JP2010028028A - 多層プリント配線板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導体パターン層との接続が確実であり接続部分の電気抵抗も小さく、接続部の表面が平坦に形成される多層プリント配線板とその製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂製の絶縁性基材２２を挟んで設けられた複数層の銅箔等の導体パターン層２４と、各導体パターン層２４間の導通を図るビアホール等の層間接続部３８とを備える。層間接続部３８に接続した導体パターン層２４の銅箔等の接続部２６には、厚みを薄くした座繰り部３０が形成されている。座繰り部３０には、層間接続部３８内に充填された金属充填材等の導体が充填されている。座繰り部３０の形成は、ハーフエッチングにより形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、両面プリント配線板を含む複数の導体パターン層を備えた多層プリント配線板であって、各導体パターン層間の導通を図るためのビアホール等の層間接続構造を備えた多層プリント配線板とその製造方法に関する。

従来、多層プリント配線板の各導体パターン層間の導通を図る構造としては、ドリルやレーザにより絶縁層の基材にビアホールを形成し、その内面に銅メッキを施して、各層間の導通を図っていた。

また近年、両面プリント配線板を含む多層プリント配線板の複数層の各導体パターン層間の導通を図るために、ビアホールに導電性ペーストを充填したものがある。このような多層プリント配線板の製造方法は、例えば図４のフローチャートのステップＳ１〜Ｓ８に示すような工程により製造される。先ず、絶縁層を形成するアラミドエポキシシートなどの絶縁性基材を構成するプリプレグに、ドリル加工やレーザ加工などの孔形成手段により貫通孔を設ける(Ｓ１)。このプリプレグの両面には保護フィルムが貼付されており、保護フィルムともに貫通孔を形成する。この後、基材のプリプレグの裏面であるＢ面にマスキングフィルムを貼付して（Ｓ２）、貫通孔内の滓等のスミアを除去する（Ｓ３）。そして、表面側から、貫通孔を介してスキージ操作などの充填手段により導電性ペーストを貫通孔に充填する（Ｓ４）。導電性ペーストは、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂中にＡｇやＣｕ等の金属粒子が分散したものである。次に、保護フィルム及びマスキングフィルムを剥離し（Ｓ５）、プリプレグ両面に銅箔を張り合わせて熱プレスし固定する（Ｓ６）。そして、所定のマスクにより銅箔のパターンニングを行い回路形成して（Ｓ７）、次工程の多層化工程へ移行する（Ｓ８）。

この製造工程により、導電性ペーストを介して各層の導体パターン間の導通を図った多層プリント配線板を形成している。

また、特許文献１及び図５に示すように、両面銅張り板を用いて、熱硬化性樹脂をビアホールに充填して多層プリント配線板を形成するものもある。この多層プリント配線板の製造方法は、まず、図５（ａ）に示すように両面に銅箔２が張り付けられた絶縁性の基材１に対して、図５（ｂ）に示すようにドリル加工やレーザ加工などの孔形成手段により貫通孔４を設ける。次に、図５（ｃ）に示すように、この貫通孔４に対応した透孔３を有した金属や樹脂などのマスク６を基材１に密着させ、図５（ｄ）に示すように、このマスク６の透孔３を介してスキージ操作などの充填手段により導電性ペースト５を貫通孔４に充填する。マスク６の透孔３の基材１に接する面の孔径は、基材１の貫通孔４の孔径より僅かに小さく設定されている。この時、導電性ペースト５の量が貫通孔４の容積より多くなるように、マスク６の厚みと導電性ペースト５の充填条件を設定する。

次に、図５（ｅ）に示すように、マスク６を除去する。その後、図５（ｆ）に示すように、基材１の上下両面にポリイミド、ポリファニレンスルファイドあるいはポリエーテルエーテルケトンなどの弾性を有する耐熱性フィルム７を載置した状態で、図示しない加熱プレス装置等を用いて、１６０〜２００℃で２０〜６０ｋｇ／ｃｍ²の条件下で３０〜１８０分間加熱加圧す。これにより、導電性ペースト５を貫通孔４内に加圧されて硬化され、基材１の両面に設けられた銅箔２と導電性ペースト５が確実に電気的に接続する。このとき、マスク６の厚み分の導電性ペースト５が余計に充填されているが、これにより、加熱プレスにより確実に貫通孔４内に導電性ペースト５が充填され、抵抗値を安定化している。その後、耐熱性フィルム７を除去して、エッチングなどにより、外層の銅箔２を所定の導体パターン８に形成する。そして、図５（ｇ）に示すように両面の導体パターン８がビアホール９により電気的に接続された両面プリント配線板１０が形成される。

また、ビアホール内に充填する導電性材料として、より電気的抵抗の低い材料としてビアホール内で金属導体が金属結合して存在するものも提案されている。このような導電体ペーストを用いた多層プリント配線板の製造方法は、図６のフローチャートのステップＳ１〜Ｓ８に示すような工程により製造される。先ず、両面銅張り板を用いて、その表面であるＡ面にマスキングフィルムを貼付し（Ｓ１）、絶縁性の基材の所定位置にレーザ加工やドリル加工等により貫通孔を形成する（Ｓ２）。この後、加工によるスミアを除去し（Ｓ３）、マスキングフィルムを介して導電性ペーストを貫通孔内に充填する（Ｓ４）。ここで充填する導電性ペーストは、特許文献２に開示されているような、熱可塑性樹脂中に低融点金属等の金属粒子が混合され、後の加熱処理により貫通孔内で合金化するものである。この後、マスキングフィルムを剥離し（Ｓ５）、１８０〜３００℃程度の温度に真空中で加熱し、プレスして貫通孔内の導電性ペーストを合金化し硬化させる（Ｓ６）。この後、絶縁層の基材表面の銅箔に所定のパターンニングを行い回路パターン形成し（Ｓ７）、さらに次工程の多層化工程へ移行する（Ｓ８）。
特開平９−２３２０５９号公報 特開２００６−１６５５０８号公報

しかしながら、ビアホール内面にメッキを施した層間接続構造は、品質の安定化のためのメッキ液の管理が難しいものであった。さらに、装置が大型化し、きめ細かな対応ができないものであり、コストもかかるものであった。

また、図４、図５及び特許文献1に示すような熱硬化性樹脂を用いた導電性ペーストによる層間接続構造の多層プリント配線板の場合、ＡｇやＣｕ微粒子を含む導電性ペーストのコストが高く、しかも各金属粒子は物理的に接触して導通しているだけであるので、ビアホールの電気抵抗が比較的大きいものであった。

さらに、図６に示す製造方法により形成したビアホールの構造は、図７に示すように、絶縁性の基材１の両面に銅箔２が張り付けられた両面銅張り板に、マスク１６を介して貫通孔１４に導電性ペースト１５を充填するので、導電性ペースト１５の体積は、マスク孔１６ａの空間分だけ、基材１の貫通孔１４の体積よりも大きいものである。この状態で、加熱してプレスするとその余剰な導電性ペースト１５ａが銅箔２の接続部２ａの周囲に広がるとともに接続部２ａの表面よりも盛り上がって形成される。これにより、多層プリント配線板の平坦性を損ね、多層化の層数を多くすることの妨げともなっていた。

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたもので、導体パターン層との接続が確実であり接続部分の電気抵抗も小さく、接続部の表面が平坦に形成される多層プリント配線板とその製造方法を提供することを目的とする。

この発明は、樹脂製の絶縁性基材を挟んで設けられた複数層の銅箔等の導体パターン層と、前記各導体パターン層間の導通を図るビアホール等の層間接続部とを備え、前記層間接続部に接続した前記導体パターン層の銅箔等の接続部には、厚みを薄くした座繰り部が形成され、前記層間接続部の導体が前記座繰り部に接している多層プリント配線板である。

前記座繰り部には、前記層間接続部内に充填された金属充填材等の導体が充填されているものである。

またこの発明は、複数層の銅箔等の導体パターン層が樹脂製の絶縁性の基材を挟んで形成され、各導体パターン層間を接続する貫通孔を基材に形成して、この貫通孔に前記導体パターン層を接続する金属充填材等を充填して導体接続部を形成する多層プリント配線板の製造方法であって、前記各導体パターン層の接続部の厚みを部分的に薄くした座繰り部を形成した後、前記座繰り部に接続する導体接続部を形成する多層プリント配線板の製造方法である。

前記座繰り部の形成は、エッチング液による化学的なエッチングや、プラズマやレーザによる物理的なエッチングにより、前記接続部の厚みを部分的に薄くするハーフエッチングを行うものである。

また、前記導体接続部の形成は、前記貫通孔の体積よりも多い導電性ペーストを前記貫通孔内に充填し、前記導電性ペーストを加圧して、前記座繰り部に前記導電性ペーストを収容するものである。

前記導電性ペーストは、熱可塑性樹脂のバインダ中に金属粒子を含むもので、前記導電性ペーストを加圧して加熱することにより溶融し、冷却後に前記貫通孔内に金属材料による充填材が充填されて導体接続部が形成されるものである。

この発明の多層プリント配線板とその製造方法によれば、導体パターン層と導体接続部との接続が確実であり、接続部分の電気抵抗も小さく、導体接続部の表面が導体パターン層と同様の平坦な面に形成される。さらに、導体パターン層と導体接続部との接続強度も高く、信頼性の高い多層プリント配線板を形成することが出来る。

以下、この発明の多層プリント配線板の一実施形態について、図１〜図３を基にして説明する。この実施形態の多層プリント配線板２０は、図１、図３に示すように、絶縁層の基材２２を挟んで複数の導体パターン層２４が形成されたもので、導体パターン層２４間には貫通孔２３が形成され、金属充填材等による層間接続部３８が設けられている。

絶縁層の基材２２は、ガラスエポキシ、ポリイミドあるいは紙フェノールなどよりなるプリント配線板を構成する絶縁性の基材から成り、両面に銅箔２５が張り付けられたものである。その他、基材２２は、ハンダ付け工程等における耐熱性を有するとともに、十分な機械強度を有する熱可塑性樹脂でも良い。例えば、全芳香族ポリエステル樹脂の液晶ポリマーを用いることも出来る。

銅箔２５は、所定の回路パターンに形成された導体パターン層２４が設けられ、導体パターン層２４は、回路パターンやそれに続く接続部２６から構成されている。基材２２を貫通した貫通孔２３は、裏面の導体パターン層２４の接続部２６へは貫通されず、裏面側の接続部２６の銅箔２５に繋がっている。また、表面側の導体パターン層２４にも接続部２６が形成され、基材２２の表裏の導体パターン層２４間の導通が図られている。

表面側の導体パターン層２４の接続部２６には、銅箔２５の厚みの約半分までを化学エッチング等により除去した座繰り部３０が、貫通孔２３に連通して形成されている。

次に、この実施形態の多層プリント配線板の製造方法について図１の工程図、及び図２のフローチャートのステップＳ１〜Ｓ９を基に説明する。

先ず、図１（ａ）に示すように、両面銅張り板２１を用いて、その両面にエッチングレジストのドライフィルム３２を貼り付ける（Ｓ１）。ドライフィルム３２は、所定パターンに露光され、ハーフエッチングにより形成する座繰り部３０を形成する箇所に、エッチング時に開口３２ａが形成されるように設けられている。この状態で、図１（ｂ）に示すように、両面銅張り板２１の表面側の銅箔２５の所定位置をエッチングし、ドライフィルム３２の開口３２ａが形成された箇所で、銅箔２５の座繰り部３０形成部分をハーフエッチングする（Ｓ２）。ハーフエッチングは、導体パターン層２４の接続部２６を形成する箇所の内側に同心状に座繰り部３０が形成されるように、硫酸過水等のエッチング液によるエッチング時間を調整し、銅箔２５の厚さの約１／２が溶解した状態でエッチングを止める。また、プラズマ照射やレーザによる物理エッチングにより座繰り部３０を形成しても良い。

次に、図１（ｃ）に示すように、両面銅張り板２１の表面側であるＡ面にマスキングフィルム３４を貼る（Ｓ３）。そして、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等を用いたレーザ加工により、図１（ｄ）に示すような貫通孔２３を形成する（Ｓ４）。この後、加工によるスミアを除去し、マスキングフィルム３４を介して、スキージ操作などの充填手段により導電性ペースト３６を貫通孔２３内に充填する（Ｓ５）。銅箔２５の厚みが薄く形成された座繰り部３０は、貫通孔２３内に充填された導電性ペースト３６が加圧により、側方に部分的に鍔状に一部広がり充填されている。

ここで充填する導電性ペーストは、特許文献２に開示されているような、熱可塑性樹脂中に高融点金属と低融点金属の金属粒子が混合され、後の加熱処理で合金化するもの等である。例えば、高融点金属は、少なくとも銅を含み、銅単体の粒子、又は銅と金、銀、亜鉛、及びニッケルの内１つ以上の金属とを含む合金の粒子である。また、これら金属粒子の表面は、金、銀、亜鉛、又はニッケル、又はそれらの合金がメッキ等により被覆されていてもよい。これらの金属粒子の平均粒径は、６〜１０μｍ例えば８μｍである。また、低融点金属は、Ｓｎ、又はＳｎを含む合金（例えば、ハンダ）の粒子である。ハンダとしては、Ｓｎ−Ｃｕ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系ハンダ、これらにＩｎ、Ｚｎ、Ｂｉのいずれか一つ以上を添加し、さらに適宜混合して用いても良い。導電性ペースト３６のバインダ樹脂は、熱可塑性樹脂である。例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアクリル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニルブチラールなどの熱可塑性樹脂を用いることが出来る。

導電性ペースト３６の充填後、図１（ｅ）に示すように、ドライフィルム３２、マスキングフィルム３４を除去する（Ｓ６）。そして、導電性ペースト３６を図示しないポリイミド、ポリファニレンスルファイドあるいはポリエーテルエーテルケトンなどの耐熱性フィルムを介して金属板により挟持して、例えば１８０〜３００℃程度の温度の真空中で加熱し、２０〜６０ｋｇ／ｃｍ²の条件下で３０〜１８０分間加熱加圧して、貫通孔２３内の導電性ペーストを合金化し硬化させる（Ｓ７）。加熱温度は、例えば導電性ペースト内の低融点金属の融点以上で、且つ基材２２が変質せず、また、バインダ樹脂が溶融する温度以上である。

この状態で、図１（ｆ）に示すように、導電性ペースト３６は金属材料による充填材からなる柱状の層間接続部３８となる。このとき、導電性ペースト３６は、貫通孔２３の体積より余剰な分の導電性ペースト３６は、プレスによる圧力で変形して側方に押しやられ、座繰り部３０の空間内に広がる。そして、導電性ペースト３６の接続部２６の表面と面一の平面に形成される。この後、絶縁層の基材表面の銅箔に所定のパターンニングを行い回路パターン形成し（Ｓ８）、さらに次工程の多層化工程へ移行する（Ｓ９）。

この実施形態の多層プリント配線板によれば、貫通孔２３に形成された層間接続部３８の表面は、平坦な面に形成され、余剰な導電性ペースト３６の金属充填材による盛り上がりがなく、多層化した場合も、多層プリント配線板２０の平面性を維持することが出来る。また、接続部２６との接続が座繰り部３０の段になった部分であり、導電性ペースト３６との接触面積が大きくなり、導電性ペースト３６と接続部２６との電気的接続が確実になり抵抗値も低く、電気的信頼性も高いものとすることが出来る。さらに、座繰り部３０が形成されていることにより、貫通孔２３の形成が容易となり、レーザ等の加工時間や出力を抑えることができる。

なお、この発明の多層プリント配線板とその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、両面プリント配線板以外のプリント配線板でも良く、３層以上の導体パターン層を備えた多層プリント配線板でも良い。導電性ペースト中の金属材料は、適宜選択可能なものであり、熱硬化性樹脂中に金属粒子を備えたものでも良く、非金属微粒子にＳｎ−Ａｇやその他低融点金属のメッキが施されたものを熱可塑性樹脂中に設けたものでも良い。

この発明の一実施形態の多層プリント配線板の製造工程を示す概略縦断面図である。 この発明の一実施形態の多層プリント配線板の製造工程を示すフローチャートである。 この発明の一実施形態の多層プリント配線板の層間接続部の縦断面図である。 従来の多層プリント配線板の製造工程を示すフローチャートである。 従来の多層プリント配線板の製造工程を示す縦断面図である。 従来の多層プリント配線板の製造工程を示すフローチャートである。 従来の多層プリント配線板の層間接続部を示す縦断面図である。

符号の説明

２０ 多層プリント配線板
２１ 両面銅張り板
２２ 基材
２４ 導体パターン層
２３ 貫通孔
２５ 銅箔
２６ 接続部
３０ 座繰り部
３６ 導電性ペースト
３８ 層間接続部

Claims (6)

1. 絶縁性の基材を挟んで設けられた複数層の導体パターン層と、前記各導体パターン層間の導通を図る層間接続部とを備え、前記層間接続部に接続した前記導体パターン層の接続部には、厚みを薄くした座繰り部が形成され、前記層間接続部の導体が前記座繰り部に接していることを特徴とする多層プリント配線板。
2. 前記座繰り部には、前記層間接続部内に充填された導体が充填されていることを特徴とする請求項1記載の多層プリント配線板。
3. 複数層の導体パターン層が絶縁性の基材を挟んで形成され、各導体パターン層間を接続する貫通孔を基材に形成して、この貫通孔に前記導体パターン層を接続する導体接続部を形成する多層プリント配線板の製造方法において、前記各導体パターン層の接続部の厚みを部分的に薄くした座繰り部を形成した後、前記座繰り部に接続する導体接続部を形成することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
4. 前記座繰り部の形成は、ハーフエッチングによることを特徴とする請求項３記載の多層プリント配線板の製造方法。
5. 前記導体接続部の形成は、前記貫通孔の体積よりも多い導電性ペーストを前記貫通孔内に充填し、前記導電性ペーストを加圧して、前記座繰り部に前記導電性ペーストを収容することを特徴とする請求項３記載の多層プリント配線板の製造方法。
6. 前記導電性ペーストは、熱可塑性樹脂のバインダ中に金属粒子を含むもので、前記導電性ペーストを加圧して加熱することにより溶融し、冷却後に前記貫通孔内に金属材料による充填材が充填されて導体接続部が形成されることを特徴とする請求項３記載の多層プリント配線板の製造方法。
   
   

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