JP2013229421A

JP2013229421A - 配線基板

Info

Publication number: JP2013229421A
Application number: JP2012099520A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Hayashi; 和徳林; Tomoharu Tsuchida; 知治土田
Original assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Current assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2013-11-07

Abstract

【課題】
半導体素子Ｓが安定的に作動するとともに、高密度配線化が可能な配線基板を提供することを課題とする。
【解決手段】
上面から下面に貫通するスルーホール２を有する絶縁基板１と、スルーホール２を上面から下面にかけて充填するめっき導体から成るスルーホール導体４とを具備する配線基板１０であって、スルーホール２は、上面にて最大径を有するとともに上面から絶縁基板１の厚み方向の中央部に向かって縮径するテーパー形状であり、かつ中央部で最小径を有するとともに中央部から下面までが最大径よりも小さい径であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高密度配線を有する配線基板に関するものである。

近年、携帯型のゲーム機や通信機器等に代表される電子機器の高機能化が進む中、それらに使用される半導体素子を搭載する配線基板にも高密度配線化が要求されている。

従来、半導体集積回路素子等の半導体素子を搭載するための配線基板は、図２（ａ）に示すように、上面中央部に半導体素子Ｓを搭載するための搭載部を有しており、上面から下面にかけて複数のスルーホール１２が形成された絶縁基板１１と、絶縁基板１１の上下面に形成された複数の配線導体１３と、スルーホール１２内に充填されており、絶縁基板１１上下面の配線導体１３同士を電気的に接続するスルーホール導体１４と、絶縁基板１１の上下面に被着されており、配線導体１３の一部を露出させる開口部１５ａ，１５ｂを有するとともに、残余の配線導体１３を被覆するソルダーレジスト層１５とを具備している。

上面側における開口部１５ａから露出された配線導体１３の一部は、半導体素子Ｓの電極Ｔに接続するための半導体素子接続パッド１６として機能する。また、下面側の開口部１５ｂから露出する配線導体１３の一部は、外部の電気回路基板に接続するための外部接続パッド１７として機能する。そして、半導体素子Ｓの電極Ｔを半導体素子接続パッド１６に半田を介して接続するとともに、外部接続パッド１７を外部の電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することにより半導体素子Ｓが外部の電気回路基板に配線導体１３およびスルーホール導体１４を介して電気的に接続され、半導体素子Ｓと外部の電気回路基板との間で配線導体１３およびスルーホール導体１４を介して信号を伝送することにより半導体素子Ｓが作動する。

このような配線基板２０における絶縁基板１１は、厚みが４０〜３００μｍ程度の絶縁板にドリル加工により直径が５０〜１００μｍ程度のスルーホール１２を複数穿孔することにより形成される。また、配線導体１３およびスルーホール導体１４は、スルーホール１２内壁および絶縁基板１１の上下面に０．１〜１μｍ程度の薄い無電解めっき層を被着させた後、この無電解めっき層上に電解めっき法によりスルーホール１２内が充填されるまでめっき導体を析出させた後、絶縁基板１１上下面のめっき導体を所定のパターンにエッチングする方法が用いられる。

しかし、このような配線基板２０においては、スルーホール１２がドリル加工により形成されているため、絶縁基板１１の上面から下面にかけて同じ径で形成されている。このようなスルーホール１２の形状では、電解めっき液が供給されやすいスルーホール１２の開口部付近が、電解めっき液が供給されにくい中央部に比べて、めっき導体の析出速度が早い。そのため、開口部付近が先に充填されて中央部への電解めっき液の供給を遮断してしまい、中央部に電解めっき液が残留する空洞部１８が生じてしまう。その結果、残留する電解めっき液によりスルーホール導体１４に腐食が生じてしまう場合がある。

そこで、このような不具合を回避するために、例えば図２（ｂ）に示すように、絶縁基板１１の上面側から下面側に向けて直径が小さくなっていくテーパー形状のスルーホール１２を形成する場合がある。このような形状によると、スルーホール１２における直径の小さい下面側がまずめっき導体により充填され、その後、下面側から上面側に向かってめっき導体が順次充填されていく。したがって、空洞部を発生することなくスルーホール導体１４を充填することが出来る。このような形状のスルーホール１２を形成するには、レーザ加工が用いられる。レーザ加工においては、絶縁基板１１の上面側からレーザを照射してスルーホール１２を穿孔する。このとき、スルーホール１２は、絶縁基板１１の上面側から下面側に向けて徐々に穿孔されていく。そのため、絶縁基板１１の上面側では、長時間レーザのエネルギーを受けて孔径が大きくなり、下面側では、その逆に短時間しかレーザのエネルギーを受けないので孔径が小さくなる。その結果、絶縁基板１１の上面側から下面側に向けて直径が小さくなっていくテーパー形状のスルーホール１２が形成される。しかしながら、下面側の開口部の直径が所定の大きさになるまで照射を続けると、レーザの入射側である上面側の開口部の直径が大きくなってしまい、そのため上面側における高密度配線化が困難となる。

このため、例えば図２（ｃ）に示すように、絶縁基板１１の上面側と下面側とから中央部に向けてレーザを照射することにより、絶縁基板１１の上下両側の開口部の直径が略同一であるとともに、上下両側から中央部に向けて直径が小さくなっていく鼓形状のスルーホール１２を形成する場合がある。このような形状によると、直径の小さい中央部がまずめっき導体により充填され、その後、中央部から上面側と下面側とに向かって順次充填されていくため、空洞部の発生を抑制できる。しかしながら、上下両側からレーザ加工を行なう際に、上面側および下面側からの入射位置がずれた状態で穿孔されてしまいやすく、そのためスルーホール１２における上面側から穿孔された孔と下面側から穿孔された孔との接続部がずれて狭くなってしまうことがある。このように上面側からの孔と下面側からの孔との接続部がずれて狭いものとなると、その接続部に熱応力等が印加された場合に接続部が断線してしまいやすい。

特許第４２５６６０３号公報

本発明は、接続信頼性に優れる小径のスルーホール導体を有するすることで、半導体素子が安定的に作動するとともに、高密度配線化が可能な配線基板を提供することを課題とするものである。

本発明の配線基板は、上面から下面に貫通するスルーホールを有する絶縁基板と、スルーホールを上面から下面にかけて充填するめっき導体から成るスルーホール導体とを具備する配線基板であって、スルーホールは、上面にて最大径を有するとともに上面から絶縁基板の厚み方向の中央部に向かって縮径するテーパー形状であり、かつ中央部で最小径を有するとともに中央部から下面までが最大径よりも小さい径であることを特徴とする。

本発明の配線基板によれば、めっき導体の析出速度が遅いスルーホール中央部の直径を、上面および下面の直径よりも小さくすることで、中央部がめっき導体により充填されてから上面および下面方向にむけて充填されることから、スルーホール導体に空洞部が発生することを抑制できる。さらに、絶縁基板の上面方向のみからスルーホールを穿孔するため、上下両面方向から穿孔する場合のような上下の穿孔位置ずれによるスルーホールの断線等が生じることがない。これらにより、絶縁基板に形成されたスルーホール内を、めっき導体により良好に充填することができるため、半導体素子に安定的に信号を伝送することが可能となり半導体素子が安定的に作動するとともに、高密度配線化が可能な配線基板を提供することができる。

図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の配線基板の実施例を示す概略断面図および要部拡大図である。図２（ａ）および（ｂ）および（ｃ）は、従来の配線基板の実施例を示す概略断面図である。

まず、本発明の配線基板の例を図１（ａ）および（ｂ）を基に説明する。図１（ａ）に示すように本例の配線基板１０は、主として絶縁基板１と、配線導体３とソルダーレジスト層５とを具備している。

配線基板１０は、上面中央部に半導体素子Ｓを搭載するための搭載部を有しており、上面から下面にかけて複数のスルーホール２が形成された絶縁基板１と、絶縁基板１の上下面に形成された複数の配線導体３と、スルーホール２内に充填されており、絶縁基板１上下面の配線導体３同士を電気的に接続するスルーホール導体４と、絶縁基板１の上下面に被着されており、配線導体３の一部を露出させる開口部５ａ，５ｂを有するとともに、残余の配線導体３を被覆するソルダーレジスト層５とを具備している。

開口部５ａから露出された配線導体３の一部は、半導体素子接続パッド６として機能する。また、絶縁基板１の下面に露出する配線導体３は、外部の電気回路基板に接続するための外部接続パッド７として機能する。そして、半導体素子Ｓの電極Ｔを半導体素子接続パッド６に半田を介して接続するとともに、外部接続パッド７を外部の電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することにより半導体素子Ｓが外部の電気回路基板にスルーホール導体４を介して電気的に接続され、半導体素子Ｓと外部の電気回路基板との間で配線導体３に信号を伝送することにより半導体素子Ｓが作動する。

絶縁基板１は、ガラス繊維にエポキシ樹脂等の電気絶縁材料を含浸させて成る樹脂基板からなる。樹脂基板の厚みは４０〜３００μｍ程度である。絶縁基板１は、この例では単層構造であるが、同一または異なる電気絶縁材料から成る複数の絶縁層を多層に積層した多層構造であってもよい。

絶縁基板１には、上面から下面に貫通する複数のスルーホール２が形成されている。このスルーホール２の内部にはめっき導体から成るスルーホール導体４が充填されている。これらのスルーホール２は、図１（ｂ）に示すように、上面の直径Ｄ１および中央部の直径Ｄ２および下面の直径Ｄ３が、Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２という大小関係になるように形成されている。なお、このようなスルーホール２を形成する場合には、ガラス繊維にエポキシ樹脂等の電気絶縁材料を含浸させて成る樹脂基板の上下面に、銅箔が積層された両面銅張り板を準備して上面側の銅箔を除去した後、両面銅張り板の上方からスルーホール２を形成する所定の位置に、レーザを例えば１０回程度照射してスルーホール２を穿孔していく。このとき、最初の数回の照射においては下面の銅箔を貫通しないようにレーザの出力を調整しておく。このように調整することで、最初の数回のレーザ光が下面の銅箔により反射され易くなる。このため、両面銅張り板の下面付近がより多く穿孔されるため、上述の大小関係を有するスルーホール２を形成することができる。そして、上述のようにスルーホール２が形成された両面銅張り板の下面側の銅箔をエッチング除去した後、スルーホール２内壁と絶縁基板１の上下面に、０．１〜１μｍ程度の薄い無電解めっき層を被着させた後、この無電解めっき層上に電解めっき法によりスルーホール２内が充填されるまでめっき導体を析出させることでスルーホール導体４が形成される。

このように、めっき導体の析出速度が遅いスルーホール２中央部の直径を、上面および下面の直径よりも小さくすることで、中央部がめっき導体により充填されてから上面および下面方向にむけて充填されることから、スルーホール導体４に空洞部が発生することを抑制できる。さらに、絶縁基板１の上面方向のみからスルーホール２を穿孔するため、上下両面方向から穿孔する場合のような上下の穿孔位置ずれが生じることがない。これらにより、絶縁基板１に形成されたスルーホール２内を、めっき導体により完全に充填することができるため、半導体素子Ｓに安定的に信号を伝送することが可能となり半導体素子Ｓが安定的に作動するとともに、高密度配線化が可能な配線基板１０を提供することができる。なお、スルーホール２を形成する場合には、例えば絶縁基板１を、上層、中層、下層の３層構造とし、上層および下層にはレーザによる穿孔が容易なガラス繊維の密度や厚みの小さい絶縁層を配置するとともに、中層にはレーザによる穿孔が困難なガラス繊維の密度や厚みの大きい絶縁層を配置することで、このような形状の特徴をより顕著なものとすることができる。

配線導体３は、例えば銅めっきから成る。このような配線導体３を形成するには、例えばまず上述のスルーホール導体４を形成する際に同時に絶縁基板１上下面に析出されためっき導体表面に、所定の配線パターンに対応する部分を露出させたエッチングレジストを被着させる。次に、エッチングレジストから露出しためっき導体をエッチング除去した後に、エッチングレジストを剥離することにより形成される。

ソルダーレジスト層５は、アクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂を硬化させた電気絶縁材料から成る。ソルダーレジスト層５は、搭載部における配線導体３の一部を露出させる開口部５ａを有しているとともに、配線導体３の残余の部分を被覆している。これにより半導体素子接続パッド６に半導体素子Ｓの電極Ｔを接続可能とするとともに配線導体３の残余の部分を外部環境より保護している。

１絶縁基板
２スルーホール
４スルーホール導体
１０配線基板

Claims

上面から下面に貫通するスルーホールを有する絶縁基板と、前記スルーホールを前記上面から下面にかけて充填するめっき導体から成るスルーホール導体とを具備する配線基板であって、前記スルーホールは、前記上面にて最大径を有するとともに該上面から前記絶縁基板の厚み方向の中央部に向かって縮径するテーパー形状であり、かつ前記中央部で最小径を有するとともに該中央部から前記下面までが前記最大径よりも小さい径であることを特徴とする配線基板。