JP5635634B2 - 配線基板の製造方法 - Google Patents
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上記製造方法による場合、上記ビア導体あるいはスルーホール導体の端面と、これに接続する配線層との平坦面状の接続面のみにより、両者が接続されているため、上記配線層の印刷ズレや、焼成時の焼成収縮などによっては、上記ビア導体あるいはスルーホール導体と配線層との導通が不安定になる場合があった。
即ち、配線基板の表面および裏面にマスクを貼り付け、該一対のマスクと共に配線基板にスルーホールを穿設し、該スルーホールの内壁面に沿ってスルーホール導体を形成し、上記マスクを除去した後、配線基板の表面および裏面における所定の位置にスクリーン印刷することで、得られた配線パターンと上記スルーホール導体の端部とを接続する製造方法である(例えば、特許文献1参照)。
即ち、本発明の配線基板の製造方法(請求項1)は、グリーンシートの表面および裏面の少なくとも一方にスクリーン印刷により所定パターンのメタライズ層を形成する工程と、少なくとも上記メタライズ層の上に絶縁シートを貼り付ける工程と、前記絶縁シートの上方から、該絶縁シートにレーザを照射して、第1の貫通孔を形成し、該第1の貫通孔の底面に露出する上記メタライズ層およびグリーンシートに対し、これらの厚み方向に沿って、当該メタライズ層およびグリーンシートを貫通する第2の貫通孔を連続して形成する貫通孔を形成する工程と、上記絶縁シートとメタライズ層の厚み分を含む上記貫通孔の内面に沿ってメタライズ壁を形成するか、あるいは上記第1および第2の貫通孔の内側全体にメタライズを充填する工程と、を含み、上記貫通孔を形成する工程において、上記絶縁シートに形成される第1の貫通孔の内径は、上記メタライズ層とグリーンシートとに形成される第2の貫通孔の内径よりも大である、ことを特徴とする。
従って、簡素な工程によって、前述した導通性が安定した配線基板を確実に提供することが可能となる。
また、前記絶縁シートは、厚みが3〜25μmの極薄の樹脂フィルムが用いられる。
更に、前記メタライズ層は、W、Mo、Cu、あるいはAg粉末を含み、その厚みは3〜30μmである。
加えて、以上のような配線基板の製造方法は、多数個取りの形態としても良い。
図1は、本発明により得られる一形態の配線基板1aを示す断面図、図2は、図1中の一点鎖線部分Xにおいて一部に断面を含む透視的な部分斜視図、図3は、図1中のY−Y線の矢視に沿った部分断面図である。
配線基板1aは、図1に示すように、セラミック層S1〜S3を積層し、表面3および裏面4を有する基板本体2と、セラミック層S1〜S3の表面Saに個別に形成された所定パターンの配線層P1〜P3と、セラミック層S1〜S3ごとの表面Saと裏面Sbとの間を貫通し、且つ上端部(端部)vが配線層P1〜P3と個別に接続されたビア導体V1〜V3と、を備えている。
セラミック層S1〜S3は、それぞれ表面Saおよび裏面Sbを有し、厚みが約20〜600μmで、例えば、アルミナを主成分とする高温焼成セラミック、あるいは、ガラス−アルミナ(セラミック)などの低温焼成セラミックからなる。
図1〜図3に示すように、ビア導体V1〜V3も、上記同様の金属材料からなり、それらの上端側で配線層P1〜P3を個別に貫通し、それらの上端部vが配線層P1〜P3の表面よりも図示で上方に突出している。かかるフランジ状の上端部vの底面と配線層P1〜P3の表面とは、平面視で円環形状の接続面f1によって接続されている。尚、ビア導体V1〜V3は、互いにほぼ同軸心にして接続されたスタックドビアの形態を呈している。
更に、ビア導体V1〜V3の上端側の外側面と、ビア導体V1〜V3が貫通する配線層P1〜P3の貫通孔の内側面(側面)とは、短い円筒形状の接続面f2によって接続されている。上記円環形状の接続面f1および円筒形状の接続面f2は、相互に連続しており、且つ断面がL字形状を呈し、ビア導体V1〜V3と配線層P1〜P3とを電気的に個別に接続する接続面Fを構成している。
尚、最下層のセラミック層S3の裏面Sbには、ビア導体V3の下端と接続する外部端子5が形成されている。該外部端子5も前記同様の金属材料からなる。
配線基板1bは、図4に示すように、前記同様のセラミック層S1〜S3を積層した基板本体2と、配線層P1〜P3と、ビア導体V1〜V3と、外部端子5とを備えている。該配線基板1bが前記配線基板1aと相違するのは、中層と最下層のビア導体V2,V3ごとの上端部vは、基板本体2の中央側に向かって配線層P2,P3の表面上に張り出したランド8を形成し、該ランド8上において、上層側のビア導体V1,V2の下端を接続している構造である。
これによれば、基板本体2の表面3の中央部付近に最上層のビア導体V1ごとの上端部vが集まるため、該表面3上に実装する電子部品(図示せず)との導通を容易に取ることが可能となる。
配線基板1cは、図5,6に示すように、前記同様のセラミック層S1〜S3を積層した基板本体2と、配線層P1〜P3と、最下層のセラミック層S3の裏面Sbに形成した配線層P4と、セラミック層S1〜S3ごとの表面Saと裏面Sbとの間を貫通し、且つフランジ状の上・下端部(端部)hが配線層P1〜P4と個別に接続されたスルーホール導体H1〜H3と、を備えている。
上記スルーホール導体H1〜H3は、前記同様の金属材料からなる円筒体で、中空部6を内設している。該スルーホール導体H1〜H3は、配線層P1〜P4を貫通し、且つ上下に隣接する上端部hおよび下端部hによって、互いに導通可能とされている。
更に、スルーホール導体H1,H2の上端側、スルーホール導体H3の上端側および下端側の外側面と、該スルーホール導体H1〜H3が貫通する配線層P1〜P4の貫通孔の内側面(側面)とは、短い円筒形状の接続面f2によって接続されている。上記円環形状の接続面f1および円筒形状の接続面f2は、相互に連続しており、断面がL字形状で、且つ全体が逆ハット形状、あるいはハット形状を呈し、スルーホール導体H1〜H3と配線層P1〜P4とを電気的に個別に接続する接続面Fを構成している。以上のような配線基板1cによっても、前記配線基板1a,1bと同様な効果を奏することができる。
尚、スルーホール導体H2,H3の上端部hに前記同様のランド8を形成し、最上層のスルーホール導体H1ごとの上端部hを、前記配線基板1bと同様に、基板本体2の表面3における中央部側に集めた形態としても良い。
また、以上のような配線基板1a〜1cは、これらを縦横に連続して配列し、これらの周囲に前記セラミック層S1〜S3からなる耳部を有する多数個取り配線基板の形態としても良い。
予め、アルミナ粉末、所要の有機バインダ、および溶剤などを、所要量ずつ秤量・混合してセラミックスラリを製作し、該スラリにドクターブレード法を施すことによって、図7に示すように、表面gaおよび裏面gbを有するシート状とした3層のグリーンシートGn(n=3)を用意した。尚、該グリーンシートGnは、多数個取り用の大きさのものであっても良い。
次に、グリーンシートGnごとの表面gaの所定の位置に対し、W粉末、有機バインダ、および溶剤などを含むメタライズペーストを、所定パターンのマスクを介してスクリーン印刷して、図8に示すように、メタライズ層Mpn(n=3)を形成した。尚、上記マスクを配置する際に、予め、グリーンシートGnごとの表面gaに対する位置決めが成されている。
次いで、図9に示すように、上記メタライズ層Mpnを含むグリーンシートGnごとの表面ga全体に、例えば、PETフィルム、PP、PE、ポリイミド、あるいは金属系フィルム(シート)などからなり、厚みが3〜25μmの絶縁シートjsを貼り付けた。
上記炭酸ガスレーザLの照射には、(株)日立製作所製の日立レーザLC−2F21Bを用い、その条件は、パンチモード:バースト、パワー:37%、パルス周期:10ms、パルス幅:0.06ms、パルス数:5回であった。また、第1・第2の貫通孔h1,h2を同時に且つ連続して形成するため、予め絶縁シートjsの上方に集光レンズ(図示せず)を配置し、該絶縁シートjsの表面での上記炭酸ガスレーザLのビーム径が、直径250μm程度となるようにした。
尚、上記レーザLを照射する部位の位置決めは、前記メタライズ層Mpnを形成した際におけるグリーンシートGnの表面gaの位置決めに従って成された。
更に、前記炭酸ガスレーザLに替えて、YAGレーザを用いても良く、その際における絶縁シートjsの表面でのビーム径は7μm程度となる。
前記とは異なる照射条件(例えば、パワーや焦点)のレーザL1を、上方から集光レンズを通じて絶縁シートjsに対し照射すると、図11に示すように、熱溶融し易い絶縁シートjsのみに、内径d1の第1の貫通孔h1が形成された。
次に、第1の貫通孔h1の底面に露出するメタライズ層Mpnとその下方のグリーンシートGnとに対し、図12の左側に示すように、更に異なる照射条件(例えば、パワーや焦点)のレーザL2を照射して、内径d2の貫通孔h2を、上記第1の貫通孔h1とほぼ同軸心にして形成した。
あるいは、図12の右側に示すように、第1の貫通孔h1の底面に露出するメタライズ層MpnとグリーンシートGnとを、受入れ孔uhを有するダイD上に固定し、上記メタライズ層MpnおよびグリーンシートGnに対し、第1の貫通孔h1の中心部にパンチPを押し込み、その先端部をダイDの受入れ孔uh内に進入させるパンチング(P)を行って、内径d2の貫通孔h2を、上記第1の貫通孔h1とほぼ同軸心にして形成しても良い。
更に、図14に示すように、絶縁シートjsをグリーンシートGnの表面gaおよびメタライズ層Mpnの表面から物理的方法などによって剥離した。
図14の部分拡大図である図15に示すように、追ってビア導体VnとなるメタライズMvnの上端部vの底面とメタライズ層Mpnの表面との間には、平面視で円環形状の接合面f1が位置し、メタライズMvnの上端側の外側面とメタライズ層Mpnにおける第2の貫通孔h2の内側面(側面)との間には、短い円筒形の接合面f2が位置し、これらが断面L字形状の接合面Fを構成していた。
その結果、図17に示すように、グリーンシートG1〜G3が積層・圧着されて、表面3および裏面4を有する未焼成の基板本体2からなるグリーンシート積層体GSが形成された。該積層体GSにおいて、メタライズMv1,Mv2の下端はメタライズMv2,Mv3の上端部vと個別に接続されているため、表面3のメタライズ層Mp1は、メタライズMv1〜Mv3を介して、裏面4の外部端子5と導通可能となっていた。
そして、上記グリーンシート積層体GSを所定の温度帯にて焼成した。その結果、前記図1の断面図に示した配線基板1aが得られた。上記焼成工程において、前記グリーンシートG1〜G3はセラミック層S1〜S3となり、前記メタライズ層Mp1〜Mp3は、配線層P1〜P3に、前記メタライズMv1〜Mv3はビア導体V1〜V3となった。しかも、ビア導体V1〜V3の各上端部vと配線層P1〜P3とは、それぞれ接合面F(f1,f2)を介して接続されていた。
即ち、前記図10,12に示したように、グリーンシートGnの表面ga側の絶縁シートjsに形成された第1の貫通孔h1と、メタライズ層MpnおよびグリーンシートGnを貫通する第2の貫通孔h2に対し、グリーンシートGnの裏面gb側に図示しないマスクを配置し且つ裏面gb側から第1・第2の貫通孔1,2内を吸引して負圧状態とした。かかる状態で、絶縁シートjs上から前記同様のメタライズを吸引させつつ第1・第2の貫通孔1,2の内面に沿って充填した。
これ以降は、前記図16,17に示した積層・圧着工程、および前記同様の焼成工程を施すことで、前記図5で示した配線基板1cを得ることができた。尚、前記メタライズ壁Mhnは、焼成後に前記スルーホール導体H1〜H3となった。
従って、簡素な工程によって、配線層P1〜P3とビア導体V1〜V3などとの導通性に優れた配線基板1a,1cを確実に提供することができた。
また、第1および第2の貫通孔h1,h2を、前記図10で示したように、1回のレーザLを照射することで同時に形成する形態では、製造工数を低減することができる。
更に、前記配線基板1a〜1cは、2層のセラミック層あるいは4層以上のセラミック層からなるものとし、そのため、前記グリーンシートGnも同数を用意して前記各工程を施すようにしても良い。
加えて、以上のような各製造工程は、大版サイズのグリーンシートを用いる多数個取り用のための形態で行っても良い。
例えば、図19に示すように、1層のセラミック層Sと、その表面Saに形成した前記同様の配線層P1と、該配線層P1の表面よりも上端部vが上方に突出し、且つセラミック層Sの表面Sa・裏面Sb間を貫通するビア導体Vと、該セラミック層Sの裏面Sbに形成され、且つビア導体Vの下端と接続した外部端子5と、を備えた配線基板1dの製造方法としても良い。前記同様に、ビア導体Vの上端側の外側面および上端部vと、配線層P1の表面および第2貫通孔h2に隣接する側面とは、接合面f1,f2からなる接合面Fが位置している。該配線基板1dも、前記同様の製造方法によって製造される。
上記ビア導体Vの上・下端側の外側面および上・下端部vの底面と、配線層P1,P4の表面および第2貫通孔h2に隣接する側面とは、接合面f1,f2からなる接合面Fが上下対称に位置している。該配線基板1eも、前記同様の製造方法により製造される。該配線基板1eは、前記配線基板1dの応用形態である。
上記スルーホール導体Hの上・下端側の外側面および上・下端部hの底面と、配線層P1,P4の表面および第2貫通孔h2に隣接する側面とは、接合面f1,f2からなる接合面Fが上下対称に位置している。該配線基板1fも、前記同様の製造方法によって製造される。
S,S1〜S3……セラミック層
Sa…………………表面
Sb…………………裏面
P1〜P4…………配線層
V,V1〜V4……ビア導体
H,H1〜H3……スルーホール導体
v,h………………上端部/下端部(端部)
f1,f2(F)……接続面
Gn,G1〜G3…グリーンシート
ga…………………表面
gb…………………裏面
Mpm………………メタライズ層
Mvn………………メタライズ
Mhn………………メタライズ壁
js…………………絶縁シート
h1…………………第1の貫通孔
h2…………………第2の貫通孔
d1,d2…………内径
L,L1,L2……レーザ
Claims (2)
- グリーンシートの表面および裏面の少なくとも一方にスクリーン印刷により所定パターンのメタライズ層を形成する工程と、
少なくとも上記メタライズ層の上に絶縁シートを貼り付ける工程と、
上記絶縁シートの上方から、該絶縁シートにレーザを照射して、第1の貫通孔を形成し、該第1の貫通孔の底面に露出する上記メタライズ層およびグリーンシートに対し、これらの厚み方向に沿って、当該メタライズ層およびグリーンシートを貫通する第2の貫通孔を連続して形成する貫通孔を形成する工程と、
上記絶縁シートとメタライズ層の厚み分を含む上記貫通孔の内面に沿ってメタライズ壁を形成するか、あるいは上記第1および第2の貫通孔の内側全体にメタライズを充填する工程と、を含み、
上記貫通孔を形成する工程において、上記絶縁シートに形成される第1の貫通孔の内径は、上記メタライズ層とグリーンシートとに形成される第2の貫通孔の内径よりも大である、
ことを特徴とする配線基板の製造方法。 - 前記第1および第2の貫通孔は、前記絶縁シートの上方から1回照射されるレーザにより同時に形成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の配線基板の製造方法。
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