JP5061673B2 - 回路基板と回路基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器に利用される回路基板に関する。

これまでの電子機器の小型化・高密度化に伴って、電子部品を搭載する回路基板も従来の片面基板から両面、多層基板の採用が進み、より多くの回路および部品を基板上に集積可能な高密度基板が開発されている。

特に近年では、携帯電話をはじめとして、電子機器の驚異的な多機能・高機能化が進み、部品点数の増加と搭載する部品の狭ピッチ・多ピン化が急速に進展しており、例えば、ＣＳＰにおいて、その端子間距離は０．８ｍｍから０．６ｍｍ、０．５ｍｍと急速に狭ピッチ化が進み、現在は０．４ｍｍが主流である。今後は０．３ｍｍあるいは０．２５ｍｍ、そしてフルグリッドも並行して進展すると言われている。

そのため、回路基板に対して、微細配線と配線収容性が従来より強く要求され、上記した高密度基板は勿論、その他の高密度基板（一般的にビルドアップ基板と呼ばれる基板を含む）においてもそれに対応すべく開発が精力的に行われている。

上記の高密度基板においても、微細配線化の開発には部品を搭載接続するランド径の小径化が最も重要であり、さらに、ランド径は層間を電気的に接続する導通孔（以下ビアと称す）の径に依存する。

このため、いずれの高密度基板もそのビア径を小さくするため、穴加工しやすい薄板化絶縁層を表層、場合によっては表層から内層にかけて数層目まで配置し、ビアの小径化を行っている。

このような背景にあって、回路基板における配線収容性に対して、最も理想的な構造は全層ＩＶＨ構造である。これは、電気接続が必要な層間の、必要な位置に、必要な数だけビアを配置することができるため、空間的に全く無駄のない層間接続構造と言える。

代表的な全層ＩＶＨ（インナービアホール）構造の高密度基板について、図面を用いて以下に説明する。

図９（ａ）に示す基板材料２０１は、回路基板に用いられるガラス繊維織布に熱硬化性のエポキシ樹脂等を含浸し乾燥等の方法によりＢステージ状態とした、いわゆるプリプレグシートである。基板材料２０１には熱ロール等を用いたラミネート法により有機質フィルム２０２を両面に張り付ける。

次に図９（ｂ）に示すように、レーザー等の加工法により基板材料２０１に貫通穴２０３を形成した後、その基板材料２０１を多孔質シートの上に配置し、その多孔質シートを介して吸引を行う（図示せず）。続いて、吸引されている貫通穴２０３に銅粉等の導電性粒子と熱硬化性樹脂、硬化剤、溶剤などを混練しペースト状にした導電性ペースト２０４を印刷法等で充填して多孔質シートから剥離して図９（ｃ）に示す構成を得る。

次に図９（ｄ）に示すように、有機質フィルム２０２を剥離することで導電性ペースト２０４が突出した形状を得る。

次に図９（ｅ）に示すように、基板材料２０１の両側に銅箔２０５を配置し、さらにＳＵＳ等の金属中間板で挟み熱プレス（図示せず）によって加熱加圧する。これにより、基板材料２０１は熱硬化し、導電性ペースト２０４は圧縮されて表裏の銅箔２０５が電気的にビア接続される。

次に図９（ｆ）に示すように、フォトリソエッチング等の方法で銅箔２０５を所望の配線パターンに加工して回路配線層２０６とし、両面回路基板を得る。

また、多層回路基板を製造する際は、図１０に示すように、一旦完成したコア基板３０１の上下に図９で説明した同様の製造方法で得られた基板材料３０６と銅箔３０４とを位置合わせをしながら重ね合わせ、さらに金属中間板で挟持して熱プレスする。これにより、図１０（ｃ）に示すような多層の銅張積層板を形成する。

次に、フォトリソエッチング等の方法で銅箔３０４を所望の配線パターンに加工して回路配線層３０７とし、図１０（ｄ）に示すような多層回路基板を得る。

なお、上記製造方法を繰り返すことでより図１０に示した以上に多層化された回路基板を得ることもできる。

また、回路基板の表層にソルダーレジストあるいは回路配線層３０７への金めっき等の表面仕上げ処理を必要に応じて行う。

また、回路基板は、ある所定のワークサイズで製造され、最終的にはそのワークから所定の製品サイズに外形加工を施して製品を得る。

以上の図９および図１０で説明した回路基板の製造方法を用いることにより全層ＩＶＨ構造の回路基板を実現することができる。

また、その他の事例としては、ペーストバンプ接続、近年ではフィルドビアといわれるめっきによるビア接続も開発され、全層ＩＶＨ構造の回路基板を実現することも可能である。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平６−２６８３４５号公報

これらの全層ＩＶＨ構造の高密度基板は、一長一短があり、図９および図１０で説明した層間を導電性ペーストで接続する高密度基板は、極めて容易かつ安価に全層ＩＶＨ構造が実現できる反面、部品を搭載保持するランドの密度強度が比較的小さい。

また、ビア接続をめっきで確保する高密度基板については、ランドの密着強度に優れるものの、ビア用の穴加工するためのレーザーショット回数が比較的に多く、さらに、めっきにより前記加工穴を埋めて表層及び内層のビアを形成するため、生産における所要時間が大幅に増大し、これにより製造コストの課題を抱える。

これらの技術的な利害を解消するために、図９あるいは図１０の基板をコア基板として用い、その表層にめっきビアを設ける複合技術がある。

この従来の技術について、以下に説明する。

まず、図１１（ａ）に示すコア基板４０１として、例えば、図９で示したプロセスにより作製した回路基板を準備する。

次に図１１（ｂ）のように、コア基板４０１の上下にプリプレグシート４０４と銅箔４０５とを重ね合わせて、さらに金属中間板（図示せず）で挟持して熱プレスすることで図１１（ｃ）に示すような多層の銅張積層板４０６を得る。

次に図１１（ｄ）に示すように、所定の位置にレーザーで非貫通穴４０７を最外層に形成する。

次に図１１（ｅ）に示すように、続いて銅めっきを非貫通穴４０７および銅箔４０５上に施すことで積層体４０８を得る。

さらに、フォトリソエッチング等の方法により導体層４０９に所望の配線パターン形成を行い回路配線層４１０とし、図１１（ｆ）に示すような多層回路基板を得る。

上記の製造方法を繰り返すことで、より高多層の回路基板を得ることができる。また、回路基板の表層にソルダーレジストあるいは回路配線層４１０への金めっき等の表面仕上げ処理を必要に応じて行う。

また、この回路基板についても、ある所定のワークサイズで製造され、最終的にはそのワークから所定の製品サイズに外形加工を施して製品を得る。

なお、複合基板の場合、図１１（ｆ）の配線パターン形成前に導体層４０９をスライスエッチング等で薄くし、配線パターン形成での配線層の微細化を行うこともある。

しかしながら、図１１に示したような従来の複合基板は、構造およびコスト的に優れるものの、今後要求されつつある更なる基板の高密度化に対しては、上記の製造方法には限界があり、特に、ビアとランドとの合致精度（位置合わせ精度）は、大きな課題である。

この課題の詳細について、図１２、（表１）および（表２）を用いて以下に説明する。

図１２に示すように、めっきビアの中心と内層ランドの中心とが略一致する位置関係であることが理想的であるが、実際にはプロセス上のバラツキでそれらの中心がずれる場合がある。

ここで、仮に各中心のズレ公差を片側ズレ量１００μｍとしたときの設計ルールを（表１）にシミュレーションした。なお、前提条件として内層におけるランド間クリアランス５０μｍに固定した。

（表１）に示したとおり、ビアピッチ（図中のピン間／隣接するビア間の距離）が０．１５ｍｍになった場合にビアが形成できなくなる。

次に、公差を片側ズレ量７５μｍとした場合の結果を（表１）と同様に（表２）に示した。

この場合、公差片側ズレ量１００μｍで実現できなかった０．１５ｍｍのビアピッチの実現が計算上可能となることがわかる。

このことから、基板の高密度化においてはビアの小径化および接続技術に加えて、ビアと内層ランドとの合致精度を向上させることが極めて重要になる。

さらに、この合致精度の向上は、高密度基板の製造コストにおける課題を解決する上でも重要である。すなわち、従来においては、ズレの影響を小さくするために、製造用材料のワークサイズを比較的小さくする方法も採用していたが、製造用材料のワーク内の基板製品の取数が少なくなるというものである。

ビアと内層ランドとの合致精度を向上し、ビアのズレ公差を小さくすれば、製造用材料のワークサイズを小さくすることによるワーク内の基板製品の取数を少なくする必要もない。

その結果として、同じプロセスでより多くの製品を製造することが可能となり、製造コスト的な効果は絶大である。

以上より、本発明の目的は、最外層ビアと内層ランドとのズレ公差が極めて少ないプロセスで全層ＩＶＨ構造の高密度基板を製造し、高密度実装に理想的な回路基板を高い生産性を維持して提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。

すなわち、本発明の回路基板は、互いに積層された複数の絶縁層と、前記絶縁層に形成された層間接続用のビアと、前記絶縁層の表面に形成された配線パターンとを備え、前記複数の絶縁層の少なくとも１層にはペーストが充填されたビアと金属めっきにより形成されたビアとが共に存在することを特徴とするものである。

この構成により、層間接続用のビアと配線パターンとしての表層あるいは内層ランドとの合致精度を向上させた全層ＩＶＨ構造の高密度の回路基板を提供することができ、金属めっきにより形成されたビア（以下めっきビアと称す）とペーストが充填されたビア（以下ペーストビアと称す）とを同一層に併用することでめっきビアの接続信頼性を向上させることができる。

また、本発明の回路基板において、ペーストが充填されたビアと金属めっきにより形成されたビアとが共に存在する層は、互いに積層された複数の絶縁層の最外層に位置する層であることが望ましい。これにより、同一層かつ所定の位置関係に物性の異なる２種類のビアをそれぞれ同時に配設できるため、搭載部品の保持に必要とされるランドの密着強度に応じて、ビアの導通手段をめっき接続あるいはペースト接続で使い分けることができる。

また、本発明の回路基板において、ペーストが充填されたビア、または金属めっきにより形成されたビアの少なくとも１つは層間接続の機能を備えていることが望ましい。これにより、層間の熱伝達用のビア（以下サーマルビアと称す）、あるいは抵抗体等の機能を有するビアをめっきビアと同一層で、所望の位置関係に配置できる全層ＩＶＨ構造の回路基板を提供できる。

また、本発明の回路基板は、製品部分となる複数の個別回路基板からなる集合回路基板であって、ペーストが充填されたビアは、前記個別回路基板を除く領域に形成されていることが望ましい。これにより、層間接続用のビアと配線パターンとしての表層あるいは内層ランドとの合致精度を向上させるために設ける投錨用のビアとしてのペーストビアを多数個取りの集合回路基板を構成する個別回路基板間等に効率的に配置することができ、層間のズレが少なく接続信頼性の高い回路基板を提供することができる。

また、本発明の回路基板において、ペーストが充填されたビアは、金属めっきにより形成されたビアの周辺に設けられていることが望ましい。これにより、めっきビアの周辺にペーストビアを併設することにより、絶縁材の厚み方向の熱膨張を減少させ、めっきビアに発生する熱ストレスを緩和することができ、信頼性の高い回路基板を提供することができる。

また、本発明の回路基板において、ペーストが充填されたビアは、絶縁層に設けられた穴に無機フィラーと熱硬化性樹脂性樹脂を含むペーストが充填され硬化したものであることが望ましい。これにより、層間の導通接続、層間の熱伝達、あるいは層間の抵抗体接続等の機能を備えた回路基板を提供することができる。

なお、本発明の回路基板が層間の導通接続の機能を備えるには、無機フィラーは、金、銅、銀、インジウム、はんだ、あるいはそれらの合金のいづれかであることが望ましい。これにより、ペーストビアは層間導通用のビアとしての機能を有し、同一層に存在するめっきビアと共に高密度かつ高信頼の回路基板を実現できる。

また、本発明の回路基板が層間の熱伝達の機能を備えるには、無機フィラーは、アルミ系の化合物であることが望ましい。これにより、ペーストビアはサーマルビアとしての機能を有し、同一層に存在するめっきビアと共に放熱性の高い回路基板を実現できる。

また、本発明の回路基板が層間の抵抗体接続の機能を備えるには、無機フィラーは、フェライト系の化合物であることが望ましい。これにより、ペーストビアは抵抗体として機能を有し、チップ抵抗等の実装電子部品を大幅に減らすことでコストの削減と生産性を向上させ、その結果、高い信頼性を備えた高密度の回路基板を実現できる。

また、本発明の回路基板において、最外層の絶縁層の表層には、電子部品を搭載保持するためのランドを備え、前記ランドは、ペーストが充填されたビアの直上および金属めっきにより形成されたビアの直上に形成されていることが望ましい。これにより、ＣＳＰ、ＢＧＡ等の比較的サイズが大きく、端子数の多い部品を搭載保持するランドとの層間接続はめっきビアを適用し、その他サイズの小さいチップ部品等を搭載するランドとの層間接続はペーストビアを適用することにより、接続信頼性が高い高密度実装の回路基板を提供することができる。また、ＣＳＰ、ＢＧＡ等の端子数の多く、ビアが集中的に配置される部品実装エリアにめっきビアを配設し、その周囲にペーストビアを配置することで、めっきビアに発生する熱ストレスを緩和することができ、信頼性を高めることもできる。

さらに、本発明の回路基板において、金属めっきにより形成されたビアの周辺に設けられているペーストが充填されたビアは、無機フィラーと熱硬化性樹脂性樹脂を含むペーストが充填され硬化したものであって、前記無機フィラーは、金、銅、銀、インジウム、はんだ、あるいはそれらの合金、またはアルミ系の化合物、フェライト系の化合物のうちから選択されるものであることが望ましい。めっきビアに発生する熱ストレスを緩和することができ、信頼性の高い回路基板を実現できるとともに、高密度実装、または高熱伝導性、または層間の抵抗体接続等の機能を備えた回路基板を提供することができる。

次に、本発明の回路基板の製造方法は、表層に配線パターンを備えたコア基板とペーストが充填された貫通穴を備えるプリプレグシートとを準備する工程と、コア基板の両面にプリプレグシートを積層または複数のコア基板とプリプレグシートとを交互にかつプリプレグシートを外側に積層し、その最外層に金属箔を重ねて積層体を形成する工程と、前記積層体を加熱加圧して前記プリプレグシートが硬化された絶縁層を備える銅張積層板を形成する工程と、前記絶縁層のペーストが充填された貫通穴を除く位置に非貫通穴を形成する工程と、前記非貫通穴に金属めっきを形成する工程と、前記銅張積層に配線パターンを形成する工程とを備えることを特徴とするものである。

この製造方法を用いることにより、層間接続用のビアと配線パターンとしての表層あるいは内層ランドとの合致精度を向上させた全層ＩＶＨ構造の高密度の回路基板を製造することができ、めっきビアとペーストビアとを同一層に共に存在させて形成することが可能となり、めっきビアの接続信頼性を向上させることができる。

また、本発明の回路基板の製造方法において、銅張積層板は製品領域と非製品領域からなり、前記銅張積層に配線パターンを形成する工程の後、前記製品領域と前記非製品領域は切断分離されるものであって、前記非製品領域に対応するプリプレグシートにはペーストが充填された貫通穴のみが設けられていることが望ましい。これにより、製品領域と切断分離されて回路基板製品としては最終的に不要となる非製品領域に、層間接続用のビアと配線パターンとしての表層あるいは内層ランドとの合致精度を向上させるために設ける投錨用のビアとしてのペーストビアを効率的に配置することができ、層間のズレが少なく接続信頼性の高い回路基板を提供することができる。

また、本発明の回路基板の製造方法において、銅張積層板は製品領域と非製品領域からなり、前記銅張積層に配線パターンを形成する工程の後、前記製品領域と前記非製品領域は切断分離されるものであって、前記製品領域に対応するプリプレグシートにはペーストが充填された貫通穴が設けられ、前記製品領域に対応する絶縁層には非貫通穴が設けられることが望ましい。これにより、同一層かつ所望の位置関係に物性の異なる２種類のビアを共に配設できるため、搭載部品の保持に必要とされるランドの密着強度あるいは基板放熱性能に応じて、ビアの層間の導通手段をめっきビアまたはペーストビア、あるいは両方を採用することができ、要求性能に応じて使い分けることができる回路基板の製造方法を提供することができる。

さらに、本発明の回路基板の製造方法において、貫通穴に充填されたペーストは、無機フィラーと熱硬化性樹脂性樹脂を含むものであって、前記無機フィラーは、金、銅、銀、インジウム、はんだ、あるいはそれらの合金、またはアルミ系の化合物、フェライト系の化合物のうちから選択されるものであることが望ましい。これにより、めっきビアに発生する熱ストレスを緩和することができる信頼性が高く、かつ高密度実装、または高熱伝導性、または層間の抵抗体接続等の機能を備えた回路基板を製造することができる。

本発明の回路基板の製造方法であれば、コア基板とペーストが充填された貫通穴を具備するプリプレグシートと金属箔とを加熱加圧成型する際、その工程中におけるコア基板の寸法変化を均一にすることができるため、コア基板の内層ランドと、その直上に形成されるめっきビアとのズレ公差を小さくすることができる。

その結果、従来の全層ＩＶＨ構造を有する回路基板において限界であった設計仕様（ビア径／ランド径の寸法仕様）における限界値を引き上げることが可能となり、さらなる微細配線化（ビア径／ランド径の寸法仕様を含む）を実現することができ、加えて高い生産性で回路基板を提供することができる。

また、本発明の製造方法により得られた本発明の回路基板は、同一層かつ所望の位置関係に物性の異なる２種類のビアを共に配設できるため、搭載部品の保持に必要とされるランドの密着強度に応じて、ビアの導通手段をめっきビアあるいはペーストビアに使い分けることができる。

さらに、めっきビアを必要最低限の位置にのみ設け、その他の層間接続をペーストビアに置き換えて確保すれば、回路基板の製造コストを削減することができ、全層ＩＶＨ構造の高密度基板をより安価に提供することができる。

さらに、本発明の回路基板のペーストビアに所望のフィラーを選択すれば、層間の電気的接続だけでなく、サーマルビア、あるいは抵抗体等の機能を有するビアをめっきビアと同一層で、所望の位置関係に配置できる全層ＩＶＨ構造の回路基板を提供できる。

また、めっきビアとペーストビアを同一層に併用することでめっきビアの接続信頼性をも向上させることができる。

本発明の実施の形態における回路基板の製造方法と製造された回路基板について、図を用いて以下に説明する。

図１は本発明の回路基板の製造方法を示すものである。

まず図１（ａ）に示すように、絶縁層２とその表層に形成された配線パターン３（層間接続用のランドパターンを含む）と層間接続用のビア１とを有するコア基板４とペーストが充填された貫通穴５（以下ペーストビアと称す）を備えるプリプレグシート６（図１（ｂ）に示す）とを準備する。なお、コア基板４は両面２層の回路基板を示しているが、２層以上の配線層を有する多層のコア基板であってもよい。また、貫通穴に充填されたペーストは無機フィラーと熱硬化性樹脂性樹脂を主成分として構成されているものである。

次に図１（ｂ）に示すように、コア基板４の両面にプリプレグシート６を重ね、さらに金属箔７を重ねて積層体を形成する。なお、複数のコア基板４とプリプレグシート６とを交互にかつプリプレグシートを外側に積層し、その最外層に金属箔を重ねて積層体を形成することも可能であり、これにより高多層の回路基板を実現できる。

次に図１（ｃ）に示すように、積層体と金属中間板（ＳＵＳ）とを交互に重ね（図示せず）、積層体のプリプレグシート６の樹脂が硬化する温度で加熱加圧して、プリプレグシート６が硬化された絶縁層を備えた銅張積層板を形成する。

次に図１（ｄ）に示すように、銅張積層板の最外層の絶縁層のペーストビア５を除く所定の位置に非貫通穴８を形成する。

次に図１（ｅ）に示すように、非貫通穴８に金属めっきを施して、金属めっきにより形成されたビア９（以下めっきビアと称す）を形成する。

次に図１（ｆ）に示すように、銅張積層板の最外層の導体層１０に所望の配線パターン１１（部品実装用のランドパターン等を含む）を形成する。

さらに、回路基板の表層にソルダーレジストあるいは配線パターン１１への金めっき等の表面仕上げ処理を必要に応じて行う。

上記の図１（ｂ）に示すようなペーストビア５は、コア基板４の層間接続用のランドパターン（以下内層ランドと称す）と直上に形成するめっきビア９とのズレを抑制する機能を備えたものである。このペーストビア５によるズレを抑制する機能の詳細について以下に説明する。

まず、ズレの発生原因は、コア基板をプリプレグシートと金属箔とで挟持して熱プレスにより加熱加圧するに際し、その過程でコア基板が寸法変化することに起因する。

この寸法変化は、配線パターンの影響による熱膨張の差、あるいはコア基板の内部残留応力の開放等による歪みが発生し、そのうえバラツキもあって一定の寸法変化とはならない。

その結果、熱プレス後の内層のコア基板の配線パターンは、設計上の位置からバラツキをもった距離でズレた状態となる。このことから、内層ランド上にめっきビアを形成する構成の回路基板において、めっきビアと内層ランドとの位置の関係は、コア基板の寸法のバラツキを吸収しうる程度のズレの公差が必要となる。

本発明の回路基板の製造方法においては、上記の現象に対して、ペーストビア５が、熱プレスの最中に楔に相当する作用をコア基板４に対しても施すものであり、熱プレスの際に使用する間接部材であるＳＵＳ板等の金属中間板により歪みや膨張を抑制し、その作用を前記プリプレグシート６を介してコア基板４にも及ぼすことにより、コア基板４の歪みや寸法変化を抑えることができる。

このため、熱プレスの最中でのコア基板４の寸法変化が均一的になり、結果として内層ランドとめっきビア９とのズレを小さくすることができる。

なお、本発明における熱プレスの際に使用する金属中間板は、一般的なＳＵＳ板でよく、具体的にはＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４等が好ましく、厚みも１ｍｍ以上あればよい。

また、以上の作用及び仕組みにより、少なくとも無機フィラーと熱硬化性樹脂を含むペーストが貫通穴５に充填されていれば、ズレを抑制する機能を有すことにより、特に金属フィラーに限定する必要はない。

さらに、図１（ｇ）のペーストビア５あるいは１５のように、絶縁層の上下に配線パターンが必ずしも配置されなくてもよい。

なお、ペーストビアはズレを抑制する機能だけでなく、回路基板として有効なその他の機能と作用を備えることが必要であれば、それに応じた所望のフィラー種を選択することも可能である。これによりペーストビア５に様々な機能を付加することもできる。

特に、ペーストビア５に層間接続用のビアとしての機能が必要な場合は、フィラー種は導電性を有する金属が好ましく、具体的には金、銅、銀、インジウム、はんだ等あるいはそれらの合金が好ましい。

また、ペーストビア５に熱伝達用のビア（サーマルビアと称す）としての放熱の機能が必要であれば、アルミ系の化合物が好ましく、具体的には窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミナが好ましい。

さらに、ペーストビア５に抵抗体としての機能が必要であれば、フェライト系化合物が好ましい。なお、これらの場合は、絶縁層の上下の表層に必ず配線層を配置する必要がある。

なお、上記の図１における回路基板の製造方法は、回路基板の製品部分を主とした事例を説明した。ただし、実際に行われる回路基板の製造は、ある所定のワークサイズの基板材料で製造し、最終段階で外形加工を施してワークサイズから製品サイズの回路基板として製造することが一般的である。

そこで、本発明の回路基板の製造方法において、ワークサイズの基板材料（プリプレグシート、コア基板、金属箔）を用いた場合のプロセスについて、以下に説明する。

まず、前述の図１（ｃ）の工程で形成した銅張積層板は、通常ワークサイズと言われ、各製造工程やその過程において必要なサイズのものである。すなわち、製造設備を用いて銅張積層板に加工を施す際に必要な位置合わせ用の貫通穴やパターンが銅張積層板の四辺端部に設けられている。

また、銅張積層板は、図１（ｆ）に示す配線パターンの形成の後、ソルダレジスト形成等の工程を経て、最終的には金型による打ち抜きまたはルーター加工等の外形加工工程により、製品領域と非製品領域に切断分離される。

製品領域とは、電子部品の実装が可能な製品としての回路基板が形成されている領域であり、非製品領域とは、製品領域以外の領域であって、銅張積層板の四辺端部や製品領域内の複数の回路基板の間に設けられている領域を含み、外形加工工程において製品領域と非製品領域に切断分離された後は廃棄される領域をいう。

なお、本実施の形態においては、製品領域に形成される回路基板にあって、複数の個別回路基板で構成される集合型の回路基板（以下集合回路基板と称す）における各個別回路基板の間に形成される連結部分や通称ミシン目と呼ばれる加工穴の部分、および回路基板および集合回路基板の周辺領域でかつ部品実装後に電子機器の筐体に組み込まれる前に切断分離されて廃棄される部分も非製品領域に含むものとする。

図２は、本発明の回路基板の製造方法における基板材料としてのワーク１４を示したものであり、ワーク１４に製品サイズの回路基板となる複数の製品シート１６を面付けしたものである。

次にこのワーク１４を用いた場合の回路基板の製造方法について、図３を用いて説明する。

基本的な製造方法は、図１で説明した場合と同様であるので同一の説明は省略する。

なお、銅張積層板を形成するために必要なコア基板、プリプレグシート、金属箔はワークサイズのものを用いており、上記で説明した銅張積層板の製品領域と非製品領域は、それに対応する領域がプリプレグシートおよび金属箔の製品領域と非製品領域になることはいうまでもない。

まず、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、表層に配線パターンを備えたコア基板４とプリプレグシート６を準備する。プリプレグシート６のペーストビア５は非製品領域に対応する部分にのみ設けられており、外形加工工程後には分離され廃棄される部分であって、最終的には製品サイズとしての回路基板には含まれない。

図１で示した場合と同様に、図３（ｃ）〜図３（ｅ）に示す工程を経て、図３（ｆ）で示したように、配線パターン形成後の多層の積層板をルーター７１４あるいは金型プレス等で外形加工する。これにより、製品領域と非製品領域を分離し、図３の（ｇ）の回路基板、すなわち製品サイズの回路基板を得ることができる。

なお、回路基板の表層にソルダーレジストあるいは配線パターン１２への金めっき等の表面仕上げ処理を必要に応じて行う。

また、図３に示した回路基板の製造方法であれば、図２に示した隣り合う回路基板としての製品シート１６の間の非製品領域となる部分にズレの抑制を目的とするペーストビア５を配置することもできる。これにより、熱プレスの最中でのワークサイズの状態でのコア基板４の寸法変化を抑制することができる。

すなわち、本発明の回路基板の製造方法により、複合基板の構造を有する回路基板において、積層工程での寸法の安定化とズレを抑制することができ、ランドのズレの公差を小さくすることができ、微細な配線を実現することができる。

本実施の形態のペーストビア５は、コア基板４の内層ランドと直上に形成されるめっきビア９とのズレを抑制する機能を製造過程の中で果たすことをその目的とするものである。このため、少なくとも無機フィラーと熱硬化性樹脂からなるペーストが充填されていればよく、特に無機フィラーを金属に限定する必要はない。

なお、ペーストビア５の上下に回路形成された配線パターン１２、１３が必ずしも配置されなくとも良い。

さらに、ペーストビア５の数は、（ビア径面積：ビア径面積の総和）／（ワーク面積）の比が、０．００３以上の割合になるように設ければ、極めて効果的である。

次に本発明の回路基板について、図４を用いて説明する。

本発明の回路基板は、複数の絶縁層２と、前記絶縁層の表面に形成された所望の配線パターン３とが交互に所望の回数繰り返して積層されたものであり、かつ前記絶縁層２に層間接続用のビア１を具備する回路基板である。

特に、ペーストビア５とめっきビア９とが、同一の絶縁層２に形成され、共に存在することを特徴とする。

本発明の実施の形態においては、４つの絶縁層でペーストビア５とめっきビア９とが共に存在することを示しているが、少なくとも１層あれば本発明の効果を発揮することができ、特に複数の絶縁層の最外層に位置する層の場合、顕著な効果を有する。なお、ペーストビア５が層間を導通する機能を備えていれば、めっきビア９とともに層間接続用のビアの一つとして定義する。

上記で説明したように、本発明の回路基板のペーストビア５は、製造工程中でのコア基板のズレを抑制する機能を果たすものである。一方、ペーストビア５のフィラーに所望の種を選択することでペーストビア５に様々な機能を付加することが可能である。

（事例１）
まず、第１の回路基板として、ペーストビア５に導電性フィラーを適用した場合、電気的に層間接続されたビアとなるため、めっきビア９とペーストビア５を同一の絶縁層において共に存在し、存在する位置で共に層間接続を図ることができる。

したがって、コストパフォーマンスに優れた回路基板、具体的には大きなランド密着強度を必要とする部分のみに、めっきビア９で層間の電気接続を確保し、その他は安価に形成が可能なペーストビア５で層間の電気接続を確保した回路基板を提供することができる。

具体的にはＣＳＰ、ＢＧＡ等の比較的サイズが大きく、端子数の多い部品を搭載保持するランド部にめっきビア９を適用し、その他サイズの小さいチップ部品等を搭載するランド部にペーストビア５を適用することが好ましい。

以上より、従来の複合基板に対して、より微細な配線仕様が可能であり、かつより安価に回路基板を提供できる。

（事例２）
第２の回路基板として、ペーストビア５のフィラー種にアルミ系の化合物、具体的には窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミナを適用すれば、ペーストビア５はサーマルビアとしての機能を有するものとなる。これにより、従来の複合基板に対して、微細配線化が可能であり、かつより安価で放熱性に優れた回路基板を提供することができる。

（事例３）
第３の回路基板として、ペーストビア５のフィラー種にフェライト系化合物を適用すれば、従来の複合基板に対して、より微細な配線仕様が可能であり、かつより安価で抵抗体を内蔵した回路基板を提供することができる。

上記の事例１〜３における第１〜３の回路基板の共通の特徴として、めっきビア９の接続信頼性を向上させることができる。それを以下に説明する。

めっきビアとペーストビアにおいて、それらの物性値が大きく異なり、めっきビアは、金属単体から構成されるため、物性は金属そのものである。

一方、ペーストビアは、金属フィラーと熱硬化性樹脂との複合構成であり、金属物性に対して樹脂物性の柔軟性が付与される。

つまり、めっきビアは硬くて強固であり、ペーストビアは柔軟性に優れる。

また、回路基板の絶縁層は、熱硬化性樹脂とガラス織布等の補強材からなる複合材が一般的であり、当然金属とは物性が大きく異なる。

ここで、回路基板における各ビアの層間での接続信頼性を説明すると、めっきビアの場合、めっきビア周辺の絶縁材とビアとの熱膨張が厚み方向で大きく異なるため、大きな熱ストレスがビアに集中発生する。このため、ビア径が小さい、あるいは表層の配線層厚みが薄い場合、その熱ストレスによって断線することがある。

一方、ペーストビアの場合、金属と樹脂の中間的な物性であり、熱ストレスを緩和・吸収することができる。したがって、めっきビアの周辺にペーストビアを併設することにより、絶縁材の厚み方向の熱膨張を減少させ、めっきビアに発生する熱ストレスを緩和することができる。

すなわち、ペーストビアとめっきビアの併用において、それらの配置の関係を考慮することによって、めっきビアの接続信頼性を向上させることができる。

具体的な配置関係は、ＣＳＰ、ＢＧＡ等の端子数が多く、ビアが集中的に配置される部品エリアにめっきビアを配設し、その周囲にペーストビアを配置することが好ましい。

また、回路設計上、層間の電気接続が必要な場合、必要とせず放熱性あるいは抵抗性が必要な場合には、第１〜３の回路基板で説明したように所望の機能を発現できるフィラーを選択すればよい。

さらに、接続信頼性だけの向上を目的とするならば、特にフィラー種を限定する必要はない。

なお、上記した第１〜３の回路基板は、６層以外の回路基板、例えば両面板、あるいは８層板等の高多層基板においてもめっきビアとペーストビアの併用は、所望の層、所望の配置で可能であり、同様の効果が得られる。さらに本発明の回路基板の製造方法および回路基板におけるめっきビアは、フィルドタイプに特に限定される必要はなく、一般的なビルドアップ基板におけるめっきビアの構造で構わない。

次に、本発明の回路基板および回路基板の製造方法に用いる部材および材料について、以下に説明する。

まず、プリプレグシートについて言及すると、その補強材としては、無機質補強材を主体とする場合、ガラス繊維織布あるいはガラス繊維不織布のいずれか１種以上であることが好ましい。

さらに、それらを補強材とするプリプレグシートの樹脂に３０〜８０ｐｈｒの範囲で無機フィラーを含むことがより好ましく、その具体的な無機フィラーとしては、シリカ、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、アルミナ等の非導電性のものであればよく、形状は特に問わない。ただし、フィラーのサイズとしては、直径１０μｍ以下であることが好ましい。

一方、有機質補強材を主体とする場合、ポリイミド、アラミド等の有機質フィルム、アラミド織布、アラミド不織布のいずれか１種以上であることが好ましい。

さらに、有機質材料が補強材であるプリプレグシートの場合、その樹脂としては、特にフィラーを含む必要はなく、エポキシ樹脂を主成分とすることが最も好ましい。

また、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、シアネートエステル樹脂等でも構わない。

次にペーストについてであるが、すでに説明した各種無機フィラーと熱硬化性樹脂と複合材であればよく、説明した製造プロセス上で液状のエポキシ樹脂を主成分とすることが好ましい。

また、本発明におけるコア基板は、２層以上の回路基板であればよく、その層間を電気的に接続するビア穴は、ペーストは勿論のこと、スルーホール、バンプ、フィルドめっき等で確保してもよく、特に限定されるものではない。

さらに、本発明の金属箔および金属めっきは、回路基板用途として一般的に使用される銅から構成されることが最も好ましい。

（本発明の回路基板の評価）
本発明の回路基板の製造方法により製造された回路基板の評価について以下に説明する。

はじめに本実施の形態における評価用の回路基板の模式図とワーク割付について図５に示す。

本実施の形態における評価用の回路基板（以下評価基板と称す）は、内層ランドとビアのズレの許容範囲およびビアの接続信頼性を評価することを主体とした回路基板であり、４層構造である。

この４層の評価基板は、層間の電気接続を穴径φ１５０μｍのビア２５および２７で確保し、かつ合計１２００個のビアを図５（ａ）の外観模式図、及び図５（ｂ）の断面模式図に示したようなビア配置を有しビアどうしを直列接続した評価基板である。

また、各層の回路図は、図５（ｃ）に回路模式図として各層の４層分を示したもので、図５（ａ）の基板外観模式図の点線で囲った部分を拡大したものである。

図５（ｃ）のＬ１、Ｌ４は外層の回路を表したもので、φ２５０μｍのランド２９を幅５０μｍのライン２８で連結した回路である。また、Ｌ２、Ｌ３は内層の回路を表したもので、φ２５０μｍの内層ランド２４を５０μｍのクリアランス（隙間）を確保して全面状回路（以下ベタ回路という）２６で囲んだ回路図である。

この評価基板であれば、内層ランド２４とその直上に形成されるビア２５とのズレ量が、１００μｍを越えると内層のベタ回路２６とビア２５がショートし、検査用のパッド２１と、内層のベタ回路２６と層間電気接続された検査用のパッド２３との間で電気的導通が確認できるため、電気的な導通手段を用いてズレを評価することができる。

また、評価基板を作成するにあたって、１枚のワーク（５００ｍｍ□）に９６個の評価基板３０を図５（ｄ）のように割付し、最後にルータ加工にて完成とした。

次に各実施の形態および比較例について以下に説明する。

（実施の形態１）
ワークとしてのプリプレグシートとしてはそのサイズが５００ｍｍ□（角）、厚み４５μｍのガラス繊維織布に軟化点が７０℃、粒径が２〜８μｍの水酸化アルミニウムを５０ｐｈｒ含む熱硬化性エポキシ樹脂を６０ｗｔ％含浸させ、半硬化させた複合材を準備し、両面に離形剤を施したＰＥＴフィルム（厚み２０μｍ）をプリプレグシートの両面に１００℃に加温されたロールラミネーターで熱圧着した。

次に、そのＰＥＴフィルムを備えたプリプレグシートに炭酸ガスレーザーで穴径１５０μｍの貫通穴を１ショット加工した後、その貫通穴にペーストをスキージで印刷充填した。その後、貫通穴にペーストが充填されたプリプレグシートからＰＥＴを剥離した。

なお、本実施の形態のペーストは、平均粒径５μｍの銅粉と熱硬化型液状エポキシ樹脂を主成分とし、酸無水物系の硬化剤を含有し、それぞれ８５重量％、１２．５重量％、２．５重量％となるように３本ロールにて十分に混練したものを用いた。

次に、コア基板を準備するために、上記の貫通穴にペーストが充填されたプリプレグシートの両面に質量厚さ１２８ｇ／ｍ²の銅箔を重ねて積層体を形成し、その積層体を１ｍｍ厚のＳＵＳ３０４板を介して積層体１０セットをプレート上に設置した。

次に、その積層セットを真空熱プレスに投入し、プリプレグシートの樹脂軟化温度である７０℃で一旦加熱保持した後、プリプレグシートの樹脂が硬化する２００℃まで昇温速度５℃／ｍｉｎで加熱し、２００℃で１時間加熱保持した。なお、プレス圧力は５ＭＰａで実施した。このプレス成型後、この積層体をフォトリソエッチング法で回路配線層を形成して両面回路基板であるコア基板を作成した。

次に、作成した前記コア基板の両面に前記のプリプレグシートを重ね、さらに質量厚さ１２８ｇ／ｍ²の銅箔を重ねて積層体を準備し、その積層体を１ｍｍ厚であるＳＵＳ板を介して積層体１０セットをプレート上に設置した。

続いて、そのプレート上の積層体を真空熱プレスに投入し、プリプレグシートの樹脂軟化温度である７０℃で一旦加熱保持した後、プリプレグシートの樹脂が硬化する２００℃まで昇温速度５℃／ｍｉｎで加熱し、２００℃で１時間加熱保持して成型を行った。なお、プレス圧力は５ＭＰａで実施した。

次に、成型された積層体の最外層にめっきビア形成するために、その両面においてビア形成する位置に予めフォトリソエッチング法で導体層を除去した後、炭酸ガスレーザーで穴径φ１５０μｍの非貫通穴を形成した。なお、この非貫通穴は、プリプレグシートに貫通穴を加工する際のエネルギーより小さく設定し、ショット回数を４回で加工した。

次に、一般的にスルーホールの形成と同様に非貫通穴の壁面等をデスミア処理した後、無電解銅めっきにより、めっきビアを形成し、最後にフォトリソエッチング法で最外層に回路配線層を形成して、図６に示すように、めっきビア３１とペーストビア３３が交互に連結接続した４層回路基板を作成した。

なお、本実施の形態では、非貫通穴をめっきにて埋め込むフィルドめっきではないが、めっき液および条件を変更することでビア２５のフィルドめっき化は可能である。

また、本実施の形態においては、図６のように外層でめっきビア３１とペースト３３を交互に配列したサンプルを作成した。

また、ワークサイズのプリプレグシートにおいて、最終的に製品となる領域以外にはペーストビアの形成を実施しなかったサンプルと、製品領域以外の領域（非製品領域）にもペーストビア形成を実施したサンプルを作成した。

さらに、製品領域以外のペーストビアについては、図５（ｄ）に図示した横方向での(1)製品間にペーストビアを形成する場合、(2)縦方向での製品間にペーストビアを形成する場合、(3)製品間の全面にペーストビアを形成する場合の３水準でサンプルを作成した。したがって、本実施の形態のサンプルとしては、４種類である。

（実施の形態２）
図７に示した基板構造以外は、実施の形態１と製造方法および条件、材料等が、全く同一である４層回路基板である。

特に図７（ｂ）に示したように、めっきビア３１で層間接続された領域とペーストビア３３で層間接続された領域を各５０％の面積割合で同一基板内の同一層に配置させた基板である。

また、実施の形態１と同様に、製品領域以外にはペーストビアの形成を実施しなかったサンプルと、非製品領域にペーストビアの形成を実施したサンプルを作成した。

非製品領域のペーストビアも実施の形態１と同一に実施し、３水準でサンプルを作成した。したがって、本実施の形態のサンプルとしても４種類である。

（実施の形態３）
図８に示した基板の構造以外は、実施の形態１と製造方法および条件、材料等が、全く同一である４層の回路基板である。特に本実施の形態においては、ワークサイズのプリプレグシートにおける非製品領域にのみペーストビアの形成を実施し、実施の形態１および２と同一の３水準でサンプルを作成した。したがって、本実施の形態のサンプルとしても３種類である。

（比較例１）
図８に示した実施の形態３の基板構造と全く同一であるが、４層目でのペーストビアの形成を全く実施しない製造方法および条件、材料等で作成した４層の回路基板である。

実施の形態１〜３および比較例について、ズレ公差をショート率で検証した。その結果を（表３）に示す。

（表３）より、本発明の実施の形態において、いずれのサンプルも比較例１のショート率より極めて低い水準となっており、めっきビアを形成する絶縁層（材）に予めペーストビアを形成することによって、内層ランドとめっきビアのズレ公差を低減できた結果と言える。

特にワークサイズのプリプレグシートにおけるペーストビアの数が増加するに伴い、そのショート率が減少する傾向があり、ペーストビアの数が多いほど、強固にコアの寸法変化を抑制できていることを示した結果である。

特に、ビア割合（ワーク面積あたりの総ビア径面積のこと）が０．３以上でその効果が顕著に示されている。

次に、基板の構造の違いによるめっきビアの接続信頼性を検証するため、（表３）のサンプル１、サンプル５、サンプル１１およびサンプル１２について、熱衝撃試験を行った。

なお、試験条件は、液槽熱衝撃試験であり、２５℃／２６０℃で各１０ｓにて５００サイクルまで実施し、その結果を（表４）にまとめた。

また、評価は、各サンプルともに５ｓ（シート）で行い、断線の発生したサイクル数で比較した。

（表４）より、ペーストビアとめっきビアを併用したサンプル１および５において、かなり過酷な試験にもかかわらず、断線は全く発生しなかった。

一方、めっきビアのみで層間接続されたサンプル１１および１２については、全数５００ｃｙｃに到達する前に断線が発生した。

この断線のモード（態様）を確認すると、いずれもめっきビアの底あるいは表層エッジで発生していた。これは、めっきビアのみの場合、そのビアと絶縁層との熱膨張差が大きいため、熱ストレスが集中しやすいビアエッジで導体破断が発生し、断線に至ったものと考えられる。

これに対して、めっきビアにペーストビアを併用すると、ペーストビアが先に説明した熱ストレスに対して緩衝的な役割を果たすため、サイクル数が格段に伸長したものと想定できる。

なお、本発明の実施の形態においては、多層回路基板として４層の多層回路基板について説明したが、４層以上の多層の回路基板でも同様の効果が得られる。

また、本発明は、各実施の形態に示した材料・条件等に限るものではなく、少なくとも製造プロセス上でペーストビアを形成すれば、本発明の実施の形態と同様なズレ公差の抑制の効果は得られる。さらに製品内でめっきビアとペーストビアを併用すれば、本発明の実施の形態と同様の効果が得られる。

以上述べたように、電子部品の高密度実装が急速に進展する中、本発明の構成であれば、回路基板の高密度化に対して、配線収容性に極めて優れた全層ＩＶＨ構造と、かつ表層のランド密着強度に優れた回路基板を安価に提供できるものであり、産業上の利用可能性は大といえる。

本発明の実施の形態における回路基板の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態の回路基板の製造方法におけるワークを示す平面模式図 同実施の形態における回路基板の製造方法を示す工程断面図 同実施の形態における回路基板の断面模式図 同実施の形態における回路基板を示す模式図 同実施の形態における回路基板の断面模式図 同実施の形態における回路基板の断面模式図 同実施の形態における回路基板の断面模式図 従来の両面の回路基板の製造方法を示す工程断面図 従来の多層の回路基板の製造方法を示す工程断面図 従来の複合回路基板の製造方法を示す工程断面図 従来の複合回路基板におけるめっきビアと内層ランドの位置関係を示す断面図

符号の説明

１、２５、２７、３４ 層間接続用のビア
２ 絶縁層材
３、１１、１２、１３ 配線パターン
４ コア基板
５、１５、３３ ペーストビア
６ プリプレグシート
７ 金属箔
８ 非貫通穴
９、３１ めっきビア
１０ 導体層
１４ ワーク
１６ 製品シート
２４、３２ 内層ランド
２１、２２、２３ 検査用のパッド
２６ 内層のベタ回路
２８、３５ 外層回路導体
２９ 外層ランド
３０ 評価基板

Claims (8)

1. 互いに積層された複数の絶縁層と、
   前記絶縁層に形成された層間接続用のビアと、
   前記絶縁層の表面に形成された配線パターンとを備え、
   前記複数の絶縁層のうち最外層に位置する層にはペーストが充填された層間接続用のビアと金属めっきにより形成された層間接続用のビアとが共に存在し、
   前記最外層の絶縁層の表層には電子部品を搭載保持するためのランドを有し、
   前記電子部品を搭載保持するためのランドとして、ペーストが充填された層間接続用のビアの直上に設けられたランドと、金属めっきにより形成された層間接続用のビアの直上に設けられたランドが共に存在し、
   金属めっきにより形成された層間接続用のビアの直上に設けられたランドに実装される電子部品の部品実装エリアの周囲には、ペーストが充填された層間接続用のビアが配置されていることを特徴とする回路基板。
2. 回路基板は、製品部分となる複数の個別回路基板からなる集合回路基板であって、前記個別回路基板を除く領域には、ペーストが充填されたビアが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. ペーストが充填された層間接続用のビアは、絶縁層に設けられた穴に無機フィラーと熱硬化性樹脂性樹脂を含むペーストが充填され硬化したものであることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
4. 無機フィラーは、金、銅、銀、インジウム、はんだ、あるいはそれらの合金のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の回路基板。
5. 表層に配線パターンを備えたコア基板とペーストが充填された貫通穴を備えるプリプレグシートとを準備する工程と、
   コア基板の両面にプリプレグシートを積層または複数のコア基板とプリプレグシートとを交互にかつプリプレグシートを外側に積層し、その最外層に金属箔を重ねて積層体を形成する工程と、
   前記積層体を加熱加圧して前記プリプレグシートが硬化された絶縁層を備える銅張積層板を形成する工程と、
   前記絶縁層のペーストが充填された貫通穴を除く位置に非貫通穴を形成する工程と、
   前記非貫通穴に金属めっきを形成する工程と、
   前記銅張積層板に配線パターンを形成する工程とを備え、
   前記ペーストは層間接続用のペーストであり、
   最外層に位置する絶縁層に形成されたペーストが充填された前記貫通穴の直上および金属めっきが形成された前記非貫通穴の直上には前記配線パターンを形成する工程にて電子部品を搭載保持するためのランドが形成され、
   金属めっきにより形成された前記非貫通穴の直上に設けられたランドに実装される電子部品の部品実装エリアの周囲には、ペーストが充填された前記貫通穴が配置されていることを特徴とする回路基板の製造方法。
6. 銅張積層板は製品領域と非製品領域からなり、
   前記銅張積層板に配線パターンを形成する工程の後、前記製品領域と前記非製品領域は切断分離されるものであって、
   前記非製品領域に対応するプリプレグシートにはペーストが充填された貫通穴のみが設けられていることを特徴とする請求項５に記載の回路基板の製造方法。
7. 銅張積層板は製品領域と非製品領域からなり、
   前記銅張積層板に配線パターンを形成する工程の後、前記製品領域と前記非製品領域は切断分離されるものであって、
   前記非製品領域に対応するプリプレグシートにはペーストが充填された貫通穴が設けられ、前記製品領域に対応する絶縁層には非貫通穴が設けられることを特徴とする請求項５に記載の回路基板の製造方法。
8. 貫通穴に充填されたペーストは、無機フィラーと熱硬化性樹脂性樹脂を含むものであって、前記無機フィラーは、金、銅、銀、インジウム、はんだ、あるいはそれらの合金のうちから選択されるものであることを特徴とする請求項５に記載の回路基板の製造方法。

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