JP2004193520A

JP2004193520A - プリント配線板の製造方法

Info

Publication number: JP2004193520A
Application number: JP2002363055A
Authority: JP
Inventors: Satoyuki Abe; 智行阿部; Hidetaka Hara; 英貴原
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】テーパー付ビアに電解めっきによって金属を充填する際に、ビアのボトムにおいてめっきの密着性が良く、かつ比較的短時間で導体ポストを形成することができるプリント配線板の製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁層１０２と導電層１０１とからなる基板の絶縁層を貫通して、導電層が露出するように、テーパー付ビア１０４を形成し、前記テーパー付ビアに電解めっきにより金属を充填する工程を有するプリント配線基板１０８製造方法において、前記電解めっきが、電流値または平均電流値を増加させながら通電して行われることを特徴とするプリント配線板の製造方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多層プリント配線板の立体接続（Ｚ軸方向）において、従来、接続に必要な導通路は、ドリルで穴開けするめっきスルーホール法により行われてきた。しかし、近年要求されている高機能化、高密度化に対応するためには、めっきスルー法では限界が生じており、一層ずつ基板上に、絶縁層と導体回路を形成し、それぞれの層間接続をして、導体層を積み上げることにより、多層化を実現する、ビルドアップ方式による多層配線板の製造方法が行われてきている。
【０００３】
ビルドアップ方式による多層配線板の接続としては、形状・構造の面から高密度化を追求し、さまざまな方法が提案されているが、一般的に層間をまたがって接続する多重層間の接続の場合、千鳥状に接続している。これは、配線の自由度を高くするために、板厚方向（Ｚ軸方向）に貫通する穴ではなく、表面または内部で部分スルーホール（ＩＶＨ）を用いて部分的に接続するものである。この方法には、外層とすぐ下の層をめっきスルーホールで接続するブラインドビア（ＢｌｉｎｄＶｉａ）と内層の任意の層間を、めっきスルーホールで接続するベリードビア（ＢｕｒｉｅｄＶｉａ）とがある。しかし、配線エリアを拡大し、電気特性の劣化を小さくするためには、千鳥状に接続するのではなく、ビア・オン・ビアあるいはスタックドビアと呼ばれるような多層直線状に接続したほうがよい。その際には、穴内をめっきなどによって充填したフィルドビア（ＦｉｌｌｅｄＶｉａ）が用いられる。
【０００４】
これらのビアは、従来の機械的なドリル法に代わって、写真法やレーザー法などを用いることにより、多層配線板を立体的に接続する穴の微細化が格段に進歩し、数多くの微小径の穴を開けることで可能となった。しかし、一般的にレーザーで開けられたビアは、穴壁が斜めとなり（テーパー角が付く）、ビアのトップの直径が、ボトムの直径より大きい形状となる場合が殆どであるため、めっきによる充填が進むにつれて、徐々にめっき表面積が大きくなっていく（図１（a））。
【０００５】
アディティブ法による配線形成で通常行われるような一定電流を通電する電解めっきを施した場合には、テーパー付ビアの底部に露出した給電層の面積から電流値を算出し決定すると、めっきによる充填が進むにつれて、めっき面積が増加するため、通電に伴い徐々に電流密度が小さくなっていく。そのため、充填の途中からは、電流密度が適正条件の下限を下回り、品質上異常析出となることがある。従来法である一定の電流値で電解めっきを行う場合、例えば、電流密度０．５Ａ／ｄｍ² 設定電流値０．１８Ａの条件で、めっき時間に１３０分必要としていた（例えば、特許文献１参照。）。このように、めっきにおいて充填に要する時間が増え、生産性が低下するという問題が生じていた。
【０００６】
一方、テーパー付ビアのトップの面積から、電流値を、適正値の範囲内において決定すると、ボトムにおける電流密度が、相対的に適正条件の上限を上回り、異常析出（焦げめっき）が生じ、めっきの品質が低下するという問題が生じ、給電層とめっきの密着性が低下するため、層間接続信頼性における不具合を引き起こすことになる。
【０００７】
また、テーパー付ビアの中央部における面積を基に、電流値を、適正値の範囲内において決定すると、テーパー角によっては、上記の異常析出となる問題が解決するに至る場合があるが、一例として、硫酸銅めっきによる充填では、トップとボトムの面積比がトップ／ボトム＝５以上であると、異常析出が発生することが考えられ、完全には解決するに至っていないのが現状である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２５１７４９号公報（第５頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上述べた問題点を解決すべく種々検討の結果なされたもので、テーパー付ビアに電解めっきによって金属を充填する際に、ビアのボトムにおいて密着性が良く、かつ比較的短時間で形成することができる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ものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、プリント配線板のテーパー付ビアへの電解めっきにおいて、特定の方法で電解めっきを行うことにより、ボトムにおいて密着性が良く、かつ比較的短時間で形成することができることを見出した。
即ち、本発明は、
（１）絶縁層と導電層とからなる基板の絶縁層を貫通して、導電層が露出するように、テーパー付ビアを形成し、前記テーパー付ビアに電解めっきにより、金属を充填する工程を有するプリント配線基板の製造方法において、前記電解めっきが、電流値または平均電流値を増加させながら通電して行われることを特徴とするプリント配線板の製造方法、
（２）通電が、通電開始時から通電終了時まで、電流値または平均電流値を二次関数型に増加させて行われる前記第（１）項記載のプリント配線板の製造方法、
（３）通電が、通電開始時から通電終了時まで、電流値または平均電流値をステップ型に増加させて行われる前記第（１）項記載のプリント配線板の製造方法、
である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。図１は、本発明の実施形態であるプリント配線板の製造方法を説明するための図であり、それぞれ断面図で示している。図２および図３は、めっき処理経過時間と電流値の関係を示す線図であり、図４は、ステップめっきにおける、ステップの分割方法を示している。
【００１２】
本発明のプリント配線板製造方法としては、まず、銅箔などを基材とする導電層１０１上に、サブトラクティブ法やアディティブ法などにより、配線層１０３を形成し、その上に、エポキシやポリイミドなどの絶縁樹脂を塗布・乾燥し、絶縁層１０２を形成する。絶縁層１０２は、予め、剥離可能な基材上に、絶縁樹脂を用いて製膜した後、前記基材を剥離して、絶縁層を形成し、導電層１０１に積層しても良い。
【００１３】
その後、レーザーを用いて、テーパー付ビア１０４を形成する（図１（ａ））。レーザーとしては、炭酸ガスレーザー、紫外線レーザー、エキシマレーザー等を使用することができる。絶縁層１０２が、ガラスエポキシのように補強繊維を含む場合には、樹脂とガラスクロスを貫通してビアを高速形成することができる炭酸ガスレーザーを使用することが好ましい。絶縁層１０２が、ポリイミド等の補強繊維を含まない場合には、より微細なビアを形成できる紫外線レーザーを使用することが好ましい。また、絶縁層１０２を感光性樹脂とした場合には、絶縁層１０２を選択的に感光し、現像することでビアを形成することもできる。
形成されるビアは、通常トップ径がボトム径よりも大きくなり、トップ径がボトム径の倍近くになる。しかし、これ以上に、トップ径とボトム径に差が生じると、ビア内でのめっき液の拡散、導電層に対するめっき面積の大きさの点で問題が生じるため、好ましくない。
【００１４】
次に、レーザーで開口されたビアには、樹脂スミアが残ることがあるため、過マンガン酸塩によるデスミア処理を経て除去する。
【００１５】
次に、水洗工程を経て、導電層１０１を陰極とし、対極として陽極を用いて、電解めっき処理を行う。めっきを行う金属の種類としては、銅、錫、ニッケルなどが挙げられる。銅は、電気伝導性が良いので好ましい。また、テーパー付ビアへの電解めっきにおいては、主に銅を使用するため、以下、銅を対象として述べる。
【００１６】
陽極から陰極へ向かう正の銅イオンは、ビア底に到達して析出し、導体ポスト１０５が形成される（図１（ｂ））。この電解銅めっき処理において、トップ径、ボトム径、絶縁膜厚さ、穴数、電流密度等を考慮して、電流値及びめっき時間を計算し、通電開始時の電流値Ｉ１から始めて、通電時間と共に増加させ、めっき終了時においても、開始時と同じ電流密度となる電流値Ｉ２となるように、電流値を制御する。電流値の制御方法としては、二次関数型（図２）またはステップ型（図３）により電流値または平均電流値を増加させる方法が好ましい。なお、前記電流値の増加方法は、図２、３に示したものに限定されない。例えば、直線状の一次関数的なものなどが考えられる。これは、図３に示されるようなステップ型電流値変化においては、分割数を細かくすれば、近似的に直線状とすることができるが、これは整流器の仕様によって限定される。また、図２に示されるような二次関数型電流変化のように、公知の整流器に、電流値をプログラムすることも考えられるが、トップ径、ボトム径、絶縁膜厚さ、穴数、電流密度等を考慮すると、関数は一次関数型とはならない。
【００１７】
また、二次関数型電流変化の電解めっき方法においては、予め、以下に示すような式に従い、電流値を変化させる関数を、公知の整流器にプログラムしておけばよい。
【００１８】
【数１】

【００１９】
さらに、一定電位（電圧制御）で電解めっきを実施することにより、容易に二次関数型電流変化とすることができるが、本発明の電解めっき方法の目的に合う実施形態であれば、いずれの方法も好適に用いることができる。
【００２０】
ステップ型電流変化の電解めっき方法においては、以下のような算出例を適用すれば、容易に積算電流値を決定することができ、公知の整流器を用いて実施することが可能である。
【００２１】
【数２】

【００２２】
ステップの分割方法としては、ビアの高さを均等に分割し、それぞれのステップで電流値を変化させると良い（図４）。分割数は、使う整流器の仕様に応じて定めればよいが、少なすぎると通電時の電流密度変化が大きくなり、所望するビアへの充填が不十分なものとなる。例えば、ビアのトップ径４５μｍ、ボトム径３０μｍ、高さ３０μｍの場合、は４以上が好ましい。ここで、使用する整流器の仕様によるので上限は設けない。
【００２３】
さらに、電解めっきにおいて、パルス状の一定電流波形を印加する場合は、図２および図３のグラフの縦軸が、平均電流値となるように、パルス波のピーク、デューティー比を制御することにより、リニア型（または二次関数型）、ステップ型の電解めっきを実施することができる。
【００２４】
次いで、電解めっきにより導体ポスト１０５を形成した後（図１（ｂ））、導体ポストの先端に半田層１０６を形成する。半田層の形成方法としては、電解めっき法、無電解めっき法、印刷法などがあるが、導体ポスト１０５の微細化・高密度化に対応しやすく、めっき可能な金属が多種多様である電解めっき法が好適である。その後、導電層を選択的にエッチングすることにより、ランド１０３を有する配線パターンを形成し、絶縁層１０２に接着剤層１０７を形成して、層間接続用の導体ポストを有するプリント配線板１０８を得ることができる（図１（ｃ））。接着剤層１０７としては、例えば、金属の表面清浄化機能と接着機能を有するものが挙げられる。
【００２５】
更に、上記で得たプリント配線板からなる接続体１０８と、回路層と絶縁層からなる被接続体１０９とを積層する（図１（ｄ））。積層方法としては、例えば、真空プレスを用いて、導体ポスト１０５が接着剤層１０７を排除して、半田層１０６によりランド１０３と半田接合するまで加圧し、さらに、加熱して接着剤層１０７を硬化させて、接続体１０８と被接続体１０９を接着することができる。
【００２６】
以上の工程により、ランド１０３と導体ポスト１０５を半田層１０６により半田接合し、各層間を接着剤層１０７にて接着した多層プリント配線板を得ることができる。また、上記工程において、接続体１０８を複数枚重ね合わせることもできる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
銅箔厚さが２００μｍの圧延銅箔（古川電気工業（株）製ＦＴＥＣ−６４Ｔ）にサブトラクティブ工法によりランドを形成する。次に、過酸化水素水と硫酸を主成分とする薬液（旭電化工業（株）製テックＳＯ−Ｇ）を、スプレー吹き付けすることにより、粗化処理による凸凹形成を行い、熱硬化性樹脂を真空ラミネーターを用いて、塗布・乾燥し、絶縁層を形成する。次に、ＵＶ−ＹＡＧレーザー装置（三菱電機（株）製ＭＬ６０５ＬＤＸ）を用いて、トップ径４５μｍ、ボトム径２５μｍのブラインドビアホールを形成した。ビア内部及びビア周辺部を、デスミア処理（日本マクダーミッド（株）製マキュダイザーシリーズ）を施し、清浄化した後、圧延銅箔を電極として電解銅めっき（奥野製薬（株）８１−ＨＬ）を行い、導体ポストを形成した。電解銅めっき処理において、トップ径（＝４５μｍ）、ボトム径（＝２５μｍ）、絶縁膜厚さ（＝２５μｍ）、孔数（＝１００００）、電流密度（＝２．５Ａ／ｄｍ²）等を考慮して、電流値及びめっき時間を計算した。また、前記した算出方法を用いて、積算電流値を決定し、整流器を用いて電流値をステップ型に制御した。導体ポストを形成した後、電解めっきにより導体ポストの先端に半田層を形成した。半田にはＳｎ−Ａｇ（石原薬品(株)ＵＴＢＴＳ−１４０ＢＡＳＥ、ＵＴＢＴＳ−ＡＧ）を用いた。その後、導電層を選択的にエッチングし、ランドを有する配線パターンを形成し、絶縁層に接着剤層を形成してプリント配線板を得た。
【００２９】
（実施例２）
電解銅めっき処理において、上記同様トップ径（＝４５μｍ）、ボトム径（＝２５μｍ）、絶縁膜厚さ（＝２５μｍ）、孔数（＝１００００）、電流密度（＝２．５Ａ／ｄｍ²）等を考慮して、電流値を二次関数型に制御したこと以外は、実施例１と同様に実施した。
【００３０】
（比較例１）
電解銅めっき処理において、電流値をビアのトップ径に合わせて、一定に制御したこと以外は実施例１と同様に実施した。
【００３１】
（比較例２）
電解銅めっき処理において、電流値をビアのボトム径に合わせて、一定に制御したこと以外は実施例１と同様に実施した。
【００３２】
以下、上記実施例および比較例の結果について説明する。
表１に、ビアのボトムにおけるめっきの密着性とめっき時間を示した。ボトムにおける密着性は、断面を研磨し、超深度形状測定顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ製）で観察した。実施例１では、ボトムにおける密着性は良好であり、めっき時間は５０分であった。実施例２では、ボトムにおける密着性は良好であり、めっき時間は４５分であった。比較１では、ボトムにおける密着性は悪く、めっき時間は３５分であった。比較例２では、ボトムにおける密着性は良好であり、めっき時間は１１４分であった。
【００３３】
【表１】

【００３４】
比較例１のように、電流値をビアのトップ径に合わせて電解銅めっき処理を行うと、めっき時間は早いが、高電流密度による異常析出が認められ、密着性が悪く、比較例２のように、電流値をビアのボトム径に合わせて電解銅めっき処理を行うと、ボトムにおけるめっきの密着性は良いが、めっきに多くの時間を要し、生産性が悪かった。一方、本発明のプリント配線板方法により製造されたプリント配線板は、ボトムにおいてめっきの密着性が良く、比較的短時間でめっき充填することが可能であった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、テーパー付ビアに電解めっきによって金属を充填する際に、ビアのボトムにおいて、めっきの密着性が良く、かつ、比較的短時間で導体ポストを形成することができるプリント配線板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリント配線板の製造方法の例を説明するための断面図である。
【図２】本発明におけるめっき処理経過時間と電流値の関係（二次関数型）を示す線図である。
【図３】本発明におけるめっき処理経過時間と電流値の関係（ステップ型）を示す線図である。
【図４】本発明におけるステップ型電流分割方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１導電層
１０２絶縁層
１０３ランド
１０４テーパ−付ビア
１０５導体ポスト
１０６半田層
１０７接着剤層
１０８プリント配線板、接続体
１０９被接続体

Claims

絶縁層と導電層とからなる基板の絶縁層を貫通して、導電層が露出するように、テーパー付ビアを形成し、前記テーパー付ビアに電解めっきにより、金属を充填する工程を有するプリント配線基板の製造方法において、前記電解めっきが、電流値または平均電流値を増加させながら通電して行われることを特徴とするプリント配線板の製造方法。
通電が、通電開始時から通電終了時まで、電流値または平均電流値を二次関数型に増加させて行われる請求項１記載のプリント配線板の製造方法。
通電が、通電開始時から通電終了時まで、電流値または平均電流値をステップ型に増加させて行われる請求項１記載のプリント配線板の製造方法。