JP2005244157A - プリント配線基板、その製造方法および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【効果】本発明によれば、エッチング液由来の金属を、還元性物質含有溶液で除去するので、製造工程中の水洗工程を短縮することができると共に、残留金属によるマイグレーションの発生を防止でき、信頼性の高いプリント配線基板を効率よく製造できる。
【選択図】図1
Description
上記のような銅貼積層板は、表面に接着剤層が形成された絶縁フィルムに、銅箔を加熱圧着することにより製造される。したがって、このような銅貼積層板を製造する際には、銅箔を単独で取り扱わなければならない。しかしながら、銅箔は薄くなるほど腰が弱くなり、単独で取り扱える銅箔の下限は12〜35μm程度であり、これよりも薄い銅箔を用いる場合には、例えば支持体付の銅箔を用いることが必要になるなど、その取り扱いが非常に煩雑になる。また、絶縁フィルムの表面に接着剤を用いて、上記のような薄い銅箔を貼着した銅貼積層板を使用して配線パターンを形成すると、銅箔を貼着するために使用した接着剤の熱収縮によりプリント配線基板に反り変形が生ずる。特に電子機器の小型軽量化に伴い、プリント配線基板も薄化、軽量化が進んでおり、このようなプリント配線基板には、絶縁フィルム、接着剤および銅箔からなる3層構造の銅貼積層板では対応できなくなりつつある。
膜法で形成された第1金属層(基材金属層)と第1金属層の上にメッキ法で形成された導電性を有する第2金属層(導電性金属層)とを有する金属被覆ポリイミドフィルム(基材フィルム)に、エッチング法によってパターンを形成するプリント配線基板の製造方法において、前記エッチング後にエッチング表面を酸化剤による洗浄処理を行うことを特徴とするプリント配線基板の製造方法の発明が開示されている。また、この特許文献1の実施例5には、ニッケル・クロム合金を厚さ10nmにプラズマ蒸着し、次いでメッキ法で銅を8μmの厚さで析出させた例が示されている。
エッチング液中に含有されていた成分は除去されると信じられており、また、仮にエッチング液に含有される成分が残存したとしても、従来の配線基板においては、これらの残留成分が基板の特性に影響を及ぼすとは考えられてなかった。ところが、配線パターンのピッチ幅が次第に狭くなるに従って、このような狭ピッチの配線パターン間の電圧を印加すると、配線パターン間の絶縁抵抗値が変動しやすいことが明らかになった。このような絶縁抵抗値の変動は、ポリイミド基板表面の金属残渣などによるものであるが、こうしたマイグレーションなどの絶縁抵抗値の変動は、絶縁フィルム表面における金属などの含有量に依存していることがわかった。
さらに、本発明は、上記のようなプリント配線基板に電子部品が実装された半導体装置を提供することを目的としている。
0002〜0.03μg/cm2の範囲内にあることが好ましい。
そして、本発明の半導体装置は、上記のようなエッチング液由来の金属量が非常に少ないプリント配線基板に、電子部品が実装されていることを特徴としている。
り、絶縁フィルムの少なくとも一方の表面に、ニッケル、クロムなどの基材金属層を介して、銅あるいは銅合金などの導電性金属層を有する基材フィルムを用いて、複数のエッチング工程により、種類の異なる複数のエッチング液を使用して、基材金属層および導電性金属層を選択的にエッチングして配線パターンを形成した後、このフィルム表面を、還元性有機酸などの還元性物質を含有する還元性水溶液で処理して残留するエッチング液由来の金属を除去しているのである。
図1は、本発明のプリント配線基板を製造する際の工程の例を示す図である。また、図2は、それぞれの工程における配線パターン等の断面形状の例を示す断面図であり、図3は、本発明の方法により製造されるプリント配線基板における配線パターンの断面形状の例を模式的に示す断面図である。これら図2、図3において、共通の部材には共通の番号が付されており、付番11は絶縁フィルムであり、付番12は基材金属層であり、付番16はメッキ層であり、付番20は導電性金属層であり、付番22はマスキング材である。
い。
本発明において、基材金属層は、例えば、銅、ニッケル、クロム、モリブデン、タングステン、シリコン、パラジウム、チタン、バナジウム、鉄、コバルト、マンガン、アルミニウム、亜鉛、スズおよびタンタルなど金属から形成することができる。これらの金属は単独であるいは組み合わされていてもよい。特に本発明では、基材金属層がニッケル、クロムあるいはこれらの金属を含む合金で形成されていることが好ましい。このような基材金属層は、絶縁フィルムの表面に蒸着法、スパッタリング法などの乾式の製膜法を使用して形成することが好ましい。このような基材金属層の厚さは、通常は、1〜100nm、好ましくは2〜50nmの範囲内にある。この基材金属層は、この層の上に導電性金属層を安定に形成するためのものであり、基材金属の一部が絶縁フィルム表面に物理的に食い込む程度の運動エネルギーを持って絶縁フィルムと衝突することにより形成されたものであることが好ましい。従って、本発明では、この基材金属層は、上記のような基材金属のスパッタリング層であることが特に好ましい。
パターンを形成する。
導電性金属エッチング工程は、導電性金属層を形成する銅あるいは銅合金をエッチングする工程であり、ここで使用するエッチング剤は、導電性金属である銅あるいは銅合金に対するエッチング剤(すなわち、Cuエッチング液)である。
挙げることができる。このような導電性金属に対するエッチング剤は、導電性金属層を優れた選択性でエッチングして配線パターンを形成することができるものであると共に、このエッチング液は導電性金属層と絶縁フィルムとの間にある基材金属に対してもかなりのエッチング機能を有している。
線パターン面を均一にすることにより、後の工程で精度の高いエッチングを行うことができる。
間隔は、設計値に対して33%〜120%であり、さらに好適に条件を設定することによりこの基材金属間の最短の間隔を10〜16μmの範囲内、すなわち、設計値に対して、66.7〜106.7%の範囲内にすることができる。また、例えば、配線ピッチ100μm(設計上のライン幅50μm、スペース幅50μm)の場合、実測される配線パターン幅は、設計値の10〜120%の幅にすることができる。
ーン形成連続線から幅方向に突出した突出部分の、配線パターン形成連続線から先端までの距離(SA)が、0〜6μm(設計スペース幅の0〜40%)、好ましくは0〜5μm、さらに好ましくは0〜3μm、最も好ましくは0〜2μmになるように溶解することをいう。従って、本発明において、配線パターン形成連続線から先端までの距離が上記範囲内にあるものは、配線パターン形成連続線を形成するものであるとみなして突起とは言わない。
本発明において、マイクロエッチングを行う場合に、使用することができるマイクロエッチング液としては、例えば、HClあるいはH2SO4のような導電性金属であるCuのエッ
チングに使用するエッチング液を使用することができ、さらに、過硫酸カリウム(K2S2O8)、過硫酸ナトリウム(Na2S2O8)、硫酸+H2O2などを用いることができる。特に本発明ではこのマイクロエッチング液として、過硫酸カリウム(K2S2O8)、過硫酸ナトリウム(Na2S2O8)、硫酸+H2O2を用いることが好ましい。
0.2〜1.0μmの範囲内になる。
ここで使用される第2処理液は、基材金属層に含有されるCrを溶解しCrが残留する場合には、この残留Crを不働態化し得る処理液である。
、上記のような第2処理液を用いた処理においては、処理温度は、通常は40〜70℃で、処理時間は、通常は10〜60秒間である。
ポリイミドフィルム)の表面は、通常は1〜100nm、好ましくは2〜50nmの範囲内深さで切削されており、配線パターンが形成されている部分は、高さ1〜100nm、好ましくは2〜50nmの高さを有する断面台形状の基材基部17が形成されている。
ここで使用する還元性物質としては、還元性を有する有機酸を挙げることができ、このような還元性を有する有機酸の例としては、シュウ酸、クエン酸、アスコルビン酸および有機カルボン酸などを挙げることができる。これらの還元性を有する有機酸は、単独であるいは組み合わせて使用することができる。また、これらの有機酸は塩を形成していてもよい。
された配線パターン)は、そのまま次の工程で処理することができるが、水洗した後に次の工程で処理することが好ましい。
されたMn量を求めて、得られた全Mn量を、切り出したサンプルの全面積(両面の合計面積)で割って求めた。
、ハンダメッキ層、鉛フリーハンダメッキ層、Pdメッキ層、Niメッキ層、Znメッキ
層、および、Crメッキ層などがあり、これらのメッキ層は単層であっても複数のメッキ層を積層した複合メッキ層であってもよく、特に本発明では、スズメッキ層、金メッキ層、ニッケルメッキ層、ニッケル-金メッキ層が好ましい。なお、この隠蔽メッキは、形成
された配線パターンを、端子部分を覆うようにして樹脂保護層を形成した後、露出する端子部分に形成してもよい。
このようにして配線パターンを隠蔽メッキ処理することにより、配線パターンの絶縁基板側にある不働態化した基材金属層の表面が隠蔽メッキ層により隠蔽され、異種金属間で電位差が生じても、配線パターン間の絶縁抵抗が充分高いため、基材金属層からのマイグレーションの発生を有効に防止できる。なお、この隠蔽メッキは、基材金属層からのマイグレーションの発生などを主な目的としているものであるが、このような基材金属層の隠蔽に限らず、例えば、後の端子部分のメッキ工程などにおける孔蝕の発生防止などを目的とするものであってもよい。
ムメッキ層、ニッケルメッキ層、亜鉛メッキ層、および、クロムメッキ層などを挙げることができる。このメッキ層は単層であっても複数のメッキ層が積層された複合メッキ層であってもよい。また、上記のような金属メッキ層は、上記の金属からなる純金属層であっても、他の金属が拡散した拡散層を有していてもよい。拡散層を形成する場合には、拡散させようとする金属(あるいは金属メッキ層)の表面に拡散層を形成する金属からなるメッキ層を形成し、例えば加熱処理などにより、下層の金属と上層の金属とは相互に拡散させた拡散層を形成する。
このようなメッキ層の平均厚さは、形成するメッキ層の種類によって異なるが、通常は5〜12μmの範囲内にある。なお、配線パターンが複数のメッキ層を有する場合には、上記のメッキ層の平均厚さは、配線パターンに形成されたメッキ層の全体の厚さである。
がある。
次に本発明のプリント配線基板等およびその製造方法について実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、以下に記載す
る絶縁抵抗値は全て恒温恒湿槽外における室温での測定値である
クスS)の一方の表面を逆スパッタにより粗化処理した後、以下の条件でニッケル・クロム合金をスパッタリングして平均厚さ40nmのクロム・ニッケル合金層を形成して基材金属層とした。すなわち、38μm厚のポリイミドフィルムを100℃で3×10-5Paの条件で10分間処理した後、装置内を100℃×0.5Paの圧力に脱ガスしてクロム・ニッケル合金のスパッタリングを行って基材金属層を形成した。
こうして形成された電解銅層の表面に感光性樹脂を塗布し、露光・現像して、配線ピッチが30μm(ライン幅;15μm、スペース幅;15μm)となるように櫛形電極のパターンを形成し、このパターンをマスキング材として、電解銅層を、HCl;100g/
リットルを含む濃度12%の塩化第2銅エッチング液を用いて30秒間エッチングして配
線パターンを製造した。
で40℃×30秒間処理することにより除去した。
次いで酸洗液としてK2S2O8+H2SO4溶液を用いて、30℃×10秒処理し、電解銅
層と基材金属層(Ni-Cr合金)を酸洗した。
なる基材金属層のNiを溶解した。
OH溶液を用いて、65℃で30秒間処理して基材金属層中に含有されるCrを溶解した。この第2処理液は、基材金属層中のクロムを溶解除去すると共に、わずかに残存するクロムを酸化し不働態化することができた。
なかった場合(参考例1)には、0.14μg/cm2であり、シュウ酸水溶液洗浄を行わ
ない場合には、相当量のMnが基板上に残存し、このMnが、後工程で除去されないで残存したままでプリント配線基板が形成される虞があり、プリント配線基板の品質の劣化を招来する原因となることがある。また、このように残存するMnは、後の工程で使用される薬液を汚染し、プリント配線基板の外観あるいは品質の低下を招来する原因となることがある。
さらに、上記のようにしてスズメッキ層により配線パターンを隠蔽した後、接続端子および外部接続端子を露出するようにソルダーレジスト層を形成した。
、純Sn層厚;0.25μm)を形成した。
こうして櫛形電極が形成されたプリント配線基板を85℃85%RHの条件で40Vの電
圧を印加して1000時間導通試験(HHBT)を行った。この導通試験は促進試験であり、短絡が生ずるまでの時間(例えば絶縁抵抗値が1×108Ω未満になるまでの時間)
を、一応1000時間程度に設定した試験であり、1000時間を経過時点で、絶縁抵抗値が1×108Ω未満のものは、一般的な基板として使用することはできない。また、1
000時間経過後の絶縁抵抗値が1×1014Ω未満のものは、実用的には問題を生ずる虞がある。
クスS)の一方の表面を逆スパッタにより粗化処理した後、以下の条件でニッケル・クロム合金をスパッタリングして平均厚さ40nmのクロム・ニッケル合金層を形成して基材金属層とした。すなわち、38μm厚のポリイミドフィルムを100℃で3×10-5Paで10分間処理した後、装置内の圧力を100℃×0.5Paにしてクロム・ニッケル合金のスパッタリングを行って基材金属層を形成した。
こうして形成された電解銅層の表面に感光性樹脂を塗布し、露光・現像して、配線ピッチが30μm(ライン幅;15μm、スペース幅;15μm)となるように櫛形電極のパターンを形成し、このパターンをマスキング材として、電解銅層を、HCl;100g/リットルを含
む濃度12%の塩化第2銅エッチング液を用いて30秒間エッチングして感光性樹脂で形成したパターンと相似形の配線パターンを製造した。
で40℃×30秒間処理することにより除去した。
次いで第1処理液として、K2S2O8+H2SO4溶液で30℃×10秒処理し、銅と基材
金属層(Ni-Cr合金)を酸洗した。
わなかった場合(参考例2)は、残留Mn量は、0.11μg/cm2であった。
こうして形成された配線パターンの断面形状は、図3(1)に近似した形状を有していた。
圧を印加して1000時間導通試験(HHBT)を行った。このプリント配線基板の絶縁信頼試験前の絶縁抵抗は、5×1014Ωであり、絶縁信頼性試験後に測定した絶縁抵抗は5×1014Ωであり、両者の間に電圧を印加したことに伴う絶縁抵抗の実質的な差は認められなかった
これに対してシュウ酸処理を行わなかったサンプル(参考例2)の絶縁信頼性試験後に測定した絶縁抵抗は、3.5×1014Ωであり、シュウ酸を用いた処理を行うことにより、得られたプリント配線基板の絶縁信頼性が向上した。
クスS)の一方の表面を逆スパッタにより粗化処理した後、以下の条件でニッケル・クロム合金をスパッタリングして平均厚さ40nmのクロム・ニッケル合金層を形成して基材金属層とした。すなわち、38μm厚のポリイミドフィルムを100℃で3×10-5Paで10分間処理した後、装置内を、100℃×0.5Paに調整したクロム・ニッケル合金のスパッタリングを行って基材金属層を形成した。
こうして形成された電解銅層の表面に感光性樹脂を塗布し、露光・現像して、配線ピッチが30μm(ライン幅;15μm、スペース幅;15μm)となるように櫛形電極のパターンを形成し、このパターンをマスキング材として、電解銅層を、HCl;100g/
リットルを含む濃度12%の塩化第2銅エッチング液を用いて30秒間エッチングして感
光性樹脂で形成したパターンと相似形の配線パターンを製造した。
で40℃×30秒間処理することにより除去した。
次いで酸洗液としてK2S2O8+H2SO4溶液で30℃×10秒処理し、銅と基材金属層(Ni-Cr合金)を酸洗した。
50℃×30秒かけてNi-Cr合金張出部26のNiを溶解すると共に、配線パターン間に
絶縁フィルムであるポリイミドを露出させた。
過マンガン酸カリウム+20g/リットルKOH溶液を用いて処理することにより配線パターン間にある金属をその下のポリイミドフィルム50nm厚と共に、溶解除去した。
わなかった場合(参考例3)は、Mnの残存量は0.056μg/cm2であった。
こうして櫛形電極が形成されたプリント配線基板を85℃85%RHの条件で40Vの電
圧を印加して1000時間導通試験(HHBT)を行った。得られたプリント配膳基板の絶縁信頼試験前の絶縁抵抗は、7×1014Ωであり、絶縁信頼性試験後に測定した絶縁抵抗は8×1014Ωであり、両者の間に電圧を印加したことに伴う絶縁抵抗の実質的な差は認められなかった。
液由来の金属によって汚染されることがなく、効率よくプリント配線基板および半導体装置を製造することができる。また、還元性物質を含有する処理液で、エッチング液由来の金属を効率よく除去することができるので、水洗工程を短縮することができ、本発明の製造方法を採用することにより、効率よくプリント配線基板を製造することができる。
12・・・基材金属層
16・・・メッキ層
17・・・断面台形状の基材基部
20・・・導電性金属層
22・・・マスキング材
Claims (24)
- 絶縁フィルムと、該絶縁フィルムの少なくとも一方の表面に形成された基材金属層および該基材金属層上に形成された導電性金属層とを有する基材フィルムを、主として導電性金属を溶解する導電性金属エッチング工程、および、主として基材金属を溶解する基材金属エッチング工程を有する複数のエッチング工程で、選択的にエッチングして配線パターンを形成した後、該配線パターンが形成された絶縁フィルムを、還元性物質を含有する還元性水溶液と接触させることを特徴とするプリント配線基板の製造方法。
- 上記基材フィルムを、導電性金属を溶解するエッチング液と接触させて、配線パターンを形成した後、基材金属層を形成する金属を溶解する第1処理液と接触させ、次いで導電
性金属を選択的に溶解するマイクロエッチング液と接触させた後、第1処理液とは異なる
化学組成を有し、且つ導電性金属に対するよりも基材金属層形成金属に対して高い選択性で作用する第2処理液と接触させ、さらに、還元性物質を含有する還元性水溶液と接触さ
せることを特徴とする請求項第1項記載のプリント配線基板の製造方法。 - 上記基材フィルムの導電性金属層をエッチング法により選択的に除去して配線パターンを形成した後、基材金属層を形成する金属を溶解および/または不働態化可能な処理液で処理し、さらに、還元性物質を含有する還元性水溶液と接触させることを特徴とする請求項第1項記載のプリント配線基板の製造方法。
- 上記基材フィルムを、基材金属層に含有されるNiを溶解可能な第1処理液で処理した後
、基材金属層に含有されるCrを溶解しかつ絶縁フィルムの基材金属層を除去し得る第2処
理液で処理して、該配線パターンが形成されていない絶縁フィルムの表層面に残存するスパッタリング金属を絶縁フィルム表層面と共に除去し、さらに、還元性物質を含有する還元性水溶液と接触させることを特徴とする請求項第1項記載のプリント配線基板の製造方
法。 - 上記還元性水溶液に含有される還元性物質が、還元性を有する有機酸あるいはその塩であることを特徴とする請求項第1乃至4項のいずれかの項記載のプリント配線基板の製造方法。
- 上記還元性を有する有機酸が、アスコルビン酸、シュウ酸、クエン酸および有機カルボン酸よりなる群から選ばれる少なくとも一種類の有機酸であることを特徴とする請求項第5項の項記載のプリント配線基板の製造方法。
- 上記還元性水溶液と接触させる配線パターンが形成された配線基板の表面に、過マンガン酸カリウムおよび/または過マンガン酸ナトリウムである酸化性無機化合物に由来する金属あるいは金属化合物が付着していることを特徴とする請求項第1乃至4項のいずれかの項記載のプリント配線基板の製造方法。
- 上記還元性水溶液と接触した後、2秒間以上流水で水洗することを特徴とする請求項第1乃至4項のいずれかの項記載のプリント配線基板の製造方法。
- 上記形成されたプリント配線基板におけるエッチング液由来の金属の残留量が、0.05μg/cm2以下であることを特徴とする請求項第1乃至4項のいずれかの項記載のプリント配線基板の製造方法。
- 上記形成されたプリント配線基板におけるエッチング液由来の金属の残留量が、0.000002〜0.03μg/cm2の範囲内にあることを特徴とする請求項第8項記載のプリ
ント配線基板の製造方法。 - 上記基材金属層が、ニッケルおよび/またはクロムを含有することを特徴とする請求項第1乃至4項のいずれかの項記載のプリント配線基板の製造方法。
- 上記導電性金属層が、銅または銅合金で形成されていることを特徴とする請求項第1乃
至4項のいずれかの項記載のプリント配線基板の製造方法。 - 上記絶縁フィルムが、ポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項第1乃至4項のいずれかの項記載のプリント配線基板の製造方法。
- 絶縁フィルムの少なくとも一方の表面に形成された基材金属層および導電性金属層を、複数のエッチング工程で選択的にエッチングすることにより形成された配線パターンを有するプリント配線基板であって、
該プリント配線基板におけるエッチング液由来の金属残留量が0.05μg/cm2以下であることを特徴とするプリント配線基板。 - 上記配線パターンの断面における導電性金属層の下端部の幅が、該断面における基材金属層の上端部の幅よりも小さく形成されていると共に、プリント配線基板におけるエッチング液由来の金属残留量が0.05μg/cm2以下であることを特徴とする請求項第14項記載のプリント配線基板。
- 上記配線パターンを構成する基材金属層が、該配線パターンを構成する導電性金属層よりも幅方向に突出して形成されていると共に、プリント配線基板におけるエッチング液由来の金属残留量が0.05μg/cm2以下であることを特徴とする請求項第14項記載のプリント配線基板。
- 上記絶縁フィルムの配線パターンが形成されていない部分の絶縁フィルムの厚さが、該配線パターンが形成されている絶縁フィルムの厚さよりも1〜100nm薄く形成されていると共に、プリント配線基板におけるエッチング液由来の金属残留量が0.05μg/cm2以下であることを特徴とする請求項第14項記載のプリント配線基板。
- 上記エッチング液由来の金属が、エッチング液に含有される酸化性金属化合物を形成していた金属であることを特徴とする請求項第14乃至17項のいずれかの項記載のプリント配線基板。
- 上記酸化性金属化合物を形成していた金属が、マンガンであることを特徴とする請求項第14乃至17項のいずれかの項記載のプリント配線基板。
- 上記エッチング液由来の金属の残留量が、0.000002〜0.03μg/cm2の範囲内にあることを特徴とする請求項第14乃至17項のいずれかの項記載のプリント配線基板。
- 上記基材金属層が、ニッケルおよび/またはクロムを含有することを特徴とする請求項第14乃至17項のいずれかの項記載のプリント配線基板。
- 上記導電性金属層が、銅または銅合金で形成されていることを特徴とする請求項第14乃至17項のいずれかの項記載のプリント配線基板。
- 上記絶縁フィルムが、ポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項第14乃至1
7項のいずれかの項記載のプリント配線基板。 - 上記請求項第14乃至23項のいずれかの項記載のプリント配線基板に、電子部品が実装されていることを特徴とする半導体装置。
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