JP6115759B2

JP6115759B2 - 多層配線板の製造方法

Info

Publication number: JP6115759B2
Application number: JP2013034782A
Authority: JP
Inventors: 洋志山口
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2033-02-25
Also published as: JP2014165323A

Description

本発明は、ドリル加工を用いる多層配線板の製造方法に関する。

近年、電子機器の高機能化に伴い、多層配線板にもより高多層化や配線密度の向上が要求されており、これに対応するため、多層配線板においては、層間を接続するスルーホールの小径化や穴密度の向上が必要とされている。

このような小径で穴密度が高い多層配線板のドリル加工工程においては、ドリル加工によって形成される穴の内壁粗さを小さくし、形成される穴の位置精度を確保し、さらにドリルの折損がないようにドリル加工することが望まれる。

多層配線板のドリル加工として、多層配線板のドリル進入面側に、潤滑剤付き上当て板を使用することで、切粉排出性向上とドリル磨耗量低減を図る方法が知られている。

また、多層配線板のドリル加工として、多層配線板の上面に金属材料のみからなる当て板を配置し、ドリルの送り量を途中で大きくしたり、ステップ加工を用いることにより、ドリルの破損や形成される貫通穴の曲がりを抑制しつつ、高効率かつ低コストに貫通穴を形成する方法が開示されている（特許文献１）。

特開２０１１−０２３６４３号公報

しかし、多層配線板の高多層化、高板厚化が進む一方で、穴径の小径化が進み、板厚に対するドリル径の比（アスペクト比）が高くなるにつれて、穴位置精度や内壁粗さ、さらにはドリル折損を抑制した穴明け加工が困難になってきており、特に、高密度配線や狭ピッチ穴を必要とする場合においては、重要になってきている。以下、配線が２０層以上で板厚が３．０ｍｍ以上の多層配線板を、高多層・高板厚の多層配線板という。

特許文献１のドリル加工では、多層配線板をステップ加工でドリル加工を行うが、同じドリルを用いて各ステップの加工を行うため、当初から板厚よりも長い刃長のドリルを用いることになるので、小径ドリルを用いた高多層・高板厚の多層配線板のドリル加工では、ドリル加工時に穴位置ずれやドリル折損が発生してしまう問題がある。また、金属材料のみからなる当て板を用いるため、潤滑剤を有しておらず、切粉排出性が低下したり、ドリル磨耗量や穴内の内壁粗さが大きくなる懸念がある。

また、小径ドリルを用いた高多層・高板厚の多層配線板のドリル加工において、穴位置ずれやドリル折れを改善する方法としては、１回目のドリル加工では、比較的刃長の短いドリルを使用して、高い位置精度のポンチ穴を形成しておき、２回目のドリル加工では、１回目よりも刃長の長いドリルを使用する方法が考えられる。

しかし、この方法では、刃長の異なる２本のドリルを使用して、２回のドリル加工で穴を形成するため、潤滑剤付き上当て板を使用することで、切粉排出性の向上とドリル磨耗量や穴内の内壁粗さの低減を図ろうとしても、１回目のドリル加工で、潤滑剤付き上当て板に穴が開くため、潤滑剤層が用い尽くされてしまい、２回目のドリル加工の際には、潤滑剤層がない状態でドリル加工されることになる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高多層・高板厚の多層配線板の場合や多層配線板を複数枚重ねた場合であっても、穴位置精度とともに、内壁粗さやドリル折損を抑制可能な多層配線板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、潤滑剤付き上当て板を多層配線板のドリル侵入面に配置する工程（ａ）と、前記多層配線板の板厚よりも刃長の短いドリルを用いて、前記潤滑剤付き上当て板側から前記多層配線板に非貫通のポンチ穴を形成する工程（ｂ）と、前記多層配線板のポンチ穴上に前記潤滑剤付き上当て板を配置する工程（ｃ）と、前記多層配線板の板厚よりも刃長の長いドリルを用いて、前記潤滑剤付き上当て板側から前記ポンチ穴を通して前記多層配線板を貫通する貫通穴を形成する工程（ｄ）と、を有する多層配線板の製造方法である。
上記本発明では、まず、多層配線板にポンチ穴を形成する際に、潤滑剤付き上当て板を多層配線板のドリル浸入面に配置するので、潤滑剤付き上当て板の潤滑剤の作用により、ドリルの負荷を低減できる。また、多層配線板の板厚よりも刃長の短いドリルを用いるので、ドリルの加工位置がぶれ難い。このため、位置精度が高く、穴の内壁粗さを抑制した非貫通のポンチ穴を形成できる。
また、その後、多層配線板に貫通穴を形成する際には、先に形成した非貫通のポンチ穴上に、再度、潤滑剤付き上当て板を配置するので、ポンチ穴を通した２回目以降のドリル加工でも、潤滑剤付き上当て板の潤滑剤が作用し、ドリルの負荷を低減できる。また、ポンチ穴を通して多層配線板を貫通する貫通穴を形成するため、多層配線板の板厚よりも刃長の長いドリルを用いて貫通穴を形成する際にも、高精度に形成されたポンチ穴がドリルをガイドするので、位置精度の高いドリル加工が可能になる。

また、本発明は、上記において、前記多層配線板のポンチ穴上に前記潤滑剤付き上当て板を配置する工程（ｃ）では、前記潤滑剤付き上当て板が前記多層配線板のポンチ穴上を塞いで配置される多層配線板の製造方法である。
潤滑剤付き上当て板が多層配線板のポンチ穴上を塞いで配置されるため、ポンチ穴を通して貫通穴を形成する２回目のドリル加工においても、確実に、上当て板の潤滑剤を作用させることができる。

また、本発明は、上記の何れかにおいて、前記潤滑剤付き上当て板を多層配線板のドリル侵入面に配置する工程（ａ）では、前記多層配線板が複数枚重ねられて配置され、前記多層配線板の板厚よりも刃長の短いドリルを用いて、前記潤滑剤付き上当て板側から前記多層配線板に非貫通のポンチ穴を形成する工程（ｂ）では、前記複数枚重ねられて配置された多層配線板の最上部の多層配線板の板厚よりも刃長の短いドリルを用い、前記多層配線板の板厚よりも刃長の長いドリルを用いて、前記潤滑剤付き上当て板側から前記ポンチ穴を通して前記多層配線板を貫通する貫通穴を形成する工程（ｄ）では、前記複数重ねられて配置された多層配線板の板厚の合計よりも、刃長の長いドリルを用いる多層配線板の製造方法である。
まず、潤滑剤付き上当て板を多層配線板のドリル侵入面に配置する工程（ａ）では、多層配線板が複数枚重ねられて配置されるので、実質的に、高多層・高板厚の多層配線板をドリル加工することになる。
また、ポンチ穴を形成する工程（ｂ）では、複数枚重ねられて配置された多層配線板の最上部の多層配線板の板厚よりも刃長の短いドリルを用いるので、多層配線板が複数枚重ねられて配置されても、ドリルの加工位置がぶれ難く、位置精度の高いポンチ穴を形成できる。
さらに、多層配線板を貫通する貫通穴を形成する工程（ｄ）では、複数重ねられて配置された多層配線板の板厚の合計よりも、刃長の長いドリルを用いるので、多層配線板が複数枚重ねられて配置されても、高精度に形成されたポンチ穴がドリルをガイドするので、位置精度の高いドリル加工が可能になる。

本発明によれば、高多層・高板厚の多層配線板の場合や多層配線板を複数枚重ねた場合であっても、穴位置精度とともに、内壁粗さやドリル折損を抑制可能な多層配線板の製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態の多層配線板の製造工程の概略を表す。本発明の第２の実施の形態の多層配線板の製造工程の概略を表す。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の多層配線板２の製造工程の概略である。

図１の工程（ａ）は、潤滑剤付き上当て板１を多層配線板２のドリル侵入面に配置する工程（ａ）である。より詳細には、潤滑剤付き上当て板１と、被加工物である多層配線板２と、下当て板３と、を配置する。潤滑剤付き上当て板１は、被加工物である多層配線板２のドリル侵入面側に配置する。潤滑剤付き上当て板１は、ドリル４の切粉排出性とドリル４の耐磨耗性から、潤滑剤となる水溶性樹脂材料のコート層をアルミニウム薄板（アルミニウム厚さ０．２ｍｍ以下）の一面側に配置したものを用い、下当て板３はフェノール板を用いている。潤滑剤付き上当て板１は、潤滑剤がコートされた面を上側にして、潤滑剤がコート面された面からドリル４が進入するように、多層配線板２上に配置する。

図１の工程（ｂ）は、多層配線板２の板厚よりも刃長の短いドリル４を用いて、潤滑剤付き上当て板１側から多層配線板２に非貫通のポンチ穴６を形成する工程（ｂ）である。より詳細には、ドリル４で、潤滑剤付き上当て板１には貫通した穴５を形成し、被加工物である多層配線板２には、非貫通のポンチ穴６を形成する。この時のドリル４は、多層配線板２の板厚よりも刃長の短いストレート型とする。なお、多層配線板２に形成されるポンチ穴６の深さは、ドリル４の直径の４倍程度とするのが、穴位置精度の向上やドリル折損の抑制の点でより好ましい。

図１の工程（ｃ）は、多層配線板２のポンチ穴６上に潤滑剤付き上当て板７を配置する工程（ｃ）である。より詳細には、被加工物である多層配線板２に形成したポンチ穴６を塞ぐように潤滑剤付き上当て板７を配置する。なお、ポンチ穴６上に潤滑剤付き上当て板７を配置する方法としては、新品の（即ち、ポンチ穴６の加工がなされていない）潤滑剤付き上当て板７を使用する方法や、既にポンチ穴６のドリル加工の際に使用した潤滑剤付き上当て板１を用い、多層配線板２のポンチ穴６の位置と重ならないように、例えば、１ｍｍ格子状にランダム穴明けする場合は、半格子分（０．５ｍｍ）をずらして配置する方法がある。また、このようにずらして配置する場合は、多層配線板２に形成したポンチ穴６を完全には塞がない状態でずらして配置しても、ある程度の効果は期待できる。

図１の工程（ｄ）は、多層配線板２の板厚よりも刃長の長いドリル８を用いて、潤滑剤付き上当て板７側からポンチ穴６を通して多層配線板２を貫通する貫通穴１０を形成する工程（ｄ）である。より詳細には、新品の潤滑剤付き上当て板７と、被加工物である多層配線板２と、を貫通穴明け用のドリル８で、潤滑剤付き上当て板７を貫通させ、多層配線板２に貫通穴１０を形成する。この時、ドリル８は、多層配線板２の板厚よりも刃長の長いアンダーカット型とする。

上記の第１の実施の形態によれば、工程（ａ）では、潤滑剤付き上当て板１を多層配線板２のドリル浸入面に配置するので、この後の工程で多層配線板２にポンチ穴６を形成する際に、潤滑剤付き上当て板１の潤滑剤の作用により、ドリル４の負荷を低減できる。工程（ｂ）では、多層配線板２の板厚よりも刃長の短いドリル４を用いるので、ドリル４の加工位置がぶれ難い。このため、位置精度が高く、穴の内壁粗さを抑制した非貫通のポンチ穴６を形成できる。工程（ｃ）では、先に形成した非貫通のポンチ穴６上に、再度、潤滑剤付き上当て板７を配置するので、この後の工程で、多層配線板２に貫通穴１０を形成する際には、ポンチ穴６を通した２回目以降のドリル加工でも、潤滑剤付き上当て板７の潤滑剤が作用し、ドリル８の負荷を低減できる。工程（ｄ）では、ポンチ穴６を通して多層配線板２を貫通する貫通穴１０を形成するため、多層配線板２の板厚よりも刃長の長いドリル８を用いて貫通穴１０を形成する際にも、高精度に形成されたポンチ穴６がドリル８をガイドするので、位置精度の高いドリル加工が可能になる。したがって、工程（ａ）〜（ｄ）により、高多層・高板厚の多層配線板２であっても、穴位置精度とともに、内壁粗さやドリル折損を抑制可能な多層配線板２の製造方法が得られる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態の多層配線板２の製造工程の概略である。図２の工程（ａ）は、潤滑剤付き上当て板１を、複数枚重ねられて配置された多層配線板２のドリル侵入面に配置する工程（ａ）である。

図２の工程（ｂ）は、多層配線板２が複数枚重ねられて配置された、最上部の多層配線板２の板厚よりも刃長の短いドリル４を用いて、潤滑剤付き上当て板１側から多層配線板２に非貫通のポンチ穴６を形成する工程（ｂ）である。

図２の工程（ｃ）は、第１の実施の形態と同様に、多層配線板２のポンチ穴６上に潤滑剤付き上当て板７を配置する工程（ｃ）である。被加工物である多層配線板２に形成したポンチ穴６を塞ぐように潤滑剤付き上当て板７を配置する。

図２の工程（ｄ）は、複数重ねられて配置された多層配線板２の板厚の合計よりも、刃長の長いドリル８を用いて、潤滑剤付き上当て板７側から前記ポンチ穴６を通して多層配線板２を貫通する貫通穴１０を形成する工程（ｄ）である。

上記の第２の実施の形態によれば、工程（ａ）では、１枚毎の多層配線板２の板厚は、第１の実施の形態に比べて薄いが、複数枚重ねられて配置されることで、実質的に、高多層・高板厚の多層配線板２をドリル加工することになる。ポンチ穴６を形成する工程（ｂ）では、複数枚重ねられて配置された多層配線板２の最上部の多層配線板２の板厚よりも刃長の短いドリル４を用いるので、多層配線板２が複数枚重ねられて配置されても、ドリル４の加工位置がぶれ難く、位置精度の高いポンチ穴６を形成できる。多層配線板２を貫通する貫通穴１０を形成する工程（ｄ）では、複数重ねられて配置された多層配線板２の板厚の合計よりも、刃長の長いドリル８を用いるので、多層配線板２が複数枚重ねられて配置されても、高精度に形成されたポンチ穴６がドリル８をガイドするため、位置精度の高いドリル加工が可能になる。したがって、工程（ａ）〜（ｄ）により、多層配線板２を複数枚重ねた場合であっても、穴位置精度とともに、内壁粗さやドリル折損を抑制可能な多層配線板２の製造方法が得られる。

（実施例１）
まず、エポキシ樹脂をガラス布に含浸させた絶縁層の両面に厚さが１８μｍの銅箔を有する銅張積層板（日立化成株式会社、商品名ＭＣＬ−Ｅ−６７９、厚さ０．１ｍｍ）を準備し、銅箔をエッチングすることにより両面に配線を形成した。

次に、この両面に導体回路を形成した銅張積層板を２０枚準備し、それぞれの銅張積層板の間に、エポキシ樹脂をガラス布に含浸したプリプレグ（日立化成株式会社、商品名ＧＥＡ−６７９）を配置した後、加熱・加圧して積層一体化し、積層一体化後の厚みが５．２ｍｍで、配線が４０層となる、高多層・高板厚の多層配線板を作製した。

次に、図１の工程（ａ）に示すように、この多層配線板２のドリル進入面に、水溶性潤滑剤をアルミニウム表面に付加した厚み０．１６ｍｍの上当て板１（三菱ガス化学株式会社製、商品名ＬＥ８１２Ｆ３）を、水溶性潤滑剤がドリル進入面側（上側）になるように配置した。また、多層配線板２のドリル進入面の反対側の面には、フェノール樹脂基板の下当て板３を配置した。このように、多層配線板２を、潤滑剤付き上当て板１とフェノール樹脂基板の下当て板３とで固定して挟み、ＮＣ制御穴明け機（日立ビアメカニクス株式会社製、商品名ＭＡＲＫ２０）の穴明けテーブルにセットした。

次に、図１の工程（ｂ）に示すように、ドリル４の刃長が２．１ｍｍで、直径が０．３ｍｍのストレート型の新品ドリル４を使用して、スピンドル回転数８０，０００ｍｉｎ^−１及び送り速度２．０ｍ／ｍｉｎのドリル穴明け加工条件で、ドリル侵入面側から多層配線板２内の１．３ｍｍの深さまで穴明け加工して多層配線板２にポンチ穴６を形成した。この時、１本のドリル４で、折損なしに、１，０００穴加工することができた。ポンチ穴６形成の穴明けには１ｍｍ格子状にランダム穴明けするパターンを穴明けデータとした。

次に、図１の工程（ｃ）に示すように、ポンチ穴６を加工したドリル侵入面側の上当て板として、新品の上当て板７（三菱ガス化学株式会社製、商品名ＬＥ８１２Ｆ３）を配置した。その後、ドリル８の刃長が６．５ｍｍで、直径が０．３ｍｍのアンダーカット型の新品ドリル８（三菱マテリアル株式会社製、商品名０．３０−６．５Ｅ）を使用して、ＮＣ制御穴明け機（日立ビアメカニクス株式会社製、商品名ＭＡＲＫ２０）で、スピンドル回転数８０，０００ｍｉｎ^−１及び送り速度１．６ｍ／ｍｉｎの条件で、ポンチ穴６を狙い、ステップ加工により、ポンチ穴６を貫通させて貫通穴１０を形成した。貫通穴１０形成の穴明けには、ポンチ穴６の形成時と同じ、１ｍｍ格子状にランダム穴明けするパターンを穴明けデータとした。

（比較例）
図１の工程（ａ）、（ｂ）に示すように、実施例と同様にして、ポンチ穴６の加工まで行った。その後、新品の潤滑剤付き上当て板７ではなく、ポンチ穴６の加工で用いたままの、穴５が形成された状態の潤滑剤付き上当て板１を配置し、実施例と同じ型の新品ドリル８を使用し、同じＮＣ制御穴明け機で、同じ条件で、同じ穴明けデータを用いて、多層配線板２に形成したポンチ穴６を狙い、ステップ加工により穴を貫通させて貫通穴１０を形成した。

（ドリル折損の有無）
多層配線板への貫通穴明け加工において、貫通穴加工後のドリルの目視観察でドリルの折損の有無を確認した。ドリルは実施例、比較例ともに３６本を使用して、１本あたり１，０００穴、合計３６，０００穴分を、多層配線板内に加工して、ドリル折損が発生した本数を数えた。

（穴位置ずれ量）
このようにして多層配線板を穴明け加工した後に、多層配線板を穴明けテーブルから取外して解体し、自動穴位置測定機であるホールアナライザー（日立ビアニクス株式会社製、商品名ＨＡ−１）により、実施例や比較例毎に、多層配線板（板厚５．２ｍｍ）のドリル抜け面側の穴位置ずれ量を測定した。穴位置ずれ量の測定については、穴明け設計位置の中心座標と実際に明けられた穴位置の中心座標間の距離をホールアナライザーで計測し、穴位置ずれ量の最大値及び穴位置ずれ量の平均＋３σ値をドリル抜け面側について算出した。

（穴内壁粗さ）
穴明けした多層配線板の穴位置測定後は、過マンガン酸処理によるホールクリーニング処理を行い、基板の表面及び穴内に無電解銅めっきを２５μｍ施してスルーホールめっきした。めっき後の基板から、ドリル寿命初期、中期（５００穴近傍）、後期（１，０００穴近傍）の各１０穴を注型しスルーホールの断面研磨を行い、金属顕微鏡を用いて倍率×１００倍で直径０．３ｍｍの穴の内壁粗さ量を測定した。この時、各穴の内壁粗さ量は穴内の最大粗さ量をその穴の内壁粗さ量とし、ドリル寿命初期、中期（５００穴近傍）、後期（１，０００穴近傍）の各１０穴分の内壁粗さ量の最大値と、内壁粗さ量の平均値を算出した。

（評価結果の判定）
評価結果の判定は、ドリルの折損無しで且つ、ドリル抜け目側の穴位置ずれ量の最大値が５０μｍ未満で且つ、穴位置ずれ量の平均＋３σ値が４５μｍ未満で且つ、内壁粗さの最大値が１５μｍ未満で且つ、内壁粗さの平均値が１０μｍ以下であるものを「○」、ドリル折損有りまたは、ドリル抜け面側の穴位置ずれ量の最大値が５０μｍ以上又は、穴位置ずれ量の平均＋３σ値が４５μｍ以上または、内壁粗さ最大値が１５μｍ以上又は、内壁粗さの平均値が１０μｍ以上であるものを「×」とした。貫通穴明け時の上当て板の状態を検討した結果を表１に示す。

表１の結果から、貫通穴明け時において、新品の潤滑剤付き当て板を多層配線板に配置した実施例は、ポンチ穴形成時に使用した潤滑剤付き当て板をそのまま多層配線板に配置した比較例と比較して良好である。

１…（ポンチ穴明け用の）潤滑剤付き上当て板
２…多層配線板
３…下当て板
４…（ポンチ穴明け用の）ドリル
５…（ポンチ穴を形成する際に形成された潤滑剤付き上当て板の）穴
６…ポンチ穴
７…（貫通穴明け用の）潤滑剤付き上当て板
８…（貫通穴明け用の）ドリル
９…（貫通穴を形成する際に形成された潤滑剤付き上当て板の）穴
１０…貫通穴

Claims

潤滑剤付き上当て板を多層配線板のドリル侵入面に配置する工程（ａ）と、
前記多層配線板の板厚よりも刃長の短いドリルを用いて、前記潤滑剤付き上当て板側から前記多層配線板に非貫通のポンチ穴を形成する工程（ｂ）と、
前記多層配線板のポンチ穴上に前記潤滑剤付き上当て板を配置する工程（ｃ）と、
前記多層配線板の板厚よりも刃長の長いドリルを用いて、前記潤滑剤付き上当て板側から前記ポンチ穴を通して前記多層配線板を貫通する貫通穴を形成する工程（ｄ）と、
を有する多層配線板の製造方法。
請求項１において、
前記多層配線板のポンチ穴上に前記潤滑剤付き上当て板を配置する工程（ｃ）では、前記潤滑剤付き上当て板が前記多層配線板のポンチ穴上を塞いで配置される多層配線板の製造方法。
請求項１又は２において、
前記潤滑剤付き上当て板を多層配線板のドリル侵入面に配置する工程（ａ）では、前記多層配線板が複数枚重ねられて配置され、
前記多層配線板の板厚よりも刃長の短いドリルを用いて、前記潤滑剤付き上当て板側から前記多層配線板に非貫通穴のポンチ穴を形成する工程（ｂ）では、前記複数枚重ねられて配置された多層配線板の最上部の多層配線板の板厚よりも刃長の短いドリルを用い、
前記多層配線板の板厚よりも刃長の長いドリルを用いて、前記潤滑剤付き上当て板側から前記ポンチ穴を通して前記多層配線板を貫通する貫通穴を形成する工程（ｄ）では、前記複数重ねられて配置された多層配線板の板厚の合計よりも、刃長の長いドリルを用いる多層配線板の製造方法。