JP2004172524A - 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の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】２層構造の金属はく５を構成する銅はく６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基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、銅はくと薄膜層で構成される２層構造の金属はくを２枚準備する工程と、前記２枚の２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２層からなる金属はく５を２枚準備する。
【００２３】
この金属はくとしては、１２〜１００μｍの銅はく６と、１〜３μｍのすずの薄膜層７からなるものである。またこの薄膜層７は、すず以外にはんだまたはニッケルでもよい。
【００２４】
厚さ１〜３μｍの薄膜とする理由は、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効率がよい。また銅はく６と後工程で形成する銅めっき層８との導通を安定させるためである。
【００２５】
この２層構造の金属はく５のうち、１〜３μｍのすずの薄膜層７の上にフォトプロセスにより、めっきレジスト９を形成する［図１（Ｅ）］。
【００２６】
そして無電解銅めっきまたは無電解めっきにより３〜２０μｍの銅めっき層８を形成したうえで［図１（Ｆ）］、めっきレジスト９を水酸化ナトリウム等の溶液で剥離する［図１（Ｇ）］。
【００２７】
銅めっき層８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。
【００２８】
なお銅めっき層８を形成する際は、銅はく６にも銅めっきが析出するのを防止するため、銅はく６の表面に当て板を張りあわせるか、めっきレジストを全面に形成してもよい。
【００２９】
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。この多孔質の基材としては、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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）］、先に作製した銅めっき層８からなる配線パターンを有する２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を有する２層構造の金属はく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（Ｈ）］。
【００３４】
その後、真空熱プレス機で２層構造の金属はく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基材１の内部に銅めっき層８，１８からなる配線パターンが埋設され、接着される［図１（Ｉ）］。
【００３５】
このとき銅めっき層８，１８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。
【００３６】
銅めっき層８，１８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８，１８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。
【００３７】
次に銅はく６，１６の上にフォトプロセスにより、エッチングレジスト１０を形成する［図１（Ｊ）］。
【００３８】
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１１を形成したうえで、エッチングレジスト１０を水酸化ナトリウム等の溶液で剥離する［図２（Ｋ）］。
【００３９】
銅はく６，１６を溶解除去してバンプ１１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、すずなどからなる薄膜層７，１７をストッパーとして、すでに形成済みの配線パターンがエッチングされないようにするためである。
【００４０】
これにより、過剰なエッチングをしても、バンプ１１が細るだけで、配線パターン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。
【００４１】
銅はく６，１６の厚さは、１２〜１００μｍとして銅めっき層８，１８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１１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。
【００４２】
次に薄膜層７，１７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（たとえばメック社製メックリムーバーＳ−６ＫＭ）により、バンプ１１をレジストとして薄膜層７，１７を除去する。この際、前記はんだ剥離剤はバンプ１１や配線パターンを侵すことなく、薄膜層７，１７のみ選択的に除去するものである。
【００４３】
また、薄膜層７，１７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（たとえばメック社製メックリムーバーＮＨ−１８６２）により、バンプ１１や配線パターンを侵すことなく、薄膜層７，１７のみ選択的に除去できる［図２（Ｌ）］。
【００４４】
これにより薄膜層７，１７は、バンプ１１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。
【００４５】
次に図２（Ｍ）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１２を形成する。
【００４６】
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。
【００４７】
次に、硬化した層間絶縁樹脂層１２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１１が表面に露出するまで平滑に研磨する［図２（Ｎ）］。
【００４８】
そして平滑になった層間絶縁樹脂層１２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。
【００４９】
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。
【００５０】
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１３を５〜２５μｍ形成する［図２（Ｏ）］。
【００５１】
最後に、銅めっき層１３をフォトプロセスによりエッチングして、配線パターン１４を形成する［図２（Ｐ）］。
【００５２】
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。
【００５３】
＜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。
【００５４】
特に本実施形態については図１（Ｅ）〜（Ｇ）のように２層構造の金属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。
【００５５】
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。
【００５６】
（１）従来のビルドアッププリント配線板において、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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
（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。
【００６０】
▲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。
【００６１】
▲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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
【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 ２層構造の金属はく
６，１６ 銅はく
７，１７ 薄膜層
８，１８ 銅めっき層
９ めっきレジスト
１０ エッチングレジスト
１１ バンプ
１２ 層間絶縁樹脂層
１３ 銅めっき層
１４ 配線パターン

Claims (20)

1. 銅はくと薄膜層で構成される２層構造の金属はくを２枚準備する工程と、前記２枚の２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. 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１に記載のプリント配線板の製造方法。
3. 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. ２層構造の一表層に配線パターンを形成する工程は、薄膜層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. 銅はく全面にエッチングレジストを形成、または当て板を表面に張り合わせ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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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９に記載のプリント配線板の製造方法。
11. 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。
12. 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。
13. バンプは、銅はくで形成することを特徴とする請求項１２に記載のプリント配線板の製造方法。
14. 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１３に記載のプリント配線板の製造方法。
15. 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１４に記載のプリント配線板の製造方法。
16. エッチングレジストを剥離した後、露出した薄膜層を選択的に除去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。
17. 硝酸を主成分とする剥離剤を用いて薄膜層を選択的に除去することを特徴とする請求項１６に記載のプリント配線板の製造方法。
18. 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１２に記載のプリント配線板の製造方法。
19. 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１８に記載のプリント配線板の製造方法。
20. 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１９に記載のプリント配線板の製造方法。

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