專利名稱：多層布線板及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多層布線板(multilayer wiring board)及其制作方法，在該多層布線板中多個(gè)金屬導(dǎo)體圖案層(metal conductor patternlayer)形成在由熱塑性樹脂制得的基底材料上。
背景技術(shù)：
隨著諸如移動(dòng)電話、數(shù)字靜物照相機(jī)等便攜式電子設(shè)備的廣泛使用，集成板(build-up board)已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)的前沿。集成板被用來實(shí)現(xiàn)元件以及微細(xì)圖案的超微型化或高密度裝置的通孔尺寸的微型化。然而，集成板是基于所謂的順序多層接線技術(shù)生產(chǎn)的，在該技術(shù)中各個(gè)層是順序形成并且層壓的，使得板生產(chǎn)工藝復(fù)雜化。
在這些情況下，曾經(jīng)應(yīng)用到使用未經(jīng)燒焙的片的陶瓷多層板的方法現(xiàn)在也正被應(yīng)用到有機(jī)材料上。在這種方法中，每一層的通孔、布線圖等等被預(yù)先形成并且被放置在層之間，接下來進(jìn)行分批層壓工藝。
作為有機(jī)基底材料，熱塑性樹脂非常適用。原因如下。由熱塑性樹脂制得的布線板不需要經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間的真空熱壓以除去包含在基底材料或樹脂固化劑中的孔隙，其中該樹脂固化劑是在玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂例如廣泛使用的玻璃環(huán)氧樹脂的情況下所必需的，另外，利用熱而形成的基底材料和導(dǎo)體圖案之間的接合(bonding)能夠允許在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行分批層壓工藝和接下來的集成工藝。結(jié)果是，使通過簡(jiǎn)單的方式獲得多層結(jié)構(gòu)成為可能。此外，有可能選擇高頻特性例如介電常數(shù)優(yōu)良的基底材料。
作為一種能夠在分批制作的多層中用于布線(wiring)的層間連接(interlayer connection)的技術(shù)，通過用金屬漿填充通孔而獲得電連接的技術(shù)可以應(yīng)用。例如，日本專利No.3473601公開了這樣的技術(shù)。在日本專利No.3473601公開的技術(shù)中，通孔在其上形成有布線圖案的熱塑性樹脂材料中，并且在該通孔中填充有為低熔點(diǎn)的金屬的錫和為高熔點(diǎn)金屬的銀粉，所述錫與形成導(dǎo)體圖案的金屬形成合金，所述銀粉具有高于在形成層間連接的時(shí)候的熱供應(yīng)(heat-application)溫度，形成層間連接是為了利用在加熱和加壓工藝下形成導(dǎo)體圖案的金屬與包含在通過燒結(jié)得到的導(dǎo)電組合物中的錫的合金而在在導(dǎo)體圖案之間建立電連接。如上面所述，在該技術(shù)中，導(dǎo)體圖案之間的電連接是借助導(dǎo)電組合物形成的。
導(dǎo)體圖案之間的電連接不是通過上面的連接方法中的電連接工藝制得的，從而層間連接電阻不可能改變，防止了層間連接的可靠性下降。
在合金化工藝中，如圖1的示意圖所示，形成于基底材料100上的通孔中填滿低熔點(diǎn)的金屬粒子101，在使該金屬粒子熔融的溫度施加熱，從而以從高熔點(diǎn)金屬102的界面開始的順序的方式，使熔融的低熔點(diǎn)金屬和高熔點(diǎn)金屬102之間產(chǎn)生合金化。低熔點(diǎn)金屬顆粒101和高熔點(diǎn)金屬顆粒102之間的合金化工藝的結(jié)果是，在金屬顆粒之間形成了合金(金屬互化物)103。發(fā)生了所謂的燒結(jié)。這個(gè)時(shí)候，在金屬布線圖案104與合金103之間的界面處形成了該布線圖案和低熔點(diǎn)金屬的合金(金屬互化物)層105，這樣將金屬布線圖案104連接在層間。
合金103與合金105具有高熔點(diǎn)，以至于即使當(dāng)應(yīng)用釬焊所必需的250℃或更高的溫度的時(shí)候，導(dǎo)電組合物不熔融并且能夠保持它的強(qiáng)度。例如，如果在日本專利No.3473601所公開的技術(shù)中，銀(熔點(diǎn)916℃)被用作高熔點(diǎn)金屬并且錫(熔點(diǎn)232℃)被用作低熔點(diǎn)金屬，所獲得的銀和錫的合金具有480℃的熔點(diǎn)，這樣就提高了熔點(diǎn)。合金(金屬互化物)103和105的形成使得充分保證了足夠強(qiáng)度來抵抗在后處理中進(jìn)行釬焊時(shí)的熱處理工藝。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在上述連接機(jī)理中，在通過燒結(jié)形成導(dǎo)電組合物時(shí)，可能發(fā)生下面的問題。
如圖2所示，低熔點(diǎn)金屬顆粒101通過潤(rùn)濕而延伸到高熔點(diǎn)金屬顆粒102的表面上，從而形成合金(金屬互化物)103。在低熔點(diǎn)金屬顆粒101的熔融溫度下高熔點(diǎn)金屬顆粒102很難在通孔中移動(dòng)，而熔融的低熔點(diǎn)金屬顆粒101被移至高熔點(diǎn)金屬顆粒102的表面上。相應(yīng)地，在加熱前存在于金屬顆粒之間的孔隙更有可能聚集在一起形成氣孔(blowhole)或者在通孔的范圍內(nèi)的比熔融之前的狀態(tài)更大的孔隙。特別是，在加壓期間，在高于低熔點(diǎn)金屬顆粒101熔點(diǎn)的溫度下，通過加壓除去通孔的時(shí)候，金屬顆粒101和102之間的接觸允許從它們之間的連接點(diǎn)開始的合金化快速發(fā)展。所產(chǎn)生的合金(金屬互化物)103具有顯著高于基底材料100的熔融/接合(melting/bonding)溫度的熔點(diǎn)。因此，不可能再熔融該合金103而進(jìn)行壓縮，結(jié)果是孔隙保留在金屬中間體中。如果在這樣的情況下繼續(xù)壓縮，連接位置自身可能經(jīng)受翹曲從而影響連接工藝。
如果所形成的合金的高度高于在基底材料的熔融和接合(melting andbonding)之后獲得合金的高度，則導(dǎo)體圖案不能沉入基底材料中，而是作為通柱(via column)來阻止基底材料的連接。如果壓縮在這樣的狀態(tài)下繼續(xù)，則在通孔周圍形成的圖案可能破裂而產(chǎn)生裂縫。
為了防止這樣，在合金化工藝的加熱和壓縮過程中，有必要從低熔點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)開始逐漸升溫。然而，該方法耗時(shí)較長(zhǎng)，不能利用熱塑性樹脂的熔融和接合層壓工藝能夠在短時(shí)間內(nèi)完成的性能。結(jié)果，生產(chǎn)率降低而增加了成本。
此外，在燒結(jié)工藝中，為了降低合金中的孔隙數(shù)量，降低金屬顆粒的尺寸是必要的。然而，隨著使顆粒尺寸降低，壓縮時(shí)顆粒之間的磨擦力有所增加，進(jìn)而填充密度也隨之增加，以至于很難對(duì)通孔的每一個(gè)位置施加均勻的模塑壓力，致使很難獲得均勻的通路合金(via alloy)，并且導(dǎo)致在金屬布線圖案和低熔點(diǎn)金屬之間形成了不充分的合金。隨著通孔直徑變小，該現(xiàn)象成為主導(dǎo)，在高密度板的制作中帶來了不利方面。
本發(fā)明就是為了解決上述問題，并且希望提供一種多層布線板及其能夠提高層間連接可靠性的生產(chǎn)方法，該多層布線板在由熱塑性樹脂制作的基底材料上形成多個(gè)金屬導(dǎo)體圖案層。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案，提供了一種在由熱塑性樹脂制作的基底材料上形成多個(gè)金屬導(dǎo)體圖案層的多層布線板，其中將熔點(diǎn)高于基底材料的熔融/接合溫度的至少含有銅的金屬、能夠與導(dǎo)體圖案合金化并且熔點(diǎn)低于基底材料的熔融/接合溫度的至少含有錫的金屬、和在不高于基底材料的熔融/接合溫度條件下熔融的粘合劑樹脂填塞到在基底材料所形成的通孔中，并且在基底材料的熔融/接合溫度下施加熱并且向其中在通孔的上部和下部形成導(dǎo)體圖案的多層布線板施加預(yù)定的壓力，并且然后在液化的低熔點(diǎn)金屬和熔融的粘合劑樹脂是彼此分離的相的時(shí)候，使面向通孔開口的導(dǎo)體圖案表面與低熔點(diǎn)金屬相互之間合金化并且使低熔點(diǎn)金屬與高熔點(diǎn)金屬相互之間合金化，從而在導(dǎo)體圖案之間建立層間電連接。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案，提供了用于生產(chǎn)一種在由熱塑性樹脂制作的絕緣基底材料上形成多個(gè)金屬導(dǎo)體圖案層的多層布線板的方法，其包括第一個(gè)步驟將熔點(diǎn)高于基底材料的熔融/接合溫度的至少含有銅的金屬、能夠與導(dǎo)體圖案合金化并且熔點(diǎn)低于基底材料的熔融/接合溫度的至少含有錫的金屬、和在不高于基底材料的熔融/接合溫度條件下熔融的粘合劑樹脂填塞到在基底材料所形成的通孔中；以及第二個(gè)步驟在基底材料的熔融/接合溫度下施加熱并且向在通孔的上部和下部形成導(dǎo)體圖案的多層布線板施加預(yù)定的壓力，然后在液化的低熔點(diǎn)金屬和熔融的粘合劑樹脂是地彼此分離的相的時(shí)候，使面向通孔開口的導(dǎo)體圖案表面與低熔點(diǎn)金屬相互之間合金化并且使低熔點(diǎn)金屬與高熔點(diǎn)金屬相互之間合金化，從而在導(dǎo)體圖案之間建立層間電連接。
此外，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，提供了一種在由熱塑性樹脂制作的絕緣基底材料上形成多個(gè)金屬導(dǎo)體圖案層并且通過穿透基底材料的通孔在金屬導(dǎo)線之間建立層間電連接的多層布線板，其中將在通孔中形成的至少含有錫和銅的合金，將在通孔上部和下部開口上形成的導(dǎo)體圖案連接起來，并且在層間連接金屬的外圍與通孔內(nèi)表面之間形成了粘合劑樹脂層。
在多層布線板中，當(dāng)不施加壓力時(shí)，即使在高于低熔點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)的溫度下，粘合劑樹脂的存在防止了低熔點(diǎn)金屬與高熔點(diǎn)金屬的直接接觸，從而抑制它們之間的合金化。當(dāng)溫度達(dá)到基底材料的熔融/接合溫度的時(shí)候，簡(jiǎn)單地通過施加預(yù)定的壓力，粘合劑樹脂溢出從而使低熔點(diǎn)金屬與高熔點(diǎn)金屬相互之間接觸。然而，即使是在該時(shí)間點(diǎn)上，熔融的粘合劑樹脂的存在也使得液化的低熔點(diǎn)金屬和高熔點(diǎn)金屬流入通孔中。然后，液化的低熔點(diǎn)金屬和高熔點(diǎn)金屬局部混合形成半熔融的金屬混合液滴。該狀態(tài)繼續(xù)，直到形成高熔點(diǎn)合金。也就是說，金屬混合物液滴在熔融的粘合劑樹脂中熔融到一起，同時(shí)，是與粘合劑樹脂分開的相，如同懸浮在水中的油滴一樣集結(jié)成團(tuán)而且與水分開的相。該金屬混合物液滴含有將要與導(dǎo)體圖案合金化的錫，以至于它們聚集在具有高潤(rùn)濕性能的上部和下部導(dǎo)體圖案的周圍，并且被熔融在一起。在該時(shí)間點(diǎn)，金屬混合物液滴被形成柱形而同時(shí)與上部和下部導(dǎo)體圖案合金化并且與它們連接。粘合劑樹脂位于柱形半熔融金屬混合物的外表面和通孔內(nèi)表面之間。在加熱和加壓步驟持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間之后，停止加熱和加壓使溫度和壓力達(dá)到正常水平。
因此，在通孔中形成柱形的半熔融金屬混合物被合金化成為包括銅和錫的合金Cu6Sn5(熔點(diǎn)630℃)并且熔點(diǎn)被提高的層間連接部件。層間連接部件與上部和下部導(dǎo)體圖案合金化，從而通過合金層將它們連接在一起。結(jié)果是，在基底材料的上部和下部表面上形成的導(dǎo)體圖案相互之間被電連接從而達(dá)到了層間連接。此外，固態(tài)形式的粘合劑樹脂存在于層間連接部件的外表面和通孔內(nèi)表面之間形成中間層。
根據(jù)層間連接機(jī)理，即使在快速合金化工藝中，通過完成在熔融的低熔點(diǎn)金屬和熔融的粘合劑樹脂之間的液液相分離(liquid-liquid phaseseparation)，也有可能防止上述在合金中產(chǎn)生氣孔的問題。
此外，在這樣的層間連接中，即使金屬顆粒非常微小，粘合劑樹脂可以作為顆粒之間的潤(rùn)滑劑，其因此具有象粘土一樣的塑性并將均勻的壓力施加到整個(gè)通孔上。相應(yīng)地，使得通孔中的低熔點(diǎn)金屬和高熔點(diǎn)金屬相互之間均勻地接觸，使得通孔中的合金的結(jié)構(gòu)均勻。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的生產(chǎn)方法中，在由熱塑性樹脂制得的基底上預(yù)先形成金屬導(dǎo)體圖案；將至少含有銅(熔點(diǎn)1083℃)的高熔點(diǎn)金屬，能夠與導(dǎo)體圖案和高熔點(diǎn)金屬合金化的低熔點(diǎn)金屬(錫或含錫的合金)，以及存在于低熔點(diǎn)金屬顆粒周圍并且在基底材料的熔融/接合溫度下熔融的粘合劑樹脂填塞到在基底材料所形成的通孔中；在通孔的上部和下部開口處形成導(dǎo)體圖案；并且在高于低熔點(diǎn)金屬熔點(diǎn)的基底材料的熔融/接合溫度下施加熱，并且施加預(yù)定的壓力。
在液化的低熔點(diǎn)金屬和熔融的粘合劑樹脂之間的液液相分離之后，面向通孔開口的導(dǎo)體圖案表面與低熔點(diǎn)金屬相互之間合金化，同時(shí)低熔點(diǎn)金屬與高熔點(diǎn)金屬相互之間合金化，從而在基底材料的兩個(gè)表面上所形成的導(dǎo)體圖案之間建立層間電連接。
此外，粘合劑樹脂的存在使得通孔中合金的結(jié)構(gòu)均勻。結(jié)果，有可能獲得具有高連接穩(wěn)定性的多層布線板。


圖1是顯示了用高熔點(diǎn)金屬顆粒和低熔點(diǎn)顆粒填充通孔，然后施加熱以形成高熔點(diǎn)金屬和低熔點(diǎn)金屬的合金層，從而獲得層間連接的方法的圖；圖2是示意性地顯示了在僅僅使用金屬顆粒(而不使用粘合劑樹脂)的情況下通孔的內(nèi)部圖；圖3是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案的多層布線板的橫截面圖；圖4是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案的多層布線板另一個(gè)例子的橫截面圖；圖5是顯示了制造多層布線板的各個(gè)步驟的圖；圖6A至6D是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行層間連接的機(jī)理圖；圖7是示意性地顯示了通過層間連接機(jī)理獲得層間連接的多層布線板的橫截面圖；并且圖8是比較基底材料與通孔中的合金之間的熱膨脹系數(shù)的圖。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
多層布線板的結(jié)構(gòu)圖3是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案的多層布線板10的橫截面的圖。
如圖3所示，多層布線板10包括基底材料11和在基底材料11的兩側(cè)(上表面和下表面)上形成的金屬導(dǎo)體圖案12(12a，12b)。從基底材料11的上表面貫穿其下表面的通孔13形成于基底材料11內(nèi)。層間連接部件14形成于通孔13內(nèi)。通孔13的上部和下部開口被導(dǎo)體圖案12(12a，12b)覆蓋。層間連接部件14被連接到形成于基底材料11的兩面上的導(dǎo)體圖案12(12a，12b)上并且使導(dǎo)體圖案12與基底材料11電連接，從而在層間建立了電連接。
基底材料11是一種熱塑性樹脂膜，其具有在將元件釬焊到多層布線板10的過程中所必需的耐熱性和足夠的機(jī)械強(qiáng)度?；撞牧?1是，例如，全芳香聚脂樹脂的液晶聚合物。作為該熱塑性樹脂膜，除了該液晶聚合物以外，下面的樹脂也可以單獨(dú)或以混合物使用。此外，如果必要的話可以加入添加劑例如填料。
晶體樹脂，聚甲醛(POM熔點(diǎn)165℃)，聚酰胺(PA熔點(diǎn)265℃)，聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT熔點(diǎn)228℃)，聚苯硫(PPS熔點(diǎn)278℃)，聚醚醚酮(PEEK熔點(diǎn)334℃)。
非晶態(tài)樹脂熱塑性聚酰亞胺(PI)，改性的聚苯醚(m-PPE)，聚酰胺-亞胺(PAI)，聚醚-亞胺(PEI)，聚芳酯(PAR)，聚砜(PSF)，聚醚砜(PES)。
導(dǎo)體圖案12是一種低電阻金屬，并且其與錫合金化。對(duì)于通過對(duì)銅實(shí)施抗腐蝕處理而獲得的印刷電路板，優(yōu)選使用，例如，銅或常用的銅箔。
層間連接部件14是至少包括銅和錫的合金。由于該合金包括銅和錫的合金Cu6Sn5(熔點(diǎn)約630℃)，因此它的熔點(diǎn)被增加從而該合金能夠經(jīng)歷釬焊軟熔工藝(slodering reflowing process)。
此外，在多層布線板10中，由在基底材料的熔融/接合溫度下熔融的樹脂制作的中間層15形成于通孔13的內(nèi)表面周圍，也就是說，在層間連接部件14的外表面和通孔13的內(nèi)表面之間。
根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的多層布線板10可以包括多個(gè)基底材料11。例如，如圖4所示，在多層布線板10所具有的結(jié)構(gòu)中，多個(gè)基底材料11(11a，11b，11c)被層壓，并且形成于基底材料11和它的前后表面之間的金屬導(dǎo)體圖案12(12a，12b，12c)也被層壓。通孔13(13a，13b，13c)形成于各個(gè)基底材料11(11a，11b，11c)中。使導(dǎo)體圖案12相互連接的層間連接部件14形成于通孔13(13a，13b，13c)中。中間層15形成于層間連接部件14的外壁上。
制作工藝上面描述了多層布線板10，下面將對(duì)其制作工藝進(jìn)行描述。
圖5顯示了制作多層布線板10的各個(gè)步驟。
在第一步驟(S11)中，準(zhǔn)備一層用作為導(dǎo)體圖案12的銅箔和一層用作基底材料11的絕緣熱塑性樹脂膜，其中銅箔的一側(cè)或兩側(cè)粗糙化。
在該例子中，基底11是厚度為25-200μm由全芳香聚酯樹脂構(gòu)成的液晶聚合物(LCP)。然而，該熱塑性樹脂膜必須能夠通過熱壓而熔融和接合，必須具有在元件的釬焊工藝中的必要的耐熱性，并且必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
接下來，在第二個(gè)步驟(S12)中，通過加熱或其它連接工藝將作為導(dǎo)體圖案12的金屬箔連接到作為基底材料11的熱塑性樹脂膜的表面上。在該例子中，銅箔被用作作為導(dǎo)體圖案12的金屬箔。
在第三個(gè)步驟(S13)中，對(duì)連接的金屬箔施加刻蝕以形成導(dǎo)體圖案12。
在第四個(gè)步驟(S14)中，將二氧化碳?xì)怏w激光器照射在作為基底材料11的熱塑性樹脂膜與連接了導(dǎo)體圖案12那一側(cè)相對(duì)的表面上，從而形成通孔13。此時(shí)，該孔并沒有形成于導(dǎo)體圖案12內(nèi)，而是僅僅形成在熱塑性樹脂膜內(nèi)。相應(yīng)地，在這種情況下，導(dǎo)體圖案12作為通孔13的底部。除了二氧化碳?xì)怏w激光器以外，可以使用UV-YAG激光器，準(zhǔn)分子激光器等。如果必要的話，可以對(duì)通孔13的底部表面進(jìn)行去污(desmear)處理。作為去污處理，可以采用化學(xué)去污或者物理去污，例如使用等離子或準(zhǔn)分子激光器。
在第五個(gè)步驟(S15)中，向底部在基底材料11上形成的通孔13中填充通路填料21。
通路填料21的材料是高熔點(diǎn)金屬、低熔點(diǎn)金屬和粘合劑樹脂或粘合劑樹脂的前體的混合物。
高熔點(diǎn)金屬是顆粒尺寸的金屬，其至少含有銅并且具有高于熱塑性樹脂基底材料11熔融/接合溫度的熔點(diǎn)。更具體地，該高熔點(diǎn)金屬是單一的銅顆?；蛘吆辖痤w粒，該合金顆粒含有銅和一種或多種選自于金、銀、鋅和鎳的金屬。該金屬顆粒的表面可以通過電鍍金、銀、鋅或鎳來覆蓋。該鍍覆可以包括金、銀、鋅或鎳的合金鍍覆。在該例子中，平均金屬顆粒直徑為8μm的銅粉末被用作高熔點(diǎn)金屬。
低熔點(diǎn)金屬是錫顆?；蛘吆a的合金(例如，焊料)顆粒。作為焊料，可以使用通過將選自于銦、鋅、鉍組成的組中的一種或多種加入到錫銅基焊料、錫銀基焊料、錫銀銅基焊料中而獲得的一種或多種焊料的混合物。在該例子中，使用了平均粒徑為8μm的錫粉末。在該例子中所使用的低熔點(diǎn)金屬是顆粒，然而其并不要求一定是顆粒，只要其能夠均勻地混合在通路填料21中即可。
低熔點(diǎn)金屬具有低于熱塑性樹脂基底材料11的熔融/接合溫度的熔點(diǎn)，并且與導(dǎo)體圖案12和高熔點(diǎn)金屬顆粒合金化。用作導(dǎo)體圖案12的金屬與低熔點(diǎn)金屬具有高潤(rùn)濕性能是合乎需要的。在該例子中，銅被用作導(dǎo)體圖案12，其與液化的錫表現(xiàn)出高潤(rùn)濕性能，并且能夠與錫合金化。
在該例子中使用的粘合劑樹脂是一種熔點(diǎn)溫度低于基底材料11熔融/接合溫度的具有熱塑性的樹脂，也是作為與熔融的低熔點(diǎn)金屬分離的相而表現(xiàn)為液體的樹脂。在這里所提及的熱塑性是在特定的高和低溫下允許軟化和固化以達(dá)到可逆方式的性能。雖然具有該性能的粘合劑樹脂的例子包括典型的熱塑性樹脂，例如聚酯、聚烯烴、聚丙烯類、聚酰胺、聚酰胺-亞胺、聚醚亞胺、聚苯醚、聚苯硫、聚乙烯醇縮丁醛，但是通常被認(rèn)為是具有非熔融性能的熱塑性樹脂，例如環(huán)氧樹脂、苯氧基樹脂、三聚氰二胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂或鄰苯二甲酸二丙烯也可以被用作該粘合劑樹脂，只要其在完成熱固反應(yīng)后在基底材料的熔融/接合溫度下具有流動(dòng)性并且能夠是與熔融的低熔點(diǎn)金屬分離的液液相。例如，交聯(lián)度被控制在低水平并且具有熱塑性的樹脂能夠被用作該粘合劑樹脂。該粘合劑樹脂可以是已經(jīng)與有機(jī)溶劑或反應(yīng)性稀釋劑溶解的糊狀形式，可以被涂敷到金屬顆粒上，或者只要不使金屬顆粒相互之間直接接觸也可以是微粒形式。
此外，對(duì)于粘合劑樹脂僅僅需要在其被熔融并且被粘結(jié)到基底材料的時(shí)間點(diǎn)成為熱塑性樹脂，以至于其在通孔填充的時(shí)間，可以是樹脂的前體，也就是，上面所提及的樹脂的單體，反應(yīng)性低聚物，或者預(yù)聚物。然而，在這種情況下，上面的前體在被熔融并且粘結(jié)到基底材料之前，必須經(jīng)過必要的工藝，例如加熱工藝使其樹脂化。這是因?yàn)橥ㄟ^加熱使前體經(jīng)過聚合反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)以使得它的流體粘度不穩(wěn)定，并且因?yàn)榈头肿忧绑w容易汽化而使得產(chǎn)生氣泡從而逆向地影響與低熔點(diǎn)金屬的相分離(phaseseparation)。因此，不可能使用穩(wěn)定材料例如樹脂進(jìn)行相分離。
在該例子中，聚酯樹脂被用作粘合劑樹脂。液化的聚酯樹脂與用作基底材料11的LCP表現(xiàn)出高的潤(rùn)濕性能(全芳香聚酯樹脂液晶聚合物)，使得聚酯樹脂和LCP之間的粘接強(qiáng)度很大。這是因?yàn)長(zhǎng)CP是與粘合劑樹脂有著相同材料(聚酯)的聚合物，因此液化的聚酯樹脂與LCP之間的親和力很高。此外，處于固體形式的粘合劑樹脂具有低于LCP的彈性。優(yōu)選固體形式的粘合劑樹脂的彈性比基底材料11的彈性足夠低。后面將詳細(xì)地描述該原因。
在該例子中，粘合劑樹脂被溶解到丁基卡比醇有機(jī)溶劑中，并且高熔點(diǎn)金屬(銅)顆粒和低熔點(diǎn)金屬(錫)顆粒被混合到所形成的溶液中，從而獲得了糊狀的通孔填料21。然后，使用開孔位于具有底的通孔的金屬掩模來印刷并且將糊狀物填塞到通孔13中。在填充樹脂之后，將用于干燥有機(jī)溶劑的工藝加入到該例子中。如果能夠可靠地進(jìn)行的話，使用分配器等的方法可以將糊狀物填充到通孔13中。通孔填料21可以是一種懸浮液，該懸浮液是通過在分散了粉末形式粘合劑樹脂的有機(jī)溶劑中混入高熔點(diǎn)金屬(銅)顆粒和低熔點(diǎn)金屬(錫)顆粒而得到的。
在將通孔填料21填充到通孔13之前，可以對(duì)面向通孔13的導(dǎo)體圖案的位置應(yīng)用軟刻蝕或還原處理。上述工藝除去了導(dǎo)體圖案12上的氧化物，從而達(dá)到了下面所要描述的合金的最佳形成。
在第6個(gè)步驟(S17)中，將僅僅在其一個(gè)表面上形成導(dǎo)體圖案12的多個(gè)基底材料11(雖然在該例子中使用了四個(gè)基底材料11，但是基底材料11的數(shù)量并不限于此)層疊形成多層接線結(jié)構(gòu)，以至于在基底材料11之間形成導(dǎo)體圖案12。此外，在通孔13的開口形成另一個(gè)導(dǎo)體圖案12并且對(duì)其進(jìn)行蝕刻。
在第七個(gè)步驟(S17)中，通過真空熱壓機(jī)，垂直地向多層布線板10的上表面和下表面施加壓力和熱量。結(jié)果是，銅顆粒和低熔點(diǎn)金屬被熔融。然后，熔融的低熔點(diǎn)金屬與銅顆粒合金化并且進(jìn)一步與導(dǎo)體圖案12的接觸表面合金化，從而獲得了層間連接。
在第七個(gè)步驟(S17)中層間連接的機(jī)理如下。
如圖6A中所示，在通孔13填充了通孔填料21的狀態(tài)下，加熱該多層布線板10并且垂直地向該多層布線板10的上表面和下表面施加壓力。
加熱是在高于低熔點(diǎn)金屬23的熔點(diǎn)并且足以熔融和粘結(jié)熱塑性樹脂基底材料11的溫度下進(jìn)行的。在該例子中，液晶聚合物被用作基底材料11，并且施加的熱是310℃。該溫度高于低熔點(diǎn)金屬23(錫232℃)的熔點(diǎn)。在該狀態(tài)下，低熔點(diǎn)金屬已經(jīng)被液化并且粘合劑樹脂24(聚酯樹脂)已經(jīng)被熔融。
熔融的粘合劑樹脂24控制著液化的低熔點(diǎn)金屬23和高熔點(diǎn)金屬22之間的接觸以防止它們之間的合金化。當(dāng)在這種狀態(tài)下通過擠壓施加預(yù)定壓力的時(shí)候，導(dǎo)體圖案12被浸入到基底材料中從而使得通孔中的空間變窄，結(jié)果是使得液化的低熔點(diǎn)金屬23和高熔點(diǎn)金屬22相互之間接觸。然而，即使在該時(shí)間點(diǎn)，熔融的粘合劑樹脂24的存在允許低熔點(diǎn)金屬23和高熔點(diǎn)金屬22流入通孔中。然后，液化的低熔點(diǎn)金屬23和高熔點(diǎn)金屬被局部混合以變成半熔融的金屬混合物液滴26。該狀態(tài)持續(xù)直到形成高熔點(diǎn)合金。也就是說，金屬混合物液滴26在熔融的粘合劑樹脂24中被熔融到一起，同時(shí)，是與熔融的粘合劑樹脂分離的相，如同懸浮在水中的油滴聚集成團(tuán)并且成為與水分離的相。
如圖6B中所示，該金屬混合物液滴26含有將要與導(dǎo)體圖案12合金化的低熔點(diǎn)金屬23，以至于它們聚集在具有高潤(rùn)濕性能的上部和下部導(dǎo)體圖案12的周圍，并且被熔融到一起。
如圖6C所示，形成了導(dǎo)體圖案26和低熔點(diǎn)金屬23的合金層27，并且熔融的粘合劑樹脂24聚集在通孔半熔融金屬混合物26所構(gòu)成的柱與基底材料11之間。
如圖6D所示，半熔融的金屬混合物26然后形成為柱形以至于連接了上部和下部導(dǎo)體圖案12。粘合劑樹脂24位于柱形半熔融金屬混合物26的外表面和通孔13的內(nèi)表面之間。在加熱和加壓步驟持續(xù)足夠長(zhǎng)時(shí)間之后，停止加熱和加壓以使溫度和壓力回到正常水平。
因此，如圖7所示，在通孔13中形成柱形的半熔融金屬混合物被合金化成為層間連接部件14，該部件包括銅和錫的合金Cu6Sn5(熔點(diǎn)630℃)并且其熔點(diǎn)有所提高。該層間連接部件14與上部和下部導(dǎo)體圖案12合金化從而通過合金層27將它們連接在一起。結(jié)果是，在基底材料11的上部和下部表面上形成的導(dǎo)體圖案12相互之間被電連接從而達(dá)到了層間連接。此外，固態(tài)形式的粘合劑樹脂24存在于層間連接部件14的外表面和通孔13的內(nèi)表面之間形成中間層15。此時(shí)，完成了基底材料的熔融。
根據(jù)上面所描述的層間連接機(jī)理，有可能防止上面提到的即使在通過熔融的低熔點(diǎn)金屬22和熔融的粘合劑樹脂24之間進(jìn)行的液液相分離的快速合金化工藝中，在合金中也會(huì)產(chǎn)生氣孔的問題。
此外，在這樣的層間連接中，粘合劑樹脂24可以作為顆粒之間的潤(rùn)滑劑，即使金屬顆粒是微型的，從而具有象粘土一樣的塑性以至于能夠?qū)⒕鶆虻膲毫κ┘拥秸麄€(gè)通孔上。相應(yīng)地，使得通孔中的低熔點(diǎn)金屬和高熔點(diǎn)金屬相互之間均勻接觸從而使得通孔13中的合金結(jié)構(gòu)均勻。結(jié)果是，有可能獲得具有高連接穩(wěn)定性的多層布線板10。
效果等如上面所描述的那樣，形成于面向通孔13的開口的通孔13的上部和下部開口處的導(dǎo)體圖案12的表面與液化的低熔點(diǎn)金屬23相互之間被合金化，并且低熔點(diǎn)金屬23和高熔點(diǎn)金屬22相互之間被合金化。結(jié)果是，能夠在形成于基底材料11的上下表面上的導(dǎo)體圖案12之間建立層間電連接。
特別是，在根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案的制作工藝中，層間連接部件14和中間層15是在合金化時(shí)通過熔融的粘合劑樹脂24與半熔融的金屬混合物26液液相分離工藝形成的。結(jié)果是，在層間連接部件14中沒有產(chǎn)生孔隙，從而增加了連接的可靠性。
為了獲得上面的層間連接，有必要控制粘合劑的量和金屬中錫的量。
關(guān)于該粘合劑樹脂，相對(duì)于包含高熔點(diǎn)金屬22，低熔點(diǎn)金屬23，和粘合劑樹脂的通孔填料21的總體積，粘合劑樹脂24的體積為該總體積的0.5％一70％是合乎需要的。如果在0.5％以下，則由于粘合劑樹脂的缺乏不能預(yù)期減少孔隙的效果；另一方面，如果超過70％，則金屬之間的合金形成受到負(fù)面影響。
如果構(gòu)成低熔點(diǎn)金屬23的金屬錫的量相對(duì)于低熔點(diǎn)金屬23與高熔點(diǎn)金屬22的總量太小，則在加熱和加壓的時(shí)候，液體金屬成分變小，使得難以形成粘合劑樹脂24與低熔點(diǎn)金屬23之間的液液相分離；另一方面，如果低熔點(diǎn)金屬23的相對(duì)量太大，則由于大量的錫導(dǎo)致滲透到導(dǎo)體圖案12中的低熔點(diǎn)金屬23變大，降低了連接的可靠性。例如，在錫粉末的量為99％重量百分比并且銅粉末的量為1％重量百分比的多層布線板中，層間連接部件14完全滲入導(dǎo)體圖案12中。
當(dāng)考慮到上面觀點(diǎn)合適地控制重量比的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)相對(duì)與高熔點(diǎn)金屬22和低熔點(diǎn)金屬23的總重量，將包含在低熔點(diǎn)金屬23中的錫的重量設(shè)定為該總重量75％-95％是合乎需要的。
例如，當(dāng)將錫粉末的量設(shè)定為76％重量百分比并且將銅粉末的量設(shè)定為24％重量百分比的時(shí)候，層間連接部件14并沒有完全滲透由銅箔制得的導(dǎo)體圖案12中。此外，在層間連接部件14中沒有產(chǎn)生孔隙，并且粘合劑樹脂24存在于層間連接部件14和通孔13的內(nèi)表面之間。如上所述，粘合劑樹脂24的彈性低于基底材料11的彈性是合乎需要的。原因如下。
通常，熱塑性樹脂基底材料11具有大于通孔13中的合金26的熱膨脹系數(shù)。圖8顯示了在Z-軸方向上的熱膨脹/收縮圖。此外，基底材料11和層間連接部件14具有相對(duì)高的彈性。相應(yīng)地，與產(chǎn)品的熱膨脹系數(shù)和彈性成正比的熱應(yīng)力變大。這樣，當(dāng)施加熱激波的時(shí)候，由于基底材料11與層間連接部件14之間的熱應(yīng)力，可能產(chǎn)生通路合金的疲勞。
然而，如果在基底材料11和層間連接部件14之間存在彈性低于基底材料11的粘合劑樹脂24，則熱應(yīng)力被該粘合劑樹脂24所吸收。結(jié)果是，控制通路金屬疲勞以增加可靠性是可能的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在所附權(quán)利要求書或它的等價(jià)物的范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要和其它因素，可能出現(xiàn)各種改變、結(jié)合、變形和替換。
本發(fā)明包含與2004年11月9日和2005年7月22日向日本專利局申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)JP2004-325259和JP2005-212570相關(guān)的主題，在此將這兩件申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容并入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種多層布線板，其在由熱塑性樹脂制得的絕緣基底材料上形成多個(gè)金屬導(dǎo)體圖案層，其中熔點(diǎn)高于所述基底材料的熔融/接合溫度的至少含有銅的金屬、能夠與所述導(dǎo)體圖案合金化并且熔點(diǎn)低于所述基底材料的熔融/接合溫度的至少含有錫的金屬、和在不高于所述基底材料的熔融/接合溫度的溫度下熔融的粘合劑樹脂被填塞到在所述基底材料中所形成的通孔中，并且在所述基底材料的熔融/接合溫度施加熱，并且向其中在所述通孔的上部和下部開口處形成所述導(dǎo)體圖案的所述多層布線板施加預(yù)定的壓力，然后在液化的低熔點(diǎn)金屬和熔融的粘合劑樹脂是彼此分離的相的時(shí)候，使面向所述通孔的開口的導(dǎo)體圖案表面與所述低熔點(diǎn)金屬相互之間合金化，并且使所述低熔點(diǎn)金屬與所述高熔點(diǎn)金屬相互之間合金化，從而在所述導(dǎo)體圖案之間建立層間電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層布線板，其中該粘合劑樹脂具有比所述基底材料以及所述低熔點(diǎn)金屬和所述高熔點(diǎn)金屬的合金的彈性低的彈性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層布線板，其中該基底材料是全芳香聚酯樹脂的液晶聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層布線板，其中該粘合劑樹脂是聚酯樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層布線板，其中該導(dǎo)體圖案是至少含有銅的金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層布線板，其中相對(duì)于所述高熔點(diǎn)金屬和所述低熔點(diǎn)金屬的總重量，包含在低熔點(diǎn)金屬中的錫的重量為該總重量的75％-95％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層布線板，其中相對(duì)于填充到通孔中的包含高熔點(diǎn)金屬和低熔點(diǎn)金屬的填料的總體積，粘合劑樹脂的體積為該總體積的0.5％-70％。
8.一種用于制作在由熱塑性樹脂制作的基底材料上形成多個(gè)金屬導(dǎo)體圖案層的多層布線板的方法，其包括第一個(gè)步驟將熔點(diǎn)高于所述基底材料的熔融/接合溫度的至少含有銅的金屬、能夠與所述導(dǎo)體圖案合金化并且熔點(diǎn)低于所述基底材料的熔融/接合溫度的至少含有錫的金屬、和在不高于所述基底材料的熔融/接合溫度的溫度下熔融的粘合劑樹脂填塞到在所述基底材料中所形成的通孔中；以及第二個(gè)步驟在所述基底材料的熔融/接合溫度施加熱，并且向其中在所述通孔的上部和下部開口處形成所述導(dǎo)體圖案的所述多層布線板施加預(yù)定的壓力，然后在液化的低熔點(diǎn)金屬和熔融的粘合劑樹脂是彼此分離的相的時(shí)候，使面向所述通孔的開口的導(dǎo)體圖案表面與所述低熔點(diǎn)金屬相互之間合金化，并且使所述低熔點(diǎn)金屬與所述高熔點(diǎn)金屬相互之間合金化，從而在所述導(dǎo)體圖案之間建立層間電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其中，在所述第一個(gè)步驟中，將熔點(diǎn)高于所述基底材料的熔融/接合溫度的至少含有銅的金屬、能夠與所述導(dǎo)體圖案合金化并且熔點(diǎn)低于所述基底材料的熔融/接合溫度的至少含有錫的金屬，和所述粘合劑樹脂的前體填充到通孔中，并且在該通孔中使該樹脂粘合劑的前體樹脂化。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其中該粘合劑樹脂具有比所述基底材料和所述低熔點(diǎn)金屬與所述高熔點(diǎn)金屬的合金的彈性低的彈性。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其中該基底材料是全芳香聚酯樹脂的液晶聚合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制作方法，其中該粘合劑樹脂是聚酯樹脂。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其中該導(dǎo)體圖案是至少含有銅的金屬。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其中相對(duì)于所述高熔點(diǎn)金屬和所述低熔點(diǎn)金屬的總重量，包含在所述低熔點(diǎn)金屬中的錫的重量為該總重量的75％-95％。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其中相對(duì)于填充到所述通孔中的包含所述高熔點(diǎn)金屬和所述低熔點(diǎn)金屬的填料的總體積，所述粘合劑樹脂的體積為該總體積的0.5％-70％。
16.一種多層布線板，其在由熱塑性樹脂制作的絕緣基底材料上形成多個(gè)金屬導(dǎo)體圖案層并且通過穿透基底材料的通孔在金屬導(dǎo)線之間建立層間電連接，其中在所述通孔中形成的至少含有錫與銅的合金的金屬將在所述通孔的上部和下部開口處形成的所述導(dǎo)體圖案連接起來，并且在該層間連接金屬的外圍與所述通孔的內(nèi)表面之間形成了粘合劑樹脂層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的多層布線板，其中該粘合劑樹脂具有比所述基底材料以及所述低熔點(diǎn)金屬和所述高熔點(diǎn)金屬的合金的彈性低的彈性。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的多層布線板，其中該基底材料是全芳香聚酯樹脂的液晶聚合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的多層布線板，其中該粘合劑樹脂是聚酯樹脂。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的多層布線板，其中該導(dǎo)體圖案是至少含有銅的金屬。
全文摘要
為了提高多層布線板的層間連接的可靠性。在由熱塑性樹脂制得的基底材料上形成多個(gè)金屬導(dǎo)體圖案層。然后，將含有銅的高熔點(diǎn)金屬、含錫的低熔點(diǎn)金屬和粘合劑樹脂填充到通孔中。接下來，施加預(yù)定的熱量和壓力。然后，在由低和高熔點(diǎn)金屬構(gòu)成的半熔融金屬混合物液滴和熔融的粘合劑樹脂是彼此分離的相的時(shí)候，使面向通孔開口的導(dǎo)體圖案表面與低熔點(diǎn)金屬相互之間合金化，并且使低熔點(diǎn)金屬與高熔點(diǎn)金屬相互之間合金化，從而形成柱形層間連接部件。結(jié)果是，在柱形層間連接件的外表面與通孔內(nèi)表面之間形成了中間層。
文檔編號(hào)H05K3/46GK1933696SQ20061013639
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者中田昌和, 小川稔 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社