JP2006093650A - 無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ビアオープン、及びフラッシュエッチングによって形成されるアンダーカットを防止して高密度の微細回路パターンを実現することが可能な、パッケージ基板の方法を提供する。
【解決手段】 所定のマスキング工程によって内層回路パターンが形成されたペース基板を製作する段階と、前記ベース基板上に、層間電気的絶縁を行う絶縁層を形成する段階と、絶縁層に対して層間電気的導通を行うビアホールを形成する段階と、前記ビアホールの形成された絶縁層上にシード層を形成する段階と、所定のマスキング工程によって前記シード層上に外層回路パターンを形成する段階とを含み、前記シード層は、ビアオープン、及び外層回路パターンに発生するアンダーカットを防止するために部分的、選択的にフラッシュエッチングされる。
【選択図】図３ｎ

Description

本発明は、無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造方法に係り、より具体的には、パッケージ基板を構成する外層回路パターンに対するシード層(seed layer)として無電解ニッケルメッキ層を用いることにより、ビアホールオープン及び外層回路パターンに発生するアンダーカットを防止して高密度の微細回路パターンを実現するパッケージ基板の製造方法に関する。

プリント回路基板(Printed Circuit Board；ＰＣＢ)は、フェノール樹脂絶縁板またはエポキシ樹脂絶縁板などの片面に銅などの薄板を付着させた後、回路の配線パターンにしたがってエッチング（線状の回路のみを残して腐食させて除去する）して必要な回路を構成し、部品を付着搭載させるためのホールを開けて製造する。
すなわち、前記プリント回路基板は、配線パターンを介して実装された部品をお互い電気的に連結して電源などを供給すると同時に、部品を機械的に固定させる役割を行う。

最近、プリント回路基板の技術分野において、移動通信機器とデジタル家電市場を中心として産業用機器、事務用機器、通信機器、放送機器、携帯型コンピュータなどいろいろの分野へ小型化及び薄型化が急激に拡散するにつれて、マイクロＢＧＡ(Ball Grid Array)、ＴＣＰ(Tape Carrier Package)、ＣＳＰ(Chip Size Package)などのパッケージ技術が発展してきた。このようなパッケージ技術の発展と連動して、チップの実装されるパッケージ基板の製作方法が注目を浴びている。

以下、図１及び図２を参照して、従来のビルドアップ方式によって実現されるパッケージ基板の構成について詳細に説明する。

上述したようなパッケージ基板の製造方法の一つとして、ビルドアップ方式、より具体的には、所定の内層回路パターン１１が形成されたベース基板１０上に、絶縁層２０を介在させた追加的なマスキング工程を行って多数の外層を積層させるビルドアップ方式が、パッケージ基板の製作に用いられている。

すなわち、前記ビルドアップ方式を用いたパッケージ基板の製作方法は、銅張積層板に対する所定のマスキング工程によって、内層回路パターン１１の形成されたベース基板１０上に絶縁資材をビルドアップ方式で塗布して絶縁層２０を形成する。

その後、ベース基板１０上に形成された絶縁層２０に対してレーザ加工を施し、層間電気的接続を行うビアホール３０を形成した後、前記ビアホール３０の形成された絶縁層２０に外層回路パターンを形成するためのシード層としてメッキ層４０を形成する。

この際、高密度の微細回路パターンを形成するためには、前記シード層を構成するメッキ層４０は薄く形成されなければならず、また、ビアホール３０に形成されるメッキ層４０は絶縁層２０の表面に形成されるメッキ層４０の厚さより薄く形成されなければならない。これにより、図１に示すように、内層回路パターン１１と後述の外層回路パターンとを連結するビアホール３０にオープン領域５０が形成された。

また、上述したように、特許文献１に開示されている従来のパッケージ基板の製造方法は、前記シード層を構成するメッキ層４０が、外層回路パターン６０と同一の性質を有する銅で形成されることにより、図２に示すように、外層回路パターン６０以外の領域に形成されたメッキ層４０に対するエッチングを行うとき、エッチング液は、シード層として動作するメッキ層４０及び外層回路パターン６０に対する同時エッチングを行い、これにより外層回路パターン６０に対する損傷だけでなく、前記外層回路パターン６０の下面にアンダーカット７０を発生させた。

上述したように、外層回路パターン６０を実現するためにシード層として用いられる銅箔層４０に、前記外層回路パターン６０と同一の性質を有する銅箔を使用することにより、従来のパッケージ基板の製作方法では、シード層として動作する銅箔層４０の厚さを低減させ、微細回路実現パターンに行くほどビアオープン(Via open)５０及び亀裂放置などの問題点が発生した。

また、従来のパッケージ製作方法では、シード層として動作する銅箔層４０に対するエッチングの際に外層回路パターン６０も同時にエッチングされ、下面にアンダーカット(undercut)７０が発生して層間剥離(delamination)現象をもたらし、これによりパッケージ基板に対する信頼性を低下させるという問題点があった。
大韓民国出願公開第２００３−７３９１９号

そこで、本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、無電解ニッケルメッキによって外層回路パターンに対するシード層を形成することにより、ビアオープン、及びフラッシュエッチングによって形成されるアンダーカットを防止して高密度の微細回路パターンを実現することが可能な、パッケージ基板の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、所定のマスキング工程によって内層回路パターンが形成されたペース基板を製作する段階と、前記ベース基板上に、層間電気的絶縁を行う絶縁層を形成する段階と、絶縁層に対して層間電気的導通を行うビアホールを形成する段階と、前記ビアホールの形成された絶縁層上にシード層を形成する段階と、所定のマスキング工程によって前記シード層上に外層回路パターンを形成する段階とを含み、前記シード層は、ビアオープン、及び外層回路パターンに発生するアンダーカットを防止するために部分的、選択的にフラッシュエッチングされる、無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造方法が提供される。

本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造方法は、既存の無電解銅メッキを用いた厚いシード層の代わりに、無電解ニッケルメッキを用いたシード層を形成することにより、パッケージ基板の軽薄短小化及び高密度の微細回路を実現する効果を提供する。

また、本発明は、シード層と回路層にお互い異なる物質を用いることにより、シード層に対するエッチング処理の際に発生したビアオープン、アンダーカット現象及び層間剥離現象を防止して信頼性を大きく増大させる効果を提供する。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造方法について詳細に説明する。

まず、図３ａに示すように、絶縁層１１１を挟んで両面に薄膜の銅箔１１２が形成された銅張積層板（ＣＣＬ：Copper Clad Laminate）１１０を提供する。

ここで、銅張積層板１１０は、一般にプリント回路基板が製造される原板であって、絶縁層１１１に薄く銅箔１１２を被覆した構造を有する。

この際、銅張積層板は、その用途によってガラス／エポキシ銅張積層板、耐熱樹脂銅張積層板、紙／フェノール銅張積層板、高周波用銅張積層板、フレキシブル銅張積層板（ポリイミドフィルム）及び複合銅張積層板などいろいろのものがあるが、両面ＰＣＢ及び多層ＰＣＢの製作には主にガラス／エポキシ銅張積層板が用いられる。また、銅箔１１２の厚さは通常１８〜７０μｍ程度であるが、配線パターンの微細化に応じて５μｍ、７μｍ、１５μｍにすることもできる。

その後、図３ｂに示すように、前記銅張積層板１１０にドリル加工を行ってビアホール１１３を形成する。

ここで、ビアホール１１３は、層間電気的接続を行うために形成されるものであって、ドリル加工以後、デバリング(Deburring)及びデスミア(Desmear)の工程によって、ビアホールの加工中に発生する各種汚染と異物を除去する。

上述したように、銅張積層板に層間電気的接続を行うビアホール１１３を形成した後、図３ｃに示すように、前記銅箔層１１２及びビアホール１１３に対する無電解銅メッキ及び電解銅メッキを施して銅メッキ層１１４を形成する。

ここで、まず無電解銅メッキを施した後、電解銅メッキを施す理由は、絶縁層の上では電気が必要な電解銅メッキを施すことができないためである。
すなわち、電解銅メッキに必要な導電性膜を形成するために、その前処理として薄く無電解銅メッキを施す。無電解銅メッキは、処理が難しくて不経済的であるという欠点があるため、回路パターンの導電性部分は電解銅メッキで形成することが好ましい。

上述したように無電解及び電解銅メッキを施した後、図３ｄに示すように、ビアホール１１３の内壁に形成された無電解及び電解銅メッキ層１１４を保護するために、前記ビアホールの内部領域にペースト１２０を充填する。

ここで、ペースト１２０は、絶縁性のインク材質を使用することが一般的であるが、プリント回路基板の使用目的に応じて導電性ペーストも使用できる。導電性ペーストは、主成分がＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｂなどの金属を単独または合金の形で有機接着剤とともに混合されたものである。

その後、図３ｅに示すように、前記銅メッキ層１１４上に、内層回路パターンを形成するためのエッチングレジストパターン１３０を形成する。

ここで、エッチングレジストパターン１３０を形成するためには、アートワークフィルムにプリントされた回路パターンを基板上に転写しなければならない。転写する方法にはいろいろあるが、最も多く用いられる方法は、紫外線によって、アートワークフィルムにプリントされた回路パターンを感光性のドライフィルムに転写する方式である。

この際、回路パターンが転写されたドライフィルムは、エッチングレジストとしての役割を行う。前記ドライフィルムをエッチングレジスタとして用いてエッチング処理を行う場合、図３ｆに示すように、エッチングレジストパターン１３０の形成されていない領域のメッキ層１１４が除去されて所定形状の内層回路パターン１１５が形成されたベース基板を製作する。

上述したように所定形状の内層回路パターン１１５が形成されたベース基板を製作した後、図３ｇに示すように、ベース基板上にビルドアップ層を実現するための層間絶縁を行う絶縁層１４０を積層するが、前記絶縁層１４０は、一般に樹脂と補強基材との合成物質を使用する。

その後、図３ｈに示すように、前記絶縁層１４０上に、ベース基板に形成された内層回路パターン１１５と後述の外層回路パターンとを電気的に接続させる形状のブラインドビアホール１５０を形成する。

この際、前記ブラインドビアホール１５０の形成は、機械的ドリリングを用いることもできるが、貫通ホールを加工するときより精密な加工を要するので、ＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)レーザまたはＣＯ_２レーザを用いることが好ましい。

ドリル加工以後にはデバリング作業とデスミア作業を行い、後述のシード層形成を容易にする。

デバリングは、ドリリング時に発生する銅箔のギザギザ及びホール内壁の粉塵と銅箔表面の埃、指紋などを除去し、同時に銅箔の表面に粗さを与えることにより、後続のメッキ工程でニッケルの密着力を高める。

デスミアは、ドリリング時に発生する熱によって、基板を構成している樹脂が融けてホールの内壁にくっ付くが、これを取り除く作業である。ホールの内壁にくっ付いている溶融樹脂は、ニッケルメッキの品質を低下させる決定的な作用をする。

上述したようにデバリング及びデスミア加工を行った後、図３ｉに示すように、前記絶縁層１４０に対する無電解ニッケルメッキを行って、外層回路パターンを形成するためのシード層１６０を形成する。

本発明の一具体例によれば、前記シード層を形成する過程は、クリナー＆コンディショナー(Cleaner & Conditioner)工程→触媒を用いた活性化処理工程→還元工程→無電解ニッケルメッキ工程→酸処理工程の順序で行われる。

まず、クリナー＆コンディショナー工程は、基板に残存する有機物を除去して湿潤性を良くするために行う工程であって、コロイド状の触媒を使用する場合、ガラス繊維に触媒の付着ができるように条件を与える。

触媒を用いた活性化処理工程は、樹脂上の化学ニッケル析出反応を活性化させるために必要な触媒として絶縁層に触媒剤を吸着させるが、触媒剤としてＰｄ−Ｓｎコロイド（酸性）またはＰｄイオン錯体（アルカリ：９．５≦ｐＨ≦１０．５）を使用する。付着したＰＤイオンは後続工程の還元過程で金属に還元される。

還元過程は、実際触媒として作用するＰｄ金属を得るための工程であって、Ｐｄ−Ｓｎコロイドを使用する場合には、過量のＳｎが溶解除去されてＳｎ^２＋が酸化しながらＰｄ^２＋が還元されて金属Ｐｄが露出し、Ｐｄ錯体を使用する場合には、Ｐｄ^２＋が還元されて金属が析出する。

無電解ニッケルメッキ工程は、約ｐＨ７〜１２のアルカリ性をもって約２５〜７０℃の温度で加熱された無電解ニッケルメッキ液に基板を約１〜１０分間沈殿させて行う。

最後に、酸処理工程は、無電解ニッケルメッキ液を通過した基板を酸で中和させ、後続の工程で使用される電気銅メッキ液と同一の液性を呈するようにする。

上述したように形成されたシード層１６０は、０．２〜２．０μｍの厚さ、好ましくは０．７μｍ以上の厚さを持ちながら、図４に示すように、内層回路パターン１１５と電気的接続を行うビアホール１５０にオープン領域を設けない。

また、シード層１６０は、後述の外層回路パターン１８０を構成する部材の銅とは異なるニッケルＮｉを用いた無電解メッキによって形成される。これにより、外層回路パターン１８０の形成後、シード層１６０に対する部分的または選択的なフラッシュエッチングが可能である。

ここで、前記シード層１６０を形成する金属は、ニッケルＮｉにのみ限定されるのではなく、外層回路パターン１８０を構成する金属の銅とは異なる金属及び金属酸化物、より具体的にはＳｎまたはＳｎＯなどを用いてもよいという点に留意すべきである。

したがって、所定のマスキング工程によってシード層上に外層回路パターンを形成した後、前記シード層に対する部分的または選択的なフラッシュエッチングを行う場合、図５ａ及び図５ｂに示すように、前記シード層１６０によって外層回路パターン１８０に対するアンダーカットを防止して信頼性のある外層回路パターン１８０を実現することができる。

図５ａはエッチング前のシード層１６０上に形成された外層回路パター１８０の断面図、図５ｂは所定のエッチング液によって選択的または部分的にシード層１６０に対するフラッシュエッチングを行って形成された外層回路パターン１８０の断面図である。

上述したように、絶縁層上に、オープンビア及び外層回路パターンに形成されるアンダーカットを防止するためのシード層を形成した後、図３ｊに示すように、前記シード層１６０上にレジストパターン１６１を形成する。

この際、レジストパターン１６１を形成するためには、アートワークフィルムにプリントされた回路パターンを基板上に転写しなければならない。転写方法にはいろいろあるが、最も多く使用される方法は、紫外線によって、アートワークフィルムにプリントされた回路パターンを感光性のドライフィルムに転写する方式である。最近は、ドライフィルムの代わりにＬＰＲ(Liquid Photo Resist)を使用することもある。

上述したようにレジストパターン１６１の形成後、図３ｋに示すように、外層回路パターンを形成するための電解銅メッキ１７０を行う。

この際、基本液の組成をＣｕ^２＋と、メッキ液の伝導度を向上させるためのＨ_２ＳＯ_４と、メッキの促進剤の役割をし、溶解性アノードの場合にブラックフィルムの形成に役に立つＣｌ⁻と、メッキの成長を促進させるための光沢剤と、メッキの成長を抑制するための平滑剤などから構成し、電解銅メッキを行う。

その後、図３ｌに示すように、外層回路パターンが形成されるべき領域ではない他の領域に塗布されたレジストパターン１６１を剥離させ、所定形状の外層回路パターン１８０を形成すると同時にシード層１６０をオープンさせる。

上述したようにシード層１６０に対するオープンを行った後、図３ｍに示すように、前記オープンされたシード層１６０に対して所定のエッチング液、より具体的には外層回路パターン１８０に対するエッチングは行わず、オープンされたシード層１６０のみをエッチングするエッチング液を用いてシード層１６０を除去することにより、所定形状の外層回路パターン１８０を最終的に形成する。

その後、図３ｎに示すように、外層回路パターン１８０を保護すると同時に半田付け工程で外層回路パターン１８０間の半田ブリッジ現象を防止するＰＳＲインク(Photo Imageable Solder Resist Mask Ink)１９０を塗布させることにより、無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板を最終的に完成する。

以上、本発明を好適な実施例を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱することなく、本発明を様々に修正及び変更することができることを理解できよう。

従来のパッケージ基板のオープンビアホールの拡大断面図である。 従来のパッケージ基板の回路パターンの下部に形成されるアンダーカットの拡大断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキによって形成されるビアホールの拡大断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキによって形成される回路パターンの断面図である。 本発明に係る無電解ニッケルメッキによって形成される回路パターンの断面図である。

符号の説明

１１０ 銅張積層板
１１１ 絶縁層
１１２ 銅箔
１１３ ビアホール
１１４ メッキ層
１１５ 内層回路パターン
１２０ ペイスト
１３０ エッチングレジストパターン
１４０ 絶縁層
１５０ ブラインドビアホール
１６０ シード層
１６１ レジストパターン
１７０ メッキ層
１８０ 外層回路パターン
１９０ ＰＳＲインク

Claims (7)

1. 所定のマスキング工程によって内層回路パターンが形成されたペース基板を製作する段階と、
   前記ベース基板上に、層間電気的絶縁を行う絶縁層を形成する段階と、
   前記絶縁層に対して層間電気的導通を行うビアホールを形成する段階と、
   前記ビアホールの形成された前記絶縁層上にシード層を形成する段階と、
   前記のマスキング工程とは別のマスキング工程によって前記シード層上に外層回路パターンを形成する段階とを含んでなることを特徴とする無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造方法。
2. 前記ベース基板を製作する段階は、
   銅張積層板に対するドリル加工を施し、層間電気的接続を行うビアホールを形成する段階と、
   前記ビアホールの形成された銅張積層板に対する無電解及び電解銅メッキを行ってメッキ層を形成する段階と、
   前記メッキ層を、紫外線照射によって硬化処理されるドライフィルム（Ｄ／Ｆ）で被覆する段階と、
   前記ドライフィルム上に、所定の回路パターンが形成されたアートワークフィルムを整合させる段階と、
   前記アートワークフィルムを介した紫外線照射を行ってドライフィルムに対する硬化処理を行う段階と、
   前記紫外線照射によって硬化処理されていないドライフィルムを除去することによりオープンされたメッキ層をエッチング処理する段階と、
   前記エッチング処理の施されていないメッキ層を被覆するドライフィルムを除去して所定の内層回路パターンを形成する段階とを含んでなることを特徴とする請求項１記載の無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造方法。
3. 前記シード層はニッケルを用いた無電解メッキによって形成されることを特徴とする請求項１記載の無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造方法。
4. 前記シード層は錫（Ｓｎ）及び錫酸化物（ＳｎＯ）を用いた無電解メッキによって形成されることを特徴とする請求項１記載の無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造方法。
5. 前記シード層は０．２〜２．０μｍの間の厚さで無電解メッキされることを特徴とする請求項１記載の無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造方法。
6. 前記外層回路パターンを形成する段階は、
   前記シード層を、紫外線照射によって硬化処理されるドライフィルム（Ｄ／Ｆ）で被覆する段階と、
   前記ドライフィルム上に、所定の回路パターンが形成されたアートワークフィルムを整合させる段階と、
   前記アートワークフィルムを介した紫外線照射を行ってドライフィルムに対する硬化処理を行う段階と、
   前記紫外線照射によって硬化処理されていないドライフィルムを除去して前記シード層をオープンさせる段階と、
   前記オープンされたシード層に対する無電解及び電解銅メッキを行ってメッキ層を形成する段階と、
   前記メッキ層が形成された領域以外に存在するドライフィルムを除去して所定の外層回路パターンを形成する段階と、
   前記外層回路パターンが形成されていない残り領域に存在するシード層をエッチング処理して除去する段階とを含んでなることを特徴とする請求項１記載の無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造方法。
7. 前記シード層は外層回路パターンに対するアンダーカットの発生を防止するために部分的、選択的にフラッシュエッチングされることを特徴とする請求項６記載の無電解ニッケルメッキを用いたパッケージ基板の製造方法。
   
   
   

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