JP2014225521A - プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性樹脂基板を貫通するスルーホール導体の信頼性の向上。
【解決手段】スルーホール導体が、スルーホール導体用の貫通孔の内壁上に形成されているシード層とそのシード層上に形成されている積層電解めっき層とその積層電解めっき層で形成される凹部を充填している充填電解めっき層とで形成されている。そして、貫通孔は複数の電解めっき膜で形成されている積層電解めっき層で閉じられている。
【選択図】図２

Description

この発明は、スルーホール導体を持つプリント配線板に関する。

スルーホール導体の抵抗を低くしたり、スルーホール導体用の貫通孔の径を小さくしたりするため、スルーホール導体用の貫通孔をめっきで充填することが行われている。貫通孔をめっきで充填することは、下記の特許文献１などで開示されている。

特許文献１は、樹脂基板に円筒状のスルーホールを形成することと、スルーホールの内壁面にシード層としての薄膜金属層を形成することと、電解めっきでスルーホール内をめっきで充填することを開示している。そして、特許文献１で用いられている電解めっき液のスルーホール内の金属析出速度は樹脂基板表面の金属析出速度より速い。特許文献１の図１（ｄ）によれば、スルーホール内の所定箇所がめっきで閉じられている。

特開２００５−０９３９３４号公報

スルーホール導体用の貫通孔を欠陥なく充填することは難しい。そのため、貫通孔をめっきで充填することで形成されているスルーホール導体の信頼性が低くなりやすい。

本発明の目的はスルーホール導体の信頼性を高くすることである。
本発明のプリント配線板は、
第１面と前記第１面と反対側の第２面を有すると共にスルーホール導体用の貫通孔を有する絶縁性樹脂基板と、
前記絶縁性樹脂基板の第１面上に形成されている第１導体層と、
前記絶縁性樹脂基板の第２面上に形成されている第２導体層と、
前記貫通孔に形成され、前記第１導体層と前記第２導体層を接続し、前記貫通孔の内壁上に形成されているシード層と前記シード層上に形成されていて前記貫通孔を略中央部で閉じている積層電解めっき層と前記積層電解めっき層上であって前記積層電解めっき層で形成される凹部を充填している充填電解めっき層と、で形成されているスルーホール導体を有する。
そして、前記積層電解めっき層は、複数の電解めっき膜で形成されていて、前記電解めっき膜は前記無電解めっき層に沿って順に積層されていて、前記電解めっき膜の端部の厚みは前記電解めっき膜の略中央部の厚みより薄い。

本発明の一実施形態のプリント配線板のスルーホール導体の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真である。 上記実施形態のプリント配線板のスルーホール導体の断面を模式的に示す説明図である。 上記実施形態のプリント配線板のスルーホール導体の断面におけるストレスの進行方向を示す説明図である。 参考例のプリント配線板のスルーホール導体の断面におけるストレスの進行方向を示す説明図である。

特許文献１の図１（ｃ）と（ｄ）によれば、電解めっきは、スルーホール導体用の貫通孔（スルーホール）の側壁からスルーホールの中心軸ＣＬに向かって析出している（図４参照）。そして、スルーホールの所定箇所がめっきで閉じられている。従って、スルーホールの側壁から成長しているめっき膜が所定箇所でぶつかっている。そのため、スルーホール導体がストレスを受けると、ストレスはぶつかっている部分に集中しやすいと考えられる。特に、特許文献１の図１（ｄ）に示されるように、突起状のめっき膜やめっき膜の頂点がぶつかると、その部分に集中する応力は大きくなると推察される。そのため、特許文献１の方法で得られるスルーホール導体の信頼性は低くなりやすい。例えば、ストレスにより、スルーホール導体にクラックが発生する場合があると考えられる。

以下に、本発明の一実施形態のプリント配線板が詳細に説明される。図１は、本発明の一実施形態のプリント配線板のスルーホール導体の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真であり、図２は、上記実施形態のプリント配線板のスルーホール導体の断面を模式的に示す説明図である。

本実施形態のプリント配線板は、図２に示されるように、第１面Ｆと第１面と反対側の第２面Ｓとを有する絶縁性樹脂基板１と、絶縁性樹脂基板１の第１面Ｆ上に形成されている第１導体層２と、絶縁性樹脂基板１の第２面Ｓ上に形成されている第２導体層３と、絶縁性樹脂基板１を貫通し第１導体層２と第２導体層３を接続しているスルーホール導体５で形成されている。スルーホール導体５は絶縁性樹脂基板１の貫通孔４内に形成されている。

絶縁性樹脂基板１は、ガラスクロスなどの補強材と硬化済みの樹脂で形成されている。第１と第２導体層２、３は、複数の導体回路を含み、絶縁性樹脂基板１に積層されている金属箔（銅箔）６と、金属箔６上に形成されている無電解めっき層（無電解銅めっき層）７と、無電解めっき層７上に形成されている積層電解めっき層１０と、積層電解めっき層１０上に形成されている充填電解めっき層１１、１２によりそれぞれ形成されている。

絶縁性樹脂基板１の貫通孔（スルーホール導体用の貫通孔）４はストレート孔として形成され、スルーホール導体５は、その貫通孔４の内壁面上に形成されている無電解めっき層（無電解銅めっき層）７と、その無電解めっき層７上に形成されている電解めっき層（電解銅めっき層）８とにより形成されている。貫通孔４は電解めっき層で充填されている。

スルーホール導体５を形成する電解めっき層８は、無電解めっき層７上にその無電解めっき層７に沿って順次に積層されている複数の電解めっき膜９を有している。複数の電解めっき膜は貫通孔４の内壁に沿って形成されている。複数の電解めっき膜９で積層電解めっき層１０が形成されている。図２では、１４枚の電解めっき膜９が示されている。

そして、各々の電解めっき膜９の厚みは概ね貫通孔４の入口付近（貫通孔４の端部Ｅ）よりも絶縁性樹脂基板１の厚み方向の中央部（貫通孔４の中央部Ｃ）で厚くなっている。そのため、図１や図２に示されているように、断面方向の中心付近（貫通孔４の中央部Ｃ）の所定の箇所で、積層電解めっき層を形成している電解めっき膜９は接触している。電解めっき膜９はぶつかっている。積層電解めっき層１０で貫通孔４の略中央部Ｃが閉じられている。そのため、貫通孔４内の第1面Ｆ側に第１凹部Ｒ１が形成され、第２面Ｓ側に第２凹部Ｒ２が形成される。

そして、スルーホール導体５を形成している電解めっき層８は、さらに、第１凹部Ｒ１を充填している第１充填電解めっき層１１と第２凹部Ｒ２を充填している第２充填電解めっき層１２とを有している。なお、図１では、第１凹部Ｒ１と第２凹部Ｒ２は完全に充填されていない。貫通孔４の入口付近は絶縁性樹脂基板の第１面Ｆや第２面Ｓに近く、厚み方向の中央部は絶縁性樹脂基板の第１面Ｆや第２面Ｓから遠い。

この実施形態のプリント配線板では、貫通孔を閉じている積層電解めっき層が複数の電解めっき膜９で形成されている。貫通孔の内壁から貫通孔の中心軸に向かって、成長している積層電解めっき層１０の頂点が接触している。あるいは、積層電解めっき層１０の頂点がぶつかっている。接触している部分やぶつかっている部分は接点Ａである（図２参照）。実施形態では、積み重ねられている電解めっき膜９で積層電解めっき層１０が形成されている。そのため、ストレスが積層電解めっき層の接点Ａに集中しても、そのストレスは貫通孔の内壁に真っすぐ進まないと考えられる。つまり、図３に示されるように、そのストレスは電解めっき膜９の界面に沿って緩和されると考えられる。図３に、推察されるストレスの進行方向Ｂが示されている。従って、実施形態によれば、スルーホール導体の接続信頼性が高くなる。

図４は参考例である。電解めっき膜９が２層であってストレスが大きすぎる場合、予想されるストレスの進行方向Ｂが図４に示されている。電解めっき層が２層でも、ストレスは貫通孔の内壁に真直ぐ到達しないと予想される。そのため、スルーホール導体にクラックが発生しがたいが、このような不具合を防止するため、電解めっき膜９の層数は７以上であることが好ましい。層数が７以上であると、ストレスが貫通孔の内壁に至りがたい。そのため、スルーホール導体にクラックが発生しがたい。層数が２１以上になると、効果が大きく変化しない。例えば、ヒートサイクル前後でスルーホール導体の抵抗を比較することで、効果を検証することができる。

また、スルーホール導体が積層電解めっき層１０と第１、第２充填電解めっき層１１、１２で形成されている。特に、複数の電解めっき膜９を積み重ねることで積層電解めっき層１０が形成されているので、スルーホール導体内にボイドが発生しがたい。そのため、スルーホール導体５に大電圧や大電流が加わるような使用状態でも電流密度の上昇による不都合の発生を回避することができる。

実施形態のプリント配線板を特開２０００−１０１２４３に示されているビルドアップ配線板のコア基板に利用することができる。ビルドアップ配線板の製造方法は特開２０００−１０１２４３に開示されている。

実施形態のプリント配線板の製造工程が以下に説明される。
（１）市販の両面銅張積層板が出発材料として準備される。両面銅張積層板の絶縁性樹脂基板１の厚みは約１００μｍである。両面銅張積層板にドリルで貫通孔４が形成される。貫通孔の径は８０μｍである。

（２）両面銅張積層板の両面の銅箔６の表面および貫通孔４の内壁にシード層としての無電解めっき層７が無電解銅めっきで形成される。無電解めっき層７の厚みは０．３〜３．０μｍである。
無電解めっき液とめっき条件の例が以下に示されている。
〔無電解銅めっき液〕
ＮｉＳＯ_４ ０．００３ ｍｏｌ／ｌ
酒石酸 ０．２００ ｍｏｌ／ｌ
硫酸銅 ０．０３０ ｍｏｌ／ｌ
ＨＣＨＯ ０．０５０ ｍｏｌ／ｌ
ＮａＯＨ ０．１００ ｍｏｌ／ｌ
α、α’−ビピリジル １００ ｍｇ／ｌ
ポリエチレングリコール ０．１０ ｇ／ｌ
〔無電解銅めっき条件〕
時間 ４０ 分
温度 ３４ ℃

（３）続いて、特許文献１と同様な方法で１層目の電解めっき膜（第１の電解めっき層）９が形成される。貫通孔４の端部Ｅでの１層目の電解めっき膜９の厚みは貫通孔４の中央部Ｃでの１層目の電解めっき膜９の厚みより薄い。１層目の電解めっき膜９が形成されると、１層目の電解めっき膜９を有する基板は電解めっき液から水洗層に移される。その後、その基板は酸で洗浄され、再び、電解めっき液に浸漬される。そして、特許文献１と同様な方法で１層目の電解めっき膜９上に２層目の電解めっき膜（第２の電解めっき層）９が形成される。

これらのプロセスが複数回（Ｎ回、Ｎは整数）繰り返される。Ｎ−１層目の電解めっき膜（第Ｎ−１の電解めっき層）９上にＮ層目の電解めっき膜（第Ｎの電解めっき層）９が形成される。実施形態では、上記のプロセスが１４回行われている。その結果、シード層上に１４層の電解めっき膜９が形成されている。そして、図２に示されるように、貫通孔４の端部Ｅでの積層電解めっき層１０の厚みは貫通孔４の中央部Ｃでの積層電解めっき層１０の厚みより薄い。１４層目の電解めっき膜９の頂点が接点Ａで接触している。これにより、貫通孔４が閉じられている。絶縁性樹脂基板１の第１面Ｆ側に第１凹部Ｒ１が形成され、絶縁性樹脂基板１の第２面Ｓ側に第２凹部Ｒ２が形成される。

図１および図２に示されているように、N層目の電解めっき膜（電解めっき層）９の中央部の厚みはＮ−１層目の電解めっき膜（電解めっき層）９の中央部の厚みより厚い。最上の電解めっき膜（電解めっき層）９の中央部の厚みはその他の電解めっき膜（電解めっき層）９の中央部の厚みより厚い。

最上の電解めっき膜（電解めっき層）９により貫通孔４は閉じられている。図３に示されるようにＮが７の場合、最上の電解めっき膜９は７層目の電解めっき膜９である。中央部のめっきの厚みが厚いと、最上の電解めっき膜９の頂点は尖りやすい。そして、２つの頂点がぶつかり、貫通孔４は閉じられる。Ｎが多いと最上の電解めっき膜９の頂点付近の斜面がなだらかになる。そのため、実施形態のスルーホール導体の信頼性は高い。

また、N層目の電解めっき膜９が最上の電解めっき膜である時、N層目の電解めっき膜９の中央部の厚みとＮ−１層目の電解めっき膜９の中央部の厚みの差は最大である。この差を小さくすることで、斜面をなだらかにすることができる。Ｎを大きくすることで、差を小さくすることが出来る。Ｎが１０以上であると（電解めっき膜９の数が１０以上であると）、スルーホール導体の信頼性が向上しやすい。

電解めっき膜９を形成するための電解銅めっき液の組成とめっき温度の例が以下に示されている。
また、積層電解めっき層１０が複数の電解めっき膜９を有するため、積層電解めっき層１０の結晶の粒径は第１、第２充填電解めっき層１１、１２の結晶の粒径より細かい（図１参照）。粒径が細かいので、積層電解めっき層１０にクラックが入りがたい。
積層電解めっき層１０は金属箔６上にも形成される。
〔電解銅めっき液〕
硫酸 ０．５ ｍｏｌ／ｌ
硫酸銅 ０．８ ｍｏｌ／ｌ
硫酸鉄 ５ ｇ／ｌ
レベリング剤 ５０ ｍｇ／ｌ
光沢剤 ５０ ｍｇ／ｌ
〔電解銅めっき条件〕
温度 ３４±２ ℃

（４）次に、第１凹部Ｒ１と第２凹部Ｒ２に第１、第２充填電解めっき層１１、１２がそれぞれ形成される。第１、第２凹部Ｒ１、Ｒ２は電解銅めっきで充填される。
電解銅めっき液の組成と条件の例が以下に示されている。
〔電解銅めっき液〕
硫酸 ２．２４ ｍｏｌ／ｌ
硫酸銅 ０．２６ ｍｏｌ／ｌ
硫酸鉄 １９．５ ｍｌ／ｌ
レベリング剤 ５０ ｍｇ／ｌ
光沢剤 ５０ ｍｇ／ｌ
〔電解銅めっき条件〕
電流密度 １ Ａ／ｄｍ2
時間 １５ 分
温度 ２２±２ ℃

第１、第２充填電解めっき層１１、１２は一定条件で連続的に形成される。また、貫通孔４の端部から第１、第２凹部Ｒ１、Ｒ２の底までの距離が短いので、めっき液が十分に供給される。そのため、第１、第２充填電解めっき層１１、１２を形成している結晶の粒径は積層電解めっき層１０の各電解めっき膜（電解めっき層）９を形成する結晶の粒径より大きくなりやすい（図１参照）。第１、第２充填電解めっき層１１、１２の析出速度は電解めっき膜９の析出速度よりも速い。第１、第２充填電解めっき層１１、１２は絶縁性樹脂基板１上の積層電解めっき膜１０上にも形成される。

（５）第１、第２充填電解めっき層１１、１２上にエッチングレジストが形成される。
（６）エッチングレジストから露出する第１、第２充填電解めっき層１１、１２、積層電解めっき層１０、無電解めっき層７および金属箔６がエッチングで除去される。
（７）エッチングレジストが除去される。これにより、図２に示されるコア基板（プリント配線板）が完成する。

第１、第２充填電解めっき層１１、１２は直流めっきで形成されているが、第１、第２充填電解めっき層１１、１２はパルスめっきで形成されても良い。第１、第２凹部Ｒ１、Ｒ２内に形成されている第１、第２充填電解めっき層１１、１２の高さは、第１や第２導体層２、３の高さと同じであることが好ましい。第１、第２充填電解めっき層１１、１２のめっき層の上面（底と反対の面）が第１面Ｆや第２面Ｓと概ね同一レベルに達すると、第１、第２凹部Ｒ１、Ｒ２は充填されている。コア基板上にビルドアップ層を形成することができる。

１ 絶縁性樹脂基板
２、３ 導体層
４ 貫通孔
５ スルーホール導体
６ 金属箔
７ 無電解めっき層
８ 電解めっき層
９ 電解めっき膜
１０ 積層電解めっき層
１１ 第１充填電解めっき層
１２ 第２充填電解めっき層
Ａ 接点
Ｂ ストレスの進行方向
Ｃ 貫通孔の中央部
ＣＬ 中心軸
Ｅ 貫通孔の端部
Ｆ 第１面
Ｒ１ 第１凹部
Ｒ２ 第２凹部
Ｓ 第２面

Claims (3)

1. 第１面と前記第１面と反対側の第２面を有すると共にスルーホール導体用の貫通孔を有する絶縁性樹脂基板と、
   前記絶縁性樹脂基板の第１面上に形成されている第１導体層と、
   前記絶縁性樹脂基板の第２面上に形成されている第２導体層と、
   前記貫通孔に形成され、前記第１導体層と前記第２導体層を接続し、前記貫通孔の内壁上に形成されているシード層と前記シード層上に形成されていて前記貫通孔を略中央部で閉じている積層電解めっき層と前記積層電解めっき層上であって前記積層電解めっき層で形成される凹部を充填している充填電解めっき層とで形成されているスルーホール導体と、
   を有するプリント配線板であって、
   前記積層電解めっき層は、複数の電解めっき膜で形成されていて、
   前記電解めっき膜は前記無電解めっき層に沿って順に積層されていて、
   前記電解めっき膜の端部の厚みは前記電解めっき膜の略中央部の厚みより薄い。
2. 請求項１記載のプリント配線板であって、前記充填電解めっき層を形成する電解めっきの結晶の粒径は前記積層電解めっき層を形成する電解めっきの結晶の粒径よりも大きい。
3. 請求項１記載のプリント配線板であって、前記電解めっき膜の層数は７層以上である。