JP2010264576A

JP2010264576A - エントリーボードおよび多層基板の貫通孔加工方法

Info

Publication number: JP2010264576A
Application number: JP2009119756A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Aizawa; 文隆相澤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2010-11-25

Abstract

【課題】良好な貫通孔内壁形状および孔位置精度を確保することができ、安価に多層基板を製造することができるとともに、副資材のコストを低減することのできる多層基板の貫通孔加工方法を提供する。
【解決手段】バックアップボード４１に載せた多層基板３２の上にエントリーボード４２を載せ、ドリル４３でエントリーボード４２から多層基板３２に小口径の貫通孔を開ける多層基板の貫通孔加工方法において、エントリーボード４２を、耐熱性ポリエチレンテレフタレートで１５０μｍ以上２５０μｍ以下の厚さに形成し、ドリル４３の回転数を１００ｋｒｐｍ以上２００ｋｒｐｍ以下にし、ドリル４３の突っ込み速度を１．０ｍ／ｍｉｎ以上２．０ｍ／ｍｉｎ以下にし、バックアップボード４１へのドリル４３の切り込み量を０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下にする。
【選択図】図４

Description

この発明は、多層基板に小口径の貫通孔を開けるためのエントリーボード、および、このエントリーボードを使用して多層基板に小口径の貫通孔を開ける多層基板の貫通孔加工方法に関するものである。

ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit：フレキシブルプリント基板）を貼り合わせた多層基板（多層フレキシブルプリント基板）や、少なくとも２枚のＣＣＬ（Copper Clad Laminate：銅張積層板）を貼り合わせた多層基板などは、異なる材質からなる部材を複数種類組み合わせたり、あるいは、異なる材質からなる部材を複数種類積層した構造を採用している。このため、多層基板に貫通孔（スルーホール）を開ける場合、適正なドリル加工で貫通孔を開けないと、材料の種類により、貫通孔加工時にえぐれが発生し、銅メッキ後に良好な貫通孔内壁が形成されず、接続信頼性が低下する。また、樹脂のスミヤが導通部分に付着することによって銅メッキ時に層間の導通がとれなくなったり、または、銅メッキの接触面積が小さくなったりすることによって層間の抵抗値が規格値よりも大きくなり、信頼性が低下する。また、多層基板では、内層回路のランド部への加工が必須となり、孔位置精度が悪いと、加工孔がランド部から外れてしまい、層間の接続不良が発生する。したがって、多層基板においては、良好な貫通孔内壁形状および孔位置精度を確保する必要がある。

上記した孔開け加工に用いるエントリーボードをベークライト（登録商標：フェノール−ホルムアルデヒド樹脂）板にすると、ドリルの突っ込み時にエントリーボードに対してドリルが滑るため、孔位置精度が悪く、ランド切れによる接続信頼性の低下が発生しやすくなる。

そこで、エントリーボードとしてベークライト板を用いる問題点の解決策として、例えば、エントリーボードに、潤滑剤が添加された粘着剤層の両側に樹脂層を配置した孔開け加工用シート（例えば、特許文献１参照。）を用いたり、アルミ箔と樹脂を含浸させた紙とを硬化型の接着剤によって複合させた加工用シート（例えば、特許文献２参照。）を用いたり、紙基材に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを、連続的に加熱プレス成形して製造した加工用シート（例えば、特許文献３参照。）を用いている。

特開２００５−１５３１０３号公報特開平７−３２８９９６号公報特開２００１−１８１０４号公報

上記した特許文献１〜特許文献３に記載されている加工用シートは製造コストが高いので、多層基板を安価に製造することができなくなる。また、潤滑剤が貫通孔内壁の導通個所に付着することにより、潤滑剤を除去するためのデスミヤ工程において、長い処理時間が必要になるとともに、副資材コストも高くなる。

近年、電子機器の軽薄短小化に伴い、プリント配線基板にも高密度配線が求められているが、多層基板は電子機器の軽薄短小化の要求に応えるのに好適な基板である。しかし、多層基板は製造工程数が多く、製造コストが高くなるため、副資材のコストを低減することのできる多層基板の明確な加工条件の確立が期待されている。

この発明は、上記したような不都合を解消するとともに、上記した要望に応えるためになされたもので、多層基板を安価に製造することができるとともに、良好な貫通孔内壁形状および孔位置精度を確保することができ、副資材のコストを低減することのできるエントリーボードおよび多層基板の貫通孔可能方法を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、バックアップボードに載せた多層基板にドリルで小口径の貫通孔を開ける際、前記多層基板の上に載せるエントリーボードを、耐熱性ポリエチレンテレフタレートで１５０μｍ以上２５０μｍ以下の厚さに形成したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、バックアップボードに載せた多層基板の上にエントリーボードを載せ、ドリルで前記エントリーボードから前記多層基板に小口径の貫通孔を開ける多層基板の貫通孔加工方法において、前記エントリーボードを、耐熱樹脂で１５０μｍ以上２５０μｍ以下の厚さに形成し、前記ドリルの回転数を１００ｋｒｐｍ以上２００ｋｒｐｍ以下にし、前記ドリルの突っ込み速度を１．０ｍ／ｍｉｎ以上２．０ｍ／ｍｉｎ以下にし、前記バックアップボードへの前記ドリルの切り込み量を０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下にしたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、エントリーボードを、耐熱性ポリエチレンテレフタレート（耐熱性ＰＥＴ）で１５０μｍ以上２５０μｍ以下の厚さに形成したので、エントリーボードが安価になることによって多層基板を安価に製造することができる。また、ドリルの突っ込み時にエントリーボードに対してドリルが滑らずに突っ込むため、孔位置精度を確保することができる。

請求項２に記載の発明によれば、エントリーボードを、耐熱性ＰＥＴで１５０μｍ以上２５０μｍ以下の厚さに形成し、ドリルの回転数を１００ｋｒｐｍ以上２００ｋｒｐｍ以下にし、ドリルの突っ込み速度を１．０ｍ／ｍｉｎ以上２．０ｍ／ｍｉｎ以下にし、ドリルのバックアップボードへの切り込み量を０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下にしたので、ドリルの突っ込み時にエントリーボードに対してドリルが滑らずに突っ込むため、孔位置精度を確保することができるとともに、良好な貫通孔内壁形状を確保することができる。さらに、良好な貫通孔内壁形状を確保できることにより、デスミヤ工程での長い処理時間が不要になるので、副資材のコストを低減することができ、多層基板を安価に製造することができる。

多層基板の製造工程を示す説明図である。多層基板の製造工程を示す説明図である。多層基板の製造工程を示す説明図である。多層基板に貫通孔を開ける説明図である。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１〜図３は多層基板の製造工程を示す説明図、図４は多層基板に貫通孔を開ける説明図である。

次に、多層基板の製造方法を、図１〜図３を参照した説明する。

まず、図１（ａ）に示す工程では、例えば、ポリイミド樹脂フィルムからなる絶縁基板１の両面に銅箔製の配線材料層２ａ，２ｂが設けられた両面銅張積層板３（例えば、銅箔厚が１８μｍで、ポリイミド厚が２５μｍの両面銅張積層板）を用意する。そして、図１（ｂ）に示すように、ドリルによって両面銅張積層板３に貫通孔（スルーホール）４を開け、ＣＦ_４とＯ_２との混合ガス（ＣＦ_４：Ｏ_２＝５：９５）によるプラズマデスミヤ処理を施す。

その後、図１（ｃ）に示すように、両面銅張積層板３の両面に全体的に銅メッキを成長させて配線材料層５ａ，５ｂを形成する。このとき、貫通孔内壁４ａに層間導電路（ビア）６が形成される。そして、図１（ｄ）に示す工程では、配線材料層５ａ，５ｂ表面にフォトリソグラフィで所望の回路パターンに対応するエッチングレジストパターン（エッチングマスク）を形成した後、配線材料層５ａ，５ｂ，２ａ，２ｂに化学的選択エッチングを行うことにより、所望の回路にパターンニングされた配線層７ａ，７ｂを形成する。

これとは別に、図２（ａ）に示す工程では、例えば、ポリイミド樹脂フィルムからなる絶縁基板１１の片面に銅箔製の配線材料層１２が設けられた片面銅張積層板１３（例えば、銅箔厚が１８μｍで、ポリイミド厚が２５μｍの片面銅張積層板）を用意する。そして、図２（ｂ）に示す工程では、配線材料層１２表面にフォトリソグラフィで所望の回路パターンに対応するエッチングレジストパターン（エッチングマスク）を形成した後、配線材料層１２に化学的選択エッチングを行うことにより、所望の回路にパターンニングされた配線層１４を形成する。

その後、図３（ａ）に示すように、配線層７ａ，７ｂに、所望の回路にパターンニングが形成された片面銅張積層板１３を層間接着剤２１でそれぞれ貼り付ける。そして、図３（ｂ）に示すように、ソルダーレジスト２２を貼り合わせることにより、多層基板３１とする。

次に、多層基板に貫通孔を開ける貫通孔の加工方法を、図４を参照して説明する。

まず、図示を省略した載置台に、ベークライト板で１．５ｍｍの厚さに形成したバックアップボード４１を載せ、このバックアップボード４１に多層基板、例えば、両面銅張積層板の両面に片面銅張積層板をそれぞれ貼り合わせた４層構造の多層基板３２を載せ、この多層基板３２の上にエントリーボード４２を載せた後、載置台に対してバックアップボード４１、多層基板３２およびエントリーボード４２を、図示を省略した固定部材で固定する。そして、ドリル４３でエントリーボード４１から多層基板３２、バックアップボード４１に小口径、例えば、０．１ｍｍ〜０．３５ｍｍの貫通孔を図１（ｂ）に示すように開ける。

このようにして多層基板に貫通孔を開ける場合のエントリーボードの材料および厚さ、ドリルの回転数、ドリルの突っ込み速度、バックアップボードへのドリルの切り込み量について考察する。

＜エントリーボードの材料および厚さ＞
エントリーボードを耐熱性ＰＥＴ（融点が２６０℃）で１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍおよび３００μｍの厚さに形成し、また、エントリーボードをベークライト板で８００μｍの厚さに形成し、また、エントリーボードを潤滑剤付きエントリーシートで３００μｍの厚さに形成し、ドリルの回転数を１５０ｋｒｐｍとし、ドリルの突っ込み速度を１．５ｍ／ｍｉｎとし、ドリルの切り込み量を０．３ｍｍとし、ドリルを０．３ｍｍとして前記４層構造の多層基板に小口径の貫通孔を開けた結果を表１に示す。

信頼性評価は、ＩＰＣ−ＴＭ−６５０に準拠した気相ヒートサイクル試験で行った。そして、試験条件は、ＩＰＣ規格記載の推奨条件とした。また、サイクル数は４０サイクルとした。また、信頼性試験の個数をそれぞれ１０とし、抵抗値を測定して満足した個数を表１に記した。そして、孔位置精度は、測長機を使用することにより、設計値と実測値との違いを測定した。また、貫通孔内壁のスミヤ残渣の有無は、ドリル加工後にデスミヤ処理を行い、貫通孔を走査型電子顕微鏡で観察した。そして、デスミヤの詳細条件は、ＣＦ_４とＯ_２との混合比を５：９５とし、ＲＦパワーを４０００ワット、ガス流量を３０００ｍｌ／ｍｉｎ、処理時間を３０分とした。そして、貫通孔のバリは、加工後に顕微鏡で観察した。

表１によって以下の点が明らかになった。（１）エントリーボードに１００μｍ厚の耐熱性ＰＥＴを用いると、加工時の多層基板の押さえが弱いため、貫通孔にバリが発生する。（２）エントリーボードに３００μｍ厚の耐熱性ＰＥＴを用いると、加工時にエントリーボードに熱がこもることによってエントリーボードが溶融し、貫通孔内壁にＰＥＴ成分が付着する。そのため、メッキが部分的に未着となり、信頼性試験を満足しないサンプルが発生する。（３）エントリーボードにベークライト板を用いると、孔精度位置が悪く、ランド切れしている貫通孔も散見している。ドリルを突っ込む際にドリル先端がベークライト板に対して滑るために孔位置精度が悪くなったものと考えられる。（４）エントリーボードに潤滑剤付きエントリーシートを用いると、孔位置精度は良好であり、貫通孔内壁形状も非常に平滑であるが、潤滑剤が貫通孔内壁に付着することにより、通常のデスミヤ工程ではスミヤを完全に除去できない。そのため、信頼性試験において、規格値を満足できないサンプルが発生する。また、潤滑剤は資材コストが高く、スミヤを除去するためにはデスミヤの処理時間を延ばす必要があり、製造コストが増加する。

したがって、良好な内壁形状で、孔位置精度がよく、信頼性の高い貫通孔を多層基板に形成するためには、エントリーボードとして単層の耐熱性ＰＥＴを１５０μｍ以上２５０以下として使用する必要がある。

＜ドリルの回転数＞
ドリルの回転数を５０ｋｒｐｍ、１００ｋｒｐｍ、１５０ｋｒｐｍ、２００ｋｒｐｍおよび２５０ｋｒｐｍにし、エントリーボードを耐熱性ＰＥＴで２００μｍの厚さとし、ドリルの突っ込み速度を１．５ｍ／ｍｉｎとし、バックアップボードへのドリルの切り込み量を０．３ｍｍとし、ドリルを０．３ｍｍとして前記４層構造の多層基板に小口径の貫通孔を開けた結果を表２に示す。

信頼性評価、試験条件、サイクル数、信頼性試験、孔位置精度、貫通孔内壁のスミヤ残渣の有無、デスミヤの条件は、エントリーボードの場合と同じ条件で行った。

表２によって以下の点が明らかになった。（１）ドリルの回転数が１００ｋｒｐｍ未満の場合、孔位置精度が悪く、信頼性を満足できないサンプルが発生する。（２）ドリルの回転数が２００ｋｒｐｍを超えた場合、孔位置精度が悪く、信頼性を満足できないサンプルが発生する。（３）ドリル加工時の回転数が１００ｋｒｐｍ以上２００ｋｒｐｍ以下の範囲では、良好な孔位置精度が得られる。

したがって、良好な内壁形状で、孔位置精度がよく、信頼性の高い貫通孔を多層基板に形成するためには、ドリルの回転数を１００ｋｒｐｍ以上２００ｋｒｐｍ以下にする必要がある。

＜ドリルの突っ込み速度＞
ドリルの突っ込み速度を０．５ｍ／ｍｉｎ、１．０ｍ／ｍｉｎ、１．５ｍ／ｍｉｎ、２．０ｍ／ｍｉｎ、２．５ｍ／ｍｉｎ、３．０ｍ／ｍｉｎにし、エントリーボードを耐熱性ＰＥＴで２００μｍの厚さとし、ドリルの回転数を１５０ｋｒｐｍとし、バックアップボードへのドリルの切り込み量を０．３ｍｍとし、ドリルを０．３ｍｍとして前記４層構造の多層基板に小口径の貫通孔を開けた結果を表３に示す。

表３によって以下の点が明らかになった。（１）ドリルの突っ込み速度が１．０ｍ／ｍｉｎ未満の場合、孔位置精度が悪く、信頼性を満足できないサンプルが発生する。（２）ドリルの突っ込み速度が２．０ｍ／ｍｉｎを超えた場合、孔位置精度が悪く、信頼性を満足できないサンプルが発生する。（３）ドリル加工時の突っ込み速度が１．０ｍ／ｍｉｎ以上２．０ｍ／ｍｉｎ以下の範囲では、良好な孔位置精度が得られる。

したがって、良好な内壁形状で、孔位置精度がよく、信頼性の高い貫通孔を多層基板に形成するためには、ドリル加工時の突っ込み速度を１．０ｍ／ｍｉｎ以上２．０ｍ／ｍｉｎ以下にする必要がある。

＜ドリルの切り込み量＞
バックアップボードへのドリルの切り込み量を０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍにし、エントリーボードを耐熱性ＰＥＴで２００μｍの厚さとし、ドリルの回転数を１５０ｋｒｐｍとし、ドリルの突っ込み速度を１．５ｍ／ｍｉｎとし、ドリルを０．３ｍｍとして前記４層構造の多層基板に小口径の貫通孔を開けた結果を表４に示す。

信頼性評価、試験条件、サイクル数、信頼性試験、孔位置精度、貫通孔内壁のスミヤ残渣の有無、デスミヤの条件は、エントリーボードの場合と同じ条件で行った。そして、ドリル折れは、１０個の試験体に貫通孔を開けたときに折れたドリルの本数である。

表４によって以下の点が明らかになった。（１）ドリルの切り込み量を０．２ｍｍ未満にした場合、信頼性を満足できないサンプルが発生する。装置の精度のばらつき、使用しているバックアップボードの厚みのばらつきなどにより、孔開け可能な設定値に近似した値にドリルの切り込み量を設定すると、多層基板に孔が開ききらず、導通がとれないため、信頼性試験に投入直後に評価は不可（不合格）となる。（２）ドリルの切り込み量が０．４ｍｍを超えた場合、１０個中７個でドリル折れが発生している。ドリルの切り込み量を深くすると、エントリーボードにドリルが接する時間が増えるため、エントリーボードが溶解してドリルに付着、固着するので、孔開け工程が進んでいくのにしたがってドリルに負荷がかかり、ドリル折れが発生する。また、ドリルの切り込み量を深くしているため、サイクルタイムが長くなり、コストアップの要因となる。（３）ドリルの切り込み量を０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の範囲では、ドリル折れが発生せず、信頼性評価が良好である。

したがって、多層基板に位置精度よく貫通孔を設けるためには、ドリル加工時の切り込み量を０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下にする必要がある。

上述したように、この発明によれば、エントリーボードを、耐熱性ＰＥＴで１５０μｍ以上２５０μｍ以下の厚さに形成したので、エントリーボードが安価になることによって多層基板を安価に製造することができる。また、エントリーボードを耐熱性ＰＥＴで形成したので、ドリルの突っ込み時にエントリーボードに対してドリルが滑らずに突っ込むことにより、孔位置精度を確保することができる。そして、ドリルの回転数を１００ｋｒｐｍ以上２００ｋｒｐｍ以下にし、ドリルの突っ込み速度を１．０ｍ／ｍｉｎ以上２．０ｍ／ｍｉｎ以下にし、バックアップボードへのドリルの切り込み量を０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下にして多層基板に貫通孔を開けるので、良好な貫通孔内壁形状を確保することができる。さらに、良好な貫通孔内壁形状を確保できることにより、デスミヤ工程の長い処理時間が不要になるので、副資材のコストを低減することができ、多層基板を安価に製造することができる。

上記した実施例では、小口径の貫通孔の直径を０．３ｍｍとした例を示したが、小口径の貫通孔とは、直径が０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下の貫通孔であればよい。

１絶縁基板
２ａ配線材料層
２ｂ配線材料層
３両面銅張積層板
４貫通孔（スルーホール）
４ａ貫通孔内壁
５ａ配線材料層
５ｂ配線材料層
６層間導電路（ビア）
７ａ配線層
７ｂ配線層
１１絶縁基板
１２配線材料層
１３片面銅張積層板
１４配線層
２１層間接着剤
２２ソルダーレジスト
３１多層基板
３２多層基板
４１バックアップボード
４２エントリーボード
４３ドリル

Claims

バックアップボードに載せた多層基板にドリルで小口径の貫通孔を開ける際、前記多層基板の上に載せるエントリーボードを、耐熱性ポリエチレンテレフタレートで１５０μｍ以上２５０μｍ以下の厚さに形成した、
ことを特徴とするエントリーボード。
バックアップボードに載せた多層基板の上にエントリーボードを載せ、ドリルで前記エントリーボードから前記多層基板に小口径の貫通孔を開ける多層基板の貫通孔加工方法において、
前記エントリーボードを、耐熱性ポリエチレンテレフタレートで１５０μｍ以上２５０μｍ以下の厚さに形成し、
前記ドリルの回転数を１００ｋｒｐｍ以上２００ｋｒｐｍ以下にし、
前記ドリルの突っ込み速度を１．０ｍ／ｍｉｎ以上２．０ｍ／ｍｉｎ以下にし、
前記バックアップボードへの前記ドリルの切り込み量を０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下にした、
ことを特徴とする多層基板の貫通孔加工方法。