JP3735873B2

JP3735873B2 - プリント配線板

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Publication number: JP3735873B2
Application number: JP24474894A
Authority: JP
Inventors: 努佐藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1994-09-12
Filing date: 1994-09-12
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: JPH0883971A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，プリント配線板用の穴埋めインクであって，特にスルーホールの内部，及び各パターン回路の間の間隙に充填するための穴埋めインクに関する。
【０００２】
【従来技術】
ボールグリッドタイプのプリント配線板には，表側面及び裏側面に設けた各パターン回路の電気的導通を図るため，又は熱放散のために，スルーホールが設けられている。
図１４に示すごとく，このスルーホール９０は，プリント配線板を構成する絶縁基板９を貫通して形成されている。スルーホール９０の内壁には，金属めっき膜３が施されている。
【０００３】
そして，上記スルーホール９０の内部には，穴埋めインク１９が充填してある。この穴埋めインク１９は，プリント配線板をマザーボードに半田付けする際，スルーホール９０を通じてフラックス，半田洗浄液等が滲み出すことを防止し，絶縁基板９の表側面に設けたパターン回路６１および各種電子部品の汚染を防止する役目を果たしている。
上記穴埋めインク１９は，フィラーを含浸したエポキシ樹脂であり，図１５に示すごとく，アスペクト比（絶縁基板９の厚み（ａ）／スルーホール９０の口径（ｂ））が高いスルーホール９０の中で用いられても，優れた熱衝撃性を発揮する。
【０００４】
また，図１４に示すごとく，隣合う各パターン回路６１の間の間隙６０にも穴埋めインク１７が充填されている。この穴埋めインク１７は，ソルダーレジスト膜７を，各パターン回路６１の間の間隙６０において，窪みを発生させることなく，平坦な表面とするための穴埋め用として用いられる。
【０００５】
【解決しようとする課題】
ところで，上記穴埋めインク１９，１７を一つの工程によりスルーホールの内部及びパターン回路の間の間隙６０に充填し，プリント配線板の製造方法の簡略化を図りたいという要望がある。
【０００６】
そこで，スルーホール９０の内部，及びパターン回路６１の間の間隙６０に，同種の穴埋めインクを用いて，１回の塗布により充填することが考えられるが，いずれの環境にも適した穴埋めインクは，従来存在しなかった。
即ち，スルーホール内を充填するための穴埋めインクを，パターン回路の間にも充填した場合には，図１６（ａ），（ｂ）に示すごとく，ヒートサイクル時に，パターン回路６１と穴埋めインク１７との境界付近を被覆するソルダーレジスト膜７に，クラック７９が発生するおそれがある。
【０００７】
逆に，パターン回路６１の間の間隙６０に充填するための穴埋めインクを，スルーホールの中に充填した場合には，図１５に示すごとく，ヒートサイクル時に，スルーホール内の穴埋めインクに亀裂１９９が生じる。そのためスルーホール９０の密閉性を保持することができず，絶縁基板９の上のパターン回路及び半導体チップ等に腐食等の損傷を与えるおそれがある。
【０００８】
本発明はかかる従来の問題点に鑑み，耐熱衝撃性に優れ，かつパターン回路及び穴埋めインクの上面を被覆するソルダーレジスト膜のクラックの発生を防止し，かつスルーホール内の密閉性を確保することができる，プリント配線板を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題の解決手段】
本発明は，絶縁基板を貫通して設けたスルーホールを有するプリント配線板であって，
上記スルーホールの内部，及び上記絶縁基板の表面に形成された隣合う各パターン回路の間の間隙に充填され，エポキシ樹脂と０．００１〜０．０５０μｍの平均粒子径を有するシリカ粉末との混合物よりなる穴埋めインクと，
上記パターン回路及び穴埋めインクを被覆するソルダーレジスト膜と，
を備えることを特徴とするプリント配線板にある。
【００１０】
本発明において最も注目すべきことは，穴埋めインクが，平均粒子径０．００１〜０．０５０μｍのシリカ粉末を含浸していることである。
上記シリカ粉末は，平均粒子径０．００１μｍ未満の場合には，シリカ粉末が浮遊しやすくなるので取扱いにくくなるおそれがあり，またコスト高となる場合がある。一方，平均粒子径が０．０５０μｍを越える場合には，熱衝撃により，スルーホール内の穴埋めインクに亀裂が発生し，絶縁基板の表裏間の密閉性を保持することが困難となる。
【００１１】
上記シリカ粉末は，上記穴埋めインク中に，０．３〜５重量％含有されていることが好ましい。０．３重量％未満の場合には，穴埋めインクの強度が低下し，熱衝撃によりスルーホール内の穴埋めインクに亀裂が発生するおそれがある。一方，５重量％を越える場合には，パターン回路の間の間隙の穴埋めインクに，シリカ粉末とエポキシ樹脂との間の熱膨張の差により，エポキシ樹脂に亀裂が発生しやすくなる。
【００１２】
また，上記シリカ粉末は，その表面がカップリング処理されていることが好ましい。これにより，シリカ粉末とエポキシ樹脂との接合強度が高まり，熱衝撃を受けた場合にも，シリカ粉末付近のエポキシ樹脂に亀裂が発生することを防止することができる。
ここにカップリング処理とは，シリカ粉末にカップリング剤を添加，混合することにより，シリカ粉末の表面が有機物質と強い結合を形成した状態とする処理をいう。
【００１３】
上記スルーホールの内壁は金属めっき膜により被覆され，かつ上記金属めっき膜の表面には化学的表面処理により粗化表面層が形成されていることが好ましい。この場合には，穴埋めインクが，スルーホールの内壁に対して密着する。そのため，例え，熱衝撃を受けても，穴埋めインクがスルーホールの内壁から剥がれることがない。従って，スルーホール内の密閉性をより確実に確保することができる。
【００１４】
上記化学的表面処理としては，例えば，黒化処理だけを行う方法，黒化処理及び黒化還元処理を順次行う方法，黒化処理，黒化還元処理及び酸処理を順次行う方法等がある。
【００１５】
上記黒化処理だけを行う方法としては，例えば，亜塩素酸ナトリウム，リン酸３ナトリウム，水酸化ナトリウム等を水に溶解した黒化処理液に，上記絶縁基板を浸漬することにより行う。これにより，金属めっき膜の表面に，その針状結晶が生成する。この結晶が，スルーホール内及び絶縁基板の金属めっき膜上の表面に，粗化表面層を形成する。
【００１６】
上記黒化処理及び黒化還元処理を順次行う方法としては，例えば，上記黒化処理液に上記絶縁基板を浸漬し，次いで，水素化ホウ素ナトリウム，水酸化ナトリウム等を水に溶解した第一還元処理液に，上記絶縁基板を浸漬する。更に，これを水酸化ナトリウム，ホルムアルデヒド，メタノール等を水に溶解した第二還元処理液に浸漬する。これにより，金属めっき膜の表面にその針状結晶が生成し，この結晶が還元される。
【００１７】
上記黒化処理，黒化還元処理及び酸処理を順次行う方法としては，例えば，上記黒化処理液及び上記還元処理液に，順に上記絶縁基板を浸漬し，次いでこれを酸処理用の硫酸等の酸処理液に浸漬する。これにより，金属めっき膜の表面にその針状結晶が生成し，この結晶が一端還元された後，酸化される。
【００１８】
次に，粗化表面層を形成している上記スルーホールの内部及びその開口周辺部には，穴埋めインクを充填し，硬化させる。次に，絶縁基板の表面から突出した穴埋めインクを，絶縁基板表面の金属めっき膜の粗化表面層と共に，バフ，ブラシ等を用いて，研磨除去する。これにより，上記金属めっき膜及び穴埋めインクの表面が平滑になり，絶縁基板の表面全体が平滑面となる。次に，平滑な絶縁基板の表面には，パターン回路を形成する。
【００１９】
【作用及び効果】
本発明にかかる穴埋めインクにおいては，上記の平均粒子径を有するシリカ粉末を用いている。このシリカ粉末は，従来において用いられていたフィラーよりも平均粒子径が小さい。そのため，穴埋めインクには高密度に，かつ均一にシリカ粉末を分散させることができ，充填硬化させた穴埋めインクの強度を向上させることができる。
【００２０】
また，熱衝撃を穴埋めインクに与えた場合には，シリカ粉末に熱応力が発生する。この熱応力は，シリカ粉末の周囲のエポキシ樹脂に微小な亀裂が生じることによりエポキシ樹脂に吸収される。そのため，この微小な亀裂は，エポキシ樹脂全体に伝播しない。
そのため，スルーホール内においては，穴埋めインクの全体に亀裂が発生しない。それ故，スルーホールの密閉性を確保することができる。従って，絶縁基板上のパターン回路及び半導体チップ等の腐蝕等の損傷を防止することができる。
【００２１】
また，隣合う各パターン回路の間の間隙においては，穴埋めインク自身が，穴埋めインクとパターン回路との境界付近を被覆するソルダーレジスト膜の応力を吸収する。そのため，ソルダーレジスト膜にクラックが発生することを防止することができる。
【００２２】
従って，本発明によれば，耐熱衝撃性に優れ，かつパターン回路及び穴埋めインクの上面を被覆するソルダーレジスト膜のクラックの発生を防止し，かつスルーホール内の密閉性を確保することができる，プリント配線板を提供することができる。
【００２３】
【実施例】
本発明の実施例にかかる穴埋めインクについて，図１〜図９を用いて説明する。
本例により作製されるプリント配線板１０は，図１に示すごとく，絶縁基板９を貫通して設けたスルーホール９０を設けている。スルーホール９０の内壁は，金属めっき膜３により被覆されている。このスルーホール９０の内部は，穴埋めインク１により充填されている。
また，絶縁基板９の表側面及び裏側面にはパターン回路６１，６２が形成されている。隣合う各パターン回路６１の間の間隙６０，及び隣合うパターン回路６２の間の間隙６０には，穴埋めインク１が充填されている。
【００２４】
上記のスルーホール９０，パターン回路６１又は６２の間に充填した穴埋めインク１は，エポキシ樹脂とシリカ粉末との混合物よりなる。シリカ粉末は，平均粒子径が０．０１０μｍである。シリカ粉末は，その表面がカップリング処理されている。シリカ粉末は，穴埋めインク中に，２重量％含有されている。
【００２５】
絶縁基板９の表側面には，パターン回路６１及び半導体チップ搭載用のダイパッド６３が設けられている。絶縁基板９の裏側面には，パターン回路６２及び放熱パッド６４が設けられている。
ダイパッド６３と放熱パッド６４の間は，絶縁基板９の略中央部に設けた上記スルーホール９０により電気的に接続している。絶縁基板９の表側面及び裏側面に設けた各パターン回路６１，６２の間は，図２に示すごとく，絶縁基板９の周辺部に設けた上記スルーホール９０により接続されている。
ボンディングパッド６１０及びマザーボード実装用のパッド６２０を除く，プリント配線板１０の表面は，ソルダーレジスト膜７により被覆されている。
【００２６】
次に，上記穴埋めインクを用いたプリント配線板の製造方法について，図３〜図７を用いて説明する。
まず，図３に示すごとく，表側面及び裏側面に銅箔２を貼着した絶縁基板９に，スルーホール９０を穿設する。次に，絶縁基板９の表面及びスルーホール９０の内壁に金属めっき膜３を施す。金属めっき膜３は，銅である。
【００２７】
次に，エッチングレジスト法により，銅箔２及び金属めっき膜３の不要部分を除去して，絶縁基板９の表側面にはパターン回路６１，ボンディングパッド６１０，及びダイパッド６３を，一方絶縁基板９の裏側面にはパターン回路６２及び放熱パッド６４を形成する。
【００２８】
次に，図４に示すごとく，スルーホール９０の内部を含む絶縁基板９の全表面に，上記の穴埋めインク１を被覆する。
次いで，この穴埋めインク１を加熱又は紫外線照射により硬化させる。
【００２９】
次に，図５に示すごとく，硬化した穴埋めインク１の表面をバフにより研磨して，パターン回路６１，６２，ダイパッド６３，放熱パッド６４，及びマザーボード実装用のパッド形成部分を露出させて，これらの間の間隙６０とスルーホール９０の内部にのみ，穴埋めインク１を残す。また，上記研磨により，穴埋めインク１より露出した金属めっき膜３の表面を平滑面３９とする。
【００３０】
次に，図６に示すごとく，ボンディングパッド６１０，ダイパッド６３，及びマザーボード実装用のパッドを形成する部分を除く，絶縁基板９の全表面に，ソルダーレジスト膜７を被覆する。次に，図７に示すごとく，ソルダーレジスト膜７により覆われていない金属めっき膜３の表面に，Ｎｉ／Ａｕめっき膜４を被覆する。これにより，ダイパッド６３，ボンディングパッド６１０がＮｉ／Ａｕめっき膜４により被覆される。また，絶縁基板９の裏側面には，マザーボードと半田接合するためのパッド６２０が形成される。これにより，上記プリント配線板１０が得られる。
【００３１】
上記プリント配線板１０には，図１に示すごとく，ダイパッド６３の上に，接着剤５９を用いて，半導体チップ５が搭載され，ワイヤー５０により，ボンディングパッド６１０と電気的に接続される。
このプリント配線板１０の裏側面におけるパッド６２０は，マザーボード８のパッド８２の上に，ボール状の半田８１を介して搭載される。次いで，これを加熱して，両者を半田付けする。
【００３２】
次に，本例の作用効果について説明する。
本例においては，図８に示すごとく，穴埋めインク１が，上記の平均粒子径を有するシリカ粉末１１とエポキシ樹脂１２との混合物である。このシリカ粉末１１は，図９に示す従来の穴埋めインク１９９に用いられていたフィラー１９１よりも平均粒子径が小さい。そのため，高密度にかつ均一にエポキシ樹脂１２の中に分散している。このため，穴埋めインク１の強度が向上する。
【００３３】
また，熱衝撃を穴埋めインク１に与えた場合には，シリカ粉末１１に応力が発生する。この熱応力は，シリカ粉末１１の周囲のエポキシ樹脂１２に微小な亀裂１２１が生じることにより吸収される。この微小な亀裂１２１は，図１６に示す従来に係る穴埋めインク１９９のようにエポキシ樹脂全体に伝播しない。そのため，シリカ粉末１１の熱応力は穴埋めインク自身が吸収する。
【００３４】
そのため，スルーホールの中においては，穴埋めインク１の全体に亀裂が発生しない。このため，図１に示すごとく，スルーホール９０の密閉性を確保することができる。従って，プリント配線板１０をマザーボード８に半田付けする際，スルーホール９０を通じてフラックス，半田洗浄液等が滲み出すこともなく，絶縁基板９の表側面に形成したパターン回路６１，ボンディングパッド６１０，半導体チップ５に腐蝕等の損傷が発生するのを防止することができる。
【００３５】
また，隣合う各パターン回路６１，６２の間の間隙６０においては，穴埋めインク自身が，穴埋めインク１とパターン回路６１，６２との境界付近を被覆するソルダーレジスト膜７の応力を吸収する。それ故，ソルダーレジスト膜７にクラックが発生するのを防止することができる。
【００３６】
実施例２
本例においては，穴埋めインクの耐熱衝撃性について評価した。
評価に当たっては，シリカ粉末の含有量及び平均粒子径を種々に変えた穴埋めインク（試料１，２，３，４，５，Ｃ１，Ｃ２）を調製した。
そして，各穴埋めインクを用いて，プリント配線板を作製した。シリカ粉末の含有量及び平均粒子径は，表１に示すように変えた。その他は，実施例１と同様である。
【００３７】
スルーホール内の穴埋めインクの評価においては，穴埋めインクの亀裂の発生状況を調べた。その結果を表１に示した。同表中，
○は，シリカ粉末の周囲に若干のクラックが認められる程度の状態を示す。
△は，穴埋めインク中に混在する隣合うシリカ粉末の間を結ぶ程度のクラックが認められる程度の状態を示す。
×は，スルーホールを横断する程度の太くて長いクラックが認められる程度の状態を示す。
【００３８】
パターン回路の間の間隙を充填する穴埋めインクの評価においては，パターン回路及び穴埋めインクの上面を被覆するソルダーレジスト膜のクラックの発生状態を調べた。その結果を表１に示した。同表中，
○は，上記の○と同様である。
△は，上記の△と同様である。
×は，隣接するパターン回路の間を横断する程度の太くて長いクラックが認められる程度の状態を示す。
【００３９】
同表において，シリカ粉末の含有量が０．４〜４．０重量％であり，且つ平均粒子径が０．０１〜０．０３０μｍである場合（試料１〜５）には，スルーホール内の穴埋めインクに亀裂の発生はなかった。また，パターン回路と穴埋めインクとの境界付近を被覆するソルダーレジスト膜には，クラックの発生はなかった。
一方，試料Ｃ１及びＣ２の場合は，いずれも比較的長いクラックの発生が認められた。
【００４０】
【表１】

【００４１】
実施例３
本例のプリント配線板は，図１０に示すごとく，スルーホール９０の内壁を被覆する金属めっき膜３の表面が，化学的表面処理により粗化表面層３０を形成している点で，実施例１のプリント配線板と異なる。その他の構成は実施例１と同様である。
【００４２】
本例のプリント配線板の製造方法について図１１〜図１３を用いて説明する。まず，実施例１と同様に，絶縁基板９にパターン回路６１，６２，ボンディングパッド６１０，ダイパッド６３，放熱パッド６４を形成する（図３参照）。
【００４３】
次に，図１１に示すごとく，化学的表面処理により，金属めっき膜３の表面に粗化表面層３０を形成する。上記化学的表面処理は，黒化処理により行う。
上記黒化処理は，以下の黒化処理液に，０．３〜１５分間，絶縁基板９を浸漬することにより行う。この黒化処理により，金属めっき膜３の表面には，銅の針状結晶が生成する。
【００４４】
▲１▼黒化処理液
・成分（水中濃度）
亜塩素酸ナトリウム．．．．．．．２０〜７０ｇ／リットル，
リン酸３ナトリウム１２水．．．．１０〜３０ｇ／リットル，
水酸化ナトリウム．．．．．．．．１０〜３０ｇ／リットル，
・温度．．．．．．．．７０〜９８℃，
【００４５】
次に，図１２に示すごとく，スルーホール９０の内部を含む絶縁基板９の全表面に，実施例１と同様の穴埋めインク１を被覆し，加熱又は紫外線照射等の手段により硬化させる。
【００４６】
次に，図１３に示すごとく，硬化した穴埋めインク１の表面をバフにより研磨して，パターン回路６１，６２，ダイパッド６３，放熱パッド６４，及びマザーボード実装用のパッドの形成部分を露出させて，これらの間の間隙６０とスルーホール９０の内部にのみ，穴埋めインク１を残す。
また，上記研磨により，穴埋めインク１より露出した金属めっき膜３の表面を平滑面３９とする。
【００４７】
その後，実施例１と同様に，ソルダーレジスト膜７による絶縁基板９の被覆（図６参照），Ｎｉ／Ａｕめっき膜４による金属めっき膜３の被覆（図７参照）を行なう。これにより，図１０に示すプリント配線板が得られる。
【００４８】
本例においては，図１０に示すごとく，スルーホール９０の内壁に形成した金属めっき膜３の表面に，化学的表面処理を施して，粗化表面層３０を形成している。粗化表面層３０には，穴埋めインク１がスルーホール９０の内壁に対し密着する。
そのため，例え，熱衝撃を受けても，穴埋めインク１がスルーホール９０の内壁から剥がれることもない。従って，スルーホール９０から湿気が浸入するのを防止することができる。
【００４９】
それ故，プリント配線板を半田付けによりマザーボードに実装する場合においても，半田の溶融温度により，スルーホール内の金属めっき膜３と穴埋めインク１との間に剥離を生じない。
【００５０】
また，スルーホール９０の内部だけでなく，その開口周辺部にも穴埋めインク１を供給している。そのため，例え，穴埋めインク１を硬化する際に穴埋めインク１が収縮しても，スルーホール９０の内部全体を穴埋めインク１により充填することができる。
【００５１】
また，絶縁基板９の表面の金属めっき３には粗化表面層が形成されるが，その後これを研磨して均一な平滑面としている。そのため，金属めっき３の表面を，更にめっき膜で被覆する場合にも，均一な厚みのめっき膜を形成することができる。
このため，絶縁基板９の表面に，平滑で層厚みが均一なパターン回路６１及びダイパッド６３を形成することができる。
その他，本例においても，実施例１と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のプリント配線板をマザーボードに実装した状態を示す断面図。
【図２】実施例１のプリント配線板の表側面を示す説明図。
【図３】実施例１のプリント配線板の製造方法において，スルーホール，パターン回路，ダイパッド，及び放熱パッド等のパターンを形成した絶縁基板の断面図。
【図４】図３に続く，穴埋めインクを充填した絶縁基板の断面図。
【図５】図４に続く，パターン表面の穴埋めインクを研磨除去した絶縁基板の断面図。
【図６】図５に続く，ソルダーレジスト膜を形成した絶縁基板の断面図。
【図７】図６に続く，Ｎｉ／Ａｕめっき膜を施した絶縁基板の断面図。
【図８】実施例１の，穴埋めインク中のシリカ粉末を示す説明図。
【図９】実施例１における，穴埋めインク中のフィラーが大径の場合の問題点を示す説明図。
【図１０】実施例３のプリント配線板の断面図。
【図１１】実施例３の，化学的表面処理を施した絶縁基板の断面図。
【図１２】図１１に続く，穴埋めインクを充填した絶縁基板の断面図。
【図１３】図１２に続く，パターン表面の穴埋めインクを研磨除去した絶縁基板の断面図。
【図１４】従来例の，プリント配線板の要部断面図。
【図１５】従来例の，プリント配線板のスルーホール付近の拡大断面図。
【図１６】従来例の，プリント配線板のパターン回路と穴埋めインクとの境界付近の断面図（ａ），及び（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図（ｂ）。
【符号の説明】
１．．．穴埋めインク，
１０．．．プリント配線板，
１１．．．シリカ粉末，
３．．．金属めっき膜，
３０．．．粗化表面層，
４．．．Ｎｉ／Ａｕめっき膜，
５．．．半導体チップ，
６０．．．間隙，
６１，６２．．．パターン回路，
９．．．絶縁基板，
９０．．．スルーホール，

Claims

絶縁基板を貫通して設けたスルーホールを有するプリント配線板であって，
上記スルーホールの内部，及び上記絶縁基板の表面に形成された隣合う各パターン回路の間の間隙に充填され，エポキシ樹脂と０．００１〜０．０５０μｍの平均粒子径を有するシリカ粉末との混合物よりなる穴埋めインクと，
上記パターン回路及び穴埋めインクを被覆するソルダーレジスト膜と，
を備えることを特徴とするプリント配線板。
上記シリカ粉末は，上記穴埋めインク中に，０．３〜５重量％含有されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
上記シリカ粉末は，その表面がカップリング処理されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント配線板。