(57)【要約】【課題】熱が負荷されても、導体層間の電気的接続が維持され信頼性が低下しない、スタックビアを有する多層プリント配線板を提供する。【解決手段】スタックビア５を有する絶縁層３の内、最もベース基板側の絶縁層を１番目としたときの、ｊ番目（１≦ｊ≦ｍ，ｊは自然数）となるｊ番目絶縁層３の厚さをＴｊとし、前記ｊ番目絶縁層３に形成されたビア５がベース基板１側の導体層２に接続する接続面の直径をＤｊとし、ｊ＝１における接続面の直径をＤｓとしたときに、〔数１〕かつ〔数２〕となるように構成した。また、ビア５を導体が充填されたフィルドビア５とした。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板に導体層と絶縁層とを交互に積層して前記絶縁層を所定の層数ｎ（ｎは自然数）形成し、
前記絶縁層の内、連続した所定の層数ｍ（２≦ｍ≦ｎ，ｍは自然数）の前記絶縁層に、前記導体層の層間の導通をとるビアが前記積層方向に連結して形成されて成る多層プリント配線板において、
前記ビアを有する前記絶縁層の内、最も前記ベース基板側の前記絶縁層を１番目としたときに、ｊ番目（１≦ｊ≦ｍ，ｊは自然数）となるｊ番目絶縁層の厚さをＴｊとし、
前記ｊ番目絶縁層に形成された前記ビアが、該ビアに対して前記ベース基板側の前記導体層に接続する接続面の直径をＤｊとし、
ｊ＝１における前記直径をＤｓとしたときに、
前記Ｄｊと前記Ｄｓと前記Ｔｊとが、
【数１】
2004335506.tif 000009
かつ
【数２】
2004335506.tif 000010
となる構成にしたことを特徴とする多層プリント配線板。
【請求項２】
前記ビアは導体が充填されたフィルドビアであることを特徴とする請求項１記載の多層プリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層プリント配線板に係り、特に層間の導通をとるビアを積層方向に連結したスタックビアを備えた多層プリント配線板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のプリント配線板は、導体パターンの多層化やパターンの細線化等によって高密度実装が可能なように形成されている。導体パターンの多層化の例として、ベース基板上にアディティブプロセス（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）によって導体層と絶縁層とを交互に積層し、ビルドアップ層を形成した多層プリント配線板がある。
【０００３】
この多層プリント配線板では、導体パターンの各層間の電気的接続はビアホール（Ｖｉａ−Ｈｏｌｅ）を介して行われている。特に、絶縁層を貫通して形成される各層のビアホールを積み重ねるように配置した、いわゆるスタックビア化を採用することで、多層プリント配線板の表面積の内、層間接続のみに利用される面積を大幅に少なくして実装効率を向上させることができる。
従って、スタックビアを備えた多層プリント配線板は、少ない表面積でも高密度に配線を形成することができるのである。
このような多層プリント配線板の一例が特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２６１２３２号公報〔段落番号０００４，図２２（Ｂ）〕
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスタックビアを備えた多層プリント配線板においては、熱を加えることによって導体層の層間の電気的接続が切断し信頼性が低下するという問題があった。
これは、導体パターン層と絶縁層との熱膨張率の大きな違いにより層間に歪みが発生し、この層間歪みによる応力負荷が導体接続面であるビア底面部に集中して剥離等が生じることに起因する。
【０００６】
そこで本発明が解決しようとする課題は、熱が負荷されても、導体層間の電気的接続が維持され信頼性が低下しない多層プリント配線板を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の構成を有する。
即ち、請求項１は、ベース基板１に導体層２と絶縁層３とを交互に積層して前記絶縁層３を所定の層数ｎ（ｎは自然数）形成し、前記絶縁層３の内、連続した所定の層数ｍ（２≦ｍ≦ｎ，ｍは自然数）の前記絶縁層３に、前記導体層２の層間の導通をとるビア５が前記積層方向に連結して形成されて成る多層プリント配線板において、
前記ビア５を有する前記絶縁層３の内、最も前記ベース基板１側の前記絶縁層３を１番目としたときに、ｊ番目（１≦ｊ≦ｍ，ｊは自然数）となるｊ番目絶縁層３の厚さをＴｊとし、前記ｊ番目絶縁層３に形成された前記ビア５が、該ビア５に対して前記ベース基板１側の前記導体層２に接続する接続面の直径をＤｊとし、ｊ＝１の前記直径をＤｓとしたときに、前記Ｄｊと前記Ｄｓと前記Ｔｊとが、
【数３】
2004335506.tif 000003
かつ
【数４】
2004335506.tif 000004
となる構成にしたことを特徴とする多層プリント配線板であり、
請求項２は、前記ビア５は導体が充填されたフィルドビア５であることを特徴とする請求項１記載の多層プリント配線板である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図６を用いて説明する。
図１は、本発明の多層プリント配線板の実施例を示す断面図である。
図２は、本発明の多層プリント配線板の実施例の要部を示す断面図である。
図３は、本発明の多層プリント配線板の実施例を作製する工程を説明する図である。
図４は、本発明の多層プリント配線板の実施例の評価結果を示す図である。
図５は、本発明の多層プリント配線板の実施例の他の評価結果を示す図である。
図６は、本発明の多層プリント配線板の他の実施例の要部を示す断面図である。
【０００９】
まず、本発明の多層プリント配線板の好ましい実施例を作製する方法の一例を工程に沿い図３を用いて説明する。
この実施例のベース基板１は、周知の銅張り積層板である。もちろん、銅張り積層板に限るものではない。また、以下、ベース基板の表面側への積層について説明するが、裏面側にも同様に積層してもよいものである。また、以下の説明におけるビアは、めっきにより導体が充填されたフィルドビアである。
【００１０】
予めベース基板１の表面の銅層（第１の導体層２Ａ）を周知の方法で加工し第１の導体パターン２Ａｐを形成しておく〔図３（ａ）参照〕。
【００１１】
（工程１）〔図３（ｂ）参照〕
ベース基板１と第１の導体パターン２Ａｐとの表面上に、絶縁層形成用のアディティブ接着剤を塗布し、第１の絶縁層３Ａを形成する。厚さは数十μｍ程度に適宜設定される。
【００１２】
（工程２）〔図３（ｃ）参照〕
形成された第１の絶縁層３Ａに対して周知の加工方法（露光／現像による除去加工あるいはレーザによる除去加工等）により、所定の位置にビア形成用穴４を設ける。このビアの底面の内径Ｄ１は、１００μｍ〜２００μｍ程度に設定する。
【００１３】
（工程３）〔図３（ｄ）参照〕
第１の絶縁層３Ａ表面に対して、粗化処理，触媒核付与及び触媒活性化処理を施した後、無電解めっきにより下地めっき層を形成する。さらに、電解パネルめっきを施して、第２の導体層２Ｂを形成する。このとき、ビア形成用穴４の内部には析出しためっき層が充填し、第１のフィルドビア５Ａが形成される。
【００１４】
（工程４）〔図３（ｅ）参照〕
第１の絶縁層３Ａの表面上に形成された第２の導体層２Ｂをエッチングすることで、所定形状の第２の導体パターン２Ｂｐを形成する。
【００１５】
この後、（工程１）から（工程４）までを組工程とし、この組工程を繰り返し実施することで所望の層数の多層プリント配線板を作成することができる。
組工程を４回繰り返して形成した４層の多層プリント配線板の例が図１である。
また、上述した各工程は連続して実施されなくてもよく、間に他の工程が挿入されてもよいものである。
【００１６】
以下の説明では、各部位を各層に対応した名称で記載する。
具体的には、第１層の部位の名称は、上述のように第１の〜と称し符号末尾にＡを付与し、第２層の部位の名称は、第２の〜と称し符号末尾にＢを付与し以下同様とする。
また、ｆ番目の層である第ｆ層の部位は、第ｆの〜と称し符号末尾にｆを付与する。
また、絶縁層の厚さＴは積層する導体層表面からの厚さであり、このＴの符号については、層の順番にＴ１，Ｔ２，…，Ｔｆ，…と付与し、ビアの底面直径Ｄの符号については、同じくＤ１，Ｄ２，…，Ｄｆ，…と付与する。
【００１７】
さて、本実施例は、上述した工程で作成する多層プリント配線板において、各層のビア５の底面直径Ｄと各層の絶縁層３の厚さＴとを所定の関係を満足するように形成するものである。これについて、以下に詳述する。
【００１８】
まず、理解を容易にするために、層数を２とした場合について図２（ａ）を用いて説明する。
図２（ａ）において、第１層は、ベース基板１の表面上に形成された第１の導体パターン２Ａｐと、その表面上に積層された厚さＴ１を有する第１の絶縁層３Ａと、第１の絶縁層３Ａの所定部位を除去して設けられた底面直径Ｄ１を有する第１のフィルドビア５Ａとからなる。
また、第２層は、第１のフィルドビアと一体化して形成された第２の導体パターン３Ｂｐと、その表面上に積層された厚さＴ２を有する第２の絶縁層３Ｂと、第２の絶縁層３Ｂの所定部位を除去して設けられた底面直径Ｄ２を有する第２のフィルドビア５Ｂとからなる。
【００１９】
ここで、絶縁層３の厚さＴとフィルドビア５の底面直径Ｄは下記条件を満足するように形成されている。
即ち、
Ｄ２≧Ｔ２  かつ  Ｄ１≧Ｔ１＋Ｔ２
である。
この条件を満足するように絶縁層３の厚さＴとフィルドビア５の底面直径Ｄを設定することで、外部からの熱負荷に対しても、導体層間の電気的接続の信頼性が低下しない多層プリント配線板を得ることができる。
【００２０】
本発明者らは、鋭意研究の結果、上述の条件を見い出したものであり、以下に詳述する。
本発明者らは、導体層と絶縁層との熱膨張率がそれらの材質の違いによって大きく異なることに着目した。そして、研究の結果、この熱膨張率の違いにより、外部からの熱負荷によって絶縁層の厚さに応じて発生する応力が、フィルドビアとそのフィルドビアが接触する下位層の導体パターン上面との境界に集中するという考察を導くに至った。
そこで、第２層の第２のフィルドビア５Ａの底面直径Ｄ２と、第２層の第２の絶縁層３Ｂの厚さＴ２との関係が信頼性に与える影響を評価するために、以下に示す仕様により供試品を作製し、信頼性評価１を行った。
【００２１】
＜信頼性評価１＞
第２のフィルドビア５Ｂの底面直径Ｄ２を１０μｍから１００μｍまでの１０μｍピッチの１０種類とし、第２の絶縁層３Ｂの厚さＴ２を１０μｍから８０μｍまでの１０μｍピッチの８種類とし、それぞれを組み合わせた寸法形状のフィルドスタックビアを有する２層のプリント配線板を８０種類作成して供試品とした。
この供試品の、第１層のフィルドビア５Ａの底面直径は、その寸法の形状の影響を無視できるように１５０μｍ一定とし、第１層の絶縁層３Ａの厚さＴ１は同様に厚さ５０μｍ一定とし、第１，第２の導体層２Ａ，２Ｂの厚さは同様に２０μｍ一定とした。
【００２２】
上述の仕様で作成した供試品の信頼性をホットオイルテストにより評価した。
この評価方法は、供試品を加熱オイル中に一定時間浸漬した後、大気中に一定時間放置する、という処理を繰り返して行い、電気的に断線状態となる繰り返し数（サイクル数）を測定して評価するものである。
この評価は、サイクル数が多い程信頼性に優れることを意味する。
通常のホットオイルテストによるプリント配線板の品質評価基準は、供試品を２６０℃のオイルに１０秒間浸漬した後、２０℃の大気中に２０秒間放置するという処理を繰り返して行い、断線状態となる繰り返し処理数が１００回以上のものを良品とするのが通常であるが、特に信頼性を重視して評価する場合、安全率をさらにみこんだより厳しい処理条件と基準で評価する。
本実施例もこの厳しい処理条件と基準で評価しており、具体的には、供試品を２６０℃のオイルに３０秒間浸漬した後、２０℃の大気中に１５秒間放置するという処理を繰り返し、断線状態となる処理繰り返し数が３０回以上となったものを良品とするというものである。また、本評価においては、この処理の繰り返しを最大５０回まで実施した。
【００２３】
この評価１の評価結果を図４に示す。
図４（Ａ）は、断線サイクル数（回）の測定値を示した表であり、図４（Ｂ）は、上述した処理を５０回繰り返しても断線しなかったものを◎とし、３０回以上５０回未満で断線したものを○とし、３０回未満で断線したものを×として３段階評価した結果を示す表である。
この結果から、Ｄ２≧Ｔ２とすることで断線サイクル数を３０回以上に維持することが可能になることがわかった。
【００２４】
次に、上述したように各絶縁層の厚さの総厚さに応じた応力が、第１層の第１のフィルドビア５Ａの底面（下位の導体層との境界面）に負荷を与えているという考察に基づいて、第１層のフィルドビア５Ａの底面直径Ｄ１と、第１の絶縁層３Ａの厚さＴ１と第２の絶縁層３Ｂの厚さＴ２との和との関係が信頼性に与える影響を評価するために、以下に示す仕様により供試品を作製し、信頼性評価２を行った。
【００２５】
＜信頼性評価２＞
第１のフィルドビア５Ａの底面直径Ｄ１を５０μｍから１５０μｍまでの１０μｍピッチの１１種類とし、第２の絶縁層３Ｂの厚さＴ２を５０μｍ一定として、第１の絶縁層３Ａの厚さＴ１を増減させて、総厚さＴ１＋Ｔ２を６０μｍから１５０μｍの１０μｍピッチの１０種類とし、それぞれを組み合わせた寸法形状のフィルドスタックビアを有する２層のプリント配線板を１１０種類作製して供試品とした。
第２のフィルドビア５Ｂの底面直径Ｄ２は、その形状の影響を無視できるように１００μｍ一定とし、第１，第２の導体層２Ａ，２Ｂの厚さは同様に２０μｍ一定とした。
【００２６】
上述の仕様で作製した供試品の信頼性をホットオイルテストにより評価した。評価方法と評価基準は、信頼性評価１の場合と同様である。
この信頼性評価２の評価結果を図５に示す。
図５（Ａ）は、断線サイクル数（回）の測定値を示した表であり、図５（Ｂ）は、図４（Ｂ）と同様の◎，○，×の３段階で評価した結果を示している。
この結果から、Ｄ１≧Ｔ１＋Ｔ２とすることで、断線サイクル数を３０回以上に維持することが可能になることがわかった。
【００２７】
従って、上述したように、層数を２層として２層のフィルドスタックビアを形成した多層プリント配線板は、信頼性評価１及び信頼性評価２の結果に基づいて、
Ｄ２≧Ｔ２  かつ  Ｄ１≧Ｔ１＋Ｔ２  の条件を満足するように絶縁層の厚さとフィルドビアの底面直径を設定することで、熱負荷により生じる応力の影響を受けずに極めて信頼性の高い多層プリント配線板を得ることができる。
【００２８】
さて、層数を３層以上とした多層プリント配線板においても、上述した条件を拡張した以下の条件を満足するように絶縁層の厚さとフィルドビアの底面直径を設定することで、熱負荷により生じる応力の影響を受けずに極めて信頼性の高い多層プリント配線板を得ることができる。
即ち、総層数ｎ層の多層プリント配線板において、
（１）ｆ番目の層における第ｆのフィルドビア５Ｆの底面直径Ｄｆは第ｆの絶縁層３Ｆの厚さＴｆと等しいかまたは大きい。
（２）第１のフィルドビア５Ａの底面直径Ｄ１が、第１〜第ｎの絶縁層３Ａ〜３Ｎの厚さＴ１〜Ｔｎの総和に等しいまたは大きい。
とし、（１）かつ（２）となる条件を満足すればよい。
この（１），（２）の条件は、次式で示される。
【数５】
2004335506.tif 000005
【数６】
2004335506.tif 000006
【００２９】
さて、本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいものである。
例えば、上述した実施例では、スタックビアはｆ＝１である第１の絶縁層から形成されているが、任意のｋ番目である第ｋの絶縁層からｋを含んでｍ層分連結したスタックビアであってもよい〔図６（ａ）参照〕。図６（ａ）は、３番目〜（ｎ−１）番目までの絶縁層にビア５ｃ〜ビア５（Ｎ−１）がスタックビアとして形成された例である。
この場合、総層数をｎとすると、ｎ≧ｋ＋ｍ−１となり、以下の（３）かつ（４）となる条件を満足するように絶縁層の厚さとフィルドビアの底面直径を設定すればよい。
即ち、
（３）ｋ≦ｆ≦ｎで示されるｆ番目の層における第ｆのフィルドビア５Ｆの底面直径Ｄｆは、第ｆの絶縁層３Ｆの厚さＴｆと等しいかまたは大きい。
（４）第ｋのフィルドビア５Ｋの底面直径ＤＫが、第ｋ〜第ｋ＋ｍ−１の絶縁層３Ｋ〜３（Ｋ＋Ｍ―１）の厚さＴＫ〜Ｔ（Ｋ＋Ｍ―１）の総和に等しいまたは大きい。
を満足すればよい。
この（３），（４）の条件は、第ｋの絶縁層を１番目としたときに、ｊ≦ｍ（ｊは自然数）で示されるｊ番目の第ｋ＋ｊ−１の絶縁層の厚さをＴｊとし、この第ｋ＋ｊ−１の絶縁層に形成されたビアの底面直径をＤｊとし、ｊ＝１である第ｋの絶縁層に形成されたビアの直径をＤｓとしたときに、それぞれ次式で示される。
【数７】
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【数８】
2004335506.tif 000008
この（３）かつ（４）の条件は、上述の（１）かつ（２）の条件を包含するものであり、これを満たしたフィルドスタックビアを形成することで、熱負荷の影響を受けずに極めて信頼性の高い任意の層数の多層プリント配線板を得ることができる。
【００３０】
上述したスタックビアは、各ビアの軸が一致していなくてもよく、層間の導通を確保できるように積層してあれば良いものであるが、任意のビアの底面がその１層上のビアの底面の投影面を包含するように形成されるのが最も好ましく、軸が一致しているものが最も好ましい。これは、スタックビアが必要とする占有面積の基板表面の面積に対して占める割合を最も少なくする形態であって高密度な実装を可能にするからである。
【００３１】
また、スタックビアはフィルドビアでなくてもコンフォーマルなスタックビアでもよい。２層にスタックしたコンフォーマルなスタックビアを有する多層プリント配線板の要部断面を図６（ｂ）に示す。ビアの各底面直径Ｄ１，Ｄ２や絶縁層の厚さＴ１，Ｔ２は、上述の実施例と同様に設定されるものである。もちろんコンフォーマルなスタックビアを３層以上にスタックした多層プリント配線板でもよいのは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本願発明によれば、熱負荷で生じる応力の影響を受けずに導体層の層間の電気的接続が維持され信頼性に優れるという効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層プリント配線板の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の多層プリント配線板の実施例の要部を示す断面図である。
【図３】本発明の多層プリント配線板の実施例を作製する工程を説明する図である。
【図４】本発明の多層プリント配線板の実施例の評価結果を示す図である。
【図５】本発明の多層プリント配線板の実施例の他の評価結果を示す図である。
【図６】本発明の多層プリント配線板の他の実施例の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ベース基板
２  導体層
２Ａ  第１の導体層，２Ａｐ  第１の導体パターン
２Ｂ  第２の導体層，２Ｂｐ  第２の導体パターン
３  絶縁層
３Ａ  第１の絶縁層，３Ｂ  第２の絶縁層
４  ビア形成用穴
５  （フィルド）ビア
５Ａ  第１の（フィルド）ビア，５Ｂ  第３の（フィルド）ビア
Ｄ，Ｄ１，…，Ｄｆ  底面内径
Ｔ，Ｔ１，…，Ｔｆ  厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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