JP5727521B2 - 印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板の一領域にキャビティー(Cavity)が形成される印刷回路基板の製造工程及びこれにより製造される印刷回路基板の構造に関するものである。
印刷回路基板(PCB;Printed Circuit Board)とは、電気絶縁性基板に銅のような伝導性材料で回路ラインパターンを印刷形成したもので、電子部品を搭載する直前の基板(Board)のことである。すなわち、種々の電子部品を平板上に密集搭載するために、各部品の取付け位置を確定し、部品を連結する回路ライン(line pattern)を平板表面に印刷して固定した回路基板を意味する。このような印刷回路基板には、一般に、単層PCBと、PCBを多層に形成したビルドアップ基板(Build−up Board)、すなわち、多層PCB基板がある。
特に最近では、電子製品の軽薄短小化に向けてシステム集積化技術が求められており、対応技術としては埋め込み型印刷回路基板(Embedded PCB)とキャビティー型印刷回路基板(Cavity PCB)を製造する技術が注目されている。埋め込み型印刷回路基板(Embedded PCB)は、表面に実装される部品をPCB工程中で完全に埋め込みし、内蔵部品周囲の配線設計自由度が高いという長所がある反面、内蔵部品とPCB原資材の互換性及び不良部品に対する再作業が困難であり、部品検査方法において制約が発生するという問題がある。
キャビティー印刷回路基板(Cavity PCB)の場合、部品が完全に内部に埋め込まれず、チップが実装される方向に空間が形成されるキャビティー(Cavity)に実装することで設計自由度が低くなるという短所はあるが、埋め込み型印刷回基板(Embedded PCB)で生じる問題である部品再作業、部品検査において非常に効率的な技術的長所がある。
しかし、キャビティー印刷回路基板(Cavity PCB)の場合は LTCC(Law Temerature co−fired ceramic)基板のモールド工程(Mold Process)が適用される技術で多く適用されてきたが、多重積層(Layer−by−layer)技術であるPCBでは、その適用事例が極めて少ない。その理由としては、正確なキャビティー領域の加工が難しく、PCB 工程(Process)中に発生するメッキ、イメージ(Image)、エッチング(Etching)等の工程においてキャビティー(Cavity)内部回路を損傷させる問題が生じ、非常に形成し難いからである。
図1及び図2は、従来の技術に係るキャビティー印刷回路基板のキャビティー形成工程を概略的に示す概念図である。
図示したように、多重の絶縁層1,2,3,4,5が積層された構造に各絶縁体の間に多数の回路パターン1a,1b,2a,3a,4a,6が形成されている印刷回路基板に電子素子チップが実装される位置であるキャビティーCを形成することは非常に難しい技術に該当する。
つまり、図1に示すように、完製品状態の積層が行われた印刷回路基板において、キャビティーCの位置を、ミリングビット(Milling Bit;M)を用いて選択的に加工する方式が多く利用されるが、この方式は、加工精度が±5μmで管理されなければならないが、現実的には50μm〜100μm程度で管理されている。しかし、現実的に加工が非常に難しく、加工精度のばらつきが非常に大きくなるので、量産時に製品の信頼度に致命的な問題となり、量産化の問題点として現れている。
又は、図2に示すように、完製品状態でキャビティーの位置を、パンチング機Pにより精密にパンチング(punching)を行うことにより、選択的にキャビティーを形成する方法を適用することができる。しかし、このような方式は、C−stageの基板をパンチング刃によってパンチングを行うので、キャビティーの外壁の損傷が必然的に発生し、このようなキャビティー外壁の損傷は、吸湿によるCAF(Cathode Anode Filament)shot(プリプレグ内に存在するガラスフィラメントがパンチングにより隙間ができてPCB内部のビア間に電気的なショットが発生する現像)、積層剥離(Delamination)、キャビティー下部面の損傷問題が生じ、パンチング機Pの製作コストアップによる値段の上昇及びキャビティーデザインの自由度が非常に狭くなるという問題につながるようになる。
本発明は、かかる課題を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、回路基板内にキャビティー(Cavity)を有する多層の印刷回路基板の製造時、キャビティー回路パターンの上面にレーザーストッパー層を形成し、レーザー加工により、迅速で精密なキャビティーを形成することができ、精密なキャビティーの深さの管理が可能となり、キャビティーの内部に予め形成されている回路に影響を及ぼさない製造工程を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、回路基板内にキャビティー(Cavity)を有する多層の印刷回路基板の製造時、空き空間の上部に金属パターン層を形成して固定できるように、フロー(flow)のないプリプレグを活用してキャビティーを加工し、層間絶縁体として活用できるようにすることにより、精密なキャビティーの深さの管理が可能となり、キャビティーの内部に予め形成されている回路に影響を及ぼさない製造工程を提供することにある。
かかる課題を解決するための手段として、本発明は、基板の表面にキャビティー回路パターンを含む内部回路層を備えるベース回路基板を形成する第1の段階、キャビティー回路パターンの上部にレーザーストッパー層を形成する第2の段階、ベース回路基板上に少なくとも1以上の外部回路層を形成する第3の段階、及び、レーザーストッパー層の上部の外部回路層を除去し、キャビティー領域を形成する第4の段階、からなるキャビティーを含む印刷回路基板の製造方法を提供することができる。
また、上述の製造工程とは異なり、基板の表面にキャビティー回路パターンを含む内部回路パターンを備えるベース回路基板を形成する第1の段階、ベース回路基板上のキャビティー回路パターンの上部に開口領域を含むキャビティー回路層を形成する第2の段階、及び、キャビティー回路層のキャビティー領域に対応するカバー金属層を除去する第3の段階、からなるキャビティーを含む印刷回路基板の製造方法により具現することも可能である。
本発明によると、回路基板内にキャビティー(Cavity)を有する多層の印刷回路基板の製造時、キャビティー回路パターンの上面にレーザーストッパー層を形成し、レーザー加工により迅速で精密なキャビティーを形成することができ、精密なキャビティーの深さの管理が可能となり、キャビティーの内部に予め形成されている回路に影響を及ぼさない製造工程を具現することができる効果がある。
特に、キャビティー加工の効率性のために、別途のプリプレグを選択することなく汎用的な絶縁材を活用することができ、レーザーストッパー層を用いる上で、キャビティー回路パターンの表面処理形態及びキャビティーデザインの自由度を確保できるという効果もある。
あわせて、本発明によると、回路基板内にキャビティー(Cavity)を有する多層の印刷回路基板の製造時、空き空間の上部に金属パターン層を形成し、固定できるように、フロー(flow)のないプリプレグを活用してキャビティーを加工し、層間絶縁体として活用できるようにすることで、精密なキャビティーの深さの管理が可能となり、キャビティーの内部に予め形成されている回路に影響を及ぼさない製造工程を具現することができるという効果がある。
従来技術に係る印刷回路基板の製造工程に関する概念図である。 従来技術に係る印刷回路基板の製造工程に関する概念図である。 本発明に係るキャビティーを備えた印刷回路基板の製造工程の順序図及び工程図である。 本発明に係るキャビティーを備えた印刷回路基板の製造工程の順序図及び工程図である。 本発明に係るキャビティーを備えた印刷回路基板の製造工程の順序図及び工程図である。 本発明に係るキャビティーを備えた印刷回路基板の製造工程の順序図及び工程図である。 本発明に係る印刷回路基板の構造を示す断面概念図である。 本発明に係るキャビティーを備えた印刷回路基板の製造工程に関するものである。 本発明に係るキャビティーを備えた印刷回路基板の製造工程に関するものである。
本発明は、キャビティーを備えた印刷回路基板の製造工程において、レーザーストッパーを用いて多層印刷回路基板を形成した後、キャビティー領域を加工してキャビティー加工の自由度を高め、キャビティー内の回路の保護を図ることのできる製造工程を提供することを要旨とする。
このために、基板の表面にキャビティー回路パターンを含む内部回路層を備えるベース回路基板を形成し、キャビティー回路パターンの上部にレーザーストッパー層を形成し、そしてベース回路基板上に少なくとも1以上の外部回路層を形成する工程及びレーザーストッパー層の上部の外部回路層を除去してキャビティー領域を形成する工程で具現することができる。
〔実施例〕
添付の図面を参考にして本発明に係る構成及び作用を以下にて具体的に説明する。以下に説明する発明の構成において、同一の構成要素は、同一の参照符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。第1、第2等の用語は、種々の構成要素を説明するために使用し得るが、構成要素は上述の用語により限定されてはならない。上述の用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ使用される。
第1の実施例〕
図3〜図4は、本発明に係る第1の実施例の製造工程の順序図及び工程図を示すものである。
本発明に係る製造工程は大別して、基板の表面にキャビティー回路パターンを含む内部回路層を備えるベース回路基板を形成する第1の段階、キャビティー回路パターンの上部にレーザーストッパー層を形成する第2の段階、ベース回路基板上に少なくとも1以上の外部回路層を形成する第3の段階、レーザーストッパー層の上部の外部回路層を除去し、キャビティー領域を形成する第4の段階からなる。
示された図面を参照して各段階の具体的な具現例を挙げて説明する。
(1)内部回路層(キャビティー回路パターン)の形成工程
第1の段階は、図2bに示されたように、まず絶縁材120の両面に金属層110が形成された銅箔複合体の層間電気的導通のためのビアホールHを加工し(S1段階)、次いで、銅箔のパターニングを行い、内部回路パターン111を形成する(S2段階)。この場合、内部回路パターン111は、後でチップが実装されたキャビティーが形成されるキャビティー領域Cの下部に配置されるキャビティー回路パターン112を含む(絶縁層上にキャビティー回路パターンを含む内部回路層が形成された構造を「ベース回路基板」と定義する。)。
次に、キャビティー領域Cにソルダーレジスト(PSR;130)を印刷し(S3段階)、キャビティー領域Cのソルダーレジスト130を露光し、図示したように、キャビティー回路パターン112の間にソルダーレジストパターン131が形成された構造で形成することができる(S4段階)。あわせて、キャビティー領域Cは、キャビティー回路パターン112の外部、すなわち、キャビティー領域のエッジ部に露出される金属パターンであるレーザーストッパー段差部Tを回路加工時に形成することができる。段差部は、キャビティー領域Cにレーザーストッパー層が積層される末端部となり、この後、キャビティー領域では段差部の一部が露出されるようになる。
次に、キャビティー回路パターン112の表面を酸化処理して表面処理層113を形成する工程が追加され得る。表面処理層113は、酸化処理して形成する以外に、Cu、Ni、Pd、Au、Sn、Ag、Coのうちいずれか一つ又はこれらの二元、三元合金を用いて単層又は多層でメッキ処理を行って形成することも可能である。
(2)レーザーストッパー層の形成工程
S5段階ではキャビティー領域Cのエッジ部にはレーザーストッパー段差部Tを備え、S6段階ではキャビティー領域Cに接着力の弱い耐熱性レーザーストッパー層140を形成する。
レーザーストッパー層140は、後でレーザードリルでキャビティー領域を加工する場合、レーザーが自動に停止するようになるストッパーの役割を果たす層であって、上述のように接着力の弱い耐熱性材質で形成され得る。特に好ましくは、工程を行いやすくするために、テープ状に構成され、脱着が容易になるようにすることが好ましい。例えば、エポキシ、フェノール樹脂、プリプレグ、ポリイミド、ABFのうちいずれか一つを用いて絶縁層として形成することができ、上述の材質のテープ素材で形成するのがより好ましい。好ましい一例としては、PI(ポリイミド)テープを付着する方式でレーザーストッパー層を簡単に形成することができる。
(3)外部回路層の積層工程
S5段階後には、ベース基板の上部又は下部に少なくとも1以上の絶縁層150と金属回路層160を積層してパターニングを行った金属回路パターンを順次形成する(S7段階)。
S8段階に示された図面構造をAとし、この後の工程ではA基板上に通常の絶縁層と金属層の積層及び回路形成工程を行うようになる。すなわち、内部回路パターン及び他の回路パターンと電気的に導通するビアホールH1、H2を形成する通常の積層工程(Build up process)を行うことができる。ビアホール等の加工が施された基板をA'という。
次に、A'基板の上部に多数の絶縁層と金属回路層を形成(識別符号B)し、各金属回路を用いて回路パターンを形成した後、ビアホール加工及び表面処理等の工程を完了した後、S9段階のような構造の多層印刷回路基板が形成される。
(4)キャビティー領域の形成工程
図5及び図6を参照してこの後の工程を説明すると以下のとおりである。
多層印刷回路基板の構造が形成された後の工程で、キャビティー加工工程が行われ、キャビティー加工は、レーザードリル(L)を用いてキャビティーが加工される位置をアラインし、上述のレーザーストッパー段差部Tの対応方向に加工を開始し、この後、レーザーストッパー層140に達した場合、レーザー加工が自動に停止するようになる(S10段階)。この後、加工された部分の絶縁層と金属層を除去し、最後にレーザーストッパー層140を除去することにより、キャビティー加工が完成されることになる(S11段階)。
上述した工程は、レーザーストッパー層を基準にして行われるレーザー加工により迅速で精密なキャビティーを形成することができ、精密なキャビティーの深さの管理が可能となり、キャビティーの内部に予め形成されている回路に影響を及ぼすことなく、アルカリエッチング等キャビティー加工の特性に応じて加工効率性のために別途のプリプレグを選択することなく、汎用的な一般絶縁材を活用することができ、レーザーストッパー層を利用する上で、キャビティー回路パターンの表面処理形態及びキャビティーデザインの自由度を確保することができる。
以下では、上述した製造工程により製造される印刷回路基板の構造を説明する。
図7を参照すると、これは、S11段階のレーザーストッパー層が除去された、本発明に係る印刷回路基板の構造を示すものである。
本発明に係る印刷回路基板は、埋め込み型回路パターンと電気的に連結される内部回路層111を含むベース回路基板を備える。内部回路層111は、キャビティー領域の下部に形成されるキャビティー回路パターン112を含む構造である。あわせて、ベース回路基板の表面にキャビティー回路パターン112が露出されるキャビティー領域Cを備え、キャビティー領域Cは、後で電子素子チップを実装できる空間を提供するようになる。
あわせて、キャビティー回路パターン112の間には、製造工程で説明したようなソルダーレジストパターン113が形成され、回路パターンを保護し、さらにキャビティー回路パターン112の表面には、表面処理層113が形成され得る。特に、本発明に係る印刷回路基板のキャビティー領域Cを構成する少なくとも1以上の絶縁層の側壁面に少なくとも1以上の回路パターンPが露出される構造を備える。
また、印刷回路基板は、キャビティー領域Cの下部エッジ部の表面には金属段差部Tが露出され、キャビティー回路パターンに形成される表面処理層113は、キャビティー回路パターンの露出面を酸化(Oxide)処理して形成される酸化層であるか、Cu、Ni、Pd、Au、Sn、Ag、Coのうちいずれか一つ又はこれらの二元、三元合金を用いて単層あるいは多層構造のめっき層として形成することができる。
第2の実施例
本実施例では、キャビティーを備えた印刷回路基板の製造工程において、フローがほとんどない絶縁層とその上部に形成されるカバー金属層を用いてキャビティー形成の効率性を高めた製造工程と、これによって製造される、信頼性の高い印刷回路基板の構造を形成することをその要旨とする。
図7〜図8は、本発明に係る第2の実施例の製造工程の順序図及び工程図を示すものである。
本発明に係る製造工程は、大別して、基板の表面にキャビティー回路パターンを含む内部回路パターンを備えるベース回路基板を形成する第1の段階と、内部回路パターン上にキャビティー回路パターンの上部の一領域が空いているキャビティー回路層を形成する第2の段階と、そしてキャビティー回路層のキャビティー領域に対応するカバー金属層を除去する第3の段階とからなる。
(1)内部回路パターンの形成工程
具体的に、第1の段階(Q1段階)は、まず、絶縁層220の両面に銅箔210が形成された銅箔複合体CCLに層間電気的導通のためのビアホールHを加工し(Q11)、次に銅箔210のパターニングを行い、内部回路パターン211を形成する(Q12)。内部回路パターン211は、後でキャビティーの下部面に露出されるキャビティー回路パターン212を含む。
次に、キャビティー回路パターン212にソルダーレジスト230を塗布して保護パターンとしてソルダーレジストパターン231を形成し(Q13〜Q14)、キャビティー回路パターンのうち、ソルダーレジストパターン231が形成されていない表面には、表面処理を行い、めっき層を形成することができる。このため、めっき層を形成しない領域にはめっきマスキング層240を形成し、めっきによって表面処理層213を形成する。表面処理層は、Cu、Ni、Pd、Au、Sn、Ag、Coのうちいずれか一つ又はこれらの二元、三元合金を用いて単層あるいは多層で形成することができる。この後、めっきマスキング層240を除去する(Q15〜Q17)。
(2)キャビティー回路層の形成工程
次に、第2の段階(Q2段階)の工程を行う。
第2の段階の工程は、基本的にキャビティー回路パターン212の上部に空いている空間が形成されるように、一領域が開口した絶縁層250を積層し、その上部を金属薄膜260で積層して覆う工程で行われる(本発明では、このように一領域が開口した絶縁層を「キャビティー絶縁層」と定義する)。
次に、Q3段階において、金属薄膜260のパターニングを行い、カバー金属層C1とその他の回路パターン261を形成し、その後、以上と同様の工程、すなわち、カバー金属層C1の上部にキャビティー回路パターンに対応する領域の開口部を有する絶縁層270を塗布し、その上部にさらに金属薄膜層271を塗布した後、これのパターニングを行い、第2のカバー金属層C2とその他の回路パターン272を形成する。以上のような工程は、繰り返して数回行うことができ、その繰り返し工程が続くほど、後で形成されるキャビティーの高さを高く形成することができる。キャビティー回路パターンの上部に開口した空間を形成するキャビティー絶縁層260,270は、特にフローがほとんどない特性を備えることが好ましい。これは、後でキャビティー回路パターン231の上部が空いている空間を形成するように、一定の空間を有するように中心領域が開口した状態で積層した後、熱圧着工程が行われるが、この際、キャビティー絶縁層に用いられるプリプレグがキャビティーの領域に流れ込まないようにすることが好ましいからである。
併せて、キャビティー絶縁層と金属薄膜層が形成されるその半対面には、通常の絶縁層252と金属層261が積層される工程で行われる。
また、積層過程で形成されるカバー金属層212は、それぞれの絶縁層の開口領域P1、P2より長く形成されることが好ましい。連続工程において、カバー金属層が開口領域の方へ崩れ落ちないためには、カバー金属層の末端が開口領域の上部面に接する領域が、最小限それぞれ25μm 〜100μmの範囲で形成されることが好ましい。これは、接する領域Xが25μm以下では、崩れ落ちやすくなり、100μm以上では、設計の自由度が落ちる問題が生じるからである。したがって、カバー金属層の両末端の接する領域を50μm〜200μmの範囲で具現することが好ましい。
次に、Q3工程で示すように、カバー金属層C1、C2を除去する工程によって、キャビティーCを形成できるようになる。カバー金属層の除去工程は、通常、Cuで形成されるカバー金属層を除去するために、アルカリエッチングで行うことが好ましい。これは、他の回路パターン表面の表面処理めっき層がエッチングの影響を受けないようになるためである。
以上のような製造工程によって形成できる本発明に係るキャビティーを備えた印刷回路基板の構造は、以下のとおりである(Q3段階の図面を参照して説明する)。
本発明に係る印刷回路基板は、多数の埋め込み型回路パターンと電気的に連結される外側回路パターン271を含む基板の表面にキャビティー回路パターン212が露出されるキャビティーCを備える。埋め込み型回路パターンは、各絶縁層上に形成されるパターン261を含む概念である。特に、キャビティーCを構成する少なくとも1以上の絶縁層の側壁面に少なくとも1以上の回路パターンY1、Y2が露出され、このように露出される回路パターンの向こうの側壁面にもこれと同じ回路パターンが露出されるようになる。
また、キャビティー回路パターンの表面には、Cu、Ni、Pd、Au、Sn、Ag、Coのうちいずれか一つ又はこれらの二元、三元合金を用いて単層又は多層の表面処理層213が形成され、さらにキャビティー回路パターンの一領域には、ソルダーレジストパターン層231が形成され得る。
前述のような本発明の詳細な説明では、具体的な実施例について説明を行った。しかし、本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な変形が可能である。本発明の技術的思想は、本発明に記載の実施例に限られてはならず、特許請求の範囲だけでなく、これと均等なものによって定められるべきである。

Claims (7)

  1. 第1の絶縁層の両面に電気的に導通する内部回路層を有するベース回路基板を形成し、前記内部回路層のうち、キャビティー回路パターンの間に少なくとも1つのソルダーレジストパターンを形成し、露出された前記キャビティー回路パターンの露出面を酸化(Oxide)する表面処理を行う第1の段階と、
    前記キャビティー回路パターンの上部にレーザーストッパー層を形成する第2の段階と、
    前記ベース回路基板上に少なくとも1つの外部回路層を形成する第3の段階と、
    前記レーザーストッパー層の上部の外部回路層を除去してキャビティー領域を形成する第4の段階と、
    を含む、キャビティーを有する印刷回路基板の製造方法。
  2. 前記第3の段階は、
    前記ベース回路基板上に少なくとも1つの絶縁層と金属回路パターンを順次形成し、前記内部回路層及び他の回路パターンと電気的に導通するビアホールを形成する工程により実行される、請求項1記載の印刷回路基板の製造方法。
  3. 前記第4の段階は、
    b1)キャビティー回路パターンの上部の絶縁層及び金属層をレーザードリルで前記レーザーストッパー層が露出されるまで加工する段階と、
    b2)加工された絶縁層及び金属層を除去してキャビティー領域を形成する段階と、
    b3)前記レーザーストッパー層を除去する段階と、
    を含む、請求項1記載の印刷回路基板の製造方法。
  4. 埋め込み型回路パターンと電気的に連結される内部回路パターンを有するベース回路基板と、
    前記ベース回路基板の表面にキャビティー回路パターンが露出されるキャビティー領域と、
    前記キャビティー回路パターンの間に形成されるソルダーレジストパターンと、
    前記キャビティー回路パターンの表面に前記キャビティー回路パターンの露出面を酸化(Oxide)処理して形成される表面処理層と、を含み、
    前記キャビティー領域を構成する少なくとも1つの絶縁層の側壁面に少なくとも1つの回路パターンが露出される、印刷回路基板。
  5. 埋め込み型回路パターンと電気的に連結される内部回路パターンを有するベース回路基板と、
    前記ベース回路基板の表面にキャビティー回路パターンが露出されるキャビティー領域と、
    前記キャビティー回路パターンの間に形成されるソルダーレジストパターンと、
    前記キャビティー回路パターンの表面に、Cu、Ni、Pd、Au、Sn、Ag、Coのうちいずれか一つ又はこれらの二元、三元合金を用いた単層又は多層構造のめっき層で形成される表面処理層と、を含み、
    前記キャビティー領域を構成する少なくとも1つの絶縁層の側壁面に少なくとも1つの回路パターンが露出される、印刷回路基板。
  6. ベース回路基板の深さ方向に形成され、チップ実装領域を具現するキャビティー領域を含み、
    前記ベース回路基板は、埋め込み型回路パターンと電気的に連結される内部回路パターンを含み、
    前記キャビティー領域の下部面には、キャビティー回路パターンが露出され、
    前記キャビティー回路パターンの間にソルダーレジストパターンが形成され、前記キャビティー回路パターンの表面の露出面を酸化(Oxide)処理して表面処理層が形成される、印刷回路基板。
  7. 前記キャビティー領域を構成する少なくとも1つの絶縁層の側壁面に少なくとも1つの回路パターンが露出される、請求項6記載の印刷回路基板。
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