特開 2023-131615 配線基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023131615

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】配線基板

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/11 20060101AFI20230914BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20230914BHJP

【ＦＩ】

H05K1/11 N

H05K1/02 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022036475

(22)【出願日】2022-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】000000158

【氏名又は名称】イビデン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001896

【氏名又は名称】弁理士法人朝日奈特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清水 敬介

(72)【発明者】

【氏名】木村 涼哉

(72)【発明者】

【氏名】池田 大介

【テーマコード（参考）】

5E317

5E338

【Ｆターム（参考）】

5E317AA24

5E317BB01

5E317BB02

5E317BB12

5E317BB15

5E317CC25

5E317CC32

5E317CC33

5E317GG14

5E317GG20

5E338AA16

5E338BB13

5E338BB80

5E338EE60

(57)【要約】

【課題】配線基板の品質向上。
【解決手段】実施形態の配線基板１は、貫通孔２ｃを有する絶縁層２と、絶縁層２を介して対向する２つの導体層４１、４２と、貫通孔２ｃ内に形成されていて２つの導体層を接続するスルーホール導体５と、を含んでいる。スルーホール導体５は、貫通孔２ｃの内壁面に沿って形成されている略一定の厚さのめっき膜５２を含み、貫通孔２ｃの内部が導電性充填体７で充填されており、導体層４１、４２は、内壁面上のめっき膜５２と連続的に形成されていて略一定の厚さを有する、絶縁層４１、４２上のめっき膜５２を含んでおり、絶縁層２上のめっき膜５２上に導電性充填体７を覆う導体膜が形成されており、略一定の厚さが、４μｍ以上、１２μｍ以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

貫通孔を有する絶縁層と、
前記絶縁層を介して対向する２つの導体層と、
前記貫通孔内に形成されていて前記２つの導体層を接続するスルーホール導体と、
を含む配線基板であって、
前記スルーホール導体は、前記貫通孔の内壁面に沿って形成されている略一定の厚さのめっき膜を含み、
前記貫通孔の内部が導電性充填体で充填されており、
前記導体層は、前記内壁面上の前記めっき膜と連続的に形成されていて前記略一定の厚さを有する、前記絶縁層上のめっき膜を含んでおり、
前記絶縁層上の前記めっき膜上に前記導電性充填体を覆う導体膜が形成されており、
前記略一定の厚さが、４μｍ以上、１２μｍ以下である。

【請求項2】

請求項１記載の配線基板であって、
前記導電性充填体が、５μΩｃｍ以上、１５μΩｃｍ以下である抵抗率を有している。

【請求項3】

請求項１記載の配線基板であって、
前記略一定の厚さが、４μｍ以上、８μｍ以下であり、かつ、前記導電性充填体が、５μΩｃｍ以上、１０μΩｃｍ以下である抵抗率を有している。

【請求項4】

請求項１記載の配線基板であって、
前記貫通孔の内径が、１２０μｍ以上、１８０μｍ以下である。

【請求項5】

請求項１記載の配線基板であって、
前記絶縁層が、１．３ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下の厚さを有している。

【請求項6】

請求項１記載の配線基板であって、
前記スルーホール導体が密集している領域と、前記スルーホール導体が散在している領域と、を含み、
前記スルーホール導体が密集している前記領域では、前記スルーホール導体の配置密度が、５本／ｍｍ²以上、かつ、１０本／ｍｍ²以下である。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配線基板に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、コア基板に多数のスルーホールが形成された配線基板が開示されている。スルーホールは、コア基板の上面から下面にかけて銅めっき層が被着され、内部は樹脂により充填されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１９２４３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示される配線板では、スルーホールの存在密度に応じて銅めっき層の厚みがばらつくことがあり、コア基板の表層の平坦性が十分でないことがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の配線基板は、貫通孔を有する絶縁層と、前記絶縁層を介して対向する２つの導体層と、前記貫通孔内に形成されていて前記２つの導体層を接続するスルーホール導体と、を含んでいる。そして、前記スルーホール導体は、前記貫通孔の内壁面に沿って形成されている略一定の厚さのめっき膜を含み、前記貫通孔の内部が導電性充填体で充填されており、前記導体層は、前記内壁面上の前記めっき膜と連続的に形成されていて前記略一定の厚さを有する、前記絶縁層上のめっき膜を含んでおり、前記絶縁層上の前記めっき膜上に前記導電性充填体を覆う導体膜が形成されており、前記略一定の厚さが、４μｍ以上、１２μｍ以下である。

【0006】

本発明の実施形態によれば、スルーホール導体を含む絶縁層上の導体層の厚みのばらつきが防止され、それにより配線基板の品質を向上させ得る。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一実施形態の配線基板の一例を示す断面図。

【図2A】本発明の一実施形態の配線基板の製造工程の一例を示す断面図。

【図2B】本発明の一実施形態の配線基板の製造工程の一例を示す断面図。

【図2C】本発明の一実施形態の配線基板の製造工程の一例を示す断面図。

【図2D】本発明の一実施形態の配線基板の製造工程の一例を示す断面図。

【図2E】本発明の一実施形態の配線基板の製造工程の一例を示す断面図。

【図2F】本発明の一実施形態の配線基板の製造工程の一例を示す断面図。

【図2G】本発明の一実施形態の配線基板の製造工程の一例を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明の一実施形態の配線基板が図面を参照しながら説明される。図１には、一実施形態の配線基板の一例である配線基板１を示す断面図が示されている。

【0009】

図１に示されるように、本実施形態の配線基板１は、絶縁層２と、絶縁層２を貫通するスルーホール導体５と、スルーホール導体５と連結されている導体パッド４ａ（導体パッド４ａ１および導体パッド４ａ２）と、を含んでいる。図１の例の配線基板１は複数のスルーホール導体５を含んでいる。絶縁層２は、絶縁層２の厚さ方向と直交する２つの主面の一方である第１面２ａと、２つの主面の他方であって第１面２ａと反対側の第２面２ｂとを有している。絶縁層２は、第１面２ａと第２面２ｂとの間で絶縁層２を貫く貫通孔２ｃを備えている。スルーホール導体５は貫通孔２ｃの内部に形成されている。導体パッド４ａは、絶縁層２の厚さ方向における両側に、すなわち第１面２ａ側および第２面２ｂ側それぞれに設けられている。導体パッド４ａ１は第１面２ａ側に設けられており、導体パッド４ａ２は第２面２ｂ側に設けられている。

【0010】

導体パッド４ａは、スルーホール導体５の所謂スルーホールランドであってもよく、スルーホールランドと一体的に形成された、スルーホールランドを含む導体パッドであってもよい。スルーホール導体５のスルーホールランド（スルーホールパッドと称されることもある）は、スルーホール導体５に貫かれる絶縁層２の表面において座切れが生じないように設けられる導体パターンである。スルーホールランドは、設計上、平面視でスルーホール導体５の外周よりも外側に外縁を有するように、すなわち、平面視でスルーホール導体５を内包するように設けられる導体パターンである。

【0011】

図１の配線基板１は、さらに、絶縁層２の第１面２ａ上に形成されている導体層４１（第１導体層）および絶縁層２の第２面２ｂ上に形成されている導体層４２（第２導体層）を含んでいる。導体層４１は、絶縁層２の第１面２ａ上に形成されている導体パッド４ａ１および導体パッド４ａ１以外の導体パターンである導体パターン４ｂを含んでいる。一方、導体層４２は、絶縁層２の第１面２ａ上に形成されている導体パッド４ａ２および導体パッド４ａ２以外の導体パターンである導体パターン４ｃを含んでいる。

【0012】

実施形態の説明では、配線基板１の厚さ方向において絶縁層２から遠い側は、「外側」、「上側」もしくは「上方」、または単に「上」とも称され、絶縁層２に近い側は、「内側」、「下側」もしくは「下方」、または単に「下」とも称される。さらに、各導体層、各導体パッド、各導体パターン、および各絶縁層において、絶縁層２と反対側を向く表面は「上面」とも称され、絶縁層２側を向く表面は「下面」とも称される。

【0013】

スルーホール導体５は、貫通孔２ｃの内壁上に形成されていて貫通孔２ｃの内壁を覆っている。スルーホール導体５は貫通孔２ｃの内壁に露出する絶縁層２の上に形成されている。図１の例においてスルーホール導体５は、貫通孔２ｃの内壁を略全面的に覆う膜状の導電体からなる。スルーホール導体５は、中空部を備えた筒状の形体を有している。スルーホール導体５は、配線基板１の厚さ方向に沿っていて絶縁層２に覆われている外周側面を有しており、その外周側面は貫通孔２ｃの内壁すなわち絶縁層２に接している。

【0014】

例えば、貫通孔２ｃの内径は、１２０μｍ以上、１８０μｍ以下程度である。なお、便宜上「内径」という用語が用いられるが、貫通孔２ｃの平面形状（絶縁層２の厚さ方向と垂直な平面での断面形状）は円環形に限定されない。貫通孔２ｃの「内径」は、貫通孔の平面形状における外周上の２点間の最大距離である。したがって、貫通孔２ｃに内包されるスルーホール導体５は、任意の断面形状を有する筒状体であり得る。

【0015】

絶縁層２は、任意の絶縁性樹脂によって形成されている。絶縁性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴ樹脂）、またはフェノール樹脂などが例示される。これら絶縁性樹脂を用いて形成される各絶縁層は、シリカなどの無機フィラーを含んでいてもよい。絶縁層２の厚さは、例えば、１．３ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下程度であり得る。

【0016】

図１の例では、絶縁層２は補強材（芯材）２１を含んでいる。従って、絶縁層２は、補強材２１および補強材２１に含侵されている上述のエポキシ樹脂、ＢＴ樹脂、またはフェノール樹脂のような樹脂を含んでいる。補強材２１としては、例えばガラス繊維、アラミド繊維、アラミド不織布などが例示されるが、補強材２１はこれらに限定されない。

【0017】

導体パッド４ａ１および導体パッド４ｂを含む導体層４１、導体パッド４ａ２および導体パッド４ｃを含む導体層４２、ならびに、スルーホール導体５は、適切な導電性を有する任意の金属で形成されている。これら各導体層および各スルーホール導体を形成する金属としては、銅やニッケルなどが例示される。しかし、各導体層および各スルーホール導体を形成する金属は、これらに限定されない。

【0018】

導体層４１、導体層４２、およびスルーホール導体５は、無電解めっき膜またはスパッタリング膜、および、電解めっき膜などで構成される多層構造を有し得る。図１の例では、スルーホール導体５は、金属膜５１と、金属膜５１上に形成されためっき膜５２とを含んでいる。金属膜５１は、めっき膜５２が電解めっきによって形成される場合の給電層および／またはシード層として機能する。金属膜５１は、例えば、無電解めっきまたはスパッタリングなどで形成される。めっき膜５２の形成方法としては電解めっきが例示される。しかし、スルーホール導体５は、無電解めっきによって形成された、金属膜５１またはめっき膜５２だけを含んでいてもよい。

【0019】

図１に示されているように、スルーホール導体５における配線基板１の厚さ方向の両端部は、金属膜４ｄおよびめっき膜４ｅによって覆われている。金属膜４ｄおよびめっき膜４ｅは、スルーホール導体５に対する所謂蓋めっき膜である。金属膜４ｄおよびめっき膜４ｅが形成されているので、例えば、配線基板１が多層配線基板の一部として用いられる場合などにおいて、後述する導電性充填体７上に直接ビア導体が形成される場合と比べて、スルーホール導体５と、その真上に形成されるビア導体とを小さい接触抵抗で電気的に接続し得ると考えられる。また、ビア導体とスルーホール導体との間に強固な密着強度が得られ、界面剥離が抑制されると考えられる。金属膜４ｄは、金属膜５１と同様に無電解めっきやスパッタリングなどによって形成される。めっき膜４ｅは、めっき膜５２と同様に、例えば電解めっきによって形成される。

【0020】

図１に示されるように、配線基板１において絶縁層２を介して対向する２つの導体層４１および導体層４２は５層構造を有している。すなわち、導体層４１、４２は、金属箔４０、金属箔４０上の金属膜５１、金属膜５１上のめっき膜５２、めっき膜５２上の金属膜４ｄ、そして金属膜４ｄ上のめっき膜４ｅによって構成されている。金属箔４０は、任意の金属からなり、例えば金属箔４０は銅箔やニッケル箔であってよい。しかし、導体層４１、４２の積層構造は、図１に示されるような５層構造に限定されず、任意の総数を有し得る。金属箔４０が設けられなくてもよく、その場合、各導体層は２層構造または４層構造を有していてもよい。

【0021】

図１に示されているように、金属膜５１およびめっき膜５２は、それぞれ、スルーホール導体５を構成する部分と、導体層４１、４２を構成する部分とを含んでおり、これら２つの部分が一体的に形成されている。すなわち、導体層４１、４２は、スルーホール導体５を構成している金属膜５１およびめっき膜５２を含んでおり、金属膜５１は貫通孔２ｃの内壁に接していてスルーホール導体５の外周側面を構成している。

【0022】

スルーホール導体５を形成する際のめっき工程では、スルーホール導体５を形成するための貫通孔２ｃの内部がめっき液に晒され、その内壁面に銅などの金属が析出する。実施形態の配線基板１などでは、所望の電気的特性の実現、例えば絶縁層２上の導体層４１および導体層４２の間の導体抵抗の低下や高密度配線の実現などのために、絶縁層２において部分的にスルーホール導体５が密集して含まれる場合がある。換言すると、複数のスルーホール導体５の配置において、図１の例のように、スルーホール導体５が近接および密集して配置される領域と、スルーホール導体５が疎らに配置される領域とが存在することがある。このような場合、めっき工程における金属の析出量が析出場所により異なってしまう恐れがある。例えば、配線基板１において、スルーホール導体５が互いに近接して形成されている領域のスルーホール導体５の絶縁層２における配置密度は、例えば、５～１０本／ｍｍ²程度であり、スルーホール導体５が散在している領域のスルーホール導体５の絶縁層２における配置密度は、例えば、１～２本／ｍｍ²程度である。

【0023】

スルーホール導体５が互いに近接して形成されている領域では、めっき工程での表層への金属の析出量が少なくなり得る。すなわち、スルーホール導体５が互いに密集して形成されている領域のめっき膜５２（絶縁層２の表面上で導体層４１、４２を構成する部分のめっき膜５２およびスルーホール導体５を構成する部分のめっき膜５２）は、スルーホール導体５が散在している領域のめっき膜５２の厚みと比べて小さくなることがある。したがって、図１の例のように、スルーホール導体５が疎に配置されている領域と密に配置されている領域が混在していると、領域毎のめっき膜５２の厚みが異なってしまうおそれがある。配線基板１の表層の導体層の厚みにばらつきが生じてしまうおそれがある。

【0024】

このような表層の導体層におけるばらつきは、めっき工程において形成されるめっき膜５２の厚さが厚くなればなるほど、大きくなると考えられる。本実施形態では、めっき膜５２は約４μｍ以上、１２μｍ以下の厚さを有している。好ましくは、めっき膜５２は、約４～８μｍの厚さを有する。例えば、めっき膜５２の厚さは、約４～５μｍ程度であってもよい。絶縁層２におけるスルーホール導体５の密度に上述のような差がある場合であっても、めっき膜５２をこのような厚さで形成することにより、絶縁層２上の導体層における厚さのばらつきが抑制され得る。

【0025】

前述したように、スルーホール導体５は、銅などのめっき金属からなる筒状体の内側に中空部分を有している。スルーホール導体５の中空部は、導電性充填体７で充填されている。すなわち、図１の配線基板１は、貫通孔２ｃのうちのスルーホール導体５に占められていない領域を充填する導電性充填体７を含んでいる。導電性充填体７としては、銀粒子、銅粒子などの導電性粒子とエポキシ樹脂などとを含む導電性充填体が好適に用いられ得る。例えば、導電性充填体７の抵抗率は、５μΩｃｍ以上、１５μΩｃｍ以下程度であり得る。好ましくは、例えば、導電性充填体７の抵抗率は、５μΩｃｍ以上、１０μΩｃｍ以下程度であってもよい。このような抵抗率を有する導電性充填体を、上述のようなめっき膜５２を有するスルーホール導体５の中空部分に充填することにより、スルーホール導体５の絶縁層２における配置密度にばらつきがある場合であっても、絶縁層２上の導体層における厚さのばらつきが抑制され、かつ、導体層４１と導体層４２との間に所望の導電性を有する配線基板１が提供され得ると考えられる。

【0026】

例えば、図１に示される配線基板１は、多層配線基板のコア基板として適用されてもよい。すなわち、配線基板１の第１面２ａ上および第２面２ｂ上にそれぞれビルトアップ層が形成され得る。配線基板１には、図１で示されているように、スルーホール導体５の両端部にめっき膜４ｅが形成されているので、各スルーホール導体５と、その真上に形成されるビルトアップ層内のビア導体（図示せず）とが比較的低い導通抵抗で電気的に接続され得る場合がある。

【0027】

つぎに、図１の配線基板１の製造方法の一例が、図２Ａ～図２Ｇを参照して説明される。

【0028】

図２Ａに示されるように、配線基板１の絶縁層２となる絶縁層と、この絶縁層の両表面にそれぞれ積層された金属箔４０を含む出発基板１０が用意される。出発基板１０の絶縁層は、例えばエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂を用いて形成されており、ガラス繊維などによって構成される補強材２１を含んでいる。

【0029】

そして、図２Ｂに示されるように、出発基板１０を貫通する貫通孔２ｃが穿孔される。貫通孔２ｃは、スルーホール導体５（図１参照）が形成されるべき所定の位置に形成される。貫通孔２ｃは、例えば、炭酸ガスレーザー光が照射されるレーザー加工、またはドリル加工などによって形成される。貫通孔２ｃの内径は、例えば、１２０μｍ以上、１８０μｍ以下程度である。レーザー光のスポット径、またはドリル径は、形成される貫通孔２ｃがこのような大きさの内径を有するように選択される。

【0030】

図２Ｃに示されるように、スルーホール導体５が、貫通孔２ｃ内に形成される。具体的には、図２Ｄに示されるように、金属膜５１およびめっき膜５２が、貫通孔２ｃの内壁面に形成される。その結果、それぞれ２層の金属膜からなるスルーホール導体５が形成される。なお、図２Ｄには、図２Ｃに示されるIIＤ部の拡大図が示されている。後に参照される図２Ｅおよび図２Ｆにも、図２Ｄに示される部分の各工程における状態が示されている。

【0031】

金属膜５１は、例えば、スパッタリングや無電解めっきによって形成される。また、めっき膜５２は、例えば金属膜５１を給電層として用いる電解めっきによって形成される。金属膜５１およびめっき膜５２、ならびに、金属膜５１およびめっき膜５２によって構成されるスルーホール導体５は、例えば銅またはニッケルなどの金属によって形成される。貫通孔２ｃの内壁面に沿う筒状体の形態を有するスルーホール導体５が形成される。金属膜５１およびめっき膜５２は、絶縁層２の第１面２ａおよび第２面２ｂそれぞれの上（具体的には金属箔４０の上）にも形成され、第１および第２の面２ａ、２ｂそれぞれに、３層構造の金属層が形成される。絶縁層２の第１面２ａ上の金属膜５１およびめっき膜５２は、導体層４１（図１参照）の一部を構成する。絶縁層２の第２面２ｂ上の金属膜５１およびめっき膜５２は、導体層４２（図１参照）の一部を構成する。

【0032】

図２Ｅに示されるように、スルーホール導体５の内部（中空部）が導電性充填体７で充填される。例えば、銀粒子、銅粒子などの導電性粒子を含む導電性ペーストまたは導電性インクが、絶縁層２の第１面２ａ側および第２面２ｂ側のいずれかまたは両方からスルーホール導体５の内部に注入される。必要に応じて、第１面２ａ側および第２面２ｂ側のうちの一方から供給された導電性ペーストや導電性インクが他方から吸引されてもよい。スルーホール導体５の内部に注入された導電性ペーストまたは導電性インクは、必要に応じて加熱などによって固化される。

【0033】

必要に応じて、導電性充填体７における第１面２ａ側および第２面２ｂ側それぞれの端面が、化学機械研磨などの任意の方法で研磨される。導電性充填体７の両端面それぞれと、第１面２ａ側および第２面２ｂ側それぞれのめっき膜５２の表面とが、好ましくは略面一にされる。

【0034】

図２Ｆに示されるように、絶縁層２の第１面２ａ上および第２面２ｂ上にそれぞれ、導体層４１および導体層４２が形成される。具体的には、スルーホール導体５と一体的に形成されている、絶縁層２の上の金属膜５２の上に、金属膜４ｄが形成される。さらに金属膜４ｄ上にめっき膜４ｅが形成される。金属膜４ｄおよびめっき膜４ｅは、絶縁層２の第１面２ａ側および第２面２ｂ側それぞれにおいて、導電性充填体７の端面上にも形成される。導電性充填体７の両端面が、導体膜（金属膜４ｄおよびめっき膜４ｅ）に覆われる。金属膜４ｄおよびめっき膜４ｅによって、スルーホール導体５に対する、所謂蓋めっきが形成される。金属膜４ｄは、例えばスパッタリングまたは無電解めっきによって形成される。また、めっき膜４ｅは、例えば電解めっきによって形成される。

【0035】

図２Ｇに示されるように、導体層４１、４２が、所望の導体パターンを有するようにそれぞれパターニングされる。例えば、適切な開口を有するエッチングマスクが導体層４１、４２上に設けられ、導体層４１、４２の不要部分がウェットエッチングやドライエッチングによって除去される。その結果、図１に示される配線基板１が完成する。

【0036】

実施形態の配線基板は、各図面に例示される構造、並びに、本明細書において例示される構造、形状、および材料を備えるものに限定されない。前述したように、実施形態の配線基板は、多層配線基板のコア基板を構成してもよく、配線基板１の第１面２ａ上およびの第２面２ｂ上にそれぞれ、任意の数の導体層および絶縁層を含み得るビルトアップ層が形成されてもよい。

【符号の説明】

【0037】

１ 配線基板
２ 絶縁層
２ａ 第１面
２ｂ 第２面
２ｃ 貫通孔
２１ 補強材
４１、４２ 導体層
４ａ１、４ａ２ 導体パッド
５ スルーホール導体
７ 導電性充填体

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図2G】