JP2006210533A - 多層プリント基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多層プリント基板及びその製造方法において、簡単な構成により、層間接続導体による変形を生じることなく絶縁樹脂層を薄くして軽量多層化できると共に層間接続の信頼性の高いものとする。
【解決手段】多層プリント基板１は、金属箔による導体パターン２を一方の面に有する熱可塑性樹脂からなる樹脂シート３を複数積層し、各樹脂シート３に形成したビアホール４内に、互いに隣接して積層された樹脂シート３のそれぞれに属する導体パターン２を互いに電気接続する層間接続導体５を有している。多層プリント基板１を構成する樹脂シート３のシート厚ｄは２００μｍ以下であり、層間接続導体５は、導体パターン２を形成する金属箔とは異種の金属を層間接続導体５の５０重量％以上含み、異種の金属の少なくとも一部が前記金属箔をなす金属との合金を形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層プリント基板及びその製造方法に関する。

従来、多層プリント基板において、複数の導体配線層を電気的に接続する層間接続導体に、錫（Ｓｎ）の銅（Ｃｕ）に対する重量比をＳｎ／（Ｃｕ＋Ｓｎ）と表したとき錫Ｓｎの重量比が０．２５〜０．７５となる割合で錫Ｓｎと銅Ｃｕの金属粉末を含有させ、錫Ｓｎと銅Ｃｕの金属間化合物を生成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−４９４６０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるような多層プリント基板においては、多層プリント基板を構成する各絶縁層を薄型化することにより多層プリント基板そのものを薄型化する場合に、金属粉末として含有させた銅Ｃｕ粉末が多層プリント基板を変形させるという問題がある。図４に示すように、表面に導体パターンやランドとなる導体パターン２を形成し、銅Ｃｕ粉末を含む金属粉末をビアホール内に充填した薄い熱可塑性の樹脂シート（絶縁層）３を積層し、積層した樹脂シート３を一括して熱溶着して多層プリント基板を形成した場合、ビアホール中の銅Ｃｕの粉末が軟化した熱可塑性の樹脂シート３を押しのけるので、多層プリント基板における内層や層間接続導体９の周辺部分Ｐ、Ｑが変形してしまい、層間接続の電気的機械的信頼性が低下してしまう。

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、層間接続導体による変形を生じることなく絶縁樹脂層を薄くして軽量多層化できると共に層間接続の信頼性の高い多層プリント基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、金属箔による導体パターンを一方の面に有する熱可塑性樹脂からなる樹脂シートが複数積層されており、前記それぞれの樹脂シートに形成したビアホール内に当該樹脂シート及び隣接して積層された他の樹脂シートのそれぞれに属する導体パターンを互いに電気接続するための層間接続導体を形成してなる多層プリント基板であって、前記樹脂シートの厚みが２００μｍ以下であり、前記層間接続導体が、前記導体パターンを形成する金属箔とは異種の金属を当該層間接続導体の５０重量％以上含み、前記異種の金属の少なくとも一部が前記金属箔をなす金属との合金を形成しているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の多層プリント基板において、前記導体パターンを形成する金属箔が銅箔であり、前記合金を形成する金属が錫のものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の多層プリント基板において、前記異種の金属が銅よりも軽い金属を含むものである。

請求項４の発明は、熱可塑性樹脂からなる樹脂シートの一方の面に設けた金属箔をエッチングにより導体パターンとする導体パターン形成工程と、前記樹脂シートの他方の面に、前記導体パターンに達するビアホールを形成するビアホール形成工程と、前記ビアホール内を、金属粉により充填する充填工程と、前記金属粉によって前記ビアホール内が充填された前記樹脂シートを含む複数枚の多層基板形成用シートを積層する積層工程と、前記積層された前記多層基板形成用シートを加熱しつつ加圧することにより、前記多層基板形成用シートを相互に熱溶着すると共に、異なる基板形成用シートのそれぞれに属する前記導体パターンを前記ビアホール内の金属粉を用いて電気的に接続して多層構造のプリント基板を形成する加熱加圧工程と、を備え、前記樹脂シートの厚みが２００μｍ以下であり、前記加熱加圧工程において、前記金属粉の少なくとも一部が前記金属箔と合金を形成するものである。

請求項５の発明は、請求項４に記載の多層プリント基板の製造方法において、前記導体パターンを形成する金属箔が銅箔であり、前記ビアホール内に充填する金属粉の５０重量％以上が錫のものである。

請求項１の発明によれば、導体パターンを形成する金属箔とは異種の金属を層間接続導体の５０重量％以上含むので、その異種の金属を、粉末状態でビアホールに充填して多層プリント基板形成過程において少なくとも一部を溶融できる金属、とすることにより、層間接続導体が樹脂を押しのけたり突っ張ったりして発生する樹脂シートや導体パターンの変形を防止でき、歪みのない平滑な多層プリント基板が得られる。また、層間接続導体中の異種の金属と金属箔とが合金を形成するので、多層プリント基板の電気的接続信頼性が確保される。樹脂シートの厚みが２００μｍ以下と充分薄いので、通常行われるようにビアホールを、金属箔を底面に持つ有底ビアホールとすることにより、ビアホール内の異種金属とこれに接してビアホールの底面を形成する金属箔との合金を容易に形成することができる。ビアホール内に合金が確実に形成されることにより層間接続の信頼性が上がり、また、ビアホール内の異種金属と金属箔との合金は、樹脂シートの厚みが薄ければ薄いほど形成され易く、樹脂シートの厚みが２００μｍ以下であれば、このような合金形成にとって充分薄い厚さである。

請求項２の発明によれば、金属箔を銅箔とし合金を形成する異種の金属を錫とするので、銅と錫の合金を容易に形成でき、多層プリント基板の接続信頼性が確保される。また、銅からなる導体パターンは、多層プリント基板への電子部品の実装時の高温に耐える高い融点を有し、錫が多層プリント基板形成過程において少なくとも一部を溶融すると共に銅との合金を形成することができるので、変形のない接続信頼性の高い多層プリント基板が得られる。

請求項３の発明によれば、異種の金属が銅よりも軽い金属を含むので、多層プリント基板の高密度化につれて層間接続導体の数が増えることによる多層プリント基板の重量の増大を抑えることができる。

請求項４の発明によれば、ビアホール形成工程において厚みが２００μｍ以下の樹脂シートを用いて導体パターンを底面とする有底ビアホールを形成し、加熱加圧工程においてビアホール内の金属粉の少なくとも一部と金属箔との合金を形成すると共に、多層基板形成用シートを相互に熱溶着するので、合金から成る層間接続導体の形成、及び各層の一体化を信頼性高く行うことができ、また、一括して容易に多層プリント基板を製造できる。樹脂シートの厚みが２００μｍ以下と薄いので、ビアホール内の金属粉に対し金属箔から合金用の金属を供給して金属粉を金属箔との合金にすることができる。

請求項５の発明によれば、金属箔を銅箔とし、充填する金属粉の５０重量％以上を錫とするので、金属箔から銅を取り込んで銅と錫とにより容易に合金を形成でき、多層プリント基板の導体接続信頼性を確保できる。樹脂シートの厚みが薄ければ薄いほど、金属粉中の錫の重量％を１００重量％に近付けることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る多層プリント基板及びその製造方法について、図面を参照して説明する。図１は、加熱加圧前及び加熱加圧後の多層プリント基板１を示す。多層プリント基板１は、金属箔による導体パターン２を一方の面に有する熱可塑性樹脂からなる樹脂シート３を複数積層し、各樹脂シート３に形成したビアホール４内に、互いに隣接して積層された樹脂シート３のそれぞれに属する導体パターン２を互いに電気接続する層間接続導体５を有している。多層プリント基板１を構成する樹脂シート３のシート厚ｄは２００μｍ以下である。また、層間接続導体５は、導体パターン２を形成する金属箔とは異種の金属を層間接続導体５の５０重量％以上含み、異種の金属の少なくとも一部が前記金属箔をなす金属との合金を形成している。例えば、導体パターン２を形成する金属箔が銅（Ｃｕ）箔であり、合金を形成する金属が錫（Ｓｎ）である。また、異種の金属には、銅よりも軽い金属、例えばアルミニューム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）を含むこともできる。

層間接続導体５には、導体パターン２を形成する金属箔とは異種の金属とともに、導体パターン２を形成する金属箔をなす金属を含む。これらの層間接続導体５を形成するための金属は、後述するように金属粉の状態でビアホール４に充填される。通常、上述のように、金属箔をなす金属として銅Ｃｕが用いられる。銅Ｃｕは、電子部品の実装時の高温に耐える高い融点を持つ金属である。また、金属箔とは異種の金属は、金属箔と合金を形成すると共に金属粉体間を電気接続するように多層プリント基板形成過程において少なくとも一部が溶融できる金属を主成分とされる。通常、銅Ｃｕと合金を作る錫Ｓｎが、異種金属の主成分とされる。

そこで、上述のように、銅Ｃｕと錫Ｓｎを各金属として想定した場合、層間接続導体５における金属箔とは異種の金属が、層間接続導体５の５０重量％より少ない、つまり銅粉が多いと、ビアホール４内の融点の高い金属粉（銅粉）が薄型化された樹脂シート３に対して、異物の状態で存在することになり、これにより多層プリント基板１の平滑性が損なわれてしまう。従って、層間接続導体５は、導体パターン２を形成する金属箔とは異種の金属を層間接続導体５の５０重量％以上含む必要がある。

このような多層プリント基板１は、絶縁基材として熱可塑性樹脂を用いているので、積層時に各層間に接着剤層を設ける必要がなく、耐熱性を向上させると共に製造工程を単純化できる。また、多層プリント基板１は、シート厚ｄが２００μｍ以下と薄くて軽量多層化できる他に、層間接続導体５の長さが短いことから、この導体部分におけるインダクタンス（Ｌ成分）が小さく、高周波特性を向上できる。また、樹脂シートの厚みが薄ければ薄いほど、ビアホール内の層間接続導体５の体積、従って重量が小さくなって多層プリント基板１が軽くなり、また、樹脂シートの厚みが薄ければ薄いほど、ビアホール内部における合金を形成し易く、ビアホール内に合金が確実に形成されることにより層間接続の信頼性が上がるので、シート厚ｄは２００μｍ以下であって、製造上、また、実用上の強度に耐える厚さが好ましい。

また、層間接続導体５に銅よりも軽い金属、例えばアルミニュームＡｌを混入することによって、多層プリント基板１を軽量化でき、この多層プリント基板１を用いた電子部品を軽量化できる。アルミニュームＡｌを混入させる場合、表面を他の金属でコーティングしたアルミニューム粉末を用いることにより、アルミニュームの表面酸化を防止して、導電率を損なうことなくアルミニュームを層間接続導体５として用いることができる。

図２は多層プリント基板の製造工程を示し、図３（ａ）〜（ｈ）は同基板の製造工程での基板の様子を示す。以下に同基板の製造方法を説明する。まず、導体パターン形成工程（Ｓ１）においては、図３（ａ）（ｂ）に示すように、シート厚ｄが２００μｍ以下の熱可塑性樹脂からなる樹脂シート３の一方の面に設けた、例えば銅を主成分とする金属箔２０に、半導体製造分野で一般的な一連のエッチング処理を施して導体パターン２を形成する。導体パターン２は、ビア接続用のランドや信号伝送用の配線などである。

上記工程に続く保護フィルム貼付工程（Ｓ２）においては、図３（ｃ）に示すように、上述の導体パターン２が形成された樹脂シート３の導体パターン２が形成されていない面に保護フィルム６を貼付ける。次に、ビアホール形成工程（Ｓ３）においては、図３（ｄ）に示すように、上述の保護フィルム６の上方から樹脂シート３にレーザ光を照射（レーザドリリング）して、所定のビアホール形成位置に、反対面のランドとなる導体パターン２に達する穴を開ける。これにより、銅を主成分とする金属箔からなる導体パターン２を底面とする有底のビアホール４が形成される。保護フィルム６は、レーザ光照射によって飛散する蒸発物などによって樹脂シート３の表面が汚染されるのを防止する。

次の充填工程（Ｓ４）においては、図３（ｅ）に示すように、ビアホール４内に、層間接続導体を形成するための金属粉を充填する。金属粉は、銅を主成分とする導体パターン２と合金を形成できる、例えば錫Ｓｎの粉体を５０％以上含み、有機溶剤等によりペースト状にして用いられる。そして、このような金属粉ペースト５０を保護フィルム６の上面からスクリーン印刷することにより、ビアホール４内に金属粉を充填する。金属粉ペースト５０における有機溶剤は、いずれかの後工程の加熱等により蒸散される。充填工程に続く保護フィルム除去工程（Ｓ５）においては、図３（ｆ）に示すように、保護フィルム６を除去した状態とする。保護フィルム６は、充填工程のスクリーン印刷におけるマスクの機能を有している。

次の積層工程（Ｓ６）においては、図３（ｇ）に示すように、上述の各工程Ｓ１〜Ｓ５により別途それぞれ形成された金属粉ペースト５０によってビアホール４内が充填された樹脂シート３を積層する。なお、本例では樹脂シート３のみが示されているが、多層基板形成用シートとして、樹脂シートの他に、コア層となる基板や、放熱シートなどを含めて、これらを多層基板形成用シートとして一緒に積層することができる。また、図３（ｇ）において、最下層の樹脂シート３は、上下が反転されて積層されている。任意の層数で反転させることができ、これにより、最終製品である多層プリント基板の両面に導体パターン２を形成することができる。

次の加熱加圧工程（Ｓ７）においては、上述の積層された複数の多層基板形成用シートに対し、真空中でシートの厚み方向から圧力をかけると共に加圧する、いわゆる真空熱溶着プレスを一回だけ行うことにより、図３（ｈ）に示す多層プリント基板１が得られる。このように積層された熱可塑性樹脂からなる多層基板形成用シートを加熱しつつ加圧する際に、多層基板形成用シートが相互に熱溶着されると共に、ビアホール４内の金属粉ペースト５０内の錫Ｓｎからなる金属粉が溶融し、導体パターン２の銅Ｃｕと合金を形成する。金属粉の中に銅Ｃｕが含まれていない場合であっても、錫Ｓｎは、導体パターン２の銅Ｃｕと合金を形成することができる。

このような製造工程によって製造することにより、錫Ｓｎと銅Ｃｕとの合金を含む層間接続導体５が形成された多層プリント基板１は、層間接続導体５による変形を生じることなく、外形形状や導体パターン２に歪みのない平滑な形状を有し、薄い絶縁樹脂層（樹脂シート３）を有して軽量多層化されると共に、層間接続の信頼性の高いものが得られる。なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。

本発明の一実施形態に係る加熱加圧前及び加熱加圧後の多層プリント基板の一部を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る多層プリント基板の製造方法を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｈ）は同上多層プリント基板の製造方法の主要段階における多層プリント基板の一部の断面図。 従来の多層プリント基板の一部を示す断面図。

符号の説明

１ 多層プリント基板
２ 導体パターン
３ 樹脂シート
４ ビアホール
５ 層間接続導体

Claims (5)

1. 金属箔による導体パターンを一方の面に有する熱可塑性樹脂からなる樹脂シートが複数積層されており、前記それぞれの樹脂シートに形成したビアホール内に当該樹脂シート及び隣接して積層された他の樹脂シートのそれぞれに属する導体パターンを互いに電気接続するための層間接続導体を形成してなる多層プリント基板であって、
   前記樹脂シートの厚みが２００μｍ以下であり、前記層間接続導体が、前記導体パターンを形成する金属箔とは異種の金属を当該層間接続導体の５０重量％以上含み、前記異種の金属の少なくとも一部が前記金属箔をなす金属との合金を形成していることを特徴とする多層プリント基板。
2. 前記導体パターンを形成する金属箔が銅箔であり、前記合金を形成する金属が錫であることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント基板。
3. 前記異種の金属が銅よりも軽い金属を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多層プリント基板。
4. 熱可塑性樹脂からなる樹脂シートの一方の面に設けた金属箔をエッチングにより導体パターンとする導体パターン形成工程と、
   前記樹脂シートの他方の面に、前記導体パターンに達するビアホールを形成するビアホール形成工程と、
   前記ビアホール内を、金属粉により充填する充填工程と、
   前記金属粉によって前記ビアホール内が充填された前記樹脂シートを含む複数枚の多層基板形成用シートを積層する積層工程と、
   前記積層された前記多層基板形成用シートを加熱しつつ加圧することにより、前記多層基板形成用シートを相互に熱溶着すると共に、異なる基板形成用シートのそれぞれに属する前記導体パターンを前記ビアホール内の金属粉を用いて電気的に接続して多層構造のプリント基板を形成する加熱加圧工程と、を備え、
   前記樹脂シートの厚みが２００μｍ以下であり、前記加熱加圧工程において、前記金属粉の少なくとも一部が前記金属箔と合金を形成することを特徴とする多層プリント基板の製造方法。
5. 前記導体パターンを形成する金属箔が銅箔であり、前記ビアホール内に充填する金属粉の５０重量％以上が錫であることを特徴とする請求項４に記載の多層プリント基板の製造方法。
   

Images