(57)【要約】【課題】スルーホールに穴埋め材を充填したプリント配線板であって、スルーホールから露出した穴埋め材の直上付近に形成した導体層及び絶縁層のクラックの発生を低減することを目的とするものである。【解決手段】絶縁基板１の両面に導電層５が形成された両面基板２０に、貫通孔の内壁にメッキ皮膜３を形成したスルーホール２を有し、スルーホール２に穴埋め材４を充填したプリント配線板２１であって、スルホール２の開口部に充填された穴埋め材の外径をφｓ、導電層５の下面におけるスルホール２の内径をφｍ、メッキ皮膜３の厚みをｔとした場合、０＜〔（φｓ―φｍ）／２〕≦ｔ、の関係式を満たすようにプリント配線板２１を作製する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の両面に導電層が形成された両面基板からなり、該両面基板に穿設された貫通孔の内壁にメッキ皮膜を形成してなるスルーホールを有し、該スルーホールには穴埋め材を充填してなるプリント配線板であって、該導電層と該メッキ皮膜は、該スルーホールの軸方向の端面開口部においてＲ又はテーパを付けて交わり、該端面開口部に充填された穴埋め材の外径をφｓ、該導電層の下面におけるスルホールの内径をφｍ、該メッキ皮膜の厚みをｔとした場合、０＜〔（φｓ−φｍ）／２〕≦ｔ、の関係式を満たすことを特徴とするプリント配線板。
【請求項２】
請求項１の関係式を、２μｍ≦〔（φｓ−φｍ）／２〕≦ｔ、としたことを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
【請求項３】
前記スルーホールから露出した穴埋め材の上面に、導体層を形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリント配線板。
【請求項４】
前記スルーホールの内径が、２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか記載のプリント配線板。
【請求項５】
前記導体層の上面に形成された絶縁層と、該絶縁層の上面に形成された導体パターン層と、該導体層と該導体パターン層とを電気的に接続するビア導体とを有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スルーホールが形成されたプリント配線板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気機器及び電子機器の小型化や軽量化、高密度実装化に伴い、これらを構成するプリント配線板にも、小型化、高密度化が要求されている。
一般にプリント配線板は、絶縁基板の両面に導電層が形成された両面基板に貫通孔を形成し、この貫通孔の内壁に沿って無電解メッキをしてスルーホールを形成し、両面基板の両面に形成した導体層を電気的に接続して形成される。プリント配線板は、スルーホールを形成し空孔が露出すると、導体回路形成の有効面積が小さくなり、プリント配線板の小型化や実装の高密度化が難しくなる。そこで、導体回路形成の有効面積を大きくするため、スルーホールの空孔に穴埋め材が充填され、スルーホールから露出した穴埋め材の上面に導体層が形成される。また、プリント配線板を多層化するためには、前記導体層の上面に絶縁層が積層され、更に、この絶縁層の上面に導体パターン層が形成され、これら導体パターン層と導体層とがビア導体により接続される。
【０００３】
スルーホールに穴埋め材を充填したプリント配線板の構成が特開２０００−３５７８５０号公報に開示されている。
特開２０００−３５７８５０号公報に記載されたプリント配線板は、スルーホールの内壁と穴埋め材との密着性に優れたプリント配線板を提供することを目的とするものである。そのために、スルーホールの内壁に形成した導体表面に凹凸層を形成するとともに穴埋め材の樹脂中に分散材を混合し、スルーホールの内壁と穴埋め材との密着性を向上するものである。
【０００４】
プリント配線板は、回路部品が半田付けやロウ付けなどで接続される際の熱負荷が加えられたり、電子機器内部に実装された後に、回路部品から発生する熱負荷が加えられたりするので、予め、熱負荷を考慮した信頼性評価として熱衝撃試験等が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プリント配線板の高密度化が進みスルーホールが小径化されると、熱衝撃試験等の熱負荷を加えた信頼性試験において、スルーホールから露出した穴埋め材の直上付近に形成した導体層や絶縁層等にクラックが発生し易いという問題点がある。
【０００６】
本発明は、前記問題点を解決するもので、熱衝撃試験において、スルーホールから露出した穴埋め材の直上付近に形成した導体層、絶縁層等のクラックの発生を低減できるプリント配線板を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、絶縁基板の両面に導電層が形成された両面基板からなり、該両面基板に穿設された貫通孔の内壁にメッキ皮膜を形成してなるスルーホールを有し、該スルーホールには穴埋め材を充填してなるプリント配線板であって、該導電層と該メッキ皮膜は、該スルーホールの軸方向の端面開口部においてＲ又はテーパを付けて交わり、該端面開口部に充填された穴埋め材の外径をφｓ、該導電層の下面におけるスルーホールの内径をφｍ、該メッキ皮膜の厚みをｔとした場合、０＜〔（φｓ−φｍ）／２〕≦ｔ、の関係式を満たすことを特徴とする。
【０００８】
スルーホールの端面開口部分に充填されている穴埋め材の外径φｓと導電層の下面におけるスルーホールの内径φｍとの差の１／２が、スルーホールのメッキ皮膜の厚みｔを越える場合、絶縁基板とスルーホールのメッキ皮膜との熱膨張の不整合、更には穴埋め材との熱膨張の不整合と相まって、スルーホールの軸方向の端面開口部を覆う穴埋め材周辺にクラックが発生し易いことが実験によって得られた。
【０００９】
つまり、図２の（ｂ）に表したように、プリント配線板は、スルーホール２の軸方向の端面開口部における角部のＲが大きすぎたり、穴埋め材４表面の研磨が十分でなかったりすると、スルーホール２の軸方向の端面開口部に充填されている穴埋め材の外径φｓ−１が大きくなり、導電層５の下面におけるスルーホール２の内径φｍ−１との差の１／２が、スルーホール２のメッキ皮膜３の厚みｔ１を越える。そして、穴埋め材４はスルーホール２の軸方向の端面開口部における角部のＲ（図２（ｂ）におけるｄの範囲）にかかり、延いては導電層５の上面にも穴埋め材４が覆うことになる。
【００１０】
また、絶縁基板１とスルーホール２のメッキ皮膜３は、スルーホール２の軸方向に熱膨張差がある。一般に知られている高耐熱用ガラスエポキシ基板（ＦＲ−５）を絶縁基板１に用い、銅をスルーホール２のメッキ皮膜３に用いると、前記熱膨張計数の差が４０ｐｐｍ／℃（一般的なＦＲ５の熱膨張係数は６０ｐｐｍ／℃、銅の熱膨張係数は１６ｐｐｍ／℃である）を越える場合がある。
【００１１】
そのため、請求項１に記載のプリント配線板は、スルーホールの端面開口部に充填されている穴埋め材の外径φｓと導電層の下面におけるスルーホールの内径φｍとの差の１／２が、スルーホールのメッキ皮膜の厚み以下にする。これにより、スルーホールから露出した穴埋め材の上面に導体層や絶縁層を形成すれば、熱衝撃試験において穴埋め材の直上付近の導体層及び絶縁層のクラックの発生を低減できるという作用効果が得られる。
【００１２】
一般に、スルーホールは、ドリルを用いて開口され、小径のスルーホ―ルに至っては炭酸ガスレーザーなども用いて開口される。その後、スルーホールをデスミア液等で処理した後、メッキを行いスルーホールの内壁にメッキ皮膜を形成する。この際、絶縁基板両面のスルーホールの縁端周囲に、スルーホールの内壁のメッキ皮膜から延長した導電層（メッキ層）が形成される。次いで、スルーホールに穴埋め材を充填し、予備硬化又は本硬化後に穴埋め材の表面を研磨する。この際、絶縁基板の表面に露出した穴埋め材の表面とスルーホール周囲に形成した導電層の上面とが平坦になるように研磨する。
【００１３】
前記スルーホールの端面開口部に充填された穴埋め材の外径φｓ、導電層の下面におけるスルーホールの内径φｍ等の測定は次のように行うとよい。
まず、前記の研磨後に、スルーホールの断面が露出するように配線基板を切断する。次いで、スルーホールの断面が露出した切断片をエポキシ樹脂内に浸漬して硬化させモールドする。次いで、前記切断片をスルーホールの中心部の断面が露出するように徐々に目の細かい研磨剤を用いて研磨する。次いで、走査型電子顕微鏡や顕微鏡などを用いて、前記スルーホールの中心部の断面を２００倍程度に拡大し、スルーホールの端面開口部に充填された穴埋め材の外径φｓ、導電層の下面におけるスルーホールの内径φｍ等を測定する。
【００１４】
前記スルーホールの断面は、図２のように表れる。
図２の（ａ）において、絶縁基板１には、貫通孔の内壁にメッキ皮膜３が形成されたスルーホール２が形成され、このスルーホール２に穴埋め材４が充填されている。また、絶縁基板１の上面と下面には、スルーホール２の縁端部周囲に、スルーホール２の内壁のメッキ皮膜３から延長した導電層（換言すれば、絶縁基板の両面に形成された導電層である）５が形成されている。φｓ−１は、絶縁基板１上面におけるスルーホール２の軸方向の端面開口部に充填された穴埋め材の外径であり、φｓ−２は、絶縁基板１下面におけるスルーホール２の軸方向の端面開口部に充填された穴埋め材の外径である。φｍ−１は絶縁基板１上面の導電層５の下面（図２においてＰ−Ｐで表れる面）におけるスルホール２の内径であり、φｍ−２は絶縁基板１下面の導電層５の下面（図２においてＱ−Ｑで表れる面）におけるスルーホール２の内径である。
【００１５】
スルーホールの軸方向の端面開口部に充填された穴埋め材の外径φｓは、φｓ−１とφｓ−２の平均値とすればよい。
導電層の下面におけるスルーホールの内径φｍは、スルーホール２の内壁が必ずしも直線状に形成されないので、φｍ−１とφｍ−２の平均値とすればよい。
【００１６】
前記メッキ皮膜の厚みｔは、φｍ−１におけるメッキ皮膜の厚み平均を測定してｔ１とし、φｍ−２におけるメッキ皮膜の厚み平均を測定してｔ２とし、ｔ１とｔ２の平均値とすればよい。
本発明で用いる穴埋め材は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでも良い。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂が好適である。特に、液状のビスフェノール型やアミノフェノール型が、流動性や耐熱性が良くて好ましい。硬化剤としては、酸無水物、フェノール樹脂、イミダゾール系やアミンアダクトなどの一般的なエポキシの硬化剤を用いることができる。特に酸無水物やイミダゾール系は、流動性や取り扱い性が良くて好ましい。
【００１７】
穴埋め材には、熱膨張を制御するために充填材を含有させた方がよい。ここでいう「充填材」とは、セラミックフィラー、誘電体フィラー、金属フィラー等をいう。セラミックフィラーとしては、シリカ、硫酸バリウム、アルミナ、タルク、窒化アルミ等がよい。誘電体フィラーとしては、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛等がよい。金属フィラーとしては、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、チタン、クロム、錫と鉛の合金、パラジウム、プラチナ等やこれらに錫や種々の合金をコーティングしたもの等が使用できる。フィラーの粒径は、スルーホールのメッキ皮膜の厚みより小さいものが好ましい。その理由は、フィラーの粒径がメッキ皮膜の厚みより大きいと、スルーホールの軸方向の端面開口部に充填された穴埋め材（図２（ｂ）におけるｄの範囲）中のフィラー成分が極度に減少し、この部分の穴埋め材の熱膨張係数が大きく変動する（下がる）可能性があるからである。また、フィラーや粉末状の硬化剤の沈降を防止するためには、沈降防止剤として、シリカ、チタニア、アルミナ等の無機超微粒子や高分子系の分散材を含むと良い。また、これらフィラーの表面に樹脂との密着性を向上させたり、穴埋め材に充填材の添加量を増加させたりするためにシランカップリング剤等によるカップリング処理や防錆処理等を行っても良い。
【００１８】
これら穴埋め材の物性は、弾性率が３．０ＧＰａ〜６．５ＧＰａの範囲であることが好ましい。その理由は、６．５ＧＰａを越えると、スルーホール２の軸方向の端面開口部に充填された穴埋め材（図２（ｂ）におけるｄの範囲）にクラックが入り易いからである。一方、３．０ＧＰａ未満の場合は、穴埋め材の熱膨張がメッキ皮膜の熱膨張とかけ離れたり、耐熱性等の物性に問題を生じたりするからである。
【００１９】
ここで用いられる絶縁基板としては、基材にガラスクロス、ガラスフィラー、有機不織布、有機シート等を用い、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、変性ポリフェニレンエーテル樹脂などを含浸、塗布したもの又は単独のものを使用することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプリント配線板において、関係式を、２μｍ≦〔（φｓ−φｍ）／２〕≦ｔ、としたことを特徴とする。
請求項２に記載のプリント配線板によれば、スルーホールの端面開口部に充填されている穴埋め材の外径φｓと導電層の下面におけるスルーホールの内径をφｍ、との差の１／２を２μｍ以上にすることで、スルーホールから露出した穴埋め材の上面に導体層や絶縁層を形成すれば、熱衝撃試験において穴埋め材の直上付近の導体層及び絶縁層のクラックの発生を低減できるという作用効果が実験によって得られた。
【００２１】
つまり、スルーホールの開口部分に充填されている穴埋め材の外径と導電層の下面におけるスルーホールの内径をφｍとの差の１／２が２μｍ未満であると、スルーホール開口部の穴埋め材外径の角部に、応力集中が発生し易く、これによって、穴埋め材の直上付近の導体層及び絶縁層のクラックが発生し易くなるので好ましくない。本プリント配線板によれば、前記応力集中を低減でき、さらに、スルーホールに穴埋め材を充填する際に、充填性が向上する。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のプリント配線板において、前記スルーホールから露出した穴埋め材の上面に、導体層を形成したことを特徴とする。
請求項３に記載のプリント配線板によれば、スルーホールの上面に導体層を形成することによって、導体回路形成の有効面積が大きくなり、小型化や高密度化ができるという作用効果が得られる。また、このプリント配線板は、請求項１、２に記載のスルーホールを形成したプリント配線板を用いているので、スルーホールの上面に導体層が形成され、穴埋め材が導体層によって覆われた構成であっても、導体層やメッキ皮膜、絶縁層等の、熱衝撃によるクラック等の発生を低減できる。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか記載のプリント配線板において、前記スルーホールの内径が、２００μｍ以下であることを特徴とする。
プリント配線板は、スルーホールの内径が２００μｍ以下の小径においては、穴埋め材の直上付近の導体層や絶縁層等の僅かなクラックの発生によって電気回路の導通不良に至る場合があり、プリント配線板の信頼性に大きな影響を与える。
【００２４】
請求項４に記載のプリント配線板によれば、請求項１乃至請求項３の何れか記載のプリント配線板を用いているので、スルーホールの内径が２００μｍ以下であっても、熱衝撃試験において穴埋め材の直上付近の導体層及び絶縁層のクラックの発生が低減され信頼性が良く、プリント配線板の高密度実装や小型化が有効となる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載のプリント配線において、前記導体層の上面に形成された絶縁層と、該絶縁層の上面に形成された導体パターン層と、該導体層と該導体パターン層とを電気的に接続するビア導体とを有することを特徴とする。
【００２６】
前記絶縁層の線膨張係数は、一般に、５０〜９０ｐｐｍ／℃であり、ビアホールに充填する導電材の線膨張係数係数（例えば、銅の線膨張係数は１６ｐｐｍ／℃である）とは大きく異なるので、このプリント配線板に熱負荷を加えると前記応力や熱膨張差により穴埋め材にクラックが発生し易く、さらには、導体層や絶縁層にもクラックを誘発し導通不良に至ることがあり、多層化が困難になりがちである。
【００２７】
請求項５に記載のプリント配線板によれば、請求項３又は請求項４に記載のプリント配線板を用いているので、熱衝撃試験において穴埋め材の直上付近の導体層及び絶縁層のクラックの発生が低減できて信頼性が良く、スルーホールの上面に導体層と絶縁層とを高密度に多層化したプリント配線板が得られる。
【００２８】
ビアホールに充填しビア導体を形成する導電材とは、導電ペースト、金属や金属合金、金属メッキを指す。導電ペーストとしては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂に導電性を発現する金、銀、銅等の金属フィラーを混合したペーストが挙げられる。また、金属や金属合金として、錫、半田などで代表される比較的融点の低い合金が好ましく、穴埋め材の上面に積層した導体層に拡散するものが好ましい。金属メッキとして、銅、金、ニッケル、半田、などのメッキが挙げられる。特に、コストや電気特性を考慮すると銅が好ましい。これらの導電材は、穴埋め材を覆う導体層との機械的、電気的接続が可能である。また、これらの導電材のうち１種類のみを用いても良いが、複数種類を組み合わせて用いても良い。例えば、ビアホールの内壁表面を銅メッキした後に、ビアホールに導電性ペーストを充填して塞ぐ手法や、金属合金と銅メッキを組み合わせて塞ぐ手法を用いても良い。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
（１）まず、ガラスクロスを含有した厚み８００μｍのビスマレイミドトリアジン樹脂製の絶縁基板１にドリルを用いて１５０μｍの貫通孔を形成し、この貫通孔に公知のデスミア処理を行った。次いで、貫通孔の内壁に銅メッキをしてメッキ皮膜３を形成し、スルホール２を形成した。このとき、メッキ皮膜３の厚みは２５μｍにした。また、同時に絶縁基板１の両面においてスルーホール２の外周円端部にメッキ皮膜３と導通する導電層（メッキ層）５を形成し、両面基板２０を作製した。
【００３０】
（２）次いで、穴埋め材４として、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂にシリカーフィラーとイミダゾール系硬化剤、消泡剤、増粘剤を添加して混練したものを作製した。
（３）次いで、絶縁基板１を用い、スルーホール２に穴埋め材４を印刷して充填し、１５０℃の温度で加熱硬化させた。その後、絶縁基板１上面における穴埋め材４表面と導電層５の上面とが平坦な面になるように公知のベルトサンダー研磨とバフ研磨とを行った。このとき、研磨条件を変化させて表１に示す２種類のサンプルを得た。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１において、実施例Ａは、スルーホール２の軸方向の端面開口部に充填された穴埋め材の外径φｓが１３０μｍ、導電層の下面におけるスルホールの内径φｍが１００μｍである。前記φｓとφｍの数値を、〔（φｓ−φｍ）／２〕の関係式にそれぞれを代入すると、〔（φｓ−φｍ）／２〕＝１５μｍであり、メッキ皮膜の厚みｔが２５μｍであるので、０＜〔（φｓ−φｍ）／２〕≦ｔ、の条件を満たす。
【００３３】
比較例Ｂは、スルーホール２の軸方向の端面開口部に充填された穴埋め材の外径φｓが２００μｍ、導電層の下面におけるスルホールの内径φｍが１００μｍである。〔（φｓ−φｍ）／２〕の関係式にそれぞれを代入すると、〔（φｓ−φｍ）／２〕＝５０μｍであり、メッキ皮膜の厚みｔが２５μｍであるので、０＜〔（φｓ−φｍ）／２〕≦ｔ、の条件を満足しない。
【００３４】
（４）次いで、スルーホール２の上面に露出した穴埋め材４の表面にデスミア処理を行った後、穴埋め材４の表面を覆うように銅メッキして導体層６を形成するとともに、導体層６のパターンニングを行った。
（５）次いで、導体層６表面にマイクロエッチング（ＣＺ処理）をして導体層６表面を凹凸にした後、エポキシ樹脂を主成分とした絶縁層７を導体層６及び絶縁基板１の上面にラミネートし、硬化させた。その後、絶縁層７に、炭酸ガスレーザーを用いて、９０μｍのビアホールを形成し、このビアホールに、デスミア処理を行った後、銅メッキをして銅金属からなる導電材９を充填しビア導体８形成した。同時に絶縁層７上面に銅メッキして導体パターン層１０を形成するとともに、導体パターン層１０のパターンニングを行った。
【００３５】
（６）次いで、前記（５）の工程を、前記絶縁層７上面の導体パターン層１０上に繰り返し、絶縁層１１と導体パターン層１２とを順次形成し、導体パターン層１０と導体パターン層１２をビア導体１３により電気的、機械的に接続を行った。その後、最上段の導体パターン層１２にマイクロエッチング（ＣＺ処理）をして銅表面を凹凸にした後、エポキシ樹脂を主成分とするソルダーレジスト（図示せず）を印刷し、露光現像によりパターンニングし硬化させ、プリント配線板２１を得た。
【００３６】
次いで、プリント配線板２１を、−５５℃〜＋１３０℃の温度で２０００サイクル繰り返して熱衝撃試験を行った。その後、プリント配線板２１を取り出し、スルーホールの断面を、２００倍に顕微鏡で拡大して観察し、穴埋め材４、穴埋め材４上面の導体層６、絶縁層７等のクラックの有無を確認し、クラックの発生数を表２に表した。クラックの有無の確認に用いたスルーホール２の試料数は、実施例Ａ、比較例Ｂともに２００個である。
【００３７】
表１に示すように、本発明の実施例Ａはクラックの発生が試料数２００個あたり１個でありクラックの発生数を低減できた。一方、比較例Ｂはクラックの発生が試料数２００個あたり６３個であり実施例Ａに較べ、クラックの発生数が顕著に多いことが判る。
【００３８】
以上のように、本発明の実施形態によれば、−５５℃〜＋１３０℃で２０００サイクル繰り返して熱衝撃試験を行うと、穴埋め材４、穴埋め材４上面の導体層６、絶縁層７等にクラックの発生が少ないプリント配線板２１が得られた。
尚、本発明の実施形態において、スルーホール２のメッキ皮膜３を形成するために銅メッキを用いたが、他の低抵抗を有する金属メッキでもよい。
【００３９】
また、本発明の実施形態において、ビアホールに充填する導電材９は銅メッキを用いたが、他の低抵抗を有する金属メッキでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のプリント配線板においてスルーホールが表れる断面図である。
【図２】スルーホールの構造を説明する断面図である。
【符号の説明】
１…絶縁基板、２…スルーホール、３…メッキ皮膜、４…穴埋め材、５…導電層（メッキ層）、６…導体層、７，１１…絶縁層、８，１３…ビア導体、９…導電材、１０，１２…導体パターン層、２０…両面基板、２１…プリント配線板。
【図１】
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【図２】
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