JP2010263035A - プリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基準マークに対する位置合わせ精度と、製品内パターンに対する位置合わせ精度との不整合を抑制する。
【解決手段】絶縁基材１と、絶縁基材１に形成された内層パターンと、絶縁基材１に形成された基準マーク２とを含み、平面形状が四角形のコア基板を準備する。コア基板上に、絶縁樹脂層および表層パターンを形成する。コア基板を準備する工程は、以下の工程を含んでいる。第１のガラス繊維と、この第１のガラス繊維よりも引張残留応力が高い第２のガラス繊維とを含み、第２のガラス繊維の方向と平行な第１の辺１ａを有する絶縁基材を準備する。絶縁基材の上面において対角線３で区分けされた４つの領域Ｒ１〜Ｒ４のうち、第１の辺１ａを含む第１の領域Ｒ１と、第１の領域Ｒ１と対向する第２の領域Ｒ２とに、第２のガラス繊維の方向に沿って２個以上の基準マークをそれぞれ形成する。
【選択図】図３

Description

この発明は、プリント配線板の製造方法に関し、たとえば高密度多層プリント配線板の製造技術において、内層パターンを有するコア基板の上下に表層パターンを形成する工程に関するものである。

近年、高密度実装用プリント配線板の高精細化が進んでいる。このようなプリント配線板の製造方法として、ビルドアップ工法が主流となってきた。ビルドアップ工法により製造されるプリント配線板（ビルドアップ基板）は、コア基板と呼ばれる内層パターンを有する基板の上下に絶縁樹脂層と導体パターンとを交互に積み重ねて順次形成される。

層間の導通は、絶縁樹脂層にビアホールと呼ばれる非貫通穴を、たとえばレーザ穴あけ機を用いて形成し、その穴壁面に銅めっきなどの導体膜を形成して、上下のパターン端子部を電気的に接続することによって得られる。したがって、内層パターンと表層パターンとの位置精度、および、層間の導通のためのビアホール形成時の位置精度によって、パターン密度が決定される。それゆえ、露光機や穴あけ機における内層パターンへの高精度位置合わせ技術や、積層時の加熱収縮に伴う基板寸法変動に応じた位置合わせ技術に工夫がなされてきた。

たとえば、内層パターン形成時に、基板の四隅に予め基準マークを形成しておき、該基準マークに対して露光マスクのアライメントマークの位置合わせをする技術があった（たとえば特許文献１、２）。しかしながら、内層パターン形成後、その上に絶縁樹脂層および導体層を積層するため、直接内層パターンの基準マークを読み取ることは難しい。このため、内層パターンの基準マークの読み取りに関しては、特許文献１に開示されているようにエッチングやレーザにより基準マーク上にビアホールを形成することで基準マークを露出させたり、特許文献２に開示されているようにＸ線を利用した透過検出などの工夫が必要となる。

また、レーザ穴あけ機を用いて、基準マークを検出すると共に、その位置情報を測定し、加工データ上の基準マーク位置とのズレ量に基づいて、穴あけ位置データを補正して加工する技術があった（たとえば特許文献３）。

特開２００４−３２７６０９号公報 特開２００２−３３３７２１号公報 特許第３１２６３１６号公報

上記特許文献１〜３では、コア基板の基準マークと、その上に形成する層とを位置合わせしている。このため、特許文献１〜３では、層間の位置合わせ精度の低下を抑制する必要がある。

層間の位置合わせ精度を低下させる要因として、コア基板を構成する材料の熱収縮の問題がある。たとえば、絶縁樹脂層と導体層とをコア基板に積層する工程では、内層のコア基板に熱収縮が生じ、内層パターンは縮むことになる。そのため、予め熱収縮率を考慮して、たとえば内層ほど順次拡大した露光マスクを使用することで、最終的に製品サイズとなるように調節する必要がある。また、穴あけ位置においても、熱収縮を考慮した位置に加工データを調節して加工する必要がある。

しかしながら、従来の露光による位置合わせ技術においては、たとえば、基板サイズが５１０ｍｍ×３４０ｍｍの四角形基板を用いた場合に、内層パターンの基準マークと露光マスクのアライメントマークとを、位置合わせ精度±２μｍ以内で整合していても、内層パターン（製品内パターン）と、表層パターン（製品内パターン）との位置関係に±２０μｍのズレが生じてしまうような問題があることを本発明者は見い出した。さらに、穴あけ機においても読み取った基準マーク位置から算出した補正値と、製品領域での内層パターン位置とが一致しないという問題があることを見い出した。このような問題は、ガラス繊維を用いて強度補強した絶縁樹脂を含む基板を用いた場合に顕著であった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ガラス繊維を含む絶縁基材を備えたプリント配線板の製造方法において、基準マークに対する位置合わせ精度と、製品内パターンに対する位置合わせ精度とを整合させることを目的としている。

この発明におけるプリント配線板の製造方法は、以下の工程を備えている。絶縁基材と、この絶縁基材に形成された内層パターンと、この絶縁基材に形成された基準マークとを含み、平面形状が四角形のコア基板を準備する。このコア基板上に、絶縁樹脂層および表層パターンを形成する。上記コア基板を準備する工程は、以下の工程を含んでいる。第１のガラス繊維と、この第１のガラス繊維と交差し、かつこの第１のガラス繊維よりも引張残留応力が高い第２のガラス繊維とを含み、この第２のガラス繊維の方向と平行な第１の辺を有する絶縁基材を準備する。この絶縁基材の上面において対角線で区分けされた４つの領域のうち、第１の辺を含む第１の領域と、この第１の領域と対向する第２の領域とに、第２のガラス繊維の方向に沿って２個以上の基準マークをそれぞれ形成する。

この発明によれば、コア基板の絶縁基材のうち、引張残留応力が相対的に高い第２のガラス繊維の方向に対して、内側に位置する第１および第２の領域内に基準マークを２個以上ずつ形成している。基準マークは、引張残留応力の影響を受けやすい位置に形成されているので、コア基板面内におけるガラス繊維の歪み変形に対して、基準マークを精度良く追随させることができる。この基準マークに基づいて、内層パターンに対するビアホールおよび表層パターンを位置合わせできる。したがって、基準マークに対する位置合わせ精度と、製品内パターンに対する位置合わせ精度との不整合を抑制することができる。

本発明の実施の形態１におけるプリント配線板を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるプリント配線板の製造工程を概略的に示す断面図である。 図２の製造工程を上方から見たときの状態を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態１におけるプリント配線板の製造工程を概略的に示す断面図である。 図６の製造工程を上方から見たときの状態を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態１におけるプリント配線板の製造工程を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるプリント配線板の製造工程を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるプリント配線板の製造工程を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるプリント配線板の製造工程を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２におけるプリント配線板の製造工程を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態３におけるプリント配線板の製造工程を概略的に示す平面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１を参照して、本発明の一実施の形態におけるプリント配線板について説明する。図１に示すように、プリント配線板は、絶縁基材１と、基準マーク２と、内層パターン１２と、絶縁樹脂層１４と、導体層１５と、表層パターン１９とを主に備えている。

コア基板は、絶縁基材１と、基準マーク２と、内層パターン１２とを含んでいる。絶縁基材１は、第１のガラス繊維と、この第１のガラス繊維と交差し、かつこの第１のガラス繊維よりも引張残留応力が高い第２のガラス繊維とを含んでいる。絶縁基材１の表面および裏面には、基準マーク２および内層パターン１２がそれぞれ形成されている。

絶縁樹脂層１４は、コア基板を覆うように形成されている。絶縁樹脂層１４には、基準マーク２の一部を露出するための座繰り穴１６、および内層パターン１２を露出するためのビアホール１７が形成されている。

導体層１５は、絶縁樹脂層１４に接し、かつビアホール１７近傍に形成されている。また、表層パターン１９は、ビアホール１７の内部および導体層１５上に形成されている。

続いて、図１〜図６を参照して、本実施の形態におけるプリント配線板の製造方法について説明する。本実施の形態では、ビルドアップ工法によりプリント配線板を製造している。

まず、図２および図３に示すように、絶縁基材１と、絶縁基材１に形成された内層パターン１２と、絶縁基材１に形成された基準マーク２とを含み、平面形状が四角形のコア基板を準備する。この工程では、たとえば以下のようにしてコア基板を準備する。

具体的には、図３に示すように、第１のガラス繊維と、この第１のガラス繊維と交差し、かつ第１のガラス繊維よりも引張残留応力が高い第２のガラス繊維とを含み、第２のガラス繊維の方向（図３におけるＸ方向）と平行な第１の辺１ａを有する絶縁基材１を準備する。本実施の形態では、第２のガラス繊維の方向は、図３におけるＸ方向であり、第１のガラス繊維の方向は、図３におけるＹ方向である。つまり、第１のガラス繊維と、第２のガラス繊維とは直交している。このような絶縁基材１として、たとえばガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ基材を用いることができ、より具体的にはＦＲ−４、ＦＲ−５などの樹脂基板を用いることができる。なお、図３は、基準マーク２を明確にするため、絶縁基材１と基準マーク２以外は省略している。

また、絶縁基材１は、上面において、第２のガラス繊維の方向と平行な第１の辺１ａと、第１の辺１ａと平行な第２の辺１ｂと、第１および第２の辺１ａ、１ｂと接続されている第３および第４の辺１ｃ、１ｄとを有している。本実施の形態では、第１および第２の辺１ａ、１ｂと、第３および第４の辺１ｃ、１ｄとは直交している。

その後、絶縁基材１の表面および裏面に、内層パターン１２および基準マーク２を、レジスト、露光、エッチングなどを用いて形成する。内層パターン１２および基準マーク２は同時に形成してもよく、別々に形成してもよい。

この基準マーク２は、図３に示すように、絶縁基材１の上面において対角線３で区分けされた４つの領域Ｒ１〜Ｒ４のうち、第１の辺１ａを含む第１の領域Ｒ１と、第１の領域Ｒ１と対向する第２の領域Ｒ２とに、第２のガラス繊維の方向（Ｘ方向）に沿って２個以上形成する。これにより、コア基板を準備することができる。

次に、図４に示すように、コア基板に、絶縁樹脂層１４および導体層１５を形成する。絶縁樹脂層１４は、たとえばプリプレグと呼ばれるガラスエポキシ基材などを用いることができる。導体層１５は、たとえば銅箔などを用いることができる。

絶縁樹脂層１４および導体層１５の形成方法は、特に限定されないが、たとえば絶縁樹脂層１４となる樹脂および導体層１５をコア基板の両面に積層し、加熱プレスすることで、絶縁樹脂層１４となる樹脂を溶融、冷却、および硬化させる方法を採用することができる。なお、絶縁樹脂層１４および導体層１５は同時に形成してもよく、別々に形成してもよい。

絶縁樹脂層１４を形成する際の加熱および冷却をすると（樹脂が流動できる温度まで加熱してから、冷却過程にあるときの応力緩和時）、図５に示すように、コア基板の絶縁基材１は、収縮する。この収縮は、ガラス繊維の残留応力や樹脂の流動性に大きく影響される。絶縁基材１の面内での収縮率は一様ではなく、図５に示すような形状に収縮する。絶縁基材１においては、その製法上、縦糸方向のガラス繊維（本実施の形態では第２のガラス繊維）に引張残留応力が生じ、一方、ガラス繊維の横糸方向（本実施の形態では第１のガラス繊維）には顕著な引張残留応力は生じない。そのため、たとえば図５の長辺（第１および第２の辺１ａ、１ｂ）を縦糸方向（Ｘ方向）とした場合には、積層時の加熱収縮によって、短辺（第３および第４の辺１ｃ、１ｄ）方向（Ｙ方向）に比べて長辺方向が大きく収縮し、さらに体積を小さくしようとする収縮作用のために、長辺方向（第２のガラス繊維）は内側に湾曲するように歪み変形が生じてしまう。すなわち、Ｘ方向とＹ方向とでは収縮率が異なり、さらに面内においては端部よりも内部の方が収縮率が大きくなる。

なお、図５は、基準マーク２を明確にするため、絶縁基材１と基準マーク２以外は省略している。また、図５においては、横糸よりも縦糸に大きな引張残留応力があるものとし、長辺方向に縦糸方向があるものとして図示しているが、各々の方向はこの限りではない。

次に、図６に示すように、基準マーク２を露出する。この工程では、たとえばレーザ穴あけ機を用いて基準マーク２を露出するための座繰り穴１６を形成することができる。

次に、表層パターン１９により層間の導通をとるために、図７に示すように、絶縁樹脂層１４にビアホール１７と呼ばれる非貫通穴を形成する。ビアホール１７は、たとえばレーザ穴あけ機を用いて形成する。さらに、形成したビアホール１７の壁面に、たとえば銅めっきなどの導体膜を形成し、導体層１５と電気的に接続してもよい。この場合、内層パターン１２の端子部と、表層パターン１９とを電気的に接続することができる。

このビアホール１７を形成するときには、内層に形成された基準マーク２を読み取り、その位置情報と予め設定された加工データにおける基準マーク２の位置情報とのズレに基づいて、製品パターンの拡大もしくは縮小率を演算によって補正し、穴あけする。本実施の形態では、基準マーク２の位置を、図３に示すように、四辺形の対角線３で区分けした場合に、ガラス繊維の引張残留応力が大きい側の方向に沿って内側になるように領域Ｒ１、Ｒ２に形成している。このため、熱収縮時の絶縁基材１の変形歪みに基準マーク２を追随させ、基準マーク２の位置の変動と、製品領域である内層パターン１２の位置の変動とのずれを低減している。このため、内層パターン１２とビアホール１７との位置合わせ精度を向上して、ビアホール１７を形成することができる。

次に、図８に示すように、表層パターン１９となるべき領域が開口したレジスト１８を、導体層１５上に形成する。レジスト１８は、たとえば感光性レジストを用いることができ、たとえば露光などにより形成することができる。

次に、図９に示すように、レジスト１８の開口部に、表層パターン１９を形成する。これにより、内層パターン１２と電気的に接続した表層パターン１９を形成することができる。表層パターン１９は、たとえばめっきなどにより形成することができる。上述したように、製品内パターンの位置変動と一致するように基準マーク２を形成しているので、内層パターン１２と表層パターン１９との位置精度を向上することができる。

最後に、レジスト１８を除去し、全面エッチングして導体層１５の不要な領域を除去する。以上の工程により、図１に示すプリント配線板を製造することができる。

ここで、本実施の形態では、露光マスクを用いた露光を述べたが、ダイレクトイメージと呼ばれる、電子線やレーザによる直描式露光においても、同様な効果を得ることができる。

また、絶縁樹脂層および表層パターンを交互に積み重ねることにより、層をさらに増加したプリント配線板を製造することができる。

続いて、本実施の形態におけるプリント配線板の製造方法の効果を、従来の製造方法と比較して説明する。

まず、従来のプリント配線板の製造方法の位置合わせ技術においては、内層の基準マークは、製品領域を出来るだけ大きくとるために、絶縁基材の四隅に設けられるのが一般的であった。

しかしながら、上述したように、コア基板に絶縁樹脂層１４を形成すると、積層時の加熱による収縮は、コア基板の面内で一様でない。このため、コア基板の収縮による製品内パターンの位置の変化と、基準マークの位置の変化とが異なってしまう。その結果、穴あけ機が読み取った基準マーク位置から算出した熱収縮に関する補正値と、実際の製品領域での内層パターンの熱収縮率が一致しない。あるいは、基準マークと露光マスクのアライメントマークとを高精度に位置合わせした場合であっても、製品領域での内層パターンと表層パターンとの位置関係にはズレが生じるという問題があった。

一方、本実施の形態では、絶縁基材１の上面において対角線３で区分けされた４つの領域Ｒ１〜Ｒ４のうち、第１の辺１ａを含む第１の領域Ｒ１と、第１の領域Ｒ１と対向する第２の領域Ｒ２とに、第２のガラス繊維の方向（Ｘ方向）に沿って２個以上の基準マーク２をそれぞれ形成している。基準マーク２は、引張残留応力の影響を受けやすい位置にそれぞれ形成されているので、コア基板の絶縁基材１の面内におけるガラス繊維の歪み変形に対して、基準マーク２を精度良く追随させることができる。特に、第１および第２の領域Ｒ１、Ｒ２に２個以上ずつＸ方向に沿って基準マークを形成しているので、Ｘ方向およびＹ方向の両方向について絶縁基材１の面内で異なる熱収縮に基準マーク２を追随させることができる。この基準マーク２に基づいて、内層パターン１２に対するビアホール１７および表層パターン１９を位置合わせできる。したがって、基準マーク２に対する位置合わせ精度と、製品内パターン（内層パターン１２、表層パターン１９、ビアホール１７）に対する位置合わせ精度との不整合を抑制することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態におけるプリント配線板の製造方法は、基本的には実施の形態１と同様であるが、図１０に示すように、第１の領域Ｒ１と、第２の領域Ｒ２とに、第２のガラス繊維の方向（Ｘ方向）に沿って３個以上の基準マーク２ａ、２ｂをそれぞれ形成する点において異なる。つまり、実施の形態１で述べたのと同じ構成により内層パターン１２と表層パターン１９との位置合わせを行う際に、図１０に示すように、予め基準マークを６個以上形成し、特にガラス繊維の引張残留応力が大きい側の方向（図１０では長辺方向の縦糸に大きな引張残留応力があるものとして図示した）に沿って、少なくとも３個以上の基準マーク２を形成している。

基準マーク２の読み取りにおいては、四隅近傍の第１および第２の領域Ｒ１、Ｒ２内の基準マーク２ａの中間点にも設けた基準マーク２ｂの位置情報によって、たとえば長辺方向（Ｘ方向）に撓んだ形状に収縮したとしても、絶縁基材１面内で異なる収縮率に応じた位置情報を基に、加工位置データを補正することが可能となる。

そのため、実施の形態１における場合よりも、製品領域での内層パターン１２に対する、層間接続ビアであるビアホール１７や表層パターン１９の位置合わせ精度をさらに高精度化することができる。

本実施の形態におけるプリント配線板の製造方法は、レーザ加工機やＮＣドリルのような穴あけ機に好適に用いられる他、直描式露光機のような露光機においても有効である。また、マスク式露光機においても、多点基準マークの重心位置を求める方式においては有効である。

ここで、実施の形態１および２では、第１の領域Ｒ１と、第２の領域Ｒ２とに、第２のガラス繊維の方向（Ｘ方向）に沿って３個以上の基準マーク２、２ａ、２ｂをそれぞれ形成する場合を例に挙げて説明したが、４個以上の基準マークをそれぞれ形成してもよい。また、第１および第２の領域Ｒ１、Ｒ２に２個以上の基準マークを形成していれば、第１および第２の領域Ｒ１、Ｒ２に形成される基準マークの数が異なっていてもよく、第３および第４の領域Ｒ３、Ｒ４の少なくとも一方にも基準マークがさらに形成されていてもよい。

なお、図１０は、基準マーク２ａ、２ｂを明確にするため、絶縁基材１と基準マーク２ａ、２ｂ以外は省略している。

（実施の形態３）
本実施の形態におけるプリント配線板の製造方法は、基本的には実施の形態１と同様であるが、図１１に示すように、コア基板の平面形状が長方形以外の四角形である点において異なる。コア基板の平面形状が長方形以外の四角形であっても、絶縁基材１の上面において対角線３で区分けされた４つの領域Ｒ１〜Ｒ４のうち、第１の辺１ａを含む第１の領域Ｒ１と、第１の領域Ｒ１と対向する第２の領域Ｒ２とに、第２のガラス繊維の方向（Ｘ方向）に沿って２個以上の基準マーク２をそれぞれ形成している。

このように、コア基板の平面形状が四角形であれば、長方形以外の形状であっても、本発明を適用することができる。

なお、図１１は、基準マーク２を明確にするため、絶縁基材１と基準マーク２以外は省略している。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 絶縁基材、１ａ 第１の辺、１ｂ 第２の辺、１ｃ 第３の辺、１ｄ 第４の辺、２，２ａ，２ｂ 基準マーク、３ 対角線、１２ 内層パターン、１４ 絶縁樹脂層、１５ 導体層、１６ 座繰り穴、１７ ビアホール、１８ レジスト、１９ 表層パターン、Ｒ１ 第１の領域、Ｒ２ 第２の領域、Ｒ３ 第３の領域、Ｒ４ 第４の領域。

Claims (2)

1. 絶縁基材と、前記絶縁基材に形成された内層パターンと、前記絶縁基材に形成された基準マークとを含み、平面形状が四角形のコア基板を準備する工程と、
   前記コア基板に、絶縁樹脂層および表層パターンを形成する工程とを備え、
   前記コア基板を準備する工程は、
   第１のガラス繊維と、前記第１のガラス繊維と交差し、かつ前記第１のガラス繊維よりも引張残留応力が高い第２のガラス繊維とを含み、前記第２のガラス繊維の方向と平行な第１の辺を有する前記絶縁基材を準備する工程と、
   前記絶縁基材の上面において対角線で区分けされた４つの領域のうち、前記第１の辺を含む第１の領域と、前記第１の領域と対向する第２の領域とに、前記第２のガラス繊維の方向に沿って２個以上の前記基準マークをそれぞれ形成する工程とを含む、プリント配線板の製造方法。
2. 前記基準マークをそれぞれ形成する工程では、前記第１の領域と、前記第２の領域とに、前記第２のガラス繊維の方向に沿って３個以上の前記基準マークをそれぞれ形成する、請求項１に記載のプリント配線板の製造方法。

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