JP2009111133A - 膜状抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属配線の厚み低減とレーザ貫通耐性とを両立し、内蔵した抵抗素子の抵抗値が安定した抵抗素子内蔵多層プリント配線板を安価にかつ安定的に製造する方法を提供すること。
【解決手段】金属配線層２と有機樹脂絶縁層１とが積層され、ブラインドビアによって前記金属配線層の層間が接続された多層プリント配線板における、内層配線層に膜状抵抗素子を形成したプリント配線板の製造方法において、前記有機樹脂絶縁層の何れかにおける一方の面の前記金属配線層に、対となる電極２ａおよび前記受けランド２ｂを形成し、前記電極および前記受けランドに、酸化防止のための導電性表面処理層４を形成し、前記対となる電極間に前記膜状抵抗素子５を印刷形成し、前記膜状抵抗素子を形成した前記金属配線層の側に接着剤を介して金属箔または金属張の積層板９を加熱・加圧下で接着し、前記受けランドの上に、レーザ光を照射して前記積層板を部分的に除去することにより有底の導通用孔１４を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、膜状の抵抗素子を内蔵する多層プリント配線板の製造方法に関する。

近年、携帯電話やデジタルビデオカメラ等の小型電子機器は、電子部品の実装密度の向上、信号周波数の向上が求められ、この一環として、多層プリント配線板の内層に受動部品を内蔵した、所謂、部品内蔵プリント配線板の必要性が増している。

そして、有機系の樹脂材料を絶縁材とするプリント配線板に抵抗素子を形成する試みとして、抵抗の薄膜、例えば、1μm程度の厚みのニッケル箔等をフォトファブリケーション手法等により所望の抵抗素子とする方法（薄膜法）、および低温焼成型の抵抗ペーストを用い、スクリーン印刷法にて所望の抵抗素子を形成する方法（印刷法）等が提供されている。

これらの抵抗素子の製造に当っては、用途に応じた幅広い抵抗値を精度良く安定的に形成できることが必須となる。上述の薄膜法は、抵抗のパターンを精度良く形成できる反面、金属薄膜を出発材料としていることから、高抵抗な素子を安定的に形成することは困難である。

一方、特許文献１（段落[００１６]，[００２４]参照）等に記載されている低温焼成型の抵抗ペーストを用いた印刷法は、抵抗ペーストのシート抵抗値の選択範囲も広く、形成可能な抵抗値の幅が広いという特徴がある。

この低温焼成型の抵抗ペーストを用いる場合は、スクリーン印刷法により抵抗素子を形成する。その際、印刷された素子の形状のバラツキによって、高精度な抵抗値の抵抗素子を形成することは困難で、要求される抵抗素子の精度を満足しない低い抵抗値を有する場合には、レーザ等を用いたトリミングによる抵抗値の調整を行う。

このスクリーン印刷での抵抗素子の形状バラツキの要因として、抵抗素子を形成する箇所の電極の配置方向および印刷方向があることが知られている。傾向としては、電極の配置が印刷方向と同じ場合は、印刷方向と９０°回転して配置されている場合に比べ、抵抗素子の膜厚が厚くなる傾向がある。電極の形状にもよるが、抵抗素子を形成する箇所の電極の厚さ、すなわち金属配線の厚さが厚いことにより、前述の抵抗素子の厚みのバラツキはさらに大きくなる。

これに対して、金属配線の厚さを薄くすると、ブラインドビアを形成する際に必要となる有底の層間導通用孔をレーザにて形成するときに、金属配線のうちレーザビームが照射された部位に貫通が発生し、不良となる場合がある。このため、多層化を前提とした抵抗素子内蔵プリント配線板の、内層にある金属配線の厚さを薄くすることは困難である。

特に多層化する際には、内層の金属配線と積層接着材との密着を確保するために、内層の金属配線に粗化処理を行う必要がある。ただし、粗化処理を施した金属配線の表面では、レーザ光の吸収が増加してレーザ照射に対する貫通耐性が低下することも知られている（特許文献２、段落[００３９]〜[００４１]参照）。また、上述のように内層の金属配線の厚みを薄くできないことから、微細配線の形成が困難であり、高密度化にも不利である。
特開2006-222110号公報 特開2001-177248号公報

結局、従来の抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板の製造方法では、金属配線の厚み低減とレーザ貫通耐性とを両立することは困難である。これらのことから、金属配線の厚さ低減とレーザ貫通耐性とを両立し、内蔵した抵抗素子の抵抗値が安定した抵抗素子内蔵多層プリント配線板を安価にかつ安定的に製造する方法の出現が望まれている。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、金属配線の厚み低減とレーザ貫通耐性とを両立し、内蔵した抵抗素子の抵抗値が安定した抵抗素子内蔵多層プリント配線板を安価にかつ安定的に製造する方法を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明では、
それぞれ複数の金属配線層と有機樹脂絶縁層とが積層されてなり、ブラインドビアによって前記金属配線層の層間が接続された多層プリント配線板における、内層となる前記金属配線層のうち、前記ブラインドビアの受けランドと同じ配線層に膜状抵抗素子を形成したプリント配線板の製造方法において、
前記有機樹脂絶縁層の何れかにおける一方の面の前記金属配線層に、対となる電極および前記受けランドを形成し、
前記電極および前記受けランドに、酸化防止のための導電性表面処理層を形成し、
前記対となる電極間に前記膜状抵抗素子を印刷形成し、
前記膜状抵抗素子を形成した前記金属配線層の側に接着剤を介して金属箔または金属張の積層板を加熱・加圧下で接着し、
前記受けランドの上に、レーザ光を照射して前記積層板を部分的に除去することにより有底の導通用孔を形成する
ことを特徴とする。

本発明によれば、抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板の製造方法において、レーザ光照射により形成される内層ブラインドビアの下に設けた受けランドに、レーザ光の吸収率が低くなる表面処理を施しているため、内層の金属配線の厚みを薄くした状態でも、レーザ加工による貫通を生じることなく、ブラインドビアを形成できる。これにより、スクリーン印刷によるカーボンペーストの厚みのバラツキを抑えることができるとともに、微細パターンの形成も可能となり、高密度回路の形成に有利である。

この結果、金属配線の厚み低減とレーザ貫通耐性とを両立し、内蔵した抵抗素子の抵抗値が安定した部品内蔵型多層プリント配線板を安価にかつ安定的に製造する方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の態様を説明する。

図１，図２は、本発明の一実施例を示す断面工程図であって、まず、図１(1)に示すように、ポリイミド等のベース絶縁材１の片面に銅箔層２を有する片面銅張積層板３を用意する。ここでの銅箔層２の厚みは、薄い方がよい。

その理由は、後のカーボンペーストを印刷するときの印刷膜厚のバラツキを小さくできることと、カーボンペーストを薄く形成できることである。この場合、12μm厚の銅箔をハーフエッチング処理により、5μm厚まで薄化したものを用いた。銅箔２の薄化により、配線を微細かつ高精細に形成できるという利点もある。

片面銅張積層板３に対し、フォトファブリケーション手法によるエッチングにより、抵抗の電極２a、多層化した際のブラインドビアのビア底に位置する受けランド２b、および配線２cを形成する。

なお、銅箔層２の厚さは、ハーフエッチング処理で5μm厚としていることから、エッチングによる微細パターンの形成が可能であり、この場合、パターンピッチは50μm程度まで微細に形成できる。

次に、図１(2)に示すように、抵抗の電極部２aおよび受けランド２bに無電解銀めっきによる表面処理層４を選択的に形成し、配線２c上には形成しない。選択的に銀めっきする手法としては、銅エッチングレジスト（例えば、旭化成株式会社製 SPG-202等）を用いることができる。

これにより、抵抗の電極部２ａは、後に形成するカーボンペーストと電極との間の高温高湿試験の耐性を確保でき、受けランド２ｂは多層化後の層間導通孔を形成するときのレーザ加工による熱ダメージを緩和できる。また、配線２cに銀めっきしない理由は、高温高湿バイアス試験による、銀のデンドライト発生による絶縁信頼性の低下を懸念してのことである。

なお、ここでの無電解銀めっきの被膜厚さは、約0.5μmである。無電解銀めっきの被膜厚さは0.2μm以上あればよく、上述のカーボンペーストを薄化する観点からは、１μm以下が好ましい。

その他、無電解金めっきおよび無電解ニッケルめっきの上に無電解金めっきを行うことでも絶縁信頼性は確保できる。また、後に、これらの配線２ｃの一部を露出させ、部品接続等の端子とすることもでき、その際には接続方法に応じた表面処理を選択し、受けランド２ｂにも同じ表面処理を施すことで効率よく表面処理を行うことができる。

この後、露出した銅の表面に粗化処理を行い、後の積層時の接着材の密着性を向上させる。ここでは、日本マクダーミッド株式会社製のマルチボンド１５０を用いた。これにより、銅表面の炭酸ガスレーザ光（波長：約9.8μm）の吸収が向上してしまう。しかし、実施例１では、後にレーザを照射される部位である受けランド２ｂには銀めっきを施しているため、粗化処理されない。

露出した銅表面では、粗化処理の前後で、炭酸ガスレーザ光（波長：約9.8μm）の吸収は約20％から約30％に増加することを確認した。一方、銀めっき処理面では、吸収の増加は認められなかった。

また、粗化処理時に銅表面を１〜2μm程度エッチングするが、銀めっき処理を行った箇所では、銅厚の薄化も起きないことから、レーザによる熱ダメージへの耐性を損なわない。その他の粗化処理として、株式会社荏原電産製のネオブラウンプロセスNBDシリーズなどを用いることができる。

次に、図１(3)に示すように、電極２aの上にスクリーン印刷で抵抗素子５となるカーボンペーストとして、シート抵抗値50Ωである株式会社アサヒ化学研究所製のTU-50-8を印刷した。スクリーン版仕様としては、メッシュ数400、乳剤厚10μmのものを用いた。電極２aの厚みは5μmと非常に薄いことから、印刷されたカーボンペーストの厚みバラツキは少なく、電極の配置および印刷方向による影響も殆どなかった。

印刷後に基板を2mm厚のアルミ板に固定し、遠赤外線リフロー炉により100℃以上200℃以下で60秒間加熱し、ピーク温度250℃/保持時間10秒で熱硬化させ、抵抗素子５を形成した。遠赤外線リフロー炉による抵抗素子５の焼成・熱硬化を行う際には、後の積層工程を含む、一連の製造工程中の最高温度を加えておくと、抵抗素子５の耐熱性が良好となる。

なお、印刷後に、ボックス型の熱風オーブンにて170℃、60分の熱硬化を行うことによっても抵抗素子５を形成できる。抵抗素子５のサイズとしては、電極２b間の距離を0.5mmとし、印刷幅を1.0mmのものを形成した。

電極間距離は、フォトファブリケーション手法によるエッチングにて規定され、印刷幅はスクリーン版の開口により規定されることから、それぞれ任意に設定可能である。

この実施例１では、電極２ａとなる銅箔を薄くしていることから、スクリーン印刷時の膜厚バラツキが小さくなり、所望の抵抗値の抵抗素子を作り込むことが可能である。ここまでの工程で、抵抗素子５を有する回路基材６を得る。

次に、図２(4)に示すように、ポリイミド等のベース絶縁材７の上に銅箔８を有する片面銅張積層板９を用意し、接着材１０を用いて抵抗素子５を有する回路基材６にプレスあるいはラミネート等の手法で積層する。

接着材には、ガラス転移点（Tg）が170℃のエポキシ系の熱硬化性接着材を用い、積層条件としては170℃/2MPaを5分間保持することで積層した。さらに、ボックス型の熱風オーブンにて160℃、120分のオーブンキュアを行った。ここまでの工程で、積層工程が終了した回路基材１１を得る。

次に、図２(5)に示すように、受けランド２bを狙い、レーザ加工により、導通用孔１２を形成する。銅箔の貫通加工を行うダイレクトレーザ加工を行なえば、メタルマスクを形成する工程を省略することができる。

銅を除去可能なレーザの例として、紫外光を照射するレーザではＵＶ−ＹＡＧレーザやエキシマレーザが挙げられ、赤外光を照射するレーザでは炭酸ガスレーザが挙げられる。この実施例１では、加工速度が速く、生産性に優れた炭酸ガスレーザを用いた。

この際、回路基材１１の外層に位置する銅箔８に対し、上述のレーザの吸収を増加させる処理を行うと、銅箔８の貫通性が向上し、好適である。また、銅厚が厚い場合には、貫通性が悪くなることから、5〜10μm程度の厚みが好ましい。

内層の受けランド２bの中心にレーザビームを位置合わせするため、加工部位の近傍に内層の位置合わせターゲットとなるマーク（図示せず）が2点以上配置されている。このマーク位置を読み取ることで、加工部位の近傍にある基板の伸縮等の情報を入手して演算処理を行い、加工部位の位置を補正してレーザビームを照射する手法も採用できる。

この実施例１のように、様々な材料からなる複層構造体は均一な伸縮挙動を示さないことも多い。これに対応するためには、上述のマークは、好ましくはX方向、Y方向の位置ズレを検出するために3点以上配置されていることが望ましい。

一連のレーザ加工条件として、以下の例を挙げる。炭酸ガスレーザ加工機として三菱電機株式会社製ML605GTXIII-5100U2を用いて位置合わせし、所定のアパーチャー等でビーム径200μm、パルス幅15μsec、50mJ、5ショットにて加工した。

銅厚が薄く、炭酸ガスレーザ光の吸収の良い表面状態とした銅箔１１の所定位置を200μm径に開口し、その下の銀めっきした受けランド２bまでの樹脂も除去され、その下の銀めっきした受けランド２bは炭酸ガスレーザ光の吸収が少ないから貫通しない。

この後、電解めっきにて層間接続をとるためのデスミア処理、導電化処理を行う。

なお、回路基材１１の外層に位置する銅箔８に対し、通常のフォトファブリケーションによるエッチング手法を用い、レーザ加工用のコンフォーマルマスクを形成し、このコンフォーマルマスクを用いてレーザ加工を行うことも可能である。この場合も、加工速度が速く生産性に優れた炭酸ガスレーザを用いることが好ましい。

次に、図２(6)に示すように、導通用孔１２を有する多層回路基材１３に10〜15μm程度の電解めっきを行い、導通用孔１２より得られたブラインドビア１４を形成し、層間導通をとる。

さらに、外層のパターン１５を通常のフォトファブリケーション手法により形成する。この後、必要に応じて半田めっき、ニッケルめっき、金めっき等の表面処理を施し、フォトソルダーレジスト層の形成、外形加工を行うことで、抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板１６を得る。

本発明の実施例２として、炭酸ガスレーザによる銅箔貫通率のデータを下記表１に示す。この実施例２では、厚さ12μmの銅表面に銀めっき処理（0.2μm厚）を行い、その後、粗化処理として日本マクダーミッド株式会社のマルチボンド１５０を行った。

比較例では、厚さ12μmの銅表面に粗化処理として日本マクダーミッド株式会社のマルチボンド１５０を行い、実施例１で用いた炭酸ガスレーザ加工機（三菱電機株式会社製、ML605GTXIII-5100U2、ビーム径200μm、パルス幅15μsec、35〜65mJ）で5ショットにてレーザ加工した際の貫通発生頻度を調査した。各水準1000穴のビア加工を行い、貫通発生個数をカウントした。

その結果、上記のレーザ条件では、銀めっき処理したものには貫通が全く発生しなかったが、粗化処理した水準においては60mJ以上では全数に貫通が発生し、比較例の中で最も低いエネルギーである35mJにおいても貫通が発生していた。

本発明の実施例を示す工程断面図。 本発明の実施例における図１に続く工程断面図。

符号の説明

１ ベース絶縁材（有機樹脂絶縁層）
２ 銅箔（金属配線層）
２a 抵抗の電極
２b 受けランド
２c 配線パターン
３ 片面銅張り積層板
４ 表面処理層
５ 抵抗素子
６ 抵抗素子５を有する回路基材
７ ベース絶縁材（有機樹脂絶縁層）
８ 銅箔（金属配線層）
９ 片面銅張り積層板
１０ 接着材
１１ 積層工程が終了した回路基材
１２ 導通用孔
１３ 導通用孔１２を有する多層回路基材１３
１４ ブラインドビア
１５ 外層配線パターン
１６ 抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板

Claims (4)

1. それぞれ複数の金属配線層と有機樹脂絶縁層とが積層されてなり、ブラインドビアによって前記金属配線層が層間接続された多層プリント配線板における、内層となる前記金属配線層のうち、前記ブラインドビアの受けランドと同じ配線層に膜状抵抗素子が形成されたプリント配線板の製造方法において、
   前記有機樹脂絶縁層の何れかにおける一方の面の前記金属配線層に、対となる電極および前記受けランドを形成し、
   前記電極および前記受けランドに、酸化防止のための導電性表面処理層を形成し、
   前記対となる電極間に前記膜状抵抗素子を印刷形成し、
   前記膜状抵抗素子を形成した前記金属配線層の側に接着剤を介して金属箔または金属張の積層板を加熱・加圧下で接着し、
   前記受けランドの上に、レーザ光を照射して前記積層板を部分的に除去することにより有底の導通用孔を形成する
   ことを特徴とする膜状抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板の製造方法。
2. 請求項１記載の多層プリント配線板の製造方法において、
   前記受けランドの上の前記導電性表面処理層は、前記レーザ光の吸収率が低くなる材料を用いて形成する
   ことを特徴とする膜状抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板の製造方法。
3. 請求項１または２記載の多層プリント配線板の製造方法において、
   前記表面処理層の前記レーザ光が照射される最外表面に、銀または金のめっき処理を施すことを特徴とする膜状抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板の製造方法。
4. 請求項１ないし３記載の多層プリント配線板の製造方法において、
   前記表面処理の後に、前記金属配線層に粗化処理を施すことを特徴とする膜状抵抗素子を内蔵した多層プリント配線板の製造方法。

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