JP2013187458A - 多層プリント配線基板の製造方法及び多層プリント配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント配線版を構成する表面樹脂層が祖化されず、且つレーザドリリングしてもビアランド上にフィラーを含有した残留樹脂が残らない多層プリント配線板の製造方法を提供することを課題とした。
【解決手段】基材１上にビアランドを含む配線パターン５を形成する工程と、配線パターン上に無機フィラーを含まない第一の樹脂層２を形成する工程と、第一の樹脂層２を形成した基材上に無機フィラーを含有する第二の樹脂層３を形成する工程と、第一の樹脂層と第二の樹脂層を貫通するビアホール４をレーザ加工により形成し、ビアランドを露出させる工程と、ビアホール４を導電性材料で埋設する工程と、を有することを特徴とする多層プリント配線基板の製造方法である。
【選択図】図２

Description

本発明は、多層プリント配線板の製造方法に係り、特にはビアホール形成のレーザドリリングに先行するビアランド上の層構成に関するものである。

多層プリント配線板の立体接続において、従来、接続に必要な導通路は、ドリルで配線板に孔あけしてから孔壁をめっきするめっきスルーホール法により行われてきた。しかしめっきスルーホール法では近年要求されている高機能化、高密度化に限界が生じており、基板上に、絶縁層と導体回路を交互に形成し、それぞれの層間接続をして、導体層を積み上げることにより多層化を実現する、ビルドアップ方式による多層プリント配線板の製造方法に代替されつつある。

ビルドアップ方式による配線間の接続技術としては、形状・構造の面から高密度化を追求し、様々な技術が開示されているが、一般的に層間をまたがって接続する多重層間の配線接続の場合、千鳥状に接続している。これは、配線の自由度を高くするために、板厚方向に貫通する孔ではなく、表面または内部で部分スルーホール(IVH)を用いて部分的に接続するものである。しかし、千鳥状接続は、配線エリアを拡大して電気特性の劣化を招くおそれがあるため、ビア・オン・ビアあるいはスタックドビアと呼ばれるような多層直線状に接続した方が望ましい。その際には、孔内をめっきなどによって充填したフィルドビア構造が用いられる。

これらのビアは、従来の機械的なドリル法に代わって、フォトリソ法やレーザ法などを用いることにより、孔の微細化が格段に進歩し数多くの微小径の孔を高速度で開けることが可能になった。機械的なドリル法では孔あけを途中で止めるという制御が難しいが、レーザ法によるビア形成は絶縁層を薄くすることも可能であるという利点があるため、最近では、ビアホールの形成方法としては、レーザを用いる方法が主流になりつつある。特にＮｄ：ＹＡＧレーザの第三高調波（３５５ｎｍ）を利用したＵＶレーザによる孔あけ加工は、絶縁層の極薄い表面が瞬時に蒸発分解するレーザアブレーションと呼ばれる現象がおきており、熱影響の少ない切れの良い加工が特徴である。

近年、電子機器の高機能化等の要求に伴い、多層プリント配線板は高密度化とともに軽薄短小化が進んでいる。薄型の場合、基板自体の剛性が低いため、リフローで部品をはんだ接続する際の反りが問題となる。そのため、より低熱膨張で反りが少ない配線板では、絶縁樹脂層における無機充填材の配合比率が高くなる傾向にある。

近年、低反り・低熱膨張に優れた絶縁層とするため、シリカフィラーをエポキシ樹脂などに重量比で50%以上含有するプリント配線板が増えている。しかしながら、絶縁樹脂層における無機充填材の比率が高くなると低熱膨張性に優れるが、ビア作製時のレーザ加工性が無機充填剤を含まないものに比べて、劣るという問題があった。

例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、及びフィラーを含有する樹脂組成物からなる硬化物が、微細相分離構造を有しており、フィラーを熱硬化性樹脂リッチ相もしくは熱可塑性樹脂リッチ相のどちらか一方に偏在させると、高耐熱性で、靭性が強く、熱膨張が小さく、かつ銅配線への密着性が良好な絶縁層が得られ、多層プリント配線板用樹脂として好適であるとの記載がある（特許文献１）。しかしながら、絶縁樹脂のレーザによるビア加工性については、フィラー含有樹脂によりビア加工性が悪くなり、ビア底に樹脂残渣が生じ、接続信頼性が悪くなるという問題がある。

また、特許文献２には、ビアとビアランドとの接続信頼性を向上させ、微細配線化の容易な多層配線基板を製造するため、ビアランド上に薬液により除去可能な樹脂膜を形成する技術が開示されている。樹脂膜を形成したコア基板上に別の樹脂層を形成し、それを貫通するビアホールを形成して樹脂膜を露出させる。次に、樹脂膜を薬液により溶解させて除去すると、ビアホールの底部面積が実質的に拡張されることになり、ビアランドとビアとの接続信頼性を高めている。しかしながら薬液により除去しているため、薬液で除去可能な樹脂材料に限定されてしまう問題と、配線基板の絶縁樹脂表面が必要以上に粗化されてしまうという問題があった。

特開２００２−３８０２２号公報 特開２００９−１８８１４５号公報

そこで、本発明は、プリント配線版を構成する表面樹脂層が過剰に祖化されず、且つレーザドリリングしてもビアランド上にフィラーを含有した残留樹脂が残らない多層プリント配線板の製造方法を提供することを課題とした。

上記の課題を達成するための請求項１に記載の発明は、基材上にビアランドを含む配線パターンを形成する工程と、配線パターン上に無機フィラーを含まない第一の樹脂層を形成する工程と、第一の樹脂層を形成した基材上に無機フィラーを含有する第二の樹脂層を形成する工程と、第一の樹脂層と第二の樹脂層を貫通するビアホールをレーザ加工により形成しビアランドを露出させる工程と、ビアホールを導電性材料で埋設する工程と、を有することを特徴とする多層プリント配線基板の製造方法としたものである。

請求項２に記載の発明は、第一の樹脂層の膜厚は、第二の樹脂層の膜厚より十分に薄く、膜厚がビアランド上で１〜１０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線基板の製造方法としたものである。

請求項３に記載の発明は、請求項1又は請求項２に記載の製造方法により製造したことを特徴とする多層プリント配線板としたものである。

請求項１に記載の発明は、ビアランド上の樹脂層（第一及び第二の樹脂層）をレーザ除去するものであり、薬液処理によりビアランド直上の樹脂を除去しないので、薬液処理時に薬液中に露出している部分の樹脂表面にダメージを与えることがない。すなわち、露出した樹脂表面を過剰に祖化することがない。

また、ビアランド直上に無機フィラーを含有する樹脂層を設けず、無機フィラーを含まない樹脂層（第一の樹脂層）を介在させることで、ビア孔の底部の樹脂残渣が低減されると同時にビア底面積の拡大ができる。これによりビアランドとビアの接続界面の接続信頼性を高めることができる。そのため、テーパ状のビアホールであっても、その開口部の口径を大きくする必要がなく、小型で高アスペクトなビアを高密度で配置できる。

請求項２の発明によれば、第一の樹脂層の膜厚を１〜１０μｍの範囲に設定することで、レーザドリリング時に生じる樹脂残渣を効果的に低減することができる。

本発明にかかる配線基板の構成を説明する断面視の図である。 （ａ）〜（ｅ）図1の配線基板の製造工程を説明する工程図である。

以下、本発明に係る多層プリント配線基板の製造方法の主要点について説明する。
先ず、基材１上にランド５ａ、ビアランド４ａ、配線５ｂ等を含む配線パターン５を形成する（図２（ａ））。基材１としては、プリント配線板のような樹脂基板であってもよいし、セラミック基板、金属板であってもよい。配線パターンの形成方法も基材の種類に応じて適宜選択できる。

次に配線パターン５上に第一の樹脂層２（以下、樹脂膜と記す。）を形成する（図２（ｂ））。樹脂膜２の面積は、ビアホール５の底部面積より大きくすればよいが、ビアランド４ａの面積より小さくしてもよい。例えばビアランドより樹脂膜２の面積を大きくすると無機フィラーのない絶縁層が増え、熱膨張率を抑えられない可能性がある。これに対し、樹脂膜２の面積をビアランド４ａの面積より小さくする、つまり樹脂膜２をビアランド上に部分的に形成すれば、後でその上に形成される第二の樹脂層３により絶縁層の熱膨張率を抑えることができる。

次に、樹脂膜２を形成した基材上に第二の樹脂層３（以下、単に樹脂層と記す。）を形成する（図２（ｃ））。次に、樹脂膜２、樹脂層３を貫通するビアホール４をレーザドリリングにより形成する（図２（ｄ））。樹脂層３の材料としては低反り・低熱膨張率の材料が使用される。樹脂膜２と同質材料であっても、樹脂と無機フィラーとの混合物を使用することにより、低反り、低熱膨張率の絶縁樹脂にすることができる。樹脂層３の形成方法としては例えば未効果の樹脂層を基材１に加熱・加圧することにより、基材と接合し一体化させればよい。

ドリリング用のレーザとしては、炭酸ガスレーザ、ＵＶレーザ等を使用することができるが、より微細なビアを形成できるＵＶレーザを使用することが好ましい。形成されるビアは、通常トップ径がボトム径よりも大きくなる。トップ径とボトム径に差が生じると、ビア内でのめっき液の拡散、導電層に対するめっき面積の大きさの点で問題が生じるため、好ましくない。そのためビアランド４ａを含んだ導電層上にレーザで孔開けし易い無機物フィラーを含まない第一の樹脂層２を予め配置しておいたものである。この樹脂膜２がビアランド４ａに接しているため、レーザで樹脂膜２、樹脂層３を貫通させる孔を開口させたときビア底９の樹脂が効率良く除去でき、残渣が残らない。

次に、レーザで開口されたビアホール４には、樹脂スミアが残ることがあるため、過マンガン酸塩によるデスミア処理を経て除去する。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１は本発明にかかる多層プリント配線基板の構造を示す断面図である。本実施例の配線基板は、支持基材であるコア基板１と導電材料で埋設されたビアホール４を内蔵した樹脂層３との２層構造となっている。

コア基板1の表面には配線パターン５を構成するランド５ａと配線５ｂとが形成されている。ランド５ａは、ビアランドとしても使用され、後述するビアホール内に充填される導電材料１２と接続されている。コア基板1の裏面にも配線パターン９ａ、９ｂが形成さ
れている。コア基板1の内層には電極７が設けられており、内層電極７と表裏の配線パターンを接続するビア８も形成されている。

コア基板1としてプリント配線板（ガラス布に熱硬化性樹脂を含浸させ、両面に銅箔を接合したもの）を用いた場合には、その表裏面の配線パターン５ａ、５ｂ、９ａ、９ｂ及び内層電極７、ビア８等を無電解銅めっき、電解銅めっきで構成することができる。配線パターンは、プリント配線板の形成方法として知られているサブトラクティブ法、セミアディティブ法を用いることができる。コア基板1としてＬＴＣＣ（低温焼結セラミック）よりなるセラミック多層基板を使用してもよい。

コア基板1の上面には第二の樹脂層３が形成されている。樹脂層３としては樹脂内に無機フィラーを含んだ低熱膨張率の材料が使用され、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂等の熱硬化性樹脂にシリカ、アルミナなどの無機フィラーを混合した混合物とすることで低熱膨張率の絶縁物にすることができる。樹脂にエポキシ樹脂、無機フィラーにシリカフィラーを用いれば、寸法安定性や耐水性・耐薬品性および電気絶縁性が高い絶縁層を提供することができる。また樹脂層３は樹脂膜２と同種材料を使用すると積層がしやすく、望ましい。樹脂層３の形成方法としては、例えば未硬化（例えばBステージ）の樹脂層をコア基板1に加圧・加熱することにより硬化させ、コア基板1と接合一体化させることができる。

樹脂層３のビアランド５ａの直上部位には、表裏方向に貫通するビアホール４が形成されている。ビアホール４は、例えばレーザ加工により形成され、その入射側の口径が底部側（ビアランド側）の口径より大きなテーパ形状となっている。ビアホール４の底部には樹脂残渣が少なく、面積が拡大したビア底９が形成されており、このビア底９を含むビアホール４内は、無電解めっき１０、電解めっき１１で充填されている。

そのため、ビアホールを埋設する導電材料１２とビアランド４ａは電気的に導通されており、その接地面積は無機フィラーを含んだ樹脂だけで構成された絶縁層にレーザ加工した場合より大きい。ビアホール４をレーザ加工した場合、その底部口径は入射側の口径の約６０％になる。そのためビア底９の口径は入射側の口径に対して７０〜１００％の大きさであることが好ましい。

電解めっきでのビアフィリングに代えて、導電ペーストでビアホールを充填、硬化させてもよい。尚、図１では、第一の樹脂層（樹脂膜）は、レーザドリリングの際に除去されているので図示されていない。

樹脂層３の表面には、配線パターン６ａ、６ｂが形成され、導電材料１２が充填されたビアホール４の上にも形成されている。前記配線パターンは、例えば樹脂層３の表面全体に無電解銅めっきを施し、ドライフィルムレジストを貼り、フォトリソ加工でパターンを作製し、無電解めっき層をシード層としてパターンめっきを施し、レジストパターンを剥離、無電解めっき層をエッチングするセミアディティブ法などの公知の方法で形成される。

次に前記構成よりなるプリント配線基板の製造方法の一例を図２を参照して説明する。図２ではコア基板1の構造を簡略化して示してある。

図２（ａ）に示すように、コア基板1を準備し、ビアランド４ａ上に第一の樹脂層２（樹脂膜）を形成する（図２（ｂ））。この樹脂膜２は無機フィラーを含まず、レーザで除去しやすい樹脂材料であり、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂等が使用可能である。樹脂膜２の形成方法としては、スクリーン印刷法や、感光性ドライフィルム、液状感光性樹脂を塗布し、フォト加工することにより形成することができる。

樹脂膜２の厚みは、レーザ加工で容易に除去できる厚みであればよく、ビアランド４ａ上に１〜１０μm程度の厚みとすることができる。ビアランド４ａ上の厚みが１μmより小さければ、ビア底部の樹脂残渣の減少、ビア底面積の拡大の効果が期待できず、１０μmより大きければ後続する樹脂層３の均一な積層が難しくなり、低反り・低熱膨張の絶縁層にできない。ビアランド４ａ上の樹脂膜２の面積は、後で形成されるビアホールの底部内径より大きく設定されている。ここでは、樹脂膜２の面積をビアランド４ａと同一としたが、ビアランドより小さくしてもよい。

次に、コア基板1の上に樹脂膜２より厚い未硬化状態の第二の樹脂層３（樹脂層）を重ねて圧着する（図３（ｃ））。未硬化状態とは、半硬化（例えばBステージ）状態あるいはそれより柔らかい状態のことをいう。樹脂層３を圧着すると、軟化した樹脂が配線パターンとコア基板１との隙間に入り込み、配線パターンは樹脂層３に埋設される。なお、圧着の際に真空プレスを行うと樹脂層３の内部に気泡が生じるのを防止でき、樹脂の充填がより容易となる。樹脂層３の圧着と同時または圧着後に加熱を行うことで、樹脂層３が熱硬化し、コア基板１と樹脂層３とが接合一体化される。このときの温度は例えば１５０℃〜２５０℃程度、圧力は０．５ＭＰａ〜４．０ＭＰａ程度がよい
次に図2(ｄ)に示すように、硬化した樹脂膜２、樹脂層３の上からビアランド４ａに向かってレーザを照射し、樹脂膜２、樹脂層３を貫通し、ビアランド４ａを露出させるビアホール4を形成する。ＵＶレーザを用いればアブレーション加工により樹脂残渣が少なく、より微細なビアホール４を形成できるためＵＶレーザで加工することが望ましい。レーザで除去加工しにくい無機フィラーを含まない樹脂膜２をビアランド上に配置することで、樹脂残渣の少なく、底部の面積が広いビア底９を形成できる。

その後、デスミア液によってレーザ加工に伴うスミアを除去する。レーザ加工により樹脂残渣が少なく、底部面積が広いビア底９を形成したことでデスミア処理の温度、時間の管理を厳しくすることなく、樹脂とりきれる。このためデスミア処理の条件をビア底の樹脂残渣にではなく、樹脂層3の表面の粗化に合わせられる。このため微細配線形成に適した多層プリント配線板の絶縁層表面にすることができる。

次に、図2の(ｅ)に示すように樹脂残渣の少なく、面積が拡張されたビア底９をもつビアホール４に、無電解めっき処理を施す。無電解めっき処理として銅、ニッケル、スズなどの金属が考えられるが、ここでは小径のビアホールに安定しためっきが可能で接続信頼性にも優れた無電解銅めっきが望ましい。このときビア底９の面積が拡張されているため、ビアランドと無電解銅めっきの接触面積が増大し、接続信頼性が高くなる。

無電解銅めっき後、フォト加工によりパターンを作製し、電解銅めっきを行う。電解銅めっきによりビアフィリングとパターンめっきを同時に行い、樹脂層３の上面に配線パターン６ａ、６ｂ等を形成する。その後、フォト加工で用いた感光性のレジストを剥離、無電解銅めっき層をエッチングにより除去することで、配線基板を完成する。

本発明では、ビア形状の底面部の樹脂残渣を少なくすることによりデスミア処理を表面粗化に合わせることができる。またビアの底面部を広げることによりビア接続界面の接触面積を増やすことができる。これにより、微細配線に適した絶縁層形状と小型、高アスペクトのビアを高密度で形成可能となる。また従来のプロセスを大幅に変更することなく実施できる。

１、コア基板
２、第一の樹脂層（樹脂膜）
３、第二の樹脂層（樹脂層）
４、ビアホール（埋設されたビアホールを含む）
４a、 ビアランド
５、配線パターン
５ａ、ランド
５ｂ、配線
６、内層電極
７、内層パターン接続用ビア
８、配線パターン
９、ビア底
１０、無電解めっき層
１２、導電材料

Claims (3)

1. 基材上にビアランドを含む配線パターンを形成する工程と、
   配線パターン上に無機フィラーを含まない第一の樹脂層を形成する工程と、
   第一の樹脂層を形成した基材上に無機フィラーを含有する第二の樹脂層を形成する工程と、
   第一の樹脂層と第二の樹脂層を貫通するビアホールをレーザ加工により形成しビアランドを露出させる工程と、
   ビアホールを導電材料で埋設する工程と、を有することを特徴とする多層プリント配線基板の製造方法。
2. 第一の樹脂層の膜厚は、第二の樹脂層の膜厚より十分に薄く、膜厚がビアランド上で１〜１０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線基板の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の製造方法により製造したことを特徴とする多層プリント配線板。