(57)【要約】【課題】絶縁性樹脂基板を貫通するスルーホール導体の信頼性の向上。【解決手段】スルーホール導体が、スルーホール導体用の貫通孔の内壁上に形成されているシード層とそのシード層上に形成されている第１電解めっき層とその第１電解めっき層で形成される凹部を充填している第２電解めっき層とで形成されている。そして、貫通孔は第１電解めっき層で閉じられており、第２電解めっき層の結晶の粒径は第１電解めっき層の結晶の粒径よりも大きい。【選択図】図２
2015029027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有すると共に、スルーホール導体用の貫通孔を有する絶縁性樹脂基板と、
前記絶縁性樹脂基板の第１面上に形成されている第１導体層と、
前記絶縁性樹脂基板の第２面上に形成されている第２導体層と、
前記貫通孔内に形成され、前記第１導体層と前記第２導体層とを接続し、前記貫通孔の内壁上に形成されているシード層と前記シード層上に形成されていて前記貫通孔を閉じている第１電解めっき層と前記第１電解めっき層で形成される凹部を充填している第２電解めっき層とで形成されているスルーホール導体と、を有するプリント配線板であって、
前記第２電解めっき層を形成する電解めっきの結晶の粒径は、前記第１電解めっき層を形成する電解めっきの結晶の粒径よりも大きい。
【請求項２】
請求項１に記載のプリント配線板において、前記第１電解めっき層はＰＰＲ電解めっきで形成されている。
【請求項３】
請求項２に記載のプリント配線板において、溶解時の電流密度は、析出時の電流密度の５〜２０倍である。
【請求項４】
請求項１または２に記載のプリント配線板において、前記第２電解めっき層の結晶の平均粒径は、前記第１電解めっき層の結晶の平均粒径の７〜１５倍である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スルーホール導体を持つプリント配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
スルーホール導体の抵抗を低くしたり、スルーホール導体用の貫通孔の径を小さくしたりするため、スルーホール導体用の貫通孔をめっきで充填することが行われている。貫通孔をめっきで充填することは、下記の特許文献１などで開示されている。
【０００３】
特許文献１は、樹脂基板に円筒状のスルーホールを形成することと、スルーホールの内壁面にシード層としての薄膜金属層を形成することと、電解めっきでスルーホール内を充填することを開示している。そして、特許文献１で用いられている電解めっき液のスルーホール内の金属析出速度は樹脂基板表面上の金属析出速度より速い。特許文献１の図１（ｄ）によれば、スルーホール内の所定箇所がめっきで閉じられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０９３９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１によれば、電解めっきは、スルーホール導体用の貫通孔（スルーホール）の側壁からスルーホールの中心軸に向かって析出する。そして、スルーホールの所定箇所がめっきで閉じられる。引続いて電解めっきを継続することにより、貫通孔が電解めっきで充填されてスルーホール導体が形成される。従って、スルーホール導体を形成する電解めっき膜は全体的に一様な大きさの粒径の結晶を有すると考えられる。
【０００６】
[発明の目的]
本発明の目的は、スルーホール導体の信頼性を高くすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプリント配線板は、
第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有すると共に、スルーホール導体用の貫通孔を有する絶縁性樹脂基板と、
前記絶縁性樹脂基板の第１面上に形成されている第１導体層と、
前記絶縁性樹脂基板の第２面上に形成されている第２導体層と、
前記貫通孔内に形成され、前記第１導体層と前記第２導体層とを接続し、前記貫通孔の内壁上に形成されているシード層と前記シード層上に形成されていて前記貫通孔を閉じている第１電解めっき層と前記第１電解めっき層で形成される凹部を充填している第２電解めっき層とで形成されているスルーホール導体と、を有する。
そして、前記第２電解めっき層を形成する電解めっきの結晶の粒径は、前記第１電解めっき層を形成する電解めっきの結晶の粒径よりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態のプリント配線板のスルーホール導体の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真。
【図２】実施形態のプリント配線板のスルーホール導体の断面を模式的に示す説明図。
【図３】実施形態のプリント配線板のスルーホール導体の第１電解めっき層を形成するためのパルス波形の例。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の一実施形態のプリント配線板が詳細に説明される。図１は、本発明の一実施形態のプリント配線板のスルーホール導体の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真であり、図２は、実施形態のプリント配線板のスルーホール導体の断面を模式的に示す説明図である。図１に示されるサンプルの作成方法が以下に示される。
【００１０】
まず、ミクロトームによりスルーホール導体を削ることでスルーホール導体の断面が露出される。その後、イオンミリングまたは集束イオンビーム加工（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ−ｂｅａｍ  Ｍｉｌｌｉｎｇ）によりスルーホール導体の断面が微細に加工される。これにより、断面を観察するためのサンプルが完成する。サンプルはＦＥ−ＳＥＭ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）等により観察される。
サンプル作成方法や観察方法の例が以下に示されている。
（ミクロトーム）
装置名：Ｌｅｉｃａ（ライカ）社製のミクロトーム（型番：ＲＭ２１６５／ＲＭ２２６５）
（微細加工）
加工方法：Ａｒイオンミリング
装置名：ＪＥＯＬ（日本電子株式会社）製のクロスセクションポリシャ（型番：ＳＭ−０９０１０）
加工条件：加速電圧：４〜６ｋＶ、電流：２０μＡ〜４０μＡ
（観察）
観察方法：ＦＥ−ＳＥＭ（電解放射型走査電子顕微鏡）
装置名：ＪＥＯＬ（日本電子株式会社）製のＦＥ−ＳＥＭ（型番：ＪＳＭ−７００１）
撮影倍率：３５０倍〜３０，０００倍
加速電圧：７．０ｋＶ
備考：反射電子像
【００１１】
実施形態のプリント配線板は、図２に示されるように、第１面Ｆと第１面と反対側の第２面Ｓとを有する絶縁性樹脂基板１と、絶縁性樹脂基板１の第１面Ｆ上に形成されている第１導体層２と、絶縁性樹脂基板１の第２面Ｓ上に形成されている第２導体層３と、絶縁性樹脂基板１を貫通し第１導体層２と第２導体層３を電気的に接続しているスルーホール導体５で形成されている。スルーホール導体５は絶縁性樹脂基板１の貫通孔４内に形成されている。
【００１２】
絶縁性樹脂基板１は、ガラスクロスなどの補強材と硬化済みの樹脂で形成されている。第１および第２導体層２、３は、複数の導体回路を含み、絶縁性樹脂基板１に積層されている金属箔（銅箔）６と、金属箔６上に形成されている無電解めっき層（無電解銅めっき層）７と、無電解めっき層７上に形成されている電解めっき層（電解銅めっき層）８とによりそれぞれ形成されている。
【００１３】
絶縁性樹脂基板１の貫通孔（スルーホール導体用の貫通孔）４はストレート孔として形成され、スルーホール導体５は、その貫通孔４の内壁上に形成されているシード層としての無電解めっき層（無電解銅めっき層）７と、その無電解めっき層７上に形成されている電解めっき層（電解銅めっき層）８とにより形成されている。貫通孔４は電解めっき層８で充填されている。
【００１４】
スルーホール導体５を形成する電解めっき層８は、無電解めっき層７に沿って形成されていて貫通孔４を略中央部で閉じている第１電解めっき層９を有する。その第１電解めっき層９により第１面Ｆ側と第２面Ｓ側に第１凹部Ｒ１と第２凹部Ｒ２がそれぞれ形成される。さらに、スルーホール導体５は、凹部Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ充填している第２電解めっき層１０、１１を有している。
【００１５】
そして、図１に示されるように、第１電解めっき層９を形成している電解めっきの結晶粒の大きさは、第２電解めっき層１０、１１を形成している電解めっきの結晶粒の大きさよりも小さい。第１電解めっき層９の結晶の粒径は例えば０．３〜１０μｍであり、第２電解めっき層１０、１１の結晶の粒径は例えば５〜３０μｍである。第１電解めっき層９を形成している結晶の粒径は相対的に小さく、第２電解めっき層１０、１１を形成している結晶の粒径は相対的に大きい。第２電解めっき層１０、１１の結晶の平均粒径は、第１電解めっき層９の結晶の平均粒径の７〜１５倍である。
第１電解めっき層９を形成しているめっき膜の結晶は配向していないことが好ましい。例えば、層状の結晶を積層することで第１電解めっき層９が形成されると、ヒートサイクル等で、第１電解めっき層９を形成している結晶間で剥離が発生する。もしくは、第１電解めっき層９にクラックが入る。そのような不具合を解消するため、第１電解めっき層９を形成している結晶はランダムに成長していることが好ましい。
【００１６】
実施形態のスルーホール導体用の貫通孔４の形状は略円柱である。そのような形状の貫通孔４内にスルーホール導体５が、孔壁から貫通孔４の中心軸ＣＬに向かって成長している第１電解めっき層９と、第１電解めっき層９により形成される凹部Ｒ１、Ｒ２を充填している第２電解めっき層１０、１１で形成されている。中心軸ＣＬは図２に示されている。
【００１７】
第１電解めっき層９は、孔壁から貫通孔４の中心軸に向かって成長している。言い換えると、第１電解めっき層９は絶縁性樹脂基板１の第１面Ｆと平行な方向に成長している。従って、向かい合う壁面から成長している第１電解めっき層９は略中心軸ＣＬの位置でぶつかっている。そのため、壁面から成長している第１電解めっき層９が接触している地点（接触点）を起点として、プリント配線板の反り等により、第１電解めっき層９に応力が働くと考えられる。その応力により、第１電解めっき層９にクラックが入る可能性がある。しかしながら、実施形態では、第１電解めっき層９を形成しているめっき層の結晶の粒径の大きさが第２電解めっき層１０、１１を形成しているめっき層の結晶の粒径の大きさより小さい。そのため、第１電解めっき層９の靱性は高い。従って、接触点に応力が集中しても、第１電解めっき層９にクラックが入りがたい。
【００１８】
また、実施形態では、上述の通り、貫通孔４内に形成されている凹部Ｒ１、Ｒ２は第２電解めっき層１０、１１で充填される。第２電解めっき層１０、１１は、凹部Ｒ１、Ｒ２を充填しているので、第２電解めっき層１０、１１は、概ね、絶縁性樹脂基板１の第１面Ｆと垂直な方向（Ｚ軸方向）に成長している。Ｚ軸は図２に示されている。
【００１９】
スルーホール導体５は、ガラスクロス等の補強材と硬化済の樹脂で形成されている絶縁性樹脂基板（絶縁基板）１を貫通する貫通孔４に形成されている。ここで、ガラスクロスは絶縁基板１の第１面Ｆと略平行に絶縁基板１内に形成されている。そのため、絶縁基板１の第１面Ｆと平行な方向における絶縁基板１の熱膨張係数は小さい。しかしながら、絶縁基板１の第１面Ｆに垂直な方向における絶縁基板１の熱膨張係数は大きい。従って、Ｚ軸方向に成長している第２電解めっき層１０、１１は高い延性を有することが好ましい。そのため、第２電解めっき層１０、１１を形成しているめっき層の結晶の粒径の大きさは第１電解めっき層９を形成しているめっき層の結晶の粒径の大きさより大きいことが好ましい。Ｚ軸方向の応力に対しスルーホール導体５の信頼性を高くするため、貫通孔４を主に充填しているめっき層は第２電解めっき層１０、１１であることが好ましい。ここで、貫通孔４を主に充填しているめっき層は、貫通孔４の体積の５０％より大きな空間を充填しているめっき層のことである。第２電解めっき層１０、１１が貫通孔４の体積の６５％以上の空間を占めるとヒートサイクルでスルーホール導体５の抵抗変化が小さくなる。高い延性を有するめっきで貫通孔４は充填されることが好ましい。
【００２０】
このように、実施形態のプリント配線板のスルーホール導体５は、高い靱性を有する第１電解めっき層９と高い延性を有する第２電解めっき層１０、１１で形成されている。第１電解めっき層９は貫通孔４を閉じていて、第２電解めっき層１０、１１は凹部を充填している。そのため、ヒートサイクルなどでスルーホール導体５がストレスを受けても、スルーホール導体５にクラックなどの不具合が発生しがたい。例えば、ヒートサイクル前後でスルーホール導体５の抵抗を比較することで、効果を検証することができる。
【００２１】
実施形態のプリント配線板は、特開２０００−１０１２４３に示されているビルドアップ配線板のコア基板に利用されてもよい。ビルドアップ配線板の製造方法は、特開２０００−１０１２４３に開示されている。
【００２２】
実施形態のプリント配線板の製造工程が以下に説明される。
（１）市販の両面銅張積層板が出発材料として準備される。両面銅張積層板の絶縁性樹脂基板１の厚みは約１００μｍである。両面銅張積層板にドリルで貫通孔４が形成される。貫通孔の径は８０μｍである。
【００２３】
（２）両面銅張積層板の両面の銅箔６の表面および貫通孔４の内壁にシード層としての無電解めっき層７が無電解銅めっきで形成される。無電解めっき層７の厚みは０．３〜３．０μｍである。
無電解めっき液とめっき条件の例が以下に示されている。
〔無電解銅めっき液〕
ＮｉＳＯ４                    ０．００３  ｍｏｌ／ｌ
酒石酸                        ０．２００  ｍｏｌ／ｌ
硫酸銅                        ０．０３０  ｍｏｌ／ｌ
ＨＣＨＯ                      ０．０５０  ｍｏｌ／ｌ
ＮａＯＨ                      ０．１００  ｍｏｌ／ｌ
α、α’−ビピリジル            １００    ｍｇ／ｌ
ポリエチレングリコール        ０．１０    ｇ／ｌ
〔無電解銅めっき条件〕
時間                          ４０  分
温度                          ３４  ℃
【００２４】
（３）続いて、パルスめっきで無電解めっき層７に沿って第１電解めっき層９が形成される。図２に示されるように、電解めっきの進行に伴い第１電解めっき層９は貫通孔４の中心軸ＣＬ方向に厚みを増す。そして、貫通孔４の内壁から中心軸ＣＬに向かって成長している第１電解めっき層９は、貫通孔４の略中央部で繋がる。貫通孔４は第１電解めっき層９で閉じられる。絶縁性樹脂基板１の第１面Ｆ側に第１凹部Ｒ１が形成され、絶縁性樹脂基板１の第２面Ｓ側に第２凹部Ｒ２が形成される。
【００２５】
第１電解めっき層９を形成する電解銅めっき液の組成とめっき温度の例が以下に示されている。
第１電解めっき層９の結晶の粒径は第２電解めっき層１０、１１の結晶の粒径より細かい（図１参照）。粒径が細かいので、第１電解めっき層９は貫通孔４の内壁上の無電解めっき層７に強固に付着している。
第１電解めっき層９は金属箔６上にも形成される。
〔電解銅めっき液〕
硫酸                          ０．５    ｍｏｌ／ｌ
硫酸銅                        ０．８    ｍｏｌ／ｌ
添加剤（例えば、硫酸鉄）          ５    ｇ／ｌ
レベリング剤                    ５０    ｍｇ／ｌ
光沢剤                          ５０    ｍｇ／ｌ
〔電解銅めっき条件〕
電流密度Ｄｋ１                １〜５    Ａ／ｄｍ２
電流密度Ｄｋ２                ２〜２０  Ａ／ｄｍ２
時間                          ３０      分（Ｄｋ１でのめっき時間＞Ｄｋ２でのめっき時間）
温度                          ３４±２  ℃
【００２６】
第１電解めっき層９を形成するためのパルス波形の例が図３に示されている。横軸は時間であり、縦軸は電流密度を示している。図３のパルスめっきは、周期的にパルス電流の方向が逆転するＰｕｌｓｅ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ  Ｒｅｖｅｒｓｅ（ＰＰＲ）電解めっきである。縦軸の値がプラスの場合、無電解めっき層７上に第１電解めっき層９が析出し、縦軸の値がマイナスの場合、第１電解めっき層９が溶解する。例えば、めっき速度を速くすることや、パルスめっきの採用や、添加剤の添加や、めっき温度の調整等により、第１電解めっき層９を形成している結晶の粒径を小さくすることができる。また、図３に示されるように、実施形態では、析出時の電流密度（Ｄｋ１）は溶解時の電流密度（Ｄｋ２）より小さい。そのため、貫通孔４の断面方向の中心部分の第１電解めっき層９の析出速度は、貫通孔４の断面方向の両端付近の第１電解めっき層９の析出速度より速い。従って、第１電解めっき層９で貫通孔４の断面方向の中心部分が閉じられる。そのため、貫通孔４内に第１電解めっき層９で第１、第２凹部Ｒ１、Ｒ２が形成される。第１電解めっき層９を形成している結晶の粒径の大きさと第２電解めっき層１０、１１を形成している結晶の粒径の大きさの差を大きくするため、Ｄｋ２／Ｄｋ１は５〜２０倍であることが好ましい。
【００２７】
（４）次に、第１凹部Ｒ１に第２電解めっき層１０が形成されるとともに、第２凹部Ｒ２に第２電解めっき層１１が形成される。第１、第２凹部Ｒ１、Ｒ２は電解銅めっきで充填される。
第２電解めっき層１０、１１を形成する電解銅めっき液の組成と条件の例が以下に示されている。
〔電解銅めっき液〕
硫酸                          ２．２４  ｍｏｌ／ｌ
硫酸銅                        ０．２６  ｍｏｌ／ｌ
レベリング剤                  ５０      ｍｇ／ｌ
光沢剤                        ５０      ｍｇ／ｌ
〔電解銅めっき条件〕
電流密度                      ３〜５    Ａ／ｄｍ２
時間                          １５      分
温度                          ２２±２  ℃
【００２８】
第２電解めっき層１０、１１は直流めっきで形成される。また、貫通孔４の端部から第１、第２凹部Ｒ１、Ｒ２の底までの距離が短いので、めっき液が十分に供給される。そのため、第２電解めっき層１０、１１を形成している結晶の粒径は第１電解めっき層９を形成する結晶の粒径より大きくなると考えられる（図１参照）。第２電解めっき層１０、１１の析出速度は第１電解めっき層９の析出速度よりも速い。第２電解めっき層１０、１１は絶縁性樹脂基板１上の第１電解めっき層９上にも形成される。
【００２９】
（５）第２電解めっき層１０、１１上にエッチングレジストが形成される。
（６）エッチングレジストから露出する第２電解めっき層１０、１１、第１電解めっき層９、無電解めっき層７および金属箔６がエッチングで除去される。
（７）エッチングレジストが除去される。これにより、図２に示されるコア基板（プリント配線板）が完成する。
【００３０】
第２電解めっき層１０、１１は直流めっきで形成されているが、第２電解めっき層１０、１１はパルスめっきで形成されても良い。第１、第２凹部Ｒ１、Ｒ２内に形成されている第２電解めっき層１０、１１の高さは、第１や第２導体層２、３の高さと同じであることが好ましい。貫通孔４内の第２電解めっき層１０、１１のめっき層の上面（底と反対の面）が絶縁性樹脂基板１の第１面Ｆや第２面Ｓと概ね同一レベルに達すると、第１、第２凹部Ｒ１、Ｒ２は充填されている。コア基板上にビルドアップ層を形成することができる。
【実施例】
【００３１】
図１に示すスルーホール導体５の第１電解めっき層９を形成するためのパルス波形の例が図３に示されている。実施例の第１電解めっき層９は図３に示されるように、Ｄｋ１とＤｋ２が交互に繰返されることで形成される。Ｄｋ１の１パルスの時間は、Ｄｋ２のパルスの時間より長い。Ｄｋ２の値は、Ｄｋ１の値の５〜２０倍である。実施例の第１電解めっき層９は、００２５段落に示されているめっき液とめっき条件で形成される。実施例では、Ｄｋ１は１Ａ／ｄｍ２であり、Ｄｋ２は１０Ａ／ｄｍ２である。めっき時間は３０分である。その後、００２７段落に示されているめっき液とめっき条件で第２電解めっき層１０、１１が直流めっきにより形成される。電流密度は３Ａ／ｄｍ２である。その後、周知のサブトラクティブ法で図２に示されるプリント配線板が製造される。
【符号の説明】
【００３２】
１  絶縁性樹脂基板
２  第１導体層
３  第２導体層
４  貫通孔
５  スルーホール導体
６  金属箔
７  無電解めっき層
８  電解めっき層
９  第１電解めっき層
１０  第２電解めっき層
１１  第２電解めっき層
ＣＬ  中心軸
Ｆ  第１面
Ｒ１  第１凹部
Ｒ２  第２凹部
Ｓ  第２面
【図２】
2015029027.tif 000003
【図３】
2015029027.tif 000004
【図１】
2015029027.tif 000005