JP2006032476A - ビアフィリングめっき方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ビアフィリングめっきにおいて、ビアホール底面に金属めっきを優先的に成長させることで、回路形成導体部の厚みを厚くすることなく、ビア頂部（ビア表面）の平坦性を向上させること。
【解決手段】絶縁層１１の片面に銅箔１２を有するプリント配線板用基材の絶縁層１１に、底部に銅箔１２が露呈するようにあけられたビアホール１３を電解めっきによって穴埋めするビアフィリングめっき方法において、銅箔１２をめっき給電用陰極とし、ビアホール１３内に位置する針状の突出電極部５１を含む電極部材５０をめっき給電用陽極として電解めっきを行う。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ビアフィリングめっき方法に関し、特に、多層プリント配線板の層間導通を行う金属充填のビア形成に用いるビアフィリングめっき方法に関するものである。

多層プリント配線板の層間導通を行うビア形成法として、絶縁層の片面に導体層を有するプリント配線板用基材の絶縁層に、底部に導体層が露呈するようにあけられたビアホールを電解銅めっきによって穴埋めするビアフィリングめっき方法がある（例えば、特許文献１）。

ビアフィリングめっきは、硫酸銅めっき浴中に、めっき成長を抑制する電析抑制剤と、めっき成長を促進する電析促進剤とを添加することにより、ビアホール内部に積極的にめっき成長させることができるものである（例えば、非特許文献１、２）。

しかしながら、ビアフィリングめっきには、以下に述べる欠点がある。

電析抑制剤、電析促進剤を用いたビアフィリングめっきは、ビアホール内部に選択的にめっき成長させることができるものの、実際のめっき成長の様子は、図８（ａ）〜（ｅ）に示すようになり、ビア頂部１０５Ａが凹んでしまう。

ビア頂部１０５Ａの凹みは、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、ビアフィリングめっきの有用性を大きく阻害することになる。

なお、図８において、１０１はプリント配線板用基材の絶縁層を、１０２は絶縁層の片面に設けられた銅箔等による導体層を、１０３は底部に導体層が露呈するように絶縁層１０２にあけられたビアホールを、１０４は絶縁層１０１の外表面にスパッタリング等によって形成されためっき給電用導電層（シード層）を、１０５はビアフィリングめっきによるビアホール部分のめっき金属を、１０６はビアホール部分以外のビアフィリングめっきによる回路形成導体部１０６を各々示している。

ビア頂部１０５Ａの凹みは、めっき時間を長くすることで、図８に示されているように、ほぼ平坦なビア頂部１０５に得ることができる。しかし、めっき時間を長くする分、回路形成導体部１０６の厚みｔが厚くなり、微細な回路形成をすることが困難になる。

このことに対し、機械的な研磨やエッチングなどによってビアフィリングめっき層の表面を削り、表面を平坦化することも考えられるが、機械的な研磨では、工程中に基板に外力がかかり、反りや変形を生じる原因になる。また、厚めに付けた膜をエッチングや研磨で薄くする方法では、成膜と減膜との不均一性が累積されるため、均一な膜厚を得ることが難しい。
特開２００１−２９１９５４号公報 ＴＯＰ ＴＥＣＨＮ０ ＦＯＣＵＳ Ｎｏ．２５、２００１／１２ 奥野製薬工業（株）発行 エレクトロニクス実装学会誌Ｖｏｌ．５ Ｎｏ．７ Ｐ６７２〜６７６、２００２年

この発明が解決しようとする課題は、ビアフィリングめっきにおいて、ビアホール底面に金属めっきを優先的に成長させることで、回路形成導体部の厚みを厚くすることなく、ビア頂部（ビア表面）の平坦性を向上させることである。

この発明によるビアフィリングめっき方法は、絶縁層の片面に導体層を有するプリント配線板用基材の前記絶縁層に、底部に前記導体層が露呈するようにあけられたビアホールを電解めっきによって穴埋めするビアフィリングめっき方法において、前記導体層をめっき給電用陰極とし、前記ビアホール内に位置する針状の突出電極部を含む電極部材をめっき給電用陽極として電解めっきを行う。

この発明によるビアフィリングめっき方法は、絶縁層の片面に導体層を有するプリント配線板用基材の前記絶縁層に、底部に前記導体層が露呈するようにあけられたビアホールを電解めっきによって穴埋めするビアフィリングめっき方法において、前記絶縁層の外表面にめっき給電用導電層を形成し、当該めっき給電用導電層と前記導体層をめっき給電用陰極とし、前記ビアホール内に位置する針状の突出電極部を含む電極部材をめっき給電用陽極として電解めっきを行う。

この発明によるビアフィリングめっき方法は、好ましくは、前記ビアホール内に、めっき液を局所的に供給しながら電解めっきを行う。

この発明によるビアフィリングめっき方法は、好ましくは、前記突出電極部が中空のパイプ構造のものを用い、当該突出電極部のパイプ構造部からめっき液をビアホール内に供給する。

この発明によるビアフィリングめっき方法は、ビアホール内に位置する針状の突出電極部を含む電極部材をめっき給電用陽極（アノード）として電解めっきを行うから、つまり、ビアホール内に針状のアノードが存在するようになり、アノードからめっき電流が流れやすい箇所がビアホール底部となり、ビアホール底部から優先的にめっき成長がなされるようになる。

これにより、回路形成導体部の厚みを厚くすることなく、ビア頂部（ビア表面）の平坦性を向上させることができ、ビア直上にさらにビアを配置したり、ビア直上に部品を実装することが可能な配線自由度の高い多層プリント配線板を作成することが可能になる。

この発明によるビアフィリングめっき方法によるビアを含むプリント配線板用基材の製造方法の一つの実施の形態を、図１（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。

図１（ａ）に示されているように、絶縁層１１の片面に導体層として銅箔１２が設けてある片面銅張板（ＣＣＬ：Ｃｏｐｐｅｒ Ｃ１ａｄ Ｌａｍｉｎａｔｅ）１０を出発材とし、図１（ｂ）に示されているように、レーザ、ドリル、あるいはエッチングなどによって絶縁層１１にビアホール１３を形成する。このビアホール１３の口径（最大直径）は、１００μｍ程度である。

ビアホール１３は、底部に銅箔１２が露呈するように、絶縁層１１の所定位置（層間接続位置）にあけられる。銅箔１２がビアホール１３の底部に露呈する部分（以下、露呈部と云う）は、図１（ｂ）において、符号１２Ａによって示されている。

片面ＣＣＬとしては、例えば、絶縁層１１に、ポリイミド、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、熱硬化機能を付与した熱可塑性ポリイミド、あるいは液晶ポリマーなどを用いることができ、絶縁層厚みは１０〜７０μｍ程度、銅箔厚みは５〜２０μｍ程度であることが好ましい。

次に、図１（ｃ）に示されているように、絶縁層１１の銅箔１２と反対側の表面１１Ａ（図１（ｂ）参照）とビアホール１３の内周面１１Ｂ（図１（ｂ）参照）とビアホール１３の底部、つまり銅箔１２の露呈部１２Ａ（図１（ｂ）参照）に、めっき用給電層（シード層）１４を形成する。

シード層１４を形成する方法としては、ドライプロセスによるスパッタリングや無電解化学めっきなどが挙げられる。シード層１４の材料としては、ニッケル、クロム、銅、チタン、タングステンおよびこれらの合金などが挙げられる。

次に、図１（ｄ）に示されているように、銅箔１２およびシード層１４をめっき給電用陰極（カソード）とし、ビアホール１３内に位置する針状の突出電極部５１を含む銅製の電極部材５０をめっき給電用陽極（アノード）として電解めっきを行う。この電解めっきは、ビアフィリングめっきであり、硫酸銅めっき浴中に、めっき成長を抑制する電析抑制剤と、めっき成長を促進する電析促進剤とを添加しためっき浴を用いて行う。

このビアフィリングめっきによって、図１（ｄ）に示されているように、ビアホール１３内がめっき銅１５によって穴埋めされ、絶縁層１１の表面１１Ａの部分には回路形成導体部１６が層状に形成される。

このビアフィリングめっきのめっき成長過程を、図２、図３を参照して説明する。

図２（ａ）は図１（ｄ）と同じめっき開始時の状態を示している。電極部材５０の突出電極部５１は、ビアホール１３の最小直径より小さい外径、例えば、２０μｍ〜数μｍ程度の外径を有し、各ビアホール１３毎に設けられてビアホール１３の略中央位置に、先端５１Ａとビアホール底部のシード層１４との間に所定のギャップＧを配置される。

銅箔１２およびシード層１４をカソード、突出電極部５１を含む電極部材５０をアノードとして、電析抑制剤と電析促進剤とを添加されためっき浴中で、通電を行う。

この電解銅めっき工程において、アノード５０と被めっき物であるプリント配線板用基材２０のシード層１４との間における等電位面は、ビアホール１３内に突出電極部５１があることにより、図２（ｂ）に、波線Ｖで示されているようになり、その間隔は、ギャップＧの最適設定により、アノード（電極部材５０）の突出電極部５１の先端５１Ａとビアホール１３の底部のシード層１４との間において最も密になる。

等電位面の間隔が密な部位ほど電流が流れやすくなるため、アノードから最もめっき電流が流れやすい箇所が、ビアホール１３の底部となり、図２（ｃ）、図３（ｄ）に示されているように、ビアホール底部から優先的にめっき成長がなされる。

めっきが進むに従ってアノードから金属が溶解していくため、突出電極部５１が短くなるが、めっき完了時まで、ギャップＧがめっき開始時の最適値に保たれるよう、電極部材５０をプリント配線板用基材２０に近づく方向に移動させる。

こうしてめっき成長をさせることで、常にビアホール底部に優先的に金属めっき成長が促進され、図３（ｅ）に示されているように、回路形成導体部１６の厚さｔが従来のものに比して厚くなることなく、ビア頂部１５Ａに凹みのないめっきビアが得られる。

このようして得た基材２０の銅箔１２と回路形成導体部１６を、図１（ｆ）に示されているように、サブトラクティブ法によって回路形成（導体パターン１７やランド部１８の形成）することで、ビア表面に凹みのないプリント配線板用基材２０を得ることができる。

めっき給電を行うアノードとしての突出電極部５１付きの電極部材５０の製造方法の一例を、図４を参照して説明する。まず、図４（ａ）に示されているように、導体板５２の表面に、突出電極形成部のみ開口（開口部６１）したレジスト層６０を形成し、図４（ｂ）に示されているように、電解めっきを行うことで、開口部６１内をめっき金属５３によって穴埋めする。この電解めっき完了後に、レジスト層６０を除去することにより、導体板５２の一方の側にめっき金属５３による突出電極部５１を有する電極部材５０が完成する。このアノードの材料としては、含リン銅などが挙げられる。

なお、白金、イリジウムなどの貴金属によって表面を覆われた不溶性アノードを用いることもできる。

上述のめっき工程において、ビアホール１３に接近して配置するアノードまたはその近傍にめっき液を集中的に供給することにより、ビア内のめっき成長速度を、さらに加速することができる。

具体的には、図５に示されているように、めっき液の循環系において、フレッシュなめっき液を供給するノズル７０を用いてビアホール１３内にフレッシュなめっき液を噴出させたり、図６に示されているように、突出電極部５５として、中空のパイプ構造のものを用い、突出電極部５５のパイプ構造部の先端開口５５Ａからめっき液をビアホール１３の底部に向かってめっき液を吹き付ける方法がある。

また、図７に示されているように、中空パイプ構造の突出電極部５５の側周部にも噴孔５６をあけ、噴孔５６からもビアホール１３内へ向けてめっき液を噴出してもよい。

これらの方法により、ビア内のめっき速度を２〜１０倍に高めることができる。

（ａ）〜（ｆ）は、この発明によるビアフィリングめっき方法によるビアを含むプリント配線板用基材の製造方法の一つの実施の形態を示す工程図である。 （ａ）〜（ｃ）はこの発明によるビアフィリングめっき方法の一つの実施の形態を示す工程図である。 （ｄ）、（ｅ）はこの発明によるビアフィリングめっき方法の一つの実施の形態を示す工程図である。 （ａ）〜（ｃ）はこの発明によるビアフィリングめっき方法の実施に使用する突出電極部付き電極部材の製造方法の一例を示す工程図である。 この発明によるビアフィリングめっき方法の他の実施の形態を示す図である。 この発明によるビアフィリングめっき方法の他の実施の形態を示す図である。 この発明によるビアフィリングめっき方法の他の実施の形態を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）はビアフィリングめっき方法の従来例を示す工程図である。

符号の説明

１０ 片面銅張板
１１ 絶縁層
１２ 銅箔
１３ ビアホール
１４ めっき用給電層（シード層）
１５ めっき銅
１６ 回路形成導体部
５０ 電極部材
５１ 突出電極部
５２ 導体板
５３ めっき金属
５５ 突出電極部
５６ 噴孔
６０ レジスト層
６１ 開口部
７０ ノズル

Claims (4)

1. 絶縁層の片面に導体層を有するプリント配線板用基材の前記絶縁層に、底部に前記導体層が露呈するようにあけられたビアホールを電解めっきによって穴埋めするビアフィリングめっき方法において、
   前記導体層をめっき給電用陰極とし、前記ビアホール内に位置する針状の突出電極部を含む電極部材をめっき給電用陽極として電解めっきを行うビアフィリングめっき方法。
2. 絶縁層の片面に導体層を有するプリント配線板用基材の前記絶縁層に、底部に前記導体層が露呈するようにあけられたビアホールを電解めっきによって穴埋めするビアフィリングめっき方法において、
   前記絶縁層の外表面にめっき給電用導電層を形成し、当該めっき給電用導電層と前記導体層をめっき給電用陰極とし、前記ビアホール内に位置する針状の突出電極部を含む電極部材をめっき給電用陽極として電解めっきを行うビアフィリングめっき方法。
3. 前記ビアホール内に、めっき液を局所的に供給しながら電解めっきを行う請求項１または２記載のビアフィリングめっき方法。
4. 前記突出電極部が中空のパイプ構造のものを用い、当該突出電極部のパイプ構造部からめっき液をビアホール内に供給する請求項１または２記載のビアフィリングめっき方法。
   

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