JP2009044111A - プリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の方式より工程が簡略化され、高多層化が容易なプリント配線板の製造方法を提供する。
【解決手段】 連通微小空隙構造を有する基材を用いて、少なくとも、上記基材にめっき付着を促進するめっき前処理剤を付着させる工程、上記めっき前処理剤が付着した基材に感光性樹脂を含浸させる工程、上記感光性樹脂含浸基材１にパターンを露光し、現像して上記パターンに対応した感光性樹脂のパターンを形成する工程、上記パターン形成工程により露出した、めっき前処理剤が付着した部分の上記基材に選択的に金属めっきを施す工程、及び上記金属めっきが施された基材の部分に半田を含浸させる工程により表裏導通のあるプリント配線層９を形成する。また、バイアホールも同じ工程により製造し、表裏導通のあるバイアホール層１０を、プリント配線層９の間に挿入し、逐次熱圧着により積層してゆくことにより多層配線プリント板を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明はプリント配線板の製造方法に係り、より詳しくは工程が簡単で、高多層化が容易、しかもファインパターン化が可能なプリント配線板の製造方法に関する。

従来のプリント配線板の製造方法には、大きく分けて、サブトラクティブ法とアディティブ法とがある。それぞれに、これまでに様々な改良が加えられてきて今日に至っているが、基本となる工程は下記のようなものである。

サブトラクティブ法は全面に銅箔を張られた基板から、配線パターン部以外の銅箔を除去して回路を残す方法である。配線パターンの部分に、シルクスクリーン印刷などの方法でめっきレジストを塗布して覆い、塩化第二鉄溶液のような銅腐食性のある薬品でエッチングを行い、必要な回路の配線パターンを残す。印刷による被覆の代わりに、半導体デバイスのフォトリソグラフィーと全く同じ手法で、全面塗布したレジストに、フォトマスク２を通したパターン露光、現像を行ってめっきレジストのパターンを形成した後、エッチングで非配線パターン部の銅箔を除去するプロセスもある。基本となる一例を挙げると下記のような工程になる。

▲１▼素材（銅張積層板） ▲２▼穴あけ ▲３▼活性化処理 ▲４▼無電解銅めっき ▲５▼スクリーン印刷、または露光、現像（めっきレジスト） ▲６▼電解銅めっき ▲７▼電解半田めっき（エッチングレジスト） ▲８▼めっきレジスト剥離 ▲９▼エッチング ▲１０▼ヒュージング ▲１１▼ソルダーレジスト印刷

歴史が長く完成度の高い技術であるが、製造工程が非常に複雑で製造時間が長くなる、小径ホールや高アスペクト比のめっきが容易ではなく、時間もかかる、ファインパターン化が容易でないといった短所がある上に、有害なエッチング液の処理の問題もある。

これに対し、アディティブ法は、絶縁性基板に回路パターンを後から付け加える方法である。回路パターンを形成しない部分にめっきレジストの膜を形成しておき、レジストのない部分に電解または無電解めっきを施すことで銅などの配線パターンを形成する。基本となる一例を挙げると下記のような工程になる。

▲１▼素材（積層板） ▲２▼穴あけ ▲３▼スクリーン印刷、または露光、現像（めっきレジスト） ▲４▼無電解銅めっき ▲５▼めっきレジスト剥離 ▲６▼ソルダーレジスト印刷

工程が短く省資源的、環境にやさしいといった長所がある反面、銅などの付着力がサブトラクティブ法には劣り信頼性に不安がある、サブトラクティブ法同様にめっきに長時間を有するといった欠点もある。

多層配線プリント板に関しては、配線の高密度化、配線長短縮による高速化、回路設計自由度の拡大、クロストークや雑音の低減を始め多くの利点があるため、精力的な研究がなされてきており、様々な方式が既に実用化されている。しかし、各方式には一長一短があるが、製造工程が非常に複雑になり、高度の技術が求められることは共通した課題である。

本発明は、かかる従来の多層配線プリント板製造方法の難点を解消し、簡便な方法で高多層のプリント配線板の、新しい製造方法を提供することを目的とする。

本発明においては、銅めっきの代わりに半田を含浸させた配線パターン層９を形成し、同様の方法で形成したバイアホール層１０を、上記配線パターン層９の間に挿入する形で交互に積み上げてゆくことにより多層配線プリント板を製造する。半田含浸配線パターンを採用することにより、めっきにかかる時間を大幅に削減でき、信頼性を向上さすと共に、簡略化した工程により低コストで高多層配線プリント板が製造できる利点を有する。

即ち、本発明の多層配線プリント板は下記の工程により製造される。
（１）ガラス布基材を始めとする連通微小空隙構造を有する基材に、Ｐｄ（パラジウム）触媒を始めとするめっき付着を促進するめっき前処理剤を付着させる。
（２）めっき前処理剤が施された連通微小空隙構造を有する基材に感光性樹脂を含浸、乾燥させる。
（３）配線パターンに対応したパターンをフォトマスク２を介して露光する。
（４）配線パターンを形成する部分の感光性樹脂を現像により除去する。
（５）めっき前処理剤が露出した部分の連通微小空隙構造を有する基材にめっきを施す。
（６）めっきが施された部分に半田を含浸させることにより表裏導通のあるパターンを形成する。
（７）バイアホールも全く同じ方法で形成し、配線パターンが形成されたプリント配線層９の間に挿入する形で、逐次熱圧着により各層を積層してゆく。
このような工程により、多層配線プリント板が完成する。

本発明によれば、簡便な工程の繰り返しで、ほぼ無制限に高多層プリント配線板が形成できる。ガラス布基材を始めとする連通微小空隙構造を有する基材を薄くし、上記基材の空孔のピッチを十分に小さくすれば、原理的には露光系で決まる解像度にまでファインパターン化が可能である。

また、めっきだけで配線パターンを形成するのではなく、めっき部分に半田を含浸させるので、製造時間の大幅な短縮、接着強度の増大、配線抵抗の低減が図れるだけでなく、スルーホールでのめっきのボイドによる断線といった恐れもなく、信頼性も向上する。

本発明の典型的な製造工程を図１に沿って、工程ごとに詳細に説明する。
（１）基材前処理：連通微小空隙構造を有する基材には、１０μｍ程度のガラス繊維を織った、厚さ３０μｍ程度のガラス布基材を用いた。この基材を銅めっき用の前処理液に浸すことにより、ガラス繊維にＰｄ（パラジウム）触媒を付着させた。より詳細には、まずアルカリクリーナ溶液で手垢等を除去した後、触媒液のぬれ性を高めるコンディショナー溶液、次いで水の混入を防ぐ触媒安定剤に浸漬した。次にＰｄ触媒液に浸漬し、最後にＰｄ触媒の基材への付着を強固にする密着増強剤に浸した後、十分に乾燥させた。
（２）感光性樹脂含浸、乾燥：感光性樹脂には紫外線硬化樹脂を採用し、上記Ｐｄ（パラジウム）触媒付与ガラス布基材に、厚さが４０μｍ程度になるよう紫外線硬化樹脂を含浸、均一整形した後、十分に乾燥させた。
（３）パターン露光、現像：配線パターン部には光３が当たらないネガ型のフォトマスク２を紫外線硬化樹脂含浸基材１に密着させ、その上から紫外線を照射した。その後、Ｎａ_２ＣＯ_３（炭酸ナトリウム）溶液で現像し、配線パターン部に対応する部分の紫外線硬化樹脂を完全に除去した。
（４）めっき：配線パターンが形成された上記基材１をめっき槽に入れ、無電解銅めっきを施した。紫外線硬化樹脂が除去され、Ｐｄ触媒が露出した配線パターン部のガラス布基材にのみ選択的にめっき銅を付着させた。
（５）半田含浸：上記めっき銅による配線パターンが形成された基材１の全面に半田フラックスを付与した後に、基材１の片面全面を溶融半田７に接触させた。半田は毛細管現象で配線パターン部の上面にまで上方向に十分に浸透した。このようにして半田の貫通パターンからなる一層のプリント配線層９が完成する。
（６）多層化：層間接続のための上下貫通のバイアホールも上記と全く同じ方法で製作した。半田によるプリント配線層９とバイアホール層１０とを交互に積層し、位置合わせをした上で、熱圧着により一体化して多層配線プリント板を完成させる。しかし、実際には（５）の半田含浸以降は、一層ごとに半田含浸と熱圧着を行っていかないと、含浸半田８の過不足により、パターンが太りすぎて隣の配線とショートしたり、逆に半田が不足して接続不良が起こったりするので、面倒だが一層毎に追加する形で熱圧着を繰り返した。半田はめっき銅、及び前に形成した配線パターン部の半田によく馴染むので、こうすることにより半田の過不足をなくすことができる。

以上の工程により、０．２ｍｍ幅の配線パターンまで再現性よく形成できて、確実な動作が保障できることを確認した。次に更なるファインパターン化や信頼性向上の検討を行った。この結果、効果のあった対策を以下に列挙する。

紫外線硬化樹脂含浸基材１にパターン露光、現像を行った後に、無電解銅めっきを施したとき、裏面の非配線パターン部にめっき銅が付着することがあった。これは、紫外線硬化樹脂含浸基材１が厚いために、紫外線照射時に、どうしても裏面は表面より露光量が少なくなり、露光条件によっては現像時に、裏面の紫外線硬化樹脂が一部溶解しＰｄ触媒付与ガラス布基材が露出するためである。

この対策として、図２に示すように、現像時に未露光部の紫外線硬化樹脂の溶解除去のときリフトオフにより除去できる程度の薄さのめっきレジストを裏面に塗布しておくと、このようなトラブルを未然に防止でき、露光マージンが拡大することを実験により確認している。この対策により、０．１ｍｍ幅の配線パターンまで再現性よく形成できるようになった。

銅めっき後のプリント配線層９等を溶融半田７に片面接触させてプリント配線層９やバイアホール層１０を形成し、交互に積層して多層化してゆく過程で、多数回繰り返し行っていると、半田が過剰に付着してパターンが大きくなったり、極端な場合は隣の配線とショートすることもある。

これを防ぐには、図３に示すように、現像の際にリフトオフで除去できる程度の薄さの半田レジスト（ソルダーレジスト）を、紫外線硬化樹脂含浸基材１の両面にあらかじめ塗布しておくのが効果的である。これにより不必要な部分に半田が付着することによるトラブルを未然に防止できると共に、余裕を持って半田を含浸できるため、断線の恐れがなくなり、明らかに信頼性が向上した。

なお、上記のめっきレジストと半田レジストとを混合し、紫外線硬化樹脂の現像の前に裏面に、リフトオフで未露光部の紫外線硬化樹脂と共に除去できる程度の薄さに塗布しておけば、上記のめっきレジストによる効果と、半田レジストの効果を一回の工程で果たすことができるであろう。

ガラス布基材は、一般にプリント配線板でプラスティック基材に強度を持たすために敢えて入れられている素材である。従って、本発明で基材にガラス布基材を採用することによって新たな問題が発生する恐れは全くなく、多層化したときや、フレキシブルなプラスティック基材を用いたときの強度を保障する役目をも持つ。

本発明は、上記実施例に限定されるものでないことはいうまでもない。ガラス布基材の代わりに、図４に示すような、あらかじめプリント配線板の枠の中に縦横にメッシュ状に形成した細い絶縁性微細加工構造物であっても構わない。

めっきは、半田が含浸する材料であれば、金を始め他の金属材料でも構わない。また、感光性樹脂は、紫外線硬化樹脂に限定されるものではなく、もっと長波長の感光性樹脂でも構わない。配線部が現像によって除去されるのであれば、フォトマスク２のポジ、ネガを変えれば、感光性樹脂はポジ型でもネガ型でも構わない。

ノートパソコンを始め、様々な電気製品に小型軽量化が求められるようになって久しい。半導体デバイスは、驚異的な速度で高密度化、高速化が遂げられたが、それを実装するプリント配線板の側の技術革新が見劣りするのは否めない事実である。

本発明のプリント配線板の製造方法は、従来の方式より工程が簡略化されており、製造時間の短縮、高多層化が容易、配線自由度の増大、及びそれに伴う配線遅延時間の短縮、コスト低減、省資源、有害廃棄物の大幅な低減といった特徴を有しており、製品の高性能化、付加価値向上に大いに寄与する多層配線プリント板の製造方法として、従来の方式に取って代わる可能性を大いに秘めているといえる。

本発明の実施例１のプリント配線板製造方法の工程を模式的に示した図面である。（イ）めっき前処理剤付与基材への感光性樹脂含浸、乾燥（ロ）パターン露光（ハ）現像（ニ）金属めっき（ホ）半田含浸（ヘ）多層化 本発明の実施例２のエッチングレジストによる改善策を模式的に示した図面である。（ロ）パターン露光（ハ）現像 本発明の実施例３の半田レジストによる改善策の現像工程を模式的に示した図面である。 本発明の実施例１で用いたガラス布基材の代わりに用いた絶縁性微細加工構造物の一例を示した図面である。

符号の説明

１ 感光性樹脂含浸基材
２ フォトマスク
３ 光
４ 現像液
５ めっき液
６ めっき金属
７ 溶融半田
８ 含浸半田
９ プリント配線層
１０ バイアホール層
１１ めっきレジスト
１２ 半田レジスト
１３ メッシュ基材

Claims (4)

1. 連通微小空隙構造を有する基材を用いて、少なくとも、上記基材にめっき付着を促進するめっき前処理剤を付着させる工程、上記めっき前処理剤が付着した上記基材に感光性樹脂を含浸させる工程、上記感光性樹脂含浸基材にパターンを露光し、現像して上記パターンに対応した上記感光性樹脂のパターンを形成する工程、上記パターン形成工程により露出した、めっき前処理剤が付着した上記基材の部分に選択的に金属めっきを施す工程、及び上記金属めっきが施された基材の部分に半田を含浸させる工程を含むことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
2. 上記「請求項１」の工程により、表裏貫通して導通のある配線パターンのプリント配線層を製造し、上記プリント配線層と同じく表裏貫通して導通のあるバイアホールを有するバイアホール層を製造して、上記プリント配線層の間に挿入し、接合することにより、多層化することを特徴とするプリント配線板の製造方法。
3. 上記「請求項１」、及び「請求項２」において、現像の際に溶解除去する感光性樹脂と共に除去可能な程度の薄さのめっきレジストを、少なくとも現像の前までに上記感光性樹脂のパターン露光面と反対側の面に塗布しておくことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
4. 上記「請求項１」、「請求項２」、及び「請求項３」において、上記感光性樹脂の上に、現像の際に溶解除去する感光性樹脂と共に除去可能な程度の薄さの半田レジストを、少なくとも現像の前までに、上記感光性樹脂の上に塗布しておくことを特徴とするプリント配線板の製造方法。

Images