JP2016213296A - プリント配線板 - Google Patents
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Abstract
【課題】絶縁性基板を貫通するスルーホール導体の信頼性の向上。
【解決手段】プリント配線板が、第1面と前記第1面と反対側の第2面を有すると共に前記第1面と前記第2面との間に延在するスルーホール導体用の貫通孔を有する絶縁性基板と、前記絶縁性基板の第1面上および第2面上にそれぞれ形成されている第1導体層および第2導体層と、前記貫通孔内に電解めっきによって前記絶縁性基板の厚み方向の任意の位置からその貫通孔を閉塞してその貫通孔内に充填された金属めっきで形成されて前記第1導体層と前記第2導体層とを電気的に接続するスルーホール導体と、を備えている。
【選択図】図2
【解決手段】プリント配線板が、第1面と前記第1面と反対側の第2面を有すると共に前記第1面と前記第2面との間に延在するスルーホール導体用の貫通孔を有する絶縁性基板と、前記絶縁性基板の第1面上および第2面上にそれぞれ形成されている第1導体層および第2導体層と、前記貫通孔内に電解めっきによって前記絶縁性基板の厚み方向の任意の位置からその貫通孔を閉塞してその貫通孔内に充填された金属めっきで形成されて前記第1導体層と前記第2導体層とを電気的に接続するスルーホール導体と、を備えている。
【選択図】図2
Description
この発明は、スルーホール導体を持つプリント配線板に関する。
スルーホール導体の抵抗を低くしたり、スルーホールの径を小さくしたりするため、スルーホール導体用の貫通孔をめっきで充填することが行われている。スルーホール導体用の貫通孔をめっきで充填することは、下記の特許文献1などで開示されている。
特許文献1は、絶縁性基板としての樹脂基板の両面から形成したテーパー形状の孔の頂部同士を基板の厚み方向中央部で連通させることで樹脂基板にスルーホール導体用の概略鼓形の貫通孔を形成することと、電解めっきによってその貫通孔内に銅めっきを充填することを開示している。そして、特許文献1ではその貫通孔の、樹脂基板の厚み方向中央部に位置する最小径部から銅めっきで閉塞することで、スルーホール導体用の貫通孔全体が銅めっきを充填されてスルーホール導体が形成されている。
スルーホール導体用の貫通孔の最小径部が樹脂基板の厚み方向中央部から何れか一方の表面寄りにずれる場合があり、その場合には、最小径部から銅めっきで閉塞すると他方の表面側で充填された銅めっき内にボイドが残留する可能性がある。そのため、スルーホール導体用の貫通孔内に銅めっきを充填することで形成されているスルーホール導体の信頼性が低くなりやすい。
本発明の目的はスルーホール導体の信頼性を高めることである。
本発明のプリント配線板は、
第1面と前記第1面と反対側の第2面を有すると共に前記第1面と前記第2面との間に延在するスルーホール導体用の貫通孔を有する絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の第1面上に形成されている第1導体層と、
前記絶縁性基板の第2面上に形成されている第2導体層と、
前記貫通孔内に電解めっきによって前記絶縁性基板の厚み方向の任意の位置からその貫通孔を閉塞してその貫通孔内に充填された金属めっきで形成されて前記第1導体層と前記第2導体層とを電気的に接続するスルーホール導体と、
を備える。
本発明のプリント配線板は、
第1面と前記第1面と反対側の第2面を有すると共に前記第1面と前記第2面との間に延在するスルーホール導体用の貫通孔を有する絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の第1面上に形成されている第1導体層と、
前記絶縁性基板の第2面上に形成されている第2導体層と、
前記貫通孔内に電解めっきによって前記絶縁性基板の厚み方向の任意の位置からその貫通孔を閉塞してその貫通孔内に充填された金属めっきで形成されて前記第1導体層と前記第2導体層とを電気的に接続するスルーホール導体と、
を備える。
前記貫通孔が、前記第1面および前記第2面からそれぞれ形成されたテーパー状の孔の頂部同士が連通してなる概略鼓形のものであり、前記貫通孔の最小径部が前記絶縁性基板の厚み方向中央部から前記第1面および前記第2面の何れか寄りにずれて位置している場合に、前記スルーホール導体が、前記貫通孔内に電解めっきによって前記絶縁性基板の厚み方向の中央部からその貫通孔を閉塞してその貫通孔内に充填された金属めっきで形成されていると好ましい。
また、前記テーパー状の孔がレーザーで形成されていると好ましい。
なお、前記金属めっきは、実質的に前記貫通孔内の全体に充填されていれば良く、それゆえ前記スルーホール導体は、前記絶縁性基板の前記第1面および前記第2面の少なくとも一方の側の表面に凹部を有していても良い。
以下に、先ず、本発明の一実施形態のプリント配線板が詳細に説明される。ここに、図1(a)〜図1(e)は、本発明の一実施形態のプリント配線板の製造過程を順次に示す断面図であり、図2(a)および図2(b)は、上記実施形態のプリント配線板における形成過程のスルーホール導体および形成されたスルーホール導体を模式的にそれぞれ示す断面図であり、図3(a)および図3(b)は、上記実施形態のプリント配線板におけるスルーホール導体の形成過程を順次に示す断面図である。
この実施形態のプリント配線板は、絶縁性基板1を備えており、この絶縁性基板1は、図2(b)に示すように、図では上向きの第1面1aと、その第1面1aと反対側の、図では下向きの第2面1bとを有すると共に、第1面1aと第2面1bとの間に延在するスルーホール導体用の貫通孔2を有している。貫通孔2は、絶縁性基板1の第1面1aおよび第2面1bからそれぞれ形成されたテーパー状の孔の頂部同士が連通してなる概略鼓形のものであり、この実施形態では図2(a)に示すように、貫通孔2の最小径部2aが絶縁性基板1の厚み方向中央部1cから図示例では第1面1a寄りに距離Dだけずれて位置している。貫通孔2の最小径部2aの、絶縁性基板1の厚み方向中央部1cからずれて位置している量Dと、絶縁性基板1の厚みHとの関係は、0<D/H<0.4、すなわちずれ量Dが厚みHの4割未満であると好ましい。ずれ量Dが厚みHの4割以上であると、後述するスルーホール導体5の形成の際に、電解銅めっきで貫通孔2の最小径部2aよりも奥の、絶縁性基板1の厚み方向中央部1c付近から閉塞するのが困難な場合があるからである。
この実施形態のプリント配線板はまた、絶縁性基板1の第1面1a上に銅めっきで形成されている第1導体層3と、絶縁性基板1の第2面1b上に銅めっきで形成されている第2導体層4と、貫通孔2内に充填された銅めっきで形成されて第1導体層3と第2導体層4とを電気的に接続するスルーホール導体5とを備えている。
この実施形態のプリント配線板を製造する際には、先ず図1(a)に示すように、絶縁性基板1を準備する。この絶縁性基板1としては、例えばエポキシ樹脂基板、シリコン基板、ガラス基板等を用いることができ、好ましくは、例えば樹脂基板10の両面に銅箔11を貼り付けた両面銅貼り樹脂基板を用い、その樹脂基板10としては、例えばガラス繊維等の芯材に樹脂を含浸させたプリプレグであって、延在方向の熱膨張係数が1〜15ppm/℃であるプリプレグを用いることができる。このようなプリプレグを用いれば、プリント基板が熱による過度の変形や寸法変化を生じにくいからである。
ここでは次に図1(b)に示すように、絶縁性基板1にその第1面1aと第2面1bとの間に延在するスルーホール導体用の概略鼓形の貫通孔2を形成する。このような概略鼓形の貫通孔は、図1(b)に示すように、絶縁性基板1の第1面1aおよび第2面1bの実質的に同一の位置に例えばレーザーLで形成したテーパー状の孔の頂部同士を接続することで形成することができるが、第1面1a側と第2面1b側とでのレーザーLの出力の相違等により上述のように、貫通孔2の最小径部2aが、絶縁性基板1の厚み方向中央部1cから第1面1a寄りに距離Dだけずれて位置している。
ここでは次に図1(c)に示すように、その貫通孔2内のスミアを除去する通常のデスミア処理を行い、次いで図1(d)に示すように、絶縁性基板1の第1面1aおよび第2面1bと貫通孔2の側壁とに、粗化処理を施してから無電解銅めっき膜12を一体に形成する。
ここではさらに図1(e)に示すように、絶縁性基板1の第1面1a上の無電解銅めっき膜12上に電解銅めっきで銅めっき層6を形成するとともに、絶縁性基板1の第2面1b上の無電解銅めっき膜12上に電解銅めっきで電解銅めっき層6を形成し、それと同時に貫通孔2内の無電解銅めっき膜12上に電解銅めっきで、図2(a),(b)に順次に示すように、それら第1面1a上の電解銅めっき層6と第2面1b上の電解銅めっき層6とを電気的に接続するスルーホール導体5を充填形成する。
このように貫通孔2内に電解銅めっきでスルーホール導体5を充填形成する際には、絶縁性基板1を、析出抑制剤を添加した電解めっき液に浸漬し、上記無電解銅めっき膜12を一方の電極にして、図3(a)に矢印で示すように、絶縁性基板1の第1面1a側および第2面1b側のうち、貫通孔2の最小径部2aに近い第1面1a側で電解めっき液を第2面1b側よりも強く攪拌しながら無電解銅めっき膜12上に電解銅めっきを施すことにより、それら第1面1aおよび第2面1b上に銅めっき層6を形成するとともに、貫通孔2内にそれら第1面1aおよび第2面1b上の銅めっき層6を電気的に接続するスルーホール導体5を形成してゆく。
なお、電解銅めっきは一般にめっき対象物の角部に析出し易い傾向があり、貫通孔2の入口角部に析出して孔内へ銅めっきの充填を妨げ易いところ、析出抑制剤(析出金属成長抑制剤)はその傾向を抑制して、貫通孔2の内部への電解銅めっきの充填を可能にするものであり、この析出抑制剤としては、例えば析出金属が大きくなったときにその表面に吸着して析出金属の成長を遅らせる既知の金属粒子分散剤等が用いられる。
これにより、図2(a)および図3(a),(b)に示すように、貫通孔2内ではその側壁から中心軸に向かって銅めっきが析出し、その際、上記攪拌強さの相違から第1面1a側の方が第2面1b側より析出抑制剤7が銅めっき表面に多く吸着されて銅めっきが析出しにくくなるため、銅めっきで貫通孔2の最小径部2aよりも奥の、絶縁性基板1の厚み方向中央部1c付近が先ず閉塞される。そしてその厚み方向中央部1c付近が閉塞されて形成された、第1面1a側および第2面1b側で深さが同程度の凹部8内に次第に銅めっきが充填されて、図2(b)に示すように、ボイドのないスルーホール導体5が形成される。
その後ここでは、絶縁性基板1の第1面1aおよび第2面1b上に形成した無電解銅めっき膜12および電解銅めっき層6にエッチング等のパターン形成方法によって所定の配線パターンを形成することで、図2(b)に示すように、それぞれ無電解銅めっき膜12と電解銅めっき層6との2層の銅めっきからなる第1導体層3と第2導体層4とを形成して、この実施形態のプリント配線板を製造する。
従って、この実施形態のプリント配線板によれば、絶縁性基板1の第1面1a側と第2面1b側とでテーパー状の孔の中心軸線の位置や内径や深さ等が少し異なっていて、貫通孔2の断面形状が絶縁性基板1の厚み方向中央部1cに関して上下対称とならず、貫通孔2の最小径部2aが絶縁性基板1の厚み方向中央部1cから第1面1a寄りにずれて位置していても、図2(b)に示すように、第1面1a上の第1導体層3と第2面1b上の第2導体層4とを電気的に接続するスルーホール導体5内にボイドが残留しないので、スルーホール導体5の信頼性を高めることができる。
なお、貫通孔2の最小径部2aが絶縁性基板1の厚み方向中央部1cから第2面1b寄りにずれて位置していても、上記と同様にして、第1面1a上の第1導体層3と第2面1b上の第2導体層4とを電気的に接続するスルーホール導体5を、ボイドが残留しないものとすることができる。
次に、従来のプリント配線板の一例が詳細に説明される。図4(a)および図4(b)は、上記例の従来のプリント配線板における形成過程のスルーホール導体および形成されたスルーホール導体を模式的にそれぞれ示す断面図であり、図5(a)および図5(b)は、上記例の従来のプリント配線板におけるスルーホール導体の形成過程を順次に示す断面図である。
この例の従来のプリント配線板も絶縁性基板1を備えており、この絶縁性基板1も、図4(a),(b)に示すように、図では上向きの第1面1aと、その第1面1aと反対側の、図では下向きの第2面1bとを有すると共に、第1面1aと第2面1bとの間に延在するスルーホール導体用の貫通孔2を有している。貫通孔2は、絶縁性基板1の第1面1aおよび第2面1bからそれぞれ形成されたテーパー状の孔の頂部同士が連通してなる概略鼓形のものであり、貫通孔2の最小径部2aが絶縁性基板1の厚み方向中央部1cから図示例では第1面寄りにずれて位置している。
この例の従来のプリント配線板はまた、絶縁性基板1の第1面1a上に銅めっきで形成されている第1導体層3と、絶縁性基板1の第2面1b上に銅めっきで形成されている第2導体層4と、貫通孔2内に充填された銅めっきで形成されて第1導体層3と第2導体層4とを電気的に接続するスルーホール導体5とを備えている。
この例の従来のプリント配線板において貫通孔2内に銅めっきでスルーホール導体5を充填形成する際には、絶縁性基板1の第1面1aおよび第2面1bと貫通孔2の側壁とに、先ず粗化処理を施し、次いで無電解めっきで図1(d)に示すと同様の銅めっき膜12を形成する。
次いで絶縁性基板1を、上記実施形態におけると同様の析出抑制剤を添加した電解めっき液に浸漬し、その無電解銅めっき膜を一方の電極にして、図5(a)に矢印で示すように、絶縁性基板1の第1面1a側および第2面1b側で電解めっき液を同程度に攪拌しながら無電解銅めっき膜上に電解銅めっきを施すことにより、それら第1面1aおよび第2面1b上に銅めっき層6を形成するとともに貫通孔2内にスルーホール導体5を形成してゆく。
これにより、図4(a)および図5(b)に示すように、貫通孔2内ではその側壁から中心軸に向かって銅めっきが析出し、その銅めっきで貫通孔2の最小径部2a付近が先ず閉塞される。そしてその最小径部2a付近が閉塞されて形成された、第1面1a側と第2面1b側とで深さが異なる凹部8内に次第に銅めっきが充填されて、図4(b)に示すように、第2面1b側すなわち凹部8が深かった側にボイドBが残留したスルーホール導体5が形成される。
その後ここでは、絶縁性基板1の第1面1aおよび第2面1b上に形成した無電解銅めっき膜12および電解銅めっき層6にエッチング等のパターン形成方法によって所定の配線パターンを形成することで、図4(b)に示すように、それぞれ無電解銅めっき膜12と電解銅めっき層6との2層の銅めっきからなる第1導体層3と第2導体層4とを形成して、従来のプリント配線板を製造する。
従って、上記例の従来のプリント配線板では、図4(b)に示すように、絶縁性基板1の第2面1b側にボイドBが残留したスルーホール導体5を備えることになり、スルーホール導体の信頼性が低くなる。
図6は、本発明の他の一実施形態のプリント配線板における形成過程のスルーホール導体を模式的に示す断面図である。この実施形態のプリント配線板は、絶縁性基板が有するスルーホール導体用の貫通孔が先の実施形態におけるような括れを持つ概略鼓形の孔でなく、軸線方向に沿って一定の内径を持ついわゆるストレート孔である点でのみ先の実施形態と異なっており、他の点では先の実施形態と同様の構成を備えているので、図中先の実施形態と同様の部分は、それと同一の符号にて示す。
すなわち、この実施形態のプリント配線板も、絶縁性基板1を備えており、この絶縁性基板1は、図6に示すように、図では上向きの第1面1aと、その第1面1aと反対側の、図では下向きの第2面1bとを有すると共に、第1面1aと第2面1bとの間に延在するスルーホール導体用の貫通孔2を有している。
貫通孔2は、軸線方向に沿って一定の内径を持つストレート孔であり、このようなストレート孔の貫通孔2は、絶縁性基板1の第1面1aまたは第2面1b側から例えばドリルで穿孔することによって形成することができる。
図6に示すように、この実施形態のプリント配線板はまた、絶縁性基板1の第1面1a上に銅めっきで形成されている第1導体層3と、絶縁性基板1の第2面1b上に銅めっきで形成されている第2導体層4と、貫通孔2内に電解めっきによって充填された銅めっきで形成されて第1導体層3と第2導体層4とを電気的に接続するスルーホール導体5とを備えている。
この実施形態のプリント配線板では、スルーホール導体5の形成過程において貫通孔2内に電解めっきで銅めっきを充填する際に、絶縁性基板1の第1面1aおよび第2面1bと貫通孔2の側壁とに、先ず粗化処理を施し、次いで無電解めっきで図示しない銅めっき膜を一体に形成する。
次いで絶縁性基板1を、析出抑制剤を添加した電解めっき液に浸漬し、その無電解銅めっき膜を一方の電極にして無電解銅めっき膜上に電解銅めっきを施すことにより、絶縁性基板1の第1面1aおよび第2面1b上に銅めっき層6を形成するとともに、第1面1aおよび第2面1b上の銅めっき層6を電気的に接続するスルーホール導体5を貫通孔2内に形成してゆく。
この電解銅めっきの際、先の実施形態におけると同様に、絶縁性基板1の第1面1a側および第2面1b側のうち、第1面1a側で電解めっき液を第2面1b側よりも強く攪拌すれば、その攪拌強さの相違から第1面1a側の方が第2面1b側より析出抑制剤7が銅めっき表面に多く吸着されて銅めっきが析出しにくくなるため、図中実線で示すように、銅めっきで貫通孔2内の、絶縁性基板1の厚み方向中央部1cよりも任意の距離AD分第2面1b寄りの位置CPが先ず閉塞される。そしてその第2面1b寄りの位置CPが閉塞されて形成された、第1面1a側と第2面1b側とで深さが異なる凹部8内に図5中仮想線で示すように次第に銅めっきが充填されて、ボイドが残留しないスルーホール導体5が貫通孔2内に形成される。
なお、上記電解銅めっきの際、先の実施形態におけると逆に、絶縁性基板1の第1面1a側および第2面1b側のうち、第2面1b側で電解めっき液を第1面1a側よりも強く攪拌することで、銅めっきで貫通孔2内の、絶縁性基板1の厚み方向中央部1cよりも任意の距離AD分第1面1a寄りの位置CPが先に閉塞されるようにすることができる。
その後、絶縁性基板1の第1面1aおよび第2面1b上に形成した銅めっき層6にそれぞれエッチング等のパターン形成方法によって所定の配線パターンを形成することで、第1導体層3と第2導体層4とが形成され、それら第1導体層3と第2導体層4がスルーホール導体5で電気的に接続される。
従って、この実施形態のプリント配線板によれば、図6に示すように、貫通孔2が途中に括れのないストレート孔の場合でも、第1面1a上の第1導体層3と第2面1b上の第2導体層4とを電気的に接続するスルーホール導体5内にボイドが残留しないので、スルーホール導体5の信頼性を高めることができる。
しかも、電解銅めっきで貫通孔2内の、絶縁性基板1の厚み方向中央部1cから任意の距離ADだけ絶縁性基板1の第1面1aまたは第2面1b寄りの位置を先ず閉じることで、第1面1a側と第2面1b側とで深さが異なる凹部8を電解銅めっきで適宜に埋めることができるので、スルーホール導体5の表面に、第1面1a側と第2面1b側とで異なる任意の深さの凹部を形成することができる。この場合に、スルーホール導体5の表面の凹部の深さは7μm未満であることが好ましい。凹部の深さが7μm以上であると、多層プリント配線板を構成するためにその凹部の上に積層される絶縁性樹脂層の表面の平坦度が過度に損なわれる場合があるからである。
上述した図2および図6に示される実施形態のプリント配線板は、通常の電子回路を構成する多層プリント基板にコア基板等として用い得る他、半導体素子を搭載した下側パッケージ基板上に、半導体素子を搭載した上側パッケージ基板を積層して電気的に接続したパッケージオンパッケージ(POP)型のプリント配線基板にコア基板等として用いることもできる。
なお、第1面1a上の第1導体層3と第2面1b上の第2導体層4とは、図2および図6に示される実施形態のプリント配線板では無電解銅めっき膜とその上の電解銅めっき層とで形成されているが、この発明では、絶縁性基板1として例えば図1に示すように樹脂基板10の両表面に銅箔11が張られた両面銅張り基板が用いられ、それらの銅箔11上の無電解銅めっき膜12とその上の電解銅めっき層6とで形成されていても良い。
また、第1面1a上の第1導体層3と第2面1b上の第2導体層4と貫通孔2内のスルーホール導体5とを形成する電解めっきは、図2および図6に示される実施形態のプリント配線板では電解銅めっきとされているが、この発明では、他の金属の電解めっきとされていても良い。
かくしてこの発明のプリント配線板によれば、貫通孔の括れの位置や括れの有無にかかわらず、電解めっきで貫通孔内の任意の位置から先に貫通孔を閉塞して、スルーホール導体内へのボイドの残留を防止することができる。
1 絶縁性基板
1a 第1面
1b 第2面
1c 厚み方向中央部
2 貫通孔
2a 最小径部
3 第1導体層
4 第2導体層
5 スルーホール導体
6 電解銅めっき層
7 析出抑制剤
8 凹部
10 樹脂基板
11 銅箔
12 無電解銅めっき層
AD 任意の距離
B ボイド
CP 先に閉じる位置
D 最小径部と厚み方向中央部との距離
1a 第1面
1b 第2面
1c 厚み方向中央部
2 貫通孔
2a 最小径部
3 第1導体層
4 第2導体層
5 スルーホール導体
6 電解銅めっき層
7 析出抑制剤
8 凹部
10 樹脂基板
11 銅箔
12 無電解銅めっき層
AD 任意の距離
B ボイド
CP 先に閉じる位置
D 最小径部と厚み方向中央部との距離
Claims (8)
- 第1面と前記第1面と反対側の第2面を有すると共に前記第1面と前記第2面との間に延在するスルーホール導体用の貫通孔を有する絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の第1面上に形成されている第1導体層と、
前記絶縁性基板の第2面上に形成されている第2導体層と、
前記貫通孔内に電解めっきによって前記絶縁性基板の厚み方向の任意の位置からその貫通孔を閉塞してその貫通孔内に充填された金属めっきを有して前記第1導体層と前記第2導体層とを電気的に接続するスルーホール導体と、
を備えてなるプリント配線板。 - 前記貫通孔は、前記第1面および前記第2面からそれぞれ形成されたテーパー状の孔の頂部同士が連通してなる概略鼓形のものであり、
前記貫通孔の最小径部は、前記絶縁性基板の厚み方向中央部から前記第1面および前記第2面の何れか寄りにずれて位置しており、
前記スルーホール導体は、前記貫通孔内に電解めっきによって前記絶縁性基板の厚み方向の中央部からその貫通孔を閉塞してその貫通孔内に充填された金属めっきを有していることを特徴とする、請求項1記載のプリント配線板。 - 前記テーパー状の孔はレーザーで形成されていることを特徴とする、請求項2記載のプリント配線板。
- 前記貫通孔の最小径部の前記ずれて位置している量Dと、前記絶縁性基板の厚みHとの関係は、0<D/H<0.4であることを特徴とする、請求項2または3記載のプリント配線板。
- 前記スルーホール導体の表面に、前記第1面と前記第2面側とで深さが異なる凹部が形成されていることを特徴とする、請求項1から4までの何れか1項記載のプリント配線板。
- 前記凹部の深さは7μm未満であることを特徴とする、請求項5記載のプリント配線板。
- 前記スルーホール導体は、前記貫通孔の側壁に形成された無電解銅めっき膜と、前記貫通孔内で前記無電解銅めっき膜上に充填形成された前記金属めっきとしての電解銅めっき層とを有することを特徴とする、請求項1から6までの何れか1項記載のプリント配線板。
- 前記絶縁性基板は、ガラス繊維等の芯材に樹脂を含浸させたプリプレグであって、延在方向の熱膨張係数が1〜15ppm/℃である樹脂基板を有することを特徴とする、請求項1から7までの何れか1項記載のプリント配線板。
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