JP2009290125A

JP2009290125A - コア基板およびプリント配線板

Info

Publication number: JP2009290125A
Application number: JP2008143450A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Yoshimura; 英明吉村; Kenji Iida; 憲司飯田; Tomoyuki Abe; 知行阿部; Yasutomo Maehara; 靖友前原; Takashi Nakagawa; 隆中川; Shin Hirano; 伸平野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: TW200950605A; JP5217639B2; KR101164301B1; US20090294161A1; CN101593750B; CN101593750A; KR20090124917A; TWI405505B; US8119925B2

Abstract

【課題】応力の発生を抑制することができるコア基板およびプリント配線板を提供する。
【解決手段】コア基板１２では、コア層１３は、炭素繊維に樹脂を含浸して形成される。例えばコア層１３の温度上昇時に樹脂はコア層１３の厚み方向に熱膨張する。コア層１３は１対の絶縁層２２、２３で挟み込まれる。絶縁層２２、２３にはガラス繊維が含まれることから、絶縁層２２、２３は比較的に高い強度を有する。その結果、絶縁層２２、２３は厚み方向にコア層１３の熱膨張を抑制する。コア基板１２内で熱応力の発生は抑制される。その一方で、絶縁層を備えないプリント配線板では、その厚み方向にコア層の熱膨張は抑制されない。大きな熱応力が発生してしまう。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭素繊維を含有するコア基板を備えるプリント配線板に関する。

プローブカードといったプリント配線板は広く知られる。プローブカードは例えば半導体ウエハやＬＳＩ（大規模集積回路）チップパッケージの試験に用いられる。プローブカード上には半導体ウエハやＬＳＩチップパッケージが配置される。このとき、バーンイン試験といった高温動作試験やスクリーニングといった低温動作試験が実施される。プローブカードには、高温動作試験や低温動作試験ごとの温度範囲で温度の昇降すなわち温度サイクルといった熱ストレスが加えられる。

例えばＬＳＩチップはシリコン基板を備える。シリコンの熱膨張率は低いことから、ＬＳＩチップの熱膨張率は低く抑えられる。その一方で、プローブカードのコア基板は、例えば炭素繊維クロスに樹脂を含浸して形成される。炭素繊維クロスの働きでコア基板の熱膨張率は低減される。こうしてプローブカードの熱膨張率はＬＳＩチップの熱膨張率に合わせ込まれる。その結果、例えばプローブカードの導電パッドおよびＬＳＩチップの電極ピンの位置ずれは回避される。

プローブカードのコア基板には下穴用貫通孔が形成される。下穴用貫通孔の内壁面には円筒形の大径ビアが形成される。大径ビア内には樹脂製の下穴用充填材が充填される。下穴用充填材には貫通孔が形成される。貫通孔の内壁面には円筒形の小径ビアが形成される。小径ビア内には充填材が充填される。充填材の働きで小径ビアおよび大径ビアは相互に電気的に絶縁される。充填材は例えばエポキシ樹脂から形成される。
特開２００４−３１７３０号公報特開２００４−３１７３１号公報特開２００４−２８９００６号公報

コア基板の炭素繊維クロスは例えば織布や不織布から形成される。炭素繊維クロスはコア基板の表面や裏面に沿って延びる。したがって、例えば温度サイクル試験の実施時、コア基板の面内方向に樹脂の熱膨張が著しく規制される。その結果、樹脂はコア基板の厚み方向に熱膨張しやすい。こうした熱膨張に基づきプローブカード内でいわゆるクラックが生じてしまう。クラックは導電パターンの断線を招いてしまう。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、応力の発生を抑制することができるコア基板およびプリント配線板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、コア基板は、炭素繊維に樹脂を含浸して形成されるコア層と、前記コア層に形成されて、表面から裏面まで前記コア層を貫通する下穴用貫通孔と、前記下穴用貫通孔内に充填される円筒形の充填材と、ガラス繊維に樹脂を含浸して形成され、表面および裏面から前記コア層を挟み込む１対の絶縁層と、前記充填材に形成されて、一方の前記絶縁層から他方の前記絶縁層まで前記下穴用貫通孔の中心軸に沿って前記コア層を貫通する貫通孔と、前記貫通孔の内壁面に沿って円筒形に形成される導電性のビアとを備えることを特徴とする。

こうしたコア基板では、コア層は、炭素繊維に樹脂を含浸して形成される。例えばコア層の温度上昇時に樹脂はコア層の厚み方向に熱膨張する。コア層は１対の絶縁層で挟み込まれる。絶縁層にはガラス繊維が含まれることから、絶縁層は比較的に高い強度を有する。その結果、絶縁層は厚み方向にコア層の熱膨張を抑制する。コア基板内で熱応力の発生は抑制される。その一方で、絶縁層を備えないプリント配線板では、その厚み方向にコア層の熱膨張は抑制されない。大きな熱応力が発生してしまう。

プリント配線板は、炭素繊維に樹脂を含浸して形成されるコア層と、前記コア層に形成されて、表面から裏面まで前記コア層を貫通する下穴用貫通孔と、前記下穴用貫通孔内に充填される円筒形の充填材と、ガラス繊維に樹脂を含浸して形成され、表面および裏面から前記コア層を挟み込む１対の絶縁層と、前記充填材に形成されて、一方の前記絶縁層から他方の前記絶縁層まで前記下穴用貫通孔の中心軸に沿って前記コア層を貫通する貫通孔と、前記貫通孔の内壁面に沿って円筒形に形成される導電性のビアとを備えることを特徴とする。

こうしたプリント配線板では、コア層は、炭素繊維に樹脂を含浸して形成される。例えばコア層の温度上昇時に樹脂はコア層の厚み方向に熱膨張する。コア層は１対の絶縁層で挟み込まれる。絶縁層にはガラス繊維が含まれることから、絶縁層は比較的に高い強度を有する。その結果、絶縁層は厚み方向にコア層の熱膨張を抑制する。コア基板内で熱応力の発生は抑制される。その一方で、絶縁層を備えないプリント配線板では、その厚み方向にコア層の熱膨張は抑制されない。大きな熱応力が発生してしまう。

以上のように、コア基板およびプリント配線板は応力の発生を抑制することができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明の一具体例に係るプリント配線板１１の断面構造を概略的に示す。このプリント配線板１１は例えばプローブカードに利用される。プローブカードはプローブ装置といった電子機器に装着される。ただし、プリント配線板１１はその他の電子機器で利用されてもよい。

プリント配線板１１はコア基板１２を備える。コア基板１２は平板状のコア層１３を備える。コア層１３は導電層１４を備える。導電層１４には炭素繊維クロスが埋め込まれる。炭素繊維クロスはコア層１３の表面や裏面に沿って延びる。したがって、導電層１４では面内方向に熱膨張が著しく規制される。炭素繊維クロスは導電性を有する。導電層１４の形成にあたって炭素繊維クロスは樹脂に含浸される。樹脂には例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂が用いられる。炭素繊維クロスは炭素繊維糸の織布および不織布のいずれかから形成される。

コア層１３は、導電層１４の表面および裏面にそれぞれ積層される１対のコア絶縁層１５、１６を備える。コア絶縁層１５、１６は導電層１４を挟み込む。コア絶縁層１５、１６は絶縁性を有する。コア絶縁層１５、１６にはガラス繊維クロスが埋め込まれる。ガラス繊維クロスはコア層１３の表面や裏面に沿って延びる。コア絶縁層１５、１６の形成にあたってガラス繊維クロスは樹脂に含浸される。樹脂には例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂が用いられる。ガラス繊維クロスはガラス繊維糸の織布および不織布のいずれかから形成される。

コア層１３には複数の下穴用貫通孔１７が形成される。下穴用貫通孔１７は表面から裏面にコア層１３を貫通する。下穴用貫通孔１７は例えば円柱空間を規定する。円柱空間の軸心はコア層１３の表面および裏面に直交する。下穴用貫通孔１７の働きでコア層１３の表面および裏面には円形の開口が区画される。

下穴用貫通孔１７内には導電性の大径ビア１８が形成される。大径ビア１８は下穴用貫通孔１７の内壁面に沿って円筒形に形成される。大径ビア１８はコア層１３の表面および裏面で環状の導電ランド１９に接続される。導電ランド１９はコア層１３の表面や裏面で広がる。大径ビア１８や導電ランド１９は例えば銅といった導電材料から形成される。

下穴用貫通孔１７内で大径ビア１８の内側空間は樹脂製の下穴用充填材２１で埋められる。下穴用充填材２１は大径ビア１８の内壁面に沿って円筒形に広がる。下穴用充填材２１には例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂が用いられる。エポキシ樹脂には例えばセラミックフィラーが埋め込まれる。

コア基板１２は、コア層１３の表面および裏面にそれぞれ積層される１対の絶縁層２２、２３を備える。絶縁層２２、２３はコア層１３を挟み込む。絶縁層２２、２３は下穴用充填材２１に覆い被さる。絶縁層２２、２３は絶縁性を有する。絶縁層２２、２３にはガラス繊維クロスが埋め込まれる。ガラス繊維クロスはコア層１３の表面および裏面に沿って延びる。絶縁層２２、２３の形成にあたってガラス繊維クロスは樹脂に含浸される。樹脂には例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂が用いられる。ガラス繊維クロスはガラス繊維糸の織布および不織布のいずれかから形成される。

コア基板１２には複数の貫通孔２４が形成される。貫通孔２４はコア基板１２を貫通する。貫通孔２４は下穴用貫通孔１７内に配置される。貫通孔２４は下穴用貫通孔１７を突き抜ける。ここでは、貫通孔２４は円柱空間を規定する。貫通孔２４は下穴用貫通孔１７に同軸に形成される。貫通孔２４の働きでコア基板１２の表面および裏面には円形の開口が区画される。

貫通孔２４内には導電性の小径ビア２５が形成される。小径ビア２５は貫通孔２４の内壁面に沿って円筒形に形成される。下穴用充填材２１の働きで大径ビア１８および小径ビア２５は相互に絶縁される。小径ビア２５は例えば銅といった導電材料から形成される。

絶縁層２２、２３の表面には導電ランド２６が形成される。小径ビア２５は絶縁層２２、２３の表面で導電ランド２６に接続される。導電ランド２６は例えば銅といった導電材料から形成される。導電ランド２６、２６同士の間で小径ビア２５の内側空間は絶縁性樹脂の充填材２７で埋められる。充填材２７は例えば円柱形に形成される。充填材２７には例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂が用いられる。エポキシ樹脂には例えばセラミックフィラーが埋め込まれる。

絶縁層２２、２３の表面にはそれぞれビルドアップ層２８、２９が形成される。ビルドアップ層２８、２９はそれぞれ裏面で対応の絶縁層２２、２３の表面に受け止められる。ビルドアップ層２８、２９はコア層１３および絶縁層２２、２３を挟み込む。ビルドアップ層２８、２９は導電ランド２６、２６に覆い被さる。

ビルドアップ層２８、２９は複数の絶縁層３１および導電パターン３２の積層体から形成される。絶縁層３１および導電パターン３２は交互に積層される。異なる層の導電パターン３２同士はビア３３で電気的に接続される。絶縁層３１は例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂から形成される。導電パターン３２やビア３３は例えば銅といった導電材料から形成される。

ビルドアップ層２８、２９の表面には導電パッド３４が露出する。導電パッド３４は例えば銅といった導電材料から形成される。ビルドアップ層２８、２９の表面で導電パッド３４以外の領域にはオーバーコート層３５が積層される。オーバーコート層３５には例えばエポキシ樹脂が用いられる。プリント配線板１１の裏面で導電パッド３４は例えばプローブ装置の電極端子に接続される。プリント配線板１１の表面で導電パッド３４は例えば半導体ウエハのバンプ電極に搭載される。こうして例えば温度サイクル試験に基づき半導体ウエハの検査が実施される。

以上のようなプリント配線板１１では、炭素繊維クロスは導電層１４の面内方向に延びることから、例えば温度サイクル試験時に樹脂は導電層１４の厚み方向に熱膨張する。導電層１４は１対の絶縁層２２、２３で挟み込まれる。絶縁層２２、２３にはガラス繊維クロスが含まれることから、絶縁層２２、２３は比較的に高い強度を有する。その結果、絶縁層２２、２３は厚み方向に導電層１４の熱膨張を抑制する。プリント配線板１１内で熱応力の発生は抑制される。例えばビルドアップ層２８、２９内でクラックの発生は回避される。導電パターン３２の断線は回避される。しかも、絶縁層２２、２３は下穴用充填材２１に覆い被さる。絶縁層２２、２３は導電層１４および下穴用充填材２１の境界上に広がる。その結果、導電層１４および下穴用充填材２１の境界に沿ってクラックの発生は著しく抑制される。その一方で、絶縁層２２、２３を備えないプリント配線板では、その厚み方向に導電層１４の熱膨張は抑制されない。例えばビルドアップ層でクラックが発生してしまう。導電パターンは断線する。

次にプリント配線板１１の製造方法を説明する。まず、コア基板１２が形成される。形成にあたって、図２に示されるように、例えば４枚のプリプレグ４１が用意される。各プリプレグ４１は炭素繊維クロスを含有する。同時に、例えば１対のプリプレグ４２が用意される。各プリプレグ４２はガラス繊維クロスを含有する。プリプレグ４１の形成にあたって、炭素繊維クロスはエポキシ樹脂ワニスに含浸される。同様に、プリプレグ４２の形成にあたって、ガラス繊維クロスはエポキシ樹脂ワニスに含浸される。その後、エポキシ樹脂ワニスは乾燥される。こうしてプリプレグ４１、４２が形成される。

プリプレグ４１は１対のプリプレグ４２、４２に挟み込まれる。１対のプリプレグ４２、４２同士は加熱されつつ相互に押し付けられる。押し付けにあたって例えば真空プレスが実施される。加熱のピーク温度や真空プレスの圧力は所定の条件に設定される。プリプレグ４１、４２ではエポキシ樹脂の溶融に基づき相互に接着される。こうして、図３に示されるように、コア層１３が形成される。４枚のプリプレグ４１は導電層１４を形成する。１対のプリプレグ４２は１対のコア絶縁層１５、１６を形成する。

図４に示されるように、コア層１３には所定の位置に下穴用貫通孔１７が穿たれる。穿孔にあたって例えばドリルが用いられればよい。下穴用貫通孔１７はコア層１３の表面から裏面まで貫通する。その後、コア層１３には全面にわたって例えば電解めっきや無電解めっきが実施される。その結果、図５に示されるように、コア層１３の全面に銅めっき層４３が形成される。銅めっき層４３は、コア層１３の表面および裏面、下穴用貫通孔１７の内壁面に沿って所定の厚みで形成される。こうして下穴用貫通孔１７内には大径ビア１８が形成される。

図６に示されるように、大径ビア１８内には樹脂材料４４が流し込まれる。樹脂材料４４には例えば溶剤タイプのエポキシ樹脂が用いられる。樹脂材料４４は加熱される。樹脂材料４４は硬化する。大径ビア１８から溢れる樹脂材料４４は例えばバフ研磨に基づき除去される。続いて、コア層１３の表面や裏面に所定のパターンでレジスト膜（図示されず）が形成される。こうしたレジスト膜の外側で銅めっき層４３にエッチング処理が施される。エッチング処理後、レジスト膜は除去される。その結果、コア層１３の表面や裏面では導電ランド１９が形成される。

図７に示されるように、１対のプリプレグ４５、４５および１対の銅箔４６、４６が用意される。プリプレグ４５は前述のプリプレグ４２と同様の構成を有する。プリプレグ４５および銅箔４６はコア層１３の表面および裏面に重ね合わせられる。銅箔４６およびプリプレグ４５は加熱されつつコア層１３の表面および裏面に押し付けられる。押し付けにあたって真空プレスが実施される。加熱のピーク温度および真空プレスの時間は所定の条件に設定される。その結果、図８に示されるように、エポキシ樹脂の溶融に基づきプリプレグ４５および銅箔４６はコア層１３の表面および裏面に接着される。プリプレグ４５に基づき絶縁層２２、２３が形成される。絶縁層２２、２３はコア層１３の表面および裏面で樹脂材料４４に覆い被さる。

図９に示されるように、コア層１３では下穴用貫通孔１７内で樹脂材料４４に貫通孔２４が穿たれる。貫通孔２４は下穴用貫通孔１７に同軸に形成されればよい。穿孔にあたって例えばドリルが用いられればよい。貫通孔２４はコア層１３の表面から裏面まで貫通する。その後、コア層１３には全面にわたって例えば電解めっきや無電解めっきが実施される。その結果、図１０に示されるように、コア層１３の全面に銅めっき層４７が形成される。銅めっき膜４７は、コア層１３の表面および裏面、貫通孔２４の内壁面に沿って所定の厚みで形成される。こうして貫通孔２４内には小径ビア２５が形成される。

小径ビア２５内には樹脂材料４８が流し込まれる。樹脂材料４８には例えば溶剤タイプのエポキシ樹脂が用いられる。樹脂材料は加熱される。樹脂材料４８は硬化する。小径ビア２５から溢れる樹脂材料４８は例えばバフ研磨に基づき除去される。続いて、コア層１３には全面にわたって例えば電解めっきや無電解めっきが実施される。その結果、図１１に示されるように、コア層１３の表面や裏面には銅めっき層４９が形成される。銅めっき層４９は貫通孔２４を塞ぐ。続いて、コア層１３の表面や裏面に所定のパターンでレジスト膜（図示されず）が形成される。レジスト膜の外側で銅めっき膜４９にエッチング処理が施される。その結果、図１２に示されるように、コア層１３の表面や裏面では導電ランド２６が形成される。こうしてコア基板１２が形成される。

次に、コア基板１２の表面および裏面にビルドアップ層２８、２９が形成される。ビルドアップ層２８、２９は同時に形成される。図１３に示されるように、コア基板１２の表面および裏面には樹脂シート５１が重ね合わせられる。樹脂シート５１はコア基板１２の表面および裏面に向かって加熱されつつ押し付けられる。押し付けにあたって真空プレスが実施される。加熱のピーク温度および真空プレスの時間は所定の条件に設定される。加熱に基づき樹脂シート５１は硬化する。こうして樹脂シート５１に基づき絶縁層３１が形成される。

絶縁層３１の所定の位置に例えばＵＶ−ＹＡＧレーザが照射される。その結果、図１４に示されるように、絶縁層３１には孔５２が形成される。孔５２内で例えば導電ランド２６が露出する。絶縁層３１の表面および孔５２内に銅めっき層５３が形成される。形成にあたって例えば無電解めっきが実施される。銅めっき層５３の表面には所定のパターンでレジスト膜（図示されず）が形成される。レジスト膜の外側で銅めっき層５３にはエッチング処理が施される。その後、レジスト膜は除去される。その結果、図１５に示されるように、絶縁層３１の表面には導電パターン３２が形成される。孔５２内にはビア３３が形成される。

その後、絶縁層３１の積層から導電パターン３２の形成までが繰り返される。最表面には前述の導電パッド３４が形成される。最表面の絶縁層３１の表面にはオーバーコート層（図示されず）が形成される。オーバーコート層には例えば樹脂材料が用いられればよい。オーバーコート層の形成にあたって例えばスクリーン印刷法やフォトリソグラフィ法が実施されればよい。オーバーコート層の所定の位置には開口が形成される。この開口に基づき前述の導電パッド３４が露出する。こうしてコア基板１２の表面および裏面にはビルドアップ層２８、２９が形成される。プリント配線板１１は製造される。

本発明の一具体例に係るプリント配線板の断面構造を概略的に示す部分拡大断面図である。複数枚のプリプレグを相互に重ね合わせる工程を概略的に示す部分拡大断面図である。複数枚のプリプレグを相互に重ね合わせる工程を概略的に示す部分拡大断面図である。コア層に下穴用貫通孔を形成する工程を概略的に示す部分拡大断面図である。コア層に銅めっき膜を形成する工程を概略的に示す部分拡大断面図である。下穴用貫通孔に樹脂材料を流し込む工程を概略的に示す部分拡大断面図である。コア層の表面および裏面にプリプレグおよび銅箔を重ね合わせる工程を概略的に示す部分拡大断面図である。コア層の表面および裏面にプリプレグおよび銅箔を重ね合わせる工程を概略的に示す部分拡大断面図である。コア層に貫通孔を形成する工程を概略的に示す部分拡大断面図である。銅めっき膜を形成する工程を概略的に示す部分拡大断面図である。銅めっき層を形成する工程を概略的に示す部分拡大断面図である。導電ランドを形成する工程を概略的に示す部分拡大断面図である。コア基板の表面に絶縁層を形成する工程を概略的に示す部分拡大断面図である。絶縁層上に銅めっき層を形成する工程を概略的に示す部分拡大断面図である。絶縁層上に導電パターンを形成する工程を概略的に示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１１プリント配線板、１２コア基板、１３コア層、１７下穴用貫通孔、２２絶縁層、２３絶縁層、２４貫通孔、２５ビア（小径ビア）、２７充填材、２８ビルドアップ層、２９ビルドアップ層。

Claims

炭素繊維に樹脂を含浸して形成されるコア層と、
前記コア層に形成されて、表面から裏面まで前記コア層を貫通する下穴用貫通孔と、
前記下穴用貫通孔内に充填される円筒形の充填材と、
ガラス繊維に樹脂を含浸して形成され、表面および裏面から前記コア層を挟み込む１対の絶縁層と、
前記充填材に形成されて、一方の前記絶縁層から他方の前記絶縁層まで前記下穴用貫通孔の中心軸に沿って前記コア層を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔の内壁面に沿って円筒形に形成される導電性のビアとを備えることを特徴とするコア基板。
請求項１に記載のコア基板において、前記絶縁層は前記充填材に覆い被さることを特徴とするコア基板。
請求項１または２に記載のコア基板において、前記ガラス繊維は織布および不織布のいずれかから形成されることを特徴とするコア基板。
炭素繊維に樹脂を含浸して形成されるコア層と、
前記コア層に形成されて、表面から裏面まで前記コア層を貫通する下穴用貫通孔と、
前記下穴用貫通孔内に充填される円筒形の充填材と、
ガラス繊維に樹脂を含浸して形成され、表面および裏面から前記コア層を挟み込む１対の絶縁層と、
前記充填材に形成されて、一方の前記絶縁層から他方の前記絶縁層まで前記下穴用貫通孔の中心軸に沿って前記コア層を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔の内壁面に沿って円筒形に形成される導電性のビアとを備えることを特徴とするプリント配線板。
請求項４に記載のプリント配線板において、前記絶縁層は前記充填材に覆い被さることを特徴とするプリント配線板。
請求項４または５に記載のプリント配線板において、前記ガラス繊維は織布および不織布のいずれかから形成されることを特徴とするプリント配線板。
請求項４〜６のいずれかに記載のプリント配線板において、前記絶縁層上に積層されるビルドアップ層をさらに備えることを特徴とするプリント配線板。