JP2010278067A - 多層フレキシブルプリント配線板の製造方法および多層回路基材 - Google Patents

Abstract

【課題】狭ピッチＣＳＰが搭載可能で、外層回路、内層回路ともに微細回路形成が可能な可撓性ケーブルを備えた多層フレキシブルプリント配線板の製造方法およびそれに用いる多層回路基材を提供すること。
【解決手段】両面型の銅張積層板を用意し、この銅張積層板の外層側および内層側にそれぞれ導通孔用の開口を有する外層側および内層側の銅めっき層を、内層側銅めっき層の厚みが外層側銅めっき層の２ないし３倍となるように電解銅めっき法により形成し、内層側銅めっき層上にカバーレイを形成して外層からの積層基材１２とする。一方、少なくとも１つの配線層を有する配線基材を用意し、さらに積層基材を積層して多層回路基材を形成し、この多層回路基材の第１および第２の開口を通して一括レーザ加工して導通用孔１６、１７を形成し、導電化処理および電解めっきを行ってビアホール１６ｂ、１７ｂを形成する。
【選択図】図１Ｃ

Description

本発明は、多層フレキシブルプリント配線板の製造技術に係わり、特に高密度実装可能な可撓性ケーブル部を有する多層フレキシブルプリント配線板の製造方法およびそれに用いる多層回路基材に関する。

近年、電子機器の小型化および高機能化は益々促進されてきており、そのために回路基板に対する高密度化の要求が高まってきている。そこで、回路基板を片面から両面や三層以上の多層回路基板とすることにより、回路基板の高密度化を図っている。

この一環として、各種電子部品を実装する多層回路基板や硬質回路基板の相互間を、別体のフレキシブル配線板、フレキシブルフラットケーブルおよびコネクタ等を介して接続するものがある。

そして、この別体のフレキシブル配線板等を一体化した可撓性ケーブル部を持つ多層フレキシブル配線板[特許文献１（P4、第5図）]が、携帯電話などの小型電子機器を中心に広く普及している。

とくに携帯電話の高機能化はめざましく、それに伴い多層フレキシブル配線板に実装される部品もCSP（チップサイズパッケージ）に置き換わり、高機能かつ高密度にパッケージングし、基板サイズを大きくすることなく、高機能を付加しようという流れがある。このCSPのパッドピッチも、当初は0.8mmピッチであったが、近年は0.5mmピッチ以下の狭ピッチなものも要求され始めている。

中でも、10パッド×10パッド以上のパッド数のCSPのパッドがフルグリッドで配置されている狭ピッチCSPを搭載することは、従来の多層フレキシブル配線板では非常に困難である。

多層フレキシブル配線板に狭ピッチCSPを搭載する上での必須要件は、以下の通りである。
(a)CSP実装ランドに貫通孔がないこと。
実装に必要な半田が流れないようにするためである。
(b)導通部の高密度配置が可能なこと。
狭ピッチCSP実装ランドから直接、下の配線層に接続するため、要求される最小ピッチとしては搭載するCSPのパッドピッチと同じピッチが必要となる。
(c)微細配線を形成できること。
外層、内層を問わず、100以上の多くのパッドからの配線引回しが必要なためである。また、CSP実装ランド間に引回せる配線の本数が、搭載可能なCSPの仕様を決める重要なファクターである。
特にCSP搭載に際しては、CSP実装ランドの存在する外層の配線より下の内層の配線の微細化が有効である。ただし、0.4mmピッチ以下の狭ピッチＣＳＰ搭載の場合、その搭載部に必要な外層回路パターンピッチはピッチ60μｍ（パターン間最小ギャップ：30μｍ）以下に形成する必要がある。

これらの要求をある程度満足する多層フレキシブルプリント配線板の製造方法および構造が、特許文献２（P18、第5図）に開示されている。この特許文献２に記載された発明の特徴としては、第1層と第2層とを接続するビアホール、第1層、第2層、第3層を接続するステップビアホール、第1層と第3層とを接続するスキップビアホールを１回の導通用孔の形成およびめっきにより設けていることが挙げられる。これにより、上述のＣＳＰ搭載のための要件、(1)CSP実装ランドに貫通孔がないこと、(2)導通部の高密度配置が可能なことを満足することができる。

図２は、特許文献２に記載の方法を発展させた技術内容を示すもので、さらに内層回路パターンを微細化するために、セミアディティブ手法を組み合わせたケーブル部を有する４層フレキシブルプリント配線板の製造方法の実施形態を示す断面工程図である。

先ず、図２(1)に示すように、ポリイミド等の可撓性絶縁ベース材３１の両面に、厚さ1μm程度の銅、ニッケル、クロムあるいはそれらの合金等の導電性金属箔３２および３３を有する両面回路基材３４を準備する。この基材に対し、レーザ加工時のコンフォーマルマスクおよび回路パターンをセミアディティブ手法にて形成するためのレジスト層３５を両面に形成する。

次に、レジスト層３５をセミアディティブめっきレジストとして用い、導電性金属箔３２および３３に通電して電解銅めっきを行い、外層側に位置する面の銅めっき層３６、内層側に位置する面の銅めっき層３７の厚さをそれぞれ約10μmに形成する。

次に図２(2)に示すように、レジスト層３５を剥離し、導電性金属箔３２および３３をエッチング除去し、銅めっき層３６および３７を電気的に独立した回路パターン３６bおよび３７bとする。なお、回路パターン３６bは、レーザ加工時のコンフォーマルマスクとなる。ここまでの工程により、両面の配線基材３８を得る。

次に図２(3)に示すように、ポリイミドフィルム３９上にアクリル・エポキシ等の接着材４０を有する、所謂カバーレイ４１を用意する。両面のパターンを形成した配線基材３８の内層側に、カバーレイ４１を真空プレス、真空ラミネータ等で貼り付ける。

ここまでの工程で、カバーレイ付きのビルドアップ層４２を得る。さらに、もう1組のカバーレイ付きのビルドアップ層４３を同様の工程にて準備する。

次に、エポキシ等の積層用の接着材４４を所定の形状に金型等で打ち抜く。打ち抜かれた空間が、可撓性のケーブル部に相当する箇所に対応する。ビルドアップ層４２、接着材４４、ビルドアップ層４３を位置合わせし、これらを真空プレス等で積層する。ここまでの工程により、積層された多層回路基材４５を得る。

次に、図２(4)に示すように、コンフォーマルマスク３６bを用いて、レーザ加工およびプラズマ等のデスミア処理を行って各層間を接続するための導通用孔を形成し、電解めっきを行って層間導通をとり、それぞれビアホール４６、ステップビアホール４７、スキップビアホール４８とする。さらに、外層パターン４９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、基板表面に半田めっき、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を形成し、ケーブルの外層側に銀ペースト、フィルム等を用いてシールド層を形成し、外形加工を施してケーブルを有する４層フレキシブルプリント配線板５０を得る。

特許第2631287号 特開2007-128970号公報

上記工法により製造された多層フレキシブルプリント配線板の内層回路パターンは、微細回路形成が可能である。

しかし、外層回路パターンは導体厚が30μｍ前後となる。このため、0.4mmピッチ以下の狭ピッチＣＳＰ搭載部に必要な外層回路パターンピッチであるピッチ80μｍ（パターン間最小ギャップ40μｍ）以下を形成することは困難である。

このため、携帯電話用基板等のように、可撓性ケーブルを備え、狭ピッチＣＳＰを搭載する多層フレキシブルプリント配線板を安価かつ安定的に製造することは困難である。

本発明は、上述の点を考慮してなされたもので、狭ピッチＣＳＰが搭載可能で、外層回路、内層回路ともに微細回路形成が可能な可撓性ケーブルを備えた多層フレキシブルプリント配線板の製造方法およびそれに用いる多層回路基材を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本願は、次の製造方法およびその方法に用いる多層回路基材を提供する。

まず製造方法は、
ケーブル部を有する多層フレキシブルプリント配線板の製造方法において、
a)可撓性絶縁ベース材の両面に金属薄膜を有する両面型の銅張積層板を用意する工程、
b)前記銅張積層板の外層側の導通用孔の形成部位に第１の開口を有する外層側銅めっき層、および前記銅張積層板の内層側の導通用孔の形成部位に第２の開口を有し前記外層側銅めっき層の２ないし３倍の厚みである内層側銅めっき層を、前記金属薄膜をシード層とする電解銅めっき法により形成する工程、
c)前記内層側銅めっき層上にカバーレイを形成して外層からの積層基材とする工程、
d)少なくとも１つの配線層を有する配線基材を用意する工程、
e)前記積層基材の前記カバーレイを形成した側を前記配線基材の配線層側へ向け、前記配線基材に接着材を介し積層して多層回路基材を形成する工程、
f)前記多層回路基材の、前記第１の開口に対しレーザ加工を行って導通用孔を形成する工程、
g)前記多層回路基材に対し前記第１および第２の開口を通して一括レーザ加工することにより前記多層回路基材の層間を導通するための導通用孔を形成する工程、
h)前記導通用孔に導電化処理および電解めっきを行ってビアホールを形成する工程、
を含むことを特徴とする。

また、多層回路基材は、
少なくとも１つの配線層を有する配線基材の配線層側に、カバーレイを介して少なくとも２層を有する積層基材が積層され、ビアホールにより層間接続されてなる多層回路基材において、
前記積層基材は、
両面銅張積層板における各面が銅めっき層により形成され、
積層時に内層となる面の銅めっき層が、外層となる面の銅めっき層の２ないし３倍の厚みを持つ
ことを特徴とする。

これらの特徴により、本発明は次のような効果を奏する。

本発明による多層フレキシブルプリント配線板は、金属薄膜を両面に有する両面銅張積層板に対し、レーザ加工時のコンフォーマルマスクおよび回路パターンをセミアディティブ手法により形成する際、外層側に位置するレーザ加工時のコンフォーマルマスク面となる銅めっき層の厚さを薄く、内層側に位置する回路パターン面となる銅めっき層の厚さを厚くすることにより、内層の回路パターンの電流容量の確保や両面の回路基材としてのハンドリング可能な程度の剛性を得ることができる。

しかも、層間導通を得るための外層めっき後の外層導体の厚みを最小限に抑えることができるから、セミアディティブ手法を用いた内層回路パターンは無論のこと、外層回路パターンにおいても狭ピッチのＣＳＰ搭載が可能な微細回路を形成することができる。

図１Ａないし図１Ｃは、本発明に係るケーブル部を有する４層フレキシブルプリント配線板の製造工程を示す概念的断面構成図。 従来工法によるケーブル部を有する４層フレキシブルプリント配線板の製造工程を示す概念的断面構成図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１Ａないし図１Ｃは、本発明に係る配線板の製造方法を示す断面工程図である。先ず、図１Ａ(1)に示すように、ポリイミド等の可撓性絶縁ベース材１（ここでは、厚さ12.5μmのポリイミド）の両面に、厚さ0.3μmの銅薄膜２および３を有する、両面回路基材４を準備する。

この銅薄膜の厚みとしては、0.1〜0.5μm厚のものが好ましい。0.1μmよりも薄い場合には銅箔膜にピンホール等の膜欠陥が生じ易く、後の回路パターンの形成に悪影響を及ぼす。

また、0.5μmよりも厚い場合には、この銅箔膜をシード層としたセミアディティブ手法により回路パターンを形成した後のシード層除去の際に、回路パターンごとのエッチング除去を行うため、回路パターンの膜減りが多くなり、形状等の安定性を損なう可能性があることや、エッチング除去の工程負荷が大きくなることがあり、生産性にも悪影響を及ぼす。この基材に対し、レーザ加工時のコンフォーマルマスクおよび回路パターンをセミアディティブ手法にて形成するためのレジスト層５を両面に形成する。

次に図１Ａ(2)に示すように、レジスト層５をセミアディティブめっきレジストとして用い、銅箔２および３に通電して電解銅めっきを行う。このとき、外層側に位置する面の銅めっき層６の厚さを薄く、内層側に位置する面の銅めっき層７の厚さを厚くする。

両面の銅めっき層の厚みを任意の異なる厚みとするには、電解銅めっき時の印加電流値を片面ずつ制御すればよい。特に、ロールトゥロールで加工を行う場合には、水平搬送式の銅めっき装置を用いる。

装置仕様として、銅めっき装置の陽極をロール材料の上下から挟むように配置したものを選択し、上下の陽極の電流値を個別に制御できるように整流器の系統を分ける必要がある。

これにより、上述の面による銅めっきの厚み制御を好適に行うことが可能となる。銅めっき層６、すなわち外層側銅めっき層の厚みは、レーザによる導通用孔の形成時における遮光マスクとして機能することと、外層めっきを行った際の総導体厚を薄くすることとを考慮して5μmとした。

レーザの遮光マスクとして機能させるためには、生産性の高い炭酸ガスレーザを用いる場合には3μm以上の銅厚みを有することが好ましく、上述の総導体厚の低減という観点からは、7μm以下の銅厚みが好ましい。

一方、銅めっき層７、すなわち内層側銅めっき層の厚みは、レーザによる導通用孔形成時の遮光マスクとして機能することと、内層回路の電流容量や導体抵抗値が適当になることとを勘案して10μmとした。ただし、後の粗化処理等で銅厚みが約0.5〜１μm薄くなることを考慮すると、配線の銅厚みが9μm程度となる。この厚みで幅30μm程度の回路であれば、500mA程度の電流が通電可能となるので、微細性を損なうことなく電流容量を確保できる。

さらに、配線の設計ルールを変えずに高電流容量を実現するには、内層側銅めっき層７の厚みを増すことで対応可能である。ただし、銅厚みが18μmを超える場合には、セミアディティブ用のめっきレジストを微細に形成することが困難になり、セミアディティブ手法を適用するメリットが損なわれる。

加えて、外層側めっき層６の厚みに対する内層側めっき層７の厚みの比が3倍以上となり、電解銅めっきの電流値制御を行っても、内層の高電流側からの電流の外層側への回り込みにより、厚み制御が困難になるため適用は難しい。このようなことから、外層側銅めっき層６の厚みに対する内層側銅めっき層７の厚みの関係は、相対比でいうと１対２ないし１対３にするとよい。

次に図１Ａ(3）に示すように、レジスト層５を剥離してレジスト層５がなくなった部分の銅箔２が露出した状態とする。

次いで図１Ａ(4)に示すように、銅箔２および３をエッチング除去して外層側銅めっき層６および内層側銅めっき層７を相互に接続している銅箔２，３を除去する。これにより、外層側銅めっき層６と内層側銅めっき層７とを電気的に切り離し、電気的に独立した回路パターン６bおよび回路パターン７bとする。

ここで、回路パターン６bは、レーザ加工時のコンフォーマルマスクとなる。銅箔２および３をエッチング除去する際に粗化処理液を用いることで、エッチングと同時に内層の密着強度を向上させるための粗化処理を行う。

銅箔に対するエッチング効果のある粗化処理液としては、荏原電産(株)製のネオブラウンプロセスNBDシリーズがあり、これを用いることで約0.5〜１μmのエッチングを行い、銅箔２および３をエッチング除去した。セミアディティブ手法を用いていることから、内層回路はパターンピッチ30μm程度に形成することが可能である。ここまでの工程で、両面の配線基材８を得る。

ここで、セミアディティブ手法により両面回路基材を形成する際に用いたシード層の処理は、銅を主成分とした金属薄膜であるシード層の除去、および回路パターンの粗化処理を酸性の薬液で一括処理することができる。

この結果、工程が短縮され、各工程での薬液コンディション等の管理を含めて一元化することができ、別工程で流動するよりも安価に多層フレキシブルプリント配線板を製造することができる。

これらのことから、狭ピッチのＣＳＰが搭載可能で、外層回路、内層回路ともに微細回路が形成可能な、可撓性ケーブルを備えた多層フレキシブルプリント配線板を安価かつ安定的に提供できる。

そして図１Ｂ(5)に示すように、例えば12μm厚のポリイミドフィルム９上に厚さ10μmのアクリル・エポキシ等の接着材１０を有する、カバーレイ１１を用意する。両面のパターンを形成した配線基材８の内層側に、カバーレイ１１を真空プレス、真空ラミネータ等で貼り付ける。ここまでの工程で、カバーレイ付きのビルドアップ層１２を得る。

続いて、図１Ｂ(6)に示すように、もう1組のカバーレイ付きのビルドアップ層１３を上述の図１Ａ(1)〜図１Ｂ(5)と同様の工程にて準備する。

次に、厚さ10μmのエポキシ等の積層用の接着材１４を、金型等で所定の形状に打ち抜きを行う。打ち抜かれた空間が、可撓性のケーブル部に相当する箇所に対応する。ビルドアップ層１２、接着材１４、ビルドアップ層１３を位置合わせする。

次いで、図１Ｂ(7)に示すように位置合わせしたビルドアップ層１２、接着材１４、ビルドアップ層１３を真空プレス等で積層する。ここまでの工程で、積層された多層回路基材１５を得る。多層回路基材１５の表面の銅箔（コンフォーマルマスク６b）が、積層時の熱により酸化して変色している。

このため、後のレーザ加工時のガイド認識不良が発生する恐れがあり、表面銅箔を約0.5〜１μmエッチングして銅面を露出させる。また、上述の粗化処理は、炭酸ガスレーザを使用する場合には、レーザ光の吸収が向上して蓄熱効果により銅が溶融し易くなる。これを防ぐためにも、表面銅箔のエッチングを行うことが望ましい。

次に、図１Ｃ(8)に示すように、コンフォーマルマスク６bを用いて、レーザ加工およびプラズマ等のデスミア処理を行い、各層間を接続するための導通用孔１６，１７，１８を形成する。

レーザ加工には、UV-YAGレーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ等を選択可能である。ここでは、生産性の高い炭酸ガスレーザを用いた。このとき、コンフォーマルマスク６bの銅箔厚みは3〜4μm程度になっており、強いエネルギーでレーザ加工を行うと銅箔が溶融するため、注意が必要である。

炭酸ガスレーザの場合には、パルス幅を短くし、1ショット当たりのエネルギーが小さい条件で加工することが必須である。加工方式としては、熱損傷を少なくする点から、同一の導通用孔に連続して複数ショット加工を行うバースト加工ではなく、ガルバノエリアの複数の導通用孔に対し、1ショットずつ複数回加工するサイクル加工が好ましい。

加工条件としては、好ましくはパルス幅5〜10μsec、エネルギー5〜10mJの範囲で加工すれば熱による影響が少なく、上述の材料構成の場合には各導通用孔とも5ショット前後で加工可能である。

次に、図１Ｃ(9)に示すように、導通用孔１６，１７，１８を有する多層回路基材１５に10〜15μm程度の電解めっきを行って層間導通をとり、それぞれビアホール１６b、ステップビアホール１７b、スキップビアホール１８bとする。

層間にある樹脂の厚みを薄くしているため、上記程度のめっき厚でも十分に層間接続の信頼性を確保することが可能である。層間接続の形態としては、NCドリル加工等による貫通スルーホールによるものも選択可能である。

この後、図１Ｃ(10)に示すように、外層パターン１９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。導電性金属箔２についても、通常の塩化第二銅や塩化鉄によるエッチングで除去可能である。外層の導体厚は15μm以下となっていることから、ピッチ60μm（パターン間最小ギャップ30μｍ）前後の微細パターンを形成できる。

この後、必要に応じて基板表面に半田めっき、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を形成し、ケーブルの外層側へのシールド層を銀ペースト、フィルム等を用いて形成し、外形加工を施してケーブルを有する４層フレキシブルプリント配線板２０を得る。

１ 可撓性絶縁ベース材、２，３ 銅箔、４ 両面回路基材、５ レジスト層、
６，７ 銅めっき層、６ｂ，７ｂ 回路パターン、８ 配線基材、
９ ポリイミドフィルム、１０ 接着材、１１ カバーレイ、
１２，１３ ビルドアップ層、１４ 接着材、１５ 多層回路基材、
１６，１７，１８ 導通用孔、１６b ビアホール、１７b ステップビアホール、
１８b スキップビアホール、１９ 外層パターン、
２０ ケーブル部を有する４層フレキシブルプリント配線板、
３１ 可撓性絶縁ベース材、３２，３３ 銅箔、３４ 両面回路基材、
３５ レジスト層、３６，３７ 銅めっき層、３６ｂ，３７ｂ 回路パターン、
３８ 配線基材、３９ ポリイミドフィルム、４０ 接着材、４１ カバーレイ、
４２，４３ ビルドアップ層、４４ 接着材、４５ 多層回路基材、４６ ビアホール、
４７ ステップビアホール、４８ スキップビアホール、４９ 外層パターン、
５０ ケーブル部を有する４層フレキシブルプリント配線板。

Claims (6)

1. ケーブル部を有する多層フレキシブルプリント配線板の製造方法において、
   a)可撓性絶縁ベース材の両面に金属薄膜を有する両面型の銅張積層板を用意する工程、
   b)前記銅張積層板の外層側の導通用孔の形成部位に第１の開口を有する外層側銅めっき層、および前記銅張積層板の内層側の導通用孔の形成部位に第２の開口を有し前記外層側銅めっき層の２ないし３倍の厚みである内層側銅めっき層を、前記金属薄膜をシード層とする電解銅めっき法により形成する工程、
   c)前記内層側銅めっき層上にカバーレイを形成して外層からの積層基材とする工程、
   d)少なくとも１つの配線層を有する配線基材を用意する工程、
   e)前記積層基材の前記カバーレイを形成した側を前記配線基材の配線層側へ向け、前記配線基材に接着材を介し積層して多層回路基材を形成する工程、
   f)前記多層回路基材の、前記第１の開口に対しレーザ加工を行って導通用孔を形成する工程、
   g)前記多層回路基材に対し前記第１および第２の開口を通して一括レーザ加工することにより前記多層回路基材の層間を導通するための導通用孔を形成する工程、
   h)前記導通用孔に導電化処理および電解めっきを行ってビアホールを形成する工程、
   を含むことを特徴とするケーブル部を有する多層フレキシブルプリント配線板の製造方法。
2. 請求項１記載の多層フレキシブルプリント配線板の製造方法において、
   前記銅張積層板の金属薄膜は銅を主成分とするものであり、前記金属薄膜の除去と、前記工程b)で形成する回路パターンの表面粗化処理とを酸性の同一薬液で一括して行うことを特徴とするケーブル部を有する多層フレキシブルプリント配線板の製造方法。
3. 請求項１記載の多層フレキシブルプリント配線板の製造方法において、
   前記銅張積層板の金属薄膜の厚みは、0.1〜0.5μmであることを特徴とするケーブル部を有する多層フレキシブルプリント配線板の製造方法。
4. 請求項１記載の多層フレキシブルプリント配線板の製造方法において、
   前記外層側銅めっき層の厚みを3〜7μmとし、前記内層側銅めっき層の厚みを9〜18μmとすることを特徴とするケーブル部を有する多層フレキシブルプリント配線板の製造方法。
5. 少なくとも１つの配線層を有する配線基材の配線層側に、カバーレイを介して少なくとも２層を有する積層基材が積層され、ビアホールにより層間接続されてなる多層回路基材において、
   前記積層基材は、
   両面銅張積層板における各面が銅めっき層により形成され、
   積層時に内層となる面の銅めっき層が、外層となる面の銅めっき層の２ないし３倍の厚みを持つ
   ことを特徴とする多層回路基材。
6. 請求項５記載の多層回路基材において、
   前記外層となる銅めっき層の厚みを3〜7μmとし、前記内層となる銅めっき層の厚みを9〜18μmとすることを特徴とするケーブル部を有する多層回路基材。

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