JP7222461B2 - プリント回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）及びその製造方法に関する。

モバイル機器及びノート・パソコンなどの電子機器の小型化及び薄膜化により、小型及び薄型プリント回路基板に対する要求が増加している。

薄型プリント回路基板内の層間を接続するマイクロビアを形成するために、マイクロビアホールに対する効率的な加工技術が求められている。さらに、マイクロビアホールに充填される配線物質についても、優れた電気的及び機械的特性が要求されている。

日本公開特許第２００２－３５９４４６号公報

本発明の一側面によれば、ビアホールが形成された絶縁層と、絶縁層に形成され、ビアホールの一側に配置された第１パッドと、ビアホールに充填され、第１パッドに接続されるビアと、を含み、ビアは、金属材質であり、ビアの側面及び第１パッドと接する面のうちの少なくともいずれか一つには金属基複合材料（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）からなる複合材料領域が形成されたプリント回路基板が提供される。

本発明の他の側面によれば、一面に第１パッドが形成された絶縁層を準備する段階と、サンドブラスト（Ｓａｎｄ ｂｌａｓｔ）加工により絶縁層を選択的に除去し、第１パッドが露出されるビアホールを形成する段階と、ビアホールを金属材質で充填してビアを形成する段階と、を含み、ビアの側面及び第１パッドと接する面のうちの少なくともいずれか一つに、サンドブラスト加工に用いられた研磨材粒子とビアの金属材質とを結合させ、金属基複合材料（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）からなる複合材料領域を形成するプリント回路基板の製造方法が提供される。

本発明の一実施例に係るプリント回路基板を示した図である。 本発明の一実施例に係るプリント回路基板の複合材料領域を例示した図である。 本発明の一実施例に係るプリント回路基板の複合材料領域を例示した図である。 本発明の一実施例に係るプリント回路基板の製造方法の順序を例示した図である。 本発明の一実施例に係るプリント回路基板の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施例に係るプリント回路基板の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施例に係るプリント回路基板の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施例に係るプリント回路基板の製造方法を説明するための図である。

本発明に係るプリント回路基板及びその製造方法の実施例を添付図面を参照して詳細に説明し、添付図面を参照して説明するに当たって、同一または対応する構成要素には同一の図面符号を付し、これに対する重複説明を省略する。

また、以下で使用する第１、第２等の用語は、同一または相応する構成要素を区別するための識別記号に過ぎず、同一または相応する構成要素が第１、第２等の用語により限定されることはない。

また、結合とは、各構成要素間の接触関係において、各構成要素の間に物理的に直接接触する場合のみを意味するものではなく、他の構成が各構成要素の間に介在され、その他の構成に構成要素がそれぞれ接触している場合まで包括する概念として使用する。

（プリント回路基板）

図１は、本発明の一実施例に係るプリント回路基板を示した図である。

図１を参照すると、本発明の一実施例に係るプリント回路基板は、絶縁層１０と、第１パッド２０と、ビア３０と、を含み、ビア３０に金属基複合材料（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）からなる複合材料領域が形成される。

絶縁層１０は、絶縁材料が積層されて形成され、絶縁層１０にはパッドを含む回路パターンが形成されることができる。回路パターンの層間接続のために、絶縁層１０にはビア３０で充填されるビアホール１２を形成できる。

図１を参照すると、絶縁層１０を上下に貫通するビアホール１２が形成され、絶縁層１０の両面にそれぞれ配置された第１パッド２０と第２パッド４０とがビア３０を介して接続することができる。

絶縁層１０は、熱硬化性樹脂、感光性樹脂などの知られている様々な絶縁材料を含んで形成することができる。強度、熱膨脹率などの機械的特性及び電気的特性を高めるために、絶縁層１０は、繊維材１１ｂ、フィラー１１ａなどの様々な補強材を含むことができる。

また、絶縁層１０は、他の絶縁層５上に、または多くの絶縁層があるビルドアップ層の一部として形成されることができる。

第１パッド２０は、回路パターンの一部であって絶縁層１０に形成され、ビアホール１２の一側に配置されてビア３０に接続する。第１パッド２０は、メッキなどの知られている様々な回路パターンの形成方法により形成することができる。

図１を参照すると、第１パッド２０は絶縁層１０の一面に埋め込まれた形態に形成されることができる。一方、第１パッド２０は、絶縁層１０に埋め込まれず、絶縁層１０の一面上に形成できれば、その配置及び形態は限定されない。

ビア３０は、絶縁層１０のビアホール１２に充填され、第１パッド２０に接続される。

ビア３０は、一側の第１パッド２０と他側の第２パッド４０とを接続して、絶縁層１０の一面と他面との層間接続を行う。

本実施例においてのビア３０は、金属材質であり、ビア３０の外面の一部に金属基複合材料（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）からなる複合材料領域が形成される。金属基複合材料は、金属系合金を基地（マトリックス）にし、様々な強化材などを分散させた素材であって、個々の構成材料よりも優れた特性を得ることができる。

図１を参照すると、ビア３０の側面、ビア３０と第１パッド２０とが接する面、またはこれら二つともに金属基複合材料からなる複合材料領域が形成されることができる。このとき、絶縁層１０の他面に形成された第２パッド４０とビア３０とが接する面には複合材料領域が形成されなくてもよい。すなわち、図１に基づいて、ビア３０の側面及び下面には複合材料領域が形成され、ビア３０の上面には複合材料領域が形成されず、ビア３０を形成する金属と第２パッド４０とが接続されることができる。

図２及び図３は、本発明の一実施例に係るプリント回路基板の複合材料領域を例示した図である。図２は、炭化ケイ素が０．１重量％の割合で含まれた複合材料領域を示し、図３は、炭化ケイ素が３重量％の割合で含まれた複合材料領域を示す。

図２及び図３を参照すると、ビア３０の外面をなす金属の間に複数の粒子１が分散されて金属基複合材料を形成しており、この部分が複合材料領域となることができる。ビア３０の側面及び第１パッド２０と接する面のうちの少なくともいずれか一つに、複数の金属粒子１が金属の間に分散配置された複合材料領域が形成される。特に、複数の金属間粒子１は、金属材質のビア３０において互いに離隔した点形状を有することができる。

例えば、ビア３０は銅で形成され、金属間粒子１は炭化ケイ素であることができる。これにより、複合材料領域は、銅－炭化ケイ素（Ｃｕ－ＳｉＣ）金属基複合材料を含んで形成されることができる。

具体的に、銅－炭化ケイ素（Ｃｕ－ＳｉＣ）金属基複合材料において、炭化ケイ素粒子は、０．００１～５０μｍ大きさを有し、分散された形態に配置されることができる。

このとき、炭化ケイ素は、０．１～３重量％の割合で銅－炭化ケイ素（Ｃｕ－ＳｉＣ）金属基複合材料に含まれることができる。銅－炭化ケイ素（Ｃｕ－ＳｉＣ）金属基複合材料において炭化ケイ素の含量が増加するほど機械的強度が向上され、熱膨脹係数が減少する傾向を有する。しかし、炭化ケイ素含量が増加するほど熱伝導度及び電気伝導度が少しずつ減少する傾向にあり、特に５重量％を超えると、大きく減少する傾向を見せる。このため、機械的特性及び電気的特性を考慮して炭化ケイ素含量を０．１～３重量％の割合に維持することが好ましい。

（プリント回路基板の製造方法）

図４は、本発明の一実施例に係るプリント回路基板の製造方法の順序を例示した図であり、図５から図８は、本発明の一実施例に係るプリント回路基板の製造方法を説明するための図である。

図４から図８を参照すると、本発明の一実施例に係るプリント回路基板の製造方法は、絶縁層１０を準備する段階（Ｓ１１０）と、ビアホール１２を形成する段階（Ｓ１２０）と、ビア３０を形成する段階（Ｓ１３０）と、を含む。

絶縁層１０を準備する段階（Ｓ１１０）では、一面に第１パッド２０が形成された絶縁層１０を準備する。

図５及び図６を参照すると、絶縁樹脂５に金属層６，７が形成された金属積層板を準備し、金属積層板の一面に第１パッド２０を形成することができる。第１パッド２０は、金属積層板の金属層７をシード層にしてメッキすることにより形成することができる。

第１パッド２０が形成された金属積層板の一面に絶縁層１０を積層して、絶縁層１０の一面に第１パッド２０を形成することができる。

一方、本実施例では金属積層板に第１パッドを形成し、絶縁層を積層して絶縁層を準備する方法を例示したが、これに限定されず、絶縁層の一面に第１パッドを形成する様々な方法を含む。第１パッドの形成は、金属積層板の金属層をシード層として用いたメッキ以外に様々なメッキ法を用いて形成することができる。また、第１パッドは、メッキ法以外に知られている様々な回路パターン形成方法（例えば、金属ペーストの焼結など）により形成することができる。

ビアホール１２を形成する段階（Ｓ１２０）では、サンドブラスト（Ｓａｎｄ ｂｌａｓｔ）加工により絶縁層１０を選択的に除去し、第１パッド２０が露出されるビアホール１２を形成する。

サンドブラスト加工は、ノズルから研磨材を噴射して素材表面を仕上げたり、切削したりする加工方法である。過去には砂を研削材として噴射したのでサンドブラストと名付けたが、現在は、アルミナ（酸化アルミニウム）または炭化ケイ素などのセラミック粉末、ガラスビーズ、プラスチックパウダーなどの様々な粒子を研削材として用いることができる。サンドブラストの種類には、研磨材と水とを混合した後にノズルから噴射して加工する湿式サンドブラスト（Ｗｅｔ ｂｌａｓｔ）と、エアーを用いて研磨材のみをノズルから噴射して加工する乾式サンドブラスト（Ａｉｒ ｂｌａｓｔ）がある。

本実施例では炭化ケイ素をサンドブラスト加工の研磨材として用いることができる。炭化ケイ素を第１パッド２０が下に配置された絶縁層１０部分に噴射して、絶縁層１０にホール加工を行って第１パッド２０を露出させるビアホール１２を形成することができる。

図７を参照すると、炭化ケイ素を研磨材として用いたサンドブラスト加工の後に行われた加工の部分、すなわち、ビアホール１２の内壁及び第１パッド２０の上面には研磨材の炭化ケイ素が残存することになる。

ビア３０を形成する段階（Ｓ１３０）では、ビアホール１２を金属材質で充填してビア３０を形成する。このとき、ビアホール１２に、サンドブラスト加工で用いられた粒子（研磨材、１）を除去せずに残存させ、残存する粒子１とビア３０をなす金属材質とを結合させて金属基複合材料を形成することができる。

例えば、サンドブラスト加工によりビアホール１２を形成した後にデスミア処理せずに、ビアホール１２の内部をメッキにより金属を充填することができる。このとき、メッキにより、ビアホール１２の内部に残存する研磨材粒子と金属材質とが結合して金属基複合材料を形成することができる。

図８を参照すると、本実施例の研磨材粒子１である炭化ケイ素は、ビア３０の側面、ビア３０が第１パッド２０と接する面、またはこれら二つともに残存することができる。これにより、研磨材の炭化ケイ素とビア３０の金属材質とを結合させて金属基複合材料からなる複合材料領域を形成することができる。

特に、ビア３０は、銅で形成されることができ、複合材料領域には銅－炭化ケイ素（Ｃｕ－ＳｉＣ）金属基複合材料が形成されることができる。

一方、絶縁層１０の他面に、ビア３０に接続される第２パッド４０を形成することができる。このとき、絶縁層１０の他面に形成された第２パッド４０とビア３０とが接する面には複合材料領域が形成されなくてもよい。すなわち、ビア３０の側面及び下面には複合材料領域が形成され、ビア３０の上面には複合材料領域が形成されず、ビア３０をなす金属と第２パッド４０とが接続されることができる。

以上、本発明の一実施例について説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載した本発明の思想から逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加などにより本発明を様々に修正及び変更することができ、これも本発明の権利範囲内に含まれるものといえよう。

１ 炭化ケイ素粒子
１０ 絶縁層
１２ ビアホール
２０ 第１パッド
３０ ビア
４０ 第２パッド

Claims (12)

1. ビアホールが形成された絶縁層と、
   前記絶縁層に形成され、前記ビアホールの一側に配置された第１パッドと、
   前記ビアホールに充填され、前記第１パッドに接続されるビアと、を含み、
   前記ビアは、金属材質であり、前記ビアの側面及び前記第１パッドと接する面には金属基複合材料（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）からなる複合材料領域が形成されたプリント回路基板。
2. 前記複合材料領域において、複数の金属間粒子が前記ビアの側面及び前記第１パッドと接する面のうちの少なくともいずれか一つに分散された形態を有する請求項１に記載のプリント回路基板。
3. 前記複数の金属間粒子は、金属材質の前記ビアにおいて互いに離隔した点形状を有する請求項２に記載のプリント回路基板。
4. 前記ビアは、銅を含んで形成され、
   前記複合材料領域は、銅－炭化ケイ素（Ｃｕ－ＳｉＣ）金属基複合材料を含んで形成される請求項１から３のいずれか一項に記載のプリント回路基板。
5. 前記銅－炭化ケイ素（Ｃｕ－ＳｉＣ）金属基複合材料は、
   分散された０．００１～５０μｍ大きさの炭化ケイ素粒子を含む請求項４に記載のプリント回路基板。
6. 前記銅－炭化ケイ素（Ｃｕ－ＳｉＣ）金属基複合材料において
   炭化ケイ素は、０．１～３重量％を有する請求項４または５に記載のプリント回路基板。
7. 前記絶縁層に形成され、前記ビアホールの他側に配置された第２パッドをさらに含み、
   前記ビアが前記第２パッドと接する面には、前記金属基複合材料を含まない請求項１から６のいずれか一項に記載のプリント回路基板。
8. 一面に第１パッドが形成された絶縁層を準備する段階と、
   サンドブラスト（Ｓａｎｄ ｂｌａｓｔ）加工により前記絶縁層を選択的に除去して、前記第１パッドが露出されるビアホールを形成する段階と、
   前記ビアホールを金属材質で充填してビアを形成する段階と、を含み、
   前記ビアの側面及び前記第１パッドと接する面のうちの少なくともいずれか一つに、サンドブラスト加工に用いられる研磨材粒子と前記ビアの金属材質とを結合させて金属基複合材料（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）からなる複合材料領域を形成するプリント回路基板の製造方法。
9. 前記ビアを形成する段階は、前記ビアホールの内部をメッキし、
   前記メッキにより、前記ビアホール内部に残存する前記研磨材粒子と前記金属材質とが結合して前記金属基複合材料を形成する請求項８に記載のプリント回路基板の製造方法。
10. 前記ビアは、銅を含んで形成され、前記研磨材粒子は炭化ケイ素粒子を含み、
    前記複合材料領域は、銅－炭化ケイ素（Ｃｕ－ＳｉＣ）金属基複合材料を含んで形成される請求項８または９に記載のプリント回路基板の製造方法。
11. 前記絶縁層を準備する段階は、
    金属積層板の一面に前記第１パッドを形成する段階と、
    前記金属積層板の一面に絶縁層を積層する段階と、を含む請求項８から１０のいずれか一項に記載のプリント回路基板の製造方法。
12. 前記絶縁層の他面に、前記ビアに接続される第２パッドを形成する段階をさらに含む請求項８から１１のいずれか一項に記載のプリント回路基板の製造方法。

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