多層プリント基板、多層プリント基板の製造方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は多層プリント基板の構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。
【０００２】
【従来技術】多層プリント基板は複数の配線層からな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。
【０００３】一方、層間を電気的に接続する手段として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。
【０００４】ビルドアップ法では、従来は例えば図５に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。
【０００５】しかし、このような構造をとると点Ａと点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５R>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。
【０００６】このように一つのバイアホールの斜め上に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１７０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。
【０００７】まず第一に第二のバイアホール１６０を形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。
【０００８】また、第二の問題点としてエッチングが必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。
【０００９】従って、一つのバイアホール上に他のバイ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。
【００１０】互いに隣接しない二つの層を電気的に接続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。
【００１１】しかし、この方法にも欠点がある。まず第一に、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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本願発明に係る構造は、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。
【００１４】そして、本願発明に係る構造は、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、を含む製造方法によって作ることができる。
【００１５】そして、かかる構造によって第二の絶縁層上の第一の点（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１３参照）、本願発明の目的を達成できる。
【００１６】
【参考例】参考例の構造を図１２ に示す。この構造は基板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。
【００１７】このような構造によってバイアホールを積層していけば、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。
【００１８】充填される材料としては好ましくは金属がよい。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。
【００１９】
【実施例】充填材料として樹脂などの絶縁材料、あるいは、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３３０ 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。
【００２０】次にかかる構造を得るための方法について説明する。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１６R>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。
【００２１】最後に互いに隣接していない複数層上の２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。
【００２２】
ｄ１ ｄ２ ｄ３ ｄ４ｄ(mm) 0.25 0.45 0.15 0.12ｄの二乗 0.0625 0.205 0.0225 0.0144(dn/d4)2 4.34 14.24 1.56 -このように、本願発明は従来技術の４分の１程度の消費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。
【００２３】
【発明の効果】本願発明に係わる方法はバイアホールを充填し、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術であるビルドアップ法によるバイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図２】従来技術であるビルドアップ法によるバイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図３】従来技術であるビルドアップ法によるバイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図４】従来技術であるビルドアップ法によるバイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図５】従来技術であるビルドアップ法によりバイアホールを用いた電気的接続の断面図である。
【図６】従来技術に係わる積層バイアホールの構造の断面図である。
【図７】従来技術であるスタッド法による電気的接続の形成方法を示す工程図である。
【図８】従来技術であるスタッド法による電気的接続の形成方法を示す工程図である。
【図９】従来技術であるスタッド法による電気的接続の形成方法を示す工程図である。
【図１０】従来技術であるスタッド法による電気的接続の形成方法を示す工程図である。
【図１１】従来技術であるスタッド法による電気的接続の断面図である。
【図１２】参考例による積層バイアホールの断面図である。
【図１３】本願発明による積層バイアホールの断面図である。
【図１４】本願発明による積層バイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図１５】本願発明による積層バイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図１６】本願発明による積層バイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図１７】本願発明による積層バイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図１８】本願発明による積層バイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図１９】本願発明による積層バイアホールの形成方法を示す工程図である。
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は多層プリント基板の構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。
【０００２】
【従来技術】多層プリント基板は複数の配線層からな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。
【０００３】一方、層間を電気的に接続する手段として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。
【０００４】ビルドアップ法では、従来は例えば図５に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。
【０００５】しかし、このような構造をとると点Ａと点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５R>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。
【０００６】このように一つのバイアホールの斜め上に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１７０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。
【０００７】まず第一に第二のバイアホール１６０を形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。
【０００８】また、第二の問題点としてエッチングが必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。
【０００９】従って、一つのバイアホール上に他のバイ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。
【００１０】互いに隣接しない二つの層を電気的に接続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。
【００１１】しかし、この方法にも欠点がある。まず第一に、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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本願発明に係る構造は、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。
【００１４】そして、本願発明に係る構造は、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、を含む製造方法によって作ることができる。
【００１５】そして、かかる構造によって第二の絶縁層上の第一の点（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１３参照）、本願発明の目的を達成できる。
【００１６】
【参考例】参考例の構造を図１２ に示す。この構造は基板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。
【００１７】このような構造によってバイアホールを積層していけば、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。
【００１８】充填される材料としては好ましくは金属がよい。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。
【００１９】
【実施例】充填材料として樹脂などの絶縁材料、あるいは、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３３０ 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。
【００２０】次にかかる構造を得るための方法について説明する。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１６R>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。
【００２１】最後に互いに隣接していない複数層上の２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。
【００２２】
ｄ１ ｄ２ ｄ３ ｄ４ｄ(mm) 0.25 0.45 0.15 0.12ｄの二乗 0.0625 0.205 0.0225 0.0144(dn/d4)2 4.34 14.24 1.56 -このように、本願発明は従来技術の４分の１程度の消費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。
【００２３】
【発明の効果】本願発明に係わる方法はバイアホールを充填し、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術であるビルドアップ法によるバイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図２】従来技術であるビルドアップ法によるバイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図３】従来技術であるビルドアップ法によるバイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図４】従来技術であるビルドアップ法によるバイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図５】従来技術であるビルドアップ法によりバイアホールを用いた電気的接続の断面図である。
【図６】従来技術に係わる積層バイアホールの構造の断面図である。
【図７】従来技術であるスタッド法による電気的接続の形成方法を示す工程図である。
【図８】従来技術であるスタッド法による電気的接続の形成方法を示す工程図である。
【図９】従来技術であるスタッド法による電気的接続の形成方法を示す工程図である。
【図１０】従来技術であるスタッド法による電気的接続の形成方法を示す工程図である。
【図１１】従来技術であるスタッド法による電気的接続の断面図である。
【図１２】参考例による積層バイアホールの断面図である。
【図１３】本願発明による積層バイアホールの断面図である。
【図１４】本願発明による積層バイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図１５】本願発明による積層バイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図１６】本願発明による積層バイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図１７】本願発明による積層バイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図１８】本願発明による積層バイアホールの形成方法を示す工程図である。
【図１９】本願発明による積層バイアホールの形成方法を示す工程図である。
【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図７】
【図８】
【図１４】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図７】
【図８】
【図１４】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【特許番号】特許第３２９００４１号（Ｐ３２９００４１）
【登録日】平成１４年３月２２日（２００２．３．２２）
【発行日】平成１４年６月１０日（２００２．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平７−２９７０４
【出願日】平成７年２月１７日（１９９５．２．１７）
【公開番号】特開平８−２４２０７７
【公開日】平成８年９月１７日（１９９６．９．１７）
【審査請求日】平成９年４月１５日（１９９７．４．１５）
【審判番号】平１０−１３６０１
【審判請求日】平成１０年９月２日（１９９８．９．２）
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【合議体】
【参考文献】
【文献】特開 平５−２１８６４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平５−２１８６４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−２８３５３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−２８３５３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−７９０７８（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１４年３月２２日（２００２．３．２２）
【発行日】平成１４年６月１０日（２００２．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成７年２月１７日（１９９５．２．１７）
【公開番号】特開平８−２４２０７７
【公開日】平成８年９月１７日（１９９６．９．１７）
【審査請求日】平成９年４月１５日（１９９７．４．１５）
【審判番号】平１０−１３６０１
【審判請求日】平成１０年９月２日（１９９８．９．２）
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【合議体】
【参考文献】
【文献】特開 平５−２１８６４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平５−２１８６４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−２８３５３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−２８３５３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−７９０７８（ＪＰ，Ａ）
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