JP2013074261A

JP2013074261A - 配線板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2013074261A
Application number: JP2011214438A
Authority: JP
Inventors: Manabu Sugibayashi; 学杉林; Tadashi Tamura; 匡史田村; Kuniji Suzuki; 邦司鈴木; Akihiko Wakabayashi; 昭彦若林
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: JP5915882B2

Abstract

【課題】貫通孔のフィルドビアめっき内へのボイドを抑制し、また表裏面の貫通孔上のフィルドビアめっき表面が平坦なことにより、工数低減と信頼性の確保を図ることが可能な配線基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板の表裏面の両側から内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の断面形状を有する貫通孔を有し、前記貫通孔の深さ方向中央部の内壁が、前記基板の表裏面に対して、略垂直である配線基板、及びその製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、貫通孔の層間接続をフィルドビアめっきで形成する配線基板及びその製造方法に関する。

近年、配線基板の高密度化に伴って、配線基板に設けられた貫通孔や非貫通孔上に、電子部品素子を搭載する端子等の配線パターンを形成できるようにした配線基板が要求されている。これに応える配線基板としては、貫通孔や非貫通孔を穴埋め樹脂で充填し、蓋めっき等を行って、貫通孔や非貫通孔上に、配線パターンを形成する配線基板が従来から行われている。しかし、この配線基板では、貫通孔等への穴埋め樹脂の充填や表面研磨、蓋めっきといった工程が必要となり、工数を要する問題がある。

そこで、このような工数増加の問題を回避するため、配線基板の貫通孔の一方の開口を金属箔で塞ぎ、この金属箔を給電層として、フィルドビアめっきを行って貫通孔を充填した配線基板が提案されている（特許文献１）。また、非貫通孔にフィルドビアで形成した層間接続を、配線基板の厚み方向全体に亘って積み上げるフルスタック構造が提案されている（特許文献２）。さらに、配線基板の表裏面の両側から、内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の頂部同士を突き合わせた形状の貫通孔を形成し、この貫通孔内にフィルドビアめっきを行い、めっき初期において、貫通孔の最小径部がフィルドビアめっきで塞がれることを利用して、非貫通孔を形成し、実質的に非貫通孔へのフィルドビアめっきと同様な状態として、最終的に貫通孔をフィルドビアめっきで充填する配線基板が開示されている（特許文献３）。

特開２００４−２５９７９５号公報特開２００９−２２４７３１号公報特開２００９−０６０１５１号公報

しかしながら、引用文献１の配線基板では、フィルドビアめっきの給電層を設けるために、貫通孔の一方の開口に金属箔を接着材で貼り合せる工程や、余分な接着材を除去する工程が必要となり、やはり工数が多い問題がある。

引用文献２の配線基板では、非貫通孔にフィルドビアめっきを充填するものであるため、配線基板の厚み方向全体に亘ってフィルドビアめっきを形成するために、フィルドビアめっきで形成した非貫通孔を、１層ずつ積み上げる必要があり、やはり工数を要する問題がある。

引用文献３の配線基板では、配線基板の表裏面のそれぞれの側から、レーザ加工によって、内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の頂部同士を突き合わせた形状の貫通孔を形成するが、貫通孔の最小径部が配線基板の厚み方向の何れの位置に形成されるか、安定し難い。貫通孔の最小径部が、配線基板の表裏の何れかの側にずれると、めっき初期において、フィルドビアめっきで塞がれる位置がずれることになり、即ち、非貫通孔の深さが、配線基板の表裏で異なることになる。このような場合は、図４に示すように、配線基板の表裏面のフィルドビアめっきに凹凸が生じたり、貫通孔の内部にめっきボイドが生じたりする問題がある。配線基板の表裏面のフィルドビアめっきに凹凸が生じた場合は、表面研磨工程が必要になり、工数が増加する問題がある。また、めっきボイドが生じた場合は、信頼性上の問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、貫通孔のフィルドビアめっき内へのボイドを抑制し、また基板表裏の貫通孔上のフィルドビアめっき表面が平坦なことにより、工数低減と信頼性の確保を図ることが可能な配線基板及びその製造方法を提供する。

本発明は、以下に関する。
１．基板の表裏面の両側から内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の断面形状を有する貫通孔を有し、前記貫通孔の深さ方向中央部の内壁が、前記基板の表裏面に対して、略垂直である配線基板。
２．項１において、貫通孔の深さ方向中央部の対向する内壁同士が、略平行である配線基板。
３．項１または２において、基板の表面から裏面に到る貫通孔内に、フィルドビアめっきが一体的に形成される配線基板。
４．基板の表裏面の両側から内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の断面形状を有する非貫通孔を形成する工程（Ｂ）（Ｃ）と、前記非貫通孔同士を繋げて形成される貫通孔の深さ方向中央部に、前記基板の表裏面に対して、内壁が略垂直となる部分を形成する工程（Ｄ）とを有する配線基板の製造方法。
５．項４において、非貫通孔を形成する工程（Ｂ）（Ｃ）では、基板の表裏面の一方の側から、前記基板の厚みの約半分以上の深さまで、内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の非貫通孔を形成し、次に、前記基板の表裏面の他方の側から、前記非貫通孔と繋がるように、内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の非貫通孔を形成する配線基板の製造方法。

本発明によれば、貫通孔のフィルドビアめっき内へのボイドを抑制し、また表裏面の貫通孔上のフィルドビアめっき表面が平坦なことにより、工数低減と信頼性の確保を図ることが可能な配線基板及びその製造方法を提供することができる。

本発明の配線基板の断面図である。本発明の配線基板の製造方法の一部を表すフロー図である。本発明の配線基板の製造方法の一部を表すフロー図である。従来の配線基板の断面図である。

本発明の配線基板の実施形態としては、図１に示すように、基板８の表裏面の両側から内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の断面形状を有する貫通孔９を有し、前記貫通孔９の深さ方向中央部の内壁が、前記基板８の表裏面に対して、略垂直である配線基板１が挙げられる。

本発明において、基板とは、配線基板の基体となるものであり、表層導体を回路加工によって形成する前までのものをいう。基板は、絶縁層とこの両面に貼り合わされた銅箔とを有しており、一般の配線基板で用いられるような、いわゆる銅張積層板等を使用できる。絶縁層とは、基板表裏に設けられる表層導体同士を絶縁し、また接着するものである。絶縁層としては、一般の配線基板で用いられるものを使用することができ、このようなものとして、補強材を有するガラスエポキシやガラスポリイミド等のプリプレグや、補強材を有しないエポキシ接着シート等のフィルム材が挙げられる。表層導体とは、配線基板の表面に形成される導体をいうが、必ずしも完成した配線基板の表面である必要はなく、生産工程の途中段階の中間製品である配線基板の表層である場合も含む。表層導体は、銅箔と後述するフィルドビアめっきとをエッチングすること等により形成することができる。

絶縁層として用いるプリプレグは、樹脂組成物を補強材である基材に含浸又は塗工してなるものであり、基材としては各種の電気絶縁材料用積層板に用いられる周知のものが使用できる。樹脂組成物は、配線基板の絶縁材料として用いられる公知慣用の樹脂組成物を用いることができる。通常、耐熱性、耐薬品性の良好な熱硬化性樹脂がベースとして用いられ、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、マレイミド樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ビニール樹脂などが例示されるが、これらに限定されない。

また、絶縁層として用いるフィルム材としては、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン等のポリマーをフィルム状に形成したもの、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンとテトラフルオロエチレンとのコポリマー、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンのコポリマー、パーフルオロアルコキシエチレンとテトラフルオロエチレンのコポリマー等のコポリマー、液晶ポリマーなどが挙げられる。より具体的には、例えば、味の素ファインテクノ株式会社製のＡＢＦ−ＳＨ９Ｋ、ＡＢＦ−ＧＸ３、ＡＢＦ−ＧＸ１３や、宇部興産株式会社製のユーピレックス２５ＳＧＡ、２５ＳＰＡ（「ユーピレックス」は登録商標。）等が挙げられる。

本発明において、貫通孔とは、基板全体を貫通する孔をいう。貫通孔の断面形状は、基板の表裏面の両側から内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の断面形状を有し、貫通孔の深さ方向中央部の内壁が、基板の表裏面に対して略垂直となっている。つまり、貫通孔の孔径が、基板の表裏面の両側から内部に向かって、徐々に縮小し、孔径が最も狭くなる深さ方向中央部では、貫通孔の対向する内壁が略平行になる。なお、内壁が略垂直となる部分の長さは、２０〜１００μｍ程度が好ましい。ここで、深さ方向中央部とは、貫通孔の深さ全体に対して、表裏面から、３０〜７０％程度の範囲をいう。このように、貫通孔の断面形状が、テーパ形状の部分と、基板の表裏面に対して略垂直である部分または対向する内壁が略平行となる部分とを有することにより、貫通孔の入り口では、フィルドビアめっき液を取り込み易く、また、貫通孔の深さ方向における基板中央部でも、内壁が突出した箇所を有しないので、取り込んだフィルドビアめっき液の流れを妨げ難いため、貫通孔全体を通したフィルドビアめっき液の流れが均一となる。このため、最小径部である、基板の表裏面に対して略垂直である部分または対向する内壁が略平行となる部分から均一にフィルドビアめっきにより塞がれていき、従来技術（特許文献３）のように、貫通孔の深さ方向において、極端に偏った位置から塞がれるのを抑制することができるので、貫通孔の全体が均一にフィルドビアめっきによって埋め込まれるようになる。したがって、厚みが１００μｍ以上の比較的厚い基材であっても、基板の表面から裏面に到る貫通孔内に、フィルドビアめっきが一体的に形成され、しかも、配線基板の表裏面のフィルドビアめっきに凹みや突起が生じたり、貫通孔の内部にめっきボイドが生じたりするのを抑制できる。なお、レーザ加工によって形成される貫通孔の内壁は、レーザ加工条件や基板の材料等によって、厳密には断面が完全な直線状ではなく、曲線状や凹凸状になることが多い。このため、基板の表裏面に対して略垂直とは、貫通孔の深さ方向中央部について、このような曲線状や凹凸状の状態を均して直線状としたときに、基板の表裏面に対して略垂直であることを示す。つまり、略垂直とは、この直線状としたときの貫通孔の内壁と、基板の表裏面との角度は、９０±２〜３度（８７〜９３度）であることを示す。また、貫通孔の対向する内壁が略平行とは、曲線状や凹凸状の状態を均して直線状としたときに、対向する内壁の角度が、±２〜３度の違いであることを示す。

上記において、基板の表面から裏面に到る貫通孔内に、フィルドビアめっきが一体的に形成されるのが好ましい。これにより、厚みが１００μｍ以上の比較的厚い基材であっても、フィルドビアめっきを一括して行うことで、基板の表裏の表面導体を電気的に接続することが可能になる。したがって、従来のように、フィルドビアを積み上げて基板の表裏の表層導体を層間接続する場合に比べて、大幅に工数を低減できる。

図２及び図３に示すように、本発明の配線基板１の製造方法の実施形態としては、基板８の表裏面の両側から内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の断面形状を有する非貫通孔９を形成する工程（図２（Ｂ）、（Ｃ））と、前記非貫通孔１３同士を繋げて形成される貫通孔９の深さ方向中央部に、前記基板８の表裏面に対して、内壁が略垂直となる部分１１を形成する工程（図３（Ｄ））とを有する配線基板の製造方法が挙げられる。

図２（Ｂ）、（Ｃ）、図３（Ｄ）のテーパ形状の部分１０と、基板８の表裏面に対して内壁が略垂直となる部分１１（対向する内壁が略平行となる部分１１）とを有する貫通孔９を形成する方法としては、基板８の表裏面の両側の表層導体７に、レーザ加工のマスクとなる窓孔（コンフォーマルマスク）を、表裏面の両側において重なる位置に形成し、基板８の表裏面の両側のそれぞれから、コンフォーマルマスク法によって、基板８の表裏面の両側の表層導体７から、基板８の深さ方向中央部に向かって孔径が縮小したテーパ形状の非貫通孔１３を２つ形成し、その後、非貫通孔１３の底部をねらってレーザ加工またはドリル加工を行い、２つの非貫通孔１３を繋げて貫通孔９を形成する方法が挙げられる。これによれば、テーパ形状の２つの非貫通孔１３を繋げた部分では、基板８の表裏面に対して内壁が略垂直となる部分１１（対向する内壁が略平行となる部分１１）が形成される。

また、図２（Ｂ）、（Ｃ）では、基板８の表裏面の両側の表層導体７から、基板８の深さ方向中央部に向かって孔径が縮小したテーパ形状の非貫通孔１３は繋がらず、貫通しない場合を示したが、非貫通孔１３同士が繋がって、貫通孔９となるようにしてもよい。つまり、基板８の表裏面の一方の側から、基板８の厚みの約半分以上の深さまで、内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の非貫通孔１３を形成し、次に、この非貫通孔１３と繋がるように、基板８の表裏面の他方の側から、内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の非貫通孔１３を形成してもよい。ここで、非貫通孔１３とは、基板８の厚み全体を貫通する孔ではないことを示す。

図２（Ｂ）、（Ｃ）のテーパ形状の部分１０を有する非貫通孔１３を形成する方法としては、基板８の表裏面の両側の銅箔１８に、レーザ加工のマスクとなる窓孔１９を、基板８の表裏面の両側において重なる位置に形成し、基板８の表裏面の両側のそれぞれから、コンフォーマルマスク法によって、基板８の表裏面の両側の銅箔１８から、基板８の深さ方向中央部に向かって孔径が縮小したテーパ形状の非貫通孔１３を２つ形成する方法が挙げられる。この場合、基板８の表裏面の両側に設ける銅箔１８の窓孔１９は、直径が６０μｍ〜８０μｍ程度であるのが好ましい。

また、図３（Ｄ）の基板８の表裏面に対して内壁が略垂直となる部分１１（対向する内壁が略平行となる部分１１）を有する貫通孔９を形成する方法としては、非貫通孔１３の底部をねらってレーザ加工またはドリル加工を行い、基板８の絶縁層６を形成する絶縁樹脂を除去して、２つの非貫通孔１３を繋げて貫通孔９を形成する方法が挙げられる。これによれば、基板８の深さ方向中央部に、基板８の表裏面に対して内壁が略垂直となる部分１１（対向する内壁が略平行となる部分１１）を確実に形成することができる。この場合、基板８の表裏面に対して内壁が略垂直となる部分１１（対向する内壁が略平行となる部分１１）の貫通孔９の直径は、４０μｍ〜６０μｍ程度である場合が好ましい。

本発明の配線基板は、板厚が１００μｍ〜３００μｍで、基板の表裏面の両側における貫通孔の直径が６０μｍ〜８０μｍ程度である場合が好ましく、このような場合には、配線基板の表裏面のフィルドビアめっきに凹みや突起が生じたり、貫通孔の内部にめっきボイドが生じたりするのを抑制するのに有効である。

以下、本発明の好適な実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。

図２（Ａ）に示すように、基板８として、板厚０．２ｍｍ、表裏の銅箔の厚さ５μｍ、サイズ５００ｍｍ×４００ｍｍのＭＣＬ−Ｅ６７９ＦＧ（日立化成工業株式会社製、製品名、「ＭＣＬ」は登録商標。）を用い、貫通孔９を形成する位置に、直径７０μｍのコンフォーマルマスク１９を形成した。コンフォーマルマスク１９の形成は、一般的なサブトラクティブ法により行った。また、コンフォーマルマスク１９の形成の露光工程には、大日本スクリーン株式会社製のダイレクトイメージ露光装置を使用し、コンフォーマルマスク１９の表裏面の位置あわせ精度は、±２０μｍ以内で形成した。

次に図２（Ｂ）に示すように、この基板８のコンフォーマルマスク１９に合わせて、表面側から、深さ６０〜９０μｍのテーパ形状の断面形状を有する非貫通孔１３を、レーザ加工で形成する。レーザ加工には、炭酸ガスレーザー加工機であるＬＣ−２Ｋ２１２／２Ｃ（日立ビアメカニクス株式会社製、商品名）を使用し、テーパー形状の断面形状を有する非貫通孔の加工に適したレーザビームの形状である、ガウシアンタイプのレーザビームを使用した。レーザビーム径は１００μｍを選択し、レーザ１ショット当り基板８の絶縁層６を、深さ２０〜３０μｍ加工するレーザ条件に設定し、レーザのショット数は３ショットで加工した。

次に、図２（Ｃ）に示すように、基板８のコンフォーマルマスク１９に合わせて、裏面側からのレーザ加工を、前記表面側からのレーザ加工と同一条件にて行い、非貫通孔１３を形成した。このとき、基板８には、レーザ加工のばらつきにより、一部貫通孔が形成されたが、レーザ接合部（非貫通孔１３の接合部）の孔径は２０μｍ以下であった。

次に、図３（Ｄ）に示すように、基板８のコンフォーマルマスク１９に合わせて、裏面側から、貫通孔９の深さ方向中央部に、貫通孔９の内壁が、基板８の表裏面に対して略垂直である部分１１を、レーザ加工により形成した。貫通孔９の内壁が略垂直となる部分１１を形成する際のレーザ加工条件は、レーザビーム径を５０μｍとし、略垂直な内壁を得るため、レーザビームの形状はトップハットタイプを使用し、レーザ１ショット当り、基板８の絶縁層６を、深さ２０〜３０μｍ加工する条件に設定し、レーザを３ショット照射し、加工後の貫通孔の最小径を４０〜６０μｍとなるように加工した。このとき、内壁が略垂直となる部分１１の長さは、３０〜７０μｍ程度であった。

次に、図３（Ｅ）に示すように、貫通孔９の内壁面に導電膜（下地銅めっき２０）を、無電解銅めっきにより形成する。具体的には、温度８０±５℃、濃度５５±１０ｇ／Ｌの過マンガン酸ナトリウム水溶液を用いて、貫通孔９内のデスミア処理を施した後、無電解銅めっきにて０．４〜０．８μｍの厚みの導電膜（下地銅めっき２０）を形成した。

次に、図３（Ｆ）に示すように、貫通孔９内にフィルドビアめっき１２を形成した。具体的には、フィルドビアめっき１２は、電解フィルドめっきであるＶＦ−５（荏原ユージライト株式会社製、商品名）を使用し、基板８の表裏面のめっき厚設定は２２μｍとした。次に、サブトラクト法で、基板８の表裏面のフィルドビアめっき１２及び銅箔１８を回路加工し、表層導体７を形成した。配線基板１のフィルドビアめっき１２の表面を観察したところ、凹み１４や突起１６は認められなかった。また、フィルドビアめっき１２の表面を観察したところ、めっきボイド１５も認められなかった。

１．配線基板
６．絶縁層
７．表層導体
８．基板
９．貫通孔
１０．テーパ形状の部分
１１．基板の表裏面に対して内壁が略垂直となる部分（対向する内壁が略平行となる部分）
１２．フィルドビアめっき
１３．非貫通孔
１４．凹み
１５．めっきボイド
１６．突起
１７．内壁が突出した箇所
１８．銅箔
１９．コンフォーマルマスク（窓孔）
２０．下地銅めっき

Claims

基板の表裏面の両側から内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の断面形状を有する貫通孔を有し、前記貫通孔の深さ方向中央部の内壁が、前記基板の表裏面に対して、略垂直である配線基板。
請求項１において、貫通孔の深さ方向中央部の対向する内壁同士が、略平行である配線基板。
請求項１または２において、基板の表面から裏面に到る貫通孔内に、フィルドビアめっきが一体的に形成される配線基板。
基板の表裏面の両側から内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の断面形状を有する非貫通孔を形成する工程（Ｂ）（Ｃ）と、前記非貫通孔同士を繋げて形成される貫通孔の深さ方向中央部に、前記基板の表裏面に対して、内壁が略垂直となる部分を形成する工程（Ｄ）とを有する配線基板の製造方法。
請求項４において、非貫通孔を形成する工程（Ｂ）（Ｃ）では、基板の表裏面の一方の側から、前記基板の厚みの約半分以上の深さまで、内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の非貫通孔を形成し、次に、前記基板の表裏面の他方の側から、前記非貫通孔と繋がるように、内部に向かって孔径が縮小するテーパ形状の非貫通孔を形成する配線基板の製造方法。