JP4022520B2 - 高密度プリント回路多層モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高密度プリント回路多層モジュールの製造の改良に関する。

両面にプリント回路を有する基板の何れかの面と、一面が金属被覆されたフィルム、特にポリイミドからなる付加層であって、この層自体のプリント導電路（Printed conducting tracks）と基板又は下側のフィルムのプリント導電路との間でスルーコネクション(through-connection)を確立するための金属被覆ホールを備えている付加層とを接着することにより、高密度プリント回路、例えば、ＳＢＵ（Sequential Built-Up）、ＨＤＩ（High Density Interconnected）、またはＭＣＭＬ（Multichip Module Laminated）タイプのモジュールを製造することは公知である。

そのようなモジュールを製造することは困難である。

ポリイミドフィルムにホールを化学的に開けることは公知である（例えば、特許文献１参照）。しかし、現在公知のその方法は、前記ポリイミドの等方性エッチングを引き起こし、ホールの形状および直径を完全に制御することは非常に困難である。特に、回路およびスルーコネクションの高密度化のために必要な非常に小径のホール（すなわち、マイクロホール）を化学的に開けることは困難である。
ＥＰ−Ａ−０ ８３２ ９１８号公報

現在のエレクトロニクス技術ではより小型化が要求され、それゆえ、回路密度が増大する。これを達成するために、接続マイクロホールを可能な限り詰めて配置できる必要があり、それゆえ、それらの横断方向の寸法を正確に制御できる必要がある。

現在使用できる化学的エッチング技術は、実際の要求の観点から、この点に関して言えば、満足されるものではなく、マイクロホールのエッチングは、一般に、物理的（プラズマ、レーザまたはフォトイメージ）技術を用いて行われる。これらの技術は、所望の精度を確かに提供するものの、非常に高度で初期設備投資が高い高価な設備の使用を必要とする。

前記レーザ技術の１つの欠点は、マイクロホールを１つづつ個々に順に開けることに起因する。これにより製造時間がかなり増加する。

所要の形状に切断したのち、前記ポリイミドフィルムの非金属被覆面に接着した固体接着剤のシートを用いて、付加層を基板に接着し、接着剤を硬化するために適する温度、圧力および時間の条件下で処理する前に、すべての部品を基板上に配置する。商業的に入手可能で、この目的のために使用される接着剤のシートは、しかし、相当の厚さ（例えば、一般的に少なくとも約０．０５ｍｍ）を有する。

これらの状態下で、ポリイミドフィルムがエッチングされてマイクロホールの底部に現れる接着剤のフィルムは、確かに、適切な溶剤によって取り除ける。しかし、使用される接着剤のための公知の溶剤は、等方性作用を有するので、溶剤が接着剤の相当厚いフィルムに孔を開ければあけるほど、接着剤が切断面でより大きくより長く除去される。この方法により、接着層にエッチングされたホールが、ポリイミドフィルムに開けられたホールと正確に同じ形状、および同じ横断方向の寸法を有することは不可能である。

本発明の目的は、前記公知技術の欠点を是正し、物理的（レーザ、プラズマ、またはフォトイメージ）技術を用いて製造されたものと同一の品質および特徴を有するものの、非常に低い設備投資、それゆえ、モジュールの単位製造コストが相当低減でき、連続製造ラインでの製造の可能性をも有する高密度プリント回路多層モジュールを製造することができる改良方法を提案することである。

これらの目的のために、提案するのは、高密度プリント回路多層モジュールを製造する方法であって、
この方法は、本発明によって確立され、
両面にプリント回路、および金属被覆されたスルーホールを有する基板を従来のプリント回路製造技術により準備すること、
前記基板の一方の面に、二段階硬化性液体エポキシ系接着剤(curable two-stage liquid epoxy adhesive)によって、一面に金属被膜を被覆したポリイミド樹脂フィルムから形成された付加層を、前記樹脂フィルムの非金属被覆表面を介して密接に接着すること、
前記付加層の前記金属被膜を選択的にエッチングして、下側にある前記基板のプリント回路と面していてマイクロホールのための所定の位置にある前記金属を除去すること、
水酸化カリウムが前記ポリイミド樹脂フィルムの厚さおよび前記マイクロホールの横断方向の寸法に比例する量で添加されているエチレンジアミン水溶液の入っており、少なくとも２５℃の温度の静的槽(static bath)に前記フィルムを浸漬し、次いで洗浄剤で洗浄することにより、前記フィルムにスルーマイクロホール(through-microholes)を化学的な方法により異方的に開けること、
前記マイクロホールの底部に溶剤を吹き付けることにより、前記フィルムを貫通する前記マイクロホールの底部に現れる前記接着層を取り除き、前記マイクロホールが下側にある前記基板のプリント回路に現れるようにすること、
前記マイクロホールを金属被覆し、それらの金属被覆が下側にある前記基板のプリント回路と前記層の外面金属被膜とを導電接触(conducting contact)すること、
前記金属被膜を選択的にエッチングして、前記金属被覆されたマイクロホールと導電接触するプリント回路を形成すること、
を含むことを特徴とする。

水酸化カリウムＫＯＨを添加した、１リットル当たり３分の１の水および３分の２のエチレンジアミンの水溶液を用いて、ポリイミド樹脂フィルムにマイクロホールをエッチングすることが好ましい。この場合、約５０μｍの厚さを有するポリイミド樹脂フィルムに、約５０μｍの直径を有するマイクロホールを開けるため、水溶液１リットルに対して水酸化カリウム約６４ｇが存在する。

接着による付加層の固着が、
二段階液体エポキシ系接着剤を使用してポリイミド樹脂フィルムの非金属被覆面を被覆して均一な厚さの層とし、硬化された接着剤の均一な層がフィルムの接着する受け面上に存在するプリント回路の厚さと大体等しい厚さを有するように、前記接着剤を硬化すること、
前記付加層の均一な接着を確実とするために最適な温度、圧力および時間条件下で、前記付加層を受け面に真空プレスすること、
を含むことが有利である。

１つの実用的な実施方法においては、付加層は、少なくとも５μｍの厚さを有する銅フィルムで一面を被覆したポリイミド樹脂フィルムを含む。これによって、銅フィルムの下側にあるポリイミドがエッチング水溶液と接触して膨張し、銅フィルムがマイクロホールの縁部に沿ってポリイミド樹脂フィルムから剥離することを防ぐのに充分な強度を有する。

高密度プリント回路モジュールを形成するために、金属被覆された外側表面を有する２つの付加層は、最初に準備された基板の２つの面それぞれに密接して固着しても良く、また、他のいくつかのフィルムを順に重ねて、それらを連続的に処理しても良い。

本発明による所望の条件によって、フィルムまたは連続したフィルムは、マイクロホールが小さな寸法（一般的に約５０μｍ）および要求される正確な形状を付与される条件下で、マイクロホールを開ける方法を含む従来の化学的エッチング技術によって処理される。しかし、化学的技術の使用は、同じ目的のためにこれまで使用された高度な技術（プラズマ、レーザ、フォトイメージ）のための設備に必要な初期投資よりもかなり少ない初期投資のみを必要とする。また、従来から使用されていた物理的技術では必要とされた段階的な製造方法の代わりに、化学的技術の使用は、製造ラインにおいて連続な製造を確立できる。

換言すれば、本発明の製造方法は、同じ特性を有するモジュールが得られるにもかかわらず、より低いコスト、およびより迅速に、またはより均一に高密度プリント回路モジュールを製造するために使用することができる。

本発明の文脈において、「異方的に開けられたホールまたはマイクロホール」という用語は、その横断方向の寸法がその深さ全体に渡って完全に制御され、その横断方向が寸法はフィルムの表面から制御された方法で減少するホールを意味する、と理解されることをここで指摘しなければならない。換言すれば、正確な円筒形ではなく、円錐性(conicity)の制御された円錐形状（例えば、底部の直径が開口部の直径の約半分である）を有するホールを製造することが目的である。これにより、その後の前記ホールの金属被覆を、前記ホールの壁に対して完全に接着する金属の均一な層によって正確に行うことができる。

本発明は、本発明の方法を実施する好ましい方法の詳細な説明を読むことより、より明瞭に理解される。なお、この説明においては添付の図面を参照する。なお、図１Ａから１Ｈは、本発明の好ましい実施例の方法を構成する連続した各工程を概略的に示す図である。また、図２及び図３は、本発明の方法によって得られる有利なモジュールを概略的に示す図である。

まず、単純な多層モジュール（すなわち、１つの付加層を有するもの）を製造する場合について、本発明の方法における連続する主な工程を概略的に示す図１Ａ〜１Ｈを参照して説明する。

本発明の改良された方法の実施は、プリント回路３（例えば、銅からなる）をその両面に有する剛体板２（例えば、エポキシ樹脂からなる）又は半剛体板２（例えば、ポリイミド樹脂からなる）からなり、図１Ａに示す基板１から始まる。２つの面のプリント導体(printed conductor)間の導電接続(conducting connection)は、ドリルで前記板に機械的に孔を開けて金属被覆することにより従来と同じように得られた金属被覆されたホール４を利用して成し遂げられる。前記２つの面における前記ホールの金属被覆および前記プリント回路の製造は、この分野（特に、プリント回路の化学エッチング）における従来の技術を使用して行うことができる。

プリント導体の数を増加するために、一般的に銅からなる金属被膜がその外側表面に被覆されたポリイミド樹脂フィルムから形成されたコアを有する付加層が、予め準備された基板の一方の面に密接して接合される。

より正確には、次の手順を行うことができる。

図１Ｂに示すように、フレキシブルタイプの付加層５を使用する。この付加層５は、ポリイミド樹脂フィルム６、例えば、「Ｋａｐｔｏｎ」および「Ａｐｉｃａｌ」という名前で市販されているもの、から形成されたコアを含んでいる。そして、このフィルム６の一面は、金属被膜７、特に銅からなる被膜で被覆されており、この被膜は非常に薄いが、機械的な強度や剥離することなく後の連続的な処理に耐えるため、５μｍよりは薄くない。接着剤を有さず一面が金属被覆された付加層は、現在入手可能である（例えば、Ｓｈｅｌｌｄａｌｌの金属被覆されたポリイミドＧ２３００）。

フィルム６の非金属面上に、二段階一液形液体エポキシ接着剤(two-stage one-component liquid epoxy adhesive)、例えば、ＦＲ４、Ｇ１０、Ｇ１１の一般名で市販されているものの均一な厚さの層を配置する。

次いで、硬化後の接着層８の厚さが前記基板１上のプリント導体の少なくとも厚さ（例えば、約１５〜３０μｍ）に大体等しくなり、基板１とポリイミドフィルム６との間に空き領域が確実に残らないように、接着剤を硬化する。

次いで、付加層５を基板１に真空プレスして、接着された面を介して付加層５を基板１に貼り付ける。このために、使用する接着剤（この場合、例えば、接着剤ＦＲ４）のタイプに要求される温度、圧力および時間の条件を満たす、プリント回路板製造用の標準的な設備を使用する。このようにして、図１Ｃに示すような２層の部品を得る。

次いで、小径のスルーホール（以下、マイクロホールと言う）を、下側にある基板の所定の金属被覆領域と面する付加層５に化学的な方法により異方的に開ける。これを行うために、次のような処理を行ってもよい。

図１Ｄに示すように、金属被覆されたフィルム５上の金属被覆７は、フォトリソグラフィ処理によって、金属被覆７中に将来のマイクロホールの位置を描くため、その位置で（９の位置で）金属を除去される。

次に、水酸化カリウムが添加されているエチレンジアミン水溶液の入った少なくとも２５℃の温度の静的槽(static bath)を用いて、金属被覆７の開口位置９を介して、ポリイミドフィルム６に異方性エッチング操作を行う。最良の結果は、約５０μｍの厚さを有するポリイミド樹脂フィルムに、約５０μｍの直径を有するホールを開けるために、溶液１リットルに対して水酸化カリウムを少なくとも６０ｇを添加した、３分の１の水および３分の２のエチレンジアミンを含む溶液によって得られる。注目すべきは、温度がより高ければ高いほど（前記組成の場合、沸点である約１１０℃以下であれば）、および/または水酸化カリウムの含有量がより高ければ高いほど、前記ポリイミドに形成されるマイクロホールの壁は、フィルム６の面に対して垂直方向により近づく。

しかし、前記の説明のように、マイクロホールを円筒形状にするのは望ましくない。後にマイクロホールの壁を正確に金属被覆し、その金属被覆が良好な接着及び良好な均一性を有するように、前記マイクロホールは制御された円錐性を備えた円錐台（frustoconical）形状（例えば、底部の直径/開口部の直径の比が１/２）であることが望ましい。横断方向の寸法および形状が完全に制御されたマイクロホールの形成は、本発明の文脈で、用語「異方性の」形成の意味とする。

この工程の間、エッチング溶液と接触するポリイミド樹脂は液体により次第に膨張し、それよって局所的に体積が増加する。この膨張の作用は、表面金属被覆が局部的に剥離する危険を引き起こし、機械的強度によってこの剥離を防ぐには、少なくとも厚さ５μｍの被覆の使用が必要である。

次いで、適切な洗浄剤を用いた洗浄操作を行って、エッチング槽の痕跡を取り除いてエッチングを止める。このために、Ｌｅａ−Ｒｏｎａｌから販売されているＮＧＬ １７−４０の洗浄剤を、例えば１０ｇ／ｌの量で水に希釈して、使用しても良い。

その結果得られたものは、図１Ｅに示すように、前記ポリイミド層６に形成されたせん孔１０であり、これはその底部で基板１の所定の金属被覆領域に面している。

しかし、図１Ｅに示すように、接着剤が所定の金属被覆領域を覆っており、接着剤は、一般に非導電性であるので、取り除かなければならない。このため、使用された接着剤のための溶剤をマイクロホールに吹き付けなければならず、吹き付けることによって、マイクロホールの横断方向の寸法が小さいにもかかわらず、溶剤の雲の大部分が前記マイクロホールの底部へ確実にまっすぐ浸透する。

一液形エポキシ系接着剤(one-component epoxy adhesive)、例えば接着剤ＦＲ４を使用する場合、少なくとも９０％、好ましくは約９６％の濃度の硫酸を吹き付けるのが有利である。この酸は、銅およびポリイミドを溶解しないが、前記せん孔１０をエッチングされた方向に伸展して、接着層を溶解する。

このようにして、図１Ｆに示すように、表面金属被覆７に作られた空洞９と、ポリイミドフィルム６に化学的に形成されたせん孔１０と、接着層に形成され、下側にある基板１の金属導体と接触する空洞１１と、これらすべては同じ延長線上に存在し互いに隣接している、から形成されたものが、小径のホール、すなわちマイクロホール１２を規定する。

マイクロホール１２およびフィルム５の外側面上のプリント導体を金属被覆し、プリント回路分野における従来の方法を行うことによって、モジュールは完成する。このようにして、マイクロホール１２を適切な金属（特に、銅）の真空蒸着によって金属被覆してもよい。一方で下側にある基板１のプリント導体によって形成されたマイクロホールの底部と導電接触し、他方でフィルムの表面被覆７と導電接触する金属層１３をマイクロホール１２中に形成しても良い。実際には、図１Ｇにも明らかなように、金属は表面すべてを覆う金属層１３の形態で堆積する。

次いで、図１Ｈに示すように、金属表面層（互いに接触する層７、１３によって形成された）を選択的にエッチングして、フィルム６の外面にプリントトラック(printed track)１４を構成し、金属被覆されたホール１５と前記トラックとが導電接触する。

図２に示すように、前記基板１の２つの面に同時に２つの付加層５を接着し、次いで、それら２つの層を同時に処理して、４つのプリント回路部品からなる多層モジュールを得ることが好ましく、前記モジュールの外側面の一方または両方に、金属被覆されたマイクロホール１５が存在することが可能である。

下側の層の処理を連続して完了させて、いくつかの付加層５を順に重ねることが考えられる。図３は、中央の基板１の周りに下に付加層５を付加し、上に２つの付加層５を重ねて構成したモジュールを示す。

本発明の方法によれば、ポリイミドにおいて化学的に行われた異方性エッチング技術を用いて、小径（例えば約５０μｍ）の金属被覆されたマイクロホールを製造することにより、高密度プリント回路多層モジュールを製造することが可能である。設備に関する初期投資は、物理的（レーザ、プラズマ、フォトイメージング）技術に必要な初期投資よりはるかに少なく、モジュールの製造コストはかなり低減される。この方法は、プリント回路板を製造するために従来からある設備に適合することが分かる。そのため、このようにして、従来からあるプリント回路板のいかなる製造業者であっても高密度プリント回路モジュール、これまではレーザ、プラズマまたは写真画像エッチング設備を購入することが可能な企業だけの特権が残っていたもの、を製造することができる。

注目すべきは、本発明の方法は、一括的な方法であり、製造時間は、モジュールに存在する金属被覆されたマイクロホールの数に依存しないということである。

最後に、さらに注目すべきは、本発明の方法を実施することにより、約１μｍから約１ｃｍのいかなるサイズ及びいかなる断面形状（円形、多角形、十字形等）の金属被覆されたマイクロホールを製造することができるということである。

Claims (8)

1. 高密度プリント回路多層モジュールを製造する方法であって、
   両面にプリント回路（３）、および金属被覆されたスルーホール（４）を有する基板（１）を従来のプリント回路製造技術により準備すること、
   前記基板の一方の面に、二段階硬化性液体エポキシ接着剤によって、一面に金属被膜が被覆されポリイミド樹脂フィルム（６）から形成された付加層（５）を、前記樹脂フィルムの非金属被覆表面を介して密接に接着すること、
   付加層（５）の前記金属被膜を選択的にエッチングして、下側にある前記基板のプリント回路に面していてマイクロホールのための所定の位置にある前記金属を除去すること、
   水酸化カリウムが前記ポリイミド樹脂フィルムの厚さおよび前記マイクロホールの横断方向の寸法に比例する量で添加されているエチレンジアミン水溶液が入っており、少なくとも２５℃の温度の静的槽に前記フィルムを浸漬し、次いで洗浄剤で洗浄することにより、前記フィルム（６）にスルーマイクロホールを化学的な方法で異方的に開けること、
   前記マイクロホールの底部に溶剤を吹き付けることにより、前記フィルム（６）を貫通する前記マイクロホールの底部に現れる前記接着層を取り除き、前記マイクロホールが下側にある前記基板のプリント回路に現れるようにすること、
   前記マイクロホールを金属被覆し、それらの金属被覆が下側にある前記基板のプリント回路と前記付加層の外面金属被膜とを導電接触すること、
   前記金属被膜を選択的にエッチングして、前記金属被覆されたマイクロホールと導電接触するプリント回路（１４）を形成すること、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 水酸化カリウムＫＯＨを添加した、１リットル当たり３分の１の水および３分の２のエチレンジアミンの水溶液を用いて、前記ポリイミド樹脂フィルムに前記マイクロホールをエッチングすることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 約５０μｍの厚さを有するポリイミド樹脂フィルムに約５０μｍの直径を有するマイクロホールを開けるため、水溶液１リットルに対して水酸化カリウムが約６４ｇ存在することを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 接着することによる前記付加層（５）の固着が、
   二段階液体エポキシ接着剤を使用して前記ポリイミド樹脂フィルム（６）の非金属被覆面を被覆して均一な厚さの層をなし、硬化後の接着剤の均一な層（８）が前記フィルム（６）が接合される受け面上に存在するプリント回路（３、１４）の厚さと大体等しい厚さを有するように、前記接着剤を硬化すること、
   前記付加層（５）の均一の接着を確実とするために最適な温度、圧力および時間条件下で、前記付加層（５）を前記受け面に真空プレスすること、
   を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記マイクロホール（９、１１）の底部の前記接着層を、９０〜１００％の濃度の硫酸を吹き付けることにより取り除くことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. 前記付加層（５）は、少なくとも５μｍの厚さを有する銅フィルム（７）で一面を被覆したポリイミド樹脂フィルム（６）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. 金属被覆された外側表面を有する２つの付加層（５）を、最初に準備された基板（１）の２つの面それぞれに接合することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
8. 少なくとも１つ以上の追加的な付加層（５）を、既に接着されている付加層（５）の外側表面に密接して接合するとともに、この処理工程を前記追加的な付加層上で繰り返すことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。

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