JP2007142092A - Manufacturing method of high density wiring substrate, high density wiring substrate manufactured by using the method, electronic device and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小型携帯機器、高機能電子機器などに用いられる高密度配線基板分野に関するものである。デジタルカメラ、携帯電話のほか、バイオ、医療などに用いられる小型、高機能分野の電子装置、電子機器が含まれる。 The present invention relates to the field of high-density wiring boards used in small portable devices, high-performance electronic devices, and the like. In addition to digital cameras and mobile phones, small and highly functional electronic devices and electronic devices used in biotechnology and medicine are included.
現在、高密度配線基板の製造方法には、銅箔などの金属箔を用いてフォトケミカルエッチングするサブトラクティブ法、および銅めっきなどの導電性金属のめっきにより製造するアディティブ法がある。サブトラクティブ法ではケミカルエッチング用のレジストパターンをまずフォトプロセスを用いて形成する。その後塩化第二鉄などのエッチング水溶液によりエッチングして配線を形成し、最終的にレジストパターンを剥離して完成する。この製造プロセスを図1に示す。図1はサブトラクティブ法によるFPC(Flexible Printed Circuit)やTAB(Tape Automated Bonding)の製造プロセスを示している。FPCやTABは、通常薄い銅箔をポリイミドなどの樹脂フィルムにラミネートした材料を用いるため、連続巻取り方式による製造方法が用いられている。 Currently, high density wiring board manufacturing methods include a subtractive method of photochemical etching using a metal foil such as copper foil, and an additive method of manufacturing by conductive metal plating such as copper plating. In the subtractive method, a resist pattern for chemical etching is first formed using a photo process. Thereafter, the wiring is formed by etching with an aqueous etching solution such as ferric chloride, and the resist pattern is finally peeled off to complete. This manufacturing process is shown in FIG. FIG. 1 shows a manufacturing process of FPC (Flexible Printed Circuit) and TAB (Tape Automated Bonding) by the subtractive method. Since FPC and TAB usually use a material obtained by laminating a thin copper foil on a resin film such as polyimide, a manufacturing method using a continuous winding method is used.
図1(a)は電気絶縁性樹脂テープ9に金属箔10を貼り合わせた材料(以下MCL;Metal Clad Laminate と記述する)に感光性樹脂(以下フォトレジスト11と記述)を塗布するレジストコーティングプロセスを示す。MCL1の製法には銅箔などの金属箔を、接着材を用いてポリイミドなどの電気絶縁性樹脂テープ9からなるフィルムに貼り合わせる方法がある。またポリイミドフィルムなどに直接、蒸着やスパッタリングなどの気相成膜法で下地導電層をまず形成し、その後銅などの電気めっきにより導電層を厚くする方法でも製造されている。銅箔などの金属箔の厚さは通常10〜20μm、またポリイミドなどの電気絶縁性樹脂テープの厚さは20〜50μmである。このMCL材料は薄く、連続巻取りが容易であることから、通称リールツーリール方式の製造プロセスに適している。またこのMCL材料は、FPC用では幅200mm〜500mm、長さ100〜200m、またTAB用では幅35〜125mm、長さ50〜150mである。このMCL材料にフォトレジストコーター4を用いて、液状フォトレジストをコーティングする。フォトレジストのコーティング法には通常ローラーコーターが用いられるが、フォトレジストをドライフィル化し、加熱ロールを用いて貼り合わせる方法も用いられている。溶剤を含む液状フォトレジストでは、コーティング後に有機溶媒を乾燥させるベーキング工程が必要である。
これらのフォトレジストは、波長が例えば365nm、254nmの紫外線により硬化または分解する特徴がある。このために、フォトレジストのコーティング工程は、紫外線を含んだ自然光や照明灯などの光を遮断した部屋で行う必要がある。
FIG. 1A shows a resist coating process in which a photosensitive resin (hereinafter referred to as photoresist 11) is applied to a material (hereinafter referred to as MCL; Metal Clad Laminate) in which a
These photoresists are characterized by being cured or decomposed by ultraviolet rays having wavelengths of, for example, 365 nm and 254 nm. For this reason, the photoresist coating process needs to be performed in a room where natural light including ultraviolet rays or light such as an illumination lamp is blocked.
図2(b)は、フォトレジストを塗布したMCLに、フォトマスク露光機5を用いて露光を行っている工程を示す。この工程では微細なパターンを描画したフォトマスクを用いるので、無塵室内で行われる。この工程もまた、紫外線を含んだ自然光や照明灯などの光を遮断した部屋で行う必要がある。この工程で使用される露光機は非常に高価であるばかりでなく、超高圧水銀灯のランプ寿命が短く、ランニングコストの高いことが問題になっている。図1に示すように、フォトレジストコーティング(a)と露光(b)は連続ではなく別工程となっている。これは、コーティング工程が脱脂、酸洗などの湿式工程を含むために、精密光学機器である露光機を腐食環境から保護するのが目的である。
FIG. 2B shows a process of exposing the MCL coated with the photoresist using the
図1(c)は、現像工程を示す。現像は現像装置6によって行われる。フォトレジストには紫外線によって硬化するネガ型フォトレジスト、および紫外線によって分解するポジ型がある。現像工程は、ネガ型では光硬化していない部分のフォトレジストを、またポジ型では光硬化によって分解した部分のフォトレジストを溶解し除去するのが目的である。この現像工程は、現像液に界面活性剤やアルカリ、溶解助剤などを含む湿式プロセスとなっている。このため現像も、露光工程とは隔離された部屋で行われる。現像によりフォトレジストパターン12が形成される。
FIG. 1C shows the developing process. Development is performed by the developing device 6. There are negative photoresists that are cured by ultraviolet rays and positive photoresists that are decomposed by ultraviolet rays. The purpose of the development step is to dissolve and remove the photoresist that has not been photocured in the negative type and the photoresist that has been decomposed by photocuring in the positive type. This development process is a wet process in which a developer, a surfactant, an alkali, a dissolution aid, and the like are included. Therefore, development is also performed in a room separated from the exposure process. A
図1(d)はケミカルエッチングプロセスを示す。この工程はケミカルエッチング装置7により、塩化第二鉄などの酸化性の水溶液を用いて、銅箔などの金属箔を溶解除去するものである。ケミカルエッチング装置は強い酸化性の酸を用いるために、露光プロセスとは完全に隔離した部屋で行われる。
図1(e)は、フォトレジストの剥離工程を示す。剥離には高濃度のアルカリ水溶液を用いた剥膜装置8が使用される。このため剥離工程も、露光プロセスとは分離した独立ラインとなっている。
FIG. 1 (d) shows a chemical etching process. In this step, the metal foil such as copper foil is dissolved and removed by the
FIG. 1E shows a photoresist stripping process. For peeling, a
近年地球環境保護の観点から、温暖化の原因となるCO2の削減が大きく叫ばれている。このためには、製造プロセスを短縮し、また高価な装置を使わなくても製造可能な新製造プロセスの構築が強く望まれている。しかしながら、携帯電話、デジタルカメラなどの小型電子機器用の高密度配線基板においては、ますます搭載される電子部品の機能が向上し、より高密度な配線基板が必要になっている。
この高密度配線基板の技術課題を整理した文献には下記の非特許文献がある。この文献では、2014年までの高密度配線基板の配線幅、配線間隔のITRSのロードマップと、開発動向が示されている。
There are the following non-patent literatures as documents in which technical problems of the high-density wiring board are arranged. In this document, the ITRS roadmap of the wiring width and wiring interval of the high-density wiring board up to 2014 and the development trend are shown.
この文献に示されるように、配線基板には配線密度の向上のみでなく、信号処理速度アップに対応した精密配線が求められている。具体的には、伝送線路としての配線の幅の均一性や、配線間隔の一定性が重要となっている。このために露光機やケミカルエッチング装置は、露光解像度の向上や、エッチングのばらつきを抑制する高性能マシンの開発なども進められている。従来のフォトケミカルエッチングプロセスでは、以上説明したように、工程がすべて分離されているために歩留まりが悪く、高密度配線基板の製法に向いていない欠点がある。このために現在、フォトケミカルエッチングプロセスによる高密度配線基板の量産には限界が生じている。現在配線ピッチ限界は、裁断された枚葉式基板のプロセスで60μm程度、また長尺材料を巻き取りながら製造するTABでは30μmとなっている。 As shown in this document, the wiring board is required not only to improve the wiring density but also to provide a precision wiring that can cope with an increase in signal processing speed. Specifically, the uniformity of the width of the wiring as a transmission line and the uniformity of the wiring interval are important. For this reason, exposure machines and chemical etching apparatuses have been developed to improve exposure resolution and to develop high-performance machines that suppress variations in etching. As described above, the conventional photochemical etching process has the disadvantage that the process is separated and the yield is poor, which is not suitable for the manufacturing method of the high-density wiring board. For this reason, there is currently a limit to mass production of high-density wiring boards by the photochemical etching process. The current wiring pitch limit is about 60 μm in the process of a cut single-wafer substrate, and 30 μm in a TAB manufactured while winding a long material.
図1はケミカルエッチングを用いるサブトラクティブ方式による高密度配線基板の製造プロセスを示したが、銅めっきなどで配線を形成するアディティブ方式の製法でも問題は同じである。アディティブ法では、ケミカルエッチングの替わりに、現像の後に電気銅めっきを行うものであり、このほかの工程はサブトラクティブ法に類似の工程になっている。ただしセミアディティブ法では、使用するMCLはサブトラクティブ法と異なり、通常1.0μm程度の厚さの下地銅導電層を、気相成膜法や化学めっきでポリイミドフィルムなどの表面に形成した材料を用いる。この下地導電層は、電気銅めっきによる配線パターン形成後、フォトレジストの剥膜の後で化学溶解除去される。 FIG. 1 shows a manufacturing process of a high-density wiring board by a subtractive method using chemical etching, but the problem is the same even in an additive method in which wiring is formed by copper plating or the like. In the additive method, instead of chemical etching, electrolytic copper plating is performed after development, and other steps are similar to the subtractive method. However, in the semi-additive method, unlike the subtractive method, the MCL to be used is usually made of a material in which a base copper conductive layer having a thickness of about 1.0 μm is formed on the surface of a polyimide film or the like by vapor deposition or chemical plating. Use. The underlying conductive layer is chemically dissolved and removed after the formation of the wiring pattern by electrolytic copper plating and the stripping of the photoresist.
以上FPC、TABなどの電気絶縁性樹脂テープを用いる高密度配線基板の製法に関して説明したが、高密度配線基板の製法にはこのほかに、リジット配線基板の製法がある。リジット配線基板では、電気絶縁性樹脂にガラスエポキシなどの硬質の基板を用いる。このため製造プロセスはリールツーリール法ではなく、裁断された基板の搬送方式となっているが、リジット配線基板の製法は、基板搬送方式であるほかは、以上説明したFPC、TABの製造プロセスと基本的に同じである。 The method for manufacturing a high-density wiring board using an electrically insulating resin tape such as FPC or TAB has been described above. However, there are other methods for manufacturing a high-density wiring board including a rigid wiring board. In the rigid wiring substrate, a hard substrate such as glass epoxy is used as the electrically insulating resin. For this reason, the manufacturing process is not a reel-to-reel method, but a method of transporting a cut substrate, but the manufacturing method of a rigid wiring board is the same as the manufacturing process of FPC and TAB described above except for the substrate transport method. Basically the same.
本発明の解決しようとする課題は、背景技術で述べた従来技術の課題を解決することにある。発明が解決しようとする課題を以下に示す。
1)レジストコーティング、レジストパターン形成、ケミカルエッチング、剥膜、の一連の高密度配線基板製造プロセスを簡略化し、各工程の連結が可能な、高密度配線基板の新製造プロセスを提供すること。
2)製造プロセスの簡略化により、製造装置コストおよび製造設備コストの低減を図ること。
3)製品歩留まりの向上により、製造原価の低減を図ること。
4)製造プロセスの簡略化によるCO2の削減を達成すること。
5)高密度配線基板の配線密度をより高め、配線基板の小型化、軽量化を図ること。
6)高密度配線基板の高密度化、小型化、軽量化により、電子機器の高機能化、小型軽量化を図ること。
The problem to be solved by the present invention is to solve the problems of the prior art described in the background art. The problems to be solved by the invention are shown below.
1) To provide a new manufacturing process of a high-density wiring board that can simplify the series of high-density wiring board manufacturing processes of resist coating, resist pattern formation, chemical etching, and film peeling, and connect each process.
2) To reduce manufacturing equipment costs and manufacturing equipment costs by simplifying the manufacturing process.
3) Reduce production costs by improving product yield.
4) Achieve CO2 reduction by simplifying the manufacturing process.
5) To increase the wiring density of the high-density wiring board and to reduce the size and weight of the wiring board.
6) To increase the functionality, size and weight of electronic devices by increasing the density, size and weight of high-density wiring boards.
本発明の効果は下記の通りである。
1)レジストコーティング、レジストパターン形成、ケミカルエッチング、剥膜、の一連の製造プロセスの簡略化によって、各工程の連結が可能となる。このことによって、装置および設備の設置面積の縮小と並行して、一貫した製造プロセスの構築が可能になる。
2)製造プロセスの簡略化により、製造装置コスト及び製造設備コストの低減が可能となる。
3)製造プロセスの簡略化によって、高密度配線基板の製品歩留まりが向上し、製造原価低減を達成できる。
4)製造プロセスの簡略化により、製造プロセスから排出されるCO2を削減でき、地球環境の保護に貢献できる。
5)高密度配線基板の配線密度の一層の高密度化により、配線基板の小型化、軽量化を図ることができる。従来のフォトケミカルエッチングでは、配線幅15μm、配線ピッチ30μmが限界であるが、本発明によって、配線幅2〜10μm、配線ピッチ5〜20μmの配線形成が可能になる。
6)配線基板の高密度化、小型化軽量化により、電子機器の高機能化、小型軽量化を図ることができる。
The effects of the present invention are as follows.
1) By simplifying a series of manufacturing processes including resist coating, resist pattern formation, chemical etching, and film removal, it is possible to connect the respective steps. This makes it possible to construct a consistent manufacturing process in parallel with a reduction in the installation area of the apparatus and equipment.
2) By simplifying the manufacturing process, it is possible to reduce manufacturing equipment costs and manufacturing equipment costs.
3) By simplifying the manufacturing process, the product yield of the high-density wiring board can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
4) By simplifying the manufacturing process, CO2 emitted from the manufacturing process can be reduced, thereby contributing to the protection of the global environment.
5) By further increasing the wiring density of the high-density wiring board, the wiring board can be reduced in size and weight. In conventional photochemical etching, a wiring width of 15 μm and a wiring pitch of 30 μm are the limits. However, according to the present invention, a wiring having a wiring width of 2 to 10 μm and a wiring pitch of 5 to 20 μm can be formed.
6) By increasing the density, reducing the size and weight of the wiring board, it is possible to increase the functionality and reduce the size and weight of the electronic device.
本発明におけるインプリント方式により、高密度配線基板を製造するための最良の形態を図2により説明する。図2(a)はレジストコートから剥膜までをすべてインライン化した、レジストプリコート方式の装置構成を示す。まずインプリントレジストコーター14で電気絶縁性樹脂テープ9上の金属箔10の全面にインプリントレジスト17をプリコートした後、インプリント金型15によって、直接にパターンを形成する。図に示すように、インプリント金型には凹凸のパターンが形成されており、このパターンをインプリントレジストの面に加圧して押し当てることによって、インプリントパターン18が形成される。インプリントレジストには熱可塑性レジスト、ゴム系レジスト、感光性レジストなどを用いる。熱可塑性樹脂としては、アクリル樹脂系、スチロール樹脂系、アセテート樹脂系が、またゴム系では、ポリブタジエン系やポリイソプレン系などを用いることができる。また感光性樹脂では、通常のフォトケミカルエッチング用のネガ型、ポジ型の両方を用いることができる。ネガ型である光硬化性樹脂では、インプリント金型には紫外線を透過できる石英基板、サファイア基板などを用いる。これら基板を用いて作ったインプリント金型を、金属箔上に塗布した光硬化性樹脂に押し当てて、金型上部から紫外線を照射して樹脂を硬化させる。またポジ型の感光性樹脂は光分解型の樹脂なので、紫外線を通さない金型でも構わない。ポジ型では、剥膜装置8でインプリントレジストを剥膜する前に紫外線を照射すると、光分解し剥膜が容易になる。熱可塑性樹脂、感光性樹脂いずれの場合でも、ケミカルエッチング装置7、剥膜装置8を経て配線基板が完成する。
The best mode for manufacturing a high-density wiring board by the imprint method of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows an apparatus configuration of a resist precoat system in which everything from the resist coat to the exfoliation is in-line. First, an imprint resist 17 is precoated on the entire surface of the
図2(a)のレジストプリコートによるインプリント方式では、金属箔上のレジストにはインプリント金型の逆パターンが形成される。この逆パターンの凹部には、通常薄い樹脂膜が残存している。これはインプリントによって排除しきれなかたレジストの残膜である。この残膜厚さは凸部の1/10以下なので、ケミカルエッチングの前工程での除去が可能である。ケミカルエッチング装置7にはこの残膜除去処理が含まれているが、図2(a)ではこれを省略している。残膜除去には、PH10程度のアルカリ水溶液や、有機溶剤を用いる。この残膜除去処理では、凸部のレジスト厚さも減少するが、凹部に比較して厚く溶解除去されないので、インプリントレジストはケミカルエッチングに十分耐えることができる。
In the imprint method using the resist precoat shown in FIG. 2A, a reverse pattern of the imprint mold is formed on the resist on the metal foil. A thin resin film usually remains in the concave portion of the reverse pattern. This is a residual film of the resist that cannot be completely removed by imprinting. Since this remaining film thickness is 1/10 or less of the convex portion, it can be removed in the previous step of chemical etching. The
図2(b)は、ダイレクトインプリント方式を示す。この方式ではインプリントレジストコーター14を用いる必要がないので工程をより短縮できる。ダイレクトインプリント法は、インプリント金型にインプリントレジストを塗布してから、金属箔へ直接転写するものである。この転写方式では、金型の凸部にインプリントレジストを塗布する方法と、金型凹部にインプリントレジストを充填させて転写する方式の両方が可能である。金型の凹部にインプリントレジストを充填する場合には、凸部にインプリント樹脂の付着を防止する離型材処理を行う。図2(b)では、インプリント、ケミカルエッチング、剥膜、のインライン化された3工程のみでの高密度配線の製造が可能になる。ダイレクトインプリント法では、残膜の除去処理が不要な特徴がある。
また最良の実施形態として、インプリントからレジスト剥離までの全工程のインライン化に限らず、レジストプリコートとインプリント、レジストインプリントとケミカルエッチング、またはレジストインプリントからレジスト剥離までをインライン化した製法などの一部インライン化も含まれる。以下に最良の実施形態の中の幾つかの実施例を説明する。
以上説明したように、インプリント法では精密光学機器である、フォトマスクマスク露光機を用いないので、配線基板製造プロセスの各工程のインライン化が可能になる。
FIG. 2B shows a direct imprint method. In this method, since it is not necessary to use the imprint resist
In addition, the best embodiment is not limited to in-line in all processes from imprint to resist stripping, but also a method for in-line from resist precoat and imprint, resist imprint and chemical etching, or resist imprint to resist stripping, etc. Inline in part is also included. Some examples of the best mode will be described below.
As described above, since the imprint method does not use a photomask mask exposure machine, which is a precision optical instrument, it is possible to inline each process of the wiring board manufacturing process.
実施例1では、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂をインプリントレジストとして用いる、レジストプリコート(図2(a))法による高密度配線基板の製造方法を説明する。
熱可塑性樹脂には例えば、PMMA(ポリメチルメタクリレート)などのアクリル系樹脂系のIPA(イソプロピルアルコール)溶液などの溶剤希釈樹脂を用いることが可能である。また熱硬化性樹脂では、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。エポキシ樹脂では、エポキシ樹脂と硬化剤の2液系の配合剤をインプリントレジストとして用いる。
最初に、電気絶縁性樹脂テープ9としてポリイミドフィルムを準備し、これに金属箔10として薄い銅箔を貼り合わせたCCL(Copper Clad Laminate)材料を準備する。ポリイミドフィルムは、例えば厚さが25、50μm、幅70、105mm、長さ100〜200mのものを用いる。このポリイミドフィルムの全面に、厚さ9μmまたは12μmの銅箔を熱硬化性のエポキシ系接着材、または変性ポリイミド系などの熱可塑性接着材を用いて貼り合わせると、銅箔/ポリイミドィルムの2層CCLが完成する。また2層CCLは、ポリイミドフィルムの上にスパッタリングにより、クロムやチタンの薄膜を形成し、この上にさらに気相法で銅を成膜し、その後無電解銅めっきや電気銅めっきで銅の厚付けを行う方式でも製造できる。これは無接着材型の2層CCL材料とよばれるが、この2層CCL材料を用いても構わない。これらの材料はいずれも、TAB用、FPC用などとして一般に市販されている。この銅箔/ポリイミド2層CCL材料は、図2に示すように、送り出しリール2に巻き取った状態で用いる。
In Example 1, a method for manufacturing a high-density wiring board by a resist precoat (FIG. 2A) method using a thermoplastic resin or a thermosetting resin as an imprint resist will be described.
As the thermoplastic resin, for example, a solvent diluted resin such as an acrylic resin-based IPA (isopropyl alcohol) solution such as PMMA (polymethyl methacrylate) can be used. As the thermosetting resin, for example, an epoxy resin can be used. In the epoxy resin, a two-component compounding agent of an epoxy resin and a curing agent is used as an imprint resist.
First, a polyimide film is prepared as the electrically insulating
次に2層CCL材料をリールから送り出しながら、インプリントレジストコーター14を用いて、位置決め穴19を除いた銅箔の全面にインプリントレジストをプリコートする。2層CCL材料には、その幅方向の両側にインプリント用の位置決め穴19が抜き金型によるパンチング法などで加工されている。この位置決め穴19は、フォトマスク露光においても用いられているものである。インプリント金型には、2層CCLの位置決め穴の穴ピッチ形状に合わせた凸部が設けられており、この凸部を位置決め穴に挿入して位置合わせすると、位置決め穴に対して正確に位置決めされたインプリントを行うことができる。
インプリントレジストの塗布厚さは、溶剤を乾燥させた状態で2〜10μmの範囲とするのが良い。熱可塑性樹脂では塗布後に溶剤を乾燥させると、インプリントレジストの樹脂膜が銅箔の表面に形成にされる。図2(a)では乾燥は省略しているが、インプリントレジストコーター14の中には乾燥炉が内蔵されている。インプリントされるインプリントレジストの膜厚は、プリコートする溶媒希釈型樹脂の樹脂含有量や初期のプリコート厚さによって制御することができる。
Next, the imprint resist is precoated on the entire surface of the copper foil excluding the positioning holes 19 by using the imprint resist
The coating thickness of the imprint resist is preferably in the range of 2 to 10 μm with the solvent dried. In a thermoplastic resin, when the solvent is dried after coating, a resin film of an imprint resist is formed on the surface of the copper foil. Although drying is omitted in FIG. 2A, a drying furnace is built in the imprint resist
図2(a)に示すように,インプリント金型15を用いてインプリントレジスト17をインプリントすると、インプリントパターン18を形成することができる。インプリント金型にはニッケル電鋳金型を用いることができる。ニッケル電鋳金型は、例えば70mm幅のCCL材料では、幅67mm、長さ75mm、厚さ0.5mmの形状とする。ニッケル電鋳金型は例えば、石英基板上にフォトレジストでパターンを形成し、そのパターン上にチタンやクロムの膜をスパッタリング法で形成してから、電気ニッケルめっきの手法を用いて電鋳加工し、その後電鋳層を石英基板から剥離しフォトレジストを除去することによって製造することができる。またインプリント金型としては、電鋳金型のほか、石英基板やサファイア基板、シリコンウエハーなどにパターンを形成した金型も用いることができる。
図3に電鋳金型を用いたインプリントパターンのSEM写真を示す。図3のSEM写真は、幅2、5μmの凸部21を持つパターンの外観を示している。図3は、PMMA系樹脂を4μmの厚さにプリコートし、ステージ16を75℃に加熱し、インプリント付加荷重3kgf/cm2でインプリントを行ったものである。ステージ加熱はステージ内蔵型の温度制御された電熱ヒーターによって可能である。ステージの加熱によって、PMMA系樹脂を軟化させることができ、より低荷重でインプリントすることが可能になる。
As shown in FIG. 2A, when an imprint resist 17 is imprinted using an
FIG. 3 shows an SEM photograph of an imprint pattern using an electroforming mold. The SEM photograph of FIG. 3 shows the appearance of the pattern having the convex portions 21 having a width of 2 and 5 μm. FIG. 3 shows a case where PMMA resin is precoated to a thickness of 4 μm, the
インプリントパターンの形成後、インライン化されたケミカルエッチング装置7により銅配線を形成させ、さらに剥膜装置8でインプリントレジストを剥離すると金属箔パターン13が露出し、高密度配線基板20が完成する。銅のケミカルエッチングには、塩化第二鉄水溶液や銅アンモニア水溶液などを用いることができる。PMMA系のインプリントレジストのインプリントにおいても、インプリントパターンの凹部に薄いPMMA系樹脂膜が残るが、この残膜はケミカルエッチングの前の簡単なアルカリ洗浄で除去することが可能である。
これらインプリントレジストコーターから剥膜装置までの一連の工程は、送り出しリール2、巻き取りリール3の間に連続した工程として配置し、インライン化することが可能である。装置の全長は主にエッチング時間に関係する銅箔の厚さによるが、送り出しリール、巻き取りリールなどの付帯装置を含めて15m以内に収めることができる。以上実施例1では、代表的な例として主にPMMA系樹脂のプリコートによるインプリント法で説明したが、ケミカルエッチングに耐える樹脂であれば、PMMA系樹脂以外の熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂を用いることが可能である。熱硬化性樹脂では、例えば樹脂と硬化剤の2液系エポキシ樹脂などがある。エポキシ樹脂は無溶剤なので溶剤乾燥工程が不要である反面、インプリント後の加熱硬化処理が必要となる。
After the imprint pattern is formed, a copper wiring is formed by the in-line
A series of processes from the imprint resist coater to the film removing apparatus can be arranged as a continuous process between the
実施例2では、ダイレクトインプリント法(図2(b))によって高密度配線基板を製造する方法を説明する。ダイレクトインプリント法においても、実施例1同様、インプリントレジストとして熱可塑性樹脂であるPMMA(ポリメチルメタクリレート)系樹脂のIPA(イソプロピルアルコール)溶液などの溶媒希釈型樹脂を用いることができる。また熱硬化性樹脂では、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。エポキシ樹脂では、エポキシ樹脂と硬化剤の2液系の配合剤をインプリントレジストとして用いる。
実施例1同様、電気絶縁性樹脂テープ9としてポリイミドフィルムを準備し、これに金属箔10として銅箔を貼り合わせたCCL材料を準備する。
次に2層CCL材料をリールから送り出しながら、銅箔上に溶媒希釈PMMA系樹脂のダイレクトインプリントを行う。2層CCLには実施例1同様、その幅方向の両側にインプリント用の位置決め穴19が抜き金型によるパンチング法などで加工されている。インプリント金型には、実施例1同様に2層CCLの位置決め穴の穴ピッチ形状に合わせた凸部が設けられており、この凸部を位置決め穴19に挿入して位置合わせすると、位置決め穴に対して正確に位置決めされたインプリントを行うことができる。PMMA系樹脂のインプリント金型への塗布厚さは、2〜10μmの範囲が好ましい。インプリント後に銅箔上のインプリントレジストに含まれる溶剤を乾燥させると、無溶剤樹脂膜が銅箔の表面に形成される。図2(b)ではこの乾燥は省略している。形成されるインプリントレジストの樹脂膜厚さは、インプリント金型に塗布する溶媒希釈樹脂の樹脂含有量や金型への塗布厚さにより制御することができる。
In Example 2, a method for manufacturing a high-density wiring board by the direct imprint method (FIG. 2B) will be described. Also in the direct imprint method, as in Example 1, a solvent-diluted resin such as an IPA (isopropyl alcohol) solution of a PMMA (polymethyl methacrylate) resin that is a thermoplastic resin can be used as an imprint resist. As the thermosetting resin, for example, an epoxy resin can be used. In the epoxy resin, a two-component compounding agent of an epoxy resin and a curing agent is used as an imprint resist.
As in Example 1, a polyimide film is prepared as the electrically insulating
Next, direct imprinting of the solvent-diluted PMMA resin is performed on the copper foil while feeding the two-layer CCL material from the reel. Like the first embodiment, the two-layer CCL has imprinting positioning holes 19 formed on both sides in the width direction by a punching method using a punching die. As in the first embodiment, the imprint mold is provided with a convex portion that matches the hole pitch shape of the positioning hole of the two-layer CCL. When this convex portion is inserted into the
実施例2では、インプリント金型には実施例1同様、ニッケル電鋳金型を用いることができる。ニッケル電鋳金型を用いる場合は実施例1同様の方法で製造する。ダイレクトインプリント金型としては、電鋳金型のほか、石英基板やサファイア基板、シリコンウエハーなどにパターンを形成した金型も用いることができる。これらインプリント金型にインプリントレジストを塗布する方法を図4に示す。レジストトレイ25にはインプリントレジスト17が満たされている。この上にはレジスト吸着ステージ23があって、レジスト吸着ステージはレジストトレイからインプリントレジストを吸い上げる。レジスト吸着ステージは、例えば多孔質のフッ素系の樹脂でできている。レジスト吸着ステージ上にインプリント金型15を押し当てると、インプリントレジストはインプリント金型の凸部に付着する。そしてインプリント金型を引き上げると付着レジスト24が形成される。次にこの状態でCCLの金属箔上にインプリント金型を押し当てるとインプリントパターンが形成される。これを繰り返すことによって、連続的にインプリントを行うことができる。インラインにおいては、インプリントする間CCLの送りが停止するが、インプリントタイムは5秒以内なので、間歇的にCCLを走行させることが可能である。また連続走行をさせたい場合には、インプリント工程の前後に、CCLの一定の長さを滞留させる部分を設けることによって、インプリントの前後の工程は連続走行が可能になる。
図4ではインプリント金型の凸部にインプリント樹脂を付着させるダイレクトインプリント方法を説明したが、インプリント金型の凹部に樹脂を付着させる方法でも構わない。この場合には、インプリント金型の凸部に、インプリント樹脂の付着を抑制する離型材の処理を行う。離型材にはシリコーン系、フッ素系の高分子材料を用いると効果的である。
In Example 2, a nickel electroforming mold can be used as the imprint mold as in Example 1. When a nickel electroforming mold is used, it is manufactured in the same manner as in Example 1. As the direct imprint mold, in addition to an electroformed mold, a mold in which a pattern is formed on a quartz substrate, a sapphire substrate, a silicon wafer, or the like can be used. A method for applying an imprint resist to these imprint molds is shown in FIG. The resist
Although the direct imprint method in which the imprint resin is attached to the convex portion of the imprint mold has been described with reference to FIG. 4, a method of attaching the resin to the concave portion of the imprint mold may be used. In this case, a release material that suppresses adhesion of the imprint resin to the convex portion of the imprint mold is processed. It is effective to use a silicone-based or fluorine-based polymer material as the release material.
インプリントパターンの形成後、インライン化されたケミカルエッチング装置7により銅配線を形成させ、さらに剥膜装置8でインプリントレジストを剥離すると高密度配線基板20が完成する。ダイレクトインプリント方式では、実施例1のプリコート法に見られる、インプリントパターン凹部へのPMMAの薄い樹脂残膜は生じない。このため残膜除去処理は不要である。
これらダイレクトインプリントから剥膜装置までの一連の工程は、送り出しリール2、巻き取りリール3の間に連続した工程として配置し、インライン化することが可能である。装置の全長は主にエッチング時間に関係する銅箔の厚さによるが、送り出しリール、巻き取りリールなどの付帯装置を含めて10m以内に収めることができる。
After the imprint pattern is formed, a copper wiring is formed by the in-line
A series of processes from the direct imprinting to the film peeling apparatus can be arranged as a continuous process between the
実施例3では、インプリントレジストに感光性樹脂を用いる光インプリント法による製法例を説明する。光インプリント法による製法では、実施例1において、インプリントレジストとして感光性樹脂を用いるものである。感光性樹脂にはフォトケミカルエッチングに通常用いられている、フォトレジストを用いることができる。感光性樹脂にはネガ型、ポジ型があるが、ネガ型の光硬化型では、インプリント金型に紫外線透過型の石英金型やサファイア金型などを用いる。インプリント金型を押し当てると同時に金型上部から紫外線を照射して樹脂を硬化させ、その後インプリント金型の離型を行うとインプリントパターンがCCLの銅箔上に形成される。また光照射によって分解するポジ型レジストでは、紫外線を遮断したイエロールームでインプリントからケミカルエッチングまでを行い、最終のレジスト剥離で紫外線を照射してインプリントレジストを剥離除去する。 In Example 3, an example of a manufacturing method by a photoimprint method using a photosensitive resin as an imprint resist will be described. In the production method by the optical imprint method, in Example 1, a photosensitive resin is used as the imprint resist. As the photosensitive resin, a photoresist which is usually used for photochemical etching can be used. The photosensitive resin includes a negative type and a positive type. In the negative type photo-curing type, an ultraviolet transmissive quartz die or sapphire die is used as the imprint die. When the imprint mold is pressed, the resin is cured by irradiating ultraviolet rays from the upper part of the mold, and then the imprint pattern is formed on the copper foil of the CCL when the imprint mold is released. In the case of a positive resist that decomposes by light irradiation, imprinting to chemical etching is performed in a yellow room where ultraviolet rays are blocked, and the imprint resist is peeled and removed by irradiating ultraviolet rays at the final resist peeling.
ネガ型レジストには光重合開始材を配合したゴム系、ノボラック樹脂系などが、またポジ型には光分解増感剤を配合したノボラック樹脂系などがある。光インプリント法による高密度配線基板の製造においても、インプリントレジストのプリコート法では、樹脂残膜が形成される。しかしこの樹脂残膜は薄いので、ケミカルエッチング前の残膜除去工程で簡単に除去が可能である。
光インプリントレジストのプリコート法による高密度配線基板の製法においても、送り出しから巻き取りまでを含めた装置全長は、15m以内に収めることが可能である。インプリント金型をインプリントレジストがコートされたCCL面に押し当て、次にインプリント金型をインプリントレジストから離型するとき、インプリント金型へのインプリントレジストの付着が生じる場合がある。これは実施例1の場合も同様であるが、このインプリントレジストの付着を防止するためには、インプリント金型への離型材処理が効果的である。離型材にはシリコーン系、フッ素系のものを用いると効果的である。
感光性樹脂を用いるインプリント法による配線基板の製法においても、紫外線ランプは必要であるが、フォトケミカルエッチングのような精密光学機器であるマスク露光機を必要としない。このため、配線基板製造プロセスの各工程を分離、隔離することなく、各工程を連結したインラインプロセスが可能になる。
Negative resists include rubber and novolak resin systems containing photopolymerization initiators, and positive resists include novolak resin systems containing photodegradation sensitizers. Even in the production of a high-density wiring board by the optical imprint method, a resin residual film is formed by the pre-coat method of the imprint resist. However, since this residual resin film is thin, it can be easily removed in the residual film removal step before chemical etching.
Also in the manufacturing method of the high-density wiring board by the pre-coating method of the optical imprint resist, the entire length of the apparatus including the feeding to the winding can be within 15 m. When the imprint mold is pressed against the CCL surface coated with the imprint resist and then the imprint mold is released from the imprint resist, the imprint resist may adhere to the imprint mold. . The same applies to the case of Example 1, but in order to prevent the imprint resist from adhering, a release material treatment to the imprint mold is effective. It is effective to use a silicone-based or fluorine-based release material.
In the manufacturing method of the wiring board by the imprint method using a photosensitive resin, an ultraviolet lamp is necessary, but a mask exposure machine which is a precision optical instrument such as photochemical etching is not required. For this reason, it is possible to perform an inline process in which the steps are connected without separating and isolating the steps of the wiring board manufacturing process.
実施例4では、ダイレクトインプリント法に感光性インプリントレジストを用いた高密度配線基板の製法例を説明する。実施例2において、インプリントレジストとして感光性樹脂を用いることによって、感光性インプリント樹脂によるダイレクトインプリントが可能である。光硬化型のネガ型感光性インプリントレジストを用いる場合には、石英やサファイア製の紫外線透過型のインプリント金型を用いる。また光分解型のインプリントレジストでは、紫外線を透過しない電鋳金型でも構わない。ネガ型の場合は、インプリント時に紫外線をインプリント金型の上部から照射すると、感光性樹脂が硬化してケミカルエッチングに耐えるインプリントパターンが形成される。またインプリント金型の離型後に紫外線を照射して樹脂を硬化することも可能である。ポジ型の場合には、紫外線を遮断したイエロールームでインプリントからケミカルエッチングまでを行い、インプリントレジストの剥離の前にインプリントレジストに紫外線を照射してインプリントレジストを分解すると、インプリントレジストの剥離が容易になる。これらネガ型、ポジ型のインプリントレジストは実施例3と同様の感光性樹脂を用いることができる。光インプリントレジストを用いたダイレクトインプリント法による高密度配線基板の製造おいても、送り出しリールから巻き取りリールまでの装置全長は、10m以内に収めることが可能である。 In Example 4, an example of manufacturing a high-density wiring board using a photosensitive imprint resist in the direct imprint method will be described. In Example 2, by using a photosensitive resin as an imprint resist, direct imprinting using a photosensitive imprint resin is possible. When using a photocurable negative photosensitive imprint resist, an ultraviolet transmissive imprint mold made of quartz or sapphire is used. Further, the photodecomposition type imprint resist may be an electroforming mold that does not transmit ultraviolet rays. In the case of the negative type, when the ultraviolet ray is irradiated from the upper part of the imprint mold during imprinting, the photosensitive resin is cured and an imprint pattern that can withstand chemical etching is formed. It is also possible to cure the resin by irradiating with ultraviolet rays after releasing the imprint mold. In the case of the positive type, the imprint resist is decomposed by irradiating the imprint resist by irradiating the imprint resist with ultraviolet rays before the imprint resist is peeled off in the yellow room where ultraviolet rays are blocked. Is easy to peel off. For these negative and positive imprint resists, the same photosensitive resin as in Example 3 can be used. Even in the production of a high-density wiring board by a direct imprint method using an optical imprint resist, the total length of the apparatus from the delivery reel to the take-up reel can be kept within 10 m.
実施例5ではレジストインプリント法でめっきレジストパターンを形成し、アディティブ銅めっきを行って高密度配線基板を製造する方法を説明する。実施例5では、銅箔の厚さが0.3〜1.0μm程度の薄い銅層を有するCCL材料を用いる。この薄い銅層を持つCCL材料は、蒸着やスパッタリング、または無電解銅めっき法で製造されており、多くの種類のCCLが市販されている。この材料を用いて実施例1同様のプロセスでインプリントレジストパターンを形成する。その後レジストパターンの開口部に電気銅めっきを行って、銅の厚さを厚く成長させる。電気銅めっきの電極にはCCL材料の薄い銅層を用いる。必要な電気銅めっきの厚さは高密度配線基板の通電容量や信頼性から決定される。電気銅めっきの後、インプリントレジストを剥離し、インプリントレジスト直下のCCLの薄い銅層をケミカルエッチングすると銅の配線パターンが形成される。 Example 5 describes a method of manufacturing a high-density wiring board by forming a plating resist pattern by a resist imprint method and performing additive copper plating. In Example 5, a CCL material having a thin copper layer with a copper foil thickness of about 0.3 to 1.0 μm is used. This CCL material having a thin copper layer is manufactured by vapor deposition, sputtering, or electroless copper plating, and many types of CCL are commercially available. Using this material, an imprint resist pattern is formed by the same process as in the first embodiment. Thereafter, electrolytic copper plating is performed on the opening of the resist pattern to grow the copper thick. A thin copper layer of CCL material is used for the electrode for electrolytic copper plating. The required thickness of electrolytic copper plating is determined from the current carrying capacity and reliability of the high-density wiring board. After the electrolytic copper plating, the imprint resist is peeled off, and a thin copper layer of CCL directly under the imprint resist is chemically etched to form a copper wiring pattern.
本発明の産業上の利用分野は、デジタルおよびアナログ電子機器全般用の高密度配線基板である。またメモリーカードやICカード用基板にも応用できる。
さらに液晶ディスプレイやその他表示パネル用のドライバーIC搭載接続用のCOF(Chip On Film)にも応用が可能である。デジタル電子機器の代表では、デジタルテレビやデジタルカメラがある。デジタルテレビやデジタルカメラにはマザーボードのほかに、半導体チップをパッケージするための薄型の高密度配線基板がある。これら薄型高密度配線基板は、複数の半導体チップをパッケージしてシステムを構成するSIP(System In Package)にも使われている。SIP用の配線基板は、電子機器の小型化のために現在急速に小型化と高密度化が進んでいる。しかしこの基板を製造するには従来のフォトケミカルエッチングプロセスでは、配線密度の限界とその製造プロセスの長さから来る歩留まりの低下で限界が生じている。
また携帯電話では、アナログ回路であるRFモジュールにも応用できる。RF回路におけるアンプやフィルターなどのモジュール化により、送受信部の配線基板の小型化を図ることができる。携帯電話は、SIPによるベースバンド部の小型化とともに、RF回路の小型化が達成されると、携帯電話の軽量化、薄型化、小型化がより一層可能になる。
配線基板の製造プロセス簡略化と高密度化により、電子機器の小型化軽量化のほかに、CO2の削減と廃棄物の削減にも繋がり、地球環境の保護に大きく貢献できる。
The industrial field of application of the present invention is high density wiring boards for digital and analog electronic equipment in general. It can also be applied to memory card and IC card substrates.
Further, the present invention can be applied to a COF (Chip On Film) for connecting and mounting a driver IC for a liquid crystal display or other display panel. Typical digital electronic devices include digital TVs and digital cameras. In addition to motherboards, digital TVs and digital cameras have thin high-density wiring boards for packaging semiconductor chips. These thin and high-density wiring boards are also used in SIP (System In Package) that forms a system by packaging a plurality of semiconductor chips. SIP wiring boards are currently rapidly becoming smaller and higher in density to reduce the size of electronic devices. However, the conventional photochemical etching process for manufacturing this substrate is limited by the limit of the wiring density and the decrease in yield resulting from the length of the manufacturing process.
In mobile phones, it can also be applied to RF modules that are analog circuits. The modularization of amplifiers and filters in the RF circuit can reduce the size of the wiring board of the transmission / reception unit. When the size of the RF circuit is reduced along with the reduction of the size of the baseband part by SIP, the mobile phone can be further reduced in weight, thickness, and size.
Simplifying and increasing the density of the wiring board manufacturing process not only reduces the size and weight of electronic equipment, but also contributes to the protection of the global environment by reducing CO2 and waste.
1 MCL
2 送り出しリール
3 巻き取りリール
4 フォトレジストコーター
5 フォトマスク露光機
6 現像装置
7 ケミカルエッチング装置
8 剥膜装置
9 電気絶縁性樹脂テープ
10 金属箔
11 フォトレジスト
12 フォトレジストパターン
13 金属箔パターン
14 インプリントレジストコーター
15 インプリント金型
16 ステージ
17 インプリントレジスト
18 インプリントパターン
19 位置決め穴
20 高密度配線基板
21 インプリント凸部
22 インプリント凹部
23 レジスト吸着ステージ
24 付着レジスト
25 レジストトレイ
1 MCL
2 Sending reel 3 Take-up reel 4
Claims (12)
A small and high-performance electronic device, such as a mobile phone, a personal computer, or a digital camera, incorporating the electronic device according to claim 11.
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