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【発明の名称】 プリント配線板の配線パターン形成方法及びこれを用いたプリント配線板
【発明者】 【氏名】松田 良成

【氏名】イクオ ジミー サンオー

【氏名】榧場 正男
【要約】 【課題】配線パターンの特性インピーダンスバラツキを抑える。

【解決手段】外層に金属箔１２，１３が貼着された基板にバイアホール６を形成し、バイアホール６の内部を含む基板表面に金属メッキ処理を施し、金属メッキ処理が施された基板表面のバイアホール６が形成された開口部７以外の領域にメッキレジスト１５を施し、基板表面の開口部７及びバイアホール６内に厚付けメッキ処理を施し、基板表面より上記メッキレジスト１５を除去し、基板表面にエッチングレンジスト１７を貼着し、上記開口部７及びバイアホール６を除く領域に貼着された金属箔１２，１３をエッチングすることにより配線パターンを形成する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外層に金属箔が貼着された基板にバイアホールを形成し、
上記バイアホールの内部を含む上記基板表面に金属メッキ処理を施し、
該金属メッキ処理が施された上記基板表面の上記バイアホールが形成された開口部以外の領域にメッキレジストを施し、
上記基板表面の上記開口部及び上記バイアホール内に厚付けメッキ処理を施し、
基板表面より上記メッキレジストを除去し、
上記基板表面にエッチングレンジストを貼着し、上記開口部及びバイアホールを除く領域に貼着された上記金属箔をエッチングすることにより配線パターンを形成するプリント配線板の配線パターン形成方法。
【請求項２】
導電性材料が施されたバイアホールと、
基材表面に貼着された金属箔がエッチングされることにより形成された配線パターンとを備えるプリント配線板。
【請求項３】
上記導電性材料は、金属メッキ又は導電性ペーストであることを特徴とする請求項２記載のプリント配線板。
【請求項４】
上記金属箔は略１８μｍ程度の薄さに形成されていることを特徴とする請求項２記載のプリント配線板。
【請求項５】
外層に金属箔が貼着された基板にバイアホールを形成し、
上記基板表面にエッチングレンジストを貼着し、上記バイアホールを除く領域に貼着された上記金属箔をエッチングすることにより配線パターンを形成し、
上記バイアホール内及び該バイアホールが形成された上記基板表面の開口部に導電性ペーストを充填塗布し上記基板の両面の導通を図るプリント配線板の配線パターン形成方法。
【請求項６】
外層に金属箔が貼着された基板にバイアホールを形成し、
上記バイアホール内に導電性ペーストを充填塗布し、
上記金属箔を剥離した後、再度上記バイアホールの開口部を含む上記基板の外層に金属箔を貼着し、
上記金属箔表面にエッチングレジストを貼着し、上記金属箔の上記開口部を除く領域をエッチングすることにより配線パターンを形成するプリント配線板の配線パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板の配線パターンの形成方法及びプリント配線板に関し、特にバイアホールを備えたプリント配線板及び配線パターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プリント配線板の配線パターンの形成方法としては、エポキシ樹脂等が含浸された基材に銅箔が貼着された銅張り積層板に対して銅メッキを施し、この銅メッキ及び銅箔をエッチングすることにより配線パターンを形成する方法が広く用いられている。
【０００３】
この銅メッキ及び銅箔をエッチングする配線パターンの形成方法について詳述すると、図５（ａ）に示すように、先ず、ガラスエポキシ樹脂に銅箔１０１を圧着させた銅張り積層板１００を形成する。この銅箔１０１は、厚さ１８μｍ以下のものが用いられている。
【０００４】
次いで、図５（ｂ）に示すように、この銅張り積層板１００に貫通孔１０２をドリルやレーザを用いて穿設し、図５（ｃ）に示すように、銅張り積層板１００の表面及び貫通孔１０２の内部に無電解銅メッキ処理を施し下地メッキ層１０３を形成し、引き続き図５（ｄ）に示すように電解銅メッキ処理を施し、下地メッキ層１０３を含むメッキ層１０４を形成する。
【０００５】
次いで、図５（ｅ）に示すように、銅張り積層板１００の表面にエッチングレジストとなるドライフィルム１０５を貼着し、露光、現像処理によって所定の配線パターンに応じたエッチングパターンを形成する。次いで、図５（ｆ）に示すように、エッチング処理を施し、配線パターン以外のメッキ層１０４及び銅箔１０１を溶解除去する。最後に配線パターンに応じて形成されたエッチングパターン上のドライフィルム１０５を剥離、洗浄を行う。これにより、図５（ｇ）に示すように、バイアホールを備えた銅箔及び銅メッキからなる配線パターンが形成される。
【０００６】
ところで、以上のように形成されたプリント配線板に形成される配線パターンは、ストリップラインやマイクロストリップラインとして形成され、高周波電流を扱う伝送線路として用いられている。また、従来のＭｂｐｓ伝送レベルの高速デジタル・高周波回路に要求される伝送線路の特性インピーダンスは、±１０％の特性バラツキが一般的な許容範囲とされている。
【０００７】
しかし、近年の電子機器の小型化、高速処理化の要求から、１Ｇｂｐｓ以上の高バンド幅によるデジタル伝送インターフェイスが求められている。このような伝送線路においては、配線パターンのファインパターン化、ファインピッチ化とともに、更なる高精度の特性インピーダンスバラツキが要求される。これは、１Ｇｂｐｓの伝送では基本波に対して１０倍以上の高調波成分が複合されているため、電子部品、デバイスの入力又は出力インピーダンスが配線パターンのインピーダンスと整合していないと、境界部で信号の反射が生じ、この反射波が雑音となってインターフェイスの信号品質を劣化させるためである。
【０００８】
また、伝送速度が高速化することによりデジタルインターフェイスのタイミングマージンが極端になくなるため（例えば１００ｐｓ以下）、プリント配線板の伝送線路の特性インピーダンスのバラツキが直接インターフェイスの動作品質に影響を与えはじめる。そのためにはインピーダンスは、±５〜７％以下の特性バラツキとするような制御が必要である。特に近年のＧｂｐｓレベルの高速伝送回路では、ディファレンシャルラインが主になってきており、差動的に±１０〜１５％以下を要求した場合、シングルエンドラインでは特性インピーダンスバラツキを±５〜７％以下に納める必要がでてきている。
【０００９】
しかし、図６に一般に用いられている４層からなる多層プリント配線板１１０を示す。この図６に示すようなもっとも安価な多層板である４層板〜６層板では、外層の配線パターンを形成する銅箔１１１は、上述したように１８μｍ以下、例えば１８μｍもしくは１２μｍ厚のものが用いられている。また、各層の導通をとるためのバイアホール１１２を形成する目的で貫通孔及び銅箔上に施される電解厚付け銅めっき層１１３は、平均２５μｍ厚とされているが実際には１５〜３５μｍ厚程度のバラツキをもって上乗せされて電解めっきされることがある。
【００１０】
すなわち、銅張り積層板に厚さ１２μｍ銅箔１１１を用いた場合、この銅箔１１１上に形成される電解厚付け銅メッキ層１１３のメッキ厚が１５μｍ〜３５μｍのバラツキを持つことから、銅箔１１１及び銅メッキ層１１３からなる導体厚さには３７μｍ±１０μｍのバラツキが生じる。この導体厚さのバラツキに起因して配線パターンの特性インピーダンスの値もバラツキが生じる。また、かかる導体層をエッチングすることにより形成される導体幅には１２５μｍ±１０μｍのバラツキが生じ、更に配線パターンの特性インピーダンスの値にバラツキが生じることとなる。
【００１１】
かかる多層プリント配線板１１０における外層パターンの特性インピーダンスバラツキを計算する。特性インピーダンスは、以下の数１に示す実験式にて計算する。
【００１２】
【数１】


【００１３】
ここで、ｈは配線パターンと内層に設けられた絶縁層との間隔であり、ここでは１００μｍ平均とする。また、ｗは配線パターンの導体幅であり、上述したように１２５μｍ±１０μｍとする。また、ｔは配線パターンの導体厚さであり、上述したように３７μｍ±１０μｍとする。なお、絶縁層の厚さは０．１μｍ、誘電率εｒは４．７とした。
【００１４】
以上の条件下における配線パターンの特性インピーダンスＺｏは、
Ｚｏｍａｘ＝５７．１２（＋１０．１％ 最悪値）
Ｚｏｃｅｎｔｅｒ＝５４．８７
Ｚｏｍｉｎ＝４７．２９（−８．８％ 最悪値）
となる。
【００１５】
このように電解厚付け銅メッキ層１１３に厚みバラツキがあること及び、電解厚付け銅めっき後は銅箔１１１厚及び銅メッキ層１１３厚からなる導体厚さが大きいことから、その後のエッチング工程で形成される配線パターンのパターン幅のバラツキが大きくなり、更に配線パターン全体の特性インピーダンスのバラツキも大きく＋１０．１％〜−８．８％となる。したがって、特性バラツキを±５〜７％以下に確保するのは多層板の外層では現実に大変困難になっている。
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−１７１０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、本発明は、エッチングによる配線パターンのパターン幅及び厚みの精度を向上させることにより配線パターンの特性インピーダンスバラツキを抑えるプリント配線板の配線パターン形成方法及びこれを用いたプリント配線板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決するために、本発明にかかるプリント配線板の配線パターン形成方法は、外層に金属箔が貼着された基板にバイアホールを形成し、上記バイアホールの内部を含む上記基板表面に金属メッキ処理を施し、該金属メッキ処理が施された上記基板表面の上記バイアホールが形成された開口部以外の領域にメッキレジストを施し、上記基板表面の上記開口部及び上記バイアホール内に厚付けメッキ処理を施し、基板表面より上記メッキレジストを除去し、上記基板表面にエッチングレンジストを貼着し、上記開口部及びバイアホールを除く領域に貼着された上記金属箔をエッチングすることにより配線パターンを形成するものである。
【００１９】
また、本発明にかかるプリント配線板は、導電性材料が施されたバイアホールと、基材表面に貼着された金属箔がエッチングされることにより形成された配線パターンとを備えるものである。
【発明の効果】
【００２０】
このようなプリント配線板の配線パターン形成方法及びこれを用いたプリント配線板によれば、金属箔をエッチングすることにより、配線パターンの厚さ及び幅の精度を向上させることができる。したがって、このプリント配線板の配線パターン形成方法を用いて形成されたプリント配線板は、配線パターンの特性インピーダンスバラツキを抑えることができ、１Ｇｂｐｓ以上の高バンド幅によるデジタル伝送においても信号品質の劣化を起こすことなく対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明が適用されたプリント配線板の配線パターン形成方法及びこれを用いたプリント配線板について図面を参照しながら詳細に説明する。このプリント配線板１は、図１に示すように、４層の導体層を有する多層プリント配線板であり、第１層に外層パターンを構成するマイクロストリップライン３が形成され、第２層及び第３層に内層パターンを構成する内層パターン４が形成されると共にグランド・電源層５が形成されている。また、プリント配線板１は、第１層乃至第４層に亘って第１層及び第４層に形成された外層パターンを接続する層間接続用のバイアホール６が形成されている。また、第１層及び第４層にはバイアホール６と外層及び内層パターンを接続するランド部７が形成されている。ランド部７上にはバイアホール６の導通を図るメッキ層８が形成されている。
【００２２】
外層パターンを構成するマイクロストリップライン３は、銅張積層板における銅箔をエッチングすることにより形成されるものであり、厚さｔを１５μｍ±１．５μｍ、幅ｗを１２５μｍ±６μｍのバラツキを持って形成されている。またマイクロストリップライン３は、第２層に設けられたグランド・電源層５より所定の間隙ｈだけ隔てて形成されている。
【００２３】
第１層及び第４層に形成された外層パターンを接続するバイアホール６は、外層パターンの一部を構成するランド部７上及びホール内が選択的に電解銅メッキされることによりメッキ層８が形成されている。メッキ層８は、無電解銅メッキ及び電解銅メッキ法にて厚さ１５μｍ〜３５μｍのバラツキを持って形成されている。なお、このメッキ層８は、無電解及び／又は電解ニッケルメッキにて形成してもよい。この場合、メッキ層８は厚さ１０μｍ〜２５μｍのバラツキを持って形成される。
【００２４】
かかるプリント配線板１における外層パターンの特性インピーダンスバラツキを計算する。特性インピーダンスは、上記の式１に示す実験式にて計算する。
【００２５】
ここで、ｈはマイクロストリップライン３とグランド・電源層５との間隔であり、ここでは１００μｍ平均とする。また、ｗはマイクロストリップライン３の幅であり、上述したように１２５μｍ±６μｍとする。また、ｔはマイクロストリップライン３の厚さであり、上述したように１５μｍ±１．５μｍとする。なお、グランド・電源層５の厚さは０．１ｍｍ、誘電率εｒは４．７とした。
【００２６】
以上の条件下におけるマイクロストリップライン３の特性インピーダンスＺｏは、
Ｚｏｍａｘ＝６０．０１（＋３．４％ 最悪値）
Ｚｏｃｅｎｔｅｒ＝５８．０３
Ｚｏｍｉｎ＝５６．１５（−３．２％ 最悪値）
となる。
【００２７】
このように、本発明が適用されたプリント配線板１によれば、外層パターンを構成するマイクロストリップライン３の特性インピーダンスＺｏのバラツキが＋３．４％〜−３．２％に抑えることができ、１Ｇｂｐｓ以上の高バンド幅によるデジタル伝送においても信号品質の劣化を起こすことなく対応することができる。
【００２８】
次いで、以上のような構成を備えるプリント配線板１の製造方法について説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、配線パターンやグランド層、電源層等の内層パターンが形成された内層コア基板の最外層に、コア基板及び銅箔１２，１３を熱加圧することにより接着し積層基板１０を形成する。コア基板は、例えばプリプレグ等の熱硬化性樹脂がガラス布等の補強剤に含浸されたＢステージ状の接着シートが用いられる。また銅箔１２，１３は、厚さ１８μｍ以下のものが用いられる。
【００２９】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ＮＣ制御されたドリル旋盤等を用いて、積層基板１０の所定箇所に層間接続用の貫通孔１１を穿設する。そして、貫通孔１１の樹脂スミアをデスミア処理にて除去した後、キャタライジング処理、アクセラレーティング処理を行い、無電解銅メッキを施すことによって、図２（ｃ）に示すように、積層基板１０の銅箔１２，１３上及び貫通孔１１内にメッキ層１４を形成する。このメッキ層１４は、０．１μｍ〜１μｍ程度の厚さに形成される。
【００３０】
次いで、図２（ｄ）に示すように、貫通孔１１及びその周辺部を除き、銅箔１２，１３上にメッキレジストとなるドライフィルム１５を貼着する。そして、積層基板１０に対して露光、現像を行い、貫通孔１１及びその周辺部を除去する。次いで、図２（ｅ）に示すように、ドライフィルム１５が除去された貫通孔１１及びその周辺部に対して電解厚付け銅メッキ処理を行い、メッキ層１６を形成する。図１に示すバイアホール６及びランド部７は、無電解銅メッキ処理に引き続き電解厚付け銅メッキ処理が行われることによりメッキ層１４及びメッキ層１６からなるメッキ層８を所定の厚さに形成し導通化を図ることができる。なお、貫通孔１１及びその周辺部の導通化は、電解銅メッキの他、無電解ニッケルメッキ処理により行ってもよい。
【００３１】
次いで、図２（ｆ）に示すように、銅箔１２，１３上に貼着されたドライフィルム１５を剥離し、銅箔１２，１３上と貫通孔１１及びその周辺部にエッチングレジストとなるドライフィルム１７を貼着する。そしてこのドライフィルム１７を露光することにより配線パターンに応じたパターンの潜像を形成し、次いで現像することにより、図２（ｇ）に示すように、配線パターンに対応する領域及び貫通孔１１及びその周辺以外のドライフィルムを除去する。
【００３２】
次いで、図２（ｈ）に示すように、エッチング処理を行い、銅箔１２，１３を除去することにより配線パターンを形成する。最後に、銅箔１２，１３上と貫通孔及びその周辺に貼着されたドライフィルム１７を剥離することにより、図２（ｉ）に示すように、プリント配線板１が形成される。
【００３３】
ここで、上述したように銅箔１２，１３は厚さが１８μｍ以下と、元々が薄いものが用いられ、また銅箔１２，１３の厚さバラツキは±１０％程度であるため、エッチング深さやエッチング処理に要する時間等のバラツキが少なくなり、エッチング精度も向上される。この結果、銅箔１２，１３をエッチングすることにより形成されるマイクロストリップライン３の厚さバラツキは、上述したように１５μｍ±１．５μｍとなる。また、同様にマイクロストリップライン３の幅は１２５μｍ±６μｍとなる。
【００３４】
なお、銅箔１２，１３は、元の厚さ１８μｍからエッチングのための下地処理、例えば酸洗浄や研磨による整地処理等により若干削られるため、銅箔１２，１３をエッチングすることにより形成されるマイクロストリップライン３の厚さは上述した１５μｍ±１．５μｍとなる。
【００３５】
このように、本発明が適用されたプリント配線板の配線パターン形成方法によれば、薄銅箔をエッチングすることにより、配線パターンの厚さ及び幅の精度を向上させることができる。したがって、このプリント配線板の配線パターン形成方法を用いて形成されたプリント配線板１の配線パターンの特性インピーダンスバラツキも、上述したように＋３．４％〜−３．２％程度に抑えることができる。
【００３６】
また、このプリント配線板のパターン形成方法を用いて形成されたプリント配線板１のバイアホール６及びランド部７は、貫通孔１１及びその周辺部のみに電解厚付け銅メッキ処理又は無電解ニッケルメッキを行うことにより、従来通りのメッキ厚を確保することができる。したがって、バイアホール６は、市場の動作環境下における熱膨張収縮現象によっても、導通接続信頼性を長期的に確保することができ、またインダクタンス成分を低く維持しつつ伝送特性を良好に維持することができる。
【００３７】
なお、電解厚付け銅メッキは、常に２５μｍ±１０μｍ程度の厚みバラツキを持っているが、Ｇｂｐｓ帯のデジタルインターフェイスにおいてはバイアホールを介する伝送線路の設計を行うことは伝送線路の品質特性上、避けられているため、バイアホール６におけるメッキ層８の厚さバラツキは事実上無視することができる。
【００３８】
また、本発明が適用されたプリント配線板の配線パターンの形成方法は、上述したように、貫通孔及びその周辺のみに電解銅メッキ処理を行う場合の他、導電性ペーストを印刷することによって貫通孔１１の導通を図るようにしてもよい。この配線パターンの形成方法は、図２（ｂ）に示す、積層基板１０に貫通孔１１を穿設した後、図３（ａ）に示すように、銅箔１２，１３上にエッチングレジストとなるドライフィルム２１を貼着し、このドライフィルム２１を露光することにより配線パターンに応じた潜像を形成し、次いで現像処理を行い配線パターンに対応する領域及び貫通孔１１以外のドライフィルムを除去する。
【００３９】
次いで、図３（ｂ）に示すように、エッチング処理を行い、銅箔１２，１３を除去した後、図３（ｃ）に示すようにドライフィルム２１を剥離し、配線パターンを形成する。
【００４０】
次いで、図３（ｄ）に示すように、導電性ペースト２２を貫通孔１１及びその周辺に印刷、充填し、熱硬化処理を行う。導電性ペースト２２は、熱硬化性樹脂からなるバインダーに銀や銅が含有された銀ペーストや銅ペーストが用いられる。これにより、薄銅箔をエッチングすることによる配線パターンを形成できると共に、バイアホール６及びランド部７には導電性ペースト２２からなる導電層を形成することができる。
【００４１】
かかる配線パターンの形成方法によって形成されたプリント配線板２０においても、薄銅箔をエッチングすることにより、配線パターンの厚さ及び幅の精度を向上させることができる。したがって、このプリント配線板の配線パターン形成方法を用いて形成されたプリント配線板２０の配線パターンの特性インピーダンスバラツキも、上述したように＋３．４％〜−３．２％程度に抑えることができる。また、プリント配線板２０においても、バイアホール６に導電性ペースト２２が印刷充填されることにより従来通りのメッキ厚を確保することができるため、市場の動作環境下における熱膨張収縮現象によっても、導通接続信頼性を長期的に確保することができ、またインダクタンス成分を低く維持しつつ伝送特性を良好に維持することができる。
【００４２】
また、本発明が適用されたプリント配線板の配線パターン形成方法は、先にバイアホール内に導電性ペーストを充填塗布した後、基板表面に貼着された薄銅箔をエッチングすることにより配線パターンを形成するようにしてもよい。この配線パターンの形成方法は、図２（ｂ）に示す、積層基板１０に貫通孔１１を穿設した後、図４（ａ）に示すように、貫通孔１１内に導電性ペースト３１を印刷、充填し、熱硬化処理を行い貫通孔１１内の導通化を図る。この導電性ペースト３１も、熱硬化性樹脂からなるバインダーに銀や銅が含有された銀ペーストや銅ペーストが用いられる。
【００４３】
次いで積層基板１０の表面に貼着された薄銅箔を剥離し、整地した後、図４（ｂ）に示すように、再度貫通孔１１が形成された開口部を含む積層基板１０の表面に薄銅箔３２を貼着する。次いで、薄銅箔３２上にドライフィルムを貼着し、露光、現像した後、エッチングを行い、ドライフィルムを剥離することにより、図４（ｃ）に示すように、薄銅箔からなる配線パターンを形成する。
【００４４】
かかる配線パターンの形成方法によって形成されたプリント配線板３０においても、薄銅箔をエッチングすることにより、配線パターンの厚さ及び幅の精度を向上させることができる。したがって、このプリント配線板の配線パターン形成方法を用いて形成されたプリント配線板３０の配線パターンの特性インピーダンスバラツキも、上述したように＋３．４％〜−３．２％程度に抑えることができる。また、プリント配線板３０においても、バイアホール６に導電性ペースト３１が印刷充填されることにより従来通りのメッキ厚を確保することができるため、市場の動作環境下における熱膨張収縮現象によっても、導通接続信頼性を長期的に確保することができ、またインダクタンス成分を低く維持しつつ伝送特性を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明が適用されたプリント配線板を示す断面図である。
【図２】本発明が適用されたプリント配線板の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明が適用された他のプリント配線板の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明が適用された他のプリント配線板の製造工程を示す断面図である。
【図５】従来の配線パターンの形成方法の代表例を示す工程図である。
【図６】従来のプリント配線板を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ プリント配線板、３ マイクロストリップライン、４ 内層パターン、５ グランド・電源層、６ バイアホール、７ ランド部、８ メッキ層、１０ 積層基板、１１ 貫通孔、１２，１３ 銅箔、１４ メッキ層、１５ ドライフィルム、１６ メッキ層、１７ ドライフィルム、２０ プリント配線板、２１ ドライフィルム、２２ 導電性ペースト、３０ プリント配線板、３１ 導電性ペースト、３２ 薄銅箔
【出願人】 【識別番号】０００００２１８５
【氏名又は名称】ソニー株式会社
【出願日】 平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【代理人】 【識別番号】１０００６７７３６
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 晃

【識別番号】１０００８６３３５
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 榮一

【識別番号】１０００９６６７７
【弁理士】
【氏名又は名称】伊賀 誠司
【公開番号】 特開２００６−１１４７００（Ｐ２００６−１１４７００Ａ）
【公開日】 平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【出願番号】 特願２００４−３００５８０（Ｐ２００４−３００５８０）