JP4772424B2

JP4772424B2 - 回路基板の製造方法

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Publication number: JP4772424B2
Application number: JP2005241205A
Authority: JP
Inventors: 文彦松田
Original assignee: Nippon Mektron KK
Current assignee: Nippon Mektron KK
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-08-23
Also published as: JP2007059529A

Description

本発明は、回路基板の製造方法に係り、詳しくは導電性突起で層間の接続を行う回路基板の製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化および高機能化は益々促進されてきており、そのために回路基板に対する高密度化の要求が高まってきている。そこで、回路基板を片面から両面や三層以上の多層回路基板とすることにより、回路基板の高密度化を図っている。

これらの回路基板においては、従来、層間接続には、レーザー、ＮＣドリル、プラズマエッチング、化学エッチング等による開孔後、メッキ処理を行う手法が採用されている。しかし、メッキ処理工程自体の歩留まりが悪いという欠点と、絶縁樹脂層の導通をとるための工程が煩雑であるという欠点を有する。

そこで回路基板の層間の電気的な接続を従来のメッキ法によるビアホール接続から、所謂、導電ペーストによる印刷バンプやメッキ又はエッチングによる金属バンプなどの導電性突起を用いた接続に置き換える手法が開発されている。

上述の導電性突起を用いた接続による回路基板の層間絶縁材は熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂に大別できる。熱可塑性樹脂としては例えば熱可塑性ポリイミドや液晶ポリマー等が挙げられる。熱硬化性樹脂としてはエポキシ系プリプレグが基板材料として広く用いられている。

これらの層間絶縁樹脂を導電性突起が立設する銅箔面に仮接着し、特許文献１に記載されているようにロール研磨等の機械研磨・ＣＭＰ等の化学研磨等により、導電性突起の頂部が層間絶縁樹脂から露出するような回路基材を形成した際に以下のような問題が生じる。

熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂の何れを用いた場合でも、上述の仮接着の際の接着強度が弱く、次工程へのハンドリング等で導電性突起から層間絶縁樹脂が浮いたり、剥がれたりする場合があり、歩留まりに影響したり、修復可能ならばリペア等を行うために生産性を悪化させることがあった。また、工程間の検査等も困難になる。

そこで、仮接着力を上げようとすると、熱可塑樹脂の場合には本接着力を発現する温度、例えば熱可塑ポリイミドで約３００℃、液晶ポリマーで約２５０℃と非常に高いプロセス温度が必要になり、生産性が損なわれる。また、接着性を発現する温度が低い場合には、基板としての耐熱性が乏しく、半田耐熱や部品実装時のリフロー等の２００℃以上の高温雰囲気に晒される場合に問題が生じる。熱硬化樹脂の場合は、熱可塑樹脂に比べると低い温度で仮接着力を上げることは可能であるが、仮接着力を上げれば上げるほど、本接着力が低下してしまうため、種々の熱硬化樹脂で十分な仮接着力を得ることは困難であった。

図３及び図４は、特許文献１、２に記載の従来工法による、導電性突起を用いた接続による両面可撓性回路基板の製造工程図である。両面可撓性回路基板の製造の際に、図３(１)に示すように、特許文献１および２に記載されている銅箔２１（例えば厚さ100μm）/ニッケル箔２２（例えば厚さ２μm）/銅箔２３（例えば厚さ１８μm）の３層構造を有する金属基材２４を用意する。

次に図３ (２)に示すように、導電性突起２５を、銅箔２３上に、エッチング手法で形成する。このときのエッチング液としては特許文献１および２に記載の選択性を有するエッチング液を用いる。

次に図３ (３)に示すように、両面に熱可塑性ポリイミドを有するポリイミドフィルム２６およびこの後の導電性突起頂部を露出させる工程の際、導電性突起を保護する保護フィルム２７を導電性突起が立設された面にプレス、ラミネーター等で貼り付ける。

次に図３(４)に示すように、導電性突起の頂部２８をポリイミドフィルム２６から露出させるために、ロール研磨等の機械研磨・ＣＭＰ等の化学研磨等を行う。ポリイミドフィルムの種類によっては導電性突起２５がポリイミドフィルムを貫通することが特許文献４に記載されているが、このようなポリイミドフィルムを用いたとしても、エッチングにより形成された頂部の平坦な導電性突起２５においては、その頂部に必ずポリイミドフィルムが残るため、上述したような導電性突起頂部を露出させる工程が必要である。このときのポリイミドフィルム２６から導電性突起の頂部２８までの所謂飛び出し量は上述のようなロール研磨等の機械研磨・ＣＭＰ等の化学研磨等を行った際には保護フィルム２７の厚さにほぼ等しくなる。

次いで、図３(５)に示すように、研磨された保護フィルム２９を剥がす。ここまでの工程で、導電性突起２５がポリイミドフィルム２６を貫通した回路基材３０を得る。

ただし、図４(１)に示すように、ポリイミドフィルム２６の仮接着力があまり強くない場合などにおいては、ポリイミドフィルム２６の部分的な剥がれや浮き等が生じ、この後の工程への選別を行う検査が困難になったり、この剥がれや浮きが歩留まりを低減させることもある。

次いで、図４(２)に示すように、銅箔３１に、導電性突起２５がポリイミドフィルム２６を貫通した回路基材３０を積層する。

この後、図４(３)に示すように、積層した基材の銅箔に回路パターン３２を形成する。さらに定法により、カバーフィルムおよびソルダーレジスト層の形成や無電解ニッケル、金メッキ等を行い、両面可撓性回路基板３３を得る。
特開２００２−１４１６２９号公報特開２００３−１２９２５９号公報特開平７−２４５４７９号公報特許第３３４８００４号公報

本発明では、導電性突起を用いた接続による回路基板を製造する際に、層間絶縁樹脂として用いる熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂が仮接着条件によらず導電性突起から剥離することのない回路基板の製造方法を提供することを課題とする。

上記目的達成のため、本願では、次の発明を提供する。

本発明によれば、少なくとも一面に導電性突起が立設された金属箔と、この金属箔の前記一面に前記導電性突起が貫通した状態で圧着される絶縁樹脂層とを有する回路基材と他の回路基材または金属箔とを積層する回路基板の製造方法において、前記絶縁樹脂層および第一の保護フィルムを前記導電性突起が立設された金属箔に圧着された後、前記導電性突起の頂部を前記絶縁樹脂層から露出させるための研磨を行い、前記第一の保護フィルムを剥離し、第二の保護フィルムの上から前記導電性突起の頂部を加圧し、前記導電性突起が前記絶縁樹脂層を貫通した孔よりも前記導電性突起の頂部の径を大きく変形させた後、前記第二の保護フィルムを剥離し、他の回路部材または金属箔と積層され、前記導電性突起により回路層間の接続を行う。

これらの特徴により、本発明は次のような効果を奏する。

本発明によれば、少なくとも一面に導電性突起が立設された金属箔と、この金属箔の前記一面に前記導電性突起が貫通した状態で圧着される絶縁樹脂層とを有する回路基材と他の回路基材または金属箔とを積層する回路基板の製造方法において、前記絶縁樹脂層を前記導電性突起が立設された金属箔に圧着された後、前記導電性突起の頂部を加圧し、前記導電性突起が前記絶縁樹脂層を貫通した孔よりも前記導電性突起の頂部の径を大きく変形させることから、層間絶縁樹脂の種類や仮接着条件によらず物理的に導電性突起の頂部が層間絶縁樹脂の剥離を防止することができる。これによって、次工程へのハンドリング等で導電性突起から層間絶縁樹脂が浮いたり、剥がれたりすることなく、生産性が向上し、工程間の検査等も容易になる。

この結果、本発明によれば、導電性突起を用いた接続による回路基板を製造する際に、層間絶縁樹脂として用いる熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂が仮接着条件によらず導電性突起から剥離することのない回路基板の製造方法およびそれに適した回路基材を安価かつ安定的に提供できる。

以下、図示の実施例を参照しながら本発明をさらに説明する。

図１及び図２は、本発明の回路基板の製造工程図であって、先ず、図１（１）に示す様に、両面可撓性回路基板の製造の際に、特許文献２に記載されている銅箔１（例えば厚さ100μm）/ニッケル箔２（例えば厚さ２μm）/銅箔３（例えば厚さ１８μm）の３層構造を有する金属基材４を用意する。

次に図１(２)に示すように、導電性突起５を、銅箔３上に、エッチング手法で形成する。このときのエッチング液としては特許文献３に記載の選択性を有するエッチング液を用いる。

次に図１(３)に示すように、両面に熱可塑性ポリイミドを有するポリイミドフィルム６およびこの後の導電性突起頂部を露出させる工程の際、導電性突起を保護する第一の保護フィルム７を導電性突起が立設された面にプレス、ラミネーター等で貼り付ける。

次に図１(４)に示すように、導電性突起の頂部８をポリイミドフィルム６から露出させるために、ロール研磨等の機械研磨・ＣＭＰ等の化学研磨等を行う。ポリイミドフィルムの種類によっては導電性突起５がポリイミドフィルムを貫通することが特許文献４に記載されているが、このようなポリイミドフィルムを用いたとしても、エッチングにより形成された頂部の平坦な導電性突起５においては、その頂部に必ずポリイミドフィルムが残るため、上述したような導電性突起頂部を露出させる工程が必要である。このときのポリイミドフィルム６から導電性突起の頂部８までの所謂飛び出し量は上述のようなロール研磨等の機械研磨・ＣＭＰ等の化学研磨等を行った際には第一の保護フィルム７の厚さにほぼ等しくなる。

次いで、図１(５)に示すように、研磨された第一の保護フィルム９を剥がす。ここまでの工程で、導電性突起５がポリイミドフィルム６を貫通した回路基材１０を得る。

ただし、図２(１)に示すように、回路基材１０に対し、第二の保護フィルム１１をラミネート法等で形成する。この第二の保護フィルム１１の厚さは、前述した回路基材１０の導電性突起の飛び出し量の半分程度の厚さから２倍程度の厚さまでが好ましい。第二の保護フィルム１１の材質はポリイミドフィルムやペットフィルム等の合成樹脂、銅箔やアルミ箔等の金属箔、クラフト紙等の紙類等が好ましく、これらを単独、あるいは組み合わせて用いる。ここでは12.5μm厚のポリイミドフィルムを用いた。

次いで、図２(２)に示すように、第二の保護フィルム１１の上からステンレス板等を介し平板プレス等で加圧し、導電性突起の頂部の径を絶縁樹脂層を貫通した孔よりも大きく変形させる。この時、第二の保護フィルム１１の厚さが回路基材１０の導電性突起の飛び出し量に比べ、厚すぎる場合には、導電性突起の変形がほとんど起きず、導電性突起の頂部の径を絶縁樹脂層を貫通した孔よりも大きく変形しない。また、第二の保護フィルム１１の厚さが回路基材１０の導電性突起の飛び出し量に比べ、薄すぎる場合には、導電性突起が潰れすぎてしまい、この後に銅箔や回路基材に積層した際の接続信頼性を損なう恐れがある。

加圧時の温度としては常温から５０℃付近が好ましく、この温度が高いと、導電性突起の変形は起き易いものの、第二の保護フィルム１１とポリイミドフィルム６等の層間絶縁樹脂が接着してしまう恐れがある。ここでは常温で加圧した。また、第二の保護フィルム１１を用いずに、第一の保護フィルム９をそのまま用いると、導電性突起の頂部がリベット状に変形し、第一の保護フィルムを剥離する際に、リベット状に変形した導電性突起の頂部がクラウン状捲れるため、好ましくない。第二の保護フィルム１１を用いずに、第一の保護フィルム９を剥離した状態で加圧しても導電性突起の頂部は変形するが、その変形量の制御は困難である。

また、導電性突起を用いた接続は特許文献１、２に記載されているようなエッチング手法による導電性突起の形成法、特許文献３に記載されているような導電ペーストを印刷する手法による導電性突起の形成法とも層間絶縁樹脂から、導電性突起の頂部を露出させる際にロール研磨等の機械研磨手法・ＣＭＰ等の化学研磨手法等を用いるため、導電性突起の頂部に傷が付き、後の検査工程での判断が困難になる。単なる傷であれば良品とすべきであるが、異物が付着していたり、研磨不良であれば、次工程へ流動できず、クリーニングの追加やリペア等を行わなければならないが、傷のついた導電性突起が多いとこれらの判断も膨大な負荷となり、生産性を損なうばかりか、不良品の流出にも繋がりかねない。

そこで、これまでは導電性突起の傷があまり深くならないように、研磨材の番手を上げて、傷を消したり、初めから高い番手の研磨材を使用したりしている。しかしながら、番手の高い研磨材は高価であるうえ、目詰まりが起こり易いため生産性が悪化するという欠点がある。これに対し、上述のように第二の保護フィルム１１の上からステンレス板等を介し平板プレス等で加圧し、導電性突起の頂部の径を絶縁樹脂層を貫通した孔よりも大きく変形させることで、高価な番手の高い研磨材を用いることなく、研磨工程で導電性突起の頂部についた傷を平滑にするので、後の検査工程での判断が容易で、低コストで生産性を高め、不良の流出を低減できる。

また、図２（３）に示すように、図２（１）での導電性突起の飛び出し量と第二の保護フィルムの厚さおよび平板プレス等で加圧する際の圧力を制御することで所謂リベット状の形状に変形させることも可能である。

次いで、図２(４)に示すように、第二の保護フィルム１１を剥離し、導電性突起の頂部がリベット状に変形した回路基材１３を得る。このように導電性突起の頂部の形状が変形することで、ポリイミドフィルム６の仮接着力があまり強くない場合などにおいても、ポリイミドフィルム６の部分的な剥がれや浮き等が生じることなく、この後の工程への選別を行う検査や歩留まりを低減させるポリイミドフィルム６の剥がれや浮きが発生することはない。

次いで、図２(５)に示すように、銅箔１４に回路基材１３を積層する。尚、図には示さないが、回路基材１３を内層回路基板等にビルドアップする際には、導電性突起の飛び出し量が少ないため、特許文献４に記載されている導電性突起が立設する回路基材を内層回路基板等にビルドアップする際の課題である「内層回路基板へ与えるダメージ」が低減できるという効果もある。

この後、図２(６)に示すように、積層した基材の銅箔に回路パターン１５を形成する。さらに定法により、カバーフィルムおよびソルダーレジスト層の形成や無電解ニッケル、金メッキ等を行い、両面可撓性回路基板１６を得る。

本発明の一実施例における両面可撓性回路基板の製造工程図。図１に続く製造工程図。従来工法による両面可撓性回路基板の製造工程図。図３に続く製造工程図。

符号の説明

１銅箔
２ニッケル箔
３銅箔
４金属基材
５導電性突起
６ポリイミドフィルム
７第一の保護フィルム
８導電性突起の頂部
９研磨された第一の保護フィルム
１０回路基材
１１第二の保護フィルム
１２絶縁樹脂層を貫通した孔よりも大きく変形した導電性突起
１３絶縁樹脂層を貫通した孔よりも大きく変形した導電性突起を有する回路基材
１４銅箔
１５回路パターン
１６本発明による両面可撓性回路基板

Claims

少なくとも一面に導電性突起が立設された金属箔と、この金属箔の前記一面に前記導電性突起が貫通した状態で圧着される絶縁樹脂層とを有する回路基材と他の回路基材または金属箔とを積層する回路基板の製造方法において、前記絶縁樹脂層および第一の保護フィルムを前記導電性突起が立設された金属箔に圧着された後、前記導電性突起の頂部を前記絶縁樹脂層から露出させるための研磨を行い、前記第一の保護フィルムを剥離し、第二の保護フィルムの上から前記導電性突起の頂部を加圧し、前記導電性突起が前記絶縁樹脂層を貫通した孔よりも前記導電性突起の頂部の径を大きく変形させた後、前記第二の保護フィルムを剥離し、他の回路部材または金属箔と積層され、前記導電性突起により回路層間の接続を行うことを特徴とする回路基板の製造方法。