JP2008235561A - 多層フレキシブルプリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】両面基板を出発材とすることにより、工程を削減し、基板の総厚を薄くし、かつ
歩留まりが良く、接続信頼性も高い導電性ペーストを使用した多層基板の製造方法の提供。
【解決手段】両面に回路を有する両面基板の両面上に外層基板を積層する多層フレキシブ
ルプリント配線板の製造方法であって、層間導通孔を有する両面基板を用い、該導通孔に
外層基板の導電性ペーストを挿入して層間導通させ、積層することを特徴とする多層フレ
キシブルプリント配線板の製造方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、多層プリント配線板用基材を用いた多層プリント配線板の製造方法に関するものであり、特に基材に設けられた貫通孔あるいはビアホール内に導電性ペーストを充填することにより層間導通を得る構造を有する多層プリント配線板の製造方法に関するものである。

多層プリント配線板において層間導通を得る方法としては、基材に貫通孔を開けてめっきにより導通を取る方法がある。しかし工程が複雑であることや、導体厚が厚くなることにより基板の総厚が増えること、配線の高密度化が不利であるといった問題があった。

近年、メッキに代わる層間導通方法として導電性ペーストを使用した多層基板が提案されている。例えば松下電器産業株式会社のALIVH(Any Layer Interstitial Via Hole)、株式会社東芝のB²it(Buried Bump Interconnection Technology)といった商標として出されていることが知られている。図４を参照してALIVHによる導電性多層配線基板の製造方法について説明する。ALIVHでは基材１７を出発材料とし、両面に印刷用マスクフィルム１８、１９を貼り付けた状態で貫通孔２０を開け（図４−a）、印刷法によって貫通孔２０に導電性ペースト２１を充填して印刷用マスクフィルム１８、１９を剥離する（図４−b、c）。そして基材の表裏に銅箔２２、２３（図４−d）を圧着し、エッチングにより回路パターンを形成したものを貼り合わせて多層配線基板を得るというものである。また特許文献１〜３では出発材料がプリプレグのような硬質の基材やFPCの片面CCLに制限されている（特許文献１〜３）。
特開2005-111660号公報 特開平07-147464号公報 特開平06-252551号公報

しかしながら、これらを出発材料とした場合、ペーストの充填後銅箔を貼り付けなければならないため工数が増えることや、層数が増えて基板の厚みが増してしまうといった問題があり、両面基板を出発部材とした製造方法が求められている。

特開２００４−５５７７７号公報記載の技術は、両面基板を出発材料としたものである（図５）。これは、以下のようにして製造される。基材２５の両面に形成された回路表面２６、２７の一方の面２６にマスクフィルム２８を貼り付け、マスクフィルム２８側から反対側の回路表面までビアホール２９をあけ、導電性ペースト３０を充填した後、マスクフィルム２８を剥離することにより両面基板２４（内層基板）を得る（図５ａ〜ｆ）。また、基材３１の片面に回路形成３２をした後、基材３１の反対側に接着剤３３をラミネートし、その上に印刷用マスクフィルムをラミネートし、ＹＡＧレーザーでブラインドビアを形成し、導電性ペースト３０を充填した後、マスクフィルムを剥離して外層基板を得る。次いで、両面基板に両側から外層基板を積層して多層基板３４を得る（図５−ｇ、ｈ）。しかしながら、この方法では、回路凹凸部分に気泡が混入する可能性が高く、その後の工程においてマスクフィルムに膨れ、剥離などの不良が発生し歩留まりが低下してしまう。また、例えば、図６に示すように、レーザー加工により導体ランドが加熱され、これに接するマスクフィルム２８の接着剤が硬化し、マスクフィルムを除去する際に異物４０として残留してしまうこともある。そしてこの異物を起点として層間接続が破壊される恐れがある。

他にも、図５に示す製造方法において、ブラインドビアの代わりに貫通孔３６を設けた以外は図５の場合と同様に多層基板３７を得る方法がある（図７）。しかしながら、この方法では、導電性ペーストと回路の側面のみの接触となる（図８、符号３９）。基材として使用される樹脂、特にFPCは伸び縮みしやすく、面方向の伸び縮みを受けたときに回路と導電性ペーストとの接触部３９でクラックが発生しやすいため電気的接続信頼性は低い。電気的接続信頼性を確保するため、両面ＦＰＣの表裏双方に銅箔ランドを被うように導電性ペーストを形成することは非常に困難である。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、両面基板を出発材とすることにより、工程を削減し、基板の総厚を薄くし、かつ歩留まりが良く、接続信頼性も高い導電性ペーストを使用した多層基板の製造方法を提案するものである。

かかる課題を解決するため、本発明は、両面に回路を有する両面基板の両面上に外層基板を積層する多層フレキシブルプリント配線板の製造方法であって、層間導通孔を有する両面基板を用い、該導通孔に外装基板の導電性ペーストを挿入して層間導通させ、積層することを特徴とする多層フレキシブルプリント配線板の製造方法である。

また、本発明は、以下のような工程を有する。１）基材の両面に回路を有する両面基板に層間導通孔を形成する工程、２）一方の面に回路を有する基材に他方の面から孔を設け、該孔に導電性ペーストを充填して導電性ペーストの突起を形成する外層基板形成工程、３）前記外層基板の導電性ペーストの突起を、前記層間導通孔に挿入して、前記両面基板の両面に前記外層基板を積層する多層基板の製造方法である。

また、本発明は、前記外層基板形成工程において、一方の面に回路を有する基材の他方の面に接着性樹脂フィルムを積層し、該接着性樹脂フィルム上にマスクフィルムを積層し、次いで該マスクフィルム側から孔を形成し、該孔に導電性ペーストを充填した後、該マスクフィルムを除去して導電性ペーストの突起を形成する多層基板の製造方法である。

また本発明では導電性ペーストの突起の径が両面基板の層間導通孔の開口径より大きいものである。

また本発明では両面基板及び外層基板の回路が銅箔で形成されたものである。

本発明によれば両面基板を出発部材とすることにより、基板に銅箔を貼り合わせる工程が無くなるため、コスト低減につながる。また絶縁層の層数が減るため基板の総厚を減らすことができる。さらに回路自体にマスクフィルムを貼り付けることがないため、マスクフィルム内への気泡の混入による歩留まり低下やレーザー加工の影響でフィルム剥離後に回路上に残留して異物となり、接続破壊の起点となるといったことを無くすことができる。このため接続信頼性の高い多層フレキシブルプリント配線板を製造することができる。

以下、本発明にかかる多層プリント配線板の製造方法の例を、図１〜３を参照しながら説明する。

図１は、本発明のプリント配線板の製造方法に用いる両面基板の模式断面図である。かかる両面基板１は、基材２とその両面に導電層３，４が配された構成を有している（図１−a）。基材２には、一般に樹脂が用いられている。本発明においては、ポリイミド、プリプレグ等プリント配線版で使用される樹脂であれば使用可能であり、特に制限されるものではない。導電層３、４には柔軟で、加工しやすく、導電性のあるものであれば特に制限されるものではないが、経済性、加工性、導電性のいずれにも優れていることから主に銅箔が用いられる。

次に、両面基板に回路形成し、層間導通孔５を形成する工程について説明する。両面基板１の両面に形成された導電層例えば銅箔を、エッチング等通常用いられる一般的な方法により回路形成する（図１−b）。次いで、両面の回路を電気的に接続するための層間導通孔を形成する。層間導通孔５は、ドリルによりスルーホール加工する（図１−ｃ）ことが経済性から望ましいが、レーザーによりビアホールに加工しても構わない。

図２は、本発明のプリント配線板の製造方法に用いる外層基板の模式断面図である。
外層基板６は基材７とその一方の面に導電層８が配された構成を有している（図２−a）。基材、導電層の材質及び回路形成の方法は両面基板と同様である。外層基板の回路が形成されていない面には必要に応じて、接着性樹脂フィルム層９が設けられる。
導電性ペースト１２は、外層基板を貫通しないように、かつ絶縁層７又は接着性樹脂フィルム層９から突出するように設けられている（図２−ｆ）。導電性ペーストとしては、例えば銀、銅、ビスマス、スズの合金が挙げられる。以下、かかる外層基板の製造工程について説明する。

通常用いられる一般的な方法により回路形成した外層基板（図２−ｂ）の回路が形成されていない面に接着性樹脂フィルム９を積層する。かかる接着性樹脂フィルムとしては例えばエポキシ系熱硬化樹脂やアクリル系の樹脂シート等が挙げられる。次いで、かかる接着性樹脂フィルムに、印刷用マスクフィルム１０を積層する（図２−ｃ）。次いで、マスクフィルム側から、例えばYAGレーザーを照射することにより、外層基板に孔（ブラインドビア）１１を形成する。かかるブラインドビアは回路を貫通することは無い。両面基板と外層基板の層間及び全層を電気的に接続するためには、マスクフィルム側から回路までに至るブラインドビアを形成する。また、両面基板の両面に形成された回路のみを電気的に接続するためには、マスクフィルムについてのみブラインドビアを形成する（図２−ｄ）。レーザー照射によりブラインドビアを形成する場合は、そこで生じた樹脂のスミアを例えばプラズマデスミア等を用いて除去しておくことが電気的接続の信頼性向上の点から好ましい。次いでマスクフィルム側から導電性ペースト１２をブラインドビアに印刷充填する。導電性ペーストはマスクフィルムの接着性樹脂フィルム側と反対側の面と同じ高さまで充填しておく（図２−e）。最後にマスクフィルムを剥離することで導電性ペーストの突起が形成される（図２−ｆ）。マスクフィルムの剥離には例えば手作業あるいは機械による剥離が用いられる。

図３は前記両面基板と前記外層基板を積層して多層プリント配線板を形成する工程を説明している。
前記層間導通孔まで形成した両面基板の両面から、外層基板を導電性ペーストの突起を前記両面基板の層間導通孔に位置合わせし(図３−a)、層間導通孔に挿入しながら、積層する。導電性ペーストが層間導通孔に充填され、電気的接続信頼性の高い多層プリント配線板１３を得ることができる（図３−ｃ）。なお層間導通孔の径に比較して導電性ペーストの突起の径を大きくすること、特に１．５〜２倍とすることが望ましい。また、両面基板の厚さと比較して突起高さを低くすること、特に０．５〜０．７倍とすることが望ましい。これは積層時に導電性ペーストがフィレット状に形成されることにより（図３−ｂ）、導電性ペーストと回路層との接触がペーストと回路層の側面のみになることを回避し、さらに製造過程において前記層間導通孔と前記導電性ペーストの突起の位置がずれたとしてもある程度許容されるため電気的接続信頼性の高いプリント配線板を得ることができるためである。但し、あまり導電性ペーストの径を大きくすると回路の配線密度を下げることになるので層間導通孔の２倍程度を上限とすることが望ましい。

また図１〜図３で説明した方法は両面プリント配線板において、両面の回路間の電気的接続を取るためにも使用可能である。この場合外層基板ではなく回路表面を保護する樹脂シート（カバーレイ）に図２と同様の方法で導電性ペーストの突起を形成すればよい。

以下、本発明に係る多層プリント配線板の製造方法で作成した４層プリント配線板と従来の製造方法で作成した４層プリント配線板において完成までの歩留まりを比較した結果を説明する。

（実施例１）
図１〜図３を使用し本発明に係る４層プリント配線板の製造方法について説明する。

両面基板１の製造方法について説明する。（ｉ）出発材として厚さ25μmのポリイミド２の両面に厚さ12μmの銅箔を貼り合わせた両面CCLを使用する（図１−a）。（ｉｉ）両面CCLの両面に対し、エッチングで回路形成３、４する（図１−ｂ）。（ｉｉｉ）ドリルにて両面CCLの所定の位置に層間導通のための貫通孔５を形成する。貫通孔径は100μmとする。なお層間導通孔５はレーザー加工によりビアホールとしても良い（図１−ｃ）。

外層基板６の製造方法について説明する。（ｉ）出発材として厚さ25μmのポリイミド７の片面に厚さ12μmの銅箔を貼り合わせた片面CCLを使用する（図２−a）。（ｉｉ）片面CCLに対し、エッチング等通常用いられる方法で回路形成８する（図２−ｂ）。（ｉｉｉ）片面CCLの回路とは反対の面にエポキシ系熱硬化樹脂を使用した厚さ25μｍの接着性樹脂フィルム９を貼り合わせる。接着性樹脂フィルム９の上に印刷用マスクフィルム１０を貼り合わせる。本実施例では厚さ20μmのPETを使用している（図２−ｃ）。（ｉｖ）マスクフィルム１０側からレーザーを照射しブラインドビア１１を形成する。本実施例ではYAGレーザーを使用している。ここで両面基板と外層基板６の層間及び全層に渡って電気的接続を得るためにはマスクフィルム１０側から回路までに至るブラインドビアを形成する。また、両面基板１の両面に形成された回路のみを電気的に接続するためには、マスクフィルム１０についてのみブラインドビアを形成する（図２−ｄ）。なおビア径は150μmとした。（ｖ）レーザーの照射により生じたブラインドビア１１内のスミアをプラズマデスミアにて除去する。（ｖｉ）マスクフィルム１０側から導電性ペーストを印刷充填する。導電性ペーストとしては銀、銅、スズ、ビスマスの合金を使用する。印刷後、マスクフィルムを手で剥離すると導電性ペーストの突起が形成される。

外層基板６の積層方法について説明する。（ｉ）両面基板１の両面から、外層基板６を導電性ペーストの突起を両面基板６の層間導通孔５に位置合わせする(図３−a)。（ｉｉ）層間導通孔５に導電性ペーストを挿入しながら一括して貼り合わせ、熱プレスを行う（図３−ｂ）。導電性ペーストが層間導通孔５に充填され、フィレット状に形成されるため、電気的接続信頼性の高い多層プリント配線板が得られる。

（比較例１）
図５を使用し比較例１に係る４層プリント配線板の製造方法について説明する。

両面基板の製造方法について説明する。（ｉ）出発材として本発明と同じ両面CCLを使用する（図５−a）。（ｉｉ）両面CCLの両面に対し、エッチングで回路形成２６、２７する（図５−ｂ）。（ｉｉｉ）一方の回路面に印刷用マスクフィルム２８を貼り合わせる（図５−ｃ）。（ｉｖ）マスクフィルム２８側からレーザー加工により両面CCLの所定の位置に、マスクフィルム〜マスクフィルム側と反対面の回路に至る層間導通のためのビアホール２９を形成する。なおビア径は100μmとする（図５−ｄ）。（ｖ）スクリーン印刷によりビアホールに導電性ペースト３０を充填する（図５−e）。（ｖｉ）印刷後、マスクフィルム２８を手で剥離することにより両面基板２４を得る（図５−ｆ）。

外層基板の製造方法について説明する。外層基板は本発明と同様の方法で作成されるが、ブラインドビアを形成するのは全層に渡って電気的接続を得る場所のみで、ビア径も100μmとする。基板の積層方法も本発明と同様である（図５−ｇ、ｈ）。

（比較例２）
図７を使用し比較例２に係る４層プリント配線板の製造方法について説明する。

両面基板の製造方法について説明する。（ｉ）出発材として本発明と同じ両面CCLを使用する（図７−a）。（ｉｉ）両面CCLの両面に対し、エッチングで回路形成２６、２７する（図７−ｂ）。（ｉｉｉ）一方の回路面に印刷用マスクフィルム２８を貼り合わせる（図７−ｃ）。（ｉｖ）ドリルにて両面CCLの所定の位置に層間導通のための貫通孔３６を形成する。貫通孔径は100μmとする。（図７−ｄ）。（ｖ）スクリーン印刷によりビアホールに導電性ペースト３０を充填する（図７−e）。（ｖｉ）印刷後、マスクフィルム２８を手で剥離することにより両面基板２４を得る（図７−ｆ）。

外層基板の製造方法について説明する。外層基板は本発明と同様の方法で作成されるが、ブラインドビアを形成するのは全層に渡って電気的接続を得る場所のみで、ビア径も100μmとする。基板の積層方法も本発明と同様である（図７−ｇ、ｈ）。

製造工程で発生した不良数と完成品の歩留まりを表１に示す。サンプル数はN＝20シートである。

回路不良とは回路と回路の間に導体、例えば銅が残留し短絡してしまった状態や回路の一部が欠けてしまった状態等を言う。実施例では50μmピッチの回路に対し不良の有無を観察した。一般に銅箔層の厚みが増すと、形成可能な回路ピッチの下限も大きくなる関係にある。本発明も従来技術も余分なメッキを行わないため、50μｍピッチの回路形成を行うのに十分な薄さであるため、回路不良に関して差は見られなかった。

気泡混入とはマスクフィルムを回路上にラミネートした時に、マスクフィルムを回路と回路の間に充填しきれず、気泡が残留した状態を言う。マスクフィルムを回路上に
貼り付ける比較例１及び２で気泡混入が発生している。

異物残留とはマスクフィルムを剥離した際に回路上にフィルムの一部が残留した状態を言う。マスクフィルムを回路上に貼り付け、さらにYAGレーザーでビアホールを形成する比較例１では、ビアホール周囲のマスクフィルムがレーザーにより加熱硬化し回路上に残留する不良が発生している。

以上のように、本発明にかかる多層プリント配線板製造方法によれば、従来技術にかかる多層プリント配線板の製造方法で発生する不良を抑えることができる。

（実施例２）
本発明に係る多層プリント配線板の製造方法で作成した４層スタガードパターンと従来の製造方法で作成した４層スタガードパターンを用いて熱衝撃試験を行った。
4層スタガードパターンとは図９にあるように、ビアを階段状に接続し、300個のビアを連続的に導通させた多層基板である。熱衝撃試験とはJIS C 5012 9.2に準拠し、-65℃に30分放置、ついで125℃に30分放置するサイクルを繰り返し基板での断線不良の発生数から信頼性を評価する試験である。各サンプルは実施例１と同様の方法で作成し、各サンプル数はN＝100ピースとした。各サイクルにおいて断線不良の発生したピース数を表２に示す。

比較例１では、回路上に異物が残留し異物を基点として層間接続が破壊されて不良となっている。比較例２では導電性ペーストと回路とが回路の側面のわずかな領域のみで結合しているため、接続信頼性は劣悪である。

以上より本発明は、従来技術と比較しても高い接続信頼性を得ていることが分かる。実施例１，２から従来技術と比較して、本発明の製造技術により歩留まりが高く、接続信頼性の高い多層フレキシブルプリント配線板を製造することができる。

本発明は、多層プリント配線板の製造業界で利用が可能である。

本発明における両面基板の製造工程を示す１実施形態である。 本発明における外層基板の製造工程を示す１実施形態である。 本発明のおける両面基板に外層基板を積層する工程を示す１実施形態である。 従来のＡＬＩＶＨの製造工程である。 比較例１の製造工程である ランドに異物として残留したマスクを説明する図である。 比較例２の製造工程である。 TH貫通孔に充填されたペーストが回路側面のみの接触していることを説明する図である。 スタガードビアの構造である。

符号の説明

１、２４・・・両面基板、２、７、２５、３１・・・基材、３、４、８、２６、２７、３２・・導電層（回路）、３３…接着剤、５、３６・・・層間導通孔（貫通孔）、６・・・外層基板、９・・接着性樹脂フィルム層、１０、２８・・・マスクフィルム、１１、２９・・ブラインドビア、１２、３０・・・導電性ペースト、１３、３４、３７・・・多層プリント配線板、３８・・・導電ペーストの継ぎ目、３９・・・回路と導電性ペーストとの接合部、４０・・・マスクフィルム残り

Claims (5)

1. 両面に回路を有する両面基板の両面上に外層基板を積層する多層フレキシブルプリント配線板の製造方法であって、層間導通孔を有する両面基板を用い、該導通孔に外層基板の導電性ペーストを挿入して層間導通させ、積層することを特徴とする多層フレキシブルプリント配線板の製造方法。
2. 以下の工程を有することを特徴とする多層フレキシブルプリント配線板の製造方法。
   １）基材の両面に回路を有する両面基板に層間導通孔を形成する工程、２）一方の面に回路を有する基材に他方の面から孔を設け、該孔に導電性ペーストを充填して導電性ペーストの突起を形成する外層基板形成工程、３）前記外層基板の導電性ペーストの突起を、前記層間導通孔に挿入して、前記両面基板の両面に前記外層基板を積層する積層工程。
3. 前記工程２）が、一方の面に回路を有する基材の他方の面に接着性樹脂フィルムを積層し、該接着性樹脂フィルム上にマスクフィルムを積層し、次いで該マスクフィルム側から孔を形成し、該孔に導電性ペーストを充填した後、該マスクフィルムを除去して導電性ペーストの突起を形成するものである請求項２に記載の多層フレキシブルプリント配線板の製造方法。
4. 導電性ペーストの突起の径が両面基板の層間導通孔の開口径より大きいものである請求項２又は３に記載の多層フレキシブルプリント配線板の製造方法
5. 両面基板及び外層基板の回路が銅箔で形成されたものである請求項２〜４いずれか１項に記載の多層フレキシブルプリント配線板の製造方法。

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