JPWO2015083216A1

JPWO2015083216A1 - 多層基板、及び、その製造方法

Info

Publication number: JPWO2015083216A1
Application number: JP2015551279A
Authority: JP
Inventors: 善洋福島; 浩二加本; 昭一山田
Original assignee: Yamaichi Electronics Co Ltd
Current assignee: Yamaichi Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2017-03-16
Also published as: WO2015083216A1

Abstract

本発明は、多層基板を薄型化する際に発生する多層基板の歪みやシワ等の変形の問題を抑制できる多層基板、及び、その製造方法を提供することを目的とする。本発明の多層基板、及び、その製造方法は、導電層と、絶縁層とを交互に順次積層する多層構造を有する多層基板であって、積層する際に、前記多層構造を形成する基板の変形を抑制するように、パターン全面における空孔率を上げるパターンを前記導電層に形成することを特徴とする。

Description

本発明は、多層基板、及び、その製造方法に関し、特に、薄型の多層基板、及び、その製造方法に関する。

フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）は、薄い絶縁材を使用し、曲げることができる構造のプリント配線板（基板）である。一方、一般的に基板という場合には、リジッド配線板（硬質基板）を指す。リジッド配線板は、部品を実装して回路形成を行う硬いボードであり、曲がらない構造である。また、リジット配線板とフレキシブル配線板とを組み合わせた、リジットフレキシブル配線板も存在する。

フレキシブル配線板、あるいは、リジットフレキシブル配線板は、曲げることや折ることができる薄くて柔らかい特性なので、機器内の三次元配線や可動部配線を可能にする。このため、フレキシブル配線板、あるいは、リジットフレキシブル配線板は、身近な電子機器に数多く使用されており、携帯電話や液晶テレビなど、電子機器の小型・軽量化には欠かせない存在となっている。

次世代ＰＣ向けに１０層で、厚さｔ＝０．５ｍｍ以下、信号周波数１０ＧＨｚ以上対応の基板の要求がある。これは、近年の電子機器の薄型化に伴い、メイン基板を配置する占有スペースが減少しているので、製品を薄型化する上でメイン基板を薄型化する必要があるからである。また、さらに、次世代高速伝送モジュール、例えば、光通信用モジュール（２０ＧＨｚ以上）や、ミリ波（６０ＧＨｚ以上）の高速伝送に対応する必要があること等による。

特許４０３８２０６号公報

現在、リジット配線板では、１０層で、標準厚さＳｔｄ．ｔ＝０．８ｍｍ、最薄で０．６８ｍｍ程度が限界である。また、フレキシブル配線板では、ベース基材に液晶ポリマーを使用する方法が存在するが（特許文献１参照）、液晶ポリマーは、熱可塑性樹脂であるので、順次積層が困難であり、薄型化が困難であるという問題がある。

つまり、ビルドアップ工法による多層基板では、積層を数回繰り返し行う必要があり、このため、熱可塑性樹脂では、熱履歴によるダメージが多くなり、各層を薄くすると信頼性が低くなり、多層基板の薄型化が難しいという問題がある。また、ビルドアップ工法以外のレーザービア、スルーホール等の工法では、メッキ工程を行う必要があり、このメッキ層の厚さが加わるので、薄型化が難しい。また、多層基板を薄型化すると、液晶ポリマー等の低誘電率材料の基板の表面に歪みやシワ等の変形が発生する場合があり、その結果パターンが断線する等の問題がある。

従って、本発明は、多層基板を薄型化する際に発生する多層基板の歪みやシワ等の変形の問題を抑制できる多層基板、及び、その製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の多層基板は、導電層と、絶縁層とを交互に順次積層する多層構造を有する多層基板であって、積層する際に、上記多層構造を形成する基板の変形を抑制するように、パターン全面における空孔率を上げるパターンが上記導電層に形成されていることを特徴とする。

また、上記空孔率を上げるパターンは、メッシュパターンであるものとしてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の多層プリント配線板は、上記多層構造を有することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の多層フレキシブル配線板は、上記多層構造を有することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の多層リジットフレキシブル配線板は、上記多層構造を有することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の多層基板の製造方法は、導電層と、絶縁層とを交互に順次積層する多層基板の製造方法であって、積層する際に、上記多層基板を形成する基板の変形を抑制するように、パターン全面における空孔率を上げるパターンを上記導電層に形成することを特徴とする。

本発明によれば、パターン全面における空孔率を上げるパターンを導電層に形成することによって、多層基板を薄型化する際に発生する多層基板の歪みやシワ等の変形の問題を抑制することにより、現在より薄型の多層基板、及び、その製造方法を提供することができる。

本発明の多層基板の製造方法の概念図である。本発明の多層基板の製造方法の概念図である。本発明の多層基板の製造方法の概念図である。本発明の多層基板の製造方法の概念図である。本発明の多層基板の一実施形態として、１０層のリジットフレキシブル配線板の模式図である。本発明の多層基板の製造方法の一実施形態を説明する図である。本発明の多層基板の製造方法の一実施形態を説明する図である。本発明の多層基板の製造方法の一実施形態を説明する図である。本発明の多層基板の製造方法の一実施形態を説明する図である。本発明の多層基板の製造方法の一実施形態を説明する図である。本発明の多層基板の製造方法の一実施形態を説明する図である。本発明の多層基板の製造方法の一実施形態を説明する図である。本発明の多層基板の製造方法の一実施形態を説明する図である。本発明の多層基板のメッシュパターンの模式図である。

本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１乃至図４は、本発明の多層基板の製造方法の一例の概念図である。

図１において、まず、導体１０２上に、バンプ１０３を印刷することにより、内部回路のうち、２層の配線層を接続する配線パターンを形成する。

２層以上の配線層を有する基板の所望の層にある配線パターンを相互に接続するための構造として、スルーホールとビアと呼ばれる２つがある。この２つは本質的に異なるものではなく、一般に、基板全体を貫通する孔を介する接続をスルーホール、多層板の層間について孔を介して接続する構造をビアと呼んでいる。従って、バンプもビアの一種であり、ここでは、製造工程ではバンプと呼び、製造後はビアと呼ぶ。また、図１において、バンプ１０３として、一般にＡｇ系導電性樹脂が使用され、導体１０２として、一般に銅が使用されるが、これには限定されない。

次に、図１において、上述の導体１０２上に、バンプ１０３を印刷したものの上に、熱可塑性樹脂１０１と、もう１方の導体１０２を同時に積層し、両面基板の原型（不図示）を作成する。

熱可塑性樹脂１０１として、液晶ポリマー（ＬＣＰ：ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＰｏｌｙｍｅｒ（ＣＴＺ：株式会社クラレ製））を使用しているが、これには限定されない。高速伝送対応とするためには、高周波信号の優れた伝送特性、安定した低いリアクタンス、インピーダンスおよび伝送損失による優れた電気信号の伝達・伝導特性が求められる。このためには、高周波領域で安定して優れた電気特性（例えば低誘電率（ε）、低誘電正接（ｔａｎδ）、低吸湿）を有する材料が必要になってくる。このため、熱可塑性樹脂１０１として、このような特性を満足するものであれば、上述の材料には、限定されない。

図１において、上述の両面基板の原型の一点鎖線で示される一方の導体１０２をエッチングし、回路パターン１０２´を形成し、２層の基本の積層ユニット１００を作成する。なお、積層する際に内側になる面の導体１０２には、積層する前にエッチングを行い、積層する際に外側になる面の導体１０２には、積層後にエッチングを行う。以下の工程でも同様である。

次に、図１において、積層ユニット１００と同様の工程を行い、別の積層ユニット（不図示）を作成した後、エッチングした面における回路パターン１０２´にバンプ１０３を印刷して、２層の積層ユニット１１０を作成する。

次に、積層ユニット１００と、積層ユニット１１０との間に、接着層として熱硬化性樹脂１０４を挟んで積層し、４層の積層ユニットを作成する。熱硬化性樹脂１０４として、接着用熱硬化性絶縁樹脂フィルム（ＡＤＦＬＥＭＡ（登録商標）：ナミックス株式会社製）を使用しているが、低誘電率、低誘電正接、低吸湿の特性を有する熱硬化性樹脂であれば、他のものでも使用可能である。

図２において、積層ユニット１００と、積層ユニット１１０とを積層して作成した４層の積層ユニットの積層する際に内側になる面の導体１０２をエッチングし、回路パターン１０２´を形成し、４層の積層ユニット２２０を作成する。

次に、積層ユニット１１０と同様の工程を行い、回路パターンが異なる別の２層の積層ユニット２３０を作成する。続いて、４層の積層ユニット２２０と、２層の積層ユニット２３０との間に、接着層として熱硬化性樹脂１０４を挟んで積層し、６層の積層ユニットを作成する。

図３において、４層の積層ユニット２２０と、２層の積層ユニット２３０とを積層して作成した６層の積層ユニットの積層する際に内側になる面の導体１０２をエッチングし、回路パターン１０２´を形成し、６層の積層ユニット３４０を作成する。

次に、図３において、４層の積層ユニット２２０と同様の工程を行い、回路パターンが異なる別の４層の積層ユニットを作成し、その積層する際に内側になる面の回路パターン１０２´上にバンプ１０３を印刷し、積層ユニット３５０を作成する。

図４において、６層の積層ユニット３４０と、４層の積層ユニット３５０との間に、接着層として熱硬化性樹脂１０４を挟んで積層し、１０層の積層ユニット４６０を作成する。

この後、最も外側の面になった、１層目と１０層目の導体１０２にエッチングを行い、回路パターン１０２´を形成し、最後に表面にカバーコートやめっき処理などを行い、１０層の積層基板の製造が終了する。

なお、積層の順序は、この例に限らず、２層、４層、及び、４層の積層ユニットをそれぞれ作成し、それを同時に積層するものとしても、２層、及び、８層の積層ユニットをそれぞれ作成し、それを積層するものとしても、２層ずつ順番に積層してもよく、これらの例にも限定されない。

このように、バンプビルドアップ工法により積層基板を作成することにより、レーザービア、スルーホール等の工法で必要なメッキ工程が不要となるので、メッキ層のない薄型の多層基板を作成することができる。

また、熱硬化性樹脂は、ガラス転移温度が積層プレス温度より高いので、熱硬化性樹脂を使用することにより、積層の繰り返し（順次積層）による熱履歴によるダメージを少なくすることができるとともに、各層を薄くしても信頼性を高く保つことができ、従ってビルドアップ工法による多層基板の薄型化を達成することができる。

また、一般に熱硬化性樹脂は、難燃性が低いので、熱硬化性樹脂だけで絶縁層を構成するとＵＬ（ＵｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）等の難燃性の規格を満足することが難しいが、難燃性の低い熱硬化性樹脂のみではなく難燃性の高い熱可塑性樹脂を交互に積層することによりＵＬ等の難燃性の規格を満足することができる。

また、熱可塑性樹脂１０１、及び、熱硬化性樹脂１０４は、双方、高周波領域で安定して優れた電気特性（例えば、低誘電率、低誘電正接、低吸湿）を有するので、次世代高速伝送にも対応することができる。

図５は、本発明の多層基板の一実施形態として、１０層のリジットフレキシブル配線板５００の模式図である。

図５において、１０層のリジットフレキシブル配線板５００は、導電層ＬＹ１〜ＬＹ１０の１０層の導体５０２と、隣接する導電層ＬＹ１、ＬＹ２等の導体５０２相互間に積層された熱可塑性樹脂５０１、及び、隣接する導電層ＬＹ２、ＬＹ３等の相互間に積層された熱硬化性樹脂５０４と、各導体を接続するビア５０３とを備えている。熱可塑性樹脂５０１と、熱硬化性樹脂５０４は、導体５０２の間に交互に積層されている。ここでは、熱可塑性樹脂５０１と、熱硬化性樹脂５０４は、導体５０２の間に交互に積層されているが、これには限定されない。つまり、熱可塑性樹脂５０１のみを使用しても、熱硬化性樹脂５０４のみを使用してもよい。また、熱可塑性樹脂５０１として、液晶ポリマーが使用されるが、これには限定されない。また、熱硬化性樹脂５０４として、接着用熱硬化性絶縁樹脂フィルムが使用されるが、これには限定されない。

リジットフレキシブル配線板５００には、導体５０２（導電層ＬＹ１〜ＬＹ３）と、導体５０２（導電層ＬＹ８〜ＬＹ１０）に開口部５０６、５０７が形成される。開口部５０６、５０７の表面には、熱可塑性樹脂５０１がカバーレイ５０８として露出され、フレキシブル配線部５０９が形成されている。また、開口部以外の導体５０２（導電層ＬＹ１、ＬＹ１０）の表面には、カバーコート５０５が積層され、リジット配線部５１０が形成されている。なお、カバーレイ５０８とは、フレキシブルプリント配線部５０９の表面保護用の柔らかいフィルムのことであり、ここでは、開口部５０６、５０７の表面に露出された熱可塑性樹脂５０１かあるいは、開口部５０６、５０７に後から貼り付けられたポリイミドなどが使用される。熱硬化性樹脂５０４は、一般に難燃性が低いため、カバーレイ５０８として使用できない。

このように、本発明の多層基板は、リジットフレキシブル配線板のリジット配線部と、フレキシブル配線部を自由に形成できるので設計上の自由度が高められる。このため、本発明の多層基板は、上述の作成方法を選択することによりリジット配線板やフレキシブル配線板としても使用することができる。また、バンプによるビルドアップ工法で作成するため、層数を変更することもできる。

図６乃至図１０は、本発明の多層基板の製造方法の一実施形態を説明する図である。

図６において、まず、熱可塑性樹脂６０１の両面に導体６０２（導電層ＬＹ３、ＬＹ４）を形成して、積層ユニット６００を作成する。なお、熱可塑性樹脂６０１の内部には、バンプ６０３が印刷され、２層（導電層ＬＹ３、ＬＹ４等）の配線層を接続する配線パターンが形成される。このバンプ印刷の工程は、図１乃至図４で示した工程と同様の方法で行われる。また、積層する際に内側になる面の導体６０２には、積層する前にエッチングを行い、積層する際に外側になる面の導体６０２には、積層後にエッチングを行うが、ここでは、説明を省略する。

次に、熱可塑性樹脂６０１の両面に導体６０２（導電層ＬＹ５、ＬＹ６）を形成し、導体６０２（導電層ＬＹ５）側の面にバンプ６０３を印刷して、積層ユニット６１０を作成する。

図７Ａにおいて、熱可塑性樹脂６０１の両面に導体６０２（導電層ＬＹ１、ＬＹ２）を形成して、導体６０２（導電層ＬＹ２）の表面に接着用の熱硬化性樹脂６０４を配置し、積層ユニット７２０を作成する。

なお、図７Ａにおいて、後述するフレキシブル配線部６０９を成形したい場合は、熱硬化性樹脂６０４に開口部を設け、その開口部にスペーサ６０５としてポリイミドフィルムなどを配置して、積層後に剥離できるようにしておく。ここでは、熱硬化性樹脂６０４、導体６０２（導電層ＬＹ２）、および、後述する図７Ｂに示す導体６０２（導電層ＬＹ３）に開口部を設ける。

次に、図７Ｂにおいて、上述の積層ユニット６００、６１０を接着用の熱硬化性樹脂６０４で挟んで積層し、導体６０２（導電層ＬＹ３）側の面にバンプ６０３を印刷して、積層ユニット７３０を作成する。

同様に、図７Ｃにおいて、熱可塑性樹脂６０１の両面に導体６０２（導電層ＬＹ７、ＬＹ８）を形成し、導体６０２（導電層ＬＹ８）側の面にバンプ６０３を印刷して、積層ユニット７４０を作成する。

次に、図７Ｄにおいて、熱可塑性樹脂６０１の両面に導体６０２（導電層ＬＹ９、ＬＹ１０）を形成して、導体６０２（導電層ＬＹ９）の表面に接着用の熱硬化性樹脂６０４を配置し、積層ユニット７５０を作成する。上述のように、フレキシブル配線部６０９を成形したい場合は、熱硬化性樹脂６０４に熱可塑性樹脂６０１の表面が露出するように開口部を設け、その開口部にスペーサ６０５としてポリイミドフィルムなどを配置して、積層後に剥離できるようにしておく。ここでは、熱硬化性樹脂６０４、および、導体６０２（導電層ＬＹ９）、および、上述の図７Ｃに示した導体６０２（導体層ＬＹ８）に開口部を設ける。

図８において、積層ユニット７２０と、積層ユニット７３０とを積層し、積層ユニット８６０を作成する。同様に、積層ユニット７４０と積層ユニット７５０とを積層し、導体６０２（導電層ＬＹ７）の表面にバンプ６０３を印刷し、積層ユニット８７０を作成する。

図９において、積層ユニット８６０と積層ユニット８７０とを接着用の熱硬化性樹脂６０４を挟んで積層し、１０層の積層ユニット９８０を作成する。フレキシブル配線部６０９を設ける場合は、外形加工前にフレキシブル開口部にスリット加工を施し、蓋取りを行えるようにする。

図１０において、最後にカバーコートやめっき処理を行い、その後蓋取りを行い、フレキシブル配線部６０９を露出させ、１０層のリジットフレキシブル配線板１０９０を完成させる。なお、フレキシブル配線部６０９の表面には、カバーレイ６０８として熱可塑性樹脂６０１、ポリイミドなどが使用できる。また、フレキシブル配線部６０９以外の部分は、リジット配線部６１０となる。

多層基板の製造において、液晶ポリマー等の低誘電率材料で且つ薄い材料を積層する場合、積層プレスの際に基板に歪みやシワ等の変形が発生し、パターンの断線等が発生するという問題がある。この点について、発明者は、断面の観察などから、基板におけるシワの発生箇所の空孔率に着目した。空孔率とは、基板のベタＧＮＤ部分等における、パターンのない部分の率を示し、同等の内容は、導体６０２が銅である場合には、残銅率で示すこともできる。つまり、発明者によれば、従来品において、一般に使用される外枠のメッシュ部分と、ベタＧＮＤ部分と比較した場合に、導体パターンに厚みの差が発生しており、この厚みの差により、銅のない部分に応力が集中し、シワが発生することがわかった。

この点を改善するために、発明者は、基板におけるベタＧＮＤ部分を含むパターン全面にメッシュパターンを形成したところ、上述のシワ等の変形の発生を抑制できることがわかった。図１１は、本発明の多層基板におけるパターン全面に形成されるメッシュパターンのいくつかの例を示す模式図である。

図１１において、メッシュパターン１１００は、０．１ｍｍ幅×０．７ｍｍピッチで空孔率が７４％のメッシュパターンであり、メッシュパターン１１１０は、０．５ｍｍ幅×３．０ｍｍピッチで空孔率が６９％のメッシュパターンであり、メッシュパターン１１２０は、０．１ｍｍ幅×０．４ｍｍピッチで空孔率が５１％のメッシュパターンであり、メッシュパターン１１３０は、０．５ｍｍ幅×１．５ｍｍピッチで空孔率が４５％のメッシュパターンであり、メッシュパターン１１４０は、０．２ｍｍ幅×０．４ｍｍピッチで空孔率が１８％のメッシュパターンであり、メッシュパターン１１５０は、１．０ｍｍ幅×１．５ｍｍピッチで空孔率が１２％のメッシュパターンである。

評価の結果、図１１における全てのメッシュパターン１１００乃至１１５０でシワが発生しないことがわかった。また、同時にメッシュパターンの空孔率を上げることにより、膜厚が薄くなり、この空孔率を変化させることにより、基板の厚みをコントロールできることがわかった。従って、メッシュパターンの空孔率を上げることにより、基板のさらなる薄型化を達成することができる。また、ここでは、メッシュパターンを使用したが、空孔率を上げるパターンであれば、メッシュパターンには限定されず他のパターン、例えばパンチングプレート等でも使用することができる。

以上のように、本発明によれば、液晶ポリマー等の低誘電率材料で且つ薄い材料を積層した場合に発生する基板の歪みやシワ等の変形の問題をパターン全面にメッシュパターンを設けることにより抑制することができ、多層基板を現在より薄型化することができる。

１００、１１０、２２０、２３０、３４０、３５０、４６０、６００、６１０、７２０、７３０、７４０、７５０、８６０、８７０、９８０積層ユニット
１０１、５０１、６０１熱可塑性樹脂
１０２、５０２、６０２導体
１０３、５０３、６０３バンプ（ビア）
１０４、５０４、６０４熱硬化性樹脂
５００、１０９０積層基板
５０５カバーコート
５０６、５０７開口部
５０８、６０８カバーレイ
５０９、６０９フレキシブル配線部
５１０、６１０リジット配線部
６０５スペーサ
１１００、１１１０、１１２０、１１３０、１１４０、１１５０メッシュパターン

Claims

導電層と、絶縁層とを交互に順次積層する多層構造を有する多層基板であって、
積層する際に、前記多層構造を形成する基板の変形を抑制するように、パターン全面における空孔率を上げるパターンを前記導電層に形成することを特徴とする多層基板。
前記空孔率を上げるパターンは、メッシュパターンであることを特徴とする請求項１に記載の多層基板。
前記請求項１乃至２のうちのいずれかに記載の多層構造を有する多層プリント配線板。
前記請求項１乃至２のうちのいずれかに記載の多層構造を有する多層フレキシブル配線板。
前記請求項１乃至２のうちのいずれかに記載の多層構造を有する多層リジットフレキシブル配線板。
導電層と、絶縁層とを交互に順次積層する多層基板の製造方法であって、
積層する際に、前記多層基板を形成する基板の変形を抑制するように、パターン全面における空孔率を上げるパターンを前記導電層に形成することを特徴とする多層基板の製造方法。