JP4457843B2

JP4457843B2 - 回路基板の製造方法

Info

Publication number: JP4457843B2
Application number: JP2004302246A
Authority: JP
Inventors: 幹彦石橋
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: JP2006114787A

Description

本発明は、回路基板の製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化、高機能化に伴い、配線基板における細線化、ファインピッチ化、高密度実装化への要求が高まってきており、層間接続の際、配線密度や部品実装の制約となるスルーホールに対し、小径化した孔内を導電体で埋めたフィルドビアに対する要求が高まってきている。

フィルドビアは通常、スクリーン印刷法、めっき法によって形成される。このうち、スクリーン印刷法は導電性ペーストを、孔内に埋め込む必要がある。そのため、孔穴の径はある程度大きくする必要があった。また、粘度の高い導電性ペーストを孔内へ埋め込むことが困難なため電気的信頼性も十分ではなかった（例えば特許文献１）。

一方、電気めっき法は、半導体基板やビルドアップ基板の孔埋めっき用として開発された特殊な硫酸銅めっき液をもちいるもので、孔内の絶縁層を含む表層全面を無電解めっきやダイレクトめっきで導電化した後に、この硫酸銅めっきで電気めっきをおこなう。このとき、めっき液中に含まれる添加剤の作用により、表層のめっき析出を抑制するとともに、孔底のめっき析出が促進し、最終的に表層と同じ高さのフィルドビアが形成される。しかし、一般にこのめっき液は添加剤の劣化が激しいため濃度管理が難しく、頻度の高い分析が必要であった。また、分析においては高価な分析装置が必要となっていた（例えば特許文献２）。
また、この方法でのめっきの電流密度が０．１〜３Ａ/ｄｍ^２が一般的で、このため、２０〜１００μｍ深さの孔内をめっきで埋めてフィルドビアを形成する必要がある場合は、１回の処理時間が１〜２０時間かかり、生産性が悪く実用上の問題があった（例えば特許文献３）。

特開平８−３１６５９８号公報特開２００２−２４９８９１号公報特開２００１−２００３８６号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、信頼性の高いビアを高速で形成する方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、
基材と、前記基材の一方の面側に設けられた第一の金属層と、前記基材の他方の面側に設けられた第二の金属層とを含む基板を用意する工程と、
前記第一の金属層および前記基材を選択的に除去し前記第二の金属層に達する孔を形成した後、前記孔の側壁のうち前記第一の金属層が露出した部分をサイドエッチングすることで、前記第一の金属層において相対的に大きい径を有し、前記基材において相対的に小さい径を有する孔を形成する工程と、
電解めっき法を用い、前記孔内において前記第二の金属層の表面のみに金属を析出させるとともに該金属を前記第一の金属層と接触させるまでめっき成長させ、前記孔の内部を前記金属で埋める工程と、
を含むことを特徴とする回路基板の製造方法を提供するものである。

本発明に係る回路基板の製造方法は、選択的にあけた孔内に電解めっきによってその孔内を析出させた金属で埋める際に、第二の金属層のみから電力を供給することで孔内の一方向から金属を析出させ、かつ、孔内を埋め終わった後でも平坦な面を維持することができる。

本発明において、前記孔は、前記第一の金属層において相対的に大きい径を有し、前記基材において相対的に小さい径を有する構成としてもよい。たとえば、上記孔を形成する前記工程において、前記第一の金属層および前記基材を貫通する孔を形成した後、前記孔の側壁のうち前記第一の金属層が露出した部分をサイドエッチングするようにしてもよい。こうすることにより、めっき開始後、析出した金属が第一の金属層に到達して導通するまでの時間が長くなるため、孔内に埋め込まれた金属を所望の形状に形成することができる。

また、本発明において、前記金属をめっき成長させる前記工程は、
相対的に高い電流密度でめっきを行う第一めっき工程と、
前記第一めっき工程の後、相対的に低い電流密度でめっきを行う第二めっき工程と、
を含むようにしてもよい。この方法によれば、金属表面の平坦性を良好としつつ、めっき時間を短くすることができる。

この場合、第一めっき工程における電流密度は、１０Ａ／ｄｍ^２以上３０Ａ／ｄｍ^２以下であり、第二めっき工程における電流密度は、１Ａ／ｄｍ^２以上９Ａ／ｄｍ^２以下とすることができる。

本発明によれば、前記第一の金属層表面に被覆層を設ける工程と、前記第一の金属層表面に形成された孔部の、前記被覆層を選択的に除去する工程とを含む回路基板の製造方法としてもよい。
第二金属層下部より成長しためっきが第一金属層と接触し第一金属層に電力が給電される状態になると、第一金属層の表面においてもめっきが成長することが考えられる。上記構成によれば、第一の金属層表面に被覆層を設けているため、このような余分なめっき成長を抑制することができる。

本発明の方法によれば、信頼性の高いビアを高速で形成することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、共通する構成要素には同一符号を付し、以下の説明において詳細な説明を適宜省略する。

図１は、本発明の回路基板の製造方法によって得られた回路基板の断面図を示したものである。この回路基板は、基材４１０と、基材４１０の一方の面側に設けられた第一の金属層１１０と、基材４１０の他方の面側に設けられた第二の金属層２１０とを含む構成となっている。基材４１０および第一の金属層１１０には孔１０１が形成され、第二の金属層２１０から析出した金属３１０で孔１０１が埋め込まれている。

次に、本実施形態に係る回路基板の製造方法について説明する。
本実施形態に係る回路基板の製造方法は、
（ａ）基材４１０と、基材の一方の面側に設けられた第一の金属層１１０と、基材の他方の面側に設けられた第二の金属層２１０とを含む基板１０を用意する工程と、
（ｂ）第一の金属層１１０および基材を選択的に除去し第二の金属層２１０に達する孔１０１を形成する工程と、
（ｃ）電解めっき法を用い、孔内において第二の金属層２１０の表面に金属３１１を析出させるとともに金属３１１を第一の金属層１１０と接触させるまでめっき成長させ、孔１０１の内部を金属３１１で埋める工程と、
を含むものである。本実施形態では、（ｃ）の工程により、金属３１１からなるフィルドビアが形成される。なお、第一の金属層１１０および第二の金属層２１０は、たとえば、それぞれ配線を構成する。以下、各工程について詳細に説明する。

工程（ａ）
まず、図１に示した構造の基板１０を用意する（図２（ａ））。基材４１０を構成する材料としては、例えば樹脂フィルム基材等が挙げられる。樹脂フィルム基材としては、例えばポリイミド樹脂フィルム、ポリエーテルイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム等のポリアミド樹脂系フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルムが挙げられる。このうち、弾性率と耐熱性を向上させる観点から、特にポリイミド樹脂系フィルムが好ましく用いられる。

基材４１０の厚さは、特に限定されないが、５μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、特に１２．５μｍ以上２５μｍ以下が好ましい。厚さがこの範囲内であると、特に優れた屈曲性が得られる。
金属層１１０、２１０は、たとえば銅、鉄、アルミニウム等により構成することができ、特に銅が好ましく用いられる。金属層１１０、２１０の厚さは、１μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上３５μｍ以下がより好ましい。

工程（ｂ）
次に、図２（ｂ）に示すように、第一の金属層１１０と基材４１０を、この順で選択的に除去して第２の金属層２１０に達する孔１０１を形成する。この際、ＵＶレーザー法を用いると孔１０１を容易に形成することができ、かつ小径のものでも精度良く形成することができる。さらに、過マンガン酸カリウム水溶液によるウェットデスミアまたはプラズマによるドライデスミアなどの方法により、孔１０１内に残存している樹脂を除去すると、層間接続の信頼性が向上し好ましい。

次に、第一の金属層１１０の表面全体に被覆層５１０を形成する（図２（ｃ））。この被覆層５１０の形成は、例えば感光性樹脂材料を塗布したり、感光性樹脂材料をフィルム状にしたものを熱圧ロールなどでラミネートしたりするか、または、感光性のインキを直接第一の金属層１１０表面に印刷する方法などを用いることができる。図２（ｃ）に示す構成では、被覆層５１０は感光性の樹脂フィルムをラミネートした例を示す。その後、被覆層５１０のうち、孔１０１の形成箇所に対応する部分を選択的に除去する（図２（ｄ））。除去する孔径は、第一の金属層１１０に設けた孔１０１の孔径と同じであることが望ましいが、加工上の精度から孔径より大きくしてもよい。被覆層５１０に設ける孔と孔１０１の孔径の差は、１００μｍ以下であることが好ましい。
以上のように被覆層５１０を設けることにより、下部より成長しためっきが第一金属層１１０と接触し第一金属層１１０に電力が給電される状態となった際にも、孔の外部領域にめっきが付着することを防止できる。

次に、孔１０１のうち第一の金属層１１０が露出した部分をサイドエッチングする。これにより、基材４１０に設けられた孔下部領域１０１よりも、第一の金属層１１０に設けられた孔上部領域１１１を大きくする（図２（ｅ））。孔上部領域１１１の孔径と孔下部領域１０１の孔径との差は、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以上４μｍ以下とする。このようにすれば、基材４１０を経て表層に到達しためっきが、直ちに表層の導体層と接続して穴埋の途中で電流が表層へ分散することを抑制でき、この結果、安定した高さのめっきバンプを形成し、表層の導体層とめっき接続ができる。また、形成されためっきバンプはマッシュルーム形状したのち導体と接続するため、孔内を十分にめっきによって埋めることができるので、垂直方向の応力に対し、接続信頼性を向上させることができる。

工程（ｃ）
次に、孔内１０１に電解めっきにより金属３１１を析出させ、孔内１０１を金属３１１で埋める（図２（ｆ）〜（ｈ））。その際、電解めっきは第二の金属層２１０面から電力を供給し、第二の金属層面２１１のみから金属３１１を析出させ、第一の金属層１１０と接触するまで電力を供給する（図２（ｈ））。また、析出した金属３１１表面が、第一の金属層１１０表面と平坦化されるよう、電解めっきは、第１ステップの電流密度と、これと異なる第２ステップの電流密度とにより形成されることが好ましい。

電解めっきの際、孔底にあたる第二の金属層２１０にのみ電力を供給し、孔底よりボトムアップでめっきを形成し、めっきが孔の表層の第一の金属層１１０付近に到達した後、電流密度を漸減してめっきの高さ方向の成長を抑制し、表層の導体層にめっき接続させる。このとき電流密度の水準は２種類以上であればよく、水準数に特に限定されないが、各電流密度水準での処理時間は少なくとも１μｍ以上めっき析出させることが望ましい。

これらは最大電流密度から漸減される。最大電流密度は１０Ａ／ｄｍ^２以上３０Ａ／ｄｍ^２以下の中から選ばれる。このとき、最大電流密度で処理するまでに、初期電流密度を漸増して最大電流密度にしてもよい。次に、最大の電流密度から漸減して、最終の電流密度は１Ａ／ｄｍ^２以上９Ａ／ｄｍ^２以下となるようにすることが好ましい。漸減する電流密度や処理時間は等間隔、等倍率にする必要はなく、孔の深さ、孔径、表層の金属層の厚さ、要求される平滑性にあわせて設定すればよい。孔径が小さく高アスペクトになるほど、また、表層の金属層の厚みが薄く、より平滑性を求めるほど、最大電流密度を低く漸減間隔を狭く取ればよい。

また、これらの電流密度は一般の直流電流でよい。特に微小径に対しては、極微量な電流制御が行える直流電源を用意することが好ましい。

次に、この電解めっきの際にはめっき液の液攪拌としてエアー攪拌を用いることが好ましい。風量としては、１L／分以上２０L／分以下が好ましく、６〜１０L／分で処理されることがより好ましい。このとき、エアーバブリングの気泡は液の均一な対流を促すため直径１ｃｍ以下にすることが好ましい。そして陽極と陰極の間に設置され、好ましくは被めっき物から１ｃｍ以上１０ｃｍ以下離れた位置に被めっき物全体をカバーするように配置されることが望ましい。

さらに、使用するめっき液は硫酸銅浴であり、無機組成は硫酸銅、硫酸、塩素からなる。ここで硫酸銅濃度は１００〜１６０ｇ／L、硫酸濃度は１００〜１７０ｇ／L、塩素２０〜８０ｐｐｍが好ましく、さらには硫酸銅１２０〜１４０ｇ／L、硫酸１００〜１７０ｇ／L、塩素３０〜６０ｐｐｍであることが好ましい。さらに、めっき添加剤としては、特に指定されるものではなく、高電流密度に対応したもので、抑制剤、促進剤、レベリング剤の３成分からなり、抑制剤は分子量１０００〜３００００の非イオン性ポリエーテル系の高分子化合物、促進剤はアニオン性のジスルフィド系のイオウ化合物、レベリング剤はカチオン性アンモニウム系の窒素化合物が好ましく用いられる。

また、これらのめっき液の浴温は２５〜４０℃であり、より高電流域のめっき析出を安定させるためには３５〜４０℃に設定されることが望ましい。

以上により、基材４１０と、第一の金属層１１０に選択的に除去された孔内１０１に、第二の金属層２１０から析出した金属３１１で埋め込まれた回路基板の製造方法が得られる。

以下、本実施形態に係る回路基板の製造方法の効果について説明する。本実施形態では、基材４１０と、基材の一方の面側には第一の金属層１１０が形成され、他方の面側には第二の金属層２１０が形成された基板で、第一の金属層１１０と基材４１０を選択的に除去して第２の金属層面２１０に達する孔１０１を開け、孔内に電解めっきにより金属を析出させ、孔内を埋める際に、第二の金属層面２１０から電力を供給し、孔内の第二の金属層面２１０から金属を析出させ、第一の金属層と接触させるまで電力を供給するため、図２に示すように、従来の無電解銅めっきやダイレクトめっきと異なり、孔内壁の導通を必要とせず、より高速で、より安価に、より効率の良い接続信頼性の高い孔内金属めっきを形成することができる。

また、本実施形態の方法は、従来行われていた、無電解めっき層３２１を形成した後、電解めっきにより金属３１１を析出させてビアを形成する方法（図３）と比較して、以下のような利点を有する。すなわち、図３（ｆ）に示すように、従来法では、無電解めっき層３２１によって第一の金属層の全面に電解めっきが析出し、そのため、金属層の厚さが厚くなることにより細線回路形成が困難となる。これに対し、本実施形態の方法では、無電解めっきを行わないため、第一の金属層表面に導電層が形成されず、電解めっきを行っても第一の金属層表面に金属が析出しない。このため、第一の金属層が必要以上に厚くなることを防止でき、細線加工が可能となる。

また、本実施形態で形成する孔は、基材部分における孔径よりも、第一の金属層１１０の部分における孔径の方が大きい。このため、孔内に金属３１１をめっき成長させる工程において、基材中に設けられた凹部が金属３１１により埋め尽くされた後、金属３１１が縦方向だけでなく横方向にも成長することによって孔１０１側面の第一の金属層１１０露出部に金属３１１が到達する。このように、第一の金属層１１０の部分における孔径を大きくして横方向成長が必要となるようにすることによって、基材中に設けられた凹部が金属３１１により埋め尽くされてから第一の金属層１１０露出部に金属３１１が到達するまでの時間が長くなり、この結果、基材中に設けられた凹部を金属３１１により充分に埋め尽くすことができる。このため、安定してフィルドビアが形成できる。

また、本実施形態では、相対的に高い電流密度でめっきを行う第一めっき工程と、相対的に低い電流密度でめっきを行う第二めっき工程とをこの順で実施している。このため、短時間で平坦性に優れたフィルドビアを形成することができる。

また、本実施形態では、第一の金属層１１０表面に、第一の金属表面に形成された孔部を選択的に除去した被覆層５１０で覆っている。このため、下部より成長しためっきが第一金属層と接触し第一金属層に電力が給電されるようになっても、第一の金属層表面にはめっきが形成されず初期の厚さを保つことができ、細線回路作成が容易となる。

金属層として銅箔１８μm、樹脂フィルムとしてポリイミド２５μmの両面フレキシブル銅張板にＵＶレーザー加工にて片面の銅箔とポリイミドにトップ径φ１００μｍ、ボトム径φ８０μｍの孔を形成する。次にデスミアをおこなった後、感光性のマスキングフィルムをラミネートし、ブラインドビア上を露光・現像により除去する。このとき、位置ズレを考慮し、除去されたマスキングフィルムはブランドビア径より大きくとる。更にソフトエッチングにより、ラインドビア径より４μｍ表層の銅箔をエッチバックさせ、表層に絶縁層を露出させる。エッチング硫酸銅濃度１３０ｇ／L、硫酸濃度２４３ｇ／L、塩素５０ｐｐｍ、抑制剤５ｍｌ／Ｌ、促進剤１ｍｌ／Ｌ、レベリング剤５ｍｌ／Ｌの硫酸銅めっきを浴温４０℃、エアー攪拌８Ｌ／分の状態で、ブラインドビアを除いて両面フレキシブル銅張板を完全にマスキングし、ブラインドビアのボトムにあたる導体層に直流電流を流す。最大の電流密度２０Ａ／ｄｍ^２で約３５μｍめっきし、次に、５Ａ／ｄｍ^２にして５μｍ、次に３Ａ／ｄｍ^２で１５μｍと電流密度を漸減させながらめっきを行った。
これによって形成された銅めっきは、ブラインドビア内をめっきで充填されたビルドビアであり、無電解銅めっきやダイレクトめっきを必要とせず、めっき処理時間が約４０分であった。
得られたフィルドビアは、平坦性に優れ、接続信頼性に優れるものであった。

本発明は、電子機器の部品として用いられる回路基板の製造方法に幅広く利用することが可能となる。

実施の形態に係る回路基板の製造方法によって得られた回路基板を示す断面図である。実施の形態に係る回路基板の製造工程を示す断面図である。従来の回路基板の製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１０基板
１０１孔
１１０第一の金属層
１１１第一の金属層の孔
２１０第二の金属層
２１１第二の金属層の孔底
３１０金属
３１１金属
３２１無電解めっき層
４１０基材
５１０感光性樹脂フィルム

Claims

基材と、前記基材の一方の面側に設けられた第一の金属層と、前記基材の他方の面側に設けられた第二の金属層とを含む基板を用意する工程と、
前記第一の金属層および前記基材を選択的に除去し前記第二の金属層に達する孔を形成した後、前記孔の側壁のうち前記第一の金属層が露出した部分をサイドエッチングすることで、前記第一の金属層において相対的に大きい径を有し、前記基材において相対的に小さい径を有する孔を形成する工程と、
電解めっき法を用い、前記孔内において前記第二の金属層の表面のみに金属を析出させるとともに該金属を前記第一の金属層と接触させるまでめっき成長させ、前記孔の内部を前記金属で埋める工程と、
を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。
前記金属をめっき成長させる前記工程は、
相対的に高い電流密度でめっきを行う第一めっき工程と、
前記第一めっき工程の後、相対的に低い電流密度でめっきを行う第二めっき工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
第一めっき工程における電流密度は、１０Ａ／ｄｍ^２以上３０Ａ／ｄｍ^２以下であり、
第二めっき工程における電流密度は、１Ａ／ｄｍ^２以上９Ａ／ｄｍ^２以下である
請求項２に記載の回路基板の製造方法。
前記第一の金属層表面に被覆層を設ける工程と、
前記第一の金属層表面に形成された孔部の、前記被覆層を選択的に除去する工程と、
をさらに含む請求項１から３のいずれか一に記載の回路基板の製造方法。