JP2007201200A - 高周波用プラスチック基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストが安く、高周波信号の伝送特性に優れる高周波用プラスチック基板とその製造方法を提供する。
【解決手段】高周波用プラスチック基板１は、両面及びドリルビア７ａ，７ｂの内壁面に銅メッキ９ａ，９ｂによる導電被膜が施されたコア基板５ａ，５ｂからなる電源層２及び信号層３と、接着層として作用するプリプレグ４とを備え、信号層３はプリプレグ４を介して電源層２の上面に積層され、銅メッキ９ａ，９ｂに形成された導体配線パターンは信号層３の上面から電源層２に向かって穿設されたブラインドビア８の内壁面を被覆する銅メッキ９ｃによって電気的に接続され、銅メッキ９ｃの上面はニッケル／金メッキ６によって被覆され、ドリルビア７ａの内部は電源層２の下面を被覆するソルダーレジスト１０によって充填されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波信号を伝送するプラスチック基板に係り、特に、信号伝送特性に優れるとともに、安価に製造することが可能な高周波用プラスチック基板とその製造方法に関する。

近年、電子部品を搭載するプラスチック基板には、機器の小型化・高機能化に伴って、ますます多層化及び高密度化が求められている。それに対応する技術として、メッキ又はプリントなどによって絶縁層と導体配線パターンを順次積み上げていく、いわゆるビルドアップ法がよく知られている。この方法では、一般に、全層を貫通するようにスルーホールを形成し、その内壁面に施された導電性被膜やその内部に充填された導電性樹脂等により層間の導通が取られている。
しかし、このような構造のプラスチック基板においては、各層の同一箇所に開口部が形成されるため、配線設計上の制約を受けるという課題があった。また、スルーホールの内部に充填される樹脂成分が半導体素子等の実装面に残存し、特に、高周波信号においてその伝送特性を低下させる要因となっていた。

このような課題に対処するため、いくつかの発明や考案が開示されている。例えば、特許文献１には、「多層配線回路基板およびその作製方法」という名称で、高周波化及び高密度化の要求を同時に満たすことが可能な多層配線回路基板とその製造方法に関する発明が開示されている。

以下、図４を参照しながら、特許文献１に開示された発明について説明する。
図４は従来技術に係る多層配線回路基板の分解模式図である。
図４に示すように、従来技術に係る発明である多層配線板５１は、高速配線板５２と、高密度配線板５３と、プリプレグ５４とからなり、一対の高密度配線板５３が高速配線板５２を挟んで厚さ方向にそれぞれ対称に配置され、高速配線板５２と高密度配線板５３はプリプレグ５４を介して接着された構造となっている。高速配線板５２は貫通ビア５５ａが形成された絶縁層５６ａ、高周波信号線５７及び電源層５８ａを有し、高密度配線板５３は貫通ビア５５ｂが形成された絶縁層５６ｂ、高密度信号配線５９及び電源層５８ｂを有している。なお、貫通ビア５５ａ，５５ｂの内部には導電性樹脂が充填されている。プリプレグ５４は接着性の絶縁シートであり、導電性の貫通ビア５５ｃがあらかじめ所定の位置に穿設され、貫通ビア５５ｃの内部には導電性ペーストが充填されている。そして、高周波信号線５７の断面積は、高密度信号配線５９の断面積よりも大きく設定され、絶縁層５６ａの誘電率は絶縁層５６ｂの誘電率よりも小さいことを特徴とする。
上記構造の多層配線回路基板５１においては、貫通ビア５５ａの両端及び貫通ビア５５ｂの一端が表面に露出していないため、インピーダンスのずれが抑制される。また、高速配線板５２の絶縁層５６ａは高密度配線板５３の絶縁層５６ｂよりも誘電率が小さく設定されているため、誘電損失が小さい。

また、特許文献２には「低誘電率樹脂組成物および低誘電率プリント回路用積層板」という名称で、製造コストが安く、加工性に優れるとともに、高速・高周波回路の形成に適したプリント回路用積層板に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、ジシクロペンタジニエル骨格を有するエポキシ樹脂、メンタン骨格を有するフェノール樹脂を含む低誘電率樹脂組成物による積層板用プリプレグをプリント回路用積層板の絶縁層として用いることを特徴としている。
上記構造の「プリント回路用積層板」においては、誘電率が低いため、信号の誘電損失が少ない。従って、高周波信号を高速に伝達することが可能である。

特開２００５−１１６８１１号公報 特開平７−１２６３４６号公報

しかしながら、上述の従来技術である特許文献１に開示された発明においては、貫通ビア５５ｂの内部に充填された導電性樹脂が高密度配線板５３の電子部品実装面に残存し、高周波信号の伝送特性を低下させるおそれがあるという課題があった。

また、特許文献２に開示された発明においては、高周波信号を伝達する層や電源層などの各層ごとにそれぞれの用途に応じた材料を使用できるような構成にはなっていないため、材料選択の自由度が小さく、製造コストが高くなる可能性があった。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、製造コストが安く、高周波信号の伝送特性に優れる高周波用プラスチック基板とその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である高周波用プラスチック基板は、電源層と、この電源層の片面に積層される接着層と、この接着層を介して電源層に積層される信号層とを備え、この信号層と電源層は表面に導体配線パターンが形成されたコア基板からなり、信号層は接着層を貫通するとともに一端が電源層によって閉塞される非貫通孔を有し、信号層及び電源層の導体配線パターンは非貫通孔の内壁面に形成された導電被膜を介して互いに電気的に接続されることを特徴とするものである。
このような構造の高周波用プラスチック基板においては、電源層及び信号層を貫通するように形成されるスルーホールを必要としないため、スルーホールの内部に充填される高誘電率の導電性樹脂等が信号層の表面に残存することがない。また、電源層及び信号層の導体配線パターンに不要な貫通孔が形成されることもない。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の高周波用プラスチック基板において、コア基板は、絶縁性基材と導体層を交互に一層ずつ複数積層したビルドアップ層を形成した基板であることを特徴とするものである。
このような構造の高周波用プラスチック基板においては、コア基板に形成される導体配線パターンが高密度、かつ、微細なものとなる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の高周波用プラスチック基板において、コア基板は、絶縁性基材の両面に銅箔を貼り付けて形成されることを特徴とするものである。
このような構造の高周波用プラスチック基板においては、コア基板の厚さが薄くなるとともに、コア基板が容易に形成される。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の高周波用プラスチック基板において、信号層は電源層よりも誘電率が低い材料からなることを特徴とするものである。
信号層における信号の伝送速度は信号層の誘電率の平方根に反比例し、信号の誘電損失は信号層の誘電率の平方根に比例するため、信号層に低誘電率材料を用いることによれば、信号の伝送速度が速くなるとともに、信号の誘電損失が小さくなる。しかし、一般に低誘電率材料は高価であるため、信号の伝送特性にほとんど影響を与えない電源層にまで低誘電率材料を使用すると、製品のコストアップを招いてしまう。従って、本請求項に記載の発明では、少なくとも信号層の誘電率を電源層の誘電率よりも低くする、すなわち、電源層よりも信号層を優先して誘電率の低減を図ることを特徴とするものである。このような構造の高周波用プラスチック基板によれば、信号層における信号の伝送特性を向上させつつ、製造コストを安く抑えるという作用を有する。

請求項５記載の発明である高周波用プラスチック基板の製造方法は、第１のコア基板及び第２のコア基板を形成する工程と、この第１のコア基板の両面に第１の導体配線パターンを形成して電源層とする工程と、第２のコア基板の両面に第２の導体配線パターンを形成して信号層とする工程と、電源層の片面に接着層を介して信号層を積層する工程と、信号層及び接着層を貫通するとともに電源層によって一端が閉塞される非貫通孔を穿設する工程と、この非貫通孔の内壁面及び信号層の表面に導電被膜を形成する工程とを備えたことを特徴とするものである。
このような高周波用プラスチック基板の製造方法によれば、請求項１記載の高周波用プラスチック基板の形成が容易なものとなる。

以上説明したように、本発明の請求項１に記載の高周波用プラスチック基板においては、信号の伝送特性の低下を防止することが可能である。また、配線設計上の制約を少なくすることができる。

本発明の請求項２に記載の高周波用プラスチック基板においては、電源層及び信号層の高密度化を図ることが可能である。

本発明の請求項３に記載の高周波用プラスチック基板においては、薄型化及び低価格化を図ることができる。

本発明の請求項４に記載の高周波用プラスチック基板においては、波形の歪が少ない正確な信号を高速に伝送することが可能である。

本発明の請求項５に記載の高周波用プラスチック基板の製造方法によれば、請求項１記載の高周波用プラスチック基板を容易に製造することが可能である。

以下に、本発明の最良の実施の形態に係る高周波用プラスチック基板とその製造方法の実施例について説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る高周波用プラスチック基板の構造を模式的に示す縦断面図である。
図１に示すように、本実施例の高周波用プラスチック基板１は、両面及びドリルビア７ａの内壁面に銅メッキ９ａによる導電被膜が施されたコア基板５ａからなる電源層２と、電源層２の上面に積層されるプリプレグ４と、両面及びドリルビア７ｂの内壁面に銅メッキ９ｂによる導電被膜が施されたコア基板５ｂからなるとともに、接着層として作用するプリプレグ４を介して電源層２の上面側に積層される信号層３とから構成されるものである。そして、コア基板５ａ，５ｂは両面に銅箔が貼り付けられた構造のＢＴ樹脂（ビスマイレイミドトリアジンを主成分にした樹脂）やポリイミド樹脂等からなる絶縁性基材からなり、コア基板５ｂの絶縁性基材はコア基板５ａの絶縁性基材よりも誘電率が低いことを特徴とする。
電源層２及び信号層３の両面に施された銅メッキ９ａ，９ｂには、それぞれ導体配線パターンが形成されており、信号層３とプリプレグ４には信号層３の上面から電源層２に向かってブラインドビア８が穿設されている。そして、信号層３上面の導体配線パターンを被覆するように形成される銅メッキ９ｃは、ブラインドビア８の内壁面にも形成されている。すなわち、電源層２及び信号層３にそれぞれ形成された導体配線パターンは銅メッキ９ｃによって電気的に接続されている。
また、銅メッキ９ｃの上面はニッケル／金メッキ６によって被覆され、電源層２に穿設されたドリルビア７ａの内部は電源層２の下面を被覆するソルダーレジスト１０によって充填されている。

上記構成の高周波用プラスチック基板１においては、内部にソルダーレジスト１０が充填されたドリルビア７ａが半導体素子等の実装面となる信号層３の上部まで貫通していないため、ソルダーレジスト１０が実装面に残存するおそれがない。また、信号の伝送速度は基板の誘電率の平方根に反比例し、信号の誘電損失は信号層の誘電率の平方根に比例することから、基板には誘電率の低い材料を使用することが望ましい。しかし、一般に誘電率の低い材料は高価であるため、信号の伝送特性にほとんど影響を与えないような基板にまで誘電率の低い材料を使用すると、いたずらに製造コストをアップさせてしまう。従って、本実施例の高周波用プラスチック基板１では、少なくとも電源層２よりも信号層３に優先的に誘電率の低い材料を使用することとしている。すなわち、高周波用プラスチック基板１によれば、製造コストを安く抑えつつ、信号層３における信号の伝送特性を向上させるという作用を有する。さらに、ブラインドビア８内の銅メッキ９ｃにより電源層２と信号層３の導通がとられるため、電源層２及び信号層３の導体配線パターンに不要な貫通孔によるデッドスペースが発生するおそれがない。加えて、コア基板５ａ，５ｂが薄くなるとともに、その形成も容易なものとなる。

以上説明したように、本実施例の高周波用プラスチック基板１によれば、特に高周波信号において、その伝送特性に悪影響を与える高誘電率のソルダーレジスト１０が半導体素子等の実装面に残存することがないため、高周波信号の伝送特性の低下を防ぐことができる。なお、半導体素子等の実装面に開口部を有するブラインドビア８の内部には、銅メッキ９ｃのみが充填されているため、高周波信号の伝送特性は影響を受けることがない。また、信号層３において信号の誘電損失が小さいとともに、信号の伝送速度が速いため、波形の歪の影響を受け易い高周波信号を正確に、かつ、高速に伝送することが可能である。さらに、電源層２及び信号層３の導体配線パターンにデッドスペースが発生しないため、効率の良い配線設計を行うことができる。加えて、高周波用プラスチック基板１の小型化及び低価格化を図ることが可能である。

本実施例の高周波用プラスチック基板１においては、コア基板５ａ，５ｂを絶縁性基材の両面に銅箔が貼り付けられた構造としているが、これに限定されるものではない。すなわち、コア基板５ａ，５ｂを、導体配線パターンが形成される導体層と絶縁性基材とがメッキ又はプリントなどによって交互に一層ずつ複数積み上げられた、いわゆるビルドアップ層が形成された基板としても良い。この場合、コア基板５ａ，５ｂに高密度で微細な導体配線パターンが形成されるため、電源層及び信号層の高密度化を図ることが可能である。また、本実施例では信号層３が電源層２の片面にのみ積層されているが、電源層２の両面に積層しても良い。さらに、ブラインドビア８の内部は銅メッキ９ｃのみが充填された構造となっているが、例えば、高周波信号の伝送特性に影響を与えない低誘電率の金属製ペーストをブラインドビア８の内部に充填した構造としても良い。また、信号層３に電源層２よりも誘電率の低い材料を使用しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、電源層２に信号層３と誘電率が同じ材料あるいは信号層３よりも誘電率が低い材料を用いても良い。

次に、本発明の高周波用プラスチック基板の製造方法について図２及び図３を用いて説明する。
図２（ａ）は本発明の実施の形態に係る高周波用プラスチック基板の製造方法を示す工程図であり、（ｂ）は図２（ａ）のステップＳ１０を細分化した工程図である。また、図３（ａ）乃至（ｄ）は本発明の実施の形態に係る高周波用プラスチック基板の製造工程を示す模式図である。なお、図１に示した構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
図２（ａ）に示すステップＳ１０は、電源層２及び信号層３を形成する工程であるが、その方法は電源層２と信号層３とで略同一であるため、図２（ｂ）を用いて、まず、ステップＳ１０の工程について説明する。
図２（ｂ）に示すように、ステップＳ１において、両面に銅箔（図示せず）を重ねたＢＴ樹脂等からなる絶縁性基材を加圧・加熱してコア基板５ａ，５ｂを形成する。次に、ステップＳ２のドリリング工程で、コア基板５ａ，５ｂを所定の大きさに打ち抜くとともに、コア基板５ａ，５ｂの所望の箇所にドリルビア７ａ，７ｂを穿設する（図３（ａ）参照）。
ステップＳ３の粗化処理の工程において、コア基板５ｂ上面の銅箔表面を約５μｍ程度に薄くエッチングする。そして、ステップＳ４で、ドリルビア７ａ，７ｂの底に残余した樹脂の染み出し成分を過マンガン酸カリウムなどの薬品を用いてデスミア処理する。次に、ステップＳ５において、パラジウム等の触媒を付与したコア基板５ａ，５ｂに対し、ホルマリンを還元剤とする強アルカリ浴中で無電解銅メッキを施し、さらに、この無電解銅メッキ上に電解銅メッキの被膜を形成する。これにより、コア基板５ａ，５ｂの両面及びドリルビア７ａ，７ｂの内壁面に銅メッキ９ａ，９ｂによる導電被膜が形成される。そして、ステップＳ６において、コア基板５ａ，５ｂの両面に形成された導電被膜上にフォトリソグラフィ法を用いて所定のマスクを形成した後、エッチング処理をするサブトラクティブ法によって導体配線パターンを形成する（図３（ｂ）参照）。
このようにステップＳ１０で形成された電源層２及び信号層３は、図２（ａ）に示すように、ステップＳ２０において、プリプレグ４によって接着される。すなわち、ステップＳ２０では電源層２の上面にプリプレグ４を介して信号層３を積層する。なお、プリプレグ４にはガラス布基材を含まないＢステージ状態の熱硬化性樹脂をドクターブレード法やロールコーター法を用いてフィルム状に形成したものを用いるものとする。また、積層精度を向上させるため、この工程は基準ピンを用いるピンラミネート法により行うことが望ましい。次に、ステップＳ３０で、信号層３に炭酸ガスレーザを照射して、電源層２の銅メッキ９ａに達するまで非貫通孔を穿設し、ステップＳ４０でレーザ加工面のバフ研磨を行う。その後、ステップＳ５０においてステップＳ４と同様のデスミア処理によって、この非貫通孔の底に残余した樹脂の染み出し成分を除去する。これにより、信号層３とプリプレグ４を貫通するとともに一端が電源層２によって閉塞されるブラインドビア８が形成される（図３（ｃ）参照）。
ステップＳ６０では、ステップＳ５と同様の方法により信号層３上面の導体配線パターン（図示せず）とブラインドビア８の内壁面に対して銅メッキ９ｃを施す。そして、ステップＳ７０のソルダーレジスト加工において、ソルダーレジスト１０によって電源層２の表面を被覆するとともに、ドリルビア７ａの内部を充填する（図３（ｄ）参照）。
さらに、ステップＳ８０において、銅メッキ９ｃの上面に、ニッケル／金メッキ６を施す（図１参照）。

このような高周波用プラスチック基板の製造方法によれば、電源層２及び信号層３を、それぞれの用途に応じた適切な絶縁性基材によって形成することができる。従って、高周波信号の伝送特性に優れる高周波用プラスチック基板を安価に、かつ、容易に製造することが可能である。

本実施例の高周波用プラスチック基板の製造方法においては、薬品を用いてデスミア処理を行っているが、これに限定されるものではなく、例えば、レーザ装置などで蒸散させる方法を用いても良い。また、ステップＳ６において導体配線パターンを形成する際に、サブトラクティブ法の代わりに選択メッキによるアディティブ法を用いることもできる。さらに、ステップＳ１において導体配線パターンが形成される導体層と絶縁性基材とをメッキ又はプリントなどによって交互に一層ずつ複数積み上げる方法によってコア基板５ａ，５ｂを形成するようにしても良い。加えて、ステップＳ２０で信号層３を電源層２に積層した後にステップＳ３０においてブラインドビア８を穿設しているが、この方法に限定されるものではない。例えば、信号層３とプリプレグ４に対し、予め個別に貫通孔を穿設しておき、ピンラミネート法などを用いて高精度に位置合わせして積層する方法によってブラインドビア８を形成しても良い。

以上説明したように、請求項１乃至請求項５に記載された発明は、高周波用プラスチック基板だけでなく、半導体素子等の電子部品を搭載する高周波用プラスチックパッケージに対しても適用可能である。

本発明の実施の形態に係る高周波用プラスチック基板の構造を模式的に示す縦断面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態に係る高周波用プラスチック基板の製造方法を示す工程図であり、（ｂ）は図２（ａ）のステップＳ１０を細分化した工程図である。 （ａ）乃至（ｄ）は本発明の実施の形態に係る高周波用プラスチック基板の製造工程を示す模式図である。 従来技術に係る多層配線回路基板の分解模式図である。

符号の説明

１…高周波用プラスチック基板 ２…電源層 ３…信号層 ４…プリプレグ ５ａ，５ｂ…コア基板 ６…ニッケル／金メッキ ７ａ，７ｂ…ドリルビア ８…ブラインドビア ９ａ〜９ｃ…銅メッキ １０…ソルダーレジスト ５１…多層配線板 ５２…高速配線板 ５３…高密度配線板 ５４…プリプレグ ５５ａ〜５５ｃ…貫通ビア ５６ａ，５６ｂ…絶縁層 ５７…高周波信号線 ５８ａ，５８ｂ…電源層 ５９…高密度信号配線

Claims (5)

1. 電源層と、この電源層の片面に積層される接着層と、この接着層を介して前記電源層に積層される信号層とを備え、この信号層と前記電源層は表面に導体配線パターンが形成されたコア基板からなり、前記信号層は前記接着層を貫通するとともに一端が前記電源層によって閉塞される非貫通孔を有し、前記信号層及び前記電源層の前記導体配線パターンは前記非貫通孔の内壁面に形成された導電被膜を介して互いに電気的に接続されることを特徴とする高周波用プラスチック基板。
2. 前記コア基板は、絶縁性基材と導体層を交互に一層ずつ複数積層したビルドアップ層を形成した基板であることを特徴とする請求項１記載の高周波用プラスチック基板。
3. 前記コア基板は、絶縁性基材の両面に銅箔を貼り付けて形成されることを特徴とする請求項１記載の高周波用プラスチック基板。
4. 前記信号層は前記電源層よりも誘電率が低い材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の高周波用プラスチック基板。
5. 第１のコア基板及び第２のコア基板を形成する工程と、この第１のコア基板の両面に第１の導体配線パターンを形成して電源層とする工程と、前記第２のコア基板の両面に第２の導体配線パターンを形成して信号層とする工程と、前記電源層の片面に接着層を介して前記信号層を積層する工程と、前記信号層及び前記接着層を貫通するとともに前記電源層によって一端が閉塞される非貫通孔を穿設する工程と、この非貫通孔の内壁面及び前記信号層の表面に導電被膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする高周波用プラスチック基板の製造方法。