JP4159136B2 - 多層プリント配線板 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、多層プリント配線板に関し、とくに、層間樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層されたビルドアップ配線層が、コア基板の両面に形成されてなる多層プリント配線板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ICチップを実装するパッケージ基板は、電子工業の進歩に伴う電子機器の小型化あるいは高速化に対応し、ファインパターンによる高密度化および信頼性の高いものが求められている。
このようなパッケージ基板として、1997年.1月号の「表面実装技術」やPCT/JP96/02608号には、多層コア基板の両面にビルドアップ多層配線層が形成されたものが開示されている。
【0003】
上掲の従来技術に係るパッケージ基板では、多層コア基板内の導体層とビルドアップ配線層との接続は、多層コア基板の表面にスルーホールから配線した内層パッドを設け、この内層パッドにバイアホールを接続させて行っていた。即ち、図8(A)に示すようにスルーホール216のランド226aに上層へのバイアホール接続用の内層パッド226bを付加するか、或いは、図8(B)に示すようにスルーホール216のランド226aに配線226cを介してバイアホール接続用の内層パッド226bを連結していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図8(A)又は図8(B)に示す従来技術のランド形状では、内層パッド相互の絶縁を保つためにスルーホール間隔が750μmを超えてしまい、これが、多層コア基板へのスルーホールの形成数を制限していた。
【0005】
一方、パッケージ基板は、表面側の中央に配設されたバンプにICチップを載置し、裏側の全面に形成されたバンプをマザーボードへ接続している。即ち、パッケージ基板のビルドアップ配線層内では、各層間樹脂絶縁層に形成される導体回路が基板の外周方向へ引き回され、上記表面側の中央に配設されたバンプから外周方向へ広がりながら裏面のバンプへ接続してる。
【0006】
また、パッケージ基板では、表面側のバンプの数よりも裏面のバンプが多く形成されている。これは、裏面の複数のバンプからの配線が統合されながら表面側のバンプへ接続されるためである。ここで、コア基板の表側に形成されるビルドアップ配線層と、裏側に形成されるビルドアップ配線層とで、同じペースで配線を統合できることが、上層のビルドアップ配線層と下層のビルドアップ配線層との層数を等しく、即ち、層数を最小にする上で望ましい。しかしながら、上述したように多層コア基板に形成し得るスルーホールの数は制限される。このため、従来技術のパッケージ基板においては、裏側のビルドアップ配線層において或る程度配線を統合してから、多層コア基板のスルーホールを通して、表側のビルドアップ配線層へ接続していた。即ち、表側のビルドアップ配線層では、配線の密度が下がっているため、本来的に裏側のビルドアップ配線層と同じだけの層数を必要としていない。しかし、表裏のビルドアップ配線層の層数を異ならしめると、非対称性から反りが発生するため、表裏の層数を同じにしていた。即ち、多層コア基板に形成されるスルーホールの数が制限されるため、裏側のビルドアップ配線層の層数を増やさなければならないのに加えて、該層数の増えた裏側と等しい層数に表側のビルドアップ配線層を形成せねばならなかった。
【0007】
即ち、従来技術の多層プリント配線板(パッケージ基板)においては、ビルドアップ層の層数を増やしている為、上下層の接続の信頼性が低下すると共に、パッケージ基板のコストが上昇し、また、パッケージ基板の厚みや重さが必要以上に大きくなってしまうという問題があった。
【0008】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、コア基板に形成されるスルーホールを高密度化することで、ビルドアップ層の層数を減らし得る多層プリント配線板を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記目的の実現に向け鋭意研究した結果、内層パッドを介してバイアホールとスルーホールを接続するのではなく、スルーホールを覆うように形成した導体層の上に直接バイアホールを接続することを知見した。これにより、スルーホールのランド形状を円形にでき、スルーホールの形成数を増やすことができる。
【0010】
本発明の多層プリント配線板は、導体層を有する多層コア基板の両面に、層間樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層されて各導体層間がバイアホールにて接続されたビルドアップ配線層が形成されてなり、
前記多層コア基板には、ピッチ間隔が700μm以下のスルーホールが複数形成され、そのスルーホールには充填剤が充填されるとともに該充填剤のスルーホールからの露出面を覆う導体層が形成されてなり、
その導体層にはバイアホールが接続されていることを技術的特徴とする。
なお、本発明に係る上記多層プリント配線板において、スルーホールに充填される充填剤は、金属粒子と、熱硬化性または熱可塑性の樹脂からなることが好ましい。
【0011】
本発明の多層プリント配線板は、コア基板に設けたスルーホールに充填剤が充填され、さらに、この充填剤のスルーホールからの露出面を覆う導体層が形成され、この導体層にバイアホールを接続させることで、ビルドアップ配線層とスルーホールの接続を行う構造とした点に特徴がある。
このような本発明の構成によれば、スルーホール直上の領域を内層パッドとして機能せしめることでデッドスペースが無くなり、しかも、スルーホールからバイアホールに接続するための内層パッドを配線する必要もないので、スルーホールのランド形状を真円とすることができる。その結果、多層コア基板中に設けられるスルーホールの配置密度が向上し、スルーホール数を増やすことができ、このスルーホールを介して裏側のビルドアップ配線層の信号線を表面のビルドアップ層に接続できるのである。
【0012】
それゆえ、導体回路の基板の外周への引き回しを表面、裏面の両方のビルドアップ層で行うことができる。また、上述したように多層プリント配線板では、裏面の複数のバンプからの配線が統合されながら表面側のバンプへ接続されるが、スルーホールを必要な密度で形成することで、表側及び裏側に形成されるビルドアップ配線層で、同じペースで配線の統合を行えるため、表側及び裏側に形成されるビルドアップ配線層の層数を減らすことができるのである。
前記スルーホールのピッチは700μm以下が必要である。700μm以下とすることにより、信号線を確実に表面から裏面のビルドアップ層へ接続できる。
【0013】
このような本発明の多層プリント配線板において、コア基板は多層化されていてもよい。
この多層コア基板は、導体層とプリプレグとを交互に積層して形成される。例えば、ガラス繊維やアラミド繊維の布あるいは不織布に樹脂を含浸させてBステージとしたプリプレグを、銅箔や回路基板と交互に積層し、次いで、加熱プレスして一体化することにより形成される。
【0014】
本発明の多層プリント配線板でスルーホールに充填される充填剤は、金属粒子、熱硬化性の樹脂および硬化剤からなるか、あるいは金属粒子および熱可塑性の樹脂からなることが好ましく、必要に応じて溶剤を添加してもよい。このような充填剤は、金属粒子が含まれていると、その表面を研磨することにより金属粒子が露出し、この露出した金属粒子を介してその上に形成される導体層のめっき膜と一体化するため、PCT(pressure cooker test)のような過酷な高温多湿条件下でも導体層との界面で剥離が発生しにくくなる。また、この充填剤は、壁面に金属膜が形成されたスルーホールに充填されるので、金属イオンのマイグレーションが発生しない。
【0015】
金属粒子としては、銅、金、銀、アルミニウム、ニッケル、チタン、クロム、すず/鉛、パラジウム、プラチナなどが使用できる。なお、この金属粒子の粒子径は、0.1〜50μmがよい。この理由は、0.1μm未満であると、銅表面が酸化して樹脂に対する濡れ性が悪くなり、一方、50μmを超えると、印刷性が悪くなるからである。また、この金属粒子の配合量は、全体量に対して30〜90wt%がよい。この理由は、30wt%より少ないと、フタめっきの密着性が悪くなり、一方、90wt%を超えると、印刷性が悪化するからである。
【0016】
使用される樹脂としては、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型などのエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂、ビスマレイミドトリアジン(BT)樹脂、FEP、PFA、PPS、PEN、PES、ナイロン、アラミド、PEEK、PEKK、PETなどを使用できる。
硬化剤としては、イミダゾール系、フェノール系、アミン系などの硬化剤を使用できる。
【0017】
溶剤としては、NMP(ノルマルメチルピロリドン)、DMDG(ジエチレングリコールジメチルエーテル)、グリセリン、水、1一又は2−又は3−のシクロヘキサノール、シクロへキサノン、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールなどが使用できる。
【0018】
この充填剤は、非導電性であることが望ましい。非導電性の方が硬化収縮が小さく、導体層やバイアホールとの剥離が起こりにくいからである。
【0019】
本発明の多層プリント配線板では、充填剤が充填されたスルーホールの内壁導体表面に粗化層が形成されていることが望ましい。スルーホール内壁の導体表面に粗化層が形成されるのは、充填剤とスルーホールとが粗化層を介して密着し隙間が発生しないからである。もし、充填剤とスルーホールとの間に空隙が存在すると、その直上に電解めっきで形成される導体層は、平坦なものとならなかったり、空隙中の空気が熱膨張してクラックや剥離を引き起こしたりし、また一方で、空隙に水が溜まってマイグレーションやクラックの原因となったりする。この点、粗化層が形成されているとこのような不良発生を防止することができる。
【0020】
また、本発明において、充填剤のスルーホールからの露出面を覆う導体層の表面には、スルーホール内壁の導体表面に形成した粗化層と同様の粗化層が形成されていることが有利である。この理由は、粗化層により層間樹脂絶縁層やバイアホールとの密着性を改善することができるからである。特に、導体層の側面に粗化層が形成されていると、導体層側面と層間樹脂絶縁層との密着不足によってこれらの界面を起点として層間樹脂絶縁層に向けて発生するクラックを抑制することができる。
【0021】
このようなスルーホール内壁や導体層の表面に形成される粗化層の厚さは、0.1〜10μmがよい。この理由は、厚すぎると層間ショートの原因となり、薄すぎると被着体との密着力が低くなるからである。この粗化層としては、スルーホール内壁の導体あるいは導体層の表面を、酸化(黒化)−還元処理して形成したもの、有機酸と第二銅錯体の混合水溶液で処理して形成したもの、あるいは銅−ニッケル−リン針状合金のめっき処理にて形成したものがよい。
【0022】
これらの処理のうち、酸化(黒化)−還元処理による方法では、NaOH(10g/l)、NaClO2 (40g/l)、Na3 PO4 (6g/l)を酸化浴(黒化浴)、NaOH(10g/l)、NaBH4 (6g/l)を還元浴とする。
【0023】
また、有機酸−第二銅錯体の混合水溶液を用いた処理では、スプレーやバブリングなどの酸素共存条件下で次のように作用し、導体回路である銅などの金属箔を溶解させる。
Cu+Cu(II)An →2Cu(I)An/2
2Cu(I)An/2十n/4O2 +nAH(エアレーション)
→2Cu(II)An +n/2H2 O
Aは錯化剤(キレート剤として作用)、nは配位数である。
【0024】
この処理で用いられる第二銅錯体は、アゾール類の第二銅錯体がよい。このアゾール類の第二銅錯体は、金属銅などを酸化するための酸化剤として作用する。アゾール類としては、ジアゾール、トリアゾール、テトラゾールがよい。なかでもイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾールなどがよい。
このアゾール類の第二銅錯体の含有量は、1〜15重量%がよい。この範囲内にあれば、溶解性および安定性に優れるからである。
【0025】
また、有機酸は、酸化銅を溶解させるために配合させるものである。
具体例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カブロン酸、アクリル酸、クロトン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、安息香酸、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、スルファミン酸から選ばれるいずれか少なくとも1種がよい。
この有機酸の含有量は、0.1〜30重量%がよい。酸化された銅の溶解性を維持し、かつ溶解安定性を確保するためである。
なお、発生した第一銅錯体は、酸の作用で溶解し、酸素と結合して第二銅錯体となって、再び銅の酸化に寄与する。
また、有機酸に加えて、ホウフッ酸、塩酸、硫酸などの無機酸を添加してもよい。
【0026】
この有機酸−第二銅錯体からなるエッチング液には、銅の溶解やアゾール類の酸化作用を補助するために、ハロゲンイオン、例えば、フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオンなどを加えてもよい。このハロゲンイオンは、塩酸、塩化ナトリウムなどを添加して供給できる。
ハロゲンイオン量は、0.01〜20重量%がよい。この範囲内にあれば、形成された粗化層は層間樹脂絶縁層との密着性に優れるからである。
【0027】
この有機酸−第二銅錯体からなるエッチング液は、アゾール類の第二銅錯体および有機酸(必要に応じてハロゲンイオン)を、水に溶解して調製する。
【0028】
また、銅−ニッケル−リンからなる針状合金のめっき処理では、硫酸銅1〜40g/l、硫酸ニッケル0.1〜6.0g/l、クエン酸10〜20g/l、次亜リン酸塩10〜100g/l、ホウ酸10〜40g/l、界面活性剤0.01〜10g/lからなる液組成のめっき浴を用いることが望ましい。
【0029】
本発明において、ビルドアップ配線層で使用される層間樹脂絶縁層としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の複合体を用いることができる。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリフェニレンエーテル(PPE)などが使用できる。
熟可塑性樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスルフォン(PSF)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、熱可塑型ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニレンスルフォン(PPES)、4フッ化エチレン6フッ化プロピレン共重合体(FEP)、4フッ化エチレンパーフロロアルコキシ共重合体(PFA)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリオレフィン系樹脂などが使用できる。
熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の複合体としては、エポキシ樹脂−PES、エポキシ樹脂−PSF、エポキシ樹脂一PPS、エポキシ樹脂−PPESなどが使用できる。
【0030】
本発明では、層間樹脂絶縁層としてガラスクロス含浸樹脂複合体を用いることができる。このガラスクロス含浸樹脂複合体としては、ガラスクロス含浸エポキシ、ガラスクロス含浸ビスマレイミドトリアジン、ガラスクロス含浸PTFE、ガラスクロス含浸PPE、ガラスクロス含浸ポリイミドなどがある。
【0031】
また本発明において、層間樹脂絶縁層としては、無電解めっき用接着剤を用いることができる。
この無電解めっき用接着剤としては、硬化処理された酸あるいは酸化剤に可溶性の耐熱性樹脂粒子が、硬化処理によって酸あるいは酸化剤に難溶性となる未硬化の耐熱性樹脂中に分散されてなるものが最適である。この理由は、酸や酸化剤で処理することにより、耐熱性樹脂粒子が溶解除去されて、表面に蛸つぼ状のアンカーからなる粗化面が形成できるからである。
【0032】
上記無電解めっき用接着剤において、特に硬化処理された前記耐熱性樹脂粒子としては、▲1▼平均粒径が10μm以下の耐熱性樹脂粉末、▲2▼平均粒径が2μm以下の耐熱性樹脂粉末を凝集させた凝集粒子、▲3▼平均粒径が2〜10μmの耐熱性樹脂粉末と平均粒径が2μm以下の耐熱性樹脂粉末との混合物、▲4▼平均粒径が2〜10μmの耐熱性樹脂粉末の表面に平均粒径が2μm以下の耐熱性樹脂粉末または無機粉末のいずれか少なくとも1種を付着させてなる疑似粒子、▲5▼平均粒径が0.1〜0.8μmの耐熱性樹脂粉末と平均粒径が0.8μmを超え2μm未満の耐熱性樹脂粉末との混合物、▲6▼平均粒径が0.1〜1.0μmの耐熱性樹脂粉末、から選ばれるいずれか少なくとも1種を用いることが望ましい。これらは、より複雑なアンカーを形成できるからである。
この無電解めっき用接着剤で使用される耐熱性樹脂は、前述の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の複合体を使用できる。
【0033】
本発明において、多層コア基板上に形成された導体層(スルーホールに充填された充填剤を覆うものを含む)と層間樹脂絶縁層上に形成された導体回路は、バイアホールで接続することができる。この場合、バイアホールは、めっき膜や充填剤で充填してもよい。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多層プリント配線板について図を参照して説明する。
図6は、本発明の実施形態に係る多層プリント配線板の断面を示している。多層コア基板30の表面及び裏面にビルドアップ配線層90A、90Bが形成されている。該ビルトアップ層90A、90Bは、バイアホール60及び導体回路58の形成された層間樹脂絶縁層50と、バイアホール160及び導体回路158の形成された層間樹脂絶縁層150とからなる。
【0035】
表面側には、ICチップのバンプ(図示せず)へ接続するための半田バンプ76Uが形成され、裏面側には、マザーボードのバンプ(図示せず)へ接続するための半田バンプ76Uが形成されている。多層プリント配線板内では、ICチップへ接続する半田バンプ76Uからの導体回路が、基板の外周方向へ向けて配線され、マザーボード側へ接続する半田バンプ76Dへ接続されている。表側のビルトアップ層90Aと裏側のビルトアップ層90Bとは、コア基板30に形成されたスルーホール16を介して接続されている。
【0036】
即ち、該スルーホール16には充填剤22が充填され、該充填剤22のスルーホール16からの露出面を覆うように導体層26aが形成されている。そして、該導体層26aに、上層側のバイアホール60が接続され、該バイアホールに接続された導体回路58に、上層のバイアホール160が接続され、該バイアホール160、或いは、バイアホール160へ接続された導体回路158に半田バンプ76U、76Dが形成されている。
【0037】
図6に示す多層プリント配線板のコア基板30の平面図、即ち、図6中のB−B断面を図7に示す。ここで、スルーホール16内の充填剤の上側に形成される導体層26aは、円形に形成され、図6を参照して上述したように該導体層26aへ直接バイアホール60が接続されている。このように接続することで、スルーホール16直上の領域を図8(A)及び図8(B)を参照して上述した内層パッド226bとして機能せしめることでデッドスペースを無くし、しかも、スルーホール16からバイアホール60へ接続するための内層パッド226bを付加しないので、スルーホール16のランド形状を円形とすることができる。その結果、多層コア基板30中に設けられるスルーホール16の配置密度を向上させることによりスルーホールの数を増やすことができる。
【0038】
それゆえ、導体回路の基板の外周への引き回しを表面、裏面の両方のビルドアップ層90A、90Bで行うことができる。また、上述したように多層プリント配線板では、裏面の複数のバンプからの配線が統合されながら表面側のバンプへ接続されるが、スルーホールを必要な密度で形成することで、表側及び裏側に形成されるビルドアップ配線層90A、90Bで、同じペースで配線の統合を行える。これにより、表側及び裏側に形成されるビルドアップ配線層90A、90Bの層数を減らすことができる。
【0039】
図6中に示すスルーホールのピッチは600μmであるが、700μm以下にすることが望ましい。700μm以下とすることにより、信号線を確実に表面から裏面のビルドアップ層へ接続できる。
【0040】
引き続き、図6に示す多層プリント配線板を製造する方法について一例を挙げて具体的に説明する。
なお、以下に述べる方法は、セミアディティブ法による多層プリント配線板の製造方法に関するものであるが、本発明における多層プリント配線板の製造方法では、フルアディティブ法やマルチラミネーション法、ピンラミネーション法を採用することができる。
【0041】
(1)コア基板30の作製
コア基板は、プリプレグを積層して形成される。例えば、ガラス繊維やアラミド繊維の布あるいは不織布に、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、フッ素材脂(ポリテトラフルオロエチレン等)等を含浸させてBステージとしたプリプレグを積層して、次いで、加熱プレスして一体化することにより形成される。なお、コア基板上の回路基板としては、例えば両面銅張積層板の両面にエッチングレジストを設けてエッチングすることにより銅パターンを設けたものを用いることができる。
【0042】
(2)スルーホール16の形成
▲1▼.多層コア基板にドリル等で貫通孔を空け、貫通孔の壁面および基板表面に無電解めっきを施してスルーホール16を形成する。
無電解めっきとしては銅めっきがよい。なお、基板表面が、フッ素樹脂のようにめっきのつきまわりが悪い樹脂である場合は、有機金属ナトリウムからなる前処理剤(商品名:潤工社製:テトラエッチ)、プラズマ処理などの表面改質を行う。
【0043】
▲2▼.次に、厚付けのために電解めっきを行う。この電解めっきとしては銅めっきがよい。
▲3▼.そしてさらに、スルーホール内壁および電解めっき膜表面を粗化処理して粗化層20を設ける。この粗化層には、黒化(酸化)−還元処理によるもの、有機酸と第二銅錯体の混合水溶液をスプレー処理して形成したもの、あるいは銅−ニッケル−リン針伏合金めっきによるものがある。
【0044】
(3)充填剤の充填
▲1▼.前記(2)で形成したスルーホール16に、前述した構成の充填剤22を充填する。具体的には、充填剤は、スルーホール部分に開口を設けたマスクを載置した基板上に、印刷法にて塗布することによりスルーホールに充填させ、充填後、乾燥、硬化させる。
【0045】
この充填剤には、金属粒子と樹脂の密着力を上げるために、シランカップリング剤などの金属表面改質剤を添加してもよい。また、その他の添加剤として、アクリル系消泡剤やシリコン系消泡剤などの消泡剤、シリカやアルミナ、タルクなどの無機充填剤を添加してもよい。また、金属粒子の表面には、シランカップリング剤を付着させてもよい。
【0046】
このような充填剤は、例えば、以下の条件にて印刷される。即ち、テトロン製メッシュ板の印刷マスク板と45℃の角スキージを用い、Cuペースト粘度:120Pa・s、スキージ速度:13mm/sec、スキージ押込み量:1mmの条件で印刷する。
【0047】
▲2▼.スルーホールからはみ出した充填剤および基板の電解めっき膜表面の粗化層を研磨により除去して、基板表面を平坦化する。研磨は、ベルトサンダーやバフ研磨がよい。
【0048】
(4)導体層26a(多層コア基板上の導体回路と充填剤を覆う導体層)の形成▲1▼.前記(3)で平坦化した基板の表面に触媒核を付与した後、無電解めっきを施し、厚さ0.1〜5μm程度の無電解めっき膜を形成し、さらに必要に応じて電解めっきを施し、厚さ5〜25μmの電解めっき膜を設ける。次に、めっき膜の表面に、感光性のドライフィルムを加熱プレスによりラミネートし、パターンが描画されたフォトマスクフィルム(ガラス製がよい)を載置し、露光した後、現像液で現像してエッチングレジストを設ける。そして、エッチングレジスト非形成部分の導体をエッチング液で溶解除去することにより、導体回路部分および充填剤22を覆う導体層26a部分を形成する。
そのエッチング液としては、硫酸−過酸化水素の水溶液、過硫酸アンモニウムや過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩水溶液、塩化第二鉄や塩化第二銅の水溶液がよい。
【0049】
▲2▼.そして、エッチングレジストを剥離して、独立した導体回路14および導体層26aとした後、その導体回路14および導体層26aの表面に、粗化層27を形成する。
導体回路14および充填剤を覆う導体層26aの表面に粗化層27を形成すると、その導体は、層間樹脂絶縁層との密着性に優れるので、導体回路および充填剤を覆う導体層の側面と樹脂絶縁層との界面を起点とするクラックが発生しない。また一方で、充填剤を覆う導体層は、電気的に接続されるバイアホールとの密着性が改善される。
この粗化層の形成方法は、前述したとおりであり、黒化(酸化)−還元処理、針状合金めっき、あるいはエッチングして形成する方法などがある。
【0050】
さらに、粗化後に、基板表面の導体層26aに起因する凹凸を無くすため、導体回路間に樹脂28を塗布して充填し、これを硬化し、表面を導体が露出するまで研磨して平滑化してもよい。
樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂、イミダゾール硬化剤および無機粒子からなる樹脂を使用することが望ましい。ビスフェノール型エポキシ樹脂は、粘度が低く、塗布しやすいからである。また、ビスフェノールF型エポキシ樹脂は、溶剤を使用しなくてもよいため、加熱硬化時に溶剤が揮発することに起因するクラックや剥離を防止でき、有利である。
そしてさらに、研磨後に導体層表面に粗化層を設けることが望ましい。
【0051】
なお、導体層の形成方法として、以下の工程を採用することができる。
即ち、前記(1)〜(3)の工程を終えた基板にめっきレジストを形成し、次いでレジスト非形成部分に電解めっきを施して導体回路および導体層部分を形成し、これらの導体上に、ホウフッ化スズ、ホウフッ化鉛、ホウフッ化水素酸、ペプトンからなる電解半田めっき液を用いて半田めっき膜を形成した後、めっきレジストを除去し、そのめっきレジスト下の無電解めっき膜および銅箔をエッチング除去して独立パターンを形成し、さらに、半田めっき膜をホウフッ酸水溶液で溶解除去して導体層を形成する。
【0052】
(5)層間樹脂絶縁層50、導体回路58及びバイアホール60の形成
▲1▼.このようにして作製した配線基板の上に、層間樹脂絶縁層を形成する。
層間樹脂絶縁層50としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の複合体を使用できる。また、本発明では、層間樹脂絶縁材として前述した無電解めっき用接着剤を用いることができる。
層間樹脂絶縁層は、これらの樹脂の未硬化液を塗布したり、フィルム状の樹脂を熱圧着してラミネートすることにより形成される。
【0053】
▲2▼.次に、この層間樹脂絶縁層に被覆される下層の導体回路(スルーホール)との電気的接続を確保するために層間樹脂絶縁層50に開口を設ける。
この開口の穿孔は、層間樹脂絶縁層が感光性樹脂からなる場合は、露光、現像処理にて行い、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂からなる場合は、レーザ光にて行う。このとき、使用されるレーザ光としては、炭酸ガスレーザ、紫外線レーザ、エキシマレーザなどがある。レーザ光にて孔空けした場合は、デスミア処理を行ってもよい。このデスミア処理は、クロム酸、過マンガン酸塩などの水溶液からなる酸化剤を使用して行うことができ、また酸素プラズマなどで処理してもよい。
【0054】
▲3▼.開口を有する層間樹脂絶縁層50を形成した後、必要に応じてその表面を粗化する。
上述した無電解めっき用接着剤を層間樹脂絶縁層として使用した場合は、表面を酸化剤で処理して耐熱性樹脂粒子のみを選択的に除去して粗化する。また、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を使用した場合でも、クロム酸、過マンガン酸塩などの水溶液から選ばれる酸化剤による表面粗化処理が有効である。なお、酸化剤では粗化されないフッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン等)などの樹脂の場合は、プラズマ処理やテトラエッチなどにより表面を粗化する。
【0055】
▲4▼.次に、無電解めっき用の触媒核を付与する。
一般に触媒核は、パラジウム−スズコロイドであり、この溶液に基板を浸漬、乾燥、加熱処理して樹脂表面に触媒核を固定する。また、金属核をCVD、スパッタ、プラズマにより樹脂表面に打ち込んで触媒核とすることができる。この場合、樹脂表面に金属核が埋め込まれることになり、この金属核を中心にめっきが析出して導体回路が形成されるため、粗化しにくい樹脂やフッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン等)のように樹脂と導体回路との密着が悪い樹脂でも、密着性を確保できる。この金属核としては、パラジウム、銀、金、白金、チタン、銅およびニッケルから選ばれる少なくとも1種以上がよい。なお、金属核の量は、20μg/cm2 以下がよい。この量を超えると金属核を除去しなければならないからである。
【0056】
▲5▼.次に、層間樹脂絶縁層の表面に無電解めっきを施し、全面に無電解めっき膜52を形成する。無電解めっき膜52の厚みは0.1〜5μm、より望ましくは0.5〜3μmである。
▲6▼.そして、無電解めっき膜上にめっきレジストを形成する。めっきレジストは、前述のように感光性ドライフィルムをラミネートして露光、現像処理して形成される。
▲7▼.さらに、電解めっきを行う。電解めっき膜56は、5〜30μmがよい。なお、図中では電解めっきにより単に、厚付けを行っているが、バイアホールを形成する凹部を電解めっき膜にて充填することが望ましい。
▲8▼.そしてさらに、めっきレジストを剥離した後、そのめっきレジスト下の無電解めっき膜をエッチングにて溶解除去し、独立した導体回路58及びバイアホール60を形成する。導体回路(バイアホールを含む)を形成する。
エッチング液としては、硫酸−過酸化水素の水溶液、過硫酸アンモニウムや過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩水溶液、塩化第二鉄や塩化第二銅の水溶液がよい。
更に、同様にして層間樹脂絶縁層150及びバイアホール160をもう1層形成する。
【0057】
【実施例】
以下、多層プリント配線板の製造工程の実施例を、図1〜図5を参照して具体的に説明する。
(1)厚さ0.5mmのガラスエポキシ樹脂またはBT(ビスマレイミドトリアジン)樹脂からなるコア基板30の両面に18μmの銅箔12がラミネートされている銅張積層板30Aを出発材料とする(図1(A)参照)。この両面にエッチングレジストを設け、硫酸−過酸化水素水溶液でエッチング処理し、導体回路14を有するコア基板30を得た(図1(B))。
【0058】
(2)次に、コア基板30にピッチ間隔600μmで直径300μmの貫通孔16をドリルで削孔し(図1(C)参照)、次いで、パラジウム−スズコロイドを付着させ、下記組成で無電解めっきを施して、基板30の全面に2μmの無電解めっき膜18を形成した(図1(D)参照)。
〔無電解めっき水溶液〕
EDTA 150 g/l
硫酸銅 20 g/l
HCHO 30 ml/l
NaOH 40 g/l
α、α’−ビピリジル 80 mg/l
PEG 0.1g/l
〔無電解めっき条件〕
70℃の液温度で30分
【0059】
(3)前記(2)で無電解銅めっき膜18からなる導体(スルーホール16を含む)を形成した基板30を、水洗いし、乾燥した後、NaOH(10g/l)、NaClO2 (40g/l)、Na3 PO4 (6g/l)を酸化浴(黒化浴)、NaOH(10g/l)、NaBH4 (6g/l)を還元浴とする酸化還元処理に供し、そのスルーホール16を含む導体18の全表面に粗化層20を設けた(図1(E)参照)。
【0060】
(4)次に、平均粒径10μmの銅粒子を含む充填剤22(タツタ電線製の非導電性穴埋め銅ペースト、商品名:DDペースト)を、スルーホール16へスクリーン印刷によって充填し、乾燥、硬化させた(図2(F))。そして、導体18上面の粗化層20およびスルーホール16からはみ出した充填剤22を、#600のベルト研磨紙(三共理化学製)を用いたベルトサンダー研磨により除去し、さらにこのベルトサンダー研磨による傷を取り除くためのバフ研磨を行い、基板30の表面を平坦化した(図2(G)参照)。このようにして、スルーホール16の内壁面と樹脂充填剤22とが粗化層20を介して強固に密着した基板30を得る。
【0061】
(5)前記(4)で平坦化した基板30表面に、パラジウム触媒(アトテック製)を付与し、前記(2)の条件に従って無電解銅めっきを施すことにより、厚さ0.6μmの無電解銅めっき膜23を形成した(図1(H)参照)。
【0062】
(6)ついで、以下の条件で電解銅めっきを施し、厚さ15μmの電解銅めっき膜24を形成し、導体回路14となる部分の厚付け、およびスルーホール16に充填された充填剤22を覆う導体層(円形のスルーホールランドとなる)26aとなる部分を形成した(図2(I))。
〔電解めっき水溶液〕
硫酸 180 g/l
硫酸銅 80 g/l
添加剤(アトテックジャパン製、商品名:カパラシドGL)1 ml/l
〔電解めっき条件〕
電流密度 1A/dm2
時間 30分
温度 室温
【0063】
(7)導体回路14および導体層26aとなる部分を形成した基板30の両面に、市販の感光性ドライフィルムを張り付け、マスクを載置して、100mJ/cm2 で露光、0.8%炭酸ナトリウムで現像処理し、厚さ15μmのエッチングレジスト25を形成した(図2(J)参照)。
【0064】
(8)そして、エッチングレジスト25を形成してない部分のめっき膜23,24を、硫酸と過酸化水素の混合液を用いるエッチングにて溶解除去し、さらに、エッチングレジスト8を5%KOHで剥離除去して、独立した導体回路14aおよび充填剤22を覆う導体層26aを形成した(図3(K)参照)。
【0065】
(9)次に、導体回路14aおよび充填剤22を覆う導体層26aの表面にCu−Ni−P合金からなる厚さ2.5μmの粗化層(凹凸層)27を形成し、さらにこの粗化層27の表面に厚さ0.3μmのSn層を形成した(図3(L)参照、但し、Sn層については図示しない)。
その形成方法は以下のようである。即ち、基板30を酸性脱脂してソフトエッチングし、次いで、塩化パラジウムと有機酸からなる触媒溶液で処理して、Pd触媒を付与し、この触媒を活性化した後、硫酸銅8g/l、硫酸ニッケル0.6g/l、クエン酸15g/l、次亜リン酸ナトリウム29g/l、ホウ酸31g/l、界面活性剤0.1g/l、pH=9からなる無電解めっき浴にてめっきを施し、導体回路14aおよび充填剤22を覆う導体層26aの表面にCu−Ni−P合金の粗化層27を設けた。
ついで、ホウフッ化スズ0.1mol/l、チオ尿素1.0mol/l、温度50℃、pH=1.2の条件でCu−Sn置換反応させ、粗化層10の表面に厚さ0.3μmのSn層を設けた(Sn層については図示しない)。
【0066】
なお、工程(9)に代えて、導体回路14aおよび充填剤22を覆う導体層26aの表面にいわゆる黒化−還元層を形成し、導体回路間にビスフェノールF型エポキシ樹脂などの樹脂を充填し、表面研磨、さらに(9)のめっきによりCu−Ni−P合金の粗化層を形成してもよい。(図6に断面を示すパッケージ断面図は、この工程を使用して製造している)
【0067】
(10)基板表面を平滑化するための樹脂充填剤を調整する。ここでは、ビスフェノールF型エポキシモノマー(油化シェル製、分子量310、YL983U)100重量部、イミダゾール硬化剤(四国化成製、2E4MZ−CN)6重量部を混合し、これらの混合物に対し、表面にシランカップリング剤がコーティングされた平均粒径1.6μmのSiO2 球状粒子(アドマテック製、CRS1101−CE、ここで、最大粒子の大きさは後述する導体回路14aの厚み以下とする)170重量部、消泡剤(サンノプコ製、ペレノールS4)0.5重量部を混合し、3本ロールにて混練することにより、その混合物の粘度を23±1℃で45,000〜49,000cpsに調整して、樹脂充填剤を得る。
この樹脂充填剤は無溶剤である。もし溶剤入りの樹脂充填剤を用いると、後工程において層間剤を塗布して加熱・乾燥させる際に、樹脂充填剤の層から溶剤が揮発して、樹脂充填剤の層と層間材との間で剥離が発生するからである。
【0068】
(11)上記(10)で得た樹脂充填剤28を、基板30の両面にロールコータを用いて塗布することにより、上面の導体層26a間に充填し、70℃,20分間で乾燥させ、下面についても同様にして樹脂充填剤30を導体層26a間あるいは導体回路14a間に充填し、70℃,20分間で乾燥させる(図3(M)参照)。
【0069】
(12)上記(11)の処理を終えた基板30の片面を、♯600のベルト研磨紙(三共理化学製)を用いたベルトサンダー研磨により、導体層26aの表面や導体回路14aの表面に樹脂充填剤28が残らないように研磨し、次いで、上記ベルトサンダー研磨による傷を取り除くためのバフ研磨を行う(図3(N)参照)。
次いで、100℃で1時間、120℃で3時間、150℃で1時間、180℃で7時間の加熱処理を行って樹脂充填剤28を硬化させる。
【0070】
このようにして、導体層26a、導体回路14aの表面の粗化層27を除去して基板両面を平滑化することで、樹脂充填剤28と導体層26a、導体回路14aの側面とが粗化層27を介して強固に密着させる。
【0071】
(13)上記(12)の処理で露出した導体層26a、導体回路14a上面に、厚さ2.5μmのCu−Ni−P合金からなる粗化層(凹凸層)29を形成し、さらに、その粗化層29の表面に厚さ0.3μmのSn層を設ける(図3(O)参照、但し、Sn層については図示しない)。
その形成方法は以下のようである。即ち、基板30を酸性脱脂してソフトエッチングし、次いで、塩化パラジウムと有機酸からなる触媒溶液で処理して、Pd触媒を付与し、この触媒を活性化した後、硫酸銅8g/l、硫酸ニッケル0.6g/l、クエン酸15g/l、次亜リン酸ナトリウム29g/l、ホウ酸31g/l、界面活性剤0.1g/l、pH=9からなる無電解めっき浴にてめっきを施し、銅導体回路4およびスルーホール9のランド上面にCu−Ni−P合金の粗化層29を形成する。ついで、ホウフッ化スズ0.1mol/l、チオ尿素1.0mol/l、温度50℃、pH=1.2の条件でCu−Sn置換反応させ、粗化層29の表面に厚さ0.3μmのSn層を設ける(Sn層については図示しない)。
【0072】
(14)層間樹脂絶縁層を形成する無電解めっき用接着剤A、Bを以下の方法で調製した。
A.上層の無電解めっき用接着剤の調製
▲1▼.クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬製、分子量2500)の25%アクリル化物を35重量部(固形分80%)、感光性モノマー(東亜合成製、アロニックスM315)3.15重量部、消泡剤(サンノプコ製、S−65)0.5重量部、NMPを3.6重量部を撹拌混合した。
▲2▼.ポリエーテルスルフォン(PES)12重量部、エポキシ樹脂粒子(三洋化成製、ポリマーポール)の平均粒径1.0μmのものを7.2重量部、平均粒径0.5μmのものを3.09重量部、を混合した後、さらにNMP30重量部を添加し、ビーズミルで撹拌混合した。
▲3▼.イミダゾール硬化剤(四国化成製、2E4MZ−CN)2重量部、光開始剤(チバガイギー製、イルガキュア I−907)2重量部、光増感剤(日本化薬製、DETX−S)0.2重量部、NMP1.5重量部を撹拌混合した。
これらを混合して無電解めっき用接着剤組成物Aを調製した。
【0073】
B.下層の無電解めっき用接着剤の調製
▲1▼.クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬製、分子量2500)の25%アクリル化物を35重量部(固形分80%)、感光性モノマー(東亜合成製、アロニックスM315)4重量部、消泡剤(サンノプコ製、S−65)0.5重量部、NMPを3.6重量部を撹拌混合した。
▲2▼.ポリエーテルスルフォン(PES)12重量部、エポキシ樹脂粒子(三洋化成製、ポリマーポール)の平均粒径0.5μmのものを14.49重量部、を混合した後、さらにNMP20重量部を添加し、ビーズミルで撹拌混合した。
【0074】
▲3▼.イミダゾール硬化剤(四国化成製、2E4MZ−CN)2重量部、光開始剤(チバガイギー製、イルガキュア I−907)2重量部、光増感剤(日本化薬製、DETX−S)0.2重量部、NMP1.5重量部を撹拌混合した。
これらを混合して下層の無電解めっき用接着剤Bを調製した。
【0075】
(15)基板の両面に、まず、前記(14)で調製したBの無電解めっき用接着剤(粘度1.5Pa・s)44をロールコータを用いて塗布し、水平状態で20分間放置してから、60℃で30分の乾燥を行い、次いで、Aの無電解めっき用接着剤(粘度1.0Pa・s)46をロールコ一夕を用いて塗布し、水平状態で20分間放置してから、60℃で30分の乾燥を行い、厚さ40μmの接着剤層50を形成した(図4(P)参照)。
【0076】
(16)接着剤層50を形成した基板の両面に、85μmφの黒円が印刷されたフォトマスクフィルムを密着させ、超高圧水銀灯により500mJ/cm2 で露光した。これをDMDG(ジエチレングリコールジメチルエーテル)溶液でスプレー現像することにより、接着剤層に85μmφのバイアホールとなる開口を形成した。さらに、当該基板を超高圧水銀灯により3000mJ/cm2 で露光し、100℃で1時間、その後150℃で5時間の加熱処理をすることにより、フォトマスクフィルムに相当する寸法精度に優れた開口(バイアホール形成用開口48)を有する厚さ35μmの層間絶縁材層(接着剤層)50を形成した(図4(Q)参照)。なお、バイアホールとなる開口には、スズめっき層を部分的に露出させた。
【0077】
(17)バイアホール形成用開口48を形成した基板を、クロム酸に20分間浸漬し、接着剤層表面に存在するエポキシ樹脂粒子を溶解除去して、当該接着剤層50の表面をRmax=1〜5μm程度の深さで粗化することで粗化面51を形成し、その後、中和溶液(シプレイ社製)に浸漬してから水洗した(図4(R))。
【0078】
(18)接着剤層表面の粗化(粗化深さ5μm)を行った基板30に対し、パラジウム触媒(アトテック製)を付与することにより、接着剤層50およびバイアホール用開口48の表面に触媒核を付与した。
【0079】
(19)前記(2)と同じ組成の無電解銅めっき浴中に基板を浸漬して、粗化面51全体に厚さ0.6μmの無電解銅めっき膜52を形成した(図4(S)参照)。このとき、無電解銅めっき膜52は薄いために、この無電解めっき膜52の表面には、接着剤層50の粗化面51に追従した凹凸が観察された。
【0080】
(20)市販の感光性ドライフィルムを無電解銅めっき膜52に張り付け、マスクを載置して、100mJ/cm2 で露光、0.8%炭酸ナトリウムで現像処理し、厚さ15μmのめっきレジスト54を設けた(図4(T)参照)。
【0081】
(21)次いで、前記(6)の条件に従って電解銅めっきを施し、厚さ15μmの電解銅めっき膜56を形成した(図5(U)参照)。
【0082】
(22)めっきレジスト56を5%KOHで剥離除去した後、そのめっきレジスト56下の無電解めっき膜52を硫酸と過酸化水素の混合液でエッチング処理して溶解除去し、無電解銅めっき膜52と電解銅めっき膜56からなる厚さ16μmの導体回路58及びバイアホール60を形成する(図5(V))。引き続き、該導体回路58及びバイアホール60の表面に粗化層62を形成して、片面3層の多層プリント配線板とした(図5(W)参照)。なお、接着剤層50の粗化面に残っているPdをクロム酸(800g/l)に1〜10分浸漬して除去した。
【0083】
(23)(15)〜(22)の工程を繰り返して、バイアホール160を有する層間樹脂絶縁層150をさらに1層積層した(図5(X)。
【0084】
(24)上記(23)で得た配線板の両面に、市販のソルダーレジスト組成物を20μmの厚さで塗布した。次いで、70℃で20分間、70℃で30分間の乾燥処理を行った後、1000mJ/cm2 の紫外線で露光し、DMTG現像処理した。そしてさらに、80℃で1時間、100℃で1時間、120℃で1時間、150℃で3時間の条件で加熱処理し、パッド部分71が開口した(開口径200μm)ソルダーレジスト層(厚み20μm)70を形成した(図6参照)。
【0085】
(25)次に、ソルダーレジスト層70を形成した基板30を、塩化ニッケル30g/l、次亜リン酸ナトリウム10g/l、クエン酸ナトリウム10g/lからなるpH=5の無電解ニッケルめっき液に20分間浸漬して、開口部71に厚さ5μmのニッケルめっき層72を形成した。さらに、その基板30を、シアン化金カリウム2g/l、塩化アンモニウム75g/l、クエン酸ナトリウム50g/l、次亜リン酸ナトリウム10g/lからなる無電解金めっき液に93℃の条件で23秒間浸漬して、ニッケルめっき層72上に厚さ0.03μmの金めっき層74を形成した。
【0086】
(26)そして、ソルダーレジスト層70の開口部71に、はんだペーストを印刷して、200℃でリフローすることによりはんだバンプ76U、76Dを形成し、はんだバンプを有するプリント配線板を製造した。
【0087】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のプリント配線板によれば、スルーホールを高密度化し、層数の少ない基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る多層プリント配線板の製造工程を示す図である。
【図2】本発明の実施例に係る多層プリント配線板の製造工程を示す図である。
【図3】本発明の実施例に係る多層プリント配線板の製造工程を示す図である。
【図4】本発明の実施例に係る多層プリント配線板の製造工程を示す図である。
【図5】本発明の実施例に係る多層プリント配線板の製造工程を示す図である。
【図6】本発明の実施例に係る多層プリント配線板を示す断面図である。
【図7】図6に示す多層プリント配線板のB−B断面図である。
【図8】従来技術に係るパッケージ基板の多層コア基板の平面図である。
【符号の説明】
14 導体回路(導体層)
16 スルーホール
22 充填剤
26a 導体層
30 コア基板(多層コア基板)
50 層間樹脂絶縁層
58 導体回路(導体層)
60 バイアホール
150 層間樹脂絶縁層
160 バイアホール
Claims (3)
- 層間樹脂絶縁層と導体層とが交互に積層され、各導体層間がバイアホールにて接続されたビルドアップ配線層が、コア基板の両面に形成されてなる多層プリント配線板において、
前記コア基板に形成されたスルーホールには、充填剤が充填されるとともに該充填剤のスルーホールからの露出面を覆う導体層が形成されてなり、当該導体層から成るスルーホールのランドが全て円形であり、
その導体層にはバイアホールが接続され、
前記充填剤が金属粒子と熱硬化性または熱可塑性の樹脂とからなり、非導電性であることを特徴とする多層プリント配線板。 - 前記コア基板に形成されるスルーホールのピッチ間隔が700μm以下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板。
- 前記コア基板の両面の前記ビルドアップ配線層において、導体層を構成する導体回路が基板の外周方向へ向けて配線されている請求項1又は2に記載の多層プリント配線板。
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