JP5251663B2

JP5251663B2 - プリント配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP5251663B2
Application number: JP2009077291A
Authority: JP
Inventors: 和正齋藤; 知行阿部
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP2010232360A

Description

本発明は、絶縁膜の形成製造、プリント配線基板及びプリント配線基板の製造方法に関する。

近年、従来からあるガラス繊維布を補強剤として用いエポキシ樹脂で固めたプリント配線基板に対し、より熱膨張率を低減し、弾性率を高めたカーボンファイバーからなる繊維布を補強材とした基板を用いたプリント配線基板が存在している。

通常のスルーホールを有するプリント配線基板は基板がガラスエポキシ樹脂等により形成されており絶縁性を有している。このため、プリント配線基板にドリル等で穴をあけてスルーホールを形成し、その後、このスルーホールに金属メッキ等を施すことにより基板の両面において電気的導通がとられている。

しかしながら、プリント配線基板としてカーボンファイバーからなる繊維布を補強材として用いた基板では、カーボンファイバーは電気的に導電性を有しているため、スルーホールを形成した後、金属メッキ等を施すとカーボンファイバーを介し導通してしまう。よって、スルーホールの内部の壁面において絶縁処理をする必要がある。

このような絶縁処理の方法としては、幾つかの方法が挙げられる。スルーホールの直径が比較的大きい５００μｍ以上の場合では、スルーホールに絶縁樹脂を埋め込み、更に、埋め込まれた絶縁樹脂の中心部分に細い穴をあけ、この形成された細い穴の内側に金属等のメッキを施す方法がある（ビアインビア方式）。しかしながら、ビアインビア方式の場合では、最初の穴を大きく開ける必要があり、この穴の大きさを５００μｍ未満にすることは困難であり、この方法により高密度にスルーホールを形成することはできない。

一方、液状樹脂中にスルーホールの形成された基板を浸漬させ、その後、液状樹脂から引き上げて、スルーホールの壁面を液状樹脂で覆い、その後加熱硬化又は紫外線硬化によりスルーホールの壁面に絶縁保護膜を形成する方法がある（液状樹脂被覆方式）。この液状樹脂被覆方式では、ビアインビア方式に比べ、スルーホールを狭径、狭ピッチ化にすることが可能である。

特開２００７−１０３６０５号公報

しかしながら、液状樹脂被覆方式においては、液状樹脂の粘度等が高いことからスルーホールの直径が１００μｍ以下の場合では、スルーホールの穴全体を埋め込んでしまい歩留まりが大幅に低下してしまう。

よって、導電性を有する基板においてスルーホールの直径が狭い場合であっても、スルーホールの穴全体が埋め込まれることなく、スルーホールの壁面において絶縁膜を形成する方法が望まれている。

本実施の形態の一観点によれば、基板を一置換トリアルコキシシランの溶液に浸漬させる浸漬工程と、前記浸漬させた基板に紫外光を照射することにより、前記基板表面に付着している一置換トリアルコキシシランをポリシロキサン膜にする紫外光照射工程と、を有する。

また、本実施の形態の別の観点によれば、スルーホールの形成された導電性を有する基板と、前記基板表面及び前記スルーホールの内部壁面を覆うポリシロキサン膜と、前記基板表面の前記ポリシロキサン膜上に形成された金属配線及び、前記スルーホールの内部壁面を覆う前記ポリシロキサン膜を介し形成された前記基板の一方の面から他方の面に電気的接続をするための金属配線と、を有する。

また、本実施の形態の別の観点によれば、導電性を有する基板にスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、前記スルーホールの形成された基板を一置換トリアルコキシシランの溶液に浸漬させる浸漬工程と、前記浸漬させた基板に紫外光を照射することにより、前記基板表面に付着している一置換トリアルコキシシランをポリシロキサン膜にする紫外光照射工程と、前記ポリシロキサン膜の表面に配線を形成する配線形成工程と、を有し、前記浸漬工程と前記紫外光照射工程とを繰り返し行うことにより前記ポリシロキサン膜を積層形成する。

また、本実施の形態の別の観点によれば、導電性を有する基板にスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、一置換トリアルコキシシランを加熱し、前記スルーホールの形成された基板に前記一置換トリアルコキシシランの蒸気を付着させる工程と、前記基板に紫外光を照射することにより、前記基板表面に付着している一置換トリアルコキシシランをポリシロキサン膜にする紫外光照射工程と、前記ポリシロキサン膜の表面に配線を形成する配線形成工程と、を有する。

開示の絶縁膜の形成製造、プリント配線基板及びプリント配線基板の製造方法によれば、直径が１００μｍ以下の狭いスルーホールを形成する場合においても、スルーホールの穴全体が埋め込まれることなく、スルーホールの壁面に絶縁膜を形成することができる。よって、導電性を有するプリント配線基板において、高い歩留まりでスルーホールを高密度に形成することができる。

第１の実施の形態におけるプリント配線基板の製造方法の工程図（１）第１の実施の形態におけるプリント配線基板の製造方法の工程図（２）第２の実施の形態におけるプリント配線基板の製造方法の説明図実施例１により形成した膜の赤外線吸収スペクトルポリシロキサンの分子構造図実施例１により形成した膜の触針膜厚計による測定図

実施するための形態について、以下に説明する。

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態における絶縁膜の形成製造、プリント配線基板及びプリント配線基板の製造方法について説明する。図１及び図２は、本実施の形態におけるプリント配線基板の製造方法の工程図である。

本実施の形態におけるプリント配線基板は、カーボンファイバーからなる繊維布を補強材として用いた基板であり導電性を有している。

最初に、図１（ａ）に示すように、プリント配線基板の母材となる基板１１にスルーホールを形成する。基板１１は、導電性を有するカーボンファイバーからなる繊維布１２を含んでいる。この基板１１にドリル等により穴をあけ、スルーホール１３を形成する。形成されるスルーホール１３の大きさは、少なくとも直径が１μｍ以上であり、より好ましくは、直径が１０μｍ以上である。後述するように、形成される絶縁膜において十分な絶縁性能を得るためには絶縁膜の膜厚を０．５μｍ以上形成する必要がある。よって、無電解メッキ及び電解メッキ等により絶縁膜の形成されたスルーホール内部に十分な電極を形成するためには、スルーホールの直径が１０μｍ以上であることが必要となる。

次に、図１（ｂ）に示すように、スルーホール１３の形成された基板１１を、一置換トリアルコキシシランの溶液２１に浸漬させる。一置換トリアルコキシシランは、水やエタノールの粘度（約１０ｍＰａ・ｓ）と同等またはそれよりも低い粘度を有するものが多く、また、エタノールの表面張力（２０〜４０ｄｙｎ／ｃｍ）と同等の低い粘度を有している。このような一置換トリアルコキシシランとしては、具体的には、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピンアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。

尚、上述した液状樹脂は、液状シリコン又はウレタン樹脂等であり、粘度は０．７Ｐａ・ｓ以上である。一方、一置換トリアルコキシシランは水やエタノールの粘度（約１０ｍＰａ・ｓ）と同等またはそれよりも低い粘度を有するものが多い。よって、発明者の経験に基づくならば、粘度がスルーホールの壁面に形成される絶縁膜の膜厚等に大きく影響を与えることから、本実施の形態における効果を得るためには、粘度は１００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。

次に、図１（ｃ）に示すように、スルーホール１３の形成された基板１１を一置換トリアルコキシシランの溶液２１から取り出し紫外光光源３０により紫外光を照射する。一置換トリアルコキシシランの溶液２１からスルーホール１３の形成された基板１１を取り出した際、基板１１の表面全面には約０．１μｍの一置換トリアルコキシシランの膜が形成されており、この膜はスルーホール１３の内部の壁面にも形成されている。このような一置換トリアルコキシシランの膜の形成された基板１１に、波長が３００ｎｍ以下の紫外光を少なくとも１５０ｍＪ／ｃｍ^２以上の露光量を照射する。これにより、一置換トリアルコキシシランの置換基は、照射された紫外光のエネルギーにより脱離し、ポリシロキサン薄膜が形成される。尚、本実施の形態においては、２０００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外光を照射している。これはほぼ完全に一置換トリアルコキシシランよりポリシロキサン薄膜を形成するためである。このように形成されたポリシロキサン薄膜の膜厚は約０．０５μｍであり、一層のみでは絶縁性能が十分ではない。このため、スルーホール１３の形成された基板１１を、再度、図１（ｂ）に示すように一置換トリアルコキシシランの溶液２１に浸漬させ、その後取り出して、図１（ｃ）に示すような紫外光照射を行う。この一置換トリアルコキシシランの溶液２１に浸漬の工程と紫外光照射の工程とを複数回繰り返し行うことにより、ポリシロキサン薄膜は積層形成されて厚いポリシロキサン膜を形成することができる。発明者の経験に基づくならば、ポリシロキサン膜の厚さを０．５μｍ以上形成することにより、絶縁性能の高い絶縁膜を得ることができる。

尚、本実施の形態では、一置換トリアルコキシシランを加水分解することなくそのままの状態の溶液に基板１１を浸漬させるものであり、積層形成することによりポリシロキサン薄膜を０．５μｍ以上形成する。前述のとおり、図１（ｃ）に示す紫外光光源３０による紫外光の露光量は一回当たり２０００ｍＪ／ｃｍ^２以上照射するため、図１（ｂ）から図１（ｃ）の工程を５回繰り返した場合には、積算照射量は１０Ｊ／ｃｍ^２以上が必要となる。尚、図１（ｂ）から図１（ｃ）の工程を更に繰り返すことにより、ポリシロキサン薄膜を厚く形成することができ、この場合、紫外光の積算照射量は更に増える。

また、紫外光光源３０としては、超高圧水銀灯（発光波長：２５４ｎｍ）、低圧水銀灯（発光波長：２５４ｎｍ、１８５ｎｍ）、キセノンエキシマランプ（発光波長：１７２ｎｍ）等が挙げられるが、３００ｎｍ以下の光を発するものであれば用いることは可能である。

図１（ｂ）と図１（ｃ）の工程を複数回繰り返すことにより、図１（ｄ）に示すように、基板１１の表面及びスルーホール１３の内部の壁面に、絶縁膜となるポリシロキサン膜２３が０．５μｍ以上形成されたものを得ることができる。

次に、図２（ｅ）に示すように、基板１１の表面及びスルーホール１３の内部に絶縁膜となるポリシロキサン膜２３を介し金属膜３１を形成する。この金属膜３１は、無電解メッキ及び電解メッキを行うことにより形成する。

次に、図２（ｆ）に示すように、金属膜３１上にフォトレジストを形成し、露光装置により露光し、その後、現像することによりレジストパターン３２を形成する。

この後、金属膜３１上にレジストパターン３２の形成された基板１１においてウエットエッチングを行い、レジストパターン３２に覆われていない金属膜３１が露出している部分を除去し、更に、レジストパターン３２を除去する。これにより、図２（ｇ）に示すように、基板１１の両面に金属配線３３の形成されたプリント配線基板が作製される。尚、本実施の形態では、基板１１は、導電性を有するカーボンファイバーからなる繊維布１２を含んでいるものを用いたが、導電性を有する他の材料の基板においても同様にプリント配線基板を作製することが可能である。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、絶縁膜の形成製造、プリント配線基板及びプリント配線基板の製造方法に関するものであり、第１の実施の形態とは異なる方法により、スルーホール１３の形成された基板１１に、絶縁膜となるポリシロキサン膜を形成するものである。

図３に基づき本実施の形態について説明する。本実施の形態においては、容器５１内に一置換トリアルコキシシランの溶液５３が入れられ、一置換トリアルコキシシランの溶液５３は加熱装置５５により１５０℃程度に加熱されている。容器５１には、開口部５２が設けられており、加熱装置５５により加熱された一置換トリアルコキシシランの溶液５３は蒸発し、一置換トリアルコキシシランの蒸気５４となる。この一置換トリアルコキシシランの蒸気５４は、開口部５２より出て基板１１の表面及びスルーホール１３の内部の壁面に付着する。開口部５２の上方には、基板１１を介し紫外光光源５６が設けられており、スルーホール１３の内部の壁面に付着した一置換トリアルコキシシランは、紫外光の照射によりポリシロキサンとなり、これによりポリシロキサン膜５７が形成される。

基板１１は矢印の方向に移動するため、順次スルーホール１３の内部の壁面には、絶縁膜となるポリシロキサン膜５７が形成される。尚、一回の移動でスルーホール１３内に十分な膜厚のポリシロキサン膜５７が形成されない場合には、矢印の方向とは反対方向に移動させることにより、ポリシロキサン膜５７を厚く形成することが可能である。更に、この移動を繰り返すことにより、より一層ポリシロキサン膜５７を厚く形成することができる。

このように、スルーホール１３内にポリシロキサン膜５７の絶縁膜の形成された基板１１について、第１の実施の形態における図２（ｅ）に示す金属メッキ、図２（ｆ）に示すレジストパターン形成を行う。これにより、図２（ｇ）に示すような第１の実施の形態と同様のプリント配線基板を作製することができる。

（実施例１）
ポリシロキサン膜の形成の実施例について説明する。本実施例では、直径４インチのシリコン基板上にビニルトリメトキシシランを数滴滴下し、スピンコーターにより回転数２００ｒｐｍで、２０秒間回転させてスピンコートを行った。この後、低圧水銀灯からの紫外光を１２０秒間照射した。この時の紫外光の露光量は、２７００ｍＪ／ｃｍ^２である。このビニルトリメトキシシランのスピンコートと紫外光の照射を行う工程を１０回繰り返し行い、シリコン基板上に形成されたポリシロキサン膜の赤外吸収スペクトルを測定した。この結果を図４に示す。尚、紫外光の積算露光量は２７Ｊ／ｃｍ^２である。

この結果、１１００ｃｍ^−１近傍のＳｉＯ_２に起因するピークと３３００ｃｍ^−１近傍の水酸基に起因するピークが確認され、図５に示す構造のポリシロキサンが形成されていることを確認した。また、形成されたポリシロキサンの膜厚を触針式膜厚径で測定した結果を図６に示す。図に示されるように、シリコン基板の表面Ｒに対するポリシロキサン膜Ｍの膜厚の平均を測定したところ１．１５μｍであった。これにより、平均膜厚が約１．１５μｍのポリシロキサン膜が形成されていることが確認された。

また、シリコン基板に代えて銅板を用いて、上記と同様の工程によりポリシロキサン膜を形成し、形成されたポリシロキサン膜の表面にテスターを接触させたところ、電気抵抗は無限大であった。これにより、形成されたポリシロキサン膜の電気的絶縁性が確認された。

（実施例２）
エポキシ樹脂を含浸したカーボン繊維布プリプレグからなる２ｍｍの厚さの１００ｍｍ角の積層板に直径５０μｍのスルーホールを７０μｍピッチで１００個形成した。この基板を実施例１で使用したビニルトリメトキシシランに浸漬させ、その後引き上げて、実施例１と同様に紫外光光源を用いて、スルーホール中心部の紫外光の露光量が２０００ｍＪ／ｃｍ^２となるように紫外光を照射し露光を行った。尚、スルーホール中心部の紫外光の露光量が２０００ｍＪ／ｃｍ^２となるように露光を行うためには、基板の表面部における露光量は４０Ｊ／ｃｍ^２となる。

この工程を１０回繰り返して行い、スルーホール内にポリシロキサン膜からなる絶縁膜を形成した。尚、この場合におけるスルーホール中心部の紫外光の積算露光量は２０Ｊ／ｃｍ^２である。このようにスルーホール内にポリシロキサン膜からなる絶縁膜を光学顕微鏡で観察したところ、スルーホールが完全に埋め込まれることがなく、ピンホールのない膜が形成されていることを確認した。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

１１基板
１２カーボンファイバーからなる繊維布
１３スルーホール
２１一置換トリアルコキシシランの溶液
２３ポリシロキサン膜
３０紫外光光源
３１金属膜
３２レジストパターン
３３金属配線
５１容器
５２開口部
５３一置換トリアルコキシシランの溶液
５４一置換トリアルコキシシランの蒸気
５５加熱装置
５６紫外光光源
５７ポリシロキサン膜

Claims

導電性を有する基板にスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、
前記スルーホールの形成された基板を一置換トリアルコキシシランの溶液に浸漬させる浸漬工程と、
前記浸漬させた基板に紫外光を照射することにより、前記基板表面に付着している一置換トリアルコキシシランをポリシロキサン膜にする紫外光照射工程と、
前記ポリシロキサン膜の表面に配線を形成する配線形成工程と、
を有し、
前記浸漬工程と前記紫外光照射工程とを繰り返し行うことにより前記ポリシロキサン膜を積層形成することを特徴とするプリント配線基板の製造方法。
前記ポリシロキサン膜は０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板の製造方法。
前記繰り返し行われる前記紫外光照射工程における前記紫外光の積算照射量は、１０Ｊ／ｃｍ ^２以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のプリント配線基板の製造方法。
前記スルーホール形成工程において形成される前記スルーホールは、直径が１０μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のプリント配線基板の製造方法。
前記一置換トリアルコキシシランの粘度は、１００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のプリント配線基板の製造方法。
前記紫外光照射工程における紫外光の波長は３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のプリント配線基板の製造方法。