JP3560334B2 - プリント回路板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、プリント回路板及びその製造方法に関し、より詳細には形成されるスルーホールに耐熱性のインプラント材を充填してビアホールを構成した耐熱性に優れたプリント回路板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表裏面に導体層（配線パターン）を有する回路板として種々のものが使用されている。具体的には、基板にフレキシブルなポリイミド樹脂等を用いたＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ） テープ、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ） 、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ ）、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の他に、ガラスエポキシ等のリジッドな基板を使用した多層配線板等がある。
この表裏面に配線パターンを有するプリント回路板は、例えば図８のフローチャートに示す従来の製造工程により製造される。
【０００３】
まず両面銅貼りポリイミドフィルム製テープの所定個所にプレスによりスプロケットホールを形成する。次いでポリイミドテープの表面側を整面した後に配線パターンに対応するように該フィルムの表面側にフォトレジストを塗布し露光及び現像を行ってエッチングマスクを作製し、このマスクを使用してフィルム表面の銅のエッチングを行って配線パターンを形成する。続いてポリイミドテープの裏面側も同様にして、整面−フォトレジスト塗布−露光−現像−エッチングを行って配線パターンを形成する。
このようにして配線パターンが表裏面に形成されたポリイミドテープの所定個所にパンチングプレス機によりスルーホールを開口させる。次いでポリイミドテープの表裏面に、例えばスズ−銀材合金やスズ−銅合金材を重ね、再度パンチングプレスすることにより、該スズ−銀材合金を前記スルーホール中に埋め込み、更にパンチングプレス機で加締めることにより表裏面の配線パターンを電気的に接続する。直径１００μｍ程度のスルーホールではスズ−銀合金材を埋め込むことにより、理想的な電気的接続のプリント回路板が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのようにして得られたインプラント材がスズ−銀合金材やスズ−銅材合金であるプリント回路板は耐熱性が劣り、加熱及び冷却のサイクルを繰り返すとビアホールに不良が発生し易く、表裏面間の配線パターンの接続信頼性に欠けるという欠点がある。更にスズ−銀合金材やスズ−銅合金材の融点が比較的低く、融点以上の温度に加熱される際の劣化の問題も残されている。これらの合金が充填されたビアホールの両端にニッケル下地金めっきを行って耐熱性を改良することも試みられているが、必ずしも十分とは言い難く、又スルーホールの直径やインプラント材の種類に依っては満足できる結果が得られることがあるが、めっき材料がニッケル下地金めっきに限定されると、用途に依っては他のめっき材料を使用することが望ましい場合があるにもかかわらず、所望のめっき材料が使用できなくなり、製品の自由度が低下するという問題点がある。
【０００５】
ニッケル下地金めっきによる耐熱性向上を十分に行うためにはめっき厚を厚くしなければならず、従って配線パターンの幅が広くなり、要求される配線パターンの微細化に対応できないという欠点がある。
そのため本発明者らは、スルーホールを充填するインプラント材の材質を種々検討して耐熱性に優れたプリント回路板を提供できる本発明の到達したものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプリント回路板は、絶縁性基板、該絶縁性基板に形成されたビアホール、該ビアホールに充填されたインプラント材及び前記絶縁性基板の両面に形成されかつ前記インプラント材により電気的に接続された配線パターンを含んで成るプリント回路板において、前記インプラント材が、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されることを特徴とするプリント回路板であり、本発明方法は、絶縁性基板にスルーホール（基本的に本発明では、開口した状態をスルーホールと称し、インプラント材で充填された状態をビアホールと称する）を開口し、開口したスルーホールを、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されるインプラント材で充填してビアホールを形成し、該ビアホールの両端の充填インプラント材表面を含む絶縁性基板表裏面にめっき層を形成し、次いでめっき層上に配線パターンを形成することを特徴とするプリント回路板の製造方法である。
【０００７】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明は、インプラント材として耐熱性の優れた無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅を単独で又はこれらを組み合わせて、あるいは比較的少量の他の材料と組み合わせて使用することを特徴とする。
ここで無酸素銅とは水素脆化を防ぐために酸素の含有量を０．００５％以下にしたものを言う。無酸素銅は、ＯＦＨＣ（ｏｘｙｇｅｎ ｆｒｅｅ ｈｉｇｈ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｃｏｐｐｅｒ）と称され、真空溶解炉や還元雰囲気の誘導炉等で製造できる。
【０００８】
リン脱酸銅とは、酸素含有量が極端に低い銅で、酸素をＰ２Ｏ５などの酸化物として脱酸し、僅かにリンが残った銅をいう。
更にタフピッチ銅とは、Ｃｕ２Ｏとして微量（０．０２〜０．０５％）の酸素を含んだ銅で、電気銅を反射炉で融解精製して酸素を０．０２％程度残し、Ａｓ、Ｓｂ及びＰなどの不純物を酸化物として固溶体外に出した精製銅を言う。
これらの銅は通常０〜０．０５％程度の酸素と他の若干の不純物を含有し、従来スルーホールの充填に使用されていたスズ−銀合金材やスズ−銅合金材と比較して耐熱性が高く、ハンダボール搭載時のリフロー温度である２６０℃におけるプリント回路板の耐熱性を向上させる。そして予め焼鈍しを行ったアニール無酸素銅、アニールリン脱酸銅又はアニールタフピッチ銅を使用すると、更に効果が増大する。
【０００９】
スルーホール形成はパンチングにより行うことが簡便であり、最も望ましいが、ドリルやレーザー光を用いて行っても良い。レーザー光を用いると、レーザー光の熱により発生するスミアの除去が必要になる。
前記インプラント材はどのようにしてスルーホールに充填しても良いが、従来と同じようにスルーホール形成に使用したものと同じパンチングプレス機やパンチング金型等を使用してパンチングで充填することが望ましい。この他に、スクリーン印刷機を用いても良い。
スルーホール形成とインプラント材充填を単一のパンチング操作で行うと、形成されるビアホールの先端が丸くなる傾向があり、導通信頼性に劣ることになりやすいため、一旦スルーホールを形成した後、該スルーホールへインプラント材を充填することが望ましい。
【００１０】
又本発明で使用するプリント回路板本体は、通常のプリント回路板で基板として使用される材質のものを制限無く使用でき、例えばポリイミド樹脂の使用が望ましい。又配線パターンの材質や形成方法は特に制限されず、銅張り層を整面し、フォトレジストの塗布によるマスキング、露光、現像、及びエッチングによって所望の配線パターンを作成すれば良い。
生成するスルーホールの数は電気的接続を必要とする配線パターンの数や位置関係に依存し、その径は十分な電気的接続が確保される範囲でなるべく小さくすることが望ましい。
本発明では配線パターンとなる銅箔等の表面に導電性めっき層例えば銅めっき層を被覆することが望ましく、該めっき層の形成により更に電気的な接続の信頼性を高めることができる。
【００１１】
この導電性めっき層の形成は、配線パターン形成前に行うことが望ましく、これにより導電性めっき層上に自由に配線パターンを形成でき、つまり微細幅の配線パターンの形成を容易に行うことができるようになる。
無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されるインプラント材でビアホールを形成した本発明のプリント回路板は作製条件にも依るが、通常３ｍΩ／ホール未満のビアホール抵抗を有し、極めて良好な導通性が得られる。
又導電性めっき層の形成を配線パターン形成前に行う本発明方法では、導電性めっき層上に自由に配線パターンを形成でき、微細幅の配線パターンの形成が容易になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に添付図面に基づいて本発明に係るプリント回路板の製造の実施形態を説明するが、該実施形態は本発明を限定するものではない。
図１Ａ〜Ｇはプリント回路板である２−メタルＴＡＢの一連の製造工程を例示する縦断面図であり、図２は本実施態様の２−メタルＴＡＢの表面図、図３は図２の２−メタルＴＡＢのランド部分の拡大図、図４は図２の２−メタルＴＡＢの裏面図、図５は図４の２−メタルＴＡＢのランド部分の拡大図、図６は比較的厚く銅めっき層を形成した場合のプリント回路板の縦断面図、図７は比較的薄く銅めっき層を形成した場合のプリント回路板の縦断面図である。
【００１３】
上下両面に銅張り層１１を被覆したポリアミド製等の両面銅貼りポリイミドフィルム１２（図１Ａ）の図２のスプロケットホール１３に相当する個所にスプロケットホール１３をパンチングにより開口する（図１Ｂ）。次にポリイミドフィルム１２の図２のスルーホール１４に相当する個所にスルーホール１４をパンチングにより開口し、このポリイミドフィルム１２の表裏面に無酸素銅等の高耐熱性のインプラント材となる物質のフィルムを重ね、パンチングすることによりスルーホールをインプラント材１５で充填してビアホール１６とし同時にランド１７を形成する（図１Ｃ）。この状態でポリイミドフィルム１２とビアホール１６の面同士は整合している。
【００１４】
続いてこの整合面上に銅めっき層１８を形成する（図１Ｄ）。次いで銅めっき層１８面を整面し、表面側にフォトレジストを塗布し、露光及び現像を行ってマスクを作製しこのマスクを利用してエッチングを行い、ポリイミドフィルム１２表面に溝１９を形成する。更にポリイミドフィルム１２の裏面にも同様にして溝１９を形成する（図１Ｅ）。この時点で既に銅めっき層１８が被覆されているため、比較的自由に溝形成を行うことができる。
このポリイミドフィルム１２の表裏面の溝１９を充填しかつその表面から突出するようにソルダーレジスト２０を被覆し（図１Ｆ）、更にソルダーレジスト２０以外の部分に仕上げめっき層２１を形成してプリント回路板とする（図１Ｇ）。
このように作製されたプリント回路板は、ビアホールが高耐熱性のインプラント材１５であるため、繰り返し高温と低温との間で加熱及び冷却を行っても劣化が生じる可能性が小さい。
【００１５】
更に銅めっき層１８がビアホール１６との電気的接続の信頼性を担保しているため、満足できる導通性が長期間確保される。この銅めっき層１８を比較的厚く形成すると図６に示すように長期間繰り返し高温と低温との間で加熱及び冷却を行っても亀裂等が生じることは殆どないが、比較的薄く形成した場合には図７に示すように長期間繰り返し高温と低温との間で加熱及び冷却を行うと、亀裂２２が生じることがある。従って銅めっき層１８は比較的厚く、例えば１μｍ以上の厚みで形成することが望ましいが、前記亀裂はプリント回路板としての性能に決定的な悪影響を及ぼすことは殆どなく、通常の使用態様であれば問題はない。
本実施態様では、配線パターンの形成に先立ってビアホールを形成する方法を説明したが、本発明のプリント回路板は無酸素銅等の耐熱性材料をビアホールに使用する限り、この方法による製造に限定されず、図８に示した従来法で製造しても良い。
【００１６】
【実施例】
本発明によるプリント回路板製造に関する実施例を記載するが、本実施例は本発明を限定するものではない。
【００１７】
［ 実施例１ ］
３５ｍｍ幅の両面銅貼りポリイミドフィルム（ポリイミド層の厚み５０μｍ、銅箔の厚みは表裏面とも１２μｍ、新日鐵化学株式会社製の商品名：エスパネックス）をテープとして用いた。
このテープにパンチングプレス機によりスプロケットホールを開口させた。更にパンチングプレス機により直径が約１００μｍのスルーホールを開口させた。
このテープの表裏面に厚さ約１２０ｍｍのアニール無酸素銅のフィルムを重ね、再度パンチングプレスすることにより、該アニール無酸素銅を前記スルーホール中に埋め込んだ。余分な無酸素銅フィルムを除去した後、前記テープ表面に硫酸銅めっき浴を用い電流密度１０Ａ／ｄｍ２の条件で銅めっきを行い、約６μｍの銅めっき層を形成した。
【００１８】
次いで定法に従って前記テープの表裏面に、エッチングにより配線パターンを作製してプリント回路板とした。この際に既に銅めっき層が形成され、該銅めっき層を比較的自由に配線することができるため、微細な配線パターンが形成できた。
このようにして得られたプリント回路板の表裏面間のビアホールの抵抗を測定したところ、３ｍΩ／ホール未満であり、２−メタルＴＡＢ用等として十分な導通が得られた。
得られたプリント回路板に対して、２６０℃のホットオイル中に５秒間浸漬させた後、直ちに２３℃のオイル中に２０秒間浸漬するサイクルを１００サイクル繰り返すホットオイル試験を行った。試験後も、プリント回路板の表裏面の配線パターン間の接続信頼性は維持されていた。又銅めっき層には亀裂等が見られなかった。
【００１９】
［ 実施例２ ］
銅めっき層の厚みを１μｍとしたこと以外は、実施例１と同一条件でプリント回路板を作製した。
得られたプリント回路板の表裏面間のビアホールの抵抗を測定したところ、３ｍΩ／ホール未満であった。
実施例１と同一条件でホットオイル試験を行った。試験後も、プリント回路板の表裏面の配線パターン間の接続信頼性は維持されていたが、銅めっき層には亀裂が観察された。
【００２０】
［ 実施例３ ］
インプラント材として無酸素銅の代わりに、リン脱酸銅を使用したこと以外は、実施例１と同一条件でプリント回路板を作製した。
得られたプリント回路板の表裏面間のビアホールの抵抗を測定したところ、３ｍΩ／ホール未満であった。
実施例１と同一条件で行ったホットオイル試験も、プリント回路板の表裏面の配線パターン間の接続信頼性は維持され、銅めっき層には亀裂等が見られなかった。
【００２１】
［ 実施例４ ］
インプラント材として無酸素銅の代わりに、タフピッチ銅を使用したこと以外は、実施例１と同一条件でプリント回路板を作製した。
得られたプリント回路板の表裏面間のビアホールの抵抗を測定したところ、３ｍΩ／ホール未満であった。
実施例１と同一条件で行ったホットオイル試験も、プリント回路板の表裏面の配線パターン間の接続信頼性は維持され、銅めっき層には亀裂等が見られなかった。
【００２２】
［ 実施例５ ］
３５ｍｍ幅の両面銅貼りポリイミドフィルム（ポリイミド層の厚み５０μｍ、銅箔の厚みは表裏面とも１８μｍ、新日鐵化学株式会社製の商品名：エスパネックス）をテープとして用いた。
次いで定法に従って前記テープの表裏面に、エッチングにより配線パターンを作製した。この状態では前記テープの表裏面間の配線パターンは相互に電気的に接続されていない。
このテープに実施例１と同様にしてスプロケットホール及びスルーホールを開口させた。
【００２３】
このテープの表裏面に厚さ約０．１２ｍｍのアニール無酸素銅のフィルムを重ね、再度パンチングプレスすることにより、該アニール無酸素銅を前記スルーホール中に埋め込んだ。余分な無酸素銅フィルムを除去した後、前記テープ表面に硫酸銅めっき浴を用い電流密度１０Ａ／ｄｍ２の条件で銅めっきを行い、約６μｍの銅めっき層を形成してプリント回路板とした。
このようにして得られたプリント回路板の表裏面間のビアホールの抵抗を測定したところ、３ｍΩ／ホール未満であり、２−メタルＴＡＢ用等として十分な導通が得られた。
実施例１と同一条件で行ったホットオイル試験も、プリント回路板の表裏面の配線パターン間の接続信頼性は維持され、銅めっき層には亀裂等が見られなかった。
【００２４】
［ 比較例１ ］
スルーホールの直径を約１００μｍとし、アニール無酸素銅の代わりに、厚み０．１０ｍｍのスズ−銀合金材フィルムを使用して前記スルーホールを充填したこと以外は実施例５と同一条件でプリント回路板を作製した。
得られたプリント回路板の表裏面間のビアホールの抵抗を測定したところ、１０ｍΩ／ホール未満であり、前記実施例のプリント回路板の抵抗より大きかったが、２−メタルＴＡＢ用等として使用できる範囲の導通が得られた。
実施例５と同一条件でホットオイル試験を行ったところ、ビアホール中に解裂が生じ、ビアホールが十分な耐熱性を有していないことが分かった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係るプリント回路板は、絶縁性基板、該絶縁性基板に形成されたビアホール、該ビアホールに充填されたインプラント材及び前記絶縁性基板の両面に形成されかつ前記インプラント材により電気的に接続された配線パターンを含んで成るプリント回路板において、前記インプラント材が、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されることを特徴とするプリント回路板（請求項１）である。
このプリント回路板は、ビアホールが高耐熱性の、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅等で構成されるため、プリント回路板が曝され易い、繰り返し高温と低温との間で加熱及び冷却を行う条件下でも劣化が生じる可能性が小さく、耐熱性に優れたプリント回路板として長期間使用できる。
【００２６】
無酸素銅、リン脱酸銅又はタフピッチ銅は予めアニーリングを行っておくと（請求項２）、展延性が向上して充填性が良くなり高性能のプリント回路板が提供できる。
又本発明のプリント回路板では、ビアホールに充填されたインプラント材に接触するようにめっき層が形成しても良く（請求項３）、これによりプリント回路板表裏面間の配線パターン同士の導通性が更に改良される。
このめっき層は銅めっき層であることが望ましく、かつその厚みを１μｍ以上としておくと（請求項４）、亀裂等の発生を効果的に防止できる。
このプリント回路板は複数個積層して積層型のプリント回路板（請求項５）としても良い。
【００２７】
本発明方法は、絶縁性基板にスルーホールを開口し、開口したスルーホールを、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されるインプラント材で充填してビアホールを形成し、該ビアホールの両端の充填インプラント材表面を含む絶縁性基板表裏面にめっき層を形成し、次いでめっき層上に配線パターンを形成することを特徴とするプリント回路板の製造方法（請求項６）である。
本発明方法では配線パターンの形成に先立ってビアホールを形成しているため、つまり導電性めっき層上に自由に配線パターンを形成できるため、微細幅の配線パターンの形成を容易に行うことができるようになり、インプラント材を、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅等の高耐熱性材料とすることことにより、自由な配線パターン形成とともに、高耐熱性プリント回路板の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａ〜Ｇはプリント回路板である２−メタルＴＡＢの一連の製造工程を例示する縦断面図。
【図２】実施態様の２−メタルＴＡＢの表面図。
【図３】図２の２−メタルＴＡＢのランド部分の拡大図。
【図４】実施態様の２−メタルＴＡＢの裏面図。
【図５】図４の２−メタルＴＡＢのランド部分の拡大図。
【図６】比較的厚く銅めっき層を形成した場合のプリント回路板の縦断面図。
【図７】比較的薄く銅めっき層を形成した場合のプリント回路板の縦断面図。
【図８】表裏面に配線パターンを有するプリント回路板の従来の製造工程を示すフローチャート。
【符号の説明】
１１ 銅張り層
１２ ポリイミドフィルム
１３ スプロケットホール
１４ スルーホール
１５ インプラント材
１６ ビアホール
１７ ランド
１８ 銅めっき層
１９ 溝
２０ ソルダーレジスト
２１ 仕上げめっき層
２２ 亀裂
【発明が属する技術分野】
本発明は、プリント回路板及びその製造方法に関し、より詳細には形成されるスルーホールに耐熱性のインプラント材を充填してビアホールを構成した耐熱性に優れたプリント回路板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表裏面に導体層（配線パターン）を有する回路板として種々のものが使用されている。具体的には、基板にフレキシブルなポリイミド樹脂等を用いたＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ） テープ、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ） 、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ ）、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の他に、ガラスエポキシ等のリジッドな基板を使用した多層配線板等がある。
この表裏面に配線パターンを有するプリント回路板は、例えば図８のフローチャートに示す従来の製造工程により製造される。
【０００３】
まず両面銅貼りポリイミドフィルム製テープの所定個所にプレスによりスプロケットホールを形成する。次いでポリイミドテープの表面側を整面した後に配線パターンに対応するように該フィルムの表面側にフォトレジストを塗布し露光及び現像を行ってエッチングマスクを作製し、このマスクを使用してフィルム表面の銅のエッチングを行って配線パターンを形成する。続いてポリイミドテープの裏面側も同様にして、整面−フォトレジスト塗布−露光−現像−エッチングを行って配線パターンを形成する。
このようにして配線パターンが表裏面に形成されたポリイミドテープの所定個所にパンチングプレス機によりスルーホールを開口させる。次いでポリイミドテープの表裏面に、例えばスズ−銀材合金やスズ−銅合金材を重ね、再度パンチングプレスすることにより、該スズ−銀材合金を前記スルーホール中に埋め込み、更にパンチングプレス機で加締めることにより表裏面の配線パターンを電気的に接続する。直径１００μｍ程度のスルーホールではスズ−銀合金材を埋め込むことにより、理想的な電気的接続のプリント回路板が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのようにして得られたインプラント材がスズ−銀合金材やスズ−銅材合金であるプリント回路板は耐熱性が劣り、加熱及び冷却のサイクルを繰り返すとビアホールに不良が発生し易く、表裏面間の配線パターンの接続信頼性に欠けるという欠点がある。更にスズ−銀合金材やスズ−銅合金材の融点が比較的低く、融点以上の温度に加熱される際の劣化の問題も残されている。これらの合金が充填されたビアホールの両端にニッケル下地金めっきを行って耐熱性を改良することも試みられているが、必ずしも十分とは言い難く、又スルーホールの直径やインプラント材の種類に依っては満足できる結果が得られることがあるが、めっき材料がニッケル下地金めっきに限定されると、用途に依っては他のめっき材料を使用することが望ましい場合があるにもかかわらず、所望のめっき材料が使用できなくなり、製品の自由度が低下するという問題点がある。
【０００５】
ニッケル下地金めっきによる耐熱性向上を十分に行うためにはめっき厚を厚くしなければならず、従って配線パターンの幅が広くなり、要求される配線パターンの微細化に対応できないという欠点がある。
そのため本発明者らは、スルーホールを充填するインプラント材の材質を種々検討して耐熱性に優れたプリント回路板を提供できる本発明の到達したものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプリント回路板は、絶縁性基板、該絶縁性基板に形成されたビアホール、該ビアホールに充填されたインプラント材及び前記絶縁性基板の両面に形成されかつ前記インプラント材により電気的に接続された配線パターンを含んで成るプリント回路板において、前記インプラント材が、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されることを特徴とするプリント回路板であり、本発明方法は、絶縁性基板にスルーホール（基本的に本発明では、開口した状態をスルーホールと称し、インプラント材で充填された状態をビアホールと称する）を開口し、開口したスルーホールを、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されるインプラント材で充填してビアホールを形成し、該ビアホールの両端の充填インプラント材表面を含む絶縁性基板表裏面にめっき層を形成し、次いでめっき層上に配線パターンを形成することを特徴とするプリント回路板の製造方法である。
【０００７】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明は、インプラント材として耐熱性の優れた無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅を単独で又はこれらを組み合わせて、あるいは比較的少量の他の材料と組み合わせて使用することを特徴とする。
ここで無酸素銅とは水素脆化を防ぐために酸素の含有量を０．００５％以下にしたものを言う。無酸素銅は、ＯＦＨＣ（ｏｘｙｇｅｎ ｆｒｅｅ ｈｉｇｈ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｃｏｐｐｅｒ）と称され、真空溶解炉や還元雰囲気の誘導炉等で製造できる。
【０００８】
リン脱酸銅とは、酸素含有量が極端に低い銅で、酸素をＰ２Ｏ５などの酸化物として脱酸し、僅かにリンが残った銅をいう。
更にタフピッチ銅とは、Ｃｕ２Ｏとして微量（０．０２〜０．０５％）の酸素を含んだ銅で、電気銅を反射炉で融解精製して酸素を０．０２％程度残し、Ａｓ、Ｓｂ及びＰなどの不純物を酸化物として固溶体外に出した精製銅を言う。
これらの銅は通常０〜０．０５％程度の酸素と他の若干の不純物を含有し、従来スルーホールの充填に使用されていたスズ−銀合金材やスズ−銅合金材と比較して耐熱性が高く、ハンダボール搭載時のリフロー温度である２６０℃におけるプリント回路板の耐熱性を向上させる。そして予め焼鈍しを行ったアニール無酸素銅、アニールリン脱酸銅又はアニールタフピッチ銅を使用すると、更に効果が増大する。
【０００９】
スルーホール形成はパンチングにより行うことが簡便であり、最も望ましいが、ドリルやレーザー光を用いて行っても良い。レーザー光を用いると、レーザー光の熱により発生するスミアの除去が必要になる。
前記インプラント材はどのようにしてスルーホールに充填しても良いが、従来と同じようにスルーホール形成に使用したものと同じパンチングプレス機やパンチング金型等を使用してパンチングで充填することが望ましい。この他に、スクリーン印刷機を用いても良い。
スルーホール形成とインプラント材充填を単一のパンチング操作で行うと、形成されるビアホールの先端が丸くなる傾向があり、導通信頼性に劣ることになりやすいため、一旦スルーホールを形成した後、該スルーホールへインプラント材を充填することが望ましい。
【００１０】
又本発明で使用するプリント回路板本体は、通常のプリント回路板で基板として使用される材質のものを制限無く使用でき、例えばポリイミド樹脂の使用が望ましい。又配線パターンの材質や形成方法は特に制限されず、銅張り層を整面し、フォトレジストの塗布によるマスキング、露光、現像、及びエッチングによって所望の配線パターンを作成すれば良い。
生成するスルーホールの数は電気的接続を必要とする配線パターンの数や位置関係に依存し、その径は十分な電気的接続が確保される範囲でなるべく小さくすることが望ましい。
本発明では配線パターンとなる銅箔等の表面に導電性めっき層例えば銅めっき層を被覆することが望ましく、該めっき層の形成により更に電気的な接続の信頼性を高めることができる。
【００１１】
この導電性めっき層の形成は、配線パターン形成前に行うことが望ましく、これにより導電性めっき層上に自由に配線パターンを形成でき、つまり微細幅の配線パターンの形成を容易に行うことができるようになる。
無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されるインプラント材でビアホールを形成した本発明のプリント回路板は作製条件にも依るが、通常３ｍΩ／ホール未満のビアホール抵抗を有し、極めて良好な導通性が得られる。
又導電性めっき層の形成を配線パターン形成前に行う本発明方法では、導電性めっき層上に自由に配線パターンを形成でき、微細幅の配線パターンの形成が容易になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に添付図面に基づいて本発明に係るプリント回路板の製造の実施形態を説明するが、該実施形態は本発明を限定するものではない。
図１Ａ〜Ｇはプリント回路板である２−メタルＴＡＢの一連の製造工程を例示する縦断面図であり、図２は本実施態様の２−メタルＴＡＢの表面図、図３は図２の２−メタルＴＡＢのランド部分の拡大図、図４は図２の２−メタルＴＡＢの裏面図、図５は図４の２−メタルＴＡＢのランド部分の拡大図、図６は比較的厚く銅めっき層を形成した場合のプリント回路板の縦断面図、図７は比較的薄く銅めっき層を形成した場合のプリント回路板の縦断面図である。
【００１３】
上下両面に銅張り層１１を被覆したポリアミド製等の両面銅貼りポリイミドフィルム１２（図１Ａ）の図２のスプロケットホール１３に相当する個所にスプロケットホール１３をパンチングにより開口する（図１Ｂ）。次にポリイミドフィルム１２の図２のスルーホール１４に相当する個所にスルーホール１４をパンチングにより開口し、このポリイミドフィルム１２の表裏面に無酸素銅等の高耐熱性のインプラント材となる物質のフィルムを重ね、パンチングすることによりスルーホールをインプラント材１５で充填してビアホール１６とし同時にランド１７を形成する（図１Ｃ）。この状態でポリイミドフィルム１２とビアホール１６の面同士は整合している。
【００１４】
続いてこの整合面上に銅めっき層１８を形成する（図１Ｄ）。次いで銅めっき層１８面を整面し、表面側にフォトレジストを塗布し、露光及び現像を行ってマスクを作製しこのマスクを利用してエッチングを行い、ポリイミドフィルム１２表面に溝１９を形成する。更にポリイミドフィルム１２の裏面にも同様にして溝１９を形成する（図１Ｅ）。この時点で既に銅めっき層１８が被覆されているため、比較的自由に溝形成を行うことができる。
このポリイミドフィルム１２の表裏面の溝１９を充填しかつその表面から突出するようにソルダーレジスト２０を被覆し（図１Ｆ）、更にソルダーレジスト２０以外の部分に仕上げめっき層２１を形成してプリント回路板とする（図１Ｇ）。
このように作製されたプリント回路板は、ビアホールが高耐熱性のインプラント材１５であるため、繰り返し高温と低温との間で加熱及び冷却を行っても劣化が生じる可能性が小さい。
【００１５】
更に銅めっき層１８がビアホール１６との電気的接続の信頼性を担保しているため、満足できる導通性が長期間確保される。この銅めっき層１８を比較的厚く形成すると図６に示すように長期間繰り返し高温と低温との間で加熱及び冷却を行っても亀裂等が生じることは殆どないが、比較的薄く形成した場合には図７に示すように長期間繰り返し高温と低温との間で加熱及び冷却を行うと、亀裂２２が生じることがある。従って銅めっき層１８は比較的厚く、例えば１μｍ以上の厚みで形成することが望ましいが、前記亀裂はプリント回路板としての性能に決定的な悪影響を及ぼすことは殆どなく、通常の使用態様であれば問題はない。
本実施態様では、配線パターンの形成に先立ってビアホールを形成する方法を説明したが、本発明のプリント回路板は無酸素銅等の耐熱性材料をビアホールに使用する限り、この方法による製造に限定されず、図８に示した従来法で製造しても良い。
【００１６】
【実施例】
本発明によるプリント回路板製造に関する実施例を記載するが、本実施例は本発明を限定するものではない。
【００１７】
［ 実施例１ ］
３５ｍｍ幅の両面銅貼りポリイミドフィルム（ポリイミド層の厚み５０μｍ、銅箔の厚みは表裏面とも１２μｍ、新日鐵化学株式会社製の商品名：エスパネックス）をテープとして用いた。
このテープにパンチングプレス機によりスプロケットホールを開口させた。更にパンチングプレス機により直径が約１００μｍのスルーホールを開口させた。
このテープの表裏面に厚さ約１２０ｍｍのアニール無酸素銅のフィルムを重ね、再度パンチングプレスすることにより、該アニール無酸素銅を前記スルーホール中に埋め込んだ。余分な無酸素銅フィルムを除去した後、前記テープ表面に硫酸銅めっき浴を用い電流密度１０Ａ／ｄｍ２の条件で銅めっきを行い、約６μｍの銅めっき層を形成した。
【００１８】
次いで定法に従って前記テープの表裏面に、エッチングにより配線パターンを作製してプリント回路板とした。この際に既に銅めっき層が形成され、該銅めっき層を比較的自由に配線することができるため、微細な配線パターンが形成できた。
このようにして得られたプリント回路板の表裏面間のビアホールの抵抗を測定したところ、３ｍΩ／ホール未満であり、２−メタルＴＡＢ用等として十分な導通が得られた。
得られたプリント回路板に対して、２６０℃のホットオイル中に５秒間浸漬させた後、直ちに２３℃のオイル中に２０秒間浸漬するサイクルを１００サイクル繰り返すホットオイル試験を行った。試験後も、プリント回路板の表裏面の配線パターン間の接続信頼性は維持されていた。又銅めっき層には亀裂等が見られなかった。
【００１９】
［ 実施例２ ］
銅めっき層の厚みを１μｍとしたこと以外は、実施例１と同一条件でプリント回路板を作製した。
得られたプリント回路板の表裏面間のビアホールの抵抗を測定したところ、３ｍΩ／ホール未満であった。
実施例１と同一条件でホットオイル試験を行った。試験後も、プリント回路板の表裏面の配線パターン間の接続信頼性は維持されていたが、銅めっき層には亀裂が観察された。
【００２０】
［ 実施例３ ］
インプラント材として無酸素銅の代わりに、リン脱酸銅を使用したこと以外は、実施例１と同一条件でプリント回路板を作製した。
得られたプリント回路板の表裏面間のビアホールの抵抗を測定したところ、３ｍΩ／ホール未満であった。
実施例１と同一条件で行ったホットオイル試験も、プリント回路板の表裏面の配線パターン間の接続信頼性は維持され、銅めっき層には亀裂等が見られなかった。
【００２１】
［ 実施例４ ］
インプラント材として無酸素銅の代わりに、タフピッチ銅を使用したこと以外は、実施例１と同一条件でプリント回路板を作製した。
得られたプリント回路板の表裏面間のビアホールの抵抗を測定したところ、３ｍΩ／ホール未満であった。
実施例１と同一条件で行ったホットオイル試験も、プリント回路板の表裏面の配線パターン間の接続信頼性は維持され、銅めっき層には亀裂等が見られなかった。
【００２２】
［ 実施例５ ］
３５ｍｍ幅の両面銅貼りポリイミドフィルム（ポリイミド層の厚み５０μｍ、銅箔の厚みは表裏面とも１８μｍ、新日鐵化学株式会社製の商品名：エスパネックス）をテープとして用いた。
次いで定法に従って前記テープの表裏面に、エッチングにより配線パターンを作製した。この状態では前記テープの表裏面間の配線パターンは相互に電気的に接続されていない。
このテープに実施例１と同様にしてスプロケットホール及びスルーホールを開口させた。
【００２３】
このテープの表裏面に厚さ約０．１２ｍｍのアニール無酸素銅のフィルムを重ね、再度パンチングプレスすることにより、該アニール無酸素銅を前記スルーホール中に埋め込んだ。余分な無酸素銅フィルムを除去した後、前記テープ表面に硫酸銅めっき浴を用い電流密度１０Ａ／ｄｍ２の条件で銅めっきを行い、約６μｍの銅めっき層を形成してプリント回路板とした。
このようにして得られたプリント回路板の表裏面間のビアホールの抵抗を測定したところ、３ｍΩ／ホール未満であり、２−メタルＴＡＢ用等として十分な導通が得られた。
実施例１と同一条件で行ったホットオイル試験も、プリント回路板の表裏面の配線パターン間の接続信頼性は維持され、銅めっき層には亀裂等が見られなかった。
【００２４】
［ 比較例１ ］
スルーホールの直径を約１００μｍとし、アニール無酸素銅の代わりに、厚み０．１０ｍｍのスズ−銀合金材フィルムを使用して前記スルーホールを充填したこと以外は実施例５と同一条件でプリント回路板を作製した。
得られたプリント回路板の表裏面間のビアホールの抵抗を測定したところ、１０ｍΩ／ホール未満であり、前記実施例のプリント回路板の抵抗より大きかったが、２−メタルＴＡＢ用等として使用できる範囲の導通が得られた。
実施例５と同一条件でホットオイル試験を行ったところ、ビアホール中に解裂が生じ、ビアホールが十分な耐熱性を有していないことが分かった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係るプリント回路板は、絶縁性基板、該絶縁性基板に形成されたビアホール、該ビアホールに充填されたインプラント材及び前記絶縁性基板の両面に形成されかつ前記インプラント材により電気的に接続された配線パターンを含んで成るプリント回路板において、前記インプラント材が、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されることを特徴とするプリント回路板（請求項１）である。
このプリント回路板は、ビアホールが高耐熱性の、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅等で構成されるため、プリント回路板が曝され易い、繰り返し高温と低温との間で加熱及び冷却を行う条件下でも劣化が生じる可能性が小さく、耐熱性に優れたプリント回路板として長期間使用できる。
【００２６】
無酸素銅、リン脱酸銅又はタフピッチ銅は予めアニーリングを行っておくと（請求項２）、展延性が向上して充填性が良くなり高性能のプリント回路板が提供できる。
又本発明のプリント回路板では、ビアホールに充填されたインプラント材に接触するようにめっき層が形成しても良く（請求項３）、これによりプリント回路板表裏面間の配線パターン同士の導通性が更に改良される。
このめっき層は銅めっき層であることが望ましく、かつその厚みを１μｍ以上としておくと（請求項４）、亀裂等の発生を効果的に防止できる。
このプリント回路板は複数個積層して積層型のプリント回路板（請求項５）としても良い。
【００２７】
本発明方法は、絶縁性基板にスルーホールを開口し、開口したスルーホールを、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されるインプラント材で充填してビアホールを形成し、該ビアホールの両端の充填インプラント材表面を含む絶縁性基板表裏面にめっき層を形成し、次いでめっき層上に配線パターンを形成することを特徴とするプリント回路板の製造方法（請求項６）である。
本発明方法では配線パターンの形成に先立ってビアホールを形成しているため、つまり導電性めっき層上に自由に配線パターンを形成できるため、微細幅の配線パターンの形成を容易に行うことができるようになり、インプラント材を、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅等の高耐熱性材料とすることことにより、自由な配線パターン形成とともに、高耐熱性プリント回路板の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａ〜Ｇはプリント回路板である２−メタルＴＡＢの一連の製造工程を例示する縦断面図。
【図２】実施態様の２−メタルＴＡＢの表面図。
【図３】図２の２−メタルＴＡＢのランド部分の拡大図。
【図４】実施態様の２−メタルＴＡＢの裏面図。
【図５】図４の２−メタルＴＡＢのランド部分の拡大図。
【図６】比較的厚く銅めっき層を形成した場合のプリント回路板の縦断面図。
【図７】比較的薄く銅めっき層を形成した場合のプリント回路板の縦断面図。
【図８】表裏面に配線パターンを有するプリント回路板の従来の製造工程を示すフローチャート。
【符号の説明】
１１ 銅張り層
１２ ポリイミドフィルム
１３ スプロケットホール
１４ スルーホール
１５ インプラント材
１６ ビアホール
１７ ランド
１８ 銅めっき層
１９ 溝
２０ ソルダーレジスト
２１ 仕上げめっき層
２２ 亀裂
Claims (6)
- 絶縁性基板、該絶縁性基板に形成されたビアホール、該ビアホールに充填されたインプラント材及び前記絶縁性基板の両面に形成されかつ前記インプラント材により電気的に接続された配線パターンを含んで成るプリント回路板において、前記インプラント材が、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されることを特徴とするプリント回路板。
- 無酸素銅、リン脱酸銅又はタフピッチ銅がそれぞれアニール無酸素銅、アニールリン脱酸銅又はアニールタフピッチ銅である請求項１に記載のプリント回路板。
- ビアホールに充填されたインプラント材に接触するようにめっき層が形成された請求項１又は２に記載のプリント回路板。
- めっき層が厚みが１μｍ以上の銅めっき層である請求項３に記載のプリント回路板。
- 絶縁性基板、該絶縁性基板に形成されたビアホール、該ビアホールを充填する無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されるインプラント材及び前記絶縁性基板の両面に形成されかつ前記インプラント材により電気的に接続された配線パターンを含んで成る単位プリント回路板を複数個積層したことを特徴とする積層プリント回路板。
- 絶縁性基板にスルーホールを開口し、開口したスルーホールを、無酸素銅、リン脱酸銅及びタフピッチ銅から成る群から選択されるインプラント材で充填してビアホールを形成し、該ビアホールの両端の充填インプラント材表面を含む絶縁性基板表裏面にめっき層を形成し、次いでめっき層上に配線パターンを形成することを特徴とするプリント回路板の製造方法。
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