金属コア多層プリント配線板
【課題】スルーホールのめっき膜に対して、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても導通信頼性の高い、厚肉導体を用いた金属コア多層プリント配線板を提供する。
【解決手段】外層の配線パターン導体層１４及び１５に設けられたスルーホール２１のランド幅をＷとし、スルーホール２１の銅めっき膜２５と内層の配線パターン導体層１１の内壁部１１ａとの間の距離である内層絶縁離隔をＳとするとき、金属コア多層プリント配線板１０は、Ｓ≧Ｗ×６を満足する。
【解決手段】外層の配線パターン導体層１４及び１５に設けられたスルーホール２１のランド幅をＷとし、スルーホール２１の銅めっき膜２５と内層の配線パターン導体層１１の内壁部１１ａとの間の距離である内層絶縁離隔をＳとするとき、金属コア多層プリント配線板１０は、Ｓ≧Ｗ×６を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属コア多層プリント配線板に関する。特に、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜に対して、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても導通信頼性の高い、厚肉導体を用いた金属コア多層プリント配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線パターン導体層が積層されたプリント基板において、所望の配線パターン導体層（以下本明細書においては、特に必要のない限り、単に「導体層」と称する）を電気的に相互接続する方法としてバイアホールが用いられる（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。バイアホールの形成方法としては、プリント基板の厚さ方向に貫通孔（スルーホール）をあけ、貫通孔壁面に厚さ２０〜３０μｍの銅めっきを施し、所望の導体層の層間を電気的に接続する方法が一般的に用いられる。尚、プリント基板は、ガラス繊維とエポキシ樹脂をベースとした絶縁材料が用いられ、導体層として電解銅箔が用いられ、バイアホールには上述した銅めっきが施されている。
【０００３】
従来から、プリント基板の電気的特性として課題となっているのは、バイアホールに施された薄膜の銅めっき導体の疲労破断である。銅めっきの疲労破断発生のメカニズムは、高温、低温の温度サイクル環境下における絶縁材料と銅めっきとの熱膨張差によるものである。
【０００４】
高温、低温の環境下において、絶縁材料は銅めっきよりも大きく膨張したり、収縮したりする。そのため、銅めっきは自己の生ずる膨張、収縮より大きな歪を受け、温度サイクルの増加によりその歪が蓄積して疲労破断を生ずることとなる。
【０００５】
特に、自動車のエンジンルームに適用されるプリント基板は、熱的信頼性において高いレベルが求められ、冷熱衝撃試験においては、−４０℃〜１４５℃の広い温度レンジで、１０００サイクル以上での信頼性確保が求められる。
【０００６】
銅めっきの破断寿命を長くする方法としては、絶縁材料の熱応力を低下させることが効果的であり、その方法としては、絶縁材料の熱膨張係数の低減、及び弾性率の低減を図る方法がある。
【０００７】
また、他の方法としては、プリント配線板の幾何学構造による方法もある。この方法は、絶縁材料が粘弾性の性質を有することを利用するもので、絶縁材料の熱変形挙動を、スルーホール銅めっきに負担の掛からない場所に多く発生させることにより、銅めっきに生ずる歪を低減させる方法である。
【０００８】
この方法は、粘弾性（剛性）、熱膨張係数の異なる絶縁材料と導体層の幾何学的な配置による方法である。例えば、基板厚さが同様な２つの金属コア多層プリント配線板があり、その２つの配線板の内層導体の厚さが異なる場合、両者の配線板のスルーホールめっきに生ずる熱応力は異なるレベルを示し、冷熱衝撃試験での導通寿命も異なる特性を示す。即ち、配線板の内層導体の厚さにより、絶縁材料の熱応力を低下させる方法である。
【特許文献１】特開平８−１６２７６５号公報
【特許文献２】特開平６−２２４５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、例えば、自動車において、制御の電動化、ハイブリッドカー用モータなど、大電流化される電装部品が使用されている。プリント基板の大電流化は、導体層の導体厚さを厚くすることで対応しており、汎用銅箔である厚さ１８μｍ〜３５μｍを超える、７０μｍ以上の厚さの厚肉銅箔が用いられている。
【００１０】
汎用銅箔を用いた金属コア多層プリント配線板は、導体層間に絶縁材料（プリプレグ）の規格品１枚を用いると、内層の導体層の厚さは基板厚さの３分の１以下で、基板厚さの大部分は、絶縁材料である絶縁層の厚さとなり、導体層の厚さがプアな基板構造となる。尚、基板厚さとは、表面の導体層及び裏面の導体層を除いた厚さ、即ち、内層の導体層の厚さと絶縁層の厚さを合計した厚さである。
【００１１】
一方、厚肉銅箔を用いた金属コア多層プリント配線板は、上記と同様に、導体層間に絶縁材料（プリプレグ）の規格品１枚を用いると、内層の導体層の厚さは基板厚さの２分の１以下で、汎用銅箔を用いた金属コア多層プリント配線板よりも基板厚さに絶縁層の厚さが占める割合が減少し、導体層の厚さがリッチな基板構造となる。
【００１２】
しかしながら、導体層の厚さがリッチな基板構造となると、冷熱衝撃環境下では、絶縁材料と導体材料との剛性の差に起因して、スルーホールめっきに局所的に大きな熱応力が発生してしまうという問題点があった。即ち、スルーホールに施された薄膜のめっきに対する導通寿命が短くなり熱的信頼性を損なうという問題点があった。
【００１３】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜に対して、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても導通信頼性の高い、厚肉導体を用いた金属コア多層プリント配線板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した従来の問題点を解決すべく下記の発明を提供する。
本発明の第１の態様にかかる金属コア多層プリント配線板は、絶縁層を介して積層される複数の配線パターン導体層を、表面と裏面と少なくとも１つの内層に備える金属コア多層プリント配線板であって、前記配線パターン導体層を貫き、所望の前記配線パターン導体層間をめっき膜により電気的に接続するスルーホール、または内層の所望の前記配線パターン導体層間をめっき膜により電気的に接続するインナーバイアホールと、内層に設けられた前記所望の配線パターン導体層以外の前記配線パターン導体層と前記スルーホールまたは前記インナーバイアホールの前記めっき膜とを電気的に絶縁するため、該配線パターン導体層と前記めっき膜との間に設けられる絶縁埋め込み部とを備え、前記絶縁埋め込み部の前記めっき膜から前記配線パターン導体層までの距離は、表面及び裏面の前記配線パターン導体層上に設けられる前記スルーホール、または、内層の前記配線パターン導体層上に設けられる前記インナーバイアホールのランド幅の６倍以上であることを特徴とする。
【００１５】
絶縁埋め込み部によって隔てられたスルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜と内層の配線パターン導体層の内壁部との間の距離（以下、内層絶縁離隔と呼ぶ）をスルーホールまたはインナーバイアホールのランド幅の６倍以上にすることにより、内層の配線パターン導体層として厚肉銅箔を備えた金属コア多層プリント配線板において、冷熱衝撃環境下で、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜の熱応力を低く抑えることができる。従って、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても、金属コア多層プリント配線板のスルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜に対して、破断寿命を長くし、導通信頼性を向上させることができる。
【００１６】
本発明の第２の態様にかかる金属コア多層プリント配線板は、本発明の第１の態様にかかる金属コア多層プリント配線板において、前記絶縁層および前記絶縁埋め込み部の絶縁材料は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃以上であり、かつ、縦弾性係数が６ＧＰａ以上であることを特徴とする。
【００１７】
絶縁材料の厚さ方向の熱膨張係数及び縦弾性係数を上述した条件となるようにすることにより、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜の熱応力をより低下させることができる。
【００１８】
本発明の第３の態様にかかる金属コア多層プリント配線板は、本発明の第１または２の態様にかかる金属コア多層プリント配線板において、前記スルーホールまたは前記インナーバイアホールは、穴径が直径０．６ｍｍ以下であり、かつ、前記スルーホールまたは前記インナーバイアホールの壁面の前記めっき膜の厚さが２０μｍ〜３０μｍであることを特徴とする。
【００１９】
スルーホールまたはインナーバイアホールの穴径及び壁面のめっき膜の厚さを上述した条件となるようにすることにより、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜の熱応力をより低下させることができる。
【００２０】
本発明の第４の態様にかかる金属コア多層プリント配線板は、本発明の第１から３のいずれか１つの態様にかかる金属コア多層プリント配線板において、内層の前記配線パターン導体層の厚さは、１００μｍ以上であり、かつ、４００μｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
内層の配線パターン導体層の厚さを上述した条件となるようにすることにより、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜の熱応力をより低下させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、内層の配線パターン導体層として厚肉銅箔を備えた金属コア多層プリント配線板において、冷熱衝撃環境下で、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜の熱応力を低く抑えることができる。従って、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても、金属コア多層プリント配線板のスルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜に対して、破断寿命を長くし、導通信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
この発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なもので置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【００２４】
図１は、本発明を適用可能な金属コア多層プリント配線板を説明するための図であり、図１（ａ）は、表面又は裏面（以下、「外層」と称する）の表面の一例を示す概略平面図であり、図１（ｂ）は、厚さ方向の部分概略断面図である。ここでは、導体層が３層からなる３層プリント配線板を例に挙げて説明する。
【００２５】
図１に示すように、金属コア多層プリント配線板１０は、内層の導体層１１と、外層の導体層１４及び１５とを備え、内層の導体層１１と外層の導体層１４との間に絶縁層１２と、内層の導体層１１と外層の導体層１５との間に絶縁層１３とを備えた、外層の導体層１４、絶縁層１２、内層の導体層１１、絶縁層１３、外層の導体層１５の順に積層された構成となっている。
【００２６】
内層の導体層１１は、圧延銅箔でできており、外層の導体層１４及び１５は、銅箔でできている。また、絶縁層１２及び１３は、ガラス布エポキシ樹脂でできている。
【００２７】
尚、内層の導体層１１の導体厚さＬ１は、１００μｍ以上であり、かつ、４００μｍ以下である。また、絶縁層１２及び１３の絶縁材料は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃以上であり、かつ、縦弾性係数が６ＧＰａ以上である。
【００２８】
また、金属コア多層プリント配線板１０には、厚さ方向に金属コア多層プリント配線板１０の表裏を貫くスルーホール２１が形成されている。スルーホール２１の壁面には銅めっきが施されている。スルーホール２１は、外層の導体層１４及び外層の導体層１５を銅めっき膜２５により電気的に接続している。
【００２９】
また、スルーホール２１は、内層の導体層１１と同一層内にある絶縁層１２及び１３から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部３１を貫き、外層の導体層１４と外層の導体層１５とを銅めっき膜２５により電気的に接続している。即ち、絶縁埋め込み部３１により、銅めっき膜２５と内層の導体層１１との間が電気的に絶縁されている。
【００３０】
尚、スルーホール２１は、穴径が直径０．６ｍｍ以下であり、かつ、壁面の銅めっき膜２５の厚さが２０μｍ〜３０μｍである。絶縁埋め込み部３１の絶縁材料は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃以上であり、かつ、縦弾性係数が６ＧＰａ以上である。
【００３１】
外層の導体層１４及び１５に設けられたスルーホール２１のランド幅をＷとし、スルーホール２１の銅めっき膜２５と内層の導体層１１の内壁部１１ａとの間の距離である内層絶縁離隔をＳとするとき、金属コア多層プリント配線板１０は、下記の条件を満足する。
（条件） Ｓ≧Ｗ×６
金属コア多層プリント配線板１０を上述したような構成にすることにより、冷熱衝撃環境下で、スルーホール２１の銅めっき膜２５の熱応力を低く抑えることができる。従って、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても、金属コア多層プリント配線板１０のスルーホール２１の銅めっき膜２５に対して、破断寿命を長くし、導通信頼性を向上させることができる。
【００３２】
図２、図３、図４及び図５は、本発明を適用可能な導体層が５層の金属コア多層プリント配線板を説明するための図である。図２は、外層のみがスルーホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の図であり、図３は、外層と金属コア層以外の1つ内層とがスルーホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の図であり、図４は、外層と金属コア層以外の２つ内層とがスルーホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の図であり、図５は、金属コア層以外の２つ内層がインナーバイアホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の図である。尚、金属コア層は、外層も含めた上から３層目の内層の導体層のことである。
【００３３】
図２、図３、図４及び図５に示すように、金属コア多層プリント配線板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄは、金属コア層(内層の導体層)６５と、内層の導体層６３及び６７と、外層の導体層６１及び６９とを備え、外層の導体層６１と内層の導体層６３との間に絶縁層６２と、内層の導体層６３と金属コア層６５との間に絶縁層６４と、金属コア層６５と内層の導体層６７との間に絶縁層６６と、内層の導体層６７と外層の導体層６９との間に絶縁層６８とを備えた、外層の導体層６１、絶縁層６２、内層の導体層６３、絶縁層６４、金属コア層６５、絶縁層６６、内層の導体層６７、絶縁層６８、外層の導体層６９の順に積層された構成となっている。
【００３４】
金属コア層６５は、圧延銅箔でできており、内層の導体層６３及び６７、並びに、外層の導体層６１及び６９は、銅箔でできている。また、絶縁層６２、６４、６６、及び６８は、ガラス布エポキシ樹脂でできている。
【００３５】
尚、金属コア層６５の導体厚さは、１００μｍ以上であり、かつ、４００μｍ以下である。また、絶縁層６２、６４、６６、及び６８の絶縁材料は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃以上であり、かつ、縦弾性係数が６ＧＰａ以上である。
【００３６】
図２に示すように、金属コア多層プリント配線板６０ａには、厚さ方向に金属コア多層プリント配線板６０ａの表裏を貫くスルーホール７１ａが形成されている。スルーホール７１ａの壁面には銅めっきが施されている。スルーホール７１ａは、外層の導体層６１及び外層の導体層６９を銅めっき膜７５ａにより電気的に接続している。
【００３７】
また、内層の導体層６３、金属コア層６５、及び内層の導体層６７には、内層の導体層６３、金属コア層６５、及び内層の導体層６７と、銅めっき膜７５ａとを電気的に絶縁するために、各導体層の上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８１、８２、及び８３が形成されている。
【００３８】
また、図３に示すように、金属コア多層プリント配線板６０ｂには、厚さ方向に金属コア多層プリント配線板６０ｂの表裏を貫くスルーホール７１ｂが形成されている。スルーホール７１ｂの壁面には銅めっきが施されている。スルーホール７１ｂは、外層の導体層６１及び外層の導体層６９、並びに、内層の導体層６７を、銅めっき膜７５ｂにより電気的に接続している。
【００３９】
また、内層の導体層６３及び金属コア層６５には、内層の導体層６３及び金属コア層６５と、銅めっき膜７５ｂとを電気的に絶縁するために、各導体層の上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８１及び８２が形成されている。また、内層の導体層６７には、上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８５が形成されている。
【００４０】
また、図４に示すように、金属コア多層プリント配線板６０ｃには、厚さ方向に金属コア多層プリント配線板６０ｃの表裏を貫くスルーホール７１ｃが形成されている。スルーホール７１ｃの壁面には銅めっきが施されている。スルーホール７１ｃは、外層の導体層６１及び外層の導体層６９、並びに、内層の導体層６３及び６７を、銅めっき膜７５ｃにより電気的に接続している。
【００４１】
また、金属コア層６５には、金属コア層６５と銅めっき膜７５ｂとを電気的に絶縁するために、各導体層の上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８２が形成されている。また、内層の導体層６３及び６７には、上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８４及び８５が形成されている。
【００４２】
また、図５に示すように、金属コア多層プリント配線板６０ｄには、インナーバイアホール７１ｄが形成され、インナーバイアホール７１ｄの壁面には銅めっきが施されている。インナーバイアホール７１ｄは、内層の導体層６３及び６７を銅めっき膜７５ｄにより電気的に接続している。
【００４３】
また、金属コア層６５には、金属コア層６５と銅めっき膜７５ｂとを電気的に絶縁するために、各導体層の上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８２が形成されている。また、内層の導体層６３及び６７には、上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８４及び８５が形成されている。また、インナーバイアホール７１ｄの内部には、絶縁層６２及び６８から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８６が形成されている。
【００４４】
尚、図２、図３、図４及び図５のスルーホール７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃ、並びインナーバイアホール７１ｄは、穴径が直径０．６ｍｍ以下であり、かつ、壁面の銅めっき膜７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、及び７５ｄの厚さが２０μｍ〜３０μｍである。絶縁埋め込み部８１、８２、８３、８４、８５及び８６の絶縁材料は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃以上であり、かつ、縦弾性係数が６ＧＰａ以上である。
【００４５】
図２、図３、図４及び図５における、外層の導体層６１及び６９に設けられたスルーホール１ａ、７１ｂ、及び７１ｃのランド幅、又は、内層の導体層６３及び６７に設けられたインナーバイアホール７１ｄのランド幅をＷとし、スルーホール７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃ、並びインナーバイアホール７１ｄの銅めっき膜７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、及び７５ｄと金属コア層６５の内壁部６５ａとの間の距離である内層絶縁離隔をＳとするとき、金属コア多層プリント配線板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄは、下記の条件を満足する。
（条件） Ｓ≧Ｗ×６
金属コア多層プリント配線板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄを上述したような構成にすることにより、冷熱衝撃環境下で、スルーホール７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃ、並びインナーバイアホール７１ｄの銅めっき膜７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、及び７５ｄの熱応力を低く抑えることができる。従って、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても、金属コア多層プリント配線板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄのスルーホール７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃ、並びインナーバイアホール７１ｄの銅めっき膜７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、及び７５ｄに対して、破断寿命を長くし、導通信頼性を向上させることができる。
【００４６】
上述した金属コア多層プリント配線板１０は３層プリント配線板であり、金属コア多層プリント配線板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄは５層プリント配線板であったが、その他の積層数の金属コア多層プリント配線板においても、絶縁埋め込み部によって隔てられためっき膜と内層の導体層の内壁部との間の距離（内層絶縁離隔）を、外層の導体層に設けられたスルーホールのランド幅の６倍以上とすることにより、冷熱衝撃環境下で、スルーホールのめっき膜の熱応力を低く抑えることができる。従って、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても、金属コア多層プリント配線板のスルーホールのめっき膜に対して、破断寿命を長くし、導通信頼性を向上させることができる。
【００４７】
次に、本発明の好適な金属コア多層プリント配線板の実施例を説明する。
【実施例】
【００４８】
金属コア多層プリント配線板において、スルーホールのめっき膜に対する熱応力解析及び冷熱衝撃試験をした結果を説明する。使用した金属コア多層プリント配線板は、図１に示した導体層が３層からなる金属コア多層プリント配線板１０である。
【００４９】
金属コア多層プリント配線板１０の内層の導体層１１は、圧延銅箔でできており、内層の導体層の厚さＬ１は１００μｍと４００μｍの２水準である。金属コア多層プリント配線板１０の外層の導体層１４及び１５は、銅箔でできており、外層の導体層の厚さＬ４及びＬ５は２０．７μｍ〜３０．７μｍである。尚、外層の導体層の厚さＬ４及びＬ５は、銅箔の厚さ０．７μｍに、スルーホール２１の銅めっき膜２５の厚さ２０μｍ〜３０μｍを加算した値である。
【００５０】
金属コア多層プリント配線板１０の絶縁層１２及び１３の絶縁材料は、ガラス布エポキシ樹脂でできており、厚さＬ２及びＬ３は２００μｍである。従って、金属コア多層プリント配線板１０の基板厚さＨは、内層の導体層１１の厚さＬ１が１００μｍのときは５００μｍであり、内層の導体層１１の厚さＬ１が４００μｍのときは８００μｍである。
【００５１】
また、絶縁埋め込み部３１は、絶縁層１２及び１３から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている。尚、絶縁層１２及び１３、並びに、絶縁埋め込み部３１は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃であり、かつ、縦弾性係数が６〜２５ＧＰａである。
【００５２】
金属コア多層プリント配線板１０のスルーホール２１の銅めっき膜２５は、無電解銅めっき及び硫酸銅電解めっきにて、銅めっきが施され、無電解銅めっき及び硫酸銅電解めっきによる合計した厚さは、２０μｍ〜３０μｍである。また、めっき後のスルーホール２１の穴径（内径）は、直径０．４ｍｍ〜０．６ｍｍである。また、スルーホール２１のランド幅Ｗは、０．５ｍｍである。
【００５３】
内層絶縁離隔Ｓは、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ及び、４．０ｍｍの７水準である。
【００５４】
上述した金属コア多層プリント配線板１０を使用して、冷熱衝撃試験の温度レンジである−４０℃〜１４５℃の温度レンジの環境下において、内層絶縁離隔Ｓの違いによる、スルーホール２１の銅めっき膜２５に生ずる熱応力を、有限要素法を用いて解析した。
【００５５】
図６は、内層絶縁離隔Ｓの違いによるスルーホール２１の銅めっき膜２５に生ずる熱応力の解析結果を示した図である。図６の縦軸には、スルーホール２１の銅めっき膜２５に生ずる熱応力の応力比を示し、横軸には、内層絶縁離隔Ｓを示している。
【００５６】
尚、スルーホール２１の銅めっき膜２５に生ずる熱応力の応力比は、内層の導体層の厚さＬ１が４００μｍで、かつ、内層絶縁離隔Ｓが０．２ｍｍのときの、スルーホール２１の銅めっき膜２５に生じた熱応力を１とした値である。また、実線は内層の導体層の厚さＬ１が１００μｍのときの結果であり、破線は内層の導体層の厚さＬ１が４００μｍのときの結果である。
【００５７】
図６に示したように、内層の導体層の厚さＬ１が１００μｍのときの解析結果及び４００μｍのときの解析結果は、ともに、内層絶縁離隔Ｓが１．５ｍｍのときに熱応力が最大となり、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍと順に熱応力が低下する結果となった。この結果より、内層絶縁離隔Ｓが３．０ｍｍ以上のとき、熱応力が十分に低い値を示していることがわかった。即ち、スルーホールの銅めっき膜に生ずる熱応力を低応力値にする内層絶縁離隔Ｓは、スルーホールのランド幅Ｗの６倍以上であることがわかった。ここで、大電流用途で使用している厚肉導体に対しては、より確実な絶縁性能を確保する必要がある。そのため、内層絶縁離隔Ｓが０．５ｍｍ以下のときを不適用とした。
【００５８】
次に、内層絶縁離隔Ｓが、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、及び、３．０ｍｍの５水準において、冷熱衝撃試験を実施した。図７は、内層絶縁離隔Ｓの各水準における冷熱衝撃試験の結果を示した図である。ここで、信頼性試験条件として、−４０℃〜１４５℃の温度レンジの環境下において試験を行った。また、判定基準は、スルーホール２１の試験前の導通抵抗値に対する試験後の導通抵抗値の変動率が、１０％以下の場合を「合格（○）」とし、１０％を超える場合を「不合格（×）」とした。
【００５９】
図７に示すように、内層の導体層の厚さＬ１が４００μｍのときの結果は、内層絶縁離隔Ｓが、０．５ｍｍ及び３．０ｍｍのとき、１０００サイクルまでは合格であった。しかし、内層絶縁離隔Ｓが、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、及び２．０ｍｍのとき、５００サイクル以上において、不合格であった。
【００６０】
また、内層の導体層の厚さＬ１が１００μｍのときの結果は、内層絶縁離隔Ｓが、０．５ｍｍ及び３．０ｍｍのとき、２０００サイクルまでは合格であった。しかし、内層絶縁離隔Ｓが、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、及び２．０ｍｍのとき、２０００サイクルにおいて、不合格であった。
【００６１】
この結果、内層の導体層の厚さＬ１が４００μｍのとき及び内層の導体層厚さＬ１が１００μｍのとき、ともに、信頼性において高いレベルである１０００サイクルまで、合格したのは、内層絶縁離隔Ｓが、０．５ｍｍ及び３．０ｍｍのときであった。また、大電流用途で使用している厚肉導体に対しては、より確実な絶縁性能を確保する必要がある。そのため、内層絶縁離隔Ｓが３．０ｍｍのとき、即ち、冷熱衝撃試験において、熱的信頼性の高い内層絶縁離隔Ｓは、スルーホールのランド幅Ｗのほぼ６倍以上であることがわかった。
【００６２】
上述した図６及び図７の結果より、スルーホールの銅めっき膜に生ずる熱応力を低く抑えるとともに冷熱衝撃試験において、熱的信頼性の高くなる内層絶縁離隔Ｓは、ルーホールのランド幅Ｗのほぼ６倍以上であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明を適用可能な金属コア多層プリント配線板を説明するための図であり、図１（ａ）は、外層表面の概略平面図であり、図１（ｂ）は、厚さ方向の部分概略断面図である。
【図２】導体層が外層のみがスルーホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の本発明を適用可能な金属コア多層プリント配線板を説明するための図である。
【図３】外層と金属コア層以外の1つ内層とがスルーホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の本発明を適用可能な金属コア多層プリント配線板を説明するための図である。
【図４】外層と金属コア層以外の２つ内層とがスルーホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の本発明を適用可能な金属コア多層プリント配線板を説明するための図である。
【図５】金属コア層以外の２つ内層がインナーバイアホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の本発明を適用可能な金属コア多層プリント配線板を説明するための図である。
【図６】内層絶縁離隔Ｓの違いによるスルーホール２１の銅めっき膜２５に生ずる熱応力の解析結果を示した図である。
【図７】内層絶縁離隔Ｓの各水準における冷熱衝撃試験の結果を示した図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ 金属コア多層プリント配線板
１１、６３、６７ 内層の導体層（配線パターン導体層）
１１ａ 導体層の内壁部
６５ 金属コア層（内層の導体層）
６５ａ 導体層の内壁部
１２、１３、６２、６４、６６、６８ 絶縁層
１４、１５、６１、６９ 外層の導体層（配線パターン導体層）
２１、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ スルーホール
２５、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ 銅めっき膜
３１、８１、８２、８３、８４、８５、８６ 絶縁埋め込み部
７１ｄ インナーバイアホール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属コア多層プリント配線板に関する。特に、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜に対して、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても導通信頼性の高い、厚肉導体を用いた金属コア多層プリント配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線パターン導体層が積層されたプリント基板において、所望の配線パターン導体層（以下本明細書においては、特に必要のない限り、単に「導体層」と称する）を電気的に相互接続する方法としてバイアホールが用いられる（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。バイアホールの形成方法としては、プリント基板の厚さ方向に貫通孔（スルーホール）をあけ、貫通孔壁面に厚さ２０〜３０μｍの銅めっきを施し、所望の導体層の層間を電気的に接続する方法が一般的に用いられる。尚、プリント基板は、ガラス繊維とエポキシ樹脂をベースとした絶縁材料が用いられ、導体層として電解銅箔が用いられ、バイアホールには上述した銅めっきが施されている。
【０００３】
従来から、プリント基板の電気的特性として課題となっているのは、バイアホールに施された薄膜の銅めっき導体の疲労破断である。銅めっきの疲労破断発生のメカニズムは、高温、低温の温度サイクル環境下における絶縁材料と銅めっきとの熱膨張差によるものである。
【０００４】
高温、低温の環境下において、絶縁材料は銅めっきよりも大きく膨張したり、収縮したりする。そのため、銅めっきは自己の生ずる膨張、収縮より大きな歪を受け、温度サイクルの増加によりその歪が蓄積して疲労破断を生ずることとなる。
【０００５】
特に、自動車のエンジンルームに適用されるプリント基板は、熱的信頼性において高いレベルが求められ、冷熱衝撃試験においては、−４０℃〜１４５℃の広い温度レンジで、１０００サイクル以上での信頼性確保が求められる。
【０００６】
銅めっきの破断寿命を長くする方法としては、絶縁材料の熱応力を低下させることが効果的であり、その方法としては、絶縁材料の熱膨張係数の低減、及び弾性率の低減を図る方法がある。
【０００７】
また、他の方法としては、プリント配線板の幾何学構造による方法もある。この方法は、絶縁材料が粘弾性の性質を有することを利用するもので、絶縁材料の熱変形挙動を、スルーホール銅めっきに負担の掛からない場所に多く発生させることにより、銅めっきに生ずる歪を低減させる方法である。
【０００８】
この方法は、粘弾性（剛性）、熱膨張係数の異なる絶縁材料と導体層の幾何学的な配置による方法である。例えば、基板厚さが同様な２つの金属コア多層プリント配線板があり、その２つの配線板の内層導体の厚さが異なる場合、両者の配線板のスルーホールめっきに生ずる熱応力は異なるレベルを示し、冷熱衝撃試験での導通寿命も異なる特性を示す。即ち、配線板の内層導体の厚さにより、絶縁材料の熱応力を低下させる方法である。
【特許文献１】特開平８−１６２７６５号公報
【特許文献２】特開平６−２２４５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、例えば、自動車において、制御の電動化、ハイブリッドカー用モータなど、大電流化される電装部品が使用されている。プリント基板の大電流化は、導体層の導体厚さを厚くすることで対応しており、汎用銅箔である厚さ１８μｍ〜３５μｍを超える、７０μｍ以上の厚さの厚肉銅箔が用いられている。
【００１０】
汎用銅箔を用いた金属コア多層プリント配線板は、導体層間に絶縁材料（プリプレグ）の規格品１枚を用いると、内層の導体層の厚さは基板厚さの３分の１以下で、基板厚さの大部分は、絶縁材料である絶縁層の厚さとなり、導体層の厚さがプアな基板構造となる。尚、基板厚さとは、表面の導体層及び裏面の導体層を除いた厚さ、即ち、内層の導体層の厚さと絶縁層の厚さを合計した厚さである。
【００１１】
一方、厚肉銅箔を用いた金属コア多層プリント配線板は、上記と同様に、導体層間に絶縁材料（プリプレグ）の規格品１枚を用いると、内層の導体層の厚さは基板厚さの２分の１以下で、汎用銅箔を用いた金属コア多層プリント配線板よりも基板厚さに絶縁層の厚さが占める割合が減少し、導体層の厚さがリッチな基板構造となる。
【００１２】
しかしながら、導体層の厚さがリッチな基板構造となると、冷熱衝撃環境下では、絶縁材料と導体材料との剛性の差に起因して、スルーホールめっきに局所的に大きな熱応力が発生してしまうという問題点があった。即ち、スルーホールに施された薄膜のめっきに対する導通寿命が短くなり熱的信頼性を損なうという問題点があった。
【００１３】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜に対して、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても導通信頼性の高い、厚肉導体を用いた金属コア多層プリント配線板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した従来の問題点を解決すべく下記の発明を提供する。
本発明の第１の態様にかかる金属コア多層プリント配線板は、絶縁層を介して積層される複数の配線パターン導体層を、表面と裏面と少なくとも１つの内層に備える金属コア多層プリント配線板であって、前記配線パターン導体層を貫き、所望の前記配線パターン導体層間をめっき膜により電気的に接続するスルーホール、または内層の所望の前記配線パターン導体層間をめっき膜により電気的に接続するインナーバイアホールと、内層に設けられた前記所望の配線パターン導体層以外の前記配線パターン導体層と前記スルーホールまたは前記インナーバイアホールの前記めっき膜とを電気的に絶縁するため、該配線パターン導体層と前記めっき膜との間に設けられる絶縁埋め込み部とを備え、前記絶縁埋め込み部の前記めっき膜から前記配線パターン導体層までの距離は、表面及び裏面の前記配線パターン導体層上に設けられる前記スルーホール、または、内層の前記配線パターン導体層上に設けられる前記インナーバイアホールのランド幅の６倍以上であることを特徴とする。
【００１５】
絶縁埋め込み部によって隔てられたスルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜と内層の配線パターン導体層の内壁部との間の距離（以下、内層絶縁離隔と呼ぶ）をスルーホールまたはインナーバイアホールのランド幅の６倍以上にすることにより、内層の配線パターン導体層として厚肉銅箔を備えた金属コア多層プリント配線板において、冷熱衝撃環境下で、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜の熱応力を低く抑えることができる。従って、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても、金属コア多層プリント配線板のスルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜に対して、破断寿命を長くし、導通信頼性を向上させることができる。
【００１６】
本発明の第２の態様にかかる金属コア多層プリント配線板は、本発明の第１の態様にかかる金属コア多層プリント配線板において、前記絶縁層および前記絶縁埋め込み部の絶縁材料は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃以上であり、かつ、縦弾性係数が６ＧＰａ以上であることを特徴とする。
【００１７】
絶縁材料の厚さ方向の熱膨張係数及び縦弾性係数を上述した条件となるようにすることにより、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜の熱応力をより低下させることができる。
【００１８】
本発明の第３の態様にかかる金属コア多層プリント配線板は、本発明の第１または２の態様にかかる金属コア多層プリント配線板において、前記スルーホールまたは前記インナーバイアホールは、穴径が直径０．６ｍｍ以下であり、かつ、前記スルーホールまたは前記インナーバイアホールの壁面の前記めっき膜の厚さが２０μｍ〜３０μｍであることを特徴とする。
【００１９】
スルーホールまたはインナーバイアホールの穴径及び壁面のめっき膜の厚さを上述した条件となるようにすることにより、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜の熱応力をより低下させることができる。
【００２０】
本発明の第４の態様にかかる金属コア多層プリント配線板は、本発明の第１から３のいずれか１つの態様にかかる金属コア多層プリント配線板において、内層の前記配線パターン導体層の厚さは、１００μｍ以上であり、かつ、４００μｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
内層の配線パターン導体層の厚さを上述した条件となるようにすることにより、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜の熱応力をより低下させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、内層の配線パターン導体層として厚肉銅箔を備えた金属コア多層プリント配線板において、冷熱衝撃環境下で、スルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜の熱応力を低く抑えることができる。従って、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても、金属コア多層プリント配線板のスルーホールまたはインナーバイアホールのめっき膜に対して、破断寿命を長くし、導通信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
この発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なもので置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【００２４】
図１は、本発明を適用可能な金属コア多層プリント配線板を説明するための図であり、図１（ａ）は、表面又は裏面（以下、「外層」と称する）の表面の一例を示す概略平面図であり、図１（ｂ）は、厚さ方向の部分概略断面図である。ここでは、導体層が３層からなる３層プリント配線板を例に挙げて説明する。
【００２５】
図１に示すように、金属コア多層プリント配線板１０は、内層の導体層１１と、外層の導体層１４及び１５とを備え、内層の導体層１１と外層の導体層１４との間に絶縁層１２と、内層の導体層１１と外層の導体層１５との間に絶縁層１３とを備えた、外層の導体層１４、絶縁層１２、内層の導体層１１、絶縁層１３、外層の導体層１５の順に積層された構成となっている。
【００２６】
内層の導体層１１は、圧延銅箔でできており、外層の導体層１４及び１５は、銅箔でできている。また、絶縁層１２及び１３は、ガラス布エポキシ樹脂でできている。
【００２７】
尚、内層の導体層１１の導体厚さＬ１は、１００μｍ以上であり、かつ、４００μｍ以下である。また、絶縁層１２及び１３の絶縁材料は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃以上であり、かつ、縦弾性係数が６ＧＰａ以上である。
【００２８】
また、金属コア多層プリント配線板１０には、厚さ方向に金属コア多層プリント配線板１０の表裏を貫くスルーホール２１が形成されている。スルーホール２１の壁面には銅めっきが施されている。スルーホール２１は、外層の導体層１４及び外層の導体層１５を銅めっき膜２５により電気的に接続している。
【００２９】
また、スルーホール２１は、内層の導体層１１と同一層内にある絶縁層１２及び１３から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部３１を貫き、外層の導体層１４と外層の導体層１５とを銅めっき膜２５により電気的に接続している。即ち、絶縁埋め込み部３１により、銅めっき膜２５と内層の導体層１１との間が電気的に絶縁されている。
【００３０】
尚、スルーホール２１は、穴径が直径０．６ｍｍ以下であり、かつ、壁面の銅めっき膜２５の厚さが２０μｍ〜３０μｍである。絶縁埋め込み部３１の絶縁材料は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃以上であり、かつ、縦弾性係数が６ＧＰａ以上である。
【００３１】
外層の導体層１４及び１５に設けられたスルーホール２１のランド幅をＷとし、スルーホール２１の銅めっき膜２５と内層の導体層１１の内壁部１１ａとの間の距離である内層絶縁離隔をＳとするとき、金属コア多層プリント配線板１０は、下記の条件を満足する。
（条件） Ｓ≧Ｗ×６
金属コア多層プリント配線板１０を上述したような構成にすることにより、冷熱衝撃環境下で、スルーホール２１の銅めっき膜２５の熱応力を低く抑えることができる。従って、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても、金属コア多層プリント配線板１０のスルーホール２１の銅めっき膜２５に対して、破断寿命を長くし、導通信頼性を向上させることができる。
【００３２】
図２、図３、図４及び図５は、本発明を適用可能な導体層が５層の金属コア多層プリント配線板を説明するための図である。図２は、外層のみがスルーホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の図であり、図３は、外層と金属コア層以外の1つ内層とがスルーホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の図であり、図４は、外層と金属コア層以外の２つ内層とがスルーホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の図であり、図５は、金属コア層以外の２つ内層がインナーバイアホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の図である。尚、金属コア層は、外層も含めた上から３層目の内層の導体層のことである。
【００３３】
図２、図３、図４及び図５に示すように、金属コア多層プリント配線板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄは、金属コア層(内層の導体層)６５と、内層の導体層６３及び６７と、外層の導体層６１及び６９とを備え、外層の導体層６１と内層の導体層６３との間に絶縁層６２と、内層の導体層６３と金属コア層６５との間に絶縁層６４と、金属コア層６５と内層の導体層６７との間に絶縁層６６と、内層の導体層６７と外層の導体層６９との間に絶縁層６８とを備えた、外層の導体層６１、絶縁層６２、内層の導体層６３、絶縁層６４、金属コア層６５、絶縁層６６、内層の導体層６７、絶縁層６８、外層の導体層６９の順に積層された構成となっている。
【００３４】
金属コア層６５は、圧延銅箔でできており、内層の導体層６３及び６７、並びに、外層の導体層６１及び６９は、銅箔でできている。また、絶縁層６２、６４、６６、及び６８は、ガラス布エポキシ樹脂でできている。
【００３５】
尚、金属コア層６５の導体厚さは、１００μｍ以上であり、かつ、４００μｍ以下である。また、絶縁層６２、６４、６６、及び６８の絶縁材料は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃以上であり、かつ、縦弾性係数が６ＧＰａ以上である。
【００３６】
図２に示すように、金属コア多層プリント配線板６０ａには、厚さ方向に金属コア多層プリント配線板６０ａの表裏を貫くスルーホール７１ａが形成されている。スルーホール７１ａの壁面には銅めっきが施されている。スルーホール７１ａは、外層の導体層６１及び外層の導体層６９を銅めっき膜７５ａにより電気的に接続している。
【００３７】
また、内層の導体層６３、金属コア層６５、及び内層の導体層６７には、内層の導体層６３、金属コア層６５、及び内層の導体層６７と、銅めっき膜７５ａとを電気的に絶縁するために、各導体層の上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８１、８２、及び８３が形成されている。
【００３８】
また、図３に示すように、金属コア多層プリント配線板６０ｂには、厚さ方向に金属コア多層プリント配線板６０ｂの表裏を貫くスルーホール７１ｂが形成されている。スルーホール７１ｂの壁面には銅めっきが施されている。スルーホール７１ｂは、外層の導体層６１及び外層の導体層６９、並びに、内層の導体層６７を、銅めっき膜７５ｂにより電気的に接続している。
【００３９】
また、内層の導体層６３及び金属コア層６５には、内層の導体層６３及び金属コア層６５と、銅めっき膜７５ｂとを電気的に絶縁するために、各導体層の上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８１及び８２が形成されている。また、内層の導体層６７には、上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８５が形成されている。
【００４０】
また、図４に示すように、金属コア多層プリント配線板６０ｃには、厚さ方向に金属コア多層プリント配線板６０ｃの表裏を貫くスルーホール７１ｃが形成されている。スルーホール７１ｃの壁面には銅めっきが施されている。スルーホール７１ｃは、外層の導体層６１及び外層の導体層６９、並びに、内層の導体層６３及び６７を、銅めっき膜７５ｃにより電気的に接続している。
【００４１】
また、金属コア層６５には、金属コア層６５と銅めっき膜７５ｂとを電気的に絶縁するために、各導体層の上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８２が形成されている。また、内層の導体層６３及び６７には、上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８４及び８５が形成されている。
【００４２】
また、図５に示すように、金属コア多層プリント配線板６０ｄには、インナーバイアホール７１ｄが形成され、インナーバイアホール７１ｄの壁面には銅めっきが施されている。インナーバイアホール７１ｄは、内層の導体層６３及び６７を銅めっき膜７５ｄにより電気的に接続している。
【００４３】
また、金属コア層６５には、金属コア層６５と銅めっき膜７５ｂとを電気的に絶縁するために、各導体層の上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８２が形成されている。また、内層の導体層６３及び６７には、上下の絶縁層から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８４及び８５が形成されている。また、インナーバイアホール７１ｄの内部には、絶縁層６２及び６８から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている絶縁埋め込み部８６が形成されている。
【００４４】
尚、図２、図３、図４及び図５のスルーホール７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃ、並びインナーバイアホール７１ｄは、穴径が直径０．６ｍｍ以下であり、かつ、壁面の銅めっき膜７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、及び７５ｄの厚さが２０μｍ〜３０μｍである。絶縁埋め込み部８１、８２、８３、８４、８５及び８６の絶縁材料は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃以上であり、かつ、縦弾性係数が６ＧＰａ以上である。
【００４５】
図２、図３、図４及び図５における、外層の導体層６１及び６９に設けられたスルーホール１ａ、７１ｂ、及び７１ｃのランド幅、又は、内層の導体層６３及び６７に設けられたインナーバイアホール７１ｄのランド幅をＷとし、スルーホール７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃ、並びインナーバイアホール７１ｄの銅めっき膜７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、及び７５ｄと金属コア層６５の内壁部６５ａとの間の距離である内層絶縁離隔をＳとするとき、金属コア多層プリント配線板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄは、下記の条件を満足する。
（条件） Ｓ≧Ｗ×６
金属コア多層プリント配線板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄを上述したような構成にすることにより、冷熱衝撃環境下で、スルーホール７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃ、並びインナーバイアホール７１ｄの銅めっき膜７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、及び７５ｄの熱応力を低く抑えることができる。従って、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても、金属コア多層プリント配線板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄのスルーホール７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃ、並びインナーバイアホール７１ｄの銅めっき膜７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、及び７５ｄに対して、破断寿命を長くし、導通信頼性を向上させることができる。
【００４６】
上述した金属コア多層プリント配線板１０は３層プリント配線板であり、金属コア多層プリント配線板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄは５層プリント配線板であったが、その他の積層数の金属コア多層プリント配線板においても、絶縁埋め込み部によって隔てられためっき膜と内層の導体層の内壁部との間の距離（内層絶縁離隔）を、外層の導体層に設けられたスルーホールのランド幅の６倍以上とすることにより、冷熱衝撃環境下で、スルーホールのめっき膜の熱応力を低く抑えることができる。従って、高温、低温の温度サイクルの厳しい環境下においても、金属コア多層プリント配線板のスルーホールのめっき膜に対して、破断寿命を長くし、導通信頼性を向上させることができる。
【００４７】
次に、本発明の好適な金属コア多層プリント配線板の実施例を説明する。
【実施例】
【００４８】
金属コア多層プリント配線板において、スルーホールのめっき膜に対する熱応力解析及び冷熱衝撃試験をした結果を説明する。使用した金属コア多層プリント配線板は、図１に示した導体層が３層からなる金属コア多層プリント配線板１０である。
【００４９】
金属コア多層プリント配線板１０の内層の導体層１１は、圧延銅箔でできており、内層の導体層の厚さＬ１は１００μｍと４００μｍの２水準である。金属コア多層プリント配線板１０の外層の導体層１４及び１５は、銅箔でできており、外層の導体層の厚さＬ４及びＬ５は２０．７μｍ〜３０．７μｍである。尚、外層の導体層の厚さＬ４及びＬ５は、銅箔の厚さ０．７μｍに、スルーホール２１の銅めっき膜２５の厚さ２０μｍ〜３０μｍを加算した値である。
【００５０】
金属コア多層プリント配線板１０の絶縁層１２及び１３の絶縁材料は、ガラス布エポキシ樹脂でできており、厚さＬ２及びＬ３は２００μｍである。従って、金属コア多層プリント配線板１０の基板厚さＨは、内層の導体層１１の厚さＬ１が１００μｍのときは５００μｍであり、内層の導体層１１の厚さＬ１が４００μｍのときは８００μｍである。
【００５１】
また、絶縁埋め込み部３１は、絶縁層１２及び１３から流れ出たエポキシ樹脂が充填されている。尚、絶縁層１２及び１３、並びに、絶縁埋め込み部３１は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃であり、かつ、縦弾性係数が６〜２５ＧＰａである。
【００５２】
金属コア多層プリント配線板１０のスルーホール２１の銅めっき膜２５は、無電解銅めっき及び硫酸銅電解めっきにて、銅めっきが施され、無電解銅めっき及び硫酸銅電解めっきによる合計した厚さは、２０μｍ〜３０μｍである。また、めっき後のスルーホール２１の穴径（内径）は、直径０．４ｍｍ〜０．６ｍｍである。また、スルーホール２１のランド幅Ｗは、０．５ｍｍである。
【００５３】
内層絶縁離隔Ｓは、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ及び、４．０ｍｍの７水準である。
【００５４】
上述した金属コア多層プリント配線板１０を使用して、冷熱衝撃試験の温度レンジである−４０℃〜１４５℃の温度レンジの環境下において、内層絶縁離隔Ｓの違いによる、スルーホール２１の銅めっき膜２５に生ずる熱応力を、有限要素法を用いて解析した。
【００５５】
図６は、内層絶縁離隔Ｓの違いによるスルーホール２１の銅めっき膜２５に生ずる熱応力の解析結果を示した図である。図６の縦軸には、スルーホール２１の銅めっき膜２５に生ずる熱応力の応力比を示し、横軸には、内層絶縁離隔Ｓを示している。
【００５６】
尚、スルーホール２１の銅めっき膜２５に生ずる熱応力の応力比は、内層の導体層の厚さＬ１が４００μｍで、かつ、内層絶縁離隔Ｓが０．２ｍｍのときの、スルーホール２１の銅めっき膜２５に生じた熱応力を１とした値である。また、実線は内層の導体層の厚さＬ１が１００μｍのときの結果であり、破線は内層の導体層の厚さＬ１が４００μｍのときの結果である。
【００５７】
図６に示したように、内層の導体層の厚さＬ１が１００μｍのときの解析結果及び４００μｍのときの解析結果は、ともに、内層絶縁離隔Ｓが１．５ｍｍのときに熱応力が最大となり、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍと順に熱応力が低下する結果となった。この結果より、内層絶縁離隔Ｓが３．０ｍｍ以上のとき、熱応力が十分に低い値を示していることがわかった。即ち、スルーホールの銅めっき膜に生ずる熱応力を低応力値にする内層絶縁離隔Ｓは、スルーホールのランド幅Ｗの６倍以上であることがわかった。ここで、大電流用途で使用している厚肉導体に対しては、より確実な絶縁性能を確保する必要がある。そのため、内層絶縁離隔Ｓが０．５ｍｍ以下のときを不適用とした。
【００５８】
次に、内層絶縁離隔Ｓが、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、及び、３．０ｍｍの５水準において、冷熱衝撃試験を実施した。図７は、内層絶縁離隔Ｓの各水準における冷熱衝撃試験の結果を示した図である。ここで、信頼性試験条件として、−４０℃〜１４５℃の温度レンジの環境下において試験を行った。また、判定基準は、スルーホール２１の試験前の導通抵抗値に対する試験後の導通抵抗値の変動率が、１０％以下の場合を「合格（○）」とし、１０％を超える場合を「不合格（×）」とした。
【００５９】
図７に示すように、内層の導体層の厚さＬ１が４００μｍのときの結果は、内層絶縁離隔Ｓが、０．５ｍｍ及び３．０ｍｍのとき、１０００サイクルまでは合格であった。しかし、内層絶縁離隔Ｓが、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、及び２．０ｍｍのとき、５００サイクル以上において、不合格であった。
【００６０】
また、内層の導体層の厚さＬ１が１００μｍのときの結果は、内層絶縁離隔Ｓが、０．５ｍｍ及び３．０ｍｍのとき、２０００サイクルまでは合格であった。しかし、内層絶縁離隔Ｓが、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、及び２．０ｍｍのとき、２０００サイクルにおいて、不合格であった。
【００６１】
この結果、内層の導体層の厚さＬ１が４００μｍのとき及び内層の導体層厚さＬ１が１００μｍのとき、ともに、信頼性において高いレベルである１０００サイクルまで、合格したのは、内層絶縁離隔Ｓが、０．５ｍｍ及び３．０ｍｍのときであった。また、大電流用途で使用している厚肉導体に対しては、より確実な絶縁性能を確保する必要がある。そのため、内層絶縁離隔Ｓが３．０ｍｍのとき、即ち、冷熱衝撃試験において、熱的信頼性の高い内層絶縁離隔Ｓは、スルーホールのランド幅Ｗのほぼ６倍以上であることがわかった。
【００６２】
上述した図６及び図７の結果より、スルーホールの銅めっき膜に生ずる熱応力を低く抑えるとともに冷熱衝撃試験において、熱的信頼性の高くなる内層絶縁離隔Ｓは、ルーホールのランド幅Ｗのほぼ６倍以上であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明を適用可能な金属コア多層プリント配線板を説明するための図であり、図１（ａ）は、外層表面の概略平面図であり、図１（ｂ）は、厚さ方向の部分概略断面図である。
【図２】導体層が外層のみがスルーホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の本発明を適用可能な金属コア多層プリント配線板を説明するための図である。
【図３】外層と金属コア層以外の1つ内層とがスルーホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の本発明を適用可能な金属コア多層プリント配線板を説明するための図である。
【図４】外層と金属コア層以外の２つ内層とがスルーホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の本発明を適用可能な金属コア多層プリント配線板を説明するための図である。
【図５】金属コア層以外の２つ内層がインナーバイアホールのめっき膜で電気的に接続されている場合の本発明を適用可能な金属コア多層プリント配線板を説明するための図である。
【図６】内層絶縁離隔Ｓの違いによるスルーホール２１の銅めっき膜２５に生ずる熱応力の解析結果を示した図である。
【図７】内層絶縁離隔Ｓの各水準における冷熱衝撃試験の結果を示した図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ 金属コア多層プリント配線板
１１、６３、６７ 内層の導体層（配線パターン導体層）
１１ａ 導体層の内壁部
６５ 金属コア層（内層の導体層）
６５ａ 導体層の内壁部
１２、１３、６２、６４、６６、６８ 絶縁層
１４、１５、６１、６９ 外層の導体層（配線パターン導体層）
２１、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ スルーホール
２５、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ 銅めっき膜
３１、８１、８２、８３、８４、８５、８６ 絶縁埋め込み部
７１ｄ インナーバイアホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層を介して積層される複数の配線パターン導体層を、表面と裏面と少なくとも１つの内層に備える金属コア多層プリント配線板であって、
前記配線パターン導体層を貫き、所望の前記配線パターン導体層間をめっき膜により電気的に接続するスルーホール、または内層の所望の前記配線パターン導体層間をめっき膜により電気的に接続するインナーバイアホールと、
内層に設けられた前記所望の配線パターン導体層以外の前記配線パターン導体層と前記スルーホールまたは前記インナーバイアホールの前記めっき膜とを電気的に絶縁するため、該配線パターン導体層と前記めっき膜との間に設けられる絶縁埋め込み部とを備え、
前記絶縁埋め込み部の前記めっき膜から前記配線パターン導体層までの距離は、表面及び裏面の前記配線パターン導体層上に設けられる前記スルーホール、または、内層の前記配線パターン導体層上に設けられる前記インナーバイアホールのランド幅の６倍以上であることを特徴とする金属コア多層プリント配線板。
【請求項２】
前記絶縁層および前記絶縁埋め込み部の絶縁材料は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃以上であり、かつ、縦弾性係数が６ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の金属コア多層プリント配線板。
【請求項３】
前記スルーホールまたは前記インナーバイアホールは、穴径が直径０．６ｍｍ以下であり、かつ、前記スルーホールまたは前記インナーバイアホールの壁面の前記めっき膜の厚さが２０μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の金属コア多層プリント配線板。
【請求項４】
内層の前記配線パターン導体層の厚さは、１００μｍ以上であり、かつ、４００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金属コア多層プリント配線板。
【請求項１】
絶縁層を介して積層される複数の配線パターン導体層を、表面と裏面と少なくとも１つの内層に備える金属コア多層プリント配線板であって、
前記配線パターン導体層を貫き、所望の前記配線パターン導体層間をめっき膜により電気的に接続するスルーホール、または内層の所望の前記配線パターン導体層間をめっき膜により電気的に接続するインナーバイアホールと、
内層に設けられた前記所望の配線パターン導体層以外の前記配線パターン導体層と前記スルーホールまたは前記インナーバイアホールの前記めっき膜とを電気的に絶縁するため、該配線パターン導体層と前記めっき膜との間に設けられる絶縁埋め込み部とを備え、
前記絶縁埋め込み部の前記めっき膜から前記配線パターン導体層までの距離は、表面及び裏面の前記配線パターン導体層上に設けられる前記スルーホール、または、内層の前記配線パターン導体層上に設けられる前記インナーバイアホールのランド幅の６倍以上であることを特徴とする金属コア多層プリント配線板。
【請求項２】
前記絶縁層および前記絶縁埋め込み部の絶縁材料は、厚さ方向の熱膨張係数が４５ｐｐｍ／℃以上であり、かつ、縦弾性係数が６ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の金属コア多層プリント配線板。
【請求項３】
前記スルーホールまたは前記インナーバイアホールは、穴径が直径０．６ｍｍ以下であり、かつ、前記スルーホールまたは前記インナーバイアホールの壁面の前記めっき膜の厚さが２０μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の金属コア多層プリント配線板。
【請求項４】
内層の前記配線パターン導体層の厚さは、１００μｍ以上であり、かつ、４００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金属コア多層プリント配線板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２３１４９８（Ｐ２００９−２３１４９８Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７４４３１（Ｐ２００８−７４４３１）
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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