JP5130695B2 - 両面基板の製造方法及び多層基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、導電性ペーストを充填した導通孔を備えた両面基板の製造方法及び多層基板の製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化、薄型化、高機能化が進展する中、電子部品の小型化や薄型化等と伴に、プリント配線基板についても、高密度実装が求められ、従来のスルーホール構造で層間の電気接続を行う工法に代えて、特許文献１で開示されているような導電性バンプを用いた工法や配線基板にインナーバイアホール（以下、「ＩＶＨ」という）を設け、ここに導電性ペーストを充填した全層ＩＶＨ構造とする多層プリント配線基板とその工法が開発されており、特許文献２などで開示されている。
特許第３６９４７０８号公報 特開平０６−２６８３４５号公報

上記の特許文献２などによると、ＩＶＨに導電性ペーストを充填することにより、電気的接続の信頼性の向上を図ると共に、前記プリント配線基板の中空に貫通孔がなく、前記導電性ペーストが充填された貫通孔上に、配線パターン（導体ランド）を介して電子部品の実装を行うことができ、部品ランド直下や任意の層間にＩＶＨを形成することができる。
このため、微細な配線パターンの形成や、基板サイズの小型化が可能となり、高配線収容性と高密度実装性と有するプリント配線基板を得ることができるとされている。

また、導電性ペーストの充填で電気的接続の信頼性を向上させる原理は、積層基材を圧縮する工程によってペースト中の導電性物質間からバインダー成分が押し出され、導電物質同士及び導電物質と金属箔間の結合が強固になり、導電性ペースト中の導電物質が緻密化されることによりよるものであること等が開示されている。

これらの工法によって製造されたプリント配線板の電気的接続に関する信頼性評価としては、ホットオイルやリフロー装置を用いて加熱冷却サイクル中の抵抗値を測定し、その変動状況を確認する方法で評価されることが一般的である。

前記の導電性ペースト充填による導通孔を備えたプリント配線基板を、リフロー装置等を用いて加熱冷却サイクル中の抵抗値を測定した場合、図１に示すように初回サイクルにおいて高抵抗側に大きく変動した後、徐々に低抵抗側に変動して安定していく傾向があり、導通孔が小径化されることでこの現象がより顕在化することが確認できている。

この現象に関しては、最終的に低抵抗側に安定するため、実用上の問題はない。
また、導電性ペーストの圧縮度を向上したことで、初期抵抗値の低抵抗化により信頼性が確保されている。

しかしながら、顧客において従来のスルーホール構造を利用したプリント配線板などと比較評価された場合、最終的に低抵抗側へ安定するも、初回の変動が大きいことが問題視され、特徴を理解戴いて採用に至るまでの間、時間その他のロス発生が懸念されるという問題があった。

このような熱衝撃試験の初回サイクルにおいて抵抗値が大幅に変動する現象は、積層プレス中の加熱加圧によりプレス後の基材や導通孔に応力が残留してしまうことが最大の要因である。このプレス後に残留した応力は、プレス後の熱衝撃により開放される。

特に、基材の影響によるＸ、Ｙ（平面）方向の無圧下での自由伸縮がＺ（厚み）方向にも影響し、導電性物質間の緊密状態が一時的に緩和されることにより、高抵抗側に変動する現象を引き起こしている。

残留応力を開放（除去）する方法としては、乾燥設備を利用したアフターベーキング（プレス完了製品の後加熱）などが一般的であるが、処理時の異物巻き込み、その他による製品の外観不良発生や、工数増加による効率の低下が懸念される。よって、プレス後の熱衝撃を受ける前に、いかに効率よく、かつ効果的に基材や導通孔の残留応力を開放（除去）するかが課題であった。

本発明は、積層プレス中にサイクル中の成形完了後の加熱時間中に圧力を無圧又は低圧化して積層成形中の基材や導通孔に残留した応力を開放（除去）する。これによって基材や導通孔の状態安定化を可能とし、後に熱衝撃を受けても初回から低抵抗側に安定させることができる両面基板の製造方法及び多層基板の製造方法を提供するものである。

本発明は、次の事項に関する。
（１）導電性フィラーと熱硬化性樹脂を主成分とした導電性ペーストが充填された導通孔を備えたＢステージ状態のプリプレグシートの両面に金属箔を配置してなる積層体を加熱加圧する両面基板の製造方法であって、加熱加圧による硬化成形工程、圧力を下げて加熱する低圧下加熱工程、及び、温度を０〜０．５ＭＰａに下げて冷却する低圧下冷却工程を、この順序で有し且つこれら３つの工程を１回の積層プレスサイクル内に備えることを特徴とする導通孔内蔵の両面基板の製造方法。

（２）回路板の両面に、導電性フィラーと熱硬化性樹脂を主成分とした導電性ペーストが充填された導通孔を備えたプリプレグシートを位置決めして重ねた後、最外層に金属箔を配置した積層体を加熱加圧する多層基板の製造方法であって、加熱加圧による硬化成形工程、圧力を下げて加熱する低圧下加熱工程、及び、温度を０〜０．５ＭＰａに下げて冷却する低圧下冷却工程を、この順序で有し且つこれら３つの工程を１回の積層プレスサイクル内に備えることを特徴とする導通孔内蔵の多層基板の製造方法。

（３）冷却時の圧力を、接触圧（設備の最低圧力で保持した状態）〜１ＭＰａとすることを特徴とする項（１）記載の両面基板の製造方法。
（４）冷却時の圧力を、接触圧（設備の最低圧力で保持した状態）〜１ＭＰａとすることを特徴とする項（２）記載の多層基板の製造方法。

本発明の製造方法によれば、基材や導通孔の状態安定化を可能とし、後に熱衝撃を受けても初回から低抵抗側に安定させることができる両面基板及び多層基板を製造することができる

プレス後の初回熱衝撃時に高抵抗側に変動する現象を解決するためには、プレス工程で発生する基材及び導通孔の残留応力を如何にして効率よく、かつ効果的に開放（除去）するかが大きな課題である。

本発明は、プレス工程における硬化成形完了後、製品にかける圧力を０〜０．５ＭＰａ以下に下げ、該硬化物のガラス転位温度より高い温度で一定時間保持した後、冷却して積層プレス成形するものであり、これによってプレス中の硬化成形工程で基材や導通孔に残留する応力が、低圧下での加熱硬化工程により、効果的に開放（除去）され、後に熱衝撃を受けた場合の抵抗の変動が抑えられるものである。

加熱時の圧力を下げるタイミングとしては、成形不良を防止するため成形完了後とする。
また、加熱中の圧力を低下させておく時間は、該硬化物の所定のガラス転位温度が確保できる最低限度の時間で調整することが好ましく、現行プレスサイクル内で、加熱時間から成形に必要な時間を引いた時間で実施しても効果を得ることができ、圧力低下による加熱時間を延長することで、効果を増大させることができる。低圧化時の圧力は、０〜０．５ＭＰａ以下で調整することが好ましく、無圧状態で加熱した場合の方が、より大きな効果を得ることができる。

冷却時の圧力は、製品の温度ばらつきの影響を避けるため、接触圧（設備の最低圧力で保持した状態）〜１ＭＰａ以下で調整することが好ましい。
基本の加熱温度条件は、該硬化物の現行の設定条件と同一でよく、所定のガラス転位温度が確保できる条件で調整することが好ましい。

低圧下での加熱温度は、該硬化物のガラス転位温度より高い温度にすることが好ましい。
また、Ｂステージ状態のプリプレグの軟化点温度付近で一定時間保持した後、昇温する工程を追加することによって製品の温度ばらつきや抵抗値を小さく安定させることができる。

プレスサイクルの設定は効率を考えて、硬化成形工程、低圧下加熱工程、低圧下冷却工程の３工程を１つのサイクルとすることが好ましく、該硬化物の現行プレスサイクル内で調整することで効率の低下を防止することができる。

使用する繊維基材は、ポリアミド、ポリビニールアルコール、ポリエステル、ポリアクリル等の合成繊維及びガラス等の無機繊維の織布、不織布又はマットとする。
エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリブタジェン樹脂等の熱硬化性樹脂を基本として用いるが、これに制限するものではない。

導電性ペーストは、導電物質として、銅、銀、金、銀パラジウム及びこれらの合金の内の１種類以上からなるものを使用することができ、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂をバインダーとしたペーストを使用することができるが、これに限定したものではない。

以下、図面を引用しながら本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれに制限するものではない。
実施例１
図２に示すように、ガラス布エポキシ製のプリプレグ１（日立化成工業（株）製、商品名ＧＥＡ−６７９ＦＧ）厚さ５０μｍの上下両面に離型性フィルム２をラミネート貼り付けした後、レーザ穴明機により直径７０μｍ（φ）で穴明を実施し、小径のＩＶＨ用貫通孔３を設けた。

このＩＶＨ用貫通孔３に導電性ペースト４を充填し、離型性フィルム２を剥離した基材面に金属箔５を張り合わせた構成品１０セットを鏡板間に交互に挟み、その上下にクッション材を配置した状態で、図３に示すプレス設定条件で加熱加圧及び冷却して両面基板を得た。

実施例２
図４に示すように実施例１の方法で得た両面基板の回路加工を実施して回路板６を作製した後、実施例１と同様の方法で得た導通孔付プリプレグ７を回路板の両面に位置合わせして設置し、その外側に金属箔５を配置した。図３に示すプレス設定条件で加熱加圧及び冷却して全層ＩＶＨ付の４層の多層基板を得た。

比較例１
図５に示すプレス設定条件以外は、実施例１と同じ方法で、両面基板を得た。
比較例２
比較例１と同様の方法で得た両面板を乾燥機で１９０℃３０分の条件でアフターベーキングした。

実施例１、２及び比較例１、２で得た基板を回路加工し、抵抗値が計測できる基板とした後、２６５℃１０分の条件でリフロー処理５回と抵抗値測定を実施した。リフロー処理前の抵抗値を基準として各処理回数毎の抵抗変化率を算出した結果を図６に示す。また品質面と効率面の比較を表１に示す。

図６及び表１に示されるように、本発明によってプレス時に残留する応力をプレスサイクル内で効果的に開放（除去）できるため、リフロー処理等の熱衝撃において、初回サイクルの高抵抗側へ大幅に変動する現象を低減することができ、処理２回目以降の変動も小さくすることができることが明らかである。

また、変化率のばらつきも低減する効果が得られることが明らかである。
さらに、他の品質や効率の面においても低下させることなく現行と同等である。よって、品質と生産効率に優れたＩＶＨ付の両面基板の製造方法及び多層基板の製造方法であることが確認できた。

導電性ペーストを使用したＩＶＨ構造の両面板回路板をリフロー処理したときの抵抗変化率を示すグラフである。 導電性ペーストを使用したＩＶＨ構造の両面基板の製造方法を示す断面図である。 実施例１及び実施例２のプレス設定条件（温度と圧力の設定）を示すグラフである 導電性ペーストを使用した全層ＩＶＨ構造の４層板の構造を示す断面図である。 比較例１及び比較例２のプレス設定条件（温度と圧力の設定）を示すグラフである 実施例と比較例による回路板をリフロー処理したときの抵抗変化率を示すグラフである。

符号の説明

１ プリプレグ
２ 離型性フィルム
３ ＩＶＨ用貫通孔
４ 導電性ペースト
５ 金属箔
６ 回路板
７ 導通孔付プリプレグ

Claims (4)

1. 導電性フィラーと熱硬化性樹脂を主成分とした導電性ペーストが充填された導通孔を備えたＢステージ状態のプリプレグシートの両面に金属箔を配置してなる積層体を加熱加圧する両面基板の製造方法であって、
   加熱加圧による硬化成形工程、圧力を０〜０．５ＭＰａに下げて加熱する低圧下加熱工程、及び、温度を下げて冷却する低圧下冷却工程を、この順序で有し且つこれら３つの工程を１回の積層プレスサイクル内に備えることを特徴とする導通孔内蔵の両面基板の製造方法。
2. 回路板の両面に、導電性フィラーと熱硬化性樹脂を主成分とした導電性ペーストが充填された導通孔を備えたプリプレグシートを位置決めして重ねた後、最外層に金属箔を配置した積層体を加熱加圧する多層基板の製造方法であって、
   加熱加圧による硬化成形工程、圧力を０〜０．５ＭＰａに下げて加熱する低圧下加熱工程、及び、温度を下げて冷却する低圧下冷却工程を、この順序で有し且つこれら３つの工程を１回の積層プレスサイクル内に備えることを特徴とする導通孔内蔵の多層基板の製造方法。
3. 冷却時の圧力を、接触圧（設備の最低圧力で保持した状態）〜１ＭＰａとすることを特徴とする請求項１記載の両面基板の製造方法。
4. 冷却時の圧力を、接触圧（設備の最低圧力で保持した状態）〜１ＭＰａとすることを特徴とする請求項２記載の多層基板の製造方法。

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