JP5896522B2 - 封止部品に適した配線基板及びチップ部品並びにその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はプリント配線板に関するもので、特に部品素子を封止し、サイドスルーホールを実装に使用する配線板、及びチップ部品に関する。

近年電子機器の小型化により、使用される電子部品にも高密度化、小面積化が要求されている。これらの要求により電極が小面積化し、従来の表面実装では実装強度が得にくい状態となっていた。そこで、実装強度の確保の為、スルーホールをほぼ半分に分割した穴を電極とする実装方法が一般的に採用されている。この構造はサイドスルーホールと呼ばれるが、部品素子を封止する製品では、サイドスルーホールからの封止材の漏れ対策を行う必要があった。

特許文献１〜３では、上面導体と下面導体を接続するスルーホールの上部に、フィルム、インク、樹脂等を充填し封止材の漏れを防止したものが開示されている。
これらの方法では、強度不足による封止材の漏れ、スルーホール下部の金属導体の表面汚染による実装不良、充填材の埋め込み深さの精度不足によるスルーホール下部の金属導体距離の不足による実装強度不足、分割する事により露出したスルーホール上部の内壁金属の腐食、また封止材と金属導体の密着力不足等の問題となっていた。

また、部品素子を封止する必要がある製品において、サイドスルーホールを実装に利用する為には、サイドスルーホールに樹脂が流れ込まないようにする必要がある。
その一手法であるサイドスルーホールの上部を封止しない方法では、サイドスルーホールの面積分だけ部品が大型化してしまう問題があった。この問題を回避する為サイドスルーホールの上部を封止する手法が採用されて来たが、それぞれ問題を抱えていた。

上下接続のあるスルーホールの上部のみを充填する工法の共通問題として、一般的に部品素子を封止する樹脂材と金属の密着性は低く、実装後の切断の圧力で金属、樹脂の界面で剥離する事があった。
またスルーホールを切断する為、内壁の金属が露出する事となり、スルーホール下部では実装の半田により被覆されるが、スルーホール上部では金属が露出する事となり、使用時の腐食により製品の信頼性及び機能が低下する問題があった。

熱硬化タイプの液状レジストでサイドスルーホールの上部のみを充填する手法では、埋め込み精度不足、ブリード現象によるインクのにじみによる下面側の導体表面汚染の問題があり、ＵＶまたは光硬化タイプの液状レジストでサイドスルーホールの上部のみを充填する手法では、現像時の硬化状態の影響が大きいため、埋め込み精度が著しく悪い、また下部では現像残渣、微小露光により導体表面への樹脂残渣による導体表面の汚染の問題があった。

さらに、フィルム状レジストで上部を埋める手法では、充填材の強度不足、膜厚不足、膜厚を厚くした場合には埋め込み精度不足の問題があった。また専用の装置導入が必要となり、低コストでの生産が難しかった。
そこで、埋め込み精度を改善した基板として、複数の非貫通導通穴を配置し、非貫通導通穴内部の上方のみに充填されたエポキシ樹脂系の充填部材と、この充填部材の下部はレーザー加工により均一な深さに加工された配線基板が開示されている（特許文献３）。しかし、この方法でも基板と充填剤の間に金属メッキがされているため、実装後に切断の圧力で金属、樹脂の界面で剥離する問題及び金属の露出による信頼性及び機能低下の問題は解決されない状況である。

特開２００８−１６６６３４号公報 特開平１１−２５１７０４号公報 特開２００５−３２２８３２号公報

本発明の目的は、チップ系部品をマザーボード等他の基板に実装する際に、実装強度の確保、実装状態の確実な確認等を目的としてサイドスルーホールを利用する配線基板において、部品素子の保護等を目的として封止を行う場合には、サイドスルーホールへの封止材の流れ込みを防止し、また実装に不要な箇所での金属の露出及び封止材や充填材の密着力を改善した配線基板を提供することにある。

上記課題を解決する為、本発明者が鋭意研究したところ、複数の非貫通導通穴と非貫通穴を配置し、その非貫通穴は、非貫通穴上部が樹脂系の充填部材により充填され、非貫通穴の下部は開放型凹形陥没形状を採り、その凹形陥没形状の凹面に金属メッキを有する配線基板によれば、充填材が配線基板や封止材と直接接しているため密着性に優れ、封止材のサイドスルーホールへの漏れを抑制し、さらに充填材と封止材の間に金属メッキ層がないことから、分割加工による金属の露出が無く、金属の腐食が起こらないことを見出し、本発明を成したものである。

本発明の第１の発明は、部品搭載面Ａ、Ｂを絶縁基材を介して有する配線基板において、その絶縁基材を貫通する複数の非貫通導通穴と非貫通非導通穴を有し、部品搭載面Ａ上に外層導体ａ、部品搭載面Ｂ上に外層導体ｂを備え、その非貫通導通穴は、樹脂系充填部材により穴が充填され、且つ配線基板の外層導体ａ、ｂを電気的に接続し、その非貫通非導通穴は、樹脂系充填部材により穴の前記部品搭載面Ａ側が充填、絶縁され、且つ部品搭載面Ｂ側を開放型凹形陥没形状とし、その開放型凹形陥没形状の凹面に金属層を有していることを特徴とするものである。

本発明の第２の発明は、第１の発明における開放型凹形陥没形状が、レーザー加工により形成された開放型凹形陥没形状であることを特徴とするものである。

本発明の第３の発明は、絶縁基材を介して、部品搭載面Ａ、Ｂにそれぞれ外層導体ａ、ｂを備える配線基板に、複数の貫通穴を形成し、その貫通穴の壁面に金属メッキを行い貫通導通穴を形成した後、さらに複数の貫通穴を形成し、その貫通導通穴及び貫通穴を樹脂系充填部材により穴を充填して、非貫通導通穴および非貫通非導通穴を形成し、前記非貫通非導通穴の部品搭載面Ｂ側の樹脂系充填部材を除去して前記非貫通非導通穴の前記部品搭載面Ａ側に前記樹脂系充填部材を残置した開放型凹形陥没形状を形成した後、基板下面に金属メッキを行うことを特徴とする配線基板の製造方法である。

本発明の第４の発明は、絶縁基材を介して、部品搭載面Ａ、Ｂにそれぞれ外層導体ａ、ｂを備える基板に、複数の貫通穴を形成し、その貫通穴の壁面に金属メッキを行い金属層を設けて貫通導通穴を形成した後、予め定めた貫通導通穴の壁面の金属メッキを、エッチングにより除去して貫通非導通穴を形成し、その貫通導通穴及び貫通非導通穴を樹脂系充填部材により穴を充填して、非貫通導通穴および非貫通非導通穴を形成し、非貫通非導通穴の部品搭載面Ｂ側の樹脂系充填部材を除去して開放型凹形陥没形状を形成した後、配線基板下面に金属メッキを行うことを特徴とする配線基板の製造方法である。

本発明の第５の発明は、第３及び第４の発明における開放型凹形陥没形状を、レーザー加工により形成することを特徴とする配線基板の製造方法である。

本発明の第６の発明は、第１の発明又は第２の発明の配線基板の開放型凹形陥没形状を有する非貫通非導通穴を、サイドスルーホールとして備えることを特徴とするチップ型電子部品である。

本発明では、サイドスルーホール上部の充填材が金属を介さず直接基板や封止材と接することで、密着性に優れ、切断時の充填材の脱落や、サイドスルーホール内に樹脂が漏れる事を防ぐ事が出来る。さらに、切断後にサイドスルーホール上部に金属の露出がないことから、金属の腐食も起こらない。

本発明の非貫通非導通穴と非貫通導通穴を有する配線基板の断面図である。 本発明の構造を有する配線基板を使用した実装断面図である。 本発明の製造方法を示す製造工程フロー図である。 実施例１に用いた試験用配線基板の部分断面図である。 比較例１に用いた試験用配線基板の部分断面図である。 比較例２に用いた試験用配線基板の部分断面図である。

以下に本発明の配線基板及びその製造方法を詳細に説明する。
［配線基板］
図１に本発明の配線基板の断面図を示す。
図１において、１０は配線基板、２ａは非貫通導通穴、２ｂは非貫通非導通穴、２ｃは開放型凹形陥没形状、３は絶縁基材、４ａは外層導体ａ（金属導体）、４ｂは外層導体ｂ（金属導体）、５及び６は金属導体、７ａ、７ｂは樹脂系充填材である。

図１に示す本発明の配線基板１０は、複数の非貫通導通穴２ａと非貫通非導通穴２ｂを配置し、部品搭載面Ａ側に外層導体ａ（４ａ）と、絶縁基材３を介した面の部品搭載面Ｂ側に外層導体ｂ（４ｂ）を備える配線基板である。
その非貫通導通穴２ａを介して両面の外層導体ａ、ｂ（４ａ、４ｂ）を電気的に接続し、非貫通導通穴２ａと非貫通非導通穴２ｂの部品搭載面Ａ側部が樹脂系充填部材７ａ及び７ｂにより充填されて絶縁され、非貫通非導通穴２ｂの部品搭載面Ｂ側部は開放型凹形陥没形状２ｃに成形され、その凹形陥没形状２ｃの凹面部２ｄには、金属メッキなどによる金属層６を備える構造となっている。

このような構造をとることで、非貫通非導通穴２ｂの部品搭載面Ａ側の充填部材７ｂは、図２の実装断面図に見られるように配線基板１０や封止材２０と密着性良く接するために非貫通非導通穴２ｂへの封止材２０の流れ込みを防止できる。また、非貫通非導通穴２ｂ（図１参照）を縦に切断してサイドスルーホール（非導通非貫通サイドスルーホール１）を形成しても、その内壁に金属が現れないため、腐食を起こすことが無い効果を有する。
図２は、本発明による配線基板を使用して部品素子を実装した場合の実装断面図を示すもので、１は非導通非貫通サイドスルーホールを示し、２０は封止材、２１は実装する部品素子、２２は部品素子を配線基板に接合する半田である。

［製造方法］
次に、本発明の配線基板の製造方法を説明する。
図１に模式断面図を示す本発明の特徴とする所の金属腐食の無い非導通非貫通サイドスルーホール（図２符号１参照）を形成する非貫通非導通穴２ｂと非貫通導通穴２ａを有する配線基板１０を例に、サブトラクティブ工法による本発明の製造方法を図３に従って説明するが、アディティブ工法での製造も可能である。
なお非導通非貫通サイドスルーホール（図２符号１参照）は、メッキ後に該当穴内のみをエッチングする事でも形成可能である。

図３は、本発明に係る配線基板（例として図１の符号１０参照）の製造過程を示す製造フロー図である。
＜図３（Ａ）＞
先ず、両面（部品搭載面Ａ、Ｂ）に、外層導体ａ、ｂとなる金属導体４ａ、４ｂを備えた絶縁基材３（以下コア材）に、非貫通導通穴２ａとなる箇所に穴開け加工を実施して貫通穴３０を形成する。
穴開け加工方法は、特に限定されないが、ＮＣドリリングマシンなどを用いると良い。また、穴の形状は丸穴に限らず、楕円穴、四角穴、異形穴など、目的に合わせて選択すればよい。

＜図３（Ｂ）＞
次に、穴開け加工が実施されたコア材の全面または必要な箇所に金属導体５を設けるためのメッキを実施し、非貫通導通穴２ａとなる貫通穴３０を貫通導通穴３０ａとする。

＜図３（Ｃ）＞
さらに、金属導体５のメッキを実施したコア材に、両面非導通非貫通サイドスルーホール１（図２参照）となる箇所に再度穴開け加工を実施して貫通穴４０を形成する。

＜図３（Ｄ）＞
両面非導通非貫通サイドスルーホール１となる貫通穴４０、及び非貫通導通穴３０ａが、それぞれ樹脂系充填材７ｂ（貫通穴４０充填）、７ａ（貫通穴３０ａ充填）により完全に充填された非導通充填穴４１及び導通充填穴３１を形成する。
その充填作業は下記の条件を満たす樹脂を印刷法、ローラー法、カーテンコーター法、ディップ法など、各種工法で行う事が可能である。
充填材は、充填作業時には粘性を持ち、熱、ＵＶ、光等により硬化する性質が必要である。樹脂の種類に制約は無くエポキシ系、メラニン系、アクリル系等が選択可能であるが、高耐熱性、高剛性を持つ樹脂がより望ましい。

＜図３（Ｅ）＞
充填材７ａ、７ｂを充填した後に、熱、ＵＶ、光等により、充填樹脂を硬化させる。硬化状態については半硬化状態でも、完全硬化状態でも良い。
硬化した充填材７ａ、７ｂを金属導体５が形成する面と段差が生じないよう平坦に研磨する。
部品素子（図２の符号２１を参照）を実装する反対面（図１〜図３では、部品搭載面Ｂ）から、充填材７ｂにより充填された両面非導通非貫通サイドスルーホール１となる非導通充填穴４１に部品搭載面Ｂ方向が開放された開放型凹形陥没形状２ｃを形成する。その形成には、レーザー加工をすることが好ましい。加工レーザーの種類は炭酸ガスレーザー、ＵＶレーザー等、有機物にエネルギーが吸収される波長であればその種類に制約は無い。加工深さは膜強度、実装強度等の必要に応じて任意に調整可能である。またレーザー加工の条件により底部はほぼ平坦に加工する事が可能である。

＜図３（Ｆ）＞
穴開け、レーザー加工等が実施されたコア材の全面または必要な箇所に金属導体６をメッキ法などにより実施し、両面非導通非貫通サイドスルーホール１を形成する前段階の非貫通非導通穴４１ａ、及び非貫通導通穴２ａを構成する。この非貫通非導通穴４１ａにおける不要な箇所を除去した後、縦切断することによって、外部接続の端子となる。

＜図３（Ｇ）＞
穴開け、レーザー、メッキ加工等が実施されたコア材両面の金属導体４ａ、４ｂ、５、６の不要な箇所を、露光、エッチングにより除去する。
コア材の両面にある絶縁基材３及び金属導体（外層導体４ａ、４ｂ）の表面には、必要に応じてレジスト膜を必要な箇所に被覆する事が可能である。
さらに、コア材両面の金属導体（外層導体４ａ、４ｂ）の表面には、必要に応じて金、銀、ニッケル等の他の金属メッキを行う事が可能である。
さらに、部品素子２１（図２参照）を実装し、封止材２０（図２参照）により封止した後、凹形陥没形状２ｃを有する非貫通非導通穴２ｂのほぼ中心で切断することで、両面非導通非貫通サイドスルーホール１（図２参照）を有する実装用の配線基板が得られる。

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
穴径が同等レベルになるように設計した配線基板により、本発明及び他構造での性能評価を実施した。
実施例で用いた配線基板の構造を図４〜図６に示す。
図４は実施例１に用いた配線基板５０で、図１に示した配線基板１０と同様な両面非貫通非導通穴５０ａ（図１の非貫通穴２ｂに相当）を樹脂系充填材７により、その部品搭載面Ａ側のみを充填し、その上に封止材２０を設けたものである。
図５は比較例１に用いた配線基板５１で、両面貫通導通穴５１ａの部品搭載面Ａ側を液状レジスト７０ａ及びフィルムレジスト７０ｂを用いて封止したものである。
図６は比較例２に用いた配線基板５２で、両面非貫通導通穴５２ａの部品搭載面Ａ側のみを樹脂系充填材を用いて充填し、その上に封止材２０を設けたものである。

評価はそれぞれに形成した凹型陥没形状を有する両面非貫通穴である両面非貫通非導通穴５０ａ（実施例１）、両面貫通導通穴５１ａ（比較例１）、両面非貫通導通穴５２ａ（比較例２）の中心で縦に切断したサイドスルーホールについて、封止材の圧力に対する耐圧性、及び切断後サイドスルーホール上部（部品搭載面Ａ側）の金属腐食の状態を比較した。
その結果を表１に示す。

なお、封止材の圧力に対する耐圧性は、部品搭載面Ａ側から樹脂により封止を実施し、封止時の圧力、熱等で充填材の破壊が無い事を、光学顕微鏡により確認を行った。判定は凹型陥没形状内に樹脂が無い場合「○」、樹脂が少しでも確認された場合は「×」とした。
また、サイドスルーホールの部品搭載面Ａ側の金属腐食状態は、光学顕微鏡により腐食が見られないものを「○」、明らかに腐食が観察された場合を「×」と評価した。

表１からも明らかなように、本発明に係る実施例１の配線基板では、耐圧性及び耐金属腐食性にも優れていることから、チップ部品などを搭載、封止して使用する配線基板として好適なものである。

１ 両面非導通非貫通サイドスルーホール
２ａ 非貫通導通穴
２ｂ 非貫通非導通穴
２ｃ 開放型凹形陥没形状
２ｄ 凹形陥没形状凹面
３ 絶縁基材
４ａ 金属導体（外層導体ａ）
４ｂ 金属導体（外層導体ｂ）
５ 金属導体
６ 金属導体
７ａ、７ｂ 樹脂系充填材
１０ 配線基板
２０ 封止材
２１ 部品素子
２２ 半田
３０、４０ 貫通穴
３０ａ 貫通導通穴
３１ 導通充填穴
４１ 非導通充填穴
４１ａ 非貫通非導通穴
５０ 実施例１の配線基板
５０ａ 両面非貫通非導通穴
５１ 比較例１の配線基板
５１ａ 両面貫通導通穴
５２ 比較例２の配線基板
５２ａ 両面非貫通導通穴
７０ａ 液状レジスト
７０ｂ フィルムレジスト

Claims (5)

1. 部品搭載面Ａ、Ｂを、絶縁基材を介して有する配線基板において、
   前記絶縁基材を貫通する複数の非貫通導通穴と非貫通非導通穴を有し、
   前記部品搭載面Ａ上に外層導体ａ、前記部品搭載面Ｂ上に外層導体ｂを備え、
   前記非貫通導通穴は、樹脂系充填部材により穴が充填され、且つ前記配線基板の外層導体ａ、ｂを電気的に接続し、
   前記非貫通非導通穴は、樹脂系充填部材により穴の前記部品搭載面Ａ側が充填、絶縁され、且つ前記部品搭載面Ｂ側を開放型凹形陥没形状とし、前記開放型凹形陥没形状の凹面に金属層を有していることを特徴とする配線基板。
2. 絶縁基材を介して、部品搭載面Ａ、Ｂにそれぞれ外層導体ａ、ｂを備える基板に、複数の貫通穴を形成し、前記貫通穴の壁面に金属メッキを行い金属層を設けて貫通導通穴を形成した後、さらに複数の貫通穴を形成し、前記貫通導通穴及び前記貫通穴を樹脂系充填部材により穴を充填して、非貫通導通穴および非貫通非導通穴を形成し、前記非貫通非導通穴の部品搭載面Ｂ側の樹脂系充填部材を除去して前記非貫通非導通穴の前記部品搭載面Ａ側に前記樹脂系充填部材を残置した開放型凹形陥没形状を形成した後、前記基板下面に金属メッキを行うことを特徴とする配線基板の製造方法。
3. 絶縁基材を介して、部品搭載面Ａ、Ｂにそれぞれ外層導体ａ、ｂを備える基板に、複数の貫通穴を形成し、前記貫通穴の壁面に金属メッキを行い金属層を設けて貫通導通穴を形成した後、予め定めた貫通導通穴の壁面の前記金属メッキを、エッチングにより除去して貫通非導通穴を形成し、前記貫通導通穴及び前記貫通非導通穴を樹脂系充填部材により穴を充填して、非貫通導通穴および非貫通非導通穴を形成し、前記非貫通非導通穴の部品搭載面Ｂ側の樹脂系充填部材を除去して開放型凹形陥没形状を形成した後、前記配線基板下面に金属メッキを行うことを特徴とする配線基板の製造方法。
4. 前記開放型凹形陥没形状を、レーザー加工により形成することを特徴とする請求項２または３に記載の配線基板の製造方法。
5. 請求項１に記載の配線基板の前記開放型凹形陥没形状を有する非貫通非導通穴を、サイドスルーホールとして備えることを特徴とするチップ型電子部品。

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