JP2001230551A - プリント配線板並びに多層プリント配線板及びその製造方法 - Google Patents

プリント配線板並びに多層プリント配線板及びその製造方法

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metal conductor
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亮 榎本
Masanori Tamaki
昌徳 玉木
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 層間の電気的接続の信頼性を高める。 【解決手段】 片面プリント配線板３０のバイアホール
１３内に銅の金属導体１４を充填し、その先端部に１０
〜２０μｍの厚さでスズからなる拡散金属層１６を被覆
する。この拡散金属層１６側の面には接着剤４０を全面
に塗布し、反対側の面は銅箔１２をエッチングして導体
回路１８を形成する。そして、この片面プリント配線板
３０の金属導体１４の先端部をコア基板５０の導体回路
５１，５２及び内層側の片面プリント配線板３０の導体
回路１８に押し付けて、加熱プレスする。加熱温度は、
スズの融点（２３０℃）以下で、例えば１８０℃〜２３
０℃とし、比較的高い圧力を作用させる。すると、銅原
子がスズ中に徐々に拡散し界面に合金層が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インターステシャ
ルバイホール構造の多層プリント配線板及びその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】インターステシャルバイアホール構造を
有する多層プリント配線板は、従来、次のようにして製
造されていた。片面の銅張積層板に絶縁基板を貫通する
バイアホールを形成し、ここに導電ペーストや銅メッキ
によって金属導体を充填し、絶縁基板の表面から突出状
態としておく。一方、積層される他のプリント配線板に
は、銅箔をエッチングしてパッドを形成しておき、両プ
リント配線板を両者間にエポキシ等の接着剤を挟んで加
熱圧着するのである。すると、両プリント基板が接着剤
を介して積層されると共に、プリント配線板の金属導体
の先端部が相手のプリント配線板のパッドに接触して電
気的に接続される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記製造方
法では、プリント配線板から僅かに突出する金属導体と
パッドとの機械的接触に基づき電気的接続がなされるか
ら、信頼性に未だ改善の余地がある。もっとも、信頼性
の向上のために金属導体の先端に例えばＳn/Ｐb共晶半
田等の低融点金属をメッキする方法も提供されてはいる
が、比較的低温で溶融するロウ材を介した接続であるか
ら、高温に晒される等の熱履歴を受けると、信頼性を低
下させてしまう。しかも、ロウ材が鉛を含むから環境問
題の面からも好ましくない。
【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、層間の電気的接続の信頼性が高い多層プリント配
線板を製造できるプリント配線板及び多層プリント配線
板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係るプリント配線板は、絶縁基材に形成
されたバイアホール内に金属導体が充填され、他のプリ
ント配線板と積層して加熱圧着することにより、前記金
属導体の先端部を前記他のプリント配線板の表面に形成
した導体回路に押し当てて前記他のプリント配線板との
間の電気的接続が行われるプリント配線板において、前
記金属導体の少なくとも先端部または前記導体回路の表
面は前記両プリント配線板の加熱圧着温度以上の融点を
有して前記両プリント配線板の加熱圧着時に相手側の金
属中に拡散する金属を有するところに特徴を有する。
【０００６】また、請求項２に係るプリント配線板は、
前記他のプリント配線板の表面に形成された導体回路及
び前記金属導体は銅からなり、その金属導体の先端部に
はスズからなる拡散金属層が被覆されているところに特
徴を有する。請求項３に係るプリント配線板は、請求項
１または２のものにおいて、バイアホール内の金属導体
は電気メッキ法によりバイアホール内に充填されている
ところに特徴を有する。
【０００７】そして、請求項４の多層プリント配線板
は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプリン
ト配線板を相互に加熱圧着することにより、一方のプリ
ント配線板の金属導体の先端部の金属を他方のプリント
配線板の導体回路に拡散させて両プリント配線板間の電
気的接続が行われているところに特徴を有する。
【０００８】また、請求項５の発明は、複数枚のプリン
ト配線板を積層状態で加熱圧着することで一体化すると
共に、一方のプリント配線板に設けた金属導体の先端部
を他方のプリント配線板の表面に設けた導体回路に押し
当てて電気的に接続させるようにした多層プリント配線
板の製造方法であって、前記一方のプリント配線板の絶
縁基材にバイアホールを形成する工程、このバイアホー
ル内に金属導体を充填する工程、前記金属導体の先端部
またはその相手方の導体回路の表面に前記両プリント配
線板の加熱圧着温度以上の融点を有して前記両プリント
配線板の加熱圧着時に相手側の金属中に拡散する金属か
らなる拡散金属層を形成する工程、前記両プリント配線
板を前記金属導体が相手方の前記導体回路に押し当てた
状態で加熱圧着する工程とを実行するところに特徴を有
する。そして、請求項６の発明は、上記請求項５の発明
において、前記金属導体の先端部及び前記導体回路の表
面の一方または双方には、両プリント配線板の加熱圧着
前に、粗面化処理を施すところに特徴を有する。
【０００９】
【発明の作用及び効果】請求項１のプリント配線板及び
請求項５の多層プリント配線板の製造方法によれば、他
のプリント配線板と積層し、金属導体を相手方のプリン
ト配線板の導体回路に押し当てて加熱圧着すると、金属
導体の少なくとも先端部または導体回路の表面が加熱圧
着温度以上の融点を有する金属であっても、界面に作用
する圧力によって相互の金属の拡散が生じ、強度と電気
的特性に優れた金属接合が得られる。従って、多層プリ
ント配線板として製造された後に高温環境に置かれるよ
うな熱履歴を受けたとしても、接合部の緩みが生じにく
く、電気的接続の信頼性が高い。この場合、一方または
双方の表面を粗面化しておくと、金属拡散がより速く行
われる。また、請求項６の発明のように、接触面に予め
粗面化処理を行うと、接触表面積が大きくなり、より円
滑に金属拡散が行われる。
【００１０】請求項２の発明では、導体回路及び金属導
体が銅であるから抵抗率が低く、しかも一方の銅の表面
に存在するスズが銅内に拡散して融点が高い銅-スズの
合金層が形成される。また、メッキ法により金属導体を
バイアホール内に充填した請求項３のプリント配線板に
よれば、金属導体の密度が高くなって抵抗率をより低く
することができる。
【００１１】ここで、各発明において、絶縁基材として
は、ガラスクロスエポキシ樹脂基材、ガラスクロスビス
マレイミドトリアジン樹脂基材、ガラスクロスポリフェ
ニレンエーテル樹脂基材叉はアラミド不織布ーポリイミ
ド樹脂基材であることが好ましい。なお、各プリント配
線板を積層状態に接着する接着剤としては、熱硬化性の
エポキシ系接着剤が好ましく、この場合、温度は１８０
℃〜２３０℃、圧力は１０〜６０kg/cm2が望ましい。ま
た、加熱圧着は減圧下で行うことが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１（Ｂ）は本実施形態に係る多
層プリント配線板１００を完成形態で示しており、これ
は同図（Ａ）に示すように、コア基板５０の両面側に複
数枚の片面プリント配線板３０を接着剤４０を介して積
層接着したものである。まず、片面プリント配線板３０
の製造工程を図２を参照して説明する。出発材料は片面
銅張積層板１０である。これは、例えばガラスクロスエ
ポキシ樹脂の絶縁基材１１の一方の面に銅箔１２を貼り
付けた周知の構造である。この片面銅張積層板１０の絶
縁基材１１側からレーザー照射を行って絶縁基材１１を
貫通するバイアホール１３を所要位置に形成する（図２
（Ｂ）参照）。
【００１３】このレーザー加工は、例えばパルス発振型
炭酸ガスレーザー加工装置によって行われる。加工条件
は、パルスエネルギーが２．０〜１０．０ｍＪ、パルス
幅が１〜１００μｓ、パルス間隔が０．５ｍｓ以上、シ
ョット数が３〜５０の範囲内であることが好ましく、バ
イアホール１３の開口径は５０〜２５０μｍであること
が推奨される。
【００１４】この後、生成されたバイアホール１３の内
部に残留する樹脂を取り除くため、酸素プラズマ放電、
コロナ放電処理、過マンガン酸カリウム処理等によるデ
スミア処理を行うことが、接続信頼性確保の点で望まし
い。
【００１５】そして、銅箔１２を一方の電極とした電気
メッキ法によりバイアホール１３内に銅の金属導体１４
を充填する（図２（Ｃ）参照）。金属導体１４の充填深
さは、その上面が絶縁基材１１の表面と面一になる程度
が好ましい。
【００１６】この後、銅箔１２上に保護シート１５を貼
り付けた上で（図２（Ｄ）参照）、酸処理及び水洗工程
を経て電気スズメッキにより金属導体１４の先端部に例
えば１０〜２０μｍの厚さでスズからなる拡散金属層１
６を被覆する（図３（Ｅ）参照）。そして、上記拡散金
属層１６側の面に例えばエポキシ系の接着剤４０を全面
に塗布し、これを仮乾燥して半硬化状態とし、その上に
保護シート１７を貼り付ける（図３（Ｆ）参照）。この
後、銅箔１２側の保護シート１５を剥がし、周知のマス
ク-エッチング法により銅箔１２を所要のパターンにエ
ッチングして導体回路１８を形成する。これにて片面プ
リント配線板３０が完成する（図３（Ｇ）参照）。
【００１７】一方、コア基板５０は図４に示すように製
造される。やはり、絶縁基材６１の一方の面に銅箔６２
を貼り付けた周知構造の片面銅張積層板６０から出発
し、その絶縁基材６１にバイアホール６３を所要位置に
形成し（図４（Ｂ）参照）、電気メッキ法によりバイア
ホール６３内に銅の金属導体６４を充填する（図４
（Ｃ）参照）。この後、銅箔６２上に保護シート６５を
貼り付け（図４（Ｄ）参照）、絶縁基材６１の銅箔６２
とは反対側の他方の面に化学メッキ層６６を形成した上
で、その化学メッキ層６６を電極による電気メッキ（パ
ネルメッキ）を行い、電気メッキ層６７を重ねて形成
し、周知のエッチング手法により第１導体回路５１を形
成し、反対側の銅箔６２にも保護シート６５を剥がした
上で、エッチング手法により第２導体回路５２を形成す
る。そして、これをさらに例えばソフトエッチングを行
う有機酸系エッチング液に浸漬してパターンの表面を粗
面化してコア基板５０とする（図４（Ｅ）参照）。
【００１８】そして、多層プリント配線板１００を製造
するには、図１（Ａ）に示すように、上記コア基板５０
の上下両側に、保護シート１７を剥がした例えば２枚の
片面プリント配線板３０を配置し、これを加熱真空プレ
ス装置にセットして所定の温度で加熱しながら積層状態
に加圧する。すると、各片面プリント配線板３０の金属
導体１４の先端部が、コア基板５０の導体回路５１，５
２及び内層側の片面プリント配線板３０の導体回路１８
に押し付けられ、接着剤４０を貫通しつつ押し広げるよ
うにして導体回路１８，５１，５２に圧接することにな
る。
【００１９】ここでの加熱温度は、スズの融点（２３０
℃）以下であっても、エポキシ系の接着剤４０が本硬化
する温度であればよく、例えば１８０℃〜２３０℃が推
奨される。また、圧力は１０kg/cm2〜６０kg/cm2という
比較的高い圧力を作用させ、例えば７０分以上加圧状態
を維持することが望ましい。すると、金属導体１４の先
端部にはスズの拡散金属層１６が形成されており、導体
回路１８，５１，５２の銅表面に対して強い圧力で押し
付けられて界面での活性度が高まっているから、銅原子
がスズ中に徐々に拡散し界面に合金層が形成される。そ
の様子は、断面を蛍光Ｘ線分析によって分析した結果に
よれば、図５に模式的に示すように、主として銅原子が
拡散金属層１６のスズ原子中に拡散して銅-スズの合金
層１６Ａが形成される。また、このような加熱圧着の工
程によって接着剤４０が完全に硬化し、各プリント配線
板３０，５０は積層状態で固化する。
【００２０】このような本実施形態の多層プリント配線
板１００によれば、銅とスズとの界面に作用する圧力に
よって金属拡散が生じ、強度と電気的特性に優れた金属
接合が得られる。従って、高温環境に置かれるような熱
履歴を受けたとしても、接合部の緩みが生じにくく、電
気的接続の信頼性を高くすることができる。
【００２１】なお、上記実施形態では金属導体１４の先
端にのみスズメッキを施したが、相手側の銅箔（導体回
路１８，５１，５２）にも例えば０．５〜２μｍ程度の
薄いスズのメッキ層を形成してもよい。
【００２２】＜第２実施形態＞図６は本発明の第２実施
形態を示す。前記第１実施形態との相違は、スズの拡散
金属層を１６をコア基板５０の導体回路５１，５２上に
形成したところにある。この場合、片面プリント配線板
３０のバイアホール１３内に充填する金属導体１４は絶
縁基材１１の表面から僅かに突出する形態としておくこ
とが望ましい。このような実施形態としても、前記実施
形態と同様に強度と電気的特性に優れた金属接合が得ら
れるから、電気的接続の信頼性を高くすることができ
る。
【００２３】＜他の実施形態＞本発明は上記記述及び図
面によって説明した実施の形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施の形態も本発明の技術的範囲
に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲
内で種々変更して実施することができる。
【００２４】（１）上記各実施形態では、バイアホール
内を満たす金属導体を電気メッキ法により形成したが、
これに限らず、導電ペーストを充填して金属導体を形成
してもよい。 （２）前記各実施形態では、第１及び第２の両導体回路
をサブトラクト法により形成するようにしているが、こ
れに限らず、必要な部分にだけ導電路をメッキにより形
成して行くアディティブ法によって形成することもでき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る多層プリント配
線板の製造工程を示す断面図である。
【図２】 片面プリント配線板の製造工程の前半を示す
断面図である。
【図３】 同じく片面プリント配線板の製造工程の後半
を示す断面図である。
【図４】 コア基板の製造工程を示す断面図である。
【図５】 金属導体と導体回路との接合部を模式的に示
す断面図である。
【図６】 本発明の第２実施形態に係る多層プリント配
線板の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１１……絶縁基材 １３……バイアホール １４……金属導体 １６……拡散金属層 １６Ａ……合金層 １８，５１，５２……導体回路 ３０……片面プリント配線板 ４０……接着剤 ５０……コア基板 １００……多層プリント配線板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E317 AA24 BB11 CC25 CC31 CC53 CD31 GG20 5E346 AA12 AA15 AA22 AA35 AA43 BB01 CC02 CC08 CC32 CC33 DD01 DD11 EE02 EE06 EE07 EE12 EE14 EE19 FF07 FF14 FF24 FF35 FF36 GG15 GG17 GG27 GG28 HH07

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁基材に形成されたバイアホール内に
    金属導体が充填され、他のプリント配線板と積層して加
    熱圧着することにより、前記金属導体の先端部を前記他
    のプリント配線板の表面に形成した導体回路に押し当て
    て前記他のプリント配線板との間の電気的接続が行われ
    るプリント配線板において、前記金属導体の少なくとも
    先端部または前記導体回路の表面は前記両プリント配線
    板の加熱圧着温度以上の融点を有して前記両プリント配
    線板の加熱圧着時に相手側の金属中に拡散する金属を有
    することを特徴とするプリント配線板。
  2. 【請求項２】 前記他のプリント配線板の表面に形成さ
    れた導体回路及び前記金属導体は銅からなり、その金属
    導体の先端部にはスズからなる拡散金属層が被覆されて
    いることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
  3. 【請求項３】 前記バイアホール内の金属導体は電気メ
    ッキ法によりバイアホール内に充填されていることを特
    徴とする請求項１または２記載のプリント配線板。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
    載のプリント配線板を相互に加熱圧着することにより、
    一方のプリント配線板の金属導体の先端部の金属を他方
    のプリント配線板の導体回路の金属中に拡散させて両プ
    リント配線板間の電気的接続が行われていることを特徴
    とする多層プリント配線板。
  5. 【請求項５】 複数枚のプリント配線板を積層状態で加
    熱圧着することで一体化すると共に、一方のプリント配
    線板に設けた金属導体の先端部を他方のプリント配線板
    の表面に設けた導体回路に押し当てて電気的に接続させ
    るようにした多層プリント配線板の製造方法であって、
    前記一方のプリント配線板の絶縁基材にバイアホールを
    形成する工程、このバイアホール内に金属導体を充填す
    る工程、前記金属導体の先端部またはその相手方の導体
    回路の表面に前記両プリント配線板の加熱圧着温度以上
    の融点を有して前記両プリント配線板の加熱圧着時に相
    手側の金属中に拡散する金属からなる拡散金属層を形成
    する工程、前記両プリント配線板を前記金属導体が相手
    方の前記導体回路に押し当てた状態で加熱圧着する工程
    とを実行することを特徴とする多層プリント配線板の製
    造方法。
  6. 【請求項６】 前記金属導体の先端部及び前記導体回路
    の表面の一方または双方は、両プリント配線板の加熱圧
    着前に、粗面化処理をすることを特徴とする請求項５記
    載の多層プリント配線板の製造方法。
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