説明

回路基板の製造方法

【課題】信頼性が高く、ビア接続安定性に優れた回路基板の製造方法を提供する。
【解決手段】PETシートが溶融状態になり表面張力により縮退して、断面が通常部より厚くなり盛り上がり部が形成され、プリプレグにPETシートの盛り上がり部が食い込みアンカー効果を発揮することで衝撃に強くなりレーザーの衝撃では剥がれにくくなることにより導電性ペーストの貫通穴への充填を安定させることができ層間の接続信頼性が高い回路基板の製造方法を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数層の回路パターンを接続してなる回路基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器の小型化、高密度化に伴い、産業用にとどまらず民生用の分野においても回路基板の高機能化が進み、より複数層の微細な回路パターンや内層接続手段を用いて接続されており、その接続信頼性は重要となっている。
【0003】
以下に従来の両面および多層の回路基板の製造方法について説明する。
【0004】
まず、多層の回路基板のベースとなる両面の回路基板の製造方法を説明する。
【0005】
図7は従来の両面回路基板の製造方法の工程断面図である。
【0006】
まず、図7(a)に示す51は、ガラスクロスに熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸させた基板材料であるプリプレグであり、縦、横、厚みのサイズが500mm×500mm×0.1mmである。
【0007】
また、52は導電性ペースト充填時のマスクフィルムとなる厚さ約19μmのプラスチックフィルムであり、片面に熱硬化性樹脂層を有し、その反対面にシリコンなどを塗布した離型層を有した構造のもので、その材質は例えばポリエチレンテレフタレート(以下PETシートと称する)が用いられる。
【0008】
図7(b)に示す53は、PETシート52でプリプレグ51を挟持し、ラミネートなどの方法で加熱加圧することで得られるラミネート済みプリプレグである。PETシート52の離型層とプリプレグ51が接触するように張り付けることで、後の剥離する工程で容易にPETシート52を剥がすことが出来る。
【0009】
そして、次に図7(c)は、炭酸ガスレーザーのハイパワーのビームを瞬時に照射することで、両面にPETシート52が接着されたプリプレグ51の所定の箇所に短時間に貫通穴54を形成した図である。
【0010】
次に図7(d)に示すように、印刷機(図示せず)を用いてスキージ55でPETシート52の表側から貫通穴54に導電性ペースト56を充填することにより、導通穴57を形成する。このとき、表面のPETシート52は印刷マスクの役割を果たしている。
【0011】
次に図7(e)に示すように、プリプレグ51の両面からPETシート52を剥離することで導電性ペースト充填済みのプリプレグ58が形成される。
【0012】
この剥離する工程により、PETシート52に形成された穴に充填されていた導電性ペーストがPETシート52の厚みに相当する分だけ凸状の鋲の形態で残り、これにより後述する加熱加圧する工程において、圧縮効果をもたらし、導通穴の電気的接続の安定に寄与することになる。
【0013】
次に図7(f)に示すように、導電性ペースト充填済みのプリプレグ58の両面に、銅はく等の金属箔59を重ね、熱プレスで加熱加圧することにより、金属箔59がプリプレグ58と接着し、図7(g)に示す両面の銅張積層板60が形成される。
【0014】
両面の金属箔59は、所定位置に設けた導通穴57内の導電性ペーストにより電気的に接続されている。
【0015】
そして図7(h)に示すように、両面の金属箔59を選択的にエッチングして、回路パターン61が形成されて両面回路基板62が得られる。
【0016】
次に、図8を用いて従来の多層回路基板の製造方法を説明する。
【0017】
図8は、従来の多層の回路基板の製造方法を示す工程断面図であり、4層基板を例として示したものである。
【0018】
まず図8(a)に示すように、前述の図7(a)〜(h)によって製造された両面の回路基板62と、図7(a)〜(e)で製造された貫通穴54に導電性ペースト56を充填し、導通穴57を形成した上積層用の導電性ペースト充填済みのプリプレグ58aと、下積層用の導電性ペースト充填済みのプリプレグ58bが準備される。
【0019】
次に、図8(b)に示す工程は、積層ステージ(図示せず)上に金属箔59を乗せ、その上にプリプレグ58bを画像認識などで基準穴位置を認識し、位置決めした後に積層し、さらにその上に両面回路基板62を同様に認識し、位置決めした後に積層し、さらにその上にプリプレグ58aを同様に認識位置決めした後に積層し、さらにその上に金属箔59を積層するアライメント積層工程である。
【0020】
次に図8(c)に示すように、金属箔59で挟持されたプリプレグ58a、58b、両面回路基板62を熱プレスで加熱加圧することで4層の銅張積層板63を得る。
【0021】
上記の工程により、最外層の金属箔59は導通穴内の導電性ペーストを介して内層用の両面回路基板62の接続用の円形の回路パターン61によって電気的に接続される。
【0022】
次に図8(d)に示すように、両面の金属箔59を選択的にエッチングして回路パターン61を形成することで4層の回路基板64が得られる。
【0023】
ここでは4層の多層基板について説明したが、4層以上の多層基板、例えば6層基板については、製造方法で得られた4層回路基板を両面回路基板の代わりに用いて、多層基板の製造方法{図8(a)〜(d)}を繰り返せばよい。
【0024】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献資料としては、例えば、特許文献1、2、3が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0025】
【特許文献1】特開平9−246718号公報
【特許文献2】特開平11−68275号公報
【特許文献3】特開2001−257468号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0026】
上記の多層基板の製造方法の場合において、プリプレグ51とPETシート52の接着は、後の工程でPETシート52をプリプレグ51より軽微に剥がせるよう強固には接着されていない。
【0027】
そのため図6に示すように、レーザ照射の衝撃でPETシートが剥がれたりする場合がある。特に、レーザー照射の衝撃で剥離した箇所33から、ビア穴の周囲PETシートが浮き上がり、PETシート52とプリプレグ51の界面に隙間を生じる場合がある。このような状態で、導電性ペーストを充填すると、導電性ペーストがPETシートとプリプレグの隙間に漏れることが懸念される。
【0028】
また、図9はプリプレグ51のガラスクロスの断面を示した図であるが、ガラス繊維を撚り糸状にした縦糸101と横糸102を繊維状に織ったもので、縦糸と横糸が重なった部分は厚くなり、縦糸もしくは横糸単独部の厚みは薄くなり、ガラスクロスはウェーブ状になる。エポキシ樹脂は、そのウェーブに倣うように塗られるので、樹脂量によってはプリプレグの表面は凹凸状になる。
【0029】
表面に凹凸があるプリプレグ51にPETシート52を張り付けた場合、凸状になっている部分には接着されるが、凹んだ部分にはPETシート52は接触しないため、わずかではあるが図10に示す様に隙間34を生じる。
【0030】
もし、ビア穴が隙間と干渉した状態で形成された場合、導電性ペーストを充填すると、PETシート52とプリプレグ51の界面に生じた隙間に導電性ペーストが滲み出し、最悪の場合、隣接するパターンと接触し、ショートや絶縁不良が発生し、信頼性に大きな影響を与えるなどの問題を有していた。
【0031】
これらの現象は、PETシートとプリプレグの間に隙間が生じることに起因しているが、PETシートの接着強度を上げて剥がれにくくすると、離型性が低下し、PETシートにエポキシ樹脂が取られる現象が発生し、樹脂が不足することが懸念される。
【0032】
また、プリプレグの凹凸をなくすためには、樹脂量を増やさなければならず、ビア穴接続抵抗に影響するなどの問題が生じるため、一概に前記の対応を採用することも難しい。
【0033】
本発明は、上記従来の問題点を解決するものであって、ビア穴加工時に発生するプリプレグとPETシートの浮きを無くし、かつ、凹部に加工したビア穴の周囲の隙間を軽減させることで、導電性ペースト充填時にビア穴周囲に導電性ペーストが漏れ出ることを防止し、導通穴を介する層間の接続の信頼性を高めることのできる回路基板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0034】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【0035】
すなわち、プリプレグの表裏に離型性を有するプラスチックシートを張り付ける工程と、前記プリプレグと前記プラスチックシートに、レーザー光を用いて貫通穴を設けるレーザー加工工程と、前記貫通穴に導電性ペーストを充填する工程と、前記プラスチックシートを前記プリプレグより剥離する工程とを備え、前記プラスチックシートの貫通穴の周囲は、プラスチックシートが前記レーザー光の加工熱により溶融し、縮退して盛り上がり部が形成され、前記盛り上がり部の厚みは前記プラスチックシートの厚み以上であることを特徴とする回路基板の製造方法というものである。
【0036】
これにより、レーザーの加工熱によってプラスチックシートが溶融し、プラスチックが表面張力によってひけることを利用してプラスチックシートに開いた穴の周囲が、元の厚み以上にしたものであり、ペースト充填量増加およびペースト漏れだし防止の作用効果を有するものである。
【0037】
このことから、プリプレグに形成された貫通穴への導電性ペーストの充填を安定化させることができ、表層に回路を有する両面または多層の回路基板を前記プリプレグを介して接続することができ、接続信頼性の高い多層の回路基板の製造方法を提供することができる。
【0038】
特に、前記貫通穴はプラスチックシートに開いた穴の周囲の熱影響を受けてひけた部分である盛り上がり部の厚みが、プラスチックシート表面より5〜20μm突出させることでペースト充填量を安定させることができる。
【0039】
また、前記盛り上がり部の下部は、プリプレグの凹部に食い込まれて形成されることでペースト漏れだし防止の作用効果を有する。
【発明の効果】
【0040】
本発明は、上記構成を有する回路基板の製造方法により、レーザー加工の熱を制御することで、プラスチックシートに形成された穴周囲の断面形状を球状にすることで、プリプレグ表面にプラスチックシートの形状が転写成型され、食い込みアンカー効果を発揮することで、プリプレグからプラスチックシートが剥がれるのを防止し、さらに前記成型された部分がダムとなることで、導電性ペーストを充填した際にもプラスチックシートとプリプレグの界面に導電性ペーストがにじみ出ることを防ぐため、隣接したビアやパターンにショートする現象を抑止することができる。
【0041】
今回使用したレーザーは、9.4μsの比較的短波長のものを使用したが、10.6μsのレーザーを使用するとより効果を上げることができる。
【0042】
また、プラスチックシートは上側にも盛り上がった状態になるため、ペーストの充填量も盛り上がり量によって増加するため、接続抵抗安定化に寄与するという作用効果を有する。
【0043】
これらの作用により、導電性ペーストの貫通穴への充填を安定させることができ、層間の接続信頼性が高い回路基板を提供することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明の実施の形態1における回路基板の製造方法を示す工程断面図
【図2】同実施の形態における多層基板の製造方法を示す断面図
【図3】同実施の形態における回路基板の製造方法の一過程の要部を示す断面図
【図4】同実施の形態における回路基板の製造方法を説明するための図
【図5】同実施の形態における回路基板の製造方法を説明するための図
【図6】同実施の形態における回路基板の製造用材料を示す断面図
【図7】従来の回路基板の製造方法を示す工程断面図
【図8】従来の多層基板の製造方法を示す工程断面図
【図9】同実施の形態における回路基板の製造方法の一過程の要部を示す断面図
【図10】同実施の形態における回路基板の製造方法の一過程の要部を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【0045】
(実施の形態1)
以下に本発明の回路基板の製造方法および回路基板の製造用材料について説明する。
【0046】
本実施の形態においては、両面および多層の回路基板について説明する。
【0047】
図1は本発明の実施の形態1における回路基板の製造方法を示す工程断面図である。
【0048】
まず、図1(a)におけるプリプレグ1は、ガラスクロスに熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸させた基板材料であり、縦、横、厚みのサイズが500mm×500mm×0.1mmである。
【0049】
また、プラスチックシート(以下PETシートと称す)2は、マスクフィルムとなる厚さ約19μmのプラスチックフィルムである。
【0050】
前記PETシート2は、プラスチックフィルムの表層に融点を有しない熱硬化性樹脂からなる厚さ約1.2μmの穴径制御層(図示せず)、その反対面であるプリプレグ1と接する面に、例えばシリコンなどを塗布した離型層を有した構造のものである。
【0051】
なお、PETシート2の基材としては、例えばポリエチレンテレフタレートが用いられるが、PENやPPSなどを用いても問題ない。
【0052】
次に図1(b)に示すように、PETシート2でプリプレグ1を挟持し、ラミネートなどの方法で加熱加圧することにより、PETシート2をプリプレグ1の両面に張り付けることでラミネート済みプリプレグ3を形成する。
【0053】
次に図1(c)に示すように、レーザー光によりラミネート済みプリプレグ3の所定の箇所に貫通穴4を形成するが、図3、図4、図5を用いて詳細な説明を行う。
【0054】
図3に示すのは、本発明の貫通穴の貫通穴断面簡略図である。
【0055】
レーザービームを照射されると、レーザービームの中心部は超高温なためPETシート2は瞬時に蒸発するが、ビームの外周では温度も下がり、融点を有するPETシート2は溶融状態になり表面張力により縮退(ひけとも言う)して、断面が球状になる作用が働くので、通常部より厚くなりPET盛り上がり部41が形成される。
【0056】
PET盛り上がり部41が形成されることで、プリプレグから突出したPETシート厚み分が増えるため、圧縮率が向上し、ビア接続抵抗値が安定する。
【0057】
さらに、PET盛り上がり部41が球状となった下半分は、プリプレグに食い込み、アンカー効果を発揮することで、衝撃に強くなり、レーザーの衝撃では剥がれにくくなる。
【0058】
また、42はプリプレグの凹部とPETシートの隙間であるが、PETシートが溶融状態になり、表面張力により縮退することによって狭くなった隙間43に示すように、盛り上がり部41がプリプレグに食い込み段差を補うダム効果を発揮することでペースト漏れを抑制している。
【0059】
従来のレーザー加工方法では、この盛り上がり量が3〜7μm程度しかなかったが、レーザー加工方法を工夫することでビーム外周部の温度を下げることが出来、盛り上がり量を常に5μm〜15μmにすることが可能となり、盛り上がり量とプリプレグへの食い込み量を大きくすることができた。
【0060】
図4は、本発明の貫通穴を実現するための、レーザー加工のレーザーパワーとレーザー照射時間を模式的に表した図であるが、図4(a)は、例えば従来では150μmの穴径を開けるのに、レーザーパワーを1000wにした場合、60μsレーザー照射した後に200μs時間をおいてから、再度140μsレーザ照射し、200μsと間隔をあけるように、レーザーパワーを大きくして短時間で加工していたが、瞬時に大きなパワーがかかるため、レーザー加工断面は鋭利にカットされたようになり、その衝撃でPETシートがプリプレグからわずかではあるが、図6に示す様に剥がれてしまう危険性があった。
【0061】
このような場合、1ワークあたり10000穴程度加工されていると、検査も難しく、完成後の電気検査でショートとして検出され、不良解析されるまで分からない場合がある。
【0062】
しかしながら、図4(b)に示すように、例えばレーザーパワーを半分の500wに下げて、レーザー照射時間を長くすることで、加工に使用する熱量を同等にして、穴加工を行うことで、衝撃を軽減できるものである。
【0063】
さらにビームが周囲に及ぼす熱影響を抑制することで、PETシートが溶融した際の溶融粘度を高くして、縮退して出来る盛り上がり量の大きさを確保できるものである。
【0064】
さらに、本発明の貫通穴を実現するため、従来は図5(a)の様に、レーザー加工時のレンズ焦点距離を、通常はプリプレグの下穴にあわせ加工するところを、図5(b)の様に焦点を、上もしくは下に0.05mm〜0.20mmずらすことで衝撃の緩和を行うことができ、さらに加工点のエネルギーを拡散させビーム周囲の温度上昇を抑制することで、PETシートの溶融粘度を高くし、縮退してできる盛り上がり部41の形状を大きくでき、PETシート浮きや、ペースト漏れのリスクを低減させることができるものである。
【0065】
次に図1(d)に示すように、印刷機(図示せず)を用いてスキージ5でPETシート2の上から貫通穴4に導電性ペースト6を充填し、導通穴7を形成する。21は敷き紙、20はステージである。
【0066】
この工程において、表側のPETシート2は印刷マスクの役割を果たしており、PETシートに穿設された貫通穴4の穴径が回路基板の層間の接続信頼性や多層積層工程における合致性に寄与する。
【0067】
次に図1(e)に示すように、プリプレグ1の両面からPETシート2を剥離すると導電性ペースト充填済みプリプレグ8が形成される。
【0068】
次に図1(f)に示すように、プリプレグ8の両面に、銅はく等の金属箔9を重ね、熱プレスで加熱加圧することにより、図1(g)に示す両面の銅張積層板10が形成される。両面の金属箔9は、所定位置に設けた導通穴7の導電性ペーストを介して電気的に接続されている。
【0069】
そして図1(h)に示すように、両面の金属箔9を選択的にエッチングして回路パターン11を形成して両面回路基板12を得る。
【0070】
次に、図2を用いて本発明の多層の回路基板の製造方法を説明する。
【0071】
図2は、本発明の多層の回路基板の製造方法を示す工程断面図あり、4層基板を例として示したものである。
【0072】
まず図2(a)に示すように、前述の図1(a)〜(g)によって製造された両面回路基板12と、図1(a)〜(f)で製造された貫通穴4に導電性ペースト6を充填し、導通穴7を形成した上積層用の導電性ペースト充填済みプリプレグ8aと、下積層用のペースト充填済みプリプレグ8bが準備される。
【0073】
次に図2(b)に示す工程は、積層ステージ(図示せず)上に金属箔9を乗せ、その上にプリプレグ8bを画像認識などで基準穴位置を認識位置決めした後に積層し、さらにその上に両面回路基板12を同様に認識位置決めした後に積層し、さらにその上にプリプレグ8aを同様に認識位置決めした後に積層し、さらにその上に金属箔9を積層するアライメント積層工程である。
【0074】
次に図2(c)に示すように、金属箔9で挟持されたプリプレグ8a、8b、両面回路基板12を熱プレスで加熱加圧することで4層の銅張積層板13を得る。
【0075】
上記の工程により、最外層の金属箔9は導通穴内の導電性ペーストを介して内層用の両面回路基板12の接続用の円形の回路パターン11によって電気的に接続される。
【0076】
次に図2(d)に示すように、両面の金属箔9を選択的にエッチングして回路パターン11を形成することで4層の回路基板14が得られる。
【0077】
なお、本実施の形態においては4層の多層基板について説明したが、4層以上の多層基板、例えば6層基板については製造方法で得られた4層回路基板を両面回路基板の代わりに用いて、多層基板の製造方法{図2(a)〜(d)}を繰り返せばよい。
【0078】
なお、上記の説明において1枚の両面回路基板12と2枚のプリプレグ8a、8bとを交互に積層するとの表現を用いたが、この場合の交互とは回路基板とプリプレグとが互いに接する状態を示すものである。その状態であれば複数の両面回路基板12とそれ以上の複数のプリプレグとを互いに交互に積層し、最外層の金属箔にプリプレグが接するように積層することも可能であり、本発明の回路基板の製造用材料を用いれば容易に高多層の回路基板を実現することができる。
【0079】
本発明の貫通穴および回路基板の製造方法を用いて両面または多層の回路基板を製造することにおける利点は、実施の形態1における層間の接続信頼性が高い回路基板を提供することに加えて、回路基板の製造過程における生産性の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0080】
以上述べたように、本発明の貫通穴および回路基板の製造方法を用いると、レーザー加工時にPETが溶融して形成するPETの盛り上がりによって、導電性ペーストの充填量を増加させることが出来、プリプレグが持っている不良起因であるプリプレグ自体の凹凸差を低減させ、導電性ペーストが漏れ出るのを防止できるので、ペースト充填量が安定し、ビア接続信頼性が高く、経済的な回路基板の製造方法を提供することができ、本発明の産業上の利用可能性は大であるといえる。
【符号の説明】
【0081】
1、51 プリプレグ
2、52 PETシート
3、53 ラミネート済みプリプレグ
4、54 貫通穴
5、55 スキージ
6、56 導電性ペースト
7、57 導通穴
8、8a、8b、58a、58b 導電性ペースト充填済みプリプレグ
9、59 金属箔
10、60 両面の銅張積層板
11、61 回路パターン
12、62 両面回路基板
13、63 4層の銅張積層板
14、64 4層の回路基板
31 集光レンズ
32 レーザー光
33 レーザー衝撃で生じた剥離
34 PETシートとプリプレグ間の隙間
41 レーザー加工熱で生じる縮退(ひけ)による盛り上がり部
42 PETシートとプリプレグ間の隙間
43 縮退によって狭くなったPETシートとプリプレグの隙間

【特許請求の範囲】
【請求項1】
プリプレグの表裏に離型性を有するプラスチックシートを張り付ける工程と、
前記プリプレグと前記プラスチックシートにレーザー光を用いて貫通穴を設けるレーザー加工工程と、
前記貫通穴に導電性ペーストを充填する工程と、
前記プラスチックシートを前記プリプレグより剥離する工程とを備え、
前記プラスチックシートの貫通穴の周囲は、
プラスチックシートが、前記レーザー光の加工熱により溶融し、縮退して盛り上がり部が形成され、
前記盛り上がり部の厚みは、前記プラスチックシートの厚み以上であることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項2】
前記盛り上がり部は、プラスチックシート表面より5〜20μm突出している事を特徴とする請求項1記載の回路基板の製造方法。
【請求項3】
前記盛り上がり部の下部は、プリプレグの凹部に食い込まれて形成されることを特徴とする請求項1記載の回路基板の製造方法。
【請求項4】
前記プラスチックシートを前記プリプレグより剥離する工程の後、
導電性ペースト充填済みの前記プリプレグを金属箔で挟持し、熱プレスにて加熱加圧する工程と、
金属箔をエッチングしてパターン形成する工程を備えることを特徴とする請求項1記載の回路基板の製造方法。
【請求項5】
プリプレグは、ガラス繊維を撚り糸状にした縦糸と横糸を布状に織ったガラスクロスに熱硬化性樹脂を含浸させて半硬化させたもので、表面に凹凸を有するものであることを特徴とする請求項1記載の回路基板の製造方法。
【請求項6】
レーザー加工のレンズ焦点距離は、プリプレグの貫通穴の下穴となる位置の上、もしくは下に0.05mm〜0.20mmに設定することを特徴とする請求項1記載の回路基板の製造方法。
【請求項7】
レーザー加工の条件は、レーザーパワーを500w、照射時間を190μs、レーザー照射後に200μs時間の後、再度、220μsの照射時間でレーザー照射を行うことを特徴とする請求項1記載の回路基板の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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