JP7119583B2 - プリント配線板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線板およびその製造方法に関する。

従来、複数の配線基体が積層された多層構造のプリント配線板が知られている。たとえば、下記特許文献１、２には、各配線基体の主面上に形成した配線を、基体厚さ方向に延びる導体ポストにより接続する構成が開示されている。

国際公開第２０１１／１５５１６２号 国際公開第２０１４／１０９１３９号 特開２００４－１１１９４２号公報

上記特許文献１に係るプリント配線板では、配線が形成された領域の厚さが局所的に厚くなっている。そのため、配線基体を随時積層または一括積層のような手法で複数重ね合わせてプリント配線板を構成したときに、プリント配線板の表面に凹凸が生じやすく、高い平坦性を得ることが困難であった。プリント配線板の平坦性を向上させるために、たとえば上記特許文献２では一括積層前に熱可塑性樹脂を主面領域の一部に塗布する技術が提案されているが、その工程の複雑さなどの課題が残っていた。

そこで発明者らは、プリント配線板の平坦化について研究を重ね、配線を配線基体の主面上に形成する代わりに、配線と層間接続用の導体ポストとを配線基体に埋設することで、導体ポストの領域における厚さ増加が抑制され、その結果、配線基体の平坦性を向上することができるとの知見を得た。このような構成によれば、一括積層などの手法で複数枚重ね合わせたプリント配線板の平坦性や層間接続安定性の改善も図られる。

発明者らは、配線基体に配線を埋設する技術についてさらに研究を重ね、配線基体を複数重ね合わせてプリント配線板を構成する際の結合信頼性を高めることができる技術を新たに見出した。

本発明は、結合信頼性の向上が図られたプリント配線板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係るプリント配線板は、第１の主面および第２の主面を有する絶縁樹脂フィルムと、絶縁樹脂フィルムに埋設され、第１の主面から第２の主面まで貫通する導体ポストと、絶縁樹脂フィルムに埋設され、第２の主面に対して平行に延びるとともに第２の主面から露出する配線とを備える配線基体を少なくとも一層含み、絶縁樹脂フィルムが、複数層構造を有し、第１の主面を構成する第１の層と、第２の主面を構成する第２の層とを含み、第１の層の構成材料の融点が第２の層の構成材料の融点より低い。

上記プリント配線板は、複数の配線基体を重ね合わせて高温下において一括積層することができる。その際、第１の層の構成材料の融点が低く第１の層が溶融しやすくなっているため、配線基体の第１の主面における熱溶着が確実におこなわれ、配線基体同士が高い信頼性で結合され得る。一方、第２の層の構成材料の融点は比較的高く、一括積層の際に、第２の層は溶融しにくくなっているため、第２の層が構成する第２の主面から露出する配線の歪みや剥離などが抑制され得る。

他の形態に係るプリント配線板は、導体ポストが、第２の主面から露出する配線部と、配線部から第１の主面まで延びる本体部とを有する。

他の形態に係るプリント配線板は、導体ポストの配線部および本体部がめっきで構成されている。

本発明の一形態に係るプリント配線板の製造方法は、第１の主面および第２の主面を有する絶縁樹脂フィルムと、絶縁樹脂フィルムに埋設され、第１の主面から第２の主面まで貫通する導体ポストと、絶縁樹脂フィルムに埋設され、第２の主面に対して平行に延びるとともに第２の主面から露出する配線とを備える配線基体を少なくとも一層含むプリント配線板を製造するプリント配線板の製造方法であって、支持板の一方面上に、導体ポストおよび配線を形成する工程と、支持板の一方面に設けられた導体ポストおよび配線を一体的に覆う絶縁樹脂フィルムを形成する工程と、絶縁樹脂フィルムから支持板を除去して、配線基体を得る工程と、複数の配線基体を一括積層して、配線基体同士を熱溶着する工程とを含み、絶縁樹脂フィルムが、複数層構造を有し、第１の主面を構成する第１の層と、第２の主面を構成する第２の層とを含み、第１の層の構成材料の融点が第２の層の構成材料の融点より低い。

上記プリント配線板の製造方法においては、複数の配線基体を一括積層する際、第１の層の構成材料の融点が低く第１の層が溶融しやすくなっているため、配線基体の第１の主面における熱溶着が確実におこなわれ、配線基体同士が高い信頼性で結合される。一方、第２の層の構成材料の融点は比較的高く、一括積層の際に、第２の層は溶融しにくくなっているため、第２の層が構成する第２の主面から露出する配線の歪みや剥離などが抑制され得る。複数の配線基体を一括積層する工程は、第１の層の融点付近から第２の層の融点以下の範囲の積層温度でおこなうことが好ましく、この場合、高い接着信頼性と配線形状の維持の効果が得られる。一例として、第１の層の融点が２８０℃であり、第２の層の融点が３１０℃である場合には、積層温度は２７０～３００℃の範囲であることが好ましい。

他の形態に係るプリント配線板は、導体ポストが、第２の主面から露出する配線部と、配線部から第１の主面まで延びる本体部とを有し、導体ポストを形成する工程が、支持板の一方面上に配線部を形成する工程と、配線部上に本体部を形成する工程とを含む。

他の形態に係るプリント配線板は、配線部および本体部をめっきにより形成する。

本発明によれば、結合信頼性の向上が図られたプリント配線板およびその製造方法が提供される。

本発明の一実施形態に係るプリント配線板を示した概略断面図である。 図１に示した配線基体を示した概略断面図である。 図１に示したプリント配線板の製造方法の各工程を示した図である。 図１に示したプリント配線板の製造方法の各工程を示した図である。 異なる態様の配線基体を示した概略断面図である。 異なる態様の配線基体を示した概略断面図である。 異なる態様の配線基体を示した概略断面図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、実施形態に係るプリント配線板１は、複数の配線基体２０が積層された構成を有する。本実施形態では、３層の配線基体２０を含むプリント配線板１について説明する。

図１および図２に示すように、配線基体２０は略均一厚さの薄膜状の外形を有する。配線基体２０は、絶縁樹脂フィルム２２と、絶縁樹脂フィルム２２に埋設された導体ポスト３０および配線４０とを備えている。

絶縁樹脂フィルム２２は、上面２０ａ（第１の主面）および下面２０ｂ（第２の主面）を有する薄膜状部材である。絶縁樹脂フィルム２２は、図２に示すように複数層構造を有する。本実施形態では、絶縁樹脂フィルム２２は２層構造を有し、上面２０ａを構成する第１の層２３と、下面２０ｂを構成する第２の層２４とで構成されている。

絶縁樹脂フィルム２２の第１の層２３および第２の層２４はいずれも熱可塑性樹脂で構成されている。本実施形態では、第１の層２３および第２の層２４は液晶ポリマー（ＬＣＰ）で構成されている。ただし、第１の層２３を構成する液晶ポリマーの組成と、第２の層２４を構成する液晶ポリマーの組成とは異なっており、第１の層２３の融点が、第２の層２４の融点より低くなるように設計されている。

絶縁樹脂フィルム２２は、その厚さ方向における略中央の位置において、第１の層２３と第２の層２４とに分かれている。第１の層２３と第２の層２４との界面Ｆは、後述する導体ポスト３０の本体部３４の高さ位置となっている。

導体ポスト３０は、導電材料で構成されており、本実施形態ではＣｕで構成されている。導体ポスト３０は、配線基体２０の厚さ方向に沿って延在して配線基体２０を貫通しており、配線部３２と本体部３４とを備えている。導体ポスト３０の高さ（配線基体２０の厚さ方向に関する長さ）は、３０～１００μｍ程度であり、一例として５０μｍである。本実施形態では、配線部３２と本体部３４とは別体で構成されているが、配線部３２と本体部３４とが一体で構成されていてもよい。

配線部３２は、絶縁樹脂フィルム２２の下面２０ｂに対して平行に延びる平板状の薄片部分である。配線部３２はほぼ均一な厚さを有する。配線部３２の厚さは、一例として１０μｍである。配線部３２の下面は、導体ポスト３０の下面３０ｂを構成しており、導体ポスト３０の下面３０ｂは、配線基体２０の下面２０ｂに対して平行かつ面一となっている。配線部３２の上面は、導体ポスト３０の下面３０ｂおよび配線基体２０の下面２０ｂに対して平行に延在している。

本体部３４は、配線部３２から上方に向かって上面２０ａまで延びる柱状部分である。本実施形態では、本体部３４は、その延在方向（すなわち、配線基体２０の厚さ方向）に直交する断面の形状が円形である形状を有する。本体部３４の直径は、本体部３４の延在方向において均一となるように設計されている。本体部３４の上面は、導体ポスト３０の上面３０ａを構成している。導体ポスト３０の上面３０ａは、配線基体２０の上面２０ａに対して平行かつ面一となっている。

配線４０は、導体ポスト３０と同じ導電材料で構成されており、本実施形板ではＣｕで構成されている。配線４０は、略長方形断面を有している。配線４０は、配線基体２０の下面２０ｂ側に形成されており、上面２０ａ側には形成されていない。配線４０は、絶縁樹脂フィルム２２の下面２０ｂに対して平行に延びており、下面２０ｂに露出している。配線４０の下面は、配線基体２０の下面２０ｂに対して平行かつ面一となっている。配線４０の上面は、配線４０の下面および配線基体２０の下面２０ｂに対して平行に延在している。配線４０はほぼ均一な厚さを有する。配線４０の厚さは、導体ポスト３０の配線部３２の厚さと同一であり、一例として１０μｍである。配線４０は、下面２０ｂ側において配線基体２０の回路の一部を形成している。

続いて、上述したプリント配線板１の製造方法について、図３、４を参照しつつ説明する。

プリント配線板１を製造するためには、配線基体２０を製造する必要がある。配線基体２０を製造する際には、まず、図３（ａ）に示すように、一方の主面５０ａ側に導電膜５１が設けられた支持板５０を準備する。支持板５０は、平板状を有し、たとえば、プリプレグ材やガラス、シリコン等で構成することができる。導電膜５１は、めっきシードとして機能する膜であり、たとえばＣｕ等の金属で構成することができる。導電膜５１は、スパッタ等で成膜した金属膜であってもよく、Ｃｕ箔等の金属箔であってもよい。または、支持板５０の一部と導電膜５１を兼ねてキャリア付きの極薄銅箔などを用いてもよい。そして、支持板５０の主面５０ａ上に、上述した導体ポスト３０および配線４０を形成する。具体的には、図３（ａ）～図３（ｄ）に示す工程に沿って、支持板５０の主面５０ａ上に導体ポスト３０および配線４０をめっき形成する。

図３（ａ）に示す工程では、支持板５０の主面５０ａ上にレジスト５２をパターニングする。レジスト５２は、上述した導体ポスト３０の配線部３２の領域および配線４０の領域に開口を有する。

図３（ｂ）に示す工程では、レジスト５２を用い、導電膜５１をシードとするＣｕの電解めっきにより、第１のめっき層５３を形成する。その後、図３（ｃ）に示す工程においてレジスト５２を除去する。第１のめっき層５３が、導体ポスト３０の配線部３２および配線４０となる。

図３（ｄ）に示す工程では、図３（ａ）～図３（ｃ）に示した工程と同様の工程（すなわち、レジストパターニング、電解めっきおよびレジスト除去）により、Ｃｕの電解めっきにより第２のめっき層５４を形成する。本実施形態では、第１のめっき層５３を形成した後であって第２のめっき層５４を形成する前にレジスト５２を除去する手順を示しているが、レジスト５２は、第２のめっき層５４を形成する際に用いるレジストを除去する際に同時に除去してもよい。第２のめっき層５４は、導体ポスト３０の配線部３２となる第１のめっき層５３上にのみ選択的に形成される。第２のめっき層５４は、導体ポスト３０の本体部３４となる。第２のめっき層５４を形成した後、第１のめっき層５３および第２のめっき層５４の表面、特に第２のめっき層５４の頂面５４ａに、Ｃｕの酸化を防止するための層（Ｃｒ層、Ｔｉ層等）を形成することができる。

続いて、支持板５０の主面５０ａ上に設けられた導体ポスト３０および配線４０を一体的に覆う絶縁樹脂フィルム２２を形成する。具体的には、図４（ａ）～図４（ｃ）に示す工程に沿って絶縁樹脂フィルム２２を形成する。

図４（ａ）に示す工程では、絶縁樹脂フィルム２２の形成に先立ち、絶縁樹脂フィルム２２が形成される領域を囲む枠５５を設ける。たとえば、第１のめっき層５３および第２のめっき層５４を形成する工程において、枠５５の形状に対応する開口を有するレジストをパターニングすることで、めっきで構成された枠５５を支持板５０の主面５０ａ上に形成することができる。また、別途に準備した部材を支持板５０の主面５０ａ上に枠５５として配置してもよい。枠５５は、絶縁樹脂フィルム２２を形成する工程において、絶縁樹脂フィルム２２の材料が領域外への流出するのを抑制し、かつ、所望厚さよりも薄くなる事態を招き得る過剰なプレスを防止することができるため、絶縁樹脂フィルム２２の厚さ制御に有用である。上述した手順でめっきにより枠５５を形成した場合には、第２のめっき層５４の上面の高さ位置と枠５５の上面の高さ位置とが一致がしやすく、そのため、絶縁樹脂フィルム２２の厚さ制御にさらに有用である。

図４（ｂ）に示す工程では、支持板５０の主面５０ａ上の枠５５内に絶縁樹脂フィルム２２となる樹脂粉末６０を供給して、枠５５に囲まれた領域を樹脂粉末６０で覆う。このとき、主面５０ａに形成されている第１のめっき層５３および第２のめっき層５４も樹脂粉末６０により覆われる。樹脂粉末６０には、融点が異なる２種類の樹脂粉末を用いる。そして、支持板５０の主面５０ａ上に樹脂粉末６０を供給する際には、まず、第２の層２４となる融点が高いほうの樹脂粉末を供給し、その後、第１の層２３となる融点が低いほうの樹脂粉末を供給する。その結果、支持板５０の主面５０ａ上に供給された樹脂粉末６０は、下側に融点が高い樹脂粉末が位置し、上側に融点が低いほうの樹脂粉末が位置する２層構造となる。そして、熱プレート６２を用いて、支持板５０を主面５０ａ側から熱プレスし、その後、冷却する。

その結果、図４（ｃ）に示すように、枠５５内において、支持板５０の主面５０ａが絶縁樹脂フィルム２２により覆われる。このとき、第２のめっき層５４の頂面５４ａが絶縁樹脂フィルム２２から露出する。熱プレス後に、第２のめっき層５４の頂面５４ａに樹脂膜が形成されている場合には、絶縁樹脂フィルム２２から第２のめっき層５４の頂面５４ａを露出させるために、ＣＭＰや砥石研磨、フライカット等の研磨処理をおこなってもよい。

そして、最後に、導電膜５１とともに支持板５０を絶縁樹脂フィルム２２から除去して、図２に示した配線基体２０を得る。導電膜５１や支持板５０の除去には、公知のエッチング技術や、ＣＭＰ等の研磨処理を利用することができる。

上述のようにして複数作製された配線基体２０は、各配線基体２０の上面２０ａの所定位置に接続部１０がそれぞれ配置された後、熱溶着により一括積層されて、上述したプリント配線板１が得られる。

以上において説明したとおり、プリント配線板１の配線基体２０においては、配線部３２を含む導体ポスト３０および配線４０が絶縁樹脂フィルム２２に埋設されている。そのため、配線部３２が形成された領域においても、配線基体２０の厚さが増加していない。また、配線４０が形成された領域においても、配線基体２０の厚さが増加していない。したがって、配線基体２０を複数積層してプリント配線板１を構成することで、高い平坦性を有するプリント配線板１を得ることができる。

その上、プリント配線板１は、複数の配線基体２０を一括積層した際、絶縁樹脂フィルム２２の第１の層２３の構成材料の融点が低く第１の層２３が溶融しやすくなっている。そのため、配線基体２０の上面２０ａにおける熱溶着が確実におこなわれ、配線基体２０同士が高い信頼性で結合される。

また、導体ポスト３０および配線４０の大部分が、比較的融点が高く高温下における構造強度が高い第２の層２４に埋設されているため、一括積層のときの高温下であっても、導体ポスト３０および配線４０の位置ズレが生じづらい。その結果、導体ポスト３０および配線４０の脱離や導体ポスト３０および配線４０における変形や歪みが抑制されている。一括積層の際は、第１の層２３の融点付近から第２の層２４の融点以下の範囲の積層温度でおこなうことが好ましく、この場合、高い接着信頼性と配線形状の維持の効果が得られる。一例として、第１の層２３の融点が２８０℃であり、第２の層２４の融点が３１０℃である場合には、積層温度は２７０～３００℃の範囲であることが好ましい。

なお、絶縁樹脂フィルム２２における第１の層２３と第２の層２４との界面Ｆの位置は、適宜変更することができる。たとえば、図５に示した配線基体２０Ａのように、界面Ｆの位置が導体ポスト３０の配線部３２と本体部３４とが接合された高さ位置であってもよい。

また、絶縁樹脂フィルム２２は、３層以上の層で構成されていてもよい。たとえば、図６に示した配線基体２０Ｂのように、第１の層２３と第２の層２４との間に第３の層２５が介在する構成であってもよい。第３の層２５の構成材料は、第１の層２３の構成材料の融点と第２の層２４の構成材料の融点との間の融点を有するように設計することができる。または、第３の層２５の構成材料は、第１の層２３の構成材料の融点から第２の層２４の構成材料の融点までなだらかに変化（グラデーション）する融点を有するように設計することもできる。このような第３の層２５は、支持板５０の主面５０ａ上に樹脂粉末６０を供給する際に、融点が高いほうの樹脂粉末の供給量を徐々に減らしつつ、融点が低いほうの樹脂粉末の供給量を徐々に増やすことにより、形成することができる。配線基体２０Ｂによれば、界面Ｆにおける融点の急激な変化が抑制されるため、界面Ｆにおける横滑りや剥離を抑制することができる。

配線基体２０は、上述した形状に限らず、たとえば図７に示した形状にすることができる。図５に示した配線基体２０Ｃは、絶縁樹脂フィルム２２の下面２０ｂから露出する導体ポスト３０の下面３０ｂ（すなわち、配線部３２の下端面）が下面２０ｂから後退している点でのみ、上述した配線基体２０と異なる。配線基体２０Ｃの構成は、たとえば、図４（ｃ）に示した工程の後に、導電膜５１や支持板５０をエッチングにより除去する際に、オーバーエッチングをおこなうことで得られる。導体ポスト３０の下面３０ｂが絶縁樹脂フィルム２２の下面２０ｂから後退している場合には、導体ポスト３０の下面３０ｂに形成された接続部１０を介して複数の配線基体２０を積層するときに、下面２０ｂから後退した配線部３２の部分に接続部１０が入り込む。その結果、接続部１０が形成される領域における厚さ増加が抑制され、プリント配線板１のさらなる平坦性向上が図られる。接続部１０は、たとえばはんだや導電ペースト、金属ナノフィラー等で構成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。たとえば、プリント配線板を構成する配線基体は、３層に限らず、適宜増減することができる。また、導体ポストの配線部の構成材料と本体部の構成材料は、同一の材料であってもよく、異なる材料であってもよい。

１…プリント配線板、１０…接続部、２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ…配線基体、２３…第１の層、２４…第２の層、２５…第３の層、３０…導体ポスト、３２…配線部、３４…本体部、４０…配線、Ｆ…界面。

Claims (8)

1. 第１の主面および第２の主面を有する絶縁樹脂フィルムと、
   前記絶縁樹脂フィルムに埋設され、前記第１の主面から前記第２の主面まで貫通する導体ポストと、
   前記絶縁樹脂フィルムに埋設され、前記第２の主面に対して平行に延びるとともに前記第２の主面から露出する配線と
   を備える配線基体を少なくとも一層含み、
   前記絶縁樹脂フィルムが、複数層構造を有し、前記第１の主面を構成する第１の層と、前記第２の主面を構成する第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に介在する第３の層とを含み、
   前記第１の層の構成材料の融点が前記第２の層の構成材料の融点より低く、前記第３の層の構成材料が前記第１の層の構成材料の融点と前記第２の層の構成材料の融点との間の融点を有する、プリント配線板。
2. 前記第３の層の構成材料が、前記第１の層の構成材料の融点から前記第２の層の構成材料の融点までなだらかに変化する融点を有する、請求項１に記載のプリント配線板。
3. 前記導体ポストが、前記第２の主面から露出する配線部と、前記配線部から前記第１の主面まで延びる本体部とを有する、請求項１または２に記載のプリント配線板。
4. 前記導体ポストの前記配線部および前記本体部がめっきで構成されている、請求項３に記載のプリント配線板。
5. 第１の主面および第２の主面を有する絶縁樹脂フィルムと、前記絶縁樹脂フィルムに埋設され、前記第１の主面から前記第２の主面まで貫通する導体ポストと、前記絶縁樹脂フィルムに埋設され、前記第２の主面に対して平行に延びるとともに前記第２の主面から露出する配線とを備える配線基体を少なくとも一層含むプリント配線板を製造するプリント配線板の製造方法であって、
   支持板の一方面上に、前記導体ポストおよび前記配線を形成する工程と、
   前記支持板の一方面に設けられた前記導体ポストおよび前記配線を一体的に覆う前記絶縁樹脂フィルムを形成する工程と、
   前記絶縁樹脂フィルムから前記支持板を除去して、前記配線基体を得る工程と、
   複数の前記配線基体を一括積層して、前記配線基体同士を熱溶着する工程と
   を含み、
   前記絶縁樹脂フィルムが、複数層構造を有し、前記第１の主面を構成する第１の層と、前記第２の主面を構成する第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に介在する第３の層とを含み、
   前記第１の層の構成材料の融点が前記第２の層の構成材料の融点より低く、前記第３の層の構成材料が前記第１の層の構成材料の融点と前記第２の層の構成材料の融点との間の融点を有する、プリント配線板の製造方法。
6. 前記第３の層の構成材料が、前記第１の層の構成材料の融点から前記第２の層の構成材料の融点までなだらかに変化する融点を有する、請求項５に記載のプリント配線板の製造方法。
7. 前記導体ポストが、前記第２の主面から露出する配線部と、前記配線部から前記第１の主面まで延びる本体部とを有し、
   前記導体ポストを形成する工程が、前記支持板の一方面上に前記配線部を形成する工程と、前記配線部上に前記本体部を形成する工程とを含む、請求項５または６に記載のプリント配線板の製造方法。
8. 前記配線部および前記本体部をめっきにより形成する、請求項７に記載のプリント配線板の製造方法。
   

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