JP2004146836A - 回路基板及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】　導電トレースの線径とピッチを減らさずに配線密度を増やし、信号の転送経路を短縮する回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】　回路基板４００は、基材と、孔４４０と、金属層４５０ａ、４５０ｂと、絶縁体４８０とを備える。基材は、コア基材４０１と、複数の絶縁層４１０と、複数の導電トレース層４３０とが交互に積層されてなる。金属層４５０ａ、４５０ｂは、孔４４０の側壁に形成され、孔４４０の内壁面を取り囲む。ランド４６０ａ、４６０ｂは、孔４４０の周縁を取り囲む。絶縁体４８０は、孔４４０に充填されるとともに、孔４４０を二つの部分に分ける。そのうち、金属層４５０ａ、４５０ｂとランド４６０ａ、４６０ｂは、絶縁体４８０により、相互に電気的に絶縁する。また、金属層４５０a、４５０ｂは、それぞれランド４６０ａ、４６０ｂを介して、導電トレース層４３０における導電トレースと電気的に接続する。
【選択図】　　図４Ｂ

Description

　本発明は、回路基板及びその製造方法に関し、特に集積回路に適用される回路基板及びその製造方法に関する。
　回路基板は、電子産業で良く採用される基材であり、一般的なプリント回路板(printing circuit board, PCB)に適用される外に、集積回路を実装する基板として適用することもできる。近年、集積回路の高集積化、実装技術の多ピン数化、薄型化の要請に対応し、導電トレースのピッチが狭くて層数が多い高密度化の回路基板が開発されてきた。
　図１に示すように、回路基板１０は、主に基材１００を備える。基材１００は、コア基材１０１と、複数の絶縁層１１０と、複数の導電トレース層１３０とが交互に積層されてなる。各導電トレース層１３０は、バイア１４０(via)、例えばスルーホール(through hole)や埋込バイア (buried via)やブラインドバイア (blind via)によって、各導電トレース層１３０の信号を接続する。
　スルーホールを例として説明する。まずドリル加工法またはレーザ加工法により、積層後の絶縁層１１０と導電トレース層１３０を貫通する孔を形成し、無電解メッキ（electro-less plating）を施すことにより上記孔の内壁面に薄い銅層を形成する。さらに電解メッキ(electro plating)を施すことにより上記銅層を厚くし、最後に上記孔に絶縁材料、例えば樹脂(epoxy)を充填する。
　バイア１４０の周縁に、導電トレース層１３０とバイア１４０を電気的に接続するためのランド１６０(via land)が設けられる。一般には、バイア１４０の直径が300μｍである場合、ランド１６０の直径は約500μｍである。また、ランド１６０が占めている面積を無くすデザイン、すなわちランド無し(landless)のデザインも開発されてきたが、その工程技術とコストは比較的に高価である。
　図２に示すように、導電トレース層１３０の多くの領域がランド１６０によって占められるため、導電トレース層１３０の配置空間が減少し、導電トレース１３０ａのより一層の高密度化、細線化が要求されている。このため、製造工程が難しくなるだけではなく、電気特性の品質にも影響し、例えば信号干渉の問題が起こる。また、図２に示すように、導電トレース層１３０の多くの領域がランド１６０によって占められるため、導電トレース１３０ａの曲がった部分が増え、信号の転送経路が長くなる。
　上記問題を解決するために、バイアの小径化が強く求められる。図３に示すように、プラズマ、Nd:YAGレーザ、エキシマレーザなどによって小径化されたバイア２４０を形成する。バイア２４０が小径化されると、導電トレース層２３０の配置空間が増えるとともに、導電トレース２３０ａの曲がった部分が減少するが、バイア２４０の内壁面の金属メッキ工程において、孔径が小さ過ぎるため、その製造工程はますます難しくなる。
　本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、導電トレースの線径とピッチを減らさずに配線密度を増やした回路基板及びその製造方法を提供することにある。
　本発明の他の目的は、信号の転送経路を短縮する回路基板及びその製造方法を提供することにある。
　上記の目的を達成するために、本発明の回路基板は、複数の導電トレース層を有し少なくとも一つの孔が形成される基材と、前記孔の側壁に形成され、対応した前記導電トレース層とそれぞれ電気的に接続する複数の金属層と、前記孔に形成され前記金属層同士を電気的に絶縁する少なくとも一つの絶縁体とを備えることを特徴とする。
　また、本発明の回路基板の製造方法は、基材を用意する工程(a)と、前記基材に少なくとも一つの孔を形成する工程(b)と、前記孔の内壁面に金属層を形成する工程(c)と、前記孔に、少なくとも一つの前記金属層を分割するための分割溝を形成する工程(d)と、前記孔と前記分割溝に絶縁体を充填する工程(e)とを含むことを特徴とする。
　本発明の回路基板によれば、絶縁体によって、孔の内壁面に形成された金属層が複数の電気的に絶縁された金属層に隔離される。そのため各金属層は、何れも各導電トレース層を接続するバイアとすることができ、すなわち、複数のバイアの機能を一つの孔に集中することができる。これにより、バイアの占めた面積を大幅に減少することができ、回路基板の配線密度を向上するとともに、導電トレースの曲がった部分を減少し、信号の転送経路を短縮することができる。
　また、本発明の回路基板の製造方法によれば、孔の内壁面に金属層を形成した後、内壁面に形成した金属層を複数の金属層を分割するための分割溝を形成するため、一つの孔に複数のバイアが形成される。そのため、小径の孔に直接にメッキする工程を回避し、複数のバイアを速く形成することができる。
　以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
　図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の一実施例による回路基板を示す平面図と断面図である。本実施例において、回路基板４００は、基材と、少なくとも一つの孔４４０と、金属層４５０ａ、４５０ｂと、絶縁体４８０とを備える。基材は、コア基材４０１と、複数の絶縁層４１０と、複数の導電トレース層４３０とが交互に積層されてなる。絶縁層４１０の材料は、例えばビスマレイミド・トリアジン(Bismaleimide-Triazine, BT)、インク、FR-4エポキシ樹脂である。
　導電トレース層４３０を製作するには、絶縁層４１０の表面に銅箔層を形成してから、上記銅箔層にパターニングしたレジスト層を形成し、そのレジスト層をマスクとしてエッチング処理を施すことにより上記銅箔層の一部を除去し、最後に上記レジスト層を除去すると、所期の導電トレース層４３０が得られる。
　孔４４０は、例えばスルーホールや埋込バイアやブラインドバイアであり、機械加工法または化学加工法により基材に形成される。金属層４５０ａ、４５０ｂは、例えば無電解メッキ法または直接メッキ(direct plating)法により孔４４０の側壁に形成され、孔４４０の内壁面を取り囲む。ランド４６０ａ、４６０ｂは、孔４４０の周縁を取り囲み、一般には、導電トレースの金属材料と同じような、導電性に優れた金属材料(例えば、銅)を採用する。
　絶縁体４８０は、孔４４０に充填されるとともに、孔４４０を二つの部分に分ける。そのうち、金属層４５０ａ、４５０ｂとランド４６０ａ、４６０ｂは、絶縁体４８０の電気的絶縁特性により、相互に電気的に絶縁する。絶縁体４８０は、絶縁材料、例えばエポキシ樹脂、インクから構成される。また、金属層４５０a、４５０ｂは、それぞれランド４６０ａ、４６０ｂを介して、導電トレース層４３０における導電トレース４３０ａ、導電トレース４３０ｂと電気的に接続する。
　図５Ａ〜図５Ｇを参照しながら、本発明の一実施例による回路基板の製造方法を説明する。図５Ａに示すように、まず、両表面に銅箔層４２０が設けられたコア基材４０１を用意する。コア基材４０１には、材質が硬くて、ガラス転換温度(Glass Transition Temperature、Tg)が高いプリプレグシート(Prepreg)を採用することができる。図５Ｂに示すように、銅箔層４２０にレジスト層４２１を形成し、露光、現像等の工程を経て所定のパターンを形成してから、エッチング処理を施すことにより銅箔層４２０の一部を除去すると、導電トレース層４３０(図５Ｃ)が製作される。
　図５Ｄに示すように、導電トレース層４３０に絶縁材料を塗布することにより絶縁層４１０を形成する。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃの工程を繰り返すことにより、複数の絶縁層４１０と複数の導電トレース層４３０とが交互に積層されてなる基材を製作する。つづいて、図５Ｅに示すように、ドリル加工法(mechanical drilling)、レーザ加工法(laser ablation)、光化学反応法(photochemical reaction)、またはプラズマエッチング法(plasma etching)により、孔４４０を形成する。
　図５Ｆに示すように、孔４４０の内壁面と絶縁層４１０の表面には、金属層４５０が形成される。孔４４０の内壁面と絶縁層４１０の表面が非導体性の複合材料であるため、予め導体性のバリウムを孔４４０の内壁面に付着させてから、無電解メッキ法により孔４４０の内壁面と絶縁層４１０の表面に厚さ0.5μｍの銅層を形成する。それから、一般のメッキ法によりこの銅層を厚くし、厚さ約20μｍの金属層４５０を形成する。また、直接メッキ法により金属層４５０を形成することもできる。直接メッキ法では、まず孔４４０の内壁面と絶縁層４１０の表面に導電性ポリマー膜(conductive polymer)または導電性カーボン粉層を形成し、それからメッキ法により金属層４５０を形成する。
　図５Ｇに示すように、フォトリソグラフィを用いて、絶縁層４１０の表面の金属層４５０にレジスト層４５１を形成し、それから露光・現像技術によりパターニングを行う。さらに、パターニングしたレジスト層４５１をマスクとして、エッチング処理を施すことにより銅箔の一部を除去し、最後にレジスト層４５１を除去すると、導電トレース層４３０とランド４６０(図５Ｈ参照)が製作される。ランド４６０は、孔４４０の周縁に形成され、一般に、孔４４０の直径が300μｍである場合、ランド４６０の直径は約500μｍである。
　つづいて、図５Ｉに示すように、レーザ加工法により分割溝４７０を形成する。用いるレーザ光としては、例えば炭酸ガスレーザ、Nd:YAGレーザ、エキシマレーザなどをあげることができる。さらに、ドリル加工法、光化学反応法、またはプラズマエッチング法により、分割溝４７０を形成することもできる。分割溝４７０は、孔４４０を二つの部分に分ける。そのうち、孔４４０の内壁面の金属層４５０が二つの部分(金属層４５０ａ、４５０ｂ)に分けられ、ランド４６０も二つの部分(ランド４６０ａ、４６０ｂ)に分けられる。
　図５Ｊに示すように、孔４４０全体は、例えばインク、エポキシ樹脂などの絶縁体４８０によって充填される。絶縁体４８０は、孔４４０の内壁面に形成した金属層４５０ａ、４５０ｂを隔離し、両者を相互に電気的に絶縁することにより、金属層４５０ａ、４５０ｂをそれぞれ導電トレース４３０ａ、４３０ｂに電気的に接続させる。
　以上、本発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても、本発明に含まれる。よって、本発明は特許請求の範囲により限定される。
従来の回路基板を示す断面図である。 従来の回路基板を示す平面図である。 従来の他の回路基板を示す平面図である。 本発明の一実施例による回路基板を示す平面図である。 本発明の一実施例による回路基板を示す断面図である。 本発明の一実施例による回路基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施例による回路基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施例による回路基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施例による回路基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施例による回路基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施例による回路基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施例による回路基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施例による回路基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施例による回路基板の製造方法を示す平面図である。 本発明の一実施例による回路基板の製造方法を示す平面図である。
符号の説明
　１０　回路基板、１００　基材、１０１　コア基材、１１０　絶縁層、１３０　導電トレース層、１３０ａ　導電トレース、１４０　バイア、１６０　ランド、２３０　導電トレース層、２３０ａ　導電トレース、２４０　バイア、４００　回路基板、４０１　コア基材、４１０　絶縁層、４２０　銅箔層、４２１　レジスト層、４３０　導電トレース層、４３０ａ　導電トレース、４３０ｂ　導電トレース、４４０　孔、４５０　金属層、４５０ａ　金属層、４５０ｂ　金属層、４５１　レジスト層、４６０　ランド、４６０ａ　ランド、４６０ｂ　ランド、４７０　分割溝、４８０　絶縁体

Claims (23)

  1. 　複数の導電トレース層を有し、少なくとも一つの孔が形成される基材と、
    　前記孔の側壁に形成され、対応した前記導電トレース層とそれぞれ電気的に接続する複数の金属層と、
    　前記孔に形成され、金属層同士を電気的に絶縁する少なくとも一つの絶縁体と、
    　を備えることを特徴とする回路基板。
  2. 　前記孔の周縁を取り囲むように設けられる複数のランドをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
  3. 　前記ランドは、前記金属層に対応して設けられることを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
  4. 　前記絶縁体は、複数の金属層の間に設置することを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
  5. 　前記孔は、スルーホールであることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
  6. 　前記孔は、埋込バイアであることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
  7. 　前記孔は、ブラインドバイアであることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
  8. 　前記金属層は、銅から構成されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
  9. 　前記絶縁体は、エポキシ樹脂から構成されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
  10. 　前記絶縁体は、インクから構成されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
  11. 　前記基材は、絶縁層と前記導電トレース層とが交互に積層されてなることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
  12. 　前記ランドは、銅から構成されることを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
  13. 　基材を用意する工程(a)と、
    　前記基材に少なくとも一つの孔を形成する工程(b)と、
    　前記孔の内壁面に金属層を形成する工程(c)と、
    　少なくとも一つの前記金属層を分割するための分割溝を前記孔に形成する工程(d)と、
    　前記孔及び前記分割溝に絶縁体を充填する工程(e)と、
    　を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。
  14. 　前記工程(c)において、さらに前記基材に前記孔の周縁に位置したランドを形成することを特徴とする請求項１３に記載の回路基板の製造方法。
  15. 　前記工程(d)において、前記分割溝は前記ランドを分割することを特徴とする請求項１４に記載の回路基板の製造方法。
  16. 　前記金属層は、銅から構成されることを特徴とする請求項１３に記載の回路基板の製造方法。
  17. 　前記絶縁体は、エポキシ樹脂から構成されることを特徴とする請求項１３に記載の回路基板の製造方法。
  18. 　前記絶縁体は、インクから構成されることを特徴とする請求項１３に記載の回路基板の製造方法。
  19. 　前記基材は、絶縁層と導電トレース層とが交互に積層されてなることを特徴とする請求項１３に記載の回路基板の製造方法。
  20. 　前記金属層は、無電解メッキ法により前記孔の内壁面に薄膜を形成してから前記薄膜にメッキを施すことにより形成されることを特徴とする請求項１３に記載の回路基板の製造方法。
  21. 　前記金属層は、前記孔の内壁面に導電性ポリマー膜を形成してから前記導電性ポリマー膜にメッキを施すことにより形成されることを特徴とする請求項１３に記載の回路基板の製造方法。
  22. 　前記分割溝は、ドリル加工法により形成されることを特徴とする請求項１３に記載の回路基板の製造方法。
  23. 　前記分割溝は、レーザ加工法により形成されることを特徴とする請求項１３に記載の回路基板の製造方法。
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