JP7031088B1 - 配線基板 - Google Patents

Abstract

本開示に係る配線基板は、上面、下面、上面から下面にかけて貫通するスルーホール、および内部に位置する複数本のガラス繊維を含むコア基板と、スルーホール内に位置するスルーホール導体とを含む。スルーホール導体は、スルーホールの内壁に位置する第１部と、第１部に繋がり、ガラス繊維の内部に位置する第２部とを有する。第２部は、コア基板の面方向における第１の方向および第１の方向に交わる第２の方向において、第１の方向および第２の方向以外の方向に比べてスルーホールの内壁からの面方向の長さが短い部分を有する。

Description

本開示は、配線基板に関する。

特許文献１に記載のようなコア基板を含む配線基板は、一般的にコア基板の上下面を電気的に接続するため、コア基板の上下面を貫通するスルーホールの少なくとも内壁面に、スルーホール導体が形成されている。コア基板には、強度を向上させるために、特許文献１に記載のように、補強材としてガラスクロス（ガラス繊維）が含まれることがある。

コア基板がガラス繊維を含んでいると、スルーホールに形成されるスルーホール導体の密着性が低下することがある。理由としては、スルーホールの内壁面に露出しているガラス繊維の断面（切断面）とスルーホール導体との密着性は、スルーホールの内壁面のコア基板に含まれる絶縁樹脂とスルーホール導体との密着性に比較して弱いことによる。

さらに、ガラス繊維、絶縁樹脂およびスルーホール導体（例えば銅）は熱膨張率が異なり、スルーホール導体との密着性に乏しいガラス繊維の場合、熱膨張の差に起因する応力によって滑りなどの影響を受けやすい。その結果、局所的に大きな歪みを生じることになり、導通信頼性が失われる。

特開２０１１－１０８７７１号公報

本開示に係る配線基板は、上面、下面、上面から下面にかけて貫通するスルーホール、および内部に位置する複数本のガラス繊維を含むコア基板と、スルーホール内に位置するスルーホール導体とを含む。スルーホール導体は、スルーホールの内壁に位置する第１部と、第１部に繋がり、ガラス繊維の内部に位置する第２部とを有する。第２部は、コア基板の面方向における第１の方向および第１の方向に交わる第２の方向において、第１の方向および第２の方向以外の方向に比べてスルーホールの内壁からの面方向の長さが短い部分を有する。

（Ａ）は、本開示の一実施形態に係る配線基板に含まれるコア基板を、上面から見た模式図であり、（Ｂ）は、コア基板に含まれるガラス繊維の配置を、上面から見た模式図であり、（Ｃ）は、コア基板に位置するスルーホールを上面から見た模式図を示す。 図１に示す矢印Ａの部分を切断した際の切断面を撮影したＳＥＭ写真である。 図１に示す矢印Ｂの部分を切断した際の切断面を撮影したＳＥＭ写真である。 本開示の一実施形態に係る配線基板に含まれるコア基板に位置するスルーホールを示す拡大図である。

コア基板にガラス繊維が含まれる配線基板は、上記のように、スルーホールに形成されるスルーホール導体の密着性が低下し、導通信頼性が失われることがある。そのため、導通信頼性および隣接するスルーホール導体間の絶縁信頼性に影響を及ぼすことなく、スルーホール導体の密着性を向上させた配線基板が求められている。

本開示に係る配線基板は、スルーホールの内壁に位置する第１部と、第１部に繋がり、ガラス繊維の内部に位置する第２部とを有するスルーホール導体を含む。さらに、第２部は、コア基板の面方向における第１の方向および第１の方向に交わる第２の方向において、第１の方向および第２の方向以外の方向に比べてスルーホールの内壁からの面方向の長さが短い部分を有する。したがって、本開示によれば、導通信頼性および隣接するスルーホール導体間の絶縁信頼性に影響を及ぼすことなく、スルーホール導体の密着性を向上させた配線基板を提供することができる。

本開示に係る配線基板は、上記のようにコア基板とスルーホール導体とを含む。コア基板は、上面、下面、上面から下面にかけて貫通するスルーホール、および内部に位置する複数本のガラス繊維を含む。スルーホール導体は、スルーホール内に位置している。

本開示の一実施形態に係る配線基板を、図１～４に基づいて説明する。図１（Ａ）は、本開示の一実施形態に係る配線基板に含まれるコア基板を、上面から見た模式図である。図１に示すコア基板１は、絶縁樹脂１１で形成されており、補強材として図１（Ｂ）に示すようなガラス繊維１２を含んでいる。図１（Ｂ）は、コア基板１に含まれるガラス繊維１２の配置を、上面から見た模式図を示す。図１（Ｃ）は、コア基板１に位置するスルーホール２を上面から見た模式図である。

図１（Ａ）に示すコア基板１においてガラス繊維１２の長手方向は、図１（Ｂ）に示すようにコア基板１の横方向（Ｘ）および縦方向（Ｙ）に沿うように配置されている。さらに、このガラス繊維１２の長手方向に沿う方向が対角線となるように、四角形状を有する開口部２１を含むスルーホール２が位置している。複数のスルーホール２が、開口部２１のそれぞれの対角線に沿う方向に、所定の間隔を空けて位置している。

絶縁樹脂１１としては限定されず、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。絶縁樹脂１１には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機絶縁性フィラーが、さらに分散されていてもよい。

コア基板１は、コア基板１の上下面を貫通するスルーホール２を有している。スルーホール２の開口部２１の形状は、コア基板１の上面側において四角形状である。本明細書において、この「四角形状」には、例えば図１（Ｃ）に示すように、４つの角のうち少なくとも１つの角が丸みを帯びた、すなわちアール形状を有するものも包含される。各辺は、スルーホール２を平面視した場合に、スルーホール２の中心から外側へ膨出した曲線状を有していても構わない。さらに、四角形状の各辺は、凹凸した波型状であってもよい。

スルーホール２の内壁面には、図２および３に示すように、コア基板１の上下面を電気的に接続するためのスルーホール導体３が形成されている。図２および３は、それぞれ図１に示す矢印ＡおよびＢの部分を切断した際の切断面を撮影したＳＥＭ写真である。図３において、ガラス繊維１２の切断面が楕円形状を有している理由は、矢印Ｂではガラス繊維１２を斜めに切断しているためである。

図４に示すように、スルーホール導体３のうち、スルーホール２の内壁面に位置しているものを説明の便宜上、第１部３ａと定義する。スルーホール導体３は、例えば、銅めっきなどの金属めっきからなる導体で形成されている。スルーホール導体３は、図２および３に示すようにスルーホール２の内壁面のみに形成されていてもよく、スルーホール２内に充填されていてもよい。

図１（Ｂ）に示すように、ガラス繊維１２は、絶縁樹脂１１内で縦横に配置されている。ガラス繊維１２は、縦横にそれぞれ少なくとも一層存在していればよく、ガラスクロスの形態で存在していてもよい。

一実施形態に係る配線基板において、コア基板１の内部に位置するガラス繊維１２の一部には、スルーホール２の内壁面に開口を有する空隙が形成されている。ガラス繊維１２に形成された空隙には、スルーホール導体３の一部が充填されている。

図４に示すように、ガラス繊維１２の空隙に位置しているものを説明の便宜上、第２部３ｂと定義する。スルーホール導体３の第２部３ｂがガラス繊維１２に形成された空隙に充填されており、スルーホール導体３の第１部３ａとつながっている。そのため、スルーホール導体３は、密着性に乏しいガラス繊維１２ともアンカー効果によって強固に密着しており、スルーホール２の内壁面全体でスルーホール導体３の密着性を確保することができる。その結果、応力がスルーホール２の内壁面全体に均一に分散され、導通信頼性を向上させることができる。

スルーホール２の形成時に分断されて、その分断面がスルーホール２の内壁面に位置しているガラス繊維１２のうち、第２部３ｂを含んでいるガラス繊維１２の割合は３０％以上である。この割合が３０％以上であれば、より強固なアンカー効果が発揮される。その結果、スルーホール２の内壁面とスルーホール導体３との密着性がより向上する。

ガラス繊維１２に形成された第２部３ｂの大きさは特に限定されない。第２部３ｂの幅は、例えば最も広い部分で１μｍ以下であるのがよい。第２部３ｂの深さは、例えば開口から１０μｍ以下であるのがよい。第２部３ｂがこのような大きさであれば、ガラス繊維１２の補強材としての強度に影響を及ぼすことがない。その結果、より強固なアンカー効果を発揮させることができる。さらに、互いに隣接するスルーホール２間のマイグレーションにも影響を与えない。

第２部３ｂは、第１部３ａとつながっている部分を除いて、ガラス繊維１２内に位置していても構わない。言い換えれば、第２部３ｂが位置しているガラス繊維１２の空隙は、スルーホール２の内壁面にのみ開口を有していても構わない。このような場合には、スルーホール２の内壁面以外に複数の開口を有する空隙に第２部３ｂが位置している場合に比べて、ガラス繊維１２の強度を維持することが可能になる。このため、第２部３ｂに大きな応力が加わったときでも、第２部３ｂ周りのガラス繊維１２の損壊を低減することができる点で有利である。

スルーホール導体３の第２部３ｂは、ガラス繊維１２内において、フック形状を有していても構わない。フック形状とは、第２部３ｂが第１部３ａ側とは反対方向に延在する部分の先で９０°以上の方向転換をして延在している形状を指す。第２部３ｂがこのような形状を有している場合には、第２部３ｂがガラス繊維１２に係止されやすくなるためアンカー効果の向上に有利である。

本開示の配線基板は、スルーホール導体３の第２部３ｂが、図１（Ａ）に示すように、コア基板１の面方向における第１の方向Ｄ１および第１の方向Ｄ１に交わる第２の方向Ｄ２において、第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２以外の方向に比べてスルーホール２の内壁からの面方向の長さが短い部分を有している。第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２は、特に限定されない。本開示においては、図１（Ａ）に示すように、第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２は、スルーホール２の四角形状の開口部２１における２つの対角方向に対応している。つまり、平面視において、対角方向に位置するスルーホール導体３の第２部３ｂの面方向の長さは、対角方向以外の方向に位置するスルーホール導体３の第２部３ｂの面方向の長さよりも短い。

本開示の配線基板において、例えば第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２以外の方向（対角方向以外の方向）、つまり図１（Ａ）における矢印Ｂ方向に位置する図３に示すような第２部３ｂの長さは６．５μｍ程度である。一方、第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２（対角方向）、つまり図１（Ａ）における矢印Ａ方向に位置する図２に示すような第２部３ｂの長さは３．８μｍ程度であり、およそ６割程度の長さである。

各方向に位置する第２部３ｂの長さは、例えば次のように測定して比較すればよい。まず、開口部２１の中心を通る第１方向Ｄ１の断面（Ｄ１断面）、開口部２１の中心を通る第２方向Ｄ２の断面（Ｄ２断面）、および開口部２１の中心を通り開口部２１のいずれかの辺に沿った断面（Ｄ３断面）の電子顕微鏡写真をそれぞれ撮影する。次に、Ｄ１断面～Ｄ３断面において確認される第２部３ｂが、それぞれスルーホール２の内壁を基準として面方向に入り込んでいる長さを測定する。次に、Ｄ３断面において確認された第２部３ｂの平均値と、Ｄ１断面およびＤ２断面において確認された第２部３ｂの平均値とを比較する。各断面における長さの測定は、例えば３か所とする。

このように、第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２が、四角形状の対角方向に対応する場合には、例えば、図１（Ａ）に示すように、複数のスルーホール２が所定の中心間距離をあけて縦横の並びで位置しているときに、互いに隣接するスルーホール２間において、最も距離が近くなる対角方向における第２部３ｂの面方向の長さが小さい。そのため、マイグレーションによる短絡を低減できる点で有利である。中心間距離とは、互いに隣り合って位置しているスルーホール２の開口部２１の中心同士の距離を指す。

さらに、コア基板１の内部に位置するガラス繊維１２は、その長手方向がコア基板１の面方向において、第１の方向Ｄ１に沿う方向、および第２の方向Ｄ２に沿う方向に位置しているのがよい。このように、ガラス繊維１２が、第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２に沿う方向に位置していると、ガラス繊維１２の長手方向に入り込むスルーホール導体３の第２部３ｂの長さが小さくなる。そのため、互いに隣接するスルーホール２間のマイグレーションによる短絡を低減できる点で有利である。

スルーホール導体３の第２部３ｂは、第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２において、コア基板１の厚さ方向にわたり、第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２以外の方向に比べてスルーホール２の内壁からの面方向の長さが小さい部分を有していても構わない。この場合には、スルーホール２の深さ方向全体にわたり、互いに隣接するスルーホール２間のマイグレーションによる短絡をより低減できる点で有利である。

一実施形態に係る配線基板は、コア基板１が上述のような構造を有していれば、配線基板全体の構造は特に限定されない。一実施形態に係る配線基板は、例えば、コア基板１の表面に配線導体層が形成され、必要に応じてコア基板１の少なくとも一方の表面に、絶縁樹脂層と配線導体層とが積層されたビルドアップ層が形成されていてもよい。

本開示に係る配線基板の製造方法は、上述のような構造を有するように製造できれば、特に限定されない。以下、本開示に係る配線基板の製造方法の一実施形態を説明する。

まず、コア基板１を準備する。コア基板１は絶縁樹脂１１で形成されており、補強材としてガラス繊維１２を含んでいる。このようなコア基板１の材料としては、ガラス繊維１２に上述のエポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂などの樹脂を含浸させたプリプレグなどが挙げられる。樹脂には、上述のシリカ、硫酸バリウム、タルクなどの無機絶縁性フィラーが、さらに分散されていてもよい。

このコア基板１の材料に、スルーホール２を形成する。スルーホール２の形成方法は特に限定されない。ガラス繊維１２に、スルーホール２の内壁面に開口を有する空隙が形成されやすい点で、例えば、サンドブラストによってスルーホール２が形成される。

サンドブラストによってスルーホール２を形成する場合、スルーホール２の開口部２１の形状が、コア基板１の上面側において四角形状となるように形成されるのがよい。スルーホール２の開口部２１の形状を四角形状にするために、レジストの開口を四角形状にすればよい。レジストの開口が四角形状であれば、サンドブラストの砥粒が開口の４つの角部に入りにくくなる。その結果、角部を掘削する力が弱くなり、角部に対応するガラス繊維１２が受けるダメージが小さくなる。したがって、ガラス繊維１２に大きな割れ（空隙）が生じにくく、比較的小さい空隙が生じる。その結果、上述のアンカー効果による密着性を確保しながら、隣接するスルーホール導体間の絶縁信頼性に影響も及ぼさない。

サンドブラストによってスルーホール２を形成する場合、研削砥粒の供給圧力（研削砥粒の噴霧圧力）は、０．１５ＭＰａ以上０．２５ＭＰａ以下程度とするのがよい。研削砥粒の供給量は、３０ｇ／分以上１５０ｇ／分以下程度とするのがよい。この程度の圧力および供給量で研削砥粒を噴霧することによって、ガラス繊維１２の補強材としての強度に影響を及ぼすことなくガラス繊維１２に空隙を形成することができる。その結果、スルーホール２内に研削砥粒が目詰まりすることを低減できる。

研削砥粒の形状は、破砕形状の研削砥粒を用いるのがよい。球形状の研削砥粒に比べてスルーホール形成時に、研削砥粒の尖った部分がガラス繊維１２に引っ掛かりやすくなる。その結果、研削砥粒のエネルギーを伝達しやすくなり、ガラス繊維１２を破断させて空隙を効率よく形成することができる。同じ加工条件の下でガラス繊維１２の径を小さくすると、研削砥粒が１本のガラス繊維１２に伝達するエネルギーが小さくなり、空隙の大きさを小さくできる。

すなわち、第２部３ｂの幅および深さを小さくすることができる。コア基板１に含まれるガラス繊維１２の体積を変更しないでガラス繊維１２の径を小さくすると、コア基板１の強度を保持しつつ第２部３ｂの幅や深さを小さくすることが可能になる。その結果、例えばスルーホール２の間隔が小さい場合には、絶縁信頼性の向上を図ることができる点で有利である。

研削砥粒としては、例えばガラスよりも硬度の高いアルミナ、炭化ケイ素、ジルコニアなどが挙げられる。

スルーホール２を形成した後、スルーホール２の少なくとも内壁面にスルーホール導体３を形成する。スルーホール導体３は、例えば無電解銅めっきおよび電解銅めっきなどの金属めっきによって形成される。スルーホール導体３は、図２および３に示すように空隙内およびスルーホール２の内壁面のみに形成されていてもよく、スルーホール２内に充填されていてもよい。スルーホール２内に充填されている場合、導通抵抗を小さくすることができ電気特性の向上に有利である。

スルーホール２内で金属めっきが析出する際に、スルーホール２の内壁面に開口を有するガラス繊維１２に形成された空隙にも、開口からめっき液が流入する。その結果、空隙内においても金属が析出してスルーホール導体３の一部からなり、スルーホール導体３の第１部３ａとつながっている第２部３ｂが形成される。

このようにしてコア基板１を形成した後、必要に応じて、コア基板１の少なくとも一方の表面に、絶縁樹脂層と配線導体層とが積層されたビルドアップ層が形成されていてもよい。

本開示の配線基板は、上述の実施形態に限定されない。一実施形態に係る配線基板では、スルーホール２の開口部２１の形状は、コア基板１の上面側のみが四角形状であり、コア基板１の下面側の開口部２２は円形状に近い形状を有している。

例えば、上述のようにサンドブラストによってスルーホール２を形成する場合、コア基板１の上面側から砥粒を噴霧すると、下面側に砥粒が到達する時には噴霧した圧力が弱まっている。そのため、コア基板１の下面側の開口部２２は、上面側の開口部と同様の形状になりにくく、円形状になることが多い。

スルーホールの開口部の形状は、コア基板の上面側のみが四角形状でなくてもよく、コア基板の上面側および下面側の少なくとも一方において四角形状であるのがよい。例えば、コア基板の下面側から砥粒を噴霧すると、コア基板の下面側が四角形状となり、上面側が円形状に近い形状となる。さらに、コア基板の上面側および下面側の両方に砥粒を噴霧すると、コア基板の上面側および下面側の両方において、スルーホールの開口部の形状が四角形状になる。

１ コア基板
１１ 絶縁樹脂
１２ ガラス繊維
２ スルーホール
２１ スルーホールの開口部
３ スルーホール導体
３ａ 第１部
３ｂ 第２部
Ｄ１ 第１の方向
Ｄ２ 第２の方向

Claims (6)

1. 上面、下面、前記上面から前記下面にかけて貫通するスルーホール、および内部に位置する複数本のガラス繊維を含むコア基板と、
   前記スルーホール内に位置するスルーホール導体と、
   を含み、
   該スルーホール導体が、前記スルーホールの内壁に位置する第１部と、該第１部に繋がり、前記ガラス繊維の内部に位置する第２部とを有し、
   前記第２部が、前記コア基板の面方向における第１の方向および該第１の方向に交わる第２の方向において、前記第１の方向および前記第２の方向以外の方向に比べて前記スルーホールの内壁からの前記面方向の長さが短い部分を有することを特徴とする配線基板。
2. 前記スルーホールの開口部の形状が、前記コア基板の上面側および下面側の少なくとも一方において四角形状であり、前記第１の方向および前記第２の方向が、前記四角形状の対角方向である請求項１に記載の配線基板。
3. 前記ガラス繊維が、前記コア基板の面方向において前記第１の方向に沿う方向、および前記第２の方向に沿う方向に位置している請求項１または２に記載の配線基板。
4. 前記コア基板が、前記第１の方向および前記第２の方向の少なくとも一方向に、互いに隣接して位置する複数のスルーホールを有している請求項１～３のいずれかに記載の配線基板。
5. 前記スルーホールの開口部の形状が、前記コア基板の上面側および下面側の両方において四角形状である請求項２に記載の配線基板。
6. 前記スルーホール導体が、前記第１の方向および前記第２の方向において、前記コア基板の厚さ方向にわたり、前記第１の方向および前記第２の方向以外に比べて前記スルーホールの前記内壁からの面方向の長さが小さい部分を有する請求項１～５のいずれかに記載の配線基板。

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