JP2015012286A - 印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造的に安定し且つ電気的接続への信頼性が高い、印刷回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の印刷回路基板１００は、下部配線層１１０ａ及び該下部配線層１１０ａを埋め立てる絶縁層１２０及び該絶縁層１２０上に形成される上部配線層１１０ｂを含み、上部配線層１１０ｂと下部配線層１１０ａとの層間接続は、その間に設けられ、上面は上部配線層１１０ｂに接合され、下面は下部配線層１０ａに接合するビア電極１３０を介してなされ、ビア電極１３０の下面は上面より面積が大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は印刷回路基板に関し、特に、配線層の層間接続のための特定形状のビア電極構造を有する印刷回路基板及びその製造方法に関する。

印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）は、電気絶縁性基板に銅などの伝導性材料で回路ラインパターンを印刷して形成したもので、電子製品の小型化、薄板化、高密度化、パッケージ化の傾向に伴って、印刷回路基板も多層化、配線密度の向上などへの研究・開発が進められてきている。

印刷回路基板の微細パターンの形成、信頼性及び設計密度を高めるため、原資材の変更とともに、回路の層構成を複合化する構造に変化している。これによって、絶縁基板の一面のみに配線を形成した断面ＰＣＢの他に、両面に配線を形成した両面印刷回路基板、または多層で配線した多層印刷回路基板（Ｍｕｌｔｉ ｌａｙｅｒ ｂｏａｒｄ）が広く使われている。

このうち、多層印刷回路基板は、回路配線層の実装領域を拡大するために、いわゆるビルドアップ方式によって製造される。このビルドアップ方式による多層印刷回路基板では、絶縁層及び回路配線層を順に積層し、各層の回路配線層はビア電極を介して導通される。

特許文献１に示されているように、ビア電極の一般的な形成方法は、先に基板部材上に、例えば第１層の回路配線層を形成し、これを覆う絶縁層を塗布し、該絶縁層の所定位置にレーザー工程またはフォトリソグラフィ工程によってビアホールを加工して、第１層の回路配線層を露出させる。続いて、前記絶縁層上に第２層の回路配線層を形成し、ビアフィル（Ｖｉａ Ｆｉｌｌ）工程によってビアホールの内部をメッキ充填し、第１層の回路配線層と第２層の回路配線層とを接続する。

初めには、各層のビア電極が互いにはずれて層間接続が成されるようにしたが、最近は、電子機器の高機能化、軽薄短小化、高密度化に伴って早い信号特性が求められ、例えば第１層のビア電極の真上に第２層のビア電極を載置するようなスタックビア（Ｓｔａｃｋ ｖｉａ）構造が示されている。このようなスタックビア構造は、既存の製品に比べて回路デザイン時間を最大３０％以上縮めさせると共に、信号損失や信号干渉などの電気的特性に優れる。そのため、スタックビア構造はビア電極の直上にビア電極を形成すため、ビアホールの内部に金属が完全に充填されなければならない。

韓国特許出願公開第２０１３-００５１２８６号公報

しかし、益々高くなるビアホールの縦横比（Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ）によって、ビアフィル工程による金属充填の際、ビアホールの内部の一部空間に金属物質が満たされないようなボイド現象が発生することになる。

また、金属の充填方向は、ビアホールの側壁から始めて中央方へ進行され、該ビアホールの中央に充填される金属量が減って、ビア電極の表面に溝が形成されるようなディンプル（Ｄｉｍｐｌｅ）現象が発生することもある。

このようなボイドやディンプル現象は、回路配線層の層間電気的接続への信頼性を低下させ、不良の印刷回路基板を生産するような原因になる。

本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、構造的に安定し且つ電気的接続への信頼性が高い、印刷回路基板及びその製造方法を提供することに、その目的がある。

上記目的を解決するために、本発明の一形態によれば、下部配線層、これを埋め立てる絶縁層及び該絶縁層上に形成される上部配線層を含む印刷回路基板であって、上部配線層と下部配線層との層間接続は、その間に設けられ、上面は前記上部配線層に接合され、下面は前記下部配線層に接合するビア電極を介してなされ、前記ビア電極の下面は上面より面積が大きい、印刷回路基板が提供される。

また、前記ビア電極は、その側壁が下部に行くほど直径が大きくなるようなテーパー形状を有する。

また、前記絶縁層は、前記ビア電極が形成された後、前記下部配線層及び前記ビア電極を埋め立てるように形成される。

また、前記配線層は、信号ライン、パワーライン及び接地ラインのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせで構成される。

また、上記目的を解決するために、本発明の他の形態によれば、基板部材の一面または両面に配線層及びこれを埋め立てる絶縁層の繰り返し積層によって成される印刷回路基板であって、前記各配線層間の層間接続は、その間に設けられ、下面は一つの絶縁層を基準にそれに埋め立てられた配線層に接合し、上面はその絶縁層上に形成される配線層に接合するビア電極を介してなされ、前記ビア電極の下面は上面より面積が大きい。

また、前記ビア電極は、その側壁が下部に行くほど直径が大きくなるようなテーパー形状を有する。

また、前記各層のビア電極は、垂直方向に互いに対向して配置される。

また、上記目的を解決するために、本発明のさらに他の形態によれば、基板部材上に下部配線層を形成するステップと、前記下部配線層が形成された基板部材上にフォトレジストを塗布するステップと、前記フォトレジストに下部に行くほど直径が大きくなるテーパー形状のビアホールを形成し、前記下部配線層を露出させるステップと、前記ビアホールの内部をメッキ充填してビア電極を形成するステップと、前記フォトレジストを除去するステップと、前記下部配線層及び前記ビア電極を埋め立てる絶縁層を形成するステップと、前記ビア電極の上面に接合する上部配線層を前記絶縁層上に形成するステップとを含む印刷回路基板の製造方法が提供される。

また、前記絶縁層を形成するステップにおいて、前記下部配線層の厚さと前記ビア電極の厚さとの和に対応する厚さで前記絶縁層を形成する。

また、前記下部配線層及び前記上部配線層は、サブトラクティブ法（Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）、アディティブ法（Ａｄｄｉｔｉｖｅ）、セミアディティブ法（Ｓｅｍｉ−Ａｄｄｉｔｉｖｅ）、修正済セミアディティブ法（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｅｍｉ−Ａｄｄｉｔｉｖｅ）のうちのいずれか一つを用いて形成される。

また、前記フォトレジストは、光照射によって硬化されるネガティブタイプを使って、前記ビアホールを形成するステップにおいて前記ビア電極が形成される位置に露光マスクを前記フォトレジストに付着し、露光・現像して前記ビアホールを形成する。

また、前記ビア電極が形成される位置に付着される露光マスクの面積は、ビア電極の上面の面積に対応する。

また、前記ビア電極を形成するステップにおいて、前記下部配線層を引入線として電解メッキを実施して前記ビア電極を形成する。

本発明によれば、従来のビアフィル工程によるボイドやディンプル現象を防止することによって、スタックビア構造においても電気的接続の信頼性を大きく高めることができるという効果が奏する。

また、台形状のビア電極構造によって積層荷重によるストレスを効率よく分散させることができ、構造的に安定な印刷回路基板を提供することができるという効果が奏する。

本発明の一実施形態による多層印刷回路基板の断面図である。 本発明の他の実施形態による印刷回路基板の断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による印刷回路基板の製造方法を示す断面図である。 同じく、印刷回路基板の製造方法を示す断面図である。 同じく、印刷回路基板の製造方法を示す断面図である。 同じく、印刷回路基板の製造方法を示す断面図である。 同じく、印刷回路基板の製造方法を示す断面図である。 同じく、印刷回路基板の製造方法を示す断面図である。 同じく、印刷回路基板の製造方法を示す断面図である。 同じく、印刷回路基板の製造方法を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態は図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。そし、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることができる。明細書全体に渡って同一の参照符号は同一の構成要素を示している。

本明細書で使われた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は文句で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で使われる「含む」とは、言及された構成要素、ステップ、動作及び／又は素子は、一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／又は素子の存在または追加を排除しないことに理解されたい。

図１は、本発明の一実施形態による多層印刷回路基板の断面図である。

図１を参照して、本発明の印刷回路基板１００は、下部配線層１１０ａ、これを埋め立てる絶縁層１２０及び該絶縁層１２０上に形成される上部配線層１１０ｂを含む。

図１では、発明の主要特徴を明らかに示すために、コアになる基板部材１０の一面のみに上部配線層１１０ａ、下部配線層１１０ｂ及び絶縁層１２０が形成されていることと示したが、これらの上部配線層１１０ａ、下部配線層１１０ｂ及び絶縁層１２０は基板部材１０のいずれか一面だけでなく両面に形成されてもよい。

上部配線層１１０ａ及び下部配線層１１０ｂは、電流が流れる回路配線であって、電気伝導性が優秀な銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）または白金（Ｐｔ）の群より選ばれるいずれか少なくとも一つのまたは少なくとも二つの混合物から成る。また、その用途によって、電気的な通路の役目をして信号を伝達する信号ライン、電源供給手段になるパワーライン及び接地領域を形成する接地ラインのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせで構成される。

上部配線層１１０ｂと下部配線層１１０ａとの層間接続は、上部配線層１１０ｂと下部配線層１１０ａとの間に設けられるビア電極１３０を介して行われる。詳しくは、ビア電極１３０の上面１３０ｂは上部配線層１１０ｂに接合され、下面１３０ａは下部配線層１１０ａに接合するようになる。

ビア電極１３０の下面１３０ａは、上面１３０ｂよりその面積が大きく形成される。これによって、ビア電極１３０は図１に示すように、その側壁が下部に行くほど直径が大きくなるようなテーパー形状、すなわち台形状を有する。このような形状のビア電極１３０を含むことによって発揮される効果については後述する事にする。

絶縁層１２０は、上部配線層１１０ａ及び下部配線層１１０ｂを保護すると共にそれらの間を絶縁するための層であって、絶縁性、耐熱性、耐湿性などを考慮してその材料を適切に選択してもよい。例えば、絶縁層１２０を形成するための最適の高分子材料には、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂、ポリイミドのような熱可塑性樹脂、またはこれらにガラス纎維または無機フィラーのような補強材が含浸された樹脂、例えば、プリプレグが挙げられる。

このような絶縁層１２０は、ビア電極１３０が形成された後、下部配線層１１０ａ及びビア電極１３０を埋め立てるように形成される。ビア電極１３０の上面１３０ｂが上部配線層１１０ｂに接合されるように、絶縁層１２０の厚さは下部配線層１１０ａの厚さとビア電極１３０の厚さとの和に対応する値を有する。

図２は、本発明の他の実施形態による印刷回路基板の断面図である。本発明の他の実施形態による印刷回路基板２００は、３層以上の配線層１１０を含み、前述の台形形状のビア電極１３０が少なくとも二つの層以上の複数層で構成される。

詳しくは、本発明の他の実施形態による印刷回路基板２００は、配線層１１０及び該配線層１１０を埋め立てる絶縁層１２０を繰り返して積層することによって構成される。図中では、基板部材１０の両面に配線層１１０及び絶縁層１２０が形成されたことと示されているが、基板部材１０の一面のみに配線層１１０及び絶縁層１２０が複数形成されてもよい。

各配線層１１０間の層間接続は、各配線層１１０間に設けられたビア電極１３０を介して行われる。すなわち、ビア電極１３０の下面１３０ａは一つの絶縁層１２０を基準にそれに埋め立てられた配線層１１０に接合し、上面１３０ｂはその絶縁層１２０上に形成される配線層１１０に接合する。前述のように、ビア電極１３０は下面１３０ａの面積が上面１３０ｂより大きい台形状に形成される。

各層におけるビア電極１３０は、垂直方向に互いに対向して配置される。よって、本発明の他の実施形態による印刷回路基板２００は、一つのビア電極１３０の真上に他のビア電極１３０が連続して積層されるスタックビア構造を有する。

このようなスタックビア構造では、ビア電極の連続積層によって積層荷重が累積し、基板が曲がるなどの不良が発生することがあるが、本発明のように、台形状のビア電極１３０を利用する場合、各層におけるビア電極１３０に集中する積層荷重は、面積が広い下部方へ分散されることによって、構造的により安定な形態を維持することができるようになる。

以下、本発明の印刷回路基板の製造方法について詳記する。

図３〜図１０は各々、本発明の印刷回路基板の製造方法を順次に示す断面図である。まず、図３に示すように、基板部材１０上に下部配線層１１０ａを形成する。

基板部材１０はコアになる基板であって、熱硬化性または熱可塑性の高分子基板、セラミックス基板、有無機複合素材基板またはガラス纎維含浸基板などが使われる。

下部配線層１１０ａは、公知のサブトラクティブ法、アディティブ法、セミアディティブ法、修正済セミアディティブ法などの回路形成工法のうちのいずれか一つを利用して形成される。ここでは示されていないが、基板部材１０と下部配線層１１０ａとの間には電解メッキの引入線になるシード層が設けられてもよい。

続いて、図４に示すように、下部配線層１１０ａの形成された基板部材１０上にフォトレジスト２０を塗布する。

フォトレジスト２０は、受光部分が光重合反応を起こして硬化されるネガティブタイプのものを使う。そのため、図５に示すように、ビア電極１３０が形成される位置に露光マスク３０をフォトレジスト２０上に付着した後光照射する。すると、フォトレジスト２０において露光マスク３０が付着された部分は光を受けなく、後続の現像工程を経てると、図６に示すように下部配線層１１０ａを露出させるビアホール１３０’が形成される。

ビア電極１３０が形成される位置に付着される露光マスク３０の面積は、ビア電極１３０の上面１３０ｂの面積に対応する。そのため、引き続いて相対的に光重合反応率が低下するように、フォトレジスト２０の光吸収率、光源の波長、光量などを適切に調節して照射すると、図６のような台形状のビアホール１３０'が形成される。

続いて、図７に示すように、ビアホール１３０'の内部をメッキ充填してビア電極１３０を形成する。このビア電極１３０の形成は、ビアホール１３０'の内部にＣｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄのうちのいずれか一つの金属物質をスクリーン印刷（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、スパッタリング（ｓｕｐｐｅｒｉｎｇ）、蒸発法（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、インクジェット、ディスペンシングなどの様々な工法によって行われる。一実施形態によれば、台形状のビアホール１３０'において角部（図６中のＡ）の充填密度を高めるために、下部配線層１１０ａを引入線として電解メッキを実施し、ビアホール１３０'の高さまでビア電極１３０をメッキ成長させることが望ましい。

こうしてビア電極１３０が形成されると、エッチング液などを用いて、図８に示すようにフォトレジスト２０を除去し、続いて、テープキャスティング（ｔａｐｅ ｃａｓｔｉｎｇ）方式やスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）、その他インクジェットプリンティング方式（ｉｎｋｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）などの様々なコーティング方式を使って、図９に示すように、下部配線層１１０ａ及びビア電極１３０を埋め立てる絶縁層１２０を形成する。

ビア電極１３０が台形状を有することによって、絶縁層１２０コーティング時、ビア電極１３０と下部配線層１１０ａとの接合部位Ｂにも充填率の高いコーティングが可能になる。もし、ビア電極１３０が下部に行くほど直径が小くなるような逆台形状を有する場合、ビア電極１３０と下部配線層１１０ａとの接合部位Ｂは奥方へ凹になる形態になり、絶縁物質の充填が難しくなることがある。

コーティングされる絶縁層１２０の厚さは、絶縁層１２０上に形成されるべき上部配線層１１０ｂがビア電極１３０の上面１３０ｂに接合するように、下部配線層１１０ａとビア電極１３０との厚さの和に対応するように設定することが望ましい。または、ビア電極１３０の上面１３０ｂまで完全に覆うように、絶縁層１２０をコーティングの後、ビア電極１３０の上面１３０ｂが露出するように研磨工程を実施してもよい。

こうして絶縁層１２０が形成されると、最後に図１０に示すように、ビア電極１３０の上面１３０ｂに接合する上部配線層１１０ｂを絶縁層１２０上に形成し、本発明の印刷回路基板を最終に完成する。

上部配線層１１０ｂは、下部配線層１１０ａと同様に、サブトラクティブ法、アディティブ法、セミアディティブ法、修正済セミアディティブ法などの公知の回路形成工法のうちのいずれか一つを利用して形成される。また、上部配線層１１０ｂの形成後、その上に図４〜図１０の工程を繰り返して行って、ビア電極１３０によって層間接続される配線層を所定の層数分積層するか、基板部材１０の両面に対して上記の工程を行ってもよい。

このように、本発明の製造方法では、ビア電極１３０をまず形成した後、絶縁層１２０をコーティングすることによって、従来のビアフィル工程によるボイドやディンプル現象を防止すると共に、スタックビア構造でも電気的な接続の信頼性をより一層向上させることができる。

また、台形状のビア電極１３０の構造によって積層荷重によるストレスを効率よく分散させることができ、構造的に安定な印刷回路基板を提供することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００、２００ 本発明の印刷回路基板
１０ 基板部材
２０ フォトレジスト
３０ 露光マスク
１１０ 配線層
１１０ａ 下部配線層
１１０ｂ 上部配線層
１２０ 絶縁層
１３０ ビア電極
１３０ａ ビア電極の下面
１３０ｂ ビア電極の上面

Claims (13)

1. 下部配線層及び該下部配線層を埋め立てる絶縁層及び該絶縁層上に形成される上部配線層を含む印刷回路基板であって、
   上部配線層と下部配線層との層間接続は、その間に設けられ、上面は前記上部配線層に接合され、下面は前記下部配線層に接合するビア電極を介してなされ、前記ビア電極の下面は上面より面積が大きい、印刷回路基板。
2. 前記ビア電極は、その側壁が下部に行くほど直径が大きくなるようなテーパー形状を有する請求項１に記載の印刷回路基板。
3. 前記絶縁層は、前記ビア電極が形成された後、前記下部配線層及び前記ビア電極を埋め立てるように形成される請求項１に記載の印刷回路基板。
4. 前記配線層は、信号ライン、パワーライン及び接地ラインのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせで構成される請求項１に記載の印刷回路基板。
5. 基板部材の一面または両面に配線層及びこれを埋め立てる絶縁層の繰り返し積層によって成される印刷回路基板であって、
   前記各配線層間の層間接続は、その間に設けられ、下面は一つの絶縁層を基準にそれに埋め立てられた配線層に接合し、上面はその絶縁層上に形成される配線層に接合するビア電極を介してなされ、前記ビア電極の下面は上面より面積が大きい、印刷回路基板。
6. 前記ビア電極は、その側壁が下部に行くほど直径が大きくなるようなテーパー形状を有する請求項５に記載の印刷回路基板。
7. 前記各層のビア電極は、垂直方向に互いに対向する位置に配置される請求項５に記載の印刷回路基板。
8. 基板部材上に下部配線層を形成するステップと、
   前記下部配線層が形成された基板部材上にフォトレジストを塗布するステップと、
   前記フォトレジストに下部に行くほど直径が大きくなるテーパー形状のビアホールを形成し、前記下部配線層を露出させるステップと、
   前記ビアホールの内部をメッキ充填してビア電極を形成するステップと、
   前記フォトレジストを除去するステップと、
   前記下部配線層及び前記ビア電極を埋め立てる絶縁層を形成するステップと、
   前記ビア電極の上面に接合する上部配線層を前記絶縁層上に形成するステップと
   を含む、印刷回路基板の製造方法。
9. 前記絶縁層を形成するステップにおいて、前記下部配線層の厚さと前記ビア電極の厚さとの和に対応する厚さで前記絶縁層を形成する請求項８に記載の印刷回路基板の製造方法。
10. 前記下部配線層及び前記上部配線層は、サブトラクティブ法、アディティブ法、セミアディティブ法及び修正済セミアディティブ法のうちのいずれか一つによって形成される請求項８に記載の印刷回路基板の製造方法。
11. 前記フォトレジストは、光照射によって硬化されるネガティブタイプを使って、前記ビアホールを形成するステップにおいて前記ビア電極が形成される位置に露光マスクを前記フォトレジストに付着し、露光・現像して前記ビアホールを形成する請求項８に記載の印刷回路基板の製造方法。
12. 前記ビア電極が形成される位置に付着される露光マスクの面積は、前記ビア電極の上面の面積に対応する請求項１１に記載の刷回路基板の製造方法。
13. 前記ビア電極を形成するステップにおいて、前記下部配線層を引入線として電解メッキを実施して前記ビア電極を形成する請求項８に記載の印刷回路基板の製造方法。

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