JP2007188985A - 回路基板、回路基板の製造方法および回路板 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度化対応への問題を解決するためのもので、短納期への対応を可能とした電気的接続信頼性の高い高密度実装を可能とする回路基板、回路基板の製造方法および回路板を提供すること。
【解決手段】基材２１と、基材２１の一方の面側に第一の金属層２２と、基材２１の他方の面側に第二の金属層２７と、第二の金属層２７と基材２１が選択的に除去され、第一の金属層２２に達し金属で埋められた孔２３とが配置された構成を有することを特徴とする回路基板である。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器の部品として用いられる、回路基板、回路基板の製造方法および回路板に関するものである。

近年の電子機器の高密度化に伴い、これに用いられるプリント配線板のファイン化が進んでおり、その素材も高密度なものが必要とされ、用途も拡大されている。従来のプリント配線板の素材である回路基板は、両面板の場合、上下間の銅箔とそれらの間は絶縁層から構成されている。

一般に層間の接続は両面回路基板にドリル、レーザーでスルーホールまたはビアホールを形成したあと、めっきを施して導通を取るが、このめっき分だけ銅箔層が厚くなりファインな回路パターンが作製できなくなるという問題がある。またスルーホールにより空けた孔上には回路を設けることができず、回路の設計上制約が多くなる。またスルーホール部が多くなればなるほどスルーホール周囲に必要なランドの面積も増えるため、部品の実装、配線パターンへは致命的となり、回路密度を上げることができない。

この問題を解決すべく新しい層間接続技術として、銅箔層を有した片面板に、エッチングでφ１００μｍ程度のバンプを形成した後、貼り合せる銅箔層を有する片面板の絶縁材側から熱圧接する。バンプがそのまま絶縁層を突き破る形で貫通するとともに、接合境界面の銅活性面を露出させ、銅と銅の金属接合を形成して両面板を作ることにある（例えば特許文献１）。

これは、特別な工程がなくシンプルなプロセスではあるが、バンプと銅箔との間に絶縁層の噛み込みがあり接合としては信頼性が低く、突き当てのみでは酸化皮膜の影響により、銅と銅の安定した金属接合、接続信頼性が十分とは言えない問題があった。
特開平１３−３２６４５９号公報

本発明は、高密度化対応への問題を解決するためのもので、その目的とするところは、短納期への対応を可能とした電気的接続信頼性の高い高密度実装を可能とする回路基板、回路基板の製造方法および回路板を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（５）に記載の本発明により達成される。
（１）基材と、前記基材の一方の面側に第一の金属層と、前記基材の他方の面側に第二の金属層と、前記第二の金属層と前記基材が選択的に除去され、前記第一の金属層に達し金属で埋められた孔とが配置された構成を有することを特徴とする回路基板。
（２） 前記基材と、前記第二の金属層とは、フラックス機能を有する接着剤を介して積層されている上記（１）に記載の回路基板。
（３）前記孔は、グリッド状に配置されている上記（１）または（２）に記載の回路基板
（４）上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の回路基板を加工して得られた回路板。
（５）基材と、前記基材の一方の面側に設けられた第一の金属層と、前記基材の他方の面側に設けられた第二の金属層とを含む基板を形成する工程と、

前記第一の金属層および前記基材を選択的に除去し前記第二の金属層に達する孔を形成する工程と、 電解めっき法を用い、前記孔内において前記第二の金属層の表面に金属を析出させるとともに該金属を前記第一の金属層と接触させるまでめっき成長させ、前記孔の内部を前記金属で埋める工程と、を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。

本発明によれば、電気的接続信頼性の高い高密度実装を可能とする両面回路基板を得ることができる。具体的には、金属で埋められた孔をあらかじめグリッド状に配置した両面回路基板を提供することで、スルーホール作製工程を省略することができ、短納期への対応を可能とし、かつ接続信頼性が高く、高密度化への対応が可能な両面回路基板を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明によって得られる両面回路基板の立体図であり、図２に本実施形態に係る両面回路基板の製造方法と、概略工程断面図を示す。

本発明における一実施形態について、両面回路基板を用いて説明する。両面回路基板の製造方法として、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂を硬化させた絶縁材で構成される基材２１の片面に銅箔２２が付いた片面積層板２０を準備する（図２（ａ））。この際、基材２１と銅箔２２との間には、導体接続の妨げとなるスミアの発生を防ぐため、基材２１と銅箔２２を貼りあわせるための接着剤層は存在しない方が好ましいが、接着剤を使い貼り合わせたものでもよい。次いで、基材２１側の面から、銅箔２２が露出するまで、基材開口部２３を形成する（図２（ｂ））。

この際、レーザー法を用いると開口部は容易に形成することができ、かつ小径もあけることができる。さらに、過マンガン酸カリウム水溶液によるウェットデスミア又はプラズマによるドライデスミアなどの方法により、基材開口部２３内に残存している樹脂を除去すると層間接続の信頼性が向上し好ましい。

このときに、基材開口部２３は任意に配置できるが、好ましくは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下のピッチでグリッド状に配置する。５ｍｍ未満のピッチで配置すると金属ポストの数が多くなり回路を形成する際の制約が多くなり作業性が悪化する。また、２０ｍｍ以上のピッチで配置すると金属ポストの数が少なくなり高密度実装に不向きとなる。

この基材開口部２３内に金属ポスト２４５が基材２１の面から突出するまで形成する（図２（ｄ））。金属ポスト２４５の形成方法としてはメッキ法で、銅ポスト２４を形成後（図２（ｃ））、金属被覆層２５として半田を被覆する（図２（ｄ））方法が挙げられる。半田としては錫、鉛、銀、亜鉛、ビスマス、アンチモン、銅等から選ばれた少なくとも２種類以上の金属で構成されるものである。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、錫−銀−ビスマス系、錫−銅系等があるが、半田の金属組合せや組成に限定されず、最適なものを選択すればよい。銅ポスト２４の高さは基材２１の表面から高さが２μｍ以上５０μｍ以下であり、好ましくは５μｍ以上２５μｍ以下である。また、金属被覆層２５の厚みとしては３μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは５μｍ以上２５μｍ以下である。

次に、基材２１の金属ポスト２４５が突出した面にフラックス機能付き接着剤層２６を形成するが、このフラックス機能付き接着剤は金属ポスト２４５と接続される銅箔２７に形成しても差し支えない。この場合、銅箔２７（図２（ｆ））の酸化防止効果が得られる。このフラックス機能付き接着剤層は印刷法により基材２１に塗布する方法などがあるが、シート状になった接着剤を基材２１にラミネートする方法が簡便である。

本発明に用いるフラックス機能付き接着剤は、金属表面の清浄化機能、例えば、金属表面に存在する酸化膜の除去機能や、酸化膜の還元機能を有した接着剤であり、第１の好ましい接着剤の構成としては、フェノール性水酸基を有するフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、アルキルフェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、ポリビニルフェノール樹脂などの樹脂（Ａ）と、前記樹脂の硬化剤（Ｂ）を含むものである。硬化剤としては、ビスフェノール系、フェノールノボラック系、アルキルフェノールノボラック系、ビフェノール系、ナフトール系、レゾルシノール系などのフェノールベースや、脂肪族、環状脂肪族や不飽和脂肪族などの骨格をベースとしてエポキシ化されたエポキシ樹脂やイソシアネート化合物が挙げられる。

フェノール性水酸基を有する樹脂の配合量は、全接着剤中２０重量％以上〜８０重量％以下が好ましく、２０重量％未満だと金属表面を清浄化する作用が低下し、８０重量％を越えると十分な硬化物を得られず、その結果として接合強度と信頼性が低下するおそれがあり好ましくない。一方、硬化剤として作用する樹脂或いは化合物は、全接着剤中２０重量％以上〜８０重量％以下が好ましい。接着剤には、必要に応じて着色剤、無機充填材、各種のカップリング剤、溶媒などを添加してもよい。

第２の好ましい接着剤の構成としては、ビスフェノール系、フェノールノボラック系、アルキルフェノールノボラック系、ビフェノール系、ナフトール系、レゾルシノール系などのフェノールベースや、脂肪族、環状脂肪族や不飽和脂肪族などの骨格をベースとしてエポキシ化されたエポキシ樹脂（Ｃ）と、イミダゾール環を有し、かつ前記エポキシ樹脂の硬化剤（Ｄ）と、硬化性酸化防止剤（Ｅ）を含むものである。イミダゾール環を有する硬化剤としては、イミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、ビス（２−エチル−４−メチル−イミダゾール）などが挙げられる。硬化性酸化防止剤は、酸化防止剤として作用し、かつ硬化剤と反応して硬化できる化合物であり、ベンジリデン構造を有する化合物や３−ヒドロキシ−２−ナフトイック酸、パモイック酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、２，５−ジヒドロキシ安息香酸などが挙げられる。

エポキシ樹脂の配合量は、全接着剤中３０重量％以上〜９９重量％以下が好ましく、３０重量未満だと十分な硬化物が得られないおそれがあり好ましくない。

上記２成分以外に、シアネート樹脂、アクリル酸樹脂、メタクリル酸樹脂、マレイミド樹脂などの熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を配合してもよい。又、必要に応じて着色剤、無機充填材、各種のカップリング剤、溶媒などを添加してもよい。

イミダゾール環を有し、かつ前記エポキシ樹脂の硬化剤と前記硬化性酸化防止剤となるものの配合量としては、全接着剤中両者を併せ１重量％以上〜２０重量％以下が好ましく、１重量％未満だと金属表面を清浄化する作用が低下し、エポキシ樹脂を十分に硬化させないおそれがあり好ましくない。１０重量％を越えると硬化反応が急激に進行し、接着剤層の流動性が劣るおそれがあり好ましくない。また、前記エポキシの硬化剤と前記硬化性酸化防止剤は両方を併用するまたは、片側の成分のみを単独で配合し使用することもできる。

接着剤の調整方法は、例えば固形のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）と、固形の硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）を溶媒に溶解して調整する方法、固形のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）を液状の硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）に溶解して調整する方法、固形の硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）を液状のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ｂ）に溶解して調整する方法、又固形のエポキシ樹脂（Ｃ）を溶媒に溶解した溶液に、イミダゾール環を有し、かつエポキシ樹脂の硬化剤として作用する化合物（Ｄ）と硬化性酸化防止剤（Ｅ）を分散もしくは溶解する方法などが挙げられる。使用する溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサン、トルエン、ブチルセルソブル、エチルセロソブル、Ｎ−メチルピロリドン、γ−ブチルラクトンなどが挙げられる。好ましくは沸点が２００℃以下の溶媒である。

次いで、銅箔２７を積層し、０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下好ましくは、０．０５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の加圧とフラックス機能付き接着剤が軟化し、かつ金属被覆層２５の融点以上の温度においてプレスすることにより、フラックス機能付き接着剤層２６を活性化させることで、半田接合又は金属接合し、同時に半田フィレット又は金属フィレットを形成する（図２（ｆ））。

最後に、フラックス機能付き接着剤２６を硬化させるため、接着剤が硬化反応を開始する温度以上、金属被覆層２５が熔融しない温度においてオーブン又は、真空乾燥機にて加熱し、フラックス機能付接着剤を硬化させる。

本発明によって得られる両面回路基板の立体図である。 本発明の両面回路基板とその製造方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１０ 両面回路基板
１１ 金属ポスト
１２ 金属ポスト配置位置
２０ 片面積層板
２１ 基材
２２ 銅箔
２３ 基材開口部
２４ 銅ポスト
２５ 金属被覆層
２４５ 金属ポスト
２６ フラックス機能付き接着剤
２７ 銅箔
２８ 金属フィレット

Claims (5)

1. 基材と、
   前記基材の一方の面側に第一の金属層と、
   前記基材の他方の面側に第二の金属層と、
   前記第二の金属層と前記基材が選択的に除去され、前記第一の金属層に達し金属で埋められた孔とが配置された構成を有することを特徴とする回路基板。
2. 前記基材と、前記第二の金属層とは、フラックス機能を有する接着剤を介して積層されている請求項１に記載の回路基板。
3. 前記孔は、グリッド状に配置されている請求項１または２に記載の回路基板
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の回路基板を加工して得られた回路板。
5. 
   基材と、前記基材の一方の面側に設けられた第一の金属層と、前記基材の他方の面側に設けられた第二の金属層とを含む基板を形成する工程と、
   前記第一の金属層および前記基材を選択的に除去し前記第二の金属層に達する孔を形成する工程と、
   電解めっき法を用い、前記孔内において前記第二の金属層の表面に金属を析出させるとともに該金属を前記第一の金属層と接触させるまでめっき成長させ、前記孔の内部を前記金属で埋める工程と、を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。
   
   
   
   
   
   
   
   

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