JP2021120997A - プリント配線板およびプリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フリップチップ接合する電子部品の電極損傷のおそれを排除可能なプリント配線板およびプリント配線板の製造方法を提供する。【解決手段】プリント配線板１０は、貫通穴１３を有する絶縁基材１１と、絶縁基材１１の表面に形成された金属層１２と、を備えて構成される。そして、プリント配線板１０には、貫通穴１３の一端側を塞ぐ金属層１２によって、絶縁基材１１の表面から突出する側に向けて膨らむ凸状部１４が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線板およびプリント配線板の製造方法に関する。

プリント配線板には、半導体素子等の電子部品をフリップチップ接合するために、配線の一部に突起状のバンプを備えて構成されたものがある。バンプは、めっき加工によって形成されるものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２５０６２５号公報

プリント配線板におけるバンプについては、電子部品をフリップチップ接合する際に当該電子部品の電極を損傷するおそれを排除するために、弾力性を求められる場合がある。

本発明は、フリップチップ接合する電子部品の電極損傷のおそれを排除可能なプリント配線板およびプリント配線板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
貫通穴を有する絶縁基材と、
前記絶縁基材の表面に形成された金属層と、を備え、
前記貫通穴の一端側を塞ぐ前記金属層によって、前記絶縁基材の表面から突出する側に向けて膨らむ凸状部が形成されている
プリント配線板が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、
絶縁基材の表面に金属層が形成されてなる積層板における前記絶縁基板に貫通穴を形成する工程と、
前記貫通穴の一端側を塞ぐ前記金属層に前記貫通穴の側からブラスト加工を施して、前記絶縁基材の表面から突出する側に向けて膨らむ凸状部を形成する工程と、
を備えるプリント配線板の製造方法が提供される。

本発明によれば、凸状部を利用して電子部品をフリップチップ接合することで、その電子部品の電極損傷のおそれを排除することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプリント配線板の概略構成例を示す側断面図である。 本発明の一実施形態に係るプリント配線板の製造方法の手順の一具体例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るプリント配線板の使用態様の一具体例を示す側断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るプリント配線板およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。

（１）プリント配線板の構成
まず、本実施形態に係るプリント配線板の構成について説明する。

ここで例に挙げるプリント配線板は、ＰＷＢ（printed wiring board）とも呼ばれ、半導体素子等の電子部品の実装によりプリント回路板（printed circuit board：ＰＣＢ）として機能するように構成されたものである。なお、プリント配線板１０上への電子部品の実装は、例えば、フリップチップ接合によって行われるものとする。

図１は、本実施形態に係るプリント配線板の概略構成例を示す側断面図である。
図例のように、プリント配線板１０は、大別すると、絶縁基材１１と、金属層の一例である銅層１２と、を備えて構成されている。

（絶縁基板）
絶縁基材１１は、絶縁材料によって形成された板状の部材からなり、プリント配線板１０の基材を構成するものである。絶縁基材１１を形成する絶縁材料としては、例えば、ガラス布基材エポキシ樹脂（ガラス繊維を布状に編んだガラス織布にエポキシ樹脂を滲みこませたもの）を用いることができる。ガラス布基材エポキシ樹脂は、高Ｔｇ（ガラス転移温度）に対応したものが好ましい。ただし、絶縁性を有する板状部材であれば、他の材料を用いて形成されていてもよい。

絶縁基材１１には、当該絶縁基材１１を厚さ方向に貫く貫通穴１３が形成されている。貫通穴１３は、少なくとも、フリップチップ接合によって実装される電子部品の電極に対応する数が、当該電極に対応する位置に配置されている。貫通穴１３の穴径は、特に限定されるものではないが、例えば、電子部品の電極を考慮してφ０．２ｍｍ程度とすることが考えられる。

（銅層）
銅層１２は、導電性を有する金属材料である銅または銅合金によって形成された薄板状のもので、パターニングによってプリント配線板１０上の配線を構成するものである。ここでは、銅または銅合金からなる銅層１２を例に挙げるが、導電性を有する薄板状のものであれば、他の金属材料によって形成された金属層であっても構わない。

銅層１２は、絶縁基材１１の表面に形成されている。ここでいう「表面」は、絶縁基材１１の少なくとも一方の面（主面）のことである。したがって、銅層１２は、絶縁基材１１における一方の主面上のみに形成されている場合と、絶縁基材１１における両方の主面上のそれぞれに形成されている場合とがあり得る。なお、以下の説明においては、特に言及する場合を除き、絶縁基材１１の両方の主面（すなわち両面）上に銅層１２が形成されている場合を例に挙げる。

絶縁基材１１の両面上に銅層１２が形成されている場合、絶縁基材１１に形成されている貫通穴１３は、その一端側（例えば、図中における上方側）が絶縁基材１１の一方の主面上に形成されている銅層１２によって塞がれている。ただし、貫通穴１３の他端側（例えば、図中における下方側）については、絶縁基材１１の他方の主面上に形成されている銅層１２によっては塞がれていない。つまり、他方の主面上に形成されている銅層１２には、貫通穴１３に合わせた開口１２ａが設けられている。なお、銅層１２が絶縁基材１１における一方の主面上のみに形成されている場合であれば、その銅層１２が貫通穴１３の一端側を塞ぐことになる。

銅層１２が塞ぐ貫通穴１３の一端側には、その銅層１２によって凸状部１４が形成されている。凸状部１４は、絶縁基材１１の表面（すなわち、銅層１２によって塞がれる一方の主面）から突出する側（すなわち、絶縁基材１１の外方に向けて離れる側）に向けて膨らむ凸形状に形成されたものである。さらに詳しくは、凸状部１４は、詳細を後述するように薄い薄板状の部材である銅層１２を塑性変形によって湾曲させることで、凸形状に形成されたものである。

具体的には、凸状部１４は、銅層１２を湾曲させて形成されているので、凸形状の部分がドーム状の曲面で構成されている。ここでいう「ドーム状」とは、部材を半球状に湾曲させて得られる形状のことをいう。

このような構成の凸状部１４は、凸形状の部分がほぼ均一な厚さの部材によって形成されている点で、例えばめっき加工によって形成されるバンプのように凸形状の頂部近傍が肉厚であるものとは相違する。したがって、凸状部１４は、外力が加わったときの弾性変形を許容し得るようになり、例えばめっき加工によって形成されるバンプと比べると優れた弾力性を有したものとなる。特に、凸状部１４がドーム状の曲面で構成されていれば、凸状部１４の弾力性について方向依存性を排除する上で非常に有効である。

（２）プリント配線板の製造方法
次に、上述した構成のプリント配線板１０を製造する場合の手順、すなわち本実施形態に係るプリント配線板の製造方法について説明する。

なお、ここではプリント配線板１０の各構成要素について材質や寸法等を具体的に説明するが、以下の説明は単なる一具体例に過ぎず、本発明が以下に説明する一具体例に限定されないことはいうまでもない。

図２は、本実施形態に係るプリント配線板の製造方法の手順の一具体例を示す説明図である。

プリント配線板１０の製造にあたっては、まず、図２（ａ）に示すように、絶縁基材１１の両面に厚さ２〜３５μｍの銅層１２が形成され、総厚さが３４〜３７０μｍである銅張積層板１５を準備する。具体的には、例えば、ガラス布基材高Ｔｇエポキシ樹脂材からなる厚さ０．２ｍｍの絶縁基材１１の両面に厚さ１２μｍの銅層１２が形成された銅張積層板１５を用いることができる。なお、準備する銅張積層板１５は、一方の側の主面上にのみ銅層１２が形成されたものであってもよい。

そして、絶縁基材１１の両面に銅層１２が形成された銅張積層板１５を準備した場合であれば、その銅張積層板１５の両面に厚さ２０〜５０μｍ程度のレジスト層１６を形成する。具体的には、例えば、銅張積層板の両面に厚さ５０μｍのフィルム状のレジスト材料であるドライフィルムレジストをラミネートすることで、レジスト層１６の形成を行うことができる。なお、一方の主面上にのみ銅層１２が形成された銅張積層板１５を準備した場合であれば、ここでのレジスト層１６の形成は行わなくてもよい。

次に、銅張積層板１５の両面に形成したレジスト層１６に対して、図２（ｂ）に示すように、一方の面側（例えば、図中における上方側）は全面を覆うレジストマスク１６ａとし、他方の面側（例えば、図中における下方側）は貫通穴の形成予定部分に開口部１６ｂを有するレジストマスク１６ｃとするように、パターニング処理を行う。パターニング処理は、露光および現像を経る公知のフォトリソグラフィ技術を利用して行えばよい。具体的には、例えば、他方の面側のレジスト層１６を、φ０．２ｍｍの開口部１６ｂが所定間隔で複数配列されてなるレジストマスク１６ｃとするパターニング処理を行う。なお、一方の主面上にのみ銅層１２が形成された銅張積層板１５を準備した場合には、上述のようにレジスト層１６がないことから、ここでのパターニング処理を行わなくてよい。

レジストマスク１６ａ，１６ｃの形成後は、図２（ｃ）に示すように、そのレジストマスク１６ａ，１６ｃをマスクとするエッチング加工を行って、レジストマスク１６ｃの開口部１６ｂからの銅層１２の露出部分を除去する。エッチング加工は、公知の手法を用いて行えばよい。これにより、レジストマスク１６ｃの側（すなわち、図中における下方側）の銅層１２は、貫通穴の形成予定部分が除去されて、開口１２ａが形成されることになる。そして、開口１２ａの形成後は、銅張積層板１５の両面に形成したレジストマスク１６ａ，１６ｃを除去する。

次に、図２（ｄ）に示すように、エッチング加工によって開口１２ａが形成された銅層１２の側（すなわち、図中における下方側）の面に、厚さ２０〜５０μｍ程度のレジスト層１７を形成する。具体的には、例えば、開口１２ａが形成された銅層１２の側の面に、厚さ５０μｍのドライフィルムレジストをラミネートすることで、レジスト層１７の形成を行うことができる。なお、一方の主面上にのみ銅層１２が形成された銅張積層板１５を準備した場合であれば、銅層１２が形成されていない主面上に対して、レジスト層１７の形成を行えばよい。

そして、レジスト層１７に対して、開口１２ａの形成部分（すなわち、貫通穴の形成予定部分）に開口部１７ａを有するレジストマスク１７ｂとするように、パターニング処理を行う。ここでのパターニング処理についても、公知のフォトリソグラフィ技術を利用して行えばよい。このパターニング処理によって、銅張積層板１５の他方の面側（すなわち、図中における下方側）に、貫通穴形成予定部分が開口部１７ａとなるブラスト用レジストマスク１７ｂが得られることになる。なお、一方の主面上にのみ銅層１２が形成された銅張積層板１５を準備した場合であれば、銅層１２が形成されていない主面の側に、ブラスト用レジストマスク１７ｂが形成されることになる。

ブラスト用レジストマスク１７ｂの形成後は、図２（ｅ）に示すように、ブラスト用レジストマスク１７ｂの側からブラスト加工を行い、銅張積層板１５の絶縁基材１１に貫通穴１３を形成する。つまり、ブラスト加工によって絶縁基材１１に貫通穴１３を形成する工程を行う。ブラスト加工は、所定の大きさの粒状研削材を被加工物に高速で噴射して（図中矢印参照）、その被加工物に対する加工を行う加工法である。ブラスト加工によって貫通穴１３を形成する場合には、絶縁基材１１の厚さや材質等により、加工始めの貫通穴１３の直径よりも加工終わりの貫通穴１３の直径が小さくなる傾向がある。そのため、ブラスト加工を行う際のマスクとして用いるブラスト用レジストマスク１７ｂについては、加工終わりの貫通穴１３の直径を考慮しつつ、開口部１７ａの大きさを設定することが必要である。

そして、絶縁基材１１への貫通穴１３の形成後は、引き続き、図２（ｆ）に示すように、貫通穴１３の一端側を塞ぐ銅層１２に対して、ブラスト用レジストマスク１７ｂの側からブラスト加工を行う。貫通穴１３の形成後もブラスト加工を継続すると、そのブラスト加工によって噴射される粒状研削材は、貫通穴１３の一端側を塞ぐ銅層１２を塑性変形によって湾曲させる（図中矢印参照）。これにより、貫通穴１３の一端側には、その貫通穴１３を塞ぐ銅層１２によって、絶縁基材１１の表面（すなわち、絶縁基材１１と銅層１２との界面）から突出する側に向けて膨らむ凸状部１４が形成されることになる。つまり、貫通穴１３の形成後は、その貫通穴１３の一端側を塞ぐ銅層１２に対して、ブラスト用レジストマスク１７ｂおよび貫通穴１３の側からブラスト加工を施して、絶縁基材１１の表面から突出する側に向けて膨らむ凸状部１４を形成する工程を行う。このように形成される凸状部１４は、ブラスト加工によって銅層１２を湾曲させて形成されるので、凸形状の部分がドーム状の曲面で構成されることになる。

ブラスト加工により形成する凸状部１４における凸形状部分の高さは、ブラスト加工時間によりコントロールすることができる。凸状部１４の凸形状部分の高さは、貫通穴１３の直径や配置間隔等に応じて適宜設定されていればよい。具体的には、例えば、凸状部１４の凸形状部分の頂点の高さが、絶縁基材１１の表面（すなわち、絶縁基材１１と銅層１２との界面）から２０μｍの高さになるように、ブラスト加工時間を調整することが一例として挙げられる。

そして、凸状部１４の形成後は、ブラスト用レジストマスク１７ｂを除去する。

その後、必要に応じて、銅層１２に対してパターニング処理を行って、絶縁基材１１の面上に所定の配線パターンを形成する。パターニング処理は、露光および現像を経る公知のフォトリソグラフィ技術を利用して行えばよい。

なお、ここでは、凸状部１４の形成後に銅層１２の配線パターンを形成する場合について説明したが、これとは逆に、銅層１２の配線パターンを形成した後に、その配線パターンの一部にブラスト加工を行って凸状部１４を形成するようにしても構わない。

以上のような手順を経ることで、図１に示す構成のプリント配線板１０が製造される。

（３）プリント配線板の使用態様
次に、上述した構成のプリント配線板１０の使用態様について説明する。

図３は、本実施形態に係るプリント配線板の使用態様の一具体例を示す側断面図である。

上述した構成のプリント配線板１０は、電子部品２０がフリップチップ接合によって実装されて用いられる。電子部品２０としては、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサ等を構成する半導体素子（半導体デバイス）が代表的なものとして挙げられるが、これに限定されることはなく、フリップチップ接合に対応するものであれば、他の電子機器を構成するものであってもよい。このような電子部品２０が実装されることで、プリント配線板１０は、プリント回路板（ＰＣＢ）として機能する。

プリント配線板１０への電子部品２０のフリップチップ接合は、電子部品２０における電極２０ａをプリント配線板１０における凸状部１４に当接させ、はんだや導電性接着剤等によって固着することによって行う。つまり、凸状部１４は、プリント配線板１０におけるバンプとして機能し、電子部品２０の電極２０ａが接合される。これにより、電子部品２０は、凸状部１４が形成された銅層１２の配線パターンと電気的に接続することになる。

電子部品２０がフリップチップ接合される凸状部１４は、銅層１２が凸形状に膨らむように湾曲させて形成されている。そのため、凸状部１４は、湾曲させた形状部分が弾力性を有し、外力が加わったときの弾性変形を許容し得るようになる。

したがって、電子部品２０のフリップチップ接合にあたり、例えば電子部品２０またはプリント配線板１０に外力が加わっても、その外力が凸状部１４の弾性変形によって吸収または緩和され、これにより電子部品２０の電極２０ａが損傷するおそれが排除されることになる。つまり、プリント配線板１０が弾力性を有する凸状部１４を備えることで、フリップチップ接合する電子部品２０の電極損傷のおそれの排除が実現可能となる。

なお、凸状部１４によって塞がれる貫通穴１３については、中実（中身が詰まった状態）構造とされていてもよい。具体的には、例えば、貫通穴１３の側からめっき加工等により穴埋め処理を行って、凸状部１４を補強するようにしてもよい。また、例えば、貫通穴１３を埋めるビアフィルめっき等により、凸状部１４が形成された一方の面側の銅層１２によって構成される配線パターンと、絶縁基材１１を挟んで対向する他方の面側の銅層１２によって構成される配線パターンとを、互いに導通させるようにしてもよい。

（４）本実施形態により得られる効果
上述した本実施形態によれば、以下に示す一つまたは複数の効果が得られる。

（ａ）本実施形態に係るプリント配線板１０は、凸形状に膨らむ凸状部１４を備えており、その凸状部１４をフリップチップ接合の際のバンプとして利用することができる。凸状部１４をバンプとして利用すれば、例えばフリップチップ接合の際に外力が加わった場合であっても、その凸状部１４が有する弾力性によって、加わった外力が吸収または緩和される。したがって、本実施形態に係るプリント配線板１０によれば、凸状部１４を利用して電子部品２０をフリップチップ接合することで、その電子部品２０の電極損傷のおそれを排除することが可能となる。

（ｂ）本実施形態に係るプリント配線板１０は、凸状部１４がドーム状の曲面で構成されている。凸状部１４がドーム状の曲面で構成されていれば、凸状部１４の弾力性について方向依存性を排除する上で非常に有効である。したがって、本実施形態に係るプリント配線板１０によれば、加わった外力の方向に依存することなく、凸状部１４がその外力を吸収または緩和し得るようになるので、フリップチップ接合する電子部品２０の電極損傷のおそれをより一層確実に排除することが可能となる。

（４）変形例等
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、主として、プリント配線板１０が絶縁基材１１とその両主面に配された銅層１２とを備えて構成されている例について説明したが、本発明がこれに限定されることはない。つまり、本発明に係るプリント配線板１０は、図３に示すように、絶縁基材１１とその両主面に配された銅層１２に加えて、さらに他の絶縁基材１１や銅層１２等が積層されて構成された、いわゆる多層基板を構成するものであってもよい。

また、例えば、上述の実施形態では、主として、配線パターンを構成する金属層が銅層１２である場合について説明したが、本発明がこれに限定されることはなく、導電性を有する薄板状のものであれば、他の金属材料によって形成された金属層であっても構わない。

１０…プリント配線板、１１…絶縁基材、１２…銅層（金属層）、１３…貫通穴、１４…凸状部、２０…電子部品、２０ａ…電極

Claims (4)

1. 貫通穴を有する絶縁基材と、
   前記絶縁基材の表面に形成された金属層と、を備え、
   前記貫通穴の一端側を塞ぐ前記金属層によって、前記絶縁基材の表面から突出する側に向けて膨らむ凸状部が形成されている
   プリント配線板。
2. 前記凸状部は、ドーム状の曲面で構成されている
   請求項１に記載のプリント配線板。
3. 絶縁基材の表面に金属層が形成されてなる積層板における前記絶縁基板に貫通穴を形成する工程と、
   前記貫通穴の一端側を塞ぐ前記金属層に前記貫通穴の側からブラスト加工を施して、前記絶縁基材の表面から突出する側に向けて膨らむ凸状部を形成する工程と、
   を備えるプリント配線板の製造方法。
4. 前記凸状部は、ドーム状の曲面で構成されている
   請求項３に記載のプリント配線板の製造方法。
   

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