JP2020092119A - 配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】配線板内の電極間に金属が樹状に析出し（イオンマイグレーション）、当該電極間が短絡するという絶縁不良の発生を抑制できる配線板を提供する。【解決手段】配線板１００は、第１の絶縁層４、７と、第１の絶縁層４、７内に設けられた第１の導電パターン５とを含む。配線板１００は、さらに、第１の絶縁層４、７を介して第１の導電パターン５の一部と対向し、電位がフローティング状態である第１の導電層１５を含む。第１の導電層１５は、第１の絶縁層上に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は配線板に関する。

プリント配線板や回路基板などの配線板を過酷な環境下（例えば、高温高湿環境下）において使用する場合、配線板内の電極間に金属が樹状に析出し（イオンマイグレーション）、当該電極間が短絡するという絶縁不良が発生する可能性がある。

特許第５２００４８８号公報

本発明の目的は、絶縁不良の発生を抑制できる配線板を提供することにある。

実施形態の配線板は、第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層内に設けられた第１の導電パターンとを含む。前記配線板は、さらに、前記第１の絶縁層を介して前記第１の導電パターンの一部と対向し、電位がフローティング状態である第１の導電層を含む。

図１は第１の実施形態に係る配線板を示す平面図である。 図２は図１の矢視２−２に沿った断面図である。 図３は比較例の配線板を示す断面図である。 図４は第１の実施形態に係る配線板の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図５は図４に続く第１の実施形態に係る配線板の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図６は図５に続く第１の実施形態に係る配線板の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図７は図６に続く第１の実施形態に係る配線板の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図８は図７に続く第１の実施形態に係る配線板の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図９は図８に続く第１の実施形態に係る配線板の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図１０は第１の実施形態の変形例に係る配線板を示す平面図である。 図１１は図１０の矢視１１−１１に沿った断面図である。 図１２は第２の実施形態に係る配線板を示す平面図である。 図１３は図１２の矢視１３−１３に沿った断面図である。 図１４は第２の実施形態に係る配線板の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図１５は第２の実施形態の変形例に係る配線板を示す断面図である。 図１６は第３の実施形態に係る配線板を示す断面図である。 図１７は図１６の破線内の詳細を示す断面図である。 図１８は第３の実施形態の変形例に係る配線板を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。図面は、模式的または概念的なものであり、必ずしも現実のものと同一であるとは限らない。また、図面において、同一符号（添字が異なるものを含む）は同一または相当部分を付してあり、重複した説明は必要に応じて行う。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る配線板１００を示す平面図である。図２は図１の矢視２−２に沿った断面図である。
配線板１００は、例えば、プリント配線板またはプリント回路板である。プリント配線板はプリント配線を含む板である。プリント配線は部品間を接続するための導体パターンを含む。プリント配線板には、柔軟性のない絶縁基材を用いたリジッドプリント配線板、柔軟性のある絶縁基材を用いたフレキシブルプリント配線板などがある。プリント回路板はプリント回路を含む板である。プリント回路はプリント配線およびその上に搭載した部品（例えば、抵抗、キャパシタ、トランジスタ）を含む回路である。配線板１００は、例えば、ハードディスク装置に用いられる。

配線板１００は、絶縁層１、導電パターン２，３、絶縁層４、導電パターン５、導電パターン６、絶縁層７、導電パターン８、導電パターン９、絶縁層１０、導電パターン１１，１２、絶縁層１３、導電パターン１４、導電層１５、めっき部材１６およびソルダーレジスト１７を含む。

絶縁層（絶縁基材）１の表面側には導電パターン２，３、これらの導電パターン２，３を覆う絶縁層４が設けられている。絶縁層４上には導電パターン５，６、これらの導電パターン５，６を覆う絶縁層７が設けられている。同様に、絶縁層１の下面側には導電パターン８，９、絶縁層１０、導電パターン１１，１２および絶縁層１３が設けられている。

図２では説明を容易にするために絶縁層４，７を区別して描いているが、例えば、絶縁層４，７が同じ材料の場合には、絶縁層４，７（第１の絶縁層）は必ずしも区別できるものではない。絶縁層１０，１３についても同様である。
絶縁層７上には導電パターン１４、導電層１５が設けられている。導電層１５は導電パターン１４から離間して配置され、そして、導電層１５は絶縁層７を介して導電パターン５の一部に対向する。導電層１５は絶縁層４および絶縁層７の吸湿を抑制するために設けられている。導電層１５は部品間を電気的に接続する配線パターンとは異なり、導電層１５の電位はフローティング状態である。つまり、導電層１５は導電パターン２，３，５，６，８，９，１１，１２とは電気的に分離されている。導電層１５の材料は、例えば、銅である。本発明者等の実験により、銅は吸湿抑制の効果が高いことが確認されている。

めっき部材１６は、絶縁層１，４，７，１０，１３を貫通する。プロセス的に説明すると、めっき部材１６は、絶縁層１，４，７，１０，１３に開孔された貫通孔の側面を覆うように形成される。めっき部材１６は、絶縁層７上に延在した部分１６ａと、絶縁層１３上に延在した部分１６ｂとを含む。部分１６ａは導電パターン５，６の一部と対向し、部分１６ｂは導電パターン１１，１２の一部と対向する。

ソルダーレジスト１７は、絶縁層７、絶縁層１３、導電パターン１４、導電層１５、および、めっき部材１６を覆うとともに、上記貫通孔を塞ぐように設けられている。
本実施形態では、絶縁層１，４，７，１０，１３は、エポキシ樹脂を含む。エポキシ樹脂は水分（水蒸気）を吸収しやすい。そのため、高温高湿の環境下、例えば、高温高湿の新興国などの環境下において配線板１００を使用する場合、絶縁層１，４，７，１０，１３は水分を吸収しやすい。

しかし、本実施形態によれば、高温高湿の環境下においても、図２に示すように、導電層（吸湿抑制部材）１５によって、大気中の水分（水蒸気）１８が絶縁層７，４中に侵入することを抑制できる。これにより、例えば、イオンマイグレーションに起因する、横方向に隣接する導電パターン２とメッキ部材１６との間の絶縁不良や、横方向に隣接する導電パターン５とメッキ部材１６との間の絶縁不良の発生を抑制できる。

メッキ部材１６は特に大電流が流れる導電パターンである。そのため、メッキ部材１６とそれに隣接する導電パターン５との間のイオンマイグレーションを効果的に抑制するためには、導電パターン５およびメッキ部材１６の両方に近い位置に導電層１５を設けることがよい。

なお、絶縁層１３側（裏面側）にも導電層（吸湿抑制部）を設けても構わない。この場合、横方向に隣接する導電パターン８とメッキ部材１６との間の絶縁不良や、横方向に隣接する導電パターン１１とメッキ部材１６との間の絶縁不良の発生も抑制できる。

今後、配線板１００の導電パターン（配線）に流れる電流の大電流化による絶縁対策や、部品の集積度や高密度化がさらに進むと、配線板１００中の導電パターン（配線）の間隙が狭くなるので、本実施形態のように絶縁不良の発生を抑制できることはますます重要になる。例えば、配線間隙は７５μｍ以下である。

一方、導電層（吸湿抑制部材）１５がない配線板（比較例）の場合、図３に示すように、水分（水蒸気）１８が絶縁層７，４中に容易に侵入し、導電パターン２とメッキ部材１６との間を電気的に接続するように金属１９が析出し、導電パターン２とメッキ部材１６との間に絶縁不良が発生し易くなる。同様に、導電パターン５とメッキ部材１６との間にも絶縁不良が発生し易くなる。

なお、イオンマイグレーションに起因する横方向に隣接する導電パターン間の絶縁不良は、一般に、イオンマイグレーションに起因する縦方向に隣接する導電パターン間（例えば、導電パターン２と導電パターン５との間）の絶縁不良に比べて起こりやすい。そのため、横方向に並んだ２つの導電パターン（例えば配線パターン）間の直上の絶縁層を覆うように吸湿を抑制する導電層を設けるとよい。

また、導電層１５は大気中の汚染物が絶縁層７や絶縁層４中に侵入することも抑制する。導電性を有する汚染物は絶縁不良を引き起こす可能性がある。このように導電層１５は水分（水蒸気）以外に起因する絶縁不良の発生も抑制する。

図４〜図９は、配線板１００の製造方法の一例を説明するための断面図である。
まず、図４に示すように、絶縁層１の表面および裏面がそれぞれ導電層２１および導電層２２で覆われた部材（コア基板）を用意する。ここでは、絶縁層１はエポキシ樹脂層であり、導電層２１および導電層２２は銅箔である。

次に、フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを用いて導電層２１および導電層２２を加工し、図５に示すように、絶縁層１の表面に導電パターン３，２を形成し、絶縁層１の裏面に導電パターン９，８を形成する。
次に、図６に示すように、絶縁層１の表面側に導電パターン２，３を覆う絶縁層４を形成し、絶縁層１の裏面側に導電パターン８，９を覆う絶縁層１０を形成する。絶縁層４，１０は、例えば、プリプレグを含む。プリプレグは、ガラス織布と、当該ガラス織布中に含浸したエポキシ樹脂を含む。ガラス織布の代わりにガラス不織布を用いても構わない。

その後、同様にして、絶縁層４上に導電パターン５，６および絶縁層７を順次形成し、絶縁層１０下に導電パターン１１，１２および絶縁層１３を順次形成する。
次に、図７に示すように、絶縁層７，４，１，１０，１３を貫通する貫通孔２３を形成する。貫通孔２３は、導電パターン２，３，５，６，８，９，１１，１２を貫通しない。貫通孔２３は、例えば、レーザーを用いて形成する。

次に、図８に示すように、貫通孔２３の内面（側面）、絶縁層７の表面および絶縁層１３の裏面を覆う、めっき層３０を形成する。ここでは、めっき層３０は銅を含み、例えば、無電解めっきを用いて形成する。
次に、フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを用いてめっき層３０を加工し、図９に示すように、導電パターン１４、導電層１５およびめっき部材１６を形成する。本実施形態の製造方法を用いた場合、導電パターン１４、導電層１５およびめっき部材１６は同じ材料（銅）を含むが、必ずしも同じである必要はない。

その後、貫通孔２３を充填するように、導電パターン１４、導電層１５およびめっき部材１６を覆うソルダーレジスト（不図示）を形成することにより、図１に示した配線板１００が得られる。
図１０は本実施形態の変形例に係る配線板１００を示す平面図であり、図１１は図１０の矢視１１−１１に沿った断面図である。

この変形例に係る配線板１００では環状の導電層１５’を採用している。これにより、導電パターン３とメッキ部材１６と間の絶縁不良、導電パターン６とメッキ部材１６との間の絶縁不良も抑制できる。さらに、絶縁層１３側にも環状の導電層１を設けても構わない。この場合、メッ導電パターン８とキ部材１６と間の絶縁不良、導電パターン９とメッキ部材１６との間の絶縁不良、導電パターン１１とメッキ部材１６との間の絶縁不良、導電パターン１２とメッキ部材１６と導電パターン１２との間の絶縁不良も抑制することが可能となる。

（第２の実施形態）
図１２は第２の実施形態に係る配線板１００を示す平面図である。図１３は図１２の矢視１３−１３に沿った断面図である。
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、導電層（吸湿抑制部材）１５の代わりに乾燥剤１５ａを用いたことにある。本実施形態では、乾燥剤１５ａは絶縁層７内に埋め込まれている。乾燥剤１５ａは、原料として、例えば、シリカゲル、酸化カルシウムまたは塩化カルシウムを含む。上記原料は水分を通す容器内に設けられていても構わない。

本実施形態によれば、絶縁層７，４中に侵入した水分１８は乾燥剤１５ａによって吸収されるので、例えば、導電パターン２とメッキ部材１６との間の絶縁不良や、導電パターン５とメッキ部材１６との間の絶縁不良の発生を抑制できる。
なお、絶縁層１３側にも乾燥剤１５ａを設けても構わない。この場合、導電パターン８とメッキ部材１６との間の絶縁不良や、導電パターン１１とメッキ部材１６との間の絶縁不良の発生も抑制できる。さらに、導電パターン６側や導電パターン１２側にも乾燥剤１５ａを設けても構わない。

図１４は本実施形態の配線板１００の製造方法の一例を説明するための断面図である。
まず、先に説明した図４〜図６の工程を行う。次に、フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを用いて絶縁層７を加工し、図１４に示すように、絶縁層７の表面に凹部２４を形成し、そして、凹部２４内に乾燥剤１５ａを配置する。その後、凹部２４を充填するように絶縁層７を再度形成することにより、図１３に示した配線板１００が得られる。

図１５は本実施形態の変形例に係る配線板１００を示す断面図である。この変形例に係る配線板１００では絶縁層７の表面（上面）に凹部を設けずに、当該表面（上面）上に乾燥剤１５ａを設置してある。なお、絶縁層１３側にも乾燥剤を設けても構わない。

（第３の実施形態）
図１６は第３の実施形態に係る配線板１００を示す断面図である。
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、導電層（吸湿抑制部材）１５の代わりに抵抗器（発熱部材）１５ｂを用いたことにある。抵抗器１５ｂは絶縁層７の表面に設けられた凹部内に設置されている。

図１７は、導電パターン１４の電位の電位がめっき部材１６と異なる場合における、図１６の破線内の詳細を示す断面図である。抵抗器１５ｂの一端は、プラグ３１、配線３２およびプラグ３３を介して、導電パターン１４に電気的に接続する。抵抗器１５ｂの他端は、プラグ３４、配線３５およびプラグ３６を介して、導電パターン１６に電気的に接続する。これにより、抵抗器１５ｂに電流を流すことができ、抵抗器１５ｂから熱を発生することができる。

本実施形態によれば、絶縁層４，７が抵抗器１５ｂにより加熱されている間は、大気中の水分は縁層４，７中に侵入し難くなる。これにより、例えば、導電パターン２とメッキ部材１６との間の絶縁不良や、導電パターン５とメッキ部材１６との間の絶縁不良の発生を抑制できる。なお、絶縁層１３側にも抵抗器１５ｂを設けても構わない。さらに、導電パターン６側や導電パターン１２側にも抵抗器１５ｂを設けても構わない。

なお、配線板１００が動作していないときには、配線板１００は熱を発生しないので、絶縁層４，７中に水分が侵入し、絶縁不良が発生する可能性がある。このような絶縁不良の発生を抑制するには、例えば、抵抗器１５ｂに電流を供給するための専用の配線を設け、配線板１００が動作していないときにも抵抗器１５ｂで熱を発生できる構成を採用する。

図１８は本実施形態の変形例に係る配線板１００を示す断面図である。この変形例に係る配線板１００では発熱部材として集積回路（発熱部材）１５ｂ’を用いている。集積回路１５ｂ’は水分の吸収により絶縁不良が発生しやすい絶縁層上に設置される。集積回路１５ｂ’が動作している期間は熱が発生するので、水分の吸収による絶縁不良の発生を抑制できる。

上述した実施形態の上位概念、中位概念および下位概念の一部または全て、および、上述していないその他の実施形態は、例えば、以下の付記１−１８、および、付記１−１８の任意の組合せ（明らかに矛盾する組合せは除く）で表現できる。
［付記１］
第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層内に設けられた第１の導電パターンと、
前記第１の絶縁層を介して前記第１の導電パターンの一部と対向し、電気的にフローティングの状態にある第１の導電層と
を具備する配線板。
［付記２］
前記第１の導電層は前記第１の絶縁層上に設けられている付記１に記載の配線板。
［付記３］
前記第１の絶縁層を貫通するめっき部材をさらに具備する付記２に記載の配線板。
［付記４］
前記めっき部材は前記第１の絶縁層上に延在した部分を含み、当該部分は前記第１の絶縁層を介して前記第１の導電パターンの一部と対向する付記３に記載の配線板。
［付記５］
前記第１の導電層および前記めっき部材は同じ材料を含む付記４に記載の配線板。
［付記６］
前記材料は銅を含む付記５に記載の配線板。
［付記７］
第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層内に設けられた第１の導電パターンと、
前記第１の絶縁層を介して前記第１の導電パターンの一部と対向する乾燥剤と
を具備する配線板。
［付記８］
前記乾燥剤は、前記第１の絶縁層中、または、前記第１の絶縁層上に設けられている付記７に記載の配線板。
［付記９］
第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層内に設けられた第１の導電パターンと、
前記第１の絶縁層を介して前記第１の導電パターンの一部と対向する発熱部材と
を具備する配線板。
［付記１０］
前記発熱部材は、前記第１の絶縁層の表面の凹部内に設けられている付記９に記載の配線板。
［付記１１］
前記発熱部材は抵抗器を含む付記１０に記載の配線板。
［付記１２］
前記第１の絶縁層を貫通するめっき部材をさらに具備する付記７ないし１１のいずれかに記載の配線板。
［付記１３］
前記めっき部材は前記第１の絶縁層上に延在した部分を含み、当該部分は前記第１の絶縁層を介して前記第１の導電パターンの一部と対向する付記１２に記載の配線板。
［付記１４］
前記第１の絶縁層はエポキシ樹脂を含む付記１ないし１３のいずれかに記載の配線板。
［付記１５］
前記第１の導電パターンは銅を含む付記１４に記載の配線板。
［付記１６］
前記第１の導電パターンの下方に配置され、前記第１の絶縁層内に設けられた第２の導電パターンをさらに具備する付記１ないし１５のいずれかに記載の配線板。
［付記１７］
前記第２の導電パターン下に設けられた第２の絶縁層をさらに具備する付記１６に記載の配線板。
［付記１８］
前記第２の導電パターンは銅を含む付記１７に記載の配線板。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…絶縁層（第２の絶縁層）、２…導電パターン（第２の導電パターン）、３…導電パターン、４…絶縁層（第１の絶縁層）、５…導電パターン（第１の導電パターン）、６…導電パターン、７…絶縁層（第１の絶縁層）、８…導電パターン、９…導電パターン、１０…絶縁層、１１…導電パターン、１２…導電パターン、１３…絶縁層、１４…導電パターン、１５，１５’…導電層（第１の導電層）、１５ａ…乾燥剤、１５ｂ…抵抗器（発熱部材）、１５ｂ’…集積回路（発熱部材）、１６…めっき部材、１７…ソルダーレジスト、１８…水分、１９…金属、２１…導電層、２２…導電層、２３…貫通孔、２４…凹部、３０…めっき層、３１，３２…プラグ、３３…配線、３４，３５…プラグ、３６…配線、１００…配線基板。

Claims (9)

1. 第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層内に設けられた第１の導電パターンと、
   前記第１の絶縁層を介して前記第１の導電パターンの一部と対向し、電位がフローティング状態である第１の導電層と
   を具備する配線板。
2. 前記第１の導電層は前記第１の絶縁層上に設けられている請求項１に記載の配線板。
3. 前記第１の絶縁層を貫通するめっき部材をさらに具備し、
   前記めっき部材は前記第１の絶縁層上に延在した部分を含み、当該部分は前記第１の絶縁層を介して前記第１の導電パターンの一部と対向する請求項２に記載の配線板。
4. 前記第１の導電層および前記めっき部材は銅を含む請求３に記載の配線板。
5. 第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層内に設けられた第１の導電パターンと、
   前記第１の絶縁層を介して前記第１の導電パターンの一部と対向する乾燥剤と
   を具備する配線板。
6. 前記乾燥剤は、前記第１の絶縁層中、または、前記第１の絶縁層上に設けられている請求項５に記載の配線板。
7. 第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層内に設けられた第１の導電パターンと、
   前記第１の絶縁層を介して前記第１の導電パターンの一部と対向する発熱部材と
   を具備する配線板。
8. 前記発熱部材は、前記第１の絶縁層の表面の凹部内に設けられている請求項７に記載の配線板。
9. 前記発熱部材は抵抗器を含む請求項８に記載の配線板。

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