JP2006041391A - プリント配線基板の製造方法及びこの製造方法により製造されたプリント配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 導電性ボールを用いることで容易に電気的な層間接続を行う。
【解決手段】 有機樹脂材料により形成された絶縁層１１に所定パターンで一又は複数の接続孔１４を形成すると共に、この絶縁層１４に導電層１２ａを形成し、接続孔１４に導電性ボール１４を入れ、導電性ボール１４が入れられた接続孔１４を塞ぐように、絶縁層１１の他方の面に更なる導電層１３ａを積層し、接続孔１４に導電性ボール１５が入れられ、両面に導電層１２ａ，１３ａが設けられた絶縁層１１を加圧して基板を形成し、基板の両面に設けられている導電層１２ａ，１３ａに所定の配線パターン１２，１３を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、絶縁層を介して積層された導電層の層間接続を導電性ボールを用いて行うプリント配線基板の製造方法及びこの製造方法により製造されたプリント配線基板に関する。

導電層が複数層設けられたプリント配線基板の電気的な層間接続には、スルーホールメッキ法、フィールドビア法、ポストビア法がある。

スルーホールメッキ法は、銅張り絶縁層に、ドリルやレーザを用いてスルーホールを形成し、形成されたスルーホールの内壁にメッキを施し、積層された導電層の層間接続を図るようにしている。しかしながら、このスルーホールメッキ法は、導電層が多いほどスルーホールのメッキ処理工程が増え、生産効率の向上を図ることが困難である。また、メッキ処理工程の度に、メッキの品質管理工程を必要とし、更に生産効率の向上を図ることが困難である。また、メッキ処理工程では、酸、アルカリ溶液を使用するため廃液処理にも手間がかかる。

フィールドビア法は、銅張り絶縁層に、ドリルやレーザを用いてスルーホールを形成し、形成されたスルーホールに導電性ペーストを充填することによって積層された導電層の層間接続を図るようにしている。プリント配線基板は、配線パターンも高密度化され、ファインパターン化している。したがって、高密度化されたプリント配線基板において、層間接続するためのスルーホールも小径化が進んでいる。スルーホールの小径化が進むと、スルーホール内に導電性樹脂を充填することが困難となり、層間接続の信頼性が低下し、また歩留まりが低下してしまう。

ポストビア法は、銅張り絶縁層の導電層の層間接続位置に導電性ペーストを印刷して突起を形成し、絶縁層に突起を突き刺し、絶縁層より突出した突起を隣接する導電層に接続するものである。したがって、層間接続するための突起は、絶縁層より高く形成しなければならず、一回の印刷で所定の高さを得ることができないことから、導電性ペーストを同じ箇所に複数回印刷して形成する必要がある。したがって、突起を形成するための印刷工程は、複数回となり、製造工程が煩雑となってしまうと共に、高精度に行う必要がある。また、突起を形成するための印刷は、メタルスクリーン印刷により行われる。金属板でなるスクリーンには、突起を形成するための開口部が形成されることになる。この開口部は、導電性ペーストを十分に転写することができるように形成する必要がある。しかしながら、スクリーンの厚みに対するアスペクト比が１以下の小径に形成すると、導電性ペーストの特性によっては、開口部より導電性ペーストを十分に転写することができなくなってしまうことがある。突起を小径で必要な高さに形成する方法としては、銅箔をエッチング除去することによって、一度に形成することもできる。しかしながら、この方法は、銅箔の大部分を除去するものであり、銅箔の殆どがエッチングによって除去されてしまうため、無駄となってしまう。

ところで、特許文献１には、ＢＧＡ（Ball Grid Array）をプリント配線基板に実装するに当たって、スズメッキで覆われた樹脂ボールを用いて電気的に接続する技術が記載されている。また、特許文献２には、表面にメッキ層が形成されたコア金属球を用いて半導体チップ同士を電気的に接続する技術が記載されている。しかしながら、何れの引用文献にも、複数の導電層を有するプリント配線基板の層間接続に特許文献１及び特許文献２の樹脂ボールやコア金属球を用いる考え方は示されていない。

特開平１１−２８４０２９号公報 特開２０００−１７４０４９号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、導電性ボールを用いることで容易に電気的な層間接続を行うことができるプリント配線基板の製造方法及びこの製造方法により製造されたプリント配線基板を提供することを目的とする。

本発明に係るプリント配線基板の製造方法は、有機樹脂材料により形成された絶縁層に一又は複数の接続孔を形成すると共に、この絶縁層の一方の面に導電層を形成し、上記接続孔に、隣接する導電層と層間接続する導電性ボールを挿入し、上記導電性ボールが挿入された接続孔を塞ぐように、上記絶縁層の他方の面に更なる導電層を積層し、上記接続孔に上記導電性ボールが挿入され、両面に導電層が設けられた絶縁層を加圧して基板を形成し、上記基板の両面に設けられている導電層に所定の配線パターンを形成する。

本発明に係るプリント配線基板は、有機樹脂材料により形成された絶縁層の各面に配線パターンが形成され、これらの配線パターンの層間接続が、上記絶縁層に形成された一又は複数の接続孔に挿入された導電性ボールによって行われている。

本発明によれば、導電性ボールを用いて電気的な層間接続を行うことから、容易にプリント配線基板を製造することができる。

以下、本発明を適用したプリント配線基板を図面を参照して説明する。

本発明を適用したプリント配線基板１は、図１に示すように、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等の有機樹脂材料を紙、ガラス布等の芯材に用いてなる第１の絶縁層１１を有し、この第１の絶縁層１１の一方の面に、銅箔等をパターニングしてなる第１の配線パターン１２が形成され、他方の面に、第１の配線パターン１２と同様にパターニングされた第２の配線パターン１３が形成されている。第１の配線パターン１２と第２の配線パターン１３とは、第１の絶縁層１１に形成された接続孔１４に挿入された導電性ボール１５が第１の配線パターン１２と第２の配線パターン１３のランド部に接することによって、電気的な層間接続がされている。

第１の配線パターン１２上には、更に、第１の絶縁層１１と同様な第２の絶縁層１６が形成されている。この第２の絶縁層１６には、第３の配線パターン１７が形成されている。第１の配線パターン１２と第３の配線パターン１７とは、第２の絶縁層１６に形成された接続孔１８に、導電性ボール１９が挿入され、この導電性ボール１９が第１の配線パターン１２と第３の配線パターン１７のランド部に接するすることによって、電気的な層間接続がされている。

また、第２の配線パターン１３上には、更に、第１の絶縁層１１と同様な第３の絶縁層２１が形成されている。この第３の絶縁層１３には、第４の配線パターン２２は形成されている。第２の配線パターン１３と第４の配線パターン２２とは、第３の絶縁層２１に形成された接続孔２３に、導電性ボール２４が挿入され、この導電性ボール２３が第２の配線パターン１３と第４の配線パターン２２のランド部に接することによって、電気的な層間接続がされている。

ここで、第１乃至第３の絶縁層１１，１６，２１に形成される接続孔１４，１８，２３は、導電性ボール１５，１９，２４を挿入することができるように、導電性ボール１５，１９，２４の直径より大きくなるように形成されている。

導電性ボール１５，１９，２４は、コア材の表面に導電性のメッキ層が形成されている。導電性ボール１５，１９，２４のコア材には、例えばジベニルベンゼン樹脂等の高圧縮弾性率樹脂やＣｕ、Ｎｉ、ＳＵＳ等の金属材料が用いられている。導電性ボール１５，１９，２４のコア材の高圧縮弾性率樹脂や金属材料は、第１乃至第３の絶縁層１１，１６，２１に第１乃至第４の配線パターン１２，１３，１７，２２を形成する際の加圧時における第１乃至第３の絶縁層１１，１６，２１の変形量未満のものであり、確実に第１乃至第４の配線パターン１２，１３，１７，２２のランド部に圧接されるようになっている。コア材の加圧時の変形量が第１乃至第３の絶縁層１１，１６，２１の変形量より小さいことにより、積層後常に導電性ボール１５，１９，２４が第１乃至第４の配線パターン１２，１３，１７，２２のランド部に対して安定的に接触し確実な電気的接続を図ることができる。仮に、導電性ボール１５，１９，２４のコア材が第１乃至第３の絶縁層１１，１６，２１の変形量より大きい場合、加圧積層時の圧力により第１乃至第３の絶縁層１１，１６，２１の変形量にコア材の変形量が追従又はそれ以上変形してしまい、積層終了後の圧力開放時に第１乃至第３の絶縁層１１，１６，２１の変形戻りにより、導電性ボール１５，１９，２４が第１乃至第４の配線パターン１２，１３，１７，２２のランド部から離間してしまうことがある。そこで、ここでは、導電性ボール１５，１９，２４のコア材には、第１乃至第３の絶縁層１１，１６，２１に第１乃至第４の配線パターン１２，１３，１７，２２を形成する際の加圧時における第１乃至第３の絶縁層１１，１６，２１の変形量未満ものが用いられる。

また、コア材の表面に形成されるメッキ層は、Ｃｕで形成された第１乃至第４の配線パターン１２，１３，１７，２２との接続信頼性を確保するためＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、半田等で形成されている。

更に、導電性ボール１５，１９，２４は、全体の直径が導電性ボール１５，１９，２４が挿入される接続孔１４，１８，２３が設けられた第１乃至第３の絶縁層１１，１６，２１の厚さと導電性ボール１５，１９，２４が接する一方の配線パターン１２，１３，１７，２２の厚さとを加算した値未満とされる。これにより、導電性ボール１５，１９，２４に当接する第１乃至第４の配線パターン１２，１３，１７，２２に過剰な負荷が加わらないようにしている。

なお、導電性ボール１５，１９，２４の直径は、層間接続を確実に行うため、導電性ボール１５，１９，２４が接する相対する配線パターン１２，１３，１７，２２間の間隔以上は必要である。

次に、以上のように構成されるプリント配線基板１の製造方法について説明する。先ず、図２に示すように、第１の絶縁層１１の一方の面に第１の配線パターン１２を形成するための第１の導電層１２ａが形成された例えば厚さが６０μｍの基板に、ドリル又はレーザ１４ａによって、穴明けを行い、例えば直径が６０μｍの接続孔１４を形成する。ここで、接続孔１４は、導電性ボール１５の直径より大きく形成される。そして、図３に示すように、第１の絶縁層１１に形成された接続孔１４には、例えば直径が４０μｍの導電性ボール１５が挿入される。

なお、図４に示すように、銅箔が貼り合わされていない例えば厚さが６０μｍの第１の絶縁層１１に、先ず、ドリル又はレーザ１４ａによって、穴明けを行い、接続孔１４を形成し、次いで、第１の絶縁層１１の一方の面に第１の配線パターン１２を形成するための第１の導電層１２ａとなる銅箔をローラ等を用いて加圧して貼り合わせるようにし、この後、接続孔１４に、例えば直径が４０μｍの導電性ボール１５を挿入するようにしても良い。

次いで、図５に示すように、第１の絶縁層１１の他方の面に第２の配線パターン１３を形成するための第２の導電層１３ａとなる銅箔を貼り合わせる。次いで、図６に示すように、ローラ２６を用いて、第２の導電層１３ａとなる銅箔を加圧し一体化する。

この後、図７に示すように、第１の絶縁層１１の一方の面に第１の導電層１２ａが形成され、他方の面に第２の導電層１３ａが形成された基板は、真空加熱プレス機２７により真空加熱プレスされ基板２５となる。

ここで、導電性ボール１５は、全体の直径が接続孔１４が設けられた第１の絶縁層１１の厚さと導電性ボール１５が接する一方の配線パターン１２，１３の何れかの厚さとを加算した値未満とされる。これにより、導電性ボール１５に当接する第１及び第２のの配線パターン１２，１３に過剰な負荷が加わらないようにしている。また、導電性ボール１５のコア材の高圧縮弾性率樹脂や金属材料は、第１の絶縁層１１に真空加熱プレス時における第１の絶縁層１１の変形量未満のものであり、確実に第１及び第２の配線パターン１２，１３のランドに圧接される。

この後、図８に示すように、第１の絶縁層１１の一方の面の第１の導電層１２ａ及び第２の導電層１３ａは、エッチングされ、第１の配線パターン１２及び第２の配線パターン１３が形成される。

この後、第１の配線パターン１２上には、更に第２の絶縁層１６が形成され、第２の配線パターン１３上には、更に第３の絶縁層２１が形成される。次いで、第２の絶縁層１６には、接続孔１８が形成され、第３の絶縁層２１には、接続孔２３が形成される。次いで、接続孔１８，２３には、導電性ボール１９，２４が挿入される。この後、第２の絶縁層１６には、導電性ボール１９が挿入された接続孔１８を閉塞するように、第３の配線パターン１７を形成するための第３の導電層となる銅箔が貼り合わされ、第３の絶縁層２１には、第４の配線パターン２２を形成するための第４の導電層となる銅箔が貼り合わされる。この後、第２の絶縁層１６に第３の導電層となる銅箔が貼り合わされ第３の絶縁層２１に第４の導電層となる銅箔が貼り合わされた基板は、真空加熱プレスされ一体化され、この後、エッチングにより第３の配線パターン１７と第４の配線パターン２２が形成されることになる。すなわち、第２及び第３の絶縁層１６，２１を形成し、第３及び第４の配線パターン１７，２２を形成する工程は、上記図２乃至図８の工程を繰り返すことにより行われる。

以上のような製造方法により製造されたプリント配線基板１によれば、層間接続を、導電性ボール１５，１９，２４を用いて行うことから、製造工程の簡素化を図りつつ低コスト化や生産に要する期間を短縮することができる。すなわち、接続孔１４，１８，２３に導電性ボール１５，１９，２４を挿入するのみで良いことから、スルーホールメッキ法で必要なメッキ処理工程が不要となり、また、ポストビア法で必要な突起を設けるための印刷やエッチングが不要となる。また、導電性ボール１５，１９，２４の小径化を図ることで、接続孔１４，１８，２３の直径を１００μｍ以下にすることも可能であり、配線パターンのファインパターン化にも対応可能となる。

なお、以上の例では、絶縁層が３層設けられ、配線パターンが４層設けられた場合を説明したが、本発明では、導電層の総数は複数であれば特に限定されるものではない。

本発明を適用したプリント配線基板の断面図である。 第１の絶縁層に接続孔を形成する工程を説明する断面図である。 第１の絶縁層の接続孔に導電性ボールが挿入された状態を示す断面図である。 接続孔を形成する工程の他の例を説明する断面図である。 第１の絶縁層の各面に導電層となる銅箔が貼り合わされた状態を示す断面図である。 第１の導電層と第２の導電層を第１の絶縁層に加圧する工程を示す断面図である。 第１の導電層と第２の導電層を第１の絶縁層に真空加熱プレスする工程を示す断面図である。 第１の絶縁層の一方の面に第１の配線パターンが形成され他方の面の第２の配線パターンが形成された基板の断面図である。

符号の説明

１ プリント配線基板、１１ 第１の絶縁層、１２ 第１の配線パターン、１２ａ 第１の導電層、１３ 第２の配線パターン、１３ａ 第２の導電層、１４ 接続孔、１５ ドリル又はレーザ、１６ 導電性ボール、１７ 第３の配線パターン、１８ 接続孔、１９ 導電性ボール、２１ 第３の絶縁層、２２ 第４の配線パターン、２３ 接続孔、２４ 導電性ボール、２５ 基板、２６ ローラ

Claims (6)

1. 有機樹脂材料により形成された絶縁層に一又は複数の接続孔を形成すると共に、この絶縁層の一方の面に導電層を形成し、
   上記接続孔に、隣接する導電層と層間接続する導電性ボールを挿入し、
   上記導電性ボールが挿入された接続孔を塞ぐように、上記絶縁層の他方の面に更なる導電層を積層し、
   上記接続孔に上記導電性ボールが挿入され、両面に導電層が設けられた絶縁層を加圧して基板を形成し、
   上記基板の両面に設けられている導電層に所定の配線パターンを形成するプリント配線基板の製造方法。
2. 上記導電性ボールのコア材は、上記加圧時における上記絶縁層の変形量未満のもので、高圧縮弾性率樹脂であることを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板の製造方法。
3. 上記導電性ボールのコア材は、上記加圧時における上記絶縁層の変形量未満のもので、金属材料であることを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板の製造方法。
4. 上記導電層は、Ｃｕであり、
   上記導電性ボールは、表面にメッキ層が形成され、このメッキ層は、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、半田から選ばれた材料で形成されている請求項１記載のプリント配線基板の製造方法。
5. 上記導電性ボールの径は、該導電性ボールが挿入される絶縁層の厚さとこの導電性ボールが接する一方の導電層の厚さとを加算した値未満であり、
   上記接続孔の直径は、上記導電性ボールの直径より大きい請求項１記載のプリント配線基板の製造方法。
6. 有機樹脂材料により形成された絶縁層の各面に配線パターンが形成され、これらの配線パターンの層間接続が、上記絶縁層に形成された一又は複数の接続孔に挿入された導電性ボールによって行われたプリント配線基板。
   

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