JP2005166910A - プリント配線板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アディティブ法によるプリント配線板において、ドライ処理等の特殊な処理を要することなくアンダーカットが小さく、カバー材充填の不具合や導体回路の剥離等の不具合を生じることがないプリント配線板を得ること。
【解決手段】電解めっき電流密度の調整により、導体回路１３を、導電性シード層側の下部領域１４と、先端表面側の上部領域１５とで、互いに異なる金属組織の電解銅めっき層で構成し、下部領域１４の電解銅めっき層を上部領域１５の電解銅めっき層より緻密な金属組織とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、プリント配線板およびその製造方法に関し、特に、アディティブ法によって導体回路を形成されたプリント配線板およびその製造方法に関するものである。

プリント配線板の回路形成法としてアディティブ法が知られている。アディティブ法の工程を図４（ａ）〜（ｇ）を参照して説明する。図４（ａ）に示されているような絶縁基材１０１の片面に、図４（ｂ）に示されているように、スパタリング等によって薄い導電性シード層１０２を一様に形成する。

つぎに、図４（ｃ）に示されているように、導電性シード層１０２上に、ドライフィルムレジストのロールラミネートや液状レジストの塗布によってレジスト層１０３を形成する。そして、図４（ｄ）に示されているように、フォトリソグラフィー法による露光、現像によってパターンニングされためっき用レジスト１０４を形成する。

つぎに、図４（ｅ）に示されているように、電解銅めっきによってレジスト間１０５の導電性シード層１０２上に銅めっき部（回路めっき）１０６を形成する。この後に、図４（ｆ）に示されているように、めっき用レジスト１０４を除去する。そして、図４（ｇ）に示されているように、めっき部間の導電性シード層１０２をエッチング除去し、銅めっき部１０６による導体回路を完成する。

アディティブ法による導体回路形成は、絶縁基材に一様に形成された銅箔等による導体層をエッチングして回路形成を行うするサブトラクティブ（エッチング）法に比して幅の狭い回路形成を行うことができると云う利点を有する。このことは、電子機器の軽薄短小化に伴いプリント配線板の回路線幅が狭くなる傾向がある現状において有利である。

しかし、アディティブ法による導体回路形成では、図４（ｄ）に示されているように、フォトリソグラフィーによるめっき用レジスト１０４の形成時に、露光時の導電性シード層１０２における乱反射等の影響により、めっき用レジスト１０４が導電性シード層１０２と接触する部分が裾Ａを引いたような状態となる。

このため、めっき工程によって形成する導体回路（めっき部）１０６の底部が図４（ｆ）に、符号Ｂで示されているように、えぐられた状態となる。この回路底部がえぐられた状態をアンダーカットと云いい、回路底部がえぐられた部分をアンダーカット部分と云う。

その後、回路底部がえぐられた状態で、不要な導電性シード層１０２を除去するためのエッチングが行われるため、めっき部底部のアンダーカットが進行し、アンダーカット部分が、図４（ｇ）に、符号Ｃで示されているように、大きくなる現象が生じる。

導体回路１０６がアンダーカットしていると、その後に、回路面をカバーレイ材やソルダーレジスト材等の絶縁物で被覆する際に、絶縁物（カバー材）をアンダーカット部分Ｃに充分に充填することができず、アンダーカット部分Ｃが空隙として残る。このため、アンダーカットはマイグレーション等の原因となる。

また、導体回路１０６にアンダーカットが生じると、導体回路１０６と絶縁基材１０１との接触面積が小さくなるため、導体回路１０６と絶縁基材１０１との密着強度が低下し、導体回路１０６が熱処理によって剥がれ易くなる等の問題が生じる。

このことに対処すべく、アンダーカットの原因となるめっき用レジストの裾ひき部（ドライフィルム残留物）をドライ処理によって除去した後に、回路形成のためのめっきを行うことで、アンダーカットのない導体回路を形成する方法が提案されている（特許文献１）。

めっき用レジストの裾ひき部（ドライフィルム残留物）をドライ処理によって除去した後に、回路形成のためのめっきを行うことにより、アンダーカットのない導体回路を形成することができるが、しかし、ドライ処理は、大規模な装置を必要とし、プリント配線板の製造コストを高騰させることになる。
特開２００１−１９６７４０号公報

この発明が解決しようとする課題は、アディティブ法によるプリント配線板において、ドライ処理等の特殊な処理を要することなくアンダーカットが小さく、マイグレーションの原因になるカバー材充填の不具合や導体回路の剥離等の不具合を生じることがないプリント配線板を得ることである。

この発明によるプリント配線板は、絶縁基材上に導電性シード層を介して電解銅めっきによる導体回路が形成されたアディティブ法によるプリント配線板において、前記導体回路が、導電性シード層側の下部領域と、先端表面側の上部領域とで、互いに異なる金属組織の電解銅めっき層で構成され、前記下部領域の電解銅めっき層が前記上部領域の電解銅めっき層より緻密な金属組織で構成されている。

金属組織の緻密さは、電解銅めっき層を構成する析出結晶の平均粒径により評価でき、この発明によるプリント配線板では、前記下部領域の電解銅めっき層の析出結晶の平均粒径が前記上部領域の電解銅めっき層の析出結晶の平均粒径より小さい。

また、この発明によるプリント配線板は、絶縁基材上に導電性シード層を介して電解銅めっきによる導体回路が形成されたアディティブ法によるプリント配線板において、前記導体回路が、導電性シード層側の下部領域と、先端表面側の上部領域とで、互いに異なる電流密度による電解銅めっき層で構成され、前記下部領域の電解銅めっき層が前記上部領域の電解銅めっき層より低電流密度による電解銅めっき層で構成されている。

この発明によるアディティブ法によるプリント配線板の製造方法は、絶縁基材上に形成された導電性シード層上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層に露光・現像を行い、パターンニングされためっき用レジストを形成するめっき用レジスト形成工程と、低電流密度による電解銅めっきを行い、前記めっき用レジストが形成されていない部分の前記導電性シード層上に第１の電解銅めっき層を形成する第１の電解銅めっき工程と、前記第１の電解銅めっき層の電解めっきの電流密度より高い電流密度による電解銅めっきを行い、前記第１の電解銅めっき層上に第２の電解銅めっき層を形成する第２の電解銅めっき工程と、前記めっき用レジストを除去するめっき用レジスト除去工程と、前記導電性シード層の不要部分をエッチングによって除去する導電性シード層除去工程とを有する。

この発明によるアディティブ法によるプリント配線板の製造方法は、好ましは、前記第１の電解銅めっき工程の電流密度が０．１Ａ／ｄｍ^２〜１Ａ／ｄｍ^２で、前記第２の電解銅めっき工程の電流密度が前記第１の電解銅めっき工程の電流密度より高い。

この発明によるプリント配線板は、導電性シード層側の下部領域の電解銅めっき層が先端表面側の上部領域の電解銅めっき層より緻密な金属組織であるから、より具体的には下部領域の電解銅めっき層の析出結晶の平均粒径が上部領域の電解銅めっき層の析出結晶の平均粒径より小さいから、導体回路の下部領域は、エッチング耐性が強く、エッチングによる導電性シード層の除去工程において、導体回路の下部領域に生じるアンダーカットの進行拡大が少なくなる。

これにより、ドライ処理等の特殊な処理を要することなくアンダーカットが小さく、カバー材充填の不具合や導体回路の剥離等の不具合を生じることがないアディティブ法によるプリント配線板を得ることができる。

緻密な金属組織の電解銅めっき層は、電解銅めっきの電流密度を低く設定することにより得ることができる。低電流密度による電解銅めっきは、めっき層形成速度が遅いから、生産性を考慮して、アンダーカットが生じる導体回路の下部領域のみを低電流密度による電解銅めっきにより形成し、アンダーカットの問題を生じず、エッチング耐性をさほど必要としない導体回路の上部領域は、高電流密度による電解銅めっきによって形成している。

図１はこの発明によるプリント配線板の一つの実施形態を示している。

プリント配線板は、ポリイミドフィルム等による絶縁基材１１上に導電性シード層１２を介して電解銅めっきによる導体回路１３が形成されたアディティブ法によるプリント配線板である。

導体回路１３は、導電性シード層１２側の下部領域１４を低電流密度による電解銅めっきによって形成され、先端表面側の上部領域１５を高電流密度による電解銅めっきによって形成されている。ここで、低電流密度と高電流密度は、両者の相互比較であり、下部領域（第１の電解銅めっき層）１４を形成する電解銅めっきの電流密度が、上部領域（第２の電解銅めっき層）１５を形成する電解銅めっきの電流密度より低いことを意味する。

電解銅めっきの電流密度が低いほど、電解銅めっき層を構成する析出結晶の平均粒径が小さくなるから、導体回路１３が、導電性シード層側の下部領域１４と、先端表面側の上部領域１５とで、互いに異なる電流密度による電解銅めっき層で構成されることにより、下部領域１４と上部領域１５とで、互いに異なる金属組織の電解銅めっき層で構成されることになり、下部領域１４の電解銅めっき層の析出結晶の平均粒径が上部領域１５の電解銅めっき層の析出結晶の平均粒径より小さいものになる。

これにより、下部領域１４の電解銅めっき層が上部領域１５の電解銅めっき層より緻密な金属組織で構成される。

この結果、導体回路１３の下部領域１４は、エッチング耐性が強く、エッチングによる導電性シード層除去工程において、導体回路１３の下部領域に生じるアンダーカットＤの進行拡大が少なくなる。必要なエッチング耐性を得るためには、銅結晶の平均粒径が１μｍ以下であることが好ましい。

これにより、ドライ処理等の特殊な処理を要することなくアンダーカットＤが小さく、カバー材充填の不具合や導体回路１３の剥離等の不具合を生じることがないアディティブ法によるプリント配線板が得られる。

つぎに、この発明によるプリント配線板の製造方法の一つの実施形態を、図２（ａ）〜（ｈ）を参照して説明する。

図２（ａ）に示されているようなポリイミドフィルム等による絶縁基材１１の片面（上面）に、図２（ｂ）に示されているように、スパッタリング等によってニッケル・クロム、銅等による薄い導電性シード層１２を一様に形成する。

つぎに、図２（ｃ）に示されているように、レジスト層形成工程として、導電性シード層１２上に、ドライフィルムレジストのロールラミネートや液状レジストの塗布によってレジスト層２１を形成する。

つぎ、図２（ｄ）に示されているように、めっき用レジスト形成工程として、フォトリソグラフィー法による露光、現像によってパターンニングされためっき用レジスト２２を形成する。このめっき用レジスト形成工程での露光時に、導電性シード層１２における乱反射等の影響により、従来のものと同様に、めっき用レジスト２２が導電性シード層１２と接触する部分において裾Ａを引くことが生じる。

つぎに、図２（ｅ）に示されているように、第１の電解銅めっき工程として、低電流密度による電解銅めっきを行い、めっき用レジスト２２が形成されていない部分２３の導電性シード層１２上に第１の電解銅めっき層１４を形成する。

第１の電解銅めっき工程の電流密度は、０．１Ａ／ｄｍ^２〜１Ａ／ｄｍ^２程度でよく、この電流密度による電解銅めっきによって、銅の析出結晶の平均粒径が１μｍ以下の緻密な金属組織による電解銅めっき層が得られる。

つぎに、図２（ｆ）に示されているように、第２の電解銅めっき工程として、高電流密度による電解銅めっきを行い、第１の電解銅めっき層１４上に第２の電解銅めっき層１５を形成する。第２の電解銅めっき工程の電流密度は、１Ａ／ｄｍ^２〜１０Ａ／ｄｍ^２程度でよく、この電流密度による電解銅めっきにより、１の電解銅めっき工程より高速度の電解銅めっきが行われ、生産性を確保できる。

なお、第１の電解銅めっき工程と第２の電解銅めっき工程は、同じ電解めっき装置、同じめっき浴を用い、電解めっき電流密度を変更するだけでよい。

上述した第１の電解銅めっき工程と第２の電解銅めっき工程により、第１の電解銅めっき層１４と第２の電解銅めっき層１５とによる２層構造の導体回路１３が得られる。第１の電解銅めっき層１４の厚さは導体回路１３全体の厚さの２〜３割程度で、第２の電解銅めっき層１５の厚さが導体回路１３全体の厚さの７〜８割程度であればよい。

つぎに、図２（ｇ）に示されているように、めっき用レジスト除去工程として、めっき用レジストを除去する。

つぎに、図２（ｈ）に示されているように、導電性シード層除去工程として、全面エッチングによって導電性シード層１２の不要部分を除去する。これにより、導体回路１３が完成する。

この導電性シード層除去工程における全面エッチングによって導体回路１３が細るが、導体回路１３のうち導電性シード層側の下部領域（第１の電解銅めっき層１４）は、先端表面側の上部領域（第２の電解銅めっき層１５）の電解銅めっき層より緻密な金属組織であるから、導体回路１３の下部領域は、エッチング耐性が強く、エッチングによる導電性シード層除去工程において、導体回路１３の下部領域に生じるアンダーカットＤの進行拡大が少ない。

これにより、ドライ処理等の特殊な処理を要することなく、アンダーカットが小さく、カバー材充填の不具合や導体回路の剥離等の不具合を生じることがなく、しかも、生産性に優れたアディティブ法によるプリント配線板を製造することができる。

また、電解銅めっきによって導体回路を形成する際、始めに、低電流密度で電解銅めっきを行うことは、回路高さを均一化する効果も生じる。その理由は、以下の通りである。

スパッタリング等によって絶縁基材１１上に形成された導電性シード層１２は数千オングストロームと薄く、電気抵抗が高い。このため、めっき電極からの距離によって電解めっきの電流密度の差が大きくなり、めっきの膜厚に、ばらつきが生じる。

始めは低電流密度で電解銅めっきを行うことにより、電流密度の差が小さくなり、めっき膜厚が厚くなるに伴い電気抵抗は小さくなる。その後、一般的な電流密度で電解銅めっきを行えば、初期の電流密度の大差を避けることができ、めっき膜厚の均一化を図ることができる。

めっき膜厚の均一化を図るためには、言すれば、めっき層のばらつきを少なくするためには、導体回路１３のうち導電性シード層側の下部領域、つまり、第１の電解銅めっき層１４の厚さは、１μｍ以上であることが望ましい。

図３（ａ）は、電流密度０．５Ａ／ｄｍ^２でめっきした銅箔をパターンニングしたのち、エッチング時間１８秒で得た電解銅めっき層の表面の２０００倍の顕微鏡写真を、図３（ｂ）は、電流密度０．５Ａ／ｄｍ^２でめっきした銅箔をパターンニングしたのち、エッチング時間２７秒で得た電解銅めっき層の表面の２０００倍の顕微鏡写真を、図３（ｃ）は、電流密度４．０Ａ／ｄｍ^２でめっきした銅箔をパターンニングしたのち、エッチング時間１８秒で得た電解銅めっき層の表面の２０００倍の顕微鏡写真を、図３（ｄ）は、電流密度４．０Ａ／ｄｍ^２でめっきした銅箔をパターンニングしたのち、エッチング時間２７秒で得た電解銅めっき層の表面の２０００倍の顕微鏡写真を各々示している。

これらの顕微鏡写真から、電解銅めっきの電流密度が低いと、析出する銅結晶の平均粒径が小さく、緻密な金属組織による電解銅めっき層が得られ、耐エッチング性が向上することがわかる。

電解銅めっきの電流密度を変え、銅結晶の平均粒径と耐エッチング性を調査した結果、銅結晶の平均粒径が１μｍ以下であることが、耐エッチング性に関して実用上、望ましいことがわかった。よって、生産性を考慮すると、第１の電解銅めっき層１４を構成する銅結晶の平均粒径は、０．１〜１．０μｍ程度であることが好適である。

（実施例１）
絶縁基材としてポリイミドフィルムであるカプトンＥＮ（東レデュポン社製）を使用した。この絶縁基材をスバッタチャンバにセットし、プラズマガスにアルゴンを用い、７×１０^‐３Ｔｏｏｒの真空下で、スパッタリングによりニッケル・クロムによるシード層を１００オングストローム、その上に銅によるシード層を２０００オングストローム形成した。

サンプルを取り出し、ドライフィルムレジスト（日立化成社製）をラミネートした。このドライフィルムレジストに回路設計パターンを露光・現像することによって、回路形成部のドライフィルムレジストを除去し、非回路形成部のみをドライフィルムレジストで被覆した。

その後、電解鋼めっきによって、レジストが形成されていないところに銅を析出させ、回路形成した。このとき、厚さ２μｍまでは０．３Ａ／ｄｍ^２の電流密度で電解鋼めっきを行い、その後、３Ａ／ｄｍ^２の電流密度で８μｍまで形成した。

なお、電解銅めっきは、下記の硫酸鋼めっき浴を用い、この硫酸鋼めっき浴中に浸した絶縁基材上の導電性シード層に電気を流し、レジストが被覆されていないところに銅を析出させた。

＜硫酸鋼めつき浴＞
硫酸銅５水塩 ７５ｇ／Ｌ
硫酸 １９０ｇ／Ｌ
塩素イオン ５０ｍｇ／Ｌ
カパーグリームＣＬＸ‐Ａ（メルテックス社製） ５ｍＬ／Ｌ
カパーグリームＣＬＸ−Ｃ（メルテックス社製） ５ｍＬ／Ｌ
３％水酸化ナトリウム水溶液を用いて非回路形成部のレジストを剥離した。そして、導電性シード層を塩化鉄液や塩化銅液などのエッチング液を用いてエッチングによって除去した。

その結果得られた導体回路のアンダーカット量は、１．１μｍであった。

（比較例１）
電解鋼めっきによって回路を形成する際、３Ａ／ｄｍ^２の電流密度で８μｍまで形成した以外は、実施例１と同様に回路形成を行った。

その結果得られた導体回路のアンダーカット量は、２．３μｍであった。

この発明によるプリント配線板の一つの実施形態を示す断面図である。 （ａ）〜（ｈ）は、この発明によるプリント配線板の製造方法の一つの実施形態を示す工程図である。 （ａ）、（ｂ）は低電流密度による電解銅めっき層の表面を示す顕微鏡写真であり、（ｃ）、（ｄ）は高電流密度による電解銅めっき層の表面を示す顕微鏡写真である。 （ａ）〜（ｇ）は、従来のプリント配線板の製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１１ 絶縁基材
１２ 導電性シード層
１３ 導体回路
１４ 下部領域（第１の電解銅めっき層）
１５ 上部領域（第２の電解銅めっき層
２１ レジスト層
２２ めっき用レジスト

Claims (5)

1. 絶縁基材上に導電性シード層を介して電解銅めっきによる導体回路が形成されたアディティブ法によるプリント配線板において、
   前記導体回路が、導電性シード層側の下部領域と、先端表面側の上部領域とで、互いに異なる金属組織の電解銅めっき層で構成され、前記下部領域の電解銅めっき層が前記上部領域の電解銅めっき層より緻密な金属組織であるプリント配線板。
2. 前記下部領域の電解銅めっき層の析出結晶の平均粒径が前記上部領域の電解銅めっき層の析出結晶の平均粒径より小さいことを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
3. 絶縁基材上に導電性シード層を介して電解銅めっきによる導体回路が形成されたアディティブ法によるプリント配線板において、
   前記導体回路が、導電性シード層側の下部領域と、先端表面側の上部領域とで、互いに異なる電流密度による電解銅めっき層で構成され、前記下部領域の電解銅めっき層が前記上部領域の電解銅めっき層より低電流密度による電解銅めっき層であるプリント配線板。
4. 絶縁基材上に形成された導電性シード層上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
   前記レジスト層に露光・現像を行い、パターンニングされためっき用レジストを形成するめっき用レジスト形成工程と、
   低電流密度による電解銅めっきを行い、前記めっき用レジストが形成されていない部分の前記導電性シード層上に第１の電解銅めっき層を形成する第１の電解銅めっき工程と、
   前記第１の電解銅めっき層の電解めっきの電流密度より高い電流密度による電解銅めっきを行い、前記第１の電解銅めっき層上に第２の電解銅めっき層を形成する第２の電解銅めっき工程と、
   前記めっき用レジストを除去するめっき用レジスト除去工程と、
   前記導電性シード層の不要部分をエッチングによって除去する導電性シード層除去工程と、
   を有するアディティブ法によるプリント配線板の製造方法。
5. 前記第１の電解銅めっき工程の電流密度が０．１Ａ／ｄｍ^２〜１Ａ／ｄｍ^２、で、前記第２の電解銅めっき工程の電流密度が前記第１の電解銅めっき工程の電流密度より高い請求項４記載のプリント配線板の製造方法。