JP2008181914A - 多層プリント配線板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性が高く、接続信頼性に優れた多層プリント配線板を提供すること。
【解決手段】基材、前記基材の一方の表面上に設けられる第一の導電層、及び前記基材の他方の表面上に設けられる第二の導電層を有し、第一の導電層の一部である第一のランド部と第二の導電層の一部である第二のランド部が前記基材を貫通するスルーホールで電気的に接続されている多層プリント配線板であって、
前記第一のランド部及び前記第二のランド部中に前記スルーホールを複数有することを特徴とする、多層プリント配線板。
【選択図】 図４

Description

本発明は、基板の両面に設けられた導電性配線層と、前記導電性配線層を電気的に接続するスルーホールを備えた多層プリント配線板に関する。

多層プリント配線板は部品の高密度の実装を可能とし、部品間を最短距離で接続（電気的に導通することを意味する。以下単に接続と言う。）できる技術として知られている。二層以上の導電層を持つ多層プリント配線板において、導電層間を接続するための方法としてスルーホール接続がある。

スルーホールは種々の方法により作製される。例えば銅箔を導電層とする両面プリント配線板を作製する場合、図１に示すように、基材１の両面に導電層（銅箔）２及び導電層（銅箔）３を有する両面銅貼り基材を準備する（図１ａ）。銅箔をエッチングして両面の配線を形成した後（図１ｂ）、穴開け加工して導電層２、基材１、導電層３の全てを貫通する貫通孔４を形成する（図１ｃ）。その後、無電界めっき及び電界めっきをして貫通孔の壁面に導電性金属層５を形成して、導電層１と導電層２を電気的に接続する（図１ｄ）。また図１ｆに示すように、めっきの代わりに貫通孔４に導電性ペースト６を充填することで導電層１と導電層２を電気的に接続することもできる。

導電層を導電性ペーストで形成することもできる。特許文献１には、両面に設けられた配線パターンおよびその配線パターン同士を電気的に接続するスルーホールを備えたフレキシブル配線板であって、上記配線パターンおよび上記スルーホール内の配線が、導電性ペーストを印刷してなることを特徴とするフレキシブル配線板が記載されている。

特許文献１のフレキシブル配線板の製造方法を図２に示す。まず、基材７を準備し（図２ａ）、スルーホール用貫通孔８を形成する（図２ｂ）。次に基材７の片面に導電性ペーストを印刷して配線パターン９を形成する（図２ｃ）。導電性ペーストはスルーホール用貫通孔８の上にも印刷され、スルーホール用貫通孔の壁面を流下する（図２ｄ）。

次に基材を上下逆にして、基材７の他方の面に同じように導電性ペーストを印刷し、配線パターン１０を形成する（図２ｅ）。導電性ペーストはスルーホール用貫通孔の壁面を流下し、反対面からの導電性ペーストと接触する（図２ｆ）。この状態で乾燥、硬化することで基材７の両面の両面の導電層がスルーホール用貫通孔８内で電気的に接続する。スルーホール用貫通孔への導電性ペーストの充填性を高めるため、導電性ペーストを吸引したり、ディスペンサ等のノズルから導電性ペーストをスルーホール用貫通孔内に吐出することもできる。

図３は多層プリント配線板の基材表面の一部に形成されたランド部分を描いた模式図である。スルーホールによって接続される部分（スルーホールの上下部分）の配線パターン（配線層）１０及び配線パターン（配線層）９はランドと呼ばれ、一般に円形のパターンが用いられている。またスルーホールはランドの中央部に設けられており、一つのスルーホールに対して一つのランドが設けられている。図３のＡ−Ａ’断面は図２ｆに示すような形状となる。
特開平８−２３６８９１号公報

電子部品の小型化、高性能化に伴い、多層プリント配線板は高密度化しており、スルーホールやランドは微細化している。多層プリント配線板での層間接続はスルーホール接続で行うが、スルーホールが微細化すると使用時にスルーホールでの断線が起こる可能性が高くなり、層間の接続信頼性が低下する。

また導電性ペーストを充填したスルーホールの場合、基材両面の配線層の電気的接続を良好にするためには、導電性ペーストをスルーホールに確実に充填する必要がある。スルーホールへの導電性ペーストの充填は一般にスクリーン印刷により行うが、スルーホール径が小さいと印刷時の版の目詰まり等の原因で導電性ペーストの充填不良が起きることがある。一つの製品中にはスルーホール接続部分が多数あり、そのうち一つでも充填不良があれば製品は不良となり、使用できない。不良品が多くなれば製品の歩留まりが悪くなり、製造コストが高くなる。

本発明は上記の問題に鑑み、生産性が高く、接続信頼性に優れた多層プリント配線板を提供することを目的とする。

本発明は、基材、前記基材の一方の表面上に設けられる第一の導電層、及び前記基材の他方の表面上に設けられる第二の導電層を有し、第一の導電層の一部である第一のランド部と第二の導電層の一部である第二のランド部が前記基材を貫通するスルーホールで電気的に接続されている多層プリント配線板であって、前記第一のランド部及び前記第二のランド部中に前記スルーホールを複数有することを特徴とする、多層プリント配線板である。（請求項１）。

図４は本発明の多層プリント配線板の基材表面に形成されたランド部を示す模式図であり、図５は図４のＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。基材１１の一方の表面上に第一の導電層の一部である第一のランド部１２が設けられている。第一のランド部は略円形状である。基材１１の他方の表面上には第二の導電層の一部である第二のランド部１３が設けられている。第二のランド部１３と第一のランド部１２は基材１１を介して対向している。

第一のランド部１２と第二のランド部１３とは、基材１１を貫通するスルーホール１４により電気的に接続される。スルーホールは、金属のメッキ又は導電性ペーストの塗布、乾燥により壁面に導電層を形成したもの、又は導電性ペーストをスルーホール中に充填し、乾燥、硬化させたものを用いることができる。

第一のランド部及び第二のランド部中にスルーホールを複数有するので、一つのスルーホールが破壊したとしても残りのスルーホールでランド間の接続を確保することができ、接続信頼性が向上する。

製造時においても、一つのスルーホールで導電性ペーストの充填不良やメッキ不良が起こっても、残りのスルーホールによってランド部間の接続を行うことができ、スルーホール接続不良による製品の不良数を減らすことができる。

尚、多層プリント配線板とは導電層が二層以上あるプリント配線板を指し、両面板も含むものとする。本発明の多層プリント配線板には図５のような二層の導電層を持つ両面プリント配線板、及びこのような両面接続構造を持ち、導電層が三層以上の多層プリント配線板を含む。

請求項２に記載の発明は、前記第一の導電層及び前記第二の導電層は導電性ペーストの硬化物からなり、前記スルーホールに導電性ペーストの硬化物が充填されていることを特徴とする、請求項１に記載の多層プリント配線板である。

第一の導電層及び第二の導電層を導電性ペーストの硬化物とすることで、配線パターン形成時にエッチングなどの工程を必要とせず、簡単な工程で多層プリント配線板を作製することができる。またスルーホールについても、導電性ペーストを充填して形成することでメッキ工程が不要となる。また配線パターンの形成とスルーホール内への導電性ペーストの充填を同時に行うことができ、更に工程を簡単にすることができる。

スクリーン印刷等の方法で配線パターンの形成とスルーホール内への導電性ペーストの充填を同時に行う場合、ランド部中のスルーホールの部分で導電性ペーストの厚みが薄くなり、表面に凹凸が生じやすくなる。ランド部中のスルーホールが一つの場合、この凹凸が大きくなり、ランド部表面の平滑性が悪くなるが、ランド部中のスルーホールを複数個にすることで凹凸を小さくすることができ、ランド部表面の平滑性を向上することができる。

請求項３に記載の発明は、前記第一のランド部及び第二のランド部は、直径が１ｍｍ以下の略円形状又は長径が１ｍｍ以下の略楕円形状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の多層プリント配線板である。多層プリント配線板の実装密度を高めるためにはランド部の直径を１ｍｍ以下とすることが好ましい。このような多層プリント配線板では一つの製品中にランド部が多数存在するが、一つのランドで接続不良が起こると製品は不良となり、製造時の歩留まりが悪くなる。本発明では同一ランド中に複数のスルーホールを設けているため、このような製品においても生産性を向上することができる。また接続信頼性も高くなる。尚、ランド部は通常配線部と連続しているが、ランド部の形状とは配線部が無いと想定した時の形状（ランド部の外周と、ランド部と配線部分の境界の点線で囲まれた部分）をいう。

請求項４に記載の発明は、前記スルーホールの径が３０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の多層プリント配線板である。スルーホールの径を３０μｍ以上３００μｍ以下とすることで、接続信頼性と高密度実装性とを両立することができる。またスクリーン印刷でスルーホールに導電性ペーストを充填する場合、スルーホールの径が３００μｍ以下であるとスルーホール内に良好に導電性ペーストを充填することができる。スルーホール内へのペースト保持はペーストの表面張力によるものだが、３００μｍを超えるスルーホールでは表面張力による保持が困難となるからである。

同一ランド内のスルーホール径は同一でなくても良い。なお前記スルーホールの形状は円形、楕円形等、任意の形状とすることができ、円形以外の形状の場合は、開口部の最大長さをスルーホールの径とする。

本発明は、接続信頼性に優れ、簡易な工程で製造できる多層プリント配線板を提供する。

以下に、本発明を詳細に説明する。本発明に用いる基材としては絶縁性の樹脂フィルムを使用でき、ポリエチレンテレフタレートやポリイミド等が例示される。耐熱性を考慮するとポリイミドを主体とする樹脂フィルムが好ましい。基材の厚みは多層プリント配線板の用途に応じて適宜選択でき、一般的には１０μｍ〜１００μｍ程度のものを使用する。

第一の導電層及び第二の導電層としては、金属箔又は導電性ペーストの硬化物を使用することができる。まず、導電層として金属箔を使用した多層プリント配線板の製造方法について説明する。導電性、耐久性を考慮すると銅を主体とする金属箔が好ましく、銅、又は銅を主成分とする合金が例示される。銅以外にも、銀、アルミ、ニッケル等を用いても良い。導電層の厚みは多層プリント配線板の用途に応じて適宜選択でき、一般的には５μｍ〜５０μｍ程度のものを使用する。導電層と基材とは直接又は接着剤を介して貼り合わされる。ポリイミド樹脂フィルムの両面に銅箔が貼り合わされた市販の両面銅貼基板を使用しても良い。

第一の導電層及び第二の導電層を、エッチング加工等によって選択的に除去し、配線形成を行う。エッチング加工としては、導電層上に、レジスト層等の配線パターンを形成した後、導電層を浸食するエッチャントに浸漬して、配線パターン以外の部分を取り除き、その後レジスト層を除去する化学エッチング（浸式エッチング）が例示される。第一の導電層と第二の導電層を同時にエッチング加工するとエッチング工程を一回とすることができ、製造コストを低減できる。

配線形成した両面基板にパンチング、ドリル、レーザ加工等の方法で穴を開けてスルーホール用貫通孔を形成する。スルーホールの直径は３０μｍ〜３００μｍとすることが好ましい。径が３０μｍよりも小さいと接続面積が小さくなり、第一の導電層と第二の導電層との接続抵抗が大きくなる。また径を３００μｍよりも大きくすると、配線幅に比べてスルーホールが大きくなり、高密度実装を行えなくなる。更に好ましいスルーホールの径は５０μｍ〜２００μｍである。スルーホール用貫通孔は配線形成の前に行っても良い。

その後、スルーホール内に無電界めっき及び電界めっきをおこなうことでスルーホールの壁面に導電性金属層を形成し、基材の両面のランド部を電気的に接続する。又は後述するように、スルーホール内に導電性ペーストを充填した後、乾燥、硬化させることで基材の両面のランド部がスルーホールで電気的に接続される。

次に、導電層として導電性ペーストを用いた多層プリント配線板の製造方法について図６を参照して説明する。

まず、絶縁性の基材１５を準備し（図６ａ）、パンチング、ドリル、レーザ加工等の方法で穴を開けてスルーホール用貫通孔１６を形成する（図６ｂ）。次に、基材の片面に導電性ペーストを塗布して第一の導電層、及びその一部である第一のランド部１７を形成する（図６ｃ）。同時に、導電性ペーストはスルーホール用貫通孔内にも充填される。

さらに、基材の他方の面に導電性ペーストを塗布し、第二の導電層、及びその一部である第二のランド部１８を形成する（図６ｄ）。導電性ペーストは同時にスルーホール用貫通孔内にも充填される。したがって、第一の導電層の塗布において、図６ｃのスルーホール１６ａのようにスルーホール用貫通孔内への導電性ペーストの充填不足があっても、第二の導電層の印刷工程で補充することができるため、スルーホールへ導電性ペーストを確実に充填することができる。

また、導電層とスルーホール内に同じ導電性ペーストを使用するため、導電層とスルーホールとの接着力が高くなり、ランド部同士の接続信頼性を高めることができる。

導電性ペーストは金属粉末等の導電性フィラーをバインダー樹脂中に分散させたものである。金属種類は白金、金、銀、銅、パラジウム等が例示されるが、その中でも特に銀粉末や銀コート銅粉末を使用すると優れた導電性を示すので好ましい。

バインダー樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等を使用することができる。導電性ペーストの耐熱性を考慮すると熱硬化性樹脂を使用することが好ましく、特にエポキシ樹脂を使用することが好ましい。エポキシ樹脂の種類は特に限定されないが、ビスフェノールＡ、Ｆ、Ｓ、ＡＤ等を骨格とするビスフェノール型エポキシ樹脂等の他、ナフタレン型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が例示される。また高分子量エポキシ樹脂であるフェノキシ樹脂を用いることもできる。

バインダー樹脂は溶剤に溶解して使用することができ、エステル系、エーテル系、ケトン系、エーテルエステル系、アルコール系、炭化水素系、アミン系等の有機溶剤が溶剤として使用できる。導電性ペーストはスクリーン印刷等の方法でスルーホールに充填されるため、印刷性に優れた高沸点溶剤が好ましく、具体的にはカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテートなどが特に好ましい。またこれらの溶剤を数種類組み合わせて使用することも可能である。これらの材料を３本ロール、回転撹拌脱泡機などにより混合、分散して均一な状態とし、導電性ペーストを作製する。得られた導電性ペーストは導電層の形成とスルーホール内への充填の両者に使用することができる。また導電層として金属箔を用いた多層プリント配線板でのスルーホールへの充填にも使用できる。

基材への印刷後、導電性ペーストを予備乾燥し、導電性ペースト中に含まれる溶剤を除去することが好ましい。導電性ペースト中の残留溶剤を除去することで、スルーホール内でのボイドが発生を防止でき、接続抵抗値を低くすることができる。また減圧雰囲気中で予備乾燥を行うと、予備乾燥温度を低くしても効率良く溶剤を除去でき、予備乾燥中のバインダー樹脂の硬化反応を抑えることができる。

その後、導電性ペーストを硬化させる。導電性ペーストの硬化は熱硬化が一般的であるが、紫外線硬化等の方法で行うことも出来る。また熱可塑性樹脂をバインダー樹脂とした導電性ペーストの場合は溶剤を乾燥するだけでペーストが固化するが、本発明においてはこのようなものも導電性ペーストの硬化物、と称する。

導電性ペーストをプレスしながら硬化させると導電性が向上し、好ましい。プレスすることで導電性ペーストは圧縮され、第一の導電層と第二の導電層との接続抵抗が小さくなる。またスルーホール内にも圧縮した導電性ペーストが充填されることとなる。

導電性ペーストを塗布した両面基板のみをプレスすると、スルーホールを介して第一の導電層と第二の導電層が接続した多層プリント配線板が得られる。この配線板と他の配線板を積層して、三層以上の配線層を有する多層プリント配線板を作成することもできる。また導電性ペーストを塗布した両面基板の片面、または両面に、絶縁層（カバーレイフィルム）を積層し、カバーレイフィルムの接着と導電性ペーストのプレスを一度に行うこともできる。

プレスは加熱下で行うことが好ましい。また真空状態で加熱プレスすると、導電性ペースト中のボイド発生を防ぐことができ更に好ましい。加熱温度は導電性ペーストの種類により適宜選択できるが、通常１００℃〜２８０℃である。

次に発明を実施例に基づいて説明する。ただし本発明の範囲は実施例にのみ限定されるものではない。

（実施例１）
厚み２５μｍのポリイミドフィルムにドリルで貫通孔を開け、開口径１００μｍのスルーホールを形成する。スルーホールは一つのランド部中に二個ずつになるように形成する。

ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量７０００〜８５００）７０質量部と、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１６０〜１７０）３０質量部をブチルカルビトールアセテートに溶解する。これにイミダゾール系の潜在性硬化剤１２質量部を添加し、さらに銀粒子を全固形分の５５体積％となるように添加して導電性ペーストを作製する。

貫通孔を開けた基材に導電性ペーストをスクリーン印刷し、第一の導電層を形成する。導電層として配線部と直径５００μｍのランド部が形成される。同時に、導電性ペーストはスルーホール内に充填される。その後、減圧下（１．３ｋＰａ以下）で７０℃に加熱して予備乾燥し、導電性ペースト中の溶剤を除去する。

さらに、基材の反対面に導電性ペーストをスクリーン印刷し、第二の導電層を形成する。第一の導電層と同様に配線部と直径５００μｍのランド部が形成される。同時に導電性ペーストはスルーホール内に充填される。その後、減圧下（１．３ｋＰａ以下）で７０℃に加熱して予備乾燥し、導電性ペースト中の溶剤を除去する。

両面に導電性ペーストを塗布した基材（両面配線板）を温度２００℃、圧力２．０ＭＰａで真空プレスして、多層プリント配線板１を作製する。

（実施例２）
一つのランド部中に開口径１００μｍのスルーホールを３個形成すること以外は実施例１と同様の条件で多層プリント配線板２を作製する。

（比較例１）
一つのランド部中に開口径１００μｍのスルーホールを１個形成すること以外は実施例１と同様の条件で多層プリント配線板３を作製する。

表１は、上記実施例及び比較例において、導電性ペーストの印刷時の目詰まり発生確率を０．０００１（０．０１％）とした時の、一製品での不良率の計算値である。比較例１では、一製品あたりのランド数が２００個程度であれば、製品の不良率は２％と少ないが、ランド数が増えると不良率は大きくなり、ランド数が２００００個になるとほとんどが不良となってしまう。

これに対し、ランド部中に２個のスルーホールを形成した実施例１や、ランド部中に３個のスルーホールを形成した実施例２では、一製品あたりのランド数が増えても不良率を少なくすることができる。

従来の多層プリント配線基板の製造工程を示す、断面模式図である。 従来の多層プリント配線基板の製造工程を示す、断面模式図である。 従来の多層プリント配線基板の模式図である。 本発明の多層プリント配線基板の模式図である。 本発明の多層プリント配線基板の断面模式図であり、図４のＢ−Ｂ’断面を示す。 本発明の多層プリント配線基板の製造工程を示す、断面模式図である。

符号の説明

１ 基材
２ 導電層
３ 導電層
４ 貫通孔
５ 導電性金属層
６ 導電性ペースト
７ 基材
８ スルーホール用貫通孔
９ 配線パターン
１０ 配線パターン
１１ 基材
１２ 第一のランド部
１３ 第二のランド部
１４ スルーホール
１５ 基材
１６ スルーホール
１７ 第一のランド部
１８ 第二のランド部

Claims (4)

1. 基材、前記基材の一方の表面上に設けられる第一の導電層、及び前記基材の他方の表面上に設けられる第二の導電層を有し、第一の導電層の一部である第一のランド部と第二の導電層の一部である第二のランド部が前記基材を貫通するスルーホールで電気的に接続されている多層プリント配線板であって、
   前記第一のランド部及び前記第二のランド部中に前記スルーホールを複数有することを特徴とする、多層プリント配線板。
2. 前記第一の導電層及び前記第二の導電層は導電性ペーストの硬化物からなり、前記スルーホールに導電性ペーストの硬化物が充填されていることを特徴とする、請求項１に記載の多層プリント配線板。
3. 前記第一のランド部及び第二のランド部は、直径が１ｍｍ以下の略円形状又は長径が１ｍｍ以下の略楕円形状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の多層プリント配線板。
4. 前記スルーホールの径が３０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の多層プリント配線板。

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