JP5391329B2 - 配線板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば携帯電話やパーソナルコンピュータ等に搭載して有用な配線板の製造方法に関する。
特許文献1には、表面が粗化された絶縁層上に導体回路を有する配線板が開示されている。導体回路は、無電解めっき膜と電解めっき膜とから構成される。導体回路の形成方法としては、セミアディティブ法が採用されている。すなわち、絶縁層の表面を粗化し、その粗化面に無電解めっき膜を形成する。続けて、無電解めっき膜上にめっきレジストを設け、そのめっきレジストの非形成部分に電解めっき膜を形成する。続けて、めっきレジストを除去し、そのめっきレジスト下にあった無電解めっき膜を、エッチングにより除去する。その結果、表面が粗化された絶縁層上に導体回路が形成される。
特開平11−214828号公報
特許文献1に開示される配線板においては、めっきレジスト下の無電解めっき膜をエッチングで除去する際に、絶縁層の粗化面上の隣り合う配線間に、導体のエッチング残りが生じ易いと考えられる。また、その絶縁層上に、さらに上層の絶縁層(例えばソルダーレジスト又は層間絶縁層など)を設ける場合には、アンカー(絶縁層表面の凹凸)によって、それら絶縁層間に空隙が生じ易くなると考えられる。その結果、その空隙への水分の浸入などによって、それら絶縁層間における絶縁性の低下が懸念される。
導体回路の配線間においては、無電解めっきの前処理として用いられる触媒(例えばPd)も、同様にエッチングされずに残ると考えられるため、例えば最外の導体層(例えばCu)上に保護導体膜(例えばNi/Au)を形成する場合には、その材料(例えばNi)が上記触媒を核として配線間に異常析出し、隣り合う配線のショート(導通)を引き起こすことが懸念される。
また、エッチング等の湿式法により無電解めっき膜を除去する場合には、サイドエッチングにより配線幅が減少するおそれがある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、適切な配線幅を維持しながら、隣り合う配線間のショート(導通)を抑制することを目的とする。
本発明に係る配線板の製造方法は、シリカ系フィラーを含み、少なくとも一方の面が粗化された絶縁層を準備することと、前記粗化された面上に、金属箔を介して又は介さずに、無電解めっき膜を形成することと、前記無電解めっき膜上に、部分的に電解めっき膜を形成することと、前記電解めっき膜が形成されなかった領域に露出する前記無電解めっき膜に、前記シリカ系フィラーがストッパとなるレーザ照射を行って、前記露出する無電解めっき膜を除去することと、を含む。
本発明によれば、適切な配線幅を維持しながら、隣り合う配線間のショート(導通)を抑制することが可能になる。
本発明の実施形態に係る配線板の平面図である。 図1のA−A断面図である。 本発明の実施形態に係る配線板のSEM(Scanning Electron Microscope)写真である。 図1及び図2に示した配線板の導体部間の面を示す図である。 図1及び図2に示した配線板の導体部下の面を示す図である。 導体部間の面が導体部下の面に対して窪んでいることを示す図である。 本発明の実施形態に係る配線板の第1の例を示す図である。 図6に示した配線板に図1及び図2に示した構造を採用した第1の例を示す図である。 図6に示した配線板に図1及び図2に示した構造を採用した第2の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る配線板の第2の例を示す図である。 図8に示した配線板に図1及び図2に示した構造を採用した第1の例を示す図である。 図8に示した配線板に図1及び図2に示した構造を採用した第2の例を示す図である。 絶縁層を準備する工程を説明するための図である。 絶縁層の一側の面(第2面)を粗化する工程を説明するための図である。 絶縁層の粗化面上に無電解めっき膜を形成する工程を説明するための図である。 無電解めっき膜上にめっきレジストを形成する工程を説明するための図である。 無電解めっき膜上に部分的に電解めっき膜を形成する工程を説明するための図である。 めっきレジストを除去する工程を説明するための図である。 不要な無電解めっき膜を除去するためのレーザ照射工程を説明するための図である。 図16AのA−A断面図である。 レーザ(厳密にはその照準)を移動させる場合の条件の一例を説明するための図である。 各材料について、レーザの波長と吸収率との関係を示すグラフである。 図16A及び図16Bのレーザ照射工程において、グリーンレーザを用いて無電解めっき膜を除去した結果を示す図である。 図16A及び図16Bのレーザ照射工程において、エキシマレーザを用いて無電解めっき膜を除去した結果を示す図である。 レーザ照射に代えて、湿式法により無電解めっき膜を除去した結果を示す図である。 グリーンレーザを用いて不要な無電解めっき膜を除去した後の導体部間の面を示す図である。 湿式法により不要な無電解めっき膜を除去した後の導体部間の面を示す図である。 各試料について、ESCAにより、導体部間の面(表層部)におけるパラジウムの存在量を測定した結果を示すグラフである。 フィラー含有量の異なる4つの絶縁層に、それぞれグリーンレーザを照射した結果を示す図表である。 導体部の側面において、グリーンレーザを照射した領域と照射しなかった領域との両方を示すSEM写真である。 絶縁層の粗化面上に形成された導体層が、金属箔、無電解めっき膜、及び電解めっき膜の3層構造からなる配線板の一例を示す断面図である。 粗化面上に金属箔を有する絶縁層を準備する工程を説明するための図である。 図27の工程の後、金属箔上に無電解めっき膜を形成する工程を説明するための図である。 図28の工程の後、無電解めっき膜上に部分的に電解めっき膜を形成する工程を説明するための図である。 導体層の導体パターンの第1の例を示す図である。 導体層の導体パターンの第2の例を示す図である。 絶縁層の表層部にフィラー層を有する配線板の一例を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図中、矢印Z1、Z2は、それぞれ配線板の主面(表裏面)の法線方向(又はコア基板の厚み方向)に相当する配線板の積層方向を指す。一方、矢印X1、X2及びY1、Y2は、それぞれ積層方向に直交する方向(配線板の主面に平行な方向)を指す。配線板の主面は、X−Y平面となる。また、配線板の側面は、X−Z平面又はY−Z平面となる。
本実施形態では、相反する法線方向を向いた2つの主面を、第1面(Z1側の面)、第2面(Z2側の面)という。すなわち、第1面の反対側の主面が第2面であり、第2面の反対側の主面が第1面である。積層方向において、コアに近い側を下層(又は内層側)、コアから遠い側を上層(又は外層側)という。
回路等の配線(グランドも含む)として機能し得る導体パターンを含む層のほか、ベタパターンのみからなる層も、導体層という。孔内に形成される導体のうち、孔の壁面(側面及び底面)に形成された導体膜をコンフォーマル導体といい、孔に充填された導体をフィルド導体という。導体層には、上記導体パターンのほかに、接続導体のランドなどが含まれることもある。
めっきとは、金属や樹脂などの表面に層状に導体(例えば金属)を析出させることと、析出した導体層(例えば金属層)をいう。めっきには、電解めっきや無電解めっき等の湿式めっきのほか、PVD(Physical Vapor Deposition)やCVD(Chemical Vapor Deposition)等の乾式めっきも含まれる。
レーザ光は、可視光に限られない。レーザ光には、可視光のほか、紫外線やX線等の短い波長の電磁波や、赤外線等の長い波長の電磁波も含まれる。
面に形成されるラインパターン(面上の配線又は面下の溝など)に関しては、ラインと直交する方向のうち、形成面と平行な方向の寸法を「幅」といい、形成面と直交する方向の寸法を「高さ」又は「厚さ」又は「深さ」という。また、ラインの一端から他端までの寸法を「長さ」という。ただし、他の寸法を指すことを明記している場合は、この限りでない。
本実施形態の配線板100は、図1及び図2(図1のA−A断面図)及び図3(SEM写真)に示すように、絶縁層10と、導体層20と、上層絶縁層30と、を有する。
絶縁層10の厚さT10は、約5〜200μmの範囲にあることが好ましい。厚さT10がこの範囲内にあると、絶縁信頼性を確保し、必要以上に基板を厚くしない点で有利である。
絶縁層10は、フィラー10aと、樹脂10bと、を含む。絶縁層10は、樹脂10bにフィラー10aを配合することによって、形成することができる。本実施形態では、フィラー10aを、絶縁層10の略全体に概ね均一に分散させている。ただしこれに限定されず、絶縁層10の表層部だけに、フィラー10aが埋め込まれていてもよい(例えば後述の図32参照)。
本実施形態では、フィラー10aが、シリカ系フィラーからなる。シリカ系フィラーとしては、ケイ酸塩鉱物を用いることが好ましく、中でも、シリカ、タルク、雲母、カオリン、及びケイ酸カルシウムの少なくとも1つを用いることが好ましい。また、シリカとしては、球形シリカ、破砕シリカ、溶融シリカ、及び結晶シリカの少なくとも1つを用いることが好ましい。
絶縁層10に含まれるフィラー10a(シリカ系フィラー)の最大粒子径は、約10μm以下であることが好ましい。本実施形態では、フィラー10a(シリカ系フィラー)の最大粒子径が、約3.4μmである。
本実施形態では、フィラー10a(シリカ系フィラー)の50wt%以上が、球形シリカである。このようにフィラー10aの主成分(半分以上)が球形シリカであると、後述のレーザ照射工程(図16A及び図16B)において、フィラー10aがストッパとして好適に機能するようになると考えられる。またその結果、絶縁層10上に導体や触媒等が残りにくくなると考えられる。ただしこれに限られず、フィラー10aの材質等は任意である。例えばフィラー10aは、球形シリカを含んでいなくてもよい。
本実施形態では、樹脂10bが、エポキシ樹脂からなる。このエポキシ樹脂は、熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂のほか、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、フッ素系樹脂、LCP(液晶ポリマー)、ポリエステル樹脂、イミド樹脂(ポリイミド)、BT樹脂、アリル化フェニレンエーテル樹脂(A−PPE樹脂)、又はアラミド樹脂などを用いることができる。
絶縁層10においては、樹脂10b(熱硬化性樹脂)が、約30wt%以上のフィラー10a(シリカ系フィラー)を含有していることが好ましい。絶縁層10におけるフィラー10aの含有率がこの範囲内にあると、後述のレーザ照射工程(図16A及び図16B)において、フィラー10aがストッパとして好適に機能し、樹脂10bの炭化が抑制されると考えられる(後述の図24参照)。
絶縁層10の第2面は、粗化されている。そして、その絶縁層10の第2面(粗化面)上には、導体層20が形成される。
導体層20は、例えば無電解めっき膜21及び電解めっき膜22の2層からなる。ただしこれに限られず、例えば導体層20は、3層以上で構成されてもよい。無電解めっき膜21の厚さT1は、例えば約0.6μmであり、電解めっき膜22の厚さT2は、例えば約15μmである。
本実施形態では、無電解めっき膜21及び電解めっき膜22が、銅からなる。そして、無電解めっき膜21を形成する際には、触媒としてパラジウムが用いられる。ただしこれに限られず、無電解めっき膜21及び電解めっき膜22は、他の材料(例えば銅以外の金属)からなってもよい。触媒の種類も、任意である。また、必要なければ、触媒を使用しなくてもよい。
導体層20は、図2に示すように、導体部20a(第1導体部)と、導体部20b(第2導体部)と、を含む。
本実施形態では、図1に示すように、導体部20a及び20bが、直線状に形成される。導体部20aと導体部20bとは、互いに略平行に配置され、互いに絶縁されている。ただしこれに限定されず、導体層20の導体パターン等は任意である(例えば後述の図30、図31参照)。
幅d1、d2の一例を示すと、導体部20aの幅d1は、例えば約10μmであり、導体部20bの幅d2は、例えば約10μmである。図1及び図2に示した構造は、隣り合う配線間のショートを抑制すると考えられるため、導体部20aの幅d1及び導体部20bの幅d2が約10μm以下であるような、配線密度の高いファインパターンを形成する場合に特に有効である。
導体部20aと導体部20bとの間には、空隙R1が設けられる。空隙R1の幅d3(導体部20aと導体部20bとの間隔)の一例を示すと、例えば約10μmである。図1及び図2に示した構造は、隣り合う配線間のショートを抑制すると考えられるため、空隙R1の幅d3が約10μm以下であるような、配線密度の高いファインパターンを形成する場合に特に有効である。
絶縁層10の第2面において、導体部20aと導体部20bとの間(空隙R1)の面F3の粗さは、導体部20a下の面F1の粗さ及び導体部20b下の面F2の粗さよりも小さいことが好ましい。面F3の粗さが小さいことで、上層絶縁層30との間に、クラックの原因となる空隙(ボイド)が残りにくくなると考えられる。また、面F3においては、面F3の凹部に導体(無電解めっき膜)や触媒等が残りにくくなるため、導体層20における隣り合う配線(導体部20a及び20b)間の絶縁信頼性が向上すると考えられる。なお、面F3の粗さが、面F1の粗さ及び面F2の粗さの少なくとも一方よりも小さければ、上記効果に準ずる効果が得られると考えられる。
また、導体部20aと導体部20bとの間(空隙R1)の面F3の十点平均粗さは、導体部20a下の面F1の十点平均粗さの約1/2以下であり、また、導体部20b下の面F2の十点平均粗さの約1/2以下でもある。この場合も、面F3の粗さが小さいことで、前述した効果に準ずる効果が得られると考えられる。また、面F3の十点平均粗さが、面F1の十点平均粗さ及び面F2の十点平均粗さのいずれか一方のみの約1/2以下であっても、相応の効果は得られると考えられる。
ここで、面F1〜F3の粗さの一例を示す。図4A中、面F3の最大粗さd11は、例えば約1.90μmであり、面F3の十点平均粗さは、例えば約1.75μmである。また、図4B中、面F1又はF2の最大粗さd12は、例えば約3.80μmであり、面F1又はF2の十点平均粗さは、例えば約3.50μmである。
本実施形態では、導体部20aと導体部20bとの間(空隙R1)の面F3の十点平均粗さ(例えば約1.75μm)が、絶縁層10に含まれるフィラー10a(シリカ系フィラー)の最大粒子径(例えば約3.4μm)以下になっている。製造工程においてフィラー10aをストッパとしてレーザ照射をする結果、上記粗さになると考えられる(詳しくは後述する)。
本実施形態では、電解めっき膜22の外側に、改質層が形成されている。改質層が形成される前は、めっきの結晶粒塊のごつごつ感があるが、改質層が形成されることで、めっきの結晶粒塊のごつごつ感がなくなって平滑になった感じになる(後述の図25参照)。このため、特に表皮効果が起こりやすい高周波での電気特性が改良されると推察される。
絶縁層10の第2面において、導体部20aと導体部20bとの間(空隙R1)の面F3は、導体部20a下の面F1及び導体部20b下の面F2に対して窪んでいる。これにより、絶縁層10の第2面と上層絶縁層30との接触面積が増え、層間剥離(デラミネーション)の発生リスクが低減すると考えられる。具体的には、図5中、面F3の高さH1(例えば十点平均高さ)と面F1又はF2の高さH2(例えば十点平均高さ)との差(段差d10)は、例えば約0.7μmであることが好ましい。
導体部20aと導体部20bとの間(空隙R1)の面F3(表層部)における、無電解めっき膜21を形成するための触媒(パラジウム)の存在量は、約0.05μg/cm以下であることが好ましい。本実施形態の配線板100においては、面F3(表層部)に、パラジウムが略存在しない(後述の図23参照)。これにより、パラジウムを核として面F3にNi等が異常析出するリスクは軽減されると考えられる。
図1中、絶縁層10の第2面(粗化面)と導体部20a、20bの側面F10とがなす角度θは、約90°以上であることが好ましい。本実施形態では、角度θが、略90°である。すなわち、本実施形態の配線板100では、アンダーカットがほとんど生じていない。このため、アンダーカットによる性能低下が生じず、良好な電気特性が得られると考えられる(詳しくは、後述の図19〜図21参照)。なお、角度θは約90°に限られない。例えば角度θが約90°以上であれば、アンダーカットが生じておらず、上記効果に準ずる効果が得られると考えられる。
絶縁層10上には、導体部20a及び20bを被覆する上層絶縁層30が形成される。上層絶縁層30は、例えば層間絶縁層又はソルダーレジストである。ただしこれに限られず、上層絶縁層30の用途や材質等は任意である。
本実施形態の配線板100は、例えば図6に示すような多層プリント配線板(両面リジッド配線板)であることが好ましい。
図6の例における配線板100は、基板200(コア基板)と、絶縁層101〜104(層間絶縁層)と、ソルダーレジスト105、106と、導体層113〜116と、を有する。基板200は、絶縁層100aと、導体層111、112と、を有する。配線板100の片面又は両面に他の配線板や電子部品等が実装されることで、配線板100は、例えば携帯電話等の回路基板として使用することができる。
配線板100は、例えば基板200に、絶縁層101〜104と、導体層113〜116と、を交互にビルドアップした後、最外層にソルダーレジスト105、106を設けることで、製造することができる。
基板200は、例えば後述の図10〜図16Bの工程により製造することができる。また、基板200として、両面銅張積層板を用いてもよい。絶縁層101〜104は、例えば樹脂フィルム(半硬化状態の接着シート)を用いた真空ラミネートにより、形成(積層)することができる。導体層113〜116は、例えばパネルめっき法、パターンめっき法、フルアディティブ法、セミアディティブ(SAP)法、サブトラクティブ法、及びテンティング法のいずれか1つ、又はこれらの2以上を任意に組み合わせた方法で、形成することができる。ソルダーレジスト105、106は、例えばスクリーン印刷又はラミネート等により形成することができる。
先の図1及び図2に示した構造は、多層プリント配線板のビルドアップ部、例えば図7A中の領域R11の構造として採用することができる。図7Aの例では、絶縁層104が絶縁層10に相当し、導体層116が導体層20に相当し、ソルダーレジスト106が上層絶縁層30に相当する。
また、先の図1及び図2に示した構造は、多層プリント配線板のコア部、例えば図7B中の領域R12の構造として採用してもよい。図7Bの例では、絶縁層100a(コア)が絶縁層10に相当し、導体層112が導体層20に相当し、絶縁層102(層間絶縁層)が上層絶縁層30に相当する。
配線板100の構造等は、図6に示す例に限定されない。例えば図8に示すように、基板200(コア基板)を有さない多層プリント配線板(両面リジッド配線板)であってもよい。図8の例では、導体層110を基準(コア位置)にして、第1面側に、2層の絶縁層101、103及び2層の導体層113、115が交互に積層され、第2面側に、2層の絶縁層102、104及び2層の導体層114、116が交互に積層されている。そして、第1面側の最外層(絶縁層103及び導体層115)は、ソルダーレジスト105で覆われ、第2面側の最外層(絶縁層104及び導体層116)は、ソルダーレジスト106で覆われている。
先の図1及び図2に示した構造は、例えば図9A中の領域R11の構造として採用することができる。図9Aの例では、絶縁層104が絶縁層10に相当し、導体層116が導体層20に相当し、ソルダーレジスト106が上層絶縁層30に相当する。
また、先の図1及び図2に示した構造は、多層プリント配線板のコア部、例えば図9B中の領域R12の構造として採用してもよい。図9Bの例では、絶縁層102が絶縁層10に相当し、導体層114が導体層20に相当し、絶縁層104が上層絶縁層30に相当する。
また、配線板100は、リジッド配線板であっても、フレキシブル配線板であってもよい。また、配線板100は、両面配線板であっても、片面配線板であってもよい。導体層及び絶縁層の層数も任意である。
上記配線板100(特に図1及び図2に示した構造)は、例えば以下のような方法で製造される。
まず、少なくとも第2面が粗化された絶縁層10を準備する。
具体的には、図10に示すように、絶縁層10を準備する。絶縁層10は、例えば樹脂10b(熱硬化性樹脂)に、フィラー10a(シリカ系フィラー)を約30wt%以上含有させてなる。
続けて、図11に示すように、例えばエッチングにより、絶縁層10の第2面を粗化する。具体的には、例えば過マンガン酸溶液を用いた浸漬などにより、絶縁層10の第2面をエッチングする。ただし、粗化の方法はエッチングに限られず任意であり、例えば研磨処理、酸化処理、又は酸化還元処理などにより、絶縁層10の第2面を粗化してもよい。
上記のように、絶縁層10を準備し、その一側の面(第2面)を粗化した結果、第2面が粗化された絶縁層10が完成する。
続けて、例えば浸漬により、絶縁層10の第2面(粗化面)に触媒を吸着させる。この触媒は、前述したとおり、パラジウムである。浸漬には、例えば塩化パラジウムやパラジウムコロイド等の溶液を使用することができる。触媒を固定するため、浸漬後に加熱処理を行ってもよい。
続けて、図12に示すように、例えば化学めっき法により、絶縁層10の第2面(粗化面)上に、例えば銅の無電解めっき膜1001を形成する。めっき液としては、例えば還元剤等が添加された硫酸銅溶液などを用いることができる。還元剤としては、例えば次亜リン酸塩又はグルオキシル酸などを用いることができる。
続けて、図13に示すように、無電解めっき膜1001上にめっきレジスト1002を形成する。めっきレジスト1002は、所定の位置に開口部1002aを有する。開口部1002aは、導体層20の導体パターン(図1)に対応して配置されている。
続けて、図14に示すように、例えばパターンめっき法により、めっきレジスト1002の開口部1002aに、例えば銅の電解めっき膜1003を形成する。具体的には、陽極にめっきする材料である銅を接続し、陰極に被めっき材である無電解めっき膜1001を接続して、めっき液に浸漬する。そして、両極間に直流の電圧を印加して電流を流し、陰極の露出している無電解めっき膜1001の第2面に、銅を析出させる。これにより、無電解めっき膜1001上に、部分的に電解めっき膜1003が形成される。めっき液としては、例えば硫酸銅溶液、ピロリン酸銅溶液、青(シアン)化銅溶液、又はホウフッ化銅溶液などを用いることができる。
続けて、図15に示すように、例えば所定の剥離液により、めっきレジスト1002を除去する。
続けて、不要な無電解めっき膜1001を除去することにより、先の図1に示した導体パターンを有する導体層20を形成する。具体的には、例えば図16A(図1に対応した平面図)及び図16B(図16AのA−A断面図)に示すように、被照射体(絶縁層10等)の第2面側に、開口部1004aを有する遮光マスク1004を設けた状態で、被照射体の全面(詳しくは第2面全域)にグリーンレーザを照射することが好ましい。ここで、グリーンレーザとは、波長約1064nmの基本波の第2高調波であって、波長約532nmのレーザ光を指す。
こうしたグリーンレーザを被照射体の全面に照射する場合には、例えば被照射体を固定してグリーンレーザ(厳密にはその照準)を移動させること、又は、逆にグリーンレーザ(厳密にはその照準)を固定して被照射体を移動させることが好ましい。グリーンレーザを移動させる場合には、例えばガルバノミラーによりグリーンレーザを移動させる(走査する)ことが好ましい。また、被照射体を移動させる場合には、例えばシリンドリカルレンズによりグリーンレーザをライン光として、これを所定の位置に照射しつつ、コンベアにより被照射体を移動させることが好ましい。
なお、レーザ強度(光量)の調整は、パルス制御で行うことが好ましい。具体的には、例えばレーザ強度を変更する場合には、1ショット(1回の照射)あたりのレーザ強度は変えずに、ショット数(照射回数)を変更するようにする。すなわち、1ショットでは所望のレーザ強度が得られない場合には、同じ照射位置に、再度レーザ光を照射する。こうした制御方法によれば、照射条件を変える時間を省略できるため、スループットが向上すると考えられる。ただしこれに限られず、レーザ強度の調整方法は任意である。例えば照射位置ごとに照射条件を決め、照射回数を一定(例えば1つの照射位置につき1ショット)にしてもよい。また、同じ照射位置に複数回のレーザ照射を行う場合において、ショットごとにレーザ強度を変えてもよい。
ここで、ガルバノミラーによりグリーンレーザを移動させる場合の条件の一例を示す。図17中、レーザ光のスポット径d21は、例えば30μmである。この例では、レーザ光の走査方向を、X方向とする。X方向の単位移動量d22(隣り合うスポットの照射中心P間の距離)は、例えば20μmである。また、Y方向の単位移動量d23(隣り合うスポットの照射中心P間の距離)は、例えば15μmである。レーザ光の走査速度は、例えば3000mm/secである。すなわち、1ショットごとにレーザ光をX方向に20μm走査する場合には、レーザ光は、1秒間に15万ショット照射されることになる。
以下、こうした条件でレーザ照射を行う場合を例にして、レーザ照射態様の一例について説明する。
この例では、まず、被照射体のX−Y平面上の第1のライン、例えば(0,0)〜(XX,0)について、レーザ照射を行う。具体的には、最初の照射位置(0,0)に対してレーザ照射を行い、そのレーザ照射が終わったら、単位移動量d22だけX2側に移動し、次の照射位置(20,0)に対してレーザ照射を行う。そして、図16A中に矢印で示すように、レーザ照射及びX2側への移動を繰り返して、被照射体のX方向に設定された各照射位置に、順次レーザ照射を行っていく。こうして、被照射体のX方向全域についてグリーンレーザの照射が終わったら、第1のラインに対するレーザ照射は完了したことになる。
続けて、被照射体のX−Y平面上の第2のライン、例えば(0,15)〜(XX,15)について、レーザ照射を行う。具体的には、グリーンレーザは、図16A中に矢印で示すように、第1のラインの最後の照射位置(XX,0)から、X座標を原点に戻すとともに、Y座標を単位移動量d23だけY1側に移動し、照射位置(0,15)から、再び第1のラインと同様、X2側に向かってレーザ光を走査する。こうして、各ラインについて順次レーザ照射を行うことで、被照射体の第2面(X−Y平面)全域にグリーンレーザを照射することができる。
ここでは、導体部20a及び20b(図1)の長手方向(Y方向)と直交するX方向に沿ってレーザ光を走査する例を示したが、導体部20a及び20b(図1)の長手方向と平行なY方向に沿ってレーザ光を走査してもよい。また、遮光マスク1004を用いずに、非照射部分においてはレーザ照射を止めて、照射すべき部分のみにレーザ光を照射するようにしてもよい。その他、照射位置やレーザ強度の制御方法等も任意である。
本実施形態では、不要な無電解めっき膜1001を除去するためのレーザ照射(図16A及び図16B)において、グリーンレーザを用いることにより、フィラー10aがストッパとなって、無電解めっき膜1001下の絶縁層10が過剰に除去されてしまうことを抑制してくれると考えられる。以下、図18等を参照して、このことについて、説明する。
図18は、エポキシ樹脂(線L11)、銅(線L12)、及びシリカ(線L13)の各々にレーザ光を照射した場合における、レーザ光の波長と吸収率との関係を示すグラフである。なお、エポキシ樹脂を他の樹脂(特に熱硬化性樹脂)に代えても、概ね同様の結果が得られると考えられる。
まず、波長約532nmのレーザ光LZ3(グリーンレーザ)と、波長約10640nmのレーザ光LZ4とを比較する。レーザ光LZ4の光源としては、例えばCOレーザを用いることができる。
図18に示されるように、レーザ光LZ4の吸収率は、エポキシ樹脂(線L11)及びシリカ(線L13)の両方で高いが、レーザ光LZ3の吸収率は、エポキシ樹脂(線L11)では高く、シリカ(線L13)では低い。特に、レーザ光LZ3では、シリカ(線L13)での吸収率を10%程度に抑えることができる。本実施形態においては、絶縁層10に、樹脂10b(エポキシ樹脂)だけでなく、フィラー10a(シリカ系フィラー)も含まれているため、グリーンレーザを絶縁層10に照射した場合には、フィラー10aによって、絶縁層10の分解反応(光化学反応)の進行が抑制されると考えられる。すなわち、不要な無電解めっき膜1001を除去するためのレーザ照射(図16A及び図16B)においては、フィラー10aがストッパとなって、無電解めっき膜1001下の絶縁層10が過剰に除去されてしまうことを抑制してくれると考えられる。フィラー10aをストッパとして用いるためには、樹脂10bでのレーザ光の吸収率が、フィラー10aでのレーザ光の吸収率の7倍以上であることが好ましいと考えられる。
また、銅(線L12)での吸収率は、レーザ光LZ4よりもレーザ光LZ3の方が高い。無電解めっき膜1001(銅)を除去するためのレーザ照射(図16A及び図16B)においては、銅でのレーザ光の吸収率が、ある程度高い方が好ましいと考えられる。無電解めっき膜1001を除去する効率が高くなる上、電解めっき膜22(図2)表面の結晶粒塊のごつごつした感じがなくなるなど、改質の効果が期待できるからである(図25参照)。ただし、銅でのレーザ光の吸収率が高過ぎると、銅が過剰に削られてしまうなどの不都合が生じるおそれがある。この点、グリーンレーザは、適度に銅に吸収されるため、無電解めっき膜1001を除去するためのレーザ照射に適していると考えられる。銅でのレーザ光の吸収率は、約50%であることが好ましいと考えられる。
また、約1064nm以下の波長を有するレーザ光は、主に光化学反応により被照射体を分解し、約1064nmよりも大きい波長を有するレーザ光は、主に熱反応により被照射体を分解すると考えられる。2つの反応を比較すると、光を熱に変換して使用する熱反応よりも、光をそのまま使用する光化学反応の方がエネルギー効率が高いと考えられる。このことから、グリーンレーザは、エネルギー効率の面でも優れていると考えられる。
次に、波長約200nmのレーザ光LZ1と、波長約355nmのレーザ光LZ2(UVレーザ)と、波長約532nmのレーザ光LZ3(グリーンレーザ)とを比較する。なお、レーザ光LZ1の光源としては、例えばエキシマレーザを用いることができる。また、レーザ光LZ2としては、例えばYAGレーザの第3高調波を用いることができる。
これらレーザ光LZ1〜LZ3は、主に光化学反応より被照射体を分解する点で共通すると考えられる。しかし、図18に示されるように、エポキシ樹脂(線L11)、銅(線L12)、及びシリカ(線L13)での吸収率については、レーザ光LZ1が最も高く、次にレーザ光LZ2が高く、レーザ光LZ3が最も低い。より詳しくみると、レーザ光LZ2、LZ3の吸収率は、高い方から、エポキシ樹脂(線L11)、銅(線L12)、シリカ(線L13)の順になっているが、レーザ光LZ1の吸収率は、高い方から、エポキシ樹脂(線L11)、シリカ(線L13)、銅(線L12)の順になっている。しかも、レーザ光LZ1では、エポキシ樹脂(線L11)での吸収率とシリカ(線L13)での吸収率との間にほとんど差がない。したがって、先のレーザ照射工程(図16A及び図16B)において、エキシマレーザを用いた場合には、フィラー10aがストッパとして機能しないと考えられる。
具体的には、先のレーザ照射工程(図16A及び図16B)において、グリーンレーザを用いた場合には、フィラー10aがストッパとして機能するため、図19に示すように、アンダーカットが生じることなく、導体部20a及び20b(導体層20)が形成されると考えられる。一方、エキシマレーザを用いた場合には、フィラー10aがストッパとして機能しないため、図20に示すように、アンダーカットが生じてしまうおそれがある。
また、図18に示されるように、レーザ光LZ1では、銅(線L12)での吸収率に対して、エポキシ樹脂(線L11)での吸収率及びシリカ(線L13)での吸収率が大きい。このため、先のレーザ照射工程(図16A及び図16B)において、エキシマレーザを用いた場合には、無電解めっき膜1001の残渣が残り易くなる。その結果、図20に示すように、導体部20a、20bの側面F10が平滑にならないおそれがある。この点、グリーンレーザを用いた場合には、レーザ光が適度に銅に吸収され、また、フィラー10aがストッパとして機能するため、図19に示すように、導体部20a、20bの側面F10が平滑になると考えられる。なお、銅(線L12)での吸収率とシリカ(線L13)での吸収率との比率(銅/シリカ)は、約5以上であることが好ましいと考えられる。
以上より、無電解めっき膜1001(銅)を除去するためのレーザ照射(図16A及び図16B)に用いるレーザ光は、主に光化学反応により被照射体を分解できるもの、すなわち約1064nm以下の波長を有することが好ましいと考えられる。また、銅でのレーザ光の吸収率がある程度高くなるように、レーザ光の吸収率は、高い方から、エポキシ樹脂(線L11)、銅(線L12)、シリカ(線L13)の順になっていることが好ましいと考えられる。したがって、上記レーザ光の波長は、図18中の範囲R21、すなわち約300〜1064nmの範囲にあることが好ましいと考えられる。さらに、フィラー10aをストッパとして用いることや、無電解めっき膜1001を除去する効率等を考慮すると、上記レーザ光の波長は、約350〜600nmの範囲(範囲R22)にあることが好ましく、中でも、約500〜560nmの範囲(範囲R23)にあることがより好ましいと考えられる。
光源は、固体レーザであっても、液体レーザであっても、気体レーザであってもよい。具体的には、YAGレーザ、YVOレーザ、アルゴンイオンレーザ、又は銅蒸気レーザが、光源として好ましいと考えられる。例えばYAGレーザ又はYVOレーザの第2高調波を用いることで、波長約532nmのレーザ光が得られ、YAGレーザ又はYVOレーザの第3高調波を用いることで、波長約355nmのレーザ光が得られる。また、アルゴンイオンレーザによれば、約488〜515nmの範囲にある波長を有するレーザ光が得られる。また、銅蒸気レーザによれば、約511〜578nmの範囲にある波長を有するレーザ光が得られる。ただし、光源はこれらに限られず任意であり、必要なレーザ光の波長に応じて適切なものを選定することが好ましい。
ここまで、レーザを用いて無電解めっき膜1001を除去する場合について言及してきたが、エッチング液を用いた湿式法により、無電解めっき膜1001を除去することもできる。しかしこの場合、レーザを使用した場合のような異方性の加工(詳しくは、主にZ方向の加工)ではなく、略等方性の加工になるため、図21に示すように、サイドエッチング等で導体部20a、20bが過剰に除去され易い。その結果、導体部20a、20bの幅(配線幅)が、所望とする幅よりも減少してしまうおそれがある。また、サイドエッチングの影響で、導体部20a、20bの側面F10は平滑になりにくいと考えられる。
この点、レーザを用いれば、局所的な線細りが抑制されることで、ファインパターンの設計が容易になり、また、インピーダンスの整合も図り易くなると考えられる。さらに、サイドエッチングの影響が少ないため、導体部20a、20bの側面F10の平滑性が向上すると考えられる。
また、レーザを用いた方が、湿式法よりも、導体部20aと導体部20bとの間(空隙R1)の面F3の粗さを小さくすることができると考えられる。図22A、図22Bに、このことについての実験結果を示す。
図22Aは、グリーンレーザを用いて無電解めっき膜1001を除去した後の面F3を示す図である。一方、図22Bは、湿式法により無電解めっき膜1001を除去した後の面F3を示す図である。図22A及び図22Bは、SEM写真に基づいて作成した模式図である。これら図22A、図22Bに示されるように、両者を比較すると、グリーンレーザを用いた場合の方が、面F3の粗さが小さい。なお、他のレーザ光においても、概ね同様の傾向が得られると考えられる。
また、レーザを用いた方が、湿式法よりも、導体部20aと導体部20bとの間(空隙R1)の面F3における、無電解めっき膜1001(無電解めっき膜21)を形成するための触媒を確実に除去することができると考えられる。図23に、このことについての実験結果を示す。
この実験では、先の図10〜図15に示した工程を経て、絶縁層10上に無電解めっき膜1001及び電解めっき膜1003を形成した後(図15参照)、不要な無電解めっき膜1001を除去することで、試料A及び試料Bを作成した。ただし、試料Aでは、グリーンレーザを用いて不要な無電解めっき膜1001を除去し、試料Bでは、湿式法により不要な無電解めっき膜1001を除去した。試料A及び試料Bのいずれにおいても、無電解めっき膜1001を形成する際に、触媒としてパラジウムを用いた。
図23は、試料A及び試料Bの各々について、面F3(表層部)におけるパラジウムの存在量を測定した結果を示すグラフである。測定方法としては、ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)を採用した。詳しくは、各試料の面F3にX線を照射して、パラジウム(特にその3d5/2軌道)固有のピークが現れるエネルギー範囲において、狭域スペクトル測定を行った。このグラフにおいて、縦軸は光電子強度(光電子の数)であり、横軸は電子の結合エネルギーである。また、線L21は、試料Aに関する測定結果であり、線L22は、試料Bに関する測定結果である。
線L21は、ピークを示していないことから、試料Aの面F3には、パラジウムが略存在しないことが分かる。一方、線L22は、パラジウム固有のピーク位置にピークを示していることから、試料Bの面F3にはパラジウムが存在することが分かる。また、ピーク強度や面積強度等から、定量分析をした結果、試料Bの面F3におけるパラジウムの存在量は、4.39μg/cmであった。
上記実験結果より、グリーンレーザを用いた場合の方が、湿式法よりも、パラジウムの存在量が少なくなると推察できる。このため、グリーンレーザを用いれば、パラジウムを核として面F3にNi等が異常析出するリスクが軽減されると考えられる。他のレーザ光においても、概ね同様の傾向が得られると考えられる。
また、湿式法では廃液が生じるため、環境面を考慮しても、レーザの方が好ましいと考えられる。
図24は、フィラー10a含有量の異なる4つの絶縁層10に、それぞれグリーンレーザを照射した結果を示す図表である。この実験では、樹脂10bとしてエポキシ樹脂を用い、フィラー10aとしてSiO粉末を用いた。レーザ光の走査速度は、約50mm/secとした。また、レーザ強度は、製造工程時の約60倍とした。
図24に示されるように、樹脂10bに約0wt%又は約15wt%のフィラー10aを含有させた場合には、それぞれレーザ照射面に樹脂10bの炭化が見られた。一方、樹脂10bに約30wt%又は約50wt%のフィラー10aを含有させた場合には、それぞれレーザ照射面に樹脂10bの炭化が見られなかった。この結果から、樹脂10bに約30wt%以上のフィラー10aを含有させることで、樹脂10bの炭化が抑制されると推察される。
図25は、導体部20a、20bの側面F10(特に電解めっき膜22の外側)において、グリーンレーザを照射した領域(照射領域R101)と照射しなかった領域(未照射領域R102)との両方を示すSEM写真である。
図25に示されるように、未照射領域R102では、めっきの結晶粒塊のごつごつ感があるが、照射領域R101では、改質層が形成され、めっきの結晶粒塊のごつごつ感がなくなって平滑になった感じがする。このため、特に表皮効果が起こりやすい高周波での電気特性が改良されると推察される。
本実施形態では、レーザ照射後、導体部20aと導体部20bとの間(空隙R1)の面F3の十点平均粗さ(例えば約1.75μm)が、絶縁層10に含まれるフィラー10a(シリカ系フィラー)の最大粒子径(例えば約3.4μm)以下になる。これは、レーザ照射によって、フィラー10aの周囲にある樹脂10bが約半分以上除去される部分では、フィラー10aが樹脂10bから脱落してできる凹面が面F3の表面に現れる一方、レーザ照射によって、フィラー10aの周囲にある樹脂10bが約半分未満しか除去されない部分では、樹脂10bに残ったフィラー10aが露出してできる凸面が面F3の表面に現れるためであると考えられる。
以上説明したように、レーザ照射工程(図16A及び図16B)により、不要な無電解めっき膜1001、すなわちめっきレジスト1002下にあった無電解めっき膜1001(図14参照)を除去することができる。そしてその結果、先の図1に示した導体パターンを有する導体層20が形成される。さらにその後、例えばスクリーン印刷又はラミネート等により、絶縁層10上に上層絶縁層30を形成することで、配線板100(特に図1及び図2に示した構造)が完成する。
以上、本発明の実施形態に係る配線板及びその製造方法について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
絶縁層10の粗化面上に形成された導体層20は、無電解めっき膜21及び電解めっき膜22の2層構造からなるものに限られない。例えば図26(図2に対応した断面図)に示すように、絶縁層10側から順に、金属箔23、無電解めっき膜21、及び電解めっき膜22が積層された3層構造からなる導体層20であってもよい。金属箔23、無電解めっき膜21、及び電解めっき膜22は、例えば銅からなる。
図26の例における配線板100は、例えば図27に示すように、例えば第2面(粗化面)上に金属箔1001a(例えば銅箔)を有する絶縁層10を準備する。金属箔1001aは、例えばラミネートにより、絶縁層10の第2面(粗化面)に形成する。
続けて、図28に示すように、例えば前述の実施形態と同様の方法で、金属箔1001a上に、例えば銅の無電解めっき膜1001を形成する。
続けて、図29に示すように、例えば前述の実施形態と同様の方法で、めっきレジスト1002を用いて、無電解めっき膜1001上に、部分的に例えば銅の電解めっき膜1003を形成する。その後、めっきレジスト1002を除去する。
続けて、例えば前述の実施形態と同様のレーザ照射工程により、不要な無電解めっき膜1001及び金属箔1001a、すなわちめっきレジスト1002下にあった無電解めっき膜1001及び金属箔1001a(図29参照)を除去する。これにより、先の図1に示した導体パターンを有する導体層20が形成される。さらにその後、例えばスクリーン印刷又はラミネート等により、絶縁層10上に上層絶縁層30を形成することで、配線板100(特に図26に示した構造)が完成する。
絶縁層10の粗化面上に形成された導体層20の層数は2層や3層に限られず任意であり、例えば4層以上で構成される導体層20であってもよい。
導体層20の導体パターンは、任意である。
例えば図30(図1に対応した平面図)に示すように、導体層20がU字状の導体パターンを有し、導体部20aと導体部20bとが互いにつながっていてもよい。
また、図31(図1に対応した平面図)に示すように、導体層20の空隙R1が、孔であってもよい。
フィラー10aを絶縁層10の略全体に分散させることは必須ではない。例えば図32(図2に対応した断面図)に示すように、絶縁層10は、例えばフィラー10aを含まない第1層11(樹脂層)と、フィラー10aを含む第2層12(フィラー層)と、を有していてもよい。この例では、第1層11が主に樹脂10bからなり、第2層12が主にフィラー10a及び樹脂10bからなる。そして、第1層11上に第2層12が形成される。また、複数の樹脂層と複数のフィラー層とが交互に形成されてもよい。
導体層20の材料として、銅以外の導体を用いてもよい。図18に示した関係に準ずる関係が得られれば、前述した効果に準ずる効果が得られると考えられる。
その他の点についても、配線板100の構成、及びその構成要素の種類、性能、寸法、材質、形状、層数、又は配置等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意に変更することができる。
配線板100の製造方法は、上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意に順序や内容を変更することができる。また、用途等に応じて、必要ない工程を割愛してもよい。
上記実施形態及び各変形例は、任意に組み合わせることができる。用途等に応じて適切な組み合わせを選ぶことが好ましい。例えば図26の構造に、図32の構造を適用してもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、設計上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、「請求項」に記載されている発明や「発明を実施するための形態」に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれると理解されるべきである。
本発明に係る配線板は、電子機器の回路基板に適している。また、本発明に係る配線板の製造方法は、電子機器の回路基板の製造に適している。
10 絶縁層
10a フィラー
10b 樹脂
11 第1層(樹脂層)
12 第2層(フィラー層)
20 導体層
20a、20b 導体部
21 無電解めっき膜
22 電解めっき膜
23 金属箔
30 上層絶縁層
100 配線板
100a 絶縁層
101〜104 絶縁層
105、106 ソルダーレジスト
111〜116 導体層
200 基板
1001 無電解めっき膜
1001a 金属箔
1002 めっきレジスト
1002a 開口部
1003 電解めっき膜
1004 遮光マスク
1004a 開口部

Claims (5)

  1. シリカ系フィラーを含み、少なくとも一方の面が粗化された絶縁層を準備することと、
    前記粗化された面上に、金属箔を介して又は介さずに、無電解めっき膜を形成することと、
    前記無電解めっき膜上に、部分的に電解めっき膜を形成することと、
    前記電解めっき膜が形成されなかった領域に露出する前記無電解めっき膜に、前記シリカ系フィラーがストッパとなるレーザ照射を行って、前記露出する無電解めっき膜を除去することと、
    を含む配線板の製造方法。
  2. 前記レーザ照射は、被照射体の全面に行う、
    ことを特徴とする請求項に記載の配線板の製造方法。
  3. 前記金属箔、前記無電解めっき膜、及び前記電解めっき膜は、銅からなり、
    前記レーザ照射では、350〜600nmの範囲にある波長を有するレーザ光を照射する、
    ことを特徴とする請求項又はに記載の配線板の製造方法。
  4. 前記レーザ照射では、500〜560nmの範囲にある波長を有するレーザ光を照射する、
    ことを特徴とする請求項に記載の配線板の製造方法。
  5. 前記金属箔、前記無電解めっき膜、及び前記電解めっき膜は、銅からなり、
    前記レーザ照射では、YAGレーザ、YVOレーザ、アルゴンイオンレーザ、及び銅蒸気レーザのいずれかを光源とする、
    ことを特徴とする請求項乃至のいずれか一項に記載の配線板の製造方法。
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