさよりも小さい大きさで、端面４を臨む範囲内に位置している。そして、部分２３のうちで印刷配線基板１ｂ内に位置しているものは、図２（ｂ）にも示すように、導電体バンプ３の端面部分に一部または全部が埋め込まれる関係に設けられている。
【００２６】
このような構造であれば、導電体パターン６ｂにおける導電体バンプ３の端面４に電気的に接続される部分２３は、導電体バンプ３の端面４より小さく、かつ端面４を導電体バンプ３の貫通方向に投影して得られる投影像内に位置していることになる。このため、絶縁材層２の構成材料と導電体バンプ３の構成材料との厚み方向の線膨張率が異なっていても、この違いに起因して導電体バンプ３の端面４と部分２３との界面２１に大きな熱応力が生じるのを抑制できる。したがって、はんだリフロー処理後の機械的、電気的な信頼性を確保することができる。
【００２７】
なお、導電体バンプ３は、たとえば銀、金、銅、はんだ粉などの導電性粉末、これらの合金粉末もしくは複合（混合）金属粉末と、たとえばポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、フェノ一ル樹脂、ポリイミド樹脂などのバインダー成分とを混合して調製された導電性組成物、あるいは導電性金属などで構成することができる。また、導電体バンプ３の形成は、導電性組成物で形成する場合は、たとえば比較的厚いメタルマスクを用いた印刷法により、アスペクト比の高いバンプを形成でき、そのバンプの高さは一般的に１００ μｍ〜４００ μｍ程度が望ましい。また、絶縁材層２を形成する材料としては、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、あるいはブタジェンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、ネオプレンゴム、ンリコーンゴムなどの生ゴムのシート類を挙げることができる。これらの合成樹脂は、単独てもよいが絶縁性無機物や有機物系の充填物を含有してもよく、さらにガラスクロスやマット、有機合成繊維布やマット、あるいは紙などの補強材と組合せてなるシートであってもよい。また、導電体パターン６ａ，６ｂを形成する材料としては、電解銅箔を用いる場合が多い。
また、図１、２には４層の印刷配線基板が例示されているが、本発明は両面板や４層以外の多層板においても有効である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絶縁材層、導電体バンプおよび導電体パターンを構成している材料の線膨張率がそれぞれ異なる場合であっても、この異なりに起因して導電体バンプの端面と導電体パターンの上記端面に電気的に接続される部分との界面に発生し易い熱応力を低減させることができ、もって機械的、電気的な接続の信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る印刷配線基板の概略断面図
【図２】（ａ）本発明の別の実施形態に係る印刷配線基板の概略断面図で、（ｂ）は（ａ）におけるＢ部を取出して拡大して示す斜視図
【図３】従来の印刷配線基板の概略断面図
【図４】図３におけるＡ−Ａ線沿って切断し矢印方向に見た図
【図５】図３に示す印刷配線基板の製造方法の一例を説明するための図
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…印刷配線基板
２…絶縁材層
３…導電体バンプ
４…端面
６ａ，６ｂ…導電体パターン
２１…界面
２２，２３…端面に電気的に接続される部分

Claims

絶縁材層と、この絶縁材層を貫通して配線路を形成する導電体バンプと、前記導電体バンプとは異なる材料からなり、前記絶縁材層の表面に密着配置されて前記導電体バンプの端面に電気的に接続される部分を持つ導電体パターンとを備えてなる印刷配線基板において、
前記導電体パターンの前記導電体バンプに電気的に接続される部分は、前記端面の大きさよりも小さい大きさで、かつ上記端面を上記導電体バンプの貫通方向に投影して得られる投影像内に位置していることを特徴とする印刷配線基板。
前記導電体パターンの前記導電体バンプに電気的に接続される部分のうちの幾つかの部分は、一部または全部が上記導電体バンプの前記端面部分に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の印刷配線基板。