JP2022537656A - 印刷回路板を製造するための方法、及びかかる方法に従って製造された印刷回路板 - Google Patents

印刷回路板を製造するための方法、及びかかる方法に従って製造された印刷回路板 Download PDF

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Abstract

印刷回路板を製造するために、フィルム又は板の形のベース基板(101)が準備され、ベース基板は、第一基板側(101a)及び第二基板側を有し、ベース基板は、電気的に非伝導性の有機ポリマー材料から少なくとも部分的に作られており、第一基板側は、カバー金属層(102)でカバーされている。カバー金属層が部分的に除去されて、第一基板側が少なくとも一つの第一部分領域(104)と少なくとも一つの第二部分領域(105)とに細分される。第一部分領域では、第一基板側は、カバー金属層を有さず、第二部分領域では、第一基板側は、カバー金属層でカバーされている。プラズマを第一基板側に作用させることにより、少なくとも一つの第一部分領域におけるポリマー材料が除去され、少なくとも一つの溝(106)が形成される。その後、少なくとも一つの溝が充填金属(108)で充填され、少なくとも一つの第二部分領域においてカバー金属層が除去されて、第一導体構造(109)又は第一導体構造の一部が形成される。その後、任意選択的に、充填された少なくとも一つの溝を有する第一基板側が平面化される。本発明の方法は、単層及び多層印刷回路板を製造するために好適である。【選択図】 図1

Description

本発明は、印刷回路板を製造するための方法、及びかかる方法に従って製造された印刷回路板に関する。
印刷回路板(「PCB」と略する)は、電子構成要素のためのキャリアとして役立ち、電子構成要素の電気接触を保証する。ほとんどあらゆる電子装置が、一つ又は複数の印刷回路板を含む。
印刷回路板は常に、ベース基板を含む。このベース基板は、電気的に非伝導性の態様で形成されており、少なくともその基板側に、電子構成要素と電気的に接触するための導体トラックからなる構造(「導体構造」と略する)を有する。一般的に、印刷回路板のためのベース基板は、繊維強化プラスチック、又はプラスチックフィルム、又は硬質紙からなる。導体トラックは、一般的に銅などの金属からなる。
最も簡単な場合には、ベース基板の一方の側のみが導体構造を有する。しかし、より複雑な回路は、しばしば一つ以上の導体トラック面を必要とする。この場合、多層印刷回路板(多層板とも称され、「MLB」と略する)が必要とされる。これらの場合、例えば、キャリア層の両側に導体構造が与えられるか、又は、それぞれが導体トラックを有する複数のベース基板が組み合わせられてMLBを形成する。特に、両側に導体構造を与えられたベース基板は、多層構造物のためのベースを形成することもできる。様々な導体トラック面の導体トラックは、ビア(vias)によって相互に電気的に接続されることができる。この目的のために、一例として、穴がベース基板中に堀削されることができ、堀削された穴の壁は、金属被覆されることができる。
ベース基板上の導体構造の形成は、通常、フォトレジスト(「レジスト」と略する)を使用した多段階フォトリソグフィー法において減算的に行なわれる。現像液におけるレジストの溶解性は、放射、特にUV放射によって影響を受けることができる。ルーチンの手順として、金属層がベース基板上に形成され、フォトレジストの層でカバーされる。フォトレジストの層は、例えば金属層の上に積層されることができる。その後、フォトレジストの層は、露光工程において上述の放射に供され、層の一部の領域は、露光マスクによって放射への露光に対して保護される。使用されるフォトレジスト及び使用される現像液に依存して、露光工程の後、フォトレジストの層の露光された又は未露光の一部の領域は、現像液中に可溶性であり、続く工程において除去されることができる。この続く工程(現像工程)において、ベース基板上の金属層の一部の領域は、カバーを除去され、それらはさらなる続く工程(エッチング工程)において湿式化学法によって除去されることができる。レジストが完全に除去された後に残る金属層は、所望の導体構造を形成する。任意選択的に、この導体構造は、付着工程において、例えば好適な金属の電着によって強化されることができる。
従って、製造の指図によっては、導体トラックは、ベース基板の表面に存在する。これは、MLBの製造においては、不利であることがある。もし導体トラックを与えられているベース基板の表面がさらなるベース基板と一緒にプレスされると、プレス中に生じる圧力及び温度によって生じる偏位を監視して修正することがしばしば必要である。ベース基板の表面上の導体トラックは、かかる荷重に特定の程度まで供される。ベース基板上の導体トラック間の距離及び寸法が小さいほど、例えば存在するインピーダンス及び信号速度要求について監視して修正する必要性が対応して大きくなることが一般的である。
さらに、従来の減算プロセスの一般的な欠点は、製造される導体構造の解像度が制限されるという点である。従って、二桁又は一桁のμm範囲の幅を有する導体トラックは、実際には製造することが不可能である。
最近、加算的及び半加算的なアプローチが導体トラックの形成に用いられるようになってきている(SAP:Semi-Additive Process、及びmSAP:Modified Semi-Additive Process)。これらのアプローチは、減算的プロセスで可能な解像度よりも高い解像度の導体トラック構造の製造を可能にする。しかし、これらのアプローチは、巨大な技術的複雑性を犠牲にして得られるものであり、それは、収率の損失及び高い製造コストにおいて反映される。
本発明は、上述の問題を回避するか又は少なくとも低減させることを可能にする印刷回路板の製造方法を開発することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明は、特に請求項1の特徴を有する特に好ましい実施形態において以下に記述される方法を提案する。特に請求項14の特徴を有する特に好ましい実施形態において以下に記述される印刷回路板も、本発明によって包含される。従属請求項は、前記方法の特に好ましい実施形態の発展例に関する。全ての請求項の用語は、本明細書の文脈において参照としてここに組み入れられる。
金属導体構造を含む多層印刷回路板を製造するための本発明による方法は、すぐ下の工程(a)~(e)を常に含む:
(a)フィルム又は板の形のベース基板を準備すること、但し、ベース基板は、第一基板側及び第二基板側を有し、ベース基板は、電気的に非伝導性の有機ポリマー材料から少なくとも部分的に作られており、第一基板側は、カバー金属層でカバーされている、
(b)カバー金属層を部分的に除去して、第一基板側を少なくとも一つの第一部分領域と少なくとも一つの第二部分領域とに細分すること、但し、第一部分領域では、第一基板側は、カバー金属層を有さず、第二部分領域では、第一基板側は、カバー金属層でカバーされている、
(c)プラズマを第一基板側に作用させて、このプラズマの助けで少なくとも一つの第一部分領域におけるポリマー材料を除去し、少なくとも一つの溝を形成させること、
(d)少なくとも一つの溝を充填金属で充填すること、
(e)少なくとも一つの第二部分領域においてカバー金属層を完全に除去して、第一導体構造又は第一導体構造の一部を形成させること。
本発明による方法は、単層印刷回路板の製造のため、及び多層印刷回路板の製造のための両方において好適である。単層印刷回路板は、一つの平面に一つの導体構造を有する一つのベース基板のみを含む。多層印刷回路板は、少なくとも二つの平面に導体構造を含み、かつ複数のベース基板を通常含む。多層印刷回路板の場合、工程(e)においてカバー金属層を除去することにより、印刷回路板の全導体構造の一部のみが形成される。単層印刷回路板の場合、好ましくは印刷回路板の全導体構造が工程(e)において形成される。
特に好ましい実施形態では、前記方法は、すぐ下の工程(f)を追加的に含む:
(f)充填された少なくとも一つの溝を有する第一基板側を平面化すること。
これに関して、以下、より詳細に説明する。
ベース基板の選択
本発明の好ましい実施形態では、本発明の方法は、すぐ下の特徴(a)及び(b)の少なくとも一つを含む:
(a)ベース基板が、10μm~3mm、好ましくは10μm~2mmの範囲の厚さを有すること、
(b)有機ポリマー材料が、ポリイミド、ポリアミド、テフロン(登録商標)、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリオキシメチレン、及びポリエーテルケトンからなる群から選択されること。
好ましくは、すぐ上の特徴(a)及び(b)は、相互に組み合わされて実現される。
特に好ましくは、ベース基板は、ポリマー材料、特に上述のポリマー材料のうちの一つからなる。これは、特に製造されるべき印刷回路板が多層形態である場合にそうである。単層印刷回路板の場合は、板として形成された比較的厚いベース基板が選択されることが好ましい。
任意選択的に、ベース基板は、充填剤、特に誘電充填剤を含むことができる。例えば、ベース基板は、上述のポリマー材料のうちの一つからなり、その中に二酸化ケイ素の粒子が埋め込まれることができる。
好適な誘電充填剤は、特に金属又は半金属の酸化物(二酸化ケイ素以外に特に酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、又は酸化チタン)、及び他のセラミック充填剤(特に炭化ケイ素、又は窒化ホウ素、又は炭化ホウ素)を含む。ケイ素も任意選択的に使用されることができる。
充填剤は、好ましくは粒子形態で存在し、特にナノ領域の(1μm未満の)平均粒子サイズ(d50)を有する。
従って、特に好ましくは、本発明の方法は、すぐ下の特徴(a)~(c)の少なくとも一つによって区別される:
(a)ベース基板及び/又は絶縁層が、充填剤、特に誘電充填剤を含むこと、
(b)ベース基板及び/又は絶縁層が、充填剤を含むプラスチックフィルムであること、
(c)充填剤が、1μm未満の平均粒子サイズ(d50)を有すること。
好ましくは、すぐ上の特徴(a)及び(b)、特に(a)~(c)は、相互に組み合わされて実現される。
取扱いの容易のため、ベース基板は、加工目的のためのキャリア又は補助基板(例えばガラス又はアルミニウムからなるもの)に付与されることができる。
カバー金属層の形成及び特性
本発明のさらに好ましい実施形態では、本発明の方法は、すぐ下の特徴(a)及び(b)の少なくとも一つを含む:
(a)銅又は銅合金からなる層が、カバー金属層として選択されること、
(b)カバー金属層が、10nm~10μm、好ましくは20nm~6μmの範囲の厚さを有すること。
好ましくは、すぐ上の特徴(a)及び(b)は、相互に組み合わされて実現される。
理想的には、以下に説明されるエッチングバリアとしてカバー金属層がその技術的機能を満たすことができるようにカバー金属層は、閉じられるべきであり、上述の好ましい最小厚さは、それに届かないようにすべきである。
銅又は銅合金の代わりに、チタン及びニッケル-クロム合金も、カバー金属として好適である。
カバー金属層を形成するために、原則として、カバー金属層として、薄い金属フィルム(特に、薄い銅フィルム)が第一基板側上に積層されるか、又はクラッディングとして付与されることができる。しかし、方法は、すぐ下の工程(a)~(c)の少なくとも一つを含むことが好ましい。:
(a)ベース基板を準備するために、カバー金属層が、物理的又は化学的蒸着によって第一基板側上に形成されること、
(b)カバー金属層が、スパッタリングによって第一基板側上に形成されること、
(c)カバー金属層が、湿式化学コーティング法によって形成されること。
好ましくは、すぐ上の特徴(a)及び(b)は、相互に組み合わされて実現される。
物理的及び化学的蒸着による金属被覆化、及び湿式化学コーティング法による金属層の製造は、従来技術であり、さらなる説明を必要としない。
特に好ましくは、カバー金属層として、銅層がベース基板上にスパッタリングされる。
カバー金属層の形成前に、又はカバー金属層の付与時に、接着促進用の接着層が第一基板側に付与されることが好ましいこともある。
カバー金属層を部分的に除去する場合の可能な手順
本発明のさらに好ましい実施形態では、本発明の方法は、すぐ下の特徴(a)及び(b)の少なくとも一つを含む:
(a)第一基板側上のカバー金属層を部分的に除去することが、マスキング及び湿式エッチング工程を使用して行なわれること、
(b)第一基板側上のカバー金属層を部分的に除去することが、レーザーによって行なわれること。
マスキング及び湿式化学エッチング工程を使用して第一カバー金属層を除去することは、従来の手順であり、詳細な説明を必要としない。マスキングの目的のために、カバー金属層は、例えば第一工程においてフォトレジストで被覆されることができ、このフォトレジストは、導入部で記述したように、部分的に露光されて、露光された領域において現像液の助けによって除去されることができる。カバーを除去されたカバー金属層は、次に、湿式化学エッチング工程においてエッチングされる。これは、例えば塩化銅又は過硫酸アンモニウムに基づくエッチング溶液の助けによってなされることができる。
代替的に、カバー金属層は、レーザーによって除去されることもできる。
プラズマによってポリマー材料を除去する場合の好ましい変形例
本発明のさらに好ましい実施形態では、本発明の方法は、すぐ下の特徴(a)及び(b)の少なくとも一つを含む:
(a)プラズマを準備するために、O,H,N,アルゴン、ヘリウム、CF,C,CHF、及び前述のガスの混合物(O/CFなど)からなる群から選択されるプロセスガスが使用されること、
(b)プラズマを作用させることが、-15℃~200℃、好ましくは-15℃~80℃の範囲の温度で行なわれること。
好ましくは、すぐ上の特徴(a)及び(b)は、相互に組み合わされて実現される。
特に好ましくは、本発明においてプラズマを準備するために使用されるプロセスガスは、CF,C及びCHFからなる群から選択される反応性ガスの少なくとも一種を含む。
プラズマによるエッチングも、従来技術である。エッチングされるべき材料を気相に変換することができるプロセスガスが、プラズマエッチング時に使用される。エッチングされる材料で富化されたガスは、ポンプによって排出され、新しいプロセスガスが供給される。従って、連続的な除去が達成される。
特に好ましくは、本発明では、誘導結合プラズマ(ICPプラズマ)が使用され、例えば、DCバイアスを使用してICP生成器によって生成される。
上述のプロセスガスは、上述の好ましいポリマー材料のエッチングのために特に好適である。
本発明では、第一基板側の少なくとも一つの第一部分領域において、ポリマー材料からなるベース基板がプラズマと直接接触することができ、一方、第一基板側の少なくとも一つの第二部分領域は、カバー金属層によってカバーされることが重要である。一般的に、金属は、ポリマー材料よりもプラズマによってずっと遅くエッチングされる。特に、上述のプロセスガスが使用された場合はそうである。その結果として、プラズマが作用させられると、もっぱら第一基板側の少なくとも一つの第一部分領域において、溝が形成され、一方、カバー金属層は、少なくとも第二部分領域をプラズマから保護するためのバリアを形成する。従って、ベース基板表面は、目標とする態様で溝を有する構造となることができる。
プラズマ処理時に、さらに、もし好適なら、第二部分領域において、残余のフォトレジストはまた、第一基板側から除去される。その結果として、別個のレジストストリッピング工程は必ずしも必要ではない。
特に好ましい実施形態では、プラズマは、異方性エッチング法において使用される。理想的には、この場合、プラズマのイオンは、エッチングされるべき基板の表面に対して垂直に加速される。加速されたイオンは、物理的スパッタリング除去を与える。
反応性イオンエッチング(RIE)及び反応性イオンビームエッチング(RIBE)の実施形態は、異方性エッチング法として特に好適である。
従って、好ましい実施形態では、本発明の方法は、すぐ下の特徴(a)~(c)の少なくとも一つによって区別される:
(a)請求項1の工程(c)及び/又は(j)におけるプラズマが、異方性エッチング法において使用されること、
(b)異方性エッチング法時に、プラズマのイオンが、第一基板側(101a)及び/又は上側(110a)に対して垂直に加速されること、
(c)プラズマを準備するために使用されるプロセスガスが、CF,C、及びCHFからなる群から選択される少なくとも一種の反応性ガスを含むこと。
好ましくは、すぐ上の特徴(a)及び(b)、特に(a)~(c)は、相互に組み合わされて実現される。
驚くべきことに、上述の粒状充填剤の存在は、プラズマによって除去される材料の結果に対して特に有利な効果を有することが見出された。
プラズマによって、第一基板側に溝を導入することができるだけでなく、第一基板側の表面に既に存在する溝をさらに深くして、例えば盲穴や通し穴を形成させることもできる。この目的のため、本発明の方法は、すぐ下の追加の工程(a)及び(b)を含むことができる:
(a)請求項1の工程(a)の前に、予備処理において、少なくとも一つの溝が、第一基板側に導入されること、
(b)請求項1の工程(a)においてベース基板を準備するために、少なくとも一つの溝を有する第一基板側が、カバー金属層でカバーされること。
もしこの方法で予備処理されたベース基板が上述のプラズマ処理に供されるのなら、プラズマ処理は、第一基板側の少なくとも一つの第一部分領域における少なくとも一つの溝の形成をもたらす。そして、予備処理時にベース基板中に導入された溝が第一部分領域と重なる場所において、これらの溝は、プラズマ処理によってさらに深くなる。
予備処理において少なくとも一つの溝を導入することは、好ましくは請求項1の工程(c)と同様のプラズマを作用させることによって行なわれる。この目的のために要求されるマスクを形成させるために、予備処理は、フォトリソグラフィー工程を含むこともできる。
充填金属の選択及び付与
本発明のさらに好ましい実施形態では、本発明の方法は、すぐ下の特徴(a)~(c)の少なくとも一つを含む:
(a)少なくとも一つの溝を充填するために、少なくとも一つの溝が、一つの工程で金属被覆され、金属被覆された少なくとも一つの溝が、続く工程で充填金属で充填されること、
(b)少なくとも一つの溝を金属被覆することが、第一基板側の物理的又は化学的蒸着によって、特にスパッタリングによって、又は湿式化学法によって行なわれること、
(c)第一基板側が、全面積にわたって金属被覆されること。
好ましくは、すぐ上の特徴(a)及び(b)、特に(a)~(c)は、相互に組み合わされて実現される。
好ましくは、銅又は銅合金からなる薄い層が、金属被覆において形成される。
湿式化学金属被覆の場合、金属被覆は、例えば溶液から銅を付着させることによって行なわれる。
充填金属での充填は、好ましくは、電気化学的付着によって行なわれる。特に好ましくは、充填は、いわゆるビア充填方法(via fill method)によって行なわれる。この方法は、付着が少なくとも一つの溝において主に行なわれ、任意選択的に堀削された穴又は盲穴においても行なわれる一方で、第一基板側上での望ましくない付着を最小化し、また、少なくとも一つの第二部分領域におけるカバー金属層を強化することを可能にする。
全面積にわたって付与された金属被覆層は、第一基板側の電気的接触を可能にし、続く電気化学的付着のための陰極接点をそこに配置することを可能にし、また、基板側の全体が被覆されることを確実にする。
原則として、全ての金属及び合金は、そこから導体トラック構造が印刷回路板上に形成されることができる限り、充填金属として好適である。しかし、特に好ましくは(a)少なくとも一つの溝を充填するための充填金属は、銅又は銅合金である。
カバー金属層の完全な除去時/平面化時の可能な手順
本発明のさらに好ましい実施形態では、本発明の方法は、すぐ下の特徴(a)及び(b)の少なくとも一つを含む:
(a)少なくとも一つの第二部分領域においてカバー金属層を除去することがエッチング工程によって行なわれること、
(b)少なくとも一つの第二部分領域においてカバー金属層を除去することが第一基板側の機械的処理によって行なわれること。
エッチング工程は、例えば塩酸などの強酸を使用する従来のエッチング工程である。
カバー金属層が機械的に除去される場合、カバー金属層は、例えば研磨によって及び/又は研削によって除去されることができる。この目的は、少なくとも一つの第二部分領域においてカバー金属層を完全に除去することである。この手段によってのみ、導体構造の形成、又は導体構造の一部の形成が完了する。
カバー金属層を完全に除去することはまた、少なくとも一つの部分領域において、及び任意選択的に充填金属が少なくとも一つの溝の縁(単数又は複数)を越えて突出している限り、この少なくとも一つの溝の領域において充填金属を除去することを含むことが好ましい。
特に有利には、第一基板側の機械的処理時に、カバー金属層を除去するだけでなく、それと同時に第一基板側の平面化を完了することもできる。この平面化の目的は、第一基板側がその表面から突出するいかなる導体トラックも有さないように第一基板側を平坦化することである。代わりに、導体構造は、少なくとも一つの溝の中に完全に埋没することも好ましい。
MLBの製造
上述の方法に従って処理されたベース基板の場合、形成された導体構造は、一つの平面中のベース基板内に存在する。しかし、上述の方法は、MLBの製造(つまり、様々な平面中に導体構造を含む印刷回路板の製造)も可能にする。
MLBを製造するためには三つの特に好ましい変形例がある。
変形例1
この変形例では、本発明の方法は、すぐ下の二つの追加の工程(a)及び(b)によって区別される:
(a)第一基板側及び第二基板側を有するベース基板が、第一基板側及び第二基板側の両方にカバー金属層を有すること、
(b)第一基板側及び第二基板側の両方が、導体構造を形成するために、請求項1の工程(b)~工程(e)による処理に、任意選択的に請求項1の工程(b)~工程(f)による処理に供されること。
従って、変形例1において、工程(b)は、具体的には以下のことを必然的に含む。
・ 第一基板側及び第二基板側上のカバー金属層を部分的に除去して、第一基板側及び第二基板側をそれぞれ少なくとも一つの第一部分領域と少なくとも一つの第二部分領域とに細分すること、但し、第一部分領域では、第一基板側及び第二基板側は、カバー金属層を有さず、第二部分領域では、第一基板側及び第二基板側は、カバー金属層でカバーされている、
・ プラズマを第一基板側及び第二基板側に作用させて、このプラズマの助けで少なくとも一つの第一部分領域におけるポリマー材料を除去し、少なくとも一つの溝をそれぞれ形成させること、
・ 少なくとも一つの溝を充填金属でそれぞれ充填すること、
・ それぞれの場合において、少なくとも一つの第二部分領域においてカバー金属層を完全に除去して、それぞれの場合において、導体構造を形成させること。
好ましくは、基板側は、連続して処理される。
変形例2
この変形例では、本発明の方法は、すぐ下の三つの追加の工程(a)~(c)によって区別される:
(a)ベース基板を準備すること、但し、ベース基板の第一基板側上には、請求項1の工程(b)~工程(f)に従って導体構造が形成されており、ベース基板の第二基板側は、カバー金属層を有さない、
(b)カバー金属層を第二基板側に付与すること、
(c)請求項1の工程(b)~工程(e)による基板側の処理に、任意選択的に請求項1の工程(b)~工程(f)による処理によって、第二基板側に導体構造を形成すること。
従って、変形例2において、工程(c)は、具体的には以下のことを必然的に含む。
・ 第二基板側上のカバー金属層を部分的に除去して、第二基板側を少なくとも一つの第一部分領域と少なくとも一つの第二部分領域とに細分すること、但し、第一部分領域では、第二基板側は、カバー金属層を有さず、第二部分領域では、第二基板側は、カバー金属層でカバーされている、
・ プラズマを第二基板側に作用させて、このプラズマの助けで少なくとも一つの第一部分領域におけるポリマー材料を除去し、少なくとも一つの溝を形成させること、
・ 少なくとも一つの溝を充填金属で充填すること、
・ 少なくとも一つの第二部分領域においてカバー金属層を完全に除去して、導体構造を形成させること。
変形例3
この変形例では、本発明による方法は、すぐ下の追加の四つの工程(a)~(d)によって区別される:
(a)多層印刷回路板を形成するための第一印刷回路板層として、第一導体構造として形成された導体構造を有するベース基板を準備すること、但し、このベース基板の第一基板側は、導体構造を形成する間に、請求項1の工程(b)~(e)による処理に供されており、好ましくは請求項1の工程(b)~(f)による処理に供されている、
(b)第一導体構造を絶縁層でカバーすること、但し、絶縁層は、ベース基板との複合体アセンブリにおいて、第一導体構造と直接接触する下側と、第一導体構造から離れて面する上側を有し、絶縁層は、電気的に非伝導性の有機ポリマー材料から少なくとも部分的に作られている、
(c)まだ存在していなければ、カバー金属層を絶縁層の上側の上に形成させること、
(d)絶縁層の上側の処理を、請求項1の工程(b)~(e)と同様に行ない、第二導体構造を有する第二印刷回路板層を形成させること。
従って、変形例3において、工程(d)は、具体的には以下のことを必然的に含む。
・ 上側のカバー金属層を部分的に除去して、上側を少なくとも一つの第一部分領域と少なくとも一つの第二部分領域とに細分すること、但し、第一部分領域では、上側は、カバー金属層を有さず、第二部分領域では、上側は、カバー金属層でカバーされている、
・ プラズマを上側に作用させて、このプラズマの助けで少なくとも一つの第一部分領域におけるポリマー材料を除去し、少なくとも一つの溝を形成させること、
・ 少なくとも一つの溝を充填金属で充填すること、
・ 少なくとも一つの第二部分領域においてカバー金属層を完全に除去して、第二導体構造を形成させること。
変形例1及び変形例2は、両方の基板側に少なくとも一つの溝の中に埋没している導体構造をそれぞれ与えられたベース基板を生じる。これに対して、変形例3は、それぞれが導体構造を有する少なくとも二つの印刷回路板を含む多層印刷回路板を生じる。言うまでもないことだが、変形例1及び変形例2に従って処理されたベース基板(この場合、導体構造は既に第一基板側及び第二基板側にそれぞれ見出されている)は、第一印刷回路板層としても役立つことができ、変形例3に従ってさらに加工されることができる。
変形例3は、原則として、所望されるだけの多数の印刷回路板層を有する印刷回路板を連続的に構築することを可能にする。これに関して、例えば、さらなる絶縁層が第二導体構造に付与されて、第一導体構造に付与された絶縁層と同じ処理に供されることができる。これらの工程は、所望されるだけの回数で繰り返されることができる。
変形例1及び変形例2の両方において、上述の好ましい実施形態は、それぞれの場合において、請求項1の工程(b)~(f)を実行するために、又はベース基板を選択して構築するために、又はカバー金属層及び充填金属を付与するために適用可能である。
変形例3については、絶縁層は、請求項1の工程(a)において準備されるベース基板と同様にして形成されることができる。特に好ましくは、絶縁層は、上述の電気的に非伝導性の有機ポリマー材料のうちの一つからなるフィルムである。ベース基板の処理との関連で開示された好ましい実施形態は、同様に、カバー金属層の付与(変形例3に従って行なわれた)のために、又は絶縁層からのカバー金属層の部分的な除去のために、又はプラズマ処理のために、又は少なくとも一つの溝の充填のために、又はカバー金属層の完全な除去のために適用可能である。
変形例3における絶縁層の付与は、積層によって、又はコーティングによって、又は接着結合によって行なわれることが好ましい。
ビア(vias)
変形例3に従って製造された印刷回路板は、様々な層の導体構造を有する。これらの導体構造を相互に電気的に接続するために、ビアが要求される。以下の二つの手順A及びBが、ビアを形成するために特に好ましい。
手順A
この場合、変形例3に従った本発明による方法は、すぐ下の二つの工程(a)及び(b)を含む:
(a)プラズマ処理と充填金属の充填プロセスの間の上側の処理時に、上側上に形成された少なくとも一つの溝が、穴によって第一印刷回路板層中の溝に接続されること、但し、この溝は、充填金属によって既に充填されている、
(b)少なくとも一つの溝を充填金属で充填することが、穴を充填することをさらに含むこと。
従って、ビアは、有意な追加の経費を生じさせることなしに、本発明による方法にエレガントに組み込まれることができる。
堀削された穴は、レーザーで堀削された穴であることが特に好ましい。
さらに、変形例1及び変形例2に従って形成された導体構造も、これと同様にして電気的に接触させることができる。例えば、もし導体構造が変形例2に従って第二基板側上に形成されるならば、プラズマを第二基板側に作用させた後に、プロセスにおいて形成された一つ以上の溝は、堀削された穴によって第一基板側上の導体構造に接続されることができる。次に、電気的接触は、堀削された穴及び溝を充填金属で充填する続く工程の時に実行される。
手順B
この場合、変形例3に従った本発明による方法は、すぐ下の六つの工程(a)~(f)を含む:
(a)多層印刷回路板を形成するための第一印刷回路板層として、第一導体構造として形成された導体構造を有するベース基板を準備すること、但し、このベース基板の第一基板側は、導体構造を形成する間に、請求項1の工程(b)~(e)による処理に供されており、好ましくは請求項1の工程(b)~(f)による処理に供されている、
(b)第一導体構造を絶縁層でカバーすること、但し、絶縁層は、ベース基板との複合体アセンブリにおいて、第一導体構造と直接接触する下側と、第一導体構造から離れて面する上側を有し、絶縁層は、電気的に非伝導性の有機ポリマー材料から少なくとも部分的に作られている、
(c)工程(b)の前又は後に、絶縁層の上側中に少なくとも一つの第一溝を、特にプラズマを作用させることによって導入すること、
(d)まだ存在していなければ、カバー金属層を少なくとも一つの溝の上側の上に形成させること、
(e)カバー金属層を部分的に除去して、上側を少なくとも一つの第一部分領域と少なくとも一つの第二部分領域とに細分すること、但し、第一部分領域では、上側は、カバー金属層を有さず、第二部分領域では、上側は、カバー金属層でカバーされている、
(f)プラズマを上側に作用させて、このプラズマの助けで少なくとも一つの第一部分領域におけるポリマー材料を除去し、少なくとも一つの第二溝を形成させること。
工程(f)においてプラズマを作用させた結果として、工程(c)において絶縁層の上側に導入された少なくとも一つの溝は、それが少なくとも一つの第一部分領域中に存在する限り、さらに深くされる。十分に長時間の作用を与えられると、これは、穿孔をもたらすことができる。この穿孔は、対応する金属被覆化及び/又は充填金属での充填が与えられると、ビア接点(特に第一導体構造への)を形成するために役立つことができる。
工程(c)において形成された絶縁層の上側の処理は、ベース基板の上述の予備処理によって行なわれることが好ましい。
終結方法工程
好ましい実施形態では、本発明の方法によって形成された外側の導体構造は、その保護のために、ハンダレジストによって被覆される。自由接点は、貴金属(例えば、金、銀、又は白金)で被覆されることができる。
本発明の方法に従って製造された印刷回路板の特徴及び特性
本発明の方法に従って製造された印刷回路板は、以下の特徴によって区別される:
(a)それは、第一基板側及び第二基板側を含むベース基板を有すること、
(b)ベース基板は、第一基板側上に少なくとも一つの溝を有し、この少なくとも一つの溝中に導体構造が埋め込まれていること、
(c)ベース基板は、第一基板側上に平面化された表面を有すること。
一つの好ましい実施形態では、印刷回路板は、すぐ下の特徴(a)によって区別される:
(a)印刷回路板は、多層構造を有し、かつ第一導体構造を有する第一印刷回路板層としてのベース基板、及び第二導体構造を有する第二印刷回路板層としての絶縁層を含むこと。
さらなる印刷回路板層も与えられることができる。好ましくは、印刷回路板は、2~20個の印刷回路板層を有する。
本発明によって製造された印刷回路板、及びベース基板及び絶縁層に関する多数の好ましい特徴は、本発明の方法の説明において既に開示されている。ベース基板及び絶縁層はフィルムであることが特に好ましいことは、強調されるべきである。
本発明の利点
記述された方法によれば、μm範囲の極めて高い解像度で、特に、従来技術で可能であったレベルと比べて、より少ない複雑性及びより低い製造コストで、かつより高い収率で、印刷回路板を製造することができる。冒頭で述べた減算法、及び加算法や半加算法の欠点は、回避される。
導体構造がベース基板中に埋設していることは、MLBの製造時に、特に記述された連続構築の場合に、正の効果を有する。ベース基板が相互に接合されるときに導体構造に作用する圧力は、比較的低い。このことは、存在するインピーダンス及び信号速度要求に関して正の効果を有する。溝がプラズマエッチングによって極めて高い精度で形成されることができることも、正の効果を有する。
原則として、かかる溝は、レーザーの助けによって形成されることができるだろう。比較すると、プラズマエッチングは、プラズマエッチング時に全ての溝及び他の溝が一つの工程において同時に形成されることができるという利点を与える。これは、多数の工程を使用する方法よりも一般的に速く、より費用効果的である。さらに、プラズマエッチングによって高い解像度が得られる。
本発明のさらなる特徴、詳細、及び利点は、特許請求の範囲及び要約書(両者の文章は、参照によって明細書の内容に組み入れられる)から、及び本発明の好ましい実施形態の以下の記述から、そして以下の図面によって導き出される。
図1は、上述の変形例3に従った、本発明による方法の順序を示す。
図2は、本発明による方法におけるプラズマによってエッチングされたベース基板の顕微鏡写真を示す。
図3は、本発明による方法におけるプラズマによってエッチングされたベース基板の顕微鏡写真を示す。
図1に従って、工程Aにおいて、ベース基板101が準備される。工程Bにおいて、前記ベース基板は、その第一基板側101aをカバー金属層102でカバーされる。カバー金属層102を部分的に除去するため、工程Cにおいて、レジスト103がカバー金属層102に付与される。前記レジストは、露光され、工程Dにおいて第一部分領域104において除去される。工程Eにおいて、カバー金属層102は、レジスト103によってもはやカバーされていない第一部分領域104においてエッチング溶液により除去される。第一基板側101aは、最初はカバー金属層102によって完全にカバーされていたが、今や第一部分領域104と第二部分領域105とに細分されている。第一部分領域104では、第一基板側101aは、カバー金属層102を有さず、第二部分領域105では、第一基板側101aは、カバー金属層102でなおカバーされている。工程Fにおいて、プラズマが第一基板側101aに作用させられる。第二部分領域105はカバー金属層102によってプラズマから保護されているが、第一部分領域104では、プラズマは、材料の除去をもたらし、その結果として溝106を形成させる。同時にレジスト103も、この工程において完全に除去される。工程Gにおいて、溝106は、スパッタリングによって金属被覆される。その後で工程Hにおいて、溝106は、充填金属108の電気化学的付着によって充填される。工程Iにおいて、過剰の充填金属108は、第二部分領域105におけるカバー金属層102と一緒に機械的に除去される。この工程において、溝106中に埋設している導体構造109が形成される。
MLBを形成するために、工程Jにおいて、導体構造109を有する第一基板側101a上に絶縁層110が直接積層される。工程Kにおいて、絶縁層110の上側110aは、カバー金属層111でカバーされる。このカバー金属層111は、工程L,M及びNにおいて再び、工程C,D及びEと同様に、レジスト112を付与して、エッチング溶液を使用してレジスト112を部分的に除去することによって部分的に除去される。絶縁層110の上側111aは、最初はカバー金属層111によって完全にカバーされていたが、今や第一部分領域113と第二部分領域114とに細分されている。第一部分領域113では、上側111aは、カバー金属層111を有さず、第二部分領域114では、上側111aは、カバー金属層111でなおカバーされている。工程Oにおいて、プラズマが絶縁層110の上側111aに作用させられる。第二部分領域114は、カバー金属層111によってプラズマから保護されているが、第一部分領域113では、プラズマは材料の除去をもたらし、その結果として溝115を形成させる。同時にレジスト112も、この工程において完全に除去される。工程Pにおいて、形成された溝115の一つが、充填金属108によって既に充填されている第一導体構造109の溝106に、堀削された穴116によって接続される。工程Qにおいて、堀削された穴116を含む溝115は、スパッタリングによって金属被覆される。その後で工程Rにおいて、溝115は、充填金属118の電気化学的付着によって充填される。工程Sにおいて、過剰の充填金属118は、第二部分領域114におけるカバー金属層111と一緒に機械的に除去される。この工程において、溝115中に埋設している導体構造119が形成される。工程Tにおいて、ハンダレジスト120が付与され、その後、導体構造119の個々の接点が部分的に金めっき121される。
記述した方法の個々の工程の数は、工程C~工程E及び工程L~工程Nにおいてカバー金属層102及び111をフォトリソグラフィーによって形成させる代わりに、レーザーによってカバー金属層を形成させることによって減少されることができる。
図2及び図3に示されるベース基板は、図1に示される方法順序の工程FにおいてRIEによって処理されたものであり、プラズマ処理の結果を示す。

Claims (15)

  1. 金属導体構造を含む多層印刷回路板を製造するための方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする方法:
    (a)フィルム又は板の形のベース基板(101)を準備すること、但し、ベース基板(101)は、第一基板側(101a)及び第二基板側を有し、ベース基板(101)は、電気的に非伝導性の有機ポリマー材料から少なくとも部分的に作られており、第一基板側(101a)は、カバー金属層(102)でカバーされている、
    (b)カバー金属層(102)を部分的に除去して、第一基板側(101a)を少なくとも一つの第一部分領域(104)と少なくとも一つの第二部分領域(105)とに細分すること、但し、第一部分領域(104)では、第一基板側(101a)は、カバー金属層(102)を有さず、第二部分領域(105)では、第一基板側(101a)は、カバー金属層(102)でカバーされている、
    (c)プラズマを第一基板側(101a)に作用させて、このプラズマの助けで少なくとも一つの第一部分領域(104)におけるポリマー材料を除去し、少なくとも一つの溝(106)を形成させること、
    (d)少なくとも一つの溝(106)を充填金属(108)で充填すること、
    (e)少なくとも一つの第二部分領域(105)においてカバー金属層(102)を完全に除去して、第一導体構造(109)又は第一導体構造(109)の一部を形成させること、
    (f)任意選択的に、充填された少なくとも一つの溝(106)を有する第一基板側(101a)を平面化すること、
    (g)第一導体構造(109)を絶縁層(110)でカバーすること、但し、絶縁層(110)は、ベース基板(101)との複合体アセンブリにおいて、第一導体構造(109)と直接接触する下側と、第一導体構造(109)から離れて面する上側(110a)を有し、絶縁層(110)は、電気的に非伝導性の有機ポリマー材料から少なくとも部分的に作られている、
    (h)まだ存在していなければ、カバー金属層(111)を絶縁層(110)の上側(110a)の上に形成させること、
    (i)カバー金属層(111)を部分的に除去して、上側(110a)を少なくとも一つの第一部分領域(113)と少なくとも一つの第二部分領域(114)とに細分すること、但し、第一部分領域(113)では、上側(110a)は、カバー金属層(111)を有さず、第二部分領域(114)では、上側(110a)は、カバー金属層(111)でカバーされている、
    (j)プラズマを上側(110a)に作用させて、このプラズマの助けで少なくとも一つの第一部分領域(113)におけるポリマー材料を除去し、少なくとも一つの溝(115)を形成させること、
    (k)少なくとも一つの溝(115)を充填金属(118)で充填すること、
    (l)少なくとも一つの第二部分領域(114)においてカバー金属層(111)を完全に除去して、第二導体構造(119)又は第二導体構造(119)の一部を形成させること。
  2. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1に記載の方法:
    (a)ベース基板(101)及び/又は絶縁層(110)が、10μm~3mmの範囲の厚さを有すること、
    (b)有機ポリマー材料が、ポリイミド、ポリアミド、テフロン(登録商標)、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリオキシメチレン、及びポリエーテルケトンからなる群から選択されること。
  3. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1に記載の方法:
    (a)ベース基板(101)及び/又は絶縁層(110)が、充填剤、特に誘電充填剤を含むこと、
    (b)ベース基板(101)及び/又は絶縁層(110)が、電気的に非伝導性の有機ポリマー材料からなるプラスチックフィルムであり、特徴(a)に従う充填剤を含むこと、
    (c)充填剤が、1μm未満の平均粒子サイズ(d50)を有すること。
  4. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1又は2に記載の方法:
    (a)銅又は銅合金からなる層が、カバー金属層(102)及び/又はカバー金属層(111)として選択されること、
    (b)カバー金属層(102)及び/又はカバー金属層(111)が、10nm~10μmの範囲の厚さを有すること、
    (c)ベース基板(101)を準備するために、カバー金属層(102)が、物理的又は化学的蒸着によって第一基板側上に形成されるか、及び/又はカバー金属層(111)が、物理的又は化学的蒸着によって絶縁層(110)の上側(110a)上に形成されること、
    (d)カバー金属層(102)が、スパッタリングによって第一基板側(101a)上に形成されるか、及び/又はカバー金属層(111)が、スパッタリングによって上側(110a)上に形成されること、
    (e)カバー金属層(102)及び/又はカバー金属層(111)が、湿式化学コーティング法によって形成されること。
  5. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1~4のいずれかに記載の方法:
    (a)第一基板側(101a)上のカバー金属層(102)を部分的に除去すること、及び/又は上側(110a)上のカバー金属層(111)を部分的に除去することが、マスキング及び湿式エッチング工程を使用して行なわれること、
    (b)第一基板側(101a)上のカバー金属層(102)を部分的に除去すること、及び/又は上側(110a)上のカバー金属層(111)を部分的に除去することが、レーザーによって行なわれること。
  6. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1~5のいずれかに記載の方法:
    (a)プラズマを準備するために、O,H,N,アルゴン、ヘリウム、CF,C,CHF、及び前述のガスの混合物(O/CFなど)からなる群から選択されるプロセスガスが使用されること、
    (b)プラズマを作用させることが、-15℃~200℃の範囲の温度で行なわれること。
  7. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1~6のいずれかに記載の方法:
    (a)請求項1の工程(c)及び/又は(j)におけるプラズマが、異方性エッチング法において使用されること、
    (b)異方性エッチング法時に、プラズマのイオンが、第一基板側(101a)及び/又は上側(110a)に対して垂直に加速されること、
    (c)プラズマを準備するために使用されるプロセスガスが、CF,C、及びCHFからなる群から選択される少なくとも一種の反応性ガスを含むこと。
  8. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1~7のいずれかに記載の方法:
    (a)少なくとも一つの溝(106)及び/又は少なくとも一つの溝(115)を充填するために、少なくとも一つの溝(106)及び/又は少なくとも一つの溝(115)が、一つの工程で金属被覆され、金属被覆された少なくとも一つの溝(106)及び/又は少なくとも一つの溝(115)が、続く工程で充填金属(108)及び/又は充填金属(118)で充填されること、
    (b)少なくとも一つの溝(106)及び/又は少なくとも一つの溝(115)を金属被覆することが、第一基板側(101a)及び/又は上側(110a)の物理的又は化学的蒸着によって、特にスパッタリングによって、又は湿式化学法によって行なわれること、
    (c)第一基板側(101a)及び/又は上側(110a)が、全面積にわたって金属被覆されること。
  9. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1~8のいずれかに記載の方法:
    (a)少なくとも一つの溝(106)及び/又は少なくとも一つの溝(115)を充填するための充填金属(108)及び/又は充填金属(118)が、銅又は銅合金であること。
  10. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1~9のいずれかに記載の方法:
    (a)少なくとも一つの第二部分領域(105)及び/又は少なくとも一つの第二部分領域(114)においてカバー金属層(102)及び/又はカバー金属層(111)を除去することが、第一基板側(101a)及び/又は上側(110a)の機械的処理によって及び/又はエッチング工程によって行なわれること。
  11. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1~10のいずれかに記載の方法:
    (a)第一基板側及び第二基板側を有するベース基板が、第一基板側及び第二基板側の両方にカバー金属層を有すること、
    (b)第一基板側及び第二基板側の両方が、導体構造を形成するために、請求項1の工程(b)~工程(e)による処理に供されること。
  12. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1~8のいずれかに記載の方法:
    (a)ベース基板を準備すること、但し、ベース基板の第一基板側上には、請求項1の工程(b)~工程(f)に従って導体構造が形成されており、ベース基板の第二基板側は、カバー金属層を有さない、
    (b)カバー金属層を第二基板側に付与すること、
    (c)請求項1の工程(b)~工程(e)による基板側の処理によって、第二基板側に導体構造を形成すること。
  13. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1に記載の方法:
    (a)プラズマ処理と充填金属(118)の充填プロセスの間の上側(110a)の処理時に、上側(110a)上に形成された少なくとも一つの溝(115)が、穴(116)によって第一印刷回路板層中の溝(106)に接続されること、但し、この溝(106)は、充填金属(108)によって既に充填されている、
    (b)少なくとも一つの溝(115)を充填金属(118)で充填することが、穴(116)を充填することをさらに含むこと。
  14. 以下の追加の工程及び/又は特徴の少なくとも一つを含む、請求項1~8のいずれかに記載の方法:
    (a)請求項1の工程(g)の前又は後に、絶縁層の上側(110a)中に少なくとも一つの第一溝を導入すること、
    (b)請求項1の工程(i)においてカバー金属層(102)を部分的に除去するプロセス時に、第一部分領域(113)が、絶縁層の上側(110a)中に予め導入された少なくとも一つの第一溝を含むこと。
  15. 以下の特徴を有することを特徴とする印刷回路板:
    (a)印刷回路板は、多層構造を有すること、
    (b)印刷回路板は、第一印刷回路板層としてのベース基板(101)、及び第二印刷回路板層としての絶縁層(110)からなる複合体を含むこと、
    (c)ベース基板(101)は、第一基板側(101a)及び第二基板側を含むこと、
    (d)ベース基板(101)は、第一基板側(101a)上に少なくとも一つの溝(106)を有し、この少なくとも一つの溝(106)中に第一導体構造(109)が埋め込まれていること、
    (e)ベース基板(101)は、第一基板側(101a)上に平面化された表面を有すること、
    (f)絶縁層(110)が、上側(110a)及び下側を含むこと、
    (g)第一導体構造(109)が、絶縁層(110)によってカバーされており、絶縁層(110)の下側が、第一導体構造(109)と直接接触していること、
    (h)絶縁層(110)が、上側(110a)上に少なくとも一つの溝(115)を有し、この少なくとも一つの溝(115)中に第二導体構造(119)が埋め込まれていること。
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