JP6743287B2 - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、層間接続部を有する配線基板及びその製造方法に関する。

電子機器に対するニーズは情報通信産業の拡大に伴い多様化し、開発や量産開始の早期化に対するニーズも高まっている。特にスマートフォンでは、電話としての基本機能に加えて、インターネット、電子メール、カメラ、ＧＰＳ、無線ＬＡＮ、ワンセグテレビなどの多様な機能が追加され、機種も増加している。高機能なスマートフォンでは、電池容量の向上が課題となっており、メインボードの高密度実装化、小型・薄型化、及び機能ブロックのモジュール化が進められている。

一方、メインボードの高密度実装化、小型・薄型化が進む中で、１Ａを超える大電流が流れる配線基板の開発が急務となっている。大電流が流れる配線基板の設計に際しては、一般に、配線を厚くあるいは幅広に形成したり、層間接続用のビア（スルーホール）の径を大きくしたりすることが要求される。また、ビアに金属含有樹脂や配線材料の金属を充填して配線抵抗を下げるなどして、配線を太くせずに大電流に対応可能とする方法も知られている。

配線基板へのビアの形成には、典型的には、基板の片側からドリル加工を施して円筒形状の貫通孔を形成した後、その貫通孔の内周面に導電材料のめっき層を形成する方法が広く用いられている。しかし、めっき成長の特性から、貫通孔内への導電材料の充填性を高めることが困難であるという問題がある。

一方、例えば特許文献１には、絶縁層を両面からレーザ加工して形成したテーパ形状の貫通孔の頂部同士を付き合わせた形状を有し、当該貫通孔がめっきで充填された層間接続箇所を有する積層配線板が開示されている。貫通孔を上記のような形状とすることで、めっき法による導電材料の充填性が高められるとしている。

特許第４９６３４９５号公報

しかしながら、上述のように、基板の表裏（両面）にテーパ形状の孔を形成してこれらの頂部同士を付き合わせる方法では、基板の表裏における各孔の加工位置にずれが生じると、層間接続部のオープン不良が発生する場合がある。一方、このような問題を防ぐために基板表裏の各孔を比較的大きな径で形成しようとすると、層間接続部の形成領域が拡大し、高密度実装化を実現することができなくなる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、層間接続部の信頼性を確保しつつ、高密度実装化にも対応可能な配線基板及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る配線基板は、基材と、第１の配線層と、第２の配線層と、層間接続部とを具備する。
上記基材は、第１の面と、上記第１の面とは反対の第２の面とを有する金属材料で構成されたコア層と、絶縁材料で構成され上記コア層を厚み方向に貫通する絶縁体部とを有する。
上記第１の配線層は、上記第１の面側に設けられ、上記第２の配線層は、上記第２の面側に設けられる。
上記層間接続部は、貫通孔部と、導体部とを有する。上記貫通孔部は、第１の凹部と、第２の凹部と、連絡孔とを含む。上記第１の凹部は、上記第１の面に第１の開口径で設けられる。上記第２の凹部は、上記第２の面に第２の開口径で設けられ、上記基材の厚み方向に上記第１の凹部の少なくとも一部と対向する。上記連絡孔は、上記第１及び第２の開口径よりも小さい第３の開口径を有し、上記第１の凹部と上記第２の凹部との間を連絡する。上記導体部は、上記貫通孔部を介して上記第１の配線層と上記第２の配線層との間を電気的に接続する。上記層間接続部は、上記絶縁体部に設けられる。

上記配線基板において、層間接続部の貫通孔部は、第１の凹部と第２の凹部との間を連絡する連絡孔を有するため、第１及び第２の凹部の開口径を大きくすることなく、これらの間の電気的導通を安定に確保することができる。これにより、層間接続部の信頼性を確保しつつ、高密度実装化にも対応することが可能となる。

第１及び第２の開口径は同一であってもよいし、一方の開口径が他方の開口径よりも大きくてもよい。例えば、上記第２の開口径が上記第１の開口径よりも大きく形成される。これにより、連絡孔を第２の凹部側から容易に形成することが可能となる。

上記第１及び第２の凹部はそれぞれ、上記連絡孔に向かって径が縮小するテーパ形状を有してもよい。
これにより、貫通孔部における導体部の充填性を高めることができる。

上記連絡孔は、上記基材の厚み方向の中心部よりも上記第１及び第２の面のいずれか一方側に設けられてもよい。例えば、第２の開口径が第１の開口径よりも大きい場合、連絡孔は、第１の面側に設けられる。

上記導体部は、上記貫通孔部に充填された導電材料で構成されてもよいし、上記貫通孔部の内壁面を被覆するめっき膜で構成されてもよい。前者の場合、層間接続部における抵抗率を減少させることができる。

上記第１の面と上記第１の凹部との交点をＡ、上記第１の凹部と上記連絡孔との交点をＢ、上記連絡孔と上記第２の交点をＣとしたとき、線分ＡＢと線分ＢＣとがなす角度が鈍角であってもよい。

上記コア層は、上記層間接続部を収容し第１の環状突起部を含む内壁面を有する第１のキャビティ部をさらに有し、上記層間接続部の上記連絡孔は、上記厚み方向と直交する方向に上記第１の環状突起部の先端と対向する位置に設けられてもよい。

上記基材に内蔵された電子部品をさらに具備し、上記コア層は、上記電子部品を収容し第２の環状突起部を含む内壁面を有する第２のキャビティ部をさらに有し、上記電子部品は、上記厚み方向と直交する方向に上記第２の環状突起部の先端と対向しない位置に配置されてもよい。

本発明の一形態に係る配線基板の製造方法は、金属材料で構成されたコア層に形成され前記コア層の厚み方向に貫通するキャビティ部の第１の面に、第１の開口径を有する第１の凹部を形成することを含む。
上記第１の面とは反対の第２の面に、上記厚み方向に上記第１の凹部の少なくとも一部と対向する第２の凹部が、第２の開口径で形成される。
上記第１及び第２の開口径よりも小さい開口径を有し、上記第１の凹部と上記第２の凹部との間を連絡する連絡孔が形成される。
上記第１の凹部、上記第２の凹部及び上記連絡孔の内部に導体部が形成される。
上記第１及び第２の面に、上記導体部を介して相互に電気的に接続される配線層がそれぞれ形成される。

上記第２の凹部は、上記第１の凹部に到達しない深さで形成されてもよい。

上記第１の凹部は、上記第１の面をレーザ加工することで形成され、上記第２の凹部は、上記第２の面をレーザ加工することで形成されてもよい。
あるいは、上記第１の凹部は、上記第１の面をエッチング加工することで形成され、上記第２の凹部は、上記第２の面をエッチング加工することで形成されてもよい。

上記連絡孔は、上記第１の凹部又は上記第２の凹部の底部をレーザ加工することで形成されてもよい。

上記導体部は、めっき法によって形成されてもよい。

以上述べたように、本発明によれば、層間接続部の信頼性を確保しつつ、高密度実装化にも対応することができる。

本発明の第１の実施形態に係る配線基板の構成を示す要部の概略断面図である。 上記配線基板における層間接続部の拡大断面図である。 上記層間接続部を構成する貫通孔部の拡大断面図である。 上記配線基板の製造方法を示す要部の概略工程断面図である。 比較例に係る製造方法（Ａ）と上記配線基板の製造方法（Ｂ）とを示す模式断面図である。 比較例に係る製造方法（Ａ）と上記配線基板の製造方法（Ｂ）とを示す模式断面図である。 他の比較例に係る配線基板の製造方法を説明する概略工程断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る配線基板の製造方法を示す要部の概略工程断面図である。 上記配線基板の構成を示す要部の概略断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る配線基板の構成を示す要部の概略断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る配線基板の構成を示す要部の概略断面図である。 上記配線基板における要部の概略拡大図である。 上記配線基板における要部の概略平面図である。 上記層間接続部の製造方法の変形例を示す概略工程断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の第１の実施形態に係る配線基板の構成を模式的に示す断面図である。図において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は相互に直交する３軸方向を示しており、Ｚ軸方向は配線基板の厚み方向に相当する。先ずは、図１Ａを用いて説明する。

［配線基板の構成］
本実施形態の配線基板１００は、基材１０と、第１の配線層２１と、第２の配線層２２と、層間接続部３０とを有する。配線基板１００は、層間接続部３０を介して第１及び第２の配線層２１，２２が相互に電気的に接続された両面配線基板として構成される。

本実施形態において基材１０は、表面１１（第１の面）と裏面１２（第２の面）とを有する絶縁性樹脂基板で構成される。基材１０を構成する合成樹脂材料は特に限定されず、典型的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ＢＴレジン等の汎用の熱硬化性樹脂材料が用いられる。これらの合成樹脂材料には、所望とする機械的強度を付与するために、例えばガラス繊維やガラスクロス、酸化物粒子等のフィラー（充填材）が含有されていてもよい。

第１の配線層２１は、基材１０の表面１１に形成された配線層であって、所定のパターン形状を有する。第２の配線層２２は、基材１０の裏面１２に形成された配線層であって、所定のパターン形状を有する。第１及び第２の配線層２１，２２は、銅またはアルミニウム等の金属材料あるいは金属ペーストの硬化物で構成される。尚、基材１０と第１の配線層２１、基材１０と第２の配線層２２との間に、少なくとも一層の絶縁層が設けられても良い。

一般に、配線層を含む導電パターンは、銅を主材料とし、メッキ膜または箔からなる。メッキでは、基材１０または配線基板１００の表裏面にメッキ膜を被覆し、ホトリソグラフィー技術によりパターニングして形成される。あるいは、基材１０または配線基板１００の表裏面にメッキレジスト膜を形成し、導電パターンの付着エリアを開口し、ここの開口部に部分メッキ処理により形成できる。更には、銅箔の付いた樹脂シートを積層し、その銅箔をパターニングすることにより形成することもできる。尚、配線基板１００は、表裏夫々に一層の導電パターンが形成されているが、絶縁層と一緒に複数の導電パターンが設けられても良い。

基材１０の表面１１には、第１の配線層２１を部分的に露出させる第１のレジストパターン４１が形成され、基材１０の裏面１２には、第２の配線層２２を部分的に露出させる第２のレジストパターン４２が形成される。

第１及び第２のレジストパターン４１，４２は、絶縁性の樹脂材料で構成され、典型的には、ソルダレジスト材料で構成される。第１及び第２のレジストパターン４１，４２は、基材１０または配線基板１００の最表面、最裏面に形成され、第１及び第２の配線層２１，２２を被覆することで、これらを保護する保護層として機能する。第１及び第２の配線層２１，２２の露出部は、電子部品あるいは外部接続端子と接続されるランド部として構成される。

層間接続部３０は、基材１０の内部に設けられ、第１の配線層２１と第２の配線層２２とを相互に電気的に接続するビアまたはスルーホールとして構成される。層間接続部３０は、基材１０の適宜の位置に適宜の大きさで形成され、その数も図示するように単数に限られず、複数であってもよい。

層間接続部３０は、貫通孔部３１と、導体部３２とを有する。

図１Ａでは、コア層となる基材１０に貫通孔部３１と導体部３２が形成されたものであるが、レーザ加工は、基材１０から始まり、最終の配線基板までの、どの工程でも可能であるので、他の構造でもよい。

例えば、図１Ｂは、基材１０（コア層）の両側に３層の導電パターンが形成されたものである。ここでは、２層目の層間絶縁膜Ｉ２が形成され、３層目の導電パターンＷ３が形成される前に、貫通孔部３１の形成領域にレーザが照射されて、形成されている。

導体部３２は、図４で後述するように、メッキで形成され、導体部３２の形成と一緒に、３層目の導電パターンＷ３を一緒に形成する。あるいは、３層目の導電パターンＷ３が形成された後で、貫通孔部３１を形成し、導体部３２の形成と同時に、導電パターンの表面にメッキ処理を施したりする。なお、図１Ｂでは、第１の凹部３１１と第２の凹部３１２がずれてもよいことを示している（符号３１１、３１２は、図２を参照）。

図１Ｂでは貫通孔部３１に導体部３２が完全に充填されているが、図１Ｃでは導体部３２に空隙Ｈ１があってもよいことを示している。空隙Ｈ１には、絶縁材が設けられる。あるいは、３層目の導電パターンＷ３がメッキ形成されるとき、そのメッキが充填される。

続いて、図１Ｄでは、コア層となる基材１０の両側に導電パターンを形成するのではなく、一方から形成していくビルドアップでもよいことを示している。この場合、最終層Ｌｘが積層された後、または最終メタルＭｘが形成された後に、貫通孔部３１を形成し、導体部３２を形成してもよい。

図２は層間接続部３０の拡大断面図、図３は貫通孔部３１の拡大断面図である。
貫通孔部３１は、第１の凹部３１１と、第２の凹部３１２と、連絡孔３１３とを有する。

第１の凹部３１１は、基材１０の表面１１に設けられる。第２の凹部３１２は、基材１０の裏面１２に設けられ、基材１０の厚み方向（Ｚ軸方向）に第１の凹部３１１の少なくとも一部と対向する。Ｚ軸方向から見れば、第１の凹部３１１と第２の凹部３１２は、少なくとも一部が重畳し、その重畳エリアは、ずれを考えて、後述の連絡孔３１３により第１の凹部３１１と第２の凹部３１２がリンク可能な範囲である。連絡孔３１３は、第１の凹部３１１と第２の凹部３１２との間に設けられ、これら２つの凹部３１１，３１２との間を連絡する。

第１の凹部３１１は、基材１０の表面１１に開口径Ｄ１（第１の開口径）で開口し、第２の凹部３１２は、基材１０の裏面１２に開口径Ｄ２（第２の開口径）で開口する。開口径Ｄ１，Ｄ２の大きさは特に限定されない。例えば、開口径Ｄ１，Ｄ２の大きさは好ましくは１０μｍ〜３００μｍであり、より好ましくは２０μｍ〜２００μｍであり、各々が相互に同一であってもよいし、後述するように異なっていてもよい。

一方、連絡孔３１３は、開口径Ｄ１，Ｄ２よりも小さい開口径Ｅ１，Ｅ２（第３の開口径）を有する。開口径Ｅ１は、連絡孔３１３の第１の凹部３１１側の開口径をいい、開口径Ｅ２は、連絡孔３１３の第２の凹部３１２側の開口径をいう。開口径Ｅ１，Ｅ２が開口径Ｄ１，Ｄ２よりも小径とされることで、貫通孔部３１は、中間部に絞り（くびれ）を有する孔形状を呈する。

第１及び第２の凹部３１１，３１２は、例えば、レーザ加工法により形成される。図４Ａに示すように、第１の凹部３１１は、基材１０の表面１１にレーザ光を照射することで形成される。同様に、第２の凹部３１２は、図４Ｂに示すように、基材１０の裏面１２にレーザ光を照射することで形成される。これにより、第１及び第２の凹部３１１，３１２はそれぞれ、連絡孔３１３に向かって径が縮小するテーパ形状に形成される。

第１及び第２の凹部３１１，３１２は、後述するように、基材１０の表面１１及び裏面１２への加工直後においては、各々の底部が基材１０の一部を介して対向する相互に独立したテーパ形状の有底孔で構成される（図４Ｂ参照）。なお、第１の凹部３１１と第２の凹部３１２の底部は、若干交差していてもよい。

連絡孔３１３も同様に、典型的にはレーザ加工法により形成される。連絡孔３１３は、第１及び第２の凹部３１１，３１２の形成後、一方の凹部の底部にレーザ光を照射することで形成される。図３において、開口径Ｅ１は、上記レーザ光の入射側の開口径に相当し、開口径Ｅ２は、上記レーザ光の出射側の開口径に相当するものであり、開口径Ｅ１は、開口径Ｅ２よりも大きく形成される。なお、第２の凹部３１２よりレーザ照射すれば、開口径Ｅ１は、開口径Ｅ２よりも小さく形成される。

レーザ光の種類（波長）は特に限定されず、ＣＯ_２（炭酸ガス）レーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等、開口径サイズ、深さ、基材１０の材質等に応じて適宜設定可能である。レーザ光の照射エネルギも特に限定されないし、レーザ光は連続波でもよいし、パルス波でもよい。

第１及び第２の凹部３１１，３１２の加工方法はレーザ加工法に限られず、エッチング法（ドライエッチング法、ウェットエッチング法）、荷電粒子線（電子ビーム、イオンビーム）等の他の加工法も採用可能である。

一方、導体部３２は、貫通孔部３１の内部に設けられ、貫通孔部３１を介して第１の配線層２１と第２の配線層２２との間を電気的に接続する。

導体部３２は、典型的には、銅やアルミニウム等の金属材料で構成されるが、これに限られず、金属含有樹脂（導電性ペースト）の硬化物等で構成されてもよい。導体部３２の形成方法も特に限定されず、電気めっき法、スクリーン印刷法等の適宜の手法が採用可能である。導体部３２は、典型的には、図２に示すように、貫通孔部３１の内部に充填されるが、貫通孔部３１の内壁面に設けられた所定厚みの導体層で構成されてもよい。これは、図１Ｃで説明したように、貫通孔部３１に導体部３２を完全に充填せず、空隙Ｈ１が存在していてもよいことを意味する。

［配線基板の製造方法］
図４は、配線基板１００の製造方法を示す要部の概略工程断面図である。ここでは主として、層間接続部３０の製造方法について説明する。なお、図１Ａでも説明したように基材１０に凹部を形成する場合、図１Ｂや図１Ｃで説明したように、基材１０からスタートし、配線基板１００の完成途中または完成の後に形成する場合などと、色々なケースが考えられる。図４では、これらに共通する凹部の形成方法を説明する。

まず図４Ａに示すように、基材１０の表面１１にレーザ光を照射することで、有底の第１の凹部３１１が形成される。第１の凹部３１１は、典型的には、基材１０の厚みの半分以下の深さで形成される。

続いて図４Ｂに示すように、基材１０の裏面１２にレーザ光を照射することで、有底の第２の凹部３１２が形成される。第２の凹部３１２は、基材１０の厚み方向に第１の凹部３１１と対向するように形成される。第２の凹部３１２は、典型的には、基材１０の厚みの半分以下の深さで形成される。

第２の凹部３１２は、第１の凹部３１１と基材１０の厚み方向に整列するように形成されるが、これに限られず、第１の凹部３１１の少なくとも一部と基材１０の厚み方向に対向するように形成されていればよい。これによっても後述する連絡孔３１３の形成により、第１の凹部３１１と第２の凹部３１２との相互連通が可能となる。

続いて図４Ｃに示すように、第１の凹部３１１の底部にレーザ光を照射することで、連絡孔３１３が形成される。連絡孔３１３は、第１の凹部３１１の底部を貫通するように形成されることで、第１の凹部３１１と第２の凹部３１２との間を連絡する。これにより、基材１０を貫通する貫通孔部３１が形成される。なお、本実施形態では、第１の凹部３１１側からだけではなく、第２の凹部３１２側からレーザ光を照射して貫通孔部３１を形成してもよい。

連絡孔３１３の形成には、典型的には、第１及び第２の凹部３１１，３１２を形成するレーザ光よりも小さいスポット径を有するレーザ光が用いられる。これにより、第１及び第２の凹部３１１，３１２の開口径Ｄ１，Ｄ２よりも小径の開口径Ｅ１，Ｅ２を有する連絡孔３１３が形成される。連絡孔３１３を形成するためのレーザ光のスポット径は、レーザ光学系（レンズ系）で調整されてもよいし、レーザ光の種類が変更されてもよい。例えば、エキシマレーザ光は、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザよりも小径のスポット径を容易に形成することができる。

ここで、レーザの光源が基板の表側にあるとする。この場合、図４Ａで表から照射して第１の凹部３１１を形成し、図４Ｂで、基板を反転して第２の凹部３１２を形成し、更に図４Ｃでは、連絡孔３１３を表側より形成するために、再度基板を反転させる必要がある。
一方、図４Ｃに於いて、連絡孔３１３を形成するに、第２の凹部３１２側（裏側）より、レーザ照射すれば基板の反転は不要と成る。つまり、表（第１の凹部形成）、裏（第２の凹部形成）、裏（連絡孔形成）で、基板の反転が減らせ、プロセスが簡略できる。図８は、その例である。

最後に図４Ｄ，Ｅに示すように、貫通孔部３１の内部に導体部３２を形成する。これにより、基材１０の表面１１及び裏面１２の間を電気的に接続する層間接続部３０が形成される。

導体部３２の形成に際しては、本実施形態では電気めっき法が用いられる。より具体的には、導体部３２は、無電解めっき法と電解めっき法とを組み合わせて形成される。すなわち、無電解めっき浴中で基材１０の表裏面及び貫通孔部３１の内壁面にシード層（給電層）を形成した後、電界めっき浴中で銅やアルミニウム等の金属層を上記シード層上にめっき成長させる。なお、導体部３２の形成後は、基材１０の表裏面に形成された上記シード層（及びその上の金属層）の不要領域がウェットエッチング法等により除去される。

導体部３２は、図４Ｄに示すように貫通孔部３１の内壁面に所定厚みで形成された金属層（スルーホールめっき）で構成されてもよいが、本実施形態では、貫通孔部３１を充填するように導体部３２が形成される（図４Ｅ）。これにより層間接続部３０の抵抗率が小さくなるため、例えば１Ａを超える大電流にも対応することが可能となる。

本実施形態において、層間接続部３０の貫通孔部３１は、第１の凹部３１１と第２の凹部３１２との間を連絡する連絡孔３１３を有するため、第１及び第２の凹部３１１，３１２の開口径を大きくすることなく、これらの間の電気的導通を安定に確保することができる。なお、本実施形態では、図１Ｃで説明したように、空隙Ｈ１が若干残った状態でもよい。

例えば、第１の凹部３１１と第２の凹部３１２とにより貫通孔部を構成しようとすると、図５Ａに示すように両者間の位置ずれが大きいときに相互に連通しない場合があり、このような問題を回避するため、各凹部の開口径を余計に大きくする必要がある。この場合、層間接続部が基材の面内に占める領域が相対的に大きくなるため、配線密度や実装密度の低下を余儀なくされる。

これに対して本実施形態によれば、図５Ｂに示すように、第１の凹部３１１と第２の凹部３１２との間の位置ずれが比較的大きい場合でも、連絡孔３１３の追加加工により各凹部３１１，３１２間を相互に連通させることが可能となる。したがって、各凹部３１１，３１２の開口径を大きくすることなく、層間接続部３０の接続信頼性を確保することが可能となる。

また、第１の凹部３１１と第２の凹部３１２とにより貫通孔部を構成しようとすると、図６Ａに示すように、凹部３１１，３１２との接続部に孔の中心に向かって突出するエッジ部３１ｐが設けられ、その先鋭度が、エッジ部３１ｐへの応力集中を招き、層間接続部の信頼性の低下を招くおそれがある。

これに対して本実施形態によれば、図６Ｂに示すように、２つの凹部３１１，３１２と連絡孔３１３との間に同様なエッジ部３１ｐが形成されるものの、その先鋭度が図６Ａの場合よりも緩和されるため、応力集中による層間接続部の信頼性の低下を効果的に抑えることができる。
例えば図６Ｂに示すように、基材１０または配線基板１００の表面１１と第１の凹部３１１との交点を点Ａ、第１の凹部３１１と連絡孔３１３との交点を点Ｂ、第２の凹部３１２と連絡孔３１３との交点を点Ｃ、基材１０または配線基板１００の裏面１２と第２の凹部３１２との交点を点Ｄとしたとき、線分ＡＢと線分ＢＣが成す角度、または線分ＢＣと線分ＣＤの成す角度は、鈍角で形成されることが好ましい。

さらに本実施形態によれば、図６Ｂに示すように、エッジ部３１ｐが貫通孔部３１の中心に向かって突出するように形成されるため、電気めっき法による導体部３２の形成に際して、貫通孔部３１の内部への導体部３２の充填性を高めることができる。

例えば図７Ａ〜Ｃに示すように、貫通孔部をドリル加工により形成する場合においては、貫通孔部３１ｈの開口周縁部にエッジ部が形成されるため、そのエッジ部に電界集中が起こることで当該エッジ部における導体部の成長速度が、図７Ｂに示すように、貫通孔部３１ｈの内周面のそれよりも速くなる。その結果、図７Ｃに示すように、導体部３２ｍの内部に空乏部３２ｖが形成されるため、導体部３２ｍによる貫通孔部３１ｈの充填性が低下し、抵抗率の低減が阻害される。

以上のように、本実施形態によれば、層間接続部３０の信頼性を確保しつつ、高密度実装化にも対応することが可能となる。また、層間接続部３０の低抵抗化を容易に実現できるため、例えば１Ａを超える大電流に対応可能な配線基板１００を作製することができる。

＜第２の実施形態＞
図８Ａ〜Ｄは、本発明の第２の実施形態に係る配線基板の製造工程を示す要部の概略断面図、図９は当該配線基板の構成を示す要部の概略断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の層間接続部２３０は、第１の凹部３１１と、第２の凹部３１２と、連絡孔３１３とを有する点で第１の実施形態と共通するが、図８Ｄに示すように、第１の凹部３１１と第２の凹部３１２とが相互に異なる大きさで構成されている点で第１の実施形態と異なる。本実施形態において第２の凹部３１２は、第１の凹部３１１よりも大きな開口径及び深さを有する。

層間接続部２３０の形成方法は、第１の実施形態と同様に、基材１０の表面１１に第１の凹部３１１を形成するステップ（図８Ａ）と、基材１０の裏面１２に第２の凹部３１２を形成するステップ（図８Ｂ）と、連絡孔３１３を形成するステップ（図８Ｃ）と、導体部３２を充填するステップ（図８Ｄ）とを有する。

第１の凹部３１１は、開口径Ｄ１及び深さＬ１の大きさで形成され、第２の凹部３１２は、開口径Ｄ１よりも大きい開口径Ｄ２及び深さＬ１よりも大きい深さＬ２で形成される。連絡孔３１３は、基材１０の裏面側から第２の凹部３１２の底部の中心部に向かってレーザ光を照射することで形成される。連絡孔３１３は、基材１０の厚み方向の中心部よりも基材１０の表面１１側に設けられる。

以上のようにして構成される層間接続部２３０においては、第１の凹部３１１が第２の凹部３１２よりも小さい開口径で形成されるため、第１の凹部３１１の周りには、開口径Ｄ１と開口径Ｄ２が同等の場合と比べ、空きスペースが発生する。これは、深さＬ１が浅いため、開口径Ｄ１の広がりが抑えられるからである。よってこの空きスペースは、導電パターンの配置エリアとして有効に活用ができる。

最近では、配線基板に実装されるＩＣや受動部品は、軽薄短小となり、電極のサイズは、益々小さくなっている。しかし、ＩＣの高機能化、大出力化に伴い、配線基板の表面側の導電パターンは、高密度・高微細パターンとなる一方、配線基板の裏面に設けられる外部接続電極は、大電流を流すため、表側よりもサイズが大きい傾向にある。

これを受けて本実施形態では、開口径Ｄ１が小さい分だけ余剰スペースが発生し、そのエリアを活用可能であるため、表面１１に高密度に導電パターンを形成可能である。一方、裏面１２は、殆どが外部接続電極の配置エリアであり、比較的空きスペースがあるため、開口径Ｄ２が大きくてもその面積拡大は吸収できる。

このように本実施形態によれば、表面１１と裏面１２との間において配線密度が異なる配線基板２００を得ることができる。このような配線基板２００は、図９に示すように、表面１１のランド部２１０にＩＣ部品等の電子部品が搭載され、裏面１２のランド部２２０にマザーボードと接合される外部接続端子が搭載されるインタポーザ基板として用いることができる。

＜第３の実施形態＞
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る配線基板の構成を示す要部の概略断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の配線基板３００は、基材３１０の構成が第１の実施形態と異なる。本実施形態において基材３１０は、金属材料で構成されたコア層５０と、電気絶縁材料で構成された絶縁体部５４とにより構成される。

コア層５０は、銅、アルミニウムまたはステンレス鋼等の放熱性に優れた金属板で構成され、表面５１と、裏面５２と、キャビティ部５３とを有する。コア層５０の表面５１には、絶縁膜６１を介して第１の配線層２１が形成されており、コア層５０の裏面５２には、絶縁膜６２を介して第２の配線層２２が形成される。絶縁膜６１，６２は、合成樹脂材料等により形成される。

キャビティ部５３は、コア層５０の面内に形成された円形又は矩形の貫通孔で構成される。キャビティ部５３は、典型的には、コア層５０の面内複数個所に設けられる。絶縁体部５４は、典型的には合成樹脂材料で構成され、キャビティ部５３に充填されることで、コア層５０をその厚み方向に貫通する。絶縁体部５４は、キャビティ部５３の数に対応して複数設けられる。

層間接続部３０は、絶縁体部５４に設けられる。層間接続部３０は、第１の実施形態と同様に構成され、貫通孔部３１と、導体部３２とを有する。貫通孔部３１は、第１の凹部３１１と、第２の凹部３１２と、連絡孔３１３とを有し（図２参照）、絶縁体部５４をコア層５０の厚み方向に貫通する。導体部３２は、貫通孔部３１の内部に充填された導電材料で構成され、絶縁膜６１，６２を介して第１及び第２の配線層２１，２２に電気的に接続される。

貫通孔部３１は、例えば、コア層５０の表面５１及び裏面５２側から絶縁体部５４に向けてレーザ光を照射することで形成される。貫通孔部３１の形成方法の詳細は、上述の第１の実施形態と同様であるので、ここでは省略する。

層間接続部３０は、複数の絶縁体部５４のうち所定の単数又は複数の絶縁体部に設けられる。つまり、層間接続部３０は、任意のキャビティ部５３の内部に設けられる。他のキャビティ部５３には、絶縁体部５４のみが設けられてもよいし、絶縁体部５４と第１又は第２の配線層２１，２２に電気的に接続される電子部品（図示略）とが設けられてもよい。

以上のように構成される本実施形態においても、上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、基材３１０に金属製のコア層５０を含んでいるため、配線基板３００の強度の向上を図ることができるとともに、コア層５０を介して放熱性の向上を図ることができる。これにより、大電流を扱うパワー基板として好適に用いることができる。

なお、図１０では、コア層５０に絶縁膜６１，６２が形成された後に、貫通孔部３１が形成されているが、コア層５０に直接形成してもよい。更には、図１Ｂ、図１Ｃで説明したように、コア層５０の両面側に絶縁膜と導電パターンが形成される途中工程、あるいは最終工程で形成してもよい。

＜第４の実施形態＞
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る配線基板の構成を示す要部の概略断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１〜第３の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態において基材４１０は、金属材料で構成されたコア層７０と、電気絶縁材料で構成された絶縁体部５４とにより構成される。

コア層７０は、第３の実施形態と同様に、銅、アルミニウムまたはステンレス鋼等の放熱性に優れた金属板で構成される。コア層７０は、表面７１と、裏面７２と、第１のキャビティ部７３と、第２のキャビティ部７４とを有する。コア層７０の表面７１には、絶縁膜６１を介して第１の配線層２１が形成されており、コア層７０の裏面７２には、絶縁膜６２を介して第２の配線層２２が形成される。絶縁膜６１，６２は、合成樹脂材料等により形成される。

第１のキャビティ部７３は、コア層７０の面内に形成された貫通孔で構成され、層間接続部３０を収容する。第２のキャビティ部７４は、コア層７０の面内に形成された貫通孔で構成され、電子部品８０を収容する。第１のキャビティ部７３及び第２のキャビティ部７４はそれぞれコア層７０の面内複数個所に設けられてもよい。絶縁体部５４は、第１のキャビティ部７３及び第２のキャビティ部７４に充填された合成樹脂材料で構成され、コア層７０をその厚み方向に貫通する。絶縁体部５４は、第１のキャビティ部７３及び第２のキャビティ部７４の数に対応して複数設けられる。

第１のキャビティ部７３及び第２のキャビティ部７４は、ウェットエッチング法によって形成される。本実施形態において各キャビティ部７３，７４は、コア層７０の表面７１及び裏面７２の所定領域をそれぞれハーフエッチングすることで形成される。このため、両ハーフエッチング領域の合流部に相当する内壁面には、キャビティ部７３，７４の内方に突出する環状の突起部（環状突起部７３ｐ，７４ｐ）が形成される場合がある。

そこで本実施形態においては、第１のキャビティ部７３に収容される層間接続部３０については、貫通孔部３１を構成する連絡孔３１３が、コア層７０の厚み方向（Ｚ軸方向）と直交する方向に、環状突起部７３ｐの先端と対向する位置に設けられる。これにより、図１２Ａに示すように環状突起部７３ｐの先端と層間接続部３０との間の対向距離ｄ１を、図１２Ｂに示すように例えば環状突起部７３ｐの先端が貫通孔部３１の第２の凹部３１２に対向する場合の対向距離ｄ２よりも大きくすることができる。その結果、コア層７０と層間接続部３０との間の電気的な耐圧性が向上し、層間接続部３０の信頼性を確保することができる。

環状突起部７３ｐとコア層７０の厚み方向と直交する方向に対向する層間接続部３０の部位は、連絡孔３１３と第１の凹部３１１との接続部と、連絡孔３１３と第２の凹部３１２との接続部との間の領域であることが好ましい。これにより、環状突起部７３ｐと第１の凹部３１１及び第２の凹部３１２との間の距離の最大化を図ることができるため、層間接続部３０の絶縁耐圧を安定に確保することができる。また連絡孔３１３は、第１の凹部３１と第２の凹部３１２の間に、所望の長さをもって形成される。そのため、環状突起部７３Ｐは、この間のどこかに位置すればよい。環状突起部は、エッチング条件で、その位置が上下するが、連絡孔３１３の長さがマージンとして有効になる。

さらに、層間接続部３０に接続される配線層２１，２２のランド部２１Ｌ，２２Ｌの外径は、第１のキャビティ部７３の開口の大きさよりも小さく形成されることが好ましい。図１３に、ランド部２１Ｌと第１のキャビティ部７３の開口部との関係を概略的に示す。第１のキャビティ部７３の開口形状は円形であり、ランド部２１Ｌは第１のキャビティ部７３の開口径よりも小さい外径を有する円形に形成される。これにより、第１のキャビティ部７３の開口周縁部（エッジ部）とランド部２１Ｌとの絶縁耐圧の向上を図ることができる。

一方、第２のキャビティ部７４に収容される電子部品８０としては、コア層７０の半分以下の厚みを有する部品、典型的には、ＩＣ部品やディスクリート部品が用いられ、本実施形態では、大電流が流れるパワートランジスタが用いられる。このパワートランジスタは、Ｓｉから成るBiPトランジスタ、MOSFET、IGBTなど、またＳｉＣやＧａＮなどから成るトランジスタを含む。そこで、電子部品８０は、コア層７０の厚み方向（Ｚ軸方向）と直交する方向に環状突起部７４ｐの先端と対向しない位置に配置される。具体的には、電子部品８０は、環状突起部７４ｐとコア層７０の表面７１又は裏面７２との間の領域に配置される。これにより、環状突起部７４ｐと電子部品の周面との絶縁距離を確保しやすくなるため、電子部品８０の絶縁耐圧を向上させることができる。

本実施形態において、電子部品８０は、第２のキャビティ部７４において環状突起部７４ｐとコア層７０の表面７１との間に配置される。電子部品８０は、第１のビア８１を介して第１の配線層２１と電気的に接続され、第２のビア８２を介して第２の配線層２２と電気的に接続される。第２のビア８２は、環状突起部７４ｐとの絶縁耐圧を確保するため、第２の配線層２２から電子部品８０に向かってビア径が漸次減少する形状に形成されるのが好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、層間接続部３０の第１及び第２の凹部３１１，３１２をそれぞれ同一のレーザ加工条件で形成したが、例えば図１４に示すように、各凹部３１１，３１２をそれぞれ段階的に開口径が小さくなるような複数の異なるレーザ加工条件で形成するようにしてもよい。これにより、加工径を変えて複数回加工することで、階段状の断面形状となり、角部に成長しやすい電気めっきの特性を利用しやすくなるため、より充填性のよいスルーホールを得ることが出来る。また、熱応力が集中しやすい角部が複数になるため、熱衝撃で破断しにくくなる。

また以上の実施形態では、配線基板の基材として、合成樹脂製の基材１０あるいは金属製のコア層５０を有する基材３１０を例に挙げて説明したが、基材として、アルミナ等のセラミック材料が用いられてもよい。さらに、配線基板は、上述の両面基板に限られず、内層に配線層を有する多層配線基板で構成されてもよい。

１０，３１０，４１０…基材
２１…第１の配線層
２２…第２の配線層
３０，２３０…層間接続部
３１…貫通孔部
３２…導体部
５０，７０…コア層
５３，７３，７４…キャビティ部
５４…絶縁体部
７３ｐ，７４ｐ…環状突起部
８０…電子部品
１００，２００，３００，４００…配線基板
３１１…第１の凹部
３１２…第２の凹部
３１３…連絡孔

Claims (13)

1. 第１の面と、前記第１の面とは反対の第２の面とを有する金属材料で構成されたコア層と、
   前記コア層の前記第１の面と前記第２の面との間に設けられ、内壁面に環状突起部を有する第１のキャビティ部と、
   前記第１のキャビティ部に絶縁材料で構成され前記コア層の厚み方向に貫通する絶縁体部と、
   前記コア層の前記第１の面に設けられた第１の絶縁膜と、
   前記コア層の前記第２の面に設けられた第２の絶縁膜と、
   前記第１の面側に前記第１の絶縁膜を介して設けられた第１の配線層と、
   前記第２の面側に前記第２の絶縁膜を介して設けられた第２の配線層と、
   前記絶縁体部内において、前記第１の面側に第１の開口径で設けられた第１の凹部と、
   前記絶縁体部内において、前記第２の面側に第２の開口径で設けられ前記厚み方向に前記第１の凹部の少なくとも一部と対向する第２の凹部と、
   前記第１の凹部と前記第２の凹部との間を貫通し、前記第１の凹部側であって前記第１の開口径よりも小さい前記第３の開口径を有する第１の接続部と、前記第２の凹部側であって前記第２の開口径よりも小さい前記第４の開口径を有する第２の接続部とを有し、前記第１の接続部と前記第２の接続部との間の長さをもって前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連絡し、前記厚み方向と直交する方向において、前記環状突起部と前記絶縁体部を介して対向する連絡孔とを有する貫通孔部と、
   前記貫通孔部を介して前記第１の配線層と前記第２の配線層との間を電気的に接続する導体部と、
   を有する層間接続部と
   を具備する配線基板。
2. 請求項１に記載の配線基板であって、
   前記第２の開口径は、前記第１の開口径よりも大きい
   配線基板。
3. 請求項１又は２に記載の配線基板であって、
   前記第１及び第２の凹部はそれぞれ、前記連絡孔に向かって径が縮小するテーパ形状を有する
   配線基板。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の配線基板であって、
   前記連絡孔は、前記基材の厚み方向の中心部よりも前記第１の面側に設けられる
   配線基板。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の配線基板であって、
   前記導体部は、前記貫通孔部に充填された導電材料で構成される
   配線基板。
6. 請求項１に記載の配線基板であって、
   前記第１の面と前記第１の凹部との交点をＡ、前記第１の凹部と前記連絡孔との交点をＢ、前記連絡孔と前記第２の交点をＣとしたとき、線分ＡＢと線分ＢＣとがなす角度が鈍角である
   配線基板。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の配線基板であって、
   前記基材に内蔵された電子部品をさらに具備し、
   前記コア層は、前記電子部品を収容し第２の環状突起部を含む内壁面を有する第２のキャビティ部をさらに有し、
   前記電子部品は、前記厚み方向と直交する方向に前記第２の環状突起部と対向しない位置に配置される
   配線基板。
8. 金属材料で構成されたコア層に、前記コア層を貫通し、内壁面に環状突起部を有するキャビティ部を形成し、
   前記キャビティ部に絶縁体部を充填し、
   前記コア層の厚み方向に貫通する前記絶縁体部の第１の面に、第１の開口径を有する第１の凹部を形成し、
   前記第１の面とは反対の前記絶縁体部の第２の面に、前記厚み方向に前記第１の凹部の少なくとも一部と対向する第２の凹部を、第２の開口径で形成し、
   前記第１及び第２の開口径よりも小さい開口径を有し、前記第１の凹部と前記第２の凹部との間を連絡し、前記厚み方向において前記絶縁体部を介して前記環状突起部に対向する連絡孔を形成し、
   前記第１の凹部、前記第２の凹部及び前記連絡孔の内部に導体部を形成し、
   前記第１及び第２の面に、前記導体部を介して相互に電気的に接続される配線層をそれぞれ形成する
   配線基板の製造方法。
9. 請求項８に記載の配線基板の製造方法であって、
   前記キャビティ部をエッチングにより形成し、前記連絡孔をレーザ加工により形成する配線基板の製造方法。
10. 請求項９に記載の配線基板の製造方法であって、
    前記第２の凹部は、前記第１の凹部に到達しない深さで形成される
    配線基板の製造方法。
11. 請求項１０に記載の配線基板の製造方法であって、
    前記第１の凹部は、前記第１の面をレーザ加工することで形成され、
    前記第２の凹部は、前記第２の面をレーザ加工することで形成される
    配線基板の製造方法。
12. 請求項１１に記載の配線基板の製造方法であって、
    前記連絡孔は、前記第１の凹部又は前記第２の凹部の底部をレーザ加工することで形成される
    配線基板の製造方法。
13. 請求項９〜１２のいずれか１つに記載の配線基板の製造方法であって、
    前記導体部は、めっき法によって形成される
    配線基板の製造方法。

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