JP3689587B2 - プリント配線基板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣあるいはＬＳＩ等のチップ接続用として使用される多層パッケージ基板等のプリント配線基板に関し、特にオーガニックパッケージ基板など、コア材上に一層又は多層に配線パターン層を絶縁樹脂ビルドアップ層を介して形成し、さらにその表面を樹脂ソルダーレジスト層で覆った構造を有するプリント配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のようなプリント配線基板においては、その樹脂ソルダーレジスト層上に、検査装置への基板の位置決めや、チップ接続時の基板へのチップ位置合わせ等を行うためのアライメントマークをはじめとする各種金属目印層が、Ａｕメッキ層等により形成されている。例えば、基板の自動位置決め処理においては、基板表面の撮影を行い、その画像解析により金属目印層の領域を特定することが通常行われている。ここで、上記金属目印層は、樹脂ソルダーレジスト層に覆われずに表面に露出して形成される。具体的には、樹脂ソルダーレジスト層表面上に、その一部を覆う形で金属目印層を形成したり、あるいは基板最表面側の配線パターン層と同一の層またはそれよりも下層（内層）位置に金属目印層を、その表面が露出する形で樹脂ソルダーレジスト層中に埋設形成されている。
【０００３】
ところで、従来よりプリント配線基板の樹脂ソルダーレジスト層の材質としては、比較的透明度が高く、かつ無色あるいは無色に近い樹脂が使用されており、その下側に埋設されている配線パターンの少なくとも最上層に位置するものは、ソルダーレジスト層を介して透視可能になっている（すなわち、透けて見える）のが通常である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のプリント配線基板には、次のような問題がある。すなわち、金属目印層が、例えば金メッキ層等の光沢度の大きい外観を呈する場合、樹脂ソルダーレジスト層による背景領域の色調が明るいと、撮影画像上にて金属目印層の識別が困難となり、位置決めや位置合わせ処理時に金属目印層を検出できなかったり、誤検出してしまうことがある。また、金属目印層の背景部分に、下側の配線パターンが比較的暗い色調で透けて見えている場合は、配線パターンのエッジを金属目印層のエッジと誤認してしまう不具合をとりわけ生じやすくなる。特に、配線パターン領域の周囲の領域（配線背景領域）の色調が明るすぎると、配線パターン領域とのコントラストが大きくなって、それら両領域の境界を金属目印層領域のエッジ線と誤認しやすくなる。
【０００５】
本発明の課題は、基板表面の撮影画像上にて金属目印層の識別が容易であり、基板の位置決めや位置合わせ処理時に、金属目印層の検出失敗や誤検出等のトラブルを生じにくい構造を有するプリント配線基板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明に係るプリント配線基板は、
コア材の片面又は両面に、一層又は絶縁樹脂ビルドアップ層を介して複数層に形成された配線パターン層と、
配線パターンのうち、基板最表層側に位置する配線パターン層を覆って形成された樹脂ソルダーレジスト層と、
樹脂ソルダーレジスト層上に形成されるか、又は表面が露出する形態で樹脂ソルダーレジスト層中に埋設形成される金属目印層とを備え、
樹脂ソルダーレジスト層の形成された基板面を見たときに、金属目印層の背景領域には、該背景領域中に透視形態で表れている配線パターン領域と、背景領域中の配線パターン領域を除いた残余の部分である配線背景領域とが存在し、背景領域において、配線背景領域の色調及び／又は明度が配線パターン領域の色調及び／又は明度に近づくように、樹脂ソルダーレジスト層に着色が施されていることを特徴とする。
【０００７】
上記のプリント配線基板の構成では、配線パターン領域の色調及び／又は明度に対し、その配線パターン領域を除いた残余の部分である配線背景領域の色調及び／又は明度がこれに近づくように、樹脂ソルダーレジスト層に着色を施している。その結果、配線パターン領域と配線背景領域とのコントラストが小さくなって、それら両領域の境界を金属目印層領域のエッジ線と誤認する不具合が生じにくくなり、ひいては金属目印層領域の検出を精度よく行うことができるようになる。
【０００８】
特に、金属目印層が、ＡｕあるいはＡｕ合金からなるＡｕ系金属層（例えばＡｕメッキ層）のように強い金属光沢を呈するものであり、下側の配線パターンが比較的暗い色調で表れている場合、樹脂ソルダーレジスト層には、上記の配線背景領域の明度が小さくなるように着色を施すことで、配線パターン領域とその周囲の領域（配線背景領域）とのコントラストが縮小される一方、配線背景領域と金属目印層との間のコントラストは高められ、金属目印層領域の検出をさらに精度よく行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例たるプリント配線基板１の一例を示しており、図２はその断面構造を示している。プリント配線基板１は、例えば約２５ｍｍ角、板厚約１ｍｍであり、以下のような構造をなす。すなわち、耐熱性樹脂板（例えばビスマレイミド−トリアジン樹脂板）や、繊維強化樹脂板（例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂）等で構成された板状のコア材２の両表面に、所定のパターンにコア配線パターン層３，１３がそれぞれ形成される。これらコア配線パターン層３，１３はコア材２の表面の大部分を被覆するように形成され、電源層又は接地層として用いられるものである。他方、コア材２には、ドリル等により穿設されたスルーホール１２が形成され、その内壁面にはコア配線パターン層３，１３を互いに導通させるスルーホール導体３０が形成されている。また、スルーホール１２は、エポキシ樹脂等の樹脂製穴埋め材３１により充填されている。
【００１０】
また、コア配線パターン層３，１３の上層には、感光性エポキシ樹脂等の樹脂により第一ビルドアップ層４，１４がそれぞれ形成されている。さらに、その表面にはそれぞれ第一配線パターン層５，１５がＣｕメッキにより形成されている。なお、コア配線パターン層３，１３と第一配線パターン層５，１５とは、それぞれビア導体３２，３３により層間接続がなされている。同様に、第一配線パターン層５，１５の上層には、感光性エポキシ樹脂等の樹脂により第二樹脂ビルドアップ層６，１６がそれぞれ形成されている。さらに、その表面にはそれぞれ第二配線パターン層７，１７がＣｕメッキにより形成されている。これら第一配線パターン層５，１５と第二配線パターン層７，１７とも、それぞれビア導体３４，３５により層間接続がなされている。なお、コア配線パターン３，１３、第一配線パターン層５，１５及び第二配線パターン層７，１７の各表面は、上層の樹脂層との密着強度を上げるために表面粗化処理（例えば化学的な処理に基づくもの）が施されている。
【００１１】
次に、第二樹脂ビルドアップ層６上には、金属目印層９が形成されている。金属目印層９は、例えば最表面部が金メッキ層（例えば厚さ０．０４μｍ）として形成され、例えば、図１に示すように、チップ実装時の基板へのチップ位置合わせ用に使用されるアライメントマーク９ａや、基板位置決め用に使用されるフィディシャルマーク９ｂ等を含むものである。これらはいずれも表面が平滑で、比較的強い金属光沢外観を示すものとなっている。さらに、第二樹脂ビルドアップ層６上には、第二配線パターン層７と導通する下地導電性パッド１０が多数設けられている。これら下地導電性パッド１０は、無電解Ｎｉ−ＰメッキおよびＡｕメッキにより基板のほぼ中央部分に正方形状に配列し、各々その上に形成された半田バンプ１１とともにチップ搭載部４０を形成している。
【００１２】
他方、第二配線パターン層７が形成されている側、及び第二配線パターン層１７が形成されている側には、それら配線パターン層７，１７を覆う樹脂ソルダーレジスト層８，１８がそれぞれ形成されている。なお、配線パターン層７側においては、金属目印層９は樹脂ソルダーレジスト層８中に埋設され、かつ表面が露出している。このような構造は、例えば金属目印層を一旦全て覆う形で樹脂ソルダーレジスト層を形成し、その後、その樹脂ソルダーレジスト層の、金属目印層に対する被覆部分を除去すれば得ることができる。
【００１３】
ここで、絶縁樹脂ビルドアップ層４，６は、層の主体となる樹脂材料が、例えば感光性エポキシ樹脂（例えば紫外線（ＵＶ）硬化性エポキシ樹脂）等の絶縁性プラスチック材料で構成される。また、樹脂ソルダーレジスト層８は、層の主体となる樹脂材料が、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等の絶縁性プラスチック材料で構成される。この場合、紫外線硬化性兼加熱硬化性樹脂を使用すれば、同時に多数のビアホールを形成できることから生産性向上を図る上で望ましく、具体例としては、エポキシアクリレート樹脂、エポキシ樹脂の部分アクリル化樹脂、エポキシアクリレート樹脂への酸無水物付加物、無水マレイン酸共重合体等のアクリル系ポリマーとオリゴマーとの組み合わせ等を例示することができる。
【００１４】
本発明の一実施例たる上記のプリント配線基板１は、例えば下記に示す公知のサブトラクティブ法により製造することができる。まず、板状の耐熱性樹脂板（例えばビスマレイミド−トリアジン樹脂板）または、繊維強化樹脂板（例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂）の両表面にＣｕ箔を張り付けたコア材２を用意する。次に、Ｃｕ箔およびコア材を貫通するスルーホール１２をドリル等で穴開けし、Ｃｕ箔の表面およびスルーホール１２の内壁面に無電解Ｃｕメッキおよび電解Ｃｕメッキをし、Ｃｕメッキ層を形成する。そして、スルーホール１２をエポキシ樹脂等の樹脂製穴埋め材により充填し、コア材２表面に所定のパターンのエッチングレジストを形成する。さらに、上記エッチングレジストから露出したＣｕメッキ層の不要部分をエッチングにより除去し、コア配線パターン層３およびスルーホール導体３０を形成する。なお、コア配線パターン層３は電源層または接地層として機能するものである。
【００１５】
上記のようにして得られたコア材２の両面に感光性エポキシ樹脂をフィルム化したものを貼り付けて、第一樹脂絶縁ビルドアップ層４，１４を形成する。そして、露光・現像工程により、ビア導体３２，３３が形成される位置にビアホール３６，３７を形成する。次に、第一ビルドアップ層４，１４上及びビアホール３６，３７の内壁面に無電解Ｃｕメッキ層を形成する。そして、この無電解Ｃｕメッキ層のうち所望の部分のみを露出させるメッキレジストを形成し、メッキレジストより露出した無電解メッキ層上に電解メッキを施す。その後、メッキレジストを剥離し、さらに不要な無電解メッキ層をエッチングにより除去することにより、第一配線パターン層５，１５およびビア導体３２，３３を形成する。同様にして、順次第二樹脂絶縁ビルドアップ層６，１６、第二配線パターン層７，１７及び、ビア導体３４，３５を形成する。
【００１６】
また、金属目印層９は、配線パターン層７と同時にＣｕメッキにより形成した後、その表面にニッケルメッキ及び金メッキ（例えば厚さ０．０４μｍ）をこの順序で施して形成する。上記金属目印層９と第二配線パターン層７、及び第二配線パターン層１７上にそれぞれ、着色済みの感光性エポキシ樹脂をフィルム化したものを貼り付け、樹脂ソルダーレジスト層８，１８を形成する。そして、金属目印層９は、ソルダーレジスト層８により覆い、露光現像工程により露出するように形成される。なお、裏面側において、樹脂ソルダーレジスト層１７から露出した第二配線パターン層１７は、マザーボード等の他のプリント配線板と接続するための外部接続端子（ランド）として用いられる。
【００１７】
上記のプリント配線基板１は、樹脂ソルダーレジスト層８の形成された基板面（図１）を見たときの、金属目印層９（９ａ，９ｂ）の背景領域において、図４に示すように、該背景領域中に透視形態で表れている配線パターン領域２７の色調及び／又は明度に対し、その配線パターン領域２７を除いた残余の部分である配線背景領域２８の色調及び／又は明度がこれに近づくように、樹脂ソルダーレジスト層８（図２）に着色が施されている。
【００１８】
樹脂ソルダーレジスト層８の着色は、図３（ａ）に示すように、樹脂材料８ａ中に染料や顔料等の着色剤８ｂを配合することによりなされる。例えば、樹脂材料８ａが無色である場合には、着色剤８ｂの配合により当該着色剤８ｂと同じ色相を有するものとなるように着色がなされる。また、図３（ｂ）に示すように、樹脂材料８ａ自体が固有の色調を呈するものである場合には、着色剤８ｂの色相と樹脂材料固有色の色相とが混合された色相を呈するものとなる。この場合、その色相は着色剤８ｂの樹脂材料に対する配合比率に応じて異なるものとなる。他方、いずれの場合も、着色の彩度（いわば、色の濃さ）と明度（色の明るさ）とは、着色剤の配合量に応じて定まることとなる。
【００１９】
具体的には、図２において、樹脂ソルダーレジスト層８の形成された基板面に、照明強度がほぼ３１００ルクスとなるように白色光を照射して、その基板面からの反射光輝度分布を測定したときに、図４において、金属目印層領域２９からの平均的な反射光輝度ＩAと、配線パターン領域２７からの平均的な反射光輝度ＩBと、配線背景領域２８からの平均的な反射光輝度ＩCとの間に、
ＩA＞ＩB、
ＩA＞ＩC、
０．８＜ＩB／ＩC＜１．２、
の関係が成り立つように、樹脂ソルダーレジスト層８（図２）に着色が施されていることが望ましい。
【００２０】
ＩA≦ＩBあるいはＩA≦ＩCとなる状況は、金属目印層９の表面が何らかの原因により粗化あるいは汚染されて、光沢を失ったときに発生することが考えられる。このような状態になると、画像による金属目印層検出の際に支障を来たすことがあるので、ＩA＞ＩBあるいはＩA＞ＩCとすることが望ましいのである。他方、ＩB／ＩCが上記の範囲（０．８＜ＩB／ＩC＜１．２）を外れた場合、配線パターン領域２７と配線背景領域２８との間にコントラストが付き過ぎて、両者の境界が金属目印層９のエッジと誤認される恐れが生ずる。
【００２１】
ここで、樹脂ソルダーレジスト層８を介して透視される（すなわち、透けて見える）配線パターンは、例えば図２において、最も上層に位置する第二配線パターン層７のものであり、図４に示すように、表面粗化処理が施されている関係上、配線パターン領域２７は比較的暗い色調で表れ、周囲の配線背景領域２８はそれよりも明るく表れる（すなわち、ＩB＜ＩC）。この場合、樹脂ソルダーレジスト層８には、配線背景領域２８の部分の明度が小さくなるように着色を施して、基板最表層側に位置する配線パターンに対応する配線パターン領域２７と配線背景領域２８との間のコントラストを小さくするようにする。結果として、配線背景領域２８と金属目印層領域２９との間のコントラストは大きくなる。
【００２２】
このことは、図４下側の模式的なグラフに示すように、基板面撮影画像における反射光輝度分布において、配線パターン領域２７と配線背景領域２８との間の平均的な輝度レベルの差Ｉ2が小さくなり、配線背景領域２８と金属目印層領域２９との間の平均的な輝度レベルの差Ｉ1が大きくなることを意味する。その結果、例えば乱反射や色むら等による局所的な輝度変動が生じても、金属目印層領域２９のエッジ確定に使用する輝度閾値レベルＳＨＬが、配線パターン領域２７と配線背景領域２８との中間の輝度レベルに入りにくくなり、ひいては金属目印層領域２９のエッジ誤検出が生じにくくなる。具体的には、配線パターン領域２７と配線背景領域２８との間の平均的な輝度レベルＩC，ＩBは、（ＩC−ＩB）／ＩC＜０．２を満たしているのがよい。また、樹脂ソルダーレジスト層８は、ＩA＞３ＩCの関係が成り立つものとなるように、着色されていることがさらに望ましい。ＩA＞３ＩCとすることにより、金属目印層領域２９と配線背景領域２８とのコントラストが一層明快となり、金属目印層領域２９のより正確な検出が可能となる。
【００２３】
これに対して、従来のプリント配線基板１００では（比較例）、固有色が明るい色調の樹脂材料を使用し、樹脂ソルダーレジスト層は本件発明の条件のように着色がされていないため、配線背景領域１２８が明るく表れ過ぎてしまう（図５参照）。すると、配線背景領域１２８と金属目印層領域１２９との間のコントラストが小さくなり、配線パターン領域１２７と配線背景領域１２８との間のコントラストは大きくなる。従って、上記の輝度閾値レベルＳＨＬは、配線背景領域１２８と金属目印層領域１２９との間の比較的狭い輝度レベル区間Ｉ1に入る必要が生じ、乱反射や色むら等による局所的な輝度変動を生じたときに誤検出を生じやすくなる。
【００２４】
配線背景領域２８の色調は、ＪＩＳＺ８７２１に規定された方法により測定・表示したときに、その明度Ｖが６以下となるように着色しておくことが望ましい。明度Ｖが６を超えると、金属目印層領域２９との間のコントラストが小さくなり、ひいては金属目印層領域２９のエッジ検出が困難になる場合がある。
【００２５】
【実験例】
以下、本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。
まず、図１及び図２に示すプリント配線基板として、第一配線パターン層５及び第二配線パターン層７を、幅約３５μｍ、厚さ約１６μｍの無電解＋電解Ｃｕメッキ層として、また第一絶縁樹脂ビルドアップ層４及び第二絶縁樹脂ビルドアップ層６を、それぞれ厚さ３０μｍの無着色の層間絶縁エポキシ樹脂層として形成した。さらに、樹脂ソルダーレジスト層８は、紫外線硬化型エポキシ樹脂であるプロビコート５０００（商品名：日本ペイント（株））を樹脂材料として用い、これにフタロシアニン系染料により着色したもの（実施例：ＪＩＳＺ８７２１による測定結果によれば、明度Ｖは５である）、及び無着色のもの（比較例：ＪＩＳＺ８７２１による測定結果によれば、配線背景領域において明度Ｖは８である）を用いて、それぞれ厚さ２０μｍに形成した。
【００２６】
上記のプリント配線基板をワークとして、樹脂ソルダーレジスト層８が上側となるように定板上に配置し、図６に示すようにリング照明で照らしながら、接写リングを介してレンズを取り付けたＣＣＤカメラにより撮影した。ＣＣＤカメラからの画像信号出力は、コンピュータにて構成された画像処理装置により取り込み、各ピクセルの輝度分布を求めた。なお、使用した機器及び条件は以下の通りである：
画像処理装置：ＨＩＴＡＣＨＩ ＩＰ−２００
カメラ：ＨＩＴＡＣＨＩ ＫＰ−１４０
レンズ：ＣＯＳＭＩＣＡＲ （焦点距離：５０ｍｍ、絞り：８、フォーカス：無限遠）
接写リング：高さ１０ｍｍ
照明：ＨＡＹＡＳＨＩ（径７５ｍｍ）
光源：ＨＡＹＡＳＨＩ ＬＡ−１００ＳＡＥ
ワーク表面での照明強度：３１００ＬＵＸ
ワークディスタンス：３１０ｍｍ
照明高さ：１４０ｍｍ。
【００２７】
図４あるいは図５に示すように、図１のアライメントマーク９ａの位置における金属目印層領域２９の位置（ＩA）と、その近傍に表れている配線背景領域２８（ＩC）及び配線パターン領域２７（ＩB）の各位置に、２×２＝４ピクセルのマトリックス状の検出領域を定め、その４つのピクセルの輝度の平均値として、各領域の輝度レベルを測定した。なお、輝度値は、画像処理装置にて２５６階調グレースケール表示したときの相対値のみを表しており、絶対値を表すものではない。また、金属目印層領域２９の輝度ＩAは、高輝度のためスケールアウトしている。以上の結果を表１に示す。また、実際に得られた金属目印層領域２９の周辺の画像を図７に示す（（ａ）が実施例、（ｂ）が比較例）。
【００２８】
【表１】

【００２９】
実施例の基板ではＩBとＩCとの差が小さく、図７（ａ）に示すように、配線背景領域２８と配線パターン領域２７とのコントラストも低く抑さえられている。また、着色により配線背景領域２８が暗くなっているので、金属目印層領域２９との境界が非常に明確に識別される。これに対し、比較例の基板ではＩBとＩCとの差が大きく、図７（ｂ）に示すように、配線背景領域１２８と配線パターン領域１２７とのコントラストが強められ、両者の境界がくっきり表れている。他方、配線背景領域１２８が明るい色を呈しているため、金属目印層領域１２９との境界は非常に識別しにくくなっていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリント配線基板の一実施例を示す平面図。
【図２】その断面構造を模式的に示す図。
【図３】同じく、その断面要部の構造を模式的に示す図。
【図４】本発明のプリント配線基板の基板面を照明下で観察したときの、各領域の表れ方、及びその輝度分布を模式的に説明する図。
【図５】比較例のプリント配線基板の基板面を照明下で観察したときの、各領域の表れ方、及びその輝度分布を模式的に説明する図。
【図６】実験例で使用した測定系の構成を表す模式図。
【図７】その実験にて使用した実施例及び比較例の各基板の、金属目印層領域周辺の輝度分布画像出力。
【符号の説明】
１ プリント配線基板
２ コア材
３，１３ コア配線パターン
４，１４ 第一絶縁樹脂ビルドアップ層
５，１５ 第一配線パターン層
６，１６ 第二絶縁樹脂ビルドアップ層
７，１７ 第二配線パターン層
８，１８ 樹脂ソルダーレジスト層
８ａ 樹脂材料
８ｂ 着色剤
９ 目印金属層
１０ 下地導電パッド
１１ 半田バンプ
２７，１２７ 配線パターン領域
２８，１２８ 配線背景領域
２９，１２９ 金属目印層領域

Claims (5)

1. コア材の片面又は両面に、一層又は絶縁樹脂ビルドアップ層を介して複数層に形成された配線パターン層と、
   前記配線パターンのうち、基板最表層側に位置する配線パターン層を覆って形成された樹脂ソルダーレジスト層と、
   前記樹脂ソルダーレジスト層上に形成されるか、又は表面が露出する形態で前記樹脂ソルダーレジスト層中に埋設形成される金属目印層とを備え、
   前記樹脂ソルダーレジスト層の形成された基板面を見たときに、前記金属目印層の背景領域には、該背景領域中に透視形態で表れている配線パターン領域と、前記背景領域中の前記配線パターン領域を除いた残余の部分である配線背景領域とが存在し、前記背景領域において、前記配線背景領域の色調及び／又は明度が前記配線パターン領域の色調及び／又は明度に近づくように、前記樹脂ソルダーレジスト層に着色が施されていることを特徴とするプリント配線基板。
2. 前記樹脂ソルダーレジスト層には、前記背景領域において、前記配線背景領域の部分の明度が小さくなるように着色が施されている請求項１記載のプリント配線基板。
3. 前記樹脂ソルダーレジスト層の形成された基板面に、照明強度がほぼ３１００ルクスとなるように白色光を照射して、その基板面からの反射光輝度分布を測定したときに、金属目印層領域からの平均的な反射光輝度ＩAと、前記配線パターン領域からの平均的な反射光輝度ＩBと、前記配線背景領域からの平均的な反射光輝度ＩCとの間に、
   ＩA＞ＩB、
   ＩA＞ＩC、
   ０．８＜ＩB／ＩC＜１．２、
   の関係が成り立つように、前記樹脂ソルダーレジスト層に着色が施されている請求項１又は２に記載のプリント配線基板。
4. 前記樹脂ソルダーレジスト層は、前記ＩA、前記ＩB及び前記ＩCの間に、
   ＩA＞３ＩC、
   ＩB＜ＩC、
   （ＩC−ＩB）／ＩC＜０．２
   の関係が成り立つものとなるように、着色が施されている請求項３記載のプリント配線基板。
5. 前記樹脂ソルダーレジスト層は、前記配線背景領域の色調をＪＩＳＺ８７２１に規定された方法により測定・表示したときに、その明度Ｖが６以下となるように着色されている請求項１ないし４のいずれかに記載のプリント配線基板。

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