JP2004172522A - プリント配線板の製造方法 - 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プリント配線板とその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】キャリア付き銅はく５を構成する銅はく７をエッチングして形成したバンプ１２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プリント配線板の製造方法を提供することができる。
【選択図】 図２

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の製造方法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３、図４は従来のビルドアッププリント配線板の製造方法を示す工程断面図である。
【０００７】
まず、ガラスエポキシ基材２１と銅はく２２からなる銅張り板を準備し［図３（Ａ）］、ＮＣボール盤で所定の位置に貫通孔２３を形成する［図３（Ｂ）］。そして貫通孔２３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２４を形成する［図３（Ｃ）］。
【０００８】
次にスルーホールとなった貫通孔２３にエポキシ樹脂を主成分とする孔埋め樹脂２５を充填し、基板表面を平坦化した後［図３（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２６を形成する［図３（Ｅ）］。そしてフォトプロセスを用いて銅はく２２、第１銅めっき層２４、第２銅めっき層２６をエッチングして、配線パターン２７を形成する［図３（Ｆ）］。
【０００９】
次に基板の表裏に層間絶縁樹脂層２８を形成後［図３（Ｇ）］、層間絶縁樹脂層２８の表面から配線パターン２７までの層間接続のためのバイアホール２９を形成する［図４（Ｈ）］。なおこのバイアホール２９は層間絶縁樹脂層２８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２８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２９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３０を形成したうえで［図４（Ｉ）］、バイアホール２９にエポキシ樹脂を主成分とする孔埋め樹脂３１を充填し、基板表面を平坦化した後［図４（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３２を形成する［図４（Ｋ）］。
【００１１】
そしてフォトプロセスを用いて、第１銅めっき層３０、第２銅めっき層３２をエッチングして、配線パターン３３を形成する［図４（Ｌ）］。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
【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
【００１５】
【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。
【００１６】
従来の製造方法では内層の配線パターンにおいては、図３（Ｅ），（Ｆ）のように銅はく２２、第１銅めっき層２４、第２銅めっき層２６というように３層の銅厚の総和がエッチング代となる。
【００１７】
またビルドアップ層においても、図４（Ｋ），（Ｌ）のように第１銅めっき層３０、第２銅めっき層３２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。
【００１８】
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なプリント配線板とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【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、キャリア付き銅はくを２枚準備する工程と、前記２枚のキャリア付き銅はくの銅はく形成面側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準備する工程と、前記配線パターンが形成された面を前記層間接着用シートを介して対向して積層する工程と、それを加熱加圧して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。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１、図２は本発明の実施の形態におけるプリント配線板の製造工程図である。
【００２２】
まず、図１（Ｄ）に示すような樹脂フィルム６と銅はく７からなる樹脂フィルム付き銅はく５を２枚準備する。
【００２３】
なお樹脂フィルム６はキャリアとして用いるので、アルミニウムはくやステンレス板などでもよいが、樹脂フィルムであることが望ましい。特に耐熱性があり、かつ離型性を有するものが望ましい。その理由は、後工程の熱プレス機を用いて加熱加圧して積層板を形成する際、及び樹脂フィルムの剥離する際の作業性を考慮する必要があるからである。
【００２４】
この樹脂フィルム付き銅はく５の銅はく７の表面にフォトプロセスにより、めっきレジスト８を形成する｛図１（Ｅ）｝。
【００２５】
そして無電解めっきまたは電解めっきにより１〜３μｍのすずめっき層９を形成する［図１（Ｆ）］。なお、すずめっき以外にもはんだめっき、ニッケルめっきなどアルカリエッチング液に不溶で、かつ導電性のものが望ましい。
【００２６】
すずめっき層の厚さを１〜３μｍの薄膜とする理由は、銅はく７と後工程で形成する銅めっき層１０との導通を安定させるためである。
【００２７】
そして、すずめっき層９の上に３〜２０μｍの銅めっき層１０を形成したうえで｛図１（Ｇ）｝、めっきレジスト８を水酸化ナトリウム等の溶液で剥離する［図１（Ｈ）］。
【００２８】
銅めっき層１０は、電解銅めっきで行うことが望ましい。その理由は、厚み設定が容易であり、めっき液が管理しやすく、プロセスも容易であり、生産性およびコスト面で、無電解銅めっきで形成するより優位である。
【００２９】
なお樹脂フィルム６の存在により銅めっき層１０を形成する銅はく７にも銅めっきが析出することはない。
【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の貫通孔を形成［図１（Ｂ）］し、貫通孔３に導電性ペースト４を充填し、導通孔を形成する。
【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を剥離後［図１（Ｃ）］、先に作製したすずめっき層９と銅めっき層１０からなる配線パターンを有する樹脂フィルム付き銅はく５と、同様の方法により作製した異なる配線パターンを有する樹脂フィルム付き銅はく１５を対向させ、その間に導電性ペースト４が充填され導通孔が形成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（Ｉ）］。
【００３５】
その後、真空熱プレス機で樹脂フィルム付き銅はく５，１５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アラミド不織布エポキシ樹脂含浸シートの内部に配線パターンである銅めっき層１０，２０とすずめっき層９，１９が埋設され、接着される［図１（Ｊ）］。
【００３６】
このとき銅めっき層１０，２０とすずめっき層９，１９からなる配線パターンは、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。
【００３７】
銅めっき層１０，２０からなる配線パターンの厚みを３〜２０μｍと比較的薄い範囲の側に設定した理由は、基材１に埋設される銅めっき層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。銅めっき層１０，２０の厚みは、基材１の厚さやその圧縮率に応じて、厚み３〜２０μｍの範囲内で設定することが望ましい。
【００３８】
加熱加圧及び冷却の後、キャリアである樹脂フィルム６，１６を剥離し、積層板を形成する｛図１（Ｋ）｝
次に銅はく７，１７の上にフォトプロセスにより、エッチングレジスト１１を形成する［図２（Ｌ）］。
【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１２を形成したうえで、エッチングレジスト１１を水酸化ナトリウム等の溶液で剥離する［図２（Ｍ）］。
【００４０】
銅はく７，１７を溶解除去してバンプ１２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、すずめっき層９，１９をストッパーとして、すでに形成済みの配線パターンである銅めっき層１０，２０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１２が細るだけで、配線パターンであるすずめっき層９，１９および銅めっき層１０，２０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。よってこの構成により、バンプ１２と銅めっき層１０，２０の直径または平面上の大きさが異なっても、あるいはバンプ１２が形成されていなくても、銅めっき層１０，２０が浸食されることはなく、自由な配線設計が可能となる。
【００４２】
銅はく７，１７の厚さは、１２〜１００μｍとして銅めっき層１０，２０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１２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】
次に図２（Ｎ）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１３を形成する。
【００４４】
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。
【００４５】
次に、硬化した層間絶縁樹脂層１３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１２が表面に露出するまで平滑に研磨し、層間絶縁樹脂層１３の厚さとバンプ１２の厚さを同一にする｛図２（Ｏ）｝。
【００４６】
そして平滑になった層間絶縁樹脂層１３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。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。
【００４７】
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１４を５〜２５μｍ形成する［図２（Ｐ）］。
【００４８】
最後に、銅めっき層１４をフォトプロセスによりエッチングして、配線パターン１８を形成する［図２（Ｑ）］。
【００４９】
配線パターン１８を銅めっきにて形成することにより、バンプ１２との接続信頼性を安定して確保することができる。
【００５０】
なお、以上の製造方法は４層のプリント配線板における実施の形態であるが、６層以上のプリント配線板においても本発明を応用して製造することが可能である。
【００５１】
＜本実施形態の利点＞
本実施の形態におけるプリント配線板の構成および製造方法によれば、ファインパターン化と層間接続バンプの小径化に有効である。
【００５２】
特に本実施形態については図１（Ｅ）〜（Ｈ）のように樹脂フィルム付き銅はくに形成する配線パターンはセミアディティブ法によるもので、エッチングはしないことからパターン精度は、めっきレジストの解像度に依存しており、ライン／スペースは１５μｍ／１５μｍが可能である。
【００５３】
また、本発明のプリント配線板の製造方法によれば、従来に比較して次のような効果が得られる。
【００５４】
（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。
【００５５】
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。
【００５６】
（２）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。
【００５７】
（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。
【００５８】
▲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、めっき厚さ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。
【００５９】
▲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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
【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、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製造方法を示す工程断面図
【図２】本発明の実施の形態におけるプリント配線板の製造方法を示す工程断面図
【図３】従来のプリント配線板の製造方法を示す工程断面図
【図４】従来のプリント配線板の製造方法を示す工程断面図
【符号の説明】
１ 基材
２ 離型性フィルム
３ 貫通孔
４ 導電性ペースト
５，１５ 樹脂フィルム付き銅はく
６，１６ 樹脂フィルム
７，１７ 銅はく
８ めっきレジスト
９，１９ すずめっき層
１０，２０ 銅めっき層
１１ エッチングレジスト
１２ バンプ
１３ 層間絶縁樹脂層
１４ 銅めっき層
１８ 配線パターン

Claims (20)

1. キャリア付き銅はくを２枚準備する工程と、前記２枚のキャリア付き銅はくの銅はく形成面側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準備する工程と、前記配線パターンが形成された面を前記層間接着用シートを介して対向して積層する工程と、それを加熱加圧して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。
2. キャリア付き銅はくのキャリアは、樹脂フィルム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の製造方法。
3. 樹脂フィルムは、耐熱かつ離型性を有することを特徴とする請求項２に記載のプリント配線板の製造方法。
4. 銅はくの厚みは１２〜１００μｍ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の製造方法。
5. 配線パターンを形成する工程は、銅はく上にめっきレジストを選択的に形成し、めっきレジストが形成されていない部分に薄膜層と銅めっき層を形成し、前記めっきレジストを剥離することを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板の製造方法。
6. 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５に記載のプリント配線板の製造方法。
7. 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５に記載のプリント配線板の製造方法。
8. 銅めっき層は、電解銅めっきにて形成することを特徴とする請求項５に記載のプリント配線板の製造方法。
9. 銅めっき層は、３〜２０μｍの厚みにて形成することを特徴とする請求項５に記載のプリント配線板の製造方法。
10. 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準備する工程は、両面に離型性フィルムを備えた基材に、貫通孔を形成し、その貫通孔に導電性ペーストを印刷充填した後、前記離型性フィルムを剥離することを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板の製造方法。
11. 基材は、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１０に記載のプリント配線板の製造方法。
12. 貫通孔の形成は、レーザ加工により直径３０〜１００μｍの貫通孔を形成することを特徴とする請求項１０に記載のプリント配線板の製造方法。
13. 請求項１に記載の積層板を形成した後、前記積層板の表層にバンプを形成することを特徴とするプリント配線板の製造方法。
14. バンプは、銅はくで形成することを特徴とする請求項１３に記載のプリント配線板の製造方法。
15. バンプの形成は、銅はく上にエッチングレジストを形成し、アルカルエッチング液により不要な銅はくを除去し、前記エッチングレジストを剥離することを特徴とする請求項１４に記載のプリント配線板の製造方法。
16. アルカリエッチング液は銅アンモニウム錯イオンを主成分とするものであることを特徴とする請求項１５に記載のプリント配線板の製造方法。
17. 形成したバンプを含む積層板上に層間絶縁樹脂層を形成する工程と、前記層間絶縁樹脂層を前記バンプが露出するまで平滑に研磨する工程と、その表層にめっき層を形成する工程と、配線パターンを形成する工程を備えた請求項１３に記載のプリント配線板の製造方法。
18. 平滑になった層間絶縁樹脂層の表面を機械研磨と化学研磨により微細な凹凸を形成することを特徴とする請求項１７に記載のプリント配線板の製造方法。
19. 機械研磨は酸化アルミニウムや炭化ケイ素を研磨材とするバフ研磨であり、化学研磨は、過マンガン酸処理であることを特徴とする請求項１８に記載のプリント配線板の製造方法。
20. 加熱加圧して積層板を形成する工程は、加熱加圧後キャリア付き銅はくのキャリアを剥離することを含むことを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板の製造方法。

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