JP2019179802A - 印刷配線板及び印刷配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】柱状の端子が設けられた印刷配線板において、回路の腐食や電子部品との接続不良を防ぎつつ、回路を微細化できるようにすることを目的とする。【解決手段】絶縁層２１に穴２１１を形成し、穴２１１に挿入可能な太さの一端部３１１と、他端部３１２と、穴２１１の開口部２１１ａに嵌合可能かつ開口部２１１ａの一部を覆うことが可能な形状の中間部３１３と、を有するピン３１Ａの一端部３１１を穴２１１に挿入しつつ、中間部３１３を開口部２１１ａへ圧入することにより開口部２１１ａへ嵌合させ、絶縁層２１及びピン３１Ａをめっき液に浸漬してめっきを施すことにより、穴２１１と一端部３１１との間の空隙を金属３２で充填してピン３１Ａを絶縁層２１に固定する。【選択図】図３

Description

本発明は、印刷配線板及び印刷配線板の製造方法に関する。

印刷配線板を構成する基板には、他の電子部品（半導体チップ等）を搭載するための柱状に突出する端子が設けられることがある。
こうした端子を基板に設ける方法としては、例えば特許文献１に記載されたような、パターンめっき法を用いて形成する方法が知られている。
また、特許文献２，３に記載されたような、端子となるピンを、パッドやスルーホールにはんだ又は導電性樹脂で固定する方法も知られている。

特開２０１３−１０５７７１号公報 特開昭６２−２４４１５６号公報 特開昭６２−２８３６５１号公報

パターンめっき法により端子を形成する方法では、ドライフィルムを基板にラミネートし、露光・現像を行って端子の断面形状の開口を形成する必要がある。しかし、端子の一般的な高さ（例えば１７０μｍ）に比べて一枚のドライフィルムの厚さは薄い（通常２５〜４０μｍ）ため、ドライフィルムのラミネートと開口の形成を所望の高さの端子が形成可能となるまで繰り返す必要がある。
しかし、ドライフィルムは、ラミネート枚数が増えて厚くなると、剥離させるための剥離液が浸透しにくくなって剥離性が低下する。このため、めっき後にドライフィルムを剥離する際、その残渣が残りやすくなる。残渣には、製造工程において用いられる各種処理液が残ることがあり、その各種処理液が、回路を腐食させたり次工程の液汚染等を引き起こしたりする要因となる。

また、ドライフィルムのラミネートと開口の形成を繰り返していると、途中で露光位置がずれ、端子の一部がずれて形成されてしまう可能性がある。このずれは、端子が倒れたり、電子部品との接続不良を引き起こしたりする要因になる。
また、端子の形成には電解めっきが用いられる。電解めっきは、電流密度を高くするほど単位時間当たりに形成される金属層の厚さを増やすことができるが、その反面、金属層厚のばらつきが大きくなってしまう。このため、複数の端子を形成する場合には、高さのばらつきを小さく抑えるために低い電流密度で長い時間をかけてめっきを施さなければならない。

一方、端子となるピンをはんだ又は導電性樹脂で固定する方法では、はんだが溶融時に流れすぎたり、導電性樹脂がブリードアウトしたりする。その際、はんだや導電性樹脂がパッドやランドからはみ出して、回路を短絡させてしまう可能性がある。このため、パッド径やランド径を、はんだや導電性樹脂がはみ出す分を考慮して、予め広く取っておく必要がある。しかし、パッドやランドを広げると、回路の微細化が困難になってしまう。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、柱状の端子が設けられた印刷配線板において、回路の腐食や電子部品との接続不良を防ぎつつ、回路を微細化できるようにすることを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明に係る印刷配線板は、
穴が形成された絶縁層と、
前記穴の中に位置する一端部と、当該穴の外に少なくとも一部が位置する他端部と、前記穴の開口部に嵌合するとともに前記開口部の一部を覆う中間部と、を有する柱状に形成された導電性の端子本体と、
前記穴の内壁面と前記一端部との間に充填された導電性材料からなり、前記端子本体を前記絶縁層に固定する固定部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る印刷配線板の製造方法は、
絶縁層に穴を形成し、
前記穴に挿入可能な太さの一端部と、他端部と、前記穴の開口部に嵌合可能かつ前記開口部の一部を覆うことが可能な形状の中間部と、を有する導電性のピンの一端部を前記穴に挿入しつつ、前記中間部を前記開口部へ圧入することにより前記開口部へ嵌合させ、
前記絶縁層及び前記ピンをめっき液に浸漬してめっきを施すことにより、前記穴と前記一端部との間の空隙を金属で充填して前記ピンを前記絶縁層に固定することを特徴とする。

本発明によれば、回路の腐食や電子部品との接続不良を防ぎつつ、回路を微細化することができる。

本発明の実施形態に係る印刷配線板の断面図である。 図１の印刷配線板の製造工程における前半の流れを表す図である。 図１の印刷配線板の製造工程における後半の流れを表す図である。 （ａ）は図１の印刷配線板の製造に用いられるピンの斜視図であり、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は図３（ｂ）のＶ−Ｖ断面図であり、（ｂ）は図３（ｂ）の平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

〔印刷配線板の構成〕
まず、本実施形態に係る印刷配線板の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る印刷配線板１００の断面図である。
なお、図１には、印刷配線板１００として、複数の配線部が積層された多層印刷配線板の表面寄りの二層のみを例示したが、本発明は二層のみの印刷配線板にも適用可能である。

本実施形態に係る印刷配線板１００は、図１に示したように、下層配線部１と、上層配線部２と、端子部３と、で構成されている。

下層配線部１は、下層絶縁層１１と、下層配線１２と、を有している。
下層絶縁層１１は、絶縁材料（例えばガラス織布及びエポキシ樹脂）で平板状に形成されている。
下層配線１２は、下層絶縁層１１の表面に金属（例えば銅）で形成されている。本実施形態の下層配線１２は、平面状（例えば円形）に広がるように形成されたランド部１２ａを有している。

上層配線部２は、上層絶縁層２１と、上層配線２２と、を有している。
上層絶縁層２１は、下層絶縁層１１と同様の絶縁材料で下層配線部１の表面を被覆する平板状に形成されている。
また、上層絶縁層２１には穴が形成されている。本発明における「穴」には、印刷配線板の途中まで形成される有底の「穴」と、印刷配線板を貫通する「孔」の両方が含まれる。
本実施形態における穴は、後述するビア２３を形成するためのビア下穴２１１となっており、下層配線部１のランド部１２ａと対向する部位に、上層絶縁層２１を貫通する円形に形成されている。
ビア下穴２１１の内壁面は、下層配線部１に向かって狭まるように傾斜している。なお、本実施形態においては、ビア下穴２１１の底部の径を、例えば１５０μｍとしている。
上層配線２２は、上層絶縁層２１の表面に金属（例えば銅）で形成されている。本実施形態の上層配線２２は、下層配線部１のランド部１２ａと対向する位置に端子部３の周囲を囲む環状に形成されたビアランド部２２ａを有している。
なお、本実施形態においては、ビアランド部２２ａや上述したランド部１２ａの径を例えば２５０μｍ程度としている。

端子部３は、端子本体３１と、固定部３２と、表層部３３と、を有している。
端子本体３１は、導電性材料（例えば、銅又は銅合金）で、ビア下穴２１１の中に位置する一端部３１１と、当該ビア下穴２１１の外に少なくとも一部が位置する他端部３１２と、ビア下穴２１１の開口部２１１ａ（上層配線部２表面の近傍部分）に嵌合した中間部３１３と、を有する柱状（例えば円柱状）に形成されている。
本実施形態における一端部３１１は、一端が下層配線部１のランド部１２ａと接している。
また、本実施形態における中間部３１３は、ビアランド部２２ａに埋没している。

固定部３２は、ビア下穴２１１の内壁面と端子本体３１の一端部３１１との間に充填された金属（例えば、銅）からなり、端子本体３１を上層絶縁層２１に固定している。すなわち、固定部３２は、端子本体３１と一体化しつつ、ビア下穴２１１に強固に固着している。
表層部３３は、端子本体３１の表面を覆うとともに、ビアランド部２２ａと一体化している。また、表層部３３の上端部は、他の部位に比べて側方（端子本体３１の延長方向と直交する方向）に突出し、フランジ状になっている。

端子部３は、このように構成されることで、下層配線部１の下層配線１２と上層配線部２の上層配線２２との導通にも貢献している。
なお、本実施形態においては、端子部３の高さ（上層配線２２の表面から上端までの距離）を例えば１７０μｍ以上とするのが好ましい。
また、本実施形態においては、端子部３の径を例えば１３０μｍ程度としている。
また、本実施形態においては、端子本体３１の中間部３１３の径を例えば２００μｍ程度としている。

〔印刷配線板の製造方法〕
次に、上記印刷配線板１００の製造方法について説明する。図２は印刷配線板１００の製造工程における前半の流れを表す図、図３は印刷配線板１００の製造工程における後半の流れを表す図、図４は印刷配線板１００の製造に用いられるピンの斜視図及び平面図、図５は図３（ｂ）のＶ−Ｖ断面図及び平面図である。
なお、図２，３，５においては、下層配線部１における下層絶縁層１１の図示を省略し、下層配線１２のみを図示することとする。

印刷配線板１００の製造に際しては、まず、図２（ａ）に示したように、下層配線部１の表面に、上層絶縁層２１の形成と同時に、薄銅箔を上層絶縁層２１の表面全体に積層することにより導体層２２１を形成する、又は上層絶縁層２１を形成した後に、上層絶縁層２１の表面全体に無電解銅めっき又は電解銅めっきを更に施すことにより導体層２２１を形成する。
この導体層２２１は、後に上層配線２２の一部となる。
導体層２２１を形成した後は、導体層２２１における下層配線部１のランド部１２ａと対向する箇所に、図２（ｂ）に示したように開口２２１ａを形成する。なお、本実施形態においては、開口２２１ａの径を、例えば１８０μｍ程度にしている。

開口２２１ａを形成した後は、上層絶縁層２１にビア下穴２１１を形成する。
具体的には、図２（ｃ）に示したように、上層絶縁層２１における導体層２２１の開口２２１ａから露出する部位に形成する。ビア下穴２１１の形成は、レーザ加工等によって行うことができる。本実施形態においては、下層配線部１の表面（ランド部１２ａ）が露出するまで形成する。なお、本実施形態においては、内壁面が下層配線部１に向かって狭まるよう傾斜させて形成するのが好ましい。また、本実施形態においては、ビア下穴２１１の底部の径を、例えば１５０μｍとしている。
この後、必要に応じて、ビア下穴２１１の内壁面に生じたスミア（樹脂残渣）を除去するデスミア処理を施す。

ビア下穴２１１を形成した後は、図２（ｄ）に示したように、シード層２２２（金属層）を、無電解銅めっきによって形成する。
シード層２２２は、製造途中の印刷配線板の表面全体、すなわち、導体層２２１の表面、ビア下穴２１１の内壁面、及び下層配線部１のランド部１２ａの露出部分の表面に形成される。
このシード層２２２は、導体層２２１と同様、後に上層配線２２の一部となる。

シード層２２２を形成した後は、図２（ｅ）に示したように、シード層２２２の表面にドライフィルムＦをラミネートする。
そして、ドライフィルムＦを露光・現像することで、図２（ｆ）に示したように、回路パターンの開口Ｆａを形成する。こうすることで、ビア下穴２１１が露出する。
なお、本実施形態においては、ビア下穴２１１を囲む開口Ｆａの径（後に形成されるビアランド部２２ａの径やランド部１２ａの径）を例えば２５０μｍ程度としている。

この後、必要に応じて、製造途中の印刷配線板に電解銅めっきを施すことにより、シード層２２２の表面に５〜１０μｍの薄いめっき層（後述するめっき層２２３の一部）を先行して形成するようにしてもよい。

ドライフィルムＦに開口Ｆａを形成した後は、図３（ａ）に示したように、ピン３１Ａを配置する。
ここで用いるピン３１Ａは、上述した端子本体３１となるもので、本実施形態においては、導電性材料（例えば、銅又は銅合金）で形成されたものを用いる。
また、ピン３１Ａは、ビア下穴２１１に挿入可能な太さの一端部３１１と、他端部３１２と、ビア下穴２１１の開口部２１１ａに嵌合可能かつ開口部２１１ａの一部を覆うことが可能な形状の中間部３１３と、を有するものとなっている。

ピン３１Ａの一端部３１１の長さ（一端から中間部３１３の一端側を向く面までの距離）は、ビア下穴２１１の深さ（下層配線部１のランド部１２ａの表面に形成されたシード層２２２の表面から上層絶縁層２１の表面に形成されたシード層２２２の表面までの距離）未満、本実施形態においては、ビア下穴２１１の深さよりも中間部３１３の厚さ分だけ短くなっている。
また、本実施形態におけるピン３１Ａの一端から中間部３１３の他端側を向く面までの距離は、下層配線部１のランド部１２ａの表面に形成されたシード層２２２の表面から上層絶縁層２１の表面にこの後形成される上層配線２２の表面までの距離を超えない程度となっている。

また、本実施形態においては、他端部３１２の長さ（中間部３１３の他端側を向く面からピン３１Ａの他端までの距離）を例えば１７０μｍ以上とするのが好ましい。
また、本実施形態においては、他端部３１２の径を例えば１３０μｍ程度としているが、後に形成される端子部３の径を１３０μｍとしたい場合には、他端部３１２の径が１３０μｍより表層部３３の厚さの分だけ細いものを用いてもよい。

本実施形態における中間部３１３は、例えば図２、図４に示したように、ビア下穴２１１の径ｘ１よりやや大きい径ｘ２の円盤に、当該ピン３１Ａの軸方向に通り抜けが可能な切欠き３１３ａが形成されたものとしている。すなわち、ビア下穴２１１の開口部２１１ａの径ｘ１を１８０μｍ程度とする場合には、中間部３１３の径ｘ２は２００μｍ程度となる。
なお、図４には、円弧状に切り欠いた切欠き３１３ａを例示したが、直線状に切り取ったものとしてもよい。
また、図４には、一端部３１１（他端部３１２）を挟んで対向する二箇所にそれぞれ切欠き３１３ａを形成した場合を例示したが、一箇所又は三箇所以上に形成してもよい。
また、切欠きではなく、孔を形成するようにしてもよい。

このように構成されたピン３１Ａの一端部３１１をビア下穴２１１に挿入しつつ、中間部３１３を開口部２１１ａへ圧入する。上述したように、ビア下穴２１１の内壁面にはシード層２２２が形成されており、圧入することで、中間部３１３とシード層２２２の少なくとも一方が僅かに変形し、中間部３１３がビア下穴２１１の中に入り込むことが可能となる。その結果、図３（ｂ）に示したように、ピン３１Ａの中間部３１３がビア下穴２１１の開口部２１１ａに嵌合し、ピン３１Ａが製造途中の上層絶縁層２１に仮固定される。

なお、シード層２２２の形成後であってピン３１Ａの中間部３１３をビア下穴２１１に圧入する前に、上述したような薄いめっき層を、シード層２２２の表面に形成しておけば、ピン３１Ａの圧入によって、ビア下穴２１１のシード層２２２が剥がれたり、上層絶縁層２１にクラックが入ったりすることを防止することができる。

また、上述したように、ピン３１Ａの中間部３１３が、開口部２１１ａの一部を覆うことが可能な形状をしている（切欠き３１３ａが形成されている）ため、図５に示したように、ピン３１Ａが仮固定された後も、ビア下穴２１１の開口部２１１ａの一部が塞がれずに残り、ピン３１Ａの軸方向へ通り抜けが可能となる。
また、本実施形態においては、上述したように、ピン３１Ａの一端部３１１の長さが、ビア２３の深さよりも、中間部３１３の厚さ分だけ短くなっているため、ピン３１Ａの中間部３１３が開口部２１１ａに嵌合する際に、一端が下層配線部１に形成されたシード層２２２の表面に接する。

ビア下穴２１１にピン３１Ａを圧入した後は、上層絶縁層２１及びピン３１Ａをめっき液に浸漬して電解銅めっきを施す。すると、図３（ｃ）に示したように、ドライフィルムＦに形成された開口Ｆａ内にめっき層２２３が形成される。
また、上述したように、ピン３１Ａの中間部３１３が、開口部２１１ａの一部を覆うことが可能な形状をしているため、ビア下穴２１１の中にもめっき液が流入し、ビア下穴２１１とピン３１Ａの一端部３１１との間の空隙が金属で充填されビア２３になる。このとき、充填された金属は、ピン３１Ａの一端部３１１、中間部３１３、及びビア下穴２１１内壁部のシード層２２２と一体化することで固定部３２となる。一方、ピン３１Ａは、固定部３２によって上層絶縁層２１に固定されて端子本体３１となる。
更に、ピン３１Ａの表面にも電解銅めっきが施され、表層部３３が形成される。

本実施形態においては、上述したように、中間部３１３の形状を、切欠き３１３ａにより切り欠いた形状としたため、めっき液がビア下穴２１１内により一層流入しやすく、より強固な固定部３２が形成される。
また、本実施形態においては、上述したように、ピン３１Ａの一端から中間部３１３の他端側を向く面までの距離が、下層配線部１のランド部１２ａの表面に形成されたシード層２２２の表面から上層絶縁層２１の表面にこの後形成される上層配線２２の表面までの距離を超えない程度となっているため、中間部３１３は、ピン３１Ａの他端部３１２の周囲に形成されるビアランド部２２ａに埋没して見えなくなる。

めっきを施した後は、ドライフィルムＦに剥離液を浸透させて、図３（ｄ）に示したようにドライフィルムＦを剥離する。本実施形態では、通常の厚さのドライフィルムＦを一枚しか用いないため、ドライフィルムＦに剥離液が十分に浸透し、残渣が残りにくい。
ドライフィルムＦを剥離した後は、フラッシュエッチングを行って、図３（ｅ）に示したように、ドライフィルムＦを剥離した後に露出するシード層２２２及びその下の導体層２２１を除去する。こうすることで、上層絶縁層２１の表面に、導体層２２１と、シード層２２２と、めっき層２２３と、が積層されてなる上層配線２２が形成される。
以上のような工程を経て、本実施形態に係る印刷配線板１００が製造される。

以上、説明してきたように、本実施形態に係る印刷配線板１００は、ビア下穴２１１（穴）が形成された上層絶縁層２１と、ビア下穴２１１の中に位置する一端部３１１と、当該ビア下穴２１１の外に少なくとも一部が位置する他端部３１２と、ビア下穴２１１の開口部２１１ａに嵌合するとともに開口部２１１ａの一部を覆う中間部３１３と、を有する柱状に形成された金属製の（導電性の）端子本体３１と、ビア下穴２１１の内壁面と一端部３１１との間に充填された金属（導電性材料）からなり、端子本体３１を上層絶縁層２１に固定する固定部３２と、を備えたものとなっている。

また、本実施形態に係る印刷配線板１００の製造方法は、上層絶縁層２１にビア下穴２１１（穴）を形成し、ビア下穴２１１に挿入可能な太さの一端部３１１と、他端部３１２と、ビア下穴２１１の開口部２１１ａに嵌合可能かつ開口部２１１ａの一部を覆うことが可能な形状の中間部３１３と、を有する金属製の（導電性の）ピン３１Ａの一端部３１１をビア下穴２１１に挿入しつつ、中間部３１３を開口部２１１ａへ圧入することにより開口部２１１ａへ嵌合させ、上層絶縁層２１及びピン３１Ａをめっき液に浸漬して電解銅めっきを施すことにより、ビア下穴２１１と一端部３１１との間の空隙を金属で充填してピン３１Ａを上層絶縁層２１に固定するものとなっている。

従来、パターンめっき法により端子を形成する方法では、ドライフィルム剥離後の残渣に残る各種処理液による回路の腐食や次工程の液汚染、ラミネートされる各ドライフィルムに形成される開口のずれによる端子の倒れや電子部品との接続不良、端子の高さのばらつきを小さく抑えるための長いめっき時間等が問題となっていた。

しかし、本実施形態に係る印刷配線板１００の製造においては、端子部３を、パターンめっき法ではなくピン３１Ａを用いて形成するため、製造工程においてドライフィルムＦを複数ラミネートして厚くすることが無い。このため、ドライフィルムＦの残渣が残りにくく、回路の腐食や次工程の液汚染といった問題が生じにくくなる。また、開口がずれて形成されるといったことが起こらないため、端子の倒れや電子部品との接続不良といった問題も生じにくくなる。
また、本実施形態に係る印刷配線板１００の製造においては、同じ長さのピン３１Ａを用いるだけで、高さの揃った複数の端子部３を短時間の電解銅めっきを行うだけで形成することができる。

また、従来、端子となるピンをはんだ又は導電性樹脂で固定する方法では、はんだや導電性樹脂がはみ出す分を考慮して、パッド径やランド径を予め広く取っておく必要があり、回路の微細化が困難であった。
しかし、本実施形態に係る印刷配線板１００の製造においては、ピン３１Ａを用いるものの、その固定をはんだや導電性樹脂ではなくめっき（固定部３２）により行うため、従来よりもパッド径やランド径を小さくすることができる。このため、回路設計の自由度が増し、回路を微細化することが可能となる。

１００ 印刷配線板
１ 下層配線部
１１ 下層絶縁層
１２ 下層配線
１２ａ ランド部
２ 上層配線部
２１ 上層絶縁層（絶縁層）
２１１ ビア下穴（穴）
２１１ａ 開口部
２２ 上層配線
２２ａ ビアランド部
２２１ 導体層
２２１ａ 開口
２２２ シード層
２２３ めっき層
２３ ビア
３ 端子部
３１ 端子本体
３１Ａ ピン
３１１ 一端部
３１２ 他端部
３１３ 中間部
３２ 固定部（金属）
３３ 表層部
Ｆ ドライフィルム
Ｆａ 開口

Claims (8)

1. 穴が形成された絶縁層と、
   前記穴の中に位置する一端部と、当該穴の外に少なくとも一部が位置する他端部と、前記穴の開口部に嵌合するとともに前記開口部の一部を覆う中間部と、を有する柱状に形成された導電性の端子本体と、
   前記穴の内壁面と前記一端部との間に充填された導電性材料からなり、前記端子本体を前記絶縁層に固定する固定部と、を備えることを特徴とする印刷配線板。
2. 前記穴の内壁面には、金属層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の印刷配線板。
3. 前記中間部に、前記他端部側から前記一端部側へ通り抜けが可能な切欠きが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の印刷配線板。
4. 前記端子本体は、銅又は銅合金で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の印刷配線板。
5. 絶縁層に穴を形成し、
   前記穴に挿入可能な太さの一端部と、他端部と、前記穴の開口部に嵌合可能かつ前記開口部の一部を覆うことが可能な形状の中間部と、を有する導電性のピンの一端部を前記穴に挿入しつつ、前記中間部を前記開口部へ圧入することにより前記開口部へ嵌合させ、
   前記絶縁層及び前記ピンをめっき液に浸漬してめっきを施すことにより、前記穴と前記一端部との間の空隙を金属で充填して前記ピンを前記絶縁層に固定することを特徴とする印刷配線板の製造方法。
6. 前記穴の内壁面に、無電解めっきにより金属層を形成することを特徴とする請求項５に記載の印刷配線板の製造方法。
7. 前記中間部には、当該ピンの軸方向に通り抜けが可能な切欠きが形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の印刷配線板の製造方法。
8. 前記金属層の形成後であって前記ピンの中間部を前記穴に圧入する前に、前記金属層の表面に電解めっきを施すことを特徴とする請求項６又は７に記載の印刷配線板の製造方法。

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