JP2010232249A - 多層プリント配線板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性ペーストによる層間接続部材とメッキ導体から成る層間接続部材との接続部の、熱衝撃等に対する電気的接続の信頼性を向上させた多層プリント配線板とその製造方法を提供する。
【解決手段】第一の絶縁層１２と第二の絶縁層２２を有し、各層に設けられた回路配線１４，１５が、第一、第二のビアホール１６，２８を介して各々電気的に接続する。第一の絶縁層１２は、第一のビアホール１６に、導電性ペースト１７による第一の層間接続部材１８を有する。第二の絶縁層２２は、レーザ光により第二の絶縁層２２及びその回路配線２６を貫通して形成された第二のビアホール２８を有する。レーザ光により、第一の層間接続部材１８に凹部１８ａが形成されている。第二のビアホール２８内、及び第一の層間接続部材１８の凹部１８ａには、金属メッキによる第二の層間接続部材３０を有する。凹部１８ａで、第一、第二の層間接続部材１８,３０が接続している。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の回路配線が絶縁層を挟んで積層され、各層の回路配線がビアホールの層間接続部を介して接続された多層プリント配線板とその製造方法に関する。

従来、多層プリント配線板において絶縁層で絶縁された各回路配線を電気的に接続するため、内部に導電材が設けられたビアホールが絶縁層を貫通して形成されている。この層間接続構造は、絶縁層に形成されたビアホール内に、銅メッキや導電性ペーストを充填する方法が用いられている。特に、導電性ペーストを用いた層間接続方法は、環境負荷が小さく製造方法も簡易である点で優れている。

この層間接続構造は、レーザ光により絶縁層にビアホールを形成し、このビアホールの一方の側に金属箔による回路配線のランド部やメッキ層による層間接続部が位置し、ビアホール内には導電性ペーストが充填され、そのビアホール内の導電性ペーストによる層間接続部と、さらに他層の回路配線のランド部等の層間接続部とが接続されたものとなっている。

しかしながら、金属箔やメッキ層に樹脂バインダの導電性ペーストが接続した層間接続構造は、接着性が悪く、接続部の剥離が生じ電気的接続の信頼性が低いものであった。そこで層間接続部の電気的信頼性を高めた多層プリント配線板として、特許文献１〜４に開示されたものがある。

特許文献１に開示された層間接続構造は、導電性ペースト中の錫（Ｓｎ）原子が銅箔内に拡散し拡散層を形成するようにして、ビアホール内の導電性ペースト部と銅箔のランド部との接続を確実にしているものである。また、特許文献２は、銅箔により一方の開口部が塞がれたブラインドビアホール内に導電性ペーストを充填する場合に、ビアホール内に気泡が残らないように多孔質の絶縁層を用いてビアホールを形成して、導電性ペーストが確実にビアホール内に充填されるようにして、表面の銅箔ランド等と確実に接続するようにしたものである。

さらに、特許文献３には、多層プリント配線板の絶縁層にレーザ光によりビアホールを形成する際に、レーザ光が導電性ペーストを浸食しないように、ビアホールの一方の側の導電性ペースを覆う導体層を設けた多層プリント配線板も提案されている。

特許文献４には、プリント配線板を積層する場合に、ビアホールから突出した導電性ペーストと、金属メッキによる層間接続が確実に行われるように、金属メッキによる層間接続部を凹状に形成して、導電性ペーストと金属メッキの接続部の電気的信頼性を高くするようにした多層プリント基板が開示されている。

特開２００４−３５６４４４号公報 特開２００５−１１６６６０号公報 特開２００７−２３５１６５号公報 特開２００７−２９９９４３号公報

しかしながら、上記特許文献１〜４に開示された層間接続構造においても、金属メッキによる層間接続部材と導電性ペーストの層間接続部材は、金属と導電性ペーストの樹脂との熱膨張係数の違い等により、ヒートサイクルや熱衝撃による接続界面での剥離が生じ、電気抵抗の増加や断線が生じる恐れがあった。

この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたもので、導電性ペーストによる層間接続部材とメッキ導体から成る層間接続部材との接続部の、熱衝撃等に対する電気的接続の信頼性を向上させた多層プリント配線板とその製造方法を提供することを目的とする。

この発明は、少なくとも第一の絶縁層と第二の絶縁層を有し、各層に設けられた回路配線がビアホールに設けられた層間接続部材を介して電気的に接続された多層プリント配線板であって、前記第一の絶縁層には、第一のビアホールに導電性ペーストが充填されて形成された第一の層間接続部材が設けられ、さらに前記第二の絶縁層が積層され、レーザ光により前記第二の絶縁層及びその回路配線を貫通して前記第二のビアホールが設けられ、さらに前記レーザ光により前記第一の層間接続部材に凹部が形成され、前記第二のビアホール内及び前記第一の層間接続部材の凹部には、金属メッキによる第二の層間接続部材が設けられ、前記凹部で前記第一、第二の層間接続部材が接続して成る多層プリント配線板である。

前記導電性ペーストは、金属粒子として錫を含有しているものである。さらに、前記導電性ペースト中の錫が前記金属メッキによる第二の層間接続部材中に拡散しているものである。また、前記第一の絶縁層はポリイミドであり、前記第二の絶縁層はガラスエポキシである。

またこの発明は、各層に回路配線を形成した少なくとも第一の絶縁層と第二の絶縁層を積層し、各層の前記回路配線を、ビアホールに設けられた層間接続部材を介して電気的に接続する多層プリント配線板の製造方法であって、前記回路配線を形成するための銅箔が設けられた前記第一の絶縁層に第一のビアホールを形成し、この第一のビアホールに導電性ペーストから成る第一の層間接続部材を充填し、前記第一の絶縁層に前記銅箔による前記回路配線を形成し、前記第一の絶縁層の前記第一の層間接続部材が露出した面に、前記回路配線を形成するための銅箔が設けられた前記第二の絶縁層を積層し、この後、レーザ光を用いて前記第二の絶縁層に第二のビアホールを形成し、同時に前記レーザ光により前記導電性ペーストによる第一の層間接続部材の表面に凹部を形成し、前記第二のビアホール内及び前記第一の層間接続部材の前記凹部に金属メッキによる第二の層間接続部材を形成し、この後、前記第二の絶縁層の前記銅箔をエッチングして前記回路配線を形成し、前記第二の層間接続部材により、第二の絶縁層を挟んで設けられた前記各回路配線を接続する多層プリント配線板の製造方法である。

前記レーザ光は、前記第二の絶縁層の表側に位置した前記回路配線のランド部の銅箔及び前記第二の絶縁層を貫通して、前記第一の層間接続部材に凹部を形成するものである。特に、前記レーザ光は、前記第一の層間接続部材中の樹脂成分をより多く蒸発させるものである。

この発明の多層プリント配線板とその製造方法によれば、導電性ペーストによる層間接続部材と金属メッキから成る層間接続部材との接続部の接合強度が高く、ヒートサイクルや熱衝撃等に対する電気的接続の信頼性が向上し、電子機器の耐環境性能や耐久性を向上させ、しかも、コストの増加も少ないものである。

この発明の一実施形態の多層プリント配線板の製造工程を示した断面図である。 この発明の一実施形態の多層プリント配線板の断面図である。 この発明の他の実施形態の多層プリント配線板の断面図である。

以下、この発明の多層プリント配線板の一実施形態について、図１、図２を基にして説明する。この実施形態の多層プリント配線板１０は、図２に示すように、複数層に積層された絶縁基板の一つの層である絶縁層１２を有している。絶縁層１２は、ポリイミド等の絶縁性の基板から成り、両面に銅箔１３が貼り付けられたものである。絶縁層１２の表裏面の銅箔１３は、所定の回路パターンに形成され接続用のランド部１４ａ，１５ａ等を有した回路配線１４，１５を構成している。絶縁層１２には、表裏の回路配線１４，１５間を電気的に接続するためのビアホール１６が形成され、導電性ペースト１７による第一の層間接続部材１８が充填されて、表裏の回路配線１４，１５を接続している。

絶縁層１２の表裏面には、絶縁層２２，２４が積層されている。絶縁層２２には、ポリイミド等のカバーレイ２２ａが回路配線１４に積層され、さらにガラスエポキシ樹脂等から成り片面銅張り板の絶縁基板２２ｂが積層されて構成されている。絶縁層２４も同様に、ポリイミド等のカバーレイ２４ａが裏面側の回路配線１５に積層され、さらに片面銅張り板のガラスエポキシ樹脂等の絶縁基板２４ｂが積層されて構成されている。

絶縁層２２の絶縁基板２２ｂの外側には、銅箔による回路配線２６が形成され、絶縁層１２との間の回路配線１４と電気的に接続するビアホール２８が貫通して形成され、回路配線１４の回路パターンのランド部１４ａと繋がっている。ビアホール２８の内壁、ビアホール２８に露出した第一の層間接続部材１８表面、及び回路配線２６のランド部２６ａの表面には、連続して銅メッキによる第二の層間接続部材３０が形成され、回路配線１４と回路配線２６を電気的に繋いでいる。

絶縁層２４の絶縁基材２４ｂの外側にも回路配線２７が設けられ、絶縁層１２との間の回路配線１５と電気的に接続するためのビアホール３２が貫通して形成され、回路配線１５のランド部１５ａが、ビアホール３２に露出している。ビアホール３２の内周面、ビアホール３２内に露出したランド部１５ａ、及び回路配線２７のランド部２７ａの表面には、連続して銅メッキによる層間接続部材３４が形成され、回路配線１５と回路配線２７を電気的に繋いでいる。

ここで充填する導電性ペースト１７は、熱可塑性樹脂中に高融点金属と低融点金属の金属粒子が混合され、後の加熱処理で合金化するもの等である。例えば、高融点金属は、少なくとも銅を含み、銅単体の粒子、又は銅と金、銀、亜鉛、及びニッケルの内１つ以上の金属とを含む合金の粒子である。また、これら金属粒子の表面は、金、銀、亜鉛、又はニッケル、又はそれらの合金がメッキ等により被覆されていてもよい。これらの金属粒子の平均粒径は、６〜１０μｍ例えば８μｍである。また、低融点金属は、Ｓｎ、又はＳｎを含む合金（例えば、ハンダ）の粒子である。ハンダとしては、Ｓｎ−Ｃｕ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系ハンダ、これらにＩｎ、Ｚｎ、Ｂｉのいずれか一つ以上を添加し、さらに適宜混合して用いても良い。導電性ペースト３６のバインダ樹脂は、熱可塑性樹脂である。例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアクリル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニルブチラールなどの熱可塑性樹脂を用いることが出来る。

次に、この実施形態の多層プリント配線板１０製造方法について、図１を基にして説明する。先ず、図１（ａ）に示すように、ポリイミド等の両面銅張り板３６の銅箔１３が形成された一側面側から、レーザ光Ｌ１を照射しビアホール１６を形成する。このとき、裏面側の銅箔１３は貫通させないようにレーザ光Ｌ１を照射する。この後、ビアホール内をデスミア処理し、図１（ｂ）に示すように、導電性ペースト１７をビアホール１６内に充填する。充填方法は、スクリーン印刷、インクジェット印刷等の印刷などの方法が使用できる。また、剥離性のフィルムをマスク材としてスクイーズにより充填する方法も用いることができる。

次に、両面銅張り板３６を熱プレスして導電性ペースト１７を溶融・硬化させて、導体層間の電気的接続を図る。その後、回路配線１４，１５を形成する表裏面の銅箔１３に、エッチングレジストのドライフィルムを貼り付け、所定の回路パターンに露光してエッチングし、図１（ｃ）に示すように、回路配線１４，１５を形成する。この後、カバーレイ２２ａを回路配線１４に被せ、さらに、銅箔２３が片面に設けられたガラスエポキシ基板２２ｂの片面銅張り板３８を積層する。そして、図１（ｄ）に示すように、所定の温度と圧力でプレスして各基板を貼り合わせ一体にする。

この後、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等を用いたレーザ光Ｌ２により、図１（ｅ）に示すように、銅箔２３及び絶縁層２２に、貫通孔であるビアホール２８を形成する。このとき、レーザ光Ｌ２は、ランド部２６ａ，１４ａを貫通して、導電性ペースト１７による第一の層間接続部材１８に、凹部１８ａを形成する程度の強さに調節する。この場合、まず銅箔２３のビアホール形成位置をエッチングにより開口し、その後レーザ光Ｌ２を照射して、絶縁層２２に貫通孔のビアホール２８を形成しても良い。

この後、デスミア処理によりレーザ加工によるスミアを除去して、図１（ｆ）に示すように、銅箔２３、ビアホール２８の内周面、ランド部２６ａ，１４ａ、及び第一の層間接続部材１８の凹部１８ａ内に銅メッキを施し、ビアホール２８に層間接続部材３０を形成する。銅メッキの形成は、無電解メッキの後、電解メッキにより所定の厚さに形成する。銅メッキによる層間接続部材３０は、導電性ペースト１７の凹面１８ａにより、導電性ペースト１７による第一の層間接続部材１８と、銅メッキによる第二の層間接続部材３０との接続強度が増して、ヒートサイクルや熱衝撃による層間剥離に対して強くなり、ランド部１４ａ，２６ａの電気的接続の信頼性が向上する。

さらに、図２に示すように、所定の絶縁層２４を形成するために、絶縁層１２の裏面側にカバーレイ２４ａを貼り付け、片面銅張り板であるガラスエポキシ基板２４ｂの銅箔のない方の面をカバーレイ２３ａに貼り合わせる。そして、レーザ光によりビアホール３２を形成し、デスミア処理の後、ビアホール３２内、ランド部１５ａに銅メッキによる層間接続部材３４を形成し、ランド部１５ａとガラスエポキシ基板２４ｂの銅箔とを接続する。この後、表裏面のガラスエポキシ基板２２ｂ，２４ｂの銅箔２３にマスキングフィルムを施して、所定のパターンに露光し、エッチングして、図２に示すように、表裏面に回路配線２６，２７の回路パターンやランド部２６ａ，２７ａを形成する。

この実施形態の多層プリント配線板１０によれば、導電性ペースト１７による層間接続部材１８の表面に、レーザ光により凹部１８ａが形成され、銅メッキによる層間接続部材３０との接続部の結合強度が高くなり、熱衝撃等に対する電気的接続の信頼性が向上し、使用する電子機器の耐環境性能や耐久性を向上させ、しかも、コストの増加も少ないものである。

なお、この発明の多層プリント配線板とその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、図３に示すように、ビアホール２８に施される銅メッキは、ビアホール２８を埋めるフィルドメッキでも良く、フィルドメッキにより、ビアホール２８に露出した第一の層間接続部材１８表面、ランド部１４ａ、及び回路配線２６のランド部２６ａを接続する。また、絶縁層の厚みや材質も適宜設定可能なものであり、レーザの種類や照射径や方法も適宜設定可能なものである。

１０ 多層プリント配線板
１２，２２，２４ 絶縁層
１４，１５，２６，２７ 回路配線
１７ 導電性ペースト
１６，２８，３２ ビアホール
１８，３０，３４ 層間接続部材
３６ 両面銅張り板
３８ 片面倒張り板

Claims (6)

1. 少なくとも第一の絶縁層と第二の絶縁層を有し、各層に設けられた回路配線がビアホールに設けられた層間接続部材を介して電気的に接続された多層プリント配線板において、
   前記第一の絶縁層には、第一のビアホールに導電性ペーストが充填されて形成された第一の層間接続部材が設けられ、さらに前記第二の絶縁層が積層され、レーザ光により前記第二の絶縁層及びその回路配線を貫通して前記第二のビアホールが設けられ、さらに前記レーザ光により前記第一の層間接続部材に凹部が形成され、前記第二のビアホール内及び前記第一の層間接続部材の凹部には、金属メッキによる第二の層間接続部材が設けられ、前記凹部で前記第一、第二の層間接続部材が接続して成ることを特徴とする多層プリント配線板。
2. 前記導電性ペーストは、金属粒子として錫を含有している請求項１記載の多層プリント配線板。
3. 前記導電性ペースト中の錫が前記金属メッキによる第二の層間接続部材中に拡散している請求項２記載の多層プリント配線板。
4. 前記第一の絶縁層はポリイミドであり、前記第二の絶縁層はガラスエポキシである請求項１記載の多層プリント配線板。
5. 各層に回路配線を形成した少なくとも第一の絶縁層と第二の絶縁層を積層し、各層の前記回路配線を、ビアホールに設けられた層間接続部材を介して電気的に接続する多層プリント配線板の製造方法において、
   前記回路配線を形成するための銅箔が設けられた前記第一の絶縁層に第一のビアホールを形成し、この第一のビアホールに導電性ペーストから成る第一の層間接続部材を充填し、前記第一の絶縁層に前記銅箔による前記回路配線を形成し、前記第一の絶縁層の前記第一の層間接続部材が露出した面に、前記回路配線を形成するための銅箔が設けられた前記第二の絶縁層を積層し、この後、レーザ光を用いて前記第二の絶縁層に第二のビアホールを形成し、同時に前記レーザ光により前記導電性ペーストによる第一の層間接続部材の表面に凹部を形成し、前記第二のビアホール内及び前記第一の層間接続部材の前記凹部に金属メッキによる第二の層間接続部材を形成し、この後、前記第二の絶縁層の前記銅箔をエッチングして前記回路配線を形成し、前記第二の層間接続部材により、第二の絶縁層を挟んで設けられた前記各回路配線を接続することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
6. 前記レーザ光は、前記第二の絶縁層の表側に位置した前記回路配線のランド部の銅箔及び前記第二の絶縁層を貫通して、前記第一の層間接続部材に凹部を形成する請求項５記載の多層プリント配線板の製造方法。
   

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