JP2007324439A - プリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
低熱膨張で平坦性が高い、ファインパターン化に適応可能な、セラミックコアを使用する両面および多層プリント配線板の製造方法、並びにその製造方法から得られる両面および多層プリント配線板提供。
【解決手段】
熱膨張率１０×１０^−６／℃以下でビッカース硬さが４００ＨＶ１以下である実質的に気孔がないセラミックス板の両面を、平坦度１０μｍ以下に研磨し、このセラミックス板の表裏両面上に厚さばらつきが５μｍ以下である絶縁層を形成し、この絶縁層上に配線パターンを形成して基板とし、この基板をドリル穴あけ加工によりスルーホールを形成し、このスルーホール内に導電性物質を配置して、基板の表裏両面の配線パターンを電気的に接続する両面プリント配線板の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、セラミックコアを使用する両面および多層プリント配線板の製造方法、並びに該製造方法から得られる両面および多層プリント配線板に関するものである。本発明で得られる両面および多層プリント配線板は、低熱膨張で平坦性に優れ、一般に使用されているガラスエポキシ系プリント配線板と同じ装置・工法で製造可能となる特徴を有する。

プリント配線板の使用分野・使用方法・使用環境の拡大に伴い、低熱膨張で平坦性の高いプリント配線板が求められている。熱膨張については、使用する半導体部品の熱膨張率に近づけることが求められ、プリント配線板の熱膨張率を少なくとも１０×１０^−６／℃以下にする必要がある。また平坦度については、ファインパターン化に適応させるため、１０μｍ以下にすることが求められている。一般に使用されているガラスエポキシ系プリント配線板は、熱膨張率が１５×１０^−６／℃程度と大きく、平坦性が低いという欠点を有している。一方、セラミックスを用いて熱膨張率を小さくする技術も知られている。セラミックスのグリーンシートにスルーホールを形成後、導電ペーストを印刷して焼成と同時に焼付ける方法が知られているが、このプリント配線板は導体としてタングステンやモリブデン等の特殊な金属を使用しなければならず、また、焼成の際に収縮を伴うことから穴位置精度やパターン位置精度が低く、反りが発生しやすく、大型のものを作りにくいという欠点を有している。

この焼成の際の収縮を解決するために、焼成したセラミックスに導電性ペーストを印刷して焼付ける方法、焼成したセラミックスにメッキ、蒸着、スパッタ等で金属膜を付ける方法、焼成したセラミックスに絶縁性接着層を介して金属箔を貼り付ける方法（例えば特許文献１参照）が知られているが、これらの方法では、穴加工が極めて困難で、できたとしても非常に高価なものになってしまうという欠点を有している。この、穴加工の困難さを解決するために、多孔質セラミックスにガラスクロスを積層して樹脂を含浸して銅箔を貼り合せ、配線パターンを形成する方法（例えば特許文献２参照）や、多孔質セラミックスに樹脂を含浸したものに接着フィルムで金属箔を貼り合わせ、配線パターンを形成する方法（例えば特許文献３参照）などが提案されている。これらの方法は、多孔質体を使用しているため閉気孔を皆無にすることが難しく、かつ１００％開気孔に樹脂を含浸させることも難しく、未充填気孔が残存するため、スルーホール加工を行った際に、これらの気孔が穴壁に露出し、メッキ液等が気孔内に残存する問題があり、長期信頼性に不安があるという欠点を有している。

特開昭５５−１３３５９７号公報 特開平３−２８６５９２号公報 特開２００３−１９８１３４号公報

本発明の目的は、従来技術における上記したような課題を解決する、低熱膨張で平坦性が高い、ファインパターン化に適応可能な、セラミックコアを使用する両面および多層プリント配線板の製造方法、並びにその製造方法から得られる両面および多層プリント配線板を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決する手段について鋭意検討した結果、第1にセラミックス板の熱膨張率１０×１０^−６／℃以下にすることにより、その表面に絶縁層を介して配線パターンを複数層形成しても、基板の熱膨張率はセラミックス板とほとんど変わらないこと、第２にセラミックス板のビッカース硬さを４００ＨＶ１以下にすることにより、超硬合金ドリルで位置精度よく穴あけ加工が可能であること、第３にセラミックス板の両面の平坦度をそれぞれ１０μｍ以下にして、絶縁層の厚さばらつきを５μｍ以下にすることにより、基板表面の平坦度もセラミックス板とほとんど変わらないことを見出し、本発明に到達した。すなわち請求項１の発明に係わる両面プリント配線板の製造方法は、熱膨張率１０×１０^−６／℃以下でビッカース硬さが４００ＨＶ１以下である実質的に気孔がないセラミックス板の両面を、平坦度１０μｍ以下に研磨し、このセラミックス板の表裏両面上に厚さばらつきが５μｍ以下である絶縁層を形成し、この絶縁層上に配線パターンを形成して基板とし、この基板をドリル穴あけ加工によりスルーホールを形成し、このスルーホール内に導電性物質を配置して、基板の表裏両面の配線パターンを電気的に接続するものである。

請求項２の発明に係わる多層プリント配線板の製造方法は、請求項１記載の製造方法で得られる両面プリント配線板の表面に、１）厚さばらつきが５μｍ以下の絶縁層を形成し、２）この絶縁層上に配線パターンを形成し、３）この絶縁層にビアホールを形成し、４）このビアホール内に導電性物質を配置して、絶縁層上と絶縁層下の配線パターンを電気的に接続する、１）〜４）の工程を少なくとも１回経てなるものであり、請求項３の発明に係わる両面プリント配線板または多層プリント配線板の製造方法は、平坦度１０μｍ以下に研磨したセラミックス板の厚さが、３〜８ｍｍであるものであり、請求項４の発明に係わる両面プリント配線板は、請求項1または３記載の両面プリント配線板の製造方法から得られるものであり、請求項５の発明に係わる多層プリント配線板は、請求項２または３記載の多層プリント配線板の製造方法から得られるものである。

本発明によれば、ファインパターン化に適応するプリント配線板の必要条件である、熱膨張率が１０×１０^−６／℃以下で、平坦度が１０μｍ以下の両面または多層プリント配線板を、特別な工程を必要とせず、一般に使用されているガラスエポキシ系プリント配線板と同じ装置・工法で製造することが可能となる。これにより、スルーホールやパターンの位置精度の高い、高密度対応のプリント配線板が得られた。

本発明で使用するセラミックスは、熱膨張率が１０×１０^−６／℃以下で、ビッカース硬さが４００ＨＶ１以下であるセラミックスであれば、特に限定されない。これらのセラミックスとしては、上記の熱膨張率とビッカース硬度を満足する、窒化ホウ素セラミックス、フッ素金雲母系ガラスセラミックス、窒化ホウ素を添加した窒化アルミニウムセラミックス等が挙げられる。熱膨張率については、特にプリント配線板での熱膨張率をシリコンウェーハに近付けたいときには５×１０^−６／℃以下であるのものが好ましい。また、本発明では通常の超硬合金製ドリルで穴あけ加工できることが重要であるため、ビッカース硬さが４００ＨＶ１以下のセラミックスである必要がある。４００ＨＶ１より大きいと、超硬合金製ドリルで穴あけが不可能であったり、多数穴加工したところでドリルが磨耗してしまったり、折れてしまったりする。また、実質的に気孔がないセラミックスを使用する必要がある。気孔があると、スルーホール加工を行ったときに、これらの気孔が穴壁に露出してしまい、メッキ液等が気孔内に残存し、長期信頼性に不安があり、本発明の目的とは合致しない。

本発明で使用するセラミックス板は、上記のセラミックスを使用した板状のものであり、その表裏両面を、平坦度１０μｍ以下に研磨して使用される。平坦度が１０μｍより大きいと、プリント配線板の表層の平坦度を１０μｍ以下にすることが難しくなる。平坦度とは、基準平面から表面までの距離の最大値と最小値の差で、基準平面はその差が最小になるように選択したものである。研磨する方法としては、公知の研削やラップ研磨等が挙げられる。その際、表層に形成する絶縁層との接着力を向上させるため、セラミックス板の表面粗さはＲａ＝１μｍ程度に少し荒らしておくのがよい。平坦度１０μｍ以下に研磨した後のセラミックス板の厚みは０．５〜１０ｍｍであり、好ましくは３〜８ｍｍである。

次に、研磨したセラミックス板の表裏両面に絶縁層を介して配線パターンを形成し、両面の配線パターン同士をスルーホール内の導電性物質によって電気的に接続する。配線パターン形成は、サブトラクティブ法、アディティブ法のどちらでも可能であるが、通常、サブトラクティブ法で行なう。以下、サブトラクティブ法に従って説明するが、本願発明は、これに限定されるものではない。

まず、研磨したセラミックス板の表裏両面に絶縁層を介して金属箔を積層する。本発明で使用する絶縁層を形成する樹脂としては、プリント配線板材料に適用されているエポキシ樹脂やシアネート樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリイミド、全芳香族ポリエステル等の熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの樹脂に適量の非導電性のフィラーを添加してもよい。絶縁層の厚みは、５〜３００μｍであり、好ましくは１０〜１００μｍである。

本発明で使用する金属箔としては、プリント配線板材料に適用されている銅やアルミニウムが用いられる。通常は、１２〜３５μｍの銅箔が用いられるが、よりファインパターンが要求される場合には３〜１０μｍの極薄銅箔が用いられることもある。

本発明において絶縁層を介してセラミックス板と金属箔を積層する方法としては、適量の溶媒に溶かした樹脂溶液を調製し、セラミックス板に塗布して乾燥後に金属箔を積層して加熱プレスする方法や、金属箔に塗布して乾燥して樹脂付き金属箔とした後にセラミックス板に積層して加熱プレスする方法、樹脂を押し出し法やキャスティング法で製膜して接着フィルムとした後に、この接着フィルムと金属箔をセラミックス板に積層して加熱プレスする方法などがある。ここで、絶縁層は、厚さばらつきを５μｍ以下にすることが重要である。厚さばらつきが５μｍより大きいと、プリント配線板での表層の平坦度を１０μm以下にすることが困難となる。厚さばらつきとは、絶縁層の最大厚さと最小厚さの差を言う。絶縁層の厚さばらつきを５μｍ以下にするためには、厚さばらつきが数μｍ以下である樹脂付き金属箔や接着フィルムを用いて、セラミックス板と積層して加熱プレスする方法が好ましい。

上記の積層、加熱プレス条件としては、通常のプリント配線板用積層板および多層板の手法が適用できる。具体的には、絶縁層に使用する樹脂の種類により異なるが、例えば、真空プレス、オートクレーブ成形機などを使用し、温度１５０〜２５０℃、圧力１．０〜２．０ＭＰａ、加熱時間は０.０５〜５時間の範囲が一般的である。

以上の工程を経て作製したセラミックス板をコアとした金属箔張積層板は、通常のガラスエポキシ系プリント配線板と同じ工法・同じ装置で配線パターンを形成することができる。具体的には、まず、スルーホールをドリル加工で形成する。ドリルは超硬合金製のもので十分加工できるが、耐摩耗性を向上させる目的でダイヤモンドをコーティングしたドリルを用いても良い。

次に両面の金属箔をスルーホール内の導電性物質によって接続する。接続する方法としては、スルーホールメッキで接続する方法、スルーホール内に導電性ペーストを埋め込んで接続する方法がある。スルーホールメッキは、一般的な方法で行なうことができる。通常、無電解メッキ後、電解メッキを行なう。スルーホールメッキ後は、スルーホールを樹脂埋めするのが望ましい。これは、長期信頼性や表層の平坦性を保つためである。埋め込む樹脂としては、低熱膨張の熱硬化性樹脂が用いられる。本願発明で得られるプリント配線板では、スルーホールのアスペクト比が高いため、樹脂を真空で引きながら埋め込むのが望ましい。埋め込んだ樹脂は熱処理を行なって硬化される。導電性ペーストとしては、熱硬化性樹脂に銀や銅の微粒子を分散させたものが用いられる。この場合も、導電性ペーストを真空で引きながら埋め込むのが望ましい。埋め込んだ導電性ペーストは熱処理を行なって硬化される。

次にエッチングを行なって配線パターンを形成する。パターン形成は、パネルメッキ法、パターンメッキ法等の通常の方法で行なうことができる。このようにして低熱膨張で平坦性が高く、スルーホールやパターン位置精度が高い両面プリント配線板を作製することができる。

さらに多層プリント配線板を作製する場合には、上記のようにして作製した両面プリント配線板をコア基板として、ビルドアップ方式で行なう。ビルドアップは、コア基板の配線パターン上に、厚さばらつきが５μｍ以下でビアホールを有する絶縁層を介して複数層の配線パターンを形成し、各層の配線パターン同士をビアホール内の導電性物質によって電気的に接続して行なう。

具体的には、まず、コア基板の表裏両面に絶縁層を介して金属箔を積層する。積層する金属箔や樹脂、積層方法は、前記の両面プリント配線板を作製するときと同じ方法で行なうことができる。ここでも、絶縁層は、厚さばらつきを５μｍ以下にすることが重要である。５μｍより大きいと、多層プリント配線板の表層の平坦度を１０μｍ程度以下にすることが困難となる。

次に、配線の層間を電気的に接続するためのビアホールを形成する。ビアホールは、通常、レーザー加工で行なう。レーザーはＵＶ−ＹＡＧレーザーやＣＯ_２レーザー等が用いられる。

次に、配線の層間をビアホール内の導電性物質によって接続する。接続する方法としては、メッキで接続する方法、ビアホール内に導電性ペーストを埋め込んで接続する方法がある。メッキは、一般的な方法で行なうことができる。通常、無電解メッキ後、電解メッキを行なう。導電性ペーストとしては、熱硬化性樹脂に銀や銅の微粒子を分散させたものが用いられる。埋め込んだ導電性ペーストは熱処理を行なって硬化される。

次にエッチングを行なって配線パターンを形成する。パネルメッキ法、パターンメッキ法等の通常の方法で作製できる。

以上に記載した金属箔を積層する工程、ビアホールを形成する工程、配線の層間をビアホール内の導電性物質によって接続する工程を必要回数繰り返すことで、低熱膨張で平坦性が高く、スルーホールやパターン位置精度が高い多層プリント配線板を作製することができる。

（実施例１）
セラミックス板として、熱膨張率３．７×１０^−６／℃、ビッカース硬さ３９０ＨＶ１の窒化アルミニウム−窒化ホウ素焼結体（商品名：シェイパルＭソフト、窒化アルミニウム７４％−窒化ホウ素２６％、トクヤマ製）の厚み６．５ｍｍの板（寸法２００×２７０ｍｍ）を使用し、厚さ５．７ｍｍまでラップ研磨した。（この際のセラミックス板の平坦度は、表側が９μｍ、裏側が６μｍであった。）このセラミックス板の両面に、樹脂付き銅箔（商品名：ＣＲＳ６０１、銅箔厚さ１２μｍ、樹脂厚み５５μｍ、厚さばらつき１μｍ、三菱ガス化学製）を積層し、真空中、２００℃、１．５ＭＰａで、１００分間、加熱プレスして、厚さ約５．８ｍｍの銅張積層板を作製した。（この時の絶縁層厚さばらつきは３μｍであった。）次に、この銅張積層板の所定の位置に、超硬合金ドリルを用いて０．６ｍｍφのスルーホールを約４，０００穴形成した（この際ドリルの著しい磨耗や折損は見られなかった。）後、このスルーホールに無電解銅メッキ、電解銅メッキにより導通層を形成した。（この時の銅メッキ厚みは１５〜２０μｍであった。）次に、導電性ペースト（商品名：ＡＥ１１２５Ｖ２、バインダー：エポキシ樹脂、フィラー：銅粉、タツタシステムエレクトロニクス製）を使用し、真空スクリーン印刷法にて、スルーホールの埋め込みを行った後、銅張積層板を１８０℃で加熱し、導電性ペーストを硬化させた。次いで、この銅張積層板の両面にフォトレジストを塗布し、露光、現像を行った後、エッチングを行い、最小配線幅１００μｍ、最小配線間隔１００μｍのパターンを形成して、外形加工を行って寸法１２５×２００ｍｍの厚さ約５．８ｍｍの両面プリント配線板を得た。このプリント配線板の表層の熱膨張率は３．５×１０^−６／℃で、平坦度は表側８μｍ、裏側６μｍであり、低熱膨張で平坦性が高いプリント配線板が得られた。

（実施例２）
実施例１で得られたプリント配線板（外形加工前、表層の熱膨張率：３．５×１０^−６／℃、表側平坦度８μｍ、裏側平坦度６μｍ）の両面に樹脂付き銅箔（商品名：ＣＲＳ６０１）を積層し、真空中、２００℃、１．５ＭＰａで、１００分間、加熱プレスして厚さ約６．０ｍｍの４層板を作製した。（この時の絶縁層厚さばらつきは２μｍであった。）次に、得られた４層板の外層銅箔を５μｍの厚さまでエッチングし、ＵＶ−ＹＡＧレーザーを用いて内層パターンまで１００μｍφのビアホールを約１４，０００穴（表側８，０００穴、裏側６，０００穴）形成した後、４層板の内層パターンまで加工したビアホールに、無電解銅メッキ、電解銅メッキにより導通層を形成した。（この時の銅メッキ厚みは１５〜２０μｍであった。）次に、この４層板の両面にフォトレジストを塗布し、露光、現像を行った後、エッチングを行い、最小配線幅１００μｍ、最小配線間隔１００μｍのパターン形成を行い、外形加工を行って寸法１２５×２００ｍｍ、厚さ約６．０ｍｍの４層プリント配線板を得た。このプリント配線板の表層の熱膨張率は３．７×１０^−６／℃で、平坦度は表側８μｍ、裏側８μｍであり、低熱膨張で平坦性が高いプリント配線板が得られた。

（実施例３）
実施例１において、セラミックス板として、熱膨張率９．１×１０^−６／℃、ビッカース硬さ２２０ＨＶ１のフッ素金雲母系ガラスセラミックス（商品名：ホトベール、住金セラミックス・アンド・クオーツ製）板を使用し、研磨後のセラミックス板の平坦度を、表側５μｍ、裏側５μｍとした以外は、実施例１と同様に行い、厚さ約５．８ｍｍの銅張積層板を作製し（この時の絶縁層厚さばらつきは３μｍであった。）、次に、この銅張積層板使用し、厚さ約５．８ｍｍの両面プリント配線板を作製した。このプリント配線板の表層の熱膨張率は８．９×１０^−６／℃で、平坦度は表側７μｍ、裏側６μｍであり、低熱膨張で平坦性が高いプリント配線板が得られた。

（実施例４）
実施例２において、使用するプリント配線板を実施例３のプリント配線板（外形加工前、熱膨張率８．９×１０^−６／℃、表側平坦度７μｍ、裏側平坦度６μｍ）を用いる以外は、実施例２と同様に行い、厚さ約６．０ｍｍの４層板を作製し（この時の絶縁層厚さばらつきは３μｍであった。）、次に、この４層板を使用し、厚さ約６．０ｍｍの４層プリント配線板を作製した。このプリント配線板の表層の熱膨張率は９．２×１０^−６／℃で、平坦度は表側６μｍ、裏側６μｍであり、低熱膨張で平坦性が高いプリント配線板が得られた。

（比較例１）
実施例１において、セラミックス板として、熱膨張率１１．２×１０^−６／℃のフッ素金雲母系ガラスセラミックス板（商品名：マセライト、三井金属マテリアル製）を用いる以外は、実施例１と同様に行い、厚さ約５．８ｍｍの両面プリント配線板を作製した。このプリント配線板の表層の熱膨張率は１１．０×１０^−６／℃であり、熱膨張率が大きかった。

（比較例２）
実施例１において、セラミックス板として、ビッカース硬さ４６０ＨＶ１のワラストナイト−スポジューメン系セラミックス（商品名：アドセラム、太平洋セメント製）を用いる以外は、実施例１と同様に行い、厚さ約５．８ｍｍの銅張積層板を得た。この銅張積層板の所定の位置に、超硬合金ドリルを用いて０．６ｍｍφのスルーホール加工を試みたが、ドリルが折損し、スルーホール形成ができなかった。

（比較例３）
実施例１において、セラミックス板（平坦度が、表側２０μｍ、裏側２８μｍ）のラップ研磨を行わない以外は、実施例１と同様に行い、厚さ約５．８ｍｍの両面プリント配線板を作製した。このプリント配線板の平坦度は、表側１９μｍ、裏側２８μｍであり、平坦性が劣っていた。

（比較例４）
実施例１において、樹脂付き銅箔の代わりに、熱硬化性ポリイミド（商品名：ＵＰＡ−ＡＨ、宇部興産製）を使用し、セラミックス板にバーコーターを用いて両面に約５０μｍ厚づつ塗布し、厚み１２μｍの銅箔を両面に配して積層し熱プレスして厚さ約５．８ｍｍの銅張積層板を作製し（この際の絶縁層ばらつきは２１μｍであった。）、この銅張積層板を使用して、実施例１と同様に行い、厚さ約５．８ｍｍの両面プリント配線板を作製した。このプリント配線板の平坦度は、表側２３μｍ、裏側２０μｍであり、平坦性が劣っていた。

（測定方法）
１）平坦度：セラミック板またはプリント配線板を使用し、基準平面からセラミック板またはプリント配線板の表面までの距離を、３次元座標測定器を用いて、１２１点測定したときの最大値と最小値の差。
２）絶縁層厚さばらつき：厚み測定器を用いて、セラミック板またはプリント配線板の厚み（ｔ）を９点測定し、その測定点と同位置で銅張積層板または４層板の厚み（Ｔ）を測定し、（Ｔ−ｔ）／２＝絶縁層としたときの最大値と最小値の差。
３）熱膨張率：プリント配線板に基準点を５ヶ所（中心と四隅）マークし、座標測定機を用いて、中心点と四隅の点の距離を２５℃と１２０℃で測定し、２５℃の値を基準に１２０℃での膨張率を、４点の平均値により求めた。

Claims (5)

1. 熱膨張率１０×１０^−６／℃以下でビッカース硬さが４００ＨＶ１以下である実質的に気孔がないセラミックス板の両面を、平坦度１０μｍ以下に研磨し、このセラミックス板の表裏両面上に厚さばらつきが５μｍ以下である絶縁層を形成し、この絶縁層上に配線パターンを形成して基板とし、この基板をドリル穴あけ加工によりスルーホールを形成し、このスルーホール内に導電性物質を配置して、基板の表裏両面の配線パターンを電気的に接続する両面プリント配線板の製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法で得られる両面プリント配線板の表面に、１）厚さばらつきが５μｍ以下の絶縁層を形成し、２）この絶縁層上に配線パターンを形成し、３）この絶縁層にビアホールを形成し、４）このビアホール内に導電性物質を配置して、絶縁層上と絶縁層下の配線パターンとを電気的に接続する、１）〜４）の工程を少なくとも１回経てなる多層プリント配線板の製造方法。
3. 平坦度１０μｍ以下に研磨したセラミックス板の厚さが、０．５〜１０ｍｍである請求項１または２記載の両面プリント配線板または多層プリント配線板の製造方法。
4. 請求項１または３記載の両面プリント配線板の製造方法から得られる両面プリント配線板。
5. 請求項２または３記載の多層プリント配線板の製造方法から得られる多層プリント配線板。