JP4476473B2 - 接続材とその製造方法、および接続構造の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線板における層間の接続もしくは配線板と実装部品との接続を行うための接続材もしくは接続構造およびそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、配線板においては導体層と導体層との間の電気的接続をとる層間接続構造が随所に形成される。配線板にはまた、実装部品との間の接続構造も適宜形成される。これらの接続構造を、高密度かつ高生産性をもって実現する手法として、「新層間接続法による高密度プリント配線板の開発」（回路実装学会誌Vol.11、No.2、pp106-112(1996)） に記載されたものが挙げられる。そこには、銅スルーホールめっき法による層間接続技術に代わる接続方法として、印刷技術により導電ペーストを用いて導電性バンプを形成する技術が紹介されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の技術による接続構造には、次のような問題点があった。すなわちこの技術では、基本的に導電ペーストを用いて接続構造を形成するので、導電経路をなすバンプの導電率がさほど高くなく、接続抵抗が無視できなかった。このため、接続の信頼性に不安があり、また、大電流用途には使いにくかった。
【０００４】
本発明は、前記した従来の技術による接続構造が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、集積密度や生産性が高くかつ接続抵抗がきわめて低い層間接続等を実現するための接続材、およびその接続構造、さらにはそれらの製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の接続材は、基層導体層と、基層導体層の上に存在する主導体層と、主導体層の上にパターン状に存在するとともに主導体層とは材質が異なる第１めっき層とを有し、主導体層が前記第１めっき層をマスクとしてエッチングされて離散的な凸状部をなしており、第１めっき層は上に凸となるように湾曲しているものである。
【０００６】
本発明の接続材においては、基層導体層と主導体層との間に位置するとともにそれらとは材質が異なる第２めっき層を有し、第２めっき層の形成時の厚さが第１めっき層の形成時の厚さより薄く、主導体層がエッチングされている箇所では第２めっき層もエッチングされていることが望ましい。
【０００７】
本発明の接続材は、主導体層の一面にパターン状に主導体層とは材質が異なる第１めっき層を形成し、主導体層の他面全体に基層導体層を形成し、第１めっき層をマスクとして主導体層をエッチングして離散的な凸状部をなさしめ、第１めっき層を上方から圧迫して上に凸となるように湾曲させることにより製造される。
【０００８】
また、主導体層の一面にパターン状に主導体層とは材質が異なる第１めっき層を形成し、主導体層の他面全体に基層導体層を形成し、第１めっき層をマスクとして主導体層をエッチングして離散的な凸状部をなさしめ、第１めっき層を上方から圧迫して上に凸となるように湾曲させ、第１めっき層側の面に被接続物を配置して、凸状部の頂部が第１めっき層を介して被接続物に接触する状態とし、凸状部により被接続物と基層導体層とを接続すれば、本発明の接続材を利用した接続構造が得られる。
【０００９】
ここにおいて、主導体層の他面全体に、主導体層とも基層導体層とも材質が異なり第１めっき層より薄い第２めっき層を形成してから基層導体層を形成し、主導体層をエッチングした後で主導体層（凸状部）をマスクとして第２めっき層をエッチングし、その際第１めっき層を残すことが望ましい。
【００１０】
本発明では、「凸状部」が接続の導通経路を構成している。そして凸状部は、「主導体層」がエッチングされた残りである。よって、主導体層を銅箔のような金属性の素材で形成しておくことにより、ペースト等の絶縁成分を含むものと比較してはるかに低抵抗な接続構造、およびその接続構造を形成するための接続材が得られる。また、フォトリソグラフィ等によるパターンマスク形成が、第１めっき層形成時の１回だけで済むので、生産性も高い。
【００１１】
ここで、本発明の接続材を利用して低抵抗な接続構造を形成する際には、接続材の上方から樹脂（接着層）を押し付け、凸状部に樹脂を貫通させた後に被接続物を接続材に接着することになる。そして、凸状部に樹脂を貫通させた後に第１めっき層の上（凸状部の頂部）に樹脂が残留してしまう。そこで、本発明では、凸状部の上に存在する第１めっき層が上に凸となるように湾曲させている。そのため、樹脂を貫通させやすく、また第１めっき層に残留する樹脂の量も減少する。さらに、被接続物を接続材に接着する際に行うプレスにより、第１めっき層上に存在する残留樹脂が周囲に逃がされる。従って、接続材に被接続物を接着させた後には、第１めっき層上には残留樹脂が存在しない。すなわち、接続の導通経路中には絶縁成分を含むものがほとんど存在しない。これにより、非常に低い抵抗の接続構造が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
まず、本実施の形態に係る接続構造を製造するための出発状態を説明する。本実施の形態に係る接続構造は、１００μｍ程度の厚さの銅箔を出発材料として製造される（図１）。この銅箔１は、主導体層である。最初に、銅箔１に対し、両面にニッケルめっきを施す（図２）。その際、図中上側の面（以下、上面という）のニッケルめっき２は厚さ５μｍのパターンめっきとし、図中下側の面（以下、下面という）のニッケルめっき３は厚さ３μｍの全面めっきとする。上側のパターン付きのニッケルめっき２の形成は、一旦全面めっきしてパターンエッチングする方法でもよいが、あらかじめネガパターンのマスクレジストを形成しておいて、マスクレジストのない箇所にのみめっきを形成する方法の方がよい。続く金めっきの際にそのマスクレジストをそのまま使えるからである。いずれの場合でも、両面のめっき層の厚さの差は、両面それぞれの電流密度をコントロールすることにより、容易に実現できる。
【００１４】
次に、パターン付きのニッケルめっき２の表面上に、金めっき４を形成する（図３）。その際、ニッケルめっき２の形成の際のマスクレジストをそのまま使えばよい。なお、下面には全面マスクを形成しておく。金めっき４の厚さは、１μｍもあれば十分である。続いて、下面の全面マスクを除去し、代わりに上面に全面マスクを形成する。この状態で、下面全面に厚さ２０μｍ程度の銅めっき５を形成する（図４）。この銅めっき５は、基層導体層である。この状態では、銅箔１（主導体層）と銅めっき５（基層導体層）との間にニッケルめっき３が位置している。
【００１５】
次に、上面のマスクレジストをすべて除去し、下面に再び全面マスクを形成する。この状態で、アルカリエッチング液によりエッチングする。すると、主導体層である銅箔１のみがエッチングされる。その際、金めっき４およびニッケルめっき２がエッチングマスクとして作用する。よって銅箔１は、金めっき４およびニッケルめっき２のない箇所のみがエッチングされ、離散的な凸状体１０となる（図５）。このとき、エッチングマスクとして作用しているのが金属めっき（ニッケルめっき２および金めっき４）であるため、樹脂系のレジストマスクに比べて銅箔１に対する密着力が強い。このため、エッチング中の液圧（スプレー圧）で剥離することがない。よって、金めっき４およびニッケルめっき２のパターンに忠実なパターンの凸状体１０が確実に形成される。
【００１６】
続いて、硝酸系エッチング液（はんだ剥離液等）によりエッチングする。すると、銅はエッチングされずニッケルのみがエッチングされる。このエッチングは、厚さ３μｍのニッケルめっき３が溶ける程度のクイックエッチングとする。このとき、凸状体１０がエッチングマスクとして作用するので、凸状体１０のない箇所で銅めっき５が上方に向けて露出した状態となる（図６）。この状態では、ニッケルめっき３は凸状体１０の下にのみ存在している。また、この状態では、上方のニッケルめっき２は、下面が若干削られてはいるものの、大部分は残っている。これは、エッチング時間が短いこと、ニッケルめっき２はもともとニッケルめっき３より厚いこと、そして、ニッケルめっき２の上面が金めっき４により保護されていることによる。
【００１７】
そして、ニッケルめっき２と金めっき４とを上方から圧迫する。この際、若干クッション性のある部材を押しつければよい。すると、ニッケルめっき２と金めっき４が上に凸となるように湾曲する（図７）。このようにニッケルめっき２と金めっき４が湾曲するのは、図６に示すように、凸状体１０の頂部における面積よりもニッケルめっき２（金めっき４）の面積の方が少し大きいからである。なお、本実施の形態では、図６の状態のものを上方から圧迫しているが、図５の状態のものを上方から圧迫してから、硝酸系エッチング液によるエッチングを行い、図７の状態のものを得るようにしてもよい。
【００１８】
次に、接着層を組み合わせる。すなわち、図６の状態のものの各凸状体１０の上方から接着層を押し付け、凸状体１０が接着層６を貫通する状態とする（図８）。ここで、凸状体１０の頂部、正確には金めっき４とニッケルめっき２が、上に凸となるように湾曲している。このため、接着層６を貫通させやすい。また、金めっき４の上に残留する接着層６の量も少ない。なお、接着層６としては、ガラスクロスプリプレグ、不織布プリプレグ、樹脂シート等のいずれでも使用可能である。あるいは、液状樹脂を塗布してもよい。図８の状態では、凸状体１０の上のニッケルめっき２および金めっき４が、接着層６の上部に顔を出している。
【００１９】
続いて、図８の状態のものの上に銅箔７を組み合わせ、各凸状体１０の頂部がニッケルめっき２および金めっき４を介して銅箔７と接する状態とする（図９）。この状態では、金めっき４と銅箔７との間に接着層６が若干残っている。そしてこれをプレスして、図１０の状態とする。その際のプレスは、通常のプレス圧より高めの３９０Ｎ／ｃｍ² 程度とする。各凸状体１０の頂部と銅箔７とを強固に密着させるためである。図１０の状態では、各凸状体１０が、ニッケルめっき２および金めっき４を介して銅箔７と接触しており、かつ、ニッケルめっき３を介して銅めっき５（基層導体層）と接触している。すなわち各凸状体１０は、銅めっき５（基層導体層）と銅箔７（上層）との間の層間接続構造をなしている。
【００２０】
また、図９の状態において金めっき４と銅箔７との間に残留していた接着層６は、プレスにより周囲に逃がされる。凸状体１０の上のニッケルめっき２および金めっき４が湾曲しているからである。従って、図１０の状態では、金めっき４と銅箔７との間に接着層６が介在していない。そしてその後、銅めっき５（基層導体層）と銅箔７（上層）とにそれぞれ、適宜のパターニングを施せばよい。
【００２１】
なお、図８の状態において、凸状体１０の頂部をエッチングすることにより、金めっき４の上に残留している接着層６を除去するようにしてもよい。これにより、図１０の状態において、金めっき４と銅箔７との間に接着層６が確実に介在しなくなるからである。
【００２２】
この構造では、層間接続箇所の導電経路が下から、ニッケルめっき３、凸状体１０、ニッケルめっき２、そして金めっき４により構成されている。この導電経路には、導電ペーストにより構成される部分は含まれていない。また、金めっき４と銅箔７との間に接着層６が残留していない。すなわちそのほとんどがソリッドな金属により構成されている。したがって、そのビア抵抗は著しく低い。また、層間接続の構成のためのパターニングは、図２の上側のニッケルめっき２を形成するためのマスクレジスト１回のみで済む。ビアホールめっきのような複雑な工程もない。よって生産性にも優れる。このことは高い集積度の実現にも寄与する。さらに、図７の状態のものまたは図１０の状態のもの（凸状体１０の配置は標準的なものとする）をストックしておいて、受注次第でその後のプロセス（銅めっき５（下層）および銅箔７（上層）のパターニングを含む）に供することもできる。そこで、図７の状態のものを「接続材」と呼ぶことができる。
【００２３】
続いて、変形例を説明する。上記における第１の変形例として、製造プロセス中の図７から図１０に至る範囲を別の方法で製造する例が挙げられる。すなわち、図１１に示すように、図７の状態のものの各凸状体１０の上方に樹脂付き銅箔８を配置し、プレスするのである。樹脂付き銅箔８は、当然ながら、銅箔８１が図中上方となり樹脂層８２が各凸状体１０に対面するように配置する。プレスは、上記と同様、通常のプレス圧より高めの３９０Ｎ／ｃｍ² 程度とする。これにより、各凸状体１０が樹脂層８２を突き破って銅箔８１に接触し、各凸状体１０の頂部が、ニッケルめっき２および金めっき４を介して銅箔８１と強固に密着する状態となる。すなわち、図１０と同様の状態が得られる。
【００２４】
次に第２の変形例として、配線板内の層間接続でなく、配線板とＩＣチップ等の実装部品との接続に応用する例が挙げられる。すなわち、図１２に示すように、図８の状態のものの上に実装部品９を組み合わせ、各凸状体１０の頂部がニッケルめっき２および金めっき４を介して実装部品９のパッドと接する状態とする。そしてこれをプレスして、各凸状体１０の頂部と実装部品９のパッドとが密着する状態とする。その際のプレスは、上記と同様、通常のプレス圧より高めの３９０Ｎ／ｃｍ² 程度とする。プレス後の状態では、各凸状体１０が、ニッケルめっき２および金めっき４を介して実装部品９のパッドと強固に密着しており、かつ、ニッケルめっき３を介して銅めっき５（基層導体層）と接触している。すなわち各凸状体１０は、銅めっき５（基層導体層）と実装部品９との間の相互接続構造をなしている。その後、銅めっき５（基層導体層）に適宜のパターニングを施せばよい。
【００２５】
以上詳細に説明したように本実施の形態では、出発材料である銅箔１（主導体層）の片面全面にニッケルめっき３を形成するとともにその反対側の面にパターン付きのニッケルめっき２をより厚く形成し、ニッケルめっき２の表面上に金めっき４を形成し、ニッケルめっき３の表面に銅めっき５（基層導体層）を形成することとしている。そして、金めっき４およびニッケルめっき２をエッチングマスクとして銅箔１をエッチングして離散的な凸状体１０となし、凸状体１０をエッチングマスクとしてニッケルめっき３をエッチングすることとしている。さらに、ニッケルめっき２と金めっき４とを圧迫して上に凸となるように湾曲させている。
【００２６】
これにより、接続箇所の導電経路のほとんどがソリッドな金属（銅箔１など）により構成された接続材を得ている。また、その接続材に上層（銅箔７）または実装部品９をプレスすることにより、接続構造を得ている。そして、上層（銅箔７）または実装部品９に直接接触する金めっき４の上に、接着層６が残留しない。すなわち、導電経路中に絶縁成分がほとんど含まれないのである。かくして、導通箇所の抵抗が著しく低く、集積度や生産性にも優れた接続材、接続構造、およびそれらの製造方法が実現されている。
【００２７】
なお、本実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、全面ニッケルめっき３をもっと厚く形成するとともに、銅めっき５をなくし、図６のニッケルエッチングをしないこととしてもよい。この場合には、ニッケルめっき３が主導体層を成すこととなる。また、ニッケルめっき２とニッケルめっき３との厚さの差がもっと大きくし、金めっき４なしとすることも考えられる。あるいは、本実施の形態では、主導体層（銅箔１、凸状体１０）および基層導体層（銅箔５）を銅で構成し、パターンめっきおよび全面めっきをニッケルで構成したが、これらの金属種の組み合わせは、違っていてもよい。ただし、めっきにより適切に形成できることと、互いに選択的にエッチング可能であることが条件である。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、集積密度や生産性が高くかつ接続抵抗がきわめて低い層間接続等を実現するための接続材、およびその接続構造、さらにはそれらの製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る接続構造の製造の出発材である銅箔を示す断面図である。
【図２】図１の銅箔にパターンニッケルめっきおよび全面ニッケルめっきを施した状態を示す断面図である。
【図３】図２のパターンニッケルめっき上に金めっきを施した状態を示す断面図である。
【図４】図３の状態の下面に全面銅めっきを施した状態を示す断面図である。
【図５】図４の状態に対し、銅箔をエッチングして離散的な凸状体をなさしめた状態を示す断面図である。
【図６】図５の状態における全面ニッケルめっきのうち露出している部分をエッチングした状態を示す断面図である。
【図７】図６の状態のものを上方から圧迫してニッケルめっき（金めっき）を湾曲させた状態を示す断面図である。
【図８】図７の状態に対し、接着層を組み合わせた状態を示す断面図である。
【図９】図８の状態に対し銅箔を組み合わせた状態を示す断面図である。
【図１０】図９の状態のものをプレスして層間接続構造とした状態を示す断面図である。
【図１１】図７の状態に対し、樹脂付き銅箔を組み合わせる状況を示す断面図である。
【図１２】図８の状態に対し実装部品を組み合わせる状況を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 銅箔（主導体層）
２ ニッケルめっき（第１めっき層）
３ ニッケルめっき（第２めっき層）
４ 金めっき（第１めっき層）
５ 銅めっき（基層導体層）
７ 銅箔（被接続物）
９ 実装部品（被接続物）
１０ 凸状体

Claims (5)

1. 基層導体層と、
   前記基層導体層の上に存在する主導体層と、
   前記主導体層の上にパターン状に存在するとともに前記主導体層とは材質が異なる第１めっき層とを有し、
   前記主導体層が前記第１めっき層をマスクとしてエッチングされて離散的な凸状部をなしており、
   前記第１めっき層は上に凸となるように湾曲していることを特徴とする接続材。
2. 請求項１に記載する接続材において、
   前記基層導体層と前記主導体層との間に位置するとともにそれらとは材質が異なる第２めっき層を有し、
   前記第２めっき層の形成時の厚さが前記第１めっき層の形成時の厚さより薄く、前記主導体層がエッチングされている箇所では前記第２めっき層もエッチングされていることを特徴とする接続材。
3. 主導体層の一面にパターン状に前記主導体層とは材質が異なる第１めっき層を形成し、
   前記主導体層の他面全体に基層導体層を形成し、
   前記第１めっき層をマスクとして前記主導体層をエッチングして離散的な凸状部をなさしめ、
   前記第１めっき層を上方から圧迫して上に凸となるように湾曲させることを特徴とする接続材の製造方法。
4. 主導体層の一面にパターン状に前記主導体層とは材質が異なる第１めっき層を形成し、
   前記主導体層の他面全体に基層導体層を形成し、
   前記第１めっき層をマスクとして前記主導体層をエッチングして離散的な凸状部をなさしめ、
   前記第１めっき層を上方から圧迫して上に凸となるように湾曲させ、
   前記第１めっき層側の面に被接続物を配置して、前記凸状部の頂部が前記第１めっき層を介して被接続物に接触する状態とし、前記凸状部により被接続物と前記基層導体層とを接続していることを特徴とする接続構造の製造方法。
5. 請求項３または請求項４に記載する製造方法において、
   前記主導体層の他面全体に、前記主導体層とも前記基層導体層とも材質が異なり前記第１めっき層より薄い第２めっき層を形成してから前記基層導体層を形成し、
   前記主導体層をエッチングした後で前記主導体層をマスクとして前記第２めっき層をエッチングし、その際前記第１めっき層を残すことを特徴とする製造方法。

Images