JP2013197231A - マスクフィルムおよびそれを用いた回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性が高く、ビア接続安定性に優れた回路基板の製造方法を提供する。
【解決手段】マスクフィルムの特徴である、融点を有しない熱硬化性樹脂により形成されたプラスチックフィルム層の表層の厚みを増加させることにより、マスクフィルムがレーザー照射熱により溶融状態になり、表面張力により縮退して、断面が通常部より厚くなることにより盛り上がり部が形成され、貫通穴径が制御が出来ることで、ビア接続信頼性が高い回路基板の製造方法を提供することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、回路基板の製造に用いるマスクフィルムおよび複数層の回路パターンを接続してなる回路基板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高機能化が進み、より複数層の微細な回路パターンや内層接続手段を用いて接続されており、その接続信頼性は重要となっている。

以下に従来の両面および多層の回路基板の製造方法について説明する。

まず、多層の回路基板のベースとなる両面の回路基板の製造方法を説明する。

図６は従来の両面回路基板の製造方法の工程断面図である。

まず、図６（ａ）に示す５１は、ガラスクロスに熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸させた基板材料であるプリプレグであり、縦、横、厚みのサイズが５００ｍｍ×５００ｍｍ×０．１ｍｍである。

また、５２は導電性ペースト充填時のマスクフィルムとなる厚さ約１９μｍのプラスチックフィルムであり、片面に樹脂層を形成し、その反対面にシリコンなどを塗布した離型層を有した構造のもので、その材質は例えばポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴシートと称する）が用いられる。

図６（ｂ）に示す５３は、ＰＥＴシート５２でプリプレグ５１を挟持し、ラミネートなどの方法で加熱加圧することで得られるラミネート済みプリプレグである。ＰＥＴシート５２の離型層とプリプレグ５１が接触するように張り付けることで、後の剥離する工程で容易にＰＥＴシート５２を剥がすことが出来る。

そして、次に図６（ｃ）は、炭酸ガスレーザーのハイパワーのビームを瞬時に照射することで、両面にＰＥＴシート５２が接着されたラミネート済みプリプレグ５３の所定の箇所に短時間に貫通穴５４を形成した図である。

次に図６（ｄ）に示すように、印刷機（図示せず）を用いて、印刷ステージ７０上に敷き紙７１を敷き、貫通穴５４を有するプリプレグ５１を設置し、スキージ５５で印刷マスクの役割を果たしているＰＥＴシート５２の表側から貫通穴５４に導電性ペースト５６を充填することにより、導通穴５７を形成する。

次に図６（ｅ）に示すように、プリプレグ５１の両面からＰＥＴシート５２を剥離することで導電性ペースト充填済みプリプレグ５８が形成される。

この剥離する工程により、ＰＥＴシート５２に形成された穴に充填されていた導電性ペーストがＰＥＴシート５２の厚みに相当する分だけ凸状の鋲の形態で残り、これにより後述する加熱加圧する工程において、圧縮効果をもたらし、導通穴の電気的接続の安定に寄与することになる。

次に図６（ｆ）に示すように、導電性ペースト充填済みプリプレグ５８の両面に、銅はく等の金属箔５９を重ね、熱プレスで加熱加圧することにより、金属箔５９が導電性ペースト充填済みプリプレグ５８と接着し、図６（ｇ）に示す両面の銅張積層板６０が形成される。

両面の金属箔５９は、所定位置に設けた導通穴５７内の導電性ペーストにより電気的に接続されている。

そして図６（ｈ）に示すように、両面の金属箔５９を選択的にエッチングして、回路パターン６１が形成されて両面回路基板６２が得られる。

次に、図７を用いて従来の多層回路基板の製造方法を説明する。

図７は、従来の多層の回路基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たものである。

まず図７（ａ）に示すように、前述の図６（ａ）〜（ｈ）によって製造された両面回路基板６２と、図６（ａ）〜（ｅ）で製造された貫通穴５４に導電性ペースト５６を充填し、導通穴５７を形成した上積層用の導電性ペースト充填済みプリプレグ５８ａと、下積層用の導電性ペースト充填済みプリプレグ５８ｂが準備される。

次に、図７（ｂ）に示す工程は、積層ステージ（図示せず）上に金属箔５９を乗せ、その上にプリプレグ５８ｂを画像認識などで基準穴位置を認識し、位置決めした後に積層し、さらにその上に両面回路基板６２を同様に認識し、位置決めした後に積層し、さらにその上にプリプレグ５８ａを同様に認識位置決めした後に積層し、さらにその上に金属箔５９を積層するアライメント積層工程である。

次に図７（ｃ）に示すように、金属箔５９で挟持されたプリプレグ５８ａ、５８ｂ、両面回路基板６２を熱プレスで加熱加圧することで４層の銅張積層板６３を得る。

上記の工程により、最外層の金属箔５９は導通穴内の導電性ペーストを介して内層用の両面回路基板６２の接続用の円形の回路パターン６１によって電気的に接続される。

次に図７（ｄ）に示すように、両面の金属箔５９を選択的にエッチングして回路パターン６１を形成することで４層の回路基板６４が得られる。

ここでは４層の多層基板について説明したが、４層以上の多層基板、例えば６層基板については、製造方法で得られた４層回路基板を両面回路基板の代わりに用いて、多層基板の製造方法｛図７（ａ）〜（ｄ）｝を繰り返せばよい。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献資料としては、例えば、特許文献１、２が知られている。

特開２０００−３３２３７５号公報 特開２００５−２１２４２８号公報

上記の多層基板の製造方法の場合において、ＰＥＴシート５２でプリプレグ５１を挟持し、ラミネートなどの方法で加熱加圧することで得られるラミネート済みプリプレグ５３にレーザービームを照射することで、所定の箇所に貫通穴５４を形成し、貫通穴５４に導電性ペースト５６を充填することにより、導通穴５７を形成する過程において、レーザー照射の熱により、ＰＥＴシート５２が溶融し、貫通穴径が大きくなることにより、隣接する配線と接触し、ショートや絶縁不良が発生し、信頼性に大きな影響を与えるなどの問題を有していた。

特に厚みの大きいプリプレグに接続に十分な貫通穴を開ける場合、レーザー出力を上げて加工すると、上述のように貫通穴の上穴径が大きくなり、ショートや絶縁不良が発生しやすいため加工が困難であった。

また、レーザー出力が不足すると、貫通穴の下穴径が確保されず、接続面積が狭くなるため、後の工程でプリプレグ５１の両面からＰＥＴシート５２を剥離することで、形成された穴に充填されていた導電性ペーストがＰＥＴシート５２の厚みに相当する分だけ凸状の鋲の形態で残り、これにより後述する加熱加圧する工程において、圧縮効果をもたらし、導通穴の電気的接続の安定に寄与することになるのだが、貫通穴に対する導電性ペーストの充填量の不足により、導電性ペーストの銅粉同士の接触面積が変化し、接続抵抗値が安定しないという課題もあった。

上記の目的を達成するために、本発明のマスクフィルムおよびそれを用いた回路基板の製造方法は、プラスチックフィルム層の表層に融点を有しない熱硬化性樹脂を形成し、もう一方には離型層を形成させることを特徴としたマスクフィルムおよびそれを用いた回路基板の製造方法である。

また前記マスクフィルムを用いた回路基板の製造方法として、プリプレグの表裏に離型性とプラスチック層の表層の厚みを増加させた前記マスクフィルムを張り付ける工程と、前記プリプレグと前記マスクフィルムに、レーザー光を用いて貫通穴を設けるレーザー加工工程と、前記貫通穴に導電性ペーストを充填する工程と、前記マスクフィルムを前記プリプレグより剥離する工程とを備え、前記マスクフィルムの貫通穴の周囲は、前記マスクフィルムが前記レーザー光の加工熱により溶融し、縮退して盛り上がり部が形成され、前記盛り上がり部の厚みは前記マスクフィルム以上であることを特徴とする回路基板の製造方法である。

すなわち、本発明のマスクフィルムの特徴であるプラスチックフィルム層の表層の厚みを増加させることで、マスクフィルムの表層部分で樹脂の流れが制御され、縮退してできる盛り上がり部の厚みを貫通穴の上穴径を抑制しながら、形成させることができる。

また、前記マスクフィルムの表層部分に熱硬化性樹脂を用いることで、貫通穴の上穴径の部分の広がりが抑制され、盛り上がり部の厚みを増加させるという作用効果を有している。

さらに、プラスチック層の表層の厚みを増加させることで、前記貫通穴はレーザー照射熱によりマスクフィルムに開いた貫通穴の周囲の熱影響を受けてひける部分がプリプレグ表面まで到達しないため、貫通穴径を制御することができる。このことから、隣接したビアやパターンにショートする現象を抑制することができるという作用効果を有している。

特に、厚みの大きいプリプレグの場合でも、プラスチック層の表層の厚みを増加させることで、レーザー出力を上げて穴加工することができ、貫通穴の上穴径を抑制しながら、貫通穴の下穴径を大きくすることができるため、接続面積が大きく確保され、より優位な接続を可能と効果を有している。

これらの作用により、プリプレグに形成された貫通穴への導電性ペーストの充填量を安定させることができ、表層に回路を有する両面または多層の回路基板を、前記プリプレグを介して接続することができ、接続信頼性の高い多層の回路基板の製造方法を提供することができる。

本発明は、上記構成を有するマスクフィルムおよびそれを用いた回路基板の製造方法により、本発明のマスクフィルムの特徴であるプラスチックフィルムの表層に融点を有しない熱硬化性樹脂を形成し、前記プラスチックフィルムの表層の厚みを増加させることで、レーザー出力を上げて穴加工することが可能となるため、貫通穴の上穴径を抑制しながら、下穴径を大きくすることが可能となり、接続面積が確保されることにより、優位な接続を可能にするという作用効果を有する。

またレーザー出力を上げることに、より縮退してできる盛り上がり部の厚みを増加させることを可能にすることで、導電性ペーストの充填量も盛り上がり量によって増加するため、接続抵抗安定化に寄与するという作用効果を有する。

これらの作用効果により、導電性ペーストの貫通穴への充填量と接続面積を安定させることができ、層間の接続信頼性が高い回路基板を提供できるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態１における回路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基板の製造方法を示す断面図 同実施の形態における回路基板の製造方法の一過程の要部を示す断面図 同実施の形態における回路基板の製造に用いるマスクフィルムを示す断面図 同実施の形態における回路基板の製造に用いるマスクフィルムの熱硬化性樹脂の厚みと盛り上がり量の関係を示す図 従来の回路基板の製造方法を示す工程断面図 従来の回路基板の製造方法を示す工程断面図

（実施の形態１）
以下に本発明のマスクフィルムおよびそれを用いた回路基板の製造方法について説明する。

本実施の形態においては、両面および多層の回路基板について説明する。

図１は本発明の実施の形態１における回路基板の製造方法を示す工程断面図である。

まず、図１（ａ）におけるプリプレグ１は、ガラスクロスに熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸させた基板材料であり、縦、横、厚みのサイズが５００ｍｍ×５００ｍｍ×０．１ｍｍである。

また、マスクフィルム２は、厚さ約１９μｍのプラスチックフィルム（以下ＰＥＴシート２と称す）である。

次に、本発明の実施の形態におけるマスクフィルムとなるＰＥＴシート２の断面図を図４に示す。

前記ＰＥＴシート２は、図４に示すように、プラスチックフィルム２ｂの表層に融点を有しない熱硬化性樹脂からなる厚さ約１．２μｍの穴径制御層２ａ、その反対面であるプリプレグ１と接する面に、例えばシリコンなどを塗布した離型層２ｃを有した構造のものである。

なお、ＰＥＴシート２の基材としては、例えばポリエチレンテレフタレートが用いられるが、ＰＥＮやＰＰＳなどを用いても問題ない。

この工程におけるＰＥＴシート２は、穴径制御層２ａは熱硬化性樹脂で形成され、穴径制御層２ａを厚くして回路基板を製造するという点にあり、この構成および製造方法の作用効果については後述する。

次に図１（ｂ）に示すように、ＰＥＴシート２でプリプレグ１を挟持し、ラミネートなどの方法で加熱加圧することにより、ＰＥＴシート２をプリプレグ１の両面に張り付けることでラミネート済みプリプレグ３を形成する。

次に図１（ｃ）に示すように、レーザー光によりラミネート済みプリプレグ３の所定の箇所に貫通穴４を形成するが、図３、図４、図５を用いて詳細な説明を行う。

図３に示すのは、本発明の貫通穴の貫通穴断面簡略図である。

レーザービームを照射されると、レーザービームの中心部は超高温なためＰＥＴシート２は瞬時に蒸発するが、ビームの外周では温度も下がり、融点を有するＰＥＴシート２は溶融状態になり表面張力により縮退（ひけとも言う）して、通常部より厚くなりＰＥＴ盛り上がり部４１が形成される。その際穴径制御層２ａを厚くすることにより、穴径制御層２ａ部分のみＰＥＴシート２が縮退して断面が球状になる作用が働くので、貫通穴の上穴径を制御しつつ、ＰＥＴ盛り上がり部４１が形成される。

また穴径制御層２ａを熱硬化性樹脂で形成することにより、樹脂が流れにくくなるため、より貫通穴の上穴径が制御できるという効果を有する。

特に従来のＰＥＴシートの材料における穴径制御層２ａの厚さでは、厚みの大きいプリプレグに接続に十分な貫通穴を開けるため、レーザー出力を上げると、瞬時に大きなパワーがかかるため、レーザー加工断面は鋭利にカットされたようになり、その衝撃でＰＥＴシート２がプリプレグ１から剥がれたりする場合がある。この状態で導電性ペーストを充填すると、導電性ペーストがＰＥＴシート２とプリプレグ１の隙間に漏れることが懸念され、レーザー出力を上げることは困難であった。

さらにレーザー出力を上げると、貫通穴の上穴径が大きくなり、ショートや絶縁不良が発生しやすくなるという問題が発生していた。

本発明の前記ＰＥＴシートの構成において、図４に示すように穴径制御層２ａの厚みを増加させることにより、加工時の貫通穴周囲のＰＥＴシートの盛り上がり量を増加させることができるものである。

本実施の形態においては、熱硬化性樹脂の厚みを変化させた際のＰＥＴシートの盛り上がり量を（表１）に示す。またその推移は、図５に示すようになる。

図５より、従来のレーザー出力量では、この盛り上がり量が３〜７μｍ程度しかなかったが、熱硬化性樹脂で形成された穴径制御層２ａの厚みを増加させることにより、レーザー出力量を増加させることができ、ＰＥＴの盛り上がり量が常に５μｍ〜１５μｍにすることが可能となり、盛り上がり量を増加することができた。

ここで穴径制御層２ａの厚みを薄くしすぎた場合（穴径制御層の厚みが０．５μｍ以下）はＰＥＴシートが縮退して貫通穴の上穴径が大きくなりすぎてショートする危険があるため、実際には穴加工時のレーザー出力にもよるが、熱硬化性樹脂層の厚みは０．５μｍ以上必要である。

実施の形態としてはレーザー出力量を増加させた状態で、穴径制御層２ａを１．２μｍにした際に、ＰＥＴシートの盛り上がり量は約１０μｍになり、貫通穴の下穴径を十分確保しつつ（最小９０μｍ以上）、抵抗値が良化した。

このことから、熱硬化性樹脂で形成された穴径制御層の厚みを増加させることで、レーザー出力を増加させても、貫通穴の下穴径を十分確保しつつ、ＰＥＴシートが縮退してできる盛り上がり量の大きさを確保することができる。

次に図１（ｄ）に示すように、印刷機（図示せず）を用いて、スキージ５でＰＥＴシート２の上から貫通穴４に導電性ペースト６を充填し、導通穴７を形成する。２０は印刷ステージ、２１は敷き紙である。

この工程において、表側のＰＥＴシート２は印刷マスクの役割を果たしており、ＰＥＴシートに穿設された貫通穴４の穴径が回路基板の層間の接続信頼性や多層積層工程における合致性に寄与する。

また、ＰＥＴ盛り上がり部４１が形成されることで、プリプレグから突出したＰＥＴシート厚み分が増えるため、導電性ペースト６の充填量が増え、圧縮率が向上しビア接続抵抗値が安定するという作用効果がある。

次に図１（ｅ）に示すように、プリプレグ１の両面からＰＥＴシート２を剥離すると導電性ペースト充填済みプリプレグ８が形成される。

次に図１（ｆ）に示すように、プリプレグ８の両面に、銅はく等の金属箔９を重ね、熱プレスで加熱加圧することにより、図１（ｇ）に示す両面の銅張積層板１０が形成される。両面の金属箔９は、所定位置に設けた導通穴７の導電性ペーストを介して電気的に接続されている。

そして図１（ｈ）に示すように、両面の金属箔９を選択的にエッチングして回路パターン１１を形成して両面回路基板１２を得る。

次に、図２を用いて本発明の多層の回路基板の製造方法を説明する。

図２は、本発明の多層の回路基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たものである。

まず図２（ａ）に示すように、前述の図１（ａ）〜（ｇ）によって製造された両面回路基板１２と、図１（ａ）〜（ｆ）で製造された貫通穴４に導電性ペースト６を充填し、導通穴７を形成した上積層用の導電性ペースト充填済みプリプレグ８ａと、下積層用の導電性ペースト充填済みプリプレグ８ｂが準備される。

次に図２（ｂ）に示す工程は、積層ステージ（図示せず）上に金属箔９を乗せ、その上にプリプレグ８ｂを画像認識などで基準穴位置を認識位置決めした後に積層し、さらにその上に両面回路基板１２を同様に認識位置決めした後に積層し、さらにその上にプリプレグ８ａを同様に認識位置決めした後に積層し、さらにその上に金属箔９を積層するアライメント積層工程である。

次に図２（ｃ）に示すように、金属箔９で挟持されたプリプレグ８ａ、８ｂ、両面回路基板１２を熱プレスで加熱加圧することで４層の銅張積層板１３を得る。

上記の工程により、最外層の金属箔９は導通穴内の導電性ペーストを介して内層用の両面回路基板１２の接続用の円形の回路パターン１１によって電気的に接続される。

次に図２（ｄ）に示すように、両面の金属箔９を選択的にエッチングして回路パターン１１を形成することで４層の回路基板１４が得られる。

なお、本実施の形態においては４層の多層基板について説明したが、４層以上の多層基板、例えば６層基板については製造方法で得られた４層回路基板を両面回路基板の代わりに用いて、多層基板の製造方法｛図２（ａ）〜（ｄ）｝を繰り返せばよい。

なお、上記の説明において１枚の両面回路基板１２と２枚のプリプレグ８ａ、８ｂとを交互に積層するとの表現を用いたが、この場合の交互とは回路基板とプリプレグとが互いに接する状態を示すものである。その状態であれば複数の両面回路基板１２とそれ以上の複数のプリプレグとを互いに交互に積層し、最外層の金属箔にプリプレグが接するように積層することも可能であり、本発明の回路基板の製造用材料を用いれば容易に高多層の回路基板を実現することができる。

本発明のマスクフィルムおよびそれを用いた回路基板の製造方法により、両面または多層の回路基板を製造することにおける利点は、実施の形態１における層間の接続信頼性が高い回路基板を提供することに加えて、回路基板の製造過程における生産性の向上を図ることができる。

以上述べたように、本発明のマスクフィルムおよびそれを用いた回路基板の製造方法により、熱硬化性樹脂で形成されるマスクフィルムの表層の厚みを増加させることにより、レーザー出力を上げて穴加工することが可能となるため、貫通穴の上穴径を抑制しながら、貫通穴の下穴径を大きくすることができ、接続面積が増加するため、接続抵抗安定化し、ビア接続信頼性が高く、経済的な回路基板の製造方法を提供することができ、本発明の産業上の利用可能性は大であるといえる。

１、５１ プリプレグ
２、５２ ＰＥＴシート
３、５３ ラミネート済みプリプレグ
４、５４ 貫通穴
５、５５ スキージ
６、５６ 導電性ペースト
７、５７ 導通穴
８、８ａ、８ｂ、５８、５８ａ、５８ｂ 導電性ペースト充填済みプリプレグ
９、５９ 金属箔
１０、６０ 両面の銅張積層板
１１、６１ 回路パターン
１２、６２ 両面回路基板
１３、６３ ４層の銅張積層板
１４、６４ ４層の回路基板
４１ ＰＥＴ盛り上がり部

Claims (6)

1. プラスチックフィルムの表層に穴径制御層と、その反対面に離型層を有し、前記穴径制御層は熱硬化性樹脂で形成されていることを特徴とするマスクフィルム。
2. プラスチックフィルムの表層の穴径制御層の厚みを変化させることを特徴とした請求項１に記載のマスクフィルム。
3. プラスチックフィルムの表層の厚みを０.５μｍ以上とすることを特徴とした請求項１に記載のマスクフィルム。
4. プリプレグの表裏に請求項１に記載のマスクフィルムを張り付ける工程と、
   前記プリプレグと前記マスクフィルムにレーザー光を用いて貫通穴を設けるレーザー加工工程と、
   前記貫通穴に導電性ペーストを充填する工程と、
   前記マスクフィルムを前記プリプレグより剥離する工程とを備え、
   前記マスクフィルムの貫通穴の周囲は、前記レーザー光の加工熱により盛り上がり部が形成され、
   前記盛り上がり部の厚みは、前記マスクフィルムの穴径制御層の厚みを増加させることで厚くすることを特徴とする回路基板の製造方法。
5. 前記盛り上がり部は、マスクフィルム表面より５〜２０μｍ突出していることを特徴とする請求項４記載の回路基板の製造方法。
6. 前記マスクフィルムを前記プリプレグより剥離する工程の後、
   導電性ペースト充填済みの前記プリプレグを金属箔で挟持し、熱プレスにて加熱加圧する工程と、
   金属箔をエッチングしてパターン形成する工程を備えることを特徴とする請求項４記載の回路基板の製造方法。