JP2017041475A - 配線基板及び多層配線基板、配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スルーホールの穴埋めと微細な配線パターンの形成を容易に両立できるようにした配線基板及び多層配線基板、配線基板の製造方法を提供する。【解決手段】基板の表裏を貫通するスルーホール２１と、スルーホール２１の壁面に設けられて、スルーホール２１の表面側開口部と裏面側開口部とを導通させるスルーホール導体２３と、表面側開口部の周囲及び裏面側開口部の周囲にそれぞれ設けられたスルーホールランド２５と、基板の表面側及び裏面側にそれぞれ設けられて、スルーホールランド２５を被覆するスルーホールランドパターン２８と、を備える。スルーホールランド２５の厚みは１．０μｍ以上１０．０μｍ以下である。【選択図】図４

Description

本発明は、配線基板及び多層配線基板、配線基板の製造方法に関する。

従来の多層プリント配線板の製造方法としては、配線形成された導体層（配線層）と絶縁層（層間絶縁層）とを交互に積み上げていく、ビルドアップ方式が広く用いられている。ビルドアップ方式における層間導通および配線形成は、メカニカルドリルによる貫通孔形成、貫通孔内壁へのめっき、樹脂充填、必要に応じて蓋めっきを行い、続いてサブトラクティブ工法により実施するのが一般的である。
また近年、電子機器の小型化・高性能化に伴い、電子部品を実装する多層プリント配線板も導体配線の微細化・高精度化が望まれている。このような中、貫通孔形成、貫通孔内壁へのめっきを従来と同様に行い、配線形成をセミアディティブ工法により行う技術が提案されている（特許文献１）。セミアディティブ工法は、サブトラクティブ工法よりも微細なパターンを形成することが可能な工法である。

特許第５２８９２４１号公報

しかしながら、従来の工法には以下のような問題点があった。すなわち、特許文献１記載の技術では、絶縁層から成る基板にスルーホールを形成し、めっきにより表裏の導通を形成、サブトラクティブ工法によるスルーホールランド形成を行い、スルーホールの樹脂充填と同時に表層に絶縁層を形成し、その上にあらためてセミアディティブにより配線形成を行う。この方法で形成される多層プリント配線板は、薄型化の困難な構造となる。
また、スルーホールに充填した樹脂が硬化収縮するため、スルーホール開口部が周囲のスルーホールランドと比べて大きく凹んでしまう。この上に形成するビルドアップ層において、スルーホール上にビアを形成する場合、この大きな凹みはビア形成不良につながり接続不良の原因になる。また、この凹みを埋めるべく厚く蓋めっきすると、ますます基板厚みが嵩んでしまう。

そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、スルーホール（貫通孔）の穴埋めと微細な配線パターンの形成を容易に両立できるようにした配線基板及び多層配線基板、配線基板の製造方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る配線基板は、絶縁基体と、前記絶縁基体の表裏を貫通するスルーホールと、前記スルーホールの壁面に設けられて、前記スルーホールの表面側開口部と裏面側開口部とを導通させるスルーホール導体と、前記表面側開口部の周囲及び前記裏面側開口部の周囲にそれぞれ設けられたスルーホールランドと、前記絶縁基体の表面側及び裏面側にそれぞれ設けられて、前記スルーホールランドを被覆する導体層と、を備え、前記スルーホールランドの厚みは１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であることを特徴とする。

本発明の別の態様に係る多層配線基板は、上記の配線基板と、前記配線基板の表面及び裏面のうち少なくとも一方の面側において、交互に積層された絶縁層及び導体層と、を備えることを特徴とする。
本発明のさらに別の態様に係る配線基板の製造方法は、絶縁基体の表裏を貫通するスルーホールを形成する工程と、前記スルーホールの壁面に、前記スルーホールの表面側開口部と裏面側開口部とを導通させるスルーホール導体を形成する工程と、前記絶縁基体の前記表面側開口部の周囲と前記裏面側開口部の周囲とにそれぞれスルーホールランドを形成する工程と、セミアディティブ工法によって、前記絶縁基体の表面側及び裏面側に前記スルーホールランドを被覆する導体層をそれぞれ形成する工程と、を備え、前記スルーホールランドの厚みを１．０μｍ以上１０．０μｍ以下にすることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、スルーホールの穴埋めと微細な配線パターンの形成を容易に両立することができる。

本発明の実施形態に係る配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜実施形態＞
図１〜図４は、本発明の実施形態に係る配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。図１（ａ）に示すように、まず、絶縁材２の表面と裏面とにそれぞれ銅箔１が形成された基板を用意する。この基板は、銅箔１、絶縁材２、銅箔１をこの順に重ねて熱圧着処理を行うことにより形成することができる。銅箔１はエッチング等により２〜４μｍ厚まで薄化する。

次に、図１（ｂ）に示すように、メカニカルドリルによって、基板の所望の位置にスルーホール２１を形成する。ドリルビットのサイズの制約上、スルーホール２１の直径Ｄ１は７０μｍ〜３００μｍ程度である。
続いて、図１（ｃ）に示すように、基板全面に厚さ０．５〜１．０μｍ程度無電解銅めっき処理を行った後、電解銅めっき処理にて、基板の表裏面全面とスルーホールの壁面とに５〜２０μｍ程度の導体３を形成する。この導体３により、スルーホールの表面側開口部と裏面側開口部とが導通する。

次に、図２（ａ）に示すように、導体３で導通させたスルーホールに、スクリーン印刷工法などにより穴埋め樹脂２２を充填する。穴埋め樹脂２２を印刷後にキュアすると、穴埋め樹脂２２は硬化収縮により縮む。このため、穴埋め樹脂２２は基板の表面側及び裏面側にそれぞれ５μｍ以上張り出すように印刷する。
次に、基板の表面側及び裏面側にそれぞれ物理研磨を実施する。これにより、図２（ｂ）に示すように、基板の表面側及び裏面側のそれぞれにおいて、表層導体（すなわち、銅箔１及び導体３）の厚みＴ１を１．０〜１０μｍとする。

次に、図２（ｃ）に示すように、基板の表面側及び裏面側のそれぞれにおいて、スルーホールとその周囲の領域を覆い、それ以外の領域を露出させるエッチングレジスト２３を形成する。エッチングレジスト２３は、ドライフィルム状のものをラミネータによって貼りあわせ、露光・現像することによりパターン形成する。
続いて、表層導体のエッチングレジスト２３で覆われていない部分の銅をエッチング除去し、その後、図３（ａ）に示すようにエッチングレジストを除去する。エッチング液としては、下地の樹脂との相性により、塩化銅、塩化鉄、過酸化水素・硫酸系、過硫酸ナトリウム等の薬液から選択できる。スルーホール内の導体をスルーホール導体２４、スルーホール開口周辺の導体をスルーホールランド２５と称する。スルーホールランド２５の直径Ｄ２は、図１（ｂ）に示したスルーホール２１の開口径（Ｄ１）よりも７０μｍ以上大きく仕上がるようにする。

次に、図３（ｂ）に示すように、スルーホール導体２４及びスルーホールランド２５が形成された基板の表面側及び裏面側に、この後に行うパターンめっきの給電層として、無電解銅めっき４を形成する。無電解銅めっき４の厚みは０．５〜１．０μｍ程度で充分である。必要に応じて絶縁材２の表面には無電解銅めっき４のつきまわりがよいプライマーレジンを設けておく。
次に、図３（ｃ）に示すように、基板の表面側及び裏面側にめっきレジスト５を形成する。このめっきレジスト５は、セミアディティブ工法のマスクに用いられる。セミアディティブ工法では、所望のパターンを形成する予定領域をめっきレジスト５下から露出させ、所望のパターンを形成する予定領域以外の領域はめっきレジスト５で被覆する。

図３（ｃ）に示すレジスト開口部２６、２７は、めっきレジスト５に形成された開口部である。レジスト開口部２６は、スルーホールランドパターンを形成する予定領域である。レジスト開口部２６の直径は、スルーホールランド２５の直径（すなわち、スルーホールランド径）よりも３０μｍ程度大きくする。また、レジスト開口部２７は、配線パターンを形成する予定領域である。
次に、めっきレジスト５が形成された基板に電解銅めっき処理を行う。これにより、レジスト開口部２６、２７内に電解銅めっきを形成する。レジスト開口部２６内に形成された電解銅めっきがスルーホールランドパターンであり、レジスト開口部２７内に形成された電解銅めっきが配線パターンである。その後、図４（ａ）に示すように、めっきレジストを除去する。

その後、図４（ｂ）に示すように、無電解銅めっき４のうち、スルーホールランドパターン２８下や配線パターン２９下から露出している部分をエッチング除去する。これにより、本発明の実施形態に係る配線基板が完成する。
セミアディティブ工法により、幅方向の寸法が２０μｍを下回るような微細な配線パターンを形成する場合、電解めっき時に電流が集中し、めっき厚Ｔ２が厚くなる。これに対し、直径１４０μｍを超えるような比較的大きいランドパターンの場合、電流は集中しないため、めっき厚Ｔ３は比較的薄くなる。一般的にＴ２とＴ３との差は、めっき浴の特性によって決まるが、Ｔ１を調整することで、スルーホール周りの導体の高さＴ４を調整することができる。

すなわち、本発明の実施形態においては、予め設けたスルーホールランド２５が厚みＴ１で存在する。このため、Ｔ１と無電解銅めっき４の厚みとＴ３とを加えた厚み（すなわち、Ｔ４の厚み）で、スルーホール周りの導体を形成することができる。また、スルーホール上に限らず、例えばグランド導体パターン中の任意の位置に、図２（ｃ）に示したエッチングレジスト２３を形成することで、任意の位置における導体の厚みをＴ１分底上げすることが可能である。
この後は、配線基板の表面及び裏面のうち少なくとも一方の面側において、絶縁層と導体層とを交互に積層する。また、この積層の過程で、層間導通形成・回路形成を行う工程を適宜繰り返す。これにより、多層配線基板（多層プリント配線板）が完成する。

＜実施形態の効果＞
本発明の実施形態によれば、スルーホールランドパターン２８及び配線パターン２９の形成をセミアディティブ工法で行う。これにより、配線・間隙の幅が３０μｍを下回るような、従来よりも微細な配線パターン２９を形成することができる。
また、スルーホールランドパターン２８及び配線パターン２９を形成する前に、予め、スルーホール周りに厚みＴ１の表層導体を形成しておく。これにより、めっき時に電流が集中してめっき厚が厚くなりがちな配線パターン２９に対して、電流の集中度合いが小さくてめっき厚が薄くなりがちなスルーホールランドパターン２８と、ベタ部の（絶縁材２の表面又は裏面からの）各高さを高くすることができる。このため、配線パターン２９、スルーホールランドパターン２８、ベタ部の間で、高さのばらつきを小さくすることができる。

また、導体３で導通させたスルーホール２１に、スクリーン印刷工法などにより穴埋め樹脂２２を充填する。このとき、穴埋め樹脂２２は基板の表面側及び裏面側にそれぞれ５μｍ以上張り出すように印刷する。その後、穴埋め樹脂２２をキュアする。このキュアにより、穴埋め樹脂２２は硬化収縮により縮み、穴埋め樹脂２２の表面は表層導体の表面と同じ高さに近づく。これにより、スルーホール２１がおおきく凹むことがない。したがって、スルーホール２１と、その上に形成されるビルドアップ層とのビア接続不良を少なくすることができる。
以上より、スルーホールの穴埋めと微細な配線パターンの形成を容易に両立することができる。その結果、完成品として実装性が高く微細な配線を有する配線基板と多層プリント配線板とを高い収率で製造することができる。

＜その他の実施形態＞
以上説明した本発明の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。したがって本発明は、その要旨を逸脱しない範囲での改変が可能である。
例えばスルーホールをレーザー加工によって形成してもよいし、スルーホールの穴埋めの充填材に導電性ペーストを使用してもよい。また、エッチングレジストおよびめっきレジストは液状のものをスピンコートやロールコートによって基板上に形成してもよい。また、図３（ｂ）の無電解銅めっきと穴埋め樹脂２２との密着性が悪い場合、図３（ａ）に示す基板全面に樹脂粗化処理を行ってもよい。

（実施例）
下記に示す工程で、配線基板を作成した。
両面銅張積層板として絶縁材にガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸漬したもの（絶縁層厚８００μｍ プライマーレジンつき銅箔厚１２μｍ）を使用し、両面に過酸化水素・硫酸系エッチング液により銅箔厚を３μｍまで薄化した（図１（ａ））。
次に、基板の所望の位置にメカニカルドリルにより直径１００μｍのスルーホールを形成した（図１（ｂ））。

続いて、過マンガン酸ナトリウムを含む水溶液によりスルーホール内のデスミア処理を行ったのち、無電解銅めっきにより０．５μｍ厚の銅薄膜を基板全面に形成し、スルーホールめっき用のハイスロー浴を使用して電解銅めっきを厚さ１０μｍ分実施した（図１（ｃ））。
さらに、スルーホール内に穴埋め専用の絶縁樹脂をスクリーン印刷機によって埋め込み（図２（ａ））、ロール式のバフ研磨装置により両面を平滑に研磨し、導体厚（Ｔ１）を３μｍとした（図２（ｂ））。

そして、基板両面に、エッチングレジストとして、厚さ１５μｍのドライフィルムレジストをホットロールラミネータによりラミネートし、ガラスマスク、密着露光機によりパターン露光した（メーカー推奨露光量にて）。
続いて、コンベア・スプレー装置による現像（ブレイクポイントの２．５倍時間処理）（図２（ｃ））、塩化第二銅を使用したスプレーエッチング（ジャストエッチング）、同じくスプレーによるレジスト剥離（リフティングポイントの４倍時間処理）を一貫ラインにより実施し、図３（ａ）のようにスルーホールランドを形成した。

基板全面に過マンガン酸ナトリウム水溶液を施して穴埋め樹脂表面を粗化し、セミアディティブ用無電解銅めっきを２０分間実施し、１．０μｍ厚の無電解銅めっき層を形成した（図３（ｂ））。
めっきレジストとしてドライフィルム（２５μｍ厚 高解像度品）をホットロールラミネータにより貼り付け、ステッパー露光機により露光し（メーカー推奨露光量）、コンベア・スプレー装置により現像（ブレイクポイントの２．５倍時間処理）を行った（図３（ｃ））。

次いで、ビアフィル・パターンめっき用電解銅めっき装置を用いてパターンめっきを行い、スプレー装置を用いて剥離（アミン系剥離液 リフティングポイントの４倍処理）を行った（図４（ａ））。
続いて、給電層の無電解銅めっき層を過酸化水素・硫酸系エッチング液により除去した（図４（ｂ））。
以上の方法で形成した配線基板は、広いスペースの中に独立して敷設されている配線パターン２９（図４（ｂ）参照）を配線／間隙＝１０／１０μｍの設計通りに形成することができた。また、スルーホールランドパターン２８（図４（ｂ）参照）を、直径２００μｍの設計通りに形成することができた。配線パターン２９の高さ（すなわち、無電解銅めっき４の厚みと配線パターン２９の厚みＴ２との和）は１４μｍ、スルーホールランドパターン２８の高さＴ４は１５μｍに仕上がった。

１ｍｍ方眼程度に局所的にみて銅面積率５０％を下回る部分の配線パターンの厚みＴ２と、広い面積をもつスルーホールランドパターン２８の厚みＴ３は、通常のビアフィル・パターンめっき用電解銅めっき装置で１５μｍ程度形成すると、Ｔ３に比べてＴ２の方が３〜４μｍ程度厚くなる。しかし、本例ではスルーホール部分に合計４μｍ厚みＴ１を追加することで、スルーホールランドパターン２８の高さＴ４を、配線パターン２９の高さ（すなわち、無電解銅めっき４の厚みと配線パターン２９の厚みＴ２との和）に近づけることができた。
以上により、スルーホールと微細な配線が形成されており、ビルドアップ層の下地として平坦性の高い、多層プリント配線板のコア層（配線基板）を作製することができた。

（比較例１）
なお、Ｔ１に関して、１．０μｍを下回るような研磨を行うことは可能だが、本発明の実施形態の効果である厚みＴ４の制御の効果がなくなるため、これを採用することは不可能であった。
（比較例２）
また、Ｔ１が１０μｍを超えると、そのパターンがめっきレジスト形成時にロール表面に傷をつける可能性があり、またパターンめっき時にＴ４が２５μｍを超えて、めっきレジストの解像度が犠牲になる懸念がある。そのため、本発明における実用に適さないものであった。

（比較例３）
また、Ｄ３＜Ｄ２となるような設計は、セミアディティブ工法における給電層除去のためのエッチング時に、めっき層の界面が過剰にエッチングされる不具合が発生するため、本発明において、これを採用することは不可能であった。
（比較例４）
また、図４（ａ）において、配線パターン２９の幅Ｗ２やＷ４が２５μｍより大きくなるような設計、またはセミアディティブのみによって形成される配線パターン２９の導体面積率、たとえば図４（ａ）に示す（Ｗ２＋Ｗ４）／（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４＋Ｗ５）の百分率が５０％より大きくなる設計は、スルーホールランドパターン２８と配線パターン２９との電流集中の度合いの差が小さく、導体厚に差が生じないため、本発明において、これを採用することは不可能であった。

（結論）
実施例と比較例１〜４とを比較して、表層導体の研磨後の厚みＴ１は、１．０以上、１０μｍ以下である必要がある、ということがわかった。
また、スルーホールランドパターン２８をセミアディティブ工法で形成する場合、スルーホールランドパターン２８の直径Ｄ３はスルーホールランド２５の直径Ｄ２以上の大きさ（Ｄ３≧Ｄ２）である必要がある、ということがわかった。
また、配線パターン２９の幅Ｗ２やＷ４は２５μｍ以下である必要がある、ということがわかった（なお、Ｗ２やＷ４は２．０μｍ以上であることが好ましい。Ｗ２やＷ４が２．０μｍ未満の場合、寸法のばらつきが大きくなり、高精度に形成することが困難なためである。）。

また、例えば図４（ａ）に示す領域Ａにおいて、導体面積率は５０％以下である必要がある、ということがわかった。なお、領域Ａは、配線パターン２９とこれに隣接する間隙部とを含み、且つスルーホールランドパターン２８を含まない領域である。間隙部は、断面視で互いに隣り合う配線パターン２９間の隙間や、互いに隣り合う配線パターン２９とスルーホールランドパターン２８との間の隙間である。

１ 銅箔
２ 絶縁材
３ 導体
４ 無電解銅めっき
５ めっきレジスト
２１ スルーホール
２２ 穴埋め樹脂
２３ エッチングレジスト
２４ スルーホール導体
２５ スルーホールランド
２６ レジスト開口部
２７ レジスト開口部
２８ （セミアディティブ工法によって形成された）スルーホールランドパターン
２９ （セミアディティブ工法によって形成された）配線パターン
Ａ 領域（配線パターンと間隙部とを含み、且つスルーホールランドパターンを含まない領域）
Ｄ１ スルーホールの直径
Ｄ２ スルーホールランドの直径
Ｄ３ スルーホールランドパターンの直径
Ｗ１、Ｗ３、Ｗ５ 間隙部の幅
Ｗ２、Ｗ４ 配線パターンの幅
Ｔ１ 研磨後の表層導体（銅箔１及び導体３）の厚み
Ｔ２ 配線パターンの厚み
Ｔ３ スルーホールランドパターンの厚み
Ｔ４ スルーホールランドパターンの高さ（Ｔ１と無電解銅めっき４の厚みとＴ３とを加えた厚み）

Claims (5)

1. 絶縁材と、
   前記絶縁材の表裏を貫通するスルーホールと、
   前記スルーホールの壁面に設けられて、前記スルーホールの表面側開口部と裏面側開口部とを導通させるスルーホール導体と、
   前記表面側開口部の周囲及び前記裏面側開口部の周囲にそれぞれ設けられたスルーホールランドと、
   前記絶縁材の表面側及び裏面側にそれぞれ設けられて、前記スルーホールランドを被覆する導体層と、を備え、
   前記スルーホールランドの厚みは１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であることを特徴とする配線基板。
2. 前記スルーホールの内部に充填された樹脂を備え、
   前記樹脂と前記スルーホールの壁面との間に前記スルーホール導体が介在することを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記絶縁材の表面側及び裏面側のそれぞれにおいて、
   前記導体層は、前記スルーホールを覆うスルーホールランドパターンと、配線パターンとを有し、
   前記配線パターンの幅は２．０μｍ以上２５μｍ以下であり、
   前記配線パターンと該配線パターンに隣接する間隙部とを含み、且つ前記スルーホールランドパターンを含まない領域の導体面積率は５０％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の配線基板。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載の配線基板と、
   前記配線基板の表面及び裏面のうち少なくとも一方の面側において、交互に積層された絶縁層及び導体層と、を備えることを特徴とする多層配線基板。
5. 絶縁材の表裏を貫通するスルーホールを形成する工程と、
   前記スルーホールの壁面に、前記スルーホールの表面側開口部と裏面側開口部とを導通させるスルーホール導体を形成する工程と、
   前記絶縁材の前記表面側開口部の周囲と前記裏面側開口部の周囲とにそれぞれスルーホールランドを形成する工程と、
   セミアディティブ工法によって、前記絶縁材の表面側及び裏面側に前記スルーホールランドを被覆する導体層をそれぞれ形成する工程と、を備え、
   前記スルーホールランドの厚みを１．０μｍ以上１０．０μｍ以下にすることを特徴とする配線基板の製造方法。

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