(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を含浸させた炭素成形体からなり相対する一対の主面を有する平板状の芯材と、この芯材の全表面上に設けられ、前記芯材からの炭素粉末飛散を防止する保護層と、この芯材の両方の前記主面上に前記保護層を介して設けられた接着用樹脂層と、少なくとも一方の前記接着用樹脂層上に設けられ所定の配線パターンが形成された配線層とを備え、前記芯材表面に凹凸処理が施されていることを特徴とする積層配線基板。
【請求項２】
前記保護層は、エポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の積層配線基板。
【請求項３】
溶融金属を含浸させた炭素成形体からなり相対する一対の主面を有する平板状の芯材を備え、前記芯材の少なくとも一方の前記主面上に保護層と接着用樹脂層とを介して所定の配線パターンを有する配線層が形成された積層配線基板の製造方法であって、前記芯材にスルーホール用の貫通孔を開け、前記芯材表面に凹凸処理を施す第１の工程、前記芯材の前記両主面、側面および前記貫通孔内面上にエポキシ樹脂からなる前記保護層を形成する第２の工程、前記芯材の前記貫通孔内部に孔部充填用樹脂を充填する第３の工程、前記芯材の前記両主面上に前記保護層を介して前記接着用樹脂層となる接着用プリプレグと銅箔を重ねて加熱加圧成形する第４の工程、前記芯材の少なくとも一方の前記主面上の前記銅箔をパターニングして所定の配線パターンを有する前記配線層を形成する第５の工程を含むことを特徴とする積層配線基板の製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程において、前記凹凸処理としてサンドブラスト処理を施すことを特徴とする請求項３記載の積層配線基板の製造方法。
【請求項５】
前記第３の工程において、前記孔部充填用樹脂として、エポキシ樹脂をタルク、シリカおよびマイカのいずれかを含有するガラスクロスに塗布含浸させた高耐熱／低熱膨張のエポキシプリプレグを用い、前記エポキシプリプレグを前記芯材の両主面上に重ねて真空プレスにて加熱加圧成形し、前記貫通孔内部に前記エポキシ樹脂を充填することを特徴とする請求項３記載の積層配線基板の製造方法。
【請求項６】
前記第３の工程において、前記孔部充填用樹脂として、アルミナまたは窒化アルミニウムの粉末が混入された高熱伝導／低熱膨張のエポキシ樹脂を用い、前記貫通孔径と同径の開口部を有するメタルマスクを印刷機に取り付け、スクリーン印刷により前記貫通孔内部に前記エポキシ樹脂を充填することを特徴とする請求項３記載の積層配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱放散性に優れ高密度実装が可能な積層配線基板とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高機能化および高速性の要求に伴い、実装部品は多ピン化の傾向にあり、ＣＢＧＡ（Ceramic Ball Grid Array）、ＦＢＧＡ（Fine pitch Ball Grid Array）等において実装部品が搭載される積層配線基板および多層配線組立は、その性能および接続信頼性において重要な役割を担っている。積層配線基板としては、有機絶縁材料を芯材とするもの、セラミックなどの無機絶縁材料を芯材とするもの、および金属材料を芯材とする金属芯基板が知られている。
金属芯基板は、貫通孔を有する金属芯材の両側に絶縁層を有し、さらにその外側に配線層を有するものであり、熱放散性や機械的強度に優れている。軽量で機械的強度や放熱性に優れていることからアルミニウム（Ａｌ）が金属芯材として広く用いられている。従来の金属芯基板は、アルミニウム芯材にスルーホール径より大きい下穴の貫通穴を開け、孔埋め樹脂との密着力を付与する為、表面をバフ研磨等の物理的な方法により粗化したり、あるいは硫酸アルマイト処理を施した後、その両面にガラス織布に樹脂が含浸されたプリプレグを絶縁層として重ね合わせ、さらにその表面に銅箔等の導体層を重ね合わせて加熱加圧成形し、プリプレグシートの樹脂を金属孔部に充填して硬化させることにより埋設成形される。以降は、一般のプリント配線板の製造工程と同様の工程を経て製造される。このようにして製造された金属芯基板は、一般のガラスエポキシ多層プリント配線板と比較すると、基板の機械的強度および弾性率が極めて高いため寸法安定性に優れ、重量部品の搭載に十分に耐え得る。また、熱伝導率が２３０w／mkと大きいため熱放散性に優れており、熱を大量に発生する電子回路を搭載する際に用いられる。
【０００３】
また、アルミニウム芯材と有機絶縁層との接着力を強化するために、例えば特開平６−１５２０８９号公報では、図１３に示すような金属芯基板構造が提案されている。すなわち、アルミニウムよりなる金属芯材２０上に、この金属芯材２０を保護するための保護用金属めっき層であるニッケル層２１、さらに接着力強化用金属酸化物層である黒化処理された銅層２２を介して、有機絶縁層であるエポキシプリプレグ層２３を形成した構造である。なお、図中、２４はエポキシプリプレグ層２３上に形成された銅配線層、２５は銅配線層２４上に形成され銅配線層２４の酸化を防止するはんだ層、２６はエポキシプリプレグ上２３上に形成されたソルダーレジスト層、２７はスルーホールをそれぞれ示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のアルミニウム芯材を用いた金属芯基板では、アルミニウムの熱膨張係数が２４ppm／℃と大きいが、基板上に搭載されるシリコン半導体素子またはセラミックスからなる電子回路は熱膨張率が小さい。また、金属芯基板は高弾性率であるため、熱膨張率の異なる材料を接合する場合、接合面に大きな熱応力がかかる。このため、プリント配線板の信頼性試験規格ＭＩＬ（Military Specifications and Standards）の冷熱衝撃試験(−６５℃の低温下に１５分間、１２５℃の高温下に１５分間放置する操作を１サイクルとする）を実施すると、金属芯基板と表面実装部品のはんだ接合部にストレスを生じ、基板のパットとはんだ間、または実装部品とはんだ間にクラックが生じるという問題があった。例えば、熱膨張係数が７ppm／℃のＣＢＧＡ表面実装部品をアルミニウムを芯材とする金属芯基板に実装し、上記の冷熱衝撃試験を実施した結果、はんだ接合信頼性は２２サイクルと非常に低く、ＣＢＧＡの金属芯基板への実装は現状ではほとんど不可能である。また、プラスチック表面実装部品を実装する場合も同様に、上記の冷熱衝撃試験において、ピン数の増加に伴い、はんだ接合信頼性が著しく低下するため、プラスチック表面実装部品の使用が大幅に限定されていた。
【０００５】
さらに、アルミニウム芯材を用いた金属芯基板は、前述の熱膨張係数の不整合、高弾性率であるために生じる熱歪の増加の理由により、アルミニウムと有機絶縁層、あるいはアルミニウム孔部におけるアルミニウムと充填樹脂との剥離等が発生し、基板の絶縁性低下を招くという問題があった。特に、金属芯材の厚さが厚くなると、スルーホールと孔部充填樹脂の剥離が生じたり、スルーホール部分にバレルクラックが発生し、スルーホール接続信頼性が低下するという問題があった。スルーホール部のバレルクラックの改善策として、スルーホール内の銅めっきを厚く施すことが有効であるが、銅めっき厚を増加すると基板重量の増加やファインパターンの形成が困難になるという問題が生じる。
一方、芯材としてセラミックスを用いた基板の場合、セラミックスの熱膨張係数が７ppm／℃と小さい為、急激な熱膨張は起こらないが、セラミックス材料はドリル加工等の機械加工性に欠け、基板製造時に直接、貫通穴を明けることができず、機械加工時にクラック、破断を生じるという問題がある。さらに、セラミックスは表面が硬く、有機絶縁層との密着性向上のための適切な表面処理が施し難いという問題があった。
【０００６】
また、特開平６−１５２０８９号公報にて提示された構造では、ニッケルの抗張力が３％と低いため、製造時のソルダーコート工程の熱ストレスおよびプリント配線板の試験規格のＪＩＳまたはＭＩＬのはんだ耐熱試験(ＪＩＳ：はんだ２６０℃２０秒フロート試験／ＭＩＬ：はんだ２８８℃１０秒フロート試験)において、熱ストレスによりニッケル層にクラックまたは剥離を生じるという欠点がある。さらに、金属酸化物層（黒化処理された銅層）は急激な熱ストレスにおいて、有機絶縁層との密着力が低下し、部分的に剥離を生じるという欠点がある。また、同様の理由により、金属芯基板の芯材として銅を用いた金属芯基板においても、熱歪により金属酸化物層と有機絶縁層間に部分的剥離が発生するという問題点がある。また、熱膨張率の小さなタングステン、モリブデンと銅からなる複合材料基板も考案されているが、この複合材料基板は重量が大きく加工が難しいという問題点がある。このように、従来提案されてきた基板材料は、熱伝導性と熱膨張率両者の条件を満たしたとしても加工性が良くない等の欠点があり、いずれも実用性に乏しいものであった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、熱放散性に優れ、表面実装部品とのはんだ接合信頼性およびスルーホール接続信頼性が高く、高密度実装が可能な積層配線基板とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる積層配線基板は、溶融金属を含浸させた炭素成形体からなり相対する一対の主面を有する平板状の芯材と、この芯材の全表面上に設けられ、芯材からの炭素粉末飛散を防止する保護層と、この芯材の両方の主面上に保護層を介して設けられた接着用樹脂層と、少なくとも一方の接着用樹脂層上に設けられ所定の配線パターンが形成された配線層とを備え、芯材表面に凹凸処理が施されているものである。
また、保護層は、エポキシ樹脂からなるものである。
【０００９】
また、本発明に係わる積層配線基板の製造方法は、溶融金属を含浸させた炭素成形体からなり相対する一対の主面を有する平板状の芯材を備え、芯材の少なくとも一方の主面上に保護層と接着用樹脂層とを介して所定の配線パターンを有する配線層が形成された積層配線基板の製造方法であって、芯材にスルーホール用の貫通孔を開け、芯材表面に凹凸処理を施す第１の工程、芯材の両主面、側面および貫通孔内面上にエポキシ樹脂からなる保護層を形成する第２の工程、芯材の貫通孔内部に孔部充填用樹脂を充填する第３の工程、芯材の両主面上に保護層を介して接着用樹脂層となる接着用プリプレグと銅箔を重ねて加熱加圧成形する第４の工程、芯材の少なくとも一方の主面上の銅箔をパターニングして所定の配線パターンを有する配線層を形成する第５の工程を含んで製造するものである。
【００１０】
また、第１の工程において、凹凸処理としてサンドブラスト処理を施すものである。
さらに、第３の工程において、孔部充填用樹脂として、エポキシ樹脂をタルク、シリカおよびマイカのいずれかを含有するガラスクロスに塗布含浸させた高耐熱／低熱膨張のエポキシプリプレグを用い、エポキシプリプレグを芯材の両方の主面上に重ねて真空プレスにて加熱加圧成形し、貫通孔内部にエポキシ樹脂を充填するものである。
また、第３の工程において、孔部充填用樹脂として、アルミナまたは窒化アルミニウムの粉末が混入された高熱伝導／低熱膨張のエポキシ樹脂を用い、貫通孔径と同径の開口部を有するメタルマスクを印刷機に取り付け、スクリーン印刷により貫通孔内部にエポキシ樹脂を充填するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における多層配線組立であるカーボンアルミニウム多層プリント配線板を示す断面図、図２は図１に示すカーボンアルミニウム多層プリント配線板を構成している積層配線基板を示す断面図である。
本実施の形態における積層配線基板１０は、図２に示すように、その中心にカーボンアルミニウムからなる芯材１が埋め込まれている。カーボンアルミニウムは、炭素成形体に溶融アルミニウムを含浸させたもので、軽量、低熱膨張（熱膨張係数５〜８ppm／℃）、高熱伝導というカーボンとアルミニウムの両方の特長を併せ持っている。また、芯材１は、相対する一対の主面１ａ、１ｂとこれらの主面１ａ、１ｂを繋ぐ側面１ｃとを有する平板状である。さらに、芯材１には、スルーホール径よりも径の大きいスルーホール用の貫通孔１ｄが形成されている。この芯材１の全表面上、すなわち両主面１ａ、１ｂ、側面１ｃおよび貫通孔１ｄ内面上は、保護層である厚さ１０〜２０μｍのポリマーコート２で覆われている。このポリマーコート２は、マスキング用エポキシ樹脂よりなり、孔部充填用樹脂３との接着力強化および芯材１からの炭素粉末飛散防止の役目を担っている。炭素の黒鉛は導電性であり、飛散することにより絶縁低下を引き起こす可能性があるため、ポリマーコート２により覆う必要がある。さらに、芯材１の貫通孔１ｄには孔部充填用樹脂３が充填され、本実施の形態では芯材１の全表面が孔部充填用樹脂３にて埋設されている。本実施の形態では、孔部充填用樹脂３として、エポキシ樹脂をタルク、シリカおよびマイカのいずれかを含有するガラスクロスに塗布含浸させた高耐熱／低熱膨張のエポキシプリプレグを用いている。また、孔部充填樹脂３上には、接着用樹脂層である低熱膨張の接着用プリプレグ４が配置されている。さらに、芯材１の少なくとも一方の主面、図２では主面１ｂ上に、保護層２、孔部充填用樹脂３および接着用プリプレグ４を介して、銅箔に所定の配線パターン５ａが形成された配線層５が配置され、片面配線層の積層配線基板１０を構成している。
【００１２】
次に、本実施の形態におけるカーボンアルミニウム多層プリント配線板１００（以下、カーボンアルミ多層板１００と略す）の構造について図１を用いて説明する。カーボンアルミ多層板１００は、片面配線層の積層配線基板１０（図２）を２枚準備し、各積層配線基板１０の各配線層（第１配線層）５が互いに対向するようにして配置し、それら２枚の間に少なくとも１枚の両面銅張積層板６と、積層配線基板１０と両面銅張積層板６間または両面銅張積層板６相互間を接着する第２の接着用樹脂層である接着用プリプレグ４を配置したものである。なお、本実施の形態では、両面銅張積層板６を２枚、接着用プリプレグ４を３枚用いているが、これらの枚数はカーボンアルミ多層板１００の用途や目的、基板厚さおよび重量等の制限に応じて適宜決定すればよい。また、銅張積層板は、プリント配線板用基板として一般的に用いられるもので、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を合成繊維布やガラス布等の基材に塗布含浸、乾燥させたプリプレグを積み重ね、銅箔を片面あるいは両面に配置してプレスで加工・加熱して製造されるもので、広く市販されている。本実施の形態では、低熱膨張／高耐熱樹脂からなる市販の両面銅張積層板にパターニングを行い、積層板６ｂの両面に所定の配線層（第２配線層）６ａを有する両面銅張積層板６を形成した。また、カーボンアルミ多層板１００の外層には、銅箔に所定の配線パターン９ａが形成された配線層（第３配線層）９が配置され、両面配線層のカーボンアルミ多層板１００を構成している。さらに、カーボンアルミ多層板１００には、積層配線基板１０の第１、第３配線層５、９および両面銅張積層板６の第２配線層６ａを電気的に接続するスルーホール７が設けられており、その内面には銅めっき層８が形成されている。なお、芯材１には、スルーホール７部にスルーホール径よりも径の大きいスルーホール用の貫通孔１ｄが設けられており、この貫通孔１ｄの内面にポリマーコート２および孔部充填用樹脂３を介してスルーホール７内面となる銅めっき層８が形成されている。
【００１３】
次に、本実施の形態における積層配線基板１０を含むカーボンアルミ多層板１００の製造方法について、図３を用いて説明する。まず、図３（ａ）に示すように、カーボンアルミニウムからなる平板状の芯材１にスルーホール用の貫通孔１ｄを開ける。芯材１としては、例えば先端材料（株）製のSZ200またはSZ300を用い、ＮＣ穴開け機で超鋼ドリルを用い、スルーホール径より大きい指定の孔径に準じ穴開けを行う。次に、ポリマーコート２との接着力強化のために芯材１表面に凹凸処理であるサンドブラスト処理を施し、表面粗さを約２０μｍとする。表面粗さが１０μｍ以下の場合は、接着力が低下するため好ましくなく、また、サンドブラストをかけすぎると貫通孔１ｄ部の欠け、破損を生じるため、表面粗さが２０μｍの状態が適当である。
次に、超音波洗浄を５分行い、芯材１に付着した炭素粉末を除去する。乾燥器にて１３０℃で３０分間乾燥させ、室温冷却後、図３（ｂ）に示すように、芯材１の全表面上、すなわち両方の主面１ａ、１ｂ、側面１ｃおよび貫通孔１ｄ内面上にマスキング用エポキシ樹脂（品名ＦＲ−４）をコーティングして、孔部充填用樹脂３との接着力強化および芯材１からの炭素粉末飛散防止のための保護層である厚さ１０〜２０μｍのポリマーコート２を形成する。ポリマーコート２の厚さは、２０μｍ以上になると貫通孔１ｄにポリマーコート樹脂が詰まる可能性があり好ましくない。また、膜厚内にボイド発生の傾向もあり、好ましくない。その後１３０℃〜１４０℃の乾燥器にて１時間硬化させる。この硬化条件ではポリマーコート２がアンダー硬化状態となり、これより高温で硬化した場合、成形歪みが大きくなり孔部充填用樹脂３との接着力が低下するため好ましくない。
【００１４】
続いて、図３（ｃ）に示すように、芯材１の貫通孔１ｄ内部に孔部充填用樹脂３を充填するために、芯材１の両主面１ａ、１ｂ上に孔部充填用のエポキシプリプレグ（例えば三菱ガス化製フィラー入りプリプレグＧＥＰＬ−１９０ＬＯＨ）と銅箔１７を重ね、真空プレスで１８０℃の加熱加圧成形を行い、貫通孔１ｄ内部に孔部充填用樹脂３を充填し硬化する。なお、孔部充填用樹脂３としては、エポキシ樹脂をタルク、シリカおよびマイカのいずれかを含有するガラスクロスに塗布含浸させた高耐熱／低熱膨張のエポキシプリプレグを用いる。ガラスクロスは、ガラス糸を平織、あや織、しゅす織等にしたもので、プリント配線板材料や耐熱薄膜絶縁材料として広く用いられている。また、本実施の形態のように、エポキシプリプレグを用いて加熱加圧成形を行い貫通孔１ｄに孔部充填用樹脂３を充填する場合には、貫通孔１ｄ部のみならず、芯材１の主面１ａ、１ｄおよび側面１ｃ上にも孔部充填用樹脂３が形成され、芯材１全体が埋設された状態となる。その後、貫通孔１ｄ部の凹みを平滑化するために、銅箔１７をエッチングし、乾燥器にて１３０℃で３０分間乾燥させ、室温で冷却する。
【００１５】
次に、図３（ｄ）に示すように、芯材１の両方の主面１ａ、１ｂ上にポリマーコート２および孔部充填用樹脂３を介して低熱膨張の接着用プリプレグ４（例えば日立化成製６７９ＬＤ）と銅箔５ｂを重ね合わせ、真空プレスで１８０℃の加熱加圧成形を行う。なお、これにより貫通孔１ｄ部は平滑化され、凹みは１０μｍ以下となる。さらに、マスクフィルムの位置合わせの為のフィルム合せ穴（図示せず）をＮＣ穴明け機にて形成する。その後、バブ研磨または化学研磨を行った両側の銅箔５ｂ表面をレジスト（例えばデュポンＭＲＣ製３８μmドライフィルムレジスト）でラミネートする。カーボンアルミ多層板１００の内層側となる主面１ｂ側の銅箔５ｂには、所定のネガマスクフィルムを先のフィルム位置合わせ穴にて位置合わせし露光する。また、外層側となる主面１ａ側の銅箔５ｂには透明フィルムを載せ全面露光をする。その後、現像、銅エッチングを行い、所定の配線パターン５ａを有する第１配線層５を片側のみに形成する。以上の工程により、図２に示す片面配線層の積層配線基板１０が得られる。
【００１６】
続いて、上記の工程で得られた片面配線層の積層配線基板１０を２枚準備し、これらの２枚の積層配線基板１０の各第１配線層５が互いに対向するようにして配置する。これら２枚の積層配線基板１０の間に低熱膨張の両面銅張積層板６と接着用プリプレグ４を交互に所定の枚数重ねて金型に設置した後、基準穴とピンで位置決めし、さらに積層配線基板１０の両方の外層側に銅箔を重ね、真空プレスで１８０℃の加熱加圧成形を行う。なお、２枚の積層配線基板１０としては、必要とされる強度や全体としての基板の厚さに制限がある場合、それらを考慮して芯材１の厚さの異なるものを用いてもよい。例えば図１では、芯材１の厚さが１.０mmのもの（上側）と０.８mmのもの（下側）を用いている。両面銅張積層板６（例えば日立化成製６７９ＬＤ）には、バブ研磨または化学研磨を実施した後、前述の３８μmドライフィルムレジストでラミネートし、所定のマスクフィルムを合せ、露光、現像、銅エッチングを行い、積層板６ｂの両面に所定の配線パターンの第２配線層６ａが形成されている。なお、本実施の形態では両面銅張積層板６を用いているが、場合によっては片面のみに配線パターンが形成された片面銅張積層板を用いてもよい。また、接着用プリプレグ４としては、芯材埋設成形体１０に用いたものと同じ低熱膨張の接着用プリプレグ（例えば日立化成製６７９ＬＤ）が用いられる。
次に、貫通孔１ｄの中心部に、ＮＣ穴開け機で貫通孔１ｄより小径のスルーホール用貫通孔を開けスルーホール７を形成し、スルーホール７内面に銅めっきを施す。最後に、積層配線基板１０の外層に配置された銅箔を研磨後、ドライフィルムレジストをラミネートし、マスクフィルムを位置合わせして露光、現像、銅エッチングによるパターニングを行い所定の配線パターン９ａを有する第３配線層９を形成する。以上の工程を経て、図１に示すカーボンアルミ多層板１００が完成する。
【００１７】
本実施の形態によれば、芯材１として低熱膨張（熱膨張係数５〜８ppm／℃）で高熱伝導のカーボンアルミニウムを用いたことにより、低熱膨張で熱放散性に優れた積層配線基板１０およびカーボンアルミ多層板１００が得られる。なお、一般の多層プリント配線板の熱膨張係数は１５〜１７ppm、従来の金属芯基板の芯材として広く用いられているアルミニウムの熱膨張係数は２４ppmである。
本実施の形態にて製造されたカーボンアルミ多層板１００と、従来のアルミニウムを芯材とする金属芯基板に、それぞれセラミック表面実装部品の３０４ピンＣＢＧＡおよびプラスチック表面実装部品の３５２ピンＰＢＧＡを実装し、プリント配線板試験規格の冷熱衝撃試験（−６５℃の低温下に１５分間、１２５℃の高温下に１５分間放置する操作を１サイクルとする）を実施し導通抵抗の連続測定を行った。その結果、従来の金属芯基板に実装されたＣＢＧＡのはんだ接合部は２２サイクルで破断し、はんだ接合信頼性が非常に低いことが明らかになった。一方、本実施の形態によるカーボンアルミ多層板１００に実装されたＣＢＧＡおよびＰＢＧＡは１０００サイクル後でも導通抵抗に異常はなく、表面実装部品のはんだ接合信頼性が極めて高いことが検証された。また、本実施の形態におけるカーボンアルミ多層板１００は、孔部充填用樹脂３として、エポキシ樹脂をタルク、シリカおよびマイカのいずれかを含有するガラスクロスに塗布含浸させた高耐熱／低熱膨張のエポキシプリプレグを用いているので、低熱膨張で強度に優れており、高いスルーホール接続信頼性が得られた。
【００１８】
また、本実施の形態では、芯材１であるカーボンアルミニウムを埋設成形しているため、複合材となり、カーボンアルミニウムの強度強化が図られる。さらに、芯材１であるカーボンアルミニウム表面に凹凸処理としてサンドブラスト処理を施すことにより、芯材１を適度な表面粗さに加工することが容易かつ低コストで行え、ポリマーコート２との接着力が強化される。例えば、引張試験機で接着強度を測定した結果、未処理の場合１００g／cmであるのに対し、処理品は７００g／cmであり、接着強度の大幅な向上が得られた。また、芯材１をポリマーコート２でコーティングすることにより、芯材１からの炭素粉末飛散による絶縁性低下を防止するとともに孔部充填用樹脂３との接着力が強化される。これにより、積層配線基板１０の熱膨張係数がカーボンアルミニウムの熱膨張係数に近づくため、基板全体としての低熱膨張化が図られる。また、２枚の積層配線基板１０の間に両面銅張積層板６と接着用プリプレグ４を挟み込むように配置して多層化することにより、全体としての熱膨張係数が積層配線基板１０の熱膨張係数に近づいて整合化され熱歪みの少ないカーボンアルミ多層板１００が得られる。さらに、機械的強度が増し、クラックが発生し難く耐振動性も向上する。また、第６の工程における加熱加圧成形の際に積層配線基板１０の外層に配置された銅箔をパターニングして配線層９を得ることにより、後述の実施の形態５に記す銅めっきにより配線層を得る方法よりも工程が簡略であり、製造コストの低いカーボンアルミ多層板１００が得られる。
【００１９】
実施の形態２．
前記実施の形態１では、２枚の積層配線基板１０の間に所定枚数の両面銅張積層板６を配置し、積層配線基板１０と両面銅張積層板６間または両面銅張積層板６相互間を接着用プリプレグ４で接着したカーボンアルミ多層板１００（図１）を示した。しかしながら、積層配線基板１０、両面銅張積層板６の配置の組み合わせはこれに限定されるものではなく、他にも様々なものが考えられる。本実施の形態では、１枚の積層配線基板１０を用い、その片側に少なくとも１枚の銅張積層板を重ねて配置し、積層配線基板と銅張積層板間または銅張積層板相互間を接着用プリプレグで接着したカーボンアルミ多層板（図示せず）について説明する。
本実施の形態におけるカーボンアルミ多層板の製造方法について簡単に説明する。なお、積層配線基板の製造方法については、前記実施の形態１と同様であるので省略する。片面配線層の積層配線基板を１枚準備し、この積層配線基板の第１配線層側に低熱膨張の接着用プリプレグと第２配線層を有する両面銅張積層板を交互に所定の枚数重ね最上層に接着用プリプレグを配置して金型に設置した後、基準穴とピンで位置決めし、さらに積層配線基板の外層側および最上層の接着用プリプレグの外層側に銅箔を重ね、真空プレスで１８０℃の加熱加圧成形を行う。次に、貫通孔の中心部に、ＮＣ穴開け機で貫通孔より小径のスルーホール用貫通孔を開けスルーホールを形成し、スルーホール内面に銅めっきを施す。最後に、外層に配置された銅箔を研磨後、ドライフィルムレジストをラミネートし、マスクフィルムを位置合わせして露光、現像、銅エッチングによるパターニングを行い所定の配線パターンを有する第３配線層を形成する。以上の工程を経て、１枚の積層配線基板と所定枚数の両面銅張積層板が重ね合わされたカーボンアルミ多層板が完成する。
本実施の形態によれば、低熱膨張で熱放散性に優れ、前記実施の形態１よりも薄型のカーボンアルミ多層板が容易に得られる。なお、本実施の形態では、積層配線板の片面のみに銅張積層板を配置したが両面に配置することも可能である。
【００２０】
参考例１．
前述の実施の形態１では、カーボンアルミ多層板１００の製造方法の第２の工程において、カーボンアルミニウムよりなる芯材１の全表面上に、保護層としてマスキング用エポキシ樹脂をコーティングし、厚さ１０〜２０μｍのポリマーコート２を形成した（図３（ｂ））。本参考例では、芯材１の保護層として、ポリマーコート２の代わりに、パラジウムを触媒とした無電解銅めっきにより、厚さ１０〜２０μｍの銅めっき層１１を形成した（図４）。さらに、銅めっき層１１表面に凹凸処理であるサンドブラスト処理を施すことにより、銅めっき層１１を適度な表面粗さに加工した。一般に、銅めっき層１１の下地めっきとしてニッケルめっきを施すことが考えられるが、ニッケルめっきは抗張力が３％と低い為、プリント配線板の製造工程（ソルダーコート時）や、はんだ耐熱試験において、熱ストレスによりクラックが発生することがあり好ましくない。よって、本参考例ではニッケルめっきは施さない。一方、銅の抗張力は１５％あり、上記のプリント配線板製造工程およびはんだ耐熱試験においてクラック等の問題は生じない。なお、その他の構造および製造工程については前記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
本参考例によれば、芯材１の保護層として銅めっき層１１を採用することにより、芯材１からの炭素粉末飛散防止および芯材１の強度強化が図られる。さらに、銅めっき層１１表面にサンドブラスト処理を施すことにより、銅めっき層１１を適度な表面粗さに加工することが容易に且つ低コストで行え、孔部充填用樹脂３との接着力強化が図られる。また、銅めっき層１１が導電性であることから、芯材１であるカーボンアルミニウムへの電気的接続が可能となる。
【００２１】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３における積層配線基板の製造方法を示す断面図である。図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
本実施の形態における積層配線基板１０ａの製造方法について、図５を用いて説明する。なお、芯材１にスルーホール用の貫通孔を開け、芯材１表面に凹凸処理を施した後、芯材１の両主面１ａ、１ｂおよび貫通孔１ｄ内面上に保護層を形成する工程までは前記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。芯材１の保護層としては、ポリマーコート２を用いる。
まず、孔部充填用樹脂３ａとして、アルミナまたは窒化アルミニウムの粉末（あるいは粉砕品）が混入された高熱伝導／低熱膨張のエポキシ樹脂を用意する。続いて、貫通孔１ｄ形成後、表面処理が施されたカーボンアルミニウムよりなる芯材１を離型フィルム１２の上に設置する。また、貫通孔１ｄ径と同径の開口部１３ａを有するメタルマスク１３を印刷機（図示せず）に取り付ける（図５（ａ））。次に、スクリーン印刷により貫通孔１ｄ内部に孔部充填用樹脂３ａを充填する（図５（ｂ））。その後、芯材１の両主面１ａ、１ｂ上に保護層２（または１１）を介して低熱膨張の接着用プリプレグ４（例えば日立化成製６７９ＬＤ）と銅箔５ｂを重ねて真空プレスで１８０℃の加熱加圧成形を行う（図５（ｃ））。その後の工程については、前記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００２２】
なお、本実施の形態において、メタルマスク１３の代わりにテトロン製版を使用すると、印刷後、製版を引き離す際に、芯材１の貫通孔１ｄに充填されていた孔部埋設用樹脂３ａが製版に再度付着し、貫通孔１ｄから除去されてしまうため好ましくない。また、孔部充填用樹脂３ａとしてアルミナまたは窒化アルミニウムの粉末（あるいは粉砕品）を重量比で８０〜９０％含有するワニスを調整して用いるが、これらの含有比率が低いと熱伝導性が低くなるため好ましくない。また、孔部充填用樹脂３ａの粘度は５００〜１０００ポイズが適当であり、これより粘度が低いと芯材１の貫通孔１ｄから流れ出てしまい、これより粘度が高いと貫通孔１ｄ内部に充填塗布できない。また、メタルマスク１３の開口部１３ａの径は芯材１の貫通孔１ｄの径と同径にすることが望ましい。メタルマスク１３の開口部１３ａ径が小さいと貫通孔１ｄに孔部充填用樹脂３ａが十分に充填できない。一方、開口部１３ａ径が貫通孔１ｄの径より大きい場合は、孔部充填用樹脂３ａが芯材１の主面１ａ側の表面に付着してしまうため、好ましくない。
本実施の形態において得られる積層配線基板１０ａ（図５（ｃ））は、孔部充填用樹脂３ａをメタルマスク１３を用いたスクリーン印刷により貫通孔１ｄ内部のみに充填しているため、前記実施の形態１で得られる積層配線基板１０（図３（ｄ））と比較して板厚の薄型化が図られる。このため、基板製造工程時における銅めっき付きまわり性が向上する。また孔部充填用樹脂３ａとして高熱伝導樹脂を用いているため熱伝導性、熱放散性に優れている。
【００２３】
参考例２．
前記実施の形態１では、カーボンアルミ多層板１００の外層の第３配線層９は銅箔より形成されていた。本参考例では、外層の第３配線層１８をスルーホール７内面と同様に銅めっきにより形成するものである。スルーホール接続信頼性を確保するためにはスルーホール７内面の銅めっきは十分な厚みが必要であるが、一方、外層の配線パターンのファイン化のためには、第３配線層１８の銅めっきは薄い方が望ましい。また、カーボンアルミ多層板１００の基板厚は３〜４mmと厚く、スルーホール７内面への銅めっき付きまわり性が悪いため、特に十分な銅めっきを施す必要がある。そこで、本参考例では、まずスルーホール７内面のみに銅めっきを施し、その後、外層の第３配線層１８を必要最小限のめっき厚で形成することにより、外層の配線パターンのファイン化を実現するものである。
【００２４】
本参考例におけるカーボンアルミ多層配線板１００ａの製造方法を図６〜図１２を用いて説明する。図６〜図１１において、それぞれ（ａ）は各製造工程におけるカーボンアルミ多層板１００ａの一部を示す上面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂで切断した部分断面図である。なお、図中、１４ａはカーボンアルミ多層板１００ａとして有効な基板製造加工領域、１４ｂは製造の過程で切断される捨て板領域を示している。
まず、前記実施の形態１で説明したものと同様な片面配線層の積層配線基板を２枚準備し、各配線層（第１配線層）が互いに対向するようにして配置する。これら２枚の積層配線基板の間に、第２配線層を有する低熱膨張の両面銅張積層板と接着用プリプレグを交互に所定の枚数重ねて金型に設置して位置決めし、真空プレスで１８０℃の加熱加圧成形を行う。前記実施の形態１と異なるのは、積層配線基板の外層側に銅箔を重ねていないことである。なお、図６〜図１１では省略しているが、芯材１表面にはポリマーコートからなる保護層が形成されている。また、孔部充填用樹脂としては、前記実施の形態１で用いられたエポキシプリプレグまたは前記実施の形態３で用いられたエポキシ樹脂のどちらを用いてもよい。
【００２５】
このようにして得られたカーボンアルミ多層板１００ａにスルーホール用貫通孔７ａを開けた後、下地形成のために薄付けのパネル銅めっきを施し、全体に薄い銅めっき層（図示せず）を形成する（図６）。表面を研磨後、基板両面に５０μｍドライフィルムレジスト１５をラミネートし、マスクフィルム（図示せず）としてスルーホール用貫通孔７ａ部と捨て板領域１４ｂに開口部を有するポジフィルムを使用し、ドライフィルムレジスト１５を露光、現像する（図７）。次に、スルーホール銅めっきを施し、スルーホール７内面に銅めっき層１６を形成し、同時に捨て板領域１４ｂにも銅めっき層１６ｂを形成する（図８）。その後、ドライフィルムレジスト１５を剥離工程にて除去する（図９）。続いて、薄付けの銅めっきを施し、基板製造加工領域１４ａおよびスルーホール７入り口部を銅めっきで被う。これにより、導体層となる銅めっき層１６ａが形成される（図１０）。最後に、捨て板領域１４ｂを切断除去する（図１１）。その後、基板両面の基板製造加工領域１４ａに形成された銅めっき層１６ａ上にドライフィルムレジストをラミネートし、マスクフィルム（図示せず）を位置合わせして露光、現像、銅エッチングによるパターニングを行い所定の配線パターンを形成することにより、両側の外層に銅めっき層１６ａよりなる第３配線層１８を有するカーボンアルミ多層板１００ａが完成する（図１２）。
【００２６】
以上の製造工程において、例えばスルーホール用貫通孔７ａ内面のみにスルーホール銅めっきを施すようにすると、銅めっき面積が極度に少ないため、銅めっき時に電流集中が起こり、銅めっき焼けを生じるという問題が発生する。この銅めっき焼けを防止するために、本参考例では、基板製造加工領域１４ａ外の捨て板領域１４ｂにも銅めっきを施した。これにより、銅めっき焼けが発生せず、良好な銅めっき層１６が得られた。また、スルーホール銅めっきを施す際に用いられるマスクフィルムの開口部径は、スルーホール径と同径にすることが望ましい。スルーホール径より大きい場合、スルーホール７以外に銅めっきが析出し、スルーホール径より小さい場合、銅めっきの析出効率が低下するため、いずれも好ましくない。
本参考例にて製造されたカーボンアルミ多層板１００ａに前述のプリント配線板規格の冷熱衝撃試験を実施した結果、１０００サイクル後においても異常が発生しなかった。以上のことから、本参考例においても、表面実装部品とのはんだ接合信頼性、スルーホール接続信頼性が高く、さらに薄付けの銅めっき層１６ａからなる配線層１８を有するため配線パターンのファイン化が図られ、高密度実装が可能なカーボンアルミ多層板１００ａが得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、芯材として溶融金属を含浸させた炭素成形体を用い、芯材表面に凹凸処理を施し、この芯材の全表面上に芯材からの炭素粉末飛散を防止する保護層を設けたので、芯材と保護層との接着力強化が図られ、従来の金属芯よりも低熱膨張であり、表面実装部品との熱膨張係数の不整合により生じる熱歪みが小さく、表面実装部品とのはんだ接合信頼性、熱放散性およびスルーホール接続信頼性に優れ、高密度実装が可能な積層配線基板が得られる。
【００２８】
また、凹凸処理としてサンドブラスト処理を行うことにより、芯材を適度な表面粗さに加工することが容易に且つ低コストで行える。
【００２９】
また、孔部充填用樹脂として、エポキシ樹脂をタルク、シリカおよびマイカのいずれかを含有するガラスクロスに塗布含浸させた高耐熱／低熱膨張のエポキシプリプレグを用いることにより、低熱膨張で強度に優れ、スルーホール接続信頼性の高い積層配線基板が得られる。
【００３０】
また、孔部充填用樹脂として、アルミナまたは窒化アルミニウムの粉末が混入された高熱伝導／低熱膨張のエポキシ樹脂を用い、スクリーン印刷により貫通孔内部にエポキシ樹脂を充填することにより、板厚が薄く、低熱膨張で熱伝導性、熱放散性に優れた積層配線基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１であるカーボンアルミニウム多層プリント配線板を示す断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態１である芯材埋設成形体を示す断面図である。
【図３】  本発明の実施の形態１における芯材埋設成形体の製造方法を示す断面図である。
【図４】  本発明の参考例１における芯材埋設成形体の製造方法を示す断面図である。
【図５】  本発明の実施の形態３における芯材埋設成形体の製造方法を示す断面図である。
【図６】  本発明の参考例２におけるカーボンアルミニウム多層プリント配線板の製造方法を示す上面図および部分断面図である。
【図７】  本発明の参考例２におけるカーボンアルミニウム多層プリント配線板の製造方法を示す上面図および部分断面図である。
【図８】  本発明の参考例２におけるカーボンアルミニウム多層プリント配線板の製造方法を示す上面図および部分断面図である。
【図９】  本発明の参考例２におけるカーボンアルミニウム多層プリント配線板の製造方法を示す上面図および部分断面図である。
【図１０】  本発明の参考例２におけるカーボンアルミニウム多層プリント配線板の製造方法を示す上面図および部分断面図である。
【図１１】  本発明の参考例２におけるカーボンアルミニウム多層プリント配線板の製造方法を示す上面図および部分断面図である。
【図１２】  本発明の参考例２におけるカーボンアルミニウム多層プリント配線板の製造方法を示す部分断面図である。
【図１３】  従来の金属芯基板の構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  カーボンアルミニウム芯材、１ａ、１ｂ  主面、１ｃ  側面、１ｄ  貫通孔、２  ポリマーコート、３、３ａ  孔部充填用樹脂、４  接着用プリプレグ、５  第１配線層、５ａ  配線パターン、５ｂ  銅箔、６  両面銅張積層板、
６ａ  第２配線層、６ｂ  積層板、７  スルーホール、７ａ  スルーホール用貫通孔、８  銅めっき層、９、１８  第３配線層、９ａ  配線パターン、
１０、１０ａ  芯材埋設成型体、１１  銅めっき層、１２  離型フィルム、
１３  メタルマスク、１３ａ  開口部、１４ａ  基板製造加工領域、１４ｂ  捨て板領域、１５  ドライフィルムレジスト、１６、１６ａ、１６ｂ  銅めっき層、１７  銅箔、２０  アルミニウム芯材、２１  ニッケル層、２２  黒化処理された銅層、２３  エポキシプリプレグ層、２４  銅配線層、２５  はんだ層、
２６  ソルダーレジスト層、２７  スルーホール、１００、１００ａ  カーボンアルミニウム多層プリント配線板。
【図１】
0003969477.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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