JP2013211502A - フィルドメッキを有する配線基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既知、既存のメッキ工法では充填が困難な板厚でも、フィルドメッキを用いて穴内をメッキにより充填された配線基板を提供する。
【解決手段】貫通穴の中間部に導電性境界面ＢＳ１を形成した穴を、フィルドメッキ５により充填導通穴とする配線基板で、前記境界面が、樹脂による充填、前記樹脂のレーザー加工による除去、及びメッキによる導通によって形成される。
【選択図】図１

Description

本発明はプリント配線板に関するもので、特にＮＣまたはレーザーで加工した穴を金属メッキにより充填する構造の配線板に関する。

部品の高密度化への対応及び熱伝導性を高める目的から、レーザーまたは穴明けで加工した層間接続の穴をメッキにより充填することが一般的となっている。ただし所謂フィルドメッキでは、通常はメッキ時に底面が必要であり、かつ充填可能な深さには薬液、装置等から発生する制約がある。
このため基板強度が要な製品、インピーダンス等の電気特性の要求がある製品、及び層間絶縁が必要な製品等で、厚い基材にはメッキの充填能力不足でフィルドメッキ構造が適用出来ないことがある。

そのフィルドメッキの充填深さを深くする方法として、例えば特許文献１に示されるような、貫通穴をテーパー状に加工して、メッキの充填を促進する方法が開示されているが、このような方法では、フィルドメッキ時の底面を形成するために中間部を細くする必要があり、熱伝導性が十分に得られないという問題があった。

ところで、フィルドメッキでの充填可能な深さは、薬液、装置、穴径等により決定されるが、既知の工法の多くでは底面が必要となる。このためフィルドメッキ実施前の充填する穴内に、底面となる境界面が存在すれば、薬液、装置、穴径等の変更無しで、埋め込み可能な深さをより深くすることが可能となる。

特許文献２には、貫通穴に底部を形成した基板に貫通穴を有する基板を貼り合わせることで、貫通穴の中間に底部を形成してフィルドメッキする基板が開示されている。
しかし、この方法では中間の底面と表層及び表層同士の合わせ精度を考慮した設計が必要となり、高密度化する部品設計の制約となってしまう。また３層基板の構造となることで、製品に反りが発生することが問題となる。

特開２００３−４６２４８公報 特開２００３−４６２４９公報

このような状況に鑑み、本発明は既知、既存のメッキ工法では充填が困難な板厚でも、フィルドメッキを用いて穴内をメッキにより充填された配線基板を提供する。

上記課題を解決するため、本発明者が鋭意研究したところ、フィルドメッキにより充填する穴内に境界面を形成することが可能であれば、その境界面がフィルドメッキ時に必要な底面として機能することを見出した。また穴内の中央付近に境界面を配置することにより、既存の薬液、装置を使用しても、充填可能な深さが倍増することを確認し本発明に想達した。

本発明の第１の発明は、貫通穴の中間部に導電性境界部を設けて、両端が開口した非貫通穴を形成し、前記非貫通穴をフィルドメッキにより充填して充填導通穴とすることを特徴とする配線基板である。

本発明の第２の発明は、第１の発明における境界部が、貫通穴の樹脂による充填、充填された樹脂のレーザー加工による除去、及びメッキによる導通によって形成されることを特徴とする配線基板である。

本発明の第３の発明は、以下に示す工程１〜５により充填導通穴を形成することを特徴とする配線基板の製造方法である。
工程１：両面に銅箔が接着された絶縁基材に穴開け加工により貫通穴を形成する工程。
工程２：工程１で作製した貫通穴を設けた絶縁基材の両面にメッキを施し、前記貫通穴から貫通導通穴を形成し、形成した前記貫通導通穴に樹脂を充填して非貫通導通穴を形成する工程。
工程３：工程２で形成された非貫通導通穴の充填された樹脂を加工して、絶縁基板の一面側に凹型陥没部を形成し、前記凹型陥没部の壁面にメッキをする工程。
工程４：前記凹型陥没部と反対面側の充填された樹脂上のメッキを除去し、前記樹脂を露出させた後、前記樹脂を除去して導電性境界部を形成する工程。
工程５：フィルドメッキを行い、充填導通穴を形成する工程。

本発明の第４の発明は、第３の発明における工程４における樹脂の除去が、レーザー加工により行われることを特徴とする配線基板の製造方法である。

本発明によれば、既存、既知のメッキ薬液、装置、工法を利用してフィルドメッキを実施しても、充填可能な穴深さが倍増することにある。

本発明の両面配線基板の断面図である。 本発明に係る配線基板（図１の層間接続の穴が金属により充填されている部位：充填導通穴近傍）の製造方法を示すフロー図である。 本発明に係る配線基板（図１の層間接続の穴が金属により充填されている部位：充填導通穴近傍）の製造方法を示すフロー図の続きである。 比較例にかかる配線基板の断面図である。

以下に、本発明の詳細を説明する。
本発明の配線基板及びその製造方法は、基板に設けた導通用の貫通穴に、良好な熱伝導性を付与するためにフィルドメッキを用いて、その穴内に熱伝導性の高い物質を充填する際、フィルドメッキ前に、その貫通穴内に穴を非貫通とする境界面を有することにより、フィルドメッキの薬液、装置等の変更なしでフィルドメッキにより充填することが出来る充填深さを深く、貫通穴の両側からフィルドメッキを行うため、充填導通穴の深さは、最大でフィルドメッキの限界値の２倍とすることができるものである。また本発明は、メッキ薬液の種類、装置の制約を受けないため、多くの既知のフィルドメッキ工法で応用可能である。

図１は本発明の両面配線基板の断面図である。
図１において、１は充填導通穴、２は絶縁基材、３ａ、３ｂは外層導体（一般に銅箔が用いられる）、４は両面に外層導体を積層した絶縁基板（コア材）、５はフィルドメッキ層（高熱伝導性金属層）、１０は配線基板、ＢＳは境界部、ＢＳ_１は境界部面である。

図１に見られるように、本発明に係る配線基板１０は、両面に銅箔（外層導体）３ａ、３ｂを備える絶縁基板４の貫通穴の中間部に導電性境界部（ＢＳ）を形成して、両端が開口した非貫通穴とし、その非貫通穴の空間部を、フィルドメッキにより熱伝導性の良好な材料、一般に純銅を充填した充填導通穴１として、備える配線基板である。
しかも、この導電性境界部（ＢＳ）は、樹脂による貫通穴の充填、充填した樹脂のレーザー加工による除去、及びメッキによる導通の工程によって形成されていることを特徴とするものである。

以下に、図１に示す本発明に係る配線基板の製造方法を、図２を参照しながら説明する。
なお、この図１に見られる基本構造は、多層板のコア材としても利用可能であるため、基本構造の製造方法のみを説明することとする。またサブトラクティブ工法による本発明の製造方法を説明するが、アディティブ工法での製造も可能である。

図１に示す配線基板（図１では層間接続の穴が金属により充填されている部位を示している）の製造は、先ず絶縁基板に貫通穴を設け、その貫通穴を貫通導通穴に加工し、その穴への樹脂の充填、充填された樹脂の加工を経て、その加工面に金属層を設けた後、充填された樹脂を除去することによって、貫通導通穴の中間部に貫通導通穴を非貫通化させる境界部を形成して、その境界部を有する非貫通導通穴をフィルドメッキなどの方法により、熱伝導性の良好な金属で充填して、熱伝導性の高い充填導通穴を形成する充填導通穴の形成工程を施し、次いで余分な箇所を除去して、所定の配線基板を作製するものである。

図２は、本発明に係る配線基板（図１の層間接続の穴が金属により充填されている部位：充填導通穴）の製造方法を示すフロー図である。（図２は図２−１から図２−２へと続く。）
図２（ａ）〜（ｉ）は、充填導通穴の形成工程に関するフロー図で、図２（ｊ）は、フィルドメッキにより、境界部の両側の穴に熱伝導性の高い金属を充填した充填導通穴近傍の余分な箇所を除去した状態の配線基板を示す図である。
図２において、１は充填導通穴、２は絶縁基材、３ａ、３ｂは外層導体、４は絶縁基板（コア材）、５はフィルドメッキ層（高熱伝導性金属層）、６はメッキ層（金属層）、７はメッキ層（金属層）、９は配線板、１０は配線基板、１１は貫通穴、１２は貫通導通穴、１３は非貫通導通穴、１４は凹型陥没部、１５は有底非貫通導通穴、２０は充填材、ＢＳは境界部、ＢＳ_１は境界部面である。

先ず充填導通穴の形成方法に関して説明する。本発明に係る充填導通穴は、以下の工程１〜工程５に示す工程を経て形成されるものである。
・充填導通穴の形成方法
［工程１］
（貫通穴の形成）
工程１として、先ず、両面に銅箔（外部導体）３ａ、３ｂが接着された絶縁基材２からなる絶縁基板４（以下コア材４）に、充填導通穴（図１符号１参照）となる箇所に穴開け加工して貫通穴１１を形成する（図２（ａ）、（ｂ）参照）。

その穴開け加工方法は特に限定されないが、ＮＣドリリングマシン、レーザーマシンなどを用いると良い。また、穴の形状は丸穴に限らず、楕円穴、四角穴、異形穴など、目的に合わせて選択すればよい。ただし充填導通穴（図１符号１参照）の形状、サイズ及び絶縁基材２の厚みの組み合わせについては、利用する薬液、装置で絶縁基材２の半分以上の厚みで充填メッキが可能な範囲とする。

［工程２］
（貫通導通穴の形成）
次に、穴開け加工が実施されたコア材４の全面または必要な箇所に金属メッキ層６を設け、貫通導通穴１２を形成する。（図２（ｃ）参照）この金属メッキ層６は、無くても本発明の実施は可能であるが、内壁の凹凸削減、充填範囲の拡大のためには、この金属メッキ層６を設けることが望ましい。以下、この金属メッキ層６が設けられている状態での説明とする。

（貫通導通穴への樹脂の充填）
貫通導通穴１２を充填材２０により完全に充填し、非貫通導通穴１３を形成する（図２（ｄ）参照）。
この充填作業は、下記の条件を満たす樹脂を印刷法、ローラー法、カーテンコーター法、ディップ法など、各種工法で行うことが可能である。
充填材は、充填作業時には粘性を持ち、熱、ＵＶ、光等により硬化する性質が必要であるが、樹脂の種類に制約は無くエポキシ系、メラニン系、アクリル系等が選択可能で、高耐熱性、高剛性を持つ樹脂がより望ましい。
充填材を充填した後に、熱、ＵＶ、光等により、充填樹脂を硬化させる。硬化状態については半硬化状態でも、完全硬化状態でも良い。

［工程３］
（凹型陥没形状の形成）
硬化した充填材２０を、絶縁基板４（コア材４）の形成する面、若しくは金属メッキ層６の形成する面と平坦となるように研磨する。
続いて充填材２０により充填された非貫通導通穴１３の一端に凹型陥没部１４を形成する（図２（ｅ）参照）。
この凹型陥没部１４の形成には、レーザー加工をすることが好ましい。加工レーザーの種類は炭酸ガスレーザー、ＵＶレーザー等、有機物にエネルギーが吸収される波長であればその種類に制約は無い。

また、その加工順序に制約は無いが、表裏で要求平坦度が異なる場合、または表裏で回路密度が異なる場合には適切な面から加工することが望ましい。
表裏で要求平坦度が異なる場合には、よりへ平坦度が必要な面から加工することが望ましい。
表裏で回路密度が表裏で異なる場合には、より粗な面から加工することが望ましい。

また加工深さについては、最終の板厚の半分程度を目安とする。底部についてはレーザー加工の条件によりほぼ平坦に加工することが可能である。

（壁面へのメッキ）
レーザー加工が実施されたコア材４の全面または必要な箇所に金属層７を設けるメッキを実施する（図２（ｆ）参照）。
ここでのメッキは、一般的な被覆メッキでもフィルドメッキでも可能であるが、一般的には生産コストの面から被覆メッキを採用することが望ましい。

［工程４］
メッキ加工が実施されたコア材のレーザー加工実施済みの面は、ほぼ全面をエッチングレジストで被覆する。
またレーザー加工未実施の面は、ほぼ全面を被覆しない状態としてから、エッチングにより金属導体を除去する（図２（ｇ）参照）。
その金属導体の除去量は、非貫通導通穴１３に充填した樹脂が確認出来る量を最小とするが、最終の回路密度に合わせてさらに除去量を増やすことは可能である。

その後、非貫通導通穴１３のレーザー加工未実施の面から再度レーザー加工を実施して、中間部に境界部（ＢＳ）を備える有底非貫通導通穴１５を形成する（図２（ｈ）参照）。
この時の加工レーザーの種類は、炭酸ガスレーザー、ＵＶレーザー等、有機物にエネルギーが吸収される波長であればその種類に制約は無い。
レーザー加工終了状態は、穴内にメッキにより形成された境界部の面（ＢＳ_１）上の残留樹脂状態が、使用するデスミア、プラズマ等の残留樹脂除去方法により除去可能なレベルとする。

［工程５］
工程４を経て形成された中間に境界部（ＢＳ）が備える有底非貫通導通穴１５を有するコア材４に、フィルドメッキを実施することで、その有底非貫通導通穴１５の境界部（ＢＳ）両側の穴部を熱伝導性の高い金属で充填した本発明の充填導通穴１を有する配線板９を形成する（図２（ｉ）参照）。なお、５は穴部に充填された高熱伝導性の金属である。
この配線板９の余分な箇所をエッチングなどにより除去して図１に示す本発明の配線基板１０を製造する。
以上の工程を経て得られた充填導通穴１の深さは、従来よりも倍化することが可能となり、従ってフィルドメッキが適用できる配線基板の厚みが倍化する。

以下、絶縁基材厚みを変化させた配線板を作製して、そのフィルドメッキによる充填の健全性を評価することで本発明を詳細する。
なお、フィルドメッキによる充填可能な条件は、メッキ薬液、装置及び設計の影響を受けるため、その評価結果は特定のメッキ薬液、装置の結果であり、他の条件ではより厚く、より大面積でのフィルドメッキが可能となる場合もある。また、フィルドメッキによる充填の健全性を明確に評価するために、配線基板ではなく、その前段階の配線板におけるフィルドメッキによる充填の状態を評価したものである。

実施例におけるフィルドメッキによる充填の健全性評価は、噴流式メッキ装置を用い、硫酸銅溶液に奥野製薬工業株式会社製の硫酸銅メッキ添加剤を所定量添加した硫酸銅電解液を用い、液温２５℃、電流密度１．５Ａ／ｄｍ^２の条件でフィルドメッキを行い、そのフィルドメッキ部の断面を光学顕微鏡によりフィルドメッキ層表面における凹み程度を観察した。
１０μｍ未満の凹みの場合を「○」、２０μｍ未満の凹みの場合を「△」、２０μｍ以上の凹みの場合を「×」とし、その結果を表１に示した。

（実施例）
厚み０．０６０ｍｍ、０．１０５ｍｍ、０．２１０ｍｍの両面に銅箔が接着された絶縁基材を用い、各々の貫通穴の径を０．１２０ｍｍとして、上記工程１〜工程５を経て形成した充填導通穴（図２の符号１参照）を有する図２（ｉ）に示す配線板９を作製して、供試材とした。

（比較例）
厚み０．０６０ｍｍ、０．１０５ｍｍ、０．２１０ｍｍの両面に銅箔が接着された絶縁基材を用い、各々にレーザーで片側の外層導体まで穴の径を０．１２０ｍｍでレーザー加工し、フィルドメッキを行い、図３に示す充填導通穴５１を有する配線板５０を作製して供試材とした。

表１から明らかなように、本発明に係る充填導通穴の形成方法を用いた配線板における充填導通穴のフィルドメッキの健全性は、従来の貫通導通穴の片側に底面を設けてフィルドメッキすることにより得られる充填導通穴を有する配線板におけるフィルドメッキの健全性と比べて、少なくとも２倍の深さの充填導通穴の形成に対応可能であることがわかる。

１、５１ 充填導通穴
２ 絶縁基材
３ａ、３ｂ 外層導体
４ 絶縁基板（コア材）
５ フィルドメッキ層（高熱伝導性金属層）
６、７ メッキ層（金属層）
９、５０ 配線板
１０ 配線基板
１１ 貫通穴
１２ 貫通導通穴
１３ 非貫通導通穴
１４ 凹型陥没部
１５ 有底非貫通導通穴
２０ 充填材
ＢＳ 境界部
ＢＳ_１ 境界部面

Claims (4)

1. 貫通穴の中間部に導電性境界部を設けて、両端が開口した非貫通穴を形成し、前記非貫通穴をフィルドメッキにより充填して充填導通穴とすることを特徴とする配線基板。
2. 前記境界部が、貫通穴の樹脂による充填、前記樹脂のレーザー加工による除去、及びメッキによる導通によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 以下に示す工程１〜５により充填導通穴を形成することを特徴とする配線基板の製造方法。
   工程１：両面に銅箔が接着された絶縁基材に穴開け加工により貫通穴を形成する工程。
   工程２：工程１で作製した貫通穴を設けた絶縁基材の両面にメッキを施し、前記貫通穴から貫通導通穴を形成し、形成した前記貫通導通穴に樹脂を充填して非貫通導通穴を形成する工程。
   工程３：工程２で形成された非貫通導通穴の充填された樹脂を加工して、絶縁基板の一面側に凹型陥没部を形成し、前記凹型陥没部の壁面にメッキをする工程。
   工程４：前記凹型陥没部と反対面側の充填された樹脂上のメッキを除去し、前記樹脂を露出させた後、前記樹脂を除去して導電性境界部を形成する工程。
   工程５：フィルドメッキを行い、充填導通穴を形成する工程。
4. 工程４における前記樹脂の除去が、レーザー加工により行われることを特徴とする請求項３に記載の配線基板の製造方法。

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