JP4417938B2

JP4417938B2 - プリント配線基板の製造方法

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Publication number: JP4417938B2
Application number: JP2006253034A
Authority: JP
Inventors: 知久本村; 義孝福岡
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: JP2007013208A

Description

本発明はプリント配線基板の製造方法に係り、更に詳細にはいわゆる多層板を構成するプリント配線基板の製造方法に関する。

従来より多層板を形成する方法のひとつとして、プリプレグ、即ちエポキシ樹脂などのシート状熱硬化性樹脂からなる未硬化の絶縁材料基板に、金属粉などの導電性材料を樹脂中に分散させたものを略円錐型に成形した導体バンプを配設した導体層を押圧して前記プリプレグに前記導体バンプを貫通させ、これにより絶縁材料基板の厚さ方向での電気的導通を形成する方法がある。

図１０は導体バンプを貫通させて絶縁材料基板の電気的導通を形成する方法（以下、この方法を単に「貫通法」という。）を模式的に示した図である。

図１０に示したように、この貫通法では、第１の導体層１０１上に複数個の略円錐型の導体バンプ１０２，１０２，…を形成し、この導体バンプ１０２，１０２，…の上側に絶縁材料基板のプリプレグ１０３を配置する（図１０（ａ））。しかる後に前記第１の導体層１０１とプリプレグ１０３とを押圧し、前記導体バンプ１０２，１０２…をしてプリプレグ１０３を貫通せしめる。この状態で加熱等によりプリプレグ１０３を硬化させる。

次いで、プリプレグ１０３の図中上面上に第２の導体層１０４を形成し、「コア材」と呼ばれる、絶縁材料基板の両面に導体層が形成されたプリント配線基板の基本的な要素が形成される。

ところで、多層板を形成するにはこのようなコア材の導体層にパターン形成したのち、上記と同様にして１．導体バンプの形成、２．絶縁材料基板プリプレグの配置、３．加熱硬化、４．導体層の形成、５．パターン形成、更に、導体バンプの形成………という一連の操作を繰り返して一層ずつ積層する。即ち、一層積層する毎に上記１〜５の操作を繰り返す。

しかし、コア材やその周辺の内側の層は繰り返し加熱を施されるため、外側に多層化してゆく間に内側の層の絶縁材料が繰り返しの加熱により劣化して、絶縁層にクラックが生じやすいという問題がある。絶縁層にクラックが生じると、マイグレーションなどのトラブルの原因となるため、致命的な欠陥となる。

本発明は上記問題を解決するためになされたものである。即ち、本発明はマイグレーションを生じることの無いプリント配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、導体板上に複数の略円錐状の導体バンプを形成する工程と、前記導体バンプ上に未硬化の絶縁材料基板を配設する工程と、前記絶縁材料基板が硬化しない温度において前記導体板及び前記絶縁材料基板を緩衝板を介して加圧し、前記導体バンプを前記絶縁材料基板に貫通させ、同時に該導体バンプの先端を平らにする工程と、前記導体板をパターニングして所定の配線パターンを備えた、前記導体バンプが前記絶縁基板に貫通した基板ユニットを形成する工程と、前記未硬化の絶縁材料基板を有する基板ユニットを複数枚積層配置して多層板前駆体を形成する工程と、前記多層板前駆体を加圧下に加熱して前記多層板前駆体を硬化させる工程とを具備する。

上記発明において、前記絶縁材料基板が硬化しない温度は、前記絶縁材料の種類によって定まるが、例えば、１１５〜１５０℃が挙げられる。

また、前記導体板及び絶縁材料基板の緩衝材を介して加圧は、前記導体バンプの先端を平らにして、上面径が平均で底面径の５０％以上になるように変形させるのが望ましい。

更に、前記導体板のパターンニングは、前記導体板及び絶縁材料基板をフィルムでラッピングした状態でパターンニングする工程であることが望ましい。

また、本発明の別のプリント配線基板の製造方法は、硬化した絶縁材料基板の第１の面と第２の面とにそれぞれ配線パターンを備え、前記第１の面と第２の面とに形成された配線パターンどうしを電気的に導通させる導体バンプを内蔵するコア材を形成する工程と、導体板上に複数の略円錐型の導体バンプを形成する工程と、前記導体バンプ上に未硬化の絶縁材料基板を配設する工程と、前記絶縁材料基板が硬化しない温度において前記導体板及び前記絶縁材料基板を緩衝板を介して加圧し、前記導体バンプを前記絶縁材料基板に貫通させ、同時に該導体バンプの先端を平らにする工程と、前記導体板をパターンニングして所定の配線パターンを備えた、前記導体バンプが前記絶縁基板に貫通した基板ユニットを形成する工程と、前記未硬化の絶縁材料基板を有する基板ユニットを少なくとも１枚ずつ、前記コア材の両面に積層配置して多層板前駆体を形成する工程と、前記多層板前駆体を加圧下に加熱して前記多層板前駆体を硬化させる工程とを具備する。

この発明において、前記コア材を形成する工程としては、第１の導体板の上に略円錐形の導体バンプを形成する工程と、前記導体バンプの先端側に未硬化の絶縁材料基板を配設する工程と、前記第１の導体板と前記絶縁材料基板とを加圧して前記導体バンプを前記絶縁材料基板に貫通させる工程と、前記導体バンプの先端が貫通した前記絶縁材料基板表面に第２の導体板を配設する工程と、前記第１の導体板と第２の導体板とを加圧下に加熱して前記絶縁材料基板を硬化させる工程と、前記第１の導体板にパターン形成する工程と、前記第２の導体板にパターン形成する工程と、を具備する工程が挙げられる。

また、前記コア材に用いる絶縁材料基板としては、２回の加熱により完全に硬化する樹脂組成物から構成されているものを用いることが好ましい。

本発明のプリント配線基板の製造方法では、未硬化の絶縁材料基板上にパターン形成した基板ユニットを複数枚積層した後に、一括して加熱して硬化させるので、各基板ユニットの絶縁材料基板に繰り返し加熱が施されることがない。そのため、この繰り返し加熱による劣化がなくなり、クラックの発生やそれが惹起するマイグレーションの発生が未然に防止される。

また、加熱工程が一回で済むので、製造工程が簡略化でき、製造コストを抑えることもできる。

本発明によれば、マイグレーションを生じることのないプリント配線基板の製造方法を提供することができる。

（第１の実施形態）以下、本発明の実施の形態に係るプリント配線基板の製造方法について説明する。図１〜図４は本実施形態に係るプリント配線基板の製造手順を模式的に示した垂直断面図であり、図５は同手順を図示したフローチャートである。

まず図１に示すようにして基板ユニット、即ち１枚の未硬化の絶縁材料基板の片面に配線パターンを形成し、絶縁材料基板の厚さ方向の電気的導通を形成する導体バンプを内蔵したものを形成する。

図１（ａ）に示すように薄板状の導体、例えば銅箔のような導体板１を用意し（ＳＴＥＰ１）、この導体板１上に所定の回路パターンに沿って複数個の略円錐型の導体バンプ２，２，…を印刷技術などを用いて形成する（図１（ａ）／ＳＴＥＰ２）。しかる後に前記導体バンプ２，２，…の上に未硬化の絶縁材料基板（プリプレグ）３を配置する（図１（ｂ）／ＳＴＥＰ３）。ここで用いる絶縁材料基板３は汎用されているエポキシ樹脂をガラス繊維シートに含浸したものや、ガラス転移温度が１７０℃以上の材料、例えばビスマレイドトリアジンレジンなどが挙げられる。

ここで、ガラス転移温度が１７０℃以上の材料を採用した理由は、一般にガラス転移温度と熱膨張係数との間にはガラス転移温度が大きい材料ほど材料熱膨張係数が小さい、という関係があり、ガラス転移温度の高い材料ほど耐熱性に優れているためである。

また、ガラス転移温度の値を１７０℃以上としたのは、ガラス転移温度が１７０℃未満であると、その材料の熱膨張係数はある限界を超えて大きくなり、導体バンプと絶縁材料基板との間にミスマッチが起き、ハンダ耐熱性試験（２８８℃で１０秒間放置）で導体バンプにクラックが生じ、電気的接続が破壊される、という弊害を生じるからである。

次いでこれら導体板１と絶縁材料基板３とを弾性材（図示省略）を介してプレスすることにより導体板１と絶縁材料基板３とを押圧し、この絶縁材料基板３に前記導体バンプ２，２，…を貫通させる（図１（ｃ）／ＳＴＥＰ４）。

このときのプレスを所定の条件下で行うことにより導体バンプ２，２，…の先端側を平坦にする。その結果、図１（ｃ）の丸で囲った部分を部分的に拡大した図のように、導体バンプ２，２，…は変形され、略台形の垂直断面を備えた形状となる。このときの変形後の導体バンプ２の形は上面の径Ｒ２が平均で底面の径Ｒ１の５０％以上となるのが好ましい。

ここで変形後の導体バンプ２の好ましい断面形状について、上面径Ｒ２が平均で底面径Ｒ１の５０％以上としたのは、Ｒ２がＲ１の５０％未満であると、図２、図３のようにバンプ貫通後に積層プレスした時のバンプ上面の接触面積が非常に小さくなるために、許容できる電気容量（流せる電流値）に制限が生じ、また、導通抵抗値がバンプ上面の径が小さくなるに連れて大きくなり、電気接続信頼性が低下する、という弊害を生じるからである。

次にこの基板ユニットの導体板１上に図示しないフォトレジスト材層を形成したのち、光透過性の保護フィルム４で覆って保護する（ＳＴＥＰ５）。

ここで保護フィルム４で基板ユニットを覆うのは、露光時の光から絶縁材料基板１や導体バンプ２，２，…を保護するためである。この保護フィルム４で覆った状態の基板ユニットの導体板１にパターン形成する（ＳＴＥＰ６）。即ち、所定のマスクパターンを備えたマスク（図示省略）を介して導体板１上のフォトレジスト材層を露光し、しかる後にエッチングして不要な導体部分を除去することにより所定の配線パターンを形成する。

図１（ｅ）はこうして形成された基板ユニット５の垂直断面図である。図１（ｅ）に示すように、この基板ユニット５では未硬化の絶縁材料基板３の図中下面側に配線パターン１ａ，１ａ，…が形成され、この配線パターン１ａ，１ａ，…は導体バンプ２，２，…と電気的に接続され、この導体バンプ２，２，…の先端は絶縁材料基板３の図中上面側に僅かだけ突出した状態に形成されている。

同様の方法により基板ユニットを所定数、例えば５枚作成する。図２は多層板を構成する基板ユニット５〜９の垂直断面を示した図である。図２に示したように、これらの基板ユニット５〜９にはそれぞれ所定の配線パターンが形成されており、各配線パターンは導体バンプにより多層板の厚さ方向での電気的導通が形成されるようになっている。これらの基板ユニット５〜９と導体板１０とを図２に示すように互いの位置関係を適正な位置に配置した状態で積層する（ＳＴＥＰ７）。

この状態で基板ユニット５〜９及び導体板１０を基板の厚さ方向にプレスして（ＳＴＥＰ８）多層構造を形成すると共に、加熱などにより基板ユニット５〜９の絶縁材料基板を硬化する（図３／ＳＴＥＰ９）。

次いで、最上部の導体板１０及び最下部の導体板９ａのそれぞれについて、エッチング等を施してパターン形成し（ＳＴＥＰ１０）、図４に示すような多層板を得る。

以上詳述したように、本実施形態のプリント配線基板の製造方法では、絶縁材料基板のプリプレグに配線パターンと、この配線パターンと電気的に接続されて絶縁材料基板の厚さ方向の電気的導通を形成する導体バンプとを内蔵した基板ユニットを予め形成し、複数の基板ユニットを積層して加圧下に加熱して前記プリプレグを硬化する手順を採用しているので、多層板の中心付近に配設される絶縁材料基板が繰り返し加熱されて過剰に加熱されることがないので、この過剰な加熱によるクラックの発生や、このクラックが惹起するマイグレーションの発生が未然に防止される。また、本発明のプリント配線基板の製造方法では、複数の基板ユニットを積層した後で一括して加熱硬化を施すので、加熱硬化させる工程が一回で済み、製造工程を短縮化できると共に製造コストを安価に抑えることが出来る。

なお、本実施形態及び以下の実施形態は本発明の範囲を限定するものではない。

（実施例）上記第１の実施形態の図１（ａ）のように厚さ１８μｍの銅箔１上に銀ペーストを印刷技術により直径０．２ｍｍの略円錐形の導体バンプ２を形成した。次いで、図１（ｂ）のように絶縁材料としてＢＴレジン材（登録商標／三菱瓦斯化学製、型名：ＧＨＰＬ８３０，厚さ０．０６ｍｍ）を重ね、１１５℃で加熱・加圧を行い、導体バンプ２を絶縁材料の厚さ方向に貫通させて基板ユニット（絶縁材料付きの銅箔）を形成した。この基板ユニットを加圧して図１（ｃ）のように略円錐形の導体バンプ２の先端を平らな形状にした。この時点では上記絶縁材料は硬化していない、いわゆるＢステージの状態である。この基板ユニットをレジストフィルム４でラミネートし、これに所定のマスクパターンを介して露光、現像を施し、銅箔をエッチングして配線パターンが形成された基板ユニットを得た。同様に４枚の基板ユニットを作成し、図２のように銅箔１０とともに積層配置し、導体バンプの一つを位置決め用の金属物ターゲットとしてＸ線で認識して各基板ユニットの位置決めを行い、１９０℃で約２時間積層プレスを行って絶縁材の樹脂を硬化させることにより本発明の６層構造の多層板が得られた。

このようにして作成した多層板のガラス転移温度を測定したところ、約２００℃となり、材料本来の特性が得られた。また、多層板内部の材料間もプレス回数が１回になったので基板の劣化がなく、材料間の密着も大きく、落下試験での強度も良好な値が得られた。更に、高温高湿で電圧を印加する試験の耐マイグレーション性も向上した。また、積層回数が一回なのでリードタイムの削減ができ、しかも、各基板ユニット間のずれも解消することができた。

（第２の実施形態）以下に本発明の第２の実施形態に係るプリント配線基板の製造方法について説明する。なお、本実施形態のうち、上記第１の実施形態と重複する部分については説明を省略する。

本実施形態に係るプリント配線基板の製造方法では、多層板の中心に配設される、いわゆるコア材にのみ硬化後の基板ユニットを用い、その両側に積層される複数枚の基板ユニットとしては上記第１の実施形態と同じく未硬化の基板ユニットを用いる。

図６〜８は本実施形態に係るプリント敗戦基板製造方法の手順を示す垂直断面図であり、図９は同手順を示すフローチャートである。

まず図６に示すようにしてコア材、即ち絶縁材料基板の両面に導体層を設けたものを作成する。図６（ａ）に示すように薄板状の導体、例えば銅箔のような薄板状の導体板１１を用意し（ＳＴＥＰ１）、この導体板１上に所定の回路パターンに沿って複数個の略円錐型の導体バンプ（第１の導体バンプ）１２，１２，…を印刷技術などを用いて形成する（図６（ａ）／ＳＴＥＰ２）。しかる後に前記導体バンプ１２，１２，…の上に未硬化の絶縁材料基板（プリプレグ）１３を配置する（図６（ｂ）／ＳＴＥＰ３）。

次いでこれら導体板１１と絶縁材料基板１３とを弾性体（図示省略）を介して押圧してこの絶縁材料基板１３に前記導体バンプ１２，１２，…を貫通させる（図６（ｃ）／ＳＴＥＰ４）。

更に絶縁材料基板１３の前記導体バンプ１２，１２，…の先端が貫通した面、即ち図中１３ａ面上に第２の導体板としての金属板、例えば銅箔１４をプレスして取り付ける（図６（ｄ）／ＳＴＥＰ５）。このプレスと同時或いはプレス後に加熱するなどして絶縁材料基板１３を硬化することによりコア材１５が完成する（図６（ｅ）／ＳＴＥＰ６）。

次いで、このコア材１５の第１の面（図中上面）、第２の面（図中下面）にそれぞれ配線パターンを形成して両面に配線パターンを備えたコア材を得る。（図６（ｆ）／ＳＴＥＰ７）。

一方、図７に示したように、前記第１の実施形態で説明したのと同様にして未硬化の絶縁材料基板の片面に配線パターンを備え、内蔵した導体バンプにより前記配線パターンとは反対側の基板表面との間での電気的導通が形成された基板ユニットを複数枚、例えば４枚作成した。

図７は多層板を構成する基板ユニット１６〜１９の垂直断面を示した図である。図７に示したように、これらの基板ユニット１５〜１９にはそれぞれ所定の配線パターンが形成されており、各配線パターンは導体バンプにより多層板の厚さ方向での電気的導通が形成されるようになっている。これらの基板ユニット１５〜１９を図７に示すように互いの位置関係を適正な位置に配置した状態で積層する（ＳＴＥＰ８）。

この状態で基板ユニット１５〜１９を基板の厚さ方向にプレスして（ＳＴＥＰ９）多層構造を形成すると共に、加熱などにより基板ユニット１６〜１９の絶縁材料基板を硬化する（図８／ＳＴＥＰ１０）。

次いで、最上部の導体板１７ａ及び最下部の導体板１９ａのそれぞれについて、エッチング等を施してパターン形成し（ＳＴＥＰ１１）、最終的な多層板を得る。本実施形態に係るプリント配線基板の製造方法では、多層板の中心に配設されるコア材１５のみ硬化後の基板ユニットを用い、その両面に未硬化の基板ユニット１６〜１９を積層した後に基板ユニット１６〜１９のプリプレグを硬化する構成としたので、図８のように、コア材１５の両面に積層配置する導体バンプの向きが全てコア材１５の方向（基板の中心方向）を向いているため、多層基板内部のバンプ形状が中心に対して対称となっているので、加熱処理後の基板の反りや捩れが発生しにくい、という特有の効果が得られる。

また、本実施形態に係るプリント配線基板製造方法において、上記コア材に用いる絶縁性材料としては、コア材の両側に配設するプリプレグより硬化性が低く、ちょうど２回の加熱により完全に硬化する組成配合の絶縁性材料を用いることが好ましい。このような組成配合の絶縁性材料を用いてコア材を形成することにより、このコア材の両側に未硬化の絶縁性材料を用いた基板ユニットを複数枚積層し、しかる後に加熱すると、コア材及びその両側に配設した未硬化の基板ユニットの絶縁性材料の硬化度が同じ程度にまで硬化するので、２度の加熱によりコア材の絶縁性材料が劣化することがなく、この劣化によるクラックやマイグレーションが未然に防止できるという特有の効果が得られる。

（第３の実施形態）本実施形態では、積層する５層の基板ユニットのうち、中心側の３層のみに高ガラス転移型の絶縁性材料、例えばビスマレイドトリアジンレジンを用いたプリプレグを用いる一方、最上部側と最下部側の最外層の２層については高ピール強度型樹脂を用いたプリプレグを用いた以外は前記第１の実施形態と同様の方法で多層板を形成した。

本実施形態に係るプリント配線基板製造方法では、２種の異なるプリプレグを用いた基板ユニットを積層後に加熱して硬化する構成としたので、力学的強度、耐熱性、及び配線パターンとのピール強度が共に優れた多層板を得ることが出来た。

なお、ここで最外層に用いる高ピール強度型絶縁材料基板としては配線パターンとのピール強度が１．２Ｎ／ｍｍ以上のものが好ましく、例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂基板プリプレグなどが挙げられる。

この外層に用いる絶縁材料基板の配線パターンに対するピール強度を１．２Ｎ／ｍｍ以上に限定したのは、配線パターンに対するピール強度が１．２Ｎ／ｍｍを下回ると、出来あがった本配線基板に電子部品を実装後、落下試験を行うと、前記部品が剥離してしまうためである。これは絶縁層と配線パターンとの密着強度が小さいことにより起こる。

本発明の第１の実施形態に係るプリント配線基板製造方法の手順を示した垂直断面図。本発明の第１の実施形態に係るプリント配線基板製造方法の手順を示した垂直断面図。本発明の第１の実施形態に係るプリント配線基板製造方法の手順を示した垂直断面図。本発明の第１の実施形態に係るプリント配線基板製造方法の手順を示した垂直断面図。本発明の第１の実施形態に係るプリント配線基板製造方法のフローチャート。本発明の第２の実施形態に係るプリント配線基板製造方法の手順を示した垂直断面図。本発明の第２の実施形態に係るプリント配線基板製造方法の手順を示した垂直断面図。本発明の第２の実施形態に係るプリント配線基板製造方法の手順を示した垂直断面図。本発明の第２の実施形態に係るプリント配線基板製造方法のフローチャート。従来の多層板の製造手順を図示した垂直断面図。

符号の説明

１…導体板、２…導体バンプ、３…絶縁材料基板、１ａ…配線パターン、４…フィルム、５…コア材。

Claims

導体板上に複数の略円錐状の導体バンプを形成する工程と、
前記導体バンプ上に未硬化の絶縁材料基板を配設する工程と、
前記絶縁材料基板が硬化しない温度において前記導体板及び前記絶縁材料基板を緩衝板を介して加圧し、前記導体バンプを前記絶縁材料基板に貫通させ、同時に該導体バンプの先端を平らにする工程と、
前記導体板をパターニングして所定の配線パターンを備えた、前記導体バンプが前記絶縁基板に貫通した基板ユニットを形成する工程と、
前記未硬化の絶縁材料基板を有する基板ユニットを複数枚積層配置して多層板前駆体を形成する工程と、
前記多層板前駆体を加圧下に加熱して前記多層板前駆体を硬化させる工程と
を具備することを特徴とするプリント配線基板の製造方法。
硬化した絶縁材料基板の第１の面と第２の面とにそれぞれ配線パターンを備え、前記第１の面と第２の面とに形成された配線パターンどうしを電気的に導通させる導体バンプを内蔵するコア材を形成する工程と、
導体板上に複数の略円錐型の導体バンプを形成する工程と、
前記導体バンプ上に未硬化の絶縁材料基板を配設する工程と、
前記絶縁材料基板が硬化しない温度において前記導体板及び前記絶縁材料基板を緩衝板を介して加圧し、前記導体バンプを前記絶縁材料基板に貫通させ、同時に該導体バンプの先端を平らにする工程と、
前記導体板をパターンニングして所定の配線パターンを備えた、前記導体バンプが前記絶縁基板に貫通した基板ユニットを形成する工程と、
前記未硬化の絶縁材料基板を有する基板ユニットを少なくとも１枚ずつ、前記コア材の両面に積層配置して多層板前駆体を形成する工程と、
前記多層板前駆体を加圧下に加熱して前記多層板前駆体を硬化させる工程と
を具備することを特徴とするプリント配線板の製造方法。