JP5288168B2

JP5288168B2 - 多層プリント配線板及びその製造方法

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Publication number: JP5288168B2
Application number: JP2008247895A
Authority: JP
Inventors: 信之吉田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: JP2010080702A

Description

本発明は、多層プリント配線板に関するものである。特に、ＩＶＨを有する多層プリント配線板に関するものである。

従来、多層プリント配線板にＩＶＨ（インタースティシャルバイヤホール）を形成する場合、フォトプロセスによって上層の金属配線層にエッチング穴を設けた後、このエッチング穴の直径よりも大きなレーザー光を照射して、エッチング穴の下の樹脂層部分だけを除去して上下の層間を接続する穴を形成し、レーザー加工残差の有機物であるスミアを除去するデスミア処理（一般的に、過マンガン酸カリウム水溶液等の過マンガン酸系の酸化剤にプリント配線板を浸漬してスミアを酸化分解する処理）をおこなってからこの穴内にＩＶＨを形成していた。

ところで、レーザーでスミアを完全に熱分解できず、ＩＶＨの底の内層銅表面に残りやすい場合、ＩＶＨ内のスミアを除去しようとしてデスミア処理を強化しようとすると、側壁の樹脂が浸食されて、ＩＶＨの形状が入り口の狭いタル形状となってしまい、その後のＩＶＨ形成が困難になってしまう。
そのため、デスミア処理をよりよく行うために、特許文献１に開示された技術によれば、デスミア処理後さらにアルカリ溶液中で電解処理を施すことが記載されている。また、デスミア処理をより効果的に行うために、特許文献２に開示された技術によれば、プラズマクリ―ニングによりデスミア処理を行っていた。

特開平２−２４１０８２号公報特開２００１−１６８４９８号公報

ところで、多層プリント配線板を構成するのに使用される銅張積層板の銅箔は、電気化学的に析出させる電解銅箔と銅の圧延により製造する圧延銅箔の２種類がある。リジッドの多層プリント配線板では電解銅箔が主に用いられている。通常片面が平滑なシャイニー面、他の片面が粗面化したマット面よりなっている。シャイニー面は電解で製造する際に使用するチタンなどで作られる鏡面のドラム電極に接する面で、マット面は電解液側の面である。マット面は、積層板とするときに銅箔と樹脂の接着強度を高めるために粗化するもので、銅箔の厚さが２０μｍ程度の場合、マット面は、５μｍ程度またはそれ以上の表面粗さを設けている。また、亜鉛、亜鉛−銅、ニッケル、モリブデンなどの金属の析出等の処理、あるいはスズーシラン化合物の如き特殊カップリング剤による処理などを設けて樹脂との親和性を向上させた場合でも、表面粗さを３μｍ程度となっている。

解決しようとする問題点は、このマット面を底部として多層プリント配線板に、レーザー加工によりＩＶＨ（インターステイシャルビアホール）を形成するときに、このマット面の表面粗さが大きいために、レーザー加工残差や汚れが、このマット面から特に除去されにくい点である。そのため、ＩＶＨの底面とそれと接するマット面の間で接続不良を発生しやすい点である。
本発明は、この銅マット面を底部としたＩＶＨ内の底面のレーザー加工残差や汚れを容易に除去し、ＩＶＨの底面とそれと接するマット面の間で発生する接続不良を改善したプリント配線板を提供するものである。

本発明は、片面が平滑なシャイニー面であり、他の片面が平均表面粗さ４μｍ以上で粗面化したマット面である電解銅箔と、この電解銅箔の前記マット面を底部としたＩＶＨと、前記電解銅箔の端部とめっきにより導通するスルーホールと、を有する多層プリント配線板において、前記マット面を底部としたＩＶＨは、その底部の電解銅箔部分で、平均表面粗さが１μｍから３μｍに減少するようにハーフエッチングされている多層プリント配線板である。
また、本発明は、上記において、前記電解銅箔のマット面を内側とした両面銅張積層板の前記電解銅箔をパターニングして内層回路及び前記ＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分を形成した内層材と、この内層材上に積層されたプリプレグと上層配線用の銅箔と、を有し、前記ＩＶＨが、前記上層配線用の銅箔から、前記内層材のＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分を介して、前記両面銅張積層板の下側の銅箔のマット面に到るように形成され、前記スルーホールが前記内層回路と導通する多層プリント配線板である。
また、本発明は、上記の多層プリント配線板の製造方法であって、電解銅箔の平均表面粗さが４μｍ以上のマット面を内側とした両面銅張積層板の前記電解銅箔をパターニングして内層回路及び前記ＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分を形成した内層材とする工程と、前記内層材上にプリプレグ及び上層配線用の銅箔を重ね積層一体化する工程と、レーザーにより、上層配線用の銅箔側から、前記内層材のＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分を介して、前記両面銅張積層板の下側の銅箔のマット面を底部としたＩＶＨ用の穴を設ける工程と、ドリルにより、スルーホール用の貫通穴を設ける工程と、エッチング液により、前記ＩＶＨ用の穴の底部部分の電解銅箔を、１μｍから３μｍの範囲の表面粗さに減少するようにハーフエッチングする工程と、前記ＩＶＨ用の穴及びスルーホール用の穴をめっきすることにより、ＩＶＨ及びスルーホールを形成する工程と、を有する多層プリント配線板の製造方法である。

本発明は、片面が平滑なシャイニー面であり、他の片面が平均表面粗さ４μｍ以上で粗面化したマット面である電解銅箔と、この電解銅箔の前記マット面を底部としたＩＶＨとを有する多層プリント配線板において、前記マット面を底部としたＩＶＨは、その底部の電解銅箔部分で、平均表面粗さが３μｍまたはそれ以下に減少するようにハーフエッチングされてから形成されるので、この銅マット面を底部としたＩＶＨ内の底面のレーザー加工残差や汚れを容易に除去し、また、ＩＶＨのめっき銅がマット面に追従しやすくなり、ＩＶＨの底面とそれと接するマット面の間で発生する接続不良を改善することができる。

本発明に述べる電解銅箔は、片面が平滑なシャイニー面であり、他の片面が粗面化したマット面である電解銅箔で、一般的な配線基板に用いる電解銅箔が使用できる。シャイニー面は電解で製造する際に使用するチタンなどで作られる鏡面のドラム電極に接する面で、マット面は電解液側の面である。積層板とするときに銅箔と樹脂の接着強度を高めるために粗化するもので、マット面は、銅箔を製作中またはその後、おおよそ５μｍまたはそれ以上の微細な凹凸をつけている。また、亜鉛、亜鉛−銅、ニッケル、モリブデンなどの金属の析出等の処理、または、スズーシラン化合物の如き特殊カップリング剤による処理などにより、樹脂との密着力を向上させている。そのうえまた、変色防止のために、通常適度のクロメート等の被膜等の防錆処理行っている。
銅箔の製造条件は、硫酸銅浴の場合、硫酸５０〜１００ｇ／Ｌ、銅３０〜１００ｇ／Ｌ、液温２０℃〜８０℃、電流密度０．５〜１００Ａ／ｄｍ^２の条件、ピロリン酸銅浴の場合、ピロリン酸カリウム１００〜７００ｇ／Ｌ、銅１０〜５０ｇ／Ｌ、液温３０℃〜６０℃、ｐＨ８〜１２、電流密度１〜１０Ａ／ｄｍ^２の条件が一般的によく用いられ、銅の物性や平滑性を考慮して各種添加剤をいれる場合もある。
金属箔の樹脂接着面に行う防錆処理は、ニッケル、錫、亜鉛、クロム、モリブデン、コバルトのいずれか、若しくはそれらの合金を用いて行うことができる。これらはスパッタや電気めっき、無電気めっきにより金属箔上に薄膜形成を行うものであるが、コストの面から電気めっきが好ましい。防錆処理金属の量は、合計で１０〜２０００μｇ／ｄｍ^２が好適である。防錆処理が厚すぎるとエッチング阻害と電気特性の低下を引き起こし、薄すぎると樹脂とのピール強度低下の要因となりうる。

本発明に述べるＩＶＨは、インタースティシャルバイアホールの略で、めっき時に貫通していない全ての接続穴で、２以上の複数の導体層の層間を接続するためのめっきをした穴である。また、ＩＶＨには、穴内表面がめっきしたもののほか、穴内部がすべてめっきしたフィルドバイアも含まれる。バイアホールの直径は、絶縁層の厚さと同程度から２倍程度のものがフィルドバイアを形成しやすい。
また、ＩＶＨには、外層に用いられるブラインドバイアホールと、内層に用いられるベリードバイアホールが含まれる。

本発明に述べるハーフエッチングは、途中までエッチングする意味で使用し、エッチングは、湿式のエッチングをさす。電気がかけられない場合にはエッチング液による化学エッチング、電気がかけられる場合には電解エッチングを行う。
化学エッチングしては、塩酸、硫酸などの無機酸、有機酸等の単独または混合したり、無機酸に過酸化水素、トリアゾール、ハロゲン化物、ニカワ等を添加したものが使用できる。
電解エッチングしては、硫酸、塩酸、スルファミン酸などの酸性浴や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ピロリン酸、シアン浴などのアルカリ浴が使用できる。
また、これらの酸またはアルカリ系の溶液に必要により添加剤を加える。添加剤は化学エッチングに使用されているものと同様のもの、または通常光沢めっき液に使用する市販の添加剤等々が使用できる。

本発明に述べる平均表面粗さは、十点平均粗さＲｚから求めた平均表面粗さをさす。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の多層プリント配線板の一部断面図を示している。
電解銅箔のマット面１を内側とした両面銅張積層板の銅箔２をパターニングして、ＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分３と内層回路を形成した内層材４に、プリプレグ５とその上層に上層配線用の銅箔６とを積層一体化し、その上層配線用の銅箔６のＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分の内側を穴形状にパターニングした後、そのパターニングした部分にレーザーにより、両面銅張積層板の下側の銅箔２ａのマット面１を底部としたＩＶＨ用の穴７を設け、この後デスミア処理を行った後、ＩＶＨ用の穴７の底部部分８の電解銅箔を平均表面粗さ３μｍまたはそれ以下に減少するようにハーフエッチングし、その後、めっきによりＩＶＨ９を設けたものを示している。

回路形成した内層材にプリプレグとその上層に金属箔とを積層一体化する方法は、内層基板とプリプレグ、銅箔を積層プレスする方法や、片面金属箔付樹脂をラミネートとする方法を用いる。絶縁層の厚みは１０から１００μｍ程度、望ましくは２０から６０μｍがよく、金属箔の厚みは１から９μｍ程度である。片面金属箔付樹脂の作製に用いる樹脂、銅箔は積層板の時と同様のものを用い、樹脂ワニスを金属箔にキスコーター、ロールコーター、コンマコーター等を用いて塗布するか或いはフィルム状の樹脂を金属箔にラミネートして行う。樹脂ワニスを金属箔に塗布する場合は、その後、加熱ならびに乾燥させるが、条件は１００〜２００℃の温度で１〜３０分とするのが適当であり、加熱、乾燥後の樹脂組成物中における残留溶剤量は、０．２〜１０ｗ％程度が適当である。フィルム状の樹脂を金属箔にラミネートする場合は、５０〜１５０℃、０．１〜５ＭＰａの条件で真空或いは大気圧の条件が適当である。
また、ＩＶＨ形成に用いることが出来るレーザーとしては、ＣＯ_２やＣＯ、エキシマ等の気体レーザーやＹＡＧ等の固体レーザーがある。ＣＯ_２レーザーが容易に大出力を得られる事からφ５０μｍ以上のＩＶＨの加工に適している。φ５０μｍ以下の微細なＩＶＨを加工する場合は、より短波長で集光性のよいＹＡＧレーザーが適しているが、両面銅張積層板の下側の銅箔を貫通しないよう注意する必要がある。

デスミア処理は、特に限定はなく一般的な過マンガン酸カリウム水溶液等の過マンガン酸系の酸化剤にプリント配線板を浸漬してスミアを酸化分解する。

ＩＶＨ用の穴７に設けるめっきは、通常のＩＶＨ用めっき液を使用することができる。例えば表面銅箔上とＩＶＨ用の穴内部に触媒核を付与後、無電解めっき層を形成する。
たとえば、触媒核の付与には、パラジウムイオン触媒であるアクチベーターネオガント（アトテック・ジャパン株式会社製、商品名）やパラジウムコロイド触媒であるＨＳ２０１Ｂ（日立化成工業株式会社製、商品名）を使用する。本発明における上記パラジウム触媒の銅箔上への吸着量は０．０３〜０．６μｇ／ｃｍ^２の範囲であり、更に望ましくは０．０５〜０．３μｇ／ｃｍ^２の範囲である。パラジウム触媒を吸着させる際の処理温度は１０〜４０℃が好ましい。処理時間をコントロールすることにより、パラジウム触媒の銅箔上への吸着量をコントロールすることができる。
また、無電解めっきには、ＣＵＳＴ２０００（日立化成工業株式会社製、商品名）やＣＵＳＴ２０１（日立化成工業株式会社製、商品名）等の市販の無電解銅めっきが使用できる。これらの無電解銅めっきは硫酸銅、ホルマリン、錯化剤、水酸化ナトリウムを主成分とする。めっきの厚さは次の電解めっきが行うことができる厚さであればよく、０．１〜５μｍの範囲である。
次に、無電解めっき層の表面に電解めっき層を設ける。例えば、硫酸銅系溶液を用いるのであれば、濃度が銅５０〜８０ｇ／ｌ、硫酸５０〜１５０ｇ／ｌ、液温４０〜５０℃、電流密度１０〜５０Ａ／ｄｍ^２の条件とする等である。膜厚は、３から１００μｍ程度である。好ましくは５から２０μｍ程度である。

図２は、本発明の多層プリント配線板の製造方法の例を示している。
まず、図２（ａ）には、電解銅箔のマット面１を内側とした両面銅張積層板１０とプリプレグ５とその上層に上層配線用の銅箔６とを重ねた状態を示していて、両面銅張積層板１０は、その銅箔をパターニングして、ＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分と内層回路を形成した内層材としてから積層一体化する。
次に、図２（ｂ）には、その上層配線用の銅箔６のＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分３の内側を穴形状にパターニングした後、そのパターニングした部分にレーザーにより、両面銅張積層板１０の下側の銅箔２ａのマット面１を底部としたＩＶＨ用の穴７を設けた状態を示している。この後デスミア処理を行う。
次に、図２（ｃ）に示すように、塩化鉄第二鉄水溶液や過硫酸アンモニウム、硫酸−過酸化水素水混合水溶液などのエッチング液により、ＩＶＨ用の穴７の底部部分８の電解銅箔を１μｍから３μｍの範囲の表面粗さに減少するようにハーフエッチングし、その後、めっきによりＩＶＨ９を設ける。

図３は、本発明に関係するＩＶＨとスルーホールを有する多層プリント配線板の製造方法の例を示している。
まず、図３（ａ）には、電解銅箔のマット面１を内側とした両面銅張積層板１０は、その銅箔をパターニングして、ＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分３と内層回路を形成した内層材としてから、プリプレグ５とその上層に上層配線用の銅箔６とを重ね積層一体化した後、その上層配線用の銅箔６のＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分３の内側を穴形状にパターニングした後、そのパターニングした部分にレーザーにより、両面銅張積層板の下側の銅箔２ａのマット面１を底部としたＩＶＨ用の穴７と、ドリルによるスルーホール用の貫通穴１１を設けた状態を示している。この後デスミア処理を行う。
次に、図３（ｂ）には、塩化鉄第二鉄水溶液や過硫酸アンモニウム、硫酸−過酸化水素水混合水溶液などのエッチング液により、ＩＶＨ用の穴７の底部部分８の電解銅箔の凹凸が無くなるまで深くハーフエッチングした状態を示している。そのため、特にスルーホール用の貫通穴１１の内層銅箔の端部１２が浸食が大きく、そのため、
図３（ｃ）に示すように、その後、めっきによりＩＶＨ９とスルーホールを設けたときに、スルーホールの内層銅箔の端部１２とスルーホールめっき１３との間で断線してしまった状態（断線部分１４）を示している。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
まず、厚みさ１８μｍの電解銅箔の平均表面粗さが５μｍのマット面を内側とした両面銅張積層板の銅箔をパターニングして、ＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分と回路を形成した内層材に、絶縁層の厚みが３０μｍ、上層となる銅箔の厚みが１８μｍの片面金属箔付樹脂フィルムを１２０℃、２ＭＰａの条件で真空ラミネートする。次に、この上層の銅箔のＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分の内側をビアホール用として直径φ８０μｍの穴形状にパターニングする。次に、直径φ８０μｍの穴形状部分にＣＯ_２レーザーで内層材の下側の銅箔のマット面を底部としたＩＶＨ用の穴加工をする。また、直径φ２００μｍのスルーホールの貫通穴をドリル加工により設けた。この後デスミア処理を行う。
次に、硫酸−過酸化水素水混合水溶液のエッチング液により、その底部部分の電解銅箔を平均表面粗さが２μｍに減少するようハーフエッチングする。
次に、金属箔上、金属箔の欠落部分、スルーホール及びＩＶＨ用の穴内部にパラジウムコロイド触媒であるＨＳ２０１Ｂ（日立化成工業株式会社製、商品名）を使用して触媒核を付与後、ＣＵＳＴ２０００（日立化成工業株式会社製、商品名）を使用して厚さ２μｍの下地無電解めっき層を形成する。次に、厚さ２０μｍの電解めっきにより回路パターンを形成する。

ハーフエッチングを平均表面粗さが３μｍにする以外実施例１と同様に製作する。

ハーフエッチングを平均表面粗さが１μｍにする以外実施例１と同様に製作する。

製作した多層プリント配線板のハーフエッチングしない以外実施例１と同様に製作したものを比較例１とし、また、ハーフエッチングを平均表面粗さが４μｍにする以外実施例１と同様に製作したものを比較例２とし、ハーフエッチングを平均表面粗さが０．２μｍにする以外実施例１と同様に製作したものを比較例３とし、実施例と比較例のＩＶＨ接続断線不良とスルーホールの内層Ｃｕ箔断線不良の評価結果を表１に示す。

表１に示す通り、電解銅箔のマット面を底部としたＩＶＨとを有する多層プリント配線板において、このマット面を底部としたＩＶＨを、その底部の電解銅箔部分で、平均表面粗さが３μｍまたはそれ以下に減少するようにハーフエッチングすることにより、ＩＶＨの断線不良を低減することができる。また、上記に部分の平均表面粗さを１μｍから３μｍに減少するようにハーフエッチングすることにより、ＩＶＨの断線不良とスルーホールの内層Ｃｕ箔断線不良を低減することができる。

本発明の多層プリント配線板の一部断面図を示している。本発明の多層プリント配線板の製造方法の例を示している。本発明に関係するＩＶＨとスルーホールを有する多層プリント配線板の製造方法の例を示している。

符号の説明

１…マット面、２…両面銅張積層板の銅箔、２ａ…両面銅張積層板の下側の銅箔、３…ＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分、４…内層材、５…プリプレグ、６…上層配線用の銅箔、７…ＩＶＨ用の穴、８…底部部分、９…ＩＶＨ、１０…両面銅張積層板、１１…スルーホール用の貫通穴、１２…内層銅箔の端部、１３…スルーホールめっき、１４…断線部分。

Claims

片面が平滑なシャイニー面であり、他の片面が平均表面粗さ４μｍ以上で粗面化したマット面である電解銅箔と、この電解銅箔の前記マット面を底部としたＩＶＨと、前記電解銅箔の端部とめっきにより導通するスルーホールと、を有する多層プリント配線板において、前記マット面を底部としたＩＶＨは、その底部の電解銅箔部分で、平均表面粗さが１μｍから３μｍに減少するようにハーフエッチングされている多層プリント配線板。
請求項１において、前記電解銅箔のマット面を内側とした両面銅張積層板の前記電解銅箔をパターニングして内層回路及び前記ＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分を形成した内層材と、この内層材上に積層されたプリプレグ及び上層配線用の銅箔と、を有し、前記ＩＶＨが、前記上層配線用の銅箔側から、前記内層材のＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分を介して、前記両面銅張積層板の下側の銅箔のマット面に到るように形成され、前記スルーホールが前記内層回路の端部とめっきにより導通する多層プリント配線板。
請求項１又は２の多層プリント配線板の製造方法であって、
電解銅箔の平均表面粗さが４μｍ以上のマット面を内側とした両面銅張積層板の前記電解銅箔をパターニングして内層回路及び前記ＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分を形成した内層材とする工程と、
前記内層材上にプリプレグ及び上層配線用の銅箔を重ね積層一体化する工程と、
レーザーにより、上層配線用の銅箔側から、前記内層材のＩＶＨ用の穴が通る非銅箔部分を介して、前記両面銅張積層板の下側の銅箔のマット面を底部としたＩＶＨ用の穴を設ける工程と、
ドリルにより、スルーホール用の貫通穴を設ける工程と、

エッチング液により、前記ＩＶＨ用の穴の底部部分の電解銅箔を、１μｍから３μｍの範囲の表面粗さに減少するようにハーフエッチングする工程と、
前記ＩＶＨ用の穴及びスルーホール用の穴をめっきすることにより、ＩＶＨ及びスルーホールを形成する工程と、
を有する多層プリント配線板の製造方法。