JP2005251792A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 配線基板は装置内の温度変化で伸縮する。しかしこの配線基板を形成する絶縁樹脂と導電パターンの熱膨張率が異なる。従って絶縁樹脂と導電パターンの伸縮量がことなる。このため伸縮を繰り返すことによって絶縁樹脂と導電パターンとが剥がれる。これを防止するために熱膨張率の小さい熱膨張抑制材を樹脂中に包含させている。この熱膨張抑制材は電導性を向上させる銅材を被覆している。このように銅材を被覆することで熱膨張抑制材と樹脂との密着力が向上されると予想される。しかし銅材を被覆した熱膨張抑制材は厚みが増す。さらに銅を表面に形成するために熱膨張抑止部材全体の熱膨張率が小さくならない。従って、配線基板の小型軽量化に不適当である。
【解決手段】 密着膜を形成された熱膨張抑制部材を有する配線基板において、前記密着膜は前記熱膨張抑制部材の少なくとも１つの面に酸化クロム膜とシランカップリング膜とを有する密着膜である。
【選択図】 図１

Description

本発明は多層配線基板に関し、特に配線基板の各部材間の密着力を向上させた配線基板およびその製造方法に関する。

近年、電子情報機器は小型化、軽量化、高性能化が要求されている。これに伴い配線基板は絶縁樹脂を介して導体パターンを複数層重ねた多層配線基板になっている。更に配線基板に形成された導体パターンはファインピッチになっている。この多層配線基板は電子情報機器に搭載される。この電子情報機器が稼動されると、この電子情報機器内の温度が上昇し多層配線基板が昇温される。そしてこの昇温によって多層配線基板の長さが伸長する。

一方、電子機器の稼動が停止されると降温されて多層配線基板の長さが収縮する。この配線基板を形成する絶縁樹脂の伸縮量と導体パターンの伸縮量とが互いに異なる。これは配線基板の絶縁樹脂と導体パターンの熱膨張率とが互いに異なるためである。詳細には導体パターンの熱膨張率は絶縁樹脂の熱膨張率より小さい。結果として昇温降温つまり温度変化を繰り返えされることで配線基板を形成する絶縁樹脂と導体パターンとが外れる。又はこの配線基板の内部にクラックを生じる。

これを防止するために絶縁樹脂の伸縮量を抑制し、そして絶縁樹脂と導体パターンとの相互ストレスを小さくしている。例えば１つの方法は絶縁樹脂と結着したコア基材に熱膨張率の小さいインバーを使用する。又はこのインバーの表面に導電率を向上させるための銅層を形成するものである。このようにして多層配線基板の熱膨張による伸縮量の差異を低減している。

この多層配線基板が下記特許文献１に開示されている。
特開平２−１１１０９５号公報 その他の方法は例えば絶縁樹脂内に熱膨張抑止部材を含有している。この熱膨張抑止部材は熱膨張率の小さいインバーである。又はこのインバーの表面に導電率を向上させるための銅層を形成したものである。このようにして多層配線基板の熱膨張による伸縮量の差異を低減している。この多層配線基板が下記特許文献２に開示されている。 特開平８−３１６３７７号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２に開示されているインバーは絶縁樹脂を熱膨張による伸縮量の差異に耐えられず互いが剥がれる。つまりインバーと絶縁樹脂とを保持する密着力が不足している。この結果として配線基板を形成する絶縁樹脂と導体パターンとが外れる。又はこの配線基板の内部にクラックを生じる。また特許文献１、特許文献２に開示されているようにインバーの表面に銅層を形成すると絶縁樹脂を保持する密着力が向上すると予測される。しかしインバーの表面に銅層を形成した物は厚みが増し小型軽量化に不適当である。さらに銅層が表面に形成されるために熱膨張抑止部材全体の熱膨張率が小さくならない。

本発明の目的は酸化クロム膜とシランカップリング膜とを有する密着膜を配線基板の熱膨張抑制部材の少なくとも１つの面に形成し、この密着膜を介して熱膨張抑制部材と絶縁膜とを形成して、熱膨張抑止部材の厚みが増すこと無く、かつ熱膨張抑止部材全体の熱膨張率が小さくならない配線基板を提供することである。

本発明は、密着膜を形成された熱膨張抑制部材を有する配線基板において、前記密着膜は前記熱膨張抑制部材の少なくとも１つの面に酸化クロム膜とシランカップリング膜とを有する密着膜を設けた。

上記のように酸化クロム膜とシランカップリング膜とを有する密着膜を配線基板の熱膨張抑制部材の少なくとも１つの面に形成し、この密着膜を介して熱膨張抑制部材と絶縁膜とを形成する。このために配線基板の熱膨張抑止部材の厚みが増さない。さらに熱膨張抑止部材全体の熱膨張率を増すことがない。従って電子情報機器の小型軽量化に最適な配線基板ができる。

本発明の実施の形態を説明する。

＜第１の実施例＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る多層配線基板の部分断面図である。
１は多層配線基板、２はプリント基板、２−１は基材、２−２は導体で具体的には配線パターンであり、１２は絶縁部材、１４は熱膨張抑制部材、１５は密着膜、１６はインバー又はインバー合金である。（以降インバー１６と記述するがインバー合金も含むものとする）
この多層配線基板１はプリント基板２の上に絶縁部材１２と導体１３とが任意の複数層だけ積層されている。プリント基板２は基材２−１の上に導体２−２が形成されている。この基材２−１は樹脂材料を含浸させてなるプリプレグを熱硬化させたものである。この絶縁部材１２はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、フッ素含有樹脂等が使用される。そして絶縁部材１２に熱膨張抑制部材１４を埋設している。この熱膨張抑制部材１４は多層配線基板１が温度変化した時の伸縮量を抑制するためのものである。このために熱膨張抑制部材１４のインバー１６は熱膨張係数が小さい。そしてインバー１６の表面に絶縁部材１２との密着力を強固にする密着膜１５が形成されている。このインバー１６の他の材料としてモリブデン、チタン、タングステン、の少なくとも１つを含む金属又は合金を使用できる。

次に多層配線基板の製造方法について図２を使用して説明する。
＜多層配線基板の製造方法＞
（１）最初に図２−１は熱膨張抑制部材１４を作成するインバー１６である。このインバー１６は例えば所望する面積を有し板の厚みが約500μmの42アロイ（Ni42-Fe58）である。この他のインバー１６としてはインバー(Fe64-Ni36)にCoを添加したスーパーインバー(Fe60-Ni32-Co4-Mn0.4)、高耐食非磁性インバー(Cr-Fe-Mn)、高強度インバー(Fe-Ni38-Co-Ti)、鉄-ニッケルコバルト系のコバール合金(Fe54-Ni29-Co17)等を使用できる。

このインバー１６の両面に密着膜１５を形成する。

図２−２を参照して密着膜１５の形成方法を説明する。密着膜１５はクロメート処理によって形成された密着膜１５−aとシランカップリング処理とによって形成された密着膜１５−bとから構成される。

クロム酸化物により密着膜１５−aを作成する場合は下記の電気メッキによって形成される。使用する電解液はクロム化合物と亜鉛塩とアルカリ塩とを混合したものである。具体的にはクロム化合物の K2Cr2O7、 Na2Cr2O7、 CrO3等のいずれかを2 g/L〜10g/L用意する。そして亜鉛塩の ZnO、 ZnSO4、7H2O等のいずれかを0.05g/L〜10g/L 用意する。そしてアルカリ塩のNaOH、 KOH等のいずれかを10g/L〜50g/L用意する。これらを混合してpH7〜13になるように調整して電解液を作成する。アノードの極板はPt、 TiまたはSUS材である。そして液温20〜80℃，電解密度0.05〜5A/dm2，通電時間5〜30秒の条件でメッキ処理を施す。この処理により6 価クロム（Cr6+）と3価クロム（Cr3+）とクロム酸亜鉛ZnCrO4を主成分とするゲル状の複合水和酸化物皮膜を金属表面上に形成する。これを脱水乾燥させて安定な密着膜１５−aを形成する。

他の方法として環境意識の高まりから６価クロムを使用しない３価クロメート処理も使用されている。具体的には３価クロムとリン酸（H3PO4）を使用することで，水酸化クロムからリン酸クロム（CrPO4）を主成分としたゲル皮膜を金属表面上に形成する。市販されているメッキ液としては荏原ユージライト株式会社製の製品名トライバレントシリーズまたは上村工業株式会社製の製品名アサヒユーメイトを使用できる。

更に密着膜１５-aの上にシランカップリング剤により密着膜１５-bを形成する。シランカップリング剤を含む溶液をインバーの表面にスプレー塗布し、これを乾燥することによって密着膜１５-bを形成することができる。他の方法としてはスピンコーターによる塗布、浸漬、流しかけを採用してもよい。このシランカップリング剤は具体的には信越化学工業株製の製品名KBM-903である。この他に使用できるシランカップリング剤はビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、ｐ-スチリルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N-2（アミノエチル）3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2（アミノエチル）3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等である。

このようにして熱膨張抑制部材１４が作成された。

各図面はこの密着膜１５を誇張して描画されているが実際には約２μmmの厚みである。

（２）続いて、図２−３に図示されるように熱膨張抑制部材１４の片面に絶縁部材１２が形成される。この絶縁部材１２は半硬化状態のフィルム状絶縁樹脂であり、熱膨張抑制部材１４に貼り付けられる。具体的にはファインテクノ株製の製品名ABF-SH-9Kである。

（３）更に、図２−４に図示されるようにプリント基板２を用意する。このプリント基板２は具体的にはガラス織布基材、ガラス不織布基材、アラミド織布基材、アラミド不織布基材等から選択された基材２−１の上に導体２−２つまり配線パターンを形成したものである。

（４）次に、図２−５に図示されるように絶縁部材１２を介してプリント基板２と熱膨張抑制部材１４とを位置合わせし載置する。そして加熱加圧を行う。具体的な製造条件は温度約１７０度Ｃ、圧力約３MPa、時間約60分である。

（５）続いて、図２−６に図示されるように熱膨張抑制部材１４の他面に感光性のレジスト用樹脂２２を形成する。このレジスト用樹脂２２は具体的にはニチゴーモートン株製の製品名NIT1025である。このレジスト用樹脂２２を露光・現像して所望するパターンを形成する。

（６）更に、図２−７に図示されるようにレジスト用樹脂２２をマスクとして熱膨張抑制部材１４をエッチング除去する。従って熱膨張抑制部材１４にエッチングされた凹部２３が形成される。使用するエッチング液は飽和塩化第2鉄液と硝酸と塩酸とを体積比で３：３：１に混合したものである。このエッチング液に約３０分間浸漬して行われる。この後エッチング液を水洗いする。エッチング処理後、レジスト用樹脂２２を剥離する。

（７）続いて、図３−１に図示されるようにこのプリント基板２に形成された熱膨張抑制部材１４上に絶縁樹脂２４を塗布する。塗布方法はスピンコート、カーテンコート等が使用できる。従って熱膨張抑制部材１４の凹部２３に絶縁樹脂２４が充填される。

（８）次に、図３−２に図示されるように所望する位置の絶縁樹脂２４をレーザー光で穿孔する。例えば導体２−２（配線パターン）に形成された絶縁樹脂２４をレーザー光で穿孔し導体２−２（配線パターン）上に凹部２５を形成する。この穿孔処理はUV-YAGレーザで行われる。この穿孔処理の後で凹部２５内をデスミア処理する。

（９）更に、図３−３に図示されるように無電解銅メッキ処理をおこなう。詳細には、絶縁樹脂２４と導体２−２（配線パターン）と凹部２５との上に無電解銅メッキ膜２６を形成する。無電解銅メッキ膜２６の厚みは約０．５μmである。使用した製造設備は具体的にはシプレイ株製の製品名サーキュポジットである。

（１０）次に、図３−４に図示されるように無電解銅メッキ膜２６の上面に感光性のレジスト用樹脂２７を塗布する。続いてレジスト用樹脂２７を露光現像して所望するパターンを形成する。

（１１）続いて、図４−１に図示されるように無電解銅メッキ膜２６をシード膜として使用し電解銅メッキする。従って導体２−２上の凹部２５内は銅メッキ膜２８つまり導体１３が充満される。

（１２）次に、図４−２に図示されるようにレジスト用樹脂２７をエッチング液で剥離する。エッチング液はNaOH、TMAH等のアルカリ溶液を使用できる。

（１３）更に、図４−３に図示されるように無電解銅メッキ膜２６をエッチング液で剥離する。エッチング液は硫酸５％液と過酸化水素５％との混合液を使用できる。この後エッチング液を洗い流す。

上記の方法で密着膜１５が形成された熱膨張抑制部材１４を有する配線基板が作成される。所望する多層配線基板１とするためには希望の層数分だけ上記工程を繰り返すと良い。

このようにして作成された多層配線基板１は密着膜１５を介して熱膨張抑制部材１４と絶縁部材１２とを結着している。この密着膜１５はクロム酸化物膜とシランカップリング剤膜とからなる。このために密着力が増強され配線基板の各配線パターン間１３が短絡または不導通になることを防止できる。結果として多層配線基板の信頼性を向上させることができる。
＜第２の実施例＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係る多層配線基板の部分断面図である。
尚、各図面において同一の構成要素には共通の参照符号を付して説明を省略している。
１は多層配線基板、４はコア基材、5はプリント基板、１２は絶縁部材、１３は導体で具体的には配線パターンであり、１５は密着膜、１６はインバーである。

コア基材４は第１実施例の熱膨張抑制部材に相当するものである。第２実施例のように積層法で作成される場合は多層配線基板１の芯材の役目をし、さらに多層配線基板１に掛かる外圧からの曲がりを少なくすることで多層配線基板１の取り扱いを容易にする。このため説明を容易にするためにコア基材の名称を使用する。

（１）最初に、図６−１に図示されるようにコア基材４を作成する。インバー１６は板厚が約０．１mmの42アロイ（Ni42-Fe58）である。このインバー１６の両面に密着膜１５を形成したものである。このコア基材４は第１の実施例にて記述した熱膨張抑制部材１４と同じ製法にて作成される。

（２）次に、図６−２に図示されるように、このコア基材４に感光性のレジスト用樹脂３０を貼り付ける。このレジスト用樹脂３０は具体的には半硬化状態のフィルム状絶縁樹脂である。

（３）続いて、図６−３に図示されるようにレジスト用樹脂３０を露光・現像して所望するパターンを形成する。従って、凹部３１が形成される。

（４）続いて、図６−４に図示されるようにレジスト用樹脂３０をマスクとしてコア基材４をエッチング除去する。従ってコア基材４に貫通孔３２が設けられる。エッチング処理は第１の実施例と同じである。

（５）更に、図６−５に図示されるようにレジスト用樹脂３０をエッチング除去する。エッチング処理は第１の実施例と同じである。このようにしてコア基材４が作成された。

（６）続いて、図７−１に図示されるようにプリント基板５、コア基材４、絶縁部材１２と銅箔３３とを用意する。このプリント基板５は第１の実施例に記載されたプリント基板２と同じであり、プリント基板５上に導体１３を形成している。銅箔３３は厚み約18μmのフィルム状の銅材である。例えば古河サーキットフォイル株製の製品名F1-WSである。これらプリント基板５、コア基材４、銅箔３３とを絶縁部材１２を介して位置合わせする。具体的には下方から上方に銅箔３３、絶縁部材１２、プリント基板５、絶縁部材１２、コア基材４、絶縁部材１２、プリント基板５、絶縁部材１２、銅箔３３の順番で積層する。

（７）更に、図７−２に図示されるように積層された状態で加熱加圧を行う。具体的な製造条件は温度約170度Ｃ、圧力3MPa、時間約120分である。

（８）次に、図８−１に図示されるように所望する位置に貫通孔３４を設ける。貫通孔３４はドリルで行われる。

（９）続いて、図８−２に図示されるように無電解銅メッキ処理と電解銅メッキ処理が施されて、貫通孔３４内壁、銅箔３３上に銅メッキ膜３５が形成される。この後、貫通孔３４内に穴埋絶縁樹脂３６を充填する。充填方法は穴埋絶縁樹脂３６を銅メッキ箔３５上に供給して、この穴埋絶縁樹脂３６をスキージーで貫通孔３４内に充填する。

（１０）更に、図８−３に図示されるように銅メッキ膜３５上に感光性のレジスト用樹脂を貼り付ける。このレジスト用樹脂は具体的には半硬化状態のフィルム状絶縁樹脂であり貼り付け可能である。そしてレジスト用樹脂を露光・現像して所望するパターン３７を形成する。そしてこのレジスト用樹脂をマスクとして銅メッキ３５と銅箔３３をエッチング処理する。その後にレジスト用樹脂を除去する。

＜密着力の評価＞
密着力の評価をＪＩＳ Ｈ−８６３０に準拠して行った。
ＪＩＳ Ｈ−８６３０の評価概略は密着膜を介して樹脂とインバーとを形成した試験片を剥離しながら引っ張り強度を測定するものである。具体的にはこの試験片を樹脂に密着させた状態でメッキ試験片を幅10cmに切断し、長さは計測し易い任意の長さに切断して、このメッキ試験片の切断端面を樹脂面と90度の角度で上方に一定速度で剥離する。このときのメッキ試験片の引っ張り強度を測定し密着強度とする。

第１実施例、第２実施例の作製方法を使用した熱膨張抑制部材、コア基材の密着強度は供に8.9Ｎであった。また密着膜１５を設け無いときのインバーと絶縁樹脂との密着強度は0.5〜1.0Ｎ程度であった。目標値は６Ｎ以上である。結果として目標値を充分に満足できる。従って本技術を使用すると多層配線基板のコア基材と絶縁部材または熱膨張抑制部材と絶縁部材との密着力を増強できる。

本発明によると、熱膨張抑制部材にクロム酸化物膜とシランカップリング剤膜とからなる密着膜を設け、この密着膜を介して絶縁部材と熱膨張抑制部材とを結着することができる。従って多層配線基板の絶縁部材と熱膨張抑制部材との密着力を増強できる。従って温度変化による多層配線基板の伸縮量を抑制できる。そして配線基板の各導体パターン間が短絡または不導通になることを防止できる。結果として信頼性を向上させた多層配線基板を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る多層配線基板の部分断面図である。 図１の多層配線基板の製造方法における一部の工程を表す。 図２に続く工程を表す。 図３に続く工程を表す。 本発明の第２の実施形態に係る多層配線基板の部分断面図である。 図５の多層配線基板の製造方法における一部の工程を表す。 図６に続く工程を表す。 図７に続く工程を表す。

符号の説明

１ 多層配線基板、
２ プリント基板、
４ コア基材
５ プリント基板、
１２ 絶縁部材、
１４ 熱膨張抑制部材、
１５ 密着膜、
１６ インバー、

Claims (3)

1. 密着膜を形成された熱膨張抑制部材を有する配線基板において、
   前記密着膜は前記熱膨張抑制部材の少なくとも１つの面に酸化クロム膜とシランカップリング膜とを有する密着膜であることを特徴とする配線基板。
2. 請求項１記載の熱膨張抑制部材はインバー、モリブデン、チタン、タングステンの少なくとも１つを含む金属又は合金であることを特徴とする配線基板。
3. 絶縁樹脂と密着膜を形成された熱膨張抑制部材とを有する配線基板の製造方法において、
   前記熱膨張抑制部材の少なくとも１つの面に酸化クロム膜とシランカップリング膜とを有する密着膜を形成する工程と
   前記密着膜を介して前記熱膨張抑制部材と前記絶縁樹脂とを形成する工程と
   を有することを特徴とする配線基板の製造方法。
   

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