JP2011146648A - プリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線パターン等にダメージを与えたり、プリント配線板に反りや捩れを発生させることなくパッド等の配線パターンを露出せしめることができるプリント配線板の製造方法の提供。
【解決手段】外層の配線パターンを保護するソルダーレジストとして、ガラスクロスを含む絶縁樹脂層を有するプリント配線板の製造方法であって、少なくとも、絶縁基板の外層に配線パターンを形成する工程と、当該配線パターンが形成された絶縁基板の外層に、光／熱併用硬化樹脂の内部にガラスクロスを有する絶縁樹脂層を積層する工程と、露光・現像処理により少なくとも当該絶縁樹脂層から露出させたい配線パターン上の樹脂を除去する工程と、当該露光・現像処理後の基板を高温処理して当該絶縁樹脂層を本硬化させる工程と、当該樹脂の除去により露出したガラスクロスをサンドブラスト処理またはウェットブラスト処理で除去することによって当該絶縁樹脂層に開口部を設ける工程とを有することを特徴とするプリント配線板の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、反りや捩れを抑制できる薄型のプリント配線板の製造方法に関し、特に、外層の配線パターンを保護するソルダーレジストとして、内部にガラスクロスを有する絶縁樹脂層を用いることを特徴とするプリント配線板の製造方法に関する。

反りや捩れを抑制できる薄型のプリント配線板の製造例として、特許文献１に開示された「半導体パッケージ用のプリント配線板」の製造方法がある。

当該半導体パッケージ用のプリント配線板の製造工程を簡単に説明すると、まず、図５（ａ）に示したように、半導体パッケージのサブストレートとして、厚さ０．０４〜０．１５mmのガラスクロス基材銅張り積層板を用いて回路板１０（符号１２は、回路板１０の表裏に形成された図示しない配線パターンを接続する「スルーホール」である）を作製した後、回路の表面処理をした当該回路板１０の両面に同一厚みのガラスクロス基材熱硬化性樹脂組成物のプリプレグ１１を積層する（図５（ｂ）、（ｃ）参照）。次に、サンドブラスト法にてボンディングパッド３ａ及びはんだボールパッド３ｂに相当する部分のプリプレグ１１を除去した後、露出した両パッドに貴金属めっきを施すことによって、図５（ｄ）の半導体パッケージ用のプリント配線板Ｐａを得るというものである。

このように、回路板１０に形成された配線パターンの保護手段として、熱硬化性樹脂の内部にガラスクロスを有するプリプレグ１１を積層する構成としたため、腰のない極薄の回路板１０においても反りを抑制することができ、また、ガラスクロスを含むプリプレグ１１をソルダーレジストとして形成したとしても、サンドブラスト処理にて一括で開口部（即ち、ボンディングパッド３ａ等を露出させるための開口部）を形成できるため、極薄の半導体パッケージ用のプリント配線板Ｐａを容易に形成することができる。

しかし、上記製造工程においては以下のような問題点があった。
即ち、サンドブラスト処理は、ガラスクロスのように硬い材質のものに対しては切削性（ブラスト除去性）が高く、樹脂のように柔らかい材質のものに対しては切削性が低いという性質を有しているため、両者からなるプリプレグ１１に対しては、比較的強いブラスト条件で処理をする必要がある。その結果、処理が過剰に行われた場合、図６に示したように、パッド３ｃや当該パッド３ｃが形成されている絶縁基板１にダメージ１３を与えてしまうというものであった。

また、露出させるパッド３ｃがサンドブラストのアタックにより塑性変形（即ち、銅などからなるパッドが伸びてしまう）してプリント配線板に反りや捩れ（図示せず）を発生させてしまうため、結局、反りや捩れを抑制するために、ソルダーレジストとしてプリプレグ１１を設けたとしても、その効果はあまり得られないというものであった。

更に、サンドブラストのアタックからプリプレグ１１を保護するために、当該プリプレグ１１の表面にブラストレジスト１４を設ける必要があるため、製造工程が煩雑になるとともに製造コストがかかるというものであった（図中の「矢印ＳＢ」は、サンドブラストが吹き付けられる様子を模式的に示したものである）。

特開２０００−２８６３６２号公報

本発明は、サンドブラストなどのブラスト処理でパッド等の配線パターン（あるいは当該配線パターンが形成されている絶縁基板）を露出させる場合においても、当該配線パターン等にダメージを与えたり、プリント配線板に反りや捩れを発生させたりすることなく容易に当該配線パターン等を露出させることができるプリント配線板の製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、外層の配線パターンを保護するソルダーレジストとして、ガラスクロスを含む絶縁樹脂層を有するプリント配線板の製造方法であって、少なくとも、絶縁基板の外層に配線パターンを形成する工程と、当該配線パターンが形成された絶縁基板の外層に、光／熱併用硬化樹脂の内部にガラスクロスを有する絶縁樹脂層を積層する工程と、露光・現像処理により少なくとも当該絶縁樹脂層から露出させたい配線パターン上の樹脂を除去する工程と、当該露光・現像処理後の基板を高温処理して当該絶縁樹脂層を本硬化させる工程と、当該樹脂の除去により露出したガラスクロスをサンドブラスト処理またはウェットブラスト処理で除去することによって当該絶縁樹脂層に開口部を設ける工程とを有することを特徴とするプリント配線板の製造方法により上記課題を解決したものである。

ブラスト除去性が低い樹脂部分を露光・現像で予め除去し、次いで、露出したガラスクロス（ブラスト除去性が高い）のみをブラスト処理で除去する構成としたため、配線パターン等にダメージを与えたり、プリント配線板に反りや捩れを発生させたりすることなく、容易にソルダーレジスト（図１の「絶縁樹脂層５」に相当）に開口部を形成することができる。

本発明プリント配線板の実施の形態を説明するための概略断面製造工程図。 小径の砥粒を用いるのが有効な場合を説明するための概略断面図。 ガラスクロスが配線パターンに接触しないように絶縁樹脂層の外側に偏在させる状態を説明するための概略断面図。 図３の積層状態を形成するための概略断面工程図。 従来のプリント配線板の製造工程を説明するための概略断面製造工程図。 従来のサンドブラスト処理の問題点を説明するための概略断面図。 プロセスマージンを稼げる粒径の砥粒では、プリプレグに良好な開口部が形成できないことを説明するための概略断面図。

本発明の実施の形態を、図１に示した半導体パッケージ用のプリント配線板Ｐを得るための概略断面製造工程図を用いて説明する。尚、実際には表裏の配線パターン間を接続するビアホールを形成するのであるが、本発明においては特に重要な部分ではないため、その説明を省略する。

まず、図１（ａ）に示したように、ガラスエポキシ基板などの絶縁基板１の表裏にボンディングパッド３ａと半田ボールパッド３ｂを含む配線パターン３を形成し、次いで、当該配線パターン３などの粗化処理（例えば、蟻酸やアミン系錯化剤を主成分とするソフトエッチング処理など）を行った後、配線パターン３が形成された絶縁基板１の表裏に、光／熱併用硬化樹脂４の内部にガラスクロス２を有する絶縁樹脂層５を真空ラミネータなどで仮圧着する（この時点の「絶縁樹脂層５」は、まだ半硬化状態である）。

ここで、上記ガラスクロス２として、扁平ガラスクロスを用いるのが好ましい。
その理由は、通常の円形ガラスクロスを用いた場合と比較して、プリント配線板の薄型化が可能であり、また、ガラスクロスが扁平であるため、後に行われるブラスト処理時間を短縮できるとともに加工ムラをなくすことができるからである。

次に、図１（ｂ）に示したように、絶縁樹脂層５から露出させたいボンディングパッド３ａ及びはんだボールパッド３ｂの位置に相当する部分に、マスク部６ａを有する露光用フィルム６を当該絶縁樹脂層５の表面に真空密着させた状態で露光処理を行い、次いで、１％程度の炭酸ナトリウム水溶液などで現像処理を行うことによって、当該絶縁樹脂層５の未露光部分を除去する（図１（ｃ）参照）。

ここで、露光処理として、露光用フィルムを用いた通常のコンタクト露光の例を用いて説明したが、レーザで直接パターン描画を行う非接触タイプの露光方法で行うことももちろん可能であり、ファインパターン仕様であるか否かのように、用途によって選択することができる。

次に、現像処理後の基板を熱風乾燥炉などで高温処理することによって、仮硬化状態（「仮硬化状態」とは、露光後の硬化状態で、完全には硬化されていない状態をいう）の絶縁樹脂層５を本硬化し、次いで、露出したガラスクロス２をサンドブラスト処理あるいはウェットブラスト処理で除去することによって、開口部７が形成された図１（ｄ）のプリント配線板Ｐを得る（図中の「矢印Ｂ」は、ブラストが吹き付けられる様子を模式的に示したものである）。

本実施の形態における注目すべき点は、ブラスト除去性の異なる「樹脂」と「ガラスクロス」を別々に除去する（即ち、「露光・現像」で樹脂部分を予め除去し、次いで、露出したガラスクロスを「ブラスト処理」で除去する）ようにした点にある。
これにより、ブラスト条件（例えば、「基板の搬送速度」や「ブラストの吐出圧力」あるいは「研磨砥粒の砥粒径」等）の調整により容易にガラスクロスを除去することができ、以って、良好な開口部を容易に形成することができる。
また、比較的弱いブラスト処理で加工できるため、絶縁樹脂層５の表面にブラストレジストを設ける必要がないため、製造工程を簡略化できるとともに製造コストを削減することができる。

ここで、当該ブラスト処理（「サンドブラスト処理」及び「ウェットブラスト処理」）としては、上記でも説明したように、「基板の搬送速度」等の調整により、常識的範囲において如何様にも処理が可能であるが、例えば、大ワークサイズ（例えば、５００mm×６００mm程度）の基板にムラなく処理を行うなど、プロセスマージンを稼ぐ必要がある場合、通常のブラスト処理の条件よりも弱いブラスト条件とするのが好ましい場合がある（即ち、配線パターン等にダメージを与えることなく良好な開口部を形成ために、弱いブラスト条件で長めのブラスト処理を行う場合である）。

通常のブラスト処理の条件よりも弱いブラスト条件とするには、上記した「基板の搬送速度」、「ブラストの吐出圧力」、「研磨砥粒の砥粒径」等の調整により可能であるが、「ブラストの吐出圧力（サンドブラストの場合は『空気圧』による調整、ウェットブラストの場合は『空気圧と水圧』による調整）」での調整では、ノズルから吐出されるブラストの吹き付け面積（基板上での吹き付け面積で、一般的にφ２〜３ｃｍ）を維持したまま吐出圧力を下げてしまうと、吹き付け面積内で処理バラツキが発生してしまうため好ましくない。また、「搬送速度」での調整では、ある程度の調整は可能であるものの、やはり大ワークサイズの基板にムラなく加工するには限界がある。従って、砥粒径のサイズによって切削力が明確な「研磨砥粒の砥粒径」の調整で行うのが最も効率的な手段と考え、以下にその具体例を簡単に示した｛尚、詳細には、「吐出圧力」を常用圧力一定とし（例えば、サンドブラスト処理では空気圧を０．３〜０．５ＭＰａ、ウェットブラストの場合は空気圧を０．２ＭＰａ、水圧を０．１７ＭＰａとした）、「搬送速度」で微調整を行うようにした｝。

プリント配線板のソルダーレジスト（図１の「絶縁樹脂層５」に相当）に形成される開口部は、製品毎にその数や開口径、更には開口部の配置の粗密などの違いがあるため一概にはいえないが、例えば「３４０mm×４００mm程度」のワークサイズの場合は、プリント配線板のブラスト処理で、処理時間がそれほどかからない通常用いる径の砥粒｛粒径が１１．５±１．０〜３０．０±２．０μｍ程度砥粒。例えば、不二製作所社製の「ＷＡ＃１０００〜＃４００」｝で処理し、大ワークサイズ（５００mm×６００mm程度）の基板を処理する場合には、粒径が４．０±０．５〜９．５±０．８μｍ程度の砥粒（例えば、不二製作所社製の「ＷＡ＃３０００〜＃１２００」）で処理するといった具合である。

粒径が４．０±０．５〜９．５±０．８μｍ程度の砥粒は、通常のブラスト処理で用いる砥粒(例えば、粒径が１１．５±１．０〜３０．０±２．０μｍ程度)と比較して処理時間がかかるものの｛即ち、砥粒径が大きくなるほど切削力が高く（配線パターン等へのアタックも強くなる）、小さくなるほど切削力が低くなる（配線パターン等へのアタックも弱くなる）｝、配線パターン等へのダメージが極めて少ないため処理条件の設定が容易になり（即ち、プロセスマージンを稼げる）、大ワークサイズの加工においても良好な開口部を容易に形成することができる｛即ち、基板面内でムラなくブラスト処理を行うために（開口部７内壁にガラスクロス２の切削残り８が残らないようにするために）、長めのブラスト処理が可能となる｝。尚、上記粒径の選択理由としては、粒径が４．０±０．５μｍよりも小さいと処理時間がかかりすぎてしまい、また、粒径が９．５±０．８μｍよりも大きいとプロセスマージンが稼ぎにくくなるからである。

因みに、粒径が４．０±０．５〜９．５±０．８μｍの砥粒を用いてプロセスマージンを稼いだとしても、プリプレグに対しては良好な開口部は形成することができない。

その理由は、プリプレグ１１には「ガラスクロス２が多く樹脂４ａが少ないＡゾーン(切削し易いゾーン)」と「ガラスクロス２が少なく樹脂４ａが多いＢゾーン（切削し難いゾーン）」が存在するため、上記プロセスマージンを稼いでも、ＡゾーンとＢゾーンの切削差を吸収できないからである（図７参照）。

また、「サンドブラスト処理」と「ウェットブラスト処理」とを比較した場合には、良好な開口部を容易に且つ確実に形成できる「ウェットブラスト処理」を選択するのが好ましい。

その理由は、「ウェットブラスト処理」は水を媒体としているため、砥粒を直接吹き付ける「サンドブラスト処理」よりも多少、処理時間がかかるものの、露出させる配線パターン等にダメージを与える懸念が「サンドブラスト処理」よりも少ないため（実際には、殆どダメージが発生しない）、開口部内壁にガラスクロスの切削残りが残らないよう、更に長めの処理を行っても問題とならないからである（即ち、サンドブラスト処理よりも加工制御が容易である）。

ここで、ガラスクロスの切削残りが発生した場合の問題点としては、ソルダーレジスト（図中の「絶縁樹脂層５」に相当）に設ける開口部７の仕様がオーバーレジスト仕様の場合に問題となる（「オーバーレジスト仕様」とは、図１（ｄ）のはんだボールパッド３ｂのように、パッドの外周をソルダーレジストで被覆する仕様のことである。尚、図１（ｄ）のボンディングパッド３ａのように、パッドの外周をソルダーレジストで被覆しない仕様は「クリアランス仕様」と呼んでいる）。

即ち、図２（ａ）に示したように、絶縁樹脂層５を積層した際、パッド（該図においては「はんだボールパッド３ｂ」を例として示した）とガラスクロス２が接触するほど両者の距離が短い場合（ガラスクロスとパッドが接触している場合も含む）、開口部７の底部側縁部とはんだボールパッド３ｂの境界部７ａに、ガラスクロス２の切削残り８が発生しやすく（図２（ｂ）参照）、当該切削残り８が残存した状態で表面処理を行った場合、金めっきの未着不良が発生するからである｛プリント配線板のブラスト処理で通常用いる砥粒（粒径が１１．５±１．０〜３０．０±２．０μｍ程度の砥粒）や上記で示したプロセスマージンを稼げる砥粒（粒径が４．０±０．５〜９．５±０．８μｍ程度の砥粒）では、境界部７ａに砥粒が届かない、あるいは届かない場合があるため処理が不十分となる｝。

従ってこのような場合には、ブラスト処理に用いる砥粒として、粒径が３．０±０．５μｍ程度のものを用いれば、上記境界部７ａのガラスクロス２も金めっき処理に問題のないレベルまで除去することができる。尚、上記粒径の選択理由としては、粒径が２．５μｍよりも小さいと処理時間がかかりすぎてしまい、また、粒径が３．５μｍよりも大きいと、上記でも説明したように、境界部７ａに砥粒が届かなくなり、ガラスクロス２の切削残り８が発生する懸念があるからである。

しかし、上記構成においては、良好な開口部を形成できる反面、粒径が３．０±０．５μｍと非常に小さい径の砥粒を用いるため、切削速度が非常に遅く、ブラスト処理時間がかなりかかってしまうというデメリットを有している。

そこで、製品仕様として可能であれば、図３に示したような構成の絶縁樹脂層５を形成するのが、良好な開口部を容易に形成する上で好ましい｛即ち、ガラスクロス２が配線パターン（図中には、配線パターンとして「はんだボールパッド３ｂ」を示している）に接触しないように絶縁樹脂層５中の外側部に偏在させるのが好ましい。尚、図中の符号９は、ガラスクロス２が絶縁樹脂層５中の外側部に配置されている状体を確認し易くするために、当該絶縁樹脂層５の全体厚の「中心線」として示したものである｝。

その理由は、オーバーレジスト仕様においても、切削速度の遅い小径の砥粒（３．０±０．５μｍ程度の砥粒）を用いることなく、通常用いる粒径の砥粒（１１．５±１．０〜３０．０±２．０μｍ程度の砥粒）やプロセスマージンを稼げる粒径の砥粒（４．０±０．５〜９．５±０．８μｍ程度の砥粒）で容易（配線パターンにダメージを与えずに）にガラスクロス２を除去できるからである。
尚、本構成においては、ガラスクロスが配線パターンに接触しないことから、上記効果に加えてＣＡＦ（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｎｏｄｉｃ ｆｉｌａｍｅｎｔ：ガラスクロスに沿って進行するマイグレーション）の懸念もなくせるという効果もある。

ここで、図３のようにガラスクロス２を絶縁樹脂層５の外側に偏在させる方法としては、絶縁基板１上に、フィルム状の光／熱併用硬化樹脂４とガラスクロス２を順次配置し（図４（ａ）参照）、次いで、真空プレス装置でプレスをすれば、容易にガラスクロス２を絶縁樹脂層５の外側に偏在させることができる（図４（ｂ）参照）。尚、液状の光／熱併用硬化樹脂を絶縁基板１に塗布し、乾燥炉で半硬化状態にした後、当該半硬化状態の光／熱併用硬化樹脂上にガラスクロス２を配置してプレスすることによっても同様の状態のもが得られる。

１：絶縁基板
２：ガラスクロス
３：配線パターン
３ａ：ボンディングパッド
３ｂ：はんだボールパッド
３ｃ：パッド
４：光/熱併用硬化樹脂
４ａ：樹脂
５：絶縁樹脂層
６：露光用フィルム
６ａ：マスク部
７：開口部
７ａ：境界部
８：切削残り
９：中心線
１０：回路板
１１：プリプレグ
１２：スルーホール
１３：ダメージ
１４：ブラストレジスト
Ｐ、Ｐａ：プリント配線板
Ｂ：ブラスト（サンドブラスト、ウェットブラスト）
ＳＢ：サンドブラスト

Claims (3)

1. 外層の配線パターンを保護するソルダーレジストとして、ガラスクロスを含む絶縁樹脂層を有するプリント配線板の製造方法であって、少なくとも、絶縁基板の外層に配線パターンを形成する工程と、当該配線パターンが形成された絶縁基板の外層に、光／熱併用硬化樹脂の内部にガラスクロスを有する絶縁樹脂層を積層する工程と、露光・現像処理により少なくとも当該絶縁樹脂層から露出させたい配線パターン上の樹脂を除去する工程と、当該露光・現像処理後の基板を高温処理して当該絶縁樹脂層を本硬化させる工程と、当該樹脂の除去により露出したガラスクロスをサンドブラスト処理またはウェットブラスト処理で除去することによって当該絶縁樹脂層に開口部を設ける工程とを有することを特徴とするプリント配線板の製造方法。
2. 当該絶縁樹脂層のガラスクロスが、配線パターンに接触しないように当該絶縁樹脂層中の外側部に偏在していることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板の製造方法。
3. 当該ガラスクロスとして、扁平ガラスクロスを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント配線板の製造方法。

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