JP2004111702A

JP2004111702A - 配線基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004111702A
Application number: JP2002273118A
Authority: JP
Inventors: Koji Kondo; 近藤　宏司; Katsumi Yamazaki; 山崎　勝美
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】配線密度および設計自由度が高くて、製造リードタイムが短く、剛性を確保することのできる配線基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】剛性を確保するための絶縁性の支持基板１と、配線回路が形成された樹脂基板２，３とが積層されてなる配線基板であって、樹脂基板２，３は、熱可塑性樹脂からなる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板およびその製造方法に関するもので、特に、剛性を有すると共に、配線密度および設計自由度が高くて製造リードタイムの短い配線基板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配線密度および設計自由度が高くて製造リードタイムの短い配線基板およびその製造方法として、特開２０００−３８４６４号公報（特許文献１）に開示ざれた配線基板およびその製造方法が知られている。
【０００３】
特開２０００−３８４６４号公報に開示された配線基板の製造方法によれば、まず、熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムの表面に銅箔を貼り付け、選択的にエッチングすることで導体パターンを形成する。次に、導体パターンを底面とする有底孔を樹脂フィルムに形成し、有底孔内に導電ペーストを充填する。そして、このようにして準備した複数枚の樹脂フィルムを積層した後、所定の温度と圧力で加熱しつつ加圧する。これにより、隣接する樹脂フィルムが融着して一体化されると共に、導電ペーストが焼結して複数の導体パターンが接続される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３８４６４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−３８４６４号公報に開示された配線基板の製造方法においては、多数の樹脂フィルムが一括して接着され、また同時に配線回路が形成されるため、配線密度および設計自由度が高くて、製造リードタイムが短い。
【０００６】
一方、特開２０００−３８４６４号公報に開示された配線基板は、樹脂フィルムが薄い熱可塑性樹脂からなるため、樹脂フィルムの積層枚数が少ない場合や大面積の配線基板を製造する場合には、基板の剛性が確保できなくなる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、配線密度および設計自由度が高くて、製造リードタイムが短く、剛性を確保することのできる配線基板およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、剛性を確保するための絶縁性の支持基板と、配線回路が形成された樹脂基板とが積層されてなる配線基板であって、前記樹脂基板は、熱可塑性樹脂からなることを特徴としている。
【０００９】
これによれば、配線基板を構成する絶縁性の支持基板により、配線基板の剛性を確保すると共に、配線基板を構成する熱可塑性樹脂からなる樹脂基板において、形成される配線回路の配線密度および設計自由度を高くすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、支持基板に配線回路が形成され、当該配線回路と樹脂基板の配線回路とが、樹脂基板の貫通孔に形成された導電性組成物により互いに接続されてなることを特徴としている。
【００１１】
これによれば、配線基板に形成される配線回路として、樹脂基板の配線回路だけでなく支持基板に形成される配線回路も利用することができ、形成される配線回路の配線密度および設計自由度をより高くすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、樹脂基板が、前記支持基板の両面に積層されることを特徴としている。
【００１３】
これによれば、樹脂基板が支持基板の両面に積層されることで、支持基板と樹脂基板の材料の違いによる‘そり’を低減することができる。また、支持基板の両面が配線回路に利用されるため、配線回路の配線密度および設計自由度をより高くすることができる。
【００１４】
請求項４に記載したように、支持基板は、ガラス繊維含有エポキシ材、ガラス繊維含有ＢＴレジン材、ガラス繊維含有ポリイミド材、アラミド繊維含有エポキシ材、アラミド繊維含有ＢＴレジン材、アラミド繊維含有ポリイミド材、セラミック粒子含有エポキシ材、セラミック粒子含有ＢＴレジン材、セラミック粒子含有ポリイミド材、セラミック材、メタルコア材のいずれかであることが好ましい。これらの材料は、熱可塑の樹脂基板を支持する支持基板材料として十分な強度を有しており、これにより、樹脂基板と支持基板で構成される配線基板の十分な強度を確保することができる。
【００１５】
請求項５に記載したように、熱可塑性樹脂は、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン／ポリエーテルイミド混合物、ポリフェニレンサルファイドのいずれかであることが好ましい。これらの材料は、高密度の配線回路を形成することのできる熱可塑の樹脂基板材料として、十分な絶縁性能と製造容易性を有している。
【００１６】
請求項６〜８に記載の発明は、前記した配線基板の製造方法に関するものである。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、剛性を確保するための絶縁性の支持基板と、配線回路が形成された熱可塑性の樹脂基板とが積層されてなる配線基板の製造方法であって、熱可塑性の樹脂フィルム上に前記配線回路の導体パターンを形成し、当該導体パターンを底面とする有底孔を前記樹脂フィルムに形成し、当該有底孔内に導電ペーストを充填する樹脂基板の準備工程と、前記支持基板と前記樹脂基板を積層配置する積層工程と、前記積層配置された支持基板と樹脂基板を加熱しつつ加圧することにより、相互に接着すると共に、前記導電ペーストを焼結して前記配線回路を形成する加熱加圧工程とを有することを特徴としている。
【００１８】
これによれば、支持基板と樹脂基板で構成される配線基板の製造方法において、支持基板と樹脂基板の接着、および導電ペーストの焼結による配線回路の形成を同時に行なうことができ、配線基板の製造リードタイムを低減することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記樹脂基板を複数枚準備し、前記積層工程において、前記複数枚の樹脂基板うち、一方の樹脂基板における有底孔の開口部を、他方の樹脂基板における導体パターンの所定位置に対向して積層配置することを特徴としている。
【００２０】
これによれば、複数枚の樹脂基板を積層して多層化し、積層した複数枚の樹脂基板を加熱・加圧により一括して接着すると共に、導電ペーストを焼結して各樹脂基板の導体パターンを接続することができる。これによって、多層の樹脂基板からなる配線密度の高い配線基板を、容易に製造することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、前記支持基板の表面に導体パターンが形成され、前記積層工程において、前記樹脂基板における有底孔の開口部を、支持基板における導体パターンの所定位置に対向して積層配置することを特徴としている。
【００２２】
これによれば、導体パターンが形成された支持基板を樹脂基板と共に積層して多層化し、支持基板と樹脂基板を加熱・加圧により接着すると共に、支持基板の導体パターンと樹脂基板の導体パターンを、導電ペーストを焼結して接続することができる。これによって、支持基板の導体パターンも配線回路として利用した配線密度の高い配線基板を、容易に製造することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の配線基板およびその製造方法を、図に基づいて説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、第１実施形態の配線基板１０１の断面模式図である。
【００２５】
図１に示す配線基板１０１は、絶縁性の支持基板１の両面に樹脂基板２，３が積層された配線基板である。
【００２６】
絶縁性の支持基板１は、ガラス繊維にポリイミド樹脂を含浸させたガラス繊維含有ポリイミド材からなり、両側の表面に導体パターン８，９が形成されている。支持基板１にはスルーホール５が設けられ、スルーホール５の側壁表面に形成された接続導体７によって導体パターン８，９が電気的に接続されている。また、スルーホール５内には充填樹脂６が埋め込まれている。支持基板１は十分な強度と剛性を有しており、単独でプリント回路板として利用されるものである。
【００２７】
支持基板１の両面に積層された樹脂基板２，３の絶縁材料は、熱可塑性樹脂であるポリエーテルエーテルケトン／ポリエーテルイミド混合物で、ポリエーテルエーテルケトン６５〜３５重量％、ポリエーテルイミド３５〜６５重量％の組成比を持っている。樹脂基板２，３の厚さは、５０〜１５０μｍである。樹脂基板２，３の内部および外側表面には導体パターン２１，３１が形成され、ビアホール２４，３４に充填された導電性組成物２２，３２により樹脂基板２，３の内部および外側表面にある導体パターン２１，３１が互いに接続されている。
【００２８】
図１に示した配線基板１０１において、配線回路は、主として熱可塑性樹脂であるポリエーテルエーテルケトン／ポリエーテルイミド混合物からなる樹脂基板２，３に形成される。ポリエーテルエーテルケトン／ポリエーテルイミド混合物からなる樹脂基板２，３は、絶縁性能に優れ、容易に多層構造の配線回路を形成することができ、形成される配線回路の配線密度および設計自由度を高くすることができる。このような樹脂基板２の材料としては、ポリエーテルエーテルケトン／ポリエーテルイミド混合物以外に、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドのいずれかが好ましい。これらの熱可塑性樹脂は、高密度の配線回路を形成することのできる基板材料として、十分な絶縁性能と製造容易性を有している。
【００２９】
ガラス繊維含有ポリイミド材からなる支持基板１にも、導体パターン８，９や接続導体７からなる配線回路が形成されているが、支持基板１は、主として配線基板１０１の剛性を確保する役割を持つ。このような支持基板１の材料としては、ガラス繊維含有ポリイミド材以外に、ガラス繊維含有エポキシ材、ガラス繊維含有ＢＴレジン材が好ましい。また、フィラ（補強材）としてガラス繊維ではなく非導電性のアラミド繊維やセラミック粒子を用いた、アラミド繊維含有エポキシ材、アラミド繊維含有ＢＴレジン材、アラミド繊維含有ポリイミド材、セラミック粒子含有エポキシ材、セラミック粒子含有ＢＴレジン材、セラミック粒子含有ポリイミド材であってもよい。さらに、支持基板１の材料として、上記のように非導電性のフィラを含有した樹脂材料ではなく、単独のセラミック材であってもよい。これらの絶縁性の材料は、単独でプリント回路板として利用されており、熱可塑の樹脂基板２を支持する支持基板１の材料として、十分な強度と剛性を有している。従って、この支持基板１によって樹脂基板２が支持された配線基板１０１についても、十分な剛性を確保することができる。
【００３０】
図１に示すように、配線基板１０１においては支持基板１の両面に樹脂基板２，３が積層されている。これによって、支持基板１の片面のみに樹脂基板２もしくは３が積層される場合に較べて、支持基板１と樹脂基板２，３の材料の違いによる‘そり’を低減することができる。
【００３１】
前述のように、配線回路は主として樹脂基板２，３に形成されるが、図１に示す配線基板１０１においては、支持基板１にも配線回路が形成され、支持基板１の導体パターン８，９と樹脂基板２，３の導体パターン２１，３１とが、導電性組成物２３，３３により互いに接続されている。このように、図１に示す配線基板１０１においては、樹脂基板２，３の配線回路だけでなく支持基板１に形成された配線回路も利用して、形成される配線回路の配線密度および設計自由度を高くしている。また、支持基板１の両面に樹脂基板２，３を積層することで、これによっても、片面のみに樹脂基板２もしくは３が積層される場合に較べて、配線密度および設計自由度を高くしている。
【００３２】
次に、図１に示す配線基板１０１の製造方法を、図２（ａ）〜（ｆ）と図３（ａ），（ｂ）に示す工程別断面図を用いて説明する。
【００３３】
最初に、図２（ａ）に示すように、配線基板１０１を構成する支持基板１を準備する。支持基板１は、前述のガラス繊維含有ポリイミド材からなる。支持基板１は、他にも前述のように絶縁性で剛性を有する各種材料をもちいることができるが、製造方法は公知であり詳細説明は省略する。支持基板１は、単独でプリント回路板として用いられているものを利用することができ、エッチング等の公知の方法を用いて、表面に導体パターン８，９を形成する。このようにして、導体パターン８，９およびスルーホール５の接続導体７で、支持基板１に所定の配線回路を形成する。尚、支持基板１は樹脂基板と積層されて後述するように加熱加圧工程を経るため、スルーホール５は充填樹脂６が埋め込まれたものが望ましい。
【００３４】
次に、図２（ｂ）〜（ｅ）に示す工程を用いて、図１の配線基板１０１を構成する樹脂基板２，３の製造準備をする。
【００３５】
最初に、図２（ｂ）に示すように、熱可塑性の樹脂フィルム４０の片面に、銅からなる導体箔４１を貼り付けた樹脂基板４を準備する。樹脂フィルム４０はポリエーテルエーテルケトン／ポリエーテルイミド混合物で、組成比が、ポリエーテルエーテルケトン６５〜３５重量％、ポリエーテルイミド３５〜６５重量％で、厚さが２５〜７５μｍのものを用いる。樹脂フィルム４０の材料は、他にも前述の図１における樹脂基板２，３の説明で示したような各種熱可塑性樹脂を用いることができるが、後述する製造方法は、これらの材料に対して同様に適用することができる。導体箔４１は、銅箔以外にアルミニウム等の他の金属箔を用いてもよい。導体箔４１は、厚さは１０〜４０μｍが好ましい。
【００３６】
次に、図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）の導体箔４１を選択的にエッチングして、導体パターン４１に加工する。
【００３７】
次に、図２（ｄ）に示すように、導体パターン４１を底面とする有底孔４４を形成する。有底孔４４の形成は、図２（ｃ）の樹脂基板４を反転し、樹脂フィルム４０に上方より炭酸ガスレーザを照射して行なう。有底孔４４の形成にあたっては、炭酸ガスレーザの出力と照射時間等を調整することで、導体パターン４１に穴を開けないようにする。有底孔４４の形成には、炭酸ガスレーザ以外にエキシマレーザ等を用いることもできる。有底孔４４の直径は、約１００μｍである。有底孔４４の直径は、２０〜２００μｍが好ましい。
【００３８】
次に、図２（ｅ）に示すように、有底孔４４内に導電ペースト４２を充填する。導電ペースト４２は、導電性フィラとして銀とスズの金属粒子を用い、有機溶剤であるテルピネオールとエチルセルロース樹脂とをミキサーによって混練してペースト化したものである。導電性フィラとしては、銀とスズの他に、銅、金、白金、パラジウム、ニッケル等の金属粒子を用いることができる。導電ペースト４２の粘性は、樹脂基板４の向きを任意に変えても落下しない程度に設定する。導電ペースト４２の充填は、図２（ｄ）の樹脂基板４を反転して導体パターン４１を底面とし、充填装置により有底孔４４内に充填する。有底孔４４内への導電ペースト４２の充填は、スクリーン印刷機等を用いても良い。有底孔４４内への導電ペースト４２を充填した後、１００〜１５０℃で約１０分間加熱することにより、導電ペースト４２のテルピネオールを蒸発させて、導電ペースト４２を乾燥する。
【００３９】
以上で、熱可塑性の樹脂フィルム４０上に導体パターン４１が形成され、導体パターン４１を底面とする有底孔４４内に導電ペースト４２が充填された樹脂基板４の準備が完了する。
【００４０】
次に図２（ｆ）に示すように、図２（ａ）の工程で準備した支持基板１の両側に、図２（ａ）〜（ｅ）の工程で準備した樹脂基板４５，４６および樹脂基板４７，４８を積層配置する。この積層配置にあたっては、例えば図２（ｆ）に示す樹脂基板４５の導電ペースト４２が、樹脂基板４６の導体パターン４１の所定位置に対向するように設定される。また同様にして、例えば図２（ｆ）に示す樹脂基板４７の導電ペースト４２が、支持基板１の導体パターン８の所定位置に対向するように設定される。
【００４１】
次に、図３（ａ）に示すように、積層配置した支持基板１と樹脂基板４５，４６，４７，４８を、付着防止フィルム５１、緩衝材５２、金属板５３を介してヒータ５５が埋設された一対の熱プレス板５４の間に挿入し、加熱・加圧してこれらを貼り合わせる。付着防止フィルム５１は、加熱・加圧時の樹脂基板４５，４８の樹脂フィルムが周りの部材へ付着したり、樹脂基板４５，４８の樹脂フィルムと導体パターンに傷がついたりするのを防止するもので、例えば熱硬化したポリイミドフィルム等が用いられる。緩衝材５２は、銅箔パターンによって凹凸のある支持基板１および樹脂基板４５，４６，４７，４８に均一に圧力を加えるためにあり、付着防止フィルム５１と金属板５３の間に挿入される。緩衝材５２は、例えばステンレス等の金属を繊維状に裁断し、その繊維状金属を厚さ約１ｍｍの板状に成型したものが用いられる。金属板５３は、熱プレス板５４に傷が入るのを防止するためのもので、例えばステンレス（ＳＵＳ）やチタン（Ｔｉ）の厚さ約２ｍｍの板が用いられる。
【００４２】
支持基板１と樹脂基板４５，４６，４７，４８の積層体および上記の各プレス部材を配置した後、最初にヒータ５５を発熱し、圧力を印加しない状態で全体を２００℃で５分間加熱する。次に、図示しないプレス機により熱プレス板５４を介して、支持基板１と樹脂基板４５，４６，４７，４８の積層体に１〜１０ＭＰａの圧力を印加する。次に、全体の温度を２５０〜３５０℃に設定し、１０〜２０分間、加熱・加圧する。加熱・加圧は大気中で行なってもよいが、導体パターンの酸化を抑制するため、好ましくは真空中で行なうのがよい。
【００４３】
以上の加熱・加圧により、図３（ｂ）に示すように、隣接する樹脂基板４５，４６および樹脂基板４７，４８樹脂フィルム１１が融着して一体化して、それぞれ、樹脂基板２および樹脂基板３となり、支持基板１に接着する。また、図３（ａ）の導電ペースト４２の銀の粒子とスズの粒子とが合金化して、焼結した導電性組成物２２，２３，３２，３３が形成され、これらにより導体パターン２１，３１，８，９が接続される。
【００４４】
以上の支持基板１と樹脂基板２，３で構成される配線基板１０１の製造方法においては、支持基板１と樹脂基板４５，４６，４７，４８の接着、および導電ペースト４２の焼結による配線回路の形成を同時に行なうことができる。従って、配線基板の製造リードタイムを低減することができる。
【００４５】
得られる配線基板１０１は支持基板１を有するため剛性が確保されており、樹脂基板４５，４６，４７，４８の積層枚数を任意に設定できるため、設計の自由度が高い。また、樹脂基板の積層枚数を増やすことで、配線密度の高い配線基板を、容易に製造することができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、補強材を含有した樹脂材料もしくは単独のセラミック材からなる支持基板と、熱可塑性樹脂からなる樹脂基板とが積層されてなる配線基板およびその製造方法を示した。第２の実施形態は、メタルコア材からなる支持基板に熱可塑性樹脂からなる樹脂基板が積層された配線基板およびその製造方法に関する。
【００４７】
図４は、本実施形態の配線基板１０２の断面模式図である。
【００４８】
図４に示す配線基板１０２は、メタルコア材からなる支持基板１０の両面に樹脂基板２，３が積層された配線基板である。尚、第１実施形態の図１に示す配線基板１０１と同様の部分については同じ符号を付け、その説明は省略する。
【００４９】
図４の配線基板１０２において、絶縁性の支持基板１０は、メタルコア１１をガラスもしくは樹脂による被覆層１２で被覆したメタルコア材からなる。メタルコア材からなる支持基板１０においても、両側の表面に導体パターン８，９が形成され、接続導体７によって導体パターン８，９が電気的に接続されている。
【００５０】
メタルコア材からなる支持基板１０は十分な強度と剛性を有しており、主として、図４に示す配線基板１０２の剛性を確保する役割を持つ。このメタルコア材からなる支持基板１０を用いた配線基板１０２の効果については、前記の第１実施形態の場合と同様であるので、詳細説明は省略する。また、配線基板１０２の製造方法とその効果についても、前記の第１実施形態の場合と同様であるので、その説明は省略する。
【００５１】
（他の実施形態）
前記の第１実施形態においては、支持基板の両側に２枚ずつ熱可塑性の樹脂フィルムからなる樹脂基板を積層して配線基板を形成したが、積層枚数は任意であり、３枚以上であってもよいし、１枚であってもよい。また、支持基板の両側ではなく、支持基板の片側のみに樹脂基板を積層した配線基板であってもよい。
【００５２】
前記の第１実施形態においては、配線基板の配線回路は、支持基板と樹脂基板の導体パターン、支持基板に設けられたスルーホールの接続導体、および樹脂基板に設けられたビアホールの導電性組成物で構成する例を示した。配線基板の配線回路はこれに限らず、例えば、支持基板と樹脂基板を貫通するスルーホールを設けることも可能である。一方、支持基板にスルーホールを形成しないものであってもよい。また、支持基板は、表面だけでなく内部にも導体パターンを有する３層以上の多層基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における配線基板の断面模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１実施形態における配線基板の製造方法を示す工程別断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、本発明の第１実施形態における配線基板の製造方法を示す工程別断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態における配線基板の断面模式図である。
【符号の説明】
１０１，１０２　配線基板
１，１０　支持基板
２，３，４，４５，４６，４７，４８　樹脂基板
８，９，２１，３１，４１　導体パターン
２２，２３，３２，３３　導電性組成物

Claims

剛性を確保するための絶縁性の支持基板と、配線回路が形成された樹脂基板とが積層されてなる配線基板であって、
前記樹脂基板は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする配線基板。
前記支持基板に配線回路が形成され、当該配線回路と前記樹脂基板の配線回路とが、前記樹脂基板の貫通孔に形成された導電性組成物により互いに接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
前記樹脂基板が、前記支持基板の両面に積層されることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
前記支持基板が、ガラス繊維含有エポキシ材、ガラス繊維含有ＢＴレジン材、ガラス繊維含有ポリイミド材、アラミド繊維含有エポキシ材、アラミド繊維含有ＢＴレジン材、アラミド繊維含有ポリイミド材、セラミック粒子含有エポキシ材、セラミック粒子含有ＢＴレジン材、セラミック粒子含有ポリイミド材、セラミック材、メタルコア材のいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の配線基板。
前記熱可塑性樹脂が、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン／ポリエーテルイミド混合物、ポリフェニレンサルファイドのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の配線基板。
剛性を確保するための絶縁性の支持基板と、配線回路が形成された熱可塑性の樹脂基板とが積層されてなる配線基板の製造方法であって、
熱可塑性の樹脂フィルム上に前記配線回路の導体パターンを形成し、当該導体パターンを底面とする有底孔を前記樹脂フィルムに形成し、当該有底孔内に導電ペーストを充填する樹脂基板の準備工程と、
前記支持基板と前記樹脂基板を積層配置する積層工程と、
前記積層配置された支持基板と樹脂基板を加熱しつつ加圧することにより、相互に接着すると共に、前記導電ペーストを焼結して前記配線回路を形成する加熱加圧工程とを有することを特徴とする配線基板の製造方法。
前記樹脂基板を複数枚準備し、前記積層工程において、前記複数枚の樹脂基板うち、一方の樹脂基板における有底孔の開口部を、他方の樹脂基板における導体パターンの所定位置に対向して積層配置することを特徴とする請求項６に記載の配線基板の製造方法。
前記支持基板の表面に導体パターンが形成され、前記積層工程において、前記樹脂基板における有底孔の開口部を、支持基板における導体パターンの所定位置に対向して積層配置することを特徴とする請求項６または７に記載の配線基板の製造方法。