JP2012212858A

JP2012212858A - 多層プリント配線板の製造方法

Info

Publication number: JP2012212858A
Application number: JP2012030323A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hibino; 敏明日比野; Takema Adachi; 武馬足立
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2012-11-01
Also published as: CN102740614A; US8931168B2; KR20120112069A; US20120246925A1

Abstract

【課題】スルーホール導体の信頼性を低下させない多層プリント配線板の製造方法を提供する。
【解決手段】レーザにより、テーパ状の第１開口部２８ａ、テーパ状の第２開口部２８ｂとによりスルーホール用の貫通孔２８が形成された後、更に、第１開口部２８ａと第２開口部２８ｂとが連通する部分にＣＯ２レーザが照射され直径が広げられるため、第１開口２８Ａと第２開口２８Ｂの開口位置がコア基板をはさんでずれても、信頼性の高い貫通孔２８の形成が可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、コア基板の表裏面上に形成されている導体と、コア基板の貫通孔に形成されて表裏面上に形成されている導体とを接続するスルーホール導体と、を有するプリント配線板の製造方法に関するものである。

特開２００６−４１４６３号は、コア基板の第１表面側からレーザで第１開口部を形成し、第２表面側から同じくレーザで第２開口部を形成することで貫通孔を設けている。第１開口部は第２表面に向かうに連れてテーパしており、第２開口部は第１表面に向かうに連れてテーパしている。そして、貫通孔の内部をめっきで充填することで、コア基板の表裏を接続し得る小径のスルーホール導体が形成される。

特開２００６−４１４６３号

特開２００６−４１４６３号では、表面から形成する第１開口部と、裏面から形成する第２開口部との位置精度が低いと、第１開口部と第２開口部とが連結した貫通孔の連結部の断面積が小さくなる。該貫通孔をめっき充填して形成したスルーホール導体は、一番細くなっている連結部に応力が集中し易く、ヒートサイクルにおいて信頼性が低下することが考えられる。

本発明は、高い信頼性を有するスルーホール導体を有するプリント配線板を提供することである。

請求項１に記載の発明は、
第１面と該第１面とは反対側の第２面を有するコア基板を準備することと、
該コア基板の第１面側に該第１面から該第２面に向けて細くなる第１開口部を形成することと、
該コア基板の第２面側に該第２面から第１面に向けて細くなっていて、該第１開口部に繋がっている第２開口部を形成することと、
該第１開口部と該第２開口部との連結部を広げることによりコア基板に貫通孔を形成することと、
該コア基板の第１面に第１導体を形成することと、
該コア基板の第２面に第２導体を形成することと、
該貫通孔内に導電性物質を充填することで該第１導体と該第２導体とを接続するスルーホール導体を形成することとを備えることを技術的特徴とする。

本発明では、レーザ加工精度が悪くてスルーホール用の第１、第２開口部の連結部が小さくても、第３開口部形成により、熱応力が集中し難いスルーホール導体の形成が可能となる。

本発明の第１実施例の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。第１実施例の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。第１実施例の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。第１実施例の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。第１実施例の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。ＩＣチップを搭載する前の多層プリント配線板の断面図である。図６に示す多層プリント配線板に、ＩＣチップを実装した状態を示す断面図である。図８（Ａ）は貫通孔を設けたコア基板の断面図であり、図８（Ｂ）はスルーホール導体を設けたコア基板の断面図である。第１実施例に係る貫通孔の説明図である。第１実施例に係る貫通孔の説明図である。貫通孔の深さを示す説明図である。第２実施例の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。

[第１実施例]
本発明の第１実施例に係る多層プリント配線板について、図６及び図７の断面図を参照して説明する。
図６は、ＩＣチップを搭載する前の多層プリント配線板１０を示す。図７は、図６に示す多層プリント配線板１０に、ＩＣチップ９０を実装した状態を示している。ＩＣチップ９０は、ＩＣチップ９０のパッド９２に、半田バンプ７６Ｕを介して多層プリント配線板１０に実装されている。多層プリント配線板１０は、コア基板３０の両面に層間絶縁層５０，１５０、導体回路５８、１５８をビルドアップ積層して成る。

第１実施例の多層プリント配線板１０では、コア基板３０の表面に導体回路３４が形成されている。コア基板３０の第１面（上面）の導体回路３４と第２面（裏面）の導体回路３４とはスルーホール導体３６を介して接続されている。スルーホール導体３６は、コア基板に設けられた貫通孔２８内に銅めっきを充填することにより形成される。貫通孔２８は、第１面（上面）に第１開口２８Ａを有する第１開口部２８ａと、第２面（裏面）に第２開口２８Ｂを有する第２開口部２８ｂと、第１開口部２８ａと第２開口部２８ｂとの連結部をレーザで広げた第３開口部２８ｃと、から構成される。第１開口部２８ａは第１面から第２面に向かってテーパしているとともに、第２開口部２８ａは第２面から第１面に向かってテーパしており、該第１開口部２８ａと該第２開口部２８ｂはコア基板内部で、直径がコア基板の厚み方向にほぼ同じ第３開口部２８ｃを介して繋がっている。スルーホール導体３６は、該貫通孔２８がめっき充填されることにより形成される。

コア基板３０の第１面Ｆには、ビア導体６０及び導体回路５８の形成された層間絶縁層５０と、ビア導体１６０及び導体回路１５８の形成された層間絶縁層１５０とが配設されている。該ビア導体１６０及び導体回路１５８の上にはソルダーレジスト層７０が形成されており、該ソルダーレジスト層７０の開口部７１を介して、第１面の中央部にビア導体１６０及び導体回路１５８に半田バンプ７６Ｕが形成されている。第２面には半田バンプ７６Ｄが形成されている。

第１実施例では、スルーホール導体３６に生じる応力が、直径が厚み方向にほぼ同じ第３開口部２８ｃと、テーパする第１開口部２８ａとの境界Ｐ１、直径が厚み方向にほぼ同じの第３開口部２８ｃと第２開口２８ｂとの境界Ｐ２との２箇所に応力が分散するため、クラックが発生し難くなると推測される。更に、該境界Ｐ１およびＰ２で発生する応力は分散しているため、スルーホール導体と第１開口２８Ａおよび第２開口２８Ｂが接触する該スルーホール導体の両端部へ掛かる応力が減り、スルーホール導体３６とスルーホール導体直上のビア導体６０との剥離が生じ難くなり、信頼性が向上すると考えられる。

一方、図１０（Ａ）（Ｂ）では、第１開口部２８ａのテーパと第２開口部２８ｂのテーパとが直接繋がる貫通孔２８をめっき充填した状態が示されている。図１０（Ｂ）に示されるように、第１開口部２８ａのテーパと第２開口部２８ｂのテーパとが直接繋がる貫通孔２８をめっき充填したスルーホール導体３６の場合、スルーホール導体３６の直径が最も小さい部位２８ａ’、２８ｂ’の一箇所に応力が集中し易いと考えられる。特開２００６−４１４６３号に相当する技術である。

引き続き、図６、図７を参照して上述した多層プリント配線板１０の製造方法について図１〜図６を参照して説明される。
（１）厚さ０．１５ｍｍのガラスエポキシ樹脂またはＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂からなるコア基板３０の両面に１５μｍの銅箔２２がラミネートされている銅張積層板２０Ａを出発材料とする。樹脂基板の厚さは、０．０５ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲がよい。０．０５ｍｍより薄いと基板強度が低すぎる。０．３０ｍｍを越える厚さでは、レーザによるテーパ形状のスルーホール導体用貫通孔の形成が困難である。まず、銅箔２２の表面に、ＮａＯＨ（１０ｇ／ｌ）、ＮａＣｌＯ2 （４０ｇ／ｌ）、Ｎａ3 ＰＯ4 （６ｇ／ｌ）を含む水溶液を黒化浴（酸化浴）とする黒化処理が施される（図１（Ａ））。

（２）コア基板３０の第１面Ｆ（上面）側に該第１面から該第２面に向けてＣＯ２レーザが照射され、コア基板３０の第１面Ｆ（上面）側にスルーホール用貫通孔を形成するための第１開口部２８ａが形成される（図１（Ｂ））。このときのＳｈｏｔ数は１回である。ここで、第１開口部２８ａは、第１面（上面）に第１開口２８Ａを有し、第１開口２８Ａから第２面（裏面）Ｓに向かってテーパしている。

（３）コア基板３０の第２面Ｓ（裏面）側に該第２面から該第１面に向けて第１開口部２８ａ形成条件と同一条件でＣＯ２レーザが照射され、第１開口部２８ａに連結する第２開口部２８ｂが形成される（図１（Ｃ））。このときのＳｈｏｔ数は１回である。ここで、第２開口部２８ｂは、第２面（裏面）に第２開口２８Ｂを有し、第２開口２８Ｂから第１面（上面）Ｆに向かってテーパしている。

（４）コア基板３０の第２面Ｓ（裏面）側に該第２面から該第１面に向けて第２開口部２８ｂの第１開口部２８ａとの連結部に、ＣＯ２レーザが照射され、該第１開口２８ａと第２開口２８ｂとの連結部を広げる第３開口部２８ｃが形成される（図１（Ｄ））。このときのＳｈｏｔ数は１回である。第３開口部２８ｃは直径がコア基板の厚み方向にほぼ同じ、又は、僅かにテーパするように形成される。このとき、貫通孔２８の最小直径は、第３開口部２８ｃの直径である。なお、第３開口部２８ｃを形成するＣＯ２レーザの照射は、コア基板の第１面（上面）Ｆ側に該第１面から該第２面に向けて第１開口部２８ａの第２開口２８ｂとの連結部に、ＣＯ２レーザが照射されてもよい。このときのＳｈｏｔ数は１回である。ここで、第３開口部２８ｃを形成する際に、第２開口部２８ｂの形成と同じＣＯ２レーザ照射装置を用いることで、第２開口部２８ｂとの位置精度を高めることができ、スルーホール導体の接続信頼性を向上させることが出来ると考えられる。

図８（Ａ）に貫通孔２８を形成したコア基板３０を拡大して示す。図９（Ａ）に第３開口部２８ｃ形成前の貫通孔の断面を示し、図９（Ｂ）に第３開口部２８ｃを形成した後の貫通孔の断面を示す。第３開口部２８ｃにより、スルーホール用貫通孔２８の最小径がＸ４からＸ３まで広げられている。

第１開口部２８ａと第２開口部２８ｂの形成時のレーザ条件の一つであるアパーチャの開口径は同じ条件である。一方、第３開口部２８ｃの形成時のアパーチャの開口径は、第１開口２８ａと第２開口２８ｂの形成時のパーチャの開口径より小さいほうが良い。第１開口２８ａと第２開口２８ｂはすでに連結部で連結しているため、アパーチャの開口径を小さくすることで、第１開口２８ａと第２開口２８ｂがテーパ形状の貫通孔を維持できる。このとき、第３開口部２８ｃの形成時におけるアパーチャの開口径の大きさにより、第３開口部の直径が決まり、さらに、第３開口部の深さが決まる（図１１参照）。

第１開口部２８ａと第２開口部２８ｂの形成時のレーザ条件の一つであるパルス幅は、どちらも同じ条件でも、異なる条件でもよい。第１開口２８Ａと第２開口２８Ｂの中心がコア基板３０を挟んでズレておらず、且つ、第１開口部２８ａと第２開口部２８ｂの形成時のパルス幅が同じ場合、第１開口部２８ａと第２開口部２８ｂの開口部の深さは同じとなり、図１１において、ＸａとＸｂの値が同じになる。一方、第１開口２８Ａと第２開口２８Ｂの中心がコア基板３０を挟んでズレておらず、且つ、第１開口部２８ａと第２開口部２８ｂの形成時のパルス幅が異なる場合、第１開口部２８ａと第２開口部２８ｂの開口部の深さは異なり、ＸａとＸｂの値が異なる。

第３開口部２８ｃの形成時におけるレーザ条件のうちパルス幅は、第１開口２８ａおよび第２開口２８ｂの形成条件と同じかより短いパルス幅が良い。第１開口２８ａと第２開口２８ｂはすでに連結部で連結しているため、第３開口部２８ｃを形成するときのパルス幅は短くてよい。第３開口部２８ｃを形成するときのアパーチャの開口径が、第１開口２８ａおよび第２開口２８ｂを形成するときのアパーチャの開口径より小さい場合、第３開口部２８ｃを形成するときのパルス幅は、第１開口２８ａおよび第２開口２８ｂの形成条件と同じパルス幅でもよい。第１開口２８ａおよび第２開口２８ｂおよび第３開口部２８ｃのそれぞれの開口径、開口部の直径、深さは、レーザのパルス幅、アパーチャ径を調整することにより決めることが可能となる。

図９（Ａ）（Ｃ）図中右側は、コア基板３０の第１面（上面）Ｆ側に該第１面から該第２面に向けてＣＯ２レーザ照射されて形成された第１開口２８Ａの位置と、コア基板３０の第２面（下面）Ｓ側に該第２面から該第１面に向けてレーザ照射されて形成された第２開口２８Ｂの位置を、コア基板をはさんで投影したものである。第１開口２８Ａと第２開口２８Ｂの開口の位置が一致した場合、第１開口部２８ａと第２開口部２８ｂとが直接繋がる貫通孔２８の最小直径はＸ４である（図９（Ａ））。一方、第１開口２８Ａと第２開口２８Ｂの開口位置がずれた場合、第１開口部２８ａと第２開口部２８ｂとが直接繋がる貫通孔２８の最小直径はＸ６である（図９（Ｃ）。）第１開口２８Ａと第２開口２８Ｂの開口位置がずれた場合、図９（Ａ）（Ｃ）の比較からも明らかなように、Ｘ４よりもＸ６の方が小さくなるため、めっきによる貫通孔充填が難しくなると考えられる。しかし、第１実施例では、第１開口２８Ａの円と第２開口２８Ｂの開口がずれたとしても、図９（Ｄ）に示すように、スルーホール用貫通孔２８の最小直径部分が第３開口部２８ｃの直径Ｘ３となり、最小直径Ｘ６より直径が大きいため、貫通孔のめっき充填が確実に行われると思われる。

図１１に貫通孔２８の第１開口部２８ａの深さ（厚さ）Ｘａ、第３開口部２８ｃの深さ（厚さ）Ｘｃ、第２開口部２８ｂの深さ（厚さ）Ｘｂが示されている。第１開口部２８ａの深さ（厚さ）Ｘａと第２開口部２８ｂの深さ（厚さ）Ｘｂは異なっても良い。また、第３開口部２８ｃの深さ（厚さ）Ｘｃは、第１開口部２８ａの深さ（厚さ）Ｘａ、あるいは第２開口部２８ｂの深さ（厚さ）Ｘｃと異なっても良い。

また、図９（Ｃ）に示すように、第１開口２８Ａの重心を通りコア基板３０の第１面Ｆに垂直な直線と、第２開口２８Ｂの重心を通りコア基板３０の第１面Ｓに垂直な直線とは、オフセットしてもよい。図９（Ｃ）（Ｄ）に示すように、ＣＯ２レーザ照射により第３開口部２８ｃが形成されるため、十分な開口が得られる。直径が厚み方向にほぼ同じの第３開口部２８ｃと、テーパする第１開口部２８ａとの境界Ｐ１と第２開口部２８ｂとの境界Ｐ２のそれぞれを通る面は、コア基板３０の第１面と第２面のそれぞれと平行でない。そのためスルーホール導体と絶縁層との境界に生じる応力が分散し、クラックが発生し難くなり、信頼性が向上すると考えられる。

（５）過マンガン酸により貫通孔２８のデスミア処理が行われた後、無電解めっき処理により無電解めっき膜３１が形成される（図２（Ａ））。

（６）コア基板３０の表面の無電解めっき膜３１に所定パターンのめっきレジスト４０が形成される（図２（Ｂ））。

（７）電解めっき処理により、めっきレジスト４０の非形成部に電解めっき膜３２が形成され、貫通孔２８がめっき充填されたスルーホール導体３６が形成される（図２（Ｃ））。第１実施例では、スルーホール導体用の貫通孔２８の直径が第１開口２８Ａ、第２開口２８Ｂ（端部）で大きく、コア基板の中央部で小さくなっているため、該貫通孔２８をめっき充填する場合、空洞等が残り難いめっきで充填が可能となり、スルーホール導体の信頼性が向上すると考えられる。

（８）めっきレジスト４０を剥離し、めっきレジスト下の無電解めっき膜３１，銅箔２２をエッチングにより除去し、導体回路３４及びスルーホール導体３６が形成され、コア基板３０が完成される（図３（Ａ））。

（９）上記工程を経たコア基板３０の両面上に、コア基板より少し大きめで厚さ５０μｍの層間絶縁層用樹脂フィルムが昇温しながら真空圧着ラミネートされ、層間絶縁層５０が設けられる（図３（Ｂ）参照）。

（１０）次に、ＣＯ２ガスレーザにて層間絶縁層５０に直径８０μｍのバイアホール用開口部５１が設けられる（図３（Ｃ）参照）。クロム酸、過マンガン酸塩などの酸化剤等に浸漬させることによって、層間絶縁層５０に粗化面が設けられる（図示せず）。

（１１）予め層間絶縁層５０の表層にパラジウムなどの触媒が付与されて、無電解めっき液に５〜６０分間浸漬させることにより、０．１〜５μｍの範囲で無電解めっき膜５２が設けられる（図３（Ｄ））。

（１２）上記処理を終えた基板３０に、市販の感光性ドライフィルムが貼り付けられ、フォトマスクフィルムを載置して露光した後、炭酸ナトリウムで現像処理し、厚さ１５μｍのめっきレジスト５４が設けられる（図４（Ａ））。

（１３）次に、電解めっき処理により、厚さ１５μｍの電解めっき膜５６が形成される（図４（Ｂ）参照）。

（１４）めっきレジスト５４が５％ＮａＯＨで剥離除去された後、そのめっきレジスト下の無電解めっき膜５２が硝酸および硫酸と過酸化水素の混合液を用いるエッチングにて溶解除去され、無電解めっき膜５２と電解めっき膜５６からなる厚さ１５μｍの導体回路５８及びビア導体６０が形成される（図４（Ｃ））。第二銅錯体と有機酸とを含有するエッチング液によって、導体回路５８及びビア導体６０表面に粗化面が形成される（図示せず）。

（１５）上記（９）〜（１４）と同様にして導体回路１５８及びビア導体１６０を備える層間絶縁層１５０が形成される（図５（Ａ））。

（１６）市販のソルダーレジスト組成物が塗布され、露光・現像することで、開口部７１を備えるソルダーレジスト層７０が形成される（図５（Ｂ））。

（１７）基板を無電解ニッケルめっき液に浸漬して、開口部７１に厚さ５μｍのニッケルめっき層７２が形成される。さらに、その基板を無電解金めっき液に浸漬して、ニッケルめっき層７２上に、厚さ０．０３μｍの金めっき層７４が形成される（図５（Ｃ））。ニッケル−金層以外にも、ニッケル−パラジウム−金層を形成してもよい。

（１８）この後、開口部７１に半田ボールが搭載され、リフローを行うことで、第１面（上面）側に半田バンプ７６Ｕが、第２面（裏面）側に半田バンプ７６Ｄが形成され、多層プリント配線板１０が完成する（図６）。

半田バンプ７６Ｕを介してＩＣチップ９０のパッド９２へ接続され、ＩＣチップ９０が多層プリント配線板１０へ実装される（図７）。

第１実施例では、テーパ状の第１開口部２８ａ、テーパ状の第２開口部２８ｂとによりスルーホール用の貫通孔２８が形成された後、更に、第１開口部２８ａと第２開口部２８ｂとが連通する部分にＣＯ２レーザが照射され直径が広げられるため、第１開口２８Ａと第２開口２８Ｂの開口位置がコア基板をはさんでずれても、信頼性の高い貫通孔２８の形成が可能である。また、めっき液の液回りがスムーズで、該貫通孔２８をめっきで充填することが容易になり、空洞等が残り難くなるため、スルーホール導体の信頼性が向上すると考えられる。

[第２実施例]
本願発明の第２実施例に係る多層プリント配線板について、図１２を参照して説明する。上述した第１実施例では、コア基板の第２面（裏面）Ｓ側からレーザが照射され、第１開口に連通する第２開口２８ｂが形成された後、第２面（下面）Ｓ側からからレーザが照射され、該第１開口２８ａと第２開口２８ｂとを連通する連通部分２８ｃが形成された。

これに対して、第２実施例では、コア基板の第２面（裏面）Ｓ側から第１開口部と同一条件でレーザが照射され、第１開口に連通する第２開口２８ｂが形成される（図１２（Ｃ））。その後、第１面（上面）Ｆ側からからレーザが照射され、該第１開口２８ａと第２開口２８ｂとを連通する連通部分２８ｃが形成される（図１２（Ｄ））。第３開口部２８ｃはほぼ一定径、又は、僅かにテーパするように形成される。

１０多層プリント配線板
２８貫通孔
２８ａ第１開口部
２８ｂ第２開口部
２８ｃ第３開口部
３０コア基板
３４導体回路
３６スルーホール導体
５０層間絶縁層
５８導体回路
６０バイアホール
７６Ｕ半田バンプ
９０ＩＣチップ

Claims

第１面と該第１面とは反対側の第２面を有するコア基板を準備することと、
該コア基板の第１面側に該第１面から前記第２面に向けて細くなる第１開口部を形成することと、
該コア基板の第２面側に該第２面から第１面に向けて細くなっていて、該第１開口部に繋がっている第２開口部を形成することと、
該第１開口部と該第２開口部との連結部を広げることによりコア基板に貫通孔を形成することと、
該コア基板の第１面に第１導体を形成することと、
該コア基板の第２面に第２導体を形成することと、
該貫通孔内に導電性物質を充填することで該第１導体と該第２導体とを接続するスルーホール導体を形成することと、を含むプリント配線板の製造方法。
請求項１の多層プリント配線板の製造方法において、該連結部を広げることは該連結部に該コア基板の第１面側からレーザを照射することを含む。
請求項１の多層プリント配線板の製造方法において、該連結部を広げることは該連結部に前記コア基板の第２面側からレーザを照射することを含む。
請求項１の多層プリント配線板の製造方法において、該連結部を広げることは該連結部にレーザを照射することを含む。
請求項１の多層プリント配線板の製造方法において、該第１開口部と第２開口部はレーザで形成され、該第１開口部および前記第２開口部を形成するためのアパーチャの開口径は同じである。
請求項１の多層プリント配線板の製造方法において、該第１開口部と第２開口部はレーザで形成され、該連結部を広げることは該連結部にレーザを照射することを含み、該第３開口部を形成するためのアパーチャの開口径は、該第１開口部あるいは該第２開口部を形成するためのアパーチャの開口径よりも小さい。
請求項１の多層プリント配線板の製造方法において、該第１開口部と第２開口部はレーザで形成され、該連結部を広げるために用いられるレーザのパルス幅は、該第１開口部および該第２開口部を形成するためのレーザのパルス幅より小さい。
請求項１の多層プリント配線板の製造方法において、該コア基板は、樹脂基板と該樹脂基板に積層されている銅箔で形成されていて、該樹脂基板の厚みの範囲は０．０５mm〜０．２mmである。
請求項１の多層プリント配線板の製造方法において、該貫通孔は該第１開口部と、該第２開口部と、該第１開口と該第２開口とを繋ぎ連結部を大きくするための第３開口部で構成され、該第１開口部と該第２開口部の深さは、同じでない。
請求項９の多層プリント配線板の製造方法において、該第３開口部の深さは、該第１開口および該第２開口の深さと異なる。
請求項１の多層プリント配線板の製造方法において、該第１開口部の重心を通り前記コア基板の第１面あるいは第２面に垂直な直線は、該第２開口部の重心を通り該コア基板の第１面あるいは第２面に垂直な直線とはオフセットしている。