JP4972601B2

JP4972601B2 - 配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP4972601B2
Application number: JP2008100950A
Authority: JP
Inventors: 克哉深瀬
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2028-04-09
Also published as: JP2009253118A

Description

本発明は配線基板の製造方法に関し、更に詳細には一面側に端子用パッドが形成された配線基板の製造方法に関する。

半導体装置等に用いられる配線基板の一面側に形成された端子用パッドには、図８（ａ）と図８（ｂ）とに示すものがある。
図８（ａ）に示す端子用パッドは、配線基板１００の一面側に形成された端子用パッド１０２の周縁近傍が、配線基板１００の一面側を覆う樹脂層１０４に被覆されている。かかる図８（ａ）に示す端子用パッドは、ＳＭＤ構造（Solder Mask Defined構造）と称せられている。
一方、図８（ｂ）に示す端子パッドは、配線基板２００の一面側に形成された端子用パッド２０２と樹脂層２０４との間に凹溝２０６が形成されており、端子用パッド２０２が凹溝２０６によって囲まれている。かかる図８（ｂ）に示す端子用パッドは、ＮＳＭＤ構造(Non- Solder Mask Defined構造）と称せられている。
このＳＭＤ構造の端子用パッド１０２は、その周縁近傍が樹脂層１０４に被覆されているため、端子用パッド１０２の露出面に形成する端子に必要な露出面積を確保することを要し、樹脂層１０４に被覆される部分だけ端子用パッド１０２が大型化する。
更に、端子用パッド１０２の周縁近傍が樹脂層１０４に確実に被覆されるようにするには、加工精度を考慮して端子用パッド１０２の樹脂層１０４によって被覆する部分の幅を広く確保しておくことが必要であり、更に端子用パッド１０２が大型化する。
一方、ＮＳＭＤ構造の端子用パッド２０２では、端子用パッド２０２の全体が露出するため、ＳＭＤ構造の端子用パッド１０２よりも小型化できる。このため、ＮＳＭＤ構造の端子用パッド２０２は、配線基板２００の小型化及び配線パターンのファイン化に有効である。

かかるＮＳＭＤ構造の端子用パッド２０２を具備する配線基板の製造方法は、例えば下記特許文献１に記載されている。
このＮＳＭＤ構造の端子用パッド２０２を具備する配線基板の製造方法を図９に示す。図９に示す配線基板の製造方法では、図９（ａ）に示す様に、配線基板２００の一面側に銅等によって端子用パッド２０２の基部２０２ａ及び配線パターン２０８を形成した後、基部２０２ａ及び配線パターン２０８の露出面を、ニッケル層２１０によって被覆する［図９（ｂ）］。
次いで、図９（ｃ）に示す様に、ニッケル層２１０によって被覆した基部２０２ａ及び配線パターン２０８の全体を、ソルダーレジスト等の樹脂層２０４によって覆った後、樹脂層２０４に露光・現像によるパターニングを施して、ニッケル層２１０によって被覆した基部２０２ａの外周面が内壁面に露出する凹溝２０６を形成する［図９（ｄ）］。
その後、図９（ｅ）に示す様に、基部２０２ａのニッケル層２１０の露出面に、金めっき等によって保護膜２１６を形成して端子用パッド２０２を形成した後、端子用パッド２０２の保護膜２１６上にはんだボールを搭載しリフローすることによって外部接続端子２１４を形成できる。
特開２００７−６７１４７

図９に示す配線基板の製造方法には、配線基板の一面側にＮＳＭＤ構造の端子用パッド２０２を形成できる。
しかしながら、図９に示す配線基板の製造方法では、基部２０２ａ及び配線パターン２０８の全体を覆う樹脂層２０４に露光・現像によるパターニングを施して凹溝２０６を形成する。
かかる露光・現像によって凹溝２０６を形成する工程では、露光、現像及び樹脂層２０４の除去の各工程での加工精度が積算され、最終的に形成される凹溝２０６の精度が低下する。特に、配線パターン２０８等がファイン化されると、端子用パッド２０２及び凹溝２０６もファイン化される。
しかしながら、露光・現像によってファイン化された凹溝２０６を形成すると、図１０
に示す如く、凹溝２０６の幅が不均一となる。このため、図１０に示す端子用パッド２０２上に、はんだボールを搭載しリフローして外部接続端子２１４を形成すると、図１０に示す如く、外部接続端子２１４の一部が樹脂層２０４に接触することがある。

この様に、外部接続端子２１４の一部が樹脂層２０４に接触している状態では、配線基板２００に熱ショックを与えたとき、樹脂層２０４と接触している外部接続端子２１４の部分に応力が加えられ、外部接続端子２１４に亀裂が発生するおそれや外部接続端子２１４が脱落するおそれがある。
このため、露光・現像よって形成する凹溝２０６では、その加工精度を考慮した幅を確保することを要し、ＮＳＭＤ構造の端子用パッド２０２でも、その小型化には限界が存在する。
そこで、本発明は、端子用パッドの外周面が露出する凹溝を露光・現像よって形成したとき、凹溝の幅が不均一なる従来の配線基板の製造方法の課題を解決し、幅が可及的に均一で且つ端子用パッドの外周面が内壁面に露出する凹溝を形成できる配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記課題を解決すべく検討した結果、配線基板の一面側に形成した端子用パッドの基部の全露出面を被覆する所定厚さのめっき金属層を覆う樹脂層を研磨し、めっき金属層の上面を露出した後、めっき金属層をエッチングによって除去することによって、基部の外周面に、幅が均一の凹溝を形成できることを知り、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、配線基板の少なくとも一面側に形成した端子用パッドの基部の全露出面を、所定厚さのめっき金属層によって被覆した後、前記めっき金属層を含む基部の全体を樹脂層によって覆い、次いで、前記めっき金属層の少なくとも上面が露出するように、前記樹脂層を除去した後、前記めっき金属層をエッチング除去して、前記基部の外周縁に沿って前記樹脂層に囲まれた凹溝を形成し、該凹溝に、前記基部の外周面を露出させることを特徴とする配線基板の製造方法にある。
かかる本発明において、樹脂層を研磨によって除去し、めっき金属層の上面を研磨面よりも突出することによって、端子用パッドを形成したとき、端子用パッドの上面と樹脂層の上面とを面一にできる。
或いは、樹脂層をブラスト研磨によって除去することにより、端子用パッドの基部の上面を前記樹脂層の研磨面よりも高くできる。このため、端子用パッドの基部の上端部に、はんだボール等の低融点金属を容易に装着できる。
また、めっき金属層を、無電解めっきによって形成することにより、給電困難な基部にめっき金属層をできる。
特に、端子用パッドの基部として、銅から成る柱状の基部を形成し、前記めっき金属層として、前記基部の露出面に無電解ニッケルめっきによってニッケルめっき層を形成することが好適である。
更に、凹溝としては、幅２〜２０μｍの凹溝を形成すること、基部の露出面を、めっき金属層よりも薄い保護被膜によって被覆して端子用パッドを形成することが好ましい。
かかる端子用パッド上にはんだボールを搭載してリフローすることによって、はんだから成る端子部を容易に形成できる。
尚、端子用パッドの基部としては、銅から成る柱状の基部を形成してもよく、樹脂部を金属層で覆って成る柱状の基部を形成してもよい。

また、本発明は、配線基板の少なくとも一面側に形成した端子用パッドの基部の全露出面を、めっきによって形成した所定厚さのはんだ層で被覆した後、前記はんだ層を含む基部の全体を樹脂層によって覆い、次いで、前記はんだ層の上面が露出するように、前記樹脂層を除去した後、前記はんだ層にリフローを施して、前記はんだ層が形成されていた凹溝で囲まれた前記基部の先端部に、はんだから成る端子部を形成することを特徴とする配線基板の製造方法でもある。
かかる本発明において、はんだ層を、無電解はんだめっきによって形成することによって、給電困難な基部にはんだ層を形成できる。

本発明に係る配線基板の製造方法によれば、露出面がめっき金属層で被覆された端子用パッドの基部が覆われている樹脂層に研磨を施して、めっき金属層の少ないとも上面を露出した後、めっき金属をエッチングによって除去して凹部を形成する。
かかるめっき金属層の厚さのバラツキは、樹脂層に露出・現像を施す加工精度よりも小さくでき、めっき金属層を除去して形成した凹溝は、樹脂層に露出・現像を施して形成した凹溝よりも、その幅のバラツキを可及的に小さくできる。
その結果、端子用パッドの基部の外周縁に沿って形成され、基部の外周面が内壁面に露出する凹溝は、その幅を可及的に均一に形成できる。このため、最終的に得られた端子用パッドに形成された端子部は、樹脂層と部分的に接触して発生する応力の偏在等に因る亀裂等を防止できる。更に、端子用パッド間のパットピッチも狭くできる。

本発明に係る配線基板の製造方法の一例を図１及び図２に示す。先ず、図１（ａ）に示す様に、樹脂製の配線基板１０の一面側に、銅から成る端子用パッドの基部１２，１２・・と配線パターン１４，１４・・とを形成する。この基部１２，１２・・及び配線パターン１４，１４・・は、同一高さで且つ柱状である。かかる基部１２，１２・・及び配線パターン１４，１４・・は、公知のアディティブ法、セミアディティブ法或いはサブトラクティブ法によって形成できる。
形成した基部１２，１２・・及び配線パターン１４，１４・・をめっき用レジスト層で覆った後、めっき用レジスト層に露光・現像を施して、図１（ｂ）に示す様に、配線パターン１４，１４・・をめっき用レジスト層１６によって覆った状態で、基部１２，１２・・を露出する。
露出した基部１２，１２・・は、図１（ｃ）に示す様に、無電解ニッケルめっきによって、めっき金属層としてのニッケル層１８によって被覆する。かかるニッケル層１８の厚さを、２〜２０μｍとすることが好ましい。
図１（ｃ）に示す様に、基部１２，１２・・のみに、無電解ニッケルめっきによってニッケル層１８を形成するには、めっき対象面である基部１２，１２・・の露出面を脱脂してからソフトエッチング及び酸洗浄した後、Ｐｄ活性化処理を施す。この際に、基部１２，１２・・の露出面のみに選択的にＰｄの核付けを行う。次いで、所定の無電解ニッケルめっき液に配線基板１０を浸漬し、その浸漬時間を調整することによって、基部１２，１２・・の露出面のみに均一厚さで且つ所定厚さのニッケル層１８を形成できる。
次いで、配線パターン１４，１４・・を覆うめっき用レジスト層１６を除去し、図１（ｄ）に示す様に、基部１２，１２・・及び配線パターン１４，１４・・を、樹脂層としての永久レジスト層２０によって覆う。

かかる永久レジスト層２０には、図２（ａ）に示す様に、基部１２，１２・・の上面に対応する部分に、粒子を研磨面に噴射するブラスト研磨による研磨を施し、基部１２，１２・・を被覆するニッケル層１８の上面を露出する。
このブラスト研磨は、配線パターン１４，１４・・の上面を覆う永久レジスト層２０の厚さが充分ではないため、配線パターン１４，１４・・を覆う永久レジスト層２０には施さない。
この様に、上面が露出したニッケル層１８を、図２（ｂ）に示す様に、エッチングにより除去することによって、基部１２，１２・・の各外周縁に沿って、凹溝２２が形成される。かかる凹溝２２，２２・・の各内壁面には、基部１２の外周面が露出している。
かかる凹溝２２，２２・・は、ニッケル層１８をエッチング除去して形成しているため、その幅はニッケル層１８の厚さと等しく、２〜２０μｍとすることが好ましい。

この様に、凹溝２２，２２・・は、無電解ニッケルめっきによって形成したニッケル層１８をエッチング除去して形成しているため、その幅のバラツキはニッケル層１８の厚さのバラツキと等しくなる。このため、凹溝２２，２２・・の幅のバラツキは、樹脂層に露光・現像によって形成した凹溝の幅のバラツキに比較して極めて小さくできる。
更に、外周縁に沿って形成された凹溝２２の内壁面に露出する基部１２，１２・・の外周面には、図２（ｃ）に示す様に、ニッケル層１８よりも薄い保護被膜２４を形成して端子用パッド２５とする。かかる保護被膜２４としては、基部１２の露出面を被覆する薄膜ニッケル層上に、薄膜状の金層やパラジウム層を無電解めっきによって形成する。
その後、端子用パッド２５，２５・・の各上面に、はんだボールを搭載してリフローすることによって端子部を形成できる。
尚、保護被膜２４としては、水性プリフラックス等の有機薄膜を形成してもよい。

端子用パッド２５，２５・・の各々は、図３に示す様に、永久レジスト層２０と端子用パッド２５の上面との間に段差ｈが形成されているが、端子用パッド２５，２５・・の各々は、幅が可及的に均一に形成された凹溝２２によって囲まれている。
このため、端子用パッド２５，２５間に形成された永久レジスト層２０は、はんだボールを搭載してリフローして端子部を形成する際に、溶融はんだが隣接する端子用パッドに流出することを防止しできる隔壁としての役割も果たす。
しかも、端子用パッド２５，２５・・の各々に形成した端子部は、永久レジスト層２０と部分的に接触して発生する応力の偏在等に因る亀裂等を防止できる。

図３に示す様に、永久レジスト層２０と端子用パッド２５との間に段差ｈを形成することなく、永久レジスト層２０と端子用パッド２５とを面一に形成するには、図４に示す製造方法を採用することが好ましい。
図４に示す製造方法では、図１（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様にして、ニッケル層１８によって被覆された基部１２，１２・・及び配線パターン１４，１４・・を、永久レジスト層２０によって覆った後、永久レジスト層２０にブラスト研磨を施してニッケル層１８を露出する際に、図４（ａ）に示す様に、ニッケル層１８の上面を研磨面よりも突出するように、永久レジスト層２０をブラスト研磨する。
この様に、ブラスト研磨によって、ニッケル層１８の上面を研磨面よりも突出できるのは、金属であるニッケル層１８が永久レジスト層２０よりも硬いためである。
次いで、図４（ｂ）に示す様に、ニッケル層１８をエッチング除去することによって、上面が研磨面よりも若干低い基部１２，１２・・を得ることができる。
かかる基部１２，１２・・の露出面を、図４（ｃ）に示す様に、保護被膜２４によって被覆して端子用パッド２５を形成すると、図５に示す様に、永久レジスト層２０と端子用パッド２５の上面とを面一に形成できる。
この様に、永久レジスト層２０と端子用パッド２５とを面一に形成しても、端子用パッド２５は凹溝２２によって囲まれているため、はんだボールを搭載してリフローしても、隣接する端子用パッド２５に溶融はんだが流出することを防止できる。

図１〜図５に示す配線基板１０では、配線基板１０の一面側に形成する配線パターン１４と基部１２が同一高さであったが、図６（ａ）に示す様に、配線パターン１４が基部１２よりも低くてもよい。
この場合には、基部１２，１２・・及び配線パターン１４，１４・・を永久レジスト層２０によって覆ったとき、図６（ａ）に示す様に、配線パターン１４，１４・・を覆う永久レジスト層２０の厚さを充分に保持できる。
このため、永久レジスト層２０を研磨して基部１２，１２・・被覆するニッケル層１８の上面を露出するとき、図６（ｂ）に示す様に、永久レジスト層２０の表面全面を一様に研磨してもよい。
次いで、図２（ｂ）に示す様に、基部１２を被覆するニッケル層１８をエッチング除去して、凹溝２２を形成した後、図２（ｃ）に示す様に、基部１２をニッケル層１８よりも薄い保護被膜２４によって被覆することによって端子用パッド２５を形成する。

図１〜図６に示す配線基板の製造方法では、基部１２，１２・・の露出面に、所定厚さのニッケル層１８を形成していたが、図７（ａ）に示す様に、形成した基部１２，１２・・の露出面に、所定厚さのはんだ層２６を形成してもよい。このはんだ層２６は、電解めっきによって形成してもよいが、無電解めっきによって形成することが、給電できない基部１２にも形成できる。
かかる無電解めっきによって、基部１２，１２・・の露出面のみにはんだ層２６を形成するには、基部１２，１２・・の露出面を脱脂してからソフトエッチング及び酸洗浄した後、Ｐｄ活性化処理を施す。この際に、基部１２，１２・・の露出面のみに選択的にＰｄの核付けを行う。次いで、所定の無電解はんだめっき液に配線基板１０を浸漬し、その浸漬時間を調整することによって、基部１２，１２・・の露出面のみに均一厚さで且つ所定厚さのはんだ層２６を形成できる。このはんだ層２６の厚さは、２〜２０μｍとすることが好ましい。

所定厚さのはんだ層２６によって被覆された基部１２，１２・・は、配線基板１０の同一面に形成された配線パターン１４，１４・・と共に、永久レジスト層２０によって覆った後、図７（ａ）に示す様に、ブラスト研磨によってはんだ層２６，２６・・の上面を露出する。
その後、配線基板１０を加熱雰囲気下に載置し、はんだ層２６，２６・・にリフローを施すことによって、図７（ｂ）に示す様に、溶融はんだは表面張力によって基部１２，１２・・の各上面に集まって端子部２８を形成できる。
かかるはんだ層２６，２６・・が形成されていた箇所が、基部１２，１２・・の各周面が内壁面に露出する凹溝２２，２２・・に形成される。
尚、図７に示す基部１２に代えて、基部１２の露出面に保護被膜２４を形成して端子用パッド２５を用いてもよい。

図１〜図７では、配線パターン１４，１４・・には、ニッケル層１８で被覆されていないが、基部１２，１２・・と同様にニッケル層１８で被覆されて永久レジスト層２０によって覆われていてもよい。
また、図１〜図７では、基部１２，１２・・を銅によって形成しているが、配線基板１０を形成する樹脂と同一樹脂又は異なる樹脂から成る樹脂部を金属層で覆って基部１２，１２・・を形成してもよい。
更に、図１〜図７に示す配線基板１０では、その一面側に基部１２，１２・・を形成しているが、必要に応じて配線基板１０の両面側に基部１２，１２・・を形成して、配線基板１０の両面側に端子用パッドを形成してもよい。

本発明に係る配線基板の製造方法の一例を説明するための工程図の一部である。本発明に係る配線基板の製造方法の一例を説明ための工程図の残部である。図１及び図２に示す配線基板の製造方法で得られた配線基板の部分拡大断面図である。本発明に係る配線基板の製造方法の他の例を説明ための工程図である。図４に示す配線基板の製造方法でで得られた配線基板の部分拡大断面図である。本発明に係る配線基板の製造方法の他の例を説明ための工程図である。本発明に係る配線基板の製造方法の他の例を説明ための工程図である。配線基板に形成される端子用パッドの種類について説明する説明図である。従来の配線基板の製造方法を説明する工程図である。従来の配線基板の製造方法で得られた配線基板の断面図である。

符号の説明

１０配線基板
１２基部
１４配線パターン
１６めっき用レジスト層
１８ニッケル層（めっき用金属層）
２０永久レジスト層（樹脂層）
２２凹溝
２４保護被膜
２５端子用パッド
２６はんだ層
２８端子部

Claims

配線基板の少なくとも一面側に形成した端子用パッドの基部の全露出面を、所定厚さのめっき金属層によって被覆した後、前記めっき金属層を含む基部の全体を樹脂層によって覆い、
次いで、前記めっき金属層の少なくとも上面が露出するように、前記樹脂層を除去した後、前記めっき金属層をエッチング除去して、前記基部の外周縁に沿って前記樹脂層に囲まれた凹溝を形成し、該凹溝に、前記基部の外周面を露出させることを特徴とする配線基板の製造方法。
樹脂層を研磨によって除去し、端子用パッドを形成したとき、前記端子用パッドの基部の上面と樹脂層の上面とが面一となるように、めっき金属層の上面を研磨面よりも突出する請求項１記載の配線基板の製造方法。
樹脂層をブラスト研磨によって除去し、端子用パッドの基部の上面を前記樹脂層の研磨面よりも高くする請求項１記載の配線基板の製造方法。
めっき金属層を、無電解めっきによって形成する請求項１〜３のいずれか一項記載の配線基板の製造方法。
端子用パッドの基部として、銅から成る柱状の基部を形成し、前記めっき金属層として、前記基部の露出面に無電解ニッケルめっきによってニッケルめっき層を形成する請求項１〜４のいずれか一項記載の配線基板の製造方法。
凹溝として、幅２〜２０μｍの凹溝を形成する請求項１〜５のいずれか一項記載の配線基板の製造方法。
端子用パッドの基部の露出面を、めっき金属層よりも薄い保護被膜によって被覆して端子用パッドを形成する請求項１〜６のいずれか一項記載の配線基板の製造方法。
端子用パッド上に搭載したはんだボールをリフローしてはんだから成る端子部を形成する請求項１〜７記載のいずれか一項記載の配線基板の製造方法。
配線基板の少なくとも一面側に形成した端子用パッドの基部の全露出面を、めっきによって形成した所定厚さのはんだ層で被覆した後、前記はんだ層を含む基部の全体を樹脂層によって覆い、
次いで、前記はんだ層の上面が露出するように、前記樹脂層を除去した後、前記はんだ層にリフローを施して、前記はんだ層が形成されていた凹溝で囲まれた前記基部の先端部に、はんだから成る端子部を形成することを特徴とする配線基板の製造方法。
はんだ層を、無電解はんだめっきによって形成する請求項９記載の配線基板の製造方法。
端子用パッドの基部として、銅から成る柱状の基部を形成する請求項９又は請求項１０記載の配線基板の製造方法。
端子用パッドの基部として、樹脂部を金属層で覆って成る柱状の基部を形成する請求項９又は請求項１０記載の配線基板の製造方法。
端子用パッドの基部を、外部接続端子用パッドの基部とする請求項１〜１２のいずれか一項記載の配線基板の製造方法。