JP2006080424A

JP2006080424A - 配線基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2006080424A
Application number: JP2004265105A
Authority: JP
Inventors: Toshio Sugawa; 俊夫須川; Hideki Higashiya; 秀樹東谷; Takumi Misaki; 拓己御崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-23
Also published as: US20060054350A1; CN1750734A; US7291915B2; TW200610463A; CN1750734B

Abstract

【課題】セミアディティブ法において、電気めっきによるパターンめっきのための下地の薄い導電層をエッチングする際、下地の薄い導電層がサイドエッチングによって裾部が食われ、配線基板が絶縁性基板との間に隙間ができるために配線基板が剥れてしまい、微細化が困難であった。
【解決手段】絶縁性基板１上に、第１の導電層７および第２の導電層９を形成し、前記第１の導電層７と第２の導電層９との境界部断面において、少なくとも前記第１の導電層７の表面は前記絶縁性基板１と接する側より小さくなっており、第３の導電層１１は、前記第１及び第２の導電層表面を被覆するように形成した配線基板である。
【選択図】図７

Description

本発明は絶縁性基板に形成された導体層による配線に関するものであり、特に半導体素子、集積回路、電子部品等を搭載するための配線基板およびその製造方法に関するものである。

従来、回路基板への微細配線形成には、絶縁性基板に薄い導電層を形成し、感光性樹脂によって所定パターンを形成し、電気めっきによって感光性樹脂が除去された薄い導電層表面に別の導電層を形成して、後に感光性樹脂を除去して露出した薄い導電層をエッチング除去して形成するセミアディティブ法によって成されていた。

ここで、薄い導電層は、後の工程でのエッチングにおいて電気めっきした導電層の角部のエッチング等による断面形状の変形を少なくするため無電解めっきによって０．５μｍ程度に極力薄く形成されるが、この薄い層をエッチングする際サイドエッチングによって、導電層と絶縁性基板との間が大きくエッチングされ、配線基板が絶縁性基板から浮いてしまい、導電層のはがれの原因となっていた。

これを解決するために、第１の金属皮膜を化学研磨で薄くし下地層を形成し、次にマスクパターンを形成し、その後露出した下地部分に電解めっきで第２の金属皮膜を形成し、次にこの皮膜上にめっきにより第１の金属皮膜を形成し、その後マスクパターンを剥離し、次に不要部分を除去し、その後第１の金属による下地層、第２の金属皮膜、およびめっきによる第１の金属皮膜で構成される配線パターンを形成することによって、不要部分除去の際に第２の金属皮膜で保護する方法が提案されていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４−９５９８３号公報

しかしながら上記の方法では、第２の金属を形成するためのめっき工程を必要とするばかりでなく、第１の金属と第２の金属との組み合わせによっては金属の電位の関係によりかえってサイドエッチングが促進されたり、第２の金属上に瞬時に酸化層を形成してしまい第１の金属のめっきが形成しにくくなったりする等の問題があった。

上記目的を達成するために、本発明は、絶縁性基板の少なくとも１面に第１、第２、第３の導電層を形成した配線基板であって、前記第１の導電層上面に第２の導電層を形成し、前記第１の導電層と前記第２の導電層との境界部の幅は、少なくとも前記第１の導電層表面が前記絶縁性基板との幅より小さくなっており、前記第３の導電層は前記第１、第２の導電層表面を被覆するように形成することを特徴とする配線基板である。これにより、第１の導電層の絶縁性基板との密着力を低下することなく配線基板の表面積を大きくすることができ、電気信号の通過方向に凹凸を形成せず、すなわち配線の距離を変えずに断面における配線基板の表面積を大きくできるものであり、特に電気信号の周波数が高くなることによる電気信号が表面を伝播するいわゆる表皮効果による遅延などを防止できる。

以上のように本発明は、配線の電気信号の通過方向に凹凸が形成されずかつ配線の距離を変えずに断面での表面積を大きくできるものであり、特に電気信号の周波数が高くなることによる電気信号が表面を伝播するいわゆる表皮効果により、等価抵抗を小さくすることができ、信号伝播の遅延などを防止できる。また、絶縁性基板と配線の密着強度を決める絶縁性基板と第１の導電層との間に隙間を生じることなく接着されているために、密着力が低下することがない。さらに、内層とは貫通孔に充填された導電層で電気的に接続されるばかりでなく、貫通孔が導電性材料で充填された表面が配線層で覆われているために、この部分の配線層上にも部品の搭載が可能となり、基板の面積を有効に活用できるものである。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、本発明の特に請求項１〜６の発明について、図面を参照しながら説明する。

図１〜６は本発明の実施の形態１における配線基板の製造方法の断面図であり、絶縁性基板の片方の面の貫通孔近傍を示している。

まず図１に示すように、セラミックや樹脂フィルムの他にアラミド樹脂やガラス等の絶縁性繊維として、例えばガラス繊維を縦糸と横糸として布状に織ったいわゆるガラスクロス（ガラス織布）２に、樹脂としてエポキシ樹脂を含浸させ、さらにガラスクロス２の両面に、例えば厚み５〜２０μｍのエポキシ層３を形成したガラスエポキシ基板である絶縁性基板１を形成する。この絶縁性基板１に、炭酸ガスレーザー等の光学的手法やドリル等の機械的手法によって、貫通孔４を形成する。

本発明において絶縁性基板１にガラスクロス２を使用した場合、縦方向や横方向の温度等による寸法変化がガラス繊維の物性値、すなわち熱膨張係数などで決まるため、寸法変化に対するパターンの位置設計や、別のパターンとの位置合わせが容易である。

そしてこの貫通孔４に、１〜５０μｍの銅粒子を樹脂に対して３０〜８０容量％混入したペースト状の導電性材料５を印刷やノズルからの噴射などによって充填する。ここで、エポキシ層３に１〜１００μｍのガラスやアルミナ等の絶縁性粒子を３０〜９０容量％混入すれば、貫通孔４に充填された導電性材料５の銅粒子が後工程でのプレスの圧力によってエポキシ層３に流出することを防止することができる。

次に、図２に示すように、貫通孔４に導電性材料５を充填した絶縁性基板１の少なくとも一面に埋め込むために、片面に粗化層を設けた第１の導電層７を、例えば真空熱プレスによって、粗化層６を設けた面を絶縁性基板１のエポキシ層３に埋め込み接着する。貫通孔４に導電性材料５を充填した絶縁性基板１の両面に配線パターンを形成する両面板の場合には、粗化層６を形成した第１の導電層７を絶縁性基板１の両面に設置して真空熱プレスすれば良い。

この真空熱プレスによって、接着界面に空気やガスなどの残留を防止することができる。このときの真空熱プレスの温度は１００〜２６０℃で、再度真空熱プレスする場合はエポキシ樹脂のガラス転移温度より低い温度１２０℃程度で、真空熱プレスを行わず完全にエポキシ樹脂を硬化させる場合にはガラス転移温度より高い２４０℃程度とする。

ここで、真空熱プレスによって貫通孔４に充填された導電性材料５が圧縮されるので、第１の導電層７の粗化層６は導電性材料５の導通抵抗を小さくすると共に、粗化層６の凹凸によって導電性材料５との接触面積を大きくして電気的な接続抵抗を小さくするばかりでなく、エポキシ層３に食い込んで引き剥がし強度を向上させることができる。

そのために粗化層６の凹凸は１〜１０μｍが特に効果があり、大きい方がよい。ただし、１０μｍを超えると後のエッチング工程においてサイドエッチングが大きくなり、くびれ部やパターン痩せなど形状変化を大きくするために微細化が困難になる。また、第１の導電層７の厚みは、０．５μｍ〜５μｍの厚みが望ましい。これは、所望のパターンめっきを形成した後の粗化層６及び第１の導電層７のエッチング工程において、所望のパターン周辺部での絶縁性基板１と粗化層６との界面でのエッチング形状を良好なものにするためである。

このような構造とすることで、通常の貫通孔４にめっきによって同程度の導通を得る方法に比べて、全層ＩＶＨ構造を可能とした多層基板の構成において、他の層の貫通孔位置に関わらずどこにでも層間導通を可能とし、特に外層に至っては部品実装場所を自由に選択することができる。

次に、図３に示すように、第１の導電層７の表面に、感光性樹脂８により所望パターンを形成しない領域にめっきのマスクを被着形成する。この感光性樹脂８は例えばドライフィルムレジストを加熱圧着、すなわちラミネート、あるいは液状レジストをスピンコートやロールコートなどで塗布して形成し、フォトマスクを用いて露光を行い、その後現像することによって容易に形成することができる。

この感光性樹脂８によるパターンは、１μｍ以下の誤差でマスクとほとんど同じ寸法に形成することが可能で、液体レジストであればドライフィルムレジストより薄くでき、１〜１０μｍの解像度が得られる。なお、感光性樹脂８の厚みは次の工程でのめっきの厚みより薄い方が、めっき工程後の感光性樹脂８の除去を容易にするために良い。

次に、図４に示すように、第１の導電層７上の感光性樹脂８でマスクされていない領域に、電気めっきによって例えば第１の導電層７と同じ金属材料の銅を用いて第２の導電層９を形成する。この電気めっきは、硫酸銅水溶液を主成分とするめっき液に光沢剤を添加することで、パターン寸法に依存せず厚みが均一に且つ平坦に形成できる。

また、電流密度を１０Ａ／ｄｍ²以下、望ましくは１〜６Ａ／ｄｍ²で行うことにより、基板内のめっきの厚みを均一かつ緻密に形成することができる。めっき後に、後のエッチング工程においてエッチング液に耐性のあるマスク層を形成しても良い。このマスク層としては一般的には半田が用いられるが、鉛の有害性に鑑みて錫やニッケル、アルミニウムなどを連続して電気めっき、あるいは１μｍ以下の厚みで蒸着やスパッタリングによって形成する。

一般に、電流密度によってめっきの結晶粒の大きさや密度が変わり、電流密度が小さいほど緻密に形成される。めっきの結晶粒は緻密である程エッチング速度が遅くなるため、結晶粒は小さい方がよい。

次に、図５に示すように、感光性樹脂８を除去することによって第１の導電層７を露出する。

その後、図６に示すように、露出した第１の導電層７および粗化層６をエッチング除去して所望の配線パターンを形成する。このエッチングの際に、第２の導電層９の表面にエッチングのマスク層を形成していれば、表面や角部にもマスクしているので、表面の形状変化が防止できる。エッチングは第１の導電層７の表面から始まり、粗化層６も含めてほぼ台形状で円弧状に側壁が形成される。

ここで、第１の導電層７と第２の導電層９との界面には、電気めっき工程前の自然酸化膜や極微小な汚染等の介在層や金属結晶の不連続性によって境界が生じている。このため、エッチング時において、第１の導電層７と第２の導電層９との境界に沿って第２の導電層９もエッチングが進行するため、図６のようなくびれ部１０が形成される。このくびれ部１０は断面の配線表面積を大きくするものであり、１００ＭＨｚ以上の高い周波数で表皮効果によりインピーダンスを低下できるので、周波数が高い程効果は大きい。また、第１の導電層７および第２の導電層９それぞれの形成条件によって、形成される結晶粒の大きさおよび密度が異なるので、結晶粒の大きさおよび密度を制御することができ、結果として、くびれ部１０の形状を制御することができる。

次に、図７に示すように、第１の導電層７と第２の導電層９の表面を覆うように、無電解めっきによって第３の導電層１１を、例えばニッケルを１〜１０μｍ好ましくは２〜７μｍ形成する。このとき、第１の導電層７と第２の導電層９との境界部に形成されたくびれ部１０を覆って第３の導電層１１を形成する。この第３の導電層１１は双方の層表面に強固に密着して形成されるため、第１の導電層７と第２の導電層９とが界面で剥離することを防止することができる。なお、第３の導電層１１の表面に、部品や半導体実装や信頼性向上のために金１２をニッケルと連続して無電解めっきによって形成しても構わない。

なお、本実施の形態では、絶縁性基板１として、絶縁性繊維を布状に織った織布のかわりにアラミド樹脂等の樹脂繊維を紙状にしたいわゆる不織布にエポキシを含浸させたものであれば、プレスによる圧力でアラミド繊維の不織布が圧縮により縮むので、導電性材料５がより強く圧縮され、結果として銅粒子の接触が改善されて低抵抗の接続が得られる。

また、貫通孔４の周辺が密集するアラミド繊維で覆われているため、貫通孔４に充填された導電性材料５の銅粒子が流れ出すのを防止して、貫通孔４の両面の第１の導電層７と導電性材料５との電気的接続や、その信頼性を良好なものとすることができる。また、絶縁性基板１としてポリイミドや液晶ポリマーなどのフィルムであれば厚みが７０μｍ以下の薄い基板とすることも可能で、ＹＡＧレーザーによって容易に貫通孔４の形成も可能である。

なお、第１の導電層７及び粗化層６は、樹脂や金属等の別の基板に蒸着やめっきで形成したものを用いて真空熱プレスした後に、別の基板を機械的に剥離、またはエッチング除去するなどの転写によっても形成できる。この場合第１の導電層７となる銅等の金属を、蒸着やめっきによって均一に形成した後に、電気めっきの電流を大きくした異常めっき現象により粒子を形成して凹凸を付与、あるいは溶融した金属を吹き付ける溶射によって凹凸を付与して粗化層６を形成したりすることも可能である。

また、通常用いられている１２〜１８μｍの第１の導電層７を形成すべき銅箔の片面に粗化層６を付与した片面粗化銅箔を、真空熱プレスした後に硫酸および過酸化水素の混合液を主成分とするエッチング液等によって、表面からエッチングして所望の厚みに形成してもかまわない。他に別の金属例えばアルミニウムに２μｍ程度の銅箔及びその表面に粗化層をめっき形成したものや、３〜５μｍ程度の粗化銅箔を別の銅箔に接着して強度を持たせたいわゆるキャリア付き銅箔をプレスしても構わない。

以上のように、本実施の形態によれば、絶縁性基板と配線の密着強度を決める絶縁性基板と第１の導電層との間に隙間を生じることなく接着しているために、密着力が低下することがない。さらに、内層と貫通孔に充填された導電性材料で電気的に接続されるばかりでなく、貫通孔が導電性材料で充填された表面が配線層で覆われているために、この部分の配線上にも部品の搭載が可能であるため基板の面積を有効に活用できるものである。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態について、本発明の特に請求項７の発明について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。

図８〜１５は本発明の実施の形態２における配線基板の製造方法の断面図で、絶縁性基板の片方の面の貫通孔近傍を示している。

まず、図８に示すように、実施の形態１と同様に形成した絶縁性基板１に、炭酸ガスレーザー等の光学的手法やドリル等の機械的手法によって貫通孔４を形成する。そしてこの貫通孔４に、１〜５０μｍの銅粒子を樹脂に対して３０〜８０容量％混入したペースト状の導電性材料５を、印刷やノズルからの噴射などによって充填する。

次に、図９に示すように、絶縁性基板１の表面に粗化処理を施し、粗化層６を形成する。この粗化層６はよく知られているアルカリ系溶液による方法や、別の凹凸を有するものの転写によりレプリカにより形成する方法によって可能であるが、貫通孔４に充填した導電性材料５の導電性粒子を露出することが後に形成する第１の導電層７との電気的な接続において重要である。

その後、図１０に示すように、絶縁性基板１表面の粗化層６に、無電解めっきによって第１の導電層７として例えば銅を被着形成する。この無電解めっきによる第１の導電層７は、粗化層の凹凸より厚くかつ後のエッチング工程でのサイドエッチングが大きくならない程度に形成する。具体的には０．５〜３μｍが望ましい。この無電解めっきによって、基材上に均一な導電層を形成することができるので、安定してエッチングを実施することが可能となる。

次に、図１１に示すように、第１の導電層７の表面に感光性樹脂８により、所望パターンを形成しない領域にめっきのマスクを被着形成する。

その後、図１２に示すように、第１の導電層７上の、感光性樹脂８でマスクされていない領域に、電気めっきによって、例えば第１の導電層７と同じ金属材料の銅を用いて第２の導電層９として形成する。この電気めっきにおいて電流密度などの形成条件によって、銅の結晶粒の大きさなどのエッチング速度因子を変えることも可能である。

次に、図１３に示すように、感光性樹脂８を除去することによって第１の導電層７を露出した後、図１４に示すように、露出した第１の導電層７および粗化層６をエッチング除去して所望の配線パターンを形成する。このとき、無電解めっきによる第１の導電層７を厚く被着形成しているため、第１の導電層が薄い場合に発生するような、第１の導電層７と絶縁性基板１との界面での第１の導電層７のエッチングの促進により、絶縁性基板１の表面と第１の導電層７との界面に隙間が形成されることはない。

エッチングは第１の導電層７の表面から始まり、粗化層６も含めてほぼ台形状で円弧状に側壁が形成され、第１の導電層７と第２の導電層９との境界において境界に沿って第２の導電層９もエッチングが進行し、くびれ部１０が形成される。このくびれ部１０は断面の配線表面距離を大きくし、実施の形態１で説明した如く高周波特性を改善するものである。

次に、図１５に示すように、第１の導電層７及び第２の導電層９の表面を覆うように、第３の導電層１１として、例えばニッケルを無電解めっきによって１〜１０μｍ、好ましくは２〜７μｍ形成する。このとき、第１の導電層７と第２の導電層９との境界部のくびれ部分を覆って形成する。しかも双方の層表面に強固に密着されるため、第１の導電層７と第２の導電層９とが界面で剥離することを防止するものでもある。なお、第１の導電層７、第３の導電層１１の表面には、さらに部品や半導体実装や信頼性向上のために、金１２をニッケルと連続して無電解めっきによって形成しても構わない。

以上のように、本実施の形態によれば、絶縁性基板表面を粗化処理して、第１の導電層を無電解めっきによって形成すれば、粗化状態を制御することによって密着強度を制御し、電気めっきによる第２の導電層とのエッチング速度を変えることで、第１の導電層と第２の導電層とでくびれ部の形状の制御が可能な、かつ微細なパターンによる高周波特性の優れた配線基板を得ることができる。また、絶縁性基板表面の粗化層に、無電解めっきによって第１の導電層を被着形成することによって、基材上に均一な導電層を形成することができるので、安定したエッチングを実施することが可能となる。

本発明は、配線の電気信号の通過方向は凹凸が形成されず、かつ配線の距離を変えずに断面での表面積を大きくできるもので、特に電気信号の周波数が高くなることにより電気信号が表面を伝播する、いわゆる表皮効果により等価抵抗を小さくすることができ、信号伝播の遅延などを防止できる。

本発明の実施の形態１における配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図本発明の実施の形態２における配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図同配線基板の製造方法を示す工程断面図

符号の説明

１絶縁性基板
２ガラスクロス
３エポキシ層
４貫通孔
５導電性材料
６粗化層
７第１の導電層
８感光性樹脂
９第２の導電層
１０くびれ部
１１第３の導電層
１２金めっき

Claims

絶縁性基板の少なくとも１面に第１、第２、第３の導電層を形成した配線基板であって、前記第１の導電層上面に第２の導電層を形成し、前記第１の導電層と前記第２の導電層との境界部の幅は、少なくとも前記第１の導電層表面が前記絶縁性基板との幅より小さくなっており、前記第３の導電層は前記第１、第２の導電層表面を被覆するように形成することを特徴とする配線基板。
第１の導電層または第２の導電層のいずれか一方が側壁部から内部にくびれて形成され、且つ少なくとも第３の導電層は第１、第２の導電層表面を被覆して形成することを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
絶縁性基板は導電性材料を充填した貫通孔を有し、前記導電性材料と第１の導電性層とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
絶縁性基板に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に導電性材料を充填する工程と、前記貫通孔を含む絶縁性基板表面に第１の導電層を形成する工程と、この第１の導電層表面に所望パターンの配線と反転するめっきマスク層を形成する工程と、めっきにより前記第１の導電層表面の所望パターン領域に第２の導電層を形成する工程と、前記めっきマスク層を除去する工程と、少なくとも前記第２の導電層との界面のパターン幅が前記絶縁性基板と接する面のパターン幅より小さくなる様に前記第１の導電層をエッチングする工程と、前記第１、第２の導電層表面を被覆するように第３の導電層を形成する工程とを有する配線基板の製造方法。
絶縁性基板に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に導電性材料を充填する工程と、前記貫通孔を含む絶縁性基板表面に第１の導電層を形成する工程と、この第１の導電層表面に所望パターンの配線と反転するめっきマスク層を形成する工程と、めっきにより前記第１の導電層表面の所望パターン領域に第２の導電層を形成する工程と、前記めっきマスク層を除去する工程と、前記第１、第２の導電層を側壁部から内部にエッチングすることによりくびれ部を形成する工程と、前記第１、第２の導電層表面に第３の導電層を形成する工程とを有する配線基板の製造方法。
第１の導電層を形成する工程において、この第１の導電層の少なくとも一方の面に粗化層を設け、この粗化層を絶縁性基板にプレスする請求項４に記載の配線基板の製造方法。
第１の導電層を形成する工程において、貫通孔を含む絶縁性基板の表面を粗化し、この絶縁性基板の表面に無電解めっきにより前記第１の導電層を形成する請求項４に記載の配線基板の製造方法。