JP2005294364A - プリント配線板およびビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導体パターンを形成する基板表面のめっき厚を厚くすることなくビアホール内部を完全にめっき金属で充填し、導体パターンを形成するための基板表面のめっき層の表面とビアホール内部のめっき金属の表面とを、面一、平滑すること。
【解決手段】 絶縁層１３を貫通し当該絶縁層１３の一方の側に存在する導体層１２が底部をなす有底のビアホール１４内をめっき金属１５によって充填するビアフィルめっきを用いたビアホールを有するプリント配線板において、導体層１２のうち少なくともビアホール１２の底部をなす部分の表面１２Ａを粗化してビアフィルめっきを行う。
【選択図】 図１

Description

この発明は、プリント配線板およびビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法に関し、特に、ビアフィルめっきされたビアホールを有するビルドアップ多層配線板用のプリント配線板およびそのビアホールの形成方法に関するものである。

近年の電子機器は、高周波信号、デジタル化等に加え、小型、軽量化が進み、それに伴い、電子機器に搭載されるプリント配線板においても、小型、高密度化を要求されている。

絶縁層、導体層を１層ずつ積み上げて多層配電層を形成するビルドアップ多層配線板は、プリント配線板の高密度実装化に大きく貢献するものである。

ビルドアップ多層配線板の製造方法は、コア基材絶縁層の表層に絶縁層をビルドアップ形成し、その絶縁層にレーザ光照射等により穴あげを施した後、銅めっきを表層に施すことによって層間導通を得るビアホールと表層配線層を形成する工程を繰り返して多層プリント配線板を製造するもの（工法）である（例えば、非特許文献１）。

この工法による特徴的なビアホールによって、ビルドアップ多層配線板は、層間導通部分の自由な配置を可能とし、携帯電話等、さまざまなモバイル機器の高密度実装用基板に適用されている。

しかしながら、この工法において、通常の硫酸銅めっきによって銅箔層を形成する場合には、図３に示すように、ビアホール１０５は表面が凹んだコンフォーマルな形状となるために、ビアホール１０５の直上に、さらにビアホールを設けるビア・オン・ビアを構成することや、ビアホール１０５の直上にＩＣチップ等の部品を実装することが困難であり、配線の自由度において要求を充分に満足できないことが出てきた。

なお、図３において、１０１はコア基材絶縁層を、１０２はコア基材絶縁層１０１に形成されたコア基材導体層を、１０３はコア基材絶縁層１０１の表層に形成されたビルドアップ絶縁層を、１０４はめっきによってビルドアップ絶縁層１０３の表層に形成された銅箔層を示している。

そこで、近年、ビアホール内を銅めっきによって充填するビアフィルめっきと云う技術が発表されてきた（例えば、特許文献１）。

ビアフィルめっきは、硫酸銅めっき浴中に、めっき成長を抑制する抑制剤と、めっき成長を促進する促進剤とを添加して行うものである。

抑制剤は、物質の拡散則に伴い、ビアホール内部には吸着し難く、基板表面には吸着し易いことを応用して、ビアホール内部と比較して基板表面のめっき成長速度を遅くすることで、ビアホール内部を銅によって充填させ、ビアホール直上部分とビアホール直上部分以外の部分とで、基板表面を平滑に電解めっきする効果があると云われている。

促進剤は、ビアホールの底面、側面、基板表面に、一様に吸着し、続いて、ビアホール内部ではめっきの成長に伴い、表面積が減少していき、ビアホール内の促進剤の分布が密になることを利用して、ビアホール内部のめっき速度が基板表面のめっき速度より速くなり、ビアホール内部を銅によって充填させ、ビアホール直上部分とビアホール直上部分以外の部分とで、基板表面を平滑に電解めっきする効果があると云われている。

一般的には、これら抑制剤と促進剤は、ひとつのめっき浴内に適度な配合で混合されているものであり、両者の効果によってビアホール内部を銅によって充填することが可能となる。

しかしながら、上記のメカニズムによってビアホール内部を銅で完全に充填し、導体パターンを形成するための基板表面のめっき層の表面とビアホール内部（ビアホール直上部分）のめっき金属の表面とを、面一、平滑にするためには、基板表面の導体パターン部分のめっき厚が厚くなってしまい、ファイン回路の形成に不利になる。

このことに対して、基板表面の導体パターン部分のめっき厚を薄くした場合すると、図４に例示されているように、ビアホール内部に銅が完全に充填されず、導体パターンを形成する基板表面のめっき銅２０６に対してビアホール１０５のめっき銅（ビアフィルめっき部）２０７が凹んだ形状となってしまう。

このことは、ビアホール直上にビアホールを設けるビア・オン・ビアや、ビアホール直上に部品を実装するチップ・オン・ビアの妨げとなり、ビアフィルめっきの有用性を大きく阻害することになる。

なお、図４においても、１０１はコア基材絶縁層を、１０２はコア基材絶縁層１０１に形成されたコア基材導体層を、１０３はコア基材絶縁層１０１の表層に形成されたビルドアップ絶縁層を示している。

また、ビアホールのアスペクト比が大きくなる程、体積が大きくなる程、ビアホール内部に銅が完全に充填されず、基板表面のめっき銅に対してビアホール部のめっき銅の表面が凹んだ形状となる傾向が強くなる。
高木 清著 「ビルドアップ多層プリント基板配線板技術」日刊工業新聞社出版、２００１年６月１５日、初版２刷、２１頁〜２３頁 特開２００１−２９１９５４号公報

この発明が解決しようとする課題は、ビアフィルめっきを用いたビアホールによって層間導通を取るプリント配線板において、導体パターンを形成する基板表面のめっき厚を厚くすることなくビアホール内部を完全に銅（めっき金属）で充填し、導体パターンを形成するための基板表面のめっき層の表面とビアホール内部（ビアホール直上部分）のめっき金属の表面とを、面一、平滑にし、ビア・オン・ビアや、ビアホール直上に部品を実装することを確実に可能にすることである。

この発明によるプリント配線板は、絶縁層を貫通し当該絶縁層の一方の側に存在する導体層が底部をなす有底のビアホール内をめっき金属によって充填するビアフィルめっきを用いたビアホールを有するプリント配線板において、前記導体層のうち少なくとも前記ビアホールの底部をなす部分の表面が粗化処理されている。

この発明によるビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法は、絶縁層の少なくとも一方の側に導体層を有する基板の前記絶縁層に前記導体層が露出するビアホールを形成する工程と、前記ビアホールの底部に露出した導体層の表面を粗化する工程と、前記絶縁層の表面と前記ビアホールの側面にめっき給電用導電層を形成する工程と、前記めっき給電用導電層を給電電極として、めっき抑制剤を添加された硫酸銅めっき浴によって前記絶縁層の表面と前記ビアホール内に電解めっきを施す工程とを有する。

この発明によるビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法は、絶縁層の少なくとも一方の側に導体層を有する基板の前記絶縁層に前記導体層が露出するビアホールを形成する工程と、前記ビアホールの底部に露出した導体層の表面を粗化する工程と、前記絶縁層の表面と前記ビアホールの側面にめっき給電用導電層を形成する工程と、前記めっき給電用導電層を給電電極として、めっき促進剤を添加された硫酸銅めっき浴によって前記絶縁層の表面と前記ビアホール内に電解めっきを施す工程とを有する。

この発明によるビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法は、絶縁層の少なくとも一方の側に導体層を有する基板の前記絶縁層に前記導体層が露出するビアホールを形成する工程と、前記ビアホールの底部に露出した導体層の表面を粗化する工程と、前記絶縁層の表面と前記ビアホールの側面にめっき給電用導電層を形成する工程と、前記めっき給電用導電層を給電電極として、めっき抑制剤とめっき促進剤を添加された硫酸銅めっき浴によって前記絶縁層の表面と前記ビアホール内に電解めっきを施す工程とを有する。

この発明によるビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法は、好ましくは、前記ビアホールの底部に露出した導体層の表面の粗化は、平滑な状態と比較して、表面積が１．５倍以上になるように粗化する。

また、この発明によるビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法は、好ましくは、前記ビアホールの底部に露出した導体層の表面の粗化は、粗化による凹部と凸部の高低差が０．５μｍ〜５μｍである。

めっき抑制剤が主な働きをするめっき浴の場合には、ビアホールの底部に露出した導体層（ビアホールの底部）を粗化処理することにより形成したミクロな凹凸を、擬似的なミクロのビアホールに見たて、ビアホール底部が平滑な場合と比較して、ビアホール内部のめっき成長抑制効果を低減することができる。

めっき促進剤が主な働きをするめっき浴の場合では、ビアホールの底部に露出した導体層（ビアホールの底部）の粗化処理により、ビアホール底部の表面積が増加していることにより、促進剤の吸着量を増やし、ビアホール底部が平滑な場合と比較してビアホール内部のめっき成長速度を速くすることができる。

これにより、基板表面のめっき厚を厚くすることなく、ビアホール内部を完全に銅（めっき金属）で充填し、導体パターンを形成するための基板表面のめっき層の表面とビアホール内部（ビアホール直上部分）のめっき金属の表面とを、面一、平滑することができる。

このことにより、ビアフィルめっきされたビアホールを有するプリント配線板において、基板表面のめっき厚を厚くすることなく、ファイン回路で、ビア・オン・ビアや、ビアホール直上に部品を実装することが可能になる。

この発明によるプリント配線板の一つの実施形態を、図１を参照して説明する。この実施形態のプリント配線板は、絶縁層（コア基材絶縁層）１１の一方の面に銅箔等により導体層１２を形成され、その上に絶縁層１３をビルドアップ形成されている。

絶縁層１３には当該絶縁層１３を貫通して絶縁層１３の一方の側に存在する内層用の導体層１２が底部をなす有底のビアホール１４が形成されている。このビアホール１４の底部をなす部分の導体層１２の表面１２Ａが粗化処理されている。

ビアホール１４内は、めっき促進剤とめっき抑制剤のいずれか一方あるいは両方を添加されためっき浴によるビアフィルめっき（電解めっき）によって銅等によるめっき金属（ビアフィルめっき部）１５が充填されている。

めっき促進剤とめっき抑制剤のいずれか一方あるいは両方を添加されためっき浴によるビアフィルめっきの場合、ビアホール１４の底部をなす部分の導体層１２の表面１２Ａが粗化処理されていることにより、基板表面部分のめっき層１６の厚さを厚くすることなく、ビアホール内部を完全に銅等のめっき金属１５で充填でき、導体パターンを形成するための基板表面のめっき層１６の表面１６Ａと、ビアホール１４部分のめっき金属１５の表面１５Ａとを、面一、平滑することができる。

これにより、基板表面のめっき層１６を厚くすることなく、ファイン回路で、ビア・オン・ビアや、ビアホール直上に部品を実装することが可能になる。

つぎに、この発明によるビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法を適用したプリント配線板の製造方法の一つの実施形態を、図２（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。

図２(ａ）に示されているように、先ず、出発材料として、絶縁層（コア基材絶縁層）５１の両面に銅回路５２、５３が形成されたガラスエポキシ基板５０を用意した。

これは、銅張りポリイミド基板、銅張りポリエステル基板、銅張りポリエーテルイミド基板、銅張り液晶ポリマー基板、ガラスクロス、ガラスマット、合成繊維などの基材と熱硬化性樹脂からなる銅張りフェノール基板、銅張り紙エポキシ基板、銅張り紙ポリエステル基板、銅張りガラスポリイミド基板などを使用してもよい。また、両面プリント基板ではなく、多層プリント配線板を使用してもよい。

次に、図２(ｂ）に示されているように、ガラスエポキシ基板５０の表裏両面に、厚さ５０μｍのエポキシ系層間絶縁シート５４、５５を貼り合わせ、基材５６を得た。

この層間絶縁層としては、エポキシ系層間絶縁シートに限られず、ポリイミドや、ガラスエポキシ、エポキシ含浸アラミド不織布、オレフイン系絶縁シート等も使用できる。また、この絶縁層の形成は、貼り合わせ法だけではなく、エポキシやポリイミド等のワニスを塗布し、乾燥させて形成することもできる。

次に、図２（ｃ）に示されているように、基材５６のエポキシ系層間絶縁シート５４、５５の各々に、ＵＶ−ＹＡＧレーザによって、底面の直径５０μｍのビアホール５７、５８を穿設し、０_２ プラズマ照射によってスミアを除去する。

ビアホール５７、５８は、絶縁層をなすエポキシ系層間絶縁シート５４あるいは５５を厚さ方向に貫通し、この絶縁層の一方の側に存在する導体層（内層導体層）である銅回路５２あるいは５３の一部分（以下、ビアホール対応部と云う）５２Ａあるいは５３Ａが底部をなす有底のビアホール（ブラインドホール）である。

なお、レーザ加工によるビアホール５７、５８の穴明けは、ＵＶ−ＹＡＧレーザ以外にも、炭酸ガスレーザや、エキシマレーザによって行うこともできる。また、デスミアも、０_２ プラズマ以外に、ＣＦ_４ プラズマや、過マンガン酸塩などによる湿式デスミアでもよい。

次に、図２（ｄ）に示されているように、エポキシ系層間絶縁シート５４、５５にビアホール５７、５８を穿設したことによって穴底部に露出した銅回路５２、５３のビアホール対応部５２Ａ、５３Ａを、メック株式会社製の有機酸系表面粗化液「メックエッチボンドＣＺ−８１００」を用いてマイクロエッチングし、ビアホール対応部５２Ａ、５３Ａの表面、つまりビアホール５７、５８の底面を、各々、凹部ａと凸部ｂの高低差（Ｒｍａｘ）が２μｍ、凸部ｂの間隔が４μｍ程度に粗化させた。

尚、このビアホール５７、５８の底面の粗面処理は、メック株式会社製の「メックエッチボンドＣＺ−７７００」のような硫酸・過酸化水素系エッチング液によって行うことできる。この粗化処理は、ＭａｃＤｅｒｍｉｄ社製の「オムニボンド」のように、酸化銅を針状に析出させて粗化するものでよい。

また、ビアホール５７、５８の底面の粗面処理は、ショットブラストやレーザ加工等の機械的加工により行うこともできる。

また、ビアホール５７、５８の底面の粗化は、ビアホール５７、５８の底部のビアホール側壁の側から中心へ向かって粗度が増すように粗化してもよい。

また、粗面処理はビアホール対応部５２Ａ、５３Ａの表面に限らず、内層の銅回路５２、５３の全体の表面が粗化されていもよい。

次に、図２(ｅ）に示されているように、エポキシ系層間絶縁シート５４、５５の表面、ビアホール５７、５８の側面、底面に、各々、無電解銅めっきによってめっき給電層５９、６０を設け、めっき給電用導電層５９、６０を給電電極として、めっき抑制剤とめっき促進剤を適度に配合して添加してあるビアフィル用硫酸銅めっき浴に基材全体を浸潰し、ビアホール５７、５８内を充填するめっき銅６１、６２が基板表面のめっき銅６３、６４とが、ほぼ面一、平滑になる時間分、給電し、電解銅めっきであるビアフィルめっきを行った。

この時の基板表面のめっき銅６３、６４のめっき厚は１０μｍ程度で、ビアホール５７、５８に充填されためっき銅６１、６２の表面（上表面）中心部の凹み量は１μｍ以下で、フィリング性が向上した。

本実施形態では、めっき抑制剤が主に働いている硫酸銅めっき浴を使用したが、めっき促進剤が主に働いている硫酸銅めっき浴を使用した場合でも、同程度、フィリング性が向上することを確認している。

このフィリング性の向上は、めっき抑制剤が主に働いている硫酸銅めっき浴を使用した場合には、ビアホール５７、５８の底部に露出した導体層のビアホール対応部５２Ａ、５３Ａを粗化処理することにより形成したミクロな凹凸が、擬似的なミクロのビアホールに見たてられ、従来技術でも述べたように、凹部ａではめっき抑制剤が吸着し難く、凸部ｂでは吸着し易いという現象がミクロの擬似的なビアホール内でも起こり、めっき銅がビアホール５７、５８内にフィリングされ易くなったと推測する。

この効果は、ビアホール対応部５２Ａ、５３Ａの粗化が、ビアホール５７、５８の底部のビアホール側壁の側から中心へ向かって粗度が増すように粗化されていることにより、顕著になる。

また、めっき促進剤が主に働いている硫酸銅めっき浴を使用した場合には、ビアホール５７、５８の底部に露出した導体層のビアホール対応部５２Ａ、５３Ａが粗化処理によってビアホール底部の表面積が増大していることにより、ビアホール底部が平滑な場合と比較してめっきが成長するのに伴い、ビアホール底部に吸着しためっき促進剤の分布密度がより密になるため、めっき銅がビアホールフィリングされ易くなったと推測する。

この効果も、ビアホール対応部５２Ａ、５３Ａの粗化が、ビアホール５７、５８の底部のビアホール側壁の側から中心へ向かって粗度が増すように粗化されていることにより、顕著になる。

粗化方法として、先に記述したメック株式会社製の「メックエッチボンドＣＺ−７７００」や、ＭａｃＤｅｒｍｉｄ社製の「オムニボンド」によるビアホール底面の粗化処理でも、フィリング性の向上が見られた。

めっき給電層５９、６０の形成には、無電解銅めっきの他に、金属をスパッタリングする方法を使用してもよい。また、ビアフィル用銅めっきとして、硫酸銅めっき浴の他に、ピロりん酸銅めっき浴等を使用してもよい。

次に、図２(ｆ）に示されているように、基板表面のめっき銅（銅箔）６３、６４をエッチングし、サブトラクティブ法によって表層の導体パターン６５、６６を形成し、最小導体幅２５μｍ、最小導体間隔２５μｍのファイン回路の多層プリント基板７０を得た。

この発明によるプリント配線板の一つの実施形態を模式的に示す縦断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、この発明によるビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法を適用したプリント配線板の製造方法の一つの実施形態を模式的に示す工程図である。 一般的なビルドアップ多層配線板のビアホール形状を示す縦断面図である。 ビアフィルめっきを用いたビアホールの従来例を示す縦断面図である。

符号の説明

１１ 絶縁層（コア基材絶縁層）
１２ 導体層
１２Ａ ビアホールの底部をなす部分の導体層の表面
１３ 絶縁層
１４ ビアホール
１５ めっき金属
１６ 基板表面のめっき層
５０ ガラスエポキシ基板
５１ 絶縁層（コア基材絶縁層）
５２、５３ 銅回路
５２Ａ、５３Ａ ビアホール対応部
５４、５５ エポキシ系層間絶縁シート
５６ 基材
５７、５８ ビアホール
５９、６０ めっき給電層
６１、６２ めっき銅
６３、６４ めっき銅
６５、６６ 導体パターン
７０ 多層プリント基板

Claims (6)

1. 絶縁層を貫通し当該絶縁層の一方の側に存在する導体層が底部をなす有底のビアホール内をめっき金属によって充填するビアフィルめっきを用いたビアホールを有するプリント配線板において、
   前記導体層のうち少なくとも前記ビアホールの底部をなす部分の表面が粗化処理されているプリント配線板。
2. 絶縁層の少なくとも一方の側に導体層を有する基板の前記絶縁層に前記導体層が露出する有底のビアホールを形成する工程と、
   前記ビアホールの底部に露出した導体層の表面を粗化する工程と、
   前記絶縁層の表面と前記ビアホールの側面にめっき給電用導電層を形成する工程と、
   前記めっき給電用導電層を給電電極として、めっき抑制剤を添加された硫酸銅めっき浴によって前記絶縁層の表面と前記ビアホール内に電解めっきを施す工程と、
   を有するビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法。
3. 絶縁層の少なくとも一方の側に導体層を有する基板の前記絶縁層に前記導体層が露出する有底のビアホールを形成する工程と、
   前記ビアホールの底部に露出した導体層の表面を粗化する工程と、
   前記絶縁層の表面と前記ビアホールの側面にめっき給電用導電層を形成する工程と、
   前記めっき給電用導電層を給電電極として、めっき促進剤を添加された硫酸銅めっき浴によって前記絶縁層の表面と前記ビアホール内に電解めっきを施す工程と、
   を有するビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法。
4. 絶縁層の少なくとも一方の側に導体層を有する基板の前記絶縁層に前記導体層が露出する有底のビアホールを形成する工程と、
   前記ビアホールの底部に露出した導体層の表面を粗化する工程と、
   前記絶縁層の表面と前記ビアホールの側面にめっき給電用導電層を形成する工程と、
   前記めっき給電用導電層を給電電極として、めっき抑制剤とめっき促進剤を添加された硫酸銅めっき浴によって前記絶縁層の表面と前記ビアホール内に電解めっきを施す工程と、
   を有するビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法。
5. 前記ビアホールの底部に露出した導体層の表面の粗化は、平滑な状態と比較して、表面積が１．５倍以上になるように粗化する請求項２〜４の何れか１項記載のビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法。
6. 前記ビアホールの底部に露出した導体層の表面の粗化は、粗化による凹部と凸部の高低差が０．５μｍ〜５μｍである請求項２〜５の何れか１項記載のビアフィルめっきを用いたビアホールの形成方法。

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