JP2020202344A - 多層配線板用の接続穴形成方法及びこれを用いた多層配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接続信頼性に優れた、微小な接合端子ピッチを備えた高密度多層配線板を提供するために、プリント配線板上に貼付した絶縁フィルムにこげ、バリ、樹脂残渣のない有底ビアを形成すると共に導電性ペーストを充填した接続穴形成方法と、これを用いた多層配線板の製造方法を提供する。【解決手段】電気的接続パッドを有するプリント配線板上に貼付した未硬化フィルム又は半硬化フィルムをレーザ加工しビアを形成する工程及び形成されたビアに追加のレーザ加工処理又はドライタイプデスミア処理あるいはその両方を行う工程を備える多層配線板用の接続穴形成方法であって、得られる接続穴に設けた導電ペーストを介し、複数枚のプリント配線板又は電子部品、あるいはその両方を電気的に接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、貫通スルーホールレス構造の多層配線板用の接続穴形成方法及びこれを用いた多層配線板の製造方法に関する。

多層配線板上に実装される部品は、表面実装によるものが主流となっており、部品と多層配線板を接続するための接続部は年々狭小化されてきている。更に、部品実装点数も益々増加してきており、多層配線板の貫通スルーホールピッチの狭小化や配線回路層数の増加が求められてきている。

多層配線板は、配線回路が形成された両面銅張積層板を絶縁性接着剤と交互に複数枚重ねて積層一体化し、接続に必要な箇所に貫通穴を設けてその内壁を金属めっきにより電気的に接続した貫通スルーホールを設けるのが一般的である。

しかしながら、貫通スルーホールは、プリント配線板の板厚方向全体にわたって配置されるため、貫通スルーホールを配置した平面上の位置には、接続に必要な配線回路層以外の配線回路層では、貫通スルーホールとの電気的な接続を避けるため、貫通スルーホールを避けるように回路パターンを配置する。このため、貫通スルーホール構造では、配線密度を向上させることが困難である。

そこで、貫通スルーホールを用いない構造として、導電性ペーストを用いて各層間の接続を行う貫通スルーホールレス構造の多層配線板があり、これを作製するためのビア形成手法が提案されている。例えば、下記に示すようなものがよく知られている。

特許文献１には、回路形成された配線板上に、回路形成されていない配線層を一層ずつ積層し、配線層に明けた穴を介し、層間を金属めっきや導電性ペーストによって電気的に接続した後に、外層に新たな回路を形成する方法が開示されている。

特許文献２には、配線板上に保護膜を備えた絶縁樹脂層を貼付した状態でレーザ加工によりビア形成した後、該保護膜を除去し、形成したビアにめっきを施すことにより層間を電気的に接続する方法が開示されている。

特許第４２２５００９号公報 特開２０１１−１７１５２８号公報

特許文献１に記載の手法では、配線層に穴明け加工を施した後に、積層・回路形成を行っている。そのため、層数が少ない配線板には適応できるが、多層配線板の層数が増えるにつれ、製造工程が長くなり、また製造コストが増大することが懸念される。

特許文献２に記載の手法では、ウェットプロセスであるめっきを行っているため、絶縁樹脂として未硬化樹脂を用いた場合に、樹脂が薬液により膨潤し、配線層とめっきの接続面積が小さくなり接続性が悪化するという問題が考えられる。また、めっきによらず導電性ペーストを用いたとしても、同様に配線層と導電性ペーストの接触面積が小さく、接続性が悪化する。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、接続信頼性に優れた、微小な接合端子ピッチを備えた高密度多層配線板を提供するために、プリント配線板上に貼付した絶縁フィルムにこげ、バリ、樹脂残渣のない有底ビアを形成すると共に導電性ペーストを充填した接続穴形成方法と、これを用いた多層配線板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の有底ビアの形成方法は、以下の各点に特徴を有している。
本発明は、［１］電気的接続パッドを有するプリント配線板上に貼付した未硬化フィルム又は半硬化フィルムをレーザ加工しビアを形成する工程、形成されたビアに追加のレーザ加工処理又はドライタイプデスミア処理あるいはその両方を行う工程を備える多層配線板用の接続穴形成方法に関する。

電気的に接続するパッドを有するプリント配線板上に貼付したフィルムへのレーザ加工による穴明け方法であり、この方法によれば、パッド上に位置ずれすることなく有底ビアを形成することができる。
レーザ加工によるビア形成後に、ビア底の樹脂残渣やビア内に残存するこげ、バリ等の除去を目的としたレーザ加工ないしドライタイプのデスミア処理、あるいはその両方を追加で施す方法であり、この方法によれば、導電性ペースト内への異物混入を防ぐことができ、容易に高信頼性の高密度多層配線板を作製することができる。また、該処理では薬液を使用しないことから、前記フィルムとして未硬化あるいは半硬化状態の樹脂を用いることができる。

また、本発明は、［２］前記未硬化フィルム又は半硬化フィルム上に、保護フィルムを設け、前記未硬化フィルム又は半硬化フィルムと該保護フィルムを共にレーザ加工してビアを形成し、ビアに追加のレーザ加工処理又はドライタイプデスミア処理あるいはその両方を行うことを特徴とする上記［１］に記載の多層配線板用の接続穴形成方法に関する。
また、本発明は、［３］ドライタイプデスミア処理が、プラズマデスミア処理である上記［１］又は［２］に記載の多層配線板用の接続穴形成方法に関する。
また、本発明は、［４］前記保護フィルムを印刷版として、有底ビア内に導電性ペーストを充填する上記［２］又は［３］に記載の多層配線板用の接続穴形成方法に関する。
前記フィルム上に、保護フィルムを設け、それらを共に加工する方法であり、この加工方法によれば、該保護フィルムを印刷版として使用することができ、位置ずれすることなく前記有底ビア内に導電性ペーストを充填することが可能となり、微小な接合端子ピッチを備える高密度多層配線板を容易に作製することができる。

更に、本発明は、［５］上記［１］〜［４］のいずれか一項に記載の多層配線板用の接続穴形成方法により得られる接続穴に設けた導電性ペーストを介し、複数枚のプリント配線板又は電子部品、あるいはその両方を電気的に接続する多層配線板の製造方法に関する。

前記フィルムとして、絶縁フィルムを用い、前記プリント配線板上に形成した有底ビア内に導電性ペーストを配置し、他のプリント配線板や電子部品と位置を合わせながら積層することにより、所望する部分の電気接続性又は絶縁性を確保でき、新たな多層配線板や電気回路を作製することができる。

本発明の多層配線板用の接続穴形成方法によれば、保護フィルム、絶縁フィルムのこげやバリ、底部の樹脂残渣がない有底ビアを形成することができる。

本発明の多層配線板用の接続穴形成方法により形成された有底ビアに導電ペーストを充填し、他のプリント配線板や電子部品と該導電ペーストを介し電気的に接続することで、接続信頼性に優れた、微小な接合端子ピッチを備えた高密度の多層配線板や電気回路を作製することができる。

本発明の多層配線板用の接続穴形成方法による有底ビアの形成方法の一実施形態の各工程を示すブロック図である。 本発明の多層配線板用の接続穴形成方法による有底ビアの形成方法の一実施形態の流れを示す模式断面図である。

本発明では、プリント配線板上に絶縁フィルムを形成し、レーザによりビアを形成するが、用いる絶縁フィルムは、未硬化フィルム又は半硬化フィルムである。
本発明では、未硬化フィルム又は半硬化フィルムにビアが形成され、導電性ペーストが充填され、多層化する工程で、加熱加圧して未硬化フィルム又は半硬化フィルムが流動し、導電性ペーストを収縮させて密に形成できるので低抵抗の導電性を呈し、接続信頼性を向上できる。
前記有底ビア内にこげやバリ、あるいは樹脂残渣が存在する場合、ビア内に導電性ペーストを充填し、他のプリント配線板又は電子部品と電気的に接続した際に、導電性ペーストと接続パッドの接触面積が小さくなり接続性が悪化する他、接触面積の小ささに起因する密着性の低下から、基板に熱膨張・収縮が繰り返されると経時的にクラックや剥離等が生じ、接続性が劣化していく恐れがあるが、本発明の多層配線板用の接続穴形成方法によれば、こげやバリ、底部の樹脂残渣がない有底ビアを形成することができ、高信頼性の高密度多層配線板を作製することができる。

以下、各図を用いて、本発明の多層配線板用の接続穴形成方法による有底ビアの実施形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図２（ａ）に示すように、外層回路及び、電気的に接続するためのパッドを有するプリント配線板１を製造する。

次に、前記プリント配線板の少なくとも一方の面に、未硬化フィルム又は半硬化フィルムからなる絶縁フィルム２を貼り付ける。該絶縁フィルムの表面には、保護フィルム３（例えばＰＥＴフィルム）を備えるのが好ましい（図２（ｂ））。各工程内での絶縁フィルム表面への異物の付着を防止でき、更には、次に行う絶縁フィルムの穴明けプロセスで絶縁フィルムと同じ位置に穴明けを行っておくことで、その後の導電性ペースト充填の際に、前記保護フィルムを印刷版として用いることができる。

この際に用いる絶縁フィルムとしては、絶縁性を有する未硬化フィルム又は半硬化フィルムであれば何でもよいが、流動性を制御できるものが好ましく、ポリマ成分を含有する樹脂組成物からなるフィルム材料が好ましい。更に、絶縁フィルムは、熱硬化性樹脂からなることが好ましい。更に、部品実装時のリフロー条件に耐える必要があるため、硬化物のガラス転移温度は１５０℃以上であることが好ましく、１８０℃以上であればより好ましい。このような絶縁フィルムとしては、例えば日立化成株式会社製、商品名：ＡＳ−９５００が挙げられる。更には、絶縁フィルムの硬化物の熱膨張率を抑えるため、強化材としてフィラー等の粒子を含有することが好ましく、このような絶縁フィルムとしては、例えば日立化成株式会社製、商品名：ＡＳ−４０１ＨＳが挙げられる。

次に、図２（ｃ）に示すように、プリント配線板上に貼り付けた絶縁フィルムから電気的に接続するパッドが露出するよう、レーザ加工により穴明け加工を行い、有底ビアを形成する。透明なフィルムを貼り付けている場合は、この際に用いるレーザとして、透明材料への吸収効率の良いＣＯ_２レーザやフェムト秒グリーンレーザ等が望ましい。更に、この加工機として、機械に備えたカメラによりプリント配線板４隅に設けた位置合わせ用の表面パッド位置を読み取り、加工機の制御用ソフトウェアにて、Ｘ及びＹ方向のオフセット、Ｘ及びＹ方向のスケール、回転の補正を自動的に行う機能を備える加工機を用いれば、微小な電気的接続パッドを備えた高密度配線板においても、容易に位置合わせが行えるため好ましい。

次に、ビア内のこげやバリ５、ビア底の樹脂残渣４等の除去を目的とし、図２（ｄ）、図２（ｅ）に示すように、追加のレーザ加工ないしドライタイプのデスミア処理を実施する。
レーザ加工を行う際は、ビア底や壁面へのこげ発生を防ぐため、被加工物への熱影響が少ないＵＶ−ＹＡＧレーザやフェムト秒グリーンレーザを用いることが望ましい。ドライタイプのデスミア処理としては、プラズマデスミア処理が好ましく、特にＣＦ_４ガスを用いたプラズマデスミア処理がより望ましい。プラズマデスミア時のＣＦ_４ガスの流量は、０．１０ＳＬＭ（Standard L/Min）以上が良く、０．１５ＳＬＭ以上であれば更に良く、０．２０ＳＬＭ以上であればなお望ましい。

こげやバリ、樹脂残渣等の除去を目的としたレーザ加工とドライタイプデスミア処理は、どちらか一方のみの実施でも構わないが、ビア内のこげやバリを除去する上では、プラズマデスミア処理を行うことが効果的であり、より望ましい。

絶縁フィルムの樹脂が硬化していれば、ウェットタイプのデスミア処理も可能であるが、未硬化又は半硬化の樹脂である場合、薬液を吸収し膨潤することを避けるためにも、ウェットデスミア処理は避けなければならない。

追加のレーザ加工とドライタイプデスミア処理を終えた基板は、導電性ペーストをビア内に充填する。導電性ペーストを充填する方法として、印刷版を使用したスクリーン印刷がよく知られているが、印刷版の開口部とビアとの位置を合わせる必要があり、位置精度良く導電性ペーストを充填することは困難である。本発明では、保護フィルムを印刷版として使用する。この方法によれば、保護フィルムと絶縁フィルムは同じ位置に穴が明いているため、印刷版とビアとの間に位置ずれを生じることなく、位置精度良く導電性ペーストを充填することができる。また、製品パターンごとの導電性ペースト配置位置に合わせて開口した１品１様の印刷版を用意する必要がなく、製造コストの低減を図ることができる。
そして、導電性ペーストを乾燥又は半硬化させ保護フィルムを剥離して、接続穴に設けた導電ペーストを介し、複数枚のプリント配線板又は電子部品を電気的に接続する。

（実施例１）
ガラスエポキシ多層材料（日立化成株式会社製、商品名：Ｅ−６７９）を用いて、基板サイズ２５０ｍｍ×２５０ｍｍ、板厚２．１ｍｍの２層配線板を形成した。該２層配線板には、直径０．２ｍｍのドリルにて、貫通スルーホール間のピッチ０．６５ｍｍで穴明けし、穴の内壁に銅めっきを施し、すべての穴内を穴埋め樹脂（太陽インキ製造株式会社製、商品名：ＴＨＰ−１００ＤＸ１、熱硬化型永久穴埋インキ）を用いて樹脂埋めを行った後、厚付け無電解銅めっきによる４０μｍの蓋めっきを行った。また、プリント配線板の外層回路として、貫通穴の位置に直径０．３０ｍｍの電気的接続パッド、基板の四隅にレーザ加工機の位置合わせ用パターンを形成した。

次に、前記プリント配線板上にサイズ２００ｍｍ×２００ｍｍで、公称厚み６５μｍの絶縁フィルム（日立化成株式会社製、商品名：ＡＳ−４０１ＨＳ、半硬化フィルム）、サイズ２００ｍｍ×２００ｍｍで、公称厚み２５μｍのＰＥＴフィルムを基板中央に、絶縁フィルムが電気的接続パッドに接するように重ねて載せ、真空ラミネータを用いて、温度８５℃、圧力０．５ＭＰａ、加圧時間３０秒（真空引き３０秒）の条件で、貼り付けを行った。

次に、前記プリント配線板において、絶縁フィルムを貼り付けた面から、ＣＯ_２レーザ加工機（ビアメカニクス株式会社製、装置名ＬＣ−２Ｋ２１２／２Ｃ）を用いて、電気的接続パッドが露出するように絶縁フィルムの穴明けを行い、有底ビアを形成した。この際、プリント配線板の表面パターンと穴位置の位置合わせは、レーザ加工機に備わったカメラによりプリント配線板４隅に設けた位置合わせ用の表面パッド位置を読み取り、レーザ加工機の制御用ソフトウェアにて、Ｘ及びＹ方向のオフセット、Ｘ及びＹ方向のスケール、回転の補正を行った。

次に、プラズマ処理装置（Ｎｏｒｄｓｏｎ ＭＡＲＣＨ社製）を用いて、ＣＦ_４流量０．１５ ＳＬＭ（Standard L/Min）、Ｎ_２流量０．３０ ＳＬＭ、Ｏ_２流量１．５５ ＳＬＭの条件下で２０分間、有底ビアを形成した前記プリント配線板のデスミア処理を行った。

（実施例２）
絶縁フィルムとして公称厚み６５μｍの日立化成株式会社製、商品名：ＡＳ−４０１ＨＳを２枚重ねて用いたこと以外は実施例１と同様のプリント配線板に、実施例１と同様のレーザ加工により有底ビアを形成し、プラズマ処理装置（Ｎｏｒｄｓｏｎ ＭＡＲＣＨ社製）を用いて、ＣＦ_４流量０．２０ ＳＬＭ 、Ｎ_２流量０．３０ ＳＬＭ、Ｏ_２流量１．５０ ＳＬＭの条件下で２０分間、有底ビアを形成したプリント配線板のデスミア処理を行った。

（実施例３）
プリント配線板の代わりとして、穴明け、回路形成をしていない銅箔厚み１８μｍ、板厚１.６ｍｍのガラスエポキシ多層材料（日立化成株式会社製、商品名：Ｅ−６７）を用いたこと以外は、実施例２と同じ条件下で有底ビア形成、デスミア処理を行った。

（実施例４）
実施例２と同様の条件でプリント配線板に絶縁フィルム及びＰＥＴフィルムを貼り付けた後、ＣＯ_２レーザ加工機を用いて、電気的接続パッドが露出するように絶縁フィルムの穴明けを行い、有底ビアを形成した。
その後、ＵＶ−ＹＡＧレーザ加工機を用いてビア底を加工し、樹脂残渣を除去した。

（実施例５）
実施例４のＵＶ−ＹＡＧレーザ加工の後、プラズマ処理装置（Ｎｏｒｄｓｏｎ ＭＡＲＣＨ社製）を用いてＣＦ_４流量０．２０ ＳＬＭ 、Ｎ_２流量０．３０ ＳＬＭ、Ｏ_２流量１．５０ ＳＬＭの条件下で２０分間、有底ビアを形成したプリント配線板のデスミア処理を行ったこと以外は、実施例４と同じ条件下で有底ビア形成、デスミア処理を行った。

（比較例１）
レーザ加工後にプラズマ処理装置を用いたデスミア処理を行わなかったこと以外は実施例１と同じ条件下で有底ビアを形成した。

（比較例２）
レーザ加工後にプラズマ処理装置を用いたデスミア処理を行わなかったこと以外は実施例２と同じ条件下で有底ビアを形成した。

（比較例３）
レーザ加工後にプラズマ処理装置を用いたデスミア処理を行わなかったこと以外は実施例３と同じ条件下で有底ビアを形成した。

（比較例４）
プリント配線板上に公称厚み５０μｍの絶縁フィルム（日立化成株式会社製、商品名：ＡＳ−９５００）、公称厚み７５μｍのＰＥＴフィルムを貼り付け、ＣＯ_２レーザによる加工後、ウェットタイプのデスミア処理として過マンガン酸カリウムを用い、８０℃の温度条件下で１０分間処理した。

実施例１〜５、比較例１〜４にて形成、処理した有底ビアの特性を、下記にて評価した。

デジタルマイクロスコープ（株式会社キーエンス製、装置名ＶＨＸ−１０００）を用いて、ビアのこげ、バリを「多」、「少」、「無」の３段階で評価した。

卓上顕微鏡（簡易ＳＥＭ、株式会社日立ハイテクノロジーズ製、装置名Ｍｉｎｉｓｃｏｐｅ ＴＭ−３０００）を用い、エネルギー分散型Ｘ線分光法により、ビア底部の金属露出率を測定することで、ビア底部の樹脂残渣量を評価した。
実施例１〜５における評価結果を表１に、比較例１〜４における評価結果を表２に示した。

比較例４は、薬液によって絶縁フィルムが膨潤したため、評価を行わなかった．

表１、２に示すように、実施例の方法で形成した有底ビアは、こげ、バリが少なく、比較例の方法で形成した有底ビアと比較して金属露出率が高い値を示し、樹脂残渣が少なく、本発明の多層配線板の製造方法によれば、接続信頼性に優れた、微小な接合端子ピッチを備えた高密度多層配線板を提供することができる。

１…プリント配線板
２…絶縁フィルム
３…保護フィルム
４…ビア底の樹脂残渣
５…ビア内のこげ、バリ
６…レーザ光
７…プラズマ

Claims (5)

1. 電気的接続パッドを有するプリント配線板上に貼付した未硬化フィルム又は半硬化フィルムをレーザ加工しビアを形成する工程、
   形成されたビアに追加のレーザ加工処理又はドライタイプデスミア処理を行う工程あるいはその両方を備える多層配線板用の接続穴形成方法。
2. 前記未硬化フィルム又は半硬化フィルム上に、保護フィルムを設け、前記未硬化フィルム又は半硬化フィルムと該保護フィルムを共にレーザ加工してビアを形成し、ビアに追加のレーザ加工処理又はドライタイプデスミア処理あるいはその両方を行うことを特徴とする請求項１に記載の多層配線板用の接続穴形成方法。
3. ドライタイプデスミア処理が、プラズマデスミア処理である請求項１又は請求項２に記載の多層配線板用の接続穴形成方法。
4. 前記保護フィルムを印刷版として、有底ビア内に導電性ペーストを充填する請求項２又は請求項３に記載の多層配線板用の接続穴形成方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の多層配線板用の接続穴形成方法により得られる接続穴に設けた導電性ペーストを介し、複数枚のプリント配線板又は電子部品、あるいはその両方を電気的に接続する多層配線板の製造方法。

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