JP5736109B2 - 多層プリント配線板及び両面プリント配線板 - Google Patents

Description

本発明は、層間絶縁層の厚みなどを薄くしても剛性を保ち、かつＣＡＦによるマイグレーションの発生を防止することが可能な多層プリント配線板及び両面プリント配線板に関する。

最近では、プリント配線板の技術分野でも、最終製品である携帯電話やモバイル機器あるいは小型電子機器などに対応して軽薄短小化の流れが強く、より薄型化、配線の高密度化、高多層化が要求されている。

その中でプリント配線板の厚みを薄くするためには、色々な手法があるが、特に多層プリント配線板においては、板厚が薄くてもある程度部品実装の際の熱履歴での剛性に耐え得る配線板が要望されている。

基本的に多層プリント配線板は、導体層と絶縁層を交互に積層して多層プリント配線板とするが、多層プリント配線板の板厚が薄くても部品実装時の熱に耐え、所謂「反り」や「ねじれ」を生じない手法の１つとして、ガラス織布やガラス不織布に熱硬化性樹脂を含浸させた「プリプレグ」を使用し剛性を強くする手法が挙げられる。

現状の実情では、「プリプレグ」の厚みが３０μｍ以下の厚みのものも存在しているが、ガラス繊維径は以前と変わらないため、「プリプレグ」の厚みの調整は含浸されているエポキシ樹脂の樹脂量で行なわれている。

而して、「プリプレグ」の厚みが薄くなるということは、上記の如く「プリプレグ」に含浸されている樹脂量で厚みを調整するため、「プリプレグ」に含浸される樹脂量が少なくなることを意味する。そのため多層プリント配線板の場合は、隣接する導体層すなわち配線回路の凹凸を樹脂で埋めるのが精一杯で、ガラス織布やガラス不織布の長繊維が配線回路と接触するのを樹脂で完全に防ぐことは困難であった。その結果、配線回路にガラス織布やガラス不織布が仮に接触した場合には、多層プリント配線板の使用状況によっては、ＣＡＦ（Conductive Anodic Filament：ガラス繊維に沿って進行するマイグレーション）が起こる問題が発生していた。一方、部品実装時の熱による「剛性」や「反り」、「ねじれ」を考慮すると、ガラス織布やガラス不織布からなる長繊維をなくすことは、「反り」や「ねじれ」が生じ易くなるので事実上困難という問題があった。

また、高電圧で使用してもガラス繊維基材と配線層との間で発生するマイグレーションの抑制と配線パターンの接着性を向上すべく１０μｍ程度の絶縁膜を設ける技術も既に報告されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、ガラス繊維基材と配線層の間に絶縁膜を設けたとしても、プリント配線板の製造工程でガラス繊維に含浸された樹脂と絶縁膜とが積層工程の熱と圧力で両者の樹脂が溶融してしまうため（樹脂と絶縁膜とが同時に流動するため）、絶縁膜の膜厚が薄いと配線層にガラス繊維が接触するという問題があった。

特開２００１−２４４５８９号公報

本発明は、上記の問題点に鑑み、ガラス織布やガラス不織布を含んだ絶縁層を多層プリント配線板の絶縁層として使用しても、部品実装時の熱処理工程でのプリント配線板の剛性を保ち、かつＣＡＦによるマイグレーションを防止することができる薄型の多層プリント配線板及び両面プリント配線板を提供することを課題としている。

本発明は、多層プリント配線板の層間絶縁層にガラス織布又はガラス不織布が含まれた絶縁層が配置されていると共に、配線回路を含む絶縁基材と前記絶縁層の界面に、少なくとも絶縁強化層が設けられ、かつ前記絶縁強化層が２０００Ｐａ・ｓ以上の最低溶融粘度を有すると共に、３ＧＰａ以下の弾性率を有する熱硬化性樹脂から成る多層プリント配線板により上記課題を解決したものである。

すなわち、配線回路を含む基材上に絶縁強化層を設けることによって、配線回路にガラス織布又はガラス不織布の長繊維が直接接触するのを防ぐことが可能となる。また、絶縁強化層が、２０００Ｐａ・ｓ以上の最低溶融粘度を持つことによって、積層工程時の熱に対して溶融せずに膜の形状を保っているため、ガラス織布又はガラス不織布が配線回路と直接接触することを防止することができる。因みに、絶縁層（通常使用される絶縁層）に含浸されているエポキシ樹脂の最低溶融粘度が８００Ｐａ・ｓ前後であるため、絶縁強化層の最低溶融粘度が２０００Ｐａ・ｓを下回ると、絶縁層の最低溶融粘度との差が小さくなり、結果、絶縁強化層が膜の形状を保てなくなり、配線回路とガラス織布あるいはガラス不織布の長繊維が接触する可能性が高くなる。

特に、前記絶縁強化層の熱硬化性樹脂は、その弾性率がガラス織布又はガラス不織布が含まれた絶縁層に含浸されたエポキシ樹脂の弾性率よりも低いものが望ましい。

すなわち、絶縁強化層の熱硬化性樹脂の弾性率を絶縁層のエポキシ樹脂のそれよりも低くすることによって、当該絶縁強化層が、柔らかく弾力性のある状態となるため、当該絶縁強化層の厚みをかなり薄くしても（例えば１μｍ程度）冷熱サイクル試験などの信頼性試験にも耐え得る効果が発揮される。すなわち、冷熱サイクル試験（高温１２５℃（３０分）、低温−６５℃（３０分）を１サイクルとして１０００サイクル）を行った場合、絶縁層（プリプレグ）には微細なクラックが無数に発生するが、絶縁強化層によって当該クラックが配線回路表面まで進行するのを防止することができ、その結果、クラックに進入した水分により発生するマイグレーションを防止することができる。

また特に、前記多層プリント配線板の配線回路と、絶縁層に含まれるガラス織布又はガラス不織布とは、前記絶縁強化層と前記絶縁層に含浸された樹脂で離間されているのが望ましい。

すなわち、配線回路と絶縁層の間には、絶縁強化層と前記絶縁層に含浸された樹脂が介在するため、配線回路にガラス織布やガラス不織布が接触することを完全に防止することが可能になる。

また特に、前記多層プリント配線板としては、その最外層にソルダーレジストとして、ガラス織布又はガラス不織布が含まれた絶縁層が配置されていると共に、外層配線回路を含む絶縁基材と前記絶縁層の界面に、少なくとも絶縁強化層が設けられているのが望ましい。

すなわち、ガラス織布又はガラス不織布を含む絶縁層をソルダーレジストとしても使用することによって、ＣＡＦによるマイグレーションを防止しつつ、薄型化を図った多層プリント配線板の「反り」や「ねじれ」を抑制することができる。

また特に、前記多層プリント配線板としては、貫通めっきスルーホール及び／又はブラインドバイアホールを備えていると共に、当該貫通めっきスルーホール及びブラインドバイアホールの導体内壁にも絶縁強化層が設けられているのが望ましい。

すなわち、貫通めっきスルーホールやブラインドバイアホールの導体内壁とガラス織布やガラス不織布との間には、絶縁強化層と絶縁層に含浸された樹脂が介在するため、当該導体内壁にガラス織布やガラス不織布が接触することを完全に防止することが可能になる。

また、本発明は、絶縁基板の表裏に設けられた配線回路上のソルダーレジストとして、ガラス織布又はガラス不織布が含まれた絶縁層が配置されていると共に、前記絶縁基板の表裏に設けられた配線回路を含む絶縁基材と前記絶縁層の界面に、少なくとも絶縁強化層が設けられ、かつ前記絶縁強化層が２０００Ｐａ・ｓ以上の最低溶融粘度を有すると共に、３ＧＰａ以下の弾性率を有する熱硬化性樹脂から成る両面プリント配線板により上記課題を解決したものである。

すなわち、ガラス織布又はガラス不織布を含む絶縁層をソルダーレジストとしても使用することによって、ＣＡＦによるマイグレーションを防止しつつ、薄型化を図った両面プリント配線板の「反り」や「ねじれ」を抑制することができる。

特に、前記両面プリント配線板の絶縁強化層の熱硬化性樹脂は、その弾性率がガラス織布又はガラス不織布が含まれた絶縁層に含浸されたエポキシ樹脂の弾性率よりも低いものが望ましい。

すなわち、絶縁強化層の熱硬化性樹脂弾性率が絶縁層のエポキシ樹脂のそれよりも低くすることによって、当該絶縁強化層が、柔らかく弾力性のある状態となるため、当該絶縁強化層の厚みをかなり薄くしても（例えば１μｍ程度）冷熱サイクル試験などの信頼性試験にも耐え得る効果が発揮される。すなわち、冷熱サイクル試験（高温１２５℃（３０分）、低温−６５℃（３０分）を１サイクルとして１０００サイクル）を行った場合、絶縁層（プリプレグ）には微細なクラックが無数に発生するが、絶縁強化層によって当該クラックが配線回路表面まで進行するのを防止することができ、その結果、クラックに進入した水分により発生するマイグレーションを防止することができる。

また特に、前記両面プリント配線板としては、貫通めっきスルーホール及び／又はブラインドバイアホールを備え、かつ当該貫通めっきスルーホール及びブラインドバイアホールの導体内壁にも絶縁強化層が設けられているのが望ましい。

すなわち、貫通めっきスルーホールやブラインドバイアホールの導体内壁とガラス織布やガラス不織布との間には、絶縁強化層と絶縁層に含浸された樹脂が介在するため、当該導体内壁にガラス織布やガラス不織布が接触することを完全に抑制することが可能になる。

本発明は、層間絶縁層やソルダーレジストにガラス織布又はガラス不織布が含まれた絶縁層が配置されているので、部品実装時の熱処理工程での「反り」、「ねじれ」を当該ガラス織布又はガラス不織布を含む絶縁層で押さえることができると共に、配線回路を含む基材上に絶縁強化層が配置されているので、配線回路とガラス織布又はガラス不織布との接触を防止し、ＣＡＦによるマイグレーションを防止した板厚の薄い高密度配線された多層プリント配線板及び両面プリント配線板を提供することが可能となる。

本発明の第一の実施形態を示す６層貫通基板の概略断面説明図である。 本発明の第二の実施形態を示す４層ビルドアップ基板の概略断面説明図である。 本発明の第三の実施形態を示す両面プリント配線板の概略断面説明図である。 本発明の第三の実施形態におけるソルダーレジスト形成前の両面プリント配線板の概略断面説明図である。

まず、本発明の第一の実施形態について、「６層貫通多層プリント配線板」の層間絶縁層として、絶縁層にガラス織布又は不織布を含有する所謂「プリプレグ」を使用した多層プリント配線板を示す図１に基づいて説明する。

図１に示すように、６層貫通基板Ｐは、両面コア基板１１の上下に絶縁層１ａ〜１ｄが配置されていると共に、内層配線回路２ａ〜２ｄには、それぞれ絶縁強化層３ａ〜３ｄが設けられ、かつ絶縁層１ａ〜１ｄに含まれるガラス織布又はガラス不織布４が、絶縁強化層３ａ〜３ｄ及び絶縁層１ａ〜１ｄ中の樹脂により、内層配線回路２ａ〜２ｄに接触しないように保護されている構造となっている。また、最外層には、外層配線回路５が形成されていると共に、６層貫通基板Ｐの表裏をつなぐ貫通めっきスルーホール６が形設されている。

ここで、絶縁層１ａ〜１ｄとしては、例えばエポキシ樹脂が含浸された２５μｍ〜３５μｍの厚さの絶縁層を使用することができる。当該絶縁層１ａ〜１ｄの厚みが薄くなり、絶縁層に含まれる樹脂量が少なくなればより絶縁強化層を使用する効果が発揮される。将来的には、１５μｍ〜２０μｍの厚みの絶縁層の使用も可能である。因みに、絶縁層の厚みが４０μｍ以上であれば、ガラス織布等に含浸される樹脂量が多いため、そもそも配線回路とガラス織布等が接触する懸念がなく、また、絶縁層の厚みが厚いと、本発明の課題でもある多層プリント配線板及び両面プリント配線板の薄型化を達成することができない。

また、絶縁強化層３ａ〜３ｄとしては、例えばエポキシ樹脂とエラストマー（「エラストマー」とは、シリコンゴムのような合成された重合体などのことで、エポキシ等の樹脂に弾力性を付与する効果がある）からなる熱硬化性樹脂（例えば、三井金属社製の「プライマーレジン」等）などが好適に用いられる。特に、絶縁強化層３ａ〜３ｄが２０００Ｐａ・ｓ以上の最低溶融粘度を有するものであれば、積層プレス工程での加熱・加圧により絶縁層１ａ〜１ｄの樹脂が軟化しながら流動しても、絶縁強化層３ａ〜３ｄが、膜の形状を当該熱硬化性樹脂の最低溶融粘度で保ち、ガラス織布又はガラス不織布４が直接内層配線回路と接触するのを防止することができる。因みに、絶縁層（通常使用される絶縁層）に含浸されているエポキシ樹脂の最低溶融粘度が８００Ｐａ・ｓ前後であるため、絶縁強化層の最低溶融粘度が２０００Ｐａ・ｓを下回ると、絶縁層の最低溶融粘度との差が小さくなり、結果、絶縁強化層が膜の形状を保てなくなり、配線回路とガラス織布あるいはガラス不織布の長繊維が接触する可能性が高くなる。
このことは、最低溶融粘度が１５００Ｐａ・ｓの絶縁強化層の場合、積層工程時に膜の形状を保てなかったが、最低溶融粘度が１００００Ｐａ・ｓ、２００００Ｐａ・ｓ、３００００Ｐａ・ｓ、１０万Ｐａ・ｓの絶縁強化層の場合、何れも積層工程後、問題なく絶縁強化層の膜の形状が保たれたと云う実験結果により確認済みである。したがって、本発明においては絶縁強化層の最低溶融粘度が、２０００Ｐａ・ｓ以上であることが必須である。

また、絶縁強化層３ａ〜３ｄの熱硬化性樹脂の弾性率としては、絶縁層１ａ〜１ｄのエポキシ樹脂よりも弾性率が低いもの、特に弾性率３ＧＰａ以下のものを用いるのが、例えば、１μｍくらいの厚みの絶縁強化層が、信頼性試験である冷熱サイクル試験などの高温・低温試験を繰り返すことによって、絶縁強化層に含まれる熱硬化性樹脂が薄くなってもクラックが入るのを防止し得る、換言すれば、絶縁強化層が、柔らかく弾力性のある状態であるため、絶縁強化層の厚みをできるだけ薄くしても冷熱サイクル試験などの信頼性試験にも耐え得る効果が発揮されるので望ましい。
さらに、絶縁強化層３ａ〜３ｄの最低溶融粘度を絶縁層１ａ〜１ｄよりも高くすることで弾性率との相乗効果により、絶縁強化層３ａ〜３ｄの膜厚をより薄くすることが可能となる（絶縁強化層をより薄くしても、冷熱サイクル試験でクラックが入るのを防止することができる）。
したがって、絶縁強化層３ａ〜３ｄの厚みを薄くすることは、本発明の課題でもある多層プリント配線板（６層貫通基板Ｐ）の厚みを薄くすることにも寄与することになる。現在の絶縁層１ａ〜１ｄの厚みは２５μｍ〜３５μｍが主流であるが、将来的には、１５μｍ〜２０μｍの厚みの絶縁層の使用も可能である。因に、例えば絶縁強化層の厚みが１μｍ程度の厚さでも十分効果が発揮できることは、実験で確認済みである。

単純に薄型化のみを目的とするのであれば、絶縁強化層３ａ〜３ｄはない方が望ましいが、絶縁層１ａ〜１ｄにガラス織布又はガラス不織布４が含有された基材を使用してプリント配線板の薄型化を図るためには、部品実装時の熱によりプリント配線板への「反り」、「ねじれ」に対する剛性を保ち、かつＣＡＦによるマイグレーションを防止する上で当該絶縁強化層３ａ〜３ｄは必須である。

次に、本発明の第二の実施の形態について、「４層ビルドアップ基板」の層間絶縁層として、絶縁層にガラス織布又はガラス不織布を含有する所謂「プリプレグ」を使用した多層プリント配線板を示す図２に基づいて説明する。

図２に示すように、４層ビルドアップ基板Ｓは、両面コア基板１１に形成された内層配線回路１２上に絶縁強化層１３が形成されていると共に、その上下に絶縁層１４が配置され、かつ絶縁層１４に含まれるガラス織布又はガラス不織布１５が、絶縁強化層１３及び絶縁層１４中の樹脂により、内層配線回路１２に接触しないように保護されている構造となっている。また、当該絶縁層１４には、ブラインドバイアホール１６が、穴も含め銅めっきが充填されて設けられていると共に、４層ビルドアップ基板Ｓの表裏をつなぐ貫通めっきスルーホール１７が形設されている。

ここで絶縁強化層１３としては、前記第一の実施の形態における絶縁強化層３ａ〜３ｄと同様な材質、最低溶融粘度、弾性率のものが用いられる。

また、絶縁層１４としては、前記第一の実施の形態における絶縁層１ａ〜１ｄと同様な材質、厚さのものが用いられる。

次に、本発明の第三の実施の形態について、「両面基板」のソルダーレジストとして、絶縁層にガラス織布又はガラス不織布が含まれる所謂「プリプレグ」を使用した両面プリント配線板を示す図３に基づいて説明する。

図３に示すように、両面プリント配線板Ｔは、両面配線回路２７、貫通めっきスルーホール２５及びブラインドバイアホール２６を備えた両面プリント基板２１の当該両面配線回路２７、貫通めっきスルーホール２５及びブラインドバイアホール２６の表面に絶縁強化層２８が形成されていると共に、その上下にソルダーレジストとして絶縁層２２が配置され、かつ当該絶縁層２２に含まれるガラス織布又はガラス不織布２３が、絶縁強化層２８及び絶縁層２２中の樹脂により両面配線回路２７、貫通めっきスルーホール２５及びブラインドバイアホール２６に接触しないように保護されている構造となっている。また、当該絶縁層２２には、適宜開口部が形成され、部品実装パッド２４が形設されている。

当該貫通めっきスルーホール２５及びブラインドバイアホール２６を備えた両面プリント基板２１のソルダーレジストとして、絶縁層２２である所謂「プリプレグ」を使用する場合、図４に示すように、両面配線回路２７と共に貫通めっきスルーホール２５及びブラインドバイアホール２６の開口部を覆うように絶縁強化層２８を形成した両面プリント基板２１に、絶縁層２２を積層すると、貫通めっきスルーホール２５及びブラインドバイアホール２６の中にも絶縁層２２中の樹脂が流動し、図３に示されるように、貫通めっきスルーホール２５とブラインドバイアホール２６の導体内壁にも、絶縁強化層２８が追従形成される。

ここで、絶縁強化層２８及び絶縁層２２としては、前記第一の実施の形態における絶縁強化層３ａ〜３ｄ及び絶縁層１ａ〜１ｄと同様なものが用いられる。特に絶縁強化層２８の弾性率を３ＧＰａ以下とすれば、貫通めっきスルーホール２５とブラインドバイアホール２６の導体内壁に絶縁強化層２８がより確実に追従し形成される。この絶縁強化層２８が貫通スルーホール２５とブラインドバイアホール２６の導体内壁に追従形成される際、ボイドを形成することがないことも実験で確認済みである。因に、ボイドを噛むということは、部品実装時の熱などで仮にボイドが形成された場合には、ボイドが膨張してスルーホールパンクする恐れもある。
絶縁強化層２８は、ＸＹ方向の配線回路の表面として、ＣＡＦによるマイグレーションを防止し、貫通めっきスルーホールなどのＺ方向の層間接続に関しては、ボイドを押さえスルーホールパンクを抑制する第二の効果も確認されている。

尚、第一及び第二の実施の形態では、最外層のソルダーレジストの配置については、説明しなかったが、第三の実施の形態と同様に絶縁層にガラス織布又はガラス不織布を含有する所謂「プリプレグ」をソルダーレジストとして配置しても構わないことは言うまでもない。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１４、２２：絶縁層
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、１２：内層配線回路
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、１３、２８：絶縁強化層
４、１５、２３：ガラス織布又はガラス不織布
５：外層配線回路
６、１７、２５：貫通めっきスルーホール
１１：両面コア基板
１６：ブラインドバイアホール（穴に銅めっき充填されている）
２１：両面プリント基板
２４：部品実装パッド
２６：ブラインドバイアホール
２７：両面配線回路
Ｐ：６層貫通基板
Ｓ：４層ビルドアップ基板
Ｔ：両面プリント配線板

Claims (2)

1. 絶縁基板の表裏に設けられた配線回路上のソルダーレジストとして、ガラス織布又はガラス不織布が含まれた絶縁層が配置されていると共に、前記絶縁基板の表裏に設けられた配線回路を含む絶縁基材と前記絶縁層の界面に、少なくとも絶縁強化層が設けられ、かつ前記絶縁強化層が２０００Ｐａ・ｓ以上の最低溶融粘度を有すると共に、３ＧＰａ以下の弾性率を有する熱硬化性樹脂から成り、前記絶縁基板が、貫通めっきスルーホール及びブラインドバイアホールを備え、かつ当該貫通めっきスルーホールの導体内壁と当該貫通めっきスルーホールの厚み全長の中間部位における導体内壁間及びブラインドバイアホールの導体内壁にも絶縁強化層が設けられ、かつ当該貫通めっきスルーホールの厚み全長の中間部位における導体内壁間に設けられた絶縁強化層が、前記ガラス織布又はガラス不織布が含まれた表裏の絶縁層から流動した樹脂により上下から挟持されていることを特徴とする両面プリント配線板。
2. 前記絶縁強化層の熱硬化性樹脂の弾性率が、ガラス織布又はガラス不織布が含まれた絶縁層に含浸されたエポキシ樹脂の弾性率よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の両面プリント配線板。

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