JP2011187854A - 多層プリント配線板および多層プリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内層用コア基板とプリプレグシートとの密着の不具合、あるいは多層プリント配線板としての外観上における内部の白化現象を解消することができ、低抵抗で接続信頼性の高い多層プリント配線板を提供する。
【解決手段】電源または接地またはアンテナ回路の近傍に樹脂流れ防止パターンが形成された内層用コア基板と貫通孔に導電性ペーストが充填された層間導通孔を有するプリプレグシートとを積層し熱プレスして多層プリント配線板を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも２層以上の回路パターンを接続してなる多層プリント配線板およびその製造方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化、高密度化に伴い産業用にとどまらず民生用の分野においても回路基板の多層化が強く要望されるようになってきた。

このようなプリント配線板では、複数層の回路パターンの間をインナビアホール接続する接続方法および信頼度の高い構造の新規開発が不可欠なものになっているが、導電性ペーストによるインナビアホール接続した新規な構成の高密度のプリント配線板の製造方法が提案されている。

以下に従来の多層プリント配線板の製造方法について説明する。

まず、多層プリント配線板の内層基板となる両面の回路基板の製造方法を説明する。

図６（ａ）〜（ｆ）は従来の内層用の両面回路基板の製造方法の工程断面図である。

２３はプリプレグシートであり、繊維の基材に熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなる基材が用いられる。

まず、図６（ａ）に示す両面に離型フィルム３１が接着されたプリプレグシート２３の所定の箇所に、図６（ｂ）に示すように、レーザ加工法などを利用して貫通孔３２を形成する。

次に図６（ｃ）に示すように、貫通孔３２に導電性ペースト３３を充填する。導電性ペースト３３を充填する方法は、貫通孔３２を有するプリプレグシート２３を印刷機（図示せず）のテーブル上に設置し、印刷して行う。

次に図６（ｄ）に示すように、プリプレグシート２３の両面から離型フィルム３１を剥離する。

そして、図６（ｅ）に示すように、プリプレグシート２３の両面に金属はく３４を重ね、真空中で温度約２００℃、圧力約４ＭＰａで１時間加熱加圧する。これにより、プリプレグシート２３が圧縮されるとともにプリプレグシート２３と金属はく３４とが接着され、両面の金属はく３４は所定位置に設けた貫通孔３２に充填された導電性ペースト３３により電気的に接続される。

そして、図６（ｆ）に示すように、両面の金属はく３４を選択的にエッチングして回路パターン２５が形成された両面の回路基板２２を得る。

図７（ａ）〜（ｄ）は、従来の多層プリント配線板の製造方法を示す工程断面図であり、４層基板を例として示している。

まず図７（ａ）に示すように、図６（ａ）〜（ｆ）によって製造された回路パターン２５を有する両面回路基板２２と、図６（ａ）〜（ｄ）で製造された貫通孔３２に導電性ペースト３３を充填したプリプレグシート２３を準備する。

次に図７（ｂ）に示すように、金属はく３４、プリプレグシート２３、内層用の両面回路基板２２、プリプレグシート２３、金属はく３４の順で位置決めして重ねる。

次に、真空中で温度約２００℃で、圧力約４ＭＰａで１時間加熱加圧してプリプレグシート２３を硬化する。これにより、図７（ｃ）に示すようにプリプレグシート２３が圧縮され、両面回路基板２２と金属はく３４とが接着されるとともに、両面回路基板２２の回路パターン２５は導電性ペースト３３により金属はく３４とインナビアホール接続される。

そして図７（ｄ）に示すように、両面の金属はく３４を選択的にエッチングして回路パターン２５を形成することで４層の多層プリント配線板２１を得る。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。

特開２００２−６４２６９号公報

しかしながら、両面回路基板２２の両面には回路パターン２５が形成されているので、熱プレスの際、両面回路基板の回路パターン２５が存在する部位と存在しない部位では、回路パターン２５の厚み分に相当する段差が生じる。

そのため、回路パターン２５に圧力が集中し、回路パターンが存在しない部位では加熱加圧工程における圧力が十分にかからない状態となる。

両面回路基板２２の回路パターンが存在しない部位、特に比較的回路幅の広い電源、または接地またはアンテナ回路の近傍においては、圧力が十分にかからないことにより、プリプレグシート２３に含有している熱硬化性樹脂の流動が悪くなる。

その結果、前記の電源または接地またはアンテナ回路の近傍においては、加熱加圧工程での昇温過程で両面回路基板あるいはプリプレグシートの材料内部からの気泡（ボイド）による膨張内圧が発生し、両面回路基板２２とプリプレグシート２３との密着の不具合が生じ、多層基板としての外観上、内部が白化した現象が発生する可能性がある。

この白化現象を防止するため、プリプレグシートに含浸される樹脂量を増やし、樹脂の流動性を高めることも検討された。

しかしながら、白化現象を解消するために必要な樹脂量においては、加熱加圧工程での樹脂流れ量が多くなり、導電性ペースト３３を充填した貫通孔３２が樹脂の流動に伴って変形する現象、いわゆる「ビア倒れ」が発生してしまい、層間の接続抵抗の抵抗値大や抵抗値のばらつき等層間接続の信頼性を低下させる原因ともなっていた。

本発明は前記従来の問題を解決するため、熱プレス時における圧力を均一に確保し、高品質な多層回路基板を製造する製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の多層プリント配線板は、電源または接地またはアンテナ回路と信号回路とを有する内層用コア基板と、貫通孔に導電性ペーストが充填された層間導通孔を有するプリプレグシートと、少なくとも前記内層用コア基板と前記プリプレグシートとが積層・硬化され、前記内層用コア基板の電源または接地またはアンテナ回路の近傍には樹脂流れ防止パターンが形成されており、前記樹脂流れ防止パターンには樹脂流れ調整溝が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の多層プリント配線板の製造方法は、電源または接地またはアンテナ回路と信号回路とを有する内層用コア基板を準備する工程と、貫通孔に導電性ペーストが充填された層間導通孔を有するプリプレグシートを準備する工程と、前記内層用コア基板の両面に前記プリプレグシートと銅箔あるいは回路形成基板とを積層し加熱加圧する工程とを備え、前記内層用コア基板の近傍には樹脂流れ防止パターンが形成され、前記樹脂流れ防止パターンには樹脂流れ調整溝が形成されていることを特徴とするものである。

内層用コア基板の電源または接地またはアンテナ回路の近傍に形成された樹脂流れ防止パターンの構成により、回路パターンが存在する部位と回路パターンの存在しない部位での、回路パターンの厚み分に相当する段差を解消し、樹脂流れ防止パターンの数や粗密により調整できるので、白化を解消することができる。

さらに、樹脂流れ防止パターンに形成された樹脂流れ調整溝の形成数や溝幅、形成方向を調整することにより、樹脂流れや製品部内でのプレス時の圧力のかかり方を制御することも可能である。

本発明によれば、加熱加圧工程において、特に比較的回路幅の広い電源または接地またはアンテナ回路の近傍においても、均一な加圧を実現することができるため、内層用基板とプリプレグシートとの密着の不具合、あるいは多層プリント配線板としての外観上における内部の白化現象を解消することができ、低抵抗で接続信頼性の高い多層プリント配線板を提供することができる。

本実施の形態における多層プリント配線板の構造断面図 同実施の形態における多層プリント配線板の樹脂流れ防止パターンの詳細を示す平面図 同実施の形態における多層プリント配線板の内層用コア基板の平面図 同実施の形態における多層プリント配線板の内層用コア基板の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態における多層プリント配線板の製造方法を示す工程断面図 従来の多層プリント配線板の内層用の両面回路基板の製造方法を示す工程断面図 従来の多層プリント配線板の製造方法を示す工程断面図

（実施の形態）
本発明の多層プリント配線板および多層プリント配線板の製造方法について以下に説明する。

図１に、本実施の形態における多層プリント配線板の断面構造を示す。

多層プリント配線板１の構成は、内層用コア基板２にプリプレグシート３が積層され最外層に回路が形成された４層の多層プリント配線板の例を示したものである。

内層用コア基板２は両面に電源または接地またはアンテナ回路４と信号回路５が形成され、必要に応じて両面が導通孔６により層間接続されたものである。また、プリプレグシート３は、例えばガラス繊維の織布に熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなる基材に貫通孔を設け導電性ペーストが充填されたものであり、内層用コア基板２との積層及び加圧加熱工程により硬化され、導通孔６により層間接続がなされている。

なお、本実施の形態の以下の説明においては、便宜上、電源または接地またはアンテナ回路を代表してアンテナ回路４として表現する。

本発明の特徴は、図１に示すように、内層用コア基板２のアンテナ回路４の近傍に樹脂流れ防止パターン７が形成されており、さらに樹脂流れ防止パターン７には樹脂流れ調整溝８が形成されていることである。

なお、アンテナ回路４の「近傍」とは、アンテナ回路４と樹脂流れ防止パターン７とが接触しない程度で、かつ電気的絶縁が確保される部位に樹脂流れ防止パターン７が形成されることを示すものであり、アンテナ回路４と樹脂流れ防止パターン７との間隔は、０．１０ｍｍ以上が望ましい。

但し、樹脂流れ防止パターン７が電気的に独立したパターンであり、内層用コア基板２上の信号回路と十分な絶縁が確保されている場合は、アンテナ回路４と樹脂流れ防止パターン７との間隔を、０．０３ｍｍ〜０．１０ｍｍに狭めることも可能である。

図２は、樹脂流れ防止パターン７の詳細を示す平面図である。図に示すように、樹脂流れ防止パターン７に形成された樹脂流れ調整溝８が複数形成され、樹脂流れ調整溝８は溝幅、溝形成方向は、任意に設定することができ、さらに異なる溝形成方向によって交差（クロス）させる等の樹脂流れ調整溝８の形態を調整することが可能である。

すなわち、樹脂流れ防止パターン７は内層用コア基板２上に複数形成され、樹脂流れ防止パターン７が形成される位置により樹脂流れ調整溝８の形成数、溝幅、溝形成方向を異ならせる形態とすることによって、プリプレグシート３中の樹脂流れを調整することが可能となる。

具体的には、プリプレグシート３中の樹脂流れが発生しやすい場所と発生しにくい場所をあらかじめテストパターン等を用いて確認し、樹脂流れ調整溝８の、形成数、溝幅、溝形成方向を場所により異なるようにすることで調整が可能となる。

さらに、樹脂流れ防止パターンを一定の方向や間隔（格子状）に形成することにより、樹脂の流れや製品部内でのプレス時の圧力のかかり方を制御することも可能である。

通常のプリント配線板は、１枚の製造用シートに複数の製品として構成され、あるいは、一製品に個別プリント配線板の集合した集合プリント配線板の形態で製造される。

本発明においては、図３の内層用コア基板の平面図に示すように、複数の製品領域９とそれ以外の製品外領域１０とに区分された形態であり、本発明の実施の形態における樹脂流れ防止パターン７は製品外領域１０に形成することが望ましい。これにより、製品領域９の面積を有効に活用することができ、配線収容性を高めることができる。

次に本発明の多層プリント配線板の製造方法について以下に説明する。

まず、多層プリント配線板のベースとなる内層用コア基板とプリプレグシートを準備する工程について説明する。

図４（ａ）〜（ｆ）は本発明の内層用の両面回路基板の製造方法の工程断面図である。

図４において、３はプリプレグシートであり、無機または有機繊維の基材に熱硬化性樹脂が含浸された半硬化状態のものであって、本実施の形態においては、ガラス繊維の織布に熱硬化性エポキシ樹脂を含浸させた複合材からなる基材を用いる。なお、ガラス繊維の不織布や芳香族ポリアミドの有機繊維を不織布や織布を基材、あるいは樹脂を主体とするフィルム状のものであってもよい。

また、前記の熱硬化性樹脂の含浸量は、５０〜８０重量％の範囲であることが望ましい。熱硬化性樹脂の含浸量が５０重量％以下の場合は、層間接着としての機能を満たすことができず、層間剥離や白化の原因となり、８０重量％以上の場合は、樹脂流れ量が多くなり流動性が高くなりすぎることから、導電性ペーストを充填した貫通孔が「ビア倒れ」を生じ、層間の接続抵抗の抵抗値大や抵抗値のばらつき等、層間接続の信頼性を低下させる原因となるため、前記の範囲であることが望ましい。

まず、図４（ａ）に示すように、プリプレグシート３の両面に離型フィルム１１をラミネート装置を用いて貼り合わせる。離型フィルム１１は、片面にＳｉ系の離型剤を塗布した厚さ約１６μｍの離型フィルムであり、ここではポリエチレンテレフタレートを用いている。

次に図４（ｂ）に示すように、両面に離型フィルム１１が接着されたプリプレグシート３の所定の箇所に、レーザ加工法などを利用して貫通孔１２を形成する。

次に図４（ｃ）に示すように、貫通孔１２に導電性ペースト１３を充填し、貫通導通孔を形成する。

なお、導電性ペースト１３は、導電性のフィラーとして平均粒径２μｍの銅粉末を用い、樹脂としては熱硬化型エポキシ樹脂（無溶剤型）、硬化剤として酸無水物系の硬化剤をそれぞれ８５重量％、１２．５重量％、２．５重量％となるように３本ロールにて十分に混練したものである。

導電性ペースト１３を充填する方法としては、貫通孔１２を有するプリプレグシート３を印刷機（図示せず）のテーブル上に設置し、直接導電性ペースト１３を離型フィルム１１の上から充填する。このとき、離型フィルム１１は印刷マスクの役割と、プリプレグシート３の汚染防止の役割を果たしている。

次に図４（ｄ）に示すように、プリプレグシート３の両面から離型フィルム１１を剥離する。この工程に至るまでの工程を用いて、貫通孔１２に導電性ペースト１３が充填されたプリプレグシート３を複数枚準備しておく。

そして、図４（ｅ）に示すように、プリプレグシート３の両面に厚さ１８μｍの銅などの金属はく１４を重ね、真空中で温度約２００℃、圧力約４ＭＰａで１時間加熱加圧する。

これにより、図４（ｆ）に示すように、プリプレグシート３が圧縮されるとともに、プリプレグシート３と金属はく１４とが接着され、両面の金属はく１４は所定位置に設けた貫通孔１２に充填された導電性ペースト１３が硬化して形成された導通孔６により電気的に接続される。

次に、図４（ｆ）に示すように、両面の金属はく１４を選択的にエッチングして、電源または接地またはアンテナ回路４と信号回路等の回路パターン５およびその近傍に樹脂流れ防止パターン７を形成する。

そして、図に示すような回路パターン５及び樹脂流れ防止パターン７とを有する内層用コア基板としての両面回路基板２を得る。

図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の多層プリント配線板の製造方法を示す工程断面図であり、４層基板を例として示している。

まず図５（ａ）に示すように、図４（ａ）〜（ｆ）によって製造された、回路パターン５、樹脂流れ防止パターン７を形成し、導通孔６で両面の回路パターン５を電気的に接続した内層用コア基板としての両面回路基板２を準備する。

また図４（ａ）〜（ｄ）で製造された貫通導通孔を有するプリプレグシート３と銅箔などの金属はく１４を準備する。

なお、樹脂流れ防止パターン７の形態は、前述の図１、図２に示すように、図４の工程で形成した樹脂流れ防止パターン７と樹脂流れ防止パターン７に形成された樹脂流れ調整溝８が複数形成されたものである。

また、既述したように、樹脂流れ調整溝８は溝幅、溝形成方向は、任意に設定することができ、さらに異なる溝形成方向によって交差（クロス）させることが可能である。

次に、図５（ｂ）に示すように、金属はく１４、貫通導通孔を有するプリプレグシート３、内層用コア基板２、プリプレグシート３、金属はく１４の順で位置決めして重ね、真空中で温度約２００℃、圧力約４ＭＰａで１時間加熱加圧してプリプレグシート３を硬化する。

これにより、図５（ｃ）に示すようにプリプレグシート３が圧縮され、内層用コア基板２と金属はく１４とが接着されるとともに、回路パターン５は導通孔６により金属はく１４とインナビアホール接続される。

そして図５（ｄ）に示すように、両面の金属はく１４を選択的にエッチングして回路パターン５を形成することで４層の多層プリント配線板１を得る。４層以上の多層基板を得ようとすれば上記製造方法で製造した多層の回路基板を両面回路基板の代わりに用い、同じ工程を繰り返せばよい。

本発明の製造方法で作製した多層プリント配線板は、内層用コア基板２の回路パターンと樹脂流れ防止パターン７を設けたことで、内層用コア基板２上の回路パターンの有無に関わらず、加熱加圧時に導電性ペーストが均一に加圧されて、接続抵抗を安定させることができる。

また、回路パターン５と同時に樹脂流れ防止パターン７及び樹脂流れ調整溝８を形成するため、内層用コア基板の回路パターンの厚みにも影響されることなく接続抵抗が安定することを確認した。

さらに、回路パターンが形成されていない領域に樹脂流れ防止パターンを形成することで、回路パターンの疎密を調整できるので、白化を解消することも可能となった。

本発明の多層プリント配線板および多層プリント配線板の製造方法を採用することにより、内層用コア基板とプリプレグシートとの密着の不具合、あるいは多層プリント配線板としての外観上における内部の白化現象を解消することができ、低抵抗で接続信頼性の高い多層プリント配線板を提供することができ、産業上の利用可能性は大きいといえる。

１ 多層プリント配線板
２ 内層用コア基板
３ プリプレグシート
４ アンテナ回路
５ 回路パターン
６ 導通孔
７ 樹脂流れ防止パターン
８ 樹脂流れ調整溝
９ 製品領域
１０ 製品外領域
１１ 離型フィルム
１２ 貫通孔
１３ 導電性ペースト
１４ 金属はく

Claims (7)

1. 電源または接地またはアンテナ回路と信号回路とを有する内層用コア基板と、
   貫通孔に導電性ペーストが充填された層間導通孔を有するプリプレグシートと、
   少なくとも前記内層用コア基板と前記プリプレグシートとが積層・硬化され、
   前記内層用コア基板の電源または接地またはアンテナ回路の近傍には樹脂流れ防止パターンが形成されており、前記樹脂流れ防止パターンには樹脂流れ調整溝が形成されていることを特徴とする多層プリント配線板。
2. 樹脂流れ防止パターンに形成された樹脂流れ調整溝は複数形成され、樹脂流れ調整溝は溝幅、溝形成方向は、調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板。
3. 樹脂流れ防止パターンは内層用コア基板上に複数形成され、
   樹脂流れ防止パターンが形成された位置により樹脂流れ調整溝の形成数、溝幅、溝形成方向が異なることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板。
4. 内層用コア基板は製品領域と製品外領域に区分され、樹脂流れ防止パターンは製品外領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板。
5. 電源または接地またはアンテナ回路と信号回路とを有する内層用コア基板を準備する工程と、
   貫通孔に導電性ペーストが充填された層間導通孔を有するプリプレグシートを準備する工程と、
   前記内層用コア基板の両面に前記プリプレグシートと銅箔あるいは回路形成基板とを積層し加熱加圧する工程とを備え、
   前記内層用コア基板の電源または接地またはアンテナ回路の近傍には樹脂流れ防止パターンが形成され、
   前記樹脂流れ防止パターンには樹脂流れ調整溝が形成されていることを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
6. 内層用コア基板を準備する工程は、電源または接地またはアンテナ回路と信号回路とともに樹脂流れ防止パターンを形成することを含むことを特徴とする請求項５に記載の多層プリント配線板の製造方法。
7. プリプレグシートは無機または有機繊維に熱硬化性樹脂が含浸された半硬化状態のものであって、前記熱硬化性樹脂の含浸量は、５０〜８０重量％の範囲であることを特徴とする請求項５に記載の多層プリント配線板の製造方法。

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