JP2015002345A - 電気回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は電気回路基板に関するものであり、従来の有機物を主体とした電気回路基板に比して製造工程数を低減することによって製造コストを低減し、なおかつレジスト塗布工程やエッチング工程およびめっき工程を無くすことにより電気回路基板の湿潤を防ぐことにより、コストの低く信頼性の高い電気回路基板を提供する。
【解決手段】 電気回路基板のコア材に窒化アルミニウムを使用し電気回路を作成する際に、作成する回路パターン上にレーザー光線を照射かつ走査し、レーザー光線を照射かつ走査した部位の窒化アルミニウムをアルミニウムに返還し電気的導通を果たし電気回路とした。
【選択図】図１

Description

本発明は電気回路基板の構造と構造形成材料および回路配線手段に関するものである。

従来電気回路基板の代表的構造は、有機物を主体として形成されたコア材の両面または片面に貼り付けられた銅箔をエッチングによって回路パターンを形成している。

従来電気回路基板の表裏のパターンを貫通電極によって接続する場合、有機物を主体として形成されたコア材の両面に銅箔を貼り付けた後に表裏貫通孔を明け、銅めっきを施すことで貫通孔の内壁に銅箔を設け表裏の電気的導通を可能としさらに表裏の銅箔をエッチングすることで貫通電極回路が完成する。

従来電気回路基板に電子部品やＩＣなどを搭載する際には、搭載機能性向上や電気的特性を向上させるために形成されたパターンの一部分上または全面上に必要に応じてチタン、ニッケル、銀、金、その他などの各種金属めっきを施すことが一般的である。

特開平０７−１１１３７３号公報 特開平０６−３０２９５２号公報

本発明が解決しようとする課題

上記のごとく従来電気回路基板は有機物を主体として形成されたコア材の両面または片面に貼り付けられた銅箔の回路として不必要部分をガーバーデーターで管理されたエッチング加工にて除去することによって回路パターンを形成しており、表裏のパターンを貫通電極にて接続する場合、有機物を主体として形成されたコア材の両面に銅箔を貼り付けた後に表裏貫通孔を明け、銅めっきを施すことで貫通孔の内壁に銅箔を設け表裏の電気的導通を可能とし、さらに表裏の銅箔をエッチングすることで貫通電極回路を形成している。
従来電気回路基板に貫通電極回路を設ける工程をまとめると、（１）コア材の両面に銅箔を貼り付ける工程、（２）孔を明ける工程、（３）銅めっきを行い内壁に銅箔を付ける工程、（４）レジスト塗布工程、（５）レジストを回路パターンと同一に残るようにエッチング加工する工程、（６）レジスト開口部の銅箔をエッチング加工し回路パターンを形成する工程、（７）レジストを除去する工程とおおくの複雑な工程が必要であり製造コストを大きくしている。
まためっき工程やエッチング工程そしてレジスト除去工程など液体を使用する工程が多くこれらの液体を完全に除去することは非常に難しく電気回路基板の信頼性を低下させている。
また従来電気回路の線幅はエッチングマスクの精度に左右されるため５０μｍ以下の線幅の微細加工は困難であり、貫通孔内壁へのめっき工程も細孔内部のめっき法が確立されていないため直径１００μｍ以下の貫通電極回路は実用レベルとして出来ていない。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、有機物を主体とした従来のコア材に比し放熱特性に優れた窒化アルミニウムを基材とし、液体を使用するエッチング工程を無くしレーザー光線を照射かつ走査して回路を形成すること、およびレーザー光線の照射によりコア材に貫通孔を明けると同時に貫通孔内壁を構成する窒化アルミニウムをアルミニウムに変換し貫通電極回路を形成した「電気回路基板」の構造及び製造方法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

本発明は、上記の課題を解決するために、次に述べる手段を講じたことを特徴とするものである。本発明の要旨は、窒化アルミニウムをコア材とし、液体を使用するエッチング工程を無くしレーザー光線を照射かつ走査して電気回路を形成すること、およびレーザー光線の照射によってコア材に貫通孔を明けると同時に貫通孔内壁を構成する窒化アルミニウムをアルミニウムに変換し、貫通電極回路を形成した「電気回路基板」の構造及び製造方法である。

即ち、請求項１の発明は品質信頼性に優れ安価ながら微細な回路をもった電気回路基板を製造することを目的として、窒化アルミニウムを回路基板のコア材とし、またレーザー光線を照射かつ走査することで窒化アルミニウムをアルミニウムに変換し電気回路を形成し電気回路基板としたことを特徴とする。

請求項２の発明は、窒化アルミニウムを回路基板のコア材としてその表面や裏面またはその両面にレーザー光線を照射かつ走査し、レーザー光線を照射かつ走査した部位の窒化アルミニウムをアルミニウムに変換し電気導通回路を形成したことにより、窒化アルミニウムとアルミニウムだけで電気回路基板を構成したことを特徴とする。

請求項３の発明は、窒化アルミニウムを回路基板のコア材とした回路基板にレーザー光線を照射しコア材を貫通する孔を明け、かつ、貫通孔の内壁の窒化アルミニウムにレーザー光線を照射することでアルミニウムに変換し貫通孔の内壁を電気的導体としたことを特徴とする電気回路基板である。

請求項４の発明は、窒化アルミニウムを回路基板のコア材としてその表面や裏面またはその両面にレーザー光線を照射かつ走査し、レーザー光線を照射かつ走査した部位の窒化アルミニウムをアルミニウムに変換し電気導通回路を形成した後に、電気回路の全面上または一部位上に金属めっき処理施し金属膜をコーティングしたことを特徴とする。

請求項５の発明は、窒化アルミニウムを回路基板のコア材としてその表面や裏面またはその両面にレーザー光線を照射かつ走査し、レーザー光線を照射かつ走査した部位の窒化アルミニウムをアルミニウムに変換し電気導通回路を形成した基板を回路基板とし、従来からの製法で別途製作された樹脂基板やレジストおよびポリイミドなど従来の回路基材を追加し電気回路基板としたことを特徴とする。

発明の効果

請求項１によれば電気回路基板の回路形成法はレーザー光線を照射かつ走査するだけであり、従来の電気回路基板の作成の際に使用する銅箔やレジストやガーバーデーターやエッチング液などの部材およびソフトウェアなどが不要となり、かつ銅箔貼付け工程やレジスト塗布工程やガーバーデーター作成工程やエッチング工程そして残留レジスト除去工程などが不要となり大幅なコスト削減効果とタクト短縮効果を生み出す。

請求項２によれば電気回路基板のコア材に窒化アルミニウムのみを使用しており、また回路パターン形成はコア材の窒化アルミニウムにレーザー光線を照射かつ走査することによってアルミニウムに変換すると言う斬新な手法を用いているため、従来の樹脂を主体として構成された電気回路基板よりも熱伝導性に優れかつ耐湿性に優れた電気回路基板を提供する。

本発明の電気回路基板を構成する基台の材質である窒化アルミニゥムの熱伝導特性はおよそ２００Ｗ／ｍ・ｋであり、従来の有機物（エポキシ樹脂など）を主体とした回路基板（約１Ｗ／ｍ・ｋ）に比較して大幅な熱伝導特性を確保することができる。すなわち発生熱の大きな素子（ＬＥＤや各種モジュールなど）搭載用の電機回路基板の熱伝導路とすることが可能となり従来の回路基板に比較し、搭載素子の高密度化が可能となり大容量の通電が可能となる。

本発明の電気回路基板の回路パターンはコア材の窒化アルミニウムにレーザー光線を照射かつ走査することで形成する。すなわち回路パターンの線幅はレーザー光線の太さに依存する。レーザー光線の太さはレーザー光線の太さを調節するアパーチャーやレーザー光源から対物レンズまでの間にあるレンズなどによって決まるが、直径１μｍ以下とすることも可能であることから、本発明の回路パターンの線幅も１μｍ以下にすることが可能であり微細な回路パターンを有した電気回路を作成することが出来る。

請求項３に記載の発明によれば、電気回路基板を構成するコア材の窒化アルミニウムにレーザー光線を照射することによって貫通孔を明け、貫通孔の内壁の窒化アルミニウムにレーザー光線を照射してアルミニウムに変換し貫通孔の内壁を電気的導体とするのであるが、従来の貫通孔電極の作成法に比較しめっき工程の削減となる。また従来のめっき法での貫通孔への被膜はめっき液の浸透性の性能上アスペクト比は穴径１に対し穴深さ１０ぐらいが限界である。本発明ではめっき工程が不要のためアスペクト比に関わりなくレーザー光線の直径に応じた極細の貫通孔電極を設けた電気回路基板を提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、窒化アルミニウムを回路基板のコア材としてその表面や裏面またはその両面にレーザー光線を照射かつ走査し、レーザー光線を照射かつ走査した部位の窒化アルミニウムをアルミニウムに変換し電気導通回路を形成した後に、電気導通回路の全面上または一部位上に金属めっき処理にて回路上に金属膜をコーティングすることにより、電気導通回路の電気抵抗率を低減させる効果と半導体素子や電子部品を電気導通回路上に搭載する際の密着力を高める効果が得られる。

請求項５の発明によれば、窒化アルミニウムを回路基板のコア材としてその表面や裏面またはその両面にレーザー光線を照射かつ走査し、レーザー光線を照射かつ走査した部位の窒化アルミニウムをアルミニウムに変換し電気導通回路を形成した電気回路基板上に、別途作成したプリント基板やレジストおよびポリイミドなど従来の回路基材を追加することにより、複層の電気回路を構成することが可能になる。

本発明の窒化アルミニウムをコア材とした電気回路基板の平面図である。 本発明の窒化アルミニウムをコア材とした電気回路基板の側面図である。 本発明の基板にレーザー光線を照射かつ走査している平面図である。 本発明の基板にレーザー光線を照射かつ走査している側面図である。 本発明の基板の表裏両面の回路を貫通電極により接続した平面図である。 本発明の基板の表裏両面の回路を貫通電極により接続した側面図である。 本発明の基板の表裏両面の回路の一部位にめっきを施した平面図である。 本発明の基板の表裏両面の回路の一部位にめっきを施した側面図である。 本発明の基板の表裏両面に半導体素子および電子部品を実装した平面図である。 本発明の基板の表裏両面に半導体素子および電子部品を実装した側面図である。 従来の有機物主体のコア材を使用した電気回路基板の側面図である。

本発明の窒化アルミニウムをコア材に用い電気回路を作成する際に、コア材にレーザー光線を照射かつ走査して作成した電気回路基板の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１乃至図２に示す配線回路基板１のコア材０１は電気的絶縁性に優れかつ熱伝導性の高い無機物である窒化アルミニウムによって形成され、コア材０１の表裏両面にレーザー光線１１を照射かつ走査し、照射かつ走査した部位の窒化アルミニウムをアルミニウムに変換し電気導通回路としてパターン０２、貫通電極０３を描画した。さらに電気導通回路の一部位である電極０４、０５に半導体素子や電子部品の実装性を向上させるために電気めっきを施した。

使用したレーザー光線１１の波長は０．１μｍ〜２０μｍの間のものが比較的容易に生成することができ望ましいが、レーザーの種類は問わない。レーザー光線１１の照射部位の径は目的とする回路パターンの電気特性によって決定されるが最小径としてはΦ１μｍ以下も可能である、またレーザー光線１１の走査方法はＸ−Ｙテーブルを用いてレーザー光線照射位置とコア材の相対的位置を形成しようとする回路パターン通りに移動して行う方法やコア材を固定しガルバノスキャナーでレーザー光線１１を走査する方法またはその両者を組み合わせた方法やコア材表面上に回路パターンと同一に開口されたマスクをセットしマスク上にレーザー光線をラスタースキャン方式で走査する方法などがあり、走査パターンは面、線、円、穴明けなど自由自在である。このように窒化アルミニウムの表面にレーザー光線を照射かつ走査し、照射かつ走査した部位の窒化アルミニウムをアルミニウムに変換し電気導通回路とした例は初めてである。

電気導通回路の一部位に半導体素子や電子部品の実装性を向上させるために施す電気めっき被膜の材質は金、銀、銅、錫、アルミニウム、チタン、ニッケル、半田などの金属を用いており、めっきの厚さはその目的によるが通常０．１μｍ〜２０μｍの範囲が使われる。

図５乃至図６の貫通電極０３の形成方法は、窒化アルミニウム製コア材にレーザー光線１１を線や面のパターンを形成するよりも長時間照射し窒化アルミニウムを溶融蒸発して貫通孔を設ける方法や、窒化アルミニウム製コア材にレーザー光線１１を線や面のパターンを形成する出力よりも大きなエネルギー密度を照射し窒化アルミニウムを溶融蒸発して貫通孔を設ける方法がある。これらの方法では導通回路パターンを作成するレーザー光線と貫通孔を形成するレーザー光線は同一で良い。

貫通電極３を形成するレーザーを面や線や円などを描画するレーザー光線１１とは別途なレーザー光線を使用することもある。そのメリットは面や線や円などを描画する走査速度を一定に保つことが可能となり、レーザー光線１１の出力も一定に保つことが可能となる。

図７乃至図８は導通回路２の一部位である電極０４、０５上に金属めっき処理を施し金属膜をコーティングしたものであり、半導体素子０７や電子部品０９の電極パッドと電気的に接続する電極とし、また外部電気部品との接続に用いる電極とすることにより、接続の信頼性を高めることができる。めっき被膜の材質は金、銀、銅、錫、アルミニウム、チタン、ニッケル、半田などの金属をその用途により選択する。半導体素子０７との電気的接続をする場合には金線、銀泉、銅線、アルミニウム線などで作製された金属線０８が使用される。

なお、導通回路０２の全面に金属めっきを施すことは導通回路の電気抵抗値を低減する効果が有る。金属めっきの材質は金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、錫、チタン、半田などの金属が使われる。

図９乃至図１０に示すように本発明で作製された電気回路基板の表裏両面の導通回路は貫通電極０３で接続されているため表裏の回路は電気的に導通しており、表面に搭載された半導体素子０７の電極から金属線０８によって電気回路基板の電極０５に接続される、また裏面に実装された電子部品０９は電子部品０９の外部電極と電気回路基板の電極０５ａが直接接続されている。このように電気回路基板の表面に搭載された半導体素子０７と裏面に実装された電子部品０９は電気的に接続される。

図９乃至図１０に示される半導体素子０７および電子部品０９の代替えとして別途作成された回路基板を搭載し多層基板とすることも可能であり、電気回路基板の一部または全面にレジストやパッシベーションを塗布し電極０４、０５部分のみを露出することも可能である。

図１１は本発明と対比するために、有機物を主体とした基材を用い従来方式の貫通電極２４を配置した電気回路基板を示したものである。その概略製造工程は（１）基材の両面に銅箔を貼り付ける工程、（２）孔を明ける工程、（３）銅めっきを行い貫通孔内壁に銅箔を付ける工程、（４）レジスト塗布工程、（５）レジストを回路パターンと同一に残るようにエッチングする工程、（６）レジスト開口部の銅箔をエッチングし回路パターンを形成する工程、（７）レジストを除去する工程の７工程となる。これに対し本発明による貫通電極を配置した電気回路基板の製造工程は（１）基材の表面にレーザー光線を照射かつ走査する工程、（２）貫通孔を明ける部位にレーザー光線を照射する工程、（３）基材の裏面にレーザー光線を照射かつ走査する工程の３工程であり、工程数削減による大幅なコストダウン効果が見込まれる。

さらに本発明の製造工程にはめっき工程やエッチング工程などの液体中に浸るウェット工程が無いため回路基板への液体湿潤が低減され大幅な信頼性向上効果が見込まれる。

０１ 窒化アルミニウム製コア材
０２ レーザー光線照射かつ走査により形成された回路
０３ レーザー光線照射により形成された貫通孔
０４ 電気回路基板上の電極（１）
０５ 電気回路基板上の電極（２）
０６ 半導体素子接着剤
０７ 半導体素子
０８ 金属線
０９ 電子部品
１１ レーザー光線
１２ レーザー光線照射位置
１３ レーザー光線走査方向矢印
２１ 有機物を主体とした回路基板用基材
２２ 銅箔
２３ 銅めっき
２４ 貫通電極
２５ 外部接続電極（１）
２６ 外部接続電極（２）

Claims (5)

1. 電気回路基板のコア材に窒化アルミニウムを使用し電気回路を作成する際に、作成しようとしている電気回路のパターン上にレーザー光線を照射かつ走査し、レーザー光線を照射かつ走査した部位の窒化アルミニウムをアルミニウムに変換し電気回路としたことを特徴とする電気回路基板。
2. 請求項１において電気回路基板を構成する部材を窒化アルミニウムと、窒化アルミニウムにレーザー光線を照射かつ走査したことによって発生されたアルミニウムだけで構成したことを特徴とする電気回路基板。
3. 請求項１において電気回路基板を構成するコア部材の窒化アルミニウムにレーザー光線を照射しコア材を貫通する孔を明け、貫通孔の内壁の窒化アルミニウムをアルミニウムに変換し孔の内壁を電気的導体としたことを特徴とする電気回路基板。
4. 請求項１において電気回路基板を構成する部材を窒化アルミニウムと、窒化アルミニウムにレーザー光線を照射かつ走査したことによって発生されたアルミニウムと、アルミニウム部位全面または一部位に金属めっき処理にてコーティングされた金属にて構成したことを特徴とする電気回路基板。
5. 請求項１において電気回路基板を構成する部材を窒化アルミニウムと、窒化アルミニウムにレーザー光線を照射かつ走査したことによって発生されたアルミニウムで構成した回路基板に、別途作成した樹脂基板やレジストなど従来の回路基材を追加し電気回路としたことを特徴とする電気回路基板。

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