JP6270459B2 - バイアホールの配置密度を上げたプリント配線板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はレーザー加工によりバイアホールを形成するプリント配線板に係り、更に詳しくはレーザー加工とめっきを同一の絶縁層に複数回実施する事でバイアホールを形成するプリント配線板とその製造方法に関する。

ＬＥＤ素子、パワーアンプ等、各種素子の発熱対策として、プリント基板への放熱、伝熱性能の改善が以前から要求されている。
そこで、各種放熱基板が報告されているが、近年の電子機器の小型化により、プリント基板の多層化及び実装密度が高くなり既知の工法では十分な放熱、伝熱性を得ることが困難であった。

より具体的には伝熱経路として、銅または他の金属ピンを挿入する工法（例えば特許文献１）、銅柱を配置する工法（例えば特許文献２）等が報告されているが、金属ピンを挿入する工法では多層化への対応が困難、銅柱を配置する工法では多層化は可能であるが発熱源の近くに伝熱体を配置する事が困難という問題があった。

特開２０１０−２６３００３号公報 特開２００４−２６５９３０号公報

このような状況に鑑み本発明は、プリント配線板における配線密度の高密度化、及びプリント配線板の伝熱性能を両立させたプリント配線板、及びそのプリント配線板の製造方法を提供するものである。

本発明は、配線密度の高密度化への対応と、伝熱性能を両立させるという要求への検討を重ね、プリント配線板を構成する配線基板の絶縁層に設けられるバイアホールの配置に着目した結果、レーザー加工による孔加工と、その孔への導通めっきの充填からなる工程を、複数回繰り返し実施することで、導通めっき（例えば、銅）で充填されたバイアホールの配置密度を従来の２倍以上にする可能性を見出し、本発明に至ったものである。

本発明の第１の発明は、隣接状態にある複数個の非貫通導通孔であるバイアホールが配置され、前記隣接状態にあるバイアホールが、異なる導通めっきによる導通を備えていることを特徴とするバイアホールを高密度に配置したプリント配線板である。

本発明の第２の発明は、連結状態にある複数個の非貫通導通穴であるバイアホールが配置され、前記連結状態にあるバイアホールが、異なる導通めっきによる導通を備えていることを特徴とするバイアホールを高密度に配置したプリント配線板である。

本発明の第３の発明は、近接状態にある複数個の非貫通導通穴であるバイアホールが配置され、前記近接状態にあるバイアホールが、異なる導通めっきによる導通を備えていることを特徴とするバイアホールを高密度に配置したプリント配線板である。

本発明の第４の発明は、近接状態、隣接状態、或いは連結状態にある複数個の非貫通導通穴であるバイアホールを配置したバイアホールを高密度に配置したプリント配線板の製造方法であって、次に示す（ａ）〜（ｈ）の工程を順に経ることを特徴とするプリント配線板の製造方法である。

（ａ）第一導体及び第二導体により絶縁基材が挟み込まれた基板を準備する。

（ｂ）前記基板の第一導体に、エッチングを用いて第一バイアホールとなる開口部を形成する。

（ｃ）前記開口部より、レーザー孔加工を実施し、前記開口部直下の絶縁基材を除去して、未充填非貫通孔のバイアホールを形成する。

（ｄ）第一導通めっきを前記基板に実施し、前記第一導通めっきが充填された第一バイアホールを形成する。

（ｅ）（ｄ）で形成した第一導通めっきの前記第一バイアホールに近接する位置、隣接する位置、或いは連結する位置に、エッチングを用いて第二バイアホールの開口部を形成する。

（ｆ）前記第二バイアホールの開口部より、レーザー孔加工を実施し、前記第二バイアホールの開口部直下の絶縁基材を除去して、未充填非貫通孔のバイアホールを形成する。

（ｇ）第二導通めっきを前記基板に実施し、前記第二導通めっきが充填された第二バイアホールを形成して、前記第一及び第二バイアホールの２種類のバイアホールが近接状態、隣接状態或いは連結状態で配置されるバイアホールを高密度に配置したプリント配線板を得る。

（ｈ）さらに、プリント配線板の仕様によっては、前工程までに形成された少なくとも２種類のバイアホールに近接、隣接、或いは連結した新たなバイアホールを繰り返し形成して、少なくとも３種類のバイアホールが近接状態、隣接状態、或いは連結状態で配置されるバイアホールを高密度に配置したプリント配線板を得る。

本発明のバイアホールを高密度に配置したプリント配線板と、そのプリント配線板の製造方法によれば、プリント配線板の配線密度を高める際に生じる搭載素子の発熱に対して必要とする放熱性及び伝熱性を与えることが可能となり、プリント配線板の高密度化に大きく寄与するもので、工業上顕著な効果を奏するものである。

本発明に係る銅（導通めっき）により充填されたバイアホールを高密度に配置したプリント配線板の部分断面図である。 本発明に係る図１のプリント配線板における隣接するバイアホールの配置状況の一例を示す模式図である。 本発明に係るプリント配線板における隣接するバイアホールの配置状況の一例（孔加工−導通めっき充填工程を２サイクル、八角形開口部）を示す模式図である。 本発明に係るプリント配線板における連結するバイアホールの配置状況の一例（孔加工−導通めっき充填工程を３サイクル、円形開口部）を示す模式図である。 本発明に係るプリント配線板における連結するバイアホールの配置状況の一例（孔加工−導通めっき充填工程を３サイクル、八角形開口部）を示す模式図である。 本発明に係るバイアホールを高密度に配置したプリント配線板の製造方法を示す製造フロー図である。

プリント配線板の配線密度の高密度化及び伝熱性能の両立を目的に、プリント配線板を構成する絶縁基材に設けられるバイアホールの配置形態を見出し、レーザー加工による孔加工と、その孔への導通めっきの充填からなる工程を、複数回繰り返し実施することで、その配置形態を実現したものである。

図１は本発明に係る銅（導通めっき）により充填されたバイアホールを高密度に配置したプリント配線板の部分断面図である。
図１において、１０は発明に係るプリント配線板、１は絶縁基材、２は第一導体、３は第二導体、４は第一バイアホール、５は第一導通めっき、６は第二バイアホール、７は第二導通めっき、１１は両面積層基板である。

本発明に係るプリント配線板の一例は、図１に示すような絶縁基材１の両面にそれぞれ第一導体２及び第二導体３が設けられた両面積層基板１１の第一導体２側に開口部を有したバイアホールを隣接（第一バイアホール４と第二バイアホール６）して備え、その各バイアホール内は導通めっき（第一バイアホール４に対応する第一導通めっき５、第二バイアホール６に対応する第二導通めっき７）で充填された高密度にバイアホールが配置された構造を備え、良好な伝熱性を有しているプリント配線板１０である。

図２は、部分断面の一例を図１に示した本発明に係るプリント配線板１０を、白抜き矢印方向から見た、その隣接するバイアホールの配置状況（図１のａ−ａ’線断面）を、示すものである。
図２において、４は第一バイアホール、６は第二バイアホールを示し、それぞれ第一導通めっき５、第二導通めっき７で孔が充填された状態で、バイアホールの外側の白地部分は絶縁基材（図示せず）である。

図２、４のバイアホールは、円柱の形状のもので、八角柱の形状のものの場合を図３、５に示している。
なお、図１、図２及び図３では、「レーザー孔加工による未充填非貫通孔の形成後に、前記孔内に導通めっきによる充填」を行う工程を２サイクル行った場合のプリント配線板を示すものである。

この「レーザー孔加工による未充填非貫通孔の形成後に、前記孔内に導通めっきによる充填」を行う工程を３回、４回と繰り返すことで、積層基板に設定された指定エリアをほぼ完全に導通めっき（通常、銅めっき）で充填することも可能となる。
図４、図５は、「レーザー孔加工による未充填非貫通孔の形成後に、前記孔内に導通めっきによる充填」を行う工程を３回繰り返し行った場合のプリント配線板のバイアホール配置状況を示す模式図で、第一バイアホール４、第二バイアホール６、第三バイアホール８の順に、導通めっきが充填されたバイアホールが形成され、その形成に伴って絶縁基材における良伝熱領域が増大していく様子が判る。

さらに、バイアホールの開口部の形状は、円形に留まらずに、四角その他の形状でも形成可能である。図２、４では開口部の形状が円形、図３、５では八角形の場合を示している。

また、図２〜図５に示すバイアホールは隣接して配置され、それぞれのバイアホールの壁面が接触した隣接状態（図２、図３）、或いは連結状態（図４、図５）を形成しているものであるが、バイアホールの配置が非接触の近接状態（所謂、絶縁基材の薄い壁が存在する状態）で、「レーザー孔加工による未充填非貫通孔の形成後に、その孔内に導通めっきによる充填」を行う工程を複数回実施して、本発明に係るプリント配線板を形成しても良い。
さらに、バイアホールの配置は、これまで説明してきた「近接状態」、「隣接状態」、「連結状態」の各配置状態が混在した配置状態であっても良い。

また、図示はしないが本発明を、両面基板または多層基板中心部のコアに適用する場合には、導通めっき後に既知の方法により回路形成が実施される。さらに両面基板の場合にはレジスト形成等を実施し、多層基板の場合には積層等により更なる絶縁基材、導体層の追加が実施される。

［バイアホールを高密度に配置したプリント配線板の製造方法］
図６に、本発明に係るプリント配線板の製造方法を、絶縁基材を２面の導体で挟んだ両面積層基板に、２種類のバイアホールを高密度に配置する場合を用いて説明する。
なお、この製造方法は両面積層基板に限らず、多層基板の内部、多層基板の最外層部にも適用可能である。

図６において、１０は本発明に係るプリント配線板、１１は配線板の製造に用いた両面積層基板、１は絶縁基材、２は第一導体、３は第二導体、４は第一バイアホール、４ａは第一バイアホールの開口部、４ｂは未充填非貫通孔状態の第一バイアホール、５は第一導通めっき、６は第二バイアホール、６ａは第二バイアホールの開口部、６ｂは未充填非貫通孔状態の第二バイアホール、７は第二導通めっきである。

本発明に係るバイアホールを高密度に配置したプリント配線板の製造方法は、下記工程フローに沿って行われる。
［製造工程フロー］
（ａ）第一導体２及び第二導体３により絶縁基材１が挟み込まれた基板（図６では、両面積層基板１１）を準備する。
（ｂ）両面積層基板１１の第一導体２に、エッチングを用いて第一バイアホール４となる開口部４ａを形成する。
（ｃ）開口部４ａより、コンフォーマル法などの加工法を用いてレーザー孔加工を実施し、所定の絶縁基材１を除去して、未充填非貫通孔のバイアホール４ｂを形成する。
（ｄ）第一導通めっき５を両面積層基板１１に実施し、第一導通めっき５が充填された第一バイアホール４を形成する。
（ｅ）（ｄ）で形成した第一導通めっき５の第一バイアホール４以外の場所に、エッチングを用いて第二バイアホール６となる開口部６ａを形成する。
（ｆ）開口部６ａからコンフォーマル法などの加工法によりレーザー孔加工を実施し、絶縁基材１を除去し、未充填非貫通孔状態の第二バイアホール６ｂを形成する。
（ｇ）第二導通めっき７を実施し、第二導通めっき７が充填された第二バイアホール６を形成して本発明に係るプリント配線板１０を得る。

また、プリント配線板の仕様によっては、下記（ｈ）工程を実施する。
（ｈ）「レーザー孔加工による未充填非貫通孔の形成後に、前記孔内に導通めっきによる充填」を行う工程を、複数回実施して、少なくとも３種類以上のバイアホールを持つバイアホールを高密度に配置したプリント配線板を得る。

さらに、（ｉ）既知の工法により回路、レジストの形成、または積層により絶縁層を追加（図示せず）して、プリント配線回路が作製される。

上記製造方法により製造される本発明に係るプリント配線板に用いられる各材料を以下に示す。
絶縁基材１には、市販のコア材、プリプレグに加え、シート状、フィルム状、または半硬化の液状の樹脂を使用する。その樹脂成分に指定は無く、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素含有樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂等を単体または複数樹脂を混合したものを使用する。また、各種添加剤や充填剤を調合したり、補強材としてガラス等の無機繊維、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、各種天然繊維等の有機繊維も絶縁基材に含めてもよい。

その絶縁基材１の厚みに指定は無く、３０〜５００μｍとする事が可能であるが、めっき性を考慮すると１５０μｍ以下が最適である。

次に、導体２、３の厚みにも指定は無く、３〜２００μｍとすることが可能であるが、めっき性を考慮するとレーザー孔加工時の導体厚は５０μｍ未満が最適である。

レーザー孔加工には、炭酸ガスレーザー、ＵＶレーザー、エキシマレーザーのいずれもが使用可能であるが、レーザー光を受ける導体の損傷を防止する意味で、炭酸ガスレーザーが最適である。
本発明を両面基板に適用する場合には、レーザー孔加工後の反りを最少にする為に、レーザー孔加工の開始面を交互にすることが最適である。

薄膜、エッチングに使用する薬液に指定は無く、硫酸―過酸化水素、塩化第二鉄、塩化第二銅等、導体や導通めっきに用いられる銅のエッチングが可能な薬液の中から選択すれば良い。

各バイアホール内の導通めっきの形成方法、及び第一及び第二導体上の厚みには指定は無く、設計仕様、製品仕様に合わせて、充填めっきまたは非充填めっきを選択すると共に、必要めっき厚を選択すれば良いが、放熱性を上げる為には充填めっきが最適である。

１ 絶縁基材
２ 第一導体
３ 第二導体
４ 第一バイアホール
４ａ 第一バイアホールの開口部
４ｂ 未充填非貫通孔状態の第一バイアホール
５ 第一導通めっき
６ 第二バイアホール
６ａ 第二バイアホールの開口部
６ｂ 未充填非貫通孔状態の第二バイアホール
７ 第二導通めっき
８ 第三バイアホール
１０ 本発明に係るプリント配線板
１１ 両面積層基板

Claims (4)

1. 隣接状態にある複数個の非貫通導通孔であるバイアホールが配置され、
   前記隣接状態にあるバイアホールが、異なる導通めっきによる導通を備えていることを特徴とするバイアホールを高密度に配置したプリント配線板。
2. 連結状態にある複数個の非貫通導通穴であるバイアホールが配置され、
   前記連結状態にあるバイアホールが、異なる導通めっきによる導通を備えていることを特徴とするバイアホールを高密度に配置したプリント配線板。
3. 近接状態にある複数個の非貫通導通穴であるバイアホールが配置され、
   前記近接状態にあるバイアホールが、異なる導通めっきによる導通を備えていることを特徴とするバイアホールを高密度に配置したプリント配線板。
4. 隣接状態、近接状態、或いは連結状態にある複数個の非貫通導通穴であるバイアホールを配置したバイアホールを高密度に配置したプリント配線板の製造方法であって、
   下記（ａ）〜（ｈ）の工程を順に経ることを特徴とするプリント配線板の製造方法。
   記
   （ａ）第一導体及び第二導体により絶縁基材が挟み込まれた基板を準備する。
   （ｂ）前記基板の第一導体に、エッチングを用いて第一バイアホールとなる開口部を形成する。
   （ｃ）前記開口部より、レーザー孔加工を実施し、前記開口部直下の絶縁基材を除去して、未充填非貫通孔のバイアホールを形成する。
   （ｄ）第一導通めっきを前記基板に実施し、前記第一導通めっきが充填された第一バイアホールを形成する。
   （ｅ）（ｄ）で形成した第一導通めっきの前記第一バイアホールに近接、隣接、或いは連結する位置に、エッチングを用いて第二バイアホールの開口部を形成する。
   （ｆ）前記第二バイアホールの開口部より、レーザー孔加工を実施し、前記第二バイアホールの開口部直下の絶縁基材を除去して、未充填非貫通孔のバイアホールを形成する。
   （ｇ）第二導通めっきを前記基板に実施し、前記第二導通めっきが充填された第二バイアホールを形成して、前記第一及び第二バイアホールの２種類のバイアホールが近接状態、隣接状態、或いは連結状態で配置されるバイアホールを高密度に配置したプリント配線板を得る。
   （ｈ）さらに、プリント配線板の仕様によっては、前工程までに形成された少なくとも２種類のバイアホールに近接、隣接、或いは連結した新たなバイアホールを繰り返し形成して、少なくとも３種類のバイアホールが隣接状態、近接状態、或いは連結状態で配置されるバイアホールを高密度に配置したプリント配線板を得る。

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