JP4646386B2

JP4646386B2 - 配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP4646386B2
Application number: JP2000364762A
Authority: JP
Inventors: 桂林; 和憲古賀
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002171030A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、多層配線基板及び半導体素子収納用パッケージ等の電子部品、パソコン、移動体通信用電話機、ビデオカメラ等の各種電子機器などに適した多層配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、携帯電話を初めとする携帯情報端末の発達やコンピューターを持ち運んで操作するいわゆるモバイルコンピューティングの普及によって、電子機器の小型化がますます進んでいる。このような電子機器に使用される配線基板は小型、薄型且つ高精細であることが求められる傾向にある。
【０００３】
基板を小型にするためには、配線密度を高くすれば良いが、基板を薄くすると基板の剛性がなくなるために、変形や反りなどが発生しやすくなるために多層配線板では厚さ０．５ｍｍ程度が実用上の限界であり、これ以上薄くすると基板の反りやうねりが大きくなってしまう。従って、反りや変形の低減と軽量化とは相反する性質として捉えられていた。
【０００４】
また、携帯情報端末の発達と普及につれ、その性能とともに、デザインが重視されている。特に３次元的な曲面を多用したデザインも求められる傾向があるが、この様な曲面デザインの電子機器には従来の平らな配線基板は組み込むことが困難であった。このため、曲面を多用した情報機器のデザインに合わせて曲面を持った配線基板が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプリント配線基板は、通常、熱硬化性樹脂を硬化させた後に表面に配線回路層の形成を施すもので、配線回路層の形成は、被形成面が平坦であることが必要であるために、事実上、配線基板に凹凸や３次元的な造形を形成することは不可能であった。
【０００６】
そのために、配線基板の平面形状であることから、携帯情報端末などの電気機器のデザインも配線基板の形状に束縛されることが多かった。
【０００７】
本発明は、このような課題に対して、配線基板の厚みが薄い場合においても高い剛性を付与でき、また、携帯情報端末やモバイルコンピュータなどのあらゆる電子機器形状に適用可能で、小型、軽量、薄型、高精細化が可能な配線基板を作製するための製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
また、本発明の配線基板の製造方法は、未硬化または半硬化状態の熱硬化性樹脂を含有するとともに、ビアホール内に導体ペーストを充填してなるビアホール導体を内部に具備する絶縁シートを準備する工程と、パターニングされた配線回路層を転写フィルムに形成する工程と、前記転写フィルムに形成された配線回路層を前記絶縁シートに転写して該絶縁シートに前記配線回路層を埋設する工程と、前記配線回路層が埋設された絶縁シートを複数積層して、内部に前記配線回路層を有する積層体を形成する工程と、前記積層体を、凹凸または３次元的な造形構造が形成された型間に配置して加圧加熱処理することにより、前記積層体の形状を加工しつつ前記熱硬化性樹脂を完全硬化させる工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
従来の配線基板は、単純平面であることを基本とし、平坦性を阻害する反りやうねりの発生は極力避ける必要があるが、そのような変形を任意に制御できれば、配線基板をあらゆる形状に変形することが可能となる。そこで、本発明の製造方法によって得られる配線基板によれば、例えば、配線回路に対して、ほとんど影響のない配線基板の一部の領域に凹凸を形成したり、あるいは、配線基板の周囲にフランジ上の突起を設けることで、逆に配線基板の強度を高め、予期せぬ反りやうねりの発生を防止することができる。その結果、配線基板の厚さを０．５ｍｍ以下まで薄くしても実用上問題がなくなり、基板の大幅な軽量化が可能となる。
【００１４】
また、従来の基板は単純平面であったため、曲面を多用したデザインの電子機器へ組み込むと、無駄な空間が増加し、電子機器の小型化を阻害する大きな要因であった。本発明の製造方法によって得られる配線基板では、電子機器のデザインに合わせて配線基板を例えば、曲面に形成できる曲面を多用したデザインの電子機器への組み込みが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の配線基板の構造の一例を示す図１および図２をもとに説明する。
図１は、本発明の配線基板の（ａ）概略平面図と、（ｂ）そのｘ−ｘ断面図と、（ｃ）凹凸部付近の拡大断面図である。配線基板１は、熱硬化性樹脂を含有する絶縁基板２の表面や内部に、配線回路層３が形成されており、また異なる層の配線回路層３同士を接続するために、絶縁基板２内には、ビアホールに導体ペーストを充填して形成されたビアホール導体４が形成されている。
【００１６】
本発明の配線基板１は、上記のように配線回路層３とビアホール導体４によって回路が形成されているために、あらゆる回路を自在に形成できることから、回路の高密度パターンを形成することができる。
【００１７】
そして、本発明によれば、このような配線基板１の一部の表面には表面側が凸部５ａ、裏面側が凹部５ｂとなる凹凸部５が形成されていることが大きな特徴である。この凹凸部５は本質的には、配線基板における回路パターンに影響のないように形成されていることが必要であり、かかる点から、凹凸部５には、実質的に配線回路層３やビアホール導体４が形成されていないことが望ましい。
【００１８】
このような凹凸部５の形状は、その必要に応じてあらゆる形状を適用できるが、表面側の凸部５ａの高さが０．１ｍｍ以上、特に０．２ｍｍ以上，特に０．３ｍｍ以上であることが基板の強度を高める上で望ましい。また、前記凹凸部５における凸部５ａが長尺状（リブ状）に形成されていること、さらには長尺状の凸部５ａが図１に示すように互いに直交する方向に複数本形成されていることが望ましい。
【００１９】
なお、この凹凸部５の形成箇所は、配線基板１の周囲または内側のいずれでもよいが、配線基板１の全体の強度の向上を図る上では、少なくとも配線基板１の周囲に形成することが望ましい。
【００２０】
また、この凹凸部５は、例えば、図２に示すように、配線基板を実装する電子機器内部への取付けに伴い、取付け部６への適合を図るための凹凸部５であったり、取付け位置への固定を図るために、機器側に設けられた位置決め用孔７と整合するための凹凸部５であってもよい。
【００２１】
さらに、上記の図１、図２では、配線基板１の部分的に凹凸部５が形成されたものであったが、例えば、配線基板１を電子機器の内部に実装する場合に、３次元的な複雑な空間内に配線基板１を取付ける必要がある場合、その空間形状に整合するように配線基板１が３次元的な造形構造からなるものである。
【００２２】
その一例を図３に示した。この図３（ａ）によれば、配線基板１が、全体として、球曲面や曲面によって形成されたもの、（ｂ）全体として波うった形状からなものであってもよい。かかる３次元的な造形構造においても、回路パターンに影響が及ばないように回路設計することが必要である。例えば、図３（ｂ）のように、部分的に屈曲部ａを有する場合、その屈曲部ａにはパターンがないことが望ましいが、屈曲部ａを挟んで両側に形成された回路間を接続する場合には、屈曲部ａの凹側に、接続用の配線回路層を設けることが、配線回路層の断線を防止する上で望ましい。つまり、凸部側に配線回路層を形成すると屈曲部ａの加工時に、配線回路層に引っ張り応力が加わり、配線回路層が断線するおそれがあるためである。
【００２３】
本発明の配線基板1において、絶縁基板２は、少なくとも熱硬化性樹脂を含有するものであり、具体的にはエポキシ系樹脂、トリアジン系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、フェノール系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂の群から選ばれる少なくとも１種など一般に回路基板に使用される樹脂が用いられるが、特にＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＢＴレジン（ビスマレイミドトリアジン）、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド樹脂の群から選ばれる少なくとも１種が望ましく、とりわけ原料として室温でワニス状になる熱硬化性樹脂であることが望ましい。
【００２４】
また、上記有機樹脂にガラス繊維を補強材として含浸させた有機樹脂も好適に用いられる。この時、ガラス繊維は織布または不織布として含有されることが望ましい。特に、均一なビアホール導体４を形成するために、織布の繊維の一部をほぐし織布の厚さを均一にする解繊を施したものが望ましい。また、絶縁層中にガラス繊維が３０〜７０体積％の割合で含まれることが望ましい。
【００２５】
さらに、絶縁基板１の強度を高めるために、上記有機樹脂に無機質フィラーを添加することもできる。無機質フィラーとしては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮなどが好適に用いられる。フィラーの形状は平均粒径が２０μｍ以下、特に１０μｍ以下、最適には７μｍ以下の略球状の粉末が用いられる。また、場合によっては、高誘電率のフィラーを用いることによって、絶縁基板２の誘電率を高めることも可能である。さらに、有機樹脂と無機質フィラーの体積比率を８５：１５〜１５：８５の比率で適宜配合することにより、絶縁基板２の熱膨張係数を調整することができる。
【００２６】
また、配線回路層３は、銅、アルミニウムなどの低抵抗金属からなる金属箔や、銅、アルミニウム、金、銀などの低抵抗金属粉末を含む導体から形成される。低抵抗化の上では、金属箔から構成されることが望ましい。また、場合によっては、上記金属以外にも回路の抵抗調整のためにＮｉ−Ｃｒ合金などの高抵抗の金属を混合または合金化したものを用いてもよい。さらに、低抵抗化のために、前記低抵抗金属よりも低融点の金属、例えば半田や錫などの低融点金属を導体組成物中に含んでもよい。
【００２７】
また、ビアホール導体４は、銅、アルミニウム、金、銀の群から選ばれる少なくとも１種の導体粉末を充填して形成されてなることが望ましい。また、ビアホール導体中には上記の低抵抗金属以外に、金属粉末間の結合材あるいは金属粉末の充填性を向上させるために結合剤および溶剤が添加される。
【００２８】
また、配線基板１においては、配線基板１の表面から裏面に達するスルーホールを形成して、そのスルーホール内壁に金属メッキを施したスルーホール導体を具備してもよい。
【００２９】
次に、本発明の配線基板の製造方法について図４をもとに説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、未硬化または半硬化状態の絶縁シート１１を作製する。この絶縁シート１１は、前記絶縁材料をからなる絶縁材料からなるスラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形したり、繊維体からなる織布または不織布に樹脂を含浸させることによって作製される。
【００３０】
次に、図４（ｂ）に示すように、この絶縁シート１１に、レーザー加工により直径０．０５〜０．３ｍｍ程度のビアホール１２を形成する。また、ビアホール１２の形成に使用されるレーザーは、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザ一あるいはエキシマレーザーなどの公知のレーザーが使用できるが、特に炭酸ガスレーザーが好適である。
【００３１】
次に、図４（ｃ）に示すように、ビアホール１２に対して、導体ペーストを充填してビアホール導体１３を形成する。導体ペーストは、銅、アルミニウム、金、銀から選ばれる少なくとも１種または２種以上の合金を主体とする低抵抗金属粉末を含む平均粒径が０．１〜１０μｍの導体粉末１００重量部に対して、エポキシ、セルロースなどの液状あるいは粉末状樹脂を０．１〜１０重量部添加し混合することが望ましい。また、所望により酢酸ブチル、イソプロピルアルコール、オクタノール、テルピネオール、トルエン、キシレンなどの溶剤を添加しても良い。場合によっては、ビアホール導体１３形成後に、６０〜１４０℃で加熱処理を行ない、ペースト中の溶剤および樹脂分を分解、揮散除去することもできる。
【００３２】
次に、図４（ｄ）に示すように、ビアホール導体１３が形成された絶縁シート１１の表面に、配線回路層１４を形成する。配線回路層１４の形成には、銅などの金属箔を絶縁シート１１に接着剤で貼り付けた後に、回路パターンのレジストを形成して酸などによって不要な部分の金属をエッチング除去するか、予め打ち抜きした金属箔を貼りつけるなどの方法がある。他の方法としては、絶縁シート１１の表面に導体ペーストを回路パターンにスクリーン印刷や、フォトレジスト法などによって形成して乾燥した後、加圧して配線回路層１４を絶縁シート１１表面に埋め込み絶縁シート１１に密着させることで形成できる。特に、フィルム、金属板などの転写フィルム１５上にメッキあるいは金属箔のエッチングによって回路パターンを形成した後、絶縁シート１１に貼り合わせて加圧加熱して配線回路層１４を絶縁シート１１表面に埋め込んだ後に転写フィルム１５を剥離することによって配線回路層１４を転写形成することが望ましい。このように、絶縁シート１１表面に配線回路層１４を埋め込むことで、特に多層化時、積層時の配線回路層による積層不良を防止できる。
【００３３】
以上の工程によって、絶縁シート１１に対してビアホール導体１３および配線回路層１４を形成した図４（ｅ）に示す単一の配線シートＡを作製することができる。
【００３４】
更に上記と同様な工程を経て、複数の配線シートを作製し、これらを位置合わせして積層し、図５（ａ）の積層体１５を形成する。次に、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、この積層体１５を、所定の凹部１６ａと凹部１６ｂが施された一対の型１７ａ、１７ｂ間に設置し、上下から５０〜５００ＭＰａの圧力を印加しつつ、１５０〜３００℃の硬化温度で加熱して絶縁シート中の熱硬化性樹脂を完全に硬化させることによって、本発明の配線基板を作製することができる。
【００３５】
なお、上記の加圧加熱処理にあたっては、積層体１５の表裏に離型フィルム１８を配置して加圧加熱処理することが望ましい。この離型フィルム１８はフッ素樹脂を含有するフィルムが良好に用いられる。また、フッ素樹脂を金型にスプレーなどの方法で塗布することにより、フイルムと同様の離型効果を得ることもできる。
【００３６】
【実施例】
ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂を含むスラリーをガラス織布に含浸させた後、乾燥させ、プリプレグを準備した。なお、含有比率は、ＰＰＥ樹脂５０体積％、ガラスの織布５０体積％とした。
【００３７】
このプリプレグに炭酸ガスレーザーを用い、７０μｍのビアホールを形成し、そのホール内に銀をメッキした銅粉末を含む銅ペーストを充填してビアホール導体を形成後、前記ＰＥＴフィルムおよびアクリル系粘着層を剥離した。
【００３８】
一方、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂からなる転写フィルムの表面に接着剤を塗布して粘着性をもたせ、厚さ１２μｍ、表面粗さ０．８μｍの銅箔を一面に接着した。その後、フォトレジストを塗布し露光現像を行った後、これを塩化第二鉄溶液中に浸漬して非パターン部をエッチング除去して配線回路層を形成した。なお、作製した配線回路層は、線幅が３０μｍ、配線と配線との間隔を３０μｍとした。
【００３９】
そして、プリプレグの表面に配線回路層を形成した転写フィルムを重ね合わせて圧着し、転写フィルムのみを剥離して配線回路層を転写し、配線回路層をプリプレグ表面に埋め込み、配線回路層およびビアホール導体を有する配線シートを作製した。
【００４０】
その後、この配線シートを３層形成し、これらを位置合わせして積層した。そしてこの積層体の両表面にフッ素樹脂フィルムを貼り、２００ＭＰａの荷重をかけた状態で２００℃で１時間、加熱して完全硬化させて、図１に示すような両面に凹凸部を有する配線基板を作製することができた。なお、作製した配線基板の厚みは０．４ｍｍとした。
【００４１】
得られた配線基板について、３次元測定器を用いて基板寸法を測定し、変形や反りの有無の確認を行った。
【００４２】
また、型の凹凸部の凸部高さを種々変えて、配線基板の中央に３００ｇの荷重を印加した時の配線基板の撓み量を測定し、凹凸を全く形成しなかった場合の撓み量を１とし、これに対する相対撓み量を測定した。その結果、凹凸を形成することによって配線基板の撓み量を低減でき、配線基板の強度、剛性を高めることができることを確認した。
【００４３】

【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明の製造方法によって得られる配線基板によれば、厚さ０．５ｍｍ以下の薄い配線基板であっても、基板の一方の表面側が凸部、他方の表面側が凹部となる凹凸部を形成することによって、基板の強度、剛性を高めることができる結果、配線基板の反りやうねりの発生を防止することができる。また、曲面を多用したデザインの電子機器に合わせて曲面を持った配線基板も簡便な工程で作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって得られる配線基板の一例を説明するための（ａ）概略平面図と、（ｂ）そのｘ−ｘ断面図と、（ｃ）凹凸部付近の拡大断面図である。
【図２】本発明の製造方法によって得られる配線基板の他の例を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明の製造方法によって得られる配線基板のさらに他の例を説明するための概略図である。
【図４】本発明の配線基板の製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図５】本発明の配線基板の製造方法における加圧加熱工程を説明するための工程図である。

Claims

未硬化または半硬化状態の熱硬化性樹脂を含有するとともに、ビアホール内に導体ペーストを充填してなるビアホール導体を内部に具備する絶縁シートを準備する工程と、
パターニングされた配線回路層を転写フィルムに形成する工程と、
前記転写フィルムに形成された配線回路層を前記絶縁シートに転写して該絶縁シートに前記配線回路層を埋設する工程と、
前記配線回路層が埋設された絶縁シートを複数積層して、内部に前記配線回路層を有する積層体を形成する工程と、
前記積層体を、凹凸または３次元的な造形構造が形成された型間に配置して加圧加熱処理することにより、前記積層体の形状を加工しつつ前記熱硬化性樹脂を完全硬化させる工程と、
を備えたことを特徴とする配線基板の製造方法。