JP2004165544A - プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】バイアホールの上に部品を実装することができ、スタックドビアも可能なビルドアッププリント配線板において、複数回めっきに伴いエッチング代が厚くなるのを阻止し、細線化と配線パターンの高精度化にも有効な多層のプリント配線板を提供する。
【解決手段】銅はくをエッチングして形成したバンプによって層間接続がとれるため、従来のようにバイアホールの導通化のためのめっきが不要となり、エッチング代が薄くなることにより、細線化と配線パターンの高精度化を可能とした多層のプリント配線板を提供することができる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装部品、特にベアチップ等の電子部品を実装するプリント配線板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の情報、通信端末を中心とした電子機器の高機能化と小型、軽量化の要求により、半導体の高集積及び高速化技術が急速に進展している。
【０００３】
そのため、これら小型化、軽量化を達成するためのベアチップ等の電子部品を実装するプリント配線板に対しても高密度配線および高密度実装を可能とし、なおかつ安価なものが求められている。
【０００４】
このような市場の要求に応えるために、従来の銅めっきによるスルーホール接続を基本構成とするプリント配線板に代わって、インタースティシャルバイアホール（以下、ＩＶＨという）により、必要な層間のみ導通接続を図るとともに、部品ランド直下にもＩＶＨを形成し、実装密度を向上することができるビルドアッププリント配線板が開発され、市場に供給されている。
【０００５】
以下従来のビルドアッププリント配線板の製造方法について説明する。
【０００６】
図５、図６は従来のビルドアップのプリント配線板の構成を示すための製造工程断面図である。
【０００７】
まず、ガラスエポキシ基材３１と銅はく３２からなる銅張り板を準備し［図５（Ａ）］、ＮＣボール盤で所定の位置に貫通孔３３を形成する［図５（Ｂ）］。そして貫通孔３３を導通化させるため、無電解銅めっき後、電解銅めっきを行い、第１銅めっき層３４を形成する［図５（Ｃ）］。
【０００８】
次にスルーホールとなった貫通孔３３にエポキシ樹脂を主成分とする孔埋め樹脂３５を充填し、基板表面を平坦化した後［図５（Ｄ）］、無電解銅めっきに続いて、電解銅めっきを行い、第２銅めっき層３６を形成する［図５（Ｅ）］。そしてフォトプロセスを用いて銅はく３２、第１銅めっき層３４、第２銅めっき層３６をエッチングして、配線パターン３７を形成する［図５（Ｆ）］。
【０００９】
次に基板の表裏に層間絶縁樹脂層３８を形成後［図５（Ｇ）］、層間絶縁樹脂層３８の表面から配線パターン３７までの層間接続のためのバイアホール３９を形成する［図６（Ｈ）］。なおこのバイアホール３９は層間絶縁樹脂層３８が感光性の場合はフォトプロセスにより形成することができる。また層間絶縁樹脂層３８が非感光性の場合はレーザ加工機によって形成する。
【００１０】
次に層間絶縁樹脂層の表面とバイアホール３９の内部に無電解銅めっき後、電解銅めっきを行い、第１銅めっき層４０を形成したうえで［図６（Ｉ）］、バイアホール３９にエポキシ樹脂を主成分とする孔埋め樹脂４１を充填し、基板表面を平坦化した後［図６（Ｊ）］、無電解銅めっきに続いて、電解銅めっきを行い、第２銅めっき層４２を形成する［図６（Ｋ）］。
【００１１】
そしてフォトプロセスを用いて、第１銅めっき層４０、第２銅めっき層４２をエッチングして、配線パターン４３を形成する［図６（Ｌ）］。
【００１２】
以後、上記の図５（Ｇ）〜図６（Ｌ）に示す工程と同じプロセスを繰り返すことによって、６層および８層のビルドアッププリント配線板を製造することができる。
【００１３】
以上のように、バイアホール内に孔埋め樹脂を充填し、平坦化した後、銅めっきをすることにより、バイアホールの上に部品を実装することができ、またスタックドビアも可能となるため、大幅に高密度化ができる。
【００１４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
【００１５】
【特許文献１】
特開平１−１４３２９２号公報
【特許文献２】
特開平４−９２４９６号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、細線化が進みかつ配線パターンの高精度化が求められる背景において、それを実現するために銅はくの厚みを薄くする必要が生じてきた。
【００１７】
従来の製造方法では内層の配線パターンにおいては、図５（Ｅ），（Ｆ）のように銅はく３２、第１銅めっき層３４、第２銅めっき層３６というように３層の銅厚の総和がエッチング代となる。
【００１８】
またビルドアップ層においても、図６（Ｋ），（Ｌ）のように第１銅めっき層４０、第２銅めっき層４２というように２層の銅厚の総和がエッチング代となり、細線化および配線パターンの高精度化が難しいという課題があった。さらに配線パターンが厚いため、プリント配線板の軽量化が困難であった。
【００１９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、バイアホールの上に部品を実装することができ、またスタックドビアも可能になるとともに、細線化および配線パターンの高精度化にも有効でかつ軽量なプリント配線板を提供することを目的とする。
【００２０】
【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発明は、第１の銅はくと第２の銅はくの間に薄膜層を備えた３層構造の金属はくを２枚準備する工程と、前記２枚の３層構造の一表層に配線パターンを形成する工程と、貫通孔に導電性ペーストが充填された層間接着用シートを複数枚準備する工程と、前記層間接着用シートの両面に銅はくを重ね、加熱加圧し両面積層板を形成する工程と、前記両面積層板に配線パターンを形成し２層配線板を形成する工程と、前記２層配線板の上下に前記層間接着用シートを配置し、その外側に配線パターンが形成された面が対向するように前記３層構造の金属はくを重ね合わせる工程と、それを加熱加圧して多層の積層板を形成する工程を備えたプリント配線板の製造方法を用いてプリント配線板を提供することである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態におけるプリント配線板の構成を図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１〜図４は本発明の実施の形態におけるプリント配線板の構成を示すための製造工程図である。
【００２３】
まず、図１（Ｄ）に示す３層からなる金属はく５を２枚準備する。この金属はくの構成は、片側に厚さ１２〜１００μｍの第１の銅はく６と他の側に厚さ５〜１８μｍの第２の銅はく８が、すずめっきからなる厚さ１〜３μｍの導電層である薄膜層７を介した３層構造になったものである。
【００２４】
厚さ１〜３μｍの薄膜である理由は、後工程において薄膜層７を選択的に除去するため薄膜である方が製造工程上効率的であり、また第１の銅はく６と第２の銅はく８との導通を安定させるためである。さらに薄膜層７の存在により第１の銅はく６と第２の銅はく８の配線パターンの形成を分離して行うことが可能となる。
【００２５】
この３層構造の金属はく５のうち、厚さ５〜１８μｍの第２の銅はく８の上にフォトプロセスにより、エッチングレジスト９を形成する［図１（Ｅ）］。
【００２６】
そして銅アンモニウム錯イオンを主成分とするアルカリエッチング液により不要な銅はくを除去して所定の配線パターン１０を形成したうえで、エッチングレジスト９を水酸化ナトリウム等の溶液で剥離する［図１（Ｆ）］。
【００２７】
銅はく８を溶解除去して配線パターン１０を形成するのに、銅アンモニウム錯イオンを主成分とするアルカリエッチング液を用いる理由は、すずめっきなどからなる薄膜層７をストッパーとして、反対面の銅はく６をエッチングしないためである。これにより、過剰なエッチングをしても、配線パターン１０が細るだけで、銅はく６がエッチングされることはない。
【００２８】
したがって薄膜層７は、銅アンモニウム錯イオンを主成分とするアルカリエッチング液に溶解しないものであれば、すずめっき以外にはんだめっき、ニッケルめっきでもよい。
【００２９】
また銅はく６をキャリアとして利用すると、単独では製造工程上、取扱いが困難であった極薄銅はくも容易に取り扱えるので、銅はく８として５μｍの厚みのものを選び、エッチングレジスト９の厚みも７μｍのものを使用すると、サブトラクティブ法でもライン／スペースが２０μｍ／２０μｍのファインパターンが可能となる。
【００３０】
次に図１（Ａ）に示すように、両面にポリエステルなどの離型性フィルム２を備えた多孔質の基材１を準備する。この多孔質基材としては、厚さが３０〜１００μｍのアラミド不織布エポキシ樹脂含浸のＢステージ状態（半硬化）のシートが用いられる。
【００３１】
アラミド不織布は、軽量かつ物理的機械的に強度が高く、さらにレーザ加工に適している。また、Ｂステージ状態のシートを用いることにより層間接着層としての機能を備える。
【００３２】
次に両面に離型性フィルム２を備えた基材１の所定の箇所にレーザ加工機などで直径３０〜１００μｍの貫通孔３を形成［図１（Ｂ）］し、貫通孔３に導電性ペースト４を充填する。これにより配線の高密度化を図ることができる。
【００３３】
充填方法としては、貫通孔３を有するアラミド不織布エポキシ樹脂含浸シート１をスクリーン印刷機などにセットした後、導電性ペースト４を直接、離型性フィルム２の上から印刷する。この離型性フィルム２が印刷マスクの役目を果たし、印刷の位置ズレやにじみを発生させることなく、貫通孔３に導電性ペースト４を確実に充填することができる。
【００３４】
次に基材１の両面から離型性フィルム２を剥離した後［図１（Ｃ）］、先に作製した３層構造の金属はく５と、同様の方法により作製した異なる配線パターン１４が形成された３層構造の金属はく１１を対向させ、その間に導電性ペースト４が充填された層間接着用シートとしての基材１を重ね合わせる［図１（Ｇ）］。
【００３５】
その後、真空熱プレス機で３層構造の金属はく５，１１の両側から加熱加圧することにより、基材１が圧縮されるとともに基材１の内部に配線パターン１０，１４が埋設され、接着され、積層板が形成される［図１（Ｈ）］。
【００３６】
このとき配線パターン１０，１４は、導電性ペースト４が充填されて導通孔となった貫通孔３を介して電気的に接続される。この構成により銅めっきを用いることなく層間接続を実現できる。
【００３７】
第２の銅はく８の厚みを５〜１８μｍとして第１の銅はく６の厚みより比較的薄い範囲の側に設定した理由は、基材１に埋設される銅はくによって導通孔が変形し、電気的接続や、寸法上の不具合を生じさせないためである。第２の銅はく８の厚みは、基材１の厚さやその圧縮率に応じて、厚み５〜１８μｍの範囲内で設定することが望ましい。
【００３８】
次に形成された積層板の第１の銅はく６，１２の上にフォトプロセスにより、エッチングレジスト１５を形成する［図１（Ｉ）］。
【００３９】
そして銅アンモニウム錯イオンを主成分とするアルカリエッチング液により不要な銅はくを除去して所定の位置にバンプ１６を形成したうえで、エッチングレジスト１５を水酸化ナトリウム等の溶液で剥離する［図２（Ｊ）］。
【００４０】
第１の銅はく６，１２を溶解除去してバンプ１６を形成するのに、銅アンモニウム錯イオンを主成分とするアルカリエッチング液を用いる理由は、すずめっきなどからなる薄膜層７，１３をストッパーとして、すでに形成済みの配線パターン１０，１４がエッチングされないようにするためである。
【００４１】
これにより、過剰なエッチングをしても、バンプ１６が細るだけで、配線パターン１０，１４がエッチングされて断線、欠損などのダメージを受けることはない。
【００４２】
第１の銅はく６，１２の厚さは、１２〜１００μｍとして第２の銅はく８の厚みより比較的厚い範囲の側に設定したが、これにより層間の導通を意図したバンプ１６としての機能と、プリント配線板としての層間絶縁を図るための最小限の層間距離を図ることができる。
【００４３】
次に薄膜層７，１３がすず、はんだの場合は、硝酸を主成分とするはんだ剥離剤（例えばメック社製メックリムーバーＳ−６ＫＭ）により、バンプ１６をレジストとして薄膜層７，１３を除去する。この際、前記はんだ剥離剤はバンプ１６や配線パターン１０，１４をおかすことなく、薄膜層７，１３のみ選択的に除去するものである。
【００４４】
また、薄膜層７，１３がニッケルの場合は、同じく硝酸を主成分とするニッケル剥離剤（例えばメック社製メックリムーバーＮＨ−１８６２）により、バンプ１６や配線パターン１０，１４をおかすことなく、薄膜層７，１３のみ選択的に除去できる［図２（Ｋ）］。
【００４５】
これにより薄膜層７，１３は、バンプ１６の直下にのみ存在し、バンプ間における電気的絶縁の信頼性を損なうことはない。
【００４６】
次に図２（Ｌ）に示すように、以上のようにしてできた基板の表面に層間絶縁樹脂層１７を形成する。
【００４７】
この層間絶縁樹脂材料としては、熱硬化型のエポキシ系樹脂を使用し、スクリーン印刷機、カーテンコータ、スロットコータなどで塗布した後、熱硬化炉で指触乾燥の状態にしたうえで、基板の裏面側にも同様に層間絶縁樹脂材料を塗布して、熱硬化炉で両面同時に硬化させる。
【００４８】
次に、硬化した層間絶縁樹脂層１７を研磨する。研磨装置としては例えばベルトサンダーやバフ研磨機などを使用し、バンプ１６が表面に露出するまで平滑に研磨し、バンプ１６と層間絶縁樹脂層１７を同一の厚さとする［図２（Ｍ）］。これにより、次工程の研磨や表面へのめっきが容易となる。
【００４９】
そして平滑になった層間絶縁樹脂層１７の表面を機械研磨と化学研磨を組み合わせて、微小な凹凸を形成する。
【００５０】
機械研磨としてはバフ研磨装置を使用し、研磨材として、酸化アルミニウムや炭化ケイ素などを使用する。また研磨粒の大きさはメッシュで♯４００〜２５００のものを用いる。また化学研磨としては主に、過マンガン酸処理を行う。
【００５１】
そして、充分粗化された絶縁樹脂層の表面に無電解銅めっきを行った後、電解銅めっき層１８を５〜２５μｍ形成する［図２（Ｎ）］。
【００５２】
最後に、銅めっき層１８をフォトプロセスによりエッチングして、配線パターン１９を形成する［図２（Ｏ）］。
【００５３】
以上は４層プリント配線板の製造方法である。次に６層プリント配線板の場合の製造工程図を図３、図４を参照しながら説明する。
【００５４】
まず図１（Ａ）〜（Ｃ）と同様にして作製した導電性ペースト４を充填済みのアラミド不織布エポキシ樹脂含浸シート１を用意し［図３（Ａ）］、銅はく２２をアラミド不織布エポキシ樹脂含浸シート１の両面に重ねて、真空熱プレス機で加熱加圧し、導電性ペースト４を圧縮しながら、銅はく２２とアラミド不織布エポキシ樹脂含浸シート１とを接着し、積層板を形成する［図３（Ｂ）］。
【００５５】
そしてフォトプロセスにより銅はく２２をエッチングして、配線パターン２３を形成し、２層の内層用配線板２０を作製する［図３（Ｃ）］。
【００５６】
次に内層用配線板２０の上下に、導電性ペーストを充填済みの層間接着用シートとしてのアラミド不織布エポキシ樹脂含浸シート２１，２４を配置し、さらにその外側に配線パターン２５，２６を形成済みの３層構造の金属はく５，１１を配線パターン２５と２６が対向するように重ね合わせる［図３（Ｄ）］。
【００５７】
それを加熱加圧することによって、図３（Ｅ）に示すような多層の積層板を形成する。
【００５８】
なお導電性ペースト４を充填済みのアラミド不織布エポキシ樹脂含浸シート２１，２４は図１（Ａ）〜（Ｃ）と同様の方法で作製したものであり、３層構造の金属はく５，１１についても図１（Ｄ）〜（Ｆ）と同様の方法で作製したものである。
【００５９】
以下、図３（Ｅ）〜（Ｆ）と図４（Ｇ）〜（Ｌ）の製造方法は図１（Ｈ）〜（Ｉ）と図２（Ｊ）〜（Ｏ）の製造方法と同様である。
【００６０】
これにより、細線化および配線パターンの高精度化にも有効でかつ軽量なプリント配線板を提供することができる。
【００６１】
また８層プリント配線板の場合は図３（Ｄ）の２層配線板の代わりに４層配線板を使うことにより作製し、１０層以上の場合も同様にして作製できる。
【００６２】
＜本実施形態の利点＞
このように本発明のプリント配線板の構成によれば、従来に比較して次のような効果が得られる。
【００６３】
（１）従来のビルドアッププリント配線板においては、部品実装ランド直下にバイアホールを形成したり、スタックドビアを形成するには、バイアホールに孔埋め樹脂を充填し、複数回銅めっきをしなければならない。このため工程が煩雑になるばかりか、エッチングする銅厚が厚くなるため、細線化および配線パターンの高精度化が困難であった。
【００６４】
本発明では内層をパターン形成するときのエッチング代は銅はくのみであるため、安定したファインパターンが得られる。
【００６５】
（２）従来は１２μｍ未満の薄い銅はくを製造工程内で扱うのは搬送等を含め作業上の困難が生じることが多々あった。
【００６６】
本発明ではバンプ形成のための第１の銅はくそのものがキャリアとして有効な役割を果たしているため、厚さ５μｍ程度の極薄の第２の銅はくを結果的に使用することが可能となる。これによりサブトラクティブ法においても、ライン／スペースが２０μｍ／２０μｍのファインパターンが可能となる。
【００６７】
また外層をパターン形成するときのエッチング代も１回だけの銅めっき層によるものであり、ファインパターン化に有効である。
【００６８】
（３）従来のビルドアッププリント配線板においては、以下の課題があった。すなわち、
▲１▼未貫通のブラインドバイアホールを形成する際、フォトビアでもレーザビアでも内層との接続ランド上に層間絶縁樹脂の残さが残りやすいため、過マンガン酸などで残さを取り除いて充分洗浄する必要がある。
【００６９】
▲２▼さらに層間接続のための銅めっきにおいても、貫通孔のスルーホールに比べて、めっき液の流れが悪くなり、気泡が孔内に滞留して、めっきが析出しなかったり、めっき厚が孔内で不均一になりやすいため、バイアホールの信頼性を低下させている。
【００７０】
▲３▼バイアホールの孔埋め樹脂の充填も未貫通の場合、気泡を巻き込みやすいため、熱衝撃試験などで気泡が破裂してバイアホールが断線に至ることもある。
【００７１】
これらの課題はバイアホールの径が小さくなるほど顕著になるため未貫通のバイアホールの小径化が非常に困難になってきている。
【００７２】
これに対し、本発明では孔をあける必要がなく、また層間導通化のためのバンプの径もフォトプロセスで使用する露光用マスクフィルムやエッチング条件により容易にコントロールでき、バンプ形成に使う銅はくの薄化により、更に小径化しやすくなる。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように従来のプリント配線板の製造方法においては、エッチング代が厚くなるため、細線化と配線パターンの高精度化が困難であったが、本発明によれば銅はくをエッチングして形成したバンプによって層間接続がとれるため、バイアホールの導通化のためのめっきが不要となりエッチング代が薄くなる。これにより細線化と配線パターンの高精度化を可能としたプリント配線板が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるプリント配線板の構成を示すための製造工程断面図
【図２】本発明の実施の形態におけるプリント配線板の構成を示すための製造工程断面図
【図３】本発明の実施の形態におけるプリント配線板の構成を示すための製造工程断面図
【図４】本発明の実施の形態におけるプリント配線板の構成を示すための製造工程断面図
【図５】従来のプリント配線板の構成を示すための製造工程断面図
【図６】従来のプリント配線板の構成を示すための製造工程断面図
【符号の説明】
１，２１，２４ 基材
２ 離型性フィルム
３ 貫通孔
４ 導電性ペースト
５，１１ ３層構造の金属はく
６，１２ 第１の銅はく
７，１３ 薄膜層
８ 第２の銅はく
９，１５ エッチングレジスト
１０，１４，１９ 配線パターン
１６ バンプ
１７ 層間絶縁樹脂層
１８ 銅めっき層
２０ 内層用配線板
２２ 銅はく

Claims (17)

1. 片側に配線パターンが形成された３層構造の金属はく２枚が、内層用配線板を挟持した層間接着用シートを介して対向して配置・積層され、前記配線パターンが層間接着用シートに埋設されたプリント配線板。
2. ３層構造の金属はく、第１の銅はくと第２の銅はくの間に薄膜層を備えたものであり、配線パターンは第２の銅はくで形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
3. 薄膜層は厚さ１〜３μｍの導電層であることを特徴とする請求項２に記載のプリント配線板。
4. 薄膜層はすず、またはニッケル、はんだで構成されていることを特徴とする請求項２に記載のプリント配線板。
5. 第１の銅はくの厚みは１２〜１００μｍ、第２の銅はくの厚みは５〜１８μｍであることを特徴とする請求項２に記載のプリント配線板。
6. 層間接着用シートは、導通孔を備えていることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
7. 導通孔は、層間接着用シートに形成された貫通孔に導電性ペーストを充填して形成されたものであることを特徴とする請求項６に記載のプリント配線板。
8. 層間接着用シートに埋設された配線パターンは、導通孔を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載のプリント配線板。
9. 層間接着用シートは、多孔質のアラミド不織布エポキシ樹脂含浸のＢステージ状態のシートであることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
10. 貫通孔はレーザ加工により直径３０〜１００μｍに形成されていることを特徴とする請求項７に記載のプリント配線板。
11. 請求項２に記載のプリント配線板を形成した後、その表層にバンプが形成されていることを特徴とするプリント配線板。
12. バンプは、第１の銅はくで形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のプリント配線板。
13. 薄膜層はバンプの直下にのみ存在することを特徴とする請求項１１に記載のプリント配線板。
14. 表層にバンプの厚さと同一の厚さの層間絶縁樹脂層と、その表層に配線パターンを備えた請求項１１に記載のプリント配線板。
15. 層間絶縁樹脂層の表面は微細な凹凸を備えた請求項１４に記載のプリント配線板。
16. 表層の配線パターンは銅めっきにて形成された請求項１４に記載のプリント配線板。
17. 内層用配線板は、導通孔を備えたアラミド不織布エポキシ樹脂含浸基材の両面に配線パターンが形成され、前記導通孔を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。

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