JP6112658B2

JP6112658B2 - 穴上の銅厚が厚い構造を特徴とする回路基板とその製造方法

Info

Publication number: JP6112658B2
Application number: JP2013074230A
Authority: JP
Inventors: 太田　守彦; 守彦太田; 聡小田
Original assignee: 株式会社伸光製作所
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014199855A

Description

本発明は回路基板の製造方法に関するものである。

近年のＩＣチップは、高速化、高集積化が進み、回路基板内異層間接続に使用される回路基板のスルーホールのような穴上をもＩＣチップと回路基板の接続部に使用する要求が出てきている。

この回路基板の穴上をＩＣチップとの接続に使用する為には、穴を塞ぎ、その上に導通層を付与する必要があるが、ＩＣチップと回路基板の接続方法にワイヤボンディング法を用いる場合、従来穴上の導通層が一定以上の厚みがないと、ボンディングワイヤーと導通層の接続部において、「接続剥がれ」が起こりやすい。
一方、穴上の導通層を厚くするために銅めっきを厚く施すと、穴上以外の部分も銅めっきの層が厚くなり、その結果、高密度回路形成が難しくなるという不具合を生じる。

上記状態を、従来の製造方法を示す図２を参照して説明する（特許文献１、２参照）。
図２は、従来の回路基板の製造方法を示す断面模式図による工程フロー図で、図２ａは使用する銅張積層板の断面図、図２ｂはスルーホール付き銅張積層板の断面図、図２ｃは銅めっきにより表裏導通した銅張積層板の断面図、図２ｄは充填材により非貫通導通スルーホールを形成した状態の銅張積層板の断面図、図２ｅは非貫通導通スルーホール上を含む表裏面に銅めっき層を設けた銅張積層板の断面図、図２ｆは作製した回路基板の断面図である。
図２において、１は基材、２は銅箔、３はスルーホール、３ａは貫通導通スルーホール、３ｂは充填材により埋設された非貫通導通スルーホール、４、６は銅めっき層、５は充填材、１０は銅張積層板、１１は貫通スルーホール付き銅張積層板、２０は回路基板である。

まず、回路基板の製造に際しては、図２ａに示す様な基材１に銅箔２を張り付けた銅張積層板１０を使用する。
ここで、厚み０．２ｍｍの基材１に厚み１２μｍの銅箔２を張り付けた銅張積層板１０を使用したが、基材１、銅箔２の厚みに制限はない。

次に、図２ｂに示す様に、銅張積層板１０に穴をあけスルーホール３を形成する。穴開け加工方法は特に限定されないが、ＮＣドリリングマシンなどが用いられる。また、穴の形状は丸穴に限らず、楕円穴、四角穴、異形穴など、目的に合わせて選択されている。
スルーホールの形成後、図２ｃに示す様に、穴開け加工が実施されたスルーホール付き銅張積層板１１の全面または必要な箇所に銅めっきを実施して銅めっき層４を設け、スルーホール（図２ｂ、符号３）に表裏導通を付与した貫通導通スルーホール３ａを形成する。

次に、図２ｄに示す様に、充填材５を埋設することで貫通導通スルーホール３ａの内部を完全に充填した非貫通導通スルーホール３ｂを形成する。
この充填作業は下記の条件を満たす樹脂を充填材にして印刷法、ローラー法、カーテンコーター法、ディップ法など、各種工法で行う事が可能である。
充填材は充填作業時には粘性を持ち、熱、ＵＶ、光等により硬化する性質を有していれば、使用する樹脂の種類に制約は無く、エポキシ系、メラニン系、アクリル系等が選択可能であるが、高耐熱性、高剛性を持つ樹脂がより望ましい。
なお、非貫通導通スルーホール３ｂからはみ出した充填材５は、研磨して、銅めっき層４と同一な平坦面にする。

次に図２ｅに示す様に、全面または必要な箇所に銅めっきを実施して銅めっき層６を設ける。
銅めっき層６の厚みは任意に設定されるが、ワイヤーボンド剥がれが起こりにくい厚みが必要で、少なくとも２５μｍ以上である。
この場合銅箔２と銅めっき層４、６を合わせた厚みは、６２μｍ以上となっている。

次に図２ｆに示す様に、「穴あけ」、「銅めっき加工等」が実施された銅張積層板１０の銅箔２、銅めっき層４、６の不要な箇所を、露光、エッチングにより除去することにより所定の回路基板２０が作製される。
外層の銅めっき層６の表面には、必要に応じてレジスト膜を必要な箇所に被覆する事が可能であり、必要に応じて金、銀、ニッケル等の他の金属めっきを行うことも可能である。

以上のように、従来の方法では穴上に導通を付与する為の銅めっきが薄い場合、穴内充填材の硬度不足等により穴上部にワイヤーボンド実装が難しい為、銅めっき層は２５μｍ以上の厚みを必要としていた。
一方、このように銅めっき層を厚く設けると、穴上以外の部分まで銅めっき層が厚くなる結果、銅箔、銅めっき層を合わせた導通層の厚みが厚くなってしまい、回路幅、回路間隔が８０μｍ以下の高密度回路形成が難しくなる。この為、従来の方法では接続剥がれ防止のために穴上の導通層を厚くすることと、高密度回路形成の両者を同時に成立させることが課題となっていた。

特開２００２−７６６１３号公報特開２００２−５７４４１号公報

そこで、このような状況の中、本発明ではスルーホールのような穴上の導通層を厚くすることと、高密度回路形成の両者を同時に図り、穴上以外の銅めっき層を厚くすることなく、穴上の導通層のみが厚い構造を持った回路基板の製造方法を提供するものである。

本発明の第１の発明は、スルーホール直上面の導通層厚が、前記スルーホール外周の導通層厚より厚い構造を有する回路基板の製造方法であって、（１）銅張積層板にスルーホールを設けてスルーホール付き銅張積層板を形成する工程、（２）前記スルーホール付き銅張積層板の表面に銅めっき層を付与して、前記スルーホールの側壁に銅めっき層を設けて前記スルーホール付き銅張積層板の両面を導通する導通スルーホールを備える導通スルーホール付き銅張積層板を形成する工程、（３）前記導通スルーホール内に充填材を充填して非貫通導通スルーホールを形成する工程、（４）前記非貫通導通スルーホール内の充填材表層にレーザービームを照射して前記表層の一部を除去することにより、非貫通導通スルーホール付き銅張積層板の前記非貫通導通スルーホール表面を凹形状部とする工程、（５）前記非貫通導通スルーホール表面を凹形状部とされた銅張積層板の両面に銅めっき層を付与して、前記凹形状部を平坦にする工程の以上（１）〜（５）の工程を順に含むことを特徴とする回路基板の製造方法である。

本発明の第２の発明は、スルーホール内に備えられる充填層の直上面に設けられる導通層が、そのスルーホール外周に備わる導通層の厚みより大きな厚みを有し、
前記充填層の直上面に設けられる導通層が、一層の銅めっき層を介して前記充填層の直下面に設けられる導通層と導通することを特徴とする回路基板である。

本発明の第３の発明は、第１の発明に記載の回路基板の製造方法により形成されたスルーホール内に備えられる充填層の直上面に設けられる導通層が、前記スルーホールの外周に備わる導通層の厚みより大きな厚みを有し、且つ前記充填層の直上面に設けられる導通層が、一層の銅めっき層を介して前記充填層の直下面に設けられる導通層と導通することを特徴とする回路基板である。

本発明の回路基板の製造方法によれば、穴上以外の部分の導通層厚を厚くすること無く、穴上の導通層のみを厚くすることができ、穴上以外の銅めっき層を厚くすることなく、穴上の導通層のみが厚い構造を持った回路基板を容易に提供できる。
さらに、レーザービームよる充填材の除去深さを深くする事により、表面の導通層厚を変えることなく、穴上の導通層厚を２５μｍ以上の厚みにすることが可能である。
従って、ワイヤーボンド剥がれの防止と高密度回路形成を同時に図ることが可能である、工業上顕著な効果を奏するものである。

本発明の実施形態を説明する断面模式図による製造フロー図である。従来の配線基板の断面模式図による製造フロー図である。

以下、本発明の実施形態について図及び具体的寸法を参照して説明する。
図１は、本発明に係る回路基板の製造方法を示す断面模式図による製造フロー図である。図１Ａは銅張積層板、図１Ｂはスルーホール付き銅張積層板の断面図、図１Ｃは銅めっきにより表裏導通した銅張積層板の断面図、図１Ｄは充填材により非貫通導通スルーホールを形成した状態の銅張積層板の断面図、図１Ｅは非貫通導通スルーホール表層の充填材をレーザービーム２１で除去する際の断面図、図１Ｆは、凹形状充填材部５ａを設けた銅張積層板、図１Ｇは非貫通導通スルーホール上を含む表裏面に銅めっき層を設けた銅張積層板の断面図、図１Ｈは作製した本発明に係る回路基板の断面図である。
図１において、１は基材、２は銅箔、３はスルーホール、３ａは貫通導通スルーホール、４、６は銅めっき層、５は充填材、５ａは凹形状充填材部、６ａはスルーホール直上の銅めっき層（スルーホール直上部の導通層でもある）、６ｂはスルーホール外周部の銅めっき層、１０は銅張積層板、１１は貫通スルーホール付き銅張積層板、２１はレーザービームである。

まず、従来と同様、図１Ａに示す様に、基材１に銅箔２を張り付けた銅張積層板１０を使用する。
ここで、より詳細に説明するために、具体的な材料の寸法、例えば基材１、銅箔２、銅めっきなどの厚みを交えて以下に述べる。
先ず、厚み０．２ｍｍの基材１に厚み１２μｍの銅箔を張り付けた銅張積層板１０を使用した。

次に図１Ｂ示す様に、銅張積層板に穴を開けスルーホール３を形成して、貫通スルーホール付き銅張積層板１１を作製する。
この穴開け加工方法は、特に限定されないが、ＮＣドリリングマシンなどを用いて行われる。また、穴の形状は丸穴に限らず、楕円穴、四角穴、異形穴など、目的に合わせて選択すればよい。

次に図１Ｃに示す様に、穴開け加工を実施して作製した貫通スルーホール付き銅張積層板１１の全面または必要な箇所に、銅めっきを実施して銅めっき層４を設け、図１Ｂのスルーホール３に表裏導通を付与した貫通導通スルーホール３ａを形成する。

次に図１Ｄに示す様に、図１Ｃの貫通導通スルーホール３ａを充填材５により完全に充填して非貫通導通スルーホール３ｂを形成して非貫通導通スルーホール付き銅張積層板１２を作製する。
この充填作業は、下記の条件を満たす樹脂を充填材に用い、印刷法、ローラー法、カーテンコーター法、ディップ法など、各種工法で行う事が可能である。
充填材は充填作業時には粘性を持ち、熱、ＵＶ、光等により硬化する性質を備えていればよく、樹脂の種類に制約は無く、エポキシ系、メラニン系、アクリル系等が選択可能であるが、高耐熱性、高剛性を持つ樹脂がより望ましい。
なお、非貫通導通スルーホール３ｂから、はみ出した充填材５は、研磨して銅めっき４と同一な平坦面にする。

その後、導通層厚を薄くするため、銅めっき層４にハーフエッチング処理を行い、ハーフエッチングにより突起となった充填材は、物理研磨により除去する。

次に図１Ｅ、図１Ｆに示す様に、充填材５の表面にレーザービーム２１を照射して（図１Ｅ）充填材５の表層の一部を除去して凹形状充填材部５ａを形成（図１Ｆ）する。
使用するレーザービームは、充填材は除去可能だが銅めっき部には影響を与えにくい性質をもつものが望ましく、一例としては波長９．２μｍの炭酸ガスレーザーがある。
充填材除去深さは、実装強度等の必要に応じて任意に調整可能であるが、銅めっき層６で平坦化が可能な深さである必要がある（図１Ｇ参照。）。また、レーザービーム２１により除去された充填材５の表面は、銅めっき層６で平坦化が可能であれば凹凸があっても良い。具体的には、４０μｍ程度の深さである。

次に図１Ｇに示した様に、全面または必要な箇所に銅めっきを実施して銅めっき層６を設ける。
銅めっき層６は、レーザービームにより除去された凹形状充填材部５ａの凹みを、銅めっきにより平坦にできる性質を持つものを用いる。
その銅めっき層６の厚みは、レーザービーム２１により除去された充填材５の凹部を平坦に出来る厚みが必要になる。具体的には２５μｍ程度である。

次に図１Ｈに示す様に、「穴あけ」、「レーザービーム」、「銅めっき加工等」が実施された非貫通導通スルーホール付き銅張積層板１２の銅箔２、銅めっき層４、６の不要な箇所を、露光、エッチングにより除去してスルーホール直上の導通層である銅めっき層６ａがスルーホール外周の導通層（スルーホール外周部の銅めっき層６ｂ、銅めっき層４及び銅箔２を加えた厚みを有する。）より厚い構造の回路基板２０を作製する。
なお、外層である銅めっき６ａ、６ｂの表面には、必要に応じてレジスト膜を必要な箇所に被覆する事が可能であり、必要に応じて金、銀、ニッケル等の他の金属めっきを設けても良い。

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
図１の本発明の製造方法、及び図２に示す従来の製造方法を用いて、同じスルーホール直上の導通層の厚みを持つ配線回路を作製して、スルーホール直上の導通層の厚みとその外周の導通層の厚みの比較を行った。

なお、実施例１は、工程（３）における「ハーフエッチングと物理研磨」により表層を２５μｍ削除して配線回路表面の導通層の厚みが薄くなるようにした場合で、実施例２は５μｍ削除として、配線回路表面の導通層の厚みを実施例１より必要とする場合である。
その結果を、表１に示す。なお、配線基板の作製における個々の要素技術（エッチング、銅めっき、物理研磨）は、表２の条件で行った。

表１、２から明らかなように、本発明の製造方法による回路基板は、スルーホール直上の導通層の厚みを回路基板表面の導通層の厚みより厚くすることができ、スルーホール直上の導通層にワイヤボンディングした際に、その接続部の剥がれ不具合を大きく減少させる。

１基材
２銅箔
３スルーホール
３ａ貫通導通スルーホール
３ｂ非貫通導通スルーホール
４銅めっき層
５充填材
５ａ凹形状充填材部
６銅めっき層
６ａ銅めっき層（スルーホール直上部）
６ｂ銅めっき層（スルーホール外周部）
１０銅張積層板
１１貫通スルーホール付き銅張積層板
１２非貫通導通スルーホール付き銅張積層板
２０回路基板
２１レーザービーム

Claims

スルーホール直上面の導通層厚が、前記スルーホール外周の導通層厚より厚い構造を有する回路基板の製造方法であって、
下記（１）〜（５）の工程を順に含むことを特徴とする回路基板の製造方法。
記
（１）銅張積層板にスルーホールを設けてスルーホール付き銅張積層板を形成する工程。
（２）前記スルーホール付き銅張積層板の表面に銅めっき層を付与して、前記スルーホールの側壁に銅めっき層を設けて前記スルーホール付き銅張積層板の両面を導通する導通スルーホールを備える導通スルーホール付き銅張積層板を形成する工程。
（３）前記導通スルーホール内に充填材を充填して非貫通導通スルーホールを形成する工程。
（４）前記非貫通導通スルーホール内の充填材表層にレーザービームを照射して前記表層の一部を除去することにより、非貫通導通スルーホール付き銅張積層板の前記非貫通導通スルーホール表面を凹形状部とする工程。
（５）前記非貫通導通スルーホール表面を凹形状部とされた銅張積層板の両面に銅めっき層を付与して、前記凹形状部を平坦にする工程。
スルーホール内に備えられる充填層の直上面に設けられる導通層が、前記スルーホール外周に備わる導通層の厚みより大きな厚みを有し、
前記充填層の直上面に設けられる導通層が、一層の銅めっき層を介して前記充填層の直下面に設けられる導通層と導通することを特徴とする回路基板。
請求項１記載の回路基板の製造方法により形成されたスルーホール内に備えられる充填層の直上面に設けられる導通層が、前記スルーホールの外周に備わる導通層の厚みより大きな厚みを有し、且つ前記充填層の直上面に設けられる導通層が、一層の銅めっき層を介して前記充填層の直下面に設けられる導通層と導通することを特徴とする回路基板。