JPWO2011062037A1 - プリント配線板及びプリント配線板の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電解めっきを充填したスルーホール内にボイドが残らないプリント配線板の製造方法を提供する。【解決手段】 スルーホール導体42が、軸心方向に突出している突出部38aを備える第1電解めっき膜38と、該第1電解めっき膜により形成された凹部内に充填されている第2電解めっき膜40とから成る。第1電解めっき膜38と第2電解めっき膜40との界面の断面形状が、貫通孔34の開口側を開口とするU字状である。即ち、第1電解めっき膜38がU字形状に形成され、鋭角部が無いのでボイドが抜けやすく、スルーホール内にボイドが残らない。【選択図】 図3

Description

本発明は、絶縁基板の貫通孔にめっきを充填することで形成されているスルーホール導体を有するプリント配線板及びその製造方法に関するものである。
絶縁基板の表裏の接続には、絶縁基板の貫通孔の内壁上にめっき膜を設けてなるスルーホール導体が用いられる。貫通孔の内部には、必要に応じて樹脂が充填されている。ここで、例えばプリント配線板を形成する配線の高密度化に伴って貫通孔の径が小径化された場合、貫通孔の内部に樹脂を充填する構造では信頼性を確保することが難しくなるので、貫通孔をめっきにより充填することが行われている。
特許文献1には、スルーホール導体用の貫通孔をめっきにより充填する場合の充填方法が開示されている。特許文献1では、貫通孔の内壁に対する析出速度が、基板表面の析出速度よりも早い電解めっき液を用い、特許文献1の図1中に示されているようスルーホールの中途部近傍に最狭部を形成するよう、スルーホールの開口部近傍の金属層よりも厚い金属層を、スルーホールの中途部近傍に形成する。更に、電解めっきを継続することで、最狭部を閉塞するようにめっきを設け、スルーホール導体を形成している。
特許第4248353号公報
しかしながら、特許文献1の充填方法では、スルーホールの中途部近傍の電解めっき膜から成る最狭部が、断面V字形状、即ち、鋭角部を有する。このため、最狭部を閉塞した後に続けて電解めっきを行う際に、鋭角部においてめっき液の液回りが低下して該鋭角部にボイドが残る可能性がある。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電解めっきを充填したスルーホール内にボイドが残らないプリント配線板、及び、該プリント配線板の製造方法を提供することにある。
請求項1に記載の発明は、第1面と第1面とは反対側の第2面とを有し、貫通孔を備える基板と、該基板の第1面上に形成されている第1導体回路と、前記基板の第2面上に形成されている第2導体回路と、前記貫通孔に内部に充填されためっきからなり前記第1導体回路と前記第2導体回路とを接続するスルーホール導体とからなるプリント配線板であって、前記スルーホール導体は、前記貫通孔の内壁面上に形成された無電解めっき膜と、該無電解めっき膜上に形成されていて、前記第1面に開口する第1開口部と前記第2面に開口する第2開口部とを有する第1電解めっき膜と、前記第1開口部内に充填されている第2電解めっき膜と、前記第2開口部内に充填されている第3電解めっき膜と、からなり、前記第1開口部及び前記第2開口部は、前記貫通孔の軸方向の中央部に向かうに連れてテーパしていて、断面が略U字状であることを技術的特徴とする。
請求項1のプリント配線板及び請求項10のプリント配線板の製造方法では、断面略U字状の第1開口部及び第2開口部を有する第1電解めっき膜を形成し、第1開口部及び第2開口部にさらに電解めっき膜を充填することでスルーホール導体を形成している。
即ち、第1開口部及び第2開口部が断面略U字形状に形成されているため、鋭角部が無く、開口部の内部に電解めっき膜を形成する際にはめっき液の流れがスムーズになる。このため、各開口部の内部にボイドが残ることがほとんどない。その結果、ボイドを起点としたクラックがスルーホール導体の内部に発生することが無く、第1導体回路と第2導体回路との間の接続信頼性を確保できる。さらに、スルーホール導体の表面(スルーホールランド)の平坦性が向上し、スルーホールランド直上にビアを配置しても接続信頼性が低下しない。
また、ボイドを抑制することで、めっきの厚みの薄い部分が形成されることがなくなり、スルーホール導体の強度が低下するおそれがほとんど無い。
本発明の第1実施形態に係るプリント配線板の断面ある。 第1実施形態に係るプリント配線板の絶縁基板の断面図である。 第1実施形態のプリント配線板の製造工程図である。 第1実施形態のプリント配線板の製造工程図である。 第1実施形態に係るプリント配線板の絶縁基板の断面図である。 第1実施形態の直流電気めっきの説明図である。 本発明の第2実施形態に係るプリント配線板の製造工程図である。 第2実施形態のプリント配線板の製造工程図である。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係るプリント配線板について図1〜図4を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係るプリント配線板を示している。
プリント配線板10は、絶縁基板30の上面(第1面)に第1導体回路44aを有し、絶縁基板30の下面(第2面)に第2導体回路44bを有している。これら第1導体回路44aと第2導体回路44bとは、絶縁基板30の貫通孔34に形成されたスルーホール導体42により接続されている。
絶縁基板30の第1面上及び第2面上には、層間樹脂絶縁層60、160と導体回路62、162とが交互に積層されてなるビルドアップ層80が形成されている。そして、異なる層に位置する導体回路はビア導体64、164を介して接続されている。即ち、第1導体回路44aと第3導体回路62とはビア導体64、164を介して接続されている。このビア導体64は、スルーホール導体42の直上に形成されている。
最外層の導体回路164の上及び層間樹脂絶縁層160の上には、開口部70aを有するソルダーレジスト層70が形成されている。ソルダーレジスト層70の開口部により露出するビア導体上及び導体回路上にバンプ74が形成されている。
図2に絶縁基板30の断面を示す。スルーホール導体42は、貫通孔34の内壁面上に形成された無電解めっき膜36と、無電解めっき膜36上に形成されて第1開口部38a及び第2開口部38bを有する第1電解めっき膜38と、第1開口部38aの内部に形成されている第2電解めっき膜40aと、第2開口部38bの内部に形成されている第3電解めっき膜40bとを有している。第1電解めっき膜38は、貫通孔の軸方向の略中央部において第1開口部38aと第2開口部38bとを分断する接続部38cを有している。この第1電解めっき膜38は、パルスめっきにより形成されている。
第1開口部は、絶縁基板30の第1面側に開口しており、第1面から貫通孔の軸方向の中央部に向かってテーパしている。第2開口部は、絶縁基板30の第2面側に開口しており、第2面から貫通孔の軸方向の中央部に向かってテーパしている。そして、第1開口部及び第2開口部は、断面略U字状である。
第1電解めっき膜は、各開口部のテーパの勾配を変化させる屈曲部38dを有している。即ち、開口部の開口から屈曲部38dに至る勾配K1は、屈曲部38dから貫通孔の軸方向の中央部に至る勾配K2(接続部の勾配)よりも小さい。
なお、ここでいう「断面」とは、貫通孔の略中心を通り、軸心に対して垂直をなす直線で切ったときの断面を意味する。また、「略U字状」とは、テーパの勾配を変化させる屈曲部を有する形状を意味する。例えば、図2及び図5に示すように、開口部の開口端部から屈曲部に至る勾配K1の大きさは特に限定されない。
貫通孔の内壁面上に形成される第1電解めっき膜の厚さaと前記前記基板の第1面上に形成される第1電解めっき膜の厚さbとの比率[(a/b)×100]で表わされるスローイングパワーの値は200%以上である。なお、前記「厚みa」とは、接続部の厚みの1/2の値を意味する。この場合、絶縁基板の表面に析出される第1電解めっき膜の厚みを薄くしつつ、貫通孔の内壁に析出される第1電解めっき膜の厚みを厚くして有底の開口部を容易に形成することが可能となる。即ち、貫通孔の開口部分で第1電解めっき膜により貫通孔が閉塞されることが抑制されるとともに、導体回路を形成する際のエッチング時間の短縮が可能となる。
第2電解めっき膜及び第3電解めっき膜は直流めっきにより形成されている。第1開口部の内部に第2電解めっき膜を形成することと、第2開口部の内部に第3電解めっき膜を形成することとは、同時に行われる。
第1導体回路44a(第2導体回路44b)は、絶縁基板上に形成されている銅箔と、銅箔上に形成されている無電解めっき膜と、無電解めっき膜上に形成されている第1電解めっき膜と、第1電解めっき膜上に形成されている第2電解めっき膜(第3電解めっき膜)とから形成されている。
第1実施形態のプリント配線板の製造工程について説明する。本明細書では、スルーホール導体の形成方法について特に詳しく説明する。その後のビルドアップ層等については従来公知の方法を用いて製造する。
(1)両面銅張積層板30Aを準備する(図3(A))。両面銅張積層板の絶縁層(絶縁基板)30は厚さ約0.4μmのガラスエポキシ樹脂またはBT(ビスマレイミドトリアジン)樹脂とガラスクロス等の心材とからなり、絶縁基板30の上面と下面に銅箔32、32が積層されている。ドリルで両面銅張積層板に、直径が約100μmの貫通孔34を形成する(図3(B))。
(2)両面銅張積層板の表面、貫通孔34の内壁面に触媒核を付着させる(図示せず)。次に、下記組成・条件の無電解銅めっき水溶液中に、触媒が付与された絶縁基板を浸漬して、基板表面と貫通孔の内壁に厚さ0.3〜3.0μmの無電解銅めっき膜36を形成する(図3(C))。
〔無電解めっき液〕
NiSO4 0.003 mol/l
酒石酸 0.200 mol/l
硫酸銅 0.030 mol/l
HCHO 0.050 mol/l
NaOH 0.100 mol/l
α、α’−ビピリジル 100 mg/l
ポリエチレングリコール 0.10 g/l
〔無電解めっき条件〕
時間 40 分
温度 34 ℃
(3)下記組成の電解めっき液で貫通孔34内及び絶縁基板30の両面に第1電解めっき膜38を形成する(図3(D))。この第1電解めっき膜38は、基板の厚み方向の中央部において、貫通孔の内壁面から軸心(径方向中央部)X−Xに向かって突き出すように析出する。そして、軸心部分で先端が接続されて接続部38cが形成される。
この第1電解めっき膜38は、絶縁基板の第1面側に開口する第1開口部と、絶縁基板の第2面側に開口する第2開口部とを有している。第1電解めっき膜38はパルスめっきにより形成される。
〔電解めっき液〕
硫酸 0.5 mol/l
硫酸銅 0.8 mol/l
硫酸鉄 5 g/l
レベリング剤 50 mg/l
光沢剤 50 mg/l
〔電解めっき条件〕
温度 34±2 ℃
本実施形態のパルスめっきについて説明する。
本実施形態のパルスめっきでは、絶縁基板30の第1面側及び第2面側の一方に陽極電解を施し、絶縁基板30の第1面側及び第2面側の他方に陰極電解を施し、これらの電極極性を周期的に逆転させる。
即ち、絶縁基板30の上面側(第1面側)及び下面側(第2面側)において電極極性を適宜変更させながらめっきを行うことで、貫通孔34の軸線方向中央部ではめっき膜の析出を継続しつつ、貫通孔34の上面側(第1面側)及び下面側(第2面側)に対する第1電解めっき膜の析出・溶解を繰り返す。その結果、貫通孔34内の中央部の第1電解めっき膜を相対的に厚くして膨らませ、貫通孔34の第1面上及び第2面上の第1電解めっき膜を相対的に薄くしつつ、断面が略U字形状の開口部を形成することが可能となる。
(4)第1電解めっき膜38により形成された開口部内を充填する第2電解めっき膜40は、直流めっきにより形成される。この直流めっきを行う装置を図6を参照して説明する。
図6は、第1実施形態に係る直流めっき装置の構成を示す。めっき装置は、めっき液12を満たしためっき槽14と、めっき液12を循環させるための循環装置16と、プリント配線板30の表面側のめっき面(基板表面)に接触している多孔質樹脂(スポンジ)から成る絶縁体20Aと、裏面側のめっき面(基板裏面)に接触しているスポンジから成る絶縁体20Bと、絶縁体20A、20Bをプリント配線板30に沿って上下に移動させる昇降装置24とから構成されている。絶縁体20A、20Bは昇降装置24により上下移動する昇降バー22を介して移動する。プリント配線板20は、陰極側に接続されている。めっき槽内には、図示しない陽極が設けられ、陽極内には銅球が収容されている。
めっき液12の組成及びめっき条件は以下の通り。
〔電解めっき液〕
硫酸 2.24 mol/l
硫酸銅 0.26 mol/l
硫酸鉄 19.5 ml/l
レベリング剤 50 mg/l
光沢剤 50 mg/l
〔電解めっき条件〕
電流密度 1 A/dm2
時間 65 分
温度 22±2 ℃
図4(A)、図4(B)を参照して、該めっき装置を用いる第2電解めっき膜40の形成について説明する。まず、絶縁基板30の上面に絶縁体20Aを押し当て、下面に絶縁体20Bを押し当てる(図4(A))。絶縁体20A、20Bの大きさ(面積)は、絶縁基板の0.80で、絶縁体の接触割合は絶縁基板に対して0.50に調整する。絶縁体を絶縁基板30に接触させる時、絶縁体が基板の表面に接触後、さらに基板(被めっき面)の表面に対して、1.0〜15.0mm押し込むことが望ましい。押し込み量が1.0mm未満では、絶縁体を用いないめっき方法と同等な結果になりやすい。15.0mmを越える押し込み量では、めっき液の供給が阻害されるために、第1電解めっき膜38により形成された開口部内のめっき膜の厚さにバラツキが発生しやすい。基板表面や開口部内のめっき膜のバラツキを小さくするといった観点から2〜8mの押し込み量が最も好ましい。そして、基板表面に形成される第2電解めっき膜の厚みが過剰に厚くなることを抑制することが可能となる。
絶縁基板30に絶縁体20A、20Bを接触させながら基板と絶縁体を相対的に移動させる(図4(A))。基板に対する絶縁体の移動速度は7m/minに設定する。この移動速度は1.0〜16.0m/minの範囲であることが望ましい。この範囲であると、基板表面に形成される第2電解めっき膜の厚みを薄くすることが可能となる。その上、絶縁体により、第1電解めっき膜38により形成された開口部内にめっき液を供給できるので、該開口部内をめっきで容易に充填することが可能となる。
第1実施形態では、上述のめっき液12に絶縁基板を浸漬する。そして、絶縁体が絶縁基板に押し当てられる。絶縁体が絶縁基板に押し当てられながら絶縁体と基板は相対的に移動させられる。その状態を保ちながら基板30表面に電解めっき膜40a、40bが形成され、同時に、貫通孔34内の第1電解めっき膜38により形成された開口部内に電解めっき膜40a、40bが充填される(図4(B))。
なお、第1電解めっき膜40a及び第2電解めっき膜40bを形成する際の電解めっき液に鉄イオンを含有させてもよい。この場合、絶縁体が被めっき面へ接触することにより、その接触した部分ではめっき膜の成長が遅くなる。特に、絶縁体により鉄イオンがめっき界面に強制的に供給されて鉄イオンの還元反応が起こり、銅の析出を抑える。
一方、絶縁体が接触しない部分ではめっき界面に鉄イオンが濃度勾配により拡散するのみで強制的には供給されず、鉄イオンの還元反応が低くめっきの成長速度が速い。そのために、開口部分のめっきは成長するが、開口部分以外の被めっき面上のめっき膜は厚くなりすぎない。このため、導体回路を形成する際のエッチング時間を短縮でき、高密度な導体回路を形成することが可能となる。
(5)第2電解めっき膜40の形成後、所定パターンのエッチングレジスト41を形成する(図4(C))。
(6)エッチングレジストから露出する、第2電解めっき膜40、第1電解めっき膜38、無電解めっき膜36及び銅箔32をエッチングで溶解した後、エッチングレジストを除去し、導体回路44a、44bを形成する(図2)。第1導体回路44aと第2導体回路44bとはスルーホール導体42を介して接続される。
第1実施形態のプリント配線板では、貫通孔34の内部に電解めっきを行う際、まず第1開口部及び第2開口部を有する第1電解めっき膜を形成し、次いで、第1開口部内に第2電解めっき膜を形成し、第2開口部内に第3電解めっき膜を形成している。双方の開口部は、断面略U字状に形成されるため、第2電解めっき膜及び第3電解めっき膜を形成する際、緩やかに湾曲する壁面に沿ってめっき液の流れがスムーズになって循環しやすくなり、めっきが析出する際にボイドが生じにくい。このため、スルーホール導体の強度、接続信頼性を確保しやすくなる。加えて、スルーホール導体の表面(スルーホールランド)の平坦性が向上し、スルーホール導体の直上にビア導体を配置しても信頼性が低下しないと考えられる。
本実施形態のようにドリルを用いて形成される貫通孔、即ち、軸線方向における径が略同一である貫通孔においても、上述したパルスめっきを用いることで、めっきを充填するのに最適な形状の開口部を形成することが可能となる。さらに、絶縁基板の表面のめっきの厚みの増大を極力抑制することが可能となる。
スルーホール導体用の貫通孔の直径は、80〜250μmであることが望ましい。80μm未満では、パルスめっきにより第1電解めっき膜を形成しても、断面を略U字形状にすることが難しい。一方、250μmを越えると、パルスめっきにより第1電解めっき膜を形成しても貫通孔の中央部に接続部を形成することが難しくなる。
また、スルーホール用の貫通孔のアスペクト比は1〜7の範囲であることが望ましい。7を越えると、パルスめっきにより第1電解めっき膜を形成しても、断面をU字形状にすることが難しい。一方、1未満では、パルスめっきにより第1電解めっき膜を形成しても貫通孔の中央部に接続部を形成することが難しくなる。
スルーホールの内壁面に形成される第1電解めっき膜の厚みaと、基板の表面に形成される第1電解めっき膜の厚みbとの比率[(a/b)×100]で表わされるスローイングパワーの値が200%以上となることが好ましい。この場合、絶縁基板の表面に析出される第1電解めっき膜の厚みを薄くしつつ、貫通孔の内壁に析出される第1電解めっき膜の厚みを厚くして有底の開口部を容易に形成することが可能となる。即ち、貫通孔の開口部分で第1電解めっき膜により貫通孔が閉塞されることが抑制されるとともに、導体回路を形成する際のエッチング時間の短縮が可能となる。
(第1実施形態の改変例)
第2電解めっき膜及び第3電解めっき膜をパルスめっきにより形成してもよい。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係るプリント配線板の製造方法について、図7及び図8を参照して説明する。この第2実施形態では、絶縁基板の貫通孔をレーザーにより形成する。
(1)両面銅張積層板30Aを準備する(図7(A))。まず、レーザーで両面銅張積層板の上面から開口を形成すると共に下面から開口を形成することで、開口径が約90μm、中央部径(最小径)が約60μmの断面鼓状の貫通孔34を形成する(図7(B))。
貫通孔34の最小径D1と開口径D2は、D1/D2=1/4〜9/10を満たすことが好ましい。D1/D2がこの範囲の場合、貫通孔34の内部をめっきで充填しやすくなる。
(2)続いて、貫通孔34の内面に残留するスミア等を過マンガン酸塩法を用いて除去する。そして、両面銅張積層板の表面、スルーホール用貫通孔34の内壁面に触媒核を付着させる(図示せず)。次に、基板表面と貫通孔の内壁に無電解銅めっき膜36を形成する(図7(C))。
(3)貫通孔34の内部及び絶縁基板30の両面に、上述の第1実施形態と同様に第1電解めっき膜38を形成する(図8(A))。この第1電解めっき膜38は、絶縁基板30の第1面側に開口する第1開口部38a、第2面側に開口する第2開口部38bを有する。
(4)第1電解めっき膜38により形成された開口部内を充填する第2電解めっき膜40は、直流めっきにより形成する(図8(B))。ここでは、第1実施形態と異なり絶縁体を接触させることなくめっきを行う。
(5)第2電解めっき膜40の形成後、所定パターンのエッチングレジストを形成する(図示せず)。そして、エッチングレジストから露出する、第2電解めっき膜40、第1電解めっき膜38、無電解めっき膜36及び銅箔32をエッチングで溶解する。次いで、エッチングレジストを除去し、導体回路44a、44b及びスルーホール導体42を完成する(図8(C))。
(第2実施形態の改変例)
第2電解めっき膜及び第3電解めっき膜をパルスめっきにより形成してもよい。
10 プリント配線板
30 絶縁基板
34 貫通孔
36 無電解めっき膜
38 第1電解めっき膜
38a 突出部
40 第1電解めっき膜
42 スルーホール導体
44 導体回路

Claims (15)

  1. 第1面と第1面とは反対側の第2面とを有し、貫通孔を備える基板と、該基板の第1面上に形成されている第1導体回路と、前記基板の第2面上に形成されている第2導体回路と、前記貫通孔に内部に充填されためっきからなり前記第1導体回路と前記第2導体回路とを接続するスルーホール導体とからなるプリント配線板であって、
    前記スルーホール導体は、
    前記貫通孔の内壁面上に形成された無電解めっき膜と、
    該無電解めっき膜上に形成されていて、前記第1面に開口する第1開口部と前記第2面に開口する第2開口部とを有する第1電解めっき膜と、
    前記第1開口部内に充填されている第2電解めっき膜と、
    前記第2開口部内に充填されている第3電解めっき膜と、からなり、
    前記第1開口部及び前記第2開口部は、前記貫通孔の軸方向の中央部に向かうに連れてテーパしていて、断面が略U字状であるプリント配線板。
  2. 前記第1電解めっき膜はパルスめっきにより形成されている請求項1のプリント配線板。
  3. 前記第2電解めっき膜及び前記第3電解めっき膜は直流めっきにより形成されている請求項1のプリント配線板。
  4. 前記第1電解めっき膜は、前記開口部のテーパの勾配を変化させる屈曲部を有している請求項1のプリント配線板。
  5. 前記開口部の開口端部から前記屈曲部に至るテーパの勾配は、前記屈曲部から前記開口部の底部に至るテーパの勾配よりも小さい請求項1のプリント配線板。
  6. 前記第2電解めっき膜及び前記第3電解めっき膜は同時に形成される請求項1のプリント配線板。
  7. 前記貫通孔の内壁面上に形成される第1電解めっき膜の厚さaと前記基板の第1面上に形成される第1電解めっき膜の厚さbとの比率[(a/b)×100]で表わされるスローイングパワーの値は200%以上である請求項1のプリント配線板。
  8. 前記貫通孔のアスペクト比は、1〜7の範囲である請求項1のプリント配線板。
  9. 前記貫通孔の径は、該貫通孔の軸方向において略同一である請求項1のプリント配線板。
  10. 第1面と第1面とは反対側の第2面とを有し、貫通孔を備える基板と、該基板の第1面に形成されている第1導体回路と、前記基板の第2面に形成されている第2導体回路と、前記貫通孔に充填されためっきからなり前記第1導体回路と前記第2導体回路とを接続するスルーホール導体とからなるプリント配線板の製造方法であって、
    前記貫通孔の内壁面上に無電解めっき膜を形成することと、
    前記無電解めっき膜上に第1電解めっき膜を形成して、前記第1面に開口する第1開口部と前記第2面に開口する第2開口部とを設けることと、
    前記第1開口部内に第2電解めっき膜を充填することと、
    前記第2開口部内に第3電解めっき膜を充填することと、により前記スルーホール導体を形成し、
    前記第1開口部及び前記第2開口部は、前記貫通孔の軸方向の中央部に向かうに連れてテーパしていて、断面が略U字状であるプリント配線板の製造方法。
  11. 前記第1電解めっき膜はパルスめっきにより形成される請求項10のプリント配線板の製造方法。
  12. 前記第2電解めっき膜及び前記第3電解めっき膜は直流めっきにより形成される請求項10のプリント配線板の製造方法
  13. 前記第1開口部内に前記第2電解めっき膜を充填することと、前記第2開口部内に前記第3電解めっき膜を充填することとは同時である請求項10のプリント配線板の製造方法。
  14. 前記第1電解めっき膜は、前記開口部のテーパの勾配を変化させる屈曲部を有している請求項10のプリント配線板の製造方法。
  15. 前記パルスめっきにより第1電解めっき膜を形成する際、
    前記基板の第1面側及び第2面側において周期的に電極極性を変更させる請求項10のプリント配線板の製造方法。
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