JP2009272608A - 印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、絶縁層とインクジェット回路パターンとの間の接着強度を向上でき、インクジェット回路パターンの広がりを抑制して解像度を向上でき、インクジェット方法による回路形成により製造コストを節減できる印刷回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る印刷回路基板の製造方法は、絶縁層の表面粗さを形成する工程と、絶縁層に絶縁層の表面エネルギーを低減させる化合物を塗布する工程と、化合物が塗布された絶縁層にインクジェット方式で回路パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は印刷回路基板及びその製造方法に関する。

電子機器の製造に用いられる印刷回路基板の回路形成工程は、マスク製造、紫外線露光、現像、エッチング、剥離、洗浄、及び乾燥の複雑な工程で構成されている。

近年、電子機器のコストダウンにより、低費用で電子機器を製造する方法や、現像、エッチング、剥離、洗浄工程などに多量使用されている有機溶剤の使用を低減させて環境にやさしい製造工程を構築することに対する要求がますます増大しつつあり、インクジェットのようなデジタル製造工程に対する関心が高まっている。

通常、電子機器製造用印刷回路基板の回路配線は、エポキシ樹脂組成物からなった絶縁層上に銅箔を張り、不要な部分をエッチングすることによりパターンを形成してきた。

特に、半導体チップ実装のためのパッケージ用基板の場合には、一般の印刷回路基板より優れた耐熱特性及び信頼性が要求されるため、高いガラス転移温度を有するエポキシ樹脂組成物からなる絶縁層を使用するか、層間絶縁物質としてビスマレイミドトリアジン（Bismaleimide Triazine、ＢＴ）化合物が含まれたＢＴ樹脂を使用して製造してきた。

しかし、ＢＴ樹脂のような高耐熱性熱硬化樹脂は、導電層をなしている銅のような金属層との接着強度が低いので、熱衝撃試験のような信頼性評価の際に、絶縁層と金属配線層との間に層間剥離（delamination）が発生するという問題があった。

このような問題点を解決するために、絶縁層と銅箔との間に薄い接着剤層を形成する方法が提示されたが、絶縁層と銅箔層との間に形成された接着層の吸湿により、所望する接着強度や耐熱特性を得ることができなかった。

また、近年、電子機器のコストダウンから低費用の電子機器製造工程が要求されて、印刷回路基板の回路配線形成工程にもインクジェット工法のようなデジタル製造工程を導入しようする試みが多く行われている。

印刷回路基板の回路配線をインクジェット工法で形成する場合、既存のマスク製版、露光、現像、エッチング、剥離、洗浄工程などはインクジェット印刷及び焼成工程で代替可能となり、製造コストを大幅に節減することができる。

また、湿式工程からの多量の有機溶剤使用及び有機廃水排出を防止できるようになり、環境にやさしい製造工程を構築することができる。

しかし、高耐熱性を有するパッケージ用基板をインクジェット工法で製造すると、ＢＴ樹脂とその上に印刷されるナノ金属インクとの間の低い接着強度のため、高い信頼性を有する回路配線を形成することができなかった。

このような問題点を解決するために、ＢＴ樹脂上に薄い接着層をコーティングし、その上にインクジェット印刷により配線を形成しようとする試みがあったが、ナノ金属焼成の際に、金属と接着層との間の異なる収縮率のため、形成された金属配線にクラックが発生して実際の製造工程には適用することができなかった。

したがって、インクジェット印刷工法のようなデジタル製造工程で高耐熱性を有する熱硬化樹脂面に配線を形成するためには、ＢＴ樹脂のような高耐熱性基材と、印刷されるナノ金属インクとの間に十分な接着強度の確保とともにパッケージ用基板の高集積化に伴う微細配線形成技術も充足されなければならない。

こういう従来技術の問題点に鑑み、本発明は、絶縁層とインクジェット回路パターンとの間の接着強度を向上でき、インクジェット回路パターンの広がりを抑制して解像度を向上させることができる印刷回路基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、絶縁層の表面粗さを形成する工程と、絶縁層に絶縁層の表面エネルギーを低減させる化合物を塗布する工程と、化合物が塗布された絶縁層にインクジェット方式で回路パターンを形成する工程と、を含む印刷回路基板の製造方法が提供される。

ここで、絶縁層はＢＴ樹脂からなることができる。

絶縁層の表面粗さの形成工程は、表面粗さが形成された銅箔層を提供する工程と、絶縁層に銅箔層を熱圧着する工程と、絶縁層に積層された銅箔層を除去する工程と、を含むことができる。

銅箔層の表面粗さは、マイクロエッチングにより形成可能であり、熱圧着工程は、１５０℃〜２５０℃の温度で３Ｍｐａ〜８Ｍｐａの圧力をかけて行うことができる。

化合物は、フッ素系またはシリコン系化合物のうちの一つからなることができ、シリコン系化合物は、ジメチルポリシロキサン、フェニルメチルポリシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ビニルシラン、アクリレートシランからなる群より選択される少なくとも一つの化合物からなることができる。

回路パターン形成工程の後に、回路パターンが形成された絶縁層を３００℃未満の温度で焼成させる工程をさらに含むことができる。

本発明の他の実施形態によれば、表面粗さが形成された絶縁層と、絶縁層に塗布され、絶縁層の表面エネルギーを低減させる化合物と、化合物が塗布された絶縁層にインクジェット方式で形成された回路パターンと、を含むことを特徴とする印刷回路基板が提供される。

ここで、絶縁層はＢＴ樹脂であることができ、化合物はフッ素系またはシリコン系化合物のうちの一つからなることができる。

また、シリコン系化合物は、ジメチルポリシロキサン、フェニルメチルポリシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ビニルシラン、アクリレートシランからなる群より選択される少なくとも一つの化合物からなることができる。

本発明による印刷回路基板及びその製造方法によれば、絶縁層とインクジェット回路パターンとの間の接着強度を向上でき、インクジェット回路パターンの広がりを抑制して解像度を向上させることができ、インクジェット方法による回路形成から製造コストを節減することができる。

本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、特定実施例を図面に例示し、詳細な説明する。しかし、本発明がこれらの特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

本願で用いた用語は、ただ特定の実施例を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、工程、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、工程、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなくてはならない。

以下、本発明による印刷回路基板及びその製造方法の実施例を添付図面を参照して詳しく説明し、添付図面を参照して説明することにおいて、同一であるか対応する構成要素は同一の図面番号を与し、これに対する重複される説明は省略する。

図１は、本発明による印刷回路基板の製造方法を示すフローチャートであり、図２乃至図１０は本発明による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。

図２及び図１０を参照すると、銅箔層１０、表面粗さが形成されている銅箔層１２、離型剤１４、絶縁層２０、フッ素系またはシリコン系化合物３０、回路パターン４０が示されている。

本実施例によれば、絶縁層２０に表面粗さを形成し、絶縁層２０に絶縁層２０の表面エネルギーを低減させるフッ素系またはシリコン系化合物３０を塗布した後、フッ素系またはシリコン系化合物３０が塗布された絶縁層２０にインクジェット方式で回路パターン４０を形成することにより、絶縁層２０とインクジェット回路パターン４０との間の接着強度を向上でき、インクジェット回路パターン４０の広がりを抑制して解像度を向上させることができる。

このために、先ず、図２に示すように、銅箔層１０を用意する。通常、印刷回路基板製造に使用される銅箔の表面は、滑かな（shine）面とマット（mat）面とで構成される。

滑かな面は、エッチングで印刷回路基板の回路を形成する際に、エッチング液が直接的に浸透する面であって、このような滑かな面を多様な条件でマイクロエッチングすることにより、多様な粗さを有する粗化表面を得ることができる。

銅箔のマット面は、銅張積層板の製造の際に銅箔と樹脂面との接着強度を増加させるために粗化処理された面であって、多様な粗化面を有した銅箔層が商業化されている。

上述した方法を用いて、工程Ｓ１２で、図３に示すように、表面粗さが形成された銅箔層１２を提供する。ここで、銅箔層１２のマット面は予め表面粗さが形成されているのでそのまま使用し、銅箔層１２の滑かな面は、工程Ｓ１２２で、マイクロエッチングして表面粗さを形成することができる。

次に、工程Ｓ１４で、図４及び図５に示すように、絶縁層２０に銅箔層１２を熱圧着する。

ここで、絶縁層２０はＢＴ樹脂からなることができる。通常、ＢＴ樹脂は基板製造に使用されるエポキシ樹脂より高いガラス転移温度を有する。したがって、インクジェットナノ金属の焼成のために、２００℃まで昇温しても熱分解したり、変形したりすることがないという長所がある。また、半導体実装用パッケージ印刷回路基板のように高耐熱性や高信頼性を要求する製品を製造するのに容易である。

表面粗さが形成された銅箔層１２を絶縁層２０に圧着させてＢＴ樹脂表面に粗化面を形成するためには、硬化されないＢＴプリプレグ（prepreg）を使用する。これは、既に硬化されたＢＴ樹脂を使用すると、ＢＴ樹脂内の高分子が３次元で緻密に結合していて、粗化面が形成されないからである。

銅箔層１２を用いてＢＴ絶縁層２０を圧着すると、ＢＴ絶縁層２０が充分に硬化されて熱的に安定した状態になることができる。ＢＴ絶縁層２０の熱圧着工程条件は、１５０℃〜２５０℃の温度で３Ｍｐａ〜８Ｍｐａ圧力をかけて３０分〜２００分の間に熱圧着すればよい。

ここで、ＢＴ樹脂からなった絶縁層２０が上述の条件で十分に硬化されないと、後述するナノ金属インクの焼結工程にてＢＴ樹脂の収縮が発生し、印刷された回路パターン４０にクラックなどが発生する恐れがある。

次に、工程Ｓ１６で、図６ａ及び図６ｂに示すように、絶縁層２０に積層された銅箔層１２を除去する。銅箔層１２を除去する方法は、図６ａに示すように、圧着前の銅箔層１２に離型剤１４をコーティングすることにより、絶縁層２０に圧着した後にも銅箔層１２が容易に除去されるようにできる。

また、図６ｂに示すように、エッチング工程により絶縁層２０に圧着された銅箔層１２を除去することもできる。

次に、工程Ｓ１０で、図７に示すように、表面粗さが形成された絶縁層２０を形成することができる。絶縁層２０に表面粗さが形成されると、ＢＴ樹脂上に印刷されるナノ金属インクの接着強度を向上させることができる。すなわち、絶縁層２０にナノ金属インクが印刷された後に硬化されると、表面粗さが形成された絶縁層２０の表面との機械的結合（mechanical interlocking）が強くなり、高い接着強度を得ることができる。

しかし、絶縁層２０を粗化処理すると、絶縁層２０の表面積が増加して印刷されるインクの広がりが大きくなり、インクの解像度が落ちるという問題点が生じる。ここで、粗化処理とは、絶縁層２０に粗さを与えるために表面に粗さを形成することを意味する。

上述した問題点を防止するために、工程Ｓ２０で、図８に示すように、絶縁層２０に絶縁層２０の表面エネルギーを低減させるフッ素系またはシリコン系化合物３０を塗布する。より具体的には、表面粗さが形成されたＢＴ絶縁層２０上にインクジェット印刷をすると、絶縁層２０と回路パターン４０との間に高い接着強度を得ることができる。

すなわち、高くなった絶縁層２０の表面エネルギーのために、インクジェットヘッドから吐出されたナノ金属インクがＢＴ絶縁層２０上に広く広がり、解像度が落ちることになる。したがって、本実施例では、表面粗さが形成された、すなわち、粗化面が形成されたＢＴ絶縁層２０の表面をフッ素系またはシリコン系化合物３０などを用いて化学処理する。

これにより、粗化処理されたＢＴ絶縁層２０の表面エネルギーが低減されて、ナノ金属印刷の際に広がりを小さくして優れた印刷解像度を得ることができ、微細配線を形成することができる。

ここで、シリコン系化合物は、ジメチルポリシロキサン、フェニルメチルポリシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ビニルシラン、アクリレートシランからなる群より選択される少なくとも一つの化合物からなることができる。

表面粗さが形成された絶縁層２０にフッ素系またはシリコン系化合物３０を塗布する方法は、絶縁層２０に化合物３０をコーティングするか、化合物３０の溶液に絶縁層２０を含浸させて実現することができる。

絶縁層２０に表面粗さを形成した後、インクジェット回路パターン４０を形成すると、表面積が増加して印刷されるインクの広がり性を大きくする恐れがあるが、表面粗さが形成された絶縁層２０の粗化面に沿って化学的処理をすることにより、絶縁層２０の表面エネルギーを低減することができる。したがって、印刷されるインクの広がりを抑制して解像度を向上させることができ、微細配線の回路パターン４０を実現することができる。

次に、工程Ｓ３０で、図９に示すように、フッ素系またはシリコン系化合物３０が塗布された絶縁層２０にインクジェット方式で回路パターン４０を形成する。

本実施例では、１００ｎｍ以下のサイズを有する金属ナノインクをインクジェット印刷して導電性配線を形成する。

通常、金属粒子のサイズが１００ｎｍ以下になると、粒子の相対的な表面積が非常に大きくなり、一般の金属粒子とは異なる特性を見せる。特に、金属粒子の融点が非常に低くなって、２００℃ほどで溶融が始まるので、焼結が可能になる。すなわち、ナノ金属で構成された回路パターン４０は、２００℃ほどの比較的低い温度で溶融が始まり、焼成されることができる。

また、焼成された金属パターンの電気伝導度がバルク（bulk）金属の電気伝導度とほぼ同じ値を有することになり、熱に弱い高分子絶縁層２０上に配線を形成することが容易になる。

したがって、工程Ｓ４０で、図１０に示すように、回路パターン４０が形成された絶縁層２０を３００℃未満の温度で焼成させる。

この時、使用可能な金属粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケルなどであり、１ｎｍ〜１００ｎｍの平均粒径を有する。

インクジェット印刷は、設計されたデータを直接印刷して所望するパターンを形成することができる技術であって、既存のフォトリソグラフィ工程のマスク製版、ラミネーション、露光、現像、エッチング、剥離工程を省略できる画期的な方法である。

また、有機溶剤使用量や有機廃水排出量を減少させて製造コストの低減が可能になる。すなわち、工程省略による原価節減とともに省略された工程で発生可能な不良要素が除去されたので、優れた品質特性を得ることができる。

図１１は本発明による印刷回路基板を示す断面図である。図１１を参照すると、絶縁層２０、フッ素系またはシリコン系化合物３０、回路パターン４０が示されている。

絶縁層２０の表面は表面粗さが形成された粗化面で構成されており、インクジェット方式で回路パターン４０を形成すると、絶縁層２０の表面と回路パターン４０との間の機械的結合力が向上される。

この時、絶縁層２０はＢＴ樹脂からなることができる。通常、ＢＴ樹脂は基板製造に使用されるエポキシ樹脂より高いガラス転移温度を有するため、インクジェットナノ金属の焼成のために２００℃まで昇温しても熱分解したり、変形したりすることがないという長所がある。したがって、半導体実装用パッケージ印刷回路基板のように高耐熱性や高信頼性が要求される製品を製造するのに容易である。

また、表面粗さが形成された絶縁層２０の表面エネルギーを低減するために、フッ素系またはシリコン系化合物３０を塗布する。すなわち、粗化処理されたＢＴ絶縁層２０の表面エネルギーを低減して、ナノ金属印刷の際に広がりを低減させて、優れた印刷解像度及び微細配線を得ることができる。

ここで、シリコン系化合物は、ジメチルポリシロキサン、フェニルメチルポリシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ビニルシラン、アクリレートシランからなる群より選択される少なくとも一つの化合物からなることができる。

フッ素系またはシリコン系化合物３０が塗布された絶縁層２０にインクジェット方式で回路パターン４０を形成する。回路パターン４０は、表面粗さが形成された絶縁層２０のために密着力が強化され、表面エネルギーを低減させるフッ素系またはシリコン系化合物３０を塗布することにより、印刷されるインクの広がりを減少でき、解像度を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい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脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できよう。

本発明による印刷回路基板の製造方法を示すフローチャートである。 本発明による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明による印刷回路基板を示す断面図である。

符号の説明

１０ 銅箔層
１２ 表面粗さが形成された銅箔層
１４ 離型剤
２０ 絶縁層
３０ フッ素系またはシリコン系化合物
４０ 回路パターン

Claims (12)

1. 絶縁層に表面粗さを形成する工程と、
   前記絶縁層に前記絶縁層の表面エネルギーを低減させる化合物を塗布する工程と、
   前記化合物が塗布された絶縁層にインクジェット方式で回路パターンを形成する工程と、
   を含む印刷回路基板の製造方法。
2. 前記絶縁層が、ＢＴ樹脂（Bismaleimide Triazine resin）からなることを特徴とする請求項１に記載の印刷回路基板の製造方法。
3. 前記絶縁層に表面粗さを形成する工程が、
   表面粗さが形成された銅箔層を提供する工程と、
   絶縁層に前記銅箔層を熱圧着する工程と、
   前記絶縁層に積層された前記銅箔層を除去する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の印刷回路基板の製造方法。
4. 前記銅箔層の表面粗さが、マイクロエッチングにより形成されることを特徴とする請求項３に記載の印刷回路基板の製造方法。
5. 前記熱圧着工程が、１５０℃〜２５０℃の温度で、３Ｍｐａ〜８Ｍｐａの圧力をかけて行われることを特徴とする請求項３に記載の印刷回路基板の製造方法。
6. 前記化合物が、フッ素系またはシリコン系化合物のうちの一つからなることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の印刷回路基板の製造方法。
7. 前記シリコン系化合物が、ジメチルポリシロキサン、フェニルメチルポリシロキサン（phenylmethyl polysiloxane）、ポリジメチルシロキサン（polydimethyl siloxane）、ビニルシラン（vinyl silane）、アクリレートシラン（acrylate silane）からなる群より選択される少なくとも一つの化合物からなることを特徴とする請求項６に記載の印刷回路基板の製造方法。
8. 前記回路パターンの形成工程後に、
   前記回路パターンが形成された前記絶縁層を３００℃未満の温度で焼成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の印刷回路基板の製造方法。
9. 表面粗さが形成された絶縁層と、
   前記絶縁層に塗布され、前記絶縁層の表面エネルギーを低減させる化合物と、
   前記化合物が塗布された絶縁層にインクジェット方式で形成された回路パターンと、
   を含むことを特徴とする印刷回路基板。
10. 前記絶縁層が、ＢＴ樹脂であることを特徴とす請求項９に記載のる印刷回路基板。
11. 前記化合物が、フッ素系またはシリコン系化合物のうちの一つからなることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の印刷回路基板。
12. 前記シリコン系化合物が、ジメチルポリシロキサン、フェニルメチルポリシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ビニルシラン、アクリレートシランからなる群より選択される少なくとも一つの化合物からなることを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板。

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