JPH1093242A - 印刷配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】導電体バンプで貫通配線路を形成する構造を採
用したものにあって、構成材料の線膨張率の違いに起因
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起こり易い界面剥離
を防止でき、もって機械的・電気的な接続の信頼性を確
保できる印刷配線基板を提供する。 【解決手段】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２２を持つ導電体パターン６ａとを備えて
なる印刷配線基板において、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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１
１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１
２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１
７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１
７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（Ball Grid Ar
ray)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の大きさ以
下の大きさで、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 ５ａ，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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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とを特徴とする印刷配線
   基板。
2. 【請求項２】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。