JP7210905B2 - プリント配線板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線板およびその製造方法に関する。

従来、複数の配線基体が積層された多層構造のプリント配線板が知られている。たとえば、下記特許文献１、２には、各配線基体の主面上に形成した配線を、基体厚さ方向に延びる導体ポストにより接続する構成が開示されている。

国際公開第２０１１／１５５１６２号 国際公開第２０１４／１０９１３９号

上記特許文献１に係るプリント配線板では、配線が形成された領域の厚さが局所的に厚くなっている。そのため、配線基体を随時積層または一括積層のような手法で複数重ね合わせてプリント配線板を構成したときに、プリント配線板の表面に凹凸が生じやすく、高い平坦性を得ることが困難であった。プリント配線板の平坦性を向上させるために、たとえば上記特許文献２では一括積層前に熱可塑性樹脂を主面領域の一部に塗布する技術が提案されているが、その工程の複雑さなどの課題が残っていた。

そこで発明者らは、プリント配線板の平坦化について研究を重ね、配線を配線基体の主面上に形成する代わりに、配線と層間接続用の導体ポストとを配線基体に埋設することで、導体ポストの領域における厚さ増加が抑制され、その結果、配線基体の平坦性を向上することができるとの知見を得た。このような構成によれば、一括積層などの手法で複数枚重ね合わせたプリント配線板の平坦性や層間接続安定性の改善も図られる。

ただし、配線基体を構成する樹脂、特に高周波領域で用いられる部品において多用されている熱可塑性樹脂は、導体ポストや配線を構成する金属等の導体との密着性が一般的に低く、かつ、樹脂と導体とでは熱膨張係数が大きく異なるため、製造時や駆動時の温度変化により、配線が重ねられた導体ポストが配線基体から剥離したり、絶縁樹脂が配線や導体ポストから剥離したりする事態が生じ得る。

本発明は、配線基体における導体ポストの密着性向上が図られたプリント配線板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係るプリント配線板は、第１の主面および第２の主面を有する絶縁樹脂フィルムと、絶縁樹脂フィルムに埋設され、第１の主面から第２の主面まで貫通する導体ポストと、絶縁樹脂フィルムに埋設され、第２の主面に対して平行に延びるとともに第２の主面から露出する配線とを備える配線基体を少なくとも一層含み、導体ポストが、配線の厚さと同じ厚さを有するとともに第２の主面から露出する配線部と、配線部と一体的に構成され、配線部から第１の主面まで延びる本体部とを有し、本体部が、配線部から第１の主面側に向かうに従って幅が漸次狭まる第１の部分を有する。

上記プリント配線板においては、配線基体の配線および配線部を含む導体ポストが絶縁樹脂フィルムに埋設されているため、配線および配線部が形成された領域の厚さ増加が抑制されている。その上、導体ポストの本体部が第１の部分において配線部と滑らかに繋がっているため、本体部と配線部との境界において応力が集中しにくくなっており、導体ポストが絶縁樹脂フィルムから剥離する事態が抑制されている。

他の形態に係るプリント配線板は、導体ポストの本体部が、第１の部分から第１の主面に向かって延び、かつ、第１の主面側に向かうに従って幅が漸次拡がる第２の部分を有する。この場合、絶縁樹脂フィルムが第１の部分と第２の部分とで構成される本体部の凹部に入り込むことで、配線基体における導体ポストと絶縁樹脂フィルムの密着性がより向上する。その上、第１の主面において、導体ポストの上面が十分に大きな面積を確保され得る。そのため、上記導体ポストを含む配線基体が、該配線基体の第１の主面側において他の配線基体と重ね合わされるときに、他の配線基体の配線との間で十分に大きな接着面積を確保することができ、複数の配線基体間の密着性が向上する。

他の形態に係るプリント配線板は、第２の主面から露出する導体ポストの配線部の端面が、第２の主面から後退している。複数の配線基体を接続部を介して積層するときに、第２の主面から後退した配線部の部分に接続部が入り込むことで、接続部による厚さ増加が抑制され、プリント配線板のさらなる平坦性向上が図られる。

本発明の一形態に係るプリント配線板の製造方法は、第１の主面および第２の主面を有する絶縁樹脂フィルムと、絶縁樹脂フィルムに埋設され、第１の主面から第２の主面まで貫通する導体ポストと、絶縁樹脂フィルムに埋設され、第２の主面に対して平行に延びるとともに第２の主面から露出する配線とを備える配線基体を少なくとも一層含むプリント配線板を製造するプリント配線板の製造方法であって、導体ポストおよび配線となるべき金属板の一方面上であって、導体ポストが形成されるべき領域に第１のマスクを設ける工程と、第１のマスクを用いて金属板の一方面側からエッチング処理をおこない、導体ポストの本体部を形成する工程と、金属板の一方面上であって、導体ポストの配線部が形成されるべき領域および配線が形成されるべき領域に、第２のマスクを設ける工程と、第２のマスクを用いて金属板の一方面側からエッチング処理をおこない、導体ポストの配線部および配線を形成する工程と、金属板の一方面に設けられた導体ポストおよび配線を一体的に覆う絶縁樹脂フィルムを形成する工程と、金属板を他方面側から薄化して、導体ポストと配線とを分離する工程とを含む。

上記プリント配線板の製造方法によれば、配線および配線部を含む導体ポストが絶縁樹脂フィルムに埋設された配線基体を得ることができ、得られた配線基体においては、配線および配線部が形成された領域の厚さ増加が抑制される。その上、得られた配線基体においては、導体ポストの本体部が第１の部分において配線部と滑らかに繋がるため、本体部と配線部との境界において応力が集中しにくく、導体ポストが絶縁樹脂フィルムから剥離する事態が抑制される。

他の形態に係るプリント配線板の製造方法は、金属板を薄化する工程では、エッチングにより金属板を薄化する。

他の形態に係るプリント配線板の製造方法は、金属板を薄化する工程において、オーバーエッチングをおこない、導体ポストの配線部の端面を第２の主面から後退させる。複数の配線基体を接続部を介して積層するときに、第２の主面から後退した配線部の部分に接続部が入り込むことで、接続部による厚さ増加が抑制され、プリント配線板のさらなる平坦性向上が図られる。

本発明によれば、配線基体における導体ポストの密着性向上が図られたプリント配線板およびその製造方法が提供される。

本発明の一実施形態に係るプリント配線板を示した概略断面図である。 図１に示した配線基体を示した概略断面図である。 図２に示した導体ポストを示した概略断面図である。 図２に示した配線を示した概略断面図である。 図１に示したプリント配線板の製造方法の各工程を示した図である。 図１に示したプリント配線板の製造方法の各工程を示した図である。 図１に示したプリント配線板の要部拡大図である。 異なる態様の導体ポストを示した概略断面図である。 異なる態様の導体ポストを示した概略断面図である。 異なる態様の配線基体を示した概略断面図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、実施形態に係るプリント配線板１は、複数の配線基体２０が積層された構成を有する。本実施形態では、３層の配線基体２０を含むプリント配線板１について説明する。

図１および図２に示すように、配線基体２０は略均一厚さの薄膜状の外形を有する。配線基体２０は、絶縁樹脂フィルム２２と、絶縁樹脂フィルム２２に埋設された導体ポスト３０および配線４０とを備えている。

絶縁樹脂フィルム２２は、上面２０ａ（第１の主面）および下面２０ｂ（第２の主面）を有する薄膜状部材である。絶縁樹脂フィルム２２は、熱可塑性樹脂で構成することができ、本実施形態では液晶ポリマー（ＬＣＰ）で構成されている。

導体ポスト３０は、導電材料で構成されており、本実施形態ではＣｕで構成されている。導体ポスト３０は、配線基体２０の厚さ方向に沿って延在して配線基体２０を貫通しており、図３に示すように、一体的に構成された配線部３２と本体部３４とを備えている。導体ポスト３０の高さ（配線基体２０の厚さ方向に関する長さ）は、３０～１００μｍ程度であり、一例として５０μｍである。

配線部３２は、絶縁樹脂フィルム２２の下面２０ｂに対して平行に延びる平板状の薄片部分である。配線部３２はほぼ均一な厚さｔ１を有する。配線部３２の厚さｔ１は、一例として１０μｍである。配線部３２の下面は、導体ポスト３０の下面３０ｂを構成しており、導体ポスト３０の下面３０ｂは、配線基体２０の下面２０ｂに対して平行かつ面一となっている。配線部３２の上面３２ａは、導体ポスト３０の下面３０ｂおよび配線基体２０の下面２０ｂに対して平行に延在している。配線部３２の側面３２ｂは、内側に向かって凹むように湾曲した湾曲面となっている。本実施形態では、上面３２ａと側面３２ｂとのなす角θ１は９０°未満（すなわち、鋭角）となっている。

本体部３４は、配線部３２から上方に向かって上面２０ａまで延びる柱状部分である。本実施形態では、本体部３４は、その延在方向（すなわち、配線基体２０の厚さ方向）に直交する断面の形状が円形である形状を有する。

本体部３４は、その中心軸を含む断面における幅に関し、上方に向かうに従って幅が漸次狭まる下側部分（第１の部分）３５と、上方に向かうに従って幅が漸次拡がる上側部分（第２の部分）３６とにより構成されている。

下側部分３５は、その下端において最大幅Ｗ１を有し、上側部分３６は、その上端において最大幅Ｗ２を有する。本実施形態では、下側部分３５の最大幅Ｗ１は上側部分３６の最大幅Ｗ２より長くなっている（Ｗ１＞Ｗ２）。本体部３４は、下側部分３５から上側部分３６に切り替わる切替位置Ｐにおいて最小幅Ｗ３を有する（Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３）。下側部分３５における本体部３４の側面３４ａは湾曲面になっており、その下端において配線部３２の上面３２ａと連続的につながっている。上側部分３６における本体部３４の側面３４ａも湾曲面になっており、その下端において下側部分３５における本体部３４の側面３４ａと連続的につながっている。

上側部分３６の上面は、導体ポスト３０の上面３０ａを構成している。導体ポスト３０の上面３０ａは、配線基体２０の上面２０ａに対して平行かつ面一となっている。

配線４０は、導体ポスト３０と同じ導電材料で構成されており、本実施形板ではＣｕで構成されている。配線４０は、図４に示すように、略長方形断面を有している。配線４０は、配線基体２０の下面２０ｂ側に形成されており、上面２０ａ側には形成されていない。配線４０は、絶縁樹脂フィルム２２の下面２０ｂに対して平行に延びており、下面２０ｂに露出している。配線４０はほぼ均一な厚さｔ２を有する。配線４０の厚さｔ２は、導体ポスト３０の配線部３２の厚さｔ１と同一であり、一例として１０μｍである。配線４０は、下面２０ｂ側において配線基体２０の回路の一部を形成している。

配線４０の下面４０ｂは、配線基体２０の下面２０ｂに対して平行かつ面一となっている。配線４０の上面４０ａは、配線４０の下面４０ｂおよび配線基体２０の下面２０ｂに対して平行に延在している。配線４０の側面４０ｃは、内側に向かって凹むように湾曲した湾曲面となっている。本実施形態では、上面４０ａと側面４０ｃとのなす角θ２は９０°未満（すなわち、鋭角）となっている。

続いて、上述したプリント配線板１の製造方法について、図５、６を参照しつつ説明する。

プリント配線板１を製造するためには、配線基体２０を製造する必要がある。配線基体２０を製造する際には、まず、図５（ａ）に示すように、導体ポスト３０および配線４０となる１枚の金属板５０（本実施形態では、Ｃｕ板）を準備する。そして、金属板５０の上面５０ａ上であって、導体ポスト３０の本体部３４が形成される領域および後述する枠５６が形成される領域に第１のマスク５１を形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、第１のマスク５１を用いて、上面５０ａ側から金属板５０の一度目のエッチング処理をおこなう。一度目のエッチング処理により、第１のマスク５１が形成された領域に、導体ポスト３０の本体部３４となる突起部５２および枠５６が形成される。また、第１のマスク５１が形成された領域以外の領域では、上面５０ａが沈下する。

そして、図５（ｃ）に示すように、第１のマスク５１を除去した後、金属板５０の上面５０ａ上であって、導体ポスト３０の配線部３２および配線４０が形成される領域に第２のマスク５３を形成する。第２のマスク５３は、導体ポスト３０の配線部３２および配線４０が形成される領域以外の領域に開口５３ａを有し、開口５３ａから金属板５０の上面５０ａが露出している。

次に、図５（ｄ）に示すように、第２のマスク５３を用いて、上面５０ａ側から金属板５０の二度目のエッチング処理をおこなう。二度目のエッチング処理により、第２のマスク５３の開口５３ａに対応する領域の金属板５０が選択的に除去され、除去された部分に穴部５４が形成される。

そして図６（ａ）に示すように、第２のマスク５３を除去する。それにより、金属板５０の上面５０ａが露出する。このとき、金属板５０の上面５０ａには、穴部５４が形成された領域以外の領域に、穴部５４の底面に対して隆起した隆起部５５が形成されている。第２のマスク５３を除去した後、金属板５０の上面５０ａ、特に突起部５２の頂面に、Ｃｕの酸化を防止するための層（Ｃｒ層、Ｔｉ層等）を形成することができる。

さらに、図６（ｂ）に示すように、上面５０ａ上の枠５６内に、絶縁樹脂フィルム２２となる樹脂粉末６０を供給して、上面５０ａの全域を樹脂粉末６０で覆う。このとき、上面５０ａに形成されている突起部５２および隆起部５５も樹脂粉末６０により覆われる。そして、熱プレート６２を用いて、金属板５０を上面５０ａ側から熱プレスし、その後、冷却する。

その結果、図６（ｃ）に示すように、金属板５０の上面５０ａが、上述した絶縁樹脂フィルム２２により覆われる。このとき、突起部５２の上面５２ａが絶縁樹脂フィルム２２から露出する。熱プレス後に、突起部５２の上面５２ａに樹脂膜が形成されている場合には、絶縁樹脂フィルム２２から突起部５２の上面５２ａを露出させるために、ＣＭＰや砥石研磨、フライカット等の研磨処理をおこなってもよい。枠５６は、絶縁樹脂フィルム２２を形成する工程において、絶縁樹脂フィルム２２の材料が領域外への流出するのを抑制し、かつ、所望厚さよりも薄くなる事態を招き得る過剰なプレスを防止することができるため、絶縁樹脂フィルム２２の厚さ制御に有用である。上述した手順で枠５６を形成した場合には、突起部５２の上面５２ａの高さ位置と枠５６の上面の高さ位置とが一致がしやすく、そのため、絶縁樹脂フィルム２２の厚さ制御にさらに有用である。

そして、最後に、金属板５０を下面５０ｂ側から薄化して、図２に示した配線基体２０を得る。具体的には、下面５０ｂ側から、穴部５４に達する位置（図６（ｃ）の一点鎖線の位置Ｄ）まで金属板５０を薄化する。それにより、隣り合う隆起部５５同士が、穴部５４において分離されて、絶縁される。本実施形態では、エッチングにより金属板５０の薄化をおこなう。

上述のようにして複数作製された配線基体２０は、複数枚重ねた状態で熱プレスにより一括積層することで、上述したプリント配線板１が得られる。配線基体２０を重ねる際、導体ポスト３０の上面３０ａおよび下面３０ｂの一方または両方に、ＡｕやＳｎ、Ａｇ、はんだなどで構成された接続用の導体層を形成してもよい。

上述したプリント配線板１の製造方法においては、図５（ｂ）に示した一度目のエッチング処理において、導体ポスト３０の本体部３４の側面３４ａが形成される。一度目のエッチング処理は等方性エッチングであるため、本体部３４の側面３４ａは湾曲面となる。また、導体ポスト３０の本体部３４の高さが比較的高いため、本体部３４がくびれた形状となる。換言すると、本体部３４は、上側部分３６の幅が下方に向かうに従って漸次狭まって切替位置Ｐにおいて最小幅Ｗ３となり、下側部分３５の幅が下方に向かうに従って漸次拡がる形状となる。

以上において説明したとおり、プリント配線板１の配線基体２０においては、配線部３２を含む導体ポスト３０および配線４０が絶縁樹脂フィルム２２に埋設されている。そのため、配線部３２が形成された領域において、配線基体２０の厚さが増加していない。また、配線４０が形成された領域においても、配線基体２０の厚さが増加していない。したがって、配線基体２０を複数積層してプリント配線板１を構成することで、高い平坦性を有するプリント配線板１を得ることができる。

その上、プリント配線板１の配線基体２０では、図７に示すように、導体ポスト３０の本体部３４が下側部分３５において配線部３２と滑らかに繋がっている。換言すると、本体部３４と配線部３２との境界には、応力が集中しやすい隅部や段差部が形成されていない。そのため、プリント配線板１の製造時や駆動時に温度変化が生じても、本体部３４と配線部３２との境界において応力が集中しにくくなっており、導体ポスト３０が絶縁樹脂フィルム２２から剥離する事態が効果的に抑制されている。

なお、導体ポスト３０は、配線部３２と本体部３４とが一体的に構成されているため、配線部と本体部とが別体で構成されて配線部と本体部との間に界面が存在する構成に比べて、界面に沿ったクラック等の欠陥が生じにくくなっている。

また、図７に示すように、プリント配線板１の配線基体２０では、導体ポスト３０の本体部３４が上側部分３６において、上側に位置する導体ポスト３０とも滑らかに繋がっている。換言すると、上側に位置する導体ポスト３０との境界に、応力が集中しやすい隅部や段差部が形成されていない。そのため、プリント配線板１の製造時や駆動時に温度変化が生じても、導体ポスト３０同士の境界において応力が集中しにくくなっており、導体ポスト３０が絶縁樹脂フィルム２２から剥離する事態が効果的に抑制されている。

さらに、導体ポスト３０の本体部３４は、切替位置Ｐから離れるに従って幅が拡がる下側部分３５および上側部分３６を有するため、本体部３４の側部に、下側部分３５と上側部分３６とで凹部が画成されている。そして、配線基体２０では、図６（ｂ）に示した熱プレスの工程において、本体部３４の側部の凹部に絶縁樹脂フィルム２２の樹脂材料が入り込み、かつ、本体部３４を絶縁樹脂フィルム２２の樹脂材料で両側から挟み込んだ構成となる。その結果、配線基体２０における導体ポスト３０の密着性がより向上する。

その上、導体ポスト３０の本体部３４が、下側部分３５から上面２０ａに向かって延び、かつ、上面２０ａ側に向かうに従って幅が漸次拡がる上側部分３６を有するため、上面２０ａにおいて、導体ポスト３０の上面３０ａが十分に大きな面積を確保され得る。したがって、導体ポスト３０を含む配線基体２０が、該配線基体２０の上面２０ａ側において他の配線基体２０と重ね合わされるときに、他の配線基体２０の配線４０や導体ポスト３０との間で十分に大きな接着面積を確保することができ、複数の配線基体２０間において高い密着性が実現されている。

配線４０は、導体ポスト３０同様、内側に向かって凹むように湾曲した側面４０ｃによって凹部が画成される。そのため、配線４０は、絶縁樹脂フィルム２２の樹脂材料で両側から挟み込んだ構成となり、配線基体２０における配線４０の密着性が向上している。

導体ポスト３０については、上述した形状に限らず、たとえば図８、９に示した形状にすることができる。図８に示した導体ポスト３０Ａおよび図９に示した導体ポスト３０Ｂはいずれも、配線部３２から上方に向かうに従って幅が漸次狭まる部分３５を有する本体部３４Ａ、３４Ｂを備えており、この点においては上述した導体ポスト３０と同じである。

図８に示した導体ポスト３０Ａでは、下側部分３５の最大幅Ｗ１と上側部分３６の最大幅Ｗ２とが同じになるように設計されている（Ｗ１＝Ｗ２）点でのみ、上述した導体ポスト３０と異なる。このような導体ポスト３０Ａを備える配線基体２０であっても、上述した導体ポスト３０を備える配線基体２０と同様または同等の効果を奏する。

図９に示した導体ポスト３０Ｂでは、本体部３４Ｂが、配線部３２から上方に向かうに従って幅が漸次狭まる部分３５（第１の部分）のみで構成されている。すなわち、本体部３４Ｂには、切替位置Ｐが存在せず、本体部３４Ｂは上端において最小幅Ｗ２を有する。このような導体ポスト３０Ｂを備える配線基体２０であっても、上述した導体ポスト３０を備える配線基体２０と同様または同等の効果を奏する。

配線基体２０についても、上述した形状に限らず、たとえば図１０に示した形状にすることができる。図１０に示した配線基体２０Ａは、絶縁樹脂フィルム２２の下面２０ｂから露出する導体ポスト３０の下面３０ｂ（すなわち、配線部３２の下端面）が下面２０ｂから後退している点でのみ、上述した配線基体２０と異なる。配線基体２０Ａの構成は、たとえば、図６（ｃ）に示した金属板５０を薄化する工程において、オーバーエッチングをおこなうことで得られる。導体ポスト３０の下面３０ｂが絶縁樹脂フィルム２２の下面２０ｂから後退している場合には、導体ポスト３０の下面３０ｂに形成された接続部１０を介して複数の配線基体２０を積層するときに、下面２０ｂから後退した配線部３２の部分に接続部１０が入り込む。その結果、接続部１０が形成される領域における厚さ増加が抑制され、プリント配線板１のさらなる平坦性向上が図られる。接続部１０は、たとえばはんだや導体ペースト等で構成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。たとえば、プリント配線板を構成する配線基体は、３層に限らず、適宜増減することができる。

１…プリント配線板、１０…接続部、２０、２０Ａ…配線基体、３０、３０Ａ、３０Ｂ…導体ポスト、３２…配線部、３４…本体部、３５…下側部分、３６…上側部分、４０…配線、５０…金属板。

Claims (3)

1. 第１の主面および第２の主面を有する絶縁樹脂フィルムと、前記絶縁樹脂フィルムに埋設され、前記第１の主面から前記第２の主面まで貫通する導体ポストと、前記絶縁樹脂フィルムに埋設され、前記第２の主面に対して平行に延びるとともに前記第２の主面から露出する配線とを備える配線基体を少なくとも一層含むプリント配線板を製造するプリント配線板の製造方法であって、
   前記導体ポストおよび前記配線となるべき金属板の一方面上であって、前記導体ポストが形成されるべき領域に第１のマスクを設ける工程と、
   前記第１のマスクを用いて前記金属板の一方面側からエッチング処理をおこない、前記導体ポストの本体部を形成する工程と、
   前記金属板の一方面上であって、前記導体ポストの配線部が形成されるべき領域および前記配線が形成されるべき領域に、第２のマスクを設ける工程と、
   前記第２のマスクを用いて前記金属板の一方面側からエッチング処理をおこない、前記導体ポストの配線部および前記配線を形成する工程と、
   前記金属板の一方面に設けられた前記導体ポストおよび前記配線を一体的に覆う絶縁樹脂フィルムを形成する工程と、
   前記金属板を他方面側から薄化して、前記導体ポストと前記配線とを分離する工程と
   を含む、プリント配線板の製造方法。
2. 前記金属板を薄化する工程では、エッチングにより前記金属板を薄化する、請求項１に記載のプリント配線板の製造方法。
3. 前記金属板を薄化する工程において、オーバーエッチングをおこない、前記導体ポストの配線部の端面を前記第２の主面から後退させる、請求項２に記載のプリント配線板の製造方法。

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