JP3165464B2 - フレキシブルプリント基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器に使用される
印刷配線基板（通称プリント基板）で、特に高密度配線
／実装を要求されるフレキシブルプリント基板に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の機能の多様化、高機能化によ
って、そこに使用されるプリント配線基板の総配線数や
搭載部品数は、増大する一方である。この様な傾向に伴
って、フレキシブルプリント基板を含むプリント基板一
般の傾向として、図１９のようなスルホール２１を用
い、複数層に渡る配線を実現、さらに層数を増加させた
り、配線パターン２２の幅を細くする、スルホールラン
ド２３の径を小さくする、あるいは、なくす等の対応を
している。なお、２４は表面実装部品実装用のランドで
ある。

【０００３】しかし、配線層数を増加させたり、パター
ン２２の幅を細くする、スルホールランド２３を極小化
することは、既に技術的／加工精度的に限度に近く、基
板の製造コストを飛躍的に増加させることから、この様
な方法にも限りがあり、その一方で、機器の軽薄短小化
の傾向より、基板サイズも大きくできないというジレン
マが起こってきている。

【０００４】この問題に対する解決策の一つとして ２
〜４層程度の硬質基板においては、チップオンホールと
いう技術が、最近開発されている。図２０にこのチップ
オンホールを用いた場合の接続の様子を断面図で示す。
これは、従来の基板（２層以上）において、層間の接続
に用いるスルホール２１′と表面実装型部品の実装ラン
ド２４′を一体化し、スルホールランド２３′によって
基板表面積を占有されないようにし、部品実装密度やパ
ターン配線密度を飛躍的に向上させるというものであ
る。

【０００５】図２１〜２５に、チップオンホールの形式
の４層プリント配線基板を製造する方法を示す。

【０００６】図２１で示される２枚の基板２５は、通常
の両面スルホール基板の製造工程を用いて製造された両
面スルホール基板で、スルホール基板機材２６の各面の
銅箔２７は、例えば、上面が最終製品の第１層（外
層）、下面が第２層（内層）になるものである。ここ
で、この両面スルホール基板が通常のものと違うところ
は、パターン形成で、パターンは、内層部分となる第
２，３層だけに形成されており、外層となる第１，４層
のパターンは、未形成で全面銅箔として残されているこ
とである。これらの２枚の両面スルホール基板２５の間
にあるプリプレグ２８は半硬化状態の樹脂であり、これ
は、通常多層基板の製造で用いられるものと同一のもの
である。

【０００７】次に、両面基板２枚とプリプレグの３つの
材料を積層し、過熱加圧して図２２のような形態にな
す。すなわち、プリプレグ２８を過熱・加圧して流動せ
しめ、各スルホール穴内に樹脂２９を充填、かつ両基板
２５を接着するわけである。ここで特に重要な管理項目
は、両基板の接着強度と、スルホール内への樹脂充填で
ある。特に、スルホールに充填された樹脂２９は、両面
スルホール基板２５の表面に流れ出してはならず、か
つ、その上面は、両面基板の表層銅箔面と完全に同一の
高さでなくてはならない。

【０００８】次に、図２３で示す通り、表面に適当なメ
ッキ核形成や表面処理を行い、無電解メッキ３０を施
し、さらに、図２４で示す通り、電解メッキ３１で必要
な厚みまで、導体を積み上げる。

【０００９】こうして得られた基板を、通常の両面スル
ホール基板と同様の工程を用いて、加工、図２５のよう
に、表面実装部品用のランド２４′等を含む外層パター
ンを形成する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ここで、この製造方法
には、以下の様な問題点が考えられる。

【００１１】１．４層硬質プリント基板以外の構成の基
板（両面硬質プリント配線板など）では、同様の製造工
程がとりにくい。

【００１２】フレキシブルプリント基板では、事実上ス
ルホールを充填できず、製造が不可能である。

【００１３】２．予め用意された両面基板２５を、プリ
プレグ２８で接着・スルホール充填するプレス工程が極
めて難しい制御を必要とする。

【００１４】３．表面実装部品ランド２４′の基材に対
する密着強度が、周りに比べて、どうしても低くなる。

【００１５】４．スルホールに充填された樹脂２９の充
填状態によっては、表面実装部品ランド２４′の銅箔と
の間に隙間ができて、そこにメッキ液等の残渣が残り、
後日、基板腐食の原因となったり、ここにできた空洞に
残った空気により半田付け時に膨れを生じたりする可能
性がある。

【００１６】５．最外層の銅箔厚みが極めて大きく、微
細な配線パターンの形成に向かない。（最外層銅箔厚み
＝両面基材にもとからあった銅箔厚み＋スルホール形成
の為にメッキ形成された銅箔＋表面実装用ランド作成の
為メッキ形成された銅箔、で、およそ７５〜１００μ
ｍ）一方、スルホール径やスルホールランド径を小さく
して、配線・実装密度を上げる方法も、現在の微小スル
ホール形成方法が、基本的に過去のスルホール径が大き
かった時代のものと変わる所がなく、加工精度を高めて
いるだけなので、製造が次第に困難になってきており、
歩留まりも低下してきている。また、スルホール径が小
さくなるに従って、スルホールでの電気抵抗が増大、近
年のように、微弱な電力や電圧で動作する機器や、比較
的大きな電流を要求される場合、結局複数のスルホール
を設けざるを得ないケースも多々発生している。さら
に、スルホール径が小さくなることは、パターン等との
接続面積の減少を意味し、機械的強度など信頼性の面で
も問題がでてきている。

【００１７】本発明では、フレキシブルプリント基板を
主対象に、上記の問題を解決した製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数層の導体
層を持つフレキシブルプリント基板の製造方法におい
て、電気的導通性能をもち、かつこれに以降のメッキ工
程で作成される金属導体層を機械的に剥離できるような
加工・処理を施した金属板を支持体とし、該支持体上に
第１の金属導体層をメッキ形成し、少なくとも完成基板
でベース材料となる絶縁樹脂フイルムを前記第１の金属
導体層の上に積み上げ、前記絶縁樹脂フイルムの穴部を
介して電解メッキ工程により各導体層間の電気的導通を
とる柱状ムクの金属体を形成した後に、前記絶縁樹脂フ
ィルム上に第２の金属導体層を無電解メッキ形成し、前
記第１の金属導体層から前記支持体を剥離することを特
徴とする。

【００１９】また、本発明は、複数層の導体層を持つフ
レキシブルプリント基板の製造方法において、電気的導
通性能をもち、かつこれに以降のメッキ工程で作成され
る金属導体層を機械的に剥離できるような加工・処理を
施した金属板を支持体とし、該支持体上に第１の金属導
体層をメッキ形成し、少なくとも完成基板でベース材料
となる絶縁樹脂フイルムを前記第１の金属導体層の上に
積み上げ、前記絶縁樹脂フイルムの穴部を介して電解メ
ッキ工程により各導体層間の電気的導通をとる柱状ムク
の金属体を形成した後に、前記第１の金属導体層から前
記支持体を剥離し、前記絶縁樹脂フィルム上に第２の金
属導体層を無電解メッキ形成することを特徴とする。

【００２０】

【作用】上記２〜５の問題点の主たる原因は、スルホー
ル充填を内層接着剤として使用しているプリプレグの流
動に頼っている点にある。すなわち、１．表面実装部品
ランドの裏側の部分は、かならずしもメッキ密着性能の
良くないプリプレグと無電解メッキで接着されている。

【００２１】２．プリプレグが、流動によってスルホー
ルを充填する際、樹脂が表面銅箔と完全に同一の高さで
なければ 隙間ができたり、盛り上がったりして、著し
く信頼性を損なう。

【００２２】本発明では、スルホール充填、配線用導体
層等、すべてを銅等のメッキで積み上げてゆく方法で行
うことで各部位の接着強度を保証すると共に、空洞の発
生をなくし、チップオンホール形式での層間接続信頼性
を確保する一方、極小の面積で比較的大きな電流容量を
もつ、電気抵抗の小さな層間接続を容易に実現し、さら
に銅箔の厚みを増やさず、微細パターンを形成可能とす
る。

【００２３】また、本発明では、層間の接続にメッキで
形成された柱状ムクの金属体を用いている他、同じメッ
キ工程で、回路／ランド部分をも形成するため、すべて
の導体が事実上一体化しており、密着強度等、接続信頼
性が極めて高い。従って、微小径ランドでの層間接続
や、表面実装部品ランド下での層間接続が可能で、配線
密度、部品実装密度が極めて高くできる。さらに、単純
にメッキで導体を積み上げてゆく方法なので、従来の微
小スルホール形成技術に比べ、加工精度やプロセスの制
御が極めて簡単化される。

【００２４】

【実施例】図１〜７で本発明による基板製造方法を両面
フレキシブルプリント基板のを例に解説する。

【００２５】なお、本実施例では、完成したフレキシブ
ルプリント基板を通常の工程で製造されるものと同様の
構成にするため、導体として銅、ベース絶縁材料とし
て、ポリイミドを使用しているが、導体としては、電気
回路として使用が可能な金属で、メッキができるもので
あれば、プロセス上の制約はない。よって、銅以外にも
アルミやニッケル等を使用してもかまわない。

【００２６】また、絶縁材料も同様で、ポリエステルや
エポキシ，ポリカーボネート，ポリサルフォン等従来基
板材料として使用されているものをはじめ、あらゆるタ
イプの樹脂の使用が可能である。

【００２７】図１で１は、鏡面に磨かれたステンレス板
で、フレキシブルプリント基板製造工程の途中までの工
程での支持体となるものである。最初にこのステンレス
支持体１の上に、銅メッキを均一に電解メッキ法で付け
る。このメッキ形成された銅箔２は、最終的に完成基板
の一方の面のパターンやランドを形成する銅箔となるも
のである。ステンレス支持体１が、鏡面に磨かれている
のは、このメッキ形成された銅箔２が、完全にステンレ
ス支持体１に接着してしまわず、最終的に機械的な力で
剥離できるようにするためである。

【００２８】図示はしていないが、この支持体１に銅を
メッキする前に、ステンレス支持体１と密着性が悪く、
かつ、銅と選択エッチングが可能な金属（アルミ，ニッ
ケル等）を薄く（数μｍ 程度）メッキして、剥離性を
改良してもよい。

【００２９】次に図２に示すように、この銅箔２の上
に、層間接続を行いたい部分（いわゆるスルホール部
分）に機械的に穴あけをした絶縁樹脂フイルム３を貼り
合わせる。この樹脂フイルム３は、最終的にフレキシブ
ルプリント基板のベースフイルムとなるものである。

【００３０】本実施例では、フレキシブルプリント基板
として最も一般的な構成をとるため、絶縁樹脂としてポ
リイミドフイルムを採用、予め、半硬化のアクリル系接
着剤をコーテイングしたものを加熱圧着した。穴あけの
方法は、ドリルを用いるのが最も一般的であるが、本発
明の特長の一つである穴壁の粗さ等の性状や穴径に信頼
性や加工難度が依存しない点を鑑みれば、水圧加工やレ
ーザー加工、放電加工といった種々の加工法が採用可能
である。

【００３１】次に図３で示す通り、ステンレス支持体１
を一方の電極として、電解メッキ法により銅箔２の上
に、絶縁樹脂フイルム３をレジストにして、層間接続部
４を形成する。この工程は、従来のスルホールメッキに
よる層間接続の場合の、パネルメッキに相当するもので
ある。しかし、この工程は、従来のような、制御の難し
さは全く無い。

【００３２】従来法の場合、本方法で一方のメッキ電極
として使用されているステンレス支持体１、銅箔２に相
当するのは、絶縁樹脂にドリル等であけられた穴（スル
ホール穴）の内壁に無電解メッキで着けられた薄い銅箔
と、基材両面に予め貼り合わされている銅箔である。こ
こで最終製品のスルホール信頼性を決めているのは、絶
縁層内壁と無電解メッキ銅との密着性、非電解銅の内壁
への均一付着、無電解銅と電解銅メッキの密着性、電解
銅の内壁全体での均一付着性である。しかし、近年のよ
うに、スルホール径が小さくなってくると、ドリル加工
された絶縁層の穴の内壁を滑らかに仕上げることは容易
ではない。また穴径が小さいため、メッキ液や各種処理
剤の穴内での流動が悪く均一に効率よくメッキができ
ず、残渣も残りやすい。表面銅箔とのコーナー部では、
先端電流効果でメッキ金属が早く成長し、穴を塞ぐ等々
非常に問題を多く抱えていた。

【００３３】しかし、本発明では、層間接続は、両面の
銅箔を上述のようにメッキ工程で作られる柱状ムクの銅
体で行う為、基本的には、スルホール強度や信頼性と絶
縁層の穴の内壁性状との関係は無い。メッキ金属は、穴
の底から、外に向けて成長するので、例え、穴径が小さ
く、メッキ液流れが悪くなっても、それは単にメッキ速
度の低下として現れるだけで、層間接続の信頼性とは全
く関係がない。また、このようなメッキ過程では、先端
電流効果もほとんど関係がない。よって極めて容易にこ
のメッキ工程を実施することができる。

【００３４】メッキされた層間接続用の銅４が、ベース
材料である絶縁樹脂フイルム３の表面の高さに達した
ら、メッキ工程を終了し、図４で示す通り、適当な表面
処理の後、無電解銅メッキ５を全面に行う。

【００３５】さらに、図５で示す通り、無電解銅メッキ
層５の上に、電解メッキ法での銅箔６を形成する。この
無電解、電解銅箔５，６が、他方のパターン／ランドに
用いられる銅箔である。無論、電解銅箔６を、無電解銅
箔５を厚付によって代用してもかまわない。

【００３６】最後に、ステンレス支持体１を機械的に剥
離すると、図６にの通り、導体８（銅箔２，４，５，
６）を有し、層間接続の完成した状態の両面基板が完成
するので、以降、通常の基板製造法と同じ様に、エッチ
ングレジストを両面に形成、エッチングを行なって、図
７の様な、両面基板を得る。

【００３７】この際、図８の様に層間接続部分９を表面
実装部品用のランド１０の裏に設定したり、層間接続用
ランド１０の大きさを極小に（層間接続用９の穴径より
小さくても可）することは言うまでもない。

【００３８】なお、図１で示した工程で、剥離用にアル
ミ等の薄い層を形成している場合には、エッチングレジ
スト形成前に、適当なエッチャントでその層を除去して
おく。

【００３９】図９〜１５に本発明に関わる別の実施例を
示す。

【００４０】図９の１は、鏡面仕上げされたステンレス
支持体で、図１で示したものと同一のものである。ここ
に、まず電解メッキで、薄く（数μｍ 程度）剥離用の
金属層１１をメッキする。

【００４１】この金属層１１は、パターン等に用いられ
る導体金属（本実施例では銅）と選択的にエッチングで
き、かつ、ステンレス支持体１とは、密着性の高くない
ものがよく、本実施例では、アルミやニッケルを用い
た。ただし、この剥離金属層１１は、ステンレス支持体
１との密着性が高くなければ、導体金属と選択エッチン
グ性がなくとも、後述の剥離金属の除去工程でエッチン
グ時間をコントロールできればかまわない。あるいは、
導体金属と密着性が高く導体として使用しても良い金属
でもよい。

【００４２】次に、図１０で示す様に、最終的にフレキ
シブルプリント基板のベース材料（絶縁層）となる絶縁
樹脂フイルム３を接着する。このフイルム３には、予め
層間接続を行いたい場所に適当な方法で穴あけがされて
いるのは、前述の実施例と同じであり、その穴の形状や
加工方等に関しても同じである。

【００４３】絶縁樹脂層を形成したら、図１１に示すよ
うに、電解メッキ法で、ステンレス支持体１を一方の電
極として層間接続部４を形成する。この工程に関して
も、前述と同じメリットがある。

【００４４】次に、図１２のように剥離用金属層１１と
ステンレス支持体１の界面で、剥離用金属層１１、絶縁
樹脂フイルム３、層間接続部４全体をステンレス支持体
１から剥離する。そして、例えば剥離金属層１１にアル
ミを用いている場合なら水酸化ナトリウムといった選択
エッチング液を用い、剥離金属層１１を取り除く。導通
金属と選択エッチング性のない金属を用いている場合に
は、エッチング状況を見ながらエッチングを行う。剥離
金属が導体金属のエッチャントでエッチングでき、か
つ、導体金属として使用してもかまわない場合（例：回
路の磁性が問題にされず、エッチャントとして塩化第２
鉄を用いる場合のニッケル等）では、この剥離工程は行
わなくて良い。

【００４５】次に、図１３の様に基板全体に、メッキ核
の形成や表面粗化など適当な前処理を施して、全体に無
電解銅メッキ５を行う。

【００４６】さらに、図１４の様に電解銅メッキ６で厚
みをかせいで、層間接続処理の完了した両面基板を得
る。無論、電解銅メッキでなく、図１３で示した無電解
メッキ５で、所望の厚さの銅箔を形成してもよい。

【００４７】最後に、通常の両面基板の製造工程と同じ
ように、両面にエッチングレジストを形成、エッチング
を行ない図１５の様な完成基板を得る。なお、９は層間
接続部、１０はパターン・ランド部である。

【００４８】ここで、図１３で示した無電解銅メッキ完
の状態で、図１６に示す通り、所望回路パターンの逆パ
ターンでメッキレジスト１２を形成、電解メッキで所望
の回路形状に銅を積み上げて、厚みを得た後、レジスト
を剥離、無電解メッキ層をエッチングで除去する方法
や、図１２で、剥離を行う前に、剥離金属層１１と同じ
金属で、図１７で示す通りに薄い金属層１３を反対側に
も形成してから剥離、図１８のように、両面にメッキレ
ジスト１４を所望回路形状の逆パターンで形成して、回
路パターン１５をメッキで形成、メッキレジスト１４を
剥離する。最後にパターンでない部分の剥離金属層をエ
ッチングで除去する方法もある。

【００４９】以上本発明では、 １．表面実装部品の実装用ランドの裏に層間接続用のい
わゆるスルホールを形成でき、大幅に実装／配線密度の
向上が図れる。さらに、実装用でない層間の電気的接続
の場合にも極小の面積｛（層間接続用にあけた穴径）ー
（表層にメッキ形成した銅箔厚さ）程度の大きさまで
可｝によって行え、場合によっては、接続用のランドを
設けなくてもよい場合もあり得る。

【００５０】２．層間の接続に柱状にメッキで形成され
たムクの銅を用いている為、スルホール欠損、クラック
というような外層銅箔とのコーナー部における問題等、
接続部周辺での問題が根本的に発生せず、極めて信頼性
の高い接続が得られる。

【００５１】３．層間接続部分と表層のランドやパター
ンとの接続面積が、従来のスルホール法に比べ極めて広
く、機械的・電気的接続が強固で、接続信頼性が高い。
４．層間接続が、柱状のムク銅で、従来のスルホールに
比べて導通部分の断面積が大きい為、電気抵抗が小さ
く、大電流も流せる等，極めてスペースフアクタに優れ
る。

【００５２】５．従来のスルホール形成法では、スルホ
ールの信頼性は、スルホールにする部分の絶縁体の内壁
の性状に大きく依存しており、材料の選択や穴あけ加
工、内壁の平滑度、無電解メッキの密着、電気メッキ銅
の均一付着などに大きな注意を払う必要があったが、本
発明によれば、そのような配慮は一切不要となる。

【００５３】６．層間接続部分の金属のメッキは穴の奥
より外に向かって一方向に伸びる為、メッキ電流密度や
電圧の変化、メッキ液の流れによって、形がかわる等の
不都合が起きず、工程の管理が極めて容易になる。

【００５４】７．さらに、絶縁層の内壁の性状にも、メ
ッキ液流れにも依存しない為、従来では、製造が困難で
あった微小径のランドを用いた層間接続も容易に行え
る。

【００５５】８．絶縁層の内壁の性状に信頼性が依存し
ないので、従来のドリルによる穴あけ以外の方法（レー
ザー加工・水圧加工等）も容易に利用できる。

【００５６】９．本発明によって製造されたフレキシブ
ルプリント基板の少なくとも一方の表面（ステンレス支
持体側）は、極めて平滑度が高く、銅箔の厚みにバラツ
キがあっては、性能に大きく影響がある場合（摺動端子
部に使う場合や導通抵抗の均一性を要求される場合）に
有利である。

【００５７】

【発明の効果】本発明では、スルホール充填、配線用銅
箔等、すべてを銅メッキで積み上げてゆく方法で行うこ
とで各部位の接着強度を保証すると共に、空洞の発生を
なくし、チップオンホール形式での層間接着信頼性を確
保する一方、極小の面積で比較的大きな電流容量をも
つ、電気抵抗の小さな層間接続を容易に実現し、さらに
銅箔の厚みを増やさず、微細パターンを形成可能とする
等、優れた利点を有する有用な方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における製造工程例を説明す
る第１工程図である。

【図２】同第２工程図である。

【図３】同第３工程図である。

【図４】同第４工程図である。

【図５】同第５工程図である。

【図６】同第６工程図である。

【図７】同第７工程図である。

【図８】一実施例におけるパターン例を説明する斜視図
である。

【図９】本発明の他の実施例における製造工程例を説明
する第１工程図である。

【図１０】同第２工程図である。

【図１１】同第３工程図である。

【図１２】同第４工程図である。

【図１３】同第５工程図である。

【図１４】同第６工程図である。

【図１５】同第７工程図である。

【図１６】他の実施例における工程の１変形例を説明す
る工程図である。

【図１７】同工程の他の変形例を説明する工程図であ
る。

【図１８】同工程のさらに他の変形例を説明する工程図
である。

【図１９】従来のスルホール形式の断面図である。

【図２０】従来のチップオンホール形式の断面図であ
る。

【図２１】従来のチップオンホール形式の製造工程例を
説明する第１工程図である。

【図２２】同第２工程図である。

【図２３】同第３工程図である。

【図２４】同第４工程図である。

【図２５】同第５工程図である。

【符号の説明】 １ ステンレス支持体 ２ メッキ形成された銅箔 ３ 絶縁樹脂フィルム ４ 層間接続部 ５ 無電解メッキ形成された銅箔 ６ 電解メッキ形成された銅箔

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数層の導体層を持つフレキシブルプリ
   ント基板の製造方法において、電気的導通性能をもち、
   かつこれに以降のメッキ工程で作成される金属導体層を
   機械的に剥離できるような加工・処理を施した金属板を
   支持体とし、該支持体上に第１の金属導体層をメッキ形
   成し、少なくとも完成基板でベース材料となる絶縁樹脂
   フイルムを前記第１の金属導体層の上に積み上げ、前記
   絶縁樹脂フイルムの穴部を介して電解メッキ工程により
   各導体層間の電気的導通をとる柱状ムクの金属体を形成
   した後に、前記絶縁樹脂フィルム上に第２の金属導体層
   を無電解メッキ形成し、前記第１の金属導体層から前記
   支持体を剥離することを特徴とするフレキシブルプリン
   ト基板の製造方法。
2. 【請求項２】 複数層の導体層を持つフレキシブルプリ
   ント基板の製造方法において、電気的導通性能をもち、
   かつこれに以降のメッキ工程で作成される金属導体層を
   機械的に剥離できるような加工・処理を施した金属板を
   支持体とし、該支持体上に第１の金属導体層をメッキ形
   成し、少なくとも完成基板でベース材料となる絶縁樹脂
   フイルムを前記第１の金属導体層の上に積み上げ、前記
   絶縁樹脂フイルムの穴部を介して電解メッキ工程により
   各導体層間の電気的導通をとる柱状ムクの金属体を形成
   した後に、前記第１の金属導体層から前記支持体を剥離
   し、前記絶縁樹脂フィルム上に第２の金属導体層を無電
   解メッキ形成することを特徴とするフレキシブルプリン
   ト基板の製造方法。