JP2004253648A

JP2004253648A - プリント配線板の製造方法及びプリント配線板と多層プリント配線板の製造方法及び多層プリント配線板

Info

Publication number: JP2004253648A
Application number: JP2003043062A
Authority: JP
Inventors: Teppei Ito; 哲平伊藤; Hidetaka Hara; 英貴原
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】実装信頼性、接合信頼性に優れたプリント配線板の製造方法及びプリント配線板と多層プリント配線板の製造方法及び多層プリント配線板を提供する。
【解決手段】導電性フレーム１上に、該導電性フレームをめっきリードとして電解めっきにより、半田接合凹部形成用金属層３とバリア層４と配線層５とからなる３層金属層を形成する工程と、前記導電性フレームの配線層形成面に絶縁層６を形成する工程と、前記導電性フレーム１及び該半田接合凹部形成用の金属層３を除去する工程とを含むプリント配線板の製造方法。前記プリント配線板の製造方法により得られたプリント配線板からなる１枚または複数枚の接続層と、被接続部を有する被接続層とを、接着剤層を介して接着し、被接続層の被接続部と、接合用金属層により接合して得られることを特徴とする多層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、プリント配線板の製造方法及びプリント配線板と多層プリント配線板の製造方法及び多層プリント配線板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化と高密度実装化が進んでいる。プリント配線板も、この軽薄短小化の要求によって配線密度がより高く、配線層数が複数になるなど、より高精度な加工プロセスが望まれるようになってきている。
【０００３】
中でも、特に配線層数を複数にした多層プリント配線板の加工プロセスは大変注目されている。多層プリント配線板を得るためには、単層のプリント配線板を貼り合わせ、積層させる方法があり、各単層プリント配線板同士の金属配線を接続するために、表面に半田被膜が形成されたバンプが用いられている。
【０００４】
通常、半田被膜が形成されたバンプによる層間接続は、被接続層の金属配線に接続層の半田被膜が形成されたバンプを当接し、加圧しながら加熱し、半田被膜を溶融させ、次いで、冷却することで固化した半田金属により接続される。
【０００５】
しかしながら、近年では、プリント配線板の高密度がいっそう進んでおり、金属配線間の間隔が、増々狭くなっており、溶融された半田が金属配線間にブリッジを形成してしまう場合があり、金属配線同士の短絡不良が発生してしまう。
【０００６】
また、電子部品とプリント配線板の接続をはんだボールを介して面実装する際においても、電子機器の小型高性能化に伴う、多端子化、狭ピッチ化により、半田リフロー時に、上述したような半田ブリッジによる金属配線同士の短絡不良が発生してしまう。
【０００７】
このような金属配線同士の短絡不良を改善するために、多層間接続における従来技術では、被接続層の被接続面上に、樹脂フィルムを形成し、回路パターン上の被接続部に位置する樹脂フィルムを、エッチングにより開口することで、半田を塞き止めるための穴を形成している（例えば、特許文献１参照。）。また、電子部品とプリント配線板の接続においても、プリント配線板の半田接続用パッド周辺に絶縁耐熱樹脂により、仕切り板を設けているものがある（例えば、特許文献２参照。）。これにより、半田ブリッジによる金属配線同士の短絡不良の低減や接合信頼性の向上は認められるが、製造工程の増加によりコストの上昇が懸念される。また、多層間接続においては、被接続部上に位置する樹脂フィルムのみをエッチングにより開口するため、より高度なエッチング技術が必要となり、エッチングによる僅かな開口の位置ずれが接続不良を起こしてしまい、回路微細化の面からも課題が残る。
【０００８】
したがって、半田による実装、接合技術においては、依然として良好な接合で、かつ微細化が可能となる方法が求められている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１０２７３４号公報（第８頁、第４図）
【特許文献２】
特開平１１−１６３０４４号公報（第１頁、第１図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑になされたものであり、実装信頼性、接合信頼性に優れたプリント配線板の製造方法及びプリント配線板と多層プリント配線板の製造方法及び多層プリント配線板を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、配線パターン形成時において、配線パターンに半田接合凹部形成用金属層を形成することで、実装信頼性、接続信頼性に優れたプリント配線板が得られることを見出し、更に検討をすることにより、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は
（１）導電性フレーム上に、該導電性フレームをめっきリードとして電解めっきにより、半田接合凹部形成用金属層と配線層とからなる２層金属層を形成する工程と、前記導電性フレームの配線層形成面に絶縁層を形成する工程と、前記導電性フレーム及び該半田接合凹部形成用の金属層を除去する工程とを含むプリント配線板の製造方法。
（２）前記配線層が、バリア金属層を含んでなるものである前記第（１）項に記載のプリント配線板の製造方法。
（３）前記半田接合凹部形成用金属層が、銅またはニッケルからなるものである前記第（１）または（２）項に記載のプリント配線板の製造方法。
（４）前記配線層上に前記絶縁層を貫通して導体ポストを形成する工程を含む前記第（１）〜（３）項のいずれかに記載のプリント配線板の製造方法。
（５）前記導体ポストが露出する表面に接合用金属層を形成する工程と前記絶縁層と該接合用金属層の表面に接着剤層を形成する工程とを含む前記第（４）項に記載のプリント配線板の製造方法。
（６）半田接合凹部が形成された配線層と、絶縁層と、前記配線層上に前記絶縁層を貫通した導体ポストと、前記導体ポスト上に接合用金属層とを有するプリント配線板の１枚または複数枚の接続層と、被接続部を有する被接続層とを、接着剤層を介して接着し、前記被接続部と、前記接合用金属層により金属接合することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
（７）前記被接続層が、前記第（１）〜（３）項のいずれかに記載のプリント配線板の製造方法により得られたプリント配線板、または配線層が形成された基材である前記第（６）項に記載の多層プリント配線板の製造方法。
（８）前記基材が、導電性フレームである前記第（７）項に記載の多層プリント配線板の製造方法。
（９）前記第（１）〜（５）項のいずれかに記載のプリント配線板の製造方法により得られたプリント配線板。
（１０）前記第（６）〜（８）項のいずれかに記載の多層プリント配線板の製造方法により得られた多層プリント配線板。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、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。
【００１３】
本発明のプリント配線板の製造方法としては、まず、導電性フレーム１上に、配線層の導体回路に対応する位置にパターンニングされためっきレジスト層２を形成する（図１（ａ））。
導電性フレーム１の材質は、電解めっき時のリード（カソード電極）としての機能と、使用される薬品に対する耐性とを有し、最終的にエッチング除去できるものであれば限定されない。具体例としては、銅、銅合金、４２合金、ニッケル、鉄等が挙げられ、中でも粗化、脱脂などの表面処理が比較的容易であり、市販のエッチャントを用いて、エッチングが可能であり、電気伝導性に優れた銅を用いることが最も好適である。また、めっきレジスト層２は、例えば、導電性フレーム１上に、紫外線感光性のドライフィルムレジストをラミネート、あるいは液状のレジストを塗布乾燥し、露光マスクなどを用いてパターン感光し、その後、現像することにより形成できる。
【００１４】
次に、導電性フレーム１を電解めっき用リードとして、めっきレジスト層２の配線パターン形成部分の導電性フレーム１上に、半田接合凹部形成用金属層３を形成する。半田接合凹部形成用金属層３の材質は、電解めっきすることが可能であるものが好ましい。また、最終的に導電性フレーム１をエッチングにより除去する際に、同時に除去されるものが工程数の観点からは好適である。例えば、導電性フレーム１が銅からなるものであるならば、塩化第二銅、塩化第二鉄などのエッチャントにより容易に溶解できるため、半田接合凹部形成用金属層３としては銅やニッケルであることが好適である。
【００１５】
次に、半田接合凹部形成用金属層３の露出表面にバリア金属層４を電解めっきにより形成する。バリア金属層４の材質としては、最終的に導電性フレーム１および半田接合凹部形成用金属層３をエッチングにより除去する際に使用する薬液に対する耐性を有するものが好適である。導電性フレーム１が銅、半田接合凹部形成用金属層３がニッケルの場合、バリア金属層４として金などが挙げられるが、目的に合う組み合わせであれば使用でき、特に限定されるものでない。
【００１６】
次に、導電性フレーム１を電解めっき用リードとして、バリア金属層４の上に、配線層５を形成する（図１（ｂ））。
配線層５としては電気特性の観点から銅であることがもっとも好適である。例として、導電性フレーム１としては銅、銅合金、鉄、ニッケル、４２合金、半田接合凹部形成用金属層３としては、銅、ニッケル、バリア金属層４としては、金、ニッケル、半田、配線層５としては、銅、金、銀などが挙げられるが、この製造方法と目的に合う組み合わせであれば使用でき、特に限定されるものでない。
【００１７】
次に、めっきレジスト層２を剥離する（図１（ｃ））。めっきレジスト層２の剥離には、浸漬法あるいは水平搬送式のスプレー剥離装置を使用することができ、剥離液には水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、エタノールアミンの水溶液を用いることができる。
【００１８】
次に、導電性フレーム１の配線層形成面に、絶縁樹脂層６を形成する（図１（ｄ））。絶縁樹脂層６の形成方法は、使用する樹脂形態に適した方法でよく、ワニスを印刷、コート等の方法で直接塗布したり、ドライフィルムであれば、常圧もしくは真空ラミネート、熱プレス、真空プレス等により、形成する方法が挙げられる。
絶縁樹脂層６を形成する樹脂は、この製造方法に適するものであれば限定されない。具体例としては、エポキシ、フェノール、ビスマレイミド、ビスマレイミドトリアジン、トリアゾール、ポリシアヌレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルフィド、ポリキノリン、ポリノルボルネン、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾイミダゾールなどの樹脂が使用できる。これらの樹脂は単独で使用しても良く、複数混合して使用してもよい。
【００１９】
次に、絶縁樹脂層６の導体ポストに対応する位置にビア７を形成する（図２（ｅ））。ビア７は、レーザーあるいはプラズマ等によるドライエッチング、感光パターンニングし、ケミカルエッチングで形成することができるが、小径化、多ピン化の観点から、コスト的に後者の方が好ましい。
【００２０】
次に、導電性フレーム１を電解めっき用リードとして、導体ポスト８を電解めっきにより形成する。この電解めっきにより、絶縁樹脂層６のビア７が形成されている部分に、導体ポスト８が充填形成される（図２（ｆ））。導体ポスト８の材質としては、この製造方法に適するものであれば限定されない。例えば、銅、ニッケル、金、錫、銀、パラジウム、ビスマス、あるいはこれらの金属種の複合系が挙げられる。特に、銅を適用することで抵抗特性に優れた導体ポスト８が得られる。
【００２１】
次に、導体ポスト８の表面（先端）に、接合用金属層９を形成する（図２（ｇ））。接合用金属層９の形成方法としては、導電性フレーム１を電解めっき用リードとして、電解めっきにより形成する方法、無電解めっきにより形成する方法、ペースト印刷による方法が挙げられる。接合用金属層９の材質としては、図３（ａ）に示す被接続部１８及び半田接合凹部１９と合金化接合が可能なものであれば、どのようなものでも良く、半田など比較的低温領域で溶融するものが適する。半田の中でも、鉛、錫、銀、銅、ビスマス、インジウム、亜鉛、金の少なくとも２種からなる半田を使用することが好ましい。近年、特に環境面での配慮から鉛フリー半田の使用が非常に好適である。
【００２２】
次に、絶縁樹脂層６と接合用金属層９の表面に、接着剤層１０を形成する（図２（ｈ））。接着剤層１０は、適用する樹脂形態に適した方法で形成され、樹脂インク印刷、コートなどの方法で直接塗布、あるいはドライフィルムタイプの樹脂をラミネート、プレス（常圧、真空）等の方法で形成できる。
【００２３】
次に、導電性フレーム１及び半田接合凹部形成用金属層３をエッチング除去し、本発明の半田接合凹部１１を有するプリント配線板１２を得るに至る（図２（ｉ））。エッチングには浸漬法あるいは水平搬送式のスプレーエッチング装置を使用することができ、導電性フレーム１及び半田接合凹部形成用金属層３を同時にエッチングできることが生産性からは好適であると思われる。例えば、導電性フレーム１が銅であり半田接合凹部形成用金属層３が銅もしくはニッケルならば、市販の塩化第二銅水溶液、あるいは塩化第二鉄系水溶液を用いて同時に除去することができる。また、導電性フレーム１と半田接合凹部形成用金属層３を各々の材質金属に合わせて異なるエッチャントを用いてエッチングすることもできる。
【００２４】
本発明の多層プリント配線板の製造方法の例としては、上記の工程によって得られたプリント配線板１２からなる接続層１３の複数枚と被接続部１８を有する基材からなる被接続層１４とを位置合わせをする（図３（ａ））。位置合わせは接続層１３及び被接続層１４に、予め形成されている位置決めマークを画像認識装置により、読みとり位置合わせする方法、接続層１３及び被接続層１４に、予め形成されているガイド穴に対して位置合わせ用のガイドピンを挿入することで機械的に位置合わせする方法等を用いることができる。なお、被接続層１４は図１（ａ）〜（ｃ）に示した工程と同様にして形成できる。被接続層１４の基材としては導電性フレームの例を示したが、例えば、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などを使用した銅張積層板に、サブトラクティブ法により配線層を形成した樹脂などからなる基材であっても良い。
【００２５】
次に、接続層１３同士及び接続層１３と被接続層１４とを積層する（図３（ｂ））。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１５が、接着剤層１６を介して、接合用金属層１７により、接続層１３の半田接合凹部１９又は被接続層１４の被接続部１８と接合するまで加圧し、更に加熱して接着剤層１６を熱硬化させることで、接続層１３同士の層間及び接続層１３と被接続層１４を接着する。
最後に、被接続層１４側の導電性フレーム２０と半田接合凹部形成用金属層２１を前記同様にエッチング除去し、本発明の多層プリント配線板２２を得るに至る（図３（ｃ））。
【００２６】
上記多層配線板の製造方法の例では、接続層１３が、３枚の例を示しているが、１枚であっても、更に多数枚であっても良い。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例により更に詳細に説明する。
［実施例１］
表面を粗化処理した７０μｍ厚の電解銅箔（導電性フレーム）（三井金属鉱業（株）製、３ＥＣ−ＶＬＰ：商品名）に液状ネガレジスト（ＪＳＲ（株）製、ＴＨＢ１２０Ｎ：商品名）をキャスト塗工し、所定のネガパターンニングマスクを用いて、超高圧水銀灯による露光の後、現像を行い、配線層の形成に必要なめっきレジストを形成した。次に、電解銅箔を電解めっき用リードとし、半田接合凹部形成用金属層として、電解ニッケルめっき（（株）ムラタ製、ＳＮコンク：商品名）で厚さ１μｍの金属層を形成し、次いで、バリア金属層として、電解金めっき（エヌ・イーケムキャット（株）製、Ｎ−７００：商品名）で厚さ１μｍの金属層を形成し、次いで、配線層として、電解銅めっき（エンソンジャパン（株）製、スーパースロー：商品名）で厚さ１０μｍの金属層を形成した。また、配線層は最小部分で線幅／線間＝１０／１０μｍとした。次に、めっき用レジストを剥離した後、配線層形成面にドライフィルム状の樹脂（住友ベークライト（株）製、ＣＦＰ−１１２３：商品名）を積層し、真空ラミネートすることにより、配線層の凹凸を埋め込み、２５μｍ厚の感光性絶縁樹脂層を形成した。次に、感光性絶縁樹脂層の導体ポストに対応する位置に、超高圧水銀灯による紫外線露光と、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドによる現像を行い、直径８０μｍのビアを形成した。次に、電解銅箔を電解めっき用リードとして、電解銅めっきにより、ビアを充填し、銅からなる導体ポストを形成した。さらに得られた銅ポストの表面に、Ｓｎ／２．５Ａｇ半田（石原薬品（株）製、ＴＳ１４０：商品名）を電解めっきにより、５μｍの厚さの接合用金属層を形成した。次に、バーコーターにより、絶縁樹脂層と接合用金属層の上に、接着剤ワニスを塗布・乾燥し、接着剤層を形成した。この接着剤ワニスは、ｍ，ｐ−クレゾールノボラック樹脂（日本化薬（株）製、ＰＡＳ−１：商品名）１００ｇとビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製、ＲＥ−４０４Ｓ：商品名）１４０ｇをシクロヘキサン６０ｇに溶解し、硬化触媒としてトリフェニルフォスフィン（北興化学工業（株）製、）０．２ｇを添加して調製した。次に、７０μｍ電解銅箔及び半田接合凹部形成用金属層を塩化第二鉄系エッチャントにより除去し、プリント配線板（接続層）を得た。
【００２８】
一方、表面を粗化処理した１５０μｍ厚の圧延銅板（古河電工（株）製、ＥＦＴＥＣ−６４Ｔ：商品名）を導電性フレームとして、前記同様な工程にて、導電性フレーム上に半田接合凹部形成用金属層、バリア金属層、配線層を形成して、被接続層を得た。上記で得た接続層と被接続層に、予め形成されている位置決めマークを、画像認識装置により読みとり、両者を位置合わせし、１００℃の温度で真空仮圧着後、熱プレスにより２５０℃の温度で加熱加圧することで、銅ポストが接着剤を貫通してパッドと半田接合し、接着剤により接続層同士及び接続層と被接続層を接着した。次に、被接続層側の圧延銅板及び半田接合凹部形成用金属層を、塩化第二鉄系エッチャントでエッチングにより除去し、多層プリント配線板を得た。
【００２９】
［比較例１］
上記実施例１において、半田接合凹部形成用金属層を形成しなかった点以外はすべて実施例１と同様に多層プリント配線板を製造した。
【００３０】
実施例１、比較例１で得た多層プリント配線板を用いて、断面研磨を行い、走査電子顕微鏡ＳＥＭにより接合部における半田ブリッジを観察した。半田ブリッジが形成されているバンプを不良とし、不良発生率をｎ＝１００において評価した。実施例１で得た多層配線板の不良発生率は０％、比較例１は１５％であり、半田接合凹部による半田ブリッジを防止できる効果が認められた。
【００３１】
次に、接着剤層の厚みを変化させて実施例１及び比較例１を製造し、前記同様に断面研磨を行い、ＳＥＭによる断面観察を行った。層間に空隙が存在せず、充分に層間が接着剤層で充填されるのに必要な接着剤層の厚みは比較例１では２５μｍであるのに対し、実施例１では１０μｍであった。実施例１で得た半田接合凹部を形成した多層プリント配線板では、溶融した半田がすべて半田接合凹部内に収まるため、接着剤層の薄膜化が可能であることが認められた。さらに、接合後のプリント配線板外へはみ出す接着剤の量を、精密電子天秤を用いて測定したところ、比較例１では０．０５ｇに対し、実施例１では０．０１２ｇであった。実施例１で得た多層プリント配線板の方が、多層プリント配線板（製品）外へはみ出す接着剤の量が少ないことが認められた。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、半田接合凹部を形成することにより、接合時に溶融した半田は半田接合凹部によって塞き止められる。そのため、溶融した半田が接続領域外部に溢れ出すことがないので、金属配線間に半田によるブリッジが形成されることがなく、金属配線同士の短絡不良が発生しにくくなる。また、半田接合凹部を形成しない場合に比べ、接着剤層の絶対量が少なくてすむためコストを抑えることができるとともに、接着剤層のプリント配線板（製品）外へはみ出し量が減少するため、プリント配線板製造の歩留まりが上がり、生産効率が改善される。
【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一例を示す断面図である。
【図２】本発明のプリント配線板の製造方法の一例を示す断面図である（図１の続き）。
【図３】本発明の多層プリント配線板の製造方法の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１、２０導電性フレーム
２めっきレジスト層
３、２１半田接合凹部形成用金属層
４バリア金属層
５配線層
６絶縁樹脂層
７ビア
８、１５導体ポスト
９、１７接合用金属層
１０、１６接着剤層
１１、１９半田接合凹部
１２本発明の製造方法により得られるプリント配線板
１３接続層
１４被接続層
１８被接続部
２２本発明の製造方法により得られる多層プリント配線板

Claims

導電性フレーム上に、該導電性フレームをめっきリードとして電解めっきにより、半田接合凹部形成用金属層と配線層とからなる２層金属層を形成する工程と、前記導電性フレームの配線層形成面に絶縁層を形成する工程と、前記導電性フレーム及び該半田接合凹部形成用の金属層を除去する工程とを含むプリント配線板の製造方法。
前記配線層が、バリア金属層を含んでなるものである請求項１に記載のプリント配線板の製造方法。
前記半田接合凹部形成用金属層が、銅またはニッケルからなるものである請求項１または２に記載のプリント配線板の製造方法。
前記配線層上に前記絶縁層を貫通して導体ポストを形成する工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載のプリント配線板の製造方法。
前記導体ポストが露出する表面に接合用金属層を形成する工程と前記絶縁層と該接合用金属層の表面に接着剤層を形成する工程とを含む請求項４に記載のプリント配線板の製造方法。
半田接合凹部が形成された配線層と、絶縁層と、前記配線層上に前記絶縁層を貫通した導体ポストと、前記導体ポスト上に接合用金属層とを有するプリント配線板の１枚または複数枚の接続層と、被接続部を有する被接続層とを、接着剤層を介して接着し、前記被接続部と、前記接合用金属層により金属接合することを特徴とする多層プリント配線板の製造方法。
前記被接続層が、請求項１〜３のいずれかに記載のプリント配線板の製造方法により得られたプリント配線板、または配線層が形成された基材である請求項６に記載の多層プリント配線板の製造方法。
前記基材が、導電性フレームである請求項７に記載の多層プリント配線板の製造方法。
請求項１〜５のいずれかに記載のプリント配線板の製造方法により得られたプリント配線板。
請求項６〜８のいずれかに記載の多層プリント配線板の製造方法により得られた多層プリント配線板。