JP2009170500A - プリント配線板の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性基板にシングルビア構造の微細なスルーホールを形成する。
【解決手段】プリント配線板の作製方法において、導電性コア基材にスルーホールを形成した後、前記導電性コア基材を液状樹脂中に浸漬し、前記導電性コア基材を前記液状樹脂中から取り出し、前記スルーホールの内壁に付着した前記液状樹脂を硬化させることによって、前記スルーホールの内壁に絶縁皮膜を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリント配線板の作製方法に関し、特に、導電性コア基材を用いたプリント配線板に微細貫通穴（スルーホール）を形成する技術に関する。

プリント配線板に形成されているスルーホールビアは、基板の一方の主面（おもて面）の配線と、その反対側の面（裏面）の配線とを電気的に接続するための導通孔であり、一般に、スルーホールの内壁に、銅めっきが施されている。

近年、プリント配線板のコア基材として、耐衝撃性に優れ、熱膨張率の小さい炭素繊維を用いることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。コア基材に炭素繊維を含む樹脂材料を用いた場合、コア基材が導電性を帯びる。そのため、ドリル等によりスルーホールを形成した後、その断面（ホール内壁）を絶縁処理してから、プリント配線板の両面の電気的接続をとるための銅めっきを行っている。

図１は、スルーホール内の絶縁処理の後に導通処理（めっき処理）を行う公知の手法を示す概略図である。図１（ａ）に示すように、コア基材としてのプリプレグ１１０の所定の箇所に、ドリル等により比較的大きなスルーホール１１５を形成する。プリプレグ１１０は、たとえばカーボンファイバシート１１１と樹脂層１１３の積層であり、全体として導電性を帯びる。

次に、図１（ｂ）に示すように、ペースト状樹脂１１９でスルーホール１１５全体を埋め込んでから、図１（ｃ）のように、埋め込み箇所にドリル等で、より微細な孔１２１を形成する。これにより、当初のスルーホール１１５の断面（内壁）に絶縁処理を施す。

次に、図１（ｄ）に示すように、プリプレグ１１０のおもて面と裏面の電気的導通を確保するために、微細孔１２１に対して銅（Ｃｕ）めっきを行う。最後に、銅めっき膜１２３で規定される微細孔１２５の内部空間を、樹脂１２７で埋める。

このように、まずプリント配線板のコア基材（プリプレグ）１１０にスルーホール用の大きな孔１１５を開けた後、樹脂を充填し、樹脂部分にさらに小さな孔１２１を開け、銅めっきにより、おもて面と裏面の導通を確保している。この同心円状の二重孔を「ビアインビア構造」と呼んでいる。
特開平２００７−１０３６０５号公報

通常、プリント配線板に採用されているガラス布は、非導電性のため、シングルビアで済ませることができる。これに対し、カーボンファイバシート等を含む導電性コア基板で用いる「ビアインビア構造」では、スルーホールの孔径やピッチが、シングルビアに比較して大きくなるという問題がある。

実装されるＩＣチップと同様に、プリント配線板でも配線幅と配線間距離がどんどん微細化されていることに鑑みると、導電性コアを基材とするプリント配線板に形成されるスルーホールに対する微細化の要求も大きい。現状では、ビアインビア構造の場合は、孔径（直径）及びピッチは、０．８ｍｍ程度であるが、これを０．４ｍｍ程度にまで低減する必要がある。

そこで、スルーホールビア径やスルーホールピッチを微細化することのできるプリント配線板の作製方法の提供を課題とする。

上記課題を解決するため、実施形態におけるプリント配線板の作製方法は、
導電性コア基材にスルーホールを形成した後、前記導電性コア基材を液状樹脂中に浸漬し、
前記導電性コア基材を前記液状樹脂中から取り出し、前記スルーホールの内壁に付着した前記液状樹脂を硬化させることによって、前記スルーホールの内壁に絶縁皮膜を形成する、
ことを特徴とする。

良好な作製例では、コア基材の液状樹脂中への浸漬は、減圧下で行うのが望ましい。また、前記液状樹脂中から取り出した導電性コア基材に、圧縮した空気を吹き付ける工程を含むのが望ましい。

液状樹脂の粘度としては、スルーホールの直径が０．４ｍｍ以下のときは、粘度が１０．０Ｐａ・ｓ以下であることが望ましい。

前記液状樹脂は、たとえば極性官能基を含む樹脂である。この場合、前記スルーホールの内壁を親水性にする処置をした後に、前記導電性コア基材を前記液状樹脂中に浸漬するのが望ましい。別の例として、前記液状樹脂は、無極性官能基のみを含む樹脂であってもよい。この場合、前記スルーホールの内壁を疎水性にする処置をした後に、前記導電性コア基材を前記液状樹脂中に浸漬するのが望ましい。

上記の方法によれば、導電性のコア基材にシングルビア構造の微細なスルーホールビアを形成することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るプリント配線板の作製方法を説明する。図２は、プリント配線板の作製方法のうち、導電性コア基材に設けたスルーホール断面の絶縁処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０１で、プリント配線板の導電性コア基材（積層板）にスルーホールを形成する（孔開け工程）。次に、Ｓ１０３で、スルーホールを形成したコア基材を液状樹脂中に浸漬する（浸漬工程）。次に、Ｓ１０５で、コア基材を液状樹脂から取り出して、スルーホール断面（内壁）に絶縁皮膜を形成する。

図３Ａ〜図３Ｇは、上記の手法を取り入れたプリント配線板の製造工程図である。まず、図３Ａに示すように、導電性コア基材としての積層板１０に、ドリル等により、スルーホール１５を形成する。積層板１０は、複数のカーボンファイバシート１１を、たとえば１０〜２０層に積層し、この積層体にエポキシ系樹脂組成物等を含浸して、樹脂を固化させたものである。この例では、積層板１０のサイズは、５００ｍｍ×５００ｍｍ、厚さが０．４ｍｍであり、スルーホール１５の直径は、０．４ｍｍ、ピッチ（中心間距離）は、０．４ｍｍである。

次に、図３Ｂに示すように、スルーホール１５を形成した積層板１０の全体を、液状樹脂２０に浸漬する。浸漬時間は、たとえば０．５〜５分である。この浸漬工程は、後述するように、減圧下で行うのが望ましい。

次に、図３Ｃに示すように、積層板１０を液状樹脂２０から引き上げて、スルーホール１５の内壁にのみ、樹脂コート（絶縁皮膜）２２を形成する。樹脂コート２２を形成する際に、圧縮空気を吹き付けるエアブローや、熱硬化を行ってもよい。この例では、樹脂コート２２の膜厚は、０．１μｍ〜１００μｍである。後述するように、スルーホール１５の孔径と液状樹脂２０の粘度を適切に選択することによって、一度の浸漬と引き上げで、スルーホール１５の貫通状態を維持したまま、内壁のみに樹脂コート２２の薄膜を形成して、絶縁処理されたスルーホール１６とすることができる。樹脂コート２２の形成が不十分な場合は、図３Ｂと図３Ｃの工程を２回以上繰り返してもよい。

コア基材１０の主面（おもて面と裏面）に形成された樹脂コート２２は、絶縁膜としてそのまま残しておいてもよいが、目的とするプリント配線板に要求される特性によっては、コア基材１０のおもて面及び／又は裏面の樹脂コート２２を除去したほうがよい場合がある。その場合は、反応性イオンエッチングにより、表面の樹脂コート２２を除去する。反応性イオンエッチングを採用することにより、スルーホール１５の内壁に形成した樹脂コート２２に影響を与えずに、積層板１０の表面の樹脂コート２２を除去することができる。エッチングガスとしては、酸素ガス、アルゴンガス、フロン系ガス、ＳｉＦ6ガス、ＣＦ4ガス等を用いる。

次に、図３Ｄに示すように、全面に銅（Ｃｕ）シード層（不図示）を形成し、無電界めっき、電界めっき等、任意の手法により、全面に導電膜２３を形成する。導電膜２３の膜厚は、この例では１０μｍ程度である。その後、樹脂コート２２を介して銅めっきされた貫通孔をスクリーン印刷などにより、樹脂２６で充填する。これにより、積層板１０のおもて面と裏面を電気的に接続するスルーホールビア（めっきスルーホール）２７ができあがる。このスルーホールビア２７は、再度穿孔する必要がないので、ビアインビア構造ではなく、シングルビア構造をとり、微細化が実現されている。

このようなスルーホールビア２７を有する積層板１０をコア基材として、プリント配線板を製造するには、積層板１０の片面又は両面に、配線構造を形成する。配線構造は、ビルドアップ方式で形成してもよいし、あらかじめ配線パターンが形成された積層体を貼り合わせる手法で行ってもよい。

一例として、図３Ｅに示すように、配線板１０の両面の所定の箇所に配線３１を形成する。配線３１の形成は、たとえば、図３Ｄの導電膜２３上にドライフィルムレジスト膜を貼り付けて、フォトリソグラフィ法により、所定の配線形状に加工してレジストパターン３２を形成する。レジストパターン３２をマスクとして、導体膜２３をエッチングし、配線３１を形成する。

次に、図３Ｆに示すように、レジストパターン３２を除去し、感光性ポリイミド等の絶縁樹脂シートを、真空プレスにより配線３１上に貼り合わせ、熱硬化させて絶縁膜３３を形成する。フォトリソグラフィ法により、絶縁膜３３に配線３１に到達するコンタクトホール３５を形成する。

その後、図３Ｇに示すように、全面にシード層を形成し、所定の形状に加工してシード層パターン３６を形成し、電界銅めっき等により、配線又は電極パッド等の導電体３７を形成して、プリント配線１を作製する。

以下で、図３Ｂ及び図３Ｃにおける液状樹脂コーティングについて、さらに説明する。図３Ｂにおいて、微細なサイズで形成されたスルーホール１５の内部に、液状樹脂２０を充分に侵入させる必要がある。液状樹脂２０の侵入が不十分であると、スルーホール１５の内壁の樹脂コーティングを確実にすることができないからである。そこで、図３Ｂの浸漬工程では、減圧下で浸漬を行うことにより、スルーホール１５の内壁に存在する微小な気泡を除去して、液状樹脂の付着を均一かつ確実にする。これにより、スルーホール１５の内壁と樹脂コート２２との間に、気泡の存在しない樹脂薄膜を形成することができる。この手法を用いると、ほぼ一回の浸漬、取り出し操作で、スルーホール１５内壁に薄くて均一な樹脂コート２２の形成がなされるが、場合によって樹脂コート２２の形成が不十分なときは、浸漬と取り出しを２回以上繰り返すことで、被膜形成を確実にすることができる。

逆に、スルーホール１５内部が液状樹脂２０で満たされて貫通状態が消失するような場合には、液状樹脂中からの引き上げ後に、積層板１０の一方の面から圧縮気体を吹き付けることにより、貫通孔を回復することができる。

浸漬、取り出しの具体的な手法として、発明者らによる実験、検討の結果、ロータリーポンプによる減圧下での浸漬操作と、圧縮空気による吹きつけを組み合わせた場合に、スルーホール１５内の貫通状態を維持したまま、その内壁に樹脂コートの薄膜を一回の作業で形成できることが確認された。

形成するスルーホール１５のサイズ（直径、深さ）に応じて、液状樹脂２０の粘度を設定するのが望ましい。スルーホール１５の直径と樹脂粘度との関係については、スルーホールの直径が４００μｍのときは、液状樹脂の粘度が１０．０Ｐａ・ｓ以下であればスルーホール内に充填することができる。スルーホールの直径が４００μｍよりも大きい場合は、１０．０Ｐａ・ｓ以上の粘度を有する液状樹脂でも、使用可能である。より小さい径に対応するために、非硬化性で不揮発性の可塑剤や高分子を、液状樹脂の単量体に溶解する範囲で添加して、粘度を低減する方向に調整してもよい。

また、プリント配線板には、ある程度の寿命が要求されるので、スルーホール１５の内壁の樹脂コート２２も、熱的機械的に安定であることが望まれる。これを実現するには、スルーホール１５内の樹脂コート２２を、架橋硬化すればよい。架橋硬化のためには、液状樹脂２０の材料として、熱硬化あるいは湿気硬化する組成物を使用すればよい。

液状樹脂であって、熱硬化又は湿気硬化する材料として、液状ポリイソプレン、液状ポリブタジエン、液状1,2-ポリブタジエン、液状スチレン-ブタジエン、液状アクリロニトリル-ブタジエン、液状ポリクロロプレン、液状ポリ（オキシプロピレン）、液状ポリ（オキシテトラメチレン）グリコール、液状ポリオレフィングリコール、液状ポリ-ε-カプロラクトン、液状シリコーン、液状ポリスルフィド、液状フッソゴム、液状ポリイソブチレン、液状エポキシ樹脂、液状ウレタン樹脂等の材料を適用することができ、これらの材料に、熱硬化する開始剤あるいは大気中の水分で反応する開始剤を添加することにより、架橋反応をおこすことができる。開始剤としては、ベンジルパーオキシド、ジクミルパーオキシド剤等の過酸化物や、アゾイソブチロニトリル等のアゾ化合物を用いることができる。シリコーンについては、シラノール反応を利用できるプレポリマーを添加する、あるいは末端置換基として水酸基等を有する化合物を用いる等して、湿気硬化性とすることができる。また、液状エポキシ樹脂や液状ウレタン樹脂には、アミン系化合物や酸無水物を硬化剤として使用できる。

以上の樹脂およびゴムで被覆する場合に、被覆材料が液状ポリイソプレン、液状ポリブタジエン、液状シリコーン等の無極性官能基のみからなる場合には、スルーホール部分は疎水性にするほうが、また、被覆材料が液状エポキシや液状ウレタン等の極性官能基を有するばあいには、親水性にするほうが、ピンホールのない被覆物を形成できる。スルーホール部分はおおよそ疎水性であるが、スルーホール内部を均一に疎水性とするには、スルーホールを開けた基板を酸素プラズマ照射等により親水性とした後に、メチル基等の無極性基を有するシラン処理剤で表面処理することにより、スルーホール断面をむらなく均一に疎水性とすることができる。シラン処理剤による表面処理方法は、シラン処理剤を所定濃度の水溶液あるいはアルコール溶液として、浸漬する等のよく知られた方法を採用することができる。

以下で、具体的な実施例を説明する。

図３Ａの工程で作製したエポキシ樹脂積層板１０をテスト用に切り出して、１００ｍｍ²×０．４ｍｍ厚のサンプルを得た。このサンプルに、ドリルにより直径１．０ｍｍ、０．７ｍｍ、０．４ｍｍの３種類のスルーホールを形成した。切り出した基板に酸素プラズマ処理をして親水性としたのちにメチル基を有するシラン処理剤（ＳＩＬ−ＣＯＡＴ５、アサヒテクノガラス製）により、疎水性処理をおこなった。この基板を、溶液粘度４．０Ｐａ・ｓの二液混合性液状シリコーンゴム（商品名：ＴＳＥ３０３２ ＧＥ東芝シリコーン株式会社、現モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社）中に浸漬した。ロータリーポンプによる減圧脱泡を行った後に、積層板サンプルを浸漬槽から取り出し、サンプル全体に圧縮空気を吹き付けた。この場合、テスター測定により、いずれの直径のスルーホールにおいても、内壁が樹脂被膜により絶縁されていることが確認された。また、外観観察により、いずれの直径のスルーホールにおいても、樹脂皮膜形成後も貫通穴が維持されていることが観察された。

実施例１と同様の積層板サンプルを使用して、上記３種類のサイズのスルーホールを形成した。液状樹脂として、多価イソシアナートを含有した粘度２９．０Ｐａ・ｓの液状ポリ（オキシテトラメチレン）グリコールを使用して、実施例１と同様に、減圧下での浸漬と、引き上げ後の圧縮空気の吹きつけを行った。この場合には、基板の前処理として、酸素プラズマ処理してスルーホール内を親水性とした。その結果、直径が１．０ｍｍと０．７ｍｍのスルーホール内には、貫通孔を維持したまま、樹脂コートの薄膜が形成されていたが、直径０．４ｍｍのスルーホールでは、樹脂膜により貫通孔が消失していた。この場合、非硬化性で不揮発性の可塑剤を、上記樹脂の単量体に溶解する範囲で添加して、粘度を１０．０Ｐａ・ｓ以下にし、引き上げ後にエアブローすることによって、直径０．４ｍｍのスルーホール内壁に、貫通孔を維持した状態で樹脂コートを形成することができた。

実施例１と同様の積層板サンプルを使用して、上記３種類のサイズのスルーホールを形成した。液状樹脂として、粘度１．０Ｐａ・ｓのエポキシ樹脂にアミン系硬化剤を添加した系を使用した。基板は酸素プラズマ照射して親水性としておいた。いずれの径のスルーホール内壁も樹脂皮膜が形成されていた。

以上述べたように、本発明の実施形態によれば、簡単な手法でコア基材（積層板）にシングルビアを形成することができるので、スルーホール径やピッチを微細化することができる。スルーホール径が０．４ｍｍ以下であっても、液状樹脂の粘度を１０．０Ｐａ・ｓ以下に調整し、かつ浸漬時の減圧状態を制御することで、スルーホール内に液状樹脂を導入することができる。また、コア基材を引き上げた後に圧縮空気を吹き付けることによって、スルーホール内から過剰の液状樹脂を排除して、内壁に絶縁皮膜を形成することができる。

公知のスルーホール工程を示すプロセスフローである。 本発明の実施形態のスルーホールの絶縁処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るプリント配線板の作製工程図である。 本発明の実施形態に係るプリント配線板の作製工程図である。 本発明の実施形態に係るプリント配線板の作製工程図である。 本発明の実施形態に係るプリント配線板の作製工程図である。 本発明の実施形態に係るプリント配線板の作製工程図である。 本発明の実施形態に係るプリント配線板の作製工程図である。 本発明の実施形態に係るプリント配線板の作製工程図である。

符号の説明

１ プリント配線板
１０ 積層板（導電性コア基材）
１１ カーボンファイバシート
１３ 樹脂層
１５ スルーホール
１６ 絶縁処理されたスルーホール
２２ 樹脂コート（絶縁皮膜）
２３ 導体膜（めっき膜）
２７ スルーホールビア
３１ 配線

Claims (6)

1. 導電性コア基材にスルーホールを形成した後、前記導電性コア基材を液状樹脂中に浸漬し、
   前記導電性コア基材を前記液状樹脂中から取り出し、前記スルーホールの内壁に付着した前記液状樹脂を硬化させることによって、前記スルーホールの内壁に絶縁皮膜を形成する、
   ことを特徴とするプリント配線板の作製方法。
2. 前記液状樹脂への浸漬は、減圧下で行うことを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板の作製方法。
3. 前記液状樹脂中から取り出した前記導電性コア基材に、圧縮した空気を吹き付ける工程
   をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント配線板の作製方法。
4. 前記スルーホールの直径は０．４ｍｍ以下であり、且つ、前記液状樹脂の粘度は１０．０Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプリント配線板の作製方法。
5. 前記液状樹脂が、極性官能基を含む樹脂であり、
   前記スルーホールの内壁を親水性にする処置をした後に、前記導電性コア基材を前記液状樹脂中に浸漬する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプリント配線板の作製方法。
6. 前記液状樹脂が、無極性官能基のみを含む樹脂であり、
   前記スルーホールの内壁を疎水性にする処置をした後に、前記導電性コア基材を前記液状樹脂中に浸漬する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプリント配線板の作製方法。

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