JP2005064333A - Ｕｖレーザーによる貫通孔の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 得られる小径の孔形状に優れるＵＶレーザー貫通孔の形成方法。
【解決手段】 ＵＶレーザーを使用する、少なくとも２層以上の銅の層を有する銅張板の貫通孔あけ加工において、金属箔に樹脂層を形成させたシートを、銅張板の裏面にバックアップシートとして配置し、銅張板の表面からレーザーを照射させる貫通孔の形成方法。
【効果】 銅張板のＵＶレーザーによる孔あけ用のバックアップシートとして、金属箔に樹脂層が形成されているシートを使用する貫通孔の形成方法により、孔形状に優れた貫通孔が得られるため、信頼性に優れる小径の孔を有する高密度プリント配線板が得られる。

Description

本発明は、プリント配線板を製造する際、その基板となる銅張板に、ＵＶレーザーを直接照射して、小径の貫通孔を形成する方法に関するものである。本発明によって形成される貫通孔は、小型プリント配線板の小径スルーホールとして使用され、この小径スルーホールを有するプリント配線板は、半導体プラスチックパッケージ、マザーボードなどの分野に好適に使用される。

従来、半導体プラスチックパッケージなどに用いられる高密度のプリント配線板は、スルーホール用の貫通孔の加工を、金属ドリル使用して行っていた。近年、プリント配線板の高密度化の要求に伴い、スルーホールの径はますます小径化が進み、150μm以下の孔径が使用されるケースが増加している。このような小径の孔加工に金属ドリルを使用すると、ドリル径が細いため、孔あけ時にドリルが曲がる、折れが多い、加工速度が遅くなるなどの欠点があり、作業性、生産性、信頼性などに問題があった。これらの問題点を改善するため、金属ドリルに替えて炭酸ガスレーザーの使用が検討されている（例えば特許文献１参照）が、より小径の貫通孔をあける場合には、炭酸ガスレーザーのビーム径が小さくならない問題があることもあり、80μm以下ではＵＶレーザーの使用が提案されている。（例えば特許文献２参照）レーザーを使用して、貫通孔加工の行う際の銅張板のバックアップの素材として、空気層を使用すると、加工の際に発生する加工塵が、孔下の銅箔付近に付着し加工に支障をきたすこと、裏面の銅箔の孔形状が円形になりにくいこと、レーザーマシンのＸＹテーブルの金属板に損傷を与え使用寿命が短くなることなどの欠点があった。また、バックアップシートとして金属箔を使用すると、銅張板と金属箔との密着が不完全なため、レーザー光の熱発散が場所により異なり、孔形状が均質にならない欠点があった。
特開平11-220243号公報 特開2003-188492号公報

本発明は、プリント配線板を製造する際、その基板となる銅張板に、ＵＶレーザーを直接照射する、主として小径の貫通孔の形成方法において、良好な孔形状を得ることができる、ＵＶレーザーによる貫通孔の形成方法に関するものである。

本発明は、ＵＶレーザーを使用する、少なくとも２層以上の銅の層を有する銅張板の貫通孔あけ加工において、金属箔に樹脂層が形成されているシートを、銅張板の裏面にバックアップシートとして配置し、銅張板の表面からレーザーを照射させる貫通孔の形成方法であり、得られる孔形状が良好になることから、信頼性に優れたスルーホールを製造することができる。

ＵＶレーザーを使用する銅張板の貫通孔あけ加工において、金属箔に樹脂層が形成されているシートを、銅張板のバックアップシートに使用する貫通孔の形成方法により、得られる孔形状の品質の向上が図られるため、信頼性に優れたスルーホールを製造することが可能となり、工業的な実用性は極めて高いものである。

本発明は、金属箔に樹脂層を形成させたシートを使用するＵＶレーザーによる貫通孔の形成方法であり、ＵＶレーザーを使用し、少なくとも２層以上の銅の層を有する銅張板の貫通孔あけ加工を行う際、上記シートを銅張板の裏面に配置後、銅張板の表面銅層の上に直接ビームを照射して、貫通孔を形成する方法であり、目的とする孔径の孔を、銅層及び絶縁層に形成し、これを繰り返して貫通孔とすることで、孔形状の良好な貫通孔が得られるものである。

本発明で使用する金属箔に樹脂層を形成させたシートは、金属箔に樹脂層が形成されているシートであれば、特に限定されるものではなく、使用する金属箔は、シート状に加工できる公知の金属からなる金属箔であれば、特に限定されるものではない。これらの金属としては、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄、銅、ニッケル、及びこれらの合金類などが挙げられる。金属箔の厚さは、一般には5μm〜1mmの厚さのものが使用され、特に50〜500μmの厚さのものが好適に使用される。金属箔の表面状態は、特に限定されないが、プライマー処理や、薬液で表面に凹凸を付けたものなどが、好適に使用される。

本発明で使用する金属箔に樹脂層を形成させたシートに使用する樹脂層とは、シート状の形成が可能な公知の高分子物質を主成分とした樹脂組成物から構成される樹脂層であれば、特に限定されるものではない。これらの高分子物質としては、例えば、熱硬化性樹脂組成物、熱可塑性樹脂組成物、水溶性樹脂組成物、及びこれらの混合物などが挙げられ、公知の各種添加剤や有機、無機粉体などを併用することも可能である。好適には、貫通孔あけ加工後に、上記シートと銅張板を剥離する際、銅張板に付着した樹脂層の樹脂の除去のし易さから、水溶性樹脂組成物の使用が好ましい。

本発明で使用する金属箔に樹脂層を形成させたシートの樹脂層の樹脂組成物に好適に使用される水溶性樹脂としては、常温、常圧において、水100gに対し、1g以上溶解する高分子物質であれば、特に限定されるものでないが、金属箔の表面に塗布、乾燥する場合、或いはシート状とする場合に、剥離欠落しにくいものを選択する。水溶性樹脂の具体例としては、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリエーテルポリオール、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラメチレングリコール、澱粉など、公知のものが使用可能であり、１種もしくは２種以上を適宜混合して使用することも可能である。樹脂層の厚さは、一般には5μm〜500μmの厚さのものが使用され、特に10〜200μmの厚さのものが好適に使用される。

本発明で使用する金属箔に樹脂層を形成させたシートの樹脂層の樹脂組成物には、室温での銅張板とのラミネート接着の点から、粘着剤の使用が好適である。この粘着剤としては、室温で粘着性を示す公知の物質であれば、特に限定されるものではない。粘着剤の具体例としては、ゴム、架橋型アクリル、非架橋型アクリル、水溶性アクリル、ポリウレタン、酢酸ビニル共重合体、カルボキシセルロース、ポリビニルアルコール、ポリグリコール、ポリオレフィン、シリコンなどが挙げられ、１種もしくは２種以上を適宜混合して使用することも可能である。特に前記の理由から、水溶性の粘着剤、例えば水溶性アクリル、カルボキシセルロース、ポリビニルアルコール、ポリグリコールなどや水溶性樹脂と併用することで粘着効果を付与する物質の使用が好適である。これらの物質としては、例えば、グリセリン、ポリグリセリン、グリセリン脂肪酸エステル、ポリエチレングリコールなどが挙げられ、１種もしくは２種以上を適宜混合して使用することも可能である。

本発明で使用する金属箔に樹脂層を形成させたシートの樹脂層の樹脂組成物の好適な態様である粘着剤の使用方法は、粘着剤そのものを上記樹脂組成物として使用するか、または粘着剤を樹脂組成物に併用する方法がある。これら粘着剤単独または併用樹脂組成物は、金属箔に形成させる樹脂層の全てでも、表層のみでも、使用可能である。具体的には、金属箔の樹脂層が、全て粘着剤層または粘着剤併用樹脂組成物層であるもの、先ず金属箔に粘着剤を併用していない樹脂組成物層を形成させた後、その表層に粘着剤層または粘着剤併用樹脂組成物層を形成させたものなど、いずれも使用可能である。粘着剤を樹脂組成物に併用する場合、粘着剤の配合量は、特に限定されないが、銅張板とのラミネート接着が室温で可能であり、且つ貫通孔あけ加工後に、銅張板との剥離が、手で可能である程度の粘着性を示すように配合する。金属箔に樹脂組成物層を形成し、更にその表層に粘着剤層または粘着剤併用樹脂組成物層を形成する場合、最初に金属箔に形成させる樹脂層の厚さは特に限定されないが、好適には5〜200μmであり、この上に形成する粘着剤層または粘着剤併用樹脂組成物層の厚さは特に限定されないが、1 〜50μmが好適に使用される。

上記金属箔の片面、もしくは両面に、上記樹脂組成物で構成された樹脂層を形成させることにより、本発明で使用する金属箔に樹脂層を形成させたシートが得られる。金属箔に樹脂層を形成させる方法としては、特に限定されないが、例えば樹脂組成物を水または有機溶剤などに溶解させて、金属箔に塗布、乾燥して金属箔に樹脂層を形成させたシートとする方法や、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどのフィルムに所定の厚さの樹脂層を形成させた後、これを金属箔と組み合わせ、ラミネートにより一体化して金属箔に樹脂層を形成させたシートとする方法などが挙げられる。

本発明で使用する金属箔に樹脂層を形成させたシートを銅張板に貼り付ける方法は、特に限定されないが、例えば、ラミネーターを使用し、金属箔に樹脂層を形成させたシートの樹脂層面を銅張板の裏面と対向するように配置し、室温で、ラミネート接着させることが好適である。このラミネート接着は、加熱下で行うことも可能であるが、銅張板が薄い場合、反りが大きくなる問題があり、室温で貼り付けることが好適である。使用するラミネーターのロールの線圧は一般に1〜30kg/cmであり、好ましくは2〜20kg/cmである。本発明において、銅張板の表面に、レーザー加工時の加工屑の付着防止のため、補助材料を貼り合わせることも可能である。この補助材料は特に限定されないが、好適には熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも片面に、室温で粘着性のある樹脂層を形成したものが使用される。

本発明の金属箔に樹脂層を形成させたシートを使用して貫通孔あけ加工をさせる銅張板とは、少なくとも２層以上の銅の層を有する銅張板であり、その絶縁層には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、或いはこれらが２種以上配合された銅張板が使用可能であるが、一般的には熱硬化性樹脂銅張板が使用される。熱硬化性樹脂銅張板としては、無機、有機基材の銅張積層板、その多層銅張板、表層に樹脂付き銅箔シートを使用した多層板など、公知の構成の多層銅張板が使用可能である。

熱硬化性樹脂銅張板に使用される熱硬化性樹脂としては、公知の熱硬化性樹脂が使用可能である。具体的には、エポキシ樹脂、多官能性シアン酸エステル樹脂、 多官能性マレイミドーシアン酸エステル樹脂、多官能性マレイミド樹脂、不飽和基含有ポリフェニレンエーテル樹脂などが挙げられ、１種もしくは２種類以上を適宜組み合わせて使用することも可能である。ＵＶレーザー照射による貫通孔の形成加工で得られるスルーホール形状の点からは、ガラス転移温度が、150℃以上の熱硬化性樹脂が好ましく、耐湿性、耐マイグレーション性、吸湿後の電気的特性等の点から多官能性シアン酸エステル樹脂組成物がより好適である。

銅張板の基材としては、公知の、有機、無機の織布、不織布が使用可能である。具体的には、無機の繊維としては、Ｅ、Ｓ、Ｄ、ＮＥガラス等の繊維など、有機繊維としては、全芳香族ポリアミド、液晶ポリエステル、及びこれらの混抄物などが挙げられる。また、ポリイミドフィルム、液晶ポリエステルフィルム、全芳香族ポリアミドフィルムなどものフィルム基材も使用可能である。

銅張積層板の製造方法は、特に限定されないが、例えば、基材に熱硬化性樹脂組成物を含浸、乾燥させてＢステージとしたプリプレグを作成し、このプリプレグを所定枚数重ね、その外側に銅箔を配置して、加熱、加圧下に積層成形し、銅張積層板とする方法などが挙げられる。この銅箔には公知のものが使用可能であるが、電解銅箔が好適に使用され、銅箔の厚みは、好適には3〜12μmであり、銅箔表面は公知の合金処理が施されていても使用可能である。また、3〜5μmの薄銅箔は、このシャイニー処理面の外側に保護金属を配置し、少なくとも一部を接着させたものも使用可能であり、この場合、ＵＶレーザーを照射する前に保護金属層を除去するか、保護金属層付きのまま孔あけ加工を行うことも可能である。

本発明で使用されるＵＶレーザーの種類としては、特に限定されないが、公知のものが使用可能であり、ＵＶレーザーの波長は、200〜400nmのものが好適に使用される。ＵＶレーザーの種類としては、例えば、エキシマレーザー、ＵＶ-ＹＡＧレーザー、ＵＶ-Ｖａｎａｄａｔｅレーザー、ＵＶ-ＹＡＧレーザーと炭酸ガスレーザーの併用などが挙げられるが、特にＵＶ-ＹＡＧレーザー、ＵＶ-Ｖａｎａｄａｔｅレーザーの使用が好適である。ＵＶレーザーで貫通させる孔形状については、特に限定されず、入り側の孔径が大きく、出側の孔径が小さいテーパー形状、表裏ほぼ同じ大きさの孔形状など、いずれも適用可能である。

ＵＶレーザーを使用し、銅張板の貫通孔あけ加工する場合は、銅張板の裏面と本発明の金属箔に樹脂層を形成させたシートの樹脂層面を貼り付けた後、上記シートをバックアップシートとしてレーザーマシンのＸＹテーブルに配置し、下面から吸引して密着させた後、銅張板の表面からＵＶレーザーを直接照射する。この際、レーザービームが金属箔に樹脂層を形成させたシートを突き抜けるのを防ぐため、エネルギーやショツト数を調節して、貫通孔あけ加工を行う。

ＵＶレーザー貫通孔あけ加工終了後に金属箔に樹脂層を形成させたシートを銅張板から剥離除去する。ＵＶレーザーのみで孔あけした場合は、貫通孔部にはスミアは発生しないが、炭酸ガスレーザー併用の場合にはスミアが発生するため、例えば過マンガン酸カリ溶液、プラズマ処理など、公知のデスミア処理を実施し、公知のプリント板製造工程を経て、プリント配線板とする。

以下に実施例、比較例で本発明を具体的に説明する。『部』は重量部を表す。
実施例１
厚さ 100μmのアルミニウム箔の片面に、室温で粘着性を有する重量平均分子量 20000のポリビニルアルコール 20部を水 100部に溶解した水溶液を、アルミニウムの片面に塗布し、120℃、５分間 乾燥して、粘着剤樹脂層厚さ 50μmの金属箔に樹脂層を形成させたシートＡを作製した。これとは別に、2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン 400部、ビス(4-マレイミドフェニル)メタン 50部を 150℃で4時間反応させ、モノマーとプレポリマーの混合物を得た。これをメチルエチルケトンとジメチルホルムアミドの混合溶剤に溶解後、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂(エピコート1001、ジャパンエポキシレジン＜株＞製) 350部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(ESCN-220F、住友化学工業＜株＞製) 200部、オクチル酸亜鉛 0.2部を加え、溶解混合後、タルク(ミクロエースP-2、日本タルク＜株＞製) 1000部を加え、均一撹拌混合してワニスを得た。このワニスを、厚さ 50μmのガラス織布に含浸し、150℃で乾燥して、ゲル化時間(at170℃) 120秒、樹脂組成物含有量 56重量%のプリプレグＢと、同じく厚さ 15μmのガラス織布に含浸し、150℃で乾燥して、ゲル化時間(同)148秒、樹脂組成物含有量 81重量%のプリプレグＣを作製した。上記プリプレグＢ １枚の上下に、厚さ 12μmの電解銅箔を配置し、200℃、20kgf/cm^２、30mmHg以下の真空下で ２時間積層成形し、絶縁層厚み 60μmの両面銅張積層板Ｄを得た。また上記プリプレグＣを２枚配置し、その上下に予め内層処理を施した両面銅張積層板Ｄを配置し、その上下にプリプレグＣを配置し、更にその上下に厚さ 12μmの電解銅箔を置き、上記と同様なプレス条件で積層成形して、６層銅張積層板Ｅを作製し、この表層の銅箔を厚さ 4μmにエッチングして６層銅張積層板Ｆとした。次に、上記金属箔に樹脂層を形成させたシートＡの樹脂層面と６層銅張積層板Ｆの裏面を対向させ、ラミネーターを使用し、室温で 5kgf/cmの線圧で、ラミネート接着させ、金属箔に樹脂層を形成させたシートＡを６層銅張積層板Ｆに貼り付けた。 この６層銅張積層板Ｆの表面銅箔の上から、波長 355nmのＵＶ-ＹＡＧレーザーを直接照射して、入側孔径 60μm、出側孔径 50μmの貫通孔あけ加工を行った。孔あけ加工終了後、６層銅張積層板Ｆから金属箔に樹脂層を形成させたシートを手で剥離後、この６層銅張積層板Ｆ全体に無電解銅メッキ 0.5μm、電解銅メッキ 1μmを付着させた後、この上にパターンメッキレジストを厚さ 25μm付着させ、銅メッキにて貫通孔内を充填した。同時に回路用銅メッキの高さを 25〜28μm付着させ、この表面を機械的研磨にて銅メッキ高さ 22μmまで研磨して表面を平滑にした。その後、パターンメッキレジストを剥離除去してから薬液でフラッシュエッチングして回路形成を行った。この表面の導体にニッケルメッキ、金メッキを施し、プリント配線板を作製した。このプリント配線板の評価結果を表１に示す。

実施例２
厚さ 400μmのステンレス箔の片面に、ポリビニルピロリドン（ピッツコールK９０、第一工業薬品＜株＞製）30部にグリセリン 70部、水を 50部加えて均一に攪拌混合した後、これを上記ステンレス箔の片面に塗布し、120℃、５分間乾燥して、粘着剤併用樹脂組成物層厚さ 70μmの金属箔に樹脂層を形成させたシートＧを作製した。これとは別に、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂(エピコート5045、ジャパンエポキシレジン＜株＞製) 800部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(ESCN220F) 200部、ジシアンジアミド 30部、2-エチル-4-メチルイミダゾール 1部を、メチルエチルケトンとジメチルホルムアミドの混合溶剤に溶解し、さらにタルク(ミクロエースP-2)800部を加え、強制撹拌して均一分散し、ワニスを得た。このワニスを、厚さ 100μmのガラス織布に含浸、140℃で乾燥して、ゲル化時間150秒、樹脂組成物含有量 55重量%のプリプレグＨを作製した。このプリプレグＨを２枚配置し、その上下に厚さ 12μmの電解銅箔を配置し、180℃、20kgf/cm^２、30mmHg以下の真空下で ２時間積層成形して、絶縁層厚み 200μmの両面銅張積層板Ｉを作製した。次に、金属箔に樹脂層を形成させたシートＧの樹脂層を形成させた面と、両面銅張積層板Ｉの裏面側を対向させ、ラミネーターを使用し、室温で 8kgf/cmの線圧でラミネート接着させ、金属箔に樹脂層を形成させたシートＧを両面銅張積層板Ｉに貼り付けた。 この両面銅張積層板Ｉの表面銅箔の上から、波長 355nmのＵＶ-Ｖａｎａｄａｔｅレーザーを、直接照射して、入側孔径 40μm、出側孔径 36μmの貫通孔あけ加工を行った。孔あけ加工終了後、両面銅張積層板Ｉから金属箔に樹脂層を形成させたシートを手で剥離後、実施例１と同様にして、回路形成を行い、プリント配線板とした。評価結果を表１に示す。

比較例１
実施例１において、金属箔に樹脂層を形成させたシートＡを使用せずに、厚さ2mmのスペーサーをＸＹテーブルの４隅に配置した上に６層銅張積層板Ｆを設置し、６層銅張積層板Ｆの下面を空気層とした状態で、実施例１と同様にして貫通孔あけ加工を行ったところ、下孔の周囲に、加工塵の付着が確認された。実施例１と同様にして、回路形成を行い、プリント配線板とした。評価結果を表１に示す。

比較例２
実施例２において、金属箔に樹脂層を形成させたシートＧの替わりに、厚さ 100μmのアルミニウム箔を使用し、両面積層板Ｉの裏面側に配置し、ラミネーターの代わりに、粘着テープで周囲を留める以外は、実施例２と同様にして貫通孔あけ加工を行い、回路形成を行い、プリント配線板とした。評価結果を表１に示す。

表１

項 目 実 施 例 比 較 例

1 2 1 2
貫通孔径(μm) 入側 62 41 65 44
出側 48 34 30 20
バラツキ 3.3 3.0 6.4 5.4

孔形状(個) 円形 100 100 78 91
非円形状 0 0 22 9

熱衝撃試験 （％） 1.4 3.5 12.0 11.1

＜測定方法＞
1)貫通孔径：サイズ250mm×250mm銅張板に、900孔／ブロックで、１０ブロック貫通孔あけ加工を行った後、１００孔のレーザー入側、出側の直径をマイクロスコープで測定した平均値、及び出側のバラツキ（σ値）。
2)孔形状：サイズ250mm×250mm銅張板に、900孔／ブロックで、１０ブロック貫通孔あけ加工を行った後、出側１００孔の孔形状をマイクロスコープで測定し、一つの孔の最大、最小値の差が１０％以内を円形とし、それ以外を非円形としてカウントした個数。
3)熱衝撃試験：貫通孔あけ加工後の銅張板を使用し、各々900孔を表裏交互に連結したプリント配線板を作成し、各ブロック毎に切り出し、テストピースとした。このテストピースを使用し、1サイクル：260℃/ハンダ・浸せき/30秒 → 室温/空気/5分 で、200サイクル、熱衝撃試験を実施した後の導通抵抗値の変化率の最大値。（ｎ数：４）

Claims (5)

1. ＵＶレーザーを使用する、少なくとも２層以上の銅の層を有する銅張板の貫通孔あけ加工において、金属箔に樹脂層を形成させたシートを、銅張板の裏面にバックアップシートとして配置し、銅張板の表面からレーザーを照射させる貫通孔の形成方法。
2. 該シートの樹脂層を、銅張板に対向させて配置することを特徴とする請求項１記載の貫通孔の形成方法。
3. 該シートの樹脂層を構成する樹脂組成物が、水溶性樹脂組成物である請求項１又は２記載の貫通孔の形成方法。
4. 該シートの銅張板に接する面の樹脂層を構成する樹脂組成物が、粘着剤を必須成分とする樹脂組成物である請求項１〜３のいずれかに記載の貫通孔の形成方法。
5. 該ＵＶレーザーが、ＵＶ-ＹＡＧレーザー、又はＵＶ-Ｖａｎａｄａｔｅレーザーである請求項１〜４のいずれかに記載の貫通孔の形成方法。