JP2006269466A - プリント回路基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】層間を確実に接合でき、電気的、機械的に信頼性の高いプリント回路基板を提供すること。
【解決手段】導体ポスト１０５を有する第一の回路基板１１０と、導体パッド１０６を有する第二の回路基板１２０とが接続部材１０７を介して電気的に接続された構成とする。導体パッド１０６の表面は、凹凸形状１０９を有し、導体パッド１０６の表面が接続部材１０７で覆われた構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント回路基板およびその製造方法に関するものである。

多層プリント回路基板で基板間の、電気的な接続は、はんだ付け、めっき、導電ペースト、異方導電性樹脂、導電性樹脂等によって行われている。中でも、はんだ付けは電気的にも機械的にも信頼性の高い接続方法として、表面実装をはじめとして多くの電子機器との接続に使用されている。近年においてはプリント回路基板の多層化が進み、高密度化、薄型軽量化に加えて低コスト化の観点から基板と基板を一括に積層、接続する方法が開発され、中でも、はんだ接続による多層化は信頼性の高い接続方法として注目されている（例えば特許文献１）。

しかし、はんだ接続には、はんだに含まれている鉛による環境負荷が懸念されており、環境問題を考慮して鉛フリーはんだが使用されるようになってきている。一般に鉛フリーはんだは、従来の錫−鉛はんだに比べて濡れ性が劣ることが知られており、はんだ接合部のフィレット形成は従来の錫−鉛はんだに比べて十分ではない場合があった。さらに、濡れ性不足は接続部にピンホール、はじき、ボイドを誘発しやすく、電気的、機械的信頼性に問題があった。特に一括積層法による多層プリント回路基板においては特別な基材や層間接着剤を用いることが多く、濡れ性を改善するための、フラックスの変更や、はんだ接合温度条件の変更などが困難であり、はんだ接合面である導体パッドの密着性を安定的に改善することは困難であった。
特開平１１−５４９３４号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、層間を確実に接合でき、電気的、機械的に信頼性の高いプリント回路基板およびその製造方法を提供することにある。

本発明によれば、導体ポストを有する第一の回路基板と、導体パッドを有する第二の回路基板とが接続部材を介して電気的に接続されたプリント回路基板であって、前記導体パッドの表面が、凹凸形状を有し、前記導体パッドの表面が前記接続部材で覆われていることを特徴とするプリント回路基板が提供される。

本発明に係るプリント回路基板は、導体パッドの表面に凹凸形状があるため、表面を覆っている接続部材が、この凹凸形状に入り込んでいるため電気的信頼性に優れるとともに、機械的特性にも優れる。

本発明において、導体パッドの表面に格子状の溝が設けられたり、複数の孔が設けられていてもよい。さらには、前記溝または孔の深さが、前記導体パッドの表面から２μｍ以上導体パッドの厚さ未満であってもよい。このような構成とすることにより、一層信頼性の高いプリント回路基板が提供される。

また本発明によれば、上述のプリント回路基板を製造する方法であって、導体ポストを有する第一の回路基板と、導体パッドを有する第二の回路基板とを準備する工程と、第二の回路基板の導体パッド表面を選択的にエッチングするとともに前記導体パッドが残存した状態でエッチングを停止させ、前記導体パッド表面に凹凸形状を形成する工程と、前記第一の回路基板と、前記第二の回路基板とを、接続部材を介して電気的に接続する工程と、を備えることを特徴とするプリント回路基板の製造方法が提供される。
本発明は、凹凸形状を、アンダーエッチングにより形成するものである。アンダーエッチングとは、凹部の底面に被エッチング膜が残存した状態でエッチングを停止させるエッチング処理をいう。

この製造方法において、凹凸形状部分が形成される感光性フォトレジストの開口幅を実際の溝の幅よりも十分狭くなるように調整しておくことが好ましい。こうすることによって、導体回路形成の導体エッチング処理時にエッチング液が溝形成のレジスト開口部を通して十分処理できず、凹部の底面に被エッチング膜が残存した状態でエッチングが停止する（アンダーエッチ）。これにより、凹凸形状を形成することができる。

本発明によれば、層間を確実に接合でき、電気的、機械的に信頼性の高い回路基板およびその製造方法を提供することができる。

以下、本発明に係るプリント回路基板およびその製造方法の一例について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、共通する構成要素には同一符号を付し、以下の説明において詳細な説明を適宜省略する。

本実施形態に係るプリント回路基板は、図１に示すように、導体ポスト１０５を有する第一の回路基板１１０と、導体パッド１０６を有する第二の回路基板１２０とが接続部材１０７を介して電気的に接続された構成を有する。導体パッド１０６の表面は、凹凸形状１０９を有し、導体パッド１０６の表面が接続部材１０７で覆われている。従来の接合方式を用いた回路基板の例を図２に示す。従来方式では、導体パッド１０６表面が平坦面となっており、導体パッド１０６と接続部材１０７との間の密着性が充分でなかった。これに対して本実施形態では、導体パッド１０６の表面が凹凸形状１０９を有するため、充分な密着性が得られる。

図３に、凹凸形状１０９の例を示す。
図３（ａ）は、凹凸形状１０９を有する導体パッド１０６の一実施例である。図４に示す従来の導体パッドと異なり、導体パッドの中央から導体パッド表面全体を横断するように放射状に溝１１１が形成されている。これによって、接続部材１０７がこの溝１１１に沿って導体パッド全面に均一に即座に広がるようになっている。また、余分なフラックスや層間接着剤も同時にこの溝１１１に沿って導体パッド外に押し出されるようになっている。さらに導体パッドの表面にあたる凸面は接続部材１０７の濡れ広がりを妨げないよう平滑になっていることが望ましい。この溝１１１の本数は特に限定されるものではないが、溝１１１の総面積が導体パッドの表面である凸面の総面積より同等以下であることが望ましい。こうすることにより、導体パッド近傍での密着性を、より一層向上させることができる。
凹凸の形態は種々のものを採用することができ、図３（ｂ）のように格子状の溝、図３（ｃ）のように円形の溝、図３（ｄ）のようにリング状の溝であってもよく、またこれらを組み合わせて用いてもよい。格子状の溝を用いた場合、導体パッド近傍での密着性を、より一層向上させることができる。

溝１１１または孔１１２の深さは、たとえば、導体パッド１０６の表面から２μｍ以上とすることが好ましく、５μｍ以上とすることがより好ましい。こうすることにより、導体パッドの密着性をより向上させることができる。
また、溝１１１または孔１１２の深さは、導体パッド１０６の厚さ未満とすることが好ましい。溝の深さを導体パッドの厚さ未満とすることにより、溝の底面は常に導体層が露出した形状となっており、接続部材１０７で、溝内部を覆った場合、溝底面の表面張力を低下させることができ、溶融し溝内に進入した接続部材が底面ではじかれることがなく、溝内のボイドや濡れ不足による断線を防止することができる。

溝の形成方法としては種々の方法を用いることができる。第一の方法としては、図５に示すアンダーエッチング法がある。導体回路形成時において感光性フォトレジスト１１４に導体回路をパターンニングすると同時に、パッド１０６にあたる部分に溝形状１１６をパターンニングする。このとき、溝１０９のパターンニングによって形成される感光性フォトレジスト１１４の開口幅は実際の溝の幅よりも十分狭くなるように調整しておく。これによって導体回路形成の導体エッチング処理時にエッチング液が溝形成のレジスト開口部を通して十分処理できず、凹部の底面に被エッチング膜が残存した状態でエッチングが停止する。また、レジスト下部領域において適宜サイドエッチングが進行する。以上により、溝部が形成される。
第二の方法として、レーザーを用いて導体パッド部をエッチングする方法が挙げられる。導体回路形成後位置決めを行い導体パッド表面をレーザー加工によって溝を形成する。より細く精度の高い溝を形成するためにはＵＶレーザーを用いるほうが好ましい。レーザーの出力、周波数、ショット数、フォーカス条件は導体パッド上の導体を完全に除去しないよう調整する。

接続部材１０７を構成する材料としては、例えば、金、銀、ニッケル、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銅の少なくとも１種類、あるいは、これらのうちの１種以上を含む合金が挙げられる。この場合、合金としては、前記金属のうちの２種以上の金属を主とするろう材（半田）が好ましく、例えば、錫−鉛系、錫−銀系、錫−亜鉛系、錫−ビスマス系、錫−アンチモン系、錫−銀−ビスマス系、錫−銅系等が挙げられる。半田を構成する金属の組合せや組成には、特に限定はなく、その特性等を考慮して、最適なものを選択すればよい。接続部材１０７の厚みは、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上である。

第一の回路基板１１０は絶縁基材１０１と導体層１０３とその絶縁基材を貫通する導体ポスト１０５とその端部の接続部材１０７からなる。また、第二の回路基板１２０は絶縁基材１０２と導体層１０４と前記導体ポスト１０５と接続するための導体パッド１０６からなる。

次に、この第一の回路基板１１０と第二の回路基板１２０は導体パッド１０６上に導体ポスト１０５が重なるように位置決めされたあと、接続部材１０７の溶融温度以上の熱で溶融接続され、導体ポスト１０５と導体パッド１０６間にフィレット１０８を形成する。なお、これら導体層上には導体パッド１０６、導体ポスト１０５を除いて適宜絶縁被覆を行ってもよい。

ここで、この導体パッド１０６には凹凸形状１０９が形成されているが、この凹部の底部は、絶縁基材にまで達しておらず、導体パッド１０６は底部で電気的につながっている。その深さは特に厳密に制約するものではないが２μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上である。

また、この凹凸形状の幅は第一の回路基板１１０と第二の回路基板１２０を位置決めするときに、位置ズレを生じないような適度な大きさである必要があり、最大でも導体ポスト１０５の幅よりも１／２以下であり、より好ましくは１０μｍ以上、５０μｍ以下である。また、導体パッド１０６の凸面および凹面の表面ははんだが濡れ広がりやすいように極力平坦で粗化のない滑らかな表面であることが望ましい。なお、この導体パッド１０６表面は必要に応じてプリフラックス処理、めっき処理を施してもよい。

このようにして形成された導体パッド１０６は、導体ポスト１０５との接合時、溶融した接続部材１０７が凹凸形状の表面を流れ、かつ、接続部材のすきま流入性によって凹凸形状１０９の凹部に沿って導体パッドに適度に濡れ広がる。このようにして得られたフィレット１０８は、凹型のアンカー効果により機械的な接合強度をもち、接触面積が増加することで電気的な導通安定性を得ることができる。

以下、本実施形態に係る回路基板とその製造方法についての効果について説明する。本実施形態では、導体ポスト１０５と接合部材１０７を介して接合される導体パッド１０６に、凹凸形状１０９があり、この凹凸形状１０９に接合部材が進入していくことによって、強固な接続とすることが出来る。また、凹凸形状１０９は、回路形成と同時にすることにより、工程数を増やすことなく凹凸形状１０９を形成できる。凹凸形状１０９の形成においては、感光性フォトレジスト１１４の開口幅を狭くすることにより、通常の回路作成を行いながら、凹凸形状１０９が形成できる。

片面銅張り積層板２枚を用意し、１枚の片面銅張り積層板はレーザーや樹脂エッチング液により絶縁層側を銅層まで達する貫通穴を開け、貫通穴をめっきなどにより充填し導体ポストを形成し、さらにめっきや印刷によりはんだ層を形成した。その後、銅層をフォトレジストラミネートし、フォトマスクにより回路パターンを形成し、銅エッチングにより導体層を形成した。
次にもう一方の片面銅張り積層板もフォトレジストでラミネートし、フォトマスクにより回路パターンを形成した。このとき導体パッド上の凹部の溝にあたる部分もパターンニングした。なお、この凹部の溝にあたる部分は銅エッチング工程で完全に除去されないよう、アンダーエッチングになるようにマスク幅を実際の凹幅よりも狭く設定しておいた。
このようにして得られた２枚の回路基板を位置決めマークをもとに位置決めし、熱圧により導体ポスト上のはんだ層を溶かして導体パッドと接続させた。得られた回路基板は、導体パッドを介して基板間が充分強固に接合されていた。

本発明に係る回路基板の接合方法の一例を示す断面図である。 従来の回路基板の接法方法による断面図である。 本発明に係る導体パッドの構成例である。 従来の導体パッド例である。 凹凸形状の形成方法を示す断面図である。

符号の説明

１１０ 第一の回路基板
１２０ 第二の回路基板
１０１、１０２ 絶縁基材
１０３、１０４ 導体層
１０５ 導体ポスト
１０６ 導体パッド
１０７ 接続部材
１０８ フィレット
１０９ 凹凸形状
１１１ 溝
１１２ 孔
１１４ 感光性フォトレジスト
１１６ 溝形状

Claims (5)

1. 導体ポストを有する第一の回路基板と、導体パッドを有する第二の回路基板とが接続部材を介して電気的に接続されたプリント回路基板であって
   前記導体パッドの表面が、凹凸形状を有し、前記導体パッドの表面が前記接続部材で覆われていることを特徴とするプリント回路基板。
2. 前記導体パッドの表面に格子状の溝が設けられた請求項１に記載のプリント回路基板。
3. 前記導体パッドの表面に複数の孔が設けられた請求項１に記載のプリント回路基板。
4. 前記凹凸形状の凹部の深さが、前記導体パッドの表面から２μｍ以上、前記導体パッドの厚さ未満である請求項１乃至３いずれかに記載のプリント回路基板。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載のプリント回路基板を製造する方法であって、
   導体ポストを有する第一の回路基板と、導体パッドを有する第二の回路基板とを準備する工程と、第二の回路基板の導体パッド表面を選択的にエッチングするとともに前記導体パッドが残存した状態でエッチングを停止させ、前記導体パッド表面に凹凸形状を形成する工程と、前記第一の回路基板と、前記第二の回路基板とを、接続部材を介して電気的に接続する工程と、を備えることを特徴とするプリント回路基板の製造方法。

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