JP2008288612A - 多層配線板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多層配線板において、より高い配線自由度をえることができ、材料コストの削減、基板容量の縮小を達成すること。
【解決手段】マザーボードプリント配線板１０に、予め外形加工がなされた少なくとも１枚の配線回路付き基材２１が貼り合わせされており、それらが少なくとも１箇所でインナビアホール２４によって電気的に接続されている。配線回路付き基材２１の外形はマザーボードプリント配線板１０の外形より小さく、配線回路付き基材２１がマザーボードプリント配線板１０上で島状をなしている。
【選択図】図１

Description

この発明は、多層配線板およびその製造方法に関し、特に、多層フレキシブルプリント配線板に関するものである。

近年の電子機器は、高周波信号、ディジタル化等に加え、小型、軽量化が進み、それに伴い、搭載されるプリント配線板においても、小型、高密度実装化等が要求される。これらの要求に応えるプリント配線板として、リジッド部とフレックス部とを含むリジッドフレックスプリント配線板がある（特許文献１）。

リジッドフレックスプリント配線板の代表的な製造プロセスを、図１３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。

図１３（ａ）に示されているように、ポリイミドフィルム等によるフレックス基板１０１の両面と、プリプレグ等による内層リジッド基板１０２の両面および外層リジット基板１０３の片面にそれぞれ配線回路１０４をサブトラクティブ法によって形成する。

ついで、接着シート１０５および内層リジット基板１０２、外層リジット基板１０３にプレス打ち抜き等によってフレックス部露出穴１０９を設ける。ついで、フレックス基板用カバーレイヤ１０６、内層リジッド基板１０２、接着シート１０５、外層リジット基板１０３を、フレックス基板１０１の表裏に重ねて配置し、積層加工によって図１３（ｂ）に示されている積層体１００を得る。

ついで、積層体１００に、ドリル孔あけ加工、めっき処理、エッチング等を施し、スルーホール１０７、外層配線回路１０８等を形成し、最後に、リジッド部分Ｂとフレックス部分Ａの外形を同時に抜くことで、図１３（ｃ）に示されているようなリジッドフレックスプリント配線板１１０を得る。

また、リジットフレックスプリント配線板の表層にビルドアップ層を設け、ＩＶＨ（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）やＳＶＨ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）によって層間接続をするものも発表されている。
特開２００２−１５８４４５号公報

しかしながら、このようなリジッドフレックスプリント配線板の場合、リジッド部の積層後に、リジッド部とフレックス部の外形を同時に抜くことが行われるから、リジッド部の形状（領域）は、フレックス基板とその表裏に積層されている内層リジット基板、外層リジット基板を含む多層部と同じになる。

このため、リジッド部に余分な多層化領域が存在することが生じ、材料コストに無駄が生じる。また、多層領域の位置に制限が設けられ、配線の自由度を損なうことになる。にもかかわらず、電子部品実装用の多層化部（リジッド部）とフレックス基板の接続技術としては、リジッドフレックスプリント配線板が、配線の自由度、基板面積という点で最良であるのが現状である。

この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、より高い配線自由度をえることができ、材料コストの削減、基板容量の縮小を達成する多層配線板およびその製造方法を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、この発明による多層配線板は、マザーボードプリント配線板に、予め外形加工がなされた少なくとも１枚の配線回路付き基材が貼り合わせされており、それらが少なくとも１箇所でインナビアホールによって電気的に接続されている。

このことにより、配線回路付き基材の外形を前記マザーボードプリント配線板の外形に合わせる必要がなく、配線回路付き基材の外形を前記マザーボードプリント配線板の外形より小さく設定でき、配線回路付き基材がマザーボードプリント配線板上で必要部位を選んだ島状をなしている構造にすることができる。

また、外形加工済みの配線回路付き基材を複数枚の積層することができ、マザーボードプリント配線板上で必要部位を選んで最小必要限度の領域を多層化することができる。この外形加工済みの配線回路付き基材は、絶縁層の片面に配線回路が形成された片面配線回路付き基材であってよい。

また、前記マザーボードプリント配線板の絶縁層や前記配線回路付き基材の絶縁層はポリイミド等の可撓性樹脂により構成することができ、全体を、あるいは部分的にフレキシブルプリント配線板とすることができる。また、マザーボードプリント配線板の絶縁層と配線回路付き基材の絶縁層は、熱的、機械的影響の観点等から、同じ材料によって構成されていることが好ましい。

また、この発明による多層配線板は、導電層の保護のために、前記マザーボードプリント配線板及び前記配線回路付き基材を被覆するカバー層が形成されているか、前記配線回路付き基材の配置部位を開口させたカバー層が形成されている。そして、前記カバー層の開口において前記カバー層と前記配線回路付き基材との隙間に露呈する前記マザーボードプリント配線板の配線回路が当該配線回路より貴なる金属によって被覆されている、あるいは前記カバー層の開口において前記カバー層と前記配線回路付き基材との隙間に露呈する前記マザーボードプリント配線板の表面を被覆する追加のカバー層が形成されている。

また、この発明による多層配線板は、前記配線回路付き基材のうち、前記マザーボードプリント配線板と接触する配線回路付き基材の絶縁層が前記マザーボードプリント配線板を被覆するカバー層を兼ねている。

また、この発明による多層配線板は、前記配線回路付き基材のインナビアホールには層間導通のための導電性ペーストが充填されており、更には、前記配線回路付き基材の導電層に導電性ペースト充填時の空気抜き孔として作用する小孔があけられている。

また、上述の目的を達成するために、この発明による多層配線板の製造方法は、マザーボードプリント配線板の表面あるいは／および裏面に、外形加工済みの配線回路付き基材を貼り合わせる工程を含む。さらには、マザーボードプリント配線板の表面あるいは／および裏面に、配線回路形成、バイアホール形成および外形加工済みの配線回路付き基材を貼り合わせる工程を含む。

この多層配線板の製造方法では、配線回路付き基材の外形を前記マザーボードプリント配線板の外形に合わせる必要がなく、配線回路付き基材の外形を前記マザーボードプリント配線板の外形より小さく設定でき、配線回路付き基材がマザーボードプリント配線板上で必要部位を選んだ島状をなしている構造にすることができる。

また、この多層配線板の製造方法は、前記配線回路付き基材をマザーボードプリント配線板に貼り合わせる工程の前に、マザーボードプリント配線板に、前記配線回路付き基材の貼り合わせ部位を開口させたカバー層を形成する工程を含む。

また、この多層配線板の製造方法は、前記配線回路付き基材をマザーボードプリント配線板に貼り合わせる工程の後に、前記マザーボードプリント配線板および前記配線回路付き基材を被覆するカバー層を形成する工程を含む。

以上の説明から理解される如く、この発明による多層配線板およびその製造方法によれば、マザーボードプリント配線板に、予め外形加工がなされた少なくとも１枚の配線回路付き基材が貼り合わせされ、それらが少なくとも１箇所でインナビアホールによって電気的に接続されている。配線回路付き基材の外形はマザーボードプリント配線板の外形より小さく、配線回路付き基材がマザーボードプリント配線板上で島状をなしているから、より高い配線自由度をえることができ、材料コストの削減、基板容量の縮小を達成することができる。

以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。

図１、図２はこの発明による多層配線板の基本的な実施形態を示している。本実施形態の多層配線板は、マザーボードプリント配線板（ベース基板）１０の表裏の複数箇所に、各々、予め外形加工をなされた部分的配線基板（多層化部分）２０が島状に貼り合わせされている。部分的配線基板２０は、予め、マザーボードプリント配線板１０の外形よりも小さい所定形状に外形加工された複数枚の片面配線回路付き樹脂基材２１をマザーボードプリント配線板１０の表裏に一括積層したものである。なお、部分的配線基板２０は、両面配線回路付き樹脂基材を含んで多層化することもできる。

マザーボードプリント配線板１０は、絶縁基材１１の表裏両面に導体層（配線回路）１２を有する。マザーボードプリント配線板１０の絶縁基材１１はポリイミド等の可撓性樹脂により構成することができる。片面配線回路付き樹脂基材２１は、絶縁基材２２の片面に導体層（配線回路）２３を有する。片面配線回路付き樹脂基材２１の絶縁基材２２も、リジッドなプリプレグ以外に、ポリイミド等の可撓性樹脂により構成することができる。

多層化された片面配線回路付き樹脂基材２１の導体層２３同士と、片面配線回路付き樹脂基材２１の導体層２３とマザーボードプリント配線板１０の導体層１２とが、各々片面配線回路付き樹脂基材２１に形成されたインナビアホール（バイアホール）２４の導電性ペースト等による導体２５によって電気的に接続されている。

具体的な製造方法としては、マザーボードプリント配線板１０の表面あるいは／および裏面の一部に、外形加工済みである片面配線回路付き樹脂基材２１を貼り合わせる工程を含むものである。これは、もちろん、片面配線回路付き樹脂基材２１を一枚づつ貼り合わせていくビルドアップ法でも構わないが、より簡略な製造工程とし、製造コストの削減を図る場合には、マザーボードプリント配線板１０の表面あるいは／および裏面の一部に、配線回路形成、バイアホール形成および外形加工済みである片面配線回路付き樹脂基材２１を、複数枚重ね、一括で加熱加圧することで貼り合わせる一括積層法が適用される。

片面配線回路付き樹脂基材２１同士の接着と、片面配線回路付き樹脂基材２１とマザーボードプリント配線板１０との接着は、片面配線回路付き樹脂基材２１の絶縁基材２２の導体層２３とは反対側の面に接着層（図示省略）を形成し、この接着層によって行うことができる。片面配線回路付き樹脂基材２１の絶縁基材２２が、熱可塑性ポリイミド、あるいは熱可塑性ポリイミドに熱硬化機能を付与したもの、あるいは液晶ポリマ等、それ自身、接着性を有するものであれば、上述の接着層を省略することができる。

これらによれば、マザーボードプリント配線板１０の表面の自由な位置に電子部品実装用の多層化部（部分的配線基板２０）を自由に配置でき、しかも、余計な多層化部を削減でき、材料費を大きく削減できる。

リジッドフレックスプリント配線板のように、ポリイミド等の可撓性樹脂基板によるフレックス部とリジットな多層部が混在するような場合でも、上述のマザーボードプリント配線板１０をフレックス基板とすることで、上記課題が解決される。特に、誘電特性、軽薄、といった要求により、電子部品実装部分がポリイミドのような高価な材料で構成される場合には、この効果は極めて大きいといえる。

また、このような基板構成の場合、電子部品実装部である部分的配線基板２０の絶縁層（絶縁基材２２）とフレックス部（マザーボードプリント配線板１０）の絶縁層（絶縁基材１１）を同じ材料とし、両者の熱的、機械的特性を合わせることで、高い熱的、機械的信頼性を得ることができる。

マザーボードプリント配線板１０には、導電層の保護を目的としてカバーレイヤやソルダーレジスト等のカバー層が設けられるのが一般的である。マザーボードプリント配線板１０のカバー層は、片面配線回路付き樹脂基材２１によって多層化される部分を予め開口しておき、開口部に片面配線回路付き樹脂基材２１を貼り合わせてよい。この場合には、図３に示されているように、開口部１３Ａにおいて、多層化されている部分（部分的配線基板２０の配置部）とカバー層１３との間に隙間ｇができ、隙間ｇ部分では導電層１２がむき出し（外部露呈）になってしまう。

従って、この場合には、むき出しになっている部分を、図４に示されているように、金など、導電層１２よりも貴なる貴金属１５によって被覆し、酸化を防止するか、あるいは図５に示されているように、ソルダーレジスト等によるカバー層１６によって被覆することが好ましい。

また、カバー層１３は、図６に示されているように、多層化部分の貼り合わせ後に、マザーボードプリント配線板１０と多層化された部分の一部を被覆するように形成することにより、たとえばマザーボード配線板１０がフレックスである場合の屈曲時に、多層化部分と屈曲部の界面での剥がれといった問題を防ぐことができる。

また、工程の簡略化を図りたい場合には、図７に示すごとく、マザーボードプリント配線板１０のカバーレイヤと、マザーボードプリント配線板１０に接触して直上に貼り合わせられた片面配線回路付き樹脂基材２１の絶縁層とが一体成形されている構造とすることで解決される。より具体的には、片面配線回路付き樹脂基材２１の絶縁層とマザーボードプリント配線板２０のカバーレイヤとを同一の絶縁層１７から形成し、これをマザーボードプリント配線板１０に貼り合わせる工程を含むものである。

また、図８に示されているように、これらの構造のインナビアホール２４を、導電性ペーストインナーホールとし、片面配線回路付き樹脂基材２１の導電層２３部分に樹脂基板部分の口径よりも小さい空気抜き用の小孔２７を貫通形成することで、導電性ペースト充填時のボイド残りを防止することができる。導電性ペーストは、小孔２７が空洞とならないよう、小孔２７にも充填されている。なお、図８において、符合２６は層間接着層を示している。

つぎに、この発明による一実施形態に係わる多層配線板で使用する片面配線回路付き樹脂基材の製造方法を図９（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。

図９（ａ）に示されているような、ポリイミド基材５１の片面に銅箔５２を有する片面銅箔付きポリイミド基材５０を出発材料とし、サブトラクティブ法によって、銅箔５２をエッチングすることで、図９（ｂ）に示されているような回路形成済み基材５３を得た。これは、もちろん、銅箔のないポリイミド基材を出発材料として、アディティブ法、セミアディティブ法によっても得ることができる。

ついで、図９（ｃ）に示されているように、回路形成済み基材５３の銅箔５２とは反対側の面に層間接着層５４を形成する。層間接着層５４としては、熱可塑性ポリイミドに熱硬化機能を付与したものを使用したが、これは、もちろん、エポキシ等に代表される熱硬化性の樹脂や、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂でも構わない。

ただし、銅箔５２とポリイミド基材５１と層間接着層５４の３層構成は、表裏非対称なものであり、接着層を形成した状態で後の工程で、不具合となるような反りが発生しないことが好ましい。層間接着層５４は、ガラス転移温度が１１０℃以下、常温弾性率が１３００ＭＰａ以下であることが好ましい。

ついで、図９（ｄ）に示されているように、層間接着層５４およびポリイミド基材５１を貫通するよう、ＵＶ−ＹＡＧレーザによって穴開け加工（バイアホール加工）を施した後、プラズマ照射によるソフトエッチを施すことでデスミアを行い、この穴５５に穴埋用銀ペースト５６を充填することでＩＶＨを形成した。

レーザは、もちろん、ＵＶ−ＹＡＧレーザのほかにも、炭酸ガスレーザやエキシマレーザー等によって、現状では、より高速で加工ができる。また、デスミアの方法として、過マンガン酸塩を使用した湿式デスミアも、ごく一般的である。

ＩＶＨ充填の導電性ペーストとしては、銀ペーストのほかにも、銅ペースト、カーボンペースト、ニッケルペースト等、種々の金属ペーストを使用することが可能である。

ついで、図９（ｅ）に示されているように、点線Ｌで示されている如く、外形加工することを目的とし、金型でプレスすることで、所望の大きさに外形加工を施し、図９（ｆ）に示されている片面配線回路付き樹脂基材５７を得た。この際、導電性ペースト５６によるＩＶＨが破壊されることを防ぐために、接触しても破壊が起きない程度に導電性ペースト５６を仮硬化させておく必要がある。具体的には、鉛筆硬度で２Ｂ以上硬化していることが好ましい。

つぎに、この発明による一実施形態に係わる多層配線板の製造方法を図１０（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。

図１０（ａ）に示されているように、配線回路６１が形成済みで、かつ、積層予定部分を開口（開口部６２Ａ）させたカバーレイヤ６２が表面に形成されているマザーボードＦＰＣ６０の開口部６２Ａに、外形加工済みの片面配線回路付き樹脂基材５７を、２層、位置合わせを施した後に重ね合わせ、真空熱プレス機により、真空度１ｋＰａ以下の下で加熱・加圧し、図１０（ｂ）に示されているような多層化部分６４を含む基板６３を得た。

位置合わせには、ピンアライメント方式をとっても構わないが、ピン用の穴を開けるスペースが必要になるため、好ましいとは言えない。従って、画像認識による位置合わせを実施した。

ついで、図１０（ｃ）に示されているように、基板６３上、マザーボードＦＰＣ６０のカバーレイヤ６２と多層化部分６４の隙間、および多層化部分６４の表面の一部およびカバーレイヤ６２の表面の一部を被覆するよう、印刷法によってソルダーレジスト６５を塗布し、硬化させることで、多層配線板６６を得た。

つぎに、この発明による他の実施形態に係わる多層配線板の製造方法を図１１（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。なお、図１１において、図１０に対応する部分は、図１０に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

図１１（ａ）に示されているように、配線回路６１が形成済みのマザーボードＦＰＣ６０に、上述の実施形態（図９）と同様の方法で製造した片面配線回路付き樹脂基材５７、７０を、２層、位置合わせを施した後に重ね合わせる。マザーボードＦＰＣ６０の回路面に接触する片面配線回路付き樹脂基材７０は、その絶縁層（ポリイミド基材５１）によってマザーボードＦＰＣ６０の銅箔部分等、カバーレイヤによって被覆すべき部分を被覆する外径形状になっており、基板７０の絶縁層がカバーレイヤを兼ねている。

この位置合わせも、ピンアライメント方式をとっても構わないが、ピン用の穴を開けるスペースが必要になるため、好ましいとは言えない。従って、画像認識による位置合わせを実施した。

位置合わせ後に、真空熱プレス機により、真空度１ｋＰａ以下の下で加熱・加圧し、図１１（ｂ）に示されている基板７１を得た。この方法によると、熱プレス時に、片面配線回路付き樹脂基材５７と７０とで段差ができるから、この段差を埋め合わせるクッション構成とすることが好ましい。

つぎに、この発明によるもう一つの実施形態に係わる多層配線板の製造方法を図１２（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。なお、図１２においても、図１０に対応する部分は、図１０に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

図１２（ａ）に示されているように、配線回路６１が形成済みで、かつ、積層予定部分を開口（開口部６２Ａと６２Ｂ）させたカバーレイヤ６２が表面に形成されているマザーボードＦＰＣ６０の開口部６２Ａに、外形加工済みの片面配線回路付き樹脂基材５７を、２層、位置合わせを施した後に重ね合わせ、真空熱プレス機により、真空度１ｋＰａ以下の下で加熱・加圧し、図１２（ｂ）に示されているような多層化部分６４を得た。

ついで、図１２（ｃ）に示されているように、マザーボードＦＰＣ６０のもう一方の開口部６２Ｂに、外形加工済みの片面配線回路付き樹脂基材５７を、３層、位置合わせを施した後に重ね合わせ、真空熱プレス機により、真空度１ｋＰａ以下の下で加熱・加圧し、図１２（ｄ）に示されているような多層化部分６７を得た。

ついで、図１２（ｅ）に示されているように、マザーボードＦＰＣ６０のカバーレイヤ６２と多層化部分６４、６７の隙間、および多層化部分６４、６７の表面の一部およびカバーレイヤ６２の表面の一部を被覆するよう、印刷法によってソルダーレジスト６５を塗布し、硬化させることで、多層配線板６８を得た。

このようにして、多層部分間で層数が違う、即ち、厚さが違う場合でも、多層構造を得る事ができる。

この発明による多層配線板の一つの実施形態を示す断面図である。 この発明による多層配線板の一つの実施形態を示す平面図である。 この発明による多層配線板の他の実施形態を示す断面図である。 この発明による多層配線板の他の実施形態を示す断面図である。 この発明による多層配線板の他の実施形態を示す断面図である。 この発明による多層配線板の他の実施形態を示す断面図である。 この発明による多層配線板の他の実施形態を示す断面図である。 この発明による多層配線板の他の実施形態を示す断面図である。 （ａ）〜（ｆ）はこの発明による一実施形態に係わる多層配線板で使用する片面配線回路付き樹脂基材の製造方法を示す工程図である。 （ａ）〜（ｃ）はこの発明による一実施形態に係わる多層配線板の製造方法をを示す工程図である。 （ａ）、（ｂ）はこの発明による他の実施形態に係わる多層配線板の製造方法を示す工程図である。 （ａ）〜（ｅ）はこの発明による他の実施形態に係わる多層配線板の製造方法を示す工程図である。 ａ）〜（ｃ）はリジッドフレックスプリント配線板の代表的な製造プロセスを示す工程図である。

符号の説明

１０ マザーボードプリント配線板
１１ 絶縁基材
１２ 導体層
１３ カバー層
１５ 貴金属
１６ カバー層
１７ 絶縁層
２０ 部分的配線基板
２１ 片面配線回路付き樹脂基材
２２ 絶縁基材
２３ 導体層
２４ インナビアホール
２５ 導体
２７ 小孔
２６層間接着層
５０ 片面銅箔付きポリイミド基材
５１ ポリイミド基材
５２ 銅箔
５３ 回路形成済み基材
５４ 層間接着層
５５ 穴
５６ 導電性ペースト
５７ 片面配線回路付き樹脂基材
６０ マザーボードＦＰＣ
６１ 配線回路 ６２ カバーレイヤ
６３ 基板
６４ 多層化部分
６５ ソルダーレジスト
６６ 多層配線板
６７ 多層化部分
６８ 多層配線板
７０ 片面配線回路付き樹脂基材
７１ 多層配線板

Claims (4)

1. マザーボードプリント配線板の表面あるいは／および裏面に、配線回路形成、バイアホール形成および外形加工済みの配線回路付き基材を貼り合わせる工程を含み、前記配線回路付き基材は前記マザーボードプリント配線板の外形より小さい外形に外形加工され、
   外形加工済みの配線回路付き基材が、片面銅箔付き樹脂の銅箔をエッチングして回路形成済み基材を得る工程と、前記回路形成済み基材の銅箔とは反対側の面に層間接着層を形成する工程と、前記層間接着層および前記樹脂を貫通するように穴開け加工を施す工程と、前記穴に導電ペーストを充填する工程と、所望の大きさに外形加工を施して片面配線回路付き樹脂基材を得る工程と、によって製造される多層配線板の製造方法。
2. 前記配線回路付き基材を前記マザーボードプリント配線板に貼り合わせる工程の前に、前記マザーボードプリント配線板に、前記配線回路付き基材の貼り合わせ部位を開口させたカバー層を形成する工程を含む請求項１記載の多層配線板の製造方法。
3. 前記配線回路付き基材を前記マザーボードプリント配線板に貼り合わせる工程の後に、前記マザーボードプリント配線板および前記配線回路付き基材の一部を被覆するカバー層を形成する工程を含む請求項１項記載の多層配線板の製造方法。
4. 前記配線回路付き基材のうち、前記マザーボードプリント配線板と接触する配線回路付き基材の絶縁層が前記マザーボードプリント配線板を被覆するカバー層を兼ねている請求項１項記載の多層配線板の製造方法。

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