JP2004087924A

JP2004087924A - プリント基板の製造方法

Info

Publication number: JP2004087924A
Application number: JP2002248668A
Authority: JP
Inventors: Yumiko Ozaki; 尾崎　由美子; Takashi Kajino; 楫野　隆
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP4097069B2

Abstract

【課題】特性に優れる高周波基板で信頼性に優れる層間接続を形成でき、かつ絶縁樹脂層と導体層の密着性を確保可能で、それらを量産性よく実現することが可能なプリント基板の製造方法を提供する。
【解決手段】１ＧＨｚにおいてＱが１５０を超えるビニルベンジル等の層間絶縁樹脂層２を用いたプリント基板の製造方法であり、前記層間絶縁樹脂層２にＵＶ−ＹＡＧレーザーにより直径２００μｍ以下、３０μｍ以上の孔３を形成後、少なくとも酸素を含む反応性ガスでドライエッチングすることでスミアの除去されたビアホール１０を形成する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビアホールを用いて導体層同士の電気接続を行うプリント基板の製造方法に係り、特にパワーアンプモジュール用受動部品内蔵基板等の高周波用基板の作製に用いて好適な、量産性に優れるプリント基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のプリント基板にビアホールを形成する場合、層間絶縁樹脂層の所定の位置に、炭酸ガスレーザー、ＵＶ−ＹＡＧレーザー等を用いて、直径１００〜５０μｍの孔を形成した後に、孔周囲の熱変成層（ｓｍｅａｒ）を過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム等のデスミア（ｄｅｓｍｅａｒ）処理液を用いてエッチングして除去する。また、ビルドアップ工法等ではこの工程で前記層間絶縁樹脂層表面をエッチングし表面の粗度をあげて、次工程で形成される導体層の密着性を確保している。
【０００３】
なお、炭酸ガスレーザーで層間絶縁樹脂層にビアホールを形成する技術を開示するものとして特開２０００−２２３３７号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記層間絶縁樹脂層の材質が、例えばビニルベンジルのような電気的特性に優れる高信頼性の樹脂である場合、熱変成層はある程度デスミア処理液に溶解するものの、樹脂そのものは不溶であり、熱変性層表面部分と樹脂層との間の溶けにくい中間層が残り、信頼性に深刻な不具合を生じる場合がある。また、ビルドアップ工法等で、下地導体を無電解めっきで形成する場合は、通常、ウエットデスミアを行うと同時に樹脂表面を粗化して基板とめっき銅との密着性を確保するが、樹脂がエッチングされないために、この工程で前記層間絶縁樹脂層の表面粗化を行うことができない。
【０００５】
スパッタリングもしくは蒸着法等のドライ工法により、ある程度の密着性を確保しつつ平滑な層間絶縁樹脂層表面に導体層を形成する方法はあるが、一般的に密着性が不十分であり、また、量産性が大幅に低下する。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑み、特性に優れる高周波基板で信頼性に優れる層間接続を形成でき、かつ絶縁樹脂層と導体層の密着性を確保可能で、これらを量産性よく実現することが可能なプリント基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、１ＧＨｚにおいてＱが１５０を超える層間絶縁樹脂層を用いたプリント基板の製造方法において、
前記層間絶縁樹脂層にＵＶ−ＹＡＧレーザーにより直径２００μｍ以下、３０μｍ以上の孔を形成後、少なくとも酸素を含む反応性ガスでドライエッチングすることでスミアの除去されたビアホールを形成することを特徴としている。
【０００９】
本願請求項２の発明に係るプリント基板の製造方法は、請求項１において、前記層間絶縁樹脂層の樹脂が、ビニルベンジルであることを特徴としている。
【００１０】
本願請求項３の発明に係るプリント基板の製造方法は、請求項１又は２において、前記層間絶縁樹脂層にフィラを含んでおり、前記ドライエッチング時に前記層間絶縁樹脂層の表面の樹脂を選択的にエッチングして、樹脂面から突出するフィラの平均高さを、少なくともフィラの平均粒径の１／４以上にすることを特徴としている。
【００１１】
本願請求項４の発明に係るプリント基板の製造方法は、請求項１又は２において、前記層間絶縁樹脂層にフィラを含んでおり、前記ドライエッチング時に前記フィラを選択的にエッチングすることを特徴としている。
【００１２】
本願請求項５の発明に係るプリント基板の製造方法は、請求項３又は４において、前記フィラが球状シリカであることを特徴としている。
【００１３】
本願請求項６の発明は、１ＧＨｚにおいてＱが１５０を超える層間絶縁樹脂層を用いたプリント基板の製造方法において、
前記層間絶縁樹脂層にフィラとして球状シリカを含んでおり、レーザーにより直径２００μｍ以下、３０μｍ以上の孔を形成後、酸素及びフッ素を含む反応性ガスでドライエッチングすることでスミアの除去されたビアホールを形成するとともに、前記層間絶縁樹脂層の表面の樹脂を選択的にエッチングして、樹脂面から突出するフィラの平均高さを、少なくともフィラの平均粒径の１／４以上とすることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るプリント基板の製造方法の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１５】
図１は本発明に係るプリント基板の製造方法の実施の形態であり、まず、第１導体層となる銅箔１上に、１ＧＨｚにおいてＱが１５０を超える層間絶縁樹脂層２を塗布、形成した基板を用意する。ここで、１ＧＨｚにおいてＱが１５０を超える層間絶縁樹脂層２としては、例えば、ビニルベンジル樹脂（比誘電率２．５、１ＧＨｚでのＱ値が２６０）に１〜３０μｍの球状シリカフィラを数１０体積％混入したもの等を用いることができる。層間絶縁樹脂層２の厚さは数１０μｍ〜数１００μｍである。
【００１６】
１ＧＨｚにおいてＱが１５０を超える層間絶縁樹脂層２を用いる理由は、パワーアンプモジュール用受動部品内蔵基板等の高周波用基板を作製するのを目的とする場合、１ＧＨｚにおけるＱが１５０以下であると、高周波特性が低下して使用に適さなくなるからである。また、１ＧＨｚにおけるＱが１５０を超える樹脂は、ビニルベンジルに見られるように化学的に安定で、レーザーで孔あけ加工をした際、ウエットデスミア処理では十分な効果が得られない材質が多い。
【００１７】
層間絶縁樹脂層２に混入するフィラとしてシリカフィラを用いるのは、後述のドライエッチング工程におけるエッチングレートが樹脂と異なるため、選択的にエッチングする（又は選択的に残す）ことが可能であるからである。また、シリカフィラの粒径を１〜３０μｍとするのは、粒径１μｍ未満は入手が困難であり、またドライエッチング工程にて層間絶縁樹脂層２の表面に凹凸を形成する効果が薄れるからであり、粒径３０μｍを超える場合には層間絶縁樹脂層の厚さにバラツキを生じ、また、層間絶縁樹脂層２表面の凹凸が当該樹脂層の厚みに比べて過大となるからである。また、シリカフィラの形状は球状であるほうが表面積が小さく高周波の損失を少なくする上では好ましい。
【００１８】
上記の基板に対して、図１（Ａ）のようにＵＶ−ＹＡＧレーザー加工機により、ビアホール形成位置に対してＵＶ−ＹＡＧレーザーを照射して直径２００μｍ以下、３０μｍ以上の孔３を形成する。その際、孔３の内側側面及び孔周辺に層間絶縁樹脂層２の熱変成層（ｓｍｅａｒ）２ａが形成される。ここで、ＵＶ−ＹＡＧレーザーを用いる理由は、図２（Ａ）のように、レーザー加工によって層間絶縁樹脂層２に孔３を形成したときに生じる熱変成層２ａが孔底面には殆ど形成されないからである。これに反し、従来広く用いられている炭酸ガスレーザーでは、図２（Ｂ）のように、層間絶縁樹脂層２に孔３を形成したときに、レーザー加工中の発熱により樹脂が溶解して熱変成層２ａ（若しくは樹脂）が孔底部に残り、ビアホールにより導体層相互の接続を図るときに信頼性上問題が発生する恐れが強い。ドライエッチング処理で除去できる樹脂やその熱変成層の厚さは２μｍが限度であり、それ以上の熱変成層２ａが孔底部に残留すると、ビアホールによる導体接続の断線、ルーズコンタクト等の不具合の要因となる。なお、孔３の直径（ここでは孔３の開口径を言う）を３０μｍ〜２００μｍの範囲とするのは、３０μｍ未満では層間絶縁樹脂層の厚さに比較して孔径が過小となり、後工程で上層の導体層を形成する際にビアホール接続の信頼性が確保できなくなるきらいがあり、２００μｍを超える場合にはレーザー加工よりもコストの安い方法でビアホール形成が可能になるからである。
【００１９】
上記のようにレーザー加工による孔３を形成した基板に対して、層間絶縁樹脂層２及びフィラに対して反応性を有するガス（例えばＯ_２とＣＦ_４との混合ガス）を用いたドライエッチング処理により、図１（Ｂ）のように熱変成層２ａを除去し（デスミア処理）、これと同時に層間絶縁樹脂層２の表面を粗化する。ドライエッチング処理において、Ｏ_２＋ＣＦ_４の混合ガスを用いた場合、Ｏ_２の割合を増やすと樹脂のエッチングレートが上がり、ＣＦ_４の割合を増やすとシリカフィラのエッチングレートが上がる。従って、混合ガスにおけるＯ_２とＣＦ_４との混合割合を変えて層間絶縁樹脂層２の樹脂とシリカフィラのエッチングレートを適切に設定することで層間絶縁樹脂層２の表面を適切に粗化できる。
【００２０】
このドライエッチング処理により、孔３の内側面及びその周囲の熱変成層２ａが除去されたビアホール１０が形成されるとともに、次工程の第２導体層形成に適した粗さに層間絶縁樹脂層２の表面を粗化することができる。
【００２１】
その後、図１（Ｃ）のように、無電解銅めっき等により第２導体層の下地導体層１１を層間絶縁樹脂層２上及びビアホール１０の内面に形成することで、ビアホール１０を介しての第１導体層１と第２導体層の下地導体層１１の電気接続が行われる。そして、図示しないが、下地導体層１１上には所要厚みとなるように銅等の電解めっきでめっき導体層を形成して第２導体層とする。
【００２２】
なお、前記第１導体層及び第２導体層の少なくとも一方は所定の配線パターンとなるようにパターニングする。
【００２３】
図３は球状シリカフィラを含む層間絶縁樹脂層２をドライエッチングし、層間絶縁樹脂層２の表面のビニルベンジル樹脂を選択的にエッチングすることで樹脂面からフィラを突出させたとき、｛フィラの平均突出高さ／フィラ平均粒径｝と第２導体層のピール強度との関係を示す。この図から、フィラの平均突出高さがフィラの平均粒径の１／４以上であれば、上限値の９０％以上のピール強度が得られることがわかる。
【００２４】
なお、前記ドライエッチング処理において、球状シリカフィラの方が選択的にエッチングされるようにＯ_２＋ＣＦ_４の混合ガスの混合割合を変えて、層間絶縁樹脂層の表面において球状シリカフィラの部分がエッチングされて窪んだ状態とすることで表面粗化を図ってもよい。ドライエッチング時に樹脂表面の粗化はデスミアと同時に行うことが好ましいが、条件の設定が難しいときにはデスミアで有効な条件で処理を行った後に表面粗化に有効な条件で処理することができる。また、処理工程順序を反対にしても良い。上記処理はドライエッチングの同一バッチで行える。
【００２５】
この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００２６】
（１）　導体層間に介在する層間絶縁層樹脂層２としてビニルベンジル等の高Ｑ材料（１ＧＨｚにおいてＱが１５０より大）を使用するので高周波特性に優れる。
【００２７】
（２）　球状シリカ等の低損失フィラを層間絶縁樹脂層２に混入するとＱが上がり、さらに高周波特性が改善される。
【００２８】
（３）　レーザーによる孔あけ加工後のデスミア（熱変成層除去）をドライエッチングで行っているので信頼性が良好である。ウエットエッチングの場合、ビニルベンジルのような電気的特性に優れる高信頼性の樹脂では、熱変性層表面部分と樹脂層との間の溶けにくい中間層が残り、信頼性が不十分である。
【００２９】
（４）　上記のデスミア工程と同時に層間絶縁樹脂層の粗面化が行われるので、工程が短く、量産性に優れる。
【００３０】
（５）　処理後の層間絶縁樹脂層２の表面には、フィラの粒径と同程度の凹凸がきめ細かく形成されるので、その上に形成される導体層の密着性に優れる。とくに、樹脂表面からのフィラの平均突出高さを、フィラの平均粒径の１／４以上とすることでピール強度を十分大きくできる。
【００３１】
（６）　層間絶縁樹脂層表面の凹凸がフィラの粒径で決まるので、粗化の制御が容易である。すなわち、表面の表面粗さを上げる場合は、フィラの粒径を大きくする。また、凹凸の総数を上げる場合は、フィラの混入割合を上げればよい。
【００３２】
（７）　上記に類似の考え方は、ウエットデスミア処理でもある。すなわち樹脂中に炭酸カルシウム等のエッチングされやすいフィラを混入し、デスミア等の薬液処理でフィラを溶解し、凹凸を形成する。この場合、処理液の浸透により内部のフィラをも溶解する場合があり、その場合、層間絶縁不良を生じる。本発明では、ドライエッチングにより表層の樹脂又はフィラをエッチングするので（エッチングは表層に限られるので）絶縁不良は起こらない。
【００３３】
（８）　フィラの粒径を１μｍ程度にすると、密着性に優れ、かつ高周波特性も良好な導体層を層間絶縁樹脂層上に形成することができる。つまり、導体層が銅である場合、そのスキンデプスは１ＧＨｚで約２μｍであり、高周波特性の上からは層間絶縁樹脂層表面の凹凸はスキンデプスより小さいことが好ましい。
【００３４】
（９）　ＵＶ−ＹＡＧレーザーで孔あけ加工することで、層間絶縁樹脂層２にあけた孔３の周囲にできる熱変成層２ａは少なく、孔底面には熱変成層が殆ど形成されないため（図２（Ａ）参照）、ビアホールによる導体接続の断線、ルーズコンタクト等の不具合の発生は無い。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明に係るプリント基板の製造方法を実施例で詳述する。
【００３６】
本実施例に使用した基板は、第１導体層としての銅箔上に、層間絶縁樹脂層としてのビニルベンジル樹脂を塗布したものである。ビニルベンジル樹脂には１〜３０μｍの球状シリカフィラが４０体積％混入している。層間絶縁樹脂層となるビニルベンジル樹脂の膜厚は約０．１ｍｍである。
【００３７】
層間絶縁樹脂層に形成するビアホールのレーザー加工には、三菱電機製６０５ＤＬＸのレーザー加工機を用いた。レーザー加工機の種類はＵＶ−ＹＡＧである。レーザー加工条件は、周波数：３０ｋＨｚ、パルス幅：２００μｓ、マスク：直径０．９ｍｍ、パルスエネルギー：０．５ｍＪ、ショット数：２０である。
【００３８】
上記条件で層間絶縁樹脂層にレーザー加工した孔のＳＥＭ（走査電子顕微鏡）写真を図４の（写真１）に示す。図４の（写真２）は加工孔の付近（写真１のＡ付近）で、飛散物（スミア）が付着している。図４の（写真３）は加工孔から離れた位置（写真１のＢ付近）で、飛散物はみられない。
【００３９】
前記レーザー加工による孔内面及び周辺の飛散物の除去並びに層間絶縁樹脂層表面の粗化のためのドライエッチング処理に用いた装置は、ＴＥＬＰＡ　ＡＧ製の多用途プラズマ装置ＳＹＳＴＥＭ４００である。ガスの種類は、Ｏ_２＋ＣＦ_４で、エッチング条件は、Ｏ_２：７００ｃｃ／ｍｉｎ，ＣＦ_４：１００ｃｃ／ｍｉｎ、圧力：１００Ｐａ、プラズマ出力：１ｋＷ、ＲＦバイアス：１００Ｗ、エッチング時間：１０分である。上記条件でエッチングした基板の表面ＳＥＭ像を図５に示す。層間絶縁樹脂層の表面に球状シリカフィラがエッチングされずに残っているのがわかる。
【００４０】
上記のようにＲＦバイアス：１００Ｗ、エッチング時間：１０分でドライエッチングした基板に、次工程の下地導体処理を銅の無電解めっきで行いピール強度を測定したところ、約０．６ｋｇｆ／ｃｍ^２　（約６×１０^４Ｎ／ｍ^２）であった。これは、ロープロファイル品（表面粗さが小さい製品）の銅箔にビニルベンジルを塗布したもののピール強度が、約０．４ｋｇｆ／ｃｍ^２　（約４×１０^４Ｎ／ｍ^２）であるのと比較して、同程度以上であることがわかる。
【００４１】
以上本発明の実施の形態及び実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るプリント基板の製造方法によれば、特性に優れる高周波基板において信頼性に優れるビアホールによる層間接続を形成でき、かつ絶縁樹脂層と導体層の密着性を確保可能で、それらを量産性よく実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプリント基板の製造方法の実施の形態を示す説明図である。
【図２】ＵＶ−ＹＡＧレーザー及び炭酸ガスレーザーによる孔あけ加工の際に発生する熱変性層（スミア）の様子を示し、（Ａ）はＵＶ−ＹＡＧレーザー、（Ｂ）は炭酸ガスレーザーの場合の説明図である。
【図３】層間絶縁樹脂層表面の｛フィラの平均突出高さ／フィラ平均粒径｝と、層間絶縁樹脂層上に形成した第２導体層のピール強度との関係を示すグラフである。
【図４】層間絶縁樹脂層に対するレーザー孔あけ加工後の孔周辺の写真図である。
【図５】ドライエッチング処理後の層間絶縁樹脂層表面の写真図である。
【符号の説明】
１　銅箔
２　層間絶縁樹脂層
２ａ　熱変成層
３　孔
１０　ビアホール
１１　下地導体層

Claims

１ＧＨｚにおいてＱが１５０を超える層間絶縁樹脂層を用いたプリント基板の製造方法において、
前記層間絶縁樹脂層にＵＶ−ＹＡＧレーザーにより直径２００μｍ以下、３０μｍ以上の孔を形成後、少なくとも酸素を含む反応性ガスでドライエッチングすることでスミアの除去されたビアホールを形成することを特徴とするプリント基板の製造方法。
前記層間絶縁樹脂層の樹脂が、ビニルベンジルである請求項１記載のプリント基板の製造方法。
前記層間絶縁樹脂層にフィラを含んでおり、前記ドライエッチング時に前記層間絶縁樹脂層の表面の樹脂を選択的にエッチングして、樹脂面から突出するフィラの平均高さを、少なくともフィラの平均粒径の１／４以上にする請求項１又は２記載のプリント基板の製造方法。
前記層間絶縁樹脂層にフィラを含んでおり、前記ドライエッチング時に前記フィラを選択的にエッチングする請求項１又は２記載のプリント基板の製造方法。
前記フィラが球状シリカである請求項３又は４記載のプリント基板の製造方法。
１ＧＨｚにおいてＱが１５０を超える層間絶縁樹脂層を用いたプリント基板の製造方法において、
前記層間絶縁樹脂層にフィラとして球状シリカを含んでおり、レーザーにより直径２００μｍ以下、３０μｍ以上の孔を形成後、酸素及びフッ素を含む反応性ガスでドライエッチングすることでスミアの除去されたビアホールを形成するとともに、前記層間絶縁樹脂層の表面の樹脂を選択的にエッチングして、樹脂面から突出するフィラの平均高さを、少なくともフィラの平均粒径の１／４以上とすることを特徴とするプリント基板の製造方法。