JP3785032B2

JP3785032B2 - プリント配線基板におけるスルーホール構造及びその製造方法

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Publication number: JP3785032B2
Application number: JP2000250767A
Authority: JP
Inventors: 泰志墨; 敏文小嶋
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2020-08-22
Also published as: JP2002064263A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スルーホールメッキによりコア基板の裏表の導通を取り、該スルーホール内が充填材により穴埋めされたプリント配線基板におけるスルーホール構造、及びその製造方法に関する。特に、孔径の異なるスルーホールを同一基板内に形成させる場合、さらにはスルーホール内に小径のスルーホールを同軸的に形成させる場合に有用で、ＭＰＵ用ＩＣパッケージ等、高い信頼性が要求されるプリント配線基板として使用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
多層プリント配線基板の製造方法には、次のような方法がある。まず、コア基板となる銅張積層板等にスルーホールとなる貫通孔を開けたのち、内壁をメッキ（スルーホールメッキ）して導体層を形成する。このスルーホールは、スルーホール充填用ペーストにて穴埋めされる。こうして基板を平坦にした後、上層に絶縁層及び導体層を交互にビルドアップすることで多層プリント配線基板が得られる。
【０００３】
上記のような方法で製造されるプリント配線基板は、スルーホールメッキとスルーホール充填材との界面で剥離が生じると、剥離した隙間にメッキ液等がしみ込んだり、信頼性試験で剥離を起点として上層のビルドアップ層にクラックが進展し、不良となることがある。このため、スルーホールメッキの表面に凹凸を形成し、界面の密着性を上げる方法が知られている。
【０００４】
一方、近年の配線回路の微細化に伴い、スルーホールの径を小さくする手法としてレーザーによる微細なスルーホール加工が知られている（例えば、特開昭６１−１７６１８６等）。さらに、レーザー加工のコストを抑えるために、機械ドリル加工とレーザー加工の両方を用いた配線基板や、大径のスルーホール中に小径のスルーホールを形成し、小型化あるいは電気特性の向上を図った配線基板（例えば、特開昭５６−１００４９４、特開平４−３１７３５９等）など、一つの基板内に径の異なるスルーホールが混在したプリント配線基板が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
スルーホールにスルーホール充填用ペーストを穴埋めするのに、一般的にスクリーン印刷法が用いられている。しかし、レーザー加工による小径でアスペクト比（＝スルーホールの長さ／スルーホールの直径）が大きく、スルーホールメッキの表面に凹凸が形成されたスルーホールに穴埋めする場合、基板の裏面まで十分に穴埋めできない場合がある。
【０００６】
このような不具合を防止するために、基板表面から重ね塗りして押し込む方法や、裏面印刷で基板裏面の未充填を補う方法が考えられるが、これらの方法ではいずれもスルーホール中に大きなボイドが発生してしまい、後の工程や信頼性試験で不具合が発生してしまう場合がある。また、穴埋め充填性を上げるためには穴埋めペーストの粘度を下げれば良いと考えられるが、それだけでは十分な効果は得られない。
【０００７】
本発明の課題は、コア基板に異なる孔径のスルーホールを備えたプリント配線基板におけるスルーホール構造において、孔径によってそれぞれ最適なペーストを充填することで、良好な穴埋め性と高い信頼性を備えるプリント配線基板におけるスルーホール構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明に係るプリント配線基板におけるスルーホール構造は、複数のスルーホールを備え、孔径の異なる少なくとも２つのスルーホールについて、大径スルーホールに充填される充填材料中のフィラーの粒径標準偏差が、小径スルーホールに充填される充填材料中のフィラーの粒径標準偏差よりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るプリント配線基板におけるスルーホール構造の製造方法の第一は、複数のスルーホールを備え、該スルーホール内に充填用材料（前駆体材料：例えばペースト状のもの）を充填硬化して製造されるプリント配線基板におけるスルーホール構造の製造方法において、孔径の異なる少なくとも２つのスルーホールについて、大径スルーホールに充填する充填用材料中のフィラーの粒径標準偏差が、小径スルーホールに充填する充填用材料中のフィラーの粒径標準偏差よりも小さいことを特徴とする。なお、充填用材料は、例えば未硬化の熱硬化性樹脂とフィラーとを含むスルーホール充填用ペーストとすることができる。
【００１０】
上記本発明によると、孔径の異なるスルーホールに、それぞれ最適な充填用材料を充填硬化させることで、良好な穴埋め充填性を確保でき、信頼性の高いプリント配線基板を製造することが可能となる。充填材料中のフィラーの粒径標準偏差は、フィラーの粒度分布を反映した値であり、該標準偏差の値が小さいものほどフィラーが偏在しやすく、大きいものほどフィラーがより均一に分散しやすい傾向にある。内径が相対的に小さい小径スルーホールにおいては、粒径標準偏差の大きいフィラーを使用することで、充填されるフィラーが良好に分散してスルーホール内に詰まり難くなるため、充填材料の充填性が向上する。
【００１１】
他方、内径が相対的に大きい大径スルーホールにおいては、粒径標準偏差が大きすぎるフィラーを採用すると、スルーホール内のフィラーの体積充填率が不足して、硬化後の充填材料に大きな凹みが発生する場合がある。しかしながら、大径スルーホールでは、充填すべきフィラーの全体積に対するスルーホール内面積の相対比率が増すため、壁面摩擦によるスルーホール内へのフィラーの詰まりが小径スルーホールほどには生じにくい。そこで、本発明では、大径のスルーホールにおいてはフィラーの粒径標準偏差が相対的に小さい充填用材料を使用することで、スルーホール内のフィラーの体積充填率を増加させ、上記の凹み発生を防止ないし抑制している。すなわち、小径のスルーホールにおいてはフィラーの粒径標準偏差が相対的に大きい充填用材料を使用し、大径のスルーホールにおいてはフィラーの粒径標準偏差が相対的に小さい充填用材料を使用してプリント配線基板を製造することで、印刷充填性の向上と、硬化後に穴埋め材（充填材料）に発生する凹みの抑制とを両立させることが可能となる。
【００１２】
なお、フィラーの粒径標準偏差は、基板スルーホール内の硬化後の充填材料部分の断面を光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、その観察画像中に現われる粒子寸法に基づいて算出することができる。本実施例においてフィラーの粒子寸法（粒径）とは、上記観察画像中に現われる粒子外形線に対し、粒子内部を横切らない外接平行線を種々の位置関係にて引いたときの、その最大間隔をｄmax、最小間隔をｄminとして、（ｄmax＋ｄmin）／２の値として定義する。
【００１３】
次に、本発明のプリント配線基板におけるスルーホール構造の製造方法の第二は、
充填用材料（スルーホール充填用ペースト（以下、単にペーストとも言う））を少なくとも熱硬化性樹脂とフィラーとを含むものとし、充填用材料中のフィラーの体積含有率をＶ_Ｆ、フィラーの充填率をＤＴ_Ｆ／Ｄ_Ｆ、フィラーのタップ密度をＤＴ_Ｆ、フィラーの真密度をＤ_Ｆとし、Ｙ＝Ｖ_Ｆ／（ＤＴ_Ｆ／Ｄ_Ｆ）として、小径スルーホールに充填硬化する充填用材料のＹの値が、大径スルーホールに充填硬化する充填用材料のＹの値よりも小さいことを特徴とする。なお、この場合に、大径スルーホールに充填する充填用材料中のフィラーの粒径標準偏差が、小径スルーホールに充填する充填用材料中のフィラーの粒径標準偏差よりも小さい各充填用材料を用いることもできる。
【００１４】
上記本発明の製造方法の第二は、スルーホール中への粉末充填密度の観点から捉えたものであり、（ＤＴ_Ｆ／Ｄ_Ｆ）溶媒や樹脂を加えない状態で乾式測定した、フィラーの相対タップ密度、つまり理想的にフィラーを充填したときの限界充填密度に対応する指標である。従って、Ｙ＝Ｖ_Ｆ／（ＤＴ_Ｆ／Ｄ_Ｆ）の値は、実際の充填用材料において、限界充填密度を基準としてどの程度の比率までフィラーが含有されているかを表す。Ｙの値が小さいほど、充填用材料中のフィラーが限界充填密度から隔たった相対的に少ない充填率に留められていることを意味し、その分だけスルーホール内でフィラーが詰まり難く、印刷充填性が向上し、良好な穴埋め充填性が得られることになる。すなわち、フィラー詰まりを起こしやすい小径のスルーホールにおいて有利となる。一方、大径のスルーホールではフィラー詰まりはそれほど生じにくいことから、Ｙの値が極端に小さいフィラーを用いると、硬化後の穴埋め材（充填材料）に発生する凹みが大きくなり、却って不利となる場合がある。
【００１５】
そこで、大径のスルーホールにおいてはＹの値が相対的に大きいペーストを、小径のスルーホールにおいてはＹの値が相対的に小さいペーストを使用することで、製造されるプリント配線基板の印刷充填性を向上させ、且つ硬化後の穴埋め材に発生する凹みを抑制することが可能となった。なお、Ｙの値が０．４〜１．３であって、その範囲にて前記小径スルーホールに充填硬化する充填材料のＹの値が、前記大径スルーホールに充填硬化する充填材料のＹの値よりも小さいものとするのが、良好な穴埋め充填性を確保する上で好ましい。
【００１６】
大径スルーホールは、例えば機械ドリル加工によって形成することができる。その直径は２５０μｍ以上（通常１ｍｍ以下）、好ましくは２５０〜５００μｍ、より好ましくは２５０〜３５０μｍとすることができる。その場合、大径スルーホールに充填硬化されるペーストのＹの値が０．７以上、１．３以下、好ましくは０．７以上、１．２以下であると良い。Ｙの値が１．３を超えるとペーストの流動性が極端に低下し、穴埋め充填性が大きく低下する場合がある。また、Ｙの値が０．７未満であると充填硬化後に穴埋め材（充填材料）に発生する凹みが大きくなってしまう場合がある。
【００１７】
小径スルーホールは、例えばレーザー加工によって形成することができる。その直径は２５０μｍ未満（通常５０μｍ以上）となる。その場合、小径スルーホールに充填硬化されるペーストのＹの値が０．４以上、０．７未満、好ましくは０．４以上、０．６以下であると良い。Ｙの値が０．７以上であると印刷充填性が低下し、ペースト（結果的には硬化した充填材料）が十分に充填されていないスルーホールが発生する場合がある。なお、小径スルーホールにおいては、Ｙの値が０．４であっても充填硬化後に穴埋め材に凹みが発生することはないが、Ｙの値を小さくし過ぎると、フィラーの沈降が起こりやすくなるため、公知の沈降防止剤を添加するのが望ましい。
【００１８】
本発明のプリント配線基板におけるスルーホール構造を製造するために用いる熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂とその硬化剤であることが望ましい。エポキシ樹脂は一般に硬化収縮が少ないため、硬化時の凹みを押さえることが可能である。特に耐熱性、耐湿性、耐薬品性の点で芳香族エポキシ樹脂を用いることが望ましい。更にはペーストの無溶剤化のために、常温で液状のエポキシ樹脂（ＢＰＡ型、ＢＰＦ型、ＰＮ型）が望ましい。エポキシ樹脂の硬化剤は、耐熱性、耐薬品性、無溶剤化の点で触媒系、特にイミダゾール系硬化剤が好ましい。
【００１９】
一方、本発明のプリント配線基板におけるスルーホール構造を製造するために用いるフィラーとしては例えば結晶性シリカ、非晶性シリカ、溶融シリカ、アルミナ、タルク、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、ホウ酸アルミニウムウィスカ、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の無機系フィラー、銅、銀、ニッケル、亜鉛、錫等の金属系フィラー等を用いることができる。その他の成分として、必要に応じて、消泡剤、レベリング剤、沈降防止剤等の微量添加剤を添加しても良い。粘度調製のために揮発性成分を添加することが知られているが、揮発性成分は１．０％以下（実質的に無溶剤）であることが望ましい。揮発性成分を添加すると、ペーストを充填硬化した際に、硬化体中にボイドやクラックが発生してしまうからである。
【００２０】
ペーストに含有されるフィラーの体積含有率Ｖ_Ｆは、
Ｖ_Ｆ＝（Ｗ_Ｆ／Ｄ_Ｆ）／（（Ｗ_Ｆ／Ｄ_Ｆ）＋（Ｗ_Ｒ／Ｄ_Ｒ）＋（Ｗ_Ａ／Ｄ_Ａ））、
に基づいて算出することができる。なお、Ｗはペーストに含まれる各成分の重量比を、Ｄはペーストに含まれる各成分の真密度を、添え字Ｆはフィラー成分を、添え字Ｒは熱硬化性樹脂成分を、添え字Ａはその他の成分を表す。真密度（Ｄ）はその成分が判っているなら、理論値を用いても良い。例えば、エポキシ樹脂：１．２、シリカ：２．２、銅：８．９（ｇ／ｃｍ^３）である。
【００２１】
フィラーの乾式での充填率（ＤＴ_Ｆ／Ｄ_Ｆ）は、フィラーのタップ密度ＤＴ_Ｆの測定値から求められる。タップ密度は以下の方法で測定することができる。
１．２０ｍｌのメスシリンダーにフィラーを投入する。
２．そのメスシリンダーを４．５ｃｍの高さから５００回タッピングする。
３．メスシリンダー内のフィラーの体積をメスシリンダーの目盛から読みとり、そのときのフィラーの重量を計測する。
４．フィラーの重量をメスシリンダー内のフィラーの体積で除することによりＤＴ_Ｆを得る。
【００２２】
フィラーの乾式での充填率（ＤＴ_Ｆ／Ｄ_Ｆ）は、ペースト中に添加できるフィラーの体積含有率の限界尺度となり得る。よって、Ｙの値は、ペーストへのフィラーの添加限界量に対して実際にどれだけフィラーが添加されているかを反映した値である。つまり、Ｙの値が１付近であれば十分にフィラーが添加されていることを示し、１より小さい値であれば、まだ添加できる余地があることを示している。すなわち、Ｙの値は充填用材料中の相対的なフィラーの量を示すものである。なお、本発明においては、沈降防止剤等に用いる微細シリカ（例えば粒径５０ｎｍ以下のもの）は、フィラーとは見なさず、その他の成分として扱うものとする。
【００２３】
上記本発明の製造方法の採用により得られる本発明のプリント配線基板におけるスルーホール構造は、孔径の異なる複数のスルーホールを備え、各スルーホールに充填される充填材料中のフィラーの、体積含有率の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎとして、（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表される値が０〜０．７であるものとすることができる。つまり、フィラーの体積含有率を上記のように調整することで、スルーホールの寸法によらず、各スルーホールのフィラー充填密度のばらつきを、上記範囲となるように小さく抑えることができ、ひいては、大小各径のスルーホールにおいて、良好な充填性と、硬化後に穴埋め材に発生する凹みの抑制との両立を好ましく図ることができる。なお、上記範囲は、好ましくは０〜０．６とするのがよい。
【００２４】
本発明のプリント配線基板におけるスルーホール構造において、充填材料は少なくとも熱硬化性樹脂とフィラーとを含み、該充填材料の熱膨張係数と基板の厚み方向の熱膨張係数との差の絶対値が２０ｐｐｍ／℃以下、望ましくは、充填材料（硬化体）と基板（コア基板）の熱膨張差が負であることが好ましい。これらの値からはずれると、熱サイクル試験においてスルーホール上のソルダーレジスト等にクラックが発生する場合があり好ましくない。なお、用いるコア基板としては、ガラス・ＢＴ基板、高Ｔｇガラス・エポキシ基板（ＦＲ−５）等の高耐熟性積層板が望ましい。高耐熱性積層板のＺ方向の熱膨張係数は例えば４７〜５２ｐｐｍ程度であり、この場合においては、スルーホール充填用ペーストの硬化体の熱膨張係数は３３〜６８ｐｐｍ程度、さらには３３〜５２ｐｐｍ程度であると特に望ましい。
【００２５】
充填材料（硬化体）の熱膨張係数は、フィラーの体積含有率（Ｖ_Ｆ）でほぼ決まってしまい、熱膨張係数を４５ｐｐｍ付近にしたい場合は、Ｖ_Ｆは３５％付近（２５〜４５％程度）でほぼ固定される。よって、大径と小径のスルーホールにおいてＹの値に差を付けるために、各径のスルーホールで充填率の異なるフィラーを用いるのが望ましい。つまり、大径のスルーホールに充填硬化されるペーストのフィラーは、その充填率が２０〜５０％のものを、小径のスルーホールに充填硬化されるペーストのフィラーは、その充填率が４０〜７０％のものを用いるのが望ましい。
【００２６】
本発明のプリント配線基板におけるスルーホール構造は、大径スルーホールの内側に第１充填材料が充填され、その第１充填材料の内側には小径スルーホールが形成されるとともに、該小径スルーホールの内側には第２充填材料が充填されて、第１充填材料中のフィラーの粒径標準偏差が、第２充填材料中のフィラーの粒径標準偏差よりも小さくなるように構成することができる。すなわち、大径スルーホール内の充填材料に小径スルーホールが形成され、該小径スルーホール内をさらに導体層を介して充填材料によって穴埋めされる同軸構造（スルーホール同軸構造）のプリント配線基板におけるスルーホール構造に本発明を適用すると、印刷充填性が一層効果的に向上し、硬化後に穴埋め材（充填材料）に発生する凹みの抑制効果も一層顕著なものになる。
【００２７】
また、本発明は、スルーホールメッキと充填材料との界面の密着性を上げる為に、スルーホールメッキ表面に凹凸を形成したものに対しても適用することが可能で、良好な穴埋め充填性が得られ、そのプリント配線基板は高い信頼性を具備したものとなる。本発明に用いるコア基板の厚みについて特に制約はないが、０．５ｍｍ以上（通常１．０ｍｍ以下）、特に０．７ｍｍ以上の基板に形成されるスルーホールにおいて特に良好な充填性を発揮する。
【００２８】
従来、表面に凹凸のある小径のスルーホールでは、ペーストの充填性が低下する場合が多い。その理由は定かではないが、以下のごとく推定される。
スルーホールに充填用ペーストを印刷で押し入れるとき、スルーホール内壁近傍のペーストは、その凹凸のために微細な乱流が起こり、凹凸の凹部にペーストが入り込みながら充填されていくものと考えられる。スルーホールメッキの凹凸はフィラーの粒径よりも微細であるため、その凹部にはペーストの樹脂成分のみが入り込み、その結果として、凹凸の近傍ではフィラー含有量の大きい領域が形成されると思われる。大径のスルーホールへの穴埋めでは、その径が大きいが故にフィラー含有量が大きくなった領域は相対的に小さく、その影響は無視でき（すなわち詰まり難い）、よって充填性への影響は少ないと思われる。一方、小径のスルーホールではその影響が無視できず、フィラー含有量が大きくなってしまった領域においてスルーホールの目詰まりが発生し、それ以上ペーストを充填できなくなってしまうものと考えられる。そこで、本発明のように、Ｙの値を小さくしたペースト（つまり余剰に樹脂成分が添加されたペースト）を用いれば、内壁の凹凸には余剰の樹脂成分が入り込むので、フィラー含有量が大きい領域ができても目詰まりするには至らず、良好な印刷充填性が確保できるようになる。
【００２９】
一方、小径スルーホールにおいて、ペーストの硬化時に発生する凹みが低下する理由は定かではないが、以下のごとく推定される。
ペーストの硬化時に発生する凹みは、ペーストの樹脂成分がコア基板の周辺に流れ出ること（いわゆる、ブリードアウト）によって発生する。凹みが発生すると、ペーストの表面積増大（樹脂の広がり及び凹みの発生）による表面エネルギーロスが発生するが、それよりも基板と樹脂とが濡れることによるエネルギー減少の方が大きいが故に凹みが発生すると考えられる。スルーホール径がより小径になると、凹みによる表面エネルギーロスが増大すると考えられる（凹みの曲率半径がより小さくなるが故に）。よって、小径スルーホールでは、それが基板と樹脂とが濡れることによるエネルギー減少に打ち勝ち、凹みが抑制されるものと思われる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例を参照して説明する。
図１は本発明のプリント配線基板におけるスルーホール構造の第１実施例について、その要部を模式的に示す断面図である。このプリント配線基板１の基板２には、孔径の異なる複数のスルーホール３，４等が形成され、大径スルーホール３及び小径スルーホール４にはスルーホールメッキ５が施されて基板２の裏表が導通されている。また、各スルーホール３，４内部は充填材料６，７により穴埋めされている。
【００３１】
スルーホール３，４を穴埋めする充填材料６，７は、少なくともエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂成分とシリカフィラー等のフィラー成分とを含んでいる。ここで、大径スルーホール３に充填される充填材料６中のフィラーの粒径標準偏差は、小径スルーホール４に充填される充填材料７中のフィラーの粒径標準偏差よりも小さくされている。また、各スルーホール３，４に充填される充填材料６，７中のフィラーの体積含有率の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎとして、（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表される値が０〜０．７とされている。
【００３２】
一方、図２は本発明のプリント配線基板におけるスルーホール構造の第２実施例について、その要部を模式的に示す断面図である。このプリント配線基板１０においては、基板２０に設けられた大径スルーホール３０の内側に同軸状に小径スルーホール４０が設けられている。すなわち、基板２０に設けられた大径スルーホール３０の内側に、大径スルーホール用の第１充填材料６０ａ，６０ｂが充填されるとともに、その第１充填材料６０ａ，６０ｂの内側に小径スルーホール４０が形成され、さらに小径スルーホール４０の内側に、小径スルーホール用の第２充填材料７０が充填された構成である。なお、大径スルーホール３０、小径スルーホール４０には、それぞれスルーホールメッキ５０，５１が施され、基板２０の裏表が導通されている。
【００３３】
この場合も、第１充填材料６０ａ，６０ｂ及び第２充填材料７０は、少なくとも熱硬化性樹脂成分とフィラーとを含み、第１充填材料６０ａ，６０ｂ中のフィラーの粒径標準偏差が、第２充填材料７０中のフィラーの粒径標準偏差よりも小さいものとされている。また、スルーホール同軸構造は、上記の場合の他、大径スルーホールを形成した後、基板２０の表・裏面にビルドアップ絶縁層を形成してから小径スルーホールを形成してもよい。
【００３４】
上記第１，第２実施例のスルーホールにおいては、図３に示すようにスルーホール表面に凹凸１００を付与することも可能である。特に小径のスルーホールにおいては、スルーホールに凹凸を設けることにより目詰まりを発生しやすいが、本実施例の場合、余剰に樹脂成分が添加された充填材料を用いているため、スルーホール４，４０内壁の凹凸１００には余剰の樹脂成分９０が入り込んでおり、フィラー成分８０が偏在してフィラー含有量が大きい領域ができても目詰まりするには至らず、良好な印刷充填性が確保されている。なお、大径スルーホール３，３０においても、比較的樹脂成分の多い充填材料を用いることで、良好な充填性を確保することが可能なことは言うまでもない。
【００３５】
【実施例】
本発明のプリント配線基板におけるスルーホール構造について、以下の評価を行った。
（穴埋め性評価）
基板は、厚み８００μｍのＢＴ樹脂製基板とした。それに機械ドリル加工及びレーザー加工によって孔開けした後、銅メッキを施すことで、３００μｍ及び１００μｍのスルーホール径を有する基板をそれぞれ作製した。得られたそれぞれの基板の導体表面に、化学的表面粗化処理（例えばギ酸等の酸を用いる）によって処理を施し凹凸を形成した。
【００３６】
作製した基板のスルーホールにスクリーン印刷機によって充填用ペーストを印刷した。充填用ペーストは、表１の組成で混練したものをそれぞれ用いた。穴埋めした基板を、１２０℃×４０分の条件下で半硬化させた。次いで、ベルト式研磨装置（粗研磨）を用いてコア基板表面を研磨した後、バフ研磨（仕上げ研磨）して平坦化した。次いで、半硬化された充填用ペーストを、１５０℃×５時間の条件下にて硬化した。作製したそれぞれのサンプルのスルーホールを、基板の裏面から倍率２００倍の拡大鏡を用いて、穴埋め充填性を目視検査した。
【００３７】
（熱膨張測定）
また、表１に示すスルーホール充填用ペースト１〜７をフイルム状にキャストし、１５０℃、５ｈで熱硬化させ、厚さ１００μｍのフイルム状硬化体とした。これから幅５ｍｍの試験片を切り出し、これをＴＭＡ測定した。測定条件は、スパン１５ｍｍ、試験片の長手方向に５ｇの引張加重を加えた状態で−５５℃まで冷却し、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で１２５℃以上まで加熱し伸び率を測定し、下記式１よりフィルム状硬化体（充填材料）の熱膨張係数を計算した。
式１：熱膨張係数＝（（１２５℃での試験片の伸び率）−（−５５℃での伸び率））／（１２５−（−５５））
【００３８】
次に、コア基板のＸＹ方向の熱膨張計数を上記と同様にして測定した。但し試験片厚さは基板厚さと同じ８００μｍとした。コア基板のＺ方向の熱膨張係数は、基板のＺ方向に５ｇの圧縮加重を加えた状態で−５５℃まで冷却し、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で１２５℃以上まで加熱し伸び率を測定し、上式で同様に計算した。コア基板の熱膨張係数は、ＸＹ方向：１４ｐｐｍ、Ｚ方向：４８ｐｐｍであった。
【００３９】
【表１】

【００４０】
なお、使用したペースト原料は下記の通りである。シリカフィラーは球状シリカＳ１（（株）龍森：ＳＯＣ２）及び球状シリカＳ２（電気化学工業（株）：ＦＢ−３５Ｘ）であり、銅フィラーは球状銅粉Ｃ１（日本アトマイズ加工（株）：ＳＦＲ−ＣＵ−５）及び樹枝状銅粉Ｃ２（（株）ジャパンエナジー：＃Ｄ）、エポキシ樹脂はビスフェノールＡ型エポキシ樹脂Ｅ１（油化シェル（株）：Ｅ−８２８）及びビスフェノールＦ型エポキシ樹脂Ｅ２（油化シェル（株）：Ｅ−８０７）、硬化剤はイミダゾール系硬化剤Ｈ１（四国化成工業（株）：２Ｐ４ＭＺ）及びイミダゾール系硬化剤Ｈ２（四国化成工業（株）：２Ｐ４ＭＨＺ）、沈降防止剤は微細シリカＡ（日本アエロジル（株）：ＲＹ２００Ｓ）である。
【００４１】
得られた結果を表２に示す。また表２には、表１の組成から求めたフィラーの体積含有率（Ｖ_Ｆ）、フィラーのタップ密度より求めたフィラー充填率（ＤＴ_Ｆ／Ｄ_Ｆ）、これらから求めたＹ＝Ｖ_Ｆ／（ＤＴ_Ｆ／Ｄ_Ｆ）の値、及びレーザー回折式粒度計より算出した、フィラーの粒径標準偏差の値を示した。
【００４２】
【表２】

【００４３】
ペースト１，３，７，１０は、フィラーの粒径標準偏差が相対的に小さい、またはＹの値が相対的に大きいものであって、３００μｍ径のスルーホールの印刷充填性、硬化後の凹み防止は良好であったが、１００μｍ径のスルーホールには印刷充填性が悪く、穴埋めできなかった。ペースト４は低粘度エポキシ樹脂を用い沈降防止剤の量を減らすことでペースト３を低粘度化したが、それでも１００μｍ径のスルーホールに穴埋めすることはできなかった。
【００４４】
ペースト２，５，６，８は、フィラーの粒径標準偏差が相対的に大きい、またはＹの値が相対的に小さいものであって、１００μｍ径のスルーホールの印刷充填性、硬化後の凹み防止は良好であったが、３００μｍ径は、ペースト２，６に比べると印刷充填性が若干悪く、印刷スピードを遅くする必要があった。
【００４５】
ペースト９は、Ｙの値を０．３としたために、３００μｍ径のスルーホールでは大きな凹みが見られ、１００μｍ径のスルーホールにおいても凹みが見られた。また、ペースト１１は、Ｙの値を１．４としたために、ペーストの流動性が低下し、穴埋め充填性が低下した。ペースト１２は、得られた基板について、熱サイクル試験を行ったところ、スルーホール上のソルダーレジスト等にクラックが発生した。
【００４６】
以上の結果より、孔径３００μｍの大径スルーホールでは、粒径標準偏差が相対的に小さく、又はＹの値が相対的に大きいペーストを用いるのが好ましく、孔径１００μｍの小径スルーホールでは、粒径標準偏差が相対的に大きく、又はＹの値が相対的に小さいペーストを用いるのが好ましいことが分かる。さらに、硬化した硬化体と基板との熱膨張係数差の絶対値が、２０ｐｐｍ／℃となるペーストを用いることが望ましい。
【００４７】
具体的に、図２に示した第２実施例のプリント配線基板１０を、上記ペースト１及びペースト６を用いて以下のように製造した。
コア基板として厚み８００μｍのＢＴ樹脂製基板を用い、それに機械ドリル加工によって孔開けした後、銅メッキを施すことで、３００μｍのスルーホール径（大径スルーホール３０となる）及び厚さ１８μｍのスルーホールメッキ（導体）５０を有する基板を作製した。得られた基板の導体表面に、ギ酸によって表面粗化処理を施し凹凸を形成し、作製した基板のスルーホールにスクリーン印刷機によってペースト１（第１充填用材料（第１充填材料６０ａとなる））を印刷した。このようにして穴埋めした基板を、１２０℃×４０分の条件下で半硬化させ、次いで、ベルト式研磨装置（粗研磨）を用いてコア基板表面を研磨した後、パフ研磨（仕上げ研磨）して平坦化した。次いで、半硬化された充填用ペーストを、１５０℃×５時間の条件下にて硬化した。
【００４８】
この基板に上記大径のスルーホールのほぼ中心を貫くようにレーザー加工で孔開けした後、銅メッキを施すことで、１００μｍのスルーホール径（小径スルーホール４０となる）及び厚み１８μｍのスルーホールメッキ（導体）５１を有する基板を作製した。得られた基板の導体表面に、表面粗化処理により凹凸を形成し、作製した基板のスルーホールにスクリーン印刷機によってペースト６（第２充填用材料（第２充填材料６０ｂとなる））を印刷した。このようにして穴埋めした基板を、１２０℃×４０分の条件下で半硬化させ、次いで、ベルト式研磨装置（粗研磨）を用いてコア基板表面を研磨した後、パフ研磨（仕上げ研磨）して平坦化した。次いで、半硬化された充填用ペーストを、１５０℃×５時間の条件下にて硬化した。この基板表面の導体層を公知のサブトラクティブ法により導体回路を形成することで、同軸スルーホールを有する配線基板（プリント配線基板）１０を作製した。なお、この配線基板上にビルドアップ層（絶縁層や導体層）を公知のビルドアップ技術（絶縁層形成技術、サブトラクティブ、クルアディティブ、セミアディティブ法など）を用いて形成し、多層配線基板としてもよい。
【００４９】
このようにして作製した、一つの基板２０内に径の異なるスルーホール３０，４０が混在するプリント配線基板１０は、穴埋め充填性か良好であり、工程上の不具合は起こらなかった。またサーマルショック試験１０００サイクルにおいても剥離やクラックが起こらず、高い信頼性を持つものであった。この場合、ペースト１のフィラー体積含有率Ｖ_Ｆが３５％、ペースト６のフィラー体積含有率Ｖ_Ｆが２９％であって、（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘの値は０．１７となる。
【００５０】
すなわち、大径スルーホールにおいては、相対的に粒径標準偏差の値が小さく、上記Ｙの値が相対的に大きいフィラーを含むペーストを用い、一方、小径スルーホールにおいては、相対的に粒径標準偏差の値が大きく、上記Ｙの値が相対的に小さいフィラーを含むペーストを用いることで、良好な印刷充填性を確保することが可能となる。
【００５１】
なお、本発明のプリント配線基板におけるスルーホール構造は上記実施例に限ることはなく、例えば３種類以上のスルーホール径を有する配線基板の場合、少なくとも２種類のスルーホールで本発明の条件を満たしていればよい。例えば、少なくとも「大」、「中」、「小」径の３種のスルーホールを有する基板において、
１．「大」、「中」において同じペーストを使用し、「小」においてフィラー粒径標準偏差が「大」、「中」よりも大きい、若しくはＹの値が「大」、「中」よりも小さいペーストを使用する。
２．「中」、「小」において同じペーストを使用し、「大」においてフィラー粒径標準偏差が「中」、「小」よりも小さい、若しくはＹの値が「中」、「小」よりも大きいペーストを使用する。
３．「大」においてフィラー粒径標準偏差が「中」よりも小さい、若しくはＹの値が「中」よりも大きいペーストを使用し、「中」においてフィラー粒径標準偏差が「小」よりも小さい、若しくはＹの値が「小」よりも大きいペーストを使用する。
以上のように、孔径の異なる少なくとも２つのスルーホールについて本発明の条件を満たすことで、優れた穴埋め充填性を確保することが可能となる。なお、この場合、「大」、「小」がスルーホール同軸構造、「大」、「中」がスルーホール同軸構造、「中」、「小」がスルーホール同軸構造となっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリント配線基板の第１実施例を示す断面模式図。
【図２】本発明のプリント配線基板の第２実施例を示す断面模式図。
【図３】スルーホールの一実施例を示す断面模式図。
【符号の説明】
１，１０プリント配線基板
２，２０基板（コア基板）
３，３０大径スルーホール
４，４０小径スルーホール
５，５０スルーホールメッキ
６，７充填材料
６０ａ，６０ｂ第１充填材料
７０第２充填材料

Claims

コア基板に複数のスルーホールを備えたプリント配線基板におけるスルーホール構造において、孔径の異なる少なくとも２つのスルーホールについて、大径スルーホールに充填される充填材料中のフィラーの粒径標準偏差が、小径スルーホールに充填される充填材料中のフィラーの粒径標準偏差よりも小さいことを特徴とするプリント配線基板におけるスルーホール構造。
孔径の異なる複数のスルーホールを備え、各スルーホールに充填される充填材料中のフィラーの体積含有率の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎとして、（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘで表される値が０〜０．７である請求項１記載のプリント配線基板におけるスルーホール構造。
前記充填材料は少なくとも熱硬化性樹脂とフィラーとを含み、該充填材料の熱膨張係数と基板の厚み方向の熱膨張係数との差の絶対値が、２０ｐｐｍ／℃以下である請求項１又は２に記載のプリント配線基板におけるスルーホール構造。
前記大径スルーホールの内側には第１充填材料が充填されるとともに、その第１充填材料の内側には前記小径スルーホールが形成され、該小径スルーホールの内側には第２充填材料が充填されており、前記第１充填材料中のフィラーの粒径標準偏差が、前記第２充填材料中のフィラーの粒径標準偏差より小さいものとされる請求項１ないし３のいずれかに記載のプリント配線基板におけるスルーホール構造。
コア基板に孔径の異なる複数のスルーホールを備え、該スルーホール内に充填用材料を充填硬化して製造されるプリント配線基板におけるスルーホール構造の製造方法において、
前記充填用材料は少なくとも熱硬化性樹脂とフィラーとを含み、
前記充填用材料中のフィラーの体積含有率をＶ_Ｆ、前記フィラーの乾式の充填率をＤＴ_Ｆ／Ｄ_Ｆ、前記フィラーのタップ密度をＤＴ_Ｆ、前記フィラーの真密度をＤ_Ｆとし、Ｙ＝Ｖ_Ｆ／（ＤＴ_Ｆ／Ｄ_Ｆ）として、
小径スルーホールに充填硬化する充填用材料のＹの値が、大径スルーホールに充填硬化する充填用材料のＹの値よりも小さいことを特徴とするプリント配線基板におけるスルーホール構造の製造方法。
前記Ｙの値が０．４〜１．３であり、その範囲にて前記小径スルーホールに充填硬化する充填用材料のＹの値が、前記大径スルーホールに充填硬化する充填用材料のＹの値よりも小さいものとされる請求項５記載のプリント配線基板におけるスルーホール構造の製造方法。
前記大径スルーホールに充填硬化する充填用材料の上記Ｙの値が０．７以上、１．３以下である請求項５又は６に記載のプリント配線基板におけるスルーホール構造の製造方法。
前記小径スルーホールに充填硬化する充填用材料の上記Ｙの値が０．４以上、０．７未満である請求項５ないし７のいずれかに記載のプリント配線基板におけるスルーホール構造の製造方法。
コア基板に複数のスルーホールを備え、該スルーホール内に充填用材料を充填硬化して製造されるプリント配線基板におけるスルーホール構造の製造方法において、
孔径の異なる少なくとも２つのスルーホールについて、大径スルーホールに充填する充填用材料中のフィラーの粒径標準偏差が、小径スルーホールに充填する充填用材料中のフィラーの粒径標準偏差よりも小さいことを特徴とするプリント配線基板におけるスルーホール構造の製造方法。