JP2006295039A - 回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電体の側面や裾部の侵食を少なくして導電体の絶縁性基板への接着強度を高めること。
【解決手段】絶縁性基板３の少なくとも一表面に所望のパターンの第１導電性層１１を形成し、次に絶縁性基板３の表面における第１導電性層１１外部分に第２導電性層１２を形成し、その後第１導電性層１１の表面に金属イオンを電気めっきすることにより導電体１３を形成し、さらに第２導電性層１２をエッチング除去する回路基板の製造方法であって、第２導電性層１２は第１導電性層１１と電気的に接続するとともに、金属イオンでは電気鍍金が困難な材料で、かつ第２導電性層１２を選択的にエッチング除去することができる材料であることを特徴とする回路基板の製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、回路基板の製造方法に関するものである。

以下、従来の回路基板の製造方法について、図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）〜（ｃ）により説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、ガラス繊維により構成した基板繊維１ａ表裏面に、エポキシ樹脂層２ａを形成し、その表面に銅箔４ａを被着形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、銅箔４ａの表面エッチング時の溶解速度を増加させる触媒５ａとして、例えば貴金属などの粒子を形成する。その後、図４（ｃ）に示すように、触媒５ａを形成した銅箔４ａの表面に、露光現象によりめっきマスクとなる感光性樹脂６ａのマスクパターンを形成する。次に図５（ａ）に示すように、感光性樹脂６ａのマスクパターンで選択した部分に電気めっきや化学めっきによって導電体７ａを形成する。その後、図５（ｂ）に示すように、感光性樹脂６ａを除去して導電体７ａのパターンを露出させる。次に、図５（ｃ）に示すように、銅箔４ａの導電体７ａ外部分の銅箔４ａ及び触媒５ａをエッチング処理により除去して、絶縁性基板３ａ表面のエポキシ樹脂層２ａの導電体７ａ外部分を露出する。

なお、この出願に関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。
特開平５−１７５６４０号公報

しかしながら、このような従来の構成では、導電体７ａの絶縁性基板３ａへの接着強度が低いことが問題となっていた。

すなわち図５（ｃ）に示すように、導電体７ａ外部分の不要な銅箔４ａをエッチングにより除去する際、導電体７ａの側部や裾部のめっき侵食が発生する恐れがあった。

そもそも、銅箔４ａの表面に形成した触媒５ａは、導電体７ａを形成した後に、導電体７ａ外部分の不要な銅箔４ａを選択的に除去することを促進することを目的としたものである。即ち、触媒５ａは導電体７ａにおける必要な部分のエッチング速度よりも、不要な銅箔４ａのエッチング速度を高めて、不要な部分のエッチングのみを選択的に行おうとするものである。

しかし、この触媒５ａにより銅箔４ａと導電体７ａとのエッチング時の溶融速度に差異があっても、銅箔４ａだけでなく銅で形成した導電体７ａも、結局はエッチング液によりエッチングされるため、選択的に不要な部分のみをエッチングすることはできない。

この結果として、導電体７ａの側部や裾部のめっき侵食を完全には防止することはできず、パターン痩せによる寸法や形状のばらつきを生んでしまう。これにより、導電体７ａの絶縁性基板３ａへの接着強度が低くなってしまう。

そこで本発明は、導電体の側面や裾部の侵食を少なくして導電体の絶縁性基板への接着強度を高めることを目的とするものである。

そして、この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一表面に所望のパターンの第１導電性層を形成し、次に前記絶縁性基板の表面における前記第１導電性層外部分に第２導電性層を形成し、その後前記第１導電性層の表面に金属イオンを電気めっきすることにより導電体を形成し、さらに前記第２導電性層をエッチング除去する回路基板の製造方法であって、前記第２導電性層は第１導電性層と電気的に接続するとともに、前記金属イオンでは電気めっきすることが困難な材料で、かつ第２導電性層を選択的にエッチング除去可能な材料により形成した回路基板の製造方法である。

本発明の製造方法により作成された回路基板は、導電体の側面や裾部の侵食が少なく、導電体の絶縁基板への接着強度が高いという効果を有する。

即ち、第１導電性層と第２導電性層とを異なる材料で形成し、まず選択的に第１導電性層上のみに導電体を金属めっきにより形成し、その後第２導電性層のみを選択的にエッチングすることができる。この結果として、導電体の側面や裾部がエッチングにより損なわれることなく導電体の側面や裾部がエッチングにより損なわれることなく導電体の側面や裾部を露出することができる。この結果として、回路基板の信頼性を高めることができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における回路基板の製造方法について図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）〜（ｄ）、図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の回路基板の製造方法を示す断面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、基板繊維１の両面に、厚さが、例えば、５〜２０μｍ程度のエポキシ樹脂層２を形成した絶縁性基板３を用意する。なお、本実施の形態１において、基板繊維１は、ガラス繊維を縦糸と横糸として布状に織ったガラス織布を用いるか、アラミド樹脂繊維を紙状にした、いわゆるアラミド不織布を用いることができる。

ガラス織布は、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、即ち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などが容易である。

また、基板繊維１として、アラミド不織布にエポキシ樹脂を含浸させたものを用いる場合、次の工程（図１（ｂ）参照）で第１導電性層１１を形成するためプレスする際、その圧力によりアラミド繊維の不織布が縮む。この縮んだアラミド繊維により、後述する穴８に充填した導電性材料９が強く圧縮される。この結果として、銅粒子の接触が改善され低抵抗に接続が得られる。

次に、図１（ａ）に示すように、絶縁性基板３に炭酸ガスレーザーなどの光学的手法やドリルなどの機械的手法によって穴８を形成する。そしてこの穴８に、１〜５０μｍの銅粒子を樹脂に３０〜８０容量％混入したペースト状に導電性材料９を印刷やノズルからの噴射などによって充填する。なお、導電性材料９の形成方法としては、まず、絶縁性基板３とは別の基板に導電性材料９を蒸着やめっきにより形成し、次に、この別の基板を絶縁性基板３にプレスし、その後、別の基板を機械的に剥離し、またはエッチング除去するという転写によって行っても良い。

また、穴８に充填した導電性材料９は、銅などの金属粒子を樹脂に混入したものを用いる。ここで、この混入比率と圧縮比率が重要である。この比率によっては導電性材料９による層間接続の信頼性を低下させることがあるためである。即ち、樹脂の混入比率が高いと、金属粒子同士の接着が樹脂により妨げられるため、導電性材料９の抵抗値が高くなりすぎる。一方、樹脂量の混入比率が低いと、導電性材料９が硬くなり印刷時に穴８に充填しにくくなる。そこで、導電性材料９として銅を樹脂に混入したものを用いた場合、通常の混入比率は３０〜７０重量（ｗｔ）％であるが、本実施の形態１では、５０ｗｔ％とした。

ここで、本実施の形態における導電性材料９の圧縮比率について図３を用いて説明する。図３は本実施の形態の絶縁性基板３と第１導電性層１１を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、導電性材料９は、絶縁性基板３に設けた穴８に充填された後、図３（ｂ）に示すように、絶縁性基板３の表面及び裏面に配置した第１導電性層１１の上下方向からの真空熱プレスなどにより圧縮される。

このときの圧縮比率が低すぎると、絶縁性基板３の中の銅の粒子同士の接着が樹脂により妨げられ、導電性材料９の抵抗値が高くなりすぎる。一方、圧縮比率が高すぎると、導電性材料９が穴８の側壁から基板繊維１内に流れ出す可能性がある。そこで、図３（ａ）に示す穴８に充填した圧縮前の導電性材料９の厚み方向の高さ（Ｘ１）と、図３（ｂ）に示す圧縮後の導電性材料９の高さ（Ｘ２）との圧縮比率（Ｘ２／Ｘ１）は、通常、０．６〜０．９５程度であるが、本実施の形態においては、この圧縮比率（Ｘ２／Ｘ１）を０．８程度とした。

図１（ａ）に戻り、本実施の形態の回路基板の製造方法を説明すると、絶縁性基板３としてアラミド基板を用いた場合、穴８の周辺が密集するアラミド繊維で覆われているため穴８に充填した導電性材料９の銅粒子が流れ出すのを防止して、穴８の両面の第１導電性層１１と導電性材料９との電気的接続やその信頼性を良好なものとする。

また、エポキシ樹脂層２に１〜１００μｍ程度のガラスやアルミナなどの絶縁性粒子を３０〜９０容量％混入すれば、穴８に充填された導電性材料９の銅粒子が後工程（図３参照）でのプレスによる圧力によってエポキシ樹脂層２に流出することを防止する効果が得られる。

さらに、絶縁性基板３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さが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穴８を形成することも可能である。

次に、図１（ｂ）に示すように、粗化層１０を形成した第１導電性層１１を用意し、この粗化層１０が絶縁性基板３の中心方向に向くように配置する。その後、例えば、真空熱プレスによって粗化層１０をエポキシ樹脂層２に埋め込み接着する。この真空熱プレスによって接着界面に空気やガスなどが残留することを防止することができる。なお、真空熱プレスの際の温度は、後の工程で１００〜２６０℃により再度真空熱プレスする場合（例えば多層基板を形成する場合など）は、エポキシ樹脂のガラス転移点より低い１２０℃程度とすることが好ましい。また、後工程で真空熱プレスを行わず、完全にエポキシ樹脂層２を硬化させる場合は、ガラス転移点よりも高い２４０℃程度とすることが好ましい。

この粗化層１０は、その凹凸によって導電性材料９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、エポキシ樹脂層２に食い込んで引き剥がし強度を大きくする。なお、粗化層１０の凹凸は３μｍ以上であればこの効果は大きい。

その後、図１（ｃ）に示すように、第１導電性層１１表面に感光性樹脂６によるパターン形成を行う。この感光性樹脂６によるパターンは、例えば、ドライフィルムレジストを加熱圧着（ラミネート）することや、また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現像することなどによって容易に形成することができる。このような形成方法により、この感光性樹脂６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ある。なお、液状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、数μｍ程度の解像度を得ることができる。

次に、図１（ｄ）に示すように、感光性樹脂６のパターンをマスクとして第１導電性層１１の感光性樹脂６外部分、及び第１導電性層１１の感光性樹脂６外部分に対応する部分の粗化層１０を選択的にエッチング除去する。ここで、第１導電性層１１及び粗化層１０が回路基板に一般的に用いられる銅であるときは、塩化鉄や塩化銅により選択的にエッチングすることが可能である。また、塩化鉄や塩化銅より比重の小さいアンモニア錯体系や過硫酸塩類のエッチング液であれば、横方向のエッチング、即ちサイドエッチングを小さくすることが可能である。なお、第１導電性層１１は、後工程（図２（ｃ）参照）における導電体１３の形成において、めっき金属の析出とそのための通電ができればよく、特に厚い必要は無いため０．１μｍ以上であればよい。さらに、５μｍ以下とすることでエッチングによるサイドエッチを小さくし、フォトマスクに忠実な寸法を形成することができ、所望の寸法通りに仕上げることができる。

次に、図２（ａ）に示すように、絶縁性基板３の表面の第１導電性層１１外部分、及び感光性樹脂６のパターン上に第２導電性層１２を蒸着や印刷もしくは溶射などによって形成する。この第２導電性層１２は、第１導電性層１１と電気的に接続するとともに、第１導電性層１１を電気めっきする金属イオンでは電気めっきが困難で、かつ第２導電性層１２を選択的にエッチング除去可能な材料に形成する。

この第２導電性層１２の被着形成方法として、例えば蒸着法、特にスパッタリング蒸着を用いれば廻り込みが大きく膜厚制御も正確に可能で、エッチングによってパターン形成によって分離された第１導電性層１１及び粗化層１０を電気的に接続でき、後工程（図２（ｃ）参照）での導電体１３形成において電流供給のための通電を可能とする。

また、第２導電性層１２の材料は電気めっきによって、めっき物の金属イオンが析出しにくいものを用いる。つまり、第２導電性層１２は、空気中においてその表面に安定した絶縁物を形成するため電気めっきが困難となる金属を用いる。このような電気めっきが困難な金属としては、例えばアルミニウムやクロムやチタニウムなどが挙げられる。これらの金属はその表面がジンケート処理などの特殊な表面処理をしなければ、金属膜として十分に電気めっきが形成できないものである。

なお、これらの金属の表面は銅が全く析出しないわけではない。しかし、これらの金属は、析出したとしてもその析出速度が極端に遅い。しかも必着力も弱く、金属密度が小さく金属としての十分な組織として形成されないため、通常の銅のエッチング速度よりも数倍以上速い。従って、電気めっきによって第２導電性層１２表面に若干の銅が析出したとしても、その後に塩化第二鉄や塩化銅等の銅のエッチング液を希釈してエッチング速度を落とした溶液によって、第１導電性層１１やその表面の導電体１３（図２（ｃ）参照）の銅をほとんど損傷せずに第二導電体１２のみを容易に選択的に除去することもできる。

なお、本実施の形態１に用いる第２導電性層１２は、このような金属のうち、アルミニウムを用い、スパッタリング法によって感光性樹脂６表面も含めて厚さ０．１μｍ以上被着する。

次に、図２（ｂ）に示すように、感光性樹脂６を除去して第１導電性層１１表面を露出する。即ち、第２導電性層１２としては、絶縁性基板３の表面の第１導電性層１１外部分のみが残る。

このとき、第２導電性層１２の厚さが第１導電性層１１の厚さと同等以下であれば、感光性樹脂６を除去する除去液が、感光性樹脂６が形成されていない部分に浸透し、感光性樹脂６の側壁部から感光性樹脂６を除去する。この結果として、感光性樹脂６上の第２導電性層１２を、感光性樹脂６ごと同時に除去（リフトオフ）することができる。

その後、図２（ｃ）に示すように、第１導電性層１１の表面に導電体１３を形成する。即ち、導電体１３は、絶縁性基板３にパターン形成した第１導電性層１１と、この第１導電性層１１の下部の粗化層１０と、その両者を電気的に接続した第２導電性層１２との通電による電気めっきにより形成する。

なお、導電体１３は、第１導電性層１１と同じ銅であれば電気めっきも容易である。また、めっき物の金属イオンとして銅を用いる電気めっきであれば、硫酸銅系のめっき液でめっき焼けなど異常めっきが起こらない電流密度、例えば２Ｓ／ｄｍ²で行えば容易に形成することができる。

ここで、第２導電性層１２は電気めっきでジンケートなどの処理をしなければ銅イオンが析出しないアルミニウムであるために、選択的に第１導電性層１１表面のみに導電対１３を形成することができる。また、電気めっきの表面に、エッチングや異常めっきなどの粗化処理などを行っても構わない。

なお、めっき表面に光沢を持たせるための光沢剤や、液粘度を高くする粘度調整剤を添加しためっき液によれば、微細なパターンを形成する場合に、めっき液の入り込みが悪くなり、めっき液供給が不足する。このため、パターンの間隔の部分、即ち横方向には電気めっきによる銅イオンが析出しなくなり、厚さ方向にしか銅が析出しない。このことはパターン間隔が微細なほど、また、めっきの成長により厚さが厚くなるほど顕著となる。これを利用して微細なパターンでもショートさせることなく、感光性樹脂６などのマスクがなくても導電体１３を形成することができる。

次に、図２（ｄ）に示すように、第２導電性層１２のアルミニウムを塩酸や水酸化ナトリウム溶液によってエッチング除去する。この時、第１導電性層１１表面に電気めっきによって形成した銅の導電体１３は、これらのようなエッチング液によってエッチングされることはない。この結果として、第２導電性層１２のみを選択的にエッチングすることができる。また、塩酸や水酸化ナトリウムは液の粘度が低く浸透性が高い。このためパターン間の微細な間隔に入り込むことができる。従って、微細なパターンであっても第２導電性層１２のみを選択的にエッチング除去することができる。

なお、本発明の方法で形成した導電体１３のパターンは、絶縁性基板３の外層のみならず、絶縁性基板３を複数枚積層した多層基板における内層としても構わない。このような構造にすることで、多層基板において層間接続用の穴８が絶縁性基板３を貫通していない全層ＩＶＨ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｖｉａ ｈｏｌｅ）構造を可能とする。この構造により、多層基板の内層の層間導通させることができる。また、多層基板の最外層に至っては、穴８が絶縁性基板３を貫通していないため、穴８に邪魔されることが少なくなるので半導体や各種電子部品などを実装することで可能な領域が広がり、部品実装場所を自由に選択することができる。

このような構成により、導電体１３の側面や裾部がエッチングにより損なわれることなく導電体１３を形成することができ、回路基板の信頼性を高めることができる。

本発明の回路基板の製造方法は、導電体の絶縁性基板への接着強度を高めて回路基板の信頼性を高めるという効果を有し、各種電子機器等の回路基板において有用である。

（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態１における回路基板の製造方法を示す断面図 （ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態１における回路基板の製造方法を示す断面図 （ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態１における絶縁性基板と第１の導電性層を示す断面図 （ａ）〜（ｃ）は従来の回路基板の製造方法を示す断面図 （ａ）〜（ｃ）は従来の回路基板の製造方法を示す断面図

符号の説明

１ 基板繊維
２ エポキシ樹脂
３ 絶縁性基板
６ 感光性樹脂
８ 穴
９ 導電性材料
１０ 粗化層
１１ 第１導電性層
１２ 第２導電性層
１３ 導電体

Claims (12)

1. 絶縁性基板の少なくとも一表面に所望のパターンの第１導電性層を形成し、次に前記絶縁性基板の表面における前記第１導電性層外部分に第２導電性層を形成し、その後前記第１導電性層の表面に金属イオンを電気めっきすることにより導電体を形成し、さらに前記第２導電性層をエッチング除去する回路基板の製造方法であって、前記第２導電性層は第１導電性層と電気的に接続するとともに、前記金属イオンでは電気めっきすることが困難な材料で、かつ第２導電性層を選択的にエッチング除去可能な材料により形成した回路基板の製造方法。
2. 第１導電性層は銅箔により形成し、第２導電性層はアルミニウムにより形成した請求項１に記載の回路基板の製造方法。
3. 第２導電性層は塩酸又は水酸化ナトリウム溶液によってエッチング除去する請求項１に記載の回路基板の製造方法。
4. 絶縁性基板は少なくともガラス織布又はアラミド不織布に熱硬化性樹脂を含浸した請求項１に記載の回路基板の製造方法。
5. 絶縁性基板は穴を有し、この穴に導電性材料を充填した請求項１に記載の回路基板の製造方法。
6. 第１導電性層は絶縁性基板との接合面に粗化面を有する請求項１に記載の回路基板の製造方法。
7. 絶縁性基板の少なくとも一表面に第１導電性層を形成し、次にこの第１導電性層の表面に感光性樹脂を形成し、その後露光現象によって前記感光性樹脂を所望の形状にパターンニングし、次に前記感光性樹脂のパターンをマスクとして前記第１導電性層の前記感光性樹脂外部分を選択的にエッチング除去し、その後前記絶縁性基板の表面における前記第１導電性層外部分及び前記感光性樹脂のパターン上に第２導電性層を形成し、次に前記感光性樹脂を除去して前記絶縁性基板の表面の前記第２導電性層を前記第１導電性層外部分のみ残して除去し、その後前記第１導電性層の表面に金属イオンを電気めっきすることにより導電体を形成し、さらに前記第２導電性層をエッチング除去する回路基板の製造方法であって、前記第２導電性層は第１導電性層と電気的に接続するとともに、前記金属イオンでは電気めっきすることが困難な材料で、かつ第２導電性層を選択的にエッチング除去可能な材料により形成した回路基板の製造方法。
8. 第１導電性層は銅箔により形成し、第２導電性層はアルミニウムにより形成した請求項７に記載の回路基板の製造方法。
9. 第２導電性層は塩酸又は水酸化ナトリウム溶液によってエッチング除去する請求項７に記載の回路基板の製造方法。
10. 絶縁性基板は少なくともガラス織布又はアラミド不織布に熱硬化性樹脂を含有した請求項７に記載の回路基板の製造方法。
11. 絶縁性基板は穴を有し、この穴に導電性材料を充填した請求項７に記載の回路基板の製造方法。
12. 第１導電性層は絶縁性基板との接合面に粗化面を有する請求項７に記載の回路基板の製造方法。

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