JP3892209B2

JP3892209B2 - プリント配線板およびその製造方法

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Publication number: JP3892209B2
Application number: JP2000187955A
Authority: JP
Inventors: 賢司笹岡
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: JP2002009441A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線層が４層以上存在するプリント配線板およびその製造方法に係り、特に、配線層同士の電気的接続（層間接続）や配線パターン形成の高信頼性化を図り製造歩留まり、生産性などを向上できるプリント配線板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型軽量化への要求に伴い、それらの機器を構成する各種の電子部品も小型軽量、高機能化が著しい。その中で、半導体部品においては電気的接続部に多ピン狭ピッチ化と面領域で接続を図るいわゆるエリアアレー化が進展している。
【０００３】
電子機器においては、所定の機能を持たせるため複数の電子部品でこれを構成するが、電子部品の実装にはプリント配線板の使用が必要不可欠と言える。この重要な部品であるプリント配線板も、電子部品の小型軽量化、半導体部品の多ピン狭ピッチ化・エリアアレー化の進展に伴い、貫通孔（スルーホール）をあけその内面へのメッキで層間接続を行うスルーホール方式のプリント配線板では、実装密度にむだが生ずるなどのため対応し切れなくなりつつある。
【０００４】
このため用いられているスルーホール以外の層間接続を有する従来の多層プリント配線板の例について図８を参照して説明する。同図は、ビルドアップ方式のプリント配線板の製造プロセスフローを模式的に示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に工程が進行するものである。
【０００５】
まず、同図（ａ）に示すようにコア板７１の両面に導電パターン７２を形成しさらに必要に応じスルーホール７３をこれらの層間接続として設ける。次に、同図（ｂ）に示すように、スルーホール７３を絶縁樹脂７４で穴埋めするとともに、絶縁層７５をコア板７１上に積み重ねて形成する。ここで、層間接続部のためのビアホール７６を必要に応じ絶縁層７５に設ける。このためには、感光性樹脂を使用してフォトリソグラフにより形成する方法や、絶縁層７５形成後にレーザー加工により穴をあける方法などを用いることができる。
【０００６】
さらに、同図（ｃ）に示すように、導電層７７を形成・パターニングする。導電層７７の形成には、メッキを用いることができる。パターニングには、エッチングを用いることができる。メッキにより、ビアホール７６に層間接続となるビア７９を形成する。
【０００７】
さらに多層化する場合には、同図（ｄ）に示すように導電層７７上に絶縁層７８を積層し、このあと同様に導電層を形成・パターニングする。すなわち、同図（ｃ）のプロセスと（ｄ）のプロセスとを繰り返すことでより多層のプリント配線板が製造される。
【０００８】
このような多層プリント配線板では、内層同士の層間接続のためのスルーホールが少なくとも必要なくなり、スルーホール基板に比較してプリント配線板の外側の面における部品実装密度を増加させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような多層プリント配線板は、製造方法としてコア板の上に順次絶縁層と導体層とを形成していく方法であることに変わりがなく、製造歩留まりや生産性などの観点からは改善すべき事項が存在する。
【００１０】
すなわち、個々の積層工程が必ずしも単純な工程とは言えず、プリント配線板の多層化に比例してこのような工程が累積する。このため、完成品の総合的な歩留まりは各層の形成工程歩留まりの積となり、歩留まり劣化の要因となる。特に、メッキによるビアの形成は、メッキ厚の均一性確保が難しく層間接続の不良の原因となりやすいのみならず、メッキ厚の不均一により、配線パターンのエッチングによる形成も精密性を欠き歩留まり劣化の要因になる。また、順次積み上げるため並行して行う工程がなく生産性の向上も困難である。さらに、コア板のスルーホールの穴埋め工程という特別の工程を要する。これらのため、一般的には、低価格化が難しいなどである。
【００１１】
また、製造されたプリント配線板の外側の一面にはビアが存在しその部位には部品実装のためのランドを設けられない。このため、部品実装効率、配線効率を向上するという意味ではまだ余地を有しているとも言える。
【００１２】
本発明は、上記した事情を考慮してなされたもので、配線層が４層以上存在するプリント配線板およびその製造方法において、配線層同士の電気的接続の高信頼性化およびパターン形成の高信頼性化を図り製造歩留まり、生産性などを向上できるとともに部品実装の密度、配線密度をさらに向上できるプリント配線板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るプリント配線板は、第１の面と第２の面とを有する第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層の前記第１の面に設けられた、層状の導電体を有する第１の配線層と、前記層状の導電体に達する前記第１の絶縁層を貫く孔に充填されかつこの孔より前記第１の絶縁層の前記第２の面側にはみ出す導電性組成物と、前記第１の絶縁層の前記第２の面に設けられた、前記導電性組成物に電気的に接続する第２の配線層とをそれぞれ有し互いに層状に配置された２以上のプリント配線板部と、前記２以上のプリント配線板部それぞれの間に挟まれた１以上の第２の絶縁層とを具備し、前記２以上のプリント配線板部それぞれの前記第１、第２の配線層のうち前記１以上の第２の絶縁層に接していない配線層が前記第１の配線層となる配置であることを特徴とする。
【００１５】
層間接続は、配線層を隔てる絶縁層に形成される孔に充填された導電性組成物によりなされる。メッキ工程を用いる必要がないので、層間接続の信頼性を向上する。配線層のパターニングは、この層間接続とは関係なく、均一厚に製造可能である金属層に対して行うことができ、このためより微細なパターンも高歩留まりで形成可能となる。
【００１６】
これらにより、配線層同士の電気的接続の高信頼性化およびパターン形成の高信頼性化を図り、製造歩留まりを向上できる。
【００１７】
ここで、第１の絶縁層には、ガラスエポキシのようなリジッドな材料、ポリイミドのようなフレキシブルな材料いずれも用いることができる。また、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂のような樹脂単体のシートのほか、ガラスクロス入りポリイミド、ガラスクロス入りビスマレイミドトリアジン樹脂、ガラスクロス入りＰＰＥ樹脂などのガラスクロス入り樹脂材料や、アラミド繊維入りエポキシ樹脂などの有機繊維入り樹脂材料、エポキシフィラー入りエポキシ樹脂などのフィラー入り樹脂材料などを用いることができる。金属層には、例えばＣｕ箔を用いることができる。導電性組成物には、例えば銀微粒子を分散させた導電性ペーストを用いることができる。これらは、以下の説明でも同様である。
【００１９】
また、このプリント配線板は、４層以上の配線層を有することになるが、プリント配線板部それぞれは別個に並行して製造することができる。したがって、上記のほか、部分ごとの並行製造により生産性を向上することができる。
【００２０】
また、部分ごとに電気的・光学的検品をすることが可能であり、良品のみの組み合わせにより製造できるので、歩留まりも向上する。さらに、このように積層されたプリント配線板の外側の面には、導電性組成物のはみ出しがなくパターニングされた金属層のみ存在するので、部品実装のためのランド位置に制限がなく部品実装の密度、配線密度をさらに向上することが可能となる。
【００２１】
なお、このようなプリント配線板を電子機器に適用すれば配線の自由度が高いのでパターン設計時間の短縮もなされ得る。
【００２２】
ここで、第２の絶縁層には、例えば、ガラスエポキシからなるプリプレグを用いることができる。これは以下でも同様である。
【００２５】
また、前記１以上の第２の絶縁層を貫通して、該第２の絶縁層に接する前記２以上のプリント配線板部の前記第１または第２の配線層同士が電気的接続される導電ピラーをさらに具備することを特徴とする。
【００２６】
このプリント配線板によれば、上記の作用、効果を有するとともに、隣り合う配線層の層間接続をその他の配線層の配線やランド位置とは独立して設けることができる。すなわち、スルーホールの形成は全く必要なくなり、したがって、プリント配線板の外面の部品実装密度、配線密度をさらに向上することが可能になる。
【００３７】
また、本発明に係るプリント配線板の製造方法は、両主面に金属層を有する絶縁層の前記金属層をエッチング加工して一方の絶縁層面のものには前記絶縁層を露出する第１の孔を含むよう導電パターンを形成する工程と、前記形成された導電パターンの前記第１の孔に連続して前記金属層のうち他方の絶縁層面のものに達する第２の孔を前記絶縁層に形成する工程と、前記形成された連続する第１および第２の孔に導電性組成物を充填し前記両方の金属層の電気的接続部分を形成する工程とにより得られるプリント配線板部を少なくとも２枚準備するステップと、前記少なくとも２枚のプリント配線板部それぞれの間に挟まれるように第２の絶縁層を積層・一体化するステップとを具備し、前記少なくとも２枚のプリント配線板部それぞれの前記金属層のうち前記第２の絶縁層に接しないことになる金属層が前記第１の孔が形成されない金属層である配置で前記積層がなされることを特徴とする。
【００３８】
この製造方法によれば、層間接続は、配線層を隔てる絶縁層に形成される孔に充填された導電性組成物によりなされる。メッキ工程を用いる必要がないので、層間接続の信頼性を向上する。配線層のパターニングは、この層間接続とは関係なく、均一厚に製造可能である金属層に対してエッチングにより行うことができ、このためより微細なパターンも高歩留まりで形成可能となる。
【００３９】
これらにより、配線層同士の電気的接続の高信頼性化およびパターン形成の高信頼性化を図り、製造歩留まりを向上できる。また、このように積層されたプリント配線板の外側の面には、導電性組成物のはみ出しがないので、部品実装のためのランド位置に制限がなく部品実装の密度、配線密度をさらに向上することが可能となる。
【００４０】
形成された連続する第１および第２の孔に導電性組成物を充填し電気的接続部分を形成する工程は、例えば、その孔に相当する位置に印刷のための開口部を有するスクリーン版を用いたスクリーン印刷により達成することができる。また、スクリーン印刷に代えてディスペンサーによる方法を使用してもよい。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００４７】
図１は、本発明の前提となる２層のプリント配線板を製造プロセスフローとともに模式的に示す断面図である。同図の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に工程が進行する。
【００４８】
まず、同図（ａ）に示すように、両面に金属層（この例では１８μｍ厚のＣｕ箔）１２、１３を有する絶縁層（この例では１００μｍ厚のガラスエポキシ板）１１を用意する。次に、同図（ｂ）に示すように、両面の金属層１２、１３をエッチング加工して必要な配線等のパターンを形成する。このとき、通常のパターン１２ｂ、１３ｂのほかに層間接続を行う部分としてのパターン１２ａ、１３ａ（この例では直径３００μｍのほぼ円形状）も位置を合わせて同時に形成する。なお、一方の面のパターン１３ａには、その内側に孔１４（この例では直径１００μｍ）が形成される。これも、エッチングにより同時に形成される。なお、説明を分かりやすくするため、孔１４は実際より大きく描いてある。
【００４９】
次に、同図（ｃ）に示すように、孔１４をマスクとして、例えば炭酸ガスレーザにより絶縁層１１に孔１５を形成する。この孔１５は、絶縁層１１を貫きパターン１２ａに達するものである。ここまでの工程で用いられるのは、エッチング加工、レーザ加工のみであり、また、エッチング加工はレーザ加工のためのマスク形成工程にもなっているので効率的に行うことが可能である。また、エッチング加工は、もともと均一厚に加工されている金属層に対して行うので、微細なパターンを高歩留まりで形成できる。なお、レーザ加工に代えてＮＣマシーンにより機械加工することもできる。
【００５０】
さらに、同図（ｄ）に示すように、形成された孔１５に導電性ペースト（この例では銀ペースト）１６をスクリーン印刷で充填する。この例では、スクリーン印刷は、インチ当たり３２５本のステンレススクリーンに１０μｍの乳剤を塗布したスクリーン版を使用する。また、銀ペーストには銀スルーホール用のものを用い、スクリーン版を擦るスキージには平スキージを用いる。これにより、パターン１３ａに５〜１５μｍ厚のはみ出し部分が形成されるまで、孔１５に導電性ペースト１６が充填され、パターン１３ａとパターン１２ａとの良好な層間接続が形成される。
【００５１】
なお、このような孔１５への導電性ペーストの充填は、スクリーン印刷以外の方法を使用してもよい。例えば、ディスペンサーによる方法を用いることができる。これは、以下でも同様である。
【００５２】
以上のようにして、２層のプリント配線板２５を得ることができる。
【００５３】
次に、本発明の一実施形態に係るプリント配線板について図２を参照して説明する。同図は、本発明の一実施形態に係るプリント配線板を製造プロセスフローとともに模式的に示す断面図であり、すでに説明した構成要素には同一番号を付して説明する。同図の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に工程が進行する。
【００５４】
このプリント配線板は、上記で説明した２層のプリント配線板２５を２枚用いて４層のプリント配線板にしたものである。
【００５５】
まず、同図（ａ）に示すように、図１に示したプロセスにより製造されたプリント配線板２５を用意する。なお、この図（ａ）では図１（ｄ）とは上下反対にして示してある。
【００５６】
次に、同図（ｂ）に示すように、導電性ペースト１６のうち必要な部位のものの上に導電性バンプ２１を形成する。導電性バンプ２１の形成は、例えば、導電性ペースト（例えば銀微粒子を分散させたペースト）をスクリーン印刷することにより行うことができる。なお、導電性バンプ２１の形成は、パターン１３ｂのように層間接続を直下に有しないものの上であってもよい。
【００５７】
次に、同図（ｃ）に示すように、セミキュア状態のプリプレグ（この例ではガラスエポキシ製）２２を導電性バンプ２１に貫通させて積層する。
【００５８】
さらに、同図（ｄ）に示すように、もう１枚のプリント配線板２５ａを、その導電性ペースト１６が内側になるようにかつ導電性バンプ２１が層間接続（導電ピラー）となるようにその上に積層する。このとき、加熱・加圧して積層することでプリプレグ２２が硬化するとともに導電性バンプ２１の頭部がつぶれ層間接続がなされる。
【００５９】
以上により、４層のプリント配線板を得ることができる。
【００６０】
この例では、第１のプリント配線板２５と第２のプリント配線板２５ａとは別個に並行して製造することができる。したがって、ビルドアップ基板と異なり部分ごとの並行製造により生産性を向上することができる。
【００６１】
また、このような部分ごとに電気的・光学的検品をすることが可能であり、良品のみの組み合わせにより製造できるので、歩留まりも向上する。さらに、このように積層されたプリント配線板の外側の面には、導電性ペースト１６のはみ出しがなくパターニングされた金属層のみ存在するので（いわゆるパッドオンビア構造になる。）、部品実装のためのランド位置に制限がなく部品実装の密度、配線密度をさらに向上することが可能となる。
【００６２】
さらに、このようなプリント配線板を電子機器に適用すれば配線の自由度が高いのでパターン設計時間の短縮もなされ得る。
【００６３】
なお、この例におけるプリント配線板の変形例として、図３に示すような形態をとることもできる。同図は、本発明の別の実施形態に係るプリント配線板を模式的に示す断面図であり、すでに説明した構成要素には同一番号を付してある。
【００６４】
この例は、内層同士の層間接続に導電性バンプ２１を用いないものであって、プリプレグ２２を貫通して必要な層間接続をスルーホール３０２の内面に形成された導電体のメッキ３０１によりなすものである。スルーホール３０２の形成には、全体の積層を終えてからドリルで貫通孔をあけることにより行うことができる。メッキ３０１には、銅メッキを用いることができる。
【００６５】
このようなスルーホール３０２とメッキ３０１であっても、任意の必要な層間接続を達成できる。図３においては、最上の配線層、２番目の配線層、最下の配線層を接続するものが例として示されている。
【００８５】
次に、本発明のさらに別の実施形態に係るプリント配線板について図７を参照して説明する。同図は、本発明のさらに別の実施形態に係るプリント配線板を模式的に示す断面図であり、すでに説明した構成要素には同一番号を付してある。
【００８６】
このプリント配線板は、上記で説明した２層のプリント配線板２５を３枚用いて６層のプリント配線板にしたものである。
【００８７】
製造方法としては、同図（ａ）に示すように、図１に示したプロセスにより製造されたプリント配線板２５、およびこれに必要な導電性バンプ２１が形成されたもの２枚（２５ａ、２５ｃ）を用意する。そして、最外の配線層には導電性ペースト１６のはみ出しがない層が配置されるようにし、プリント配線板２５、２５ｂ、２５ｃの間にはセミキュア状態のプリプレグ６１ａ、６１ｂを配置する。
【００８８】
これらの配置を加熱・加圧して積層する。これにより、図７（ｂ）に示すように、プリプレグ６１ａ、６１ｂが硬化するとともにこれらを貫通した導電性バンプ２１の頭部がつぶれ層間接続がなされる。
【００８９】
これにより、６層の配線層のプリント配線板を得ることができる。
【００９０】
この例でも、第１のプリント配線板２５と第２のプリント配線板２５ｂ、第３のプリント基板２５ｃとは別個に並行して製造することができる。したがって、ビルドアップ基板と異なり部分ごとの並行製造により生産性を向上することができる。
【００９１】
また、このような部分ごとに電気的・光学的検品をすることが可能であり、良品のみの組み合わせにより製造できるので、歩留まりも向上する。さらに、このように積層されたプリント配線板の外側の面には、導電性ペースト１６のはみ出しがなくパターニングされた金属層のみ存在するので、部品実装のためのランド位置に制限がなく部品実装の密度、配線密度をさらに向上することが可能となる。これらの効果は、４層の配線層を有する図２に示したプリント配線板についての説明と同様である。
【００９２】
また、図７に示したようにしてさらに２層のプリント配線板２５（または３層のプリント配線板５１）を多く配置すればすれば、７層以上のプリント配線板を得ることができる。
【００９３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、層間接続は配線層を隔てる絶縁層に形成される孔に充填された導電性組成物によりなされ、メッキ工程を用いる必要がないので層間接続の信頼性を向上し、配線層のパターニングは、この層間接続とは関係なく均一厚に製造可能である金属層に対して行うことができ、これらにより、配線層同士の電気的接続の高信頼性化およびパターン形成の高信頼性化を図り、製造歩留まりを向上できる。さらに、このように積層されたプリント配線板の外側の面には、導電性組成物のはみ出しを作らずパターニングされた金属層のみ存在するようにできるので、部品実装のためのランド位置に制限をなくし部品実装の密度、配線密度をさらに向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる２層のプリント配線板を製造プロセスフローとともに模式的に示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るプリント配線板を製造プロセスフローとともに模式的に示す断面図。
【図３】本発明の別の実施形態に係るプリント配線板を模式的に示す断面図。
【図７】本発明のさらに別の実施形態に係るプリント配線板を模式的に示す断面図。
【図８】ビルドアップ方式のプリント配線板の製造プロセスフローを模式的に示す図。
【符号の説明】
１１絶縁層
１２、１３金属層
１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂパターン
１４孔
１５孔
１６導電性ペースト
２１導電性バンプ
２２、６１ａ、６１ｂプリプレグ
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃプリント配線板
５１、５１ａプリント配線板
３０１メッキ
３０２スルーホール

Claims

第１の面と第２の面とを有する第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層の前記第１の面に設けられた、層状の導電体を有する第１の配線層と、前記層状の導電体に達する前記第１の絶縁層を貫く孔に充填されかつこの孔より前記第１の絶縁層の前記第２の面側にはみ出す導電性組成物と、前記第１の絶縁層の前記第２の面に設けられた、前記導電性組成物に電気的に接続する第２の配線層とをそれぞれ有し互いに層状に配置された２以上のプリント配線板部と、
前記２以上のプリント配線板部それぞれの間に挟まれた１以上の第２の絶縁層とを具備し、
前記２以上のプリント配線板部それぞれの前記第１、第２の配線層のうち前記１以上の第２の絶縁層に接していない配線層が前記第１の配線層となる配置であること
を特徴とするプリント配線板。
前記１以上の第２の絶縁層を貫通して、該第２の絶縁層に接する前記２以上のプリント配線板部の前記第１または第２の配線層同士が電気的接続される導電ピラーをさらに具備することを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
前記導電ピラーが、前記２以上のプリント配線部いずれかの前記導電性組成物上に位置することを特徴とする請求項２記載のプリント配線板。
両主面に金属層を有する絶縁層の前記金属層をエッチング加工して一方の絶縁層面のものには前記絶縁層を露出する第１の孔を含むよう導電パターンを形成する工程と、前記形成された導電パターンの前記第１の孔に連続して前記金属層のうち他方の絶縁層面のものに達する第２の孔を前記絶縁層に形成する工程と、前記形成された連続する第１および第２の孔に導電性組成物を充填し前記両方の金属層の電気的接続部分を形成する工程とにより得られるプリント配線板部を少なくとも２枚準備するステップと、
前記少なくとも２枚のプリント配線板部それぞれの間に挟まれるように第２の絶縁層を積層・一体化するステップとを具備し、
前記少なくとも２枚のプリント配線板部それぞれの前記金属層のうち前記第２の絶縁層に接しないことになる金属層が前記第１の孔が形成されない金属層である配置で前記積層がなされること
を特徴とするプリント配線板の製造方法。
前記第２の孔を前記絶縁層に形成する工程は、前記金属層のうち一方の絶縁層面のものをマスクとして用いてレーザー加工により前記金属層のうち他方の絶縁層面のものに達する孔を前記絶縁層に形成する工程であることを特徴とする請求項４記載のプリント配線板の製造方法。
前記導電パターン上または前記導電性組成物上に導電性バンプを形成する工程をさらに具備し、
第２の絶縁層を積層・一体化する前記ステップが、前記導電性バンプが前記第２の絶縁層に貫通するように、かつ、該導電性バンプが層間の電気的接続部分を形成するようになされること
を特徴とする請求項５記載のプリント配線板の製造方法。