JP2013168459A - 基板基準孔の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピンを挿入して基板の位置決めをする基板基準孔と基板表面の配線パターン間の位置精度が高い基板基準孔の加工方法を提供する。
【解決手段】第１導体パターン６ａ側から第１導体層６をマスクとして第１開口パターン８より露出する充填剤層５にレーザー光Ｌを当該第１開口パターン８のエッジ部８ａに沿って走査させて照射することにより除去し、第２導体層７を底部とする有底溝１１を形成し、有底溝１１で囲まれた充填剤層５及び第２導体層７が積層された基板不要部分１２を押圧して除去し基板基準孔１３を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばプリント配線基板に設けられ部品実装時や加工時に基板を位置決めするための基板基準孔の加工方法に関する。

近年、半導体パッケージ用のプリント配線板には、一般に非スルーホールといわれる孔壁面にめっきを施していない導通用ではない貫通孔が設けられる。この貫通孔は、プリント配線板の製造工程において基板を切断したりザグリ加工したりする場合に基板の位置を決めるための位置決めピンの挿入孔であり、各種加工の基準として用いられる。また、基板に電子部品を実装する場合の、基板位置をセットする位置決めピンの挿入孔として用いられる。

従来、基準となる非スルーホールの加工はＮＣ制御されたメカニカルドリルで行われることが一般的であるが、非スルーホールと配線パターンのズレは５０μｍ以上ある。基板の外形あるいはザグリ加工と配線パターンのズレを更に小さくできれば、配線パターンと加工部の距離を小さくすることができ、基板の外形にパターンを近づけたり製品サイズを小さくしたりすることができる。また、電子部品の実装工程においても、基板をセットした時のパターン位置が安定するために、実装機の画像認識が安定しアライメントがしやすくなる。そのため、加工の基準となる基板基準孔と配線パターン間のズレを小さくすることが要求されている。

一例として、配線基板にレーザー加工で貫通孔を開ける方法としては、配線パターンによる開口を設けたコンフォーマルマスクと該開口と重なる開口を設けたコンタクトマスクを重ね合わせてレーザー光を走査して孔開けする方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００１−１２７３９７号公報

パッケージ用のプリント基板は、部品実装時の反りや歪み或いは寸法変化を可能な限り小さくするため、剛性を高める傾向にある。このため、基板材料にフィラーと言われる無機物の微粒子を高濃度に混ぜ込んだり膨張係数が小さな結晶性の高いガラス繊維を使用したりする。その結果、ピン挿入孔を基板にレーザーを照射して加工する場合、ガラスクロスと樹脂の加工性の違いによりレーザー照射部、特に孔壁面は樹脂がえぐられた状態になるため非常に荒れた状態になり孔の寸法がばらついてしまう。また、プレス金型によりパンチング加工をする場合は、パンチが欠けたり磨耗したりしやすいという問題がある。

また、パッケージ用基板に電子部品を実装する際に基板を金型等に位置決めピンで固定するが、基板の伸縮に対応するためにピンの挿入孔を長孔にすることがある。基板への長孔の加工もメカニカルドリルで行われている。その場合、ドリルの加工位置をずらして穴明けをするが、すでにあけた孔の近傍に孔あけをするためドリルの位置がぶれて精度の良い加工ができない。金型でパンチング加工をする方法もあるが高価な金型を作成する必要がある。位置精度の高い長孔を低コストで作成することが要求されている。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、パッケージ用基板に要求される剛性を維持しながらレーザー光による穴開け加工性が向上し、基板の位置決めをする基板基準孔と基板表面の配線パターン間の位置精度が高い基板基準孔の加工方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る基板基準孔の加工方法は以下の構成を備えることを特徴とする。
即ち、絶縁樹脂基材の両面に導電層を有する基板に貫通孔を穿孔する孔開け工程と、前記貫通孔を埋める充填剤を充填して当該貫通孔を閉塞する工程と、前記充填剤を研磨して前記基板両面に形成された導電層と面一に平坦化する工程と、前記基板両面に無電解金属めっき及び電界金属めっきを連続して行い前記充填剤を覆う第１，第２導体層を形成する工程と、前記充填剤層に積層する前記第１導体層をエッチングにより除去することで第１導体パターンの形成と同時に第１開口パターンを形成して下地の前記充填剤層を露出させる工程と、前記第２導体層をエッチングにより除去することで下地の前記充填剤層を露出させた第２開口パターンを形成して前記第１開口パターンと対向する第２導体パターンを形成する工程と、前記第１導体層側から当該第１導体層をマスクとして前記第１開口パターンより露出する前記充填剤層にレーザー光を当該第１開口パターンのエッジ部に沿って走査させて照射することにより除去し、前記第２導体層を底部とする有底溝を形成する工程と、前記有底溝で囲まれた少なくとも前記充填剤層及び前記第２導体層が積層された基板不要部分を押圧して除去し基板基準孔を形成する工程と、を含み、前記基板基準孔の寸法と位置は前記充填剤層を除去した前記有底溝の前記第１開口パターンが形成された前記第１導体層の孔の寸法と位置で決まることを特徴とする。

上記構成によれば、貫通孔に充填された充填剤層に積層する第１導体層を第１導体パターンの形成と同時に除去することで所望する形状の基板基準孔を加工するための第１開口パターンを形成するので、配線パターンとの位置精度が非常に高い（±１５μｍ以下）基板基準孔（非スルーホール）の加工をすることができる。特に、基板基準孔の位置は、充填剤層を除去した有底溝の第１開口パターンが形成された第１導体層の寸法と位置で決まるので、基板基準孔と第１導体パターンとの位置精度を高くすることができる。
また、第１導体層側から当該第１導体層をマスクとして第１開口パターンより露出する充填剤層にレーザー光を第１開口パターンのエッジ部に沿って走査させて照射することにより除去するだけで有底溝を形成し、該有底溝で囲まれた少なくとも充填剤層及び第２導体層が積層された基板不要部分を押圧して除去して基板に所望の形状の孔を形成することができるので、レーザー光のスポット径よりも大きな丸孔、長孔等を効率良く形成することができる。
また、第１開口パターンが形成された第１導体層をマスクとしてレーザー光を照射して有底溝を形成し、該有底溝で囲まれた基板不要部分を押圧して除去し基板基準孔を形成することで、加工形状が設計値とほとんど同じ孔開け加工を、金型を使わずに簡単に行うことができる。また、レーザー加工しやすい充填剤層を形成することで基板基準孔の孔壁面が荒れたりすることがなく、配線パターンの形成と共に位置精度及び仕上がりの良い基板基準孔を形成することができる。
また、第２導体パターンを有底溝の底部とすることにより、レーザー加工を行っても有底溝で囲まれた充填剤層が基板から脱落しないので、脱落した充填剤層がゴミとなって次にレーザー加工する基板の加工位置へのセットに悪影響を及ぼすことがない。

前記充填剤はフィラー入りの熱硬化型穴埋めインキがスクリーン印刷により塗布され、加熱硬化して充填剤層を形成するのが好ましい。熱硬化型穴埋めインクは、穴埋めするスルーホール内の銅めっきの接続信頼性を高めるため、シリカなどの無機物の粒子（フィラー）を含有させることで熱膨張係数をガラスクロスを使用した絶縁樹脂基材に近づけている。インクに充填されるフィラーは一般にはシリカなどの無機物であるため、フィラーと樹脂とのレーザーによる加工性は大きく異なる。しかしながら、フィラーの大きさが小さく（例えば５０μｍ以下）レーザー加工性に差がある領域が非常に小さいために、ガラスクロスと樹脂からなる基板に比べてレーザー加工後の加工面の荒れが小さく良好な加工性を示す。

前記基板基準孔は、前記第１開口パターンが形成された前記第１導体層の孔寸法が最小寸法となるように形成されるのが好ましい。
即ち、レーザーの加工条件を調整して第１開口パターンが形成された第１導体層の孔の寸法を基板基準孔の最小寸法として形成することにより、基板基準孔にピンを挿入する際に最小寸法である第１開口パターンの開口部が基準となるので、基板を固定するピンに対して基板に形成された第１導体パターンを高精度に位置決めすることができる。

前記有底溝の底部を形成する前記第２導体パターンの外形寸法は対向する前記第１開口パターンの外形寸法より大きく形成されることが望ましい。
これにより、第２導体パターンと充填剤層又は充填剤層及び絶縁樹脂基材の接着を剥がすだけで有底溝に囲まれた基板不要部分を容易に除去することができる。ここで外形寸法は、導体パターン若しくは開口パターンの外側の輪郭線で囲まれた形状の対比する部分の長さをいう。

前記基板不要部分は、押圧部材による押圧、エアー圧の印加、或いは振動を含むいずれかの外力を加えることにより前記第２導体パターンと前記充填剤層又は前記充填剤層及び絶縁樹脂基材とが剥離して除去されるようにしてもよい。これにより、基板不要部分を容易に除去することできる。

前記第１開口パターン及び第２導体パターンを形成した後、少なくとも前記第１導体層にニッケルめっき層及び金めっき層を各々積層形成してから前記第１開口パターンを形成された前記第１導体層をマスクとして前記充填剤層にレーザー光を照射するようにしてもよい。
これにより、第１開口パターンの周囲の導体層の反射率が向上するため、レーザー光照射部の第１導体層およびその下の充填剤層のダメージが小さくなり第１導体層を薄くすることができる。

上述した本発明によれば、パッケージ用基板に要求される剛性を維持しながらレーザー光による穴開け加工性が向上し、基板の位置決めをする基板基準穴と基板表面の配線パターン間の位置精度が高い基板基準孔の加工方法を提供することができる。

パッケージ用基板に基板基準孔の加工工程を示す断面図である。 基準孔の断面写真図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
図１（Ａ）〜（Ｊ）を参照してパッケージ用基板に基準孔を形成する加工方法についてその製造工程と共に説明する。

図１（Ａ）に示すように絶縁樹脂基材１（例えばエポキシ樹脂基板）の両面に導電層（銅箔層）２を有する両面銅張基板３を準備する。この両面銅張基板３に、図１（Ｂ）に示すようにドリル等の機械加工により貫通孔４を穿孔する（孔開け工程）。

次に、図１（Ｃ）に示すように貫通孔４を埋める充填剤を充填して当該貫通孔４を閉塞する。充填剤５はフィラー入りの熱硬化型穴埋めインキがスクリーン印刷により塗布され、加熱硬化して充填剤層５を形成する。次いで図１（Ｄ）に示すように、充填剤層５を研磨して基板両面に形成された導電層２と面一に平坦化する。充填剤としては貫通孔充填性と研磨性に優れた粒径の細かい（例えば５０μｍ以下）フィラーが高充填された穴埋めインキが好適に用いられる。

次に図１（Ｅ）に示すように、基板両面に無電解銅めっき及び電界銅めっきを連続して行い、充填剤層５及びこれに隣接する導電層２の両面を覆う第１，第２導体層６，７を各々形成する（ふためっき）。導体層２に厚付された第１，第２導体層６，７には以下に説明するように第１開口パターンと第２導体パターンが形成される。

次に図１（Ｆ）において、第１，第２導体層６，７を形成した後、エッチングを行って、基板両面に配線パターンと第１開口パターン８及び第２導体パターン７ｂを同時に形成する。具体的には、第１，第２導体層６，７にエッチング用のマスク（ドライフィルム等）を積層してから配線パターンと第１開口パターン８（例えば円形）を同時に露光し、次に第２導体パターン７ｂ（例えば円形）を露光した後現像によりエッチング用マスクのパターンを形成する。その後、エッチングを行って第１開口パターン８と第２導体パターン７ｂ及び第１，２導体パターン６ａ，７ａを形成する。即ち、貫通孔４に充填された充填剤層５に積層する第１導体層６を除去することで基準孔１０を加工するための第１開口パターン８を形成して下地の充填剤層５を露出させ、第２導体層７を除去することでそれより大径の第２導体パターン７ｂを形成する。これにより、基板両面に配線パターンの形成と同時に第１開口パターン８および第２導体パターン７ｂを形成することができる。

尚、第１，２導体パターン６ａ，７ａを形成した後、更に第１導体層６にニッケルめっき層及び金めっき層を積層形成してもよい。これにより、第１開口パターン８の周囲の第１導体層６の反射率が向上するため後述する充填剤層５にレーザー光を照射して穴開け加工をするとき、レーザー照射部である第１導体層６およびその下の充填剤層５のダメージが小さくなり第１導体層６を薄く形成することができる。その結果、配線パターンを形成する銅の厚さが薄くなり、より細かい配線パターンのエッチングができるようになる。尚、ニッケルめっき層及び金めっき層は、少なくともレーザー加工を行う第１導体層６側に積層形成すればよいが、めっき加工上第２導体層７側にも積層形成されていてもよい。

次に、図１（Ｇ）において、第１導体層６側から第１開口パターン８より露出する充填剤層５に当該第１導体層６をマスクとして当該第１開口パターン８のエッジ部８ａ（図１（Ｆ）参照）に沿ってレーザー光Ｌを走査させて照射することにより除去し、第２導体パターン７ｂ（導電層２を含む）を底部とする有底溝１１を形成する。レーザー加工には、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー等が用いられる。

次に、図１（Ｈ）において、レーザー加工後の基板断面を示す。有底溝１１の底部である第２導体パターン７ｂ側の外径は、第１開口パターン８の外形寸法（内径）より大きく第２導体パターン７ｂの外形寸法（直径）より小さく形成される。このように基板基準孔１０の孔の寸法は、第１開口パターン８が形成された第１導体層６の孔の寸法（外形寸法）が最小径となる。その結果、基板基準孔１０に位置決め用のピンを挿入する際に最小径である第１開口パターン８が形成された第１導体層６の開口部を基準として第１導体パターン６ａとの高精度な位置決めを行うことができる。

次に、図１（Ｉ）に示すように、有底溝１１で囲まれて積層された充填剤層５、第２導体層７が積層された基板不要部分（孔中央部）１２を押圧して除去し基板基準孔１０を形成する。基板不要部分１２は、押圧部材１５（押圧ピン）による押圧のほか、エアー圧の印加、或いは振動を含むいずれかの外力を加えることにより第２導体層７と充填剤層５とが剥離して除去される。このとき、図１（Ｈ）に示すように、第２導体パターン７ｂは充填剤層５とわずかな重なり領域で積層（接着）された状態にある。これにより、基板不要部分１２を容易に除去することできる。尚、レーザーの加工条件や第２導体パターン７ｂの配置によって第２導体パターン７ｂが充填剤層５及び絶縁樹脂基材１と積層される場合がある。

以上の工程を経て、第１開口パターン８より露出する充填剤層５にレーザー光を照射して除去し、第２導体パターン７ｂを底部とする有底溝１１を形成し、有底溝１１で囲まれた充填剤層５、第２導体層７が積層された基板不要部分１２を除去する。これにより、図１（Ｊ）に示すように基板基準孔１０及び配線パターン１３が共に形成されたパッケージ用基板１４が製造される。

また、エッチングにより形成された導体パターンをマスクにして有底溝１１を加工し、該有底溝１１で囲まれて積層された充填剤層５及び第２導体層７が積層された基板不要部分１２を押圧して除去することで基板基準孔１０が形成されるので、丸孔のみならず長孔その他所望する形状の孔加工を、高価な金型を作成せずに簡単に行うことができる。

図２（ａ）はパッケージ用基板１４の基板基準孔１０のレーザー光入射面側の平面写真図、図２（ｂ）（ｃ）は基板基準孔１０を含む半断面写真図、図２（ｄ）は基板基準孔１０のレーザー光入射面側の平面写真図である。

図２（ｂ）（Ｃ）に示すように、レーザー加工しやすい充填剤層５を形成することで基板基準孔１０の孔壁面が荒れたりすることがなく、基準孔１０と配線パターン１４の位置精度が良く仕上がりの良い基準孔１０を形成することができた。
尚、充填剤としては、熱硬化型穴埋めインキを用いたが、粒径の細かいフィラーが高充填された貫通孔充填性、研磨性及びレーザー加工性が良い絶縁樹脂材であれば、他の部材であってもよい。

１ 絶縁樹脂基材 ２ 導電層（銅箔層） ３ 両面銅張基板 ４ 貫通孔 ５ 充填剤 ６ 第１導体層 ６ａ 第１導体パターン ７ 第２導体層 ７ａ，７ｂ 第２導体パターン ８ 第１開口パターン ８ａ エッジ部 ９ 第２開口パターン １０ 基準孔 １１ 有底切断穴 １２ 基板不要部分 １３ 配線パターン １４ パッケージ用基板 １５ 押圧部材

Claims (6)

1. 絶縁樹脂基材の両面に導電層を有する基板に貫通孔を穿孔する孔開け工程と、
   前記貫通孔を埋める充填剤を充填して当該貫通孔を閉塞する工程と、
   前記充填剤を研磨して前記基板両面に形成された導電層と面一に平坦化する工程と、
   前記基板両面に無電解金属めっき及び電界金属めっきを連続して行い前記充填剤を覆う第１，第２導体層を形成する工程と、
   前記充填剤層に積層する前記第１導体層をエッチングにより除去することで第１導体パターンの形成と同時に第１開口パターンを形成して下地の前記充填剤層を露出させる工程と、
   前記第２導体層をエッチングにより除去することで下地の前記充填剤層を露出させた第２開口パターンを形成して前記第１開口パターンと対向する第２導体パターンを形成する工程と、
   前記第１導体層側から当該第１導体層をマスクとして前記第１開口パターンより露出する前記充填剤層にレーザー光を当該第１開口パターンのエッジ部に沿って走査させて照射することにより除去し、前記第２導体層を底部とする有底溝を形成する工程と、
   前記有底溝で囲まれた少なくとも前記充填剤層及び前記第２導体層が積層された基板不要部分を押圧して除去し基板基準孔を形成する工程と、を含み、
   前記基板基準孔の寸法と位置は前記充填剤層を除去した前記有底溝の前記第１開口パターンが形成された前記第１導体層の孔の寸法と位置で決まることを特徴とする基板基準孔の加工方法。
2. 前記充填剤はフィラー入りの熱硬化型穴埋めインキがスクリーン印刷により塗布され、加熱硬化して充填剤層を形成する請求項１記載の基板基準孔の加工方法。
3. 前記基板基準孔は、前記第１開口パターンが形成された前記第１導体層の孔の寸法が最小寸法となるように形成される請求項１又は請求項２記載の基板基準孔の加工方法。
4. 前記有底溝の底部を形成する前記第２導体パターンの外形寸法は対向する前記第１開口パターンの外形寸法より大きく形成される請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の基板基準孔の加工方法。
5. 前記基板不要部分は、押圧部材による押圧、エアー圧の印加、或いは振動を含むいずれかの外力を加えることにより前記第２導体パターンと前記充填剤層又は前記充填材層及び絶縁樹脂基材とが剥離して除去される請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の基板基準孔の加工方法。
6. 前記第１開口パターンおよび第２導体パターンを形成した後、少なくとも前記第１導体層にニッケルめっき層及び金めっき層を各々積層形成してから前記第１開口パターンを通じて前記充填剤層にレーザー光を照射する請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の基板基準孔の加工方法。

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