JP4956231B2

JP4956231B2 - スルーホールの充填方法

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Publication number: JP4956231B2
Application number: JP2007051997A
Authority: JP
Inventors: 秀一田中
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP2008214679A

Description

本発明はスルーホールの充填方法に関し、更に詳細には基板を貫通するスルーホール内に電解金属めっきによってめっき金属を充填するスルーホールの充填方法に関する。

基板にヴィアを形成すべく、基板を貫通するスルーホール内に電解金属めっきによってめっき金属を充填する充填方法については、例えば下記特許文献１に図５に示すスルーホールの充填方法が提案されている。
図５に示すスルーホールの充填方法では、先ず、図５（ａ）に示す様に、絶縁材料である樹脂から成る樹脂基板１００にドリルによって円筒状のスルーホール１０２を形成した後、図５（ｂ）に示す様に、スルーホール１０２の内壁面を含む樹脂基板１００の表面に無電解めっきによって金属薄膜１０４を形成する。
更に、スルーホール１０２を含む金属薄膜１０４を覆うように塗布したレジスト１０６にパターニングを施し、スルーホール１０２及び配線パターンを形成する部分の金属薄膜１０４を露出する［図５（ｂ）］。
次いで、金属薄膜１０４を給電層とする電解金属めっきを施し、スルーホール１０２の内壁面及び金属薄膜１０４の露出面上にめっき金属層１０８を形成する。この電解金属めっきでは、攪拌を施しつつ樹脂基板１００に電解金属めっきを施したとき、スルーホール１０２内のストレート状の内壁面に対する金属析出速度が、樹脂基板１００の基板面の金属析出速度よりも速い電解めっき液を用いる。
かかる電解めっき液に樹脂基板１００を浸漬して、電解めっき液に攪拌を施しつつ樹脂基板１００に電解金属めっきを施したとき、図５（ｃ）に示す様に、スルーホール１０２の開口部近傍の金属層よりも厚い金属層１１０をスルーホール１０２の中途部近傍に形成でき、スルーホール１０２内の中途部近傍に最狭部１０２ａを形成できる。

更に、開口部近傍の金属層１０８よりも厚い金属層１１０を中途部近傍に形成したスルーホール１０２を含む樹脂基板１００に対し、電解金属めっきを継続することによって、スルーホール１０２の中途部近傍に形成した厚い金属層１１０に電流が集中し、中途部近傍の金属層１１０が更に厚くなり、遂には最狭部１０２ａを閉塞して、樹脂基板１００の両面の各々に開口する凹部１１２，１１２を形成する［図５（ｄ）］。
引き続いて電解めっきを継続することにより、樹脂基板１００に形成された凹部１１２，１１２の各々に金属を充填し、ボイド等の欠陥のない充填層１１４を形成できる。
特開２００５−９３９３４号公報

特許文献１に提案された電解金属めっきを用いたスルーホールの充填方法によれば、スルーホール内にボイドを形成することなくめっき金属によって充填できる。
ところで、特許文献１のスルーホールの充填方法では、スルーホール内のストレート状の内壁面に対する金属析出速度が、樹脂基板の基板面の金属析出速度よりも速い電解めっき液を用いることを要する。
しかし、かかる電解めっき液は、その経時変化が大きいため、使用する電解めっき液が所定の性能を有することの厳格な管理が要請される。
そこで、本発明者は、管理に多大の注意を払う電解めっき液を用いた電解金属めっきによってスルーホール内をめっき金属で充填する従来のスルーホールの充填方法の課題を解消し、厳格な管理を要しない電解めっき液を用いても電解金属めっきによってスルーホール内をめっき金属で容易に充填できるスルーホールの充填方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記課題を解決すべく検討した結果、基板を貫通するスルーホールを電解金属めっきによってめっき金属を充填する際に、スルーホールの開口部の一方が開口されている基板面の一面側に電解金属めっきを施して、スルーホールの一方側にめっき金属を充填した後、そのスルーホールの開口部の他方が開口する基板面の他面側に電解金属めっきを施して、スルーホールの他方側に残存する空間部にめっき金属を充填することによって、スルーホール内にボイドを形成することなくめっき金属を充填できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、絶縁材料から成る基板を貫通するスルーホールの内壁面を含む基板表面の全面に金属薄膜を形成した後、前記スルーホールの開口部の一方が開口されている基板の一面側を第１絶縁膜で覆い、且つ前記スルーホールの他方の開口部が開口されている基板の他面側に、前記金属薄膜を給電層とする第１電解金属めっきを施して、前記スルーホールの他方の開口部側にめっき金属を充填しつつ、前記スルーホールの他方の開口部を閉塞するめっき金属層を形成し、次いで、前記第１絶縁膜を剥離してスルーホールの開口部の一方を開口した後、前記スルーホールの一方の開口部側に残留する空間部をめっき金属で充填するように、前記金属薄膜を給電層とする第２電解金属めっきを、前記基板の一面側に施すことを特徴とするスルーホールの充填方法にある。

また、本発明は、絶縁材料から成る絶縁層の少なくとも一面側が金属箔で覆われた基板を貫通するスルーホールの内壁面を含む基板表面の全面に金属薄膜を形成した後、前記スルーホールの開口部の一方が開口されていると共に、前記基板の金属箔側の一面側を第１絶縁膜で覆って、前記スルーホールの他方の開口部が開口されている基板の他面側に、前記金属薄膜を給電層とする第１電解金属めっきを施して、前記スルーホールの他方の開口部側にめっき金属を充填しつつ、前記スルーホールの他方の開口部を閉塞するめっき金属層を形成し、次いで、前記第１絶縁膜を剥離してスルーホールの開口部の一方側を開口した後、前記スルーホールの空間部の内壁面を含む前記基板の他面側に露出する金属薄膜を剥離し、その後、前記スルーホールの一方の開口部側に残留する空間部をめっき金属で充填するように、前記基板の一面側に残留している金属薄膜を給電層とする第２電解金属めっきを前記基板面の一面側に施すことを特徴とするスルーホールの充填方法でもある。
かかる本発明において、第２電解金属めっきを施す際に、基板の他面側に形成しためっき金属層の表面を第２絶縁膜で覆うことによって、第２電解金属めっきの際に、基板の他面側に形成しためっき金属層上に更にめっき金属を析出させることを防止できる。
また、第２電解金属めっきでは、第１電解金属めっきに比較してめっき金属の析出速度を遅くすること、或いは第１電解金属めっき及び第２電解金属めっきでは、ヴィアフィル用電解めっき液を用いることによって、スルーホール内にボイドを形成することなく確実にめっき金属を充填できる。

一般に、電解金属めっきを基板のスルーホールに施すと、スルーホールの開口縁及びその近傍の角張った箇所に電流が集中し、開口縁及びその近傍にめっき金属が析出し易い。このため、めっき金属層はスルーホールの開口縁及びその近傍から成長を開始し、遂にはスルーホール内にボイドが残留している状態でスルーホールの両開口部を閉塞する。
この点、本発明に係るスルーホールの充填方法では、電解金属めっきによって基板に形成したスルーホールをめっき金属で充填する際に、スルーホールの一方の開口部側を第１電解金属めっきのめっき金属で充填しつつ、スルーホールの開口部一方を閉塞した後、このスルーホールの他方の開口部側を第２電解金属めっきのめっき金属で充填しつつ、スルーホールの開口部の他方を閉塞する。
この様に、本発明では、基板に形成したスルーホールを、凹部状として電解金属めっきによってめっき金属を充填する。このため、通常のヴィアフィル用の電解金属めっきによってスルーホール内にめっき金属を充填でき、スルーホール内にボイドを残留させることなくめっき金属を充填できる。
また、本発明に係るスルーホールの充填方法では、スルーホールの開口部近傍のめっき金属層よりも厚いめっき金属層をスルーホールの中途部近傍に形成することを要しないので、汎用されているヴィアフィル用電解めっき液を用いることができ、電解めっき液の厳格な管理を不要にできる。

本発明に係るスルーホールの充填方法の一例を図１に示す。図１に示すスルーホールの充填方法では、図１（ａ）に示す様に、基板１０にドリルやレーザー等によってスルーホール１２を形成する。基板１０は、樹脂やセラミック等の絶縁材料によって形成されている。
かかるスルーホール１２が形成された基板１０には、図１（ｂ）に示す様に、スルーホール１２の内壁面を含む基板１０の全面に金属薄膜１４を形成する。この金属薄膜１４は、無電解めっきによって形成でき、その厚さは１μｍ程度である。かかる金属薄膜１４としては、無電解銅めっきによって形成される銅薄膜が好ましい。
更に、基板１０の一面側を、図１（ｃ）に示す様に、第１絶縁膜１６によって覆い、スルーホール１２の開口部の一方を覆う。この第１絶縁膜１６によって、スルーホール１２は、凹部状とすることができる。かかる第１絶縁膜１６としては、感光性ドライフィルムを好適に用いることができる。

一面側を第１絶縁膜１６によって覆った基板１０を、攪拌付のめっき槽に貯留した電解めっき液に浸漬して金属薄膜１４を給電層とする第１電解金属めっきを、基板１０の他面側に施す。
かかる第１電解金属めっきでは、電解めっき液として、ヴィアフィル用の電解めっき液を用いることが好ましい。特に、第１電解金属めっきとして、電解銅めっきを採用し、ヴィアフィル用の電解銅めっき液として、例えば特開２００６−５７１７７号公報に提案されている、硫酸銅、硫酸、塩化物イオンを基本組成とし、界面活性剤としての高分子化合物、ブライトナーとしての硫黄化合物及びレベラーとしての含窒素化合物が配合されている電解銅めっき液を好適に用いることができる。この電解銅めっき液では、攪拌することによるレベラー効果によって、凹部状のヴィアホール内にめっき金属を平滑に埋め込むことができる。
かかる第１電解金属めっきでは、図１（ｄ）に示す様に、基板１０の他面側にめっき金属層１８を形成する。このめっき金属層１８は、スルーホール１２の他方の開口部近傍の内壁面にも形成されるが、開口部周縁から開口部中心に向かって突出部１８ａが突出する。スルーホール１２の他方の開口部周縁を形成する角部に電流が集中し易いからである。
この突出部１８ａは、第１電解金属めっきの経時に従って成長し、図１（ｅ）に示す様に、スルーホール１２の他方の開口部を閉塞する。他方の開口部が閉塞されたスルーホール１２の一方の開口部側には、空間部１２ａが形成されている。この空間部１２ａは、スルーホール１２の他方の開口部が閉塞されているため、電解めっき液の入れ代わりがなく、第１電解金属めっきを更に継続しても充填されることがない。

このため、図１（ｆ）に示す様に、第１絶縁膜１６を剥離して、スルーホール１２の開口部の一方を開口する。スルーホール１２の一方の開口部近傍は、他方の開口部がめっき金属層１８によって閉塞されていると共に、他方の開口部近傍にめっき金属が充填されて、凹部状に形成されている。
第１絶縁膜１６を剥離した基板１０には、図１（ｇ）に示す様に、基板１０の他面側に形成しためっき金属層１８の表面を、第２絶縁膜２０によって覆う。この第２絶縁膜２０としては、感光性ドライフィルムを好適に用いることができる。
次いで、めっき金属層１８の表面を第２絶縁膜２０によって覆った基板１０の一面側には、めっき槽に貯留した電解めっき液に浸漬して金属薄膜１４を給電層とする第２電解金属めっきを施す。
かかる第２電解金属めっきでは、電解めっき液として、汎用されているヴィアフィル用の電解銅めっき液を用いることが好ましい。かかるヴィアフィル用の電解銅めっき液としては、例えば硫酸銅、硫酸、塩化物イオンを基本組成とし、ブライトナー及びレベラーが配合されている電解銅めっき液を好適に用いることができる。

また、第２電解金属めっきでは、第１電解金属めっきに比較してめっき金属の析出速度が遅くなる電解金属めっき条件を採用することが好ましい。スルーホール１２の一方の開口部側に形成された空間部１２ａ内にボイドを形成することなくめっき金属を確実に充填できるからである。かかるめっき金属の析出速度の析出速度の調整は、電流密度等を調整することによって行うことができる。
かかる第２電解金属めっきを施した基板１０では、図１（ｈ）に示す様に、基板１０の一面側にめっき金属層２２を形成し、図１（ｇ）に示す空間部１２ａを充填でき、スルーホール１２をめっき金属によって充填できる。
その後、第２絶縁膜２０を剥離し、基板１０の両面側に形成しためっき金属層１８，２２を利用して所望のパターンを形成できる。

ところで、第１電解金属めっきによって基板１０の他面側にめっき金属層１８を形成したとき、スルーホール１２の開口部の他方に相当する箇所に、図２（ａ）に示す様に、凹部１９が形成されている場合がある。この場合、めっき金属層１８の表面を露出した状態で基板１０に第２電解金属めっきを施す。
かかる第２電解金属めっきによって、めっき金属層１８の凹部１９内にもめっき金属を充填しつつ、スルーホール１２の一方の開口部側に形成された空間部１２ａにめっき金属を充填し、図２（ｂ）に示す様に、基板１０の一面側にめっき金属層２２を形成できる。

図１及び図２に示す基板１０としては、樹脂層の樹脂形成面が露出する基板を用いているが、樹脂層の一面側のみが金属箔で覆われている片面金属箔基板又は樹脂層の両面側が金属箔で覆われている両面金属箔基板を用いることができる。
基板１０として、両面金属箔基板を用いた場合には、図３に示すスルーホールの充填方法を採用できる。
図３に示すスルーホールの充填方法のうち、図３（ａ）〜図３（ｅ）の工程は、基板１０として樹脂層１０ａの両面側に金属箔１１ａ，１１ｂが形成されている両面金属箔基板を用いた他は、図１（ａ）〜図１（ｅ）に示す工程と同一である。このため、図３（ａ）〜図３（ｅ）において、図１（ａ）〜図１（ｅ）と同一部材は同一番号を付して、図１（ａ）〜図１（ｅ）に示す工程と同一工程についての詳細な説明を省略する。

図３に示すスルーホールの充填方法では、図３（ｅ）に示す様に、基板１０の一面側を覆う第１絶縁膜１６を剥離して、スルーホール１２の開口部の一方を開口する。スルーホール１２の一方の開口部近傍は、他方の開口部がめっき金属層１８によって閉塞されていると共に、他方の開口部近傍にめっき金属が充填されて、凹部状に形成されている。
かかる凹部状のスルーホール１２の内壁面及び基板１０の一面側には、金属薄膜１４が露出している。
この金属薄膜１４は、通常、基板１０を形成する金属箔１１ａ，１１ｂに比較して薄い。このため、基板１０をエッチング液に短時間浸漬するフラッシュエッチングを施すと、露出する金属薄膜１４がエッチングされ、図３（ｆ）に示す様に、基板１０の一面側には、金属箔１１ｂが露出すると共に、凹部状のスルーホール１２の内壁面には、樹脂層１０ａが露出する。
従って、基板１０の一面側に露出する金属箔１１ｂは、基板の他面側に形成されている金属薄膜１４、めっき金属層１８及び金属箔１１ａとは電気的に絶縁状態となる。

このため、図３（ｆ）に示す様に、基板１０の他面側に形成しためっき金属層１８の表面を第２絶縁膜２０によって覆った後、基板１０をめっき槽に貯留した電解めっき液に浸漬して金属薄膜１４を給電層とする第２電解金属めっきを施すと、図３（ｇ）に示す様に、凹部状のスルーホール１２内のみにめっき金属層２２ａが形成される。第２電解金属めっき開始直後は、基板１０の一面側に露出する金属箔１１ｂには通電されていないからである。
かかる第２電解金属めっきを続行していると、めっき金属層２２ａが成長し、金属箔１１ｂと接触する状態に到達すると、金属箔１１ｂにも通電されて基板１０の一面側の金属箔１１ｂ上にもめっき金属が析出し、図３（ｈ）に示す様に、基板１０の一面側にめっき金属層２２を形成し、図３（ｆ）に示す空間部１２ａを充填でき、スルーホール１２をめっき金属によって充填できる。
この様に、第２電解金属めっき開始直後には、凹部状のスルーホール１２内のみにめっき金属層２２ａを形成することによって、確実に凹部状のスルーホール１２内をめっき金属で充填できる。

図３に示すスルーホールの充填方法では、樹脂層の両面側が金属箔で覆われている両面金属箔基板を基板１０として用いているが、樹脂層の片面側のみが金属箔で覆われている片面金属箔基板を用いることができる。
片面金属箔基板を基板１０に用いた場合のスルーホールの充填方法を図４に示す。図４に示すスルーホールの充填方法でも、基板１０として片面金属箔基板を用いた他は、図３に示すスルーホールの充填方法と略同一である。このため、図３に示すスルーホールの充填方法と同一工程については、図４において図３に示す部材と同一部材については、同一番号を付して詳細な説明を省略する。
但し、基板１０として片面金属箔基板を用いる場合には、図４（ａ）に示す様に、基板１０の金属箔１１ａで形成された一面側を第１絶縁膜で覆うことが大切である。かかる基板１０の一面側は、図４（ｂ）に示す様に、露出する金属薄膜１４をエッチング液に短時間浸漬するフラッシュエッチングによって除去するからである。

厚さ０．１ｍｍの樹脂製の基板１０にドリルで内径０．１ｍｍのスルーホール１２（アスペクト比１）を形成した。
この基板１０を、安定剤としてのロッシェル塩と還元剤としてホルマリンとが添加されたｐＨ１２の無電解銅めっき液に浸漬し、スルーホールの内壁面を含む基板１０の全面に厚さ１μｍの銅薄膜１４を形成した。
次いで、厚さ２５μｍの感光性ドライフィルムを第１絶縁膜１６として、基板１０の一面側全面に貼着した後、攪拌機付のめっき槽に貯留している電解銅めっき液［奥野製薬工業（株）製のトップルチナＢＶＦ（商品名）］に基板１０を浸漬して攪拌しつつ第１電解銅めっきを施した。この第１電解銅めっきの条件は、電流密度２Ａ／ｄｍ^２で電解銅めっき時間を１時間３０分とした。
第１電解銅めっきを施した基板１０の横断面を観察すると、図１（ｅ）に示す様に、スルーホール１２の他方の開口部がめっき金属層１８によって閉塞されていると共に、スルーホール１２の一方の開口部側には空間部１２ａが形成されていた。

かかる基板１０の一面側に貼着していた第１絶縁膜１６を剥離した後、めっき金属層１８の表面に厚さ２５μｍの感光性ドライフィルムを第２絶縁膜２０として貼着した。
第２絶縁膜２０がめっき金属層１８に貼着された基板１０を、めっき槽に貯留されている電解銅めっき液［アトテックジャパン（株）製のカパラパルスＳ３（商品名）］に浸漬して第２電解銅めっきを施した。この第２電解銅めっきの条件は、電流密度１Ａ／ｄｍ^２で電解銅めっき時間を２時間とした。この様に、第２電解銅めっきは、第１電解銅めっきに比較して、銅金属の析出速度を遅くした。
第２電解銅めっきを施した基板１０の横断面を観察すると、図１（ｈ）に示す様に、スルーホール１２内にボイドが形成されることなく銅金属が充填されていた。

樹脂層１０ａの両面側が銅箔で覆われている厚さ０．１ｍｍの基板１０にドリルで内径０．１ｍｍのスルーホール１２（アスペクト比１）を形成した。
この基板１０を、安定剤としてのロッシェル塩と還元剤としてホルマリンとが添加されたｐＨ１２の無電解銅めっき液に浸漬し、スルーホールの内壁面を含む基板１０の全面に厚さ１μｍの銅薄膜１４を形成した。
次いで、厚さ２５μｍの感光性ドライフィルムを第１絶縁膜１６として、基板１０の一面側全面に貼着した後、攪拌機付のめっき槽に貯留している電解銅めっき液［奥野製薬工業（株）製のトップルチナＢＶＦ（商品名）］に基板１０を浸漬して攪拌しつつ第１電解銅めっきを施した。この第１電解銅めっきの条件は、電流密度２Ａ／ｄｍ^２で電解銅めっき時間を１時間３０分とした。
第１電解銅めっきを施した基板１０の横断面を観察すると、図３（ｄ）に示す様に、スルーホール１２の他方の開口部がめっき金属層１８によって閉塞されていると共に、スルーホール１２の一方の開口部側には空間部１２ａが形成されていた。

かかる基板１０の一面側に貼着していた第１絶縁膜１６を剥離した後、基板１０をエッチング液に短時間浸漬するフラッシュエッチングによって、凹部状のスルーホール１２の内壁面及び基板１０の一面側に露出する金属薄膜１４をエッチングし、基板１０の一面側に露出する銅箔１１ｂを露出すると共に、凹部状のスルーホール１２の内壁面に樹脂層１０ａを露出させた。
更に、めっき金属層１８の表面に厚さ２５μｍの感光性ドライフィルムを第２絶縁膜２０として貼着した。
第２絶縁膜２０がめっき金属層１８に貼着された基板１０を、めっき槽に貯留されている電解銅めっき液［アトテックジャパン（株）製のカパラパルスＳ３（商品名）］に浸漬して第２電解銅めっきを施した。この第２電解銅めっきの条件は、電流密度１Ａ／ｄｍ^２で電解銅めっき時間を２時間とした。この様に、第２電解銅めっきは、第１電解銅めっきに比較して、銅金属の析出速度を遅くした。
第２電解銅めっきを施した基板１０の横断面を観察すると、図３（ｈ）に示す様に、スルーホール１２内にボイドが形成されることなく銅金属が充填されていた。

本発明に係るスルーホールの充填方法の一例を示す工程図である。本発明に係るスルーホールの充填方法の他の例を示す部分工程図である。本発明に係るスルーホールの充填方法の他の例を示す工程図である。本発明に係るスルーホールの充填方法の他の例を示す部分工程図である。従来のスルーホールの充填方法を説明する工程図である。

符号の説明

１０基板
１０ａ樹脂層
１１ａ，１１ｂ金属箔
１２スルーホール
１２ａ空間部
１４金属薄膜
１６第１絶縁膜
１８，２２，２２ａめっき金属層
１８ａ突出部
１９凹部
２０第２絶縁膜

Claims

絶縁材料から成る基板を貫通するスルーホールの内壁面を含む基板表面の全面に金属薄膜を形成した後、
前記スルーホールの開口部の一方が開口されている基板の一面側を第１絶縁膜で覆い、且つ前記スルーホールの他方の開口部が開口されている基板の他面側に、前記金属薄膜を給電層とする第１電解金属めっきを施して、前記スルーホールの他方の開口部側にめっき金属を充填しつつ、前記スルーホールの他方の開口部を閉塞するめっき金属層を形成し、
次いで、前記第１絶縁膜を剥離してスルーホールの開口部の一方を開口した後、前記スルーホールの一方の開口部側に残留する空間部をめっき金属で充填するように、前記金属薄膜を給電層とする第２電解金属めっきを、前記基板の一面側に施すことを特徴とするスルーホールの充填方法。
絶縁材料から成る絶縁層の少なくとも一面側が金属箔で覆われた基板を貫通するスルーホールの内壁面を含む基板表面の全面に金属薄膜を形成した後、
前記スルーホールの開口部の一方が開口されていると共に、前記基板の金属箔側の一面側を第１絶縁膜で覆い、且つ前記スルーホールの他方の開口部が開口されている基板の他面側に、前記金属薄膜を給電層とする第１電解金属めっきを施して、前記スルーホールの他方の開口部側にめっき金属を充填しつつ、前記スルーホールの他方の開口部を閉塞するめっき金属層を形成し、
次いで、前記第１絶縁膜を剥離してスルーホールの開口部の一方を開口した後、前記スルーホールの空間部の内壁面を含む前記基板の他面側に露出する金属薄膜を剥離し、
その後、前記スルーホールの一方の開口部側に残留する空間部をめっき金属で充填するように、前記基板の一面側に残留している金属薄膜を給電層とする第２電解金属めっきを前記基板面の一面側に施すことを特徴とするスルーホールの充填方法。
第２電解金属めっきを施す際に、基板の他面側に形成しためっき金属層の表面を第２絶縁膜で覆う請求項１又は請求項２記載のスルーホールの充填方法。
第２電解金属めっきでは、第１電解金属めっきに比較してめっき金属の析出速度を遅くする請求項１〜３のいずれか一項記載のスルーホールの充填方法。
第１電解金属めっき及び第２電解金属めっきでは、ヴィアフィル用電解めっき液を用いる請求項１〜４のいずれか一項記載のスルーホールの充填方法。