(57)【要約】【課題】電気機器の回路基板として機能する２層以上の多層プリント配線板において、スルーホールの信頼性を向上させるための層間接続方法、およびそれを利用した回路基板を提供する。【解決手段】２層以上の基板を積層させた多層プリント配線板において、全層を貫通するスルーホール２０を形成するとともに、前記スルーホール２０の壁面にメッキ層２を形成し、さらにスルーホール２０の内部を金属４で充填することによって、異なる層にある回路間の導通性を確保した回路基板を取得する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２層以上の基板を積層させた多層プリント配線板において、全層を貫通するスルーホール（２０）を形成するとともに、前記スルーホール（２０）の壁面にメッキ層（２）を形成し、さらにスルーホール（２０）の内部を金属（４）で充填することによって、異なる層にある回路間の導通性を確保することを特徴とする基板の層間接続方法。
【請求項２】
２層以上の基板を積層させた多層プリント配線板において、全層を貫通するスルーホール（２０）を形成するとともに、前記スルーホール（２０）の壁面にメッキ層（２）を形成し、さらにスルーホール（２０）の内部を金属（４）で充填したことを特徴とする回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気機器の回路基板として機能する２層以上の多層プリント配線板において、スルーホールの信頼性を向上させるための層間接続方法、およびそれを利用した回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２層以上の多層プリント配線板には、▲１▼硬質基材からなるリジット基板や、▲２▼可撓性基材からなるフレキシブル基板や、▲３▼リジット部とフレキシブル部の両方を有するリジットフレキシブル基板とがある。
【０００３】
リジット基板では、ガラス繊維強化エポキシ基板（以下、ＧＥ基板）が一般的に使用される。例えば、このＧＥ基板には予め片面或いは両面に銅箔が貼られており、この銅箔表面に感光フィルムを貼り付けて、この感光フィルムを露光・現像して回路パターンを形成し、回路形成部分をマスキングした後、エッチング処理することによって回路を形成する（回路形成工程）。そして、層間接着に熱硬化性接着剤を用い、片面或いは両面に回路が形成されたＧＥ基板を複数積層した後、加圧・加熱硬化し、層間を接着する。
なお層間の絶縁信頼性向上のため、熱硬化性接着剤にプリプレグ（樹脂成分が未硬化なＧＥ板）を用いることもある。
図４（ａ）はリジット基板の例を示すものであって、ＧＥ基板の片面或いは両面に回路１を形成後、このＧＥ基板３枚を積層し、層間を接着して多層プリント配線板を作製したものである。なおこの多層プリント配線板（リジット基板）には、全層を貫通するスルーホール２０が形成されており、前記スルーホール２０の壁面に形成された銅メッキ層２を介して、異なる層にある回路間の導通性が図られている。
【０００４】
フレキシブル基板では、ポリイミド基板が一般的に使用される。例えば２５μｍ或いは１２．５μｍ程度の薄いフィルム状基板の片面或いは両面に銅箔が貼られたＣＣＬ基材を、銅箔表面に感光フィルムを貼り付けた後、この感光フィルムを露光・現像して回路パターンを形成し、回路形成部分をマスキングした後、エッチング処理によって回路を形成する（回路形成工程）。そして回路形成工程後、熱硬化性の接着シートを用いて層間を接着し、多層構造のフレキシブル基板を作製する。
なお層間の絶縁信頼性を向上するため、層間にポリイミドフィルム（ＣＬ基材）を挿入するのが一般的である。
図４（ｂ）はフレキシブル基板の例を示すものであって、ポリイミド基板の片面或いは両面に回路１を形成した後、回路１が形成された基板を３枚使用し、これら基板の間にＣＬ基材を介在させて積層し、層間を接着シートにより接着して多層プリント配線板を作製したものである。
なお、この多層プリント配線板（フレキシブル基板）には、全層を貫通するスルーホール２０が形成されており、前記スルーホール２０の壁面に形成された銅メッキ層２を介して、異なる層にある回路間の導通性が図られている。
【０００５】
リジットフレキシブル基板は、中心にフレキシブル基板、このフレキシブル基板を挟んでその両面にリジット基板を積層した回路基板であって、リジット基板を部分的に配置することで、屈曲しないリジット部と可撓のあるフレキシブル部が混在した多層プリント配線板である。リジット基板を積層した部分では、フレキシブル基板を挟んで対称に積層するのが一般的である。従来リジット基板同士のコネクターを介してフレキシブル基板で接続していたものを１枚にまとめ、コネクターレスで省スペース化している。リジット基板が積層されたリジット部では機械強度が高く、表面実装性に優れる。
図４（ｃ）はリジットフレキシブル基板の例を示すものであって、ポリイミド基板の片面或いは両面に回路１を形成した後、この回路１を形成した基板を３枚積層し、層間を接着してフレキシブル基板を作製し、このフレキシブル基板を挟んで、その両面に対称的にリジット基板を部分的に配置し、さらにこれら層間を接着したものである。なお、このリジットフレキシブル基板には、全層を貫通するスルーホール２０が形成されており、前記スルーホール２０の壁面に形成された銅メッキ層２を介して、異なる層にある回路間の導通性が図られている。
【０００６】
図４に示す多層プリント配線板では何れも、樹脂からなる絶縁層を介して、異なる層に導電性の回路１が形成されるとともに、全層を貫通するスルーホール２０が形成され、このスルーホール２０の壁面に形成された銅メッキ層を介して異なる層にある回路間の導通性が図られている。
スルーホール２０の形成方法は、例えばＮＣドリリングマシンを用いて穴あけ加工し、全層を貫通する貫通穴を形成した後、この貫通穴壁面に付着した切削屑（スミヤ）を除去し、その後メッキ処理して壁面に銅メッキ層２を形成する。
穴壁面に付着した切削屑（スミヤ）を除去するにあたっては、プラズマデスミヤ装置や過マンガン酸デスミヤ装置などを使用する。
またメッキ処理では、▲１▼無電解めっき、▲２▼または無電解めっき後に電解めっき、▲３▼或いは電解めっき（ダイレクト・プレーティング法）によって、スルーホール２０の壁面にメッキ層２を形成する。なお電解めっきでは、パラジウムシステムや、導電性ポリマーシステムや、カーボン・グラファイトシステムや、イオン交換基システムなどがある。
【０００７】
そして従来技術の多層プリント配線板によれば、多層プリント配線基板の全層を貫通するスルーホール２０には、メッキ処理によって壁面に銅が析出付着され、この壁面に形成された適当な厚みの銅メッキ層２によって異なる層にある回路間の導通性が確保されていた。なお通常、スルーホール２０は中が空洞になっていた。（例えば、特許文献１を参照）
【０００８】
【特許文献１】
特許第３１９７７２８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
多層プリント配線基板製品の信頼性評価の項目に熱衝撃試験がある。これは使用環境下での温度変化に対する耐性を評価する試験である。
材料は温度が高くなると膨張し、温度が低くなると収縮する。この特性は物質特有のもので、物性値としては、線熱膨張係数がこれを表している。一般に金属材料と比較して樹脂材料は膨張・収縮量が大きい。
多層プリント配線基板においては、樹脂製基板の厚さ方向の膨張・収縮量に対して、スルーホール２０の壁面に形成された銅メッキ層の膨張・収縮量が小さいため、スルーホール２０の壁面に形成された銅メッキ層にしばしば応力が集中することがある。この集中応力が、銅メッキの破断応力を超えると、スルーホール２０の壁面に形成された銅メッキ層の断線に至り、異なる層にある回路間の導通性が図れなくなる。また破断応力を超えなくても、膨張・収縮を繰り返すことによって、徐々に破断が進行する場合もある。
スルーホール２０においては、集中応力による銅メッキ層の破断に耐えるべく、スルーホール２０の壁面に適当な厚さのメッキ層を形成することが望まれるが、メッキ層を厚くするにはメッキ処理によるめっき時間を長くする必要があり、コストが高くなる問題がある。
またホールの壁面に形成される銅メッキ層のメッキ厚もバラツキを有するため、最低限確保すべきメッキ厚を得るために、メッキをおのずと厚めに設定しなければならず、めっき時間が長く、コストが高いものであった。
【００１０】
そこで、この発明は上記の問題を鑑み、２層以上の多層プリント配線板において、スルーホール２０の信頼性を向上させ、異なる層にある回路間の導通性の確保を図るものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、２層以上の基板を積層させた多層プリント配線板において、全層を貫通するスルーホールを形成するとともに、前記スルーホールの壁面にメッキ層を形成し、さらにスルーホールの内部を金属で充填することによって、異なる層にある回路間の導通性を確保するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施例による基板の層間接続方法とこれを利用した回路基板について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、この発明の基板の層間接続方法を利用した回路基板（多層プリント配線板）の第１実施例を示すものである。
この実施例では、両面ＣＣＬ基材１１を３枚使用し、２層目のＣＣＬ基材１１の両面に回路１を形成するとともに、この２層目のＣＣＬ基材１１を挟むように配設される１層目と３層目のＣＣＬ基材１１において、前記２層目のＣＣＬ基材１１と対向する側（内側）の面に回路１を形成する。
その後、これら３枚のフレキシブルなプリント配線板を、ＣＬ基材を介在させて積層し、層間接着シートを用いて接着し、フレキシブルな多層プリント配線板１０を作成する。
両面ＣＣＬ基材１１に回路１を形成するにあたっては、回路形成部をマスキングした後、エッチング処理して非マスキング部分の銅箔を除去し、回路１を形成した。
【００１４】
続いて、ＮＣドリリングマシンを使用し、３枚のＣＣＬ基材１１を積層して接着したフレキシブルな多層プリント配線板１０を穴あけ加工し、全層を貫通するスルーホール２０を形成するとともに、ホール壁面に付着している切削屑（スミヤ）を除去した後、メッキ処理し、スルーホール２０の壁面にメッキ層２を形成する。
【００１５】
さらに発明によれば、壁面にメッキ層２を形成したスルーホール２０の内部に金属４を充填し、異なる層間の銅通を得るために設けたれたスルーホール２０の信頼性の向上を図った。
スルーホール２０の内部を金属４で充填することによって、絶縁体からなる基板の膨張収縮によりメッキ層２にかかる集中応力に対して、スルーホール２０の壁面に形成された銅メッキ層２を補強する効果が得られる。
またスルーホール２０の壁面に形成された銅メッキ層２の一部に亀裂などの断線が生じても、スルーホール２０の内部に充填した金属４を介して導通が図れるため、断線には至らない。
【００１６】
スルーホール２０の内部に充填される金属４は、特に限定されるものではなく、例えば銅、銀、アルミ等の純金属や、或いは半田などの合金でもよい。
また充填方法についても、特に限定されるものではなく、例えばスルーホール２０の内部に金属からなる線材を差し込んでホール内に埋めたり、または粉末状の金属をホール内部に充填し、加圧・加熱により燒結させたり、或いは溶融した金属を充填したりする。
なおスルーホール２０の内部に充填した粉末状の金属を加熱・加圧により、燒結させるときに、還元剤を用いて反応を促進させもよい。
また、溶融した金属として半田などを使用することができる。ただし基板の取扱上、部品実装などで、半田リフローや半田フロート工程がある場合、溶融点が２７０℃以上の例えば高融点半田などを適用することが望ましい。
【００１７】
スルーホール２０の壁面にメッキ層２を形成するとともに、このスルーホール２０の内部に金属４を充填した後、この実施例による回路基板では、１層目と３層目に積層したＣＣＬ基材１１の外側の面に回路１を形成し、積層された３枚の両面ＣＣＬ基材１１の層間全てに回路１が形成されたフレキシブルな多層プリント配線板１０を作製した。
【００１８】
またこの実施例では、前記表層（１層目または３層目のＣＣＬ基材１１）に、ドリル或いはレーザーなどで絶縁層１層を穴あけ加工し、ビアホール２１を形成した。このビアホール２１には、絶縁層（ＣＣＬ基材１１）の表裏に形成された回路間の導通性を得るため、壁面に銅メッキ層２が形成されている。なおこのビアホール２１の内部にも、上述のスルーホール２０と同様にして、金属を充填してもよい。
そして最後に、前記フレキシブルな多層プリント配線板１０の両面（表裏）にレジスト層３を形成した。
【００１９】
次に、この発明の基板の層間接続方法を利用した回路基板（多層プリント配線板）の第２実施例について説明する（図２参照）。
この実施例による回路基板は、実施例１と同様に、両面ＣＬＬ基板１１を３枚使用し、この両面ＣＣＬ基材１１に回路１を形成した３枚のプリント配線板を、ポリイミドからなるＣＬ基材を介在させて積層し、層間接着シートによって接着することによってフレキシブルな多層プリント配線板１０を作製するとともに、このフレキシブルな多層プリント配線板１０の一部に、両面に回路１が形成されている両面リジット基板１２を両側から挟み込んで、層間接着シートで接着することによって、リジット部分とフレキシブル部分とから構成されるリジットフレキシブル基板を作製したものである。
【００２０】
なおこの実施例による回路基板では、全層を貫通するスルーホール２０を、フレキシブルな多層プリント配線板１０がリジット基板１２によって挟まれているリジット部に形成し、この全層を貫通するスルーホール２０の壁面にメッキ層２を形成するとともに、スルーホール２０の内部に金属４を充填した。穴あけ加工によるスルーホール２０の形成や、切削屑（スミヤ）除去後のメッキ層２形成、およびスルーホール２０の内部への金属４の充填については、実施例１と同様にして行うことができる。
【００２１】
また図２に示す回路基板でも、実施例１と同様な方法にて、ビアホール２１が形成されるとともに、回路基板の両面にレジスト層３が被覆されているが、このビアホール２１の内部にも金属を充填してもよい。
【００２２】
さらに、この発明の基板の層間接続方法を利用した回路基板（多層プリント配線板）の第３実施例について説明する（図３参照）。
この実施例による回路基板は、実施例１と同様に、両面ＣＬＬ基板を３枚使用し、この両面ＣＣＬ基材１１に回路１を形成した３枚のプリント配線板を、ポリイミドからなるＣＬ基材を介在させて積層し、層間接着シートによって接着することによってフレキシブルな多層プリント配線板１０を作製するとともに、このフレキシブルな多層プリント配線板１０の一部を挟み込むように、両側から他のフレキシブルな多層プリント配線板１０をガラスエポキシ製プリプレグ１３を介在させて接着し、リジット部分とフレキシブル部分とから構成されるリジットフレキシブル基板を作製したものである。
【００２３】
なおこの実施例による回路基板では、全層を貫通するスルーホール２０を、ガラスエポキシ製プリプレグ１３が介在するリジット部に形成し、この全層を貫通するスルーホール２０の壁面にメッキ層２を形成するとともに、スルーホール２０の内部に金属４を充填した。穴あけ加工によるスルーホール２０の形成や、切削屑（スミヤ）除去後のメッキ層２形成、およびスルーホール２０の内部への金属４の充填については、実施例１と同様にして行うことができる。
【００２４】
また図３に示す回路基板でも、実施例１と同様な方法にて、ビアホール２１が形成されるとともに、回路基板の両面にレジスト層３が被覆されているが、このビアホール２１の内部にも金属を充填してもよい。
【００２５】
図１から図３に示す実施例１ないし３の回路基板（多層プリント配線板）では、基板サイズが５００ｍｍ×４００であり、全層を貫通するスルーホール２０のホール径をφ０．３ｍｍとした。
さらに、実施例１ないし実施例３の回路基板（多層プリント配線板）について、スルーホール２０の壁面にそれぞれ層厚の異なるメッキ層２を形成するとともに（スルーホール２０の壁面に形成されるメッキ層２の平均層厚が、２５μｍ、１５μｍ、１０μｍである三種類）、以下（ａ）〜（ｄ）の処理を行うことによってスルーホール２０の内部に金属４を充填した。
そして、これらの回路基板（多層プリント配線板）について、スルーホール２０の内部に金属４を充填したことによる効果について検討した。
【００２６】
（ａ）スルーホール２０の壁面にメッキ層６を形成後、スルーホール２０に銅（Ｃｕ）線材を打込んで、スルーホール２０の内部に銅（Ｃｕ）を充填した。
（ｂ）スルーホール２０の壁面にメッキ層６を形成後、スルーホール２０にアルミ（Ａｌ）線材を打込んで、スルーホール２０の内部にアルミ（Ａｌ）を充填した。
（Ｃ）スルーホール２０の壁面にメッキ層６を形成後、スルーホール２０に半田線材を打込んで、その後前記半田を加熱溶融させて、スルーホール２０の内部に半田を充填した。
（ｄ）スルーホール２０の壁面にメッキ層６を形成後、半田浴に回路基板を浸し、スルーホール２０の開口の一方から半田を吸引し、半田浴中のスルーホール２０の他方の開口から半田を吸い上げ、スルーホール２０の内部に半田を充填した。
【００２７】
また比較例として、（ｅ）スルーホール２０の壁面にメッキ層６を形成後、スルーホール２０の内部に何も充填しない回路基板も作製した。
【００２８】
表１は、第１実施例によるフレキシブルな多層プリント配線板（回路基板）について、全層を貫通するスルーホール２０の壁面に各層厚（２５μｍ、１５μｍ、１０μｍ）のメッキ層２を形成するとともに、上記（ａ）〜（ｅ）の処理を行った回路基板を作製し、それぞれの回路基板における熱衝撃試験の結果を示すものであり、表２は、第２実施例による部分的にリジット部（両面リジット基板１２）を備えた多層プリント基板（回線基板）について、全層を貫通するスルーホール２０の壁面に各層厚（２５μｍ、１５μｍ、１０μｍ）のメッキ層２を形成するとともに、上記（ａ）〜（ｅ）の処理を行った回路基板を作製し、それぞれの回路基板における熱衝撃試験の結果を示すものであり、表３は、第３実施例による部分的にリジット部（ガラスエポキシ製プリプレグ１３）を備えた多層プリント基板（回線基板）について、全層を貫通するスルーホール２０の壁面に各層厚（２５μｍ、１５μｍ、１０μｍ）のメッキ層２を形成するとともに、上記（ａ）〜（ｅ）の処理を行った回路基板を作製し、それぞれの回路基板における熱衝撃試験の結果を示したものである。
【００２９】
熱衝撃試験では、低温条件下−６５℃で３０分間と高温条件下１２５℃で３０分間の冷却・加熱サイクルを繰り返す。そして評価基準として、前記冷却・加熱サイクルを５００回未満で断線した場合は×で示し、５００回以上１０００回未満で断線した場合は△で示し、１０００以上２０００回未満で断線した場合は○で示し、２０００回以上で断線したものを◎で示した。
【００３０】
【表１】
2004172309.tif 000003
【００３１】
【表２】
2004172309.tif 000004
【００３２】
【表３】
2004172309.tif 000005
【００３３】
表１から表３に示すように、スルーホール２０の壁面にメッキ層２を形成した後、このスルーホール２０の内部に金属４を充填するための処理（処理（ａ）〜（ｄ））を行った回路基板においては、使用環境下での温度変化に対する耐性が向上し、断線の防止を図ることができ、スルーホールによる層間接続の信頼性が向上した。
またスルーホール２０の内部に金属４を充填するための処理（処理（ａ）〜（ｄ））を施すことによって、スルーホール２０の壁面に形成したメッキ層２の層厚によらず、スルーホールによる層間接続の信頼性が向上したため、従来技術による層間接続方法よりもメッキ層２を薄く形成しても（例えばメッキ層２の層厚を１０μｍにしても）、異なる層にある回路間の導通性を充分に確保することができ、これによってめっき時間の短縮を図ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による基板の層間接続方法によれば、２層以上の基板を積層させた多層プリント配線板において、全層を貫通するスルーホールを形成するとともに、前記スルーホールの壁面にメッキ層を形成し、さらにスルーホールの内部を金属で充填することによって、スルーホールの信頼性を向上させ、異なる層にある回路間の導通性を充分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による基板の層間接続方法による回路基板の第１実施例。
【図２】この発明による基板の層間接続方法による回路基板の第２実施例。
【図３】この発明による基板の層間接続方法による回路基板の第３実施例。
【図４】従来技術による基板の層間接続方法による回路基板。
【符号の説明】
１    回路
２    メッキ層
３    レジスト層
４    金属
１０  フレキシブルな多層プリント配線板
１１  ＣＣＬ基材
１２  両面リジット基板
１３  ガラスエポキシ製プリプレグ
２０  スルーホール
２１  ビアホール
【図１】
2004172309.tif 000006
【図２】
2004172309.tif 000007
【図３】
2004172309.tif 000008
【図４】
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