JP2009200310A

JP2009200310A - 多層プリント配線板およびその製造方法

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Publication number: JP2009200310A
Application number: JP2008041397A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Matsumura; 和俊松村
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2009-09-03

Abstract

【課題】絶縁層を介して積層された導電部どうしを導通させる層間導通部と、導電部との接合部分での構造欠陥の発生を防止し、積層された導電部間の導電性を高めることが可能な多層プリント配線板を提供する。
【解決手段】層間導通部２３は、例えば、第一絶縁部１１ａに形成された導電部２１ａと、第一絶縁部１１ａに重ねて配された別な第一絶縁部１１ｂに形成された導電部２１ｂとの間を電気的に接続する。層間導通部２３は、その外形が、頂部を切り取った円錐形状であり（図１（ｂ）参照）、厚さ方向Ｔに沿った断面形状は台形を成している（図１（ａ）参照）。そして、この断面形状において、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．７未満、かつ斜辺Ｒと長辺Ｌとの成す角度θが４５°〜７５°の範囲となる台形に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層のプリント配線板に関し、詳しくは、導電部どうしを導通させる層間導通部を備えた多層プリント配線板に関する。

電子機器の小型化、薄型化、高機能化の要求に伴い、接着層を介して複数の絶縁層を積層し、それぞれの絶縁層上に導電部を配した多層プリント配線板が知られている。こうした多層プリント配線板は、重ねて配された導電部の間を導通させるために、絶縁層や接着層を貫通する層間導通部が形成されている。

例えば、特許文献１に記載された発明には、多層プリント配線板の絶縁層や接着層に貫通孔を形成し、この貫通孔の内部に導電性ペーストを充填することによって、絶縁層を介して積層された上下の導電部を導通させる層間導通部が記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載された多層プリント配線板では、層間導通部の厚さ方向に沿った断面の形状が矩形を成している、即ち、層間導通部全体が円柱形状であるため、この層間導通部に外部からの物理的な応力や熱収縮による応力が加わった際に、層間導通部と、この層間導通部の厚み方向の一端側と他端側でそれぞれ接する導電部との接続界面付近でクラックなどの構造欠陥が生じ、導通不良を引き起こすという課題があった。

こうした応力による層間導通部と導電部との接続界面での構造欠陥の発生を抑制するために、例えば、特許文献２に記載された発明では、絶縁層の構成部材と、導電部や層間導通部の構成部材との熱膨張率を一定の範囲に合わせることが記載されている。これにより、熱応力に対する耐性が向上するとされている。
特開平０７−１１５２７９号公報特開２０００−３１２０６３号公報

しかしながら、特許文献２に記載された多層プリント配線板は、層間導通部を厚み方向に２層以上積層し、層間導通部どうしを直接接続した形状であるため、層間導通部自体に応力が生じやすい。また、層間導通部どうしの接合部分に欠陥が生じて導通不良が発生しやすいという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、絶縁層を介して積層された導電部どうしを導通させる層間導通部と、導電部との接合部分での構造欠陥の発生を防止し、積層された導電部間の導電性を高めることが可能な多層プリント配線板を提供することを目的とする。

また、本発明は、絶縁層を介して積層された導電部どうしを導通させる層間導通部と、導電部との接合部分での構造欠陥の発生を防止することが可能な多層プリント配線板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の多層プリント配線板は、第一絶縁部と、前記第一絶縁部の一面に形成された導電部と、前記導電部と接する層間導通部が、厚さ方向に貫通して配された第二絶縁部とを備え、前記層間導通部は、厚さ方向に沿った断面形状が台形を成す円錐形状であり、前記台形の長辺と短辺との比が０．７未満で、かつ前記台形の斜辺と長辺との成す角度が４５°〜７５°の範囲であることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の多層プリント配線板は、請求項１において、前記層間導通部は、金属フィラーと、熱硬化性樹脂を含む樹脂成分とからなることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の多層プリント配線板は、請求項１または２において、前記第一絶縁部が複数、重ねて配されてなり、前記導電部が、前記第一絶縁部どうしの間に配されるとともに、前記層間導通部が、厚さ方向に重ねて配された前記導電部どうしを電気的に接続することを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の多層プリント配線板の製造方法は、第一絶縁部と、前記第一絶縁部の一面に形成された導電部と、前記導電部と接する層間導通部が、厚さ方向に貫通して配された第二絶縁部とを備え、前記層間導通部は、厚さ方向に沿った断面形状が台形を成す円錐状であり、前記台形の長辺と短辺との比が０．７未満である多層プリント配線板の製造方法であって、少なくとも前記第二絶縁部の厚み方向に孔を形成する工程と、前記孔の内部に導電部材を充填して前記層間導通部を形成する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。

従来のような、外形が円筒形で、厚さ方向に沿った断面形状が矩形の層間導通部では、多層プリント配線板に物理的な外部応力や熱応力が加わると、厚み方向に延びる層間導通部と、この厚み方向に対して垂直に広がる導電部との接合部分に応力が集中し、この接合部分からクラックなどの構造欠陥が生じることがあった。

しかし、本発明の多層プリント配線板によれば、層間導通部の厚さ方向に沿った断面形状を、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．７未満の範囲の台形とすることで、層間導通部の外周面が厚み方向に対して最適な角度で傾斜するため、導電部に対して直角に接触せず、加わった応力が分散される。この結果、多層プリント配線板に物理的な外部応力や熱応力が加わっても、層間導通部と導電部との接合部分に応力が集中してクラックなどの構造欠陥が生じることを効果的に防止でき、層間導通部を介して導電部どうしの導電性を良好に保つことが可能になる。

また、本発明の多層プリント配線板の製造方法によれば、多層プリント配線板に物理的な外部応力や熱応力が加わっても、層間導通部と導電部との接合部分に応力が集中してクラックなどの構造欠陥が生じることを効果的に防止し、層間導通部を介して導電部どうしの導電性を良好に保つことが可能な多層プリント配線板を容易に製造することができる。

以下、本発明に係る多層プリント配線板の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１（ａ）は、本発明の多層プリント配線板の厚さ方向に沿った断面図である。また、図１（ｂ）は、層間導通部の外形形状を示す要部斜視図である。
多層プリント配線板１０は、第一絶縁部１１と、この第一絶縁部１１の一面１１ｓに形成された導電部２１と、この導電部２１と接する層間導通部２３が、厚さ方向Ｔに貫通して配された第二絶縁部１２とを備えている。

この層間導通部２３は、例えば、第一絶縁部１１ａに形成された導電部２１ａと、第一絶縁部１１ａに重ねて配された別な第一絶縁部１１ｂに形成された導電部２１ｂとの間を電気的に接続する。

層間導通部２３は、その外形が、頂部を切り取った円錐形状であり（図１（ｂ）参照）、厚さ方向Ｔに沿った断面形状は台形を成している（図１（ａ）参照）。そして、この断面形状において、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．７未満で、かつ斜辺Ｒと長辺Ｌとの成す角度θが４５°〜７５°の範囲となる台形に形成される。

このように、外形が頂部を切り取った円錐形状で、厚さ方向Ｔに沿った断面形状を台形とし、その台形の長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．７未満、かつ台形の斜辺Ｒと長辺Ｌとの成す角度θが４５°〜７５°の範囲となるような形状に層間導通部２３を形成することによって、多層プリント配線板１０に物理的な外部応力や熱応力が加わった場合でも、層間導通部２３と導電部２１との接合部分に構造欠陥が生じる事を防止できる。

即ち、従来のような、外形が円筒形で、厚さ方向に沿った断面形状が矩形の層間導通部では、多層プリント配線板の層広がり方向に沿って物理的な外部応力や熱応力が加わると、厚み方向に延びる層間導通部と、この厚み方向に対して垂直に広がる導電部との接合部分で層間導通部と導電部とを引き剥がす方向に応力が集中し、この接合部分からクラックなどの構造欠陥が生じることがあった。

しかし、本願発明のように、層間導通部２３の厚さ方向Ｔに沿った断面形状を、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．７未満、かつ斜辺Ｒと長辺Ｌとの成す角度θが４５°〜７５°の範囲の台形とすることで、層間導通部２３の外周面が厚み方向に対して最適な角度で傾斜するため、導電部２１に対して直角に接触せず、加わった応力が分散される。例えば、図１に示すような応力ＰＡ、即ち、多層プリント配線板１０の層広がり方向に沿って物理的な応力が加わったと想定すると、この応力ＰＡは層間導通部２３と導電部２１との接合部分において、層間導通部２３の断面形状が、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．７未満、かつ斜辺Ｒと長辺Ｌとの成す角度θが４５°〜７５°の範囲の台形となっているために、長辺Ｌに沿って進む応力Ｐ１と、斜辺Ｒに沿って進む応力Ｐ２の２方向に分割される。

これにより、層間導通部２３と導電部２１との接合を引き剥がす方向に加わる応力ＰＡが全て長辺Ｌに沿って進み、層間導通部２３と導電部２１との接合部分でクラックなどの構造欠陥を生じさせることを防止し、外部応力や熱応力に対して導通不良を引き起こすことの無い強い耐性を持つ多層プリント配線板１０が実現できる。

なお、斜辺Ｒと長辺Ｌとの成す角度θが４５°よりも小さいと、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が大きくなりすぎて、層間導通部２３の導電性に好ましくない影響を与える。一方、辺Ｒと長辺Ｌとの成す角度θが７５°よりも大きいと、層間導通部２３と導電部２１との接合部分での応力の分散効果が小さくなりすぎて好ましくない。

こうした多層プリント配線板１０の層間導通部２３は、後ほど詳述するように、導電部２１を底部として第一絶縁部１１に形成した円錐形の貫通孔の内部に、導電ペーストを充填することで容易に形成できる。層間導通部２３の構成材料としては、例えば、複数の金属元素を含む金属フィラーと、熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂成分とからなる導電ペーストであればよい。

第二絶縁部１２は、第一絶縁部１１に重ねて配される別な第一絶縁部１１どうしを接着する接着層であればよい。例えば、第一絶縁部１１は、ポリイミド、ＬＣＰなどから形成されていれば良い。また、第二絶縁部１２は、熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂などから形成されていれば良い。

図１に示す多層プリント配線板１０は、更に、多数の第一絶縁部１１が積層されていても良い。図２に示す多層プリント配線板１０では、複数の第一絶縁部１１，１１…が、それぞれ第二絶縁部１２を介して積層されている。そして、第一絶縁部１１，１１どうしの間に、層間導通部２３が配されている。この層間導通部２３は、厚さ方向で互いに隣接する複数の導電部２１どうしを電気的に接続している。こうした層間導通部２３は、外形が頂部を切り取った円錐形状で、厚さ方向に沿った断面形状を台形とし、その台形の長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．７未満、かつ斜辺Ｒと長辺Ｌとの成す角度θが４５°〜７５°の範囲となるように形成されている。

このような、複数の第一絶縁部１１，１１…の間に層間導通部２３が多数形成された多層プリント配線板１０においても、層間導通部２３の厚さ方向に沿った断面形状を、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．７未満、かつ斜辺Ｒと長辺Ｌとの成す角度θが４５°〜７５°の範囲の台形とすることで、多層プリント配線板１０に物理的な外部応力や熱応力が加わっても、応力を斜辺Ｒ方向と長辺Ｌ方向に分散されるので、層間導通部２３と導電部２１との接合部分に応力が集中してクラックなどの構造欠陥が生じることを効果的に防止できる。

図３は、本発明の多層プリント配線板の製造方法を段階的に示す断面図である。本発明の製造方法によって、多層プリント配線板を製造する際には、まず、第一絶縁部５１の一面５１ｓに導電部５７を形成する（図３（ａ）参照）。第一絶縁部５１は、例えば、ポリイミド、ＬＣＰなどであればよい。また、導電部５７は、例えばＣｕ薄膜などであれば良い。そして、この導電部５７にエッチングレジストをラミネート等で形成し、所定の配線パターンを露光、現像させた後、導電部５７をエッチングする（図３（ｂ）参照）。導電部５７のエッチングは、例えば、塩化第二銅溶液を用いて行えば良い。これにより、導電部５７は所定の配線パターンに形成される。

次に、第一絶縁部５１の他面５１ｍに接着層を成す第二絶縁部５２を形成する（図３（ｃ）参照）。第二絶縁部５２は、熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂であればよく、一例として、熱硬化性エポキシフィルムを第一絶縁部５１の他面５１ｍに熱プレスマシンによって貼り合わせればよい。

更に、この第二絶縁部５２に重ねてマスクフィルム５３を熱プレスマシンによって貼り合わせる（図３（ｄ）参照）。マスクフィルム５３としては、例えば、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮなどが好ましく挙げられる。こうしたマスクフィルム５３の厚さを調節する事によって、後述する孔の形状やその高さを任意に変えることができる。

続いて、層間導通部を形成する位置に、マスクフィルム５３から第二絶縁部５２を経て第一絶縁部５１まで貫通する孔５５を形成する（図３（ｅ）参照：第二絶縁部の厚み方向に孔を形成する工程）。こうした孔５５の形成にあたっては、例えば、炭酸ガスレーザ、ＵＶ−ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどのレーザ光線によって、導電部５７を底面とした有底の孔５５を形成すればよい。孔５５は、照射側の直径が大きく、第一絶縁部５１に向かうにつれてその直径が漸減していくような、厚さ方向の断面において台形を成す形状に形成する。この断面台形は、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比（長辺に対する短辺の長さの比：短辺／長辺）が０．７未満、かつ斜辺Ｒと長辺Ｌとの成す角度θが４５°〜７５°の範囲となるようにする。

そして、この孔５５の内部を埋めるように、導電ペーストを均一に充填する（図３（ｆ）参照：孔の内部に導電部材を充填して層間導通部を形成する工程）。導電ペーストとしては、複数の金属元素を含む金属フィラーと、熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂成分とからなる導電ペーストであればよい。例えば、熱硬化性樹脂とスズを含む金属ペーストとの混合物が挙げられる。

こうした導電ペーストは、加熱、ないし加圧する事によって、導電膜と金属フィラー、金属フィラーどうしが接触、焼結し、導電性が発揮される。導電ペーストの充填方法としては、スクリーン印刷法が好ましい。これによって、その外形が、頂部を切り取った円錐形状であり（図１（ｂ）参照）、厚さ方向に沿った断面形状は台形を成し、この断面台形において、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．７未満、かつ斜辺Ｒと長辺Ｌとの成す角度θが４５°〜７５°の範囲となる層間導通部６２が形成される。

なお、こうした孔５５の内部を埋める層間導通部６２を形成する前工程として、孔５５の形成後に孔の内部に残留したスミア等を除去するデスミア処理を行うことが好ましい。このデスミア処理によって、導電部５７と層間導通部６２との接合部分での接続信頼性が高められる。デスミア処理としては、例えば、ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６，ＮＦ_３等の反応性ガスを用いたプラズマデスミア、または、過マンガン酸などを用いたウエットデスミアであればよい。

次に、第二絶縁部５２からマスクフィルム５３を剥離させる（図３（ｇ）参照）。マスクフィルム５３を剥離させると、層間導通部６２の形成領域において、マスクフィルム５３の厚みに相当する分だけ、層間導通部６２が第二絶縁部５２の一面５２ｓから突出する。こうして、１層分の基材６５が完成する。

続いて、導電部５７を形成した第一絶縁部５１の他面５１ｍ側に重ねて配する、別な第一絶縁部５１に、導電部５７を形成する。そして、これら２つの第一絶縁部５１を重ねて、接着層をなす第二絶縁部５２を介して第一絶縁部５１，５１どうしを積み重ねる（図３（ｈ）参照）。

このように、必要な層数だけ基材６５を重ねた後に、全部の層を熱プレスマシンによって一括して熱圧着する図３（ｉ）参照）。これによって、一回の熱圧着で多数の第一絶縁部５１からなる多層プリント配線板５０を形成することができ、製造工程の短縮化、簡略化を図ることができる。この時の加熱温度は、接着層を成す第二絶縁部５２の軟化温度以上であれば良い。

この時、層間導通部６２が第二絶縁部５２の一面５２ｓから突出した状態で厚み方向に隣接する導電部５７に圧着されるため、層間導通部６２と導電部５７との接続を確実にして、導電性を高めることができる。

この後、多層プリント配線板５０全体を焼成し、導電部５７が露呈している部分にソルダーレジスト、またはカバーレイを形成するのが好ましい。

上述した本発明の多層プリント配線板の製造方法によれば、層間導通部６２の厚さ方向に沿った断面形状を、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．７未満、かつ斜辺Ｒと長辺Ｌとの成す角度θが４５°〜７５°の範囲の台形とすることで、多層プリント配線板５０に物理的な外部応力や熱応力が加わっても、層間導通部６３と導電部５７との接合部分に応力が集中してクラックなどの構造欠陥が生じることを効果的に防止できる多層プリント配線板の製造が可能になる。

本発明の効果を検証した実施例を以下に示す。図１に示す本発明の多層プリント配線板において、層間導通部の厚さ方向に沿った断面における台形の形状として、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比を０．４８，０．５５，０．６８，および０．７２にした４種類の試料について、層間導通部における抵抗の比を測定した。なお、ここでいう抵抗の比とは、間導通部の断面台形の長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．４８のものを１した時の比を示している。こうした層間導通部の形状による抵抗の比を表１に示す。

表１に示す結果によれば、層間導通部の厚さ方向に沿った断面における台形の形状として、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．６８を超えて０．７２にすると、抵抗の比が急激に高まり、多層プリント配線板全体の内部抵抗が高くなってしまうことが判明した。厚さ方向に沿った断面における台形の形状として、長辺Ｌと短辺Ｓとの長さの比が０．７未満になるように層間導通部を形成すると好ましい事が確認された。

本発明の多層プリント配線板の一例を示す断面図および斜視図である。本発明の多層プリント配線板の一例を示す断面図である。多層プリント配線板の製造方法の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０多層プリント配線板、１１第一絶縁部、１２第二絶縁部、２１導電部、２３層間導通部、Ｌ長辺、Ｓ短辺、Ｒ斜辺。

Claims

第一絶縁部と、前記第一絶縁部の一面に形成された導電部と、前記導電部と接する層間導通部が、厚さ方向に貫通して配された第二絶縁部とを備え、
前記層間導通部は、厚さ方向に沿った断面形状が台形を成す円錐形状であり、前記台形の長辺と短辺との比が０．７未満で、かつ前記台形の斜辺と長辺との成す角度が４５°〜７５°の範囲であることを特徴とする多層プリント配線板。
前記層間導通部は、金属フィラーと、熱硬化性樹脂を含む樹脂成分とからなることを特徴とする請求項１記載の多層プリント配線板。
前記第一絶縁部が複数、重ねて配されてなり、前記導電部が、前記第一絶縁部どうしの間に配されるとともに、前記層間導通部が、厚さ方向に重ねて配された前記導電部どうしを電気的に接続することを特徴とする請求項１または２記載の多層プリント配線板。
第一絶縁部と、前記第一絶縁部の一面に形成された導電部と、前記導電部と接する層間導通部が、厚さ方向に貫通して配された第二絶縁部とを備え、前記層間導通部は、厚さ方向に沿った断面形状が台形を成す円錐状であり、前記台形の長辺と短辺との比が０．７未満である多層プリント配線板の製造方法であって、
少なくとも前記第二絶縁部の厚み方向に孔を形成する工程と、前記孔の内部に導電部材を充填して前記層間導通部を形成する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。