JP4973494B2 - 多層プリント配線板 - Google Patents

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Description

この発明は、多層プリント配線板に係り、特にICチップ実装用のパッケージ基板に好
適に用い得るビルドアップ多層プリント配線板に関する。
ICチップやその他の部品を実装させるための部品実装基板としては、ビルドアップ式の多層プリント配線板(主としてアディテイブ法によるプリント配線板の製法)と、バイアホールによる層間接続を行う積層多層プリント配線板(主として、サブトラ法によるプリント配線板の製法)などがある。
ビルドアップ式の多層プリント配線板では、ドリルなどによりスルーホールを有するコア基板の両面もしくは片面に、層間絶縁樹脂を形成し、層間導通のためのバイアホールをレーザもしくはフォトエッチングにより開口させて、バイアホールを有する層間樹脂絶縁層を形成させる。必要に応じて、層間絶縁層或いはバイアホールの内壁に粗化層を形成させる。そのバイアホール内壁にめっきなどにより導体層を形成し、エッチングなどを経て、層間絶縁層上にパターン形成し、導体回路を作る。さらに、層間絶縁層と導体層を繰り返し形成させることにより、ビルドアップ式の多層プリント配線板が得られる。
また、ビルドアップ多層配線板では、スルーホール表面を覆う導体層(蓋めっき層)を設け、その蓋めっき上にバイアホールを形成することや、バイアホールを導体で充填するフィルドビアを形成し、更に、該フィルドビアの直上にフィルドビアを設ける所謂スタックドビア構造が用いられている。
一方、積層多層プリント配線板では、レーザもしくはドリルにより銅張積層板に絶縁層を貫通する開口(バイアホール)を形成させて、その開口内にめっき、導電性ペーストなどにより導体層を形成させた基板を一単位として、これらを複数枚を重ねて、逐次もしくは一括によりプレスなどにより積層させることにより、積層多層プリント配線板を得ることができる。
また、この積層多層プリント配線板のバイアホールとしてフィルドビアを用いてもよいし、フィルドビアの直上にフィルドビアを形成させるスタックビアとしても形成してもよい。
ビルドアップ式の多層プリント配線板の従来技術として、特許文献1があり、フィルドビアを有するビルドアップ式の多層プリント配線板の従来技術として、特許文献2がある。また、積層多層プリント配線板の従来技術として、特許文献3がある。
特開2001−127435公報 特開平11−251749号公報 特開2003−37366号公報
プリント配線板の高密度化の要望により、配線密度を高めるために、L(ライン)/S(スペース)を小さくすることや、バイアホール径を小さくすることが必要となっている。また、より高密度にするために、スルーホールを導体で充填させるフィルドビアやビアを積層させるスタックビア構造が採用されている。それらにより、配線を形成する領域の高密度化がなされている。
バイアホール径を小さくすると、上層導体層(層間絶縁層を介して、層間絶縁層上の導体回路もしくはバイアホールを含む導体回路を指す。)と下層導体層とのバイアホール内での接続面積も小さくなる。バイアホールとランドとの接合力が低下しやすくなり、ヒートサイクル条件下や高温高湿条件下などの信頼性試験を施すと、両者間で接続抵抗が増大する傾向が見られた。
バイアホールにフィルドビアやスタックドビア構造を取っても、バイアホールに形成した導体と下層の導体(ランド)間の接続面積が小さいと、バイアホールとランドとの接合力が低下しやすくなり、ヒートサイクル条件下や高温高湿条件下などの信頼性試験を施すと、やはり両者間で接続抵抗が増大する傾向が見られた。
また、フィルドビアやスタックビア構造は、熱応力や衝撃時に発生した応力などが伝達しやすくい。そのために発生した応力が該バイアホール及び周辺で緩衝されないと、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層でのクラックなどの不具合を引き起こし、その結果として、電気接続性や信頼性を早期に低下させる要因となることもあった。
ここで、ビルドアップ式の多層プリント配線板や積層多層プリント配線板において、バイアホールは、無電解めっき膜、電解めっき膜の順で形成することにより成る。先に形成する無電解めっき膜は、延性が低いため、該無電解めっき膜でクラック・破断が発生し易いと考えられる。また、ICチップ等の電子部品実装時にプリント配線板に反りが発生した場合には、無電解めっき膜は、その反りに追従できないため、バイアホールがランドから剥離しやすいと考えられる。
それらを考慮してバイアホール径を大きくしても、バイアホールの接続性や信頼性が低下したりしてしまうことがあった。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、バイアホールの接続性や信頼性を確保させることができる多層プリント配線板を提供することにある。
上述した課題を解決するため、コア基板の表面に設けられた下層導体層上に、層間絶縁層と上層導体層が形成されて、該下層導体層と該上層導体層とがバイアホールを介して電気的に接続される多層プリント配線板において、
前記バイアホールの底部との接続部において、前記下層導体層側に凹みが設けられており、
前記下層導体層は、コア基板に形成されたフィルドビア上に形成されたことを技術的特徴とする。
バイアホールの底部との上層導体層と下層導体層との接続部において、下層導体層側に凹みが設けられているため、従来のバイアホールの接続部である下層導体層の上面位置よりも接続界面を下側にすることができる。元々、熱収縮時などの熱応力及び衝撃時に発生した応力が集中し、最大となるバイアホールの接続部であり、その接続部の位置が従来の下層導体層の上面位置の場合では、その応力が緩衝されにくいため、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層にクラックなどが生じてしまい、バイアホールの接続信頼性を低下させたりしていた。それに対して、本願では、バイアホールの接続部での接続界面が下層導体層の上面よりも下側になる。そのために、応力が集中するポイント(下層導体層の上面位置)から接続界面を下側へずらすことができ、当該接続界面に沿って破断が生じ難くなる。一方、該接続界面で発生した応力を緩衝することができるので、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層にクラックが生じ難くなって、バイアホールの接続信頼性を確保することが可能になる。また、その結果として、製造されたプリント配線板は、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を確保することができる。
さらに、バイアホール径を小さくし、バイアホールの接続部における接続面積が小さくなったとしても、その効果は同様であり、面積の大きさにその効果は阻害されないのである。
バイアホールの底部と下層導体層との接続部において、接続界面が下層導体層の上面より下側へずらされている。元々、熱収縮時などの熱応力及び衝撃時に発生した応力が集中し、最大となるバイアホールの接続部であり、その接続部の位置が従来の下層導体層の上面位置の場合では、その応力を緩衝されにくいため、層間絶縁層やバイアホール内の導体層にクラックなどが生じてしまい、バイアホールの接続信頼性を低下させたりしていた。それに対して、本願では、バイアホールの接続部での接続界面が下層導体層の上面よりも下側になる。そのために、応力が集中するポイント(下層導体層の上面位置)から接続界面を下側へずらすことができ、当該接続界面に沿って破断が生じ難くなる。一方、該接続界面で発生した応力を緩衝することができるので、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層にクラックが生じ難くなって、バイアホールの接続信頼性を確保することが可能になる。また、本願により製造されたプリント配線板は、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を確保することができる。
さらに、バイアホール径を小さくし、バイアホールの接続部における接続面積が小さくなったとしても、その効果は同様であり、面積の大きさにその効果は阻害されないのである。
金属を充填して成るフィルドビアに対して、下層導体層の上面よりも下側にへずらすことにより、前述と同様の効果を得られることができるのである。その結果として、フィルドビアでバイアホールを形成したとしても、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層にクラックが生じ難くなって、バイアホールの接続信頼性を確保することが可能になる。また、本願により製造されたプリント配線板は、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を確保することができる。
スタックビアにおいて、バイアホールの底部と下層導体層との接続部において、接続界面が下層導体層の上面より下側へずらされている。元々、熱収縮時などの熱応力及び衝撃時に発生した応力が集中し、最大となるバイアホールの接続部であり、その接続部の位置が従来の下層導体層の上面位置の場合では、その応力を緩衝されにくいため、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層にクラックなどが生じてしまい、バイアホールの接続信頼性を低下させたりしていた。それに対して、本願では、応力が集中するポイント(下層導体層の上面位置)から接続界面を下側へずらすことができ、当該接続界面に沿って破断が生じ難くなる。一方、該接続界面で発生した応力を緩衝することができるので、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層にクラックが生じ難くなって、バイアホールの接続信頼性を確保することが可能になる。また、本願により製造されたプリント配線板は、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を確保することができる。
スタックビア構造の場合、スタックの最下層に位置するバイアホールの接続部において、接続界面を下層導体層の上面より下側へずらすことで、最大の効果を得ることができるのであるが、スタックビアのいずれか一箇所バイアホールの接続界面もしくはすべてのバイアホールの接続界面を該当する下層導体回路の上面よりも下側に位置させることにより、その効果を得ることができるのである。
凹みやずらしを下層導体層に設けた場合には、凹みの大きさ(径)は、バイアホール径と同等かそれ以上の大きさであることが望ましい。それにより、上層導体層である金属層が、凹部内部にまで金属層が入り込むのである。上層導体回路では、バイアホールと下層導体層の内部に一体化となる金属層となり、層間絶縁層に対して、嵌合する構造となる。バイアホール内の接合強度を確保しやすくなる。それ故に、電気接続性や信頼性が低下し難くなるのである。また、一体化構造であるので、耐落下性を確保しやすくなるのである。さらに、凹みの大きさ(径)は、バイアホール径以上の大きさであることが、より望ましい。それにより、上層導体層であるバイアホールが錨形状となっているのである。この形状となっているので、2つの特徴がある。一つは、バイアホールの接続部を下側へずらしている。もう一つは、側面がバイアホールの外側に広がっているので、樹脂層とバイアホールとで嵌合している状態になる。それにより、電気接続性や信頼性を確保し易くなり、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を確保することができる。
バイアホールの靱性の低い無電解めっき層を、下層導体層の上面より下側へずらすことで、層間絶縁層やバイアホール内の導体層へのクラック等の不具合が生じ難くなって、バイアホールの接続信頼性を確保することが可能になる。また、本願により製造されたプリント配線板は、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を確保することができる。
バイアホールの底部と上層導体層と下層導体層との接続界面が、下層導体層の上面より2μm以上、下側へずらされている。このため、熱収縮時などの熱応力及び衝撃時に発生した応力が集中し、最大となる下層導体層の上面位置であり、最もクラックの入り易い接続界面が下層導体層の上面よりも確実に下側になるので、応力の集中する位置から接続界面を下側へずらすことができ、その結果、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層にクラックなどの不具合が生じ難くなって、バイアホールの接続信頼性を確保することが可能になる。
また、本願により製造されたプリント配線板は、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を確保することができる。
バイアホールの底部の上層導体層と下層導体層との接続界面が、下層導体層の上面より3μm以上、下層導体層の上面より下側へずらされている。このため、熱収縮時及び衝撃時の応力が最大となる下層導体層の上面位置よりも、最もクラックの入り易い接続界面が確実に下層導体層の上面よりも下側になり、応力の集中する位置からずらすことができ、その結果、接続界面での破断、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層にクラックなどの不具合が生じ難くなって、バイアホールの接続信頼性を確保することが可能になる。ここで、下層導体層の上面位置からの3μm以上変位しているため、加わる応力値が下がり、耐性を確保することができる。一方、該接続界面を5μm以上変位しても、加わる応力値が下がらないが、これよりも下層導体層を凹ませると、下層導体層の厚みによっては、当該部分で下層導体層が薄くなって、当該部分である下層導体層の凹部において、クラックが入り易くなることがあり、接続性などを確保し難くなることがある。
また、バイアホールが錨形状であるために、層間絶縁層とバイアホールとが嵌合状態となり、上層導体層と下層導体層との接合が得られやすい。そのために、接続性や信頼性を確保しやすい。
[実施例1]
(実施例1−1)
先ず、本発明の実施例1に係る多層プリント配線板10の構成について、図1〜図9を参照して説明する。図8は、該多層プリント配線板10の断面図を、図9は、図8に示す多層プリント配線板10にICチップ90を取り付け、ドータボード94へ載置した状態を示している。図8に示すように、多層プリント配線板10では、コア基板30の表面に導体回路34が形成されている。コア基板30の表面と裏面とはスルーホール36を介して接続されている。スルーホール36は、スルーホールランドを構成する蓋めっき層36aと、側壁導体層36bとから成り、側壁導体層36bの内部には樹脂充填材37が充填されている。蓋めっき層(スルーホールランド)36aの上にフィルドビア60及び導体回路58の形成された層間樹脂絶縁層50と、フィルドビア160及び導体回路158の形成された層間樹脂絶縁層150と、フィルドビア260の形成された層間樹脂絶縁層250とが配設されている。該フィルドビア260の上層にはソルダーレジスト層70が形成されており、該ソルダーレジスト層70の開口部71を介して、半田パッドを構成するフィルドビア260に半田から成るバンプ78U、78Dが形成されている。
図9中に示すように、多層プリント配線板10の上面側の半田バンプ78Uは、ICチップ90のランド92へ接続される。一方、下側の半田バンプ78Dは、ドータボード94のランド96へ接続されている。
図8中の円C中の蓋めっき層36a、フィルドビア60、フィルドビア160、フィルドビア(半田パッド)260、半田から成るバンプ78Uを拡大して図10中に示す。
スタックビア構造である最下層のフィルドビア60の底部と蓋めっき層(下層導体層)36aとの接続部において、蓋めっき層36a側に凹部36hが設けられている。即ち、フィルドビア60の底部と蓋めっき層36aとの接続部において、上層導体層と蓋めっき層(下層導体層)との接続界面が蓋めっき層(下層導体層)36aの上面より下側へ深さd1分ずらされている。また、凹部36hは、バイアホールの底部(バイアホールの蓋めっき層36a上面位置における径)よりも、k1分径が広げられている。
実施例1の多層プリント配線板では、最下層のフィルドビア60の底部と蓋めっき層(下層導体層)36aとの接続部において、上層導体層と下層導体層の接続界面が蓋めっき層36aの上面より下側へ深さd1分ずらされているため、該接続界面が蓋めっき層36aの上面位置に形成した場合と比べて、接続界面が下側になり、応力を集中する位置から接続界面をずらすことができ、その結果、接続界面での破断を防ぐことができる。また、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層にクラックなどの不具合が生じ難くなって、バイアホールの接続信頼性を確保することが可能になる。また、本願により製造されたプリント配線板は、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を確保することができる。
また、上層導体層と下層導体層の接続界面が蓋めっき層36aの外周方向に幅k1分ずらされているため、上層導体回路の金属層がバイアホールと凹部内部にまで入り込むのである。上層導体回路では、バイアホールと下層導体層の内部に一体化となる金属層となり、層間絶縁層に対して、嵌合する構造となる。バイアホール内の接合強度を確保しやすくなる。それ故に、電気接続性や信頼性が低下し難くなるのである。また、一体化構造であるので、耐落下性を確保しやすくなるのである。
同様に、スタックビア構造である中段層に位置するフィルドビア160の底部と最下層のフィルドビア60との接続部において、最下層のフィルドビア60側に凹部60hが設けられている。即ち、フィルドビア160の底部とフィルドビア60との接続部において、中段層のフィルドビアの導体層と最下層のフィルドビアの導体層との接続界面が最下層のフィルドビア60の導体層の上面より下側へ深さd2分ずらされている。更に、最上層のフィルドビア260と中段層のフィルドビア160も同様に、中段層のフィルドビア160の導体層に凹部160hを設けて、最上層のフィルドビア260の導体層と中段層のフィルドビア160の導体層との接続界面が中段層のフィルドビア160の導体層の上面より下側へ深さd3分ずらして、接続されている。
また、蓋めっき層(下層導体層)60aは、バイアホールの底部よりも、k2分ずらされている。また、凹部60hは、バイアホール160の底部(バイアホール160のバイアホール60上面位置における径)よりも、k2分径が広げられている。同様に、凹部160hは、バイアホール260の底部(バイアホール260のバイアホール160上面位置における径)よりも、k3分径が広げられている。
実施例1の多層プリント配線板では、中段層のフィルドビア160の底部と最下層のフィルドビア60との接続部において、中段層のフィルドビア導体層と最下層のフィルドビアの導体層の接続界面がフィルドビア60の上面より下側へ深さd2分ずらされているため、応力を集中する位置(フィルドビアの上面位置)から接続界面をずらすことができ、接続界面での破断が生じ難くなる。その結果、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層にクラックが生じ難くなって、バイアホールの接続信頼性を確保することが可能になる。また、本願により製造されたプリント配線板は、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を高めることができる。
また、上層導体層と下層導体層の接続界面が蓋めっき層60の外周方向に幅k2分ずらされているため、上層導体回路の金属層がバイアホールと凹部内部にまで入り込むのである。上層導体回路では、バイアホールと下層導体層の内部に一体化となる金属層となり、層間絶縁層に対して、嵌合する構造となる。バイアホール内の接合強度を確保しやすくなる。それ故に、電気接続性や信頼性が低下し難くなるのである。また、一体化構造であるので、耐落下性を確保しやすくなるのである。
これにより、最下層のフィルドビア60と中段層のフィルドビア160との接続信頼性を高め、同様に、中段層のフィルドビア160と最上層のフィルドビア260との接続信頼性を確保することが可能になる。
ここで、フィルドビア60,160は、金属を充填して成るため、樹脂が内部に充填されたバイアホール(非フィルドビア形状)と異なり応力が内部に逃げ難い。実施例1では、内層のすべてのフィルドビアの該フィルドビアの下層に該当するフィルドビアである導体層側に凹部を設けることで、バイアホールの接続信頼性を確保することが可能になる。
また、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を高めることができる。
さらに、それぞれのビアホールとの接続する下層回路側に、凹部は、バイアホールと同等か、それ以上の大きさ(径)であることが望ましい。つまり、凹部の端部がずれていることである。これにより、上層導体回路の金属層がバイアホールと凹部内部にまで入り込むのである。上層導体回路では、バイアホールと下層導体層の内部に一体化となる金属層となり、層間絶縁層に対して、嵌合する構造となる。バイアホール内の接合強度を確保しやすくなる。それ故に、電気接続性や信頼性が低下し難くなるのである。また、一体化構造であるので、耐落下性を確保しやすくなるのである。
実施例1では、フィルドビア60、フィルドビア160、フィルドビア260が、無電解めっき層52と電解めっき層56とから成る。無電解めっき層52は電解めっき層56と比較して不純物を含み脆い傾向にある。内層であるフィルドビア60、160の靱性の低い無電解めっき層52の下面を、下層のフィルドビアの上面、或いは、蓋めっき層36aの上面より下側へずらすことで、応力を集中する位置からずらすことができ、無電解めっき層52での破断を防ぐことができる。その結果、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層にクラック等の不具合が生じ難くなって、バイアホールの接続信頼性を確保することが可能になる。また、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を高めることができる。
さらに、それぞれのビアホールとの接続する下層回路側に、凹部は、バイアホールと同等か、それ以上の大きさであることが望ましい。つまり、凹部の端部がずれていることである。これにより、上層導体回路の金属層がバイアホールと凹部内部にまで入り込むのである。上層導体回路では、バイアホールと下層導体層の内部に一体化となる金属層となり、層間絶縁層に対して、嵌合する構造となる。バイアホール内の接合強度を確保しやすくなる。それ故に、電気接続性や信頼性が低下し難くなるのである。また、一体化構造であるので、耐落下性を確保しやすくなるのである。
ここで、上層フィルドビアの底部と下層フィルドビアあるいは、下層フィルドビアと蓋めっき層36aとの接続界面が、下層フィルドビアあるいは、蓋めっき層36aの上面より2μm以上下側へずらされていることが望ましい。2μmにすることにより、無電解めっきのめっき厚み、下層側の導体層の厚みなどを考慮したとしても、下層導体層の上面よりも、接続界面を下側に配置することができるのである。それ故に、接続界面を下層フィルドビアあるいは蓋めっき層36aの上面位置にした場合と比べて、接続界面が確実に下側になり、接続界面での破断が無くなり、その結果、層間絶縁層やバイアホール近傍の導体層にクラック等の不具合が生じ難くなって、バイアホールの接続信頼性を確保することが可能になる。また、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を高めることができる。
一方、下層フィルドビア或いは、蓋めっき層36aの上面位置からの2μm未満では、使用するめっき厚みや下層側の導体層の厚みよっては、応力の緩衝を妨げることがあり、バイアホール接続性を高められないこともあり、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を高められないこともある。
更に好適には、上層の導体層と下層の導体層との接続界面が、下層フィルドビア、蓋めっき層36aの導体層の上面より3μm以上、下側へずらされていることが望ましい。
即ち、下層フィルドビアの導体層あるいは蓋めっき層36aの導体層の上面からの3μm以上変位させることが、外部或いは内部から加わる応力値が下げることが実験的に証明されていて、それ故に、応力に対する耐性を高めることができる。一方、5μm以上変位させたとしても、外部或いは内部から加わる応力値がより下げることが困難となる。言い換えると、5μmの変位が応力値を下げる限界点となるのである。5μmよりを越えて、蓋めっき層36aを凹ませると、下層導体層の厚みによっては、当該部分で蓋めっき層36aが薄くなるなどの不具合を発生してしまい、凹みの先端位置を起点に下層導体層にてクラック等の不具合を引き起こしやすくなることがある。バイアホールの接続性をより高めることが困難となるのである。
応力解析の結果、スタックドフィルドビアにおいて、最下層のフィルドビアにおいて最も応力値が高くなる。実施例1では、3段重ねの最下層のフィルドビア60の底面と蓋めっき層36aとの接続部において、接続界面が蓋めっき層36aの上面より下側へずらされている。このため、応力の集中するポイントをずらすことができ、層間絶縁層やバイアホールの近傍の導体層のクラックを生じ難くし、バイアホール接続性を高められるし、また、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を高めらるのである。
ここで、実施例1では、半田78U、78Dが鉛レスの半田(Sn/Ag/Cu=65/32.5/2.5)を用いているため、鉛半田と比較して靱性が低く、半田が半田パッドから剥離し易い。
ここで、フィルドビア60ヒートサイクル時に加わる応力をシミュレーションした結果について説明する。
ここでは、有限要素法(FEM)による3D熱応力シミュレーションを行った。半田等のような塑性・クリープ特性の顕著な材料が解析構造体に含まれている場合には、塑性・クリープ特性を考慮した非線形熱応力シミュレーションが必要なため、まず基板全体を含むモデルを粗いメッシュで解析し、そこから計算された変位を細かいメッシュで分割されたサブモデルの境界条件とし、問題視する部分の精密な解析をするマルチスケ−リング(サブモデリング)手法を用い、高多層・高密度有機パッケージのマイクロビアにかかる熱衝撃試験時の熱応力を解析した。即ち、パッケージのCoarseモデルを解析し、その変位をサブモデルの境界条件として設定し、半田の塑性を考慮して、-55℃〜比較例5℃の熱衝撃試験条件で非線形熱応力解析を行った。
図17は、応力解析を行ったフィルドビアの配置例を示している。図17(A)の配置例では下層フィルドビア3rdVと、中層フィルドビア2ndV及び上層フィルドビア1stVとが変位するように配置され、 同様に、図17(B)の配置例、及び、図17(E)の配置例でも下層フィルドビア3rdVと、中層フィルドビア2ndV及び上層フィルドビア1stVとが変位するように配置されている。ここで、図17(A)の配置例と図17(B)の配置例との違いは、図17(A)では、導体回路1stC、2ndC、3rdCがフィルドビアから離れて配置され、図17(B)では、近接して配置されている点にある。更に、図17(A)の配置例と図17(E)の配置例との違いは、図17(A)では、下層フィルドビア3rdVに対して、中層フィルドビア2ndV及び上層フィルドビア1stVとが横方向へ大きく変位して、応力の影響が小さいのに対して、図17(E)では、変位量が小さく、相互に応力の影響を大きく受ける点にある。
図17(C)及び図17(D)の配置例では、下層フィルドビア3rdVと中層フィルドビア2ndVと上層フィルドビア1stVとが直線上に配置されている。ここで、図17(C)では、導体回路1stC、2ndC、3rdCがフィルドビアに近接して配置され、図17(B)では、離れて配置されている。
下層フィルドビア3rdV、中層フィルドビア2ndV及び上層フィルドビア1stVの下端部の左右の点に掛かる応力をシミュレーションした結果を図18中に示す。
ここで、3段重ねの図17(C)、図17(D)の配置例での応力値が、図17(A)及び図17(B)の配置例よりも高く、また、上層フィルドビア1stVよりも中層フィルドビア2ndVに加わる応力値が大きく、中層フィルドビア2ndVよりも下層フィルドビア3rdVに加わる応力値が大きいことが分かる。即ち、重ねられたフィルドビアでは、下段へ行くほど応力値が高くなる。
一方、図17(E)に示す配置例でも、下層フィルドビア3rdVに対して、中層フィルドビア2ndV及び上層フィルドビア1stVとが横方向へ変位量が小さいため、相互に応力の影響を大きく受け、下層フィルドビア3rdVに加わる応力値が大きくなっている。
上述したシミュレーションにより分かった応力値の高くなるフィルドビアにおいて、実施例1の構成を適用することで、熱収縮時に発生する応力によるフィルドビアの破断を防ぐことができる。
図19は、中層フィルドビア2ndVの下端部に加わる応力値をシミュレーションした結果を示している。図19(A)は、中層フィルドビア2ndVの模式図であり、図19(B)はシミュレーション値を示すグラフである。
ここで、下層フィルドビア3rdVの上面位置(0μm)においては、中層フィルドビア2ndVの右下端には312.7MPaが、左下端には、245.2MPaが加わっている。ここで、左側の値が低いのは、右側にある下層フィルドビア3rdVの影響である。上面位置より1μm低い位置では(−1μm)では、右側に220.6MPaが、左側に185.3MPaの応力が加わっている。上面位置より2μm低い位置では(−2μm)では、右側に99.2MPaが、左側に108.8MPaの応力が加わっている。上面位置より3μm低い位置では(−3μm)では、右側に93.6MPaが、左側に92.4MPaが加わっている。上面位置より4μm低い位置では(−4μm)では、右側に74.4MPaが、左側に75.8MPaが加わっている。上面位置より5μm低い位置では(−5μm)では、右側に73.6MPaが、左側に74.6MPaが加わっている。
上面位置より6μm低い位置では(−6μm)では、右側に73.7MPaが、左側に74.4MPaが加わっている。
上記シミュレーション結果から、上層フィルドビアの底部と下層フィルドビア、蓋めっき層36aとの接続界面を、下層フィルドビア、蓋めっき層36aの上面より2μm以上下側へずらすことで、バイアホールに求められる100MPa程度まで応力値を低減できることが明らかになった。更に、3μmから5μmの範囲まで、接続界面を下げていくことで、更に、応力値を低減できることが分かった。しかしながら、5μmを越えて接続界面を下げても応力値が低下しないことが分かった。
上述した実施例1では、3層のスタックビアを形成したが、2層のスタックビアであっても、また、4層以上のスタックビアであっても同様に接続界面を下層フィルドビア、蓋めっき層の上面より2μm以上下方へずらすことで同様の効果を得ることができる。
また、上述した実施例1では、無電解めっき膜52と電解めっきまく56とによりフィルドビア60、160、260を形成したが、スパッタ、ペースト等の導体によりフィルドビアを形成した場合にも同様な効果を有する。また、例えば、上層:電解めっき膜、中層:無電解めっき膜、下層電解めっき膜等の異なるめっき方法の導体層の組み合わせであっても同様に効果を有する。
引き続き、図8を参照して上述した多層プリント配線板10の製造方法について図1〜図16を参照して説明する。
(1)厚さ0.2〜0.8mmのガラスエポキシ樹脂またはBT(ビスマレイミドトリアジン)樹脂からなる絶縁性基板30の両面に5〜250μmの銅箔32がラミネートされている銅張積層板30Aを出発材料とした(図1(A))。まず、この銅張積層板をドリル削孔して通孔16を穿設し(図1(B))、無電解めっき処理および電解めっき処理(後述するめっき液と条件(工程(13)、(15))参照)を施し、スルーホール36の側壁導体層36bを形成した(図1(C))。通孔16の開口径は、ドリルの選択により0.1〜0.25mmΦで形成し、そのピッチは0.15〜0.575mmとした。
(2)スルーホール36を形成した基板30を水洗いし、乾燥した後、NaOH(10g/l)、NaClO2 (40g/l)、Na3 PO4 (6g/l)を含む水溶液を黒化浴(酸化浴)とする黒化処理、および、NaOH(10g/l)、NaBH4 (6g/l)を含む水溶液を還元浴とする還元処理を行い、スルーホール36の側壁導体層36b及び表面に粗化面36αを形成する(図1(D))。
(3)次に、平均粒径10μmの銅粒子を含む充填剤37(タツタ電線製の非導電性穴埋め銅ペースト、商品名:DDペースト)を、スルーホール36へスクリーン印刷によって充填し、乾燥、硬化させる(図1(E))。これは、スルーホール部分に開口を設けたマスクを載置した基板上に、印刷法にて塗布することによりスルーホールに充填させ、充填後、乾燥、硬化させる。
引き続き、そして、スルーホール36からはみ出した充填剤37を、#600のベルト研磨紙(三共理化学製)を用いたベルトサンダー研磨により除去し、さらにこのベルトサンダー研磨による傷を取り除くためのバフ研磨を行い、基板30の表面を平坦化する(図2(A)参照)。このようにして、スルーホール36の側壁導体層36bと樹脂充填剤37とが粗化層36αを介して強固に密着した基板30を得る。
(4)前記(3)で平坦化した基板30表面に、パラジウム触媒(アトテック製)を付与し、無電解銅めっきを施すことにより、厚さ0.6μmの無電解銅めっき膜23を形成する(図2(B)参照)。
(5)ついで、以下の条件で電解銅めっきを施し、厚さ15μmの電解銅めっき膜24を形成し、導体回路34となる部分の厚付け、およびスルーホール36に充填された充填剤37を覆う蓋めっき層(スルーホールランド)となる部分を形成する(図2(C))。
〔電解めっき水溶液〕
硫酸 180 g/l
硫酸銅 80 g/l
添加剤(アトテックジャパン製、商品名:カパラシドGL)
1 ml/l
〔電解めっき条件〕
電流密度 1A/dm
時間 30分
温度 室温
(6)導体回路および蓋めっき層となる部分を形成した基板30の両面に、市販の感光性ドライフィルムを張り付け、パターンを有するマスクを載置して、100mJ/cm で露光、0.8%炭酸ナトリウムで現像処理し、厚さ15μmのエッチングレジスト25を形成する(図2(D))。
(7)そして、エッチングレジスト25を形成してない部分のめっき膜23,24と銅箔32を、塩化第2銅を主成分とするエッチング液にて溶解除去し、さらに、エッチングレジスト25を5%KOHで剥離除去して、独立した導体回路34、および、充填剤37を覆う蓋めっき層36aを形成する(図3(A))。所謂テンティング法である。
(8)次に、導体回路34および充填剤27を覆う蓋めっき層36aの表面にエッチング液により、厚さ2.5μmの粗化層(凹凸層)34βを形成した。(図3(B))。
(9)基板の両面に、基板より少し大きめの層間樹脂絶縁層用樹脂フィルム(味の素社製:商品名;ABF−45SH)50γを基板上に載置し、圧力0.45MPa、温度80℃、圧着時間10秒の条件で仮圧着して裁断した後、さらに、以下の方法により真空ラミネーター装置を用いて貼り付けることにより層間樹脂絶縁層を形成した(図3(C))。すなわち、層間樹脂絶縁層用樹脂フィルムを基板上に、真空度67Pa、圧力0.47MPa、温度85℃、圧着時間60秒の条件で本圧着し、その後、170℃で40分間熱硬化させた。
(10)次に、波長10.4μmのCO2 ガスレーザにて、ビーム径4.0mm、トップハットモード、パルス幅3〜30μ秒、マスクの貫通孔の径1.0〜5.0mm、1〜3ショットの条件で層間樹脂絶縁層50にバイアホール用開口51を形成した(図3(D))。ここで、層間樹脂絶縁層50には、フィルドビアの底の直径がφ50μmになるように、上記レーザ条件を調整した。
(11)フィルドビア用開口51を形成した基板を、60g/lの過マンガン酸を含む80℃の溶液に10分間浸漬し、層間樹脂絶縁層50の表面に存在するエポキシ樹脂粒子を溶解除去することにより、フィルドビア用開口51の内壁を含む層間樹脂絶縁層50の表面に粗化面50αを形成した(図4(A))。図中C1で示す開口51を拡大して図11(A)中に示す。
(12)次に、塩化第2銅を主成分とするエッチング液にて、開口51により露出された蓋めっき層36aの表面に深さ3μmの凹部36hを形成する。この深さは、ライトエッチングの時間を調整することで所望の値とする(図4(B))。図中C2で示す開口51を拡大して図11(B)に示す。
上記処理を終えた基板を、中和溶液(シプレイ社製)に浸漬してから水洗いした。
さらに、粗面化処理(粗化深さ3μm)した該基板の表面に、パラジウム触媒を付与することにより、層間樹脂絶縁層の表面およびフィルドビア用開口の内壁面に触媒核を付着させた。すなわち、上記基板を塩化パラジウム(PbCl2 )と塩化第一スズ(SnCl2 )とを含む触媒液中に浸漬し、パラジウム金属を析出させることにより触媒を付与した。
(13)次に、上村工業社製の無電解銅めっき水溶液(スルカップPEA)中に、触媒を付与した基板を浸漬して、粗面全体に厚さ0.3〜3.0μmの無電解銅めっき膜を形成し、バイアホール用開口51の内壁を含む層間樹脂絶縁層50の表面に2μmの無電解銅めっき膜52が形成された基板を得た(図4(C))。
〔無電解めっき条件〕
34度の液温度で45分
(14)無電解銅めっき膜52が形成された基板に市販の感光性ドライフィルムを張り付け、マスクを載置して、110mJ/cm2 で露光し、0.8%炭酸ナトリウム水溶液で現像処理することにより、厚さ25μmのめっきレジスト54を設けた(図4(D))。
(15)ついで、基板30を50℃の水で洗浄して脱脂し、25℃の水で水洗後、さらに硫酸で洗浄してから、以下の条件で電解めっきを施し電解めっき膜56を形成し、無電解めっき膜52及び電解めっき膜からなるフィルドビア60及び導体回路58を設けた(図5(A))。
〔電解めっき液〕
硫酸 2.24 mol/l
硫酸銅 0.26 mol/l
添加剤 19.5 ml/l
レベリング剤 50 mg/l
光沢剤 50 mg/l
〔電解めっき条件〕
電流密度 1 A/dm2
時間 70 分
温度 22±2 ℃
図5(A)中のC3で示す部位を図11(C)に示す。図11(C)中のフィルドビア60を更に拡大して図12中に示す。ここで、フィルドビア60の厚さ2μmの無電解めっき層52を、深さ3μmの凹部36h内に設けることで、靱性の低い無電解めっき層52を蓋めっき層36aの上面より下側に設けてある。これにより、フィルドビア60と蓋めっき層36aとの間でクラックが生じ難くなって、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を高めることができる。
(16)さらに、めっきレジスト54を5%KOHで剥離除去した後、そのめっきレジスト下の無電解めっき膜を硫酸と過酸化水素との混合液でエッチング処理して溶解除去し、独立の導体回路58及びフィルドビア60とした(図5(B))。
(17)ついで、上記(4)と同様の処理を行い、導体回路58及びフィルドビア60の表面に粗化面58αを形成した。上層の導体回路58の厚みは15μmの厚みであった(図5(C))。
(18)上記(9)〜(11)工程を行うことで、フィルドビア60及び導体回路58上に開口151を有する層間絶縁層150を形成する(図5(D))。図中C4で示す開口151を拡大して図13(A)中に示す。
(19)次に、塩化第2銅を主成分とするエッチング液にて、開口151により露出されたフィルドビア60及び導体回路58の表面に深さ3μmの凹部60h、58hを形成する。この深さは、ライトエッチングの時間を調整することで所望の値とする(図6(A))。図中C5で示す開口51を拡大して図13(B)に示す。
(20)上記(13)〜(17)工程を行うことで、フィルドビア160及び導体回路158を有する層間絶縁層150を形成する(図6(B))。図中C6で示すフィルドビア160を拡大して図13(C)中に示す。該フィルドビア160を更に拡大して図14に示す。
ここで、フィルドビア160の厚さ2μmの無電解めっき層52を、深さd2(3μm)の凹部60h内に設けることで、靱性の低い無電解めっき層52をフィルドビア60の上面より下側に設けてある。これにより、フィルドビア60とフィルドビア160との間でクラックが生じ難くなって、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を高めることができる。
(21)上記(19)、(20)の工程を繰り返すことにより、さらに上層のフィルドビア260を有する層間絶縁層250を形成し、多層配線板を得た(図6(C))。
(22)次に、多層配線基板の両面に、市販のソルダーレジスト組成物70を20μmの厚さで塗布し、70℃で20分間、70℃で30分間の条件で乾燥処理を行った後、ソルダーレジスト開口部のパターンが描画された厚さ5mmのフォトマスクをソルダーレジスト層70に密着させて1000mJ/cm2 の紫外線で露光し、DMTG溶液で現像処理し、200μmの直径の開口71を形成した(図7(A))。
そして、さらに、80℃で1時間、100℃で1時間、120℃で1時間、150℃で3時間の条件でそれぞれ加熱処理を行ってソルダーレジスト層を硬化させ、開口を有し、その厚さが15〜25μmのソルダーレジストパターン層を形成した。図中C7で示す開口71を拡大して図15(A)中に示す。
(24)次に、半田パッド160上にOSP(Organic Solderability Preserbvative: プリフラックス)層72を設ける(図7(B))。
(25)この後、基板のICチップを載置する面のソルダーレジスト層70の開口71に、鉛レス(Sn/Ag/Cu=65/32.5/2.5)半田を含有するはんだペーストを印刷し、さらに他方の面のソルダーレジスト層の開口にスズ−アンチモンを含有するはんだペーストを印刷した後、200℃でリフローすることにより半田バンプ(はんだ体)を形成し、半田バンプ78U、78Dを有する多層プリント配線板を製造した(図8)。
図中で円Cで囲んだ部位を拡大して図15(B)に示す。図15(B)中のフィルドビア(半田パッド)を更に拡大して図16に示す。
最後に、半田バンプ78Uを介してICチップ90を取り付ける。そして、半田バンプ78Dを介してドータボード94へ取り付ける(図9)。
(実施例1−2)
実施例1−2は、上記実施例1−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを0.5μmに調整した。
(実施例1−3)
実施例1−3は、上記実施例1−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを1μmに調整した。
(実施例1−4)
実施例1−2は、上記実施例1−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを2μmに調整した。
(実施例1−5)
実施例1−5は、上記実施例1−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを4μmに調整した。
(実施例1−6)
実施例1−6は、上記実施例1−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを5μmに調整した。
(実施例1−7)
実施例1−7は、上記実施例1−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを6μmに調整した。
(実施例1−8)
実施例1−8は、上記実施例1−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを1μmに調整した。ここで、実施例1−1では、フィルドビアの最大3段重ねがあったが、実施例1−8では、フィルドビアを2段重ねまでとした。
(実施例1−9)
実施例1−9は、上記実施例1−8と同様であるが、フィルドビアを重ねない構造とした。
(実施例1−10)
実施例1−10は、上記実施例1−1と同様であるが、フィルドビアの底径を60μm
とした。
(実施例1−11)
実施例1−11は、上記実施例1−10と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィル
ドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを0.5μmに調整した。
(実施例1−12)
実施例1−12は、上記実施例1−10と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィル
ドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを1μmに調整した。
(実施例1−13)
実施例1−13は、上記実施例1−10と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィル
ドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを2μmに調整した。
(実施例1−14)
実施例1−14は、上記実施例1−10と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィル
ドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを4μmに調整した。
(実施例1−15)
実施例1−15は、上記実施例1−10と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィル
ドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを5μmに調整した。
(実施例1−16)
実施例1−16は、上記実施例1−10と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィル
ドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを6μmに調整した。
(比較例1−1)
比較例1−1として、図8を参照して上述した実施例1−1と同様な構造であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260に凹部を設けない構造とした。
(比較例1−2)
比較例1−2として、図8を参照して上述した実施例1−1と同様な構造であるが、フィルドビアの底径を60μmにすると共に、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260に凹部を設けない構造とした。
[実施例2]
(実施例2−1)
実施例2に係る多層プリント配線板について図20の断面図を参照して説明する。
図8を参照して上述した実施例1では、フィルドビア260上に半田バンプ78U、78Dが設けられた。これに対して、実施例2の多層プリント配線板では、フィルドビア260及び導体回路258上に半田バンプ78U、78Dが設けられる。更に、実施例1では、ソルダーレジスト層70の開口71内であって、フィルドビア260上にOSP層72を設けた。これに対して、実施例2では、ソルダーレジスト層70の開口71内であって、フィルドビア260及び導体回路258上に形成されたニッケルめっき層73、金めっき層74を介して半田バンプ78U、78Dが設けられる。
なお、実施例2−1は、上記実施例1−1と同様に蓋めっき層36a及びフィルドビア
60、160、260のエッチングのよる凹部深さを3μmに調整した。
(実施例2−2)
実施例2−2は、上記実施例2−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを0.5μmに調整した。
(実施例2−3)
実施例2−3は、上記実施例2−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを1μmに調整した。
(実施例2−4)
実施例2−2は、上記実施例2−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを2μmに調整した。
(実施例2−5)
実施例2−5は、上記実施例2−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを4μmに調整した。
(実施例2−6)
実施例2−6は、上記実施例2−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを5μmに調整した。
(実施例2−7)
実施例2−7は、上記実施例2−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを6μmに調整した。
(実施例2−8)
実施例2−8は、上記実施例2−1と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを1μmに調整した。ここで、実施例2−1では、フィルドビアの最大3段重ねがあったが、実施例2−8では、フィルドビアを2段重ねまでとした。
(実施例2−9)
実施例2−9は、上記実施例2−8と同様であるが、フィルドビアを重ねない構造とした。
(実施例2−10)
実施例2−10は、上記実施例2−1と同様であるが、フィルドビアの底径を60μmとした。
(実施例2−11)
実施例2−11は、上記実施例2−10と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを0.5μmに調整した。
(実施例2−12)
実施例2−12は、上記実施例2−10と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを1μmに調整した。
(実施例2−13)
実施例2−13は、上記実施例2−10と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを2μmに調整した。
(実施例2−14)
実施例2−14は、上記実施例2−10と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを4μmに調整した。
(実施例2−15)
実施例2−15は、上記実施例2−10と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを5μmに調整した。
(実施例2−16)
実施例2−16は、上記実施例2−10と同様であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260のエッチングのよる凹部深さを6μmに調整した。
(比較例2−1)
比較例2−1として、図8を参照して上述した実施例2−1と同様な構造であるが、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260に凹部を設けない構造とした。
(比較例2−2)
比較例2−2として、図8を参照して上述した実施例2−1と同様な構造であるが、フィルドビアの底径を60μmにすると共に、蓋めっき層36a及びフィルドビア60、160、260に凹部を設けない構造とした。
[実施例3]
(実施例3−1)
実施例3に係る多層プリント配線板について図21の断面図を参照して説明する。
図8を参照して上述した実施例1では、フィルドビアを用いたが、実施例3では、内部に樹脂を充填して成るバイアホール60、160を用いている。また、実施例1では、スルーホールが蓋めっき層を備え、蓋めっき層上にフィルドビアを設けた。これに対して、実施例3では、スルーホール36が蓋めっき層を有さず、スルーホールのランドにバイアホール60が接続されている。
なお、実施例3−1は、上記実施例1−1と同様に導体回路34、導体回路58のエッチングのよる凹部深さを3μmに調整した。
この実施例3においても、実施例1と同様に、バイアホール60と導体回路34、及び、バイアホール160と導体回路58との接続部において、接続界面が導体回路34,58の上面より下側へずらされているため、熱収縮時及び衝撃時の応力が最大となる導体回路34,58の上面位置よりも、最もクラックの入り易い接続界面が下側になり、クラックが生じ難くなって、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を高めることができる。これにより、バイアホール60と導体回路34、及び、バイアホール160と導体回路58との接続信頼性を高めてある。
(実施例3−2)
実施例3−2は、上記実施例3−1と同様であるが、導体回路34、導体回路58及び導体回路158のエッチングのよる凹部深さを0.5μmに調整した。
(実施例3−3)
実施例3−3は、上記実施例3−1と同様であるが、導体回路34、導体回路58及び導体回路158のエッチングのよる凹部深さを1μmに調整した。
(実施例3−4)
実施例3−2は、上記実施例3−1と同様であるが、導体回路34、導体回路58及び導体回路158のエッチングのよる凹部深さを2μmに調整した。
(実施例3−5)
実施例3−5は、上記実施例3−1と同様であるが、導体回路34、導体回路58及び導体回路158のエッチングのよる凹部深さを4μmに調整した。
(実施例3−6)
実施例3−6は、上記実施例3−1と同様であるが、導体回路34、導体回路58及び導体回路158のエッチングのよる凹部深さを5μmに調整した。
(実施例3−7)
実施例3−7は、上記実施例3−1と同様であるが、導体回路34、導体回路58及び導体回路158のエッチングのよる凹部深さを6μmに調整した。
(実施例3−8)
実施例3−8は、上記実施例3−1と同様であるが、フィルドビアの底径を60μmとした。
(実施例3−9)
実施例3−9は、上記実施例3−8と同様であるが、導体回路34、導体回路58及び導体回路158のエッチングのよる凹部深さを0.5μmに調整した。
(実施例3−10)
実施例3−10は、上記実施例3−8と同様であるが、導体回路34、導体回路58及び導体回路158のエッチングのよる凹部深さを1μmに調整した。
(実施例3−11)
実施例3−11は、上記実施例3−8と同様であるが、導体回路34、導体回路58及
び導体回路158のエッチングのよる凹部深さを2μmに調整した。
(実施例3−12)
実施例3−12は、上記実施例3−8と同様であるが、導体回路34、導体回路58及び導体回路158のエッチングのよる凹部深さを4μmに調整した。
(実施例3−13)
実施例3−13は、上記実施例3−8と同様であるが、導体回路34、導体回路58及び導体回路158のエッチングのよる凹部深さを5μmに調整した。
(実施例3−14)
実施例3−14は、上記実施例3−8と同様であるが、導体回路34、導体回路58及び導体回路158のエッチングのよる凹部深さを6μmに調整した。
(比較例3−1)
比較例3−1として、図8を参照して上述した実施例3−1と同様な構造であるが、導体回路34、導体回路58及び導体回路158に凹部を設けない構造とした。
(比較例3−2)
比較例3−2として、図8を参照して上述した実施例3−1と同様な構造であるが、フィルドビアの底径を60μmにすると共に、導体回路34、導体回路58及び導体回路158に凹部を設けない構造とした。
[実施例4]
(実施例4−1)
実施例4に係る多層プリント配線板について図22〜図27を参照して説明する。
実施例1〜実施例3は、ビルドアップ式の多層プリント配線板であったが、実施例4は
、基板を複数枚積層してなる積層多層プリント配線板からなる。図26は、実施例4の多層プリント配線板の断面図である。
多層プリント配線板10は、基板30を積層して成る。各基板30には、一方の面に導体回路42が、他方の面に導体回路44が設けられ、該導体回路42と導体回路とはバイアホール46を介して接続されている。該バイアホール46は、導体回路42の内面側に設けられた凹部32hを介して、当該導体回路42に接続されている。上面表層側の基板30のバイアホール46は、凹部46hを介して半田バンプ78Uが接続されている。同様に、下面表層側の基板30のバイアホール46は、凹部46hを介して半田バンプ78Dが接続されている。上面表層及び下面表層には、半田バンプ78U、78Dを突出させるための開口71が形成されたソルダーレジスト層70が設けられている。
図27中に示すように、多層プリント配線板10の上面側の半田バンプ78Uは及び半田バンプ78Dには、電子部品90、90Bが接続されている。
実施例4の多層プリント配線板では、バイアホール46の底部と導体回路(下層導体層)42との接続部において、バイアホール46と下層導体層42の接続界面が下層導体層裏面の凹部32h分ずらされているため、応力の集中する導体回路42の上面位置から接続界面を下側へずらすことができ、その結果、接続界面での破断を防ぐことができる。本願により製造された多層プリント配線板は、熱応力に対する耐性及び衝撃時の耐性を高めることができる。
引き続き、実施例4の多層プリント配線板の製造方法について、図22〜図26を参照
して説明する。
(1)まず、多層化回路基板を構成する両面回路基板を製作する。この回路基板は、エポキシ樹脂をガラスクロスに含潰させてBステージとしたプリプレグ30と、銅箔32とを積層して加熱プレスすることにより得られる両面銅張積層板30Aを出発材料として用いる(図22(A))。
この絶縁性基材の厚さは75μm、銅箔の厚さは16μmである。必要に応じて、絶縁基材をエッチングして、銅箔32の厚みを薄く(例えば14μm)としてもよい(図22(B))。
(2)エッチングし終えた両面回路基板に、炭酸ガスレーザ照射を行って、銅箔32および絶縁性基材30を貫通して、反対面の銅箔32に至るビアホール形成用開口16を形成し(図22(C))、さらにその開口内を過マンガン酸の薬液処理によってデスミア処理した。
この実施例においては、ビアホール形成用の開口16の形成には、日立ビア社製の高ピーク短パルス発振型炭酸ガスレーザ加工機を使用し、基材厚75μmのガラス布エポキシ樹脂基材に、銅箔にダイレクトにレーザビーム照射して100穴/秒のスピードで、10
0μmφのビアホール形成用の開口を形成した。
(3)デスミア処理を終えた絶縁性基材を開口した銅箔32面に、塩化第2銅を主成分とするエッチング液にて、開口16により露出された銅箔32の裏面に深さ3μmの凹部32hを形成する。この深さは、ライトエッチングの時間を調整することで所望の値とする
(図22(D))。この際に、銅箔32の厚みが12μmに調整された。
(4)銅箔面に凹部32hが形成された基板に以下のような条件で、銅箔をめっきリード
とする電解銅めっき処理を施した。
〔電解めっき液〕
硫酸 2.24 mol/l
硫酸銅 0.26 mol/l
添加剤A(反応促進剤) 10.0 ml/l
添加剤B(反応抑制剤) 10.0 ml/l
〔電解めっき条件〕
電流密度 1 A/dm2
時間 65 分
温度 22±2 ℃
添加剤Aによりバイアホール(開口)内の電解銅めっき膜の形成が促進され、逆に添加剤Bにより主として銅箔部分に付着されて、めっき膜の形成を抑制される。また、バイアホール内が電解銅めっきで充填されて、銅箔とほぼ同一の高さになると、添加剤Bが付着されるので、銅箔部分と同様にめっき膜の形成が抑制される。これにより、開口16内に電解銅めっき14を充填して、平坦化されたバイアホール46を形成した(図23(A))。
その際、電解銅めっきが開口16の上部で盛り上がる場合には、サンダーベルト研磨およびバフ研磨などの物理的な方法で盛り上がった部分を除去して平坦化してもよい。
(5)上記(3)工程を経た絶縁基材30の銅箔32および銅めっき14上に、感光性ドライフィルムエッチングレジスト38を形成した(図23(B))。レジスト38の厚みは15〜20μmで形成され、露光・現像を経て、銅めっき14、銅箔32上にレジストの非形成部を形成した。
(6)レジスト38の非形成部に、塩化銅からなるエッチング液により、エッチングを行い、非形成部に該当する銅めっき膜14および銅箔32を除去する。その後、レジストをアルカリ液により剥離して、導体回路42およびバイアホール46を含まれる導体回路44を形成する(図23(C))。これにより、表裏を接続するバイアホール46があり、そのバイアホール46と導体回路を成す銅箔部分とが平坦化された回路基板が得られるのである。この後、黒化処理を施し、導体回路42、44上に黒化層44Bを形成してもよい(図23(D))。
(7)その後、(1)〜(6)工程を経て得られた回路基板30を1単位として(図24(A))、この基板上にプリプレグなどの接着材層48を挟み、プレス条件 温度80〜250℃、圧力1〜10kgf/cm2により加熱プレスを行い積層して多層化基板10を形成した(図24(B))。
なお、この上に回路基板30に、片面銅貼積層板もしくは、片面にエッチングにより回路を形成された両面銅張積層板を接着材層48を挟み積層し、この積層した基板の銅箔側を上記(1)〜(6)工程を経ることにより、同様に表裏を接続するバイアホールがあり、そのバイアホールと導体回路を成す銅箔部分とが平坦化された多層化基板を得られこともできる。さらに、この工程を繰り返すことにより、多層化を行うことができるのである。この積層では、バイアホールの向きを同一方向にしてもよいし、対抗させてもよい。これ以外に組み合わせにより多層化をしてもよい。
(8) 多層化基板10の最上層および最下層に位置する回路基板の表面に、ソルダーレジスト層を形成した。フィルム化されたソルダーレジスト層を貼り付ける、もしくは予め粘度を調整されたワニスにより塗布することにより基板上に、ソルダーレジスト層を20〜30μmの厚さで形成した。
次いで、70℃で20分間、100℃で30分間の乾燥処理を行った後、ソルダーレジスト開口部の円パターン(マスクパターン)が描画された厚さ5mmのソーダライムガラス基坂を、ソルダーレジスト層に密着させて1000mJ/cmの紫外線で露光し、DMTG現像処理した。さらに、120℃で1時間、150℃で3時間の条件で加熱処理し、パッド部分に対応した開口71を有する(開口径200μm)ソルダーレジスト層(厚み20μm)70を形成した(図24(C))。
(9)次に、ソルダーレジスト層を形成した基板を、塩化ニッケル30g/1、次亜リン酸ナトリウム10g/1、クエン酸ナトリウム10g/1からなるpH=5の無電解ニッケルめっき液に20分間浸漬して、開口71内に厚さ5μmのニッケルめっき層73を形成した(図25(A))。
(10)さらに、その基板を、シアン化金力リウム2g/1、塩化アンモニウム75g/1、クエン酸ナトリウム50g/1、次亜リン酸ナトリウム10g/1からなる無電解金めっき液に93℃の条件で23秒間浸漬して、ニッケルめっき層73上に厚さ0.03μmの金めっき層74を形成し、ニッケルめっき層73と金めっき層74とからなる被覆金属層を形成した(図25(B))。
(11)そして、最上層の多層回路基板を覆うソルダーレジスト層70の開口71から露出する半田パッドに対して、融点T2が約183℃のSn/Pb半田からなる半田ペーストを印刷して183℃でリフローすることにより、半田バンプ(もしくは半田層)78U、78(D)を形成した(図26)。
(実施例4−2)
実施例4−2は、上記実施例4−1と同様であるが、導体層のエッチングによる凹部深さを0.5μmに調整した。
(実施例4−3)
実施例4−3は、上記実施例4−1と同様であるが、導体層のエッチングによる凹部深さを1μmに調整した。
(実施例4−4)
実施例4−4は、上記実施例4−1と同様であるが、導体層のエッチングによる凹部深さを2μmに調整した。
(実施例4−5)
実施例4−5は、上記実施例4−1と同様であるが、導体層のエッチングによる凹部深さを4μmに調整した。
(実施例4−6)
実施例4−6は、上記実施例4−1と同様であるが、導体層のエッチングによる凹部深さを5μmに調整した。
(実施例4−7)
実施例4−7は、上記実施例4−1と同様であるが、導体層のエッチングによる凹部深さを6μmに調整した。
(比較例4−1)
比較例4−1として、図26を参照して上述した実施例4−1と同様な構造であるが、
導体層32及びバイアホール46に凹部を設けない構造とした。
(実施例4の改変例)
図28〜図30を参照して実施例4の改変例に係る多層プリント配線板の製造方法について説明する。
ここで、図22及び図23を参照して上述した実施例4の製造方法と、実施例4の改変例の製造方法とは同様であるため、図示及び説明を省略する。
(1)エポキシ樹脂をガラスクロスに含潰させてBステージとしたプリプレグ30と、銅箔32とを積層して加熱プレスすることにより得られる片面銅張積層板30Bを、図23(D)に示す回路基板30の上面、及び、下面に配置し(図28(A))、加圧プレスして多層基板10を形成する(図28(B))。
(2)多層基板10に、炭酸ガスレーザ照射を行って、銅箔32および外層側の絶縁性基材30を貫通して、内層の導体回路44,42に至るビアホール形成用開口16を穿設する(図29(A))。
(3)開口16により露出された内層の導体回路44,42に、エッチング液にて深さ3μmの凹部44h、42hを形成する(図29(B))。この深さは、ライトエッチングの時間を調整することで所望の値とする。
(4)凹部44h、42hが形成された基板に電解銅めっき処理を施し、開口16内に電解銅めっき14を充填して、平坦化されたバイアホール46を形成する(図30(A))
(5)銅箔32および銅めっき14上に、感光性ドライフィルムエッチングレジストを形成し、露光・現像を経てレジストの非形成部を形成した。そして、レジストの非形成部に、塩化銅からなるエッチング液により、エッチングを行い、非形成部に該当する銅めっき膜14および銅箔32を除去する。その後、レジストをアルカリ液により剥離して、バイアホール46を含まれる導体回路44を形成した(図30(B))。以降の工程は、図28〜30を参照して上述した実施例4と同様であるため、説明を省略する。
[実施例5]
(実施例5−1)
実施例5に係る多層プリント配線板について図31の断面図を参照して説明する。
実施例5の多層プリント配線板10は、実施例4と同様に基板30を積層して成る。但し、実施例5では、バイアホールの一部が、バイアホールの直上にバイアホールを配置するスタックドビア構造になっている。ここで、実施例5では、実施例4と同様に、バイアホール46は、導体回路42の内面側に設けられた凹部32hを介して、当該導体回路42に接続されている。これにより、バイアホール46と導体回路42との接続界面での破断を防いでいる。
(実施例5−2)
実施例5−2は、上記実施例5−1と同様であるが、導体層のエッチングによる凹部深さを0.5μmに調整した。
(実施例5−3)
実施例5−3は、上記実施例5−1と同様であるが、導体層のエッチングによる凹部深さを1μmに調整した。
(実施例5−4)
実施例5−4は、上記実施例5−1と同様であるが、導体層のエッチングによる凹部深さを2μmに調整した。
(実施例5−5)
実施例5−5は、上記実施例5−1と同様であるが、導体層のエッチングによる凹部深さを4μmに調整した。
(実施例5−6)
実施例5−6は、上記実施例5−1と同様であるが、導体層のエッチングによる凹部深さを5μmに調整した。
(実施例5−7)
実施例5−7は、上記実施例5−1と同様であるが、導体層のエッチングによる凹部深さを6μmに調整した。
(比較例5−1)
比較例5−1として、図31を参照して上述した実施例5−1と同様な構造であるが、導体層32及びバイアホール46に凹部を設けない構造とした。
以下、実施例1−1〜実施例5−7、比較例1−1〜比較例5−1のプリント配線板について落下試験及び信頼性試験を行った結果について、この結果を示す図33〜図37中の図表を参照して説明する。
(信頼性試験)
まず、作製した各実施例、比較例の多層プリント配線板にICチップを実装し、その後ICチップと多層プリント配線板との間に封止樹脂を充填しIC搭載基板とした。そして、ICチップを介した特定回路の電気抵抗(IC搭載基板のICチップ搭載面とは反対側の面に露出しICチップと導通している一対の電極間の電気抵抗)を測定し、その値を初期値とした。その後、それらのIC搭載基板に、−55度×5分、比較例5度×5分を1サイクルとし、これを2500回繰り返すヒートサイクル試験を行った。このヒートサイクル試験において、500、1000、1500、2000、2500サイクル目の電気抵抗を測定し、初期値との変化率(100×(測定値―初期値)/初期値(%))を求めた。その結果を図33〜図35中に示す。図中、電気抵抗の変化率が±5%以内のものを「良好」(○)、±5〜10%のものを「ふつう」(△)、±10をこえたものを「不良」(×)とした。なお、目標スペックは1000サイクル目の変化率が±10%以内(つまり評価で「良好」か「ふつう」)である。また、±10%以内のものを「合格」とした。
信頼性試験の結果、バイアホール(フィルドビア)の底径が小さくなるほど信頼性が低下するが、底径50μmであっても0.5μm以上の深さの凹部を設けることで、信頼性を確保させ得ることが分かった。また、2μm、更に好適には、3μmの深さの凹部を設けることで、信頼性を飛躍的に高め得ることが明らかになった。一方、5μmを越える深さの凹部を設けると信頼性が低下し、特に、実施例2−7、実施例2−16の結果からも、導体回路上に半田パッドを設ける際に6μmの深さの凹部を設けると、信頼性が低下することが分かった。
更に、フィルドビアを用いる第1、実施例2と、バイアホールを用いる実施例3との比較から、バイアホールよりもフィルドビアの方が、熱応力に対する接続信頼性が低くなるが、本実施例の凹部を設ける構造により、フィルドビアの接続信頼性を高め得ることが分かった。また、実施例1−3と、実施例1−8及び実施例1−9との比較から、フィルドビアの重ね段数が増すと信頼性が低下するが、実施例1−1のように3μm以上の深さの凹部を設けることで、所望の信頼性が得られることが分かった。
(落下試験)
図32(A)に示すように実施例1−1〜実施例5−7、比較例1−1〜比較例5−1の基板10をドータボード60に搭載し、それぞれ筐体98に収めて、ネジ等により固定する。図32(B)に示すように、この固定した筐体98を1mの高さから、垂直(頭壁TPを上側、底壁BTを下側)側を下にして自然落下させる。落下試験後に、該実施例ごとに電気接続の有無を行った。
落下試験回数:10回、20回、30回
10回の落下試験をクリアすれば、従来品(比較例1−1)と比較して落下耐性を高めることができ、実施例1−1〜実施例5−7の全てでこれをクリアできた。一方、30回の落下試験をクリアすることは、高い落下耐性を有することを示し、実施例1−2、実施例2−2、実施例3−2、実施例4−2、実施例5−2を除き、実施例1−1〜実施例5−7は30回をクリアできた。
本発明の実施例1の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例1の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例1の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例1の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例1の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例1の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例1の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例1に係る多層プリント配線板の断面図である。 実施例1に係る多層プリント配線板にICチップを載置した状態を示す断面図である。 図8中の円Cで囲んだ部位の拡大図である。 実施例1の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 図11(C)中のフィルドビアの拡大図である。 実施例1の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 図13(C)中のフィルドビアの拡大図である。 実施例1の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 図15(C)中のフィルドビアの拡大図である。 フィルドビアの配置例を示す模式図である。 図17中のフィルドビアのエッチング量に対する応力値を示すグラフである。 図19(A)はフィルドビアの配置例を示す模式図であり、図19(B)は図19(A)中のフィルドビアのエッチング量に対する応力値を示すグラフである。 実施例2に係る多層プリント配線板の断面図である。 実施例3に係る多層プリント配線板の断面図である。 実施例4の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例4の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例4の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例4の多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例4に係る多層プリント配線板の断面図である。 実施例4に係る多層プリント配線板に電子部品を載置した状態を示す断面図である。 実施例4の改変例に係る多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例4の改変例に係る多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例4の改変例に係る多層プリント配線板の製造方法を示す工程図である。 実施例5に係る多層プリント配線板の断面図である。 落下試験の内容を示す説明図である。 実施例1及び比較例1の落下試験及び信頼性試験の結果を示す図表である。 実施例2及び比較例2の落下試験及び信頼性試験の結果を示す図表である。 実施例3及び比較例3の落下試験及び信頼性試験の結果を示す図表である。 実施例4及び比較例4の落下試験及び信頼性試験の結果を示す図表である。 実施例5及び比較例5の落下試験及び信頼性試験の結果を示す図表である。
符号の説明
30 基板
32 導体回路
32h 凹部
34 導体回路
36 スルーホール
36a 蓋めっき層(スルーホールランド)
36b 側壁導体層
36h 凹部
40 樹脂充填層
46 バイアホール
46h 凹部
50 層間樹脂絶縁層
58 導体回路
60 フィルドビア
60h 凹部
78U、78D 半田バンプ
70 ソルダーレジスト層
71 開口
78U、78D 半田バンプ
160 フィルドビア

Claims (2)

  1. コア基板の表面に設けられた下層導体層上に、層間絶縁層と上層導体層が形成されて、該下層導体層と該上層導体層とがバイアホールを介して電気的に接続される多層プリント配線板において、
    前記バイアホールの底部との接続部において、前記下層導体層側に凹みが設けられており、
    前記下層導体層は、コア基板に形成されたフィルドビア上に形成されたことを特徴とする多層プリント配線板。
  2. 前記フィルドビアは無電解めっき層と電解めっき層とを含み、該無電解めっき層の厚みは前記凹部の深さよりも小さいことを特徴とする請求項1の多層プリント配線板。
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